(57)【要約】【課題】全交流電源喪失時において炉心で発生する崩壊熱を除去できる高速増殖炉プラントを提供する。【解決手段】高速増殖炉プラント１の運転停止時に、万が一、全交流電源喪失が生じたとき、開閉弁２２，２４がバッテリーから供給される電力により開く。炉心で発生した崩壊熱で加熱された一次系液体Ｎａは、原子炉容器２から中間熱交換器３に導かれ、中間熱交換器３で二次冷却系配管７内を流れる二次系液体Ｎａを加熱する。水が蒸気発生器６で二次系液体Ｎａにより加熱して蒸気になる。この蒸気は主蒸気配管１２及び蒸気供給管２１を通って崩壊熱除去システム１７の冷却器２０内に達する。一次系液体Ｎａは原子炉容器２内に配置された熱交換器１８の伝熱管内の液体Ｎａを加熱する。加熱された液体Ｎａが崩壊熱除去系配管１９Ａ内を上昇して冷却器２０内の伝熱管２５内に達し、上記した蒸気によって冷却され、崩壊熱が除去される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心を内蔵する原子炉容器と、前記原子炉容器で加熱される一次系冷却材で二次系冷却材を加熱する中間熱交換器と、前記原子炉容器及び前記中間熱交換器に接続され、前記原子炉容器及び前記中間熱交換器を含む一次系閉ループを形成して前記一次系冷却材を導く一次冷却系配管と、前記一次冷却系配管に設けられた一次系ポンプと、前記中間熱交換器から排出される前記二次系冷却材で水を加熱して蒸気を発生する蒸気発生器と、前記中間熱交換器及び前記蒸気発生器に接続され、前記中間熱交換器及び前記蒸気発生器を含む二次系閉ループを形成して前記二次系冷却材を導く二次冷却系配管と、前記二次冷却系配管に設けられた二次系ポンプと、前記蒸気発生器に接続されて前記蒸気を導く主蒸気配管と、前記主蒸気配管に接続された第１タービンと、前記第１タービンから排気される前記蒸気を凝縮水にする復水器と、前記復水器及び前記蒸気発生器に接続され、前記凝縮水を給水として前記蒸気発生器に供給する給水配管と、崩壊熱除去システムとを備え、
前記崩壊熱除去システムが、前記一次系閉ループ及び前記二次系閉ループのいずれかに設けられる熱交換器と、冷却器と、前記熱交換器及び前記冷却器に接続され、前記熱交換器及び前記冷却器を含む崩壊熱除去系閉ループを形成して崩壊熱除去系冷却材を導く崩壊熱除去系配管と、前記主蒸気配管及び前記冷却器に接続されて開閉弁が設けられた蒸気供給管と、前記冷却器に接続された蒸気排出管とを有することを特徴とする高速増殖炉プラント。
【請求項２】
前記冷却器が送風機を有している請求項１に記載の高速増殖炉プラント。
【請求項３】
前記蒸気供給管に設けられた第２タービンと、前記第２タービンに連結された発電機と、前記給水配管に設けられた第１給水ポンプ及び第１給水加熱器をバイパスして両端部が前記給水配管に接続されるバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられて前記第１給水ポンプよりも容量が小さい第２給水ポンプと、前記バイパス配管に設けられて前記第１給水加熱器よりも加熱容量が小さい第２給水加熱器と、前記発電機と前記第２給水ポンプを接続するケーブルとを備えた請求項１または２に記載の高速増殖炉プラント。
【請求項４】
前記蒸気供給管に設けられた第２タービンと、前記給水配管に設けられた第１給水ポンプ及び第１給水加熱器をバイパスして両端部が前記給水配管に接続されるバイパス配管と、前記第２タービンにより回転され、前記バイパス配管に設けられて前記第１給水ポンプよりも容量が小さい第２給水ポンプと、前記バイパス配管に設けられて前記第１給水加熱器よりも加熱容量が小さい第２給水加熱器とを備えた請求項１または２に記載の高速増殖炉プラント。
【請求項５】
炉心を内蔵する原子炉容器と、前記原子炉容器で加熱される一次系冷却材で二次系冷却材を加熱する中間熱交換器と、前記原子炉容器及び前記中間熱交換器に接続され、前記原子炉容器及び前記中間熱交換器を含む一次系閉ループを形成して前記一次系冷却材を導く一次冷却系配管と、前記一次冷却系配管に設けられた一次系ポンプと、前記中間熱交換器から排出される前記二次系冷却材で水を加熱して蒸気を発生する蒸気発生器と、前記中間熱交換器及び前記蒸気発生器に接続され、前記中間熱交換器及び前記蒸気発生器を含む二次系閉ループを形成して前記二次系冷却材を導く二次冷却系配管と、前記二次冷却系配管に設けられた二次系ポンプと、前記蒸気発生器に接続されて前記蒸気を導く主蒸気配管と、前記主蒸気配管に接続された第１タービンと、前記第１タービンから排気される前記蒸気を凝縮水にする復水器と、前記復水器及び前記蒸気発生器に接続され、前記凝縮水を給水として前記蒸気発生器に供給する給水配管とを備えた高速増殖炉プラントの崩壊熱除去方法であって、
