JP3340866B2 - 原子力発電所の所内温水系設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子力発電所の所内温度
系設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】所内温度系設備は原子力発電所内の暖房
用温水を各空調機器（空調負荷）に対し供給する設備で
ある。図３により従来の原子力発電所の所内温度系設備
のプラント通常運転時について説明する。

【０００３】プラント通常運転時、原子炉補機冷却系１
からは冷却水供給配管２を経て原子炉冷却材浄化系非再
生熱交換器３に原子炉補機冷却水（約35℃）を供給して
いる。原子炉冷却材浄化系非再生熱交換器３で原子炉水
と熱交換され、高温（60〜70℃程度）となった原子炉補
機冷却水は冷却水戻り配管４を経て温水熱交換器５へ導
かれる。

【０００４】温水熱交換器５では原子炉補機冷却系の系
統水である冷却水供給配管２，原子炉冷却材浄化系非再
生熱交換器３，冷却水戻り配管４，温水熱交換器５を流
れる原子炉補機冷却水と熱交換を行う。

【０００５】高温となった所内温水は温水熱交換器出口
配管６，バックアップ熱交換器バイパス配管７，温水供
給配管８を経て原子力発電所内に点在する複数基の空調
負荷９へ供給し、所内暖房用の温水として用いる。

【０００６】空調負荷９で熱交換された所内温水は所内
温水戻り配管10，所内温水ポンプ11，所内温水ポンプ出
口配管12，温水熱交換器入口配管13を経て再び温水熱交
換器５へ導かれる。

【０００７】空調負荷９側が要求する温水供給温度は、
外気温度14により異なるが、その理由は、空調が施され
る室内温度は外気温度14に影響され、その室内の暖房に
必要な熱量の変動があることによる。図４に外気温度と
温水供給温度との関係を示す。このため、外気温度検出
点15で検出された外気温度14は温度調節器16で図４に示
す関係から温水供給温度を算出している。

【０００８】一方、温度供給温度検出点17で検出された
温水供給温度が算出された温水供給温度になるように温
水熱交換器出口配管６部に設けられた温度調整弁（高温
側）18および第２の温水熱交換器バイパス配管19に設け
られた温度調整弁（低温側）20の開度調整を行い、高温
流体と低温流体の混合比を変化させることにより行って
いる。

【０００９】なお、本運転状態時、温水熱交換器入口弁
21およびバックアップ熱交換器バイパス弁22は開、なら
びにバックアップ熱交換器入口弁23，バックアップ熱交
換器所内蒸気入口弁30は閉とする。

【００１０】図５にプラント定検時の所内温水系設備の
構成を示す。図５は、図３の状態から温水熱交換器入口
弁21およびバックアップ熱交換器バイパス弁22を閉じ、
バックアップ熱交換器入口弁23およびバックアップ熱交
換器所内蒸気入口弁30を開となっている。

【００１１】プラント定検時には原子炉補機冷却系１か
らの高温流体の供給は受けられない。このため、バック
アップ熱交換器24を用い所内蒸気設備25からの所内蒸気
を熱源とした運転を行う。

【００１２】すなわち、所内温水は所内温水ポンプ出口
配管12，第１の温水熱交換器バイパス配管26，バックア
ップ熱交換器入口配管27を経てバックアップ熱交換器24
へ導かれる。バックアップ熱交換器24で所内蒸気と熱交
換された所内温水はバックアップ熱交換器出口配管28，
温水供給配管８を経て空調負荷９へ供給される。この
際，温水熱交換器入口弁21およびバックアップ熱交換器
バイパス弁22は閉およびバックアップ熱交換器入口弁23
は開状態とする。

【００１３】また温水供給温度の調整は温度調節器16か
らの信号により，バックアップ熱交換器所内蒸気入口配
管29に設けられたバックアップ熱交換器所内蒸気入口弁
30の開度を変化させバックアップ熱交換器24へ流入する
所内蒸気流量を調整することにより行う。

