JP2007183272A - 原子炉制御棒位置情報を収集し、伝送するシステムおよび方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】バス通信ファシリティを介する他の多重化された位置信号と並列の多重化された位置信号の伝送を利用することによって、制御棒位置情報のより高いデータ収集速度ならびに制御棒管理システムおよび制御棒制御システムへの収集された制御棒位置データの改善された伝送を提供するシステムおよび方法を提供すること。
【解決手段】原子炉内の制御棒位置データを収集するシステムおよび方法は、第1制御棒54に関連する複数の第1位置センサ204と第2制御棒54に関連する複数の第2位置センサ204とに結合された位置データマルチプレクサモジュール206を含み、マルチプレクサモジュール206は、第1制御棒位置データおよび第2制御棒位置データを第1多重化位置信号208に多重化し、第1多重化位置信号208を第3制御棒54からの第3制御棒位置データを有する第2多重化位置信号208と並列にバス通信ファシリティ212を介して送るように構成される。
【選択図】図2

Description

本開示は、全般的には原子炉に関し、より具体的には、原子炉制御棒位置情報を収集し、伝送するシステムおよび方法に関する。
このセクションの陳述は、単に、本発明に関連する背景情報を提供するものであって、従来技術を構成しない場合がある。
沸騰水型原子炉(BWR)の原子炉圧力容器(RPV)は、通常、原子炉圧力容器内に置かれた複数の燃料要素から形成される原子炉心を有する。燃料要素は、燃料バンドルを形成するためにグループ化され、十分な個数の燃料バンドルが、自動的に継続する連鎖反応が可能な原子炉心を形成するために組み合わされる。中性子を吸収する制御棒が、炉心の反応度を制御するために炉心に挿入される。炉心の反応度は、制御棒の増分的な挿入および引抜きによって調整することができる。各制御棒は、ガイドチューブ内に収納され、棒駆動制御システムによって制御される制御棒駆動によってガイドチューブ内で移動される。棒駆動制御システムは、制御棒駆動に制御棒を移動させ、炉心の燃料バンドルへの制御棒の挿入または引抜きのいずれかを行わせる油圧式制御装置を制御する。
制御棒は、原子炉心に関する核反応の主要な手段なので、制御棒を制御するための、したがって核反応を制御するための位置データを供給するために、炉心バンドル内の各制御棒の位置を識別し、制御することが必須である。磁石が、通常は各制御棒に関連し、この磁石の近接を、したがって炉心バンドル内の制御棒の位置を検出するように位置決めされたリードスイッチによって検出される。リードスイッチは、収集モジュールによって周期的にスキャンされ収集される位置信号を生成する。制御棒位置信号は、複数の収集モジュールによって、中間収集モジュールに結合された共用シリアルデータ通信ファシリティを介して制御棒管理システムに送られ、この中間収集モジュールは、制御棒データを収集し、制御棒管理システムに転送する。
本願の発明人は、制御棒位置データを収集し、伝送する現在のシステムおよび方法が、原子炉のそのようなクリティカルな構成要素の制御に望まれるほどには頑健でなく、信頼できるものでないことを認めた。現在のシステムは、シリアル通信ファシリティを介して制御棒位置センサから位置信号を受け取り、したがって、棒制御システムは、比較的遅い更新速度で制御棒位置データを供給されるのみである。本発明人は、いくつかの実施形態で、バス通信ファシリティを介する他の多重化位置信号と並列の多重化位置信号の伝送を利用することによって、制御棒位置情報のより高いデータ収集速度ならびに制御棒管理システムおよび制御棒制御システムへの収集された制御棒位置データの改善された伝送を提供する、本明細書に記載のシステムおよび方法を設計した。本開示で説明されるいくつかの実施形態は、原子炉心内の制御棒の管理および制御を機能強化することができる改善された制御棒位置データ更新を提供することができる。
一態様によれば、原子炉内の制御棒位置データを収集するシステムは、第1制御棒に関連する複数の第1位置センサと第2制御棒に関連する複数の第2位置センサとに結合された位置データマルチプレクサモジュールを含み、マルチプレクサモジュールは、第1制御棒位置データおよび第2制御棒位置データを第1多重化位置信号に多重化し、第1多重化位置信号を第3制御棒からの第3制御棒位置データを有する第2多重化位置信号と並列にバス通信ファシリティを介して送るように構成される。
もう1つの態様によれば、原子力発電プラントにおいて、システムは、第1位置データマルチプレクサモジュールと、第2位置データマルチプレクサモジュールと、制御モジュールとを含む。第1位置データマルチプレクサモジュールは、第1制御棒に関連する複数の第1位置センサおよび第2制御棒に関連する複数の第2位置センサに結合され、第1位置センサから第1制御棒位置データを受け取り、第2位置センサから第2制御棒位置データを受け取り、第1制御棒位置データおよび第2制御棒位置データを、第1制御棒および第2制御棒に関連する第1多重化位置信号に多重化し、第1多重化位置信号をバス通信ファシリティを介して送るように構成される。第2位置データマルチプレクサモジュールは、第3制御棒に関連する複数の第3位置センサおよび第4制御棒に関連する複数の第4位置センサに結合され、第3位置センサから第3制御棒位置データを受け取り、第4位置センサから第4制御棒位置データを受け取り、第3制御棒位置データおよび第4制御棒位置データを、第3制御棒および第4制御棒に関連する第2多重化位置信号に多重化し、第2多重化位置信号をバス通信ファシリティを介して第1多重化位置信号と並列に送るように構成される。制御モジュールは、バス通信ファシリティに結合され、第1多重化位置信号を第2多重化位置信号と並列に受け取り、第1多重化位置信号の少なくとも一部を第2多重化位置信号の少なくとも一部と共に複合位置信号に多重化し、複合位置信号をデータ通信ファシリティを介して送るように構成される。
もう1つの態様によれば、原子炉内の方法は、第1制御棒位置データおよび第2制御棒位置データを第1多重化位置信号に多重化することと、第3制御棒位置データおよび第4制御棒位置データを第2多重化位置信号に多重化することと、第1多重化位置信号をバス通信ファシリティを介して第2多重化位置信号と並列に送ることとを含む。
