(57)【要約】【課題】地震の影響を受けにくくしながらも、設備の構成を簡素化できる浮揚式発電設備を提供する。【解決手段】蒸気を発生させるための蒸気発生装置と、該蒸気発生装置からの蒸気を利用して発電を行う発電機と、前記発電機から排気される蒸気を復水して前記蒸気発生装置に供給する復水器とを備える発電設備３を、水を引き込み可能な場所に設置された貯水部７に浮かした状態で設け、前記貯水部７内へ水を引き込む供給手段１９と、貯水部７内に貯留された水を貯水部７外に排出する排出手段２０と、供給手段１９で引き込んだ水の一部を復水器の冷却部に供給する冷却水供給手段２２とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気を発生させるための蒸気発生装置と、該蒸気発生装置からの蒸気を利用して発電を行う発電機と、前記発電機から排気される蒸気を復水して前記蒸気発生装置に供給する復水器とを備える発電設備を、水を引き込み可能な場所に設置された貯水部に浮かした状態で設け、前記貯水部内へ水を引き込む供給手段と、前記貯水部内に貯留された水を前記貯水部外に排出する排出手段と、前記供給手段で引き込んだ水の一部を前記復水器の冷却部に供給する冷却水供給手段とを備えていることを特徴とする浮揚式発電設備。
【請求項２】
前記発電設備が、岩盤を掘削して形成された空洞内に配置され、該空洞内に前記貯水部が形成され、前記供給手段が、前記空洞外から該空洞内の貯水部に水を供給する手段であり、前記排出手段が、前記貯水部内の水を前記空洞外に排出する手段であり、前記空洞内に水の浸入を阻止すべく該空洞の入口部が閉じられていることを特徴とする請求項１に記載の浮揚式発電設備。
【請求項３】
前記冷却水供給手段は、前記冷却部への取水口となる入口と、排出口となる出口とを備え、前記入口は、前記貯水部内における供給手段から水が供給される領域の方へ向けて開放するように配置され、前記出口は、前記貯水部内における排出手段で排水される領域の方へ向けて開放するように配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の浮揚式発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電設備を水に浮かせた浮揚式発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、原子力発電設備においては、地震の影響を受けて設備に重大な損傷が発生してしまい、運転の再開ができない事態が発生しており、何らかの対策が要望されている。そこで、内陸の地盤を掘削して水を貯留することができるピットを形成し、そのピットの近傍にピット内に水を供給可能な貯水槽を配置し、貯水槽から給水管を介して水を供給することによってピット内に水を貯水し、貯水されたピット内に原子力発電設備を浮かせた状態で設けられた浮揚式原子力発電設備が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１５６０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記構成の浮揚式原子力発電設備では、原子力発電設備が浮いているため、地震が発生しても、地震の影響を受けにくく、設備に重大な損傷が発生し難い利点があるものの、復水器の冷却部へ水を供給するための設備を貯水槽の水を供給する設備とは別に設けなければならず、設備の構成が複雑化するという不都合があった。
【０００５】
そこで、本発明は、地震の影響を受けにくくしながらも、設備の構成を簡素化できる浮揚式発電設備を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の浮揚式発電設備は、蒸気を発生させるための蒸気発生装置と、該蒸気発生装置からの蒸気を利用して発電を行う発電機と、前記発電機から排気される蒸気を復水して前記蒸気発生装置に供給する復水器とを備える発電設備を、水を引き込み可能な場所に設置された貯水部に浮かした状態で設け、前記貯水部内へ水を引き込む供給手段と、前記貯水部内に貯留された水を前記貯水部外に排出する排出手段と、前記供給手段で引き込んだ水の一部を前記復水器の冷却部に供給する冷却水供給手段とを備えていることを特徴としている。
