JPH04283699A - ナトリウム冷却高速増殖炉プラント - Google Patents
ナトリウム冷却高速増殖炉プラントInfo
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- JPH04283699A JPH04283699A JP3046775A JP4677591A JPH04283699A JP H04283699 A JPH04283699 A JP H04283699A JP 3046775 A JP3046775 A JP 3046775A JP 4677591 A JP4677591 A JP 4677591A JP H04283699 A JPH04283699 A JP H04283699A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,ナトリウム冷却高速増
殖炉プラントに関するものである。
殖炉プラントに関するものである。
【0002】
【従来の技術】ナトリウム冷却高速増殖炉プラントは,
エネルギー抽出温度が500〜700℃である。一方,
商用で最も多く使用されている軽水炉冷却原子力プラン
トは,エネルギー抽出温度が200〜400℃であり,
ナトリウム冷却高速増殖炉プラントは,軽水炉冷却原子
力プラントに比べると,エネルギー抽出温度が高い。そ
のため,2次系のエキルギー変換効率も高くて,将来性
のある原子力プラントである。
エネルギー抽出温度が500〜700℃である。一方,
商用で最も多く使用されている軽水炉冷却原子力プラン
トは,エネルギー抽出温度が200〜400℃であり,
ナトリウム冷却高速増殖炉プラントは,軽水炉冷却原子
力プラントに比べると,エネルギー抽出温度が高い。そ
のため,2次系のエキルギー変換効率も高くて,将来性
のある原子力プラントである。
【0003】次にこのナトリウム冷却高速増殖炉プラン
トの従来例を図7により説明すると,01がナトリウム
冷却高速増殖炉装置,02が高速増殖炉,03が1次系
/2次系ナトリウム/ナトリウム熱交換器,04が蒸気
発生器,06が給水ポンプで,ナトリウム冷却高速増殖
炉装置01が上記各機器02〜04,06により構成さ
れている。
トの従来例を図7により説明すると,01がナトリウム
冷却高速増殖炉装置,02が高速増殖炉,03が1次系
/2次系ナトリウム/ナトリウム熱交換器,04が蒸気
発生器,06が給水ポンプで,ナトリウム冷却高速増殖
炉装置01が上記各機器02〜04,06により構成さ
れている。
【0004】また11が蒸気タービン式発電装置,12
が高圧蒸気タービン(13が低圧蒸気タービン),14
が高圧蒸気タービン12(及び低圧蒸気タービン13)
により駆動されるタービン式発電機,16が復水器,1
7が復水ポンプ,18が冷却水ポンプで,蒸気タービン
式発電装置11が上記各機器12〜18により構成され
ている。
が高圧蒸気タービン(13が低圧蒸気タービン),14
が高圧蒸気タービン12(及び低圧蒸気タービン13)
により駆動されるタービン式発電機,16が復水器,1
7が復水ポンプ,18が冷却水ポンプで,蒸気タービン
式発電装置11が上記各機器12〜18により構成され
ている。
【0005】このナトリウム冷却高速増殖炉プラントで
は,核エネルギを500〜700℃の溶融ナトリウムの
熱エネルギに変換する。即ち,低温溶融ナトリウムを高
速増殖炉02へ導き,ここで核熱により500〜700
℃まで加熱,昇温させて,1次系/2次系ナトリウム/
ナトリウム熱交換器03へ導き,ここで2次系ナトリウ
ムを加熱,昇温させる一方,降温した1次系ナトリウム
を同ナトリウム/ナトリウム熱交換器03→ポンプ(図
示せず)へ導き,ここで昇圧させて,再び高速増殖炉0
2へ導く。
は,核エネルギを500〜700℃の溶融ナトリウムの
熱エネルギに変換する。即ち,低温溶融ナトリウムを高
速増殖炉02へ導き,ここで核熱により500〜700
℃まで加熱,昇温させて,1次系/2次系ナトリウム/
ナトリウム熱交換器03へ導き,ここで2次系ナトリウ
ムを加熱,昇温させる一方,降温した1次系ナトリウム
を同ナトリウム/ナトリウム熱交換器03→ポンプ(図
示せず)へ導き,ここで昇圧させて,再び高速増殖炉0
2へ導く。
【0006】また上記ナトリウム/ナトリウム熱交換器
03により加熱,昇温させた2次系ナトリウムを蒸気発
生器04へ導き,ここで給水を400〜560℃程度ま
で加熱,昇温させて,水蒸気を発生させ,この水蒸気を
蒸気タービン式発電装置11の高圧蒸気タービン12→
低圧蒸気タービン13へ導き,これら蒸気タービン12
及び13によりタービン式発電機14を駆動して,熱エ
ネルギを電気エネルギに変換し,次いで水蒸気を復水器
16へ導いて,ここで凝縮させ,次いでこの凝縮水(給
水)を復水ポンプ17へ導き,ここで昇圧させて,再び
蒸気発生器04へ導く。一方,蒸気発生器04で給水に
熱を与えて,降温した2次系ナトリウムをポンプ(図示
せず)へ導き,ここで昇圧させて,再び1次系/2次系
ナトリウム/ナトリウム熱交換器03へ導く。
03により加熱,昇温させた2次系ナトリウムを蒸気発
生器04へ導き,ここで給水を400〜560℃程度ま
