JP2014174138A - Operation method of fast reactor decay heat removal system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an operation method of a fast reactor decay heat removal system which is capable of stabilizing primary coolant in a reactor vessel at a level close to appropriate temperature in the case of loss of power source.SOLUTION: A fast reactor decay heat removal system comprises: a first direct reactor core cooling system 5 of a forced air cooling type; a second direct reactor core cooling system 6 of a natural air cooling type; and a reactor vessel cooling system 7 of a natural air cooling type. The second direct reactor core cooling system 6 is configured so that heat-removing capability is higher than that of the first direct reactor core cooling system 5 in the case where a cooling fan 11 is stopped. The reactor vessel cooling system 7 is configured so that heat-removing capability is lower than that of the second direct reactor core cooling system 6. In an operation method of such a fast reactor decay heat removal system, the second direct reactor core cooling system 6 is activated in addition to the first direct reactor core cooling system 5 in the case of the state of loss of power source, and then, when the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 drops to a predetermined value Tb, the second direct reactor core cooling system 6 is stopped, and the reactor vessel cooling system 7 is activated.

Description

本発明は、高速炉の異常発生時に炉心燃料の崩壊熱を除去する崩壊熱除去系に係わり、特に、高速炉崩壊熱除去系の運転方法に関する。   The present invention relates to a decay heat removal system that removes decay heat of core fuel when an abnormality occurs in a fast reactor, and more particularly to an operation method of a fast reactor decay heat removal system.

高速炉(Fast Reactor:FS)には、安全確保の原則のため、その異常発生時に炉心燃料の崩壊熱を除去する崩壊熱除去系が備えられている。この崩壊熱除去系を構成するものとして、原子炉容器内の一次冷却材を冷却する直接炉心冷却系(DRACS: Direct Reactor Auxiliary Cooling System)が知られている(例えば非特許文献1参照)。   The Fast Reactor (FS) is equipped with a decay heat removal system that removes the decay heat of the core fuel when an abnormality occurs for the principle of ensuring safety. As a component of this decay heat removal system, a direct reactor cooling system (DRACS) that cools a primary coolant in a reactor vessel is known (see, for example, Non-Patent Document 1).

非特許文献1に記載の直接炉心冷却系は、除熱部と、この除熱部より上方に位置する放熱部と、これら除熱部及び放熱部を接続した熱輸送配管とを有している。そして、除熱部と放熱部の間で作動流体が自然循環するようになっている。詳しく説明すると、除熱部は、原子炉容器内の一次冷却材に浸漬されている。この除熱部では、原子炉容器内の一次冷却材(ナトリウム)と作動流体の熱交換により、原子炉容器内の一次冷却材が冷却され、作動流体が加熱される。放熱部では、冷却ファンで誘起された冷却風によって作動流体が冷却される。そして、作動流体の温度変化に伴う密度変化によって自然対流が生じ、作動流体が自然循環するようになっている。   The direct core cooling system described in Non-Patent Document 1 includes a heat removal unit, a heat radiation unit located above the heat removal unit, and a heat transport pipe connecting the heat removal unit and the heat radiation unit. . Then, the working fluid naturally circulates between the heat removal unit and the heat radiation unit. If it demonstrates in detail, the heat removal part will be immersed in the primary coolant in a reactor vessel. In this heat removal unit, the primary coolant in the reactor vessel is cooled by heat exchange between the primary coolant (sodium) in the reactor vessel and the working fluid, and the working fluid is heated. In the heat radiating portion, the working fluid is cooled by the cooling air induced by the cooling fan. And natural convection arises by the density change accompanying the temperature change of a working fluid, and a working fluid circulates naturally.

堀雅夫、「基礎高速炉工学」、日刊工業新聞社、1993年10月、p.105−107Masao Hori, “Basic Fast Reactor Engineering”, Nikkan Kogyo Shimbun, October 1993, p. 105-107

上述した直接炉心冷却系は、冷却ファンの回転数の可変制御によって除熱能力が可変可能である。そして、冷却時間の経過に応じて(すなわち、原子炉容器内の一次冷却材の温度低下に応じて)除熱能力を可変することにより、原子炉容器内の一次冷却材を適正な温度(詳細には、ナトリウムの凝固点より若干高い温度)近傍で安定させることが可能である。ところが、不測の事態によって万一電源を喪失した場合は、冷却ファンが駆動できないため、除熱能力が低減する。そこで、改善策の一つとして、電源を喪失した場合に除熱能力を補えるように、原子炉容器内の一次冷却材を直接又は間接的に冷却する別の冷却系を備えることが考えられる。ただし、電源を喪失した場合には各冷却系の除熱能力が可変できないことから、原子炉容器内の一次冷却材を適正な温度近傍で安定させる点に関し、更なる改善の余地があった。   In the direct core cooling system described above, the heat removal capability can be varied by variably controlling the rotation speed of the cooling fan. Then, by changing the heat removal capability according to the elapse of the cooling time (that is, according to the temperature drop of the primary coolant in the reactor vessel), the primary coolant in the reactor vessel is adjusted to an appropriate temperature (details). Can be stabilized in the vicinity of a temperature slightly higher than the freezing point of sodium. However, if the power supply is lost due to an unexpected situation, the cooling fan cannot be driven, so the heat removal capability is reduced. Therefore, as one of the improvement measures, it is conceivable to provide another cooling system for directly or indirectly cooling the primary coolant in the reactor vessel so as to supplement the heat removal capability when the power source is lost. However, since the heat removal capability of each cooling system cannot be changed when the power source is lost, there is room for further improvement in terms of stabilizing the primary coolant in the reactor vessel near an appropriate temperature.

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源喪失状態となった場合に、原子炉容器内の一次冷却材を適正な温度近傍で安定させることができる高速炉崩壊熱除去系の運転方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above matters, and its purpose is to collapse the fast reactor in which the primary coolant in the reactor vessel can be stabilized in the vicinity of an appropriate temperature when the power supply is lost. The object is to provide a method of operating a heat removal system.

上記目的を達成するために、第1の発明は、高速炉の原子炉容器内の一次冷却材を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、電源喪失状態とならない場合は、この作動流体を冷却ファンで生起された冷却風によって冷却する第一直接炉心冷却系と、前記原子炉容器内の一次冷却材を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、この作動流体を空気の自然対流によって冷却する第二直接炉心冷却系と、前記原子炉容器の外側を、空気の自然対流によって冷却する原子炉容器冷却系とを備え、前記第二直接炉心冷却系は、前記冷却ファンが停止した場合の前記第一直接炉心冷却系より、前記原子炉容器内の一次冷却材に対する除熱能力が高くなるように構成され、前記原子炉容器冷却系は、前記第二直接炉心冷却系より、前記原子炉容器内の一次冷却材に対する除熱能力が低くなるように構成された高速炉崩壊熱除去系の運転方法であって、電源喪失状態となった場合に、前記第一直接炉心冷却系に加えて、前記第二直接炉心冷却系を起動させ、その後、前記原子炉容器内の一次冷却材の温度が所定値まで低下したら、前記第二直接炉心冷却系を停止させるとともに、前記原子炉容器冷却系を起動させる。   In order to achieve the above object, the first invention cools the primary coolant in the reactor vessel of the fast reactor with a naturally circulating working fluid and cools the working fluid when the power supply is not lost. The first direct core cooling system that is cooled by cooling air generated by a fan and the primary coolant in the reactor vessel are cooled by a naturally circulating working fluid, and the working fluid is cooled by natural convection of air. A second direct core cooling system, and a reactor vessel cooling system that cools the outside of the reactor vessel by natural convection of air, and the second direct core cooling system is configured so that the cooling fan is stopped. It is configured such that the heat removal capability of the primary coolant in the reactor vessel is higher than that of the first direct core cooling system, and the reactor vessel cooling system is more reliable than the second direct core cooling system. Inside An operating method of a fast reactor decay heat removal system configured to reduce the heat removal capability for the primary coolant, and when the power supply is lost, in addition to the first direct core cooling system, Two direct core cooling systems are started, and then, when the temperature of the primary coolant in the reactor vessel is reduced to a predetermined value, the second direct core cooling system is stopped and the reactor vessel cooling system is started. .

