(57)【要約】【課題】原子力発電プラントにおいて、原子炉における安全性の向上を可能とする。【解決手段】加圧水型原子炉１２及び蒸気発生器１３の電源喪失時に二次系蒸気により駆動して蒸気発生器１３に二次系冷却水を供給する補助給水ポンプ４９を設けると共に、原子炉１２及び蒸気発生器１３の電源喪失時に二次系蒸気により発電して補機・計器類５２に送電する補助発電機５３を設ける。【選択図】図２
2013217814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次系冷却材を加熱する原子炉と、
前記一次系冷却材と二次系冷却材との間で熱交換することで前記一次系冷却材を冷却すると共に二次系蒸気を生成する蒸気発生器と、
前記二次系蒸気によりタービンを駆動して発電する発電装置と、
前記タービンを駆動した後の前記二次系蒸気を冷却して前記二次系冷却材とする復水器と、
前記原子炉及び前記蒸気発生器の電源喪失時に前記二次系蒸気により発電して計器類に送電する補助発電機と、
を有することを特徴とする原子力発電プラント。
【請求項２】
前記二次系蒸気を前記補助発電機に供給する補助蒸気経路と、前記補助蒸気経路に設けられる空気作動弁と、前記空気作動弁の開度を調整可能な空気供給装置とが設けられることを特徴とする請求項１に記載の原子力発電プラント。
【請求項３】
前記蒸気発生器で生成された二次系蒸気を前記発電装置に供給する二次系蒸気経路に前記二次系蒸気を大気に開放する蒸気開放経路が設けられ、前記原子炉及び前記蒸気発生器の電源喪失時に、前記補助蒸気経路は、前記蒸気開放経路に接続されることを特徴とする請求項２に記載の原子力発電プラント。
【請求項４】
前記補助発電機は、補助電源により駆動して潤滑油を冷却する冷却装置を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の原子力発電プラント。
【請求項５】
前記原子炉及び前記蒸気発生器の電源喪失時に前記二次系蒸気により駆動して前記蒸気発生器に二次系冷却材を供給する補助給水ポンプが設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の原子力発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全ての交流電源が喪失したときに、原子炉の安定を維持させるための機能を持つ原子力発電プラントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）を有する原子力発電プラントは、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、原子炉の炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電するものである。そして、蒸気発生器は、原子炉からの高温高圧の一次冷却水の熱を二次冷却水に伝え、二次冷却水で水蒸気を発生させるものである。
【０００３】
このような原子力発電プラントにて、津波や地震などの発生により、海水による冷却機能が喪失すると共に全ての交流電源が喪失すると、補助給水ポンプにより蒸気発生器の二次系に給水を行って一次系、つまり、原子炉を冷却すると共に、主蒸気逃がし弁を開放して二次系の圧力を低下させて冷却する。そして、この間に交流電源の復旧を行う。
【０００４】
原子力発電プラントにおける安全システムとしては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０５３０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の原子力発電プラントでは、全ての交流電源の喪失時に、原子炉や蒸気発生器の冷却や減圧を行いながら、非常用ディーゼル発電機や外部電源の確保などにより交流電源の復旧を図っているが、更なる安全性の向上が期待されている。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、原子炉における安全性の向上を可能とする原子力発電プラント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】
