JP2012083113A - 制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉補給水制御系の設定作業を行う作業員の負荷を軽減すること。
【解決手段】原子力発電プラントの原子炉冷却系統で用いられる１次冷却材を貯蔵する体積制御タンクへ補給される１次冷却材の流量およびほう素濃度を制御する制御装置１２は、指定された１次冷却材の目標ほう素濃度に基づいて、所定のほう素濃度のほう酸水と当該ほう酸水を希釈して１次冷却材とする希釈液との混合比率を算出する混合比率算出部１２５と、指定された１次冷却材の流量と、混合比率算出部１２５によって算出された混合比率とに基づいて、体積制御タンクへ補給されるほう酸水の流量と希釈液の流量とを算出するほう酸水流量算出部１２６および純水流量算出部１２８と、流量の算出結果に基づいて、体積制御タンクへ補給されるほう酸水の流量と希釈液の流量とを制御するほう酸水流量制御部１２７および純水流量制御部１２９とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、原子炉補給水制御系の設定作業を行う作業員の負荷を軽減することができる制御装置および制御方法に関する。

ほう素を含む１次冷却材によって原子炉の出力を制御する加圧水型の原子力発電プラントは、原子炉冷却系統（ＲＣＳ：Reactor Coolant System）に補給される１次冷却材のほう素濃度と流量を制御する原子炉補給水制御系を備える。原子炉補給水制御系には、原子力発電プラントの運転に十分な量の１次冷却材を貯蔵するための体積制御タンク等が設けられる（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特開平５−５７９８号公報 特開２０１０−４３９５６号公報

原子炉冷却系統では、運転状況に応じて、１次冷却材の必要量や適切なほう素濃度が変動する。このため、原子力発電プラントでは、運転状況に応じて、原子炉補給水制御系が補給する１次冷却材の量やほう素濃度を変更する必要があるが、これらを調整するには、原子炉補給水制御系に含まれる弁の開度等を個別に設定する必要があり、設定作業を行う作業員に大きな負荷がかかっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、原子炉補給水制御系の設定作業を行う作業員の負荷を軽減することができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

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の原子炉冷却系統で用いられる１次冷却材を貯蔵する体積制御タンクへ補給される１次冷却材の流量およびほう素濃度を制御する制御装置であって、指定された１次冷却材の目標ほう素濃度に基づいて、所定のほう素濃度のほう酸水と当該ほう酸水を希釈して１次冷却材とする希釈液との混合比率を算出する混合比率算出部と、指定された１次冷却材の流量と、前記混合比率算出部によって算出された混合比率とに基づいて、前記体積制御タンクへ補給される前記ほう酸水の流量と前記希釈液の流量とを算出する水流量算出部と、前記水流量算出部の算出結果に基づいて、前記体積制御タンクへ補給される前記ほう酸水の流量と前記希釈液の流量とを制御する流量制御部とを備えることを特徴とする。

この制御装置では、指定したほう素濃度と流量とで１次冷却材が補給されるように、制御装置が混合比率等を算出してほう酸水の流量と希釈液の流量とを制御するので、原子炉補給水制御系の設定作業を行う作業員の負荷を軽減することができる。

また、本発明の望ましい態様としては、前記混合比率算出部は、前記原子炉冷却系統で用いられている１次冷却水のほう素濃度を検出する検出器によって検出されたほう素濃度を前記目標ほう素濃度として、前記混合比率を算出することが好ましい。

この態様では、１次冷却水のほう素濃度の設定が不要となるので、原子炉補給水制御系の設定作業を行う作業員の負荷をさらに軽減することができる。

また、本発明の望ましい態様としては、前記体積制御タンク内の１次冷却材の貯蔵量の検出値と目標値との偏差に基づいて、前記体積制御タンクへ補給される１次冷却材の流量を前記水流量算出部に指定する補給流量指定部をさらに備えることが好ましい。

この態様では、１次冷却水の流量の設定が不要となるので、原子炉補給水制御系の設定作業を行う作業員の負荷をさらに軽減することができる。

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の原子炉冷却系統で用いられる１次冷却材を貯蔵する体積制御タンクへ補給される１次冷却材の流量およびほう素濃度を制御する制御装置によって実行される制御方法であって、指定された１次冷却材の目標ほう素濃度に基づいて、所定のほう素濃度のほう酸水と当該ほう酸水を希釈して１次冷却材とする希釈液との混合比率を算出する混合比率算出ステップと、指定された１次冷却材の流量と、前記混合比率算出ステップにおいて算出された混合比率とに基づいて、前記体積制御タンクへ補給される前記ほう酸水の流量と前記希釈液の流量とを算出する水流量算出ステップと、前記水流量算出ステップでの算出結果に基づいて、前記体積制御タンクへ補給される前記ほう酸水の流量と前記希釈液の流量とを制御する流量制御ステップとを含むことを特徴とする。

