JP2010164372A

JP2010164372A - 原子炉格納容器の冷却設備

Info

Publication number: JP2010164372A
Application number: JP2009005706A
Authority: JP
Inventors: Toshimi Tobimatsu; 松敏美飛; Yasushi Yamamoto; 本泰山; Shinji Kubo; 保伸二久; Tomohisa Kurita; 田智久栗; Seiichi Yokobori; 堀誠一横
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2010-07-29

Abstract

【課題】原子炉格納容器の除熱を効果的に行うことができる原子炉格納容器の冷却設備を提供する。
【解決手段】原子炉格納容器の冷却に用いる熱交換器の水室の内部に、熱交換器で凝縮した凝縮水を一時的に貯留するとともに水室に接続されている凝縮水戻り配管へ間欠的に排水するための間欠排水機構を備える。これにより、間欠的にかつ一気に排水される凝縮水の流れに乗せて熱交換器内の不凝縮性ガスを効果的に排出し、熱交換器の内部における不凝縮性ガスの蓄積を防止して、熱交換器の伝熱性能を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉格納容器の冷却設備に関し、より詳しくは、熱交換器内の不凝縮性ガスの排気を促進させることで熱交換器の伝熱性能を向上させて、原子炉格納容器の効果的な除熱を可能とする技術に関する。

原子力発電所には、万一の冷却材喪失事故等が発生した場合を想定して、速やかに炉心を冷却する非常用炉心冷却系の他に、処置後長期にわたって炉心から発生する崩壊熱を原子炉格納容器外へ除去する、いわゆる原子炉格納容器の冷却設備が設けられている。

この原子炉格納容器の冷却設備について図１７を参照して概説すると、その一部が示されている原子炉格納容器１の内部には、炉心２を収容するとともに主蒸気配管３が接続された原子炉圧力容器４が格納されている。
また、原子炉格納容器１内の上部に重力落下式炉心冷却系プール５が設けられるとともに、この重力落下式炉心冷却系プール５よりさらに高い位置に冷却水プール６が設けられ、この冷却水プール６のプール水中に熱交換器７が設置されている。

そして、熱交換器７の蒸気室８には原子炉格納容器１内の上部に開口する蒸気供給管９が接続され、かつ熱交換器７の水室１０には重力落下式炉心冷却系プール５に接続する凝縮水戻り配管１１とサプレッションプール１２に連通する不凝縮性ガスベント管１３が接続されている。重力落下式炉心冷却系プール５と原子炉圧力容器４とは冷却水配管１４により接続されている。なお、参照符号７ａで示すものは熱交換器７の伝熱管である。

次に上述した原子炉格納容器の冷却設備の作動について説明する。

例えば主蒸気配管３が破断して原子炉圧力容器４内の冷却材が喪失した場合、重力落下式炉心冷却系プール５に貯められていた冷却水５ａが冷却水配管１４を通って原子炉圧力容器４に供給される。
その後、長期冷却過程において、原子炉圧力容器４の炉心２は崩壊熱を発生し続けるため、冷却しないで放置しておくと原子炉格納容器１内の圧力が上昇してしまう。
そこで、熱交換器７を用いて原子炉格納容器１内の蒸気を凝縮し、圧力の上昇を抑えることが行われる。これが原子炉格納容器の冷却設備である。

このように静的に作動する原子炉格納容器の冷却設備は、凝縮という自然現象を利用して冷却を行うものであるが、原子炉格納容器１の内部に火災防止などの理由で封入されている不凝縮性ガスが凝縮性能を劣化させる。
すなわち、原子炉格納容器１の内部圧力が上昇した場合、蒸気と不凝縮性ガスの混合体は蒸気供給管９を通って熱交換器７の蒸気室８に流入する。
そして、この蒸気は蒸気室８から熱交換器７の伝熱管７ａを通り、その間に冷却水プール６のプール水に熱を与えることにより一部が凝縮して凝縮水となり、この凝縮水は熱交換器７の水室１０内に入り、さらに重力によって凝縮水戻り配管１１から重力落下式炉心冷却系プール５内に流入する。

さらに、重力落下式炉心冷却系プール５内に流入した凝縮水は、最初に貯留していた冷却水５ａとともに冷却水配管１４を流れて原子炉圧力容器４に供給される。
また、熱交換器７内で分離された不凝縮性ガスは、圧力差により、不凝縮性ガスベント管１３を通ってサプレッションプール１２に排出される。
なお、蒸気の凝縮による潜熱の放出で冷却水プール６内のプール水の温度は徐々に上昇し、やがて沸騰を開始するが、その際に発生する蒸気は大気中に放出される。