で加熱,昇温させて,水蒸気を発生させ,この水蒸気を
蒸気タービン式発電装置11の高圧蒸気タービン12→
低圧蒸気タービン13へ導き,これら蒸気タービン12
及び13によりタービン式発電機14を駆動して,熱エ
ネルギを電気エネルギに変換し,次いで水蒸気を復水器
16へ導いて,ここで凝縮させ,次いでこの凝縮水(給
水)を復水ポンプ17へ導き,ここで昇圧させて,再び
蒸気発生器04へ導く。一方,蒸気発生器04で給水に
熱を与えて,降温した2次系ナトリウムをポンプ(図示
せず)へ導き,ここで昇圧させて,再び1次系/2次系
ナトリウム/ナトリウム熱交換器03へ導く。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記図7に示す従来の
ナトリウム冷却高速増殖炉プラントでは,核エネルギを
電気エネルギに変換するため,電気の需要端での負荷変
動の影響を直接に受ける。従って多数あるナトリウム冷
却高速増殖炉プラントの一部は,需要の少ない夜間など
には停止する必要がある。
ナトリウム冷却高速増殖炉プラントでは,核エネルギを
電気エネルギに変換するため,電気の需要端での負荷変
動の影響を直接に受ける。従って多数あるナトリウム冷
却高速増殖炉プラントの一部は,需要の少ない夜間など
には停止する必要がある。
【0008】通常,負荷変動への追従は,蒸気タービン
への流入蒸気,言い換えれば,蒸気発生器04への2次
系ナトリウムの温度,圧力,流量,及び1次系/2次系
ナトリウム/ナトリウム熱交換器03への1次系ナトリ
ウムの温度,圧力,流量,及び核熱を適切に制御するこ
とで対応可能であるが,プラントを停止させるとなると
,多大な労力を要するため,負荷変動幅を小さくせざる
を得ないという問題がある。
への流入蒸気,言い換えれば,蒸気発生器04への2次
系ナトリウムの温度,圧力,流量,及び1次系/2次系
ナトリウム/ナトリウム熱交換器03への1次系ナトリ
ウムの温度,圧力,流量,及び核熱を適切に制御するこ
とで対応可能であるが,プラントを停止させるとなると
,多大な労力を要するため,負荷変動幅を小さくせざる
を得ないという問題がある。
【0009】また上記のように各系統のナトリウムの温
度,圧力,流量,及び核熱を適切に制御するには,多大
の労力を要し,専ら一定負荷で運用するように計画せざ
るを得ないという問題がある。即ち,純粋をナトリウム
は,融点が98℃,沸点が881℃(1気圧の状態で)
であり,プラントの停止時にもナトリウムの凝固を防止
するためには,ナトリウムの系統を約200℃以上に保
温する必要がある。これが軽水炉と異なり発停に多大な
労力を要する要因になっている。
度,圧力,流量,及び核熱を適切に制御するには,多大
の労力を要し,専ら一定負荷で運用するように計画せざ
るを得ないという問題がある。即ち,純粋をナトリウム
は,融点が98℃,沸点が881℃(1気圧の状態で)
であり,プラントの停止時にもナトリウムの凝固を防止
するためには,ナトリウムの系統を約200℃以上に保
温する必要がある。これが軽水炉と異なり発停に多大な
労力を要する要因になっている。
【0010】本発明は前記の問題点に鑑み提案するもの
であり, その目的とする処は, 電力需要の変動に対
応し易い。また水素を効率的に製造できる。さらにプラ
ントの製造コストを低減できるナトリウム冷却高速増殖
炉プラントを提供しようとする点にある。
であり, その目的とする処は, 電力需要の変動に対
応し易い。また水素を効率的に製造できる。さらにプラ
ントの製造コストを低減できるナトリウム冷却高速増殖
炉プラントを提供しようとする点にある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに,本発明のナトリウム冷却高速増殖炉プラントは,
ナトリウム冷却高速増殖炉装置の水蒸気系から分岐した
水蒸気供給管を経て送られる高温水蒸気を原料とする水
蒸気電解式水素製造装置を具えている。また本発明は前
記請求項1記載のナトリウム冷却高速増殖炉プラントに
おいて,ナトリウム冷却高速増殖炉プラントの水蒸気系
から分岐した別の水蒸気供給管を経て送られる高圧・高
温蒸気により駆動される蒸気タービン式発電装置と,同
蒸気タービン式発電装置の水蒸気供給管と前記水蒸気電
解式水素製造装置の水蒸気供給管とに設けた切換手段と
を具えている。
めに,本発明のナトリウム冷却高速増殖炉プラントは,
ナトリウム冷却高速増殖炉装置の水蒸気系から分岐した
水蒸気供給管を経て送られる高温水蒸気を原料とする水
蒸気電解式水素製造装置を具えている。また本発明は前
記請求項1記載のナトリウム冷却高速増殖炉プラントに
おいて,ナトリウム冷却高速増殖炉プラントの水蒸気系
から分岐した別の水蒸気供給管を経て送られる高圧・高
温蒸気により駆動される蒸気タービン式発電装置と,同
蒸気タービン式発電装置の水蒸気供給管と前記水蒸気電
解式水素製造装置の水蒸気供給管とに設けた切換手段と
を具えている。
【0012】また本発明は前記請求項1記載のナトリウ
ム冷却高速増殖炉プラントにおいて,ナトリウム冷却高
速増殖炉装置の水蒸気系に設けた熱交換器から送られる
高圧・高温蒸気により駆動される蒸気タービン式発電装