【００１４】一方、バックアップ熱交換器24へ流入した
所内蒸気はバックアップ熱交換器24胴内で熱交換し、凝
縮水となった後、バックアップ熱交換器所内蒸気出口配
管31およびバックアップ熱交換器24近傍に設けられた
（バックアップ熱交換器24と同一フロア43）蒸気トラッ
プ32，蒸気トラップ出口配管33を経て回収される。

【００１５】バックアップ熱交換器24の形式は一般的な
横置一胴型の多管式熱交換器であり、管側に所内温水が
（低温流体として）流れ、胴側に所内蒸気が（高温流体
として）流れるものである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】所内温水系設備のプラ
ント定検時の運転に関し、外気温度が比較的高い中間期
等においては、空調負荷９への温水供給温度は低下して
くる。すなわち、熱負荷は減少してくる。このため、バ
ックアップ熱交換器24へ流入する所内蒸気流量もバック
アップ熱交換器所内蒸気入口弁30が絞りこまれることに
より減少する。

【００１７】バックアップ熱交換器24に流入した所内蒸
気はバックアップ熱交換器24管側を流れる所内温水と熱
交換し凝縮するが、所内蒸気流量が少なく、またバック
アップ熱交換器24温水出口温度（温水供給温度）も低い
ため、この凝縮水はさらに（水−水熱交換による）冷却
が行われる“過冷却”状態となり、この結果、バックア
ップ熱交換器24胴内雰囲気温度は低くなる。

【００１８】バックアップ熱交換器24の胴内圧力は、胴
内雰囲気温度に相当する飽和蒸気圧となることから、胴
内雰囲気温度の低下に伴い胴内圧力も低くなり、胴内雰
囲気温度 100℃以下の場合負荷になり得る。

【００１９】この凝縮水はバックアップ熱交換器24から
連続的に排出されるが、一方、バックアップ熱交換器24
の胴内圧力が低下しているため、蒸気トラップ32の入口
部における圧力も同様に低下する。蒸気トラップ32の出
口部の圧力は一般的には大気圧程度となっているため、
蒸気トラップ32の入口部と出口部における圧力の大小関
係は出口部＞入口部となる。

【００２０】蒸気トラップ32は構造上入口部圧力＞出口
部圧力となると、入口側から出口側への流路が確保され
凝縮水を出口側へ排出する原理となっているため、上記
圧力の大小関係の場合、凝縮水を排出できないこととな
る。

【００２１】これによりバックアップ熱交換器24から排
出された凝縮水は、徐々に蒸気トラップ32上流側のバッ
クアップ熱交換器所内蒸気出口配管31内に停滞し、最終
的にはバックアップ熱交換器24胴内にまで残留する。

【００２２】バックアップ熱交換器24胴内に残留した凝
縮水は蒸気トラップ32の排出能力に見合うある水位レベ
ルまでバランスする。凝縮水が蒸気トラップ32上流側に
残留することにより、残留した凝縮水の水頭差分の圧力
が蒸気トラップ32の入口部圧力に加えられ、この結果、
入口部圧力＞出口部圧力となると蒸気トラップ32からの
凝縮水の排出が行われる。

【００２３】このようにバックアップ熱交換器24を用
い、温水供給温度が低く、かつ所内蒸気流量が少ない場
合の運転においては、凝縮水がバックアップ熱交換器24
胴内に残留する場合がある。バックアップ熱交換器24胴
内に凝縮水が残留することはバックアップ熱交換器24本
来の蒸気凝縮器としての運転方法から逸脱するもので、
回避しなければならない課題がある。

【００２４】また、バックアップ熱交換器24の胴内に凝
縮水が残留することは流入してくる所内蒸気の不安定凝
縮の要因にもなり、このため異音・振動の発生の可能性
もあることにより、同様に回避しなければならない課題
がある。