前記一次系閉ループ及び前記二次系閉ループのいずれかに設けられる、熱交換器において、崩壊熱除去系冷却材が一次系冷却材及び二次系冷却材のいずれかにより加熱され、前記加熱された崩壊熱除去系冷却材が、冷却器内で、前記蒸気発生器内で発生して、前記主蒸気配管に接続されて開閉弁が設けられた蒸気供給管内を通して導かれる前記蒸気により冷却され、前記冷却器内の前記蒸気を、前記冷却器に接続された蒸気排出管に排出することを特徴とする高速増殖炉プラントの崩壊熱除去方法。
【請求項６】
前記給水配管に設けられた第１給水ポンプ及び第１給水加熱器をバイパスして両端部が前記給水配管に接続されるバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられて前記第１給水ポンプよりも容量が小さい第２給水ポンプと、前記バイパス配管に設けられて前記第１給水加熱器よりも加熱容量が小さい第２給水加熱器とを備えた前記高速増殖炉プラントの崩壊熱除去方法であって、
前記蒸気供給管に設けられた第２タービンを前記蒸気供給管内を流れる前記蒸気によって回転させて前記第２タービンに連結された発電機で電気を発生させ、この電気を用いて前記第２給水ポンプを駆動し、前記復水器内の前記水を前記第２給水ポンプにより昇圧して前記バイパス配管を通して前記蒸気発生器に供給する請求項５に記載の高速増殖炉プラントの崩壊熱除去方法。
【請求項７】
前記給水配管に設けられた第１給水ポンプ及び第１給水加熱器をバイパスして両端部が前記給水配管に接続されるバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられて前記第１給水ポンプよりも容量が小さい第２給水ポンプと、前記バイパス配管に設けられて前記第１給水加熱器よりも加熱容量が小さい第２給水加熱器とを備えた前記高速増殖炉プラントの崩壊熱除去方法であって、
前記蒸気供給管に設けられた第２タービンを前記蒸気供給管内を流れる前記蒸気によって回転させ、前記回転された第２タービンによって前記第２給水ポンプを駆動し、前記復水器内の前記水を前記第２給水ポンプにより昇圧して前記バイパス配管を通して前記蒸気発生器に供給する請求項５に記載の高速増殖炉プラントの崩壊熱除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速増殖炉プラント及び高速増殖炉プラントの崩壊熱除去方法に係り、特に、崩壊熱除去システムを有する高速増殖炉プラント及び高速増殖炉プラントの崩壊熱除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速増殖炉プラントは、特開２００９−２４３９２４号公報に記載されているように、原子炉容器、中間熱交換器、及び原子炉容器及び中間熱交換器の間で一次系冷却材である一次ナトリウムを循環させる一次冷却系配管を有する１次冷却系、蒸気発生器、及び中間熱交換器及び蒸気発生器の間で二次系冷却材である二次ナトリウムを循環させる二次冷却系配管を有する二次冷却系、及び蒸気発生器で発生した蒸気を主蒸気配管によりタービンに供給し、タービンから排出された蒸気を復水器で凝縮することによって生じた水を給水配管により蒸気発生器に戻す給水・主蒸気系の三系統を備えている。給水配管には、複数の給水加熱器及び給水ポンプが設けられている。タービンは蒸気によって回転され、タービンに連結された発電機が駆動されて発電される。
【０００３】
特開２００９−２４３９２４号公報に記載された高速増殖炉プラントは、原子炉容器及び中間熱交換器を、１次主循環ポンプを設けられた一次冷却系配管によって接続すると共に、中間熱交換器及び蒸気発生器を、二次主循環ポンプを設けた二次冷却系配管によって接続しているので、構造を単純化することができ、一次冷却系配管及び二次冷却系配管によって冷却材の移動及び荷重の伝達が行われている。
【０００４】
高速増殖炉プラントの主要な崩壊熱除去システムは、特開２００９−２４３９２４号公報に記載されるように、熱交換器、空気冷却器及びこの熱交換器と空気冷却器を閉ループで連絡している崩壊熱除去系配管を有し、この熱交換器を原子炉容器内に配置している。高速増殖炉プラントの停止時に炉心で発生する崩壊熱は、一次ナトリウムに伝えられ、原子炉容器内に配置された、崩壊熱除去システムの熱交換器内を流れる崩壊熱除去系冷却材に伝えられる。この崩壊熱除去系冷却材は加熱されて崩壊熱除去系配管内を上昇し、空気冷却器に到達する。崩壊熱除去系冷却材は、空気冷却器でファンにより供給される冷却空気により冷却されて温度が低下し、崩壊熱除去システムの熱交換器まで下降する。崩壊熱除去系配管内の崩壊熱除去系冷却材は、崩壊熱除去システムの熱交換器と空気冷却器の間を自然循環により循環し、炉心で発生した崩壊熱を高速増殖炉プラント外に放出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４３９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ファンの駆動により空気冷却器で崩壊熱除去系冷却材の冷却を行う強制冷却方式の崩壊熱除去システムでは、全交流電源が喪失した場合には長時間に亘ってファンが起動しなくなり、崩壊熱除去システムによる崩壊熱の除去ができなくなる恐れがある。
