(57)【要約】【課題】非常時においても使用済み燃料の冷却を継続でき、サイズを大型化させることなく冷却システムの駆動に必要な電力を小さく抑えた使用済み燃料プール冷却システムを提供する。【解決手段】第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａは、使用済み燃料２を貯蔵する使用済み燃料プール３からの熱を伝える流体を循環させる冷媒循環ライン１３の一部区間を構成する冷媒流路１９が空気流路１８の内部に配設される空冷熱交換器１２と、空気流路１８の出口から内部空間に流入する熱交換後の空気を上部に設けられた空気排出口１７から大気中へ放出する煙突１４Ａと、を具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済み燃料を貯蔵するプールからの熱を伝える流体を循環させる配管の一部区間が空気流路の内部に配設される空冷熱交換器と、
前記空気流路の出口から内部空間に流入する熱交換後の空気を上部に設けられた空気排出口から大気中へ放出する煙突と、を具備することを特徴とする使用済み燃料プール冷却システム。
【請求項２】
前記空冷熱交換器は、前記煙突の内部空間のうち、前記煙突の下部に設けられる空気吸入口よりも上方かつ前記空気排出口よりも下方の位置に取り付けられる第１の空冷熱交換器および前記煙突の外表面に取り付けられ空気流路入口が前記煙突の外部に開口し、空気流路出口が前記煙突の内部に開口している第２の空冷熱交換器の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１に記載の使用済み燃料プール冷却システム。
【請求項３】
前記プール内に熱交換器を配設したことを特徴とする請求項１又は２に記載の使用済み燃料プール冷却システム。
【請求項４】
前記プールからの熱を伝える流体として、大気圧よりも低い圧力に維持した水を用いることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の使用済み燃料プール冷却システム。
【請求項５】
前記煙突の内部において、前記煙突の内部の空気の流れを上下方向に案内する仕切りを配設したことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の使用済み燃料プール冷却システム。
【請求項６】
前記仕切りは、その間隙が下側から上側に向かって徐々に狭くなるように配設されることを特徴とする請求項５に記載の使用済み燃料プール冷却システム。
【請求項７】
前記煙突の内部において、格子状の仕切りを複数配設したことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の使用済み燃料プール冷却システム。
【請求項８】
他の装置からの排気を前記第１の空冷熱交換器の空気流路入口に導く排気ラインを設けたことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の使用済み燃料プール冷却システム。
【請求項９】
他の装置からの排気を前記第１の空冷熱交換器の空気流路出口に導く排気ラインを設けることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の使用済み燃料プール冷却システム。
【請求項１０】
前記煙突の上部に断面積が小さい領域を設け、当該領域の下方から上昇してくる気流よりも速い速度で他の装置からの排気を上方へ噴出させるノズルを当該領域に配設することを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の使用済み燃料プール冷却システム。
【請求項１１】
使用済み燃料を貯蔵するプールからの熱を伝える流体を循環させる配管の一部区間が空気流路の内部に配設される空冷熱交換器と、前記空気流路の出口から内部空間に流入する熱交換後の空気を上部に設けられた空気排出口から大気中へ放出する煙突と、を具備する使用済み燃料プール冷却システムを用いて行う使用済み燃料プール冷却方法であって、
前記配管を流れる流体を介して前記プールからの熱を前記空冷熱交換器の前記空気流路を流れる空気に伝え、前記プールからの熱が伝えられた空気を前記煙突から大気中へ放出することを特徴とする使用済み燃料プール冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済み燃料プール冷却システムおよび使用済み燃料プール冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントにおいて使用された燃料（以下、「使用済み燃料」と称する。）は、原子炉建屋の内部に設けられた使用済み燃料プールに蓄えられる水中に沈められて保管されている。使用済み燃料プールには、プール水を冷却する使用済み燃料プール冷却システムが設置されており、使用済み燃料プール内に保管される使用済み燃料の崩壊熱を除去するとともにプール水の水温が規定温度以下に維持される。
【０００３】
このような使用済み燃料プール冷却システムの例として、例えば、二つの熱交換器を介してプール水の熱を最終的には海水へ放熱する使用済み燃料プール冷却システムが特開２００８−２３２８８０号公報（特許文献１）に記載されている。
【０００４】
