JPH1037717A

JPH1037717A - 複合発電設備

Info

Publication number: JPH1037717A
Application number: JP8192044A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fukui; 剛福井; Hideaki Hioki; 秀明日置; Tsuyoshi Iwashita; 強岩下
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-07-22
Filing date: 1996-07-22
Publication date: 1998-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】放射性流体を大気放出することなく安全で、発
電効率を向上させる。【解決手段】原子力発電プラント１にガスタービン発電
プラント２を併設し、ガスタービン15に排熱回収ボイラ
３を接続する。このボイラ３内の伝熱管29に原子力発電
プラントの主蒸気加熱器と低圧給水加熱器25を連結する
中間ループを設ける。この中間ループは流入側配管31、
循環ポンプ32、流出側配管33および流路配管36、37、38
からなっている。中間ループの作動流体に純水、亜硝酸
系溶解塩、または液体金属を使用して、排熱回収ボイラ
３の熱を取り出し、この熱により原子炉４からの出口蒸
気をさらに高温度に加熱する。このように原子力発電プ
ラント１にガスタービン発電プラント２の排熱を利用す
ることにより、高過熱源として温度差が大きくなり、発
電効率が大幅に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は軽水を冷却材として
使用する原子力発電プラントと、そのトッピングサイク
ルとしてガスタービンサイクルを、またはボトミングサ
イクルとして低沸点媒体サイクルを併設した複合発電設
備に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電とガスタービン発電を組み合
わせた複合発電システムの考え方は知られている。この
複合発電システムでは原子炉の蒸気を有効利用でき、両
発電を別々に行った場合と比較して熱効率が大幅に向上
し、合計の出力も増加できるといわれている。

【０００３】また、原子力発電プラントに併設したガス
タービン発電プラントとの間に排熱回収ボイラを設けた
ガスと蒸気との複合発電設備は、例えば特開平３−1515
05号公報に開示されている。この複合発電設備につい
て、図13により概略的に説明する。

【０００４】すなわち、図13において符号１は原子力発
電プラントで、２は原子力発電プラント１に併設したガ
スタービン発電プラントで、原子力発電プラント１とガ
スタービン発電プラント２との間に排熱回収ボイラ３を
設けている。

【０００５】原子力発電プラント１は大別して原子炉４
と、原子炉４に接続した蒸気加熱器５、主蒸気管６、高
圧タービン７および低圧タービン８からなる蒸気タービ
ンと、この低圧タービン８に接続した発電機９と、低圧
タービン８に接続した復水器10と、この復水器10と原子
炉４との間を接続する給水管11および給水ポンプ12とを
具備している。給水ポンプ12の吐出側は給水加熱器と同
様の作用をする排熱回収ボイラ３内の節炭器13と接続し
ている。

【０００６】主蒸気加熱器５および節炭器13は排熱回収
ボイラ３内に組み込まれている。ガスタービン発電プラ
ント２は燃焼室14と、この燃焼室14と近接配置した圧縮
機16と、圧縮機16と共通の軸に配置したガスタービン15
および発電機17とからなっている。ガスタービン15と排
熱回収ボイラ３は廃ガス管18により接続されている。圧
縮機16で圧縮された空気は燃焼室14へ流入し、燃焼室14
の稼動に要する燃料はガス状または液状の燃料である。

【０００７】燃焼室14内に生じる高温ガスがガスタービ
ン15を負荷し、ガスタービン15の負荷が除去され、圧力
面で消費された高温ガスは廃ガスとして排熱回収ボイラ
３を貫流し、主蒸気加熱器５および節炭器13を加熱した
後、煙導ガスとして排気管19を通り、煙突（図示せず）
から大気放出される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】原子力発電とガスター
ビン発電を組み合わせた複合発電システムは未だ構造段
階であり、システムが複雑になるなどの課題がある。ま
た、図13に示した原子力発電プラント１とガスタービン
発電プラント２との複合発電設備においては原子炉４か
ら流出した蒸気は排熱回収ボイラ３で過熱され、高圧タ
ービン７に導入される。復水器10で凝縮された給水は給
水ポンプ12で昇圧され、排熱回収ボイラ３に導入され過
熱されて原子炉４へ送られる。

【０００９】しかしながら、原子炉４が沸騰水型の場
合、放射能を含んだ蒸気および水などの流体が排熱回収
ボイラに導入されるため、排熱回収ボイラ３が放射線管
理区域に設定されることと共に、耐震設計が必要となる
課題がある。また、万一、排熱回収ボイラ３の伝熱管に
損傷が生じると放射能を含んだガスが大気中に放出され
る等の安全上の課題がある。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、放射能を含んだ流体を直接排熱回収ボイラに
導入することなく、耐震設計上の課題を解決し、放射能
を含んだ流体を大気放出することがなく安全で、ガスタ
ービンの排熱を利用して高過熱源とし、発電効率を向上
し得る複合発電設備を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は軽水を
冷却材とする沸騰水型原子炉、この原子炉で発生する蒸
気を過熱する主蒸気加熱器、この主蒸気加熱からの蒸気
を作動蒸気として回転し、発電機を駆動する蒸気タービ
ン、蒸気タービンの排気を凝縮する復水器、この復水器
の凝縮水を加熱しながら前記原子炉へ給水する給水加熱
器および給水ポンプからなる原子力発電プラントと、こ
の原子力発電プラントに併設したガスタービン発電プラ
ントと、このガスタービン発電プラントのガスタービン
に接続した排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラ内に
組み込まれた伝熱管の両端側に前記原子力発電プラント
の前記給水加熱器および前記主蒸気加熱器を配管接続し
て循環系路を形成する中間ループとを具備したことを特
徴とする。