特開２００３−２４０８８８原子炉格納容器冷却設備特開平８−２１１１８１原子炉格納容器の冷却装置特開平８−１３６６８５原子炉格納容器の冷却設備

上述した原子炉格納容器の冷却設備においては、原子炉格納容器１を除熱する性能が、熱交換器７の伝熱管７ａ内に存在する不凝縮性ガスの濃度に依存している。
これにより、圧力差による不凝縮性ガスの排気が困難になった場合には、不凝縮性ガスが伝熱管７ａ内に蓄積されて除熱性能が劣化し、原子炉格納容器１内の圧力や温度の上昇を抑制するために必要な除熱量が得られなくなる可能性がある。

また、凝縮水戻り配管１１の出口部は、重力落下式炉心冷却系プール５に水没するかＵ字管構成によって逆流を防止するようになっている。
これにより、凝縮水に自然に巻き込まれた不凝縮性ガスのドライウェル１５への排気を阻害する要因となっている。

そこで本発明は、上述した従来技術が有する問題点を解消し、熱交換器７内の不凝縮性ガスの排気を促進させることで熱交換器７の伝熱性能を向上させ、原子炉格納容器１の除熱を効果的に行うことができる原子炉格納容器の冷却設備を提供することにある。

上記の課題を解決するための請求項１に記載した手段は、原子炉格納容器の冷却設備であって、原子炉格納容器の冷却に用いる熱交換器の水室の内部に、前記熱交換器で凝縮した凝縮水を一時的に貯留するとともに前記水室に接続されている凝縮水戻り配管へ間欠的に排水するための間欠排水機構を備えることを特徴とする。

前記前記間欠排水機構は、前記凝縮水をその先端開口から受け入れるとともに、その内部が凝縮水で一杯になると先端側の重みで揺動してその内部の凝縮水を排水し、かつその内部が空になるとその底部の重みで元の状態に復元して再び凝縮水を受け入れる、前記水室内に揺動自在に支持された有底筒状の貯水管とすることができる。

前記間欠排水機構は、前記凝縮水戻り配管の入口を開閉可能な弁体と、前記水室内に貯まった凝縮水による浮力を受けて前記弁体を持ち上げるフロートを有することができる。

前記間欠排水機構は、前記凝縮水戻り配管から前記水室への連通を遮断するように閉じるとともに、前記水室内に貯まった凝縮水の水圧が所定値を上回ったときに開いて前記水室内の凝縮水を前記凝縮水戻り配管に排水する逆止弁とすることができる。

また、前記凝縮水戻り配管に設けた縮流部と前記水室の上部の空間とを連通する連通管をさらに備えることができる。

また、上記の課題を解決するための請求項６に記載した手段は、原子炉格納容器の冷却設備であって、原子炉格納容器の冷却に用いる熱交換器の水室の下方に、前記熱交換器で凝縮した凝縮水を貯留するとともにその底壁に多数の貫通孔を有した水槽を備え、前記貫通孔が、前記水槽から落下する凝縮水を液滴として落下させ、前記水槽の下方に滞留している不凝縮性ガスに接触してこれを溶解させるように構成されていることを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための請求項７に記載した手段は、原子炉格納容器の冷却設備であって、原子炉格納容器の冷却に用いる熱交換器の伝熱管の内部に、この伝熱管の内部の流路を分割して凝縮水と不凝縮性のガスとを撹拌混合させる流路分割要素を設けたことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための請求項８に記載した手段は、原子炉格納容器の冷却設備であって、原子炉格納容器の冷却に用いる熱交換器の水室内に貯まった凝縮水を排水するための凝縮水戻り配管の内部に、この凝縮水戻り配管の内部流路を分割して凝縮水と不凝縮性ガスとを撹拌混合させる流路分割要素を設けたことを特徴とする。

なお、上記した流路分割要素は、その始端と終端との間で捩れている捩れ板とすることができる。

また、上記の課題を解決するための請求項１０に記載した手段は、原子炉格納容器の冷却設備であって、原子炉格納容器の冷却に用いる熱交換器内の空間の少なくとも一部に、不凝縮性ガスを吸着するための活性炭を備えることを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための請求項１１に記載した手段は、原子炉格納容器の冷却設備であって、原子炉格納容器の冷却に用いる熱交換器の水室内に貯まった凝縮水を排水するための凝縮水戻り配管の入口部分に、前記凝縮水を前記凝縮水戻り配管の内部にシャワー状に流下させるためのシャワー要素を備えることを特徴とする。

