JP2012184617A

JP2012184617A - 取水システム

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Publication number: JP2012184617A
Application number: JP2011049353A
Authority: JP
Inventors: Mayuka Kawakami; 万由佳川上; Masaaki Tanaka; 雅章田中
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2012-09-27

Abstract

【課題】地震による津波の発生時等に取水源の水位が変動して、取水源から冷却水を取り入れる取水槽の水位が低下し、取水源からポンプで冷却水を吸い上げることができなく低下した場合に、取水槽とは別系統の補助水槽から冷却対象に補助冷却水を供給することが可能な取水システムを提供する。
【解決手段】取水源４から取り入れた冷却水５を貯留させておく取水槽６と、取水槽６から冷却水５を吸い上げて冷却対象２に供給する冷却水ポンプ２２と、取水槽６とは別に設置されるとともに、冷却対象２に供給する補助冷却水１７を貯留させておく補助水槽１５と、補助水槽１５と取水槽６との間を接続する補給水管１８と、補給水管１８の補助水槽１５との接続部を開閉させる開閉バルブ１９とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、取水システムに関し、特に、海等の水位が変動する取水源から冷却水を取り入れて取水槽に貯留させ、取水槽から冷却水ポンプで吸い上げて冷却対象に供給する取水システムに関する。

水位が変動する取水源から冷却水を取り入れて取水槽に貯留させ、取水槽から冷却水ポンプで吸い上げて冷却対象に供給する取水システムの一例として、原子力発電プラントの補機冷却系統の冷却媒体（例えば、純水）の冷却に必要な冷却水（海水）を取水源（海）から取水槽内に取り入れ、この冷却水（海水）を取水槽から補機冷却水ポンプで吸い上げて補機冷却系統に供給する取水システムが知られている。

このような取水システムにあっては、地震による津波の発生時等のように、海面の水位が大きく変動（低下）し、海面の水位に追従して取水槽内の水位が大きく変動（低下）した場合であっても、補機冷却系統を循環する冷却媒体を冷却し続ける必要があることから、海面の水位が通常時の水位に戻るまでの間、取水槽内に補機冷却系統の冷却に必要な量の海水を確保しておく必要がある。

このため、例えば、地震による津波の発生時等のように、水位が大きく変動（低下）する非常時を想定し、非常時の最大の水位低下よりも低い位置に補機冷却水ポンプの吸込口を設置することにより、非常時に水位が大きく低下した場合であっても、海面の水位が通常の水位に戻るまでの間、取水槽内に補機冷却系統の冷却媒体の冷却に必要な量の海水を確保している。

また、特許文献１に記載されているように、取水槽の取水口に堰を設け、堰の上端よりも下方の取水槽内の部分に、非常時に水位が大きく低下した場合であっても、海面の水位が通常の水位に戻るまでの間、取水槽内に補機冷却系統の冷却媒体の冷却に必要な量の海水を確保することも行われている。

特開昭６０−１１１０８９号公報

しかし、補機冷却水ポンプの吸込口を、非常時の最大の水位低下よりも低い位置に設置する方法は、地下の深い位置に取水槽や、取水槽内に海水を取り入れる取水路を設置しなければならないため、工事が大掛かりとなり、建設費が高くつく。

また、特許文献１に記載の方法は、取水槽を下方に深く掘り下げ、堰の上端よりも下方の取水槽内の部分に、海面の水位が通常の水位に戻るまでの間、補機冷却系統の冷却に必要な量の海水を貯留させておく容積を確保しなければならないため、取水槽の大きさが制限されるような場所には適用することができない。また、取水槽の構造上、取水口に堰を設置できないこともあり、そのような場合には適用することができない。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、工事が容易で、建設費を安く抑えることができるとともに、取水槽の大きさが制限されるような場所にも適用できる取水システムを提供することを目的とする。

上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、本発明は、水位が変動し得る取水源から冷却水を取水する取水システムであって、前記取水源から取り入れた冷却水を貯留させておく取水槽と、該取水槽から冷却水を吸い上げて冷却対象に供給する冷却水ポンプと、前記取水槽とは別に設置されるとともに、前記冷却対象に供給する補助冷却水を貯留させておく補助水槽と、該補助水槽と前記取水槽との間を接続する補給水管と、該補給水管の前記補助水槽との接続部を開閉させる開閉バルブとを備えていることを特徴とする。

