(57)【要約】【課題】高温の冷却対象に対して、効率的に冷却する。【解決手段】蒸気を冷却して液体にする熱交換器５０と、熱交換器５０に接続され、熱交換器５０に蒸気を導く蒸気管４２と、熱交換器５０に接続され、熱交換器５０から液体を導く液体管４４と、熱交換器５０に向かって空気流Ｗを発生させて、蒸気を冷却する空気流発生部と、を有する空気冷却器４０。例えば、空気流発生部としての送風機５１により、熱交換器５０に向かう空気流Ｗを発生させる。空気流Ｗにより、強制的に熱交換器５０内の蒸気を冷却して、蒸気を液体に戻す。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気を冷却して液体にする熱交換器と、
前記熱交換器に接続され、前記熱交換器に前記蒸気を導く蒸気管と、
前記熱交換器に接続され、前記熱交換器から前記液体を導く液体管と、
前記熱交換器に向かって空気流を発生させて、前記蒸気を冷却する空気流発生部と、
を有する空気冷却器。
【請求項２】
前記熱交換器は、
複数の伝熱管と、
平行に配置された各前記伝熱管の両端がそれぞれ固定されたヘッダと、
を含む、請求項１に記載の空気冷却器。
【請求項３】
前記空気流発生部は送風機である、
請求項１又は２に記載の空気冷却器。
【請求項４】
前記熱交換器は、熱交換器収納器内に設置されており、
前記空気流発生部は、前記熱交換器収納器の内部に空気流を流入させる空気流入口及び前記熱交換器の鉛直方向上側に位置し、前記熱交換器収納器から空気流を流出させる空気流出口である、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の空気冷却器。
【請求項５】
前記熱交換器は、冷却用液体に浸漬されている、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の空気冷却器。
【請求項６】
前記熱交換器は、原子炉を有する原子炉建屋の外部に設けられ、前記原子炉を冷却する、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の空気冷却器。
【請求項７】
前記原子炉は、前記原子炉を直接冷却する１次冷却水と、前記１次冷却水と熱交換する２次冷却水と、前記１次冷却水と熱交換することにより前記２次冷却水を蒸発させて蒸気を発生させる蒸気発生器とを有する、加圧水型原子炉であり、
前記蒸気管と前記液体管とは、前記蒸気発生器に接続されている、
請求項６に記載の空気冷却器。
【請求項８】
前記原子炉の原子炉格納容器内には、前記液体を蒸発させて前記蒸気にする蒸気発生器が設けられており、
前記蒸気管と前記液体管とは、前記蒸気発生器に接続されている、
請求項６に記載の空気冷却器。
【請求項９】
蒸気を熱交換器に導入させて、
前記熱交換器に向かって空気流を発生させることにより、前記蒸気を冷却して液体にして、
前記液体を前記熱交換器から導出させる、
空気冷却方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の空気冷却器を備える、
原子力設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒体が流通する熱交換器を空気流により冷却する空気冷却器及び空気冷却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気冷却器として、例えば液体の蒸発による潜熱の吸収を利用して冷却を行うヒートパイプが用いられている。ヒートパイプは、閉ループ内に揮発性の液体を封入する。ヒートパイプの高温部において液体が蒸発し、冷却対象から潜熱を吸収する。蒸発した蒸気はヒートパイプの凝縮部に導かれ、例えば蒸気が自然放熱される。自然放熱された蒸気は潜熱を放出して凝縮して液体となり、高温部に戻る。このような閉ループ内でのサイクルにより、冷却対象を冷却する。
【０００３】
ヒートパイプの技術は、原子炉の冷却にも利用される。原子炉の通常電源喪失時などの非常時においても、炉心内の燃料は崩壊熱を発生する。そのため、非常時においても、原子炉格納容器等の原子炉設備を冷却する必要がある。例えば、特許文献１には、原子炉圧力容器内の蒸気をヒートパイプにより冷却する技術が開示されている。ヒートパイプ内の液体（水）は、高温部において、原子炉圧力容器内の蒸気により蒸発して潜熱を吸収する。特許文献１に記載のヒートパイプの凝縮部は外部に接地された放熱板に接続されており、ヒートパイプ内の蒸気は凝縮部としての放熱板により自然放熱され、凝縮水となる。特許文献１に係る技術は、このようにして原子炉圧力容器を冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２３３７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１においては、ヒートパイプ内の蒸気は、放熱板の自然放熱により放熱するのみで、例えば炉心内の燃料の崩壊熱などの高温の冷却対象に対して、効率的に冷却することができない可能性がある。
