(57)【要約】【課題】自然冷却による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５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１０を形成し、格納容器２側の空間に第１流路を流通した冷却風が排気口５に向かって上昇する第２流路１１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。格納容器２には、その外面に板状の放熱フィンを有するヒートシンク１２が設けられている。【選択図】図１
2014224630.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、
前記冷却対象物には、その外面に板状の放熱フィンが設けられていることを特徴とする冷却構造体。
【請求項２】
前記冷却対象物には、その外面に、複数枚の前記放熱フィンと該放熱フィンの一方の側を連結する連結板とを有するヒートシンクが、前記連結板を前記外面に当接させた状態に設けら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】
前記連結板は、熱伝導材料を介して前記冷却対象物の外面に当接していることを特徴とする請求項２に記載の冷却構造体。
【請求項４】
前記ヒートシンクは、前記仕切板に設けられた押圧手段によって前記冷却対象物側に押し付けられ、前記連結板が前記外面に当接させられていることを特徴とする請求項２又は３記載の冷却構造体。
【請求項５】
前記押圧手段は、前記仕切板に設けられて前記ヒートシンクの前記連結板の外面を押圧する押圧棒によって形成されていることを特徴とする請求項４記載の冷却構造体。
【請求項６】
前記放熱フィンは、前記冷却対象物の、前記仕切板に対向する側壁部に、鉛直方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項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クーラーと、エアバッフル（仕切板）を用いた自然冷却とを併用して行っている。すなわち、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、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（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２２０８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、仕切板によって形成されたドラフト力による自然冷却だけでは、格納容器を充分に冷却するのが難しい。特に、自然災害などの緊急時にクーラーの電源が機能しなくなった際には、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ため、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。
【０００５】
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、自然冷却による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】
【０００６】
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、前記冷却対象物には、その外面に板状の放熱フィンが設けられていることを特徴とする。
【０００７】
また、前記冷却構造体において、前記冷却対象物には、その外面に、複数枚の前記放熱フィンと該放熱フィンの一方の側を連結する連結板とを有するヒートシンクが、前記連結板を前記外面に当接させた状態に設けられていることが好ましい。
【０００８】
また、前記冷却構造体において、前記連結板は、熱伝導材料を介して前記冷却対象物の外面に当接していることが好ましい。
【０００９】
また、前記冷却構造体において、前記ヒートシンクは、前記仕切板に設けられた押圧手段によって前記冷却対象物側に押し付けられ、前記連結板が前記外面に当接させら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、前記押圧手段は、前記仕切板に設けられて前記ヒートシンクの前記連結板の外面を押圧する押圧棒によって形成されていることが好ましい。
【００１１】
