(57)【要約】      （修正有）【課題】複数種のポンプの代替として動作可能な固定容量型の代替ポンプを動作させるに際して、代替ポンプのインペラに加わる負荷を低減可能な加圧液体供給システム及び方法、並びに原子力プラントを提供する。【解決手段】加圧液体供給システム４０は、第１供給先に加圧液体を供給するための第１ポンプ４２と、第２供給先に加圧液体を供給するための第２ポンプ４７と、第１ポンプ又は第２ポンプの代替として動作可能な固定容量型の代替ポンプ５１と、第１供給先及び第２供給先をバイパスするバイパス流路５３と、バイパス流路に設けられたバイパス弁５４と、を備える。さらに、加圧液体供給システムは、代替ポンプが第１ポンプの代替として動作して加圧液体を第１供給先に送る第１モードと、代替ポンプが第２ポンプの代替として動作して加圧液体を第２供給先に送る第２モードとの間で運転モードを切り替え可能に構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１供給先に加圧液体を供給するための第１ポンプと、
前記第１供給先とは異なる第２供給先に前記加圧液体を供給するための第２ポンプと、
前記第１ポンプ又は前記第２ポンプの代替として動作可能な固定容量型の代替ポンプと、
前記第１供給先及び前記第２供給先をバイパスするように前記代替ポンプの下流側に設けられたバイパス流路と、
前記バイパス流路における前記加圧液体の流れを制御するためのバイパス弁と、を備える加圧液体供給システムであって、
前記加圧液体供給システムは、前記代替ポンプが前記第１ポンプの代替として動作して前記加圧液体を前記第１供給先に送る第１モードと、前記代替ポンプが前記第２ポンプの代替として動作して前記加圧液体を前記第２供給先に送る第２モードとの間で運転モードを切り替え可能に構成され、
前記第１モードにおいて前記第１供給先が必要とする前記加圧液体の第１流量Ｆ１は、前記第２モードにおいて前記第２供給先が必要とする前記加圧液体の第２流量Ｆ２よりも大きく、且つ、前記代替ポンプの定格流量Ｆｒａｔｅｄ以下であり、
前記バイパス弁は、前記第２モードにおいて、前記第２流量Ｆ２よりも大きく、且つ、前記定格流量Ｆｒａｔｅｄ以下の流量Ｆ＊で前記代替ポンプが前記加圧液体を吐出している間、前記代替ポンプからの前記加圧液体の一部を前記バイパス流路に流すように構成されたことを特徴とする加圧液体供給システム。
【請求項２】
前記バイパス弁は、前記第２モードにおいて、前記第２流量Ｆ２に対する前記流量Ｆ＊の余剰流量ΔＦ（＝Ｆ＊−Ｆ２）を前記バイパス流路に流すように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の加圧液体供給システム。
【請求項３】
前記流量Ｆ＊および前記定格流量Ｆｒａｔｅｄは、０．４Ｆｒａｔｅｄ≦Ｆ＊≦Ｆｒａｔｅｄの関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の加圧液体供給システム。
【請求項４】
前記バイパス流路は、前記第１ポンプ、前記第２ポンプ及び前記代替ポンプにおける加圧対象である液体の供給源に接続され、前記加圧液体の前記一部を前記供給源に戻すように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の加圧液体供給システム。
【請求項５】
前記第１ポンプは、原子力プラントの原子炉格納容器内に設けられた格納容器スプレイに前記加圧液体としての冷却水を送るための格納容器スプレイポンプを含み、
前記第２ポンプは、前記原子力プラントの原子炉に前記加圧液体としての冷却水を送るための高圧注入ポンプを含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の加圧液体供給システム。
【請求項６】
原子炉と、
前記原子炉を格納するための原子炉格納容器と、
前記原子炉格納容器内に設けられた格納容器スプレイと、
請求項５に記載の加圧液体供給システムと、を備え、
前記加圧液体供給システムの前記代替ポンプが、前記格納容器スプレイに前記加圧液体としての冷却水を送るための格納容器スプレイポンプ、または、前記原子炉に前記加圧液体としての冷却水を送るための高圧注入ポンプの代替として動作可能であることを特徴とする原子力プラント。
【請求項７】
第１供給先に加圧液体を供給するための第１ポンプと、
前記第１供給先とは異なる第２供給先に前記加圧液体を供給するための第２ポンプと、
前記第１ポンプ又は前記第２ポンプの代替として動作可能な固定容量型の代替ポンプと、
前記第１供給先及び前記第２供給先をバイパスするように前記代替ポンプの下流側に設けられたバイパス流路と、
を備える加圧液体供給システムを用いて前記加圧液体を供給する方法であって、
前記代替ポンプが前記第１ポンプの代替として動作して前記加圧液体を前記第１供給先に送る第１モード、または、前記代替ポンプが前記第２ポンプの代替として動作して前記加圧液体を前記第２供給先に送る第２モードとの間で、前記加圧液体供給システムの運転モードを切り替えて、前記第１供給先又は前記第２供給先に前記加圧液体を送るステップを備え、
前記第１モードにおいて前記第１供給先が必要とする前記加圧液体の第１流量Ｆ１は、前記第２モードにおいて前記第２供給先が必要とする前記加圧液体の第２流量Ｆ２よりも大きく、且つ、前記代替ポンプの定格流量Ｆｒａｔｅｄ以下であり、
