JP2013088207A - 高温ガス炉蒸気発電システム - Google Patents

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Abstract

【課題】蒸気発生器における二次冷却材の原子炉への浸入を防止すること。
【解決手段】ヘリウムガスを一次冷却材とし、黒鉛ブロックにより中性子を減速させた原子核反応によって発生した熱で一次冷却材を加熱する原子炉２と、水を二次冷却材とし、原子炉２を経た一次冷却材により二次冷却材を加熱して蒸気とする蒸気発生器３と、蒸気発生器３からの蒸気によって稼動する蒸気タービン４と、蒸気タービン４の稼動に伴って発電する発電機５とを有する高温ガス炉蒸気発電システム１において、原子炉２における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器３における二次冷却材の圧力を低く設定する圧力調整手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、高温ガス炉を用いた蒸気発電システムに関するものである。
従来、例えば、特許文献１に記載のヘリウム冷却高温ガス炉は、ヘリウムガスを冷却材とするガス冷却炉であって、原子炉を含む一次ヘリウム回路と、中間熱交換器およびヘリウムタービンを含む二次ヘリウム回路とを分離し、一次ヘリウム回路の熱を二次ヘリウム回路においてヘリウムタービンを稼動させて発電を行う。
特開平８−３３８８９２号公報
上述した特許文献１では、二次冷却系の冷却材としてヘリウムガスを用いているが、二次冷却系の冷却材に水を用い、一次ヘリウム回路の熱を利用して蒸気発生器によって蒸気を発生させ、当該蒸気によって蒸気タービンを稼動させて発電を行う高温ガス炉蒸気発電システムがある。
このような高温ガス炉蒸気発電システムにおいては、一般に、蒸気発生器における蒸気圧力が、原子炉におけるヘリウムガス圧力よりも高く設定されている。このため、蒸気発生器の伝熱管が破損した場合、伝熱管内に供給された高圧の水や蒸気が原子炉に浸入するおそれがある。高温ガス炉蒸気発電システムでは、水浸入抑制設備を設置し、水や蒸気が原子炉に浸入する事態を回避しているが、水浸入抑制設備が不作動となった場合、炉心を構成する黒鉛と水とが反応（Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２）し、黒鉛の腐食や可燃性ガスによる水素爆発に至るおそれがある。
本発明は上述した課題を解決するものであり、蒸気発生器における二次冷却材の原子炉への浸入を防止することのできる高温ガス炉蒸気発電システムを提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明の高温ガス炉蒸気発電システムは、ヘリウムガスを一次冷却材とし、黒鉛ブロックにより中性子を減速させた原子核反応によって発生した熱で前記一次冷却材を加熱する原子炉と、水を二次冷却材とし、前記原子炉を経た前記一次冷却材により前記二次冷却材を加熱して蒸気とする蒸気発生器と、前記蒸気発生器からの蒸気によって稼動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの稼動に伴って発電する発電機とを有する高温ガス炉蒸気発電システムにおいて、前記原子炉における前記一次冷却材の圧力に対し、前記蒸気発生器における前記二次冷却材の圧力を低く設定する圧力調整手段を備えることを特徴とする。
この高温ガス炉蒸気発電システムによれば、圧力調整手段により原子炉における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器における二次冷却材の圧力を低く設定することで、蒸気発生器の伝熱管が破損した場合に、伝熱管内に供給された高圧の水や蒸気が原子炉に浸入する事態を防ぐことができる。
また、本発明の高温ガス炉蒸気発電システムでは、前記圧力調整手段は、前記一次冷却材を回収または供給する一次冷却材貯蔵部を有し、当該一次冷却材貯蔵部において前記一次冷却材を供給することを特徴とする。
この高温ガス炉蒸気発電システムによれば、原子炉における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器における二次冷却材の圧力を低く設定することができる。
また、本発明の高温ガス炉蒸気発電システムでは、前記圧力調整手段は、前記二次冷却材を前記蒸気発生器に送り出す二次冷却材送出部を有し、当該二次冷却材送出部において前記二次冷却材の送出量を減らすことを特徴とする。
この高温ガス炉蒸気発電システムによれば、原子炉における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器における二次冷却材の圧力を低く設定することができる。
また、本発明の高温ガス炉蒸気発電システムでは、前記圧力調整手段は、前記蒸気タービンに送る前記二次冷却材の流量を可変する二次冷却材流量可変部を有し、当該二次冷却材流量可変部において前記蒸気タービンに送る前記二次冷却材の流量を増すことを特徴とする。
この高温ガス炉蒸気発電システムによれば、原子炉における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器における二次冷却材の圧力を低く設定することができる。
