JP3902241B2 - 原子力発電所における安全弁制御用受動式圧力パルス発生器 - Google Patents

Description

本発明は、受動式パルス発生器および原子力発電所における安全弁をこの受動式パルス発生器によって制御する方法に関する。
例えば加圧水形原子炉あるいは沸騰水形原子炉が装備された原子力発電所において、密閉循環回路内の原子炉安全容器内に設けた原子炉圧力容器に低温冷却材が供給され、また容器から加熱された高温冷却材が排出される。その冷却材は原子炉圧力容器内で進行する核過程で加熱される。その際冷却材によって吸収される熱エネルギは電気エネルギを発生するために利用される。その加熱された高温冷却材はその際ならびにその後の熱交換過程で冷却され、原子炉圧力容器に再び戻される。この密閉循環冷却回路における漏洩は冷却材を減少させ、これにより原子炉圧力容器内の温度を上昇させる。原子炉圧力容器内における温度上昇は自動的に例えば、原子炉圧力容器に安全技術上の観点から接続されている凝結室内の温度も上昇させる。もっとも目下のところ冷却回路の僅かな漏洩も認められていない。万一冷却材が漏出した場合、原子炉圧力容器の充填レベル調整装置によって冷却材貯蔵槽から自動的に冷却材が補充される。しかしこの場合冷却材が万一大量に漏出する事故が発生した際、原子炉安全容器内の温度はその漏洩による温度上昇分だけ高められた温度となる。
フランス特許出願公開第２６９０２１９号明細書から、温度が過度が上昇した際に弁を開けるような溶融型の安全装置が知られている。この溶融型安全装置は、それがただ一回しか役に立たず、使用後に新しいものと交換しなければならないという欠点がある。
本発明の課題は、温度変化に反応し可逆的に作動するパルス発生器を提供することにある。更に本発明の課題は、温度変化によって弁に対する制御パルスを発生する方法を提供することにある。
その第１の課題は本発明に基づいて請求の範囲の請求項１に記載の受動式パルス発生器によって解決される。このパルス発生器は原子力発電所における安全弁を制御するために例えば圧力案内配管に接続され、この配管を可逆的に開閉するために第１に調整要素の力作用によって作動される閉鎖要素を有し、この力作用は第１の調整要素の熱的容積変化によって発生される。またその力が所定の値を超過したときにはじめて第１の調整要素によって閉鎖要素を作動させる止め装置が設けられている。
即ちパルス発生器の周囲温度が変化した際、第１の調整要素の膨脹あるいは収縮に応じて閉鎖要素が圧力案内配管を、例えば開けるように作用する。配管内に存在する媒体、例えば圧縮空気はパルス発生器に後置接続された弁に対する信号として利用される。この過程は可逆性に生ずるので、このパルス発生器は、例えば原子炉安全容器内における冷却材の漏出事故に対処するための別の作業過程を開始させるために、任意にしばしば信号を伝えることができる。その止め装置はそれが解除され始める力作用の値を設定できるように形成されている。これによって間接的に、パルス発生器が始動し始めて信号を伝える温度を設定することができる。原子力発電所における安全要求に対して重要な点は、パルス発生器が受動的に機能することにある。パルス発生器は周囲温度変化だけでそれに後置された弁に信号を伝える。その他の外部制御信号、例えば電気制御信号は不要である。従って受動式パルス発生器はたとえ完全に停電した場合でも機能する。
原理的にパルス発生器に類似した特徴を有する装置は、例えばドイツ特許出願公開第１９５１７６５５号明細書あるいはドイツ特許第４０２１５８０号明細書において種々の形態が知られている。これらは例えば加熱技術においてサーモスタットとして採用されている。しかしこれらのサーモスタットあるいは弁は原理的にパルス発生器とはその機能並びに構造形態において異なっている。従ってそれらは、原子力発電所における安全上高感度な反応が要求される範囲において弁を制御するために全く採用できず、また原子力発電所特有の課題を解決するためにも適用できない。
本発明の有利な実施形態において、第１の調整要素は形状記憶圧縮要素(Memory-Druckelement)として形成されている。形状記憶圧縮要素の利点は、その熱的容積変化が主に所定の温度ではじめて、即ちほぼ突然に生ずるということにある。従ってその形状記憶圧縮要素によれば、パルス発生器が始動し始めねばならない温度を設定することができる。
パルス発生器において、第１の調整要素が止め装置によって基本位置に保持されていることが有利である。従って閉鎖要素は、温度が所定の値を超過したときにはじめて力作用を受ける。これは運転安全性を高め、パルス発生器の早過ぎる始動を防止する。
同じ目的のために、閉鎖要素が第２の調整要素を介して調整可能な閉鎖力で閉鎖できることが有利である。
第２の課題は本発明に基づいて、原子力発電所における安全弁を受動式パルス発生器によって制御する方法において、受動式パルス発生器が信号を弁に伝え、このために受動式パルス発生器が圧力案内配管に接続されていることによって解決される。パルス発生器において配管を可逆的に開閉するために、閉鎖要素は第１の調整要素の熱的な体積変化により引き起こされた力作用によって作動される。そのロック装置は、力作用が所定の値を超過したときにはじめて閉鎖要素を作動させる。
上述したパルス発生器は、冷却材の漏洩のために高められた原子炉安全容器内の温度、従って圧力容器ないし凝結室内の温度を検出することができるようにするために、原子力発電所の圧力容器ないし凝結室の中に配置することが特に有利である。原子力発電所の運転に対する安全上の観点から、パルス発生器が受動式に始動されることは特に有利である。即ちパルス発生器は所定の増大した温度で、付加的な制御パルスを必要とすることなく圧力案内配管を開けることができる。
以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は本発明に基づくパルス発生器の概略構成図、
図２は原子力設備におけるパルス発生器の配置構造図である。