上記目的を達成するために、第2の発明は、高速炉の原子炉容器内の一次冷却材を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、電源喪失状態とならない場合は、この作動流体を冷却ファンで生起された冷却風によって冷却する第一直接炉心冷却系と、前記原子炉容器内の一次冷却材を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、この作動流体を空気の自然対流によって冷却する第二直接炉心冷却系と、前記原子炉容器を収容する原子炉格納容器の外側に設けられた躯体を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、この作動流体を海水によって冷却する躯体冷却系とを備え、前記第二直接炉心冷却系は、前記冷却ファンが停止した場合の前記第一直接炉心冷却系より、前記原子炉容器内の一次冷却材に対する除熱能力が高くなるように構成され、前記躯体冷却系は、前記第二直接炉心冷却系より、前記原子炉容器内の一次冷却材に対する除熱能力が低くなるように構成された高速炉崩壊熱除去系の運転方法であって、電源喪失状態となった場合に、前記第一直接炉心冷却系に加えて、前記第二直接炉心冷却系を起動させ、その後、前記原子炉容器内の一次冷却材の温度が所定値まで低下したら、前記第二直接炉心冷却系を停止させるとともに、前記躯体冷却系を起動させる。   In order to achieve the above object, the second invention cools the primary coolant in the reactor vessel of the fast reactor with a naturally circulating working fluid and cools the working fluid when the power supply is not lost. The first direct core cooling system that is cooled by cooling air generated by a fan and the primary coolant in the reactor vessel are cooled by a naturally circulating working fluid, and the working fluid is cooled by natural convection of air. A second direct core cooling system, and a chassis cooling system that cools the enclosure provided outside the reactor containment vessel containing the reactor vessel with a naturally circulating working fluid and cools the working fluid with seawater. The second direct core cooling system has a higher heat removal capability for the primary coolant in the reactor vessel than the first direct core cooling system when the cooling fan is stopped. The enclosure cooling system is an operating method of a fast reactor decay heat removal system configured to have a lower heat removal capability for the primary coolant in the reactor vessel than the second direct core cooling system. When the power supply is lost, the second direct core cooling system is started in addition to the first direct core cooling system, and then the temperature of the primary coolant in the reactor vessel reaches a predetermined value. If it falls, while stopping said 2nd direct core cooling system, said housing cooling system is started.

上記目的を達成するために、第3の発明は、高速炉の原子炉容器内の一次冷却材を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、電源喪失状態とならない場合は、この作動流体を冷却ファンで生起された冷却風によって冷却する第一直接炉心冷却系と、前記原子炉容器内の一次冷却材を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、この作動流体を空気の自然対流によって冷却する第二直接炉心冷却系と、前記原子炉容器の外側を、空気の自然対流によって冷却する原子炉容器冷却系と、前記原子炉容器を収容する原子炉格納容器の外側に設けられた躯体を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、この作動流体を海水によって冷却する躯体冷却系とを備え、前記第二直接炉心冷却系は、前記冷却ファンが停止した場合の前記第一直接炉心冷却系より、前記原子炉容器内の一次冷却材に対する除熱能力が高くなるように構成され、前記原子炉容器冷却系及び前記躯体冷却系は、前記第二直接炉心冷却系より、前記原子炉容器内の一次冷却材に対する除熱能力の総和が低くなるように構成された高速炉崩壊熱除去系の運転方法であって、電源喪失状態となった場合に、前記第一直接炉心冷却系に加えて、前記第二直接炉心冷却系を起動させ、その後、前記原子炉容器内の一次冷却材の温度が所定値まで低下したら、前記第二直接炉心冷却系を停止させるとともに、前記原子炉容器冷却系及び前記躯体冷却系を起動させる。   In order to achieve the above object, the third invention cools the primary coolant in the reactor vessel of the fast reactor with a naturally circulating working fluid and cools the working fluid when the power supply is not lost. The first direct core cooling system that is cooled by cooling air generated by a fan and the primary coolant in the reactor vessel are cooled by a naturally circulating working fluid, and the working fluid is cooled by natural convection of air. A second direct core cooling system, a reactor vessel cooling system that cools the outside of the reactor vessel by natural convection of air, and a housing provided outside the reactor containment vessel that houses the reactor vessel, And a cooling system that cools the working fluid with seawater, and the second direct core cooling system includes the first direct reactor when the cooling fan is stopped. The reactor system is configured to have a higher heat removal capability for the primary coolant in the reactor vessel than the cooling system, and the reactor vessel cooling system and the enclosure cooling system are more reliable than the second direct core cooling system. An operation method of a fast reactor decay heat removal system configured to reduce the total heat removal capacity of the primary coolant in the vessel, and when the power is lost, the first direct core cooling system is In addition, when the temperature of the primary coolant in the reactor vessel is lowered to a predetermined value after starting the second direct core cooling system, the second direct core cooling system is stopped and the reactor vessel Start the cooling system and the enclosure cooling system.

本発明によれば、電源喪失状態となった場合に、原子炉容器内の一次冷却材を適正な温度近傍で安定させることができる。   According to the present invention, when the power supply is lost, the primary coolant in the reactor vessel can be stabilized near the appropriate temperature.

本発明の第1の実施形態における高速炉崩壊熱除去系の構成を表す概略図である。1 is a schematic diagram showing a configuration of a fast reactor decay heat removal system in a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における高速炉崩壊熱除去系の運転方法及びその作用効果を説明するために原子炉容器内の一次冷却材の温度変化を表す図である。FIG. 2 is a diagram showing a temperature change of a primary coolant in a reactor vessel in order to explain an operating method of the fast reactor decay heat removal system and its operation and effects in the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態における高速炉崩壊熱除去系の構成を表す概略図である。It is the schematic showing the structure of the fast reactor decay heat removal system in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における躯体冷却系の構成を表す概略図である。It is the schematic showing the structure of the housing cooling system in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における高速炉崩壊熱除去系の運転方法及びその作用効果を説明するために原子炉容器内の一次冷却材の温度変化を表す図である。It is a figure showing the temperature change of the primary coolant in a reactor vessel in order to demonstrate the operating method of the fast reactor decay heat removal system in the 2nd Embodiment of this invention, and its effect. 本発明の第3の実施形態における高速炉崩壊熱除去系の構成を表す概略図である。It is the schematic showing the structure of the fast reactor decay heat removal system in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態における高速炉崩壊熱除去系の運転方法及びその作用効果を説明するために原子炉容器内の一次冷却材の温度変化を表す図である。It is a figure showing the temperature change of the primary coolant in a reactor vessel in order to demonstrate the operating method of the fast reactor decay heat removal system in the 3rd Embodiment of this invention, and its effect. 本発明の第1の変形例における高速炉崩壊熱除去系の構成を表す概略図である。It is the schematic showing the structure of the fast reactor decay heat removal system in the 1st modification of this invention. 図8中IX部の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the IX section in FIG. 本発明の第2の変形例における第二直接炉心冷却系の構造を表すパイプ径方向断面図である。It is a pipe radial direction sectional view showing the structure of the 2nd direct core cooling system in the 2nd modification of the present invention. 本発明の第3の変形例における高速炉崩壊熱除去系の構成を表す概略図である。It is the schematic showing the structure of the fast reactor decay heat removal system in the 3rd modification of this invention.

まず、本発明の適用対象である高速炉の要部構成の具体例について説明する。   First, the specific example of the principal part structure of the fast reactor which is an application object of this invention is demonstrated.

原子炉建屋1には原子炉格納容器(図示せず)が収容され、この原子炉格納容器には原子炉容器2や中間熱交換器(図示せず)が収納されている(後述の図4参照)。原子炉容器2は、核燃料を含む炉心3を内包している(後述の図4及び図1等参照)。   A reactor containment vessel (not shown) is accommodated in the reactor building 1, and a reactor vessel 2 and an intermediate heat exchanger (not shown) are accommodated in the reactor containment vessel (FIG. 4 described later). reference). The nuclear reactor vessel 2 contains a core 3 containing nuclear fuel (see FIGS. 4 and 1 described later).

また、原子炉容器2と中間熱交換器との間で一次冷却材(ナトリウム)を循環するための一次系配管及び一次系循環ポンプ(図示せず)が設けられている。そして、一次冷却材は、原子炉容器2内で炉心3によって加熱され、高温側配管4A(後述の図1等参照)を介し中間熱交換器へ供給されるようになっている。また、一次冷却材は、中間熱交換器で二次冷却材(ナトリウム)と熱交換して冷却され、低温側配管4B(後述の図1等参照)を介して原子炉容器2に戻されるようになっている。   Further, a primary system pipe and a primary system circulation pump (not shown) for circulating a primary coolant (sodium) between the reactor vessel 2 and the intermediate heat exchanger are provided. The primary coolant is heated by the core 3 in the reactor vessel 2 and supplied to the intermediate heat exchanger via the high temperature side pipe 4A (see FIG. 1 and the like described later). The primary coolant is cooled by exchanging heat with the secondary coolant (sodium) in the intermediate heat exchanger, and returned to the reactor vessel 2 through the low temperature side pipe 4B (see FIG. 1 and the like described later). It has become.

また、図示しないものの、タービン建屋には主蒸気系が収容されている。この主蒸気系は、水を蒸発させる蒸気発生器と、この蒸気発生器からの蒸気によって駆動する高圧タービンと、この高圧タービンからの蒸気によって駆動する低圧タービンと、この低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、この復水器から蒸気発生器に水を供給する給水ラインに設けられた給水ポンプ及び給水加熱器とを有している。また、高圧タービン及び低圧タービンの回転軸に接続された発電機が設けられている。   Moreover, although not shown in figure, the main steam system is accommodated in the turbine building. The main steam system includes a steam generator for evaporating water, a high-pressure turbine driven by steam from the steam generator, a low-pressure turbine driven by steam from the high-pressure turbine, and steam discharged from the low-pressure turbine. And a feed water pump and a feed water heater provided in a feed water line for supplying water from the condenser to the steam generator. Moreover, the generator connected to the rotating shaft of a high pressure turbine and a low pressure turbine is provided.

