WO2015025611A1

WO2015025611A1 - 冷却装置

Info

Publication number: WO2015025611A1
Application number: PCT/JP2014/066782
Authority: WO
Inventors: 伸英原; 谷本　浩一; 文和尾形; 正博吉岡
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2015-02-26
Also published as: JP6249677B2; JP2015040751A

Abstract

　循環経路の水の凍結を防止して立ち上げを容易に行う。すなわち、原子力設備の原子炉で生成された熱を利用して熱交換を行う冷却水を循環させるための循環配管（流入管４２，９２および流出管４４，９４）と、循環配管に設けられて前記循環配管の冷却水の熱を熱交換により取得する熱交換器（５２）と、自然熱エネルギーから取得した熱を熱交換器（５２）に伝える加熱手段（６０）と、を備える。

Description

冷却装置

　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に関するものである。

　例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized　Water　Reactor）を有する原子力設備は、原子炉で一次冷却水が加熱されて沸騰しない高温高圧水となり、一次冷却水管を介して蒸気発生器に供給される。蒸気発生器では、一次冷却水と二次冷却水との熱交換が行われることにより、二次冷却水が蒸発して蒸気となる。熱交換により蒸気となった二次冷却水は、タービンに供給される。タービンは、二次冷却水の蒸発により駆動される。そして、タービンの動力が発電機に伝達されて発電される。タービンの駆動に供された蒸気は、凝縮して水となり蒸気発生器に供給される。一方、蒸気発生器において熱交換後の一次冷却水は、一次冷却水管を介して原子炉に供給される。

　このような原子力設備において、万が一、事故が起きた場合の異常時に、安全対策として二次冷却水を冷却することにより原子炉で生成された熱を熱交換で取得する冷却装置を設置することが望まれている。

　なお、二次冷却水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、特許文献１に示す空冷式の冷却器がある。

特開平９－２３９２３０号公報

　原子力設備に設置される冷却装置は、例えば、冷却水である一次冷却水や二次冷却水がバイパスして流通される循環配管に熱交換器が設けられ、通常の稼働時は開閉弁で循環配管が閉じられており、異常時において開閉弁により循環配管が開けられることで熱交換器により冷却水の熱を取得して冷却を行う。しかし、循環配管および熱交換器の伝熱管を含む循環経路に通常時から予め水を張っておくと、冬期などにおいて水が凍結し循環経路（特に熱交換器の伝熱管）が破損するおそれがある。一方、通常時は循環経路に水を張らず、異常時に水を張るようにすると、冷却装置の立ち上がりに手間と時間がかかることになる。

　本発明は上述した課題を解決するものであり、循環経路の水の凍結を防止して立ち上げを容易に行うことのできる冷却装置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、原子力設備の原子炉で生成された熱を利用して熱交換を行う冷却水を循環させるための循環配管と、前記循環配管に設けられて前記循環配管の冷却水の熱を熱交換により取得する熱交換器と、自然熱エネルギーから取得した熱を前記熱交換器に伝える加熱手段と、を備えることを特徴とする。

　この冷却装置によれば、自然熱エネルギーから取得した熱を熱交換器に伝える加熱手段を備えることで、循環配管の冷却水を加熱し、冬期などに熱交換器の冷却水が凍結したり、熱交換器の周辺に積雪したりする事態を防ぐことができる。このため、循環配管や熱交換器を含む循環経路に冷却水を張っておき、この冷却水の凍結を防ぐことから、装置の立ち上げを容易に行うことができる。しかも、冷却水の凍結を防ぐことから、装置のメンテナンスを簡素化することができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記加熱手段は、前記循環配管から迂回して前記熱交換器を含み前記冷却水を循環させるための迂回循環配管を有し、前記迂回循環配管の一部を地中に埋設してなることを特徴とする。

　この冷却装置によれば、冷却水を加熱し、冬期などに循環配管や熱交換器を含む循環経路の冷却水が凍結する事態を防ぐことが実現できる。

　また、本発明の冷却装置では、前記加熱手段は、前記循環配管から迂回して前記熱交換器を含み前記冷却水を循環させるための迂回循環配管を有し、前記迂回循環配管の一部を水中に埋設してなることを特徴とする。

　また、本発明の冷却装置では、前記迂回循環配管が前記循環配管に接続される少なくとも一方の端部側に、前記冷却水を一方向にのみ流通させる逆止弁を設けることを特徴とする。

