(57)【要約】【課題】  複数のユーティリティ流体を供給することのできる低コストの原子力施設ユーティリティ流体供給システムを得る。【解決手段】  原子力施設内でユーティリティ流体を供給する原子力施設ユーティリティ流体供給システムにおいて、温度が互いに異なる複数のユーティリティ流体を製造するユーティリティ流体製造装置４、５と、ユーティリティ流体製造装置４、５で製造されたユーティリティ流体の負荷先である負荷先熱交換器８、９と、ユーティリティ流体製造装置４、５で製造された複数のユーティリティ流体を負荷先熱交換器８、９へ供給するためのユーティリティ流体供給配管と、ユーティリティ流体製造装置４、５で製造された複数のユーティリティ流体をバルブの切り換えによって負荷先熱交換器８、９へ供給するためのバルブ切り換え手段と、を備えている。【選択図】  図１
2005321336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力施設内で使用されるユーティリティ流体を供給する原子力施設ユーティリティ流体供給システムにおいて、
温度が互いに異なる複数のユーティリティ流体を製造するユーティリティ流体製造装置と、
このユーティリティ流体製造装置で製造されたユーティリティ流体の負荷先である負荷先熱交換器と、
前記ユーティリティ流体製造装置で製造された複数のユーティリティ流体を前記負荷先熱交換器へ供給するためのユーティリティ流体供給配管と、
前記ユーティリティ流体製造装置で製造された複数のユーティリティ流体をバルブの切り換えによって前記負荷先熱交換器へ供給するためのバルブ切り換え手段と、
を備えたことを特徴とする、原子力施設ユーティリティ流体供給システム。
【請求項２】
前記負荷先熱交換器は冷水のみを供給する冷水負荷先熱交換器を含み、
前記ユーティリティ流体製造装置は、冷水および温水が同時に取り出しできる冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置を含み、
前記冷水負荷先熱交換器に対し、前記冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置を用いて、前記冷水負荷先熱交換器へ供給する温水熱量が冷水熱量に比較して大きい場合、前記冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置からの温水を前記ユーティリティ流体配管に接続する温水供給配管と、
前記冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置からの温水を搬送する温水搬送装置と、
を備え、
前記冷水負荷先熱交換器に温水を供給する際にバルブ操作することで温水熱量を補うことができるように構成されていること、
を特徴とする請求項１記載の原子力施設ユーティリティ流体供給システム。
【請求項３】
前記負荷先熱交換器は冷水および温水を供給する冷温水熱交換器を含み、冷水供給時と温水供給時に、前記ユーティリティ流体供給配管に接続されたバルブの切替えによって、前記冷温水熱交換器の流れ方向を逆転させるように構成されていること、を特徴とする請求項１または２記載の原子力施設ユーティリティ流体供給システム。
【請求項４】
前記ユーティリティ流体製造装置の吸排熱先として原子力施設の補機冷却水を用いるように構成されていること、を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の原子力施設ユーティリティ流体供給システム。
【請求項５】
前記原子力施設の補機冷却水を前記ユーティリティ流体製造装置に搬送する補機冷却水搬送装置と、
前記原子力施設の補機冷却水の供給温度が高い場合に、前記原子力施設の補機冷却水の少なくとも一部を前記ユーティリティ流体製造装置の吸排熱先入口へバイパスするためのバイパス配管と、
前記バイパス配管の流量を調節する調節バルブと、
前記ユーティリティ流体製造装置の吸排熱先入口温度を監視して、この吸排熱先入口温度が所定の範囲内になるように前記調節バルブを制御する監視制御装置と、
を備えたことを特徴とする請求項４記載の原子力施設ユーティリティ流体供給システム。
【請求項６】
前記冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置の冷水入口温度が低い場合に、前記原子力施設の補機冷却水を、冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置の入口側冷水と熱交換してその温度を調節するための冷水温度調節用熱交換器と、
