JP2016080301A - Cooling system - Google Patents

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直行 石田
Naoyuki Ishida
直行 石田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance heat removal performance of an air cooling type cooling system.SOLUTION: A cooling system 100 is applied to a nuclear power plant, and includes: a cooling tower 1 including an air suction port 4 for suctioned air; an air cooling heat exchanger 2 housed in the cooling tower 1, and provided on a flow passage of suctioned air in the cooling tower 1; a supply source 6 for fluid having smaller density than suctioned air, provided outside the cooling tower 1; and a supply pipeline 5 connected to the supply source 6 and the cooling tower 1, and supply fluid to the cooling tower 1.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、原子力プラントに適用される冷却システムに関する。   The present invention relates to a cooling system applied to a nuclear power plant.

原子力プラントは、非常時に電源を喪失しても炉心の崩壊熱を除去して原子炉を冷却する必要がある。電源不要の冷却システムとして、空気の自然循環を利用した空冷式のものが提案されている(特許文献1等を参照)。   Nuclear power plants need to cool the reactor by removing the decay heat of the core even if the power supply is lost in an emergency. As a cooling system that does not require a power source, an air-cooled system that utilizes natural circulation of air has been proposed (see Patent Document 1).

特開2013−174447号公報JP 2013-174447 A

しかし、一般的に、自然循環を利用した空冷式の冷却システムは除熱効率が低いため、大きな除熱性能を確保するためにはシステムを大型化する必要がある。   However, in general, an air-cooled cooling system using natural circulation has a low heat removal efficiency, and thus it is necessary to enlarge the system in order to ensure a large heat removal performance.

本発明は上記に鑑みてなされたもので、空冷式の冷却システムの除熱性能を高めることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to improve the heat removal performance of an air-cooled cooling system.

上記目的を達成するために、本発明は、吸気用の空気取込口を備える冷却塔と、前記冷却塔に収納され、該冷却塔における吸気の流路上に設けられた空冷熱交換器と、前記冷却塔の外部に設けられた前記吸気よりも密度の小さい流体の供給源と、前記供給源と前記冷却塔とを接続し、前記流体を前記冷却塔に供給する供給配管とを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a cooling tower having an air intake port for intake air, an air-cooled heat exchanger housed in the cooling tower and provided on a flow path of intake air in the cooling tower, A fluid supply source having a density lower than that of the intake air provided outside the cooling tower; and a supply pipe that connects the supply source and the cooling tower and supplies the fluid to the cooling tower. Features.

本発明によれば、空冷式の冷却システムの除熱性能を高めることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat removal performance of an air cooling type cooling system can be improved.

本発明の第1実施形態に係る冷却システムの一構成例の概略構成を表す縦断面図である。It is a longitudinal section showing a schematic structure of one example of composition of a cooling system concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る冷却システムを適用した原子力プラントの一構成例の概略構成を表す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view showing the schematic structure of one structural example of the nuclear power plant to which the cooling system which concerns on 2nd Embodiment of this invention is applied. 本発明の第3実施形態に係る冷却システムを適用した原子力プラントの一構成例の概略構成を表す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view showing the schematic structure of one structural example of the nuclear power plant to which the cooling system which concerns on 3rd Embodiment of this invention is applied. 蒸気の供給量と自然循環流量との関係を例示する図である。It is a figure which illustrates the relationship between the supply amount of steam, and the natural circulation flow rate.

<第1実施形態>
(構成)
図1は、本実施形態に係る冷却システムの一構成例の概略構成を表す縦断面図である。
<First Embodiment>
(Constitution)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view illustrating a schematic configuration of a configuration example of the cooling system according to the present embodiment.

図1に示すように、本実施形態に係る冷却システム100は冷却塔1、空冷熱交換器2、供給配管5及びタンク(供給源)6を備えている。   As shown in FIG. 1, the cooling system 100 according to this embodiment includes a cooling tower 1, an air-cooled heat exchanger 2, a supply pipe 5, and a tank (supply source) 6.

冷却塔1は、例えば上方に延びる煙突状に形成されていて、上部の冷却塔出口8が開口している。冷却塔1は吸気用の空気取込口4を備えている。この空気取込口4を介して外部の空気が吸気として冷却塔1に取り込まれる。空気取込口4は、冷却塔1を構成する壁面のうち空冷熱交換器2付近の少なくとも一部(図1では、冷却塔1の下端部の2箇所)に設けられている。   The cooling tower 1 is formed in a chimney shape extending upward, for example, and an upper cooling tower outlet 8 is opened. The cooling tower 1 includes an air intake 4 for intake air. External air is taken into the cooling tower 1 as intake air through the air intake 4. The air intake 4 is provided in at least a part of the wall surface constituting the cooling tower 1 in the vicinity of the air-cooling heat exchanger 2 (in FIG. 1, two locations at the lower end of the cooling tower 1).

空冷熱交換器2は冷却塔1に収納されていて、冷却塔1における空気の流路上(空気取込口4と冷却塔出口8の間)に設けられている。空冷熱交換器2は複数本の伝熱管3を備えている。伝熱管3の一端側には被冷却流体供給配管(第1の配管)34が接続し、第1の配管34を介して周囲の空気よりも高温の被冷却流体が供給される。空冷熱交換器2は、第1の配管34を介して被冷却流体を発生させた設備から供給される被冷却流体と冷却塔1内の空気を熱交換することで被冷却流体を冷却する。伝熱管3の他端側には被冷却流体戻し配管(第2の配管)35が接続し、空冷熱交換器2での熱交換により冷却された被冷却流体を発生元の設備に戻す。なお、空冷熱交換器2の伝熱管3の本数は、必要な除熱性能を考慮して任意に設定することができる。   The air-cooling heat exchanger 2 is accommodated in the cooling tower 1 and is provided on the air flow path in the cooling tower 1 (between the air intake 4 and the cooling tower outlet 8). The air cooling heat exchanger 2 includes a plurality of heat transfer tubes 3. A cooled fluid supply pipe (first pipe) 34 is connected to one end side of the heat transfer pipe 3, and a cooled fluid that is hotter than the surrounding air is supplied via the first pipe 34. The air-cooled heat exchanger 2 cools the cooled fluid by exchanging heat between the cooled fluid supplied from the facility that has generated the cooled fluid via the first pipe 34 and the air in the cooling tower 1. A cooled fluid return pipe (second pipe) 35 is connected to the other end side of the heat transfer tube 3, and the cooled fluid cooled by heat exchange in the air-cooled heat exchanger 2 is returned to the source equipment. In addition, the number of the heat exchanger tubes 3 of the air-cooling heat exchanger 2 can be arbitrarily set in consideration of necessary heat removal performance.

タンク6は、冷却塔1に取り込まれる空気より密度の小さい流体(供給流体)の供給源として冷却塔1の外部に設けられている。タンク6から冷却塔1に供給される供給流体としては、例えば、蒸気の他、ヘリウム等の同じ温度において空気より軽い気体がある。   The tank 6 is provided outside the cooling tower 1 as a supply source of a fluid (supply fluid) having a density lower than that of air taken into the cooling tower 1. Examples of the supply fluid supplied from the tank 6 to the cooling tower 1 include a gas that is lighter than air at the same temperature, such as helium, in addition to steam.

