JP6462872B2 - 原子力発電プラントの取水設備 - Google Patents

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Description

本発明は、原子力発電プラントで使用する冷却水を取り込むための原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置、並びに原子力発電プラントの取水設備に関するものである。
例えば、加圧水型原子炉(PWR:Pressurized Water Reactor)を有する原子力発電プラントは、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、原子炉の炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水(1次冷却材)を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気(2次冷却材)をタービン発電機へ送って発電するものである。この蒸気発生器は、原子炉からの高温高圧の1次冷却材の熱を2次冷却材に伝え、ここで水蒸気を発生させるものである。
このような原子力発電プラントでは、海岸や河川の近傍に取水設備を設置し、海水や河川水を冷却水として使用している。例えば、循環水ポンプにより海水を取り込んでタービン建屋内の復水器へ供給し、タービンから排出された蒸気(2次冷却材)を冷却する。また、海水ポンプにより海水を取り込んで原子炉建屋内の原子炉補機冷却水冷却器へ供給し、原子炉格納容器から排出された冷却水(1次冷却材)を冷却する。
原子力発電プラントの取水設備は、常時、十分な冷却水量を確保することが重要であり、取水路における所定の水位を維持しなければならない。ところが、津波の発生時に、引き波により取水路の水位が低下してしまうおそれがある。即ち、津波は、沖合から海岸に近づいて海底が浅くなるにつれて波高が高くなり、海岸線で沖合の数倍に達する。そして、上陸した津波は、大きな水圧を伴って押し寄せた後、今度は海水を沖へ引きずり続ける引き波が作用する。このとき、取水路は、引き波により冷却水(海水)の水位が低下し、各種のポンプが冷却水を取水することができず、空気渦が発生して損傷するおそれがある。
このような問題を解決するものとして、例えば、下記特許文献1に記載されたものがある。この特許文献1に記載された原子力プラントの取水設備は、取水用共用開渠における海水取水口に、津波時における取水用共用開渠の海水の流出を防止するための堰を設け、堰の上端をポンプ建屋内に設けられた循環水ポンプにおける吸込口よりも下位に設定し、海水ポンプにおける吸込口により吸引する海水の有効水源エリアを確保するものである。
特開平06−324190号公報
従来の原子力プラントの取水設備のように、取水路(取水用共用開渠)に堰を設けると、引き波の発生時に、取水路からの冷却水の流出を防止することができるが、通常時には、堰を越流する流れが強く速度分布が大きく変わり、ポンプ吸い込み口で水柱渦が発生したり、また、取水路の圧力損失が大きくなる。
本発明は、上述した課題を解決するものであり、取水槽に常時適正量の冷却水を確保することでポンプにより所定の冷却位置に冷却水を供給可能とする原子力発電プラントの取水設備を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための本発明の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置は、一端部が取水源に連通する取水路と、前記取水路の他端部に連通されて上方が開放する取水槽と、前記取水槽に設けられる取水ポンプと、前記取水槽から前記取水路を経て前記取水源側への流水を阻止する流水阻止装置と、を有する原子力発電プラントにおける取水設備において、前記取水槽の貯水量が予め設定された所定貯水量より減少することを検出または推定したときに前記流水阻止装置を作動する、ことを特徴とするものである。
従って、取水源からの水が取水路を通して取水槽に流入するため、取水槽に十分な貯水量が確保され、取水ポンプは、この取水槽の水を取水して所定の冷却位置に供給することができる。そして、引き波の発生時、取水槽の水が取水路を通して取水源側に流出しようとするが、取水槽の貯水量が所定貯水量より減少すると流水阻止装置が作動し、取水槽から取水路を経て取水源側への水の流出が阻止される。その結果、取水槽に常時適正量の冷却水を確保することで、取水ポンプにより所定の冷却位置への冷却水の供給を継続することができる。
本発明の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置では、前記取水槽の水位を計測する水位計が設けられ、前記水位計が計測した水位が予め設定された所定水位より低下したときに前記流水阻止装置を作動することを特徴としている。
従って、引き波の発生時に、取水槽からの水が流出することで水位が低下し、水位計が計測した水位が所定水位より低下すると、流水阻止装置を作動することで、取水槽における貯水量の減少を容易に、且つ、高精度に検出することができ、適正なタイミングで流水阻止装置を作動することができ、設備の信頼性を向上することができる。
本発明の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置では、前記取水路にサイフォン部が設けられ、前記サイフォン部に前記流水阻止装置として空気を供給可能な給気装置が設けられることを特徴としている。
従って、通常時、給気装置が停止しており、サイフォン部が水で満たされているため、取水源からの水が取水路及びサイフォン部を通して取水槽に流入可能となり、取水槽に適正量の冷却水が確保される。引き波の発生時、取水槽の水が取水路を通して取水源側に流出しようとするが、このとき、給気装置が作動するため、サイフォン部に空気が供給されることでこのサイフォン部が堰となり、取水槽からの水の流出が阻止されることとなり、簡単な構成で容易に取水槽に常時適正量の冷却水を確保することができる。
本発明の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置では、前記給気装置は、一端部が開口して他端部が前記サイフォン部に連通する給気通路と、前記給気通路に設けられる開閉弁とを有することを特徴としている。
