JP6071278B2 - 補助冷却装置および補助冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子力プラントにおいて全交流電源喪失時の補助冷却装置および補助冷却方法に関する。

原子力プラントにおいて、全交流電源喪失時に、炉心を冷却する冷却水を供給するための給水ポンプが作動できない事象に対し、炉心の崩壊熱により発生する蒸気で冷却用蒸気タービンを稼動させ、当該冷却用蒸気タービンにより補助給水ポンプを駆動して冷却水を供給する補助冷却装置を設ける技術が知られている。このような補助冷却装置として、例えば、特許文献１〜特許文献３に開示されている。

特許文献１および特許文献２は、冷却用蒸気タービンの回転軸に発電機が連結され、冷却用蒸気タービンが発電機をも駆動するように構成している。

特許文献３は、冷却用蒸気タービンの回転軸に、カップリング機構を介して発電機が連結され、かつ発電機の回転軸に電動機が連結されている。ここでは、全交流電源喪失時に、カップリング機構により発電機を冷却用蒸気タービンに連結し、冷却用蒸気タービンにより補助給水ポンプを駆動するとともに発電機を駆動する。一方、正常時は、カップリング機構が開放されて冷却用蒸気タービンと発電機とが分離され、電動機により発電機を駆動する。

特開昭６０−２０４９０８号公報 特開平１０−２６０２９４号公報 特開昭５９−１４３９９２号公報

上述した特許文献１および特許文献２においては、冷却用蒸気タービンの回転軸に発電機が常に連結された状態にある。このため、発電機が回転不可などで故障した場合、補助給水ポンプの機能や性能に影響することになり、本来の目的である冷却水供給の喪失につながりかねない。また、特許文献３においては、電動機が発電機に常に連結されており、全交流電源喪失時に発電機とともに電動機も駆動されるため、その負荷などにより補助給水ポンプによる冷却水の供給に影響を与えることになる。

また、冷却用蒸気タービンは、通常時は稼動するものではない。このため、定期的にメンテナンスを行っていても、例えば、軸受に潤滑油を供給する潤滑油ポンプが故障した場合、冷却用蒸気タービンの稼働に影響を与え、補助給水ポンプを正常に駆動することが困難になり、補助給水ポンプによる冷却水の供給に影響を与えることになる。

また、冷却用蒸気タービンは、炉心の崩壊熱により発生する蒸気により稼動するため、炉心の冷却が促進されて蒸気が１００℃を下回る状態では出力が低下するため、補助給水ポンプを正常に駆動することが困難になり、補助給水ポンプによる冷却水の供給に影響を与えることになる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、補助給水ポンプによる冷却水の供給に影響を与える事態を防ぐことのできる補助冷却装置および補助冷却方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第１の発明の補助冷却装置は、原子力プラントの全交流電源喪失時に蒸気発生器で発生する蒸気により稼働される冷却用蒸気タービンと、前記冷却用蒸気タービンの回転軸に対して自身の回転軸が連結されて前記冷却用蒸気タービンの稼働に伴い前記蒸気発生器に冷却水を供給する補助給水ポンプと、少なくとも一方の前記回転軸に対して回転をともにする入出力軸に設けられ、搬送可能に構成された接続ユニットを着脱可能に接続する接続部と、を備えることを特徴とする。

この補助冷却装置によれば、全交流電源喪失時の直後は、接続部に何ら接続せず、蒸気発生器の蒸気で冷却用蒸気タービンの稼働により補助給水ポンプを駆動させて冷却水を蒸気発生器に供給するため、冷却用蒸気タービンの出力が低下することがなく、補助給水ポンプによる冷却水の供給に影響を与える事態を防ぐことができる。

また、第２の発明の補助冷却装置は、第１の発明において、前記接続ユニットが、前記接続部に接続されて前記入出力軸の回転に伴い発電を行う補助発電接続ユニットであることを特徴とする。

この補助冷却装置によれば、原子力プラントに備えるバッテリーの電源が枯渇する場合に、接続部に補助発電接続ユニットを接続すれば、蒸気発生器の水位検出部などに電源を供給でき、補助給水ポンプによる冷却水の供給に影響を与える事態を防ぐことができる。

また、第３の発明の補助冷却装置は、第１の発明において、前記接続ユニットが、前記接続部に接続されて前記入出力軸の回転に伴い前記回転軸の軸受に潤滑油を供給する補助給油接続ユニットであることを特徴とする。

この補助冷却装置によれば、冷却用蒸気タービンおよび補助給水ポンプの給油ポンプが故障した場合に、接続部に補助給油接続ユニットを接続すれば、冷却用蒸気タービンおよび補助給水ポンプの各回転軸の軸受に潤滑油を供給でき、補助給水ポンプを正常に駆動させて、補助給水ポンプによる冷却水の供給に影響を与える事態を防ぐことができる。

