(57)【要約】本発明は、反応炉炉心出口での冷却材の平均温度を制御する方法に関する。この方法は、反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を検出する工程と、前記反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度と基準温度とを比較して制御偏差信号を生成する工程と、前記制御偏差信号に応じて反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を調節する工程とを含む。本発明は、原子炉出口温度制御装置１０、原子炉用カスケード式制御器、及び原子力発電所をも包含する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を検出する工程と、
前記反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度と基準温度とを比較して、制御偏差信号を生成する工程と、
前記制御偏差信号に応じて、反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を調節する工程と、を含むことを特徴とする、反応炉炉心出口での冷却材の平均温度制御方法。
【請求項２】
前記冷却材の実際の平均温度を調節する工程が、制御偏差信号と反応炉の流体力及び中性子力に対応した信号とを制御棒制御装置へ供給すること、及びそれらの信号に応じて制御棒の位置を制御することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
温度制御偏差信号をパワー信号に変換する工程と、
変換されたパワー信号と実測反応炉中性子力及び実測反応炉流体力とを合わせて制御信号を生成する工程と、
前記制御信号により、反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を調節する工程と、を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記制御信号を生成する工程が、パワー信号と実測反応炉中性子力と実測反応炉流体力とから得られたパワー制御偏差信号を制御棒調節信号へ変換することを含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を調節する工程が、制御棒調節信号を制御棒制御装置へ供給し、その信号に応じて制御棒挿入深度を調節することを含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を検出する検出器と、
前記検出器により検出された反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度と反応炉炉心出口での冷却材の設定温度とを比較し、温度制御偏差信号を生成する温度比較器と、
温度制御偏差信号をパワー信号へ変換する温度制御偏差信号変換手段と、
パワー信号と反応炉中性子力及び反応炉流体力に対応した信号とを受信し、それらの信号に応じて制御棒の位置を調節する制御棒調節手段と、を備えたことを特徴とする、原子炉出口温度制御装置。
【請求項７】
前記制御棒調節手段が、制御棒の原子炉炉心への挿入深度を制御する制御棒挿入深度制御器であることを特徴とする、請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記制御棒調節手段が、実測反応炉中性子力と実測反応炉流体力とパワー信号とを比較しパワー制御偏差信号を生成するパワー比較器を備えたことを特徴とする、請求項６又は７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記制御棒調節手段が、パワー制御偏差信号を制御棒調節信号へ変換するパワー制御偏差信号変換手段を備えたことを特徴とする、請求項８に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記比較器に接続されて、設定温度を明示する参照手段を備えたことを特徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１１】
反応炉中性子力を感知しその測定値に対応した信号を生成する反応炉中性子力感知装置と、反応炉流体力を感知しその測定値に対応した信号を生成する反応炉流体力感知装置と、を備えたことを特徴とする、請求項６〜１０のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１２】
反応炉の制御棒の挿入深度を操作することにより反応炉中性子力及び反応炉流体力間の制御偏差を調整する内側ループと、内側ループの設定制御偏差値を操作することにより反応炉炉心出口での冷却材の平均温度を調整する外側ループと、を有する原子炉用カスケード式制御器。
【請求項１３】
請求項６〜１１のいずれかに記載の原子炉出口温度制御装置を備えた原子力発電所。
【請求項１４】
ここに実質的に記載され例示される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
ここに実質的に記載され例示される、請求項６に記載の制御装置。
【請求項１６】
ここに実質的に記載され例示される、請求項１２に記載のカスケード式制御器。
【請求項１７】
ここに実質的に記載され例示される、請求項１３に記載の原子力発電所。