【００２５】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、外気温度が比較的高い中間器の運転において
も（バックアップ熱交換器24を底流量の所内蒸気で運転
した場合においても）バックアップ熱交換器24の胴内に
凝縮水が残留しないようにし、しかも流入する所内蒸気
の不安定凝縮の発生の可能性を回避できるようにした原
子力発電所の所内温水系設備を提供することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は原子炉補機
冷却系から冷却水供給配管を経て原子炉冷却材浄化系非
再生熱交換器に補機冷却水を供給し、原子炉水と熱交換
された原子炉補機冷却水を冷却水戻り配管を経て温水熱
交換器へ導き、この温水熱交換器で高温となった所内温
水を温水熱交換器出口配管からバックアップ熱交換器バ
イパス配管および温水供給配管を経て空調負荷へ供給
し、この空調負荷で熱交換された所内温水を所内温水戻
り配管を経て所内温水ポンプにより所内温水ポンプ出口
配管を経て前記温水熱交換器へ導く前記温水熱交換器か
ら前記空調負荷への系統と、所内蒸気設備からの所内蒸
気をバックアップ熱交換器へ導き、このバックアップ熱
交換器で所内蒸気として熱交換された所内温水をバック
アップ熱交換器出口配管から前記温水供給配管を経て前
記空調負荷へ供給し、前記バックアップ熱交換器へ前記
所内温水出口ポンプ出口配管から第１の温水熱交換器バ
イパス配管を経て温水を導く前記バックアップ熱交換器
から前記空調負荷への系統を備えた原子力発電所の所内
温水系設備において、前記空調負荷と前記温水供給配管
との間に温水供給流量調整弁を設け、この温水供給流量
調整弁と前記空調負荷とを温度検出器および温度調節器
で電気的に接続し、前記温水供給配管と前記所内温水戻
り配管との間にバイパス流量調整弁を有する所内温度バ
イパス配管を接続し、前記所内温水ポンプの吐出側に流
量検出器および流量調節器を直列接続し、この流量調節
器と前記温水供給流量調整弁とを電気的に接続してなる
ことを特徴とする。

【００２７】

【００２８】第２の発明は原子炉補機冷却系から冷却水
供給配管を経て原子炉冷却材浄化系非再生熱交換器に補
機冷却水を供給し、原子炉水と熱交換された原子炉補機
冷却水を冷却水戻り配管を経て温水熱交換器へ導き、こ
の温水熱交換器で高温となった所内温水を温水熱交換器
出口配管からバックアップ熱交換器バイパス配管および
温水供給配管を経て空調負荷へ供給し、この空調負荷で
熱交換された所内温水を所内温水戻り配管を経て所内温
水ポンプにより所内温水ポンプ出口配管を経て前記温水
熱交換器へ導く前記温水熱交換器から前記空調負荷への
系統と、所内蒸気設備からの所内蒸気をバックアップ熱
交換器へ導き、このバックアップ熱交換器で所内蒸気と
して熱交換された所内温水をバックアップ熱交換器出口
配管から前記温水供給配管を経て前記空調負荷へ供給
し、前記バックアップ熱交換器へ前記所内温水出口ポン
プ出口配管から第１の温水熱交換器バイパス配管を経て
温水を導く前記バックアップ熱交換器から前記空調負荷
への系統を備えた原子力発電所の所内温水系設備におい
て、前記バックアップ熱交換器にバックアップ熱交換器
所内蒸気出口配管を前記バックアップ熱交換器を設置し
た設置フロアより階下フロアにまで延長して接続し、こ
のバックアップ熱交換器所内蒸気出口配管に蒸気トラッ
プを接続し、この蒸気トラップに蒸気トラップ出口配管
を接続し、この蒸気トラップ出口配管を前記階下フロア
よりさらに下方へ延長してなることを特徴とする。

【００２９】

【作用】第１の発明において、中間期等、空調熱負荷が
少ない時期に、バックアップ熱交換器を用いた運転を行
う際、バックアップ熱交換器の上記供給流量は定格流量
に対し減少するが、空調負荷に温度検出器と温度調整器
を設けて温水出口温度を高く設定し、温水供給流量調整
弁により温水供給流量を調整する。これにより、バック
アップ熱交換器の胴内に凝縮水が残留することを回避で
きる。

【００３０】

【００３１】第２の発明において、中間期等、空調熱負
荷が少ない時期に、バックアップ熱交換器を用いた運転
を行う際、バックアップ熱交換器への蒸気供給流量は減
少するが、場合によっては温水流量も減少する。

