JP2011053231A - High-temperature nuclear reactor system having opposed diffusion mechanism for preventing air from entering - Google Patents

High-temperature nuclear reactor system having opposed diffusion mechanism for preventing air from entering Download PDF

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Shusaku Shiozawa
周策 塩沢
Tetsuaki Takeda
哲明 武田
Xinglong Yan
シン・ロン・ヤン
Kazuhiko Kunitomi
一彦 国富
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent air from entering a high-temperature nuclear reactor at the time of accidental breakage in a primary pipe. <P>SOLUTION: A high-temperature nuclear reactor system includes a high-temperature nuclear reactor 8 and an opposed diffusion mechanism 9. The opposed diffusion mechanism 9 includes: a gas storage container 20, placed outside of the high-temperature nuclear reactor, which contains a gas lighter than air; a flow channel 21 through which the gas lighter than air is supplied from the gas storage container to the core top part of the high-temperature nuclear reactor; and a flow rate adjuster 22 for limiting the flow rate of the gas lighter than air. At the time of pipe breakage, the gas lighter than air is continuously supplied to the core top part so as to prevent air from entering the pipe. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、流入流路及び流出流路を構成する配管破断事故の際に、原子炉内での侵入空気の自然循環を防ぐために、持続する対向拡散機構から空気より軽い気体を炉心頂部に連続して供給することにより、原子炉内での空気の自然循環流を防止する高温原子炉システムに関するものである。   In the present invention, in order to prevent the natural circulation of the intruding air in the reactor in the event of a pipe breakage that constitutes the inflow channel and the outflow channel, a gas that is lighter than air is continuously supplied to the top of the core from the continuous counter diffusion mechanism. It is related with the high temperature reactor system which prevents the natural circulation flow of the air in a nuclear reactor by supplying in this way.

上記持続する対向拡散機構(a sustained counter air diffusion mechanism:SCAD機構)は、破断口から分子拡散により浸入する空気と流れ方向が対向する形で、炉内上部から空気より軽い気体を拡散させ続ける機構である。   The above-mentioned sustained counter air diffusion mechanism (SCAD mechanism) is a mechanism that continues to diffuse gas lighter than air from the upper part of the furnace in a form in which the flow direction opposes the air entering by molecular diffusion from the fracture opening. It is.

主配管配管破断事故において、原子炉に空気の自然循環を防ぐため、本発明において、持続する対向拡散機構を利用する高温原子炉システムが明らかにされた。炉心構造、燃料形式などに関する適切な設計の高温原子炉は、SCAD機構が空気より軽い気体の連続供給を炉心頂部に提供し、対向拡散と対流が自然循環の発生なしに、着目する原子炉冷却材流路で維持できる定常状態の流量で供給される。   In order to prevent the natural circulation of air to the nuclear reactor in the main pipe piping breakage accident, in the present invention, a high temperature nuclear reactor system using a continuous opposing diffusion mechanism has been clarified. Well-designed high-temperature reactors with regard to core structure, fuel type, etc., the SCAD mechanism provides a continuous supply of gas lighter than air to the top of the core, and counter-diffusion and convection are focused on reactor cooling without the occurrence of natural circulation It is supplied at a steady state flow rate that can be maintained in the material flow path.

現在、高温原子炉技術の研究開発は世界中で強い関心が持たれている。この原子炉は、高温で高効率エネルギー生産の可能性と高い原子炉安全性を有する魅力的な原子力のオプションになり得ると考えられる。   At present, research and development of high temperature reactor technology has a strong interest all over the world. This reactor could be an attractive nuclear option with the potential for high-efficiency energy production at high temperatures and high reactor safety.

原子炉技術においては、被覆粒子燃料と鋼製圧力容器内に黒鉛減速炉心が収められた一般的な設計上の特徴に基づく原子炉システムである。加圧された気体、通常はヘリウムガス、が原子炉冷却材として使用される。原子炉圧力容器はエネルギー施設と接続された冷却材ダクトを有する。原子炉システムは通常地下に位置する通気された閉じ込め構造に収容される。   In reactor technology, it is a reactor system based on general design features in which a graphite moderation core is housed in a coated particle fuel and steel pressure vessel. A pressurized gas, usually helium gas, is used as the reactor coolant. The reactor pressure vessel has a coolant duct connected to the energy facility. The reactor system is usually housed in a vented containment structure located underground.

