(57)【要約】【課題】加圧水型原子炉の格納容器の冷却効率を高める格納容器用冷却流体供給装置を提供可能とする。【解決手段】ドーム状屋根部の上部に設けられ冷却水を貯蔵する貯水槽と、  前記貯水槽から冷却水を前記ドーム状屋根部に導く散水管と、前記散水管から注がれる冷却水を受け、基部に複数の排水口を有する前記ドーム状屋根部の頂上部を中心に設けられた円筒状の冷却水分配容器と、前記冷却水分配容器の周囲から、前記頂上部を中心として放射状に延びるガイドフィンとを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧水型原子炉の格納容器のドーム状屋根部に設けられた格納容器用冷却流体供給装置であって、
前記ドーム状屋根部の頂上部を中心に設けられ、基部に複数の排水口を有する円筒状の冷却水分配容器と、
冷却水を前記冷却水分配容器に供給する散水管と、
前記冷却水分配容器の周囲から、前記頂上部を中心として前記ドーム状屋根部の径方向外側に向け放射状に延びるガイドフィンと、を備えることを特徴とする格納容器用冷却流体供給装置。
【請求項２】
前記ガイドフィンが、複数の短尺フィンと、複数の長尺フィンとを備え、
前記複数の短尺フィンは、前記冷却水分配容器の周囲から、前記頂上部を中心として等間隔に放射状に延び、
前記複数の長尺フィンは、前記複数の短尺フィンよりも外側に、前記頂上部を中心として等間隔に放射状に延びていることを特徴とする請求項１に記載の格納容器用冷却流体供給装置。
【請求項３】
前記複数の長尺フィンは、
前記複数の短尺フィンの外側の端を結ぶ円周上から、前記頂上部を中心として等間隔に放射状に延びる複数の長尺フィンから構成される第１長尺フィン群と、
前記第１長尺フィン群に属する隣り合う複数の長尺フィン同士の中間点であって、前記第１長尺フィン群に属する長尺フィンの長さ方向に略半分の地点同士を結ぶ前記頂上部を中心とする円周上から、前記頂上部を中心とする放射状に等間隔に延びる複数の長尺フィンから構成される第２長尺フィン群と、
前記第２長尺フィン群に属する複数の長尺フィンの外側の端同士を結ぶ前記頂上部を中心とする円周上から、前記頂上部を中心とする放射状に等間隔に延びる複数の長尺フィンから構成される第３長尺フィン群と、
前記第３長尺フィン群に属する複数の長尺フィンの外側の端同士を結ぶ前記頂
上部を中心とする円周上から、前記頂上部を中心とする放射状に等間隔に延びる複数の長尺フィンから構成される第４長尺フィン群と、
前記第４長尺フィン群に属する複数の長尺フィンの外側の端同士を結ぶ前記頂上部を中心とする円周上から、前記頂上部を中心とする放射状に等間隔に延びる複数の長尺フィンから構成される第５長尺フィン群と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の格納容器用冷却流体供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、格納容器用冷却流体供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加圧水型原子炉における緊急時の格納容器の冷却系に、受動的容器冷却システム（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（以下、ＰＣＳと記載））と呼称される系統がある。ＰＣＳは、原子力発電所の格納容器内での冷却機能の喪失や主蒸気管破断事故等の際に、水を冷却剤として格納容器中の空気から熱エネルギーを取除くことによって格納容器の温度と圧力を低下させるのに有効である。
【０００３】
上記ＰＣＳの重要な構成要素は散水システム（冷却流体供給装置）であって、前記散水システムは格納容器を効率的に冷却するための極めて重要な役割を果す。
【０００４】
より具体的に説明すると、このシステムは、格納容器を覆う建屋の上部に設置された貯水タンクから重力によって格納容器の上部へ冷却水を散水（重力スプレイ）し、高温の格納容器に接触し蒸発する冷却水の吸熱作用により格納容器を冷却する。
【０００５】
冷却水は格納建屋の最上部に設置された貯水タンクから重力によって流出し、前記散水システムによって散水される。冷却水は前記最上部から、格納容器のドーム状の外表面を流れ、さらに前記格納容器の側壁を流れる過程で高温の前記格納容器の表面に接触することによって蒸発する。この冷却水の蒸発時の吸熱作用により格納容器から熱を熱交換により除去する。