本発明の取水システムによれば、取水槽の水位が冷却水ポンプの吸込口よりも上方に位置する場合には、冷却水ポンプによって取水槽から冷却水を吸い上げて冷却対象に供給する。また、取水源の水位が大きく変動して、冷却水ポンプの吸込口よりも低下した場合には、開閉バルブを開いて、補助水槽から補給水管を介して取水槽内に補助冷却水を補給することにより、この補助冷却水を冷却水ポンプで吸い上げて冷却対象に供給することができる。
従って、取水源の水位が大きく変動（低下）する場合であっても、冷却対象に補助冷却水を供給することができるので、取水源が海の場合に、地震による津波の発生時等のように、海面の水位が大きく変動し、取水槽から冷却水ポンプで海水を吸い上げることができなくなった場合であっても、冷却対象に補助水槽から補助冷却水を供給し、冷却対象を冷却し続けることができる。

また、本発明において、前記補給水管の前記取水槽との接続部には、前記取水槽内の冷却水が前記補助水槽側へ逆流するのを防止するフラップゲートが設けられていることとしてもよい。

本発明の取水システムによれば、取水槽内の冷却水又は補助冷却水が補助水槽側に逆流するのを防止できる。

また、本発明において、前記取水源の水位変動を検知する検知手段を備え、該検知手段の検知信号に基づいて、前記開閉バルブの作動を制御することとしてもよい。

本発明の取水システムによれば、取水源の水位変動を検知手段で検知し、検知手段の検知信号に基づいて開閉バルブの作動を制御することができるので、最適なタイミングで開閉バルブを作動させて、最適な量の補助冷却水を補助水槽から取水槽に補給することができる。

さらに、本発明は、水位が変動し得る取水源から冷却水を取水する取水システムであって、前記取水源から取り入れた冷却水を貯留させておく取水槽と、該取水槽とは別に設置されるとともに、前記冷却対象に供給する補助冷却水を貯留させておく補助水槽と、前記取水槽又は前記補助水槽から冷却水又は補助冷却水を吸い上げて前記冷却対象に供給する冷却水ポンプと、該冷却水ポンプを前記取水槽又は前記補助水槽に接続する切換バルブとを備えていることを特徴とする。

本発明の取水システムによれば、取水槽の水位が冷却水ポンプの吸込口よりも上方に位置する場合には、冷却水ポンプを切換バルブを介して取水槽に接続し、冷却水ポンプで取水槽から冷却水を吸い上げることにより、冷却対象に冷却水を供給することができる。また、取水源の水位が大きく変動し、取水槽の水位が冷却水ポンプの吸込口よりも低下した場合には、冷却水ポンプを切換バルブを介して補助水槽に接続し、冷却水ポンプで補助水槽から補助冷却水を吸い上げることにより、冷却対象に補助冷却水を供給することができる。
従って、取水源の水位が大きく変動（低下）する場合であっても、冷却対象の冷却に必要な量の補助冷却水を供給することができるので、取水源が海の場合に、地震による津波の発生時等のように、海面の水位が大きく変動して、取水槽から冷却水ポンプで海水を吸い上げることが困難になった場合であっても、冷却対象に補助水槽から補助冷却水を供給し、冷却対象を冷却し続けることができる。

また、本発明において、前記取水源の水位変動を検知する検知手段を備え、該検知手段の検知信号に基づいて、前記切換バルブの作動を制御することとしてもよい。

本発明の取水システムによれば、取水源の水位変動を検知手段で検知し、検知手段の検知信号に基づいて切換バルブの作動を制御することができるので、最適なタイミングで切換バルブを作動させて、最適な量の補助冷却水を補助水槽から冷却対象に補給することができる。

