JP6479406B2 - 冷却装置および原子力設備 - Google Patents

Description

本発明は、冷却媒体を冷却する冷却装置、および当該冷却装置が適用される原子力設備に関するものである。

従来、例えば、特許文献１に記載の冷却装置（エアフィンクーラ）は、潤滑油などの液体からなる冷却媒体を流すフィンチューブを有する熱交換器と、熱交換器に外気を通風する冷却ファンと、熱交換器に対向して配置され運転開始前にこれを加熱する電気ヒータとを備えることが示されている。この冷却装置は、小型で安価な小容量の電気ヒータを使用しつつ、熱交換器内の冷却媒体全体を効率よく加熱して速やかに運転を開始できるようにするため、電気ヒータを熱交換器の通風面積より小さく構成すると共に、電気ヒータを熱交換器に対向した状態で移動可能に設置することを特徴としている。

特開２００６−１４５０７１号公報

上述した特許文献１に記載の冷却装置は、熱交換器に対向して配置され運転開始前にこれを加熱する電気ヒータを、熱交換器の通風面積より小さく構成し、かつ熱交換器に対向した状態で移動可能に設置するものであるが、電気ヒータを駆動するため電源、および電気ヒータを移動させるための電源が必要であり、熱交換器内の冷却媒体全体を運転開始前に加熱できたとしても消費電力が嵩む問題がある。

ところで、原子力設備では、使用済燃料が保管される使用済燃料ピットの冷却水を冷却するための使用済燃料ピット冷却器や、原子炉停止時に原子炉内の冷却水を冷却するための予熱除去冷却器などがある。これらの冷却器は、原子炉補機冷却水が循環され、この原子炉補機冷却水が、例えば、海水が供給される原子炉補機冷却水冷却器により冷却される。このような冷却系において、シビアアクシデント時に電源が喪失し、原子炉補機冷却水冷却器に海水を供給する海水ポンプに電源が供給されなくなった場合や、海水ポンプが故障した場合を想定し、確実に原子炉補機冷却水を冷却する補助冷却系が設けられている。

しかし、補助冷却系は、通常は運転しないものであり、かつ外気温度が０℃以下になる環境下では、運転開始前に伝熱管などの配管に水が張られていると、水の凍結により伝熱管などの配管が破壊するおそれがあることから、その対策を講じる必要がある。上述した特許文献１の冷却装置では、電気ヒータが設けられているが電気ヒータの消費電力が嵩むと共に、電気ヒータを移動させる機構の保守管理が必要になる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、媒体を運転開始前に効率的に加熱することのできる冷却装置および原子力設備を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の冷却装置は、第一媒体が循環される第一循環路と、前記第一循環路に介在されて前記第一媒体と外部から導入される冷却水とを非接触で熱交換させる主冷却部と、第二媒体が循環される第二循環路に設けられて前記第二媒体と外部の空気とを非接触で熱交換させる副冷却部と、前記第一循環路と前記第二循環路との間に介在されて前記第一媒体と前記第二媒体とを非接触で熱交換させる中間熱交換部と、を備えることを特徴とする。

この冷却装置によれば、通常時、主冷却部により、外部から導入される冷却水と、第一循環路に循環される第一媒体とを非接触で熱交換させて第一媒体を冷却する。また、主冷却部が機能できなくなった非常時では、中間熱交換部において、副冷却部で冷却される第二循環路の第二媒体と第一媒体とを非接触で熱交換させて第一媒体を冷却する。一方、通常時において、外気温度が０℃以下になる環境下では、中間熱交換器により、第二循環路の第二媒体と第一媒体とを非接触で熱交換させて第二媒体を加熱することで、非常時に運転開始される前の副冷却部に加熱した第二媒体が送られて凍結が防止される。このように、この冷却装置によれば、外気温度が０℃以下になる環境下において、非常時に第一媒体を冷却するための第二媒体を運転開始前に効率的に加熱することができ、第二媒体の凍結による副冷却部の破損を防ぐことができる。