供給配管5はタンク6と冷却塔1とを接続している。単に出口開口が冷却塔1の内部に臨んでいれば良いが、本実施形態では供給配管5は冷却塔1の壁面を貫通して冷却塔1の内部まで延在し、上向きに開口している。本実施形態では、供給配管5は、空冷熱交換器2より上方の位置で冷却塔1に接続し、冷却塔1内において空冷熱交換器2より上方の位置で開口している。供給配管5には流量調整バルブ32が設けられている。流量調整バルブ32を操作することにより、冷却塔1に供給する供給流体の流量を調整することができる。なお、流量調整バルブ32は人力で操作されても良く、中央制御室(不図示)からの信号により操作されても良い。   The supply pipe 5 connects the tank 6 and the cooling tower 1. Although it is only necessary that the outlet opening faces the inside of the cooling tower 1, in this embodiment, the supply pipe 5 extends through the wall surface of the cooling tower 1 to the inside of the cooling tower 1 and opens upward. . In the present embodiment, the supply pipe 5 is connected to the cooling tower 1 at a position above the air-cooling heat exchanger 2 and is opened at a position above the air-cooling heat exchanger 2 in the cooling tower 1. The supply pipe 5 is provided with a flow rate adjusting valve 32. By operating the flow rate adjusting valve 32, the flow rate of the supply fluid supplied to the cooling tower 1 can be adjusted. The flow rate adjustment valve 32 may be operated manually or may be operated by a signal from a central control room (not shown).

(動作)
空冷熱交換器2の伝熱管3に被冷却流体が供給され、空冷熱交換器2で被冷却流体と空気の熱交換が行われると、空気の温度が上昇し、被冷却流体の温度が低下する。空気は、一般的に、温度が上昇すると密度が低下するため、空冷熱交換器2での熱交換により温度が上昇した空気は浮力により冷却塔1内を上昇し、冷却塔出口8から大気中へ放出される。冷却塔1内の空気が大気中に放出されると、放出された空気量に相当する量の空気が空気取込口4から冷却塔1内に新たに取り込まれる。このようにして、冷却塔1内に空気が自然力で取り込まれる自然循環が生じる。以下、自然力により冷却塔1に取り込まれる空気の流量を自然循環流量と言う。
(Operation)
When the fluid to be cooled is supplied to the heat transfer tube 3 of the air-cooling heat exchanger 2 and heat exchange is performed between the fluid to be cooled and the air in the air-cooling heat exchanger 2, the temperature of the air increases and the temperature of the fluid to be cooled decreases. To do. Since the density of air generally decreases as the temperature rises, the air whose temperature has risen due to heat exchange in the air-cooled heat exchanger 2 rises in the cooling tower 1 by buoyancy, and enters the atmosphere from the outlet 8 of the cooling tower. Is released. When the air in the cooling tower 1 is released into the atmosphere, an amount of air corresponding to the amount of released air is newly taken into the cooling tower 1 from the air intake 4. In this way, natural circulation in which air is naturally taken into the cooling tower 1 occurs. Hereinafter, the flow rate of air taken into the cooling tower 1 by natural force is referred to as a natural circulation flow rate.

ところで、温められた空気に働く浮力Fは式(1)で表される。
F=(ρ−ρ)gH・・・式(1)
但し、ρ:冷却塔外の空気の密度、ρ:冷却塔内の空気の密度、g:重力加速度、H:冷却塔高さ
By the way, the buoyancy F acting on the warmed air is expressed by Expression (1).
F = (ρ −ρ h ) gH (1)
Where ρ : density of air outside the cooling tower, ρ h : density of air inside the cooling tower, g: gravitational acceleration, H: cooling tower height

自然循環流量を増加させるには、冷却塔1内の空気の浮力を増加させて、冷却塔1から大気中に放出される空気の量を増加させればよい。式(1)から、冷却塔1内の空気の浮力を増加させるには、冷却塔1の冷却塔高さHを高くするか、冷却塔1内の空気の密度ρを小さくすればよいことが分かる。 In order to increase the natural circulation flow rate, the air buoyancy in the cooling tower 1 may be increased to increase the amount of air released from the cooling tower 1 into the atmosphere. From formula (1), in order to increase the buoyancy of the air in the cooling tower 1, the cooling tower height H of the cooling tower 1 should be increased or the air density ρ h in the cooling tower 1 should be reduced. I understand.

本実施形態では、流量調整バルブ32を操作してタンク6内から供給配管5を介して空冷熱交換器2よりも上方の位置で冷却塔1内に供給流体を供給する。上述のように、供給流体の密度は冷却塔1内の空気の密度より小さいため、供給流体を供給した後の冷却塔1内の空気と供給流体との混合気の密度ρmは、供給気体を供給する前の冷却塔1内の空気の密度ρよりも小さくなる。したがって、式(1)に示すように、供給気体を供給した後の冷却塔1内の混合気の浮力は、供給気体を供給する前の冷却塔1内の空気の浮力よりも大きくなる。その結果、冷却塔1から大気中に放出される空気の量が増加し、自然循環流量が増加する。 In the present embodiment, the supply fluid is supplied into the cooling tower 1 at a position above the air-cooling heat exchanger 2 from the tank 6 through the supply pipe 5 by operating the flow rate adjustment valve 32. As described above, since the density of the supply fluid is smaller than the density of the air in the cooling tower 1, the density ρ m of the mixture of the air in the cooling tower 1 and the supply fluid after the supply fluid is supplied is the supply gas. It becomes smaller than the density ρ h of the air in the cooling tower 1 before supplying. Therefore, as shown in the equation (1), the buoyancy of the air-fuel mixture in the cooling tower 1 after supplying the supply gas is larger than the buoyancy of the air in the cooling tower 1 before supplying the supply gas. As a result, the amount of air released from the cooling tower 1 into the atmosphere increases, and the natural circulation flow rate increases.

(実施例1)
本実施例では、大気圧条件で30℃の空気の密度ρを約1.17kg/m、熱交換器で温められて100℃になった空気の密度ρを0.93kg/m、100℃の蒸気の密度を0.60kg/mとする。
Example 1
In this embodiment, the atmospheric pressure condition in the density [rho of 30 ° C. in air to about 1.17 kg / m 3, the density of the air became 100 ° C. warmed in heat exchanger [rho h a 0.93 kg / m 3 The density of steam at 100 ° C. is 0.60 kg / m 3 .

