JP4636906B2 - 原子力発電システム - Google Patents
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Description
(以下、MSと称す)を備えているBWRにおいては、主蒸気のうち最終的に低圧タービン出口から復水器に送られる蒸気の量は約56%で、残りの蒸気は給水の加熱に用いている。また、湿分分離器の替わりに湿分分離再熱器または湿分分離過熱器(以下、MSHと称す)を設置した改良型沸騰水型軽水炉(ABWR)においては主蒸気のうち最終的に低圧タービン出口から復水器に送られる蒸気の量は約54%である。これらBWRあるいはABWRの熱効率を向上させるためには、MSをMSHに変更すれば、再熱効率により性能が向上することが知られている。しかしながら、特にBWRでは既設MS容器が小さいため、これら容器内に過熱器である伝熱管を多数本追設することはきわめて難しいと考えられている。
MSHの大きな容器を追設しなくとも、この主蒸気配管の中で対向流熱交換をしながら、湿り蒸気を加熱蒸気に変化させることを実現出来る。
図3は本実施例に用いられる主蒸気配管内蔵型MSHの熱交換方式の概要を示す。図3(a)は過熱器である熱交換器内を高圧タービン出口からの低温・低圧の主蒸気18と原子炉出口からの高温・高圧の抽気蒸気19を対向流で熱交換することを示している。図3(b)は流れ方向xに対する温度分布Tの概要を示す。高温・高圧の抽気蒸気19は、過熱器の入口から出口まで一定温度のまま潜熱変化あるいは過冷却された飽和ドレン水となるが、一方、低温・低圧の主蒸気18は、湿り蒸気を飽和蒸気に加熱するまでは一定温度で潜熱移動し、その後、出口までの間で顕熱変化して過熱蒸気となることを示している。
1018,平成11.3 』にコンパクト化の定義と検討法の例が記載されている。すなわち、横軸は胴側レイノルズ数Re、縦軸は熱交換器の胴側コンパクト指標ηs を示す。ここで、一般的なシェル・チューブ式熱交換器の場合、流体空間の大きな、しかも流体の流れが停留する死水域などの存在する胴側が律則となるため、熱交換器の性能やコンパクト化には、胴側流れに注目すればよいと考える。ここで、熱交換器コンパクト指標ηs は次式に示すように、胴側熱伝達率hsと圧力損失係数Kとの比を表し、ηsが大きくなればなるほどコンパクトであることを示している。すなわち、コンパクト指標ηs は伝熱促進構造により付加的に生じる圧力損失の増加に対する伝熱促進割合を無次元数で表した指標であり、具体的には損失係数fsに対する伝熱係数Nusの向上比であり次式で定義される。
vsAsの関係を用いると、式(1)のηsは次式のようになる。
MSHはηs=0.5となり、大幅なコンパクト化が図れる。ちなみに、この時の条件の胴側レイノルズ数ReはRe=2×105である。
10は他の配管構成法で図2の実施例と同じ符号の部材は同一の構成,効果を有するものであり、直管一軸方向に揃えた場合の主蒸気配管内蔵型MSHの概要を示す。建屋配置上あるいは主蒸気圧損低減のためには、こちらの方が望ましい。図11は図2の熱交換方式の逆の場合の主蒸気配管内蔵型MSHの概要を示したもので、特に言及しない限りは図の実施例と同じ符号の部材は同一の構成,効果を有するものである。すなわち、管内側流体に主蒸気18,胴側流体に抽気蒸気19を流す場合である。この場合、配管内蔵型の構造としては、非常にシンプルになるが、管内が低圧、胴側が高圧となり得る。しかしながら、本方式でも伝熱管厚さなど膜圧に対する一次応力強度を検討すれば、このような実施例を構成することができる。
12よりも図13の構成の方が現実的な設計及び点検の面が有利と考えられる。
MSHの概要を示したものであり、特に言及しない限りは図11の実施例と同じ符号の部材は同一の構成,効果を有するものである。主蒸気配管2下流側に、蒸気流入拡大管25aを設置し、湿分分離器5、さらに過熱器6を接続し、その後、蒸気流出縮小管25bを経て主蒸気配管2に戻す。これにより、配管内へ伝熱管を設置したことによる主蒸気流速の増加を抑制でき、また伝熱管を設置しても、伝熱管が設置されていない場合の主蒸気流速と同じにできるメリットがある。
MSH及び例えば図2に示す主蒸気配管内蔵型MHSを設置したものである。本実施例は、例えば既設のBWRプラントにおいて、増出力運転を行う場合にその増出力運転の条件に対して過熱量不足分を主蒸気配管内蔵型MHSで補うことができるシステムである。すなわち、既設のBWRプラントの増出力運転条件に応じて主蒸気の過熱量を適正に設定する増出力運転システムの例である。これにより、増出力運転により電気出力の増加が図れると共に、蒸気過熱量を増加させることができ、BWRプラントの熱効率を向上させることも可能になる。
