JPH03279787A - タービン復水器の冷却水循環装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は原子力発電設備や火力発電設備のタービン復水
器に冷却水として海水や河川水等を循環供給するタービ
ン復水器の冷却水循環装置に関する。

（従来の技術） 一般に、発電設備のタービン復水器に冷却水として海水
や河川水等を供給する場合、環境への影響を最小限に留
めるため、取水される海水等の温度に対し、放水される
海水等の温度上昇を例えば７℃程度に抑えるようにして
いる。原子力発電設備の場合には、原子炉で発生した熱
量の約１／３はタービン発電機で電気に変換されるが、
残りの約１／３の熱量は利用されずにタービン復水器の
循環装置を経由して海や河川に放出されている。

したがって、エネルギの効率的運用を図るためには、海
中等へ放出される熱エネルギの回収が急務といえる。た
だし、タービン復水器の出口水温は、取水される水温に
対して、７℃程度上昇したものであり、しかも年間を通
して季節変動するため、有効に利用されるに至っていな
い。

（発明が解決しようとする課題） 第８図に海水温度の季節変化の状態を示す。

同図に示すように、海水温度（実線）に対し、出１コ海
水温度（破線）は年間を通して約７℃高いことがわかる
。

タービン復水器の海水循環装置から放出される熱エネル
ギの利用例としては、温水による魚の養殖がある。魚の
養殖に適した温度は、魚の種類によって異なり、例えば
クルマエビでは、２５〜２８℃、ハマチでは２４〜２９
℃、コイでは２５〜２８℃程度であることが知られてい
る。実際、平成元年７月１３１コ付けの原子力産業新聞
にて報道された東洋生物環境研究所の報告によれば、水
温２３〜２８℃の範囲で魚が好んで泳ぐとされている。

この適温範囲（２３〜３０℃）を、第８図に示した復水
型出［１海水温度と比較すると、復水器用１コ海水温度
は、冬期において適温範囲を大きく下回っていることが
分かる。

したがって、復水器出口海水温度を冬期においても適温
範囲に維持できるならば、温水による魚の養殖の利用拡
大を図ることができるものと考えられる。

また、復水器出口海水温度を年間を通して、略一定に維
持できるならば、例えばヒートポンプの熱源としても有
力なものとすることが可能となり、ヒートポンプを用い
てさらに高いレベルの熱媒として利用することが可能と
なる。

従来のタービン復水器の海水循環装置では、復水器出口
海水温度が取水される海水温度に依存して変化してしま
うため、タービン復水器から海水循環装置を経由して排
出される熱エネルギが十分に利用されていなかった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、海水
等の温度が低下する冬期あるいは中間期においても、夏
期と同程度に復水器出口温度を維持することができ、も
って温排水の利用性の一層高度化が図れるタービン復水
器の冷却水循環装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、タービン復水器に海水、河川水等の自然水を
冷却水として循環供給する循環ポンプと、前記冷却水を
取水口から復水器を経て放水口へ導く循環水配管と、前
記タービン復水器の出口に位置する循環水配管を互いに
連結するバイパス配管と、このバイパス配管に介挿され
たバイパス弁と、前記タービン復水器出口の循環水配管
のバイパス配管との合流部の上流側に配設された排熱回
収装置とを備え、前記排熱回収装置は、ヒートポンプ、
蓄熱槽もしくは多管式熱交換器またはこれらの組合せに
より構成してなることを特徴とする。

（作用） 夏期においては、取水口から取水される海水等の温度が
高いことから、排熱回収装置の入口の海水温度が排熱利
用上、十分に高い。したがって、この場合には、バイパ
ス弁を全開として、循環水ポンプにて供給される海水等
を全量、復水器へ供給する。

そして、冬期あるいは中間期において、取水される海水
等の温度が低下した場合には、排熱回収装置入口側に位
置する温度検出器の温度が所定の温度となるように、バ
イパス弁の開度を調整することにより、排熱回収装置へ
必要とされる温度の海水等を供給する。