【０００６】
本発明は、高温の冷却対象に対して、効率的に冷却する空気冷却器及び空気冷却方法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】
【０００７】
本発明の空気冷却器は、蒸気を冷却して液体にする熱交換器と、前記熱交換器に接続され、前記熱交換器に前記蒸気を導く蒸気管と、前記熱交換器に接続され、前記熱交換器から前記液体を導く液体管と、前記熱交換器に向かって空気流を発生させて、前記蒸気を冷却する空気流発生部と、を有する。
【０００８】
この空気冷却器によれば、空気流発生部が発生させた空気流により、熱交換器が強制的に冷却される。従って、本発明に係る空気冷却器は、高温の冷却対象に対して効率的に冷却を行うことができる。
【０００９】
前記空気冷却器において、前記熱交換器は、複数の伝熱管と、平行に配置された各前記伝熱管の両端がそれぞれ固定されたヘッダと、を含むことが好ましい。この空気冷却器は、複数の伝熱管を有することにより、より効率的に高温の冷却対象を冷却することができる。
【００１０】
前記空気冷却器において、前記空気流発生部は送風機であることが好ましい。送風機により発生した空気流により、熱交換器が強制的に冷却される。従って、本発明に係る空気冷却器は、高温の冷却対象に対して効率的に冷却を行うことができる。
【００１１】
前記空気冷却器において、前記熱交換器は、熱交換器収納器内に設置されており、前記空気流発生部は、前記熱交換器収納器の内部に空気流を流入させる空気流入口及び前記熱交換器の鉛直方向上側に位置し、前記熱交換器収納器から空気流を流出させる空気流出口であることが好ましい。空気流入口と空気流出口とによるドラフト力を利用して空気流を発生させることにより、熱交換器が強制的に冷却される。従って、本発明に係る空気冷却器は、高温の冷却対象に対して効率的に冷却を行うことができる。
【００１２】
前記空気冷却器において、前記熱交換器は、冷却用液体に浸漬されていることが好ましい。熱交換器が冷却用液体に浸漬されることにより、熱交換器内の蒸気の潜熱は、冷却用液体の蒸発により吸収される。従って、本発明に係る空気冷却器は、高温の冷却対象に対してより効率的に冷却を行うことができる。
【００１３】
前記空気冷却器において、前記熱交換器は、原子炉を有する原子炉建屋の外部に設けられ、前記原子炉を冷却することが好ましい。この空気冷却器は、熱交換器が原子炉建屋外部に設けられていることにより、原子炉建屋外部の空気により熱交換器内の蒸気を冷却することができるため、高温の冷却対象である原子炉を効率的に冷却することができる。
【００１４】
前記空気冷却器において、前記原子炉は、前記原子炉を直接冷却する１次冷却水と、前記１次冷却水と熱交換する２次冷却水と、前記１次冷却水と熱交換することにより前記２次冷却水を蒸発させて蒸気を発生させる蒸気発生器とを有する、加圧水型原子炉であり、前記蒸気管と前記液体管とは、前記蒸気発生器に接続されていることが好ましい。この空気冷却器は、原子炉の蒸気発生器と接続されているため、高温の冷却対象である原子炉の２次冷却水を効率的に冷却することができる。
【００１５】
前記空気冷却器において、前記原子炉の原子炉格納容器内には、前記液体を蒸発させて前記蒸気にする蒸気発生器が設けられており、前記蒸気管と前記液体管とは、前記蒸気発生器に接続されていることが好ましい。この空気冷却器は、原子炉から独立した蒸気発生器と接続されているため、高温の冷却対象である原子炉格納容器内を効率的に冷却することができる。
【００１６】
本発明の冷却方法は、蒸気を導く蒸気管から蒸気を熱交換器に導入させて、前記熱交換器に向かって空気流を発生させることにより、前記蒸気を冷却して液体にして、前記液体を前記熱交換器から導出させる。この冷却方法によれば、熱交換器に向かう空気流により、熱交換器が強制的に冷却される。従って、本発明に係る空気冷却方法によれば、高温の冷却対象に対して効率的に冷却を行うことができる。
【００１７】