5D及び主蒸気配管内蔵型過熱器6を設けたものである。容器内蔵型湿分分離器5Dは、図5に示す容器内蔵型MSHの構成から、過熱器6Dを取り除いた構造を有する。主蒸気配管内蔵型過熱器6は、例えば図2に示す主蒸気配管内蔵型MSHの構成から、湿分分離器5を取り除いた構造を有する。主蒸気配管内蔵型過熱器6は容器内蔵型湿分分離器5Dの下流側に配置される。本実施例は、既設のBWRプラントの増出力運転条件に応じて主蒸気の過熱量を適正に設定し、プラント熱効率の向上を図る増出力運転システムの例である。
24…エクスパンション、25a…蒸気流入拡大管、25b…蒸気流出縮小管、26a…均一流入内筒管、26b…均一流出内筒管、27…液位指示計、28…流量調整弁、29…主蒸気チャンバ。
Claims (13)
- 冷却材を炉心に供給する給水配管と、
前記冷却材を昇圧する給水ポンプと、
前記冷却材を加熱する給水加熱器と、
前記冷却材から蒸気を発生させる原子炉と、
蒸気からエネルギーを回収する高圧タービンおよび低圧タービンと、
前記低圧タービンから排出された蒸気を冷却して凝縮させる復水器と、
前記高圧タービンと低圧タービンの間の主蒸気配管内に設けられた、主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器とを備え、
前記主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器は、加熱側の高温高圧蒸気を管内側,被加熱側の低温低圧蒸気を管外側すなわち胴側に流すことを特徴とする原子力発電システム。 - 冷却材を炉心に供給する給水配管と、
前記冷却材を昇圧する給水ポンプと、
前記冷却材を加熱する給水加熱器と、
前記冷却材から蒸気を発生させる原子炉と、
蒸気からエネルギーを回収する高圧タービンおよび低圧タービンと、
前記低圧タービンから排出された蒸気を冷却して凝縮させる復水器と、
前記高圧タービンと低圧タービンの間の主蒸気配管内に設けられた、主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器とを備え、
前記主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器は、湿分分離器及び過熱器を有し、前記高圧タービンと低圧タービンの間の前記主蒸気配管内において、上流側に前記湿分分離器を、下流側に前記過熱器をそれぞれ配置すると共に、
加熱側の高温高圧蒸気を管内側,被加熱側の低温低圧蒸気を管外側すなわち胴側に流すことを特徴とする原子力発電システム。 - 冷却材を炉心に供給する給水配管と、
前記冷却材を昇圧する給水ポンプと、
前記冷却材を加熱する給水加熱器と、
前記冷却材から蒸気を発生させる原子炉と、
蒸気からエネルギーを回収する高圧タービンおよび低圧タービンと、
前記低圧タービンから排出された蒸気を冷却して凝縮させる復水器と、
前記高圧タービンと低圧タービンの間の主蒸気配管内に設けられた、主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器とを備え、
前記主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器は、湿分分離器及び過熱器を有し、前記高圧タービンと低圧タービンの間の前記主蒸気配管内において、上流側に前記湿分分離器を、下流側に前記過熱器をそれぞれ配置すると共に、
加熱側には前記原子炉からの高温高圧蒸気、被加熱側には高圧タービン出口からの低温低圧蒸気を用い、
熱側の高温高圧蒸気を管内側、被加熱側の低温低圧蒸気を管外側すなわち胴側に流すことを特徴とする原子力発電システム。 - 冷却材を炉心に供給する給水配管と、
前記冷却材を昇圧する給水ポンプと、
前記冷却材を加熱する給水加熱器と、
前記冷却材から蒸気を発生させる原子炉と、
蒸気からエネルギーを回収する高圧タービンおよび低圧タービンと、
前記低圧タービンから排出された蒸気を冷却して凝縮させる復水器と、
前記高圧タービンと低圧タービンの間の主蒸気配管内に設けられた、主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器とを備え、
前記主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器は、加熱側には前記原子炉からの高温高圧蒸気、被加熱側には高圧タービン出口からの低温低圧蒸気を用いると共に、
加熱側の高温高圧蒸気を管内側,被加熱側の低温低圧蒸気を管外側すなわち胴側に流すことを特徴とする原子力発電システム。 - 冷却材を炉心に供給する給水配管と、