【０００７】
本発明の目的は、全交流電源喪失時において炉心で発生する崩壊熱を除去することができる高速増殖炉プラント及び高速増殖炉プラントの崩壊熱除去方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、炉心を内蔵する原子炉容器と、原子炉容器で加熱される一次系冷却材で二次系冷却材を加熱する中間熱交換器と、原子炉容器及び中間熱交換器に接続され、原子炉容器及び中間熱交換器を含む一次系閉ループを形成して一次系冷却材を導く一次冷却系配管と、一次冷却系配管に設けられた一次系ポンプと、中間熱交換器から排出される二次系冷却材で水を加熱して蒸気を発生する蒸気発生器と、中間熱３交換器及び蒸気発生器に接続され、中間熱交換器及び蒸気発生器を含む二次系閉ループを形成して二次系冷却材を導く二次冷却系配管と、二次冷却系配管に設けられた二次系ポンプと、蒸気発生器に接続されて蒸気を導く主蒸気配管と、主蒸気配管に接続されたタービンと、タービンから排気される蒸気を凝縮水にする復水器と、復水器及び蒸気発生器に接続され、凝縮水を給水として蒸気発生器に供給する給水配管と、崩壊熱除去システムとを備え、
崩壊熱除去システムが、一次系閉ループ及び二次系閉ループのいずれかに設けられる熱交換器と、冷却器と、熱交換器及び冷却器に接続され、熱交換器及び冷却器を含む崩壊熱除去系閉ループを形成して崩壊熱除去系冷却材を導く崩壊熱除去系配管と、主蒸気配管及び冷却器に接続されて開閉弁が設けられた蒸気供給管と、冷却器に接続された蒸気排出管とを有することにある。
【０００９】
崩壊熱除去システムが、一次系閉ループ及び二次系閉ループのいずれかに設けられる熱交換器、冷却器と熱交換器及び冷却器に接続され、熱交換器及び冷却器を含む崩壊熱除去系閉ループを形成して崩壊熱除去系冷却材を導く崩壊熱除去系配管、主蒸気配管及び冷却器に接続されて開閉弁が設けられた蒸気供給管、及び冷却器に接続された蒸気排出管を有しているので、高速増殖炉プラントの運転停止時に全交流電源喪失が生じた場合においても、蒸気発生器で生じた蒸気を開閉弁を開くことにより蒸気供給管を通して冷却器に導くことができるので、一次系冷却材及び二次系冷却材のいずれかにより熱交換器で加熱されて、崩壊熱除去系配管を通して冷却器に導かれた崩壊熱除去系冷却材を、上記の蒸気により冷却することができる。このため、全交流電源喪失時において炉心で発生する崩壊熱を除去することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高速増殖炉プラントにおいて全交流電源喪失時でも炉心で発生する崩壊熱を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の高速増殖炉プラントの構成図である。
【図２】図１に示す冷却器の縦断面図である。
【図３】本発明の他の好適な実施例である実施例２の高速増殖炉プラントの構成図である。
【図４】本発明の他の好適な実施例である実施例３の高速増殖炉プラントの構成図である。
【図５】本発明の他の好適な実施例である実施例４の高速増殖炉プラントの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明の好適な一実施例である実施例１の高速増殖炉プラントを、図１及び図２を用いて説明する。
【００１４】
本実施例の高速増殖炉プラント１は、原子炉容器２、中間熱交換器３、一次冷却系配管４、蒸気発生器６、二次冷却系配管７、タービン９、主蒸気配管１２、給水配管１３、及び崩壊熱除去システム１７を備えている。
【００１５】
内部に炉心（図示せず）を有する原子炉容器２及び中間熱交換器３は一次冷却系配管４によって接続される。一次冷却系配管４で接続された原子炉容器２及び中間熱交換器３は一次冷却系の閉ループを形成する。一次主循環ポンプ５が一次冷却系配管４に設けられる。複数の燃料集合体が炉心に装荷されている。中間熱交換器３及び蒸気発生器６は二次冷却系配管７によって接続される。二次冷却系配管７で接続された中間熱交換器３及び蒸気発生器６は二次冷却系の閉ループを形成する。二次主循環ポンプ８が二次冷却系配管７に設けられる。高速増殖炉プラント１は、一次冷却系及び二次冷却系の冷却材として液体金属、例えば、液体ナトリウムを使用する。
【００１６】
蒸気発生器６に接続された主蒸気配管１２が、発電機１０が連結されているタービン９に接続される。タービン９の下方に復水器１１が配置され、復水器１１は給水配管１３によって蒸気発生器６に接続される。給水ポンプ１４及び給水加熱器１５が給水配管１３に設けられる。
