JP2020012749A

JP2020012749A - 原子力プラントの補機冷却設備

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Publication number: JP2020012749A
Application number: JP2018135657A
Authority: JP
Inventors: 莉沙子毛笠; Risako Kegasa
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2020-01-23
Anticipated expiration: 2038-07-19
Also published as: GB201909579D0; GB2576253A; JP6941081B2; GB2576253B

Abstract

【課題】冷却水の熱を海水に逃がす熱交換器の機能が喪失した場合でも、すべての原子炉補機を冷却可能な原子力プラントの補機冷却設備を提供する。【解決手段】熱交換器４と、前記熱交換器に海水を送水する送水ポンプ７と、原子力プラントの原子炉補機３ａ〜３ｃと前記熱交換器との間で冷却水を循環させる冷却閉回路２と、前記冷却閉回路に設けられた第１循環ポンプ１と、前記第１循環ポンプに静水頭を与えるサージタンク５と、前記冷却閉回路の前記第１循環ポンプの下流でかつ前記熱交換器の上流と前記冷却閉回路の前記熱交換器の下流でかつ前記原子炉補機の上流とを接続する第１分岐配管１０ａ，１０ｂと、前記第１分岐配管に設けられた冷却塔１１と、前記第１循環ポンプから吐出された冷却水の送り先を前記熱交換器から前記冷却塔に切替可能な第１切替弁１２ａ，１２ｂとを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、原子力プラントの補機冷却設備に関する。

原子力プラントの補機冷却設備を開示するものとして、例えば特許文献１がある。特許文献１には、「補機冷却系２４は、冷却配管２８ａに設けられた補機冷却系ポンプ３５ａにより補機冷却水を循環させ、冷却配管２８ａと２８ｂから分岐した配管により連絡する高圧炉心注水系４や残留熱除去機能を有する低圧注水系５及び区分IIにおけるその他の負荷３６に対して、中間熱交換器３３を介して補機冷却水を循環させて冷却を行う。なお、高圧炉心注水系４はその他の熱負荷５，３６に対して冷却装置２７側に設けることとする。熱は中間熱交換器３３から海水冷却系ポンプ３５ｂにより海水冷却系３０を介して、通常は最終のヒートシンクとして海中へ放出される。」（段落［００４８］）、「補機冷却系２４の除熱量は相対的には小さいから、補機冷却系２４の冷却装置２７としては、比較的小型の装置を用いることが可能である。例えば、冷却水を落下させ空冷を行うクーリングタワーや、冷却水の流れる配管の伝熱面積を大きく取り配管の周囲から空冷を行うエアフィンクーラーのような装置を採用すれのが好適である。」（段落［００４９］）、「この構成によれば、隔離弁３４ａ及び３４ｂを開としかつ冷却装置２７側の隔離弁３４ｃ及び３４ｄを閉とすることで、高圧炉心注水系４を含む区分IIの熱負荷４，５，３６を補機冷却系２４及び海水冷却系３０により冷却を行う。すなわちこの場合の補機冷却水の循環路は図１１に示した従来の補機冷却系１９と同様である。しかし、逆に隔離弁３４ａ及び３４ｂを閉としかつ冷却装置２７側の隔離弁３４ｃ及び３４ｄを閉とすることで、高圧炉心注水系４の熱負荷を補機冷却系２４のその他の熱負荷の冷却水循環路から完全に隔離し、冷却装置２７により冷却することが可能となる。」（段落［００５１］）との記載がある。

