(57)【要約】動作流体としてヘリウムを利用した閉ループ発電回路を備えた原子力発電所である。原子力発電所は、さらに、複数のヘリウム貯蔵タンクを備えたヘリウム在庫管理システムを備えており、それにより、発電回路にヘリウムを供給し、あるいは発電回路からヘリウムを除去することができる。貯蔵タンクの熱的慣性が比較的大きくなるよう、ヘリウム貯蔵タンクの各々はヒート・シンクを備えており、それにより、貯蔵タンクへのヘリウムの導入および／または貯蔵タンクからのヘリウムの回収によって生じる貯蔵タンク内の温度変化が制限される。貯蔵タンク内の温度変化を制限することにより、貯蔵タンクの設計を最適化することができる。
2004526157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作流体としてヘリウムを利用した閉ループ発電回路と、発電回路へのヘリウムの導入および発電回路からのヘリウムの除去を可能にする、閉ループ発電回路との流れ連絡による接続が可能な少なくとも１つのヘリウム貯蔵タンクを有するヘリウム在庫管理システムとを有する原子力発電所を運転する方法であって、少なくとも１つの貯蔵タンクへのヘリウムの導入、および少なくとも１つの貯蔵タンクからのヘリウムの回収によって生じる、少なくとも１つの貯蔵タンク内の温度変化を２０℃に制限するステップを含む方法。
【請求項２】
ヘリウム在庫管理システムが、圧力が低タンク圧から高タンク圧まで変化する複数の貯蔵タンクを備え、原子力発電所を運転する方法が、各貯蔵タンク内の温度変化を制限するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
温度変化の制限が受動的に達成される、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
貯蔵タンク内あるいは各貯蔵タンク内にヒート・シンクを提供するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
動作流体としてヘリウムを利用した閉ループ発電回路と、
発電回路へのヘリウムの導入および発電回路からのヘリウムの除去を可能にする、発電回路との流れ連絡による接続が可能な少なくとも１つのヘリウム貯蔵タンク、および少なくとも１つの貯蔵タンクへのヘリウムの導入、および少なくとも１つの貯蔵タンクからのヘリウムの回収によって生じる、少なくとも１つの貯蔵タンク内の温度変化を２０℃に制限するための手段を備えたヘリウム在庫管理システムと
を備えた原子力発電所。
【請求項６】
前記ヘリウム在庫管理システムが、複数のヘリウム貯蔵タンクおよび各ヘリウム貯蔵タンク内の温度変化を制限するための手段を備えた、請求項５に記載の原子力発電所。
【請求項７】
高圧接続ポイントおよび低圧接続ポイントを備え、それにより、前記ヘリウム在庫管理システムを前記発電回路に選択的に接続することができる、請求項５または６に記載の原子力発電所。
【請求項８】
前記貯蔵タンクまたは各貯蔵タンクが、大きい熱的慣性を有するように設計された、請求項５から７のいずれかに記載の原子力発電所。
【請求項９】
前記大きい熱的慣性が、前記貯蔵タンクまたは各貯蔵タンクにヒート・シンクを提供することによって達成される、請求項８に記載の原子力発電所。
【請求項１０】
前記ヒート・シンクは鋼製であり、前記ヒート・シンクが配置される前記貯蔵タンクの貯蔵容量１立方メートル当たり１８０ｋｇから３００ｋｇの質量を有する、請求項９に記載の原子力発電所。
【請求項１１】
前記ヒート・シンクにおける熱伝達のための表面積が、前記貯蔵タンクの貯蔵容量１立方メートル当たり４００ｍ2から５００ｍ2である、請求項９または１０に記載の原子力発電所。
【請求項１２】
前記ヒート・シンクが複数のプレートを備え、前記プレート間の間隔がプレートの厚さの２５倍と４０倍の間である、請求項９から１１のいずれかに記載の原子力発電所。
【請求項１３】
原子力発電所のヘリウム在庫管理システムでの使用に適した貯蔵タンクであって、
容器と、
前記容器内に配置され、前記容器の貯蔵容量１立方メートル当たり８０ｋＪ／Ｋから１４０ｋＪ／Ｋの熱容量を有する、少なくとも１つのヒート・シンクと
を備えた貯蔵タンク。
【請求項１４】