前記冷水温度調節用熱交換器まで前記原子力施設の補機冷却水を供給する熱交換用配管と、
前記熱交換用配管の流量を調節する調節バルブと、
前記ユーティリティ流体製造装置の冷水入口温度を監視して、この冷却水入り口温度が所定の範囲内になるように前記調節バルブを制御する監視制御装置と、
を備えたことを特徴とする請求項４または５記載の原子力施設ユーティリティ流体供給システム。
【請求項７】
前記冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置の冷水入口温度が低い場合に、前記原子力施設の補機冷却水を、冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置の入口側冷水と直接混合することにより、前記冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置の入口側冷水温度を高めるように構成されていること、を特徴とする請求項４または５記載の原子力施設ユーティリティ流体供給システム。
【請求項８】
前記ユーティリティ流体製造装置の吸排熱先を、大気との熱交換を行なう冷却加熱搭とすること、を特徴とする請求項４または５記載の原子力施設ユーティリティ流体供給システム。
【請求項９】
原子力施設内で使用するユーティリティ流体を供給する原子力施設ユーティリティ流体供給方法において、
温度が互いに異なる複数のユーティリティ流体を製造するユーティリティ流体製造工程と、
このユーティリティ流体製造装置で製造されたユーティリティ流体を負荷先熱交換器へ搬送するユーティリティ流体搬送工程と、
前記ユーティリティ流体製造装置で製造された複数のユーティリティ流体をバルブの切り換えによって前記負荷先熱交換器へ供給するためのバルブ切り換え工程と、
を備えたことを特徴とする、原子力施設ユーティリティ流体供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力施設ユーティリティ流体供給システムおよび原子力施設ユーティリティ流体供給方法に関し、特に、複数種類のユーティリティ流体をバルブの切り換えによって供給するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、原子力施設ユーティリティ流体供給システムは冷水・温水・蒸気等の独立した系統で構成され、系統ごとに機器を備え、負荷先まで独立の配管を用いて各ユーティリティ流体を供給している（特許文献１、２参照)。
【特許文献１】特開昭５９−１４２３６８号公報
【特許文献２】特開平６−２３５７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、冷水および温水の負荷先として換気空調用の冷却加熱コイルがある。この冷却加熱コイルは、外気温度によって冷水または温水を切り替えて供給しているものであるが、上述の通り、冷水および温水はそれぞれ別系統で構成されているため、機器および負荷先までの配管は別々に存在しており、初期投資費用が高くなるという問題があった。さらに、一方のユーティリティ流体を供給している間は他方のユーティリティ流体に関連する設備が遊休状態となり、年間の約半分は不要な設備になるという問題がある。
【０００４】
以下、図５を参照して原子力施設ユーティリティ流体供給システムの従来例について説明する。
【０００５】
図５は従来のシステム系統概略図である。冷水ポンプ３と、冷凍機１７と、冷水ヘッダ７−１、７−２と、排熱源の補機冷却水１４で冷水供給システムを構成し、冷却加熱コイル９または冷却コイル８に冷水を供給する。また、熱交換器１５−２、１５−３と、温水ポンプ２と、吸熱源の補機冷却水１４または蒸気１８とで温水製造システムを構成し、冷温水供給切替えバルブ１０−１８〜１０−２５の操作で冷却加熱コイル８へ温水を供給する。
【０００６】
上述した従来の原子力施設ユーティリティ流体供給システムにおいては、供給ユーティリティ流体ごとに独立した系統になっており、特に、冷却加熱コイル８のような冷水および温水を切り替えて供給する負荷先に対して、複数の機器、配管を必要とする。このため初期投資費用が高くなるということが課題であった。
【０００７】