冷却水が前記格納容器上を流れ落ちる際、冷却水は前記格納容器のドーム状屋根部に滞留しながら格納容器の下部に流れ落ちるように構成されている。
【０００６】
上記ＰＣＳ用の散水システムの一例が、特開２００９−２３６５７２に開示されている。この散水システムは、格納容器のドーム表面の一部を覆うワイヤメッシュの組み合わせ（メッシュ層１９）を使用することにより、ドーム上に冷却水を滞留させている。冷却水は複雑な構成を有する前記メッシュを介してドーム表面に拡散し、格納容器を冷却する。
また、特開２００３−１８５７８１も格納容器の冷却に関して開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２３６５７２号公報
【特許文献２】特開２００３−１８５７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のＰＣＳ用の散水システムは、以下の１）〜４）に記載の理由によりその効果が限定されている。即ち、１）熱交換面積がドーム状の格納容器のドームの面積に限られている。２）散水システムが冷却水を前記ドーム上に一様に散水することができず、前記ドームを一様に冷却水で覆わせることができない。その結果、前記ドームの一部に冷却水が到達しない可能性がある。３）空気取り入れ口より外部環境から冷却用の空気を取り入れようとしても、容器やワイヤメッシュの干渉によって気流が妨害される。また、上記に加え、従来のＰＣＳ用の散水システムは、製造が複雑であった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第一の実施態様は、加圧水型原子炉の格納容器のドーム状屋根部に設けられた格納容器用冷却流体供給装置であって、前記ドーム状屋根部の頂上部を中心に設けられ、基部に複数の排水口を有する円筒状の冷却水分配容器と、冷却水を前記冷却水分配容器に供給する散水管と、前記冷却水分配容器の周囲から、前記頂上部を中心として前記ドーム状屋根部の径方向外方に向け放射状に延びるガイドフィンと、を備えることを特徴とする格納容器用冷却流体供給装置を採用する。
【００１０】
本発明の第一の実施態様によれば、前記ガイドフィンを設けることによって、冷却水がドーム状屋根部に一様に拡散するため、ドーム状屋根部を一様に冷却水で覆わせることができ、その結果、格納容器のドーム状屋根部の全域に十分に冷却水を供給することができる。従って、冷却水とドーム状屋根部との接触面積を増大させることができる。よって、ガイドフィンの設置による熱交換面積の増大と相まって、熱交換面積を飛躍的に増大させることができ、効果的に格納容器から熱を除去させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加圧水型原子炉の格納容器の冷却効率を高める格納容器用冷却流体供給装置を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態における冷却流体供給装置を備える加圧水型原子炉の格納容器を含む冷却構造体の一部断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における冷却流体供給装置を備える格納容器の側面図である。
【図３】図２の格納容器の平面図である。
【図４】図２の格納容器の頂上部の拡大斜視図である。
【図５】図３の一部拡大図である。
【図６】図３の中心部の拡大断面図である。
【図７】（ａ）は本発明の一実施形態における長尺フィンの斜視図である。（ｂ）は（ａ）の矢印Ｂ方向から見た上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る格納容器用冷却流体供給装置を説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態における冷却流体供給装置を備える加圧水型原子炉の格納容器１を含む冷却構造体１０の構成を示す一部断面図である。
格納容器１は、その頂部に所定の勾配角を有するドーム状屋根部２と、このドーム状屋根部２の下部に連結する筒状の胴部３とを備えている。この格納容器１内には原子炉４、蒸気発生器５等が収納されている。
