JPH1020081A - 原子力発電所の海水冷却系設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷却水配管内面の海水による化学的腐食を防止
し、かつ貝類の付着・蓄積を妨げて配管の健全性を維持
し、閉塞を防止する。 【解決手段】原子力発電所の施設内機器１に設置した機
器冷却用熱交換器２（２ａ，２ｂ，２ｃ）と海洋９の海
水中に設置した熱交換設備11を具備している。熱交換設
備11と機器冷却用熱交換器２とを機器冷却水ポンプ６，
冷却水流入配管７および冷却水流出配管８により接続し
て閉ループを形成する。熱交換設備11は海水熱交換器ユ
ニット12を直列接続したもので、海水熱交換器ユニット
12はエレメント13を積層したモジュール構成体からな
る。本発明では機器の冷却系として、基本的に海水を直
接使用せず、機器の冷却水を完全に閉ループ構成とし、
冷却水はループ配管を介して間接的に海水と接触するこ
とによって冷却される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は原子力発電所に設置
されている補記冷却用海水系、残留熱除去海水系などの
熱交換器を冷却するための原子力発電所の海水冷却系設
備に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所内の原子炉設備にはその運
転に冷却水を必要とする多くの機器がある。なかでも原
子炉補機冷却系や残留熱除去系の熱交換器の冷却には一
般に海水または海水で冷却された淡水が使用されてい
る。

【０００３】図４は従来の海水を冷却水に使用する熱交
換器の海水冷却系設備の一例を概略的に示したものであ
る。図４中符号１は原子力発電所の施設内機器で、例え
ば原子炉補機冷却系設備を示しており、この施設内機器
１には三系統の機器冷却熱交換器２（２ａ，２ｂ，２
ｃ）が三基並列配置して設けられている。

【０００４】これらの熱交換器２の伝熱管３（３ａ，３
ｂ，３ｃ）は冷却水流入側連結配管４と出口側連結配管
５により並列接続しており、流入側連結配管４の入口側
には冷却水ポンプ６を介して冷却水流入配管７が接続
し、出口側連結配管５の出口側には冷却水流出配管８が
接続している。これらの冷却水流入配管７および冷却水
流出配管８の先端部は海洋９の海水中に没入し配置され
ている。符号10は原子力発電所の陸地で、海洋９につづ
いている。

【０００５】ここで、海洋９からの海水を陸地10に設置
した機器冷却水ポンプ６を駆動して汲み上げ、冷却水流
入配管７を通して熱交換器２（２ａ，２ｂ，２ｃ）の伝
熱管３（３ａ，３ｂ，３ｃ）に流入し、これにより施設
内機器１を冷却し、冷却水流出配管８を通して使用済み
の海水を海洋９に戻している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】海水は言うまでもなく
さまざまな化学的成分を含んでおり、これが配管を長期
にわたって使用した場合に、配管内面を腐食させる原因
になっている。すなわち、海水中にはいろいろな海生物
が生息しており、冷却水としての海水を海洋９から取り
込む際には、こうした海生物も海水と同時に原子力発電
所のプラント内に取り込んでしまうことになる。

【０００７】海生物のなかで、原子力発電プラントの配
管や機器類にとって最も問題になるものは貝類である。
貝類はそれ自体が配管表面に付着して蓄積し、成長して
いく。貝類が大量に発生すると、配管の流路面積を減少
させ、最悪の場合には配管の流路閉塞を引き起こす。

【０００８】例えば図４に示した原子炉の機器の冷却に
は、三系統の熱交換器３ａ，３ｂ，３ｃと機器冷却水ポ
ンプ６から構成されている。各熱交換器１基あたりの容
量は定格50％で、通常運転時は三系統のうち二系統を使
用し、常に50％の系統裕度を確保している。

【０００９】ここでプラントの通常運転時には、三系統
の機器の冷却系のうち停止させている一系統の配管に純
粋を循環させている。このようして海水濃度を低下させ
て新鮮な栄養分・酸素の供給を防ぎ、貝類が生育しにく
い環境にしている。

