JP2014174138A - Operation method of fast reactor decay heat removal system - Google Patents
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Abstract
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (4)
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.
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.
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.
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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KR101718111B1 (en) | 2016-01-25 | 2017-03-22 | 한국원자력연구원 | Reactor cavity cooling system for nuclear reactor |
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- 2013-03-13 JP JP2013049977A patent/JP2014174138A/en active Pending
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