冷却塔1内の空気質量流量の20%に相当する量の供給流体を冷却塔1内に供給すると、冷却塔1内の混合気の密度ρmは0.84kg/mとなる。その結果、冷却塔1の内部の混合気の密度ρmと冷却塔1の外部の空気の密度ρとの密度差が0.24kg/mから0.33kg/mに増加するため、式(1)に示すように、供給気体を供給した後の冷却塔1内の混合気の浮力は供給気体を供給する前の冷却塔1内の空気の浮力に比べて約38%増加する。上述のように、冷却塔1内の混合気の浮力が増加すると、自然循環流量が増加する。自然循環流量が増加すると、冷却塔1に取り込まれる空気の流速も上昇するため、空冷熱交換器2の伝熱管3での圧力損失が増加する。冷却塔1内に取り込まれる空気の流速は、この圧力損失の増加分と浮力の増加分とが一致するように決まる。圧力損失は空気の流速の二乗に比例することから、浮力が38%増加することにより冷却塔1に取り込まれる空気の流速は約17%増加する。単相流の強制対流熱伝達率は、一般に流速の0.8乗に比例するため、空冷熱交換器2における伝熱量は約13%向上する。 When an amount of supply fluid corresponding to 20% of the air mass flow rate in the cooling tower 1 is supplied into the cooling tower 1, the density ρ m of the air-fuel mixture in the cooling tower 1 becomes 0.84 kg / m 3 . As a result, the density difference between the density [rho density [rho m with external air cooling tower 1 of the air-fuel mixture inside the cooling tower 1 is increased from 0.24 kg / m 3 to 0.33 kg / m 3, As shown in Equation (1), the buoyancy of the air-fuel mixture in the cooling tower 1 after supplying the supply gas is increased by about 38% compared to the buoyancy of the air in the cooling tower 1 before supplying the supply gas. As described above, when the buoyancy of the air-fuel mixture in the cooling tower 1 increases, the natural circulation flow rate increases. When the natural circulation flow rate increases, the flow rate of the air taken into the cooling tower 1 also increases, so that the pressure loss in the heat transfer tube 3 of the air-cooled heat exchanger 2 increases. The flow rate of the air taken into the cooling tower 1 is determined so that the increase in pressure loss and the increase in buoyancy coincide. Since the pressure loss is proportional to the square of the air flow velocity, the flow velocity of the air taken into the cooling tower 1 increases by about 17% when the buoyancy increases by 38%. Since the forced convection heat transfer coefficient of the single-phase flow is generally proportional to the 0.8th power of the flow velocity, the heat transfer amount in the air-cooled heat exchanger 2 is improved by about 13%.

(効果)
(1)本実施形態によれば、空気より密度の小さい供給流体を冷却塔1内に供給することで、冷却塔1内の混合気の浮力を増加させることができる。これにより、冷却塔1から大気中に放出される空気量を増加させることができ、自然循環流量を増加させることができる。自然循環流量が増加すると冷却塔1に取り込まれる空気の流速が増加するため、空冷熱交換器2における伝熱量を増加させ、冷却システム100の除熱性能を高めることができる。
(effect)
(1) According to this embodiment, the buoyancy of the air-fuel mixture in the cooling tower 1 can be increased by supplying the supply fluid having a density lower than that of air into the cooling tower 1. As a result, the amount of air released from the cooling tower 1 into the atmosphere can be increased, and the natural circulation flow rate can be increased. When the natural circulation flow rate increases, the flow rate of the air taken into the cooling tower 1 increases, so that the heat transfer amount in the air-cooling heat exchanger 2 can be increased and the heat removal performance of the cooling system 100 can be enhanced.

(2)一般的に、空気の自然循環を利用した冷却システムの除熱性能を向上させる方法として、熱交換器に用いられる伝熱管にフィンを取り付けて伝熱面積を増加させる、冷却塔の高さを高くして空気の自然循環流量を増加させる等の方法がある。しかしながら、これらの方法では熱交換器や冷却塔が大型化する。さらに、コストが大幅に増加する可能性もある。   (2) Generally, as a method for improving the heat removal performance of a cooling system using natural circulation of air, fins are attached to heat transfer tubes used in heat exchangers to increase the heat transfer area. There is a method of increasing the natural circulation flow rate of air by increasing the height. However, these methods increase the size of the heat exchanger and the cooling tower. In addition, the cost may increase significantly.

これに対し、本実施形態では、タンク6と冷却塔1を供給配管5で接続し、タンク6から冷却塔1に供給配管5を介して供給流体を供給することにより、冷却システム100の除熱性能を向上させている。これにより、大きさを同等としつつ、高性能の冷却システムとすることができる。したがって、空冷熱交換器2や冷却塔1が大型化することがない。さらに、コストの大幅な増加を抑えることもできる。   On the other hand, in this embodiment, the tank 6 and the cooling tower 1 are connected by the supply pipe 5, and the supply fluid is supplied from the tank 6 to the cooling tower 1 through the supply pipe 5, thereby removing heat from the cooling system 100. Improves performance. Thereby, it can be set as a highly efficient cooling system, making a magnitude | size equivalent. Therefore, the air-cooling heat exchanger 2 and the cooling tower 1 are not increased in size. Furthermore, a significant increase in cost can be suppressed.

(3)本実施形態では、冷却システム100の除熱性能を向上させた分、空冷熱交換器2が備える伝熱管3の本数を減らしたり、伝熱管3の長さを短縮したり、或いは冷却塔1の高さを低くして冷却システム100を小型化させても十分な除熱性能を確保することができる。これにより、性能を同等としつつ、小型化させた冷却システムとすることができる。したがって、コストを低減させることができる。また、冷却システム100の利便性を高めることができ、適用範囲を拡大させることができる。   (3) In the present embodiment, the number of heat transfer tubes 3 provided in the air-cooling heat exchanger 2 is reduced, the length of the heat transfer tubes 3 is shortened, or cooling is performed by the amount that the heat removal performance of the cooling system 100 is improved. Even if the height of the tower 1 is lowered to downsize the cooling system 100, sufficient heat removal performance can be ensured. Thereby, it can be set as the cooling system reduced in size, making performance equivalent. Therefore, cost can be reduced. Moreover, the convenience of the cooling system 100 can be improved and the applicable range can be expanded.

(4)空冷熱交換器2よりも下方から、吸気より高温の供給流体(例えば、蒸気)を供給する場合でも、上述のように冷却塔1内の混合気の密度が低下して浮力が増加し、除熱性能向上の効果が得られる。但し、空冷熱交換器2には多数の伝熱管3が設置され流路面積が狭くなっているため、伝熱管3の周囲の混合気の流速は増加する。伝熱管3の周囲の混合気の流速が増加すると、伝熱管3の圧力損失が増加するため、冷却塔1に取り込まれる新たな空気量が減少し、その分だけ除熱性能向上の効果が弱まる。また、高温の蒸気と混合した混合気の温度は吸気よりも高温であり、空冷熱交換器2の伝熱管3に供給された被冷却流体との温度差が小さくなる分だけ除熱性能向上の効果を得る上で不利に働く。   (4) Even when supplying a supply fluid (for example, steam) higher than the intake air from below the air-cooling heat exchanger 2, the density of the air-fuel mixture in the cooling tower 1 decreases and the buoyancy increases as described above. In addition, the effect of improving the heat removal performance can be obtained. However, since the air cooling heat exchanger 2 is provided with a large number of heat transfer tubes 3 and the flow path area is narrow, the flow rate of the air-fuel mixture around the heat transfer tubes 3 increases. When the flow velocity of the air-fuel mixture around the heat transfer tube 3 increases, the pressure loss of the heat transfer tube 3 increases, so the amount of new air taken into the cooling tower 1 decreases, and the effect of improving the heat removal performance is weakened accordingly. . In addition, the temperature of the air-fuel mixture mixed with the high-temperature steam is higher than that of the intake air, and the heat removal performance is improved by the amount that the temperature difference from the fluid to be cooled supplied to the heat transfer pipe 3 of the air-cooling heat exchanger 2 becomes smaller. Work adversely in getting the effect.