前記シャワー要素は、メッシュ構造または多孔質の部材とすることができる。
また、前記シャワー要素は、その半径方向の内側にいくほど前記凝縮水が通過する流路の面積率が高くなるように構成することができる。

また、上記の課題を解決するための請求項１４に記載した手段は、原子炉格納容器の冷却設備であって、原子炉格納容器の冷却に用いる熱交換器の水室内に貯まった凝縮水を排水するための凝縮水戻り配管の入口部分に、前記凝縮水戻り配管の内部に落下する凝縮水の流れを前記凝縮水戻り配管の円周方向に不連続とするための櫛歯要素を備えることを特徴とする。

なお、前記櫛歯要素は、互いに隣接するその細長い隙間部分の長さを互いに異なっものとすることができる。

また、上記の課題を解決するための他の手段は、原子炉格納容器の冷却設備であって、原子炉格納容器の冷却に用いる熱交換器の水室内に貯まった凝縮水を排水するための凝縮水戻り配管の入口部分に、前記凝縮水戻り配管の内部に落下する凝縮水に渦流れを生じさせる渦流れ生成要素を備えることを特徴とする。

前記渦流れ生成要素は、凝縮水戻り配管と同軸に配設される円筒部分と、この円筒部分の軸線方向に螺旋状に延びる、前記円筒部分の内壁面に取り付けられた複数の螺旋羽根とを有することができる。

前記渦流れ生成要素は、前記凝縮水戻り配管の内壁面に沿ってその軸線方向に螺旋状に延びる複数の突条から形成することができる。

本発明によると、熱交換器内の不凝縮性ガスの排気を促進させることで熱交換器の伝熱性能を向上させ、原子炉格納容器の除熱をより効果的に行うことができる原子炉格納容器の冷却設備の提供が可能となる。

以下、図１乃至図１６を参照し、本発明に係る原子炉格納容器の冷却設備の各実施形態および参考例について詳細に説明する。
なお、以下の説明においては、前述した従来技術と同一の部分には同一の符号を用いて重複した説明を省略する。

第１実施形態
まず最初に図１を参照し、第１実施形態の冷却設備について説明する。

図１は、第１実施形態の冷却設備１００における熱交換器７の一部を拡大して示しており、水室１０の内部には第１の間欠排水機構２０が設けられている。

この第１の間欠排水機構２０は、日本庭園に設けられている「鹿おどし」とほぼ同一の構造であり、水平支軸２１によって揺動自在に支持された有底筒状の貯水管２２を有している。
この貯水管２２には、矢印Ａで示したように熱交換器７の凝縮管７ａで生じた凝縮水がその先端開口２２ａから流入し、その底部２２ｂから次第に凝縮水が貯まっていく。
そして、貯水管２２の内部が凝縮水で一杯になると、先端開口２２ａ側の凝縮水の重量が貯水管２２の底部２２ｂの重量を上回るため、水平支軸２１の回りの重量バランスが崩れ、図１（ｂ）に示したように貯水管２２が揺動し、その内部の凝縮水は一気に放出される。
貯水管２２が空になると、貯水管２２はその底部２２ｂの重量に起因して最初の状態に戻り、再び凝縮水を受け入れ始める。

すなわち、熱交換器７の水室１０内に第１の間欠排水機構２０が設けられていることにより、水室１０から凝縮水戻り配管１１への凝縮水の排水は間欠的となる。
そして、貯水管２２から一気に放出される凝縮水の瞬間最大流量が増加するため、水室１０の内部に残留している不凝縮性ガスを、矢印Ｂで示した凝縮水の流れと共に凝縮水戻り配管１１を介して効果的に排出することができる。
したがって、熱交換器７の内部における不凝縮性のガスの蓄積を防止することができ、熱交換器７の蒸気室８の側から新たな蒸気を供給することが可能となる。

第２実施形態
次に図２を参照し、第２実施形態の冷却設備について説明する。

図２は、第２実施形態の冷却設備１１０における熱交換器７の一部を拡大して示しており、水室１０の内部には第２の間欠排水機構３０が設けられている。
この第２の間欠排水機構３０は、水室１０の底壁に立設された支柱３１の上部に設けられた水平支軸３２によって揺動自在に支持されたフロート３３と、支柱３１の下部に設けられた水平支軸３４によって揺動自在に支持された弁体３５とを有している。
そして、フロート３３のアーム３３ａと弁体３５のアーム３５ａとは、リンク３６によって接続され、互いに平行に揺動するようになっている。

