(57)【要約】【課題】非再生冷却器出口の１次冷却材の温度の制御の安定性を向上させることができる冷却器出口温度制御装置および冷却器出口温度制御方法を提供すること。【解決手段】原子力発電プラントにおいて用いられる１次冷却材の非再生冷却器１２の出口における温度を制御する冷却器出口温度制御装置５３は、非再生冷却器１２の出口における１次冷却材の温度と目標温度との偏差に基づいて、非再生冷却器１２に通水される液体の流量を調整する温度制御弁５１の開度に関する制御量を決定する弁制御量決定部５３ｄと、弁制御量決定部５３ｄによって決定された制御量を、温度制御弁５１の開度と流量との関係に基づいて、当該制御量と、非再生冷却器１２に通水される液体の流量との関係が線形となるように補正する弁制御量補正部５３ｅとを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電プラントにおいて設置される非再生冷却器出口の１次冷却材の温度を制御する冷却器出口温度制御装置であって、
前記冷却器の出口における１次冷却材の温度と目標温度との偏差に基づいて、前記冷却器に通水される液体の流量を調整する弁の制御量を決定する弁制御量決定部と、
前記弁制御量決定部によって決定された制御量を、前記弁の開度と流量との関係に基づいて、当該制御量と、前記冷却器に通水される液体の流量との関係が線形となるように補正する弁制御量補正部と
を備えることを特徴とする冷却器出口温度制御装置。
【請求項２】
前記冷却器の出口における１次冷却材の温度と前記目標温度との偏差を、偏差の値が大きいほど大きく補正する偏差補正部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却器出口温度制御装置。
【請求項３】
前記弁制御量決定部は、前記冷却器の出口における１次冷却材の温度と目標温度との偏差に基づくＰＩＤ制御によって、前記弁の制御量を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の冷却器出口温度制御装置。
【請求項４】
原子力発電プラントにおいて設置される非再生冷却器出口の１次冷却材の温度を制御する冷却器出口温度制御装置によって実行される冷却器出口温度制御方法であって、
前記冷却器の出口における１次冷却材の温度と目標温度との偏差に基づいて、前記冷却器に通水される液体の流量を調整する弁の制御量を決定する弁制御量決定部と、
前記弁制御量決定部において決定された制御量を、前記弁の開度と流量との関係に基づいて、当該制御量と、前記冷却器に通水される液体の流量との関係が線形となるように補正する弁制御量補正部と
を含むことを特徴とする冷却器出口温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧水型原子力発電プラントにおいて設けられている非再生冷却器出口温度制御装置および冷却器出口温度制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加圧水型の原子力発電プラントの抽出系（脱塩処理系）には、炉心部で高温となった１次冷却材の温度を冷却材混床式脱塩塔の運転温度まで下げるために、非再生冷却器（非再生熱交換器）が設けられている（例えば、特許文献１参照）。非再生冷却器を出る１次冷却材の温度制御は、非再生冷却器に通水する原子炉補機冷却水（ＣＣＷ：Component Cooling Water）の流量を温度調整弁の開度を調整して変化させることによって実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−４３９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、弁のＣｖ特性（開度に対する流量の関係）は、非線形であることが知られている。このことは、温度調整弁の開度の変化量に対して、実際に非再生冷却器に通水される原子炉補機冷却水の流量の変化量が、温度調整弁の開度領域によって変動することを意味している。
【０００５】
また、原子炉補機冷却水の冷却には、季節等によって温度が変化する海水が使われており、１次冷却材の温度を同じだけ下げる場合であっても、原子炉補機冷却水の温度によって非再生冷却器に通水すべき原子炉補機冷却水の流量が変動する。このため、非再生冷却器を出る１次冷却材の温度制御では、温度調整弁の開度の調整幅が広い。