従って、通常時、給気装置が停止して開閉弁が閉止しており、給気通路からサイフォン部へ給気されることはなく、サイフォン部が水で満たされているため、取水源からの水が取水路及びサイフォン部を通して取水槽に流入可能となり、取水槽に適正量の冷却水が確保される。引き波の発生時、取水槽の水が取水路を通して取水源側に流出しようとするが、このとき、給気装置が作動して開閉弁を開放するため、給気通路からサイフォン部へ給気され、取水路がサイフォン部により取水源側と取水槽側とに分断されることとなり、取水槽からの水の流出が阻止され、容易に取水槽に常時適正量の冷却水を確保することができる。
本発明の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置では、前記給気装置は、空気供給源と、一端部が前記空気供給源に連結されて他端部が前記サイフォン部に連通する給気通路とを有することを特徴としている。
従って、通常時、給気装置の空気供給源が停止しており、空気が給気通路からサイフォン部へ供給されることはなく、サイフォン部が水で満たされているため、取水源からの水が取水路及びサイフォン部を通して取水槽に流入可能となり、取水槽に適正量の冷却水が確保される。引き波の発生時、取水槽の水が取水路を通して取水源側に流出しようとするが、このとき、給気装置の空気供給源が作動するため、空気が給気通路からサイフォン部へ供給され、取水路がサイフォン部により取水源側と取水槽側とに分断されることとなり、取水槽からの水の流出が阻止され、容易に取水槽に常時適正量の冷却水を確保することができる。
本発明の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置では、前記サイフォン部から空気を排出可能な排気装置が設けられることを特徴としている。
従って、サイフォン部に空気があると、取水路がこの空気により取水路が取水源側と取水槽側とに分断されることから、排気装置によりサイフォン部の空気を排出することで、このサイフォン部を水で満たすことができ、取水源からの水が取水路及びサイフォン部を通して取水槽に流入可能となり、取水槽に適正量の冷却水を確保することができる。
本発明の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置では、前記取水路に前記流水阻止装置として、前記取水路の幅方向に沿うと共に前記取水路の幅方向に沿う支持軸により回動自在に支持される阻止板と、前記阻止板を前記取水路から上方に退避した退避位置と前記取水路内に浸水した阻止位置とに移動する移動装置とが設けられることを特徴としている。
従って、通常時、移動装置により阻止板が取水路から上方に退避した退避位置に移動しており、取水源からの水が取水路を通して取水槽に流入可能となり、取水槽に適正量の冷却水が確保される。引き波の発生時、取水槽の水が取水路を通して取水源側に流出しようとするが、このとき、移動装置により阻止板が取水路内に浸水した阻止位置に移動するため、この阻止板により取水槽からの水の流出が阻止されることとなり、簡単な構成で容易に取水槽に常時適正量の冷却水を確保することができる。
本発明の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置では、前記阻止板は、前記取水路内に浸水した阻止位置にあるとき、下端部が前記取水槽側へ回動可能であることを特徴としている。
従って、引き波の発生時後に押し波が発生すると、水が取水源から取水路を通して阻止位置にある阻止板に至るが、この阻止板は、この水流により下端部が取水槽側へ回動するため、水が阻止板を押し上げて取水槽に流入することとなり、簡単な構成で容易に取水槽の冷却水を増加させることができる。
本発明の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置では、前記取水ポンプは、前記取水槽の水を冷却水として原子炉補機冷却水冷却器に供給する海水ポンプと、前記取水槽の水を冷却水として復水器に供給する循環水ポンプとを有し、前記取水槽の貯水量が前記所定貯水量より減少すると、前記流水阻止装置を作動し、原子炉の稼働を停止すると共に、前記循環水ポンプの駆動を停止することを特徴としている。
従って、取水槽の貯水量が所定貯水量より減少すると、流水阻止装置を作動することで取水槽に適正量の冷却水が確保され、海水水ポンプにより冷却水を原子炉補機冷却水冷却器に供給することができる。また、原子炉の稼働が停止していることから、循環水ポンプによる復水器への冷却水の供給が不要となる。その結果、原子力発電プラントの安全性を確保することができる。
また、本発明の原子力発電プラントの取水設備は、一端部が取水源に連通する取水路と、前記取水路の他端部に連通されて上方が開放する取水槽と、前記取水槽に設けられる取水ポンプと、前記取水槽から取水路を経て前記取水源側への流水を阻止する流水阻止装置と、前記原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置と、を有することを特徴とするものである。
従って、引き波の発生時に、取水槽の貯水量が所定貯水量より減少すると流水阻止装置が作動し、取水槽から取水路を経て取水源側への水の流出が阻止されるため、取水槽に常時適正量の冷却水を確保することで、取水ポンプにより所定の冷却位置への冷却水の供給を継続することができる。
本発明の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置及び原子力発電プラントの取水設備によれば、取水槽の貯水量が予め設定された所定貯水量より減少することを検出または推定したときに流水阻止装置を作動するので、取水槽に常時適正量の冷却水を確保することで、取水ポンプにより所定の冷却位置に冷却水を供給することができる。
図1は、第1実施形態の原子力発電プラントの取水設備を表す概略図である。 図2は、原子力発電プラントの取水設備における津波発生時の作動状態を表す概略図である。 図3は、第1実施形態の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置の処理の流れを表すフローチャートである。 図4は、原子力発電プラントを表す概略構成図である。 図5は、原子力発電プラントにおける冷却水を用いた冷却系統を表す概略図である。 図6は、第2実施形態の原子力発電プラントの取水設備を表す概略図である。 図7は、第3実施形態の原子力発電プラントの取水設備を表す概略図である。
