(57)【要約】【課題】冷却機能の向上を図った冷却構造体を提供する。【解決手段】格納容器２と、間隙をあけて格納容器２を覆うとともに冷却風の吸気口４と排気口６とが形成された建屋構造体３と、間隙を仕切り、建屋構造体３側の空間に吸気口４から流入した冷却風が下降する第１流路９を形成し、格納容器２側の空間に第１流路９を流通した冷却風が排気口６に向かって上昇する第２流路１０を形成するエアバッフル７と、を有する冷却構造体１である。建屋構造体３の排気口６に、風力発電装置２０のローターブレード２１が配設されている。【選択図】図１
2014224482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象物と、間隙をあけて前記冷却対象物を覆うとともに冷却風の吸気口と排気口とが形成された建屋構造体と、前記間隙を仕切り、前記建屋構造体側の空間に前記吸気口から流入した前記冷却風が下降する第１流路を形成し、前記冷却対象物側の空間に前記第１流路を流通した前記冷却風が前記排気口に向かって上昇する第２流路を形成する仕切板と、を有する冷却構造体であって、
前記建屋構造体の排気口に、風力発電装置のブレードが配設されていることを特徴とする冷却構造体。
【請求項２】
前記建屋構造体の頂部が筒状に形成され、該頂部が前記排気口となっており、
前記ブレードは、前記頂部の上部開口より下側に配設されていることを特徴とする請求項１記載の冷却構造体。
【請求項３】
前記風力発電装置の発電機には、前記ブレードを回転駆動させるための電源が接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
加圧水型原子炉格納容器では、その冷却を、格納容器内に設けられた冷却システムや、エアバッフル（仕切板）を用いた自然冷却などによって行っている。原子力発電所内には、前記冷却システムとして、外部電源、もしくはディーゼル発電機、電池などの自家発電装置によるクーラー等が備えられている。
【０００３】
また、格納容器を覆ってこれを収容する建屋構造体には、流路形成板として機能する前記仕切板（エアバッフル）が、格納容器の垂直壁部外周に形成配置されている。これによって建屋構造体内では、自然災害等による事故時において、建屋構造体と仕切板との間に形成される流路と、仕切板と格納容器との間に形成される流路との間の温度差により、ドラフト力が形成される。そして、このドラフト力によって空気の流れが形成され、この空気の流れによって格納容器が自然冷却される。
【０００４】
また、このような冷却システムやエアバッフルを用いた自然冷却とは別に、冷却材としての水を用いた冷却システムも備えられている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。すなわち、格納容器内、あるいは原子炉建屋の上部に貯水槽が設置され、自然災害等による事故時において、貯水槽から格納容器内あるいは格納容器の外壁面に放水されることにより、格納容器が冷却されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１５０８４６号公報
【特許文献２】特開２０１０−８５２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記貯水槽の水は限られた量（例えば３日分程度）しかない。したがって、自然災害等による事故時において外部電源等が機能しなくなった際には、特に冷却材（貯水槽の水）が喪失した後には、主に前記の自然冷却で格納容器の過熱を抑制する必要がある。しかし、前記のドラフト力による自然冷却だけでは事故時において充分な冷却を行うのが難しく、したがって原子炉格納容器では、その建屋構造体を含む冷却構造体の、冷却機能の向上が望まれている。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、冷却機能の向上を図った、冷却構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の冷却構造体は、冷却対象物と、間隙をあけて前記冷却対象物を覆うとともに冷却風の吸気口と排気口とが形成された建屋構造体と、前記間隙を仕切り、前記建屋構造体側の空間に前記吸気口から流入した前記冷却風が下降する第１流路を形成し、前記冷却対象物側の空間に前記第１流路を流通した前記冷却風が前記排気口に向かって上昇する第２流路を形成する仕切板と、を有する冷却構造体であって、前記建屋構造体の排気口に、風力発電装置のブレードが配設されていることを特徴とする冷却構造体。
【０００９】
