(57)【要約】【課題】受動的な駆動力のみで原子炉格納容器の除熱効率を大幅に高くすることにより、容積および高さを低減した原子炉格納容器及び原子炉建屋を提供する。【解決手段】原子炉圧力容器１を内包する原子炉格納容器２の上部から径方向へ放射状に伸び、前記原子炉格納容器２の側壁面を鉛直方向に伸びて側壁面下部に達する複数の放熱フィン８と、前記原子炉格納容器２の上部に設けられた散水管７に回転可能に支持された複数の羽根９と、前記羽根９又は前記散水管７に回転可能に支持され前記散水管７から供給される冷却水を前記原子炉格納容器２の上部に散水する複数の分岐管１０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器を内包する原子炉格納容器の上部から径方向へ放射状に伸び、前記原子炉格納容器の側壁面を鉛直方向に伸びて側壁面下部に達する複数の放熱フィンと、前記原子炉格納容器の上部に設けられた散水管に回転可能に支持された複数の羽根と、前記羽根又は前記散水管に回転可能に支持され前記散水管から供給される冷却水を前記原子炉格納容器の上部に散水する複数の分岐管と、を備えることを特徴とする原子炉格納容器の冷却構造。
【請求項２】
前記放熱フィンの一方は前記原子炉格納容器側壁面に接続され、他方は前記原子炉格納容器を取り囲む原子炉建屋の内壁面に接続されていることを特徴とする請求項１記載の原子炉格納容器の冷却構造。
【請求項３】
前記放熱フィンの先端部が鉛直方向に沿って周期的な突起形状を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の原子炉格納容器の冷却構造。
【請求項４】
前記突起形状は鉛直下側の端部に近づくほど幅が小さくなっていることを特徴とする請求項３記載の原子炉格納容器の冷却構造。
【請求項５】
原子炉圧力容器を内包する原子炉格納容器の側壁面を螺旋状に取り囲むようにして側壁面下部に達する放熱フィンと、前記原子炉格納容器の上部に設けられた散水管に回転可能に支持された複数の羽根と、前記羽根又は前記散水管に回転可能に支持され前記散水管から供給される冷却水を前記原子炉格納容器の上部に散水する複数の分岐管と、を備えることを特徴とする原子炉格納容器の冷却構造。
【請求項６】
前記放熱フィンの間隙に注水管を配置したことを特徴とする請求項５記載の原子炉格納容器の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉格納容器の冷却構造に関し、特に、受動的な駆動力を利用した原子炉格納容器の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントにおいて配管の破断等により原子炉冷却材が原子炉格納容器内へ漏洩した場合、冷却材が蒸気となり原子炉格納容器内の圧力が上昇する。従来、圧力上昇に対する原子炉格納容器の健全性を確保するため、発生した蒸気を原子炉格納容器内の圧力抑制プールに誘導し凝縮放熱させる方法や、原子炉格納容器上部からスプレイにより散水し、蒸気を凝縮させる方法が知られている。これらの方法では、プールやスプレイ水に蓄積された熱はポンプ等の動的機器により熱交換器を介して外部へ放出されている。
【０００３】
近年、安全系の信頼性向上のため、重力などの受動的な力により原子炉格納容器の除熱を行う方法が提案されている（特許文献１）。図１１に従来の受動的な力を利用した原子炉格納容器の冷却構造を示す。原子炉圧力容器１を内包する原子炉格納容器２と原子炉建屋３の間に空気流路４が設けられ、原子炉格納容器２の下部から流入する空気は原子炉格納容器２の壁面から加熱されるため、煙突効果によって空気流路４を上昇し、原子炉格納容器２上部の煙突５から排気される。
【０００４】
さらに、原子炉格納容器２の上部には冷却水貯蔵タンク６が配置され、高温の蒸気が原子炉格納容器２内へ放出されると、散水管７から貯蔵タンク６中の水を原子炉格納容器２の上部に散水する。散水された水は重力によってそのまま原子炉格納容器２の側面を流れ落ちる過程で壁面からの熱伝達によって蒸発し、やはり煙突５から排出される。これらの効果により、事故時に動的機器を用いることなく原子炉格納容器２内部を冷却、減圧することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２８１３４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１１に示すような従来の冷却構造は、重力により原子炉格納容器２壁面に散水を行うことで動力機器を使用しないメリットがあるが、一方、重力を利用するため冷却水貯蔵タンク６が原子炉格納容器２の上方に設置され、原子炉建屋３全体の高さが増え、重心が高くなる問題がある。
【０００７】
特に、原子炉出力が大きいプラントでは、必要な除熱容量を確保するために原子炉格納容器の表面積を増大させる必要があり、原子炉格納容器、原子炉建屋、冷却水貯蔵タンクが巨大化することから、耐震設計及び建築コストの観点からもプラントの大きさはできるだけ小さくすることが望ましい。
【０００８】