前記第２モードにおいて、前記第２流量Ｆ２よりも大きく、且つ、前記定格流量Ｆｒａｔｅｄ以下の流量Ｆ＊で前記代替ポンプにより前記加圧液体を吐出するとともに、前記代替ポンプからの前記加圧液体の一部を前記バイパス流路に流すことを特徴とする加圧液体供給方法。
【請求項８】
前記第２モードにおいて、前記第２流量Ｆ２に対する前記流量Ｆ＊の余剰流量ΔＦ（＝Ｆ＊−Ｆ２）を前記バイパス流路に流すことを特徴とする請求項７に記載の加圧液体供給方法。
【請求項９】
前記流量Ｆ＊および前記定格流量Ｆｒａｔｅｄは、０．４Ｆｒａｔｅｄ≦Ｆ＊≦Ｆｒａｔｅｄの関係を満たすことを特徴とする請求項７又は８に記載の加圧液体供給方法。
【請求項１０】
前記第１ポンプ、前記第２ポンプ及び前記代替ポンプにおける加圧対象である液体の供給源に接続された前記バイパス流路を介して、前記加圧液体の前記一部を前記供給源に戻すステップをさらに備えることを特徴とする請求項７乃至９の何れか一項に記載の加圧液体供給方法。
【請求項１１】
前記第１ポンプは、原子力プラントの原子炉格納容器内に設けられた格納容器スプレイに前記加圧液体としての冷却水を送るための格納容器スプレイポンプを含み、
前記第２ポンプは、前記原子力プラントの原子炉に前記加圧液体としての冷却水を送るための高圧注入ポンプを含むことを特徴とする請求項７乃至１０の何れか一項に記載の加圧液体供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、加圧液体を供給先に供給するための加圧液体供給システム及び方法、並びに原子力プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、原子力プラントでは、冷却材が失われた場合や外部電源喪失により冷却材ポンプが停止した場合に備えて、非常用冷却装置を備えている。
例えば、特許文献１には、原子炉格納容器全体を冷却する格納容器スプレイに冷却水を送る格納容器スプレイポンプや、高圧の冷却水を炉心に送り込む高圧注入ポンプを含む非常用冷却装置を備えた原子力プラントが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１０１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の非常用冷却装置により、冷却材喪失時や外部電源喪失時においても炉心冷却を継続することができるが、原子力プラントの安全性に関する要求は益々高まっており、炉心冷却をより確実に継続する追加対策が望まれている。
そこで、より確実に炉心冷却を継続するための追加対策として、非常用冷却装置の各種ポンプ（格納容器スプレイポンプや高圧注入ポンプ）の代替ポンプを設置することが考えられる。
【０００５】
しかしながら、追加対策費用を削減する観点から、非常用冷却装置の各種ポンプの役割を兼用する固定容量型の代替ポンプを設けようとすると、非常用冷却装置の各種ポンプの役割ごとに必要流量が異なるため、以下の問題が生じ得る。
すなわち、仮に非常用冷却装置のうち必要流量が最大のポンプ（例えば、格納容器スプレイポンプ）の流量を確保できるように代替ポンプの定格流量を選定すると、他のポンプの代わりに代替ポンプが動作する際、代替ポンプの流量が定格流量に対して過小になり、代替ポンプのインペラに大きな負荷が加わってしまう可能性がある。
【０００６】
このような問題は、原子力プラントの非常用冷却装置に限らず、種々の産業機械、プラント等において同様に起こり得る。
【０００７】
本発明の少なくとも幾つかの実施形態の目的は、複数種のポンプの代替として動作可能な固定容量型の代替ポンプを動作させるに際して、代替ポンプのインペラに加わる負荷を低減可能な加圧液体供給システム及び方法、並びに原子力プラントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る加圧液体供給システムは、
第１供給先に加圧液体を供給するための第１ポンプと、
前記第１供給先とは異なる第２供給先に前記加圧液体を供給するための第２ポンプと、
前記第１ポンプ又は前記第２ポンプの代替として動作可能な固定容量型の代替ポンプと、
前記第１供給先及び前記第２供給先をバイパスするように前記代替ポンプの下流側に設けられたバイパス流路と、
前記バイパス流路における前記加圧液体の流れを制御するためのバイパス弁と、を備える加圧液体供給システムであって、
前記加圧液体供給システムは、前記代替ポンプが前記第１ポンプの代替として動作して前記加圧液体を前記第１供給先に送る第１モードと、前記代替ポンプが前記第２ポンプの代替として動作して前記加圧液体を前記第２供給先に送る第２モードとの間で運転モードを切り替え可能に構成され、
前記第１モードにおいて前記第１供給先が必要とする前記加圧液体の第１流量Ｆ１は、前記第２モードにおいて前記第２供給先が必要とする前記加圧液体の第２流量Ｆ２よりも大きく、且つ、前記代替ポンプの定格流量Ｆｒａｔｅｄ以下であり、
前記バイパス弁は、前記第２モードにおいて、前記第２流量Ｆ２よりも大きく、且つ、前記定格流量Ｆｒａｔｅｄ以下の流量Ｆ＊で前記代替ポンプが前記加圧液体を吐出している間、前記代替ポンプからの前記加圧液体の一部を前記バイパス流路に流すように構成される。
【０００９】
