JP5995490B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉で生成された熱を熱交換で取得する冷却装置、特に二次冷却系の冷却装置に関するものである。

原子炉を有する原子力施設は、原子炉で生成された熱を一次冷却系が熱交換で取得し、一次冷却系が取得した熱を二次冷却系が熱交換で取得し、二次冷却系が取得した熱エネルギーを電気エネルギーに変換することで、発電を行っている。具体的には、二次冷却系は、流体が流通されており、熱交換で取得した熱で当該流体を気体とし、上記気体でタービンを回転させることで、発電を行っている。二次冷却系は、気体となってタービンを回転させた後の媒体を冷却装置で冷却すること（除熱すること）で液体とし、液体を一次冷却系との熱交換に用いることで、媒体を循環させることができる。二次冷却系の冷却装置としては、海水等を循環させ、海水と二次冷却系の媒体とで熱交換することで、二次冷却系の媒体を冷却する。ここで、二次冷却系の媒体を冷却する冷却装置ではないが、媒体が流通する伝熱管を冷却する冷却器としては、特許文献１に示す空冷式の冷却器もある。

特開平９−２３９２３０号公報

原子力施設では、海水や淡水等の水を用いて除熱を行っているが、種々の問題で水を利用できない場合が想定される。

そこで、本発明は、水を利用せずに二次冷却系の媒体を冷却することができる冷却装置を提供することを課題とする。

本発明の冷却装置は、原子力施設の二次冷却系を流通する媒体を案内する流入管と、内部に前記媒体を流通させるフィンチューブを複数有する熱交換器及び前記熱交換器の鉛直方向下側に配置された送風機を備え、前記流入管から供給された前記媒体を冷却する空気冷却器と、前記空気冷却器で冷却された前記媒体を前記二次冷却系に案内する流出管と、を有し、前記熱交換器は、前記送風機と対面する面が鉛直方向上側に凸であることを特徴とする。

また、前記熱交換器は、前記送風機と対面する面が、２つの前記鉛直方向に平行な面と、水平方向と平行な面とを組み合わせた逆Ｕ次形状であることが好ましい。

また、前記空気冷却器は、前記熱交換器と前記送風機との間に配置された整流板をさらに有することが好ましい。

また、前記整流板は、前記熱交換器の前記送風機と対面する面に沿って配置されていることが好ましい。

また、前記整流板は、複数の開口が形成された板状部材であり、当該複数の開口は、前記鉛直方向上側に向かうに従って径が大きくなることが好ましい。

また、前記空気冷却器は、前記熱交換器と前記送風機との間に配置された整流板をさらに有し、前記熱交換器は、前記送風機と対面する面の断面の形状が、鉛直方向上側に凸の三角形の底辺を取り除いた形状であることが好ましい。

また、前記整流板は、前記送風機の直上の少なくとも一部に空気を遮蔽する遮蔽部が配置されていることが好ましい。

また、前記空気冷却器は、前記熱交換器の鉛直方向上側に配置され、前記熱交換器を通過した空気を吸い込み、排出する送風機をさらに有することが好ましい。

また、前記送風機は、プロペラファンであることが好ましい。

本発明の冷却装置によれば、空気を利用して二次冷却系の媒体を冷却することができる。

図１は、本実施例に係る冷却装置を備えた原子力施設を模式的に表した概略構成図である。 図２は、本実施例に係る冷却装置の空気冷却器を模式的に表した概略構成図である。 図３は、図２に示す空気冷却器を正面図である。 図４は、図３に示す熱交換器をＡ方向から見た概略構成図である。 図５は、本実施例に係る熱交換器のフィンチューブを模式的に表した概略構成図である。 図６は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。 図７は、他の実施例に係る冷却装置の空気冷却器を模式的に表した概略構成図である。 図８は、図７に示す空気冷却器を正面図である。 図９は、空気冷却器の整流板を模式的に示す概略構成図である。 図１０は、他の実施例に係る冷却装置の空気冷却器を模式的に表した概略構成図である。 図１１は、図１０に示す空気冷却器を正面図である。 図１２は、空気冷却器の整流板を模式的に示す概略構成図である。 図１３は、他の実施例に係る冷却装置の空気冷却器を模式的に表した概略構成図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明に係る冷却装置について説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施例に係る冷却装置を備えた原子力施設を模式的に表した概略構成図である。図１に示す原子力施設１は、原子炉５として、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）が用いられている。この加圧水型の原子炉５を用いた原子力施設１は、原子炉５を含む一次冷却系３と、一次冷却系３と熱交換する二次冷却系４とで構成されており、一次冷却系３には、一次冷却材が流通し、二次冷却系４には、二次冷却材（媒体）が流通している。

