JP7524316B2 - 負荷追従発電を有する原子力熱プラント - Google Patents
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Description
本出願は、2020年3月9日に出願された米国仮出願第62/986,902号の35 U.S.C§119(e)に基づく利益を主張するものである。また、本出願は、2020年4月13日に出願されたPCT/US2020/028011の一部継続出願である。当該PCT/US2020/028011は、2019年4月12日に出願された米国仮出願第62/833,623号および2019年10月31日に出願された米国仮出願第62/929,003号の35 U.S.C§119(e)に基づく利益を主張するものである。これらはすべて「負荷追従発電を有する原子力熱プラント(NUCLEAR THERMAL PLANT WITH LOAD-FOLLOWING POWER GENERATION)」と題されており、その開示はその全体が参照により援用される。
本開示の分野は原子炉に関し、より具体的には、改善された安全性および負荷追従能力を有する熱を生成するための原子炉に関する。
ある実施形態によれば、原子力発電所は、多数の利点を提供する原子力熱プラントとして再構成、再配置、および運転することができる。例えば、原子力発電所は、熱エネルギーを供給するために再構成され、運転されることができ、熱エネルギーは、敷地外の蓄熱システムに輸送されることができる。蓄熱システムは、次に、熱エネルギーを工業熱、電気または他の何らかの有用な目的に変換するエネルギー変換プラントに結合されることができる。エネルギー変換システムを含むプラントの残部から原子炉を切り離すことにより、実現できる多くの利点がある。
本開示の特徴、利点、および原理のより良い理解は、例示的な実施形態を記載する以下の詳細な説明、および添付の図面を参照することによって得られるであろう。
以下の詳細な記載は、本明細書に開示される実施形態に従って、本発明に記載される本発明の特徴および利点をより良く理解することを提供する。詳細な記載は多くの具体的な実施形態を含むが、これらは例としてのみ提供され、本明細書に開示される発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
システムであって、
原子炉敷地上に位置する原子炉と、
前記原子炉を取り囲む原子炉敷地境界であって、前記原子炉敷地へのアクセスを抑制する1つ以上の障壁によって規定される原子炉敷地境界と、
前記原子炉敷地境界の外側に位置する熱エネルギー蓄積システムであって、前記原子炉と熱連通する熱エネルギー蓄積システムと、
前記熱エネルギー蓄積システムと熱連通する発電機であって、前記原子炉敷地境界の外側に位置する発電機と、
を含むことを特徴とする、システム。
さらに、格納建屋を含み、前記原子炉は、前記格納建屋内に収容(enclosed)されていることを特徴とする、条項1に記載のシステム。
さらに、燃料取り扱い区域を含み、前記燃料取り扱い区域は、前記原子炉敷地境界内に位置することを特徴とする、条項1に記載のシステム。
前記熱エネルギー蓄積システムは、エネルギー移送システムによって前記原子炉と熱連通していることを特徴とする、条項1に記載のシステム。
前記エネルギー移送システムは流体ループを含み、前記流体ループは前記原子炉と前記熱エネルギー蓄積システムとの間に閉鎖ループを形成することを特徴とする、条項4に記載のシステム。
前記エネルギー移送システムの前記流体ループは、第1の熱交換器によって前記原子炉と熱連通し、第2の熱交換器によって前記熱エネルギー蓄積システムと熱連通していることを特徴とする、条項5に記載のシステム。
前記流体ループは、作動流体を含むことを特徴とする、条項5に記載のシステム。
前記作動流体が、塩化物塩を含むことを特徴とする、条項7に記載のシステム。
前記作動流体が、硝酸ナトリウムを含むことを特徴とする、条項7に記載のシステム。
前記作動流体が、共晶溶液(eutectic solution)を含むことを特徴とする、条項7に記載のシステム。
前記作動流体が、相変化材料(phase-change material)を含むことを特徴とする、条項7に記載のシステム。