置と,同蒸気タービン式発電装置の排気を上記熱交換器
により再加熱して得られた低圧・高温蒸気を原料とする
水蒸気電解式水素製造装置とを具えている。
ム冷却高速増殖炉プラントにおいて,ナトリウム冷却高
速増殖炉装置の水蒸気系に設けた熱交換器から送られる
高圧・高温蒸気により駆動される蒸気タービン式発電装
置と,同蒸気タービン式発電装置の排気を上記熱交換器
により再加熱して得られた低圧・高温蒸気を原料とする
水蒸気電解式水素製造装置とを具えている。
【0013】
【作用】本発明のナトリウム冷却高速増殖炉プラントは
前記のように構成されており,高速増殖炉の核熱により
加熱,昇温させた高温溶融ナトリウムと給水とを熱交換
器(蒸気発生器)で熱交換して,高圧・高温蒸気を発生
させる。(1)そして電力需要の多い昼間等には,水素
製造装置側の蒸気切換弁を閉じ,発電装置側の蒸気切換
弁を開いて,上記熱交換器からの水蒸気の略全量を蒸気
タービン式発電装置の蒸気タービンへ導く。(2)また
電力需要の少ない深夜等には,■発電装置側の蒸気切換
弁を閉じ,水素製造装置側の蒸気切換弁を開いて,上記
熱交換器からの水蒸気の略全量を水蒸気電解式水素製造
装置の水蒸気電解装置へ導くか,■蒸気タービン式発電
装置の排気をナトリウム冷却高速増殖炉プラントの水蒸
気系に設けた熱交換器へ導き,ここで再加熱して,その
結果得られた低圧・高温蒸気を同水蒸気電解装置へ導き
,同水蒸気電解装置では,水素極と酸素極との間に電力
を印加して,水蒸気に電気化学反応を生じさせ,水素ガ
スと酸素ガスとを発生させて,水素ガスを水素貯槽に貯
える。
前記のように構成されており,高速増殖炉の核熱により
加熱,昇温させた高温溶融ナトリウムと給水とを熱交換
器(蒸気発生器)で熱交換して,高圧・高温蒸気を発生
させる。(1)そして電力需要の多い昼間等には,水素
製造装置側の蒸気切換弁を閉じ,発電装置側の蒸気切換
弁を開いて,上記熱交換器からの水蒸気の略全量を蒸気
タービン式発電装置の蒸気タービンへ導く。(2)また
電力需要の少ない深夜等には,■発電装置側の蒸気切換
弁を閉じ,水素製造装置側の蒸気切換弁を開いて,上記
熱交換器からの水蒸気の略全量を水蒸気電解式水素製造
装置の水蒸気電解装置へ導くか,■蒸気タービン式発電
装置の排気をナトリウム冷却高速増殖炉プラントの水蒸
気系に設けた熱交換器へ導き,ここで再加熱して,その
結果得られた低圧・高温蒸気を同水蒸気電解装置へ導き
,同水蒸気電解装置では,水素極と酸素極との間に電力
を印加して,水蒸気に電気化学反応を生じさせ,水素ガ
スと酸素ガスとを発生させて,水素ガスを水素貯槽に貯
える。
【0014】
【実施例】次に本発明のナトリウム冷却高速増殖炉プラ
ントを図1に示す第1実施例により説明する。このナト
リウム冷却高速増殖炉プラントを大別すると,ナトリウ
ム冷却高速増殖炉装置01の系統と,蒸気タービン式発
電装置11の系統と,水蒸気電解式水素製造装置21の
系統の3つになる。
ントを図1に示す第1実施例により説明する。このナト
リウム冷却高速増殖炉プラントを大別すると,ナトリウ
ム冷却高速増殖炉装置01の系統と,蒸気タービン式発
電装置11の系統と,水蒸気電解式水素製造装置21の
系統の3つになる。
【0015】その作用は次の通りである。即ち,低温溶
融ナトリウムを高速増殖炉02へ導き,ここで核熱によ
り500〜700℃まで加熱,昇温させて,1次系/2
次系ナトリウム/ナトリウム熱交換器03へ導き,ここ
で2次系ナトリウムを加熱,昇温させる一方,降温した
1次系ナトリウムを同ナトリウム/ナトリウム熱交換器
03→ポンプ(図示せず)へ導き,ここで昇圧させて,
再び高速増殖炉02へ導く。
融ナトリウムを高速増殖炉02へ導き,ここで核熱によ
り500〜700℃まで加熱,昇温させて,1次系/2
次系ナトリウム/ナトリウム熱交換器03へ導き,ここ
で2次系ナトリウムを加熱,昇温させる一方,降温した
1次系ナトリウムを同ナトリウム/ナトリウム熱交換器
03→ポンプ(図示せず)へ導き,ここで昇圧させて,
再び高速増殖炉02へ導く。
【0016】また蒸気ナトリウム/ナトリウム熱交換器
03により加熱,昇温させた2次系ナトリウムを蒸気発
生器04へ導き,ここで給水を400〜560℃程度ま
で加熱,昇温させて,水蒸気を発生させる。なお蒸気発
生器04は,高温ガス炉のような800〜1000℃レ
ベルの熱交換器ではないので,この蒸気発生器04に高
温ガスのような高価な耐熱材料を使用する必要がない。
03により加熱,昇温させた2次系ナトリウムを蒸気発
生器04へ導き,ここで給水を400〜560℃程度ま
で加熱,昇温させて,水蒸気を発生させる。なお蒸気発
生器04は,高温ガス炉のような800〜1000℃レ
ベルの熱交換器ではないので,この蒸気発生器04に高
温ガスのような高価な耐熱材料を使用する必要がない。
【0017】そして電力需要の多い昼間等には,蒸気切
換弁52を閉じ,蒸気切換弁51を開いて,上記蒸気発
生器04からの水蒸気の略全量を蒸気タービン式発電装
置11の高圧蒸気タービン12→低圧蒸気タービン13
へ導き,これら蒸気タービン12及び13によりタービ
ン式発電機14を駆動して,熱エネルギーを電気エネル