排熱回収装置にて熱回収さた海水等は、バイパス配管と
の合流部で、取水されたままの冷海水等と混合され、放
水口から海等へ放出される。

この結果、排熱回収装置へ供給される海水等は、バイパ
ス弁の開度を調整することにより、任意に、あるいは夏
期と同程度の温度に制御して供給することが可能となり
、排熱利用の高度化を図ることができる。

一方、排熱回収装置にて熱回収され、保有熱量が減少し
た海水等は、バイパス配管との合流部にて、取水された
ままの冷海水等と混合されるため、熱回収されない場合
の海水温度差（例えば７°Ｃ）よりも熱回収分だけ、温
度差が低減されて、海等へ放出されるため、従来に比べ
て温排水による環境の影響を軽減することができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図はタービン発電気設備全体の基本構成を示してい
る。

図示しない原子炉圧力容器に主蒸気配管１が接続されて
おり、原子炉圧力容器内にて発生した蒸気は高圧タービ
ン２および湿分分離器３を介して低圧タービン４に導入
される。高圧タービン２には、低圧タービン４と発電機
５とが接続され、供給される蒸気によって高圧タービン
２および低圧タービン４、ひいては発電機５を回転させ
て発電を行うようになっている。低圧タービン４で仕事
をした蒸気は復水器６内に導入され、供給される海水に
より凝縮、液化されて復水となる。この復水は、復水ポ
ンプ１４により加圧され、復水配管７および給水配管８
を介して原子炉圧力容器内に戻される。復水配管７には
、空気抽出器９が介挿され、また給水配管８には低圧給
水加熱器１０、給水ポンプ１１および高圧給水加熱器」
２がそれぞれ介挿されている。また、高圧タービン２と
高圧給水加熱器１２との間には、異なる抽気管１５が配
設されている。

一方、復水器６には、図示しない取水口から復水器６を
経て、図示しない放水口へと海水を導く循環水配管２２
が接続されている。この循環水配管２２の上流側の取水
口位置に循環水ポンプ２１が介挿されている。また、復
水器６の出入口に位置する循環水配管２２には、その途
中にバイパス弁２４を介挿してバイパス配管２３が連結
されている。復水器６の出口に位置する循環水配管２２
には、バイパス配管２３との合流部の上流側に位置して
排熱回収装置２５が介挿されている。

第２図は本発明のタービン復水器の冷却水循環装置の基
本構成を示している。

例えば１１０万ｋ　ｗ級の原子力発電設備の場合、低圧
タービン４は３基で構成され、各々の低圧タ−ビン４に
は１基ずつの復水器６が付設されている。なお、説明を
容易にするために、図においては、１基の復水器６に対
する海水循環装置の基本構成を示しである。

１基の復水器６は、２個の氷室２７ａ、２７ｂから構成
され、循環水配管２２により、図示しない取水口から復
水器６を経て図示しない放水口へ至る流路が形成されて
いる。そして、循環水配管２２の上流側に位置する循環
水ポンプ２１の起動、停市に応じて開閉可能に構成され
ている。また、ポンプ出目弁３０の下流側には、図示し
ない隣接する別の復水器の循環水配管２２と連絡するた
めのポンプ出口連絡配管３５が、その途中にポンプ出口
連絡弁３６を介して配設されている。

また、循環水配管２２には、ポンプ出口連絡配管３５の
分岐部の下流側にて分岐し、かつ排熱回収設備２５の下
流側にて合流するようにバイパス配管２３が配設されて
いる。このバイパス配管２３にはバイパス弁２４が、そ
の途中に介挿されている。

また、バイパス配管２３の分岐部の下流側に位置する循
環水配管２２は、各々の水室２７ａ、２７ｂへ海水を供
給できるように分岐しており、分岐した循環水配管２の
１本は復水器人口弁３１ａを介挿して水室２７ａへ接続
され、他の１本は復水器人口弁３１．　ｂを介挿して水
室２７ｂへ水室２７ａとは逆向きになるように接続され
ている。