この制御方法では、指定したほう素濃度と流量とで１次冷却材が補給されるように、制御装置が混合比率等を算出してほう酸水の流量と希釈液の流量とを制御するので、原子炉補給水制御系の設定作業を行う作業員の負荷を軽減することができる。

本発明に係る制御装置および制御方法は、原子炉補給水制御系の設定作業を行う作業員の負荷を軽減することができるという効果を奏する。

図１は、原子炉冷却系統への１次冷却材の補給に関連する構成を示す図である。 図２は、実施例１に係る制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 図３は、流量積算装置の概要構成を示すブロック図である。 図４は、流量積算装置の構成の変形例を示す図である。 図５は、自動補給モードにおける制御装置の動作を示すフロー図である。 図６は、実施例２に係る制御装置の構成を示す機能ブロック図である。

以下に、本発明に係る制御装置および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。また、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付して重複する説明を省略する。

まず、図１を参照しながら、原子炉冷却系統への１次冷却材の補給に関連する構成について説明する。図１に示す原子炉冷却系統４０は、炉心部から熱をとる１次冷却系と、蒸気発生器を介して１次冷却系から熱をとって蒸気を作る２次冷却系とを含む。原子炉冷却系統４０には、１次冷却系で用いられる１次冷却材のほう素濃度を検出するほう素濃度検出器４１が設けられる。

図１に示す１次系純水タンク２１と、１次系純水ポンプ２２と、１次系純水流量制御弁２３と、１次系純水流量検出器２４と、ほう酸水タンク２５と、ほう酸水ポンプ２６と、ほう酸水流量制御弁２７と、ほう酸水流量検出器２８と、混合器２９と、体積制御タンク３０と、貯水量検出器３１と、タンク上流側弁３２と、タンク下流側弁３３と、充てんポンプ３４とは、原子炉補給水制御系を構成する。原子炉補給水制御系は、体積制御タンク３０に１次冷却材を貯蔵することによって原子炉冷却系統４０で用いられる１次冷却材の量を十分に確保する。また、原子炉補給水制御系は、主として、体積制御タンク３０に補給する１次冷却材のほう素濃度を調整することにより、原子炉冷却系統４０で用いられる１次冷却材のほう素濃度を制御する。

１次系純水タンク２１は、１次冷却材に用いられる純水を蓄える。１次系純水ポンプ２２は、１次系純水タンク２１に蓄えられた純水を１次系純水流量制御弁２３へ送る。１次系純水流量制御弁２３は、１次系純水タンク２１から体積制御タンク３０へ送られる純水の流量を弁の開閉によって調整する。１次系純水流量検出器２４は、１次系純水タンク２１から体積制御タンク３０へ送られる純水の流量を検出する。

ほう酸水タンク２５は、１次冷却材に用いられる高濃度のほう酸水を蓄える。ほう酸水ポンプ２６は、ほう酸水タンク２５に蓄えられたほう酸水をほう酸水流量制御弁２７へ送る。ほう酸水流量制御弁２７は、ほう酸水タンク２５から体積制御タンク３０へ送られるほう酸水の流量を弁の開閉によって調整する。ほう酸水流量検出器２８は、ほう酸水タンク２５から体積制御タンク３０へ送られるほう酸水の流量を検出する。

混合器２９は、１次系純水タンク２１から体積制御タンク３０へ送られる純水と、ほう酸水タンク２５から体積制御タンク３０へ送られるほう酸水とを混合して１次冷却材とする。

体積制御タンク３０は、原子炉冷却系統４０から還流してきた１次冷却材と、混合器２９から送られた１次冷却材とを貯蔵する。体積制御タンク３０に貯蔵された１次冷却材は、原子力発電プラントの運転状況に応じて、原子炉冷却系統４０へ補給される。貯水量検出器３１は、体積制御タンク３０に貯蔵されている１次冷却材の量を測定する。

タンク上流側弁３２は、混合器２９から体積制御タンク３０へ送られる１次冷却材の流量を弁の開閉によって調整する。タンク下流側弁３３は、体積制御タンク３０を経由することなく混合器２９から原子炉冷却系統４０へ送られる１次冷却材の流量を弁の開閉によって調整する。充てんポンプ３４は、原子炉補給水制御系から原子炉冷却系統４０へ向けて１次冷却材を送り出す。

