JPS5932760B2 - 原子炉発電用設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は原子炉発電用設備に関し、そして特に炉心と
組合さった一つまたはそれ以上の主蒸気発生ボイラだげ
でなく一つまたはそれ以上の補助蒸気発生ボイラを備え
、主および補助蒸気発生ボイラが炉心から熱を受ける種
類の設備に関するものである。

例えば特公昭５５−１２５５８号公報に記載されたよう
にそのような原子炉発電用設備においては、設計上およ
び安全性の観点から補助ボイラが炉心の設計最大熱出力
の約２０％を吸収できるための良好な理由があり、例え
ば、主ボイラ系統が故障した場合原子炉の運転を直ちに
停止しても相当な熱エネルギが発生されるので、原子炉
発電設備自体に重大な損傷を生じさせることになる。

そのため主ボイラ系統の故障時のような緊急時において
発生される相当な熱エネルギによる重大な損傷（事故）
を防ぐため補助ボイラはそのような熱エネルギの幾分か
を吸収して安全な程度まで減少させるように設計する必
要がある。

こうして発生した蒸気は一部、原子炉の運転に用いられ
た一部、主ボイラからの蒸気で駆動される主タービン発
電機からの電気的出力を増大させる補助タービン発電機
を駆動するのに用いられ得る。

しかしながら、そのような原子炉発電用設備の寸法が増
大するにつれて、補助タービン発電機の寸法および（ま
たは）数は、それらが補助ボイラからの蒸気のような利
用できるエネルギを吸収し得ることになる場合には主お
よび補助ボイラ・タービン発電機装置を設けることに得
られる利益がもはや十分な程度に得られなくなるような
点まで増大する必要がある。

原子炉発電用設備の寸法の増大に従って補助タービン発
電機の寸法および（または）数を増大させる必要性は炉
心から熱を抽出してその熱を主ボイラへ送る冷媒ガスを
循環させる主冷媒循環器を駆動するのに補助ボイラから
の蒸気のエネルギの相当な部分を利用することによっで
ある程度まで緩和され得る。

そのような装置は特願昭４８−４１２０６の明細書に記
載されている。

しかしながら、特に実際に大きな電力出力をもつ原子炉
設備では、主冷媒循環器および他の原子炉付属装置で吸
収され得る総エネルギに見合うだけのエネルギをもつ蒸
気を補助ボイラが発生するのが望ましいが、実際にはこ
の発生蒸気に実質的な過剰エネルギが存在するらしく、
そしてこの過剰分は、補助タービン発電機を望ましくな
いほど大きくするかまたは望ましくないほど多く設けな
ければ、補助タービン発電機において有効に利用するこ
とができない。

この発明の目的は、そのような設備の補助ボイラによっ
て発生された蒸気を有利に利用することにあり、そして
この発明の目的はこの発明によれば、補助ボイラからの
蒸気の少なくとも一部分を用いて設備の主ボイラの組合
される蒸気回路における蒸気な再熱するのに用いるよう
にすることによって達成される。

従って、この発明によれば、炉心およびこの炉心からそ
れぞれ熱を受ける主蒸気発生ボイラと補助蒸気発生ボイ
ラを有し、上記主蒸気発生ボイラが主タービン発電機を
駆動し、上記主タービン発電機が上記主蒸気発生ボイラ
からの蒸気を順次通す多数のタービン段とこれらタービ
ン段の二つの間に連結されて主蒸気発生ボイラからの上
記蒸気を再熱する蒸気再熱器装置とをもつ蒸気タービン
を備え、また上記補助蒸気発生ボイラな上記蒸気再熱器
装置に連結して上記主蒸気発生ボイラからの上記蒸気を
上記蒸気再熱器装置において上記補助蒸気発生ボイラか
ら供給される蒸気で再熱することを特徴とする原子炉発
電用設備が提供される。

当然タービン発電機の高圧段と中圧段との間の点から蒸
気を流出させそして流出した蒸気を中圧段と低圧段との
間の蒸気再熱器へ供給することによって原子炉設備の主
ボイラ・タービン発電機回路内において蒸気で蒸気を再
熱することは知られており、高圧段は流出されることに
なる引抜き蒸気を通しまた高圧段に供給するボイラが上
記引抜き蒸気を発生するように設計されなければならな
い。

