高さが低減された蒸気生成デバイスを備える発電設備、およびpwrならびにbwr原子炉への適用

 

本発明は、熱源からの飽和蒸気V1の生成に適しかつチャンバ10内に配置される蒸気発生デバイス1と、チャンバ10内に配置され、蒸気発生器に下流で接続され、デバイス1によって発生する蒸気V1から水の大部分を除去する一連の分離器13と、分離器13に上流で接続され、かつ乾燥蒸気V3を発生させるために分離器から放出される蒸気V2中に浮遊する水滴を集める一連の乾燥機14と、乾燥蒸気V3を膨張させるための本体20を備える、乾燥蒸気V3からの発電に適した蒸気タービン2と、蒸気過熱器として作動するかまたは供給水を再加熱するのに適した一連の交換器23,7と、を備え、乾燥機14は、チャンバ10の外側に配置され、乾燥機の流入部14aは、分離器に上流で接続され、第1の流出部14bはタービンの本体20の流入部に下流で接続され、かつ第2の流出部14cは、熱源として交換器23,7に下流で接続される発電設備に関する。

 

 

本発明は、飽和蒸気生成デバイスと、飽和蒸気から生成される乾燥蒸気から発電するのに適した蒸気タービンとを備える発電設備に関するものである。
さらに本発明は熱源が原子炉であるそうした設備に関するものである。
より詳細には本発明は、コアによって直接的にまたは間接的に放出される熱から飽和蒸気を生成するためのデバイスに関する。
本発明は、強制的な蒸気循環を導入することなく、そうした飽和蒸気生成デバイスの高さを減少させることを目的としている。
本発明の主な用途は、すでに使用されているいわゆるII型およびIII型発電機の蒸気発生器を備える加圧水型原子炉(PWR)である。
主な用途に関連して説明するが、本発明は沸騰水型原子炉(BWR)にも適用される。
本発明は特に、低出力または中出力の原子炉やモジュールなどに適用される。さらに本発明は一体設計型原子炉に適用される。
現在、世界中で多くの加圧水型原子炉(PWR)が幅広い出力範囲で使用されている。安全上の理由から、低出力原子炉またはSMR(「スモール・モジュラー・リアクター」の頭文字)のための水利用型原子炉に関する調査により、できるだけ多くの構成要素が原子炉容器に一体化された原子炉構造に関する研究がなされてきた。
そうした文献には、一体型の原子炉構造を提供する多数のデザインが開示されている。一体型原子炉は基本的に非常にほっそりとしており、多くの場合に高さが20メートルを超える容器を有する。
そうした一体型原子炉構造の中で、2つのタイプがあることが見出された:第1のタイプでは蒸気発生器(GV)が原子炉容器に収容されており、第2のタイプでは蒸気発生器が原子炉容器の上方に配置されて原子炉容器のカバーを形成している。
第2のタイプの構造において、放熱する原子炉のコアは容器の底部に配置されている。基本的には放熱用の水がポンプによって強制的に対流するよう循環されているが、自然な対流が作用してもよい。冷水が、コアの下方流入部を通ってコアへ向けて流入し、冷水を加熱するコアを通過する。続いて冷水は、容器の中央部の空間へ向けて上昇し(一般的に昇水と称される)、容器の上方に配置された蒸気発生器の流入部へ到達する。この水は、PWRの一次水として知られる。水は、蒸気発生器を通る通路で冷却されるとともにその熱が作動流体(いわゆるPWRの二次水)の回路へ伝達され、続いて内側シェルと蒸気発生器の筐体を規定する外壁との間の環状空間内で容器へ戻る。
PWR原子炉のさまざまなデザインがこの構造を利用している:ここで非特許文献1に開示されるようにウェスティングハウスの名におけるSMR原子炉プロジェクトを参照されたい。また特許文献1で説明されかつ請求されるように本出願人の名におけるSMR原子炉プロジェクトが参照されてもよい。
いずれの原子炉プロジェクトにおいても、蒸気発生器はボイラータイプのものからなるとともに原子炉に関連付けられる。
このボイラー型蒸気発生器は、飽和蒸気生成デバイスと、飽和蒸気生成デバイスの上流に配置される2つのアセンブリとを備える。2つのアセンブリは二次蒸気の流動方向に連続して配置されており、これらアセンブリの全体の機能は、内部を一次水が循環するチューブの束によって生成される蒸気を、発生器から流出する際にできるだけ乾燥させることを確実にすることである。第1のアセンブリは、いわゆる分離アセンブリであり、一般的にサイクロン分離器からなり、かつ蒸気から水の大部分を取り除いてその水を重力の作用下で発生器の底部へ戻すのに適している。第2の下流のアセンブリは、分離アセンブリの下流の流れに依然として運ばれ得る少量の水の粒子を捕捉つまり捕集できる。
ウェスティングハウスの名におけるSMR原子炉プロジェクト(非特許文献1)では、ボイラー型蒸気発生器は2つの部分に分けられる。第1の部分は、容器の上方に配置されかつ環状形状を有している。一次水は、束の中央のチューブ内を上昇して、複数のチューブの流入部で分配され、チューブを垂直方向に通って、原子炉容器へ戻る。二次水は、チューブの外側を還流する。こうした第1の部分では、生成される蒸気の湿度は非常に高い。この蒸気は、タービンの活性化に使用される前に乾燥されるよう蒸気発生器の第2の部分へ送られる。
このデザインの付加機能は、一次回路のアセンブリ、つまり容器と蒸気発生器の第1の部分を形成するチューブの束とが、できるかぎりコンパクトとなるように選択される。このとき蒸気発生器の第2の部分は、第1の部分とは物理的に分離されており、蒸気発生器の筐体に隣接して配置される1つの構成要素内にサイクロン分離アセンブリおよび乾燥アセンブリの両方を含む。重力の作用下で凝縮液が戻ることができなくなると、循環ポンプが必要になる。言い換えると、SMRプロジェクト(非特許文献1)では二次水を強制的な循環させるためにポンプを提供することが必要となる。さらに蒸気発生器の第1の部分を離れて蒸気発生器の第2の部分へ向かう流体は液相の水の比率が高く、それは、蒸気相と混合されて流動できるためウォータースラグを形成する。配管に掛かる機械的応力と、ウォータースラグに関連する流動不安定性とを制限するために、蒸気発生器の第2の部分を第1の部分の上方に配置することが好ましい。こうした状況では、蒸気発生器全体と容器アセンブリとを合わせるとその高さは非常に大きくなる。
ループ型PWR原子炉または一体型PWR原子炉について、特許文献1に開示されるプロジェクトでは、蒸気発生器の2つの部分つまり蒸気の生成に特化した部分と乾燥に特化した部分とが同じ筐体内に配置される。しかしながらこのタイプのボイラー型蒸気発生器は、無視できない高さを有するという大きな欠点を有する。
そのため、強制的に対流させずにつまり1つ以上の再循環ポンプを使用することなく、二次水の再循環回路を維持したまま、PWR加圧水型原子炉のボイラー型蒸気発生器のコンパクト性を向上させることが必要とされている。
より大まかには、蒸気が、PWR加圧水型原子炉の蒸気発生器内で生成されるかあるいはBWR加圧水型原子炉の容器内で直接生成されるか、もしくは石炭、燃料油、ガス、木材または廃材などの1つ以上の燃料の燃焼による熱を放出する燃焼ボイラーによって放出される熱から生成されるかに関わらず、飽和蒸気の生成および乾燥のための、コンパクトなデバイスを提案することが必要とされている。
欧州特許第1464058号明細書
"Westinghouse Small Modular Reactor Nuclear Steam Supply System Design" - Proceedings of ICAPP '12 Chicago, USA, June 24-28, 2012 - Paper 12248

