(57)【要約】【課題】高温ドレンが汽水分離して発生する温水ドレンを冷却するために消費する所内用水を不要として排水量を抑制し、かつ小型化すること。【解決手段】冷却装置は、蒸気ドラムと、蒸気ドラムの内部において、蒸気ドラムと一体に設けられ、蒸気ドラムに流入した高温ドレンが汽水分離して発生する温水ドレンを冷却する冷却器と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気ドラムと、
前記蒸気ドラムの内部において、前記蒸気ドラムと一体に設けられ、前記蒸気ドラムに流入した高温ドレンが汽水分離して発生する温水ドレンを冷却する冷却器と、
備える、冷却装置。
【請求項２】
前記蒸気ドラムは、前記高温ドレンをフラッシュ蒸気と温水ドレンとに汽水分離する汽水分離器を更に備える、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記汽水分離器は、前記高温ドレンが前記蒸気ドラムの内壁に沿って旋回するサイクロンセパレータである、請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記汽水分離器は、前記蒸気ドラムの内側に設けられた内筒を更に備える、請求項２または３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷却器は、前記蒸気ドラムの下部に蓄えられる温水ドレンに接して冷却する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記冷却器は、高さが前記蒸気ドラムの下部に蓄えられる温水ドレンの深さ以下である、請求項５に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記冷却器は、縦型熱交換器である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記温水ドレンを冷却するための媒体を前記冷却器に供給する供給配管と、
前記温水ドレンによって加熱された前記媒体を前記冷却器から排出する排出配管と、を更に備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記供給配管は、復水器と接続されており、
前記媒体は、前記復水器から供給される復水である、請求項８に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記排出配管は、前記復水器と接続されており、
前記排出配管から流出した前記復水は、前記復水器に排出される、請求項９に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記蒸気ドラムから大気中に放出される蒸気を排出するための蒸気回収管を有し、
前記蒸気回収管は、前記復水器に接続されている、請求項９または１０に記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記媒体は、海水である、請求項８に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントなどでは、起動時に発生する高温ドレンを排水するために、サイクロンセパレータ等を内蔵したブローダウンタンクを設置している。通常、ブローダウンタンクでは、高温ドレンを排水するために、内部に導入された高温ドレンを、蒸気と、温水ドレンとに汽水分離する。そして、ブローダウンタンクは、蒸気を排気管から大気中に放出し、温水ドレンを冷却しつつ排水槽へと排出するが、温水ドレンをさらに排水槽に受け入れ可能な温度まで冷却するために、温水ドレンを排水するための排水配管に冷却水を注入して混合している。
【０００３】
特許文献１には、ボイラやタービンの下流側に配され、高温の蒸気が排水配管の流路に流れ込むのを防止する手段を備えたブローダウンタンクが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２３８２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