一次冷却系３は、原子炉５と、コールドレグとなる冷却材配管６ａおよびホットレグとなる冷却材配管６ｂを介して原子炉５に接続された蒸気発生器７とを有している。また、ホットレグとなる冷却材配管６ｂには、加圧器８が介設され、コールドレグとなる冷却材配管６ａには、冷却材ポンプ９が介設されている。そして、原子炉５、冷却材配管６ａ，６ｂ、蒸気発生器７、加圧器８および冷却材ポンプ９は、原子炉格納容器１０に収容されている。

原子炉５は、上記したように加圧水型原子炉であり、その内部は一次冷却材で満たされている。そして、原子炉５内には、多数の燃料集合体１５が収容されると共に、燃料集合体１５の核分裂を制御する多数の制御棒１６が各燃料集合体１５に抜差し可能に設けられている。そして、この制御棒１６は、燃料集合体１５に対し、制御棒駆動装置１７により抜差し方向に駆動される。制御棒駆動装置１７により制御棒１６が燃料集合体１５へ差し込まれると、燃料集合体１５における核反応は低下して停止する。一方で、制御棒駆動装置１７により制御棒１６が引き抜かれると、燃料集合体１５における核反応は増大して臨界状態となる。また、この制御棒駆動装置１７は、電力の供給が遮断され、電力喪失状態となると、制御棒１６を燃料集合体１５に差し込むように構成されている。

制御棒１６により核分裂反応を制御しながら燃料集合体１５を核分裂させると、この核分裂により熱エネルギーが発生する。発生した熱エネルギーは一次冷却材を加熱し、加熱された一次冷却材は、ホットレグとなる冷却材配管６ｂを介して蒸気発生器７へ送られる。一方、コールドレグとなる冷却材配管６ａを介して蒸気発生器７から送られてきた一次冷却材は、原子炉５内に流入して、原子炉５内を冷却する。

ホットレグとなる冷却材配管６ｂに介設された加圧器８は、高温となった一次冷却材を加圧することにより、一次冷却材の沸騰を抑制している。また、蒸気発生器７は、高温高圧となった一次冷却材を、二次冷却材と熱交換させることにより、二次冷却材を蒸発させて蒸気を発生させ、且つ、高温高圧となった一次冷却材を冷却している。各冷却材ポンプ９は、一次冷却系３において一次冷却材を循環させており、一次冷却材を各蒸気発生器７からコールドレグとなる冷却材配管６ａを介して原子炉５へ送り込むと共に、一次冷却材を原子炉５からホットレグとなる冷却材配管６ｂを介して各蒸気発生器７へ送り込んでいる。

ここで、原子力施設１の一次冷却系３における一連の動作について説明する。原子炉５内の核分裂反応により発生した熱エネルギーにより、一次冷却材が加熱されると、加熱された一次冷却材は、各冷却材ポンプ９によりホットレグとなる冷却材配管６ｂを介して各蒸気発生器７に送られる。ホットレグとなる冷却材配管６ｂを通過する高温の一次冷却材は、加圧器８により加圧されることで沸騰が抑制され、高温高圧となった状態で、各蒸気発生器７に流入する。各蒸気発生器７に流入した高温高圧の一次冷却材は、二次冷却材と熱交換を行うことにより冷却され、冷却された一次冷却材は、各冷却材ポンプ９によりコールドレグとなる冷却材配管６ａを介して原子炉５に送られる。そして、冷却された一次冷却材が原子炉５に流入することで、原子炉５が冷却される。つまり、一次冷却材は、原子炉５と蒸気発生器７との間を循環している。なお、一次冷却材は、冷却材および中性子減速材として用いられる軽水である。

