(57)【要約】【課題】給水駆動のジェットポンプ６により冷却材を炉心７に供給する沸騰水型原子炉の運転監視装置で、原子炉水位の急変を未然に検知し、原子炉スクラムを回避する。【解決手段】炉心流量信号ＳＷｃを入力する手段と、炉心流量信号に基いてあらかじめ設定された原子炉熱出力に対応する物理量の許容範囲に対応する許容範囲信号ＳＰＵ、ＳＰＬを出力する許容出力算出手段２と、原子炉熱出力信号ＳＰと許容範囲信号とを比較して、原子炉熱出力信号が許容範囲を逸脱した場合に警報信号を出力する判定手段３と、を有する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器と、この原子炉圧力容器内に配置された炉心およびジェットポンプとを有し、前記ジェットポンプは前記原子炉圧力容器の外から供給される給水の一部によって駆動され、前記ジェットポンプから吐出された冷却材が前記炉心に供給されるように構成された沸騰水型原子炉の運転監視装置において、
前記炉心の炉心流量に対応する炉心流量信号を入力する手段と、
前記炉心流量信号に基いてあらかじめ設定された原子炉熱出力に対応する物理量の許容範囲に対応する許容範囲信号を出力する許容出力算出手段と、
前記原子炉熱出力に対応する物理量の出力信号と前記許容範囲信号とを比較して、前記物理量の出力信号が前記許容範囲を逸脱した場合に警報信号を出力する判定手段と、
を有すること、を特徴とする沸騰水型原子炉の運転監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の沸騰水型原子炉の運転監視装置において、前記許容出力算出手段は、前記炉心流量信号の関数として数式で許容範囲信号をあらかじめ設定してあることを特徴とする沸騰水型原子炉の運転監視装置。
【請求項３】
原子炉圧力容器と、この原子炉圧力容器内に配置された炉心およびジェットポンプとを有し、前記ジェットポンプは前記原子炉圧力容器の外から供給される給水の一部であるジェットポンプ駆動流によって駆動され、前記ジェットポンプから吐出された冷却材が前記炉心に供給されるように構成された沸騰水型原子炉の運転監視装置において、
炉心流量、原子炉圧力、炉心入口エンタルピ、前記原子炉圧力容器の外から供給される給水のうちで前記ジェットポンプ駆動流以外の部分の流量、ジェットポンプ駆動流量、および原子炉熱出力のそれぞれに対応する信号を入力する手段と、
前記入力される信号に基いてあらかじめ設定された原子炉熱出力に対応する物理量の許容範囲に対応する許容範囲信号を出力する許容出力算出手段と、
前記原子炉熱出力に対応する物理量の出力信号と前記許容範囲信号とを比較して、前記物理量の出力信号が前記許容範囲を逸脱した場合に警報信号を出力する判定手段と、
を有すること、を特徴とする沸騰水型原子炉の運転監視装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の沸騰水型原子炉の運転監視装置において、前記物理量の出力信号が前記許容範囲を逸脱した場合で、しかも前記物理量の出力信号が、前記原子炉熱出力が過大であることに対応する場合に、選択制御棒作動信号を出力する手段をさらに有すること、を特徴とする沸騰水型原子炉の運転監視装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の沸騰水型原子炉の運転監視装置において、前記物理量の出力信号が前記許容範囲を逸脱した場合に、前記ジェットポンプの駆動流を調整するジェットポンプ駆動用流量調整弁と、前記給水のうちの前記ジェットポンプの駆動流以外の流れを調整する給水スパージャ流量調整弁との開度を固定させる手段をさらに有すること、を特徴とする沸騰水型原子炉の運転監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、再循環系としてジェットポンプを有し、当該ジェットポンプの駆動力として給水ポンプを利用した沸騰水型原子炉の運転監視装置に係り、特に、原子炉水位の急激な変動による原子炉スクラムを回避できるような運転監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉の炉心７は、図４、５に示すように、原子炉圧力容器２５内のシュラウド２６内に収容された複数の燃料集合体４により構成されている。各燃料集合体４はチャンネルボックスに覆われており、これらの燃料集合体の発熱を除去するために、炉心下部より冷却材５を炉心７に供給している。符号３０は水面である。
