(57)【要約】【課題】全電源喪失時においても、崩壊熱除去系による安定した崩壊熱の除去が可能な原子炉を提供する。【解決手段】原子炉容器内を循環する炉心冷却材が自然対流で閉回路を循環する冷却媒体を介した大気との熱交換により原子炉停止時に発生する崩壊熱を除去する崩壊熱除去系が、大気取入口３１及び大気放出口３２を備えて大気を自然対流で流通させる煙突状の空気流路３０と、炉心冷却材の内部に設置されて冷却媒体と炉心冷却材との間で熱交換する崩壊熱除去熱交換器と、空気流路３０に設置されて冷却媒体と大気との間で熱交換する空気冷却器４０と、空気流路３０に設置された空気冷却器４０の通過空気量を調整する入口ダンパ５１及び出口ダンパ５２を有する空気流量制御部５０と、空気流路３０の外壁に設置されて流路内外の温度差で発電し、全電源停止時に空気流量制御部５０の電力供給源となる熱電発電装置６０とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉容器内を循環する炉心冷却材が自然対流で閉回路を循環する冷却媒体を介した大気との熱交換により原子炉停止時に発生する崩壊熱を除去する崩壊熱除去系を備え、
前記崩壊熱除去系が、
大気取入口及び大気放出口を備えて前記大気を自然対流で流通させる煙突状の空気流路と、
前記炉心冷却材の内部に設置されて前記冷却媒体と前記炉心冷却材との間で熱交換する崩壊熱除去熱交換器と、
前記空気流路に設置されて前記冷却媒体と前記大気との間で熱交換する空気冷却器と、
前記空気流路に設置された前記空気冷却器の通過空気量を調整するダンパ部を有する空気流量制御部と、
前記空気流路の外壁に設置されて流路内外の温度差で発電し、全電源停止時に前記空気流量制御部の電力供給源となる熱電発電装置と、
を備えていることを特徴とする原子炉。
【請求項２】
前記熱電発電装置は、前記空気冷却器の下流側に設置された前記ダンパ部の下流側近傍に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の原子炉。
【請求項３】
前記熱電発電装置の発電量に応じて蓄電または放電する蓄電装置を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速炉等の原子炉停止時において、電源を喪失した場合でも崩壊熱除去が可能な原子炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉は、何らかの理由で全交流電源等の電源が喪失した場合においても、原子炉を安全に停止し、かつ、停止後の冷却を可能にすることが要求されている。
すなわち、原子炉は、運転中に生成された核分裂生成物の崩壊に伴い、長期にわたり崩壊熱が発生するため、崩壊熱の冷却に必要な機器においては、長期間にわたる電源供給が必要とされる。なお、上述した全交流電源等の電源が喪失した場合は、外部電源の機能を喪失した外部電源喪失、非常用発電機の機能を喪失した短期の全交流電源喪失（Station Black Out；ＳＢＯ）、さらに、無停電電源の機能を喪失（容量喪失等）した長期の全交流電源喪失に至った電源喪失状態を意味しており、以下では「全電源喪失時」とも呼ぶことにする。
【０００３】
高速炉（例えば高速増殖炉：Fast  Breeder  Reactor；ＦＢＲ、あるいは増殖を目的としない高速中性子を利用する原子炉を総称して「高速炉」という）と呼ばれる原子炉は、炉心冷却材として液体金属ナトリウム等の液体金属を用いた高温プラントであり、炉心出入口温度差が大きいことから密度差を利用した炉心冷却材の自然循環力を確保できる。
【０００４】
従って、高速炉には、自然対流で循環する原子炉容器内の炉心冷却材と大気との間で、冷却媒体を介した熱交換を行って崩壊熱を除去（冷却）する崩壊熱除去系を備えたものがある。この崩壊熱除去系は、冷却媒体として炉心冷却材と同じ液体金属ナトリウム等が用いられている。このため、温度差によって自然に起きる炉心冷却材及び冷却媒体の対流現象（自然循環）と、熱伝達率の高い炉心冷却材及び冷却媒体の性質とを生かし、煙突効果による大気の自然通風を利用した崩壊熱の除去を可能にしたものである。
