(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気によって蒸気タービンを駆動させて発電を行う発電設備において、
前記蒸気を供給して仕事をさせる蒸気タービンのうち、最後尾に設置される蒸気タービン以前であって蒸気が流動する経路を構成する構造物の内部へ電磁波を透過させる窓と、
前記窓から前記構造物の内部へ透過させる前記電磁波を前記構造物の内部で反射させる電磁波反射体とを設け、
前記構造物の外部に取り付けた電磁波発生装置から前記窓に向けて照射される前記電磁波を、前記窓を透過させて前記構造物の内部へ導き、前記構造物の内部に設けられる前記電磁波反射体で反射させて前記構造物内の蒸気を加熱するように構成したことを特徴とする発電設備。
【請求項２】
前記構造物は、前記蒸気タービンであり、前記蒸気タービンの少なくとも一台以上に設けられる前記窓から前記蒸気タービンに照射された電磁波を前記蒸気タービンの内部へ透過させて前記蒸気タービン内を流れる蒸気を加熱するように構成したことを特徴とする請求項１記載の発電設備。
【請求項３】
前記電磁波反射体は、前記蒸気タービンのタービン軸の表面に、反射面を前記蒸気タービンのケーシング側に向けて設けられる第１の電磁波反射体と、前記ケーシングの内表面に、反射面を前記蒸気タービンのタービン軸側に向けて設けられる第２の電磁波反射体と、で構成されることを特徴とする請求項２記載の発電設備。
【請求項４】
前記構造物は、主蒸気配管であり、前記主蒸気配管の少なくとも一部に設けられる前記窓から前記主蒸気配管に照射された電磁波を前記主蒸気配管の内部へ透過させて前記主蒸気配管内を流れる蒸気を加熱するように構成したことを特徴とする請求項１記載の発電設備。
【請求項５】
前記構造物は、湿分分離器または湿分分離加熱器であって、前記湿分分離器または湿分分離加熱器の少なくとも一部に設けられる前記窓から前記湿分分離器または湿分分離加熱器に照射された電磁波を前記湿分分離器または湿分分離加熱器の内部へ透過させて前記湿分分離器または湿分分離加熱器内を流れる蒸気を加熱するように構成したことを特徴とする請求項１記載の発電設備。
【請求項６】
前記構造物は、前記蒸気を生成する蒸気生成部であって、前記蒸気生成部の少なくとも一部に設けられる前記窓から前記蒸気生成部に照射された電磁波を前記蒸気生成部の内部へ透過させて前記蒸気生成部内を流れる蒸気を加熱するように構成したことを特徴とする請求項１記載の発電設備。
【請求項７】
前記構造物に照射され前記窓から前記構造物の内部へ透過させた電磁波を前記構造物の内部で吸収させる電磁波吸収体をさらに設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の発電設備。
【請求項８】
前記電磁波吸収体が設けられる前記構造物の内部は、前記蒸気タービンのケーシングの内表面であることを特徴とする請求項７記載の発電設備。
【請求項９】
前記蒸気は蒸気と水滴とが混在する二相流である場合、前記二相流の水滴を被加熱対象とすることを特徴とする請求項２記載の発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来よりも発電効率を高めた発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、原子力発電設備では、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）では原子炉圧力容器、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）では蒸気発生器（ＳＧ）内で発生させた蒸気を、高圧タービンおよび低圧タービンへ流し、タービン翼を回転させることにより発電している。その際、原子炉圧力容器または蒸気発生器では、炉心あるいは伝熱管で水（冷却材）を加熱することで蒸気が発生し、水と蒸気の二相流となって上昇する。
【０００３】
炉心または伝熱管の上部には気水分離器が設置してあり、さらにその上部には蒸気乾燥器が設置してある。まず、気水分離器では、遠心力を利用して蒸気と水が分離され、水は重力落下し、蒸気は上昇して蒸気乾燥器へ導かれる。蒸気乾燥器は、波板が並列して配置され、波板の間にスペーサを挟んで締め付けることによってジグザグの蛇行流路が形成されており、この蛇行流路に気水分離器で遠心分離された蒸気を導入する。蒸気乾燥器では、蒸気が蛇行する際に質量の大きい水が慣性力で外側に飛ばされ、上流に向いて開口したポケット（ドレンポケット）に捕集される。
【０００４】
