JP2008292161A - Nuclear heat using compact cogeneration device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、核熱を利用した、発電、産業用熱製造、水素製造、純水製造、地域熱利用、海水淡水化等の熱利用を行うコジェネレーション装置又はシステムに関するものである。 The present invention relates to a cogeneration apparatus or system that uses heat such as power generation, industrial heat production, hydrogen production, pure water production, district heat utilization, seawater desalination and the like using nuclear heat.
高温ガス炉コジェネレーションシステム(熱電併給システム)は、原子炉、熱利用系へ熱を供給する中間熱交換器(IHX)、発電に用いられるガスタービン、圧縮機及び発電機からなるガスタービンシステム、及び前置冷却器から構成される。従来、米国のINL、仏国のFramatome社が垂直設置型IHXの設置を提案している(非特許文献1及び2)。
しかし、IHXを垂直に設置することによりIHXとガスタービンシステムそれぞれに圧力容器を製作、設置する必要がある。又、機器どうしの接続のために配管を引き回す必要があり、システム全体のサイズ、物量及び制作費の増大が課題である。更に、接続配管の長大化と複数の圧力容器の採用により系統の圧力損失が増大し、システム熱効率の低下が課題である。 However, it is necessary to manufacture and install a pressure vessel in each of the IHX and the gas turbine system by installing the IHX vertically. In addition, it is necessary to route piping for connecting devices, and increasing the size, quantity, and production cost of the entire system is a problem. Furthermore, the length of the connecting pipe and the use of a plurality of pressure vessels increase the pressure loss of the system, and the system heat efficiency is a problem.
本発明では、従来の課題に対して、システムを構成する機器の一体化及びシステム構成の簡易化により、システム全体のサイズ、設備物量を大幅に削減し、製作コストを大幅に削減することが目的である。又、システム構成の簡易化を行い、熱損失及び圧力損失を低減することにより、システムの熱効率を向上させることが目的である。 In the present invention, the object of the present invention is to greatly reduce the size of the entire system and the amount of equipment and to greatly reduce the production cost by integrating the devices constituting the system and simplifying the system configuration. It is. Another object is to improve the thermal efficiency of the system by simplifying the system configuration and reducing heat loss and pressure loss.
本発明は、具体的には、図1に示されるとおり、高温ガス炉8及びエネルギー変換システム9を備えた核熱利用装置であって、
高温ガス炉が原子炉圧力容器10、炉心11,接続二重配管内管12及び接続二重配管外管13から構成され、
エネルギー変換システムが熱電併給統合ユニット圧力容器20、水平型中間熱交換器21,タービン22,圧縮機23,発電機24,再生熱交換器25及び前置熱交換器26で構成され、
高温の核熱が高温ガス炉の核分裂エネルギーにより作り出され、この熱により暖められた高温の冷却材が、接続二重配管内管12を通りエネルギー変換システムへ供給され、熱交換器21で熱利用された後、タービン22を経て再生熱交換器25、前置冷却器26及び圧縮機23に送られて発電に利用され後、圧縮機23で圧縮された冷却材が再生熱交換器25を経て接続二重配管外管13を通って高温ガス炉へ戻る構造からなる、核熱利用コンパクト型コジェネレーション装置である。
Specifically, as shown in FIG. 1, the present invention is a nuclear heat utilization apparatus including a HTGR 8 and an energy conversion system 9,
The high-temperature gas reactor is composed of a
The energy conversion system includes a combined heat and power
High-temperature nuclear heat is generated by the fission energy of the HTGR, and the high-temperature coolant heated by this heat is supplied to the energy conversion system through the
又、本発明は、具体的には、図2に示されるとおり、 高温ガス炉8及びエネルギー変換システム9を備えた核熱利用装置であって、
前記高温ガス炉が原子炉圧力容器10、炉心11,接続二重配管内管12及び接続二重配管外管13から構成され、
前記エネルギー変換システムが熱電併給統合ユニット圧力容器20、水平型中間熱交換器21,タービン22,低圧圧縮機23a,高圧圧縮機23b、発電機,再生熱交換器25,前置冷却器26及び内部冷却流路28から構成され、
高温の核熱が高温ガス炉の核分裂エネルギーにより作り出され、この熱により暖められた高温の冷却材が、接続二重配管内管12を通りエネルギー変換システムへ供給され、タービン22前に配置された熱交換器21で熱利用された後、そのタービンを経て再生熱交換器25及び前置冷却器26を経て低圧圧縮機2a、内部冷却流路28及び高圧圧縮機23bに送られて発電に利用され後、両圧縮機23a及び23bで圧縮された冷却材が再生熱交換器25を経て接続二重配管外管13を通って高温ガス炉へ戻る構造からなる、核熱利用コンパクト型コジェネレーション装置である。
Further, the present invention is specifically a nuclear heat utilization apparatus including a high temperature gas reactor 8 and an energy conversion system 9 as shown in FIG.