【００１７】
崩壊熱除去システム１７は、熱交換器１８、崩壊熱除去系配管１９Ａ，１９Ｂ、冷却器２０、蒸気供給管２１及び蒸気排出管２３を有する。熱交換器１８は原子炉容器２内の上部プレナムに配置される。冷却器２０は原子炉容器２の上方に配置される。熱交換器１８の伝熱管（図示せず）に接続された崩壊熱除去系配管１９Ａ，１９Ｂは、内部に崩壊熱除去系冷却材（ナトリウム）を充填しており、原子炉容器２の上方に向かって伸びて冷却器２０内に設けられた伝熱管２５に接続される。熱交換器１８の伝熱管、崩壊熱除去系配管１９Ａ、伝熱管２５及び崩壊熱除去系配管１９Ｂは、崩壊熱除去系冷却材を循環させる閉ループを形成する。
【００１８】
冷却器２０の詳細構成を、図２を用いて説明する。冷却器２０は、伝熱管２５、送風機２９、冷却器配管２６、冷却器ケーシング３０、ベーン３１及びダンパ３２，３３を有する。崩壊熱除去系配管１９Ａ，１９Ｂが接続された伝熱管２５が冷却器ケーシング３０内に設置される。冷却器配管２６が、冷却器ケーシング３０の下端部に接続され、冷却器ケーシング３０の下端部に形成される流入口を介して冷却器ケーシング３０内に連絡される。ダンパ３２が、冷却器配管２６の上端部内でその流入口付近に設けられる。冷却器配管２６の下端が送風機２９に接続される。一対の空気入口部２７Ａ，２７Ｂが、冷却器配管２６の下端部に取り付けられ、冷却器配管２６の軸方向において冷却配管２６の下端に向かうほど、送風機２９から離れるように傾斜して配置される。逆止弁２８Ａが空気入口部２７Ａ内に設けられ、逆止弁２８Ｂが空気入口部２７Ｂ内に設けられる。
【００１９】
開閉弁２２が設けられた蒸気供給管２１の一端部は主蒸気配管１２に接続される。蒸気供給管２１の他端部は、ダンパ３２の下方で冷却器配管２６に接続される。ベーン３１が、冷却器配管２６と蒸気供給管２１の接続部付近で蒸気供給管２１内に設けられる。開閉弁２４を設けた蒸気排出管２３が、冷却器ケーシング３０の上端部及び復水器１１に接続され、冷却器ケーシング３０と復水器１１を連絡する。ダンパ３３が、冷却器ケーシング３０の流出口付近で蒸気排出管２３内に設けられる。
【００２０】
本実施例における高速増殖炉プラントの崩壊熱除去方法を以下に説明する。
【００２１】
高速増殖炉プラント１の通常運転時では、一次主循環ポンプ５が駆動され、一次冷却系の冷却材である一次系液体ナトリウム（一次系冷却材）が一次冷却系の閉ループ内を循環する。すなわち、一次冷却系配管４内の一次系液体ナトリウムが、一次主循環ポンプ５によって昇圧され、原子炉容器２内に供給され、更に、炉心に供給される。この一次系液体ナトリウムは、炉心に装荷された燃料集合体に含まれるＰｕ含有核燃料物質の核分裂によって生じる熱により加熱され、温度を上昇させる。温度が上昇した一次系液体ナトリウムは、原子炉容器２内の上部プレナムを通って一次冷却系配管４に排出され、中間熱交換器３の伝熱管（図示せず）内に導かれる。一次系液体ナトリウムは、中間熱交換器３内で、伝熱管の外側のシェル側領域を流れる二次系冷却系の冷却材である二次系液体ナトリウム（二次系冷却材）と熱交換を行って二次系液体ナトリウムを加熱し、温度を低下させる。温度が低下した一次系液体ナトリウムは、一次冷却系配管４に排出され、一次主循環ポンプ５に流入して昇圧される。
【００２２】
二次冷却系では、二次系冷却材である二次系液体ナトリウムが、二次主循環ポンプ８の駆動により、二次冷却系の閉ループを循環する。二次主循環ポンプ８で昇圧された二次系液体ナトリウムは、中間熱交換器３のシェル側領域に供給され、中間熱交換器３の伝熱管内を流れる一次系液体ナトリウムによって加熱される。加熱された二次系液体ナトリウムは二次冷却系配管７に流出し、蒸気発生器６の伝熱管（図示せず）内に導かれる。二次系液体ナトリウムは、蒸気発生器６内で、伝熱管の外側のシェル側領域内を流れる水を加熱する。この水の加熱により温度を低下した二次系液体ナトリウムは、蒸気発生器６から二次冷却系配管７に排出され、二次主循環ポンプ８内に流入して昇圧される。
【００２３】
伝熱管内の二次系液体ナトリウムにより蒸気発生器６内のシェル側領域で加熱された水は、蒸気になる。この蒸気は、蒸気発生器６から主蒸気配管１２に排出され、タービン９に供給される。タービン９は、蒸気によって回転され、発電機１０を回転させる。発電機１０の回転により電気が発生する。タービン９から排出された蒸気は、復水器１１で冷却されて凝縮し、水になる。この水は、給水として、給水配管１３を通って蒸気発生器６のシェル側領域に供給される。給水配管１３内を流れる給水は、給水ポンプ１４により昇圧され、給水加熱器１５により加熱される。給水加熱器１５には、給水を加熱する熱源として、タービン９から抽気された蒸気が供給される。
【００２４】