背景技術では、温水ドレンと、冷却水との温度差が小さいため、温水ドレンを冷却するために多量の水を温水ドレンに混合させる必要があり、排水槽へ排出される排水量が大幅に増加するほか、温水ドレンを冷却するために消費される所内用水が不足してしまう恐れもある。
【０００６】
特許文献１に記載のブローダウンタンクでは、温水ドレンを排水するための排水配管と、温水ドレンが排水される排水槽との間に排水冷却器を配置し、その排水冷却器に冷水を流すことで排水配管を流れる温水ドレンの温度を冷却している。この場合、ブローダウンタンクと、排水冷却器が別体に設けられているため、温水ドレンを冷却するための設備が大型化してしまう可能性がある。また、このような設備では、排水冷却器はブローダウンタンクの下流側に設置することになるため、ブローダウンタンクを設置するための場所に制限が掛かってしまう。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するものであり、冷却水として消費される所内用水を削減して排水槽へ排出される排水量を抑制し、かつ小型な冷却装置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】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明の冷却装置は、蒸気ドラムと、前記蒸気ドラムの内部において、前記蒸気ドラムと一体に設けられ、前記蒸気ドラムに流入した高温ドレンが汽水分離して発生する温水ドレンを冷却する冷却器と、備える。
【０００９】
この構造により、蒸気ドラムの内部に冷却器を設けているので、温水ドレンの冷却構造を小型化することができる。
【００１０】
また、前記蒸気ドラムは、前記高温ドレンをフラッシュ蒸気と温水ドレンとに汽水分離器を更に備えることが好ましい
【００１１】
この構造により、蒸気ドラムの内部に温水ドレンを蓄えることができる。したがって、蒸気ドラムの内部に設けられた冷却器によって温水ドレンを冷却することができる。
【００１２】
また、前記汽水分離器は、前記高温ドレンが前記蒸気ドラムの内壁に沿って旋回するサイクロンセパレータであることが好ましい。
【００１３】
この構造により、蒸気ドラムには既存の設備を使用することができる。したがって、新たな蒸気ドラムを用意する必要はないので、汎用性が高く、コストの観点からも有利となる。
【００１４】
また、前記汽水分離器は、前記蒸気ドラムの内側に設けられた内筒を更に備えることが好ましい。
【００１５】
この構造により、フラッシュ蒸気を蒸気ドラムの外部に排出することが容易となる。したがって、蒸気ドラム内部の圧力を大気圧に保つことが容易となる。
【００１６】
また、前記冷却器は、前記蒸気ドラムの下部に蓄えられる温水ドレンに接して冷却することが好ましい。
【００１７】
この構造により、冷却器は温水ドレンと間接的に熱交換することができる。したがって、温水ドレンを効率よく冷却することができる。
【００１８】
また、前記冷却器は、高さが前記蒸気ドラムの下部に蓄えられる温水ドレンの深さ以下であることが好ましい。
【００１９】
この構造により、適切な大きさの冷却器を使用することができる。したがって、コストの観点から有利となる。
【００２０】
また、前記冷却器は、縦型熱交換器であることが好ましい。
【００２１】
この構造により、冷却器には既存の装置を使用することができる。したがって、既存の原子力プラントに対しても適用することができる。
【００２２】
また、前記温水ドレンを冷却するための媒体を前記冷却器に供給する供給配管と、前記温水ドレンによって加熱された前記媒体を前記冷却器から排出する排出配管と、を更に備えることが好ましい。
【００２３】
この構造により、温水ドレンを冷却するための液体を温水ドレンに混合させずに回収することができる。したがって、温水ドレンを冷却するために消費される所内用水を不要にすることができる。
【００２４】
また、前記供給配管は、復水器と接続されており、前記媒体は、前記復水器から供給される復水であることが好ましい。
【００２５】
この構造により、原子力プラントなどにおける復水系統の復水を温水ドレンの冷却媒体として使用することができる。したがって、温水ドレンを冷却するために消費される所内用水を不要にすることができる。