したがって本発明の目的は少なくとも部分的にこうした必要性を満たすことである。
本発明のこうした目的を達成するために、
− 熱源から飽和蒸気を生成するのに適しており、かつ筐体内に配置される蒸気生成デバイスと;
− 筐体内に配置されており、蒸気生成デバイスに下流で接続されており、かつデバイスによって生成される蒸気から水の大部分を抽出するのに適した、一連の1つ以上の分離器と;
− 一連の分離器に上流で接続されており、かつ一連の分離器から流入する蒸気中の浮遊状態の水滴を捕集して乾燥蒸気を生成するのに適した一連の1つ以上の乾燥機と;
− できる限り乾燥された蒸気から発電するのに適した、乾燥蒸気のための少なくとも1つのエキスパンダ本体を備える蒸気タービンと;
− 蒸気過熱器として機能するのに適した、あるいはいわゆる供給水を再加熱するのに適した、一連の交換器と;
を備える発電設備が提供される。
本発明によれば、一連の乾燥機は、蒸気生成デバイスの筐体の外側に配置されており、一連の分離器に上流で接続される流入部と、タービン本体の流入部に下流で接続される第1の流出部と、一連の交換器に熱源として下流で接続される第2の流出部と、を備える。
有利な実施形態によれば、蒸気タービンは、いわゆる高圧本体(HP)である本体と、いわゆる低圧本体である本体と、を備える二重本体タービンであり、一連の過熱器としての一連の交換器は、タービンの高圧本体の流出部と低圧本体の流入部とに接続されており、かつ高圧本体から流出した蒸気を、該蒸気が低圧本体に流入する前に、再加熱するのに適しており、かつ一連の乾燥機の第1の流出部が、高圧タービンの高圧本体の流入部に下流で接続される。
別の有利な実施形態によれば、蒸気タービンは、単一のエキスパンダ本体を備える単一本体タービンを備えており、一連の再加熱器としての一連の交換器は、蒸気生成デバイスの、単一本体タービンの下流で生成される供給水のための供給流入部に接続されており、かつ供給水の再加熱に適しており、かつ一連の乾燥機の第1の流出部は、タービンの単一本体の流入部に下流で接続されている。
本発明は、原則として、原子炉がループ型または一体型タイプであるか、またその出力がどのようなものであるかに関わらず、ボイラータイプの蒸気発生器を備えるPWR加圧水型原子炉に適用される。
したがって有利な実施形態では、熱源はPWR加圧水型原子炉のコアであり、かつ蒸気生成デバイスは、チューブの束を、一次水と該チューブの束からの流出部において飽和蒸気状態V2の二次水との間の熱交換のために備える蒸気発生器である。
この実施形態では、蒸気発生器の筐体は有利には反応炉の容器のカバーを構成してもよい。
別の有利な実施形態では、熱源は沸騰水型原子炉(BWR)のコアであり、蒸気生成デバイスは、BWR原子炉の容器に一体化されている。
本発明によれば、PWR原子炉の蒸気発生器またはBWR原子炉の容器の全高さが、従来技術に基づくボイラータイプの蒸気発生器またはBWR原子炉の容器と比較して低減されるだけでなく、非特許文献1に開示されるような従来技術のPWR原子炉とは対照的に、蒸気発生器の筐体中の作動流体の自然な循環が保持されるとの利点もある。
有利な実施形態では、一連の乾燥機は、一連の乾燥機の第2の流出部に上流で接続されるとともに一連の交換器に下流で接続されるじょうご形状の下部を備える単一の筐体に収容されている。
好ましくは、分離器はそれぞれサイクロン分離器から構成される。
有利な特徴によれば、上記設備が、150MWeに等しい出力のPWR加圧水型原子炉を備える場合、容器およびカバーを形成する筐体の全高さは15m未満であり、おおむね13.5mに等しい。
本発明はさらに、
− 容器と;
− 容器に収容される原子炉コアと;
− 上述の設備の蒸気生成デバイスと;
− 上述の設備の一連の乾燥機を備える筐体と;
を備える原子炉に関する。
本発明のさらなる利点および特徴は、添付の図面に関連して非限定的な典型例として提供される本発明の例示的な実施形態についての以下の詳細の説明からより明らかとなろう。
