(57)【要約】【課題】  原子力プラントにおいて原子炉熱出力の増加に際して、主蒸気の発生量を抑制し、かつ主蒸気系の設計余裕減少を抑制しつつ電気出力を増加させることを目的とする。【解決手段】  原子力発電システムにおいて主蒸気の抽気で加熱する給水の加熱量を減らし、給水のエンタルピ（温度）を下げることにより原子炉炉心で発生する蒸気量を減らして主蒸気流量の増加を抑制すると同時に、低圧タービンへ入る蒸気量を増加させることで低圧タービンでのエネルギー回収量（発電量）を増加させ、原子炉の電気出力を増加させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉と、
該原子炉で発生する蒸気が供給される高圧タービン及び低圧タービンを含む蒸気系と、
該低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、
該復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、
該給水加熱器から排出された給水を前記原子炉に向けて導く給水系とを備えた原子力発電プラントの運転方法において、
前記原子炉の第２運転サイクルにおける第２原子炉熱出力を、該第２運転サイクルより前の第１運転サイクルにおける第１原子炉熱出力よりも増大させ、
前記第１運転サイクルにおける前記蒸気系から抽気して前記給水加熱器に導く抽気蒸気に対して、前記第２運転サイクルにおける抽気蒸気の増加割合を、前記第１原子炉熱出力に対する前記第２原子炉熱出力の増加割合よりも小さくすることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項２】
原子炉と、
前記原子炉で発生する蒸気が供給される高圧タービン及び前記高圧タービンから排出された前記蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、
前記復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、前記給水加熱器から排出された給水を前記原子炉に導く給水系とを備えた原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の第２運転サイクルにおける第２原子炉熱出力を、前記第２運転サイクルより前の第１運転サイクルにおける第１原子炉熱出力よりも増大させ、
前記蒸気系から抽気して前記給水加熱器に導く抽気蒸気の質量流量を、前記第１運転サイクルに対して前記第２運転サイクルでは小さくすることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項３】
原子炉と、
前記原子炉で発生する蒸気が供給される高圧タービン及び前記高圧タービンから排出された前記蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、前記復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、前記給水加熱器から排出された給水を前記原子炉に導く給水系とを備えた原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の第２運転サイクルにおける第２原子炉熱出力を、前記第２運転サイクルより前の第１運転サイクルにおける第１原子炉熱出力よりも増大させ、
前記原子炉に前記給水系から導く給水の前記原子炉入口における温度またはエンタルピを、前記第１運転サイクルに対して前記第２運転サイクルでは低くすることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項４】
原子炉と、
前記原子炉で発生する蒸気が供給される高圧タービン及び前記高圧タービンから排出された前記蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、前記復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、前記給水加熱器から排出された給水を前記原子炉に導く給水系とを備えた原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の一運転サイクル中の第２運転状態における第２原子炉熱出力を、前記第２運転状態より前の第１運転状態における第１原子炉熱出力から変化させ、
前記第１運転状態における前記蒸気系から抽気して前記給水加熱器に導く抽気蒸気に対して、前記第２運転状態における抽気蒸気の変化割合を、
前記第１原子炉熱出力に対する前記第２原子炉熱出力の変化と同じ増減方向で、かつ、原子炉熱出力の変化割合よりも小さくすることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項５】
原子炉と、
前記原子炉で発生する蒸気が供給される高圧タービン及び前記高圧タービンから排出された前記蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、前記復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、前記給水加熱器から排出された給水を前記原子炉に導く給水系とを備えた原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の一運転サイクル中の第２運転状態における第２原子炉熱出力を、前記第２運転状態より前の第１運転状態における第１原子炉熱出力から変化させ、