【０００６】
このように、非再生冷却器を出る１次冷却材の温度制御においては、温度調整弁の開度の調整幅が広いために、弁のＣｖ特性が非線形であることの影響を受け、季節等によっては、非再生冷却器を出る１次冷却材の温度が外乱に対して不安定になる場合がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、非再生冷却器を出る１次冷却材の温度制御の安定性を向上させることができる冷却器出口温度制御装置および冷却器出口温度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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、原子力発電プラントにおいて設置される非再生冷却器出口の１次冷却材の温度を制御する冷却器出口温度制御装置であって、前記冷却器の出口における１次冷却材の温度と目標温度との偏差に基づいて、前記冷却器に通水される液体の流量を調整する弁の制御量を決定する弁制御量決定部と、前記弁制御量決定部によって決定された制御量を、前記弁の開度と流量との関係に基づいて、当該制御量と、前記冷却器に通水される液体の流量との関係が線形となるように補正する弁制御量補正部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この冷却器出口温度制御装置では、温度の偏差に基づいて決定した弁の制御量と冷却器に通水される液体の流量との関係が線形となるように補正することで、非再生冷却器を出た１次冷却材の温度制御の安定性を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の望ましい態様としては、前記冷却器の出口における１次冷却材の温度と前記目標温度との偏差を、偏差の値が大きいほど大きく補正する偏差補正部をさらに備えることが好ましい。
【００１１】
この態様では、温度の偏差を大きく補正することで、弁の制御に対する温度変化の追随性を向上することができる。
【００１２】
また、本発明の望ましい態様としては、前記弁制御量決定部は、前記冷却器の出口における１次冷却材の温度と目標温度との偏差に基づくＰＩＤ制御によって、前記弁の制御量を決定することが好ましい。
【００１３】
この態様では、ＰＩＤ制御によって、非再生冷却器を出る１次冷却材の温度制御の安定性を向上させることができる。
【００１４】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、原子力発電プラントにおいて設置される非再生冷却器出口の１次冷却材の温度を制御する冷却器出口温度制御装置によって実行される冷却器出口温度制御方法であって、前記冷却器の出口における１次冷却材の温度と目標温度との偏差に基づいて、前記冷却器に通水される液体の流量を調整する弁の制御量を決定する弁制御量決定部と、前記弁の開度と流量との関係に基づいて、当該制御量と、前記冷却器に通水される液体の流量との関係が線形となるように補正する弁制御量補正部とを含むことを特徴とする。
【００１５】
この冷却器出口温度制御方法では、温度の偏差に基づいて決定した弁の制御量を、制御量と冷却器に通水される液体の流量との関係が線形となるように補正することとしたので、非再生冷却器を出る１次冷却材の温度制御の安定性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る冷却器出口温度制御装置および冷却器出口温度制御方法は、非再生冷却器を出る１次冷却材の温度制御の安定性を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、原子力発電プラントを示す模式図である。
【図２】図２は、冷却器出口温度制御装置の概要構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、温度制御弁のＣｖ特性の一例を示す図である。
【図４】図４は、弁制御量補正部による弁制御量の補正の一例を示す図である。
【図５】図５は、弁制御量決定部によって決定された弁制御量と原子炉補機冷却水の流量の関係を示す図である。