従来技術に基づく加圧水型原子炉(PWR)のためのいわゆるボイラー型蒸気発生器の長手方向断面図である。 従来技術に基づく沸騰水型原子炉(BWR)のためのいわゆるボイラー型蒸気発生器の長手方向断面図である。 ランキンサイクルをその二次回路に使用した、従来技術に基づく加圧水型原子炉(PWR)を示す図である。 ランキンサイクルをその二次回路に使用した、本発明に基づく加圧水型原子炉(PWR)を示す図である。 ランキンサイクルをその二次回路に使用した、本発明に基づく沸騰水型原子炉(BWR)を示す図である。 単一本体タービンを備えるランキンサイクルをその二次回路に使用した、従来技術に基づく加圧水型原子炉(PWR)を示す図である。 単一本体タービンを備えるランキンサイクルをその二次回路に使用した、本発明に基づく加圧水型原子炉(PWR)を示す図である。
本出願において、「垂直」、「下」、「上」、「底部」、「上部」、「下方」、「上方」との用語は、本発明の基づく蒸気発生器、原子炉の容器、一連の乾燥機が垂直作動構造である場合の蒸気発生器、原子炉の容器、一連の乾燥機を参照して理解されたい。そのため、ある作動状態では、原子炉容器の上部はコアの上方に配置される。
同様に本出願では、「流入部」、「流出部」、「下流」および「上流」との用語は、蒸気生成デバイス内および当該蒸気生成デバイスから蒸気タービンへかけての両方におけるランキンサイクルでの飽和蒸気の循環方向を参照して理解されたい。
明瞭にするために図2〜図7では、同じ参照符号が、従来技術に基づく原子炉および核施設ならびに本発明に基づく原子炉および核施設の同じ要素を示すように使用される。
PWR原子炉を示す図面の描写に関して、作動流体は二次流体または二次水を示す。中間流体は一次流体または一次水を示す。
BWR原子炉を示す図面の描写に関して作動流体のみが示される。中間流体は存在しない。
すべての図面において規定されるように、PWRまたはBWR原子炉の作動容器部分は簡単化されており、原子炉のコアおよびBWR原子炉の場合では一次流体のための主要流体経路のみが区別されている。明らかなことに原子炉容器はさらにポンプを(BWR原子炉の場合には加圧器を)備えており、本発明の開示に関連しない他の構成要素(図示せず)も備えている。
説明のために明瞭にするために図3〜図5では、蒸気タービン2のHP高圧本体20およびBP低圧本体21におけるすべての抽出ポイント、つまり二次高温水を再加熱するために給水パイプへの二次高温水の抽出に適した二次水(作動流体)回路のいくつかの部分が、図示されていない。
図1には、PWR原子炉のために飽和した蒸気を生成するいわゆるボイラー型蒸気発生器1が詳細に図示される。そうしたボイラー型蒸気発生器1は筐体10に収容される。
まずボイラー型蒸気発生器1は、一次流体と気化される二次流体との間の熱交換に適したチューブの束11を備える。そうした蒸気発生器1がPWRタイプの原子炉によって発生される熱から蒸気を発生させるために使用される場合、2つの流体つまり一次流体および二次流体は水からなる。チューブの束11自体は筐体10内のシェル12内に収容される。基本的にPWR(一体型)原子炉のコアCは筐体10のすぐ下に配置され、筐体10は原子炉16の容器15のカバー(蓋)を構成する。具体的には、ループタイプのPWR原子炉に関して一次水の流出入のためのパイプは蒸気発生器の下方に配置される。
少なくとも1つのインペラ13が、チューブの束11の上方においてシェル12の内側に配置される。インペラ13は、サイクロン分離器にしっかりと取り付けられてサイクロン分離器の一部を形成する。他の部分はシェル12を構成する筒状包囲部分である。
一連のサイクロン分離器13の上方には、一般的にシケイン壁を備える一連の乾燥機14が配置される。
ここで、そうした蒸気発生器1の機能について、一次回路および二次回路の水循環方向を示す矢印と関連させて説明する。
一次回路は、原子炉のコアで加熱されるいわゆる一次水から構成される。一次水は、流入開口17を介して供給され、チューブの束11内を循環し、続いて原子炉のコアへ戻るために流出開口18を通って流出する。
蒸気発生器1の第1の部分では、二次水として知られる二次回路からの水が、シェル12内のチューブの束11と接触することによって気化する。チューブの束11との接触領域の出口では、二次水は部分的にしか気化されておらず(状態V1)、そのためそれ自体を蒸気タービンへ供給するよう使用することはできない。