【００１０】ところがポンプ／熱交換器を結ぶ１本の配
管は、三系統のうちのどの熱交換器が運転状態のときに
も海水をそのままの濃度で通水しているため、貝類が生
育する環境にある。このためこの配管の部分では、貝類
の生育を妨げることができない。このように従来の技術
では、海水を使用する配管では、内面が海水による化学
的腐食と貝類の付着による配管閉塞の可能性という課題
がある。

【００１１】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、冷却水配管内面の海水による化学的腐食を防
止し、かつ貝類の付着や蓄積を妨げることによって、配
管の健全性を維持し、閉塞を防止することができ、また
その結果として、従来の配管内面の蓄積海生物の除去作
業を軽減することができる原子力発電所の海水冷却系設
備を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は原子力発電所の
施設内機器に設置した機器冷却用熱交換器と、この機器
冷却用熱交換器内に冷却水を供給するための海水中に設
置した熱交換設備とを具備し、前記熱交換設備と前記機
器冷却用熱交換器とを機器冷却水ポンプ、冷却水流入配
管および冷却水流出配管により接続して前記冷却水を循
環させる閉ループを形成してなることを特徴とする。

【００１３】このような構成により冷却系が完全閉ルー
プとなっているため、熱交換器２の伝熱管内および冷却
水が流れる閉ループ配管に海水が流れ込むことはない。
よって、伝熱管および閉ループ配管の内面の海水による
化学的腐食と海生物付着による閉塞等の不具合を防止で
きる。

【００１４】このように配管内に海水が一切流入しない
ため、従来の海水冷却系配管等の点検時に課題となって
いた海生物の除去作業が全く不要になる。また、海生物
のみならず、海水そのものによる腐食も防止でき、配管
内面の健全性を維持でき、その結果、配管自体の耐用年
数を大幅に延ばすことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１から図３により本発明に係る
原子力発電所の海水冷却系設備の実施の形態を説明す
る。図１は本実施の形態に係る海水冷却系設備の系統図
であり、図２は図１におけるユニットの拡大図であり、
図３は図１における施設内機器側からユニット内への冷
却水の流れ図である。なお、図１中図４と同一部分には
同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。

【００１６】本実施の形態が従来例と異なる点は図１に
示したように海洋９の海水中に没するようにして熱交換
設備11を設置し、この熱交換設備11の複数の海水熱交換
器ユニット12に冷却水流入配管７および冷却水流出配管
８を接続して、機器冷却水ポンプ６を駆動して機器冷却
熱交換器２ａ，２ｂ，２ｃの伝熱管３ａ，３ｂ，３ｃを
冷却水が流れ、冷却水流出配管８から熱交換設備11に戻
るように冷却水を循環させる閉ループを形成したことに
ある。

【００１７】本実施の形態では、機器冷却熱交換器２の
冷却は、図１に示したように完全に閉ループとなった非
海水の冷却水によって行われる。即ち、海水中に配置さ
れた海水熱交換器ユニット12を通過することによって冷
却された冷却水は、機器冷却水ポンプ６を通じて、それ
ぞれの機器冷却熱交換器２（２ａ，２ｂ，２ｃ）に流入
する。機器冷却熱交換器２では施設内機器１の冷却に使
用された後、冷却水流出配管８を流れ、再び海水熱交換
器ユニット12に送られ、冷却水は海水により間接的に冷
却される。

【００１８】海水熱交換器ユニット12は海水中で浮遊す
る形で配置されている。熱交換設備は全体が複数のユニ
ットから構成され、一つのユニットは複数のエレメント
13から構成される。このような全体構成を概念的に示す
と、図２のようになる。

【００１９】図３では、一つ一つのエレメント13を組み
合わせたユニット12が冷却器の単位である。設備全体
は、個々のユニット12を多数組み合わせた形になってい
る。設備全体に対し、プラントの各設備・機器から排出
された高温の冷却水は、熱交換器全体の中の入口ユニッ
トから流入する（14）。

【００２０】冷却水は15，16の矢印で示すように、多数
のユニットを通過して冷却される。冷却水はそれぞれの
ユニットで冷却された後、出口のユニットから排出され
（17）、再びプラント設備側に送られることになる。