【０００７】
上記のように、発電設備を、水を引き込み可能な場所に設置された貯水部に浮かした状態で設けることによって、地震が発生しても、地震の影響を受けにくく、設備に重大な損傷が発生し難い。しかも、供給手段で引き込んだ水の一部を冷却水供給手段で復水器の冷却部に供給することによって、他の場所から水を引き込んで復水器の冷却部に供給するように設備を構築する場合に比べて設備の構成を簡素化できる。
【０００８】
また、本発明に係る浮揚式発電設備は、前記発電設備が、岩盤を掘削して形成された空洞内に配置され、該空洞内に前記貯水部が形成され、前記供給手段が、前記空洞外から該空洞内の貯水部に水を供給する手段であり、前記排出手段が、前記貯水部内の水を前記空洞外に排出する手段であり、前記空洞内に水の浸入を阻止すべく該空洞の入口部が閉じられていることが好ましい。
【０００９】
上記のように、岩盤を掘削して空洞を形成することによって、人口的な建物を建設する場合に比べて、工期の短縮を図りながらも発電設備を頑丈なもので覆うことができる。また、空洞の入口部が閉じられているので、空洞内に水の浸入を阻止することができ、特に台風や津波などによる被害の発生を回避することができる。
【００１０】
また、本発明に係る浮揚式発電設備は、前記冷却水供給手段が、前記冷却部への取水口となる入口と、排出口となる出口とを備え、前記入口は、前記貯水部内における供給手段から水が供給される領域の方へ向けて開放するように配置され、前記出口は、前記貯水部内における排出手段で排水される領域の方へ向けて開放するように配置されていてもよい。
【００１１】
上記構成によれば、冷却部への取水口となる入口が、貯水部内における供給手段から水が供給される領域の方へ向けて開放しているので、供給手段から供給される水が復水器の冷却部の入口へ供給される。そして、排出口となる出口が、前記貯水部内における排出手段で排水される領域の方へ向けて開放しているので、入口から冷却部内に供給されて熱交換が行われた水が出口から排出される。その排出される温められた水は、排出手段によって外部に排出されるので、復水器の冷却部の熱交換率が低下することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、発電設備を貯水部に浮かした状態で設け、しかも貯水部へ供給手段で引き込んだ水の一部を冷却水供給手段で復水器の冷却部に供給する構成にすることによって、地震の影響を受けにくくしながらも、設備の構成を簡素化できる浮揚式発電設備を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】岩盤を横から掘削して形成した空洞内に本発明の浮揚式発電設備を収容した縦断側面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２で示した浮揚式発電設備を構成する復水器の周辺の他の形態を示す断面図である。
【図４】図２で示した浮揚式発電設備を構成する復水器の周辺の他の形態を示す断面図である。
【図５】岩盤を掘削して３つの空洞を形成し、各空洞内に本発明の浮揚式発電設備を収容した他の形態の縦断正面図である。
【図６】岩盤を上方から掘削して形成した他の空洞内に本発明の浮揚式発電設備を収容した縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る浮揚式発電設備を図面に基づいて説明する。図１には、海底から海面上へ隆起している岩盤１を掘削して形成された空洞２内に引き込んだ海水により発電設備３が浮いた状態で設けられている。具体的には、岩盤１の横から掘削して横穴を形成して空洞２を形成し、その空洞２内に発電設備３及び開閉所４並びに変電所５を配置し、その後、空洞２の横一端の入口部である開口１Ａをコンクリート製のブロック体（壁体）６で閉じることによって、空洞２内に貯水部７を形成する。その貯水部７に岩盤１の周辺の海水を後述の供給手段１９（図２参照）で引き込むことによって、発電設備３及び開閉所４並びに変電所５を浮かせた状態にしている。図１において空洞２の長手方向を前後方向とし、図２において空洞２の短手方向を左右方向として、以下説明する。
