(57)【要約】【課題】原子力発電プラントの制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置において、安定運転を図り、供給水源の温度変動に因らず制御棒駆動水圧系の系統水温の変動を抑制する。【解決手段】系統水の温度を検出する系統水温度検出器１５と、復水貯蔵槽２を供給元とする流路上に設置した流量調整弁と、系統水温度検出器１５の出力に基いて系統水の温度変化を検知して復水貯蔵槽２を供給源とする流路上に設置されている弁開度を調整する手段とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉の制御棒駆動水圧系に、系統水の温度上昇および下降の両方向の変動を緩和させる系統水温変動緩和手段を具備することを特徴とする制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置において、系統水温変動緩和手段は、系統水の温度を検出する系統水温度検出器と、復水貯蔵槽を供給元とする流路上に設置した流量調整弁と、系統水温度検出器の出力に基いて系統水の温度変化を検知して復水貯蔵槽を供給源とする流路上に設置されている弁開度を調整する機能を有する手段とを具備することを特徴とする制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置において、復水系から供給される系統水の流路上に設置されている弁と、復水貯蔵槽から供給される系統水の流路上に設置されている弁と、供給水源からの流路上に設置されている復水系側の弁と復水貯蔵槽側の弁を操作する機能を有する手段を具備することを特徴とする制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置において、系統水温変動緩和手段は、系統水の温度を検出する系統水温度検出器と、系統水を冷却する機能を有する設備と、系統水温度検出器の出力に基いて検出する系統水温の変動量に応じて系統水の冷却機能を有する設備を稼動させる手段とを具備することを特徴とする制御棒駆動水圧系の系統水温度制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置において、制御棒駆動水圧系の供給水源からＰＬＲポンプのシールキャビティへ供給する系統の流路上に系統水を蓄積する設備を具備することを特徴とする制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置。
【請求項６】
沸騰水型原子炉における系統水の温度を検出する系統水温度検出器の出力に基いて設定温度との偏差を算出する工程と、この工程で算出した偏差に基いて供給水源である復水系および復水貯蔵槽それぞれの流路上に設置されている弁の開度要求を指令する工程と、この工程からの系統水温の検出器出力に基いて復水系からの供給水流路上に設置されている弁を閉動作させるとともに復水貯蔵槽からの供給水流路上に設置されている弁を開動作させる工程とを備えることを特徴とする制御棒駆動水圧系の系統水温制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は沸騰水型原子炉における制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置および同制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力発電プラントにおける制御棒駆動系を構成する系統のひとつである制御棒駆動水圧系は、プラント通常運転時に原子炉出力を制御する制御棒を水圧にて挿入・引抜させるための駆動水、緊急時に制御棒急速挿入（スクラム）させるための充填水、および系統機器保護のための冷却水の他、原子炉再循環ポンプ（Primary Loop Recirculation Pump：以下「PLRポンプ」）と原子炉浄化系ポンプ（Reactor Water Clean-Up Ｐｕｍｐ：以下「CUWポンプ」）の軸封機構（メカニカルシール）へシール水を供給する重要な系統である。
【０００３】
図８は、一般的な沸騰水型原子炉からなる原子力発電プラントの制御棒駆動系のうち、駆動水圧を供給する系統を示すものである。この図８を参照して制御棒駆動水圧系の系統水温制御の従来例について説明する。
【０００４】
図８に示す例では、通常運転時の供給水源１である復水系と、原子炉停止時の供給水源となる復水貯蔵槽２との２系統の水源を備え、復水系側および復水貯蔵槽２側それぞれに供給水元弁３，４が設置されている。
【０００５】
供給水は、サクションフィルタ５を経由して制御棒駆動水ポンプ６で加圧され、駆動水フィルタ７を介して制御棒駆動系およびＣＵＷポンプ、ＰＬＲポンプの軸封機構への供給水ライン８に分配される。また、ポンプ機器保護のために最小流量ライン９が設置されており、同流路上には、制御棒駆動水加熱器１０、および制御棒駆動水加熱器出口の水温を計測する加熱器出口水温検出器１１が設置されている。
