JP6628613B2 - 蒸気タービンプラント、原子力プラント及び蒸気タービンプラントの出力調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、蓄熱装置を備える蒸気タービンプラント、原子力プラント及び蒸気タービンプラントの出力調整方法に関するものである。

原子力発電プラントでは、蒸気発生器で生成された蒸気が蒸気タービンに送られ、蒸気タービンを回転させる。蒸気タービンの回転により、蒸気タービンに接続された発電機が駆動され、発電が行われる。蒸気タービンの回転に使用された蒸気は、復水器で冷却されて復水となる。この復水は、低圧給水加熱器や高圧給水加熱器などで加熱された後、蒸気発生器に戻される。

例えば蒸気タービンは、高圧タービンと低圧タービンとを備える。蒸気発生器で生成された蒸気は、まず高圧タービンに送られ、高圧タービンを回転させる。高圧タービンの回転に使用された蒸気は、配管を介して湿分分離加熱器に送られ、湿分が除去されると共に加熱される。その後、加熱された蒸気は、配管を介して低圧タービンに送られ、低圧タービンを回転させる。

ここで、原子力発電プラントとして、蓄熱装置を備える原子力発電設備が知られている（例えば、特許文献１参照）。蓄熱装置には、蒸気発生器と高圧タービンと接続する主蒸気管から分岐する主蒸気抽気管が接続されている。また、主蒸気抽気管には、低圧タービンから導かれる低圧抽気管が接続されている。この原子力発電設備では、電力需要が減少した場合、主蒸気の一部を蓄熱装置に導入することで、余剰となる蒸気の熱を蓄熱装置に蓄熱している。

特開平０４−１４０６９９号公報

ここで、特許文献１の蓄熱装置は、蒸気発生器から主蒸気が供給され、また、低圧タービンから排出される蒸気が供給されることで、主蒸気を含む蒸気の熱を蓄熱している。このとき、主蒸気は、高圧高温の蒸気であることから、蓄熱装置を加熱する場合、主蒸気の潜熱を利用することとなる。つまり、高圧の主蒸気は、蓄熱装置により吸熱されることで、飽和ドレンが生じる。このため、蓄熱装置で利用されて排出される蒸気は湿分を含むものとなる。湿分を含んだ蒸気は、高圧タービン及び低圧タービンに戻すことが困難である。また、低圧タービンから排出される蒸気は、温度が低いものとなることから、蒸気から吸熱可能な熱量が小さいものとなるため、蓄熱効率の向上を図ることが困難である。

そこで、本発明は、効率よく蓄熱を行いつつ、出力を調整することができる蒸気タービンプラント、原子力プラント及び蒸気タービンプラントの出力調整方法を提供することを課題とする。

本発明の蒸気タービンプラントは、蒸気が供給される高圧タービンと、前記高圧タービンから排出される蒸気を加熱する加熱器と、前記加熱器により加熱された蒸気が供給される低圧タービンと、前記低圧タービンに供給される前記加熱器により加熱された蒸気と蓄熱材との間で熱交換して、当該蒸気の熱を前記蓄熱材に蓄熱すると共に、前記蓄熱材により吸熱された蒸気を前記低圧タービンに供給する蓄熱装置と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の蒸気タービンプラントの出力調整方法は、蒸気が供給される高圧タービンと、前記高圧タービンから排出される蒸気を加熱する加熱器と、前記加熱器により加熱された蒸気が供給される低圧タービンと、蓄熱材に熱を蓄熱する蓄熱装置と、を備える蒸気タービンプラントの出力調整方法であって、前記低圧タービンに供給される前記加熱器により加熱された蒸気と前記蓄熱材との間で熱交換して、蒸気の熱を前記蓄熱材に蓄熱すると共に、前記蓄熱材により吸熱された蒸気を前記低圧タービンに供給することにより、前記蒸気タービンプラントの出力を調整することを特徴とする。

これらの構成によれば、蒸気タービンプラントに対する要求出力が小さい場合、加熱器で加熱された低圧タービンに供給される前の低圧の蒸気を、蓄熱装置に供給することができる。このとき、低圧の蒸気は、加熱器によって加熱されることで過熱蒸気となっていることから、低圧の蒸気の顕熱を利用して、蓄熱装置の蓄熱材を加熱することができる。また、低圧の蒸気の顕熱を利用することから、蓄熱材により吸熱された蒸気は、湿分の発生が抑制されるため、低圧タービンに供給することができる。そして、低圧の蒸気から吸熱可能な熱量は大きなものとなるため、少ない蒸気量で、効率よく蓄熱材に蓄熱を行うことができる。以上から、蒸気の顕熱を利用して、効率良く蓄熱材に蓄熱を行うことができ、また、蓄熱材により吸熱された蒸気を低圧タービンに供給することで、蒸気タービンプラントの実出力が低下するように調整することができる。

