JP6590719B2 - ループ型サーモサイフォン式ヒートパイプおよびこれを備えた原子炉 - Google Patents
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Description
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るループ型サーモサイフォン式ヒートパイプを用いた静的冷却システムを沸騰水型原子力プラント(原子炉)110に適用した場合の一構成例を表す概要図である。
図1に示すように、本実施形態に係るループ型サーモサイフォン式ヒートパイプ100A(以下、ヒートパイプと略記)は、原子炉110の原子炉格納容器(熱源)50内に設置される除熱側熱交換器(以下、除熱側熱交と略記)1と、原子炉格納容器(熱源)50の外側に設置される放熱側熱交換機(以下、放熱側熱交と略記)2と、除熱側熱交1と放熱側熱交2とを接続する連結パイプ(第1輸送管)14および連結パイプ(第2輸送管)24と、を備えて構成されている。
図2に示すように、除熱側熱交1は、複数の伝熱管からなる伝熱管群13a,13b,13cと、伝熱管群13a,13b,13cの入口に設けられ、伝熱管群13a,13b,13cを束ねる伝熱管入口ヘッダ15a,15b,15cと、伝熱管群13a,13b,13cの出口に設けられ、伝熱管群13a,13b,13cを束ねる伝熱管出口ヘッダ16a,16b,16cと、伝熱管入口ヘッダ15a,15b,15cを束ねる入口ヘッダ11と、伝熱管出口ヘッダ16a,16b,16cを束ねる出口ヘッダ12と、を備えて構成されている。なお、伝熱管群13a,13b,13cの数については、便宜上簡略化して示したものであり、本実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
図3に示すように、弁開閉機構32は、液体36(封入液)が封入された感熱筒35と、放出バルブ31を開閉させる作動力(作動圧力)を与える加圧部41と、感熱筒35と加圧部41とを接続する連通管42と、を備えている。
図4は、第2実施形態のヒートパイプの概略構成図である。
図4に示すように、第2実施形態のヒートパイプ100Bは、排出管33を出口ヘッダ22に直接接続した点において図2の第1実施形態と異なる。なお、弁開閉機構32の感熱筒35は排出管33の内部に設置される。
図5は、第3実施形態のヒートパイプの概略構成図である。
図5に示すように、第3実施形態のヒートパイプ100Cは、第1実施形態の放出バルブ31の下流側(大気開放側)に隔離機構として破裂板34Aを追加したものである。破裂板34Aは、例えば、金属製の薄板によって構成されている。
図7Aは、第4実施形態のヒートパイプに適用される弁開閉機構における凝縮水の流れを説明する模式図、図7Bは、感熱筒が下向きの弁開閉機構における凝縮水の流れを説明する模式図である。
図7Aに示すように、弁開閉機構32の感熱筒35は、感熱筒支持部材44を用いて伝熱管群23cの伝熱管(または伝熱管ヘッダ25c)の内部に設置されている。また、感熱筒35は、軸方向が上下方向(鉛直方向)を向き、かつ、感熱筒35の先端35aが鉛直方向の上を向くように配置されている。また、感熱筒35の内部には、水位が形成されるように液体36(封入液)が封入されている。さらに、感熱筒35内部には、連通管42が挿入され、その先端42aが感熱筒35内の液面36aよりも上方の感熱筒気相部40に露出するように設置されている。なお、連通管42の基端42bは、加圧部43に接続されている。
2 放熱側熱交換器(放熱側熱交)
3 起動バルブ(起動弁)
11 除熱側熱交の入口ヘッダ
12 除熱側熱交の出口ヘッダ
13a,13b,13c 除熱側熱交の伝熱管群
14 連結パイプ(第1輸送管)
15 除熱側熱交の伝熱管入口ヘッダ
16 除熱側熱交の伝熱管出口ヘッダ
20 伝熱管
21 放熱側熱交の入口ヘッダ
22 放熱側熱交の出口ヘッダ
23a,23b,23c 放熱側熱交の伝熱管群
23A 第1熱交換部
23B 第2熱交換部
24 連結パイプ(第2輸送管)
25a,25b 伝熱管入口ヘッダ
25c,26c 伝熱管ヘッダ
26a,26b 伝熱管出口ヘッダ
31 放出バルブ(開閉弁)
32 弁開閉機構
33 排出管
34 破裂板(隔離機構)
35 感熱筒
36 液体(封入液)
37 弁体
40 感熱筒気相部(気相部)
41 加圧部
41a シリンダ
41b 仕切り板
41c ロッド
41d ばね
42 連通管
43 加圧室
44 感熱筒支持部材
50 原子炉格納容器
100A,100B,100C ループ型サーモサイフォン式ヒートパイプ