特許文献１には、冷温水装置内部のバルブ切替えによって冷媒の流路を変えて冷温水を製造する技術が開示されているが、冷房・暖房を同時に行なえるシステムにはなっていない。また、特許文献２には、負荷の少ない定期検査に対応したヒートポンプ式冷凍機で構成したシステムが開示されている。このようなシステムでは、ヒートポンプ式冷凍機の選定によって、バックアップの蒸気熱交換器が必要となる。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、複数のユーティリティ流体を低コストで供給する原子力施設ユーティリティ流体供給システムおよび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】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、原子力施設内で使用されるユーティリティ流体を供給する原子力施設ユーティリティ流体供給システムにおいて、温度が互いに異なる複数のユーティリティ流体を製造するユーティリティ流体製造装置と、このユーティリティ流体製造装置で製造されたユーティリティ流体の負荷先である負荷先熱交換器と、前記ユーティリティ流体製造装置で製造された複数のユーティリティ流体を前記負荷先熱交換器へ供給するためのユーティリティ流体供給配管と、前記ユーティリティ流体製造装置で製造された複数のユーティリティ流体をバルブの切り換えによって前記負荷先熱交換器へ供給するためのバルブ切り換え手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、原子力施設内で使用されるユーティリティ流体を供給する原子力施設ユーティリティ流体供給方法において、温度が互いに異なる複数のユーティリティ流体を製造するユーティリティ流体製造工程と、このユーティリティ流体製造装置で製造されたユーティリティ流体を負荷先熱交換器へ搬送するユーティリティ流体搬送工程と、前記ユーティリティ流体製造装置で製造された複数のユーティリティ流体をバルブの切り換えによって前記負荷先熱交換器へ供給するためのバルブ切り換え工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数のユーティリティ流体の負荷バランスから選定された、複数のユーティリティ流体を一つの機器で製造することができ、複数のユーティリティ流体に対し、共通の配管で供給が可能である。このため、イニシャルコストを削減することができ、従来システムに比べて遊休設備を少なくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る原子力施設ユーティリティ流体供給システムおよび原子力施設ユーティリティ流体供給方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る原子力施設ユーティリティ流体供給システムの実施の形態の系統概略図である。図１において、第１の冷温水ヘッダ６−１からｎ個の配管に分岐して、冷却加熱コイル（負荷先熱交換器）８−１、８−２、・・・８−ｎが接続され、これらが第２の冷温水ヘッダ６−２に接続されて合流している。第２の冷温水ヘッダ６−２からｐ個の配管に分岐されて、それぞれが冷温水ポンプ１−１、１−２、・・・１−ｐおよびシングル形冷温水発生器（ユーティリティ流体製造装置）４−１、４−２、・・・４−ｐを経て第１の冷温水ヘッダ６−１に戻るように構成されている。シングル形冷温水発生器４−１、４−２、・・・４−ｐは補器冷却水１４と熱交換するようになっている。
【００１４】
また、第１の冷水ヘッダ７−１からｍ個の配管に分岐して、冷却コイル（負荷先熱交換器）９−１、９−２、・・・９−ｍが接続され、これらが第２の冷水ヘッダ７−２に接続されて合流している。第２の冷水ヘッダ７−２からｑ個の配管に分岐されて、それぞれが冷水ポンプ３−１、３−２、・・・３−ｑおよびダブルバンドル形冷温水発生器（ユーティリティ流体製造装置）５−１、５−２、・・・５−ｑを経て第１の冷水ヘッダ７−１に戻るように構成されている。ダブルバンドル形冷温水発生器５−１、５−２、・・・５−ｑは補器冷却水１４と熱交換するようになっている。
【００１５】
第２の冷温水ヘッダ６−２からバルブ１０−２を介してさらに配管が分岐され、温水ポンプ２−１、２−２、・・・２−ｑにより、ダブルバンドル形冷温水発生器５−１、５−２、・・・５−ｑに温水が供給されるようになっている。ダブルバンドル形冷温水発生器５−１、５−２、・・・５−ｑを出た温水は、バルブ１０−２を経て第１の冷温水ヘッダ６−１に戻る。
【００１６】
シングル形冷温水発生器４−１、４−２・・・４−ｐとダブルバンドル形冷温水発生器５−１、５−２、・・・５−ｑは、負荷バランスによって選定される。
【００１７】