原子炉の安全性向上の目的は、設計基準事象である大口径冷却材ダクトの破断が考えられる。冷却材喪失事象においては、原子炉核分裂反応は、反応度に対する固有の負の温度係数によって終了し、崩壊熱は原子炉圧力容器外部の原子炉冷却システムへの熱伝導と熱放射により除熱される。燃料と炉心は何カ月もの長期間において許容安全設計温度以下に維持される。しかしながら、安全上の重要な問題として、自然循環により大量の空気が破断した一次系配管から原子炉内に浸入する場合の燃料と炉心の黒鉛酸化の問題が残っている。   The purpose of improving the safety of the nuclear reactor is to break the large-diameter coolant duct, which is a design standard event. In a coolant loss event, the nuclear fission reaction is terminated by an inherent negative temperature coefficient for reactivity, and the decay heat is removed by heat conduction and heat radiation to the reactor cooling system outside the reactor pressure vessel. . The fuel and core are maintained below the allowable safe design temperature for many months. However, as an important safety issue, there remains a problem of fuel and core graphite oxidation in the case of entering the reactor from a primary system pipe where a large amount of air is broken by natural circulation.

配管破断直後、原子炉冷却材気体は、破断口を通して噴出し、原子炉一次系は原子炉閉じ込め建屋内の大気圧力程度まで急速に減圧する。原子炉への空気浸入は、2つの連続した事象が続くことになる。   Immediately after the pipe breaks, the reactor coolant gas is ejected through the break opening, and the reactor primary system is rapidly depressurized to the atmospheric pressure in the reactor containment building. Air intrusion into the reactor will be followed by two consecutive events.

第1段階では、閉じ込め建屋内の空気は分子拡散と自然対流により、ゆっくり原子炉システムに浸入する。第2段階では、混合気体は、密度差、すなわち、浮力が原子炉システム中でガスの自然循環を開始するほど増大するまで、原子炉システム流路を通して密度の不均衡を形成する。空気は、燃料と黒鉛炉心構造の厳しい黒鉛酸化と、その結果、燃料の健全性を損なう可能性をもたらすほど大流量の自然循環流によって原子炉に浸入する。後者は重要な安全性への影響がある。   In the first stage, the air in the containment building slowly enters the reactor system by molecular diffusion and natural convection. In the second stage, the gas mixture forms a density imbalance through the reactor system flow path until the density difference, i.e., buoyancy increases so as to initiate the natural circulation of gas in the reactor system. Air enters the reactor with a severely oxidised graphite of the fuel and graphite core structure and, as a result, a natural circulation flow with a flow rate that is high enough to impair the integrity of the fuel. The latter has an important safety impact.

特開2002−131460号公報JP 2002-131460 A

Saito, S., Tanaka, T., et al., 1994. Design of High Temperature Engineering Test Reactor (HTTR), JAERI 1332, Japan Atomic Energy Research Institute.Saito, S., Tanaka, T., et al., 1994.Design of High Temperature Engineering Test Reactor (HTTR), JAERI 1332, Japan Atomic Energy Research Institute. Katanishi, S. and Kunitomi, K., 2003. Safety Design Philosophy of Gas Turbine High Temperature Reactor (GTHTR300), Transaction of Atomic Energy Society of Japan, Vol. 2, No. 1, pp. 55-67.Katanishi, S. and Kunitomi, K., 2003. Safety Design Philosophy of Gas Turbine High Temperature Reactor (GTHTR300), Transaction of Atomic Energy Society of Japan, Vol. 2, No. 1, pp. 55-67. Takeda, T. and Hishida, M., 2000. Study on the passive safe technology for the prevention of air ingress during the primary-pipe rupture accident of HTGR," J. of Nuclear Engineering and Design 200, pp. 251-259.Takeda, T. and Hishida, M., 2000. Study on the passive safe technology for the prevention of air ingress during the primary-pipe rupture accident of HTGR, "J. of Nuclear Engineering and Design 200, pp. 251-259.

これまでに、幾つかの技術が、高温原子炉への空気浸入を緩和するために提案された。既存の方法の1つは、漏れのない高圧の原子炉格納建屋を通気された低圧閉じ込め建屋の代わりとして提案された(非特許文献1)。原子炉破断口から浸入する可能性のある空気量は、格納容器の容積に存在する全空気量に制限される。格納容器構造は、建設費が高く、高温原子炉においては、追加の安全対策が生じる。   To date, several techniques have been proposed to mitigate air ingress into high temperature reactors. One of the existing methods has been proposed as a substitute for a low-pressure confined building ventilated in a high-pressure reactor containment building without leakage (Non-patent Document 1). The amount of air that can enter through the reactor break is limited to the total amount of air present in the containment volume. The containment structure is expensive to construct and in high temperature reactors additional safety measures arise.