【００１５】
冷却構造体１０は、所定間隙をあけて格納容器１の外側を遮蔽壁１２で覆う建屋構造体１１を有する。建屋構造体１１には、その側部に吸気口１３が形成され、その頂部に排気口１４が形成されている。建屋構造体１１は、排気口１４の周りを囲むよう設けられた貯水槽１５を備える。貯水槽１５の底部には格納容器１のドーム状屋根部２の頂部に連通する散水管１６が取り付けられている。散水管１６から落下した水は、高温の格納容器１に接して蒸発し、蒸発時の吸熱作用により格納容器１から熱を奪い、蒸発した冷却水である水蒸気は、排気口１４から外気に排気される（図１の矢印を参照）。
【００１６】
冷却構造体１０は、格納容器１と建屋構造体１１との間隙を仕切って２重のアニュラス部（環状の空間）を形成し、冷却用通風経路を形成するバッフル板（仕切板）１７を有する。バッフル板１７は、上記間隙を仕切ることで、建屋構造体１１側の空間に吸気口１３から吸気された冷却風（空気）が下降する第１流路１８を形成し、格納容器１側の空間に第１流路１８を流通した冷却風が排気口１４に向かって上昇する第２流路１９を形成する構成となっている。
【００１７】
この構成によれば、高温の格納容器１との間で熱交換して高温となった冷却風
が、第２流路１９において上昇気流となり、排気口１４から外部に順次排気される。そうすると、吸気口１３から吸気され第１流路１８を下降した冷却風が、第２流路１９に自然に流れこむ。したがって、この構成によれば、冷却風が吸気口１３から入り排気口１４から抜ける、自然通風による格納容器１の冷却が可能となる。
【００１８】
一方、格納容器１のドーム状屋根部２には、図２から図４に示すように、複数の短尺フィン２２と複数の長尺フィン２３より構成されるガイドフィン２４が設けられている。図５及び図６に示すように、格納容器１のドーム状屋根部２にはさらに、散水管１６の先端部Ｄ、冷却水分配容器２０、が配置され、本願発明の実施形態に係わる散水システム３０を構成する。ここで、長尺フィン２３の長さは、短尺フィン２２の長さの略２倍に設定されている。
【００１９】
図２において、ドーム状屋根部２の頂上部Ｔから放射状に胴部３に向かって延びる複数の曲線は、複数の短尺フィン２２と複数の長尺フィン２３とからなるガイドフィン２４を示している。頂上部Ｔを中心に、複数の短尺フィン２２と複数の長尺フィン２３とからなるガイドフィン２４が放射状に延びる様子は図３に示されている。図４は、図２の格納容器の頂上部Ｔの拡大斜視図である。
【００２０】
図５に示すように、冷却水分配容器２０の中心が頂上部Ｔに設置され、複数の短尺フィン２２が頂上部Ｔを中心として、冷却水分配容器２２の外周から放射状に延びるように等間隔に配置されている。
【００２１】
なお、以下の記載では、ドーム状屋根部２の中心側を先端側、ドーム状屋根部の径方向外側を後端側と定義する。
【００２２】
図４から図６に示すように、複数の長尺フィン２３は、隣り合う複数の短尺フィン２２同士の中間点であって、複数の短尺フィン２２の後端同士を結ぶ頂上部Ｔを中心とする円周上から、頂上部Ｔを中心とする放射状に延びるように設置されている。このような複数の短尺フィン２２のすぐ外側に設けられる複数の長尺フィン２３を第１長尺フィン群２３ｇ１とする。
また、第１長尺フィン群２３ｇ１に属する隣り合う複数の長尺フィン２３は等間隔に並んでいる。
【００２３】
さらに、第１長尺フィン群２３ｇ１に属する隣り合う複数の長尺フィン２３同士の中間点であって、第１長尺フィン群２３ｇ１に属する複数の長尺フィン２３の長さ方向に略半分の地点同士を結ぶ頂上部Ｔを中心とする円周上から、異なる複数の長尺フィン２３が頂上部Ｔを中心とする放射状に延びるように設置されている。この異なる複数の長尺フィン２３を第２長尺フィン群２３ｇ２とする。
また、第２長尺フィン群２３ｇ２に属する隣り合う複数の長尺フィン２３は等間隔に並んでいる。
【００２４】
以下同様に、第２長尺フィン群２３ｇ２に属する複数の長尺フィン２３の後端同士を結ぶ頂上部Ｔを中心とする円周上から、頂上部Ｔを中心として放射状に伸びるように設置された複数の長尺フィン２３を第３長尺フィン群２３ｇ３とする。
【００２５】
本実施形態では、図４に示すように、第２長尺フィン群２３ｇ２に属する隣り合う２つの長尺フィン２３の間に、第３長尺フィン群２３ｇ３に属する２つの長尺フィン２３が配置されている。