このように、水と蒸気の二相流は、気水分離器および蒸気乾燥器等の蒸気から湿分を分離する装置を通過させることによって、原子炉圧力容器または蒸気発生器の出口では、ほぼ水滴の混じっていない蒸気（例えば、湿り度０．１％以下）となり、後段の高圧タービン側へ導かれる。
【０００５】
一般に、高圧タービンや低圧タービンは、静翼（ノズル）と動翼の組み合わせで１段となっており、多数段に構成される。タービン入口から流入した蒸気はノズルを通り噴流となって動翼に当たり、動翼を回転させる。このとき蒸気の持つ熱エネルギはノズルを通して運動エネルギに変換され、その噴流を動翼に衝突させて仕事に変換される。
【０００６】
仕事をした蒸気はエネルギを失い、飽和温度以下に低下する。そのため凝縮し水滴が発生する。これを湿りと呼んでいる。湿りはタービンの効率を低下させる損失となるため、これを湿り損失と呼んでいる。湿り損失には、水滴が動翼に衝突することで回転力を低減させる「制動損失」と、水滴の速度を加速させるために蒸気の運動エネルギが使われる「加速損失」、動翼表面に付着した水滴がポンプ作用により外周側へ移動する際に動翼が水滴になす仕事分の損失である「ポンプ作用による損失」などがある。
【０００７】
また、水滴が翼表面に衝突することで侵食（エロージョン）が発生してしまう問題がある。そこで、例えば、特開平１１−１５９３０２号公報（特許文献１）に記載されるように、タービンの動翼に湿分分離溝を設け、そこに付着した水滴を捕獲、除去するという工夫が施されている。
【０００８】
一方、高圧タービンから流出した蒸気は低圧タービンに流入する前に、高圧タービンで発生した水滴（湿り）を除去し、さらに高圧タービンあるいは原子炉から圧力と温度の高い蒸気を抽気し、その熱を利用して温度を高められる。水滴除去のみを行う場合は湿分分離器、水滴除去に加えて加熱まで行う場合は湿分分離加熱器（ＭＳＲ）で行われる。これはプラントによって異なる。湿分分離器または湿分分離加熱器における蒸気の水滴除去は蒸気乾燥器と同様に、波板の間に湿り蒸気を流し、水滴を板へ衝突させることで行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１５９３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、タービンの動翼に設けた湿分分離溝では、全ての水滴を除去することは困難である。蒸気中の湿り（水滴）はタービンでは湿り損失となり、効率を低下させている。効率を上昇させるためには、蒸気中の湿り（水滴）を除去することが重要である。また、湿分分離器または湿分分離加熱器を通った蒸気は低圧タービン側へ流入するため、湿分分離器または湿分分離加熱器における蒸気中の水滴除去も効率を上昇させるためには有効である。
【００１１】
また、タービンの出力は入口と出口の蒸気のエンタルピー差によって決まるため、出力増加には入口蒸気温度が高いことが望まれている。例えば、原子力発電設備では燃料被覆管表面のドライアウトが許容されていないため、過熱蒸気にすることができず、過熱蒸気にすることでプラント出力増加することはできない。もし、燃料被覆管表面以降で蒸気を過熱蒸気にすることができれば、高圧タービン入口の蒸気温度を高くすることができ、出力増加に有効である。
【００１２】
本発明は、上述した課題を考慮してなされたものであり、従来よりも発電効率が高い発電設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の実施形態に係る発電設備は、上述した課題を解決するため、蒸気によって蒸気タービンを駆動させて発電を行う発電設備において、前記蒸気を供給して仕事をさせる蒸気タービンのうち、最後尾に設置される蒸気タービン以前であって蒸気が流動する経路を構成する構造物の内部へ電磁波を透過させる窓と、前記窓から前記構造物の内部へ透過させる前記電磁波を前記構造物の内部で反射させる電磁波反射体とを設け、前記構造物の外部に取り付けた電磁波発生装置から前記窓に向けて照射される前記電磁波を、前記窓を透過させて前記構造物の内部へ導き、前記構造物の内部に設けられる前記電磁波反射体で反射させて前記構造物内の蒸気を加熱するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、従来よりも発電効率が高い発電設備を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る発電設備の一例である原子力発電設備の主蒸気系を示した概略図