(57)【要約】【課題】格納容器の除熱効率を向上させる原子炉格納容器の空冷システムを提供する。【解決手段】原子炉格納容器の空冷システム１０は、原子炉の格納容器１１とこの格納容器１１を覆う建屋１２との隙間に設けられ格納容器の外周面１１ａに沿う上昇気流１３を生じさせるバッフル板１４と、このバッフル板の内周面１４ａに設けられるとともにこの内周面１４ａと格納容器の外周面１１ａとにより形成される流路１５の流動特性を変化させる造形体２０と、を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の格納容器とこの格納容器を覆う建屋との隙間に設けられ前記格納容器の外周面に沿う上昇気流を生じさせるバッフル板と、
前記バッフル板の内周面に設けられるとともにこの内周面と前記格納容器の外周面とにより形成される流路の流動特性を変化させる造形体と、を備えることを特徴とする原子炉格納容器の空冷システム。
【請求項２】
前記造形体は、前記バッフル板の内周面の法線方向に伸びる複数の柱状体を含むことを特徴とする請求項１に記載の原子炉格納容器の空冷システム。
【請求項３】
前記造形体は、Ｕ字型、Ｖ字型、Ｘ字型、アーチ型、逆Ｖ字型、三角錐型、四角錐型のうちいずれかの形状を有する突起物を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の原子炉格納容器の空冷システム。
【請求項４】
前記造形体は、前記バッフル板の内周面に固定され前記格納容器の外周面に対向するように設けられる支持板を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の原子炉格納容器の空冷システム。
【請求項５】
前記バッフル板の下端に設けられ前記上昇気流を斜め方向に案内する旋回板をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の原子炉格納容器の空冷システム。
【請求項６】
前記造形体は、前記格納容器の外周面に尖端を向けた環状体であり前記バッフル板の内周面に複数が略平行に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の原子炉格納容器の空冷システム。
【請求項７】
前記造形体は、前記格納容器の外周面に尖端を向けた螺旋体であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の原子炉格納容器の空冷システム。
【請求項８】
前記造形体は、中央が肉厚に形成された複数の静止翼が翼面を揃えて螺旋状に配列してなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の原子炉格納容器の空冷システム。
【請求項９】
前記建屋の上部に設けられた換気孔から前記バッフル板の下端まで下降気流を誘導する流路において、前記建屋の内周面及び前記バッフル板の外周面の少なくとも一部に前記下降気流の流動方向に沿う複数の溝が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の原子炉格納容器の空冷システム。
【請求項１０】
前記溝は、三角形、半円形またはＵ字形の断面形状を示すことを特徴とする請求項９に記載の原子炉格納容器の空冷システム。
【請求項１１】
前記溝の断面形状が前記流動方向に沿って周期的に変化することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の原子炉格納容器の空冷システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧水型原子炉における原子炉格納容器の空冷システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントにおいて、格納容器の内部で配管が破断するような過酷事故が発生した場合、冷却材の気化に伴う内部圧力の上昇を抑制するために、受動的な駆動力を利用する冷却システムが注目されている。
受動的な駆動力とは、ポンプ等の機器を動作させるような動的な駆動力とは異なり、冷却対象の構造的特徴及び自然の物理現象が関連しあって作用するものである。
【０００３】