前記蒸気系から抽気して前記給水加熱器に導く抽気蒸気質量流量を、前記第１運転状態に対して前記第２運転状態では原子炉熱出力の変化とは逆向きに変化させることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項６】
原子炉と、
前記原子炉で発生する蒸気が供給される高圧タービン及び前記高圧タービンから排出された前記蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、
前記復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、前記給水加熱器から排出された給水を前記原子炉に導く給水系とを備えた原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の一運転サイクル中の第２運転状態における第２原子炉熱出力を、前記第２運転状態より前の第１運転状態における第１原子炉熱出力から変化させ、
前記原子炉に前記給水系から導く給水の前記原子炉入口における温度またはエンタルピを、前記第１運転状態に対して前記第２運転状態では原子炉熱出力の変化とは逆向きに変化させることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項７】
原子炉と、
前記原子炉で加熱された冷却材を熱源にして蒸気を発生する蒸気発生器と、
この蒸気が供給される高圧タービン及び前記高圧タービンから排出された前記蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、
前記復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、前記給水加熱器から排出された給水を前記蒸気発生器に導く給水系とを備えた原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の第２運転サイクルにおける第２原子炉熱出力を、前記第２運転サイクルより前の第１運転サイクルにおける第１原子炉熱出力よりも増大させ、
前記第１運転サイクルにおける前記蒸気系から抽気して前記給水加熱器に導く抽気蒸気に対して、前記第２運転サイクルにおける抽気蒸気の増加割合を、前記第１原子炉熱出力に対する前記第２原子炉熱出力の増加割合よりも小さくすることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項８】
原子炉と、
前記原子炉で加熱された冷却材を熱源にして蒸気を発生する蒸気発生器と、
この蒸気が供給される高圧タービン及び前記高圧タービンから排出された前記蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、前記復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、前記給水加熱器から排出された給水を前記蒸気発生器に導く給水系とを備えた原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の第２運転サイクルにおける第２原子炉熱出力を、前記第２運転サイクルの前の第１運転サイクルにおける第１原子炉熱出力よりも増大させ、
前記蒸気系から抽気して前記給水加熱器に導く抽気蒸気質量流量を、前記第１運転サイクルに対して前記第２運転サイクルでは小さくすることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項９】
原子炉と、
前記原子炉で加熱された冷却材を熱源にして蒸気を発生する蒸気発生器と、
この蒸気が供給される高圧タービン及び前記高圧タービンから排出された前記蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、
前記復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、前記給水加熱器から排出された給水を前記蒸気発生器に導く給水系とを備えた原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の第２運転サイクルにおける第２原子炉熱出力を、前記第２運転サイクルの前の第１運転サイクルにおける第１原子炉熱出力よりも増大させ、
前記給水系から導く給水の前記蒸気発生器入口における温度またはエンタルピを、前記第１運転サイクルに対して前記第２運転サイクルでは低くすることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項１０】
原子炉と、
前記原子炉で加熱された冷却材を熱源にして蒸気を発生する蒸気発生器と、
この蒸気が供給される高圧タービン及び前記高圧タービンから排出された前記蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、
前記復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、前記給水加熱器から排出された給水を前記蒸気発生器に導く給水系とを備えた原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の一運転サイクル中の第２運転状態における第２原子炉熱出力を、前記第２運転状態より前の第１運転状態における第１原子炉熱出力から変化させ、
