JP2017125774A - Cooling system of nuclear reactor - Google Patents

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正孝 望月
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雄一 横山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling system of a nuclear reactor that can remove the decay heat even if power source is lost, and is easily applied to an existing facility.SOLUTION: A cooling system 10 of a nuclear reactor includes: a suppression chamber 5 that communicates with a dry well 4 for accommodating a reactor pressure vessel 1 and has a pool therein; a nuclear reactor building 3 for accommodating the suppression chamber 5; and a heat pipe 11 including an evaporation unit 11a for evaporating working fluid accommodated therein, and a condensation unit 11b for condensing the working fluid evaporated by the evaporation unit 11a. The evaporation unit 11a is disposed around the suppression chamber 5, and the condensation unit 11b is disposed outside the nuclear reactor building 3.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、原子炉の冷却装置に関する。   The present invention relates to a reactor cooling apparatus.

従来から、下記特許文献１に記載された原子炉の冷却装置が知られている。原子炉では、外部電源または非常用電源から供給される電力により電動ポンプを駆動して原子炉内の炉心に冷却水を供給し、この冷却水によって炉心に装荷されている燃料棒を冷却して燃料棒に含まれる核燃料物質の崩壊熱を除去している。しかしながら、津波等の自然災害によって外部電源および非常用電源が長時間利用できない場合でも、上記崩壊熱は発生し続けるため、炉心内の燃料棒の冷却は継続して行わなければならない。   Conventionally, a reactor cooling device described in Patent Document 1 below is known. In a nuclear reactor, an electric pump is driven by electric power supplied from an external power supply or an emergency power supply to supply cooling water to the core in the nuclear reactor, and the fuel rods loaded in the core are cooled by this cooling water. The decay heat of the nuclear fuel material contained in the fuel rod is removed. However, even when an external power source and an emergency power source cannot be used for a long time due to a natural disaster such as a tsunami, the decay heat continues to be generated, so the fuel rods in the core must be continuously cooled.

下記特許文献１に記載された原子炉の冷却装置は、原子圧力容器の外側で前記原子炉圧力容器を取り囲む原子炉格納容器の内側で前記原子炉圧力容器内の炉心の上端よりも上方に配置されて凝縮水を蓄える耐圧容器、及び前記耐圧容器と前記原子炉圧力容器を接続して前記凝縮水を導く第１配管を有する凝縮水注入装置と、前記耐圧容器よりも上方に配置されて前記原子炉圧力容器から供給される蒸気を凝縮するヒートパイプが内部に設けられ、前記蒸気の凝縮により生成された前記凝縮水を導く第２配管によって前記耐圧容器に接続される熱交換器とを備える。   The reactor cooling device described in the following Patent Document 1 is disposed above the upper end of the reactor core inside the reactor containment vessel that surrounds the reactor pressure vessel outside the reactor pressure vessel. A pressure vessel for storing condensed water, a condensed water injection device having a first pipe for connecting the pressure vessel and the reactor pressure vessel to guide the condensed water, and disposed above the pressure vessel and A heat pipe for condensing the steam supplied from the reactor pressure vessel is provided inside, and includes a heat exchanger connected to the pressure resistant vessel by a second pipe for guiding the condensed water generated by the condensation of the steam. .

特開２０１２−２３３７１１号公報JP 2012-233711 A

上記従来技術によれば、電動ポンプを使用することなく原子炉圧力容器内の冷却水を直接冷却することができるため、外部電源および非常用電源が長時間利用できない場合においても、原子炉の冷却を継続することができる。
しかしながら、上記従来技術は、原子炉格納容器の内部に耐圧容器や熱交換器を配置する必要があり、既存設備に適用することが困難である、という課題がある。 According to the above prior art, since the cooling water in the reactor pressure vessel can be directly cooled without using an electric pump, the reactor can be cooled even when the external power source and the emergency power source cannot be used for a long time. Can continue.
However, the above prior art has a problem that it is difficult to apply to existing facilities because it is necessary to arrange a pressure vessel and a heat exchanger inside the reactor containment vessel.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電源を喪失しても原子炉の崩壊熱を除去でき、且つ、既存設備に適用することが容易な原子炉の冷却装置の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a reactor cooling apparatus that can remove the decay heat of the reactor even when the power source is lost and can be easily applied to existing facilities. And

（１）本発明の一態様に係る原子炉の冷却装置は、原子炉圧力容器を収容するドライウェルと連通し、内部にプールが形成されるサプレッションチェンバと、前記サプレッションチェンバを収容する原子炉建屋と、を有する原子炉の冷却装置であって、内部に収容した作動流体を蒸発させる蒸発部と、前記蒸発部で蒸発した作動流体を凝縮させる凝縮部と、を備えるヒートパイプを有し、前記蒸発部は、前記サプレッションチェンバの周囲に配置され、前記凝縮部は、前記原子炉建屋の外に配置されている。   (1) A reactor cooling apparatus according to an aspect of the present invention includes a suppression chamber that communicates with a dry well that accommodates a reactor pressure vessel and in which a pool is formed, and a reactor building that accommodates the suppression chamber And a cooling device for a nuclear reactor having a heat pipe that includes an evaporating unit that evaporates the working fluid accommodated therein, and a condensing unit that condenses the working fluid evaporated in the evaporating unit, The evaporating part is arranged around the suppression chamber, and the condensing part is arranged outside the reactor building.