蒸気発生器の第2の部分は、そうした蒸気がタービンを活性化させるために使用される前に、蒸気を完全に乾燥させることができる。この第2の部分は、一連の分離器13と一連の乾燥機14とを備える。サイクロン分離器の固定されたインペラ13を通過する際に、移動する二次水は回転させられる。液相が外側へ向けて放出される一方で蒸気相は中央に留まり、状態V2へ移行する。
液相は、重力の作用下で、供給水(つまり蒸気発生器1に流入する二次水)とともに、外壁10と内側シェル12との間で区切られる環状空間へ送り返される。
サイクロン分離器13からの流出部では、状態V2の水のほぼすべてが液相から分離されているが、液状の水からなる液滴を依然として含んでいることがある。液状の水からなる液滴は、タービンベーンを腐食する恐れがあるため、二次蒸気自体を蒸気タービンへ供給できなくする。
そのため流出部19において乾燥蒸気を得るために、サイクロン分離器13を離れた二次蒸気は、低速で一連の乾燥機14を通過する。この乾燥機14で、液滴は除去されて、重力の作用下で供給水とともに乾燥機14付近のその底部における湾曲矢印で示されるように戻される。この時点で蒸気は乾燥蒸気からなる状態V3へ移行している。
そのため自然な対流で、二次水は繰り返し(3回、4回またはそれ以上)蒸気発生器の筐体内部のループを通過する。このループは、外壁10および内側シェル12の間の環状空間と、チューブの束11と、サイクロン分離器13と、乾燥機14とによって形成される。
図2には、BWR原子炉のために飽和した蒸気を生成する別のボイラータイプの蒸気発生器1が詳細に図示される。そうしたボイラー型蒸気発生器1は筐体10に収容される。図1とは、一次流体と気化される二次流体との間の熱交換に適したチューブの束11がない点で異なる。作動流体が、原子炉のコアCを通過することによって加熱され、直接蒸気に移行させられる。一連の分離器13および一連の乾燥機14は、原子炉の出口で乾燥蒸気V3が得られるようにする。
一般的には、従来技術に基づくボイラー型蒸気発生器1の全高さHの半分が、チューブの束11の高さH1に実質的に対応し、高さHの4分の1が、サイクロン分離器13の配置に必要な高さH2に実質的に対応し、高さHの残りの4分の1が、乾燥機14の配置に必要な高さH3に実質的に対応する。
そうした従来技術に基づくボイラー型蒸気発生器1は作動の観点では申し分ないが、その実質的な全高さHに起因して幾何学的空間が大きいことについて大きな欠点を有する。
蒸気発生器1のこの実質的な高さHは、できる限りコンパクトにすることが望まれる原子炉では、特にすでにボイラー型蒸気発生器が特許文献1に開示されるような加圧水型原子炉(PWR)の容器のカバーとして考慮して設計されている原子炉では、不利となり得る。
実際にこの実質的な高さHは、高さを最小にすることが望まれる固定式の地上核設備に関して、あるいは船によって輸送可能な核設備に関して、不利となり得る。
そのため、そうした蒸気発生器1の全高さHを低減するために、本発明の発明者は、蒸気加熱要素と作動流体との間の自然な循環を維持したままで作動流体回路の本質的な構成要素を2つの部分に物理的に分離することを考案した。
本発明によれば、図4および図5に図示されるように、一連の分離器13に上流で接続された流入部14aと、蒸気タービン2の高圧本体20の流入部に下流で接続された第1の流出部14bと、一連の過熱器23に下流で接続された第2の流出部14cと、を備える一連の乾燥機14を蒸気発生器1の筐体10の外側に配置することが提案される。
つまり一連のサイクロン分離器13は従来技術のように蒸気発生器1の筐体10内部のチューブの束11の上方に留められているが、本発明では一連の乾燥機14は発生器1の筐体10の外側に配置されている。一連の乾燥機14によって捕集される二次水の液相を従来技術のように重力の作用下で供給水へ向けて送り返すことはできないため、本発明では二次水の液相はタービンの一連の過熱器23へ直接送られる。