本発明の原子力設備は、前記空気冷却器を備える。従って、この原子力設備によれば、高温の冷却対象である原子力設備を、効率的に冷却することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高温の冷却対象を効率的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施形態１に係る空気冷却器を備えた原子力設備を模式的に表した概略構成図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る空気冷却器の模式図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る空気冷却器の正面図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る空気冷却器のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図５は、実施形態２に係る空気冷却器の模式図である。
【図６】図６は、実施形態３に係る空気冷却器の模式図である。
【図７】図７は、実施形態４に係る空気冷却器の模式図である。
【図８】図８は、変形例に係る空気冷却器を備えた原子力設備を模式的に表した概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施形態１）
以下に、本発明に係る実施形態１を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、実施形態１に係る空気冷却器を備えた原子力設備を模式的に表した概略構成図である。図１に示す原子力設備１は、原子炉５として、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized  Water  Reactor）が用いられている。この加圧水型の原子炉５を用いた原子力設備１は、原子炉５を含む一次冷却系３と、一次冷却系３と熱交換する二次冷却系４とで構成されており、一次冷却系３には、冷却水としての一次冷却水が流通し、二次冷却系４には、冷却水としての二次冷却水が流通する。原子力設備１は、後述する熱交換器５０を除き、原子炉建屋２内に収納されている。原子炉建屋２は、例えばコンクリート等から製造される建物である。
【００２２】
一次冷却系３は、原子炉５と、コールドレグとなる冷却水配管６ａおよびホットレグとなる冷却水配管６ｂを介して原子炉５に接続された蒸気発生器７とを有している。冷却水配管６ｂは、加圧器８が設けられている。また、冷却水配管６ａは、冷却水ポンプ９が設けられている。これら、原子炉５、冷却水配管６ａ，６ｂ、蒸気発生器７、加圧器８および冷却水ポンプ９は、堅牢な原子炉格納容器１０に収容されている。
【００２３】
原子炉５は、上記したように加圧水型原子炉であり、その内部は一次冷却水で満たされている。原子炉５は、その内部に、多数の燃料集合体１５が収容されるとともに、燃料集合体１５の核分裂を制御する多数の制御棒１６が各燃料集合体１５に抜き差し可能に設けられている。制御棒１６は、燃料集合体１５に対し、制御棒駆動装置１７により抜き差し方向に駆動される。制御棒駆動装置１７により制御棒１６が燃料集合体１５へ差し込まれると、燃料集合体１５における核反応は低下して停止する。一方で、制御棒駆動装置１７により制御棒１６が引き抜かれると、燃料集合体１５における核反応は増大して臨界状態となる。また、制御棒駆動装置１７は、電力の供給が遮断され、電力喪失状態となると、制御棒１６を燃料集合体１５に差し込むように構成されている。
【００２４】
制御棒１６により核分裂反応を制御しながら燃料集合体１５を核分裂させると、この核分裂により熱エネルギーが発生する。発生した熱エネルギーは一次冷却水を加熱し、加熱された一次冷却水は、冷却水配管６ｂを介して蒸気発生器７へ送られる。一方、冷却水配管６ａを介して蒸気発生器７から送られてきた一次冷却水は、原子炉５内に流入して、原子炉５内を冷却する。
【００２５】
冷却水配管６ｂに設けられた加圧器８は、高温となった一次冷却水を加圧することにより、一次冷却水の沸騰を抑制している。また、蒸気発生器７は、高温高圧となった一次冷却水を、二次冷却水と熱交換させることにより、二次冷却水を蒸発させて蒸気を発生させ、かつ高温高圧となった一次冷却水を冷却する。冷却水ポンプ９は、一次冷却系３において一次冷却水を循環させ、一次冷却水を蒸気発生器７から冷却水配管６ａを介して原子炉５へ送り込むとともに、一次冷却水を原子炉５から冷却水配管６ｂを介して蒸気発生器７へ送り込む。なお、蒸気発生器７は、１つの原子炉５に対して１つ設けられた形態で図示されているが、複数設けられていてもよい。
【００２６】
