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発明の名称 原子力施設ユーティリティ流体供給システムおよび方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2005−321336(P2005−321336A)
公開日 平成17年11月17日(2005.11.17)
出願番号 特願2004−140821(P2004−140821)
出願日 平成16年5月11日(2004.5.11)
代理人
発明者 鈴木 保彦
要約 課題
複数のユーティリティ流体を供給することのできる低コストの原子力施設ユーティリティ流体供給システムを得る。

解決手段
原子力施設内でユーティリティ流体を供給する原子力施設ユーティリティ流体供給システムにおいて、温度が互いに異なる複数のユーティリティ流体を製造するユーティリティ流体製造装置4、5と、ユーティリティ流体製造装置4、5で製造されたユーティリティ流体の負荷先である負荷先熱交換器8、9と、ユーティリティ流体製造装置4、5で製造された複数のユーティリティ流体を負荷先熱交換器8、9へ供給するためのユーティリティ流体供給配管と、ユーティリティ流体製造装置4、5で製造された複数のユーティリティ流体をバルブの切り換えによって負荷先熱交換器8、9へ供給するためのバルブ切り換え手段と、を備えている。
特許請求の範囲
【請求項1】
原子力施設内で使用されるユーティリティ流体を供給する原子力施設ユーティリティ流体供給システムにおいて、
温度が互いに異なる複数のユーティリティ流体を製造するユーティリティ流体製造装置と、
このユーティリティ流体製造装置で製造されたユーティリティ流体の負荷先である負荷先熱交換器と、
前記ユーティリティ流体製造装置で製造された複数のユーティリティ流体を前記負荷先熱交換器へ供給するためのユーティリティ流体供給配管と、
前記ユーティリティ流体製造装置で製造された複数のユーティリティ流体をバルブの切り換えによって前記負荷先熱交換器へ供給するためのバルブ切り換え手段と、
を備えたことを特徴とする、原子力施設ユーティリティ流体供給システム。
【請求項2】
前記負荷先熱交換器は冷水のみを供給する冷水負荷先熱交換器を含み、
前記ユーティリティ流体製造装置は、冷水および温水が同時に取り出しできる冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置を含み、
前記冷水負荷先熱交換器に対し、前記冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置を用いて、前記冷水負荷先熱交換器へ供給する温水熱量が冷水熱量に比較して大きい場合、前記冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置からの温水を前記ユーティリティ流体配管に接続する温水供給配管と、
前記冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置からの温水を搬送する温水搬送装置と、
を備え、
前記冷水負荷先熱交換器に温水を供給する際にバルブ操作することで温水熱量を補うことができるように構成されていること、
を特徴とする請求項1記載の原子力施設ユーティリティ流体供給システム。
【請求項3】
前記負荷先熱交換器は冷水および温水を供給する冷温水熱交換器を含み、冷水供給時と温水供給時に、前記ユーティリティ流体供給配管に接続されたバルブの切替えによって、前記冷温水熱交換器の流れ方向を逆転させるように構成されていること、を特徴とする請求項1または2記載の原子力施設ユーティリティ流体供給システム。
【請求項4】
前記ユーティリティ流体製造装置の吸排熱先として原子力施設の補機冷却水を用いるように構成されていること、を特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項記載の原子力施設ユーティリティ流体供給システム。
【請求項5】
前記原子力施設の補機冷却水を前記ユーティリティ流体製造装置に搬送する補機冷却水搬送装置と、
前記原子力施設の補機冷却水の供給温度が高い場合に、前記原子力施設の補機冷却水の少なくとも一部を前記ユーティリティ流体製造装置の吸排熱先入口へバイパスするためのバイパス配管と、
前記バイパス配管の流量を調節する調節バルブと、
前記ユーティリティ流体製造装置の吸排熱先入口温度を監視して、この吸排熱先入口温度が所定の範囲内になるように前記調節バルブを制御する監視制御装置と、
を備えたことを特徴とする請求項4記載の原子力施設ユーティリティ流体供給システム。
