JP5615150B2 - 原子力発電プラントおよび原子力発電プラントの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉で発生した高圧及び大流量の蒸気が流入する蒸気タービンを備える原子力発電プラント及び原子力発電プラントの運転方法に関する。

原子力発電所では、原子炉で発生した蒸気を蒸気タービンに導き、蒸気タービンのロータを回転させて、該ロータに連結された発電機から電力を得るようになっている。原子力発電所で用いられる蒸気タービンは、一般的に、原子炉で発生した高圧の蒸気が流入する複流方式の高圧タービンとその後段に設けられる低圧タービンとの組み合わせ、又は単流方式の高圧タービン及び中圧タービンとその後段に設けられる低圧タービンとの組み合わせからなる。
なお、単流方式（シングルフロー）とは、蒸気タービン内を蒸気が一方向に流れる方式であり、複流方式（ダブルフロー）とは、蒸気タービンの中央から蒸気が流入して左右に分流する方式である。

例えば、特許文献１には、複流方式の高圧タービンと、その後段に設けられる低圧タービンとの組み合わせからなる蒸気タービンを備えた原子力発電プラントが記載されている。この原子力発電プラントでは、原子炉で発生した蒸気は、最初に複流方式の高圧タービンに流入し仕事をした後、湿分分離加熱器で湿分除去及び加熱されてから低圧タービンに流入する。

また特許文献２には、単流方式の高圧タービン及び中圧タービンと、その後段に設けられる低圧タービンとの組み合わせからなる蒸気タービンを備えた原子力発電システムが記載されている。この原子力発電システムでは、原子炉で発生した蒸気は、最初に単流方式の高圧タービンに流入して仕事をし、湿分分離器で湿分分離及び加熱される。この後、蒸気は、単流方式の中圧タービンに流入して仕事をし、再度、湿分分離器で湿分分離及び加熱され、最後に低圧タービンに流入する。

また、特許文献３〜６には、原子力発電プラント向けというわけではないが、単流方式の高圧タービン及び複流方式の中圧タービンと、その後段に設けられる低圧タービンとの組み合わせからなる蒸気タービンが開示されている。

特開平７−３３２０１８号公報 特開昭６２−２１８６０６号公報 特開平７−２３３７０４号公報 特開平１０−２６６８１１号公報 特表２００２−５０８０４４号公報 国際公開第９７／３０２７２号

ところで、近年、発電効率向上の観点から、原子炉で発生する蒸気の大容量化及びこれを上回る蒸気の高圧化が進む傾向にある。

このように、大容量化による蒸気の質量流量の増加量以上に、高圧化による比容積の減少が起こると、高圧タービンの入口における蒸気の体積流量は少なくなる。そうすると、特許文献１に記載の複流方式の高圧タービンの場合、ただでさえ少ない体積流量の蒸気が分流され、減少した蒸気流量に対応して高圧タービン入口のタービン翼が設計される結果、高圧タービンの入口における翼高さは極端に低くなる。このため、タービン壁面（車室内壁面及びロータ外表面）の近傍に形成される境界層内の蒸気が蒸気全体に占める割合が大きくなり、境界層におけるロスが目立つようになって、蒸気タービンの性能が低下してしまうことがある。

一方、特許文献２に記載の単流方式の高圧タービン及び中圧タービンでは、高圧タービンの入口で蒸気を分流しないので、蒸気の比容積の減少による高圧タービン入口の翼高さの極端な低下は起こらない。このため、境界層におけるロスに起因してタービン性能が顕著に低下することはない。
ところが、特許文献２に記載の単流方式の中圧タービンの出口における蒸気圧力（すなわち低圧タービンの入口圧力）を従来の蒸気タービンと同程度に設計すると、蒸気の大容量化によって、中圧タービンの出口における蒸気の体積流量が大きくなるから、中圧タービンに作用する蒸気による曲げ力は増大する。また、中圧タービンの出口における蒸気の体積流量が大きくなると、その分だけ翼高さを高くする必要があり、中圧タービンの動翼及びロータに作用する遠心力が増大する。このため、中圧タービンに作用する遠心力及び蒸気による曲げ力の増大によって、中圧タービンの強度を十分に確保することが難しくなる。
もちろん、中圧タービンの出口における蒸気圧力を上げれば、蒸気の体積流量の増加を抑えることができるが、低圧タービンの入口圧力が上昇してしまい、低圧タービンでより大きく蒸気圧力を落とす必要が生じ、低圧タービンの軸方向長さ（段数）が大きくなってしまう。このため、中圧タービンの出口における蒸気圧力を上げることにも限界がある。

