JPH09288193A

JPH09288193A - 沸騰水型原子炉内蔵型冷却材再循環装置とその運転方法

Info

Publication number: JPH09288193A
Application number: JP8098501A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Motai; 勝彦馬渡; Kiyoma Otama; 清磨大玉; Masaji Usu; 正司薄; Hideo Komita; 秀雄小見田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 1997-11-04

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】所内交流母線の瞬時停電や電源喪失時におい
ても、原子炉内蔵型冷却水再循環装置を所定の定格流
量、あるいは所定の流量コーストダウン運転が行なえ、
しかもＲＩＰシステムの台数を削減でき、発電設備の初
期投資および点検保守費用の低減による経済性向上が可
能な原子炉内蔵型冷却材再循環装置とその運転方法を提
供する。【解決手段】所内交流母線２の瞬時停電や電源喪失の
信号によりＩＭＧ２０を発電機として作動させ、ＦＷ２
１に貯蔵されたエネルギーを交流電力に変換し、制御装
置１４によりＶＶＶＦ６がＲＩＰ１１の運転速度に対応
した周波数の交流電圧を供給し得る直流電圧を出力する
ように制御されたＩＮＶ１９を介して直流電力に変換せ
しめてＶＶＶＦ６の整流器出力側直流回路に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＲＩＰ（沸騰水型原
子炉内蔵型誘導電動機駆動冷却材再循環ポンプ）を駆動
する電源およびＷＩＭ（ポンプ駆動用水中型誘導電動
機）の冷却に係り、原子力発電所の所内交流母線の瞬時
停電や電源喪失時に、原子炉燃料棒の損傷発生を未然に
防ぎ、かつＷＩＭの出力を増加せしめてポンプ設置台数
の削減を可能とする沸騰水型原子炉内蔵型冷却材再循環
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉においては、原子炉の出
力を制御する一手段として、原子炉の炉心における冷却
材再循環流量を制御する方式が採られている。これを図
２０の系統構成図により説明すると、原子力タービン発
電機１の出力の一部を所内交流母線２、所内変圧器３、
遮断器４を介して入力変圧器５に入力し、この入力変圧
器５により所定の電圧にしてＶＶＶＦ（可変電圧可変周
波数電源装置）６に給電する。ＶＶＶＦ６は、入力電圧
を内蔵の整流器７、平滑器８により直流としたのち、逆
変換器９において逆変換し、制御装置14からの制御信号
で指定された周波数と電圧の交流として、出力変圧器10
を介してＷＩＭ12に給電し、ＲＩＰ11の回転速度を変化
させ、炉心における冷却材再循環流量を制御する。

【０００３】ＲＩＰ11は原子炉に内蔵設置されるため
に、回転体の外径は構造上の制約から大きくできず、保
有する回転慣性エネルギーは小さい。このため、所内交
流母線２の瞬時停電や電源喪失時に、図２１に示すよう
にポンプの回転数が急速に低下し、炉心流量は急減する
ので、炉心に装荷された燃料棒が熱的に損傷するおそれ
がある。これを避けるため、図２０中に示すように所内
変圧器３と入力変圧器５との間に、回転体の保有する回
転慣性エネルギーの大きい誘導電動機で駆動されるＭＧ
（誘導電動機駆動交流発電機）78を介在させ、母線から
の電力をＭＧ78を介してＶＶＶＦ６に供給し、瞬時停電
や電源喪失時に、この回転慣性エネルギーにより急激な
炉心流量低下を抑え、燃料棒の熱的な損傷を防止するよ
うにしている。

【０００４】ポンプを駆動するＷＩＭ12は、図２２に示
すように、沸騰水型原子炉圧力容器31の下部の、原子炉
の炉水と連通したモータケーシング・ノズル32内の水中
に設置され、原子炉から熱伝導により伝達される入熱
と、電動機の銅損および鉄損と、機械損による発生熱を
冷却するために、ＷＩＭロータ36に直結したスラスト板
に組込まれた補助ポンプ39でＷＩＭ12内の水を加圧し、
これをＲＩＰ冷却水配管40を介して外部に設置されたＲ
ＩＰ冷却熱交換器41の一次側42に循環させ、その２次側
43を循環する、海水冷却熱交換器53において海水で冷却
された冷却水と熱交換させている。

【０００５】さらに、沸騰水型原子炉内蔵型冷却材再循
環装置を構成する複数台のＲＩＰ11あるいはＶＶＶＦ６
のうち１台が故障した場合に、残余の健全なＲＩＰの運
転速度を増加させ、原子炉定格出力運転を可能にする冷
却材再循環流量を確保するようにしている。ちなみに、
電気出力１３４０ＭＷｅのプラントに用いられている沸
騰水型原子炉では、１０台のＲＩＰシステムを装備し、
１台のＲＩＰシステムが運転を停止した状態でも、残り
の９台のＲＩＰシステムの回転速度を上昇して１３５０
ＭＷｅの電気出力が得られる設計となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、ＲＩＰ
を駆動するＶＶＶＦは半導体素子による静止型であり、
信頼性も高く応答性に優れているが、所内交流母線の瞬
時停電や電源喪失時のＲＩＰの回転慣性エネルギーの不
足による急激な流量低下を補うため、保有する回転慣性
エネルギーの大きいＭＧを直列に挿入している。このＭ
Ｇは大型回転機器であり、軸受潤滑ポンプなど付設する
多くの補機を要するため、信頼性が低くなり、設置場所
も大きくなり、しかも運転効率も悪いという欠点を有し
ている。

【０００７】ＷＩＭはロータ36に直結したスラスト板に
組込まれた補助ポンプ39で冷却水をＷＩＭ内部から外部
に設置されたＲＩＰ冷却熱交換器41に循環させるが、Ｒ
ＩＰの回転数をあげると、冷却水循環流量が増えるのは
都合よいが、その分だけＷＩＭの電気入力も増すので、
所要冷却容量も増加する欠点がある。さらに、ＲＩＰ冷
却熱交換器41に供給される冷却水は、図２２に示すよう
に、他の作動温度の高い原子炉浄化系非再生熱交換器80
と共用になっているため、３０℃と放熱先の海水温度に
比べて高く設定されており、ＷＩＭに供給される温度は
３５℃となり、ステータ35の巻線に用いられている絶縁
材料の許容温度９０℃との温度差が小さくなり、ＷＩＭ
の巻線の許容電流、したがって電動機出力を制限してし
まう欠点がある。

【０００８】複数台の原子炉内蔵型冷却水再循環装置を
具備した沸騰水型原子炉では、運転中のＲＩＰ故障に備
えるため、１台が故障した場合に残余の健全なＲＩＰの
運転速度を増加して原子炉定格出力運転を可能ならしめ
る運転方法をとるので、原子炉運転の信頼性は向上する
が、原子炉内蔵型冷却水再循環装置の設置台数が増加
し、しかも正常な運転時にはＲＩＰの性能を抑えて運用
するため、設備投資の効果を低下させるという欠点を有
している。

【０００９】本発明は、原子炉内蔵型冷却水再循環装置
を具備した沸騰水型原子炉において、交流母線の瞬時停
電や電源喪失時に炉心に装荷された燃料棒の熱的な損傷
発生を抑制するため、静止型のＶＶＶＦの高い信頼性を
損なうことなく母線の電源喪失を補償できるＦＭＥＳ
（フライホイールエネルギー貯蔵装置）を採用すること
により、またＷＩＭの冷却水温度を低めることによりＷ
ＩＭの出力増大を図り、原子炉に必要な炉心流量を得る
ＲＩＰ台数を削減し、沸騰水型原子炉の信頼性を向上さ
せ、合わせて設備投資効果の改善を可能とする原子炉内
蔵型冷却水再循環装置およびその運転方法を提供するこ
とを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の沸騰水型原子炉
内蔵型冷却材再循環装置は、所内交流母線よりＶＶＶＦ
を介してＲＩＰに駆動電力を供給すると共に、ＶＶＶＦ
の整流器出力側からＩＮＶを介して逆変換により交流電
力を得てＦＭＥＳのＩＭＧに供給し、このＩＭＧの回転
軸に直結したＦＷを所定の回転数で回転を維持させてお
き、所内交流母線の瞬時停電あるいは電源喪失時に原子
炉に装荷された燃料棒の熱的な損傷を抑制するために必
要なＲＩＰの運転を継続せしめるエネルギーを慣性エネ
ルギーとして貯蔵する電源装置において、所内交流母線
の瞬時停電あるいは電源喪失の信号によりＩＭＧを回路
に残留する電流により発電機として作動させ、ＦＷに貯
蔵された慣性エネルギーを交流電力に変換せしめ、制御
装置によりＶＶＶＦがＲＩＰの運転速度に対応した周波
数の交流電圧を供給し得る直流電圧を出力するように制
御されたＩＮＶを介して直流電力に変換せしめ、ＶＶＶ
Ｆの整流器出力側直流回路に供給することによりＲＩＰ
の運転を所定時間だけ継続可能にしたＲＩＰ駆動用電源
装置を有することを主な特徴とするものである。なお、
上記ＦＭＥＳは、静止型のＳＭＥＳに置換えてもよい。