代替法として、許容できる空気漏れ量に制限した通気された閉じ込め建屋が提案されている。空気漏れ量を制限するために二重閉じ込め構造概念が提案された(非特許文献2)。外側の構造は自然に外側周囲から循環する大部分の空気を閉じ込めるように設計され、その結果、原子炉を収容する内部構造へ浸入する可能性のある空気量を制限する。   As an alternative, ventilated containment buildings have been proposed that limit the amount of air leakage that can be tolerated. In order to limit the amount of air leakage, a double confinement structure concept has been proposed (Non-Patent Document 2). The outer structure is designed to confine most of the air that naturally circulates from the outer periphery, thereby limiting the amount of air that can enter the internal structure that houses the reactor.

さらに、他の代替法として、気体の密度が最も大きい原子炉下部領域の低温流路へのヘリウムガス注入が提案された(特許文献1;非特許文献3)。原子炉内で自然循環流の駆動力である浮力の増大が防止されるように、ヘリウムガスを注入して低温流路の重い混合気体と置き換えるものである。   Furthermore, as another alternative method, helium gas injection into a low-temperature channel in the lower region of the reactor having the highest gas density has been proposed (Patent Document 1; Non-Patent Document 3). In order to prevent an increase in buoyancy, which is the driving force of the natural circulation flow, in the nuclear reactor, helium gas is injected to replace the heavy mixed gas in the low-temperature channel.

本発明は、高温原子炉を包括する原子炉システムと持続するSCAD機構を提供することによって、空気浸入防止に関する安全性と実用性の問題を解決するものである。SCAD機構は、対向拡散と対象とする全ての原子炉流路で自然循環流が発達せずに安定した対流状態が持続する程度の速度で、炉心上部に空気より軽い気体を連続して供給することによって、原子炉内の空気の自然循環流を防止するものである。即ち、原子炉の配管が破断したような場合には、破断口から空気が侵入する可能性がある。このとき、原子炉を一巡するような自然循環流の発生により、大量の空気が侵入する。ただし、破断後の初期段階は、主として分子拡散により空気が侵入する期間が存在する。したがって、破断後、直ちに、分子拡散により破断口から侵入する空気と同程度の量の空気より軽い気体(例えば、ヘリウム)を炉心上部から供給すれば、大量の空気が侵入する自然循環流の発生を防止することができる。   The present invention solves the safety and practicality issues associated with preventing air ingress by providing a reactor system that encompasses a high temperature reactor and a sustained SCAD mechanism. The SCAD mechanism continuously supplies a gas lighter than air to the upper part of the core at a speed that allows stable convection without sustaining natural circulation flow in all the target reactor channels. This prevents the natural circulation of air in the nuclear reactor. That is, when the reactor piping is broken, air may enter from the breakage opening. At this time, a large amount of air enters due to the generation of a natural circulation flow that makes a round of the reactor. However, in the initial stage after the fracture, there is a period in which air enters mainly due to molecular diffusion. Therefore, if a gas (for example, helium) that is lighter than air entering from the opening through molecular breakage is supplied from the upper part of the core immediately after the breakage, a natural circulation flow in which a large amount of air enters is generated. Can be prevented.

SCAD機構は、原子炉の主配管破断事故における重大な空気浸入を防ぐために、経済的で信頼できる解決法を提供する。本発明は、安全性と経済性において高温原子炉技術における最先端技術に関して、重要な前進と、現在、及び、将来の利用系の技術見通しを高めるものである。   The SCAD mechanism provides an economical and reliable solution to prevent significant air ingress in a reactor main pipe failure. The present invention provides significant advancements and technological prospects for current and future utilization systems with respect to the state of the art in high temperature reactor technology in safety and economy.