The high-temperature gas reactor is composed of a
The energy conversion system includes a combined heat and power
Hot nuclear heat is generated by the fission energy of the HTGR, and the hot coolant heated by this heat is supplied to the energy conversion system through the connecting double pipe
更に又、本発明は、具体的には、図3に示されるとおり、高温ガス炉8、エネルギー変換システム9、並びに再生熱交換器及び前置冷却器26を内装した追加圧力容器30を備えた核熱利用装置であって、
高温ガス炉が原子炉圧力容器10、炉心11,接続二重配管内管12及び接続二重配管外管13から構成され、
エネルギー変換システムが熱電併給統合ユニット圧力容器20、水平型中間熱交換器21,タービン22,圧縮機23及び発電機24から構成され、
高温の核熱が高温ガス炉の核分裂エネルギーにより作り出され、この熱により暖められた高温の冷却材が、接続二重配管内管12を通りエネルギー変換システムへ供給され、熱交換器21で熱利用された後、タービン22を経て圧縮機23に送られて発電に利用され後、圧縮機23で圧縮された冷却材29が接続二重配管外管13を経て追加圧力容器30に供給されてから炉心11に戻され、
タービン22から出た冷却材が追加圧力容器30内の再生熱交換器25及び前置冷却器26を経て圧縮機23に供給される、核熱利用コンパクト型コジェネレーション装置である。
Furthermore, the present invention specifically includes a high-temperature gas furnace 8, an energy conversion system 9, and an
The high-temperature gas reactor is composed of a
The energy conversion system comprises a combined heat and power
High-temperature nuclear heat is generated by the fission energy of the high-temperature gas reactor, and the high-temperature coolant heated by this heat is supplied to the energy conversion system through the connecting double pipe
This is a compact cogeneration system using nuclear heat in which the coolant discharged from the
本発明では、水平型中間熱交換器(IHX)とガスタービン等の構成機器を共通の熱電併給統合ユニット圧力容器内に配置するコンパクト型コジェネレーションシステムを構成することにより、システム全体のサイズを大幅に削減し、機器間の接続に必要であった配管長及び圧力損失を低減し、製作コストの削減及び熱効率を向上させることを可能とする。 In the present invention, by configuring a compact cogeneration system in which components such as a horizontal intermediate heat exchanger (IHX) and a gas turbine are arranged in a common combined heat and power unit pressure vessel, the size of the entire system is greatly increased. This makes it possible to reduce the pipe length and pressure loss necessary for connection between devices, reduce manufacturing costs, and improve thermal efficiency.
又、本発明では、原子炉圧力容器(RPV)と熱電併給統合ユニット圧力容器の下部を二重管で接続し、内管に原子炉からの高温冷却材、外側に原子炉へ戻る冷却材を流すことで、原子炉から供給される高温の冷却材の放熱による熱損失を低減し、従来のシステム構成からの熱効率の向上を可能とする。 In the present invention, the reactor pressure vessel (RPV) and the lower part of the combined heat and power unit pressure vessel are connected by a double pipe, and the high temperature coolant from the reactor is connected to the inner pipe, and the coolant returning to the reactor is provided outside. By flowing, the heat loss due to heat radiation of the high-temperature coolant supplied from the nuclear reactor is reduced, and the thermal efficiency from the conventional system configuration can be improved.