以下に添付図面を参照して、本発明の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置及び原子力発電プラントの取水設備の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
[第1実施形態]
図4は、原子力発電プラントを表す概略構成図、図5は、原子力発電プラントにおける冷却水を用いた冷却系統を表す概略図である。
第1実施形態の原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電する加圧水型原子炉(PWR:Pressurized Water Reactor)である。
第1実施形態の加圧水型原子炉を有する原子力発電プラントにおいて、図4に示すように、原子炉格納容器11は、内部に加圧水型原子炉12及び蒸気発生器13が格納されており、この加圧水型原子炉12と蒸気発生器13とは配管14,15を介して連結されており、配管14に加圧器16が設けられ、配管15に一次冷却水ポンプ17が設けられている。この場合、減速材及び一次冷却水(冷却材)として軽水を用い、炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するために、一次冷却系統は加圧器16により150〜160気圧程度の高圧状態を維持するように制御している。従って、加圧水型原子炉12にて、燃料(原子燃料)として低濃縮ウランまたはMOXにより一次冷却水として軽水が加熱され、高温の一次冷却水が加圧器16により所定の高圧に維持した状態で配管14を通して蒸気発生器13に送られる。この蒸気発生器13では、高温高圧の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われ、冷やされた一次冷却水は配管15を通して加圧水型原子炉12に戻される。
蒸気発生器13は、配管18を介して蒸気タービン19と連結されており、この配管18に主蒸気隔離弁20が設けられている。蒸気タービン19は、高圧タービン21と低圧タービン22を有すると共に、発電機(発電装置)23が接続されている。また、高圧タービン21と低圧タービン22との間には、湿分分離加熱器24が設けられており、配管18から分岐した冷却水分岐配管25が湿分分離加熱器24に連結される一方、高圧タービン21と湿分分離加熱器24は低温再熱管26により連結され、湿分分離加熱器24と低圧タービン22は高温再熱管27により連結されている。
蒸気タービン19の各低圧タービン22は、復水器28を有しており、各低圧タービン22から蒸気が排出される。また、この復水器28は、配管18からバイパス弁29を有するタービンバイパス配管30が接続されている。
そして、この復水器28は、配管31が接続されており、復水ポンプ32、グランドコンデンサ33、復水脱塩装置34、復水ブースタポンプ35、低圧給水加熱器36が接続されている。また、配管31は、脱気器37が連結されると共に、主給水ポンプ38、高圧給水加熱器39、主給水制御弁40が設けられている。
また、配管18は、主蒸気逃がし弁41を有する主蒸気逃がし配管42の一端部と、主蒸気安全弁43を有する主蒸気安全配管44の一端部が接続されており、各配管42,44の他端部は大気に開放している。一方、配管31は、主給水制御弁40と蒸気発生器13との間に補助給水配管45の一端部が接続されており、この補助給水配管45は、第1補助給水ポンプ46が設けられると共に、他端部に復水タンク47が接続されている。この第1補助給水ポンプ46は、蒸気によりタービンが回転することで駆動するものであり、配管18における主蒸気安全配管44と主蒸気隔離弁20との間から分岐した冷却水分岐配管48が第1補助給水ポンプ46まで延設されており、この冷却水分岐配管48に開閉弁49が設けられている。
従って、蒸気発生器13にて、高温高圧の一次冷却水と熱交換を行って生成された蒸気は、配管18を通して蒸気タービン19(高圧タービン21から低圧タービン22)に送られ、この蒸気により蒸気タービン19を駆動して発電機23により発電を行う。このとき、蒸気発生器13からの蒸気は、高圧タービン21を駆動した後、湿分分離加熱器24で蒸気に含まれる湿分が除去されると共に加熱されてから低圧タービン22を駆動する。そして、蒸気タービン19を駆動した蒸気は、復水器28で海水を用いて冷却されて復水となり、グランドコンデンサ33、復水脱塩装置34、低圧給水加熱器36、脱気器37、高圧給水加熱器39などを通して蒸気発生器13に戻される。
そして、蒸気発生器13は、配管18,31を介して蒸気タービン19に連結されており、復水ポンプ32、復水ブースタポンプ35、主給水ポンプ38などにより冷却水(蒸気)が循環している。この各種ポンプ32,35,38などは、電源装置(プラント内交流電源、外部電源、非常用ディーゼル発電機、非常用バッテリ、いずれも図示略)からの給電により駆動するものであることから、津波や地震などによりこの電源装置の機能が喪失(原子炉及び蒸気発生器などのための全交流電源の喪失)したときには、これらを駆動して冷却水を循環することができず、加圧水型原子炉12や蒸気発生器13を冷却することが困難となる。
そのため、電源装置が喪失したとき、主蒸気逃がし弁41の開放などで、蒸気発生器13の蒸気(二次冷却水)を配管18から主蒸気逃がし配管42や主蒸気安全配管44を通して大気に開放し、蒸気発生器13内の圧力を低下させて冷却している。また、配管18内の蒸気を冷却水分岐配管48から第1補助給水ポンプ46に供給することで、この第1補助給水ポンプ46を駆動し、復水タンク47の復水を補助給水配管45から配管31を通して蒸気発生器13に供給し、この蒸気発生器13を冷却している。そして、この間に電源装置の復旧を行っている。
ところで、上述した原子力発電プラントは、海岸や河川の近傍に設けられており、この海岸や河川に取水設備を設置し、海水や河川水を冷却水として使用している。図5に示すように、取水設備50は、取水路51と取水槽52を有し、取水源としての海から海水を冷却水として取水槽52に貯留可能となっている。取水槽52は、取水ポンプとして、海水ポンプ53と循環水ポンプ54が設けられており、この海水ポンプ53と循環水ポンプ54は、貯水槽52の冷却水(海水)を取水することができる。