格納容器の冷却システムの一つとして、その上部に設置した給水タンク（図１の符号１８参照）から重力により冷却水を自然落下させる方法がある。この場合、給水タンクに収容された冷却水が枯渇すると、動的な駆動力により新たに冷却水を供給しない限り、格納容器の冷却を持続できなくなる問題がある。
【０００４】
そこで、受動的な駆動力を用いる永続的な格納容器の冷却システムとして、格納容器とこの格納容器の外周を覆う建屋との隙間にバッフル板を設け、外気が通過する流路を形成する方式が提案されている。
この方式によれば、格納容器の放熱を駆動力として自然対流を発生させ、格納容器の外周面に沿う上昇気流により、格納容器の空却が行われる（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１５０８４６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、従来のバッフル板を用いた格納容器の冷却システムでは、格納容器の外周面に沿って流動する空気の流れの乱流強度が弱いため徐熱量が低く、空気の流体抵抗が大きく流速が向上しない課題があった。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、格納容器の除熱効率を向上させる原子炉格納容器の空冷システム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】
【０００８】
本発明の実施形態に係る原子炉格納容器の空冷システムにおいて、原子炉の格納容器とこの格納容器を覆う建屋との隙間に設けられ前記格納容器の外周面に沿う上昇気流を生じさせるバッフル板と、前記バッフル板の内周面に設けられるとともにこの内周面と前記格納容器の外周面とにより形成される流路の流動特性を変化させる造形体と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、格納容器の除熱効率を向上させる原子炉格納容器の空冷システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（Ａ）本発明に係る原子炉格納容器の空冷システムの第１実施形態を示す縦断面図、（Ｂ）第１実施形態に適用されるバッフル板の内周面の展開図。
【図２】（Ａ）（Ｂ）第１実施形態に適用されるバッフル板の内周面の他の実施例を示す展開図。
【図３】（Ａ）本発明に係る原子炉格納容器の空冷システムの第２実施形態を示す縦断面図、（Ｂ１）（Ｂ２）第２実施形態に係る空冷システムのＢ−Ｂ部分水平断面図、（Ｃ１）（Ｃ２）第２実施形態に係る空冷システムの部分縦断面図。
【図４】（Ａ）本発明に係る原子炉格納容器の空冷システムの第３実施形態を示す縦断面図、（Ｂ）そのＢ−Ｂ水平断面図。
【図５】（Ａ）第４実施形態に適用されるバッフル板の内周面を示す展開図、（Ｂ）そのＢ−Ｂ縦断面図。
【図６】（Ａ）第５実施形態に適用されるバッフル板の内周面を示す展開図、（Ｂ）そのＢ−Ｂ縦断面図。
【図７】（Ａ）第６実施形態に適用されるバッフル板の内周面を示す展開図、（Ｂ）その部分拡大図。
【図８】（Ａ）本発明に係る原子炉格納容器の空冷システムの第7実施形態を示す縦断面図、（Ｂ）そのＢ−Ｂ水平断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１（Ａ）に示すように、第１実施形態に係る原子炉格納容器の空冷システム１０は、原子炉の格納容器１１とこの格納容器１１を覆う建屋１２との隙間に設けられ格納容器の外周面１１ａに沿う上昇気流１３を生じさせるバッフル板１４と、このバッフル板の内周面１４ａに設けられるとともにこの内周面１４ａと格納容器の外周面１１ａとにより形成される流路１５の流動特性を変化させる造形体２０と、を備えている。
【００１２】
格納容器１１は、炉心を収容した圧力容器（図示略）、蒸気発生器（図示略）及び一次冷却系の設備（図示略）を格納するものであり、過酷事故が発生した場合、放射性物質の放散に対する障壁を形成する。そして、この格納容器１１は、建屋１２に囲われている。
【００１３】
建屋１２の側壁と格納容器の外周面１１ａとの隙間には、バッフル板１４が設けられている。
このバッフル板１４は、水平断面視において格納容器１１と同心円状に配置される円筒体であり、その上端において建屋１２に固定支持され、その下端は自由端となっている。