さらに言い換えると、本発明によれば本発明に基づく蒸気発生器の全高さが従来技術に基づくボイラー型蒸気発生器と比べて低減されるだけでなく、非特許文献1に開示されるような従来のPWR原子炉と比較して、蒸気発生器1の筐体10の内側の作動流体の自然な循環が保持される利点も保たれている。
図3には、従来技術に基づくPWR原子炉の二次回路に一般的に見られるランキンサイクルの簡単な図が図示される。ここでは図1に示されるように蒸気発生器1は筐体10に収容されており、二次水回路は、2つのエキスパンダ本体20,21を備える蒸気タービン2を有する。
蒸気発生器1の上流から下流にかけて、二次回路は、それ自体がHP高圧本体20および低圧本体21を備える蒸気タービン2を備える。一連の過熱器23と直列な一連の乾燥機22は、まずHP本体20の流出部に接続され、続いてBP本体21の流入部に接続される。一連の過熱器23は、好ましくは一連の乾燥機22からの流出部に配置される。
一連の乾燥機22および過熱器23は、蒸気タービン2の効率を向上させてBP本体21のベーンの腐食を防止する機能を有する。実際にHP本体20からの流出部において、二次蒸気は、10%のオーダーの熱力学的滴定濃度(thermodynamic titer)を伴う非常に高い湿度を有する。そのため一連の乾燥機22は、タービン2のBP本体21のベーンの腐食を防ぐために、熱力学的滴定濃度をユニットに対して対応できる値まで戻すことができる。一連の過熱器23は、HP本体20を離れた二次蒸気がBP本体21に流入する前に二次蒸気を再加熱でき、それによりタービンの効率性が向上される。通常は、PWR原子炉の二次回路では、HP本体20からの流出部における蒸気圧力は、約10バールのオーダーのものである。
蒸気は、一連の過熱器23に直接蒸気を導入する二次回路部分によって、まさにHP本体20への流入部において蒸気を抽出することによって過熱される。通常は、HP本体に流入する前に、蒸気の約10%が蒸気の過熱のために転用される。
蒸気発生器から流出してHP本体20を迂回した蒸気は、その熱を圧縮によって乾燥機22をBP本体21へ接続する二次回路の主要部分へ伝達する。
二次回路の戻り部分つまり供給水を蒸気発生器1の流入部へ送り返す部分では、タービン2のBP21の流出部において、蒸気は、非常に圧力が低いタイプの凝縮器3を用いて完全に凝縮され、続いてリフトポンプ40と称される第1のポンプを用いて、一般的に供給タンクと称される水捕集器5へ送り返される。供給水ポンプと称される第2のポンプ41は、高圧の供給水を用いて蒸気発生器1への供給を可能にする。タービン2のHP本体20を離れた蒸気の一部は、供給ポンプ41の下流の一連の再加熱器6を用いて、供給水を予加熱できる。再加熱器6を経て供給水を予加熱するために使用された蒸気は、供給タンク5へ向けて上流に送り返されてもよい。HP本体20における2つのエキスパンジョンステージ間で蒸気を抽出することによって供給水を再加熱するよう作用する蒸気は、供給タンク5へ戻ってもよい。同様のことが乾燥機22からの凝縮液にも適用できる。
図4には、図1に基づくPWR原子炉のランキンサイクルと同様であるが本発明に基づく一連の乾燥機14の構成を備えるものが単純化された図面で示される。
ここで一連の乾燥機14は、蒸気発生器1の筐体10の外側に配置されており、上流で一連の分離器13に接続された流入部14aと、下流でタービン2の高圧本体20の流入部と接続された第1の流出部14bと、下流で一連の過熱器23に接続された第2の流出部14cとを備える。
一連の乾燥機14は、じょうご141の形状の筐体140に収容される。筐体140の開口14cは、上流では一連の乾燥機14の第2の流出部に接続されており、下流では一連の過熱器23に接続されている。
そのため本発明によれば、蒸気発生器1内の作動流体の循環は、環状空間とチューブの束11とサイクロン分離器13とを備える水力学的ループ内で、筐体10内部の自然な対流によって、つまり強制的に対流させることなく自然に保証される。実際に一連の乾燥機14によって捕集された凝縮液は、過熱に必要な蒸気の流れとともに、じょうご141を経て、タービン2のHP本体20とBP本体21との間の一連の過熱器23へ送られる。図示されるように、本発明に基づく図4の二次回路の別の部分はすべて、従来技術に基づく図3の二次回路の他の部分に関して交換不可能となっている。