これにより、図２（ａ）に示したように水室１０内における凝縮水の水位が高くない場合には、弁体３５がその自重によって凝縮水戻り配管１１の入口を閉鎖するため、水室１０内の凝縮水は凝縮水戻り配管１１から排水されることがない。
これに対し、図２（ｂ）に示したように水室１０内の凝縮水の水位が高くなると、フロート３３に作用する浮力がリンク３６を介して弁体３５を持ち上げるので、水室１０内に貯まっている凝縮水は凝縮水戻り配管１１を介して一気に排水される。
そして、水室１０内における凝縮水の水位が低下すると、フロート３３に浮力が作用しなくなるため、再び弁体３５が凝縮水戻り配管１１の入口を閉鎖する。

すなわち、熱交換器７の水室１０内に第２の間欠排水機構３０が設けられていることにより、水室１０から凝縮水戻り配管１１への凝縮水の排水は間欠的となる。
また、弁体３５が上昇したときに一気に排水される凝縮水の瞬間最大流量が増加するため、水室１０の内部に残留している不凝縮性ガスを、矢印Ｂで示した凝縮水の流れと共に凝縮水戻り配管１１を介して効果的に排出することができる。
したがって、熱交換器７の内部における不凝縮性のガスの蓄積を防止することができ、熱交換器７の蒸気室８の側から新たな蒸気を供給することが可能となる。

第３実施形態
次に図３を参照し、第３実施形態の冷却設備について説明する。

図３は、第３実施形態の冷却設備１２０における熱交換器７の一部を拡大して示しており、水室１０の内部には第３の間欠排水機構４０が設けられている。
この第３の間欠排水機構４０は、水室１０の底壁に立設された支柱４１の上部にチェーン４２を介して接続されたフロート４３と、このフロート４３にチェーン４４を介して接続された弁体４５とを有している。

これにより、図３（ａ）に示したように水室１０内における凝縮水の水位が高くない場合には、弁体４５がその自重によって凝縮水戻り配管１１の入口を閉鎖するため、水室１０内の凝縮水は凝縮水戻り配管１１から排水されることがない。
これに対し、図３（ｂ）に示したように水室１０内の凝縮水の水位が高くなると、フロート４３に作用する浮力がチェーン４４を介して弁体４５を持ち上げるので、水室１０内に貯まっている凝縮水は凝縮水戻り配管１１を介して一気に排水される。
そして、水室１０内における凝縮水の水位が低下すると、フロート４２に浮力が作用しなくなるため、再び弁体４５が凝縮水戻り配管１１の入口を閉鎖する。

すなわち、熱交換器７の水室１０内に第３の間欠排水機構４０が設けられていることにより、水室１０から凝縮水戻り配管１１への凝縮水の排水は間欠的となる。
また、弁体４５が上昇したときに一気に排水される凝縮水の瞬間最大流量が増加するため、水室１０の内部に残留している不凝縮性ガスを、矢印Ｂで示した凝縮水の流れと共に凝縮水戻り配管１１を介して効果的に排出することができる。
したがって、熱交換器７の内部における不凝縮性のガスの蓄積を防止することができ、熱交換器７の蒸気室８の側から新たな蒸気を供給することが可能となる。

第４実施形態
次に図４を参照し、第４実施形態の冷却設備について説明する。

図４は、第４実施形態の冷却設備１３０における熱交換器７の一部を拡大して示しており、水室１０に接続されている凝縮水戻り配管１１の途中には、第４の間欠排水機構５０が設けられている。
この第４の間欠排水機構５０は、凝縮水戻り配管１１の途中に設けられた弁室５１と、この弁室５１の内部に設けられた逆止弁５２とを有している。
そして、この逆止弁５２は、図示されない付勢ばねによって付勢され、弁室５１と凝縮水戻り配管１１の上端部との連通を遮断するようになっている。

これにより、図４（ａ）に示したように水室１０内における凝縮水の水位が高くない場合には、逆止弁５２が弁室５１を閉鎖するため、水室１０内の凝縮水は凝縮水戻り配管１１から排水されることがない。
これに対し、図４（ｂ）に示したように水室１０内の凝縮水の水位が高くなると、逆止弁５２に作用する水圧が付勢ばねの付勢力を上回って逆止弁５２が開くので、水室１０内に貯まっている凝縮水は凝縮水戻り配管１１から一気に排水される。
そして、水室１０内における凝縮水の水位が低下すると、逆止弁５２に作用する水圧が低下するため、逆止弁５２は付勢ばねの付勢力によって弁室５１と凝縮水戻り配管１１の上端部との連通を遮断する。