これに対し、本実施形態では、冷却塔1内において空冷熱交換器2より上方の位置で開口するように供給配管5を配置し、空冷熱交換器2よりも上方の位置で供給流体を冷却塔1に供給している。そのため、伝熱管3の圧力損失の増加を抑制することができる。空冷熱交換器2の上方の空間は流路面積が広いため、混合気の流速が増加しても圧力損失の増加分は浮力の増加分に対して十分小さい。また、伝熱管3に供給された被冷却流体を冷却塔1に取り込まれた常温の(加熱されていない)空気と熱交換させることができる。よって、冷却システム100の除熱性能をより効果的に高めることができる。   On the other hand, in the present embodiment, the supply pipe 5 is disposed so as to open at a position above the air-cooling heat exchanger 2 in the cooling tower 1, and the supply fluid is cooled at a position above the air-cooling heat exchanger 2. Supplying to the tower 1. Therefore, an increase in pressure loss of the heat transfer tube 3 can be suppressed. Since the space above the air-cooling heat exchanger 2 has a large flow path area, the increase in pressure loss is sufficiently small relative to the increase in buoyancy even if the flow rate of the air-fuel mixture increases. Further, the fluid to be cooled supplied to the heat transfer tube 3 can be heat-exchanged with normal-temperature (unheated) air taken into the cooling tower 1. Therefore, the heat removal performance of the cooling system 100 can be improved more effectively.

(5)仮に供給流体が供給過多になると、冷却塔出口8を介する混合気の放出が追い付かず、空気取込口4からの吸気が阻害され、又は減少し、除熱効果の低下が懸念される。それに対し、本実施形態では、供給配管5に流量調整バルブ32を設け、供給源6から冷却塔1に供給される供給流体の流量を調整することができる。そのため、供給源6から冷却塔1に過度に供給流体が供給されることにより空気取入口4を介して冷却塔1に取り込まれる空気量が減少することを抑制することができる。   (5) If the supply fluid becomes excessively supplied, the release of the air-fuel mixture through the cooling tower outlet 8 cannot catch up, and the intake from the air intake 4 is hindered or reduced, and there is a concern that the heat removal effect may be reduced. The On the other hand, in the present embodiment, the flow rate adjustment valve 32 is provided in the supply pipe 5, and the flow rate of the supply fluid supplied from the supply source 6 to the cooling tower 1 can be adjusted. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the amount of air taken into the cooling tower 1 through the air intake 4 due to excessive supply fluid supplied from the supply source 6 to the cooling tower 1.

(6)本実施形態では、冷却塔1において空気が自然循環する。そのため、電源不要で被冷却流体を冷却することができる。   (6) In the present embodiment, air naturally circulates in the cooling tower 1. Therefore, the fluid to be cooled can be cooled without the need for a power source.

<第2実施形態>
(構成)
図2は本実施形態に係る冷却システムを適用した原子力プラントの一構成例の概略構成を表す縦断面図である。図2において、上記第1実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
Second Embodiment
(Constitution)
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a configuration example of a nuclear power plant to which the cooling system according to the present embodiment is applied. In FIG. 2, parts that are the same as in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted as appropriate.

図2に示すように、本実施形態に係る原子力プラント200は、原子炉格納施設201及び冷却システム202を備えている。以下、各構成要素について説明する。   As shown in FIG. 2, the nuclear power plant 200 according to this embodiment includes a nuclear reactor containment facility 201 and a cooling system 202. Hereinafter, each component will be described.

1.原子炉格納施設
原子炉格納施設201は、原子炉圧力容器10、原子炉格納容器11及び原子炉建屋12を備えている。原子炉建屋12には原子炉格納容器11が収納されている。原子炉格納容器11には原子炉圧力容器10が格納されている。原子炉圧力容器10内には炉心15が配置されている。特に図示していないが、炉心15により原子炉圧力容器10で発生した蒸気はタービンに供給されてタービンを駆動し、タービンの回転動力が発電機に伝えられて発電される。原子炉格納容器11の内部には、原子炉圧力容器10の下端側を取り囲むようにサプレッションチェンバ43が設けられている。サプレッションチェンバ43の内部には水が貯えられている。サプレッションチェンバ43には吸引配管45が設けられている。吸引配管45の一端側はサプレッションチェンバ43の水中に配され、他端側はポンプ46に接続している。ポンプ46には吐出配管47の一端側が接続している。吐出配管47の他端側は原子炉圧力容器10に接続している。ポンプ46は、原子炉圧力容器10からの蒸気流で駆動されるタービン48と接続されている。このため、ポンプ46は外部電源なしに蒸気タービン48で駆動され、吸引配管45を介してサプレッションチェンバ43の水を吸い上げ、吐出配管47を介して原子炉圧力容器10に水を供給する。
1. Reactor containment facility The reactor containment facility 201 includes a reactor pressure vessel 10, a reactor containment vessel 11, and a reactor building 12. A reactor containment vessel 11 is stored in the reactor building 12. A reactor pressure vessel 10 is stored in the reactor containment vessel 11. A reactor core 15 is disposed in the reactor pressure vessel 10. Although not particularly illustrated, steam generated in the reactor pressure vessel 10 by the reactor core 15 is supplied to the turbine to drive the turbine, and the rotational power of the turbine is transmitted to the generator to generate power. A suppression chamber 43 is provided inside the reactor containment vessel 11 so as to surround the lower end side of the reactor pressure vessel 10. Water is stored in the suppression chamber 43. The suppression chamber 43 is provided with a suction pipe 45. One end side of the suction pipe 45 is disposed in the water of the suppression chamber 43, and the other end side is connected to the pump 46. One end of a discharge pipe 47 is connected to the pump 46. The other end side of the discharge pipe 47 is connected to the reactor pressure vessel 10. The pump 46 is connected to a turbine 48 that is driven by the steam flow from the reactor pressure vessel 10. Therefore, the pump 46 is driven by the steam turbine 48 without an external power source, sucks up water in the suppression chamber 43 through the suction pipe 45, and supplies water to the reactor pressure vessel 10 through the discharge pipe 47.

2.冷却システム
本実施形態に係る冷却システム202は水冷システム203と空冷システム204とを備えている。本実施形態に係る冷却システム202は、タンク6の代わりに水冷システム203を供給流体の供給源として備えている点で第1実施形態の冷却システム100と異なる。第1実施形態との相違点を中心に順次説明していく。
2. Cooling System The cooling system 202 according to this embodiment includes a water cooling system 203 and an air cooling system 204. The cooling system 202 according to the present embodiment is different from the cooling system 100 of the first embodiment in that a water cooling system 203 is provided as a supply source of the supply fluid instead of the tank 6. Description will be made sequentially focusing on differences from the first embodiment.

・水冷システム
水冷システム203は、原子炉建屋12内に設けられ、水冷熱交換器21、冷却水プール23、被冷却流体供給配管(第3の配管)39及び被冷却流体回収配管(第4の配管)40を備えている。
Water cooling system The water cooling system 203 is provided in the reactor building 12, and includes a water cooling heat exchanger 21, a cooling water pool 23, a cooled fluid supply pipe (third pipe) 39, and a cooled fluid recovery pipe (fourth Piping) 40 is provided.

冷却水プール23は原子炉圧力容器10よりも低位置に設けられていて、本実施形態では、地面よりも低位置に設けられている。冷却水プール23の内部には冷却水24が貯えられている。冷却水24としては、純水が好ましいが、非常用としては海水等でも良い。冷却水プール23は外部から冷却水を給水できるように構成されている。   The cooling water pool 23 is provided at a position lower than the reactor pressure vessel 10, and is provided at a position lower than the ground in this embodiment. Cooling water 24 is stored inside the cooling water pool 23. As the cooling water 24, pure water is preferable, but seawater or the like may be used for emergency. The cooling water pool 23 is configured to be able to supply cooling water from the outside.