また、図示しないものの、中間熱交換器と蒸気発生器の間で二次冷却材を循環するための二次系配管及び二次系循環ポンプが設けられている。そして、二次冷却材は、中間熱交換器で一次冷却材と熱交換して加熱され、蒸気発生器へ供給されるようになっている。また、二次冷却材は、蒸気発生器で水と熱交換して冷却され、中間熱交換器に戻されるようになっている。   Further, although not shown, a secondary system pipe and a secondary system circulation pump for circulating the secondary coolant between the intermediate heat exchanger and the steam generator are provided. The secondary coolant is heated by exchanging heat with the primary coolant in the intermediate heat exchanger, and supplied to the steam generator. In addition, the secondary coolant is cooled by exchanging heat with water in a steam generator and returned to the intermediate heat exchanger.

上述した高速炉には、安全確保の原則のため、その異常発生時に炉心燃料の崩壊熱を除去する崩壊熱除去系が備えられている。本発明の第1の実施形態における高速炉崩壊熱除去系の構成を、図1を用いて説明する。   The fast reactor described above is equipped with a decay heat removal system that removes decay heat of the core fuel when an abnormality occurs for the principle of ensuring safety. The configuration of the fast reactor decay heat removal system in the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態の高速炉崩壊熱除去系は、強制空冷式の第一直接炉心冷却系5と、自然空冷式の第二直接炉心冷却系6と、自然空冷式の原子炉容器冷却系(RVACS: Reactor Vessel Auxiliary Cooling System)7とを備えている。なお、本実施形態では、第二直接炉心冷却系6を1つだけ設けているが、複数設けてもよい。   The fast reactor decay heat removal system of the present embodiment includes a forced air cooling type first direct core cooling system 5, a natural air cooling type second direct core cooling system 6, and a natural air cooling type reactor vessel cooling system (RVACS: Reactor Vessel Auxiliary Cooling System) 7. In the present embodiment, only one second direct core cooling system 6 is provided, but a plurality of second direct core cooling systems 6 may be provided.

第一直接炉心冷却系5は、除熱部8と、この除熱部8より上方に位置する放熱部9と、これら除熱部8及び放熱部9を接続した熱輸送配管10とを有している。そして、除熱部8と放熱部9の間で作動流体が自然循環するようになっている。   The first direct core cooling system 5 includes a heat removal unit 8, a heat radiation unit 9 positioned above the heat removal unit 8, and a heat transport pipe 10 connecting the heat removal unit 8 and the heat radiation unit 9. ing. The working fluid is naturally circulated between the heat removal unit 8 and the heat radiation unit 9.

詳しく説明すると、除熱部8は、原子炉容器2内の一次冷却材に浸漬されている。この除熱部8では、原子炉容器2内の一次冷却材と作動流体の熱交換により、原子炉容器2内の一次冷却材が冷却され、作動流体が加熱される。放熱部9は、原子炉建屋1の外側に設けられた空気ダクト(図示せず)内に配置されている。この放熱部9では、電源を喪失しない場合に、冷却ファン11で誘起された冷却風によって作動流体が冷却される。そして、作動流体の温度変化に伴う密度変化によって自然対流が生じ、作動流体が自然循環するようになっている。   More specifically, the heat removal unit 8 is immersed in a primary coolant in the reactor vessel 2. In the heat removal unit 8, the primary coolant in the reactor vessel 2 is cooled by heat exchange between the primary coolant in the reactor vessel 2 and the working fluid, and the working fluid is heated. The heat dissipating part 9 is arranged in an air duct (not shown) provided outside the reactor building 1. In the heat radiating portion 9, the working fluid is cooled by the cooling air induced by the cooling fan 11 when the power source is not lost. And natural convection arises by the density change accompanying the temperature change of a working fluid, and a working fluid circulates naturally.

第一直接炉心冷却系5の最終的なヒートシンクは大気である。前述した空気ダクトには開閉可能なダンパ(図示せず)が設けられており、このダンパの開閉によって第一直接炉心冷却系5の運転・停止を切替え可能としている。また、冷却ファン11の回転数を可変制御するインバータ装置(図示せず)が設けられている。そして、電源を喪失しない場合は、冷却ファン11の回転数の可変制御によって、第一直接炉心冷却系5の除熱能力を可変可能としている。   The final heat sink of the first direct core cooling system 5 is the atmosphere. The air duct described above is provided with a damper (not shown) that can be opened and closed, and the first direct core cooling system 5 can be switched between operation and stop by opening and closing the damper. Further, an inverter device (not shown) that variably controls the rotation speed of the cooling fan 11 is provided. When the power source is not lost, the heat removal capability of the first direct core cooling system 5 can be varied by variable control of the rotation speed of the cooling fan 11.

第二直接炉心冷却系6は、下端側の蒸発部12と上端側の凝縮部13を有するヒートパイプ14で構成されており、このヒートパイプ14内に作動流体が封入されている。そして、蒸発部12と凝縮部13の間で作動流体が自然循環するようになっている。   The second direct core cooling system 6 includes a heat pipe 14 having a lower end side evaporation unit 12 and an upper end side condensing unit 13, and a working fluid is enclosed in the heat pipe 14. The working fluid is naturally circulated between the evaporation unit 12 and the condensing unit 13.

詳しく説明すると、蒸発部12は、第一直接炉心冷却系5の除熱部8と同様、原子炉容器2内の一次冷却材に浸漬されている。この蒸発部12では、原子炉容器2内の一次冷却材と作動流体の熱交換により、原子炉容器2内の一次冷却材が冷却され、作動流体が加熱されて蒸発する。凝縮部13は、原子炉建屋1の外側に設けられた空気ダクト(図示せず)内に配置されている。この凝縮部13では、空気の自然対流によって作動流体が冷却されて凝縮する。凝縮部13には、冷却能力を高めるため、多数の放熱フィン15が設けられている。そして、作動流体の相変化に伴う比重変化により、作動流体が自然循環するようになっている。   More specifically, the evaporating unit 12 is immersed in the primary coolant in the reactor vessel 2 in the same manner as the heat removal unit 8 of the first direct core cooling system 5. In the evaporation section 12, the primary coolant in the reactor vessel 2 is cooled by heat exchange between the primary coolant in the reactor vessel 2 and the working fluid, and the working fluid is heated and evaporated. The condensing unit 13 is disposed in an air duct (not shown) provided outside the reactor building 1. In the condensing unit 13, the working fluid is cooled and condensed by natural convection of air. The condensing unit 13 is provided with a large number of radiating fins 15 in order to increase the cooling capacity. The working fluid circulates naturally due to the change in specific gravity accompanying the phase change of the working fluid.

第二直接炉心冷却系6の最終的なヒートシンクは大気である。前述した空気ダクトには開閉可能なダンパ(図示せず)が設けられており、このダンパの開閉によって第二直接炉心冷却系6の運転・停止を切替え可能としている。なお、本実施形態では、パイプ内壁にウィック(毛細管構造)を有しない重力式ヒートパイプを採用しているが、ウィックを有するものを採用してもよい。   The final heat sink of the second direct core cooling system 6 is the atmosphere. The air duct described above is provided with a damper (not shown) that can be opened and closed, and the opening and closing of the damper enables switching between operation and stop of the second direct core cooling system 6. In this embodiment, a gravity heat pipe that does not have a wick (capillary structure) on the inner wall of the pipe is employed, but a pipe having a wick may be employed.

原子炉容器冷却系7は、原子炉容器2の外側を、空気の自然対流によって冷却するように構成されている。   The reactor vessel cooling system 7 is configured to cool the outside of the reactor vessel 2 by natural convection of air.

詳しく説明すると、原子炉容器2の外側に二重となる円筒状流路16A,16Bと、これら円筒状流路16A,16Bの下方側を連通させる下部プレナム17とを有するガードベッセル18が設けられている。そして、原子炉容器2の半径方向外側に向かうに従って温度が低下していることから、外側流路16Aと内側流路16Bの間で温度差が生じている。この温度差に伴う空気の密度差によって自然対流が生じる。すなわち、比較的低温で密度が大きな空気が外側流路16A内に流入して下降し、その後、比較的高温となって密度が小さくなった空気が内側流路16B内を上昇して流出する。このような空気の自然対流により、原子炉容器2を冷却するようになっている。   More specifically, a guard vessel 18 having double cylindrical flow paths 16A and 16B and a lower plenum 17 that communicates the lower side of the cylindrical flow paths 16A and 16B is provided outside the reactor vessel 2. ing. And since temperature falls as it goes to the radial direction outer side of the reactor vessel 2, the temperature difference has arisen between the outer side flow path 16A and the inner side flow path 16B. Natural convection occurs due to the difference in air density associated with this temperature difference. That is, air having a relatively low temperature and high density flows into the outer flow path 16A and descends, and thereafter, air having a relatively high temperature and a low density rises and flows out in the inner flow path 16B. The reactor vessel 2 is cooled by such natural convection of air.