また、本発明の冷却装置では、前記第二循環路を副冷却部の周囲に沿って配置することを特徴とする。

この冷却装置によれば、第二循環路は、凍結を防ぐために第一媒体により加熱された第二媒体が循環するため、当該第二循環路により、降雪時に副冷却部の周囲に積もる雪を溶かすことができ、除雪作業を容易化またはなくすことができる。

また、本発明の冷却装置では、前記第二循環路は、太陽熱を吸熱する吸熱部が設けられることを特徴とする。

この冷却装置によれば、吸熱部により電力消費なく第二媒体の加熱を助勢することができる。

また、本発明の冷却装置では、前記第二循環路は、ヒータが設けられることを特徴とする。

この冷却装置によれば、ヒータにより第二媒体の加熱を助勢することができる。

また、本発明の冷却装置では、前記ヒータに給電する太陽電池が設けられることを特徴とする。

この冷却装置によれば、ヒータによる電力消費を抑えることができる。

また、本発明の冷却装置では、前記太陽電池からの給電により作動する別のヒータと、前記別のヒータによる熱を蓄熱する蓄熱部と、前記第二循環路から迂回して循環する迂回循環回路に設けられて前記第二媒体と前記蓄熱部に蓄熱される熱との間で熱交換させる蓄熱熱交換部と、を備えることを特徴とする。

この冷却装置によれば、太陽電池に太陽光が照射されるときは、ヒータへの給電により第二循環路の第二媒体を加熱すると共に、別のヒータへの給電により蓄熱部を加熱する。一方、太陽電池に太陽光が照射されなくなったときは、ヒータおよび別のヒータへの給電が止まる。このとき、蓄熱熱交換部において第二循環路の第二媒体と蓄熱部に蓄熱された熱との間で熱交換させ、第二媒体を加熱することができる。

また、本発明の冷却装置では、前記中間熱交換部を迂回して前記第一循環路と前記第二循環路とを接続し、前記第一循環路の前記第一媒体を前記第二循環路に対して前記第二媒体として循環供給させる接続路と、前記接続路を開閉する接続路開閉弁と、を備えることを特徴とする。

この冷却装置によれば、外気温度が０℃以下になる環境下では、接続路開閉弁を閉作動させることで、中間熱交換部を介し、第一媒体を加熱源として第二循環路の第二媒体を加熱する。一方、非常時では、接続路開閉弁を開作動させることで、中間熱交換部を介さずに、しかも第一循環路の第一媒体を、第二循環路に対して第二媒体として循環供給させる。この結果、第一媒体が副冷却部により直接冷却されるため、第一媒体の冷却効率を向上することができる。

また、本発明の冷却装置では、前記第二循環路は、大流量循環ポンプと、前記大流量循環ポンプに対して並列接続された小流量循環ポンプと、が設けられることを特徴とする。

この冷却装置によれば、非常時は大流量循環ポンプにより第二循環路に循環する第二媒体補の流量を多くすることで第一媒体を効率的に冷却でき、外気温度が０℃以下になる環境下では小流量循環ポンプを用いて低電力で第二媒体を加熱することができる。

また、本発明の冷却装置では、前記第二循環路は、前記第二媒体の循環方向を一方向とする逆止弁が設けられることを特徴とする。

この冷却装置によれば、第二循環路に逆止弁を設けることで、外気温度が０℃以下になる環境下において、ヒータや吸熱部の加熱による自然対流を利用し、第二循環路での第二媒体の循環方向を一方向として第二媒体を効率的に加熱することができる。

上述の目的を達成するために、本発明の原子力設備は、上述したいずれか１つの冷却装置を有し、設備内の前記第一媒体が前記第一循環路に循環供給されることを特徴とする。

この原子力設備によれば、原子力設備のシビアアクシデント時に第一循環路の第一媒体を冷却するための第二媒体を、シビアアクシデント時ではない通常時における外気温度が０℃以下になる環境下において第一媒体の熱により加熱することで、第二媒体の凍結が防止される。このように、この原子力設備によれば、外気温度が０℃以下になる環境下において、シビアアクシデント時に第一媒体を冷却するための第二媒体を運転開始前に効率的に加熱することができ、第二媒体の凍結による副冷却部の破損を防ぐことができる。この結果、原子力設備における第一媒体の冷却を継続して冷却することができる。