上記の目的を達成するための本発明の原子力発電プラントは、一次系冷却材を加熱する原子炉と、前記一次系冷却材と二次系冷却材との間で熱交換することで前記一次系冷却材を冷却すると共に二次系蒸気を生成する蒸気発生器と、前記二次系蒸気によりタービンを駆動して発電する発電装置と、前記タービンを駆動した後の前記二次系蒸気を冷却して前記二次系冷却材とする復水器と、前記原子炉及び前記蒸気発生器の電源喪失時に前記二次系蒸気により発電して計器類に送電する補助発電機と、を有することを特徴とするものである。
【０００９】
従って、原子炉及び蒸気発生器の電源喪失時に、補助発電機は、二次系蒸気により発電して計器類に送電するため、計器類により原子炉や蒸気発生器の状態を把握することが可能となり、発電装置を早期に復旧することに寄与し、原子炉における安全性を向上することができる。
【００１０】
本発明の原子力発電プラントでは、前記二次系蒸気を前記補助発電機に供給する補助蒸気経路と、前記補助蒸気経路に設けられる空気作動弁と、前記空気作動弁の開度を調整可能な空気供給装置とが設けられることを特徴としている。
【００１１】
従って、補助発電機は、補助蒸気経路を通して二次系蒸気が供給され、このとき、空気作動弁は、空気供給装置から供給される空気により開度が調整されることとなり、電力がなくても補助発電機に所定量の二次系蒸気を供給して発電させることができる。
【００１２】
本発明の原子力発電プラントでは、前記蒸気発生器で生成された二次系蒸気を前記発電装置に供給する二次系蒸気経路に前記二次系蒸気を大気に開放する蒸気開放経路が設けられ、前記原子炉及び前記蒸気発生器の電源喪失時に、前記補助蒸気経路は、前記蒸気開放経路に接続されることを特徴としている。
【００１３】
従って、補助蒸気経路が蒸気開放経路に接続されることで、電源喪失時に蒸気開放経路の二次系蒸気を補助蒸気経路から補助発電機に供給することができ、適正に補助発電機に二次系蒸気を供給して発電させることができる。
【００１４】
本発明の原子力発電プラントでは、前記補助発電機は、補助電源により駆動して潤滑油を冷却する冷却装置を有することを特徴としている。
【００１５】
従って、電源喪失時には、補助電源により冷却装置が駆動して補助発電機の潤滑油を冷却するため、補助発電機を適正に駆動することができる。
【００１６】
本発明の原子力発電プラントでは、前記原子炉及び前記蒸気発生器の電源喪失時に前記二次系蒸気により駆動して前記蒸気発生器に二次系冷却材を供給する補助給水ポンプが設けられることを特徴としている。
【００１７】
従って、電源喪失時であっても、二次系蒸気により補助給水ポンプが駆動して蒸気発生器に二次系冷却材を供給することとなり、補助発電機に供給する二次系蒸気を確実に確保することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の原子力発電プラントによれば、原子炉及び蒸気発生器の電源喪失時に二次系蒸気により発電して計器類に送電する補助発電機を設けるので、計器類により原子炉や蒸気発生器の状態を常時把握することが可能となり、発電装置を早期に復旧することに寄与し、原子炉における安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る原子力発電プラントを表す概略構成図である。
【図２】図２は、本実施例の原子力発電プラントにおける安全装置を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照して、本発明の原子力発電プラントの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例】
【００２１】
図１は、本発明の一実施例に係る原子力発電プラントを表す概略構成図、図２は、本実施例の原子力発電プラントにおける安全装置を表す概略図である。
【００２２】
本実施例の原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電する加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。
【００２３】