また、熱交換器の故障や水を循環させる機器を駆動させる電源の喪失等に起因して海水に使用済み燃料の崩壊熱を放出する冷却システムが停止する非常時においても、使用済み燃料の崩壊熱の除去を継続可能なように、通常時に稼働する冷却システムとは別の冷却システムとして空冷熱交換器を備え、当該空冷熱交換器を介して使用済み燃料の崩壊熱を大気へ放出する使用済み燃料プール冷却システムが特開２００８−２０３０２３号公報（特許文献２）に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２３２８８０号公報
【特許文献２】特開２００８−２０３０２３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、上述した特許文献２に記載される従来の使用済み燃料プール冷却システムで採用される非常時の冷却系である空冷式熱交換器は、水冷式熱交換器よりも熱交換の効率が悪く、水冷式熱交換器と同じ冷却効果を得るためには、水冷式熱交換器の伝熱面積に対して１０倍以上の伝熱面積が必要となるため、空冷式熱交換器が大型化して装置全体も大型化する傾向にある。
【０００７】
その一方で、熱交換器内の伝熱管を小径化し、稠密に配置することによって、熱交換器のサイズを抑制しつつ伝熱面積の拡大を図ることも可能ではあるが、小径の伝熱管を稠密に配置すると、伝熱管内部の流体、外部の流体の両方の圧力損失が増大し、冷却システムの駆動に必要な電力が大きくなってしまうという課題がある。
【０００８】
本発明は上記課題を考慮してなされたものであり、冷却システムへ供給される電源が喪失した等の非常時においても使用済み燃料の冷却を継続でき、サイズを大型化させることなく冷却システムの駆動に必要な電力を小さく抑えた使用済み燃料プール冷却システムおよび使用済み燃料プール冷却方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態に係る使用済み燃料プール冷却システムは、上述した課題を解決するため、使用済み燃料を貯蔵するプールからの熱を伝える流体を循環させる配管の一部区間が空気流路の内部に配設される空冷熱交換器と、前記空気流路の出口から内部空間に流入する熱交換後の空気を上部に設けられた空気排出口から大気中へ放出する煙突と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明の実施形態に係る使用済み燃料プール冷却方法は、使用済み燃料を貯蔵するプールからの熱を伝える流体を循環させる配管の一部区間が空気流路の内部に配設される空冷熱交換器と、前記空気流路の出口から内部空間に流入する熱交換後の空気を上部に設けられた空気排出口から大気中へ放出する煙突と、を具備する使用済み燃料プール冷却システムを用いて行う使用済み燃料プール冷却方法であって、前記配管を流れる流体を介して前記プールからの熱を前記空冷熱交換器の前記空気流路を流れる空気に伝え、前記プールからの熱が伝えられた空気を前記煙突から大気中へ放出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷却システムへ供給される電源が喪失した等の非常時においても使用済み燃料の冷却を継続でき、サイズを大型化させることなく冷却システムの駆動に必要な電力を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る使用済み燃料プール冷却システムの構成を示す概略図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る使用済み燃料プール冷却システムの空冷熱交換器が配設される煙突の斜視図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る使用済み燃料プール冷却システムの空冷熱交換器の空気流路およびこの空冷熱交換器が配設される煙突の概略図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る使用済み燃料プール冷却システムの空冷熱交換器の冷媒流路およびこの空冷熱交換器が配設される煙突の概略図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る使用済み燃料プール冷却システムの構成を示す概略図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る使用済み燃料プール冷却システムにおいて煙突の外周部に配設される空冷熱交換器の構成を当該煙突と共に示した概略図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る使用済み燃料プール冷却システムの空冷熱交換器の空気流路およびこの空冷熱交換器が配設される煙突の概略図。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る使用済み燃料プール冷却システムの構成を示す概略図。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る使用済み燃料プール冷却システムの空冷熱交換器の空気流路およびこの空冷熱交換器が配設される煙突の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る使用済み燃料プール冷却システムおよび使用済み燃料プール冷却方法について、図面を参照して説明する。
