(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉を含む格納容器と、前記原子炉とタービンとを接続する主蒸気配管と、前記タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、該復水器から前記原子炉に供給される冷却水を駆動する給水ポンプと、前記主蒸気配管の前記格納容器貫通部前後に設置された隔離弁と、該隔離弁と前記原子炉の間の主蒸気配管上に設置された逃し安全弁と、前記隔離弁と前記タービンの間の主蒸気配管上に設置された蒸気加減弁と、該蒸気加減弁と前記隔離弁の間の主蒸気配管上から前記復水器までを接続するタービンバイパス配管と、該タービンバイパス配管上に設置されたタービンバイパス弁を備える原子力発電プラントにおいて、
前記蒸気加減弁と前記隔離弁の間の主蒸気配管上に上流側と下流側の圧力差によって開放するタービンバイパス安全弁を備え、該タービンバイパス安全弁の蒸気放出先は前記復水器側であることを特徴とする原子力発電プラント。
【請求項２】
請求項１の原子力発電プラントにおいて、
前記タービンバイパス安全弁の下流側を、前記タービンバイパス配管に接続することを特徴とする原子力発電プラント。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の原子力発電プラントにおいて、
前記タービンバイパス安全弁の開放設定圧力は、前記逃し安全弁の安全弁機能の開放設定圧力の最低値よりも小さいことを特徴とする原子力発電プラント。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の原子力発電プラントにおいて、
前記タービンバイパス安全弁は、弁の上流側と下流側の圧力差により、外部からの駆動力や開信号無しに開く弁であることを特徴とする原子力発電プラント。
【請求項５】
原子炉を含む格納容器と、前記原子炉とタービンとを接続する主蒸気配管と、前記タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、該復水器から前記原子炉に供給される冷却水を駆動する給水ポンプと、前記主蒸気配管の前記格納容器貫通部前後に設置された隔離弁と、該隔離弁と前記原子炉の間の主蒸気配管上に設置された逃し安全弁と、前記隔離弁と前記タービンの間の主蒸気配管上に設置された蒸気加減弁とを備える原子力発電プラントにおいて、
前記蒸気加減弁と前記隔離弁の間の主蒸気配管上から前記復水器までを接続するタービンバイパス配管上に、制御弁であるタービンバイパス弁と、上流側と下流側の圧力差によって開放し、非制御弁であるタービンバイパス安全弁を並置することを特徴とする原子力発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子力発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力発電プラントは、原子炉で発生した蒸気を、主蒸気配管を通して高圧タービン及び低圧タービンに供給し、これらのタービンを回転させて発電機を回し、発電している。低圧タービンから排気された蒸気は、復水器で凝縮されて水になる。
【０００３】
係る沸騰水型原子力発電プラントでは、原子炉圧力が上昇すると、炉心部の蒸気が圧縮されて蒸気体積割合が小さくなり、中性子の減速が促進されて炉心の出力が上昇する場合がある。
【０００４】
このような現象が起こり得る代表的な異常な過渡事象は、負荷喪失事象（負荷遮断事象とも呼ばれる）である。負荷喪失事象は送電線の断線などにより、発電機の負荷が喪失する事象である。
【０００５】
負荷喪失事象が発生すると、発電機によるタービンの回転抵抗が減少するため、タービンの回転速度が増加する。タービンの回転速度上昇によるタービンの損傷を回避するため、タービン入口に設けられた蒸気加減弁を急閉してタービンを保護する。タービンへの蒸気供給が止まることでタービンの回転速度上昇は回避されるが、原子炉で発生した蒸気の放出先が無くなるため、原子炉圧力は上昇することになる。
【０００６】
この原子炉圧力の上昇に対し、負荷喪失事象時は、通常は原子炉で発生した蒸気を、タービンを通さずに復水器に導くタービンバイパス弁を開放する。これにより、原子炉の圧力上昇が抑制される。
【０００７】
これに対し、原子炉安全対策上は、タービンバイパス弁の開放に失敗することも想定しており、この場合には、最終的に逃し安全弁の安全弁機能が作動することで原子炉の圧力上昇を抑制する。
【０００８】