海水ポンプ53は、取水管55を介して原子炉建屋(図示略)内の原子炉補機冷却水冷却器56に連結され、原子炉補機冷却水冷却器56は、排水管57を介して放水路58に連結されている。原子炉補機冷却水冷却器56は、例えば、原子炉格納容器11(図4参照)内に設置された使用済燃料プール59の冷却水を冷却するものであり、この使用済燃料プール59の冷却水を循環する冷却水循環配管60が配設され、冷却水循環配管60にポンプ61が設けられている。そのため、原子炉補機冷却水冷却器56は、海水ポンプ53が取水した海水と冷却水循環配管60を循環する使用済燃料プール59の冷却水(1次冷却水)との間で熱交換を行い、冷却水により1次冷却水を冷却することができる。なお、海水ポンプ53が取水した海水は、原子炉補機冷却水冷却器56により使用済燃料プール59の冷却水を冷却するだけでなく、空調用冷凍機や非常用ディーゼル発電機用冷却器などを冷却する冷却水として利用される。即ち、海水ポンプ53が取水した海水は、原子炉格納容器11内の1次冷却水を冷却するために使用される。
循環水ポンプ54は、取水管62を介してタービン建屋(図示略)内の復水器28に連結され、復水器28は、排水管63を介して放水路58に連結されている。復水器28は、前述したように、低圧タービン22から排出された蒸気を冷却するものである。そのため、復水器28は、循環水ポンプ54が取水した冷却水と内部を流れる蒸気(2次冷却水)との間で熱交換を行い、冷却水により2次冷却水を冷却することができる。
ところで、原子力発電プラントの取水設備50は、津波の発生時に、引き波により取水槽52の水が取水路51を通して海に逆流することから、取水槽52の水位が低下し、海水ポンプ53や循環水ポンプ54が適正量の冷却水を取水することができなくなるおそれがある。そのため、本実施形態では、取水路51に取水槽52から取水路51を経て海側への流水を阻止する流水阻止装置を設け、取水槽52の貯水量が減少すると、この流水阻止装置を作動するようにしている。そのため、引き波の発生時であっても、取水槽52に常時適正量の冷却水を確保し、少なくとも海水ポンプ53により冷却水を取水可能としている。
ここで、原子力発電プラントの取水設備50について詳細に説明する。図1は、第1実施形態の原子力発電プラントの取水設備を表す概略図、図2は、原子力発電プラントの取水設備における津波発生時の作動状態を表す概略図、図3は、第1実施形態の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置の処理の流れを表すフローチャートである。
原子力発電プラントの取水設備50は、一端部が取水源としての海に連通する取水路51と、この取水路51の他端部に連結されて上方が開放する取水槽52と、取水槽52に設けられる海水ポンプ53及び循環水ポンプ54と、取水路51に設けられるサイフォン部(流水阻止装置)71と、このサイフォン部71に空気を供給可能な給気装置(流水阻止装置)72と、給気装置72を作動する制御装置73とを有している。
取水槽52は、所定量の冷却水を貯留可能であり、上方が開放されている。海水ポンプ53及び循環水ポンプ54は、この取水槽52に貯留されている冷却水を取水可能であり、取水口53a,54aが取水槽52の底部の近傍まで延出されている。取水路51は、配管であって、一端部が海に連通し、他端部が取水槽52の側部に連結されている。
サイフォン部71は、取水路51の配管と同径の配管であって、この取水路51のほぼ中間部に設けられている。このサイフォン部71は、取水槽52に向けて上方に傾斜する第1傾斜部81と、上水平部82と、取水槽52に向けて下方に傾斜する第2傾斜部83とから構成されており、取水路51とほぼ同様の通路面積に設定されている。ここで、取水槽52は、サイフォン部71における上水平部82の底面高さL1より上方の通常水位L2まで冷却水を貯留可能であり、上水平部82の底面高さL1が取水槽52における予め設定された所定水位L3とほぼ同じ高さに設定されている。
所定水位L3とは、海水ポンプ53及び循環水ポンプ54の吸込最低水位より高く、且つ、引き潮などにより低くなる通常最低水位より低い水位である。また、原子力発電プラントの非常時には、原子炉を停止し、海水ポンプ53だけを駆動して循環水ポンプ54を停止するが、取水槽52には海水ポンプ53が所定期間(所定時間)だけ稼働できるだけの所定貯水量を確保する必要があり、所定水位L3は、この所定貯水量に対応した水位となっている。
給気装置72は、取水路51におけるサイフォン部71に設けられ、このサイフォン部71に対して空気を供給可能である。この給気装置72は、給気通路74と電磁式開閉弁75とから構成されている。給気通路74は、一端部(上端部)が大気に開放され、他端部(下端部)がサイフォン部71における上水平部82の天井に連通している。この給気通路74は、電磁式開閉弁75が設けられている。
取水槽52は、貯留している冷却水の水位を計測する水位計76が設けられている。制御装置73は、電磁式開閉弁75及び水位計76が接続されており、電磁式開閉弁75を開閉操作することができ、水位計76が計測した取水槽52における冷却水の水位が入力される。そして、制御装置73は、水位計76が計測した冷却水の水位に基づいて電磁式開閉弁73を開閉可能となっている。具体的に、制御装置73は、取水槽52の貯水量が所定貯水量より減少したとき、つまり、水位計76が計測した取水槽52における冷却水の水位が所定水位L3より低下したとき、流水阻止装置として機能する給気装置72における電磁式開閉弁75を開放する。
また、給気通路74は、サイフォン部71から空気を排出可能な排気装置77が設けられる。排気装置77は、排気通路78と真空ポンプ79とから構成されている。排気通路78は、一端部が大気に開放され、他端部がサイフォン部71における上水平部82の天井に連通している。本実施形態では、給気通路74と排気通路78の各一端部が合流してサイフォン部71に連結されている。但し、給気通路74と排気通路78の各一端部を独立して個々にサイフォン部71に連結してもよい。この排気通路78は、真空ポンプ79が設けられている。制御装置73は、真空ポンプ79が接続されており、この真空ポンプ79を駆動停止することができる。
制御装置73は、アラーム(警報装置)80が接続されており、必要に応じて作動させることができる。制御装置73は、取水槽52における冷却水の水位が所定水位L3より低下したとき、アラーム80を作動させる。
ここで、原子力発電プラントの取水設備50の作動について説明する。