すなわち、熱交換器７の水室１０内に第４の間欠排水機構５０が設けられていることにより、水室１０から凝縮水戻り配管１１への凝縮水の排水は間欠的となる。
また、逆止弁５２が開いたときに一気に排水される凝縮水の瞬間最大流量が増加するため、水室１０の内部に残留している不凝縮性ガスを、矢印Ｂで示した凝縮水の流れと共に凝縮水戻り配管１１から効果的に排出することができる。
加えて、弁室５１の下方において凝縮水戻り配管１１の内部に存在している不凝縮性ガスは、逆止弁５２を越えて熱交換器７の水室１０内に戻ることがない。
したがって、熱交換器７の内部における不凝縮性のガスの蓄積を防止することができ、熱交換器７の蒸気室８の側から新たな蒸気を供給することが可能となる。

第５実施形態
次に図５を参照し、第５実施形態の冷却設備について説明する。

図５に示した第５実施形態の冷却設備１４０は、前述した第４実施形態の冷却設備１３０の一部を変更したものであり、熱交換器７の水室１０の上部空間と弁室５１の直下において凝縮水戻り配管１１に設けられている縮流部１１ａとを連通する連通管５３が追加されている。

すなわち、逆止弁５２が開いて水室１０内に貯まっている凝縮水が一気に排水されると、凝縮水戻り配管１１の縮流部１１ａの部分の圧力は負圧となる。
これにより、水室１０の上部に滞留している水素等の軽い不凝縮性ガスは、連通管５３の上端開口５３ａに吸い込まれた後、連通管５３の内部を通過して、その下端開口５３ｂから縮流部１１ａに排出されるから、水室１０内に存在している不凝縮性ガスを効果的に排出することができる。
したがって、熱交換器７の内部における不凝縮性のガスの蓄積を防止することができ、熱交換器７の蒸気室８の側から新たな蒸気を供給することが可能となる。
なお、第４の間欠排水機構５０に代えて、上述した第１〜第３の間欠排水機構を用いることもできる。

第６実施形態
次に図６を参照し、第６実施形態の冷却設備について説明する。

図６に示した第６実施形態の冷却設備１５０においては、熱交換器７の水室１０の内部に水槽６１が設けられている。
そして、この水槽６１の底壁６２には多数の貫通孔が貫設されていて、この貫通孔を通過する凝縮水が無数の液滴６３となって落下するようになっている。
これにより、水槽６１の下方に滞留している不凝縮性ガスと液滴６３との接触面積が増加し、不凝縮性ガスを効率よく凝縮水に溶解させることができる。
さらに、水槽６１の下方に貯まっている凝縮水の液面に無数の液滴が衝突するときに、液面付近の不凝縮性ガスを凝縮水に巻き込むこともできる。
したがって、水槽６１の下方に滞留している不凝縮性ガスを、矢印Ｂで示したように凝縮水と共に効率よく排出することができる。

第７実施形態
次に図７を参照し、第７実施形態の冷却設備について説明する。

図７に示した第７実施形態の冷却設備１６０においては、熱交換器７の各伝熱管７ａの内部に、その内部流路を分割する分割要素７０が設けられている。
この分割要素７０は、図７中に拡大して示したように、互いに垂直に延びる薄板７１，７２を交互に連続配置した構造となっている。

これにより、伝熱管７ａの内部を通過する凝縮水と不凝縮性ガスとを撹拌し、不凝縮性ガスを凝縮水の内部に均一な状態で混合させる効率を高めることができる。
したがって、熱交換器７の内部に存在する不凝縮性ガスを凝縮水とともに確実に熱交換器の外部に排出することができる。
なお、前述した第１〜第６実施形態において説明した構造を併用できることは言うまでもない。

第８実施形態
次に図８を参照し、第８実施形態の冷却設備について説明する。

図８に示した第８実施形態の冷却設備１７０においては、熱交換器７の水室から延びる凝縮水戻り配管１１の内部に、その内部流路を分割する分割要素８０が設けられている。
この分割要素８０は、図８中に示したように、互いに垂直に延びる薄板８１，８２を交互に連続配置した構造となっている。