前記第１運転状態における前記蒸気系から抽気して前記給水加熱器に導く抽気蒸気に対して、前記第２運転状態における抽気蒸気の変化割合を、
前記第１原子炉熱出力に対する前記第２原子炉熱出力の変化と同じ増減方向で、かつ、原子炉熱出力の変化割合よりも小さくすることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項１１】
原子炉と、
前記原子炉で加熱された冷却材を熱源にして蒸気を発生する蒸気発生器と、
この蒸気が供給される高圧タービン及び前記高圧タービンから排出された前記蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、
前記復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、前記給水加熱器から排出された給水を前記蒸気発生器に導く給水系とを備えた原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の一運転サイクル中の第２運転状態における第２原子炉熱出力を、前記第２運転状態より前の第１運転状態における第１原子炉熱出力から変化させ、
前記蒸気系から抽気して前記給水加熱器に導く抽気蒸気質量流量を、前記第１運転状態に対して前記第２運転状態では原子炉熱出力の変化とは逆向きに変化させることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項１２】
原子炉と、
前記原子炉で加熱された冷却材を熱源にして蒸気を発生する蒸気発生器と、
この蒸気が供給される高圧タービン及び前記高圧タービンから排出された前記蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、
前記復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、前記給水加熱器から排出された給水を前記蒸気発生器に導く給水系とを備えた原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の一運転サイクル中の第２運転状態における第２原子炉熱出力を、前記第２運転状態より前の第１運転状態における第１原子炉熱出力から変化させ、
前記給水系から導く給水の前記蒸気発生器入口における温度またはエンタルピを、前記第１運転状態に対して前記第２運転状態では原子炉熱出力の変化とは逆向きに変化させることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項１３】
原子炉の熱により発生する蒸気が供給される高圧タービン及び前記高圧タービンから排出された前記蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、
前記高圧タービン、又は低圧タービンに接続された発電機と、
該低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、前記復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含む給水系とを備えた原子力プラントの運転方法において、
前記高圧タービンに供給される蒸気の温度またはエンタルピと、前記給水加熱器からの給水の温度またはエンタルピをとの差を広げて、前記高圧タービン入口における蒸気流量の増加割合以上に前記発電機の発電量を増加させることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項１４】
請求項１３の原子力プラントの運転方法において、
前記低圧タービンに供給される蒸気量を増加させることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項１５】
原子炉の熱により発生する蒸気が供給される高圧タービン及び前記高圧タービンから排出された前記蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、
前記復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、前記給水加熱器から排出された給水を前記原子炉に導く給水系と、
前記低圧タービンまでの上流側で前記蒸気系から蒸気を抽気して前記給水加熱器に導く抽気蒸気系と、
前記抽気蒸気系に設けられて抽気蒸気量を調節する抽気蒸気量調節手段とを備えたことを特徴とする原子力プラント。
【請求項１６】
原子炉の熱により発生する蒸気が供給される高圧タービン及び前記高圧タービンから排出された前記蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、
前記復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、前記給水加熱器から排出された給水を前記原子炉に導く給水系と、
前記給水系の途中から給水の一部を抜き取り前記給水加熱器の少なくとも１台をバイパスした後に前記給水系に戻す給水加熱器バイパス系を備えたことを特徴とする原子力プラント。
【請求項１７】
請求項１５の原子力プラントにおいて、
請求項１から請求項１４のうちの一つの請求項の構成を備えたことを特徴とする原子力プラント。
【請求項１８】
請求項１６の原子力プラントにおいて、
