JP3586655B2 - 原子力プラント - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は原子力プラントに関し、特に、原子炉において加熱された一次冷却水を蒸気発生器へ供給し、該蒸気発生器内で二次冷却水を加熱して二次冷却水の蒸気を生成するPWR型原子力プラントに関する。
【0002】
【従来の技術】
PWR型原子力プラント、特に、PWR型原子力発電プラントでは、原子炉において加熱された一次冷却水を蒸気発生器へ供給し、該蒸気発生器内で二次冷却水を加熱して二次冷却水の蒸気を生成し、この蒸気により蒸気タービン発電機を駆動するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
PWR型原子力発電プラントでは、蒸気タービンへ供給する蒸気は飽和蒸気であり、これが蒸気タービンのサイクル効率の限界となっている。また、蒸気発生器内には蒸気発生器で生成した二次冷却水の蒸気から液滴を分離する液滴分離装置が配設されているが、蒸気から完全に液滴を機械的に分離することは不可能であり、液滴分離装置の効率を高めても、蒸気タービンへの液滴のキャリアオーバーを完全に防止することはできない。
【0004】
本発明は、こうした従来技術の問題点を解決することを技術課題としており、蒸気発生器出口における蒸気を過熱蒸気としたPWR型原子力プラントを提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の本願発明は、原子炉において加熱された一次冷却水を蒸気発生器へ供給し、該蒸気発生器内で二次冷却水を加熱して二次冷却水の蒸気を生成し、この二次冷却水の蒸気により蒸気タービンを駆動するようにした原子力プラントにおいて、前記二次冷却水の蒸気と前記一次冷却水との熱交換を行う過熱器を前記蒸気発生器内に設け、前記一次冷却水の実質的に全量を前記過熱器に供給して前記二次冷却水の蒸気を加熱して過熱蒸気として前記蒸気タービンへ供給し、二次冷却水の蒸気加熱に用いた前記一次冷却水を前記蒸気発生器の一次冷却水入口へ供給して該蒸気発生器における二次冷却水の蒸気生成に用いるようにした原子力プラントを要旨とする。
【0006】
前記過熱器は、前記蒸気発生器内または前記蒸気発生器の外部に配設することができ、前記一次冷却水を流通させる複数の細管より成る熱交換チューブを具備しており、前記二次冷却水の蒸気を前記熱交換チューブの外表面に接触させて、前記熱交換チューブ内を流通する前記一次冷却水により前記二次冷却水の蒸気を加熱するようにできる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
先ず、図1を参照すると、本発明の第1の実施形態による原子力プラント100は蒸気発生器10を具備しており、蒸気発生器10は圧力容器12内の下方領域において二次冷却水に浸漬された逆U字形の管群14を具備している。管群14は、蒸気発生器10の一次冷却水入口水室16および一次冷却水出口水室18に連通しており、一次冷却水入口水室16から一次冷却水出口水室18へ向けて管群14内を一次冷却水が流通する。一次冷却水が管群14内を流通する間、該一次冷却水との熱交換を通じて圧力容器12内に貯留されている二次冷却水が加熱され、これにより二次冷却水の蒸気が生成される。
【0010】
圧力容器12内において管群14の上方空間、より詳細には圧力容器12内に貯留される二次冷却水の液面の上方には、遠心式気液分離装置20が配設されており、該遠心式気液分離装置20の更に上方空間には所謂波形の通路を有するベーン型液滴分離装置22が配設されている。本実施形態において、蒸気発生器10は、更に、ベーン型液滴分離装置22の上方に配設された過熱器110を具備している。
【0011】
過熱器110は複数の細管より成る熱交換チューブ(図示せず)を具備しており、該熱交換チューブへは一次冷却水供給管路102を介して原子炉からの高温の一次冷却水が供給される。蒸気発生器10内で生成した二次冷却水の蒸気は前記熱交換チューブの外表面に接触し、これにより二次冷却水の蒸気が前記熱交換チューブ内を流通する高温の一次冷却水により加熱される。過熱器110において二次冷却水の蒸気を加熱した一次冷却水は、過熱器110と一次冷却水入口水室16との間に延設された管路104を介して一次冷却水入口ポート16aから一次冷却水入口水室16に供給される。