もう1つの態様によれば、原子炉制御システム内の方法は、第1制御棒に関連する複数の第1位置センサから第1制御棒位置データを判定することと、第2制御棒に関連する複数の第2位置センサから第2制御棒位置データを判定することとを含む。この方法は、第1制御棒位置データおよび第2制御棒位置データを第1制御棒および第2制御棒に関連する第1多重化位置信号に多重化することと、第3制御棒に関連する複数の第3位置センサからの第3制御棒位置データを有する第2多重化位置信号と並列に第1多重化位置信号をバス通信ファシリティを介して送ることとも含む。この方法は、第1多重化位置信号および第2多重化位置信号をバス通信ファシリティを介して受け取ることと、第1多重化位置信号の少なくとも一部を第2多重化位置信号の少なくとも一部と共に複合位置信号に多重化することと、複合位置信号をデータ通信ファシリティを介して送ることとをさらに含む。
本発明のさらなる態様は、部分的には明白であり、部分的には下で指摘される。本発明のさまざまな態様を、個別にまたはお互いと組み合わせて実施できることを理解されたい。この詳細な説明および図面は、本発明のある種の例示的実施形態を示すが、例示のみのためであることを意図されており、本発明の範囲を限定するものと解釈してはならないことも理解されたい。
図面のすべてを通じて、対応する符号が、類似するまたは対応する部品および特徴を示すことを理解されたい。
次の説明は、本来、単に例示的であって、本開示または本開示の応用例および用途を限定することを意図されたものではない。
そのような原子炉制御棒位置データ収集システムの動作環境の一例示的実施形態を、図1に示す。図1は、沸騰水型原子炉圧力容器(RPV)10の、諸部分を切断された断面図である。原子炉圧力容器10は、全体的に円筒形の形状を有し、一端でボトムヘッド12によって、他端で取り外し可能トップヘッド14によって閉じられる。側壁16が、ボトムヘッド12からトップヘッド14まで延びる。側壁16には、トップフランジ18が含まれる。トップヘッド14は、トップフランジ18に取り付けられる。円筒形の形状の炉心シュラウド20が、原子炉心22を囲む。シュラウド20は、一端でシュラウド支持体24によって指示され、対向する取り外し可能シュラウドヘッド26を含む。環28が、シュラウド20と側壁16との間に形成される。輪の形状を有するポンプデッキ30が、シュラウド支持体24とRPV側壁16との間に延びる。ポンプデッキ30には、複数の円形の開口部32が含まれ、各開口部は、噴流ポンプ34を収容する。噴流ポンプ34は、炉心シュラウド20の周囲に分布する。入口ライザパイプ36が、遷移アセンブリ38によって2つの噴流ポンプ34に結合される。各噴流ポンプ34には、入口ミキサ40およびディフューザ42が含まれる。
熱は、炉心22内で生成され、炉心22には、核分裂可能物質の燃料バンドル46が含まれる。炉心22を介して上に循環される水は、少なくとも部分的に蒸気に変換される。蒸気分離器48は、蒸気を水から分離し、水は、再循環される。蒸気乾燥器50は、残留した水を蒸気から除去する。蒸気は、容器トップヘッド14の近くの蒸気出口52を介して原子炉圧力容器10を出る。炉心22内で生成される熱の量は、中性子を吸収する材料、たとえばハフニウムの複数の制御棒54の挿入および引抜きによって調整される。制御棒54が燃料バンドル46に挿入される範囲までで、制御棒54は、そうでなければ炉心22内で熱を生成する連鎖反応を促進させるのに使用可能な中性子を吸収する。
制御棒54は、制御棒駆動(CRD)58に結合され、制御棒駆動58は、炉心板64および燃料バンドル46に関して制御棒54を移動し、これによって、炉心22内の核反応を制御する。制御棒駆動58は、ボトムヘッド12を通って延び、制御棒駆動ハウジング66に囲まれる。制御棒ガイドチューブ56は、制御棒駆動ハウジング66から炉心板64まで垂直に延びる。制御棒ガイドチューブ56は、挿入中および引抜き中の制御棒54の垂直以外の動きを制限する。
複数の棒位置プローブ68は、それぞれが複数の制御棒位置センサ(図1には図示されていないが、図2および下の関連する説明を参照されたい)を有し、それぞれが制御棒54のうちの1つに関連し、原子炉圧力容器10のすぐ下に置かれる。各位置プローブ68は、制御棒位置センサによって生成される制御棒位置データ70をセンサデータファシリティ69を介して供給する。制御棒位置データ70は、収集され、棒位置情報システム(RPIS)または類似するシステム(図1には図示せず)に送られる。いくつかの実施形態では、下で具体的には述べないが、制御棒位置収集および伝送の構成要素、システム、または方法のうちの1つまたは複数が、冗長にされるか複製され、組み合わされるか別々のモジュールまたはシステムとして実施され、それでも本開示の範囲内と考えられる。
いくつかの実施形態で、原子炉内の制御棒位置データを収集するシステムには、第1制御棒に関連する複数の第1位置センサと第2制御棒に関連する複数の第2位置センサとに結合された位置データマルチプレクサモジュールが含まれ、このマルチプレクサは、第1制御棒位置データおよび第2制御棒位置データを第1多重化位置信号に多重化し、この多重化位置信号を第3制御棒からの第3制御棒位置データを有する第2多重化位置信号と並列にバス通信ファシリティを介して送るように構成される。
図2に、一例示的実施形態による制御棒位置収集システムの単純化されたブロック図を示す。図示のように、位置データマルチプレクサモジュール202は、第1制御棒位置データ70Aを受け取るために第1棒位置センサ204Aに結合され、第2制御棒位置データ70Bを受け取るために第2棒位置センサ204Bに結合される。マルチプレクササブモジュール206は、第1制御棒位置データ70Aおよび第2制御棒位置データ70Bを第1多重化位置信号208に多重化する。伝送サブモジュール210は、第1多重化位置信号208をフォーマットし、1つまたは複数の他の同様に多重化された位置信号208Nと並列にバス伝送ファシリティ212を介して第1多重化位置信号208を送る。バス伝送ファシリティ212は、シリアル通信ではなく、バス上の並列通信で複数のデータまたは伝送信号の受取および送出をサポートできる任意のタイプの伝送ファシリティおよびプロトコルとすることができる。1つまたは複数の他の多重化位置信号には、他の制御棒54に関連するセンサ204N(図示せず)からの多重化位置データが含まれる。