これにより、凝縮水戻り配管１１の内部を通過する凝縮水と不凝縮性ガスとを撹拌し、不凝縮性ガスを凝縮水の内部に均一な状態で混合させる効率を高めることができる。
したがって、凝縮水戻り配管１１の内部に存在する不凝縮性ガスを凝縮水とともに確実に排出することができる。
なお、前述した第１〜第７実施形態において説明した構造を併用できることは言うまでもない。

第９実施形態
次に図９を参照し、第９実施形態の冷却設備について説明する。

図９に示した第９実施形態の冷却設備１８０においては、熱交換器７の水室から延びる凝縮水戻り配管１１の内部に、その内部流路を分割する分割要素８５が設けられている。
そして、この分割要素８５は、図９中に示したように、その始端と終端との間で９０度捩れている捩れ板８６を連続配置した構造となっている。

これにより、凝縮水戻り配管１１の内部を通過する凝縮水と不凝縮性ガスとを撹拌して均一に混合する効率をさらに高めることができるから、凝縮水戻り配管１１の内部に存在する不凝縮性ガスを凝縮水とともにより一層確実に排出することができる。
なお、前述した第１〜第７実施形態において説明した構造を併用できることは言うまでもない。

第１０実施形態
次に図１０を参照し、第１０実施形態の冷却設備について説明する。

図１０に示した第１０実施形態の冷却設備１９０においては、熱交換器７の水室１０内の空間の少なくとも一部に活性炭９１が充填されている。

これにより、不凝縮性ガスや、不凝縮性ガスを含んだ凝縮水が活性炭９１を通過するときに、不凝縮性ガスを活性炭９１に吸着して除去することができる。
また、活性炭９１に吸着した不凝縮性ガスは、その表面積が大きい活性炭９１の間に浸透して通過する凝縮水に容易に溶解するので、凝縮水とともに水室１０から確実に排出することができる。

第１１実施形態
次に図１１を参照し、第１１実施形態の冷却設備について説明する。

図１１に示した第１１実施形態の冷却設備２００においては、凝縮水戻り配管１１の入口部分にメッシュ構造あるいは多孔質のシャワー要素９２が設けられている。
これにより、熱交換器７の水室１０から凝縮水戻り配管１１に流出する凝縮水は、シャワー状となって落下し、凝縮水戻り配管１１の内壁に沿って流下することがない。
そして、凝縮水戻り配管１１の内部に滞留している不凝縮性ガスとシャワー状に落下する凝縮水との接触面積が増加するから、不凝縮性ガスを効率よく凝縮水に溶解させることができる。
したがって、凝縮水戻り配管１１の上部に滞留している不凝縮性ガスを、凝縮水と共に効率よく排出することができる。

第１２実施形態
次に図１２を参照し、第１２実施形態の冷却設備について説明する。

図１２に示した第１２実施形態の冷却設備２１０においては、凝縮水戻り配管１１の入口部分に設けたメッシュ構造あるいは多孔質のシャワー要素９３が、その半径方向の中心にいくほど単位面積当たりの流路面積（面積率）が３段階にわたって大きくなるように構成されている。
これにより、熱交換器７の水室１０から凝縮水戻り配管１１に排水される凝縮水は、凝縮水戻り配管１１の中心部ほど大きな流量でシャワー状に落下するから、凝縮水戻り配管１１の上部に滞留している不凝縮性ガスと凝縮水との混合効率がより一層高くなり、不凝縮性ガスを凝縮水と共により一層高い効率で排出することができる。

第１３実施形態
次に図１３を参照し、第１３実施形態の冷却設備について説明する。

図１３に示した第１３実施形態の冷却設備２２０においては、熱交換器７の水室７と凝縮水戻り配管１１の入口との境界部分に櫛歯環状要素９４が設けられている。
この櫛歯環状要素９４は、凝縮水戻り配管１１の内径とほぼ同一の内径を有する円筒部材の周壁９４ａに、軸線方向に延びる細長い隙間９４ｂを円周方向に等間隔に刻設するとともに、これらの隙間９４ｂの下方に円周方向に連続して延びる堰止壁９４ｃを設けた構造となっている。

熱交換器７の水室１０から凝縮水戻り配管１１の内部に流入する凝縮水は、堰止壁９４ｃによって堰き止められつつ、この堰止壁９４ｃを乗り越えて多数の細長い隙間９４ｂから凝縮水戻り配管１１の中心部分に向かって落下する。
これにより、凝縮水戻り配管１１の内部に流入する凝縮水は、円周方向に連続することなく、図１３中に多数の矢印Ｂで示したように円周方向に不連続な状態で落下するから、凝縮水戻り配管１１の内部に滞留している不凝縮性ガスとの接触面積が増加し、不凝縮性ガスを効率よく凝縮水に溶解させることができる。
したがって、凝縮水戻り配管１１の上部に滞留している不凝縮性ガスを、凝縮水と共に効率よく排出することができる。