また、上述した空気の自然対流を利用して、原子炉建屋1の外から外側流路16Aに空気を導入するとともに、内側流路16Bから原子炉建屋1の外に空気を導出する空気ダクト(図示せず)が設けられている。すなわち、原子炉容器冷却系7のヒートシンクは大気である。前述した空気ダクトには開閉可能なダンパ(図示せず)が設けられており、このダンパの開閉によって原子炉容器冷却系7の運転・停止を切替え可能としている。   In addition, air ducts for introducing air from the outside of the reactor building 1 to the outer flow path 16A and leading the air from the inner flow path 16B to the outside of the reactor building 1 using the natural convection of air described above ( (Not shown) is provided. That is, the heat sink of the reactor vessel cooling system 7 is the atmosphere. The air duct described above is provided with a damper (not shown) that can be opened and closed, and the operation and stop of the reactor vessel cooling system 7 can be switched by opening and closing the damper.

原子炉容器2内の一次冷却材に対する第一直接炉心冷却系5の除熱能力は、冷却ファン11が最大回転数で駆動した場合を基準値(100%)にとると、冷却ファン11が停止した場合に例えば基準値の30%まで低下する。原子炉容器2内の一次冷却材に対する第二直接炉心冷却系6の除熱能力は、冷却ファン11が停止した場の第一直接炉心冷却系5の除熱能力(30%)より高く、例えば基準値の120%に相当する。原子炉容器2内の一次冷却材に対する原子炉容器冷却系7の除熱能力は、第二直接炉心冷却系6の除熱能力(120%)より低く、例えば基準値の50%に相当する。   The heat removal capacity of the first direct core cooling system 5 with respect to the primary coolant in the reactor vessel 2 is stopped when the cooling fan 11 is driven at the maximum rotational speed to a reference value (100%). In this case, for example, it is reduced to 30% of the reference value. The heat removal capacity of the second direct core cooling system 6 with respect to the primary coolant in the reactor vessel 2 is higher than the heat removal capacity (30%) of the first direct core cooling system 5 when the cooling fan 11 is stopped, for example, This corresponds to 120% of the reference value. The heat removal capability of the reactor vessel cooling system 7 for the primary coolant in the reactor vessel 2 is lower than the heat removal capability (120%) of the second direct core cooling system 6 and corresponds to, for example, 50% of the reference value.

次に、本実施形態における高速炉崩壊熱除去系の運転方法及びその作用効果を、図2を用いて説明する。図2の横軸は、高速炉の異常発生後の日数をとって表し、縦軸は、原子炉容器2内の一次冷却材の温度を表している。一次冷却材(ナトリウム)の沸点は1108K程度、凝固点は373K程度である。そのため、一次冷却材を沸騰又は凝固させないことを考慮すれば、異常発生後の原子炉容器2内の一次冷却材の温度の適正範囲は、例えば400K以上900K以下である。また、正常運転時の原子炉容器2内の一次冷却材の温度が例えば700K程度であり、この温度より低下させることを考慮すれば、異常発生後の原子炉容器2内の一次冷却材の温度の適正範囲は、例えば400K以上700K以下である。さらに、設備にかかる負荷を低減させることを考慮すれば、最終的な一次冷却材の適正温度(目標温度)は、ナトリウムの凝固点より若干高い温度(詳細には、例えば450〜500Kの間の温度)である。   Next, an operation method of the fast reactor decay heat removal system and its operation and effects in this embodiment will be described with reference to FIG. The horizontal axis in FIG. 2 represents the number of days after the occurrence of an abnormality in the fast reactor, and the vertical axis represents the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2. The primary coolant (sodium) has a boiling point of about 1108K and a freezing point of about 373K. Therefore, considering that the primary coolant is not boiled or solidified, an appropriate range of the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 after the occurrence of abnormality is, for example, 400K or more and 900K or less. In addition, the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 during normal operation is, for example, about 700 K, and considering that the temperature is lower than this temperature, the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 after the occurrence of an abnormality The appropriate range is, for example, 400K or more and 700K or less. Further, considering that the load on the equipment is reduced, the final appropriate temperature (target temperature) of the primary coolant is slightly higher than the freezing point of sodium (specifically, for example, a temperature between 450 to 500K). ).

高速炉の異常発生時に、炉心燃料は、正常運転時の熱出力の数%程度の崩壊熱を放出するため、原子炉容器2内の一次冷却材が加熱される。この原子炉容器2内の一次冷却材を冷却するために、ダンパを操作して第一直接炉心冷却系5を起動させる。このとき、電源喪失状態(SBO: Station Blackout)とならない場合は、冷却ファン12の回転数の可変制御によって、第一直接炉心冷却系5の除熱能力を100%〜30%に可変可能である。そして、冷却時間の経過に応じて、すなわち、原子炉容器2内の一次冷却材の温度低下に応じて、第一直接炉心冷却系5の除熱能力を減少することにより、原子炉容器2内の一次冷却材を適正温度近傍で安定させることができる(図2中一点鎖線U参照)。   When an abnormality occurs in the fast reactor, the core fuel emits decay heat of about several percent of the heat output during normal operation, so the primary coolant in the reactor vessel 2 is heated. In order to cool the primary coolant in the reactor vessel 2, the damper is operated to activate the first direct core cooling system 5. At this time, when the power loss state (SBO: Station Blackout) does not occur, the heat removal capability of the first direct core cooling system 5 can be varied from 100% to 30% by variable control of the rotation speed of the cooling fan 12. . Then, as the cooling time elapses, that is, as the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 decreases, the heat removal capability of the first direct core cooling system 5 is reduced, so that the inside of the reactor vessel 2 The primary coolant can be stabilized in the vicinity of the appropriate temperature (see the alternate long and short dash line U in FIG. 2).

一方、不測の事態によって万一電源喪失状態となった場合は、冷却ファン12が駆動できないので、第一直接炉心冷却系5の除熱能力が30%に制限されて冷却不足となる。すなわち、原子炉容器2内の一次冷却材の温度が上昇する(図2中二点鎖線S参照)。この場合、一次冷却材の温度が最終的に900K以下に抑えられたとしても、設備にかかる負荷が大きくなる。   On the other hand, if the power supply is lost due to unforeseen circumstances, the cooling fan 12 cannot be driven, so that the heat removal capability of the first direct core cooling system 5 is limited to 30%, resulting in insufficient cooling. That is, the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 rises (see the two-dot chain line S in FIG. 2). In this case, even if the temperature of the primary coolant is finally suppressed to 900K or less, the load on the facility increases.

そこで、本実施形態では、例えば温度計(図示せず)で計測された原子炉容器2内の一次冷却材の温度が所定値Ta(詳細には、正常運転時の原子炉容器2内の一次冷却材の温度より若干高くなるように予め設定された値であり、例えば800K)まで上昇したら、ダンパを操作して第二直接炉心冷却系6を起動させる。これにより、冷却系の除熱能力の総和が150%となる。したがって、冷却時間の経過とともに、原子炉容器2内の一次冷却材の温度が低下する(図2中実線(S+A)参照)。しかし、冷却時間がある程度経過しても、第一直接炉心冷却系5及び第二直接炉心冷却系6の運転をそのまま継続すれば、過冷却となってしまう。すなわち、一次冷却材の温度が400K未満となる可能性がある。   Therefore, in this embodiment, for example, the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 measured by a thermometer (not shown) is a predetermined value Ta (specifically, the primary temperature in the reactor vessel 2 during normal operation). When the value is set in advance so as to be slightly higher than the temperature of the coolant and rises to, for example, 800 K), the second direct core cooling system 6 is started by operating the damper. Thereby, the sum total of the heat removal capability of the cooling system is 150%. Therefore, as the cooling time elapses, the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 decreases (see the solid line (S + A) in FIG. 2). However, even if the cooling time elapses to some extent, if the operation of the first direct core cooling system 5 and the second direct core cooling system 6 is continued as it is, overcooling occurs. That is, the temperature of the primary coolant may be less than 400K.

そこで、本実施形態では、例えば温度計で計測された原子炉容器2内の一次冷却材の温度が所定値Tb(詳細には、後述する第一直接炉心冷却系5及び原子炉容器冷却系7の除熱能力の総和を考慮して、目標温度より若干高くなるように予め設定された値)まで低下したら、ダンパを操作して第二直接炉心冷却系6を停止させるとともに、ダンパを操作して原子炉容器冷却系7を起動させる。これにより、冷却系の除熱能力の総和が80%となる。その結果、原子炉容器2内の一次冷却材を適正な温度近傍で安定させることができる(図2中実線(S+B)参照)。   Therefore, in this embodiment, for example, the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 measured by a thermometer is a predetermined value Tb (specifically, a first direct core cooling system 5 and a reactor vessel cooling system 7 described later). In consideration of the sum of the heat removal capacities, the second direct core cooling system 6 is stopped by operating the damper and the damper is operated. The reactor vessel cooling system 7 is activated. Thereby, the sum total of the heat removal capability of the cooling system becomes 80%. As a result, the primary coolant in the reactor vessel 2 can be stabilized in the vicinity of an appropriate temperature (see the solid line (S + B) in FIG. 2).