【００１５】
ブロック体（壁体）６は、津波の波圧や航空機の衝突等の衝撃力を作用させても、水密性を維持し、止水機能や放射性物質閉塞機能を有するように構成されている。ここでは、ブロック体（壁体）６は、コンクリート製としているが、金属製や合成樹脂製等であってもよい。
【００１６】
岩盤１を掘削により形成された空洞２は、図２に示すように、アーチ状の上壁部２Ａと、上壁部２Ａの下端から真っ直ぐ下方へ垂下する一対の側壁部２Ｂ，２Ｂと、側壁部２Ｂ，２Ｂの下端から延びる逆アーチ状の下壁部２Ｃとから構成されている。岩盤１は、自然に生成された大量の岩石の集合体からなっているため、岩石同士間に亀裂を有している。このため、岩盤１は、圧縮力に対する強度は大きい（強い）が、引っ張り力に対する強度は極端に小さい（弱い）。このように、アーチ状の上壁部２Ａと、逆アーチ状の下壁部２Ｃとを形成することにより発生するアーチ効果で、圧縮断面を増やすと共に、岩盤１の内部に有している亀裂が岩盤１全体に波及することを防止できる。特に、空洞２の高さ（上下寸法）を２５ｍ程度確保することによって、岩盤１の内部の亀裂が岩盤１全体に波及することを確実に防止できる。また、岩盤１を掘削して空洞２を形成することによって、人口的な建物を建設する場合に比べて、工期の短縮を図りながらも発電設備を頑丈なもので覆うことができる。
【００１７】
発電設備３により発電された電力は、図１に示すように、前記開閉所４を介して変電所５に伝達され、変電所５から送電線８へ伝達され、需要者側へ送られる。
【００１８】
開閉所４は、遮断器等の開閉装置により電路を開閉して、変電所５へ電力を供給する供給状態と供給しない遮断状態とに切り替えるところである。この開閉所４の底部に浮力体９を備えており、発電設備３と同様に、開閉所４も貯水部７の海水に浮かせた状態にしている。
【００１９】
変電所５は、発電設備３からの電力を送電するために電圧変換するところである。この変電所５の底部に浮力体１０を備えており、発電設備３と同様に、変電所５も貯水部７の海水に浮かせた状態にしている。変電所５と開閉所４とがケーブル１０Ｈにより接続されている。また、変電所５と送電線８を支持する電柱１１とがケーブル１２により接続され、そのケーブル１２は、岩盤１に形成されている貫通孔１３に通されている。尚、貫通孔１３の両端開口は、海水や雨水等が空洞２内へ侵入しないようにシール材（図示せず）で閉じられている。
【００２０】
発電設備３は、蒸気を発生させるための蒸気発生装置を構成する原子炉圧力容器１４と、原子炉圧力容器１４からの蒸気を配管１５を介して案内することにより駆動されるタービン１６と、タービン１６の駆動によって発電を行う発電機（図示せず）と、発電機から排気される蒸気を復水して配管１７を介して原子炉圧力容器１４に供給する復水器１８とを備えている。これら原子炉圧力容器１４、タービン１６、発電機、復水器１８のそれぞれに図示していない浮力体を備えて貯水部７の海水に浮かせた状態にする他、一つの浮力体に、原子炉圧力容器１４、タービン１６、発電機、復水器１８を設置して海水に浮かせた状態にしてもよい。尚、発電された電力は、図示していないケーブルを介して開閉所４へ送られる。
【００２１】
発電設備３は、図２に示すように、岩盤１周辺の海水を貯水部７内へ引き込む供給手段１９と、貯水部７内に貯留された海水を海に排出する排出手段２０と、供給手段１９で引き込んだ海水の一部を復水器１８の冷却部である冷却パイプ２１に供給する冷却水供給手段２２とを備えている。
【００２２】