また、第４の発明の補助冷却装置は、第１の発明において、前記接続ユニットが、前記接続部に接続されて前記入出力軸に回転動力を供給する補助動力接続ユニットであることを特徴とする。

この補助冷却装置によれば、蒸気発生器の蒸気圧力が低下した場合に、接続部に補助動力接続ユニットを接続すれば、冷却用蒸気タービンによらず補助給水ポンプを正常に駆動させて、補助給水ポンプによる冷却水の供給に影響を与える事態を防ぐことができる。

また、第５の発明の補助冷却装置は、第４の発明において、前記補助動力接続ユニットが、自身の稼働により発電を行う補助発電機能を有することを特徴とする。

この補助冷却装置によれば、補助動力接続ユニットが補助発電を行うことから、蒸気発生器の水位検出部などに電源を供給でき、補助給水ポンプによる冷却水の供給に影響を与える事態を防ぐことができる。

上述の目的を達成するために、第６の発明の補助冷却方法は、原子力プラントの全交流電源喪失時に蒸気発生器で発生する蒸気により稼働される冷却用蒸気タービンと、前記冷却用蒸気タービンの回転軸に対して自身の回転軸が連結されて前記冷却用蒸気タービンの稼働に伴い前記蒸気発生器に冷却水を供給する補助給水ポンプと、少なくとも一方の前記回転軸に対して回転をともにする入出力軸に設けられ、搬送可能に構成されるとともに発電を行う補助発電接続ユニットを、前記入出力軸に着脱可能に接続する接続部と、を備える補助冷却装置を用いた補助冷却方法であって、全交流電源喪失時に、前記蒸気発生器で発生する蒸気を前記冷却用蒸気タービンに供給した後、前記原子力プラントに備えるバッテリーの電源が枯渇する場合、前記補助発電接続ユニットを前記接続部に接続することで、前記蒸気発生器に備える水位検出部に電源を供給することを特徴とする。

この補助冷却方法によれば、全交流電源喪失時の直後は、接続部に何ら接続せず、蒸気発生器の蒸気で冷却用蒸気タービンの稼働により補助給水ポンプを駆動させて冷却水を蒸気発生器に供給するため、冷却用蒸気タービンの出力が低下することがなく、補助給水ポンプによる冷却水の供給に影響を与える事態を防ぐことができる。しかも、原子力プラントに備えるバッテリーの電源が枯渇する場合には、接続部に補助発電接続ユニットを接続すれば、蒸気発生器の水位検出部に電源を供給でき、補助給水ポンプによる冷却水の供給に影響を与える事態を防ぐことができる。

本発明によれば、補助給水ポンプによる冷却水の供給に影響を与える事態を防ぐことができる。

図１は、本発明の実施形態に係る補助冷却装置の概略図である。 図２は、本発明の実施形態に係る補助冷却装置の要部の詳細図である。 図３は、本発明の実施形態に係る補助冷却装置の補助発電接続ユニットの説明図である。 図４は、本発明の実施形態に係る補助冷却装置の補助給油接続ユニットの説明図である。 図５は、本発明の実施形態に係る補助冷却装置の補助動力接続ユニットの説明図である。 図６は、本発明の実施形態に係る補助給水方法のフローチャートである。 図７は、原子力プラントの一例の概略構成図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本実施形態にかかる伝送器は、図７に示す原子力プラントに適用される。図７に示す原子力プラントは、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。この原子力プラントは、原子炉格納容器１００内において、原子炉圧力容器１０１、加圧器１０２、蒸気発生器１０３および一次冷却水ポンプ１０４が、一次冷却水管１０５により順次接続されて、一次冷却水の循環経路が構成されている。

原子炉圧力容器１０１は、内部に炉心である複数の燃料集合体１０１ａを密閉状態で格納するもので、燃料集合体１０１ａが挿抜できるように、容器本体１０１ｂとその上部に装着される容器蓋１０１ｃとにより構成されている。容器蓋１０１ｃは、容器本体１０１ｂに対して開閉可能に設けられている。容器本体１０１ｂは、上方が開口し、下方が半球形状とされて閉塞された円筒形状をなし、上部に一次冷却水としての軽水を給排する入口側管台１０１ｄおよび出口側管台１０１ｅが設けられている。出口側管台１０１ｅは、蒸気発生器１０３の入口側水室１０３ａに連通するように一次冷却水管１０５が接続されている。また、入口側管台１０１ｄは、蒸気発生器１０３の出口側水室１０３ｂに連通するように一次冷却水管１０５が接続されている。

蒸気発生器１０３は、半球形状に形成された下部において、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとが仕切板１０３ｃによって区画されて設けられている。入口側水室１０３ａおよび出口側水室１０３ｂは、その天井部に設けられた管板１０３ｄによって蒸気発生器１０３の上部側と区画されている。蒸気発生器１０３の上部側には、逆Ｕ字形状の伝熱管１０３ｅが設けられている。伝熱管１０３ｅは、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとを繋ぐように端部が管板１０３ｄに支持されている。そして、入口側水室１０３ａは、入口側の一次冷却水管１０５が接続され、出口側水室１０３ｂは、出口側の一次冷却水管１０５が接続されている。また、蒸気発生器１０３は、管板１０３ｄによって区画された上部側の上端に、出口側の主蒸気管１０６ａが接続され、上部側の側部に、入口側の主給水管１０６ｂが接続されている。