従って蒸気再熱用に用いられるべき蒸気がこの発明によ
れば補助ボイラから導出され、そして主タービン発電機
の高圧段を通過しない場合に、この主タービン発電機が
高圧段および蒸気をそれに供給する主ボイラの所与寸法
に対して比較的大きな出力を供給することができる。

この発明による設備における各補助ボイラは質流型のも
のであり得るが、しかしこの発明の好ましい実施例では
各補助ボイラは蒸気ドラムと組合さった蒸発器部を有す
る再循環型のものであり、蒸気ドラムには飽和蒸気が供
給され、そのような蒸気から分離された水は蒸気ドラム
から蒸発器部へ再循環され、また各補助ボイラは節約装
置を備えてないが、組合さった蒸気ドラムに直接連結し
た給水入口装置を備えている。

この発明による原子炉の蒸気回路の三つの実施例を以下
例として説明する。

第１図を参照すればヘリウム冷却高温気体冷却式原子炉
であり得る原子炉は炉心９を有し、この炉心９は圧力容
器１０内に収容されそして炉心を通って主高圧ボイラお
よび補助低圧ボイラへ循環される冷媒ガスによって冷却
され、上記ボイラは好ましくは圧力容器の壁の厚さ内の
空洞１０Ａ内に収容される。

配置は例えば上記で述べた特許出願のものに示すように
され得る。

主ボイラの一つは第１図に符号１１で示され、また同様
に補助ボイラの一つは符号１２で示す。

主ボイラ１１を通る冷媒ガスはガス循環器１３によって
炉心に戻され、また補助ボイラ１２を通る冷媒ガスは同
様に電気的に駆動される循環器１４によって炉心に戻さ
れる。

循環器１３は蒸気タービン１３Ａによって駆動され、こ
の蒸気タービン１３Ａへの蒸気は補助ボイラ１２によっ
て供給され、この蒸気の一部は蒸気タービン１３Ａから
出た後側の低圧蒸気タービン１５，１６．１７を駆動す
るのに使用され、（これらの低圧蒸気タービン１５．１
６，１７はそれぞれ主および補助ボイラに対する給水ポ
ンプ並びに原子炉設備へ本質的な電力を供給する所内負
荷発電機１８を駆動する。

）蒸気タービン１３Ａから蒸気の別の（普通主要な）部
分は、主および補助ボイラ１１，１２に供給された給水
用に設けた加熱器および空気分離器（図示してない）へ
蒸気管路２０を通って送られる前に蒸気で蒸気を再熱す
る再熱器１９へ送られる。

補助ボイラ１２からの蒸気の全ての残りの過剰分（その
うちの幾分かは減圧側路弁２１および調整装置２２を通
って蒸気タービン１３Ａを迂回し得る）はダンプ管路２
３を介して外部放出される。

主ボイラ１１内に発生した高圧蒸気は蒸気タービン２４
の高圧、中圧および低圧段２４Ａ、２４Ｂ。

２４Ｃへ順に供給され、この蒸気タービン２４は復水器
２５へ排出しそして主発電機２６を駆動する。

中圧段２４Ｂからの蒸気は低圧段２４Ｃに入る前に再熱
器１９をへて再熱され、再熱器１９においてこの蒸気は
再熱器１９に供給される補助ボイラ１２からの蒸気の部
分から熱を吸収する。

蒸気タービン１５，１６．１７からの蒸気もまた管路２
７を通って再熱器１９へ供給されて蒸気タービン２４の
低圧段２４Ｃに供給された再熱蒸気を増加させ、または
ダンプ管路２８を通って外部へ放出され得る。

代りに、蒸気管路２７は再熱器１９の下流端部にすなわ
ち低圧段２４Ｃの入力に直接接続してもよい。

第２図に示す装置は以下に述べる変更を除いて第１図に
示すものと同様であり、相応した部分は第１図と同じ符
号で示す。

しかしながら、第２図に示す装置では、主ボイラ１１と
組合さった冷媒ガス循環器１３は電気的に駆動され、ま
た相応して低圧で発生された補助ボイラ１２からの蒸気
は蒸気タービン１５，１６，１７および蒸気で蒸気を再
熱する再熱器１９へ直接供給される。