図1に示すように、取水路51は、サイフォン部71の空気が存在する場合、取水槽52の貯留量(水位)は、取水源としての海の水位に応じたものとなる。即ち、海の水位がサイフォン部71における上水平部82の底面高さL1より高いとき、海水が取水路51のサイフォン部71を通して取水槽52に流れ込み、取水槽52の水位は所定水位L3よりも高くなる。一方、海の水位がサイフォン部71における上水平部82の底面高さL1より低いとき、海水が取水路51のサイフォン部71を通して取水槽52に流れ込まず、取水槽52の水位は所定水位L3よりも低くなってしまう。そのため、制御装置73は、排気装置77を作動させる。
排気装置77が作動すると、真空ポンプ79が作動することから、サイフォン部71における上水平部82に存在する空気が排気通路78を通して外部に排出され、サイフォン部71の上水平部82が海水で充満される。すると、サイフォン部71に空気がなくなることから、常時、海水が取水路51のサイフォン部71を通して取水槽52に流れ込むこととなり、取水槽52の水位は所定水位L3よりも高い通常水位L2に維持される。
取水槽52の水位が通常水位L2に維持された状態で、図1及び図3に示すように、ステップS11にて、制御装置73は、水位計76が計測した取水槽52における冷却水の水位が常時入力されている。ステップS12にて、制御装置73は、取水槽52における現在の水位Lが所定水位L3より低いかどうかを判定している。ここで、取水槽52における冷却水の水位Lが所定水位L3より低くない(No)と判定されると、ステップS13にて、アラーム80を停止状態(OFF)のままとし、ステップS14にて、電磁式開閉弁75を閉止状態に維持する。そして、ステップS15にて、海水ポンプ53を駆動(ON)とし、ステップS16にて、循環水ポンプ54を駆動(ON)する。
そのため、海水ポンプ53及び循環水ポンプ54を作動すると、この海水ポンプ53及び循環水ポンプ54は、各取水口53a,54aから取水槽52の冷却水(海水)を吸入することができ、所定の冷却位置に供給することができる。即ち、海水ポンプ53は、原子炉建屋内の原子炉補機冷却水冷却器56に冷却水を供給し、使用済燃料プール59を冷却することができる。また、循環水ポンプ54は、タービン建屋内の復水器28に冷却水を供給し、2次冷却水を冷却することができる。ここで、取水槽52の冷却水が減少しても、海水が取水路51を通して取水槽52に補充されることから、ステップS17にて、制御装置73は、取水槽52の水量確保を確認する。
ここで、津波が発生し、取水設備50に引き波が作用すると、取水槽52の冷却水が取水路51(サイフォン部71)を通して海に流出するため、取水槽52に貯留されている冷却水の水位が低下してしまう。このとき、ステップS12にて、制御装置73は、取水槽52における冷却水の水位Lが所定水位L3より低い(Yes)と判定し、ステップS18にて、アラーム80を作動(ONF)させ、ステップS19にて、給気装置72を作動して電磁式開閉弁75を開放する。すると、図2に示すように、外部の空気が給気通路74を通してサイフォン部71の上水平部82に供給され、このサイフォン部71は、上水平部82に空気が充填されることから堰として機能する。
即ち、サイフォン部71は、上水平部82の底面高さL1が取水槽52における所定水位L3とほぼ同じ高さに設定され、且つ、上水平部82に空気層が存在していることから、引き波がサイフォン部71の第2傾斜部83側に作用することはなく、取水槽52は、所定水位L3を超えて冷却水が外部に流出されることはない。
そして、ステップS20にて、原子炉を停止させるための制御を実行し、ステップS21にて、循環水ポンプ54の駆動を停止(OFF)する。即ち、原子炉では、主蒸気逃がし弁41の開放などにより蒸気発生器13の蒸気(二次冷却水)を配管18から主蒸気逃がし配管42などを通して大気に開放し、蒸気発生器13内の圧力を低下させて冷却する。また、配管18内の蒸気を冷却水分岐配管48から第1補助給水ポンプ46に供給することで、この第1補助給水ポンプ46を駆動し、復水タンク47の復水を補助給水配管45から配管31を通して蒸気発生器13に供給し、この蒸気発生器13を冷却する。
原子炉を停止させることから、循環水ポンプ54の駆動を停止してもよく、海水ポンプ53だけは、取水口53aから取水槽52の冷却水(海水)を吸入し、所定の冷却位置に供給することができる。ここで、循環水ポンプ54を停止していることから、海水ポンプ53による取水槽52における冷却水の使用量は少なく、海水が取水路51を通して取水槽52に補充されなくても、ステップS17にて、制御装置73は、所定期間の間だけは取水槽52の水量確保を確認する。
その後、取水設備50に対して引き波の影響がなくなったら、制御装置73は、電磁式開閉弁75を閉止し、真空ポンプ79を駆動して上水平部82に残留する空気を排出することで、サイフォン部71の上水平部82を海水で充満させる。すると、再び、海水ポンプ53及び循環水ポンプ54を作動することができる。
このように第1実施形態の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置にあっては、一端部が取水源としての海に連通する取水路51と、取水路51の他端部に連通されて上方が開放する取水槽52と、取水槽52に設けられる海水ポンプ53及び循環水ポンプ54と、取水槽52から取水路51を経て海側への流水を阻止する流水阻止装置とを設け、制御装置73は、取水槽52の貯水量が予め設定された所定貯水量より減少すると流水阻止装置を作動する。
従って、海からの海水が取水路51を通して取水槽52に流入するため、取水槽52に十分な貯水量が確保され、海水ポンプ53及び循環水ポンプ54は、この取水槽52の冷却水を取水して所定の冷却位置に供給することができる。そして、引き波の発生時、取水槽52の冷却水が取水路51を通して海側に流出しようとするが、取水槽52の貯水量が所定貯水量より減少すると流水阻止装置が作動し、取水槽52から取水路51を経て海側への水の流出が阻止される。その結果、取水槽52に常時適正量の冷却水を確保することで、海水ポンプ53により所定の冷却位置への冷却水の供給を継続することができる。
第1実施形態の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置では、取水槽52の水位を計測する水位計76を設け、制御装置73は、水位計76が計測した水位が予め設定された所定水位より低下したときに流水阻止装置を作動する。従って、引き波の発生時に、取水槽52からの冷却水が流出することで水位が低下し、水位計76が計測した水位が所定水位より低下すると、流水阻止装置を作動することで、取水槽52における貯水量の減少を容易に、且つ、高精度に検出することができ、適正なタイミングで流水阻止装置を作動することができ、設備の信頼性を向上することができる。