本発明によれば、媒体を運転開始前に効率的に加熱することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る冷却装置を備える原子力設備の概略構成図である。 図２は、本発明の実施形態に係る冷却装置の概略図である。 図３は、本発明の実施形態に係る冷却装置の冷却器の概略図である。 図４は、本発明の実施形態に係る冷却装置の概略図である。 図５は、本発明の実施形態に係る冷却装置の概略図である。 図６は、本発明の実施形態に係る冷却装置の概略図である。 図７は、本発明の実施形態に係る冷却装置の概略図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態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、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る冷却装置を備える原子力設備の概略構成図である。図１に示す原子力設備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を用いた原子力設備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、一次冷却水が流通し、二次冷却系４には、二次冷却水が流通する。

一次冷却系３は、原子炉５と、コールドレグとなる冷却水配管６ａおよびホットレグとなる冷却水配管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。冷却水配管６ｂは、加圧器８が設けられている。また、冷却水配管６ａは、冷却水ポンプ９が設けられている。これら、原子炉５、冷却水配管６ａ，６ｂ、蒸気発生器７、加圧器８および冷却水ポンプ９は、堅牢な原子炉格納容器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水で満たされている。原子炉５は、その内部に、多数の燃料集合体１５が収容されるとともに、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に抜き差し可能に設けられている。制御棒１６は、燃料集合体１５に対し、制御棒駆動装置１７により抜き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、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水を加熱し、加熱された一次冷却水は、冷却水配管６ｂを介して蒸気発生器７へ送られる。一方、冷却水配管６ａを介して蒸気発生器７から送られてきた一次冷却水は、原子炉５内に流入して、原子炉５内を冷却する。

冷却水配管６ｂに設けられた加圧器８は、高温となった一次冷却水を加圧することにより、一次冷却水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水を、二次冷却水と熱交換させることにより、二次冷却水を蒸発させて蒸気を発生させ、かつ高温高圧となった一次冷却水を冷却する。冷却水ポンプ９は、一次冷却系３において一次冷却水を循環させ、一次冷却水を蒸気発生器７から冷却水配管６ａを介して原子炉５へ送り込むとともに、一次冷却水を原子炉５から冷却水配管６ｂを介して蒸気発生器７へ送り込む。なお、蒸気発生器７は、１つの原子炉５に対して１つ設けられた形態で図示されているが、複数設けられていてもよい。

ここで、原子力設備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、一次冷却水が加熱されると、加熱された一次冷却水は、冷却水ポンプ９によりホットレグとなる冷却水配管６ｂを介して蒸気発生器７に送られる。ホットレグとなる冷却水配管６ｂを通過する高温の一次冷却水は、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、蒸気発生器７に流入する。蒸気発生器７に流入した高温高圧の一次冷却水は、二次冷却水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水は、冷却水ポンプ９によりコールドレグとなる冷却水配管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水が原子炉５に流入することで、原子炉５が冷却される。つまり、一次冷却水は、原子炉５と蒸気発生器７との間を循環している。なお、一次冷却水は、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、原子力設備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水は、給水ポンプ２４により給水管２６を介して蒸気発生器７に送られる。蒸気発生器７に送られた二次冷却水は、蒸気発生器７において一次冷却水と熱交換を行うことにより再び蒸気となる。

上述した原子力設備１では、上述した原子力設備１の建屋内で、使用済みとなった燃料集合体１５（以下、使用済燃料という）が使用済燃料ピット３１内に保管され、当該使用済燃料ピット３１内に満たされた使用済燃料ピット冷却水３１ａにより冷却される。そして、使用済燃料ピット冷却水３１ａは、使用済燃料から生じる熱により加熱されるため冷却する必要がある。そこで、使用済燃料ピット３１は、使用済燃料ピット冷却水３１ａを循環させる使用済燃料ピット冷却水循環路３２および循環ポンプ３３が設けられ、この使用済燃料ピット冷却水循環路３２の途中に使用済燃料ピット冷却器３４が設けられている。