本発明のコンパクト型ジェネレーションシステムの構成を図1〜3により説明する。図1は本発明のシステム構成の概念を示す系統図である。図2は図1のシステム構成に加え、圧縮機の内部冷却流路を設けたシステムの系統図である。図3は図1に加え再生熱交換器及び前置冷却器を同一圧力容器に内包したシステムの系統図である。 The configuration of the compact generation system of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a system diagram showing the concept of the system configuration of the present invention. FIG. 2 is a system diagram of a system provided with an internal cooling flow path of the compressor in addition to the system configuration of FIG. FIG. 3 is a system diagram of a system in which a regenerative heat exchanger and a precooler are included in the same pressure vessel in addition to FIG.
図1のシステムは高温ガス炉8及びエネルギー変換システム9により構成される。高温の核熱は高温ガス炉8の核分裂エネルギーにより作り出され、この熱により暖められた高温の冷却材はエネルギー変換システム9へと供給され、熱利用及び発電に利用される。高温ガス炉8は、原子炉圧力容器(RPV)10、炉心11,接続二重配管内管12,及び接続二重配管外管13から成る二重管構造の接続二重配管により構成される。冷却材は、炉心で燃料の仕様により決定される700〜1000℃程度に加熱される。高温の冷却材は接続二重配管内管12を通り、エネルギー変換システム9へと送られ、熱利用系及びガスタービンシステムに熱を供給した後、接続二重配管外管13を通って高温ガス炉へ戻る。
The system shown in FIG. 1 includes a HTGR 8 and an energy conversion system 9. The high temperature nuclear heat is generated by the fission energy of the high temperature gas reactor 8, and the high temperature coolant heated by this heat is supplied to the energy conversion system 9, and is used for heat utilization and power generation. The high temperature gas reactor 8 is constituted by a double connection pipe having a reactor pressure vessel (RPV) 10, a
エネルギー変換システム9は、熱電併給統合ユニット圧力容器20、水平型中間熱交換器(IHX)21,タービン22,圧縮機23,発電機24,再生熱交換器25,及び前置熱交換器26で構成される。熱電併給統合ユニット圧力容器20内には、水平型IHX21,タービン22、圧縮機23が内包されている。図1において、発電機24は熱電併給統合ユニット圧力容器20内に内包されているが、応用例として、圧力容器にシャフトを貫通させ圧力容器外に配置するケースも可能である。又、図1では、再生熱交換器25及び前置冷却器26は、熱電併給統合ユニット圧力容器20外に設置しているが、接続配管長削減のため、どちらか若しくは両方を熱電併給統合ユニット圧力容器内に設置することも可能である。
The energy conversion system 9 includes a combined heat and power
高温ガス炉8で温められた高温の冷却材は、接続二重内管12を通りIHX21で熱利用系27へ熱を供給する。IHX21の型式は特に限定しないが、プレートフィン型を採用し更なるコンパクト化を図ることも可能である。IHXの下流にはタービン22を設置し、冷却材の膨張仕事によりタービン軸を回転させ、圧縮機23及び発電機24を駆動する。タービン出口の450〜600℃程度の冷却材は低温側の再生熱交換器25へと流入し、高圧側へ余剰顕熱を伝達する。その後、冷却材は前置冷却器26に流入し、30℃程度まで冷却される。前置冷却器の下流には圧縮機23が設置され、冷却材は圧縮される。圧縮された冷却材は高圧側の再生熱交換器25へ流入し、タービン通過後の低温側冷却材に温められ、接続二重配管外管13を通り、高温ガス炉に戻される。
The high-temperature coolant heated in the high-temperature gas furnace 8 passes through the connecting double
図2は図1の応用例であり、図1のシステムと重複する点はその説明を省略する。図2の図1との相違点は、低圧圧縮機23a、内部冷却流路28及び高圧圧縮機23bを採用している点である。図2では、冷却材はまず低圧圧縮機23aにて圧縮され、内部冷却流路により圧縮仕事による熱が冷却され、高圧圧縮機23bに流入し、再度効率的に圧縮される。圧縮機及び内部冷却流路の数は効率にとって最適な数を設定する。内部冷却流路を熱電併給統合ユニット圧力容器20の内側及び外側のいずれに設置するかはシステムがコンパクト化されるものを採用する。