蒸気発生器の筐体10を離れた蒸気は、水滴を含んでいるため質が悪くタービン2に導入できないが、液状の水の量は少ないため、この混合物の流れは、安定性を損なうスラグタイプの流れを発生させる恐れがない。こうした状況では、乾燥機14を含む筐体140は、高さ制限なく、蒸気発生器1の筐体10に隣接して配置されてもよい。原子炉の全高さを低減するために、つまり容器と蒸気発生器の筐体10および乾燥機の筐体140を備える蒸気生成デバイスのアセンブリとの全高さを低減するために、蒸気発生器1の筐体10の上部のわずかに下に筐体140を配置することが適切なポジションとなる。
図5には、図2に基づくBWR原子炉のランキンサイクルの同様に簡単化された図が示されるが、図4に関して図示されかつ開示された本発明に基づく一連の乾燥機14の構成が設けられている。
本発明によれば、150MWeの出力のPWR原子炉のために、チューブの束11の交換長さの増大と併せて、本発明に基づく乾燥部分を移転することによって、約5mの全高さH’の蒸気発生器の筐体10を得ることができる。本発明に基づく乾燥機の一部の移転を伴わない従来技術に基づく蒸気発生器の筐体10の全高さHは、約1メートル以上大きなものとなる。
PWR原子炉に関連して説明したが、本発明の範囲内で他の用途も考慮されてもよい。
図2および図5を参照して説明したように、一連の乾燥機14を、これまで一連の分離器および一連の乾燥機が必然的に反応炉容器の上部に一体化されていた(図2)ESBWR原子炉(「高経済性単純化沸騰水型原子」)などの公知の沸騰水型原子炉の原子炉容器の外側へ移転させることも実際に可能である。
本発明は、原子炉および単一本体タービン2、つまり単一の蒸気エキスパンダ本体20を有するタービンを備える発電設備に適用することもできる。そうした適用例が従来技術に基づく図6および本発明に基づく図7に関連して例示されている。
図6には、従来技術に基づくPWRの二次回路に一般的に見られるランキンサイクルの単純化された図が示される。ここでは図1で説明されたように蒸気発生器1は、図3および図4とは異なり、筐体10の内側に収容されており、二次回路は、単一のエキスパンダ本体20を備える単一本体蒸気タービン2を備える。
従来技術に基づく図3および本発明に基づく図5に図示される二重本体タービンを備える二次回路とは異なり、単一本体蒸気タービン2は、一連の乾燥機22および一連の過熱器23を備えていない。
そのため単一本体タービン2を備える二次回路の戻り部分において、つまり供給水を蒸気発生器1の流入部へ戻す部分において:
− タービン2の単一本体20を離れた蒸気の一部は、凝縮器3を用いて完全に凝縮され;
− タービン2の単一本体20を離れた蒸気のうち他の部分は、供給水ポンプ41の下流における一連の再加熱器6によって供給水を予加熱できる。
再加熱器6によって供給水を再加熱するために使用される蒸気は、供給タンク5へ向けて、上流へ戻されてもよい。
本発明に基づく図7に図示されるように、単一本体タービン2を備える二次回路は、一連の乾燥機14の流出部14cにおいて、他の一連の再加熱器6によって前もって予加熱された供給水を再加熱するために、別の一連の予加熱器7へ向けて凝縮液を送ることが提案されている。
再加熱器7からの流出部において、凝縮液は、供給水を予加熱するために再加熱器6へ送られてもよい。同様に本体20から抽出された蒸気8は、同様の目的で再加熱器6へ送られてもよい。
蒸気が、原子炉を用いてではなく、石炭、燃料油、ガス、木材または廃材などの1つ以上の燃料の燃焼による熱を放出するボイラーを用いて生成される発電設備に、この設備を適用することも可能である。
本発明は上述の例に限定されるものではなく;特に図示された例示の複数の特徴は図示されていない変形例の範囲内で組み合わせられてもよい。
1 蒸気生成デバイス
3 凝縮器
5 供給タンク
6,7 再加熱器
10 筐体
11 チューブの束
13 分離器
14 乾燥機
14a 流入部
14b,14c 流出部
15 容器
16 原子炉
17 流入開口
18 流出開口
40 リフトポンプ
41 ポンプ