前記作動流体が、混和性ギャップ合金(miscibility gap alloy)を含むことを特徴とする、条項7に記載のシステム。
前記作動流体が、溶融した金属または金属合金を含むことを特徴とする、条項7に記載のシステム。
前記第1の熱交換器または前記第2の熱交換器は、円筒多管式熱交換器であることを特徴とする、条項6に記載のシステム。
前記第1の熱交換器または前記第2の熱交換器は、二重配管熱交換器であることを特徴とする、条項6に記載のシステム。
前記第1の熱交換器または前記第2の熱交換器は、プレート熱交換器であることを特徴とする、条項6に記載のシステム。
前記第1の熱交換器は、コンパクト型熱交換器(compact heat exchanger)である、条項6に記載のシステム。
前記原子炉敷地境界がフェンスを含むことを特徴とする、条項1のシステム。
前記原子炉が高速中性子原子炉であることを特徴とする、条項1に記載のシステム。
前記原子炉が増殖炉であることを特徴とする、条項1のシステム。
前記原子炉が熱中性子原子炉であることを特徴とする、条項1に記載のシステム。
前記原子炉が重水原子炉であることを特徴とする、条項1に記載のシステム。
前記原子炉が軽水炉であることを特徴とする、条項1に記載のシステム。
前記原子炉が溶融塩原子炉であることを特徴とする、条項1に記載のシステム。
前記原子炉が液体金属冷却原子炉であることを特徴とする、条項1に記載のシステム。
前記原子炉がガス冷却原子炉であることを特徴とする、条項1に記載のシステム。
前記熱エネルギー蓄積システムは、前記原子炉の熱動力出力よりも大きな熱動力入力を有するエネルギー変換システムに結合されていることを特徴とする、条項1に記載のシステム。
前記熱エネルギー蓄積システムが低圧システムであることを特徴とする、条項1に記載のシステム。
エネルギー輸送システムが、前記原子炉から前記熱エネルギー蓄積システムに熱エネルギーを移送するように構成されることを特徴とする、条項28に記載のシステム。
前記エネルギー輸送システムが低圧システムであることを特徴とする、条項29に記載のシステム。
前記発電機は、エネルギー供給システムによって前記熱エネルギー蓄積システムと熱接触していることを特徴とする、条項1に記載のシステム。
前記エネルギー供給システムは、閉鎖流体ループを含むことを特徴とする、条項31に記載のシステム。
前記閉鎖流体ループが溶融塩を含むことを特徴とする、条項32記載のシステム。
前記エネルギー供給システムが、前記熱エネルギー蓄積システム内の蓄熱媒体と直接接触する作動流体を含むことを特徴とする、条項31に記載のシステム。
前記発電機が蒸気タービンであることを特徴とする、条項1に記載のシステム。
前記蒸気タービンが蒸気を機械的仕事に変換することを特徴とする、条項35記載のシステム。
さらに、前記蒸気タービンの出力シャフトによって前記蒸気タービンに結合された発電機を含み、
前記機械的仕事は、前記発電機に電力をつくり出させることを特徴とする、条項36に記載のシステム。
前記発電機は、負荷追従する発電システムとして構成されることを特徴とする、条項37に記載のシステム。
前記原子炉が第1の原子炉であり、前記システムはさらに、第2の原子炉を含むことを特徴とする、条項1に記載のシステム。
前記第2の原子炉は、第2の原子炉敷地境界内の第2の原子炉敷地上に位置し、
前記熱エネルギー蓄積システムおよび前記発電機は、前記第2の原子炉敷地境界の外側に位置することを特徴とする、条項39に記載のシステム。
さらに、前記原子炉と熱連通する補助蓄熱システムを含むことを特徴とする、条項1に記載のシステム。
前記補助蓄熱システムが、前記原子炉の炉心の入口温度を調整するように構成されることを特徴とする、条項41に記載のシステム。
さらに、前記熱エネルギー蓄積システムと熱連通する太陽熱エネルギーシステムを含むことを特徴とする、条項1に記載のシステム。
さらに、前記原子炉の周囲に緊急時計画区域を含み、前記熱エネルギー蓄積システムおよび前記発電機は、前記緊急時計画区域の外側に位置されることを特徴とする、条項1に記載のシステム。
