JP5727799B2 - 原子炉格納容器の熱輸送装置 - Google Patents
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Description
(構成)
以下、本発明の第1の実施形態に係る原子炉格納容器の熱輸送装置(以下、PCV熱輸送装置と称する。)について図1および図2を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るPCV熱輸送装置の全体縦断面概略図である。
放熱部4は、冷却タンク3の内部であって、後述する受熱部2の受熱部排出孔42がよりも放熱部4の放熱部導入孔43が上方に位置するように配置される。ヒートパイプ5は、受熱部2と放熱部4を連結して後述する冷却ループ51を形成する。
以下、本発明の第1の実施形態の作用について説明する。原子炉圧力容器23にLOCAや過酷事故が発生したとき、原子炉圧力容器23内部の核燃料の崩壊熱や、原子炉圧力容器23および原子炉格納容器22内部の物質が相互に反応した反応熱である発生熱31が原子炉格納容器22内に生じる。
本発明の第1の実施形態によれば、原子炉格納容器22内の発生熱31を受熱部2によって受熱して冷媒32に与え、さらに放熱部4によって冷媒32の熱を冷却タンク3内の冷却材33に放熱することによって、原子炉格納容器22内の発生熱31を原子炉格納容器22外側へ輸送し、徐熱することができる。
(構成)
以下、本発明の第2の実施形態に係るPCV熱輸送装置について図3を参照して説明する。第1の実施形態に係るPCV熱輸送装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
以下、本発明の第2の実施形態の作用について説明する。受熱部側冷却ループ52において、受熱部2は、原子炉格納容器22内の発生熱31を受熱し、発生熱31を内部を流れる冷媒32に与える。発生熱31を受け取った冷媒32は、受熱部排出孔42から排出され、ヒートパイプ5a内を中間放熱部6の方向へ移動する。中間放熱部6は、導入孔から冷媒32を内部に導入し、冷媒32の熱を中間受熱部7に放熱する。
本発明の第2の実施形態によれば、中間熱輸送装置8を新たに設け、受熱部側冷却ループ52および放熱部側冷却ループ53からなる複数の熱サイクルを形成することによって、PCV熱輸送装置1全体をより広い温度範囲の熱サイクルとし、発生熱31の熱輸送効率を高めることができる。
(構成)
以下、本発明の第3の実施形態に係るPCV熱輸送装置について図4を参照して説明する。第1の実施形態に係るPCV熱輸送装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。図4は、本発明の第3の実施形態に係るPCV熱輸送装置の概略断面図である。第3の実施形態が第2の実施形態と異なる点は、新たに第2中間熱輸送装置15を設けた点である。
以下、本発明の第3の実施形態の作用について説明する。受熱部側冷却ループ52において、受熱部2は、原子炉格納容器22内の発生熱31を受熱し、内部を流れる冷媒32に発生熱31を与える。発生熱31を受け取った冷媒32は、受熱部排出孔42から排出され、ヒートパイプ5a内を中間放熱部6の方向へ移動する。中間放熱部6は、導入孔から冷媒32を内部に導入し、冷媒32の熱を中間受熱部7に放熱する。
本発明の第3の実施形態によれば、中間熱輸送装置8および第2中間熱輸送装置15を新たに設け、受熱部側冷却ループ52および放熱部側冷却ループ53ならびに中間冷却ループ54からなる複数の熱サイクルを形成することによって、PCV熱輸送装置1全体をより広い温度範囲の熱サイクルとし、発生熱31の熱輸送効率を高めることができる。
(構成)
以下、本発明の第4の実施形態に係るPCV熱輸送装置について図5乃至図7を参照して説明する。第1の実施形態に係るPCV熱輸送装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
以下、本発明の第4の実施形態の作用について説明する。受熱部2は、原子炉格納容器22内の発生熱31を受熱して、内部を流れる凝縮冷媒35に発生熱31を与える。凝縮冷媒35は、発生熱31を受け取り気化して気化冷媒34となり、ウィック式ヒートパイプ16における気体流通部18内を伝って放熱部4方向に移動する。放熱部4において気化冷媒34は、熱を冷却タンク3内の冷却材33へ放熱し、凝縮して凝縮冷媒35となる。凝縮冷媒35は、ウィック式ヒートパイプ16におけるウィック17内を毛細管作用によって受熱部2方向に移動し、再び受熱部2において発生熱31を受け取る。