また、本発明の高温ガス炉蒸気発電システムでは、前記圧力調整手段は、前記蒸気タービンへの前記二次冷却材を迂回させるバイパス回路に設けられて前記二次冷却材の流量を可変する二次冷却材バイパス流量可変部を有し、当該二次冷却材バイパス流量可変部において前記バイパス回路に送る前記二次冷却材の流量を増すことを特徴とする。
この高温ガス炉蒸気発電システムによれば、原子炉における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器における二次冷却材の圧力を低く設定することができる。
また、本発明の高温ガス炉蒸気発電システムは、前記一次冷却材の圧力と前記二次冷却材の圧力との圧力差に基づき、当該圧力差が所定範囲となるように、前記圧力調整手段を制御する圧力制御手段を備えることを特徴とする。
この高温ガス炉蒸気発電システムによれば、一次冷却材の圧力と二次冷却材の圧力との圧力差に基づくことで、圧力調整手段により原子炉における一次冷却材の圧力に対して蒸気発生器における二次冷却材の圧力を低く設定制御することができる。
また、本発明の高温ガス炉蒸気発電システムは、前記圧力調整手段による圧力の設定に伴い、前記蒸気発生器における前記二次冷却材の出口温度を高める温度調整手段を備えることを特徴とする。
この高温ガス炉蒸気発電システムによれば、蒸気発生器の出口での二次冷却材の温度を上げることで、加熱時の蒸気平均温度が上がるため、高温ガス炉蒸気発電システムの熱効率を改善することができる。すなわち、圧力調整手段によって原子炉における一次冷却材の圧力に対して蒸気発生器における二次冷却材の圧力を低く設定した場合、これにより悪化し得る高温ガス炉蒸気発電システムの熱効率を改善することができる。
また、本発明の高温ガス炉蒸気発電システムでは、前記温度調整手段は、前記二次冷却材を前記蒸気発生器に送り出す二次冷却材送出部を有し、当該二次冷却材送出部において前記二次冷却材の送出量を減らすことを特徴とする。
この高温ガス炉蒸気発電システムによれば、圧力調整手段による圧力の設定に伴い、蒸気発生器における二次冷却材の出口温度を高めることができる。
また、本発明の高温ガス炉蒸気発電システムでは、前記温度調整手段は、前記原子炉における前記一次冷却材の温度を可変する一次冷却材温度可変部を有し、当該一次冷却材温度可変部において前記一次冷却材の温度を高めることを特徴する。
この高温ガス炉蒸気発電システムによれば、圧力調整手段による圧力の設定に伴い、蒸気発生器における二次冷却材の出口温度を高めることができる。
また、本発明の高温ガス炉蒸気発電システムは、前記二次冷却材の出口温度に基づき、当該出口温度が前記二次冷却材の設定された圧力に伴う所定温度となるように前記温度調整手段を制御する温度制御手段を備えることを特徴とする。
この高温ガス炉蒸気発電システムによれば、二次冷却材の出口温度に基づいて、温度調整手段により圧力調整手段による圧力の設定に応じて蒸気発生器における二次冷却材の出口温度を高める制御を行うことができる。
本発明によれば、蒸気発生器における二次冷却材の原子炉への浸入を防止することができる。
図１は、本発明の実施の形態に係る高温ガス炉蒸気発電システムの概略図である。 図２は、図１に示す高温ガス炉蒸気発電システムの制御を示すフローチャートである。 図３は、図１に示す高温ガス炉蒸気発電システムの制御を示すフローチャートである。 図４は、図１に示す高温ガス炉蒸気発電システムの制御を示すフローチャートである。 図５は、図１に示す高温ガス炉蒸気発電システムの制御を示すフローチャートである。 図６は、本発明の実施の形態に係る他の高温ガス炉蒸気発電システムの概略図である。 図７は、図６に示す高温ガス炉蒸気発電システムの制御を示すフローチャートである。 図８は、図６に示す高温ガス炉蒸気発電システムの制御を示すフローチャートである。
以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
図１は、本実施の形態に係る高温ガス炉蒸気発電システムの概略図である。図１に示すように高温ガス炉蒸気発電システム１は、原子炉２、蒸気発生器３、蒸気タービン４、および発電機５を主に備えている。
原子炉２は、ヘリウムガスを一次冷却材として用い、黒鉛ブロックにより中性子を減速させた原子核反応によって発生した熱で一次冷却材を加熱する。蒸気発生器３は、水を二次冷却材として用い、原子炉２を経た一次冷却材により二次冷却材を加熱して蒸気とする。原子炉２と蒸気発生器３とは、一次冷却系回路２ａによって通じている。一次冷却系回路２ａは、一次冷却材を送り出して原子炉２と蒸気発生器３とに循環させる循環ファン（一次冷却材送出部）２ｂが設けられている。すなわち、一次冷却系回路２ａは、循環ファン２ｂにより一次冷却材を送り出して原子炉２と蒸気発生器３とを循環させる。なお、一次冷却系回路２ａは、当該一次冷却系回路２ａを介して一次冷却材を回収または供給する一次冷却材貯蔵部２ｃが設けられている。また、蒸気発生器３は、その内部に伝熱管３ａが設けられている。伝熱管３ａは、ヘリカルコイル型であり、その内部に二次冷却材が流通される。すなわち、蒸気発生器３は、原子炉２で加熱された一次冷却材により、伝熱管３ａに流通された二次冷却材に熱を供給し、蒸気（過熱蒸気）を発生させる。
