JP2023089972A - 相変化材料熱貯留器と、相変化材料貯留器の周りの取り外し可能な熱絶縁層とを伴う受動的崩壊熱除去システムを組み込む、液体金属によって冷却される原子炉 - Google Patents
相変化材料熱貯留器と、相変化材料貯留器の周りの取り外し可能な熱絶縁層とを伴う受動的崩壊熱除去システムを組み込む、液体金属によって冷却される原子炉 Download PDFInfo
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Abstract
Description
A/ ループにおいてエネルギー変換システムの上流に位置付けられる崩壊熱除去システムと、
B/ 原子炉の一次格納容器の内部に少なくとも部分的に位置付けられる崩壊熱除去システムと、
C/ 原子炉の一次または二次の格納容器の外側に位置付けられる崩壊熱除去システムと
の3つのカテゴリに分類することができる。
- 必ず能動的な動作、つまり、強制対流を使用すること、
- 使用される内部流体(熱媒油)が優れた熱の伝導体ではないことによる限られた有効性、
- 300~350℃を上回る温度での熱交換流体の化学的不安定性、
- 二次格納容器からの放射線によって主に影響されることによる不十分な冷却性能
という主要な欠点を有する。
- 事故の場合に必要とされるシステムの一般的な始動がないこと、
- 後でさらに詳細に記載されているように、格納容器プールを部分的に冷却すること
という2つの主な利点を有する。
- 燃料組立体110の足元に位置決めされ、一次ポンプによって冷却ナトリウムが(400℃で)送り込まれる、ダイアグリッドと呼ばれる第1の圧力溶接された構造12、
- ダイアグリッドが圧し掛かり、一次格納容器10の底部において内壁の一部に概して圧し掛かる、ストロングバックと呼ばれる第2の溶接された構造13
によって支持されている。
- 熱交換流体の自然循環を確保するための、連続条件(通常の動作または公称出力)と、
- 炉心が、現在考えられているような典型的には7日間といった目標の時間期間の間に温度が過度に上昇しないように、炉心からの十分な出力を排出するための、事故の状況における、つまり、電力供給手段の部分的または完全な喪失(エンベロープ状況としてのステーション停電)による崩壊熱の排出での崩壊熱除去条件と
の動作の2つのモードに適合する大きさとされなければならない。
- 容器間空間Eに位置付けられ、一次格納容器10の周りに分配され、U字形の底が一次格納容器10の底を向く状態で一次格納容器10に沿って各々が延びるU字形パイプ400の層40と、
- 低温分枝と呼ばれるU字形の各々の分枝401によって各々の層に直接的に溶接される、低温集熱器と呼ばれる第1の集熱器41であって、低温集熱器は、閉鎖スラブ17の外側および上方に位置付けられる、第1の集熱器41と、
- 高温分枝と呼ばれるU字形の他方の分枝402によって層のパイプの各々に直接的に溶接される、高温集熱器と呼ばれる第2の集熱器42であって、高温集熱器は、閉鎖スラブ17の外側および上方に位置付けられ、好ましくは、第1の低温集熱器41と鉛直方向に並んで位置付けられる、第2の集熱器42と、
- 一端431が高温集熱器42に連結され、他端432が低温集熱器41に連結される単管交換器43と
を備える。
- 連続条件の下で外部への熱損失を制限するのに十分な熱抵抗を確保するのに十分である、巻回43と貯留器50の外壁500との間の距離であって、巻回43と貯蔵器外壁500との間の相変化材料の厚さは、維持される熱交換流体の自然対流にとって十分な損失を達成するように決定される、距離と、
- 熱交換流体と相変化材料との間の出力の交換にとって十分である巻回43の長さおよび直径と、
- 典型的には7日間といった目標期間にわたって、熱交換流体の温度、延いては炉心の温度を制限するのに十分な相変化材料の体積と
を必要とする。
原子炉の一次回路の熱交換流体としての液体金属で満たされる、いわゆる一次格納容器と、
一次格納容器の周りに位置付けられ、容器間空間を定める格納容器シンクと、
一次格納容器の内部の液体金属を封じ込めるための閉鎖スラブと、
事故の状況における原子炉の公称出力の少なくとも一部と崩壊熱の少なくとも一部との両方の排出のためのシステムであって、
熱交換液体で満たされる閉回路であって、
容器間空間に位置付けられ、一次格納容器の周りに分配され、U字形の底が一次格納容器の底を向く状態で一次格納容器に沿って各々が延びる複数のU字形パイプの層、