【図６】図６は、冷却器出口温度制御装置の動作を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る冷却器出口温度制御装置および冷却器出口温度制御方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、これらの実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【実施例１】
【００１９】
まず、図１を参照しながら、本実施例に係る冷却器出口温度制御装置の制御対象である非再生冷却器１２を含む原子力発電プラント１の概要について説明する。図１は、原子力発電プラント１を示す模式図である。原子力発電プラント１は、原子力発電設備である。原子力発電プラント１を構成する原子炉２は、ＰＷＲ（Pressurized Water Reactor：加圧水型原子炉）である。
【００２０】
原子力発電プラント１は、格納容器１Ｗ内に原子炉２、蒸気発生器３、加圧器４、１次冷却材ポンプ５、再生熱交換器１１が配置される。また、格納容器１Ｗの外には、タービン８、復水器９及び発電機１０が配置される。原子炉２は、圧力容器の内部に核燃料２Ｃが配置されている。また、前記圧力容器の内部には１次冷却材（冷却水に相当し、例えば軽水が用いられる）Ｃ１が満たされている。１次冷却材ポンプ５と原子炉２とは１次冷却材第１供給通路６Ａで接続され、原子炉２と蒸気発生器３とは、１次冷却材第２供給通路６Ｂで接続される。また、蒸気発生器３と１次冷却材ポンプ５とは、１次冷却材回収通路６Ｃで接続される。
【００２１】
このような構成により、１次冷却材ポンプ５から吐出された１次冷却材Ｃ１は、１次冷却材第１供給通路６Ａを通って原子炉２の圧力容器内へ供給される。そして、圧力容器の内部に配置される核燃料２Ｃの核分裂反応によって発生した熱エネルギーで１次冷却材Ｃ１が加熱される。加熱された１次冷却材Ｃ１は、１次冷却材第２供給通路６Ｂを通って蒸気発生器３へ供給される。そして、１次冷却材Ｃ１は、蒸気発生器３の伝熱管３Ｔを通過した後、蒸気発生器３から流出し、１次冷却材回収通路６Ｃを通って１次冷却材ポンプ５へ戻り、再び１次冷却材第１供給通路６Ａから原子炉２の圧力容器内へ吐出される。
【００２２】
蒸気発生器３は、前述した伝熱管３Ｔを複数備えており、伝熱管３Ｔ内を流れる１次冷却材Ｃ１によって伝熱管３Ｔ外の２次冷却材Ｃ２が加熱されて沸騰し、２次冷却材Ｃ２の高温高圧の蒸気が生成される。蒸気発生器３とタービン８とは、蒸気供給通路７Ｓで接続されており、復水器９と蒸気発生器３とは、２次冷却材回収通路７Ｒで接続されている。これによって、蒸気発生器３で生成された２次冷却材Ｃ２の高温高圧の蒸気は、蒸気供給通路７Ｓを通ってタービン８へ供給されてこれを駆動する。そして、タービン８の駆動軸に連結された発電機１０によって電力を発生させる。タービン８を駆動した後の２次冷却材Ｃ２は、復水器９で液体となり、２次冷却材回収通路７Ｒを通って再び蒸気発生器３へ送られる。
【００２３】
原子炉２は、加圧水型原子炉であり、加圧器４が１次冷却材第２供給通路６Ｂに接続されている。そして、加圧器４が１次冷却材第２供給通路６Ｂ内の１次冷却材Ｃ１に圧力を与える。このような構造により、１次冷却材Ｃ１は、核燃料２Ｃの核分裂反応によって発生した熱エネルギーで加熱されても沸騰せず、液相の状態で原子炉２及びその冷却系を循環する。ここで、原子炉２の冷却系は、１次冷却材ポンプ５、１次冷却材第１供給通路６Ａ、１次冷却材第２供給通路６Ｂ、蒸気発生器３、１次冷却材回収通路６Ｃで構成される１次冷却材Ｃ１が流れる系である。
【００２４】
１次冷却材Ｃ１に含まれる不純物を除去するため、脱塩塔１６が設けられる。脱塩塔１６は、第１脱塩塔１６Ａ及び第２脱塩塔１６Ｂで構成されており、格納容器１Ｗの外側に設けられる。第１脱塩塔１６Ａは冷却材混床式脱塩塔であり、第２脱塩塔１６Ｂは、冷却材陽イオン脱塩塔である。原子炉２の冷却系から脱塩塔１６へは、１次冷却材ポンプ５の入口側（上流側）から取り出された１次冷却材Ｃ１が供給されて脱塩処理が施され、脱塩後の１次冷却材Ｃ１は、１次冷却材ポンプ５の出口側（下流側）に戻される。
【００２５】
１次冷却材Ｃ１の脱塩処理系は、１次冷却材取り出し通路１３Ａ、再生熱交換器１１、１次冷却材通路１３Ｂ、非再生冷却器１２、１次冷却材通路１３Ｃ、脱塩塔１６、１次冷却材通路１３Ｄ、体積制御タンク１４、１次冷却材戻し通路１３Ｅ、１３Ｆで構成される。１次冷却材取り出し通路１３Ａは、原子炉２の冷却系を構成する１次冷却材回収通路６Ｃと再生熱交換器１１とを接続している。再生熱交換器１１と非再生冷却器１２とは１次冷却材通路１３Ｂで接続されており、また、非再生冷却器１２と脱塩塔１６とは１次冷却材通路１３Ｃで接続される。
