JP4154361B2 - 炉心流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、沸騰水型原子炉の炉心流量を測定する炉心流量測定装置に関する。

沸騰水型原子炉は原子炉内蔵型再循環ポンプ（以下、再循環ポンプという）により、原子炉の炉心流量を調節して原子炉出力を調整するように構成されている。このことから、原子炉の炉心流量を炉心流量測定装置で測定するようにしている。

炉心流量測定装置としては、再循環ポンプのポンプ回転数とポンプ部揚程とに基づいて再循環ポンプのポンプ吐出流量を演算する運転ポンプ吐出流量演算手段を設け、運転ポンプ吐出流量演算手段は予め試験によって得られた各種の温度条件下での流量−揚程特性を示した複数の関数を有し、ポンプ部揚程とポンプ吐出流量との関係を示した流量−揚程特性が炉水温度によって変化することに対応するために、炉水温度に応じて最適の関数を選択してポンプ吐出流量を演算するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

図５は、従来の炉心流量測定装置の概略構成図である。原子炉圧力容器１１内には再循環ポンプ１２が設けられている。図５では１台の再循環ポンプ１２しか示していないが、原子炉圧力容器１１内には複数台の再循環ポンプ１２が設けられている。そして、原子炉圧力容器１１内のシュラウド１３には、再循環ポンプ１２の上部圧力タップ１４と下部圧力タップ１５とが設けられ、その圧力差ΔＰ１が圧力差検出器１６で検出される。また、原子炉圧力容器１１内には、原子炉圧力容器１１内の原子炉圧力Ｐを検出するための原子炉圧力計１７、および原子炉圧力容器内１１の冷却材の温度Ｔを計測する炉水温度計１８が設けられている。

原子炉圧力計１７で計測された原子炉圧力Ｐおよび炉水温度計１８で計測された炉水温度Ｔは比容積演算装置１９に入力され、比容積演算装置１９は原子炉圧力Ｐおよび炉水温度Ｔに基づいて比容積Ａが演算され、演算された比容積Ａは、ポンプ部揚程演算装置２０および炉心流量演算装置２１に出力される。

ポンプ部揚程演算装置２０は、圧力差検出器１６で検出された再循環ポンプ１２の上部圧力タップ１４と下部圧力タップ１５との圧力差ΔＰ１と比容積Ａとからポンプ部揚程ΔＨが演算され、演算されたポンプ部揚程ΔＨは運転ポンプ吐出流量演算装置２２および停止ポンプ吐出流量演算装置２３に出力される。

一方、ポンプ回転数演算装置２４は再循環ポンプ１２の回転数Ｎを計測するものであり、ポンプ回転数演算装置２４で計測された運転ポンプの回転数Ｎは運転ポンプ吐出流量演算装置２２に入力される。

運転ポンプ吐出流量演算装置２２では、ポンプ部揚程演算装置２０からのポンプ部揚程ΔＨ、原子炉圧力計１７からの炉水温度Ｔ、ポンプ回転数演算装置２４からの運転ポンプの回転数Ｎに基づき、予め試験で得られているＱ−ΔＨ特性（ポンプ吐出流量Ｑ−運転ポンプのポンプ部差圧ΔＨ特性）の相関式を用いてポンプ吐出流量Ｑｉが演算され炉心流量演算装置２１に出力される。また、停止ポンプ吐出流量演算装置２３では、複数台の再循環ポンプ１２のうち一部が停止している場合、ポンプ部揚程演算装置２０からのポンプ部揚程ΔＨに基づいて、予め試験で得られているポンプ吐出流量Ｑ−停止ポンプのポンプ部差圧ΔＨの関係を用いてポンプ吐出流量Ｑｉ’が演算され炉心流量演算装置２１に出力される。炉心流量演算装置２１では、各ポンプ吐出流量Ｑｉ、Ｑｉ’および比容積Ａから炉心流量Ｗが演算される。

図６は、運転ポンプ吐出流量演算装置２２の予め試験で得られているＱ−ΔＨ特性（ポンプ吐出流量Ｑ−運転ポンプのポンプ部差圧ΔＨ特性）の説明図である。運転ポンプ吐出流量演算装置２２では、図６に示されるように、ポンプ部揚程ΔＨ、炉水温度Ｔ、運転ポンプの回転数Ｎに基づき、予め試験で得られているＱ−ΔＨ特性曲線Ｓ（ポンプ吐出流量Ｑ−運転ポンプのポンプ部差圧ΔＨ特性曲線Ｓ）の相関式を用いてポンプ吐出流量Ｑｉが演算される。この場合、Ｑ−ΔＨ特性曲線Ｓはポンプ回転数Ｎおよび炉水温度Ｔをパラメータとした複数のＱ−ΔＨ特性曲線Ｓが用意されており、ポンプ回転数Ｎおよび炉水温度Ｔに一致するＱ−ΔＨ特性曲線Ｓが選択されてポンプ吐出流量Ｑｉが演算される。
特開平１１-１９０７９１号公報（図１、図２）

