(57)【要約】【課題】使用済燃料プールを冷却する外部電源が長期に喪失した場合でも、使用済燃料プールの水量の減少を抑制する。【解決手段】使用済燃料プールよりも上部に、原子炉建屋内外で熱交換する熱交換器を設置する。原子炉建屋内側の熱交換器は、原子炉建屋内の蒸気を凝縮するためのもので、蒸気凝縮により奪った熱は原子炉建屋外側の熱交換器から外部に放出する。原子炉建屋内側の熱交換器で蒸気を凝縮して生成した水は、熱交換器の下部に設置した凝縮水回収器で集め、凝縮器回収器下部から使用済燃料プールへと接続した凝縮水戻し管を通して使用済燃料プールに戻す構造とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉建屋と、該原子炉建屋内部に設置された使用済燃料プールを持つ原子力発電プラントにおいて、
前記原子炉建屋には使用済燃料プールの静的水供給装置が設置され、該使用済燃料プールの静的水供給装置は、前記原子炉建屋外部に設置された外側熱交換器、内部に設置された内側熱交換器を持ち、前記外側熱交換器と内側熱交換器は接続されており、内側熱交換器で吸収した熱を外側熱交換器から放出できる構造であり、前記内側熱交換器下方には凝縮水回収器を設置し、該凝縮水回収器の下部には凝縮水戻し管が接続され、該凝縮水戻し管の出口は前記使用済燃料プールであることを特徴とする使用済燃料プールの静的水供給装置。
【請求項２】
請求項１記載の使用済燃料プールの静的水供給装置において、前記外側熱交換器と前記内側熱交換器は、高温側接続管と該高温側接続管より低い位置にある低温側接続管で接続され、内部に作動流体が封入されたヒートパイプ熱交換器であることを特徴とする使用済燃料プールの静的水供給装置。
【請求項３】
請求項２記載の使用済燃料プールの静的水供給装置において、ヒートパイプ内部の作動流体は沸点が３５〜９９℃の間の流体であることを特徴とする使用済燃料プールの静的水供給装置。
【請求項４】
請求項２記載の使用済燃料プールの静的水供給装置において、前記外側熱交換器の上端高さは、前記内側熱交換器の上端高さよりも高いことを特徴とする使用済燃料プールの静的水供給装置。
【請求項５】
請求項２記載の使用済燃料プールの静的水供給装置において、前記外側熱交換器の下端高さは、前記内側熱交換器の下端高さよりも高いことを特徴とする使用済燃料プールの静的水供給装置。
【請求項６】
請求項１記載の使用済燃料プールの静的水供給装置において、前記外側熱交換器は水平面に対して３０〜１８０°の角度を持っていることを特徴とする使用済燃料プールの静的水供給装置。
【請求項７】
請求項１記載の使用済燃料プールの静的水供給装置において、前記外側熱交換器と前記内側熱交換器の少なくとも一方は、伝熱促進用のフィンを持つことを特徴とする使用済燃料プールの静的水供給装置。
【請求項８】
請求項６記載の使用済燃料プールの静的水供給装置において、前記内側熱交換器に設置された伝熱促進用のフィンは、水平面に対して１０°以上の角度を持つことを特徴とする使用済燃料プールの静的水供給装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の使用済燃料プールの静的水供給装置は、沸騰水型軽水炉プラントに設置されることを特徴とする使用済燃料プールの静的水供給装置。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の使用済燃料プールの静的水供給装置は、加圧水型軽水炉プラントに設置されることを特徴とする使用済燃料プールの静的水供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子力発電プラントに用いられる使用済燃料プールの静的水供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電システム、例えば沸騰水型軽水炉（以下、ＢＷＲと称す）は、原子炉建屋内に既に数サイクル運転経過した使用済燃料や、定期検査時に原子炉から取り出した燃料（以下、これらをまとめて使用済燃料と称す）を一時的に保管する使用済燃料プール（以下、ＳＦＰと略す）がある。使用済燃料はプールの下部に設置し、燃料が完全に冠水した状態で貯蔵している。使用済燃料は崩壊熱により発熱しているため、プール水を循環して冷却し、約４０℃程度のプール水の温度に管理している。
