(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
復水器から原子炉へ供給される復水を流通させるための復水管路と、
この復水管路中の復水を蒸気によって加熱する給水加熱器と、
この給水加熱器内で生じるドレンを流通させるためのドレン管路と、
このドレン管路が前記復水管路に接続する接続部と、
前記ドレン管路中のドレンを前記復水管路に向かって圧送するドレンポンプとを備え、
前記ドレンポンプの出口から前記接続部に至る前記ドレン管路の経路内の少なくとも一カ所に、ドレン流通方向下流側に向かって下る流路であって、前記給水加熱器への蒸気供給停止により前記復水管路内の復水の温度が低下した際に、前記復水管路内に滞留した復水が前記ドレン管路内へ流入することを防止するための下り勾配部を有することを特徴とする原子力プラントの給水加熱器ドレンポンプアップシステム。
【請求項２】
請求項１記載の原子力プラントの給水加熱器ドレンポンプアップシステムにおいて、
さらに低圧タービンから蒸気が供給される低圧給水加熱器を備え、
前記給水加熱器は高圧タービンから蒸気が供給される高圧給水加熱器であり、
前記接続部は前記高圧給水加熱器の上流かつ前記低圧給水加熱器の下流に位置することを特徴とする原子力プラントの給水加熱器ドレンポンプアップシステム。
【請求項３】
請求項１記載の原子力プラントの給水加熱器ドレンポンプアップシステムにおいて、
さらに高圧タービンから蒸気が供給される高圧給水加熱器を備え、
前記給水加熱器は低圧タービンから蒸気が供給される低圧給水加熱器であり、
前記接続部は前記低圧給水加熱器の上流かつ前記復水器の下流に位置することを特徴とする原子力プラントの給水加熱器ドレンポンプアップシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子力プラントの給水加熱器ドレンポンプアップシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントのプラント効率を向上させる一手段として、給水加熱器ドレンポンプアップシステムがある。このシステムは、通常運転中、給水加熱器で復水配管中の復水を加熱する際に発生する高温のドレンをドレンタンクに貯蔵し、このドレンタンク内のドレンを復水配管に接続したドレン配管を介してドレンポンプによって復水配管内へ送給する。給水加熱器ドレンポンプアップシステムは、このように高温のドレンを復水配管内に供給して復水温度の上昇に利用することによって、原子力プラントのプラント効率を向上させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３４４５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の給水加熱器ドレンポンプアップシステムは、負荷遮断等の場合には、ドレンポンプを停止して機能を停止するので、ドレンポンプの下流側のドレン配管内に高温のドレンが滞留した状態になる。また、給水加熱器は、通常運転中にはタービンから供給される蒸気を利用して復水を加熱しているが、負荷遮断等でタービンからの蒸気の供給が停止すると加熱能力が弱まり、復水配管内に滞留した復水の温度は時間経過に伴って徐々に低下する。このようにして復水配管内の復水はドレン配管内のドレンと比較して相対的に低温になっていく。
【０００５】
このような場合、例えば復水配管とドレン配管との接続箇所においてドレン配管が復水配管の下方から接続されていると、比重差等を原因にドレンが滞留しているドレン配管内に復水配管内に滞留していた低温化した復水が流れ込む場合がある。このようにドレン配管に流れ込んだ復水はドレン配管内において著しい水温差（５０〜１００℃程度）を生じさせる原因となる。この温度差はドレン配管を熱変形により伸縮させ、その影響は周囲の機器等に及ぶ場合もある。
【０００６】