このように、原子炉で発生する蒸気の大容量化とこれを上回る蒸気の高圧化とが進む傾向を考慮すれば、将来的に、特許文献１及び２に記載の蒸気タービンでは上述した問題に対応できなくなることが予想される。そこで、本願発明者は、原子炉で発生する蒸気の大容量化とこれを上回る蒸気の高圧化に対応可能な蒸気タービンを実現すべく、鋭意検討を行った。

本願発明者は、はじめに、特許文献３〜６に開示された蒸気タービンを原子力発電プラントに適用し、単流方式の高圧タービンと複流方式の中圧タービンとを組み合わせることを着想した。
図６は、単流方式の高圧タービンと複流方式の中圧タービンとを組み合わせた蒸気タービンを示す図である。同図に示すように、蒸気タービン１００は、単流方式の高圧タービン１０２と複流方式の中圧タービン１０４とを有する。原子炉（不図示）で発生した蒸気は、高圧タービン１０２で仕事をした後、中圧タービン１０４でさらに仕事をして、低圧タービン（不図示）へと流れるようになっている。
蒸気タービン１００では、高圧タービン１０２が単流方式であり、高圧タービン１０２の入口で蒸気を分流しないので、高圧タービン１０２の入口における翼高さを極端に低くする必要がない。このため、境界層におけるロスに起因するタービン性能の低下はほとんど起こらない。
また、中圧タービン１０４は複流方式であり、中圧タービン１０４に流入した蒸気は分流されるので、中圧タービン１０４の出口における蒸気の体積流量はそれほど多くならない。このため、中圧タービン１０４のロータに作用する遠心力及び蒸気の曲げ力の増大に起因する中圧タービン１０４の強度の問題はほとんど起こらない。

しかしながら、蒸気タービン１００の場合、高圧タービン１０２の排気エリア（図６中、Ａで示した箇所）のために大きなスペースを割く必要があるため、ロータ全体の軸方向長さが長くなってしまう。また、全量の蒸気が再熱ライン１０６を高圧タービン１０２から中圧タービン１０４に向かって流れるため、再熱ライン１０６は大径管を用いなければならず、結果的に中圧タービン１０４の入口への再熱ライン１０６の接続箇所（図６中、Ｂで示した箇所）で大きなスペースが必要になり、このこともロータ全体の軸方向長さの増大を招く。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、蒸気の大容量化とこれを上回る蒸気の高圧化に対応可能であり、かつ、蒸気タービンのコンパクト化を実現しうる原子力発電プラント及び原子力発電プラントの運転方法を提供することを目的とする。

本発明に係る原子力発電プラントは、原子炉と、前記原子炉で発生し蒸気入口から導入された蒸気が、高圧部及び該高圧部の後流側の中圧部を経て蒸気出口へと流れる単流方式の高中圧タービンと、単流方式の中圧タービンと、前記高中圧タービンの前記高圧部と前記中圧部との間の位置を前記中圧タービンの入口に連通する蒸気通路と、前記高中圧タービンと前記中圧タービンの後段に設けられた低圧タービンと、を備え、前記高中圧タービンの前記高圧部を通過した蒸気の一部が、前記蒸気通路を介して前記中圧タービンに導かれることを特徴とする。

ここで、単流方式（シングルフロー）とは、蒸気タービン内を蒸気が一方向に流れる方式をいい、複流方式（ダブルフロー）とは、蒸気タービンの中央から蒸気が流入して左右に分流する方式をいう。

上記原子力発電プラントの蒸気タービンでは、単流方式の高中圧タービン及び中圧タービンが設けられ、高中圧タービンの高圧部と中圧部との間の位置に蒸気通路が接続されており、高中圧タービンの高圧部を通過した蒸気の一部が蒸気通路を介して中圧タービンに導かれる一方で、該蒸気の残部はそのまま高中圧タービンの中圧部を流れる。
ここで、高中圧タービンは単流方式であるから、高中圧タービンの蒸気入口側（高圧部）で蒸気は分流されない。よって、蒸気の大容量化を上回る蒸気の高圧化がなされても、高中圧タービンの蒸気入口側（高圧部）の翼高さを極端に低くする必要がない。このため、境界層におけるロスに起因するタービン性能の低下を抑制できる。
また、高中圧タービン及び中圧タービンは単流方式であるが、高中圧タービンの高圧部に流入した蒸気の一部は、途中で分流されて中圧タービンを流れるので、高中圧タービンの中圧部および中圧タービンの出口における蒸気の体積流量は抑えられる。よって、高中圧タービン及び中圧タービンに作用する遠心力及び蒸気の曲げ力を抑制できる。
しかも、高中圧タービンの高圧部を通過した蒸気のうち中圧タービンに導かれないものは、外部に一旦排気されるのではなく、そのまま中圧部を流れるから、高中圧タービンの高圧部に独自の排気エリアを設ける必要がなく、その分だけロータ全体の軸方向長さは短くなる。また、蒸気通路を介して中圧タービンに導かれるのは蒸気の一部であり、蒸気通路はそれほど大径にする必要はないから、中圧タービンの入口への蒸気通路の接続箇所は比較的コンパクトであり、その分だけロータ全体の軸方向長さは短くなる。