水室２７ａの出口側の循環水配管２２は、復水器出目弁
３２ａを介挿して、その下流側にて氷室２７ｂの出口側
の循環水配管２２と合流し、排熱回収設備２５へ接続さ
れている。

また、氷室２７ｂの出口側の循環水配管にも、上記の合
流部の上流側に復水器出目弁３２ｂが介挿されている。

排熱回収装置２５を出た循環水配管２２は、バイパス配
管２３と合流した後、図示しない放水口へと接続されて
いる。

さらに、復水器人口弁３１ａの下流側と復水器出口弁３
２ｂの上流側とを連絡する復水器氷室連絡配管３４ａが
、その中間に復水器水室連絡弁３３ａを介挿して配設さ
れている。また、復水器入口弁３　］、　ｂの下流側と
復水器出目弁３２ａの上流側にも、同じく復水器氷室連
絡配管３４ｂと復水器氷室連絡弁３３ｂとが配設されて
いる。

次に作用を説明する。

まず、第１図によって基本的な作用を説明する。

循環水ポンプ２１により、循環水配管２２を経由して復
水器２６へ供給された冷却水としての海水は、低圧ター
ビン４から供給される蒸気を凝縮する過程で昇温された
後、復水器２６の出口側に位置する循環水配管２２を経
由して、制熱回収装置２５へ供給される。排熱回収装置
２５で熱回収された海水は、バイパス配管２３を経由し
て復水器２６をバイパスする海水と混合された後、循環
水配管２２を経由して、図示しない放水口から海へ放出
される。

判然回収装置２５へ供給される海水の温度は、バイパス
弁２４の開度を調整することにより任意に制御すること
が可能である。

次に第２図によってさらに詳述する。

タービン復水器の冷却水循環装置の運転状態においては
、ポンプ出目弁３０、ポンプ出口連絡弁３６、復水器人
口弁３１ａ、３１ｂおよび復水器出口弁３２ａ、３２ｂ
は開放状態となっており、復水器水室連絡弁３３ａ、３
３ｂは閉鎖状態となっている。

復水器氷室２７ａ、２７ｂへ供給される海水の流駁は、
復水器出口弁３２ａ、３２ｂの開度を調節することによ
り制御される。また、排熱回収設備２５の入口海水温度
は、バイパス弁２４の開度、必要な場合は復水器出口弁
３２ａ、３２ｂの開度をも調節することにより制御され
る。

そして、復水器２６の水室２７ａ、２７ｂの伝熱管の洗
浄のために定期的に行われる逆洗操作は、従来どおりの
手順において実施される。すなわち、氷室２７ａの逆洗
を行う場合には、復水器人口弁３１ａと復水器出口弁３
２ａとを閉鎖腰復水器水室連絡弁３３ａ、３３ｂを開放
することにより、逆洗が可能である。

同様に、氷室２７ｂに対しては、復水器人口弁３１と、
復水器出口弁３２ｂとを閉鎖し、復水器１ 連絡弁３３ａ、３３ｂを開放することにより、洗浄が可
能となる。

さて、冬期等の厳寒期等において、海水温度が著しく低
下し、バイパス流量が増加し、復水器２６へ供給される
海水流量が大幅に減少するような場合には、復水器２６
の水室２７ａ、２７ｂの伝熱管内の流速が極端に低下す
る。そこで、海生物の付着等の悪影晋が生じるのを避け
るために、氷室２７ａ、２７ｂを直列に接続することに
より、伝熱管内の流計の維持を図ることが必要となる。

この場合は、復水器水室連絡弁３３ａは閉鎖のままとし
、復水器出目弁３２ａと復水器人口弁３１ｂとは閉鎖し
、復水器氷室連絡弁３３ｂは開放する。これにより、海
水の流れは水室７ａから水室７ｂへと直列になり、並列
の場合の２倍の流速を確保することができる。

