JP2013186085A

JP2013186085A - 原子力発電所及びその工法

Info

Publication number: JP2013186085A
Application number: JP2012053653A
Authority: JP
Inventors: Goro Sato; 吾朗佐藤; Munetaka Takahashi; 宗孝高橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2013-09-19

Abstract

【課題】本発明により、建設コスト及びランニングコストの削減が可能になる原子力発電所及びその工法が提供される。
【解決手段】原子力発電所１０は、核燃料の核分裂による発熱を利用して蒸気を発生させる原子炉１１を内部収容する原子炉建屋１２と、この蒸気を導入して回転運動するタービン１３及びこのタービン１３から排出された蒸気を伝熱管１７で冷却し凝縮する復水器１４を内部収容するタービン建屋１５と、ポンプＰにより海洋２１から伝熱管１７まで海水を循環させる循環水系統１８と、を備え、原子炉建屋１２及びタービン建屋１５が整地レベルＧＬに設置され、これらの内部収容物（原子炉１１，タービン１３等）の相対位置関係並びにこれらの取り合い箇所（主蒸気配管１６等）の設計が標準化され、海洋２１の海面レベルＷＬに対応して復水器１４の設置レベル２０が設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、タービン排気を海水により冷却し凝縮させる原子力発電所及びその工法に関する。

原子力発電所を新規に建設する際には、原子炉建屋及びタービン建屋、その内部収容物の相対位置関係並びにそれらの取り合い箇所の設計が、法令等で定められている各種設計指針を満たしているか否かの検証が必要となっている。
また、原子力発電所は、海岸線に設置されて、海水によりタービン排気を冷却して凝縮させた復水を、核燃料の核分裂による発熱により再び蒸気にするというサイクルを繰り返している。この冷媒としての海水は、サイフォン効果を利用して、海洋と復水器の間を効率的に循環している。

特許第２８８３９３８号公報

近年、原子力発電所の建設コスト削減の要請が高まるなかで、前記した各種設計指針の検証にかけるコストの高さが、無視できなくなっている。
また、原子力発電所が海面レベルから高い位置に設置された場合は、サイフォン効果が発揮される高さまで、海水をポンプアップする必要性が生じる。この場合、通常運転に移行した後も、ポンプにより海水へ位置エネルギーを定常的に付与する必要があり、ランニングコストが増大する課題があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、建設コスト及びランニングコストの削減が可能になる原子力発電所及びその工法を提供することを目的とする。

原子力発電所において、核燃料の核分裂による発熱を利用して蒸気を発生させる原子炉を内部収容する原子炉建屋と、前記蒸気を導入して回転運動するタービン及びこのタービンから排出された蒸気を伝熱管で冷却し凝縮する復水器を内部収容するタービン建屋と、ポンプにより海洋から前記伝熱管まで海水を循環させる循環水系統と、を備え、前記原子炉建屋及び前記タービン建屋が整地レベルに設置され、これらの内部収容物の相対位置関係並びにこれらの取り合い箇所の設計が標準化され、前記海洋の海面レベルに対応して前記復水器の設置レベルが設定されることを特徴とする。

本発明により、建設コスト及びランニングコストの削減が可能になる原子力発電所及びその工法が提供される。

（Ａ）本発明に係る原子力発電所の第１実施形態において海面からの位置が低い場合の施工例を示す概念図、（Ｂ）海面からの位置が高い場合の施工例を示す概念図。本発明に係る原子力発電所の第２実施形態を示す概念図。本発明に係る原子力発電所の第３実施形態を示す概念図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１（Ａ）に示すように、第１実施形態に係る原子力発電所１０は、核燃料の核分裂による発熱を利用して蒸気を発生させる原子炉１１を内部収容する原子炉建屋１２と、この蒸気を導入して回転運動するタービン１３及びこのタービン１３から排出された蒸気を伝熱管１７で冷却し凝縮する復水器１４を内部収容するタービン建屋１５と、ポンプＰにより海洋２１から伝熱管１７まで海水を循環させる循環水系統１８と、を備え、原子炉建屋１２及びタービン建屋１５が整地レベルＧＬに設置され、これらの内部収容物（原子炉１１，タービン１３等）の相対位置関係並びにこれらの取り合い箇所（主蒸気配管１６等）の設計が標準化され、海洋２１の海面レベルＷＬに対応して復水器１４の設置レベル２０が設定されている。

ここで図１（Ａ）は原子力発電所１０が、海面レベルＷＬから整地レベルＧＬまでの高さが低い位置に施工された例を示し、図１（Ｂ）は海面レベルＷＬから整地レベルＧＬまでの高さが高い位置に施工された例を示している。
このように、各実施形態に係る原子力発電所１０では、海面レベルＷＬから整地レベルＧＬまでの高さに関係なく、その建造物の多くを標準化することができる。