　この冷却装置によれば、逆止弁を設けることで、迂回循環配管による冷却水の循環方向が一定方向に設定されるため、冷却水を円滑に循環させることができるので、冷却水の凍結を防ぐ効果を顕著に得ることができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記迂回循環配管が前記循環配管に接続される一方の端部側の外周に、断熱材を設けることを特徴とする。

　この冷却装置によれば、断熱材を設けた迂回循環配管の一方の端部側は、自然熱エネルギーで加熱された冷却水の温度低下が抑えられるので、サーモサイフォンの原理により、迂回循環配管による冷却水の循環方向が一定方向に決められるため、冷却水を円滑に循環させることができるので、冷却水の凍結を防ぐ効果を顕著に得ることができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記循環配管および前記迂回循環配管にそれぞれ開閉弁を設け、前記原子力設備の通常時に前記循環配管の開閉弁を閉状態にするとともに前記迂回循環配管の開閉弁を開状態にする一方、前記原子力設備の異常時に前記循環配管の開閉弁を開状態にするとともに前記迂回循環配管の開閉弁を閉状態にする制御部を備えることを特徴とする。

　この冷却装置によれば、原子力設備の通常時は、循環経路に冷却水は循環せず、熱交換器を含む迂回循環配管に冷却水が循環されるので、当該冷却水が自然熱エネルギーにより加熱されて凍結を防止することができる。一方、原子力設備の異常時は、循環経路に冷却水が循環し、熱交換器において当該冷却水が冷却される。このとき、自然熱エネルギーにより冷却水の凍結が防止されているため、熱交換器に冷却水を円滑に送ることができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記加熱手段は、中空筒の内部に熱媒が封入されたヒートパイプを前記熱交換器に接触させ、当該ヒートパイプの一部を地中に埋設してなることを特徴とする。

　また、本発明の冷却装置では、前記加熱手段は、中空筒の内部に熱媒が封入されたヒートパイプを前記熱交換器に接触させ、当該ヒートパイプの一部を水中に埋設してなることを特徴とする。

　また、本発明の冷却装置では、前記加熱手段は、前記熱交換器の周りに配置された蓄熱部と、当該蓄熱部に太陽熱を集める集熱部とを有してなることを特徴とする。

　本発明によれば、循環経路の水の凍結を防止して立ち上げを容易に行うことができる。

図１は、本発明の実施形態に係る冷却装置を備えた原子力設備を模式的に表した概略構成図である。図２は、本発明の実施形態に係る冷却装置における空気冷却器を模式的に表した概略構成図である。図３は、本発明の実施形態１に係る冷却装置の構成図である。図４は、本発明の実施形態１に係る冷却装置の構成図である。図５は、本発明の実施形態１に係る冷却装置の構成図である。図６は、本発明の実施形態２に係る冷却装置の構成図である。図７は、本発明の実施形態３に係る冷却装置の構成図である。

　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た原子力設備を模式的に表した概略構成図である。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、冷却水としての一次冷却水が流通し、二次冷却系４には、冷却水としての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。

　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、冷却水の冷却ができない場合に、二次冷却系４の二次冷却水を冷却する予備冷却系である。冷却装置４０は、制御部４１により動作が制御される。

　冷却装置４０は、原子力設備１の原子炉５で生成された熱を利用して熱交換を行う冷却水（二次冷却水）を循環させる循環配管をなす流入管４２および流出管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）の二次冷却水を空気冷却器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水を蒸気発生器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の二次冷却水が空気冷却器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の二次冷却水が空気冷却器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の二次冷却水が蒸気発生器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の二次冷却水が蒸気発生器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内の二次冷却水を蒸気発生器７に送ることで、冷却装置４０内を流れる二次冷却水を蒸気発生器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水に空気を吹き付けて、空気と二次冷却水との間で熱交換することで二次冷却水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、制御部４１により開閉弁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の順に二次冷却水を循環させる。このように、流入管４２、流出管４４、および空気冷却器５０は、蒸気発生器７の二次冷却水を循環させる循環経路をなす。また、冷却装置４０は、循環する二次冷却水を空気冷却器５０で冷却する。これにより、蒸気発生器７内の二次冷却水を冷却することができ、二次冷却水で一次冷却水を冷却し続けることができる。