また、原子力プラントは、蒸気発生器１０３が、原子炉格納容器１００外で主蒸気管１０６ａ、主給水管１０６ｂを介して蒸気タービン１０７に接続されて、二次冷却水の循環経路が構成されている。なお、蒸気発生器１０３は、１つとして図示されているが、複数設けられ、それぞれが原子炉圧力容器１０１および蒸気タービン１０７に接続される。

蒸気タービン１０７は、高圧タービン１０８および低圧タービン１０９を有すると共に、発電機１１０が接続されている。また、高圧タービン１０８および低圧タービン１０９は、湿分分離加熱器１１１が、蒸気発生器１０３の出口側の主蒸気管１０６ａから分岐して接続されている。主蒸気管１０６ａは、上述したように蒸気発生器１０３に接続され、当該蒸気発生器１０３から高圧タービン１０８に至り、主蒸気隔離弁１１２が設けられている。また、低圧タービン１０９は、復水器１１３に接続されている。この復水器１１３は、蒸気発生器１０３の入口側の主給水管１０６ｂに接続されている。主給水管１０６ｂは、上述したように蒸気発生器１０３に接続され、復水器１１３から蒸気発生器１０３に至り、復水ポンプ１１４、低圧給水加熱器１１５、脱気器１１６、主給水ポンプ１１７、高圧給水加熱器１１８および主給水弁１１９が設けられている。

従って、原子力プラントでは、一次冷却水が原子炉圧力容器１０１にて加熱されて高温・高圧となり、加圧器１０２にて加圧されて圧力を一定に維持されつつ、一次冷却水管１０５を介して蒸気発生器１０３に供給される。蒸気発生器１０３では、一次冷却水と二次冷却水との熱交換が行われることにより、二次冷却水が蒸発して蒸気となる。熱交換後の冷却した一次冷却水は、一次冷却水管１０５を介して一次冷却水ポンプ１０４側に回収され、原子炉圧力容器１０１に戻される。一方、熱交換により蒸気となった二次冷却水は、蒸気タービン１０７に供給される。蒸気タービン１０７に係り、湿分分離加熱器１１１は、高圧タービン１０８からの排気から湿分を除去し、さらに加熱して過熱状態とした後に低圧タービン１０９に送る。蒸気タービン１０７は、二次冷却水の蒸気により駆動され、その動力が発電機１１０に伝達されて発電される。タービンの駆動に供された蒸気は、復水器１１３に排出される。復水器１１３は、取水管１１３ａを介してポンプ１１３ｂにより取水した冷却水（例えば、海水）と、低圧タービン１０９から排出された蒸気とを熱交換し、当該蒸気を凝縮させて低圧の飽和液に戻す。熱交換に用いられた冷却水は、排水管１１３ｃから排出される。また、凝縮された飽和液は、二次冷却水となり、復水ポンプ１１４によって主給水管１０６ｂを介して復水器１１３の外部に送り出される。さらに、主給水管１０６ｂを経る二次冷却水は、低圧給水加熱器１１５で、例えば、低圧タービン１０９から抽気した低圧蒸気により加熱され、脱気器１１６で溶存酸素や不凝結ガス（アンモニアガス）などの不純物が除去された後、主給水ポンプ１１７により送水され、高圧給水加熱器１１８で、例えば、高圧タービン１０８から抽気した高圧蒸気により加熱された後、主給水管１０６ｂを介して蒸気発生器１０３に戻される。ここで、主給水管１０６ｂでは、蒸気発生器１０３の二次冷却水の水位を維持するため、主給水ポンプ１１７や主給水弁１１９などが制御される。

図１は、本実施形態に係る補助冷却装置の概略図であり、図２は、本実施形態に係る補助冷却装置の要部の詳細図である。

図１に示すように、本実施形態の補助冷却装置は、上記原子力プラントにおいて、蒸気発生器１０３の出口側の主蒸気管１０６ａと、入口側の主給水管１０６ｂとの間に設けられている。主蒸気管１０６ａは、蒸気発生器１０３と主蒸気隔離弁１１２との間に、主蒸気安全弁１２０を有する配管１２０ａの一端部が接続され、かつ主蒸気逃がし弁１２１を有する配管１２１ａの一端部が接続されている。各配管１２０ａ，１２１ａの他端部は大気に開放している。この主蒸気管１０６ａは、蒸気発生器１０３と主蒸気隔離弁１１２との間であって、主蒸気逃がし弁１２１と主蒸気隔離弁１１２との間に、主蒸気分岐管１の一端部が分岐して接続されている。そして、主蒸気分岐管１は、その他端部が冷却用蒸気タービン２に接続されている。また、主蒸気分岐管１は、その途中に蒸気供給弁３が設けられている。一方、主給水管１０６ｂは、蒸気発生器１０３と主給水弁１１９との間に、補助給水管４の一端部が分岐して接続されている。そして、補助給水管４は、その途中に補助給水ポンプ５が設けられるとともに、他端部に復水タンク６が接続されている。また、補助給水管４は、主給水管１０６ｂから分岐して補助給水ポンプ５に至る途中に、流量調整弁７が設けられている。

