JP2007145638A - Hydrogen production system and hydrogen production method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラントの簡素化を図り安全に水素を製造できる水素製造システム及び水素製造方法に関する。 The present invention relates to a hydrogen production system and a hydrogen production method capable of simplifying a plant and producing hydrogen safely.
原子炉等の熱源を用いた水素製造システムとして、原子炉等の排熱を利用し水素を製造する過程で、熱交換器を原子炉等と水素製造設備の間に配置してなるシステムが従来提案されている。 As a hydrogen production system using a heat source such as a nuclear reactor, a system in which a heat exchanger is arranged between the nuclear reactor and the hydrogen production facility in the process of producing hydrogen using exhaust heat from the nuclear reactor etc. Proposed.
上記の原子炉等には、沸騰水型原子炉(BWR)、加圧水型原子炉(PWR)等の軽水炉だけでなく、新型転換炉(ATR)、高速増殖炉(FBR)、核融合発電も含まれる。以下では、原子炉を例にして説明を行う。 The above reactors include not only light water reactors such as boiling water reactors (BWR) and pressurized water reactors (PWR), but also new conversion reactors (ATR), fast breeder reactors (FBR), and fusion power generation. It is. In the following, description will be made using a nuclear reactor as an example.
原子炉で加熱された冷却材中のトリチウムの除去及び透過遮断は、その多くの場合、コールドトラップ等の不純物除去装置を介して行われている。しかし、原子力プラントを構成する配管や機器の多くは、ステンレス鋼やニッケル合金等のトリチウムが透過拡散し易い材料で構成されているため、冷却材中の一部のトリチウムが機器や配管等から透過し外部へ放出されるために、これらの機器等がその影響を受けないように保守管理を行わなければならない。 In many cases, the removal of tritium in the coolant heated in the nuclear reactor and the permeation blocking are performed through an impurity removal device such as a cold trap. However, since many of the piping and equipment that make up a nuclear power plant are made of a material that easily transmits and diffuses tritium, such as stainless steel and nickel alloys, some of the tritium in the coolant permeates from the equipment and piping. However, in order to be released to the outside, maintenance management must be performed so that these devices are not affected.
このため、機器等に酸化被膜をコーティングしてトリチウム透過を低減させる方法(例えば、特許文献1参照)や、熱交換器の配管を2重化にする等してトリチウムに対する障壁を増やす手法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。 For this reason, a method for reducing the tritium permeation by coating an oxide film on a device or the like (see, for example, Patent Document 1) and a method for increasing the barrier against tritium by, for example, duplicating the heat exchanger pipes are also proposed. (For example, refer to Patent Document 2).
また、原子炉等排熱を利用して水素を製造する場合、原子炉等側からのトリチウムが水素製造側へ侵入して製造された水素へ混入する恐れがある。このトリチウムは、水素同位体であり、原子状態で材料中に溶解、拡散、透過し易い。この透過現象は、溶解現象と拡散現象の重ね合わせであり、結晶性や材料組織等に大きく影響される。また、この金属材料の水素透過率が大きいことが知られている(例えば、非特許文献1〜3参照)。さらに、上記の製造された水素は、燃料として様々に利用されるもので、放射性物質の混入は避けなければならない。
上述した従来の原子炉等熱源を用いた水素製造システムは、原子炉等の排熱を利用し水素を製造する過程で、熱交換器を原子炉等と水素製造設備の間に配置して行われるもので、原子炉側から水素製造側へのトリチウムの侵入を防ぐ必要がある。 The conventional hydrogen production system using a heat source such as a nuclear reactor described above is a process in which a heat exchanger is disposed between a nuclear reactor or the like and a hydrogen production facility in the process of producing hydrogen using exhaust heat from the nuclear reactor or the like. Therefore, it is necessary to prevent tritium from entering from the reactor side to the hydrogen production side.
しかしながら、従来のトリチウム除去システムでは、装置が大型化し、複雑化しさらに放射性廃棄物処理が困難である、という課題があった。 However, the conventional tritium removal system has a problem that the apparatus becomes larger and complicated, and further, it is difficult to process radioactive waste.