また図示されたように、発電機２９から成る可変周波タ
ービン発電機が付加的に設けられ、この発電機は補助ボ
イラ１２からの蒸気の一部分で駆動されるタービン３０
によって可変速度で駆動される。

この可変周波タービン発電機からの電力は主および補助
冷媒ガス循環器１３．１４を駆動するのに用いられ得る
。

すでに説明したように、主ボイラ１１と主タービン２４
から成る主回路において補助ボイラ１２からの蒸気で蒸
気な再熱することにより、所与寸法の主ボイラ１１およ
びタービン２４の高圧段２４Ａに対してこの主回路から
比較的大きな電気的出力を導出することができる。

またすでに示されたように、補助ボイラ１２から主蒸気
回路へのエネルギの再熱器１９における伝達は、補助ボ
イラがタービン発電機セット１７．１８を相応して大き
くする必要なしに原子炉で発生した最大熱量の約２０％
（安全のために望ましいので）を吸収するようにされ得
る。

主および補助給水ポンプ並びにまた主および補助冷媒ガ
ス循環器に動力を（第１図に示すように蒸気タービン１
３Ａによって直接にかまたは第２図に示すようにタービ
ン発電機セット２９．３０によって間接に）与えるのに
補助ボイラ１２からの蒸気を使用することによって、補
助タービン発電機セラ）１７，１８の要求された寸法を
減少するのに役立つだけでなくまた安全および信頼性の
点における利得ももたらされ、これらの付属的機能およ
び原子炉の連続動作を緊急状態のもとで維持できるとい
う高度の保証がなされる。

このようにこの発明によれば、補助ボイラからの蒸気の
一部を主ボイラからの蒸気な再熱するのに用いるように
構成することによって、原子炉発電用設備が大型化して
も、補助タービン発電機の寸法や数を増大させる必要な
く、しかも補助ボイラからの蒸気は有効利用されること
になる。

例えば、上記の特公昭５５−１２５５８号公報に記載さ
れたような従来の設備では、補助タービン発電機により
主タービン発電機の電気的出力を増大させているが、こ
のような構成では、設備の寸法の増大に従って必然的に
補助タービン発電機を大きくするかまたはその数を増加
させる必要がある。

上述のように通常炉心の設計最大熱出力に対して補助ボ
イラの寸法が決められることになるので、設備が大型化
すれば、補助ボイラの発生する蒸気も増大することにな
る。

そこで補助タービン発電機の寸法および（または）数の
望ましくない増大を避けると共に、過剰エネルギの有効
利用を得ることがこの発明の特徴である。

すなわち、この過剰エネルギを主ボイラからの蒸気な再
熱するのに利用して主タービン発電機の安定出力を確保
するようにしている。

また、上記公報に記載されたように、多段タービン発電
機の二つの段の間の位置から蒸気を取り出し、これを炉
心の配置された圧力容器内へ再度戻して再熱する従来方
式では、圧力容器に挿通孔を設ける必要があり、これは
漏れ防止の点等からも望ましくない。

これに対して、この発明では再熱のために圧力容器に挿
通孔を設ける必要がなく、しかも補助ボイラから発生さ
れた熱エネルギの過剰分を有効に利用する点で、上述の
ような従来型のものと比較して格別の効果が得られる。

所内用の旧式の燃料ボイラのような代りのまたは予備蒸
気源が利用できる場合には、それを図示のように常閉弁
を備えた蒸気管路３１を介して結合され得、（そしてま
たは第１図に示す装置の場合には相応して高圧で同様に
常閉弁を備えた別の管路３２を介して結合され）、補助
ボイラ１２によって普通供給されていた蒸気に代って蒸
気を供給し得るようにされる。

こうして送電系統に故障の生じた場合に設備に対する電
力供給を維持するのに普通必要であるような予備のディ
ーゼル駆動型またはガスタービン駆動型発電機を設ける
ことは不必要になる。