以上、説明したように、本発明の取水システムによれば、取水源の水位が大きく変動（低下）して、取水槽の水位が冷却水ポンプの吸込口よりも低下し、取水槽から冷却水ポンプで冷却水を吸い上げることができなった場合に、補助水槽に切り換えて、補助水槽内の補助冷却水を冷却対象に供給することができる。この場合、補助水槽は、取水槽とは別に設置されているので、取水槽や補助水槽を地下の深い位置に設置する必要はなく、工事が大掛かりになるようなことはなく、建設費を安く抑えることができる。また、補助水槽は、取水槽とは別に設置されているので、補助水槽の設置場所が制限されるようなことはなく、適用可能な範囲を広げることができる。

本発明による取水システムの第１の実施の形態を示した概略図であって、取水源の水位が通常時の状態を示した概略図である。図１の取水源の水位が非常時の状態を示した概略図である。海面の水位変動のデータを示した説明図である。本発明による取水システムの第２の実施の形態を示した概略図である。本発明による取水システムの第３の実施の形態を示した概略図である。本発明による取水システムの第４の実施の形態を示した概略図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２には、本発明による取水システムの第１の実施の形態が示されている。本実施の形態の取水システム１は、水位が変動し得る取水源から冷却水を取水槽内に取り入れ、取水槽内から冷却水ポンプで吸い上げて冷却対象に供給するのに適用されるものであって、本実施の形態においては、原子力発電プラントの補機冷却系統に供給する冷却水（海水）を取水源（海）から取り入れるのに適用している。

原子力発電プラントは、図１及び図２に示すように、原子炉補機（熱交換器等）を冷却するための冷却媒体３（例えば、純水）を循環させる補機冷却系統２を備え、この補機冷却系統２を循環する冷却媒体３を冷却するための冷却水５としての海水を取水源４としての海から取り入れており、この冷却水５を取水源４から取り入れ、補機冷却系統２に供給するのに本実施の形態の取水システム１を適用している。

本実施の形態の取水システム１は、補機冷却系統２に供給する冷却水５（以下、海水５とする。）を貯留させておく取水槽６と、取水源４（以下、海４とする。）から海水５を取水槽６に取り入れる取水路１２と、取水槽６から海水５を吸い上げて補機冷却系統２に供給する冷却水ポンプとしての補機冷却水ポンプ２２と、取水槽６へ補給する補助冷却水１７を貯留させておく補助水槽１５と、補助水槽１５と取水槽６とを接続する補給水管１８と、補助水槽１５と補給水管１８との接続部を開閉する開閉バルブ１９とから構成されている。

取水槽６は、内部に所定量の海水５を貯留させておく空間を有するものであって、円形断面、矩形断面等の適宜な断面形状に形成されている。取水槽６は、底面７が通常の海面の水位変動における最低水位よりも下方に位置するように、海岸の地盤２８の内部に設置されている。

取水槽６の底部の側面と海４との間には、海水５を取水槽６の内部に取り入れるための円形断面、矩形断面等の適宜な断面形状の取水路１２が設置され、この取水路１２を介して海４から海水５が自然流入によって取水槽６の内部に取り入れられる。

取水路１２は、その内面の最低位置１３が取水槽６の底面７と同一高さとなるように、海４と取水槽６との間に略水平に設置されている。

なお、本実施の形態においては、取水槽６内の水位は、海面の水位に追従して変動するように構成されている。
また、本実施の形態において、非常時とは、例えば、地震による津波の発生時のように、通常時よりも海面の水位変動が大きく、この変動に伴って取水槽６の水位が大きく低下して、取水槽６内の水位が後述する補機冷却水ポンプ２２の吸込口２３よりも低下し、補機冷却水ポンプ２２で取水槽６内から海水５を吸い上げることが困難になる場合を意味するものとする。

取水槽６の上部には、床版８によって取水槽６の内部から区画されたポンプ室９が設けられ、このポンプ室９内に補機冷却水ポンプ２２が設置されている。補機冷却水ポンプ２２の吸込口２３は、床版８を上下方向に貫通する吸込管２４を介して下方に延出され、取水槽６の底部に開口されている。この場合、補機冷却水ポンプ２２の吸込口２３は、通常時の取水槽６内の水位の変動における最低水位よりも下方に位置するように、取水槽６内の底部における開口位置が設定されている。また、補機冷却水ポンプ２２吐出口２５は、吐出管２６を介して補機冷却系統２に接続されている。補機冷却水ポンプ２２を作動させることにより、取水槽６内から吸込管２４を介して海水５が吸い上げられ、この吸い上げられた海水５が吐出管２６を介して補機冷却系統２に供給される。