前記ヒート・シンクは鋼製であり、前記容器の貯蔵容量１立方メートル当たり１８０ｋｇから３００ｋｇの質量を有する、請求項１３に記載の貯蔵タンク。
【請求項１５】
前記ヒート・シンクは、前記容器の貯蔵容量１立方メートル当たり４００ｍ2から５００ｍ2の表面積を有する、請求項１３または１４に記載の貯蔵タンク。
【請求項１６】
前記容器の貯蔵容量が１００ｍ3であり、また、前記ヒート・シンクは鋼製で、３００００ｋｇの質量、および４００００ｍ2とから００００ｍ2の表面積を有する、請求項１３から１５のいずれかに記載の貯蔵タンク。
【請求項１７】
前記ヒート・シンクはアルミニウム製であり、前記容器の貯蔵容量１立方メートル当たり９０ｋｇから１５０ｋｇの質量を有する、請求項１３に記載の貯蔵タンク。
【請求項１８】
前記ヒート・シンクは、複数のディンプルを有するシート材から形成され、各ディンプルの高さは、前記シート材の厚さの２０倍と４０倍の間である、請求項１３から１７のいずれかに記載の貯蔵タンク。
【請求項１９】
前記ヒート・シンクが複数の平行シート材を備え、前記ディンプルが、隣接するシートの間隔を互いに隔てる役割を果たしている、請求項１８に記載の貯蔵タンク。
【請求項２０】
前記ヒート・シンクは、螺旋状に形成されたシート金属の形態を有する、請求項１３から１７のいずれかに記載の貯蔵タンク。
【請求項２１】
前記金属シートが複数のディンプルを有する、請求項２０に記載の貯蔵タンク。
【請求項２２】
各ディンプルは、前記金属シートの厚さの２０倍から４０倍の高さを有する、請求項２１に記載の貯蔵タンク。
【請求項２３】
０．１ｍｍから０．３ｍｍの厚さを有する材料から形成されている、請求項１５から２２のいずれかに記載の貯蔵タンク。
【請求項２４】
前記ヒート・シンクは複数の管状エレメントを備えている、請求項１３に記載の貯蔵タンク。
【請求項２５】
前記ヒート・シンクはワイヤ・メッシュで形成されている、請求項１３に記載の貯蔵タンク。
【請求項２６】
実質的に本明細書に記載され、かつ示された、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
実質的に本明細書に記載され、かつ示された、請求項５に記載の原子力発電所。
【請求項２８】
実質的に本明細書に記載され、かつ示された、請求項１３に記載の貯蔵タンク。
【請求項２９】
実質的に本明細書に記載され、かつ示された新しい方法、原子力発電所および貯蔵タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電に関し、より詳細には原子力発電所を運転する方法および原子力発電所に関する。また、本発明は貯蔵タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
動作流体としてヘリウムを利用し、また、閉ループ発電回路に接続された原子炉およびに電力変換システムを有する原子力発電所において、生成される電力は、炉心を通って流れるヘリウムの質量流量に比例する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
生成する電力の変更を可能にするために、発電回路からのヘリウムの抽出、および発電回路へのヘリウムの導入を可能にするように構成されたヘリウム在庫管理システムを使用し、それによって、発電回路内におけるヘリウムの在庫の調整、延いては原子炉を流れる質量の調整を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様によれば、動作流体としてヘリウムを利用した閉ループ発電回路、および発電回路へのヘリウムの導入および発電回路からのヘリウムの除去を可能にする、閉ループ発電回路との流れ連絡による接続が可能な少なくとも１つのヘリウム貯蔵タンクを有するヘリウム在庫管理システムを有する原子力発電所を運転する方法が提供される。この方法には、少なくとも１つの貯蔵タンクへのヘリウムの導入、および少なくとも１つの貯蔵タンクからのヘリウムの回収によって生じる、少なくとも１つの貯蔵タンク内の温度変化を制限するステップが含まれている。
【０００５】
ヘリウム在庫管理システムは、典型的には、その圧力が低タンク圧から高タンク圧まで変化する複数の貯蔵タンクを備えており、従って原子力発電所を運転する方法は、各貯蔵タンク内の温度変化を制限するステップを包含する。