また、原子炉格納容器２の上部から散水する場合、重力によって原子炉格納容器側面を流下する際に、冷却水が原子炉格納容器２の表面全体に均一に分布しないと、原子炉格納容器２の表面温度分布が均一にならず、冷却水の蒸発による除熱の効果が十分に発揮できない可能性がある。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、受動的な駆動力を利用した原子炉格納容器の冷却構造において、原子炉格納容器、原子炉建屋、冷却水貯蔵タンクの容積を低減し、原子力プラント全体の巨大化を抑制することができる除熱効率の高い原子炉格納容器の冷却構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、本発明に係る原子炉格納容器の冷却構造は、原子炉圧力容器を内包する原子炉格納容器の上部から径方向へ放射状に伸び、前記原子炉格納容器の側壁面を鉛直方向に伸びて側壁面下部に達する複数の放熱フィンと、前記原子炉格納容器の上部に設けられた散水管に回転可能に支持された複数の羽根と、前記羽根又は前記散水管に回転可能に支持され前記散水管から供給される冷却水を前記原子炉格納容器の上部に散水する複数の分岐管と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る原子炉格納容器の冷却構造は、原子炉圧力容器を内包する原子炉格納容器の側壁面を螺旋状に取り囲むようにして側壁面下部に達する放熱フィンと、前記原子炉格納容器の上部に設けられた散水管に回転可能に支持された複数の羽根と、前記羽根又は前記散水管に回転可能に支持され前記散水管から供給される冷却水を前記原子炉格納容器の上部に散水する複数の分岐管と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、原子炉格納容器の外表面に放熱フィンを設けるとともに、原子炉格納容器の上部又は側壁部に冷却水を注入する分岐管又は注水管を設けたことにより、受動的な駆動力のみで原子炉格納容器の除熱効率を大幅に高くすることができるため、容積および高さを低減した原子炉格納容器及び原子炉建屋を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る原子炉格納容器の冷却構造の全体構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る原子炉格納容器のＡ−Ａ断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る原子炉格納容器のＢ−Ｂ断面図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る羽根及び分岐管の概略図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る羽根及び分岐管の変形図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る放熱フィンの構成図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る放熱フィンの構成図。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る放熱フィンの除熱特性を示す図。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る原子炉格納容器の冷却構造の全体構成図。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る原子炉格納容器の冷却構造の変形図。
【図１１】従来の原子炉格納容器の冷却構造の全体構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。  
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る原子炉格納容器の冷却構造を、図１〜４を用いて説明する。
図１において、原子炉圧力容器１を収納する原子炉格納容器２の外面には、複数の放熱フィンが原子炉格納容器の上部から下部へ放射状に設置され、かつ、原子炉格納容器２の側面では原子炉建屋３の間にある空気流路４の中を、鉛直下向きに原子炉格納容器下部まで伸びている。
【００１５】
また、原子炉格納容器２の上部には空気流路４を上昇してきた空気を排気する煙突５が設けられ、その内部には羽根９が設けられている。また、煙突５の外側には冷却水貯蔵タンク６が設けられ、その中には原子炉格納容器２の外表面へ注水する水が貯蔵されている。
【００１６】
また、図４に示すように、冷却水貯蔵タンク６へ接続される散水管７は、煙突５の略中心において複数の羽根９を回転可能に支持するとともに、水平方向へ伸びる複数の分岐管１０を有し、かつ、各分岐管１０は羽根９に支持されている。
【００１７】
このような構成の冷却構造において、一次冷却材が漏洩し原子炉格納容器２内部の圧力、温度が上昇する事態になった時には、原子炉格納容器上部の冷却水貯蔵タンク６から伸びる散水管７、分岐管１０を通じて原子炉格納容器２上部へ注水を行うが、このとき空気も空気流路４の下部にある流入口から原子炉格納容器２から発生する熱を除去しながら、空気流路４を通って上昇し、煙突５へ達する。この空気の上昇気流によって羽根９が回転するため、羽根９に支持されている分岐管１０も回転し、原子炉格納容器２の上部へ円周方向に均一に冷却水を散水することができる。
【００１８】
原子炉格納容器２の上面へ均等に散水された冷却水は、側面にある放熱フィン８の間隙に流れ込み、放熱フィン８に沿って原子炉格納容器２の側壁面を流下していく。流下する冷却水は原子炉格納容器２の側壁面、および放熱フィン８からの熱伝達により蒸発すると、空気流路４を上昇して煙突５から外部へ放出される。このとき、放熱フィン８は原子炉格納容器２の上部から放射状に等間隔で、かつ鉛直方向に設置されているので、原子炉格納容器の側壁面では空気流路４を通過する空気の上昇流に対する圧力損失を低減することができる。
【００１９】
また、流下する冷却水の流れは鉛直方向に伸びる放熱フィン８に拘束されるため、あふれた冷却水の水膜は途中で円周方向に分裂、併合することがなく、原子炉格納容器２の周方向に均一に分布させることができるため、冷却水の蒸発による除熱効果はより効率的になる。  