また上記の2重管型熱交換器においては、構造が複雑化し、また、金属材料の水素透過率は大きく、2重管にして障壁を2倍にしても透過阻止機能は十分でない、という課題があった。 In the above double tube heat exchanger, the structure is complicated, and the hydrogen permeability of the metal material is large. Even if the double tube is used and the barrier is doubled, the permeation blocking function is not sufficient. was there.
さらに、逆に水素製造装置で生成された水素が原子炉等側への侵入することも避けなければならない、という課題があった。これは、ナトリウム中の水素濃度が常に監視されていることからも分るように、高速炉では冷却水にナトリウムを用いているため、水素侵入による原子炉プラント構造材料の水素脆化や過剰水素による化学反応を抑制するためである。このように、原子炉等と水素製造プラントとの組み合わせにおいて、原子炉側への水素侵入も抑制しなければならない、という課題があった。 Furthermore, there is a problem that it is necessary to avoid that hydrogen generated by the hydrogen production apparatus enters the reactor or the like. As can be seen from the fact that the hydrogen concentration in the sodium is constantly monitored, the fast reactor uses sodium as the cooling water. This is to suppress the chemical reaction due to. Thus, in the combination of a nuclear reactor etc. and a hydrogen production plant, the subject that the hydrogen intrusion to the reactor side had to be suppressed occurred.
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、原子炉等側から水素製造側へのトリチウムの侵入を防ぎ、プラントの簡素化を図り更に安全に水素を製造できる水素製造システム及び水素製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and prevents hydrogen from entering from the reactor side or the like to the hydrogen production side, simplifies the plant, and can produce hydrogen more safely and hydrogen production. It aims to provide a method.
上記目的を達成するため、本発明の水素製造システムにおいては、原子炉と、この原子炉より排熱される排熱手段と、この排熱手段より排出された熱を利用して水素を製造する水素製造装置と、前記原子炉と水素製造設備との間に設けられ伝熱部材としてSiCセラミックスが用いられるSiCセラミックス製熱交換器と、を有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, in the hydrogen production system of the present invention, a nuclear reactor, a waste heat means exhausted from the reactor, and a hydrogen that produces hydrogen using heat discharged from the waste heat means And a heat exchanger made of SiC ceramics, which is provided between the nuclear reactor and the hydrogen production facility and uses SiC ceramics as a heat transfer member.
上記目的を達成するため、本発明の水素製造システムにおいては、ゴミ焼却炉と、このゴミ焼却炉より排熱される排熱手段と、この排熱手段の排熱を利用して水素を製造する水素製造設備と、前記ゴミ焼却炉と水素製造設備との間に設けられ伝熱部材としてSiCセラミックスを用いたSiCセラミックス製熱交換器と、を有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, in the hydrogen production system of the present invention, a waste incinerator, waste heat means exhausted from the waste incinerator, and hydrogen that produces hydrogen using waste heat of the waste heat means And a heat exchanger made of SiC ceramics using SiC ceramics as a heat transfer member provided between the waste incinerator and the hydrogen production facility.
また、上記目的を達成するため、本発明の水素製造方法においては、原子炉より排熱される排熱ステップと、この排出された熱を利用して水素製造設備によって水素を製造する水素製造ステップと、前記原子炉と前記水素製造設備との間に設けられ伝熱部材としてSiCセラミックスを用いたSiCセラミックス製熱交換器によって前記原子炉で発生したトリチウムの前記水素製造設備への侵入を抑制するトリチウム侵入抑制ステップと、を有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, in the hydrogen production method of the present invention, an exhaust heat step exhausted from the nuclear reactor, and a hydrogen production step of producing hydrogen by a hydrogen production facility using the exhausted heat, Tritium, which is provided between the nuclear reactor and the hydrogen production facility, suppresses intrusion of tritium generated in the nuclear reactor into the hydrogen production facility by a SiC ceramic heat exchanger using SiC ceramics as a heat transfer member. An intrusion suppression step.