蒸気タービン４は、蒸気発生器３から供給される蒸気によって稼動する。発電機５は、蒸気タービン４の稼動に伴って発電する。蒸気タービン４は、本実施の形態では高圧タービン４ａと低圧タービン４ｂとを有し、蒸気発生器３からの蒸気によって高圧タービン４ａが稼動し、この高圧タービン４ａから抽気された蒸気によって低圧タービン４ｂが稼動する。そして、低圧タービン４ｂの稼動に用いられた蒸気は、復水器６によって冷却して凝縮され水に戻される。戻された水は、復水器６の後段に設けられた復水ポンプ７によって加熱器８に送り出される。加熱器８は、低圧タービン４ｂから抽気された蒸気により水を加熱する。なお、水の加熱に用いられた蒸気は、水との熱交換によって凝縮されて水となり加熱器８の上流側の水に供給される。加熱器８で加熱された水は、給水タンク９に貯留される。給水タンク９に貯留された水は、給水ポンプ（二次冷却材送出部）１０によって送り出され、加熱器１１を経て蒸気発生器３に供給される。加熱器１１は、高圧タービン４ａから抽気された蒸気により水を加熱する。なお、水の加熱に用いられた蒸気は、水との熱交換によって凝縮されて水となり給水タンク９に供給される。また、高圧タービン４ａにおけるドレン（凝縮水）も給水タンク９に供給される。このように、蒸気発生器３から供給される蒸気は、蒸気タービン４を稼動した後、凝縮されて水に戻され、蒸気発生器３に供給される二次冷却系回路１２を循環する。この二次冷却系回路１２は、蒸気発生器３と蒸気タービン４との間に、蒸気タービン４の回転数を一定とするために蒸気タービン４への蒸気の流量を可変するガバナ弁（二次冷却材流量可変部）１３が設けられている。また、二次冷却系回路１２は、蒸気タービン４への蒸気を迂回させるバイパス回路１４が設けられている。そして、バイパス回路１４は、蒸気の流量を可変するバイパス弁（二次冷却材バイパス流量可変部）１５が設けられている。
このような高温ガス炉蒸気発電システム１において、蒸気発生器３における二次冷却材の圧力が、原子炉２における一次冷却材の圧力よりも高く設定されていると、蒸気発生器３の伝熱管３ａが破損した場合、伝熱管３ａ内に供給された高圧の水や蒸気が原子炉２に浸入するおそれがある。このような場合、炉心を構成する黒鉛と水とが反応（Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２）し、黒鉛の腐食や可燃性ガスによる水素爆発に至るおそれがある。
そこで、本実施の形態の高温ガス炉蒸気発電システム１は、蒸気発生器３における二次冷却材の原子炉２への浸入を防止している。具体的に、本実施の形態の高温ガス炉蒸気発電システム１は、原子炉２における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器３における二次冷却材の圧力を低く設定する圧力調整手段を備える。
本実施の形態の高温ガス炉蒸気発電システム１によれば、圧力調整手段により原子炉２における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器３における二次冷却材の圧力を低く設定することで、蒸気発生器３の伝熱管３ａが破損した場合に、伝熱管３ａ内に供給された高圧の水や蒸気が原子炉２に浸入する事態を防ぐことが可能になる。
具体的に、圧力調整手段は、一次冷却材貯蔵部２ｃ、給水ポンプ（二次冷却材送出部）１０、ガバナ弁（二次冷却材流量可変部）１３、バイパス弁（二次冷却材バイパス流量可変部）１５の少なくとも一つを有している。そして、圧力調整手段は、一次冷却材貯蔵部２ｃにおいて一次冷却材を供給することで、一次冷却材の圧力を高め、原子炉２における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器３における二次冷却材の圧力を低く設定する。また、圧力調整手段は、給水ポンプ（二次冷却材送出部）１０において二次冷却材の送出量を減らすことで、蒸気発生器３に送る二次冷却材の圧力を下げ、原子炉２における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器３における二次冷却材の圧力を低く設定する。また、圧力調整手段は、ガバナ弁（二次冷却材流量可変部）１３において蒸気タービン４に送る二次冷却材の流量を増すことで、蒸気発生器３の出口側の一次冷却材の圧力を下げ、原子炉２における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器３における二次冷却材の圧力を低く設定する。また、圧力調整手段は、バイパス弁（二次冷却材バイパス流量可変部）１５においてバイパス回路１４に送る二次冷却材の流量を増すことで、蒸気発生器３の出口側の一次冷却材の圧力を下げ、原子炉２における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器３における二次冷却材の圧力を低く設定する。
本実施の形態の高温ガス炉蒸気発電システム１は、図１に示すように、一次冷却材貯蔵部２ｃ、給水ポンプ（二次冷却材送出部）１０、ガバナ弁（二次冷却材流量可変部）１３、バイパス弁（二次冷却材バイパス流量可変部）１５を制御する圧力制御手段１６を備える。
圧力制御手段１６は、圧力差演算部１７を有するとともに、一次冷却材回収供給設定部１８、二次冷却材送出量設定部１９、二次冷却材流量設定部２０、二次冷却材バイパス流量設定部２１の少なくとも一つを有している。