請求項１から請求項１４のうちの一つの請求項の構成を備えたことを特徴とする原子力プラント。
【請求項１９】
請求項１，請求項２，請求項３，請求項７，請求項８，請求項９，請求項１７および請求項１８のいずれかの請求項において、
原子炉の第２運転サイクルにおける第２原子炉熱出力を、前記第２運転サイクルより前の第１運転サイクルにおける第１原子炉熱出力から変化させ、前記第２運転サイクルにおける第２主蒸気圧力を、前記第１運転サイクルから、原子炉熱出力と同じ方向に変化させることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項２０】
請求項４，請求項５，請求項６，請求項１０，請求項１１，請求項１２，請求項１７および請求項１８のいずれかの請求項において、
原子炉の一運転サイクル中の起動・停止時および事故・過渡時を除く運転状態である第２運転状態における第２原子炉熱出力を、前記第２運転状態の前の第１運転状態における第１原子炉熱出力から変化させ、前記第２運転状態における第２主蒸気圧力を、前記第１運転状態における第１主蒸気圧力から、原子炉熱出力と同じ方向に変化させることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項２１】
請求項１から請求項１８のうちの一つの請求項において、
前記原子炉または前記蒸気発生器で発生する蒸気が供給される高圧タービンと、前記高圧タービンから排出された前記蒸気を導く低圧タービンとの間に、湿分分離過熱器または湿分分離再熱器を備えることを特徴とする原子力プラント。
【請求項２２】
請求項１から請求項１８のうちの一つの請求項において、
前記復水器と、前記復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、前記給水加熱器から排出された給水を導く原子炉圧力容器または蒸気発生器を備え、前記復水器と前記原子炉圧力容器または蒸気発生器との間にポンプドレンアップシステムを備えることを特徴とする原子力プラント。
【請求項２３】
請求項１から請求項１２のうちの一つの請求項において、
前記第１運転サイクルは前記原子力プラント設置後の最初の運転サイクルであり、前記第２運転サイクルは前記第１運転サイクル後の運転サイクルであり、前記第１運転サイクルと前記第２運転サイクルの間には少なくとも１つ以上の運転サイクルを挟むことを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子力プラントおよびその運転方法に係り、特に発電容量を増大させるのに好適な原子力プラントおよびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の新設の原子力プラントにおいては、例えば電気出力を増大するために燃料構成、又は燃料集合体の形状構成等を改良して、炉心出口における主蒸気流量を増加させることで電気出力を増大させていた。
【０００３】
このような従来例の技術が特開平７−１６７９８８号公報に示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１６７９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の従来の技術を既設の原子力プラントに適用した場合、電気出力増加にほぼ比例して主蒸気流量が増加する。このため、給水系配管，給水加熱器，給水ポンプ，蒸気乾燥器などの炉内構造物，主蒸気管，高圧タービン，低圧タービンおよび復水器などほとんど全ての機器の設計余裕が減少する。通常の沸騰水型軽水炉を用いた原子力プラントでは主蒸気流量の増加によって最初に設計余裕がなくなる可能性のある機器の一つが高圧タービンである。沸騰水型軽水炉以外の原子力発電システムにおいても高圧タービンの設計余裕が比較的小さいプラントについては同様の課題があり、従来の技術を既設の原子力プラントに適用する場合、プラントの機器の大規模な改良，交換が必要になっていた。
【０００６】
本発明では、既設の原子力プラントの増出力に関してプラント機器の構成の大幅な変更を行わずに、プラントの増出力を可能にする原子力プラントおよびその運転方法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】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明は、原子力プラントの起動から燃料交換のために原子力プラントの運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、第２運転サイクルにおける第２原子炉熱出力を、第２運転サイクルより前の第１運転サイクルにおける第１原子炉熱出力よりも増大させ、蒸気系から抽気して給水加熱器に導く抽気蒸気の、第１運転サイクルに対する第２運転サイクルでの増加割合を、第１原子炉熱出力に対する第２原子炉熱出力の増加割合よりも小さくすることである。
【０００８】
また、上記目的を達成するため本発明は、原子炉の第２運転サイクルにおける第２原子炉熱出力を、第２運転サイクルより前の第１運転サイクルにおける第１原子炉熱出力よりも増大させ、蒸気系から抽気して給水加熱器に導く抽気蒸気質量流量を、第１運転サイクルに対して第２運転サイクルでは小さくすることである。
【０００９】
