JP2014137239A - Cooling device of spent fuel pool and cooling method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、使用済み燃料の崩壊熱を除去したプール水を、外部動力を利用せず受動的に冷却する技術に関する。 Embodiments of the present invention relate to a technique for passively cooling pool water from which decay heat of spent fuel has been removed without using external power.
原子炉で利用された使用済燃料は、発生する崩壊熱を除去するために、プール水が満たされた貯蔵プールに一時保管される。
そして、この崩壊熱を吸収して昇温したプール水は、既設の燃料プール冷却浄化系(FPC:Fuel Pool Cooling and Filtering System)により、冷却と水質維持がなされる。
Spent fuel used in the nuclear reactor is temporarily stored in a storage pool filled with pool water in order to remove the decay heat generated.
The pool water heated by absorbing the decay heat is cooled and the water quality is maintained by an existing fuel pool cooling and filtering system (FPC).
ところで、非常用を含む外部電源が喪失する事態が発生し、燃料プール冷却浄化系(FPC)が使用不能となった場合は、プール水は昇温し続け蒸発により喪失し、使用済み燃料の崩壊熱の除去ができなくなる。 By the way, when the situation where the external power supply including emergency is lost occurs and the fuel pool cooling and purification system (FPC) becomes unusable, the pool water continues to rise in temperature and is lost due to evaporation, and the spent fuel collapses. Heat cannot be removed.
このように、燃料プール冷却浄化系が使用不能となった場合を想定して、外部動力が利用できない状況においても、プール水を冷却する技術が検討されている。
具体的には、伝熱パイプを設置して貯蔵プール内の熱を外部へ放出する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。
In this way, assuming a case where the fuel pool cooling and purification system becomes unusable, a technique for cooling pool water has been studied even in a situation where external power cannot be used.
Specifically, a technique for installing a heat transfer pipe and releasing the heat in the storage pool to the outside has been proposed (for example, Patent Document 1).
しかし、前記した公知技術によれば、貯蔵プールの内部において、伝熱パイプの設置スペースとして多くが割かれ、使用済み燃料の保管スペースが減少してしまう。
また既設プラントに追設する場合の工事物量増加が懸念される。
さらに、使用済燃料貯蔵プールの上部空間が伝熱パイプの一部に占有される場合、燃料集合体を取り扱うクレーンとの干渉を避けるための設計上の制約が生じる。
However, according to the above-described known technique, a large amount of installation space for the heat transfer pipe is used inside the storage pool, and the storage space for spent fuel is reduced.
In addition, there is a concern about the increase in the amount of construction work when it is added to the existing plant.
Furthermore, when the upper space of the spent fuel storage pool is occupied by a part of the heat transfer pipe, there are design restrictions to avoid interference with the crane handling the fuel assembly.
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、使用済み燃料の保管スペースを減少させることなく、既設プラントにも追設が容易である使用済み燃料プールの受動的な冷却技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a passive cooling technique for a spent fuel pool that can be easily added to an existing plant without reducing the storage space for spent fuel. The purpose is to do.
使用済み燃料プールの冷却装置において、使用済み燃料の崩壊熱を除去するプール水が通常設定温度である場合に液状を示しこの通常設定温度を超える温度で気化する冷媒と、前記冷媒を保持するとともに前記プール水に浸漬される受熱部と、前記受熱部において気化した冷媒を放熱部に移送する移送回路と、前記放熱部において凝縮した液状の冷媒を前記受熱部に返送する返送回路と、を備える。 In the spent fuel pool cooling device, when the pool water for removing decay heat of the spent fuel is at a normal set temperature, the liquid shows a liquid state and vaporizes at a temperature exceeding the normal set temperature, and holds the refrigerant A heat receiving part immersed in the pool water, a transfer circuit for transferring the refrigerant vaporized in the heat receiving part to the heat radiating part, and a return circuit for returning the liquid refrigerant condensed in the heat radiating part to the heat receiving part. .