補助水槽１５は、内部に所定量の補助冷却水１７を貯留させておく空間を有するものであって、円形断面、矩形断面等の適宜な断面形状に形成されている。補助水槽１５は、底面１６が取水槽６の底面７よりも上方に位置するように、取水槽６から離れた地盤２８の内部に取水槽６とは別に設置されている。なお、補助水槽１５は、地盤２８の上部に設置してもよい。

補助水槽１５は、非常時に、補機冷却系統２を循環する冷却媒体３を冷却するのに必要な量の補助冷却水１７を貯留させておくことが可能な容積に形成されている。
具体的には、海面の水位が大きく変動し、海面の水位に追従して取水槽６内の水位が大きく変動し、取水槽６内の水位が補機冷却水ポンプ２２の吸込口２３よりも低下し、補機冷却水ポンプ２２で取水槽６内から海水５を吸い上げることができなくなってから、海面の水位が通常時の水位に戻り、取水槽６内の水位が補機冷却水ポンプ２２の吸込口２３よりも上昇し、補機冷却水ポンプ２２で取水槽６内から海水５を吸い上げることができるようになるまでの間、補機冷却系統２を循環する冷却媒体３を冷却するのに必要な量の補助冷却水１７を貯留させておくことが可能な容積に形成されている。

補助水槽１５内に貯留される補助冷却水１７は、補機冷却系統２を循環する冷却媒体３を冷却できるものであれば特に制限はなく、例えば、海水、河川水、湖水、水道水等を使用することができる。補助水槽１５内には、海、河川、湖、水道等から給水ポンプ２７により、海水、河川水、湖水、水道水等が供給される。

補助水槽１５の底部側面と取水槽６の上部側面との間には補給水管１８が水平に設置され、この補給水管１８を介して補助水槽１５と取水槽６とが相互に接続され、この補給水管１８を介して補助水槽１５内の冷却水１７が取水槽６内に補給される。

補給水管１８の補助水槽１５との接続部には、当該接続部を開閉させる開閉バルブ１９が設けられ、この開閉バルブ１９を開くことにより、補助水槽１５内の補助冷却水１７が補給水管１８を介して取水槽６内に補給され、この開閉バルブ１９を閉じることにより、補助水槽１５から取水槽６への補助冷却水１７の補給が停止される。

補給水管１８の取水槽６との接続部には、フラップゲート２１が設けられ、このフラップゲート２１により、補助水槽１５から取水槽６への補助冷却水１７の流れが許容され、取水槽６から補助水槽１５への海水５の逆流が規制される。なお、フラップゲート２１は、必ずしも設ける必要はなく、必要に応じて設ければよい。

上記のように構成した本実施の形態の取水システム１は、通常時には、図１に示すように、取水槽６内の水位が補機冷却水ポンプ２２の吸込口２３よりも上方に位置しているので、海４から取水路１２を介して自然流入によって取水槽６内に取り入れた海水５を、補機冷却水ポンプ２２で取水槽６から吸い上げて補機冷却系統２に供給することにより、補機冷却系統２を循環する冷却媒体３を冷却することができる。

また、地震による津波の発生時等の非常時に海４の水位が低下して、図２に示すように、取水槽６内の水位が補機冷却水ポンプ２２の吸込口２３よりも下方まで低下すると、補機冷却水ポンプ２２で取水槽６内の海水５を吸い上げることができなくなる。このため、開閉バルブ１９を開いて、補給水槽１５から取水槽６内に補助冷却水１７を補給し、この補助冷却水１７を補機冷却水ポンプ２２で取水槽６内から吸い上げて補機冷却系統２に供給することにより、補機冷却系統２を循環する冷却媒体３を冷却することができる。

この場合、取水槽６内の水位は、海面の水位に追従して変動することになるので、取得した海面の水位変動データに基づいて、開閉バルブ１９の開閉のタイミング及び開閉時間を制御することにより、最適なタイミングで開閉バルブ１９を開閉させ、最適な量の冷却水１７を補助水槽１５から取水槽６内に補給する。