また、前記低圧タービンに供給される前記加熱器により加熱された蒸気と、前記蓄熱材により吸熱された蒸気とは、飽和温度以上の蒸気となっていることが好ましい。

この構成によれば、蒸気が凝縮して湿分が発生することを抑制することができるため、湿分を含んだ蒸気を低圧タービンに供給することを抑制することができる。このため、湿分による低圧タービンへの影響を軽減することができ、低圧タービンの運転を好適に行うことができる。

また、前記加熱器は、前記高圧タービンから排出される蒸気が流通する湿分分離加熱器であり、前記湿分分離加熱器は、蒸気の流通方向の下流側に、前記蓄熱材と蒸気とが熱交換する熱交換部を有することが好ましい。

この構成によれば、湿分分離加熱器の下流側（後段側）において、加熱直後の蒸気と蓄熱材とを熱交換することができる。なお、湿分分離加熱器の最下流側（最終段）に熱交換部を設けることが、より好ましい。

また、前記蓄熱装置は、蓄熱後の前記蓄熱材を溜める高温側貯留部と、放熱後の前記蓄熱材を溜める低温側貯留部と、前記低温側貯留部から前記高温側貯留部へ向けて前記蓄熱材が流通する蓄熱側流路と、前記蓄熱側流路に設けられ、前記蓄熱材と蒸気との間で熱交換が行われる蓄熱側熱交換部と、前記高温側貯留部から前記低温側貯留部へ向けて前記蓄熱材が流通する放熱側流路と、前記放熱側流路に設けられ、前記蓄熱材と出力上昇に寄与する熱媒との間で熱交換が行われる放熱側熱交換部と、を有することが好ましい。

また、蓄熱後の前記蓄熱材と前記蒸気タービンプラントの出力の上昇に寄与する熱媒とを熱交換して、前記蓄熱材の熱を前記熱媒に放熱することにより、前記蒸気タービンプラントの出力を調整することが好ましい。

この構成によれば、蓄熱装置により蓄熱した熱を、熱媒に放熱することで、蒸気タービンプラントの実出力が上昇するように調整することができる。

また、前記蓄熱装置は、前記低温側貯留部と前記高温側貯留部との間を前記蓄熱材が循環する閉ループとなっていることが好ましい。

この構成によれば、蓄熱装置の外部に蓄熱材が流出することを抑制することができる。

また、前記蓄熱装置は、前記蓄熱材への熱の蓄熱量及び前記蓄熱材からの熱の放熱量を調整する調整機構をさらに有することが好ましい。

この構成によれば、蒸気タービンプラントへの要求出力に応じて、調整機構により、蓄熱材への熱の蓄熱量と、蓄熱材からの熱の放熱量とを調整することで、蒸気タービンプラントの実出力を調整することができる。

本発明の原子力プラントは、原子炉と、前記原子炉により加熱された一次冷却水と熱交換を行うことで、蒸気を発生させる蒸気発生器と、前記蒸気発生器により発生された蒸気が供給される、上記の蒸気タービンプラントと、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、要求出力に応じて、実出力を調整可能な原子力プラントを提供することができる。

図１は、実施形態１に係る原子力発電プラントの原子炉系を示す概略構成図である。 図２は、実施形態１に係る原子力発電プラントのタービン系を示す概略構成図である。 図３は、蓄熱装置の放熱時におけるタービン系の一例を示す概略構成図である。 図４は、蓄熱装置の放熱時におけるタービン系の一例を示す概略構成図である。 図５は、蓄熱装置の放熱時におけるタービン系の一例を示す概略構成図である。 図６は、実施形態２に係る原子力発電プラントのタービン系を示す概略構成図である。

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。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、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ることも可能である。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る原子力発電プラントの原子炉系を示す概略構成図である。図２は、実施形態１に係る原子力発電プラントのタービン系を示す概略構成図である。

実施形態１に係る蒸気タービンプラントが適用されるプラントとしては、例えば、原子力発電プラント１００である。原子力発電プラント１００は、図１に示す原子炉系（一次冷却系）５と、図２に示すタービン系（二次冷却系）６とを備えている。

原子炉系５は、図１に示すように、原子炉格納容器１１を備え、原子炉格納容器１１の内部には、原子炉１２及び蒸気発生器１３が格納されている。原子炉１２としては、例えば加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）が用いられている。原子炉１２と蒸気発生器１３との間は、配管１４，１５によって接続されている。配管１４には、加圧器１６が設けられている。配管１５には、一次冷却水ポンプ１７が設けられている。