図3に、もう1つの例示的実施形態を示す。図示のように、第1制御棒54A1は、炉心22(図1に図示)内で、第1制御棒駆動58A1によって、関連する第1位置プローブ68A1に関して移動される。第1制御棒54A1には、位置エミッタ302が含まれ、位置エミッタ302は、第1制御棒54A1または第1制御棒駆動58A1上に位置決めされるかこれに関連し、炉心22内の第1制御棒54A1の位置を識別するために位置センサ204ANと相互作用するように構成される。位置エミッタ302は、1つまたは複数の位置センサ204によって感知される位置または相対位置を有することができる任意のタイプのデバイスとすることができ、一実施形態で、たとえば、磁気デバイスまたは磁石デバイスである。位置センサ204は、位置エミッタ302の存在を検出するように構成された任意のタイプのデバイスとすることができ、一実施形態で、たとえば、リードスイッチである。
位置センサ204のそれぞれは、位置データ70A1を位置データマルチプレクサモジュール202Aなどの位置収集デバイスまたは位置収集システムに搬送するためにセンサデータファシリティ69に結合される。位置センサ204は、専用のセンサデータファシリティ69を介して個々の信号を供給することができ、あるいは、関連する位置プローブ68A1上の位置センサ204の個数より少数の物理的センサデータファシリティ69の利用を可能にするためにワイヤのグループもしくはマトリックスとしてまたは個々のセンサデータファシリティ69として結合されまたは配線されることができる。たとえば、一例示的実施形態で、位置プローブ68は、位置プローブ68の13フィートの長さに沿った複数の間隔で位置決めされた53個のリードスイッチを有し、各リードスイッチは、制御棒54が炉心22内で位置決めされる時の位置エミッタ302の少なくとも1つの近接を判定するように位置決めされる。53個のリードスイッチは、リードスイッチの約半分が並列に結合され、53個のリードスイッチのそれぞれからの位置データ70がワイヤの5×6マトリックスを有するセンサデータファシリティ69を介して送られるように結合することができる。5×6ワイヤマトリックスをセンサデータファシリティ69として利用することによって、1つの位置プローブ68の53個の位置センサ204からのセンサ位置データ70を送るのに必要なワイヤが、より少なくなる。これは、1つの例にすぎず、他の配置および結合機構も、本開示と一貫して利用することができる。
図3をもう一度参照すると、単一の位置エミッタ302A1が、第1位置RP1に図示されている。第1位置RP1では、センサ204A1−Aが、位置エミッタ302A1の存在を検出し、近接する位置エミッタ302を示す位置信号70A1を送る。しかし、制御棒54A1が、制御棒駆動58A1によって下向きに棒位置RP2に移動される場合に、位置センサ204A1−5が、近接する位置エミッタ302A1を検出し、関連する位置信号70A1を送る。この時に、位置センサ204A1−Aは、もはや信号70A1を送らなくなる。
したがって、位置データ70A1は、位置RP1から位置RP2への移動中に、第1位置センサ204A1および204A1−5ならびに他のセンサ204A1−2から204A1−Nによって生成された位置データに関して第1位置データマルチプレクサモジュール202Aに供給される。同様に、制御棒54A1の移動の後に、第1位置データマルチプレクサモジュール202Aは、第2位置プローブ68A2および第2制御棒54A2に関連する第2位置センサ204A2−N(図示せず)から第2位置データ70A2を受け取る。さらに、第3位置データ70A3および第4一データ70A4を、それぞれ追加の制御棒54A3および54A4から第1位置データマルチプレクサモジュール202Aに送ることもできる。4つの制御棒54A1から54A4が図3に示されているが、1つまたは複数の制御棒54を、第1位置データマルチプレクサモジュール202Aおよび他の位置データマルチプレクサモジュール202のいずれかに関連付けることができ、なおかつ本開示の範囲内とすることができることを理解されたい。第1マルチプレクサ202は、受け取った位置データ70A1、70A2、70A3、および/または70A4のうちの1つまたは複数を多重化位置信号208Aに多重化し、第1多重化位置信号208Aをバス通信ファシリティ212を介して送る。
同様に、1つまたは複数の追加の位置データマルチプレクサモジュール202Bも、それぞれ位置プローブ68B1、68B2、68B3、および68B4から位置データ70B1、70B2、70B3、および/または70B4などの1つまたは複数の位置データ70を受け取ることができる。追加の位置データマルチプレクサモジュール202Bには、マルチプレクササブモジュール206Bおよびバス通信サブモジュール210Bが含まれ、マルチプレクササブモジュール206Bおよびバス通信サブモジュール210Bは、多重化し、第2(または第3あるいはそれ以降の)多重化位置信号208Bを生成し、第1多重化位置信号208Aおよびおそらくは第3、第4、またさらなる追加の多重化位置信号208Nと並列に、バス通信ファシリティ212を介して第2多重化位置信号208Bを送る。この形で、制御棒位置マルチプレクサモジュール202のそれぞれは、短いインターバルの基礎で位置データ70を受け取ることができ、遅延なしで、したがって改善された速度で共用バス通信ファシリティ212を介して位置データ70を含む多重化位置信号208を送り、減らされたインターバルで送出を繰り返すことができる。
たとえば、いくつかの実施形態で、原子炉心22内の各すべての制御棒54に関連する各すべてのセンサ204の現在のタイムリーな位置データ70の送出は、約5ミリ秒に1回またはそれ以内のインターバルで好ましく行うことができる。棒位置データの収集および伝送のこの好ましい速度で、これまでは50ミリ秒おきを超える割合で棒位置データを収集し、送出するのみであった他のシステムと比較して、さまざまな運転制御改善が可能にされる。これは、約5秒毎に一回以下のデータ収集送出速度が、約3秒での完全引抜き位置から完全挿入位置への制御棒54の移動をもたらす原子炉スクラム中の詳細な棒位置データを提供できるので、利益である。したがって、原子炉運転の高められた安全性および改善された効率をもたらす、原子炉のいくつかの運転を改善することができる。