第１，２図に示した装置は送電系統から電力を実質的に
供給する必要なしに急速に始動させることができる。

始動時には、冷媒ガス主循環器１３は、補助ボイラ１２
が蒸気タービン１５，１６゜１７を駆動させるのに適切
な蒸気を供給するまで、非作動状態に保たれる（第１図
の装置ではこれは蒸気タービン１３Ａを迂回して行なわ
れる）。

一般に、主および補助タービン発電機を駆動する主およ
び補助ボイラの両方を設けたことから生じる利益はこの
発明による装置においても保たれる。

すなわち、例えば原子炉の運転に続いて補助ボイラは作
用し続け、そして発生した蒸気は補助ボイラ給水ポンプ
および補助タービン発電機を駆動し続けるが、望ましく
ない過渡状態を避けるため適当な圧力減少および調整に
よって主冷媒ガス循環器を駆動するタービン（第１図の
装置の場合）を迂回し、そして全ての過剰の蒸気はダン
プ管路ｎをへて適当なダンプ復水器またはフラッシュタ
ンクへ送られる。

第１，２図に示された設備では、補助ボイラ１２は貫流
型のものであるとして示されている。

この型のボイラは原子炉の圧力容器１０の壁に要求され
る挿通孔の数を最少にする利益をもち、また代表的には
そのようなボイラの節約装置、蒸発器および過熱器部の
各々へのおよびその装置からの給水管路に対して別個の
挿通孔を必要とする再循環型（例えばＬｉａｍｏｎｔ型
）の高圧ボイラと比較してボイラ当り四つの挿通孔を節
約できる。

そのような高圧再循環型ボイラは蒸気ドラムと共に作動
し、この蒸気ドラムにはボイラの蒸発器部で発生した飽
和蒸気が供給され、蒸発してない水は蒸発器部へ再循環
させるため蒸発から構成される装置内の高圧の結果とし
て蒸気ドラムに関係した高飽和温度のため、蒸発器部へ
（間接的に）給水する手段として蒸気ドラムへ直接給水
を行なうことは実際的ではなく、従って給水は、蒸気ド
ラムに入る前に給水を予熱するボイラの節約装置部を介
して蒸気ドラムへ供給され、この目的でボイラのこの節
約装置部を設けることは、蒸発器部と組合さった二つの
挿通孔に加えて原子炉の圧力容器に二つの組合さった挿
通孔を設ける必要がある。

蒸気ドラムからの蒸気を過熱すべき場合には、ボイラは
さらに二つの別個の挿通孔を必要とする過熱器部を含む
必要がある。

しかしながら、補助ボイラで発生した蒸気が主として第
１，２図の場合のように主ボイラからの蒸気を蒸気で蒸
気な再熱するのに利用されることになる場合には、補助
ボイラな高圧型のものにする必要はなく、従って蒸気ド
ラム内の温度（飽和温度でありかつ圧力に関係する）は
給水なボ１゛うの節約装置部でまず最初に予熱すること
なしに蒸気ドラムに直接供給できるように十分に低くで
きる。

従って節約装置部をもたない再循環型の補助ボイラな設
けることができ、それでそのような節約装置と組合され
る二つの圧力容器挿通孔を節約できる。

発電設備の各補助ボイラがこの再循環型のものであるこ
の発明の実施例を第３図に示す。

この実施例は第２図に示した実施例とはｇ同じであり、
相応した構成要素を表わすのに同じ符号を使用している
。

しかしながら、第３図に示すように、各補助ボイラ１２
は再循環型（代表的には％〜Ｘの範囲の再循環割合をも
つ）のものであり、蒸気ドラム１２Ａが組合され、この
蒸気ドラム１２Ａにおいては水および飽和蒸気が平衡状
態にある。

補助ボイラへの水供給入口１２Ｂは蒸気ドラム１２Ａに
連結され、また蒸気ドラムからの水（入口１２Ｂからの
補給水を含む）は単に蒸発器部から成る補助ボイラ１２
へ循環ポンプ１２Ｃによって送られる。