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る発電設備の蒸気タービンを示した説明図であって、（ａ）は蒸気タービンの縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示されるＩ−Ｉ線での断面を示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る発電設備の蒸気タービンの横断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る発電設備の蒸気タービンの横断面図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る発電設備の湿分分離加熱器の縦断面図。
【図６】本発明の第５の実施形態に係る発電設備の蒸気乾燥器を示した概略図。
【図７】本発明の第６の実施形態に係る発電設備の被加熱対象（主蒸気系配管内の蒸気）を説明する説明図。
【図８】本発明の第６の実施形態に係る発電設備の被加熱対象（主蒸気系配管内の水滴）を説明する説明図。
【図９】本発明の第７の実施形態に係る発電設備の被加熱対象（構造物）を説明する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係る発電設備について、添付の図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る発電設備の一例である原子力発電設備１０の主蒸気系を示した概略図である。
【００１８】
原子力発電設備の一例として図１に示される原子力発電設備１０は、原子炉圧力容器１２内において、核分裂反応により生じた熱エネルギによって蒸気を生成し、生成した蒸気を原子炉格納容器から主蒸気系配管１３を通して、例えば、高圧タービン１４と低圧タービン１５とを備えるタービン側へ供給する。
【００１９】
高圧タービン１４と低圧タービン１５との間には、湿分分離加熱器（ＭＳＲ）１６が設けられており、湿分分離加熱器１６は、高圧タービン１４で蒸気が仕事をした際に生じた水滴（湿り）を除去し、高圧タービン１４または原子炉から圧力と温度の高い蒸気の熱を利用して蒸気を加熱する。高圧タービン１４および低圧タービン１５で仕事をした蒸気は復水器１７で水に戻され、この水は原子炉格納容器と接続される給水管１８に設置された給水ポンプ１９によって原子炉格納容器へ送られる。
【００２０】
原子力発電設備１０は、蒸気、蒸気（水と蒸気の二相流）中の水および原子力発電設備１０の主蒸気系を構成する構造物（蒸気が流動する経路を構成する構造物）の少なくとも何れかを直接的または間接的に加熱することによって、水滴の発生を防止するまたは蒸気（水と蒸気の二相流）中に含まれる水滴を蒸発させ、高圧タービン１４および低圧タービン１５等の蒸気タービンでの損失低減および出力増大の少なくとも何れかを生じさせて発電効率を上昇させる。
【００２１】
続いて、本発明の実施形態に係る発電設備の一例である原子力発電設備１０（１０Ａ〜１０Ｇ）について説明する。なお、図２乃至図９に示される原子力発電設備１０Ａ〜１０Ｇは、一例を提示したものであり、各実施の形態に係る原子力発電設備１０Ａ〜１０Ｇは、必ずしも図示される例に限定されるものではない。
【００２２】
［第１の実施形態］
図２は、本発明の第１の実施形態に係る発電設備の一例である第１の原子力発電設備１０Ａの蒸気タービン（高圧タービンおよび低圧タービン）１４，１５を示した説明図であって、図２（ａ）は蒸気タービン１４，１５の回転軸２１に対して片側（上部）の縦断面を示す部分縦断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示されるＩ−Ｉ線での断面（Ｉ−Ｉ断面）を示す断面図（Ｉ−Ｉ断面図）である。
【００２３】
第１の原子力発電設備１０Ａの蒸気タービン１４，１５は、動翼２２および静翼（ノズル）２３の組み合わせを１段とする段が、例えば３段等の複数段に構成されており、タービン入口２４から流入した蒸気Ｓは膨張しながら下流へ進み、タービン軸２５に取り付けられた各段落の動翼２２を回転させる。そのため、蒸気Ｓは動翼２２の回転にエネルギを奪われて温度が低下し、凝縮して水滴が発生する。タービン入口２４では過熱蒸気としているプラントもあるが、飽和蒸気、すなわち湿りを含んだ蒸気（湿り蒸気）としているプラントもある。
【００２４】