二次冷却系４は、蒸気管２１を介して各蒸気発生器７に接続されたタービン２２と、タービン２２に接続された復水器２３と、復水器２３と各蒸気発生器７とを接続する給水管２６に介設された給水ポンプ２４と、を有している。そして、上記のタービン２２には、発電機２５が接続されている。

ここで、原子力施設１の二次冷却系４における一連の動作について説明する。蒸気管２１を介して各蒸気発生器７から蒸気がタービン２２に流入すると、タービン２２は回転を行う。タービン２２が回転すると、タービン２２に接続された発電機２５は、発電を行う。この後、タービン２２から流出した蒸気は復水器２３に流入する。復水器２３は、その内部に冷却管２７が配設されており、冷却管２７の一方には冷却水（例えば、海水）を供給するための取水管２８が接続され、冷却管２７の他方には冷却水を放水路へ排水するための排水管２９が接続されている。そして、復水器２３は、タービン２２から流入した蒸気を冷却管２７により冷却することで、蒸気を液体に戻している。液体となった二次冷却材は、給水ポンプ２４により給水管２６を介して各蒸気発生器７に送られる。各蒸気発生器７に送られた二次冷却材は、各蒸気発生器７において一次冷却材と熱交換を行うことにより再び蒸気となる。

また、二次冷却系４には、冷却装置４０が接続されている。冷却装置４０は、二次冷却系４の上述したタービン２２を回転させる上記の流れとは別系統の冷却系である。冷却装置４０は、冷却水により冷却ができない場合に、二次冷却系４の二次冷却材を冷却する予備冷却系である。冷却装置４０は、制御装置４１により動作が制御される。

冷却装置４０は、流入管４２と、流出管４４と、開閉弁４６、４８と、ポンプ４９と、空気冷却器５０と、を有する。流入管４２は、蒸気発生器７の液体状態（水）の二次冷却材を空気冷却器５０に案内する配管である。流出管４４は、空気冷却器５０で冷却された二次冷却材を蒸気発生器７に案内する配管である。開閉弁４６は、流入管４２に配置されており、流入管４２の開閉を切り替える、開閉弁４６は、閉じられることで蒸気発生器７の二次冷却材が空気冷却器５０に流入することを抑制し、開かれることで蒸気発生器７の二次冷却材が空気冷却器５０に流入できる状態とする。開閉弁４８は、流出管４４に配置されており、流出管４４の開閉を切り替える、開閉弁４８は、閉じられることで空気冷却器５０の二次冷却材が蒸気発生器７に流入することを抑制し、開かれることで空気冷却器５０の二次冷却材が蒸気発生器７に流入できる状態とする。ポンプ４９は、流出管４４に設置されている。ポンプ４９は、流出管４４内の二次冷却材を蒸気発生器７に送ることで、冷却装置４０内を流れる二次冷却材を蒸気発生器７との間で循環させる。空気冷却器５０は、流入管４２で案内された二次冷却材に空気を吹き付けて、空気と二次冷却材との間で熱交換することで二次冷却材を冷却する空冷式の冷却器である。空気冷却器５０の構造は後述する。

冷却装置４０は、以上のような構成であり、開閉弁４６、４８を開状態とし、ポンプ４９を駆動させることで、蒸気発生器７、流入管４２、空気冷却器５０、流出管４４、蒸気発生器７の順に二次冷却材を循環させる。また、冷却装置４０は、循環する二次冷却材を空気冷却器５０で冷却する。これにより、蒸気発生器７内の二次冷却材を冷却することができ、二次冷却材で一次冷却材を冷却し続けることができる。

次に、図２から図６を用いて、空気冷却器５０の構成を説明する。図２は、本実施例に係る冷却装置の空気冷却器を模式的に表した概略構成図である。図３は、図２に示す空気冷却器を正面図である。図４は、図３に示す熱交換器をＡ方向から見た概略構成図である。図５は、本実施例に係る熱交換器のフィンチューブを模式的に表した概略構成図である。図６は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。