ところで、図１に示すように、蒸気発生器１０３は、水位検出部１０３Ａが備えられている。水位検出部１０３Ａは、水位伝送器１０３Ａａ、計器ラック１０３Ａｂ、および水位計１０３Ａｃを有する。水位伝送器１０３Ａａは、蒸気発生器１０３に供給された二次冷却水の水位を検出し、この検出信号を伝送するものである。計器ラック１０３Ａｂは、水位伝送器１０３Ａａおよび水位計１０３Ａｃに電源を供給するとともに、水位伝送器１０３Ａａから伝送された検出信号を水位計１０３Ａｃに出力するものである。この計器ラック１０３Ａｂは、全交流電源喪失時にバッテリー１０３Ａｄから電源が供給される。水位計１０３Ａｃは、計器ラック１０３Ａｂから出力された検出信号により水位を表示するものである。また、バッテリー１０３Ａｄは、主蒸気隔離弁１１２や主給水弁１１９や蒸気供給弁３にも電源を供給する。

冷却用蒸気タービン２は、補助給水ポンプ５を駆動する。図２に示すように、冷却用蒸気タービン２は、タービンケーシング２ａの蒸気導入部２ａａが主蒸気分岐管１に接続され、タービンケーシング２ａの蒸気排出部２ａｂが大気に開放されている。タービンケーシング２ａは、その内部に、タービン翼２ｂが配置されている。タービン翼２ｂは回転軸２ｃにより支持されている。タービン翼２ｂは、その外周に動翼２ｂａが設けられている。また、タービンケーシング２ａ側には、動翼２ｂａと対向して静翼２ｂｂが設けられている。回転軸２ｃは、タービンケーシング２ａの外部に延在し、軸受ケーシング２ｄ内で軸受２ｅにより回転可能に支持されている。このため、冷却用蒸気タービン２は、タービンケーシング２ａ内に蒸気導入部２ａａから蒸気発生器１０３の蒸気が導入され、蒸気排出部２ａｂから大気に排出される過程で、供給された蒸気がタービン翼２ｂの動翼２ｂａと静翼２ｂｂとの間を通過することで、タービン翼２ｂとともに回転軸２ｃが回転する。

一方、補助給水ポンプ５は、ポンプケーシング５ａの冷却水吸込部５ａａが復水タンク６に接続された補助給水管４の他端側に接続され、ポンプケーシング５ａの冷却水吐出部５ａｂが主給水管１０６ｂから分岐した補助給水管４の一端側に接続されている。ポンプケーシング５ａは、その内部に、羽根車（インペラ）５ｂが配置されている。羽根車５ｂは、本実施形態では回転軸５ｃの延在方向に複数（２つ）設けられ、回転軸５ｃにより支持されている。回転軸５ｃは、冷却用蒸気タービン２の回転軸２ｃと同一軸であり、ポンプケーシング５ａの外部に延在し、軸受ケーシング５ｄ内で軸受５ｅにより回転可能に支持されている。このため、補助給水ポンプ５は、冷却用蒸気タービン２における回転軸２ｃの回転に伴い回転軸５ｃが回転し、これにより羽根車５ｂが回転することで、ポンプケーシング５ａの冷却水吸込部５ａａから復水タンク６の冷却水を吸い込み、冷却水吐出部５ａｂから吐出して主給水管１０６ｂを経て蒸気発生器１０３に供給する。

このように、冷却用蒸気タービン２および補助給水ポンプ５は、相互の回転軸２ｃ，５ｃが連結され、冷却用蒸気タービン２の稼働に伴い補助給水ポンプ５が駆動されるタービン駆動ポンプとして構成されている。

このタービン駆動ポンプは、各回転軸２ｃ，５ｃの軸受２ｅ，５ｅに潤滑油を供給する給油ポンプ８が設けられている。給油ポンプ８は、オイルタンク８ａに接続された油吸込管８ｂが吸い込み側に接続され、各軸受ケーシング２ｄ，５ｄに至る油吐出管８ｃが吐出側に接続されている。この給油ポンプ８は、回転軸２ｃ，５ｃの回転に伴って駆動され、オイルタンク８ａに貯留された潤滑油を各軸受ケーシング２ｄ，５ｄの軸受２ｅ，５ｅに供給する。