本発明の水素製造システム及び水素製造方法によれば、原子炉等と水素製造設備との間に、耐水素透過性のあるSiCセラミックス製熱交換器を配設することにより、原子炉等側から水素製造側へのトリチウムの侵入を防ぎ、さらに水素製造側から原子炉側への水素の侵入を遮断することができるので、プラントの簡素化を図り更に安全に水素を製造することができる。 According to the hydrogen production system and the hydrogen production method of the present invention, by arranging a heat exchanger made of SiC ceramics having hydrogen resistance permeation between a nuclear reactor or the like and a hydrogen production facility, Since intrusion of tritium on the hydrogen production side can be prevented and further, entry of hydrogen from the hydrogen production side to the reactor side can be blocked, so that the plant can be simplified and hydrogen can be produced more safely.
以下、本発明に係る水素製造システム及びその製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of a hydrogen production system and a production method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の第1の実施の形態の水素製造システム及び水素製造方法の基本的な構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a hydrogen production system and a hydrogen production method according to a first embodiment of the present invention.
本図に示すように、水素製造システムは、原子炉1等の排熱を図示しない排熱手段を介して利用して水素を製造する過程において、中間熱交換器(IHX)2を原子炉1等と水素製造設備6との間に配置することにより行われる。この原子炉1等としては、例えば、400℃〜550℃の排熱の利用が可能なナトリウム等液体金属を冷却材とする高速炉又は高速増殖炉高速炉又は高速増殖炉を想定する。原子炉1等と中間熱交換器2とは、1次系ループ7で連結され、原子炉1等で発生した熱は中間熱交換器2に伝達される。この1次系ループ7の中を流れる流体は原子炉核熱を伝達する液体金属であり、この配管材料は任意とする。
As shown in this figure, the hydrogen production system uses an intermediate heat exchanger (IHX) 2 in the
上記の中間熱交換器2は、400℃〜550℃で熱交換可能なものであればよく、構造や型式は任意とする。この中間熱交換器2は、2次系ループ8を介して蒸気発生器(SG)3に接続されている。この蒸気発生器3は、2次系ループ8で熱を受け取り、蒸気を発生させるものであればよく、構造や型式は任意のものとする。また、2次系ループ8には1次系からの熱を伝達する液体金属が導入され、蒸気発生器3からの蒸気漏れが起こったときに直接蒸気が1次系ループに侵入しないように配置されたものであり、配管材料は任意とする。
Said
この蒸気発生器3で発生した蒸気は、第1の蒸気配管9aを介して発電用タービン4に導出されて、タービン4の羽根を回転することにより電気を発生させている。この発電用蒸気タービン4は、電気を発生させるものであればよく、型式は任意とする。
The steam generated by the
また、上記の蒸気発生器3で発生した蒸気は、第1の蒸気配管9aより分岐された第2の蒸気配管9bを介して水素製造用SiC(シリコンカーバイト)セラミックス製熱交換器5に導出されている。この水素製造用SiCセラミックス製熱交換器5は、トリチウム又は水素透過を遮断できる材料組織を有し、蒸気発生器3からの蒸気から熱を受け取り、高温蒸気を生成させるものであり、構造や型式は任意とする。また、上記の第1及び第2の蒸気配管9a、9bは、400℃〜500℃の高温蒸気が流れるものであればよく、配管材料は任意とする。
The steam generated by the
この水素製造用SiCセラミックス製熱交換器5に導入された蒸気は、流体配管10を介して水素製造設備6に供給される。この水素製造設備6は、400℃〜550℃で作動可能な高温水蒸気電解水素製造設備であり、セル構造や電解質材料、電極材料は任意とする。
The steam introduced into the SiC
ここで、水素製造用SiCセラミックス製熱交換器(PHX)5の伝熱材として使用されているSiCセラミックスの水素透過率について説明する。 Here, the hydrogen permeability of the SiC ceramics used as the heat transfer material of the SiC ceramic heat exchanger (PHX) 5 for hydrogen production will be described.
このSiCセラミックス製伝熱部材は、例えば、ホットプレス法(HP法:Hot Press法)又は反応焼結法(RS法:Reaction Sintering法)により製造される。 This SiC ceramic heat transfer member is manufactured by, for example, a hot press method (HP method: Hot Press method) or a reaction sintering method (RS method: Reaction Sintering method).