本発明の目的は負荷遮断等で給水加熱器に蒸気が供給されなくなった場合に発生するドレン配管の損傷を抑制することができる原子力プラントのドレンポンプアップシステムを供給することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、復水器から原子炉へ供給される復水を流通させるための復水管路と、この復水管路中の復水を蒸気によって加熱する給水加熱器と、この給水加熱器内で生じるドレンを流通させるためのドレン管路と、このドレン管路が前記復水管路に接続する接続部と、前記ドレン管路中のドレンを前記復水管路に向かって圧送するドレンポンプとを備え、前記ドレンポンプの出口から前記接続部に至る前記ドレン管路の経路内の少なくとも一カ所に、ドレン流通方向下流側に向かって下る流路であって、前記給水加熱器への蒸気供給停止により前記復水間路内の復水の温度が低下した際に、前記復水管路内に滞留した復水が前記ドレン管路内へ流入することを防止するための下り勾配部を有するものとする。
【０００８】
（２）上記（１）は、好ましくは、さらに低圧タービンから蒸気が供給される低圧給水加熱器を備え、前記給水加熱器は高圧タービンから蒸気が供給される高圧給水加熱器であり、前記接続部は前記高圧給水加熱器の上流かつ前記低圧給水加熱器の下流に位置するものとする。
【０００９】
（３）上記（１）は、好ましくは、さらに高圧タービンから蒸気が供給される高圧給水加熱器を備え、前記給水加熱器は低圧タービンから蒸気が供給される低圧給水加熱器であり、前記接続部は前記低圧給水加熱器の上流かつ前記復水器の下流に位置するものとする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、負荷遮断等の際にも、復水の流入を防止することでドレン配管の損傷を抑制することができるので、原子力プラントの安定運転を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の給水加熱器ドレンポンプアップシステムを備えた原子力プラントの概略図である。
【００１３】
図１に示す原子力プラントは、蒸気を発生させる沸騰水型の原子炉１と、この原子炉１で発生した蒸気が供給される高圧タービン２と、この高圧タービン２から抽出された蒸気を流通させるための蒸気管４ａ，４ｂと、高圧タービン２に供給された後の蒸気が供給される低圧タービン５と、この低圧タービン５から抽出された蒸気を流通させるための蒸気管７ａ〜７ｄと、低圧タービン５等から抽出された蒸気を復水する復水器８と、この復水器８中の復水を原子炉１へ流通させるための復水配管９と、この復水配管９中の復水を原子炉１へ圧送するための低圧復水ポンプ１０、高圧復水ポンプ１１、及び給水ポンプ１２と、蒸気管７ａ〜７ｄからの蒸気によって復水配管９内の復水を加熱する低圧給水加熱器６ａ〜６ｄと、蒸気管４ａ，４ｂからの蒸気によって復水配管９内の復水を加熱する高圧給水加熱器３ａ，３ｂと、この高圧給水加熱器３ａ，３ｂ内で発生したドレンを復水配管９へ送給する高圧給水加熱器ドレンポンプアップシステム（以下、ＨＰＤＰＵシステムと称する。）１３と、このＨＰＤＰＵシステム１３からのドレンが復水配管９中の復水と合流する接続部１７とを備えている。
【００１４】
なお、以下の説明においては説明の便宜上ドレンの流通経路を上記のように「ドレン配管」と称することにする。つまり、ここで用いる「ドレン配管」という語は、パイプや継ぎ手部分などの部品単位で形成される配管そのものを示すのではなく、これら各種配管部品を構成することによって形成されるドレンの流通経路（ドレン管路とする）を示すことにする。また、これは復水配管９についても同様とし、復水の流通経路を復水管路とする。
【００１５】
高圧給水加熱器３ａ，３ｂは復水が流通する加熱管を内部に備えており、この加熱管の外側に高圧タービン２から抽出した蒸気（加熱蒸気）を蒸気管４ａ，４ｂを介して導いている。高圧給水加熱器３ａ，３ｂ内において、加熱蒸気は加熱管と接触して熱交換を行い間接的に加熱管内を流通する復水を加熱している。このように高圧給水加熱器３ａ，３ｂは復水を原子炉１に供給する前の段階で予め加熱することをによってプラントの熱効率を向上させている。また、高圧給水加熱器３ａ，３ｂ内において復水を加熱した加熱蒸気は熱交換の後に凝縮してドレンとなり高圧給水加熱器３ａ，３ｂ内部に溜まる。