一つの運転サイクルでの高速増殖炉プラント１の運転が終了したとき、高速増殖炉プラント１は、炉心内の一部の燃料集合体を新燃料集合体と交換するために運転を停止する。高速増殖炉プラント１の運転停止期間中でも、炉心に装荷された燃料集合体に含まれる核燃料物質の崩壊熱が発生する。この崩壊熱は、崩壊熱除去システム１７によって除去される。その運転停止期間中では、タービン９が回転しなく発電機１０が停止されているので、所内電源は使用できない。しかしながら、高速増殖炉プラント１には、外部電源から電力が供給されるため、崩壊熱除去システム１７の送風機２９が外部電源の電力によって駆動され、さらに、崩壊熱除去系配管１９Ａに設けられた電磁ポンプ（図スせず）も外部電源の電力によって駆動される。
【００２５】
送風機２９は、崩壊熱除去システム１７の外部から取り込んだ空気を冷却空気として取り込み、この冷却空気３６Ｂを冷却器配管２６に排出する。送風機２９からの冷却空気３６Ｂの排出により空気入口部２７Ａ，２７Ｂのそれぞれから冷却空気３６Ａが吸引される。吸引された冷却空気３６Ａは逆止弁２８Ａ，２８Ｂを通って冷却器配管２６内に達し、冷却空気３６Ｂと混合される。ダンパ３２，３３が開いているので、冷却器配管２６内の冷却空気（冷却空気３６Ａ，３６Ｂ）は、冷却器ケーシング３０内に供給され、蒸気排出管２３に排出される。
【００２６】
排気管となる分岐管（図示せず）が蒸気排出管２３に接続され、この分岐管に開閉弁Ａ（図示せず）が設けられている。更に、開閉弁Ｂ（図示せず）が蒸気排出管２３と分岐管の接続点よりも下流で蒸気排出管２３に設けられる。送風機２９が外部電源の電力によって駆動されるとき、開閉弁Ａが開いて開閉弁Ｂが閉じられる。冷却器ケーシング３０から蒸気排出管２３に排出された冷却空気は、分岐管内に流入し、分岐管に設けられた浄化装置（例えば、フィルタ）を通って外部の環境に排出される。
【００２７】
ベーン３１が閉じられているので、送風機２９から吐出された冷却空気３６Ｂは蒸気供給管２１に流入しない。また、送風機２９から吐出された冷却空気３６Ｂは、逆止弁２８Ａ，２８Ｂの作用により、空気入口部２７Ａ，２７Ｂを通って崩壊熱除去システム１７の外部に流出されない。
【００２８】
熱交換器１８の伝熱管内の、崩壊熱除去系冷却材である液体ナトリウムは、原子炉容器２の上部プレナム内の一次系液体ナトリウムによって加熱されて昇温する。熱交換器１８の伝熱管内の液体ナトリウムは、電磁ポンプの駆動により昇圧され、崩壊熱除去系配管１９Ａを通して冷却器２０の伝熱管２５内に供給される。伝熱管２５内の液体ナトリウムは、冷却器ケーシング３０内で伝熱管２５の外部を流れる冷却空気（冷却空気３６Ａ，３６Ｂ）によって冷却され、その液体ナトリウムの温度が低下する。温度が低下した液体ナトリウムは、伝熱管２５から崩壊熱除去系配管１９Ｂ内に排出され、崩壊熱除去系配管１９Ｂ内を下降して熱交換器１８の伝熱管内に達する。この伝熱管内で原子炉容器２の上部プレナム内の高温の一次系液体ナトリウムによって再び加熱される。換言すれば、温度が低下して崩壊熱除去系配管１９Ｂ内を下降する液体ナトリウムは、熱交換器１８において原子炉容器２の上部プレナム内の一次系液体ナトリウムを冷却する。崩壊熱除去系配管１９Ａ，１９Ｂ内の液体ナトリウムは、熱交換器１８の伝熱管、崩壊熱除去系配管１９Ａ、伝熱管２５及び崩壊熱除去系配管１９Ｂを含む閉ループ内を循環しながら、崩壊熱で加熱された、原子炉容器２の上部プレナム内の一次系液体ナトリウムが保有する熱量を伝熱管２５内に伝える。伝熱管２５において伝熱管２５内に存在する液体ナトリウムの保有する熱量が、冷却器ケーシング３０内で伝熱管２５の外部を流れる冷却空気に伝えられ、この冷却空気の温度が上昇する。このようにして、高速増殖炉プラント１の運転停止時に炉心で発生する崩壊熱は、崩壊熱除去システム１７によって外部に放出される。すなわち、原子炉容器２の上部プレナム内の一次系液体ナトリウムが冷却される。
【００２９】
崩壊熱除去システム１７によって冷却された一次系液体ナトリウムが、原子炉容器２から一次冷却系配管４を通って中間熱交換器３に送られ、さらに一次冷却系配管４を通って原子炉容器２に戻されて原子炉容器２内の炉心に供給される。炉心に装荷された複数の燃料集合体は、この一次系液体ナトリウムによって冷却される。
【００３０】
高速増殖炉プラント１の運転が停止された後に、万が一、全交流電源喪失が生じたとき、無停電電源（例えば、バッテリー）から供給される電力により、開閉弁２２，２４が開いて、ベーン３１及びダンパ３２，３３も開く。ここで、全交流電源とは所内電源、外部電源及び非常用ディゼル発電機であり、全交流電源喪失ではこれらの電源が全て喪失する。全交流電源喪失では送風機２９の駆動が不可能なため、崩壊熱除去システム１７では、以下のようにして、炉心で発生した崩壊熱を除去する。