特開平１１−３０６８５号公報

特許文献１に記載の原子力発電プラントの補機冷却系では、例えば海洋生物の大量発生によって海水冷却系ポンプ（送水ポンプ）の取水部に目詰まりが生じたり、海水冷却系ポンプ（送水ポンプ）が故障したり、海水冷却系ポンプと中間熱交換器とを接続する配管に詰まりや破断が生じた場合に、中間熱交換器（熱交換器）に海水を流通させることができなくなる。その結果、補機冷却系（冷却閉回路）を循環する冷却水の熱を海水に逃がすことができなくなり、補機冷却機能が失われる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却水の熱を海水に逃がす熱交換器の機能が喪失した場合でも、すべての原子炉補機を冷却可能な原子力プラントの補機冷却設備を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、原子力プラントの補機冷却設備において、熱交換器と、前記熱交換器に海水を送水する送水ポンプと、前記原子力プラントの原子炉補機と前記熱交換器との間で冷却水を循環させる冷却閉回路と、前記冷却閉回路に設けられた第１循環ポンプと、前記第１循環ポンプに静水頭を与えるサージタンクと、前記冷却閉回路の前記第１循環ポンプの下流でかつ前記熱交換器の上流と前記冷却閉回路の前記熱交換器の下流でかつ前記原子炉補機の上流とを接続する第１分岐配管と、前記第１分岐配管に設けられた冷却塔と、前記第１循環ポンプから吐出された冷却水の送り先を前記熱交換器から前記冷却塔に切替可能な第１切替弁とを備えたものとする。

以上のように構成した本発明によれば、第１循環ポンプから吐出された冷却水の送り先を第１切替弁によって熱交換器から冷却塔に切り替えることにより、冷却閉回路を循環する冷却水の熱を冷却塔で逃がすことができる。その結果、熱交換器の機能が喪失した場合でも、すべての原子炉補機を冷却することが可能となる。

本発明によれば、原子力プラントの補機冷却設備において、冷却水の熱を海水に逃がす熱交換器の機能が喪失した場合でも、すべての原子炉補機を冷却することが可能となる。

本発明の第１の実施例に係る原子力プラントの補機冷却設備の構成図である。本発明の第２または第３の実施例に係る原子力プラントの補機冷却設備の構成図である。本発明の第４または第５の実施例に係る原子力プラントの補機冷却設備の構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

図１は、本発明の第１の実施例に係る原子力プラントの補機冷却設備の構成図である。

図１において、補機冷却設備２０は、循環ポンプ１（第１循環ポンプ）によって冷却閉回路２内の水（以下、冷却水）を循環させ、原子炉補機３ａ〜３ｃを通過した冷却水の熱を熱交換器４内を流通する海水に逃がすことにより、原子炉補機３ａ〜３ｃを冷却するものである。

冷却閉回路２の循環ポンプ１の上流には、循環ポンプ１に静水頭を与えるサージタンク５が設けられている。冷却閉回路２の循環ポンプ１の下流には、循環ポンプ１の吐出圧力を検出する圧力計６が設けられており、圧力計６で検出した循環ポンプ１の吐出圧力に基づいて循環ポンプ１の停止（故障）を検知することができる。

熱交換器４には送水ポンプ７によって海水ピット８に貯留された海水が送られ、熱交換器４から排出された海水は海に戻される。海水ピット８の水位が送水ポンプ７が吸水可能な水位を下回ると、送水ポンプ７から熱交換器４への送水が停止し、熱交換器４の機能が喪失する。そのため、海水ピット８には、海水の水位を監視するための水位計９が設けられている。なお、熱交換器４の機能が喪失したことを検知する手段はこれに限られず、送水ポンプ７の出口圧力の低下や、冷却閉回路２における熱交換器４の出口温度の上昇によって検知しても良い。

冷却閉回路２の循環ポンプ１の下流でかつ熱交換器４の上流には分岐配管１０ａ（第１分岐配管）の一端が接続されており、分岐配管１０ａの他端は冷却塔１１の入口に接続されている。冷却閉回路２の熱交換器４の下流でかつ原子炉補機３ａ〜３ｃの上流には、分岐配管１０ｂ（第１分岐配管）の一端が接続されており、分岐配管１０ｂの他端は冷却塔１１の出口に接続されている。