第3の配管39は、原子炉圧力容器10に接続し、電源喪失等の非常時に原子炉圧力容器10内で発生する被冷却流体(蒸気)を水冷システム203に供給するためのものである。遮断弁51および52を開放することにより水冷システム203が起動する。遮断弁51および52は、原子力プラント200が通常稼働状態にあるときは閉状態にあり、電源喪失等の非常時に開状態になる。遮断弁51および52は人力で操作されても良く、中央制御室(不図示)からの信号により操作されても良い。第3の配管39にはチョーキングオリフィス41が設けられている。チョーキングオリフィス41を設けることにより、開口面積で水冷熱交換器21に供給する被冷却流体の流量を設定することができる。流速は音速を超えることがないため、チョーキングオリフィス41における被冷却流体の速度上限を制限することができるからである。   The third pipe 39 is connected to the reactor pressure vessel 10 and supplies the fluid to be cooled (steam) generated in the reactor pressure vessel 10 in the event of an emergency such as power loss to the water cooling system 203. By opening the shut-off valves 51 and 52, the water cooling system 203 is activated. The shut-off valves 51 and 52 are closed when the nuclear power plant 200 is in a normal operation state, and are opened in an emergency such as loss of power. The shut-off valves 51 and 52 may be operated manually, or may be operated by a signal from a central control room (not shown). A choking orifice 41 is provided in the third pipe 39. By providing the choking orifice 41, the flow rate of the fluid to be cooled to be supplied to the water-cooled heat exchanger 21 can be set with the opening area. This is because the upper limit of the speed of the fluid to be cooled in the choking orifice 41 can be limited because the flow velocity does not exceed the speed of sound.

水冷熱交換器21は冷却水プール23の冷却水24中に収納されていて、複数本の伝熱管22を備えている。伝熱管22の一端側は第3の配管39を介して原子炉圧力容器10に接続し、第3の配管39を介して被冷却流体として原子炉圧力容器10で発生した蒸気が供給される。水冷熱交換器21は、第3の配管39を介して原子炉圧力容器10から供給される被冷却流体と冷却水プール23内の冷却水24を熱交換することで被冷却流体を冷却する。伝熱管22の他端側は第4の配管40を介してサプレッションチェンバ43に接続し、水冷熱交換器21での熱交換により冷却された被冷却流体がサプレッションチェンバ43に送られる。第4の配管40にはチョーキングオリフィス42が設けられている。チョーキングオリフィス42は第3の配管39に設けられたチョーキングオリフィス41と同様のものである。なお、水冷熱交換器21の伝熱管22の本数は、必要な除熱性能を考慮して任意に設定することができる。   The water cooling heat exchanger 21 is accommodated in the cooling water 24 of the cooling water pool 23 and includes a plurality of heat transfer tubes 22. One end of the heat transfer tube 22 is connected to the reactor pressure vessel 10 via a third pipe 39, and steam generated in the reactor pressure vessel 10 is supplied as a cooled fluid via the third pipe 39. The water-cooled heat exchanger 21 cools the cooled fluid by exchanging heat between the cooled fluid supplied from the reactor pressure vessel 10 via the third pipe 39 and the cooling water 24 in the cooling water pool 23. The other end side of the heat transfer tube 22 is connected to the suppression chamber 43 via the fourth pipe 40, and the fluid to be cooled that has been cooled by heat exchange in the water-cooled heat exchanger 21 is sent to the suppression chamber 43. The fourth piping 40 is provided with a choking orifice 42. The choking orifice 42 is the same as the choking orifice 41 provided in the third pipe 39. In addition, the number of the heat exchanger tubes 22 of the water-cooled heat exchanger 21 can be arbitrarily set in consideration of necessary heat removal performance.

2−2.空冷システム
本実施形態では、空冷システム204の供給配管5は水冷システム203の冷却水プール23と冷却塔1を接続している。つまり、本実施形態では、水冷熱交換器21での熱交換により冷却水プール23で発生した蒸気が供給配管5を介して冷却塔1に供給される。
2-2. Air Cooling System In this embodiment, the supply pipe 5 of the air cooling system 204 connects the cooling water pool 23 of the water cooling system 203 and the cooling tower 1. That is, in this embodiment, steam generated in the cooling water pool 23 by heat exchange in the water-cooled heat exchanger 21 is supplied to the cooling tower 1 via the supply pipe 5.

供給配管5における流量調整バルブ32よりも上流側の位置からは放出配管7が分岐している。放出配管7は、供給配管5を介して冷却水プール23から冷却塔1に供給される蒸気の一部を大気中に放出するものである。放出配管7には流量調整バルブ33が設けられている。流量調整バルブ33を操作することにより大気中に放出する蒸気量を調整することができる。例えば、流量調整バルブ32,33の開度により冷却塔1に供給する蒸気量が調整される。なお、流量調整バルブ33は流量調整バルブ32と同様、人力で操作されても良く、中央制御室(不図示)からの信号により操作されても良い。   A discharge pipe 7 branches from a position upstream of the flow rate adjustment valve 32 in the supply pipe 5. The discharge pipe 7 discharges a part of the steam supplied from the cooling water pool 23 to the cooling tower 1 through the supply pipe 5 into the atmosphere. The discharge pipe 7 is provided with a flow rate adjusting valve 33. By operating the flow rate adjusting valve 33, the amount of steam released into the atmosphere can be adjusted. For example, the amount of steam supplied to the cooling tower 1 is adjusted by the opening degree of the flow rate adjusting valves 32 and 33. The flow rate adjustment valve 33 may be operated manually as in the case of the flow rate adjustment valve 32, or may be operated by a signal from a central control room (not shown).

本実施形態の空冷システム204では、第1の配管34及び第2の配管35が原子炉圧力容器10に設けられた熱交換器13に接続している。本実施形態では、電源喪失等の非常時に原子炉圧力容器10で発生した被冷却流体が熱交換器13を介して第1の配管34により空冷熱交換器2の伝熱管3に供給され、空冷熱交換器2での熱交換により冷却され、第2の配管35により熱交換器13に戻され、原子炉圧力容器10で発生した被冷却流体と熱交換する。本実施形態では、第1の配管34及び第2の配管35に遮断弁(第1の弁)36及び遮断弁(第2の弁)37が設けられている。第1の弁36及び第2の弁37は、原子力プラントが通常稼働状態にあるときは閉状態にあり、電源喪失等の非常時に開状態になる。第1の弁36及び第2の弁37は人力で操作されても良く、中央制御室(不図示)からの信号により操作されても良い。   In the air cooling system 204 of the present embodiment, the first pipe 34 and the second pipe 35 are connected to the heat exchanger 13 provided in the reactor pressure vessel 10. In the present embodiment, the fluid to be cooled generated in the reactor pressure vessel 10 in the event of an emergency such as power loss is supplied to the heat transfer tube 3 of the air-cooled heat exchanger 2 through the heat exchanger 13 through the first pipe 34. It is cooled by heat exchange in the cold heat exchanger 2, returned to the heat exchanger 13 through the second pipe 35, and exchanges heat with the cooled fluid generated in the reactor pressure vessel 10. In the present embodiment, the first pipe 34 and the second pipe 35 are provided with a shutoff valve (first valve) 36 and a shutoff valve (second valve) 37. The first valve 36 and the second valve 37 are closed when the nuclear power plant is in a normal operation state, and are opened in an emergency such as loss of power. The first valve 36 and the second valve 37 may be operated manually, or may be operated by a signal from a central control room (not shown).