また、第３長尺フィン群２３ｇ３に属する隣り合う複数の長尺フィン２３は等間隔に並んでいる。
【００２６】
さらに、第３長尺フィン群２３ｇ３に属する隣り合う複数の長尺フィン２３同士の中間点であって、第３長尺フィン群２３ｇ３に属する複数の長尺フィン２３の後端同士を結ぶ頂上部Ｔを中心とする円周上から、頂上部Ｔを中心として放射状に伸びるように設置された複数の長尺フィン２３を第４長尺フィン群２３ｇ４とする。
また、第４長尺フィン群２３ｇ４に属する隣り合う複数の長尺フィン２３は等間隔に並んでいる。
【００２７】
さらに、第４長尺フィン群２３ｇ４に属する隣り合う複数の長尺フィン２３同士の中間点であって、第４長尺フィン群２３ｇ４に属する複数の長尺フィン２３の長さ方向に略半分の地点同士を結ぶ頂上部Ｔを中心とする円周上から、頂上部Ｔを中心として放射状に伸びるように設置された複数の長尺フィン２３を第５長尺フィン群２３ｇ５とする。
また、第５長尺フィン群２３ｇ５に属する隣り合う複数の長尺フィン２３は等間隔に並んでいる。
【００２８】
次に、格納容器１のドーム状屋根部２の頂上部Ｔ付近の構成を詳細に説明する。
図５及び図６に示すように、格納容器１のドーム状屋根部２に溶接等で接合された円筒状の冷却水分配容器２０の基部には略半円状の複数の排水口２１が設けられている。
また冷却水分配容器の高さｈ１はフィンの高さｈ２よりも高くなるように構成されている。
さらに、図６に示すように、散水管１６の下端部Ｄは、冷却水分配容器２０の高さｈ１の略半分の高さまで挿入されて開口している。
【００２９】
図１の貯水槽１５から重力により散水管１６から流出する冷却水は、散水管１６の先端部Ｄから排出される。やがて、冷却水分配容器２０の上部から冷却水が溢れ出ると、冷却水は冷却水分配容器２０の外部に一様に排出される。冷却水は、複数の短尺フィン２２、第１長尺フィン群２３ｇ１、第２長尺フィン群２３ｇ２、第３長尺フィン群２３ｇ３、第４長尺フィン群２３ｇ４、第５長尺フィン群２３ｇ５等から構成されるガイドフィン２４の間を通過する。
ドーム状屋根部２を通過した冷却水はさらに格納容器１の胴部３に流れる。
【００３０】
この時、ドーム状屋根部２上には、上述のような複数の短尺フィン２２と複数の長尺フィン２３とからなるガイドフィン２４が配置されているため、ドーム状屋根部２の表面に溶接の不連続性などによる表面変動があったとしても、冷却水はドーム状屋根部２において、頂上部Ｔを中心とする放射状に一様に拡散する。
【００３１】
一方、図２に示すように、長尺フィン２３は、格納容器１のドーム状屋根部２の最外縁部には設けられていない。この領域では、ドーム状屋根部２の傾斜が十分に大きい為、冷却水に作用する重力の影響が大きく、ドーム状屋根部２の溶接の不連続性などによる表面変動による影響が無視できるほど小さくなる。従って、ドーム状屋根部２の最外縁部に長尺フィン２３は設けられていない。
【００３２】
次に、長尺フィン２３の形状について図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照して詳細に説明する。
図７（ａ）に長尺フィン２３の斜視図を示す。図７（ａ）に示すように、長尺フィン２３は側面視で略平行四辺形に形成されている。一方、図では示されていないが、図７（ａ）に示す長尺フィン２３の下側面は、格納容器１のドーム状屋根部２に溶接等で溶着されるため、ドーム状屋根部２の形状に合わせて楕円状に形成されている。
【００３３】
図７（ｂ）は、図７（ａ）の長尺フィン２３の矢印Ｂ方向から見た上面図である。
【００３４】
図７（ｂ）に示すように、長尺フィンの先端及び後端は略半円状に形成されている。このため図７（ｂ）に示す冷却水の流れＦが長尺フィンの先端に接近すると、冷却水の流れＦ１とＦ２とに長尺フィンの左右に均等に分離する。そして、冷却水の流れＦ１とＦ２は、長尺フィンの後端を過ぎると統合して再び冷却水の流れＦとなる。この時、長尺フィンの先端及び後端が略半円状に形成されているため、冷却水の流れＦの分離時、及び分離した冷却水の流れＦ１，Ｆ２の結合時において、冷却水の流れを停滞させるよどみ点が形成されることを防止可能である。よって、冷却水の流れＦの分離時と、分離した冷却水の流れＦ１，Ｆ２の結合時において、長尺フィン２３の周囲に冷却水の一様な流れが存在することになる。従って、長尺フィン２３は、冷却水の流れによって、偏り無く一様に濡れた状態を維持することができる。