なお、図面において、例えば図１，３等に示される実線矢印は空気の流れを示し、図４に示される破線矢印は空冷熱交換器の内部の空気（気体）を冷却する冷媒の流れを示している。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態に係る使用済み燃料プール冷却システムの一例である第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａの構成を示す概略図であり、図２は第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａにおける空冷熱交換器１２が配設される煙突１４Ａの斜視図である。また、図３および図４は、それぞれ、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａにおける空冷熱交換器１２の空気流路１８および冷媒流路１９と煙突１４Ａの概略図である。
【００１５】
第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａは、原子炉建屋１の内部に設けられる使用済み燃料２を保管する使用済み燃料プール３に蓄えられるプール水を冷却するシステムである。
【００１６】
第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａは、例えば、プール内熱交換器１１と、空冷熱交換器１２と、を具備する。プール内熱交換器１１と空冷熱交換器１２とは、冷媒が循環供給される配管である冷媒循環ライン１３を介して接続される。
【００１７】
プール内熱交換器１１は、使用済み燃料プール３内に配設される。使用済み燃料プール３からの熱は冷媒循環ライン１３を循環する冷媒に伝わり、冷媒循環ライン１３を介して接続される空冷熱交換器１２へ送られる。
【００１８】
第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａでは、大気に開口する大気開口部が下部と上部に設けられる煙突１４Ａの内部には空冷熱交換器１２が配設される。ここで、符号１５は煙突１４Ａの架台、符号１６は空気吸入口、符号１７は大気開口部である空気排出口である。
【００１９】
空冷熱交換器１２では、煙突１４Ａの下部に設けられる大気開口部である空気吸入口１６から煙突１４Ａの内部空間に流入する空気を空冷熱交換器１２の内部に導いて熱交換後の空気を空冷熱交換器１２の外部へ放出する空気流路１８が設けられ、例えば、空気流路１８の出口は煙突１４Ａの内部空間に接続される。また、空冷熱交換器１２では、冷媒循環ライン１３の一部区間を構成する冷媒流路１９が設けられる。
【００２０】
空冷熱交換器１２内の空気流路１８および冷媒流路１９は、例えば、熱交換効率を高める観点、すなわち、熱交換を行なう表面積を大きくする観点から微細な流路（空気用微細流路および冷媒用微細流路）として構成され、熱伝導の良好な材料を介して熱が伝わるように多数が接続もしくは接合されている。
【００２１】
ここでいう熱伝導の良好な材料としては、いわゆるヒートシンク材であり、例えば、金、銀、銅、アルミニウム等の金属材料の他、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素等の高い熱伝導率を有する非金属材料等が状況に応じて適宜選択できる。
【００２２】
空冷熱交換器１２では、空気流路１８を流れる空気（例えば、図３に示される実線矢印の方向に移動）と冷媒流路１９を流れる冷媒（例えば、図４に示される破線矢印の方向に移動）との間で熱交換が行われ、空気流路１８を流れる空気は冷媒流路１９を流れる冷媒から熱を奪って加熱される一方、冷媒流路１９を流れる冷媒は、熱が奪われて冷却される。空冷熱交換器１２で加熱された空気は、空気流路１８から煙突１４Ａの内部空間に導かれ、煙突１４Ａの上部に設けられた大気開口部である空気排出口１７から煙突１４Ａの外へ排気される。一方、空冷熱交換器１２で冷却された冷媒は、空冷熱交換器１２から再びプール内熱交換器１１へ送られる。
【００２３】
このように構成される第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａでは、使用済み燃料プール３におけるプール水の温度が上昇すると、プール内熱交換器１１内の冷媒の温度が上昇し、冷媒の密度が小さくなる。プール内熱交換器１１内の冷媒の密度が小さくなる結果、冷媒循環ライン１３では、プール内熱交換器１１内の冷媒とその他の箇所の冷媒との間で密度差が生じ、当該密度差に起因した浮力がプール内熱交換器１１内の冷媒に生じる。
【００２４】
プール内熱交換器１１内の冷媒に生じた浮力によって、プール内熱交換器１１内の冷媒は上方、すなわち、空冷熱交換器１２側へ移動を開始し、空冷熱交換器１２側の冷媒はプール内熱交換器１１側へ移動することによって冷媒循環ライン１３における冷媒の循環が自動的に開始される（自然循環）。
【００２５】
プール内熱交換器１１側から空冷熱交換器１２に流入する冷媒は、空冷熱交換器１２内の冷媒流路１９に流入し、空気流路１８を流れる空気によって冷却される。その一方で、空気流路１８を流れる空気は、冷媒流路１９を流れる冷媒によって加熱される。
【００２６】
加熱され温度が上昇した空気流路１８を流れる空気は、密度が小さくなって浮力を生じ、空気流路１８から排出されるとともに空気流路１８の入口周囲から新たな空気を吸い込む。煙突１４Ａの内部空間では、空気吸入口１６から空気が流入し、空気吸入口１６よりも上方に配設される空冷熱交換器１２（空気流路１８）を通過し、さらに上部に設けられる空気排出口１７から排気される。
【００２７】