上記（１）の構成では、代替ポンプの下流側にバイパス流路を設け、第２モードでの加圧液体供給システムの運用時に代替ポンプからの加圧液体の一部をバイパス流路に流すようになっている。このため、定格流量Ｆｒａｔｅｄに対する流量Ｆ＊の不足量ΔＦｄｅｆ（＝Ｆｒａｔｅｄ−Ｆ＊）は、仮にバイパス流量を用いることなく第２供給先が必要とする流量Ｆ２を代替ポンプに流した場合における、定格流量Ｆｒａｔｅｄに対する流量Ｆ２の不足量ΔＦｄｅｆ’（＝Ｆｒａｔｅｄ−Ｆ２）よりも小さい。よって、代替ポンプの定格流量Ｆｒａｔｅｄに対する第２モード運用時における代替ポンプの流量Ｆ＊の不足量ΔＦｄｅｆを小さくして、第２モード運用時における代替ポンプのインペラに加わる負荷を低減することができる。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記バイパス弁は、前記第２モードにおいて、前記第２流量Ｆ２に対する前記流量Ｆ＊の余剰流量ΔＦ（＝Ｆ＊−Ｆ２）を前記バイパス流路に流すように構成される。
【００１１】
上記（２）の構成によれば、第２流量Ｆ２に対する流量Ｆ＊の余剰流量ΔＦをバイパス流路に吸収させることができる。このため、第２モード運用時において第２供給先が必要とする第２流量を超える過剰な加圧液体が第２供給先に送られることがない。よって、第２モード運用時における第２供給先への加圧液体の供給を適切に行うことができる。
【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記流量Ｆ＊および前記定格流量Ｆｒａｔｅｄは、０．４Ｆｒａｔｅｄ≦Ｆ＊≦Ｆｒａｔｅｄの関係を満たす。
【００１３】
典型的なポンプでは、定格流量に対する流量の割合が０．４を下回ると、インペラに加わる負荷が過大になってしまう。逆に、定格流量に対する流量の割合が０．４以上であれば、ポンプを安全に連続的に運転可能である場合が多い。
そこで、上記（３）の構成によれば、代替ポンプの定格流量Ｆｒａｔｅｄに対する流量Ｆ＊の割合を０．４以上とすることで、第２モード運用時における代替ポンプのインペラに加わる負荷を低減することができる。
【００１４】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記バイパス流路は、前記第１ポンプ、前記第２ポンプ及び前記代替ポンプにおける加圧対象である液体の供給源に接続され、前記加圧液体の前記一部を前記供給源に戻すように構成される。
【００１５】
上記（４）の構成によれば、余剰な加圧液体を供給源に戻すことで、系外への加圧液体の流出を阻止しながら、第２供給先に過剰な加圧液体が送られることを防止できる。
【００１６】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
前記第１ポンプは、原子力プラントの原子炉格納容器内に設けられた格納容器スプレイに前記加圧液体としての冷却水を送るための格納容器スプレイポンプを含み、
前記第２ポンプは、前記原子力プラントの原子炉に前記加圧液体としての冷却水を送るための高圧注入ポンプを含む。
【００１７】
格納容器スプレイポンプは、原子炉格納容器全体を冷却するための格納容器スプレイに多量の冷却水を供給するものである。これに対し、高圧注入ポンプは、比較的少量の高圧冷却水を炉心に送り込むためのものである。
この点、上記（５）の構成では、代替ポンプが高圧注入ポンプ（第２ポンプ）の代替として動作して、比較的少量（第２流量Ｆ２）の高圧冷却水を炉心（第２供給先）に供給する場合において、代替ポンプのインペラに加わる負荷を低減することができる。
【００１８】
（６）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る原子力プラントは、
原子炉と、
前記原子炉を格納するための原子炉格納容器と、
前記原子炉格納容器内に設けられた格納容器スプレイと、
上記（５）の構成の加圧液体供給システムと、を備え、
前記加圧液体供給システムの前記代替ポンプが、前記格納容器スプレイに前記加圧液体としての冷却水を送るための格納容器スプレイポンプ、または、前記原子炉に前記加圧液体としての冷却水を送るための高圧注入ポンプの代替として動作可能である。
【００１９】
上記（６）の構成によれば、第２モード運用時において代替ポンプが高圧注入ポンプ（第２ポンプ）の代替として動作して、比較的少量（第２流量Ｆ２）の高圧冷却水を炉心（第２供給先）に供給する場合において、代替ポンプのインペラに加わる負荷を低減することができる。
【００２０】
（７）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る加圧液体供給方法は、
第１供給先に加圧液体を供給するための第１ポンプと、
前記第１供給先とは異なる第２供給先に前記加圧液体を供給するための第２ポンプと、
前記第１ポンプ又は前記第２ポンプの代替として動作可能な固定容量型の代替ポンプと、
前記第１供給先及び前記第２供給先をバイパスするように前記代替ポンプの下流側に設けられたバイパス流路と、
を備える加圧液体供給システムを用いて前記加圧液体を供給する方法であって、
前記代替ポンプが前記第１ポンプの代替として動作して前記加圧液体を前記第１供給先に送る第１モード、または、前記代替ポンプが前記第２ポンプの代替として動作して前記加圧液体を前記第２供給先に送る第２モードとの間で、前記加圧液体供給システムの運転モードを切り替えて、前記第１供給先又は前記第２供給先に前記加圧液体を送るステップを備え、
前記第１モードにおいて前記第１供給先が必要とする前記加圧液体の第１流量Ｆ１は、前記第２モードにおいて前記第２供給先が必要とする前記加圧液体の第２流量Ｆ２よりも大きく、且つ、前記代替ポンプの定格流量Ｆｒａｔｅｄ以下であり、