【００１２】請求項１に対応する複合発電設備は原子力
発電プラントとガスタービン発電プラントとを仲介する
中間ループを設置し、中間ループの作動流体を純水、亜
硝酸系溶解塩、液体金属から少なくとも一種類を選定
し、排熱回収ボイラの熱を有効かつ安全に原子炉出口蒸
気の加熱に使用する。作動流体として水を用いる場合、
中間ループの水は排熱回収ボイラで過熱され、原子炉出
口に設置された主蒸気加熱器で原子炉出口蒸気を加熱し
てタービンサイクルの効率を向上を図ることができる。

【００１３】請求項２の発明は前記原子炉には原子炉出
口蒸気圧力を制御する原子炉制御装置を備え、前記蒸気
タービンには前記原子炉制御装置からの蒸気圧力状態量
を検出する蒸気圧力検出器と、この蒸気圧力検出器から
の信号を入力する蒸気加減弁とを有する蒸気タービン制
御装置を備え、前記ガスタービンには前記蒸気タービン
制御装置からのタービン入口蒸気温度信号を入力する蒸
気温度検出器と、この蒸気温度検出器に接続した燃料調
節弁を有するガスタービン制御装置を備えてなることを
特徴とする。

【００１４】請求項２に対応する複合発電制御装置は請
求項１に対する複合発電設備を安全かつ効率的に制御す
るためのものであり、原子炉の制御を優先する。原子炉
圧力一定制御を第一とし、外乱による原子炉圧力の変動
は蒸気タービンの蒸気加減弁の開閉により吸収する。蒸
気タービン入口温度制御はタービン保護のために重要で
あり、入口蒸気温度の計測値によりガスタービンの燃料
投入量を制御して所定の変化幅に制御する。

【００１５】請求項３の発明は前記中間ループの作動流
体は純水またはｐＨを 8.5から 9.5に調整した冷却水か
らなることを特徴とする。この発明で使用する純水は中
間ループの作動媒体の取扱いが容易であり、ｐＨを 8.5
から 9.5に調整した冷却水は材料腐食の観点から共存性
に優れる。

【００１６】請求項４の発明は前記中間ループの前記排
熱回収ボイラの入口側に溶解塩供給タンクを設け、この
中間ループの作動流体は溶解塩、亜硝酸塩系溶解塩また
は液体金属からなることを特徴とする。

【００１７】請求項４における中間ループの作動流体と
しての溶解塩は化学的な安全性が高く、安全であるた
め、中間ループの系統を単相で低い圧力に保つことがで
き、配管系などの設計、制作および運転が容易となる。
また、亜硝酸塩系溶解塩は温度領域を 150〜 590℃で液
体として存在し、安全かつ安全であるとともに優れた伝
熱媒体としての特性を有する。さらに液体金属は温度域
150から 590℃で液体として存在し、優れた伝熱特性を
有する。

【００１８】請求項５の発明は前記中間ループに加圧器
を設けてなることを特徴とする。この発明によれば、排
熱回収ボイラの出口配管に中間ループ内の純水またはｐ
Ｈ調整した冷却水等の作動流体を加圧して沸騰しないよ
うにして高圧の状態に保つことができ、中間ループ内の
作動流体の制御等の取扱いが容易になる。

【００１９】請求項６の発明は前記中間ループに前記作
動流体の体積膨張を吸収する膨張タンクを設けてなるこ
とを特徴とする。この発明によれば、中間ループに膨張
タンクを設置することにより複合発電装置を停止状態の
室温から定常状態の高温に立ち上げる際に、中間ループ
内の作動流体の体積膨張を吸収することができる。その
結果、中間ループの系内に余分な応力の発生を防止でき
る。

【００２０】請求項７の発明は前記中間ループの前記排
熱回収ボイラ内に組み込まれた伝熱管に接続する流入側
配管および流出側配管にそれぞれ止め弁を設けてなるこ
とを特徴とする。この発明によれば、中間ループの熱交
換器の入口および出口に止め弁を設け、作動流体を停止
させることにより原子力発電プラントとガスタービンプ
ラントを熱的に分離し、それぞれ単独運転することがで
きる。したがって、一方の発電プラントの定期検査等に
よる停止時に他方の発電プラントを単独運転することが
できる。

【００２１】請求項８の発明は前記ガスタービン発電機
に第１および第２の遮断器を並列接続し、前記第１の遮
断器に系統系を直列接続し、前記第２の遮断器に原子炉
常用系を直列接続してなることを特徴とする。

【００２２】請求項８の発明によれば、伝熱管の破損に
よる漏洩を局限まで防止でき、健全性を保つことができ
る。作動流体中に含まれる放射性物質をガスタービン発
電プラントおよび大気中に混入、漏洩させることがな
い。

【００２３】請求項９の発明は前記ガスタービン発電機
を第１から第３の発電機として、３台並列配置し、第１
のガスタービン発電機に系統系、原子炉常用系および第
１の原子炉非常用系をそれぞれ遮断器を介して並列接続
し、第２のガスタービン発電機に系統系および第２の非
常用系をそれぞれ遮断器を介して並列接続し、第３のガ
スタービン発電機に系統系および第３の非常用系をそれ
ぞれ遮断器を介して並列接続してなることを特徴とす
る。例えば第１から第３のガスタービン発電機を並列配
置し、それぞれのガスタービン発電機に遮断器を介して
系統系、原子炉常用系または原子炉非常用系を直列接続
して電力を供給できるように構成する。これにより原子
炉の常用系、非常用系の電源は従来のように非常用の発
電機をそれぞれ独立して設ける必要がなく、大幅な簡素
化およびコストダウンを図ることができる。

【００２４】請求項９の発明によれば、ガスタービン、
ガスタービン発電機で発電された電力は一方の遮断器を
経て系統系に電力が送られる。この電力の一部を他の遮
断器を経て、原子炉浄化系や復水補給水系等の原子炉の
常用電力系のバックアップ用電力として供給される。こ
れにより非常用発電機の負荷が大幅に軽減できる。