第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａによれば、煙突１４Ａの内部空間に生じる空気の流れにより、冷媒流路１９を流れる冷媒の冷却が継続され、冷却された冷媒によって使用済み燃料プール３の水温を所定温度以下に保つことができる。
【００２８】
また、空冷熱交換器１２の空気流路１８が、流路（空気吸入口１６から空気排出口１７）がより長い煙突１４Ａに接続されることにより、密度差と流路の入口と出口の高さの差の積で表される浮力を大きくすることができるので、空気吸入口１６から吸い込む空気の量を増大させることができる。従って、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａの冷却性能がさらに高まり、使用済み燃料プール３のプール水を冷却する効果をより高めることができる。
【００２９】
故に、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａによれば、電力の供給がなくても冷媒循環ライン１３の冷媒の循環を継続でき、サイズを大型化させることなく使用済み燃料プール３の水温上昇を防ぐ使用済み燃料プール冷却システムおよび使用済み燃料プール冷却方法を提供することができる。
【００３０】
なお、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａにおいて、冷媒循環ライン１３の冷媒の駆動力が不足する場合には、冷媒循環ライン１３にポンプを補助的に追設しても良く、空冷熱交換器１２の冷却性能が不足する場合には空気吸入口１６や煙突１４Ａにファンを補助的に追設しても良い。この場合、設置するポンプやファンの分だけ消費電力が増加することになるが、プール水を循環させるポンプと、冷媒（大気圧の水）を循環させるポンプと、海水を取水するポンプとを備える従来の使用済み燃料プール冷却システムと比較すれば、冷却システムの駆動に必要な電力を十分小さく抑えることができる。
【００３１】
また、冷媒循環ライン１３を循環させる冷媒として、例えば、冷媒循環ライン１３を大気圧よりも低く保った場合の水等の６０℃程度で沸騰する物質を用いても良い。このように、６０℃程度で沸騰する物質を用いることで、例えば、冷媒循環ライン１３を大気圧の水（１００℃で沸騰）で循環させる場合よりも、冷却性能をさらに向上させることができる。
【００３２】
さらに、図１に示される第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａは、プール内熱交換器１１を具備する構成であるが、プール内熱交換器１１を省略して、空冷熱交換器１２と使用済み燃料プール３との間でプール水を循環させる構造でも良い。
【００３３】
［第２の実施形態］
図５は第２の実施形態に係る使用済み燃料プール冷却システムの一例である第２の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｂの構成を示す概略図であり、図６は第２の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｂにおいて煙突１４Ｂの外周部に配設される空冷熱交換器２３の構成を煙突１４Ｂと共に示した概略図である。
【００３４】
第２の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｂは、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａに対して、空冷熱交換器１２に代えて空冷熱交換器２３を設置した点で相違するが、その他の点では実質的に相違しない。そこで、以下の説明では、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａと実質的に相違しない構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００３５】
第２の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｂでは、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａの煙突１４Ａの内部空間に配設される空冷熱交換器１２に代えて、煙突１４Ｂの外周部に空冷熱交換器２３が設置される構成である。
【００３６】
空冷熱交換器２３には、煙突１４Ｂの外側の大気に開口する開口部を流路入口２４ａとする一方、煙突１４Ｂの内部空間に開口する開口部を流路出口２４ｂとする空気流路２５が形成される。この空気流路２５は、空気流路１８と同様に熱交換を行なう表面積を大きくする観点から、例えば微細な流路（空気用微細流路）として構成される。
【００３７】
空気流路２５を形成する流路壁２６は、冷媒循環ライン１３を構成する配管で構成され、良好な熱伝導性（熱交換効率）を確保する観点から、空気流路１８と同様に熱伝導の良好な材料で構成される。
【００３８】
冷媒循環ライン１３を循環する冷媒は、プール内熱交換器１１から空冷熱交換器２３の内部に導かれ、煙突１４Ｂの外表面に沿う方向に周回した後、空冷熱交換器２３の内部から外部へ導かれ、プール内熱交換器１１へ戻る。
【００３９】
このように構成される第２の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｂでは、使用済み燃料プール３におけるプール水の温度上昇に伴い、プール水によって加熱された高温の冷媒が空冷熱交換器２３に流入する。
【００４０】
