JPH04140699A - 原子力発電設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は原子炉とタービン発電設備を組み合わせてなる
原子力発電設備に関する。

（従来の技術） 従来の原子力発電設備においては、原子炉の定格出力に
合致したタービン発電設備が組み合わせて構成されてい
る。

この構成を第３図に示す沸騰水型原子力発電設備３１に
基づき１本発明に関連する主な設備について説明する。

第３図において、原子炉圧力容器２で発生した蒸気は主
蒸気管７を介して高圧タービン３へ供給される。高圧タ
ービン３にてタービンを回転する働きをした蒸気は、低
圧蒸気ｌｖ！９を介して途中で湿分分離器８により蒸気
中の湿分が除去°された後、低圧タービン４へ供給され
る。低圧タービン４にてタービンを回転する働きをした
蒸気は、復水器６へ導入され、図示しない循環水系によ
り供給される海水にて冷却され、復水となる。

この間、蒸気にて生み出されたタービンの回転力により
発電機５は回転し、電気を発生させる。

復水器６により凝縮された復水は、各々複数から構成さ
れる低圧給水ポンプ１０、低圧給水加熱器ｌｌ、高圧給
水ポンプ１２、高圧給水加熱器１３を経て昇温、昇圧さ
れ給水配管１４を介して原子炉圧力容器２内へ再び給水
される。

原子炉圧力容器２内へ給水される水は、複数段にわたっ
て構成される低圧給水加熱器１１と高圧給水加熱器１３
により徐々に昇温される。

この間の加熱源としては、各々の温度レベルに応じて、
低圧タービン４からは低圧抽気管１６を経て、高圧ター
ビン３からは高圧油気管１５を経て、各々の給水加熱器
１１．１３へ加熱用の蒸気が供給され、加熱用の蒸気は
油気戻り管１７により最終的には復水器６へ戻るように
構成されている。

（発明が解決しようとする課題） このように構成されている従来の原子力発電設備におい
ては、原子炉圧力容器内で発生した熱を連続的に高低圧
タービンと発電機により電気に置き換える方式のため、
復水器を冷却する海水温度に応じて発生する電力量は、
原子炉で発生する熱量により一義的に決定されることに
なる。

従って、電力需要が低下した場合には原子炉の熱出力を
低下することにより発電機にて発生する電力量を制御す
る必要が生じる。

この場合、原子力発電設備が従来のようにベースロード
として用いられるのであれば、発電電力量を変動させる
必要はないが、原子力発電設備の比率が高まるにつれて
５発電電力量を変動させる必要が生ずる。

このような変動要求に対しては、原子炉の炉心を流れる
冷却材の流量や、制御棒の位置を変更することにより、
十分安全に運転制御を行なうことが可能である。

しかしながら、現在は、原子炉の出力変動を行なわずに
発電機の出力変動が可能なシステムが要望されてきてい
る。

また、従来のように発電機出力の最大値に対応する原子
炉を設置する方式に比べ、発電機出力の日平均値に対応
する等の原子炉を設置することが可能となれば、その分
原子炉の大きさを小さなものとすることができ、取り扱
いがより容易となる。

それにともなって、原子炉の大きさに応じて設置される
種々の安全設備の大きさも小さくできるため、総合経済
性をより改善することができる。

本発明は上記のような課題に対してなされたものであり
、昼間と夜間の電力需要の差に対して、原子炉の熱出力
を変動させることなく、発電機出力の変動を可能にし、
更には１発電機定格出力に対して原子炉の定格熱出力を
より小さなものとすることが可能な、蓄熱式の原子力発
電設備を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の原子力発電設備は、沸騰水型原子炉や加圧水型
原子炉等を熱源として、タービンと発電機を用いて電気
を製造する原子力発電設備に、原子炉で発生する熱エネ
ルギーを蓄え、かつ必要時に放熱する蓄熱設備を組み入
れたことを特徴とするものである。

（作用） 本発明の原子力発電設備においては、例えば夜間におい
て電力需要が減少した間に発電機出力を下げることによ
り余剰となった原子炉で発生する熱エネルギーを蓄熱設
備に蓄えることができる。

一方、昼間に電力需要が増加した間は、蓄熱設備に蓄え
である熱エネルギーをタービン発電機設備を用いて電気
に変換することにより、電力需要の増加に応じることが
できる。

この結果、電力需要の変動に連動する形で原子炉の熱出
力を変動させる必要はなくなり、運転員の負荷を軽減さ
せることができる。

また、原子炉の定格出力としては蓄熱設備の出力を含め
てタービン発電機設備の定格出力に見合ったものとすれ
ば良いため、原子炉の定格出力をタービン発電機設備の
定格出力より小さなものとすることができる結果、原子
炉の取扱いが容易となるばかりか、原子炉の安全性を確
保するために設置する各種安全設備の大きさも原子炉出
力に応じて小さくできるため、総合的な経済性を向上さ
せることができる。