【請求項6】
前記冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置の冷水入口温度が低い場合に、前記原子力施設の補機冷却水を、冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置の入口側冷水と熱交換してその温度を調節するための冷水温度調節用熱交換器と、
前記冷水温度調節用熱交換器まで前記原子力施設の補機冷却水を供給する熱交換用配管と、
前記熱交換用配管の流量を調節する調節バルブと、
前記ユーティリティ流体製造装置の冷水入口温度を監視して、この冷却水入り口温度が所定の範囲内になるように前記調節バルブを制御する監視制御装置と、
を備えたことを特徴とする請求項4または5記載の原子力施設ユーティリティ流体供給システム。
【請求項7】
前記冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置の冷水入口温度が低い場合に、前記原子力施設の補機冷却水を、冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置の入口側冷水と直接混合することにより、前記冷水温水同時取り出しユーティリティ流体製造装置の入口側冷水温度を高めるように構成されていること、を特徴とする請求項4または5記載の原子力施設ユーティリティ流体供給システム。
【請求項8】
前記ユーティリティ流体製造装置の吸排熱先を、大気との熱交換を行なう冷却加熱搭とすること、を特徴とする請求項4または5記載の原子力施設ユーティリティ流体供給システム。
【請求項9】
原子力施設内で使用するユーティリティ流体を供給する原子力施設ユーティリティ流体供給方法において、
温度が互いに異なる複数のユーティリティ流体を製造するユーティリティ流体製造工程と、
このユーティリティ流体製造装置で製造されたユーティリティ流体を負荷先熱交換器へ搬送するユーティリティ流体搬送工程と、
前記ユーティリティ流体製造装置で製造された複数のユーティリティ流体をバルブの切り換えによって前記負荷先熱交換器へ供給するためのバルブ切り換え工程と、
を備えたことを特徴とする、原子力施設ユーティリティ流体供給方法。

発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、原子力施設ユーティリティ流体供給システムおよび原子力施設ユーティリティ流体供給方法に関し、特に、複数種類のユーティリティ流体をバルブの切り換えによって供給するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、原子力施設ユーティリティ流体供給システムは冷水・温水・蒸気等の独立した系統で構成され、系統ごとに機器を備え、負荷先まで独立の配管を用いて各ユーティリティ流体を供給している(特許文献1、2参照)。
【特許文献1】特開昭59−142368号公報
【特許文献2】特開平6−235796号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
ところで、冷水および温水の負荷先として換気空調用の冷却加熱コイルがある。この冷却加熱コイルは、外気温度によって冷水または温水を切り替えて供給しているものであるが、上述の通り、冷水および温水はそれぞれ別系統で構成されているため、機器および負荷先までの配管は別々に存在しており、初期投資費用が高くなるという問題があった。さらに、一方のユーティリティ流体を供給している間は他方のユーティリティ流体に関連する設備が遊休状態となり、年間の約半分は不要な設備になるという問題がある。
【0004】
以下、図5を参照して原子力施設ユーティリティ流体供給システムの従来例について説明する。
【0005】
図5は従来のシステム系統概略図である。冷水ポンプ3と、冷凍機17と、冷水ヘッダ7−1、7−2と、排熱源の補機冷却水14で冷水供給システムを構成し、冷却加熱コイル9または冷却コイル8に冷水を供給する。また、熱交換器15−2、15−3と、温水ポンプ2と、吸熱源の補機冷却水14または蒸気18とで温水製造システムを構成し、冷温水供給切替えバルブ10−18〜10−25の操作で冷却加熱コイル8へ温水を供給する。
【0006】
上述した従来の原子力施設ユーティリティ流体供給システムにおいては、供給ユーティリティ流体ごとに独立した系統になっており、特に、冷却加熱コイル8のような冷水および温水を切り替えて供給する負荷先に対して、複数の機器、配管を必要とする。このため初期投資費用が高くなるということが課題であった。
【0007】