空気冷却器５０は、図２に示すように、支持台６０と、送風機６２と、熱交換ユニット６４と、を有する。支持台６０は、地面に設置された複数の柱と、柱に支持された枠と、を有する。支持台６０は、枠が柱に支持されているため、枠が地面から所定の高さの位置となる。つまり、支持台６０は、枠と地面との間に隙間が形成されている。また、支持台６０には、流入管４２と流出管４４とが接続されている。支持台６０には、流入管４２と流出管４４と熱交換ユニット６４とを接続する配管が設けられている。配管は、流入管４２と熱交換ユニット６４とを接続している。また、配管は、流出管４４と熱交換ユニット６４とを接続している。

送風機６２は、支持台６０の枠の内部に設置されている。つまり、送風機６２は、地面から所定の高さとなる位置に配置されている。本実施形態の空気冷却器５０は、支持台６０の枠の内部に２つの送風機６２が配置されている。なお、空気冷却器５０は、送風機６０を少なくとも１つ備えていればよく、その数は限定されない。送風機６２は、プロペラファンであり、鉛直方向上側に空気流を排出する。送風機６２をプロペラファンとすることで簡単な構成で大容量の空気を供給することができる。また、プロペラファンとすることで、支持台６０に簡単に取り付けることができる。

熱交換ユニット６４は、支持台６０の上面、つまり送風機６２の鉛直方向上側に配置されている。熱交換ユニット６４は、複数の熱交換器６６を備えている。本実施形態の熱交換ユニット６４は、図２に示すように、６つの熱交換器６６が配置されている。熱交換器６６は、送風機６２と向かい合う面つまり送風機６２から排出された空気流が入射する面が、鉛直方向上側に凸となる形状である。本実施形態の熱交換器６６は、水平方向に延在する面の両端にそれぞれ鉛直方向に延在する面が接続された形状、つまり断面が逆Ｕ字となる形状である。熱交換器６６は、逆Ｕ字となる部分が一方向に延在する形状である。なお、熱交換器６６は、Ｕ字形状の開口部の延在方向の前後の面が板状の部材で塞がれている。

また、熱交換ユニット６４は、６つの熱交換器６６が、断面の逆Ｕ字形状が並列に並ぶ方向に３つ配置され、それぞれ断面の逆Ｕ字形状が繋がるように２つ配置されている。つまり、熱交換ユニット６４は、６つの熱交換器６６が２×３の行列で配置されている。また、熱交換器ユニット６４は、断面の逆Ｕ字形状が並列に並ぶ方向において熱交換器６６と熱交換器６６とが一定間隔離れた位置に配置されている。ここで、支持台６０は、上面の熱交換器６６と熱交換器６６との間が塞がれている。これにより、送風機６２で支持台６０の上面に送り込まれた空気流は、熱交換器６６を通過した後、外に排出される。

熱交換ユニット６４は、各熱交換器６６が、流入管４２と流出管４４とに接続されている。つまり、支持台６０に配置された配管は、流入管４４と接続している流路を複数に分岐して複数の熱交換器６６に接続した分岐管である。また、支持台６０に配置された配管は、流出管４６と接続している流路を複数に分岐して複数の熱交換器６６に接続した分岐管である。これにより、熱交換器６６は、それぞれ流入管４２及び流出管４４と連結され、二次冷却材が流通される。熱交換器６６は、流入管４２から流入した二次冷却材と、送風機６２及び案内配管５４、５５で案内された空気流と、の間で熱交換を行わせ、二次冷却材を冷却する。

熱交換器６６は、図４及び図５に示すように、供給部７０と、排出部７２と、フィンチューブ群７３と、を有する。ここで、熱交換器６６は、逆Ｕ字形状を形成する水平方向に延在する面（鉛直方向上側の面）、鉛直方向に延在する面のいずれも同様の形状であり、空気が流れる方向に対して複数のフィンチューブ７４が積層されている。なお、熱交換器６６の水平方向に延在する面（鉛直方向上側の面）に対して鉛直方向に空気が流れ、鉛直方向に延在する面に対しては水平方向に空気が流れる。なお、空気流は、蛇行したり、斜めに流れたりもする。

供給部７０は、流入管４２と接続されており、流入管４２を流れる二次冷却材が供給される。フィンチューブ群７３は、複数のフィンチューブ７４で構成されている。フィンチューブは一方の端部が供給部７０に接続され、他方の端部が排出部７２と接続されている。フィンチューブ群７３のフィンチューブ７４は、供給部７０から供給された二次冷却材を排出部７２に案内して、排出する。排出部７２は、流出管４４と接続されており、フィンチューブ群７３から排出された二次冷却材を流出管４４に排出する。

