JP2012047531A - Power generation system by molten salt reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、核反応エネルギーを利用した熔融塩炉による高効率の発電システムに関する。 The present invention relates to a highly efficient power generation system using a molten salt furnace using nuclear reaction energy.
近年、電気自動車の普及やコンピューターのサーバー向けなどに安全かつ1〜2万kW程度の出力を有する発電炉が世界的に求められているが、既存の発電炉においてはそれぞれに問題がある。即ち、火力発電所では排気ガスの処理に、太陽光発電や風力発電では安定な電力供給に、水力発電では水の少ない地域とか水位を確保できない地域など地域性の制約に、固体核燃料を用いた原子力発電では安全性・核拡散抵抗性・核廃棄物処理などや低い発電効率に、それぞれ難がある。 In recent years, there has been a worldwide demand for power reactors that are safe and have an output of about 1 to 20,000 kW for the spread of electric vehicles and computer servers. However, existing power reactors have their respective problems. In other words, solid nuclear fuel was used for exhaust gas treatment at thermal power plants, for stable power supply with solar power generation and wind power generation, and for local constraints such as areas where water generation is low or water levels cannot be secured. In nuclear power generation, there are difficulties in safety, proliferation resistance, nuclear waste disposal, and low power generation efficiency.
原子力発電においては、実用化には至っていないが、基礎研究が十分になされて工業的に発電が可能な魅力的な発電炉がある。それは従来のウラン固体核燃料とは全く異なった核反応を利用したトリウムからの核反応エネルギーを利用した熔融塩炉であり、その原理は以下の通りである。 Nuclear power generation has not yet been put into practical use, but there are attractive power reactors that are capable of industrial power generation after sufficient basic research. It is a molten salt furnace that uses nuclear reaction energy from thorium that uses a nuclear reaction that is completely different from the conventional uranium solid nuclear fuel, and its principle is as follows.
天然のトリウム232には核分裂性がないが、中性子を1個吸収すると核分裂性のウラン233に変換することができる。しかもこれらを弗化物の形にして、7LiF−BeF2の熔融塩に溶解させることで、核兵器に転用される心配もなければ、固体核燃料に見られるような炉心熔融のおそれもなく、安全にエネルギーを得ることができる(非特許文献1)。また、核燃料としてウラン233の代わりに処理に困っている使用済み核燃料ウラン235やプルトニウムも用いることができ、これら使用済み核燃料を安全に焼却、消滅させることができる。また、この炉を発電炉としたときの出力は発電効率も高く、巾広く選べるが、例えば、5〜25万kW程度の小型炉と0.2〜2万kW程度の超小型炉が得られることが知られている(特許文献1、2)。このうち、特許文献1で示される小型炉は「FUJI」と、特許文献2で示される超小型炉は「miniFUJI」という名称が名づけられている。 Although natural thorium 232 is not fissile, it can be converted to fissile uranium 233 by absorbing one neutron. Moreover, by dissolving these in the form of fluoride and dissolving them in the molten salt of 7 LiF-BeF 2, there is no fear of being diverted to nuclear weapons, and there is no risk of core melting as seen in solid nuclear fuels. Energy can be obtained (Non-patent Document 1). In addition, spent nuclear fuel uranium 235 and plutonium that are in need of processing can be used as nuclear fuel instead of uranium 233, and these spent nuclear fuel can be safely incinerated and extinguished. Moreover, the output when this furnace is used as a power generation furnace is high in power generation efficiency and can be selected from a wide range. For example, a small furnace of about 5 to 250,000 kW and a microminiature furnace of about 0.2 to 20,000 kW can be obtained. (Patent Documents 1 and 2). Among these, the small reactor shown in Patent Document 1 is named “FUJI”, and the micro reactor shown in Patent Document 2 is named “miniFUJI”.
これら特許文献1,2で示される炉は、燃料熔融塩の炉入口温度と炉出口温度が各々560℃、700℃であり、水蒸気温度593℃で約43%の発電効率を得る性能のものであった。 The furnaces shown in these Patent Documents 1 and 2 have the performance of obtaining a power generation efficiency of about 43% at a steam temperature of 593 ° C., respectively, at a furnace inlet temperature and a furnace outlet temperature of the fuel molten salt of 560 ° C. and 700 ° C., respectively. there were.