【0012】
一次冷却水入口水室16に供給された一次冷却水は、一次冷却水入口水室16から一次冷却水出口水室18へ向けて管群14内を流通する間に、圧力容器12内に貯留されている二次冷却水を加熱し、例えば280〜290°Cの低温となって一次冷却水戻り管路106を介して原子炉へ帰還する。一次冷却水は、原子炉において炉心を冷却する間に、例えば320〜330°Cの高温となって、一次冷却水供給管路102を介して過熱器110へ再び供給される。
【0013】
蒸気発生器10により生成された二次冷却水の蒸気は、過熱器110に接触する間に高温の一次冷却水との熱交換により加熱され、例えば310〜320°Cの過熱蒸気となって、圧力容器12の上部に設けられた蒸気出口12bから主蒸気管路24により蒸気タービン26に供給される。蒸気タービン26には発電機28が連結されている。蒸気タービン26の出口には復水器30が設けられており、復水器30において蒸気タービン26の排気が冷却、凝縮される。復水器30において凝縮された二次冷却水は、二次系給水管路32を介して給水入口12aから蒸気発生器10へ供給される。
【0014】
次に、図2を参照して本発明の第2の実施形態を説明する。
第2の実施形態による原子力プラント200の蒸気発生器10は、第1の実施形態と概ね同様に形成されており、図2において図1の実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
【0015】
第1の実施形態では、原子炉から蒸気発生器10へ供給される一次冷却水の実質的に全量が蒸気発生器10内に配設された過熱器110へ供給されている。これに対して第2の実施形態では、蒸気発生器10へ供給される一次冷却水の一部が過熱器110へ供給され、残りの一次冷却水により二次冷却水の蒸気が生成されるようになっている。図2を参照すると、第2の実施形態による原子力プラント200は、原子炉から蒸気発生器10への一次冷却水供給管路202において一次冷却水入口水室16の手前から、圧力容器12内の上方部に配設された過熱器110へ分岐、延設された分岐管路204と、過熱器110の出口側から蒸気発生器10の一次冷却水戻り管路206へ延設された戻り管路208を具備している。分岐管路204から過熱器110へ供給された高温の一次冷却水は、過熱器110に蒸気発生器10で生成した二次冷却水の蒸気との熱交換により温度を低減し、戻り管路208を介して一次冷却水戻り管路206内の低温の一次冷却水に合流して原子炉へ帰還する。
【0016】
次に、図3を参照して本発明の第3の実施形態を説明する。
第3の実施形態による原子力プラント300は蒸気発生器40を具備しており、蒸気発生器40は圧力容器42内の下方領域において二次冷却水に浸漬された管群44を具備している。圧力容器42内において二次冷却水の液面の上方空間には、遠心式気液分離装置50が配設されており、該遠心式気液分離装置50の更に上方空間にはベーン型液滴分離装置52が配設されている。本実施形態では、圧力容器42内には過熱器は配設されていない。
【0017】
管群44は、蒸気発生器40の一次冷却水入口水室46および一次冷却水出口水室48に連通しており、一次冷却水入口水室46へは一次冷却水供給管路302を介して原子炉から高温の一次冷却水が供給され、この一次冷却水は、一次冷却水入口水室46から一次冷却水出口水室48へ向けて管群44を流通し、一次冷却水出口水室48から一次冷却水戻り管路304を介して原子炉へ帰還する。一次冷却水が管群44内を流通する間、該一次冷却水との熱交換を通じて圧力容器42内に貯留されている二次冷却水が加熱され、これにより二次冷却水の蒸気が生成される。
【0018】