他の実施形態では、原子力発電プラント内で制御棒位置データを収集し伝送するシステムに、第1位置データマルチプレクサモジュール、第2位置データマルチプレクサモジュール、および位置データ制御モジュールが含まれる。第1位置データマルチプレクサモジュールは、第1制御棒に関連する複数の第1位置センサおよび第2制御棒に関連する複数の第2位置センサに結合され、第1位置センサから第1位置データを受け取り、第2位置センサから第2位置データを受け取り、第1位置データおよび第2位置データを、第1制御棒および第2制御棒に関連する第1多重化位置信号に多重化し、第1多重化位置信号をバス通信ファシリティを介して送るように構成される。
第2位置データマルチプレクサは、第3制御棒に関連する複数の第3位置センサおよび第4制御棒に関連する複数の第4位置センサに結合され、第3位置センサから第3位置データを受け取り、第4位置センサから第4位置データを受け取り、第3位置データおよび第4位置データを、第3制御棒および第4制御棒に関連する第2多重化位置信号に多重化し、第2多重化位置信号をバス通信ファシリティを介して第1多重化位置信号と並列に送るように構成される。位置データ制御モジュールは、バス通信ファシリティに結合され、第1多重化位置信号を第2多重化位置と並列に受け取り、第1多重化位置信号の少なくとも一部を第2多重化位置信号の少なくとも一部と共に複合位置信号に多重化し、複合位置信号をデータ通信ファシリティを介して送るように構成される。
いくつかの実施形態で、制御棒位置情報システムは、データ通信ファシリティに結合され、送られた複合位置信号を受け取るように構成される。そのような制御棒位置情報システムは、さらに、制御棒の管理のために、受け取られた複合位置信号ならびにその中で供給される1つまたは複数の位置データを利用するように構成することができる。たとえば、制御棒位置情報システムを、上で説明したように、受け取られた複合位置信号の関数として、1つまたは複数の制御棒の速度および/または加速度を判定または計算するように構成することができる。
図4を参照すると、棒制御システム400には、制御棒駆動58のプローブチューブに挿入できる位置プローブ68が含まれる。各位置プローブ68には、プラグおよびレセプタクルと、熱電対と、約13フィートなどの所定の長さに沿って位置決めされる53個の常時開リードスイッチ(しばしば、スイッチ番号S00からS52によって参照され、奇数スイッチと偶数スイッチの両方を含む)などの複数の位置センサとを含めることができる。制御棒駆動58の、したがって制御棒54の位置は、制御棒駆動58の駆動ピストンに取り付けられた磁石またはエミッタ302が位置センサ204の検出点に近接している時のリードスイッチの作動によって判定される。
位置センサ204は、磁石/エミッタ302に近接する各位置で個別に閉じることができる。いくつかの実施形態で、制御棒駆動58は、制御棒駆動58のピストンの長さに沿った位置センサ204のうちの1つまたは複数に関連する定義されたロック位置に基づいて制御棒54を移動するように動作する。そのような実施形態で、位置センサ204は、各ロック位置(偶数番号の位置センサ204によって定義される)でおよびロック位置の間の中間点(奇数番号の位置センサ204によって定義される)で個別に閉じる。位置センサ204には、位置データマルチプレクサモジュール202によって生成される電圧によってバイアスを与えることができる。位置センサ204が閉じている時に、位置データ70などのアナログ信号が、その特定の位置センサ204によって位置データマルチプレクサモジュール202に送られる。制御棒54の位置は、原子炉停止中の制御棒完全挿入から最大出力原子炉運転中の制御棒完全引抜きまでの範囲にわたるものとすることができる。
棒制御システム400には、複数の位置データマルチプレクサモジュール202Aから202Nを有する棒位置情報システム(RPIS)402を含めることができる。各位置データマルチプレクサモジュール202は、位置データファシリティ69を介して1つまたは複数の位置プローブ68およびそれらに関連する位置センサ204(図4には図示せず)に結合される。上で述べたように、各位置プローブ68は、関連する制御棒54の位置を検出し、位置データ70A1を生成し、この位置データ70A1は、位置センサデータファシリティ69A1を介して位置データマルチプレクサモジュール202Aに送られる。位置データマルチプレクサモジュール202Aは、1つまたは複数の位置データ70Nを受け取り、位置データ70Aを多重化して多重化位置信号208Aを作り、多重化位置信号208Aを1つまたは複数の他の多重化位置信号208Nと並列にバス通信ファシリティ212を介して送る。
いくつかのそのような実施形態で、バス通信ファシリティ212は、1つまたは複数の回路カードのバックプレーンとして実施して、1つまたは複数の位置データマルチプレクサモジュール202と共に構成されたさまざまな挿入されたカードの間の並列バス通信パスを提供することができる。さらに、位置データ制御モジュール404も、やはり同一のバックプレーンに結合される追加回路カードとして実施することができる。バス通信ファシリティ212は、位置データ制御モジュールカード404との他の位置データマルチプレクサモジュール202回路カードの通信を妨げるか他の形で中断することなく、位置データ制御モジュール404回路カードへのさまざまな位置データマルチプレクサモジュール202回路カードの並列通信を可能にする。そのような実施形態では、1つまたは複数の位置データマルチプレクサモジュール202回路カードを、他の位置データマルチプレクサモジュール202回路カードからの制御棒位置データ70の収集および送出に影響せずに、棒位置情報システム402またはそれに関連するキャビネットから除去することができる。