前記第２モードにおいて、前記第２流量Ｆ２よりも大きく、且つ、前記定格流量Ｆｒａｔｅｄ以下の流量Ｆ＊で前記代替ポンプにより前記加圧液体を吐出するとともに、前記代替ポンプからの前記加圧液体の一部を前記バイパス流路に流す。
【００２１】
上記（７）の方法では、第２モードでの加圧液体供給システムの運用時に代替ポンプからの加圧液体の一部を、代替ポンプの下流側に設けたバイパス流路に流すようになっている。このため、定格流量Ｆｒａｔｅｄに対する流量Ｆ＊の不足量ΔＦｄｅｆ（＝Ｆｒａｔｅｄ−Ｆ＊）は、仮にバイパス流量を用いることなく第２供給先が必要とする流量Ｆ２を代替ポンプに流した場合における、定格流量Ｆｒａｔｅｄに対する流量Ｆ２の不足量ΔＦｄｅｆ’（＝Ｆｒａｔｅｄ−Ｆ２）よりも小さい。よって、代替ポンプの定格流量Ｆｒａｔｅｄに対する第２モード運用時における代替ポンプの流量Ｆ＊の不足量ΔＦｄｅｆを小さくして、第２モード運用時における代替ポンプのインペラに加わる負荷を低減することができる。
【００２２】
（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の方法において、
前記第２モードにおいて、前記第２流量Ｆ２に対する前記流量Ｆ＊の余剰流量ΔＦ（＝Ｆ＊−Ｆ２）を前記バイパス流路に流す。
【００２３】
上記（８）の方法によれば、第２流量Ｆ２に対する流量Ｆ＊の余剰流量ΔＦをバイパス流路に吸収させることができる。このため、第２モード運用時において第２供給先が必要とする第２流量を超える過剰な加圧液体が第２供給先に送られることがない。よって、第２モード運用時における第２供給先への加圧液体の供給を適切に行うことができる。
【００２４】
（９）幾つかの実施形態では、上記（７）又は（８）の方法において、
前記流量Ｆ＊および前記定格流量Ｆｒａｔｅｄは、０．４Ｆｒａｔｅｄ≦Ｆ＊≦Ｆｒａｔｅｄの関係を満たす。
【００２５】
典型的なポンプでは、定格流量に対する流量の割合が０．４を下回ると、インペラに加わる負荷が過大になってしまう。逆に、定格流量に対する流量の割合が０．４以上であれば、ポンプを安全に連続的に運転可能である場合が多い。
そこで、上記（９）の方法によれば、代替ポンプの定格流量Ｆｒａｔｅｄに対する流量Ｆ＊の割合を０．４以上とすることで、第２モード運用時における代替ポンプのインペラに加わる負荷を低減することができる。
【００２６】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（９）の何れかの方法において、
前記加圧液体供給方法は、前記第１ポンプ、前記第２ポンプ及び前記代替ポンプにおける加圧対象である液体の供給源に接続された前記バイパス流路を介して、前記加圧液体の前記一部を前記供給源に戻すステップをさらに備える。
【００２７】
上記（１０）の方法によれば、余剰な加圧液体を供給源に戻すことで、系外への加圧液体の流出を阻止しながら、第２供給先に過剰な加圧液体が送られることを防止できる。
【００２８】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１０）の何れかの方法において、
前記第１ポンプは、原子力プラントの原子炉格納容器内に設けられた格納容器スプレイに前記加圧液体としての冷却水を送るための格納容器スプレイポンプを含み、
前記第２ポンプは、前記原子力プラントの原子炉に前記加圧液体としての冷却水を送るための高圧注入ポンプを含む。
【００２９】
上記（１１）の方法によれば、代替ポンプが高圧注入ポンプ（第２ポンプ）の代替として動作して、比較的少量（第２流量Ｆ２）の高圧冷却水を炉心（第２供給先）に供給する場合において、代替ポンプのインペラに加わる負荷を低減することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、第１ポンプ及び第２ポンプを含む複数種のポンプの代替として動作可能な固定容量型の代替ポンプを動作させる際に、代替ポンプのインペラに加わる負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】一実施形態に係る原子力プラントの全体構成図である。
【図２】一実施形態に係る原子炉系（１次冷却系）及び加圧液体供給システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３３】
最初に、本実施形態に係る加圧液体供給システムの適用先の一例として、図１に示す原子力プラントＡＰについて説明する。なお、図１は、一実施形態に係る原子力プラントＡＰを示す概略構成図である。
【００３４】
図１に示すように、一実施形態において、原子力プラントＡＰは、原子力を使って発電する原子力発電プラントであり、原子炉１を含む原子炉系（１次冷却系）ＣＳ１と、蒸気タービン１２及び発電機２５を含むタービン系（２次冷却系）ＣＳ２と、を備える。なお、原子炉系ＣＳ１とタービン系ＣＳ２とは、蒸気発生器７で分離される。
【００３５】
原子炉系ＣＳ１は、高温高圧な１次冷却材（熱水）を生成し、その熱水を蒸気発生器７に供給して、蒸気発生器７において１次冷却材（熱水）と２次冷却材との熱交換を行うことにより２次冷却材の蒸気を生成するように構成される。
【００３６】
具体的な構成例として、原子炉系ＣＳ１は、原子炉１を含む。この原子炉１は、１次冷却水（１次冷却材）が流れる１次冷却系配管２と、この１次冷却系配管２に接続された原子炉圧力容器３、加圧器６、蒸気発生器７及び１次冷却材ポンプ８と、を有している。これらの原子炉１を構成する機器は、原子炉格納容器９に格納される。