（２）上記（１）に記載された原子炉の冷却装置であって、前記サプレッションチェンバの周囲に取り付けられ、前記蒸発部が挿入される挿入孔を備える外部リングを有してもよい。
（３）上記（２）に記載された原子炉の冷却装置であって、前記挿入孔は、重力方向に傾いていてもよい。
（４）上記（２）または（３）に記載された原子炉の冷却装置であって、前記外部リングは、複数の分割片を環状に組み合わせて形成されていてもよい。 (2) The reactor cooling apparatus described in (1) above may include an outer ring that is attached around the suppression chamber and includes an insertion hole into which the evaporation unit is inserted.
(3) In the reactor cooling apparatus described in (2) above, the insertion hole may be inclined in the direction of gravity.
(4) In the reactor cooling apparatus described in the above (2) or (3), the outer ring may be formed by combining a plurality of divided pieces in an annular shape.

上記本発明の態様によれば、電源を喪失しても原子炉の崩壊熱を除去でき、且つ、既存設備に適用することが容易な原子炉の冷却装置を提供できる。   According to the above aspect of the present invention, it is possible to provide a reactor cooling apparatus that can remove the decay heat of the reactor even when the power source is lost and can be easily applied to existing facilities.

一実施形態に係る原子炉の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the nuclear reactor which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る冷却装置が備える外部リングを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outer ring with which the cooling device which concerns on one Embodiment is provided. 図２における外部リングの分割片の一つを示す矢視Ａ図である。It is an arrow A figure which shows one of the division | segmentation pieces of an outer ring in FIG. 一実施形態の変形例に係る原子炉の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the nuclear reactor which concerns on the modification of one Embodiment.

以下、本発明の一実施形態に係る原子炉の冷却装置を、図面を参照しながら説明する。図面において、説明の便宜上、いくつかの部分が拡大され又は省略されているが、図面に表されている各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。   Hereinafter, a reactor cooling apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, for convenience of explanation, some parts are enlarged or omitted, but the dimensional ratios of the components shown in the drawings are not necessarily the same as the actual ones.

図１は、一実施形態に係る原子炉の概略構成を示す断面図である。
図１に示す原子炉は、沸騰水型原子炉の１つであるＭＡＲＫ−Ｉ型の沸騰水型原子炉である。この原子炉は、原子炉圧力容器１（ＲＰＶ）と、この原子炉圧力容器１を囲繞して設けられた鋼製の原子炉格納容器２（ＰＣＶ）と、を備える。 FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a nuclear reactor according to an embodiment.
The nuclear reactor shown in FIG. 1 is a MARK-I boiling water reactor, which is one of boiling water reactors. This nuclear reactor includes a nuclear reactor pressure vessel 1 (RPV) and a steel reactor containment vessel 2 (PCV) provided surrounding the reactor pressure vessel 1.

原子炉格納容器２は、原子炉圧力容器１を一次格納するものであり、冷却材喪失時等に圧力障壁および放射性物質の放散に対する障壁を形成する。原子炉格納容器２は、その基部が原子炉建屋基礎で支持される鋼製自立型格納容器である。   The reactor containment vessel 2 primarily stores the reactor pressure vessel 1 and forms a pressure barrier and a barrier against the release of radioactive materials when the coolant is lost. The reactor containment vessel 2 is a steel self-supporting containment vessel whose base is supported by the reactor building foundation.

原子炉格納容器２は、放射能遮蔽体としてのコンクリート製の原子炉建屋３（Ｒ／Ｂ）内に設けられている。原子炉格納容器２の周囲は、原子炉建屋３の一部をなす生体遮蔽壁３ａにて厚く覆われており、この生体遮蔽壁３ａにより放射能汚染領域とクリーン領域とが隔離されている。原子炉格納容器２は、ドライウェル４（Ｄ／Ｗ）と、サプレッションチェンバ５（Ｓ／Ｃ）と、ベント管６とからなる圧力抑制系を備える。   The reactor containment vessel 2 is provided in a concrete reactor building 3 (R / B) as a radioactive shield. The periphery of the reactor containment vessel 2 is thickly covered with a biological shielding wall 3a that forms a part of the reactor building 3, and the radioactive contamination area and the clean area are isolated by the biological shielding wall 3a. The nuclear reactor containment vessel 2 includes a pressure suppression system including a dry well 4 (D / W), a suppression chamber 5 (S / C), and a vent pipe 6.