ここで、フィンチューブ群７３を構成するフィンチューブ７４は、伝熱管であり、図５及び図６に示すように、流通管（チューブ）８０と、流通管８０に接続されたフィン部８２とで構成される。流通管８０は、二次冷却材を流通する管路である。フィン部８２は、流通管８０の外周に設けられたらせん状の板状部材である。フィン部８２は、流通管８０、フィン部８２で伝熱性の高い材料（例えば、アルミニウム合金、銅等の金属）で形成されている。なお、フィン部８２は、流通管８０に接続され、且つ表面積が大きい形状であればよく、形状は特に限定されない。例えば、フィン部８２は、リング形状の板状部材が流通管８０の管路の延在方向に所定間隔で配置された構成でもよい。また、フィン部８２は、流通管８０の管路の延在方向が長手方向となる板状の部材を、流通管８０の延在方向周りに所定間隔で複数配置してもよい。

本実施例のフィンチューブ７４は、図６に示すように断面において、流通管８０の径をＤｂ、フィン部８２の外径をＤｆとした場合、２Ｄｂ≦Ｄｆ≦４Ｄｂとすることが好ましい。流通管８０に対するフィン部８２の大きさを上記関係とすることで、流通管８０を流れる二次冷却材を好適に冷却することができる。

フィンチューブ群７３は、図４及び図６に示すように、フィンチューブ７４が鉛直方向に複数段積層されている。また、フィンチューブ群７３は、図６に示すように、各段のフィンチューブ７４が、水平方向（空気の流れに直交する方向）に複数配置されている。なお、フィンチューブ群７３は、図４で５段、図６で４段のみを示しているが段数は特に限定されない。例えば、フィンチューブ群７３は、水平方向（幅方向）に７９２列（本）配置したフィンチューブ７４を鉛直方向に４段配置してもよい。この場合、フィンチューブ群７３は、３１６８本配置することができる。なお、フィンチューブ群７３として配置するフィンチューブ７４の水平方向の本数、鉛直方向の段数は、これに限定されない。本実施例のフィンチューブ群７３は、水平方向（幅方向）に配置ピッチＳ１でフィンチューブ７４を配置し、鉛直方向（空気の流れ方向）に配置ピッチＳ２でフィンチューブ７４を配置している。

熱交換器６６は、送風機６２から供給される空気流がフィンチューブ群７３を通過する。熱交換器６６は、フィンチューブ群７３に送風機６２から排出された空気流が吹き付けられることで、空気流とフィンチューブ群７３内部を通過する二次冷却材との間で熱交換が行われ、フィンチューブ群７３で案内されている二次冷却材が冷却される。また、熱交換器６６は、フィンチューブ７４にフィン部８２を設けることで、フィンチューブ７４と空気流とが接する面積を大きくすることができ、熱伝達率を高くすることができ、且つ、二次冷却材を効率よく冷却することができる。

原子力施設１は、空冷式で二次冷却材を冷却する冷却装置４０を二次冷却系４に設けることで、水冷式で二次冷却材を冷却する機構が使用できない場合でも、二次冷却材を冷却することができ、一次冷却系３、原子炉５を冷却することができる。

また、冷却装置４０は、開閉弁４６、４８を閉じることで二次冷却材が流通しない構成であるため、タービン２２を回転させる二次冷却系４が正常に稼動している場合、二次冷却材が得た熱を効率よく利用して発電を行うことができる。

また、冷却装置４０は、空気冷却器５０の熱交換器６６の送風機６２に対向する面を送風機６２から離れる方向（鉛直方向上側）に凸となる形状とすることで、熱交換器６６の送風機６２に対向する面の面積を大きくすることができる。これにより、熱交換器６６を通過する際の抵抗の増加を抑制しつつ、フィンチューブ７４を配置できる領域を大きくすることができる。冷却装置４０は、空気流が通過する方向におけるフィンチューブの配置密度、積層数の増加を抑制できることで、送風機６２から出力する風圧を増加させずに、空気流が熱交換器６６を好適に通過できるようにすることができる。これにより、送風機６２が排出する空気流の風圧を換えることなく、より多くのフィンチューブ７４を配置でき、据付面積当たりの冷却能力をより高くすることができる。