【００２５】請求項１０の発明は前記排熱回収ボイラ内
に補給水を流入する補助蒸気加熱器を組み込み、この補
助蒸気加熱器の下流側に前記原子力発電プラント用補助
蒸気および隣設地域の冷暖房用設備用配管を接続してな
ることを特徴とする。

【００２６】請求項１０の発明によれば、排熱回収ボイ
ラ内に補助蒸気加熱器を設置して補給水を加熱し、補助
蒸気を発生させる。補助蒸気は原子力発電設備に必要な
もの、所内の冷暖房および隣設地域の冷暖房負荷に使用
できる。

【００２７】請求項１１の発明は原子炉と、この原子炉
に主蒸気管を介して接続した主蒸気加熱器と、この主蒸
気加熱器に主蒸気管を介して接続した高圧タービンと、
この高圧タービンに接続した発電機と、前記高圧タービ
ンからの流出蒸気を流入する伝熱管を備えた蒸発器と、
この蒸発器内の伝熱管出口側に純水ポンプを介して接続
した給水加熱器と、この給水加熱器と前記原子炉とを接
続する給水管と、前記蒸発器内の伝熱管により加熱され
た低沸点媒体蒸気を流入する気液分離器と、この気液分
離器で分離された低沸点媒体蒸気により回転する低圧タ
ービンと、この低圧タービンに接続した発電機と、前記
低圧タービンから流出する低沸点媒体蒸気を流入する吸
収器と、この吸収器に接続した凝縮器と、この凝縮器に
流体ポンプを介して接続した再生器と、この再生器と前
記蒸発器とを接続する戻り配管と、前記給水加熱器の伝
熱管を加熱した蒸気を流出する中間ループ配管と、この
中間ループ配管に昇圧ポンプを介して接続した排熱回収
ボイラ内の節炭器と、この節炭器に接続した前記排熱回
収ボイラ内の過熱器と、この過熱器と前記主蒸気加熱器
とを接続する中間ループ配管と、前記主蒸気加熱器と前
記給水加熱器とを接続する中間ループ配管とを具備した
ことを特徴とする。

【００２８】請求項１１の発明によれば、高圧タービン
のみを発電機に直結した原子力発電プラント、低圧ター
ビンを構成要素とする低沸点媒体発電プラント、ガスタ
ービンプラント、排熱回収ボイラおよび中間ループによ
って複合発電設備を構成する。低圧タービン部分を低沸
点媒体のサイクルとすることによりプラント効率をさら
に高めることができる。

【００２９】請求項１２の発明は前記低沸点媒体は水と
アンモニアの混合物またはフロリノール85からなること
を特徴とする。この発明によれば低沸点媒体として有効
かつ安全に作動し、よってプラントの発電効率向上に寄
与する。

【００３０】請求項１３の発明は前記中間ループと熱交
換する主蒸気加熱器、湿分分離加熱器、給水加熱器、蒸
発器の伝熱管は内管と外管との間に金属編組体を挿着し
てなる二重管構造からなることを特徴とする。この発明
によれば伝熱管からの作動流体または低沸点媒体の漏洩
を防止でき、また、内管または外管が漏洩した場合漏洩
検出が可能であり、伝熱管の健全性を保つことができ
る。

【００３１】

【発明の実施の形態】図１により本発明に係る複合発電
設備の第１の実施の形態を説明する。なお、図中13と同
一部分または同一機能を有する部分には同一符号を付し
ている。図１において、原子力発電プラント１は軽水を
冷却材とする沸騰水型原子炉４と、この原子炉４で発生
した蒸気を導出する主蒸気管６と、この主蒸気管６の下
流側には主蒸気加熱器20が接続し、この主蒸気加熱器20
の下流側に主蒸気管６を介して高圧タービン７が接続し
ている。高圧タービン７に隣設して二基の低圧タービン
８が同軸上に接続している。

【００３２】高圧タービン７を回転させた蒸気は湿分分
離加熱器21へ流入してその伝熱管34によって加熱され、
蒸気配管22を流れて低圧タービン８へ流入し、低圧ター
ビン８は発電機９を回転させて発電する。低圧タービン
８で仕事をした蒸気は復水器10へ流入して凝縮し、復水
系配管23から復水ポンプ24を経て低圧給水加熱器25内の
伝熱管26へ流入する。

【００３３】伝熱管26は給水管11に接続し、給水管11に
は高圧給水加熱器27の伝熱管28が接続し、この伝熱管28
の下流側は給水管11により原子炉４に接続しているの
で、給水は高圧給水加熱器27で加熱され給水管11を通し
て原子炉４内に流れ込む。

【００３４】一方、ガスタービン発電プラント２はガス
タービン15、圧縮機16および発電機17からなり、ガスタ
ービン15の排熱側は排熱回収ボイラ３に接続している。
ガスタービン15からの排ガスは排熱回収ボイラ３へ流入
し、排熱回収ボイラ３内の伝熱管29を加熱した排ガスは
排気筒30へ流入し大気放出される。

【００３５】伝熱管29の入口側と低圧給水加熱器25との
間には中間ループの流入側配管31が循環ポンプ32を介し
て接続している。伝熱管29の出口側と主蒸気加熱器20内
の伝熱管35の一端との間には中間ループの流出側配管33
が接続している。

【００３６】主蒸気加熱器20内の伝熱管35の他端と湿分
分離加熱器21の伝熱管34の一端とは中間ループの流路配
管36により接続し、湿分分離加熱器21の伝熱管34の他端
と高圧給水加熱器27は中間ループの流路配管37により接
続している。高圧給水加熱器27と低圧給水加熱器25は中
間ループの流路配管38により接続している。

