JPH05322459A

JPH05322459A - 自然循環冷房設備

Info

Publication number: JPH05322459A
Application number: JP2743691A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Sonoda; 隆幸薗田; Toshiaki Mizunoya; 俊明水野谷; Takenao Miyagawa; 武尚宮川; Kenji Tominaga; 研司富永
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Life Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Life Ltd
Priority date: 1991-02-21
Filing date: 1991-02-21
Publication date: 1993-12-07

Abstract

(57)【要約】【目的】単純化沸騰水型原子力発電設備の如きプラント
において、常用電源が喪失した場合非常用電源に期待せ
ず静的手段によりプラントの安全性を確保するため、気
流の発生および冷房を完全な静的手段で達成する自然循
環冷房設備を提供する。【構成】ヒートパイプシステム１または熱伝導率が高い
素材１６からなる境界壁１６、煙突形状の室１３、床開
孔１４、上部開口１１、発熱体９および蓄熱冷媒６ａに
より構成される。発熱体９により発生した熱は気流とし
て上部開口１１に導かれ、ヒートパイプシステムまたは
境界壁１６により冷却される。また、煙突形状１３およ
び床開口１４の作用で気流が自然循環すると共に、煙突
形状の室１３で蒸発したヒートパイプシステム内の媒体
は蓄熱媒体６ａにより冷却され、媒体の相変化の作用で
循環する。これにより送風機などの動的機器を用いず
に、自然循環で冷房が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自然循環冷房設備に係わ
り、特に、単純化沸騰水型原子力発電設備の電源喪失等
の事故時に冷房を必要とする制御室等、非常用発電設備
を有しない設備で、非常時に冷房を必要とする室の自然
循環冷房設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートパイプを使用した冷房設備の従来
技術には特開昭５６−４９８８９号公報に記載のものが
ある。この従来技術を図７に示す。冷房設備はヒートパ
イプ吸熱部１７、ヒートパイプ放熱部１８、水槽１９等
で構成されている。

【０００３】吸熱部１７では、ウィック２０内の作動液
が気化し、蒸気通路２１を通って放熱部１８に入る。放
熱部１８が位置する水槽１９内の水は細孔２３より外側
に浸透し、外気と接触して蒸発するため、その気化熱で
外気以下に冷却されている。したがって、放熱部１８は
冷却され、作動液は凝縮して作動液通路２２を通って再
び吸熱部１７に戻る。また吸熱部１７は窓際に配置さ
れ、自然流入する外気を冷却する。

【０００４】なお、他にこの種の冷房技術として関連す
るものには、特開昭５５−２５７９２号公報が挙げられ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】単純化沸騰水型原子力
発電設備では、常用電源が喪失した場合、非常用電源に
期待せず、静的な原子炉安全設備によりプラントの安全
性を確保することを目標としており、冷房設備について
も静的な方法で冷房が達成することが求められている。

【０００６】上記従来技術はヒートパイプ放熱部を窓際
に設け、自然流入する高温外気と接触させて冷房してい
る。一方、ヒートパイプ放熱部で発生した蒸発ガスはヒ
ートパイプ吸熱部にて単に水で冷却するのではなく、水
槽に微細な孔を設け、水の蒸発に伴う気化熱により水槽
内を低温に保っている。このため水槽は、常に一定の冷
却水が満たされるように、冷却水供給ポンプおよびセン
サーと連動する冷却水供給弁を設けて冷却水の補充を行
っている。

【０００７】しかしながら、この従来技術を上記原子力
発電設備の冷房に適用した場合には以下のような問題点
がある。第一は、上記原子力発電所においては、放射能
汚染拡大の防護の観点より、無窓構造としており、この
ため窓際に設置して自然流入する外気を冷却する上記方
式の冷房設備は適用不可能である。第二は、冷却源とし
ての水槽の機能維持に関して、センサーを用いた冷却水
の補充を行っている点である。すなわち、上記原子力発
電設備では、前述の通り静的手段で機能維持を達成する
ことを目標としているのに対して、上記従来の冷房設備
では冷却水の補充に関して冷却水供給ポンプおよびセン
サーと連動する冷却水供給弁の動力が必要であり、機能
維持を静的手段で達成できない。