【００３１】
全交流電源喪失が生じた場合でも、炉心で発生する崩壊熱により加熱されて温度が上昇した一次系液体ナトリウムは、中間熱交換器３で二次系液体ナトリウムにより冷却されて温度を低下させる。このように、一次系液体ナトリウムは、原子炉容器２、中間熱交換器３及び一次冷却系配管４を含む一次冷却系の閉ループ内を自然循環により循環し、炉心で発生した崩壊熱を二次系液体ナトリウムに伝える。中間熱交換器３で温度が上昇した二次系液体ナトリウムは、蒸気発生器６で水により冷却されて温度を低下させる。このように、二次系液体ナトリウムは、中間熱交換器３、蒸気発生器６及び二次冷却系配管７を含む二次冷却系の閉ループ内を自然循環により循環し、中間熱交換器３で伝えられた崩壊熱を蒸気発生器６内で水に伝え、この水を蒸発させて蒸気にする。
【００３２】
蒸気発生器６から排出された蒸気は、主蒸気配管１２から蒸気供給管２１内に導かれ、蒸気供給管２１を通って冷却器ケーシング３０内に達する。一方、全交流電源喪失のため、崩壊熱除去系配管１９Ａに設けられた電磁ポンプは駆動できないが、炉心で発生した崩壊熱によって加熱された上部プレナム内の高温の一次系液体ナトリウムは、熱交換器１８の伝熱管内の液体ナトリウムの温度を上昇させる。温度が上昇した液体ナトリウムは、密度が小さくなって崩壊熱除去系配管１９Ａ内を上昇し、伝熱管２５に達する。伝熱管２５内の液体ナトリウムは、冷却器ケーシング３０内で伝熱管２５の外部を流れる上記した蒸気３５（図２参照）によって冷却される。主蒸気配管１２から蒸気供給管２１に流入する蒸気の温度は、熱交換器１８の伝熱管内で加熱された液体ナトリウムの温度よりも低くいため、冷却器ケーシング３０内においてその蒸気３５によって伝熱管２５内の液体ナトリウムを冷却することができる。これにより、炉心で発生した崩壊熱を冷却器ケーシング３０内で蒸気３５に伝えて一次冷却系の外部に放出することができる。冷却器ケーシング３０内で伝熱管２５内の液体ナトリウムにより加熱された蒸気３５は、冷却器ケーシング３０から蒸気排出管２３内に排出される。全交流電源喪失時にはバッテリーから供給される電力により前述の開閉弁Ａが閉じられて開閉弁Ｂが開くため、この蒸気は、蒸気排出管２３を通って復水器１１まで導かれ、復水器１１内にプールされる。
【００３３】
蒸気３５により冷却された伝熱管２５内の液体ナトリウムは、温度が低下して密度が増加するため、重力により、崩壊熱除去系配管１９Ｂ内を熱交換器１８の伝熱管まで下降する。崩壊熱除去系配管１９Ａに設けられた電磁ポンプが全交流電源喪失により駆動できなくなったとしても、熱交換器１８の伝熱管、崩壊熱除去系配管１９Ａ、伝熱管２５及び崩壊熱除去系配管１９Ｂを含む閉ループ内を液体ナトリウムが自然循環により循環するので、この液体ナトリウムにより、崩壊熱が原子炉容器２内の上部プレナムから冷却器ケーシング３０の伝熱管２５に伝えられ、さらに、冷却器ケーシング３０内の蒸気に放出される。このように、本実施例では、全交流電源喪失時においても、炉心で発生した崩壊熱を崩壊熱除去システムで蒸気によって除去することができる。
【００３４】
ちなみに、高速増殖炉プラントの運転が停止された直後では、原子炉容器２の上部プレナム内の一次系液体ナトリウムの温度が約５５０℃であるため、この一次系液体ナトリウムの温度と蒸気供給管２１によって伝熱管２５内に供給される蒸気との温度差が約３００℃になる。このため、原子炉容器２内の熱交換器１８から冷却器ケーシング３０内の伝熱管２５まで上昇した液体ナトリウムを、蒸気供給管２１を通して冷却器ケーシング３０内に供給される蒸気によって冷却することができる。
【００３５】
本実施例では、冷却器２０が空気入口部２７Ａ，２７Ｂを有しているので、蒸気供給管２１から冷却器配管２６に蒸気３５が流出する際に、冷却器配管２６内の、蒸気供給管２１と冷却器配管２６の接続部より下方の領域が負圧となり、空気入口部２７Ａ，２７Ｂを通して外部の空気３６Ａがその下方の領域に流入する。空気入口部２７Ａ，２７Ｂから流入した空気３６Ａは、蒸気供給管２１から供給される蒸気３５と共に冷却ダクト３０内に流入する。流入した空気３６Ａの流量分だけ、冷却ダクト３０内を流れる冷却流体の流量（蒸気３５及び空気３６Ａの合計流量）が増加し、冷却器ケーシング３０内において、伝熱管２５内を流れる液体ナトリウムの冷却が助長される。空気３６Ａは、蒸気と共に蒸気排出管２３を通して復水器１１内に導かれ、復水器１１内にプールされる。
【００３６】
本実施例によれば、交流電源が喪失していないときでは、高速増殖炉プラントの運転停止時に炉心で発生する崩壊熱を、送風機２９の駆動により崩壊熱除去システム１７の冷却器ケーシング３０内に供給される冷却空気によって除去することができる。万が一、全交流電源喪失が生じた場合には、高速増殖炉プラントの運転停止時に炉心で発生する崩壊熱を、蒸気発生器６で発生して、蒸気供給管２１を通して冷却器ケーシング３０内に供給される蒸気３５によって除去することができる。