原子炉１２では、原子炉冷却材（一次冷却水）及び中性子減速材として軽水が用いられる。原子炉１２では、燃料（原子燃料）である低濃縮ウランまたはＭＯＸによって一次冷却水が加熱される。一次冷却水は、加圧器１６によって所定の高圧に維持され、高温高圧水となった状態で、配管１４を通して蒸気発生器１３に送られる。原子炉１２では、炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するため、原子炉系５が加圧器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される。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を通して原子炉１２に戻される。蒸気発生器１３は、配管１８，４３を介してタービン系６と接続されている。

タービン系６は、図２に示すように、高圧タービン２０と、低圧タービン２１と、湿分分離加熱器２２と、復水器２３と、低圧給水加熱器２４〜２７と、脱気器２８と、高圧給水加熱器２９，３０と、蓄熱装置３５とを有している。

高圧タービン２０は、その入口部に上記の配管１８が接続されている。高圧タービン２０は、配管１８から蒸気が供給されることで回転駆動する。高圧タービン２０の出口部と湿分分離加熱器２２の入口部との間には、蒸気配管４０が接続されている。

湿分分離加熱器２２は、蒸気配管４０から蒸気が供給され、供給された蒸気を加熱する。湿分分離加熱器２２の出口部と低圧タービン２１の入口部との間には、蒸気配管４１が接続されている。

低圧タービン２１は、蒸気配管４１から蒸気が供給されることで回転駆動する。低圧タービン２１の出口部と復水器２３の入口部との間には、蒸気配管４２が接続されている。

復水器２３は、蒸気配管４２から蒸気が供給され、供給された蒸気を冷却水により冷却して凝縮することで復水とし、この復水を二次冷却水である給水として排出する。蒸気を冷却する冷却水としては、例えば海水が用いられる。復水器２３の出口部と蒸気発生器１３の入口部との間には、配管４３が接続されている。

配管４３には、低圧給水加熱器２４，２５，２６，２７が給水の流れる方向に沿って順に設けられている。低圧給水加熱器２４，２５，２６，２７には、低圧タービン２１から抽気した蒸気が流通する蒸気配管４４，４５，４６，４７がそれぞれ接続され、蒸気配管４４，４５，４６，４７から供給される蒸気によって給水をそれぞれ加熱している。

また、配管４３には、低圧給水加熱器２７の下流側に、脱気器２８が設けられ、脱気器２８の下流側に、高圧給水加熱器２９，３０が給水の流れる方向に沿って順に設けられている。脱気器２８には、蒸気配管４０から分岐するドレン配管５１が接続され、蒸気配管４０を流通する蒸気に含まれる湿分（ドレン）が脱気器２８に流入する。高圧給水加熱器２９，３０には、高圧タービン２０から抽気した蒸気が流通する蒸気配管５２，５３がそれぞれ接続され、蒸気配管５２，５３から供給される蒸気によって給水をそれぞれ加熱している。

次に、湿分分離加熱器２２について説明する。湿分分離加熱器２２は、湿分分離器６１と、３段の熱交換部６２〜６４とを有する構成となっている。湿分分離加熱器２２は、その入口側から出口側に向かって順に、最上流側に配置された湿分分離器６１と、第１段目の第１熱交換部６２と、第２段目の第２熱交換部６３と、最下流側に配置され、最終段となる第３熱交換部６４とを有している。

湿分分離器６１は、蒸気配管４０に接続され、蒸気配管４０からの蒸気を導入する。湿分分離器６１は、湿分分離加熱器２２の入口側の端部に配置されている。湿分分離器６１と脱気器２８との間には、ドレン配管７１が接続されている。湿分分離器６１で発生したドレンは、ドレン配管７１を通って脱気器２８に流入し、給水として用いられる。

第１熱交換部６２は、内部に伝熱管８１を有しており、伝熱管８１の入口部には、蒸気配管５３から分岐する蒸気配管６６が接続されている。また、伝熱管８１の出口部と高圧給水加熱器２９との間には、ドレン配管７２が接続されている。第１熱交換部６２は、伝熱管８１の内外で熱交換されることで、伝熱管８１の外部を流通する高圧タービン２０からの蒸気を、伝熱管８１の内部を流通する高圧タービン２０から抽気した蒸気で加熱する。そして、伝熱管８１の内部を流通した後の蒸気は、ドレン配管７２を通って高圧給水加熱器２９に流入し、給水を加熱する。

第２熱交換部６３は、内部に伝熱管８２を有しており、伝熱管８２の入口部には、配管１８から分岐する蒸気配管６７が接続されている。また、伝熱管８２の出口部と高圧給水加熱器３０との間には、ドレン配管７３が接続されている。第２熱交換部６３は、伝熱管８２の内外で熱交換されることで、伝熱管８２の外部を流通する第１熱交換部６２からの蒸気を、伝熱管８２の内部を流通する蒸気発生器１３からの蒸気で加熱する。そして、伝熱管８２の内部を流通した後の蒸気は、ドレン配管７３を通って高圧給水加熱器３０に流入し、給水を加熱する。