また、前記冷却構造体においては、前記建屋構造体の頂部が筒状に形成され、該頂部が前記排気口となっており、前記ブレードは、前記頂部の上部開口より下側に配設されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記冷却構造体において、前記風力発電装置の発電機には、前記ブレードを回転駆動させるための電源が接続されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の冷却構造体によれば、建屋構造体の排気口に風力発電装置のブレードを配設しているので、仕切板によって冷却対象物側の空間に形成された第２流路を上昇した冷却風が排気口に流れ込むことにより、この自然冷却用の冷却風によって前記ブレードを回転させることができる。したがって、例えば事故時において外部電源やディーゼル発電機、電池などの自家発電装置が機能せず、クーラー等の冷却システムが機能しなくなった際にも、風力発電装置による発電によって電源を確保することができ、これによってクーラー等の冷却システムを稼働させることが可能となる。よって、特に事故時における冷却機能を、従来に比べて格段に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の冷却構造体の一実施形態を示す側断面図である。
【図２】風力発電装置とこれに接続する電気系統を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の冷却構造体を詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明に係る冷却構造体を、原子炉格納容器とこれを収容する原子炉建屋に適用した場合の一実施形態を示す図であり、図１中符号１は冷却構造体である。この冷却構造体１は、本発明の冷却対象物となる原子炉格納容器２（以下、格納容器と記す。）と、この格納容器２を覆う建屋構造体３（原子炉建屋）とを有して構成されている。
【００１４】
格納容器２は、上鏡部２ａと、この上鏡部２ａに連結する円筒部２ｂと、一部がコンクリート等で埋設された下鏡部とを有して形成されている。格納容器２内には原子炉（図示せず）、蒸気発生器（図示せず）が収容され、さらにモーターバルブ（図示せず）や各種の計器類（図示せず）、格納容器２内を冷却する冷却システム（図示せず）等が収容されている。冷却システムは、外部電源、もしくはディーゼル発電機、電池などの自家発電装置によって稼働するもので、クーラー等の冷却系機器を備えている。また、モーターバルブや各種の計器類も、外部電源や自家発電装置によって稼働する。
【００１５】
建屋構造体３は、円筒状の側壁部３ａと略円錐台形状の屋根部３ｂとを有し、所定の間隙をあけて格納容器２の外側に配置され、これによって格納容器２の外側を覆ったものである。この建屋構造体３には、その側壁部３ａの上部に吸気口４が形成され、その屋根部３ｂの頂部５に排気口６が形成されている。
【００１６】
吸気口４は、側壁部３ａの周方向に複数形成されており、これによって側壁部３ａのほぼ全周から外部の空気を冷却風として取り入れられるようになっている。
排気口６は、屋根部３ｂに形成された円筒状の頂部５によって形成されており、この排気口６内、すなわち頂部５の内部孔内には、後述する風力発電装置のブレードが配設されている。
【００１７】
建屋構造体３と格納容器２との間の間隙には、主に建屋構造体３の側壁部３ａと格納容器２の円筒部２ｂとの間に、これら建屋構造体３と格納容器２との間の間隙を仕切って２重のアニュラス部を形成し、冷却用の通風路（流路）を形成するエアバッフル７（仕切板）が設けられている。エアバッフル７は、建屋構造体３の屋根部３ｂに上端部が取り付けられ、垂下されることで格納容器２の円筒部２ｂ上部側の全周を囲って配置されている。
【００１８】
建屋構造体３の側壁部３ａは、その底部側にて建屋構造体３と格納容器２との間の間隙を閉塞部８によって閉塞している。これによって建屋構造体３と格納容器２との間の間隙は、閉塞部８の上方において独立した空間部となっている。
【００１９】
そして、エアバッフル７は前記間隙を仕切って前記閉塞部８の上面近傍まで垂下することにより、建屋構造体３側の空間に吸気口４から吸気された冷却風（空気）が下降する第１流路９を形成し、格納容器２側の空間に第１流路９を流通した冷却風が排気口６に向かって上昇する第２流路１０を形成している。すなわち、エアバッフル７の建屋構造体３側に、吸気口４から閉塞部８近傍まで下降する第１流路９が形成されている。また、エアバッフル７の格納容器２側に、前記閉塞部８近傍から格納容器２側を通って上昇し、排気口６に向かう第２流路１０が形成されている。
【００２０】