冷却装置４０は、熱交換器６６の送風機６２に対向する面を送風機６２から離れる方向に凸となる形状とすることで、送風機６２から排出された空気流を好適に熱交換器６６の全域に排出することができる。

冷却装置４０は、熱交換器６６の形状を逆Ｕ字形状とすることで、より効率よくフィンチューブを配置することができ、据付面積当たりの冷却能力をより高くすることができる。

冷却装置４０は、支持台６０の上面の熱交換器６６と熱交換器６６との間、つまり熱交換器６６が配置されていない領域を塞ぐことで、送風機６２から排出された空気をより効率よく熱交換器６６に供給することができる。また、熱交換器６６は、延在方向の両端の面を塞ぐことで、送風機６２から排出された空気をより効率よく熱交換器６６に供給することができる。なお、熱交換器６６は、延在方向の両端の面にもフィンチューブ群７３を配置してもよい。また、熱交換器６６は、延在方向において他の熱交換器６６と接している面は、塞がなくてもよい。

［他の実施例］
図７は、他の実施例に係る冷却装置の空気冷却器を模式的に表した概略構成図である。図８は、図７に示す空気冷却器を正面図である。図９は、空気冷却器の整流板を模式的に示す概略構成図である。以下、図７から図９を用いて他の実施例について説明する。なお、以下に示す冷却装置は、空気冷却器の構成以外は、上記実施例の冷却装置４０と同様であるので、空気冷却器のみを示す。図７及び図８に示す空気冷却器５０ａは、支持台６０と送風機６２と熱交換ユニット６４ａと、整流板９０、９２とを有する。支持台６０と送風機６２とは、空気冷却器５０と同様の構成である。

熱交換ユニット６４ａは、支持台６０の上面、つまり送風機６２の鉛直方向上側に配置されている。熱交換ユニット６４ａは、複数の熱交換器６６ａを備えている。本実施形態の熱交換ユニット６４ａは、図７に示すように、９つの熱交換器６６ａが配置されている。熱交換器６６ａは、送風機６２と向かい面つまり鉛直方向下側に向いた面が、鉛直方向上側に凸となる形状である。熱交換器６６ａは、延在方向に直交する面の形状が熱交換器６６と同様の形状である。熱交換器６６ａは、水平方向に延在する面の両端にそれぞれ鉛直方向に延在する面が接続された形状、つまり断面が逆Ｕ字となる形状である。熱交換器６６は、逆Ｕ字となる部分が一方向に延在する形状である。

また、熱交換ユニット６４ａは、９つの熱交換器６６ａが、断面の逆Ｕ字形状が並列に並ぶ方向に３つ配置され、それぞれ断面の逆Ｕ字形状が繋がるように３つ配置されている。つまり、熱交換ユニット６４ａは、９つの熱交換器６６ａが３×３の行列で配置されている。熱交換器ユニット６４ａは、断面の逆Ｕ字形状が並列に並ぶ方向において熱交換器６６ａと熱交換器６６ａとが一定間隔離れた位置に配置されている。熱交換器ユニット６４ａは、断面の逆Ｕ字形状が繋がる方向においても熱交換器６６ａと熱交換器６６ａとが一定間隔離れた位置に配置されている。つまり、熱交換器６６ａは、他の熱交換器６６ａと所定の間隔で配置されている。支持台６０は、上面の熱交換器６６ａと熱交換器６６ａとの間が塞がれている。これにより、送風機６２で支持台６０の上面に送り込まれた空気流は、熱交換器６６ａを通過した後、外に排出される。

整流板９０、９２は、送風機６２と熱交換器６６との間に配置されている。整流板９０、９２は、送風機６２から排出された空気流の流れを変える部材である。整流板９０は、熱交換器６６の送風機６２と向かい合う面のうち水平方向に延在する面に接している。２つの整流板９２は、熱交換器６６の送風機６２と向かい合う面のうち、鉛直方向に延在する面にそれぞれ接している。