供給手段１９は、海中に一端部が突っ込まれた第１配管（可撓性を有するホースでもよい）２３と、第１配管２３の他端が接続されて海水を吸い込む供給ポンプＰ１と、供給ポンプＰ１の排出口に一端が接続され、他端が空洞２内の貯水部７に突っ込まれた第２配管２４（可撓性を有するホースでもよい）とを備えている。
【００２３】
第１配管２３は、海水に突っ込まれた吸込み口２３ａから上方へ立ち上げられた第１縦管部２３Ａと、第１縦管部２３Ａの上端から略９０度折り曲げられて水平方向に延びて供給ポンプＰ１に終端が接続される第１横管部２３Ｂとから構成されている。また、第２配管２４は、供給ポンプＰ１から横方向に延びる第２横管部２４Ａと、第２横管部２４Ａの終端から略９０度折り曲げられて下方に延びる第２縦管部２４Ｂとから構成されている。
【００２４】
排出手段２０は、空洞２内の貯水部７に一端部が突っ込まれた第３配管（可撓性を有するホースでもよい）２５と、第３配管２５の他端が接続されて空洞２内の海水を吸い込む排出ポンプＰ２と、排出ポンプＰ２の排出口に一端が接続され、他端が海水に突っ込まれた第４配管（可撓性を有するホースでもよい）２６とを備えている。
【００２５】
第３配管２５は、空洞２内の貯水部７に突っ込まれた吸込み口２５ａから上方へ立ち上げられた第３縦管部２５Ａと、第３縦管部２５Ａの上端から略９０度折り曲げられて水平方向に延びて排出ポンプＰ２に終端が接続される第３横管部２５Ｂとから構成されている。また、第４配管２６は、排出ポンプＰ２から横方向に延びる第４横管部２６Ａと、第４横管部２６Ａの終端から略９０度折り曲げられて下方に延びる第４縦管部２６Ｂと、第４縦管部２６Ｂから略９０度折り曲げられて水平方向に延びる第４横短管部２６Ｃとから構成されている。
【００２６】
冷却水供給手段２２は、復水器１８の冷却部である冷却パイプ２１の取水口となる入口２１Ａと、入口２１Ａから入った水を排出する出口２１Ｂとを備えている。入口２１Ａは、復水器１８のケーシング１８Ａから突出させ、その突出させた入口２１Ａを貯水部７内における供給ポンプＰ１からの水が供給される領域の方に向けて開放するように配置している。また、復水器１８の冷却パイプ２１の出口２１Ｂも復水器１８のケーシング１８Ａから突出させ、その突出させた出口２１Ｂを貯水部７内における排出ポンプＰ２で排水される領域の方へ向けて開放するように配置している。換言すれば、復水器１８の冷却パイプ２１の出口２１Ｂから排出される水を第３配管２５の吸込み口２５ａから吸い込めるように復水器１８の冷却パイプ２１の出口２１Ｂを開放状態で配置している。冷却パイプ２１は、長さを長くすることで冷却効果を高めるために、水平方向に蛇行する形状にしている。つまり冷却パイプ２１は、水平方向一端から他端に延びて他端から１８０度折り返して水平方向一端側に延び延出端から更に１８０度折り返して水平方向他端側に延びる形状に構成されているが、どのように形状であってもよい。従って、復水器１８の冷却パイプ２１の入口２１Ａから冷却パイプ２１内に供給されて熱交換が行われた海水が冷却パイプ２１の出口２１Ｂから排出される。その排出される温められた海水が、排出ポンプＰ２によって海に排出されることで、復水器１８の冷却パイプ２１による熱交換率が低下することを抑制することができる。
【００２７】
岩盤１の左右側壁部２Ｂ，２Ｂには、空洞２と外部とを連通するための貫通孔２Ｋ，２Ｋを形成している。一方（左側）の貫通孔２Ｋに、供給ポンプＰ１とこの供給ポンプＰ１に接続される第１配管２３の第１横管部２３Ｂと第２配管２４の第２横管部２４Ａとを配置している。そして、これらを配置した後に、耐震性を有する津波防潮扉２７によって貫通孔２Ｋ，２Ｋをそれぞれ閉じることによって、津波の浸入を確実に阻止することができる（つまり、発電設備に津波を侵入させないドライサイトという規制基準を満たすことができる）。津波防潮扉２７又は２７には、第１配管２３の第１横管部２３Ｂ又は第４配管２６の第４横管部２６Ａが貫通する貫通孔２７Ａ又は２７Ａが形成されている。また、図示していない空気の出入り口のそれぞれには、フェンス等を設置して人や危険物の侵入を防止するようにしている。また、空気の出口には、フィルターベントへの切り替え装置（フィルターを介して放射性物質の放出量を大幅に抑制する装置）を設置しておけば、非常時に放射性物質が空洞２の外部に排出されることを防止することができる。また、発電設備を制御する制御室は、空洞２内に設けてもよいし、空洞２の外部に免震構造を有する免震棟内に設けて遠隔操作するようにしてもよい。