【００３５】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は長尺フィンを示す図であるが、短尺フィンが長尺フィントと異なる点は、長尺フィンの長さが、短尺フィンの長さの略２倍であることのみである。その他の特徴、即ち、フィンの厚さ、及び高さは、長尺フィンと短尺フィンに共通である。さらに、短尺フィンの後端が略半円状に形成されている点、短尺フィンの格納容器１のドーム状屋根部２と接触する箇所がドーム状屋根部２の形状に合わせて楕円状に形成されている点も、長尺フィンと同様である。従って、短尺フィンにおいても、上述した長尺フィンと同様の作用効果が得られる。また、図７（ａ）及び図７（ｂ）に対応する短尺フィンの図は省略する。
【００３６】
従って、本発明の第１の実施形態によれば、原子力発電所の格納容器内での冷却機能の喪失や主蒸気管破断事故等の際に、効率よく格納容器から熱を熱交換により除去させることができる。
即ち、本発明の第１の実施形態によれば、ガイドフィン２４を設けることによって、冷却水と格納容器１のドーム状屋根部２との接触面積を増大させることにより熱交換面積を飛躍的に増大させることができ、効果的に格納容器から熱を除去させることができる。
【００３７】
また。本発明の第１の実施形態によれば、ガイドフィン２４を設けることにより冷却水が一様に拡散するため、格納容器１のドーム状屋根部２の面積が十分に冷却水に濡れる。即ち、格納容器１のドーム状屋根部２を一様に冷却水で覆わせることができ、熱交換を行う面積を増大させることができる。
また、本発明の第１の実施形態によれば、吸気口１３により外部環境から取り
入れた空気と干渉する構成がないため、空気が格納容器の周囲を円滑に流れ、排
気口１４から抜け出ることが可能となる。従って、散水システム３０による格納容器１の冷却に加えて、自然通風による格納容器１の冷却が可能となる。
さらに、本発明の第１の実施形態によれば、複雑なワイヤメッシュ等を使用しないため、従来のＰＣＳ用の散水システムと比較して製造が容易である。
【００３８】
なお、本発明の実施形態は、上記第１の実施形態の構成に限定されない。
例えば、第１長尺フィン群２３ｇ１、第２長尺フィン群２３ｇ２、第３長尺フィン群２３ｇ３、第４長尺フィン群２３ｇ４、第５長尺フィン群２３ｇ５の配置は、格納容器１のドーム状屋根部２の形状や材質に合わせて適宜変更しても良い。
また、長尺フィン２３の先端及び後端、及び短尺フィン２２の後端を上面視した際の形状は略半円状に限られず、例えばくさび状であっても良い。
第１の実施形態では、短尺フィンが頂上部Ｔに最も近い最内縁部にのみ用いられていたが、短尺フィンを頂上部Ｔより下流域で再び使用しても良い。
第１の実施形態を説明する図面に表示した短尺フィン２２、長尺フィン２３の本数、間隔、設置範囲、個々のフィンの長さ等は、格納容器１のドーム状屋根部２の形状や材質に合わせて適宜変更しても良い。
即ち、図２及び図３に示すように、格納容器１のドーム状屋根部２の最外周部近傍に達するまで、複数の長尺フィン２３より構成される長尺フィン群を円環状に繰り返し配置しても良いし、フィンの設置間隔を、これら円環状をなす各フィン群で変更してもよい。
また、上記フィン群を、ドーム状屋根部２の最外周部のみならず、格納容器１の胴部３の上部にまで延設しても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１  格納容器
２  ドーム状屋根部
３  胴部
４  原子炉４
５  蒸気発生器
１０  冷却構造体
１６  散水管
２０  冷却水分配容器
２１  排水溝
２２  短尺フィン
２３  長尺フィン
２４  ガイドフィン
３０  散水システム
Ｔ  頂上部
Ｄ  散水管の先端
Ｆ  冷却水の流れ
Ｆ１  分離した冷却水の流れ
Ｆ２  分離した冷却水の流れ
【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】
2013145147.tif 000008
【図７】
2013145147.tif 000009