本発明の実施形態により、使用済み燃料の保管スペースを減少させることなく、既設プラントにも追設が容易である使用済み燃料プールの受動的な冷却技術が提供される。 The embodiment of the present invention provides a passive cooling technique for a spent fuel pool that can be easily added to an existing plant without reducing the storage space for spent fuel.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に示すように、使用済み燃料プールの冷却装置10は、使用済み燃料11の崩壊熱を除去するプール水12が通常設定温度である場合に液状を示しこの通常設定温度を超える温度で気化する冷媒と、この冷媒を保持するとともにプール水12に浸漬される受熱部20と、この受熱部20において気化した冷媒25を放熱部13に移送する移送回路14と、この放熱部13において凝縮した液状の冷媒26を受熱部20に返送する返送回路15と、を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, the spent fuel
原子炉から排出される使用済み核燃料は、複数の角管が格子状に配列してなる燃料ラックに、燃料集合体を単位として収容される。そして、放射線及び崩壊熱が減衰するまで貯蔵プール18において一定期間冷却される。
図1に示される使用済み燃料11は、燃料ラックに複数の使用済み燃料集合体(図示略)が収納されて、貯蔵プール18の底に配置された状態を示している。
Spent nuclear fuel discharged from the nuclear reactor is accommodated in units of fuel assemblies in a fuel rack in which a plurality of square tubes are arranged in a grid. And it cools for a certain period in the
The
なお、燃料集合体は、貯蔵プール18の上部に備え付けられたクレーン(図示略)で吊って、燃料ラックから出し入れされる。
また、この貯蔵プール18には、使用済み燃料11の崩壊熱を吸収して昇温するプール水12を冷却するための、燃料プール冷却浄化系(FPC:図示略)が設けられている。
この燃料プール冷却浄化系(FPC)は、通常で、プール水12の温度が、約50℃、異常時でも約65℃以下になるように設定する。
The fuel assembly is hung by a crane (not shown) provided at the upper part of the
The
This fuel pool cooling and purification system (FPC) is normally set so that the temperature of the
ところで、天災等の被害によって電源が喪失し、燃料プール冷却浄化系(FPC)の機能が失われると、崩壊熱によりプール水12が蒸発し、気中に露出した使用済み燃料11がさらに高温化して損傷するおそれがある。
本実施形態に係る冷却装置10は、このように電源が喪失した場合であっても、外部動力を必要とせずに、昇温したプール水12の冷却を実行するものである。
By the way, when the power supply is lost due to damage such as natural disasters and the function of the fuel pool cooling and purification system (FPC) is lost, the
The
受熱部20の内部に保持されている冷媒は、本実施形態において水が用いられている。
この受熱部20は、保持されている冷媒水がプール水12の沸点温度よりも低温で気化するように、減圧回路30によりその内部気圧が減圧されている。
なお、受熱部20の内部保持される冷媒は、水に限定されるものではなく、プール水12が通常設定温度である場合に液状を示しこの通常設定温度を超える温度で気化するものであれば、適宜採用される。
また、大気圧において、プール水12の沸点(100℃)よりも十分に低い温度で沸騰する冷媒を採用する場合は、減圧回路30を省略することができる。
In the present embodiment, water is used as the refrigerant held inside the
The internal pressure of the
In addition, the refrigerant | coolant hold | maintained inside the
In addition, when a refrigerant boiling at a temperature sufficiently lower than the boiling point (100 ° C.) of the
受熱部20は、貯蔵プール18の内壁と使用済み燃料11との隙間に、プール水12に浸漬するように設けられている。
そして、受熱部20と貯蔵プール18とは、その底部において固定部材27により固定されている。
The
And the
これにより、既設の原子力プラントにおいて使用済み燃料11を抜き取ることなく、受熱部20を追設することができ、貯蔵プール18の上部におけるクレーンの動作が妨げられることもなくなる。
さらに、貯蔵プール18の内壁と使用済み燃料11との隙間が無くなるために、水平方向の耐震性も向上する。
As a result, the
Furthermore, since the gap between the inner wall of the
受熱部20は、図2(A)に示すように、上下に長手方向を揃えて配列する複数の伝熱管21と、これら複数の伝熱管21の下端を連結するとともに返送回路15に接続する凝縮液ヘッダ22と、複数の伝熱管21の上端を連結するとともに移送回路14に接続する蒸気ヘッダ23と、を有している。
As shown in FIG. 2 (A), the
伝熱管21の内側には、液状の冷媒が満たされており、この冷媒はプール水12から熱を吸収して沸騰する。そして、沸騰した蒸気は、上下に長手方向を揃えて配列する複数の伝熱管21の内側を上昇する。
また伝熱管21には、図2(B)の断面図に示すように、その外表面に、プール水12との接触面積を拡大させるフィン24が設けられている。
The inside of the