冷却加熱コイル８−１、８−２、・・・８−ｎに温水を供給する場合で、シングル形冷温水発生器４−１、４−２、・・・４−ｎで製造された温水のみでは冷却加熱コイル８−１、８−２、・・・８−ｎの負荷を満足できない場合には、ダブルバンドル形冷温水発生器５−１、５−２、・・・５−ｑで製造された温水をバルブ１０−１が開状態で冷温水ヘッダ６−１に供給し、冷却加熱コイル８−１、８−２、・・・８−ｎの負荷不足分を補うことができる。
【００１８】
図２は図１に記載のシングル形冷温水発生器４−１の詳細を示すフロー図で、温水供給状態を示す。他のシングル形冷温水発生器４−２、・・・４−ｐについてはシングル形冷温水発生器４−１と同様であるので説明を省略する。図２において、冷温水ヘッダ６−２より吸い込まれた温度の低い温水は冷温水ポンプ１−１によって送水され、バルブ１０−３が開、バルブ１０−７が閉の状態でシングル形冷温水発生器本体４−１ａにて温度の高い温水を製造する。その温度の高い温水はバルブ１０−４が開、バルブ１０−８が閉の状態で冷温水ヘッダ６−１へ供給される。
【００１９】
温水製造のための温度の高い熱源水は補機冷却水系１４より供給され、バルブ１０−５が開、バルブ１０−９が閉の状態でシングル形冷温水発生器本体４−１ａにて温水製造のために熱を奪われ温度の低い熱源水となる。その温度の低い熱源水はバルブ１０−６が開、バルブ１０−１０が閉の状態で補機冷却水系１４に戻される。
【００２０】
また、補機冷却水系１４から供給される温度が高い場合に、熱減水供給温度監視装置１２−１からの熱源水供給温度制御信号１３−１をバルブ１０−１１へ入力して開度を調節し、配管１１−２から供給される温度の低い熱源水を温度の高い熱源水と混合させることで、熱源水供給温度監視装置１２−１からの出力が熱源水供給温度目標値となるよう熱減水供給温度を制御する。
【００２１】
すなわち、吸排熱先に同じ補機冷却水を使う場合には、冷却水および熱源水が同じ温度だと暖房時の温水の温度が決まるため必要な温水温度が得られない場合があるが、熱源水温度(補機冷却水)を調節することで所望の安定した温水出口温度が得られる。
【００２２】
図３は図１に記載のダブルバンドル形冷温水発生器５−１の詳細を示すフロー図で、冷水および温水の同時供給状態を示す。ダブルバンドル形冷温水発生器５−２、・・・５−ｑについてはダブルバンドル形冷温水発生器５−１と同様であるので説明を省略する。図３において、冷水ヘッダ７−２より吸い込まれた温度の高い冷水は冷水ポンプ３−１によって送水され、ダブルバンドル形冷温水発生器本体５−１ａにて温度の低い冷水を製造する。その低い温度の冷水は冷水ヘッダ７−１へ供給される。このときダブルバンドル形冷温水発生器で冷水を取り出した場合の排熱源は温水製造に使われる。冷温水ヘッダ６−２より吸い込まれた温度の低い温水はバルブ１０−２開状態で温水ポンプ２−１によって送水され、ダブルバンドル形冷温水発生器５−１にて温度の高い温水を製造する。その温度の高い温水はバルブ１０−１が開の状態で冷温水ヘッダ６−１へ供給される。
【００２３】
また、ダブルバンドル形冷温水発生器本体５−１ａで製造した冷水と温水の負荷バランスが崩れた場合に、冷水還温度監視装置１２−２からの冷水還温度制御信号１３−２をバルブ１０−１２へ入力して開度を調節し、配管１１−３から供給される温度の高い熱源水を冷水温度調節用熱交換器１５−１に供給し、温度の低い冷水と熱交換させることで、冷水還温度監視装置１２−２からの出力が冷水還温度目標値となるよう冷水還温度を制御する。
【００２４】
これにより、ユーティリティ製造装置（ダブルバンドル形冷温水発生器）において冷房負荷が小さいときに、温水出口温度が低くなるため、冷房負荷として冷水戻り温度より高温の補機冷却水と熱交換させることで安定した温水を取り出せる。
【００２５】
変形例として、冷水温度調節用熱交換器１５−１に代えて直接混合器（図示せず）を設けてもよい。
【００２６】
図４は、図１に記載の冷却加熱コイル８−１の詳細を示し、温水供給状態を示す。冷却加熱コイル８−２、・・・８−ｎは冷却加熱コイル８−１と同様であるので説明を省略する。図４において、冷温水ヘッダ６−１より供給される温度の高い温水は、必要な熱交換量にバルブ１０−１３で調節され、バルブ１０−１４開、バルブ１０−１６閉の状態で冷却加熱コイル本体８−１ａに供給される。温度の高い温水は温度の高い温水と同方向に流れる被熱交換流体１６と熱交換し温度の低い温水となり、バルブ１０−１５が開、バルブ１０−１７閉の状態で冷温水ヘッダ６−２へ戻る。
【００２７】
