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【発明の名称】 原子炉補機冷却系統の運転方法およびシステム
【発明者】 【氏名】川崎 貴司

【氏名】大倉 稔

【氏名】草野 裕朗

【氏名】上妻 雄二

【氏名】大和田 一雄

【氏名】宮川 武尚
【要約】 【課題】補機冷却海水系は、その機能及び系統構成より原子炉定検中であっても長期間の停止が行えず、海水配管の保守・点検作業や改造工事等実施時の定検全体の工程へ与える影響が非常に大きくなっている。本発明は、上記海水冷却系の保守点検中は冷凍機による冷却に切り替えて補機類の冷却運転方法およびシステムを提供することにある。

【解決手段】原子炉補機類の冷却水を海水からとり熱交換器を介して補機類の冷却をおこなうものにおいて、前記海水による補機類の海水による冷却を停止し、前記海水冷却系統を隔離弁により隔離し、冷凍機の出力を前記熱交換器の一次側に接続し、冷凍機により補機類の冷却をおこなうことを特徴とする原子炉補機冷却系統の運転方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】原子力発電所における原子炉補機類の冷却水を海水からとり熱交換器の一次側に入力して熱交換をおこない補機の冷却をおこなうものにおいて、前記海水による補機類の海水による冷却を停止し、前記海水冷却系統を隔離弁により隔離し、冷凍機の出力を前記熱交換器の一次側に接続し、冷凍機により補機類の冷却をおこなうことを特徴とする原子炉補機冷却系統の運転方法。
【請求項２】前記請求項１の記載において、前記原子炉の定期検査時に前記冷凍機により前記補記類の冷却をおこなうことを特徴とする原子炉補機冷却系統の運転方法。
【請求項３】前記請求項１の記載において、定期検査の開始日と前記原子炉の停止からの経過日数により前記冷凍機冷却による冷凍機の台数を定めることを特徴とする原子炉補機冷却系統の運転方法。
【請求項４】原子力発電所における原子炉補機類の冷却水を海水からとり熱交換器の一次側に入力して熱交換をおこない補機の冷却をおこなうものにおいて、前記熱交換器の一次側に海水導入と放出との隔離をおこなう第１の隔離弁と、前記隔離弁と前記熱交換器の一次側との間に設けられた冷凍機による冷却系統との開閉をおこなう第２の隔離弁と、前記第１の隔離弁を閉にし前記第２の隔離弁を開にし前記熱交換器を介して前記補機類の冷却をおこなう冷凍機と、から構成したことを特徴とする原子炉補機冷却系統の運転システム。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子力発電所における原子炉補機冷却系統設備の改良に係わり、特に定検時に補機冷却海水系を停止し空冷方式による冷凍機による補機冷却設備を設け、補機冷却海水系の点検期間の改善を図るとともに、定検全体の工程改善を図るものである。
【０００２】
【従来技術】原子炉補機冷却系は大きく分けて次の三つの負荷を冷却している。まず、原子炉冷却材浄化系の非再生熱交換器に代表されるような、原子炉通常運転中に原子炉内の燃料崩壊熱を冷却するための第１の負荷、次に、燃料プール冷却浄化系の熱交換器に代表されるような、原子炉定検時に原子炉内から取り出した燃料からの崩壊熱を冷却するための第２の負荷、そして第３は、各種ポンプや圧縮機のような、それぞれの機器の運転上において発生する熱を冷却するための負荷、の三つに分けることができる。これらの熱は最終的には補機冷却海水系で海に放出される。
【０００３】また、これらのうち第２と第３は、原子炉通常運転中及び原子炉定検中であっても発生するものであり、基本的には、原子炉補機冷却系及び補機冷却海水系とも停止することができない系統設備である。
【０００４】このため、原子炉補機冷却系及び補機冷却海水系の主要な動的機器であるポンプ、あるいは熱交換器などについては多重性（冗長性）を持たせ、出入口の止め弁により隔離することで、系統を停止させることなく保守・点検が行えるように構成している。しかし、静的機器である配管系は、基本的に1系列構成であり保守・点検を行う際には熱負荷による水温上昇などの時間的な制限がある構成となっている。
【０００５】特に補機冷却海水系の配管は、取り扱っている流体が海水であることから内面の点検や保守の頻度が高いにもかからわらず、前記の状況より長時間にわたる点検が容易にできない状況となっている。
【０００６】現実的には、熱負荷が十分に低下するような長期間の定検時あるいは熱とのバランスを考慮した限られた時間内で点検保守作業を行うなどにより、海水系放出配管の内面点検や保守作業を実施している。また、補機冷却海水系の供給母管を含む直接的な改造工事の実施や、補機冷却海水系の配管や電源ケーブルが対象となる干渉対策工事にも、その工事作業を行う時期が制限されるなど定検全体の工程へ与える影響が非常に大きい。