また、反対に復水器氷室連絡弁３３ａ１復水器出目弁３
２ａおよび復水器人口弁３１ｂを開放し、復水器人口弁
３１ａ、復水器出目弁３２ｂおよび復水器氷室連絡弁３
３ｂを閉鎖することにより、海水の流れとして、水室７
ｂから水室７ａという順番の直列とすることもできる。

なお、本実施例においては、水室２７ａ、２７ｂの逆洗
は、従来通り並列運転にて行う必要があるが、復水器人
口弁１．１．　ａの上流と復水器出目弁３２ｂの下流お
よび復水器人口弁３１ａの下流と復水器出目弁３２ｂの
上流とを各々互いに連絡する連結配管並びに連絡弁を追
加することにより、水室７ｂから水室７ａという順番の
直列にて逆洗することも可能となる。

以上のように構成される本実施例のタービン復水器の冷
却水循環装置によれば、バイパス弁２４と、その必要に
応じて復水器出口弁３２ａ、３２ｂの開度を制御するこ
とにより、取水される海水温度の季節変動等に影響され
ることなく、常に必要とされる温度の海水を排熱回収設
備２５に供給することが可能となる。したがって、排熱
回収設備２５の用途を拡大し、かつ利用率を向上させる
ことができ、温排水の利用の高度化を図ることができる
。

４ また、従来では並列運用のみを前提としていた氷室を、
弁の切換えにより直列構成とすることにより、バイパス
流量が増加したときにも、海生物付着防止上必要とされ
る流速を確保することができる。

この結果、第８図に示すような海水温度の変動に対して
も、バイパス弁の開度および氷室の並列または直列運転
の選択等により、例えば容顔場に対して、適温とされる
例えば２３〜３０℃の海水を安定して供給することが可
能となり、温排水の利用の拡大を図ることができる。

なお、第８図において、夏期には復水器出口海水温度が
適温範囲を越えるが、この間は公海の海水を容顔に直接
用いることにより対応可能である。

また、放水口から放出される海水は、バイパス配管を流
れる取水されたままの海水と混合された後放出されるた
め、排熱回収された分たけ従来に比べて温度差が低減さ
れる。この結果、温排水による環境への影響を軽減する
ことができる。

第３図は本発明の他の実施例を示している。木」−５ 実施例では、第２図に示す排熱回収設備２５として、ヒ
ートバイブ式熱交換器４１を採用した場合についてのも
のである。

第３図において、排熱回収設備２５は、中間に管板４２
を配置して構成される２室の水室４３ａ。

４３ｂと、管板４２の両側に貫通し、各々の水室４３ａ
、４３ｂの流体と効率良く接するように配設される多数
のヒートバイブ４４と、熱交換率を高めるために水室４
３ｂ内に配置される多数の邪魔板４５とから構成される
ヒートバイブ式熱交換器４１、並びに給水タンク４６と
、給水ポンプ４７と、給水配管４８と、受水配管４９と
、給湯元弁５０と、給湯配管５１とから構成されている
。

本実施例では、受水配管４９を経由してヒートバイブ式
熱交換器４１の一方の水室４３ｂに、他方の水室４３ａ
の海水の流れに対して対向する方向から淡水を供給する
。氷室４３Ｂ内に供給された淡水はヒートバイブ４４を
介して、他方の水室４３ａを流れる高い温度の海水によ
り加温された後、給湯配管５１へと導かれる。