特許文献1には、冷温水装置内部のバルブ切替えによって冷媒の流路を変えて冷温水を製造する技術が開示されているが、冷房・暖房を同時に行なえるシステムにはなっていない。また、特許文献2には、負荷の少ない定期検査に対応したヒートポンプ式冷凍機で構成したシステムが開示されている。このようなシステムでは、ヒートポンプ式冷凍機の選定によって、バックアップの蒸気熱交換器が必要となる。
【0008】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、複数のユーティリティ流体を低コストで供給する原子力施設ユーティリティ流体供給システムおよび方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために本発明は、原子力施設内で使用されるユーティリティ流体を供給する原子力施設ユーティリティ流体供給システムにおいて、温度が互いに異なる複数のユーティリティ流体を製造するユーティリティ流体製造装置と、このユーティリティ流体製造装置で製造されたユーティリティ流体の負荷先である負荷先熱交換器と、前記ユーティリティ流体製造装置で製造された複数のユーティリティ流体を前記負荷先熱交換器へ供給するためのユーティリティ流体供給配管と、前記ユーティリティ流体製造装置で製造された複数のユーティリティ流体をバルブの切り換えによって前記負荷先熱交換器へ供給するためのバルブ切り換え手段と、を備えたことを特徴とする。
【0010】
また、本発明は、原子力施設内で使用されるユーティリティ流体を供給する原子力施設ユーティリティ流体供給方法において、温度が互いに異なる複数のユーティリティ流体を製造するユーティリティ流体製造工程と、このユーティリティ流体製造装置で製造されたユーティリティ流体を負荷先熱交換器へ搬送するユーティリティ流体搬送工程と、前記ユーティリティ流体製造装置で製造された複数のユーティリティ流体をバルブの切り換えによって前記負荷先熱交換器へ供給するためのバルブ切り換え工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、複数のユーティリティ流体の負荷バランスから選定された、複数のユーティリティ流体を一つの機器で製造することができ、複数のユーティリティ流体に対し、共通の配管で供給が可能である。このため、イニシャルコストを削減することができ、従来システムに比べて遊休設備を少なくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明に係る原子力施設ユーティリティ流体供給システムおよび原子力施設ユーティリティ流体供給方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0013】
図1は、本発明に係る原子力施設ユーティリティ流体供給システムの実施の形態の系統概略図である。図1において、第1の冷温水ヘッダ6−1からn個の配管に分岐して、冷却加熱コイル(負荷先熱交換器)8−1、8−2、・・・8−nが接続され、これらが第2の冷温水ヘッダ6−2に接続されて合流している。第2の冷温水ヘッダ6−2からp個の配管に分岐されて、それぞれが冷温水ポンプ1−1、1−2、・・・1−pおよびシングル形冷温水発生器(ユーティリティ流体製造装置)4−1、4−2、・・・4−pを経て第1の冷温水ヘッダ6−1に戻るように構成されている。シングル形冷温水発生器4−1、4−2、・・・4−pは補器冷却水14と熱交換するようになっている。
【0014】
また、第1の冷水ヘッダ7−1からm個の配管に分岐して、冷却コイル(負荷先熱交換器)9−1、9−2、・・・9−mが接続され、これらが第2の冷水ヘッダ7−2に接続されて合流している。第2の冷水ヘッダ7−2からq個の配管に分岐されて、それぞれが冷水ポンプ3−1、3−2、・・・3−qおよびダブルバンドル形冷温水発生器(ユーティリティ流体製造装置)5−1、5−2、・・・5−qを経て第1の冷水ヘッダ7−1に戻るように構成されている。ダブルバンドル形冷温水発生器5−1、5−2、・・・5−qは補器冷却水14と熱交換するようになっている。
【0015】
第2の冷温水ヘッダ6−2からバルブ10−2を介してさらに配管が分岐され、温水ポンプ2−1、2−2、・・・2−qにより、ダブルバンドル形冷温水発生器5−1、5−2、・・・5−qに温水が供給されるようになっている。ダブルバンドル形冷温水発生器5−1、5−2、・・・5−qを出た温水は、バルブ10−2を経て第1の冷温水ヘッダ6−1に戻る。
【0016】
シングル形冷温水発生器4−1、4−2・・・4−pとダブルバンドル形冷温水発生器5−1、5−2、・・・5−qは、負荷バランスによって選定される。