In addition, as shown in the cross-sectional view of FIG. 2B, the
これにより、プール水12から伝熱管21への伝熱量が増加するために、高温になったプール水12の除熱を効率よく実施することができる。
なお、このフィン24は、伝熱管21の周囲のプール水12の循環が阻害されないように、縦型に設けられることが望ましい。
Thereby, since the amount of heat transfer from the
The
凝縮液ヘッダ22は、返送回路15を経由して放熱部13から返送された液状の冷媒26を受容し、連結接続する複数の伝熱管21にこの冷媒を分配して供給する。
蒸気ヘッダ23は、連結した複数の伝熱管21の内側で沸騰し気化した冷媒25(蒸気)を合流させ、移送回路14を経由して放熱部13にこの蒸気を移送する。
The
The
なお、伝熱管21、凝縮液ヘッダ22及び蒸気ヘッダ23のそれぞれは、ラック(図示略)の内部に格納され固定されている。
このように受熱部20は、主要構成品が一体化しているため、既設の原子力プラントにおいて使用済み燃料11を抜き取ることなく、貯蔵プール18の内壁と使用済み燃料11との隙間に容易に設置することができる。
In addition, each of the
Thus, since the main components are integrated, the
放熱部13は、その上端が移送回路14に接続し、受熱部20から移送されてきた気化した冷媒25(蒸気)を入力し空冷する。
空冷された蒸気は、放熱部13によってその潜熱が外部に放出され、凝縮して液状の冷媒26となって重力によって下方に移動する。
凝縮した液状の冷媒26は、放熱部13の下端に接続する返送回路15を経由して、受熱部20に返送される。
The
The latent heat of the air-cooled vapor is released to the outside by the
The condensed
カバー16は、放熱部13を覆うように設けられ、下部開口34と上部開口35とを有している。
このカバー16の内側では、放熱部13との熱交換に基づくチムニー効果により、下部開口34から上部開口35に抜ける上昇気流19が生じる。
この上昇気流19により、放熱部13が効率的に冷却され、導入した蒸気の全てが凝縮して液状の冷媒26になりさらに冷却される。
The
Inside the
The rising
移送回路14及び返送回路15は、固定部材28により貯蔵プール18の周辺部に固定されており、受熱部20に連結するパーツと、放熱部13に連結するパーツとに分れ、それぞれの先端がフランジ17で接続されている。
このような接続構造を有することにより、受熱部20は、移送回路14及び返送回路15を含めて一体構造にすることができる。
これにより、既設の原子力プラントにおいても使用済み燃料11を抜き取ることなく、容易に冷却装置10を設置することができる。
The
By having such a connection structure, the
As a result, the
減圧回路30には、受熱部20に保持された冷媒にかかる気圧を減圧する減圧ポンプ31と、電源喪失に伴う減圧ポンプ31の停止に連動してこの減圧回路30を開放状態から閉止状態にする開閉弁32と、減圧時において圧力値が設定範囲に含まれるように開度を調整する絞り弁33とが設けられている。
In the
減圧ポンプ31は、開閉弁32が開放状態で動作すると、放熱部13、移送回路14及び受熱部20における系内を、大気圧よりも低圧力に減圧する。これにより、受熱部20に保持された冷媒の沸点が、低下する。
なお、この系内における冷媒の沸点を設定するために、減圧の圧力値が設定範囲に含まれるよう、絞り弁33の開度が調整される。
When the on-off
In order to set the boiling point of the refrigerant in the system, the opening of the
そして、電源喪失となる事態が発生した場合、給電が停止するのに伴い、減圧ポンプ31が停止し、開閉弁32も閉止状態になる。
すると、放熱部13、移送回路14、返送回路15及び受熱部20の系内は、設定された減圧状態を維持したまま密閉状態になる。
そして、使用済み燃料11の崩壊熱により、プール水12の温度が上昇し、冷媒の設定沸点に到達したところで、受熱部20において冷媒が沸騰・気化することによりこのプール水12が除熱される。
When a power loss occurs, as the power supply is stopped, the
Then, the system of the
Then, due to the decay heat of the spent
図3(適宜、図1参照)を参照し、実施形態に係る使用済み燃料プールの冷却装置の動作を説明する。
まず、原子炉プラントが正常運転されている通常状態においては(S11〜S14:No)、開閉弁32が開放状態に設定され(S11)、減圧ポンプ31が作動している(S12)。
そして、系内の圧力値が設定範囲に含まれるように絞り弁33の開度が調整され(S13)、受熱部20内の冷媒の沸騰温度が設定される。
The operation of the spent fuel pool cooling device according to the embodiment will be described with reference to FIG. 3 (see FIG. 1 as appropriate).
First, in a normal state in which the nuclear reactor plant is operating normally (S11 to S14: No), the on-off
Then, the opening of the
そして、緊急事態が発生し(S14:Yes)、電源喪失により燃料プール冷却浄化系(FPC)が停止したとする(S15:Yes)。
すると、この電源喪失に伴って、減圧ポンプ31が停止し(S16)、開閉弁32も閉止状態になる(S17)。
使用済み燃料11の崩壊熱によりプール水12の水温が上昇して(S18:No)、通常設定温度を超えたところで(S18:Yes)、受熱部20に保持されている液状の冷媒の気化が開始する(S19)。
Then, it is assumed that an emergency occurs (S14: Yes) and the fuel pool cooling and purification system (FPC) is stopped due to the loss of power (S15: Yes).