なお、図１に示す実施形態では、原子炉１は、炉心冷却材及び中性子減速材として軽水を使用する軽水炉のうち、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ）を例示している。他の実施形態では、原子炉１は沸騰水型原子炉（ＢＷＲ：Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ）であってもよいし、あるいは、加圧水型原子炉及び沸騰水型原子炉を含む軽水炉とは異なり、減速材又は冷却材として軽水以外の物質を用いるタイプの原子炉であってもよい。
【００３７】
原子炉圧力容器３にはペレット状の核燃料（例えばウラン燃料やＭＯＸ燃料等）を含む燃料棒４が収容されており、この燃料の核分裂反応で発生する熱エネルギーにより、原子炉圧力容器３の中の１次冷却水が加熱される。原子炉圧力容器３には、原子炉出力を制御するために、核燃料を含む炉心で生成される中性子数を吸収して調整するための制御棒５が設けられている。
加圧器６は、１次冷却水が沸騰しないように、１次冷却水を加圧する構成となっている。例えば、加圧器６は、１次冷却水の圧力を調整するための電気ヒータ、スプレイ弁、及び加圧器逃し弁（何れも不図示）を有しており、１次冷却水の圧力が一定の値に維持されるように、１次冷却水の圧力を調整するようになっている。この加圧器６によって、１次冷却水は加圧されてその沸点が上昇し、原子炉系ＣＳ１における１次冷却水の沸騰が抑制される。
１次冷却材ポンプ８は、１次冷却系配管２において、原子炉圧力容器３、加圧器６、蒸気発生器７を通って１次冷却水を循環させるように構成される。
なお、原子炉圧力容器３内で加熱された１次冷却水は蒸気発生器７に送られ、熱交換により２次冷却系配管１０を流れる２次冷却水（２次冷却材）を加熱して蒸気を発生させる。
【００３８】
一方、タービン系ＣＳ２は、蒸気発生器７で生成された２次冷却水を用いて蒸気タービン１２（高圧タービン１２Ａ及び低圧タービン１２Ｂ）を駆動し、蒸気タービン１２に連結された発電機２５を作動させて発電を行うようになっている。
【００３９】
具体的な構成例として、タービン系ＣＳ２は、２次冷却系配管１０と、この２次冷却系配管１０に接続された湿分分離加熱器１１、蒸気タービン１２（高圧タービン１２Ａ及び低圧タービン１２Ｂ）、復水器１３、グランドコンデンサ１５、復水脱塩装置１６、復水ブースタポンプ１７、低圧給水加熱器１８、脱気器１９及び高圧給水加熱器２１と、を含む。
【００４０】
湿分分離加熱器１１は、蒸気発生器７から送られてきた蒸気に含まれる湿分を除去し、その湿分が除去された蒸気を加熱するように構成される。
蒸気タービン１２は、蒸気発生器７から送られてきた蒸気により駆動するようになっている。図示される例では、蒸気タービン１２は、高圧タービン１２Ａ及び低圧タービン１２Ｂを有している。この場合、蒸気発生器７からの蒸気の少なくとも一部が高圧タービン１２Ａに供給され、高圧タービン１２Ａが駆動される。高圧タービン１２Ａで仕事をした後の蒸気は湿分分離加熱器１１に供給される。また、湿分分離加熱器１１には、蒸気発生器７からの蒸気の少なくとも他の一部も供給される。湿分分離加熱器１１では、蒸気に含まれる湿分を除去し、湿分が除去された蒸気を加熱する。湿分分離加熱器１１で加熱された蒸気は、低圧タービン１２Ｂに送られる。低圧タービン１２Ｂは、湿分分離加熱器１１からの蒸気によって駆動される。
【００４１】
発電機２５は回転軸を介して蒸気タービン１２と連結されており、蒸気タービン１２が駆動することによって発電機２５が作動し、発電を行うようになっている。
【００４２】
復水器１３、グランドコンデンサ１５、復水脱塩装置１６、復水ブースタポンプ１７、低圧給水加熱器１８、脱気器１９及び高圧給水加熱器２１は、低圧タービン１２Ｂで仕事をした後の蒸気がこれらを順に通過するように配置されており、蒸気はこれらを通過する過程で凝縮されるとともに加熱され、蒸気発生器７に戻されるようになっている。
２次冷却系配管１０には、復水ポンプ１４及び給水ポンプ２０が接続されており、これらのポンプにより２次冷却系配管１０において２次冷却水が循環するようになっている。また、復水器１３には、低圧タービン１２Ｂからの蒸気を熱交換により冷却するための冷却水（例えば海水）がポンプ２３を介して供給されるようになっている。
【００４３】
次に、図２を参照して、一実施形態に係る原子炉系ＣＳ１の具体的な構成例および加圧液体供給システム４０について説明する。なお、図２は、一実施形態に係る原子炉系（１次冷却系）ＣＳ１及び加圧液体供給システム４０の構成図である。
【００４４】
図２に示すように、一実施形態に係る原子炉系ＣＳ１において、原子炉格納容器９は、堅固な地盤上に設けられており、中空半球状に形成された容器天井部９ａと、有底円筒状に形成された容器本体部９ｂとにより一体に構成されている。
【００４５】
原子炉格納容器９内には、冷却水を散布可能な格納容器スプレイ３０が設けられている。格納容器スプレイ３０は、原子炉格納容器９の容器天井部９ａに設けられ、ミスト状の冷却水を供給可能な複数のスプレイヘッド３１と、複数のスプレイヘッド３１に接続された配管３２と、を含む。スプレイヘッド３１は、原子炉圧力容器３、加圧器６、蒸気発生器７、及び１次冷却材ポンプ８よりも上方に配置される。異常事象が発生して、原子炉格納容器９内の温度が上昇したり、圧力が上昇したりした場合、格納容器スプレイ３０は配管３２を介してスプレイヘッド３１に供給された冷却水をミスト状にして原子炉格納容器９の内部に散布する。これにより、原子炉格納容器９内の温度上昇及び圧力上昇が抑制される。