サプレッションチェンバ５は、原子炉格納容器２の下部に円環状（ドーナツ状）に配設された鋼管からなる。サプレッションチェンバ５の鋼管は、直径が約８ｍ程度ある。サプレッションチェンバ５は、複数のベント管６を介して原子炉格納容器２のドライウェル４に連通している。
ベント管６は、直径が約２ｍ程度の鋼管からなる。ベント管６は、ドライウェル４の空間とサプレッションチェンバ５の水中とを接続するものである。 The suppression chamber 5 is made of a steel pipe disposed in an annular shape (doughnut shape) below the reactor containment vessel 2. The steel tube of the suppression chamber 5 has a diameter of about 8 m. The suppression chamber 5 communicates with the dry well 4 of the reactor containment vessel 2 through a plurality of vent pipes 6.
The vent pipe 6 is made of a steel pipe having a diameter of about 2 m. The vent pipe 6 connects the space of the dry well 4 and the underwater of the suppression chamber 5.

ベント管６は、ベントヘッダ７と、ダウンカマー８とを有する。ベントヘッダ７は、サプレッションチェンバ５内で円環状に設けられ、複数のベント管６に接続されている。ダウンカマー８は、ベントヘッダ７より分岐してサプレッションチェンバ５のプール水Ｐの中に開口するように設けられている。このダウンカマー８は、隣り合うベント管６の間において複数設けられている。   The vent pipe 6 has a vent header 7 and a downcomer 8. The vent header 7 is provided in an annular shape in the suppression chamber 5 and is connected to a plurality of vent pipes 6. The downcomer 8 is provided so as to branch from the vent header 7 and open into the pool water P of the suppression chamber 5. A plurality of downcomers 8 are provided between the adjacent vent pipes 6.

原子炉建屋３内の地下には、原子炉格納容器２の下部周囲に位置して、その内部にサプレッションチェンバ５が収容されたトーラス室９が円環状に設けられている。トーラス室９は、例えば高さ８ｍ×横幅８ｍ程度の空間断面積を有し、原子炉格納容器２の周囲に直径３０ｍ〜４０ｍのトーラス形状の空間を形成している。トーラス室９は、放射能遮蔽体としてのコンクリート製の原子炉建屋３の一部をなす地下構造物として形成される。   In the basement of the reactor building 3, a torus chamber 9 that is located around the lower portion of the reactor containment vessel 2 and that contains the suppression chamber 5 is provided in an annular shape. The torus chamber 9 has a space cross-sectional area of, for example, about 8 m in height and 8 m in width, and forms a torus-shaped space having a diameter of 30 m to 40 m around the reactor containment vessel 2. The torus chamber 9 is formed as an underground structure that forms part of a concrete reactor building 3 as a radioactive shield.

上記構成の原子炉は、電源が喪失した非常時でも原子炉の崩壊熱を継続して除去することができる冷却装置１０（原子炉の冷却装置）を備える。この冷却装置１０は、サプレッションチェンバ５が受けた熱を原子炉建屋３の外に逃がすヒートパイプ１１と、原子炉建屋３の外に導出されたヒートパイプ１１に向けて風を送る冷却ファン１２と、を有する。   The nuclear reactor having the above configuration includes the cooling device 10 (reactor cooling device) that can continuously remove the decay heat of the nuclear reactor even in the event of an emergency when the power source is lost. The cooling device 10 includes a heat pipe 11 that releases heat received by the suppression chamber 5 to the outside of the reactor building 3, and a cooling fan 12 that sends air toward the heat pipe 11 led out of the reactor building 3. Have.

ヒートパイプ１１は、中空のパイプと、パイプに収容された作動流体と、を備えている。パイプは、両端が閉塞された密閉構造とされており、内部に作動流体が入れられている。パイプの材料は、作動流体の種類や使用温度等の条件によって、公知の金属材料から適宜に選択することができる。特に、銅やアルミなどの熱伝導率の高い金属材料を用いる場合、高い熱輸送性および高い熱拡散性が得られる。   The heat pipe 11 includes a hollow pipe and a working fluid accommodated in the pipe. The pipe has a sealed structure in which both ends are closed, and a working fluid is placed inside. The material of the pipe can be appropriately selected from known metal materials depending on conditions such as the type of working fluid and the operating temperature. In particular, when a metal material having high thermal conductivity such as copper or aluminum is used, high heat transportability and high thermal diffusivity can be obtained.