第１４実施形態
次に図１４を参照し、第１４実施形態の冷却設備について説明する。

図１４に示した第１４実施形態の冷却設備２３０においては、熱交換器７の水室７と凝縮水戻り配管１１の入口との境界部分に設けられている櫛歯環状要素９５の構造が、前述した第１３実施形態における櫛歯環状要素９４と異なっている。
すなわち、円周方向に等間隔に配置されている細長い隙間９５ａは、その軸線方向の長さが長い隙間９５ａと短い隙間９５ｂとを交互に並べた構造となっている。
これにより、長い隙間９５ａから流出する凝縮水は凝縮水戻り配管１１の内壁面に近い部分に落下し、短い隙間９５ｂから流出する凝縮水は凝縮水戻り配管１１の中心部分に落下するから、凝縮水戻り配管１１の内部に滞留している不凝縮性ガスとの接触面積がより増加し、不凝縮性ガスをより一層効率よく凝縮水に溶解させることができる。
したがって、凝縮水戻り配管１１の上部に滞留している不凝縮性ガスを、凝縮水と共により一層効率よく排出することができる。

第１参考例
次に図１５を参照し、第１参考例の冷却設備について説明する。

図１５に示した第１参考例の冷却設備２４０においては、熱交換器７の水室１０から凝縮水戻り配管１１の内部に流入する凝縮水に渦流れを生じさせる渦流れ生成要素９７が、凝縮水戻り配管１１の入口に設けられている。
この渦流れ生成要素９７は、凝縮水戻り配管１１の内径より大きな内径を有する円筒部分９７ａの内壁面に、凝縮水戻り配管１１の軸線方向に螺旋状に延びる複数の螺旋羽根９７ｂを円周方向に等間隔に配置したものである。
これにより、熱交換器７の水室１０から凝縮水戻り配管１１の内部に流入する凝縮水に渦流れが生じるから、凝縮水戻り配管１１の上部に滞留している不凝縮性ガスを、凝縮水の渦流れに巻き込んで効率よく排出することができる。

第２参考例
次に図１６を参照し、第２参考例の冷却設備について説明する。

図１６に示した第２参考例の冷却設備２５０においては、熱交換器７の水室１０から凝縮水戻り配管１１の内部に流入する凝縮水に渦流れを生じさせる渦流れ生成要素９８が、凝縮水戻り配管１１の内部に設けられている。
この渦流れ生成要素９８は、凝縮水戻り配管１１の内壁面に沿ってその軸線方向に螺旋状に延びる、ワイヤコイル等によって形成された凸部となっている。
これにより、熱交換器７の水室１０から凝縮水戻り配管１１の内部に流入した凝縮水に渦流れが生じるから、凝縮水戻り配管１１の上部に滞留している不凝縮性ガスを、凝縮水の渦流れに巻き込んで効率よく排出することができる。

以上、本発明に係る原子炉格納容器の冷却設備の各実施形態ついて詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態においては、いずれも伝熱管７ａがＵ字形に延びる横型の熱交換器７を用いているが、縦型の熱交換器を用いることができることは言うまでもない。

第１実施形態の冷却設備を示す図。第２実施形態の冷却設備を示す図。第３実施形態の冷却設備を示す図。第４実施形態の冷却設備を示す図。第５実施形態の冷却設備を示す図。第６実施形態の冷却設備を示す図。第７実施形態の冷却設備を示す図。第８実施形態の冷却設備を示す図。第９実施形態の冷却設備を示す図。第１０実施形態の冷却設備を示す図。第１１実施形態の冷却設備を示す図。第１２実施形態の冷却設備を示す図。第１３実施形態の冷却設備を示す図。第１４実施形態の冷却設備を示す図。第１参考例の冷却設備を示す図。第２参考例の冷却設備を示す図。原子炉格納容器を静的に冷却する設備の全体構造図。