ギーに変換し,次いで復水器16へ導いて,ここで凝縮
させ,次いでこの凝縮水(給水)を復水ポンプ17へ導
き,ここで昇圧させ,さらに給水ポンプ06で昇圧させ
て,給水供給管53→蒸気発生器04へ再度導く。一方
,蒸気発生器04で給水に熱を与えて,降温した2次系
ナトリウムをポンプ(図示せず)へ導き,ここで昇圧さ
せて,再び1次系/2次系ナトリウム/ナトリウム熱交
換器03へ導く。
換弁52を閉じ,蒸気切換弁51を開いて,上記蒸気発
生器04からの水蒸気の略全量を蒸気タービン式発電装
置11の高圧蒸気タービン12→低圧蒸気タービン13
へ導き,これら蒸気タービン12及び13によりタービ
ン式発電機14を駆動して,熱エネルギーを電気エネル
ギーに変換し,次いで復水器16へ導いて,ここで凝縮
させ,次いでこの凝縮水(給水)を復水ポンプ17へ導
き,ここで昇圧させ,さらに給水ポンプ06で昇圧させ
て,給水供給管53→蒸気発生器04へ再度導く。一方
,蒸気発生器04で給水に熱を与えて,降温した2次系
ナトリウムをポンプ(図示せず)へ導き,ここで昇圧さ
せて,再び1次系/2次系ナトリウム/ナトリウム熱交
換器03へ導く。
【0018】以上は電力需要の多い昼間時等の作用であ
るが,電力需要の少なくなる深夜等には,蒸気切換弁5
1を閉じ,蒸気切換弁52を開いて,上記蒸気発生器0
4からの水蒸気の略全量を水蒸気電解式水素製造装置2
1の水蒸気熱交換器31へ導き,ここで昇温させて,図
2に示すように水蒸気電解装置22へ導き,ここで電力
調整装置42から給電線24を経て送られてくる電力を
水素極23bと酸素極23cとの間に印加し,水蒸気に
後記■式の電気化学反応を生じさせて,水素極側マニホ
ールド26側に水素ガス(なおこの水素ガスは水蒸気と
水素との混合ガスであり,水素リツチガスと呼ばれる)
を発生させるとともに,酸素極側マニホールド27側に
酸素ガス(なおこの酸素ガスは空気と酸素との混合ガス
であり,酸素リツチガスと呼ばれる)を発生させる。
るが,電力需要の少なくなる深夜等には,蒸気切換弁5
1を閉じ,蒸気切換弁52を開いて,上記蒸気発生器0
4からの水蒸気の略全量を水蒸気電解式水素製造装置2
1の水蒸気熱交換器31へ導き,ここで昇温させて,図
2に示すように水蒸気電解装置22へ導き,ここで電力
調整装置42から給電線24を経て送られてくる電力を
水素極23bと酸素極23cとの間に印加し,水蒸気に
後記■式の電気化学反応を生じさせて,水素極側マニホ
ールド26側に水素ガス(なおこの水素ガスは水蒸気と
水素との混合ガスであり,水素リツチガスと呼ばれる)
を発生させるとともに,酸素極側マニホールド27側に
酸素ガス(なおこの酸素ガスは空気と酸素との混合ガス
であり,酸素リツチガスと呼ばれる)を発生させる。
【0019】H2 O→H2 +1/2O2 ・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・■そして水素極側
マニホールド26に発生した水素ガスをガス出口26b
→水蒸気熱交換器31の出口管内部→水素リツチガスエ
キスパンダ32→ガス精製器33→水素貯槽34へ導い
て,この水素貯槽34に貯える。このとき,水蒸気電解
装置22内では,供給した水蒸気の一部しか上記■式の
電気化学反応に寄与しないので,水素極側マニホールド
26のガス出口26bから出てゆくガスは,純水素でな
く,水素リツチガス(水蒸気と水素との混合ガス)にな
る。
・・・・・・・・・・・・・・・・・■そして水素極側
マニホールド26に発生した水素ガスをガス出口26b
→水蒸気熱交換器31の出口管内部→水素リツチガスエ
キスパンダ32→ガス精製器33→水素貯槽34へ導い
て,この水素貯槽34に貯える。このとき,水蒸気電解
装置22内では,供給した水蒸気の一部しか上記■式の
電気化学反応に寄与しないので,水素極側マニホールド
26のガス出口26bから出てゆくガスは,純水素でな
く,水素リツチガス(水蒸気と水素との混合ガス)にな
る。
【0020】またこのとき,酸素極23c側では,上記
■式の電気化学反応を促進するため,発生した酸素を積
極的に系外へ排出するようにしている。即ち,大気を空
気フイルター48→空気圧縮機46→空気側熱交換器4
5の入口管内部→水蒸気電解装置22のガス入口27a
→酸素極側マニホールド27へ導いて,電解酸素に合流
させた後,ガス出口27b→空気側熱交換器45の出口
管内部→酸素リツチガスエキスパンダ47を通じて系外
へ排出される。以上一日を通じてみると,発電と水素製
造とは図6のようになる。
■式の電気化学反応を促進するため,発生した酸素を積
極的に系外へ排出するようにしている。即ち,大気を空
気フイルター48→空気圧縮機46→空気側熱交換器4
5の入口管内部→水蒸気電解装置22のガス入口27a
→酸素極側マニホールド27へ導いて,電解酸素に合流
させた後,ガス出口27b→空気側熱交換器45の出口
管内部→酸素リツチガスエキスパンダ47を通じて系外
へ排出される。以上一日を通じてみると,発電と水素製
造とは図6のようになる。
【0021】図2は,上記水蒸気電解装置22の詳細を
示している。23が反応3層膜で,同反応3層膜23は
,電解質23aと,水素極23bと,酸素極23cとに