また、図１に示す原子力発電プラント制御システム１０は、流量積算装置１１ａと、流量積算装置１１ｂと、制御装置１２と、操作端末１３とを含む。流量積算装置１１ａは、１次系純水流量検出器２４によって検出された純水の流量を積算する。流量積算装置１１ｂは、ほう酸水流量検出器２８によって検出されたほう酸水の流量を積算する。操作端末１３は、作業員等の入力を受け付け、受け付けた入力に応じた指示を制御装置１２に対して行う。

制御装置１２は、原子力発電プラントの各所に設けられた検出器の検出結果や運転担当者の操作等に応じて、原子力発電プラントの各部を制御する。制御装置１２は、原子炉補給水制御系の制御に関して、希釈モード、急釈モード、濃縮モード、自動補給モードといったモードを使い分ける。

希釈モードは、原子炉冷却系統４０内の１次冷却材のほう素濃度を低下させることが必要になった場合に設定されるモードである。希釈モードにおいては、制御装置１２は、タンク上流側弁３２を開いた状態で、流量積算装置１１ａによって積算される純水の流量が指定された量になるまで１次系純水流量制御弁２３を開ける。

急釈モードは、原子炉冷却系統４０内の１次冷却材のほう素濃度を急速に低下させることが必要になった場合に設定されるモードである。急釈モードにおいては、制御装置１２は、タンク下流側弁３３を開いた状態で、流量積算装置１１ａによって積算される純水の流量が指定された量になるまで１次系純水流量制御弁２３を開ける。この制御により、指定された量の純水が体積制御タンク３０内の１次冷却材と混合されることなく原子炉冷却系統４０へ補給され、原子炉冷却系統４０内の１次冷却材のほう素濃度が、希釈モードの場合よりも急速に低下する。

濃縮モードは、原子炉冷却系統４０内の１次冷却材のほう素濃度を上昇させることが必要になった場合に設定されるモードである。濃縮モードにおいては、制御装置１２は、タンク上流側弁３２を開いた状態で、流量積算装置１１ｂによって積算されるほう酸水の流量が指定された量になるまでほう酸水流量制御弁２７を開ける。

自動補給モードは、通常の運転時に設定されるモードである。自動補給モードにおいては、制御装置１２は、原子力発電プラントの運転状況に応じて、適切なほう素濃度の１次冷却材が適切な量だけ体積制御タンク３０に蓄えられるように、体積制御タンク３０に補給される１次冷却材のほう素濃度と流量とを制御する。

具体的には、制御装置１２は、自動補給モードにおいては、ほう素濃度検出器４１によって検出された原子炉冷却系統４０内の１次冷却材のほう素濃度と同等のほう素濃度の１次冷却材が、指定された適切な流量で体積制御タンク３０へ補給されるように原子炉補給水制御系の各部を制御する。なお、自動補給モードにおいては、体積制御タンク３０へ補給される１次冷却材のほう素濃度を明示的に指定することもできる。

次に、図２を参照しながら、図１に示した制御装置１２の詳細な構成について説明する。図２は、制御装置１２の構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように、制御装置１２は、記憶部１２０と、設定値更新部１２１と、ほう酸水タンク内ほう素濃度取得部１２２と、目標ほう素濃度取得部１２３と、補給流量取得部１２４と、混合比率算出部１２５と、ほう酸水流量算出部１２６と、ほう酸水流量制御部１２７と、純水流量算出部１２８と、純水流量制御部１２９とを有する。

記憶部１２０は、制御装置１２の動作に関する各種設定値を記憶する記憶装置であり、例えば、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置やハードディスク装置に相当する。記憶部１２０が記憶する設定値には、補給流量設定値１２０ａと、目標ほう素濃度設定値１２０ｂと、ほう酸水タンク内ほう素濃度設定値１２０ｃと、ほう酸水補給量設定値１２０ｄと、純水補給量設定値１２０ｅとが含まれる。