なお、本実施形態では、第3の配管39が熱交換器13より上方の位置で原子炉圧力容器10に接続している。熱交換器13に対しては、第1の配管34が第2の配管35よりも上方の位置で接続している。   In the present embodiment, the third pipe 39 is connected to the reactor pressure vessel 10 at a position above the heat exchanger 13. The first pipe 34 is connected to the heat exchanger 13 at a position above the second pipe 35.

(動作)
本実施形態は必要時のみ使用され、使用開始後の崩壊熱が大きい期間は水冷システム203と空冷システム204を併用して被冷却流体の冷却を行い、崩壊熱が低下した後は空冷システム204のみを用いて被冷却流体の冷却を行う。以下、具体的に説明する。
(Operation)
This embodiment is used only when necessary, and the cooling fluid is cooled using both the water cooling system 203 and the air cooling system 204 during a period in which the decay heat after the start of use is large. Is used to cool the fluid to be cooled. This will be specifically described below.

空冷システム204の第1の弁36及び第2の弁37を開状態にすると、冷却システム202が起動する。第1の弁36が開状態になると、原子炉圧力容器10で発生した熱が熱交換器13を介して第1の配管34により空冷熱交換器2に供給され、大気に放出される。空冷熱交換器2で冷却された被冷却流体は第2の配管35により熱交換器13に戻され、原子炉圧力容器10で発生した蒸気と熱交換する。このようにして、熱交換器13と空冷熱交換器2の間を被冷却流体が循環することにより原子炉圧力容器10内の崩壊熱が除去される。   When the first valve 36 and the second valve 37 of the air cooling system 204 are opened, the cooling system 202 is activated. When the first valve 36 is opened, the heat generated in the reactor pressure vessel 10 is supplied to the air-cooled heat exchanger 2 through the heat exchanger 13 through the first pipe 34 and released to the atmosphere. The to-be-cooled fluid cooled by the air-cooling heat exchanger 2 is returned to the heat exchanger 13 through the second pipe 35 and exchanges heat with the steam generated in the reactor pressure vessel 10. In this manner, the decay fluid in the reactor pressure vessel 10 is removed by circulating the fluid to be cooled between the heat exchanger 13 and the air-cooled heat exchanger 2.

空冷熱交換器2の熱交換により温度が上昇した空気は、浮力を得て冷却塔1内を上昇して冷却塔出口8から大気中へ放出される。冷却塔1には、冷却塔出口8から大気中へ放出された空気量に相当する量の空気が空気取入口4を介して新たに取り込まれる。   The air whose temperature has risen due to heat exchange of the air-cooling heat exchanger 2 gains buoyancy, rises in the cooling tower 1, and is discharged from the cooling tower outlet 8 into the atmosphere. An amount of air corresponding to the amount of air released from the cooling tower outlet 8 into the atmosphere is newly taken into the cooling tower 1 through the air intake 4.

一方、原子炉圧力容器10で発生した蒸気は第3の配管39の入口とサプレッションチェンバ43の圧力差により原子炉圧力容器10から水冷熱交換器21の伝熱管22に供給され、冷却水24との熱交換により伝熱管22内で凝縮する。蒸気の凝縮により発生した潜熱は伝熱管22を介して冷却水プール23の冷却水24に伝熱し、蒸気が凝縮される。凝縮水は第4の配管40を介してサプレッションチェンバ43に送られる。冷却水プール23では、冷却水24が沸騰して蒸気が発生する。冷却水プール23で発生した蒸気は、供給配管5を介して原子炉建屋12の外部へ導かれ、冷却塔1に供給される。必要に応じて、供給配管5及び放出配管7に設けた流量調整バルブ32,33を操作し、冷却塔1に供給する蒸気量を制御し、残りの蒸気を放出配管7を介して大気中に放出しても良い。   On the other hand, the steam generated in the reactor pressure vessel 10 is supplied from the reactor pressure vessel 10 to the heat transfer tube 22 of the water-cooled heat exchanger 21 due to the pressure difference between the inlet of the third pipe 39 and the suppression chamber 43, The heat transfer tube 22 condenses in the heat transfer tube 22. The latent heat generated by the condensation of the steam is transferred to the cooling water 24 of the cooling water pool 23 through the heat transfer pipe 22, and the steam is condensed. The condensed water is sent to the suppression chamber 43 through the fourth pipe 40. In the cooling water pool 23, the cooling water 24 boils and steam is generated. Steam generated in the cooling water pool 23 is guided to the outside of the reactor building 12 through the supply pipe 5 and supplied to the cooling tower 1. If necessary, the flow rate adjusting valves 32 and 33 provided in the supply pipe 5 and the discharge pipe 7 are operated to control the amount of steam supplied to the cooling tower 1 and the remaining steam is released into the atmosphere via the discharge pipe 7. May be released.

冷却塔1に供給された蒸気は、空冷熱交換器2での熱交換により温度が上昇した冷却塔1内の空気よりもさらに密度が小さく、浮力により冷却塔1内を上昇する。蒸気は冷却塔1内を上昇する間に空気と混合し、冷却塔出口8から大気中へ放出される。第1実施形態で説明したように、空気よりも密度の小さい供給流体を冷却塔1に供給することにより、冷却塔1内に取り込まれる空気量が増加し、空冷システム204の伝熱性能が向上する。   The steam supplied to the cooling tower 1 has a lower density than the air in the cooling tower 1 whose temperature has been raised by heat exchange in the air-cooling heat exchanger 2, and rises in the cooling tower 1 by buoyancy. The steam mixes with air while rising in the cooling tower 1 and is discharged from the cooling tower outlet 8 into the atmosphere. As described in the first embodiment, by supplying a supply fluid having a density lower than that of air to the cooling tower 1, the amount of air taken into the cooling tower 1 is increased and the heat transfer performance of the air cooling system 204 is improved. To do.

その後、水冷システム203からの蒸気の供給が止んだ後は、空冷システム204のみで原子炉格納施設201の冷却を行う。   Thereafter, after the supply of steam from the water cooling system 203 is stopped, the reactor containment facility 201 is cooled only by the air cooling system 204.

(効果)
上記構成により、本実施形態でも、空気より密度の小さい供給流体を冷却塔1内に供給し、蒸気供給配管5の出口を空冷熱交換器2の上方に設置し、供給配管5に流量調整弁32を設けているため、第1実施形態と同様の効果が得られる。前述した通り、第3の配管39とサプレッションチェンバ43の圧力差で水冷システム203が作動するので、本実施形態においても電源不要のメリットがある。加えて、本実施形態では次の効果が得られる。
(effect)
With the above configuration, also in the present embodiment, a supply fluid having a density lower than that of air is supplied into the cooling tower 1, the outlet of the steam supply pipe 5 is installed above the air-cooling heat exchanger 2, and the flow control valve is connected to the supply pipe 5. Since 32 is provided, the same effect as the first embodiment can be obtained. As described above, since the water cooling system 203 is operated by the pressure difference between the third pipe 39 and the suppression chamber 43, there is also a merit that no power source is required in this embodiment. In addition, the following effects can be obtained in the present embodiment.

本実施形態では、空冷システム204の除熱性能が向上して除熱量が増加した分、水冷システム203を小型化することができる。そのため、冷却水プール23の冷却水24を節約することができる。また、冷却水プール23を小型化できるので、冷却水プール23の配置の自由度が増す。   In the present embodiment, the water cooling system 203 can be reduced in size because the heat removal performance of the air cooling system 204 is improved and the amount of heat removal is increased. Therefore, the cooling water 24 in the cooling water pool 23 can be saved. Moreover, since the cooling water pool 23 can be reduced in size, the freedom degree of arrangement | positioning of the cooling water pool 23 increases.