【０００７】先行技術として、例えば特開平１１−３０６８５号公報がある。これは、非常用の炉心冷却系において、高圧炉心注水系は専用のガスタービン発電機を有し注水系の各種機器への電源供給源をデイーゼル発電機とガスタービン発電機との相互切り替えをおこなう電源切り替え手段を有するものである。また、原子炉のＬＯＣＡ時にも注水炉心を適切に冷却する非常用炉心冷却系を作動させ、原子力設備の信頼性を高めるためのものである。
【０００８】すなわち、発電系の切り替えや、補機冷却系に海水冷却系と切り替え可能な冷却装置を設けることについて開示されている。そして海水冷却系と切り替え可能な冷却装置について、次のような開示がある。高圧炉心注水系（ＨＰＣＦ）の熱負荷のみを、補機冷却系のその他の熱負荷冷却水循環路から隔離し、冷却装置（２７）によって冷却する場合が示されている。しかし熱交換器とは全く隔離された冷却系統を構成している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、補機冷却海水系はその機能及び系統構成より原子炉定検中であっても容易に長期間の停止が行えず、海水配管の保守・点検作業や改造工事等実施時の定検全体の工程へ与える影響が非常に大きい。
【００１０】本発明の目的とするところは、原子炉補機冷却系の負荷のうち、原子炉定検時に原子炉内から取り出した燃料からの崩壊熱を冷却する負荷に対し、その熱負荷を考慮した海水代替冷却が行える空冷方式の補機冷却系統設備を設け、補機冷却海水系を使用しないで、原子炉補機冷却系を別個に運転可能（単独運転可能）となる運転方法およびシステムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】原子炉補機冷却系のうちの定検中に発生する熱負荷を冷却することが出来る空冷方式の補機冷却系統設備を設け、補機冷却海水系を使用しないで原子炉補機の冷却をおこなうことができる。具体的には以下の手段により実現する。
【００１２】原子力発電所における原子炉補機類の冷却水を海水からとり熱交換器の一次側に入力して熱交換をおこない補機の冷却をおこなうものにおいて、前記海水による補機類の海水による冷却を停止し、前記海水冷却系統を隔離弁により隔離し、冷凍機の出力を前記熱交換器の一次側に接続し、冷凍機により補機類の冷却をおこなうことにより上記課題を解決することに特徴がある。
【００１３】前記原子炉の定期検査時の前記冷凍機により補機の冷却をおこなうこと、定期検査の開始日と前記原子炉の停止からの経過日数により前記冷凍機冷却による冷凍機の台数を定めることに特徴がある。
【００１４】また、前記熱交換器の一次側に海水との隔離をおこなう第１の隔離弁と、前記隔離弁よりも前記熱交換器の一次側に設けられた冷凍機による冷却系統の第２の隔離弁と、前記第１の隔離弁を閉にし前記第２の隔離弁を開とし前記熱交換器を介して前記補機類の冷却をおこなう冷凍機と、から構成した原子炉補機冷却系統の運転システムに特徴がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。本発明の制御対象となる原子炉補機冷却系及び補機冷却海水系の基本構成を図１に示す。
【００１６】原子炉補機冷却系は、循環ポンプ１（1ａ、１ｂ、１ｃの３台構成である）は、信頼性向上のために３台の冗長系としている。熱交換器２（2ａ、２ｂ、２ｃから構成されている）も３台系となっている。負荷としては原子炉冷却材浄化系の熱交換器に代表される原子炉通常運転時熱負荷3、燃料プール冷却浄化系の熱交換器に代表される原子炉定検時熱負荷4、その他一般機器熱負荷5とそれらを閉ループにて接続する配管系6及びポンプ吸込み圧力確保のためのサージタンク7から構成されている。
【００１７】また、補機冷却海水系は、海水ポンプ１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃの３台系）と、前記原子炉補機冷却系の熱交換器２の一時側の管を通って熱を放水口である海まで導く配管系１１および隔離弁１２（１２ａ〜１２ｆ）から構成されている。
【００１８】ここで、原子炉補機冷却系のポンプ、熱交換器及び補機冷却海水系の海水ポンプ容量は、原子炉通常運転時熱負荷、原子炉定検時熱負荷及び一般機器熱負荷の合計熱負荷より決定され、何らかの理由でポンプ1台が停止しても系統機能に影響が生じないようにすると共に、各ポンプ及び熱交換器の保守・点検が可能なように50％容量のものを3台有する設計とし、冗長性を持たせている。このように何らかの方法で冗長性を持たせるのが一般的である。基本的には冷却系は図１のような構成をもつ。