低温分枝と呼ばれるU字形の一方の分枝を介して層のパイプの各々が溶接される、低温集熱器と呼ばれる第1の集熱器であって、低温集熱器は、閉鎖スラブの外側および上方に位置付けられる、第1の集熱器、
高温分枝と呼ばれるU字形の他方の分枝によって層のパイプの各々が溶接される、高温集熱器と呼ばれる第2の集熱器であって、高温集熱器は、閉鎖スラブの外側および上方に位置付けられる、第2の集熱器、および、
一端が低温集熱器に連結され、他端が高温集熱器に連結される交換器
を備え、
回路は、熱交換液体が自然対流によって回路内で循環し、崩壊熱を放出する事故の状況における動作において液体状態で留まるように構成される、閉回路、ならびに、
冷却源であって、
一次格納容器から距離を置いて、閉鎖スラブより上方に位置付けられる少なくとも1つの貯留器であって、貯留器は、交換器が挿入される固体-液体タイプの相変化材料を収容し、相変化材料は、交換器の液体金属との交換の間、原子炉の通常の動作において固体状態となり、崩壊熱を放出する事故の状況において液体状態になるように適合される、少なくとも1つの貯留器、および、
貯留器の外壁の少なくとも一部に取り外し可能な手法で固定されるように適合され、外壁を覆い、前記壁の温度が所定の閾値に達した場合、外壁から受動的に取り外されるように適合される熱絶縁層
を備える、冷却源
を備える、システムと
を備える、高速中性子原子炉に関係する。
- 事故の初期の時点からの完全に受動的な手法での崩壊熱の排出と、
- 一次格納容器を介した出力の排出と、
- 相変化材料が間に挿入される複数の並列管へと分割された統合交換器を組み込む貯留器を伴う最終冷却源の存在と
を保証し、貯留器が、所定の閾値温度に達した場合に受動的な手法で取り外され得る熱絶縁層によって包囲される、統合システムを組み込む原子炉を製作することにある。
- 交換器の管を壁の近くに位置決めし、貯蔵器への熱の向上した伝達、および、すべての相変化材料のより良好な使用を可能にする一方で、連続条件の下で外部への熱交換を制限することと、
- 連続条件から崩壊熱除去システム条件になるときに受動的な手法で貯蔵貯留器と外部との間の熱抵抗を変更することであって、これはシステムの完全に受動的な特徴を維持する、変更することと、
- 貯留器の壁から外向きに延びるフィンを伴う変形では、貯留器の壁と外部との間の熱絶縁に結び付けられる熱抵抗の抑制を、貯留器の壁と外部環境との間の交換の領域における増加と組み合わせることで、熱絶縁層を留め付け解除/取り外しするとすぐに、外部に交換される出力を非常に高い度合いまで増加させることと
を可能にする。
- 一次ポンプおよび交換器が、炉心を封じ込める主格納容器の内部に全体として収容され、前記主格納容器の閉鎖スラブを通じてその格納容器の冷却流体に沈められる統合したRNR、
- 一次ポンプだけが、炉心を封じ込める主格納容器の内部に収容される部分的に統合した(「ハイブリッド」)RNR、
- 一次ポンプおよび中間熱交換器が、炉心および内部構造だけを収容する原子炉の主格納容器の外側の専用格納容器に配置され、主格納容器と構成要素格納容器とが一次パイプによって連結される、いわゆる「ループ型」RNR
に適用される。
- 永久磁石7の減磁と、周囲空気との交換の面積を3倍に増加させる大きさとされたフィン501とによって、240℃の閾値温度において完全に受動的な手法で壁500から取り外される熱絶縁パネルを伴う、基準の貯蔵器と同じ寸法を伴う貯蔵器、
- 永久磁石7の減磁によって、240℃の閾値温度において完全に受動的な手法でフィンのない壁500から取り外される熱絶縁パネルを伴う、基準の貯蔵器と同じ寸法を伴う貯蔵器
の3つの熱貯蔵器構成を比較する。
- 本発明によるフィンのないパネル60の構成に対し、貯留器50の直径に関して10%の縮小、および相変化材料の体積に関して19%の縮小、
- 本発明によるフィン501のあるパネル60の構成に対し、貯留器50の直径に関して38%の縮小、および相変化材料の体積に関して62%の縮小
が分かる。
(参考文献)[1]: HOURCADE E. et al., “ASTRID Nuclear Island design: update in French-Japanese joint team development of decay heat removal system”, 2018, ICAPP.