補給流量設定値１２０ａは、自動補給モードにおいて体積制御タンク３０へ補給される１次冷却材の流量であり、原子力発電プラントの運転状況に応じて設定される。

目標ほう素濃度設定値１２０ｂは、自動補給モードにおいて体積制御タンク３０へ補給される１次冷却材の目標ほう素濃度であり、目標ほう素濃度を明示的に指定する場合に設定される。原子炉冷却系統４０内の１次冷却材のほう素濃度と同等のほう素濃度の１次冷却材を体積制御タンク３０へ補給する場合には、目標ほう素濃度設定値１２０ｂには、明示的な指定がないことを示す特定の値（例えば、「０」）が設定される。目標ほう素濃度設定値１２０ｂには、例えば、ほう素濃度検出器４１が故障した場合や、意図的に目標ほう素濃度を高めや低めに設定した場合に、目標ほう素濃度が明示的に設定される。

ほう酸水タンク内ほう素濃度設定値１２０ｃは、ほう酸水タンク２５に蓄えられているほう酸水のほう素濃度である。ほう酸水補給量設定値１２０ｄは、濃縮モードにおいてほう酸水タンク２５から補給されるほう酸水の補給量である。純水補給量設定値１２０ｅは、希釈モードまたは急釈モードにおいて１次系純水タンク２１から補給される純水の補給量である。

設定値更新部１２１は、操作端末１３からの指示に従って、記憶部１２０に記憶されている各種設定値を更新する。すなわち、記憶部１２０に記憶されている各種設定値は、操作端末１３を操作する作業員等によって変更される。

ほう酸水タンク内ほう素濃度取得部１２２は、記憶部１２０に記憶されているほう酸水タンク内ほう素濃度設定値１２０ｃを、ほう酸水タンク２５に蓄えられているほう酸水のほう素濃度として取得する。なお、ほう酸水タンク２５に蓄えられているほう酸水のほう素濃度を検出する検出器が設けられている場合、ほう酸水タンク内ほう素濃度取得部１２２が、その検出器からほう酸水タンク２５に蓄えられているほう酸水のほう素濃度を取得することとしてもよい。

目標ほう素濃度取得部１２３は、自動補給モードにおいて体積制御タンク３０へ補給される１次冷却材の目標ほう素濃度を取得する。具体的には、目標ほう素濃度設定値１２０ｂが、明示的な指定がないことを示す特定の値である場合、目標ほう素濃度取得部１２３は、ほう素濃度検出器４１が検出した原子炉冷却系統４０内の１次冷却材のほう素濃度を、体積制御タンク３０へ補給される１次冷却材の目標ほう素濃度として取得する。

一方、目標ほう素濃度設定値１２０ｂが、明示的な指定がないことを示す特定の値でない場合、目標ほう素濃度取得部１２３は、目標ほう素濃度設定値１２０ｂを、体積制御タンク３０へ補給される１次冷却材の目標ほう素濃度として取得する。なお、目標ほう素濃度取得部１２３が目標ほう素濃度設定値１２０ｂを目標ほう素濃度として取得するか否かについては、目標ほう素濃度設定値１２０ｂとは別に設けられたフラグ値を参照して判定することとしてもよい。

補給流量取得部１２４は、記憶部１２０に記憶されている補給流量設定値１２０ａを、自動補給モードにおいて体積制御タンク３０へ補給される１次冷却材の補給流量として取得する。

混合比率算出部１２５は、自動補給モードにおいて、１次系純水タンク２１に蓄えられている純水と、ほう酸水タンク２５に蓄えられているほう酸水とを混合する混合比率を算出する。具体的には、混合比率算出部１２５は、ほう酸水タンク２５内のほう酸水のほう素濃度がほう酸水タンク内ほう素濃度取得部１２２によって取得されたほう素濃度である場合に、目標ほう素濃度取得部１２３によって取得された目標ほう素濃度の１次冷却材を体積制御タンク３０へ補給するための混合比率を算出する。

例えば、ほう酸水タンク２５内のほう酸水のほう素濃度をＤｂ、１次系純水タンク２１内の純水のほう素濃度をＤｗ、目標ほう素濃度をＤｔとした場合、ほう酸水タンク２５内のほう酸水の混合比率Ｒｂ（０≦Ｒｂ≦１）と１次系純水タンク２１内の純水の混合比率Ｒｗ（０≦Ｒｗ≦１）は、以下のように算出される。
Ｒｗ ＝ （Ｄｂ−Ｄｔ）／（Ｄｂ−Ｄｗ）
Ｒｂ ＝ １−Ｒｗ

ほう酸水流量算出部１２６は、補給流量取得部１２４によって取得された補給流量と、混合比率算出部１２５によって算出されたほう酸水の混合比率とに基づいて、自動補給モードにおいてほう酸水タンク２５内のほう酸水を体積制御タンク３０へ向けて送り出す流量を算出する。例えば、補給流量取得部１２４によって取得された補給流量をＦｔｏｔａｌとした場合、ほう酸水の流量Ｆｂは、以下のように算出される。
Ｆｂ ＝ Ｆｔｏｔａｌ＊Ｒｂ