上記蒸気タービンにおいて、前記高中圧タービンと前記中圧タービンとは同一車室に収納されることが好ましい。

蒸気タービン１００（図６参照）では、高圧タービン１０２の排気エリアＡおよび再熱ライン１０６の接続箇所Ｂで大きなスペースが必要となるため、高圧タービン１０２及び中圧タービン１０４を含むロータ全体の軸方向長さが長くなってしまう。このため、高圧タービン１０２及び中圧タービン１０４を同一車室に収納し、高圧タービン１０２及び中圧タービン１０４のロータ全体を２個の軸受で支持しようとすると、軸振動が生じてしまう。よって、蒸気タービン１００は、高圧タービン１０２を収納する高圧車室と、中圧タービン１０４を収納する中圧車室とに車室構造を分離せざるを得ず、そのために、それぞれの車室のロータ貫通部分に軸受１０８及びグランド１１０を設ける必要がある。したがって、軸受の摩擦損失や、グランドからの蒸気漏れが問題になる。
これに対し、上記蒸気タービンでは、上述のとおり、高中圧タービンの高圧部に独自の排気エリアを設ける必要がないことに加えて、中圧タービンの入口への蒸気通路の接続箇所は比較的コンパクトである。このため、ロータ全体の軸方向長さは短くなり、軸振動はあまり問題にならないから、高中圧タービン及び中圧タービンを同一車室に収納することができ、結果的に、軸受及びグランドの数を少なくできる。したがって、軸受による摩擦損失や、グランドからの蒸気漏れを抑制できる。

上記蒸気タービンは、前記蒸気通路に設けられ、該蒸気通路を流れる蒸気の湿分を分離する湿分分離機構をさらに備えることが好ましい。

前記抽気通路が設けられることにより、ここに湿分分離機構を備えることが可能となる。この湿分分離機構によって、高中圧タービンの途中で分流されて中圧タービンに導かれる蒸気の湿分を除去することで、蒸気に含まれる水滴に起因する中圧タービンのエロージョンや性能低下を防止できる。なお、湿分分離機構は、例えば、シェブロン型やワイヤーメッシュ型のデミスターを用いることができる。

また上記蒸気タービンは、前記蒸気通路に設けられ、該蒸気通路を流れる蒸気を加熱する加熱機構をさらに備えることが好ましい。

前記抽気通路が設けられることにより、ここに加熱機構を備えることが可能となる。この加熱機構によって、高中圧タービンの途中で分流されて中圧タービンに導かれる蒸気を加熱することで、蒸気タービンのサイクル熱効率を向上させることができる。

上記蒸気タービンにおいて、前記高中圧タービンの前記中圧部を流れる蒸気の流量と、前記中圧タービンを流れる蒸気の流量とが略等しいことが好ましい。

このように、高中圧タービンの中圧部と中圧タービンとに蒸気を略均等に配分することで、高中圧タービン及び中圧タービンに作用する遠心力及び蒸気の曲げ力を均等に抑制できる。

上記蒸気タービンにおいて、前記高中圧タービンと前記中圧タービンとは同一軸に配置されており、前記高中圧タービンにおける蒸気流れの方向と、前記中圧タービンにおける蒸気流れの方向とは互いに逆方向であることが好ましい。

これにより、高中圧タービンに作用するスラスト力と、中圧タービンに作用するスラスト力とが一部相殺されるので、スラスト力を打ち消すために設けるダミーを小型化できる。

本発明に係る発電所は、上記蒸気タービンを備えることを特徴とする。

これにより、蒸気の大容量化とこれを上回る蒸気の高圧化に対応した、大出力かつ高効率な発電所を、コンパクトな構成で実現できる。これによって発電所の建設コストも低減される。