また、本実施形態の原子力プラント200は、起動直後の崩壊熱の大きい期間に水冷システム203を空冷システム204と相対的に併用する。仮に起動時から空冷システム204を単独運用する場合、一定の性能を確保するために空冷システム204を大型化させる必要がある。これに対し、本実施形態では、除熱性能が高い水冷システム203を併用して崩壊熱の大きな期間に効率的に蒸気を冷却することにより、空冷システム204を小型化させることができる。これはコスト低減にも寄与する。   Moreover, the nuclear power plant 200 of this embodiment uses the water cooling system 203 relatively together with the air cooling system 204 in the period with a large decay heat immediately after starting. If the air cooling system 204 is operated independently from the start-up, it is necessary to enlarge the air cooling system 204 in order to ensure certain performance. On the other hand, in this embodiment, the air cooling system 204 can be reduced in size by using the water cooling system 203 with high heat removal performance and cooling the steam efficiently during a period of large decay heat. This also contributes to cost reduction.

また、本実施形態では、冷却水プール23と冷却塔1を供給配管5で接続し、冷却水プール23で発生した蒸気を供給流体として冷却塔1に供給している。つまり、空冷熱交換器2と水冷熱交換器21を備えた既存の原子力プラントがあれば供給配管5及び流量調整バルブ32等を追加するだけで、除熱性能の高い冷却システムを構築することができる。   Moreover, in this embodiment, the cooling water pool 23 and the cooling tower 1 are connected by the supply piping 5, and the vapor | steam generated in the cooling water pool 23 is supplied to the cooling tower 1 as a supply fluid. In other words, if there is an existing nuclear power plant equipped with the air-cooled heat exchanger 2 and the water-cooled heat exchanger 21, a cooling system with high heat removal performance can be constructed simply by adding the supply pipe 5, the flow rate adjusting valve 32, and the like. it can.

<第3実施形態>
(構成)
図3は本実施形態に係る冷却システムを適用した原子力プラントの一構成例の概略構成を表す縦断面図である。図3において、上記第2実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
<Third Embodiment>
(Constitution)
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a configuration example of a nuclear power plant to which the cooling system according to the present embodiment is applied. In FIG. 3, the same parts as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

本実施形態は、供給配管5に流量調整バルブ32に替えてチョーキングオリフィス44を設けた点で第2実施形態と異なる。第2実施形態との相違点を中心に説明していく。   This embodiment differs from the second embodiment in that a choking orifice 44 is provided in the supply pipe 5 in place of the flow rate adjustment valve 32. The description will focus on the differences from the second embodiment.

本願の発明者らは鋭意研究の結果、次の知見を得た。   The inventors of the present application have obtained the following knowledge as a result of intensive studies.

発明者らは、冷却塔1に蒸気を供給することによる自然循環流量の変化について、伝熱管3の圧力損失係数、冷却塔1の高さ、冷却塔1内の圧力損失係数をパラメータとした感度解析を実施し、図4の結果を得た。図4は蒸気の供給量と自然循環流量との関係を例示する図である。横軸は冷却塔1に取り込まれる空気の質量流量(空気質量流量)に対する冷却塔1に供給される蒸気の質量流量(蒸気質量流量)の割合、縦軸は蒸気供給後の空気質量流量を蒸気供給前の空気質量流量で除した値を示している。図4において、実線は伝熱管3の圧力損失係数、冷却塔1の高さ、冷却塔1内の圧力損失係数を任意の値(以下、基準値という)に設定した場合(第1の場合)の自然循環流量の変化を示している。また、点線は基準値に対し冷却塔1の高さを高くした場合(第2の場合)の自然循環流量の変化を示し、一点鎖線は基準値に対し伝熱管3の圧力損失係数を大きくした場合(第3の場合)の自然循環流量の変化を示している。図4に示すように、空気質量流量の15〜25%程度の蒸気を冷却塔1に供給すると、第1〜3の場合のいずれにおいても自然循環流量が最大になる、或いはある程度増加していることが分かる。   The inventors of the present invention have a sensitivity with respect to changes in the natural circulation flow rate by supplying steam to the cooling tower 1 with the pressure loss coefficient of the heat transfer tube 3, the height of the cooling tower 1, and the pressure loss coefficient in the cooling tower 1 as parameters. Analysis was performed and the results of FIG. 4 were obtained. FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the supply amount of steam and the natural circulation flow rate. The horizontal axis represents the ratio of the mass flow rate of steam (steam mass flow rate) supplied to the cooling tower 1 to the mass flow rate of air taken into the cooling tower 1 (air mass flow rate), and the vertical axis represents the air mass flow rate after steam supply. The value divided by the air mass flow before supply is shown. In FIG. 4, the solid line indicates the case where the pressure loss coefficient of the heat transfer tube 3, the height of the cooling tower 1 and the pressure loss coefficient in the cooling tower 1 are set to arbitrary values (hereinafter referred to as reference values) (first case). It shows the change of natural circulation flow. The dotted line shows the change in the natural circulation flow rate when the height of the cooling tower 1 is made higher than the reference value (second case). The change of the natural circulation flow rate in the case (third case) is shown. As shown in FIG. 4, when steam of about 15 to 25% of the air mass flow rate is supplied to the cooling tower 1, the natural circulation flow rate is maximized or increased to some extent in any of the first to third cases. I understand that.

自然循環流量は、冷却塔1で発生する浮力と冷却塔1および空冷熱交換器2で発生する圧力損失の釣り合いで決まるため、予め予測することができる。したがって、例えば、第2実施形態の構成においては、空冷システム204の除熱性能を最大限にするため、供給配管5の流量調整バルブ32の開度を制御して予測した自然循環流量の15〜25%程度の蒸気を冷却塔1に供給すればよい。   Since the natural circulation flow rate is determined by the balance between the buoyancy generated in the cooling tower 1 and the pressure loss generated in the cooling tower 1 and the air-cooled heat exchanger 2, it can be predicted in advance. Therefore, for example, in the configuration of the second embodiment, in order to maximize the heat removal performance of the air cooling system 204, the natural circulation flow rate of 15 to 15 predicted by controlling the opening degree of the flow rate adjustment valve 32 of the supply pipe 5 is used. What is necessary is just to supply about 25% of steam to the cooling tower 1.

本実施形態では、供給配管5に流量調整バルブ32の代わりにチョーキングオリフィス44を設けた。本実施形態では、予測した自然循環流量の15〜25%程度の蒸気を冷却塔1に供給することができるようにチョーキングオリフィス44の開口面積を設定している。その他の構成は、チョーキングオリフィス41と同様である。   In the present embodiment, a choking orifice 44 is provided in the supply pipe 5 instead of the flow rate adjustment valve 32. In this embodiment, the opening area of the choking orifice 44 is set so that steam of about 15 to 25% of the predicted natural circulation flow rate can be supplied to the cooling tower 1. Other configurations are the same as those of the choking orifice 41.