原子力設備１の一次冷却系３における一連の動作について説明する。原子炉５内の核分裂反応により発生した熱エネルギーにより、一次冷却水が加熱されると、加熱された一次冷却水は、冷却水ポンプ９によりホットレグとなる冷却水配管６ｂを介して蒸気発生器７に送られる。ホットレグとなる冷却水配管６ｂを通過する高温の一次冷却水は、加圧器８により加圧されることで沸騰が抑制され、高温高圧となった状態で、蒸気発生器７に流入する。蒸気発生器７に流入した高温高圧の一次冷却水は、二次冷却水と熱交換を行うことにより冷却され、冷却された一次冷却水は、冷却水ポンプ９によりコールドレグとなる冷却水配管６ａを介して原子炉５に送られる。そして、冷却された一次冷却水が原子炉５に流入することで、原子炉５が冷却される。つまり、一次冷却水は、原子炉５と蒸気発生器７との間を循環している。なお、一次冷却水は、冷却材および中性子減速材として用いられる軽水である。
【００２７】
二次冷却系４は、蒸気管２１を介して蒸気発生器７に接続されたタービン２２と、タービン２２に接続された復水器２３と、復水器２３と蒸気発生器７とを接続する給水管２６に介設された給水ポンプ２４と、を有している。そして、上記のタービン２２には、発電機２５が接続されている。
【００２８】
原子力設備１の二次冷却系４における一連の動作について説明する。蒸気管２１を介して蒸気発生器７から蒸気がタービン２２に流入すると、タービン２２は回転を行う。タービン２２が回転すると、タービン２２に接続された発電機２５は、発電を行う。この後、タービン２２から流出した蒸気は復水器２３に流入する。復水器２３は、その内部に冷却管２７が配設されており、冷却管２７の一方には冷却水（例えば、海水）を供給するための取水管２８が接続され、冷却管２７の他方には冷却水を放水路へ排水するための排水管２９が接続されている。そして、復水器２３は、タービン２２から流入した蒸気を冷却管２７により冷却することで、蒸気を液体に戻している。液体となった二次冷却水は、給水ポンプ２４により給水管２６を介して蒸気発生器７に送られる。蒸気発生器７に送られた二次冷却水は、蒸気発生器７において一次冷却水と熱交換を行うことにより再び蒸気となる。
【００２９】
また、二次冷却系４には、空気冷却器４０が接続されている。空気冷却器４０は、二次冷却系４の上述したタービン２２を回転させる上記の流れとは別系統の冷却系である。空気冷却器４０は、冷却水の冷却ができない場合に、二次冷却系４の二次冷却水の蒸気を冷却して液体に戻す予備冷却系である。空気冷却器４０は、制御部４１により動作が制御される。制御部４１は、例えば非常用電源によって駆動される。
【００３０】
図２は、実施形態１に係る空気冷却器４０の模式図である。図３は、実施形態１に係る空気冷却器４０の正面図である。図４は、実施形態１に係る空気冷却器４０のＡ−Ａ断面図である。図２に示すように、空気冷却器４０は、蒸気管４２と、液体管４４と、熱交換器ユニット４９とを有する。熱交換器ユニット４９は、熱交換器５０ａ，５０ｂと、カバー５８と、送風機５１とを有する。以下、熱交換器５０ａと熱交換器５０ｂとを区別する必要がない場合は、熱交換器５０と記載する。カバー５８は、箱状部材の対向する側面５８ａ，５８ｂが開口する部材である。実施形態１に係る空気冷却器４０は、対向して配置された熱交換器５０ａ，５０ｂを、それぞれカバー５８の側面５８ａ，５８ｂに接続して製造される。実施形態１においては、熱交換器５０を含む空気冷却器４０は、蒸気発生器７よりも鉛直方向上方に設けられる。また、空気冷却器４０は、原子炉建屋２の外部に配置されているが、熱交換器５０だけが原子炉建屋２の外部に配置されていてもよい。
【００３１】
蒸気管４２は、蒸気発生器７と熱交換器ユニット４９の熱交換器５０とを接続する。蒸気管４２は、蒸気発生器７内の二次冷却水の蒸気を熱交換器ユニット４９の熱交換器５０に導く配管である。液体管４４は、熱交換器ユニット４９の熱交換器５０で液体となった二次冷却水を蒸気発生器７に導く配管である。熱交換器５０において、二次冷却水の蒸気を冷却して液体とする説明については後述する。
【００３２】
図１に示すように、蒸気管４２は開閉弁４６を有する。開閉弁４６は、蒸気管４２の開閉を切り替える。開閉弁４６は、閉じられることで蒸気発生器７における二次冷却水の蒸気が熱交換器５０に流入することを抑制し、開かれることで蒸気発生器７における二次冷却水の蒸気が熱交換器５０に流入できる状態とする。液体管４４は、開閉弁４８を有する。開閉弁４８は、液体管４４の開閉を切り替える。開閉弁４８は、閉じられることで熱交換器５０の液体となった二次冷却水が蒸気発生器７に流入することを抑制し、開かれることで熱交換器５０の液体となった二次冷却水が蒸気発生器７に流入できる状態とする。例えば、空気冷却器４０によって二次冷却水の蒸気を冷却する必要がない通常作動時は、開閉弁４６，４８を閉じることによって、空気冷却器４０による二次冷却水の蒸気の冷却を行わない。また、例えば空気冷却器４０によって二次冷却水の蒸気を冷却する必要がある非常時は、開閉弁４６，４８を開くことによって、空気冷却器４０による二次冷却水の蒸気の冷却を行う。実施形態１において、開閉弁４６，４８は、制御部４１によって開閉が制御される。ただし、開閉弁４６，４８は、手動によって開閉を切り替える構成としてもよい。この場合、原子炉建屋２の外部から開閉弁４６，４８を制御できるように、開閉弁４６，４８は原子炉建屋２の外部に設けられていてもよい。