【０００８】本発明の第１の目的は、室内の気流の発生
および冷房を静的な手段で達成する自然循環冷房設備を
提供することにある。本発明の第２の目的は、電源喪失
等の事故時にもその後一定期間継続して静的な手段で室
内の気流の発生および冷房を行える自然循環冷房設備を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明によれば、冷却対象室に隣接する煙突形
状の室と、冷却源を備えた放熱部および煙突形状の室に
格納した蒸発部を有する配管熱輸送式のヒートパイプシ
ステムとを備え、冷却対象室の床近傍および天井近傍に
高低差のある開口を形成し、煙突形状の室をこれら開口
を介して冷却対象室に連通させたことを特徴とする自然
循環冷房設備が提供される。ここで床近傍の開口として
好ましくは冷却対象室の床に複数の開口を形成する。

【００１０】また、上記第２の目的を達成するため、本
発明によれば、上記自然循環冷房設備において、前記ヒ
ートパイプシステム放熱部の冷却源として冷媒冷却設備
を備えた冷媒を蓄える蓄熱冷媒槽を設け、電源喪失また
は故障等による冷媒冷却設備の機能喪失後も必要期間中
継続して冷房可能としたことを特徴とする自然循環冷房
設備が提供される。

【００１１】なお、配管熱輸送式のヒートパイプシステ
ムに代え、冷却源と煙突形状の室との間の境界壁に一体
型容器を貫通配置したヒートパイプシステムを用いても
よい。また、配管熱輸送式のヒートパイプシステムを用
いる代わりに、冷却源と煙突形状の室との間の境界壁を
熱伝導率の高い素材で形成してもよい。

【００１２】また、冷却対象室の床近傍および天井近傍
に設けた開口の少なくとも一方に吸着フィルタを設置し
てもよいし、煙突形状の室全体にヒートパイプシステム
の蒸発部を配置してもよい。

【００１３】さらに、ヒートパイプシステムの放熱部を
冷却対象室の上部に配置し、煙突形状の室の有効高さを
拡大してもよいし、ヒートパイプシステム放熱部の冷却
源として氷蓄熱槽を設け、この氷蓄熱槽に自然循環冷却
の必要期間中あるいはそれ以上の期間継続して冷却を行
える氷を製氷し、蓄熱する容量を持たせてもよい。

【００１４】

【作用】冷却対象室の床近傍および天井近傍に高低差の
ある開口を形成し、ヒートパイプシステムの蒸発部を格
納した煙突形状の室をこれら開口を介して冷却対象室に
連通させることにより、煙突形状の室と冷却対象室との
間に自然循環ループが形成され、冷却対象室での発熱に
よる加熱空気と、煙突形状の室内におけるヒートパイプ
システム蒸発部での冷却による冷却空気との比重差によ
り空気の自然循環が発生して、冷却対象室での除熱効果
が達成される。また、床近傍の開口として複数の床開口
を設けることにより、煙突形状の室からの冷気は冷却対
象室へ均一に分配され、室内温度分布は最適化される。

【００１５】ヒートパイプシステム放熱部の冷却源とし
て蓄熱冷媒槽を設け、この蓄熱冷媒槽を冷媒冷却設備に
て予め蓄熱しておくことにより、冷媒冷却設備の常用電
源喪失または故障等による機能喪失後、冷媒冷却設備の
機能喪失により徐々に冷却容量が低下していくが、単純
化沸騰水型原子力発電設備では常用電源喪失後の運転期
間に限度があるので、その期間中の熱を除去する容量が
あれば冷媒冷却設備の機能喪失後も必要期間中継続して
冷房可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。まず、本発明の第１の実施例を図１により説明す
る。図１において、本実施例の自然循環冷房設備は発熱
体９を収納した冷却対象室８を冷房するものであり、冷
却対象室８に隣接する煙突形状の室１３と、配管熱輸送
式のヒートパイプシステム１とを備え、ヒートパイプシ
ステム１は、媒体凝縮器２、煙突形状の室１３に格納さ
れた媒体蒸発器３、ヒートパイプ内の液化媒体４および
蒸気化媒体５、並びに媒体凝縮器２の冷却源を提供し、
媒体凝縮器２と共にヒートパイプシステムの放熱部を構
成する蓄熱冷媒槽６とで構成されている。また、冷却対
象室８の床には複数の開口１４が形成され、かつ天井付
近には開口１４に対して高低差のある上部開口１１が形
成され、冷却対象室８と煙突形状の室１３との間に気流
１０，１２，１５が自然循環するループを形成する構成
となっている。

