JP2012137266A

JP2012137266A - 多段圧復水器

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Publication number: JP2012137266A
Application number: JP2010291352A
Authority: JP
Inventors: Jiro Kasahara; 二郎笠原; Kazusaku Fujita; 一作藤田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2030-12-27
Also published as: JP5716233B2

Abstract

【課題】多段圧復水器において、装置のコンパクト化を可能とすると共に再熱効率の向上を可能とする。
【解決手段】高圧室４３と中圧室５３と低圧室６３と、中圧室５３と低圧室６３の下部に圧力隔壁５４，６４により仕切られる再熱室５５，６５と、圧力隔壁５４，６４に設けられて復水を再熱室５５，６５に導入する復水導入孔５４ａ，６４ａと、高圧室４３の高圧蒸気を再熱室５５，６５に導入する蒸気ダクト７２，７３と、復水導入孔５４ａ，６４ａから滴下する復水を受け止め可能であると共に受け止めた低圧復水をオーバーフロー可能なトレイ５６，６６と、トレイ５６，６６により受け止めた復水を水平方向に流動させる復水流動部としての螺旋ガイド５６ａ，６６ａとを設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、発電プラントにおいて、例えば、蒸気タービンで使用した蒸気を冷却水との熱交換により冷却凝縮して水に戻す多段圧復水器に関するものである。

例えば、従来の原子力発電プラントでは、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している。この場合、タービン発電機の発電に使用した蒸気は、復水器で冷却されて復水となり、再び蒸気発生器に戻される。

この復水器で凝縮された復水が給水加熱器に送られる場合、復水の温度が高いほどプラントの効率面で有利となることから、圧力が異なる複数の室からなる多段圧復水器が用いられている。この多段圧復水器として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された多段圧復水器では、低圧室の下部に圧力隔壁によって仕切られて低圧側復水が導入されて溜められる再熱室を設け、高圧側の室である高圧室内の高圧蒸気を再熱室に導入可能とすると共に、再熱室をバイパスさせた高圧側復水と再熱室を出た低圧側復水とを合流させて復水の温度を高めるバイパス連結管を設けている。

特開２００３−１４８８７６号公報

上述した特許文献１に記載された多段圧復水器にあっては、高圧側蒸気中を滴下する際の接触伝熱と、オーバーフローして落下する流下復水により生じた循環流による乱流熱伝達とで低圧側復水を良好な熱伝達を行い、再熱効率を向上させている。ところが、近年、プラントの大型化により大量の蒸気を扱うこととなり、更なる再熱効率の向上が求められている。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、装置のコンパクト化を可能とすると共に再熱効率の向上を可能とする多段圧復水器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の多段圧復水器は、圧力が異なる複数の室と、低圧側の室である低圧室の下部に圧力隔壁により仕切られる再熱室と、前記圧力隔壁に設けられて低圧復水を再熱室に導入する低圧復水導入部と、高圧側の室である高圧室内の高圧蒸気を前記再熱室に導入する高圧蒸気導入部と、前記低圧復水導入部から滴下する低圧復水を受け止め可能であると共に受け止めた低圧復水をオーバーフロー可能な受け部材と、該受け部材により受け止めた低圧復水を水平方向に流動させる低圧復水流動部と、を備えることを特徴とするものである。

従って、圧力が異なる複数の室に蒸気が導入されると、低圧室で復水となって圧力隔壁の低圧復水導入部から再熱室に導入され、滴下する復水が受け部材により受け止められた後に、オーバーフローする一方、高圧室の高圧蒸気が高圧蒸気導入部から再熱室に導入され、このとき、受け部材により受け止めた低圧復水が低圧復水流動部により水平方向に流動することで、低圧復水が高圧蒸気と長い期間にわたって接触伝熱により加熱されることとなり、低圧復水の温度上昇効率を向上させることができると共に、再熱効率を向上させることができ、また、装置のコンパクト化を可能とすることができる。

本発明の多段圧復水器では、前記低圧復水流動部は、前記受け部材内で低圧復水を螺旋状に流動させる螺旋流動部を有することを特徴としている。

従って、簡単な構成で容易に低圧復水の温度上昇効率を向上させることができると共に、再熱効率を向上させることができる。

本発明の多段圧復水器では、前記低圧復水流動部は、前記受け部材内で低圧復水を迂回して流動させる迂回流動部を有することを特徴としている。

本発明の多段圧復水器によれば、低圧復水導入部から滴下する低圧復水を受け止め可能であると共に受け止めた低圧復水をオーバーフロー可能な受け部材と、この受け部材により受け止めた低圧復水を水平方向に流動させる低圧復水流動部を設けるので、装置のコンパクト化を可能とすることができると共に、再熱効率の向上を可能とすることができる。