また、上記目的を達成するため本発明は、原子炉の第２運転サイクルにおける第２原子炉熱出力を、第２運転サイクルより前の第１運転サイクルにおける第１原子炉熱出力よりも増大させ、給水系から導く給水の原子炉入口又は蒸気発生器入口における温度またはエンタルピを、第１運転サイクルに対して第２運転サイクルでは低く（小さく）することである。
【００１０】
また、上記目的を達成するため本発明は、一運転サイクル中の第２運転状態における第２原子炉熱出力を、第２運転状態より前の第１運転状態における第１原子炉熱出力から変化させ、蒸気系から抽気して給水加熱器に導く抽気蒸気の第１運転状態に対する第２運転状態での増加割合を、第１原子炉熱出力に対する第２原子炉熱出力の増加割合よりも小さくすることである。
【００１１】
また、上記目的を達成するため本発明は、一運転サイクル中の第２運転状態における第２原子炉熱出力を、第２運転状態より前の第１運転状態における第１原子炉熱出力から変化させ、蒸気系から抽気して給水加熱器に導く抽気蒸気質量流量を、第１運転状態に対して第２運転状態では原子炉熱出力の変化とは逆向きに変化させることである。
【００１２】
また、上記目的を達成するため本発明は、一運転サイクル中の第２運転状態における第２原子炉熱出力を、第２運転状態より前の第１運転状態における第１原子炉熱出力から変化させ、給水系から導く給水の原子炉入口又は蒸気発生器入口における温度またはエンタルピを、第１運転状態に対して第２運転状態では原子炉熱出力の変化とは逆向きに変化させることである。
【００１３】
また、上記目的を達成するため本発明は、原子炉の熱により発生する蒸気が供給される高圧タービン及び高圧タービンから排出された蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、高圧タービン、又は低圧タービンに接続された発電機と、低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、給水加熱器から排出された給水を原子炉に導く給水系とを備えた原子力プラントの運転方法において、高圧タービンに供給される蒸気の温度またはエンタルピと、給水加熱器からの給水の温度またはエンタルピをとの差を広げて、高圧タービン入口における蒸気流量の増加割合以上に発電機の発電量を増加させるものである。
【００１４】
また、上記目的を達成するため本発明の原子力プラントは、原子炉の熱により発生する蒸気が供給される高圧タービン及び高圧タービンから排出された蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、給水加熱器から排出された給水を原子炉に導く給水系と、低圧タービンよりも上流側で蒸気系から蒸気を抽気して給水加熱器に導く抽気蒸気系と、抽気蒸気系に設けられて抽気蒸気量を調節する抽気蒸気量調節手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記目的を達成するため本発明の原子力プラントは、原子炉の熱により発生する蒸気が供給される高圧タービン及び高圧タービンから排出された蒸気を導く低圧タービンを含む蒸気系と、低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器と、復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を含み、給水加熱器から排出された給水を原子炉に導く給水系と、給水系の途中から給水の一部を抜き取り給水加熱器の少なくとも１台をバイパスした後に給水系に戻す給水加熱器バイパス系を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、既設の原子力プラントの増出力に関して原子力プラントの構成を大幅に変更せずに、原子力プラントの増出力を実現可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を直接サイクル型原子力プラントの一つである沸騰水型軽水炉に適用した場合の例を示す。
【００１８】
図１は本発明による増出力時の沸騰水型軽水炉システムの熱バランスの一実施例を示しており、図２は増出力前の沸騰水型軽水炉システムの熱バランス例を示している。図３は従来の増出力時の沸騰水型軽水炉システムの熱バランス例を示している。また、図４は本発明の一実施例の運転サイクルの概念図を用いて説明する。なお、図１，図２および図３中では原子炉熱出力をＱ、水および蒸気の質量流量をＧ、水および蒸気のエンタルピをＨで表しており、熱出力Ｑと質量流量Ｇは図２に記載した増出力前の原子炉の原子炉熱出力および原子炉圧力容器出口における蒸気流量に対する比（％）を、エンタルピは（ｋＪ／kg）単位の数値で表している。また、本発明の各実施例は通常の運転状態を示しており、起動，停止時，過渡状態、更に事故の運転状態は除かれる。
【００１９】
本実施例の形態を図１に、本実施例を補足する運転サイクルの概念図を図４に示す。図１は原子炉圧力容器１内に再循環ポンプとジェットポンプを備え、主蒸気管２とそれに繋がる高圧タービン３と低圧タービン５、および高圧タービンと低圧タービンとの間に湿分分離器４を有する沸騰水型軽水炉において、本発明を用いて増出力した場合の熱バランス例を模式的に示したものである。図４は本実施例を用いた場合の運転サイクルと原子炉熱出力，主蒸気流量（原子炉圧力容器から主蒸気管に流入する蒸気量），抽気蒸気量の関係を、従来の増出力方法とともに対比している。なお、一運転サイクルは原子炉の起動から燃料交換のために原子炉の運転を停止するまでの期間と定義しても、一旦、何らかの事情で原子炉が運転していない状態から稼働し、その後に燃料交換を目的として、又は燃料交換を目的としない何らかの事情で原子炉の運転を停止するまでの期間と定義しても良い。