第1実施形態の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置では、取水路51にサイフォン部71を設け、サイフォン部71に流水阻止装置として空気を供給可能な給気装置72を設けている。従って、通常時、給気装置72が停止しており、サイフォン部71が水で満たされているため、海からの海水が取水路51及びサイフォン部71を通して取水槽52に流入可能となり、取水槽52に適正量の冷却水が確保される。引き波の発生時、取水槽52の冷却水が取水路51を通して海側に流出しようとするが、このとき、給気装置72が作動するため、サイフォン部71に空気が供給されることでこのサイフォン部71が堰となり、取水槽52からの冷却水の流出が阻止されることとなり、簡単な構成で容易に取水槽52に常時適正量の冷却水を確保することができる。
第1実施形態の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置では、給気装置72として、一端部が開口して他端部がサイフォン部71に連通する給気通路74と、給気通路74に設けられる電磁式開閉弁75とを設けている。従って、通常時、給気装置72が停止して電磁式開閉弁75が閉止しており、給気通路74からサイフォン部71へ給気されることはなく、サイフォン部71が水で満たされているため、海からの海水が取水路51及びサイフォン部71を通して取水槽52に流入可能となり、取水槽52に適正量の冷却水が確保される。引き波の発生時、取水槽52の水が取水路51を通して海側に流出しようとするが、このとき、給気装置72が作動して電磁式開閉弁75を開放するため、給気通路74からサイフォン部71へ給気され、取水路51がサイフォン部71により海側と取水槽52側とに分断されることとなり、取水槽52からの水の流出が阻止され、容易に取水槽52に常時適正量の冷却水を確保することができる。
第1実施形態の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置では、サイフォン部71から空気を排出可能な排気装置77として排気通路78及び真空ポンプ79を設けている。従って、海からの冷却水が取水路51を通して取水槽52に流入するとき、サイフォン部71に内部空気が残留するため、真空ポンプ77を駆動することで、サイフォン部71に残留する空気ガ排気通路78を通して排出され、サイフォン部71を冷却水で充満させることができ、サイフォン部71での冷却水の流動を適正化し、海水ポンプ53及び循環水ポンプ54が取水槽52から適正に取水することができる。
第1実施形態の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置では、取水槽52の冷却水を原子炉補機冷却水冷却器56に供給する海水ポンプ53と、取水槽52の冷却水を復水器28に供給する循環水ポンプ54とを設け、制御装置73は、取水槽52の貯水量が所定貯水量より減少すると、流水阻止装置を作動し、原子炉の稼働を停止すると共に、循環水ポンプ54だけを停止する。従って、非常時に、取水槽52に適正量の冷却水が確保され、海水水ポンプ53により冷却水を原子炉補機冷却水冷却器56に供給して冷却することができる。また、原子炉の稼働が停止していることから、循環水ポンプ54による復水器28への冷却水の供給が不要となる。その結果、原子力発電プラントの安全性を確保することができる。
また、第1実施形態の原子力発電プラントの取水設備は、一端部が取水源としての海に連通する取水路51と、この取水路51の他端部に連結されて上方が開放する取水槽52と、取水槽52に設けられる海水ポンプ53及び循環水ポンプ54と、取水路51に設けられるサイフォン部(流水阻止装置)71と、このサイフォン部71に空気を供給可能な給気装置(流水阻止装置)72と、給気装置72を作動する制御装置73とを設けている。
従って、引き波の発生時、取水槽52の貯水量が所定貯水量より減少すると、給気装置72が作動するため、サイフォン部71に空気が供給されることでこのサイフォン部71が堰となり、取水槽52からの冷却水の流出が阻止されることとなり、取水槽52に常時適正量の冷却水を確保することで、海水ポンプ53により所定の冷却位置への冷却水の供給を継続することができる。
[第2実施形態]
図6は、第2実施形態の原子力発電プラントの取水設備を表す概略図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
第2実施形態において、図6に示すように、原子力発電プラントの取水設備90は、一端部が取水源としての海に連通する取水路51と、この取水路51の他端部に連結されて上方が開放する取水槽52と、取水槽52に設けられる海水ポンプ53及び循環水ポンプ54と、取水路51に設けられるサイフォン部(流水阻止装置)71と、このサイフォン部71に空気を供給可能な給気装置91と、給気装置91を作動する制御装置73とを有している。
ここで、取水路51、取水槽52、海水ポンプ53及び循環水ポンプ54、サイフォン部71については、上述した第1実施形態と同様であることから説明は省略する。
給気装置91は、取水路51におけるサイフォン部71に設けられ、このサイフォン部71に対して空気を供給可能である。この給気装置91は、給気通路92と空気供給装置(空気供給源)93とから構成されている。給気通路92は、他端部がサイフォン部71における上水平部82の天井に連通している。この給気通路92は、一端部に空気供給装置93に連結されている。この場合、空気供給装置93は、ファン、ブロア、圧縮機、アキュムレータなどを適用すればよい。
制御装置73は、水位計76が計測した冷却水の水位に基づいて空気供給装置93を作動停止可能となっている。具体的に、制御装置73は、取水槽52の貯水量が所定貯水量より減少したとき、つまり、水位計76が計測した取水槽52における冷却水の水位が所定水位L3より低下したとき、流水阻止装置として機能する空気供給装置93を作動する。