流路入口２４ａから空冷熱交換器２３に流入した空気は、空気流路２５の内部において、流路壁２６を介して冷媒循環ライン１３を循環する冷媒と熱交換される。すなわち、空冷熱交換器２３に流入した空気は加熱される一方で冷媒循環ライン１３を循環する冷媒は冷却される。空気流路２５の内部で加熱された空気は流路出口２４ｂから煙突１４Ｂの内部空間に導かれる。
【００４１】
煙突１４Ｂの内部空間に導かれた空気は、温度上昇に起因して生じた浮力によって煙突１４Ｂの内部空間を上向きに流れる。煙突１４Ｂの内部空間を上向きに流れる空気の流れにより、空気流路２５の内部の空気よりも温度が低い大気（空気）が流路入口２４ａから吸い込まれることにより、冷媒循環ライン１３を循環する冷媒の冷却が継続し、冷却された冷媒によって、使用済み燃料プール３の水温を所定温度以下に保つ。
【００４２】
第２の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｂによれば、空冷熱交換器２３によって使用済み燃料プール３のプール水の熱を除熱できるため、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａと同様の効果を得ることができる。
【００４３】
なお、上述した第２の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｂは、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａに対して、空冷熱交換器１２の代わりに空冷熱交換器２３を設置する構成であるが、空冷熱交換器２３は空冷熱交換器１２と供に設置することもできる。すなわち、本発明の実施例として、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａと第２の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｂとを組み合わせることもできる。
【００４４】
［第３の実施形態］
図７は、第３の実施形態に係る使用済み燃料プール冷却システムの一例である第３の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｃの空冷熱交換器１２の空気流路１８および空冷熱交換器１２が配設される煙突１４Ｃの概略図である。
【００４５】
第３の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｃは、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａに対して、空冷熱交換器１２が煙突１４Ａの代わりに煙突１４Ｃに配設される点で相違するが、その他の点では実質的に相違しない。そこで、以下の説明では、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａと実質的に相違しない構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００４６】
第３の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｃでは、空冷熱交換器１２が煙突１４Ｃに配設され、煙突１４Ｃは煙突１４Ａに対して、空冷熱交換器１２の空気流路１８の出口側、すなわち、煙突１４Ｃの内部であって空冷熱交換器１２の上方の空間に煙突１４Ｃの上下方向に延在する仕切り２１が配設される。この仕切り２１は、煙突１４Ｃの内部であって空冷熱交換器１２の上方の空間における空気の流れを煙突１４Ｃの上下方向に案内して、空気排出口１７へ導く。
【００４７】
このように構成される第３の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｃでは、煙突１４Ｃの内部空間が上下方向の仕切り２１で仕切られていることにより、空冷熱交換器１２（空気流路１８）から煙突１４Ｃの内部空間に導かれた空気の横方向の流れが抑制され、浮力による上向きの流れが促進される。従って、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａよりもさらに空冷熱交換器１２に流入する空気量が増大し、使用済み燃料プール３の冷却能力が向上する。
【００４８】
第３の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｃによれば、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａと同様の効果を得ることができるのに加えて、さらに、仕切り２１による空冷熱交換器１２（空気流路１８）から煙突１４Ｃの内部空間に導かれた空気の横方向の流れを抑制して浮力による上向きの流れを促進することができる。従って、第３の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｃでは、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａよりもさらに空冷熱交換器１２に流入する空気量を増大させて、使用済み燃料プール３の冷却能力を向上させることができる。
【００４９】