【００３２】バックアップ熱交換器の胴体出口側配管部
に設置される蒸気トラップをバックアップ熱交換器より
も所内温水戻り配管10ｍ程度下部の階下フロアに配置す
ることによりバックアップ熱交換器の胴内に凝縮水が残
留することを回避できる。

【００３３】

【実施例】図１により本発明に係る原子力発電所の所内
温水系設備の第１の実施例を説明する。なお、図１中、
図４と同一部分には同一符号を付している。図１におい
て、原子炉補機冷却系１は冷却水供給配管２を介して原
子炉冷却材浄化系非再生熱交換器３に接続している。原
子炉冷却材浄化系非再生熱交換器３は冷却水戻り配管４
により温水熱交換器５に接続している。

【００３４】温水熱交換器５で熱交換し冷却した冷却水
は原子炉水として原子炉へ供給される。温水熱交換器５
に接続した温水熱交換器出口配管６は温水供給配管８に
接続し、温水供給配管８には温水供給流量調整弁36が設
けられ、この温水供給流量調整弁36の出口側に空調負荷
９が接続している。空調負荷９には温度検出器34と温度
調節器35が設けられ、これらは電気的に接続し、温度調
節器35は温水供給流量調整弁36に電気的に接続してい
る。

【００３５】空調負荷９は所内温水戻り配管10を接続
し、所内温水戻り配管10の下流側は所内温水ポンプ11，
所内温水ポンプ出口配管12，温水熱交換器入口配管13お
よび温水熱交換器入口弁21が接続し、温水熱交換器入口
弁21は温水熱交換器５に接続している。

【００３６】所内温水ポンプ11と所内温水ポンプ出口配
管12の間には流量検出器37と流量調節器38が接続し、流
量調節器38は温水熱交換器出口配管６と所内温水戻り配
管10との間に設けた所内温水バイパス配管39の所内温水
バイパス流量調整弁40に電気的に接続している。

【００３７】所内温水ポンプ出口配管12から分岐して第
１の温水熱交換器バイパス配管26が接続し、第１の温水
熱交換器バイパス配管26はバックアップ熱交換器入口配
管27およびバックアップ熱交換器入口弁23を介してバッ
クアップ熱交換器24に接続している。

【００３８】バックアップ熱交換器24にはバックアップ
熱交換器出口配管28とバックアップ熱交換器所内蒸気入
口配管29およびバックアップ熱交換器所内蒸気出口配管
31が接続し、バックアップ熱交換器出口配管28は温水熱
交換器出口配管６に接続している。

【００３９】バックアップ熱交換器所内蒸気入口配管29
はバックアップ熱交換器所内蒸気入口弁30を介して所内
蒸気設備25に接続し、バックアップ熱交換器所内蒸気出
口配管31は蒸気トラップ32に接続し、蒸気トラップ32は
フロア43を貫通した蒸気トラップ出口配管33を接続して
いる。

【００４０】バックアップ熱交換器所内蒸気入口弁30は
温度調節器16と電気的に接続している。温度調節器16は
温度供給温度検出点17に電気的に接続し、温度供給温度
検出点17は温水供給配管８に接続している。

【００４１】しかして、第１の実施例によれば温度調節
器16で設定する温水供給温度は外気温度によらず例えば
60℃以上のある一定値とする。この場合、空調負荷９へ
の温水供給温度は中間等においては必要以上に高くなる
ことが起こり得る。

【００４２】このため、空調負荷９ごとに温度検出器34
および温度調節器35を設け温水供給流量調整弁36で温水
供給流量を調整することにより所内の熱負荷を確保す
る。一方、空調負荷９における熱負荷が減少すると温水
供給流量調整弁36が絞られ、所内温水ポンプ11は締切運
転に近くなる場合もおこる。

【００４３】そこで、所内温水ポンプ出口配管12部に流
量検出器37および流量調節器38を設け、所内温水バイパ
ス配管39部の所内温水バイパス流量調整弁40の開度を調
整し、常に一定の所内温水ポンプ11の吐出流量とする。