このため、崩壊熱除去系を備えた高速炉の場合には、動力（電力等）を必要とする流体機械（ポンプ等）による冷却媒体の循環が不要となり、従って、例えば軽水炉のように大量の冷却媒体（海水等）を循環させるポンプの運転が不可欠な原子力プラントと比較すれば、崩壊熱の除去に必要な電源容量を大幅に低減することが可能になる。
【０００５】
すなわち、崩壊熱除去系を備えている高速増殖炉においては、崩壊熱の除去に電源を必要とする崩壊熱除去系の構成機器が、空気冷却器の出入口に取り付けて外気（大気）の自然通風風量を調節するダンパ装置の監視制御機器のみとなる。
この結果、高速炉の崩壊熱を除去するためには、ダンパ装置の監視制御機器に小容量（例えば数十ｋＷ程度）の電源が必要となるので、崩壊熱除去系の電源供給にどのような電源設備を適用するかが懸案事項である。
【０００６】
従来、当該電源設備としては、蓄電装置の設置が検討されていた。しかし、蓄電装置のような電源設備は、保有している電池容量分しか電源供給できないという課題が指摘されている。さらに、蓄電装置で長期間の電源容量を確保する場合には、設備規模の増大が必要になることも課題となる。従って、このような蓄電装置の課題を解消でき、しかも、長期間継続しての安定した電源供給を可能にする電源設備が必要となる。
【０００７】
上述した蓄電装置の課題解決方法としては、タービン等の動的機器で構成される電源設備（例えばガスタービン発電機やディーゼル発電機）や、自然エネルギーを利用する直接発電設備（例えば太陽光発電）が考えられる。
しかし、前者の電源設備は、燃料供給や設備冷却等の付帯設備を構成する動的機器類が多くなり、従って、起動失敗や部品故障、外的事象耐性等の観点で信頼性に劣るという課題を有している。また、後者の電源設備は、天候に依存するものであるから、発電量が不安定になるという課題を有している。
【０００８】
一方、温度差に比例した電位差（電圧）を生じる現象、すなわちベーゼック効果により発電可能な熱電発電が知られている。この熱電発電は、未利用の廃熱エネルギーを利用した発電が可能であり、例えば下記の特許文献１に開示された炉壁用熱電変換装置には、熱電発電モジュールを焼却炉等の炉壁に埋め込み、炉壁からの放熱を利用して経済的な熱電発電を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１９００７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、崩壊熱除去系を備えた高速炉等の原子炉は、軽水炉のような原子力設備と比較すれば少ない電源容量ですむものの、崩壊熱除去用として長期的に安定した信頼性の高い電源の確保が必要であることに変わりはない。このような背景から、高速炉等の原子炉停止時においては、全交流電源等の電源を喪失した状態の全電源喪失時でも、崩壊熱除去系による安定した崩壊熱の除去を可能にすることが求められている。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、全電源喪失時においても、崩壊熱除去系による安定した崩壊熱の除去が可能な原子炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る原子炉は、原子炉容器内を循環する炉心冷却材が自然対流で閉回路を循環する冷却媒体を介した大気との熱交換により原子炉停止時に発生する崩壊熱を除去する崩壊熱除去系を備え、前記崩壊熱除去系が、大気取入口及び大気放出口を備えて前記大気を自然対流で流通させる煙突状の空気流路と、前記炉心冷却材の内部に設置されて前記冷却媒体と前記炉心冷却材との間で熱交換する崩壊熱除去熱交換器と、前記空気流路に設置されて前記冷却媒体と前記大気との間で熱交換する空気冷却器と、前記空気流路に設置された前記空気冷却器の通過空気量を調整するダンパ部を有する空気流量制御部と、前記空気流路の外壁に設置されて流路内外の温度差で発電し、全電源喪失時に前記空気流量制御部の電力供給源となる熱電発電装置と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