本実施例の加圧水型原子炉を有する原子力発電プラントにおいて、図１に示すように、原子炉格納容器１１は、内部に加圧水型原子炉１２及び蒸気発生器１３が格納されており、この加圧水型原子炉１２と蒸気発生器１３とは配管１４，１５を介して連結されており、配管１４に加圧器１６が設けられ、配管１５に一次冷却材ポンプ１７が設けられている。この場合、減速材及び一次冷却水（冷却材）として軽水を用い、炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するために、一次冷却系統は加圧器１６により１５０〜１６０気圧程度の高圧状態を維持するように制御している。従って、加圧水型原子炉１２にて、燃料（原子燃料）として低濃縮ウランまたはＭＯＸにより一次冷却水として軽水が加熱され、高温の一次冷却水が加圧器１６により所定の高圧に維持した状態で配管１４を通して蒸気発生器１３に送られる。この蒸気発生器１３では、高温高圧の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われ、冷やされた一次冷却水は配管１５を通して加圧水型原子炉１２に戻される。
【００２４】
蒸気発生器１３は、配管１８を介して蒸気タービン１９と連結されており、この配管１８に主蒸気隔離弁２０が設けられている。蒸気タービン１９は、高圧タービン２１と低圧タービン２２を有すると共に、発電機（発電装置）２３が接続されている。また、高圧タービン２１と低圧タービン２２との間には、湿分分離加熱器２４が設けられており、配管１８から分岐した冷却水分岐配管２５が湿分分離加熱器２４に連結される一方、高圧タービン２１と湿分分離加熱器２４は低温再熱管２６により連結され、湿分分離加熱器２４と低圧タービン２２は高温再熱管２７により連結されている。
【００２５】
更に、蒸気タービン１９の低圧タービン２２は、復水器２８を有しており、この復水器２８は、配管１８からバイパス弁２９を有するタービンバイパス配管３０が接続されると共に、冷却水（例えば、海水）を給排する取水管３１及び排水管３２が連結されている。この取水管３１は、循環水ポンプ３３を有し、排水管３２と共に他端部が海中に配置されている。
【００２６】
そして、この復水器２８は、配管３４が接続されており、復水ポンプ３５、グランドコンデンサ３６、復水脱塩装置３７、復水ブースタポンプ３８、低圧給水加熱器３９が接続されている。また、配管３４は、脱気器４０が連結されると共に、主給水ポンプ４１、高圧給水加熱器４２、主給水制御弁４３が設けられている。
【００２７】
また、配管１８は、主蒸気逃がし弁４４を有する主蒸気逃がし配管４５の一端部と、主蒸気安全弁４６を有する主蒸気安全配管４７の一端部が接続されており、各配管４５，４７の他端部は大気に開放している。一方、配管３４は、主給水制御弁４３と蒸気発生器１３との間に補助給水配管４８の一端部が接続されており、この補助給水配管４８は、補助給水ポンプ４９が設けられると共に、他端部に復水タンク５０が接続されている。この補助給水ポンプ４９は、蒸気によりタービンが回転することで駆動するものであり、配管１８における主蒸気安全配管４７と主蒸気隔離弁２０との間から分岐した冷却水分岐配管５１が補助給水ポンプ４９まで延設されている。
【００２８】
従って、蒸気発生器１３にて、高温高圧の一次冷却水と熱交換を行って生成された蒸気は、配管１８を通して蒸気タービン１９（高圧タービン２１から低圧タービン２２）に送られ、この蒸気により蒸気タービン１９を駆動して発電機２３により発電を行う。このとき、蒸気発生器１３からの蒸気は、高圧タービン２１を駆動した後、湿分分離加熱器２４で蒸気に含まれる湿分が除去されると共に加熱されてから低圧タービン２２を駆動する。そして、蒸気タービン１９を駆動した蒸気は、復水器２８で海水を用いて冷却されて復水となり、グランドコンデンサ３６、復水脱塩装置３７、低圧給水加熱器３９、脱気器４０、高圧給水加熱器４２などを通して蒸気発生器１３に戻される。
【００２９】
そして、蒸気発生器１３は、配管１８，３４を介して蒸気タービン１９と連結されており、循環水ポンプ３３、復水ポンプ３５、復水ブースタポンプ３８、主給水ポンプ４１などにより冷却水（蒸気）が循環している。この各種ポンプ３３，３５，３８，４１などは、電源装置（プラント内交流電源、外部電源、非常用ディーゼル発電機、非常用バッテリ、いずれも図示略）からの給電により駆動するものであることから、津波や地震などによりこの電源装置が喪失（原子炉及び蒸気発生器などのための全交流電源の喪失）したときには、これらを駆動して冷却水を循環することができず、加圧水型原子炉１２や蒸気発生器１３を冷却することが困難となる。
【００３０】