第３熱交換部６４は、蓄熱装置３５の一部を構成している。第３熱交換部６４は、内部に伝熱管８３を有しており、伝熱管８３の入口部には、後述する蓄熱装置３５の低温側配管１０３ａが接続され、伝熱管８３の出口部には、後述する蓄熱装置３５の高温側配管１０３ｂが接続されている。第３熱交換部６４は、伝熱管８３の内外で熱交換されることで、伝熱管８３の内部を流通する蓄熱材を、伝熱管８３の外部を流通する第２熱交換部６３からの蒸気で加熱する。換言すれば、第２熱交換部６３で加熱された蒸気は、伝熱管８３の内部を流通する蓄熱材によって吸熱（除熱）される。ここで、第３熱交換部６４に供給される蒸気は、低圧で飽和温度以上となる蒸気となっており、蓄熱材は、蒸気の顕熱によって加熱される。

上記構成の原子力発電プラント１００において、蒸気発生器１３では、高温高圧の一次冷却水と熱交換を行って蒸気が生成される。この蒸気は、配管１８を経由して高圧タービン２０に送られ、高圧タービン２０を回転駆動させる。

高圧タービン２０を回転駆動した後の蒸気は、蒸気配管４０を経由して湿分分離加熱器２２に送られる。湿分分離加熱器２２に送られた蒸気は、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、蒸気配管４１を経由して低圧タービン２１に供給される。低圧タービン２１に供給された蒸気は、低圧タービン２１を回転駆動させる。

低圧タービン２１を回転駆動した後の蒸気は、蒸気配管４２を経由して復水器２３において冷却され、復水となる。この復水は、給水として配管４３を流れ、低圧給水加熱器２４，２５，２６，２７、脱気器２８、高圧給水加熱器２９，３０などを経由して蒸気発生器１３に戻される。

次に、蓄熱装置３５について説明する。この蓄熱装置３５は、湿分分離加熱器２２で加熱された蒸気と蓄熱材との間で熱交換して、蒸気の熱を蓄熱材に蓄熱すると共に、蓄熱材により吸熱された後の蒸気を低圧タービン２１に供給することにより、原子力発電プラント１００の出力を低下させている。

蓄熱装置３５は、図２に示すように、高温側タンク（高温側貯留部）１０１と、低温側タンク（低温側貯留部）１０２と、蓄熱側配管１０３と、蓄熱側熱交換部となる上記の第３熱交換部６４と、放熱側配管１０４と、放熱側熱交換部１０５とを有している。また、蓄熱装置３５は、蓄熱量と放熱量とを調整する調整機構１０６と、調整機構１０６を制御する制御装置１０７とを有している。

高温側タンク１０１は、蓄熱後となる温度の高い蓄熱材を溜めるものであり、低温側タンク１０２は、放熱後となる温度の低い蓄熱材を溜めるものである。ここで、蓄熱材としては、溶融塩が用いられ、蒸気の顕熱を好適に蓄熱可能な蓄熱材が用いられる。

蓄熱側配管１０３は、蓄熱時において使用される配管であり、低温側タンク１０２から高温側タンク１０１に向かって蓄熱材が流通する配管である。蓄熱側配管１０３は、低温側配管１０３ａと、高温側配管１０３ｂとを有している。低温側配管１０３ａは、低温側タンク１０２と第３熱交換部６４の伝熱管８３との間を接続している。低温側配管１０３ａには、ポンプ１０８が設けられ、ポンプ１０８は、低温側タンク１０２から第３熱交換部６４へ向かって低温の蓄熱材を供給している。高温側配管１０３ｂは、第３熱交換部６４の伝熱管８３と高温側タンク１０１との間を接続している。高温側配管１０３ｂには、第３熱交換部６４から高温側タンク１０１へ向かって高温の蓄熱材が流通する。

放熱側配管１０４は、放熱時において使用される配管であり、高温側タンク１０１から低温側タンク１０２に向かって蓄熱材が流通する配管である。放熱側配管１０４は、高温側配管１０４ａと、低温側配管１０４ｂとを有している。高温側配管１０４ａは、高温側タンク１０１と放熱側熱交換部１０５との間を接続している。高温側配管１０４ａには、ポンプ１０９が設けられ、ポンプ１０９は、高温側タンク１０１から放熱側熱交換部１０５へ向かって高温の蓄熱材を供給している。低温側配管１０４ｂは、放熱側熱交換部１０５と低温側タンク１０２との間を接続している。低温側配管１０４ｂには、放熱側熱交換部１０５から低温側タンク１０２へ向かって低温の蓄熱材が流通する。