第二直接炉心冷却系6について補足説明する。第二直接炉心冷却系6の作動流体は、液体金属、液体系、熱媒系、溶媒系、及び不活性ガス系のうちのいずれかを採用する。液体金属の具体例としては、ナトリウム、セシウム、ルビジウム、リチウム、及びナトリウムカリウム合金等がある。液体系の具体例としては、水及びメタノール等がある。熱媒系の具体例としては、ダウサーム等がある。溶媒系の具体例としては、ナフタレン及びフェノール等がある。不活性ガス系の具体例としては、窒素及びヘリウム等がある。水及びセシウムは高性能、ダウサーム及びフェノールは中性能、ナフタレンは低性能である。なお、液体金属を採用する場合には、蒸発潜熱が大きいという利点を有し、さらに、一次冷却材に対して不活性であるため、第二直接炉心冷却系6が万一損傷した場合でも不具合が生じないという利点を有する。   The second direct core cooling system 6 will be described supplementarily. The working fluid of the second direct core cooling system 6 employs any one of a liquid metal, a liquid system, a heat medium system, a solvent system, and an inert gas system. Specific examples of the liquid metal include sodium, cesium, rubidium, lithium, and sodium potassium alloy. Specific examples of the liquid system include water and methanol. Specific examples of the heat transfer medium include Dowtherm. Specific examples of the solvent system include naphthalene and phenol. Specific examples of the inert gas system include nitrogen and helium. Water and cesium have high performance, dowtherm and phenol have medium performance, and naphthalene has low performance. When liquid metal is used, it has the advantage of large latent heat of vaporization and is inactive to the primary coolant, so that even if the second direct core cooling system 6 is damaged, there is a problem. Has the advantage that does not occur.

第二直接炉心冷却系6の除熱能力は、原子炉容器2内の一次冷却材が所定値Ta(800K)まで上昇したら、急激に向上することが好ましい。また、原子炉容器2内の一次冷却材が400Kまで低下したら、急激に低下することが好ましい。そのため、第二直接炉心冷却系6の作動流体の飽和温度Hは、800K≧H≧400Kという条件を満たすように設定することが好ましい。   It is preferable that the heat removal capacity of the second direct core cooling system 6 is rapidly improved when the primary coolant in the reactor vessel 2 rises to a predetermined value Ta (800 K). Moreover, when the primary coolant in the reactor vessel 2 is reduced to 400K, it is preferable that the temperature is rapidly decreased. Therefore, the saturation temperature H of the working fluid in the second direct core cooling system 6 is preferably set so as to satisfy the condition of 800K ≧ H ≧ 400K.

本発明の第2の実施形態における高速炉崩壊熱除去系の構成を、図3及び図4を用いて説明する。なお、これら図3及び図4において、上記第1の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。   The configuration of the fast reactor decay heat removal system in the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

本実施形態の高速炉崩壊熱除去系は、強制空冷式の第一直接炉心冷却系5と、自然空冷式の第二直接炉心冷却系6と、自然水冷式の躯体冷却系19とを備えている。   The fast reactor decay heat removal system of the present embodiment includes a forced air cooling type first direct core cooling system 5, a natural air cooling type second direct core cooling system 6, and a natural water cooling type enclosure cooling system 19. Yes.

躯体冷却系19は、原子炉格納容器の外側に設けられた躯体20を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、この作動流体を海水によって冷却するように構成されている。   The enclosure cooling system 19 is configured to cool the enclosure 20 provided outside the reactor containment vessel with a naturally circulating working fluid and cool the working fluid with seawater.

詳しく説明すると、躯体20は、例えばコンクリートをステンレス板で内包するように構成されており、ガードベッセルとしての役割を果たしている。この躯体20の円筒状側壁部の内部に、円環状の下部ヘッダ21と、円環状の上部ヘッダ22と、これら下部ヘッダ21と上部ヘッダ22の間で接続されて鉛直方向に延在する複数の冷却流路23が形成されている。また、原子炉建屋1の外には海水を貯える貯水槽24が設けられており、この貯水槽24内に熱交換器25が設置されている。また、熱交換器25から下部ヘッダ21へ作動流体を導出する配管26Aと、上部ヘッダ22から熱交換器25へ作動流体を導出する配管26Bが設けられている。そして、躯体下部ヘッダ21、冷却流路23、及び上部ヘッダ22内の作動流体は、躯体20を冷却して、その温度が上昇する。一方、熱交換器25内の作動流体は、海水によって冷却されて、その温度が低下する。このような作動流体の温度変化に伴う密度変化によって自然対流が生じ、作動流体が自然循環するようになっている。   If it demonstrates in detail, the frame 20 will be comprised, for example so that concrete may be included with a stainless plate, and has played the role as a guard vessel. A plurality of annular lower headers 21, annular upper headers 22, and a plurality of vertical headers connected between the lower headers 21 and the upper headers 22 inside the cylindrical side wall portion of the housing 20. A cooling channel 23 is formed. In addition, a water tank 24 for storing seawater is provided outside the reactor building 1, and a heat exchanger 25 is installed in the water tank 24. A pipe 26 </ b> A for leading the working fluid from the heat exchanger 25 to the lower header 21 and a pipe 26 </ b> B for leading the working fluid from the upper header 22 to the heat exchanger 25 are provided. And the working fluid in the housing lower header 21, the cooling flow path 23, and the upper header 22 cools the housing 20, and the temperature rises. On the other hand, the working fluid in the heat exchanger 25 is cooled by seawater, and its temperature falls. The natural convection is generated by the density change accompanying the temperature change of the working fluid, and the working fluid is naturally circulated.

また、配管26A及び/又は26Bにはバルブ(図示せず)が設けられており、このバルブの開閉によって躯体冷却系19の運転・停止を切替え可能としている。また、貯水槽24は、上下に配置された連通管27A,27Bを介して海28と連通している。これにより、貯水層24と海28の間で海水が自然循環するようになっている。すなわち、躯体冷却系19の最終的なヒートシンクは、海水である。   Further, a valve (not shown) is provided in the piping 26A and / or 26B, and the operation / stop of the housing cooling system 19 can be switched by opening and closing the valve. Further, the water storage tank 24 communicates with the sea 28 via communication pipes 27A and 27B arranged above and below. Thereby, seawater naturally circulates between the reservoir 24 and the sea 28. That is, the final heat sink of the enclosure cooling system 19 is seawater.

上記第1の実施形態と同様、原子炉容器2内の一次冷却材に対する第一直接炉心冷却系5の除熱能力は、冷却ファン11が最大回転数で駆動した場合を基準値(100%)にとると、冷却ファン11が停止した場合に例えば基準値の30%まで低下する。原子炉容器2内の一次冷却材に対する第二直接炉心冷却系6の除熱能力は、冷却ファン11が停止した場の第一直接炉心冷却系5の除熱能力(30%)より高く、例えば基準値の120%に相当する。   As in the first embodiment, the heat removal capability of the first direct core cooling system 5 with respect to the primary coolant in the reactor vessel 2 is the reference value (100%) when the cooling fan 11 is driven at the maximum rotational speed. If it takes, when the cooling fan 11 stops, it will fall, for example to 30% of a reference value. The heat removal capacity of the second direct core cooling system 6 with respect to the primary coolant in the reactor vessel 2 is higher than the heat removal capacity (30%) of the first direct core cooling system 5 when the cooling fan 11 is stopped, for example, This corresponds to 120% of the reference value.

原子炉容器2内の一次冷却材に対する躯体冷却系19の除熱能力は、第二直接炉心冷却系6の除熱能力(120%)より低く、例えば基準値の30%に相当する。   The heat removal capacity of the enclosure cooling system 19 with respect to the primary coolant in the reactor vessel 2 is lower than the heat removal capacity (120%) of the second direct core cooling system 6 and corresponds to, for example, 30% of the reference value.

次に、本実施形態における高速炉崩壊熱除去系の運転方法及びその作用効果を、図5を用いて説明する。上述の図2と同様、図5の横軸は、高速炉の異常発生後の日数をとって表し、縦軸は、原子炉容器2内の一次冷却材の温度を表している。   Next, an operation method of the fast reactor decay heat removal system and its operation and effect in this embodiment will be described with reference to FIG. Similar to FIG. 2 described above, the horizontal axis of FIG. 5 represents the number of days after the occurrence of an abnormality in the fast reactor, and the vertical axis represents the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2.

高速炉の異常発生時に、電源喪失状態とならない場合は、上記第1の実施形態と同じである。すなわち、ダンパを操作して第一直接炉心冷却系5を起動させる。そして、冷却時間の経過に応じて、すなわち、原子炉容器2内の一次冷却材の温度低下に応じて、第一直接炉心冷却系5の除熱能力を減少することにより、原子炉容器2内の一次冷却材を適正温度近傍で安定させることができる(図5中一点鎖線U参照)。   When an abnormality occurs in the fast reactor, if the power supply is not lost, it is the same as in the first embodiment. That is, the first direct core cooling system 5 is started by operating the damper. Then, as the cooling time elapses, that is, as the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 decreases, the heat removal capability of the first direct core cooling system 5 is reduced, so that the inside of the reactor vessel 2 The primary coolant can be stabilized in the vicinity of the appropriate temperature (see the alternate long and short dash line U in FIG. 5).