また本発明に係る原子力発電プラントの運転方法は、原子炉と、蒸気入口と蒸気出口との間に、高圧部及び該高圧部の後流側の中圧部が設けられた単流方式の高中圧タービンと、単流方式の中圧タービンと、前記高中圧タービンと前記中圧タービンの後段に設けられた低圧タービンとを有する原子力発電プラントの運転方法であって、前記原子炉で発生し前記高中圧タービンの蒸気入口から導入される蒸気を前記高圧部において膨張させるステップと、前記高中圧タービンの前記高圧部を通過した蒸気を、第１蒸気と第２蒸気に分流するステップと、前記第１蒸気を前記高中圧タービンの前記中圧部で膨張させるとともに、前記第２蒸気を前記中圧タービンに導いて該中圧タービンで膨張させるステップと前記中圧部で膨張した前記第１蒸気及び前記中圧タービンで膨張した前記第２蒸気を前記低圧タービンに導いて膨張させるステップと、を備えることを特徴とする。

この原子力発電プラントの運転方法では、高中圧タービンの高圧部を通過した蒸気は第１蒸気と第２蒸気に分流され、第１蒸気が高中圧タービンの中圧部にそのまま流れる一方で、第２蒸気は中圧タービンに導かれる。なお、高中圧タービンの高圧部と中圧部との間の位置を中圧タービンの入口に連通する蒸気通路を設け、該蒸気通路を介して第２蒸気を中圧タービンに導くようにしてもよい。
ここで、高中圧タービンは単流方式であるから、高中圧タービンの蒸気入口側（高圧部）で蒸気は分流されない。よって、蒸気の大容量化を上回る蒸気の高圧化がなされても、高中圧タービンの蒸気入口側（高圧部）の翼高さを極端に低くする必要がない。このため、境界層におけるロスに起因するタービン性能の低下を抑制できる。
また、高中圧タービン及び中圧タービンは単流方式であるが、高中圧タービンの高圧部に流入した蒸気の一部は、途中で分流されて中圧タービンを流れるので、高中圧タービンの中圧部および中圧タービンの出口における蒸気の体積流量は抑えられる。よって、高中圧タービン及び中圧タービンに作用する遠心力及び蒸気の曲げ力を抑制できる。
しかも、高中圧タービンの高圧部を通過した蒸気のうち中圧タービンに導かれないものは、外部に一旦排気されるのではなく、そのまま中圧部を流れるから、高中圧タービンの高圧部に独自の排気エリアを設ける必要がなく、その分だけロータ全体の軸方向長さは短くなる。

本発明によれば、単流方式の高中圧タービン及び中圧タービンを設け、高中圧タービンの高圧部と中圧部との間の位置に蒸気通路を配設したので、高中圧タービンの高圧部を通過した蒸気は、一部が高中圧タービンの中圧部をそのまま流れ、残部が蒸気通路を介して中圧タービンに流入する。
ここで、高中圧タービンは単流方式であるから、高中圧タービンの蒸気入口側（高圧部）で蒸気は分流されない。よって、蒸気の大容量化を上回る蒸気の高圧化がなされても、高中圧タービンの蒸気入口側（高圧部）の翼高さを極端に低くする必要がない。このため、境界層におけるロスに起因するタービン性能の低下を抑制できる。
また、高中圧タービン及び中圧タービンは単流方式であるが、高中圧タービンの高圧部に流入した蒸気の一部は、途中で分流されて中圧タービンを流れるので、高中圧タービンの中圧部および中圧タービンの出口における蒸気の体積流量は抑えられる。よって、高中圧タービン及び中圧タービンに作用する遠心力及び蒸気の曲げ力を抑制できる。
しかも、高中圧タービンの高圧部を通過した蒸気のうち中圧タービンに導かれないものは、外部に一旦排気されるのではなく、そのまま中圧部を流れるから、高中圧タービンの高圧部に独自の排気エリアを設ける必要がなく、その分だけロータ全体の軸方向長さは短くなる。また、蒸気通路により中圧タービンに導かれるのは蒸気の一部であり、蒸気通路はそれほど大径にする必要はないから、中圧タービンの入口への蒸気通路の接続箇所は比較的コンパクトであり、その分だけロータ全体の軸方向長さは短くなる。

第１実施形態の蒸気タービンの構成例を示す図である。 第２実施形態の蒸気タービンの構成例を示す図である。 図２に示す蒸気タービンを備える原子力発電プラントの構成例を示す図である。 湿分分離加熱器の構成例を示す断面図である。 シェブロン型のデミスターの構成例を示す斜視図である。 単流方式の高圧タービンと複流方式の中圧タービンとを組み合わせた蒸気タービンを示す図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
なお、以下で説明する蒸気タービンは、蒸気の体積流量が大きい原子力発電プラントに特に好適に用いることができるが、火力発電プラントを含む他のプラントに本発明に係る蒸気タービンを適用してもよいことはいうまでもない。