【００３７】しかして、原子力発電プラント１と排熱回
収ボイラ３とはその伝熱管29を介して流入側配管31、循
環ポンプ32、流出側配管33および流路配管36、37、38を
接続した作動媒体が流れる循環流路の中間ループが形成
されている。

【００３８】本実施の形態において、沸騰水型原子炉４
で発生した蒸気は排熱回収ボイラ３で加熱された流出側
配管33からの作動流体で主蒸気加熱器20の伝熱管35によ
り 300〜 580℃に加熱され、高圧タービン７に導入され
る。高圧タービン７で仕事をした蒸気は流路配管36を流
れる作動流体で湿分分離加熱器21の伝熱管34により 250
〜 350℃に加熱され、低圧タービン８に導入される。

【００３９】低圧タービン８に伝達されたエネルギーは
発電機９で電気に変換され送電される。仕事を終えた蒸
気は復水器10で凝縮され復水ポンプ24で昇圧され低圧給
水加熱器25、給水ポンプ12および高圧給水加熱器27で加
熱し昇圧されながら原子炉４へ冷却水として給水され
る。

【００４０】一方、排熱回収ボイラ３内の伝熱管29は、
ガスタービン15の約 600℃の排熱ガスを有する熱エネル
ギーを中間ループの作動流体に効率的に伝達する機能を
有する。中間ループはガスタービン発電プラント２を放
射能から隔離するため設置するものである。

【００４１】循環ポンプ32により排熱回収ボイラ３内の
伝熱管27に流入した作動流体は、ガスタービン15の排熱
ガスにより 460から 590℃まで加熱され、流出側配管33
を通して主蒸気加熱器20に導かれる。主蒸気加熱器20で
原子炉４の出口蒸気を 300〜580℃に加熱する。

【００４２】主蒸気加熱器20を流出した作動流体は湿分
分離加熱器21へ導かれ、高圧タービン７の出口蒸気を 2
50〜 350℃に加熱し、湿分分離加熱器21を出た作動流体
は次に高圧給水加熱器27に導かれる。

【００４３】高圧給水加熱器27で原子炉給水を 190〜 2
40℃に加熱した作動流体は、次に低圧給水加熱器25に至
る。低圧給水加熱器25で復水を 140〜 160℃に加熱した
作動流体は循環ポンプ32に戻る閉グループを構成する。
本実施の形態によれば、個々の発電設備の効率を５〜15
％ずつ向上させ、総合的に発電効率を大幅に向上でき
る。

【００４４】次に図２により本発明に係る第２の実施の
形態を説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態の
複合発電制御装置のブロック構造図である。本実施の形
態の複合発電制御装置は原子炉制御装置39、ガスタービ
ン制御装置40および蒸気タービン制御装置41を備えた総
合制御の基本からなっており、それぞれの制御装置39〜
41は十分信頼性のある装置が実用化されている。

【００４５】本実施の形態の主たる制御は原子炉の炉圧
制御である。原子炉出口蒸気圧力42の状態値を圧力検出
器43で検出し、設定量との偏差から蒸気タービンの蒸気
加減弁44へ開閉信号を出し制御動作を行う。制御動作に
伴う原子炉出口蒸気圧力42の状態量の変化を検出してフ
ィードバック制御45を行い、安定した原子炉の炉圧一定
制御を行う。

【００４６】蒸気タービン入口蒸気温度46の制御は、ガ
スタービン制御装置40により行われる。蒸気タービン入
口蒸気温度46の状態量を温度検出器47で検出し、設定量
との偏差からガスタービンの燃料調節弁48へ開閉信号を
出し制御動作を行う。制御動作に伴う蒸気タービン入口
蒸気温度46の状態量の変化を検出してフィードバック制
御を行い安定した入口蒸気温度一定制御を行う。以上に
より複合発電設備の制御を安定して行うことができる。

【００４７】中間ループの作動流体の圧力を原子炉蒸気
圧力より高くする場合の例について説明する。作動流体
として純水を用い、図１または後述する図３に示すよう
な構成とすることにより、原子炉蒸気もしくは冷却水と
熱交換する主蒸気加熱器20、湿分分離加熱器21、高圧給
水加熱器27、低圧給水加熱器25において、中間ループの
作動流体の圧力を原子力発電設備の作動流体の圧力より
も高く設定できる。

【００４８】これにより高圧給水加熱器27、主蒸気加熱
器20ならびに湿分分離加熱器21において万一伝熱管や配
管から漏洩が発生しても放射能を含んだ流体が中間ルー
プに混入しないように防止することができる。

【００４９】次に図３により本発明に係る第３の実施の
形態を説明する。なお、図３においては図１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。
本実施の形態が図１の第１の実施の形態と異なる点は図
１における排熱回収ボイラ３内の伝熱管29の代わりに主
蒸気加熱管５と節炭器13を設け、この節炭器13の入口側
と中間ループの流入配管31との間に昇圧ポンプ49を設
け、主蒸気加熱管５と節炭器13との間に蒸気だめ50を設
けたことにある。

【００５０】本実施の形態において作動流体として純水
を用いた場合の例を説明する。中間ループの作動流体の
純水は、昇圧ポンプ49により80〜 120気圧に昇圧され
る。昇圧ポンプ49で昇圧された純水は節炭器13で加熱さ
れ蒸気となり、ヘッダー50を通り、加熱器５で 460〜 5
90℃まで過熱され主蒸気加熱器20に導かれる。主蒸気加
熱器20で原子炉４の出口蒸気を 300〜 580℃に加熱す
る。

【００５１】主蒸気加熱器20を流出した純水は湿分分離
加熱器21へ導かれ、高圧タービン出口蒸気を 250〜 350
℃に加熱し、湿分分離加熱器21を流出した純水は次に高
圧給水加熱器27に導かれる。高圧給水加熱器27で原子炉
給水を 190〜 240℃に加熱した純水は次に低圧給水加熱
器25に至る。