このような構成により、自然災害等による事故時において、第２流路１０を流動して高温の格納容器２との間で熱交換し、高温となった冷却風は、上昇気流となって頂部５に流入し、排気口６を通って外部に排気される。すると、吸気口４から流入し第１流路９を下降した冷却風は、閉塞部８近傍にて折り返して第２流路１０に自然に流れ込む。したがって、エアバッフル７を用いた流路構成により、冷却風が吸気口４から流入して排気口６から排出される自然通風が形成され、これによって格納容器２の自然冷却が可能になっている。
【００２１】
また、建屋構造体３には、その屋根部３ｂ上の頂部５の周囲に、該頂部５を囲った状態に貯水槽１１が設けられている。この貯水槽１１には、その底部に放水管１２が接続されており、放水管１２は格納容器２の上鏡部２ａ中央にその放水口を向けて配置されている。このような構成のもとに、例えば自然災害等による事故時において外部電源等が機能しなくなり、格納容器２内を冷却する冷却システムが稼働しなくなった際、放水管１２の開閉バルブ（図示せず）を開くことで貯水槽１１内の水を放出し、格納容器２の上鏡部２ａを冷却して格納容器２の過熱を抑制することができるようになっている。
【００２２】
また、本実施形態では、建屋構造体３の屋根部３ｂ上に、風力発電装置２０が設けられている。風力発電装置２０は、ローターブレード２１（ブレード）を有するハブ部２２と、このハブ部２２を回転可能に保持するナセル部２３とを備えて構成されている。
【００２３】
ハブ部２２は、本実施形態では３枚のローターブレード２１を有して構成されている。これらローターブレード２１は、前記排気口６となる頂部５の内部孔内、すなわち頂部５の上部開口５ａより下側に配設されている。本実施形態では、特に頂部５の上部開口５ａの近傍部に配設されている。これによってローターブレード２１は、頂部５の外側の空気の流れにほとんど影響されることなく、第２流路１０を通って頂部５内の排気口６を流れる上昇気流を受けて回転するようになっている。
【００２４】
ナセル部２３は、頂部５の側壁部に形成された開口（図示せず）を通って外側に引き出され、貯水槽１１の上に配置されたもので、図２に示すように前記ハブ部２２（ローターブレード２１）に連結するローター軸と、このローター軸に接続された増速機及びブレーキ装置と、動力伝達軸を介して増速器に接続する発電機とを備え、さらに電力変換装置、制御装置を備えている。
【００２５】
このような構成により、ローターブレード２１が上昇気流を受けることでハブ部２２が回転すると、その回転力がローター軸を介してナセル部２３の増速機に伝わり、ここで高速回転に変換される。そして、この高速回転力が動力伝達軸を介して発電機に伝達されることにより、発電機ではこの高速回転力を電気エネルギーに変換して発電を行ない、電力変換装置にて電力に変換される。また、制御装置では、発電機や電力変換装置等を正常に機能させるように制御する。本実施形態では、ローターブレード２１の直径（ローターブレード２１が回転することで形成される円の直径）を１０ｍ、頂部５の排気口６を流れる上昇気流の風速を５ｍ／秒とすると、１０ｋＷ程度の出力（電力）が得られるようになる。
【００２６】
また、本実施形態では図２に示すように発電機に電源が接続されている。この電源は、中央制御室（図示せず）などで制御されるもので、例えば自然災害等による事故時において外部電源等が機能しており、したがってこの電源も正常に機能している際に、ローターブレード２１をファンとして機能させ、自然冷却による格納容器２の冷却能力を高めるために用いられる。すなわち、図２に示す電源によって発電機をモータとして機能させることにより、ローターブレード２１（ハブ部２２）を強制的に回転させ、排気口６に向かう上昇気流を増やすことができる。これにより、第２流路１０を流れる冷却風の流量を増やし、格納容器２を自然冷却によって冷却する能力を高めることができる。
【００２７】
また、ナセル部２３にはケーブル（図示せず）が接続されており、このケーブルには変圧器が接続されている。変圧器は、図１に示すように風力発電設備２４に設けられたもので、図２に示すように電力変換装置で得られた電力を、原子炉冷却システムを構成するモーターバルブや各種の計器、さらにクーラー等の冷却系機器の仕様に対応した電圧に変換する。そして、変換した電圧を原子炉冷却系システムの各構成要素に印可し、これら各構成要素を稼働させることができるようになっている。
【００２８】
ここで、これら各構成要素は外部電源や自家発電装置に接続されており、平常時には外部電源や自家発電装置によって稼働するようになっている。そして、自然災害等による事故時において外部電源等が機能しなくなった際には、前記各要素は中央制御室（図示せず）などでの制御によって前記変圧器に電気的に接続され、この変圧器から電力が供給されることで稼働するようになっている。
【００２９】