前記冷却材を昇圧する給水ポンプと、
前記冷却材を加熱する給水加熱器と、
前記冷却材から蒸気を発生させる原子炉と、
蒸気からエネルギーを回収する高圧タービンおよび低圧タービンと、
前記低圧タービンから排出された蒸気を冷却して凝縮させる復水器と、
前記高圧タービンと低圧タービンの間の主蒸気配管内に設けられた、主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器とを備え、
高圧タービンと低圧タービンの間の前記主蒸気配管内に設置された、前記主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器の過熱器は、加熱側の高温高圧蒸気を胴側に、被加熱側の低温低圧蒸気を管側に流すことを特徴とする原子力発電システム。 - 冷却材を炉心に供給する給水配管と、
前記冷却材を昇圧する給水ポンプと、
前記冷却材を加熱する給水加熱器と、
前記冷却材から蒸気を発生させる原子炉と、
蒸気からエネルギーを回収する高圧タービンおよび低圧タービンと、
前記低圧タービンから排出された蒸気を冷却して凝縮させる復水器と、
前記高圧タービンと低圧タービンの間の主蒸気配管内に設けられた、主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器とを備え、
前記主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器は、湿分分離器及び過熱器を有し、前記高圧タービンと低圧タービンの間の前記主蒸気配管内において、上流側に前記湿分分離器を、下流側に前記過熱器をそれぞれ配置し、
高圧タービンと低圧タービンの間の前記主蒸気配管内に設置された、前記主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器の過熱器は、加熱側の高温高圧蒸気を胴側に、被加熱側の低温低圧蒸気を管側に流すことを特徴とする原子力発電システム。 - 冷却材を炉心に供給する給水配管と、
前記冷却材を昇圧する給水ポンプと、
前記冷却材を加熱する給水加熱器と、
前記冷却材から蒸気を発生させる原子炉と、
蒸気からエネルギーを回収する高圧タービンおよび低圧タービンと、
前記低圧タービンから排出された蒸気を冷却して凝縮させる復水器と、
前記高圧タービンと低圧タービンの間の主蒸気配管内に設けられた、主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器とを備え、
前記主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器は、湿分分離器及び過熱器を有し、前記高圧タービンと低圧タービンの間の前記主蒸気配管内において、上流側に前記湿分分離器を、下流側に前記過熱器をそれぞれ配置すると共に、
加熱側には前記原子炉からの高温高圧蒸気、被加熱側には高圧タービン出口からの低温低圧蒸気を用い、
高圧タービンと低圧タービンの間の前記主蒸気配管内に設置された、前記主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器の過熱器は、加熱側の高温高圧蒸気を胴側に、被加熱側の低温低圧蒸気を管側に流すことを特徴とする原子力発電システム。 - 冷却材を炉心に供給する給水配管と、
前記冷却材を昇圧する給水ポンプと、
前記冷却材を加熱する給水加熱器と、
前記冷却材から蒸気を発生させる原子炉と、
蒸気からエネルギーを回収する高圧タービンおよび低圧タービンと、
前記低圧タービンから排出された蒸気を冷却して凝縮させる復水器と、
前記高圧タービンと低圧タービンの間の主蒸気配管内に設けられた、主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器とを備え、
前記主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器は、加熱側には前記原子炉からの高温高圧蒸気、被加熱側には高圧タービン出口からの低温低圧蒸気を用い、
高圧タービンと低圧タービンの間の前記主蒸気配管内に設置された、前記主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器の過熱器は、加熱側の高温高圧蒸気を胴側に、被加熱側の低温低圧蒸気を管側に流すことを特徴とする原子力発電システム。 - 冷却材を炉心に供給する給水配管と、
前記冷却材を昇圧する給水ポンプと、
前記冷却材を加熱する給水加熱器と、
前記冷却材から蒸気を発生させる原子炉と、