【００５２】低圧給水加熱器25で復水を 140〜 160℃に
加熱した純水は昇圧ポンプ49に戻り節炭器13に流入す
る。以上のような構成の複合発電設備とすることにより
総合的なプラント効率は個々の発電設備の効率を５〜15
％向上させることができる。

【００５３】次に図４により本発明に係る第４の実施の
形態を説明する。なお、図４においては図１および図３
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。本実施の形態が第３の実施の形態と異なる点
は、図４に示したように中間ループの流入側配管31に薬
液注入配管51を接続し、この薬液注入配管51に酸性薬液
を貯留したタンク52とアルカリ性薬液を貯留したタンク
53とをそれぞれ注入ポンプ54、55および止め弁56、57を
介して並列接続したことにある。

【００５４】本実施の形態では、作動流体として純水を
用いる場合のｐＨを 8.5から 9.5に制御することにあ
る。これは、複合発電プラントの中間ループの純水の流
れる配管、機器の耐食性を向上させるための装置であ
る。

【００５５】中間ループのｐＨを、作動流体の計測器
（図示せず）により計測する。その結果、所定の値（ｐ
Ｈ： 8.5から 9.5）より低い場合には、アルカリ性薬液
をタンク53から薬注ポンプ55、止め弁57を介して薬液注
入配管51から中間ループの流入側配管31に注入する。

【００５６】一方、所定の値より高い場合には酸性薬液
をタンク52から薬注ポンプ54、止め弁56を介して薬液注
入配管51から中間ループの流入側配管31に注入する。こ
のようにして、中間ループの配管、機器の寿命を長持ち
させることができる。

【００５７】次に図５により本発明に係る第５の実施の
形態を説明する。図５は本実施の形態の要部を示し他の
部分は図１と同様なので省略している。図中、図１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。本実施の形態が図１の実施の形態と異なる点は排
熱回収ボイラ３の出口側に位置する中間ループの流出側
配管33に加圧器58を設けて、中間ループの作動流体の純
水を液体の単相流として作動差せるようにしたことにあ
る。

【００５８】すなわち、排熱回収ボイラ３の出口に加圧
器58を設けることにより中間ループの純水を加圧し、沸
騰させないで高温の液体状態を保持できるようにする。
この場合、排熱回収ボイラ３は図３に示した第３の実施
の形態で説明したように節炭器13と加熱器５に分かれる
ことなく伝熱間29を内蔵した構成となり、これらにより
中間ループ内の作動流体の制御等の取扱いが容易とな
る。

【００５９】次に図６により本発明に係る第６の実施の
形態を説明する。図６は本実施の形態の要部を示し他の
部分は図１と同様なので省略している。図中、図１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。本実施の形態が図１の実施の形態と異なる点は中
間ループの流入側配管31に溶解塩注入配管59を接続し、
この溶解塩注入配管59にバルブ60を介して溶解塩供給タ
ンク61を接続したことにある。溶解塩供給タンク61には
ヒータ62を設けている。

【００６０】この実施の態様においては中間ループの作
動流体として、溶解塩、亜硝酸系溶解塩ＨＴＳおよび液
体金属を使用する。なお、溶解塩とは固体の塩を高温で
融解させたもので、約 300〜1000℃の融点を有してい
る。これらの作動媒体の使用例を説明する。

【００６１】中間ループの作動流体として溶解塩を用い
る場合の例を説明する。循環ポンプ32の入口に配管59、
弁60を介して溶解塩供給タンク61に接続しておく。溶解
塩供給タンク60にはヒータ62が設けてあり、使用時に溶
解塩を加熱して液体の状態にするのに用いられる。溶解
塩としては沸点が高く中間ループの各所で沸騰せず、伝
熱特性に優れたものを用いる。また、溶解塩は塩である
ことから化学的な安定性が高く、かつ安全である。この
ことから、中間ループの系統を単相で低い圧力に保てる
ため、配管系などの設計、製作が容易となる。

【００６２】作動流体としての溶解塩として亜硝酸系溶
解塩ＨＴＳ（ＮａＮＯ₃−ＫＮＯ₃−ＮａＮＯ₂）を用
いる場合を説明する。亜硝酸系溶解塩ＨＴＳはＮａＮＯ
₃−ＫＮＯ₃−ＮａＮＯ₂をそれぞれ７−44−49ｍｏｌ
％としたものであり、中間ループの作動流体として使用
する温度域 150から 590℃では液体として存在する。こ
のため、中間ループ内では低圧の単相流として取り扱え
る。化学工学装置等での使用実績も多く、安定かつ安全
であるとともに優れた伝熱媒体としての特性を有する。
このことから、中間ループの系統を溶解塩の液体単相で
低い圧力に保てるため、配管系などの設計、製作および
運転が容易となる。

【００６３】中間ループの作動流体として液体金属を用
いる場合の例を説明する。液体金属としては、Ｎａ、Ｐ
ｂ、Ｋ、ＮａＫの内から少なくとも１種類を用いる。液
体金属は、溶解塩と同様に中間ループの作動流体として
使用する温度域 150から 590℃では液体として存在し、
優れた伝熱特性を有する。このことから、中間ループの
系統を単相で低い圧力に保てるため、配管系などの設
計、製作および運転が容易となる。

【００６４】次に図７により本発明に係る第７の実施の
形態を説明する。図７は本実施の形態の要部を示し他の
部分は図１と同様なので省略している。図中、図１およ
び図６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。本実施の形態が図６の実施の形態と異
なる点は中間ループの流入側配管31の上流側に２個の弁
63、64を並列接続し、弁63、64にそれぞれ配管65、66を
接続し、この配管65、66に膨張タンク67を接続して作動
流体として溶解塩や液体金属を使用する場合に好適する
装置としたことにある。