位置データマルチプレクサモジュール202は、位置センサバイアス電圧407A1から407N1を生成して、位置エミッタ302が存在する時の位置センサ204による位置データ70の生成のアクティブ化を可能にすることができる。位置データマルチプレクサモジュール202は、各関連し結合された位置プローブ68の位置センサ204の状況を感知する。バイアス電圧407A1から407N1は、いくつかの実施形態で、結合された位置プローブ位置センサ204の複数の組ごとに個別に選択することができる。バイアス電圧は、同一または結合された位置プローブ68ごとに異なるものとすることができ、位置センサ204の特定の組の正しい動作を可能にするために原子炉運転担当者によって選択可能とすることができる。いくつかの実施形態で、位置センサ204の組ごとのバイアス電圧407A1から407N1は、運転条件の変更に関する調整を可能にするために、通常動作中に位置データマルチプレクサモジュール202でまたはこれを介してセットすることができる。さまざまな実施形態で、バイアス電圧407は、たとえば約5Vdc、約12Vdc、および約24Vdcなどの直流電圧とすることができる。もちろん、他の直流電圧または交流電圧も、利用することができ、本開示の範囲内である。通常、複数のバイアス電圧407A1から407N1が実施される場合には、位置データマルチプレクサモジュール202に、バイアス電圧407A1から407N1のうちの1つまたは複数を作る1つまたは複数の電圧コンバータ(図示せず)を含めることができる。位置センサ204の組ごとに位置データマルチプレクサモジュール202によって生成されるバイアス電圧407A1から407N1は、たとえば、最小出力目標、電気的接触からの腐蝕、腐蝕除去、偽陽性位置センサ感知、湿度、位置センサ特性などの要因に基づくものとすることができる。
位置データマルチプレクサモジュール202は、制御棒位置データ70の送出において自動的に開始するものとすることができ、この自動開始は、時限式のまたは反復的な基礎とするか、変更された位置を基礎とするものとすることができる。他の実施形態では、制御棒位置データ70の送出を、バス通信ファシリティ212を介する位置データ制御モジュール404からのコマンド、照会、または要求に応答するもののみとすることができる。
多重化位置信号208は、特定の制御棒54の識別を可能にするために制御棒位置データ70のアドレッシングも提供することができる。たとえば、一実施形態で、10ビットのデータを有する識別ワードを使用して、原子炉心22内の各制御棒54を識別することができる。さらに、各位置センサ204を、データワード内で一意にアドレッシングまたは位置決めして、現在の制御棒位置データ70を一意に識別し、したがって制御棒54の位置を一意に識別することができる。
位置データ制御モジュール404は、バス通信ファシリティ212から並列に送られた1つまたは複数の多重化位置信号208Nを受け取るためにバス通信インターフェース406と元に構成することができる。位置データ制御モジュール404は、位置データ70を受動的に受け取るか、バス通信ファシリティ212を介して位置データマルチプレクサモジュール202のそれぞれに照会しまたはこれにコマンドを送るように構成することができる。1つまたは複数の制御棒54から関連する位置データ70を受け取る時に、位置データ制御モジュール404は、複数の多重化位置信号208から受け取られる複数の位置データ70を複合位置信号408に多重化する。
位置データ制御モジュール404のデータ通信インターフェースモジュール410は、データ通信ファシリティ412を介して1つまたは複数の結合されたシステムに複合位置信号408を送る。データ通信インターフェースモジュール410およびデータ通信ファシリティ412は、任意のタイプのデータ通信プロトコルまたはデータ通信システムとすることができる。たとえば、いくつかの実施形態で、データ通信インターフェースモジュール410およびデータ通信ファシリティ412は、約1Mbps以上のデータ速度で伝送するデータ通信プロトコルと互換であり、他の実施形態で、約10Mbps以上のデータ速度で伝送するデータ通信プロトコルと互換であり、あるいは、他の実施形態で、約100Mbps以上のデータ速度で伝送するデータ通信プロトコルと互換である。データ通信ファシリティは、たとえば、イーサネット(登録商標)、Fiber Distributed Data Interface、Fieldbus、または類似する適当なデータ通信プロトコルおよびデータ通信ファシリティとすることができる。一般に、より高い速度は、位置データのよりタイムリーな更新をもたらし、これによって各制御棒の管理および制御のデータの正確さを高めるために望ましい可能性がある。
位置データ制御モジュール404は、すべての結合された位置プローブ68またはたとえばマルチプレクサカードなどの棒位置マルチプレクサモジュール202のマスタ制御として働くことができる。位置データ制御モジュール404は、適当な通信プロトコルを使用して並列バス通信ファシリティ212とインターフェースして、各関連するプローブ位置データマルチプレクサモジュール202にデータを送り、これからデータを受け取る。位置データ制御モジュール404は、位置データマルチプレクサモジュール202およびパッケージによって供給される制御棒位置データ70および制御棒位置データ70の制御棒アドレスを収集し、すべてのサポートされる位置プローブ68(およびそれに関連する位置センサ204)に関する結合された位置データマルチプレクサモジュール202のすべてからの収集された位置データ70をフォーマットし、かつ/または高速データ通信プロトコルを有する複合位置信号408に多重化し、このデータ通信信号を高速データ通信ファシリティ412を介するデータ通信信号を介して送る。データ通信ファシリティ412には、たとえば、10Mbpsで動作するイーサネット(登録商標)、または約10Mbpsもしくは約100Mbpsで動作するfiber distributed dataネットワークを含めることができる。当業者に既知のまたは開発され得る他のデータ通信ファシリティおよびデータ通信プロトコルも、複合位置信号408を送るのに適する。
位置データ制御モジュール404は、約5ミリ秒おきまたはそれ未満の割合で、関連するバス通信ファシリティに結合された各位置データマルチプレクサモジュール202に照会するように構成することができる。位置データ制御モジュール404は、位置データマルチプレクサモジュール202から制御棒位置データ70を収集し、収集された制御棒位置データ70を1つまたは複数の棒制御管理システムもしくは補助システムに送るように構成することができる。本明細書の開示は、約5ミリ秒またはそれ未満で、更新された現在の制御棒位置データ70をリモートシステムに送ることを可能にする。この速度で、改善された原子炉制御棒54制御を実施することができる。