このような本発明の原子炉によれば、全電源喪失時において、空気流路に設置された空気冷却器の通過空気量を調整するダンパ部を有する小容量の電源で動作する空気流量制御部が、空気流路の外壁に設置されて流路内外の温度差で発電する熱電発電装置を電力供給源として動作するので、自然対流で閉回路を循環する冷却媒体の温度を制御して崩壊熱除去系による安定した崩壊熱の除去が可能になる。
また、熱電発電装置の設置場所は、冷却媒体が循環する閉回路外であるから、熱電発電装置の設置に起因する冷却媒体漏洩を防止できる。
【００１３】
上記の発明において、前記熱電発電装置は、前記空気冷却器の下流側に設置された前記ダンパ部の下流側近傍に設置されていることが好ましく、これにより、空気冷却器の通過空気量を調整するダンパ部の開度制御に、熱電発電装置の発電による空気流路内の温度低下を考慮する必要がなく、従って、制御因子の低減が可能となる。
【００１４】
上記の発明において、前記熱電発電装置の発電量に応じて蓄電または放電する蓄電装置を備えていることが好ましく、これにより、発電量の変動に対応して安定した崩壊熱の除去が可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
上述した本発明によれば、全交流電源等の電源を喪失した状態の全電源喪失時においても、熱電発電装置を電力供給源として崩壊熱除去系による安定した崩壊熱の除去が可能な原子炉となる。特に、炉心冷却材及び冷却媒体に液体金属ナトリウムのような液体金属を使用する高速炉においては、炉心冷却材及び冷却媒体の対流現象や伝熱特性を有効利用することで電源容量が少なくてすむので、空気流路の外壁に設置可能な熱電発電装置の発電能力でも、長期間にわたって安定した崩壊熱の除去を継続することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る原子炉の一実施形態として、崩壊熱除去系の空気流路及び空気冷却器を示す説明図である。
【図２】図１に示した空気流路の外壁に設置されている熱電発電装置の概要を示す図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は拡大断面図である。
【図３】崩壊熱除去系を備えた原子炉の一例として高速増殖炉（ＦＢＲ）を用いた発電設備の概要を示す構成図である。
【図４】空気流量制御部の構成例及び熱電発電装置の電源供給例を示す給電系統図である。
【図５】図４に示した熱電発電装置及び蓄電装置における蓄電／放電に関する説明図であり、（ａ）は熱電発電装置が発電した電力の余剰分を蓄電装置に蓄電する場合を示し、（ｂ）は熱電発電装置が発電した電力の不足分を蓄電装置から放電して供給する場合を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る原子炉の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図３に示す構成図は、原子炉停止時に発生する崩壊熱を除去するための崩壊熱除去系を備えた原子炉の一例として、高速炉の一種である高速増殖炉（ＦＢＲ）を用いた発電設備の概要を示している。
【００１８】
図３に示す発電設備は、格納容器１内に収納された原子炉容器２、熱交換器３及び１次系ポンプ３ａと、蒸気発生器４と、２次系ポンプ５と、発電機６と同軸に連結された蒸気タービン７と、復水器８とを主な構成要素とする。