【０００６】
貯蔵タンクの設計を最適化することができるため、貯蔵タンク内あるいは各貯蔵タンク内を等温状態に維持することが理想であるが、これは実際的ではないため、費用有効性の高い方法で、貯蔵タンク内を可能な限り等温に近い状態に維持することが望ましい。原子力発電所を運転する方法は、貯蔵タンクへのヘリウムの導入、あるいは貯蔵タンクからのヘリウムの除去による貯蔵タンク内あるいは各貯蔵タンク内の温度変化を２０℃に制限するステップを含んでいてもよい。
【０００７】
温度変化の制限は受動的に達成されてもよい。そのために、原子力発電所を運転する方法は、貯蔵タンク内または各貯蔵タンク内にヒート・シンクを提供するステップを含むことができる。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、動作流体としてヘリウムを利用した閉ループ発電回路と、発電回路へのヘリウムの導入および発電回路からのヘリウムの除去を可能にする、発電回路との流れ連絡による接続が可能な少なくとも１つのヘリウム貯蔵タンク、および少なくとも１つの貯蔵タンクへのヘリウムの導入、および少なくとも１つの貯蔵タンクからのヘリウムの回収によって生じる、少なくとも１つの貯蔵タンク内の温度変化を制限するための手段を備えたヘリウム在庫管理システムとを備えた原子力発電所が提供される。
【０００９】
ヘリウム在庫管理システムは、複数のヘリウム貯蔵タンクおよび各ヘリウム貯蔵タンク内の温度変化を制限するための手段を有してもよい。
【００１０】
原子力発電所は、高圧接続ポイントおよび低圧接続ポイントを備えることができ、それにより、ヘリウム在庫管理システムを発電回路に選択的に接続することができる。
【００１１】
この構造により、外部圧縮機を必要とすることなく、高圧ポイントからヘリウムを抽出し、かつ、低圧ポイントの発電回路にヘリウムを導入することができる。
【００１２】
発電回路は、修正ブレイトン・サイクルを熱力学変換サイクルとして使用することができる。発電回路には、単軸タービン／圧縮機セットが２セット、発電機が直接結合されたパワー・タービンが１台、および向流復熱装置のホット側すなわち低圧側と低圧圧縮機の間、および低圧圧縮機と高圧圧縮機の間にそれぞれ配置された予冷器および中間冷却器が含まれていてもよい。
【００１３】
ヘリウム貯蔵タンク内の温度変化の制限は受動的に達成されてもよい。そのために、各貯蔵タンクは、大きい熱的慣性を有するように設計されていてもよい。この大きい熱的慣性は、貯蔵タンク内または各貯蔵タンク内にヒート・シンクを提供することによって達成されている。
【００１４】
当然のことではあるが、ヒート・シンクは、要件および製造上の限界によって異なり得る。
【００１５】
ヒート・シンクは鋼製であってもよく、ヒート・シンクが配置される貯蔵タンクの貯蔵容量１立方メートル当たり１８０ｋｇから３００ｋｇの質量を有していてもよい。
【００１６】
ヒート・シンクにおける熱伝達のための表面積は、貯蔵タンクの貯蔵容量１立方メートル当たり４００ｍ2から５００ｍ2の間であってもよい。
【００１７】
ヒート・シンクは複数のプレートを備えることができ、プレート間の間隔は、プレートの厚さの２５倍と４０倍の間であってもよい。
【００１８】
本発明の他の態様によれば、容器と、容器内に配置された少なくとも１つのヒート・シンクとを備えた、原子力発電所のヘリウム在庫管理システムでの使用に適した貯蔵タンクが提供される。
【００１９】
ヒート・シンクは、容器の貯蔵容量１立方メートル当たり８０ｋＪ／Ｋと１４０ｋＪ／Ｋの熱容量を有していてもよい。
【００２０】
ヒート・シンクは鋼製であってもよく、容器の貯蔵容量１立方メートル当たり１８０ｋｇから３００ｋｇの質量を有していてもよい。
【００２１】
ヒート・シンクは、容器の貯蔵容量１立方メートル当たり４００ｍ2から５００ｍ2の表面積を有していてもよい。
【００２２】
容器は１００ｍ3の貯蔵容量を有してもよい。また、ヒート・シンクは鋼製でもよく、３００００ｋｇの質量、および４００００ｍ2から５００００ｍ2の表面積を有していてもよい。
【００２３】
ヒート・シンクはアルミニウム製でもよく、容器の貯蔵容量１立方メートル当たり９０ｋｇから１５０ｋｇの質量を有していてもよい。