  1. 発電設備であって、
    − 熱源から飽和蒸気(V1)を生成するのに適しており、かつ筐体(10)内に配置される蒸気生成デバイス(1)と;
    − 前記筐体(10)内に配置されており、前記蒸気生成デバイス(1)に下流で接続されており、かつ前記デバイス(1)によって生成される蒸気(V1)から水の大部分を抽出するのに適した、一連の1つ以上の分離器(13)と;
    − 前記一連の分離器(13)に上流で接続されており、かつ前記一連の分離器から流入する蒸気(V2)中の浮遊状態の水滴を集めて乾燥蒸気(V3)を生成するのに適した一連の1つ以上の乾燥機(14)と;
    − 乾燥蒸気(V3)からの発電に適した、乾燥蒸気(V3)のための少なくとも1つのエキスパンダ本体(20)を備える蒸気タービン(2)と;
    − 蒸気過熱器として機能するのに適した、あるいはいわゆる供給水を再加熱するのに適した、一連の交換器(23,7)と;
    を備えており、
    前記一連の乾燥機(14)が、前記蒸気生成デバイス(1)の前記筐体(10)の外側に配置されており、前記一連の分離器(13)に上流で接続される流入部(14a)と、前記タービン本体(20)の流入部に下流で接続される第1の流出部(14b)と、前記一連の交換器(23,7)に熱源として下流で接続される第2の流出部(14c)と、を備えることを特徴とする発電設備。