図１は、本発明の実施例１に係る多段圧復水器を表す正面図である。図２は、実施例１の多段圧復水器を表す平面図である。図３は、実施例１の多段圧復水器における多孔板とトレイを表す正面図である。図４は、実施例１の多段圧復水器における多孔板とトレイを表す平面図である。図５は、実施例１の多段圧復水器におけるトレイの最適深さを説明するためのグラフである。図６は、実施例１の多段圧復水器が適用された原子力発電プラントの概略構成図である。図７は、本発明の実施例２に係る多段圧復水器における多孔板とトレイを表す平面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る復水器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。

図１は、本発明の実施例１に係る多段圧復水器を表す正面図、図２は、実施例１の多段圧復水器を表す平面図、図３は、実施例１の多段圧復水器における多孔板とトレイを表す正面図、図４は、実施例１の多段圧復水器における多孔板とトレイを表す平面図、図５は、実施例１の多段圧復水器におけるトレイの最適深さを説明するためのグラフ、図６は、実施例１の多段圧復水器が適用された原子力発電プラントの概略構成図である。

実施例１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。

実施例１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６に示すように、原子炉格納容器１１内には、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とは冷却水配管１４，１５を介して連結されており、冷却水配管１４に加圧器１６が設けられ、冷却水配管１５に冷却水ポンプ１５ａ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冷却水配管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、高圧高温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冷却水配管１５を通して加圧水型原子炉１２に戻される。

蒸気発生器１３は、蒸気タービン１７と冷却水配管１８を介して連結されており、この蒸気タービン１７は高圧タービン１９及び低圧タービン２０を有すると共に、発電機２１が接続されている。また、高圧タービン１９と低圧タービン２０との間には、湿分分離加熱器２２が設けられており、冷却水配管１８から分岐した冷却水分岐配管２３が湿分分離加熱器２２に連結される一方、高圧タービン１９と湿分分離加熱器２２は低温再熱管２４により連結され、湿分分離加熱器２２と低圧タービン２０は高温再熱管２５により連結されている。

更に、蒸気タービン１７の低圧タービン２０は、復水器２６を有しており、この復水器２６には冷却水（例えば、海水）を給排する取水管２７及び排水管２８が連結されている。この取水管２７は、循環水ポンプ２９を有し、排水管２８と共に他端部が海中に配置されている。そして、この復水器２６は、冷却水配管３０を介して脱気器３１に連結されており、この冷却水配管３０に復水ポンプ３２及び低圧給水加熱器３３が設けられている。また、脱気器３１は、冷却水配管３４を介して蒸気発生器１３に連結されており、この冷却水配管３４には給水ポンプ３５及び高圧給水加熱器３６が設けられている。

従って、蒸気発生器１３にて、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行って生成された蒸気は、冷却水配管１８を通して蒸気タービン１７（高圧タービン１９から低圧タービン２０）に送られ、この蒸気により蒸気タービン１７を駆動して発電機２１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１９を駆動した後、湿分分離加熱器２２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２０を駆動する。そして、蒸気タービン１７を駆動した蒸気は、復水器２６で海水を用いて冷却されて復水となり、低圧給水加熱器３３で、例えば、低圧タービン２０から抽気した低圧蒸気により加熱され、脱気器３１で溶存酸素や不凝結ガス（アンモニアガス）などの不純物が除去された後、高圧給水加熱器３６で、例えば、高圧タービン１９から抽気した高圧蒸気により加熱された後、蒸気発生器１３に戻される。

このように構成された原子力発電プラントに適用された復水器２６は、多段圧復水器であって、図１及び図２に示すように、高圧段復水器４１、中圧段復水器５１、低圧段復水器６１から構成されている。高圧段復水器４１、中圧段復水器５１、低圧段復水器６１は、上部から低圧タービン２０（図６参照）からの排気蒸気が導入される高圧胴４２、中圧胴５２、低圧胴６２が設けられている。そして、この高圧胴４２、中圧胴５２、低圧胴６２は、内部に高圧室４３、中圧室５３、低圧室６３が形成されている。そして、高圧室４３、中圧室５３、低圧室６３を貫通するように、多数の伝熱管からなる冷却水管群７１が配置され、この冷却水管群７１は、前述した取水管２７及び排水管２８（図６参照）が連結されている。この場合、冷却水管群７１内の海水は、低圧室６３、中圧室５３、高圧室４３の順に流れることから、各室４３，５３，６３の圧力は、高い順に、高圧室４３、中圧室５３、低圧室６３に設定される。