ヒートパイプ１１の一端は、内部の作動流体を蒸発させる蒸発部１１ａとなっている。蒸発部１１ａは、トーラス室９の内部で、サプレッションチェンバ５の周囲に配置されている。また、ヒートパイプ１１の他端は、蒸発部１１ａで蒸発した作動流体を凝縮させる凝縮部１１ｂとなっている。凝縮部１１ｂは、原子炉建屋３の外に配置されている。凝縮部１１ｂは、蒸発部１１ａよりも高い位置に配置されている。   One end of the heat pipe 11 is an evaporation unit 11a that evaporates the working fluid inside. The evaporating unit 11 a is disposed around the suppression chamber 5 inside the torus chamber 9. The other end of the heat pipe 11 is a condensing unit 11b that condenses the working fluid evaporated in the evaporating unit 11a. The condensing part 11 b is arranged outside the reactor building 3. The condensing part 11b is arrange | positioned in the position higher than the evaporation part 11a.

凝縮部１１ｂを蒸発部１１ａよりも高い位置に配置することで、凝縮した作動流体を重力によって蒸発部１１ａに還流することができる。なお、ヒートパイプ１１には、サーモサイホン式や、パイプの内壁にウィックを取り付け、表面張力による毛管作用により、凝縮した作動流体を蒸発部１１ａに還流するウィック式等を採用してもよい。   By disposing the condensing part 11b at a position higher than the evaporation part 11a, the condensed working fluid can be returned to the evaporation part 11a by gravity. The heat pipe 11 may be a thermosiphon type or a wick type in which a wick is attached to the inner wall of the pipe and the condensed working fluid is returned to the evaporation unit 11a by capillary action due to surface tension.

図２は、一実施形態に係る冷却装置１０が備える外部リング２０を示す断面図である。図３は、図２における外部リング２０の分割片２１の一つを示す矢視Ａ図である。
外部リング２０は、図２に示すように、サプレッションチェンバ５の周囲に取り付けられ、ヒートパイプ１１の蒸発部１１ａが挿入される挿入孔２０ａを備える。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing the outer ring 20 included in the cooling device 10 according to the embodiment. 3 is an arrow A view showing one of the divided pieces 21 of the outer ring 20 in FIG.
As shown in FIG. 2, the outer ring 20 is attached around the suppression chamber 5 and includes an insertion hole 20 a into which the evaporation portion 11 a of the heat pipe 11 is inserted.

外部リング２０は、アルミ合金や鋳鉄の鋳物からなる複数の分割片２１を環状に組み合わせて形成されている。図２に示す外部リング２０は、３つの分割片２１がボルト２２及びナット２３を介して分割可能に環状に組み合わされている。分割片２１は、円弧形状の本体部３０と、本体部３０の周縁の端面に接合されたフランジ部３１，３２（図３参照）と、を有する。   The outer ring 20 is formed by annularly combining a plurality of divided pieces 21 made of an aluminum alloy or cast iron casting. In the outer ring 20 shown in FIG. 2, three divided pieces 21 are annularly combined via bolts 22 and nuts 23 so as to be divided. The split piece 21 includes an arc-shaped main body portion 30 and flange portions 31 and 32 (see FIG. 3) joined to the peripheral end surface of the main body portion 30.

本体部３０は、図２に示すように、サプレッションチェンバ５の板厚と略同じ約０．１ｍ程度の板厚を有する。この本体部３０の板厚の中心部には、直径約０．０５ｍ程度の挿入孔２０ａが形成されている。挿入孔２０ａは、本体部３０の周方向において等間隔に複数形成されている。挿入孔２０ａは、図３に示すように、本体部３０の円弧形状の軸心方向（長手方向、図３において紙面左右方向）に延在すると共に、重力方向に傾いている。挿入孔２０ａの傾きαは、例えば、水平面に対して約５°程度である。   As shown in FIG. 2, the main body 30 has a thickness of about 0.1 m, which is substantially the same as the thickness of the suppression chamber 5. An insertion hole 20a having a diameter of about 0.05 m is formed at the center of the thickness of the main body 30. A plurality of insertion holes 20 a are formed at equal intervals in the circumferential direction of the main body 30. As shown in FIG. 3, the insertion hole 20a extends in the arc-shaped axial center direction (longitudinal direction, right and left direction in FIG. 3) of the main body 30 and is inclined in the direction of gravity. The inclination α of the insertion hole 20a is, for example, about 5 ° with respect to the horizontal plane.