【０００３】
この冷却材は、シュラウド２６の外側のジェットポンプ６から炉心７に供給できるようになっており、ジェットポンプ６は再循環ポンプによる昇圧及び流速を高めることで周囲の冷却材を吸い込むことで必要な冷却材を確保している。
【０００４】
冷却材は炉心７の下部より燃料集合体４に流れ込み、燃料集合体４による発熱エネルギーが伝わることで蒸気を発生し、気液二相流となって炉心７の上部へ流出する。この気液二相流は気水分離器８及び蒸気乾燥器を経由して蒸気相及び液相の分離、蒸気の湿分の除去を行い、この蒸気をタービン２０（図６参照）へ供給することで発電を行っている。また、気水分離器８及び蒸気乾燥器で分離された液相分はシュラウド２６の外側を落下して再循環する。
【０００５】
一般的な沸騰水型原子炉の運転特性図は、図７に示すように、自然循環流量による制御棒引き抜き操作特性曲線５０と再循環ポンプ速度が最低速度状態から炉心流量を増加した場合の原子炉出力特性曲線５１の交点ａをとるため、炉心流量と原子炉出力の関係に基いている。図６に示すジェットポンプ駆動用ポンプ１１によるジェットポンプ６を駆動する場合でも、通常の再循環ポンプを用いる沸騰水型原子炉と比べて原子炉圧力容器２５内が有意に相違しないため、プラント仕様による上記の考え方は相違しない。
【０００６】
図６にジェットポンプ６の駆動流として原子炉圧力容器２５の外から供給される冷却材の流れを用いるプラント構成を示す。この図で、原子炉圧力容器２５から出た蒸気はタービン２０に送られて仕事をし、復水器２１で凝縮する。復水器２１から出た復水は復水ポンプ１３で加圧された後に２系統に分岐する。そのうちの１系統は給水ポンプ９、給水スパージャ流量調整弁１０を経て、原子炉圧力容器２５内でシュラウド２６の外側の給水スパージャ２７に供給される。
【０００７】
復水ポンプ１３を出たあとで分岐したもう１系統は、ジェットポンプ駆動用ポンプ１１、ジェットポンプ駆動用流量調整弁１２を経て、ジェットポンプ６の駆動水として供給される。
【０００８】
炉心流量はジェットポンプ６を介したものであるため、ジェットポンプ流量と密接な関係がある。また、原子炉水位は気水分離器８での性能を維持するため、一定にしておく必要があり、そのためには原子炉から流出する蒸気流量と原子炉へ供給する冷却材流量は同等に制御しておく必要がある。したがって、ジェットポンプ６の駆動流としてジェットポンプ駆動用ポンプ１１から供給される冷却材の流れを用いる沸騰水型原子炉において、上記で示した炉心流量に対応した原子炉出力で運転領域を定める場合には次のような特徴がある。
【０００９】
ジェットポンプの駆動流として給水ポンプを利用したプラントの場合は、原子炉に供給される冷却材流量を考えると給水スパージャ流量及びジェットポンプ駆動流量になる。原子炉水位は、原子炉から流出する蒸気流量と原子炉に供給する冷却材が同じにすることで原子炉水位が維持されるため、炉心流量が少ない場合、原子炉へ供給する冷却材流量が少ないことを意味する。つまり、高出力で低流量のような状態（図７の領域２）を考えると原子炉からの流出する蒸気流量が供給量に対して多くなり、給水流量が不足し原子炉水位が低下し続ける状態が考えられる。逆に低出力状態で炉心流量が多い場合（図７の領域１）は、過給水状態になり原子炉水位が増加し続ける状態になる。
【００１０】
このような特徴がある沸騰水型原子炉において、運転領域の管理は難しく、給水スパージャ流量調整弁１０またはジェットポンプ駆動用流量調整弁１２の制御等の対策により回避できるものである。例えば、プラント起動状態で図７のａ点までは給水スパージャ側の吐出弁のみを調整することで原子炉出力が小さい場合の原子炉水位制御に必要な給水流量の余裕を確保するなどの対策がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の沸騰水型原子炉におけるジェットポンプの駆動力として給水ポンプを利用した沸騰水型原子炉において、プラント運転中の異常状態に伴う原子炉出力または炉心流量の変化により過給水流量状態または給水流量が不足する領域に到達することの対策は実施されていない。