【００６５】すなわち、一方の配管66を弁64を介して中
間ループの弁63の下流側に接続し、膨張タンク67により
複合発電装置を停止状態の室温から定常状態の高温に立
ち上げる際に、中間ループ内の作動流体の体積膨張を吸
収することができる。このため、中間ループの系内に余
分な応力の発生を防ぐことができる。

【００６６】次に図８により本発明に係る第８の実施の
形態を説明する。図８は本実施の形態の回路構成を示し
ており、図中図１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。本実施の形態が図１の形態
と異なる部分は中間ループの流入側配管31に入口側止め
弁68を設け、流出側配管33に出口側止め弁69を設けて、
原子力発電プラント１またはガスタービン発電プラント
２が単独で運転可能なサイクルとしたことにある。

【００６７】本実施の形態によれば、沸騰水型原子力発
電プラント１側の低圧給水加熱器25および主蒸気加熱器
20の入口および出口に止め弁68、69を設けることによ
り、中間ループの作動流体を停止させることができるの
で、原子力発電設備とガスタービン発電プラントを熱的
に分離し、それぞれが単独に運転が可能となる。これに
より一方の発電プラントの定期検査等による停止時にも
他方の発電プラントは単独運転が可能となる。

【００６８】次に図９により本発明に係る第９の実施の
形態を説明する。図９は本実施の形態の構成を説明する
ための回路図で、図１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。本実施の形態が図１の
実施の形態と異なる点は排熱回収ボイラ３内に伝熱管29
とともに補助蒸気加熱器70を組み込んで、原子力発電所
で必要とされる補助蒸気および隣設地域の冷暖房などの
熱需要に供するようにしたことにある。

【００６９】すなわち、本実施の形態では排熱回収ボイ
ラ３内に伝熱管29に抱持するようにして補助蒸気加熱器
70を設け、補助蒸気加熱器70の一端に補給水管71を接続
し、他端に補助蒸気管72を接続し、補給水を加熱して補
助蒸気を発生させる。補助蒸気は原子力発電所に必要な
もの、所内の冷暖房および隣設地域の冷暖房負荷に使用
する。

【００７０】次に図10により本発明に係る第10の実施の
形態を説明する。図10は本実施の形態の要部のみを示す
もので他の部分は図１または図３と同様なため省略して
ある。本実施の形態は原子炉系で必ず必要とする非常用
電源としてガスタービン発電機の電気を用いる構成とし
たことにある。すなわち、図10に示したようにガスター
ビン15に直結した発電機17の線路73に遮断器74を介して
系統系76を接続し、並列接続した遮断器75に原子炉常用
系77を接続している。

【００７１】本実施の形態において、原子炉系の常用電
源のバックアップを併設されるガスタービン発電機の電
気を用いる場合の例について説明すれば、ガスタービン
15の駆動により発電機17で発電された電力は、遮断器74
等を経て系統系76に電力が送られる。この電力の一部を
遮断器75を経て、原子炉常用系75、例えば原子炉水浄化
系や復水補給水系等の原子炉の常用電力系のバックアッ
プ用電力として供給される。これにより、従来用いられ
ていた非常用発電機の負荷が大幅に軽減される等の効果
がある。

【００７２】次に図11により本発明に係る第11の実施の
形態を説明する。本実施の形態は第10の実施の形態と同
様に原子炉系の非常用電源に併設するガスタービン発電
機を使用した例で、３系統が必要とされる非常用電源を
３基設置したガスタービン発電機をそれぞれ使用する構
成としたことにある。

【００７３】原子炉の残留熱除去系や高圧炉心注水系な
ど非常用系電源は、安全を担保するための信頼性の観点
から電力源を３系統独立に設けてある。これらに対応し
て、本実施の形態では図11に示すようにガスタービン発
電プラント２におけるガスタービン15、15ａ、15ｂの発
電機17、17ａ、17ｂを３台設け、それぞれ原子炉非常系
Ａ79、原子炉非常系Ｂ79ａ、原子炉非常系Ｃ79ｂに電力
を供給できる構成とする。

【００７４】つまり第１のガスタービン15、ガスタービ
ン発電機17の電力は、線路73から遮断器74を介して系統
系76に送られる他に、遮断器75、78を介して原子炉常用
系77、原子炉非常系Ａ79に電力を供給できる構成とす
る。第２のガスタービン15ａ、発電機17ａの電力は、線
路73ａから遮断器74ａを介して系統系76ａに送られる他
に、遮断器78ａを介して原子炉非常系Ａ79ｂに電力を供
給できる構成とする。

【００７５】第３のガスタービン15ｂ、発電機17ｂの電
力は、線路73ｂから遮断器74ｂを介して系統系76ｂに送
られる他に、遮断器78ｂを介して原子炉非常系Ｃ79ｂに
電力を供給できる構成とする。

【００７６】このような構成の原子炉の常用系、非常用
系の電源は、従来のような非常用の発電機を３台独立に
設ける必要がなく、大幅な簡素化およびコストダウンが
図れる効果がある。

【００７７】次に図12により本発明に係る第12の実施の
形態を説明する。図12は本実施の形態の回路構成を示し
ており、図中図１または図３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。本実施の形態
が図１または図３と異なる部分は高圧タービン７の排気
に蒸発器80を設置し、低沸点媒体を作動流体とするサイ
クルを低圧タービン８に採用した高圧タービン７のみを
発電設備とする原子力発電プラント１ａ、低圧タービン
８を構成要素とする低沸点媒体発電プラント81、ガスタ
ービン発電プラント２および中間ループ（31、32、33、
36、37、38）からなる複合発電設備である。