　また、一次冷却系３には、冷却装置９０が接続されている。冷却装置９０は、一次冷却系３の上述した蒸気発生器７で熱交換させる上記の流れとは別系統の冷却系である。冷却装置９０は、冷却水の冷却ができない場合に、一次冷却系３の一次冷却水を冷却する予備冷却系である。冷却装置９０は、制御部９１により動作が制御される。

　冷却装置９０は、原子力設備１の原子炉５で生成された熱を利用して熱交換を行う冷却水（一次冷却水）を循環させる循環配管をなす流入管９２および流出管９４と、開閉弁９６，９８と、ポンプ９９と、空気冷却器５０と、を有する。流入管９２は、冷却水配管６ａに接続されて蒸気発生器７から原子炉５に供給される一次冷却水を空気冷却器５０に案内する配管である。流出管９４は、冷却水配管６ｂに接続されて空気冷却器５０で冷却された一次冷却水を蒸気発生器７に案内する配管である。開閉弁９６は、流入管９２に配置されており、流入管９２の開閉を切り替える。開閉弁９６は、閉じられることで一次冷却水が空気冷却器５０に流入することを抑制し、開かれることで一次冷却水が空気冷却器５０に流入できる状態とする。開閉弁９８は、流出管９４に配置されており、流出管９４の開閉を切り替える。開閉弁９８は、閉じられることで空気冷却器５０の一次冷却水が蒸気発生器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の一次冷却水が蒸気発生器７に流入できる状態とする。ポンプ９９は、流出管９４に設置されている。ポンプ９９は、流出管９４内の一次冷却水を蒸気発生器７に送ることで、冷却装置９０内を流れる一次冷却水を蒸気発生器７との間で循環させる。空気冷却器５０は、流入管９２で案内された一次冷却水に空気を吹き付けて、空気と一次冷却水との間で熱交換することで一次冷却水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９０は、制御部９１により開閉弁９６，９８を開状態とし、ポンプ９９を駆動させることで、蒸気発生器７、流入管９２、空気冷却器５０、流出管９４、蒸気発生器７の順に二次冷却水を循環させる。このように、流入管９２、流出管９４、および空気冷却器５０は、蒸気発生器７の一次冷却水を循環させる循環経路をなす。また、冷却装置９０は、循環する一次冷却水を空気冷却器５０で冷却する。これにより、蒸気発生器７内の一次冷却水を冷却することができ、一次冷却水および二次冷却水を冷却し続けることができる。なお、制御部９１は、上述した冷却装置４０の制御部４１と独立したものであっても、一つのものであってもよい。

　次に、空気冷却器５０の構成を説明する。図２は、本実施形態に係る冷却装置における空気冷却器を模式的に表した概略構成図である。なお、上述したように空気冷却器５０は、冷却装置４０および冷却装置９０に設けられている。以下の説明においては、冷却装置４０について説明し、冷却装置９０については符号を括弧付きで示す。

　空気冷却器５０は、図２に示すように、送風機５１と、熱交換器５２と、を有する。送風機５１および熱交換器５２は、屋外において、地面や地面に設けられた基礎コンクリートに設置されたフレーム（図示せず）により支持されている。

　送風機５１は、例えば、軸方向に空気流を排出する軸流ファンや、吸い込み式ファンである。本実施形態では、熱交換器５２が対向して配置され、送風機５１が各熱交換器５２の間に設けられている。そして、送風機５１は、下から上に空気を送ることで、対向する各熱交換器５２に空気流を送る。

　熱交換器５２は、供給部５２Ａ、排出部５２Ｂ、伝熱管５２Ｃ、およびフィン５２Ｄを有する。供給部５２Ａは、冷却水（一次冷却水または二次冷却水）を貯留する水室をなす容器であり、流入管４２（９２）と接続されて流入管４２（９２）を流れる冷却水が供給される。排出部５２Ｂは、冷却水を貯留する水室をなす容器であり、流出管４４（９４）と接続されて貯留した冷却水が流出管４４（９４）に排出される。伝熱管５２Ｃは、供給部５２Ａと排出部５２Ｂとの間に延在して設けられ、各端部が供給部５２Ａと排出部５２Ｂとにそれぞれ接続されている。この伝熱管５２Ｃは、複数が平行に配置されている。すなわち、各伝熱管５２Ｃは、供給部５２Ａに供給された冷却水が供給部５２Ａから分配して流入され、この冷却水を排出部５２Ｂに集めて送る。フィン５２Ｄは、薄板状に形成され、各伝熱管５２Ｃが延在する方向に直交して各伝熱管５２Ｃを貫通し、各伝熱管５２Ｃが延在する方向に沿って複数配置されている。この熱交換器５２は、流入管４２から流入した冷却水と、送風機５１で案内された空気流と、の間で熱交換を行わせ、冷却水を冷却する。