【００２１】また、熱交換器出口側の弁（18ａ〜18ｃ）
の開閉を選択することによって、季節による負荷の変動
に対し、熱交換容量を調節することができる。即ち、夏
季のように熱交換の負荷が大きい場合には、出口側に近
い弁を開とし、他の弁を閉とすることによって、熱交換
容量を大きくすることができる。

【００２２】逆に冬季のように熱交換の負荷が小さい場
合には、出口側から遠い弁を開とし、他の弁を閉とする
ことによって、熱交換容量を小さくすることができる。
このように弁を開閉操作して熱交換容量を調整すること
より、ポンプの動力を軽減することができる。熱交換設
備を複数のユニット構成とすることは、保守の面からも
メリットが大きい。

【００２３】従来の海水冷却系熱交換器は、１サイクル
ごとに指定されている定期点検時に集中的に保守がなさ
れていた。ここで海水冷却系は設備規模が大きいため、
この設備全体を一度に保守するためには多大な人的負担
がかかっており、またこの保守が時間的なクリティカル
工程となって、定期点検全体の工程に影響を及ぼしてい
た。

【００２４】しかし本発明の熱交換設備のように複数の
ユニット構成とすると、通常運転時に発電設備の冷却に
最低限必要なユニットを稼動させておき、他の稼動して
いないユニットを保守することが可能である。このよう
に通常運転時でも、部分的な保守を繰り返して、１サイ
クルが終了したところで全体の保守が終了する、という
ような保守工程を組むことも可能である。この結果、定
期点検時に保守作業が集中するのを防ぐことができ、定
期点検の全体工程の短縮も可能である。

【００２５】また定期点検時に集中的に保守を行ってい
る現状では、集中する作業に合わせて人員を手配しなけ
ればならないが、本発明のように通常運転時に少しずつ
保守作業ができるようにしておくと、小人数での保守が
可能になる。このため設備の保守に大量の人員を手配す
る必要もなくなる。また保守作業員の調整も容易になる
ため、個々の作業員の負担も軽減される。

【００２６】さらに機器自体の経年的な劣化や、何等か
のトラブルによって機器のどこかの部位が損傷した場
合、従来型の熱交換器は熱交換器単体として運転を停止
し、補修したり、部分的に交換したりしなければならな
かった。しかし本発明のように、設備全体がモジュール
構造となっていると、損傷を受けた部位は設備全体から
機能的・物理的にユニット単位で切り離すことができ
る。このため設備全体としての冷却能力にはほとんど影
響を与えずに、補修や部品の交換等の作業が可能であ
る。

【００２７】また、設備全体が共通の部品を多数使用し
ているため、ユニット間での部品の融通も可能である。
このため必要に応じて、稼動中のユニットと予備ユニッ
トの部品交換を行いながら点検をする、いわゆる“入替
え点検”をすることも可能であり、保守性はきわめて高
いといえる。

【００２８】さらに、エレメントの表面にポンプ等によ
って周囲の海水の強制循環（対流）を起こさせるような
装置を設置しておくことも、実効的な熱交換面積の増大
をもたらし、熱交換容量の増大にも効果的であることが
期待できる。このような装置は、単に熱交換容量の増大
に有効であるだけでなく、海生物の付着防止にも役立つ
ものと考えられる。

【００２９】熱交換設備のユニットは、機器・部品の部
分的な交換可能性、海中浮揚型という上述のような機能
が確保できるものであれば、どのような形式のものでも
構わない。ここでは、そのような機能を確保する一つの
例を挙げる。

【００３０】図４はユニットとして、プレート（薄板）
型熱交換器を使用したものの概念を示すものである。一
つのユニット41には複数の薄板型エレメント42が、ある
程度の間隔をおいて縦に平行に重なるような形の配列に
なっている。ユニットの保守は、熱交換設備全体から稼
動中のユニットから稼動していないユニットを外し、さ
らにこのユニットからエレメントを一台一台取り外して
なされる。個々のエレメントは小規模な機器であるた
め、保守のために一度に多くの人数を必要としない。

【００３１】本発明の実施の形態に係る冷却用設備を以
上のような構成の系統で使用すると、冷却水として海水
を直接使用しないので非海水により、原子力発電プラン
トの各種設備・機器を冷却することができる。