然しながら、逃し安全弁は原子炉格納容器内に設置された弁であり、これが開くと格納容器内部に放射性物質が放出されることになる。この事後対策として、メンテナンス作業のための除洗が必要になる場合があるため、小さな圧力変動で逃し安全弁が開放しないように、逃し安全弁の安全弁機能の開放圧力の設定値は、原子炉の安全性を十分に確保可能な範囲で高い値に設定される。なお負荷喪失事象時には、タービンバイパス弁不作動を仮定しても原子炉の安全性を確保可能であることが必須となっている。
【０００９】
負荷喪失事象発生時の原子炉圧力上昇を現行システムよりも小さくする目的で、格納容器内部に蒸気逃し加減弁を設置することが、特許文献１で提案されている。
【００１０】
また、負荷喪失事象発生時のタービン保護を確実にする目的で、低圧タービン入口部から復水器につながる新たなタービンバイパス配管を設置することが、特許文献２で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開昭６０−３６９８７号公報
【特許文献２】特開平５−６５８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１，２に記載の技術は、タービンバイパス弁が開いた場合には有効であるが、負荷喪失事象発生時に原子炉圧力が高くなるのは、タービンバイパス弁の開放に失敗した場合であり、この場合の原子炉圧力上昇の抑制には寄与しない。
【００１３】
これに対し、原子炉安全対策上は、タービンバイパス弁の不作動を仮定することは必須項目である。タービンバイパス弁の開放に失敗した場合の原子炉圧力上昇を抑制できれば、負荷喪失事象発生時の原子炉出力上昇と、それに伴う熱的余裕の減少を抑制でき、さらなる原子炉熱出力の向上が可能となる。
【００１４】
以上のことから本発明では、負荷喪失事象発生時にタービンバイパス弁の開放に失敗した場合であっても、原子炉圧力上昇幅を抑制可能な手段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】
【００１５】
上記目的を達成するため本発明は、原子炉を含む格納容器と、原子炉とタービンとを接続する主蒸気配管と、タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、復水器から原子炉に供給される冷却水を駆動する給水ポンプと、主蒸気配管の格納容器貫通部前後に設置された隔離弁と、隔離弁と原子炉の間の主蒸気配管上に設置された逃し安全弁と、隔離弁とタービンの間の主蒸気配管上に設置された蒸気加減弁と、蒸気加減弁と隔離弁の間の主蒸気配管上から復水器までを接続するタービンバイパス配管と、タービンバイパス配管上に設置されたタービンバイパス弁を備える原子力発電プラントにおいて、蒸気加減弁と隔離弁の間の主蒸気配管上に上流側と下流側の圧力差によって開放するタービンバイパス安全弁を備え、タービンバイパス安全弁の蒸気放出先を前記復水器側とする。
【００１６】
また、タービンバイパス安全弁の下流側を、タービンバイパス配管に接続するのがよい。
【００１７】
また、タービンバイパス安全弁の開放設定圧力は、逃し安全弁の安全弁機能の開放設定圧力の最低値よりも小さくするのがよい。
【００１８】
また、タービンバイパス安全弁は、弁の上流側と下流側の圧力差により、外部からの駆動力や開信号無しに開く弁とするのがよい。
【００１９】
上記目的を達成するため本発明は、原子炉を含む格納容器と、原子炉とタービンとを接続する主蒸気配管と、タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、復水器から原子炉に供給される冷却水を駆動する給水ポンプと、主蒸気配管の格納容器貫通部前後に設置された隔離弁と、隔離弁と原子炉の間の主蒸気配管上に設置された逃し安全弁と、隔離弁とタービンの間の主蒸気配管上に設置された蒸気加減弁とを備える原子力発電プラントにおいて、蒸気加減弁と隔離弁の間の主蒸気配管上から復水器までを接続するタービンバイパス配管上に、制御弁であるタービンバイパス弁と、上流側と下流側の圧力差によって開放し、非制御弁であるタービンバイパス安全弁を並置する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、負荷喪失事象発生時の原子力発電プラントの安全余裕が増大し、増加した安全余裕を活用して熱出力を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の沸騰水型原子力発電プラントの構成図である。