［第１実施形態］
以下、原子力発電プラントに用いられる第１実施形態の蒸気タービンについて説明する。図１は第１実施形態の蒸気タービンを示す図である。同図に示すように、蒸気タービン１は、単流方式の高中圧タービン２と、単流方式の中圧タービン４と、高中圧タービン２と中圧タービン４との間に設けられる蒸気通路６とにより構成される。

高中圧タービン２は、蒸気入口側の高圧部２Ａと、蒸気出口側の中圧部２Ｂとを有する。高圧部２Ａには、原子炉で発生した高圧の蒸気が流れる。一方、中圧部２Ｂには、高圧部２Ａを通過した蒸気の一部（蒸気通路６を介して中圧タービン４に導かれないもの）が流れる。高中圧タービン２の中圧部２Ｂは、不図示の低圧タービンに接続されており、この中圧部２Ｂから流出した蒸気は、湿分分離加熱器で再熱された後、低圧タービンへと導かれる。

中圧タービン４は、高中圧タービン２と同一車室（高中圧車室）に収納されることが好ましい。これにより、高中圧車室のロータ貫通部分に設けられる軸受８及びグランド１０の数を最小限（２個ずつ）にして、軸受８による摩擦損失や、グランド１０からの蒸気漏れを抑制できる。
なお、本実施形態において、高中圧タービン２と中圧タービン４とを同一車室に収納できるのは、後述するように、図６に示した蒸気タービン１００に比べてロータ全体の軸方向長さが短くなり、軸振動が起こりにくいからである。

中圧タービン４には、蒸気通路６により高中圧タービン２の途中（高圧部２Ａと低圧部２Ｂとの間）で分流された蒸気が流れる。また、中圧タービン４は、不図示の低圧タービンに接続されており、中圧タービン４から流出した蒸気は、湿分分離加熱器で再熱された後、低圧タービンへと導かれる。
なお、中圧タービン４の出口における蒸気の圧力は、特に限定されないが、高中圧タービン２の出口（中圧部２Ｂの出口）における蒸気の圧力と同等に設定してもよい。高中圧タービン２と中圧タービン４から流出した蒸気を、一度合流させてから低圧タービンへと流入させ、又は合流させなくとも同一仕様の低圧タービンへ流入させることができるからである。

また、中圧タービン４は、高中圧タービン２における蒸気流れ方向と、中圧タービン４における蒸気流れ方向とが逆方向になるように配置される。これにより、高中圧タービン２に作用するスラスト力Ｆ１と、中圧タービン４に作用するスラスト力Ｆ２とが一部相殺されるので、スラスト力を打ち消すために設けるダミー１２を小型化できる。

蒸気通路６は、高中圧タービン２の高圧部２Ａ及び中圧部２Ｂの間に一端が接続され、中圧タービン４の入口に他端が接続されている。蒸気通路６の直径は、蒸気通路６を流れる蒸気量に応じて、圧力損失を考慮して決定されることが好ましい。
なお、蒸気通路６は、高中圧タービン２及び中圧タービン４を収納する高中圧車室の内部のみに形成されてもよいし、一部が高中圧車室の外部に形成されていてもよい。蒸気通路６が高中圧車室の内部のみに形成されておれば、補機も含めたタービン全体のコンパクト化を図ることができる。また、蒸気流路６の一部が高中圧車室の外部に形成されておれば、後述する湿分分離機構や加熱機構の付加が容易となる。

蒸気通路６を流れる蒸気量を、高中圧タービン２の高圧部２Ａを通過した蒸気の略半分に設定して、高中圧タービン２の中圧部２Ｂを流れる蒸気量と中圧タービン４を流れる蒸気量とが略等しくなるようにしてもよい。これにより、高中圧タービン２の中圧部２Ａと中圧タービン４とに略均等の蒸気が配分され、高中圧タービン２及び中圧タービン４に作用する遠心力及び蒸気の曲げ力を均等に抑制できる。

以上説明したように、本実施形態の蒸気タービン１は、蒸気入口から導入された蒸気が、高圧部２Ａ及び該高圧部２Ａの後流側の中圧部２Ｂを経て蒸気出口へと流れる単流方式の高中圧タービン２と、単流方式の中圧タービン４と、高中圧タービン２の高圧部２Ａと中圧部２Ｂとの間の位置を中圧タービン４の入口に連通する蒸気通路６とを備え、高中圧タービン２の高圧部２Ａを通過した蒸気の一部が、蒸気通路６を介して中圧タービン４に導かれるようになっている。
そして、高中圧タービン２の蒸気入口から導入された蒸気は、高圧部２Ａにおいて膨張した後、そのまま中圧部２Ｂを流れる蒸気（第１蒸気）と中圧タービン４に導かれる蒸気（第２蒸気）に分流される。この後、第１蒸気は、高中圧タービン２の中圧部２Ａで膨張し、低圧タービン（不図示）に導かれる。一方、第２蒸気は、中圧タービン４において膨張し、低圧タービン（不図示）に導かれる。