エネルギー生産設備の熱源である原子炉は、どのような炉心形状や出力、あるいは燃料設計であっても制限されない。また、エネルギー生産における効率的な熱利用を実施するために施設調和のためのどんな選択にも制限されない。冷却材、望ましくは、ヘリウムガスであるが、他の代替気体あるいは混合ガスを含んでもよく、炉心で核分裂から放出された熱によって適切な高温まで加熱されて、熱利用施設までダクトを通して輸送される。原子炉は鋼製圧力容器に格納されている。   The reactor that is the heat source of the energy production facility is not limited in any core shape, power, or fuel design. Also, it is not limited to any choice for facility harmony to implement efficient heat utilization in energy production. Coolant, preferably helium gas, but may include other alternative gases or gas mixtures, heated to the appropriate high temperature by heat released from fission in the core and transported through a duct to a heat utilization facility . The reactor is housed in a steel pressure vessel.

原子炉はSCAD機構を備えており、主に気体貯蔵容器、原子炉内部への貯蔵容器からの気体放出のための配管、及び、流量調整装置から構成する。ガス貯蔵容器は、望ましくは、保守作業の実施を簡単にするため、原子炉一次系の外側に位置した圧縮気体タンクである。この場合、配管は、原子炉内部に外部の気体貯蔵容器を接続するために使用される。効果的な対向拡散のため、気体は容器から炉心頂部近くの領域へ連続的に放出される。流量調整装置は、固定あるいは寸法が可変のオリフィス、能動的あるいは受動的調節バルブ、またはそれらの組み合わせとなる。   The nuclear reactor is equipped with a SCAD mechanism, and is mainly composed of a gas storage vessel, piping for releasing gas from the storage vessel into the reactor, and a flow control device. The gas storage vessel is preferably a compressed gas tank located outside the primary reactor system to simplify maintenance work. In this case, the piping is used to connect an external gas storage container inside the nuclear reactor. For effective counter-diffusion, gas is continuously released from the vessel to a region near the top of the core. The flow control device may be a fixed or variable size orifice, an active or passive adjustment valve, or a combination thereof.

本発明の代替の具体案は、原子炉と施設間の冷却材輸送のための様々なダクト構造的配置を原子炉に適用するというものである。様々なダクト構成が、炉心、圧力容器、および施設配置のために特別に焦点をあてた設計目標を容易にするために必要とされる。本発明の他の代替具体案では、SCAD機構は、他機器の据付と性能目標において、接続配管の短縮とよりコンパクトな据付を達成するために原子炉システムの内部に設けられる。   An alternative embodiment of the present invention is to apply various duct structural arrangements to the reactor for coolant transport between the reactor and the facility. Various duct configurations are required to facilitate design goals specifically focused on core, pressure vessel, and facility placement. In another alternative embodiment of the present invention, the SCAD mechanism is provided inside the reactor system to achieve shortened connection piping and a more compact installation in the installation and performance goals of other equipment.

従来、幾つかのオリジナルな原子炉システム構成が明らかにされた。明らかにされた代替システム構成に関する例として、本発明は、SCAD機構が原子炉圧力容器の内側か外側のどちらかに配置される。内側設置はコンパクトな設置を実現するが、外側設置はSCAD機構への保守作業を簡素化する。明らかにされた設計技術は、重要な利益を最新の高温原子炉技術に対して安全と経済性において提供し、現在、及び、将来の利用系のための技術の見通しを高めるものである。   In the past, several original reactor system configurations have been clarified. As an example of an alternative system configuration that has been clarified, the present invention is that the SCAD mechanism is located either inside or outside the reactor pressure vessel. The inner installation achieves a compact installation, while the outer installation simplifies maintenance work on the SCAD mechanism. The disclosed design technology provides significant benefits in safety and economy to the latest high temperature reactor technology and enhances the technology prospects for current and future applications.

本願発明者が本願前に出願した上記特許文献1においても、原子炉内での空気の自然循環流を防止する高温原子炉システムが開示されているが、このシステムでは、冷却材側流路からヘリウムガスを注入して空気が原子炉の圧力容器内を一巡する自然循環流を防止するのを目的としている。これに対し、本発明では、注入することでより安定成層が形成される容器上部からヘリウムガスを注入するものであり、そのために持続する対向拡散機構を設けた高温原子炉システムである。   In the above-mentioned Patent Document 1 filed before the present application by the inventor of the present application, a high-temperature reactor system for preventing a natural circulation flow of air in the reactor is disclosed. The purpose is to inject a helium gas to prevent a natural circulation flow in which the air makes a round in the reactor pressure vessel. On the other hand, in the present invention, helium gas is injected from the upper part of the vessel where a more stable stratification is formed by injection, and this is a high temperature nuclear reactor system provided with a continuous counter diffusion mechanism.