１−に うして加温された淡水を、例えば散水車５２に、給湯元
弁５０の開閉によって所定量供給する。

散水車５２は冬期に路面に温水を散水することにより、
融雪ならびにアスファルト粉塵の飛散を防止することが
できる。

また、給湯型により、温水利用設備へ温水を供給するこ
ともでき、軌道を設けて、荷車により海水を輸送するこ
ともできる。

第４図は、第２図に示す排熱回収設備２５として、ヒー
トポンプと蓄熱槽とを組合わせて併用した場合の他の実
施例を示す基本構成図である。

第４図において、排熱回収設備２５は、ヒートポンプ６
１と、蒸発器６２と、蓄熱槽６３と、冷媒配管６４と、
膨張弁６５と、吸熱ポンプ６６と、吸熱配管６７と、戻
り配管６８とから構成されている。

本実施例では、ヒートポンプ６１にて圧縮され高温とな
った冷媒か、冷媒配管６４により蓄熱槽６３へ供給され
る。蓄熱槽６３へ供給された高温冷媒は、蓄熱槽６３内
を流れる淡水と熱交換し、冷却凝縮される。冷却凝縮さ
れた冷媒は、次に冷媒配管６４により蒸発器６２へ供給
されるが、その冷媒配管６４の途中に介挿されている膨
張弁６５にて断熱膨張した後、蒸発器６２に至る。膨張
便６５の作用により、低温となった冷媒は、蒸発器６２
内を流れる温い海水により、効率良く蒸発させられた後
、再び冷媒配管６４を経由してヒートポンプ６１に戻さ
れ、冷媒の循環経路が形成される。

一方、蓄熱槽６３内にて加温され貯蔵されている熱水は
、吸熱ポンプ６６により、吸熱配管６７を経て、再び蓄
熱槽６３に戻され、淡水の循環経路が形成される。

第４図に示す実施例において、熱水の供給方法として、
第３図の例に示したように、車や荷車を用いて回分式に
供給することも可能である。

この場合の利用例としては、小型の断熱タンクに熱水を
入れて、車にて、各家庭や温室等に輸送し、過程や温室
では、断熱タンク内の熱水を直接に、あるいは熱交換し
て利用することにより、温水暖房や給湯が可能となる。

なお、第４図に示す蓄熱槽６３を用いた熱供給方式の場
合や、その応用として断熱タンクを用いた回分式の熱供
給方式の場合には、昼間と夜間の電力需要の変化に着目
して、熱回収を夜間に限定して行う方式もある。

この方法においては、昼間はバイパス配管２３に流れる
バイパス流量を制限して、復水器２６の冷却を最大限に
行うことにより、復水器２６の真空度を高めて、発電機
の能力を最大限に生かし、昼間の大きな電力需要を賄う
ことができる。

一方、電力需要が低下する夜間においては、排熱回収装
置において必要とされる復水器２６出ロ海水温度が得ら
れるように、バイパス配管２３を流れる流量をバイパス
配管２４により制御する。

この場合、復水器２６の冷却能力が制限され、復水器２
６の真空度が低下し、発電機の発生電力量も低下するこ
とになるが、その反面、排熱回収装置５の入口海水温度
を高めることができ、排熱の利用分野を拡大することか
可能となる。

９ この結果、電力需要が大きい昼間においては、発電を中
心に発電設備を運用できるばかりでなく、電力需要が低
下する夜間においては、発電量を制限する代りに、温度
レベルの高い熱回収を行うことが可能となり、排熱の利
用分野の拡大を図ることが可能となる。

第５図は、第２図に示す排熱回収設備２５として、多管
式熱交換器を採用した場合の他の実施例を示す基本構成
図である。

第５図において、排熱回収設備２５は、多管式熱交換器
７１と、給湯配管７２と、循環ポンプ７３と、戻り配管
７４とから構成されている。そして、多管式熱交換器７
１にて温い海水により加温された温水は、給湯配管７２
を経て排熱利用設備７５に供給される。排熱利用設備７
５にて利用され、温度降下した淡水は、循環ポンプ７３
によって、戻り配管７４を経て、再び多管式熱交換器７
１に戻され、淡水の循環経路が形成される。