前記原子炉は、原子炉容器と、前記原子炉容器内に少なくとも部分的に配置された一次冷却材ループと、前記一次冷却材ループと熱連通する一次熱交換器とを含むことを特徴とする、前条項のいずれかに記載のシステム。
前記一次熱交換器が、ナトリウム-塩熱交換器であることを特徴とする、条項45に記載のシステム。
前記一次熱交換器が、熱エネルギーを前記炉心から前記熱エネルギー蓄積システムの作動流体に移送することを特徴とする、条項45に記載のシステム。
システムであって、
原子炉敷地境界内の原子炉であって、原子炉容器を有する原子炉と、
前記原子炉容器内の熱交換器であって、前記原子炉容器内の一次冷却材と、冷却材ループの塩冷却材とを熱結合するように構成された熱交換器と、
前記原子炉敷地境界の外側に位置し、前記冷却材ループの前記塩冷却材から熱エネルギーを受け取るように構成された熱エネルギー蓄積システムと、
を含むことを特徴とする、システム。
さらに、前記熱エネルギー蓄積システムと熱連通する発電システムを含み、前記発電システムが前記原子炉敷地境界の外側に位置することを特徴とする、条項48に記載のシステム。
前記原子炉が第1のネームプレート容量を有し、前記発電システムが第2のネームプレート容量を有し、前記第2のネームプレート容量が第1のネームプレート容量より大きいことを特徴とする、条項49に記載のシステム。
システムであって、
熱動力出力を有する原子炉と、
前記原子炉と熱連通する熱動力入力を有する発電システムと、
を含み、
前記熱動力入力が前記熱動力出力より大きいことを特徴とする、システム。
さらに、前記原子炉と前記発電システムとの間に配置された蓄熱システムを含み、前記蓄熱システムは、前記原子炉から熱動力を受け取り、前記発電システムに熱動力を供給することを特徴とする、条項51に記載のシステム。
前記蓄熱システムは、前記原子炉が供給することができる大きさよりも大きい熱動力を供給するような大きさであることを特徴とする、条項52に記載のシステム。
さらに、原子炉敷地境界を含み、
前記原子炉が前記原子炉敷地境界内に位置することを特徴とする、条項51に記載のシステム。
前記発電システムは、前記原子炉敷地境界の外側に位置することを特徴とする、条項54に記載のシステム。
一次熱交換器を含み、前記一次熱交換器がナトリウム/塩熱交換器であることを特徴とする、前条項のいずれかに記載のシステム。
前記一次熱交換器は、前記原子炉の原子炉容器内に位置することを特徴とする、条項56に記載のシステム。
前記前記第1熱交換器は、前記蓄熱システムと熱連通していることを特徴とする、条項57に記載のシステム。
さらに、前記蓄熱システムと熱連通する第2の原子炉を含むことを特徴とする、条項52に記載のシステム。
前記第2の原子炉は、前記原子炉とは異なる設計の原子炉であることを特徴とする、条項59に記載のシステム。
さらに、前記蓄熱システムと熱連通する太陽熱プラントを含むことを特徴とする、条項52に記載のシステム。
さらに、前記蓄熱システムと熱連通する風熱プラントを含むことを特徴とする、条項52に記載のシステム。
前記原子炉は、前記蓄熱システムおよび前記発電システムから切り離されていることを特徴とする、前条項のいずれかに記載のシステム。
さらに、熱エネルギーを受け取って水素を生成する水素生成器を含むことを特徴とする、前条項のいずれかに記載のシステム。
前記水素生成器は、電気分解装置を含むことを特徴とする、条項64に記載のシステム。
前記水素生成器は、高温電気分解プロセスを介して水素を生成することを特徴とする、条項65に記載のシステム。
前記水素生成器は、天然ガスでの水蒸気改質プロセスを介して水素を生成することを特徴とする、条項64に記載のシステム。
Claims (19)
- システムであって、
原子炉容器と、前記原子炉容器内のナトリウム-塩プレート熱交換器と、を含む原子炉であって、原子炉敷地上の原子炉と、
前記原子炉を取り囲む原子炉敷地境界であって、前記原子炉敷地へのアクセスを抑制する1つ以上の障壁によって規定される原子炉敷地境界と、
前記原子炉敷地境界の外側に位置する熱エネルギー蓄積システムであって、前記原子炉と熱連通する熱エネルギー蓄積システムと、
前記熱エネルギー蓄積システムと熱連通する発電機であって、前記原子炉敷地境界の外側に位置する発電機と、