【００４４】この結果、中間期等の運転でバックアップ
熱交換器24へ流入する所内蒸気流量が減少し、前述した
所内蒸気の“過冷却”状態が発生してもバックアップ熱
交換器24の管側出口温度（すなわち、温水供給温度）
は、従来よりも高いため、バックアップ熱交換器24の胴
内雰囲気温度を高くすることが可能となる。

【００４５】バックアップ熱交換器24の胴内雰囲気温度
が高ければ、その胴内圧力を正圧に維持することが可能
となり、蒸気トラップ32における凝縮水の排出も十分に
できるため、バックアップ熱交換器24の胴内への凝縮水
の残留を回避することができる。

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【００５０】つぎに図２により本発明に係る原子力発電
所の所内温水系設備の第２の実施例を説明する。図２
中、図１と同一部分には同一符号を付して重複する部分
の説明は省略し、要部のみ説明する。この第２の実施例
においては、従来バックアップ熱交換器24と同一のフロ
ア43に設置されていた蒸気トラップ32をバックアップ熱
交換器24よりも10ｍ程度下部の階下フロア44へ設置する
ことにある。蒸気トラップ32の蒸気トラップ出口配管33
は階下フロア44を貫通している。その他の部分は図３に
示した従来例と同様であるので、その説明は省略する。

【００５１】この第２の実施例によれば、バックアップ
熱交換器24の胴内が負圧となり、蒸気トラップ32での凝
縮水の排出ができなくなり、凝縮水が蒸気トラップ32の
上流側のバックアップ熱交換器所内蒸気出口配管31部に
停滞しても、水頭差として10ｍ程度が確保されていれ
ば、凝縮水がバックアップ熱交換器24の胴内に残留する
前に必ず蒸気トラップ32の入口部圧力＞出口部圧力の関
係が成立し凝縮水は排出される。

【００５２】その理由は例えバックアップ熱交換器24の
胴側が真空となっても水頭が10ｍで大気圧と等しくなる
ので、大気圧によって凝縮水が押戻されることなく、従
って胴側に凝縮水が残留することはないからである。し
たがって、第３の実施例において、凝縮水はバックアッ
プ熱交換器所内蒸気出口配管31部に停滞することはあっ
てもバックアップ熱交換器24の胴内に残留することはな
い。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、温水供給温度は外気温
度によらないである一定値、例えば60℃以上とし、空調
負荷への熱負荷の調整は各負荷ごとへの温水供給流量を
制御するか、蒸気トラップの設置位置を従来よりも約10
ｍ下方へ移設することによって行なう。

【００５４】この結果、バックアップ熱交換器の管側出
口温度が従来側に比較して高くなるため、バックアップ
熱交換器の胴内圧力を正圧に維持することができ、バッ
クアップ熱交換器の胴内への凝縮水の残留を回避でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原子力発電所の所内温水系設備の
第１の実施例を示す系統図。