そこで、第１の原子力発電設備１０Ａでは、ケーシング２６の外側に、例えば複数個設置した電磁波発生装置２７で電磁波２８を発生させ、発生させた電磁波２８をケーシング２６に設けた窓２９から蒸気タービン１４，１５の内部へ透過させて蒸気タービン１４，１５の内部を流れる蒸気Ｓを非接触で加熱する。蒸気Ｓを加熱することにより、蒸気Ｓが凝縮するのを防止する、または凝縮した蒸気Ｓを膨張させて発生した水滴を蒸発させる。
【００２５】
電磁波２８による非接触の加熱方式は、幾つかの方法が考えられ、採用する加熱方式によって、電磁波２８の種類（波長）は異なる。例えば、誘電加熱により蒸気Ｓを加熱する誘電加熱方式を採用するのであれば、誘電加熱可能な周波数帯（マイクロ波等のいわゆる高周波帯）の電磁波２８となるし、遠赤外線による遠赤外線加熱方式を採用するのであれば、遠赤外線の電磁波２８となる。
【００２６】
このように構成される第１の原子力発電設備１０Ａでは、蒸気タービン１４，１５の内部を流れる蒸気Ｓが凝縮するのを防止する、または凝縮した蒸気を膨張させて発生した水滴を蒸発させるので、水滴を従来よりも減少させることができる。このことは、水滴が動翼２２に衝突することで回転力を低減させる制動損失や水滴の速度を加速させるために蒸気Ｓの運動エネルギが使われる加速損失などの湿り損失が減少し、発電効率の上昇につながる。
【００２７】
また、第１の原子力発電設備１０Ａでは、従来の原子力発電設備では水滴となっている分の少なくとも一部を蒸気として蒸気タービン１４，１５で利用することができるため、蒸気流量が増加する。さらに、蒸気タービン１４，１５内の蒸気Ｓを加熱するということで蒸気自体の温度も上がる。タービン出力は、タービン入口２４とタービン出口のエンタルピー差によって決まるため、蒸気流量および蒸気温度の少なくとも一方が増加すれば、タービン出力が増加し発電効率の上昇につながる。
【００２８】
一方、第１の原子力発電設備１０Ａは、蒸気タービン１４，１５の内部を流れる蒸気Ｓが凝縮するのを防止する、または凝縮した蒸気を膨張させて発生した水滴を蒸発させる結果、蒸気タービン１４，１５内の水滴が従来よりも少ないので、エロージョン（侵食）を抑制することができる。
【００２９】
第１の原子力発電設備１０Ａによれば、従来の発電設備よりも蒸気タービン１４，１５における湿り損失が低減し、より高い発電効率を実現することができる。また、従来の発電設備よりも蒸気タービン１４，１５内の蒸気Ｓの流量増加および温度上昇を生じるので、タービン出力が増加し、より高い発電効率を実現することができる。
【００３０】
なお、図２に示した第１の原子力発電設備１０Ａは、一構成例であって、例えば、高圧タービン１４と低圧タービン１５を具備する構成を図１に示したが、少なくとも一台を具備していれば良い。また、電磁波２８の照射は、必ずしも複数の蒸気タービン１４，１５で行う必要はなく、少なくとも何れかの蒸気タービン１４，１５で行えば良い。さらに、電磁波発生装置２７は、図２（ｂ）に示されるＩ−Ｉ断面において、周方向に少なくとも一台以上が設置されていれば良く、必ずしも三台である必要はない。
【００３１】
［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る発電設備の一例である第２の原子力発電設備１０Ｂの蒸気タービン１４，１５の横断面図、すなわち、図２（ｂ）に相当する図である。
【００３２】
第２の原子力発電設備１０Ｂは、第１の原子力発電設備１０Ａに対して、蒸気タービン１４，１５のタービン軸２５の表面およびケーシング２６の内表面に、電磁波発生装置２７から蒸気タービン１４，１５の内部へ照射した電磁波２８を反射させる電磁波反射板３１をさらに設置した点で相違する。そこで、本実施形態の説明では、当該相違点を中心に説明し、同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００３３】
第２の原子力発電設備１０Ｂでは、ケーシング２６の外部に設置された電磁波発生装置２７から蒸気タービン１４，１５の内部に照射される電磁波２８が、蒸気タービン１４，１５（ケーシング２６）の内部で反射を繰り返して蒸気タービン１４，１５の周方向へ進行可能なように、蒸気タービン１４，１５のタービン軸２５の表面およびケーシング２６の内表面に、例えば、金、銀、銅、アルミニウムおよびニッケル等の金属や電磁波２８を反射する性質を有するセラミクスやフィルム等の材料で構成された電磁波反射体の一例であり板状に構成された電磁波反射板３１を設置する。
【００３４】