【００１１】また、本発明の沸騰水型原子炉内蔵型冷却
材再循環装置の運転方法は、所内交流母線よりＶＶＶＦ
を介して複数台のＲＩＰに駆動電力を供給すると共に、
ＶＶＶＦの整流器出力側からＦＭＥＳまたはＳＭＥＳに
電力を供給し、所内交流母線の瞬時停電あるいは電源喪
失時に原子炉に装荷された燃料棒の熱的な損傷を抑制す
るために必要なＲＩＰの運転を継続せしめるエネルギー
を慣性エネルギーまたは磁界エネルギーとして貯蔵する
電源装置において、１台のＲＩＰが故障した場合に、炉
心に装荷された燃料棒の熱的な損傷のおそれのない炉心
熱出力になるまで制御棒を挿入して原子炉出力を下げた
後に修理を行なって出力を回復させ、または修理不能の
場合には原子炉の計画停止時まで炉心に装荷された燃料
棒の熱的な損傷のおそれのない炉心熱出力になるまで制
御棒を挿入し、原子炉出力を下げて原子炉の運転を継続
することを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１の発明において
は、所内交流母線の瞬時停電あるいは電源喪失の信号が
制御装置に入力されると、ＦＷを駆動していたＩＭＧが
ＦＷに貯蔵されている回転慣性エネルギーを駆動エネル
ギーとして交流発電機となりＩＮＶに交流電力を供給
し、ＩＮＶは逆変換により直流電力にしてＶＶＶＦの整
流器出力側直流回路に、瞬時停電時には直流回路の電圧
を所定値に保持する直流電圧で、電源喪失時には直流回
路の電圧をＶＶＶＦの制御装置に組込まれた制御手順と
協調をとり、ＶＶＶＦがＲＩＰに出力する交流電力を効
率よく供給しうる直流電圧で給電し、原子炉に装荷され
た燃料棒の熱的な損傷を防止する炉心流量を確保するＲ
ＩＰの運転が継続される。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の
発明において、ＦＭＥＳをＳＭＥＳ（超電導エネルギー
貯蔵装置）に置換したものである。ＳＭＥＳは、静止型
で回転部分がなく、ＲＩＰ駆動用電源装置の信頼性を向
上させることができる。

【００１４】請求項３の発明は、ＲＩＰ駆動用電源装置
において、沸騰水型原子炉に設置された複数台のＲＩＰ
に駆動電力を供給すると共に、所内交流母線の瞬時停電
あるいは電源喪失時に当該複数台のＲＩＰに原子炉に装
荷された燃料棒の熱的な損傷を抑制するために必要なＲ
ＩＰの運転を継続せしめるエネルギーをＦＭＥＳに貯蔵
するようにしたもので、通常運転時には１台のＶＶＶＦ
で複数台のＲＩＰを駆動し、所内交流母線の瞬時停電あ
るいは電源喪失時には請求項１の発明と同様に作動す
る。この場合、ＦＭＥＳのＦＷに貯蔵されるエルギーを
増加せしめ、またＩＭＧおよびＩＮＶの容量を原子炉に
装荷された燃料棒の熱的な損傷を防止する炉心流量を確
保するための電力をＶＶＶＦに給電し得るように増強し
ておくことが望ましい。

【００１５】請求項４の発明は、沸騰水型原子炉に設置
された複数台のＲＩＰの一部をＲＩＰ駆動用電源装置で
駆動し、残余はＦＭＥＳまたはＳＭＥＳを有しないＶＶ
ＶＦで駆動することを特徴とするもので、通常運転時は
ＦＭＥＳを装備したＶＶＶＦで駆動されるＲＩＰとＦＭ
ＥＳを装備しないＶＶＶＦで駆動されるＲＩＰで原子炉
運転に必要な炉心流量を供給する。所内交流母線の瞬時
停電あるいは電源喪失時には、ＦＭＥＳを装備したＶＶ
ＶＦで駆動されるＲＩＰに対して請求項１の発明と同様
に作用するが、ＦＭＥＳを装備しないＶＶＶＦで駆動さ
れるＲＩＰはその回転慣性が小さいので、回転速度が急
減することを考慮して燃料棒の熱的な損傷を防止する炉
心流量を予め算出しておき、その流量を確保するのに必
要な電力をＦＭＥＳを装備したＶＶＶＦの制御装置に組
込まれた制御手順と協調をとりＶＶＶＦがＲＩＰに出力
する交流電力を効率よく供給しうる直流電圧で給電す
る。この場合、ＦＭＥＳのＦＷに貯蔵されるエネルギー
を増加せしめ、またＩＭＧおよびＩＮＶの容量を原子炉
に装荷された燃料棒の熱的な損傷を防止する炉心流量を
ＦＥＭＳを装備しないＶＶＶＦで駆動されるＲＩＰの急
速な回転速度低下、停止による流量低下、および逆流の
補償分を含めて確保する電力をＶＶＶＦに給電し得るよ
うに増強するのが望ましい。

【００１６】請求項５の発明は、ＦＭＥＳのＩＭＧおよ
びＦＷを真空もしくは減圧された容器内に収納したこと
を特徴とするもので、ＦＮＥＳのＩＭＧとＦＷを減圧容
器の内部に設置し、付設する排気装置で排気して減圧さ
れた雰囲気におくことにより、回転により生じる風損を
低減し、回転慣性エネルギーを効果的に貯蔵する。この
場合、減圧により風損が低減されるので、ＩＭＧおよび
ＦＷの回転数を高速回転させることにより、所望の回転
慣性エネルギーを、より小型の装置で貯蔵することが可
能となる。

【００１７】請求項６の発明は、ＲＩＰのＷＩＭの冷却
用熱交換器に、冷凍機の冷媒もしくは冷媒により冷却さ
れた冷水を供給するようにしたことを特徴とするもの
で、ＷＩＭの巻線および鉄心に発生する熱と高温の原子
炉容器から熱伝導により伝達される熱を、ＷＩＭ下部の
スラスト板に組込まれた補助ポンプによりステータおよ
びロータ周辺に水流を生じさせて冷却し、温度上昇した
水を外部に設置されたＲＩＰ冷却熱交換器に送り、ここ
で冷凍機より循環される冷凍機冷媒あるいは冷水と熱交
換せしめ、冷却された水をＷＩＭに戻す。ＷＩＭに戻す
水として０℃近くの低温度の冷水が所望される場合に
は、ＲＩＰ冷却熱交換器の冷却用流体として水は凍結す
るので凍結温度の低い冷媒を用いる。

【００１８】請求項７の発明は、ＲＩＰのＷＩＭの冷却
用熱交換器に、蓄冷器に貯蔵された冷熱媒体との熱交換
により冷却された冷媒もしくは冷水を供給するようにし
たことを特徴とするもので、請求項６における冷凍機を
蓄冷機で代替させ、同様の作用を行なう。蓄冷器に貯蔵
され、ＲＩＰ冷却熱交換器の冷却で消費される寒冷は付
設された蓄冷器用冷凍機により供給される。蓄冷器用冷
凍機はＲＩＰ冷却熱交換器に必要な冷却量と釣り合わせ
た連続運転としてもよいが、蓄冷器を一定期間の冷却に
必要な寒冷を貯蔵する容量として、一定周期で消費され
た寒冷を蓄冷器に補給する間欠運転としてもよい。

【００１９】請求項８の発明は、ＲＩＰのＷＩＭの冷却
用熱交換器に、専用の海水冷却熱交換器もしくは空気冷
却熱交換器で冷却された冷水を供給するようにしたこと
を特徴とするもので、海水冷却熱交換器または空気冷却
熱交換器を介して冷却した海水や大気を冷熱源としてＲ
ＩＰ冷却熱交換器に冷却水を供給する。

【００２０】この場合、昼夜や季節の変動によりＲＩＰ
冷却熱交換器に所望される温度の冷却水を供給できない
ときには、切替制御弁を操作することにより海水冷却熱
交換器または空気冷却熱交換器と並列に接続された冷凍
機または蓄冷器により所望される温度に冷却してもよ
く、あるいは切替制御弁を中間開度にして海水冷却熱交
換器または空気冷却熱交換器による冷却と冷凍機または
蓄冷器を併用してＲＩＰ冷却熱交換器41に所望の温度に
冷却するようにしてもよい。