【００２６】
また、前記排出配管は、前記復水器と接続されており、前記排出配管から流出した前記復水は、前記復水器に排出されることが好ましい。
【００２７】
この構造により、温水ドレンを冷却した後の復水を再利用することができる。したがって、復水の不足分を補うために前記復水器へ補給される補給水量を少なくすることができる。
【００２８】
また、前記蒸気ドラムから大気中に放出される蒸気を回収するための蒸気回収管を有し、前記蒸気回収管は、前記復水器に接続されていることが好ましい。
【００２９】
この構造により、大気中に放出される蒸気を温水ドレンの冷却に使用する復水として回収することができる。したがって、復水の不足分を補うために前記復水器へ補給される補給水量をさらに少なくすることができる。
【００３０】
また、前記媒体は、海水であることが好ましい。
【００３１】
この構造により、海水を高温ドレンの液体冷媒として使用することができる。したがって、温水ドレンを冷却するために消費される所内用水を不要にすることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の冷却装置によれば、高温ドレンが汽水分離して発生する温水ドレンを冷却するための冷却器を蒸気ドラムの内部に設けることから、原子力プラントなどにおける温水ドレンの冷却設備を小型化することができる。また、本発明の冷却装置によれば、温水ドレンを冷却するための冷却媒体として復水を用いていることから、温水ドレンを冷却するために必要な水の量を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る冷却装置が備える蒸気ドラムの上部断面図である。
【図３】図３は、本実施形態の冷却装置が用いられる原子力プラントの概略を示す模式図である。
【図４】図４は、本実施形態の変形例に係る冷却装置が用いられる原子力プラントの概略を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る冷却装置の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００３５】
図１は、本発明の実施形態に係る冷却装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、冷却装置は、蒸気ドラム１１０と、冷却器１２０と、供給配管１３０と、排出配管１４０と、管板１５０と、内筒１６０と、ドレン排出配管１７０と、を備える。
【００３６】
蒸気ドラム１１０は、ドレン導入配管１１１と、蒸気排出配管１１２と、第１の水室１１３と、第２の水室１１４とを有する。
【００３７】
ドレン導入配管１１１は、蒸気ドラム１１０の円周方向から高温ドレンを導入するように設けられており、例えば、原子力プラントにおいて、プラントの起動時に発生する飽和蒸気と、飽和水との２相流の高温ドレンを蒸気ドラム１１０に導入する配管である。
【００３８】
蒸気排出配管１１２は、蒸気ドラム１１０の頂部に設けられており、蒸気ドラム１１０の内部で発生し、内筒１６０を通過した蒸気を、大気中に放出する配管である。
【００３９】
図２を参照して、蒸気ドラムの内部で発生したフラッシュ蒸気が排出されるまでの流れについて説明する。図２は、蒸気ドラム１１０の内部の構造を示す模式図である。なお、図２では、高温ドレンは、２か所から蒸気ドラム１１０の内部に導入されるものとして説明するが、本発明を限定するものではない。
【００４０】
図２に示すように、ドレン導入配管１１１は、蒸気ドラム１１０の円周方向から、蒸気ドラム１１０の内部に高温ドレンを導入する。蒸気ドラム１１０に流入した高温ドレンは、フラッシュ蒸気と、温水ドレンとに汽水分離される。フラッシュ蒸気は、ドレン導入配管１１１が蒸気ドラム１１０の円周方向に沿って設けられているため、内筒１６０の外周を沿うように旋回する。そして、フラッシュ蒸気は、内筒１６０の内部に導かれて、蒸気ドラム１１０の頂部に設けられた蒸気排出配管１１２から排出される。これにより、蒸気ドラム１１０の内部は大気圧に保たれる。温水ドレンは、蒸気ドラム１１０に蓄えられる。