本発明の第4の実施形態によれば、ウィック式ヒートパイプ16によって受熱部2の側面と放熱部4を連結して冷却流路61を形成し、ウィック式ヒートパイプ16のウィック17内において毛細管作用により冷媒31を受熱部2方向へ移動させることによって、外部動力なしに冷媒31を冷却流路61内において循環させることができる。
(構成)
以下、本発明の第5の実施形態に係るPCV熱輸送装置について図8および図9を参照して説明する。第1の実施形態に係るPCV熱輸送装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。図8は、本発明の第5の実施形態に係るPCV熱輸送装置の全体概略縦断面図である。第5の実施形態が第1の実施形態と異なる点は、受熱部2を原子炉格納容器22の側壁内面に沿って配置した点である。
以下、本発明の第5の実施形態の作用について説明する。受熱部2は、原子炉格納容器22の側壁内面から露出する面において、発生熱31を受熱し、内部を流れる冷媒32に発生熱31を与える。発生熱31を受け取った冷媒32はヒートパイプ5内を放熱部4へ移動する。
本発明の第5の実施形態によれば、受熱部2を原子炉格納容器22の側壁内面に沿って配置し、受熱部2のうち原子炉格納容器22の側壁内面に沿う面において設けられる受熱部導入孔41および受熱部排出孔42にヒートパイプ5を接続することによって、原子炉格納容器22の内側に露出するヒートパイプ5をなくし、原子炉格納容器22の内側における冷媒32の漏えいを防ぐことができる。
(構成)
以下、本発明の第6の実施形態に係るPCV熱輸送装置について図10を参照して説明する。第1の実施形態に係るPCV熱輸送装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
以下、本発明の第6の実施形態の作用について説明する。中間熱輸送装置8およびその近傍のヒートパイプ5に破損が生じ冷媒32が外部に漏えいしたとき、漏えいした冷媒32は、原子炉格納容器22内部の水素や酸素、または原子炉格納容器22内の構造物と接触して反応を起こす可能性がある。さらに、漏えいした冷媒32が気化し、原子炉格納容器22内部の圧力の増大を招く可能性がある。
本発明の第6の実施形態によれば、中間熱輸送装置8を原子炉格納容器22の側壁および隔離壁9によって包囲することによって、中間熱輸送装置8およびその近傍のヒートパイプ5の破損による影響を低減することができる。
(構成)
以下、本発明の第7の実施形態に係るPCV熱輸送装置について図11および図12を参照して説明する。第1の実施形態に係るPCV熱輸送装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
以下、本発明の第7の実施形態の作用について説明する。受熱部2は、原子炉格納容器22内の発生熱31を受熱し、発生熱31を内部を流れる冷媒32に与える。発生熱31の熱を受け取った冷媒32は、受熱部排出孔42から排出され、ヒートパイプ5a内を中間放熱部6の方向へ移動する。
本発明の第7の実施形態によれば、熱媒介装置10を原子炉格納容器22の側壁において設け、熱媒介装置10によって、中間放熱部6から中間受熱部7への熱輸送を行わせることによって、ヒートパイプ5による原子炉格納容器22の側壁の貫通孔をなくし、原子炉格納容器22内の物質の外部への流出を防ぐことができる。
(構成)
以下、本発明の第8の実施形態に係るPCV熱輸送装置について図13を参照して説明する。第1の実施形態に係るPCV熱輸送装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
以下、本発明の第8の実施形態の作用について説明する。PCV熱輸送装置1の徐熱容量は、十分な余裕をもって設計されるが、原子炉圧力容器23の過酷事故によっては、原子炉格納容器22内の発生熱31がPCV熱輸送装置1の熱サイクルの熱輸送容量を超過する可能性がある。
本発明の第8の実施形態によれば、原子炉格納容器22内の発生熱31がPCV熱輸送装置1の熱サイクルの容量を超過したときでも、ヒートパイプ5に蓄熱体11を接続して超過分の熱を受熱させ、受熱した蓄熱体11を取り外すことによって、原子炉格納容器22内の発生熱31の徐熱を行うことができる。
(構成)
以下、本発明の第9の実施形態に係るPCV熱輸送装置について図14を参照して説明する。第1の実施形態に係るPCV熱輸送装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