そのため、電源装置が喪失したとき、主蒸気逃がし弁４４や主蒸気安全弁４６を開放することで、蒸気発生器１３の蒸気（二次冷却水）を配管１８から主蒸気逃がし配管４５や主蒸気安全配管４７を通して大気に開放し、蒸気発生器１３内の圧力を低下させて冷却している。また、配管１８内の蒸気を冷却水分岐配管５１から補助給水ポンプ４９に供給することで、この補助給水ポンプ４９を駆動し、復水タンク５０の複水を補助給水配管４８から配管３４を通して蒸気発生器１３に供給し、この蒸気発生器１３を冷却している。そして、この間に電源装置の復旧を行っている。
【００３１】
このように原子力発電プラントでは、電源装置が喪失したときの安全システムが構築されているものの、更なる安全性の向上が求められている。そこで、本実施例の原子力発電プラントにあっては、電源喪失時に、配管１８からの二次系蒸気により発電して補機・計器類５２に送電する補助発電機５３を設けている。この補助発電機５３は、蒸気開放経路としての主蒸気逃がし配管４５における主蒸気逃がし弁４４より配管１８側から分岐した補助蒸気配管（補助蒸気経路）５４に設けられている。
【００３２】
即ち、図２に示すように、１つの原子炉に対して４つの蒸気発生器が設けられていることから、４つの配管１８（１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ）が設けられており、ここでは、一つの配管１８Ａに対して説明するが、他の配管１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄについても同様の構成となっている。
【００３３】
配管１８Ａは、主蒸気逃がし配管４５の一端部が接続され、主蒸気逃がし配管４５は、電磁式開閉弁６１及び主蒸気逃がし弁４４が設けられ、他端部が大気に開放している。補助蒸気配管５４は、一端部が主蒸気逃がし配管４５における電磁式開閉弁６１と主蒸気逃がし弁４４の間に接続され、他端部が補助発電機５３に接続されており、逆止弁６２と電磁式開閉弁としての蒸気仕切弁６３が設けられている。
【００３４】
補助発電機５３は、タービン６４と発電機６５が駆動軸６６で連結されて構成されている。従って、二次系からの蒸気によりタービン６４が駆動回転することで、その回転力が駆動軸６６を介して発電機６５に伝達され、この発電機６５が駆動することで発電する。上述した補助蒸気配管５４は、他端部が補助発電機５３におけるタービン６４まで延出されており、補助発電機５３内にて、ドレン分離機６７からドレン分離配管６８を介してドレンポット６９が設けられると共に、容量制御弁（空気作動弁）７０が設けられている。
【００３５】
補助発電機５３は、タービン６４から補助蒸気排出配管７１が設けられており、端部が大気に開放している。この補助蒸気排出配管７１は、使用済蒸気の温度を計測する温度センサ７２と、使用済蒸気の圧力を計測する圧力センサ７３が設けられている。
【００３６】
補助発電機５３は、容量制御弁７０の開度を調整可能な空気供給装置７４が設けられている。この空気供給装置７４は、複数の圧縮空気ボンベ７５を有しており、この複数の圧縮空気ボンベ７５に連結された空気供給配管７６が容量制御弁７０に接続されている。そして、この空気供給配管７６は、２つのメンテナンス用の電磁式開閉弁７７，７８の間に自圧式圧力制御弁７９が設けられると共に、各圧縮空気ボンベ７５における空気圧を計測する圧力センサ８０が設けられている。
【００３７】
この場合、空気供給装置７４は、通常、電磁式開閉弁７７，７８が開放状態にあり、自圧式圧力制御弁７９が供給側の空気圧が所定値となるように制御しており、補助発電機５３の容量制御弁７０に対して所定の空気圧を供給している。容量制御弁７０は、空気供給装置７４から供給される空気圧に基づいて開度が調整されるものであり、タービン６４側に供給する蒸気量を所定値としている。即ち、タービン６４に供給する蒸気量が所定値となるように、空気供給装置７４が容量制御弁７０に供給する空気圧が設定されている。
【００３８】
補助発電機５３は、補助電源８１により潤滑油を循環冷却する冷却装置８２が設けられている。発電機６５から補助発電機５３の外側を循環する潤滑油循環配管８３が設けられており、潤滑油ポンプ８４により循環可能となっている。冷却装置８２は、潤滑油循環配管８３により補助発電機５３の外部に循環された潤滑油を空冷するものであり、空冷ファン８５を有している。補助電源８１は、潤滑油ポンプ８４と冷却装置８２の空冷ファン８５に給電可能となっている。なお、補助電源８１は、電磁式開閉弁６１と蒸気仕切弁６３にも給電可能となっている。
【００３９】