既述した図1、2の実施形態と異なり、本実施形態では過熱器310は圧力容器42の外部に配設されている。より詳細には、過熱器310は、所謂シェルアンドチューブ型の熱交換器であり、過熱器310の外殻を形成する圧力容器内に配設された複数の細管より成る熱交換チューブ(図示せず)を具備している。前記熱交換チューブは一次冷却水供給管路302に連結されており、原子炉からの高温の一次冷却水の実質的に全量が供給される。蒸気発生器40内で生成した二次冷却水の蒸気は過熱器310の前記圧力容器内に供給されて前記熱交換チューブの外表面に接触し、これにより二次冷却水の蒸気が前記熱交換チューブ内を流通する高温の一次冷却水により加熱される。過熱器310において二次冷却水の蒸気を加熱した一次冷却水は、一次冷却水供給管路302において過熱器310の下流側部分を介して入口水室46の一次冷却水入口ポート16aから一次冷却水入口水室46に供給される。
【0019】
一次冷却水入口水室46に供給された一次冷却水は、一次冷却水入口水室46から一次冷却水出口水室48へ向けて管群44内を流通する間に、圧力容器42内に貯留されている二次冷却水を加熱し、例えば280〜290°Cの低温となって一次冷却水戻り管路106を介して原子炉へ帰還する。一次冷却水は、原子炉において炉心を冷却する間に、例えば320〜330°Cの高温となって、一次冷却水供給管路302を介して過熱器310へ再び供給される。
【0020】
蒸気発生器40により生成された二次冷却水の蒸気は、過熱器310に接触する間に高温の一次冷却水との熱交換により加熱され、例えば310〜320°Cの過熱蒸気となって主蒸気管路54により蒸気タービン56に供給される。蒸気タービン56には発電機58が連結されている。蒸気タービン56の出口には復水器60が設けられており、復水器60において蒸気タービン56の排気が冷却、凝縮される。復水器30において凝縮された二次冷却水は、二次系給水管路62を介して給水入口42aから蒸気発生器40へ供給される。
【0021】
なお、図3において、過熱器310は蒸気発生器40の圧力容器42の頂部の蒸気出口ポート42bの近傍に配設されているように図示されているが、過熱器310は一次冷却水入口水室46の近傍に配設しても良い。また、第3の実施形態においても、第2の実施形態と同様に、一次冷却水の一部を過熱器310に供給し、残りの一部を蒸気発生器における二次冷却水の蒸気生成に用いるようにしてもよい。
【0022】
【発明の効果】
請求項1に記載の本発明では、過熱器を設けて蒸気発生器において生成した二次冷却水の蒸気を過熱蒸気として前記蒸気タービンへ供給するようにしたので、蒸気タービンへの液滴のキャリアオーバーが除去されると共に、蒸気タービンの効率が各段に改善される。また、前記蒸気発生器において生成した二次冷却水の蒸気を一次冷却水により加熱するようにしたので、二次冷却水の蒸気の加熱源として燃焼器等の機器を設ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す概略システム系統図である。
【図2】本発明の第2の実施形態を示す概略システム系統図である。
【図3】本発明の第3の実施形態を示す概略システム系統図である。
【符号の説明】
10…蒸気発生器
12…圧力容器
14…管群
16…一次冷却水入口水室
18…一次冷却水出口水室
20…遠心式気液分離装置
22…ベーン型液滴分離装置
100…原子力プラント
110…過熱器
Claims (2)
- 原子炉において加熱された一次冷却水を蒸気発生器へ供給し、該蒸気発生器内で二次冷却水を加熱して二次冷却水の蒸気を生成し、この二次冷却水の蒸気により蒸気タービンを駆動するようにした原子力プラントにおいて、前記二次冷却水の蒸気と前記一次冷却水との熱交換を行う過熱器を前記蒸気発生器内に設け、前記一次冷却水の実質的に全量を前記過熱器に供給して前記二次冷却水の蒸気を加熱して過熱蒸気として前記蒸気タービンへ供給し、二次冷却水の蒸気加熱に用いた前記一次冷却水を前記蒸気発生器の一次冷却水入口へ供給して該蒸気発生器における二次冷却水の蒸気生成に用いるようにした原子力プラント。
- 前記過熱器は、前記一次冷却水を流通させる複数の細管より成る熱交換チューブを具備しており、前記二次冷却水の蒸気を前記熱交換チューブの外表面に接触させて、前記熱交換チューブ内を流通する前記一次冷却水により前記二次冷却水の蒸気を加熱するようになっている請求項1に記載の原子力プラント。
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