圧力差演算部１７は、一次冷却材の圧力を検出する一次冷却材圧力検出部２２と、蒸気発生器３の伝熱管３ａに流通する二次冷却材の圧力を検出する二次冷却材圧力検出部２３とから、それぞれの圧力を入力し、各圧力の差を演算する。原子炉２における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器３における二次冷却材の圧力を低く設定するため、一次冷却材圧力検出部２２は、循環ファン２ｂの入口側において比較的低い一次冷却材の圧力を検出する。また、原子炉２における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器３における二次冷却材の圧力を低く設定するため、二次冷却材圧力検出部２３は、蒸気発生器３の出口側において比較的高い二次冷却材の圧力を検出する。一次冷却材圧力検出部２２は、原子炉２の入口側で一次冷却材の圧力を検出する。また、二次冷却材圧力検出部２３は、蒸気発生器３の出口側で二次冷却材の圧力を検出する。
一次冷却材回収供給設定部１８は、一次冷却材貯蔵部２ｃにおいて、一次冷却材の回収または供給をしたり、オリフィスなどの流量制限機構（例えば、圧力によるＯＮ−ＯＦＦ弁制御）により一次冷却材の回収圧力または供給圧力を設定したり、あるいは流量調整弁により一次冷却材の回収量または供給量を設定したりするものである。
二次冷却材送出量設定部１９は、給水ポンプ（二次冷却材送出部）１０において二次冷却材の送出量の増減、および増減量を設定するものである。すなわち、二次冷却材の送出量を増す場合、給水ポンプ１０を高回転としてその回転数により増量を設定し、二次冷却材の送出量を減らす場合は、給水ポンプ１０を低回転としてその回転数により減量を設定する。
二次冷却材流量設定部２０は、ガバナ弁（二次冷却材流量可変部）１３において二次冷却材の流量の増減、および増減量を設定するものである。すなわち、二次冷却材の流量を増す場合、ガバナ弁１３を開放側にしてその開度により増量を設定し、二次冷却材の流量を減らす場合は、ガバナ弁１３を閉塞側にしてその開度により減量を設定する。
二次冷却材バイパス流量設定部２１は、バイパス弁（二次冷却材バイパス流量可変部）１５において二次冷却材の流量の増減、および増減量を設定するものである。すなわち、二次冷却材の流量を増す場合、バイパス弁１５を開放側にしてその開度により増量を設定し、二次冷却材の流量を減らす場合は、バイパス弁１５を閉塞側にしてその開度により減量を設定する。
圧力制御手段１６は、マイコンなどで構成され、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部（図示せず）に、圧力差演算部１７による圧力差の演算に基づき、この圧力差が所定範囲となるように、一次冷却材回収供給設定部１８、二次冷却材送出量設定部１９、二次冷却材流量設定部２０、二次冷却材バイパス流量設定部２１での各設定を行うためのプログラムやデータが格納されている。ここで、圧力差の所定範囲とは、原子炉２における一次冷却材の圧力よりも、蒸気発生器３における二次冷却材の圧力が低くければよく、様々なプラントで異なるが、例えば、循環ファン２ｂにおける入口側の一次冷却材の圧力５．９４［ＭＰａ］に対し、蒸気発生器３における出口側の二次冷却材の圧力を５．８［ＭＰａ］とする。また、圧力差の上限も様々なプラントごとに設定される。
圧力制御手段１６による圧力調整手段の制御について説明する。図２〜図５は、図１に示す高温ガス炉蒸気発電システムの制御を示すフローチャートである。
圧力調整手段としての一次冷却材貯蔵部２ｃの制御は、図２に示すように、圧力差演算部１７による演算から得られた一次冷却材の圧力と二次冷却材の圧力との圧力差に基づき、当該圧力差が、一次冷却材圧力≦二次冷却材圧力の場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、一次冷却材回収供給設定部１８により一次冷却材を供給する指令を一次冷却材貯蔵部２ｃに出し、一次冷却材の圧力を上げるように、一次冷却材を供給する（ステップＳ２）。これを、ステップＳ１において一次冷却材圧力＞二次冷却材圧力となるまで行う（ステップＳ１：Ｎｏ）。ステップＳ１において一次冷却材圧力＞二次冷却材圧力の場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、圧力差が所定範囲であれば（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、本制御を終了する。また、ステップＳ３において圧力差が所定範囲でなく、すなわちプラントごとに設定される圧力差の上限を超えて一次冷却材圧力が高過ぎる場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、一次冷却材回収供給設定部１８により一次冷却材を回収する指令を一次冷却材貯蔵部２ｃに出し、一次冷却材の圧力を下げるように、一次冷却材を回収する（ステップＳ４）。これを、ステップＳ１において一次冷却材圧力＞二次冷却材圧力であり（ステップＳ１：Ｎｏ）、ステップＳ３において圧力差が所定範囲（ステップＳ３：Ｙｅｓ）となるまで行う。なお、本制御は、常時または定期的に行われる。