放熱側熱交換部１０５は、内部に伝熱管１１０を有しており、伝熱管１１０の入口部には、高温側配管１０４ａが接続され、伝熱管１１０の出口部に、低温側配管１０４ｂが接続されている。放熱側熱交換部１０５は、伝熱管１１０の内外で熱交換されることで、伝熱管１１０の外部を流通する熱媒を、伝熱管１１０の内部を流通する蓄熱材で加熱する。換言すれば、伝熱管１１０の内部を流通する蓄熱材は、伝熱管１１０の外部を流通する熱媒に放熱している。ここで、放熱時に加熱される熱媒としては、原子力発電プラント１００の出力上昇に寄与する熱媒であり、詳細は後述するが、例えば、図３から図５に示す熱媒である。

そして、この蓄熱装置３５は、高温側タンク１０１と低温側タンク１０２との間を蓄熱材が循環する閉ループ（閉回路）となっている。つまり、高温側タンク１０１から、蓄熱側配管１０３を経由して、低温側タンク１０２に至り、低温側タンク１０２から、放熱側配管１０４を経由して、高温側タンク１０１に至る循環流路が、閉ループとなっている。

調整機構１０６は、複数の開閉弁１１１〜１１６を用いて構成されている。開閉弁１１１は、低温側配管１０３ａに設けられ、開閉弁１１２は、高温側配管１０３ｂに設けられ、開閉弁１１３は、高温側配管１０４ａに設けられ、開閉弁１１４は、低温側配管１０４ｂに設けられている。開閉弁１１５は、放熱側熱交換部１０５へ向けて熱媒が流入する流路に設けられ、開閉弁１１６は、放熱側熱交換部１０５から熱媒が流出する流路に設けられている。複数の開閉弁１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６は、制御装置１０７に接続されており、制御装置１０７により複数の開閉弁１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６の開閉が制御されることで、蓄熱材への蓄熱量と放熱量とが調整されている。

制御装置１０７は、原子力発電プラント１００に設けられており、原子力発電プラント１００の各部を制御している。この制御装置１０７は、蓄熱装置３５の複数の開閉弁１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６の開閉を制御することにより、蓄熱材への蓄熱量と放熱量とを調整している。

具体的に、制御装置１０７は、蓄熱材の蓄熱時において、開閉弁１１１，１１２を開弁し、開閉弁１１３，１１４，１１５，１１６を閉弁する。これにより、蓄熱材は、低温側タンク１０２から蓄熱側配管１０３の低温側配管１０３ａを経由して第３熱交換部６４に供給される。第３熱交換部６４に供給された蓄熱材は、第３熱交換部６４において蒸気により加熱される。このとき、蒸気は、低圧で飽和温度以上の蒸気となっていることから、蓄熱材は、蒸気の顕熱によって加熱される。第３熱交換部６４において加熱された蓄熱材は、高温側配管１０３ｂを経由して高温側タンク１０１に供給される。また、第３熱交換部６４において除熱された蒸気は、飽和温度以上の蒸気となっていることから、湿分が発生しにくく、低圧タービン２１に供給しても、湿分による低圧タービン２１への影響を抑制することができる。そして、除熱された蒸気が低圧タービン２１に供給されることで、原子力発電プラント１００の出力が低下する。

一方で、制御装置１０７は、蓄熱材の放熱時において、開閉弁１１３，１１４，１１５，１１６を開弁し、開閉弁１１１，１１２を閉弁する。これにより、蓄熱材は、高温側タンク１０１から放熱側配管１０４の高温側配管１０４ａを経由して放熱側熱交換部１０５に供給される。放熱側熱交換部１０５に供給された蓄熱材は、放熱側熱交換部１０５において熱媒を加熱する。放熱側熱交換部１０５において放熱した蓄熱材は、低温側配管１０４ｂを経由して低温側タンク１０２に供給される。また、放熱側熱交換部１０５において加熱された熱媒により、原子力発電プラント１００への入熱が増加し、原子力発電プラント１００の出力が増加する。

このため、制御装置１０７は、原子力発電プラント１００への要求出力に応じて、調整機構１０６により蓄熱材の蓄熱量と放熱量とを調整することで、原子力発電プラント１００の出力を調整することができる。

次に、図３から図５を参照して、放熱時において加熱される熱媒の一例について説明する。図３から図５は、蓄熱装置の放熱時におけるタービン系の一例を示す概略構成図である。出力上昇に寄与する熱媒としては、図３に示す湿分分離加熱器２２内で発生するドレンと、図４に示す配管４３を流通する復水と、図５に示す第１熱交換部６２の伝熱管８１から排出されるドレンとがある。なお、図３から図５に示す熱媒は、一例であり、これら熱媒に限定されるものではない。