ほう酸水流量制御部１２７は、原子炉補給水制御系のモードに応じて、ほう酸水流量制御弁２７の開度を制御する。濃縮モードにおいては、ほう酸水流量制御部１２７は、ほう酸水流量制御弁２７を開いてほう酸水タンク２５内のほう酸水を体積制御タンク３０へ補給する。そして、流量積算装置１１ｂによって積算されるほう酸水の流量を監視し、積算流量がほう酸水補給量設定値１２０ｄに達した段階でほう酸水流量制御弁２７を閉じてほう酸水の補給を停止させる。

また、自動補給モードにおいては、ほう酸水流量制御部１２７は、ほう酸水流量算出部１２６によって算出された流量でほう酸水タンク２５内のほう酸水が体積制御タンク３０へ補給され続けるように、ほう酸水流量制御弁２７の開度を設定する。

純水流量算出部１２８は、補給流量取得部１２４によって取得された補給流量と、混合比率算出部１２５によって算出された純水の混合比率とに基づいて、自動補給モードにおいて１次系純水タンク２１内の純水を体積制御タンク３０へ向けて送り出す流量を算出する。例えば、純水の流量Ｆｗは、以下のように算出される。
Ｆｗ ＝ Ｆｔｏｔａｌ＊Ｒｗ

純水流量制御部１２９は、原子炉補給水制御系のモードに応じて、１次系純水流量制御弁２３の開度を制御する。希釈モードまたは急釈モードにおいては、純水流量制御部１２９は、１次系純水流量制御弁２３を開いて１次系純水タンク２１内の純水を体積制御タンク３０へ補給する。そして、流量積算装置１１ａによって積算される純水の流量を監視し、積算流量が純水補給量設定値１２０ｅに達した段階で１次系純水流量制御弁２３を閉じて純水の補給を停止させる。

また、自動補給モードにおいては、純水流量制御部１２９は、純水流量算出部１２８によって算出された流量で１次系純水タンク２１内の純水が体積制御タンク３０へ補給され続けるように、１次系純水流量制御弁２３の開度を設定する。

上述してきたように、制御装置１２は、濃縮モードにおいては、ほう酸水タンク２５内のほう酸水が、ほう酸水補給量設定値１２０ｄとして設定された量だけ体積制御タンク３０へ補給されるように制御する。また、制御装置１２は、希釈モードにおいては、１次系純水タンク２１内の純水が、純水補給量設定値１２０ｅとして設定された量だけ体積制御タンク３０へ補給されるように制御する。

さらに、制御装置１２は、自動補給モードにおいては、目標ほう素濃度の１次冷却材が補給流量設定値１２０ａとして設定された流量で体積制御タンク３０へ補給されるように制御する。目標ほう素濃度については、原子炉冷却系統４０内の１次冷却材のほう素濃度を目標ほう素濃度とすることもできるし、明示的に指定した値を目標ほう素濃度とすることもできる。

このように、制御装置１２は、原子炉補給水制御系の各部の弁の開度等を個別に設定することなく、体積制御タンク３０へ補給される１次冷却材のほう素濃度や流量を制御できるように構成されているので、原子炉補給水制御系の設定作業を行う作業員の負荷を軽減することができる。

次に、図３を参照しながら、図１に示した流量積算装置１１ａおよび流量積算装置１１ｂの詳細な構成について説明する。なお、流量積算装置１１ａおよび流量積算装置１１ｂの構成は同様であり、以下の説明では、流量積算装置１１ａおよび流量積算装置１１ｂを流量積算装置１１と総称することとする。

図３は、流量積算装置１１の概要構成を示すブロック図である。図３に示すように、流量積算装置１１は、記憶部１１１と、換算部１１２と、除算部１１３と、商積算部１１４と、剰余積算部１１５と、積算流量算出部１１６とを有する。

記憶部１１１は、流量積算装置１１の動作に必要な各種情報を記憶する記憶装置であり、例えば、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置やハードディスク装置に相当する。記憶部１１１が記憶する情報には、換算係数１１１ａと、設定値１１１ｂとが含まれる。換算係数１１１ａは、流量を体積へ換算するための係数であり、換算部１１２によって用いられる。設定値１１１ｂは、除算部１１３での除算の除数となる。