【００２６】
脱塩塔１６と体積制御タンク１４とは１次冷却材通路１３Ｄで接続されており、体積制御タンク１４と再生熱交換器１１とは１次冷却材戻し通路１３Ｅで接続される。また、再生熱交換器１１と１次冷却材第１供給通路６Ａとは、１次冷却材戻し通路１３Ｆで接続される。１次冷却材戻し通路１３Ｅには充填ポンプ１５が設けられている。
【００２７】
１次冷却材Ｃ１は、１次冷却材取り出し通路１３Ａ、すなわち、１次冷却材ポンプ５の入口側（上流側）から取り出される。原子炉２の冷却系から取り出された１次冷却材Ｃ１は、再生熱交換器１１へ導かれた後、１次冷却材通路１３Ｂ、非再生冷却器１２、１次冷却材通路１３Ｃを通って脱塩塔１６へ導かれ、ここで脱塩処理される。脱塩処理された１次冷却材Ｃ１は、１次冷却材通路１３Ｄを通って体積制御タンク１４へ一時的に貯められた後、１次冷却材戻し通路１３Ｅに設けられる充填ポンプ１５によって再生熱交換器１１へ送られる。再生熱交換器１１を通過した１次冷却材Ｃ１は、１次冷却材戻し通路１３Ｆを通って１次冷却材第１供給通路６Ａ、すなわち、１次冷却材ポンプ５の出口側（下流側）に戻される。
【００２８】
次に、本実施例に係る冷却器出口温度制御装置５３の概要構成について説明する。冷却器出口温度制御装置５３は、温度制御弁５１の開度を調整して非再生冷却器１２に通水される原子炉補機冷却水の流量を制御することにより、非再生冷却器１２の出口における１次冷却材Ｃ１の温度を第１脱塩塔１６Ａの運転温度まで低下させる。原子炉補機冷却水は、原子炉補機冷却水系５０において取水され、温度制御弁５１を通過して非再生冷却器１２に通水された後、原子炉補機冷却水系５０へ戻される。
【００２９】
図２は、冷却器出口温度制御装置５３の概要構成を示すブロック図である。図２に示すように、冷却器出口温度制御装置５３は、目標温度記憶部５３ａと、偏差算出部５３ｂと、偏差補正部５３ｃと、弁制御量決定部５３ｄと、弁制御量補正部５３ｅとを備える。
【００３０】
目標温度記憶部５３ａは、非再生冷却器１２の出口における１次冷却材Ｃ１の目標温度を記憶する。目標温度記憶部５３ａには、第１脱塩塔１６Ａの運転温度相当の温度が目標温度として設定される。偏差算出部５３ｂは、非再生冷却器１２の出口において温度計５２によって計測された１次冷却材Ｃ１の温度と、目標温度記憶部５３ａに記憶されている目標温度との偏差を算出する。
【００３１】
偏差補正部５３ｃは、偏差算出部５３ｂによって算出された偏差を、偏差が大きいほど偏差が大きくなるように補正することによって強調する。例えば、偏差補正部５３ｃは、偏差算出部５３ｂによって算出された偏差に対して、偏差の値が大きくなるほど大きくなるように設定された係数を乗じることによって、偏差算出部５３ｂによって算出された偏差を補正する。
【００３２】
１次冷却材Ｃ１の温度変化は、非再生冷却器１２に通水される原子炉補機冷却水の流量の変化に対して、追随が遅い。偏差補正部５３ｃが偏差算出部５３ｂによって算出された偏差を強調することにより、１次冷却材Ｃ１の温度変化の追随性を改善することができる。
【００３３】
弁制御量決定部５３ｄは、偏差補正部５３ｃによって強調された温度の偏差等に基づいて、温度制御弁５１の開度に関する制御量を決定する。温度制御弁５１の開度に関する制御量の決定は、例えば、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御技術を利用して行われる。
【００３４】
弁制御量補正部５３ｅは、弁制御量決定部５３ｄによって決定された温度制御弁５１の制御量（以下、「弁制御量」）を、弁制御量と、非再生冷却器１２に通水される原子炉補機冷却水の流量との関係が線形になるように補正する。
【００３５】
ここで、図３〜図５を参照しながら、弁制御量補正部５３ｅにおける弁制御量の補正についてより詳細に説明する。図３は、温度制御弁５１のＣｖ特性の一例を示す図である。図４は、弁制御量補正部５３ｅによる弁制御量の補正の一例を示す図である。図５は、弁制御量決定部５３ｄによって決定された弁制御量と原子炉補機冷却水の流量の関係を示す図である。
【００３６】