【図２】本発明に係る原子力発電所の所内温水系設備の
第２の実施例を示す系統図。

【図３】従来の原子力発電所の所内温水系設備を示す系
統図。

【図４】図３における温水供給温度と外気温度との関係
を示す特性図。

【図５】図３における所内温水系設備の定期検査時の状
態を示す系統図。

【符号の説明】

１…原子炉補機冷却系、２…冷却水供給配管、３…原子
炉冷却材浄化系非再生熱交換器、４…冷却水戻り配管、
５…温水熱交換器、６…温水熱交換器出口配管、７…バ
ックアップ熱交換器バイパス配管、８…温水供給配管、
９…空調負荷、10…所内温水戻り配管、11…所内温水ポ
ンプ、12…所内温水ポンプ出口配管、13…温水熱交換器
入口配管、14…外気温度、15…外気温度検出点、16…温
度調節器、17…温度供給温度検出点、18…温度調整弁
（高温側）、19…第２の温水熱交換器バイパス配管、20
…温度調整弁（低温側）、21…温水熱交換器入口弁、22
…バックアップ熱交換器バイパス弁、23…バックアップ
熱交換器入口弁、24…バックアップ熱交換器、25…所内
蒸気設備、26…第１の温水熱交換器バイパス配管、27…
バックアップ熱交換器入口配管、28…バックアップ熱交
換器出口配管、29…バックアップ熱交換器所内蒸気入口
配管、30…バックアップ熱交換器所内蒸気入口弁、31…
バックアップ熱交換器所内蒸気出口配管、32…蒸気トラ
ップ、33…蒸気トラップ出口配管、34…温度検出器、35
…温度調節器、36…温水供給流量調整弁、37…流量検出
器、38…流量調節器、39…所内温水バイパス配管、40…
所内温水バイパス流量調整弁、43…フロア、44…階下フ
ロア。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉補機冷却系から冷却水供給配管を
   経て原子炉冷却材浄化系非再生熱交換器に補機冷却水を
   供給し、原子炉水と熱交換された原子炉補機冷却水を冷
   却水戻り配管を経て温水熱交換器へ導き、この温水熱交
   換器で高温となった所内温水を温水熱交換器出口配管か
   らバックアップ熱交換器バイパス配管および温水供給配
   管を経て空調負荷へ供給し、この空調負荷で熱交換され
   た所内温水を所内温水戻り配管を経て所内温水ポンプに
   より所内温水ポンプ出口配管を経て前記温水熱交換器へ
   導く前記温水熱交換器から前記空調負荷への系統と、所
   内蒸気設備からの所内蒸気をバックアップ熱交換器へ導
   き、このバックアップ熱交換器で所内蒸気として熱交換
   された所内温水をバックアップ熱交換器出口配管から前
   記温水供給配管を経て前記空調負荷へ供給し、前記バッ
   クアップ熱交換器へ前記所内温水出口ポンプ出口配管か
   ら第１の温水熱交換器バイパス配管を経て温水を導く前
   記バックアップ熱交換器から前記空調負荷への系統を備
   えた原子力発電所の所内温水系設備において、前記空調
   負荷と前記温水供給配管との間に温水供給流量調整弁を
   設け、この温水供給流量調整弁と前記空調負荷とを温度
   検出器および温度調節器で電気的に接続し、前記温水供
   給配管と前記所内温水戻り配管との間にバイパス流量調
   整弁を有する所内温度バイパス配管を接続し、前記所内
   温水ポンプの吐出側に流量検出器および流量調節器を直
   列接続し、この流量調節器と前記温水供給流量調整弁と
   を電気的に接続してなることを特徴とする原子力発電所
   の所内温水系設備。
2. 【請求項２】 原子炉補機冷却系から冷却水供給配管を
   経て原子炉冷却材浄化系非再生熱交換器に補機冷却水を
   供給し、原子炉水と熱交換された原子炉補機冷却水を冷
   却水戻り配管を経て温水熱交換器へ導き、この温水熱交
   換器で高温となった所内温水を温水熱交換器出口配管か
   らバックアップ熱交換器バイパス配管および温水供給配
   管を経て空調負荷へ供給し、この空調負荷で熱交換され
   た所内温水を所内温水戻り配管を経て所内温水ポンプに
   より所内温水ポンプ出口配管を経て前記温水熱交換器へ
   導く前記温水熱交換器から前記空調負荷への系統と、所
   内蒸気設備からの所内蒸気をバックアップ熱交換器へ導
   き、このバックアップ熱交換器で所内蒸気として熱交換
   された所内温水をバックアップ熱交換器出口配管から前
   記温水供給配管を経て前記空調負荷へ供給し、前記バッ
   クアップ熱交換器へ前記所内温水出口ポンプ出口配管か
   ら第１の温水熱交換器バイパス配管を経て温水を導く前
   記バックアップ熱交換器から前記空調負荷への系統を備
   えた原子力発電所の所内温水系設備において、前記バッ
   クアップ熱交換器にバックアップ熱交換器所内蒸気出口
   配管を前記バックアップ熱交換器を設置した設置フロア
   より階下フロアにまで延長して接続し、このバックアッ
   プ熱交換器所内蒸気出口配管に蒸気トラップを接続し、
   この蒸気トラップに蒸気トラップ出口配管を接続し、こ
   の蒸気トラップ出口配管を前記階下フロアよりさらに下
   方へ延長してなることを特徴とする原子力発電所の所内
   温水系設備。