2 排出システム
3 支持および格納システム
4 閉回路
5 冷却源
6 熱絶縁層
7 受動的デバイス、永久磁石
8 能動的デバイス
10 一次格納容器
11 炉心
12 第1の圧力溶接された構造、ダイアッグリッド
13 第2の溶接された構造、ストロングバック
14 炉心カバープラグ
15 中間交換器
16 格納容器
17 閉鎖スラブ
18 炉心カバープラグ
30 格納容器シンク
31 熱絶縁材料の層
32 ライナ式の被覆
40 層
41 第1の集熱器、低温集熱器
42 第2の集熱器、高温集熱器
43 単管交換器、巻回
45、45.1、45.2 連結ループ
50、50.1、50.2 熱貯蔵貯留器
51 相変化材料
60 熱絶縁パネル、隔離パネル
80 制御線
110 燃料組立体
111 側方中性子保護組立体
150 ポンプ手段
151 出口パイプ
160 高温領域、高温集熱器
161 一次ナトリウム領域、低温領域、低温集熱器
400 U字形パイプ
401 低温分枝
402 高温分枝
430 管
431 一端、高温端
432 他端、低温端
433 熱絶縁層
451 低温分枝
452 高温分枝
500 外壁
501 フィン
600 先細りの形
601 溝
E 容器間空間
Claims (19)
- 液体金属によって冷却される高速中性子原子炉(1)であって、
前記原子炉の一次回路の熱交換流体としての液体金属で満たされる、いわゆる一次格納容器(10)と、
前記一次格納容器の周りに位置付けられ、容器間空間を定める格納容器シンク(30)と、
前記一次格納容器の内部の前記液体金属を封じ込めるための閉鎖スラブ(17)と、
事故の状況における前記原子炉の公称出力の少なくとも一部と崩壊熱の少なくとも一部との両方の排出のためのシステム(2)であって、
熱交換液体で満たされる閉回路(4)であって、
前記容器間空間に位置付けられ、前記一次格納容器の周りに分配され、U字形の底が前記一次格納容器の底を向く状態で前記一次格納容器に沿って各々が延びる複数のU字形パイプ(400)の層(40)、
低温分枝と呼ばれる前記U字形の一方の分枝(401)を介して前記層の前記パイプの各々が溶接される、低温集熱器と呼ばれる第1の集熱器(41)であって、前記低温集熱器は、前記閉鎖スラブの外側および上方に位置付けられる、第1の集熱器(41)、
高温分枝と呼ばれる前記U字形の他方の分枝(402)によって前記層の前記パイプの各々が溶接される、高温集熱器と呼ばれる第2の集熱器(42)であって、前記高温集熱器は、前記閉鎖スラブの外側および上方に位置付けられる、第2の集熱器(42)、および、
一端(431)が前記低温集熱器に連結され、他端(432)が高温集熱器に連結される交換器(43)
を備え、
前記回路は、前記熱交換液体が自然対流によって前記回路内で循環し、前記崩壊熱を放出する事故の状況における動作において液体状態で留まるように構成される、閉回路(4)、ならびに、
冷却源(5)であって、
前記一次格納容器から距離を置いて、前記閉鎖スラブより上方に位置付けられる少なくとも1つの貯留器(50、50.1、50.2)であって、前記貯留器は、前記交換器が挿入される固体-液体タイプの相変化材料(51)を収容し、前記相変化材料は、前記交換器の前記液体金属との交換の間、前記原子炉の通常の動作において固体状態となり、前記崩壊熱を放出する事故の状況において液体状態になるように適合される、少なくとも1つの貯留器(50、50.1、50.2)、および、
前記貯留器(50)の外壁(500)の少なくとも一部に取り外し可能な手法で固定されるように適合され、前記外壁(500)を覆い、前記壁の温度が所定の閾値に達した場合、前記外壁(500)から受動的に取り外されるように適合される熱絶縁層(6)
を備える、冷却源(5)
を備える、システム(2)と
を備える、高速中性子原子炉(1)。 - 前記熱絶縁層(6)は、前記貯留器の外壁から取り外されたとき、重力によって落下するように構成される、請求項1に記載の原子炉(1)。