これにより流路１５が、この建屋１２の側壁の上部に設けられた換気孔１６から、バッフル板１４の下端を経由し、建屋１２の天頂に設けられた排気孔１７まで通じるように形成される。そして、流路１５のエアは、格納容器１１の放熱により昇温して膨張し、自然対流による上昇気流１３を生じさせ、格納容器の外周面１１ａを連続的に流動して除熱を行う。
【００１４】
給水タンク１８は、建屋１２の天頂の排気孔１７の周囲に設けられており、格納容器１１の上部表面に散水して、その冷却効果を向上させる。
給水タンク１８から散水された水は、重力によってそのまま格納容器の外周面１１ａを流れ落ちるが、この流れ落ちる過程で熱交換により気化し、上昇気流１３とともに上昇して排気孔１７から排出される。
そして、給水タンク１８の貯蔵水が枯渇した後も、外気が換気孔１６から取り込まれ、格納容器１１の放熱に伴い生じた上昇気流１３により、この格納容器１１の除熱が維持される。
【００１５】
造形体２０は、図１（Ｂ）に示すように、バッフル板の内周面１４ａの法線方向に伸びる複数の柱状体２０Ａが、配列して構成される。
このように造形体２０が、バッフル板の内周面１４ａに設けられていることにより、上昇気流１３に乱流２７を生じさせ、流体抵抗を減じて自然対流の流速を高めて、除熱効率を向上させる。
これにより、動的な駆動力を用いない受動的な空冷システムにより、過酷事故が発生した場合に格納容器１１の内部で発生する崩壊熱を、効率よく外部に逃がすことができる。
【００１６】
また、造形体２０の他の実施例として、図２（Ａ）に示すようなＶ字形状体２０Ｂ、図２（Ｂ）に示すような四角錐体２０Ｃ、その他、図示を省略するがＵ字型、Ｘ字型、アーチ型、逆Ｖ字型、三角錐型といった形状を有する複数の突起物の配列により構成することができる。
このように、造形体２０は、バッフル板１４への施工性も鑑みて、上昇気流１３に乱流を生じさせることができる形状のものが、適宜採用される。
【００１７】
一般論として、流路１５のレイノルズ数が小さいほど流れが層流となり除熱量が小さくなるが、レイノルズ数が１０4のオーダーになるよう流路１５を設計すれば、造形体２０の後流に乱流が生じることが知られている。
【００１８】
（第２実施形態）
図３（Ａ）に示すように第２実施形態に係る原子炉格納容器の空冷システム１０において造形体２０Ｄは、図３（Ｂ１）（Ｂ２）に示すように、バッフル板の内周面１４ａに固定具２３により固定され、格納容器の外周面１１ａに対向するように設けられる支持板２１を含む。そして、この支持板２１の表面には、複数の突起物２２が配列している。
なお、図３において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
【００１９】
支持板２１は、バッフル板の内周面１４ａの下側に環状に設けられており、突起物２２は、この支持板２１の内周面（図３（Ｂ１）（Ｃ１））及び外周面（図３（Ｂ２）（Ｃ２））のいずれかに設けられる。
突起物２２が支持板２１の内周面に設けられている場合は、図３（Ｃ１）に示すように、支持板２１は、上に行くに従い内傾するように設けられる。これにより、発生した渦流を格納容器の外周面１１ａの近くに誘導して除熱効果を高めることができる。
【００２０】
突起物２２が支持板２１の外周面に設けられている場合は、図３（Ｃ２）に示すように、支持板２１の上側のバッフル板の内周面１４ａに傾斜板２４が設けられている。これにより、発生した渦流を格納容器の外周面１１ａの近くに誘導して除熱効果を高めることができる。
【００２１】
（第３実施形態）
図４（Ａ）（Ｂ）に示すように第３実施形態に係る原子炉格納容器の空冷システム１０は、バッフル板１４の下端に設けられ上昇気流１３を斜め方向に案内する旋回板２８をさらに備えている。
なお、図４において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
【００２２】
この旋回板２８により、バッフル板１４の下端における流路１５の折り返し部分から、上昇気流１３が、格納容器の外周面１１ａに沿って周回方向に旋回することになる。
その後、上昇気流１３は旋回しながら造形体２０を通過することにより、乱流を生じさせ、流体抵抗を減じてさらに格納容器の外周面１１ａを周回方向に旋回する。