以下、本発明の第9の実施形態の作用について説明する。受熱部2および放熱部4の内部において、曲流機構12は、冷媒32を旋回または蛇行させる。冷媒32は、旋回または蛇行することによって受熱部2および放熱部4の内面との接触時間および接触体積を増やし、受熱部2が冷媒32へ与える熱量、ならびに放熱部4が冷媒32から受け取る熱量を、曲流機構12を設けないときに比べて増やすことができる。
本発明の第9の実施形態によれば、曲流機構12によって受熱部2および放熱部4の内部において冷媒32を旋回または蛇行させることによって、受熱部2が冷媒32へ与える熱量、ならびに放熱部4が冷媒32から受け取る熱量を増やし、PCV熱輸送装置1の徐熱効率を高めることができる。
2・・・受熱部
3・・・冷却タンク
4・・・放熱部
5、5a、5b、5c・・・ヒートパイプ
6・・・中間放熱部
7・・・中間受熱部
8・・・中間熱輸送装置
9・・・隔離壁
10・・・熱媒介装置
11・・・蓄熱体
12・・・曲流機構
13・・・第2中間放熱部
14・・・第2中間受熱部
15・・・第2中間熱輸送装置
16、16a、16b・・・ウィック式ヒートパイプ
17・・・ウィック
18・・・気体流通部
21・・・原子炉建屋
22・・・原子炉格納容器
23・・・原子炉圧力容器
24・・・重心
25・・・蒸気発生器
26・・・加圧器
27・・・中間熱交換器
31・・・発生熱
32・・・冷媒
33・・・冷却材
34・・・気化冷媒
35・・・凝縮冷媒
41・・・受熱部導入孔
42・・・受熱部排出孔
43・・・放熱部導入孔
44・・・放熱部排出孔
45、46、47・・・フィン
51・・・冷却ループ
52・・・受熱部側冷却ループ
53・・・放熱部側冷却ループ
54・・・中間冷却ループ
61・・・冷却流路
62・・・受熱部側冷却流路
63・・・放熱部側冷却流路
64・・・中間冷却流路
Claims (9)
- 原子炉格納容器の内側において設けられ、この原子炉格納容器内の発生熱を受熱し、内部を流れる冷媒に受熱した前記発生熱を与える受熱部と、
前記原子炉格納容器の外側であって、タンク上面が原子炉圧力容器の上頂よりも下方に位置するように設けられ、内部において冷却材を収容し、この冷却材を所定温度以下に保つ冷却手段を有する冷却タンクと、
前記冷却タンク内において設けられ、内部を流れる前記冷媒の熱を前記冷却タンク内の前記冷却材へ放熱する放熱部と、
前記受熱部と前記放熱部との間において設けられ、中間受熱部と中間放熱部とを有し、前記中間受熱部の内部を流れる冷媒の熱を前記中間放熱部の内部を流れる冷媒へ与える中間熱輸送装置と、
前記受熱部と前記放熱部との間であって前記中間熱輸送装置よりも前記放熱部側において設けられ、第2中間受熱部と第2中間放熱部とを有し、前記第2中間受熱部の内部を流れる冷媒の熱を前記第2中間放熱部の内部を流れる冷媒へ与える第2中間熱輸送装置と、
前記受熱部と前記中間熱輸送装置の前記中間放熱部を連結して受熱部側冷却ループを形成し、さらに前記中間熱輸送装置の前記中間放熱部と前記第2中間熱輸送装置の前記中間受熱部を連結して中間冷却ループを形成し、さらに前記放熱部と前記第2中間熱輸送装置の前記中間受熱部を連結して放熱部側冷却ループを形成するヒートパイプとを備え、前記受熱部側冷却ループおよび前記中間冷却ループおよび前記放熱部側冷却ループ内において前記冷媒を循環させることを特徴とする原子炉格納容器の熱輸送装置。 - 原子炉格納容器の内側において設けられ、この原子炉格納容器内の発生熱を受熱し、内部を流れる冷媒に受熱した前記発生熱を与える受熱部と、
前記原子炉格納容器の外側であって、タンク上面が原子炉圧力容器の上頂よりも下方に位置するように設けられ、内部において冷却材を収容し、この冷却材を所定温度以下に保つ冷却手段を有する冷却タンクと、
前記冷却タンク内において設けられ、内部を流れる前記冷媒の熱を前記冷却タンク内の前記冷却材へ放熱する放熱部と、
前記受熱部と前記放熱部との間において設けられ、中間受熱部と中間放熱部とを有し、前記中間受熱部の内部を流れる冷媒の熱を前記中間放熱部の内部を流れる冷媒へ与える中間熱輸送装置と、
前記受熱部と前記放熱部との間であって前記中間熱輸送装置よりも前記放熱部側において設けられ、第2中間受熱部と第2中間放熱部とを有し、前記第2中間受熱部の内部を流れる冷媒の熱を前記第2中間放熱部の内部を流れる冷媒へ与える第2中間熱輸送装置と、
