JP2014219178A - Heat removal device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体の自然循環を利用した除熱装置に関する。 The present invention relates to a heat removal apparatus using natural circulation of fluid.
熱出力密度の高い熱源を電力により冷却する場合、電力の大量消費に伴い、排熱量の増加が懸念される。そこで、この熱源の周囲を取り巻く流体の自然循環を利用して電力の使用を極力抑えた除熱システムが検討されている(例えば特許文献1)。 When a heat source having a high heat output density is cooled by electric power, there is a concern about an increase in the amount of exhaust heat accompanying a large consumption of electric power. Thus, a heat removal system that uses the natural circulation of the fluid surrounding the heat source to minimize the use of electric power has been studied (for example, Patent Document 1).
しかし、流体の自然循環を利用した公知の除熱システムは、熱源に対する流体の循環路を規定した専用スペースを新設する必要があるために、装置が大規模化したり既存設備への適用が困難であったりする課題があった。 However, the known heat removal system using the natural circulation of the fluid needs a new dedicated space that defines the fluid circulation path with respect to the heat source, which makes it difficult to increase the scale of the device or to apply to existing facilities. There was a problem.
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、小型で既存設備への追設が容易であるとともに流体の自然循環による熱交換効率に優れる除熱装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a heat removal device that is small in size and can be easily added to an existing facility and is excellent in heat exchange efficiency by natural circulation of fluid. .
本発明に係る除熱装置において、冷媒が供給される供給口、供給された冷媒を排出する排出口、及び上面から下面にわたって貫通し周囲の流体を通過させる通過孔を有する熱交換部と、上下方向に配列する複数の前記熱交換部の間隙においてこの熱交換部の上面に接する前記流体の領域とその下面に接する前記流体の領域とを仕切る仕切板と、複数の前記熱交換部の前記供給口の各々に連通しさらに前記排出口の各々にも連通して前記冷媒を移動させる冷媒流路と、を備えることを特徴とする。 In the heat removal apparatus according to the present invention, a heat exchange unit having a supply port to which a refrigerant is supplied, a discharge port for discharging the supplied refrigerant, and a passage hole that passes from the upper surface to the lower surface and allows the surrounding fluid to pass through, A partition plate that partitions the fluid region in contact with the upper surface of the heat exchange unit and the fluid region in contact with the lower surface in a gap between the heat exchange units arranged in a direction, and the supply of the plurality of heat exchange units And a refrigerant flow path that communicates with each of the ports and further communicates with each of the discharge ports to move the refrigerant.
本発明により、小型で既存設備への追設が容易であるとともに流体の自然循環による熱交換効率に優れる除熱装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a heat removal apparatus that is small in size and can be easily added to an existing facility and that is excellent in heat exchange efficiency by natural circulation of fluid.
(第1実施形態)
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及び図2に示すように第1実施形態の除熱装置10は、冷媒11a(11)が供給される供給口12、供給された冷媒11b(11)を排出する排出口13(図2(B))、及び上面から下面にわたって貫通し周囲の流体14(14a,14b)を通過させる通過孔15を有する熱交換部16と、上下方向に配列する複数の熱交換部16の間隙においてこの熱交換部の上面17に接する流体の領域18aとその下面19に接する流体の領域18bとを仕切る仕切板20と、複数の熱交換部16の供給口12の各々に連通しさらに排出口13の各々にも連通して冷媒11(11a,11b)を移動させる冷媒流路21(21a,21b)と、を備えている。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
冷媒11(11a,11b)は、液状のまま熱交換部16の内部を通り抜けて、通過孔15を通過する流体14(14a,14b)と熱交換する。