【００３７】
熱交換器１８は、原子炉容器２内ではなく一次冷却系配管４に設けても良い。
【００３８】
冷却器ケーシング３０から蒸気排出管２３に流出する蒸気３５は、放射性物質を含まないので、蒸気排出管２３は、復水器１１に接続しないで、外部環境に開放しても良い。
【実施例２】
【００３９】
本発明の他の好適な実施例である実施例２の高速増殖炉プラントを、図３を用いて説明する。
【００４０】
本実施例の高速増殖炉プラント１Ａは、実施例１の高速増殖炉プラント１において崩壊熱除去システム１７を崩壊熱除去システム１７Ａに替えた構成を有する。高速増殖炉プラント１Ａの他の構成は高速増殖炉プラント１と同じである。崩壊熱除去システム１７Ａは崩壊熱除去システム１７において原子炉容器２内に設置している熱交換器１８を蒸気発生器６より上流側で二次冷却系配管７に設置した構成を有する。崩壊熱除去システム１７Ａの他の構成は実施例１で用いられる崩壊熱除去システム１７と同じである。
【００４１】
全交流電源喪失時において高速増殖炉プラントの停止時に炉心で発生した崩壊熱は、中間熱交換器３において一次冷却系の一次冷却系配管４内を流れる一次系液体ナトリウムから二次冷却系の二次冷却系配管７内を流れる二次系液体ナトリウムに伝えられる。二次系液体ナトリウムに伝えられた崩壊熱は、崩壊熱除去システム１７Ａの、二次系冷却配管７に設けられた熱交換器１８の伝熱管内を流れる液体ナトリウムに伝えられ、この液体ナトリウムを加熱する。熱交換器１８の伝熱管から崩壊熱除去系配管１９Ａを上昇して冷却器ケーシング３０内に設けられた伝熱管２５に達する。伝熱管２５内を流れる液体ナトリウムは、実施例１と同様に、蒸気供給管２１から冷却器ケーシング３０内に供給される蒸気３５によって冷却される。このため、炉心で発生した崩壊熱は、冷却器ケーシング３０内において蒸気３５によって除去される。換言すれば、蒸気３５により冷却されて温度が低下した伝熱管２５内の液体ナトリウムによって、二次冷却系配管７内の二次系液体ナトリウムが熱交換器１８において冷却される。
【００４２】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【実施例３】
【００４３】
本発明の他の好適な実施例である実施例３の高速増殖炉プラントを、図４を用いて説明する。
【００４４】
本実施例の高速増殖炉プラント１Ｂは、実施例１の高速増殖炉プラント１において崩壊熱除去システム１７を崩壊熱除去システム１７Ｂに替えた構成を有する。高速増殖炉プラント１Ｂの他の構成は高速増殖炉プラント１と同じである。崩壊熱除去システム１７Ｂは崩壊熱除去システム１７に、タービン３７、発電機３８、給水ポンプ４０及び給水加熱器４１を追加した構成を有する。おいて原子炉容器２内に設置している熱交換器１８を蒸気発生器６より上流側で二次冷却系配管７に設置した構成を有する。崩壊熱除去システム１７Ｂの他の構成は実施例１で用いられる崩壊熱除去システム１７と同じである。
【００４５】
発電機３８に連結されたタービン３７が蒸気供給管２１に設けられる。バイパス配管３９が給水ポンプ１４及び給水加熱器１５をバイパスして配置され、バイパス配管３９の一端部が給水ポンプ１４の上流で給水配管１３に接続され、バイパス配管３９の他端部が給水加熱器１５の下流で給水配管１３に接続される。給水ポンプ４０及び給水加熱器４１がバイパス配管３９に設けられる。給水ポンプ４０の容量は給水ポンプ１４の容量よりも小さく、給水加熱器４１の伝熱面積は給水加熱器１５の伝熱面積よりも小さくなっている。すなわち、給水ポンプ４０は給水ポンプ１４よりも小型であり、給水加熱器４１は給水加熱器１５よりも小型である。開閉弁４３が給水ポンプ４０の上流でバイパス配管３９に設けられ、開閉弁４２が給水加熱器４１の下流でバイパス配管３９に設けられる。発電機３８と給水ポンプ４０は、ケーブル４９によって接続されている。
【００４６】
本実施例は、実施例１と同様に、外部電源から高速増殖炉プラント１Ｂに電力が供給される、高速増殖炉プラント１Ｂの運転停止時において炉心で発生する崩壊熱は、送風機２９の駆動により冷却器ケーシング３０内に供給される冷却空気によって除去され、全交流電源が喪失した高速増殖炉プラント１Ｂの運転停止時では、炉心で発生した崩壊熱が、蒸気供給管２１を通して冷却器ケーシング３０内に供給される蒸気３５によって除去される。
【００４７】
さらに、本実施例では、高速増殖炉プラント１Ｂの運転停止時における全交流電源喪失時において、蒸気発生器６で生じて蒸気供給管２１に流入した蒸気が、冷却器ケーシング３０に流入する前に、タービン３７を通ることによりタービン３７を回転させる。タービン３７から排出された蒸気が蒸気供給管２１を通って冷却器ケーシング３０内に供給される。