【請求項１８】
ここに実質的に記載される、新規な反応炉炉心出口での冷却材の平均温度制御方法、新規な原子炉出口温度制御装置、新規な原子炉用カスケード式制御器、或いは新規な原子力発電所。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応炉炉心出口での冷却材の平均温度を制御する方法に関する。又、本発明は、原子炉出口温度制御装置及び原子炉用カスケード式制御器に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉プラントでは、反応炉が過熱しないことが望まれる。従って、中性子発生率及びその結果引き起こされ、そのエネルギーが熱として得られる核分裂反応の反応率を制御する必要がある。これは、可変挿入深度で原子炉炉心に挿入可能な、中性子吸収材からなる制御棒の位置調整により達成される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の一つの側面によれば、反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を検出する工程と、前記反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度と基準温度とを比較して、制御偏差信号を生成する工程と、前記制御偏差信号に応じて、反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を調節する工程と、を含むことを特徴とする、反応炉炉心出口での冷却材の平均温度制御方法が提供される。
【０００４】
前記冷却材の実際の平均温度を調節する工程が、制御偏差信号と反応炉の流体力及び中性子力に対応した信号とを制御棒制御装置へ供給すること、及びそれらの信号に応じて制御棒の位置を制御することを含んでもよい。
【０００５】
前記方法が、温度制御偏差信号をパワー信号に変換する工程と、変換されたパワー信号と実測反応炉中性子力及び実測反応炉流体力とを合わせて制御信号を生成する工程と、前記制御信号により、反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を調節する工程と、を含んでもよい。
【０００６】
前記制御信号を生成する工程が、パワー信号と実測反応炉中性子力と実測反応炉流体力とから得られたパワー制御偏差信号を制御棒調節信号へ変換することを含んでもよい。
【０００７】
前記反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を調節する工程が、制御棒調節信号を制御棒制御装置へ供給し、その信号に応じて制御棒挿入深度を調節することを含んでもよい。
【０００８】
本発明の他の側面によれば、反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を検出する検出器と、前記検出器により検出された反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度と反応炉炉心出口での冷却材の設定温度とを比較し、温度制御偏差信号を生成する温度比較器と、温度制御偏差信号をパワー信号へ変換する温度制御偏差信号変換手段と、パワー信号と反応炉中性子力及び反応炉流体力に対応した信号とを受信し、それらの信号に応じて制御棒の位置を調節する制御棒調節手段と、を備えたことを特徴とする、原子炉出口温度制御装置が提供される。
【０００９】
前記制御棒調節手段が、制御棒の原子炉炉心への挿入深度を制御する制御棒挿入深度制御器でもよい。
【００１０】
前記制御棒調節手段が、実測反応炉中性子力と実測反応炉流体力とパワー信号とを比較し、パワー制御偏差信号を生成するパワー比較器を備えてもよい。前記制御棒調節手段は、パワー制御偏差信号を制御棒調節信号へ変換するパワー制御偏差信号変換手段を更に備えてもよい。
【００１１】
前記制御装置が、前記比較器に接続されて、設定温度を明示する参照手段を備えてもよい。
【００１２】
前記制御装置が、反応炉中性子力を感知しその測定値に対応した信号を生成する反応炉中性子力感知装置と、反応炉流体力を感知しその測定値に対応した信号を生成する反応炉流体力感知装置とを更に備えてもよい。
【００１３】
反応炉中性子力とは、反応炉炉心での中性子発生率、つまり発熱率を意味する。従って、反応炉中性子力は中性子束から導かれる変数である。反応炉流体力とは、反応炉の作動流体への熱伝導率を意味する。従って、反応炉流体力は、反応炉炉心内の温度勾配と反応炉炉心を通る作動流体の質量流量との関数である。
【００１４】
制御棒挿入深度を調節することにより、中性子発生率がその調節量に応じて変化し、その結果、核分裂反応率及び反応炉中性子力が変化する。そして、中性子力の変化が、ひいては反応炉炉心出口での冷却材の平均温度を変化させる。
【００１５】
より具体的には、本発明は、反応炉の制御棒の挿入深度を操作することにより反応炉中性子力及び反応炉流体力間の制御偏差を調整する内側ループと、内側ループの設定制御偏差値を操作することにより反応炉炉心出口での冷却材の平均温度を調整する外側ループとを有する原子炉用カスケード式制御器からなる。
【００１６】
次に、本発明による原子炉出口温度制御装置の模式図を示す添付の図面を参照して、本発明を実施例により説明する。
【００１７】