挿入孔２０ａは、略Ｌ字状に屈曲し、本体部３０の外周面３０ａに開口している。この挿入孔２０ａに挿入するヒートパイプ１１は、可撓性を有するフレキシブルヒートパイプが好ましい。ヒートパイプ１１の一端を本体部３０の挿入孔２０ａに挿入することで、蒸発部１１ａをサプレッションチェンバ５の周囲に配置することができる。また、複数の挿入孔２０ａのそれぞれには、１本ずつヒートパイプ１１が挿入される。   The insertion hole 20 a is bent in a substantially L shape and opens on the outer peripheral surface 30 a of the main body 30. The heat pipe 11 to be inserted into the insertion hole 20a is preferably a flexible heat pipe having flexibility. By inserting one end of the heat pipe 11 into the insertion hole 20 a of the main body part 30, the evaporation part 11 a can be arranged around the suppression chamber 5. Further, one heat pipe 11 is inserted into each of the plurality of insertion holes 20a.

フランジ部３１は、本体部３０の周方向の端面３０ｂ１，３０ｂ２のそれぞれに接合されている。フランジ部３１は、長方形の板形状を有する。フランジ部３１には、ボルト２２が挿通される貫通孔３１ａが長手方向に間隔をあけて複数形成されている。図２に示すように、周方向で隣り合う分割片２１のフランジ部３１をボルト２２及びナット２３で連結し、複数の分割片２１を環状に組み合わせることで、円筒型の１ユニットを形成することができる。   The flange portion 31 is joined to each of the circumferential end surfaces 30 b 1 and 30 b 2 of the main body portion 30. The flange portion 31 has a rectangular plate shape. A plurality of through holes 31 a through which the bolts 22 are inserted are formed in the flange portion 31 at intervals in the longitudinal direction. As shown in FIG. 2, a cylindrical unit is formed by connecting flange portions 31 of adjacent pieces 21 in the circumferential direction with bolts 22 and nuts 23, and combining a plurality of pieces 21 in an annular shape. Can do.

フランジ部３２は、図３に示すように、本体部３０の軸心方向の端面３０ｃ１，３０ｃ２のそれぞれに接合されている。フランジ部３２は、扇形（円弧形）の板形状を有する。フランジ部３２には、貫通孔３２ａが周方向に間隔をあけて複数形成されている。貫通孔３２ａには、サプレッションチェンバ５のドーナツ形状に沿って上述した円筒型の１ユニット同士を連結させる図示しないボルトが挿通され、ナットによって締結される。これにより、外部リング２０は、サプレッションチェンバ５の略全領域を囲うことができる。   As shown in FIG. 3, the flange portion 32 is joined to each of the end faces 30 c 1 and 30 c 2 in the axial direction of the main body portion 30. The flange portion 32 has a fan-shaped (arc-shaped) plate shape. A plurality of through holes 32 a are formed in the flange portion 32 at intervals in the circumferential direction. A bolt (not shown) that connects the above-described cylindrical units along the donut shape of the suppression chamber 5 is inserted into the through hole 32a and fastened by a nut. Thereby, the outer ring 20 can surround substantially the entire region of the suppression chamber 5.

外部リング２０に挿入された複数のヒートパイプ１１のそれぞれは、図１に示すように、原子炉建屋３の外まで延設される。なお、ヒートパイプ１１は、所定の本数毎に束ねて、原子炉建屋３の外まで延設してもよい。原子炉建屋の外に配置されたヒートパイプ１１の凝縮部１１ｂには、放熱フィン１１ｂ１が設けられている。放熱フィン１１ｂ１は、銅やアルミなどの熱伝導率の高い金属材料から形成されており、凝縮部１１ｂにおける外気との熱交換を促進させる。放熱フィン１１ｂ１には、冷却ファン１２から風が送られる。   Each of the plurality of heat pipes 11 inserted into the outer ring 20 extends to the outside of the reactor building 3 as shown in FIG. The heat pipes 11 may be bundled for each predetermined number and extended to the outside of the reactor building 3. Radiation fins 11b1 are provided in the condensing part 11b of the heat pipe 11 arranged outside the nuclear reactor building. The radiating fin 11b1 is made of a metal material having a high thermal conductivity such as copper or aluminum, and promotes heat exchange with the outside air in the condensing part 11b. Wind is sent from the cooling fan 12 to the radiation fins 11b1.

次に、上記構成の冷却装置１０の作用について説明する。以下の説明では、津波等の自然災害によって外部電源および非常用電源が長時間利用できない場合を想定する。   Next, the operation of the cooling device 10 having the above configuration will be described. In the following description, it is assumed that the external power supply and the emergency power supply cannot be used for a long time due to a natural disaster such as a tsunami.