【００４６】
また、原子炉格納容器９の底部には、貯水槽３５が設けられている。貯水槽３５は、冷却水を貯水するものであり、用途に応じて複数種設けられている。例えば、貯水槽３５として、原子炉格納容器９内の冷却時において冷却水が溜まるキャビティ３６、格納容器スプレイ３０に供給される冷却水を貯水する再循環サンプ３７、原子炉格納容器９内で用いられる冷却水を貯水する格納容器サンプ（不図示）等が挙げられる。なお、再循環サンプ３７に貯留された冷却水は、再循環流路４９を介して、後述する貯留タンク４１に戻される。
【００４７】
加圧液体供給システム４０は、原子炉系（１次冷却系）ＣＳ１における複数種の供給先に対して加圧液体を供給する構成を有する。ここで、複数種の供給先とは、例えば、原子炉圧力容器３内の炉心３ａ、格納容器スプレイ３０、キャビティ３６等が挙げられる。なお、加圧液体供給システム４０は、冷却材が失われた場合や外部電源喪失により第１ポンプ４２または第２ポンプ４７が停止した場合に用いられる非常用冷却システムの一部であってもよい。
【００４８】
一実施形態において、加圧液体供給システム４０は、液体を貯留するための貯留タンク４１と、複数種の供給先のうち第１供給先に加圧液体を供給するための第１ポンプ４２と、複数種の供給先のうち第１供給先とは異なる第２供給先に加圧液体を供給するための第２ポンプ４７と、を備える。図示される例では、第１ポンプ４２は、主として格納容器スプレイ３０に冷却水としての加圧液体を送るための格納容器スプレイポンプである。第２ポンプ４７は、原子炉圧力容器３の炉心３ａに冷却水としての加圧液体を送るための高圧注入ポンプである。すなわち、第１供給先が格納容器スプレイ３０であり、第２供給先が炉心３ａである。
また、第１ポンプ４２は、加圧液体の少なくとも一部を、炉心３ａまたはキャビティ３６の少なくとも一方に送るように構成されていてもよい。この場合、第１ポンプ４２は、第１供給先である格納容器スプレイ３０に加圧液体を供給可能であるとともに、第２供給先である炉心３ａにも加圧液体を供給可能な構成となっている。
なお、第１供給先または第２供給先は、２箇所以上の供給先を含んでいてもよい。例えば、第１供給先は、格納容器スプレイ３０と、炉心３ａまたはキャビティ３６の少なくとも一方と、を含む。
【００４９】
具体的な構成例として、貯留タンク４１は、各供給先に供給するための液体を貯留するように構成されており、例えば燃料取替用タンク、復水貯留タンク等が用いられる。貯留タンク４１は、加圧液体供給システム４０において一つだけ設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。一例として、燃料取替用タンクおよび復水貯留タンクが設けられる場合、第１ポンプ４２には復水貯留タンクからの液体が供給され、第２ポンプ４７には燃料取替用タンクおよび復水貯留タンクからの液体が供給される。また、後述する代替ポンプ５１には、燃料取替用タンクからの液体が供給される。
【００５０】
第１ポンプ４２は、貯留タンク４１と第１供給先とを接続する第１供給流路４３に設けられており、第１ポンプ４２が駆動することによって、第１供給流路４３を介して貯留タンク４１から第１供給先に加圧液体が供給される。図示される例では、第１供給流路４３の供給先側が分岐流路４４，４５，４６に分岐している。そして、分岐流路４４は格納容器スプレイ３０の配管３２に接続され、分岐流路４５は炉心３ａに１次冷却水を供給するためのコールドレグ２ａに接続され、分岐流路４６はキャビティ３６に接続されている。なお、コールドレグ２ａとは、１次冷却系配管２のうち、蒸気発生器７から原子炉圧力容器３に１次冷却水を送るための低温側配管である。また、ホットレグ２ｂは、１次冷却系配管２のうち、原子炉圧力容器３から蒸気発生器７に１次冷却水（熱水）を送るための高温側配管である。
【００５１】
第２ポンプ４７は、貯留タンク４１と第２供給先とを接続する第２供給流路４８に設けられており、第２ポンプ４７が駆動することによって、第２供給流路４８を介して貯留タンク４１から第２供給先に加圧液体が供給される。
【００５２】
第１ポンプ４２より下流側の第１供給流路４３、または、第２ポンプ４７より下流側の第２供給流路４８の少なくとも一方には、加圧液体を冷却するための冷却器５０が設けられていてもよい。図示される例では、第１供給流路４３に冷却器５０が設けられており、これにより第１供給先である格納容器スプレイ３０に対して低温の冷却水を供給することができる。
【００５３】
また、上記加圧液体供給システム４０は、第１ポンプ４２又は第２ポンプ４７の代替として動作可能な固定容量型の代替ポンプ５１と、第１供給先（例えば格納容器スプレイ３０）及び第２供給先（例えば炉心３ａ）をバイパスするように代替ポンプ５１の下流側に設けられたバイパス流路５３と、バイパス流路５３における加圧液体の流れを制御するためのバイパス弁５４と、をさらに備えている。
【００５４】
具体的な構成例として、代替ポンプ５１は、貯留タンク４１と第１供給先または第２供給先側とを接続する予備流路５２に設けられており、代替ポンプ５１が駆動することによって、予備流路５２を介して貯留タンク４１から第１供給先または第２供給先に加圧液体が供給される。図示される例では、予備流路５２は、一端が貯留タンク４１に接続され、他端が、第１ポンプ４２と冷却器５０との間において第１供給流路４３に接続されている。