［実施形態１］
　図３～図５は、本実施形態に係る冷却装置の構成図である。本実施形態の冷却装置４０（９０）は、図３～図５に示すように、加熱手段６０を備える。

　加熱手段６０は、自然熱エネルギーから取得した熱を熱交換器５２に伝えるものであり、循環配管をなす流入管４２（９２）および流出管４４（９４）から迂回して熱交換器５２を含み冷却水を循環させるための迂回循環配管６１を有している。迂回循環配管６１は、その一部が地中や水中（海や湖など）に埋設されている。迂回循環配管６１は、地中や水中に埋設された一部が自然熱エネルギーにより加熱される。この迂回循環配管６１に供給された冷却水は、地中や水中に埋設された迂回循環配管６１の一部で加熱され、サーモサイフォンの原理により地中や水中から上昇して熱交換器５２に至り、熱交換器５２において外気と熱交換して熱が奪われて冷却され地中や水中に埋設された迂回循環配管６１の一部に戻ることで電力を用いずに循環する。この迂回循環配管６１による冷却水の循環方向は、熱交換器５２において、循環配管をなす流入管４２（９２）および流出管４４（９４）での循環方向と同じであっても逆であってもよい。

　このように、本実施形態の冷却装置４０（９０）は、自然熱エネルギーから取得した熱を熱交換器５２に伝える加熱手段６０を備えることで、冷却水を加熱し、冬期などに循環経路をなす熱交換器５２の伝熱管５２Ｃ内の冷却水が凍結したり、熱交換器５２の周辺に積雪したりする事態を防ぐことができる。このため、流入管４２（９２）および流出管４４（９４）や熱交換器５２を含む循環経路に冷却水を張っておき、この冷却水の凍結を防ぐことから、冷却装置４０（９０）の立ち上げを容易に行うことができる。しかも、冷却水の凍結を防ぐことから、冷却装置４０（９０）のメンテナンスを簡素化することができる。

　また、本実施形態の冷却装置４０（９０）では、加熱手段６０は、流入管４２（９２）および流出管４４（９４）から迂回して熱交換器５２を含み冷却水を循環させるための迂回循環配管６１を有し、この迂回循環配管６１の一部を地中や水中（海や湖など）に埋設してなる。

　この冷却装置４０（９０）によれば、冷却水を加熱し、冬期などに循環経路をなす熱交換器５２の伝熱管５２Ｃ内の冷却水が凍結する事態を防ぐことが実現できる。

　また、本実施形態の冷却装置４０（９０）では、図４に示すように、迂回循環配管６１が流入管４２（９２）および流出管４４（９４）に接続される少なくとも一方の端部側に、冷却水を一方向にのみ流通させる逆止弁６４を設けることが好ましい。図４では、迂回循環配管６１が流入管４２（９２）および流出管４４（９４）に接続される両端部側に逆止弁６４を設けた形態を示している。

　この冷却装置４０（９０）によれば、逆止弁６４を設けることで、迂回循環配管６１による冷却水の循環方向が一定方向に設定されるため、冷却水を円滑に循環させることができるので、伝熱管５２Ｃ内の冷却水の凍結を防ぐ効果を顕著に得ることができる。この場合も、迂回循環配管６１による冷却水の循環方向は、熱交換器５２において、循環配管をなす流入管４２（９２）および流出管４４（９４）での循環方向と同じであっても逆であってもよい。

　また、本実施形態の冷却装置４０（９０）では、図５に示すように、地中や水中に埋設されていない部分であって、迂回循環配管６１が流入管４２（９２）および流出管４４（９４）に接続される一方の端部側の外周に、断熱材６５を設けることが好ましい。