原子炉容器２の内部には、容器内を循環する炉心冷却材が充填されている。この炉心冷却材には、例えば液体金属ナトリウム等の液体金属が使用されている。この液体金属ナトリウムは、低融点／高沸点に加えて熱電導率のよい冷却材である。
【００１９】
通常の原子炉運転（発電）時においては、炉心２ａで発生する熱を受けて温度上昇する炉心冷却材が、原子炉容器２と熱交換器３との間を連結する閉回路の１次冷却系を循環している。このような炉心冷却材の循環は、１次系ポンプ３ａを運転することにより行われる。
熱交換器３では、２次系ポンプ５の運転により閉回路の２次冷却系を循環する熱媒体と炉心冷却材との間で熱交換が行われる。この場合、２次冷却系を循環する熱媒体には、上述した炉心冷却材と同様の液体金属ナトリウムが使用されている。この２次冷却系では、熱交換器３を通過する際に、１次冷却系を循環する炉心冷却材との熱交換により吸熱した熱媒体が温度上昇する。
【００２０】
こうして温度上昇した熱媒体は、蒸気発生器４を通過して流れる際に、水・蒸気系の蒸気発生器４を循環して流れる水と熱交換する。水・蒸気系は、蒸気発生器４、蒸気タービン７及び復水器８を備えた閉回路の流路である。吸熱側の水は、蒸気発生器４を通過する際に、高温の熱媒体による加熱を受けて蒸気となる。こうして生成された蒸気は、蒸気タービン７に供給される。従って、この蒸気により運転される蒸気タービン７は、発電機６を駆動して発電するための動力源となる。
蒸気タービン７で仕事をした蒸気は、復水器８で水に戻された後、再度蒸気タービン７へ供給される。従って、水・蒸気系の熱媒体となる水は、水または蒸気の状態変化を繰り返しながら閉回路を循環することとなる。
【００２１】
上述した１次冷却系の炉心冷却材が循環する原子炉容器２及び熱交換器３には、原子炉停止時に発生する崩壊熱を除去する崩壊熱除去系１０，１０Ａが各々独立して設けられている。この崩壊熱除去系１０，１０Ａは、原子炉容器２の内部を含む１次冷却系を自然対流で循環する炉心冷却材が、閉回路とした冷媒循環流路１１，１１Ａを自然対流で循環する冷却媒体を介して大気と熱交換することにより、原子炉停止時に発生する崩壊熱を除去するものである。
本実施形態において、自然対流で崩壊熱除去系１０，１０Ａの冷媒循環流路１１，１１Ａを循環する冷却媒体は、上述した炉心冷却材と同様の液体金属ナトリウムである。
【００２２】
さて、上述した崩壊熱除去系１０，１０Ａは、炉心冷却材の内部に設置されている崩壊熱除去熱交換器２０，２０Ａの位置が、原子炉容器２または熱交換器３と異なってはいるものの、実質的な構成及び作用効果は同じである。従って、以下の説明では、崩壊熱除去熱交換器２０が原子炉容器２の内部に設置された崩壊熱除去系１０について、その構成及び作用効果を詳細に説明することとする。この場合、崩壊熱除去熱交換器２０は、直接炉心冷却方式熱交換器（Heat Exchanger of Direct Reactor Auxiliary Cooling System）と呼ばれる熱交換器であり、崩壊熱除去熱交換器２０Ａは、一次系炉心冷却方式熱交換器（Heat Exchanger of Primary Reactor Auxiliary Cooling System）と呼ばれる熱交換器である。
なお、崩壊熱除去熱交換器２０Ａが熱交換器３の内部に設置された崩壊熱除去系１０Ａについては、同様の構成要素に対して、末尾にＡを追記した同じ符号を図中に付すこととする。
【００２３】
崩壊熱除去系１０は、図１〜図４に示すように、大気取入口３１及び大気放出口３２を備えて大気を自然対流で流通させる煙突状の空気流路３０と、炉心冷却材の内部に設置されて冷却媒体と炉心冷却材との間で熱交換する崩壊熱除去熱交換器２０と、空気流路３０に設置されて冷却媒体と大気との間で熱交換する空気冷却器４０と、空気流路３０に設置された空気冷却器４０の通過空気量を調整するダンパ部を有する空気流量制御部５０と、空気流路３０の外壁に設置されて流路内外の温度差で発電する熱電発電装置６０とを備えている。
