JP7295528B2 - フリーズバルブ、原子炉、および太陽熱発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、フリーズバルブ、原子炉、および太陽熱発電装置に関する。

配管にフリーズバルブを設けることが提案されている。このフリーズバルブは、配管内を閉鎖している凝固部を備えている。

通常の状態では、フリーズバルブの凝固部は、熔融するほどの高温にはならないので、凝固部によって配管は閉じられている。

周囲温度の上昇などにより凝固部の温度が異常に上昇して凝固部温度が融点を超えると、凝固部の熔融が開始し、配管が開となる。

特表2002-519595号公報

ところで、停電時などでフリーズバルブを開く必要が生じたときには、凝固部を短時間で熔融させることが好ましい。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、停電時に自動的に短時間で弁開放されるフリーズバルブ、原子炉、および、太陽熱発電装置を提供することを課題とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るフリーズバルブは、高温作動流体が通過し得る配管に設けられたフリーズバルブであって、前記配管内に配置されて前記配管を閉じている塩で構成される凝固部と、前記配管の外周側に面接触し、外側から冷却されることで前記配管を介して前記凝固部を冷却している、前記配管よりも熱伝導率が高い伝熱部材と、
を備え、前記伝熱部材は、前記配管の外側に面接触して固定されている円筒部と、前記配管に面接触し前記配管を介して前記凝固部に隣接するように前記円筒部に連続して舌状に延び出している前垂れ部と、を備える。

また、本発明に係る原子炉は、請求項１に記載の配管と、請求項１に記載のフリーズバルブと、を備え、前記高温作動流体が、循環路を循環するウラン含有物質であり、前記配管が前記循環路に連通している。

また、本発明に係る太陽熱発電装置は、請求項１に記載の配管と、請求項１に記載のフリーズバルブと、を備え、前記高温作動流体が、太陽光で加熱される被加熱物質である。

本発明によれば、停電時に自動的に短時間で弁開放されるフリーズバルブ、原子炉、および太陽光発電装置が実現される。

（ａ）は、第１実施形態に係るフリーズバルブを説明する模式的な正面図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。 第２実施形態に係る原子炉の構成を示す模式図である。 （ａ）は第２実施形態に係る原子炉の要部を示す側面断面図、（ｂ）は、（ａ）の矢視Ｄ－Ｄの断面図である。 第２実施形態に係る原子炉の伝熱部材を示す斜視図である。 第２実施形態に係る原子炉の伝熱部材を示す側面断面図である。 第３実施形態に係る太陽熱発電装置を説明する説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、第２実施形態以下では、既に説明したものと同様の構成要素には、適宜に同じ符号を付してその説明を省略する。また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための例示であって、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のもののみに限定するものではない。この発明の実施の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態を説明する。図１で、（ａ）は、第１実施形態に係るフリーズバルブを説明する模式的な正面図、（ｂ）は図１（ａ）の要部拡大図である。

本実施形態に係るフリーズバルブＦＶは、高温作動流体ＨＯＦが通過し得る配管Ｐに設けられたフリーズバルブである。このフリーズバルブＦＶは、塩で構成され配管Ｐを閉じている凝固部Ｂと、配管Ｐの外周側に面接触し、外側から冷却されることで配管Ｐを介して凝固部Ｂを冷却している伝熱部材ＨＴＭ（例えば銅製）とを備える。伝熱部材ＨＴＭの熱伝導率は、配管Ｐの熱伝導率よりも十分に高い。本実施形態では、伝熱部材ＨＴＭを外側から空冷するファンＦＡが配置されている。

この伝熱部材ＨＴＭは、配管Ｐの外側に面接触して固定されている円筒部ＨＴＭｃと、配管Ｐに面接触し配管Ｐを介して凝固部Ｂに隣接するように円筒部ＨＴＭｃに連続して舌状に延び出している前垂れ部ＨＴＭｄと、を備える。

凝固部Ｂを構成する塩は、例えば、食塩（ＮａＣｌ）やフッ化物塩である。

正常な運転状態では、ファンＦＡの回転によって前垂れ部ＨＴＭｄが空冷されている。従って、前垂れ部ＨＴＭｄが配管Ｐと配管Ｐを介して凝固部Ｂとを冷却しているので、凝固部Ｂに高温作動流体ＨＯＦの熱が伝わっても凝固部Ｂは熔融しない。

異常な運転状態になって、停電によりファンＦＡの回転が停止すると、伝熱部材ＨＴＭが空冷されなくなり、凝固部Ｂが冷却されなくなる。

ここで、高温作動流体ＨＯＦが凝固部Ｂに堰き止められていることで凝固部Ｂの上流側の配管温度が大きく上昇する。このため、凝固部Ｂの上流側では、円筒部ＨＴＭｃが面接触している円筒部配管部分Ｐｃからの熱により円筒部ＨＴＭｃの温度が大きく上昇し、その熱は前垂れ部ＨＴＭｄに伝わる。