自然災害によってシステムに異常が発生した場合、燃料制御棒が原子炉圧力容器１内の燃料棒の周囲に挿入され、核分裂反応が抑制される。燃料制御棒が挿入されると、燃料棒の核分裂に伴う巨大な発熱は制限されるが、７％程度の崩壊熱が発生する。この崩壊熱は、徐々に減衰していくがゼロにはならず、長時間継続する。電源が喪失していた場合、原子炉圧力容器１を冷却する非常冷却用のポンプ（ＲＣＷ、不図示）を駆動することはできない。このような電源が喪失した場合においても、燃料棒の崩壊熱を継続して除去する必要がある。   When an abnormality occurs in the system due to a natural disaster, the fuel control rod is inserted around the fuel rod in the reactor pressure vessel 1 to suppress the fission reaction. When the fuel control rod is inserted, the enormous heat generation accompanying the fission of the fuel rod is limited, but about 7% decay heat is generated. This decay heat gradually attenuates but does not become zero and continues for a long time. When the power source is lost, the emergency cooling pump (RCW, not shown) for cooling the reactor pressure vessel 1 cannot be driven. Even when such a power source is lost, it is necessary to continuously remove the decay heat of the fuel rods.

本実施形態の冷却装置１０は、図１に示すように、サプレッションチェンバ５の周囲にヒートパイプ１１の蒸発部１１ａ（一端）を配置し、ヒートパイプ１１の凝縮部１１ｂ（他端）を原子炉建屋３の外で空冷する構成となっている。すなわち、サプレッションチェンバ５のプール水Ｐは、燃料棒の崩壊熱を吸収して温度上昇するため、ヒートパイプ１１を介してサプレッションチェンバ５を冷却することで、燃料棒を間接的に冷却することができる。また、冷却水の投入によって、ドライウェル４とサプレッションチェンバ５が冠水している場合においては、サプレッションチェンバ５を介して燃料棒をより効果的に冷却することができる。   As shown in FIG. 1, the cooling device 10 of the present embodiment includes an evaporation section 11 a (one end) of the heat pipe 11 around the suppression chamber 5, and a condensation section 11 b (the other end) of the heat pipe 11 as a nuclear reactor. The air-cooling is performed outside the building 3. That is, since the pool water P of the suppression chamber 5 absorbs the decay heat of the fuel rods and rises in temperature, the fuel rods can be indirectly cooled by cooling the suppression chamber 5 via the heat pipe 11. it can. Further, when the dry well 4 and the suppression chamber 5 are submerged by the introduction of the cooling water, the fuel rod can be more effectively cooled via the suppression chamber 5.

ヒートパイプ１１の蒸発部１１ａは、サプレッションチェンバ５と熱的に接触している。プール水Ｐが吸収した熱は、ヒートパイプ１１の蒸発部１１ａにおいて、液相の作動流体が蒸発して気相の作動流体に転移することより回収される。気相の作動流体は、ヒートパイプ１１の凝縮部１１ｂに向かって中空パイプの空間を流通し凝縮されて、液相の作動流体に戻る。このように、ヒートパイプ１１は、作動流体の液相／気相間の相転移を繰り返し利用して、蒸発部１１ａで回収した熱を凝縮部１１ｂに繰り返し輸送する。   The evaporation part 11 a of the heat pipe 11 is in thermal contact with the suppression chamber 5. The heat absorbed by the pool water P is recovered in the evaporation section 11a of the heat pipe 11 as the liquid-phase working fluid evaporates and transfers to the gas-phase working fluid. The gas-phase working fluid flows through the space of the hollow pipe toward the condensing part 11b of the heat pipe 11, is condensed, and returns to the liquid-phase working fluid. As described above, the heat pipe 11 repeatedly transports the heat recovered by the evaporation unit 11a to the condensing unit 11b by repeatedly using the liquid phase / gas phase transition of the working fluid.

このように、ヒートパイプ１１は、非常冷却用のポンプを駆動する電源システムとは独立して、プール水Ｐの温度上昇に応じて自動的に作動するため、電源を喪失しても燃料棒の崩壊熱を継続して除去することができる。また、このようなヒートパイプ１１の蒸発部１１ａをサプレッションチェンバ５の周囲に配置する構成であれば、既設設備（ドライウェル４、サプレッションチェンバ５、ベント管６からなる圧力抑制系等）に変更を加えることなく設置が容易である。   As described above, the heat pipe 11 automatically operates in response to the temperature rise of the pool water P independently of the power supply system that drives the emergency cooling pump. The decay heat can be continuously removed. Moreover, if it is the structure which arrange | positions the evaporating part 11a of such a heat pipe 11 around the suppression chamber 5, a change will be made to existing facilities (a pressure suppression system including the dry well 4, the suppression chamber 5, and the vent pipe 6). Installation is easy without adding.