【００３２】本実施の形態に係る冷却系設備によれば、
海水による化学的腐食を防ぎ、かつ貝類の付着・蓄積を
防ぐことができる。また、配管等の内面の化学的腐食を
防ぐことによって、配管等の健全性を維持することがで
きる。さらに、配管等の内面への貝類の付着・蓄積を妨
げることによって、配管等の流路面積の低下や閉塞を防
ぐことができる。

【００３３】なお、本発明では、上記実施の形態による
ことなく、機器冷却交換器２から排出された冷却水は高
温であるため、この排熱を利用して海産物の養殖等への
利用ができる。

【００３４】また、熱交換設備をユニットによるモジュ
ール化することで、機器冷却水ポンプ６の動力を軽減で
きることは前述したが、同じく動力を軽減の効果をねら
って、潮位発電設備からの電源を使用することもでき、
さらに潮力発電と併用してブースポンプを駆動すること
もできる。

【００３５】上述した本発明の実施の形態では冷却設備
を原子力発電所のタービン、施設内機器の冷却を例とし
て説明した。しかし本発明による設備は基本的には、従
来海水を冷却水として使用していたものを、非海水の閉
ループに置き換えただけのものである。したがって、海
水を冷却水として使用する施設であれば、基本的にどの
ような施設であっても、本発明の設備の適用が可能であ
る。

【００３６】さらに海水以外にも、河川，湖沼等、冷却
水源として原水を直接機器の冷却に使用することに不都
合がある場合にも、本発明による冷却設備は適用が可能
である。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、海水による化学的腐食
を防ぎ、かつ貝類の付着や蓄積を防ぐことができる。ま
た、配管内面への貝類の付着や蓄積を妨げることによっ
て、配管の流路面積の低下や閉塞を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原子力発電所の海水冷却系設備の
実施の形態を示す系統図。

【図２】図１におけるユニットを示す斜視図。

【図３】図１における施設内機器の熱交換器からユニッ
ト間の冷却水の流れを説明するための流路図。

【図４】従来の原子力発電所の海水冷却系設備を示す系
統図。

【符号の説明】

１…施設内機器、２（２ａ，２ｂ，２ｃ）…機器冷却熱
交換器、３（３ａ，３ｂ，３ｃ）…伝熱管、４，５…連
結配管、６…機器冷却水ポンプ、７…冷却水流入配管、
８…冷却水流出配管、９…海洋、10…陸地、11…熱交換
設備、12…海水冷却熱交換器ユニット、13…エレメン
ト、14…施設内機器側からの冷却水の流れ、15…ユニッ
ト内の冷却水の流れ、16…ユニット内の冷却水の流れ
（分岐）、17…施設内機器側への冷却水の流れ、18ａ…
弁（開）、18ｂ，18ｃ…弁（閉）。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子力発電所の施設内機器に設置した機
   器冷却用熱交換器と、この機器冷却用熱交換器内に冷却
   水を供給するための海水中に設置した熱交換設備とを具
   備し、前記熱交換設備と前記機器冷却用熱交換器とを機
   器冷却水ポンプ、冷却水流入配管および冷却水流出配管
   により接続して前記冷却水を循環させる閉ループを形成
   してなることを特徴とする原子力発電所の海水冷却系設
   備。
2. 【請求項２】 前記熱交換設備は複数の海水中で冷却さ
   れる海水熱交換器のユニットが直列されたものからな
   り、この熱交換器ユニットは複数のエレメントを積層し
   たモジュール構造体からなることを特徴とする請求項１
   記載の原子力発電所の海水冷却系設備。
3. 【請求項３】 前記熱交換設備は前記海水熱交換ユニッ
   トを海水中に浮遊するように配置してなることを特徴と
   する請求項１記載の原子力発電所の海水冷却系設備。
4. 【請求項４】 前記熱交換設備に海生物排除装置を設け
   てなることを特徴とする請求項１記載の原子力発電所の
   海水冷却系設備。
5. 【請求項５】 前記機器冷却水ポンプは潮位発電設備か
   らの電源により駆動するように接続されてなることを特
   徴とする請求項１記載の原子力発電所の海水冷却系設
   備。