そして、前垂れ部ＨＴＭｄに面接触している前垂れ部接触配管部分Ｐｄの温度が大きく上昇する。この結果、前垂れ部接触配管部分Ｐｄからの熱によって凝固部Ｂの温度が大きく上昇する。

この結果、前垂れ部接触配管部分Ｐｄに局部的に接触している接触凝固部Ｂｄでは、凝固部Ｂの他の部分に比べ、温度上昇が著しく速い。従って、接触凝固部Ｂｄから熔融が始まる。すなわち、前垂れ部ＨＴＭｄが存在しない場合に比べ、接触凝固部Ｂｄの熔融が開始されるまでにかかる時間が著しく短い。

よって、高温作動流体ＨＯＦがフリーズバルブＦＶを通過して高温作動流体収容容器ＨＹＹ（緊急廃棄用タンクなど）に保存されるまでにかかる時間を大幅に短縮することができる。すなわち、凝固部Ｂの上流側で高温作動流体ＨＯＦが高温になり過ぎる前に、凝固部Ｂを短時間で熔融させて高温作動流体ＨＯＦをフリーズバルブＦＶから流出させることができる。

なお、図３に示すように、円筒部ＨＴＭｃの前垂れ部側の先端ＨＴＭｃｔと、凝固部Ｂの円筒部側の端Ｂｔとの配管長手方向位置が同じにされていてもよい。これにより、凝固部Ｂの熔融開始までにかかる時間を更に短くすることができる。

また、配管Ｐの長手方向に沿って延びている前垂れ部ＨＴＭｄは、配管Ｐの中心軸Ｃまわりの所定範囲内の角度で配管の外周側に隣接していてもよい。これにより、凝固部Ｂの熔融開始までにかかる時間を更に短くし易い。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態を説明する。図２は、第２実施形態に係る原子炉の構成を示す模式図である。図３で、（ａ）は第２実施形態に係る原子炉の要部を示す側面断面図、（ｂ）は、（ａ）の矢視Ｄ－Ｄの断面図である。図４は、第２実施形態に係る原子炉の伝熱部材を示す斜視図、図５は、第２実施形態に係る原子炉の伝熱部材を示す側面断面図である。

本実施形態に係る原子炉１０は、化学プロセスプラント１２と、化学プロセスプラント１２を冷却するための一次冷却部１４と、一次冷却部１４を冷却するための二次冷却部（図示せず）と、を備える。

化学プロセスプラント１２は、核反応を生じさせる反応容器１６と、反応容器１６に高温作動流体ＨＯＦを流入出させるための循環路１８と、を備える。本実施形態では、高温作動流体ＨＯＦはウランを含む液体（ウラン含有物質）である。図２中、２０は化学処理プラント、２１はポンプを示す。

また、循環路１８には、フリーズバルブラインＬが分岐して接続されている。このフリーズバルブラインＬは、循環路１８から下方に分岐して接続された分岐ラインＬＡと、分岐ラインＬＡの途中に配置された、第１実施形態と同様のフリーズバルブＦＶと、フリーズバルブＦＶを空冷するファンＦＡと、フリーズバルブラインＬの端部に接続された緊急廃棄用タンクＴと、を備える。

原子炉１０の正常運転中では、ウランが含まれた高温作動流体ＨＯＦが循環路１８を循環している。この正常運転中では、フリーズバルブＦＶの凝固部Ｂに高温作動流体ＨＯＦが接触していても凝固部Ｂは熔融しない。

原子炉１０の運転中に停電によりファンＦＡの回転が停止すると、高温作動流体ＨＯＦが接触している凝固部Ｂの温度も高くなり、凝固部Ｂが熔融する。

ここで、本実施形態では、図２、図３（ａ）に示すように、伝熱部材ＨＴＭは配管Ｐに沿って上下方向に向けられている。そして、円筒部ＨＴＭｃから下方に向けて前垂れ部ＨＴＭｄが延びている。従って、異常に高温となった高温作動流体ＨＯＦがフリーズバルブＦＶで堰き止められることで円筒部ＨＴＭｃに伝わった熱は前垂れ部ＨＴＭｄに高速で伝わる。従って、前垂れ部ＨＴＭｄの急速な温度上昇により、前垂れ部接触配管部分Ｐｄの温度が急速に上昇し、凝固部Ｂの温度が急速に上昇する。この結果、凝固部Ｂのうち、前垂れ部接触配管部分Ｐｄに局部的に接触している接触凝固部Ｂｄから熔融が急速に始まる。

しかも、フリーズバルブラインＬは、循環路１８から下方へ延びるように分岐しており、フリーズバルブＦＶは上下方向の配管Ｐの途中に配置されている。従って、フリーズバルブＦＶの凝固部Ｂが熔融を開始して上下方向に貫通孔が形成されると、その貫通孔内を高温作動流体ＨＯＦが重力で下方へ移動する。