【００３３】
熱交換器５０は、第１のヘッダ５２、第２のヘッダ５３、複数の伝熱管５４、及び板状フィン５５を有する。第１のヘッダ５２は、二次冷却水の蒸気を貯留する容器（ヘッダ）である。第１のヘッダ５２には、蒸気管４２が接続されている。第１のヘッダ５２には、蒸気管４２を介して、蒸気発生器７内の二次冷却水の蒸気が供給される。第２のヘッダ５３は、液体となった二次冷却水を貯留する水室（ヘッダ）を有する容器である。第２のヘッダ５３には、液体管４４が接続されている。液体となった二次冷却水は、液体管４４を介して、第２のヘッダ５３から蒸気発生器７に排出される。
【００３４】
伝熱管５４は、第１のヘッダ５２と第２のヘッダ５３との間に延在して設けられ、各端部が第１のヘッダ５２と第２のヘッダ５３とにそれぞれ接続されている。複数の伝熱管５４は、互いに平行に配置されている。伝熱管５４は、第１のヘッダ５２に供給された二次冷却水の蒸気が第１のヘッダ５２から分配して流入される。二次冷却水の蒸気は伝熱管５４内で熱交換を行い、液体となる。伝熱管５４内で液体となった二次冷却水は、第２のヘッダ５３に集められる。伝熱管５４は、例えば炭素鋼又はステンレス鋼等で成形されている。熱交換器５０が有する伝熱管５４の数は、複数であれば、特に限定されない。
【００３５】
板状フィン５５は、薄板状に形成され、伝熱管５４が延在する方向に直交して設けられ、各伝熱管５４を貫通させ、各伝熱管５４が延在する方向に沿って間隔をおいて複数配置されている。板状フィン５５は、伝熱管５４の間を流れる空気流Ｗの整流板として用いられる。板状フィン５５は、例えばアルミニウム合金又は銅等で成形されている。また、板状フィン５５は、腐食防止のために樹脂材などが塗膜されていてもよい。
【００３６】
カバー５８は、熱交換器５０ａ，５０ｂの間に設けられ、上述したように、開口した側面５８ａ，５８ｂでそれぞれ熱交換器５０ａ，５０ｂに接続されている。カバー５８は、内部に空間５９を有する。詳しくは後述するが、各伝熱管５４の間を通った空気流Ｗは、空間５９で合流する。空間５９で合流した空気流Ｗは、送風機５１によって空気冷却器４０の外部に吸い出される。
【００３７】
空気流発生部としての送風機５１は、例えば、軸方向に空気流を排出する軸流ファン又は、吸い込み式ファン等である。送風機５１は、カバー５８の上面５８ｃに設けられる。送風機５１は、空間５９内の空気を空気冷却器４０の外部に吸い出す。詳しくは後述するが、送風機５１は、空間５９内の空気を吸い出すことにより、伝熱管５４に向かって空気流Ｗを発生させて、伝熱管５４内の蒸気を冷却する。実施形態１においては、送風機５１は制御部４１によって制御される。次に、空気冷却器４０による二次冷却水の蒸気の冷却方法について説明する。
【００３８】
上述のように、蒸気発生器７内の二次冷却水の蒸気は、蒸気管４２に導かれ、第１のヘッダ５２に供給される。第１のヘッダ５２に供給された蒸気は、複数の伝熱管５４に分配される。
【００３９】
送風機５１は、空間５９内の空気を吸い出すことにより空気流Ｗを発生させる。図４に示すように、空気流Ｗは、熱交換器５０の外部から、複数の伝熱管５４の間を通って、空間５９に流入する。空気流Ｗは、複数の伝熱管５４の間を通る際に、伝熱管５４内の蒸気と熱交換を行い、伝熱管５４内の蒸気の潜熱を吸収する。伝熱管５４内の蒸気は、潜熱を放出して、液体に戻る。言い換えれば、伝熱管５４は、ヒートパイプの凝縮部に該当する。伝熱管５４内の蒸気との熱交換により暖められた空気流Ｗは、空間５９で合流して、送風機５１から外部に吸い出される。
【００４０】
空気流Ｗとの熱交換により液体に戻った二次冷却水は、各伝熱管５４から第２のヘッダ５３に導かれて、第２のヘッダ５３において合流する。液体に戻った二次冷却水は、液体管４４を介して蒸気発生器７に戻される。実施形態１に係る空気冷却器４０は、このようにして二次冷却水の蒸気を冷却する。なお、熱交換器５０は蒸気発生器７よりも鉛直方向上方に設けられているため、空気冷却器４０は、蒸気を第１のヘッダ５２に導くための動力源を必要としない。同様に、空気冷却器４０は、液体となった二次冷却水を第２のヘッダ５３から蒸気発生器７に戻すための動力源を必要としない。
【００４１】
このように、実施形態１に係る空気冷却器４０は、熱交換器５０に向かって、複数の伝熱管５４の間を通る空気流Ｗを発生させる。伝熱管５４内の蒸気は、複数の伝熱管５４の間を通る空気流Ｗにより強制的に冷却される。従って、実施形態１に係る空気冷却器４０は、例えば蒸気発生器７内の二次冷却水の蒸気等の、高温の冷却対象に対しても、効率的に冷却を行うことができる。