また、上述した原子力設備１では、原子炉５の停止時に原子炉５内の一時冷却水を冷却する必要がある。そこで、上述した原子力設備１の建屋内で、ホットレグとなる冷却水配管６ｂとコールドレグとなる冷却水配管６ａとに両端が接続されてこの一次冷却水を循環させる一次冷却水循環路３５および循環ポンプ３６が設けられ、この一次冷却水循環路３５の途中に予熱除去冷却器３７が設けられている。

そして、使用済燃料ピット冷却器３４は、熱交換器として構成されて、使用済燃料ピット冷却水循環路３２の使用済燃料ピット冷却水３１ａを冷却するための原子炉補機冷却水（第一媒体）が循環される原子炉補機冷却水循環路（第一循環路）４１の一部が介在されている。同様に、予熱除去冷却器３７は、熱交換器として構成されて、一次冷却水循環路３５を冷却するための原子炉補機冷却水が循環される原子炉補機冷却水循環路４１の一部が介在されている。

なお、原子炉補機冷却水により冷却される使用済燃料ピット冷却器３４や予熱除去冷却器３７は、一例であり、原子力設備１においては、図には明示しないが、原子炉補機冷却水循環路４１に循環される原子炉補機冷却水により冷却される他の冷却器もある。

図２は、本実施形態に係る冷却装置の基本構成を示す概略図である。図３は、本実施形態に係る冷却装置の冷却器の概略図である。また、図４〜図７は、本実施形態に係る冷却装置の概略図である。

上述した、原子炉補機冷却水が循環される原子炉補機冷却水循環路４１は、図２に示すように、本実施形態における冷却装置４０の構成として上述した原子力設備１の建屋３０内に設けられている。原子炉補機冷却水循環路４１は、原子炉補機冷却水を循環させるため、循環ポンプ４２が設けられている。そして、冷却装置４０は、原子炉補機冷却水循環路４１や循環ポンプ４２の他、原子炉補機冷却水冷却器（主冷却部）４３が設けられている。

原子炉補機冷却水冷却器４３は、上述した原子力設備１の建屋３０の外部から導入される冷却水と、原子炉補機冷却水循環路４１に循環される原子炉補機冷却水とを非接触で熱交換させるものである。具体的に、原子炉補機冷却水冷却器４３は、冷却水が導入される外部冷却水導入路４４の一部、および原子炉補機冷却水循環路４１の一部が配置されている。外部冷却水導入路４４は、冷却水として、例えば、海水が適用され、この海水を導入するための海水ポンプ４５が接続されている。すなわち、原子炉補機冷却水冷却器４３は、海水ポンプ４５により外部冷却水導入路４４に導入された海水と、原子炉補機冷却水循環路４１に循環される原子炉補機冷却水とを非接触で熱交換し、原子炉補機冷却水を冷却する。そして、このように冷却された原子炉補機冷却水により使用済燃料ピット冷却器３４や予熱除去冷却器３７を介して使用済燃料ピット冷却水３１ａや一次冷却水を冷却することができる。

また、冷却装置４０は、補助冷却器（副冷却部）４６が設けられている。補助冷却器４６は、上述した原子力設備１の建屋３０の外部に設けられ、シビアアクシデント時に電源が喪失し、原子炉補機冷却水冷却器４３に海水を供給する海水ポンプ４５に電源が供給されなくなった場合や、海水ポンプ４５が故障した場合を想定し、確実に原子炉補機冷却水を冷却するために適用される。

補助冷却器４６は、補助冷却水（第二媒体）が循環されるように補助冷却水循環路（第二循環路）４７および循環ポンプ４８を有する。補助冷却器４６は、補助冷却水循環路４７の一部が伝熱管４７Ａとして介在される冷却部４６Ａをなし、この冷却部４６Ａに外部の空気を送り接触させる送風機４６Ｂを備える。これにより、補助冷却器４６は、補助冷却水循環路４７の補助冷却水と外部の空気とで熱交換させ、補助冷却水を冷却する。