さらに、放熱フィン８により原子炉格納容器２の側壁面の伝熱面積が増加するため、空気流路４を通過する冷却空気への熱伝達量も向上する。
【００２０】
なお、羽根８と分岐管１０は必ずしも一体化支持する必要はなく、図５に示すように羽根の回転力が例えば散水管の延長部又は他の部材を介して分岐管１０に伝われば、分岐管１０を別個に設置することも可能である。
以上説明したように、本第１の実施形態によれば、原子炉格納容器の外表面に放熱フィンを放射状かつ鉛直方向に設けるとともに、原子炉格納容器の上部に冷却水を均一に散布する羽根を設けたことにより、受動的な駆動力のみで原子炉格納容器の除熱効率を高くすることができ、その結果、原子炉格納容器及び原子炉建屋の容積および高さを大幅に低減することができる。
【００２１】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る原子炉格納容器の冷却構造を、図６を用いて説明する。
本第２の実施形態では、原子炉格納容器２の側壁面に設置される放熱フィン８は、図６に示すように、原子炉格納容器２の側壁面と原子炉建屋３の内壁面の両方に固定されるように設けられている。
【００２２】
これにより、空気流路４を流れる空気は周方向への流れが抑制されるため、鉛直方向に空気の流れを整流させ、圧力損失をより低減することができるとともに、羽根８に対し十分な差圧を有する上昇気流を供給することができる。
【００２３】
本第２の実施形態によれば、原子炉格納容器の側壁面と建屋の内側面に放熱フィンを固定接続することにより、原子炉格納容器２の除熱効率がさらに高くなり、その結果、原子炉格納容器及び原子炉建屋の容積および高さを低減することができる。
【００２４】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る原子炉格納容器の冷却構造を、図７及び図８を用いて説明する。図７は原子炉格納容器２の側壁面の一部拡大図である。  
本第３の実施形態では、原子炉格納容器２の側壁面を鉛直方向に伸びる放熱フィン８に鉛直方向に沿って周期的に突起形状１１を設けている。
【００２５】
また、突起形状１１は鉛直下側の端部１２に近づくほど幅が小さくなっている。  
このような突起形状とすることにより、空気流路４の下部から上昇してくる空気流れは、突起形状１１の周りにおいて、図８に示すように、下端において突起形状１１の側面に垂直な方向の速度勾配が小さくなる。そのため、突起形状の端部１２では温度境界層の厚さが低減し、空気への熱伝達率が向上する。  
これにより、原子炉格納容器２から発生する熱の除熱容量をより高くすることができる。
【００２６】
本第３の実施形態によれば、原子炉格納容器の放熱フィンの一部を突起形状とすることにより、原子炉格納容器２の除熱効率がさらに高くなり、その結果、原子炉格納容器及び原子炉建屋の容積および高さを低減することができる。
【００２７】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る原子炉格納容器の冷却構造を、図９及び図１０を用いて説明する。
【００２８】
本第４の実施形態では、原子炉格納容器２の側壁面から下部に至る放熱フィン８は、原子炉格納容器２の側壁面を螺旋状に取り囲むように設置されている。このとき、分岐管１０から原子炉格納容器２の上面へ均等に散水された冷却水は、原子炉格納容器２の上面から側壁面へ達すると、放熱フィン８に沿って原子炉格納容器２の側壁面を周回しながら流下していくため、原子炉格納容器側壁面を均一にぬらすことができ、冷却水の蒸発による除熱効果をさらに効率的にすることができる。
【００２９】
さらに、図１０に示すように原子炉格納容器２の側壁面から注水するような注水管１３を設けることによって、原子炉格納容器２上部から流れてくる過程で壁面からの熱伝達により蒸発する分の冷却水を途中で補うことができる。この場合、原子炉格納容器上部から散水する冷却水貯蔵タンク６の水の一部を、それよりも低い位置にある冷却水貯蔵タンク１４に振り分けることができるため、原子炉格納容器２の上方にある冷却水貯蔵タンク６の容量を小さくでき、原子炉建屋３の容積および高さを低減することができる。
【００３０】
なお、本第４の実施形態では、原子炉格納容器２の上部にフィンが設けられていないが、第１の実施形態に示す放射状のフィンを原子炉格納容器２の上部に設けてもよい。その場合、原子炉格納容器２の上部に設けられた放射状のフィンと側壁面に設けられた螺旋状フィンにより、原子炉格納容器全体を均一にぬらすことができ、冷却水の蒸発による除熱効果をさらに効率的にすることができる。
本第４の実施形態によれば、原子炉格納容器の側壁面に放熱フィンを螺旋状に周回させるとともに、原子炉格納容器の上部に冷却水を均一に散布する羽根を設け、さらに、側壁面からも冷却水を注水可能とすることにより、受動的な駆動力のみで原子炉格納容器の除熱効率を高くすることができ、その結果、原子炉格納容器及び原子炉建屋の容積および高さを低減することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１，２…原子炉圧力容器、３…原子炉建屋、４…空気流路、５…煙突、６…冷却水貯蔵タンク、７…散水管、８…放熱フィン、９…羽根、１０…分岐管、１１…突起形状、１２…突起形状の端部、１３…注水管、１４…冷却水貯蔵タンク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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