この場合、上述した熱電発電装置６０は、高速増殖炉の全電源喪失時に空気流量制御部５０を動作させるための電力供給源となる。
【００２４】
また、上述した崩壊熱除去系１０の冷媒循環流路１１には、閉回路内で冷却媒体の容積変化を吸収するための膨張タンク１２が、必要に応じて適所に設けられている。
崩壊熱除去熱交換器２０は、原子炉容器２内において炉心冷却材の内部（液中）に設置されている。この崩壊熱除去熱交換器２０は、原子炉容器２内の炉心冷却材と、崩壊熱除去系１０の冷媒循環流路１１内を循環する冷却媒体との間で熱交換を行い、崩壊熱により温度上昇した炉心冷却材から低温側の冷却媒体が吸熱する。なお、原子炉容器２及び熱交換器３の内部を連結した冷却１次系においては、崩壊熱を受けた炉心冷却材が自然対流によって系内を循環している。
【００２５】
空気流路３０は、大気取入口３１及び大気放出口３２が発電設備の建屋外へ開口し、低所に開口する大気取入口３１から低温の外気（大気）を導入するとともに、高所に開口する大気放出口３２から高温の外気を放出する煙突状に形成されている。従って、空気流路３０には、煙突効果によって空気の自然対流が生じることとなる。
【００２６】
空気流路３０の途中には、好ましくは大気取入口３１に近い空気流路３０の下端部側には、通過空気量を調整する上流側の入口ダンパ５１と下流側の出口ダンパ５２との間に、空気冷却器４０が設置されている。この空気冷却器４０には、崩壊熱除去熱交換器２０で吸熱して温度上昇した冷却媒体が冷媒循環流路１１を通って流入する。この冷却媒体は、温度差で発生する自然対流の流れにより冷媒循環流路１１を循環し、空気冷却器４０内は冷却媒体流路４１を通って流れる。なお、冷却媒体流路４１の外部には、伝熱面積を増すため多数のフィン４２が取り付けられている。
【００２７】
一方、空気冷却器４０が設置された空気流路３０は、建屋外から導入された低温の外気が流れている。このため、冷却媒体流路４１の内部を流れる高温の冷却媒体は、冷却媒体流路４１の外部を流れる低温の外気と熱交換して吸熱（冷却）される。
この結果、吸熱されて温度低下した冷却媒体は、冷媒循環流路１１を通って崩壊熱除去熱交換器２０に戻され、吸熱により温度上昇した外気は、大気放出口３２から大気へ放出される。
【００２８】
上述した空気冷却器４０は、通過空気量を調整するため、入口ダンパ５１及び出口ダンパ５２を有する空気流量制御部５０を備えている。この通過空気量調整は、崩壊熱除去系１０の冷媒循環流路１１を自然対流で循環する冷却媒体の温度が、所定値以下の低温とならないよう制御するために必要となる。
【００２９】
すなわち、冷却媒体の液体金属ナトリウムは約１００℃で凝固し、約２００℃以下の温度で酸化物等の不純物が析出する。このため、空気冷却器４０で冷却媒体を冷やしすぎると冷却媒体が約２００℃より低温になり、不純物の析出や液体金属ナトリウムの凝固による冷媒循環流路１１や冷却媒体流路４１の流路閉塞が生じ、この結果、崩壊熱除去量の低下や喪失が懸念される。従って、液体金属ナトリウムを冷却媒体とする場合には、不純物が析出しない２００℃以上の温度を所定値に定め、この温度以上の高温を維持することが必要となる。
【００３０】
そこで、上述した２００℃以上の冷却媒体温度を維持して流路閉塞を防止するため、空気流量制御部５０により入口ダンパ５１及び出口ダンパ５２の開度制御を実施し、空気冷却器４０の通過空気量を調整する。
空気流量制御部５０は、空気冷却器４０の上流側及び下流側に配置された開度調整可能な入口ダンパ５１及び出口ダンパ５２を有している。入口ダンパ５１及び出口ダンパ５２は、たとえば電動機を駆動源として全開から全閉までの範囲内で所望の開度に調整可能なものであれば、特に限定されることはない。なお、入口ダンパ５１及び出口ダンパ５２には、空気圧を利用して開閉動作するタイプの採用も可能である。