また、前記冷却構造体において、前記放熱フィンは、前記冷却対象物の、前記仕切板に対向する側壁部に、鉛直方向に沿って配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の冷却構造体によれば、建屋構造体と冷却対象物との間の間隙を仕切る仕切板を有し、冷却対象物の外面に板状の放熱フィンを設けたので、仕切板によって冷却対象物側の空間に形成された第２流路を冷却風が排気口に向かって上昇した際、この冷却風が冷却対象物の外面を直接冷却するだけでなく、前記放熱フィンを介しても前記外面を冷却するようになる。したがって、仕切板によって形成された流路を流れる冷却風による自然冷却の冷却機能を、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】
【００１３】
【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】（ａ）は本発明に係るヒートシンクの一例を示す斜視図、（ｂ）はヒートシンクの取り付け方を説明するための側面図である。
【図３】本発明の冷却構造体の他の実施形態を示す図であり、（ａ）は要部を拡大した側面図、（ｂ）は要部平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
格納容器２は、その頂部に所定の勾配角を有するドーム状の屋根部２ａと、この屋根部２ａに連結する円筒状の側壁部２ｂ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）等が収容されている。また、格納容器２内を冷却するクーラー（図示せず）も収容されている。
【００１６】
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、すなわち格納容器２の側方及び上方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の頂部に排気口５が形成されている。
【００１７】
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５は、屋根部３ｂの頂部に設けられた筒部６の上部開口であり、後述するように吸気口４から取り入れられた空気が建屋構造体３内にて上昇気流となり、建屋構造体３の外に流出する際に通過する開口である。
【００１８】
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の側壁部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の梁８に上端部が取り付けられ、垂下されることで格納容器２の側壁部２ｂ上部側の全周を囲って配置されている。
【００１９】
建屋構造体３の側壁部３ａには、その底部側に建屋構造体３と格納容器２との間の間隙を閉塞する閉塞板９が水平方向に設けられている。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、閉塞板９の上方と下方とで連通することなく、それぞれが独立した空間部となっている。
【００２０】
そして、エアバッフル７は前記間隙を仕切って前記閉塞板９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１０を形成し、格納容器２側の空間に第１流路１０を流通した冷却風が排気口５に向かって上昇する第２流路１１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から閉塞板９近傍まで下降する第１流路１０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、前記閉塞板９近傍から格納容器２側を通って上昇し、排気口５に向かう第２流路１１が形成されている。
【００２１】
このような構成により、第２流路１１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、上昇気流となって排気口５から外部に排気される。すると、吸気口４から流入し第１流路１０を下降した冷却風は、閉塞板９近傍にて折り返して第２流路１１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５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。
【００２２】