【００１２】
本発明は、上記課題に対処するものであって、プラント運転中の異常状態に伴う原子炉出力、炉心流量などの変化により過給水流量状態または給水流量が不足する領域に到達したことを判断することによって、原子炉水位が急激に変化する領域に至る可能性を未然に検知し、原子炉スクラムに至る可能性がある領域を回避できるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するものであって、請求項１に記載の発明は、原子炉圧力容器と、この原子炉圧力容器内に配置された炉心およびジェットポンプとを有し、前記ジェットポンプは前記原子炉圧力容器の外から供給される給水の一部によって駆動され、前記ジェットポンプから吐出された冷却材が前記炉心に供給されるように構成された沸騰水型原子炉の運転監視装置において、前記炉心の炉心流量に対応する炉心流量信号を入力する手段と、前記炉心流量信号に基いてあらかじめ設定された原子炉熱出力に対応する物理量の許容範囲に対応する許容範囲信号を出力する許容出力算出手段と、前記原子炉熱出力に対応する物理量の出力信号と前記許容範囲信号とを比較して、前記物理量の出力信号が前記許容範囲を逸脱した場合に警報信号を出力する判定手段と、を有すること、を特徴とする。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、過給水状態または給水不足状態になった場合に、警報信号が出力される。この警報信号により、例えば、中央制御室にいる運転員に知らせる警報を出すことができる。これにより、運転員は、プラント運転中に何らかの異常による誤動作または運転員の誤操作により原子炉水位が急激に変化する状態に至る可能性があることを未然に知ることができ、運転員が適切にプラントを操作することにより、過剰な原子炉スクラムを回避することができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の沸騰水型原子炉の運転監視装置において、前記許容出力算出手段は、前記炉心流量信号の関数として数式で許容範囲信号をあらかじめ設定してあることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用・効果が得られるほか、許容出力算出手段に数式を用いることから、その処理を迅速に行うことができる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、原子炉圧力容器と、この原子炉圧力容器内に配置された炉心およびジェットポンプとを有し、前記ジェットポンプは前記原子炉圧力容器の外から供給される給水の一部であるジェットポンプ駆動流によって駆動され、前記ジェットポンプから吐出された冷却材が前記炉心に供給されるように構成された沸騰水型原子炉の運転監視装置において、炉心流量、原子炉圧力、炉心入口エンタルピ、前記原子炉圧力容器の外から供給される給水のうちで前記ジェットポンプ駆動流以外の部分の流量、ジェットポンプ駆動流量、および原子炉熱出力のそれぞれに対応する信号を入力する手段と、前記入力される信号に基いてあらかじめ設定された原子炉熱出力に対応する物理量の許容範囲に対応する許容範囲信号を出力する許容出力算出手段と、前記原子炉熱出力に対応する物理量の出力信号と前記許容範囲信号とを比較して、前記物理量の出力信号が前記許容範囲を逸脱した場合に警報信号を出力する判定手段と、を有すること、を特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、過給水状態または給水不足状態になった場合に、警報信号が出力される。この警報信号により、例えば、中央制御室にいる運転員に知らせる警報を出すことができる。これにより、運転員は、プラント運転中に何らかの異常による誤動作または運転員の誤操作により原子炉水位が急激に変化する状態に至る可能性があることを未然に知ることができ、運転員が適切にプラントを操作することにより、過剰な原子炉スクラムを回避することができる。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の沸騰水型原子炉の運転監視装置において、前記物理量の出力信号が前記許容範囲を逸脱した場合で、しかも前記物理量の出力信号が、前記原子炉熱出力が過大であることに対応する場合に、選択制御棒作動信号を出力する手段をさらに有すること、を特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明の作用・効果が得られるほか、許容運転範囲を逸脱した場合、かつ、高出力状態である場合に、原子炉出力を低下させることで、運転員の操作によらなくても、原子炉水位の急激な変化を回避することができる。
