(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉において加熱された一次冷却水を蒸気発生器へ供給し、該蒸気発生器内で二次冷却水を加熱して二次冷却水の蒸気を生成し、この二次冷却水の蒸気により蒸気タービンを駆動するようにした原子力プラントにおいて、前記二次冷却水の蒸気と前記一次冷却水との熱交換を行う過熱器を前記蒸気発生器内に設け、前記一次冷却水の実質的に全量を前記過熱器に供給して前記二次冷却水の蒸気を加熱して過熱蒸気として前記蒸気タービンへ供給し、二次冷却水の蒸気加熱に用いた前記一次冷却水を前記蒸気発生器の一次冷却水入口へ供給して該蒸気発生器における二次冷却水の蒸気生成に用いるようにした原子力プラント。
【請求項２】
前記過熱器は、前記一次冷却水を流通させる複数の細管より成る熱交換チューブを具備しており、前記二次冷却水の蒸気を前記熱交換チューブの外表面に接触させて、前記熱交換チューブ内を流通する前記一次冷却水により前記二次冷却水の蒸気を加熱するようになっている請求項１に記載の原子力プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は原子力プラントに関し、特に、原子炉において加熱された一次冷却水を蒸気発生器へ供給し、該蒸気発生器内で二次冷却水を加熱して二次冷却水の蒸気を生成するＰＷＲ型原子力プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＷＲ型原子力プラント、特に、ＰＷＲ型原子力発電プラントでは、原子炉において加熱された一次冷却水を蒸気発生器へ供給し、該蒸気発生器内で二次冷却水を加熱して二次冷却水の蒸気を生成し、この蒸気により蒸気タービン発電機を駆動するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＰＷＲ型原子力発電プラントでは、蒸気タービンへ供給する蒸気は飽和蒸気であり、これが蒸気タービンのサイクル効率の限界となっている。また、蒸気発生器内には蒸気発生器で生成した二次冷却水の蒸気から液滴を分離する液滴分離装置が配設されているが、蒸気から完全に液滴を機械的に分離することは不可能であり、液滴分離装置の効率を高めても、蒸気タービンへの液滴のキャリアオーバーを完全に防止することはできない。
【０００４】
本発明は、こうした従来技術の問題点を解決することを技術課題としており、蒸気発生器出口における蒸気を過熱蒸気としたＰＷＲ型原子力プラントを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本願発明は、原子炉において加熱された一次冷却水を蒸気発生器へ供給し、該蒸気発生器内で二次冷却水を加熱して二次冷却水の蒸気を生成し、この二次冷却水の蒸気により蒸気タービンを駆動するようにした原子力プラントにおいて、前記二次冷却水の蒸気と前記一次冷却水との熱交換を行う過熱器を前記蒸気発生器内に設け、前記一次冷却水の実質的に全量を前記過熱器に供給して前記二次冷却水の蒸気を加熱して過熱蒸気として前記蒸気タービンへ供給し、二次冷却水の蒸気加熱に用いた前記一次冷却水を前記蒸気発生器の一次冷却水入口へ供給して該蒸気発生器における二次冷却水の蒸気生成に用いるようにした原子力プラントを要旨とする。
【０００６】
前記過熱器は、前記蒸気発生器内または前記蒸気発生器の外部に配設することができ、前記一次冷却水を流通させる複数の細管より成る熱交換チューブを具備しており、前記二次冷却水の蒸気を前記熱交換チューブの外表面に接触させて、前記熱交換チューブ内を流通する前記一次冷却水により前記二次冷却水の蒸気を加熱するようにできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
先ず、図１を参照すると、本発明の第１の実施形態による原子力プラント１００は蒸気発生器１０を具備しており、蒸気発生器１０は圧力容器１２内の下方領域において二次冷却水に浸漬された逆Ｕ字形の管群１４を具備している。管群１４は、蒸気発生器１０の一次冷却水入口水室１６および一次冷却水出口水室１８に連通しており、一次冷却水入口水室１６から一次冷却水出口水室１８へ向けて管群１４内を一次冷却水が流通する。一次冷却水が管群１４内を流通する間、該一次冷却水との熱交換を通じて圧力容器１２内に貯留されている二次冷却水が加熱され、これにより二次冷却水の蒸気が生成される。