また、冷媒11は、液状で供給口12に供給された後、少なくともその一部が流体14との熱交換により気化してから排出口13より排出される性状を示すものも採用され得る。
The refrigerant 11 (11a, 11b) passes through the inside of the
In addition, the
通過孔15は、その両端が熱交換部16の上面と下面に開口し、互いに混合しないように冷媒11aと流体14aとを熱交換させ、除熱されて比重の増した流体14bを下方向に通過させる。
Both ends of the
仕切板20は、両端がそれぞれ上側の熱交換部16の下面19の一方の縁と下側の熱交換部16の上面17の他方の縁とに接続されている。
このように仕切板20が設けられることにより、上下方向に配列する複数の熱交換部16の上面17に接する流体の領域18aとその下面19に接する流体の領域18bとを仕切る。
仕切板20は、熱伝導係数の小さな断熱材を用いることにより、除熱前の流体14aと除熱後の流体14bが、この仕切板20を隔てて熱交換することを抑制して除熱効率の低下を防止する。
Both ends of the
By providing the
By using a heat insulating material having a small heat conduction coefficient, the
なお、仕切板20は図2(A)に示されるように平板斜面を示す場合の他に種々の形状を取り得る。
例えば、図3(A)に示すように仕切板20Aは、流体14bの案内される方向に沿って曲面構造を示す場合もあるし、図3(B)に示すように両端が直角に曲げられた矩形構造を示す場合もある。
このような構造により、熱交換部の上面17及び下面19と仕切板20A,20Bとの間隔が均一化して各通過孔15(図1)の流量の均一化をもたらし、熱交換部16の伝熱性能の一定化が保たれる。
In addition, the
For example, as shown in FIG. 3 (A), the
With such a structure, the space between the
図2(B)に示すように冷媒流路21aは、複数の熱交換部の供給口12の各々に連通して冷媒11aを熱交換部16に供給する。そして、流体14と熱交換して昇温した冷媒11bは、排出口13の各々に連通する冷媒流路21bにより熱交換部16の外部に排出される。
As illustrated in FIG. 2B, the
冷媒流路21aが接続する供給口12から冷媒流路21bが接続する排出口13にわたり密閉系で構成され、冷媒11が流体14に混合することが防止される。
そして、冷媒流路21の内部は、大気圧よりも減圧された状態を維持することができ、この冷媒流路21の内部圧力を調整することにより、冷媒11の気化温度を調整することができる。
これにより、昇温過程にある流体14に対し、冷媒流路21の内部圧力を調整することにより、除熱装置10の動作開始温度を設定することができる。
A closed system is formed from the
And the inside of the refrigerant | coolant flow path 21 can maintain the state pressure-reduced rather than atmospheric pressure, By adjusting the internal pressure of this refrigerant | coolant flow path 21, the vaporization temperature of the refrigerant |
Thereby, the operation start temperature of the
以上述べた構成により、上下方向に配列する複数の熱交換部16の上面17に接する領域18aにある流体14aは、冷媒11によって除熱されると、通過孔15を通過した後に仕切板20により下面19に接する領域18bに案内される。
このように、除熱前の流体14aと除熱後の流体14bとは、仕切板20を隔てて混合することはない。このために、除熱前の流体14aと冷媒11bとは、温度勾配を大きく維持したまま熱交換部16に供給され続け、効率的な除熱が実現される。
With the configuration described above, the
Thus, the
そして、除熱後の流体14bは、熱交換部の下面19に接する領域18bをさらに下降して、熱源(図示略)に到達する。
この熱源により再加熱された流体14aは、比重が軽くなるために上昇し、再び領域18aにおいて上面17から熱交換部16に入力される。
このようにして、流体14a,14bの自然循環が持続し、熱源により加熱され続ける流体14は、除熱装置10により効率的に除熱処理される。
Then, the
The
In this way, the natural circulation of the
(第2実施形態)
次に図4に基づいて本発明における第2実施形態について説明する。
なお、図4において図2と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described based on FIG.
4, parts having the same configuration or function as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図4に示すように第2実施形態に係る除熱装置10は、熱交換部の下面19において、仕切板20が接続する側とは反対の縁端に、通過孔15(図1)を通過した流体14bを案内する第1案内部材23が設けられている。
これにより、それぞれの熱交換部16において除熱後の流体14bが合流するポイントにおける流体抵抗を小さくすることができる。
As shown in FIG. 4, the
Thereby, in each
さらに、上下方向に配列する複数の熱交換部16の側方に、各々の熱交換部16を通過した流体14bを案内する第2案内部材24が設けられている。
これにより、除熱後の流体14bが拡散して除熱前の流体14aに合流することが防止されるとともに、第2案内部材24の内側に下降流を生じさせ、除熱前の流体14aに対する熱交換部16の吸引力を増大させる。
Furthermore, the
This prevents the
このようにして、第2実施形態に係る除熱装置10では、自然循環量が増加して、流体14の除熱効果を向上させることができる。
Thus, in the
(第3実施形態)
次に図5に基づいて本発明における第3実施形態について説明する。
なお、図5において図2と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
第3実施形態に係る除熱装置10は、上下方向に配列する複数の熱交換部16の間隙において、この熱交換部16を通過する前又は後の流体14を冷却する冷却部材25が設けられている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described based on FIG.