図１においてパルス発生器１は、ボルト３によって互いに結合されている複数のハウジング部分から成るハウジング２を有している。このハウジング２は片側端面４ａがボルト３によってハウジング２に固定されているハウジングカバー５によって閉じられている。ハウジング２は内部にその長手軸線６に沿って片側端面４ａと反対側端面４ｂとの間に中空室７、例えば円筒状中空室７を有している。ハウジング２は更に第１の開口８および長手軸線６の方向において、その後方にある第２の開口９を有している、これらの両開口８、９はそれぞれ中空室７に連通しているので、パルス発生器１に接続される配管１０は両開口８、９を介して中空室７に連通している。換言すればこの場合パルス発生器１は配管１０に配置され、即ちパルス発生器１は配管１０の二つの配管部分間に配置されている。従って中空室７の少なくとも一部は配管１０の配管部分とも見なせる。
ハウジングカバー５側に向いたハウジング２の、第１の半分の部分内において、中空室７の中に第１の開口８と第２の開口９との間で中空室７を開閉するため、即ち配管１０を開閉するため、あるいは換言すれば中空室７で形成されている配管１０の配管部分を開閉するための閉鎖要素１１が配置されている。従ってこの閉鎖要素１１あるいはまたパルス発生器１全体は配管１０に対する弁とも見なせる。図１の実施例において閉鎖要素１１は球面状弁体１２および弁座１４を有し、閉鎖された基本位置において球面状弁体１２は弁座１４内に位置する。閉鎖要素１１の球面状弁体１２は第２の調整要素１５を介してその閉鎖位置に保持される。図１の実施例において、この第２の調整要素１５はハウジングカバー５に接触支持されている圧縮ばね１６である。圧縮ばね１６のバイアス圧はハウジングカバー５を貫通して延びる調整ねじ１８によって調整できる。調整ねじ１８のために必要とされるハウジングカバー５にある開口は補償器２０（ここ実施例においてはベローズ）によって気密に密封されている。圧縮ばね１６の代わりに例えばガス圧縮要素あるいは液圧圧縮要素も採用できる。
ハウジング２の第２の端面４ｂ側にある第２の半分の部分的において、中空室７の中に感温性の第１の調整要素２４、例えばばねが配置されている。この第１の調整要素２４は温度変化に反応して容積が変化し、これによって第１に調整要素２４は中空室７内においてハウジング２に対して相対移動する、この可逆的な運動、即ち温度低下あるいは温度上昇における調整要素２４の収縮あるいは膨脹が閉鎖要素１１を開閉するために、例えばロッド２２を介して閉鎖要素１１の球面状弁体１２に伝達される。第１の調整要素２４のバイアス圧は、ハウジング２の第２の端面４ｂを貫通して延びる調整ねじ１８を介して調整できる。第１の調整要素２４と閉鎖要素１１との間にロッド２２に作用する止め装置２６が配置されている。図１において、この止め装置２６はロッド２２に設けられている凹所に球２７を押しつける圧縮ばね１６を有している。圧縮ばね１６のバイアス圧も同様に、ハウジング２の横に配置されている調整ねじ１８によって調整できる。
即ち第１の開口８は閉鎖要素１１とハウジングカバー５との間で、第２の開口９は閉鎖要素１１と第１の調整要素２４との間でそれぞれ中空室７に開口している。配管１０が接続されている両開口８、９間に閉鎖要素１１が配置されている。従って閉鎖要素１１が開いている場合、即ち球面状弁体１２が開放位置にあるとき、流れ媒体、例えば圧縮空気が配管１０を通って制御弁１を通過して流れる。パルス発生器１からの流れ媒体の望ましくない流出を防止するために、中空室７は配管１０の下側において閉鎖要素１１と第１の調整要素２４との間で補償器２０（この実施例においてはベローズ）によって第１の調整要素２４に対して気密に密封されている。
室内の温度上昇を検出し、それに後置接続されたユニットに圧力案内配管１０を介して信号を伝達することができるようにするために、パルス発生器１がその室内に配置されていることが有利である。温度上昇ないし温度低下の際に第１の調整要素２４の膨脹ないし収縮により球面状弁体１２に力が作用する。例えば室内の温度が上昇したとき、第１の調整要素２４が膨脹し、閉鎖要素１１を開く。即ち第１の調整要素２４と球面状弁体１２とがロッド２２を介して接続されているために、第１の調整要素２４が膨脹した際に、球面状弁体１２はその弁体１４から離れ、これによって圧力案内配管１０が開けられ、圧縮空気がこの配管１０を通って流れる。従ってパルス発生器１は、周囲温度が変化した際に受動的に、即ち外部制御量なしに後置接続されたユニットにパルスを与える感温受動式パルス発生器と呼ぶことができる。
所定の温度においてはじめて制御弁１が配管１０を開けるようにするために、閉鎖要素１１を開放するために必要な力が設定される。この設定可能な力を介して間接的に、パルス発生器１が始動し始める温度を設定することができる、このために一方では球面状弁体１２が、そのバイアス圧が調整ねじ１８で調整できる圧縮ばね１６によって弁座１４に押しつけられ、他方では止め装置２６の解除にとって必要な力が球２７に作用する圧縮ばね１６で調整できる。これらの圧縮ばね１６のバイアス圧はそれぞれ調整ねじ１８を介して調整できる。危険でない標準温度における小さな温度変化の際には第１の調整要素２４は止め装置２６によって基本位置に保持されている。補助的に第１の調整要素２４のバイアス圧も同様に調整ねじ１８によって調整できる。
第１の調整要素２４として形状記憶圧縮要素、例えば形状記憶圧縮ばねを採用することが有利である。その形状記憶圧縮要素は所定の温度から初めて顕著に膨脹し、これによって制御弁１は全体として所望の温度まで圧力案内配管１０を閉鎖し、この温度以上において即座に全開する。
図２において原子炉圧力容器３０は配管１０を介して室、例えば凝結室３２に接続されている。この凝結室３２の内部にパルス発生器１が配置されている。このパルス発生器１に圧力案内配管１０が接続されている。配管１０に中に、例えば圧縮空気貯蔵槽３４から圧縮空気が供給される。配管１０はパルス発生器１の下流で後置されたユニット、例えば弁３６に接続されている。換言すれば、パルス発生器１は圧縮空気貯蔵槽３４と弁３６との間に接続され、圧力案内配管１０を開閉する、凝結室３２内の温度が上昇したために制御弁１が配管１０を開放すると、弁３６が信号を受け、設備全体が安全運転状態あるいはしゃ断状態にさせられる。この例として図２において、炉心４０内で発生される出力を調整するために、弁３６は配管１０を介して原子炉圧力容器３０の制御棒駆動装置３８に接続されている。