【００１０】
圧力容器１２内において管群１４の上方空間、より詳細には圧力容器１２内に貯留される二次冷却水の液面の上方には、遠心式気液分離装置２０が配設されており、該遠心式気液分離装置２０の更に上方空間には所謂波形の通路を有するベーン型液滴分離装置２２が配設されている。本実施形態において、蒸気発生器１０は、更に、ベーン型液滴分離装置２２の上方に配設された過熱器１１０を具備している。
【００１１】
過熱器１１０は複数の細管より成る熱交換チューブ（図示せず）を具備しており、該熱交換チューブへは一次冷却水供給管路１０２を介して原子炉からの高温の一次冷却水が供給される。蒸気発生器１０内で生成した二次冷却水の蒸気は前記熱交換チューブの外表面に接触し、これにより二次冷却水の蒸気が前記熱交換チューブ内を流通する高温の一次冷却水により加熱される。過熱器１１０において二次冷却水の蒸気を加熱した一次冷却水は、過熱器１１０と一次冷却水入口水室１６との間に延設された管路１０４を介して一次冷却水入口ポート１６ａから一次冷却水入口水室１６に供給される。
【００１２】
一次冷却水入口水室１６に供給された一次冷却水は、一次冷却水入口水室１６から一次冷却水出口水室１８へ向けて管群１４内を流通する間に、圧力容器１２内に貯留されている二次冷却水を加熱し、例えば２８０〜２９０°Ｃの低温となって一次冷却水戻り管路１０６を介して原子炉へ帰還する。一次冷却水は、原子炉において炉心を冷却する間に、例えば３２０〜３３０°Ｃの高温となって、一次冷却水供給管路１０２を介して過熱器１１０へ再び供給される。
【００１３】
蒸気発生器１０により生成された二次冷却水の蒸気は、過熱器１１０に接触する間に高温の一次冷却水との熱交換により加熱され、例えば３１０〜３２０°Ｃの過熱蒸気となって、圧力容器１２の上部に設けられた蒸気出口１２ｂから主蒸気管路２４により蒸気タービン２６に供給される。蒸気タービン２６には発電機２８が連結されている。蒸気タービン２６の出口には復水器３０が設けられており、復水器３０において蒸気タービン２６の排気が冷却、凝縮される。復水器３０において凝縮された二次冷却水は、二次系給水管路３２を介して給水入口１２ａから蒸気発生器１０へ供給される。
【００１４】
次に、図２を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。
第２の実施形態による原子力プラント２００の蒸気発生器１０は、第１の実施形態と概ね同様に形成されており、図２において図１の実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
【００１５】
第１の実施形態では、原子炉から蒸気発生器１０へ供給される一次冷却水の実質的に全量が蒸気発生器１０内に配設された過熱器１１０へ供給されている。これに対して第２の実施形態では、蒸気発生器１０へ供給される一次冷却水の一部が過熱器１１０へ供給され、残りの一次冷却水により二次冷却水の蒸気が生成されるようになっている。図２を参照すると、第２の実施形態による原子力プラント２００は、原子炉から蒸気発生器１０への一次冷却水供給管路２０２において一次冷却水入口水室１６の手前から、圧力容器１２内の上方部に配設された過熱器１１０へ分岐、延設された分岐管路２０４と、過熱器１１０の出口側から蒸気発生器１０の一次冷却水戻り管路２０６へ延設された戻り管路２０８を具備している。分岐管路２０４から過熱器１１０へ供給された高温の一次冷却水は、過熱器１１０に蒸気発生器１０で生成した二次冷却水の蒸気との熱交換により温度を低減し、戻り管路２０８を介して一次冷却水戻り管路２０６内の低温の一次冷却水に合流して原子炉へ帰還する。
【００１６】
次に、図３を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。
第３の実施形態による原子力プラント３００は蒸気発生器４０を具備しており、蒸気発生器４０は圧力容器４２内の下方領域において二次冷却水に浸漬された管群４４を具備している。圧力容器４２内において二次冷却水の液面の上方空間には、遠心式気液分離装置５０が配設されており、該遠心式気液分離装置５０の更に上方空間にはベーン型液滴分離装置５２が配設されている。本実施形態では、圧力容器４２内には過熱器は配設されていない。
【００１７】