【００４２】
また、実施形態１に係る熱交換器５０は、蒸気を第１のヘッダ５２から複数の伝熱管５４に分配して、その間に空気流Ｗを通す構造となっている。従って、実施形態１に係る熱交換器５０は、より効率的に蒸気を冷却することができる。なお、実施形態１に係る空気冷却器４０は、対向する２つの熱交換器５０ａ，５０ｂを、カバー５８を介して接続して製造されているが、これに限られない。例えば、空気冷却器は、蒸気管４２と、液体管４４と、１つの熱交換器５０と、熱交換器５０に向かって空気流を発生させる送風機とから製造されていてもよい。また、実施形態１に係る熱交換器５０は、板状フィン５５を有している。板状フィン５５は伝熱管５４の間の空気流Ｗを整流するため、実施形態１に係る熱交換器５０はより効率的に蒸気を冷却することができる。なお、熱交換器５０は板状フィン５５を有していなくてもよい。
【００４３】
また、実施形態１に係る熱交換器５０は、原子炉建屋２の外部に設置されている。従って、熱交換器５０に向かう空気流Ｗは、原子炉建屋２の内部よりも低温となる。従って、実施形態１に係る熱交換器５０は、より効率的に蒸気を冷却することができる。なお、熱交換器５０は、原子炉格納容器１０の外部であれば、原子炉建屋２の内部に設置されていてもよい。
【００４４】
（実施形態２）
次に、実施形態２に係る空気冷却器４０ａについて説明する。図５は、実施形態２に係る空気冷却器４０ａの模式図である。図５に示すように、実施形態２に係る熱交換器５０ｃは、水槽６４内の冷却用液体ＷＴに浸漬されている。その他の構成は実施形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００４５】
図５に示すように、実施形態２に係る空気冷却器４０ａは、水槽６４内に配置されている。水槽６４内には、例えば水である冷却用液体ＷＴが供給されている。熱交換器５０ｃは冷却用液体ＷＴに浸漬されている。実施形態２に係る送風機５１は、冷却用液体ＷＴに浸漬されていない。次に、実施形態２に係る空気冷却器４０ａによる蒸気の冷却について説明する。
【００４６】
非常時等に開閉弁４６，４８を開くと、伝熱管５４に蒸気が供給される。熱交換器５０ｃは冷却用液体ＷＴに浸漬されているため、伝熱管５４内の蒸気は、冷却用液体ＷＴと熱交換を行う。伝熱管５４内の蒸気は、潜熱を放出して液体に戻る。冷却用液体ＷＴは、伝熱管５４内の蒸気から潜熱を吸収して蒸気となる。そして、例えば蒸発により冷却用液体ＷＴの量が少なくなり、又は水槽６４から冷却用液体ＷＴが無くなった後等は、送風機５１を作動させて、実施形態１と同様に空気流Ｗにより伝熱管５４内の蒸気を冷却する。
【００４７】
このように、実施形態２に係る熱交換器５０ｃは、冷却用液体ＷＴの蒸発により伝熱管５４内の蒸気を冷却する。そして、例えば冷却用液体ＷＴが無くなった後は、空気流Ｗにより伝熱管５４内の蒸気を冷却する。冷却用液体ＷＴの蒸発による潜熱の吸収は、空気流Ｗによる潜熱の吸収よりも吸収効率が高い。従って、実施形態２に係る熱交換器５０ｃは、最初は冷却用液体ＷＴの蒸発により高い効率で伝熱管５４内の蒸気を冷却し、その後、空気流Ｗにより連続的に伝熱管５４内の蒸気を冷却することができる。原子炉は非常時の初期において崩壊熱が高く、時間の経過につれて崩壊熱が小さくなる。そのため、実施形態２に係る空気冷却器４０ａは、崩壊熱の高い非常時初期において、冷却用液体ＷＴの蒸発により高い効率で冷却を行い、時間経過により崩壊熱が小さくなった際に、空気流Ｗにより連続的に効率良く冷却を行うことができる。
【００４８】
なお、冷却用液体ＷＴの蒸気の一部を液体に戻し、再び水槽６４に供給して、伝熱管５４内の蒸気を冷却することも可能である。例えば水槽６４の上のドーム状の屋根を設け、冷却用液体ＷＴの蒸気の一部を屋根で冷却して液体に戻し、再び水槽６４内に供給することもできる。なお、冷却用液体ＷＴが水槽６４内から無くなれば、空気流Ｗを水槽６４内を経由して、熱交換器５０ｃに向かって導くことが可能である。また、例えば、冷却用液体ＷＴが水槽６４内から無くなれば、水槽６４の側壁６６を取り除くようにすることも可能である。側壁６６が取り除かれた場合、好適に空気流Ｗの流路を構成することができる。
【００４９】
（実施形態３）
次に、実施形態３に係る空気冷却器について説明する。図６は、実施形態３に係る空気冷却器４０ｂの模式図である。図６に示されているように、実施形態３に係る空気冷却器４０ｂは、蒸気管４２と、液体管４４と、熱交換器５０ｄと、空気流発生部としての送風機５１ａとを有する。また、詳しくは後述するが、実施形態３に係る熱交換器５０ｄは、実施形態１に係る熱交換器５０と構成が異なる。他の構成は実施形態１と同様であるため、説明を省略する。実施形態３に係る空気冷却器４０ｂは、実施形態１に係る空気冷却器４０と同様に、蒸気管４２及び液体管４４により蒸気発生器７に接続され、蒸気発生器７内の二次冷却水の蒸気を冷却する。