なお、上述した第３の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｃは、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａにおける煙突１４Ａの内部であって空冷熱交換器１２の上方の空間に煙突１４Ｃの上下方向に延在する仕切り２１が配設される煙突１４Ｃを適用した例であるが、煙突１４Ａの代わりに第２の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｂにおける煙突１４Ｂに仕切り２１を配設しても良い。
【００５０】
また、第３の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｃにおいて、図７に示される煙突１４Ｃには、仕切り２１が配設されているが、仕切り２１の代わりに、格子状の構造体を複数設けても良い。格子状の構造体を複数設けた場合にも仕切り２１を配設した場合と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
さらに、第３の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｃにおいて、仕切り２１同士の間隙を上方に向かって徐々に減少（漸減）させるように配置することもできる。当該配置によって、仕切り２１同士の間隙の下側（入口側）よりも上側（出口側）での流速が増し、空気が加速されるため、空冷熱交換器１２に流入する空気の量が増大し、冷却性能をさらに向上させることができる。
【００５２】
［第４の実施形態］
図８は第４の実施形態に係る使用済み燃料プール冷却システムの一例である第４の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｄの構成を示す概略図である。
【００５３】
第４の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｄは、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａに対して、煙突１４Ｄの内部であって空冷熱交換器１２の空気吸入側に位置する空間である空冷熱交換器吸気側空間３１および煙突１４Ｄの内部であって空冷熱交換器１２の空気排出側に位置する空間である空冷熱交換器排気側空間３２の少なくとも一方の空間に、例えば、原子炉建屋１の換気空調系を構成する給気ファンや排気ファン等の第４の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｄの外部に設置される装置（以下、単に「外部装置」と称する。）からの排気（送気）をさらに導く点で相違するが、その他の点では実質的に相違しない。そこで、以下の説明では、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａと実質的に相違しない構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００５４】
第４の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｄは、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａに対して、空冷熱交換器吸気側空間３１および空冷熱交換器排気側空間３２の少なくとも一方の空間に外部装置からの排気を導く排気ライン２７が追設される。煙突１４Ｄは、煙突１４Ａに対して、さらに、排気ライン２７を構成する配管を空冷熱交換器吸気側空間３１および空冷熱交換器排気側空間３２の少なくとも一方の空間まで導いた構成である。
【００５５】
図８に示される第４の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｄでは、排気ライン２７を構成する配管が、例えば三方弁である切替弁２８を介して、それぞれ空冷熱交換器吸気側空間３１および空冷熱交換器排気側空間３２まで導かれている。
【００５６】
空冷熱交換器吸気側空間３１では、排気ライン２７からの排気が空冷熱交換器１２の空気吸入側から吸気されやすいように、排気ライン２７の排出口を空冷熱交換器１２の空気吸入口の近傍に配設する。また、空冷熱交換器排気側空間３２では、煙突１４Ｄの内部における空気の上昇を促進させる観点から排気ライン２７からの排出口を上方へ向けて配設する。
【００５７】
切替弁２８を介して、空冷熱交換器吸気側空間３１および空冷熱交換器排気側空間３２の両空間に排気ライン２７を構成する配管が導かれる第４の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｄでは、切替弁２８の開閉状態を切り替えることで、外部装置からの排気の供給先が空冷熱交換器吸気側空間３１、空冷熱交換器排気側空間３２、または空冷熱交換器吸気側空間３１および空冷熱交換器排気側空間３２の両空間に切り替えられる。
【００５８】
排気の供給先の切り替えは、排気ライン２７から排出する気体の温度が気温と同じか低い場合には、空冷熱交換器吸気側空間３１へ導くように切替弁２８の開閉を操作する。排気ライン２７からの排気を空冷熱交換器吸気側空間３１へ導くことで、空冷熱交換器１２を流れる空気の流量が増大し、熱交換の性能をより高めることができる。
【００５９】
逆に、排気ライン２７から排出される気体の温度が気温よりも高い場合には、空冷熱交換器排気側空間３２へ導くように切替弁２８の開閉を操作する。排気ライン２７からの排気を空冷熱交換器排気側空間３２へ導くことで、煙突１４Ｄの内部空間である空冷熱交換器排気側空間３２における気体の温度を上昇、すなわち、浮力を増大させて、上向きの流れを促進させる。この結果、空冷熱交換器１２の排気側で空気の流出が促進され、空冷熱交換器１２に流入する空気の流量が増大し、熱交換の性能をより高めることができる。