【0017】
冷却加熱コイル8−1、8−2、・・・8−nに温水を供給する場合で、シングル形冷温水発生器4−1、4−2、・・・4−nで製造された温水のみでは冷却加熱コイル8−1、8−2、・・・8−nの負荷を満足できない場合には、ダブルバンドル形冷温水発生器5−1、5−2、・・・5−qで製造された温水をバルブ10−1が開状態で冷温水ヘッダ6−1に供給し、冷却加熱コイル8−1、8−2、・・・8−nの負荷不足分を補うことができる。
【0018】
図2は図1に記載のシングル形冷温水発生器4−1の詳細を示すフロー図で、温水供給状態を示す。他のシングル形冷温水発生器4−2、・・・4−pについてはシングル形冷温水発生器4−1と同様であるので説明を省略する。図2において、冷温水ヘッダ6−2より吸い込まれた温度の低い温水は冷温水ポンプ1−1によって送水され、バルブ10−3が開、バルブ10−7が閉の状態でシングル形冷温水発生器本体4−1aにて温度の高い温水を製造する。その温度の高い温水はバルブ10−4が開、バルブ10−8が閉の状態で冷温水ヘッダ6−1へ供給される。
【0019】
温水製造のための温度の高い熱源水は補機冷却水系14より供給され、バルブ10−5が開、バルブ10−9が閉の状態でシングル形冷温水発生器本体4−1aにて温水製造のために熱を奪われ温度の低い熱源水となる。その温度の低い熱源水はバルブ10−6が開、バルブ10−10が閉の状態で補機冷却水系14に戻される。
【0020】
また、補機冷却水系14から供給される温度が高い場合に、熱減水供給温度監視装置12−1からの熱源水供給温度制御信号13−1をバルブ10−11へ入力して開度を調節し、配管11−2から供給される温度の低い熱源水を温度の高い熱源水と混合させることで、熱源水供給温度監視装置12−1からの出力が熱源水供給温度目標値となるよう熱減水供給温度を制御する。
【0021】
すなわち、吸排熱先に同じ補機冷却水を使う場合には、冷却水および熱源水が同じ温度だと暖房時の温水の温度が決まるため必要な温水温度が得られない場合があるが、熱源水温度(補機冷却水)を調節することで所望の安定した温水出口温度が得られる。
【0022】
図3は図1に記載のダブルバンドル形冷温水発生器5−1の詳細を示すフロー図で、冷水および温水の同時供給状態を示す。ダブルバンドル形冷温水発生器5−2、・・・5−qについてはダブルバンドル形冷温水発生器5−1と同様であるので説明を省略する。図3において、冷水ヘッダ7−2より吸い込まれた温度の高い冷水は冷水ポンプ3−1によって送水され、ダブルバンドル形冷温水発生器本体5−1aにて温度の低い冷水を製造する。その低い温度の冷水は冷水ヘッダ7−1へ供給される。このときダブルバンドル形冷温水発生器で冷水を取り出した場合の排熱源は温水製造に使われる。冷温水ヘッダ6−2より吸い込まれた温度の低い温水はバルブ10−2開状態で温水ポンプ2−1によって送水され、ダブルバンドル形冷温水発生器5−1にて温度の高い温水を製造する。その温度の高い温水はバルブ10−1が開の状態で冷温水ヘッダ6−1へ供給される。
【0023】
また、ダブルバンドル形冷温水発生器本体5−1aで製造した冷水と温水の負荷バランスが崩れた場合に、冷水還温度監視装置12−2からの冷水還温度制御信号13−2をバルブ10−12へ入力して開度を調節し、配管11−3から供給される温度の高い熱源水を冷水温度調節用熱交換器15−1に供給し、温度の低い冷水と熱交換させることで、冷水還温度監視装置12−2からの出力が冷水還温度目標値となるよう冷水還温度を制御する。
【0024】
これにより、ユーティリティ製造装置(ダブルバンドル形冷温水発生器)において冷房負荷が小さいときに、温水出口温度が低くなるため、冷房負荷として冷水戻り温度より高温の補機冷却水と熱交換させることで安定した温水を取り出せる。
【0025】
変形例として、冷水温度調節用熱交換器15−1に代えて直接混合器(図示せず)を設けてもよい。
【0026】
図4は、図1に記載の冷却加熱コイル8−1の詳細を示し、温水供給状態を示す。冷却加熱コイル8−2、・・・8−nは冷却加熱コイル8−1と同様であるので説明を省略する。図4において、冷温水ヘッダ6−1より供給される温度の高い温水は、必要な熱交換量にバルブ10−13で調節され、バルブ10−14開、バルブ10−16閉の状態で冷却加熱コイル本体8−1aに供給される。温度の高い温水は温度の高い温水と同方向に流れる被熱交換流体16と熱交換し温度の低い温水となり、バルブ10−15が開、バルブ10−17閉の状態で冷温水ヘッダ6−2へ戻る。
【0027】