【００１６】
また、重複するので詳しい説明は省略するが、低圧給水加熱器６ａ〜６ｄも、上記高圧給水加熱器３ａ，３ｂと同様に、蒸気管７ａ〜７ｄを介して低圧タービン５から抽出した加熱蒸気によって復水を加熱し、その際に発生したドレンを溜めている。
【００１７】
ＨＰＤＰＵシステム１３は、高圧給水加熱器３ａ，３ｂ内で発生したドレンを回収する高圧ドレンタンク１４と、ドレンを流通させるためのドレン配管１５と、このドレン配管１５を介して高圧ドレンタンク１４内のドレンを圧送する高圧ドレンポンプ１６とを備えている。高圧給水加熱器３ａ，３ｂにはドレン配管１５が接続されており、そのドレン流通方向下流側には高圧ドレンタンク１４が接続されている。この高圧ドレンタンク１４の出口はドレン配管１５を介して高圧ドレンポンプ１６の入口に接続されている。また、この高圧ドレンポンプ１６の出口はドレン配管１５を介して接続部１７において復水配管９に接続されており、高圧給水加熱器３ａ，３ｂ内で発生したドレンは復水配管９中の復水とともに原子炉１へ供給されるようになっている。
【００１８】
復水器８には復水配管９が接続されている。この復水配管９には復水流通方向の上流側から順に低圧復水ポンプ１０、そして高圧復水ポンプ１１が接続されている。この高圧復水ポンプ６の下流側には低圧給水加熱器６ａが接続されており、上流から順番に低圧給水加熱器６ｂ，６ｃ，６ｄが接続されている。低圧給水加熱器６ｄ内を出た復水配管９はさらに延伸し、ＨＰＤＰＵシステム１３との接続部１７を介して給水ポンプ１２と接続されている。更に、この給水ポンプ１２の下流側には高圧給水加熱器３ａ，３ｂが順に接続され、その下流側には原子炉１が接続されている。
【００１９】
なお、図１中の接続部１７において、ドレン配管１５の出口側のシンボルが図の上方向から下方向に向かって復水配管９に接続するように示されているが、これはドレン配管１５が復水配管９の上方から接続しているという構成を表現している（詳細は図２を用いて後述する。）。
【００２０】
また、図１において、高圧給水加熱器は３ａ，３ｂの２機が示されているが、高圧給水加熱器の数は特にこれに限定されるものではない。また、低圧給水加熱器の数についても同様に、図に示した６ａ〜６ｄの４機に限られるものではない。
【００２１】
次に図２を用いて接続部１７付近について詳述する。
図２は本実施の形態における接続部１７付近を模式的に示した断面図である。図１と同じ部分には同じ符号を付し、説明は省略する。なお、図２は接続部１７付近において復水配管９の軸方向（復水流通方向）と直交する面における断面を示す図であり、図中の上下方向は鉛直上下方向に対応する。また、以降の説明に用いる図３及び図４もこれと同様に示すものとする。
【００２２】
図２に示すように、ドレン配管１５は、高圧ドレンポンプ１６の出口から接続部１７に至る経路において、ドレン流通方向下流側に向かって鉛直方向に下る流路である下り勾配部１８を備えている。この下り勾配部１８の下流側は接続部１７において復水配管９と連通可能に接合されており、通常運転時には高圧ドレンポンプ１６によってドレンがドレン配管１５内から復水配管９内へ供給されている。また、この下り勾配部１８は復水配管９内に滞留した復水がドレン配管１５内へ流入することを防止するためのものである。
【００２３】
次に、上記構成による原子力プラントの動作及び作用を説明する。
【００２４】
はじめに、通常運転時の基本動作について説明する。
原子炉１によって発生された蒸気は高圧タービン２へ供給される。供給された蒸気は高圧タービン２に軸回転力を与え、この軸回転力により図示しない発電機を駆動させる。高圧タービン２に供給された蒸気は、続いて、低圧タービン５にも供給される。この蒸気は同様にして低圧タービン５に軸回転力を与え、発電機を駆動させる。このようにタービン２，５に供給された蒸気は復水器８に排出され、復水器８内において海水等の冷却手段によって凝縮され復水される。
【００２５】