本実施形態の蒸気タービン１によれば、単流方式の高中圧タービン２及び中圧タービン４を設け、高中圧タービン２の高圧部２Ａと中圧部２Ｂとの間の位置を中圧タービン４に連通する蒸気通路６を配設したので、高中圧タービン２の高圧部２Ａを通過した蒸気は、一部が高中圧タービン２の中圧部２Ｂをそのまま流れ、残部が蒸気通路６を介して中圧タービン４に流入する。
ここで、高中圧タービン２は単流方式であるから、高中圧タービン２の蒸気入口側（高圧部２Ａ）で蒸気は分流されない。よって、蒸気の大容量化を上回る蒸気の高圧化がなされても、高中圧タービン２の蒸気入口側（高圧部２Ａ）の翼高さを極端に低くする必要がない。このため、境界層におけるロスに起因するタービン性能の低下を抑制できる。
また、高中圧タービン２及び中圧タービン４は単流方式であるが、高中圧タービン２の高圧部２Ａに流入した蒸気の一部は、途中で分流されて中圧タービン４を流れる（言い換えると、高中圧タービン２の中圧部２Ｂ及び中圧タービン４が擬似的な複流方式を実現する）ので、高中圧タービン２の中圧部２Ｂと中圧タービン４との出口における蒸気の体積流量は抑えられる。よって、高中圧タービン２及び中圧タービン４に作用する遠心力及び蒸気の曲げ力の増大を抑制できる。
しかも、高中圧タービン２の高圧部２Ａを通過した蒸気のうち中圧タービン４に導かれないものは、外部に一旦排気されるのではなく、そのまま中圧部２Ｂを流れるから、図６に示した高圧タービン１０２の排気エリアＡに相当するものを設ける必要がない。すなわち、図１に示すように、蒸気タービン１における排気エリアは、高中圧タービン２の中圧部２Ｂの出口部分（図１中、Ｃで示した箇所）と中圧タービン４の出口部分（図１中、Ｄで示した箇所）だけであり、高中圧タービン２の高圧部２Ａに対して独自の排気エリアを設ける必要がない。
また、蒸気通路６により分流されるのは蒸気の一部であり、蒸気通路６は、図６に示した再熱ライン１０６に比べて小径にできるから、中圧タービン４の入口への蒸気通路６の接続箇所（図１中、Ｅで示した箇所）はそれほどスペースが必要でない。よって、蒸気タービン１は、蒸気タービン１００に比べてロータ全体の軸方向長さが短くなるから、軸振動があまり問題にならず、高中圧タービン２と中圧タービン４とを同一車室（高中圧車室）に収納できる。これにより、高中圧車室のロータ貫通部分に設けられる軸受８及びグランド１０の数を最小限（２個ずつ）にして、軸受８による摩擦損失や、グランド１０からの蒸気漏れを抑制できる。

［第２実施形態］
図２は第２実施形態の蒸気タービンを示す図である。図３は、図２に示す蒸気タービンを備える原子力発電プラントの構成例を示す図である。
なお、図２に示した蒸気タービン２０は、蒸気通路６に湿分分離加熱器２２を設けた点を除けば、第１実施形態の蒸気タービン１と共通する。したがって、ここでは、第１実施形態の蒸気タービン１と共通する部分については、図１と同一の符号を付してその説明を省略する。

図２に示すように、蒸気タービン２０の湿分分離加熱器２２は、蒸気通路６に設けられおり、高中圧タービン２から分流された蒸気の湿分を除去し、かつ、該蒸気を加熱するようになっている。
このように、湿分分離加熱器２２によって、高中圧タービン２の途中で分流された蒸気の湿分を除去し、さらに蒸気を加熱することで、蒸気に含まれる水滴に起因する中圧タービン４のエロージョンや性能低下を防止するとともに、蒸気タービン２０のサイクル熱効率を向上させることができる。

図３に示すように、原子力発電プラント３０は、高中圧タービン２及び中圧タービン４と、これらの後段に設けられる低圧タービン３２とを有する。高中圧タービン２及び中圧タービン４と低圧タービン３２との間には、湿分分離加熱器３４が設けられている。高中圧タービン２の中圧部２Ｂ及び中圧タービン４を通過した蒸気は、湿分分離加熱器３４によって、湿分除去され、加熱される。また、複流方式の低圧タービン３２を通過した蒸気は、復水器３６によって復水され、原子炉に送られる。