しかるに発電炉であるからには炉出口温度はできるだけ高くするのが好ましい。発電効率を向上でき、工業用高温熱源として有用だからである。 However, since it is a power generation furnace, it is preferable to make the furnace outlet temperature as high as possible. This is because power generation efficiency can be improved and it is useful as an industrial high-temperature heat source.
さらに、核燃料としてPuF3を用いたとき、PuF3の溶解性が熔融塩において低いため、熔融塩の温度が低いと運転条件の選択幅が制限される問題がある。 Furthermore, when PuF 3 is used as the nuclear fuel, the solubility of PuF 3 is low in the molten salt. Therefore, if the temperature of the molten salt is low, there is a problem that the selection range of the operating conditions is limited.
本発明は、このような背景から、核反応エネルギーを利用した熔融塩炉による高効率の発電システムを提供することを、その目的とする。 In view of such a background, an object of the present invention is to provide a highly efficient power generation system using a molten salt furnace using nuclear reaction energy.
本発明は、熔融塩炉の炉出口温度を730〜800℃となるように熔融塩の流量を制御して、発電効率を従来の熔融塩炉に比較して、向上させることができる発電システムとする。 The present invention relates to a power generation system capable of controlling the flow rate of molten salt so that the furnace outlet temperature of the molten salt furnace is 730 to 800 ° C. and improving the power generation efficiency as compared with a conventional molten salt furnace. To do.
具体的には、内部に減速材が配置されると共に、核反応性物質が溶解された燃料熔融塩が流れて核反応が行われる炉と、炉にそれぞれ設けられた熔融塩出口と熔融塩入口との間で燃料熔融塩を移動させるポンプと、熔融塩出口から流出された燃料熔融塩からの熱を除熱する熱交換器と、前記除熱した熱エネルギーによってタービンを駆動して発電を行う蒸気タービンと、前記熔融塩出口における燃料熔融塩の炉出口温度が730〜800℃の一定温度となるように、または、ボイラーからの蒸気温度が600〜700℃の一定温度となるように、前記ポンプによって循環させる熔融塩の流量を制御する制御器と、を備えることを特徴とする。 Specifically, a moderator is disposed inside, a furnace in which a fuel molten salt in which a nuclear reactive substance is dissolved flows and a nuclear reaction is performed, and a molten salt outlet and a molten salt inlet respectively provided in the furnace And a pump for moving the fuel molten salt between, a heat exchanger for removing heat from the fuel molten salt flowing out from the molten salt outlet, and driving the turbine with the removed heat energy to generate electricity The furnace temperature of the fuel molten salt at the steam turbine and the molten salt outlet is a constant temperature of 730 to 800 ° C., or the steam temperature from the boiler is a constant temperature of 600 to 700 ° C. And a controller for controlling the flow rate of the molten salt circulated by the pump.
また、前記制御器は、前記熔融塩入口における燃料熔融塩の炉入口温度が600℃以上となるように前記ポンプを制御することを特徴とする。 Further, the controller controls the pump so that a furnace temperature of the fuel molten salt at the molten salt inlet becomes 600 ° C. or more.
また、前記蒸気タービンの少なくとも水蒸気と接する部位は、ニッケルをベースとし、600℃以上の耐熱材料から構成されることを特徴とする。 Further, at least a portion of the steam turbine that is in contact with water vapor is made of a heat-resistant material having a base of nickel and a temperature of 600 ° C. or higher.
また、前記燃料熔融塩は、核反応性物質の弗化物を溶解する弗化物であることを特徴とする。 The fuel molten salt is a fluoride that dissolves a fluoride of a nuclear reactive substance.
また、前記核反応性物質の弗化物としてPuF3を用いたことを特徴とする。 In addition, PuF 3 is used as a fluoride of the nuclear reactive substance.
また、前記熱交換器は、前記燃料熔融塩と熔融塩冷却材との熱交換を行い、前記ボイラーは、前記熔融塩冷却材との熱交換により水蒸気を発生することを特徴とする。 The heat exchanger performs heat exchange between the fuel molten salt and the molten salt coolant, and the boiler generates steam by heat exchange with the molten salt coolant.