整流板９０は、開口が所定の間隔で配置された板状の部材である。送風機６２から排出された空気は、整流板９０を通過した後、熱交換器６６ａの水平方向に延在する面のフィンチューブ群が配置されている領域に排出される。

整流板９２は、図９に示すように開口９４が所定の間隔で配置された板状の部材である。整流板９２は、送風機６２に近い側の開口９４の径が小さく、送風機６２から離れるにしたがって開口９４の径が大きくなる。送風機６２から排出された空気は、整流板９２を通過した後、熱交換器６６ａの鉛直方向に延在する面のフィンチューブ群が配置されている領域に排出される。

空気冷却器５０ａは、送風機６２から排出されたが空気流が、整流板９０、９２に配置された開口９４を通過して、フィンチューブ群が配置されている領域に排出されることで、熱交換器６６ａの内部の各部に平均化された空気を供給することができる。これにより、熱交換器６６ａの熱交換の効率をより向上させることができる。また、整流板９２のように、送風機６２に対する位置に応じて開口９４の径を変化させることで、具体的には、送風機６２から空気が供給されやすい領域は開口を小さく、送風機６２から空気が供給されにくい領域は開口を大きくすることで、熱交換器６６ａの各部に供給される空気量を一定とすることができ、より均一に二次冷却材を冷却することができる。

図１０は、他の実施例に係る冷却装置の空気冷却器を模式的に表した概略構成図である。図１１は、図１０に示す空気冷却器を正面図である。図１２は、空気冷却器の整流板を模式的に示す概略構成図である。図１０及び図１１に示す空気冷却器１００は、熱交換器１０４の形状及び送風機１０８を設置している点以外は、空気冷却器５０と同様の構成である。空気冷却器１００は、土台と、送風機６２と、熱交換ユニットと、整流板１０６と、送風機１０８と、を有する。また熱交換ユニットは、複数の熱交換器１０４を有する。

熱交換器１０４は、送風機６２と向かい合う面が、鉛直方向上側に凸の三角形の底辺を取り除いた形状である、熱交換器１０４は、熱交換器の送風機６２と向かい合う面と支持台の上面とで、支持台の上面が底面の二等辺三角形となる形状である。また、熱交換器１０４は、一方向に鉛直方向上側に凸の三角形の底辺を取り除いた形状が延在した形状である。

整流板１０６は、送風機６２と熱交換器１０４との間に配置されている。整流板１０６は、送風機６２から排出された空気流の流れを変える板状の部材である。整流板１０６は、図１２に示すように、送風機６２の直上の中心を含む一部を遮る円形の板状部材である。なお、点線１２０は、送風機６０のプロペラが回転時に通過する領域の外縁を示している。整流板１０６は、点線１２０よりも、つまりプロペラが通過する領域の外縁よりも小さい領域に配置されている。整流板１０６は、送風機６２から排出された空気流のうち、送風機６２の直上に向かって排出された空気流を送風機６２の直上よりも外側に分散させる。分散された空気流は、各方向に流れて熱交換器１０４に到達する。

送風機１０８は、熱交換器１０４の鉛直方向上側に配置されている。ここで、本実施形態の送風機１０８は、２つの熱交換器１０４に挟まれた位置に配置されている。送風機１０８は、鉛直方向下側の空気を鉛直方向上側に排出する空気流を形成する。つまり、送風機１０８は、熱交換器１０４を通過した空気を熱交換器１０４からより離れた位置に排出する。このため、送風機１０８は、熱交換器１０４を通過した空気を吸引する空気吸引装置とも言える。空気冷却器１００は、以上のような構成である。

空気冷却器１００は、熱交換器１０４を、鉛直方向上側に凸の三角形の底辺を取り除いた形状とすることで、逆Ｕ字よりは据付面積当たりのフィンチューブの本数が少なくなるが、据付面積当たりのフィンチューブの本数を一定程度高くすることができる。これにより冷却能力を一定程度向上させることができる。

空気冷却器１００は、整流板１０６によって送風機６２から排出された空気流のうち、送風機６２の直上の一部を遮ることで、空気流を分散することができ、熱交換器１０４の内部の各部に平均化された空気を供給することができる。これにより、熱交換器１０４の熱交換の効率をより向上させることができる。なお、整流板１０６の形状は上記形状に限定されない。