本発明に従って、原子炉の外側に位置した持続するSCAD機構を利用して、原子炉圧力容器の下部近くに位置する同心ダクトを持つ高温原子炉システムの概略図を示す。FIG. 2 shows a schematic diagram of a high temperature reactor system having a concentric duct located near the bottom of the reactor pressure vessel utilizing a sustained SCAD mechanism located outside the reactor in accordance with the present invention. 本発明の代替具体案に従い、原子炉圧力容器の下部近くに位置する1つ以上の同心ダクトを持つ、図1の高温原子炉システムの概略図を示す。FIG. 2 shows a schematic diagram of the high temperature reactor system of FIG. 1 with one or more concentric ducts located near the bottom of the reactor pressure vessel in accordance with an alternative embodiment of the present invention. 本発明の別の代替具体案に従い、原子炉圧力容器の下部近くに位置する1つ以上の非同心ダクトを持つ、図1の高温原子炉システムの概略図を示す。FIG. 2 shows a schematic diagram of the high temperature reactor system of FIG. 1 with one or more non-concentric ducts located near the bottom of the reactor pressure vessel in accordance with another alternative embodiment of the present invention. 本発明のさらに別の代替具体案に従い、原子炉圧力容器の下部近くに位置する同心と非同心ダクトの組み合わせである、図1の高温原子炉システムの概略図。FIG. 2 is a schematic diagram of the high temperature reactor system of FIG. 1 that is a combination of concentric and non-concentric ducts located near the bottom of the reactor pressure vessel in accordance with yet another alternative embodiment of the present invention. 原子炉内部に位置するSCAD機構を持つ高温原子炉システムの概略図を示す。1 shows a schematic diagram of a high temperature nuclear reactor system with a SCAD mechanism located inside the nuclear reactor.

本発明の高温原子炉システムの概略を図1に示す。システムは高温原子炉8とSCAD機構9から構成する。熱は、高温原子炉8で核分裂により発生し、あらかじめ決められた冷却材気体を適切な高温まで加熱するために利用される。熱い気体は実用的な熱利用施設にダクトを通して輸送される。   An outline of the high temperature reactor system of the present invention is shown in FIG. The system consists of a high temperature reactor 8 and a SCAD mechanism 9. Heat is generated by fission in the high temperature reactor 8 and is utilized to heat a predetermined coolant gas to an appropriate high temperature. Hot gas is transported through a duct to a practical heat utilization facility.

より明確には、高温原子炉8は原子炉圧力容器14、原子炉の内部構造物15、炉心16、及び、原子炉の下部における同心ダクト17から構成する。冷却材気体は、使用されている核燃料の温度能力に応じて700℃から1000℃までの範囲の適当な高温に炉心16で加熱される。冷却材気体は、同心ダクト17の流出流路19において施設に輸送され、同心ダクト17の流入流路18において原子炉へ戻る。   More specifically, the high temperature reactor 8 comprises a reactor pressure vessel 14, a reactor internal structure 15, a core 16, and a concentric duct 17 at the bottom of the reactor. The coolant gas is heated in the core 16 to a suitable high temperature ranging from 700 ° C. to 1000 ° C. depending on the temperature capability of the nuclear fuel being used. The coolant gas is transported to the facility in the outflow channel 19 of the concentric duct 17 and returns to the reactor in the inflow channel 18 of the concentric duct 17.

SCAD機構9は気体貯蔵容器20、気体配管21、及び流量制御要素22から構成する。気体の定常流は配管21で気体貯蔵容器20から原子炉内部8まで流すことができる。配管21の流れは、流量制御要素22によって能動的あるいは受動的に積極的に制御される。以下の拡散に関するフィックの法則に従って、一般に、原子炉の冷却材流路の気体流束が推測できる。   The SCAD mechanism 9 includes a gas storage container 20, a gas pipe 21, and a flow rate control element 22. A steady flow of gas can flow from the gas storage container 20 to the inside 8 of the reactor through the pipe 21. The flow of the pipe 21 is actively controlled actively or passively by the flow control element 22. In general, the gas flux in the reactor coolant channel can be inferred according to Fick's Law for diffusion below.