より構成されている。そして電解質23aの構成材料に
は,イツトリア安定過ジルコニア(YSZ)が使用され
,水素膜23bの構成材料には,ニツケル多孔質板が使
用され,酸素極23cには,ランタンマンガナイト(L
aMnO3 )多孔質板が使用される。また24が上記
水素膜23bと上記酸素極23cとに接触した給電線,
26が上記水素膜23b側に形成した水素極側マニホー
ルド,27が上記酸素極23c側に形成した酸素極側マ
ニホールド,26aが上記水蒸気熱交換器31の入口管
内部に接続した水素極側マニホールド26のガス入口,
26bが上記水蒸気熱交換器31の出口管内部に接続し
た水素極側マニホールド26のガス出口,27aが上記
空気側熱交換器45の出口管内部に接続した酸素極側マ
ニホークド27のガス入口,27bが上記水蒸気熱交換
器31の入口管内部に接続した酸素極側マニホールド2
7のガス出口である。
示している。23が反応3層膜で,同反応3層膜23は
,電解質23aと,水素極23bと,酸素極23cとに
より構成されている。そして電解質23aの構成材料に
は,イツトリア安定過ジルコニア(YSZ)が使用され
,水素膜23bの構成材料には,ニツケル多孔質板が使
用され,酸素極23cには,ランタンマンガナイト(L
aMnO3 )多孔質板が使用される。また24が上記
水素膜23bと上記酸素極23cとに接触した給電線,
26が上記水素膜23b側に形成した水素極側マニホー
ルド,27が上記酸素極23c側に形成した酸素極側マ
ニホールド,26aが上記水蒸気熱交換器31の入口管
内部に接続した水素極側マニホールド26のガス入口,
26bが上記水蒸気熱交換器31の出口管内部に接続し
た水素極側マニホールド26のガス出口,27aが上記
空気側熱交換器45の出口管内部に接続した酸素極側マ
ニホークド27のガス入口,27bが上記水蒸気熱交換
器31の入口管内部に接続した酸素極側マニホールド2
7のガス出口である。
【0022】次に本発明のナトリウム冷却高速増殖炉プ
ラントを図3,4に示す第2実施例により説明する。こ
の実施例も,大別すると,図3に示すように3つの系統
,即ち,ナトリウム冷却高速増殖炉装置01の系統と,
蒸気タービン式発電装置11の系統と,水蒸気電解式水
素製造装置21の系統とにより,構成されているが,次
の点で第1実施例と異なっている。 (1)2次系ナトリムウムを熱源とする蒸気発生器04
が高圧蒸気発生部と低圧蒸気発生部に2分されている。 (2)上記(1)項に対応して,高圧蒸気タービン12
の排気を蒸気発生器04に設けた低圧蒸気発生部へ導き
,高温再熱蒸気にして,低圧蒸気タービン13へ導く。 (3)上記(1)(2)項に対応して,蒸気切換弁51
,52を圧力の低い高温再熱蒸気ライン(水蒸気供給管
)54b,54cに設けており,高圧蒸気ライン54に
は,蒸気切換弁51,52を設けていない。 (4)水蒸気電解装置22の操作圧力の低下に伴い出口
側の水素リツチガス系統中のガスエキスパンダ(図1の
32参照)を廃止して,その代わりにコンデンサー38
を設けて,水素リツチガス中の水分を効果的に除去する
。なお冷却水としては蒸気タービン発電装置11の冷却
水設備の冷却水を一部利用している。 (5)上記(4)項と同じく操作圧力の低下に伴い酸素
極側マニホールド27内のガス圧力を低下させることが
望ましいので,コンプレツサー(図1の45参照)によ
る押し込みを中止して,その代わりに真空ポンプ49を
設けるとともに,貯槽40を設けて,同貯槽40にO2
を貯える。
ラントを図3,4に示す第2実施例により説明する。こ
の実施例も,大別すると,図3に示すように3つの系統
,即ち,ナトリウム冷却高速増殖炉装置01の系統と,
蒸気タービン式発電装置11の系統と,水蒸気電解式水
素製造装置21の系統とにより,構成されているが,次
の点で第1実施例と異なっている。 (1)2次系ナトリムウムを熱源とする蒸気発生器04
が高圧蒸気発生部と低圧蒸気発生部に2分されている。 (2)上記(1)項に対応して,高圧蒸気タービン12
の排気を蒸気発生器04に設けた低圧蒸気発生部へ導き
,高温再熱蒸気にして,低圧蒸気タービン13へ導く。 (3)上記(1)(2)項に対応して,蒸気切換弁51
,52を圧力の低い高温再熱蒸気ライン(水蒸気供給管
)54b,54cに設けており,高圧蒸気ライン54に
は,蒸気切換弁51,52を設けていない。 (4)水蒸気電解装置22の操作圧力の低下に伴い出口
側の水素リツチガス系統中のガスエキスパンダ(図1の
32参照)を廃止して,その代わりにコンデンサー38
を設けて,水素リツチガス中の水分を効果的に除去する
。なお冷却水としては蒸気タービン発電装置11の冷却
水設備の冷却水を一部利用している。 (5)上記(4)項と同じく操作圧力の低下に伴い酸素
極側マニホールド27内のガス圧力を低下させることが
望ましいので,コンプレツサー(図1の45参照)によ
る押し込みを中止して,その代わりに真空ポンプ49を
設けるとともに,貯槽40を設けて,同貯槽40にO2
を貯える。
【0023】以上(1)〜(5)項の相違点により,こ
の第2実施例では,電力需要の少ない夜間等に,圧力の