【００１９】図２は基本構成の図１に対して本発明である空冷式補機冷却系統設備を付加した場合を示している。空冷式の補機冷却系統設備は冷凍機２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）、循環ポンプ２２、補機冷却海水系配管１１と接続して原子炉補機冷却系の熱交換器2の熱を冷凍機２１へ閉ループにて接続する配管系23とポンプ吸込み圧力確保のためのサージタンク２４および空冷式の補機冷却系統設備の隔離弁２５（２５ａ、２５ｂ）から構成する。図２の場合、配管２３は隔離弁１２と熱交換器２の一次側との間に接続され、海水冷却系隔離時に冷凍機による冷却が海水系に影響を与えることなく運転できるように構成している。
【００２０】ここで、原子炉定検時に、補機冷却海水系を停止して代替冷却を行うためには、前記原子炉補機冷却系の負荷のうち、原子炉定検時熱負荷と定検時に運転が必要となる一般機器熱負荷分の冷却ができればよく、また、このうちの原子炉定検時熱負荷は図３に示すように、原子炉停止後の経過日数とともに低下することが知られているこのため、熱負荷が十分減少してから保守点検を行えば、冷凍機の容量が小さくて済むが、結局定検に期間が長くなってしまう。したがって、ある程度熱負荷が減少したところで、冷凍機による冷却をし、定検期間を短縮させなければならない。図３は原子炉停止後の日数と原子炉定検時の熱負荷の関係を表している。
【００２１】空冷式補機冷却系統設備の冷凍機２１の台数は、定検作業工程に合わせて代替冷却開始日を設定することにより決定される。大まかな例で説明すると、原子炉停止後18日目から代替冷却を開始するものとすれば、冷凍機２１の必要台数は3台となる。これに対して仮に、原子炉補機冷却系の設計全熱負荷を除去できるようにすると冷凍機は１０台以上、必要になる。また、原子炉停止後7日目から代替冷却開始するものとした場合には冷凍機は5台必要となる。もちろんこれはある程度の冗長性を考慮した場合である。
【００２２】また、海水よりも供給冷却水温度が低い冷凍機を使用することで熱交換器2での冷却効率が高まり、原子炉補機冷却系の熱交換器2への接続は1台のみで十分な性能を確保できる。図２はその例を示している。
【００２３】定検時に原子炉補機冷却系の熱交換器２を使用し、冷却する場合を例に説明する。原子炉補機冷却系の熱交換器２は、前記に示すように通常３台にて構成されているため、１台を予備機として待機状態とすることが可能であり、一般的である。定検時に本空冷式の補機冷却系統設備を使用する場合は、あらかじめ空冷式の補機冷却系統設備に接続される原子炉補機冷却系の熱交換器2を隔離弁１２（１２ａ、１２ｂ）にて海水系から隔離する。そして、原子炉補機冷却系の熱交換器２に入っている海水の水抜きを実施し、原子炉補機冷却系の熱交換器２（２ａ〜２ｃ）の管側の清掃を実施し、海水成分を除去し水抜き保管をしておく。
【００２４】海水成分の除去は、定検時、空冷式の補機冷却系統設備の配管及び冷凍機の保護のため海水成分に含まれる塩分を取り除くことを目的として、原子炉補機冷却系の熱交換器２（２ａ〜２ｃ）を淡水にて使用可能としている。
【００２５】定検時に水抜き保管してある原子炉補機冷却系の熱交換器2へ空冷式の補機冷却系統設備の隔離弁２５（２５ａ、２５ｂ）を開放し冷却水を、原子炉補機冷却系である燃料プール冷却浄化系の熱交換器に代表される原子炉定検時熱負荷４、その他一般機器熱負荷５へ供給し冷却を実施する。本発明を採用することにより、原子力発電プラントの原子炉定検時に補機冷却海水系を停止した状態で原子炉補機冷却系の単独運転が可能となり、原子炉定検時に補機冷却海水系を長期間停止できることから、補機冷却海水系配管系などの内面点検や保守作業、及び、改造工事作業などを実施時期等の制限なしに行うことが可能となり、原子炉定検全体の工程改善に効果がある。
【００２６】このように形成された補機冷却系統設備では、原子炉定検中に補機冷却海水系を長期間停止させることが可能となり、補機冷却海水系配管の内面点検や保守が可能となり、補機冷却海水系に係わる改造工事なども特別な制限なしで工事を行うことが可能となり、定検全体の工程改善を図ることが出来る。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、原子力発電プラントの原子炉定検時に補機冷却海水系を停止した状態で原子炉補機冷却系の単独運転が可能となり、原子炉定検全体の工程改善に寄与できる。
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【識別番号】０００２３３０４４
【氏名又は名称】株式会社日立エンジニアリングサービス
【識別番号】３９００２３９２８
【氏名又は名称】日立エンジニアリング株式会社
【識別番号】５９８１０９０３９
【氏名又は名称】株式会社 日立茨城ビジネスエンジニアリング
【出願日】 平成１３年３月１日（２００１．３．１）
【代理人】 【識別番号】１０００７４６３１
【弁理士】
【氏名又は名称】高田 幸彦 （外１名）
【公開番号】 特開２００２−２５７９７２（Ｐ２００２−２５７９７２Ａ）
【公開日】 平成１４年９月１１日（２００２．９．１１）
【出願番号】 特願２００１−５６３０９（Ｐ２００１−５６３０９）