【００３１】
また、空気流量制御部５０は、上述した入口ダンパ５１及び出口ダンパ５２の開度制御を行うため、例えば図４に示すように、演算処理や各種制御等を行う制御装置５３、冷却媒体の流量や温度、空気冷却器４０内の空気温度等を検出する計測装置５４を備えている。そして、図示の構成例では、空気流量制御部５０の電源として、蓄電装置７０を併設した熱電発電装置６０を備えている。この熱電発電装置６０は、空気冷却器４０の下流側近傍に設置され、より好ましい設置位置は、出口ダンパ５２の下流側近傍となる。
【００３２】
図示の制御装置５３は、計測装置５４から検出値の入力を受け、予め定めた演算処理を行って入口ダンパ５１及び出口ダンパ５２の開度を決定する。そして、入口ダンパ５１及び出口ダンパ５２の電動機に制御信号を出力し、決定した開度となるように電動機を駆動して開閉操作する。
【００３３】
熱電発電装置６０は、いわゆるベーゼック熱電変換モジュールの集合体である。ベーゼック熱電変換モジュールは、ｐ型半導体とｎ型半導体との組合せからなる熱電変換素子を複数組交互接続して絶縁材で挟むとともに、起電力を取り出すための端子を取り付けて一体化したものである。
本実施形態の熱電発電装置６０は、たとえば図２に示すように、発電モジュール６１を上下左右に多数並べて空気流路３０の外壁に設置されている。また、発電モジュール６１の低温側（空気流路３０の外側）となる建屋内には、高温側となる空気流路３０の内部と温度差を増すため、建屋内の空気と接する放熱フィン６２が設けられている。
【００３４】
上述したように、熱電発電装置６０は、空気冷却器４０を通過して温度上昇した空気が通過する空気流路３０の外壁に設置されているので、空気流路３０の内側（高温側）と建屋内の気温（低温側）との温度差により発電することができる。また、熱電発電装置６０の設置位置を出口ダンパ５２の下流側近傍とすれば、空気冷却器４０の通過空気量を調整する入口ダンパ５１及び出口ダンパ５２の開度制御に、熱電発電装置６０の発電による空気流路３０内の温度低下を考慮する必要がなくなるので、制御因子の低減により制御装置５３による制御が容易になる。
【００３５】
熱電発電装置６０で発電した電力は、原子炉停止時に空気流量制御部５０を操作するために使用される。従って、熱電発電装置６０で発電した電力は、入口ダンパ５１及び出口ダンパ５２を開閉操作する電動機だけでなく、開度制御を行うために設けられている制御装置５３、計測装置５４の電源としても使用される。
【００３６】
また、蓄電装置７０を併設した場合には、図５（ａ），（ｂ）に示すように、蓄電装置７０への充電や蓄電装置７０からの放電が可能になる。
すなわち、熱電発電装置６０の発電量と、上述した入口ダンパ５１及び出口ダンパ５２等の電力供給先における電力の使用容量との関係により、発電量が使用容量より大きい（ａ）においては、使用量分を電力供給先に供給して余剰分を蓄電装置７０に蓄電する。
【００３７】
上述した蓄電は、例えば入口ダンパ５１及び出口ダンパ５２の電動機が駆動されないため、消費電力が小さい場合等に実施される。また、例えば入口ダンパ５１及び出口ダンパ５２の電動機を駆動して消費電力が大きくなり、発電量が使用容量より小さい（ｂ）においては、全発電量を電力供給先に供給するとともに、蓄電装置７０から不足分を供給することが可能になる。
このように、蓄電装置７０を併設することにより、熱電発電装置６０に要求する発電量を小さく設定することが可能になり、さらに、発電量の変動に対応して安定した崩壊熱の除去も可能になる。なお、熱電発電装置６０に要求される発電量は増大するものの、蓄電装置７０の併設を省略してもよい。
【００３８】
ここで、熱電発電装置６０の具体的な設置について、電力供給先の使用量や発電量を検討した一例を示す。