Then, with this power loss, the
When the temperature of the
この冷媒の気化により、プール水12が除熱されるとともに(S20)、この気化した冷媒が移送回路14を経由して放熱部13に移送され(S21)、凝縮して液状の冷媒となって(S22)、受熱部20に返送される(S23)。
そして、この(S19)〜(S23)のフローが、燃料プール冷却浄化系(FPC)の作動が回復するまで繰り返される(S15:No)。
By the vaporization of the refrigerant, the
Then, the flow of (S19) to (S23) is repeated until the operation of the fuel pool cooling and purification system (FPC) is recovered (S15: No).
以上述べた少なくともひとつの実施形態の使用済み燃料プールの冷却装置によれば、プール水に浸漬される受熱部と空冷方式の放熱部とを閉ループ回路で結ぶことにより、動力を必要とせずに受動的にプール水を冷却することが可能となる。 According to the spent fuel pool cooling device of at least one embodiment described above, the heat receiving part immersed in the pool water and the air cooling type heat radiating part are connected by a closed loop circuit, so that passive power is not required. Thus, it becomes possible to cool the pool water.
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples, and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…冷却装置、11…使用済み燃料、12…プール水、13…放熱部、14…移送回路、15…返送回路、16…カバー、17…フランジ、18…貯蔵プール、19…上昇気流、20…受熱部、21…伝熱管、22…凝縮液ヘッダ、23…蒸気ヘッダ、24…フィン、25…気化した冷媒、26…液状の冷媒、27,28…固定部材、30…減圧回路、31…減圧ポンプ、32…開閉弁、33…絞り弁、34…下部開口、35…上部開口。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記冷媒を保持するとともに前記プール水に浸漬される受熱部と、
前記受熱部において気化した冷媒を放熱部に移送する移送回路と、
前記放熱部において凝縮した液状の冷媒を前記受熱部に返送する返送回路と、を備えることを特徴とする使用済み燃料プールの冷却装置。 A refrigerant that shows liquid when the pool water that removes decay heat of spent fuel is at a normal set temperature and vaporizes at a temperature exceeding the normal set temperature;
A heat receiving part that holds the refrigerant and is immersed in the pool water;
A transfer circuit for transferring the refrigerant vaporized in the heat receiving part to the heat radiating part;
A spent fuel pool cooling apparatus, comprising: a return circuit that returns the liquid refrigerant condensed in the heat radiating unit to the heat receiving unit.
上下に長手方向を揃えて配列する複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管の下端を連結するとともに前記返送回路に接続する凝縮液ヘッダと、
前記複数の伝熱管の上端を連結するとともに前記移送回路に接続する蒸気ヘッダと、を有する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の使用済み燃料プールの冷却装置。 The heat receiving part is
A plurality of heat transfer tubes arranged vertically and vertically,
A condensate header connecting the lower ends of the plurality of heat transfer tubes and connecting to the return circuit;
The spent fuel pool cooling device according to any one of claims 1 to 5, further comprising: a steam header that connects upper ends of the plurality of heat transfer tubes and is connected to the transfer circuit.
前記プール水に浸漬された受熱部に保持されている液状の冷媒が気化するステップと、
前記気化した冷媒を放熱部に移送するステップと、
前記放熱部において凝縮した液状の冷媒を前記受熱部に返送するステップと、を含むことを特徴とする使用済み燃料プールの冷却方法。 A step in which pool water for removing decay heat of spent fuel exceeds a normal set temperature;
A step of vaporizing the liquid refrigerant held in the heat receiving part immersed in the pool water;
Transferring the vaporized refrigerant to a heat dissipation unit;
Returning the liquid refrigerant condensed in the heat radiating section to the heat receiving section.
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Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
JP2017508163A (en) * | 2014-03-19 | 2017-03-23 | アレヴァ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングAreva GmbH | COOLING ELEMENT FOR COOLING COOLANT LIQUID IN FUEL ASSEMBLY POOL, Attached System, Fuel Assembly Pool, and Nuclear Technology |
CN106782713A (en) * | 2017-01-05 | 2017-05-31 | 中国原子能科学研究院 | Passive spentnuclear fuel cools down storage device |
KR20230032435A (en) * | 2021-08-31 | 2023-03-07 | 한국수력원자력 주식회사 | Passive cooling apparatus for nuclear reactor |
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2013
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