（実施例） 本発明に係る原子力発電設備の一実施例を第１図を参照
して説明する。

なお、第３図と同一部分には同一符号を付し、その部分
の構成の説明は省略する。

第１図において、蓄熱設備１８には加熱源として主蒸気
管７より分枝する主蒸気抽気管１３が弁２１ａを介して
接続されている。

一方、蓄熱設備１８の出口側に位置する主蒸気油気出口
管２３は、高圧給水加熱器１３に加熱用蒸気を供給する
高圧油気管１５に合流して、高圧給水加熱器１３に接続
されている。

又、高圧油気管１５と主蒸気油気出口管２３との合流部
の上流側に位置する高圧油気管１５にも弁２１ｂが介挿
されている。

更に、蓄熱設備１８と弁２１ａの間に配設されている主
蒸気油気管１９には低圧タービン４から導かれる低圧抽
気管２０が弁２１ｃを介して接続されている。

このように構成された原子力発電設備１において、例え
ば、夜間に電力需要が減少し、発電機５の出力を低下さ
せた結果、原子炉の熱エネルギーが余剰となった場合に
は、主蒸気油気管１９に介挿されている弁２１ａを開け
ることにより、主蒸気の一部を主蒸気抽気管１９を介し
て蓄熱設備１８に導入する。蓄熱設備１８の蓄熱に寄与
した主蒸気の残りは出口側の主蒸気油気出口管２３を経
て高圧給水加熱器１３へ排出され、高圧給水加熱器１３
内を流れる給水の加熱に用いられた後、抽気戻り管１７
を経て最終的に復水器６へ導かれる。

この間、原子炉圧力容器２内へ供給される給水の温度は
、高圧抽気管１５の途中に介挿されている弁２１ｂの開
度を調節することにより制御することができる。

さらに、主蒸気油気管１９に介挿されている弁２１ａの
開度を調節することによっても制御することができる。

なお、この間は、低圧油気管２０に介挿されている弁２
１ｃは全閉状態とする。

一方１例えば昼間に電力需要が増加し、発電機５の出力
を上昇させたい時は、主蒸気抽気管１９に介挿されてい
る弁２１ａを全開とし、低圧油気管２０に介挿されてい
る弁２１ｃを開放する。

よって、高圧給水加熱器１３の加熱源を、主蒸気から低
圧タービン油気蒸気を蓄熱設備で加熱した蒸気へと切り
換えることにより、原子炉２で発生した蒸気を高圧ター
ビン３にて発電に有効に利用し１発電機５の出力を上昇
させることができる。

この間、原子炉２へ供給される給水の温度は、低圧油気
管２０の途中に介挿した弁２１ｃの開度と高圧抽気管１
５の途中に介挿した弁２１ｂの開度の一方又は双方を調
節することにより制御することができる。

このようにして電力需要が増加した時は、蓄熱設備１８
に蓄えられている熱エネルギーを原子炉２へ供給される
給水の加熱源に用いることにより、原子炉２で発生する
蒸気をタービンの駆動に有効に利用し、もって発電機５
の出力を上昇させることができる。

本発明の原子力発電設備によれば、タービン発電機の定
格出力に対応する原子炉の定格熱出力を蓄熱設備の容量
との組み合わせにて決定できるため、タービン発電機の
定格出力に比べて、原子炉の定格熱出力を小さなものと
することができ、原子炉の取扱いが容易なものとなるば
かりでなく、原子炉の出力に応じてその容量が決定され
る各種安全設備の容量も小さなものとすることができる
ため、蓄熱設備を含めた総合的な経済性の向上が期待で
きる。

更には、昼夜の電力需要の変動に応じて発電機出力を変
動する必要が生じても発電機出力の減少に伴う原子炉熱
出力の余剰エネルギーを蓄熱設備で吸収することにより
、原子炉出力を変動する必要はなく、運転員の操作の負
担を軽減することができ、かつ原子炉の運転の安全性と
信頼性を向上させることができる。

次に本発明の他の実施例を第２図を参照して説明する。

なお、第２図において、第１図と同一部分には同一符号
を付し、その部分の構成の説明は省略する。

本実施例は、第１図に示す蓄熱設備１８の加熱源として
、主蒸気管７から分枝した主蒸気抽気管１９の代りに、
高圧抽気管】５から分枝した高圧分枝抽気管２２を途中
に弁２４を介挿して蓄熱設備１８に接続することにより
、第１図の実施例と同様の作用効果が得られるものであ
る。