上述の方法で製造されたSiCセラミックスを用いることにより、高強度かつ材料欠陥の少ないセラミックス製熱交換器の製作が可能となる。SiCセラミックスはその加工方法により、材料組織が大きく異なるが、反応焼結法又は繊維強化と反応焼結との組み合わせ等によって製作された緻密なSiCセラミックスは、金属よりも数桁低いトリチウム透過挙動を示す。 By using the SiC ceramics manufactured by the above-described method, it becomes possible to manufacture a ceramic heat exchanger having high strength and few material defects. SiC ceramics vary greatly in material structure depending on the processing method, but dense SiC ceramics manufactured by the reactive sintering method or a combination of fiber reinforcement and reactive sintering exhibit tritium permeation behavior several orders of magnitude lower than that of metals. Show.
図2は、図1のSiCセラミックス製熱交換器の水素透過率を示すグラフである。 FIG. 2 is a graph showing the hydrogen permeability of the SiC ceramic heat exchanger of FIG.
本グラフに示すように、SiCセラミックス(KT−SiC、β−SiC)の水素透過率は、比較例としての原子炉プラントで多用されているステンレス鋼やニッケル合金(Fe、Ni)の水素透過率に比較して10桁ほども小さいことがわかる。 As shown in this graph, the hydrogen permeability of SiC ceramics (KT-SiC, β-SiC) is the hydrogen permeability of stainless steel and nickel alloys (Fe, Ni) frequently used in nuclear reactor plants as comparative examples. It can be seen that it is about 10 orders of magnitude smaller than.
このように構成された本実施の形態において、水素透過率の小さいSiCセラミックスを伝熱部材としたSiCセラミックス製熱交換器5を原子炉1と水素製造設備6との間に配置するものである。
In the present embodiment configured as described above, a
本実施の形態によれば、耐水素透過性のあるSiCセラミックス製熱交換器5を蒸気発生器3と水素製造設備6との間に配置することにより、原子炉1側から水素製造設備6側へのトリチウムの侵入を遮断することができる。このSiCセラミックス製熱交換器5を採用することにより、水素製造設備6側でのトリチウム除去装置の必要性がなくなり、プラントの簡素化や低コスト化を図ることができる。
According to the present embodiment, a hydrogen-permeable
また、逆に水素製造設備6側から原子炉1側への余分な水素の侵入をも遮断することが可能となり、原子炉プラント構造材料の水素脆化や水素侵入による化学反応の抑制が可能となる。
On the contrary, it is possible to block the intrusion of excess hydrogen from the
なお、本実施の形態の水素製造システムによれば、原子炉1から水素製造装置6までに中間熱交換器(IHX)2、蒸気発生器(SG)3及び水素製造用SiCセラミックス製熱交換器5を介して流体が導出されるので、3重のトリチウム遮蔽構造を構築することになる。
According to the hydrogen production system of the present embodiment, the intermediate heat exchanger (IHX) 2, the steam generator (SG) 3, and the SiC ceramic heat exchanger for hydrogen production are provided from the
図3は、本発明の第2の実施の形態の水素製造システム及びその製造方法の基本的な構成を示すブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram showing a basic configuration of a hydrogen production system and a production method thereof according to the second embodiment of the present invention.