ここで、格納容器２の側壁部２ｂの外面には、エアバッフル７に対向して第２流路１１に臨む部位に、多数のヒートシンク１２が整列した状態に設けられている。すなわち、格納容器２の側壁部２ｂの、前記第２流路１１に臨む外面に、ほぼ隙間なく、側壁部２ｂの全周に亘ってヒートシンク１２が配設されている。ヒートシンク１２は、伝熱性の高い金属、例えばアルミニウムによって形成されたもので、図２（ａ）に示すように複数（数枚〜数十枚程度）の矩形板状の放熱フィン１２ａと、これら放熱フィン１２ａの一辺側（一方の側）を連結する正方形状（矩形状）の連結板１２ｂとを有して形成されている。
【００２３】
放熱フィン１２ａは、例えば２ｍｍ〜５ｍｍ程度の厚さに形成されたもので、隣り合う放熱フィン１２ａ、１２ａ間の間隙が放熱フィン１２ａの厚さと同程度となるように、連結板１２ｂに対して配置されたものである。なお、放熱フィン１２ａは、連結板１２ｂに対して一体に製作されたものでもよく、また、連結板１２ｂに対して別体に製作され、その後溶接等によって一体化されたものでもよい。
【００２４】
また、放熱フィン１２ａは、その高さ、すなわち連結板１２ｂからその反対側の辺までの長さが、例えば１０〜５０ｃｍ程度に形成されている。１０ｃｍ未満では、放熱フィン１２ａとしての放熱効果が少なくなる。また、５０ｃｍを超えても、その先端側に格納容器２の熱が充分に伝わりにくくなり、したがってコストの上昇に見合う放熱効果が得られにくくなる。なお、第２流路１１の幅、すなわちエアバッフル７と格納容器２との間の間隙は、例えば１ｍ程度であり、したがって前記の放熱フィン１２ａの高さであれば、第２流路１１の幅内に充分に納まり、かつ、この第２流路１１を流動する冷却風と良好に接触するようになる。
【００２５】
連結板１２ｂは、放熱フィン１２ａと同じかこれより厚く形成されたもので、１辺が１０〜５０ｃｍ程度に形成された正方形状のものであり、格納容器２の放熱性をより高めるべく、格納容器２の外面に当接させられている。ここで、格納容器２の側壁部２ｂの外面は周方向に湾曲して形成されている。したがって、連結板１２ｂも、格納容器２の側壁部２ｂの外面により密着し易いよう、この側壁部２ｂの外面の湾曲形状に合わせてその裏面が湾曲面に形成されている。これにより、連結板１２ｂはその裏面の湾曲形状が格納容器２の側壁部２ｂの外面の湾曲形状に合うように当接させられることにより、側壁部２ｂの外面に隙間なく当接させられている。
【００２６】
ただし、微視的に見ると格納容器２の外面も連結板１２ｂの裏面も凹凸を有しており、したがって充分な密着度でこれらを当接させるのは難しい。そこで、本実施形態では、連結板１２ｂの裏面に熱伝導材料１３を配しておき、この熱伝導材料１３介して連結板１２ｂを格納容器２の外面に当接させ、密着させている。
【００２７】
熱伝導材料１３は、熱伝導性の高い物質であり、金属以外のものとして、グリスやシリコン、グラファイトなどが挙げられる。本実施形態では、前記したように格納容器２の外面と連結板１２ｂの裏面との間の微視的な凹凸を埋めるべく、濡れ拡がって凹凸を埋めやすいグリスが好適に用いられる。すなわち、本実施形態では、連結板１２ｂの裏面全面にグリスが塗布され、その状態で連結板１２ｂの裏面側が格納容器２の外面に当接・密着させられている。
【００２８】
その際、このようなヒートシンク１２は、放熱フィン１２ａが、第２流路１１における冷却風の流動方向、すなわち鉛直方向に沿うように配置されている。これにより、隣り合う放熱フィン１２ａ、１２ａ間の隙間を冷却風が通り抜け、その際に冷却風は放熱フィン１２ａや格納容器２の外面との間で熱交換を行うようになる。
【００２９】
また、ヒートシンク１２は、その連結板１２ｂの裏面側が格納容器２の外面に当接させられているが、このような格納容器２に対する取り付け、すなわち当接させた状態の維持は、本実施形態ではエアバッフル７に設けられた押圧手段によって行っている。この押圧手段は、ヒートシンク１２を格納容器２に押し付け、これによって連結板１２ｂの裏面側を格納容器２の外面に当接させている。
【００３０】
本実施形態では、図２（ｂ）に示すように押圧手段は押圧棒１４によって形成されている。押圧棒１４は、基端部がエアバッフル７に取り付けられ、先端がヒートシンク１２の連結板１２ｂの表面（放熱フィン１２ａを配した面）に当接してこれを押圧している。すなわち、本実施形態では、図２（ａ）に示すようにヒートシンク１２にはその放熱フィン１２ａ側の中央部に、該中央部に位置する複数の放熱フィン１２ａの一部を切り欠いて連結板１２ｂの表面に達する孔１２ｃが形成されている。
【００３１】
そして、前記押圧棒１４は、その先端側がヒートシンク１２の孔１２ｃ内に挿入され、先端面が連結板１２ｂの表面に当接させられている。また、押圧棒１４は、図２（ｂ）に示すように柱状又は管状の内棒１５と、この内棒１５を摺動可能に外挿した管状の外管１６とを備えて形成されている。内棒１５には、その基端部（後端部）に鍔部１５ａが設けられ、さらに基端面には雌ねじ孔（図示せず）が形成されている。