バイパス流路は、一端が、冷却器５０の下流側において第１供給流路４３に接続されており、他端が貯留タンク４１に接続されている。
バイパス弁５４は、バイパス流路５３を流れる加圧液体の流量を調節可能に構成される。
【００５５】
上記した加圧液体供給システム４０は、代替ポンプ５１が第１ポンプ４２の代替として動作して加圧液体を第１供給先に送る第１モードと、代替ポンプ５１が第２ポンプの代替として動作して加圧液体を第２供給先に送る第２モードとの間で、運転モードを切り替え可能に構成されている。例えば、第１モードにおいては、代替ポンプ５１が第１ポンプ４２の代替として動作し、予備流路５２、第１供給流路４３及び分岐流路４４を介して、貯留タンク４１からの加圧液体を第１供給先である格納容器スプレイ３０に送る。また、第２モードにおいては、代替ポンプ５１が第２ポンプ４７の代替として動作し、予備流路５２、第１供給流路４３及び分岐流路４５を介して、貯留タンク４１からの加圧液体を第２供給先である炉心３ａに送る。
ここで、第１モードにおいて第１供給先が必要とする加圧液体の第１流量Ｆ１は、第２モードにおいて第２供給先が必要とする加圧液体の第２流量Ｆ２よりも大きく、且つ、代替ポンプ５１の定格流量Ｆｒａｔｅｄ以下である。
また、バイパス弁５４は、第２モードにおいて、第２流量Ｆ２よりも大きく、且つ、代定格流量Ｆｒａｔｅｄ以下の流量Ｆ＊で代替ポンプ５１が加圧液体を吐出している間、代替ポンプ５１からの加圧液体の一部をバイパス流路５３に流すように構成されている。
【００５６】
この構成によれば、代替ポンプ５１の下流側にバイパス流路５３を設け、第２モードでの加圧液体供給システム４０の運用時に代替ポンプ５１からの加圧液体の一部をバイパス流路５３に流すようになっている。このため、代替ポンプ５１の定格流量Ｆｒａｔｅｄに対する流量Ｆ＊の不足量ΔＦｄｅｆ（＝Ｆｒａｔｅｄ−Ｆ＊）は、仮にバイパス流量を用いることなく第２供給先が必要とする流量Ｆ２を代替ポンプ５１に流した場合における、定格流量Ｆｒａｔｅｄに対する流量Ｆ２の不足量ΔＦｄｅｆ’（＝Ｆｒａｔｅｄ−Ｆ２）よりも小さい。よって、代替ポンプ５１の定格流量Ｆｒａｔｅｄに対する第２モード運用時における代替ポンプ５１の流量Ｆ＊の不足量ΔＦｄｅｆを小さくして、第２モード運用時における代替ポンプ５１のインペラに加わる負荷を低減することができる。
【００５７】
また、バイパス流路５３が、貯留タンク４１に接続され、加圧液体の一部を貯留タンク４１に戻すように構成されることによって、系外への加圧液体の流出を阻止しながら、第２供給先に過剰な加圧液体が送られることを防止できる。
さらに、図示したように、第１ポンプ４２が格納容器スプレイポンプであり、第２ポンプ４７が高圧注入ポンプである場合、代替ポンプ５１のインペラに加わる負荷を低減することができる。すなわち、格納容器スプレイポンプは、原子炉格納容器９全体を冷却するための格納容器スプレイ３０に多量の冷却水を供給するものであり、高圧注入ポンプは、比較的少量の高圧冷却水を炉心３ａに送り込むためのものである。したがって、上記構成によれば、代替ポンプ５１が高圧注入ポンプ（第２ポンプ４７）の代替として動作して、比較的少量（第２流量Ｆ２）の高圧冷却水を炉心（第２供給先）３ａに供給する場合において、代替ポンプ５１のインペラに加わる負荷を低減することができる。
【００５８】
一実施形態において、バイパス弁５４は、第２モードにおいて、第２流量Ｆ２に対する流量Ｆ＊の余剰流量ΔＦ（＝Ｆ＊−Ｆ２）をバイパス流路５３に流すように構成される。
この構成によれば、第２流量Ｆ２に対する流量Ｆ＊の余剰流量ΔＦをバイパス流路５３に吸収させることができる。このため、第２モード運用時において第２供給先が必要とする第２流量を超える過剰な加圧液体が第２供給先に送られることがない。よって、第２モード運用時における第２供給先への加圧液体の供給を適切に行うことができる。
【００５９】
また、代替ポンプ５１の流量Ｆ＊および定格流量Ｆｒａｔｅｄは、０．４Ｆｒａｔｅｄ≦Ｆ＊≦Ｆｒａｔｅｄの関係を満たしてもよい。
典型的なポンプでは、定格流量に対する流量の割合が０．４を下回ると、インペラに加わる負荷が過大になってしまう。逆に、定格流量に対する流量の割合が０．４以上であれば、ポンプを安全に連続的に運転可能である場合が多い。
そこで、代替ポンプ５１の定格流量Ｆｒａｔｅｄに対する流量Ｆ＊の割合を０．４以上とすることで、第２モード運用時における代替ポンプ５１のインペラに加わる負荷を低減することができる。
【００６０】
次に、加圧液体供給方法について説明する。なお、以下の説明では、適宜、図１又は図２に示した符号を用いている。
幾つかの実施形態において、加圧液体供給方法は、例えば外部電源喪失等の異常が発生して第１ポンプ４２又は第２ポンプ４７の少なくとも一方が停止した場合、代替ポンプ５１によって第１供給先又は第２供給先に加圧液体を送る液体供給ステップを備える。
液体供給ステップでは、代替ポンプ５１が第１ポンプ４２の代替として動作して加圧液体を第１供給先（例えば格納容器スプレイ３０）に送る第１モード、または、代替ポンプ５１が第２ポンプ４７の代替として動作して加圧液体を第２供給先（例えば炉心３ａ）に送る第２モードとの間で、加圧液体供給システム４０の運転モードを切り替えるようになっている。