【図２】本発明の沸騰水型原子力発電プラントの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明者らは、負荷喪失事象発生時にタービンバイパス弁の開放に失敗した場合であっても、原子炉圧力上昇を抑制可能な手段について検討した。
【００２３】
この結果、原子炉からの蒸気をタービンを介さずに復水器に導くタービンバイパス弁に着目した。然るに、このタービンバイパス弁は、原子炉起動時に使用されるため、外部動力により開閉可能な制御弁とする必要がある。このため、原子炉圧力上昇を抑制可能な手段として使用するには、原子炉の安全確保の観点からは、外部動力の喪失や制御系の故障を考慮することが必須となる。つまり、タービンバイパス弁に対しても、その不作動対策が新たに必要となる。
【００２４】
一方、隔離弁より上流（原子炉側）に設置する逃し安全弁は、圧力上昇時に確実に動作させることが可能である。しかし、開放圧力をタービンから原子炉までの主蒸気管の圧損分だけ高い圧力に設定する必要があり、また解放時には格納容器内に放射性物質が放出されるという課題があった。
【００２５】
本発明者らは圧力上昇時に確実に動作可能で、かつ開放圧力を低く設定可能な原子炉の過圧防止弁を検討した結果、隔離弁と主蒸気加減弁の間の主蒸気配管上にタービンバイパス安全弁を設置すればよいとの新たな知見を見出した。
【００２６】
これにより、負荷喪失事象発生時にタービンバイパス弁の開放に失敗した場合であっても、従来の格納容器内部に設置した逃し安全弁のみを用いる場合よりも原子炉圧力の上昇幅を効果的に抑制できる。
【００２７】
上記の検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例】
【００２８】
本発明の好適な一実施例である沸騰水型原子力発電プラントを、図１を用いて説明する。
【００２９】
沸騰水型原子力発電プラントは、大きく原子炉側設備とタービン側設備に分かれており、この間に蒸気系統と給水系統が設置される。原子炉側設備は、格納容器３内に蒸気発生装置である原子炉２を収納し、タービン側設備は高圧タービン５、低圧タービン６、復水器７などで構成される。
【００３０】
給水系統は、復水器７からの復水を給水として給水加熱器８、給水ポンプ９を介して原子炉に供給する。
【００３１】
これに対し、蒸気系統は主蒸気配管４、タービンバイパス配管１３などからなり、これら配管上には原子炉圧力を左右する各種機能の弁装置が設置されている。これらの弁の設置箇所と本来機能は以下のようである。
【００３２】
蒸気加減弁１２：高圧タービン５の入口に設置され、高圧タービン５に供給する蒸気量を調整する。
【００３３】
隔離弁１０：原子炉２から高圧タービン５へとつながる主蒸気配管４が格納容器３を貫通する部分の前後に設置される。原子炉格納容器３より外部の主蒸気配管４が破断した場合に、隔離弁１０を閉じることで原子炉内部の放射性物質が格納容器外部の破断口から継続的に放出されるのを防止する。
【００３４】
逃し安全弁１１：原子炉２と隔離弁１０の間に設置される。原子炉２の圧力が過度に上昇した場合には逃し安全弁１１を開くことで、原子炉２内部の蒸気を格納容器３内に放出して原子炉２の圧力上昇を抑制する。逃し安全弁１１を通して放出された蒸気は格納容器３内に閉じこめられるため、外部に放出されることは無い。逃し安全弁１１からの蒸気放出先が格納容器３内部であることと、隔離弁１０閉止時でも逃し安全弁１１が作動するようにするため、逃し安全弁１１は隔離弁１０より上流側の原子炉格納容器３内部に設置する必要がある。なお、逃し安全弁１１とは、原子炉２の圧力上昇などを検知して、制御系から発信された開信号を受けて電気駆動や高圧ガス駆動で開く逃し弁と、逃し弁が作動せず、原子炉圧力がさらに高くなった場合に、弁の上流側と下流側の差圧によって外部からの駆動力や開信号無しに開く安全弁を組み合わせた弁である。
【００３５】
タービンバイパス弁１４：隔離弁１０と蒸気加減弁１２の間の主蒸気配管４から蒸気を抜き取り、復水器７に蒸気を送るタービンバイパス配管１３上に設置されている。タービンバイパス弁１４は通常は閉じているが、蒸気加減弁４が閉止した場合には、タービンバイパス弁１４を開いて、主蒸気配管４の蒸気を復水器７に逃がす。隔離弁１０が開いている場合には、タービンバイパス弁１４を開くことによっても原子炉の圧力上昇を抑制できる。
【００３６】
以上説明した装置構成は、従来の沸騰水型原子力発電プラントが備えているものであり、本実施例の沸騰水型発電プラントでは、さらに蒸気加減弁１２と隔離弁１０の間の主蒸気配管４上にタービンバイパス安全弁１５を設置し、タービンバイパス安全弁１５の蒸気放出先を復水器７としている。
【００３７】