管群４４は、蒸気発生器４０の一次冷却水入口水室４６および一次冷却水出口水室４８に連通しており、一次冷却水入口水室４６へは一次冷却水供給管路３０２を介して原子炉から高温の一次冷却水が供給され、この一次冷却水は、一次冷却水入口水室４６から一次冷却水出口水室４８へ向けて管群４４を流通し、一次冷却水出口水室４８から一次冷却水戻り管路３０４を介して原子炉へ帰還する。一次冷却水が管群４４内を流通する間、該一次冷却水との熱交換を通じて圧力容器４２内に貯留されている二次冷却水が加熱され、これにより二次冷却水の蒸気が生成される。
【００１８】
既述した図１、２の実施形態と異なり、本実施形態では過熱器３１０は圧力容器４２の外部に配設されている。より詳細には、過熱器３１０は、所謂シェルアンドチューブ型の熱交換器であり、過熱器３１０の外殻を形成する圧力容器内に配設された複数の細管より成る熱交換チューブ（図示せず）を具備している。前記熱交換チューブは一次冷却水供給管路３０２に連結されており、原子炉からの高温の一次冷却水の実質的に全量が供給される。蒸気発生器４０内で生成した二次冷却水の蒸気は過熱器３１０の前記圧力容器内に供給されて前記熱交換チューブの外表面に接触し、これにより二次冷却水の蒸気が前記熱交換チューブ内を流通する高温の一次冷却水により加熱される。過熱器３１０において二次冷却水の蒸気を加熱した一次冷却水は、一次冷却水供給管路３０２において過熱器３１０の下流側部分を介して入口水室４６の一次冷却水入口ポート１６ａから一次冷却水入口水室４６に供給される。
【００１９】
一次冷却水入口水室４６に供給された一次冷却水は、一次冷却水入口水室４６から一次冷却水出口水室４８へ向けて管群４４内を流通する間に、圧力容器４２内に貯留されている二次冷却水を加熱し、例えば２８０〜２９０°Ｃの低温となって一次冷却水戻り管路１０６を介して原子炉へ帰還する。一次冷却水は、原子炉において炉心を冷却する間に、例えば３２０〜３３０°Ｃの高温となって、一次冷却水供給管路３０２を介して過熱器３１０へ再び供給される。
【００２０】
蒸気発生器４０により生成された二次冷却水の蒸気は、過熱器３１０に接触する間に高温の一次冷却水との熱交換により加熱され、例えば３１０〜３２０°Ｃの過熱蒸気となって主蒸気管路５４により蒸気タービン５６に供給される。蒸気タービン５６には発電機５８が連結されている。蒸気タービン５６の出口には復水器６０が設けられており、復水器６０において蒸気タービン５６の排気が冷却、凝縮される。復水器３０において凝縮された二次冷却水は、二次系給水管路６２を介して給水入口４２ａから蒸気発生器４０へ供給される。
【００２１】
なお、図３において、過熱器３１０は蒸気発生器４０の圧力容器４２の頂部の蒸気出口ポート４２ｂの近傍に配設されているように図示されているが、過熱器３１０は一次冷却水入口水室４６の近傍に配設しても良い。また、第３の実施形態においても、第２の実施形態と同様に、一次冷却水の一部を過熱器３１０に供給し、残りの一部を蒸気発生器における二次冷却水の蒸気生成に用いるようにしてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明では、過熱器を設けて蒸気発生器において生成した二次冷却水の蒸気を過熱蒸気として前記蒸気タービンへ供給するようにしたので、蒸気タービンへの液滴のキャリアオーバーが除去されると共に、蒸気タービンの効率が各段に改善される。また、前記蒸気発生器において生成した二次冷却水の蒸気を一次冷却水により加熱するようにしたので、二次冷却水の蒸気の加熱源として燃焼器等の機器を設ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す概略システム系統図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す概略システム系統図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す概略システム系統図である。
【符号の説明】
１０…蒸気発生器
１２…圧力容器
１４…管群
１６…一次冷却水入口水室
１８…一次冷却水出口水室
２０…遠心式気液分離装置
２２…ベーン型液滴分離装置
１００…原子力プラント
１１０…過熱器
【図１】
0003586655.tif 000002
【図２】
0003586655.tif 000003
【図３】
0003586655.tif 000004