電磁波発生装置２７から蒸気タービン１４，１５の内部に照射された電磁波２８は、まず、タービン軸２５の表面に設置された電磁波反射板３１で反射し、続いて、ケーシング２６の内表面に設置された電磁波反射板３１で反射し、さらに続いて、タービン軸２５の表面に設置された電磁波反射板３１で反射するという具合に電磁波反射板３１での反射を繰り返して蒸気タービン１４，１５の内部で広がる。従って、第２の原子力発電設備１０Ｂでは、第１の原子力発電設備１０Ａよりも発生させた電磁波２８のエネルギを有効に使うことができ、効率良く蒸気タービン１４，１５内の蒸気Ｓを加熱することができる。
【００３５】
第２の原子力発電設備１０Ｂによれば、第１の原子力発電設備１０Ａと同様の効果を奏することができることに加えて、電磁波発生装置２７から蒸気タービン１４，１５の内部に照射された電磁波２８が、蒸気タービン１４，１５の内部に設置された電磁波反射板３１で反射を繰り返しながら周方向に移動して広範囲に広がるため、第１の原子力発電設備１０Ａの電磁波発生装置２７よりも少ない台数の電磁波発生装置２７であっても、第１の原子力発電設備１０Ａと同様に蒸気Ｓを加熱することができる。換言すれば、第２の原子力発電設備１０Ｂは、第１の原子力発電設備１０Ａよりも効率良く蒸気タービン１４，１５内の蒸気Ｓを加熱することができる。
【００３６】
なお、第２の原子力発電設備１０Ｂにおいて、図３に示される第２の原子力発電設備１０Ｂでは、設置される電磁波発生装置２７は一台であるが、必ずしも一台に限られるものではなく二台以上設置しても構わない。また、電磁波反射板３１は平板状として図示しているが、取り付け面を取り付け箇所に応じた曲率の曲面にする、取り付け箇所に応じた曲率の湾曲した板として形成する等してもよい。当然ながら、電磁波の反射面が曲面であってもよい。また、取り付け箇所を削って電磁反射体をはめ込むことで配置する、あるいは金や銀等であれば取り付け箇所にメッキにより配置することで、蒸気の流路を変えることなく電磁波反射体を設置することも可能である。
【００３７】
［第３の実施形態］
図４は、本発明の第３の実施形態に係る発電設備の一例である第３の原子力発電設備１０Ｃの蒸気タービン１４，１５の横断面図、すなわち、図２（ｂ）に相当する図である。
【００３８】
第３の原子力発電設備１０Ｃは、第１の原子力発電設備１０Ａに対して、電磁波発生装置２７からみて蒸気タービン１４，１５に設けた窓２９の先、すなわち、ケーシング２６の内表面であって窓２９の位置に電磁波吸収体３５をさらに設置した点で相違する。そこで、本実施形態の説明では、当該相違点を中心に説明し、同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００３９】
第３の原子力発電設備１０Ｃでは、ケーシング２６の内表面であって窓２９の位置に、例えば、セラミクス、耐熱ガラス、耐熱樹脂等で構成される耐熱特性に優れた電磁波吸収体３５がさらに設置されており、ケーシング２６の外部に設置された電磁波発生装置２７から蒸気タービン１４，１５の内部に電磁波２８を照射して電磁波吸収体３５に電磁波２８のエネルギを吸収させる。電磁波吸収体３５に入射した電磁波２８のエネルギは、熱エネルギ（ジュール熱）に変換されて吸収されるため、電磁波吸収体３５は加熱され、周囲を流動する蒸気Ｓを加熱する。
【００４０】
電磁波吸収体３５は、ケーシング２６の内部に設置するため、蒸気Ｓの温度に耐え得る耐熱性が要求される。また、電磁波吸収体３５での発熱量は主に誘電損に起因するものであり、誘電損は誘電率に比例することから誘電率の高い材料を選定すれば、電磁波２８による発熱量を増大させることができる。これらを考慮すれば、電磁波吸収体３５は、例えば、セラミクス、耐熱ガラス、耐熱樹脂等の耐熱性に優れた材料で構成されることが好ましく、特に誘電率がより高い材料で構成されるものを選択する方が蒸気Ｓを効率良く加熱することができる点で好ましい。
【００４１】
第３の原子力発電設備１０Ｃによれば、第１の原子力発電設備１０Ａと同様の効果を奏することができることに加えて、第３の原子力発電設備１０Ｃは、第１の原子力発電設備１０Ａよりも、電磁波発生装置２７で発生させた電磁波２８のエネルギを有効に使うことができ、第１の原子力発電設備１０Ａよりも効率良く蒸気タービン１４，１５内の蒸気Ｓを加熱することができる。これは、誘電体が蒸気Ｓや液滴（水滴）と比較すると、電磁波２８のエネルギ吸収効率が良く、熱エネルギに変換され誘電体の温度をより高くすることができるためである。
【００４２】