中圧胴５２は、下部に水平をなす圧力隔壁５４が固定されており、上方の中圧室５３と下方の再熱室５５とに区画されている。また、低圧胴６２は、下部に水平をなす圧力隔壁６４が固定されており、上方の低圧室６３と下方の再熱室６５とに区画されている。各圧力隔壁５４，６４は、多孔板であって、中央部の所定の領域に復水導入孔（中圧復水導入部、低圧復水導入部）５４ａ，６４ａが形成されている。

そして、高圧室４３は、蒸気ダクト（高圧蒸気導入部）７２により中圧胴５２の再熱室５５に連通され、高圧室４３の高圧蒸気がこの蒸気ダクト７２を通して再熱室５５に送られる。また、中圧胴５２は、蒸気ダクト（高圧蒸気導入部）７３により低圧胴６２の再熱室６５に連通され、高圧室４３の高圧蒸気が蒸気ダクト７２、中圧胴５２の再熱室５５、蒸気ダクト７３を通して再熱室６５に送られる。

中圧胴５２は、再熱室５５内に位置してトレイ（受け部材）５６が水平をなして配置されている。このトレイ５６は、圧力隔壁５４における復水導入孔５４ａが形成された領域の下方にこの領域より広く設定され、この復水導入孔５４ａから滴下した中圧復水を受け止め可能となっている。そして、このトレイ５６は、受け止めた中圧復水を外周部からオーバーフローさせて落下し、再熱室５５に復水として溜められる。また、低圧胴６２は、再熱室６５内に位置してトレイ（受け部材）６６が水平をなして配置されている。このトレイ６６は、圧力隔壁６４における復水導入孔６４ａが形成された領域の下方にこの領域より広く設定され、この復水導入孔６４ａから滴下した低圧復水を受け止め可能となっている。そして、このトレイ６６は、受け止めた低圧復水を外周部からオーバーフローさせて落下し、再熱室６５に復水として溜められる。

この中圧胴５２、低圧胴６２にて、各トレイ５６，６６は、ほぼ同様の構成をなしている。即ち、中圧胴５２、低圧胴６２は、図３及び図４に詳細に示すように、複数の脚部５７，６７を介して再熱室５５，６５の床面に設置されている。そして、各トレイ５６，６６は、受け止めた中圧復水、低圧復水を水平方向に流動させる復水流動部として、このトレイ５６，６６内で各復水を螺旋状に流動させる螺旋ガイド（螺旋流動部）５６ａ，６６ａが設けられている。この場合、螺旋ガイド５６ａ，６６ａは、中央部の領域が圧力隔壁５４，６４の各復水導入孔５４ａ，６４ａに対応しており、各復水導入孔５４ａ，６４ａから滴下した復水がトレイ５６，６６の中央部に落下し、落下した復水が螺旋ガイド５６ａ，６６ａにより、図４にて反時計周り方向に流動し、外周端部からオーバーフローすることとなる。

この場合、各トレイ５６，６６は、その深さを所定深さに設定することが望ましい。図５に示すように、中圧室５３、低圧室６３に導入される排気蒸気の温度をＴｓ、圧力隔壁５４，６４の各復水導入孔５４ａ，６４ａからトレイ５６，６６に滴下する復水の温度をＴｄとする。このとき、各トレイ５６，６６の深さが矢印Ｄ方向に深くなると、その温度分布は一点鎖線で示すものとなる。このグラフから、各トレイ５６，６６の深さが浅くなるほど、再生熱効率が良いことがわかる。

なお、トレイ５６，６６の深さＨは、滴下する復水流量Ｑ及びトレイ５６，６６の流路方向長さＬとトレイ５６，６６の流路幅Ｂにより最適値が変化する。このうち、トレイ５６，６６の幅と復水流量の関係は開水路の流れで設計者が決定する値である。一方、トレイ５６，６６の深さＨと流路長さＬの関係は温度上昇効率に直接影響するため、適正範囲としてＨ＜０．０７を設定した。この関係を維持することにより、温度上昇効率θ＝（Ｔ_ｂ−Ｔ_ｄ）／（Ｔ_ｓ−Ｔ_ｄ）＞０．７とすることができる。