【００５０】
図６に示されているように、熱交換器５０ｄは、放熱管６１と、放熱板６２とを有する。放熱管６１は、一方の端部である端部６１ａにおいて蒸気管４２に接続され、他方の端部である端部６１ｂにおいて液体管４４に接続されている。放熱管６１は、二次冷却水の蒸気を冷却して液体に戻す、ヒートパイプの凝縮部に該当する。放熱管６１は、端部６１ａから鉛直方向Ｘの上方の中間部６１ｃに向かって延伸する。放熱管６１は、中間部６１ｃから、鉛直方向Ｘに対して左右方向である方向Ｙを往復するように延伸しながら、端部６１ｂに向かって、鉛直方向Ｘの下方に延伸する。ただし、放熱管６１はこのような形状に限られない。
【００５１】
放熱管６１には、放熱管６１が延伸する方向に平行な面に沿って、放熱板６２が取り付けられている。放熱板６２は、後述する送風機５１ａからの空気流Ｗａにより、放熱管６１内の蒸気を冷却する。送風機５１ａは熱交換器５０ｄと対向しており、熱交換器５０ｄに向かって、空気流Ｗａを発生させる。
【００５２】
放熱管６１には、蒸気管４２を介して、蒸気発生器７内の二次冷却水の蒸気が導かれる。送風機５１ａにより、放熱管６１及び放熱板６２に向かって空気流Ｗａが発生している。放熱管６１内の蒸気は、空気流Ｗａと熱交換を行い、強制的に冷却される。冷却された放熱管６１内の二次冷却水の蒸気は、放熱管６１内で液体に戻る。液体に戻った二次冷却水は、液体管４４を介して蒸気発生器７に戻される。
【００５３】
このように、実施形態３においても、熱交換器５０ｄに向かって空気流Ｗａが発生するため、実施形態３に係る空気冷却器４０ｂは、高温の冷却対象に対しても効率的に冷却を行うことができる。なお、熱交換器は、実施形態１及び実施形態３の形状に限られず、ヒートパイプの凝縮部に該当するものであればよい。また、実施形態２と同様に、実施形態３に係る熱交換器５０ｄを水槽６４内の冷却用液体ＷＴに浸漬することも可能である。
【００５４】
（実施形態４）
次に、実施形態４に係る空気冷却器について説明する。図７は、実施形態４に係る空気冷却器４０ｃの模式図である。実施形態４に係る空気冷却器４０ｃは、実施形態３に係る空気冷却器４０ｂに対して、送風機５１ａの代わりに熱交換器収納器７２を設けている点で相違する。その他の構成は、実施形態３と同様であるため、説明を省略する。
【００５５】
図７に示すように、実施形態４に係る熱交換器５０ｅは、熱交換器収納器７２内に配置されている。熱交換器収納器７２は、例えば、鉛直方向Ｘに延伸して、鉛直方向Ｘ上方の端部である端部７８が開口して筒状の部材である。熱交換器収納器７２は、端部７８に空気流出口７６を有する。熱交換器収納器７２は、熱交換器収納器７２の側面であって、熱交換器５０ｅが収納される位置と対向する箇所に、空気流入口７４を有する。空気流入口７４は、例えばベルマウス形状となっている。このように、熱交換器収納器７２は、空気流発生部として、空気流入口７４と、熱交換器５０ｅの鉛直方向Ｘの上方に位置する空気流出口７６とを有する。
【００５６】
放熱管６１に蒸気発生器７からの蒸気が供給されると、蒸気との熱交換により放熱管６１及び放熱板６２の周囲の空気の温度が上昇する。放熱管６１及び放熱板６２の周囲の空気は、温度上昇により、鉛直方向Ｘの上方にある空気流出口７６へ導かれる。そのため、空気流入口７４から、放熱管６１及び放熱板６２の周囲を経由して、空気流出口７６へ流れる空気流Ｗｂが発生する。放熱管６１内の蒸気は、空気流Ｗｂにより強制的に冷却されて、液体に戻る。
【００５７】
このように、実施形態４に係る空気冷却器４０ｃは、空気流入口７４と空気流出口７６との間に発生する空気流Ｗｂにより、放熱管６１内の蒸気を冷却する。従って、実施形態４に係る空気冷却器４０ｃは、高温の冷却対象に対しても効率的に冷却を行うことができる。また、空気流入口７４がベルマウス形状となっているので、空気流Ｗｂがより効率的に空気流入口７４に導かれる。ただし、空気流入口７４はベルマウス形状に限られない。また、実施形態４に係る空気冷却器４０ｃは、空気流入口７４と空気流出口７６とのドラフト力により空気流Ｗｂを発生させているため、空気流Ｗｂの発生のために動力源を必要としない。従って、実施形態４に係る空気冷却器４０ｃは、非常時における非常用電源の電力使用量を低減させることができる。ただし、実施形態４に係る空気冷却器４０ｃには、さらに送風機を設置してもよい。送風機を設置することにより、より効率的に冷却を行うことができる。また、実施形態１に係る空気冷却器４０を、熱交換器収納器７２内に設置してもよい。実施形態１に係る空気冷却器４０を熱交換器収納器７２内に設置することにより、より効率的に冷却を行うことができる。また、熱交換器収納器７２内に、実施形態２に係る水槽６４を設けて、熱交換器を水槽６４内の冷却用液体ＷＴに浸漬することも可能である。