【０００６】
さらに、復水貯蔵槽２に系統水を戻す最小流量バイパスライン１２が設置されており、その流路上には、通常は全閉状態である電動弁１３が設置されている。この電動弁１３は、系統水温度検出器１１の出力により、ある設定温度以上になると開とする制御棒駆動水加熱器１０のインターロック１４により動作し、最小流量ライン９を循環する系統水を復水貯蔵槽２へ放出することによって、系統の過加熱を防止している。
【０００７】
上記のような構成からなる従来の制御棒駆動水圧系では、プラント通常運転中の制御棒駆動水圧系の供給水源１が、復水器を水源とする復水であり、復水温度は復水器真空の飽和温度になっていることから復水器真空度に依存して変動する。したがって、復水器器内圧力のバランスが崩れると復水器真空の飽和温度、すなわち復水温度が変動し、復水系下流側に位置する制御棒駆動水圧系の系統水温に外乱を及ぼすことになる。
【０００８】
プラント運転中は、通常、復水器真空は一定に保持されているが、定期的に実施する復水器の冷却水配管洗浄のための逆流運転（復水器逆洗）操作により、復水器真空の変動が顕著に現れ、復水温度が変化する事象が発生することが知られている。このとき、復水の温度変動が下降する方向であった場合、制御棒駆動水加熱器１０が設置されていることにより、温度下降の緩和を図ることが可能である。
【０００９】
一方、温度上昇の方向であった場合、系統構成上、アクティブに系統水を冷却する機能が設置されていないため、温度上昇を抑制することが困難になっている。さらには、制御棒駆動水圧系を供給水源としているＰＬＲポンプの軸封機構に対しても多大に影響を与えることになる。
【００１０】
高温高圧かつ放射性の原子炉水を漏洩防止する目的で設置されているＰＬＲポンプの軸封機構は、メカニカルシールとなっており、材質が異なる３つの部品（静止環、シートリングおよび回転リング）により構成されている。また、接触面への異物噛込みおよび放射能汚染の防止のため、制御棒駆動水圧系を水源とするパージ水が供給されている。
【００１１】
このため、供給水源である制御棒駆動水圧系の水温が上昇すると、部材の熱膨張率の相違に起因したシール面の変化が発生し、シール機能が低下することによってメカニカルシールの健全性が保持できなくなる。さらに、シール機能低下が著しい場合は、ＰＬＲポンプの運転継続が不可能となり、制御棒駆動水圧系の系統水温が上昇することによってプラント停止に至ることもある。このため、プラント安定運転およびプラント稼動率の面において、現状の制御棒駆動水圧系における系統水温制御は、系統の構成上、系統水温を安定に保持できない点で問題がある。
【００１２】
なお、従来では、軸シール室の基準温度からの温度変動幅を可能な限り小さくすることによって、摺動面の変形を少なくする技術が開示されている（特許文献１等参照）。
【特許文献１】特公平５−２４３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来の制御棒駆動水圧系は、供給水源の温度変動に対して系統を適切な水温に保つことが困難な系統構成であったため、特に系統水温が上昇した場合、ＰＬＲポンプ軸封機構の機能低下が誘発し易く、ＰＬＲポンプ運転並びに原子力発電プラントの運転継続に支障を来していた。
【００１４】
本発明はこのような従来の事情に鑑みでなされたものであり、原子力発電プラントの安定運転を図り、供給水源の温度変動に因らず制御棒駆動水圧系の系統水温の変動を抑制する制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置および同制御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】
【００１５】
本発明は、沸騰水型原子炉の制御棒駆動水圧系に、系統水の温度上昇および下降の両方向の変動を緩和させる系統水温変動緩和手段を具備することを特徴とする制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置を提供する。
【００１６】
また、本発明は、制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置において、系統水温変動緩和手段は、系統水の温度を検出する系統水温度検出器と、復水貯蔵槽を供給元とする流路上に設置した流量調整弁と、系統水温度検出器の出力に基いて系統水の温度変化を検知して復水貯蔵槽を供給源とする流路上に設置されている弁開度を調整する機能を有する手段とを具備することを特徴とする制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置を提供する。
【００１７】