圧力調整手段としての給水ポンプ（二次冷却材送出部）１０の制御は、図３に示すように、圧力差演算部１７による演算から得られた一次冷却材の圧力と二次冷却材の圧力との圧力差に基づき、当該圧力差が、一次冷却材圧力≦二次冷却材圧力の場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、二次冷却材送出量設定部１９により蒸気発生器３への二次冷却材の送出量を減らす指令を給水ポンプ１０に出し、二次冷却材の圧力を下げるように、二次冷却材の送出量を減らす（ステップＳ１２）。これを、ステップＳ１１において一次冷却材圧力＞二次冷却材圧力となるまで行う（ステップＳ１１：Ｎｏ）。ステップＳ１１において一次冷却材圧力＞二次冷却材圧力の場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、圧力差が所定範囲であれば（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、本制御を終了する。また、ステップＳ１３において圧力差が所定範囲でなく、すなわちプラントごとに設定される圧力差の上限を超えて二次冷却材圧力が低過ぎる場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、二次冷却材送出量設定部１９により蒸気発生器３への二次冷却材の送出量を増す指令を給水ポンプ１０に出し、二次冷却材の圧力を上げるように、二次冷却材の送出量を増す（ステップＳ１４）。これを、ステップＳ１１において一次冷却材圧力＞二次冷却材圧力であり（ステップＳ１１：Ｎｏ）、ステップＳ１３において圧力差が所定範囲（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）となるまで行う。なお、本制御は、常時または定期的に行われる。
圧力調整手段としてのガバナ弁（二次冷却材流量可変部）１３の制御は、図４に示すように、圧力差演算部１７による演算から得られた一次冷却材の圧力と二次冷却材の圧力との圧力差に基づき、当該圧力差が、一次冷却材圧力≦二次冷却材圧力の場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、二次冷却材流量設定部２０により蒸気タービン４への二次冷却材の流量を増す指令をガバナ弁１３に出し、二次冷却材の圧力を下げるように、二次冷却材の流量を増す（ステップＳ２２）。これを、ステップＳ２１において一次冷却材圧力＞二次冷却材圧力となるまで行う（ステップＳ２１：Ｎｏ）。ステップＳ２１において一次冷却材圧力＞二次冷却材圧力の場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、圧力差が所定範囲であれば（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、本制御を終了する。また、ステップＳ２３において圧力差が所定範囲でなく、すなわちプラントごとに設定される圧力差の上限を超えて二次冷却材圧力が低過ぎる場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、二次冷却材流量設定部２０により蒸気タービン４への二次冷却材の流量を減らす指令をガバナ弁１３に出し、二次冷却材の圧力を上げるように、二次冷却材の流量を減らす（ステップＳ２４）。これを、ステップＳ２１において一次冷却材圧力＞二次冷却材圧力であり（ステップＳ２１：Ｎｏ）、ステップＳ２３において圧力差が所定範囲（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）となるまで行う。なお、本制御は、常時または定期的に行われる。
圧力調整手段としてのバイパス弁（二次冷却材バイパス流量可変部）１５の制御は、図５に示すように、圧力差演算部１７による演算から得られた一次冷却材の圧力と二次冷却材の圧力との圧力差に基づき、当該圧力差が、一次冷却材圧力≦二次冷却材圧力の場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、二次冷却材バイパス流量設定部２１によりバイパス回路１４への二次冷却材の流量を増す指令をバイパス弁１５に出し、二次冷却材の圧力を下げるように、二次冷却材の流量を増す（ステップＳ３２）。これを、ステップＳ３１において一次冷却材圧力＞二次冷却材圧力となるまで行う（ステップＳ３１：Ｎｏ）。ステップＳ３１において一次冷却材圧力＞二次冷却材圧力の場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）、圧力差が所定範囲であれば（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、本制御を終了する。また、ステップＳ３３において圧力差が所定範囲でなく、すなわちプラントごとに設定される圧力差の上限を超えて二次冷却材圧力が低過ぎる場合（ステップＳ３３：Ｎｏ）、二次冷却材バイパス流量設定部２１によりバイパス回路１４への二次冷却材の流量を減らす指令をバイパス弁１５に出し、二次冷却材の圧力を上げるように、二次冷却材の流量を減らす（ステップＳ３４）。これを、ステップＳ３１において一次冷却材圧力＞二次冷却材圧力であり（ステップＳ３１：Ｎｏ）、ステップＳ３３において圧力差が所定範囲（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）となるまで行う。なお、本制御は、常時または定期的に行われる。