5 that have the same configuration or function as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
The
このような冷却部材25としては、熱交換部16と熱的に連結されているフィン又はヒートパイプとすることができる。
これにより、流体14と熱交換する伝熱面積が増大し、除熱効率の向上が図れる。
Such a
Thereby, the heat transfer area which heat-exchanges with the
図6は、各実施形態に係る除熱装置10が適用された使用済み核燃料の冷却プール30の断面図を示している。
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31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冷却プール30において一定期間冷却される。
FIG. 6 shows a cross-sectional view of a spent nuclear
Spent nuclear fuel discharged from the nuclear reactor is accommodated in a
除熱装置10は、冷却プール30の内壁と使用済み燃料を収容したラック31との隙間に、プール水32に浸漬するように設けられている。
そして、除熱装置10と冷却プール30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。
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を抜き取ることなく、除熱装置10を追設することができる。
The
And the
Thereby, the
熱交換部16の内部に保持されている冷媒は、水が用いられている。
この熱交換部16は、保持されている冷媒水がプール水32の沸点温度よりも低温で気化するように、その内部気圧が流路21a,21bを介して冷媒循環制御部28により減圧されている。
この冷媒循環制御部28は、気化した冷媒を流路21bから受け取ると、冷却して液体に凝縮した冷媒を流路21aを介して熱交換部16に返送する。
Water is used as the refrigerant held inside the
The
When the refrigerant
なお、熱交換部16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32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、使用する冷媒は、通常設定温度を超える温度で気化しないものであってもよく、この場合、冷媒循環制御部28において液状冷媒の除熱機能を備えることにすればよい。
In addition, the refrigerant | coolant hold | maintained inside the
Moreover, the refrigerant | coolant to be used may be a thing which does not evaporate at the temperature exceeding normal setting temperature, and should just provide the heat removal function of a liquid refrigerant in the refrigerant | coolant
天災等の被害によって、通常運転されている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32が蒸発し、気中に露出した燃料ラック31に収容された使用済み燃料がさらに高温化して損傷するおそれがある。
本実施形態に係る除熱装置10は、このような異常事態が発生した場合であっても、わずかな補助動力によりもしくは動力を使用せずに、昇温したプール水32の除熱を実行することができる。
When the function of the fuel pool cooling and purification system (FPC), which is normally operated, is lost due to natural disasters, the
Even if such an abnormal situation occurs, the
以上述べた少なくともひとつの実施形態の除熱装置によれば、上下方向に配列する複数の熱交換部の間隙において仕切板により除熱前の流体と除熱後の流体を仕切ることによって、流体を自然循環させて優れた熱交換効率を発揮する。 According to the heat removal apparatus of at least one embodiment described above, the fluid is separated by partitioning the fluid before heat removal and the fluid after heat removal by the partition plate in the gap between the plurality of heat exchange units arranged in the vertical direction. Naturally circulates and exhibits excellent heat exchange efficiency.
本発明のいくつか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 several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example 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…除熱装置、11(11a,11b)…冷媒、12…供給口、13…排出口、14(14a,14b)…流体、15…通過孔、16…熱交換部、17…熱交換部の上面、18a…熱交換部の上面に接する流体の領域、18b…熱交換部の下面に接する流体の領域、19…熱交換部の下面、20,20A,20B…仕切板、21(21a,21b)…冷媒流路、23…第1案内部材、24…第2案内部材、25…冷却部材、27…固定部材、28…冷媒循環制御部、30…冷却プール、31…燃料ラック、32…プール水。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
上下方向に配列する複数の前記熱交換部の間隙においてこの熱交換部の上面に接する前記流体の領域とその下面に接する前記流体の領域とを仕切る仕切板と、
複数の前記熱交換部の前記供給口の各々に連通しさらに前記排出口の各々にも連通して前記冷媒を移動させる冷媒流路と、を備えることを特徴とする除熱装置。 A heat exchange section having a supply port through which a refrigerant is supplied, a discharge port through which the supplied refrigerant is discharged, and a passage hole that passes from the upper surface to the lower surface and allows the surrounding fluid to pass through;
A partition plate that partitions the fluid region in contact with the upper surface of the heat exchange unit and the fluid region in contact with the lower surface in a gap between the plurality of heat exchange units arranged in the vertical direction;
A heat removal apparatus comprising: a refrigerant flow path that communicates with each of the supply ports of the plurality of heat exchange units and further communicates with each of the discharge ports to move the refrigerant.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013100511A JP2014219178A (en) | 2013-05-10 | 2013-05-10 | Heat removal device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102185670B1 (en) * | 2019-12-18 | 2020-12-02 | 한국수력원자력 주식회사 | Cooling system for steam ejected from pressurizer |
-
2013
- 2013-05-10 JP JP2013100511A patent/JP2014219178A/en active Pending
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KR102185670B1 (en) * | 2019-12-18 | 2020-12-02 | 한국수력원자력 주식회사 | Cooling system for steam ejected from pressurizer |
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