【００７８】すなわち、原子力発電プラント１ａは低圧
タービン８と低圧給水加熱器25が削除されて、高圧ター
ビン７に発電機９が直結された点が図１と異なってい
る。低沸点媒体発電プラント81は低沸点媒体サイクル82
からなっており、低沸点媒体サイクル82は、蒸発器80、
気液分離器83、低圧タービン８、吸収器84、凝縮器85、
流体ポンプ86および再生器87とか循環経路を有したもの
からなっている。

【００７９】気液分離器83と再生器87は配管接続し、再
生器87と吸収器84も配管接続している。蒸発器80内の伝
熱管88は高圧タービン７の蒸気出口と給水ポンプ12の流
入側給水管11に接続している。高圧タービン７の出口蒸
気を高温熱源として蒸発器80の伝熱管88に導入し、低沸
点媒体サイクル82の再生器87からの作動流体を加熱し蒸
発させる。蒸発器80で凝縮した原子炉冷却水は給水ポン
プ12で昇圧され高圧給水加熱器27で加熱されて原子炉４
へ供給される。

【００８０】蒸発器80を流出した気体は気液分離器83に
流入し、ドレンを分離した気体は低圧タービン８に導入
される。低圧タービン８で仕事をした気体は、吸収器84
を経由して凝縮器85で凝縮され流体ポンプ86で昇圧され
て再生器87で加熱されて蒸発器80に供給される。低圧タ
ービン８部分を低沸点媒体のサイクルとすることにより
プラント効率をさらに高めることができる。

【００８１】なお、低沸点媒体サイクル82はその作動流
体を水とアンモニアの混合流体を使用するカリーナサイ
クルとするが、またはその作動流体をフロリノール85を
使用したサイクルを採用する。これにより低沸点媒体と
して有効かつ安全に作動し、プラントの発電効率に寄与
する。

【００８２】次に本発明に係る第13の実施の形態を説明
する。本実施の形態は、上記第１から第12までの実施の
形態における伝熱管26、28、29、34、35、88を内管と外
管との間に密接するように複数本の金属素線を帯状に束
ねた帯状体を網状に交互に編組した金属編組体を設けて
二重管構造に形成することにある。金属編組体は異種金
属で構成してもよく、表面にメッキを施しても良い。

【００８３】このような二重管構造とすることにより、
中間ループは原子力発電プラント１、１ａからの作動流
体（蒸気）中に含まれる放射性物質をガスタービン発電
プラント２および大気中に混入、または漏洩させること
はなく、伝熱管からの漏洩を防止することができる。ま
た、内管および外管が漏洩した場合、漏洩検出が容易で
あり、伝熱管としての健全性を保つことができる。

【００８４】

【発明の効果】本発明によれば、原子力発電プラント単
独のプラント構成に対してガスタービン発電プラントが
併設され、サイクルとして連結されるため高温熱源との
温度差が大きくなり、よって発電効率は大幅に向上す
る。また低沸点媒体との併設を行うため一層の効率向上
が実現できる。従来技術においては沸騰水型原子力発電
プラントとの複合発電化は放射性流体が直接蒸気タービ
ンに導入されるため実現が困難であったが、中間ループ
を仲介することにより安全性を損なうことのない複合発
電設備を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る複合発電設備の第１の実施の形態
を示す回路図。