図３に示すように、熱媒が、湿分分離加熱器２２内で発生するドレンである場合、ドレンは、ドレン配管７１から分岐する配管１２１を経由して、この配管１２１が接続される放熱側熱交換部１０５に供給される。ドレンは、放熱側熱交換部１０５において、蓄熱材により加熱されることで蒸気となる。放熱側熱交換部１０５で生成された蒸気は、蒸気配管４１に接続される配管１２２を経由して、低圧タービン２１へ向けて供給される。これにより、低圧タービン２１に供給される蒸気量が増大することから、低圧タービン２１の出力が向上することで、原子力発電プラント１００の出力が上昇する。

図４に示すように、熱媒が、配管４３を流通する給水である場合、給水は、配管４３から分岐する配管１２３を経由して、放熱側熱交換部１０５に供給される。給水は、放熱側熱交換部１０５において、蓄熱材により加熱される。放熱側熱交換部１０５で加熱されたドレンは、脱気器２８に接続される配管１２４を経由して、脱気器２８に供給される。これにより、低圧タービン２１から蒸気配管４６，４７を流通する蒸気の抽気量を抑制できる分、低圧タービン２１で使用可能な蒸気量が増大することから、低圧タービン２１の出力が向上することで、原子力発電プラント１００の出力が上昇する。

図５に示すように、熱媒が、第１熱交換部６２の伝熱管８１から排出されるドレンである場合、ドレンは、ドレン配管７２から分岐する配管１２５を経由して、この配管１２５が接続される放熱側熱交換部１０５に供給される。ドレンは、放熱側熱交換部１０５において、蓄熱材により加熱されることで蒸気となる。放熱側熱交換部１０５で生成された蒸気は、蒸気配管５３に接続される配管１２６を経由して、高圧給水加熱器３０へ向けて供給される。これにより、高圧タービン２０から蒸気配管５３を流通する蒸気の抽気量を抑制できる分、高圧タービン２０で使用可能な蒸気量が増大することから、高圧タービン２０の出力が向上することで、原子力発電プラント１００の出力が上昇する。

次に、原子力発電プラント１００における出力調整方法について説明する。原子力発電プラント１００に対する要求出力が小さい場合、制御装置１０７は、蓄熱装置３５に蓄熱を行うべく、調整機構１０６の開閉弁１１１，１１２を開弁し、開閉弁１１３，１１４，１１５，１１６を閉弁する。すると、湿分分離加熱器２２で加熱された低圧タービン２１に供給される前の低圧の蒸気は、蓄熱装置３５において吸熱される。そして、蓄熱装置３５において吸熱された後の蒸気が低圧タービン２１に供給されることで、原子力発電プラント１００は、その実出力が低下するように調整される。一方で、原子力発電プラント１００に対する要求出力が大きい場合、制御装置１０７は、蓄熱装置３５から放熱を行うべく、調整機構１０６の開閉弁１１１，１１２を閉弁し、開閉弁１１３，１１４，１１５，１１６を開弁する。すると、蓄熱装置３５は、放熱により、原子力発電プラント１００の出力の上昇に寄与する熱媒を加熱することで、原子力発電プラント１００は、その実出力が上昇するように調整される。

以上のように、実施形態１によれば、原子力発電プラント１００に対する要求出力が小さい場合、湿分分離加熱器２２で加熱された低圧タービン２１に供給される前の低圧の蒸気を、蓄熱装置３５に供給することができる。このとき、低圧の蒸気は、湿分分離加熱器２２によって加熱されることで過熱蒸気となっていることから、低圧の蒸気の顕熱を利用して、蓄熱装置３５の蓄熱材を加熱することができる。また、低圧の蒸気の顕熱を利用することから、蓄熱材により吸熱された後の蒸気は、湿分の発生が抑制されるため、低圧タービン２１に供給することができる。そして、低圧の蒸気から吸熱可能な熱量は大きなものとなるため、少ない蒸気量で、効率よく蓄熱材に蓄熱を行うことができる。以上から、蒸気の顕熱を利用して、効率良く蓄熱材に蓄熱を行うことができ、また、蓄熱材により吸熱された後の蒸気を低圧タービン２１に供給することで、原子力発電プラント１００の実出力が低下するように調整することができる。

また、実施形態１によれば、低圧タービン２１に供給される前の蒸気と、蓄熱材により吸熱された後の蒸気とを飽和温度以上にできるため、蒸気が凝縮して湿分が発生することを抑制することができ、湿分を含んだ蒸気を低圧タービン２１に供給することを抑制することができる。このため、湿分による低圧タービン２１への影響を軽減することができ、低圧タービン２１の運転を好適に行うことができる。

また、実施形態１によれば、湿分分離加熱器２２の最終段において、第２熱交換部６３により加熱された直後の蒸気と蓄熱材とを熱交換することができる。このため、顕熱を利用可能な最も温度の高い過熱蒸気を利用することができる。