原子炉１１の内部には、図示が省略されているが、核分裂により発熱する核燃料を保持する炉心と、この炉心及び一次冷却材（軽水）を密閉保持する圧力容器と、この一次冷却材から熱を取り出して二次冷却材（軽水）を蒸気にする蒸気発生器と、その他関連設備や配管等と、が収容されている。
各実施形態において適用される原子炉１１は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）を例示しているが、特に限定はなく、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）、高速増殖炉、その他の各種原子炉に適用することができる。

タービン１３は、原子炉１１で発生した蒸気を主蒸気配管１６を通して導入し、この蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換して、連結する発電機（図示略）において電気エネルギーに変換させる。

復水器１４は、伝熱管１７を保持する本体部１４ａと、タービン１３から排出された蒸気を伝熱管１７に導くネック部１４ｂと、を有している。このタービン１３において仕事をした後に排出される蒸気は、伝熱管１７で冷却されて凝縮し、給水配管（図示略）により復水器１４から原子炉１１に戻される。

そして、この復水器１４は、海面レベルＷＬとの関係で整地レベルＧＬを掘り下げた設置レベル２０に、設置されている。
なお復水器本体部１４ａの形状、及び復水器伝熱管１７は冷却水温度等を考慮し、プラント毎に設計変更が必要であるが、設置レベル２０からの高さは整地レベルＧＬの高低に係らずにほぼ一定であるので、後記するサイフォン効果を得るために、復水器の設置レベル２０及び海面レベルＷＬの高低差Ｌを固定させることができる。
このように、タービン１３及び復水器１４の接続は、ネック部１４ｂの設計を変更することにより整合性をとることができる。

ここで、標準化とは、原子力発電所の建設の際に法令等で定められている各種設計指針を改めて検証する必要が無く相互運用が可能な程度に、設計仕様が確立されている状態を指す。

循環水系統１８は、海洋２１に設置されている取水ピット（図示略）からポンプＰにより取り込んだ海水を、伝熱管１７に循環させた後に、放水ピット１９（図示略）から海洋２１に排出させる。
ここで、海面レベルＷＬに対する伝熱管１７の位置は、サイフォン効果が得られる高さＨに設定されている。

サイフォン効果とは、循環水系統１８の途中経路の高さが所定値（水の場合、海面レベルＷＬから約１０ｍ）よりも小さければ、この途中経路の高さに無関係に入口と出口の位置エネルギーの差及び抵抗損失に相当する運動エネルギーを付与することで液体（海水）を循環させることができることを指す。

したがって、海面レベルＷＬに対する伝熱管１７の位置が１０ｍを超える場合は、海水をサイフォン効果が得られる高さまで引き上げる必要があり、その分だけポンプＰのエネルギー消費量が増大することになる。
一方、海面レベルＷＬに対する伝熱管１７の位置がサイフォン効果の得られる高さＨに設定されている場合、ポンプＰへの供給エネルギーは、循環水系統１８に流動させる海水の運動エネルギーと抵抗損失で消費されるエネルギーとを併せた量ですむために、経済的である。

このように、伝熱管１７の位置がサイフォン効果の得られる高さＨに設定されることを必要条件として、その他の付帯設備の設計条件も加味して復水器１４の設置レベル２０が設定される。
従って、図１（Ｂ）に示すように、整地レベルＧＬが海面レベルＷＬよりもかなり上位に位置している場合は、整地レベルＧＬに対して深い位置に復水器の設置レベル２０を設定することになる。

このように、原子炉建屋１２及びタービン建屋１５が整地レベルＧＬに設置され、復水器１４の設置レベル２０のみが深い位置に設定される。
これより、地下埋設となる構造物にかかる土木工事費用、建設費用及びその他の諸費用が限定的となる経済効果が得られる。

ここで、タービン建屋１５において、復水器エリアと、この復水器エリアを除く一般エリアとの２つに大別して検討する。
この復水器エリアは、復水器の本体部１４ａ，復水ポンプ（図示略）及び循環水配管に関連する機器（図示略）のみが配置される極小エリアであり、復水器の設置レベル２０に応じて設計変更が求められる部分である。
一方、タービン建屋の一般エリア及びその内部収容物（タービン１３、給水ポンプ、機器搬入・メンテナンスのためのクレーン等）は、これらの相対位置関係が復水器の設置レベル２０に依存しないため、設計を標準化することができる。

同様に、原子炉建屋１２の内部収容物（原子炉１１、その付帯設備等）とタービン建屋の一般エリアの内部収容物との取り合い箇所（主蒸気配管１６、その他の配管、連絡通路等）の設計も標準化することができる。
これにより、原子力発電所１０の設計が法令等で定められている各種設計指針を満たしているか否かの検証を、新規建設の度に実施する必要がなくなる。これにより、原子力発電所１０の設計コストが軽減される経済効果が得られる。