【００４１】
第１の水室１１３と、第２の水室１１４とは、蒸気ドラム１１０において、管板１５０によって区切られた下部の空間に設けられている。第１の水室１１３には、温水ドレンを冷却するための液体が供給され一時的に蓄えられている。第２の水室１１４には、温水ドレンと熱交換した後の加熱された液体が導入され一時的に蓄えられている。第１の水室１１３と、第２の水室１１４との間には、互いに蓄えている液体が混ざらないように仕切り板１１５が設けられている。また、管板１５０によって区切られた上部の空間には、深さＤの温水ドレンが蓄えられている。
【００４２】
冷却器１２０は、温水ドレンと間接的に熱交換することで、温水ドレンの温度を冷却することのできる冷却器である。冷却器１２０は、例えば、多管式の縦型熱交換器であり、蒸気ドラム１１０の内部において管板１５０を介して、蒸気ドラム１１０と一体に設けられている。具体的には、冷却器１２０は、第１の水室１１３と、第２の水室１１４とを繋ぐように管板１５０上に設けられている。すなわち、冷却器１２０は、第１の水室１１３に蓄えられた液体が、冷却器１２０の内部に流入し、冷却器１２０の内部を通過した液体が第２の水室１１４に流出する構造となっている。これにより、冷却器１２０は、蒸気ドラム１１０に蓄えられた温水ドレンと間接的に熱交換することで、温水ドレンを冷却することができる。具体的には、冷却器１２０には、温水ドレン（例えば、１００〜１２０℃）を、所定の許容温度（例えば、６０℃前後）まで冷却するための液体を流すことができる。冷却器１２０に流す液体に特に制限はないが、例えば、原子力プラントに用いられている復水系統から供給される復水や、海水をあげることができる。温水ドレンを冷却するために冷却器１２０に流す液体の温度は、温水ドレンより温度が低ければ特に制限はないが、例えば、３０℃程度の冷水である。なお、海水を使用する場合には、錆などの腐食を防止するための腐食対策を施すことが好ましい。また、冷却器１２０の高さＴは、温水ドレンの深さＤ以下であることが好ましい。これは、冷却器１２０は、蒸気ドラム１１０に蓄えられる温水ドレンを冷却するために設けられているため、温水ドレンが達することのない位置まで高くする必要がないためである。冷却器１２０を小さくすることは、コストの観点からも有利となる。
【００４３】
供給配管１３０は、温水ドレンを冷却するための液体を冷却器１２０に供給する。具体的には、供給配管１３０は、第１の水室１１３に接続されており、第１の水室１１３に、温水ドレンを冷却するための液体を供給する。そして、第１の水室１１３に供給された液体は、第１の水室１１３から冷却器１２０に供給される。供給配管１３０が冷却器１２０に供給する液体は、例えば、復水や、海水である。
【００４４】
排出配管１４０は、冷却器１２０を通過し、温水ドレンを冷却した後の液体を排出する。具体的には、排出配管１４０は、第２の水室１１４に接続されており、蒸気ドラム１１０の内部に設けられた第２の水室１１４に蓄えられた液体を排出する。排出配管１４０には、排出量調整器１４１が設けられている。排出量調整器１４１を設けることで、蒸気ドラム１１０から排出する液体の量を調整することができる。排出量調整器１４１は、例えば、原子力プラントの起動時に開状態となるが、これに限定されない。排出量調整器１４１は、例えば、原子力プラントの通常運転時に開状態であってもよい。これは、原子力プラントの通常運転時にも少量ながらも高温ドレンは発生し、その高温ドレンが蒸気ドラム１１０に流入するためである。このような排出量調整器１４１に特に制限はないが、例えば、オリフィス、玉形弁（手動弁）、および制御弁をあげることができる。排出配管１４０は、例えば、原子力プラントの復水系統における復水器に接続されている。この場合、排出配管１４０は、冷却器１２０から排出した温水ドレンによって加熱された液体を復水器に排出する。
【００４５】
ドレン排出配管１７０は、冷却された温水ドレンを排出する。具体的には、ドレン排出配管１７０は、蒸気ドラム１１０に設けられており、冷却器１２０によって冷却された温水ドレンを排出し、排水槽１８０に供給する。ドレン排出配管１７０には、ドレン水量調整器１７１が設けられている。ドレン水量調整器１７１を設けることで、蒸気ドラム１１０に蓄えられる温水ドレンの水量を調整することができる。このようなドレン水量調整器１７１に特に制限はないが、例えば、制御弁をあげることができる。