ここで、Nはモル流束、xはモル濃度、cは混合物のモル密度、Dは拡散率、zは方向座標である。添字hは、気体貯蔵容器20から供給された気体を示し、添字aは空気を示す。実際には存在するかもしれない他の気体あるいは混合気体は、原理の説明図を簡素化するために含めていない。方程式(a)の右辺の最初のグループは濃度勾配の結果として生じる拡散による流束であり、2番目のグループは混合気体の大量の流れから生じる流束である。 Here, N is the molar flux, x is the molar concentration, c is the molar density of the mixture, D is the diffusivity, and z is the directional coordinate. The subscript h indicates the gas supplied from the gas storage container 20, and the subscript a indicates air. Other gases or gas mixtures that may actually exist are not included to simplify the principle illustration. The first group on the right-hand side of equation (a) is the flux due to diffusion that occurs as a result of the concentration gradient, and the second group is the flux that results from the bulk flow of the gas mixture.

方程式(a)のシステムは、着目している全ての主要な原子炉冷却材流路で形成されており、適切な運転条件と境界条件により同時に解かれる。運転条件は、対向拡散を持続するための気体供給の最小流量が拡散と原子炉に入る空気の対流がゼロになるまで加えられ、各種気体あるいは混合気体の流束が定常状態で一定となる。境界条件は、原子炉冷却材流路に沿って仮定された気体組成となる。   The system of equation (a) is formed with all the major reactor coolant channels of interest and is solved simultaneously with appropriate operating and boundary conditions. The operating conditions are such that the minimum flow rate of gas supply to maintain counter diffusion is applied until the diffusion and convection of air entering the reactor are zero, and the flux of various gases or gas mixtures is constant in a steady state. The boundary condition is the assumed gas composition along the reactor coolant flow path.

方程式(a)から計算された最小流量は、SCAD機構9の主要なシステムパラメータを決定するために使用される。パラメータの1つ、流量制御要素22の流量係数Cvは、流量制御要素22を通り抜ける気体が上式(a)から計算された必要最小流量と一致するか、あるいは超えるように決定される。もし、気体貯蔵容器20が周囲圧力の2倍以上の圧力となる場合は、流量制御要素22を流れる気体は音速になる。そのような場合と容器20から流れる気体が圧力Poで開始、時間t後の圧力Ptで終了するという条件下では、気体貯蔵容器20のための容積パラメータVは以下の相関関係により決定される。 The minimum flow calculated from equation (a) is used to determine the main system parameters of the SCAD mechanism 9. One of the parameters, the flow coefficient Cv of the flow control element 22, is determined so that the gas passing through the flow control element 22 matches or exceeds the required minimum flow calculated from the above equation (a). If the gas storage container 20 has a pressure more than twice the ambient pressure, the gas flowing through the flow rate control element 22 has a sonic velocity. Starts in such a case the container 20 the gas flowing from the pressure P o, under conditions that ends at the pressure P t after time t, the volume parameter V for gas storage vessel 20 is determined by the correlation of the following The

上式(b)は、気体貯蔵容器20の一定温度Tにおける等温状態を仮定する。気体定数Rとrは気体貯蔵容器20における特定の作動流体の物性である。
図2が本発明の代替具体案の概要であり、図1のそれらと同様の部分は同じ参照番号で指定し、詳細に説明しない。図2に示されるように、原子炉は原子炉圧力容器14の下側高さの位置において2つの同心ダクト25を有する。最初の同心ダクト25は、冷却材流出流路19を有し、一方、2番目の同心ダクト26は冷却材流入流路18を持つ。同心ダクトの外側環状流路は、原子炉容器冷却流れのような他の冷却材流れに利用するかもしれない。代替のダクト構造は、原子炉圧力容器14のための建設材料選択のような異なった設計や性能目標を達成するために使用される。
The above equation (b) assumes an isothermal state at a constant temperature T of the gas storage container 20. The gas constants R and r are physical properties of a specific working fluid in the gas storage container 20.
FIG. 2 is an overview of an alternative embodiment of the present invention, and parts similar to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and will not be described in detail. As shown in FIG. 2, the reactor has two concentric ducts 25 at the lower height position of the reactor pressure vessel 14. The first concentric duct 25 has a coolant outflow channel 19, while the second concentric duct 26 has a coolant inflow channel 18. The outer annular channel of the concentric duct may be used for other coolant flows such as reactor vessel cooling flow. Alternative duct structures are used to achieve different design and performance goals such as construction material selection for the reactor pressure vessel 14.