具体的には、図３に示すように、地震による津波発生時の海面の水位変動のデータを取得し、この水位変動のデータから取水槽６内の水位が補機冷却水ポンプ２２の吸込口２３よりも低下する時（補機冷却水ポンプ２２で海水を吸い上げることができなくなる時）、を求め、それに基づいて開閉バルブ１９を開くように制御する。

また、上記の水位変動のデータから、取水槽６内の水位が補機冷却水ポンプ２２の吸込口２３よりも低下している時間（補機冷却水ポンプ２２で海水を吸い上げることができない時間、図１のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を求め、この時間に基づいて補機冷却系統２の冷却に不足する補助冷却水１７の量を求め、この求めた量の補助冷却水１７が補助水槽１５から取水槽６内に補給されるように、開閉バルブ１９の開いている時間を制御する。

なお、海面の水位変動（取水槽６の水位変動）は、例えば、水位センサ等の検知手段により検知し、検知手段からの検知信号に基づいて開閉バルブ１９の開閉のタイミング、開閉時間を制御する。

上記のように、海面の水位変動のデータに基づいて、開閉バルブ１９の開閉のタイミング及び開閉時間を制御することにより、地震による津波の発生時等の非常時に、最適のタイミングで開閉バルブ１９を開いて、補助水槽１５から取水槽６へ補助冷却水１７を補給できるとともに、最適の量の補助冷却水１７を補助水槽１５から取水槽６へ補給することができる。

上記のように構成した本実施の形態の取水システム２にあっては、地震による津波の発生時等の非常時に、海面の水位変動に追従して取水槽６内の水位が変動し、取水槽６内の水位が補機冷却水ポンプ２２の吸込口２３よりも低下して、補機冷却水ポンプ２２で取水槽６内の海水を吸い上げることができなくなった場合に、開閉バルブ１９を開いて、補助水槽１５から補給水管１８を介して取水槽６内に補助冷却水１７を補給することができ、この補給した補助冷却水１７を補機冷却水ポンプ２２で吸い上げて補機冷却系統２に供給し、補機冷却系統２を循環する冷却媒体３を冷却し続けることができる。

この場合、海面の水位（取水槽６の水位）を検知手段により検知し、検知手段の検知信号に基づいて開閉バルブ１９の開閉のタイミング、及び開閉時間を制御することにより、最適のタイミングで補助水槽１５から取水槽６へ補助冷却水１７を補給できるとともに、最適な量の補助冷却水１７を補助水槽１５から取水槽６へ補給することができる。

また、補助水槽１５を取水槽６とは別に設置しているので、地下の深い位置に取水槽６、取水路１２、及び補助水槽１５を設ける必要はなく、工事に要する手間を削減することができ、建設費を安く抑えることができる。

さらに、補助水槽１５を取水槽６とは別に設置しているので、取水槽６の大きさが制限されるような場所にも適用することができ、適用可能な範囲を広げることができる。

なお、前記第１実施の形態においては、補助水槽１５を取水槽６から離れた位置に設置し、補助水槽１５と取水槽６との間を補給水管１８を介して接続したが、補助水槽１５を取水槽６に隣接して設置してもよい。その場合には、取水槽６と補助水槽１５とを連通孔を介して直接に接続することができるので、補給水管１８が不要となる。

図４には、本発明による取水システム１の第２の実施の形態が示されている。本実施の形態の取水システム１は、取水路１２の取水槽６との接続部に、取水口１４の下半分を閉塞するように所定の高さの堰１０を設置したものであって、その他の構成は前記第１の実施の形態に示すものと同様である。

本実施の形態の取水システム１にあっては、堰１０の上端よりも下方の取水槽６の部分に補機冷却水ポンプ２２の吸込口２３が開口するように、吸込口２３の位置が設定されている。また、本実施の形態においては、非常時に、海面の水位が大きく変動して、堰１０の上端よりも低下した場合に、開閉バルブ１９を開いて補助水槽１５から補給水管１８を介して取水槽６内に補助冷却水１７を補給することになる。