タービンバイパス安全弁１５の主蒸気配管４上の設置位置は、タービンバイパス配管１３の主蒸気配管４上の設置位置の上流側でも下流側でも良い。また、タービンバイパス安全弁１５は、逃し安全弁１１の補助的な役割を担う弁であるため、タービンバイパス安全弁１５の容量（弁１体あたりの流路断面積、または弁の個数、またはその両方）は、逃し安全弁１１の容量よりも小さくて良い。
【００３８】
さらに、タービンバイパス安全弁１５の開放設定圧力は、逃し安全弁１１の安全弁機能の開放圧力よりも小さく設定すると、圧力上昇抑制効果を向上できる。
【００３９】
また、タービンバイパス安全弁１５は、バネ式弁など、弁の上流側と下流側の圧力差によって、外部からの駆動力や開信号無しに開く静的な機構を持つ弁とすると、タービンバイパス安全弁１５の作動確率を向上できる。
【００４０】
本発明により追加されたタービンバイパス安全弁１５は、以上のようなものであるが、これを同じく主蒸気配管４から復水器７に至るタービンバイパス系統に設置されるタービンバイパス弁１４との関係で比較検証してみると、以下のような機能上の相違がある。
【００４１】
負荷喪失事象発生時の安全性を確認する場合、原子炉の安全性を確実に確保する観点から、外部動力により駆動される制御弁であるタービンバイパス弁１４の作動は、不作動を仮定する必要がある。つまり、制御弁を駆動する系統の異常により、不作動となることを想定する必要がある。この点、本発明のタービンバイパス安全弁１５は、先に述べたように例えばバネ式弁であり、弁の上流側と下流側の圧力差によって、開放する機構を持つ弁であるため、作動確率を向上できる。
【００４２】
又、従来の最終の安全機能弁であった逃し安全弁１１との関係で整理すると、以下のようである。負荷喪失事象が発生し、蒸気加減弁１２が閉止した後、タービンバイパス弁１４が開かなかった場合、従来の沸騰水型発電プラントでは、最悪の場合は逃し安全弁１１の安全弁機能の開放設定圧力まで原子炉圧力は上昇する。
【００４３】
然しながら、逃し安全弁１１は通常運転中は開放しないようにする必要があるため、開放圧力は少なくとも、通常時のタービン入口圧力に、タービン入口から逃し安全弁までの主蒸気管圧損を加えた圧力よりも高く設定する必要がある。ところが、逃し安全弁１１は隔離弁１０より上流側（原子炉側）に設置する必要があるため、考慮すべき主蒸気管圧損がかなり大きく、設定可能な開放圧力は高くならざるを得ない。
【００４４】
この開放設定圧力に関して、本発明のタービンバイパス安全弁１５は、隔離弁より下流側（タービン側）に設置するため、考慮すべき主蒸気管圧損は小さくて良く、逃し安全弁１１よりも相当低く設定できる。
【００４５】
この結果、本発明の沸騰水型発電プラントでは、原子炉圧力はタービンバイパス安全弁１５の開放設定圧力までしか上昇せず、圧力上昇幅を小さくできる。
【００４６】
本発明の他の一実施例を、図２を用いて説明する。図２の事例では、タービンバイパス安全弁１５の蒸気放出先を、復水器７からタービンバイパス配管１３上のタービンバイパス弁１４より下流側（復水器側）に変更している。
【００４７】
このような接続方法をとることで、タービンバイパス安全弁１５を設置することによる配管の物量増加を抑制することができる。
【００４８】
また、タービンバイパス弁１４とタービンバイパス安全弁１５を一体として製作しても良い。
【００４９】
なお、このタービンバイパス安全弁１５は、上流側と下流側の圧力差によって開放し、いわゆる制御弁ではなく、非制御弁というべきものである。これに対し、タービンバイパス弁は、制御弁であり、本発明は制御弁と、非制御弁をタービンバイパス系統１３に並置したものということができる。
【００５０】
以上、図１、図２のいずれの場合であってもタービンバイパス弁１４の蒸気放出先は復水器側であればよい。バイパス配管を完全に２系統備えるか、一部流用するかという違いである。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、沸騰水型原子力発電プラント等の原子力発電プラントに適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１…沸騰水型原子力発電プラント
２…原子炉
３…格納容器
４…主蒸気配管
５…高圧タービン
６…低圧タービン
７…復水器
８…給水加熱器
９…給水ポンプ
１０…隔離弁
１１…逃し安全弁
１２…蒸気加減弁
１３…タービンバイパス配管
１４…タービンバイパス弁
１５…タービンバイパス安全弁
【図１】
0005457256.tif 000002
【図２】
0005457256.tif 000003