低い高温再熱蒸気ライン(水蒸気供給管)54b,54
cにある蒸気切換弁51,52のみを操作するので,給
水供給管53→蒸気発生器04→高圧蒸気タービン13
の系統の発電は,停止されることになる。なお蒸気切換
弁52を通って送る低圧高温蒸気を水蒸気電解式水素製
造装置21の熱交換器31へ導いて,加熱,昇温し,次
いで水蒸気電解装置22へ導いて,水素リツチガスにし
,熱交換器31→熱交換器32→コンデンサー38→コ
ンプレツサー36→H2 貯槽34へ導いて,ここに貯
える。
の第2実施例では,電力需要の少ない夜間等に,圧力の
低い高温再熱蒸気ライン(水蒸気供給管)54b,54
cにある蒸気切換弁51,52のみを操作するので,給
水供給管53→蒸気発生器04→高圧蒸気タービン13
の系統の発電は,停止されることになる。なお蒸気切換
弁52を通って送る低圧高温蒸気を水蒸気電解式水素製
造装置21の熱交換器31へ導いて,加熱,昇温し,次
いで水蒸気電解装置22へ導いて,水素リツチガスにし
,熱交換器31→熱交換器32→コンデンサー38→コ
ンプレツサー36→H2 貯槽34へ導いて,ここに貯
える。
【0024】図4は,前記蒸気発生器04の詳細を示し
ている。この蒸気発生器04は,略同様の5台の蒸気発
生器04a,04b,04c,04d,04eにより構
成されている。電力需要の多い昼間等には,弁57,5
8を開き,弁59,60を閉じ,2台の蒸気発生器04
a,04bで高圧蒸気を得て,これを高圧蒸気タービン
12へ導くとともに,残り3台の蒸気発生器04c,0
4d,04eで低圧蒸気を得て,これを低圧蒸気タービ
ン13へ導くことにより,高圧蒸気タービン12及び低
圧蒸気タービン13の負荷バランスを適正に保持する。
ている。この蒸気発生器04は,略同様の5台の蒸気発
生器04a,04b,04c,04d,04eにより構
成されている。電力需要の多い昼間等には,弁57,5
8を開き,弁59,60を閉じ,2台の蒸気発生器04
a,04bで高圧蒸気を得て,これを高圧蒸気タービン
12へ導くとともに,残り3台の蒸気発生器04c,0
4d,04eで低圧蒸気を得て,これを低圧蒸気タービ
ン13へ導くことにより,高圧蒸気タービン12及び低
圧蒸気タービン13の負荷バランスを適正に保持する。
【0025】一方,電力需要の少ない夜間等には,水蒸
気電解装置22の操作圧力と低圧蒸気タービン13の入
口圧力との違いにより,弁57,58,59,60を開
閉操作する。即ち,水蒸気電解装置22の操作圧力と低
圧蒸気タービン13の入口圧力とが同じであれば,弁5
7〜60は基本的に操作不要で,分岐した水蒸気供給管
54b,54cに設けた蒸気切換弁51,52の開閉操
作により,低圧蒸気タービン13を停止し,水蒸気電解
装置22を作動させるようにする。
気電解装置22の操作圧力と低圧蒸気タービン13の入
口圧力との違いにより,弁57,58,59,60を開
閉操作する。即ち,水蒸気電解装置22の操作圧力と低
圧蒸気タービン13の入口圧力とが同じであれば,弁5
7〜60は基本的に操作不要で,分岐した水蒸気供給管
54b,54cに設けた蒸気切換弁51,52の開閉操
作により,低圧蒸気タービン13を停止し,水蒸気電解
装置22を作動させるようにする。
【0026】また水蒸気電解装置22の操作圧力の方が
低圧蒸気タービン13の入口圧力よりも低い場合には,
弁57,58を閉じ,弁59,60を開く。これにより
高圧蒸気系統の熱入力が下がるため,蒸気流量の減少,
若しくは蒸気温度の低下のどちらかを選択して,適切に
操作することになる。一方,低圧蒸気系統は,蒸気発生
器4の個数増加(3→4)に伴う伝熱面積の増加はある
が,蒸気圧力の低下による熱伝達率の低下もあり,昼間
と略同じレベルの温度の蒸気が水蒸気電解装置22に送
られることになる。
低圧蒸気タービン13の入口圧力よりも低い場合には,
弁57,58を閉じ,弁59,60を開く。これにより
高圧蒸気系統の熱入力が下がるため,蒸気流量の減少,
若しくは蒸気温度の低下のどちらかを選択して,適切に
操作することになる。一方,低圧蒸気系統は,蒸気発生
器4の個数増加(3→4)に伴う伝熱面積の増加はある
が,蒸気圧力の低下による熱伝達率の低下もあり,昼間
と略同じレベルの温度の蒸気が水蒸気電解装置22に送
られることになる。
【0027】高圧蒸気タービン12で発生した電力は,
水蒸気電解式水素製造装置21が必要とする電力の一部
に充当してもよい。なお上記図3,4の第2実施例では
,蒸気発生器4が5台の蒸気発生器04a〜04eによ
り構成されているが,蒸気発生器は2台以上あればよい
。また蒸気発生器04は,各蒸気発生器04a〜04e
の仕様が異なっているもので構成されていてもよい。
水蒸気電解式水素製造装置21が必要とする電力の一部
に充当してもよい。なお上記図3,4の第2実施例では
,蒸気発生器4が5台の蒸気発生器04a〜04eによ
り構成されているが,蒸気発生器は2台以上あればよい
。また蒸気発生器04は,各蒸気発生器04a〜04e
の仕様が異なっているもので構成されていてもよい。
【0028】次に本発明のナトリウム冷却高速増殖炉プ
ラントを図5に示す第3実施例により説明する。この実
施例も,大別すると,3つの系統,即ち,ナトリウム冷