【００２１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の沸騰水型原子炉の運転監視装置において、前記物理量の出力信号が前記許容範囲を逸脱した場合に、前記ジェットポンプの駆動流を調整するジェットポンプ駆動用流量調整弁と、前記給水のうちの前記ジェットポンプの駆動流以外の流れを調整する給水スパージャ流量調整弁との開度を固定させる手段をさらに有すること、を特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の発明の作用・効果が得られるほか、許容運転範囲を逸脱した場合に、運転員の操作によらなくても、過剰な原子炉スクラムを回避することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るの沸騰水型原子炉の運転監視装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、運転監視の対象となる沸騰水型原子炉の例としては、図４〜７に基いて既に説明した従来の沸騰水型原子炉と共通である。また、同一もしくは類似の部分には同じ符号を用い、重複説明は省略する。
【００２４】
本発明に係る沸騰水型原子炉の運転監視装置の第１の実施の形態は、図１に示すように、運転出力の上下限値算出回路２と運転領域判定回路３から構成されている。出力上下限値算出回路２は、プロセスコンピュータ１の出力として検出された炉心流量信号ＳＷｃを入力とし、この炉心流量信号ＳＷｃに依存する値としてあらかじめ設定した原子炉の運転許容出力信号の上限ＳＰＵ及び下限出力ＳＰＬ（以下、運転許容出力範囲と言う。）を運転領域判定回路３に出力する。このとき、運転許容出力範囲は、図２に示すような炉心流量に対する原子炉出力の値をテーブルとして入力し、炉心流量と一致する原子炉出力から求める。なお、図２の設定値に関してはプラント系統構成、原子炉圧力容器、原子炉水位設定等から決定されるものである。
【００２５】
運転領域判定回路３はプロセスコンピュータ１から出力された原子炉熱出力相当信号ＳＰを入力し、前記運転許容出力範囲を逸脱する場合に中央制御室へ警報を発する。
【００２６】
このように構成された本実施の形態において、プラント運転中に何らかの異常による誤動作または運転員の誤操作により原子炉水位が急激に変化する状態に至る可能性があることを未然に運転員に知らせることできる。また、これを受けて運転員がプラントを操作することにより原子炉スクラムを回避することができる。
【００２７】
次に、本発明に係る沸騰水型原子炉の運転監視装置の第２の実施の形態を説明する。第２の実施形態では、第１の実施形態で示した出力上下限値算出回路２における設定値をテーブルとして設定する代わりに、解析などで評価することで、以下のような関数（ここでは例として、炉心流量の一次式を想定）として取り扱う。
【００２８】
Ｐｍａｘ＝Ｋ１×Ｗｃ＋Ｋ２　　　…（１）
Ｐｍｉｎ＝Ｋ３×Ｗｃ＋Ｋ４　　　…（２）
ただし、Ｐｍａｘは運転許容される出力上限値、Ｐｍｉｎは運転許容される出力下限値、Ｋ１は炉心流量依存の出力上限値を求める傾き係数、Ｋ２は炉心流量０％時の出力許容上限値、Ｋ３は炉心流量依存の出力下限値を求める傾き係数、Ｋ４は炉心流量０％時の出力許容下限値である。このように上下限値を関数で表すことにより、上下限値を簡単かつ迅速に求めることができる。
【００２９】
次に、本発明に係る沸騰水型原子炉の運転監視装置の第３の実施の形態では、第１の実施形態で示した出力上下限値算出回路２における運転許容出力範囲の設定値を、図３に示すようにプロセスコンピュータからの炉心流量信号ＳＷｃ、原子炉圧力信号ＳＰｄ、炉心入口エンタルピ信号ＳＨｉ、給水スパージャ流量信号ＳＦＳＷ、ジェットポンプ駆動流量信号ＳＪＰ、原子炉熱出力信号ＳＰを入力し、運転許容範囲を算出することができるようにしたものである。