また、タービン駆動ポンプは、接続部９が設けられている。接続部９は、少なくとも一方の回転軸２ｃ，５ｃに対して回転をともにする入出力軸９ａに設けられている。本実施形態では、接続部９は、回転軸２ｃと回転軸５ｃとにそれぞれ対応して設けられている。具体的には、冷却用蒸気タービン２の軸受ケーシング２ｄ内において、回転軸２ｃに駆動歯車（例えば、ウォーム）９ｂが設けられ、この駆動歯車９ｂに噛合する従動歯車（例えば、ウォームホイール）９ｃに対して入出力軸９ａが設けられている。そして、入出力軸９ａに接続部９が設けられている。このため、回転軸２ｃの回転に伴い駆動歯車９ｂおよび従動歯車９ｃを介して入出力軸９ａが回転することで接続部９が回転する。一方、補助給水ポンプ５の軸受ケーシング５ｄ内において、回転軸５ｃに駆動歯車（例えば、平歯車）９ｂが設けられ、この駆動歯車９ｂに噛合する従動歯車（例えば、平歯車）９ｃに対して入出力軸９ａが設けられている。そして、入出力軸９ａに接続部９が設けられている。このため、回転軸５ｃの回転に伴い駆動歯車９ｂおよび従動歯車９ｃを介して入出力軸９ａが回転することで接続部９が回転する。

図３〜図５は、本実施形態に係る補助冷却装置の接続ユニットの説明図である。上述した接続部９は、搬送可能に構成された第一〜第三接続ユニット１０，１１，１２が着脱可能に接続される。

図３に示す第一接続ユニット１０は、接続部９に接続されて当該接続部９の入出力軸９ａの回転に伴い発電を行う補助発電接続ユニットである。補助発電接続ユニット１０は、接続部９に接続される補助発電機１０ａと、補助発電機１０ａで発電した交流電力を直流電力に変換（整流）する整流器１０ｂと、整流器１０ｂで整流された電力を充電する充電器１０ｃと、これらの電気的接続に用いられる接続ケーブル１０ｄとを有する。充電器１０ｃは、蒸気発生器１０３に備えられた水位検出部１０３Ａに接続されるバッテリー１０３Ａｄに接続される。なお、補助発電機１０ａは、回転軸２ｃ，５ｃの少なくとも一方に接続される。この補助発電接続ユニット１０は、補助発電機１０ａ、整流器１０ｂ、充電器１０ｃ、および接続ケーブル１０ｄが、台車などで搬送可能に構成され、原子力プラントの正常時では、原子力プラントの建屋内で保管されている。

図４に示す第二接続ユニット１１は、接続部９に接続されて当該接続部９の入出力軸９ａの回転に伴い回転軸２ｃ，５ｃの軸受２ｅ，５ｅに潤滑油を供給する補助給油接続ユニット１１である。補助給油接続ユニット１１は、接続部９に接続される補助給油ポンプ１１ａと、補助給油ポンプ１１ａを油吸込管８ｂおよび油吐出管８ｃに接続する補助接続管１１ｂとを有する。なお、補助給油ポンプ１１ａは、回転軸２ｃ，５ｃの少なくとも一方に接続される。この補助給油接続ユニット１１は、補助給油ポンプ１１ａおよび補助接続管１１ｂが、台車などで搬送可能に構成され、原子力プラントの正常時では、原子力プラントの建屋内で保管されている。

図５に示す第三接続ユニット１２は、接続部９に接続されて当該接続部９の入出力軸９ａに回転動力を供給する補助動力接続ユニット１２である。補助動力接続ユニット１２は、接続部９に接続される補助動力源１２ａを有する。補助動力源１２ａとしては、内燃機関として、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガスタービン、またはジェットエンジンなどがある。なお、補助動力源１２ａは、回転軸２ｃ，５ｃの少なくとも一方に接続される。また、補助動力接続ユニット１２は、自身の稼働により発電を行う補助発電機能を有していてもよい。補助発電機能は、補助動力源１２ａの出力軸に接続される補助発電機１２ｂと、補助発電機１２ｂで発電した交流電力を直流電力に変換（整流）する整流器１２ｃと、整流器１２ｃで整流された電力を充電する充電器１２ｄと、これらの電気的接続に用いられる接続ケーブル１２ｅとを有する。充電器１２ｄは、蒸気発生器１０３に備えられた水位検出部１０３Ａに接続されるバッテリー１０３Ａｄに接続される。この補助動力接続ユニット１２は、補助動力源１２ａ（および補助発電機能）が、台車などで搬送可能に構成され、原子力プラントの正常時では、原子力プラントの建屋内で保管されている。