一方、不測の事態によって万一電源喪失状態となった場合は、冷却ファン12が駆動できないので、第一直接炉心冷却系5の除熱能力が30%に制限されて冷却不足となる。すなわち、原子炉容器2内の一次冷却材の温度が上昇する(図5中二点鎖線S参照)。この場合、一次冷却材の温度が最終的に900K以下に抑えられたとしても、設備にかかる負荷が大きくなる。   On the other hand, if the power supply is lost due to unforeseen circumstances, the cooling fan 12 cannot be driven, so that the heat removal capability of the first direct core cooling system 5 is limited to 30%, resulting in insufficient cooling. That is, the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 rises (see the two-dot chain line S in FIG. 5). In this case, even if the temperature of the primary coolant is finally suppressed to 900K or less, the load on the facility increases.

そこで、上記第1の実施形態と同様、例えば温度計で計測された原子炉容器2内の一次冷却材の温度が所定値Taまで上昇したら、ダンパを操作して第二直接炉心冷却系6を起動させる。これにより、冷却系の除熱能力の総和が150%となる。したがって、冷却時間の経過とともに、原子炉容器2内の一次冷却材の温度が低下する(図5中実線(S+A)参照)。しかし、冷却時間がある程度経過しても、第一直接炉心冷却系5及び第二直接炉心冷却系6の運転をそのまま継続すれば、過冷却となってしまう。すなわち、一次冷却材の温度が400K未満となる可能性がある。   Therefore, as in the first embodiment, for example, when the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 measured by the thermometer rises to a predetermined value Ta, the damper is operated to set the second direct core cooling system 6. Start. Thereby, the sum total of the heat removal capability of the cooling system is 150%. Therefore, as the cooling time elapses, the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 decreases (see the solid line (S + A) in FIG. 5). However, even if the cooling time elapses to some extent, if the operation of the first direct core cooling system 5 and the second direct core cooling system 6 is continued as it is, overcooling occurs. That is, the temperature of the primary coolant may be less than 400K.

そこで、本実施形態では、例えば温度計で計測された原子炉容器2内の一次冷却材の温度が所定値Tc(詳細には、後述する第一直接炉心冷却系5及び躯体冷却系19の除熱能力の総和を考慮して、目標温度より若干高くなるように予め設定された値)まで低下したら、ダンパを操作して第二直接炉心冷却系6を停止させるとともに、バルブを操作して躯体冷却系19を起動させる。これにより、冷却系の除熱能力の総和が60%となる。その結果、原子炉容器2内の一次冷却材を適正な温度近傍で安定させることができる(図5中実線(S+C)参照)。   Therefore, in the present embodiment, for example, the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 measured with a thermometer is a predetermined value Tc (more specifically, the first direct core cooling system 5 and the enclosure cooling system 19 are removed later). In consideration of the sum of the heat capacities, when the temperature drops to a value set in advance so as to be slightly higher than the target temperature), the damper is operated to stop the second direct core cooling system 6 and the valve is operated to operate the housing. The cooling system 19 is activated. Thereby, the sum total of the heat removal capability of the cooling system becomes 60%. As a result, the primary coolant in the reactor vessel 2 can be stabilized in the vicinity of an appropriate temperature (see the solid line (S + C) in FIG. 5).

本発明の第3の実施形態における高速炉崩壊熱除去系の構成を、図6を用いて説明する。なお、この図6において、上記第1及び第2の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。   The configuration of the fast reactor decay heat removal system in the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

本実施形態の高速炉崩壊熱除去系は、強制空冷式の第一直接炉心冷却系5と、自然空冷式の第二直接炉心冷却系6と、自然空冷式の原子炉容器冷却系7と、自然水冷式の躯体冷却系19とを備えている。   The fast reactor decay heat removal system of the present embodiment includes a forced air cooling type first direct core cooling system 5, a natural air cooling type second direct core cooling system 6, a natural air cooling type reactor vessel cooling system 7, A natural water cooling type enclosure cooling system 19 is provided.

上記第1及び第2の実施形態と同様、原子炉容器2内の一次冷却材に対する第一直接炉心冷却系5の除熱能力は、冷却ファン11が最大回転数で駆動した場合を基準値(100%)にとると、冷却ファン11が停止した場合に例えば基準値の30%まで低下する。原子炉容器2内の一次冷却材に対する第二直接炉心冷却系6の除熱能力は、冷却ファン11が停止した場の第一直接炉心冷却系5の除熱能力(30%)より高く、例えば基準値の120%に相当する。   As in the first and second embodiments, the heat removal capability of the first direct core cooling system 5 with respect to the primary coolant in the reactor vessel 2 is the reference value (when the cooling fan 11 is driven at the maximum rotational speed). 100%), for example, when the cooling fan 11 is stopped, it is reduced to, for example, 30% of the reference value. The heat removal capacity of the second direct core cooling system 6 with respect to the primary coolant in the reactor vessel 2 is higher than the heat removal capacity (30%) of the first direct core cooling system 5 when the cooling fan 11 is stopped, for example, This corresponds to 120% of the reference value.

原子炉容器2内の一次冷却材に対する原子炉容器冷却系7の除熱能力は、第二直接炉心冷却系6の除熱能力(120%)より低く、例えば基準値の35%に相当する。原子炉容器2内の一次冷却材に対する躯体冷却系19の除熱能力は、第二直接炉心冷却系6の除熱能力(120%)より低く、例えば基準値の15%に相当する。したがって、原子炉容器冷却系7及び躯体冷却系19の除熱能力の総和は、第二直接炉心冷却系6の除熱能力(120%)より低く、基準値の50%となる。   The heat removal capability of the reactor vessel cooling system 7 with respect to the primary coolant in the reactor vessel 2 is lower than the heat removal capability (120%) of the second direct core cooling system 6 and corresponds to, for example, 35% of the reference value. The heat removal capacity of the enclosure cooling system 19 with respect to the primary coolant in the reactor vessel 2 is lower than the heat removal capacity (120%) of the second direct core cooling system 6 and corresponds to, for example, 15% of the reference value. Therefore, the sum total of the heat removal capabilities of the reactor vessel cooling system 7 and the enclosure cooling system 19 is lower than the heat removal capability (120%) of the second direct core cooling system 6 and is 50% of the reference value.

次に、本実施形態における高速炉崩壊熱除去系の運転方法及びその作用効果を、図7を用いて説明する。上述の図2及び図5と同様、図7の横軸は、高速炉の異常発生後の日数をとって表し、縦軸は、原子炉容器2内の一次冷却材の温度を表している。   Next, an operation method of the fast reactor decay heat removal system and its operation and effects in this embodiment will be described with reference to FIG. Like the above-mentioned FIG.2 and FIG.5, the horizontal axis | shaft of FIG. 7 represents taking the days after abnormality of a fast reactor, and the vertical axis | shaft represents the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2. FIG.

高速炉の異常発生時に、電源喪失状態とならない場合は、上記第1及び第2の実施形態と同じである。すなわち、ダンパを操作して第一直接炉心冷却系5を起動させる。そして、冷却時間の経過に応じて、すなわち、原子炉容器2内の一次冷却材の温度低下に応じて、第一直接炉心冷却系5の除熱能力を減少することにより、原子炉容器2内の一次冷却材を適正温度近傍で安定させることができる(図7中一点鎖線U参照)。   When an abnormality occurs in the fast reactor, the power supply is not lost, which is the same as in the first and second embodiments. That is, the first direct core cooling system 5 is started by operating the damper. Then, as the cooling time elapses, that is, as the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 decreases, the heat removal capability of the first direct core cooling system 5 is reduced, so that the inside of the reactor vessel 2 The primary coolant can be stabilized in the vicinity of the appropriate temperature (see the dashed line U in FIG. 7).

一方、不測の事態によって万一電源喪失状態となった場合は、冷却ファン12が駆動できないので、第一直接炉心冷却系5の除熱能力が30%に制限されて冷却不足となる。すなわち、原子炉容器2内の一次冷却材の温度が上昇する(図7中二点鎖線S参照)。この場合、一次冷却材の温度が最終的に900K以下に抑えられたとしても、設備にかかる負荷が大きくなる。   On the other hand, if the power supply is lost due to unforeseen circumstances, the cooling fan 12 cannot be driven, so that the heat removal capability of the first direct core cooling system 5 is limited to 30%, resulting in insufficient cooling. That is, the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 rises (see the two-dot chain line S in FIG. 7). In this case, even if the temperature of the primary coolant is finally suppressed to 900K or less, the load on the facility increases.