図中、符号１０は本発明による原子炉出口温度制御装置全体を示す。
【００１８】
制御装置１０は、反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を検出する検出器１６を備える。検出器１６は温度比較器１８に接続される。装置１０は、比較器１８に接続された参照手段１７を更に備える。参照手段１７は、反応炉炉心出口での冷却材の設定温度と通常よばれる反応炉炉心出口での冷却材の所望平均温度を明示する。
【００１９】
使用の際には、温度比較器１８は、検出器１６により検出された反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度と、参照手段１７により明示された反応炉炉心出口での冷却材の設定温度とを比較し、その比較の結果に応じて温度制御偏差信号を生成する。
【００２０】
制御装置１０は、温度比較器１８が生成した温度制御偏差信号をパワー信号に変換する温度制御偏差信号変換手段２０を備える。
【００２１】
制御装置１０は、反応炉中性子力を感知する反応炉中性子力センサ２２と、反応炉流体力を感知する流体力センサ２４とを更に備える。又、制御装置１０は、前記変換手段２０及び前記各センサ２２、２４が接続されたパワー比較器２６を備える。
【００２２】
使用の際には、パワー比較器２６が、センサ２２により検出された中性子力と、センサ２４により検出された流体力と、変換手段２０から入力されたパワー信号とを比較し、その比較の結果に従ってパワー制御偏差信号を生成する。
【００２３】
制御装置１０は、比較器２６が生成したパワー制御偏差信号を制御棒調節信号へ変換するパワー制御偏差信号変換手段４０を備える。制御装置１０は、制御棒調節手段３０として、変換手段４０から送信された制御棒調節信号を受信し、その信号に応じて原子炉制御棒の反応炉炉心への挿入深度を調節するように構成された制御棒挿入深度制御器を備える。
【００２４】
制御装置１０は、全体を符号１２で示される外側制御ループ又は温度制御ループと、全体を符号１４で示される内側制御ループ又はパワー制御ループとの２つのカスケード式制御ループを備えており、外側制御ループが内側制御ループを順に作動させる。前記検出器１６と参照手段１７と比較器１８と変換手段２０とはすべて外側制御ループ１２の部分を構成し、前記反応炉中性子力センサ２２と反応炉流体力センサ２４と比較器２６と変換手段４０とはすべて内側制御ループ１４の部分を構成する。外側制御ループ１２からの出力信号（すなわち、パワー信号）は、反応炉炉心出口での冷却材の設定（又は、所望）温度に対する反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度の偏差の関数である。このパワー出力信号が、内側制御ループ１４を起動させる。内側制御ループ１４は次に、外側制御ループ１２からの出力パワー信号に従って、制御棒を変位させて反応炉中性子力を制御する。
【００２５】
従って、外側制御ループ１２への入力信号は、反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度と反応炉炉心出口での冷却材の設定温度である。これら２つの入力信号の制御偏差がパワー信号に変換され、そのパワー信号が外側制御ループ１２の出力信号を構成し、ひいては、反応炉中性子力センサ２２により検知された実測反応炉中性子力及びセンサ２４により検知された実測反応炉流体力とともに内側制御ループ１４への入力信号となる。
【００２６】
使用の際には、制御装置１０は通常、原子炉が待機モード又は操作モードにある時、及び異なる操作モード間の移行中に作動する。
【００２７】
本発明には、本発明による制御装置を備えた原子力発電所も含まれる。
【発明の効果】
【００２８】
作動流体へ伝導される熱エネルギーへの原子力エネルギーの変換を促進する反応炉ユニットと、熱エネルギーの電気への変換を促進するパワー変換ユニットとを有する原子力発電所では、反応炉ユニットとパワー変換ユニットとを相互に接続する作動流体用閉循環路の最高温度が、反応炉炉心出口での冷却材の平均温度により設定される。本発明による制御装置１０によれば、上記のような閉循環路での最高温度の調整が容易となる。
【００２９】
又、本発明者等は、反応炉の原子力（すなわち原子炉炉心出口温度）にハンチングの問題があり、その結果、原子力の大きさにピーク（又はスパイク）が存在し、そのピークが核燃料に損害を与える可能性のあることを認識している。本発明者らは、上記の一体型温度制御器を使用することにより、ハンチングとスパイクの問題が少なくとも軽減できるであろうと考えている。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による原子炉出口温度制御装置の模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０・・・原子炉出口温度制御装置
１２・・・外側制御ループ
１４・・・内側制御ループ
１７・・・参照手段
１８・・・温度比較器
２０・・・温度制御偏差信号変換手段
１６・・・検出器
２２・・・反応炉中性子力センサ（反応炉中性子力感知装置）
２４・・・反応炉流体力センサ（反応炉流体力感知装置）
２６・・・パワー比較器
３０・・・制御棒調節手段
４０・・・パワー制御偏差信号変換手段