分岐配管１０ａには、分岐配管１０ａの連通と遮断とを切替可能な切替弁１２ａ（第１切替弁）が設けられている。冷却閉回路２の熱交換器４の上流でかつ分岐配管１０ａ下流には、冷却閉回路２の循環ポンプ１と熱交換器４との間の連通と遮断とを切替可能な切替弁１２ｂ（第１切替弁）が設けられている。

補機冷却設備２０は、さらに、切替弁１２ａ，１２ｂの切替および冷却塔１１の起動／停止を制御する制御回路１３（第１制御回路）を備えている。制御回路１３は、水位計９で計測した海水ピット８の水位に基づいて熱交換器４が機能しているか否かを判定する。熱交換器４が機能していると判定した場合は、切替弁１２ａを閉じ、切替弁１２ｂを開き、冷却塔１１を起動しない。一方、熱交換器４が機能していないと判定した場合は、切替弁１２ａを開き、切替弁１２ｂを閉じ、冷却塔１１を起動する。なお、制御回路１３は必ずしも設ける必要は無く、水位計９で検出した海水ピット８の水位に応じて、オペレータが手動で切替弁１２ａを開き、切替弁１２ｂを閉じ、冷却塔１１を起動しても良い。

この動作によって、熱交換器４の機能が喪失した場合は、原子炉補機３ａ〜３ｂを通過した冷却水が循環ポンプ１によって冷却塔１１に送られ、熱交換器４を通過することなく、冷却閉回路２内を循環する。

本実施例に係る原子力プラントの補機冷却設備２０は、熱交換器４と、熱交換器４に海水を送水する送水ポンプ２と、原子力プラントの原子炉補機３ａ〜３ｃと熱交換器４との間で冷却水を循環させる冷却閉回路２と、冷却閉回路２に設けられた第１循環ポンプ１と、第１循環ポンプ１に静水頭を与えるサージタンク５と、冷却閉回路２の第１循環ポンプ１の下流でかつ熱交換器４の上流と冷却閉回路２の熱交換器４の下流でかつ原子炉補機３ａ〜３ｃの上流とを接続する第１分岐配管１０ａ，１０ｂと、第１分岐配管１０ａ，１０ｂに設けられた冷却塔１１と、第１循環ポンプ１から吐出された冷却水の送り先を熱交換器４から冷却塔１１に切替可能な第１切替弁１２ａ，１２ｂとを備える。

以上のように構成した本実施例によれば、熱交換器４の機能を喪失した場合でも、熱交換器４の機能を冷却塔１１で代替することにより、すべての原子炉補機３ａ〜３ｃを冷却することが可能となる。

また、本実施例に係る原子力プラントの補機冷却設備２０は、熱交換器４の機能停止を検知して、第１循環ポンプ１から吐出された冷却水の送り先が熱交換器４から冷却塔１１に切り替わるように第１切替弁１２ａ，１２ｂを切り替え、かつ冷却塔１１を起動する第１制御回路１３を更に備える。これにより、熱交換器４の機能が喪失した後に、速やかに熱交換器４の機能を冷却塔１１で代替することが可能となる。

図２は、本発明の第２の実施例に係る原子力プラントの補機冷却設備の構成図である。以下、第１の実施例（図１に示す）との相違点を中心に説明する。

図２において、補機冷却設備２０Ａは、追加循環ポンプ１４（第２循環ポンプ）と、切替弁１５（第２切替弁）と、制御回路１６（第２制御回路）とを更に備える。

追加循環ポンプ１４の吸入ポートと冷却閉回路２のサージタンク５の下流でかつ循環ポンプ１の上流とは、分岐配管１７ａ（第２分岐配管）で接続されている。追加循環ポンプ１４の吐出ポートと分岐配管１０ａの切替弁１２ａの上流（または、冷却閉回路２の循環ポンプ１の下流でかつ分岐配管１０ａの上流）とは、分岐配管１７ｂ（第２分岐配管）で接続されている。分岐配管１７ａには、分岐配管１７ａの連通と遮断とを切替可能な切替弁１５が設けられている。