補助ボイラ１２において、水は加熱されて水と飽和蒸気
との混合物を形成し、そしてこの混合物は蒸気ドラム１
２Ａへ戻され、この蒸気ドラムにおいて飽和蒸気はポン
プ１２Ｃによって再循環される水から分離する。

蒸気ドラム１２Ａからの蒸気の主要部分は普通上述の蒸
気で蒸気な再熱する再熱器ユニット１９に送られ、主タ
ービンの低圧段２４Ｃへ入れる前に主タービンの中圧段
２４Ｂから出た蒸気な再熱するのに用いられる。

再熱器ユニット１９から、蒸気ドラム１２Ａよりの蒸気
のこの主要部分は管路２０を介して給水加熱器および空
気分離器へ供給され、空気分離器においてその残留エネ
ルギは別に利用される。

蒸気ドラム１２Ａからの蒸気の残りの部分は第３図に示
すように（また第１，２図について述べたものと相応し
て）低圧蒸気タービン１５（主ボイラ１１に対する図示
されてない給水ポンプを駆動する）、１６（補助ボイラ
１２に対する入口１２Ｂへ給水を行なう図示されてない
給水ポンプを駆動する）、１７（原子炉設備に本質的な
電力を供給する所内負荷発電機１８を駆動する）を駆動
するのに用いられ得る。

蒸気再熱器ユニット１９における補助ボイラ１２からの
蒸気の主要部分の利用およびタービン１５゜１６．１７
が十分に飽和蒸発で駆動される低圧タービンであり得る
ことは、補助ボイラ１２がいかなる過熱器部もかつまた
節約装置部ももたない蒸発器部のみから成り得ることを
意味し、すなわち補助ボイラ１２および蒸気ドラム１２
Ａ内の圧力（および従って温度）は、ボイラの節約装置
を介してよりはむしろ直接的に給水入口１２Ｂを蒸気ド
ラム１２Ａへ連結できるように十分に低い、従って各補
助ボイラ１２はただ一つの入口および出口（その蒸発器
部が連結される）を備えており、そして各ボイラが蒸発
器部に加えて節約装置部と過熱器部とを含む場合にボイ
ラ当りに要求される六つの挿通孔と比較して、炉心およ
びボイラを包囲する圧力容器に二つだけの挿通孔を設け
る必要があるだけである。

従って、補助ボイラが再循環型のものであって節約装置
および過熱器部を備えてない第３図に示すような証備は
、補助ボイラが貫流型のものである第１，２図に示すよ
うな設備と比較して原子炉の圧力容器の挿通孔の要求さ
れた数の点における不利益を全く示さないことがわかる
。

他方、第３図について述べたように補助ボイラとして再
循環ボイラな用いることによっである実際的な利益がも
たらされる。

一つの利益は、蒸気ドラム１２Ａを設けたことにより装
置のエネルギ蓄積装置の改善がもたらされ、それで予定
されてない原子炉の休止の場合に価値ある付加的な安全
余裕をもたらすことにあり、これは特に、原子炉の冷媒
回路の予定されてない減圧によって休止が生じる場合に
有利である。

別の利益は、補助ボイラにおける熱吸収が主に潜熱方式
で行なわれるので、実際に水および蒸気の流れに逆って
かまたはそれと平行に補助ボイラな通って原子炉冷媒流
体を流すようにすることから生じる。

回路装置を設計する際のこの大きな融通性は特に原子炉
冷媒が炉心を通って下向きに流れる高温原子炉のような
原子炉の場合重要であり、従って原子冷媒がボイラを通
って上向きに流れるようにすることが最も簡単である。

相応した程度融通性は貫流型のボイラではたやすく利用
することができない。

すなわち、その場合には蒸気はボイラから出る際に十分
に乾燥飽和されなげればならず、また飽和蒸気ボイラの
高められた冷媒と蒸気との温度差は境膜沸騰が重大な問
題となる貫流型発電機の方式への熱伝達流束レベルを高
める。

補助ボイラとして再循環型を使用するさらに別の利益は
、上記で述べたように補助ボイラからの蒸気が一部設備
の補助（安全）作用のために用いられる場合、特に重要
である広い出力範囲にわたって、この型のボイラが本来
安定であることにある。