なお、第３の原子力発電設備１０Ｃにおいて、図４に示される第３の原子力発電設備１０Ｃでは、設置される電磁波発生装置２７は三台であるが、必ずしも三台に限られるものではなく少なくとも一台が設置されていれば良い。また、電磁波吸収体３５の設置位置は、ケーシング２６の内表面であって窓２９の位置として説明したが、必ずしも電磁波吸収体３５の設置位置は、ケーシング２６の内表面であって窓２９の位置でなくても良い。例えば、タービン軸２５の表面等の蒸気タービン１４，１５の内部であって窓２９から透過した電磁波２８を吸収可能な位置であれば設置場所は任意である。また、例えば、電磁波反射板３１をタービン軸２５に配置し、電磁波２８が反射される先に電磁波吸収体３５を配置した構成とすることも可能である。
【００４３】
［第４の実施形態］
図５は、本発明の第４の実施形態に係る発電設備の一例である第４の原子力発電設備１０Ｄの湿分分離加熱器１６の縦断面図である。
【００４４】
第４の原子力発電設備１０Ｄは、第１の原子力発電設備１０Ａに対して、湿分分離加熱器１６の内部を流動する蒸気Ｓを加熱するように構成されている点で相違する。そこで、本実施形態の説明では、当該相違点を中心に説明し、同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００４５】
第４の原子力発電設備１０Ｄは、湿分分離加熱器（ＭＳＲ）１６の入口から流入した蒸気Ｓが高圧タービン１４で仕事をした後の蒸気Ｓであるため、水滴が存在する湿り蒸気となっている点を考慮し、この蒸気Ｓを電磁波２８によって非接触で加熱し、蒸気Ｓに含まれる湿分を低減して、より高い発電効率を実現するものである。
【００４６】
図５に示されるように、第４の原子力発電設備１０Ｄの湿分分離加熱器（ＭＳＲ）１６は、胴体４１内の下半領域に湿分分離器４３が、上半領域に加熱器の伝熱管４５がそれぞれ配置され、胴体４１の底部に蒸気入口配管４６が複数設置され、胴体４１の頂部に蒸気出口配管４７が設置されて構成される。さらに、胴体４１の底部内側には、蒸気入口配管４６が設置される近傍に蒸気入口板４８が設置される。
【００４７】
一方、湿分分離加熱器１６の外表面には、蒸気入口配管４６から胴体４１内に流入した蒸気Ｓを非接触で加熱するための電磁波２８を胴体４１内へ照射する電磁波発生装置２７が設置されており、電磁波発生装置２７から照射され窓２９を透過して胴体４１内へ導かれた電磁波２８によって、蒸気入口配管４６から蒸気入口板４８により湿分分離器４３と胴体４１との間の空間内に導かれた蒸気Ｓは非接触で加熱される。その後、加熱された蒸気Ｓは、湿分分離器４３、伝熱管４５の外側へ順次導かれ、湿分分離器４３によりさらに湿分が分離され、伝熱管４５により加熱される。
【００４８】
第４の原子力発電設備１０Ｄによれば、従来の発電設備よりも湿分が少なく温度が高い蒸気Ｓを湿分分離加熱器１６の後段側に供給することができるので、湿分分離加熱器１６の後段に設置される蒸気タービン内における湿り損失が低減し、より高い発電効率を実現することができる。また、従来の発電設備よりも蒸気タービン１４内の蒸気Ｓの流量増加および温度上昇を生じるので、タービン出力が増加し、より高い発電効率を実現することができる。
【００４９】
なお、図５に示される第４の原子力発電設備１０Ｄでは、湿分分離加熱器１６の外表面に設置した電磁波発生装置２７は一台であるが、必ずしも一台である必要はなく少なくとも一台以上が設置されていれば良い。また、必要に応じて、湿分分離加熱器１６の胴体４１の内部に電磁波反射板３１または電磁波吸収体３５を設けても良い。
【００５０】
［第５の実施形態］
図６は、本発明の第５の実施形態に係る発電設備の一例である第５の原子力発電設備１０Ｅの蒸気乾燥器５２を示した概略図である。
【００５１】
第５の原子力発電設備１０Ｅは、第１の原子力発電設備１０Ａに対して、蒸気乾燥器５２の内部を流動する蒸気Ｓを加熱するように構成されている点で相違する。そこで、本実施形態の説明では、当該相違点を中心に説明し、同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００５２】
一般に、原子炉では、発生させた蒸気（水と蒸気の二相流）から蒸気と水とを分離する気水分離器５１と、気水分離器５１から流出した蒸気を導入して蒸気から湿分を除去する蒸気乾燥器５２が設けられており、蒸気乾燥器５２で湿分が除去された蒸気がと高圧タービン１４へ送られる。例えば、図６に一例として示される第５の原子力発電設備１０Ｅの原子炉は、気水分離器５１および蒸気乾燥器５２を内部に収容した原子炉圧力容器１２を蒸気発生部とする沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）である。
【００５３】