図６は、本実施形態に係る補助給水方法のフローチャートである。図６に示すように、全交流電源喪失時（ステップＳ１）、補助冷却装置は、バッテリー１０３Ａｄの電源が蒸気供給弁３および計器ラック１０３Ａｂに供給され、蒸気供給弁３が開作動するとともに、計器ラック１０３Ａｂを介して水位伝送器１０３Ａａおよび水位計１０３Ａｃに給電される（ステップＳ２）。このため、冷却用蒸気タービン２に蒸気発生器１０３の蒸気が供給されて冷却用蒸気タービン２が稼働するとともに補助給水ポンプ５が駆動され、補助給水ポンプ５により蒸気発生器１０３に冷却水が供給されることで補助給水が行われる。また、ステップＳ２における給電により水位検出部１０３Ａにて水位計測が行われ、水位計１０３Ａｃで水位を確認しながら流量調整弁７により補助給水量の調整が行われる（ステップＳ３）。これにより、冷却水により蒸気発生器１０３の伝熱管１０３ｅ内の一次冷却水が熱交換されて冷却され、原子炉圧力容器１０１内の炉心が冷却される。なお、流量調整弁７は、エア駆動式であって、バッテリー１０３Ａｄの電源がコンプレッサや開閉弁に供給されてもよいが、バッテリー１０３Ａｄの電源を確保するために、手動で操作することが好ましい。

ステップＳ３の後、所定時間が経過すると、バッテリー１０３Ａｄの電源が枯渇することになる（ステップＳ４）。この場合、蒸気供給弁３を閉操作し（ステップＳ５）、冷却用蒸気タービン２の稼働を停止させる。その後、補助冷却装置の接続部９に、補助発電接続ユニット１０を接続する（ステップＳ６）。続いて、蒸気供給弁３を開操作し（ステップＳ７）、冷却用蒸気タービン２を稼働させる。このため、冷却用蒸気タービン２に蒸気発生器１０３の蒸気が供給されて冷却用蒸気タービン２が稼働するとともに補助給水ポンプ５が駆動され、補助給水ポンプ５により蒸気発生器１０３に冷却水が供給されることで補助給水が行われる。また、補助発電接続ユニット１０の補助発電機１０ａが冷却用蒸気タービン２により駆動されることから、水位検出部１０３Ａに給電され、水位検出部１０３Ａにて水位計測が行われ、水位計１０３Ａｃで水位を確認しながら流量調整弁７により補助給水量の調整が行われる（ステップＳ８）。

ステップＳ８の後、蒸気発生器１０３への冷却水への給水により原子炉圧力容器１０１内の炉心の冷却がなされ、炉心温度が低下する。すると、蒸気発生器１０３内の蒸気圧力が低下する（ステップＳ９）。これにより、冷却用蒸気タービン２の稼働率が低下することになる。この場合、蒸気供給弁３を閉操作し（ステップＳ１０）、冷却用蒸気タービン２の稼働を停止させる。その後、補助冷却装置の接続部９に、補助動力接続ユニット１２を接続する（ステップＳ１１）。続いて、補助動力接続ユニット１２の補助動力源１２ａを稼働させる（ステップＳ１２）。このため、補助給水ポンプ５が駆動され、補助給水ポンプ５により蒸気発生器１０３に冷却水が供給されることで補助給水が行われる。また、補助動力接続ユニット１２が補助発電機能を有する場合、補助発電機１２ｂが補助動力源１２ａにより駆動されることから、水位検出部１０３Ａに給電され、水位検出部１０３Ａにて水位計測が行われ、水位計１０３Ａｃで水位を確認しながら流量調整弁７により補助給水量の調整が行われる（ステップＳ１３）。

なお、ステップＳ２の後、給油ポンプ８の故障により冷却用蒸気タービン２の稼働および補助給水ポンプ５の駆動を開始できない場合、蒸気供給弁３を閉操作し、冷却用蒸気タービン２の稼働を停止させる。その後、補助冷却装置の接続部９に、補助給油接続ユニット１１を接続する。続いて、蒸気供給弁３を開操作し、冷却用蒸気タービン２を稼働させる。このため、オイルタンク８ａに貯留された潤滑油を各回転軸２ｃ，５ｃの軸受２ｅ，５ｅに供給させ、冷却用蒸気タービン２の稼働および補助給水ポンプ５の駆動を開始する。

このように、上述した実施形態の補助冷却装置は、原子力プラントの全交流電源喪失時に蒸気発生器１０３で発生する蒸気により稼働される冷却用蒸気タービン２と、冷却用蒸気タービン２の回転軸２ｃに対して自身の回転軸５ｃが連結されて冷却用蒸気タービン２の稼働に伴い蒸気発生器１０３に冷却水を供給する補助給水ポンプ５と、少なくとも一方の回転軸２ｃ，５ｃに対して回転をともにする入出力軸９ａに設けられ、搬送可能に構成された接続ユニット１０，１１，１２を着脱可能に接続する接続部９と、を備える。

この補助冷却装置によれば、全交流電源喪失時の直後は、接続部９に何ら接続せず、蒸気発生器１０３の蒸気で冷却用蒸気タービン２の稼働により補助給水ポンプ５を駆動させて冷却水を蒸気発生器１０３に供給するため、冷却用蒸気タービン２の出力が低下することがなく、補助給水ポンプ５による冷却水の供給に影響を与える事態を防ぐことが可能になる。