このように、高中圧タービン２の途中で分流した蒸気を湿分分離加熱器２２で再熱するとともに、高中圧タービン２及び中圧タービン４から低圧タービン３２に向かう蒸気を湿分分離加熱器３４で再熱することで、サイクル熱効率を大幅に向上させることができる。

なお、上述の湿分分離加熱器２２及び３４は、蒸気に含まれる湿分を除去するとともに、該蒸気を加熱可能であれば任意の構成のものを用いることができるが、例えば、以下の構成のものを用いてもよい。

図４は、湿分分離加熱器の構成例を示す断面図である。同図に示す湿分分離加熱器は、円筒状の胴体４０内に加熱器チューブ４２、デミスター４４及び整流多孔板４６が収納された構成を有する。湿分分離及び加熱の対象である蒸気（サイクル蒸気）は、サイクル蒸気入口５０から胴体４０内に流入し、一旦下方に流れた後、上方に流れて、最終的にサイクル蒸気出口５２から排出される。サイクル蒸気は、胴体４０内をサイクル蒸気出口５２に向かって流れる途中で、整流多孔板４６によって整流され、デミスター４４によって湿分が分離された後、加熱器チューブ４２によって加熱される。なお、デミスター４４によって分離された湿分は、ドレン排出口５８を介して胴体４０から排出される。

加熱器チューブ４２は、例えばＵ字形のフィン付きチューブで構成される。そして、加熱蒸気入口５４から導入された加熱蒸気が加熱器チューブ４２の内側を流れ、デミスター４４を通過したサイクル蒸気が加熱器チューブ４２の外側を流れる。これにより、加熱蒸気とサイクル蒸気との間で熱交換がなされ、サイクル蒸気が加熱される。なお、サイクル蒸気を加熱した後の加熱蒸気は、加熱蒸気出口５６を介して加熱器チューブ４２から排出される。

デミスター４４は、シェブロン型のデミスターを用いることができる。図５はシェブロン型のデミスターの構成例を示す斜視図である。同図に示すデミスター４４は、上部と下部の枠６０，６２に多数の曲板６４が取り付けられている。曲板６４には、屈曲箇所ごとに捕集板６６が取り付けられている。曲板６４の壁面に沿って流れるサイクル蒸気中の湿分は、曲板３に衝突して捕集板６６を伝って下方に流れ、下部の溝６８に流れ落ちる。これにより、サイクル蒸気中の湿分が分離される。
あるいは、デミスター４４は、図５に示すシェブロン型のものに替えて、ワイヤーメッシュ型のものを用いてもよい。ワイヤーメッシュ型のデミスター４４では、サイクル蒸気がデミスター４４に衝突する際、湿分がワイヤーの表面に水滴として付着して、重力により落下することで、サイクル蒸気中の湿分が分離される。

以上説明したように、本実施形態の蒸気タービン２０によれば、蒸気通路６に湿分分離加熱器２２を設けたので、蒸気タービン１について説明した作用効果に加えて、蒸気に含まれる水滴に起因する中圧タービン４のエロージョンや性能低下を防止するとともに、蒸気タービン２０のサイクル熱効率を向上させることができるという有利な効果が得られる。さらに、高中圧タービン２及び中圧タービン４と低圧タービン３２との間に湿分分離加熱器３４を設けて、サイクル全体として湿分分離加熱器２２及び３４による２段階の再熱を行うことで、サイクル熱効率を大幅に向上させることができる。

なお、図２及び３に示す例では、蒸気の湿分を除去する湿分分離器と、蒸気を加熱する加熱器とを含む湿分分離加熱器２２及び３４を用いているが、湿分分離加熱器２２及び３４に替えて、湿分分離機構を単独で用いてもよい。
この場合、例えば、蒸気通路６が高中圧車室の内部のみに形成されている場合は、シェブロン型のデミスターやワイヤーメッシュ型などの湿分分離機構を高中圧車室内部の蒸気通路６に組み込むことができる。また、蒸気流路６の一部が高中圧車室の外部に形成されておれば、シェブロン型やワイヤーメッシュ型などの構成を有する湿分分離器をタービンの近傍に設置することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。

例えば、上述の実施形態では、高中圧タービン２と中圧タービン４とが同一車室（高中圧車室）内に収納される例について説明したが、高中圧タービン２と中圧タービン４とを別々の車室に収納してもよいことは言うまでもない。