第1の実施の形態においては、中間熱交換器2と水素製造用SiCセラミックス製熱交換器5との間に蒸気発生器3が介在する構成となっているが、本実施の形態においては、中間熱交換器2と水素製造用SiCセラミックス製熱交換器5との間に蒸気発生器3が介在しない構成となっている。第1の実施の形態と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
In the first embodiment, the
本図に示すように、水素製造システムは、原子炉1等の排熱を利用して水素を製造する過程において、中間熱交換器2を原子炉1等と水素製造設備6との間に配置することにより行われる。この原子炉1等は、例えば、400℃〜550℃の排熱の利用が可能な高速炉又は高速増殖炉を想定する。
As shown in the figure, in the hydrogen production system, an
この中間熱交換器2は、第1の2次系ループ8aを介して蒸気発生器3に接続されている。この蒸気発生器3は、2次系ループ8aで熱を受け取り、蒸気を発生させるものであればよく、構造や型式は任意のものとする。
The
この蒸気発生器3で発生した蒸気は、蒸気配管9を介して発電用タービン4に導出されて、タービン4の羽根を回転することにより電気を発生させている。
The steam generated by the
また、上記の中間熱交換器2の2次系流体は、第1の2次系ループ8aを分岐して形成された第2の2次系ループ8bを介して水素製造用SiCセラミックス製熱交換器5に導出されている。この水素製造用SiCセラミックス製熱交換器5は、トリチウム又は水素透過を遮断できる材料組織を有し、中間熱交換器2の2次系流体から熱を受け取り、高温蒸気を生成させるものであり、構造や型式は任意とする。
In addition, the secondary fluid of the
この水素製造用SiCセラミックス製熱交換器5に導入された蒸気は、流体配管10を介して水素製造設備6に供給される。この水素製造設備6は、400℃〜550℃で作動可能な高温水蒸気電解水素製造設備であり、セル構造や電解質材料、電極材料は任意とする。
The steam introduced into the SiC
このように構成された本実施の形態において、水素透過率の小さいSiCセラミックスを伝熱部材として使用したSiCセラミックス製熱交換器5を、中間熱交換器2と水素製造設備6との間に配置する。
In the present embodiment configured as described above, the SiC
本実施の形態によれば、SiCセラミックス製熱交換器5を中間熱交換器2と水素製造設備6との間に配置することにより、原子炉1側から水素製造設備6側へのトリチウムの侵入を遮断することができる。このSiCセラミックス製熱交換器5を採用することにより、水素製造設備6側でのトリチウム除去装置の必要性がなくなり、プラントの簡素化や低コスト化を図ることができる。
According to the present embodiment, by placing the SiC
また、逆に水素製造設備6側から原子炉1側への余分な水素の侵入をも遮断することが可能となり、原子炉プラント構造材料の水素脆化や水素侵入による化学反応の抑制が可能となる。
On the contrary, it is possible to block the intrusion of excess hydrogen from the
また、本実施の形態の水素製造システムは、中間熱交換器(IHX)2とSiCセラミックス製熱交換器6との間には液体金属が流れるため腐食による問題が低減され、さらにタービン4に係る設備と水素製造設備6との分離が可能となる。
Further, in the hydrogen production system of the present embodiment, the liquid metal flows between the intermediate heat exchanger (IHX) 2 and the SiC
図4は、本発明の第3の実施の形態の水素製造システム及びその製造方法の基本的な構成を示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram showing a basic configuration of a hydrogen production system and a production method thereof according to the third embodiment of the present invention.
第2の実施の形態においては、蒸気発生器3が介在する構成となっているが、本実施の形態においては、蒸気発生器3が介在しない構成となっている。第2の実施の形態と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
Although the
本図に示すように、水素製造システムは、原子炉1等の排熱を利用し水素を製造する過程において、中間熱交換器2を原子炉1等と水素製造設備6との間に配置することにより行われる。この原子炉1等としては例えば、900℃以下の排熱利用可能なヘリウム等を冷却材とする高温ガス炉を想定する。原子炉1等と中間熱交換器2とは、1次系ループ7で連結され、原子炉1等で発生した熱は中間熱交換器2に伝達される。この1次系ループ7に流れる流体は、高温ガス炉の冷却ガスが流れればよく、ガスの種類や配管材料は任意とする。この中間熱交換器2は、900℃以下の温度で熱交換可能なものであればよく、構造や型式は任意とする。
As shown in this figure, the hydrogen production system arranges the
この中間熱交換器2の2次系流体は、第1の2次系ループ8aを介して発電用タービン4に導出されて、タービンの羽根を回転することにより電気を発生させている。この発電用蒸気タービン4は、2次系ループの高温ガスにより発電できるガスタービンであり、その構造や形式は任意とする。
The secondary fluid of the
また、上記の中間熱交換器2の2次系流体は、第1の2次系ループ8aから分岐して形成された第2の2次系ループ8bを介して水素製造用SiCセラミックス製熱交換器5に導出されている。この水素製造用SiCセラミックス製熱交換器5は、トリチウム又は水素透過を遮断できる材料組織を有し、中間熱交換器2の2次系流体から熱を受け取り、高温蒸気を生成させるものであり、900℃以下の温度で熱交換できるものであればよく、構造や型式は任意とする。
In addition, the secondary fluid of the
また、上記の第1及び第2の2次系ループ8a、8bは、中間熱交換器2において1次系ガスからの熱を回収できるガスが流れればよく、ガスの種類や配管材料は任意とする。
The first and second secondary loops 8a and 8b may be any gas that can recover heat from the primary gas in the
この水素製造用SiCセラミックス製熱交換器5に導入された蒸気は、流体配管10を介して水素製造設備6に供給される。この水素製造設備6は、900℃で作動可能であり、セル構造、電解質材料及び電極材料が任意であり、高温水蒸気電解水素製造設備又は熱化学法を用いた水素製造設備とする。
The steam introduced into the SiC
上記の流体配管10は、高温水蒸気電解の場合は水蒸気が流れ、熱化学法の場合は触媒流体が流れので、この配管材料はそれぞれの流体に対して耐食性を有するものとする。 In the above fluid piping 10, steam flows in the case of high-temperature steam electrolysis, and a catalyst fluid flows in the case of the thermochemical method. Therefore, this piping material has corrosion resistance to each fluid.