制御回路１６は、圧力計６で検出した循環ポンプ１の吐出圧力に基づいて循環ポンプ１の停止（故障）を検知する。制御回路１６は、循環ポンプ１の故障を検知した場合に、切替弁１５を開き、かつ追加循環ポンプ１４を起動する。なお、制御回路１６は必ずしも設ける必要は無く、圧力計６で検出した循環ポンプ１の吐出圧力に応じて、オペレータが手動で切替弁１５を開き、かつ追加循環ポンプ１４を起動しても良い。

この構成において、制御回路１６は、熱交換器４の機能を喪失した状態（切替弁１２ｂが閉じ、かつ切替弁１２ａが開いた状態）でさらに循環ポンプ１が故障した場合に、切替弁１５を開き、かつ追加循環ポンプ１４を起動する。

この動作によって、熱交換器４の機能を喪失した状態で循環ポンプ１が故障した場合は、原子炉補機３ａ〜３ｂを通過した冷却水が追加循環ポンプ１４によって冷却塔１１に送られ、循環ポンプ１および熱交換器４を通過することなく、冷却閉回路２内を循環する。

本実施例に係る原子力プラントの補機冷却設備２０Ａは、冷却閉回路２の原子炉補機３ａ〜３ｃの下流でかつ第１循環ポンプ１の上流と第１分岐配管１０ａの第１切替弁１２ａの上流または冷却閉回路２の第１循環ポンプ１の下流でかつ第１分岐配管１０ａの上流とを接続する第２分岐配管１７ａ，１７ｂと、第２分岐配管１７ａ，１７ｂに設けられた第２循環ポンプ１４と、第２分岐配管１７ａ，１７ｂの第２循環ポンプ１４の上流に設けられ、第２分岐配管１７ａ，１７ｂの連通と遮断とを切替可能な第２切替弁１５とを更に備える。

以上のように構成した本実施例によれば、熱交換器４の機能を冷却塔１１で代替している状態でさらに第１循環ポンプ１が故障した場合でも、第１循環ポンプ１の機能を第２循環ポンプ１４で代替することにより、すべての原子炉補機３ａ〜３ｃを冷却することが可能となる。

また、本実施例に係る原子力プラントの補機冷却設備２０Ａは、第１循環ポンプ１の故障を検知して、第２分岐配管１７ａ，１７ｂが連通するように第２切替弁１５を切り替え、かつ第２循環ポンプ１４を起動する第２制御回路１６を備える。これにより、第１循環ポンプ１が停止した後に、速やかに第１循環ポンプ１の機能を第２循環ポンプ１４で代替することが可能となる。

本発明の第３の実施例に係る原子力プラントの補機冷却設備について第１の実施例との相違点を中心に説明する。

本実施例に係る原子力プラントの補機冷却設備の構成は、第２の実施例（図２に示す）と同様である。

図２において、本実施例に係る補機冷却設備２０Ａでは、熱交換器４が機能している状態（切替弁１２ａが閉じ、かつ切替弁１２ｂが開いた状態）で循環ポンプ１が故障した場合に、分岐配管１７ａの切替弁１５を開き、追加循環ポンプ１４を起動する。

この動作によって、熱交換器４が機能している状態で循環ポンプ１が故障した場合は、原子炉補機３ａ〜３ｂを通過した冷却水が追加循環ポンプ１４によって熱交換器４に送られ、循環ポンプ１および冷却塔１１を通過することなく、冷却閉回路２内を循環する。

以上のように構成した本実施例によれば、熱交換器４が機能している状態で第１循環ポンプ１が故障した場合でも、第１循環ポンプ１の機能を第２循環ポンプ１４で代替することにより、すべての原子炉補機３ａ〜３ｃを冷却することが可能となる。