第５の原子力発電設備１０Ｅは、気水分離器５１から流出する蒸気が水滴の混じった湿り蒸気Ｓであることから、この湿り蒸気Ｓに原子炉圧力容器１２の外側に設置した電磁波発生装置２７で発生させた電磁波２８を照射して蒸気Ｓを加熱する。
【００５４】
第５の原子力発電設備１０Ｅでは、例えば、原子炉圧力容器１２の上面の一部と蒸気乾燥器５２の上面に窓２９を設け、原子炉圧力容器１２に設けられた窓２９から電磁波２８を透過させて原子炉圧力容器１２の内部へ供給する。また、原子炉圧力容器１２の内部へ供給された電磁波２８は、蒸気乾燥器５２の上面に設けられた窓２９から透過し、蒸気乾燥器５２の内部を流動する蒸気Ｓを加熱する。
【００５５】
第５の原子力発電設備１０Ｅによれば、気水分離器５１から流出する湿り蒸気Ｓを加熱することによって、蒸気Ｓに含まれる水滴を蒸発させることができ、また、蒸気Ｓの温度を上昇させることができる。従って、蒸気タービン入口の蒸気温度を従来よりも高くすることができ、従来の発電設備よりも高い発電効率を実現することができる。
【００５６】
なお、第５の原子力発電設備１０Ｅでは、電磁波２８を上方から照射する構成を採用したが、必ずしも上方から照射する必要はなく、例えば、気水分離器５１から流出し、蒸気乾燥器５２に流入する前または流入直後の蒸気Ｓを加熱できるように、電磁波２８を側方から照射する構成としても良い。また、必要に応じて、原子炉圧力容器１２や蒸気乾燥器５２の内部に電磁波反射板３１または電磁波吸収体３５を設けても良い。
【００５７】
さらに、図６に示される第５の原子力発電設備１０Ｅの原子炉の構成は、ＢＷＲの例であるが、第５の原子力発電設備１０Ｅは、ＢＷＲに限定されるものではなく、蒸気生成部を備える発電設備全般に適用できる。例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）に適用する場合、ＢＷＲの蒸気生成部としての原子炉圧力容器１２の代わりにＰＷＲの蒸気生成部としての蒸気発生器に適用すれば、蒸気発生器内の蒸気Ｓを加熱するように構成することができる。
【００５８】
［第６の実施形態］
図７および図８は、本発明の第６の実施形態に係る発電設備の一例である第６の原子力発電設備１０Ｆの被加熱対象を説明する説明図であり、図７は被加熱対象が主蒸気配管１３を流動する蒸気Ｓである場合を示す説明図、図８は被加熱対象が主蒸気配管１３を流動する蒸気Ｓに含まれる水滴５４である場合を示す説明図である。
【００５９】
第６の原子力発電設備１０Ｆは、第１の原子力発電設備１０Ａに対して、主蒸気配管１３を流動する蒸気Ｓを加熱するように構成されている点で相違する。そこで、本実施形態の説明では、当該相違点を中心に説明し、同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００６０】
一般に、原子力発電設備１０は、原子炉圧力容器１２または蒸気発生器から低圧タービン１５の入口までにある蒸気配管、すなわち、主蒸気配管１３があり、この主蒸気配管１３は、大別すると、原子炉あるいは蒸気発生器原子炉圧力容器１２または蒸気発生器の出口から高圧タービン１４の入口までの配管、高圧タービン１４の出口から湿分分離加熱器１６の入口までの配管、そして、湿分分離加熱器１６の出口から低圧タービン１５の入口までの配管に分けられる。第６の原子力発電設備１０Ｆは、これらの配管の何れかにおいて、内部を流動する蒸気Ｓおよび蒸気Ｓに含まれる水滴５４の少なくとも一方を被加熱対象として加熱するように構成されている。
【００６１】
第６の原子力発電設備１０Ｆでは、主蒸気配管１３の外側に設置した電磁波発生装置２７によって発生させた電磁波２８を主蒸気配管１３に設けた窓２９から主蒸気配管１３の内部へ透過させて、例えば、図７に示されるように、主蒸気配管１３の内部を流動する蒸気Ｓを加熱する。このように、主蒸気配管１３の内部を流動する蒸気Ｓを加熱することによって蒸気Ｓの蒸気温度を上昇させることができる。また、蒸気Ｓの温度が飽和温度以上となれば、蒸気Ｓに混在している水滴５４を蒸発させることもできる。
【００６２】
一方、図８に示されるように、主蒸気配管１３の内部を流動する蒸気Ｓに含まれる水滴５４を被加熱対象として加熱するようにすることもできる。何れを被加熱対象とするかは、被加熱対象が吸収しやすい電磁波２８の周波数を選択することによって調整することができる。
【００６３】
水滴５４を被加熱対象とした場合、水滴５４の密度が蒸気Ｓの密度と比べて格段に大きくなるため、被加熱対象を蒸気Ｓとする場合と比べて電磁波エネルギの吸収率が高くなり、電磁波２８の発生に必要なエネルギは少なくて済む。すなわち、水滴５４を被加熱対象とすると、被加熱対象を蒸気Ｓとする場合と比べて効率良く水滴５４を蒸発除去させることができる。このように、主蒸気配管１３の内部を流動する蒸気Ｓに含まれる水滴５４を加熱することによって、蒸気Ｓに混在している水滴５４を蒸発させることができる。