図１に示すように変圧器を収容する風力発電設備２４は、建屋構造体３の外部に設けられており、特に津波の影響を受けないよう、高台などに設けられている。ただし、この風力発電設備２４は、建屋構造体３の外部に設けることなく、建屋構造体３の内部で、かつ格納容器２の外部に設けるようにしてもよい。
【００３０】
また、頂部５内には、その下端部に架台１３が設けられている。この架台１３は、メンテナンスの際に作業員の足場となる通路状のもので、頂部５の内部孔内に間隔をあけて複数設けられている。なお、この架台１３は、自然災害時などにおいてローターブレード２１（ハブ部２２）が不測に落下した場合に、これが格納容器２上に落下するのを防止するものとなる。
【００３１】
また、この架台１３の上方には、グレーチング１４が設けられている。このグレーチング１４も、ローターブレード２１（ハブ部２２）等の格納容器２上への落下を防止するためのものである。
さらに、頂部５には、その上部開口５ａにもグレーチング１５が設けられている。このグレーチング１５は、メンテナンスに用いられる他に、例えば鳥などの進入を防ぐとともに、頂部５の外からの大きな異物が流れ込むのを防止するためのものである。
【００３２】
このような冷却構造体１にあっては、通常時には外部電源等で稼働する原子炉冷却システムによって格納容器２内が冷却される。
一方、自然災害等による事故時において外部電源等が機能しなくなった際には、エアバッフル７によって構成される第２流路１０を通る冷却風によって格納容器２の外面が冷却され、また貯水槽１１の開閉バルブが開かれ、水が放出されることによって格納容器２が冷却される。
【００３３】
エアバッフル７によって構成される第２流路１０は、事故時に機能する。したがって、第２流路１０を流れ、排気口６から排出される上昇気流によって風力発電装置２０のローターブレード２１が回転し、この回転によって発電がなされる。よって、外部電源等が機能しなくなった際には、原子炉冷却システムの各構成要素への通電源が外部電源等から風力発電装置２０の変圧器に切り換えられる。これにより、原子炉冷却システムの各構成要素全体もしくはその一部の稼働が再開もしくは継続され、格納容器２内が冷却される。
【００３４】
このように本実施形態の冷却構造体１によれば、事故時において貯水槽１１の水を全て消費しても、格納容器２内については風力発電装置２０により冷却システムを稼働させて冷却することができ、また、エアバッフル７による自然冷却もその能力を低下させることなく通常時と同様に行うことができるため、事故時における冷却機能を従来に比べて格段に向上することができる。
【００３５】
また、ローターブレード２１を頂部５の上部開口５ａより下側に配設しているので、ローターブレード２１は頂部５の外側を流れる風の影響をほとんど受けることなく安定して回転するようになり、したがって風力発電装置２０は効率良く発電を行うことができる。
【００３６】
さらに、風力発電装置２０の発電機に電源を接続したので、この電源によって発電機をモータとして機能させることにより、ローターブレード２１（ハブ部２２）を強制的に回転させてファンとして機能させることができる。よって、例えば自然災害等による事故時において外部電源等が機能しており、したがって前記発電機に接続する電源も正常に機能している際に、ローターブレード２１をファンとして機能させ、自然冷却による格納容器２の冷却能力を高めることができる。すなわち、第２流路１０を流れる冷却風の流量を増やすことにより、格納容器２に対する自然冷却の能力を高めることができる。
【００３７】
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、頂部５に設けたローターブレード２１に流入する上昇気流を整流し、ローターブレード２１の回転効率を高めて発電効率を高めるため、頂部５の内壁面に整流板を設けてもよい。同様に、建屋構造体３の屋根部３ｂの底面や、格納容器２の上鏡部２ａに整流板を設け、ローターブレード２１の回転効率を高めるようにしてもよい。
【００３８】
また、前記実施形態では、本発明に係る冷却構造体を原子炉格納容器とこれを収容する原子炉建屋（建屋構造体）に適用した場合について説明したが、本発明は例えばサイロを冷却対象物とし、これを覆う建屋構造体を備えた冷却構造体などにも適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…冷却構造体、２…原子炉格納容器（格納容器：冷却対象物）、２ａ…上鏡部、２ｂ…円筒部、３…建屋構造体、４…吸気口、５…頂部、６…排気口、７…エアバッフル（仕切板）、９…第１流路、１０…第２流路、２０…風力発電装置、２１…ローターブレード（ブレード）
【図１】
2014224482.tif 000003
【図２】
2014224482.tif 000004