本発明によれば、熔融塩の炉出口温度を従来の700℃に比較して730〜800℃の一定温度となるように、または水蒸気温度を従来の593℃に比較して600〜700℃の一定温度となるように、上げることにより、熱効率を上げることが可能となり、出力を上げることができる発電システムとすることができる。その結果、炉の発熱および排熱負担が軽減される。この効果として、中性子量の減少から減速材の寿命を延ばし、炉の寿命を延ばすことができる。また、熱効率上昇の直接の効果である、発電量当たりの消費核燃料量の減少とともに、熱効率上昇の間接的効果である炉の寿命延長からも、発電コストを下げることができる。 According to the present invention, the furnace outlet temperature of the molten salt becomes a constant temperature of 730 to 800 ° C. compared to the conventional 700 ° C., or the steam temperature is 600 to 700 ° C. compared to the conventional 593 ° C. By raising the temperature so as to be a constant temperature, it is possible to increase the thermal efficiency, and it is possible to provide a power generation system that can increase the output. As a result, the heat generation and exhaust heat burden of the furnace are reduced. As this effect, the life of the moderator can be extended from the decrease in the amount of neutrons, and the life of the furnace can be extended. Moreover, along with a decrease in the amount of fuel consumed per unit of power generation, which is a direct effect of an increase in thermal efficiency, power generation costs can also be reduced due to an indirect effect of an increase in thermal efficiency, which extends the life of the furnace.
このような一定温度の調整は、燃料熔融塩の流量を調整することで容易に行うことができ、負荷追従性の高いものとすることができる。 Such adjustment of the constant temperature can be easily performed by adjusting the flow rate of the fuel molten salt, and can have high load followability.
また、より耐熱性の高い材料の蒸気タービンを用いることで、熱効率を上げることが可能となり、出力を上げることができる効果を奏する。 In addition, by using a steam turbine made of a material having higher heat resistance, it is possible to increase the thermal efficiency and to increase the output.
また、燃料熔融塩の炉入口温度を上げることで、核反応性物質の弗化物としてPuF3を用いた場合に、その熔融塩中溶解度を大きく増加することができる。その結果、炉運転とともに増えるプロトアクチニウム及び核分裂生成物中の三価の陽イオンの収容力を高め、それによる燃料塩取り替えの必要性を低減することができる。また、採用して使用する燃料熔融塩の組成選択(不純度)幅を一層拡大出来て、炉の運転管理が一層容易になる。 Further, by increasing the furnace inlet temperature of the fuel molten salt, when PuF 3 is used as the fluoride of the nuclear reactive substance, the solubility in the molten salt can be greatly increased. As a result, it is possible to increase the capacity of trivalent cations in protoactinium and fission products that increase with the operation of the reactor, thereby reducing the need for fuel salt replacement. In addition, the composition selection (impurity) range of the fuel molten salt to be adopted and used can be further expanded, and furnace operation management becomes easier.
以下、図面につき本発明の一実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示すように、本発明による発電システムは、大略、炉10と、熔融塩用配管12と、熱交換器14と、燃料熔融塩ポンプ16と、冷却系配管18と、冷却系ポンプ19、ボイラー20と、蒸気タービン22と、凝縮器23と、給水ポンプ24と、制御器26と、を備える。
As shown in FIG. 1, a power generation system according to the present invention generally includes a
図2及び図3に示すように、炉10、熔融塩用配管12、熱交換器14、燃料熔融塩ポンプ16及び冷却系配管18の一部は、厚い壁体によって画成される高温格納室29内に配置される。高温格納室29は内部の温度を熔融塩の融点以上に保ち放射線遮蔽機能を持つ。