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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2004529340.tif 000017
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004529340.tif 000018
2004529340.tif 000019
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004529340.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月9日(2003.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を検出する工程と、
前記反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度と基準温度とを比較して、制御偏差信号を生成する工程と、
制御偏差信号と反応炉の流体力及び中性子力に対応した信号とを制御棒制御装置へ供給し、それらの信号に応じて制御棒の位置を制御することにより、制御偏差信号に応じて、反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を調節する工程と、を含むことを特徴とする、反応炉炉心出口での冷却材の平均温度制御方法。
【請求項２】
温度制御偏差信号をパワー信号に変換する工程と、
変換されたパワー信号と実測反応炉中性子力及び実測反応炉流体力とを合わせて制御信号を生成する工程と、
前記制御信号により、反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を調節する工程と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記制御信号を生成する工程が、パワー信号と実測反応炉中性子力と実測反応炉流体力とから得られたパワー制御偏差信号を制御棒調節信号へ変換することを含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を調節する工程が、制御棒調節信号を制御棒制御装置へ供給し、その信号に応じて制御棒挿入深度を調節することを含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度を検出する検出器と、
前記検出器により検出された反応炉炉心出口での冷却材の実際の平均温度と反応炉炉心出口での冷却材の設定温度とを比較し、温度制御偏差信号を生成する温度比較器と、
温度制御偏差信号をパワー信号へ変換する温度制御偏差信号変換手段と、
パワー信号と反応炉中性子力及び反応炉流体力に対応した信号とを受信し、それらの信号に応じて制御棒の位置を調節する制御棒調節手段と、を備えたことを特徴とする、原子炉出口温度制御装置。
【請求項６】
前記制御棒調節手段が、制御棒の原子炉炉心への挿入深度を制御する制御棒挿入深度制御器であることを特徴とする、請求項５に記載の制御装置。
【請求項７】
前記制御棒調節手段が、実測反応炉中性子力と実測反応炉流体力とパワー信号とを比較しパワー制御偏差信号を生成するパワー比較器を備えたことを特徴とする、請求項５又は６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記制御棒調節手段が、パワー制御偏差信号を制御棒調節信号へ変換するパワー制御偏差信号変換手段を備えたことを特徴とする、請求項７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記比較器に接続されて、設定温度を明示する参照手段を備えたことを特徴とする、請求項５〜８のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１０】
反応炉中性子力を感知しその測定値に対応した信号を生成する反応炉中性子力感知装置と、反応炉流体力を感知しその測定値に対応した信号を生成する反応炉流体力感知装置と、を備えたことを特徴とする、請求項５〜９のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１１】
反応炉の制御棒の挿入深度を操作することにより反応炉中性子力及び反応炉流体力間の制御偏差を調整する内側ループと、内側ループの設定制御偏差値を操作することにより反応炉炉心出口での冷却材の平均温度を調整する外側ループと、を有する原子炉用カスケード式制御器。
【請求項１２】
請求項５〜１０のいずれかに記載の原子炉出口温度制御装置を備えた原子力発電所。
【請求項１３】
ここに実質的に記載され例示される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
ここに実質的に記載され例示される、請求項５に記載の制御装置。
【請求項１５】
ここに実質的に記載され例示される、請求項１１に記載のカスケード式制御器。
【請求項１６】
ここに実質的に記載され例示される、請求項１２に記載の原子力発電所。
【請求項１７】
ここに実質的に記載される、新規な反応炉炉心出口での冷却材の平均温度制御方法、新規な原子炉出口温度制御装置、新規な原子炉用カスケード式制御器、或いは新規な原子力発電所。
【国際調査報告】
2004529340.tif 000021
2004529340.tif 000022