【００２４】
ヒート・シンクは、各々の高さがシート材の厚さの２０倍と４０倍の間である複数のディンプルを有するシート材で形成されていてもよい。
【００２５】
ヒート・シンクは複数の平行シート材を備えてもよく、ディンプルが、隣接するシートの間隔を互いに隔てる役割を果たし、それにより、シート間のヘリウムの流れを容易にしている。
【００２６】
ヒート・シンクは、螺旋状に形成されたシート金属の形態を有することができる。
【００２７】
金属シートは、複数のディンプルを有していてもよい。
【００２８】
各ディンプルは、金属シートの厚さの２０倍から４０倍の高さを有してもよい。
【００２９】
材料の厚さは、０．１ｍｍと０．３ｍｍの間であってもよい。
【００３０】
ヒート・シンクは、複数の管状エレメントを備えることができる。
【００３１】
ヒート・シンクは、ワイヤ・メッシュで形成することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、一例として、添付の図面を参照して本発明を説明する。
【００３３】
図１の参照番号１０は、本発明による原子力発電所部分を一括して表している。原子力発電所１０は、原子炉１２および参照番号１４で一括して示す電力変換システムを備えている。原子炉１２および電力変換システム１４は、共に、参照番号１６で一括して示す閉ループ発電回路に接続されている。
【００３４】
また、図２を参照すると、原子力発電所１０は、以下でより詳細に説明するように、発電回路１６への選択接続および発電回路１６からの選択切離しが可能な、参照番号１８で一括して示すヘリウム在庫管理システムを備えている。
【００３５】
発電回路１６は、高圧単軸タービン圧縮機セット２０、低圧単軸タービン圧縮機セット２２、および発電機２６に駆動接続されたパワー・タービン２４を備えている。
【００３６】
高圧タービン圧縮機セット２０は、高圧圧縮機３０に駆動接続された高圧タービン２８を備えている。同様に、低圧タービン圧縮機セット２２は、低圧圧縮機３４に駆動接続された低圧タービン３２を備えている。
【００３７】
発電回路１６は、さらに、向流復熱装置３６、予冷器３８および中間冷却器４０を備えている。予冷器３８は、復熱装置３６のホット側すなわち低圧側と低圧圧縮機３４の間に配置されている。中間冷却器４０は、低圧圧縮機３４と高圧圧縮機３０の間に配置されている。
【００３８】
ヘリウム在庫管理システム１８は、８つの貯蔵タンク４２ないし５６、およびブースタ・タンク５８を備えている。
【００３９】
貯蔵タンク４２ないし５６の圧力は、貯蔵タンク４２の最低圧力から貯蔵タンク５６の最高圧力まで変化し、貯蔵タンク４４から５４の圧力は、その中間圧力である。
【００４０】
発電回路１６へのヘリウムの注入が望ましい場合は、最低圧力の貯蔵タンクから、図１の参照番号６０で示す発電回路１６の低圧注入ポイントにヘリウムが供給される。発電回路１６からヘリウムを抽出する場合は、図１の参照番号６２で示す高圧抽出ポイントからヘリウムが抽出され、ヘリウムを受け取る容量を有する最高圧力の貯蔵タンクへ供給される。
【００４１】
次に図３を参照すると、貯蔵タンク４２ないし５８の各々は、容器６４および容器６４内に配置されたヒート・シンク６６を備えている。
【００４２】
ヒート・シンク６６は、貯蔵タンクへのヘリウムの導入中であるか否か、あるいは貯蔵タンクからのヘリウムの除去中であるか否かに関係なく、温度変化が比較的小さくなるよう、つまり最大温度変化が２０℃を超えないよう、十分に大きい熱的慣性を有するようになされており、したがって貯蔵タンク内は、通常、等温状態に維持されている。
【００４３】
図３に示すヒート・シンク６６は、格子状に配列された比較的薄い複数の平行プレート６８を備えている。プレート上のディンプルは、プレートを分離する役割を果たしており、プレート間のヘリウムの流れを可能にしている。
【００４４】
プレートの厚さは、通常、０．１ｍｍと０．３ｍｍの間であり、プレート間の間隔は、通常、プレートの厚さの２５倍と４０倍の間である。この点に関して、本発明者は、厚さが約０．１ｍｍ未満のプレートは、良好に動作させることが困難であることを確信している。また、プレートの厚さが０．３ｍｍを超えると、単位質量当たりの表面積が小さくなり、そのために、ヒート・シンクとヘリウムの間の熱伝達の効率が低下することになる。プレート間の間隔は、通常、容器６４全体にプレートが一様に分布するように選択される。