本実施形態の補助冷却器４６は、図３に示すように、冷却部４６Ａを対向配置してその間に空間Ｅが形成された箱状に構成され、当該箱状の天井部に送風機４６Ｂが配置されている。すなわち、この補助冷却器４６は、送風機４６Ｂにより箱状内の空間Ｅの空気を排出することで、箱状の外部の空気を対向する各冷却部４６Ａを介して吸引し、この箱状の外部の空気と各冷却部４６Ａの補助冷却水とを熱交換させ、補助冷却水を冷却する構成とされている。補助冷却器４６がこの構成の場合、補助冷却水循環路４７は、各冷却部４６Ａに対応するように入口側管４７Ｂと出口側管４７Ｃとに分岐して設けられ、それぞれの冷却部４６Ａに介在される伝熱管４７Ａの入口側端と出口側端に対して入口側管４７Ｂと出口側管４７Ｃとが連結して構成される。

また、本実施形態の冷却装置４０は、中間熱交換器（中間熱交換部）４９が設けられている。中間熱交換器４９は、原子炉補機冷却水循環路４１の一部と補助冷却水循環路４７の一部が共に介在される冷却部をなし、この冷却部において、原子炉補機冷却水循環路４１に循環される原子炉補機冷却水と、補助冷却水循環路４７に循環される補助冷却水とを非接触で熱交換させる。すなわち、中間熱交換器４９は、原子炉補機冷却水循環路４１に循環される原子炉補機冷却水を、補助冷却器４６にて冷却された補助冷却水と熱交換させて冷却する。

なお、中間熱交換器４９に介在される原子炉補機冷却水循環路４１の一部は、原子炉補機冷却水循環路４１自体の一部であってもよいが、本実施形態では、図２に示すように、原子炉補機冷却水冷却器４３に介在される原子炉補機冷却水循環路４１において、原子炉補機冷却水冷却器４３に対する上流側と下流側とに接続された中間循環路５０として構成されている。そして、この中間循環路５０が中間熱交換器４９に介在されている。また、中間循環路５０は、中間熱交換器４９に介在されて原子炉補機冷却水循環路４１に接続される一端側および他端側に、それぞれ中間循環路開閉弁５１が設けられている。そして、必要に応じて中間循環路開閉弁５１を開作動させることで、原子炉補機冷却水循環路４１に循環される原子炉補機冷却水を中間循環路５０に供給することができる。

このような冷却装置４０は、通常時、原子炉補機冷却水冷却器４３により、原子力設備１の建屋３０の外部から導入される冷却水と、原子炉補機冷却水循環路４１に循環される原子炉補機冷却水とを非接触で熱交換し、冷却された原子炉補機冷却水により使用済燃料ピット冷却器３４や予熱除去冷却器３７を介して使用済燃料ピット冷却水３１ａや一次冷却水を冷却することができる。

また、シビアアクシデント時に電源が喪失し、原子炉補機冷却水冷却器４３に海水を供給する海水ポンプ４５に電源が供給されなくなった場合や、海水ポンプ４５が故障した場合、中間循環路開閉弁５１を開作動させて原子炉補機冷却水循環路４１に循環される原子炉補機冷却水を中間循環路５０に供給し、循環ポンプ４８を作動させて補助冷却水を補助冷却水循環路４７に循環させ、かつ送風機４６Ｂを作動させて補助冷却器４６の運転により補助冷却水を冷却し、中間熱交換器４９において補助冷却水により原子炉補機冷却水を冷却する。