位置データ制御モジュール404、位置データマルチプレクサモジュール202、およびバス通信ファシリティ212のそれぞれは、通信に関する並列通信プロトコルをサポートするように構成することができる。いくつかの実施形態で、これに、マンチェスタ符号化された時分割多重パリティ信号線または約1MHz以上で動作する半二重マスタ−スレーブディジタル同期データ通信プロトコルを含めることができる。いくつかの実施形態で、バス通信を、たとえばMIL−STD−1553B通信標準規格などの1つまたは複数の既知の通信標準規格または変形形態もしくは類似する多重化通信プロトコルに基づくものとすることができる。バス通信のコマンド、同期化、およびデータフォーマッティングは、制御棒54、位置プローブ68、ならびに位置センサ204のうちの1つまたは複数の識別を可能にするための制御棒位置データ70などのアドレッシングを含む、上で説明した制御棒位置データ70の収集および伝送に適する任意のタイプとすることができる。
複合位置信号を含むデータ通信メッセージの構造も、任意の適当な通信プロトコルおよびフォーマットとすることができる。注記したように、いくつかの実施形態で、これに、イーサネット(登録商標)通信プロトコルを含めることができる。バス通信と同様に、データ通信プロトコルフォーマットには、制御棒54、位置プローブ68、ならびに位置センサ204のうちの1つまたは複数の識別を可能にする、制御棒位置データ70のアドレッシングまたは他の形のアドレッシングを含めなければならない。
棒制御システム400には、1つまたは複数の棒制御管理システム(RCMS)414(図4には2つのそのようなシステム414Aおよび414Nを図示)をも含めることができ、棒制御管理システム414は、1つまたは複数の位置データ制御モジュール404から複合位置信号408を受け取るためにデータ通信ファシリティ412に通信的に結合することができる。複数の棒制御管理システム414を、冗長性またはバックアップのために、複合位置信号408を受け取るように構成することができる。代替案では、またはそれに加えて、1つまたは複数の補助システム422を、複合位置信号408を受け取るためにデータ通信ファシリティに直接に結合することができ、あるいは、複合位置信号408に含まれる制御棒位置データ70もしくは複合位置信号408に関連するかその機能として決定される運転データを受け取るために棒制御管理システム414Aに結合することができる。たとえば、一実施形態で、補助システム422に、原子炉制御室に置かれるディスプレイを含めることができる。このディスプレイは、1つまたは複数の制御棒54に関連する制御棒位置データ70を受け取り、原子炉運転担当者のために原子炉心22内の制御棒の現在の位置を表示する。
棒制御システム400のいくつかの実施形態は、改善された原子炉運転のためにタイムリーなインターバルで更新される制御棒位置データの収集および送出をもたらす。現在のシステムに関する制御棒54に関連する位置センサのそれぞれから制御棒位置データ70を収集し、送ることによって、制御棒54の速度および加速度を判定することができる。たとえば、上で述べたように、いくつかの実施形態で、位置センサ204ごとの約5ミリ秒以下のサンプリングの制御棒位置データは、原子炉スクラム中の棒の速度および加速度を計算する能力をもたらすことができる。その場合に、制御棒は、600個を超える制御棒位置データサンプルの全体的な組を有する約3秒の総移動時間について144インチの距離について48インチ毎秒まで移動することができる。これは、原子炉スクラム中に60制御棒位置サンプル程度で制御棒位置データ70を収集し、送るのみである他のシステムよりかなり高い。制御棒位置データ70の収集および伝送をもたらす並列バス通信ファシリティ212を解して、制御棒54の速度および加速度を判定することができる。したがって、制御棒54および原子炉10を制御する新しい方法を展開することができる。さらに、棒制御システム400などのシステムを、改善された運転および運転計画のために、通常条件中ならびにスクラム条件中にすべての制御棒位置データを収集し、送るように構成することができる。
動作中に、いくつかの実施形態に、第1制御棒位置データおよび第2制御棒位置データを第1多重化位置信号に多重化することと、第3制御棒位置データおよび第4制御棒位置データを第2多重化位置信号に多重化することと、第1多重化位置信号を第2多重化位置信号と並列にバス通信ファシリティを介して受け取ることとを含む原子炉内の方法が含まれる。いくつかの実施形態で、多重化することには、第1制御棒を識別するアドレスを用いて第1位置データを、第2制御棒を識別するアドレスを用いて第2位置データをアドレッシングすることを含めることができる。他の実施形態で、多重化することには、第1電圧を用いて第1位置センサにバイアスを与えることと、第2電圧を用いて第2位置センサにバイアスを与えることとを含めることができる。たとえば、位置センサにバイアスを与えることに、第2位置センサ用の第2電圧と異なる第1位置センサ用の第1電圧のバイアスを与えることを含めることができる。
この方法のいくつかの実施形態で、第1位置データは、第1制御棒に関連する複数の第1位置センサから受け取られ、第2位置データは、第2制御棒に関連する複数の第2位置センサから受け取られ、第3位置データは、第3制御棒に関連する複数の第3位置センサから受け取られ、第4位置データは、第4制御棒に関連する複数の第4位置センサから受け取られる。
上で注記したように、いくつかの方法に、第1制御棒位置データおよび第2制御棒位置データを第1多重化位置信号に多重化することと、第3制御棒位置データおよび第4制御棒位置データを第2多重化位置信号に多重化することとを含めることができる。さらに、第1多重化位置信号を、第2多重化位置信号と並列にバス通信ファシリティを介して送ることができる。
他の実施形態で、本発明による方法に、第1多重化信号および第2多重化信号をバス通信ファシリティを介して並列に受け取ることと、第1多重化信号の少なくとも一部を第2多重化信号の少なくとも一部と共に複合位置信号に多重化することと、複合位置信号をデータ通信ファシリティを介して送ることとを含めることができる。いくつかの実施形態で、複合信号は、データ通信ファシリティを介して送られ、複合信号をたとえば約1.0Mbps超または約10Mbps以上のビットレートを有するデータ通信信号にフォーマットすることを含む。
本発明の他の実施形態で、方法は、第1位置データを受け取ることと、第2位置データを受け取ることと、第1位置データおよび第2位置データを多重化位置信号に多重化することと、複合位置信号に多重化することと、約5ミリ秒以下の割合でそれぞれが繰り返される複合位置信号を送ることとを含むことができる。