図３は、本発明の第４の実施例に係る原子力プラントの補機冷却設備の構成図である。以下、第３の実施例（図２に示す）との相違点を中心に説明する。

図３において、補機冷却設備２０Ｂは、追加循環ポンプ１４（第２循環ポンプ）および制御回路１６（第２制御回路）を備えていない。また、分岐配管１７ａの下流端には、可搬型ポンプの吸入ポートを接続するための接続口１８ａが設けられており、分岐配管１７ｂの上流端には、可搬型ポンプの吐出ポートを接続するための接続口１８ａが設けられている。

この構成において、熱交換器４の機能を喪失した状態（切替弁１２ｂが閉じ、かつ切替弁１２ａが開いた状態）でさらに循環ポンプ１が故障した場合に、分岐配管１７ａの切替弁１５を閉じたまま、分岐配管１７ａの接続口１８ａに可搬型ポンプからなる追加循環ポンプ１４の吸入ポートを接続し、分岐配管１７ｂの接続口１８ｂに追加循環ポンプ１４の吐出ポートを接続する。追加循環ポンプ１４の設置が完了したら、分岐配管１７ａの切替弁１５を開き、追加循環ポンプ１４を起動する。

この動作によって、熱交換器４の機能を喪失した状態でさらに循環ポンプ１が故障した場合は、原子炉補機３ａ〜３ｂを通過した冷却水が追加循環ポンプ１４によって冷却塔１１に送られ、循環ポンプ１および熱交換器４を通過することなく、冷却閉回路２内を循環する。

本実施例に係る原子力プラントの補機冷却設備２０Ｂは、冷却閉回路２の原子炉補機３ａ〜３ｃの下流でかつ第１循環ポンプ１の上流と第１分岐配管１０ａの第１切替弁１２ａの上流または冷却閉回路２の第１循環ポンプ１の下流でかつ第１分岐配管１０ａの上流とを接続する第２分岐配管１７ａ，１７ｂと、第２分岐配管１７ａ，１７ｂに設けられ、第２分岐配管１７ａ，１７ｂに可搬型ポンプからなる第２循環ポンプ１４を接続するための接続口１８ａ，１８ｂと、第２分岐配管１７ａ，１７ｂの接続口１８ａ，１８ｂの上流に設けられ、第２分岐配管１７ａ，１７ｂの連通と遮断とを切替可能な第２切替弁１５とを更に備える。

以上のように構成した本実施例によれば、熱交換器４の機能を冷却塔１１で代替している状態でさらに第１循環ポンプ１が故障した場合でも、可搬型ポンプからなる第２循環ポンプ１４を第２分岐配管１７ａ，１７ｂに設置し、第１循環ポンプ１の機能を第２循環ポンプ１４で代替することにより、すべての原子炉補機３ａ〜３ｃを冷却することが可能となる。

本発明の第５の実施例に係る原子力プラントの補機冷却設備について、第４の実施例との相違点を中心に説明する。

本実施例に係る原子力プラントの補機冷却設備の構成は、第４の実施例（図４に示す）と同様である。

図４において、本実施例に係る補機冷却設備２０Ｂでは、熱交換器４が機能している状態（切替弁１２ａが閉じ、かつ切替弁１２ｂが開いた状態）で第１循環ポンプ１が故障した場合に、分岐配管１７ａの切替弁１５を閉じたまま、分岐配管１７ａの接続口１８ａに可搬型ポンプからなる追加循環ポンプ１４の吸入ポートを接続し、分岐配管１７ｂの接続口１８ｂに追加循環ポンプ１４の吐出ポートを接続する。追加循環ポンプ１４の設置が完了したら、切替弁１５を開き、追加循環ポンプ１４を起動する。