【００２０】
図４に示す運転サイクルにおいて、第Ｎ運転サイクルは本発明の増出力方法を適用する前であり、この時、原子炉熱出力はＱ＝１００％である。この増出力前の熱バランス例を図２に示す。第（（Ｎ＋１））運転サイクルは原子炉熱出力を５％増出力してＱ＝１０５％としたものである。原子炉熱出力を増加させる手段としては、第（Ｎ＋１）サイクルにおける制御棒の引き抜き量を第Ｎサイクルよりも大きくする、または第（Ｎ＋１）サイクルにおける炉心流量を再循環ポンプの回転数を上げることで第Ｎサイクルよりも大きくする、または燃料集合体の種類を変更する方法で実現することが可能である。また、本発明を適用すると原子炉圧力容器に供給される給水の温度が低下するため、炉心入口冷却材温度の低下により冷却材密度フィードバックで自然に原子炉熱出力が上がることも期待できる。
【００２１】
原子炉熱出力を増加させた場合は、その増えた分の熱を取るために給水流量を増加するか、または原子炉圧力容器の入口・出口の冷却材のエンタルピ差を拡大する必要がある。従来の増出力手法では前者の手法を取っており、原子炉熱出力と比例させて給水流量を増やしている。従来の増出力手法による熱バランス例を図３に示す。その結果、従来の増出力手法では、図４に示した第（Ｎ＋１）運転サイクルの主蒸気流量は１０５％となっている。本発明では後者の手法を取り、原子炉圧力容器入口の冷却材エンタルピを意図的に下げることで、原子炉圧力容器入口・出口のエンタルピ差を拡大することが特徴である。本実施例では、原子炉熱出力を第Ｎサイクルに比較して５％増加したにもかかわらず、主蒸気流量は第Ｎサイクルと同じにすることができる。本実施例は理想的な増出力方法を示しているため、第Ｎ運転サイクルと第（Ｎ＋１）運転サイクルの主蒸気流量は同じとしているが、必ずしも全く同じである必要は無く、第Ｎ運転サイクルに対する第（Ｎ＋１）運転サイクルの原子炉熱出力の増加割合より、第Ｎ運転サイクルに対する第（Ｎ＋１）運転サイクルの主蒸気流量の増加割合を小さく出来ていれば良い。
【００２２】
一方抽気流量は、図３に示した従来の増出力手法では主蒸気流量に比例して増加するために第Ｎ運転サイクルに比較して第（Ｎ＋１）運転サイクルでは増加するが、逆に本実施例では第Ｎ運転サイクルよりも減少させる。抽気流量の減少は、高圧タービン３出口から給水加熱用の蒸気を抽気する抽気管の途中に抽気流量調整弁１０を設置し、この弁の開度を絞ることで実現できる。その結果、低圧タービン５に供給される蒸気流量は第Ｎサイクルよりも増大し、低圧タービン５でのエネルギー回収量（発電量）が増えることになる。同時に、給水加熱用の抽気量を減少させているのであるから、原子炉圧力容器入口の冷却材エンタルピ（温度）が減少（低下）し、熱的にバランスすることになる。この給水加熱用の抽気量を減少させる方法としては、上述した抽気流量調整弁１０を用いる方法の他、給水系に給水バイパス管１１または流量調整弁付きの給水バイパス管を設置して給水の一部が給水加熱器を通らないようにする、または給水加熱器の出入口水室の仕切り板に穴を空ける、または給水加熱器内に圧力調整用のオリフィスを入れて給水加熱器の加熱用蒸気圧力を下げる、または給水加熱器の加熱用チューブの少なくとも一部を塞ぐ、または給水加熱器内ドレン水位を上げて加熱用チューブを水没させることで給水加熱器性能を落とす方法を用いても実現させることが出来る。抽気流量を減少させる場所は、高圧タービン出口にすると最も効果が大きいが、圧力容器出口から復水器までの間の抽気点であればどの場所の抽気流量を減少させても効果があり、例えば、低圧タービンの途中からの抽気を減少させてもある程度の効果を得られる。
【００２３】
本実施例によれば、原子炉熱出力を増大させ原子力プラントの発電量を増加させた場合であっても、給水流量および主蒸気流量の増加を抑制できるため、給水管，主蒸気管，炉内構造物にかかる負荷の増加を抑制できる。また、従来の増出力方法で大幅な増出力時には一般的に高圧タービンの交換が必要となるが、本実施例を用いれば原子炉熱出力を増加させても高圧タービンに供給される蒸気流量が変わらないために高圧タービンの交換が不要となる原子炉熱出力の増加範囲が大きくなる。さらに、給水温度が低下すれば炉心の安全余裕が増加するため、従来の増出力手法と比較して安全面でのメリットもある。なお、本実施例を用いた場合のデメリットとしては、原子炉の熱効率が低下することが上げられるが、主蒸気圧力を増加させる、湿分分離器を湿分分離再熱器または湿分分離過熱器に置き換える、給水加熱系にポンプドレンアップを導入する等を実施すれば、熱効率の低下を補償することが出来る。沸騰水型軽水炉以外の直接サイクル型のプラントも同様の方法で増出力が可能である。
【００２４】
表１に本実施例による増出力方法を様々な出力増加量に適用したときの、原子炉熱出力，主蒸気流量，抽気流量，給水のエンタルピの関係を示す。原子炉熱出力，主蒸気流量は、原子炉熱出力１００％の場合に対する比を、抽気流量は、原子炉熱出力１００％の場合の主蒸気流量に対する比を示している。表１から分かる通り、原子炉熱出力を１１０％にした場合でも本発明の増出力方法は広く適用可能である。表１に出力１１０％までしか示していないのは、これ以上の増出力時には湿分分離器の交換などが必要となるためであり、湿分分離器の交換を許容する、または炉心圧力増加や湿分分離過熱器の導入などと組み合わせればさらに広範囲に適用可能である。