復水器８内の復水は、再び原子炉１内に供給されるために復水配管９を介して原子炉１の方向へ低圧復水ポンプ１０によって圧送される。この低圧復水ポンプ１０によって昇圧された復水は、高圧復水ポンプ１１によって更に昇圧され、低圧給水加熱器６ａ〜６ｄへ送給される。復水は、これら低圧給水加熱器６ａ〜６ｄ内において加熱蒸気によって加熱された後、接続部１７において合流するドレンによって更に加熱され、給水ポンプ１２によって高圧給水加熱器３ａ，３ｂに送られる。高圧給水加熱器３ａ，３ｂ内で加熱蒸気によってまた更に加熱された復水は、原子炉１内に再び導かれ沸騰して蒸気となる。
【００２６】
一方、ＨＰＤＰＵシステム１３は、高圧給水加熱器３ａ，３ｂ内で発生したドレンを高圧ドレンタンク１４で回収している。さらに、この高圧ドレンタンク１４で回収したドレンを高圧ドレンポンプ１６によって昇圧して、接続部１７において復水と比較して相対的に高温（２０℃程度高温）なドレンを復水配管９の上方から流入するように配管９内に供給している。
【００２７】
次に本実施の形態の負荷遮断等の場合における動作及び作用について説明する。
【００２８】
負荷遮断等によって高圧タービン２への蒸気供給が停止すると、蒸気管４ａ，４ｂによる高圧給水加熱器３ａ，３ｂへの加熱蒸気の供給も停止する。このように蒸気管４ａ，４ｂからの蒸気供給が停止すると、時間経過に伴って高圧給水加熱器３ａ，３ｂの復水加熱能力が低下し、例えば、通常運転時には１６０℃程度だった復水配管９内の復水の温度が４０℃程度まで時間経過と伴に徐々に低下していく。また、このとき、ＨＰＤＰＵシステム１３における高圧ドレンポンプ１６の運転も停止するので、高圧ドレンポンプ１６の下流側のドレン配管１５内に存在するドレンが１８０℃程度の温度を保持したままドレン管１５内に滞留した状態となる。
【００２９】
このような場合、例えば、接続部１７において復水配管９に対してドレン配管１５が下方から接続されていると、ドレン配管１５内のドレンと復水配管９内の復水との温度差によって生じる比重差に起因して、低温化した比重の大きい復水がドレン配管１５内に逆流するように流れ込む。低温化した復水が流れ込んだドレン配管１５内には１８０℃程度のドレンが滞留しているので、ドレン配管１５内では箇所よって５０℃から１００℃程度の著しい温度差が生じる。この温度差はドレン配管１５を熱変形により通常運転時には起こり得ない程に伸縮させ、その影響は周囲に配設された機器などに及ぶ場合もある。これには、例えば、ドレン配管が熱変形することによって、配管同士の繋ぎ目を接続しているフランジ部に隙間が生じて水漏れが発生することや、配管を支持する留め具（サポート）等が変形すること等が挙げられる。
【００３０】
これに対して、本実施の形態はドレン配管１５に下り勾配部１８を設けることにより上記のような問題の発生を抑制している。即ち、本実施の形態におけるドレン配管１５は、高圧ドレンポンプ１６の出口側から接続部１７に至る経路において、ドレン流通方向下流側に向かって鉛直方向に下る流路である勾配部１８備えている。これにより、負荷遮断等によって復水配管９内の復水の温度が低下してその比重が大きくなった場合でも、復水と比較して相対的に比重の小さいドレンが滞留しているドレン配管１５内に比重の大きい復水が顕著に流入することは難しい。これによって、高圧ドレンポンプ１６出口側のドレン配管１５内において著しい温度差を生じる箇所が発生することを防止できるので、温度差によってドレン配管が熱変形して損傷することを抑制することができる。
【００３１】
次に本発明の効果について説明する。
上記のように、本発明は、ドレン配管１５に下り勾配部１８を設けることによって、負荷遮断等によって高圧給水加熱器３ａ，３ｂへの加熱蒸気の供給が停止した場合でも、低温化した復水がドレン配管１５への流入することを防止することができる。これによって、ドレン配管１５が熱変形する要因となる配管１５内における著しい温度差の発生を抑制でき、ドレン配管が損傷することを抑制することができる。また、このようにドレン配管１５の損傷が抑制されると伴に、ドレン配管周囲の機器等にも影響を与えることも抑制されるので、負荷遮断等の場合にも原子力プラントを安定して運転することができる。
【００３２】