FIG. 2 is an application example of FIG. 1, and the description of the same points as the system of FIG. 1 is omitted. 2 differs from FIG. 1 in that a low-
図3は図1のシステムに圧力容器30を追加したシステムの応用例の系統図である。圧力容器30内には再生熱交換器25及び前置冷却器26を内包する。系統構成の説明は図1と重複する場合は省略して説明する。図3に示すように、圧力容器30はRPV10の直近に設置し、第2接続二重管は第2接続二重管内管14及び第2接続二重管外管15により構成される。圧力容器30の追加は再生熱交換器25及び前置冷却器26のコンパクトな設置に寄与するだけでなく、それぞれに圧力容器冷却流路29を設け、圧縮機出口の低温冷却材を導入することにより、低価格な材料を用いて圧力容器を製作することが可能となる。
FIG. 3 is a system diagram of an application example of a system in which a
8: 高温ガス炉
9: エネルギー変換システム
10: 原子炉圧力容器(RPV)
11: 炉心
12: 接続二重配管内管
13: 接続二重配管外管
14: 第2接続二重配管内管
15: 第2接続二重配管外管
20: 熱電併給統合ユニット圧力容器
21: 水平型中間熱交換器(IHX)
22: タービン
23: 圧縮機
23a: 低圧圧縮機
23b: 高圧圧縮機
24: 発電機
25: 再生熱交換器
26: 前置冷却器
27: 熱利用系
28: 内部冷却流路
8: HTGR 9: Energy conversion system 10: Reactor pressure vessel (RPV)
11: Core 12: Connected double pipe inner pipe 13: Connected double pipe outer pipe 14: Second connected double pipe inner pipe 15: Second connected double pipe outer pipe 20: Combined heat and power unit pressure vessel 21: Horizontal Intermediate heat exchanger (IHX)
22: Turbine 23:
Claims (3)
高温ガス炉が原子炉圧力容器、炉心,接続二重配管内管及び接続二重配管外管から構成され、
エネルギー変換システムが熱電併給統合ユニット圧力容器、水平型中間熱交換器,タービン,圧縮機,発電機,再生熱交換器及び前置熱交換器から構成され、
高温の核熱が高温ガス炉の核分裂エネルギーにより作り出され、この熱により暖められた高温の冷却材が、接続二重配管内管を通りエネルギー変換システムへ供給され、前記タービン前に配置された水平型中間熱交換器で熱利用された後、そのタービンを経て再生熱交換器、前置冷却器及び圧縮機に送られて発電に利用され後、前記圧縮機で圧縮された冷却材が再生熱交換器を経て接続二重配管外管を通って炉心へ戻る構造からなる、核熱利用コンパクト型コジェネレーション装置。 A nuclear heat utilization device equipped with a HTGR and an energy conversion system,
The HTGR consists of a reactor pressure vessel, a core, a connecting double pipe inner pipe, and a connecting double pipe outer pipe.
The energy conversion system consists of a combined heat and power unit pressure vessel, horizontal intermediate heat exchanger, turbine, compressor, generator, regenerative heat exchanger and pre-heat exchanger,
Hot nuclear heat is generated by the fission energy of the HTGR, and the hot coolant heated by this heat is supplied to the energy conversion system through the inner pipe of the connecting double pipe, and placed in front of the turbine. After the heat is used in the intermediate heat exchanger, it is sent to the regenerative heat exchanger, the precooler and the compressor through the turbine and used for power generation, and then the coolant compressed by the compressor is regenerated heat. A compact cogeneration system using nuclear heat that has a structure that returns to the core through the outer pipe of the connecting double pipe through the exchanger.
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