熱電発電装置６０の発電量は、温度差の二乗に比例するため、高温側及び低温側の温度条件を設定する。この場合、高温側については、熱源を空気冷却器４０の出口空気温度とし、原子炉停止後から徐々に温度低下して最低温度に安定した状態２００℃に設定する。一方、低温側については、建屋の室内雰囲気温度とし、全電源喪失時には空調設備が停止しているため最高温度を６０℃に設定する。
【００３９】
また、ベーゼック熱電変換モジュールとしては、例えばＢｉＴｅ系の材料を用いたものが市販されている。この製品は、平面視が一辺５０ｍｍの正方形であり、高温側電極２８０℃／低温側電極３０℃の場合に最大２４Ｗの出力を得られ、変換効率は最大７．２％である。この場合、最大出力密度時の動作条件は温度差２５０℃（高温側２８０℃／低温側３０℃）であり、約１０ｋＷ／ｍ２と高い出力密度が得られる。
【００４０】
上記の条件で出力密度を算出すると、下記の数式で示される。
【数１】
2013253830.tif 000003
【００４１】
また、上述した崩壊熱除去系１０，１０Ａで必要な電力は、入口ダンパ５１，５１Ａ、出口ダンパ５２，５２Ａの電動機が１８ｋＷ程度、制御装置５３等による監視制御が１２ｋＷ程度となり、合計の必要電力は３０ｋＷ程度となる。
【００４２】
従って、上述した市販のベーゼック熱電変換モジュールは、算出結果より出力密度が３ｋＷ／ｍ２であるから、熱電発電装置６０の設置面積は、１０ｍ２以上あれば必要電力を十分に確保できる。ちなみに、空気流路３０の外壁は、一辺が４〜６ｍの矩形断面であり、建屋内から屋外まで連続する長尺のダクトであるから、上述した熱電発電装置６０を設置するには十分なスペースを有している。なお、熱電発電装置６０の設置は、全体のバランスを考慮すると、４面ある外壁面に対して均等に設置し、一面あたり２．５ｍ２ずつ設置することが好ましい。
【００４３】
上述した本実施形態によれば、全交流電源等の電源を喪失した状態の全電源喪失時においても、熱電発電装置６０を電力供給源として崩壊熱除去系１０，１０Ａによる安定した崩壊熱の除去が可能な原子炉となる。特に、炉心冷却材及び冷却媒体に液体金属ナトリウムのような液体金属を使用する高速炉においては、炉心冷却材及び冷却媒体の対流現象や伝熱特性を有効利用することで電源容量が少なくてすむので、空気流路３０の外壁に設置可能な熱電発電装置６０の発電能力でも十分な発電量を確保し、長期間にわたる安定した崩壊熱の除去を継続することができる。
【００４４】
ところで、上述した実施形態では、冷却材として液体金属ナトリウムを使用する高速増殖炉について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、液体金属ナトリウムと類似した性質の冷却材を使用する高速増殖炉や、増殖を目的としない高速中性子を利用する原子炉のような高速炉にも適用可能である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００４５】
２    原子炉容器
３    熱交換器
３ａ    １次系ポンプ
４    蒸気発生器
５    ２次系ポンプ
６    発電機
７    蒸気タービン
８    復水器
１０，１０Ａ    崩壊熱除去系
１１，１１Ａ    冷媒循環流路
２０，２０Ａ    崩壊熱除去熱交換器
３０，３０Ａ    空気流路
３１，３１Ａ    大気取入口
３２，３２Ａ    大気放出口
４０，４０Ａ    空気冷却器
５０    空気流量制御部
５１，５１Ａ    入口ダンパ（ダンパ部）
５２，５２Ａ    出口ダンパ（ダンパ部）
５３    制御装置
５４    計測装置
６０    熱電発電装置
７０    蓄電装置
【図１】
2013253830.tif 000004
【図２】
2013253830.tif 000005
【図３】
2013253830.tif 000006
【図４】
2013253830.tif 000007
【図５】
2013253830.tif 000008