【００４６】
排水槽１８０は、蒸気ドラム１１０から排出されたドレンを一時的に蓄える。排水槽１８０には、排水配管１９０が設けられている。排水配管１９０は、排水槽１８０に蓄えられたドレンをポンプ１９１で吸い上げて、排水処理設備などへ排水する。
【００４７】
図３は、本実施形態の冷却装置が用いられる原子力プラント１の概略を示す模式図である。
【００４８】
原子力プラント１は、冷却装置１００と、復水器１０と、蒸気発生器２０と、供給量調整器２１と、低圧給水加熱器２２と、脱気器２３と、給水ポンプ２４と、高圧給水加熱器２５と、湿分分離加熱器２６と、高圧タービン３１と、低圧タービン３２と、復水ポンプ４１と、を含む。まず、図３を参照しつつ、原子力プラント１において、電力を生成する流れについて説明する。
【００４９】
蒸気発生器２０には、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized  Water  Reactor）から、加熱された一次冷却材（水、液体）が冷却材ポンプによって供給される。そして、蒸気発生器２０は、高温の一次冷却材を、二次冷却材と熱交換させることで二次冷却材を蒸発させ、蒸発した二次冷却材（蒸気）を高圧タービン３１に向かって供給する。
【００５０】
高圧タービン３１は、蒸気発生器２０から供給される蒸気によって回転し、使用後の蒸気を湿分分離加熱器２６に向かって排出する。
【００５１】
湿分分離加熱器２６は、高圧タービン３１から受けた蒸気から湿分を除去するとともに、加熱してから、低圧タービン３２に向かって排出する。
【００５２】
低圧タービン３２は、湿分分離加熱器２６から供給される蒸気によって回転し、使用後の蒸気を復水器１０に向かって排出する。
【００５３】
このように、原子力プラント１では、蒸気発生器２０で発生した蒸気で、高圧タービン３１と、低圧タービン３２との回転によって、図示しない発電機を回転させることで電力を発生させている。
【００５４】
次に、原子力プラント１において、復水が生成され、その復水が、蒸気発生器２０に供給されるまでの流れについて説明する。
【００５５】
復水器１０は、その内部に設けられる冷却ライン（図示しない）によって低圧タービン３２から排出される蒸気を凝集し、復水を生成する。復水は、復水器１０から低圧給水加熱器２２へ向けて供給される。
【００５６】
低圧給水加熱器２２は、復水器１０から受けた復水を、低圧の状態で加熱する。低圧給水加熱器２２は、加熱した復水を、脱気器２３に供給する。また、低圧給水加熱器２２の復水の流入側には、供給量調整器２１が設けられている。供給量調整器２１によって、低圧給水加熱器２２に供給される復水の量を調整することができる。
【００５７】
脱気器２３は、低圧給水加熱器２２から受けた復水を加熱脱気する。脱気器２３は、脱気した復水を、高圧給水加熱器２５に供給する。
【００５８】
高圧給水加熱器２５は、脱気器２３によって脱気された復水を、高圧の状態で加熱する。高圧給水加熱器２５は、加熱した復水を、加圧水型原子炉へと供給する。また、脱気器２３と、高圧給水加熱器２５との間には、給水ポンプ２４が設けられている。給水ポンプ２４は、脱気器２３から高圧給水加熱器２５へ向けて復水を供給する。
【００５９】
このように、原子力プラント１では、復水器１０で生成された復水は、低圧給水加熱器２２と、脱気器２３と、給水ポンプ２４と、高圧給水加熱器２５と、を通過しつつ、蒸気発生器２０に到達する。
【００６０】
本実施形態では、復水器１０で生成された復水を利用して蒸気ドラム１１０の内部の温水ドレンを冷却し、冷却に使用した復水を復水器１０に排出している。以下では、蒸気ドラム１１０から復水を排出し、排出した復水を使用して蒸気ドラム１１０の内部の温水ドラムを冷却するまでの流れについて説明する。
【００６１】