　この冷却装置４０（９０）によれば、断熱材６５を設けた一方の端部側は、自然熱エネルギーで加熱された冷却水の温度低下が抑えられるので、サーモサイフォンの原理により、迂回循環配管６１による冷却水の循環方向が一定方向に決められるため、冷却水を円滑に循環させることができるので、伝熱管５２Ｃ内の冷却水の凍結を防ぐ効果を顕著に得ることができる。この場合も、迂回循環配管６１による冷却水の循環方向は、熱交換器５２において、循環配管をなす流入管４２（９２）および流出管４４（９４）での循環方向と同じであっても逆であってもよい。

　また、本実施形態の冷却装置４０（９０）では、図３に示すように、迂回循環配管６１が流入管４２（９２）および流出管４４（９４）に接続される各端部側に、迂回循環配管６１を開閉するための開閉弁６２，６３が設けられている。この開閉弁６２，６３は、制御部４１（９１）により開閉が制御される。また、上述したように、循環配管としての流入管４２（９２）および流出管４４（９４）は、開閉弁４６，４８（９６，９８）およびポンプ４９，９９が設けられ、制御部４１（９１）により制御される。この開閉弁６２，６３を備えて制御部４１（９１）により制御する構成は、図４および図５に示す形態に適用できる。

　そして、制御部４１（９１）は、原子力設備１の通常の稼働時（通常時）に、流入管４２（９２）および流出管４４（９４）の開閉弁４６，４８（９６，９８）を閉状態にするとともに、迂回循環配管６１の開閉弁６２，６３を開状態にする。このため、循環経路としての流入管４２（９２）、流出管４４（９４）、および蒸気発生器７に冷却水は循環せず、熱交換器５２を含む迂回循環配管６１に冷却水が循環されるので、当該冷却水が自然熱エネルギーにより加熱されて凍結を防止することができる。一方、制御部４１は、原子力設備１の異常時（二次冷却系４のタービン２２にて蒸気が利用できず冷却水が冷却されない場合や、原子炉５の制御ができなくなった場合など）に、流入管４２（９２）および流出管４４（９４）の開閉弁４６，４８（９６，９８）を開状態にするとともに、迂回循環配管６１の開閉弁６２，６３を閉状態にする。このため、循環経路としての流入管４２（９２）、流出管４４（９４）、熱交換器５２、および蒸気発生器７に冷却水が循環し、当該冷却水が冷却される。このとき、自然熱エネルギーにより冷却水の凍結が防止されているため、熱交換器５２の伝熱管５２Ｃに冷却水を円滑に送ることができる。

［実施形態２］
　図６は、本実施形態に係る冷却装置の構成図である。本実施形態の冷却装置４０（９０）は、図６に示すように、加熱手段７０を備える。なお、図６では送風機５１を省略している。

　加熱手段７０は、自然熱エネルギーから取得した熱を熱交換器５２に伝えるものであり、中空筒の内部に熱媒が封入されたヒートパイプ７１を有している。ヒートパイプ７１は、熱交換器５２に接触して設けられ、かつ一部が地中や水中（海や湖など）に埋設されている。ヒートパイプ７１が接触するのは、熱交換器５２における、供給部５２Ａ、排出部５２Ｂ、伝熱管５２Ｃ、またはフィン５２Ｄの少なくとも１つである。

　このように、本実施形態の冷却装置４０（９０）は、自然熱エネルギーから取得した熱を熱交換器５２に伝える加熱手段７０を備えることで、冷却水を加熱し、冬期などに循環経路をなす熱交換器５２の伝熱管５２Ｃ内の冷却水が凍結したり、熱交換器５２の周辺に積雪したりする事態を防ぐことができる。このため、流入管４２（９２）および流出管４４（９４）や熱交換器５２を含む循環経路に冷却水を張っておき、この冷却水の凍結を防ぐことから、冷却装置４０（９０）の立ち上げを容易に行うことができる。しかも、冷却水の凍結を防ぐことから、冷却装置４０（９０）のメンテナンスを簡素化することができる。

　また、本実施形態の冷却装置４０（９０）では、加熱手段７０は、中空筒の内部に熱媒が封入されたヒートパイプ７１を熱交換器５２に接触させ、当該ヒートパイプ７１の一部を地中や水中（海や湖など）に埋設してなることが好ましい。

［実施形態３］
　図７は、本実施形態に係る冷却装置の構成図である。本実施形態の冷却装置４０（９０）は、図７に示すように、加熱手段８０を備える。なお、図７では送風機５１を省略している。