このように、本実施形態の冷却装置４０によれば、シビアアクシデント時に原子炉補機冷却水の冷却を通常時から継続して冷却することができる。

また、本実施形態の冷却装置４０は、上述したように、通常時は、補助冷却器４６および中間熱交換器４９を使用しないが、外気温度が０℃以下になる環境下において、補助冷却水循環路４７内の補助冷却水の凍結による補助冷却器４６の破損を回避する運転を行う。具体的には、中間循環路開閉弁５１を開作動させて原子炉補機冷却水循環路４１に循環される原子炉補機冷却水を中間循環路５０に供給し、循環ポンプ４８を作動させて補助冷却水を補助冷却水循環路４７に循環させるが送風機４６Ｂを作動させず、中間熱交換器４９において原子炉補機冷却水により補助冷却水を加熱する。

このように、本実施形態の冷却装置４０によれば、外気温度が０℃以下になる環境下において、原子炉補機冷却水を加熱源として補助冷却水循環路４７の補助冷却水を加熱する。この結果、原子炉補機冷却水を冷却するための補助冷却水を、シビアアクシデント時の運転開始前に効率的に加熱することができる。

なお、上述した構成の場合、シビアアクシデント時は補助冷却水により高温の原子炉補機冷却水を冷却することから、補助冷却水を補助冷却器４６によってより低温に冷却するため、補助冷却水循環路４７に循環する補助冷却水の流量を多くする必要がある。一方、外気温度が０℃以下になる環境下で、補助冷却水の加熱は凍結を防ぐ程度でよく、補助冷却水循環路４７に循環する補助冷却水の流量は少なくてもよい。

そこで、本実施形態の冷却装置４０では、補助冷却水循環路４７の循環ポンプ４８を、図２に示すように、大流量循環ポンプ４８Ａと小流量循環ポンプ４８Ｂとを補助冷却水循環路４７に対して互いに並行接続する。

このような冷却装置４０によれば、シビアアクシデント時は大流量循環ポンプ４８Ａにより補助冷却水循環路４７に循環する補助冷却水の流量を多くすることで原子炉補機冷却水を効率的に冷却でき、外気温度が０℃以下になる環境下では小流量循環ポンプ４８Ｂを用いて低電力で補助冷却水を加熱することができる。

また、本実施形態の冷却装置４０では、図３に示すように、補助冷却水循環路４７（入口側管４７Ｂや出口側管４７Ｃ）を、補助冷却器４６の冷却部４６Ａの周囲に沿って配置することが好ましい。

この冷却装置４０によれば、補助冷却水循環路４７は、凍結を防ぐために原子炉補機冷却水により加熱された補助冷却水が循環するため、当該補助冷却水循環路４７により、降雪時に補助冷却器４６における冷却部４６Ａの周囲に積もる雪を溶かすことができ、除雪作業を容易化またはなくすことができる。

ところで、本実施形態の冷却装置４０は、図４に示すように、中間熱交換器４９を迂回するように、原子炉補機冷却水循環路４１に接続された中間循環路５０と補助冷却水循環路４７とを接続する接続路５２が設けられている。接続路５２は、中間循環路５０を介して原子炉補機冷却水循環路４１と補助冷却水循環路４７とを接続することで、中間熱交換器４９を迂回して、原子炉補機冷却水循環路４１の原子炉補機冷却水を、補助冷却水循環路４７に対して補助冷却水として循環供給させる。また、接続路５２は、接続路開閉弁５３が設けられて開閉可能に構成されている。

この冷却装置４０によれば、外気温度が０℃以下になる環境下では、接続路開閉弁５３を閉作動させることで（中間循環路開閉弁５１を開作動）、中間熱交換器４９を介し、原子炉補機冷却水を加熱源として補助冷却水循環路４７の補助冷却水を加熱する。一方、シビアアクシデント時では、接続路開閉弁５３を開作動させることで（中間循環路開閉弁５１を閉作動）、中間熱交換器４９を介さずに、しかも原子炉補機冷却水循環路４１の原子炉補機冷却水を、補助冷却水循環路４７に対して補助冷却水として循環供給させる。この結果、原子炉補機冷却水が補助冷却器４６により直接冷却されるため、原子炉補機冷却水の冷却効率を向上することができる。