【００２８】
前述のように、海水（河川水、湖水、池水、地下水、雨水）を引き込み可能な場所に設置された貯水部７に発電設備３を浮かした状態で設けることによって、地震が発生しても、地震の影響を受けにくく、設備に重大な損傷が発生し難い。また、供給手段（供給ポンプＰ１）で貯水部７に海水を引き込み、貯水部７内に貯留された海水の一部を排出手段（排出ポンプＰ２）で海に排出することによって、貯留部７内の海水を所定量に維持することができる。実際には、貯水部７の海水の量が所定量になった時点から、供給ポンプＰ１で貯水部７に海水を引き込んだ量だけ排出ポンプＰ２で排出することによって、貯留部７内の海水を所定量に維持する。このとき、貯留部７の海水面の高さをセンサなどの検出手段により検出し、その検出した値に基づいて排出ポンプＰ２の駆動を制御すれば、貯留部７内の海水の量を目標の量に精度よく合わせることができる。また、供給手段（供給ポンプＰ１）で引き込んだ海水の一部を冷却水供給手段で復水器１８の冷却パイプ２１に供給することによって、他の場所から海水を引き込んで復水器１８の冷却パイプ２１に供給するように設備を構築する場合に比べて設備の構成を簡素化できる。また、海水を引き込み可能な場所に貯水部７を設置することによって、引き込むための距離も短くすることができ、施工面において有利になる。
【００２９】
なお、本発明に係る浮揚式発電設備は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更することができる。
【００３０】
例えば、図３に示すように、復水器１８の冷却パイプ２１の入口２１Ａに、第２配管２４の出口２４Ｅに対向する入口２８Ａを有するＬ字状の第１延長パイプ２８を連結してもよい。また、復水器１８の冷却パイプ２１の出口２１Ｂに、第３配管２５の吸い込み口２５ａに対向する出口２９Ａを有するＬ字状の第２延長パイプ２９を連結してもよい。このように配置することによって、第２配管２４の出口２４Ｅから排出される海水の多くの量を第１延長パイプ２８の入口２８Ａに入れて冷却パイプ２１の入口２８Ａに受け渡すことによって、冷却パイプ２１の熱交換率の向上を図るようにしている。また、復水器１８の冷却パイプ２１の出口２１Ｂから排出される温められた海水を第２延長パイプ２９の出口２９Ａから第３配管２５の入口２５ａに確実に受け渡して、貯水部７内に温められた海水が滞留し難くして、復水器１８の熱交換率が低下することを回避することができる。
【００３１】
また、図４に示すように、復水器１８の冷却パイプ２１の入口２１Ａと、第２配管２４の出口２４ＥとをＴ字状の第１継手３０で接続してもよい。このように接続すれば、第２配管２４の出口２４Ｅから排出される海水が復水器１８の冷却パイプ２１と、貯水部７とに分岐して供給できる。また、復水器１８の冷却パイプ２１の出口２１Ｂと、第３配管２５の吸込み口２５ａとをＴ字状の第２継手３１で接続してもよい。このように接続すれば、冷却パイプ２１から排出される海水と貯水部７内の海水とが第２継手３１で合流された状態で第３配管２５へ吸い込まれる。このように配置することによって、第２配管２４の出口２４Ｅから排出される海水の一部を第１継手３０を介して冷却パイプ２１に確実に入れることができ、冷却パイプ２１の熱交換率の向上を図るようにしている。また、復水器１８の冷却パイプ２１の出口２１Ｂから排出される温められた海水を第２継手３１を介して第３配管２５の吸込み口２５ａに確実に受け渡して、温められた海水が貯水部７内に滞留することがなく、復水器１８の熱交換率が低下することを確実に回避することができる。尚、第１継手３０と復水器１８の冷却パイプ２１との接続及び第２継手３１と復水器１８の冷却パイプ２１との接続は、地震が発生した時に、第１継手３０及び第２継手３１からの振動が冷却パイプ２１に伝わり難いように緩衝材を介して接続しておくと地震の影響を受けることを回避することができる。