以上のように構成された原子力施設ユーティリティ流体供給システムでは、冷却加熱コイル８−１、８−２、・・・８−ｎと冷却コイル９−１、９−２、・・・９−ｍの負荷バランスによって選定されたシングル形冷温水発生器４−１、４−２、・・・４−ｐとダブルバンドル形冷温水発生器５−１、５−２、・・・５−ｑにより、冷水および温水を製造する。したがって、複数のユーティリティ流体を一つの機器で製造することができ、冷却加熱コイル８、８−２、・・・８−ｎへ供給するユーティリティ流体配管１１−１は共通で使用することができる。
【００２８】
また、シングル形冷温水発生器４−１、４−２、・・・４−ｐの温水製造時の熱源水供給温度が高い場合は、温度監視装置１２−１と温度制御信号１３−１によりバルブ１０−１１を調節し、配管１１−２から温度の低い熱源水を温度の高い熱源水と混合させることで、熱源水供給温度を制御し、補機冷却水１４を吸排熱先として利用することができる。
【００２９】
さらに、ダブルバンドル形冷温水発生器５−１、５−２、・・・５−ｑの冷水負荷が小さい場合は、温度監視装置１２−２と温度制御信号１３−１によりバルブ１０−１２を調節し、配管１１−３から温度の高い熱源水を冷水温度調節用熱交換器１５−１に供給し、温度の低い冷水と熱交換させることで、冷水還温度を制御し、温水製造に支障をきたさない。
【００３０】
以上説明した実施の形態では、ユーティリティ流体製造装置(ダブルバンドル形冷水温水発生器５−１等）において、圧縮機で得られた高温高圧の冷媒を凝縮器にて凝縮させるにあたり、冷却水を用いる代わりに、温水に排熱させる。そしてこの温水を暖房に利用する。このときユーティリティ流体製造装置は二つの凝縮器を有する。一つは冷房専用時に冷却水を通水するものであり、他方は冷房・暖房を一緒に行なうとき、上記温水を通水するものとなる。
【００３１】
この装置は年間を通じて冷房が必要な原子力発電所において特に利用価値が高い。冷水と温水を同時に取り出すことができる。また、冬季に暖房専用機となるシングル形冷温水発生器４−１等と併用して使うことによって、冷熱源設備全体の設備台数低減も可能である。ほかにシングル形冷温水発生器４の故障時、点検時などのバックアップ用としても利用可能である。
【００３２】
さらに、冷水温水を共通の配管で熱交換器まで送水する場合は流れ方向が一定となるが、冷房時と暖房時で空気流に対して冷水と温水を向流および並流に流すことができれば、夏季(向流）は熱交換後の空気温度が下げられる効果が期待でき、また、冬季(並流）は凍結防止の効果が期待できる。これを熱交換器周りのバルブの開閉操作で空気流と冷温水の流れ方向を決定することができる。すなわち、図４のバルブ１０−１４〜１０−１７は暖房時(並流）のバルブ開閉状態であり、これらを逆の開閉状態にすれば冷房時(向流)の状態になる。
【００３３】
また、原子力発電所の補機冷却水は安定した温度で供給されるため、補機冷却水を吸排熱先として用いることで、安定した冷水または温水の供給が可能である。
【００３４】
なお、上記説明は冷水、温水製造のための吸排熱源に補機冷却水１４を利用するものとしたが、補機冷却水１４が期待できない原子力施設には、補機冷却水１４の代わりに、大気を吸排熱源とする冷却熱源搭を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る原子力施設ユーティリティ流体供給システムの一実施の形態の系統概略図。
【図２】図１のシングル形冷温水発生器の一つの詳細を示すフロー図。
【図３】図１のダブルバンドル形冷温水発生器の一つの詳細を示すフロー図。
【図４】図１の冷却加熱コイルの一つの詳細を示すフロー図。
【図５】従来の原子力施設ユーティリティ流体供給システムの系統概略図。
【符号の説明】
【００３６】
１…冷温水ポンプ、２…温水ポンプ、３…冷水ポンプ、４−１〜４−ｐ…シングル形冷温水発生器（ユーティリティ流体製造装置）、４−１ａ…シングル形冷温水発生器本体、５−１〜５−ｑ…ダブルバンドル形冷温水発生器（ユーティリティ流体製造装置）、５−１ａ…ダブルバンドル形冷温水発生器本体、６−１…第１の冷温水ヘッダ、６−２…第２の冷温水ヘッダ、７−１…第１の冷水ヘッダ、７−２…第２の冷水ヘッダ、８−１〜８−ｎ…冷却加熱コイル（負荷先熱交換器）、８−１ａ…冷却加熱コイル本体、９−１〜９−ｍ…冷却コイル（負荷先熱交換器）、１０−１〜１０−２…バルブ、１１−１，１１−２…配管、１２−１，１２−２…温度監視装置、１３−１…温度制御信号、１４…補機冷却水、１５…冷水温度調節用熱交換器、１６…被熱交換流体、１７…冷凍機、１８…蒸気
【図１】
2005321336.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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