そして、本実施の形態の取水システム１にあっても、前記第１の実施の形態に示すものと同様の作用効果を奏する。

図５には、本発明による取水システムの第３の実施の形態が示されている。本実施の形態の取水システム１は、補助水槽１５を補給水管１８を介して補機冷却水ポンプ２２の吸込管２３に直接に接続し、補給水管１８と吸込管２４との接続部に切換バルブ２０（例えば、三方弁）を設けたものであって、その他の構成は前記第１の実施の形態に示すものと同様である。

本実施の形態においては、非常時に、海面の水位が大きく変動して、取水槽６内の水位が補機冷却水ポンプ２２の吸込口２３よりも低下し、補機脚水ポンプ２２で取水槽６内から海水５を吸い上げることができなくなった場合に、切換バルブ２０を作動させて、補機冷却水ポンプ２２を補給水管１８を介して補助水槽１５に接続することにより、補機補助水槽１５内の補助冷却水１７を補機冷却系統２に供給することができる。

図６には、本発明による取水システム１の第４の実施の形態が示されている。本実施の形態の取水システム１は、取水槽６の底部を掘り下げ、その部分に所定量の海水５を貯留させる釜場１１を設けたものであって、その他の構成は前記第１の実施の形態に示すものと同様である。

本実施の形態の取水システムは、取水槽６の構造上、堰１０を設置することができない場合や、取水路１２の底面１３が通常時の海面の水位変動における最低水位よりも上方に位置する場合等に有効なものである。

そして、本実施の形態の取水システムにあっても、前記第１の実施の形態に示すものと同様の作用効果を奏する。

なお、前記の説明においては、本発明による取水システム１を原子力発電プラントの補機冷却系統２を冷却対象として、取水源から冷却水としての海水を取水槽に取り入れ、この海水を補機冷却系統に供給する場合に適用したが、その他の各種の冷却対象に供給する冷却水の取水に本発明を適用してもよいものであり、その場合にも同様の作用効果を奏する。

また、前記の説明においては、取水源を海として、海から海水を取水する場合に本発明を適用したが、取水源を湖沼、河川等として、取水源から湖沼水、河川水等を取水する場合に本発明を適用してもよい。

１取水システム
２補機冷却系統
３冷却媒体
４取水源（海）
５冷却水（海水）
６取水槽
７底面
８床版
９ポンプ室
１０堰
１１釜場
１２取水路
１３最低位置
１４取水口
１５補助水槽
１６底面
１７補助冷却水
１８補給水管
１９開閉バルブ
２０切換バルブ
２１フラップゲート
２２冷却水（補機冷却水ポンプ）
２３吸込口
２４吸込管
２５吐出口
２６吐出管
２７給水ポンプ
２８地盤

Claims

水位が変動し得る取水源から冷却水を取水する取水システムであって、
前記取水源から取り入れた冷却水を貯留させておく取水槽と、該取水槽から冷却水を吸い上げて冷却対象に供給する冷却水ポンプと、前記取水槽とは別に設置されるとともに、前記冷却対象に供給する補助冷却水を貯留させておく補助水槽と、該補助水槽と前記取水槽との間を接続する補給水管と、該補給水管の前記補助水槽との接続部を開閉させる開閉バルブとを備えていることを特徴とする取水システム。
前記補給水管の前記取水槽との接続部には、前記取水槽内の冷却水が前記補助水槽側へ逆流するのを防止するフラップゲートが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の取水システム。
前記取水源の水位変動を検知する検知手段を備え、該検知手段の検知信号に基づいて、前記開閉バルブの作動を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の取水システム。
水位が変動し得る取水源から冷却水を取水する取水システムであって、
前記取水源から取り入れた冷却水を貯留させておく取水槽と、該取水槽とは別に設置されるとともに、前記冷却対象に供給する補助冷却水を貯留させておく補助水槽と、前記取水槽又は前記補助水槽から冷却水又は補助冷却水を吸い上げて前記冷却対象に供給する冷却水ポンプと、該冷却水ポンプを前記取水槽又は前記補助水槽に接続する切換バルブとを備えていることを特徴とする取水システム。
前記取水源の水位変動を検知する検知手段を備え、該検知手段の検知信号に基づいて、前記切換バルブの作動を制御することを特徴とする請求項４に記載の取水システム。