他の動作実施形態で、原子炉制御システム内の方法は、第1制御棒に関連する複数の第1位置センサから第1位置データを判定することと、第2制御棒に関連する複数の第2位置センサから第2位置データを判定することとを含むことができる。この方法は、第1位置データおよび第2位置データを、第1制御棒および第2制御棒に関連する第1多重化位置信号に多重化することと、第3制御棒に関連する複数の第3センサからの第3位置データを有する第2多重化位置信号と並列に、第1多重化位置信号をバス通信ファシリティを介して送ることとをも含むことができる。この方法は、さらに、バス通信ファシリティを介して第1多重化位置信号および第2多重化位置信号を受け取ることと、第1多重化位置信号の少なくとも一部を第2多重化位置信号の少なくとも一部と共に複合位置信号に多重化することと、複合位置信号をデータ通信ファシリティを介して送ることとをさらに含むことができる。
図5を参照すると、本開示に記載の原子炉制御棒の位置情報を収集し伝送するシステムおよび方法のいくつかの実施形態の動作環境を、例示的なコンピュータシステム500として示すことができる。コンピュータシステム500には、メモリシステム522、入力インターフェース506によって結合された入力デバイス504、および出力インターフェース510によって結合された出力デバイス508と共に少なくとも1つの高速処理ユニット(CPU)512を有するコンピュータ502が含まれる。これらの要素は、少なくとも1つのバス構造514によって相互接続される。コンピュータシステム500またはその類似する変形形態もしくは代替形態を利用して、たとえば位置データマルチプレクサモジュール202、マルチプレクササブモジュール206、通信インターフェースサブモジュール210、位置データ制御モジュール404、棒制御管理システム414、および制御棒駆動418を含む、上で説明した1つまたは複数のシステムおよび方法を実施することができる。
図示のCPU 512は、よく知られた設計であり、計算を実行する算術論理ユニット(ALU)516、データおよび命令を一時的に保管するレジスタの集合518、およびシステム500の動作を制御する制御ユニット520を含む。少なくともDigital Equipment社、Sun社、MIPS社、Motorola社、NEC社、Intel社、Cyrix社、AMD社、HP社、およびNexgen社のプロセッサを含むさまざまなプロセッサのどれであっても、CPU 512に同等に好ましい。本発明の図示の実施形態は、これらの処理プラットフォームのいずれにもポータブルになるように設計されたオペレーティングシステムで動作する。
メモリシステム522は、一般に、ランダムアクセスメモリ(RAM)半導体デバイスおよび読取専用メモリ(ROM)半導体デバイスなどの媒体の形の高速メインメモリ524と、たとえば、フロッピディスク、ハードディスク、テープ、CD−ROM、フラッシュメモリなどの長期間記憶媒体の形の二次ストレージ526と、電気記録媒体、磁気記録媒体、光学記録媒体、または他の記録媒体を使用してデータを保管する他のデバイスとを含む。メインメモリ524には、ディスプレイデバイスを介してイメージを表示するビデオディスプレイメモリも含めることができる。当業者は、メモリシステム522に、さまざまな記憶容量を有するさまざまな代替構成要素を含めることができることを認めるであろう。
入力デバイス504および出力デバイス508も、よく知られたものである。入力デバイス504には、たとえば、キーボード、マウス、物理的変換器(位置センサ204など)を含めることができる。出力デバイス508には、たとえば、ディスプレイ、プリンタ、スピーカなどの変換器、または、バス通信ファシリティ212などの通信ファシリティもしくはイーサネット(登録商標)などの高速データ通信ファシリティを含めることができる。ネットワークアダプタまたはモデムなどのいくつかのデバイスは、入力デバイスおよび/または出力デバイスとして使用することができる。
当業者によく知られているように、コンピュータシステム500には、さらに、オペレーティングシステムと、少なくとも1つのアプリケーションプログラムとが含まれる。オペレーティングシステムは、コンピュータシステムの動作とリソースの割振りとを制御するソフトウェアの組である。アプリケーションプログラムは、オペレーティングシステムを介して使用可能にされたコンピュータリソースを使用して、ユーザが望む作業を実行するソフトウェアの組である。この両方が、図示のメモリシステム522に常駐する。
コンピュータプログラミングの当業者の実践に従って、本発明を、下で、コンピュータシステム500によって実行される動作の記号表現を参照して説明する。そのような動作を、時々、コンピュータ実行されると称する。記号的に表現される動作に、データビットを表す電気信号のCPU 512による操作、およびメモリシステム522内のメモリ位置にあるデータビットの維持、ならびに信号の他の処理が含まれることを諒解されたい。データビットが維持されるメモリ位置は、そのデータビットに対応する特定の電気的特性、磁気的特性、または光学的特性を有する物理的位置である。本明細書に記載のいくつかの実施形態は、コンピュータ可読媒体に保管された一連の命令を含む1つまたは複数のプログラム内で実施することができる。コンピュータ可読媒体は、上でメモリシステム522に関して説明したデバイスのいずれかまたはそれらのデバイスの組合せとすることができる。
本発明の実施形態のうちのいくつかの技術的影響の一部には、高められた棒位置データ収集および制御棒管理制御システムへの収集された制御棒位置データの改善された伝送が含まれ、これによって、改善された制御棒位置データ更新と原子炉心内の制御棒の管理および制御が可能になる。
本発明または本発明の実施形態の要素または特徴を説明する時に、冠詞「a」、「an」、「the」、および「said」は、その要素または特徴が1つまたは複数あることを意味することが意図されている。用語「comprising」、「including」、および「having」は、包含的であり、具体的に説明されたものを超える追加の要素または特徴があってもよいことを意味することが意図されている。
当業者は、本発明の範囲から逸脱せずに、上で説明された例示的な実施形態および実施態様に対してさまざまな変更を行えることを認めるであろう。したがって、上の説明に含まれるまたは添付図面に示されたすべてのものは、限定的な意味ではなく、例示として解釈されなければならない。