しかも、原子力プラントに備えるバッテリー１０３Ａｄの電源が枯渇する場合には、接続部９に補助発電接続ユニット１０を接続すれば、蒸気発生器１０３の水位検出部１０３Ａに電源を供給でき、補助給水ポンプ５による冷却水の供給に影響を与える事態を防ぐことが可能になる。

また、冷却用蒸気タービン２および補助給水ポンプ５の給油ポンプ８が故障した場合には、接続部９に補助給油接続ユニット１１を接続すれば、冷却用蒸気タービン２および補助給水ポンプ５の各回転軸２ｃ，５ｃの軸受２ｅ，５ｅに潤滑油を供給でき、補助給水ポンプ５を正常に駆動させて、補助給水ポンプ５による冷却水の供給に影響を与える事態を防ぐことが可能になる。

さらに、蒸気発生器１０３の蒸気圧力が低下した場合には、接続部９に補助動力接続ユニット１２を接続すれば、冷却用蒸気タービン２によらず補助給水ポンプ５を正常に駆動させて、補助給水ポンプ５による冷却水の供給に影響を与える事態を防ぐことが可能になる。

また、補助動力接続ユニット１２が補助発電機能を有する場合、補助発電機１２ｂが補助動力源１２ａにより駆動されることから、水位検出部１０３Ａに電源を供給でき、補助給水ポンプ５による冷却水の供給に影響を与える事態を防ぐことが可能になる。

また、上述した実施形態の補助冷却方法は、原子力プラントの全交流電源喪失時に蒸気発生器１０３で発生する蒸気により稼働される冷却用蒸気タービン２と、冷却用蒸気タービン２の回転軸２ｃに対して自身の回転軸５ｃが連結されて冷却用蒸気タービン２の稼働に伴い蒸気発生器１０３に冷却水を供給する補助給水ポンプ５と、少なくとも一方の回転軸２ｃ，５ｃに対して回転をともにする入出力軸９ａに設けられ、搬送可能に構成されるとともに発電を行う補助発電接続ユニット１０を、入出力軸９ａに対して着脱可能に接続する接続部９と、を備える補助冷却装置を用いた補助冷却方法であって、全交流電源喪失時に、蒸気発生器１０３で発生する蒸気を冷却用蒸気タービン２に供給した後、原子力プラントに備えるバッテリー１０３Ａｄの電源が枯渇する場合、補助発電接続ユニット１０を接続部９に接続することで、蒸気発生器１０３に備える水位検出部１０３Ａに電源を供給する。

この補助冷却方法によれば、全交流電源喪失時の直後は、接続部９に何ら接続せず、蒸気発生器１０３の蒸気で冷却用蒸気タービン２の稼働により補助給水ポンプ５を駆動させて冷却水を蒸気発生器１０３に供給するため、冷却用蒸気タービン２の出力が低下することがなく、補助給水ポンプ５による冷却水の供給に影響を与える事態を防ぐことが可能になる。しかも、原子力プラントに備えるバッテリー１０３Ａｄの電源が枯渇する場合には、接続部９に補助発電接続ユニット１０を接続すれば、蒸気発生器１０３の水位検出部１０３Ａに電源を供給でき、補助給水ポンプ５による冷却水の供給に影響を与える事態を防ぐことが可能になる。

なお、上述した実施形態において、原子力プラントは、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）として説明したが、その他の原子力プラントとして沸騰水型原子炉（ＢＷＲ：Boiling Water Reactor）がある。この沸騰水型原子炉は、図には明示しないが、炉心が格納される原子炉圧力容器において軽水を沸騰させて蒸気を得るものであり、原子炉圧力容器が蒸気発生器として機能する。従って、上述した実施形態の冷却用蒸気タービン２を、原子炉圧力容器としての蒸気発生器で発生する蒸気により稼働するようにし、補助給水ポンプ５により原子炉圧力容器としての蒸気発生器に冷却水を供給するように構成することで、沸騰水型原子炉に対して本実施形態の補助冷却装置および補助冷却方法を適用することが可能である。ただし、沸騰水型原子炉が発生する蒸気は、放射性物質を含むため、冷却用蒸気タービン２は、稼働に用いた蒸気を大気ではなく、原子炉格納容器内に適所に排出する。