１原子炉格納容器
２炉心
３主蒸気管
４原子炉圧力容器
５炉心冷却系プール
６冷却水プール
７熱交換器
７ａ伝熱管
８蒸気室
９蒸気供給管
１０水室
１１凝縮水戻り配管
１２サプレッションプール
１３不凝縮性ガスベント管
１４冷却水配管
１５ドライウェル
２０第１の間欠排水機構
３０第２の間欠排水機構
４０第３の間欠排水機構
５０第４の間欠排水機構
５１弁室
５２逆止弁
５３連通管
６１水槽
６２底壁
７０分割要素
８０分割要素
９１活性炭
９２シャワー要素
９３シャワー要素
９４櫛歯環状要素
９５櫛歯環状要素
９７渦流れ生成要素
９８渦流れ生成要素

Claims

原子炉格納容器の冷却に用いる熱交換器の水室の内部に、前記熱交換器で凝縮した凝縮水を一時的に貯留するとともに前記水室に接続されている凝縮水戻り配管へ間欠的に排水するための間欠排水機構を備えていることを特徴とする原子炉格納容器の冷却設備。
前記間欠排水機構は、前記凝縮水をその先端開口から受け入れるとともに、その内部が凝縮水で一杯になると先端側の重みで揺動してその内部の凝縮水を排水し、かつその内部が空になるとその底部の重みで元の状態に復元して再び凝縮水を受け入れる、前記水室内に揺動自在に支持された有底筒状の貯水管であることを特徴とする請求項１に記載した原子炉格納容器の冷却設備。
前記間欠排水機構は、前記凝縮水戻り配管の入口を開閉可能な弁体と、前記水室内に貯まった凝縮水による浮力を受けて前記弁体を持ち上げるフロートとを有していることを特徴とする請求項１に記載した原子炉格納容器の冷却設備。
前記間欠排水機構は、前記凝縮水戻り配管から前記水室への連通を遮断するように閉じるとともに、前記水室内に貯まった凝縮水の水圧が所定値を上回ったときに開いて前記水室内の凝縮水を前記凝縮水戻り配管に排水する逆止弁であることを特徴とする請求項１に記載した原子炉格納容器の冷却設備。
前記凝縮水戻り配管に設けられている縮流部と前記水室の上部の空間とを連通する連通管をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載した原子炉格納容器の冷却設備。
原子炉格納容器の冷却に用いる熱交換器の水室の下方に、前記熱交換器で凝縮した凝縮水を貯留するとともにその底壁に多数の貫通孔を有した水槽を備え、
前記貫通孔は、前記水槽から落下する凝縮水を液滴として落下させ、前記水槽の下方に滞留している不凝縮性ガスに接触してこれを溶解させるように構成されていることを特徴とする原子炉格納容器の冷却設備。
原子炉格納容器の冷却に用いる熱交換器の伝熱管の内部に、この伝熱管の内部の流路を分割して凝縮水と不凝縮性のガスとを撹拌混合させる流路分割要素を設けたことを特徴とする原子炉格納容器の冷却設備。
原子炉格納容器の冷却に用いる熱交換器の水室内に貯まった凝縮水を排水するための凝縮水戻り配管の内部に、この凝縮水戻り配管の内部流路を分割して凝縮水と不凝縮性ガスとを撹拌混合させる流路分割要素を設けたことを特徴とする原子炉格納容器の冷却設備。
前記流路分割要素は、その始端と終端との間で捩れている捩れ板であることを特徴とする請求項７または８に記載した原子炉格納容器の冷却設備。
原子炉格納容器の冷却に用いる熱交換器内の空間の少なくとも一部に、不凝縮性ガスを吸着するための活性炭を備えることを特徴とする原子炉格納容器の冷却設備。
原子炉格納容器の冷却に用いる熱交換器の水室内に貯まった凝縮水を排水するための凝縮水戻り配管の入口部分に、前記凝縮水を前記凝縮水戻り配管の内部にシャワー状に流下させるためのシャワー要素を備えていることを特徴とする原子炉格納容器の冷却設備。
前記シャワー要素が、メッシュ構造または多孔質の部材であることを特徴とする請求項１１に記載した原子炉格納容器の冷却設備。
前記シャワー要素は、その半径方向の内側にいくほど前記凝縮水が通過する流路の面積率が高くなるように構成されていることを特徴とする請求項１１または１２に記載した原子炉格納容器の冷却設備。
原子炉格納容器の冷却に用いる熱交換器の水室内に貯まった凝縮水を排水するための凝縮水戻り配管の入口部分に、前記凝縮水戻り配管の内部に落下する凝縮水の流れを前記凝縮水戻り配管の円周方向に不連続とするための櫛歯要素を備えていることを特徴とする原子炉格納容器の冷却設備。