【０００３】
一方、ポンプのような動力を使用しない自然循環方式の冷却法として、ヒートパイプを用いた空冷システムなどがある。一般的なヒートパイプの熱的な特徴は、伝熱工学資料などの技術資料に記載されている。最初の発想は、宇宙空間内の無重力状態で、動力を使わずに熱輸送能力を高める目的で、機器の冷却や除熱に使用されてきた。一方で、民生用ヒートパイプとして、電子機器の冷却及び産業機械の冷却などで、いくつかの製品に適用された実績がある。作動流体が液体単相流の自然循環による放熱に比べて、ヒートパイプでは作動媒体の沸騰・凝縮といった相変化現象を用いているため、これら流体の大きな蒸発潜熱による熱輸送能力の高さは際立っており、構造部材の熱伝導による熱移動に比べて極めて大きな熱輸送能力があることが知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】伝熱工学資料（改訂第４版）、日本機械学会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現行ＢＷＲで用いられているＳＦＰプール水の冷却システムは、一般的に電動ポンプで冷却水を循環させている。冷却水を循環するために必要な電源が喪失した場合、ＳＦＰ内のプール水は使用済燃料から発生する崩壊熱により徐々に加熱される。ＳＦＰ内には十分な水量が確保されているため、ＳＦＰのプール水の温度上昇は非常にゆるやかであるが、電源の喪失が長期におよぶ場合には、ＳＦＰのプール水の一部は蒸発して失われる可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、電源の喪失が長期におよぶ場合でも、使用済燃料プールのプール水の減少を抑制できる使用済燃料プールの静的水供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明は、使用済燃料プールよりも上部に、原子炉建屋内外で熱交換する熱交換器を設置する。原子炉建屋内側の熱交換器は、原子炉建屋内の蒸気を凝縮するためのもので、蒸気凝縮により奪った熱は原子炉建屋外側の熱交換器から外部に放出する。原子炉建屋内側の熱交換器で蒸気を凝縮して生成した水は、熱交換器の下部に設置した凝縮水回収器で集め、凝縮器回収器下部から使用済燃料プールへと接続した凝縮水戻し管を通してＳＦＰに戻す構造とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、長期の電源喪失時でも使用済燃料プールのプール水の減少を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の好適な一実施例である使用済燃料プールの静的水供給装置の構成図である。
【図２】伝熱促進用フィンを表した図である。
【図３】外側熱交換器の傾斜を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
発明者らは、長期の電源喪失時にＳＦＰ内のプール水の減少を抑制するには、ＳＦＰよりも上部に、原子炉建屋内外で熱交換する熱交換器を設置し、原子炉建屋内の蒸気を凝縮してＳＦＰに戻せば良いとの結論に達した。
【００１１】
これにより、長期の電源喪失時でもＳＦＰプール水の減少を抑制できるため、原子炉の安全性をさらに向上することができる。
【００１２】
上記の検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明の好適な一実施例である実施例１の使用済燃料プールの静的水供給装置を、図１を用いて説明する。本実施例は沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）の例を示しているが、基本的な構成が近い、例えば加圧水型軽水炉などにも適用できる。
【００１４】
本発明の使用済燃料プールの静的水供給装置は、原子炉建屋１の外側に設置された外側熱交換器２、内側に設置された内側熱交換器３、内側熱交換器の下方に設置された凝縮水回収器４、凝縮水回収器下部に接続された凝縮水戻し管５を備えている。外側熱交換器と内側熱交換器は、高温側接続管６と低温側接続管７で接続されている。
【００１５】
凝縮水回収器の下方には使用済燃料を貯蔵する使用済燃料プール（ＳＦＰ）８があり、その中には使用済燃料９が貯蔵されている。通常時のＳＦＰ水位は使用済燃料の上端より上で、かつＳＦＰの上端１０より下にある。