また、本発明は沸騰水型原子炉における系統水の温度を検出する系統水温度検出器の出力に基いて設定温度との偏差を算出する工程と、この工程で算出した偏差に基いて供給水源である復水系および復水貯蔵槽それぞれの流路上に設置されている弁の開度要求を指令する工程と、この工程からの系統水温の検出器出力に基いて復水系からの供給水流路上に設置されている弁を閉動作させるとともに復水貯蔵槽からの供給水流路上に設置されている弁を開動作させる工程とを備えることを特徴とする制御棒駆動水圧系の系統水温制御方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、原子力発電プラントの安定運転を図り、供給水源の温度変動に因らず制御棒駆動水圧系の系統水温の温度上昇および下降の両方向の変動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置および同制御方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態による制御棒駆動水圧系の系統水温度制御装置を示す構成図であり、図２は制御装置を示す構成図である。
【００２１】
本実施形態では、系統水温の温度上昇および下降の両方向の変動を緩和させる系統水温変動緩和手段を具備する制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置について説明する。特に、系統水の温度を検出する系統水温度検出器と、復水貯蔵槽２を供給元とする流路上に設置した流量調整弁と、系統水温度検出器の出力に基いて系統水の温度変化を検知して復水貯蔵槽２を供給源とする流路上に設置されている弁開度を調整する機能を有した手段を具備する制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置について説明する。
【００２２】
また、本実施形態では、系統水の温度を任意に設定できる機能を有し、さらに、系統水温度検出器の出力に基いて設定温度との偏差を算出する演算部と、この演算部が算出する偏差に基いて復水貯蔵槽２を供給源とした流路上に設置されている弁の開度要求を演算する演算部から構成される制御装置を具備し、復水貯蔵槽２を供給源とした流路上に設置されている弁は、この制御装置の出力に基いて温度偏差が零になるまで開閉動作する制御棒駆動水圧系の系統水温制御方法について説明する。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態では、通常運転時の供給水源１である復水系と、原子炉停止時の供給水源となる復水貯蔵槽２との２系統の水源を備え、復水系側および復水貯蔵槽２側それぞれに供給水元弁３および４が設置されている。
【００２４】
供給水は、サクションフィルタ５を経由して制御棒駆動水ポンプ６で加圧され、駆動水フィルタ７を介して制御棒駆動系およびＣＵＷポンプ、ＰＬＲポンプの軸封機構への供給水ライン８に分配される。また、ポンプ機器保護のために最小流量ライン９が設置されており、同流路上には、制御棒駆動水加熱器１０、および制御棒駆動水加熱器出口の水温を計測する加熱器出口水温検出器１１が設置されている。
【００２５】
さらに、復水貯蔵槽２に系統水を戻す最小流量バイパスライン１２が設置されており、その流路上には、通常は全閉状態である電動弁１３が設置されている。この電動弁１３は、加熱器出口水温検出器１１の出力により、ある設定温度以上になると開とする制御棒駆動水加熱器１０のインターロック１４により動作し、最小流量ライン９を循環する系統水を復水貯蔵槽２へ放出することによって、系統の過加熱を防止している。
【００２６】
このような構成において、制御棒駆動水圧系の系統に、流量調整を可能とする復水貯蔵槽側供給水元弁４ａと、制御棒駆動水圧系の系統水温を計測する系統水温度検出器１５と、制御部１６ａとが設置されており、制御部１６ａは制御棒駆動水圧系の系統の水温設定値１７を任意に設定できる機能を有している。
【００２７】
また、制御部１６ａは、図２に示すように、制御棒駆動水圧系の系統水を計測する系統水温度検出器１５の検出器出力１８と系統水温設定値１７とに基いて、系統水温の検出器出力１８と系統水温設定値１７との偏差を算出する演算機能と、この偏差に応じた操作量を弁開度に換算する演算機能を装備し、復水貯蔵槽側供給水元弁４ａに対して制御器出力１９ａとして開度指令を出力する構成となっている。
【００２８】
このように構成された本実施形態において、通常、復水貯蔵槽２を水源とする供給水は、通常運転時の供給水源１よりも水温が低いため、復水貯蔵槽２からの低温水供給が系統水温の上昇を緩和し、制御棒駆動水圧系の冷却機能として作用する。すなわち、本実施形態によれば、原子力発電プラントの安定運転を図り、供給水源の温度変動に因らず制御棒駆動水圧系の系統水温の温度上昇および下降の両方向の変動を抑制することができる。
【００２９】