　加熱手段８０は、熱交換器５２の周りに配置された蓄熱部８１と、蓄熱部８１に太陽熱を集める集熱部８２とを有している。蓄熱部８１は、パラフィン、脂肪酸、無機水和塩、溶融塩類、高密度ポリエチレン、金属などのような蓄熱材を適用することができる。蓄熱部８１が配置される熱交換器５２の周りとは、熱交換器５２の下部が熱交換器５２を加熱するうえで好ましいが、熱交換器５２の側部や上部であってもよい。また、集熱部８２は、凹レンズや凸レンズや反射板などにより太陽光を集めるものを適用することができる。

　このように、本実施形態の冷却装置４０（９０）は、自然熱エネルギーから取得した熱を熱交換器５２に伝える加熱手段８０を備えることで、冷却水を加熱し、冬期などに循環経路をなす熱交換器５２の伝熱管５２Ｃ内の冷却水が凍結したり、熱交換器５２の周辺に積雪したりする事態を防ぐことができる。このため、流入管４２（９２）および流出管４４（９４）や熱交換器５２を含む循環経路に冷却水を張っておき、この冷却水の凍結を防ぐことから、冷却装置４０（９０）の立ち上げを容易に行うことができる。しかも、冷却水の凍結を防ぐことから、冷却装置４０（９０）のメンテナンスを簡素化することができる。

　また、本実施形態の冷却装置４０（９０）では、加熱手段８０は、熱交換器５２の周りに配置された蓄熱部８１と、蓄熱部８１に太陽熱を集める集熱部８２とを有してなることが好ましい。

　１　原子力設備
　４０　冷却装置
　４１　制御部
　４２　流入管（循環配管）
　４４　流出管（循環配管）
　４６，４８　開閉弁
　４９　ポンプ
　５０　空気冷却器
　５１　送風機
　５２　熱交換器
　６０　加熱手段
　６１　迂回循環配管
　６２，６３　開閉弁
　６４　逆止弁
　６５　断熱材
　７０　加熱手段
　７１　ヒートパイプ
　８０　加熱手段
　８１　蓄熱部
　８２　集熱部
　９０　冷却装置
　９１　制御部
　９２　流入管（循環配管）
　９４　流出管（循環配管）
　９６，４８　開閉弁
　９９　ポンプ

Claims

　原子力設備の原子炉で生成された熱を利用して熱交換を行う冷却水を循環させるための循環配管と、
　前記循環配管に設けられて前記循環配管の冷却水の熱を熱交換により取得する熱交換器と、
　自然熱エネルギーから取得した熱を前記熱交換器に伝える加熱手段と、
　を備えることを特徴とする冷却装置。
　前記加熱手段は、前記循環配管から迂回して前記熱交換器を含み前記冷却水を循環させるための迂回循環配管を有し、前記迂回循環配管の一部を地中に埋設してなることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
　前記加熱手段は、前記循環配管から迂回して前記熱交換器を含み前記冷却水を循環させるための迂回循環配管を有し、前記迂回循環配管の一部を水中に埋設してなることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
　前記迂回循環配管が前記循環配管に接続される少なくとも一方の端部側に、前記冷却水を一方向にのみ流通させる逆止弁を設けることを特徴とする請求項２または３に記載の冷却装置。
　前記迂回循環配管が前記循環配管に接続される一方の端部側の外周に、断熱材を設けることを特徴とする請求項２または３に記載の冷却装置。
　前記循環配管および前記迂回循環配管にそれぞれ開閉弁を設け、前記原子力設備の通常時に前記循環配管の開閉弁を閉状態にするとともに前記迂回循環配管の開閉弁を開状態にする一方、前記原子力設備の異常時に前記循環配管の開閉弁を開状態にするとともに前記迂回循環配管の開閉弁を閉状態にする制御部を備えることを特徴とする請求項２～５のいずれか一つに記載の冷却装置。
　前記加熱手段は、中空筒の内部に熱媒が封入されたヒートパイプを前記熱交換器に接触させ、当該ヒートパイプの一部を地中に埋設してなることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
　前記加熱手段は、中空筒の内部に熱媒が封入されたヒートパイプを前記熱交換器に接触させ、当該ヒートパイプの一部を水中に埋設してなることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
　前記加熱手段は、前記熱交換器の周りに配置された蓄熱部と、当該蓄熱部に太陽熱を集める集熱部とを有してなることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。