【００４５】
当然のことではあるが、ヒート・シンク６６の熱的慣性は、貯蔵タンクの大きさによって変化する。しかしながら、貯蔵容量が約１００立方メートルのタンクの場合、ヒート・シンク６６の質量は、そのヒート・シンクが鋼製の場合、約３００００ｋｇになり、また、ヒート・シンク６６の表面積は、４００００ｍ2と５００００ｍ2の間になる。ヒート・シンクがアルミニウム製の場合、その質量は約１５０００ｋｇであり、表面積は４００００ｍ2と５００００ｍ2の間である。
【００４６】
当然のことではあるが、ヒート・シンク６６は、その構成を変更することができる。したがって、例えば図４の参照番号８０は、本発明による他の貯蔵タンク部分を一括して示したもので、特に指示がない限り、類似の部品には、上で使用した参照番号と同じ番号が使用されている。この実施形態では、ヒート・シンク６６は、通常、螺旋ロールの形態が取られている。この場合も、貯蔵タンクの貯蔵容量が約１００ｍ3である場合、ヒート・シンク６６は、通常、幅が約９．５ｍ、厚さが０．１ｍｍと０．３ｍｍの間、ディンプルの高さが、提供されるプレートの厚さの約２０倍ないし４０倍である１枚の金属シート６８から形成されている。螺旋は、シート金属を、断面が概ね円形のロールに形成することによって形成されている。他の実施形態では、ロールの断面は概ね正方形である。金属シート上のディンプルは、隣接するシート層の間隔を隔てる役割を果たしている。これらのヒート・シンク６６の１つまたは複数を、貯蔵タンクの容器６４内に軸方向に配置することができる。シート材を使用する代わりに、ワイヤ・メッシュでヒート・シンク６６を形成することもできる。
【００４７】
同様に、図５の参照番号９０は、本発明による他の貯蔵タンク部分を一括して示したもので、特に指示がない限り、類似の部品には、上で使用した参照番号と同じ番号が使用されている。
【００４８】
本発明によるこの実施形態のヒート・シンク６６は、複数のチューブ９２から形成されている。チューブ９２は、通常、容器６４に軸方向に配列されている。
【００４９】
本発明者は、貯蔵タンク内の温度変化を制限することにより、原子力発電所の運転条件を満足する十分な量のヘリウムを貯蔵するために必要な貯蔵量が最少化されることを確信している。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による原子力発電所部分を示す略図である。
【図２】本発明による原子力発電所部分を形成しているヘリウム在庫管理システムを示す略図である。
【図３】本発明によるヘリウム在庫管理システムの貯蔵タンク部分の略断面立面図である。
【図４】本発明による他の貯蔵タンクの拡大略横断面立面図である。
【図５】本発明によるさらに他の貯蔵タンク部分の断面立面図である。
【国際公開パンフレット】
2004526157.tif 000003
2004526157.tif 000004
2004526157.tif 000005
2004526157.tif 000006
2004526157.tif 000007
2004526157.tif 000008
2004526157.tif 000009
2004526157.tif 000010
2004526157.tif 000011
2004526157.tif 000012
2004526157.tif 000013
2004526157.tif 000014
2004526157.tif 000015
2004526157.tif 000016
2004526157.tif 000017
2004526157.tif 000018
2004526157.tif 000019
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004526157.tif 000020
2004526157.tif 000021
【国際調査報告】
2004526157.tif 000022
2004526157.tif 000023
2004526157.tif 000024
2004526157.tif 000025
2004526157.tif 000026