高圧室４３と中圧胴５２の再熱室５５とが連結管７４により連結され、中圧胴５２の再熱室５５と低圧胴６２の再熱室６５とが連結管７５により連結され、高圧室４３の下部に設けられた排出部７６に冷却水配管３０（図６参照）が連結されている。

ここで、実施例１の多段圧復水器２６の作用について詳細に説明する。

蒸気タービン１７における低圧タービン２０からの排気蒸気は、図１に示すように、多段圧復水器２６における高圧室４３、中圧室５３、低圧室６３に送られる。この高圧室４３、中圧室５３、低圧室６３を下方に移動する排気蒸気は、冷却水管群７１と接触することにより凝縮される。そして、高圧室４３で凝縮した高圧復水は、この高圧室４３の下部に溜められる。また、中圧室５３で凝縮した中圧復水は、この中圧室５３の下部に溜められ、低圧室６３で凝縮した低圧復水は、この低圧室６３に下部に溜められる。

このとき、中圧室５３で凝縮した中圧復水は、圧力隔壁５４上に一時的に溜められ、復水導入孔５４ａから滴下して再熱室５５のトレイ５６上に落下して溜められる。そして、トレイ５６上の中圧復水は、図４に示すように、旋回流動した後にオーバーフローして再熱室５５内を落下する。この再熱室５５は、高圧室４３の高圧蒸気が蒸気ダクト７２を通して送られており、復水導入孔５４ａからトレイ５６に滴下する中圧復水が、高圧蒸気中を滴下することで接触伝熱により加熱される。また、トレイ５６に落下した中圧復水が、高圧蒸気中を螺旋状に流動することで高圧蒸気中との接触伝熱により加熱される。更に、トレイ５６をオーバーフローする中圧復水が高圧蒸気中を滴下することで接触伝熱により加熱される。

また、同様に、低圧室６３で凝縮した低圧復水は、圧力隔壁６４上に一時的に溜められ、復水導入孔６４ａから滴下して再熱室６５のトレイ６６上に落下して溜められる。そして、トレイ６６上の低圧復水は、旋回流動した後にオーバーフローして再熱室６５内を落下する。この再熱室６５は、中圧室５３の高圧蒸気が蒸気ダクト７３を通して送られており、復水導入孔６４ａからトレイ６６に滴下する低圧復水が、高圧蒸気中を滴下することで接触伝熱により加熱される。また、トレイ６６に落下した低圧復水が、高圧蒸気中を螺旋状に流動することで高圧蒸気中との接触伝熱により加熱される。更に、トレイ６６をオーバーフローする低圧復水が高圧蒸気中を滴下することで接触伝熱により加熱される。

そして、低圧胴６２の再熱室６５に溜められた低圧復水は、連結管７５を通って中圧胴５２の再熱室５５に流れ、この再熱室５５で低圧復水と中圧復水が混合した復水は、連結管７４を通って高圧室４３に流れ、この高圧室４３で低圧復水と中圧復水と高圧復水が混合した復水は、排出部７６から冷却水配管３０に排出される。

このように実施例１の多段圧復水器にあっては、高圧室４３と中圧室５３と低圧室６３と、中圧室５３と低圧室６３の下部に圧力隔壁５４，６４により仕切られる再熱室５５，６５と、圧力隔壁５４，６４に設けられて復水を再熱室５５，６５に導入する復水導入孔５４ａ，６４ａと、高圧室４３の高圧蒸気を再熱室５５，６５に導入する蒸気ダクト７２，７３と、復水導入孔５４ａ，６４ａから滴下する復水を受け止め可能であると共に受け止めた低圧復水をオーバーフロー可能なトレイ５６，６６と、トレイ５６，６６により受け止めた復水を水平方向に流動させる復水流動部としての螺旋ガイド５６ａ，６６ａとを設けている。

従って、高圧室４３、中圧室５３、低圧室６３に送られる排気蒸気は、冷却水管群７１と接触することにより凝縮され、中圧室５３と低圧室６３で凝縮した復水は、圧力隔壁５４，６４上に一時的に溜められ、復水導入孔５４ａ，６４ａから滴下して再熱室５５，６５のトレイ５６，６６上に落下して溜められ、トレイ５６，６６上の復水は、旋回流動した後にオーバーフローして再熱室５４，６５内を落下する。そして、復水導入孔５４ａ，６４ａからトレイ５６，６６に滴下する復水、トレイ５６，６６を螺旋状に流動する復水、トレイ５６，６６をオーバーフローする復水は、高圧室４３から再熱室５５，６５に導入される高圧蒸気により接触伝熱して加熱される。その結果、復水の温度上昇効率を向上させることができると共に、再熱効率を向上させることができ、また、装置のコンパクト化を可能とすることができる。