【００２１】請求項９の発明は、ＷＩＭ冷却用冷水をＷ
ＩＭに直結されたポンプで循環せしめることを特徴とす
るもので、ＷＩＭを冷却する冷却水をＷＩＭの回転軸に
直結したスラスト板に組み込まれた補助ポンプで循環さ
せ、ＷＩＭの巻線および鉄心に発生する熱と高温の原子
炉容器から熱伝導により伝達される熱を外部に設置され
たＲＩＰ冷却熱交換器に送り、ここで冷凍機、蓄冷器、
海水冷却熱交換器または空気冷却熱交換器からの冷媒あ
るいは冷水と熱交換させることができる。

【００２２】請求項１０の発明は、ＷＩＭ冷却用冷水を
外部に設置した冷却水循環ポンプで循環せしめることを
特徴とするもので、ＲＩＰ外部に設置された冷却水循環
ポンプを運転することにより冷却水をＷＩＭからＲＩＰ
冷却熱交換器に循環させ、ここで冷凍機、蓄冷機、海水
冷却熱交換器または空気冷却熱交換器からの冷媒あるい
は冷水と熱交換させることができる。

【００２３】請求項１１の発明は、冷却水循環ポンプの
故障に備えて冷却水ポンプ切替弁を介して冷却水循環ポ
ンプを並列に接続しておくもので、常時はその内の１系
統だけで冷却水をＷＩＭからＲＩＰ冷却熱交換器に循環
させ、故障時には冷却水ポンプ切替弁を操作して冷却水
循環を維持する。

【００２４】請求項１２の発明は、冷却水循環ポンプの
循環流量をＲＩＰ回転数、またはＷＩＭの駆動電流、駆
動電圧もしくは駆動電力に応じて制御することを特徴と
するもので、巻線および鉄心に発生する熱が概ねＷＩＭ
の駆動電力に比例することに鑑み、駆動電流もしくは駆
動電圧と回転数および冷却水温度の信号を冷却水流量制
御装置に入力し、ＷＩＭの巻線および鉄心の温度変化を
抑制する最適冷却水流量を、駆動電力がＲＩＰ回転数の
概ね３乗に比例する関数関係を用いて算出し、流量調整
弁と冷却水循環ポンプに制御信号を発信せしめ、ＲＩＰ
運転状態の変化に対するＷＩＭの巻線および鉄心の温度
変化を抑制する。

【００２５】請求項１３の発明は、ＷＩＭ冷却用冷水温
度をＲＩＰ回転数、またはＷＩＭの駆動電流、駆動電圧
もしくは駆動電力に応じて制御することを特徴とするも
のである。ＷＩＭに直結された補助ポンプによる冷却水
循環流量はＲＩＰ回転数に概ね比例するが、ＷＩＭの駆
動電力はＲＩＰ回転数の概ね３乗に比例して増大するた
め、ＲＩＰ入口と出口の冷却水温度差は回転数の２乗に
比例して増大する。ＷＩＭの駆動電流、駆動電圧または
回転数と、冷却水温度の信号を循環冷媒制御装置に入力
し、ＲＩＰ冷却熱交換器に供給する冷媒の温度と循環流
量を制御し、ＲＩＰ冷却熱交換器の一次側と２次側の温
度差を制御することによりＷＩＭの冷却水温度上昇を抑
制することができる。

【００２６】請求項１６記載の発明は、ＲＩＰ台数を、
沸騰水型原子炉の運転サイクル末期に定格出力を得る炉
心流量をＲＩＰの定格最大流量で除した商を越えない最
大整数とすることを特徴とするものである。本発明にお
いては、ＲＩＰの回転数を高めて定格流量を増やし、沸
騰水型原子炉に装備するＲＩＰ台数の削減を図るが、こ
の場合にはＷＩＭの駆動電力も増大してＷＩＭの巻線や
鉄心の発熱量が増大するので、ＷＩＭの巻線に用いられ
る絶縁被覆材料の許容温度以下に冷却する。また、ＲＩ
Ｐ台数を削減する場合にはＲＩＰやその駆動電源故障に
よる炉心流量低下が炉心に装荷された燃料棒の熱的な損
傷に及ぼす影響が大きくなるので、前述のようにして電
源系統の信頼性を向上させる。

【００２７】請求項１５の発明は、所内交流母線よりＶ
ＶＶＦを介して複数台のＲＩＰに駆動電力を供給すると
共に、前記ＶＶＶＦの整流器出力側からＦＭＥＳまたは
ＳＭＥＳに電力を供給し、前記所内交流母線の瞬時停電
あるいは電源喪失時に原子炉に装荷された燃料棒の熱的
な損傷を抑制するために必要なＲＩＰの運転を継続せし
めるエネルギーを慣性エネルギーまたは磁界エネルギー
として貯蔵する電源装置において、１台のＲＩＰが故障
した場合に、炉心に装荷された燃料棒の熱的な損傷のお
それのない炉心熱出力になるまで制御棒を挿入して原子
炉出力を下げた後に修理を行なって出力を回復させ、ま
たは修理不能の場合には原子炉の計画停止時まで炉心に
装荷された燃料棒の熱的な損傷のおそれのない炉心熱出
力になるまで制御棒を挿入し、原子炉出力を下げて原子
炉の運転を継続することを特徴とするものである。ＲＩ
Ｐシステムの故障時には多少の稼働率低下を容認し、原
子炉に装荷された燃料棒の熱的な損傷を抑制するためＲ
ＩＰシステムの故障による炉心流量低下に見合った原子
炉出力まで下げる運用を行ない、稼働率低下による損傷
を防ぐためＲＩＰシステムの設置台数を増やてし冗長性
を付与することによる初期設備投資の肥大化を回避する
ことができる。

【００２８】欧州で稼働している原子炉内蔵型冷却水再
循環システムの累積運転実績は１０００万時間・台を超
えており、原子炉容器を開放して修理を要するような故
障経験は殆どなく、このような故障の発生する故障率λ
は１０^-6ｈ^-1以下と見積られる。信頼性工学によれば、
沸騰水型原子炉発電設備を構成する有限の故障率λをも
つＲＩＰシステムＮで構成される発電設備のｔ時間運転
後の信頼度ＲはＲ＝ｅｘｐ（−λ・Ｎ・ｔ）と表されるので、ＲＩＰシステムの構成数を削減すれ
ば、発電設備の信頼度は向上する。毎年５５日間の定期
検査を行なうものとすれば、ＲＩＰシステムが１０台の
場合の平均故障発生時間（ＭＴＢＦ）は１３．４年、８
台の場合は１６．８年と向上する。また１台の故障を許
容すると発電機の信頼度は、Ｒ´＝ｅｘｐ（−λ・Ｎ・ｔ）＋Ｎ・ｅｘｐ｛−λ・
（Ｎ−１）・ｔ｝と改善できる。１０台の場合で１台の故障を許容すると
ＭＴＢＦは２８．４年まで改善されるが、発電設備の設
計寿命の４０年間に原子炉容器を開放せざるを得ない故
障に１〜２回遭遇することになり、８台で１台の故障も
許容しない場合の２〜３回の遭遇頻度と大差がない。さ
らに、電源系統の故障のように原子炉の運転を継続しな
がら修復可能な故障発生については、請求項１〜５に記
載したような発明を適用することにより、故障発生頻度
を低減させることができる。これにより発電設備のＲＩ
Ｐシステムの台数削減による初期投資額と保守点検費用
の低減を図り、しかも駆動電源システムの信頼性を改善
することにより原子炉内蔵型冷却水再循環装置を具備し
た発電設備の稼働率を高め、発電設備の経済性を向上さ
せることができる。