そのため、海水は、図6の実線矢印に表すように、取水路51のサイフォン部71を通して取水槽52に流れ込むこととなり、取水槽52の水位は所定水位L3よりも高い通常水位L2に維持されている。この状態で、津波が発生し、取水設備90に引き波が作用すると、図6の点線矢印に表すように、取水槽52の冷却水が取水路51(サイフォン部71)を通して海に流出するため、取水槽52に貯留されている冷却水の水位が低下してしまう。このとき、制御装置73は、取水槽52における冷却水の水位Lが所定水位L3より低いと判定し、アラーム80を作動(ON)させ、給気装置91を作動させる。すると、外部の空気が給気通路92を通してサイフォン部71の上水平部82に強制的に供給され、このサイフォン部71は、上水平部82に空気が充填されることから堰として機能する。
即ち、サイフォン部71は、上水平部82の底面高さL1が取水槽52における所定水位L3とほぼ同じ高さに設定され、且つ、上水平部82に空気層が存在していることから、引き波がサイフォン部71の第2傾斜部83側に作用することはなく、取水槽52は、所定水位L3を超えて冷却水が外部に流出されることはない。そして、原子炉を停止させるための制御を実行し、循環水ポンプ54の駆動を停止し、海水ポンプ53だけが作動し、冷却水を所定の冷却位置に供給することができる。
このように第2実施形態の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置にあっては、一端部が取水源としての海に連通する取水路51と、取水路51の他端部に連通されて上方が開放する取水槽52と、取水槽52に設けられる海水ポンプ53及び循環水ポンプ54と、取水路51に設けられるサイフォン部(流水阻止装置)71と、このサイフォン部71に空気を供給可能な給気装置91と、給気装置91を作動する制御装置73を設けている。
従って、引き波の発生時、取水槽52の冷却水が取水路51を通して海側に流出しようとするが、取水槽52の貯水量が所定貯水量より減少すると、制御装置73は、給気装置91が作動するため、サイフォン部71に空気が供給されることでこのサイフォン部71が堰となり、取水槽52からの冷却水の流出が阻止されることとなり、簡単な構成で容易に取水槽52に常時適正量の冷却水を確保することができる。
第2実施形態の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置では、給気装置91として、他端部がサイフォン部71に連通する給気通路92と、給気通路92の一端部に連結される空気供給装置93とを設けている。従って、取水槽52の貯水量が所定貯水量より減少すると、空気供給装置93が作動して空気を給気通路92からサイフォン部71に強制的に空気を供給するため、サイフォン部71を早期に堰として機能させることができ、安全性を向上することができる。
なお、上述した第1、第2実施形態では、サイフォン部71を第1傾斜部81と上水平部82と第2傾斜部83とから構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、サイフォン部71を第1鉛直部と上水平部と第2鉛直部とから構成してもよく、また、上水平部や全体を湾曲形状としてもよい。また、サイフォン部71における上水平部82における水平方向の幅を鉛直方向の高さより大きく設定してもよく、この場合、サイフォン部71の大型化を抑制することができる。
また、上述した各実施形態にて、サイフォン部71の位置は、なるべく取水源側(海)に設けることが望ましい。
[第3実施形態]
図7は、第3実施形態の原子力発電プラントの取水設備を表す概略図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
第3実施形態において、図7に示すように、原子力発電プラントの取水設備100は、一端部が取水源としての海に連通する取水路51と、この取水路51の他端部に連結されて上方が開放する取水槽52と、取水槽52に設けられる海水ポンプ53及び循環水ポンプ54と、取水路51に設けられる取水路51の幅方向に沿うと共に回動自在に支持される阻止板(流水阻止装置)101と、この阻止板101を取水路51から上方に退避した退避位置と取水路51内に浸水した阻止位置とに移動する移動装置(流水阻止装置)102と、移動装置102を作動制御する制御装置103とを有している。
ここで、取水路51、取水槽52、海水ポンプ53及び循環水ポンプ54については、上述した第1実施形態と同様であることから説明は省略する。
阻止板101は、矩形状をなす板であり、取水路51の幅方向に沿って配置されており、高さ方向の一端部(上端部)が取水路51の幅方向に沿う支持軸104により回動自在に支持されている。移動装置102は、この阻止板101を支持軸104を支点として回動することができ、阻止板101を取水路51から上方に退避した退避位置(図7の実線位置)から取水路51内に浸水した阻止位置(図7の二点鎖線位置)に移動することができる。即ち、移動装置102は、この阻止板101における高さ方向の他端部(下端部)を拘束することで退避位置(図7の実線位置)に保持し、阻止板101の他端部(下端部)の拘束を解除することで、阻止板101の自重により阻止位置(図7の二点鎖線位置)に移動することができる。
取水路51は、阻止板101の支持位置の下方の底面にストッパ105が固定されている。阻止板101は、他端部がこのストッパ105に当接することで、阻止位置(図7の二点鎖線位置)に保持され、この阻止位置にあるとき、下端部が海側への回動が不能とされ、取水槽52側への回動が可能とされる。
なお、移動装置102は、この構成に限定されるものではなく、例えば、モータや流体圧シリンダなどを用いて阻止板を作動するものであってもよい。
制御装置103は、水位計76が計測した冷却水の水位に基づいて移動装置102を作動可能となっている。具体的に、制御装置103は、取水槽52の貯水量が所定貯水量より減少したとき、つまり、水位計76が計測した取水槽52における冷却水の水位が所定水位より低下したとき、移動装置102により退避位置に保持された阻止板101の拘束を解除することで、この阻止板101をその自重により阻止位置に移動する。
そのため、通常時、阻止板101が取水路51から上方に退避した退避位置に保持されており、海水は、図7の実線矢印に表すように、取水路51を通して取水槽52に流れ込むこととなり、取水槽52の水位が維持されている。この状態で、津波が発生し、取水設備100に引き波が作用すると、図7の点線矢印に表すように、取水槽52の冷却水が取水路51を通して海に流出するため、取水槽52に貯留されている冷却水の水位が低下してしまう。このとき、制御装置103は、取水槽52における冷却水の水位が所定水位より低いと判定し、移動装置102を作動させる。すると、阻止板101は、移動装置102による拘束が解除されることで自重により阻止位置に移動し、阻止板101が堰として機能して取水槽52から冷却水の流出が阻止される。