なお、上述した圧力調整手段としての一次冷却材貯蔵部２ｃ、給水ポンプ（二次冷却材送出部）１０、ガバナ弁（二次冷却材流量可変部）１３、バイパス弁（二次冷却材バイパス流量可変部）１５の制御は、個々に行ってもよく、または併用して行ってもよく、高温ガス炉蒸気発電システム１に応じて適宜選択される。
このように、本実施の形態の高温ガス炉蒸気発電システム１は、圧力調整手段として、一次冷却材貯蔵部２ｃ、給水ポンプ（二次冷却材送出部）１０、ガバナ弁（二次冷却材流量可変部）１３、バイパス弁（二次冷却材バイパス流量可変部）１５の少なくとも一つを有し、これら圧力調整手段により原子炉２における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器３における二次冷却材の圧力を低く設定することができる。そして、高温ガス炉蒸気発電システム１に応じて圧力調整手段を適宜選択することが可能である。
また、本実施の形態の高温ガス炉蒸気発電システム１は、一次冷却材の圧力と二次冷却材の圧力との圧力差に基づき、当該圧力差が所定範囲となるように、圧力調整手段を制御する圧力制御手段１６を備えることで、一次冷却材の圧力と二次冷却材の圧力との圧力差に基づいて、圧力調整手段により原子炉２における一次冷却材の圧力に対して蒸気発生器３における二次冷却材の圧力を低く設定制御することが可能になる。
ところで、上述したように、原子炉２における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器３における二次冷却材の圧力を低く設定することにより、伝熱管３ａ内に供給された高圧の水や蒸気が原子炉２に浸入する事態を防ぐことができる。しかし、蒸気発生器３の出口での二次冷却材の圧力が下がると、二次冷却材の沸騰温度が下がり、二次冷却材の加熱時の蒸気平均温度が下がるため、高温ガス炉蒸気発電システム１の熱効率が悪化する傾向となる。さらに、圧力調整手段による上記圧力の設定に伴い、原子炉２の一次冷却材の圧力が一義的に設定されるため、この一次冷却材の圧力よりも二次冷却材の圧力を下げなければならない観点から、高温ガス炉蒸気発電システム１の熱効率を改善する対策として、蒸気発生器３の出口での二次冷却材の圧力を上げることには限界が生じる。
そこで、本実施の形態の高温ガス炉蒸気発電システム１では、圧力調整手段による上記圧力の設定に伴い、蒸気発生器３における二次冷却材の出口温度を高める温度調整手段を備える。
この高温ガス炉蒸気発電システム１によれば、蒸気発生器３の出口での二次冷却材の温度を上げることで、加熱時の蒸気平均温度が上がるため、高温ガス炉蒸気発電システム１の熱効率を改善することが可能になる。すなわち、原子炉２における一次冷却材の圧力に対して蒸気発生器３における二次冷却材の圧力を低く設定する場合、これにより悪化し得る高温ガス炉蒸気発電システム１の熱効率を改善することが可能になる。
図６は、本実施の形態に係る他の高温ガス炉蒸気発電システムであって、温度調整手段を備える高温ガス炉蒸気発電システムの概略図である。なお、図６において、図１に示す構成と同等部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
図６に示すように、温度調整手段は、給水ポンプ（二次冷却材送出部）１０、一次冷却材温度可変部としての循環ファン（一次冷却材送出部）２ｂ、一次冷却材温度可変部としての原子炉２の少なくとも一つを有している。そして、温度調整手段は、給水ポンプ（二次冷却材送出部）１０において二次冷却材の送出量を減らすことで、発生する蒸気量を減らし、蒸気発生器３における二次冷却材の出口温度に対して当該出口温度を上げる。また、温度調整手段は、循環ファン（一次冷却材送出部）２ｂにおいて一次冷却材の送出量を減らすことで、原子炉２で加熱される一次冷却材を減らし、原子炉２における一次冷却材の出口温度に対して当該出口温度を高め、この一次冷却材により加熱される二次冷却材の出口温度を上げる。
本実施の形態の高温ガス炉蒸気発電システム１は、図６に示すように、給水ポンプ（二次冷却材送出部）１０、循環ファン（一次冷却材送出部）２ｂ、原子炉２を制御する温度制御手段２５を備える。
温度制御手段２５は、温度取得部２６を有するとともに、二次冷却材送出量設定部２７、一次冷却材送出量設定部２８の少なくとも一つを有している。
温度取得部２６は、蒸気発生器３の二次冷却材の出口温度を検出する二次冷却材温度検出部３０から、二次冷却材の出口温度を入力する。また、原子炉２の出口側において比較的高い一次冷却材の温度を検出するため、一次冷却材温度検出部３１が設けられている。温度取得部２６は、この一次冷却材温度検出部３１から、一次冷却材の出口温度を入力する。
二次冷却材送出量設定部２７は、給水ポンプ（二次冷却材送出部）１０において二次冷却材の送出量の増減、および増減量を設定するものである。すなわち、二次冷却材の送出量を増す場合、給水ポンプ１０を高回転としてその回転数により増量を設定し、二次冷却材の送出量を減らす場合は、給水ポンプ１０を低回転としてその回転数により減量を設定する。