図3は、図2の具体案における同心ダクトの1つ、すなわち、ダクト26を非同心ダクトに置き換えた本発明の代替具体案の概要である。図3に示されるように、非同心ダクト27は冷却材流入流路18を有する。前に図1と2で特定された図3のそれらの部分は、同じ番号を与え、説明はしない。非同心ダクトの設計は、より簡単であり、前に説明された同心ダクトに比べてより経済的となる可能性がある。しかしながら、非同心ダクトの実現可能性は、高温の鉄鋼や断熱材として他の設計パラメータの性能と有効性に依存する。   FIG. 3 is an overview of an alternative embodiment of the present invention in which one of the concentric ducts in the embodiment of FIG. 2, ie, duct 26 is replaced with a non-concentric duct. As shown in FIG. 3, the non-concentric duct 27 has a coolant inflow channel 18. Those parts of FIG. 3 previously identified in FIGS. 1 and 2 are given the same numbers and will not be described. Non-concentric duct designs are simpler and may be more economical than the concentric ducts previously described. However, the feasibility of non-concentric ducts depends on the performance and effectiveness of other design parameters as high temperature steel and insulation.

図4は図1の具体案における同心ダクト17を分けられた非同心ダクトで置き換えた本発明の他の具体案の概略図である。図4に示されるように、最初の非同心ダクト28は冷却材流出流路19を有し、一方、2番目の非同心ダクト29は冷却材流入流路18を持つ。図1において、前に特定された図4のそれらの部分は、同じ番号を与え、説明しない。全ての非同心ダクトの使用は、次に説明されるように同様の設計規制に匹敵する設計目標を実現する。   FIG. 4 is a schematic view of another embodiment of the present invention in which the concentric duct 17 in the embodiment of FIG. 1 is replaced with a separate non-concentric duct. As shown in FIG. 4, the first non-concentric duct 28 has a coolant outflow channel 19, while the second non-concentric duct 29 has a coolant inflow channel 18. In FIG. 1, those parts of FIG. 4 previously identified are given the same numbers and will not be described. The use of all non-concentric ducts achieves design goals that are comparable to similar design regulations, as will be explained next.

図5は原子炉の内部に再配置された原子炉の外側に設置されたSCAD機構9の概略図である。図1で前に特定された部分は、同じ番号を与え、説明しない。内部のSCAD機構は、他の可能性がある設計上の利益において、よりコンパクトで一般にも高価でないシステムの導入が達成できる。しかしながら、SCAD機構9への保守作業は、より難しくなる可能性がある。   FIG. 5 is a schematic view of the SCAD mechanism 9 installed outside the nuclear reactor relocated inside the nuclear reactor. Parts previously identified in FIG. 1 are given the same numbers and will not be described. The internal SCAD mechanism can achieve the introduction of a more compact and generally less expensive system in other possible design benefits. However, maintenance work on the SCAD mechanism 9 may be more difficult.

本発明の特定の具体案が図と記述により提示された。これらの具体案は、様々な形で発明を利用し特定の使用にふさわしい他の技術を可能にするため、発明の原則と実用化について説明し記述された。詳細に記述された発明の範囲を制限して解釈するべきではなく、事実上、多くの修正と変更が学習の観点から可能である。例えば、原子炉とSCAD機構の両方で多くの変更が可能であり、異なった番号とダクト構成の利用を含む、運転原理、ダクトとSCAD設計に関して異なった原子炉内部の流路を強化するためSCAD機構に付加要素の追加を含む。同様に、変更はまた、設備配置と全体の原子炉システム構成に関する配置、及び、発電とプロセス熱利用からそのコジェネレーションまで、広がる利用系の可能性のために存在する。これより、本発明の範囲は以下の請求とそれらの法的に等価なものにより決定されるべきである。   Specific embodiments of the invention are presented in the figures and description. These schemes have been described and described in terms of the principles and practical application of the invention in order to make use of the invention in various ways and to enable other technologies suitable for a particular use. It should not be construed as limiting the scope of the invention described in detail, and in fact many modifications and changes are possible from a learning standpoint. For example, many changes are possible in both the reactor and the SCAD mechanism, including the use of different numbers and duct configurations, to enhance the flow within the different reactors with respect to operating principles, ducts and SCAD designs. Includes adding additional elements to the mechanism. Similarly, changes also exist because of the deployment arrangements and arrangements related to the overall reactor system configuration, and the possibility of utilization systems extending from power generation and process heat utilization to its cogeneration. Thus, the scope of the invention should be determined by the following claims and their legal equivalents.