却高速増殖炉装置1の系統と,蒸気タービン発電装置1
1の系統と,水蒸気電解式水素製造装置21の系統とに
より,構成されているが,次の点で第2実施例と異なっ
ている。 (1)電力需要の変動にかかわらず,水素を製造するこ
とを第1の目的としたプラントである。 (2)蒸気タービン発電装置11を背圧式蒸気タービン
12のみにより構成し且つ発電機に直流発電機を使用し
,その電力を水蒸気電解装置22へ直接供給するように
電力ケーブルを有機的に接続した。また背圧式蒸気ター
ビン12と水素ガスコンプレツサー36とを機械的に結
合した。 (3)蒸気発生器04への給水を予熱するのに,水蒸気
電解式水素製造装置21からのガスの保有熱を利用でき
るように熱交換器32,45と給水ラインとを有機的に
結合した。
ラントを図5に示す第3実施例により説明する。この実
施例も,大別すると,3つの系統,即ち,ナトリウム冷
却高速増殖炉装置1の系統と,蒸気タービン発電装置1
1の系統と,水蒸気電解式水素製造装置21の系統とに
より,構成されているが,次の点で第2実施例と異なっ
ている。 (1)電力需要の変動にかかわらず,水素を製造するこ
とを第1の目的としたプラントである。 (2)蒸気タービン発電装置11を背圧式蒸気タービン
12のみにより構成し且つ発電機に直流発電機を使用し
,その電力を水蒸気電解装置22へ直接供給するように
電力ケーブルを有機的に接続した。また背圧式蒸気ター
ビン12と水素ガスコンプレツサー36とを機械的に結
合した。 (3)蒸気発生器04への給水を予熱するのに,水蒸気
電解式水素製造装置21からのガスの保有熱を利用でき
るように熱交換器32,45と給水ラインとを有機的に
結合した。
【0029】このナトリウム冷却高速増殖炉プラントで
は,常時一定量の高圧蒸気を蒸気タービン式発電装置1
1へ供給して,発電するとともに,その排気の全量を蒸
気発生器04で再加熱した後,熱交換器31→水蒸気電
解装置22へ導き,ここでの直流電力により水素を発生
させて,水素リツチガスとし,この水素リツチガスをコ
ンデンサー38へ導き,ここで水分を除去して,コンプ
レツサー36へ導き,ここで昇圧させ,次いでH2 貯
槽34へ導いて,ここに貯える。なお水素発生時に同時
に発生する酸素は,熱交換器45及び真空ポンプ49を
介してO2 貯槽40へ導いて,ここに貯える。
は,常時一定量の高圧蒸気を蒸気タービン式発電装置1
1へ供給して,発電するとともに,その排気の全量を蒸
気発生器04で再加熱した後,熱交換器31→水蒸気電
解装置22へ導き,ここでの直流電力により水素を発生
させて,水素リツチガスとし,この水素リツチガスをコ
ンデンサー38へ導き,ここで水分を除去して,コンプ
レツサー36へ導き,ここで昇圧させ,次いでH2 貯
槽34へ導いて,ここに貯える。なお水素発生時に同時
に発生する酸素は,熱交換器45及び真空ポンプ49を
介してO2 貯槽40へ導いて,ここに貯える。
【0030】なお前記各実施例の水素を製造する水蒸気
電解式水素製造装置21は,昼間等の電力需要が多いと
きは,発電機(燃料電池)として使用してもよい。また
前記各実施例では,高速増殖炉02の1次,2次系媒体
がナトリウムであるが,ナトリウムの代わりに,ナトリ
ウムとカリウムとの混合物,またはカリウムを使用して
もよい。
電解式水素製造装置21は,昼間等の電力需要が多いと
きは,発電機(燃料電池)として使用してもよい。また
前記各実施例では,高速増殖炉02の1次,2次系媒体
がナトリウムであるが,ナトリウムの代わりに,ナトリ
ウムとカリウムとの混合物,またはカリウムを使用して
もよい。
【0031】
【発明の効果】本発明のナトリウム冷却高速増殖炉プラ
ントは前記のように高速増殖炉の核熱により加熱,昇温
させた高温溶融ナトリウムと給水とを熱交換器(蒸気発
生器)で熱交換して,高圧・高温蒸気を発生させる。 (1)そして電力需要の多い昼間等には,水素製造装置
側の蒸気切換弁を閉じ,発電装置側の蒸気切換弁を開い
て,上記熱交換器からの水蒸気の略全量を蒸気タービン
式発電装置の蒸気タービンへ導く。(2)また電力需要
の少ない深夜等には,■発電装置側の蒸気切換弁を閉じ
,水素製造装置側の蒸気切換弁を開いて,上記熱交換器
からの水蒸気の略全量を水蒸気電解式水素製造装置の水
蒸気電解装置へ導くか,■蒸気タービン式発電装置の排
気をナトリウム冷却高速増殖炉プラントの水蒸気系に設
けた熱交換器へ導き,ここで再加熱して,その結果得ら
れた低圧・高温蒸気を同水蒸気電解装置へ導き,同水蒸
気電解装置では,水素極と酸素極との間に電力を印加し
て,水蒸気に電気化学反応を生じさせ,水素ガスと酸素
ガスとを発生させて,水素ガスを水素貯槽に貯えるので
,次の効果を達成できる。即ち, (a)電力需要の変動に対応し易い。 (b)またナトリウム冷却高速増殖炉装置と蒸気タービ
ン式発電装置と水蒸気電解式水素製造装置とを有機的に
結合しており,水素を効率的に製造できる。 (c)また従来は高温ガス冷却原子炉を熱源としていた
水蒸気電解式水素製造装置を本プラントの下流側に配置
することで,原子炉と水素製造装置とを繋ぐ蒸気配管の
設定温度を大幅に低下させることができ,そのため,水