【００３２】
また、内棒１５には、その鍔部１５ａとこれに外挿した外管１６との間に、コイルスプリング１７が巻回されている。コイルスプリング１７は、内棒１５に対して摺動可能に外挿した外管１６を、その先端側に付勢するもので、これによって外管１６に押圧力を発生させるようになっている。このような構成からなる押圧棒１４は、内棒１５の基端面がエアバッフル７に当接させられてボルト１８で固定され、その状態で先端側、すなわち外管１６の先端側が前記孔１２ｃに挿入され、先端面が連結板１２ｂの表面に当接させられている。
【００３３】
その際、外管１６の長さは、その先端面が連結板１２ｂの表面に当接したときに後端面でコイルスプリング１７を押圧し、これを圧縮する長さに調整されている。したがって、押圧棒１４は前記したようにエアバッフル７にボルト１８で固定され、その状態で外管１６の先端面が連結板１２ｂの表面に当接させられることにより、コイルスプリング１７の付勢力（押圧力）によってヒートシンク１２を格納容器２の外面に押し付け、これによってヒートシンク１２の連結板１２ｂの裏面を熱伝導材料１３（グリス）を介して格納容器２の外面に当接させ、密着させている。
【００３４】
すると、このように熱伝導材料１３を介して格納容器２の外面にヒートシンク１２が当接・密着させられていることにより、格納容器２に生じた熱は、側壁部２ｂを介してヒートシンク１２に伝導し、主に放熱フィン１２ａを介して放熱される。
すなわち、図１に示すように第１流路１０を通り、さらに第２流路１１を流れる冷却風は、この第２流路１１内にて格納容器２の側壁部２ｂに接触し、熱交換するとともに、ヒートシンク１２の放熱フィン１２ａや連結板１２ｂとも接触して熱交換する。
【００３５】
したがって、本実施形態の冷却構造体１にあっては、エアバッフル７によって形成された第２流路１１を流れる冷却風による自然冷却の冷却機能を、従来に比べて格段に向上することができる。よって、たとえば自然災害等の緊急時において格納容器２内のクーラーの電源が機能しなくなった際にも、エアバッフル７による自然冷却によって格納容器２の過熱を良好に抑制することができる。
【００３６】
また、複数枚の放熱フィン１２ａを有するヒートシンク１２を格納容器２の外面に当接させているので、放熱フィン１２ａを一枚一枚格納容器２の外面に当接させる場合に比べて施工を容易にすることができる。
また、グリス（熱伝導材料１３）を介してヒートシンク１２の連結板１２ｂを格納容器２の外面に当接しているので、連結板１２ｂと格納容器２の外面との間をより密着させることができ、これによって格納容器２から連結板１２ｂへの熱伝導（放熱）をより良好にし、ヒートシンク１２による放熱効果を高めることができる。
【００３７】
また、ヒートシンク１２を、エアバッフル７に取り付けた押圧棒１４（押圧手段）によって格納容器２に押し付け、連結板１２ｂを格納容器２の外面に当接させているので、格納容器２に対しては直接施工を行う必要がなく、したがって施工を容易にすることができるとともに、格納容器２の機能を変えることなく冷却構造体１の冷却機能を向上することができる。
【００３８】
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の冷却構造体の他の実施形態を示す図であり、図３（ａ）は要部を拡大した側面図、（ｂ）は要部平面図である。
図３（ａ）、（ｂ）に示した冷却構造体が先の実施形態と異なるところは、ヒートシンク１２の取り付け、すなわち格納容器２の外面に対するヒートシンク１２の当接構造にある。
【００３９】
本実施形態では、多数のヒートシンク１２のうちの一部を、図３（ａ）に示すようにＵサポート２０によって保持し、さらに該ヒートシンク１２を格納容器２の外面に押圧して当接させている。Ｕサポート２０は、格納容器２の外面に対してその周方向及び高さ方向に適宜間隔で配置されたもので、これによって格納容器２とエアバッフル７との間を予め設定された間隙に保持している。
【００４０】
また、Ｕサポート２０は、図３（ｂ）に示すように金属板がＵ字状に曲げ加工され、その状態で両端が格納容器２の外面に溶接され、中央部がエアバッフル７にボルト止めされている。このような構成によってＵサポート２０は、前記したように格納容器２とエアバッフル７との間を所定の間隙に保持している。
【００４１】
そして、本実施形態では、このようなＵサポート２０の内側に図２（ａ）に示したようなヒートシンク１２が収容され、Ｕサポート２０にボルト止めされている。なお、このようなＵサポート２０に収容されるヒートシンク１２については、図２（ａ）に示した孔１２ｃを形成する必要がなく、したがって放熱フィン１２ａを全て切欠の無い同じ形状に形成することができる。