換算部１１２は、１次系純水流量検出器２４またはほう酸水流量検出器２８によって検出された流量を、換算係数１１１ａを用いて、原子力発電プラント制御システム１０の演算周期当たりの体積へ換算する。１次系純水流量検出器２４またはほう酸水流量検出器２８によって検出される流量の単位がｍ^３／分であり、原子力発電プラント制御システム１０の演算周期が１００ミリ秒であり、演算周期当たりの体積の単位がｍ^３であるとする。この場合、例えば、換算係数１１１ａは、予め「６００」に設定され、換算部１１２は、入力された流量を換算係数１１１ａで割ることによって、演算周期当たりの体積を算出する。

除算部１１３は、換算部１１２が算出した演算周期当たりの体積を設定値１１１ｂで割って商と余りとを算出する。除算部１１３によって算出された商は、商積算部１１４で積算され、除算部１１３によって算出された余りは、剰余積算部１１５で積算される。

商積算部１１４は、加算器１１４ａと、スイッチ１１４ｂとを有する。加算器１１４ａは、除算部１１３が算出した商と、スイッチ１１４ｂが出力した値とを加算し、演算結果をスイッチ１１４ｂへ出力する。スイッチ１１４ｂは、制御装置１２からリセット信号が送信されると、０を加算器１１４ａおよび積算流量算出部１１６へ出力し、さもなければ、加算器１１４ａが出力した値を加算器１１４ａおよび積算流量算出部１１６へ出力する。

すなわち、商積算部１１４は、通常は、除算部１１３が算出した商と前回の演算周期で算出した積算値とを加算器１１４ａで加算する処理を演算周期ごとに行うことによって商を積算し、制御装置１２からリセット信号が送信されると積算値をリセットする。

剰余積算部１１５は、加算器１１５ａと、スイッチ１１５ｂとを有する。加算器１１５ａは、除算部１１３が算出した余りと、スイッチ１１５ｂが出力した値とを加算し、演算結果をスイッチ１１５ｂへ出力する。スイッチ１１５ｂは、制御装置１２からリセット信号が送信されると、０を加算器１１５ａおよび積算流量算出部１１６へ出力し、さもなければ、加算器１１５ａが出力した値を加算器１１５ａおよび積算流量算出部１１６へ出力する。

すなわち、剰余積算部１１５は、通常は、除算部１１３が算出した余りと前回の演算周期で算出した積算値とを加算器１１５ａで加算する処理を演算周期ごとに行うことによって余りを積算し、制御装置１２からリセット信号が送信されると積算値をリセットする。

積算流量算出部１１６は、乗算器１１６ａと、加算器１１６ｂとを有する。乗算器１１６ａは、商積算部１１４の積算値に設定値１１１ｂを乗じる。加算器１１６ｂは、乗算器１１６ａの演算結果と、剰余積算部１１５の積算値とを加算し、演算結果を積算流量として出力する。

上述してきたように、流量積算装置１１は、演算周期当たりの体積を設定値１１１ｂで割って商と余りとを算出し、商と余りとを別々に積算する。そして、流量積算装置１１は、商の積算値に設定値１１１ｂを乗じた値と、余りの積算値とを加算することによって積算流量を再現して出力する。このように商と余りとを別々に積算することにより、流量積算装置１１が扱える有効桁数を擬似的に拡張して、桁落ちが生じることを防止することができる。

極めて高い信頼性が必要とされる原子力発電プラントでは、演算処理は、バグ等の不具合を内在するおそれが高い複雑なものよりも、簡易なものの方が好ましいとされている。流量積算装置１１は、商と余りとを別々に積算するという簡易な構成によって桁落ちを防止するため、原子力発電プラントにおける積算流量の取得に好適である。

なお、流量積算装置１１を図４に示す流量積算装置５１のように構成することもできる。図４は、流量積算装置５１の概要構成を示すブロック図である。図４に示すように、流量積算装置５１は、記憶部１１１と、換算部１１２と、除算部１１３と、商積算部１１４と、積算流量算出部１１６と、スイッチ５１７と、加算部５１８とを有する。

スイッチ５１７は、制御装置１２からリセット信号が送信されると、０を加算部５１８および積算流量算出部１１６へ出力し、さもなければ、除算部１１３が出力した値を加算部５１８および積算流量算出部１１６へ出力する。加算部５１８は、加算器５１８ａを有する。加算器５１８ａは、換算部１１２が算出した演算周期当たりの体積と、スイッチ５１７が出力した値とを加算し、演算結果を除算部１１３へ出力する。