As shown in FIGS. 2 and 3, a
炉10は、具体的には、図2に示すように、例えば、miniFUJIまたはその類似形を用いることができる。即ち、炉10は、図2及び図4に示したように、円筒状の容器30を有する。容器30を構成する材料としてはハステロイ(登録商標)Nと呼ばれるMo、Crを加えたNi合金が好適である。なかでもこれにNbが添加されたハステロイNが有効である。
Specifically, as shown in FIG. 2, for example, miniFUJI or a similar form thereof can be used for the
容器30の内側には、中性子からの影響を軽減するために黒鉛からなる反射層32が設けられている。図5は図4のA−A線に沿う横断面図であるが、容器30は図示されていない。図5に示した通り、炉10内部では炉心を囲むように黒鉛でできた減速材34が殆ど隙間なく敷き詰められている(図2,4においてはその一部のみが示されている)。
A
減速材34は、黒鉛から構成される細長部材であって、炉心領域とその周囲を囲むブランケット領域とでその横断面形状を異にし空隙率が異なる。例えば、減速材34は、例えば概略六角柱状で、炉心領域については図6(a)に示す空隙率の低い形状、その周囲のブランケット領域には図6(b)に示す空隙率の高い形状とすることができる。図中の寸法は一例を示すものであって、本発明がこの大きさに限定されることを意味するものではない。
The
炉心には、制御棒36が配置される。容器30よりも上方には、制御棒36を上下動で挿入可能にする駆動機構38が設けられる。また、図2に示すように、容器30の下部には、燃料熔融塩の入口40、上部には、燃料熔融塩の出口42が設けられる。さらに、容器30の底部には、ドレイン口44が設けられる。制御棒36とドレイン口44は安全対策上から設けられるものである。
A
炉10は、黒鉛からなる反射層32,減速材34を内部に充填した後、熔封される。したがって可動部は、中央の制御棒36の駆動機構38のみとなる。
The
容器30の下部の入口40から燃料熔融塩が流入し、減速材34に沿って設けられる流路等を通過して上方へと流れ、核反応、熱発生を伴いつつ、容器30の上部の出口42から前記熔融塩用配管12へと流出するようになっている。
Fuel molten salt flows in from the
熔融塩は、核反応性物質の弗化物を溶解する弗化物よりなる。核反応性物質としては、トリウムやウラン238のような、核分裂性を有さないが、中性子を吸収することで核分裂性を有するもの、いわゆる親核種(fertile)と、ウラン235、ウラン233またはプルトニウム239が必要である。プルトニウム239は世界的に処理に困っている使用済み核燃料から入手することができる。ウラン233は中性子再生率、すなわちある核種に吸収された中性子1個あたりの核分裂により再生される中性子数が、中性子エネルギーの広い範囲にわたってウラン235やプルトニウム239に比して2.29と非常に高く、1eVあたりまであまり変化しない。それゆえ、トリウムを親核種とし、ウラン233を中性子源とするものが好適に用いられる。これら核反応性物質の弗化物を溶解する弗化物は、高熱に対し安定であるとともに、熱中性子吸収の小さいものが用いられ、核反応で生成する熱媒体としての機能を有する。例えば、7LiF−BeF2、LiF−NaF−KFなどが好適なものである。その中でも7LiF−BeF2が特に好ましく用いられる。熔融塩に接する気体はヘリウムのような不活性ガスがカバーガスとして用いられる。 The molten salt consists of a fluoride that dissolves the fluoride of the nuclear reactive material. Nuclear reactive substances, such as thorium and uranium 238, which do not have fissile properties but have fissile properties by absorbing neutrons, so-called fertile, uranium 235, uranium 233 or plutonium 239 is required. Plutonium 239 can be obtained from spent nuclear fuel, which is difficult to process worldwide. Uranium 233 has a very high neutron regeneration rate, that is, the number of neutrons regenerated by fission per neutron absorbed by a certain nuclide is 2.29, which is much higher than uranium 235 and plutonium 239 over a wide range of neutron energy It does not change much until around 1 eV. Therefore, those using thorium as the parent nuclide and uranium 233 as the neutron source are preferably used. Fluorides that dissolve the fluorides of these nuclear reactive substances are stable against high heat and have low thermal neutron absorption, and have a function as a heat medium generated by nuclear reactions. For example, 7 LiF—BeF 2 , LiF—NaF—KF, and the like are suitable. Among them, 7 LiF—BeF 2 is particularly preferably used. As the gas in contact with the molten salt, an inert gas such as helium is used as the cover gas.