１ 蒸気タービン
２ 高中圧タービン
２Ａ 高圧部
２Ｂ 中圧部
４ 中圧タービン
６ 蒸気通路
８ 軸受
１０ グランド
１２ ダミー
２０ 蒸気タービン
２２ 湿分分離加熱器
３０ 原子力発電プラント
３２ 低圧タービン
３４ 湿分分離加熱器
３６ 復水器
４０ 胴体
４２ 加熱器チューブ
４４ デミスター
４６ 整流多孔板
５０ サイクル蒸気入口
５２ サイクル蒸気出口
５４ 加熱蒸気入口
５６ 加熱蒸気出口
５８ ドレン排出口
６０，６２ 枠
６４ 曲板
６６ 補修板
６８ 溝
１００ 蒸気タービン
１０２ 高圧タービン
１０４ 中圧タービン
１０６ 再熱ライン
１０８ 軸受
１１０ グランド

Claims (12)

1. 原子炉と、
   前記原子炉で発生し蒸気入口から導入された蒸気が、高圧部及び該高圧部の後流側の中圧部を経て蒸気出口へと流れる単流方式の高中圧タービンと、
   単流方式の中圧タービンと、
   前記高中圧タービンの前記高圧部と前記中圧部との間の位置を前記中圧タービンの入口に連通する蒸気通路と、
   前記高中圧タービンと前記中圧タービンの後段に設けられた低圧タービンと、
   を備え、
   前記高中圧タービンの前記高圧部を通過した蒸気の一部が、前記蒸気通路を介して前記中圧タービンに導かれることを特徴とする原子力発電プラント。
2. 前記高中圧タービンと前記中圧タービンとが同一車室に収納されたことを特徴とする請求項１に記載の原子力発電プラント。
3. 前記蒸気通路に設けられ、該蒸気通路を流れる蒸気の湿分を分離する湿分分離機構をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の原子力発電プラント。
4. 前記蒸気通路に設けられ、該蒸気通路を流れる蒸気を加熱する加熱機構をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の原子力発電プラント。
5. 前記蒸気通路を流れる蒸気量が、前記高中圧タービンの高圧部を通過した蒸気の半分に設定されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の原子力発電プラント。
6. 前記高中圧タービンと前記中圧タービンとは同一軸に配置されており、
   前記高中圧タービンにおける蒸気流れの方向と、前記中圧タービンにおける蒸気流れの方向とは互いに逆方向であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の原子力発電プラント。
7. 前記高中圧タービンと前記中圧タービンとが同一車室に収納され、
   前記原子力発電プラントは、前記蒸気通路に設けられ該蒸気通路を流れる蒸気の湿分を分離する湿分分離機構をさらに備え、
   前記蒸気通路の少なくとも一部が前記同一車室の外部に設けられ、
   前記湿分分離機構は、前記同一車室の外側の蒸気通路に設けられることを特徴とする請求項１に記載の原子力発電プラント。
8. 前記高中圧タービンと前記中圧タービンとが同一車室に収納され、
   前記原子力発電プラントは、前記蒸気通路に設けられ該蒸気通路を流れる蒸気を加熱する加熱機構をさらに備え、
   前記蒸気通路の少なくとも一部が前記同一車室の外部に設けられ、
   前記加熱機構は、前記同一車室の外側の蒸気通路に設けられることを特徴とする請求項１に記載の原子力発電プラント。
9. 前記低圧タービンの蒸気入口を前記高中圧タービンの前記蒸気出口と前記中圧タービンの蒸気出口とに接続する蒸気ラインを備え、
   前記高中圧タービンの前記中圧部を通過した蒸気と前記中圧タービンを通過した蒸気とが前記蒸気ラインを介して前記低圧タービンに導かれることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の原子力発電プラント。
10. 前記中圧タービンには、前記蒸気通路から導かれた蒸気のみが流れることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の原子力発電プラント。
11. 前記高中圧タービンの前記中圧部には、前記高圧部を経た蒸気のみが流れることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の原子力発電プラント。
12. 原子炉と、蒸気入口と蒸気出口との間に、高圧部及び該高圧部の後流側の中圧部が設けられた単流方式の高中圧タービンと、単流方式の中圧タービンと、前記高中圧タービンと前記中圧タービンの後段に設けられた低圧タービンとを有する原子力発電プラントの運転方法であって、
    前記原子炉で発生し前記高中圧タービンの蒸気入口から導入される蒸気を前記高圧部において膨張させるステップと、
    前記高中圧タービンの前記高圧部を通過した蒸気を、第１蒸気と第２蒸気に分流するステップと、
    前記第１蒸気を前記高中圧タービンの前記中圧部で膨張させるとともに、前記第２蒸気を前記中圧タービンに導いて該中圧タービンで膨張させるステップと
    前記中圧部で膨張した前記第１蒸気及び前記中圧タービンで膨張した前記第２蒸気を前記低圧タービンに導いて膨張させるステップと、
    を備えることを特徴とする原子力発電プラントの運転方法。

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