【００６４】
第６の原子力発電設備１０Ｆによれば、主蒸気配管１３の内部を流動する蒸気Ｓおよび蒸気Ｓに含まれる水滴５４を加熱することによって、主蒸気配管１３の内部の蒸気Ｓの蒸気温度を上昇させることができる。また、蒸気Ｓの温度が飽和温度以上となれば、蒸気Ｓに混在している水滴５４を蒸発させることもできる。故に、従来の発電設備よりも蒸気タービン１４，１５における湿り損失が低減し、より高い発電効率を実現することができる。また、従来の発電設備よりも蒸気タービン１４，１５内の蒸気Ｓの流量増加および温度上昇を生じるので、タービン出力が増加し、より高い発電効率を実現することができる。
【００６５】
なお、必要に応じて、主蒸気配管１３の内部に電磁波反射板３１または電磁波吸収体３５を設けても良い。
【００６６】
［第７の実施形態］
図９は、本発明の第７の実施形態に係る発電設備の一例である第７の原子力発電設備１０Ｇの被加熱対象（構造物）を説明する説明図である。
【００６７】
第７の原子力発電設備１０Ｇは、原子力発電設備の主蒸気系を構成する、例えば、原子炉圧力容器１２、主蒸気系配管１３、蒸気タービン１４，１５および湿分分離加熱器（または湿分分離器）１６等の構造物６０を被加熱対象とすることで、構造物６０およびその周囲を流動する蒸気Ｓまたは蒸気Ｓに含まれる水滴５４を間接的に加熱する。
【００６８】
構造物６０は、上述した実施形態に係る蒸気Ｓや水滴５４等の被加熱対象と比較して密度が高いため、電磁波２８のエネルギ吸収率が高い。従って、効率良く電磁波エネルギを吸収して構造物６０を加熱することができる。第７の原子力発電設備１０Ｇにおける被加熱対象は、既存の構造物６０に限らず、別の構造物を新設しても良い。
【００６９】
なお、構造物６０を被加熱対象とする場合、蒸気Ｓや蒸気Ｓに含まれる水滴５４とは異なり、必ずしも非接触で加熱する必要はないので、熱源に直接接触させて加熱する方法を採用することもできる。
【００７０】
以上、本発明の実施の形態に係る原子力発電設備１０（１０Ａ〜１０Ｇ）によれば、主蒸気系の蒸気Ｓ、蒸気Ｓ（水と蒸気の二相流）に含まれる水滴５４および原子力発電設備１０（１０Ａ〜１０Ｇ）の主蒸気系を構成する構造物６０の少なくとも何れかを直接的または間接的に加熱することによって、蒸気Ｓにおける水滴５４の発生を防止するまたは蒸気Ｓ（水と蒸気の二相流）中に含まれる水滴５４を蒸発させ、従来の発電設備に対してより高い発電効率を実現することができる。
【００７１】
なお、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、図１に示される原子炉は沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の例を示したが、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に限定されるものではなく、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）にも適用できる。また、図１に示される発電設備１０は原子力発電設備であるが、原子力発電設備に限らず、水蒸気でタービンを回転させて発電させる（いわゆる汽力発電）各種の発電設備についても適用できる。
【００７２】
これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１０  原子力発電設備（発電設備）
１２  原子炉圧力容器
１３  主蒸気系配管
１４  高圧タービン
１５  低圧タービン
１６  湿分分離加熱器（ＭＳＲ）
１７  復水器
１８  給水管
１９  給水ポンプ
２１  回転軸
２２  動翼
２３  静翼（ノズル）
２４  タービン入口
２５  タービン軸
２６  ケーシング
２７  電磁波発生装置
２８  電磁波
２９  窓
３１  電磁波反射板（電磁波反射体）
３５  電磁波吸収体
４１  胴体
４３  湿分分離器
４５  伝熱管
４６  蒸気入口配管
４７  蒸気出口配管
４８  蒸気入口板
５１  気水分離器
５２  蒸気乾燥器
５４  水滴
６０  構造物
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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