（第２実施形態）
図２に基づいて、第２実施形態に係る原子力発電所を説明する。
第２実施形態の原子力発電所１０では、復水器１４から伝熱管１７を水平方向に取り出すためのスペース２２が、整地レベルＧＬよりも下位に設定されている。
なお、図２において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

海面レベルＷＬに対して整地レベルＧＬが高い位置にある場合は、サイフォン効果を得るために伝熱管１７の設置位置が整地レベルＧＬよりも下側に設定される場合がある。この場合、復水器エリアを拡張し、深さレベルが伝熱管１７の設置位置と同じレベルのスペース２２を設定する。

また、伝熱管１７を水平方向に取り出すために設けたスペース２２は、点検時以外の通常運転時は利用されない。このため、通常運転時に、復水器１４と連動する設備（ＣＦＣＤモジュール、給水加熱器等）を、このスペース２２に配置することにより、整地レベルＧＬよりも上位におけるタービン建屋１５の一般エリアの標準化領域が拡張される。

なお、図示を省略するが、サイフォン効果が得られる伝熱管１７の設置位置を整地レベルＧＬよりも上側に設定することができる場合は、伝熱管１７及びスペース２２の設置位置を整地レベルＧＬに設定することができる。
この場合、伝熱管１７のメンテナンス性の向上と土木工事物量の低減とにより経済性を向上させることができる。

（第３実施形態）
図３に基づいて、第３実施形態に係る原子力発電所を説明する。
第３実施形態の原子力発電所１０では、復水器１４は、ネック部１４ｂにおいて伝熱管１７を取り出すための窓２３が設けられている。
なお、図３において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
この場合、メンテナンス時に伝熱管１７は、垂直方向に引き上げられて、窓２３から復水器１４の外部に取り出される。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の原子力発電所によれば、原子炉建屋及びタ−ビン建屋の設計を標準化するとともに、海水の循環ポンプの消費エネルギーを低減させることができるため、経済性を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…原子力発電所、１１…原子炉、１２…原子炉建屋、１３…タービン、１４…復水器、１４ａ…本体部、１４ｂ…ネック部、１５…タービン建屋、１６…主蒸気配管、１７…伝熱管、１８…循環水系統、１９…放水ピット、２０…設置レベル、２１…海洋、２２…スペース、２３…窓、ＧＬ…整地レベル、ＷＬ…海面レベル、Ｐ…ポンプ、Ｌ…復水器の設置レベル及び海面レベルの高低差、Ｈ…サイフォン効果が得られる高さ。

Claims

核燃料の核分裂による発熱を利用して蒸気を発生させる原子炉を内部収容する原子炉建屋と、
前記蒸気を導入して回転運動するタービン及びこのタービンから排出された蒸気を伝熱管で冷却し凝縮する復水器を内部収容するタービン建屋と、
ポンプにより海洋から前記伝熱管まで海水を循環させる循環水系統と、を備え、
前記原子炉建屋及び前記タービン建屋が整地レベルに設置され、これらの内部収容物の相対位置関係並びにこれらの取り合い箇所の設計が標準化され、前記海洋の海面レベルに対応して前記復水器の設置レベルが設定されることを特徴とする原子力発電所。
請求項１に記載の原子力発電所において、
前記海面レベルに対する前記伝熱管の位置は、サイフォン効果が得られる高さに設定されていることを特徴とする原子力発電所。
請求項１又は請求項２に記載の原子力発電所において、
前記復水器は、前記伝熱管を保持する本体部と、前記タービンから排出された蒸気を前記伝熱管に導くネック部と、を有し、
前記ネック部の設計変更により前記タービン及び前記復水器の接続の整合性をとることを特徴とする原子力発電所。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の原子力発電所において、
前記復水器から前記伝熱管を水平方向に取り出すためのスペースが前記整地レベルよりも下位に設定されていることを特徴とする原子力発電所。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の原子力発電所において、
前記復水器から前記伝熱管を水平方向に引き出すためのスペースが前記整地レベルに設定されていることを特徴とする原子力発電所。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の原子力発電所において、
前記復水器は、前記タービンから排出された蒸気を前記伝熱管に導くネック部において前記伝熱管を取り出すための窓が設けられていることを特徴とする原子力発電所。
核燃料の核分裂による発熱を利用して蒸気を発生させる原子炉を内部収容する原子炉建屋と、
前記蒸気を導入して回転運動するタービン及びこのタービンから排出された蒸気を伝熱管で冷却し凝縮する復水器を内部収容するタービン建屋と、
ポンプにより海洋から前記伝熱管まで海水を循環させる循環水系統と、を備える原子力発電所において、
前記原子炉建屋及び前記タービン建屋が整地レベルに設置され、これらの内部収容物の相対位置関係並びにこれらの取り合い箇所の設計が標準化され、前記海洋の海面レベルに対応して前記復水器の設置レベルが設定されることを特徴とする原子力発電所の工法。