【００２９】請求項１６の発明は、ＲＩＰのＷＩＭの冷
却用熱交換器に、専用の海水冷却熱交換器もしくは空気
冷却熱交換器で冷却された冷水を供給するようにした電
源装置において、海水冷却もしくは空気冷却熱交換器で
得られる冷水温度が十分低く、ＷＩＭ冷却用熱交換機を
介してＷＩＭ冷却に必要な所定温度の冷水を供給できる
場合には海水冷却もしくは空気冷却熱交換器を作動さ
せ、海水や大気温度が高くＷＩＭ冷却に必要な所定温度
の冷水を供給できない場合には海水冷却もしくは空気冷
却熱交換器を作動させず、冷凍機の冷媒または冷媒によ
り冷却された冷水、もしくは蓄冷器に貯蔵された冷熱媒
体との熱交換により冷却された冷媒または冷水を供給す
るようにしたことを特徴とするもので、発電設備に課せ
られた発電計画によりＲＩＰシステムの運転条件からＷ
ＩＭの冷却条件を決定し、海水または大気温度の変動傾
向から海水冷却熱交換器または空気冷却熱交換器の冷却
温度を算定し、冷却温度がＷＩＭ冷却に所望される温度
を上回ると予測される場合に、切替制御弁を操作するこ
とにより冷凍機または蓄冷器による冷却に切替えること
により所望の温度の冷水をＲＩＰ冷却熱交換器に供給す
ることができる。

【００３０】なお、発電設備に課せられた発電計画によ
りＲＩＰシステムの運転条件からＷＩＭの冷却条件を決
定し、海水または大気温度の変動傾向から海水冷却熱交
換器または空気冷却熱交換器の冷却温度を算定し、冷却
温度がＷＩＭ冷却に所望の温度を上回ると予測される場
合に、切替制御弁を操作することにより冷凍機または蓄
冷器による冷却を併用することにより所望の温度の冷水
をＲＩＰ冷却熱交換器に供給するするようにすることも
できる。また、ＲＩＰシステムのＷＩＭの出力を増大さ
せる手段として、ＷＩＭに供給する冷却水温度を低め
て、あるいは冷却水流量を増やして、発熱部となるＷＩ
Ｍのステータおよびロータ表面との温度差あるいは熱伝
達率を大きくし、ＷＩＭ巻線の温度上昇を抑制して巻線
に用いられる絶縁材料の許容温度以下にすることもでき
る。

【００３１】

【実施例】次に、本発明の実施例につき図面を参照して
説明する。

【００３２】第１実施例では、図１に示すように、原子
力タービン発電機１の出力の一部を所内交流母線２、所
内変圧器３、遮断器４を介して入力変圧器５に入力し、
この入力変圧器５により所定の電圧にしてＶＶＶＦ６に
給電し、内蔵の整流器７、平滑器８により直流とする。
交流電圧周波数調整器15は、制御装置14からの制御信号
Ｆを受けて、ＲＩＰ11を所定の回転速度とする制御信号
Ｇを逆変換器９に発信する。これにより逆変換器９は制
御信号Ｇで指定された周波数と電圧の交流として、出力
変圧器10を介してＷＩＭ１２に給電される。

【００３３】整流器７の直流の一部はＦＭＥＳ17に給電
され、ＦＭＥＳを構成するＩＮＶ（インバータ装置）19
は制御装置14の制御信号Ｐにより直流・交流電圧および
周波数調整器16が発信する制御信号Ｑの指定する周波数
・電圧の交流に変換してＩＭＧ20を駆動し、ＦＷ21に所
定の回転慣性エネルギーを貯蔵する。また制御装置14は
ＶＶＶＦ６に給電される交流電圧信号Ｖを監視し、瞬時
停電や交流母線電源喪失信号ＳによりＲＩＰ11の回速速
度信号Ｒを検知し、ＲＩＰ11が、例えば図２３に例示す
るように、予め指定された所定回転数となるように直流
・交流電圧および周波数調整器16と交流電圧調整器15に
新たな制御信号Ｐ、Ｑ、Ｆ、Ｇを発信してＦＷに貯蔵さ
れたエネルギーによりＩＭＧ20で交流発電し、ＩＮＶ19
およびＶＶＶＦ６の逆変換器９を介してＲＩＰ11に給電
する。予め指定する回転数は、図２３の時刻Ｔd からＴ
a の所定回転数に示すように一定でもよく、あるいは燃
料棒表面温度を考慮して変化させてもよいが、この場
合、制御開始時刻Ｔd は時刻Ｔo に発生した瞬時停電や
電源喪失を検知し、ＲＩＰ11の回転速度を検出し、制御
信号を決定するのに要する遅れ時間に制約される。

【００３４】ＦＭＥＳ17は電気的にＲＩＰ11と並列に接
続されており、ＲＩＰ11の回転速度と独立の回転速度で
運転できる。ＦＷ21の貯蔵エネルギーは回転速度の２乗
に比例するから、これを高速回転数で運転することによ
り装置の小型化を図ることができる。また、ＦＭＥＳ17
は、図２３に例示するように、瞬間停電や交流電源喪失
時に炉心に装荷された燃料棒の熱的な損傷を防止するの
に要する時間（Ｔa −Ｔd)だけ所定回転数を維持できる
電力を給電する能力があればよいので、ＩＭＧ20は、誘
導電動機としてＦＷ21の高速回転を維持する定格出力を
有しておれば、交流発電機出力は短時間定格、たとえば
３０分定格として小型化してもよい。

【００３５】ＦＭＥＳ17を並列接続とすることにより、
ＦＭＥＳの故障が直ちにＲＩＰ11の運転に影響しないの
で、交流母線の瞬間停電や電源喪失があっても、燃料棒
の熱的な損傷が生じない原子炉出力まで低下させてか
ら、故障修復を行なう柔軟な運用が可能である。

【００３６】第２実施例は、図２に示すように、１台の
ＶＶＶＦ６で複数台のＲＩＰ11を駆動するもので、ＦＭ
ＥＳ17に貯蔵するエネルギーを複数台のＲＩＰ11に与
え、図２３に例示するように、瞬間停電や交流電源喪失
時に炉心に装荷された燃料棒の熱的な損傷を防止するの
に要する所定時間（Ｔa −Ｔd)だけ、ＲＩＰ11を所定回
転数に維持する給電ができるように増強している。これ
により第１実施例と同様の効果が得られる。なお、原子
炉に設置されるＲＩＰ11全体を１台のＦＭＥＳ17を装備
したＶＶＶＦ６で駆動することも可能であるが、ＶＶＶ
Ｆの故障時や、所内変圧器３、遮断器４、あるいは導体
などからなる送電回路の故障時の原子炉運転の安全性を
高めるためには、図３に示すように、１台の所内変圧器
３に接続されるＲＩＰ11を複数組に分割し、それぞれの
組のＶＶＶＦ６にＦＭＥＳ17を装備するようにすること
が望ましい。また、動的回転機械であるＦＭＥＳ17を集
約化することにより点検保守が容易となり、ＦＭＥＳの
信頼性が向上する。

【００３７】第３実施例は、図４に示すように、所内変
圧器３に接続されるＲＩＰ11の内の１台を、ＦＭＥＳ17
を装備しないＶＶＶＦ６で駆動し、残余のＲＩＰをＦＭ
ＥＳ17を装備したＶＶＶＦ６で駆動するようにしたもの
で、ＦＭＥＳ17に貯蔵するエネルギーを、ＦＭＥＳ17を
装備しないＲＩＰ11の回転数低下と停止による流量低下
および逆流を考慮して決定される所定の回転数で、図２
３に例示したように、時刻Ｔd から時刻Ｔb まで運転継
続を可能な量とし、瞬時停電や交流電源損失時に炉心に
装荷された燃料棒の熱的な損傷を防止するのに要する所
定時間（Ｔb −T d)だけ給電するようにしている。この
場合も第１実施例と同様の効果が得られる。

【００３８】第４実施例は、図５に示すように、所内変
圧器３に接続するＲＩＰ11の内、ＦＭＥＳ17を装備した
ＶＶＶＦ６で駆動するＲＩＰ台数を１台または２台と
し、ＦＭＥＳ17を装備しないＶＶＶＦ６で駆動するＲＩ
Ｐ台数を１台ずつとする系統構成としたものである。こ
の場合も、ＦＭＥＳに貯蔵するエネルギーを、ＦＭＥＳ
を装備しないＲＩＰの回転数低下と停止による流量低下
および逆流を考慮して決定される図２３に例示した運転
の継続が可能な量とし、瞬間停電や交流電源喪失時に炉
心に装荷された燃料棒の熱的な損傷を防止するのに要す
る所定時間（Ｔb−Ｔd ）だけ給電する。この場合も第
３実施例と同様の効果が得られる。

【００３９】第５実施例は、図６に示すように、所内変
圧器３に接続するＲＩＰ11の内、ＦＭＥＳ17を装備した
ＶＶＶＦ６で駆動するＲＩＰ台数を１台または２台と
し、ＦＭＥＳ17を装備しないＶＶＶＦ６で駆動するＲＩ
Ｐ台数を２台または１台とする系統構成としたものであ
る。この場合も、ＦＭＥＳに貯蔵するエネルギーを、Ｆ
ＭＥＳを装備しないＲＩＰの回転数低下と停止による流
量低下および逆流を考慮して決定される図２３に例示し
た時刻Ｔd から時刻Ｔb まで運転継続が可能な量とし、
瞬時停電や交流電源喪失時に炉心に装荷された燃料棒の
熱的な損傷を防止するのに要する所定時間（Ｔb −Ｔd)
だけ給電することにより、第３または第４実施例と同様
の効果を得ることができる。