【００１７】畜熱冷媒槽６は冷媒冷却設備７を備え、冷
媒冷却設備７にて蓄熱冷媒６ａ、例えば水が冷却され
る。ヒートパイプシステム１は蓄熱冷媒６ａの潜熱を利
用して気流１２を冷却するものであり、気流１２によっ
て媒体蒸発器３内の液化媒体４は蒸気化されて媒体４と
なり、この状態で媒体凝縮器２へ熱輸送する。媒体凝縮
器２は畜熱冷媒６ａの潜熱で蒸気化媒体５の熱を吸収
後、液化媒体４に戻る。この液化媒体４は媒体蒸発器３
へ再び導かれる。このように、ヒートパイプ内では媒体
の相変化による循環が行われる。

【００１８】一方、冷却対象室８内では発熱体９により
気流１０が生じる。気流１０は上部開口１１を通り、気
流１２として煙突形状の室１３へ導かれ、媒体蒸発器３
の上流側に高温部を形成する。このとき、媒体蒸発器３
の下流側は発熱体９の熱を受けていないので、媒体蒸発
器３の吸熱作用により低温部が発生する。したがって、
この高温部と低温部の温度差により気体の比重差が発生
し、この比重差により媒体蒸発器３の上流側から下流側
へ流れようとする力が働く。煙突形状の室１３は冷却対
象室８と連通する複数の床開口１４で開放されているの
で、この力は気流１５となり、再び冷却対象室８へ導か
れる。上記の繰り返しによって冷房は連続して行われ
る。

【００１９】以上のように、本実施例は自然循環を発生
させ、冷却対象室８を冷房するものである。また、煙突
形状の室１３は、適当な高低差をつけた上部開口１１お
よび複数の床開口１４により気流１２，１５の煙突効果
を向上させ、冷却対象室８に対する冷却効果を向上させ
ている。また、複数の床開口１４を形成したので、煙突
形状の室１３からの冷気は冷却対象室８へ均一に分配さ
れ、室内温度分布は最適化される。さらに、ヒートパイ
プシステム１は、冷媒冷却設備７が電源喪失または故障
等で停止した場合でも、畜熱冷媒６ａにより継続して冷
房機能が維持できる。

【００２０】したがって、本実施例によれば、冷媒対象
室８の冷房を静的手段で実現可能であり、しかも畜熱冷
媒６ａによって、冷媒冷却設備７の機能喪失後も継続し
て冷房を行うことができる。また、複数の床開口１４に
より冷却効果の向上が図れる。

【００２１】なお、上記実施例では、ヒートパイプシス
テム１を配管熱輸送式とし、冷媒蒸発器３と冷媒凝縮器
４を分離しているが、図２に示すようにヒートパイプシ
ステム１Ａを一体型容器にし、畜熱冷媒槽６と煙突形状
の室１３との境界壁に貫通配置してもよい。

【００２２】また、上記実施例ではヒートパイプシステ
ム１を用いているが、図３に示すように、畜熱冷媒槽６
と煙突形状の室１３との境界壁に熱伝導率が高い素材１
６を使用し、冷却対象室８で発生する熱を吸収し、空気
の自然循環を発生させてもよい。

【００２３】また、上記実施例では自然循環ループを単
なる空気の通路としたが、図４に示すように、自然循環
ループのうち、開口１１あるいは１４の少なくとも一方
に吸着フィルタ１１Ａを設置し、室内汚染空気を自然循
環中に浄化するようにしてもよい。

【００２４】さらに、上記実施例では、ヒートパイプシ
ステムの媒体蒸発器３を煙突形状の室１３の一部に配置
したが、図５に示すようにヒートパイプシステム１Ｂの
冷媒循環配管を引き回すことで煙突形状の室１３の全域
を媒体蒸発器３Ｂとし、冷却効果を高めることもでき
る。

【００２５】また、上記実施例ではヒートパイプシステ
ムの放熱部を構成する畜熱冷媒槽６を冷却対象室８と同
一高さに並置したが、図６に示すように蓄熱冷媒槽６Ｃ
を冷却対象室８よりも上方の位置に配置し、煙突形状室
１３の有効高さを拡大することにより、冷却効果を高め
ることもできる。この場合、冷却対象室８の天井に複数
の開口を形成し、発熱体９により生じた気流１０をこの
開口１１ａを通して上部開口１１に導くのが好ましく、
これにより冷却対象室８内に一様な気流を生じさせるこ
とができる。