蒸気電解式水素製造プラントにより,水素の製造コスト
をさらに一層低減できる。 (d)水蒸気電解式水素製造装置側からみたとき,遠く
離れた熱源装置側との間に設けられる熱輸送配管は熱源
がHTGRのときは高価な耐熱材料を必要としていたが
,本発明では,より安価な材料を使用できるので,プラ
ントの製作コストを低減できる効果がある。
ントは前記のように高速増殖炉の核熱により加熱,昇温
させた高温溶融ナトリウムと給水とを熱交換器(蒸気発
生器)で熱交換して,高圧・高温蒸気を発生させる。 (1)そして電力需要の多い昼間等には,水素製造装置
側の蒸気切換弁を閉じ,発電装置側の蒸気切換弁を開い
て,上記熱交換器からの水蒸気の略全量を蒸気タービン
式発電装置の蒸気タービンへ導く。(2)また電力需要
の少ない深夜等には,■発電装置側の蒸気切換弁を閉じ
,水素製造装置側の蒸気切換弁を開いて,上記熱交換器
からの水蒸気の略全量を水蒸気電解式水素製造装置の水
蒸気電解装置へ導くか,■蒸気タービン式発電装置の排
気をナトリウム冷却高速増殖炉プラントの水蒸気系に設
けた熱交換器へ導き,ここで再加熱して,その結果得ら
れた低圧・高温蒸気を同水蒸気電解装置へ導き,同水蒸
気電解装置では,水素極と酸素極との間に電力を印加し
て,水蒸気に電気化学反応を生じさせ,水素ガスと酸素
ガスとを発生させて,水素ガスを水素貯槽に貯えるので
,次の効果を達成できる。即ち, (a)電力需要の変動に対応し易い。 (b)またナトリウム冷却高速増殖炉装置と蒸気タービ
ン式発電装置と水蒸気電解式水素製造装置とを有機的に
結合しており,水素を効率的に製造できる。 (c)また従来は高温ガス冷却原子炉を熱源としていた
水蒸気電解式水素製造装置を本プラントの下流側に配置
することで,原子炉と水素製造装置とを繋ぐ蒸気配管の
設定温度を大幅に低下させることができ,そのため,水
蒸気電解式水素製造プラントにより,水素の製造コスト
をさらに一層低減できる。 (d)水蒸気電解式水素製造装置側からみたとき,遠く
離れた熱源装置側との間に設けられる熱輸送配管は熱源
がHTGRのときは高価な耐熱材料を必要としていたが
,本発明では,より安価な材料を使用できるので,プラ
ントの製作コストを低減できる効果がある。
【図1】本発明に係わるナトリウム冷却高速増殖炉プラ
ントの第1実施例を示す系統図である。
ントの第1実施例を示す系統図である。
【図2】同第1実施例の水蒸気電解式水素製造装置の詳
細を示す縦断側面図である。
細を示す縦断側面図である。
【図3】第2実施例を示す系統図である。
【図4】同第2実施例の熱交換器の詳細を示す縦断側面
図である。
図である。
【図5】第3実施例を示す系統図である。
【図6】第1実施例における一日の発電と水素製造との
様子を示す説明図である。
様子を示す説明図である。
【図7】従来のナトリウム冷却高速増殖炉プラントを示
す系統図である。
す系統図である。
01 ナトリウム冷却高速増殖炉装置02
高速増殖炉 03 1次系/2次系ナトリウム/ナトリウム熱
交換器 04 熱交換器(蒸気発生器) 11 蒸気タービン式発電装置 12 高圧蒸気タービン 13 低圧蒸気タービン 21 水蒸気電解式水素製造装置51 蒸
気切換弁 52 蒸気切換弁 53 給水供給管 54a 熱交換器04の水蒸気出口側54b 水蒸
気供給管 54c 水蒸気供給管
高速増殖炉 03 1次系/2次系ナトリウム/ナトリウム熱
交換器 04 熱交換器(蒸気発生器) 11 蒸気タービン式発電装置 12 高圧蒸気タービン 13 低圧蒸気タービン 21 水蒸気電解式水素製造装置51 蒸
気切換弁 52 蒸気切換弁 53 給水供給管 54a 熱交換器04の水蒸気出口側54b 水蒸
気供給管 54c 水蒸気供給管
Claims (3)
- 【請求項1】 ナトリウム冷却高速増殖炉装置の水蒸
気系から分岐した水蒸気供給管を経て送られる高温水蒸
気を原料とする水蒸気電解式水素製造装置を具えている
ことを特徴としたナトリウム冷却高速増殖炉プラント。 - 【請求項2】 ナトリウム冷却高速増殖炉装置の水蒸
気系から分岐した別の蒸気供給管を経て送られる高圧・
高温蒸気により駆動される蒸気タービン式発電装置と,
同蒸気タービン式発電装置の水蒸気供給管と前記水蒸気
電解式水素製造装置の水蒸気供給管とに設けた切換手段
とを具えていることを特徴とした請求項1記載のナトリ
ウム冷却高速増殖炉プラント。 - 【請求項3】 ナトリウム冷却高速増殖炉装置の水蒸
気系に設けた熱交換器から送られる高圧・高温蒸気によ
り駆動される蒸気タービン式発電装置と,同蒸気タービ
ン式発電装置の排気を上記熱交換器により再加熱して得
られた低圧・高温蒸気を原料とする水蒸気電解式水素製
造装置とを具えていることを特徴とした請求項1記載の
ナトリウム冷却高速増殖炉プラント。
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JP2017048076A (ja) * | 2015-08-31 | 2017-03-09 | 関西電力株式会社 | 水素製造設備及び水素製造方法 |
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