容器30の上部の出口42から前記熔融塩用配管12に流出した燃料熔融塩は、燃料熔融塩ポンプ16によって熱交換器14と炉10との間を循環するようになっている。燃料塩は常圧高温の液体なので、燃料熔融塩ポンプ16としては、同じく常圧高温の液体のナトリウムを扱う高速増殖炉用機器技術が流用できる。燃料熔融塩ポンプ16の上部空間は異常な運転時に生ずるかもしれない熔融塩の熱膨張を吸収する容量を備えた膨張タンクにもなっている。
The fuel molten salt flowing out from the
図示は省略するものの、熔融塩を高温格納室29外にある熔融塩貯蔵タンクやドレインタンクから炉10に送るためのポンプと配管も適宜、設けられる。
Although not shown, a pump and piping for sending the molten salt from the molten salt storage tank or drain tank outside the high
熱交換器14は、燃料熔融塩と冷却媒体との間で熱交換を行う。熱交換を行う冷却媒体としては、蒸気タービン22を駆動する水蒸気となる水としてもよいが、別の冷却材を介在させて熱交換を行った方が安全上有利である。その場合の別の冷却材としては、熔融塩、例えば、7LiF−BeF2、LiF−NaF−KF、NaBF4−NaFなどが好適に用いられ、中でもNaBF4−NaFが特に好ましく用いられる。
The
冷却媒体は、冷却系ポンプ19により冷却系配管18を循環して、ボイラー20において水との熱交換を行い、水蒸気を発生させるようになっている。
The cooling medium is circulated through the
ボイラー20及び蒸気タービン22の水蒸気と接する部位は600℃以上、より好ましくは650℃以上の耐熱性のある材料で構成される。その例としてはニッケルをベースとし、C:0.01〜0.15質量%、Cr:10〜28質量%、Co:10〜25質量%、Mo+W:5〜12質量%、Al:0.8〜3.6質量%、Ti:0.1〜0.6質量%、B:0.001〜0.006質量%、Re;0.1〜2.5質量%を含有する合金やオーステナイト系耐熱材料が用いられる。
The portions of the
制御器26は、入口40付近の燃料熔融塩の炉入口温度Tinletを検出する温度センサ50、出口42付近の燃料熔融塩の炉出口温度Toutletを検出する温度センサ52、熱交換器14の冷却媒体の入口温度を検出する温度センサ54、冷却媒体の出口温度を検出する温度センサ56、ボイラー20の出口温度を検出する温度センサ58からの各温度検出信号を取り込み、燃料熔融塩ポンプ16を制御して、その流量を制御する。
The
以上のように構成される発電システムにおいて、燃料熔融塩は、入口40から炉10に流入し、炉心領域とブランケット領域の減速材の空隙内に流れ、核反応により熱エネルギーを発生し、出口42から流出する。なお、この核反応の際に、種々の核反応生成物が生ずるが、そのうち、Kr、Xeなどは熔融塩に対し溶解度がないので常時カバーガスに移行される。これらは反応場に存在すると、熱中性子を吸収しやすいのであるが、そのようなおそれがないので、中性子損失を大きく低減させ、事故時のそれら放射能災害を軽減することができる。また、核反応生成物の一つであるトリチウムは熱交換器壁を抜けて冷却媒体である熔融塩に移行し、そのカバーガス中の水分と結合して常時分離される。また、核反応生成物のCs、Sr、Zr、Br、I、アクチノイドなどは熔融塩に安定に溶解し、一般に微量である。また、核反応生成物のMo、Nb、Ru、Sb、Ag、Teなどは固体表面に付着沈着したり、液面に浮いたり、液滴とともにガス中に移行するが、微量であり、比放射能増大以外は問題とならない。Te問題はNbを添加したハステロイNを用いること及び電気化学的調整で対応できる。
In the power generation system configured as described above, the molten fuel salt flows into the
制御器26は、温度センサ50、52を介して、燃料熔融塩の入口40及び出口42温度を監視し、炉出口温度Toutletを730〜800℃の一定温度となるように、燃料熔融塩ポンプ16を制御する。また、特に、核反応性物質の弗化物としてPuF3を用いている場合には、炉入口温度Tinletを600℃以上となるように、制御する。
The
熱交換器14で燃料熔融塩との熱交換を行った冷却媒体は、冷却系ポンプ19により冷却系配管18を循環して、ボイラー20において水との熱交換を行い、水蒸気を発生させる。ボイラー20で発生された水蒸気は、蒸気タービン22を駆動して、発電を行う。蒸気タービン22から凝縮器23で凝縮された復水は、給水ポンプ24によってボイラー20へと送出される。
The cooling medium that has exchanged heat with the fuel molten salt in the
蒸気タービン22における負荷変動に対して、この炉10は本来、燃料熔融塩の負の反応度温度係数により負荷追従性を有している。これに加えて、本発明は、負荷変動に応答して、燃料熔融塩の流量を調整することにより、炉出口温度が730〜800℃の一定温度となるように制御して、これによって、蒸気タービンの高効率化を達成することができる。即ち、蒸気タービン22による負荷が低下すれば、燃料熔融塩の流量をより減少させ、蒸気タービン22による負荷が上昇すれば、燃料熔融塩の流量をより増加させるように制御する。
In response to load fluctuations in the
尚、炉出口温度が730〜800℃の一定温度となるように制御する代わりに、ボイラーからの水蒸気温度Tturbineが600〜700℃の一定温度となるように、燃料熔融塩の流量を調整することも可能である。 Instead of controlling the furnace outlet temperature to be a constant temperature of 730 to 800 ° C, the flow rate of the fuel molten salt is adjusted so that the steam temperature Tturbine from the boiler becomes a constant temperature of 600 to 700 ° C. Is also possible.