上述したように、一般に、弁のＣｖ特性は非線形であり、図３の例に示すように、温度制御弁５１のＣｖ特性も、弁の開度に対する流量の関係が非線形となっている。
【００３７】
そこで、弁制御量補正部５３ｅは、弁制御量決定部５３ｄによって決定された弁制御量と、非再生冷却器１２に通水される原子炉補機冷却水の流量との関係が線形になるように、弁制御量を補正する。具体的には、弁制御量補正部５３ｅは、弁制御量決定部５３ｄによって決定された弁制御量である入力制御量を、図４の例に示すように、入力制御量と出力制御量との関係が温度制御弁５１のＣｖ特性と逆の関係になるように補正し、補正後の出力制御量を出力する。
【００３８】
このような補正により、弁制御量決定部５３ｄによって決定された弁制御量と、非再生冷却器１２に通水される原子炉補機冷却水の流量との関係は、図５の例に示すように線形となる。この結果、温度制御弁５１の開度領域に関わらず、弁制御量決定部５３ｄによって決定された弁制御量の変動量に対して、非再生冷却器１２に通水される原子炉補機冷却水の流量の変動量が一定となり、非再生冷却器１２の出口における１次冷却材Ｃ１の温度制御の安定性が向上する。
【００３９】
次に図６を参照しながら、図２に示した冷却器出口温度制御装置５３の動作について説明する。図６は、冷却器出口温度制御装置５３の動作を示すフロー図である。冷却器出口温度制御装置５３は、起動中は、図６に示す処理手順を繰り返して実行する。
【００４０】
図６に示すように、まず、冷却器出口温度制御装置５３は、ステップＳ１０として、非再生冷却器１２の出口において温度計５２によって計測された１次冷却材Ｃ１の温度を取得する。そして、偏差算出部５３ｂが、ステップＳ１１として、取得された温度と、目標温度記憶部５３ａに記憶されている目標温度との偏差を算出する。
【００４１】
続いて、偏差補正部５３ｃが、ステップＳ１２として、偏差算出部５３ｂによって補正された偏差を、偏差の大きさに基づいて補正する。そして、弁制御量決定部５３ｄが、ステップＳ１３として、補正後の偏差に基づいて、温度制御弁５１の開度に関する制御量を決定する。
【００４２】
続いて、弁制御量補正部５３ｅが、ステップＳ１４として、決定された制御量を、温度制御弁５１のＣｖ特性に基づいて、制御量と、非再生冷却器１２に通水される原子炉補機冷却水の流量との関係が線形になるように、温度制御弁５１の開度に関する制御量を補正する。そして、冷却器出口温度制御装置５３は、ステップＳ１５として、補正後の制御量を指示するための制御信号を温度制御弁５１へ出力する。
【００４３】
上述してきたように、本実施例では、フィードバック制御等に基づいて決定した弁の開度に関する制御量を、制御量と弁を通過する原子炉補機冷却水の流量との関係が線形となるように補正することとしたので、非再生冷却器の出口における１次冷却材の温度制御の安定性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明に係る冷却器出口温度制御装置および冷却器出口温度制御方法は、原子力発電プラントに有用であり、特に、非再生冷却器を出る１次冷却材の温度の制御の安定性を向上させることが必要な場合に適している。
【符号の説明】
【００４５】
１  原子力発電プラント
１Ｗ  格納容器
２  原子炉
２Ｃ  核燃料
３  蒸気発生器
３Ｔ  伝熱管
４  加圧器
５  １次冷却材ポンプ
６Ａ、６Ｂ  供給通路
６Ｃ  １次冷却材回収通路
７Ｒ  ２次冷却材回収通路
７Ｓ  蒸気供給通路
８  タービン
９  復水器
１０  発電機
１１  再生熱交換器
１２  非再生冷却器
１３Ａ  １次冷却材取り出し通路
１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ  １次冷却材通路
１３Ｅ、１３Ｆ  １次冷却材戻し通路
１４  体積制御タンク
１５  充填ポンプ
１６Ａ、１６Ｂ  脱塩塔
５０  原子炉補機冷却水系
５１  温度制御弁
５２  温度計
５３  冷却器出口温度制御装置
５３ａ  目標温度記憶部
５３ｂ  偏差算出部
５３ｃ  偏差補正部
５３ｄ  弁制御量決定部
５３ｅ  弁制御量補正部
Ｃ１  １次冷却材
Ｃ２  ２次冷却材
【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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