  2. 前記蒸気タービンは、高圧本体(HP)と称される本体(20)と、低圧本体(BP)と称される本体(21)と、を備える二重本体タービンであり、
    前記一連の交換器(23)は、一連の過熱器として、前記タービン(2)の前記高圧本体(20)の流出部と前記低圧本体(21)の流入部とに接続されており、かつ、前記高圧本体から流出した蒸気を、該蒸気が前記低圧本体に流入する前に、再加熱するのに適しており、かつ、
    前記一連の乾燥機(14)の前記第1の流出部(14b)が、前記高圧タービン(20)の前記高圧本体(20)の前記流入部に下流で接続されていることを特徴とする請求項1に記載の発電設備。

  3. 前記蒸気タービンは、単一エキスパンダ本体(20)を備える単一本体タービンであり、
    前記一連の交換器(7)は、一連の再加熱器として、前記蒸気生成デバイスの、前記単一本体タービンの下流で生成される供給水のための供給流入部に接続されており、かつ、前記供給水の再加熱に適しており、かつ、
    前記一連の乾燥機(14)の前記第1の流出部(14b)は、前記タービンの前記単一本体(20)の前記流入部に下流で接続されていることを特徴とする請求項1に記載の発電設備。

  4. 前記熱源は、PWR加圧水型原子炉のコアであり、かつ前記蒸気生成デバイスは、チューブの束(11)を、一次水と前記束からの流出部において飽和蒸気状態V2の二次水との間の熱交換のために、備える蒸気発生器(1)であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発電設備。

  5. 前記蒸気発生器の前記筐体(10)は、前記原子炉(16)の容器(15)のカバーを構成することを特徴とする請求項4に記載の発電設備。

  6. 前記熱源は、沸騰水型原子炉(BWR)のコアであり、前記蒸気生成デバイスは、BWR原子炉の容器に一体化されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発電設備。

  7. 前記一連の乾燥機(14)は、前記一連の乾燥機(14)の前記第2の流出部(14c)に上流で接続されかつ前記一連の交換器(23,7)に下流で接続されるじょうご形状の下部を備える単一の筐体(140)に収容されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の発電設備。

  8. 前記分離器(13)はそれぞれサイクロン分離器から構成されることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の発電設備。

  9. 前記PWR加圧水型原子炉は、150MWeに等しい出力を有しており、かつ、
    前記容器および前記カバーを形成する筐体の全高さが15m未満であり、大体は13.5mに等しいことを特徴とする請求項5に記載の発電設備。

 

 

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核燃料集合体の支持 // JP2016517002
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