【００４０】第６実施例は、図７に示すように、ＦＭＥ
Ｓを構成する回転部のＩＭＧ20とＦＷ21を減圧容器22内
に収納し、排気装置23により容器22内の大気を排気して
減圧雰囲気とし、ＩＭＧ20およびＦＷ21の回転による風
損を低減し、ＦＭＥＳを付設することによる原子炉運転
時のエネルギー損失を減ずるようにしたものである。こ
の場合、ＦＷ21の回転速度を回転速度計26で検出し、回
転速度変換器27で変換した電気信号を伝送する伝送線お
よびＩＭＧ20に接続する動力線は、減圧容器22を気密に
貫通するペネトレーション28，29を介して外部と接続さ
れ、減圧容器22内を減圧状態に保持する。減圧容器22内
の圧力を圧力変換器25で測定し、排気装置23の運転を制
御する。なお、減圧容器22の減圧状態保持能力が高い場
合には、隔離弁24を閉じて排気装置23を隔離するように
してもしてもよい。また、通常運転時においてＦＷ21の
回転慣性エネルギーを貯蔵するためＩＭＧ20を所定の回
転速度に保つ必要があり、その駆動動力のために発熱す
るので、図示しない排熱系統を付設して除熱し、ＩＭＧ
20を所定の温度に保持することが望ましい。この第６実
施例は前記第１ないし第５実施例において使用すること
ができる。

【００４１】第７実施例は、図８に示すようにＷＩＭ12
の冷却系統の構成に関するもので、ＲＩＰは、下部にス
ラスト板に組込んだ補助ポンプ39を取付けたＷＩＭのロ
ータ36にＲＩＰインペラ33を挿入して構成された回転部
を原子炉容器31の下部に取り付けられたモータケーシン
グ・ノズル32内のＷＩＭハウジング34に固定した２個の
ラジアル軸受37と上下２組のスラスト軸受38で支持し、
同じくハウジング34に固定したＷＩＭステータ35に多相
の交流電流を流して駆動される。スラスト板に組込まれ
た補助ポンプ（インペラ）39は遠心力の作用で冷却水を
昇圧してスラスト軸受38および下部ジャーナル軸受37と
回転部の間隙と、バイパス流路（図示せず）を通って、
ステータ35の周辺に流入させ、ステータ35の銅損および
鉄損とＷＩＭのロータ36の銅損および鉄損による発熱を
冷却し、更に上部ジャーナル軸受３７の間隙とバイパス
流路（図示せず）を通って、ハウジング34上部のモータ
ケーシング・ノズル32に溶接されたＲＩＰ冷却水配管40
から排出させる。

【００４２】ＷＩＭ12を冷却して昇温し、ＲＩＰ冷却水
配管40から排出された冷却水は、ＲＩＰ冷却熱交換器41
の１次側42に流入し、その２次側43に冷媒配管４４を介
して連結された冷凍機45から圧送される冷媒で冷却さ
れ、モータケーシング・ノズル32の下部に溶接されたＲ
ＩＰ冷却水配管40を通り、スラスト板に組込まれた補助
ポンプ39の吸込側に還流する。なお、ＲＩＰ冷却熱交換
器41の２次側43に冷媒配管44を介して流す冷媒は、冷凍
機45の冷媒を直接流してもよく、あるいは冷媒の代わり
に冷凍機45に冷媒と水の熱交換器を付設して冷水をつく
り、この冷水を冷水循環ポンプ46でＲＩＰ冷却熱交換器
41の２次側43に流してもよい。１台の冷凍機45で複数台
のＲＩＰ冷却熱交換器41を冷却してもよく、あるいは冷
凍機45を例えば建屋空調冷凍機と共用してもよい。ま
た、複数台のＲＩＰの冷却水を冷却するＲＩＰ冷却熱交
換器41の２次側を共通にし、１台の冷凍機で複数台のＲ
ＩＰを冷却するようにしてもよい。

【００４３】第８実施例は、図９に示すようにＷＩＭ12
の冷却系統の構成に関するもので、第７実施例と同様に
ＲＩＰ冷却熱交換器41の１次側42を循環する冷却水を冷
却するために、その２次側43を循環させる冷媒を、蓄冷
器47に内蔵もしくは付設した熱交換器で冷却する。蓄冷
器47には蓄冷器用冷凍機48から冷媒を循環させ、ＲＩＰ
冷却熱交換器41における冷却で消費された寒冷を補給す
る。蓄冷器47の寒冷貯蔵容量を、例えばＲＩＰを一日運
転する場合に必要な量として、寒冷補給のための蓄冷器
用冷凍機48の運転を夜間に深夜電力で行なうようにして
もよい。ＲＩＰ冷却熱交換器41と蓄冷器47を結合して一
体化してもよく、複数台のＲＩＰ冷却を１台の蓄冷器47
で行なってもよい。また、蓄冷器用冷凍機48を例えば建
屋空調用冷凍機と共用にしてもよい。

【００４４】第９実施例と第１０実施例は、図１０およ
び図１１に示すようにＷＩＭ12の冷却系統の構成に関す
る。これらの実施例においては、第８実施例と同様に、
ＲＩＰ冷却熱交換器１次側42を循環する冷却水を冷却す
るため、ＲＩＰ冷却熱交換器２次側43に供給する冷水を
海水冷却熱交換器53または空気冷却熱交換器59により冷
却して得るようにしている。海水冷却熱交換器53または
空気冷却熱交換器59で得られる冷水は、複数台のＲＩＰ
冷却熱交換器41に供給するようにしてもよい。ＲＩＰ冷
却熱交換器43と海水冷却熱交換器53または空気冷却熱交
換器59とを一体化して系統を簡素化することも考えられ
るが、ＲＩＰ冷却熱交換器１次側42を循環する冷却水は
原子炉内の炉心を冷却する再循環冷却水と連通している
ため、伝熱面が損傷した場合に放射能が海水または大気
に漏洩する可能性があり、好ましくない。むしろ、海水
や大気の循環へ放射能漏れを防止するために、ＲＩＰ冷
却熱交換器41と海水冷却熱交換器53または空気冷却熱交
換器59との間に介在する冷却水循環系の圧力を原子炉圧
力より高くして、圧力低下により熱交換器伝熱面の損傷
を検知し、該当するＲＩＰの運転を停止してそのＲＩＰ
冷却熱交換器41を隔離し、損傷拡大防止の処置を採り、
安全性の向上を図る方がよい。ＲＩＰ冷却熱交換器41の
隔離は冷水配管51に隔離弁をあらかじめ設置しておいて
もよく、液体窒素やドライアイスにより凍結閉止も可能
である。

【００４５】第１１実施例は、図１２に示すようにＷＩ
Ｍ12の冷却系統の構成に関する。第９実施例では、ＲＩ
Ｐ冷却熱交換器１次側42を循環する冷却水を冷却するた
めにＲＩＰ冷却熱交換器２次側43に供給する冷水を海水
冷却熱交換器53もしくは空気冷却熱交換器59により冷却
する方法を示した。しかし、海水温度や大気温度の季節
変動によりＲＩＰ冷却熱交換器41に供給する冷水温度が
ＷＩＭ12の冷却仕様を満足できなくなる場合に備えて、
海水冷却熱交換器53または空気冷却熱交換器59と、第７
実施例や第８実施例で説明した冷凍機45または蓄冷器47
とを、切替制御弁63を介して並列に接続し、海水温度ま
たは大気温度の上昇時に冷却回路を切り替えて所定温度
の冷水をＲＩＰ冷却熱交換器41に供給する方法がより好
ましい。なお、この場合には、海水冷却熱交換器53また
は空気冷却熱交換器59で得られる冷水と前述の冷凍機45
または蓄冷器47で得られる冷水とを切替制御弁63の操作
により混合し、所定温度の冷水としてＲＩＰ冷却熱交換
器41に供給する。また、ＲＩＰ冷却熱交換器２次側43を
共通にし、複数台のＲＩＰのＲＩＰ冷却熱交換器１次側
42を独立にして冷却するようにしてもよい。