蒸気からエネルギーを回収する高圧タービンおよび低圧タービンと、
前記低圧タービンから排出された蒸気を冷却して凝縮させる復水器と、
前記高圧タービンと低圧タービンの間の主蒸気配管内に設けられた、主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器とを備え、
前記主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器は、伝熱管長さ方向へある間隔で設置する伝熱管を支持するスペーサを低圧損化するため、胴側流れ方向の上流あるいは下流側,上流並びに下流側を半円,エッジ状,流線形状とした平板スペーサあるいは円柱棒状ロッドを用いたことを特徴とする原子力発電システム。 - 冷却材を炉心に供給する給水配管と、
前記冷却材を昇圧する給水ポンプと、
前記冷却材を加熱する給水加熱器と、
前記冷却材から蒸気を発生させる原子炉と、
蒸気からエネルギーを回収する高圧タービンおよび低圧タービンと、
前記低圧タービンから排出された蒸気を冷却して凝縮させる復水器と、
前記高圧タービンと低圧タービンの間の主蒸気配管内に設けられた、主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器とを備え、
前記主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器は、湿分分離器及び過熱器を有し、前記高圧タービンと低圧タービンの間の前記主蒸気配管内において、上流側に前記湿分分離器を、下流側に前記過熱器をそれぞれ配置すると共に、
伝熱管長さ方向へある間隔で設置する伝熱管を支持するスペーサを低圧損化するため、胴側流れ方向の上流あるいは下流側,上流並びに下流側を半円,エッジ状,流線形状とした平板スペーサあるいは円柱棒状ロッドを用いたことを特徴とする原子力発電システム。 - 冷却材を炉心に供給する給水配管と、
前記冷却材を昇圧する給水ポンプと、
前記冷却材を加熱する給水加熱器と、
前記冷却材から蒸気を発生させる原子炉と、
蒸気からエネルギーを回収する高圧タービンおよび低圧タービンと、
前記低圧タービンから排出された蒸気を冷却して凝縮させる復水器と、
前記高圧タービンと低圧タービンの間の主蒸気配管内に設けられた、主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器とを備え、
前記主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器は、湿分分離器及び過熱器を有し、前記高圧タービンと低圧タービンの間の前記主蒸気配管内において、上流側に前記湿分分離器を、下流側に前記過熱器をそれぞれ配置すると共に、
加熱側には前記原子炉からの高温高圧蒸気、被加熱側には高圧タービン出口からの低温低圧蒸気を用い、
伝熱管長さ方向へある間隔で設置する伝熱管を支持するスペーサを低圧損化するため、胴側流れ方向の上流あるいは下流側,上流並びに下流側を半円,エッジ状,流線形状とした平板スペーサあるいは円柱棒状ロッドを用いたことを特徴とする原子力発電システム。 - 冷却材を炉心に供給する給水配管と、
前記冷却材を昇圧する給水ポンプと、
前記冷却材を加熱する給水加熱器と、
前記冷却材から蒸気を発生させる原子炉と、
蒸気からエネルギーを回収する高圧タービンおよび低圧タービンと、
前記低圧タービンから排出された蒸気を冷却して凝縮させる復水器と、
前記高圧タービンと低圧タービンの間の主蒸気配管内に設けられた、主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器とを備え、
前記主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器は、加熱側には前記原子炉からの高温高圧蒸気、被加熱側には高圧タービン出口からの低温低圧蒸気を用いると共に、
伝熱管長さ方向へある間隔で設置する伝熱管を支持するスペーサを低圧損化するため、胴側流れ方向の上流あるいは下流側,上流並びに下流側を半円,エッジ状,流線形状とした平板スペーサあるいは円柱棒状ロッドを用いたことを特徴とする原子力発電システム。 - 前記主蒸気配管内蔵型湿分分離過熱器は、伝熱管長さ方向へある間隔で設置する伝熱管を支持するスペーサを低圧損化するため、胴側流れ方向の上流あるいは下流側,上流並びに下流側を半円,エッジ状,流線形状とした平板スペーサあるいは円柱棒状ロッドを用いた請求項1ないし請求項8のいずれか1項の原子力発電システム。
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