以下に、具体的な設計例を示す。 A specific design example is shown below.
炉10の容器30として、1.8m径、2.1m高さ、肉厚1.4cmの単純な薄肉の円筒でハステロイNから構成し、その内側には黒鉛からなる厚さ35cmの反射層を設ける。
As the
炉心領域の直径は30cm、ブランケット領域の厚さが20cm、炉心領域の高さは90cmとする。熔融塩用配管12の管径は8cmである。
The diameter of the core region is 30 cm, the thickness of the blanket region is 20 cm, and the height of the core region is 90 cm. The pipe diameter of the
減速材34は、炉心領域については図6(a)に示す寸法、形状の黒鉛を、ブランケット領域には図6(b)に示す寸法、形状の黒鉛を図4に示すように配置し、8800kgを用いる。黒鉛は炉心、ブランケット、反射層中、それぞれ90,70、99容積%を占め、発熱部が炉心、ブランケットに占める全体積は約1m3である。
The
また、燃料熔融塩は7LiF−BeF2−ThF4−233UF4であり、夫々のモル%は71.53、16、12、0.47である。熔融塩の量は45リットルであり、このうち、Thは650kgであり、233Uの炉が保有している量は27kgであり、年間補給量は2.1kgである。熔融塩と熱交換される冷却材はNaBF4−NaFの熔融塩を用い、ボイラー20、蒸気タービン22のスチームに触れる部位はAl 2.1質量%、Co12.0質量%、Cr16.0質量%、Mo8.0質量%、W1.5質量%、C0.006質量%、B0.004質量%、Ni残量よりなる合金により構成する。
The fuel molten salt 7 LiF-BeF 2 -ThF 4 - 233 a UF 4, mol% each is 71.53,16,12,0.47. The amount of molten salt is 45 liters, of which Th is 650 kg, the amount held by the 233 U furnace is 27 kg, and the annual replenishment amount is 2.1 kg. The coolant that exchanges heat with the molten salt uses NaBF 4 -NaF molten salt, and the parts that come into contact with the steam of the
その他の諸条件は燃料熔融塩の炉入口温度を670℃、炉出口温度を780℃とし、冷却材熔融塩の熱交換器入口温度を580℃、熱交換器出口温度を680℃とし、ボイラー20の出口温度を680℃となるように制御器26によって燃料熔融塩ポンプ16を制御して、燃料熔融塩の流量を調整する。
The other conditions were as follows: the furnace temperature of the molten fuel salt was 670 ° C., the furnace outlet temperature was 780 ° C., the heat exchanger inlet temperature of the coolant molten salt was 580 ° C., the heat exchanger outlet temperature was 680 ° C. The fuel
その結果、従来よりも、蒸気温度を上昇させることができるために、47%の熱交換率を得ることができる。 As a result, since the steam temperature can be increased as compared with the conventional case, a heat exchange rate of 47% can be obtained.