このように構成された本実施の形態において、水素透過率の小さいSiCセラミックスを伝熱部材として使用したSiCセラミックス製熱交換器5を、中間熱交換器2と水素製造設備6との間に配置する。
In the present embodiment configured as described above, the SiC
本実施の形態によれば、SiCセラミックス製熱交換器5を中間熱交換器2と水素製造設備6との間に配置することにより、原子炉1側から水素製造設備6側へのトリチウムの侵入を遮断することができる。このSiCセラミックス製熱交換器5を採用することにより、水素製造設備6側でのトリチウム除去装置の必要性がなくなり、プラントの簡素化や低コスト化を図ることができる。
According to the present embodiment, by placing the SiC
また、逆に水素製造設備6側から原子炉1側への余分な水素の侵入をも遮断することが可能となり、原子炉プラント構造材料の水素脆化や水素侵入による化学反応の抑制が可能となる。
On the contrary, it is possible to block the intrusion of excess hydrogen from the
さらに、本実施の形態の水素製造方法を用いることにより、高速炉又は高温ガス炉との組み合わせにより、400℃〜900℃までの広い温度領域でエネルギー効率の高い水素製造が可能であり、同時に酸素も製造することも可能となる。 Furthermore, by using the hydrogen production method of the present embodiment, it is possible to produce hydrogen with high energy efficiency in a wide temperature range from 400 ° C. to 900 ° C. in combination with a fast reactor or a high temperature gas reactor, and at the same time oxygen Can also be manufactured.
また、上記の水素製造方法を用いることにより、高温ガス炉との組み合わせによって、大規模水素製造が可能となる。 In addition, by using the above-described hydrogen production method, large-scale hydrogen production becomes possible by combination with a high temperature gas reactor.
そして、900℃での高温水蒸気電解により高効率水素製造が可能となり、さらに蒸気発生器を排除できるために配管等の低減が可能となる。 Then, high-efficiency hydrogen production is possible by high-temperature steam electrolysis at 900 ° C. Further, since the steam generator can be eliminated, piping and the like can be reduced.
図5は、本発明の第4の実施の形態の水素製造システム及びその製造方法の基本的な構成を示すブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram showing a basic configuration of a hydrogen production system and a production method thereof according to the fourth embodiment of the present invention.