【００４６】第１２実施例は、図１３に示すように、Ｗ
ＩＭ12の冷却系統の構成に関する。第７実施例ないし第
１０実施例では、ＷＩＭの冷却系統を、図２２に示した
従来例と同様に、スラスト板に組込まれた補助ポンプ39
により冷却水を循環せしめる構成としたが、第１２実施
例では、ＷＩＭ12に直結した補助ポンプを取去り、代わ
りに外部に冷却水循環ポンプ66を設置し、ＲＩＰ冷却熱
交換器１次側42から供給される冷却水を、モータケーシ
ング・ノズル32の下部から、ＷＩＭ下部のスラスト板65
の下部空間に圧送するようにしている。ＷＩＭ下部に圧
送された冷却水は、スラスト軸受38および下部ジャーナ
ル軸受37と回転部との間隙、およびバイパス流路（図示
せず）を通って、ＷＩＭステータ35の周辺に流入し、Ｗ
ＩＭステータ35の銅損と鉄損、およびＷＩＭロータ36の
銅損と鉄損による発熱を冷却し、上部ジャーナル軸受の
間隙とバイパス流路（図示せず）を通り、ＷＩＭハウジ
ング34上部のモータケーシング・ノズル32に溶接された
ＲＩＰ冷却水配管40から排出される。このようにして排
出された冷却水は、ＲＩＰ冷却熱交換器41に流入して再
び冷却され、冷却水循環ポンプ66の吸込側に還流する。
この実施例の場合、複数台のＷＩＭと１台のＲＩＰ冷却
熱交換器41と冷却水循環ポンプ66を組合わせてもよく、
あるいはＲＩＰ冷却熱交換器２次側43を共通にし、ＲＩ
Ｐ冷却熱交換器１次側42および冷却水循環ポンプ66を個
々のＷＩＭ専用に独立させてもよい。なお、ＲＩＰ冷却
熱交換器２次側43の冷却には第７実施例ないし第１１実
施例を適用することができる。また、冷却水循環ポンプ
66は、ＷＩＭハウジング34上部のモータケーシング・ノ
ズル32上部に溶接されたＲＩＰ冷却水配管40の排出側に
設置してもよい。

【００４７】第１３実施例は、図１４に示すようにＲＩ
Ｐの外部に冷却水循環ポンプ66を複数台設置する方法に
関する。すなわち、複数台の冷却水循環ポンプ66を冷却
水ポンプ切替弁67を介して並列に接続し、その中のポン
プ１台の前後のポンプ切替弁67を閉じて待機させてお
く。この場合、運用中の冷却水循環ポンプ66が故障した
際、待機中の冷却水循環ポンブ66を起動し、ポンプ切替
弁67の操作により冷却水を循環せしめ、同時に故障した
ポンプ前後の切替弁67を閉じて隔離し、修理することが
できる。

【００４８】第１４実施例は、図１５に示すようにＷＩ
Ｍの冷却系統の冷却水流量および温度を制御する方法に
関する。この実施例では、第１２実施例や第１３実施例
で示した外部の冷却水循環ポンプ66の吐出側に流量調整
弁70を設けておき、冷却水流量制御装置71にＲＩＰの回
転速度Ｎ、ＷＩＭの駆動電流Ｉおよび冷却水のＲＩＰ出
口温度Ｔの各信号を入力し、ＷＩＭの仕様で定められた
冷却条件を満足するように冷却水流量を冷却水循環ポン
プ66の回転数の増減と流量調整弁70の開度を加減して制
御する。この場合、冷却水流量制御装置71の信号によ
り、冷凍機45と冷水循環ポンプ46の運転条件を操作し、
ＲＩＰ冷却熱交換器２次側43の動作温度や流量を調整す
るようにしてもよい。

【００４９】第１５実施例は、図１６に示すようにＲＩ
ＰのＷＩＭ12の冷却系統の冷却水温度を制御する方法に
関する。ＷＩＭのスラスト板に組み込まれた補助ポンプ
39によりＷＩＭの冷却水を循環せしめる方式において
は、冷却水の循環流量はＷＩＭの回転速度で定まり、そ
れ以上に流量を増してＷＩＭを冷却する能力を高めるこ
とはできない。そこで、この実施例では、循環冷媒制御
装置73にＲＩＰの回転速度Ｎ、ＷＩＭの駆動電流Ｉ、冷
却水のＲＩＰ入口および出口温度Ｔ1 ，Ｔ2 の各信号を
入力し、ＷＩＭの仕様で定められた冷却条件を満足する
ように冷水循環ポンプ46と蓄冷器用冷凍機48に操作信号
Ｃ1 ，Ｃ2 を発信し、ＲＩＰ冷却熱交換器２次側43の動
作条件を制御するようにしている。

【００５０】第１６実施例は、図１７に示すように８台
のＲＩＰ11を装備した沸騰水型原子炉発電設備の冷却水
再循環装置の構成例である。ちなみに、定格回転数１４
００ｒｐｍ、定格流量２．１４ｍ³/sのＲＩＰ11を１０
台装備した電気出力１３５０ＭＷｅの沸騰水型原子炉で
は、一台のＲＩＰが故障して停止しても、残余の９台の
ＲＩＰを増速運転することにより、炉心に装荷された燃
料棒の熱的な健全性を保つ炉心流量を確保できるように
設計されている。この場合、ＲＩＰ11の台数を２台削減
して８台で構成し、ＲＩＰの回転数を１２５％に増速す
れば炉心流量を１０台の場合と等しくすることができ、
１３５０ＭＷｅの電気出力を得る炉心の核熱設計条件を
満足できる。このようにすると、ＲＩＰの回転数上昇の
ために、ＷＩＭの駆動電力は増大し、ＷＩＮの巻線や鉄
心の発熱量も増大するが、請求項６〜１３に記載する発
明により、ＲＩＰの冷却水温度を３５℃から２３℃程度
に低められるので、ＷＩＭの巻線に用いられる絶縁材料
の許容温度９０℃以下に冷却できる。

【００５１】信頼性工学の知識によれば、沸騰水型原子
炉に装備されるＲＩＰ台数を１０台から８台に減らす
と、ＲＩＰが故障する確率は減少し、沸騰水型原子炉の
信頼性は向上する。さらに請求項１〜５に記載する電源
装置で駆動することにより、電源故障によってＲＩＰが
停止する頻度も低減し、沸騰水型原子炉の信頼性は向上
する。しかしながら、沸騰水型原子炉の信頼性が向上す
るとはいえ、ＲＩＰやＶＶＶＦの故障率は０でない有限
の値をとるので、ＲＩＰまたはＶＶＶＦの故障は否定で
きない。８台のＲＩＰを装備した沸騰水型原子炉では、
ＲＩＰやＶＶＶＦの故障時には、炉心に装荷された燃料
棒の熱的な損傷を防止できる原子炉出力まで制御棒を挿
入して原子炉出力を下げて運転することになる。

【００５２】８台のＲＩＰを装備した沸騰水型原子炉で
は、運転サイクルの末期に燃料棒の核分裂物質が減少し
て余剰反応度が小さくなるので、定格電気出力を得るた
めには、冷却水再循環流量を増やし、ボイド率を減らし
て炉心出力を維持する運転が必要である。このような時
に１台のＲＩＰまたはＶＶＶＦが故障すれば、炉心の冷
却水再循環流量は確保できず、炉心出力は減少していく
ので、燃料交換や定期検査を繰り上げ、故障したＲＩＰ
の修理または交換を行う。

【００５３】第１７実施例を図１８に示す。この実施例
は、第１６実施例と同様に、８台のＲＩＰ11を装備した
沸騰水型原子炉の冷却水再循環装置であり、ＲＩＰを駆
動する電源としてＳＭＥＳ75を用いている。ＳＭＥＳは
回転部がなく、静止機器であるので、電源の信頼性を向
上させることができる。ＲＩＰやＶＶＶＦ故障時の運転
は第１６実施例と同様にすればよい。なお、ＲＩＰ台数
を８台とする場合を例として説明したが、請求項１４記
載のＲＩＰ台数で構成される沸騰水型原子炉で１台のＲ
ＩＰが停止した場合の運転対応は８台の場合と同様であ
る。

【００５４】第１８実施例は、図１９に示すようにＷＩ
Ｍの出力の制限条件に関する。ポンプの流量は回転数
に、ポンプ駆動動力は回転数の３乗に比例するので、Ｖ
ＶＶＦで駆動するＷＩＭの駆動電流は、摩擦などの回転
数によらない機械損もあるが、ほぼ回転数の２乗に比例
して増加する。電流が増えると銅損および鉄損による発
熱が増えて巻線の温度が上昇する。したがって、ＷＩＭ
においては、その巻線に用いられる絶縁材料の許容温度
以下にするため冷却が必要であるが、冷却条件すなわち
供給する冷却水温度Ｔｃと流量Ｑｃを決めると、電気設
計と伝熱計算により発熱量と冷却能力が釣り合う許容電
流Ｉｃが求められる。また、ポンプ回転数と所要電流の
関係から許容電流Ｉｃに対応した回転数上限Ｎｃが決ま
る。