以上のように構成した本実施例によれば、熱交換器４が機能している状態で循環ポンプ１が故障した場合でも、可搬型ポンプからなる第２循環ポンプ１４を第２分岐配管１７ａ，１７ｂに設置し、第１循環ポンプ１の機能を第２循環ポンプ１４で代替することにより、すべての原子炉補機３ａ〜３ｃを冷却することが可能となる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。

１…循環ポンプ（第１循環ポンプ）、２…冷却閉回路、３ａ，３ｂ，３ｃ…原子炉補機、４…熱交換器、５…サージタンク、６…圧力計、７…送水ポンプ、８…海水ピット、９…水位計、１０ａ，１０ｂ…分岐配管（第１分岐配管）、１１…冷却塔、１２ａ，１２ｂ…切替弁（第１切替弁）、１３…制御回路（第１制御回路）、１４…追加循環ポンプ（第２循環ポンプ）、１５…切替弁（第２切替弁）、１６…制御回路（第２制御回路）、１７ａ，１７ｂ…分岐配管（第２分岐配管）、１８ａ，１８ｂ…接続口、２０，２０Ａ，２０Ｂ…補機冷却設備。

Claims

原子力プラントの補機冷却設備において、
熱交換器と、
前記熱交換器に海水を送水する送水ポンプと、
前記原子力プラントの原子炉補機と前記熱交換器との間で冷却水を循環させる冷却閉回路と、
前記冷却閉回路に設けられた第１循環ポンプと、
前記第１循環ポンプに静水頭を与えるサージタンクと、
前記冷却閉回路の前記第１循環ポンプの下流でかつ前記熱交換器の上流と前記冷却閉回路の前記熱交換器の下流でかつ前記原子炉補機の上流とを接続する第１分岐配管と、
前記第１分岐配管に設けられた冷却塔と、
前記第１循環ポンプから吐出された冷却水の送り先を前記熱交換器から前記冷却塔に切替可能な第１切替弁とを備えた
ことを特徴とする原子力プラントの補機冷却設備。
請求項１に記載の原子力プラントの補機冷却設備において、
前記熱交換器の機能停止を検知して、前記第１循環ポンプから吐出された冷却水の送り先が前記熱交換器から前記冷却塔に切り替わるように前記第１切替弁を切り替え、かつ前記冷却塔を起動する第１制御回路を更に備えた
ことを特徴とする原子力プラントの補機冷却設備。
請求項１に記載の原子力プラントの補機冷却設備において、
前記冷却閉回路の前記原子炉補機の下流でかつ前記第１循環ポンプの上流と前記第１分岐配管の前記第１切替弁の上流または前記冷却閉回路の前記第１循環ポンプの下流でかつ前記第１分岐配管の上流とを接続する第２分岐配管と、
前記第２分岐配管に設けられた第２循環ポンプと、
前記第２分岐配管の前記第２循環ポンプの上流に設けられ、前記第２分岐配管の連通と遮断とを切替可能な第２切替弁とを更に備えた
ことを特徴とする原子力プラントの補機冷却設備。
請求項３に記載の原子力プラントの補機冷却設備において、
前記第１循環ポンプの故障を検知して、前記第２分岐配管が連通するように前記第２切替弁を切り替え、かつ前記第２循環ポンプを起動する第２制御回路を備えた
ことを特徴とする原子力プラントの補機冷却設備。
請求項１に記載の原子力プラントの補機冷却設備において、
前記冷却閉回路の前記原子炉補機の下流でかつ前記第１循環ポンプの上流と前記第１分岐配管の前記第１切替弁の上流または前記冷却閉回路の前記第１循環ポンプの下流でかつ前記第１分岐配管の上流とを接続する第２分岐配管と、
前記第２分岐配管に設けられ、前記第２分岐配管に可搬型ポンプからなる第２循環ポンプを接続するための接続口と、
前記第２分岐配管の前記接続口の上流に設けられ、前記第２分岐配管の連通と遮断とを切替可能な第２切替弁とを更に備えた
ことを特徴とする原子力プラントの補機冷却設備。