本実施形態では、図２に示すように、サプレッションチェンバ５の周囲に外部リング２０を取り付け、外部リング２０の挿入孔２０ａにヒートパイプ１１の蒸発部１１ａを挿入している。この構成によれば、既設設備のサプレッションチェンバ５の周囲に外部リング２０を取り付けるだけで、サプレッションチェンバ５の周囲にヒートパイプ１１の蒸発部１１ａを所定の間隔で配置することができる。また、図３に示すように、挿入孔２０ａは、重力方向に傾いているため、蒸発部１１ａの傾斜配置も容易である。さらに、外部リング２０は、複数の分割片２１に分割可能であり、トーラス室９への搬入やヒートパイプ１１の部分的な交換等も容易である。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the outer ring 20 is attached around the suppression chamber 5, and the evaporation portion 11 a of the heat pipe 11 is inserted into the insertion hole 20 a of the outer ring 20. According to this structure, the evaporation part 11a of the heat pipe 11 can be arranged at a predetermined interval around the suppression chamber 5 only by attaching the outer ring 20 around the suppression chamber 5 of the existing equipment. Moreover, as shown in FIG. 3, since the insertion hole 20a is inclined in the direction of gravity, the inclined arrangement of the evaporation section 11a is easy. Further, the outer ring 20 can be divided into a plurality of divided pieces 21, and it is easy to carry into the torus chamber 9, partially replace the heat pipe 11, and the like.

また、本実施形態では、図１に示すように、ヒートパイプ１１の凝縮部１１ｂに、放熱フィン１１ｂ１が設けられている。放熱フィン１１ｂ１は、凝縮部１１ｂの放熱面積を増大させる。また、冷却ファン１２は、放熱フィン１１ｂ１に向けて風を送ることで、凝縮部１１ｂにおける作動流体の凝縮を促進させる。この構成によれば、燃料棒の崩壊熱を効率よく除去することができる。   Moreover, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the heat radiating fin 11b1 is provided in the condensing part 11b of the heat pipe 11. As shown in FIG. The radiation fin 11b1 increases the heat radiation area of the condensing part 11b. Moreover, the cooling fan 12 accelerates | stimulates the condensation of the working fluid in the condensation part 11b by sending a wind toward the radiation fin 11b1. According to this configuration, the decay heat of the fuel rod can be efficiently removed.

このように、上述した本実施形態によれば、原子炉圧力容器１を収容するドライウェル４と連通し、内部にプールが形成されるサプレッションチェンバ５と、サプレッションチェンバ５を収容する原子炉建屋３と、を有する原子炉の冷却装置１０であって、内部に収容した作動流体を蒸発させる蒸発部１１ａと、蒸発部１１ａで蒸発した作動流体を凝縮させる凝縮部１１ｂと、を備えるヒートパイプ１１を有し、蒸発部１１ａは、サプレッションチェンバ５の周囲に配置され、凝縮部１１ｂは、原子炉建屋３の外に配置されている、という構成を採用することによって、電源を喪失しても原子炉の崩壊熱を除去でき、且つ、既存設備に容易に適用することができる。   Thus, according to the above-described embodiment, the suppression chamber 5 that communicates with the dry well 4 that accommodates the reactor pressure vessel 1 and has a pool formed therein, and the reactor building 3 that accommodates the suppression chamber 5. A heat pipe 11 comprising: an evaporator 11a that evaporates the working fluid housed therein; and a condensing unit 11b that condenses the working fluid evaporated in the evaporator 11a. And the evaporator 11a is arranged around the suppression chamber 5 and the condenser 11b is arranged outside the reactor building 3, so that even if the power source is lost, the reactor The decay heat can be removed and can be easily applied to existing facilities.

（変形例）
次に、一実施形態における変形例について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。 (Modification)
Next, a modification in one embodiment will be described. In the following description, the same or equivalent components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.

図４は、一実施形態の変形例に係る原子炉の概略構成を示す断面図である。
図４に示す原子炉は、ＭＡＲＫ−Ｉ型の沸騰水型原子炉の改良型であるＭＡＲＫ−ＩＩ型の沸騰水型原子炉である。この原子炉は、原子炉圧力容器１を囲繞して設けられた略三角フラスコ状の原子炉格納容器１０２（ＰＣＶ）と、を備える。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a nuclear reactor according to a modification of the embodiment.
The nuclear reactor shown in FIG. 4 is a MARK-II type boiling water reactor which is an improved version of the MARK-I type boiling water reactor. This nuclear reactor includes a reactor container 102 (PCV) having a substantially conical flask shape provided so as to surround the reactor pressure vessel 1.

原子炉格納容器１０２は、原子炉圧力容器１の下部にサプレッションチェンバ１０５を備える。すなわち、原子炉格納容器１０２は、ドライウェル４とサプレッションチェンバ１０５とが一体化された構成となっている。ドライウェル４とサプレッションチェンバ１０５との間には、ダイヤフラムフロア１０２ａが形成されている。ベント管１０６は、ダイヤフラムフロア１０２ａを貫通して配置され、ドライウェル４とサプレッションチェンバ１０５とを連通させる。   The nuclear reactor containment vessel 102 includes a suppression chamber 105 at the lower part of the reactor pressure vessel 1. That is, the reactor containment vessel 102 has a configuration in which the dry well 4 and the suppression chamber 105 are integrated. A diaphragm floor 102 a is formed between the dry well 4 and the suppression chamber 105. The vent pipe 106 is disposed through the diaphragm floor 102 a and allows the dry well 4 and the suppression chamber 105 to communicate with each other.