以上のように構成された原子力施設ユーティリティ流体供給システムでは、冷却加熱コイル8−1、8−2、・・・8−nと冷却コイル9−1、9−2、・・・9−mの負荷バランスによって選定されたシングル形冷温水発生器4−1、4−2、・・・4−pとダブルバンドル形冷温水発生器5−1、5−2、・・・5−qにより、冷水および温水を製造する。したがって、複数のユーティリティ流体を一つの機器で製造することができ、冷却加熱コイル8、8−2、・・・8−nへ供給するユーティリティ流体配管11−1は共通で使用することができる。
【0028】
また、シングル形冷温水発生器4−1、4−2、・・・4−pの温水製造時の熱源水供給温度が高い場合は、温度監視装置12−1と温度制御信号13−1によりバルブ10−11を調節し、配管11−2から温度の低い熱源水を温度の高い熱源水と混合させることで、熱源水供給温度を制御し、補機冷却水14を吸排熱先として利用することができる。
【0029】
さらに、ダブルバンドル形冷温水発生器5−1、5−2、・・・5−qの冷水負荷が小さい場合は、温度監視装置12−2と温度制御信号13−1によりバルブ10−12を調節し、配管11−3から温度の高い熱源水を冷水温度調節用熱交換器15−1に供給し、温度の低い冷水と熱交換させることで、冷水還温度を制御し、温水製造に支障をきたさない。
【0030】
以上説明した実施の形態では、ユーティリティ流体製造装置(ダブルバンドル形冷水温水発生器5−1等)において、圧縮機で得られた高温高圧の冷媒を凝縮器にて凝縮させるにあたり、冷却水を用いる代わりに、温水に排熱させる。そしてこの温水を暖房に利用する。このときユーティリティ流体製造装置は二つの凝縮器を有する。一つは冷房専用時に冷却水を通水するものであり、他方は冷房・暖房を一緒に行なうとき、上記温水を通水するものとなる。
【0031】
この装置は年間を通じて冷房が必要な原子力発電所において特に利用価値が高い。冷水と温水を同時に取り出すことができる。また、冬季に暖房専用機となるシングル形冷温水発生器4−1等と併用して使うことによって、冷熱源設備全体の設備台数低減も可能である。ほかにシングル形冷温水発生器4の故障時、点検時などのバックアップ用としても利用可能である。
【0032】
さらに、冷水温水を共通の配管で熱交換器まで送水する場合は流れ方向が一定となるが、冷房時と暖房時で空気流に対して冷水と温水を向流および並流に流すことができれば、夏季(向流)は熱交換後の空気温度が下げられる効果が期待でき、また、冬季(並流)は凍結防止の効果が期待できる。これを熱交換器周りのバルブの開閉操作で空気流と冷温水の流れ方向を決定することができる。すなわち、図4のバルブ10−14〜10−17は暖房時(並流)のバルブ開閉状態であり、これらを逆の開閉状態にすれば冷房時(向流)の状態になる。
【0033】
また、原子力発電所の補機冷却水は安定した温度で供給されるため、補機冷却水を吸排熱先として用いることで、安定した冷水または温水の供給が可能である。
【0034】
なお、上記説明は冷水、温水製造のための吸排熱源に補機冷却水14を利用するものとしたが、補機冷却水14が期待できない原子力施設には、補機冷却水14の代わりに、大気を吸排熱源とする冷却熱源搭を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明に係る原子力施設ユーティリティ流体供給システムの一実施の形態の系統概略図。
【図2】図1のシングル形冷温水発生器の一つの詳細を示すフロー図。
【図3】図1のダブルバンドル形冷温水発生器の一つの詳細を示すフロー図。
【図4】図1の冷却加熱コイルの一つの詳細を示すフロー図。
【図5】従来の原子力施設ユーティリティ流体供給システムの系統概略図。
【符号の説明】
【0036】
1…冷温水ポンプ、2…温水ポンプ、3…冷水ポンプ、4−1〜4−p…シングル形冷温水発生器(ユーティリティ流体製造装置)、4−1a…シングル形冷温水発生器本体、5−1〜5−q…ダブルバンドル形冷温水発生器(ユーティリティ流体製造装置)、5−1a…ダブルバンドル形冷温水発生器本体、6−1…第1の冷温水ヘッダ、6−2…第2の冷温水ヘッダ、7−1…第1の冷水ヘッダ、7−2…第2の冷水ヘッダ、8−1〜8−n…冷却加熱コイル(負荷先熱交換器)、8−1a…冷却加熱コイル本体、9−1〜9−m…冷却コイル(負荷先熱交換器)、10−1〜10−2…バルブ、11−1,11−2…配管、12−1,12−2…温度監視装置、13−1…温度制御信号、14…補機冷却水、15…冷水温度調節用熱交換器、16…被熱交換流体、17…冷凍機、18…蒸気




 

 


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