第3の実施の形態においては、原子炉1と発電用タービン4との間に中間熱交換器2が介在する構成となっているが、本実施の形態においては、原子炉1と発電用タービン4との間に中間熱交換器2が介在しない構成となっている。第3の実施の形態と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
In the third embodiment, the
本図に示すように、水素製造システムは、原子炉1等の排熱を利用して水素を製造する過程において、中間熱交換器2を原子炉1等と水素製造設備6との間に配置することにより行われる。この原子炉1等は、900℃以下の排熱利用可能なヘリウムを冷却材とする高温ガス炉とする。原子炉1等と発電用タービン4とは、第1の1次系ループ7aで連結される。この1次系ループ7aに流れる流体は、高温ガス炉の冷却ガスが流れればよく、ガスの種類や配管材料は任意とする。
As shown in the figure, in the hydrogen production system, an
この1次系流体は、2次系ループ7aを介して発電用タービン4に導出されて、タービンの羽根を回転することにより電気を発生させている。この発電用蒸気タービン4は、1次系ループの高温ガスにより発電できるガスタービンであり、その構造や形式は任意とする。
The primary fluid is led to the
また、第1の1次系ループ7aより分岐した第2の1次系ループ7bは、原子炉1等と中間熱交換器2とを連結している。原子炉1等で発生した熱はこの中間熱交換器2に伝達される。上記の中間熱交換器2は、900℃以下の温度で熱交換可能なものであればよく、構造や型式は任意とする。
Further, the second primary system loop 7b branched from the first primary system loop 7a connects the
上記の中間熱交換器2の2次系流体は、2次系ループ8を介して水素製造用SiCセラミックス製熱交換器5に導出されている。この水素製造用SiCセラミックス製熱交換器5は、トリチウム又は水素透過を遮断できる材料組織を有し、中間熱交換器2の2次系流体から熱を受け取り、高温蒸気を生成させるものであり、900℃以下の温度で熱交換できるものであればよく、構造や型式は任意とする。
The secondary fluid of the
また、上記の2次系ループ8は、中間熱交換器2において1次系ガスからの熱を回収できるガスが流れればよく、ガスの種類や配管材料は任意とする。
The
この水素製造用SiCセラミックス製熱交換器5に導入された蒸気は、流体配管10を介して水素製造設備6に供給される。この水素製造設備6は、900℃で作動可能であり、セル構造、電解質材料及び電極材料が任意であり、高温水蒸気電解水素製造設備又は熱化学法を用いた水素製造設備とする。
The steam introduced into the SiC
上記の流体配管10は、高温水蒸気電解のときに水蒸気が流れ、熱化学法のときに触媒流体が流れので、この配管材料はそれぞれの流体に対して耐食性を有するものとする。 In the above fluid piping 10, steam flows at the time of high-temperature steam electrolysis, and a catalyst fluid flows at the time of the thermochemical method. Therefore, this piping material has corrosion resistance to each fluid.
このように構成された本実施の形態において、水素透過率の小さいSiCセラミックスを伝熱部材としたSiCセラミックス製熱交換器5を中間熱交換器2と水素製造設備6との間に配置するものである。
In this embodiment configured as described above, an SiC
本実施の形態によれば、SiCセラミックス製熱交換器5を中間熱交換器2と水素製造設備6との間に配置することにより、原子炉1側から水素製造設備6側へのトリチウムの侵入を遮断することができる。このSiCセラミックス製熱交換器5を採用することにより、水素製造設備6側でのトリチウム除去装置の必要性がなくなり、プラントの簡素化や低コスト化を図ることができる。
According to the present embodiment, by placing the SiC
また、本実施の形態の水素製造システムでは、高温ガス炉と熱化学法水素製造設備とを組み合わせることにより、大量の水素製造が可能となる。 In the hydrogen production system of the present embodiment, a large amount of hydrogen can be produced by combining a high temperature gas furnace and a thermochemical hydrogen production facility.
図6は、本発明の第5の実施の形態のゴミ焼却炉を利用した水素製造システム及びその製造方法の基本的な構成を示すブロック図である。 FIG. 6 is a block diagram showing a basic configuration of a hydrogen production system using a garbage incinerator and a production method thereof according to the fifth embodiment of the present invention.