なお、以上の説明では、高圧給水加熱器３ａ，３ｂ内のドレンを回収して復水と合流させるＨＰＤＰＵシステム１３について説明してきたが、本実施の形態は低圧給水加熱器６ａ〜６ｄ内で同様にして発生するドレンを回収して復水と合流させるいわゆる低圧給水加熱器ドレンポンプアップシステムにも勿論適用可能である。つまり、低圧給水加熱器６ａ〜６ｄで発生したドレンをタンクで回収したのち、ポンプで昇圧して低圧給水加熱器６ａの上流側かつ復水器８の下流側にドレン配管が復水配管９と接続する接続部を設けて、ここを介してドレンを復水と合流させるシステムにも本発明は適用可能であり、本実施の形態同様の効果を得ることができる。
【００３３】
次に本実施の形態の変形例について説明する。
図３及び図４は本実施の形態の変形例における接続部１７付近を模式的に示した断面図である。既出の図と同じ部分には同じ符号を付し、説明は省略する。
【００３４】
図３において、ドレン配管１５はドレン流通方向下流側に向かって下る流路である下り勾配部１８Ａを備えている。また、図４において、ドレン配管１５は水平配管されているとともにドレン流通方向下流側に向かって下る流路である下り勾配部１８Ｂを備えている。
【００３５】
上記実施の形態においては低温化復水の流入を防止する部分としてドレン流通方向下流側に向かって鉛直方向に下る流路である下り勾配部１８を例に挙げて説明したが、復水の流入防止部分となり得るのはこの下り勾配部１８のみに限られない。例えば、図３に示したようにドレン流通方向下流側に向かって斜めに下る下り勾配部１８Ａや、図４に示したように復水配管９に対してドレン配管１５が水平配管されている場合でもドレン流通方向下流側に向かって下る流路である下り勾配部１８Ｂ等を設ければ、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
また、図２〜図４においては上記下り勾配部１８，１８Ａ，１８Ｂを接続部１７と隣接したドレン配管１５の出口部分に設ける場合を示したが、その設置箇所はこれに限られない。つまり、高圧ドレンポンプ１６の出口側から接続部１７に至るまでのドレン配管１５の経路において、その経路中の少なくとも一カ所に上記のような下り勾配部を設ければ低温化復水の流入を防止することができ、そのような場合にも上記本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
なお、上記低圧給水加熱器ドレンポンプアップシステムにおいても、上記のような下り勾配部の変形例やその設置箇所に関する仕様変更が適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態を備える原子力プラントの概略図である。
【図２】本発明の実施の形態における復水配管とドレン配管の接続部付近を模式的に示した断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の第１の変形例における復水配管とドレン配管の接続部付近を模式的に示した断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の第２の変形例における復水配管とドレン配管の接続部付近を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１      ：原子炉
２      ：高圧タービン
３ａ〜ｂ：高圧給水加熱器
４ａ〜ｂ：蒸気管
５      ：低圧タービン
６ａ〜ｄ：低圧給水加熱器
７ａ〜ｄ：蒸気管
８      ：復水器
９      ：復水配管
１０      ：低圧復水ポンプ
１１      ：高圧復水ポンプ
１２      ：給水ポンプ
１３      ：高圧給水加熱器ドレンポンプアップシステム
１４      ：高圧ドレンタンク
１５      ：ドレン配管
１６      ：高圧ドレンポンプ
１７      ：接続部
１８      ：下り勾配部
１８Ａ〜Ｂ：下り勾配部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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