また、本実施形態によれば、制御棒駆動水圧系の系統水を冷却する機能が装備されることになるなので、制御棒駆動水圧系の系統水温は供給水源の温度外乱に対するロバスト性が改善され、ＰＬＲポンプ軸封機構への供給水ライン８には制御棒駆動水圧系より安定した水温の系統水が供給されることになる。
【００３０】
［第２実施形態］
図３は本発明の第２実施形態による制御棒駆動水圧系の系統水温度制御装置を示す構成図であり、図４は制御部を示す構成図である。
【００３１】
本実施形態では、制御棒駆動機構の制御棒駆動水圧系において、復水系から供給される系統水の流路上に設置されている弁と、復水貯蔵槽２から供給される系統水の流路上に設置されている弁と、供給水源からの流路上に設置されている復水系側の弁と復水貯蔵槽２側の弁を操作する機能を有する手段を具備する制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置について説明する。
【００３２】
また、系統水の温度を任意に設定できる機能を有し、かつ系統水温度検出器１５の出力に基いて設定温度との偏差を算出する演算部と、この演算部が算出する偏差に基いて供給水源である復水系及び復水貯蔵槽２それぞれの流路上に設置されている弁の開度要求を指令する演算部から構成される制御部１６ｂを具備し、この制御部１６ｂが系統水温の検出器出力１８に基いて復水系からの供給水流路上に設置されている弁を閉動作させるとともに復水貯蔵槽２からの供給水流路上に設置されている弁を開動作させる制御棒駆動水圧系の系統水温制御方法について説明する。
【００３３】
図３に示すように、本実施形態では、制御棒駆動水圧系の系統に、それぞれ任意に開閉操作が可能な復水側の供給水元弁３および復水貯蔵槽側供給水元弁４ｂと、制御棒駆動水圧系の系統水温を計測する系統水温度検出器１５と、制御部１６ｂが設置されており、制御部１６ｂは制御棒駆動水圧系の系統の水温設定値１７を任意に設定できる機能を有している。
【００３４】
また、図４に示すように、制御部１６ｂは、制御棒駆動水圧系の系統水を計測する系統水温度検出器１５の出力１８と系統の水温設定値１７とに基いて、系統水温度検出器１５の出力１８と系統水温設定値１７との偏差とを算出し、この偏差が許容範囲を逸脱しているか判定をする演算部を装備するとともに、制御部出力１９ｂとして演算結果に基づいて、復水側供給水元弁３および復水貯蔵槽側供給水元弁４ｂに対して開閉指令を出力する制御ロジック回路を搭載している。
【００３５】
さらに、供給水となる復水の温度変化が顕著に現れることが予め知られている復水器逆洗操作時においては、制御部１６ｂは、運転員が実施する復水逆洗操作の指令２０に基いて、系統水温の変化に依存せずに制御部出力１９ｂとし、復水側供給水元弁３および復水貯蔵槽側供給水元弁４ｂに対して開閉指令を出力する制御ロジックも搭載する構成となっている。
【００３６】
このように構成された本実施形態において、少なくとも通常運転時の供給水源１の温度変動を検出した段階で、水温変動の影響を殆ど受けない復水貯蔵槽２に供給水源が切替わることから、制御棒駆動水圧系における通常運転時の供給水源１の温度外乱抑制機能として作用する。
【００３７】
本実施形態によっても、原子力発電プラントの安定運転を図り、供給水源の温度変動に因らず制御棒駆動水圧系の系統水温の温度上昇および下降の両方向の変動を抑制することができる。
【００３８】
特に、本実施形態によれば、制御棒駆動水圧系の供給水温変動に伴う悪影響が系統全体に伝播することを抑制し、制御棒駆動水圧系の系統水温の安定化が図られるため、ＰＬＲポンプ軸封機構への供給水ライン８には制御棒駆動水圧系より安定した水温の系統水を供給し続けることが可能となる。
【００３９】
［第３実施形態］
図５は本発明の第３実施形態による制御棒駆動水圧系の系統水温度制御装置を示す構成図であり、図６は制御部を示す構成図である。
【００４０】
本実施形態では、系統水の温度を検出する系統水温度検出器と、系統水を冷却する機能を有する設備と、系統水温度検出器の出力に基いて検出する系統水温の変動量に応じて系統水の冷却機能を有する設備を稼動させる手段を具備する制御棒駆動水圧系の系統水温度制御装置について説明する。
【００４１】
また、系統水の温度を任意に設定できる機能を有し、更には系統水の温検出器の出力に基いて設定温度との偏差を算出する演算部と、この演算部が出力する偏差に基いて系統水の冷却機能を有する設備を稼動させる制御部を具備し、この制御部は冷却設備に対して演算部出力に応じた操作指令を出力する制御棒駆動水圧系の系統水温制御方法について説明する。さらに、制御部は、復水器逆洗操作の指令に基いて系統水を冷却する機能を有する設備を稼動させることを特徴とする制御棒駆動水圧系の系統水温制御方法について説明する。
【００４２】