なお、以下に説明する図５〜図７では、図４と同様に接続路５２および接続路開閉弁５３が設けられた形態で示しているが、接続路５２および接続路開閉弁５３を設けなくてもよい。

また、本実施形態の冷却装置４０は、図５〜図７に示すように、上述した構成に加えてさらに補助冷却水循環路４７にヒータ５５を設けてもよい。

ヒータ５５を設けることで、外気温度が０℃以下になる環境下において補助冷却水の加熱を助勢することができる。

なお、ヒータ５５は、図５に示すように、補助冷却水循環路４７において、補助冷却器４６の冷却部４６Ａに介在される伝熱管４７Ａの上側に繋がって下方に配置される入口側管４７Ｂ（図３参照）に設けたり、この入口側管４７Ｂから伝熱管４７Ａの上側に向かって上方に延在する部分（図３参照）に設けたりすることが好ましい。このように構成することで、ヒータ５５により加熱された補助冷却水循環路４７内の補助冷却水を補助冷却器４６の冷却部４６Ａに対して自然対流を利用して送ることができ、冷却部４６Ａの比較的細径の伝熱管４７Ａにおける補助冷却水の凍結を効率的に防止することができる。

また、図５に示すように、補助冷却水循環路４７に逆止弁５６を設けることで、外気温度が０℃以下になる環境下において、ヒータ５５の加熱による自然対流を利用し、補助冷却水循環路４７での補助冷却水の循環方向を一方向として補助冷却水を効率的に加熱することができる。なお、本実施形態の冷却装置４０では、逆止弁５６は、補助冷却水循環路４７に対し、上述したシビアアクシデント時に運転される大流量循環ポンプ４８Ａと並行接続される。

なお、以下に説明する図６および図７では、図５と同様に逆止弁５６が設けられた形態で示しているが、図２に示すように、小流量循環ポンプ４８Ｂが設けられた形態であってもよい。

また、本実施形態の冷却装置４０では、ヒータ５５は、電気ヒータでもよいが、電力を消費しないように太陽熱を吸熱する吸熱部として構成されていることが好ましい。

ヒータ５５を吸熱部として構成する場合、例えば、吸熱部を補助冷却水循環路４７の周囲を覆うような環状に構成するか、または吸熱部を補助冷却水循環路４７の周囲に塗膜として構成する。また、吸熱部を補助冷却水循環路４７の周囲にジャケット構造を有した二重管を構成し、ジャケット部にパラフィンやポリマーなど高温の融点を持つ流体を構成し、熱容量を持たせることで、日射の無い時間帯においても凍結を防止できるようにしてもよい。

また、本実施形態の冷却装置４０は、ヒータ５５が電気ヒータの場合、図６に示すように、ヒータ５５に給電する太陽電池５７を設けることが好ましい。このように構成することで、ヒータ５５による電力消費を抑えることができる。

また、本実施形態の冷却装置４０は、ヒータ５５が電気ヒータであって、太陽電池５７によりヒータ５５に給電する場合、図７に示すように、太陽電池５７からの給電により作動する別のヒータ５８と、別のヒータ５８による熱を蓄熱する蓄熱槽（蓄熱部）５９と、補助冷却水循環路４７から迂回して循環する迂回循環回路６１に設けられて補助冷却水循環路４７の補助冷却水と蓄熱槽５９に蓄熱される熱との間で熱交換させる蓄熱熱交換部６０と、を備えることが好ましい。

蓄熱槽５９は、流体が充填され、蓄熱熱交換部６０を介して流体を循環させる流体循環路６２が設けられている。また流体循環路６２は、流体開閉弁６３により蓄熱熱交換部６０への流体の流通を開閉するように構成されている。