- 前記絶縁層(6)は、隣接する複数の熱絶縁パネル(60)を含む、請求項1または2に記載の原子炉(1)。
- 前記熱絶縁層を前記所定の閾値温度まで固定するように、および、前記閾値温度を上回ると前記熱絶縁層を受動的に取り外すように構成される、前記熱絶縁層(6)を取り外し可能に固定するための少なくとも1つの受動的デバイス(7)を備える、請求項1に記載の原子炉(1)。
- 熱絶縁パネルごとに少なくとも1つの受動的取り外し可能固定デバイスを備える、請求項4に記載の原子炉(1)。
- 前記貯留器は、磁性材料から作られ、前記受動的取り外し可能固定デバイスは、各々の熱絶縁パネルに固定される少なくとも1つの永久磁石(7)を備え、前記磁石は、前記閾値温度未満において前記貯留器の前記外壁に磁気的に取り付けられ、前記磁石がその磁気特性を失うキュリー温度が前記閾値温度の関数として決定される、請求項5に記載の原子炉(1)。
- 前記永久磁石は、Fe-Ni合金から作られる、請求項6に記載の原子炉(1)。
- 前記貯留器の前記外壁は、前記熱絶縁層が前記壁を覆うときに前記熱絶縁層によって覆われる、複数のフィン(501)を備える、請求項1から7のいずれか一項に記載の原子炉(1)。
- 前記複数のフィンのうちの少なくとも1つは、各々の熱絶縁パネルに挿入される、請求項8に記載の原子炉(1)。
- 前記熱絶縁層を固定するように、および、前記貯留器の前記外壁の温度に関わらず前記熱絶縁層を前記外壁から取り外すために、使用者による命令で作動させられるように構成される、前記熱絶縁層を取り外し可能に固定するための少なくとも1つの能動的デバイス(8)をさらに備える、請求項1から9のいずれか一項に記載の原子炉(1)。
- 熱絶縁パネルごとに少なくとも1つの受動的取り外し可能固定デバイスをさらに備える、請求項10に記載の原子炉(1)。
- 前記冷却源(5)は、1つまたは複数の貯留器を備える、特に2つの異なる貯留器(50.1、50.2)を備える、請求項1から11のいずれか一項に記載の原子炉(1)。
- 前記2つの異なる貯留器の2つの前記交換器のうちの一方は、前記集熱器の一端に連結され、前記交換器のうちの他方は、前記集熱器の他端に連結される、請求項12に記載の原子炉(1)。
- 前記交換器は、各々の貯留器において並行に配置され、前記相変化材料(51)によって包囲される、複数の管(430)へと分割されている、請求項1から13のいずれか一項に記載の原子炉(1)。
- 前記低温集熱器を前記単管交換器の端に連結する少なくとも1つの液圧分枝(451)、および、前記低温集熱器を前記交換器の端に連結する少なくとも1つの液圧分枝(452)を備える循環ループ(45)と、適切な場合には1つまたは複数の他の流体構成要素とを備える、請求項1から14のいずれか一項に記載の原子炉(1)。
- 前記排出システムの各々の貯留器を閉じ込めるための少なくとも1つの閉じ込め建屋(52)を備える、請求項1から15のいずれか一項に記載の原子炉(1)。
- 前記崩壊熱除去回路の前記熱交換液体は、二元鉛-ビスマス(Pb-Bi)合金、NaKなどの二元ナトリウム-カリウム合金から選択される液体合金、または、前記液体金属の他の三元合金である、請求項1から16のいずれか一項に記載の原子炉(1)。
- 前記貯留器を満たす前記相変化材料は、鉛、カドミウム、亜鉛もしくはzamakタイプの亜鉛合金、錫およびその鉛との合金、または三元Li-Na-K炭酸塩混合物から選択される、請求項1から17のいずれか一項に記載の原子炉(1)。
- 前記排出システムの前記貯留器は、Hastelloy(登録商標)およびInconel(登録商標)を含め、ニッケルベースのHastelloy(登録商標)またはフェライト系ステンレス鋼から作られる、請求項1から18のいずれか一項に記載の原子炉(1)。
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