このため、配管Ｐが水平である場合に比べ、貫通孔の広がる速度が格段に速い。従って、停電などの異常事態が生じたときには、反応容器１６内および循環路１８内の高温作動流体ＨＯＦを極めて短時間でフリーズバルブＦＶを通過させて緊急廃棄用タンクＴに入れることができる。

なお、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、前垂れ部ＨＴＭｄは、円筒部ＨＴＭｃの中心軸Ｃまわりの所定角度θの部分に側面視短冊状に延び出していてもよい。このθとしては、前垂れ部ＨＴＭｄに熱を集中的に伝える観点では、３０～６０°であることが好ましい。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態を説明する。図６は、本実施形態に係る太陽熱発電装置を説明する説明図である。

本実施形態に係る太陽熱発電装置２８は、太陽光を受光して集光する集光部材３０を備える。本実施形態では、集光部材３０は、円筒部材の一部である円弧状部材の内面側に反射材３２を有するもので構成されている。

また、太陽熱発電装置２８は、集光部材３０からの光を受光する配管Ｐを備える。配管Ｐは、下端が蓄熱タンク３８（後述）内の挿入されている。

配管Ｐは、集光部材３０の集光位置で光を吸収する受光部３４と、受光部３４に連続する伝熱部３６とを有する。そして、伝熱部３６の途中には、第１実施形態や第２実施形態で説明したようなフリーズバルブＦＶが配置されている。フリーズバルブＦＶの凝固部Ｂを構成する塩は、例えば、ＦＬｉＢｅ、硝酸塩（ナトリウムやＫと硝酸とによる塩）、ＦＬｉＮａＫ、ＮａＣｌである。そして、伝熱部材ＨＴＭのパイプ内側でフリーズバルブＦＶよりも受光部３４側には、高温作動流体ＨＯＦが封入されている。

また、蓄熱タンク３８には、蓄熱タンク３８から媒体を外部へ送給するための第２配管Ｑが接続されている。

配管Ｐおよび第２配管Ｑには、必要に応じてポンプＰＰやバルブＶＶが設けられていてもよい。このバルブＶＶは、フリーズバルブであってもよい。また、第２配管Ｑには、発電用のガスタービンＧＴが接続されて電力供給可能にされていてもよい。

このように本実施形態に係る太陽熱発電装置２８では、装置の運転や装置のメンテナンス時にフリーズバルブＦＶを短時間で開放して高温作動流体ＨＯＦを通過させることができる。

なお、図６では、フリーズバルブＦＶが設けられている配管部分を上下方向に描いているが、この配管部分を水平方向に向けてもよい。

１０ 原子炉
１２ 化学プロセスプラント
１４ 一次冷却部
１６ 反応容器
１８ 循環路
２８ 太陽熱発電装置
３０ 集光部材
３２ 反射材
３４ 受光部
３６ 伝熱部
３８ 蓄熱タンク
Ｂ 凝固部
Ｂｄ 接触凝固部
Ｂｔ 端
ＦＡ ファン
ＦＶ フリーズバルブ
ＧＴ ガスタービン
ＨＯＦ 高温作動流体
ＨＴＭ 伝熱部材
ＨＴＭｃ 円筒部
ＨＴＭｃｔ 先端
ＨＴＭｄ 前垂れ部
ＨＹＹ 高温作動流体収容容器
Ｌ フリーズバルブライン
ＬＡ 分岐ライン
Ｐ 配管
Ｐｄ 前垂れ部接触配管部分
ＰＰ ポンプ
Ｑ 第２配管
Ｔ 緊急廃棄用タンク
ＶＶ バルブ
θ 所定角度

Claims (4)

1. 高温作動流体が通過し得る配管に設けられたフリーズバルブであって、
   前記配管内に配置されて前記配管を閉じている塩で構成される凝固部と、
   前記配管の外周側に面接触し、外側から冷却されることで前記配管を介して前記凝固部を冷却している、前記配管よりも熱伝導率が高い伝熱部材と、
   を備え、
   前記伝熱部材は、
   前記配管の外側に面接触して固定されている円筒部と、
   前記配管に面接触し前記配管を介して前記凝固部に隣接するように前記円筒部に連続して舌状に延び出している前垂れ部と、
   を備えることを特徴とするフリーズバルブ。
2. 請求項１に記載の配管と、
   請求項１に記載のフリーズバルブと、
   を備え、
   前記高温作動流体が、循環路を循環するウラン含有物質であり、
   前記配管が前記循環路に連通していることを特徴とする原子炉。
3. 前記配管のうち前記フリーズバルブが接触している部分は上下方向に向けられていることを特徴とする請求項２に記載の原子炉。
4. 請求項１に記載の配管と、
   請求項１に記載のフリーズバルブと、
   を備え、
   前記高温作動流体が、太陽光で加熱される被加熱物質であることを特徴とする太陽熱発電装置。

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