このような構成により、太陽電池５７に太陽光が照射されるときは、ヒータ５５への給電により補助冷却水循環路４７の補助冷却水を加熱すると共に、別のヒータ５８への給電により蓄熱槽５９の流体を加熱する。この際、流体開閉弁６３を閉作動させておくことで、蓄熱槽５９の流体が蓄熱熱交換部６０に至ることはない。一方、太陽電池５７に太陽光が照射されなくなったときは、ヒータ５５および別のヒータ５８への給電が止まる。このとき、流体開閉弁６３を開作動させることで、蓄熱槽５９の流体が蓄熱熱交換部６０に至り、蓄熱熱交換部６０において補助冷却水循環路４７の補助冷却水と蓄熱槽５９に蓄熱される流体との間で熱交換させ、補助冷却水を加熱することができる。

１ 原子力設備
４０ 冷却装置
４１ 原子炉補機冷却水循環路（第一循環路）
４２ 循環ポンプ
４３ 原子炉補機冷却水冷却器（主冷却部）
４４ 外部冷却水導入路
４５ 海水ポンプ
４６ 補助冷却器（副冷却部）
４６Ａ 冷却部
４６Ｂ 送風機
４７ 補助冷却水循環路（第二循環路）
４７Ａ 伝熱管
４７Ｂ 入口側管
４７Ｃ 出口側管
４８ 循環ポンプ
４８Ａ 大流量循環ポンプ
４８Ｂ 小流量循環ポンプ
４９ 中間熱交換器（中間熱交換部）
５０ 中間循環路
５１ 中間循環路開閉弁
５２ 接続路
５３ 接続路開閉弁
５５ ヒータ，吸熱部
５６ 逆止弁
５７ 太陽電池
５８ 別のヒータ
５９ 蓄熱槽
６０ 蓄熱熱交換部
６１ 迂回循環回路
６２ 流体循環路
６３ 流体開閉弁

Claims (9)

1. 第一媒体が循環される第一循環路と、
   前記第一循環路に介在されて前記第一媒体と外部から導入される冷却水とを非接触で熱交換させる主冷却部と、
   第二媒体が循環される第二循環路に設けられて前記第二媒体と外部の空気とを非接触で熱交換させる副冷却部と、
   前記第一循環路と前記第二循環路との間に介在されて前記第一媒体と前記第二媒体とを非接触で熱交換させる中間熱交換部と、
   前記中間熱交換部を迂回して前記第一循環路と前記第二循環路とを接続し、前記第一循環路の前記第一媒体を前記第二循環路に対して前記第二媒体として循環供給させる接続路と、
   前記接続路を開閉する接続路開閉弁と、
   を備えることを特徴とする冷却装置。
2. 前記第二循環路は、太陽熱を吸熱する吸熱部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記第二循環路は、ヒータが設けられることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
4. 前記ヒータに給電する太陽電池が設けられることを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
5. 第一媒体が循環される第一循環路と、
   前記第一循環路に介在されて前記第一媒体と外部から導入される冷却水とを非接触で熱交換させる主冷却部と、
   第二媒体が循環される第二循環路に設けられて前記第二媒体と外部の空気とを非接触で熱交換させる副冷却部と、
   前記第一循環路と前記第二循環路との間に介在されて前記第一媒体と前記第二媒体とを非接触で熱交換させる中間熱交換部と、
   前記第二循環路に設けられたヒータと、
   前記ヒータに給電する太陽電池と、
   前記太陽電池からの給電により作動する別のヒータと、
   前記別のヒータによる熱を蓄熱する蓄熱部と、
   前記第二循環路から迂回して循環する迂回循環回路に設けられて前記第二媒体と前記蓄熱部に蓄熱される熱との間で熱交換させる蓄熱熱交換部と、
   を備えることを特徴とする冷却装置。
6. 前記第二循環路を副冷却部の周囲に沿って配置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の冷却装置。
7. 前記第二循環路は、
   大流量循環ポンプと、
   前記大流量循環ポンプに対して並列接続された小流量循環ポンプと、
   が設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の冷却装置。
8. 前記第二循環路は、前記第二媒体の循環方向を一方向とする逆止弁が設けられることを特徴とする請求項５に記載の冷却装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の冷却装置を有し、設備内の前記第一媒体が前記第一循環路に循環供給されることを特徴とする原子力設備。

Images