これらの第１図と第２図に示す実施例において。

低圧給水加熱器１１、高圧給水加熱器１３、高圧抽気管
１５、並びに低圧油気管１６が各々単数しか表示してい
ないが、実際の原子力発電所においては、各々複数設置
され、原子炉２へ供給される給水の温度を徐々に高める
ように構成されている。よって、本発明として組み入れ
られる蓄熱設備１８と関連する配管、弁についても各々
単数設置するのではなく、昼夜の発電機出力の変動量と
原子炉出力と蓄熱設備容量との関係から適切な容量のも
のを複数設置して構成しても良く、更には第１図と第２
図の各々の実施例を組み合わせて用いても良い。

これらの実施例においては、蓄熱設備１８に蓄えられた
熱エネルギーを高圧給水加熱器１３に回収することによ
り間接的に発電に利用しているが、回収光を低圧給水加
熱器１１とするように設備を構成しても同様の作用効果
を得ることができる。

また、蓄熱設備１８に蓄えられた熱エネルギーを用いて
蒸気を発生させ、この蒸気を高圧タービン３もしくは低
圧タービン４ないしは双方に供給することにより、直接
的に発電に利用することも可能である。

更には、湿分分離器８から出た蒸気を蓄熱設備１８に蓄
えられた熱エネルギーによって加熱することにより、低
圧タービン４に供給される蒸気条件を改善して、低圧タ
ービン４の効率を向上することにより、発電に利用する
方法もある。

また、蓄熱設備１８としては水、レンガ等の顕熱利用す
る顕熱蓄熱設備や氷、有機物、無機水和塩等の潜熱を利
用する潜熱設備あるいは化学反応熱を利用したケミカル
蓄熱設備（水素吸蔵合金を含む）が一般に知られており
、各々の特徴を生かして、本発明に利用することができ
る。

更に、他の実施例としては、蓄熱設備に蓄えられた熱エ
ネルギーにて、別個のタービン設備や他の発電手段を用
いて電気エネルギーに変換しても良い。

また１発電所の換気空調設備の冷熱源として。

昼間に冷凍機を運転して必要な冷熱源を得るのではなく
、例えば、水素吸蔵合金の水素を吸収する時の発熱反応
と水素を放出する時の吸熱反応を利用して、原子炉の熱
エネルギーをエネルギー源として、同時に温熱と冷熱を
製造することにより、一方は発電効率の改善に利用し、
他方は冷凍機の運転を削減することにより、有効な発生
電力量を増加させることも可能である。

なお、本発明を加圧木型原子炉に適用する場合には、タ
ービンへ供給される蒸気が、蒸気発生器により発生する
二次蒸気のため放射能汚染される心配はなく、蓄熱設備
の取り扱いがより一層容易なものとなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の原子力発電設備によれば
、原子炉と蓄熱設備の組み合わせによってタービン発電
機の容量の選択が可能となるため、昼夜の電力需要の変
動にみられるような発電機出力を周期的に変動すること
が求められるような原子力発電設備として運用する場合
に、タービン発電機の容量に比べて、原子炉の容量を小
さくすることができるため、原子炉の取り扱いが容易に
なるだけでなく、原子炉の出力に応じて、その容量が決
定される各種安全設備の容量も削減できるため、総合的
な経済性を向上させることができる。

更には、タービン発電機の周期的な出力変動に対して、
Ｍ子炉の出力を変動させる必要がないため、原子炉の運
転性、信頼性が向上する。

また、従来のベースロード用の原子力発電設備と負荷追
随用の火力発電設備に加えて、本発明の蓄熱式の原子力
発電設備を加えることにより、火力発電設備の大幅な負
荷変動を軽減することができ、火力発電設備の運転性の
向上にも寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る原子力発電設備の一実施例を示す
概略系統図、第２図は本発明の他の実施例に係る原子力
発電設備の一実施例を示す概略系統図、第３図は従来の
沸騰水型原子力発電設備の概略系統図である。 ２・・・原子炉 ３・・・高圧タービン ４・・・低圧タービン ５・・・発電機 １８・・蓄熱設備 １９・・・主蒸気抽気管 ２０・・・低圧油気管 ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２４＝−弁 ２２・・・高圧分枝抽気管 ２３・・・主蒸気抽気出口管 代理人　弁理士　則　近　憲　佑

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炉心を収容した原子炉圧力容器と、この原子炉圧力容器
   内で発生した蒸気を高圧タービンに導く主蒸気管と、高
   圧タービンから排出された蒸気を低圧タービンに導く低
   圧蒸気管と、低圧タービンから復水器を介して凝縮され
   た復水を昇温・昇圧させて再び原子炉圧力容器内に導く
   給水配管とから成る原子力発電設備において、前記原子
   炉圧力容器から発生した蒸気を熱源として蓄熱し必要に
   応じて前記給水、蒸気を加熱する熱源として放熱する蓄
   熱設備を備えて成ることを特徴とする原子力発電設備。