また、実施例１の多段圧復水器では、各トレイ５６，６６に復水を螺旋状に流動させる螺旋ガイド５６ａ，６６ａを設けている。従って、簡単な構成で容易に復水の流動距離や流動時間を長くすることができ、復水の温度上昇効率を向上させることができると共に、再熱効率を向上させることができる。

図７は、本発明の実施例２に係る多段圧復水器における多孔板とトレイを表す平面図である。

実施例２は、実施例１に説明した多段圧復水器２６における中圧胴５２、低圧胴６２にて、適用した各トレイ５６，６６の改良である。即ち、図７に示すように、トレイ８１は、受け止めた復水を水平方向に流動させる低圧復水流動部として、このトレイ８１内で各復水を迂回させる複数の迂回ガイド（迂回流動部）８１ａが設けられている。この場合、迂回ガイド８１ａは、一端部の領域が圧力隔壁（図示略）の復水導入孔８２に対応しており、復水導入孔８２から滴下した復水がトレイ８１の一端部に落下し、落下した復水が迂回ガイド８１ａにより、図７にて上下方向に流動し、他端部からオーバーフローすることとなる。

このように実施例２の多段圧復水器にあっては、各トレイ８１に復水を迂回して流動させる迂回ガイド８１ａを設けている。従って、簡単な構成で容易に復水の流動距離や時間を長くすることができ、復水の温度上昇効率を向上させることができると共に、再熱効率を向上させることができる。

なお、上述した各実施例では、復水流動部を螺旋式や迂回式としたが、この形式に限定されるものではなく、トレイ内における復水の流動距離を長くすることができるものであれば、いずれの形式であってもよい。また、上述した各実施例では、本発明の多段圧復水器を、高圧、中圧、低圧の３段としたが、２段でもよく、４段以上としてもよい。

また、上述した各実施例では、本発明の多段圧復水器を、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）に適用して説明したが、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ：Boiling Water Reactor）に適用することもできる。また、原子力プラントに拘らず、火力プラントなど別の発電プラントであってもよい。

本発明に係る多段圧復水器は、低圧復水導入部から滴下して受け部材に受け止めた低圧復水を水平方向に流動させることで、装置のコンパクト化を可能とすると共に再熱効率の向上を可能とするものであり、いずれの発電プラントにも適用することができる。

１１原子炉格納容器
１２加圧水型原子炉
１３蒸気発生器
１７蒸気タービン
１９高圧タービン
２０低圧タービン
２１発電機
２６復水器（多段圧復水器）
４１高圧段復水器
４２高圧胴
４３高圧室
５１中圧段復水器
５２中圧胴
５３中圧室
５４圧力隔壁
５４ａ復水導入孔（中圧復水導入部）
５５再熱室
５６トレイ（受け部材）
５６ａ螺旋ガイド（中圧復水流動部、螺旋流動部）
６１低圧段復水器
６２低圧胴
６３低圧室
６４圧力隔壁
６４ａ復水導入孔（低圧復水導入部）
６５再熱室
６６トレイ（受け部材）
６６ａ螺旋ガイド（低圧復水流動部、螺旋流動部）
８１トレイ
８１ａ迂回ガイド（低圧復水流動部、迂回流動部）
８２復水導入孔（低圧復水導入部）

Claims

圧力が異なる複数の室と、
低圧側の室である低圧室の下部に圧力隔壁により仕切られる再熱室と、
前記圧力隔壁に設けられて低圧復水を再熱室に導入する低圧復水導入部と、
高圧側の室である高圧室内の高圧蒸気を前記再熱室に導入する高圧蒸気導入部と、
前記低圧復水導入部から滴下する低圧復水を受け止め可能であると共に受け止めた低圧復水をオーバーフロー可能な受け部材と、
該受け部材により受け止めた低圧復水を水平方向に流動させる低圧復水流動部と、
を備えることを特徴とする多段圧復水器。
前記低圧復水流動部は、前記受け部材内で低圧復水を螺旋状に流動させる螺旋流動部を有することを特徴とする請求項１に記載の多段圧復水器。
前記低圧復水流動部は、前記受け部材内で低圧復水を迂回して流動させる迂回流動部を有することを特徴とする請求項１に記載の多段圧復水器。