１ 主蒸気分岐管
２ 冷却用蒸気タービン
２ｃ 回転軸
２ｅ 軸受
３ 蒸気供給弁
４ 補助給水管
５ 補助給水ポンプ
５ｃ 回転軸
５ｅ 軸受
６ 復水タンク
７ 流量調整弁
８ 給油ポンプ
９ 接続部
９ａ 入出力軸
９ｂ 駆動歯車
９ｃ 従動歯車
１０ 補助発電接続ユニット（第一接続ユニット）
１０ａ 補助発電機
１０ｂ 整流器
１０ｃ 充電器
１０ｄ 接続ケーブル
１１ 補助給油接続ユニット（第二接続ユニット）
１１ａ 補助給油ポンプ
１１ｂ 補助接続管
１２ 補助動力接続ユニット（第三接続ユニット）
１２ａ 補助動力源
１２ｂ 補助発電機
１２ｃ 整流器
１２ｄ 充電器
１２ｅ 接続ケーブル
１０３ 蒸気発生器
１０３Ａ 水位検出部
１０３Ａａ 水位伝送器
１０３Ａｂ 計器ラック
１０３Ａｃ 水位計
１０３Ａｄ バッテリー
１０６ａ 主蒸気管
１０６ｂ 主給水管

Claims (6)

1. 原子力プラントの全交流電源喪失時に蒸気発生器で発生する蒸気により稼働される冷却用蒸気タービンと、
   前記冷却用蒸気タービンの回転軸に対して自身の回転軸が連結されて前記冷却用蒸気タービンの稼働に伴い前記蒸気発生器に冷却水を供給する補助給水ポンプと、
   前記冷却用蒸気タービンの回転軸に対して回転をともにする一方の第三の回転軸に設けられ搬送可能に構成された接続ユニットを着脱可能に接続する第一の接続部と、前記補助給水ポンプの回転軸に対して回転をともにする他方の第三の回転軸に設けられ搬送可能に構成された接続ユニットを着脱可能に接続する第二の接続部と、を備える接続部と、
   を備えることを特徴とする補助冷却装置。
2. 前記接続ユニットが、前記第一の接続部または前記第二の接続部に接続されて一方の前記第三の回転軸または他方の前記第三の回転軸の回転に伴い発電を行う補助発電接続ユニットであることを特徴とする請求項１に記載の補助冷却装置。
3. 前記接続ユニットが、前記第一の接続部または前記第二の接続部に接続されて一方の前記第三の回転軸または他方の前記第三の回転軸の回転に伴い前記回転軸の軸受に潤滑油を供給する補助給油接続ユニットであることを特徴とする請求項１に記載の補助冷却装置。
4. 前記接続ユニットが、前記第一の接続部または前記第二の接続部に接続されて一方の前記第三の回転軸または他方の前記第三の回転軸に回転動力を供給する補助動力接続ユニットであることを特徴とする請求項１に記載の補助冷却装置。
5. 前記補助動力接続ユニットが、自身の稼働により発電を行う補助発電機能を有することを特徴とする請求項４に記載の補助冷却装置。
6. 原子力プラントの全交流電源喪失時に蒸気発生器で発生する蒸気により稼働される冷却用蒸気タービンと、
   前記冷却用蒸気タービンの回転軸に対して自身の回転軸が連結されて前記冷却用蒸気タービンの稼働に伴い前記蒸気発生器に冷却水を供給する補助給水ポンプと、
   前記冷却用蒸気タービンの回転軸に対して回転をともにする一方の第三の回転軸に設けられ搬送可能に構成された接続ユニットを着脱可能に接続する第一の接続部と、前記補助給水ポンプの回転軸に対して回転をともにする他方の第三の回転軸に設けられ搬送可能に構成された接続ユニットを着脱可能に接続する第二の接続部と、を備える接続部と、
   前記接続ユニットとして前記第一の接続部または前記第二の接続部に接続されて一方の前記第三の回転軸または他方の前記第三の回転軸の回転に伴い発電を行う補助発電接続ユニットと、
   前記接続ユニットとして前記第一の接続部または前記第二の接続部に接続されて一方の前記第三の回転軸または他方の前記第三の回転軸に回転動力を供給する補助動力接続ユニットと、
   前記接続ユニットとして前記第一の接続部または前記第二の接続部に接続されて一方の前記第三の回転軸または他方の前記第三の回転軸の回転に伴い前記回転軸の軸受に潤滑油を供給する補助給油接続ユニットと、
   を備える補助冷却装置を用いた補助冷却方法であって、
   全交流電源喪失時に、前記蒸気発生器で発生する蒸気を前記冷却用蒸気タービンに供給した後、前記原子力プラントに備えるバッテリーの電源が枯渇する場合、前記補助発電接続ユニットを前記接続部に接続することで、前記蒸気発生器に備える水位検出部に電源を供給し、
   その後に前記蒸気発生器内の蒸気圧力が低下した場合、前記補助動力接続ユニットを前記接続部に接続することで、前記補助給水ポンプを駆動しつつ前記蒸気発生器に備える水位検出部に電源を供給し、
   さらに、前記冷却用蒸気タービンおよび前記補助給水ポンプの前記回転軸の軸受に潤滑油を供給する給油ポンプが故障した場合、前記接続部に前記補助給油接続ユニットを接続することで、前記冷却用蒸気タービンおよび前記補助給水ポンプの前記回転軸の軸受に潤滑油を供給することを特徴とする補助冷却方法。

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