空気冷却器１００は、熱交換器１０４の鉛直方向上側に送風機１０８を設け、熱交換器１０４を通過した空気を吸引することで、熱の滞留が生じることを抑制することができ、熱交換器１０４でより好適に熱交換を行わせることができる。また、空気冷却器１００は、送風機１０８で熱交換器１０４を通過した空気を吸引することで、熱交換器１０４を通過する空気の一部を吸引することができ、熱交換器１０４を通過する空気が熱交換器１０４を通りやすくすることができる。これにより、より多くの空気が熱交換器１０４を通過するようにすることができ、より好適に熱交換を行わせることができる。

図１３は、他の実施例に係る冷却装置の空気冷却器を模式的に表した概略構成図である。空気冷却器１００ａは、熱交換器１０４の鉛直方向上側に配置された送風機１０８を２つ備えている。空気冷却器１００ａは、送風機１０８を２つ設けることで、熱交換器１０４の鉛直方向上側で熱が滞留することをより確実に抑制することができ、熱交換器１０４を通過する空気が熱交換器１０４をより通りやすくすることができる。なお、熱交換器１０４の鉛直方向上側に配置する熱交換器の数は特に限定されない。

原子力施設１は、水冷式の熱交換器（復水器２３と冷却管２７）に異常が発生した場合や、蒸気管２１、給水管２６等に異常が発生した場合、制御装置４１により開閉弁４６、４８を開状態とし、ポンプ４９により二次冷却材の循環を開始し、空気冷却器５０を稼動することで、異常発生時に二次冷却材を冷却することができる。

なお、上記実施形態では、冷却装置４０の流入管４２と流出管４４とを蒸気発生器７に接続させたが、これに限定されない。冷却装置４０は、流入管４２と流出管４４とを給水管２６に接続するようにしてもよい。つまり、二次冷却系４は、水冷式の熱交換器（復水器２３と冷却管２７）と空冷式の冷却装置４０とを直列で連結してもよい。また、二次冷却系４は、水冷式の熱交換器（復水器２３と冷却管２７）に換えて冷却装置４０を配置してもよい。この場合、原子力施設１は、二次冷却材を冷却する機構として冷却装置４０を常時稼動させる。

１ 原子力施設
３ 一次冷却系
４ 二次冷却系
５ 原子炉
７ 蒸気発生器
８ 加圧器
１５ 燃料集合体
１６ 制御棒
１７ 制御棒駆動装置
２２ タービン
２５ 発電機
４０ 冷却装置（緊急用冷却装置）
４２ 流入管
４４ 流出管
４６、４８ 開閉弁
４９ ポンプ
５０ 空気冷却器
６０ 支持台
６２ 送風機
６４ 熱交換ユニット
６６ 熱交換器
７０ 供給部
７２ 排出部
７３ フィンチューブ群
７４ フィンチューブ（伝熱管）
８０ 流通管（チューブ）
８２ フィン部
９０、９２ 整流板
９４ 開口

Claims (3)

1. 原子力施設の二次冷却系を流通する媒体を案内する流入管と、
   内部に前記媒体を流通させるフィンチューブを複数有する熱交換器及び前記熱交換器の鉛直方向下側に配置された送風機を備え、前記流入管から供給された前記媒体を冷却する空気冷却器と、
   前記空気冷却器で冷却された前記媒体を前記二次冷却系に案内する流出管と、を有し、
   前記熱交換器は、前記送風機と対面する面が鉛直方向上側に凸であり、前記送風機と対面する面が２つの前記鉛直方向に平行な面と、水平方向と平行な面とを組み合わせた逆Ｕ次形状であり、
   前記空気冷却器は、前記熱交換器と前記送風機との間に配置された整流板をさらに有し、
   前記整流板は、前記熱交換器の前記送風機と対面する面に沿って配置され、複数の開口が形成された板状部材であり、当該複数の開口は、前記鉛直方向上側に向かうに従って径が大きくなることを特徴とする冷却装置。
2. 前記空気冷却器は、前記熱交換器の鉛直方向上側に配置され、前記熱交換器を通過した空気を吸い込み、排出する送風機をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記送風機は、プロペラファンであることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。

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