気化した前記冷媒が流通する気体流通部と、凝縮した前記冷媒が流通するウィックとを有し、前記受熱部と前記中間熱輸送装置の前記中間放熱部を連結して受熱部側冷却流路を形成し、さらに前記中間熱輸送装置の前記中間放熱部と前記第2中間熱輸送装置の前記中間受熱部を連結して中間冷却流路を形成し、さらに前記放熱部と前記第2中間熱輸送装置の前記中間受熱部を連結して放熱部側冷却流路を形成するヒートパイプとを備え、
前記受熱部側冷却ループおよび前記中間冷却ループおよび前記放熱部側冷却ループ内において前記冷媒を循環させることを特徴とする原子炉格納容器の熱輸送装置。 - 前記受熱部は、前記原子炉格納容器の側壁内面に沿って配置され、
前記ヒートパイプは、前記受熱部のうち前記原子炉格納容器の側壁内面に沿う面において
前記受熱部と連結されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の原子炉格納容器の熱輸送装置。 - 原子炉格納容器の内側において設けられ、この原子炉格納容器内の発生熱を受熱し、内部を流れる冷媒に受熱した前記発生熱を与える受熱部と、
前記原子炉格納容器の外側であって、タンク上面が原子炉圧力容器の上頂よりも下方に位置するように設けられ、内部において冷却材を収容し、この冷却材を所定温度以下に保つ冷却手段を有する冷却タンクと、
前記冷却タンク内において設けられ、内部を流れる前記冷媒の熱を前記冷却タンク内の前記冷却材へ放熱する放熱部と、
前記受熱部と前記放熱部との間において設けられ、中間受熱部と中間放熱部とを有し、前記中間受熱部の内部を流れる前記冷媒の熱を前記中間放熱部の内部を流れる前記冷媒へ与える中間熱輸送装置と、
前記受熱部と前記中間熱輸送装置の前記中間放熱部を連結して受熱部側冷却ループを形成し、さらに前記放熱部と前記中間熱輸送装置の前記中間受熱部を連結して放熱部側冷却ループを形成するヒートパイプとを備え、
前記中間熱輸送装置は、前記原子炉格納容器の内側において設けられ、
さらに前記原子炉格納容器の内側において、前記原子炉格納容器の側壁内面とともに前記中間熱輸送装置を包囲する隔離壁を備え、
前記受熱部側冷却ループおよび前記放熱部側冷却ループ内において前記冷媒を循環させることを特徴とする原子炉格納容器の熱輸送装置。 - 前記中間熱輸送装置は、前記原子炉格納容器の内側において設けられ、
さらに前記原子炉格納容器の内側において、前記原子炉格納容器の側壁内面とともに前記中間熱輸送装置を包囲する隔離壁を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の原子炉格納容器の熱輸送装置。 - 前記中間熱輸送装置の前記中間放熱部は、前記原子炉格納容器の側壁内面に沿って配置され、
前記中間熱輸送装置の前記中間受熱部は、前記原子炉格納容器の側壁外面に沿って配置され、
前記原子炉格納容器の側壁であって、前記中間放熱部と前記中間受熱部とが対向する位置において、前記中間放熱部から熱を受け取り、前記中間受熱部へ熱を与える熱媒介装置をさらに備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の原子炉格納容器の熱輸送装置。 - 原子炉格納容器の内側において設けられ、この原子炉格納容器内の発生熱を受熱し、内部を流れる冷媒に受熱した前記発生熱を与える受熱部と、
前記原子炉格納容器の外側であって、タンク上面が原子炉圧力容器の上頂よりも下方に位置するように設けられ、内部において冷却材を収容し、この冷却材を所定温度以下に保つ冷却手段を有する冷却タンクと、
前記冷却タンク内において設けられ、内部を流れる前記冷媒の熱を前記冷却タンク内の前記冷却材へ放熱する放熱部と、
前記受熱部と前記放熱部を連結して冷却ループを形成するヒートパイプと、
前記ヒートパイプのうち前記原子炉格納容器の外側に位置する部分のいずれかにおいて、前記冷媒の熱を受け取り蓄熱し、さらに着脱可能な蓄熱体を備え、前記冷却ループ内において前記冷媒を循環させることを特徴とする原子炉格納容器の熱輸送装置。 - 前記ヒートパイプのうち前記原子炉格納容器の外側に位置する部分のいずれかにおいて、前記冷媒の熱を受け取り蓄熱し、さらに着脱可能な蓄熱体をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項記載の原子炉格納容器の熱輸送装置。
- 前記受熱部および前記放熱部の内部において、前記冷媒を蛇行または旋回させる曲流機構を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか一項記載の原子炉格納容器の熱輸送装置。
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