また、流量積算装置５１においては、除算部１１３は、換算部１１２が出力した値ではなく、加算器５１８ａが出力した値を設定値１１１ｂで割って商と余りを算出する。そして、除算部１１３によって算出された商は、商積算部１１４へ出力され、除算部１１３によって算出された余りは、スイッチ５１７へ出力される。加算器１１６ｂは、乗算器１１６ａの演算結果と、スイッチ５１７が出力した値とを加算し、演算結果を積算流量として出力する。

すなわち、流量積算装置５１においては、演算周期当たりの体積と商の余りの積算値とが加算され、加算結果を設定値１１１ｂで割った商と余りが別々に積算される。このように構成することにより、演算周期当たりの体積と余りの積算値の和が設定値１１１ｂよりも大きくなると、設定値１１１ｂよりも大きくなった分の値が商の積算値へ移動し、余りの積算値は設定値１１１ｂよりも小さい状態を保つこととなる。

このため、流量積算装置５１では、余りの積算値が桁あふれ（オーバーフロー）を起こして積算流量の演算結果の精度が低下することを抑止することができる。また、図３と図４を比較すれば明らかなように、流量積算装置５１は、流量積算装置１１と同様に簡易な構成となっており、極めて高い信頼性が必要とされる原子力発電プラントにおける積算流量の取得に好適である。

次に、図５を参照しながら自動補給モードにおける制御装置１２の動作について説明する。図５は、自動補給モードにおける制御装置１２の動作を示すフロー図である。制御装置１２は、自動補給モードにおいては、図５に示す動作を繰り返して実行する。

図５に示すように、自動補給モードにおいては、ステップＳ１０として、混合比率算出部１２５が、１次系純水タンク２１に蓄えられている純水と、ほう酸水タンク２５に蓄えられているほう酸水とを混合する混合比率を算出する。また、ステップＳ１１として、補給流量取得部１２４が、体積制御タンク３０へ補給される１次冷却材の補給流量を取得する。

そして、ほう酸水流量算出部１２６が、ステップＳ１２として、混合比率と１次冷却材の補給流量とに基づいて、ほう酸水タンク２５から補給するほう酸水の流量を算出する。また、純水流量算出部１２８が、ステップＳ１３として、混合比率と１次冷却材の補給流量とに基づいて、１次系純水タンク２１から補給する純水の流量を算出する。

そして、ほう酸水流量制御部１２７が、ステップＳ１４として、算出されたほう酸水の流量に応じてほう酸水流量制御弁２７の開度を制御する。また、純水流量制御部１２９が、ステップＳ１５として、算出された純水の流量に応じて１次系純水流量制御弁２３の開度を制御する。

実施例１では、自動補給モードにおいて体積制御タンク３０へ補給される１次冷却材の補給流量を予め設定することとしたが、１次冷却材の補給流量を自律的に決定するように構成することもできる。そこで、実施例２では、１次冷却材の補給流量を自律的に決定する例について説明する。

図６は、実施例２に係る制御装置６２の構成を示す機能ブロック図である。図６に示すように、制御装置６２は、補給流量指定部６２０をさらに備える点において、図２に示した制御装置１２と相違する。

補給流量指定部６２０は、貯水量検出器３１が検出する体積制御タンク３０内の１次冷却材の量に基づいて、体積制御タンク３０内の１次冷却材の量が予め決められた目標値を保つように体積制御タンク３０へ補給される１次冷却材の補給流量を決定し、補給流量取得部１２４に指定する。

具体的には、補給流量指定部６２０は、貯水量検出器３１が検出する体積制御タンク３０内の１次冷却材の量と目標値との偏差に基づいて、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御により、体積制御タンク３０へ補給される１次冷却材の補給流量を決定する。

制御装置６２における補給流量取得部１２４は、補給流量設定値１２０ａが、明示的な指定がないことを示す特定の値（例えば、「０」）である場合、補給流量指定部６２０から指定された補給流量を自動補給モードにおいて体積制御タンク３０へ補給される１次冷却材の流量として取得する。一方、補給流量設定値１２０ａが、明示的な指定がないことを示す特定の値でない場合、補給流量取得部１２４は、補給流量設定値１２０ａを自動補給モードにおいて体積制御タンク３０へ補給される１次冷却材の流量として取得する。

補給流量設定値１２０ａには、例えば、貯水量検出器３１が故障した場合や、意図的に体積制御タンク３０内の１次冷却材の量を多めや少なめに設定した場合に、補給流量が明示的に設定される。なお、補給流量取得部１２４が補給流量設定値１２０ａを１次冷却材の流量として取得するか否かについては、補給流量設定値１２０ａとは別に設けられたフラグ値を参照して判定することとしてもよい。