【００３２】
上記実施形態では、発電設備を一基設けたが、複数基設けて実施することもできる。図５に３基の発電設備を併設した場合を示している。図５では海水の供給系統を省略している。このように複数基の発電設備を併設する場合に、各空洞２を、前述同様に、アーチ状の上壁部２Ａと、上壁部２Ａの下端から真っ直ぐ下降する一対の側壁部２Ｂ，２Ｂと、側壁部２Ｂ，２Ｂの下端から延びる逆アーチ状の下壁部２Ｃとから構成している。この場合、各空洞２の高さＨを前述同様に、２５ｍ程度とし、各空洞２の左右幅Ｌを２０ｍ程度とし、隣り合う空洞２，２同士の間隔Ｄを２５ｍ程度にしている。このように構成することによって、前述したアーチ効果を十分に発揮することができる。このように空洞２の上下端部をアーチ状（下端部は逆アーチ状）とすることによって、隣り合う空洞２，２同士間の壁の厚みが上下端側ほど厚くなり、隣り合う空洞２，２同士間の壁を同一厚みの壁で構成される矩形状の空洞の場合に比べて、引っ張り力が作用した時の破壊が生じ難くできる利点がある。また、発電設備としては原子力発電の設備の他、火力発電を行う設備であってもよい。火力発電の場合、蒸気発生装置がボイラから構成され、他の部分は原子力発電の場合と同様である。
【００３３】
また、上記実施形態では、岩盤１に横から掘削して空洞２を形成したが、図６に示すように、岩盤１を上方から掘削して空洞２を形成し、発電設備３、開閉所４、変電所５を上方から配置することもできる。発電設備３、開閉所４、変電所５を配置した後は、空洞２の上方開口部１Ｋをコンクリート製のブロック体（壁体）３２で閉じることになる。説明しなかった他の部分は、図１と同一構成である。
【００３４】
また、上記実施形態では、発電設備３以外の開閉所４及び変電所５も浮揚式に構成したが、開閉所４及び変電所５のうちの一方又は両方を、浮揚式とはせずに、他の場所に設置して、発電設備３と接続する構成としてもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、発電設備を空洞内に外部と完全に遮断した状態で配置したが、津波に対応することができる高い塀で囲まれた内部に発電設備を浮かせて設けてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１…岩盤、１Ａ…開口（入口部）、１Ｋ…上方開口部、２…空洞、２Ａ…上壁部、２Ｂ…側壁部、２Ｃ…下壁部、２Ｋ…貫通孔、３…発電設備、４…開閉所、５…変電所、６…ブロック体（壁体）、７…貯水部、８…送電線、９，１０…浮力体、１０Ｈ…ケーブル、１１…電柱、１２…ケーブル、１３…貫通孔、１４…原子炉圧力容器、１５…配管、１６…タービン、１７…配管、１８…復水器、１８Ａ…ケーシング、１９…供給手段、２０…排出手段、２１…冷却パイプ（冷却部）、２１Ａ…入口、２１Ｂ…出口、２２…冷却水供給手段、２３…第１配管、２３Ａ…第１縦管部、２３Ｂ…第１横管部、２３ａ…吸込み口、２４…第２配管、２４Ａ…第２横管部、２４Ｂ…第２縦管部、２４Ｅ…出口、２５…第３配管、２５Ａ…第３縦管部、２５Ｂ…第３横管部、２５ａ…吸込み口、２５ａ…吸込み入口、２６…第４配管、２６Ａ…第４横管部、２６Ｂ…第４縦管部、２６Ｃ…第４横短管部、２７…津波防潮扉、２７Ａ…貫通孔、２８…第１延長パイプ、２８Ａ…入口、２９…第２延長パイプ、２９Ａ…出口、３０…第１継手、３１…第２継手、Ｐ１…供給ポンプ、Ｐ２…排出ポンプ
【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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