この排熱利用例としては、淡水による養血をあげること
ができる。

０ なお、多管式熱交換器７１に代えて、プレート式熱交換
器や、他の形式の熱交換器を用いても、前記同様の効果
を得ることができる。

第６図はタービン復水器の海水循環装置のさらに他の実
施例を示す基本構成図である。

本実施例では、第２図に示す排熱回収設備に代えて、循
環水配管２２のバイパス配管２３との合流部の上流側に
、二手に分岐する温排水供給配管８１と、温排水供給配
管８１の途中に介挿される温排水供給元弁８２と、循環
水配管２２の温排水供給配管８１への分岐部とバイパス
配管２３との合流部の中間に介挿される流量調整弁８３
とを備えた構成とされている。

本実施例においては、復水器２６の水室２７ａ。

２７ｂを出た海水の一部ないしは全部が、温排水供給元
弁８２と流量調整弁８３との開度制御により、温排水供
給配管８１を経由して、図示しない排熱利用設備へ供給
される。

この場合の排熱利用設備の例としては、海水による養血
が考えられる。

第７図に示す実施例は、第５図の実施例において、給湯
配管７２の途中に昇温用熱交換器９１を介挿するととも
に、排熱利用の形態として、トラック等にて運搬可能な
小型の蓄熱槽９０を多数個接続したものである。

なお、昇温用熱交換器９１へは、第１図に示す抽気管８
５から分岐した抽気管９２にて蒸気を供給する。この蒸
気は、昇温用熱交換器９１て冷却され復水となった後、
復水配管９３により、第１図に示す復水器２６へ接続さ
れる。

この結果、第５図の実施例に比べて、第７図の実施例で
は更に高温の熱媒を得ることが可能となり、蓄熱槽へは
熱密度の高い熱媒を蓄えることが可能となる。

なお、以上で説明した全ての実施例においては、復水器
２６の冷却水として海水を用いたが、海水に代えて河川
水等の淡水を用いた場合にも、同様の作用効果が得られ
るものである。

〔発明の効果〕

以」二で詳述したように、本発明に係るタービン復水難
の冷却水循環装置によれば、季節変化によって取水され
る海水等の温度が変動したとしても、排熱回収設備で必
要とされる冷却水温度に、復水器出口海水温度を調整で
きるため、温排水の利用の高度化を図ることができるだ
けでなく、放水「１から公海等へ放出される海水等の温
度も、バイパス配管を流れる海水と、排熱回収設備によ
る熱回収により、従来よりも低減でき、温排水による環
境への影響を軽減することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るタービン復水器の冷却水循環装置
が適用されるタービン発電気設備の全体基本構成図、第
２図は冷却水循環装置の基本構成図、第３図は排熱回収
設備を示す基本構成図、第４は排熱回収設備として、ヒ
ートポンプと蓄熱槽とを組合わせ採用した場合の他の実
施例を示す基本構成図、第５図は排熱回収設備として、
多管式熱交換器を採用した場合の他の実施例を示す基本
構成図、第６図は本発明のさらに他の実施例を示３ す基本構成図、第７図は本発明のさらに異なる他の実施
例を示す構成図、第８図は海水温度の季節変化の一例を
示す構成図である。 ６・・・復水器、２３・・・バイパス配管、２４・・・
バイパス弁、２５・・・排熱回収設備。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. タービン復水器に海水、河川水等の自然水を冷却水とし
   て循環供給する循環ポンプと、前記冷却水を取水口から
   復水器を経て放水口へ導く循環水配管と、前記タービン
   復水器の出口に位置する循環水配管を互いに連結するバ
   イパス配管と、このバイパス配管に介挿されたバイパス
   弁と、前記タービン復水器出口の循環水配管のバイパス
   配管との合流部の上流側に配設された排熱回収装置とを
   備え、前記排熱回収装置は、ヒートポンプ、蓄熱槽もし
   くは多管式熱交換器またはこれらの組合せにより構成し
   てなることを特徴とするタービン復水器の冷却水循環装
   置。