【００３０】
原子炉から流出する蒸気流量は、炉心出口部での全冷却材流量に対する蒸気流量の割合に基いて計算することで近似することができ、原子炉熱出力Ｑ、炉心流量Ｗｃ、原子炉圧力、炉心入口エンタルピｈｉｎから、以下の（３）式により炉心流量に対する蒸気流量比を求めることができ、これから原子炉から流出する蒸気流量を計算することができる。
【００３１】
Ｘｅ＝｛Ｑ／Ｗｃ−（ｈｆ−ｈｉｎ）｝／ｈｆｇ　　…（３）
ただし、ｈｆｇは沸騰潜熱、ｈｆは飽和エンタルピ、ｈｉｎは炉心入口エンタルピである。沸騰潜熱ｈｆｇおよび飽和エンタルピｈｆは原子炉圧力から蒸気表により換算することができる。
【００３２】
この結果として得られる蒸気流量と原子炉へ供給される冷却材流量の差が生じる場合に、原子炉水位変化へ影響がある状態である。つまり、給水スパージャの流量制御余裕を設定し、さらに、上記で示したプラントパラメータから内部で許容運転範囲を算出する。
【００３３】
上記各実施の形態の説明で、上下限値算出回路２はおもに原子炉出力の上下限を算出し、運転領域判定回路３ではおもに原子炉出力を上下限値と比較することとした。しかし、この比較対象は原子炉出力に対応するその他の物理量でもよい。例えば、原子炉出力の代わりに原子炉蒸気流量や原子炉圧力を比較対象とすることも可能である。
【００３４】
また、炉心流量信号等の運転パラメータについても、炉心流量等の物理量に対応する信号であれば、べき乗や逆数をとるなど、種々の変形・加工をしたものでもよいことは明かである。
【００３５】
以上説明した各実施の形態で示した運転領域判定回路３で、許容運転範囲を逸脱した場合の対策として、中央制御室に警報を発する代わりに給水制御系及び再循環流量制御系へ流量増減阻止信号を出力するか、または特に高出力状態で低流量状態の場合であれば選択制御棒を挿入することで原子炉出力を低下させることで、原子炉水位の急激な変化を回避しても良い。そのようにすることにより、運転員の操作に頼らなくても過剰なスクラムを回避することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、給水駆動のジェットポンプにより冷却材を炉心に供給する沸騰水型原子炉の運転監視装置において、原子炉水位の急変を未然に検知し、原子炉スクラムを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る沸騰水型原子炉の運転監視装置の第１または第２の実施の形態のブロック図。
【図２】図１の沸騰水型原子炉の運転監視装置における運転許容出力を設定する場合に使用する炉心流量と原子炉出力の関係を示す特性図。
【図３】本発明に係る沸騰水型原子炉の運転監視装置の第３の実施の形態のブロック図。
【図４】従来の沸騰水型原子炉の炉心部の模式的縦断面図。
【図５】一般的な沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内全体の模式的縦断面図。
【図６】ジェットポンプの駆動流量として給水ポンプを利用した場合の沸騰水型原子炉の系統図。
【図７】図６の沸騰水型原子炉の炉心流量と原子炉出力の関係を示す特性図。
【符号の説明】
１…プロセスコンピュータ、２…出力上下限算出回路、３…運転領域判定回路、４…燃料集合体、５…冷却材、６…ジェットポンプ、７…炉心、８…気水分離器、９…給水ポンプ、１０…給水スパージャ流量調整弁、１１…ジェットポンプ駆動用ポンプ、１２…ジェットポンプ駆動用流量調整弁、１３…復水ポンプ、２０…タービン、２１…復水器、２５…原子炉圧力容器、２６…シュラウド、２７…給水スパージャ、３０…水面、５０…自然循環流量による制御棒引き抜き操作特性曲線、５１…再循環ポンプにより炉心流量を増加した場合の原子炉出力特性曲線、ａ…交点、ＳＷＣ…炉心流量信号、ＳＰ…原子炉出力信号、ＳＰＵ…運転許容出力上限信号、ＳＰＬ…運転許容出力下限信号、ＳＰｄ…原子炉圧力信号、ＳＨｉ…炉心入口エンタルピ信号、ＳＦＳＷ…給水スパージャ流量信号、ＳＪＰ…ジェットポンプ駆動流量信号、ＳＦＷ…給水流量信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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