一次冷却材送出量設定部２８は、循環ファン（一次冷却材送出部）２ｂにおいて一次冷却材の送出量の増減、および増減量を設定するものである。すなわち、一次冷却材の送出量を増す場合、循環ファン２ｂを高回転としてその回転数により増量を設定し、一次冷却材の送出量を減らす場合は、循環ファン２ｂを低回転としてその回転数により減量を設定する。
温度制御手段２５は、マイコンなどで構成され、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部（図示せず）に、温度取得部２６による二次冷却材の出口温度に基づき、この温度が所定温度となるように、二次冷却材送出量設定部２７、一次冷却材送出量設定部２８での各設定を行うためのプログラムやデータが格納されている。ここで、所定温度とは、圧力調整手段による圧力の設定以前の二次冷却材の出口温度と同等の温度（様々なプラントで異なるが、例えば、５５０［℃］）を基準とし、その範囲も様々なプラントごとに設定される。
温度制御手段２５による温度調整手段の制御について説明する。図７〜図８は、図６に示す高温ガス炉蒸気発電システムの制御を示すフローチャートである。
温度調整手段としての給水ポンプ（二次冷却材送出部）１０の制御は、図７に示すように、温度取得部２６により得られた二次冷却材の出口温度に基づき、出口温度＜所定温度の場合（ステップＳ４１：Ｙｅｓ）、二次冷却材送出量設定部２７により蒸気発生器３への二次冷却材の送出量を減らす指令を給水ポンプ１０に出し、二次冷却材の出口温度を上げるように、二次冷却材の送出量を減らす（ステップＳ４２）。これを、ステップＳ４１において出口温度≧所定温度となるまで行う（ステップＳ４１：Ｎｏ）。ステップＳ４１において出口温度≧所定温度であって（ステップＳ４１：Ｎｏ）、出口温度＝所定温度であれば（ステップＳ４３：Ｎｏ）、本制御を終了する。また、ステップＳ４１において出口温度≧所定温度であって（ステップＳ４１：Ｎｏ）、出口温度＞所定温度である場合（ステップＳ４３：Ｙｅｓ）、すなわちプラントごとに設定される所定温度を超えて二次冷却材の出口温度が高過ぎる場合、二次冷却材送出量設定部２７により蒸気発生器３への二次冷却材の送出量を増す指令を給水ポンプ１０に出し、二次冷却材の出口温度を下げるように、二次冷却材の送出量を増す（ステップＳ４４）。これを、ステップＳ４１において出口温度≧所定温度であり（ステップＳ４１：Ｎｏ）、ステップＳ４３において出口温度＝所定温度（ステップＳ４３：Ｎｏ）となるまで行う。なお、本制御は、常時または定期的に行われる。
温度調整手段の一次冷却材温度可変部としての循環ファン（一次冷却材送出部）２ｂの制御は、図８に示すように、温度取得部２６により得られた二次冷却材の出口温度に基づき、出口温度＜所定温度の場合（ステップＳ５１：Ｙｅｓ）、一次冷却材送出量設定部２８により原子炉２への一次冷却材の送出量を減らす指令を循環ファン２ｂに出し、一次冷却材の出口温度を上げるように、一次冷却材の送出量を減らす（ステップＳ５２）。これを、ステップＳ５１において出口温度≧所定温度となるまで行う（ステップＳ５１：Ｎｏ）。ステップＳ５１において出口温度≧所定温度であって（ステップＳ５１：Ｎｏ）、出口温度＝所定温度であれば（ステップＳ５３：Ｎｏ）、本制御を終了する。また、ステップＳ５１において出口温度≧所定温度であって（ステップＳ５１：Ｎｏ）、出口温度＞所定温度である場合（ステップＳ５３：Ｙｅｓ）、すなわちプラントごとに設定される所定温度を超えて二次冷却材の出口温度が高過ぎる場合、一次冷却材送出量設定部２８により原子炉２への一次冷却材の送出量を増す指令を循環ファン２ｂに出し、一次冷却材の出口温度を上げるように、一次冷却材の送出量を増す（ステップＳ５４）。これを、ステップＳ５１において出口温度≧所定温度であり（ステップＳ５１：Ｎｏ）、ステップＳ５３において出口温度＝所定温度（ステップＳ５３：Ｎｏ）となるまで行う。なお、本制御は、常時または定期的に行われる。
なお、上述した温度調整手段としての給水ポンプ（二次冷却材送出部）１０、循環ファン（一次冷却材送出部）２ｂ、原子炉２の制御は、個々に行ってもよく、または併用して行ってもよく、高温ガス炉蒸気発電システム１に応じて適宜選択される。
このように、本実施の形態の高温ガス炉蒸気発電システム１は、温度調整手段として、給水ポンプ（二次冷却材送出部）１０、一次冷却材温度可変部としての循環ファン（一次冷却材送出部）２ｂ、一次冷却材温度可変部としての原子炉２の少なくとも一つを有し、これら温度調整手段により、圧力調整手段による圧力の設定に伴い、蒸気発生器３における二次冷却材の出口温度を高めることができる。そして、高温ガス炉蒸気発電システム１に応じて温度調整手段を適宜選択することが可能である。
また、本実施の形態の高温ガス炉蒸気発電システム１は、二次冷却材の出口温度に基づき、当該出口温度が二次冷却材の設定された圧力に伴う所定温度となるように温度調整手段を制御する温度制御手段を備えることで、二次冷却材の出口温度に基づいて、温度調整手段により圧力調整手段による圧力の設定に応じて蒸気発生器３における二次冷却材の出口温度を高める制御を行うことが可能になる。
ところで、高温ガス炉蒸気発電システム１においては、安定した発電出力が得られるまで、圧力差を一次冷却材圧力＜二次冷却材圧力とする。そして、圧力調整手段による圧力の設定は、高温ガス炉蒸気発電システム１における発電出力が安定した後に行われる。そそのため、温度調整手段による温度の調整は、圧力調整手段による圧力の設定以前と同等までの温度に、蒸気発生器３の出口での二次冷却材の温度を上げるものである。