また、実施形態１によれば、蓄熱後の蓄熱材と原子力発電プラント１００の出力の上昇に寄与する熱媒とを熱交換させることで、原子力発電プラント１００の実出力が上昇するように調整することができる。

また、実施形態１によれば、高温側タンク１０１と低温側タンク１０２との間の循環流路を閉ループとすることで、蓄熱装置３５の外部に蓄熱材が流出することを抑制することができる。

また、実施形態１によれば、原子力発電プラント１００への要求出力に応じて、調整機構１０６により、蓄熱材への熱の蓄熱量と、蓄熱材からの熱の放熱量とを調整することで、原子力発電プラント１００の実出力を調整することができる。また、調整機構１０６において開閉弁１１１〜１１６を用いることで、蓄熱と放熱とのタイミングを異ならせることができる。さらに、開閉弁１１１〜１１６の弁開度を調整することで、蓄熱材への熱の蓄熱量と、蓄熱材からの熱の放熱量とを調整し、原子力発電プラント１００の実出力を調整することができる。

また、実施形態１によれば、要求出力に応じて、実出力を調整可能な原子力発電プラント１００を提供することができる。

［実施形態２］
次に、実施形態２に係る原子力発電プラント２００について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図６は、実施形態２に係る原子力発電プラントのタービン系を示す概略構成図である。

実施形態１では、湿分分離加熱器２２の第３熱交換部６４を、蓄熱装置３５の蓄熱側熱交換部として機能させたが、実施形態２では、蓄熱装置３５の蓄熱側熱交換部２０１を、湿分分離加熱器２２とは、別体に設けている。

蓄熱側熱交換部２０１は、内部に伝熱管２０５を有しており、伝熱管２０５の入口部には、蓄熱装置３５の低温側配管１０３ａが接続され、伝熱管２０５の出口部には、蓄熱装置３５の高温側配管１０３ｂが接続されている。また、蓄熱側熱交換部２０１の入口部には、蒸気配管４１から分岐する配管２１１が接続され、蓄熱側熱交換部２０１の出口部には、蒸気配管４１に合流する配管２１２が接続されている。配管２１１には、開閉弁２１３が設けられ、配管２１２には、開閉弁２１４が設けられる。

蓄熱側熱交換部２０１は、伝熱管２０５の内外で熱交換されることで、伝熱管２０５の内部を流通する蓄熱材を、伝熱管２０５の外部を流通する蒸気配管４１から配管２１１を経由して供給される蒸気で加熱する。そして、蓄熱側熱交換部２０１で除熱された蒸気は、配管２１２を経由して、低圧タービン２１へ向けて供給される。

以上のように、実施形態２においても、湿分分離加熱器２２で加熱された低圧タービン２１に供給される前の低圧の蒸気を、蓄熱装置３５に供給することができる。このため、低圧の蒸気の顕熱を利用して、蓄熱装置３５の蓄熱材を加熱することができる。

５ 原子炉系
６ タービン系
１１ 原子炉格納容器
１２ 原子炉
１３ 蒸気発生器
１６ 加圧器
１７ 一次冷却水ポンプ
２０ 高圧タービン
２１ 低圧タービン
２２ 湿分分離加熱器
２３ 復水器
２４〜２７ 低圧給水加熱器
２８ 脱気器
２９，３０ 高圧給水加熱器
３５ 蓄熱装置
６１ 湿分分離器
６２ 第１熱交換部
６３ 第２熱交換部
６４ 第３熱交換部
１００，２００ 原子力発電プラント
１０１ 高温側タンク
１０２ 低温側タンク
１０３ 蓄熱側配管
１０４ 放熱側配管
１０５ 放熱側熱交換部
１０６ 調整機構
１０７ 制御装置
１１１〜１１６ 開閉弁
２０１ 蓄熱側熱交換部

Claims (12)