そこで、上記第1及び第2の実施形態と同様、例えば温度計で計測された原子炉容器2内の一次冷却材の温度が所定値Taまで上昇したら、ダンパを操作して第二直接炉心冷却系6を起動させる。これにより、冷却系の除熱能力の総和が150%となる。したがって、冷却時間の経過とともに、原子炉容器2内の一次冷却材の温度が低下する(図7中実線(S+A)参照)。しかし、冷却時間がある程度経過しても、第一直接炉心冷却系5及び第二直接炉心冷却系6の運転をそのまま継続すれば、過冷却となる。すなわち、一次冷却材の温度が400K未満となる可能性がある。   Therefore, as in the first and second embodiments, for example, when the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 measured by the thermometer rises to a predetermined value Ta, the damper is operated to cool the second direct core. System 6 is activated. Thereby, the sum total of the heat removal capability of the cooling system is 150%. Therefore, as the cooling time elapses, the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 decreases (see the solid line (S + A) in FIG. 7). However, even if the cooling time elapses to some extent, if the operation of the first direct core cooling system 5 and the second direct core cooling system 6 is continued as it is, supercooling occurs. That is, the temperature of the primary coolant may be less than 400K.

そこで、本実施形態では、例えば温度計で計測された原子炉容器2内の一次冷却材の温度が所定値Td(詳細には、後述する第一直接炉心冷却系5、原子炉容器冷却系7、及び躯体冷却系19の除熱能力の総和を考慮して、目標温度より若干高くなるように予め設定された値)まで低下したら、ダンパを操作して第二直接炉心冷却系6を停止させるとともに、ダンパ及びバルブを操作して原子炉容器冷却系7及び躯体冷却系19を起動させる。これにより、冷却系の除熱能力の総和が80%となる。その結果、原子炉容器2内の一次冷却材を適正な温度近傍で安定させることができる(図7中実線(S+B+C)参照)。   Therefore, in the present embodiment, for example, the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 measured by a thermometer is a predetermined value Td (specifically, a first direct core cooling system 5 and a reactor vessel cooling system 7 described later). In consideration of the sum of the heat removal capabilities of the enclosure cooling system 19 and a value that is set in advance to be slightly higher than the target temperature), the damper is operated to stop the second direct core cooling system 6. At the same time, the reactor vessel cooling system 7 and the enclosure cooling system 19 are started by operating the damper and the valve. Thereby, the sum total of the heat removal capability of the cooling system becomes 80%. As a result, the primary coolant in the reactor vessel 2 can be stabilized in the vicinity of an appropriate temperature (see the solid line (S + B + C) in FIG. 7).

なお、上記第3の実施形態においては、原子炉容器2内の一次冷却材の温度が所定値Tdまで低下したら、第二直接炉心冷却系6を停止するとともに、原子炉容器冷却系7及び躯体冷却系19を同時に起動する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の技術思想及び趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、例えば、原子炉容器2内の一次冷却材の温度が所定値まで低下したら、第二直接炉心冷却系6を停止するとともに、まず、原子炉容器冷却系7を起動し、その後、躯体冷却系19を起動してもよい。また、例えば、原子炉容器2内の一次冷却材の温度が所定値まで低下したら、第二直接炉心冷却系6を停止するとともに、まず、躯体冷却系19を起動し、その後、原子炉容器冷却系7を起動してもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。   In the third embodiment, when the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 decreases to the predetermined value Td, the second direct core cooling system 6 is stopped, and the reactor vessel cooling system 7 and the enclosure are stopped. Although the case where the cooling system 19 is started at the same time has been described as an example, the present invention is not limited to this, and modifications can be made without departing from the technical idea and spirit of the present invention. That is, for example, when the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 is lowered to a predetermined value, the second direct core cooling system 6 is stopped and the reactor vessel cooling system 7 is first started, and then the body cooling is performed. System 19 may be activated. Further, for example, when the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 is lowered to a predetermined value, the second direct core cooling system 6 is stopped and the enclosure cooling system 19 is first started, and then the reactor vessel cooling is performed. System 7 may be activated. In these cases, the same effect as described above can be obtained.

また、上記第1〜第3の実施形態においては、まず、第一直接炉心冷却系5を起動し、その後、原子炉容器2内の一次冷却材の温度が所定値Taまで上昇したら、第二直接炉心冷却系6を起動する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の技術思想及び趣旨を逸脱しない範囲内で変形可能である。すなわち、高速炉の異常発生時に、電源喪失状態であることが明かであれば、第一直接炉心冷却系5及び第二直接炉心冷却系6を同時に起動してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。   In the first to third embodiments, first, when the first direct core cooling system 5 is started and then the temperature of the primary coolant in the reactor vessel 2 rises to a predetermined value Ta, the second Although the case where the core cooling system 6 is directly activated has been described as an example, the present invention is not limited to this, and the core cooling system 6 can be modified without departing from the technical idea and spirit of the present invention. That is, if it is clear that the power supply is lost when an abnormality occurs in the fast reactor, the first direct core cooling system 5 and the second direct core cooling system 6 may be activated simultaneously. In this case, the same effect as described above can be obtained.

また、上記第1及び第3の実施形態においては、原子炉容器冷却系7は、空気の自然対流によって原子炉容器2の外側を冷却するように構成した場合を例にとって説明したが、ミスト(液滴)を含む空気の自然対流によって原子炉容器2の外側を冷却するように構成してもよい。言い換えれば、ミスト生成機構を設けてもよい。このような変形例を、図8及び図9を用いて説明する。図8は、本変形例における高速炉崩壊熱除去系の構成を表す概略図であり、図9は、図8中IX部の部分拡大図であり、原子容器冷却系の構成の一部を表す。   Moreover, in the said 1st and 3rd embodiment, although the reactor vessel cooling system 7 demonstrated as an example the case where it comprised so that the outer side of the reactor vessel 2 might be cooled by the natural convection of air, mist ( The outside of the reactor vessel 2 may be cooled by natural convection of air containing droplets. In other words, a mist generating mechanism may be provided. Such a modification will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the fast reactor decay heat removal system in the present modification, and FIG. 9 is a partially enlarged view of a portion IX in FIG. 8, showing a part of the configuration of the atomic vessel cooling system. .

本変形例の原子炉容器冷却系7Aでは、外側流路16Aと内側流路16Bの連通部分として絞り部29が形成されている。また、内側流路16Bの下側に液体を貯留する液体貯留部30が設けられ、この液体貯留部30と絞り部29を連通する複数の液体供給穴31が形成されている。絞り部29では、空気の流速が高められるとともに負圧が発生し、この負圧によって液体供給穴31から液体が噴霧される(ミスト生成機構)。これにより、ミストを含む空気が内側流路16Bに供給されるようになっている。そして、ミストが原子炉容器2の外側に付着して蒸発することから、冷却能力を向上させることができる。   In the reactor vessel cooling system 7A of the present modification, a throttle portion 29 is formed as a communication portion between the outer channel 16A and the inner channel 16B. In addition, a liquid storage part 30 that stores liquid is provided below the inner flow path 16 </ b> B, and a plurality of liquid supply holes 31 that communicate with the liquid storage part 30 and the throttle part 29 are formed. In the throttle unit 29, the flow rate of air is increased and negative pressure is generated, and the liquid is sprayed from the liquid supply hole 31 by this negative pressure (mist generation mechanism). Thereby, the air containing mist is supplied to the inner flow path 16B. Since the mist adheres to the outside of the reactor vessel 2 and evaporates, the cooling capacity can be improved.

また、上記第1〜第3の実施形態においては、特に説明しなかったが、第二直接炉心冷却系5のヒートパイプ14は、その直径が大きな場合に、例えば図10で示すように、仕切板32で格子状に分割してもよい。具体的には、例えば1インチ程度の等価直径とする。これにより、ヒートパイプの径方向の影響を抑えることができ、凝縮液の濡れ性を向上させることができる。   Although not particularly described in the first to third embodiments, when the diameter of the heat pipe 14 of the second direct core cooling system 5 is large, for example, as shown in FIG. The plate 32 may be divided into a lattice shape. Specifically, for example, the equivalent diameter is about 1 inch. Thereby, the influence of the radial direction of a heat pipe can be suppressed and the wettability of a condensate can be improved.

また、上記第2及び第3の実施形態においては、躯体冷却系19を構成するものとして、躯体20の円筒状側壁部の内部に下部ヘッダ21、上部ヘッダ22、及び冷却流路23が形成された場合を例にとって説明したが、例えば図11で示すように、さらに、躯体20の底壁部の内部に、下部ヘッダ21に接続された格子状の冷却流路33が形成されてもよい。これにより、例えば原子炉容器2の内側にインターナル・コアキャッチ34が設けられ、躯体20の底壁部の内側(言い換えれば、原子炉容器22の外側)にエクスターナル・コアキャッチ35が設けられた場合に、コアキャッチ35を冷却することができる。あるいは、下部ヘッダ21、上部ヘッダ22、及び冷却流路23(並びに冷却流路33)に代えて、例えば躯体20と接触した冷却配管を設けてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。   Further, in the second and third embodiments, the lower header 21, the upper header 22, and the cooling flow path 23 are formed inside the cylindrical side wall portion of the casing 20 as a constituent of the casing cooling system 19. However, as shown in FIG. 11, for example, a lattice-shaped cooling flow path 33 connected to the lower header 21 may be formed inside the bottom wall portion of the housing 20. Thereby, for example, the internal core catch 34 is provided inside the reactor vessel 2, and the external core catch 35 is provided inside the bottom wall portion of the enclosure 20 (in other words, outside the reactor vessel 22). In some cases, the core catch 35 can be cooled. Alternatively, instead of the lower header 21, the upper header 22, and the cooling flow path 23 (and the cooling flow path 33), for example, a cooling pipe in contact with the housing 20 may be provided. In this case, the same effect as described above can be obtained.