【００５８】
（変形例）
次に、実施形態１に係る変形例について説明する。図８は、変形例に係る空気冷却器を備えた原子力設備を模式的に表した概略構成図である。変形例に係る空気冷却器４０ｄ及び熱交換器ユニット４９ａは、原子炉格納容器１０内に、原子炉とは独立して設けられた蒸気発生器８０に、熱交換器５０ｆを接続している点で、実施形態１と異なる。その他の構成は、実施形態１と同じであるため、説明を省略する。
【００５９】
図８に示すように、原子炉格納容器１０内には、蒸気発生器８０が設けられている。蒸気発生器８０は、第１のシェル８２と、第２のシェル８４と、複数のチューブ８６とを有する。第２のシェル８４には、冷却水が供給されている。ただし、第２のシェル８４に供給されるのは、揮発性の液体であれば冷却水でなくてもよい。複数のチューブ８６の一方の端部は第２のシェル８４に接続されている。複数のチューブ８６は、一方の端部の鉛直方向上方側の他方の端部が第１のシェル８２と接続されている。複数のチューブ８６には、第２のシェル８４を通じて、冷却水が供給されている。非常時などに、原子炉格納容器１０内の温度が高くなると、複数のチューブ８６内の冷却水は、原子炉格納容器１０内の潜熱を吸収して、原子炉格納容器１０内を冷却する。複数のチューブ８６内の冷却水は、原子炉格納容器１０内の潜熱を吸収して、蒸気となる。複数のチューブ８６内の蒸気は、第１のシェル８２に供給される。このように、蒸気発生器８０は、シェルアンドチューブ形式であるが、これに限られない。
【００６０】
変形例に係る空気冷却器４０ｄ及び熱交換器ユニット４９ａは、図２に示す実施形態１に係る空気冷却器と同じ構成である。ただし、熱交換器５０ｆの第１のヘッダ５２は、蒸気管４２を介して第１のシェル８２に接続されている。また、熱交換器５０ｆの第２のヘッダ５３は、液体管４４を介して第２のシェル８４に接続されている。
【００６１】
第１のシェル８２に供給された蒸気は、蒸気管４２を介して、第１のヘッダ５２に導かれる。実施形態１と同様に、第１のヘッダ５２内の蒸気は、伝熱管５４内で冷却され、液体に戻る。液体に戻った冷却水は、第２のヘッダ５３に供給され、液体管４４を介して第２のシェル８４に戻される。このように、変形例に係る空気冷却器４０ｄは、原子炉格納容器１０内の蒸気発生器８０とともに、原子炉５とは独立した閉ループを構成する。変形例に係る空気冷却器４０ｄは、蒸気発生器８０内の蒸気を冷却して液体に戻すことにより、原子炉格納容器１０内を冷却する。
【００６２】
このように、変形例に係る空気冷却器４０ｄは、原子炉格納容器１０内の蒸気発生器８０と接続されているため、効率的に原子炉格納容器１０内を冷却することができる。また、空気冷却器４０ｄと蒸気発生器８０とは、原子炉５とは独立した構成となっているため、容易に原子炉格納容器１０内に設置することができる。なお、変形例に係る原子炉は、加圧水型原子炉であるが、変形例に係る空気冷却器４０ｄは沸騰水型原子炉にも適用可能である。ただし、加圧水型原子炉は、沸騰水型原子炉よりも原子炉格納容器１０内のスペースが大きい。従って、加圧水型原子炉においては、例えば大型の蒸気発生器８０を設置できるため、より好適に原子炉格納容器１０内を冷却することができる。
【００６３】
このように、本発明に係る空気冷却器は、例えば二次冷却水又は原子炉格納容器１０内を効率的に冷却することができるが、本発明に係る空気冷却器は、他の様々な箇所にも適用可能である。例えば、本発明に係る空気冷却器は、一次冷却水又は使用済み核燃料貯蔵プール等を冷却することも可能である。
【００６４】
以上、実施形態１，２，３，４及び変形例を説明したが、これらの実施形態等の内容によりこれらの実施形態等が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態等の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  原子力設備
２  原子炉建屋
４  二次冷却系
７  蒸気発生器
４０  空気冷却器
４２  蒸気管
４４  液体管
５０  熱交換器
５２  第１のヘッダ
５３  第２のヘッダ
５４  伝熱管
５５  板状フィン
５８  カバー
Ｗ  空気流
【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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