上述したように、実施例では、自動補給モードにおいて体積制御タンク３０へ補給される１次冷却材の補給流量を制御装置６２が自律的に決定することとしたので、原子炉補給水制御系の設定作業を行う作業員の負荷をさらに軽減することができる。

なお、上記の各実施例で示した各システムおよび各装置の構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更することができる。例えば、上記の各実施例では、ほう酸水タンク２５内の高濃度のほう酸水を１次系純水タンク２１内の純水で希釈して１次冷却材とする例を示したが、ほう酸水タンク２５内の高濃度のほう酸水を希釈する希釈液は、純水である必要はなく、ほう素濃度が十分に低い液体であれば、水以外の成分を含む液体であってもよい。

以上のように、本発明に係る制御装置および制御方法は、原子炉補給水制御系の設定作業を行う作業員の負荷を軽減するために有用である。

１０ 原子力発電プラント制御システム
１１ａ、１１ｂ、５１ 流量積算装置
１２、６２ 制御装置
１３ 操作端末
２１ １次系純水タンク
２２ １次系純水ポンプ
２３ １次系純水流量制御弁
２４ １次系純水流量検出器
２５ ほう酸水タンク
２６ ほう酸水ポンプ
２７ ほう酸水流量制御弁
２８ ほう酸水流量検出器
２９ 混合器
３０ 体積制御タンク
３１ 貯水量検出器
３２ タンク上流側弁
３３ タンク下流側弁
３４ 充てんポンプ
４０ 原子炉冷却系統
４１ ほう素濃度検出器
１２０ 記憶部
１２０ａ 補給流量設定値
１２０ｂ 目標ほう素濃度設定値
１２０ｃ ほう酸水タンク内ほう素濃度設定値
１２０ｄ ほう酸水補給量設定値
１２０ｅ 純水補給量設定値
１２１ 設定値更新部
１２２ ほう酸水タンク内ほう素濃度取得部
１２３ 目標ほう素濃度取得部
１２４ 補給流量取得部
１２５ 混合比率算出部
１２６ ほう酸水流量算出部
１２７ ほう酸水流量制御部
１２８ 純水流量算出部
１２９ 純水流量制御部
６２０ 補給流量指定部

Claims (4)

1. 原子力発電プラントの原子炉冷却系統で用いられる１次冷却材を貯蔵する体積制御タンクへ補給される１次冷却材の流量およびほう素濃度を制御する制御装置であって、
   指定された１次冷却材の目標ほう素濃度に基づいて、所定のほう素濃度のほう酸水と当該ほう酸水を希釈して１次冷却材とする希釈液との混合比率を算出する混合比率算出部と、
   指定された１次冷却材の流量と、前記混合比率算出部によって算出された混合比率とに基づいて、前記体積制御タンクへ補給される前記ほう酸水の流量と前記希釈液の流量とを算出する水流量算出部と、
   前記水流量算出部の算出結果に基づいて、前記体積制御タンクへ補給される前記ほう酸水の流量と前記希釈液の流量とを制御する流量制御部と
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記混合比率算出部は、前記原子炉冷却系統で用いられている１次冷却水のほう素濃度を検出する検出器によって検出されたほう素濃度を前記目標ほう素濃度として、前記混合比率を算出することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記体積制御タンク内の１次冷却材の貯蔵量の検出値と目標値との偏差に基づいて、前記体積制御タンクへ補給される１次冷却材の流量を前記水流量算出部に指定する補給流量指定部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
4. 原子力発電プラントの原子炉冷却系統で用いられる１次冷却材を貯蔵する体積制御タンクへ補給される１次冷却材の流量およびほう素濃度を制御する制御装置によって実行される制御方法であって、
   指定された１次冷却材の目標ほう素濃度に基づいて、所定のほう素濃度のほう酸水と当該ほう酸水を希釈して１次冷却材とする希釈液との混合比率を算出する混合比率算出ステップと、
   指定された１次冷却材の流量と、前記混合比率算出ステップにおいて算出された混合比率とに基づいて、前記体積制御タンクへ補給される前記ほう酸水の流量と前記希釈液の流量とを算出する水流量算出ステップと、
   前記水流量算出ステップでの算出結果に基づいて、前記体積制御タンクへ補給される前記ほう酸水の流量と前記希釈液の流量とを制御する流量制御ステップと
   を含むことを特徴とする制御方法。

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