【００１６】
ＳＦＰ内のプール水は、通常は外部電源により駆動される崩壊熱除去系などで冷却されている。外部電源が喪失した場合には、使用済燃料の崩壊熱により、プール水温は徐々に上昇することになる。ＳＦＰは崩壊熱に対して十分大きな水量が確保されており、短時間の外部電源喪失ではプール水温の上昇は小さく問題とならない。外部電源の喪失が長期にわたる場合には、プール水温上昇によりプール水が蒸発し、プール水量が減少することになる。ＳＦＰから蒸発したプール水は原子炉建屋内部に蒸気の形で放出される。
【００１７】
本実施例では、原子炉建屋の外側と内側に、外側熱交換器と内側熱交換器を設置しており、外側熱交換器と内側熱交換器は高温側接続管と低温側接続管で接続されたヒートパイプの閉ループを構成している。この閉ループの内部にはヒートパイプの作動流体として、３５℃〜９９℃の間で沸騰する流体（以下、低沸点流体と称す）が封入されている。ＳＦＰからプール水が蒸発している状況では、内側熱交換器の周囲は大気圧の水の飽和温度１００℃に近い状態であり、内側熱交換器内部の低沸点流体は周囲の熱を吸収して蒸発する。この時逆に、内側熱交換器外部の蒸気は熱を奪われて冷却、凝縮することになる。内側熱交換器内部で蒸発した低沸点流体は、内側熱交換器上部に接続された高温側接続管を通って外側熱交換器に流入する。外側熱交換器の周囲は外気温（国内であれば〜３５℃程度）であるため、低沸点流体は外部に熱を放出して凝縮する。凝縮した低沸点流体は低温側接続管を通って再び内側熱交換器へと流入する。
【００１８】
熱交換性能を向上するため、外側熱交換器や内側熱交換器には冷却促進用のフィンを付けると効果的である。熱交換器は数百本の伝熱管１２により構成される（図２）。図２では、鉛直方向に備えた伝熱管１２に対して、複数本の伝熱促進用フィン１１を水平面に対して角度αだけ傾斜させて設けている。内側熱交換器については、フィンの設置角度を水平面に対してα＝１０°以上の傾斜を付けると良い。好ましくは水平面に対してα＝９０°（垂直方向）のフィンが良い。伝熱促進用のフィンに角度をつけることで、内側熱交換器表面で凝縮した水を凝縮水回収器に効率よく流下させることが出来る。
【００１９】
さらに、低沸点流体が一部に滞留することを防止するため、高温側接続管は外側熱交換器および内側熱交換器の上端部、低温側接続管は外側熱交換器および内側熱交換器の下端部に設置し、外側熱交換器の上端高さおよび下端高さは、内側熱交換器の上端高さおよび下端高さより上方になるような配置にすると良い。
【００２０】
外側熱交換器は、原子炉建屋外部から消防車の放水などにより冷却可能な構造としておくとさらに良い。放水を効率よく外側熱交換器にあてるため、外側熱交換器を水平面に対して角度β＝３０°〜１８０°の範囲で角度を付けて設置すると良い（図３）。
【００２１】
本発明の目的は原子炉建屋内部から外部へ熱を逃がすことにあるので、内側熱交換器と外側熱交換器はヒートパイプ以外の熱交換方法で接続されていても問題無い。
【００２２】
内側熱交換器の周囲では上述のように、ＳＦＰから蒸発した蒸気が冷却、凝縮される。凝縮して生成された水は内側熱交換器表面を伝って下部へと落ちることになる。内側熱交換器周囲で凝縮した水を回収するため、内側熱交換器の下方に皿状の凝縮水回収器を設置する。凝縮水回収器に溜まった凝縮水は、凝縮水回収器下部に接続した凝縮水戻し管から排出する。
【００２３】
凝縮水戻し管はＳＦＰ内に接続されており、その出口高さは凝縮水の飛散を防ぐためにＳＦＰ上端より下とするが、好ましくは、通常時のＳＦＰ水位より下が良い。
以上の構成を取ることで、外部電源が長期に喪失した場合でも、ＳＦＰから蒸発した蒸気を凝縮して再びＳＦＰに戻すことができるため、ＳＦＰのプール水の減少を抑制できる。
【符号の説明】
【００２４】
１…原子炉建屋、２…外側熱交換器、３…内側熱交換器、４…凝縮水回収器、５…凝縮水戻し管、６…高温側接続管、７…低温側接続管、８…使用済燃料プール、９…使用済燃料、１０…使用済燃料プール上端、１１…伝熱促進用フィン、１２…伝熱管。
【図１】
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【図２】
2012230030.tif 000004
【図３】
2012230030.tif 000005