【００２５】
尚、一般的に沸騰水型軽水炉においは原子炉熱出力１０２％程度までの増出力では高圧タービンの交換など、大幅なシステム機器の変更は不要である。そのため、本発明は原子炉熱出力１０２％を超える増出力に対して、すなわち、給水のエンタルピを４０ｋＪ／kg（温度に換算すると約１０℃）以上低下させると特に効果が大きい。
【００２６】
次に本発明を間接サイクル型原子力プラントの一つである加圧水型軽水炉に適用した場合の例を示す。
【００２７】
図５は本発明による増出力時の加圧水型軽水炉システムの熱バランスの一実施例を示しており、図６は増出力前の加圧水型軽水炉システムの熱バランス例を示している。図７は従来の増出力時の加圧水型軽水炉システムの熱バランスを示している。図４は本発明の一実施例の運転サイクルの概念図を用いて説明する。なお、図５，図６および図７中では原子炉熱出力をＱ、水および蒸気の質量流量をＧ、水および蒸気のエンタルピをＨで表しており、原子炉熱出力Ｑと質量流量Ｇは図６に記載した増出力前の原子炉の原子炉熱出力および主蒸気流量（蒸気発生器から２次系の主蒸気管に流入する蒸気量）に対する比（％）を、エンタルピは（ｋＪ／kg）単位の数値で表している。なお、蒸気発生器での交換熱量は原子炉熱出力から１次系での熱リーク分を差し引いたもので、通常の熱リーク量は原子炉熱出力に比較して十分に小さいために、本実施例中では蒸気発生器での交換熱量と原子炉熱出力は等しいとした。
【００２８】
本実施例の形態を図５に、本実施例を補足する運転サイクルの概念図を図４に示す。図５は原子炉圧力容器１，原子炉圧力容器内の炉心で発生した熱を２次系に伝える蒸気発生器１３，蒸気発生器から出た２次系の蒸気をタービンへと導く主蒸気管２、および主蒸気管に繋がる高圧タービン３と低圧タービン５、および高圧タービンと低圧タービンとの間に湿分分離過熱器１２を有する加圧水型軽水炉における熱バランス例を模式的に示したものである。図４は本実施例を用いた場合の運転サイクルと原子炉熱出力，主蒸気流量，抽気蒸気量の関係を、従来の増出力方法とともに対比している。なお、一運転サイクルは原子炉の起動から燃料交換のために原子炉の運転を停止するまでの期間と定義している。
【００２９】
図４に示す運転サイクルにおいて、第Ｎ運転サイクルは本発明の増出力方法を適用する前であり、この時原子炉熱出力はＱ＝１００％である。この増出力前の熱バランス例を図６に示す。第（Ｎ＋１）運転サイクルは原子炉熱出力を５％増出力してＱ＝１０５％としたものである。原子炉熱出力を増加させる手段としては、第（Ｎ＋１）サイクルにおける制御棒の引き抜き量を第Ｎサイクルよりも大きくする、または燃料集合体の種類を変更することで実施することが可能である。
【００３０】
原子炉熱出力を増加させた場合は、その増えた分の熱を取るために原子炉圧力容器への１次系の冷却材流量と蒸気発生器への２次系の給水流量を増加するか、または１次系冷却材の原子炉圧力容器の入口・出口のエンタルピ差と２次系冷却材の蒸気発生器の入口・出口のエンタルピ差を拡大する必要がある。従来の増出力手法では前者の手法を取っており、原子炉熱出力と比例させて１次系の冷却材流量と２次系の給水流量を増やしている。従来の増出力手法による熱バランス例を図７に示す。その結果、従来の増出力手法では、図４に示した第（Ｎ＋１）運転サイクルの主蒸気流量は１０５％となっている。本発明では後者の手法を取り、蒸気発生器入口の２次系冷却材エンタルピを意図的に下げることで、２次系冷却材の蒸気発生器入口・出口のエンタルピ差を拡大することが特徴である。本実施例では、原子炉熱出力を第Ｎサイクルに比較して５％増加したにもかかわらず、主蒸気流量は第Ｎサイクルと同じにすることができる。本実施例は理想的な増出力方法を示しているため、第Ｎ運転サイクルと第（Ｎ＋１）運転サイクルの主蒸気流量は同じとしているが、必ずしも全く同じである必要は無く、第Ｎ運転サイクルに対する第（Ｎ＋１）運転サイクルの原子炉熱出力の増加割合より、第Ｎ運転サイクルに対する第（Ｎ＋１）運転サイクルの主蒸気流量の増加割合を小さく出来ていれば良い。
【００３１】
一方抽気流量は、図７に示した従来の増出力手法では主蒸気流量に比例して増加するために第Ｎ運転サイクルに比較して第（Ｎ＋１）運転サイクルでは増加するが、逆に本実施例では第Ｎ運転サイクルよりも減少させる。抽気流量の減少は、高圧タービン３出口から給水加熱用の蒸気を抽気する抽気管の途中に抽気流量調整弁１０を設置し、この弁の開度を絞ることで実現できる。その結果、低圧タービンに供給される蒸気流量は第Ｎサイクルよりも増大し、低圧タービンでのエネルギー回収量（発電量）が増えることになる。同時に、給水加熱用の抽気量を減少させているのであるから、蒸気発生器入口の冷却材エンタルピ（温度）が減少（低下）し、熱的にバランスすることになる。この給水加熱用の抽気量を減少させる方法としては、上述した抽気流量調整弁を用いる方法の他、給水系に給水バイパス管１１または流量調整弁付きの給水バイパス管を設置して給水の一部が給水加熱器を通らないようにする、または給水加熱器の出入口水室の仕切り板に穴を空ける、または給水加熱器内に圧力調整用のオリフィスを入れて給水加熱器の加熱用蒸気圧力を下げる、または給水加熱器の加熱用チューブの少なくとも一部を塞ぐ、または給水加熱器内ドレン水位を上げて加熱用チューブを水没させることで給水加熱器性能を落とす方法を用いても実現させることが出来る。抽気流量を減少させる場所は、高圧タービン出口にすると最も効果が大きいが、蒸気発生器から復水器までの間の抽気点であればどの場所の抽気流量を減少させても効果があり、例えば、低圧タービンの途中からの抽気を減少させてもある程度の効果を得られる。