Claims (6)

1. 原子力発電所における安全弁（３６）を制御するための配管（１０）に接続され、この配管（１０）を可逆的に開閉するための閉鎖要素（１１）を有し、この閉鎖要素（１１）が第１の調整要素（２４）の力作用によって作動される安全弁制御用受動式圧力パルス発生器（１）であって、
   この力作用が第１の調整要素（２４）の熱的容積変化によって発生され、
   この熱的容積変化によって発生される力が所定の値を超過したとき、これ第１の調整要素（２４）によって閉鎖要素（１１）を作動させる止め装置（２６）が設けられていることを特徴とする原子力発電所における安全弁制御用受動式圧力パルス発生器（１）。
2. 第１の調整要素（２４）が形状記憶圧縮要素であることを特徴とする請求項１記載の原子力発電所における安全弁制御用受動式圧力パルス発生器。
3. 第１の調整要素（２４）が止め装置（２６）で基本位置に保持されることを特徴とする請求項１又は２記載の原子力発電所における安全弁制御用受動式圧力パルス発生器。
4. 閉鎖要素（１１）が第２の調整要素（１５）を介して調整可能な閉鎖力で閉鎖できることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の原子力発電所における安全弁制御用受動式圧力パルス発生器。
5. 原子力発電所における安全弁（３６）を安全弁制御用受動式圧力パルス発生器（１）によって制御する方法において、受動式圧力パルス発生器（１）が信号を弁（３６）に伝え、このために受動式圧力パルス発生器（１）が圧力案内配管（１０）に接続され、その受動式圧力パルス発生器（１）において配管（１０）を可逆的に開閉するための閉鎖要素（１１）が第１の調整要素（２４）の力作用によって作動され、この第１の調整要素（２４）の熱的容積変化が力作用を発生し、この熱的容積変化によって発生される力が所定の値を超過したとき、止め装置（２６）が第１の調整要素（２４）による閉鎖要素（１１）を作動させることを特徴とする原子力発電所における安全弁の制御方法。
6. 安全弁制御用受動パルス発生器（１）が原子力発電所の凝結室（３２）の中に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の原子力発電所における安全弁制御用受動式圧力パルス発生器（１）の配置構造。

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