本図に示すように、水素製造システムは、ゴミ焼却炉11の排熱を図示しない排熱手段を介して利用するものである。このゴミ焼却炉は900℃以下の排熱利用可能なもので、このゴミ焼却炉11と水素製造用SiCセラミックス製熱交換器5との間に設けられた1次系ループ7を介して、排熱を利用して水素を製造するものである。この1次系ループ7は、ごみ焼却炉11で発生した高温ガスが流れればよく、ガスの種類や配管材料は任意とする。
As shown in the figure, the hydrogen production system uses the exhaust heat of the refuse incinerator 11 through exhaust heat means (not shown). This waste incinerator is capable of using waste heat of 900 ° C. or less, and is exhausted through a
このSiCセラミックス製熱交換器5で使用される伝熱部材は、水素透過を遮断できる材料組織を有し、900℃以下の温度で熱交換できるものであればよく、構造や型式は任意とする。
The heat transfer member used in the SiC
この水素製造用SiCセラミックス製熱交換器5に導入された蒸気は、流体配管10を介して水素製造設備6に供給される。この水素製造設備6は、400℃〜900℃以下で作動可能であり、セル構造、電解質材料そして電極材料が任意の高温水蒸気電解水素製造設備とする。この流体配管10には、高温水蒸気電解のときは水蒸気が流れるものとする。
The steam introduced into the SiC
このように構成された本実施の形態において、水素透過率の小さいSiCセラミックスを伝熱部材としたSiCセラミックス製熱交換器5をゴミ焼却炉11と水素製造設備6との間に配置するものである。なお、水素製造設備6には、外部電源12が接続され、必要に応じて用いられる。
In the present embodiment configured as described above, the SiC
本実施の形態によれば、SiCセラミックス製熱交換器5を熱源としてのゴミ焼却炉11と水素製造設備6との間に配置することにより、このSiCセラミックス製熱交換器5により水素製造設備6からゴミ焼却炉11への水素の侵入を抑制することができる。このように、ゴミ焼却炉11側への水素の侵入を抑制することにより、ゴミ焼却炉11の過熱を防止して安全性を高めることができる。
According to the present embodiment, the SiC
さらに、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、複数のゴミ焼却炉を設置したプラントに変更してもよく、また原子炉などの熱源として2以上の実施の形態の構成を組み合わせて適用してもよく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 Furthermore, the present invention is not limited to the embodiments described above, and may be changed to a plant in which a plurality of refuse incinerators are installed, and two or more implementations may be performed as a heat source for a nuclear reactor or the like. The configurations of the embodiments may be applied in combination, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1…原子炉、2…中間熱交換器(IHX)、3…蒸気発生器(SG)、4…タービン、5…水素製造用SiCセラミックス製熱交換器(PHX)、6…水素製造設備、7、7a、7b…1次系ループ、8、8a、8b…2次系ループ、9、9a、9b…蒸気配管、10…流体配管、11…ゴミ焼却炉。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
この原子炉より排熱される排熱手段と、
この排熱手段より排出された熱を利用して水素を製造する水素製造装置と、
前記原子炉と水素製造設備との間に設けられ伝熱部材としてSiCセラミックスを用いたSiCセラミックス製熱交換器と、
を有することを特徴とする水素製造システム。 A nuclear reactor,
Exhaust heat means exhausted from this reactor,
A hydrogen production apparatus for producing hydrogen using heat exhausted from the exhaust heat means;
A SiC ceramics heat exchanger using SiC ceramics as a heat transfer member provided between the nuclear reactor and the hydrogen production facility;
A hydrogen production system comprising:
このゴミ焼却炉より排熱される排熱手段と、
この排熱手段の排熱を利用して水素を製造する水素製造設備と、
前記ゴミ焼却炉と水素製造設備との間に設けられ伝熱部材としてSiCセラミックスを用いたSiCセラミックス製熱交換器と、
を有することを特徴とする水素製造システム。 A garbage incinerator,
Exhaust heat means exhausted from this garbage incinerator,
A hydrogen production facility for producing hydrogen using the exhaust heat of the exhaust heat means;
A heat exchanger made of SiC ceramics using SiC ceramics as a heat transfer member provided between the waste incinerator and the hydrogen production facility;
A hydrogen production system comprising:
この排出された熱を利用して水素製造設備によって水素を製造する水素製造ステップと、
前記原子炉と前記水素製造設備との間に設けられ伝熱部材としてSiCセラミックスを用いたSiCセラミックス製熱交換器によって前記原子炉で発生したトリチウムの前記水素製造設備への侵入を抑制するトリチウム侵入抑制ステップと、
を有することを特徴とする水素製造方法。 An exhaust heat step for exhausting heat from the reactor;
A hydrogen production step for producing hydrogen by a hydrogen production facility using the discharged heat;
Tritium intrusion that suppresses intrusion of tritium generated in the nuclear reactor into the hydrogen production facility by a SiC ceramic heat exchanger provided between the nuclear reactor and the hydrogen production facility using SiC ceramics as a heat transfer member A suppression step;
A method for producing hydrogen, comprising:
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