【００６０】
第４の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｄによれば、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａと同様の効果が得られるのに加え、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａに対して、さらに、空冷熱交換器１２に流入する空気量を増大させることができるので、第１の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａよりも冷却性能をさらに向上させることができる。
【００６１】
なお、第４の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｄにおいて、排気ライン２７からの排気を空冷熱交換器排気側空間３２へ導く配管の出口近傍にノズル３４（図９）を追設し、ノズル３４から排気ライン２７からの排気を空冷熱交換器排気側空間３２へ噴出するようにしても良い。
【００６２】
図９は第４の使用済み燃料プール冷却システム１０Ｄの空冷熱交換器１２の空気流路および空冷熱交換器１２が配設される煙突１４Ｄの概略図である。
【００６３】
例えば、図９に示される煙突１４Ｄでは、空冷熱交換器排気側空間３２において、排気ライン２７からの排出口が上方へ向けて配設されるとともに、配管の出口近傍にノズル３４が配設されている。ノズル３４は、排気ライン２７から供給される排気を空冷熱交換器排気側空間３２における空冷熱交換器１２からの排気の上昇速度よりも速い流速で噴出する。
【００６４】
このような煙突１４Ｄにおける空冷熱交換器排気側空間３２では、ノズル３４から噴出される周囲よりも流速の速い排気が、周囲に存在する空冷熱交換器１２からの排気を引きずるように加速させるため、空冷熱交換器１２からの排気を上昇させる効果が高まり、空冷熱交換器１２に流入する空気量が増大して冷却性能をさらに向上させることができる。
【００６５】
また、煙突１４Ｄの上部の断面積が下部の断面積よりも徐々に減少（漸減）させるように煙突１４Ｄを構成することで、空冷熱交換器１２からの排気を上昇させる効果をさらに高めることができる。さらに、煙突１４Ｄの上部の断面積が下部の断面積よりも徐々に減少するように構成される煙突１４Ｄにおいて、ノズル３４の噴出口を断面積が小さい部分に配置することでノズル３４の周囲に存在する空冷熱交換器１２からの排気を加速させる効果をさらに高めることができる。
【００６６】
以上、第１〜４の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａ〜１０Ｄおよび第１〜４の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａ〜１０Ｄを用いて行なう使用済み燃料プール冷却方法によれば、使用済み燃料プール３におけるプール水の温度が上昇すると、冷媒循環ライン１３における冷媒が自然循環を開始するので、冷却システムへ供給される電源が喪失した等の非常時においても使用済み燃料の冷却を継続でき、サイズを大型化させることなく冷却システムの駆動に必要な電力を小さく抑えることができる。
【００６７】
また、第１〜４の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａ〜１０Ｄおよび第１〜４の使用済み燃料プール冷却システム１０Ａ〜１０Ｄを用いて行なう使用済み燃料プール冷却方法によれば、空冷熱交換器１２の空気流路１８が、流路（空気吸入口１６から空気排出口１７）がより長い煙突１４Ａ〜１４Ｄに接続されることにより、浮力を大きくすることができるので、空気吸入口１６から吸い込む空気の量、すなわち、空冷熱交換器１２に流入する空気の量を増大させることができ、使用済み燃料プール３のプール水を冷却する効果をより高めることができる。
【００６８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施す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、追加、置き換え、変更を行なうことができる。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ともに、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。
【符号の説明】
【００６９】
１…原子炉建屋、２…使用済み燃料、３…使用済み燃料プール、１０Ａ〜１０Ｄ…第１〜４の使用済み燃料プール冷却システム、１１…プール内熱交換器、１２…空冷熱交換器、１３…冷媒循環ライン、１４Ａ〜１４Ｄ…煙突、１５…架台、１６…空気吸入口、１７…空気排出口、１８…空気流路、１９…冷媒流路、２１…仕切り、２３…空冷熱交換器、２４ａ…流路入口、２４ｂ…流路出口、２５…空気流路、２６…流路壁、２７…排気ライン、２８…切替弁、３１…空冷熱交換器吸気側空間、３２…空冷熱交換器排気側空間、３４…ノズル。
【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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