【００５５】この回転数を越えて運転すると、巻線に用
いられる絶縁材料の許容温度を越え絶縁劣化を招くの
で、運転回転数は回転数上限Ｎｃ以下として運用する必
要がある。図１９に示すように、冷却水流量ＱｃをＱｘ
まで増し、あるいは冷却水温度ＴｃをＴｙまで下げる
と、許容電流はＩｘ、Ｉｙまで増えるので、運転回転数
をＮｘ、Ｎｙまで高めてよい。ＱｙとＴｘを合わせれば
許容電流はさらにＩｚまで増えるので、回転数をＮｚま
で高めた運転が可能となる。

【００５６】本発明が解決しようとする課題は原子炉内
蔵型冷却水再循環装置を具備する沸騰水型原子炉の経済
性向上であり、原子炉内蔵型冷却水再循環装置を構成す
るＲＩＰ台数削減をその手段とするものである。台数削
減を達成するにはＲＩＰの口径を大きくするか回転数を
高めて大流量化が必須であり、いずれの場合にもＷＩＭ
の出力も増減せざるを得ない。この場合にＷＩＭの巻線
の過大な温度上昇を抑制するため請求項６〜請求項１３
の発明により冷却を強化することによりＷＩＭの巻線に
用いられる絶縁材料を許容温度以下に冷却すればよい。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、原
子炉内蔵型冷却水再循環装置の通常の駆動電源である所
内交流母線の瞬時停電や電源喪失時においても、原子炉
内蔵型冷却水再循環装置を所定の定格流量、あるいは所
定の流量コーストダウン運転が行なえ、原子炉内蔵型冷
却水再循環装置を構成するＲＩＰシステムの台数が削減
され、発電設備の初期投資および点検保守費用の低減に
よる経済性向上が可能となる。これにより、沸原子炉内
蔵型冷却水循環装置を具備する沸騰水型発電設備の安全
性、信頼性、運転性および保守性が大幅に向上すると共
に、ＲＩＰシステム削減による原子炉格納建屋内の機器
配置が容易になり、建設工期の短縮および工事品質が向
上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる第１実施例の原子炉内蔵型冷却
水再循環装置の駆動電源系統構成図。