その後、取水設備50に対して押し波が発生すると、図7の実線矢印に表すように、海水が取水路51を通して阻止板101に作用すると、阻止板101が取水槽52側へ回動することから、海水が取水槽52に流れ込むこととなり、取水槽52の水位を上昇させることができる。
このように第3実施形態の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置にあっては、一端部が取水源としての海に連通する取水路51と、取水路51の他端部に連通されて上方が開放する取水槽52と、取水槽52に設けられる海水ポンプ53及び循環水ポンプ54と、取水路51の幅方向に沿うと共に取水路51の幅方向に沿う支持軸104により回動自在に支持される阻止板101と、阻止板101を取水路51から上方に退避した退避位置と取水路内に浸水した阻止位置とに移動する移動装置102と、移動装置102を作動する制御装置103とを設けている。
従って、通常時、移動装置102により阻止板101が取水路51から上方に退避した退避位置に移動しており、海水が取水路51を通して取水槽52に流入可能となり、取水槽52に適正量の冷却水が確保される。引き波の発生時、取水槽52の水が取水路51を通して海側に流出しようとするが、このとき、移動装置102により阻止板101が取水路51内に浸水した阻止位置に移動するため、この阻止板101により取水槽52からの水の流出が阻止されることとなり、簡単な構成で容易に取水槽52に常時適正量の冷却水を確保することができる。
第3実施形態の原子力発電プラントにおける取水設備の制御装置では、阻止板101は、取水路51内に浸水した阻止位置にあるとき、下端部が海側へ回動不能とし、取水槽52側へ回動可能としている。従って、引き波の発生時後に押し波が発生すると、海水が取水路51を通して阻止位置にある阻止板101に至るが、この阻止板101は、この水流により下端部が取水槽52側へ回動するため、海水が阻止板101を押し上げて取水槽52に流入することとなり、簡単な構成で容易に取水槽52の冷却水を増加させることができる。
なお、上述した実施形態では、取水槽52の水位を計測する水位計76を設け、制御装置73,103は、取水槽52の水位が所定水位より低下したときに流水阻止装置を作動するように構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、制御装置は、地震警報の発令や津波警報の発令に応じて流水阻止装置を作動するように構成してもよい。また、制御装置は、地震計や津波計の計測結果に応じて流水阻止装置を作動するように構成してもよい。更に、取水路51における水の流れ方向を検出する検出器を設け、制御装置は、取水槽52から取水路51側への水の流れが発生すると流水阻止装置を作動するように構成してもよい。
なお、上述した実施形態では、本発明の原子力発電プラントの取水設備を海の近傍に設置し、海水を冷却水として使用したが、本発明の原子力発電プラントの取水設備を湖や河川の近傍に設置し、水を冷却水として使用してもよい。
なお、上述した実施形態では、本発明の原子力発電プラントの取水設備の制御装置及び原子力発電プラントの取水設備を加圧水型原子炉に適用して説明したが、沸騰水型原子炉(BWR:Boiling Water Reactor)に適用することもでき、いずれの原子炉に適用してもよい。
11 原子炉格納容器
12 加圧水型原子炉
13 蒸気発生器
19 蒸気タービン
23 発電機
50,90,100 取水設備
51 取水路
52 取水槽
53 海水ポンプ
54 循環水ポンプ
71 サイフォン部(流水阻止装置)
72,91 給気装置(流水阻止装置)
73,103 制御装置
74,92 給気通路
75 電磁式開閉弁
76 水位計
77 排気装置
78 排気通路
79 真空ポンプ
80 アラーム
93 空気供給装置
101 阻止板(流水阻止装置)
102 移動装置(流水阻止装置)
104 支持軸
105 ストッパ

Claims (6)

  1. 一端部が取水源に連通する取水路と、
    前記取水路の他端部に連通されて上方が開放する取水槽と、
    前記取水槽に設けられる取水ポンプと、
    前記取水槽から前記取水路を経て前記取水源側への流水を阻止する流水阻止装置と、
    を有し、
    前記取水路にサイフォン部が設けられ、前記サイフォン部に前記流水阻止装置として空気を供給可能な給気装置が設けられ、
    前記取水槽の貯水量が予め設定された所定貯水量より減少することを検出または推定したときに前記流水阻止装置を作動する、
    ことを特徴とする原子力発電プラントの取水設備。
  2. 前記取水槽の水位を計測する水位計が設けられ、前記水位計が計測した水位が予め設定された所定水位より低下したときに前記流水阻止装置を作動することを特徴とする請求項1に記載の原子力発電プラントの取水設備。
  3. 前記給気装置は、一端部が開口して他端部が前記サイフォン部に連通する給気通路と、前記給気通路に設けられる開閉弁とを有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の原子力発電プラントの取水設備。
  4. 前記給気装置は、空気供給源と、一端部が前記空気供給源に連結されて他端部が前記サイフォン部に連通する給気通路とを有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の原子力発電プラントの取水設備。
  5. 前記サイフォン部から空気を排出可能な排気装置が設けられることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の原子力発電プラントの取水設備。
  6. 前記取水ポンプは、前記取水槽の水を冷却水として原子炉補機冷却水冷却器に供給する海水ポンプと、前記取水槽の水を冷却水として復水器に供給する循環水ポンプとを有し、前記取水槽の貯水量が前記所定貯水量より減少すると、前記流水阻止装置を作動し、原子炉の稼働を停止すると共に、前記循環水ポンプの駆動を停止することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の原子力発電プラントの取水設備。
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