【００４８】
タービン３７の回転によって発電機３８も回転し、電気が発生する。発生した電気はケーブル４４を通って給水ポンプ４０に供給され、給水ポンプ４０が駆動される。ケーブル４４内を流れる電気は、開閉弁４２，４３に供給され、給水ポンプ４０が回転される前に、開閉弁４２，４３が開く。復水器１１内に存在する給水が、給水ポンプ４０の回転によりバイパス配管３９内に流入して昇圧され、給水加熱器４１で加熱されて蒸気発生器６のシェル側領域に供給される。給水加熱器４１における給水の加熱は、タービン３７の回転によって発電機３８で発生した電力を用いて行われる。なお、給水配管１５の下流側でバイパス配管３９と給水配管１３の接続点の上流の給水配管１３に設けられた開閉弁（図示せず）が閉じているので、バイパス配管３９から給水配管１３に流出した給水が、給水加熱器１５に向かって逆流せずに蒸気発生器６に供給される。
【００４９】
給水ポンプ４０で昇圧した給水が蒸気発生器６で二次系液体ナトリウムによって加熱されて蒸気になる。この蒸気は蒸気供給管２１内に導かれる。
【００５０】
本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例では、蒸気発生器６で生じて蒸気供給管２１に導かれた蒸気を用いてタービン９を回転させて発電機３８を回転させることにより、バイパス配管３９に設けた給水ポンプ４０を回転させることができる。このため、復水器１１内に溜まっている水を、給水として、バイパス配管３９を通して蒸気発生器６に供給することができ、蒸気発生器７の水涸れを防止でき、蒸気を連続して発生させることができる。冷却器ケーシング３０内へ、この蒸気を供給し続けることができ、炉心で発生した崩壊熱をこの蒸気でより長時間に亘って継続して除去することができる。更に、本実施例では、蒸気発生器６で生じた蒸気がタービン３７で仕事をするため、タービン３７から排出された蒸気の温度は更に低下する。このため、温度が低下した蒸気が冷却器ケーシング３０内に導かれるので、冷却器ケーシング３０内における崩壊熱の除去効率が増大する。
【実施例４】
【００５１】
本発明の他の好適な実施例である実施例４の高速増殖炉プラントを、図５を用いて説明する。
【００５２】
本実施例の高速増殖炉プラント１Ｃは、実施例３の高速増殖炉プラント１Ｂにおいて崩壊熱除去システム１７Ｂを崩壊熱除去システム１７Ｃに替えた構成を有する。高速増殖炉プラント１Ｃの他の構成は高速増殖炉プラント１Ｂと同じである。崩壊熱除去システム１７Ｃは崩壊熱除去システム１７Ｂにおいて発電機３８及び発電機３８と給水ポンプ４０を接続するケーブル４４を回転軸４５に替えた構成を有する。蒸気供給管２１に設けられたタービン３７の回転軸に連結された回転軸４５は、給水ポンプの回転軸に連結される。崩壊熱除去システム１７Ｃの他の構成は実施例３で用いられる崩壊熱除去システム１７Ｂと同じである。
【００５３】
本実施例では、高速増殖炉プラント１Ｃの運転停止時における全交流電源喪失時において、実施例３と同様に、蒸気発生器６で発生した蒸気によりタービン３７が回転され、このタービン３７の回転により、タービン３７に回転軸４５で連結されている給水ポンプ４０が回転される。復水器１１内の給水が給水ポンプ４０により昇圧され、給水加熱器４１で加熱された後、蒸気発生器６に供給される。この給水は蒸気発生器６で蒸気になり、この蒸気がタービン３７に供給される。
【００５４】
本実施例は実施例３で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、給水ポンプ４０が回転軸４５によりタービン３７に連結されているため、タービン３７の回転エネルギーを用いて効率良く給水ポンプ４０を回転させることができ、タービン３７の回転エネルギーをより有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…高速増殖炉プラント、２…原子炉容器、３…中間熱交換器、４…一次冷却系配管、６…蒸気発生器、７…二次冷却系配管、９，３７…タービン、１１…復水器、１２…主蒸気配管、１３…給水配管、１４，４０…給水ポンプ、１５，４１…給水加熱器、１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ…崩壊熱除去システム、１８…熱交換器、１９Ａ，１９Ｂ…崩壊熱除去系配管、２０…冷却器、２１…蒸気供給管、２３…蒸気排出管、２５…伝熱管、２６…冷却器配管、３０…冷却器ケーシング、３１…ベーン、３２，３３…ダンパ、３８…発電機、３９…バイパス配管、４５…回転軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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