110 原子炉
Claims (13)
- 熱源の内部に配置され、通常時に非凝縮性ガスで置換され、かつ、非常時に冷媒を蒸発させて冷媒蒸気とする除熱側熱交換器と、
前記熱源の外部かつ前記除熱側熱交換器よりも高い位置に配置され、前記冷媒蒸気を凝縮する放熱側熱交換器と、
前記除熱側熱交換器の出口から前記放熱側熱交換器の入口に前記冷媒蒸気を輸送する第1輸送管と、
前記放熱側熱交換器の出口から前記除熱側熱交換器の入口に前記冷媒を輸送する第2輸送管と、を備え、
前記放熱側熱交換器は、
前記放熱側熱交換器の前記入口および前記出口に接続される第1熱交換部と、
前記放熱側熱交換器の前記出口と接続される第2熱交換部と、
前記第2熱交換部の前記出口とは反対側に接続され、大気中と連通する排出管と、
前記排出管に設けられる開閉弁と、
前記第2熱交換部の温度変化に応じた圧力によって前記開閉弁を開閉する弁開閉機構と、を備えることを特徴とするループ型サーモサイフォン式ヒートパイプ。 - 熱源の内部に配置され、通常時に非凝縮性ガスで置換され、かつ、非常時に冷媒を蒸発させて冷媒蒸気とする除熱側熱交換器と、
前記熱源の外部かつ前記除熱側熱交換器よりも高い位置に配置され、前記冷媒蒸気を凝縮する放熱側熱交換器と、
前記除熱側熱交換器の出口から前記放熱側熱交換器の入口に前記冷媒蒸気を輸送する第1輸送管と、
前記放熱側熱交換器の出口から前記除熱側熱交換器の入口に前記冷媒を輸送する第2輸送管と、を備え、
前記放熱側熱交換器は、
前記放熱側熱交換器の前記入口および前記出口に接続される第1熱交換部と、
前記放熱側熱交換器の前記出口と接続されるとともに、大気中と連通する排出管と、
前記排出管に設けられる開閉弁と、
前記排出管の温度変化に応じた圧力によって前記開閉弁を開閉する弁開閉機構と、を備えることを特徴とするループ型サーモサイフォン式ヒートパイプ。 - 請求項1または請求項2に記載のループ型サーモサイフォン式ヒートパイプにおいて、
前記弁開閉機構が所定温度以上のときに前記開閉弁を閉じ、前記所定温度未満のときに前記開閉弁を開くことを特徴とするループ型サーモサイフォン式ヒートパイプ。 - 請求項1または請求項2に記載のループ型サーモサイフォン式ヒートパイプにおいて、
前記弁開閉機構は、感熱筒と、前記感熱筒内に封入される封入液と、前記封入液の蒸気圧を前記開閉弁に伝える加圧部と、前記感熱筒と前記加圧部とを連通する連通管と、を備えることを特徴とするループ型サーモサイフォン式ヒートパイプ。 - 請求項4に記載のループ型サーモサイフォン式ヒートパイプにおいて、
前記排出管は、大気中と隔離するとともに前記冷媒蒸気が所定圧以上で大気開放する隔離機構を備えることを特徴とするループ型サーモサイフォン式ヒートパイプ。 - 請求項5に記載のループ型サーモサイフォン式ヒートパイプにおいて、
前記隔離機構は、前記排出管の出口と前記開閉弁との間に位置していることを特徴とするループ型サーモサイフォン式ヒートパイプ。 - 請求項5または請求項6に記載のループ型サーモサイフォン式ヒートパイプにおいて、
前記隔離機構は、前記所定圧以上で破裂する破裂板であることを特徴とするループ型サーモサイフォン式ヒートパイプ。 - 請求項5または請求項6に記載のループ型サーモサイフォン式ヒートパイプにおいて、
前記隔離機構は、前記所定圧以上で開放する逆止弁であることを特徴とするループ型サーモサイフォン式ヒートパイプ。 - 請求項4に記載のループ型サーモサイフォン式ヒートパイプにおいて、
前記感熱筒は、前記放熱側熱交換器の前記出口と前記開閉弁との間に位置し、
前記感熱筒の先端が水平方向よりも上側に向けて設置されていることを特徴とするループ型サーモサイフォン式ヒートパイプ。 - 請求項9に記載のループ型サーモサイフォン式ヒートパイプにおいて、
前記感熱筒は、前記封入液の液面より上側に設けられる気相部、を備え、
前記連通管の先端は、前記気相部に位置することを特徴とするループ型サーモサイフォン式ヒートパイプ。 - 請求項4に記載のループ型サーモサイフォン式ヒートパイプにおいて、
前記非凝縮性ガスは、不活性ガスであることを特徴とするループ型サーモサイフォン式ヒートパイプ。 - 請求項1または請求項2に記載のループ型サーモサイフォン式ヒートパイプにおいて、
前記第2輸送管は、前記熱源の外部に起動弁を備え、
前記起動弁より上流側の前記第2輸送管に冷媒が充填されることを特徴とするループ型サーモサイフォン式ヒートパイプ。 - 請求項1から請求項12のいずれか1項に記載のループ型サーモサイフォン式ヒートパイプを備えたことを特徴とする原子炉。
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