【図２】本発明に係わる第２実施例の原子炉内蔵型冷却
水再循環装置の駆動電源系統構成図。

【図３】本発明に係わる第２実施例の原子炉内蔵型冷却
水再循環装置の駆動電源系統構成図。

【図４】本発明に係わる第３実施例の原子炉内蔵型冷却
水再循環装置の駆動電源系統構成図。

【図５】本発明に係わる第４実施例の原子炉内蔵型冷却
水再循環装置の駆動電源系統構成図。

【図６】本発明に係わる第５実施例の原子炉内蔵型冷却
水再循環装置の駆動電源系統構成図。

【図７】本発明に係わる第６実施例の原子炉内蔵型冷却
水再循環装置の減圧容器に収納したＦＭＥＳの構成図。

【図８】本発明に係わる第７実施例の原子炉内蔵型冷却
水再循環装置に用いられているＲＩＰの冷却系統構成
図。

【図９】本発明に係わる第８実施例の原子炉内蔵型冷却
水再循環装置に用いられているＲＩＰの冷却系統構成
図。

【図１０】本発明に係わる第９実施例の原子炉内蔵型冷
却水再循環装置に用いられているＲＩＰの冷却系統構成
図。

【図１１】本発明に係わる第９実施例の原子炉内蔵型冷
却水再循環装置に用いられているＲＩＰの冷却系統構成
図。

【図１２】本発明に係わる第１１実施例の原子炉内蔵型
冷却水再循環装置に用いられているＲＩＰの冷却系統構
成図。

【図１３】本発明に係わる第１２実施例の原子炉内蔵型
冷却水再循環装置に用いられているＲＩＰの冷却系統構
成図。

【図１４】本発明に係わる第１３実施例の原子炉内蔵型
冷却水再循環装置に用いられているＲＩＰの冷却系統構
成図。

【図１５】本発明に係わる第１４実施例の原子炉内蔵型
冷却水再循環装置に用いられているＲＩＰの冷却系統構
成図。

【図１６】本発明に係わる第１５実施例の原子炉内蔵型
冷却水再循環装置に用いられているＲＩＰの冷却系統構
成図。

【図１７】本発明に係わる第１６実施例の原子炉内蔵型
冷却水再循環装置の駆動電源系統構成図。

【図１８】本発明に係わる第１７実施例の原子炉内蔵型
冷却水再循環装置の駆動電源系統構成図。

【図１９】本発明に係わる第１８実施例の原子炉内蔵型
冷却水再循環装置に用いられているＲＩＰのＷＩＭの電
流特性図。

【図２０】従来の原子炉内蔵型冷却水再循環装置の駆動
電源系統構成図。

【図２１】従来の原子炉内蔵型冷却水再循環装置に用い
られているＲＩＰのコーストダウン特性図。

【図２２】従来の原子炉内蔵型冷却水再循環装置に用い
られているＲＩＰの冷却系統構成図。

【図２３】本発明に係わる原子炉内蔵型冷却水再循環装
置に用いられているＲＩＰのコーストダウン特性図。

【符号の説明】

１…原子力タービン発電機、２…所内交流母線、３…所
内変圧器、４…遮断器、５…入力変圧器、６…可変電圧
可変周波数電源装置（ＶＶＶＦ）、７…整流器、８…平
滑器、９…逆変換器、１０…出力変圧器、１１…原子炉
内蔵型誘導電動機駆動冷却材再循環ポンプ（ＲＩＰ）、
１２…ポンプ駆動用水中型誘導電動機（ＷＩＭ）、１３
…ポンプ、１４…制御装置、１５…交流電圧周波数調整
器、１６…直流・交流電圧および周波数調整器、１７…
フライホイールエネルギー貯蔵装置（ＦＭＥＳ）、１８
…コンデサ、１９…インバータ装置（ＩＮＶ）、２０…
誘導電動・発電機（ＩＭＧ）、２１…フライホイール
（ＦＷ）、２２…減圧容器、２３…排気装置、２４…隔
離弁、２５…圧力変換器、２６…回転速度計、２７…回
転速度変換器、２８…計測線ペネトレーション、２９…
動力線ペネトレーション、３１…原子炉容器、３２…モ
ータケーシング・ノズル、３３…ＲＩＰインペラ、３４
…ハウジング、３５…ステータ、３６…ロータ、３７…
ジャーナル軸受、３８…スラスト軸受、３９…スラスト
板組み込み補助ポンプ、４０…ＲＩＰ冷却水配管、４１
…ＲＩＰ冷却熱交換器、４２…ＲＩＰ冷却熱交換器１次
側、４３…ＲＩＰ冷却熱交換器２次側、４４…冷媒配
管、４５…冷凍機、４６…冷水循環ポンプ、４７…蓄冷
器、４８…蓄冷器用冷凍機、４９…蓄冷器冷媒循環ポン
プ、５１…冷水配管、５２…冷水循環ポンプ、５３…海
水冷却熱交換器、５４…海水伝熱管、５５…冷水伝熱
管、５６…海水配管、５７…海水ポンプ、５９…空気冷
却熱交換器、６０…空気送風ファン、６２…蓄冷器また
は冷凍機冷却熱交換器、６３…切替制御弁、６５…スラ
スト板、６６…冷却水循環ポンプ、６７…冷却水ポンプ
切替弁、７０…流量調整弁、７１…冷却水流量制御装
置、７３…循環冷媒制御装置、７５…超電導エネルギー
貯蔵装置（ＳＭＥＳ）、７６…超電導エネルギー貯蔵装
置制御器、７８…誘導電動機駆動交流発電機（ＭＧ）、
８０…原子炉浄化系非再生熱交換器、８１…冷却水配分
弁、８２…海水熱交換器バイパス弁Ｓ…瞬時停電または交流母線電源喪失信号、Ｒ…ポンプ
速度信号、Ｆ…ポンプ速度指令信号、Ｐ…フライホイー
ル・インバータ制御信号、Ｖ…交流母線停電信号、Ｎ…
ＲＩＰ回転速度信号、Ｉ…水中型誘導電動機電流信号、
Ｗ…水中型誘導電動機入力信号、Ｋ…弁開度信号、Ｔ…
ＲＩＰ冷却水温度信号、Ｃ…冷媒循環ポンプ制御信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小見田秀雄神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所内交流母線より可変電圧可変周波数電
源装置（以下、ＶＶＶＦという）を介して原子炉内蔵型
水中型誘導電動機駆動再循環ポンプ（以下、ＲＩＰとい
う）に駆動電力を供給すると共に、前記ＶＶＶＦの整流
器出力側からインバータ装置（以下、ＩＮＶという）を
介して逆変換により交流電力を得てフライホイールエネ
ルギー貯蔵装置（以下、ＦＭＥＳという）の誘導電動・
発電機（以下、ＩＭＧという）に供給し、このＩＭＧの
回転軸に直結したフライホイール（以下、ＦＷという）
を所定の回転数で回転を維持させておき、前記所内交流
母線の瞬時停電あるいは電源喪失時に原子炉に装荷され
た燃料棒の熱的な損傷を抑制するために必要なＲＩＰの
運転を継続せしめるエネルギーを慣性エネルギーとして
貯蔵するＲＩＰ駆動用電源装置において、前記所内交流
母線の瞬時停電あるいは電源喪失の信号により前記ＩＭ
Ｇを回路に残留する電流により発電機として作動させ、
前記ＦＷに貯蔵された慣性エネルギーを交流電力に変換
せしめ、制御装置によりＶＶＶＦがＲＩＰの運転速度に
対応した周波数の交流電圧を供給し得る直流電圧を出力
するように制御されたＩＮＶを介して直流電力に変換せ
しめ、ＶＶＶＦの整流器出力側直流回路に供給すること
によりＲＩＰの運転を所定時間だけ継続可能にしたこと
を特徴とする沸騰水型原子炉内蔵型冷却材再循環装置。
【請求項２】所内交流母線よりＶＶＶＦを介してＲＩ
Ｐに駆動電力を供給すると共に、前記ＶＶＶＦの整流器
出力側から超電導エネルギー貯蔵装置（以下、ＳＭＥＳ
という）に供給して磁界エネルギーとして保存させ、前
記所内交流母線の瞬時停電あるいは電源喪失時に原子炉
に装荷された燃料棒の熱的な損傷を抑制するために必要
なＲＩＰの運転を継続せしめるエネルギーを貯蔵するＲ
ＩＰ駆動用電源装置において、前記所内交流母線の瞬時
停電あるいは電源喪失の信号により前記ＳＭＥＳから得
られるエネルギーを交流電力に変換せしめ、ＶＶＶＦの
整流器出力側直流回路に供給することによりＲＩＰの運
転を所定時間だけ継続可能にしたことを特徴とする沸騰
水型原子炉内蔵型冷却材再循環装置。
【請求項３】ＲＩＰ駆動用電源装置において、沸騰水
型原子炉に設置された複数台のＲＩＰに駆動電力を供給
すると共に、所内交流母線の瞬時停電あるいは電源喪失
時に当該複数台のＲＩＰに原子炉に装荷された燃料棒の
熱的な損傷を抑制するために必要なＲＩＰの運転を継続
せしめるエネルギーをＦＭＥＳに貯蔵するようにしたこ
とを特徴とする請求項１に記載の沸騰水型原子炉内蔵型
冷却材再循環装置。
【請求項４】沸騰水型原子炉に設置された複数台のＲ
ＩＰの一部をＲＩＰ駆動用電源装置で駆動し、残余はＦ
ＭＥＳまたはＳＭＥＳを有しないＶＶＶＦで駆動するこ
とを特徴とする請求項２または３に記載の沸騰水型原子
炉内蔵型冷却材再循環装置。
【請求項５】ＦＭＥＳのＩＭＧおよびＦＷを真空もし
くは減圧された容器内に収納したことを特徴とする請求
項１，３または４のいずれか一項に記載の沸騰水型原子
炉内蔵型冷却材再循環装置。
【請求項６】ＲＩＰのポンプ駆動用水中型誘導電動機
（以下、ＷＩＭという）の冷却用熱交換器に、冷凍機の
冷媒もしくは冷媒により冷却された冷水を供給するよう
にしたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一
項に記載の沸騰水型原子炉内蔵型冷却材再循環装置。
【請求項７】ＲＩＰのＷＩＭの冷却用熱交換器に、蓄
冷器に貯蔵された冷熱媒体との熱交換により冷却された
冷媒もしくは冷水を供給するようにしたことを特徴とす
る請求項１ないし５のいずれか一項に記載の沸騰水型原
子炉内蔵型冷却材再循環装置。
【請求項８】ＲＩＰのＷＩＭの冷却用熱交換器に、専
用の海水冷却熱交換器もしくは空気冷却熱交換器で冷却
された冷水を供給するようにしたことを特徴とする請求
項１ないし５のいずれか一項に記載の沸騰水型原子炉内
蔵型冷却材再循環装置。
【請求項９】ＷＩＭ冷却用冷水をＷＩＭに直結された
ポンプで循環せしめることを特徴とする請求項６ないし
８のいずれか一項に記載の沸騰水型原子炉内蔵型冷却材
再循環装置。
【請求項１０】ＷＩＭ冷却用冷水を外部に設置した冷
却水循環ポンプで循環せしめることを特徴とする請求項
６ないし８のいずれか一項に記載の沸騰水型原子炉内蔵
型冷却材再循環装置。
【請求項１１】冷却水循環ポンプを複数台並列に設置
したことを特徴とする請求項１０に記載の沸騰水型原子
炉内蔵型冷却材再循環装置。
【請求項１２】冷却水循環ポンプの循環流量をＲＩＰ
回転数、またはＷＩＭの駆動電流、駆動電圧もしくは駆
動電力に応じて制御することを特徴とする請求項１０ま
たは１１に記載の沸騰水型原子炉内蔵型冷却材再循環装
置。
【請求項１３】ＷＩＭ冷却用冷水温度をＲＩＰ回転
数、またはＷＩＭの駆動電流、駆動電圧もしくは駆動電
力に応じて制御することを特徴とする請求項６ないし１
０のいずれか一項に記載の沸騰水型原子炉内蔵型冷却材
再循環装置。
【請求項１４】ＲＩＰ台数を、沸騰水型原子炉の運転
サイクル末期に定格出力を得る炉心流量をＲＩＰの定格
最大流量で除した商を越えない最大整数とすることを特
徴とする請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の沸
騰水型原子炉内蔵型冷却材再循環装置。
【請求項１５】所内交流母線よりＶＶＶＦを介して複
数台のＲＩＰに駆動電力を供給すると共に、前記ＶＶＶ
Ｆの整流器出力側からＦＭＥＳまたはＳＭＥＳに電力を
供給し、前記所内交流母線の瞬時停電あるいは電源喪失
時に原子炉に装荷された燃料棒の熱的な損傷を抑制する
ために必要なＲＩＰの運転を継続せしめるエネルギーを
慣性エネルギーまたは磁界エネルギーとして貯蔵する電
源装置において、１台のＲＩＰが故障した場合に、炉心
に装荷された燃料棒の熱的な損傷のおそれのない炉心熱
出力になるまで制御棒を挿入して原子炉出力を下げた後
に修理を行なって出力を回復させ、または修理不能の場
合には原子炉の計画停止時まで炉心に装荷された燃料棒
の熱的な損傷のおそれのない炉心熱出力になるまで制御
棒を挿入し、原子炉出力を下げて原子炉の運転を継続す
ることを特徴とする沸騰水型原子炉内蔵型冷却材再循環
装置の運転方法。
【請求項１６】ＲＩＰのＷＩＭの冷却用熱交換器に、
専用の海水冷却熱交換器もしくは空気冷却熱交換器で冷
却された冷水を供給するようにした電源装置において、
海水冷却もしくは空気冷却熱交換器で得られる冷水温度
が十分低く、ＷＩＭ冷却用熱交換機を介してＷＩＭ冷却
に必要な所定温度の冷水を供給できる場合には海水冷却
もしくは空気冷却熱交換器を作動させ、海水や大気温度
が高くＷＩＭ冷却に必要な所定温度の冷水を供給できな
い場合には海水冷却もしくは空気冷却熱交換器を作動さ
せず、冷凍機の冷媒または冷媒により冷却された冷水、
もしくは蓄冷器に貯蔵された冷熱媒体との熱交換により
冷却された冷媒または冷水を供給するようにしたことを
特徴とする請求項１５に記載の沸騰水型原子炉内蔵型冷
却材再循環装置。