図５に示すように、本実施形態では、制御棒駆動水圧系に、系統水の供給流路上に通常時は通水されない状態で設置されている冷却装置２１と、冷却装置２１への系統水流入量を調整する機能を有する流量調整弁２２を備え、この流量調整弁２２は、制御部１６ｃの制御部出力１９ｃである開度指令により適宜制御される構成となっている。
【００４３】
また、図６に示すように、系統水温度検出器１５の出力１８に基く制御部１６ｃは、任意に系統水温度設定値１７を設定できる機能を有し、系統水温度設定値１７と検出器出力１８に基いて偏差を算出し、この偏差に応じた操作量を演算し、流量調整弁２２に対して開度指令出力する演算機能を具備する。
【００４４】
さらに、供給水となる復水の温度変化が顕著に現れることが予め知られている復水器逆洗操作時においては、制御部１６ｃは、運転員が実施する復水器逆洗操作指令２０に基いて、制御部出力１９ｃとして流量調整弁２２に対して強制的に開指令を出力する制御ロジックを搭載した構成となっている。
【００４５】
このように構成された本実施形態において、制御棒駆動水圧系における系統水の冷却機能として作用する。すなわち、本実施形態によれば、原子力発電プラントの安定運転を図り、供給水源の温度変動に因らず制御棒駆動水圧系の系統水温の温度上昇および下降の両方向の変動を抑制することができる。
【００４６】
特に、本実施形態によれば、制御棒駆動水圧系の系統水を冷却する機能が装備されることになるなので、制御棒駆動水圧系の系統水温は供給水源の温度外乱の抑制効果が大きく、ＰＬＲポンプ軸封機構への安定した水温の系統水を供給することができる。
【００４７】
［第４実施形態］
図７は本発明の第４実施形態による制御棒駆動水圧系の系統水温度制御装置を示す構成図である。
【００４８】
本実施形態では、制御棒駆動水圧系の供給水源からＰＬＲポンプのシールキャビティへ供給する系統の流路上に系統水を蓄積する設備を具備する制御棒駆動水圧系の系統水温制御装置について説明する。
【００４９】
図７に示すように、本実施形態では、制御棒駆動水圧系の系統流路上に系統水の備蓄槽２３を設置し、少なくとも系統水温の影響を受けやすいＰＬＲシールキャビティへの供給水ラインをこの備蓄槽２３から供給させるように配置している。
【００５０】
このように構成された本実施形態において、備蓄槽２３は、ＰＬＲポンプの軸封機構への供給水に対して制御棒駆動水圧系の系統温度変動に対する緩衝装置として作用する。すなわち、本実施形態によっても、原子力発電プラントの安定運転を図り、供給水源の温度変動に因らず制御棒駆動水圧系の系統水温の温度上昇および下降の両方向の変動を抑制することができる。
【００５１】
特に、本実施形態によれば、制御棒駆動水圧系の系統水を冷却する機能の装備や、複雑な制御装置や制御ロジックを構成することなく、系統水の温度変動の緩和・吸収を図ることができ、ＰＬＲポンプ軸封機構への供給水ライン８には安定した水温の系統水を供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態による制御棒駆動水圧系の系統水温度制御装置を示す構成図。
【図２】本発明の第１実施形態における制御部を示す構成図。
【図３】本発明の第２実施形態における制御棒駆動水圧系の系統水温度制御装置を示す構成図。
【図４】本発明の第２実施形態における制御部を示す構成図。
【図５】本発明の第３実施形態における制御棒駆動水圧系の系統水温度制御装置を示す構成図。
【図６】本発明の第３実施形態における制御部を示す構成図。
【図７】本発明の第４実施形態における制御棒駆動水圧系の系統水温度制御装置を示す構成図。
【図８】従来の制御棒駆動水圧系を示す系統図。
【符号の説明】
【００５３】
１  通常運転時の供給水源
２  復水貯蔵槽
３  復水側供給水元弁
４，４ａ，４ｂ  復水貯蔵槽側供給水元弁
５  サクションフィルタ
６  制御棒駆動水ポンプ
７  駆動水フィルタ
８  ＰＬＲポンプ軸封機構への供給水ライン
９  最小流量ライン
１０  制御棒駆動水加熱器
１１  加熱器出口水温検出器
１２  最小流量バイパスライン
１３  電動弁
１４  制御棒駆動水加熱器のインターロック
１５  系統水温度検出器
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ  制御部
１７  系統水温度設定値
１８  検出器出力
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ  制御部出力
２０  復水器逆洗操作指令
２１  冷却装置
２２  流量調整弁
２３  備蓄槽
【図１】
2008064649.tif 000003
【図２】
2008064649.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008064649.tif 000008
【図７】
2008064649.tif 000009
【図８】
2008064649.tif 000010