【００４２】
このような構成によれば、図３（ｂ）に示すように押圧手段としてＵサポート２０を用い、ヒートシンク１２の連結板１２ｂを格納容器２の外面に当接させた状態でＵサポート２０にボルト止めすることにより、ヒートシンク１２の連結板１２ｂを格納容器２の外面に押し付けた状態で当接させることができる。したがって、格納容器２の機能を変えることなく冷却構造体の冷却機能を向上することができる。なお、このようにＵサポート２０を用いてヒートシンク１２の連結板１２ｂを格納容器２の外面に当接させる場合にも、グリス（熱伝導材料１３）を介して当接させるようにする。
【００４３】
また、Ｕサポート２０が配置されない部位においては、例えば図３（ａ）中実線で示すように、上下に配置された一対のＵサポート２０間に、縦長に形成されたヒートシンク１２を配置し、このヒートシンク１２の上端部及び下端部をそれぞれＵサポート２０にボルト止めする。また、縦長に形成されたヒートシンク１２を用いるのに代えて、図３（ａ）中に二点鎖線で示すように係合部１２ｄを形成したヒートシンク１２を用い、このヒートシンク１２をＵサポート２０間にて縦方向（鉛直方向）に複数配列し、各ヒートシンク１２の連結板を格納容器２の外面に押し付けた状態に当接させてもよい。
【００４４】
ヒートシンク１２の係合部１２ｄとしては、放熱フィン１２ａの一部を切り欠くことにより、上下方向に隣り合うヒートシンク１２の一方に凹部を形成し、他方に前記凹部に係合する凸部を形成する。そして、凸部によって凹部をその外方（エアバッフル７側）から内方（格納容器２側）に押圧させることにより、各ヒートシンク１２の連結板１２ｂを格納容器２の外面に押し付けた状態に当接させる。
【００４５】
なお、Ｕサポート２０が配置されない部位においては、前記のような縦長に形成されたヒートシンク１２や係合部１２ｄを形成したヒートシンク１２を用いることなく、先の実施形態と同様に押圧棒１４を用いる形態のヒートシンク１２を用いてもよい。
このようなＵサポート２０を用いた冷却構造体にあっても、エアバッフル７によって形成された第２流路１１を流れる冷却風による自然冷却の冷却機能を、従来に比べて格段に向上することができる。よって、たとえば自然災害等の緊急時において格納容器２内のクーラーの電源が機能しなくなった際にも、エアバッフル７による自然冷却によって格納容器２の過熱を良好に抑制することができる。
【００４６】
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、前記実施形態ではヒートシンク１２を押圧手段によって格納容器２の外面に押し付け、当接させているが、ヒートシンク１２を例えば溶接によって格納容器２の外面に直接当接させてもよい。その場合にも、ヒートシンク１２の連結板１２ｂと格納容器２の外面との間には、グリス等の熱伝導材料を介在させ、連結板１２ｂと格納容器２との間の密着度を高めておくのが好ましい。
【００４７】
また、前記実施形態ではヒートシンク１２をエアバッフル７に対向する格納容器２の側壁部２ｂのみに配置した場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、第２流路１１に臨む格納容器２の屋根部２ａにも、ヒートシンク１２を設けるのが好ましい。その場合、エアバッフル７に代わる構造材があればこれにヒートシンク１２を設け、その連結板１２ｂを屋根部２ａの外面に当接させるのが好ましい。また、このような構造材がない場合には、溶接等によってヒートシンク１２を屋根部２ａの外面に直接取り付けてもよい。
【００４８】
さらに、前記実施形態では、放熱フィン１２ａを複数枚有したヒートシンク１２を用い、これを格納容器２の外面に当接させているが、このようなヒートシンク１２を用いることなく、放熱フィンを個々に格納容器２の外面に当接させてもよい。
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】
【００４９】
１…冷却構造体、２…原子炉格納容器（格納容器：冷却対象物）、２ａ…屋根部、２ｂ…側壁部、３…建屋構造体、４…吸気口、５…排気口、７…エアバッフル（仕切板）、１０…第１流路、１１…第２流路、１２…ヒートシンク、１２ａ…放熱フィン、１２ｂ…連結板、１３…熱伝導材料、１４…押圧棒（押圧手段）、２０…Ｕサポート
【図１】
2014224630.tif 000003
【図２】
2014224630.tif 000004
【図３】
2014224630.tif 000005