を含むことを特徴とする、システム。 - 前記熱エネルギー蓄積システムは、エネルギー移送システムによって前記原子炉と熱連通していることを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
- 前記エネルギー移送システムは流体ループを含み、前記流体ループは前記原子炉と前記熱エネルギー蓄積システムとの間に閉鎖ループを形成することを特徴とする、請求項2に記載のシステム。
- 前記エネルギー移送システムの前記流体ループは、第1の熱交換器によって前記原子炉と熱連通し、第2の熱交換器によって前記熱エネルギー蓄積システムと熱連通していることを特徴とする、請求項3に記載のシステム。
- 前記流体ループは、作動流体として塩を含むことを特徴とする、請求項4に記載のシステム。
- 前記原子炉敷地境界がフェンスを含むことを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
- 前記熱エネルギー蓄積システムは、前記原子炉の熱動力出力よりも大きなネームプレート容量入力を有するエネルギー変換システムに結合されていることを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
- 前記発電機は、溶融塩を作動流体として利用するエネルギー供給システムによって、前記熱エネルギー蓄積システムと熱接触していることを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
- 前記原子炉は第1の原子炉であり、
前記システムはさらに、前記熱エネルギー蓄積システムと熱連通する第2の原子炉を含むことを特徴とする、請求項1に記載のシステム。 - 前記第2の原子炉は、第2の原子炉敷地境界内の第2の原子炉敷地上に位置し、
前記熱エネルギー蓄積システムおよび前記発電機は、前記第2の原子炉敷地境界の外側に位置することを特徴とする、請求項9に記載のシステム。 - さらに、前記熱エネルギー蓄積システムと熱連通する太陽熱エネルギーシステムを含むことを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
- さらに、前記原子炉の周囲に緊急時計画区域を含み、
前記熱エネルギー蓄積システムおよび前記発電機は、前記緊急時計画区域の外側に位置することを特徴とする、請求項1に記載のシステム。 - システムであって、
原子炉敷地境界によって規定される原子炉敷地内の原子炉であって、原子炉容器を有する原子炉と、
前記原子炉容器内の熱交換器であって、前記原子炉容器内の一次ナトリウム冷却材と、冷却材ループの塩冷却材とを熱結合するように構成された熱交換器と、
前記原子炉敷地の外側に位置し、前記冷却材ループの前記塩冷却材から熱エネルギーを受け取るように構成された熱エネルギー蓄積システムと、
を含むことを特徴とする、システム。 - さらに、前記熱エネルギー蓄積システムと熱連通する発電システムを含み、前記発電システムが前記原子炉敷地境界の外側に位置することを特徴とする、請求項13に記載のシステム。
- システムであって、
原子炉容器と、前記原子炉容器内の一次熱交換器と、を有する原子炉であって、定格の熱動力出力を有する原子炉と、
作動流体と、前記一次熱交換器と直接熱連通する流体ループと、を含む熱エネルギー蓄積システムと、
前記熱エネルギー蓄積システムと熱連通する熱動力入力を有する発電システムと、
を含み、
前記熱動力入力が前記熱動力出力より大きいことを特徴とする、システム。 - 前記熱エネルギー蓄積システムは、前記原子炉と前記発電システムとの間に配置されており、前記原子炉から第1の熱動力を受け取り、前記発電システムに第2の熱動力を供給することを特徴とする、請求項15に記載のシステム。
- 前記第2の熱動力は前記第1の熱動力よりも大きいことを特徴とする、請求項16に記載のシステム。
- さらに、原子炉敷地境界を含み、
前記原子炉が前記原子炉敷地境界内に位置することを特徴とする、請求項15に記載のシステム。 - 前記発電システムは、前記原子炉敷地境界の外側に位置することを特徴とする、請求項18に記載のシステム。
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