この発明においては、次のように実施できる。

（１）炉心を有し、この炉心から熱を受け、また主蒸気
発生ボイラおよび補助蒸気発生ボイラを有し、主蒸気発
生ボイラからの蒸気を順次通す多数のタービン段を備え
かつタービン段の二つの間に連結して主蒸気発生ボイラ
からの上記蒸気な再熱する蒸気再熱器ユニットを備えた
蒸気り−ビンをもつ主タービン発電機を主蒸気発生ボイ
ラで駆動し、主蒸気発生ボイラかもの上記蒸気な再熱す
る蒸気な再熱器ユニットへ供給するように補助蒸気発生
ボイラを連結した原子炉発電用設備。

（２）補助ボイラが貫流型ボイラである上記第１項に記
載の設備。

（３）補助ボイラが蒸気ドラムと組合さった蒸発器部を
有する再循環型のものであり、蒸気ドラムには飽和蒸気
が供給され、そのような蒸気から分離された水が蒸気ド
ラムから蒸発器部へ再循環され１．補助ボイラが節約装
置を備えてなく、また補助ボイラに対する給水入口装置
が蒸気ドラムに直接連結された上記第１項に記載の設備
。

（４）原子炉が気体冷却式原子炉であり、炉心から主ボ
イラへ送られた冷媒ガスを炉心へ再循環させるようにし
た主冷媒ガス循環器および炉心から補助ボイラへ送られ
た冷媒ガスを炉心へ再循環させるようにした補助冷媒ガ
ス循環器を備えている上記第１〜３項に記載の設備。

（５）主冷媒ガス循環器が補助ボイラによって供給され
た蒸気の少なくとも一部分で駆動されかつそのような蒸
気な再熱器ユニットへ排出するように連結された上記第
４項に記載の設備。

（６）補助ボイラによって供給された蒸気の一部分を受
けるように連結した少なくとも一つの別の蒸気タービン
を有しく再熱器ユニットがそのような蒸気の大部分を受
ける）、上記側の蒸気タービンが主ボイラまた補助ボイ
ラに対する補助発電機また給水ポンプを駆動するように
された上記第１〜５項に記載の設備。

（力 上記側の蒸気タービンから排出された蒸気が再熱
器ユニットを介して主ボイラからの蒸気の通過する前ま
たは後にすぐに主ボイラからの蒸気と混合される上記第
６項に記載の設備。

【図面の簡単な説明】

第１図は、冷媒ガスを蒸気タービンで駆動した循環器に
よって循環させる、原子炉と組合さった主および補助蒸
気回路を示す概略図、第２図は電気駆動型循環器で冷媒
を循環させる変形装置における主および補助蒸気回路を
示す概略図、第３図は補助ボイラとして異なった型のボ
イラ装置を使用した、第２図の装置と同様な装置を示す
概略図である。 図面中、９は炉心、１０は圧力容器、１１は主ボイラ（
主蒸気発生ボイラ）、１２は補助ボイラ（補助蒸気発生
ボイラ）、１３．１４はガス循環器、１９は再熱器ユニ
ット、２６は主タービン、２４Ａは高圧段、２４Ｂは中
圧段、２４Ｃは低圧段、２６は主発電機である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炉心およびこの炉心からそれぞれ熱を受ける主蒸気
   発生ボイラと補助蒸気発生ボイラを有し、上記主蒸気発
   生ボイラが主タービン発電機を駆動し、上記主タービン
   発電機が上記主蒸気発生ボイラからの蒸気を順次通す多
   数のタービン段とこれらタービン段の二つの間に連結さ
   れて主蒸気発生ボイラかもの上記蒸気な再熱する蒸気再
   熱器装置とをもつ蒸気タービンを備え、また上記補助蒸
   気発生ボイラを上記蒸気再熱器装置に連結して上記主蒸
   気発生ボイラからの上記蒸気を上記蒸気再熱器装置にお
   いて上記補助蒸気発生ボイラから供給される蒸気で再熱
   することを特徴とする原子炉発電用設備。