1. 蒸気を発生させる蒸気発生器と、
   前記蒸気発生器により発生した蒸気が供給される高圧タービンと、
   前記高圧タービンから排出される蒸気を加熱する加熱器と、
   前記加熱器により加熱された蒸気が供給される低圧タービンと、
   前記低圧タービンに供給される前記加熱器により加熱された蒸気と蓄熱材との間で熱交換して、当該蒸気の熱を前記蓄熱材に蓄熱すると共に、前記蓄熱材により吸熱された蒸気を前記低圧タービンに供給する蓄熱装置と、を備え、
   前記加熱器は、前記高圧タービンから排出される蒸気が流通する湿分分離加熱器であり、
   前記湿分分離加熱器は、前記湿分分離加熱器の蒸気の流通方向の下流側、かつ、前記低圧タービンの上流側の位置のみに前記蓄熱材と蒸気とが熱交換する熱交換部を有することを特徴とする蒸気タービンプラント。
2. 前記低圧タービンに供給される前記加熱器により加熱された蒸気と、前記蓄熱材により吸熱された蒸気とは、飽和温度以上の蒸気となっていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンプラント。
3. 前記湿分分離加熱器の最終段に前記熱交換部を設けることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンプラント。
4. 前記蓄熱装置は、
   蓄熱後の前記蓄熱材を溜める高温側貯留部と、
   放熱後の前記蓄熱材を溜める低温側貯留部と、
   前記低温側貯留部から前記高温側貯留部へ向けて前記蓄熱材が流通する蓄熱側流路と、
   前記蓄熱側流路に設けられ、前記蓄熱材と蒸気との間で熱交換が行われる蓄熱側熱交換部と、
   前記高温側貯留部から前記低温側貯留部へ向けて前記蓄熱材が流通する放熱側流路と、
   前記放熱側流路に設けられ、前記蓄熱材と出力上昇に寄与する熱媒との間で熱交換が行われる放熱側熱交換部と、を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の蒸気タービンプラント。
5. 前記熱媒は、前記湿分分離加熱器内で発生するドレンであり、
   前記ドレンは、前記放熱側熱交換部に供給され、前記蓄熱材により加熱されることで蒸気となり、前記放熱側熱交換部で生成された蒸気が、前記低圧タービンまたは前記蒸気発生器に給水を行う高圧給水加熱器のいずれかへ供給されることを特徴とする請求項４に記載の蒸気タービンプラント。
6. 前記低圧タービンからの蒸気を復水し、前記復水を給水として供給する復水器と、
   前記蒸気発生器に供給される前記給水を脱気する脱気器と、をさらに備え、
   前記熱媒は、前記復水器の下流側に接続する配管を流通する前記給水であり、
   前記給水は、前記放熱側熱交換部に供給され、前記蓄熱材により加熱され、配管を経由して前記脱気器に供給されることを特徴とする請求項４に記載の蒸気タービンプラント。
7. 前記熱交換部は、前記蓄熱材が流通する伝熱管を有し、
   前記蓄熱装置は、
   蓄熱後の前記蓄熱材を溜める高温側貯留部と、
   放熱後の前記蓄熱材を溜める低温側貯留部と、
   前記低温側貯留部から前記高温側貯留部へ向けて前記蓄熱材が流通する蓄熱側流路と、を有し、
   前記蓄熱側流路は、
   前記高温側貯留部と前記伝熱管の出口部とを接続する高温側流路と、
   前記低温側貯留部と前記伝熱管の入口部とを接続する低温側流路と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンプラント。
8. 前記蓄熱装置は、前記低温側貯留部と前記高温側貯留部との間を前記蓄熱材が循環する閉ループとなっていることを特徴とする請求項４から７のいずれか１項に記載の蒸気タービンプラント。
9. 前記蓄熱装置は、前記蓄熱材への熱の蓄熱量及び前記蓄熱材からの熱の放熱量を調整する調整機構をさらに有することを特徴とする請求項４から８のいずれか１項に記載の蒸気タービンプラント。
10. 原子炉と、
    前記原子炉により加熱された一次冷却水と熱交換を行うことで、蒸気を発生させる蒸気発生器と、
    前記蒸気発生器により発生された蒸気が供給される、請求項１から９のいずれか１項に記載の蒸気タービンプラントと、を備えることを特徴とする原子力プラント。
11. 蒸気を発生させる蒸気発生器と、
    前記蒸気発生器により発生した蒸気が供給される高圧タービンと、
    前記高圧タービンから排出される蒸気を加熱する加熱器と、
    前記加熱器により加熱された蒸気が供給される低圧タービンと、
    蓄熱材に熱を蓄熱する蓄熱装置と、を備える蒸気タービンプラントの出力調整方法であって、
    前記低圧タービンに供給される前記加熱器により加熱された蒸気と前記蓄熱材との間で熱交換して、蒸気の熱を前記蓄熱材に蓄熱すると共に、前記蓄熱材により吸熱された蒸気を前記低圧タービンに供給することにより、前記蒸気タービンプラントの出力を調整し、
    前記加熱器は、前記高圧タービンから排出される蒸気が流通する湿分分離加熱器であり、
    前記湿分分離加熱器は、前記湿分分離加熱器の蒸気の流通方向の下流側、かつ、前記低圧タービンの上流側の位置のみで前記蓄熱材と蒸気とが熱交換することを特徴とする蒸気タービンプラントの出力調整方法。
12. 蓄熱後の前記蓄熱材と前記蒸気タービンプラントの出力上昇に寄与する熱媒とを熱交換して、前記蓄熱材の熱を前記熱媒に放熱することにより、前記蒸気タービンプラントの出力を調整することを特徴とする請求項１１に記載の蒸気タービンプラントの出力調整方法。

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