【００３２】
本実施例を用いることで、原子炉熱出力を増大させ原子力プラントの発電量を増加させた場合であっても、給水流量および主蒸気流量の増加を抑制できるため、給水管，主蒸気管，蒸気発生器にかかる負荷の増加を抑制できる。１次系の冷却材流量を増加させずに、１次系の原子炉圧力容器入口温度を低下させることも出来、この場合、蒸気発生器にかかる負荷増加の抑制にはさらに効果的である。さらに、１次系の原子炉圧力容器入口温度が低下すれば炉心の安全余裕が増加するため、従来の増出力手法と比較して安全面でのメリットもある。なお、本実施例を用いた場合のデメリットとしては、原子炉の熱効率が低下することが上げられるが、原子炉の主蒸気圧力を増加させるなどすれば熱効率の低下を補償することが出来る。加圧水型軽水炉以外の間接サイクル型のプラントも同様の方法で増出力が可能である。
【００３３】
尚、上述した実施例では一運転サイクルを基準として原子力プラントの増出力を図った実施例を示したが、一運転サイクルを行っている期間中でも本発明を適用することが可能である。
【００３４】
例えば、前述した実施例の直接サイクル型原子力プラントの一つである沸騰水型軽水炉の原子力プラントにおいて、高圧タービン出口から給水加熱用の蒸気を抽気する抽気管の途中に前述の実施例で示された抽気流量調整弁を予め設置しておき、一運転サイクルを行っている途中において、この抽気流量調整弁の開度を絞ることで低圧タービンでのエネルギー回収量（発電量）を増やすことが実現できる。同時に、給水加熱用の抽気量を減少させているので、原子炉圧力容器入口の冷却材エンタルピ（温度）が減少（低下）し、熱的にバランスして、前述の実施例と同様に発電機の増出力を図ることが可能になる。また、増出力を図る手段としては抽気流量調整弁を用いる方法の他、流量調整弁付きの給水バイパス管を設置して一運転サイクルの途中で給水の一部が給水加熱器を通らないようにする、または給水加熱器の加熱用チューブの少なくとも一部を弁を絞ることで塞ぐ、または給水加熱器内ドレン水位を上げて加熱用チューブを水没させることで給水加熱器性能を落とす方法を用いても実現させることが出来る。そして、抽気流量を減少させる場所は、高圧タービン出口にすると最も効果が大きいが、圧力容器出口から復水器までの間の抽気点であればどの場所の抽気流量を減少させても効果を得られる。
【００３５】
更に、前述した実施例の間接サイクル型原子力プラントの一つである加圧水型軽水炉の原子力プラントにおいても、高圧タービン出口から給水加熱用の蒸気を抽気する抽気管の途中に前述の実施例で示された抽気流量調整弁を予め設置しておき、一運転サイクルを行っている途中において、この抽気流量調整弁の開度を絞ることで低圧タービンでのエネルギー回収量（発電量）を増やすことが実現できる。同時に、給水加熱用の抽気量を減少させているので、蒸気発生器入口の冷却材エンタルピ（温度）が減少（低下）し、熱的にバランスして、前述の実施例と同様に発電機の増出力を図ることが可能になる。また、増出力を図る手段としては抽気流量調整弁を用いる方法の他、流量調整弁付きの給水バイパス管を設置して一運転サイクルの途中で給水の一部が給水加熱器を通らないようにする、または給水加熱器の加熱用チューブの少なくとも一部を弁を絞ることで塞ぐ、または給水加熱器内ドレン水位を上げて加熱用チューブを水没させることで給水加熱器性能を落とす方法を用いても実現させることが出来る。そして、抽気流量を減少させる場所は、高圧タービン出口にすると最も効果が大きいが、蒸気発生器から復水器までの間の抽気点であればどの場所の抽気流量を減少させても効果を得られる。
【００３６】
【表１】
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本発明の原子炉熱出力，主蒸気流量，抽気流量および給水エンタルピの関係
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施例である沸騰水型軽水炉のヒートバランス模式図。
【図２】増出力前の沸騰水型軽水炉のヒートバランス模式図。
【図３】従来の増出力手法適用時の沸騰水型軽水炉のヒートバランス模式図。
【図４】運転サイクルと原子炉熱出力，主蒸気流量および抽気流量の関係の模式図。
【図５】本発明の一実施例である加圧水型軽水炉のヒートバランス模式図。
【図６】増出力前の加圧水型軽水炉のヒートバランス模式図。
【図７】従来の増出力手法適用時の加圧水型軽水炉のヒートバランス模式図。
【符号の説明】
【００３８】
１…原子炉圧力容器、２…主蒸気管、３…高圧タービン、４…湿分分離器、５…低圧タービン、６…復水器、７…低圧給水加熱器、８…主給水ポンプ、９…高圧給水加熱器、
１０…抽気流量調整弁、１１…給水バイパス管、１２…湿分分離過熱器、１３…蒸気発生器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005201696.tif 000007
【図５】
2005201696.tif 000008
【図６】
2005201696.tif 000009
【図７】
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