さらに、本明細書で説明されたプロセスまたは段階を、述べられたまたは図示された特定の順序での実行を必ず必要とするものと解釈してはならないことを理解されたい。また、追加のまたは代替のプロセスまたは段階を使用できることを理解されたい。
本発明のいくつかの例示的実施形態に適する沸騰水型原子炉圧力容器(RPV)環境を示す、諸部分を切断された断面図である。 本発明の一例示的実施形態による制御棒位置収集システムを示す単純化されたブロック図である。 本発明のもう1つの実施形態による制御棒位置情報システムを示すブロック図である。 本発明のもう1つの実施形態による制御棒位置収集および伝送のシステムおよび方法を利用する制御棒制御管理システムを示すブロック図である。 原子炉制御棒位置情報を収集し伝送するシステムおよび/または方法のいくつかの実施形態または構成要素を実施するのに使用することができるコンピュータシステムを示すブロック図である。
符号の説明
10 原子炉圧力容器(RPV)
12 ボトムヘッド
14 取り外し可能トップヘッド
16 側壁
18 トップフランジ
20 炉心シュラウド
22 原子炉心
24 シュラウド支持体
26 取り外し可能シュラウドヘッド
28 環
30 ポンプデッキ
32 円形の開口部
34 噴流ポンプ
36 入口ライザパイプ
38 遷移アセンブリ
40 入口ミキサ
42 ディフューザ
46 燃料バンドル
48 蒸気出口
50 蒸気乾燥器
52 蒸気出口
54 制御棒
56 棒ガイドチューブ
58 制御棒駆動
64 炉心板
66 棒駆動ハウジング
68 棒位置プローブ
69 位置データファシリティ
70 棒位置データ
202 データマルチプレクサ
204 位置センサ
206 マルチプレクサモジュール
208 多重化位置信号
210 伝送モジュール
212 バス伝送ファシリティ
302 位置エミッタ
304 センサデータファシリティ
400 棒制御システム
402 棒位置情報システム(RPIS)
404 制御モジュール
406 バス通信インターフェース
407 バイアス電圧
408 複合位置信号
410 通信インターフェースモジュール
412 データ通信ファシリティ
414 棒制御管理システム(RCMS)
418 制御棒駆動
422 補助システム
500 コンピュータシステム
502 コンピュータ
504 入力デバイス
508 出力デバイス
512 CPU
514 バス構造
516 算術論理ユニット(ALU)
518 レジスタの集合
520 制御ユニット
522 メモリシステム
524 メインメモリ
526 二次ストレージ

Claims (10)

  1. 第1制御棒54に関連する複数の第1位置センサ204と第2制御棒54に関連する複数の第2位置センサ204とに結合されたマルチプレクサモジュール206を含む原子炉内の制御棒位置データを収集するシステムであって、前記マルチプレクサモジュール206が、第1制御棒位置データおよび第2制御棒位置データを第1多重化位置信号208に多重化し、前記第1多重化位置信号208を第3制御棒54からの第3制御棒位置データを有する第2多重化位置信号208と並列にバス通信ファシリティ212を介して送るように構成されることを特徴とするシステム。
  2. 前記マルチプレクサモジュール206が、前記第1位置センサ204から前記第1制御棒位置データを受け取り、前記第2位置センサ204から第2制御棒位置データを受け取るように構成されることを特徴とする請求項1記載のシステム。
  3. 前記マルチプレクサモジュール206が、前記第1多重化位置信号208をフォーマットし、送るように構成されたバス通信インターフェース406を含み、さらに、前記バス通信インターフェース406を介して前記マルチプレクサモジュール206に結合された前記バス通信ファシリティ212を含むことを特徴とする請求項1記載のシステム。
  4. 前記第1多重化位置信号208および前記第2多重化位置信号208を受け取り、前記第1多重化位置信号208の少なくとも一部を前記第2多重化位置信号208の少なくとも一部と共に複合位置信号408に多重化するように構成された、前記バス通信ファシリティ212に結合された制御モジュール404をさらに含むことを特徴とする請求項3記載のシステム。
  5. 前記制御モジュール404が、前記複合位置信号408を約1.0Mbpsを超えるビットレートを有するデータ通信信号にフォーマットし、前記複合位置信号408をデータ通信ファシリティ412を介して送るように構成されることを特徴とする請求項4記載のシステム。
  6. 前記データ通信信号が、約10Mbps以上のビットレートを有するようにフォーマットされることを特徴とする請求項5記載のシステム。
  7. 前記送られた複合位置信号408を受け取り、前記受け取られた複合位置信号408の関数として、前記第1制御棒54または前記第2制御棒54のうちの少なくとも1つの速度と、前記第1制御棒54および前記第2制御棒54のうちの少なくとも1つの加速度とのうちの少なくとも1つを計算するように構成された制御棒位置情報システム402をさらに含むことを特徴とする請求項4記載のシステム。
  8. 前記マルチプレクサモジュール206が、前記第1制御棒位置データを判定し、前記第2制御棒位置データを判定し、前記第1制御棒位置データおよび前記第2制御棒位置データを前記第1多重化位置信号208に多重化し、前記第1多重化位置信号208を、それぞれ約5ミリ秒以下のインターバルで送るように構成されることを特徴とする請求項1記載のシステム。
  9. 前記マルチプレクサモジュール206が、前記第1位置センサ204への第1バイアス電圧407および前記第2位置センサ204への第2バイアス電圧407を生成するように構成され、前記第1バイアス電圧407が、前記第2バイアス電圧407と異なることを特徴とする請求項1記載のシステム。
  10. 前記マルチプレクサモジュール206が、前記第1制御棒54を識別するアドレスを用いて前記第1制御棒位置データをアドレッシングし、前記第2制御棒54を識別するアドレスを用いて前記第2制御棒位置データをアドレッシングするように構成されることを特徴とする請求項1記載のシステム。
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