(効果)
チョーキングオリフィス44の上流側と下流側の圧力差が、蒸気が音速でチョーキングオリフィス44を通過するときの圧力損失を超えると、チョーキングオリフィス44を流れる蒸気の流量は一定となる。そのため、本実施形態では、電源不要で冷却塔1に供給する蒸気量を空冷システムの除熱量を最大限にする流量に設定することができる。また、冷却塔1に蒸気が過度に供給されることを抑制することができる。
(effect)
When the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the choking orifice 44 exceeds the pressure loss when steam passes through the choking orifice 44 at the speed of sound, the flow rate of the steam flowing through the choking orifice 44 becomes constant. Therefore, in this embodiment, the amount of steam supplied to the cooling tower 1 without a power source can be set to a flow rate that maximizes the heat removal amount of the air cooling system. Further, excessive supply of steam to the cooling tower 1 can be suppressed.

<その他>
本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能である。また、各実施形態の構成の一部を削除及び置換することも可能である。
<Others>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. For example, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment. It is also possible to delete and replace a part of the configuration of each embodiment.

例えば、第1の弁36及び第2の弁37を遮断弁とした場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明の本質的効果は空冷式の冷却システムの除熱性能を高めることであり、この本質的効果を得る限りにおいては、必ずしもこの構成に限定されない。例えば、第1の弁36及び第2の弁37を切換弁としても良い。   For example, the case where the first valve 36 and the second valve 37 are shut-off valves has been described as an example. However, the essential effect of the present invention is to enhance the heat removal performance of the air-cooled cooling system, and the configuration is not necessarily limited to this configuration as long as the essential effect is obtained. For example, the first valve 36 and the second valve 37 may be switching valves.

また、第3の配管39及び第4の配管40にチョーキングオリフィス41,42を設けた場合を例に挙げて説明したが、上述した本発明の本質的効果を得る限りにおいては、必ずしもこの構成に限定されない。例えば、第3の配管39及び第4の配管40にチョーキングオリフィス41,42に代わって流量調整バルブを設けても良い。   Further, the case where the choking orifices 41 and 42 are provided in the third pipe 39 and the fourth pipe 40 has been described as an example. However, as long as the above-described essential effect of the present invention is obtained, this configuration is not necessarily used. It is not limited. For example, the third piping 39 and the fourth piping 40 may be provided with a flow rate adjusting valve instead of the choking orifices 41 and 42.

1 冷却塔
2 空冷熱交換器
4 空気取込口
5 供給配管
6 供給源
7 放出配管
10 原子炉圧力容器
11 原子炉格納容器
21 水冷熱交換器
23 冷却水プール
32,33 流量調整バルブ
41,42,44 チョーキングオリフィス
203 水冷システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cooling tower 2 Air cooling heat exchanger 4 Air intake port 5 Supply piping 6 Supply source 7 Release piping 10 Reactor pressure vessel 11 Reactor containment vessel 21 Water cooling heat exchanger 23 Cooling water pool 32, 33 Flow rate adjustment valves 41, 42 44 Choking orifice 203 Water cooling system

Claims (10)

吸気用の空気取込口を備える冷却塔と、
前記冷却塔に収納され、該冷却塔における吸気の流路上に設けられた空冷熱交換器と、
前記冷却塔の外部に設けられた前記吸気よりも密度の小さい流体の供給源と、
前記供給源と前記冷却塔とを接続し、前記流体を前記冷却塔に供給する供給配管とを備えたことを特徴とする冷却システム。
A cooling tower having an air intake for intake;
An air-cooled heat exchanger housed in the cooling tower and provided on a flow path of intake air in the cooling tower;
A source of fluid having a density lower than that of the intake air provided outside the cooling tower;
A cooling system comprising: a supply pipe for connecting the supply source and the cooling tower and supplying the fluid to the cooling tower.
請求項1に記載の冷却システムにおいて、
水冷熱交換器と、該水冷熱交換器を収納する冷却水プールとを備えた水冷システムを前記供給源として備え、
前記供給配管は前記冷却水プールと前記冷却塔とを接続することを特徴とする冷却システム。
The cooling system of claim 1, wherein
A water cooling system comprising a water cooling heat exchanger and a cooling water pool that houses the water cooling heat exchanger is provided as the supply source,
The cooling system characterized in that the supply pipe connects the cooling water pool and the cooling tower.
請求項1および請求項2に記載の冷却システムにおいて、
前記供給配管は前記空冷熱交換器より上方の位置で開口していることを特徴とする冷却システム。
The cooling system according to claim 1 and claim 2,
The cooling system according to claim 1, wherein the supply pipe is opened at a position above the air-cooling heat exchanger.
請求項2に記載の冷却システムにおいて、
前記供給配管から分岐する放出配管と、
前記供給配管及び前記放出配管に設けられた流量調整バルブとを備えることを特徴とする冷却システム。
The cooling system according to claim 2, wherein
A discharge pipe branched from the supply pipe;
A cooling system comprising: a flow rate adjusting valve provided in the supply pipe and the discharge pipe.
請求項2に記載の冷却システムにおいて、
前記供給配管から分岐する放出配管と、
前記供給配管に設けられたチョーキングオリフィスと、
前記放出配管に設けられた流量調整バルブとを備えることを特徴とする冷却システム。
The cooling system according to claim 2, wherein
A discharge pipe branched from the supply pipe;
A choking orifice provided in the supply pipe;
A cooling system comprising: a flow rate adjusting valve provided in the discharge pipe.
請求項5に記載の冷却システムにおいて、
前記チョーキングオリフィスは、前記冷却塔に供給する流体の質量流量が前記冷却塔内の吸気の質量流量の15〜25%となるように設定されていることを特徴とする冷却システム。
The cooling system according to claim 5, wherein
The cooling system is characterized in that the choking orifice is set so that a mass flow rate of a fluid supplied to the cooling tower is 15 to 25% of a mass flow rate of intake air in the cooling tower.
請求項2に記載の冷却システムと、
前記冷却水プールの水冷熱交換器に接続する原子炉圧力容器と、
前記原子炉圧力容器を格納する原子炉格納容器とを備えることを特徴とする原子力プラント。
A cooling system according to claim 2;
A reactor pressure vessel connected to a water-cooled heat exchanger of the cooling water pool;
A nuclear power plant comprising a reactor containment vessel for housing the reactor pressure vessel.
空冷熱交換器を収納する冷却塔の外部から、吸気よりも密度の小さい流体を該冷却塔に供給することを特徴とする冷却方法。   A cooling method, wherein a fluid having a density lower than that of intake air is supplied to the cooling tower from the outside of the cooling tower that houses the air-cooled heat exchanger. 請求項8に記載の冷却方法において、
原子炉圧力容器で発生した蒸気の冷却により発生した蒸気を前記流体として前記冷却塔に供給することを特徴とする冷却方法。
The cooling method according to claim 8, wherein
A cooling method characterized by supplying steam generated by cooling steam generated in a reactor pressure vessel to the cooling tower as the fluid.
請求項9に記載の冷却方法において、
前記冷却塔に供給する蒸気の質量流量を前記冷却塔内の吸気の質量流量の15〜25%とすることを特徴とする冷却方法。
The cooling method according to claim 9, wherein
A cooling method characterized in that a mass flow rate of steam supplied to the cooling tower is 15 to 25% of a mass flow rate of intake air in the cooling tower.
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KR20210157727A (en) * 2020-06-22 2021-12-29 한국수력원자력 주식회사 Passive residual heat removal system of integral reactor for ship

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210157727A (en) * 2020-06-22 2021-12-29 한국수력원자력 주식회사 Passive residual heat removal system of integral reactor for ship
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