なお、本発明を高速増殖炉や超ウラン元素消滅炉等に適用してもよいことは言うまでもない。   Needless to say, the present invention may be applied to a fast breeder reactor, a transuranium extinguishing reactor, or the like.

2 原子炉容器
5 第一直接炉心冷却系
6 第二直接炉心冷却系
7,7A 原子炉容器冷却系
11 冷却ファン
19 躯体冷却系
20 躯体
2 Reactor vessel 5 First direct core cooling system 6 Second direct core cooling system 7, 7A Reactor vessel cooling system 11 Cooling fan 19 Chassis cooling system 20 Chassis

Claims (4)

高速炉の原子炉容器内の一次冷却材を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、電源喪失状態とならない場合は、この作動流体を冷却ファンで生起された冷却風によって冷却する第一直接炉心冷却系と、
前記原子炉容器内の一次冷却材を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、この作動流体を空気の自然対流によって冷却する第二直接炉心冷却系と、
前記原子炉容器の外側を、空気の自然対流によって冷却する原子炉容器冷却系とを備え、
前記第二直接炉心冷却系は、前記冷却ファンが停止した場合の前記第一直接炉心冷却系より、前記原子炉容器内の一次冷却材に対する除熱能力が高くなるように構成され、
前記原子炉容器冷却系は、前記第二直接炉心冷却系より、前記原子炉容器内の一次冷却材に対する除熱能力が低くなるように構成された高速炉崩壊熱除去系の運転方法であって、
電源喪失状態となった場合に、前記第一直接炉心冷却系に加えて、前記第二直接炉心冷却系を起動させ、
その後、前記原子炉容器内の一次冷却材の温度が所定値まで低下したら、前記第二直接炉心冷却系を停止させるとともに、前記原子炉容器冷却系を起動させることを特徴とする高速炉崩壊熱除去系の運転方法。
The first direct core in which the primary coolant in the reactor vessel of the fast reactor is cooled by the naturally circulating working fluid and, if power loss is not lost, the working fluid is cooled by the cooling air generated by the cooling fan. A cooling system;
A second direct core cooling system that cools the primary coolant in the reactor vessel with a naturally circulating working fluid and cools the working fluid by natural convection of air;
A reactor vessel cooling system for cooling the outside of the reactor vessel by natural convection of air,
The second direct core cooling system is configured to have a higher heat removal capability for the primary coolant in the reactor vessel than the first direct core cooling system when the cooling fan is stopped,
The reactor vessel cooling system is an operating method of a fast reactor decay heat removal system configured to have a lower heat removal capability for the primary coolant in the reactor vessel than the second direct core cooling system. ,
In the case of power loss, in addition to the first direct core cooling system, the second direct core cooling system is activated,
Thereafter, when the temperature of the primary coolant in the reactor vessel is reduced to a predetermined value, the second direct core cooling system is stopped and the reactor vessel cooling system is started. Operation method of removal system.
高速炉の原子炉容器内の一次冷却材を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、電源喪失状態とならない場合は、この作動流体を冷却ファンで生起された冷却風によって冷却する第一直接炉心冷却系と、
前記原子炉容器内の一次冷却材を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、この作動流体を空気の自然対流によって冷却する第二直接炉心冷却系と、
前記原子炉容器を収容する原子炉格納容器の外側に設けられた躯体を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、この作動流体を海水によって冷却する躯体冷却系とを備え、
前記第二直接炉心冷却系は、前記冷却ファンが停止した場合の前記第一直接炉心冷却系より、前記原子炉容器内の一次冷却材に対する除熱能力が高くなるように構成され、
前記躯体冷却系は、前記第二直接炉心冷却系より、前記原子炉容器内の一次冷却材に対する除熱能力が低くなるように構成された高速炉崩壊熱除去系の運転方法であって、
電源喪失状態となった場合に、前記第一直接炉心冷却系に加えて、前記第二直接炉心冷却系を起動させ、
その後、前記原子炉容器内の一次冷却材の温度が所定値まで低下したら、前記第二直接炉心冷却系を停止させるとともに、前記躯体冷却系を起動させることを特徴とする高速炉崩壊熱除去系の運転方法。
The first direct core in which the primary coolant in the reactor vessel of the fast reactor is cooled by the naturally circulating working fluid and, if power loss is not lost, the working fluid is cooled by the cooling air generated by the cooling fan. A cooling system;
A second direct core cooling system that cools the primary coolant in the reactor vessel with a naturally circulating working fluid and cools the working fluid by natural convection of air;
A housing provided outside the reactor containment vessel that houses the reactor vessel is cooled with a working fluid that circulates naturally, and a housing cooling system that cools the working fluid with seawater,
The second direct core cooling system is configured to have a higher heat removal capability for the primary coolant in the reactor vessel than the first direct core cooling system when the cooling fan is stopped,
The enclosure cooling system is an operating method of a fast reactor decay heat removal system configured to have a lower heat removal capability for the primary coolant in the reactor vessel than the second direct core cooling system,
In the case of power loss, in addition to the first direct core cooling system, the second direct core cooling system is activated,
After that, when the temperature of the primary coolant in the reactor vessel is lowered to a predetermined value, the second direct core cooling system is stopped and the enclosure cooling system is started. Driving method.
高速炉の原子炉容器内の一次冷却材を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、電源喪失状態とならない場合は、この作動流体を冷却ファンで生起された冷却風によって冷却する第一直接炉心冷却系と、
前記原子炉容器内の一次冷却材を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、この作動流体を空気の自然対流によって冷却する第二直接炉心冷却系と、
前記原子炉容器の外側を、空気の自然対流によって冷却する原子炉容器冷却系と、
前記原子炉容器を収容する原子炉格納容器の外側に設けられた躯体を、自然循環する作動流体で冷却するとともに、この作動流体を海水によって冷却する躯体冷却系とを備え、
前記第二直接炉心冷却系は、前記冷却ファンが停止した場合の前記第一直接炉心冷却系より、前記原子炉容器内の一次冷却材に対する除熱能力が高くなるように構成され、
前記原子炉容器冷却系及び前記躯体冷却系は、前記第二直接炉心冷却系より、前記原子炉容器内の一次冷却材に対する除熱能力の総和が低くなるように構成された高速炉崩壊熱除去系の運転方法であって、
電源喪失状態となった場合に、前記第一直接炉心冷却系に加えて、前記第二直接炉心冷却系を起動させ、
その後、前記原子炉容器内の一次冷却材の温度が所定値まで低下したら、前記第二直接炉心冷却系を停止させるとともに、前記原子炉容器冷却系及び前記躯体冷却系を起動させることを特徴とする高速炉崩壊熱除去系の運転方法。
The first direct core in which the primary coolant in the reactor vessel of the fast reactor is cooled by the naturally circulating working fluid and, if power loss is not lost, the working fluid is cooled by the cooling air generated by the cooling fan. A cooling system;
A second direct core cooling system that cools the primary coolant in the reactor vessel with a naturally circulating working fluid and cools the working fluid by natural convection of air;
A reactor vessel cooling system for cooling the outside of the reactor vessel by natural convection of air;
A housing provided outside the reactor containment vessel that houses the reactor vessel is cooled with a working fluid that circulates naturally, and a housing cooling system that cools the working fluid with seawater,
The second direct core cooling system is configured to have a higher heat removal capability for the primary coolant in the reactor vessel than the first direct core cooling system when the cooling fan is stopped,
The reactor vessel cooling system and the enclosure cooling system are fast reactor decay heat removal configured such that the sum of the heat removal capacities for the primary coolant in the reactor vessel is lower than the second direct core cooling system. A system operation method,
In the case of power loss, in addition to the first direct core cooling system, the second direct core cooling system is activated,
After that, when the temperature of the primary coolant in the reactor vessel is lowered to a predetermined value, the second direct core cooling system is stopped and the reactor vessel cooling system and the enclosure cooling system are started. To operate the fast reactor decay heat removal system.
請求項1又は3記載の高速炉崩壊熱除去系の運転方法において、
前記原子炉容器冷却系は、前記原子炉容器の外側を、ミストを含む空気の自然対流によって冷却するように構成されたことを特徴とする高速炉崩壊熱除去系の運転方法。
In the operation method of the fast reactor decay heat removal system according to claim 1 or 3,
The method of operating a fast reactor decay heat removal system, wherein the reactor vessel cooling system is configured to cool the outside of the reactor vessel by natural convection of air containing mist.
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