これによって、無駄に捨てられる排熱を大きく減らすことができる。例えば、従来の特許文献1で示した熔融塩発電炉の場合で数量を示すことにすると、排熱が(150万kW/0.429(=350万kW)−150万kW)=200万kWであったのが、[(150万kW/0.47)−150万kW]=169.1万kWへと、即ち排熱の約15%減となり、環境保全に多大の貢献がある。 As a result, waste heat that is wasted can be greatly reduced. For example, when the quantity is shown in the case of the conventional molten salt power reactor shown in Patent Document 1, the exhaust heat is (1.5 million kW / 0.429 (= 3.5 million kW) −1.5 million kW) = 2 million kW. However, [(1.5 million kW / 0.47) -1.5 million kW] = 169.1 million kW, that is, about 15% reduction in exhaust heat, which contributes greatly to environmental conservation.
炉の反応熱量に関して、42.9%/47%=0.913、即ち約9%も炉の発熱負担が減少し、これは、中性子量減少から黒鉛の寿命増加を、そして炉寿命延長を可能にする。勿論、発電量当りの消費核燃料量がそれだけ減り、発電コストも約9%減ることとなる。これに加えて、炉寿命延長からも発電コストを下げることができる。 Regarding the heat of reaction of the furnace, 42.9% / 47% = 0.913, that is, about 9% reduces the heat generation burden of the furnace, which can increase the life of the graphite from the decrease in the amount of neutrons and extend the life of the furnace To. Of course, the amount of fuel consumed per unit of power generation is reduced accordingly, and the power generation cost is reduced by about 9%. In addition to this, the power generation cost can be reduced by extending the furnace life.
また、燃料熔融塩として、PuF3を用いた場合に、その熔融塩中溶解度を大きく増加することができる。その結果、炉運転とともに増えるプロトアクチニウム及び核分裂生成物中の三価の陽イオンの収容力を高め、それによる燃料塩取り替えの必要性を低減することができる。また、採用して使用する燃料熔融塩の組成選択(不純度)幅を一層拡大出来て、炉の運転管理が一層容易になる。 Further, when PuF 3 is used as the fuel molten salt, the solubility in the molten salt can be greatly increased. As a result, it is possible to increase the capacity of trivalent cations in protoactinium and fission products that increase with the operation of the reactor, thereby reducing the need for fuel salt replacement. In addition, the composition selection (impurity) range of the fuel molten salt to be adopted and used can be further expanded, and furnace operation management becomes easier.
また、この炉を発電炉以外の工業炉として用いるときも、例えば、水素製造に適するように、より高温にできることから、より有用性を増すことができる。 Also, when this furnace is used as an industrial furnace other than a power generation furnace, for example, it can be made higher temperature so as to be suitable for hydrogen production, so that the usefulness can be further increased.
10 炉
14 熱交換器
16 燃料熔融塩ポンプ
20 ボイラー
22 蒸気タービン
26 制御器
40 熔融塩入口
42 熔融塩出口
10
Claims (6)
炉にそれぞれ設けられた熔融塩出口と熔融塩入口との間で燃料熔融塩を移動させるポンプと、
熔融塩出口から流出された燃料熔融塩からの熱を除熱する熱交換器と、
前記除熱した熱エネルギーによってタービンを駆動して発電を行う蒸気タービンと、
前記熔融塩出口における燃料熔融塩の炉出口温度が730〜800℃の一定温度となるように、または、ボイラーからの蒸気温度が600〜700℃の一定温度となるように、前記ポンプによって循環させる熔融塩の流量を制御する制御器と、
を備えることを特徴とする発電システム。 A moderator is disposed inside, and a furnace in which a nuclear molten material flows and a molten salt flows to cause a nuclear reaction,
A pump for moving fuel molten salt between a molten salt outlet and a molten salt inlet provided in each furnace;
A heat exchanger for removing heat from the fuel molten salt flowing out from the molten salt outlet;
A steam turbine for generating electricity by driving a turbine with the heat energy removed, and
Circulation by the pump so that the furnace outlet temperature of the fuel molten salt at the molten salt outlet becomes a constant temperature of 730 to 800 ° C., or the steam temperature from the boiler becomes a constant temperature of 600 to 700 ° C. A controller for controlling the flow rate of the molten salt;
A power generation system comprising:
前記ボイラーは、前記熔融塩冷却材との熱交換により水蒸気を発生することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の発電システム。 The heat exchanger performs heat exchange between the fuel molten salt and the molten salt coolant,
The power generation system according to claim 1, wherein the boiler generates water vapor by heat exchange with the molten salt coolant.
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