なお、原子炉２における一次冷却材の圧力に対し、蒸気発生器３における二次冷却材の圧力を低く設定すると、蒸気発生器３の伝熱管３ａが破損した場合、一次冷却系回路２ａの一次冷却材が蒸気発生器３の伝熱管３ａ内に入り、二次冷却系回路１２に至ることが想定される。このような事態を回避するため、図１および図６に示すように、二次冷却系回路１２の蒸気発生器３の上流側および下流側に開閉弁３３を設け、例えば、蒸気発生器３の二次冷却材の圧力の低下を検出して蒸気発生器３の伝熱管３ａが破損したことを判断した場合に、開閉弁３３を閉塞すればよい。
１ 高温ガス炉蒸気発電システム
２ 原子炉（一次冷却材温度可変部）
２ａ 一次冷却系回路
２ｂ 循環ファン（一次冷却材送出部，一次冷却材温度可変部）
２ｃ 一次冷却材貯蔵部
３ 蒸気発生器
３ａ 伝熱管
４ 蒸気タービン
５ 発電機
１０ 給水ポンプ（二次冷却材送出部）
１２ 二次冷却系回路
１３ ガバナ弁（二次冷却材流量可変部）
１４ バイパス回路
１５ バイパス弁（二次冷却材バイパス流量可変部）
１６ 圧力制御手段
１７ 圧力差演算部
１８ 一次冷却材回収供給設定部
１９ 二次冷却材送出量設定部
２０ 二次冷却材流量設定部
２１ 二次冷却材バイパス流量設定部
２２ 一次冷却材圧力検出部
２３ 二次冷却材圧力検出部
２５ 温度制御手段
２６ 温度取得部
２７ 二次冷却材送出量設定部
２８ 一次冷却材送出量設定部
３０ 二次冷却材温度検出部
３１ 一次冷却材温度検出部

Claims (10)

  1. ヘリウムガスを一次冷却材とし、黒鉛ブロックにより中性子を減速させた原子核反応によって発生した熱で前記一次冷却材を加熱する原子炉と、水を二次冷却材とし、前記原子炉を経た前記一次冷却材により前記二次冷却材を加熱して蒸気とする蒸気発生器と、前記蒸気発生器からの蒸気によって稼動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンの稼動に伴って発電する発電機とを有する高温ガス炉蒸気発電システムにおいて、
    前記原子炉における前記一次冷却材の圧力に対し、前記蒸気発生器における前記二次冷却材の圧力を低く設定する圧力調整手段を備えることを特徴とする高温ガス炉蒸気発電システム。
  2. 前記圧力調整手段は、前記一次冷却材を回収または供給する一次冷却材貯蔵部を有し、当該一次冷却材貯蔵部において前記一次冷却材を供給することを特徴とする請求項１に記載の高温ガス炉蒸気発電システム。
  3. 前記圧力調整手段は、前記二次冷却材を前記蒸気発生器に送り出す二次冷却材送出部を有し、当該二次冷却材送出部において前記二次冷却材の送出量を減らすことを特徴とする請求項１または２に記載の高温ガス炉蒸気発電システム。
  4. 前記圧力調整手段は、前記蒸気タービンに送る前記二次冷却材の流量を可変する二次冷却材流量可変部を有し、当該二次冷却材流量可変部において前記蒸気タービンに送る前記二次冷却材の流量を増すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の高温ガス炉蒸気発電システム。
  5. 前記圧力調整手段は、前記蒸気タービンへの前記二次冷却材を迂回させるバイパス回路に設けられて前記二次冷却材の流量を可変する二次冷却材バイパス流量可変部を有し、当該二次冷却材バイパス流量可変部において前記バイパス回路に送る前記二次冷却材の流量を増すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の高温ガス炉蒸気発電システム。
  6. 前記一次冷却材の圧力と前記二次冷却材の圧力との圧力差に基づき、当該圧力差が所定範囲となるように、前記圧力調整手段を制御する圧力制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の高温ガス炉蒸気発電システム。
  7. 前記圧力調整手段による圧力の設定に伴い、前記蒸気発生器における前記二次冷却材の出口温度を高める温度調整手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の高温ガス炉蒸気発電システム。
  8. 前記温度調整手段は、前記二次冷却材を前記蒸気発生器に送り出す二次冷却材送出部を有し、当該二次冷却材送出部において前記二次冷却材の送出量を減らすことを特徴とする請求項７に記載の高温ガス炉蒸気発電システム。
  9. 前記温度調整手段は、前記原子炉における前記一次冷却材の温度を可変する一次冷却材温度可変部を有し、当該一次冷却材温度可変部において前記一次冷却材の温度を高めることを特徴する請求項７または８に記載の高温ガス炉蒸気発電システム。
  10. 前記二次冷却材の出口温度に基づき、当該出口温度が前記二次冷却材の設定された圧力に伴う所定温度となるように前記温度調整手段を制御する温度制御手段を備えることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一つに記載の高温ガス炉蒸気発電システム。
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