Claims (8)

炉心、炉心を含むための内部容器構造、及び内部容器構造を包括するための圧力容器から構成された高温原子炉の下部に設けられた、冷却材気体の流れを誘導して方向付けるための流入流路と高温原子炉から冷却材気体の流れを誘導するための流出流路とを構成する配管の破断事故時に、高温原子炉内に侵入空気の自然循環流が発生することを防止する対向拡散機構を有する高温原子炉システムであって、
当該対向拡散機構は、高温原子炉の外側に設置されていて、空気より軽い気体を含有する気体貯蔵容器、気体貯蔵容器から高温原子炉の炉心頂部に空気より軽い気体を供給するための流路、及び空気より軽い気体の流量を制限するための流量調整装置から構成され、
配管の破断事故時に、当該対向拡散機構から空気より軽い気体が高温原子炉の炉心頂部に連続して供給されることにより、高温原子炉の下部に設けられた配管の破断部位からの分子拡散により侵入する空気と対向する流れ方向に空気より軽い気体を高温原子炉内に拡散させ続けて、高温原子炉内での空気の自然循環流を防止する高温原子炉システム。
Inflow for inducing and directing the flow of coolant gas, provided in the lower part of the high temperature reactor composed of a reactor core, an inner vessel structure for containing the reactor core, and a pressure vessel for enclosing the inner vessel structure Counter-diffusion to prevent the occurrence of a natural circulating flow of intrusion air in the high temperature reactor in the event of a break in the piping that comprises the flow channel and the outflow channel for inducing coolant gas flow from the high temperature reactor A high temperature nuclear reactor system having a mechanism,
The counter-diffusion mechanism is installed outside the high-temperature reactor and contains a gas storage vessel containing a gas lighter than air, and a flow path for supplying a gas lighter than air from the gas storage vessel to the top of the core of the high-temperature reactor. And a flow control device for limiting the flow rate of gas lighter than air,
In the event of a pipe rupture accident, a gas lighter than air is continuously supplied from the counter diffusion mechanism to the top of the core of the high temperature reactor, thereby causing molecular diffusion from the rupture site of the pipe provided in the lower part of the high temperature reactor A high-temperature reactor system that prevents the natural circulation of air in the high-temperature reactor by continuously diffusing a gas lighter than air in the flow direction opposite to the invading air.
冷却材気体に対応して高温原子炉から誘導し、方向付けるための1つまたは1つ以上の同心流路で構成する流入流路を持つ請求項1の原子炉システム。   The reactor system of claim 1 having an inflow channel comprised of one or more concentric channels for directing and directing from a high temperature reactor in response to a coolant gas. 冷却材気体の流路数に対応して、高温原子炉から誘導し、方向付けるための1つまたは1つ以上の同心流路で構成する前述の流出流路を持つ請求項1の原子炉システム。   The reactor system of any preceding claim, comprising the aforementioned outflow channel comprising one or more concentric channels for directing and directing from a high temperature reactor corresponding to the number of coolant gas channels. . 冷却材気体を誘導して、方向付けるための1つまたは1つ以上の流路で構成する内部容器構造を持つ請求項1の原子炉システム。   The reactor system of claim 1 having an internal vessel structure comprising one or more flow paths for directing and directing coolant gas. 気体貯蔵容器は、空気より軽い気体源を1つ以上有する請求項1の原子力システム。   The nuclear system of claim 1, wherein the gas storage container has one or more gas sources that are lighter than air. 気体貯蔵容器と高温原子炉の間に、空気より軽い気体が流れる1つ以上の流路を持つ請求項1の原子力システム。   The nuclear power system of claim 1, wherein the nuclear power system has one or more flow paths between the gas storage vessel and the high temperature reactor through which a gas lighter than air flows. 流量調整装置は、流路において空気より軽い気体の流量を制限するために1つ以上の流量制御要素を持つ請求項1の原子炉システム。   The reactor system of claim 1, wherein the flow regulator has one or more flow control elements to limit the flow rate of a gas that is lighter than air in the flow path. 冷却材気体と、空気より軽い気体と、が同一である、請求項1の原子炉システム。   The reactor system of claim 1, wherein the coolant gas and the gas lighter than air are the same.
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