このとき、第１モードにおいて第１供給先が必要とする加圧液体の第１流量Ｆ１は、第２モードにおいて第２供給先が必要とする加圧液体の第２流量Ｆ２よりも大きく、且つ、代替ポンプ５１の定格流量Ｆｒａｔｅｄ以下である。
また、第２モードにおいては、第２流量Ｆ２よりも大きく、且つ、定格流量Ｆｒａｔｅｄ以下の流量Ｆ＊で代替ポンプ５１により加圧液体を吐出するとともに、代替ポンプ５１からの加圧液体の一部をバイパス流路５３に流すようになっている。
【００６１】
上記方法によれば、第２モードでの加圧液体供給システム４０の運用時に代替ポンプ５１からの加圧液体の一部を、代替ポンプ５１の下流側に設けたバイパス流路５３に流すようになっている。このため、定格流量Ｆｒａｔｅｄに対する流量Ｆ＊の不足量ΔＦｄｅｆ（＝Ｆｒａｔｅｄ−Ｆ＊）は、仮にバイパス流量を用いることなく第２供給先が必要とする流量Ｆ２を代替ポンプ５１に流した場合における、定格流量Ｆｒａｔｅｄに対する流量Ｆ２の不足量ΔＦｄｅｆ’（＝Ｆｒａｔｅｄ−Ｆ２）よりも小さい。よって、代替ポンプ５１の定格流量Ｆｒａｔｅｄに対する第２モード運用時における代替ポンプ５１の流量Ｆ＊の不足量ΔＦｄｅｆを小さくして、第２モード運用時における代替ポンプ５１のインペラに加わる負荷を低減することができる。
【００６２】
第２モードにおいては、第２流量Ｆ２に対する流量Ｆ＊の余剰流量ΔＦ（＝Ｆ＊−Ｆ２）をバイパス流路に流すようにしてもよい。
これにより、第２流量Ｆ２に対する流量Ｆ＊の余剰流量ΔＦをバイパス流路５３に吸収させることができる。このため、第２モード運用時において第２供給先が必要とする第２流量を超える過剰な加圧液体が第２供給先に送られることがない。よって、第２モード運用時における第２供給先への加圧液体の供給を適切に行うことができる。
【００６３】
また、上記液体供給ステップにおいて、代替ポンプ５１の流量Ｆ＊および定格流量Ｆｒａｔｅｄは、０．４Ｆｒａｔｅｄ≦Ｆ＊≦Ｆｒａｔｅｄの関係を満たしてもよい。
このように、代替ポンプ５１の定格流量Ｆｒａｔｅｄに対する流量Ｆ＊の割合を０．４以上とすることで、第２モード運用時における代替ポンプ５１のインペラに加わる負荷を低減することができる。
【００６４】
一実施形態において、加圧液体供給方法は、第１ポンプ４２、第２ポンプ４７及び代替ポンプ５１における加圧対象である液体の供給源（貯留タンク４１）に接続されたバイパス流路５３を介して、加圧液体の一部を供給源に戻す液体戻しステップをさらに備える。
このように、液体戻しステップによって余剰な加圧液体を供給源（貯留タンク４１）に戻すことで、系外への加圧液体の流出を阻止しながら、第２供給先（例えば炉心３ａ）に過剰な加圧液体が送られることを防止できる。
【００６５】
上述したように、本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、第１ポンプ４２及び第２ポンプ４７を含む複数種のポンプの代替として動作可能な固定容量型の代替ポンプ５１を動作させる際に、代替ポンプ５１のインペラに加わる負荷を低減することができ、代替ポンプ５１の寿命を向上させることができる。
【００６６】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述の実施形態では、図２に示す加圧液体供給システム４０が、原子炉系（１次冷却系）ＣＳ１の各種供給先に加圧液体を供給する場合について例示したが、加圧液体供給システム４０の供給先はこれに限定されるものではなく、タービン系（２次冷却系）ＣＳ２における供給先、あるいは原子力プラントＡＰ以外の種々の産業機械やプラント等における供給先であってもよい。
また、上述の実施形態では、代替ポンプ５１が設けられる予備流路５２が、第１供給流路４３に接続される構成について例示したが、他の実施形態では、代替ポンプ５１が設けられる予備流路５２は、第２ポンプ４７が設けられる第２供給流路４８に接続されてもよい。
【００６７】
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００６８】
１        原子炉
２        １次冷却系配管
２ａ      コールドレグ
２ｂ      ホットレグ
３        原子炉圧力容器
３ａ      炉心
６        加圧器
７        蒸気発生器
８        １次冷却材ポンプ
９        原子炉格納容器
１０      ２次冷却系配管
１１      湿分分離加熱器
１２      蒸気タービン
１２Ａ    高圧タービン
１２Ｂ    低圧タービン
１３      復水器
１８      低圧給水加熱器
１９      脱気器
２１      高圧給水加熱器
２５      発電機
３０      格納容器スプレイ
３５      貯水槽
３６      キャビティ
３７      再循環サンプ
４０      加圧液体供給システム
４１      貯留タンク
４２      第１ポンプ
４３      第１供給流路
４４，４５，４６    分岐流路
４７      第２ポンプ
４８      第２供給流路
４９      再循環流路
５０      冷却器
５１      代替ポンプ
５２      予備流路
５３      バイパス流路
５４      バイパス弁
ＡＰ      原子力プラント
ＣＳ１    原子炉系
ＣＳ２    タービン系
【図１】
2016188699.tif 000003
【図２】
2016188699.tif 000004