【００２６】なお、蓄熱冷媒６ａとして氷を用いる場合
は、必要とされる冷却期間、あるいはそれ以上の期間冷
却を行える量の氷を収容できる容量を畜熱冷媒槽６に持
たせ、常用電源を用いた冷媒冷却設備７により製氷し、
予め必要冷却源を蓄えておくようにすればよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、冷却対象室を静的な手
段で冷却することができ、動的機器およびその付帯設備
のダクト等が不要となる。また、複数の床開口により冷
却効果の向上が図れる。さらに、冷媒冷却設備の電源喪
失または故障等の事故によりその機能を失った場合で
も、畜熱冷媒により継続して冷却可能であるため、非常
用電源設備等のバックアップ機能が不要である。

【００２８】以上により、設備費および運転費の面での
コスト低減が図れ、無騒音で快適な冷房設備を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による自然循環冷房設備
の縦断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例による自然循環冷房設備
の縦断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例による自然循環冷房設備
の縦断面図である。

【図４】本発明の第４の実施例による自然循環冷房設備
の縦断面図である。

【図５】本発明の第５の実施例による自然循環冷房設備
の縦断面図である。

【図６】本発明の第６の実施例による自然循環冷房設備
の縦断面図である。

【図７】従来のヒートパイプを用いた冷房設備の概略図
である。

【符号の説明】

１ヒートパイプシステム２冷媒凝縮器（放熱部）３冷媒蒸発器（蒸発部）６蓄熱冷媒槽（放熱部）６ａ蓄熱冷媒８冷却対象室１１開口１３煙突形状の室１４開口

フロントページの続き (72)発明者宮川武尚茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者富永研司茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷却対象室に隣接する煙突形状の室と、
冷却源を備えた放熱部および前記煙突形状の室に格納し
た蒸発部を有する配管熱輸送式のヒートパイプシステム
とを備え、前記冷却対象室の床近傍および天井近傍に高
低差のある開口を形成し、前記煙突形状の室をこれら開
口を介して前記冷却対象室に連通させたことを特徴とす
る自然循環冷房設備。
【請求項２】請求項１記載の自然循環冷房設備におい
て、前記床近傍の開口として冷却対象室の床に複数の開
口を形成したことを特徴とする自然循環冷房設備。
【請求項３】請求項１記載の自然循環冷房設備におい
て、前記配管熱輸送式のヒートパイプシステムに代え、
前記冷却源と煙突形状の室との間の境界壁に一体型容器
を貫通配置したヒートパイプシステムを用いることを特
徴とする自然循環冷房設備。
【請求項４】請求項１記載の自然循環冷房設備におい
て、前記配管熱輸送式のヒートパイプシステムを配置す
る代わりに、前記冷却源と煙突形状の室との間の境界壁
を熱伝導率の高い素材で形成したことを特徴とする自然
循環冷房設備。
【請求項５】請求項１記載の自然循環冷房設備におい
て、前記ヒートパイプシステム放熱部の冷却源として冷
媒冷却設備を備えた冷媒を蓄える蓄熱冷媒槽を設け、電
源喪失または故障等による冷媒冷却設備の機能喪失後も
必要期間中継続して冷房可能としたことを特徴とする自
然循環冷房設備。
【請求項６】請求項１記載の自然循環冷房設備におい
て、前記冷却対象室の床近傍および天井近傍に設けた開
口の少なくとも一方に吸着フィルタを設置したことを特
徴とする自然循環冷房設備。
【請求項７】請求項１記載の自然循環冷房設備におい
て、前記煙突形状の室全体に前記ヒートパイプシステム
の蒸発部を配置したことを特徴とする自然循環冷房設
備。
【請求項８】請求項１記載の自然循環冷房設備におい
て、前記ヒートパイプシステムの放熱部を前記冷却対象
室の上部に配置し、前記煙突形状の室の有効高さを拡大
したことを特徴とする自然循環冷房設備。
【請求項９】請求項１記載の自然循環冷房設備におい
て、前記ヒートパイプシステム放熱部の冷却源として氷
蓄熱槽を設け、この氷蓄熱槽に自然循環冷却の必要期間
中あるいはそれ以上の期間継続して冷却を行える氷を製
氷し、蓄熱する容量を持たせたことを特徴とする自然循
環冷房設備。