従って、図１及び図２に示すように、津波や地震などにより加圧水型原子炉１２や蒸気発生器１３を作動する全ての電源装置が喪失したとき、まず、電磁式開閉弁６１と主蒸気逃がし弁４４が開放されることで、蒸気発生器１３の蒸気が配管１８から主蒸気逃がし配管４５を通して大気に開放され、蒸気発生器１３内の圧力を低下して冷却する。また、配管１８内の蒸気が冷却水分岐配管５１から補助給水ポンプ４９に供給されることで、この補助給水ポンプ４９を駆動して復水タンク５０の複水を補助給水配管４８及び配管３４を通して蒸気発生器１３に供給することで、この蒸気発生器１３を冷却する。
【００４０】
更に、蒸気仕切弁６３が開放されることで、蒸気発生器１３の蒸気が配管１８及び主蒸気逃がし配管４５から補助蒸気配管５４を通して補助発電機５３に供給される。このとき、空気供給装置７４は、自圧式圧力制御弁７９が所定圧の空気を容量制御弁７０に供給しており、容量制御弁７０は、この空気圧により開度が制御され、タービン６４に所定量の蒸気圧を供給する。すると、タービン６４が駆動回転することで発電機６５が発電し、電力を補機・計器類５２に送電する。
【００４１】
また、補助発電機５３は、補助電源８１により潤滑油ポンプ８４と空冷ファン８５が駆動することで、冷却装置８２が作動し、発電機６５からの潤滑油が潤滑油循環配管８３を循環することで冷却される。
【００４２】
加圧水型原子炉１２や蒸気発生器１３は、上述した動作により減圧されて冷却されており、また、補助発電機５３が作動して電力を補機・計器類５２に送っていることから、作業者は、補機・計器類５２を監視しながら、この間に喪失した電源装置の復旧を安全に行うことができる。
【００４３】
このように本実施例の原子力発電プラントにあっては、加圧水型原子炉１２及び蒸気発生器１３の電源喪失時に二次系蒸気により駆動して蒸気発生器１３に二次系冷却水を供給する補助給水ポンプ４９を設けると共に、加圧水型原子炉１２及び蒸気発生器１３の電源喪失時に二次系蒸気により発電して補機・計器類５２に送電する補助発電機５３を設けている。
【００４４】
従って、電源喪失時であっても、二次系蒸気により補助給水ポンプ４９が駆動して蒸気発生器１３に二次系冷却水を供給するため、補助発電機５３は、この二次系蒸気により発電して補機・計器類５２に確実に送電することができ、この補機・計器類５２により加圧水型原子炉１２や蒸気発生器１３の状態を把握しながら、発電装置を早期に復旧することが可能となり、原子力発電プラントにおける安全性を向上することができる。
【００４５】
本実施例の原子力発電プラントでは、二次系蒸気を補助発電機５３に供給する補助蒸気配管５４と、補助蒸気配管５４に設けられる容量制御弁７０と、容量制御弁７０の開度を調整可能な空気供給装置７４とを設けている。従って、補助発電機５３は、補助蒸気配管５４を通して二次系蒸気が供給され、このとき、容量制御弁７０は、空気供給装置７４から供給される空気により開度が調整されることとなり、電力がなくても補助発電機５３に所定量の二次系蒸気を供給して発電させることができる。
【００４６】
本実施例の原子力発電プラントでは、配管１８に主蒸気逃がし配管４５を接続し、主蒸気逃がし配管４５に補助蒸気配管５４を接続している。従って、補助蒸気配管５４が主蒸気逃がし配管４５に接続されることで、電源喪失時に主蒸気逃がし配管４５の二次系蒸気を補助蒸気配管５４から補助発電機５３に供給することができ、適正に補助発電機５３に二次系蒸気を供給して発電させることができる。
【００４７】
本実施例の原子力発電プラントでは、補助発電機５３は、補助電源８１により駆動して潤滑油を冷却する冷却装置８２を設けている。従って、電源喪失時には、補助電源８１により冷却装置８３が駆動して補助発電機５３の潤滑油を冷却するため、補助発電機５３を適正に駆動することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１２  加圧水型原子炉
１３  蒸気発生器
１８，３４  配管（二次系蒸気経路）
１９  蒸気タービン
２３  発電機
２８  復水器
４４  主蒸気逃がし弁
４５  主蒸気逃がし配管（蒸気開放経路）
４８  補助給水配管
４９  補助給水ポンプ
５１  冷却水分岐配管
５２  補機・計器類
５３  補助発電機
５４  補助蒸気配管（補助蒸気経路）
６４  タービン
６５  発電機
７０  容量制御弁（空気作動弁）
７４  空気供給装置
７９  自圧式圧力制御弁
８１  補助電源
８２  冷却装置
【図１】
2013217814.tif 000003
【図２】
2013217814.tif 000004