図３に示すように、排出配管１４０は、その一端が第２の水室１１４に接続され、他端が復水器１０に接続されている。そのため、第２の水室１１４に蓄えられた復水は、復水器１０に排出される。復水器１０に排出された復水は、復水器１０の冷却ラインによって冷却される。また、排出配管１４０には排出量調整器１４１が設けられている。排出量調整器１４１によって、第２の水室１１４から排出する復水の量を調整することができる。
【００６２】
供給配管１３０は、その一端が第１の水室１１３に接続され、他端が復水器１０と、供給量調整器２１とを結ぶ配管の間に接続されている。そのため、本実施形態では、第２の水室１１４から排出し、復水器１０によって冷却された復水を再び第１の水室１１３に供給することができる。具体的には、供給配管１３０と、復水器１０との間には復水ポンプ４１が設けられており、復水ポンプ４１によって、復水器１０から供給配管１３０に向かって復水を供給する。これにより、復水は、供給配管１３０を通過して、第１の水室１１３に供給される。
【００６３】
上述のとおり、本実施形態では、高温ドレンが汽水分離して発生する温水ドレンを冷却するための冷却器を蒸気ドラム１１０の内部に設けている。これにより、本実施形態は、原子力プラントなどにおいて、温水ドレンを冷却するための設備をより小型にすることができる。
【００６４】
また、本実施形態では、高温ドレンが汽水分離して発生する温水ドレンを冷却するための液体として復水を利用している。これにより、本実施形態は、原子力プラントなどにおいて、温水ドレンを冷却するために消費される所内用水を不要にすることができる。
【００６５】
また、本実施形態では、冷却器１２０として、縦型の熱交換器を用いている。これにより、本実施形態は、既存の原子力プラントなどに適用する場合でも、大掛かりな工事が発生することなく適用することができるので、コストの観点からも有利である。
【００６６】
図４は、本実施形態の冷却装置が用いられる原子力プラント１Ａの概略を示す模式図である。
【００６７】
本実施形態では、蒸気ドラム１１０内で発生したフラッシュ蒸気は、蒸気排出配管１１２によって、大気中に放出していた。図４に示す本実施形態の変形例では、蒸気ドラム１１０の頂部には、フラッシュ蒸気を回収するための蒸気回収配管１１６が設けられている。
【００６８】
蒸気回収配管１１６は、蒸気ドラム１１０の内部で発生したフラッシュ蒸気を回収する。蒸気回収配管１１６は、回収したフラッシュ蒸気を、復水器１０に供給する。また、蒸気回収配管１１６には、蒸気ドラム１１０の内部の圧力を調整する圧力制御器１１７が設けられていることが好ましい。圧力制御器１１７によって、蒸気ドラム１１０の内部の圧力を一定に制御することができる。
【００６９】
復水器１０は、その内部に設けられた冷却ラインによって、蒸気回収配管１１６によって回収されたフラッシュ蒸気から復水を生成する。
【００７０】
上述のとおり、本実施形態の変形例では、蒸気ドラム１１０の内部で発生したフラッシュ蒸気をも、復水として利用することができる。これにより、本実施形態の変形例は、原子力プラントなどにおいて、復水の不足分を補うために復水器１０へ補給される補給水量を少なくすることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１，１Ａ  原子力プラント
１０  復水器
２０  蒸気発生器
２１  供給量調整器
２２  低圧給水加熱器
２３  脱気器
２４  給水ポンプ
２５  高圧給水加熱器
２６  湿分分離加熱器
３１  高圧タービン
３２  低圧タービン
４１  復水ポンプ
１００  冷却装置
１１０  蒸気ドラム
１１１  ドレン導入配管
１１２  蒸気排出配管
１１３  第１の水室
１１４  第２の水室
１１５  仕切り板
１１６  蒸気回収配管
１１７  圧力制御器
１２０  冷却器
１３０  供給配管
１４０  排出配管
１４１  排出量調整器
１５０  管板
１６０  内筒
１７０  ドレン排出配管
１７１  ドレン水量調整器
１８０  排水槽
１９０  排水配管
【図１】
2019120444.tif 000003
【図２】
2019120444.tif 000004
【図３】
2019120444.tif 000005
【図４】
2019120444.tif 000006