冷却装置１１０は、ヒートパイプ１１の蒸発部１１ａをサプレッションチェンバ１０５の周囲に配置した構成となっている。サプレッションチェンバ１０５は、直径が約２５ｍ程度あるため、上述した実施形態と同様に外部リング２０を取り付けることは容易でない。このため、ヒートパイプ１１の蒸発部１１ａは、サプレッションチェンバ５の周面に巻き付けるように斜めに配置してから、金属等の熱伝導性フィラーを混ぜたコンクリートを打設して一体化させた構成となっている。この構成によれば、上述した実施形態と同様に、電源を喪失しても原子炉の崩壊熱を除去でき、且つ、既存設備に容易に適用することができる。   The cooling device 110 has a configuration in which the evaporation section 11 a of the heat pipe 11 is arranged around the suppression chamber 105. Since the suppression chamber 105 has a diameter of about 25 m, it is not easy to attach the outer ring 20 as in the above-described embodiment. For this reason, the evaporation part 11a of the heat pipe 11 is disposed obliquely so as to be wound around the circumferential surface of the suppression chamber 5, and then is made by placing and mixing concrete mixed with a heat conductive filler such as metal. It has become. According to this configuration, as in the above-described embodiment, the decay heat of the nuclear reactor can be removed even if the power source is lost, and can be easily applied to existing facilities.

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。   Although preferred embodiments of the present invention have been described and described above, it should be understood that these are exemplary of the present invention and should not be considered as limiting. Additions, omissions, substitutions, and other changes can be made without departing from the scope of the invention. Accordingly, the invention is not to be seen as limited by the foregoing description, but is limited by the scope of the claims.

１…原子炉圧力容器、３…原子炉建屋、５…サプレッションチェンバ、１０…冷却装置、１１…ヒートパイプ、１１ａ…蒸発部、１１ｂ…凝縮部、１１ｂ１…放熱フィン、１２…冷却ファン、２０…外部リング、２０ａ…挿入孔、２１…分割片、１０５…サプレッションチェンバ、１１０…冷却装置、Ｐ…プール水
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reactor pressure vessel, 3 ... Reactor building, 5 ... Suppression chamber, 10 ... Cooling device, 11 ... Heat pipe, 11a ... Evaporating part, 11b ... Condensing part, 11b1 ... Radiation fin, 12 ... Cooling fan, 20 ... External ring, 20a ... insertion hole, 21 ... divided piece, 105 ... suppression chamber, 110 ... cooling device, P ... pool water

Claims (4)

原子炉圧力容器を収容するドライウェルと連通し、内部にプールが形成されるサプレッションチェンバと、前記サプレッションチェンバを収容する原子炉建屋と、を有する原子炉の冷却装置であって、
内部に収容した作動流体を蒸発させる蒸発部と、前記蒸発部で蒸発した作動流体を凝縮させる凝縮部と、を備えるヒートパイプを有し、
前記蒸発部は、前記サプレッションチェンバの周囲に配置され、
前記凝縮部は、前記原子炉建屋の外に配置されている、原子炉の冷却装置。 Reactor cooling apparatus comprising: a suppression chamber that communicates with a dry well that accommodates a reactor pressure vessel, and in which a pool is formed; and a reactor building that houses the suppression chamber,
It has a heat pipe comprising an evaporating part for evaporating the working fluid accommodated therein, and a condensing part for condensing the working fluid evaporated in the evaporating part,
The evaporating unit is disposed around the suppression chamber,
The said condensation part is a cooling device of the reactor arrange | positioned outside the said reactor building. 前記サプレッションチェンバの周囲に取り付けられ、前記蒸発部が挿入される挿入孔を備える外部リングを有する、請求項１に記載の原子炉の冷却装置。   The reactor cooling device according to claim 1, further comprising an outer ring attached to the periphery of the suppression chamber and having an insertion hole into which the evaporation unit is inserted. 前記挿入孔は、重力方向に傾いている、請求項２に記載の原子炉の冷却装置。   The reactor cooling device according to claim 2, wherein the insertion hole is inclined in a direction of gravity. 前記外部リングは、複数の分割片を環状に組み合わせて形成されている、請求項２または３に記載の原子炉の冷却装置。   The reactor cooling device according to claim 2 or 3, wherein the outer ring is formed by combining a plurality of divided pieces in an annular shape.
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