【図２】本発明に係る複合発電設備の第２の実施の形態
を示すブロック図。

【図３】本発明に係る複合発電設備の第３の実施の形態
を示す回路図。

【図４】本発明に係る複合発電設備の第４の実施の形態
を示す回路図。

【図５】本発明に係る複合発電設備の第５の実施の形態
の要部を示す回路図。

【図６】本発明に係る複合発電設備の第６の実施の形態
の要部を示す回路図。

【図７】本発明に係る複合発電設備の第７の実施の形態
の要部を示す回路図。

【図８】本発明に係る複合発電設備の第８の実施の形態
を示す回路図。

【図９】本発明に係る複合発電設備の第９の実施の形態
を示す系統図。

【図１０】本発明に係る複合発電設備の第10の実施の形
態の要部を示す系統図。

【図１１】本発明に係る複合発電設備の第11の実施の形
態の要部を示す回路図。

【図１２】本発明に係る複合発電設備の第12の実施の形
態を示す回路図。

【図１３】従来の複合発電設備を示す系統図。

【符号の説明】

１…原子力発電プラント、２…ガスタービン発電プラン
ト、３…排熱回収ボイラ、４…原子炉、５…主蒸気加熱
器、６…主蒸気管、７…高圧タービン、８…低圧タービ
ン、９…発電機、10…復水器、11…給水管、12…給水ポ
ンプ、13…節炭器、14…燃焼室、15…ガスタービン、16
…圧縮機、17…発電機、18…廃ガス管、19…排気管、20
…主蒸気加熱器、21…湿分分離加熱器、22…蒸気配管、
23…復水系配管、24…復水ポンプ、25…低圧給水加熱
器、26…伝熱管、27…高圧給水加熱器、28…伝熱管、29
…伝熱管、30…排気筒、31…流入側配管、32…循環ポン
プ、33…流出側配管、34…伝熱管、35…伝熱管、36、3
7、38…流路配管、39…原子炉制御装置、40…ガスター
ビン制御装置、41…蒸気タービン、42…原子炉出口蒸気
圧力、43…圧力検出器、44…蒸気加減弁、45…フィード
バック制御、46…蒸気タービン入口蒸気温度、47…温度
検出器、48…ガスタービンの燃料調節弁、49…昇圧ポン
プ、50…蒸気だめ、51…薬液注入配管、52…酸性薬液貯
留タンク、53…アルカリ薬液貯留タンク、54、55…注入
ポンプ、56、57…止め弁、58…加圧器、59…溶解塩注入
配管、60…バルブ、61…溶解塩供給タンク、62…ヒー
タ、63、64…弁、65、66…配管、67…膨張タンク、68…
入口側止め弁、69…出口側止め弁、70…補助蒸気加熱
器、71…補給水管、72…補助蒸気管、73…線路、74、75
…遮断器、76…系統系、77…原子炉常用系、78…遮断
器、79…原子炉非常系、80…蒸発器、81…低沸点媒体発
電プラント、82…低沸点媒体サイクル、83…気液分離
器、84…吸収器、85…凝縮器、86…流体ポンプ、87…再
生器、88…伝熱管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】沸騰水型原子炉で発生する蒸気を作動蒸
気として蒸気タービンを駆動し発電機を回転させて発電
する原子力発電プラントと、この原子力発電プラントに
併設したガスタービン発電プラントと、このガスタービ
ン発電プラントのガスタービンに接続した排熱回収ボイ
ラと、この排熱回収ボイラ内に組み込まれた伝熱管の両
端側に前記原子力発電プラントに設置された給水加熱器
および主蒸気加熱器を配管接続して循環系路を形成する
中間ループとを具備したことを特徴とする複合発電設
備。
【請求項２】前記原子炉には原子炉出口蒸気圧力を制
御する原子炉制御装置を備え、前記蒸気タービンには前
記原子炉制御装置からの蒸気圧力状態量を検出する蒸気
圧力検出器からの信号を入力する蒸気加減弁とを有する
蒸気タービン制御装置を備え、前記ガスタービンには前
記蒸気タービン制御装置からのタービン入口蒸気温度信
号を入力する蒸気温度検出器および燃料調節弁を有する
ガスタービン制御装置を備えてなることを特徴とする請
求項１記載の複合発電設備。
【請求項３】前記中間ループの作動流体は純水または
ｐＨを 8.5から 9.5に調整した冷却水からなることを特
徴とする請求項１記載の複合発電設備。
【請求項４】前記中間ループの前記排熱回収ボイラの
入口側に溶解塩供給タンクを設け、この中間ループを流
れる作動流体は溶解塩、亜硝酸塩系溶解塩または液体金
属からなることを特徴とする請求項１記載の複合発電設
備。
【請求項５】前記中間ループに加圧器を設けてなるこ
とを特徴とする請求項１記載の複合発電設備。
【請求項６】前記中間ループに前記作動流体の体積膨
張を吸収する膨張タンクを設けてなることを特徴とする
請求項１記載の複合発電設備。
【請求項７】前記中間ループの前記排熱回収ボイラ内
に組み込まれた伝熱管に接続する流入側配管および流出
側配管にそれぞれ止め弁を設けてなることを特徴とする
請求項１記載の複合発電設備。
【請求項８】前記ガスタービン発電機に第１および第
２の遮断器を並列接続し、前記第１の遮断器に系統系を
直列接続し、前記第２の遮断器に原子炉常用系を直列接
続してなることを特徴とする請求項１記載の複合発電設
備。
【請求項９】前記ガスタービン発電機を第１から第３
の発電機として３台並列配置し、前記第１のガスタービ
ン発電機に系統系、原子炉常用系および第１の原子炉非
常用系をそれぞれ遮断器を介して並列接続し、前記第２
のガスタービン発電機に系統系および第２の非常用系を
それぞれ遮断器を介して並列接続し、第３のガスタービ
ン発電機に系統系および第３の非常用系をそれぞれ遮断
器を介して並列接続してなることを特徴とする請求項１
記載の複合発電設備。
【請求項１０】前記排熱回収ボイラ内に補給水を流入
する補助蒸気加熱器を組み込み、この補助蒸気加熱器の
下流側に前記原子力発電プラント用補助蒸気および隣設
地域の冷暖房用設備用配管を接続してなることを特徴と
する請求項１記載の複合発電設備。
【請求項１１】軽水を冷却材とする原子炉と、この原
子炉に主蒸気管を介して接続した主蒸気加熱器と、この
主蒸気加熱器に主蒸気管を介して接続した高圧タービン
と、この高圧タービンに接続した発電機と、前記高圧タ
ービンからの流出蒸気を流入する伝熱管を備えた蒸発器
と、この蒸発器内の伝熱管出口側に純水ポンプを介して
接続した給水加熱器と、この給水加熱器と前記原子炉と
を接続する給水管と、前記蒸発器内の伝熱管により加熱
された低沸点媒体蒸気を流入する気液分離器と、この気
液分離器で分離された低沸点媒体蒸気により回転する低
圧タービンと、この低圧タービンに接続した発電機と、
前記低圧タービンから流出する低沸点媒体蒸気を流入す
る吸収器と、この吸収器に接続した凝縮器と、この凝縮
器に流体ポンプを介して接続した再生器と、この再生器
と前記蒸発器とを接続する戻り配管と、前記給水加熱器
の伝熱管を加熱した蒸気を流出する中間ループ配管と、
この中間ループ配管に昇圧ポンプを介して接続した排熱
回収ボイラ内の節炭器と、この節炭器に接続した前記排
熱回収ボイラ内の過熱器と、この過熱器と前記主蒸気加
熱器とを接続する中間ループ配管と、前記主蒸気加熱器
と前記給水加熱器とを接続する中間ループ配管とを具備
したことを特徴とする複合発電設備。
【請求項１２】前記低沸点媒体は水とアンモニアの混
合物またはフロリノール85からなることを特徴とする請
求項１１記載の複合発電設備。
【請求項１３】前記中間ループ配管を流れる作動流体
と熱交換する主蒸気加熱器、湿分分離加熱器、給水加熱
器、または蒸発器に組み込まれた伝熱管は内管と外管と
の間に金属編組体を挿着してなる二重管構造からなるこ
とを特徴とする請求項１ないし12記載の複合発電設備。