これにより、上昇気流１３は、格納容器の外周面１１ａとの接触時間が増すために、伝熱量が増加して除熱効率が向上する。
【００２３】
（第４実施形態）
図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、第４実施形態に係る原子炉格納容器の空冷システム１０において造形体２０は、格納容器の外周面１１ａに尖端を向けた環状体２０Ｅであり、バッフル板の内周面１４ａに複数が略平行に設けられている。
なお、図５において図１（Ｂ）と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
【００２４】
環状体２０Ｅの断面形状は、三角形であるために、上昇気流１３は、この環状体２０Ｅを乗り越えた後流部に乱流を生じさせ、この乱流が格納容器の外周面１１ａに当たることにより、除熱効果の向上が図られる。
また給水タンク１８から散水された水のうちバッフル板の内周面１４ａを流れ落ちるものは、環状体２０Ｅの断面三角の尖端から格納容器の外周面１１ａに誘導され、除熱効果の向上に寄与する。
【００２５】
（第５実施形態）
図６（Ａ）（Ｂ）に示すように第５実施形態に係る原子炉格納容器の空冷システム１０において造形体２０は、格納容器の外周面１１ａに尖端を向けた螺旋体２０Ｆであり、バッフル板の内周面１４ａに少なくとも一条設けられている。
この螺旋体２０Ｆにより、格納容器の外周面１１ａを周回する上昇気流１３が生じ、上昇気流１３と格納容器の外周面１１ａとの接触時間が増し、伝熱量が増加して除熱効率が向上する。
また、断面形状が三角形の螺旋体２０Ｆを乗り越えた上昇気流１３は、この螺旋体２０Ｆの後流部に乱流を生じさせ、この乱流が格納容器の外周面１１ａに当たることにより、除熱効果の向上が図られる。
【００２６】
（第６実施形態）
図７（Ａ）（Ｂ）に示すように第６実施形態に係る原子炉格納容器の空冷システム１０において造形体２０は、中央が肉厚に形成された複数の静止翼２０Ｇが翼面２９を揃えて螺旋状に配列して構成されている。
このように、静止翼２０Ｇが配列することにより、格納容器の外周面を周回する上昇気流１３が生じるとともに、静止翼２０Ｇを通過した上昇気流１３は乱流となり、除熱効率が向上する。
【００２７】
（第７実施形態）
図８（Ａ）（Ｂ）に示すように第７実施形態に係る原子炉格納容器の空冷システム１０は、建屋１２の上部に設けられた換気孔１６からバッフル板１４の下端まで下降気流を誘導する流路１５において、建屋の内周面１２ａ及びバッフル板の外周面１４ｂの少なくとも一部に下降気流の流動方向に沿う複数の溝２６が形成されている。
【００２８】
この溝２６の断面形状は、三角形、半円形またはＵ字形を示す場合が考えられるが、特に限定はない。また、この溝２６の断面形状を、流動方向に沿って周期的に変化させる場合もある。
このように構成されることにより、下降気流の流動抵抗の低減が図られ、流路１５における流速が高まり格納容器の除熱効率が向上する。
【００２９】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の原子炉格納容器の空冷システムによれば、格納容器の外周面に沿う上昇気流を生じさせるバッフル板の内周面に造形体が設けられることにより、取り込んだ外気の流速を高めて格納容器の除熱効率を向上させることが可能となる。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３１】
１０…空冷システム、１１…格納容器、１１ａ…格納容器の外周面、１２…建屋、１２ａ…建屋の内周面、１３…上昇気流、１４…バッフル板、１４ａ…バッフル板の内周面、１４ｂ…バッフル板の外周面、１５…流路、１６…換気孔、１７…排気孔、１８…給水タンク、２０…造形体、２０Ａ…柱状体、２０Ｂ…Ｖ字形状体、２０Ｃ…四角錐体、２０Ｄ…造形体、２０Ｅ…環状体、２０Ｆ…螺旋体、２０Ｇ…静止翼、２１…支持板、２２…突起物、２３…固定具、２４…傾斜板、２６…溝、２７…乱流、２８…旋回板、２９…翼面。
【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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