しかし、従来の炉心流量測定装置で演算に使用されるＱ−ΔＨ特性Ｓは、工場試験で測定されたＱ−ＴＤＨ特性（ポンプ流量−ポンプ全揚程特性）から算出されているので、実機プラントで測定されたものではない。そのため、試験装置と実機プラントとの再循環ポンプが設置された容器差（形状の違い）により炉心流量の測定誤差が大きくなってしまう。

図７は、従来の炉心流量測定装置において演算に使用されるＱ−ΔＨ特性曲線Ｓの説明図である。図７に示される工場試験で測定されたＱ−ＴＤＨ特性Ｓ１から下記算出式を用いてＱ−ΔＨ特性曲線Ｓを予め算出している。

ΔＨ＝ＴＤＨ−Ｋ（Ｑ／３６００）^２
ΔＨ ：実機ポンプ部揚程（ｍ）
ＴＤＨ ：工場試験より算出したポンプ全揚程（ｍ）
Ｋ ：圧力損失係数（ｓ^２／ｍ^５）
Ｑ ：ＲＩＰ１台当りの吐出流量（ｍ３／ｈ）
ここで使用される圧力損失係数Ｋは、２台の再循環ポンプ１２が設置された試験装置による試験で決定された値であり、実機プラントで測定されたものではないため、試験装置と実機プラントの容器差（形状の違い）により炉心流量の測定誤差が大きくなってしまう。通常、実機プラントでは２台以上の再循環ポンプ１２を用いている。

本発明の目的は、原子炉圧力容器の形状の影響を排除し測定精度を向上させることが可能な炉心流量測定装置を得ることにある。

本発明の炉心流量測定装置は、原子炉圧力容器内の炉心に複数台の再循環ポンプで冷却材を循環させる沸騰水型原子炉の炉心流量を測定する炉心流量測定装置において、各々の再循環ポンプのポンプモータ部における消費電力を演算するモータ消費電力演算装置と、各々の再循環ポンプの回転数を演算するポンプ回転数演算装置と、前記冷却材の比容積を演算する比容積演算装置と、予め試験によって得られた各々の再循環ポンプの各種回転数の下でのポンプ吐出流量とモータ消費電力との関係を近似した近似式に基づいて各々の再循環ポンプのポンプ吐出流量を求めその各々の再循環ポンプのポンプ吐出流量および前記冷却材の比容積から炉心流量を演算する炉心流量演算装置と、前記炉心流量演算装置で演算された炉心流量を表示する炉心流量表示装置とを備えたことを特徴とする。また、必要に応じて、前記炉心流量演算装置で演算された炉心流量および他の炉心流量測定装置で計測された炉心流量に基づいて、他の炉心流量測定装置で計測された炉心流量の校正係数を求める炉心流量校正装置を備えてもよい。

本発明によれば、予め試験によって得られた各々の再循環ポンプの各種回転数の下でのポンプ吐出流量とモータ消費電力との関係を近似した近似式に基づいて各々の再循環ポンプのポンプ吐出流量を求め、その各々の再循環ポンプのポンプ吐出流量および冷却材の比容積から炉心流量を演算するので、演算を行う過程において原子炉圧力容器の形状による要因を有していない。従って、原子炉圧力容器の形状による影響は排除され、測定精度を向上させた炉心流量を算出することができる。また、精度良く測定された炉心流量を校正源として、他の炉心流量測定装置を校正することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる炉心流量測定装置の構成図である。原子炉圧力容器１１内には複数台の再循環ポンプ１２が設けられている。図１では２台の再循環ポンプ１２を示しているが、通常、２台以上の再循環ポンプ１２が設けられる。そして、再循環ポンプ１２は原子炉圧力容器１１内のシュラウド１３に沿って冷却材を上昇させる。また、原子炉圧力容器１１内には、原子炉圧力容器１１内の原子炉圧力Ｐを検出するための原子炉圧力計１７、および原子炉圧力容器１１内の冷却材の温度Ｔを計測する炉水温度計１８が設けられている。

原子炉圧力計１７で計測された原子炉圧力Ｐおよび炉水温度計１８で計測された炉水温度Ｔは比容積演算装置１９に入力され、比容積演算装置１９は原子炉圧力Ｐおよび炉水温度Ｔに基づいて比容積Ａが演算され、演算された比容積Ａは炉心流量演算装置２１に出力される。

ポンプ回転数演算装置２４は、原子炉圧力容器１１内に設置された各々の再循環ポンプ１２の回転数を演算するものであり、再循環ポンプ１２の回転軸の回転数Ｎをパルス検出器で検出し、ポンプ回転数演算装置２４で計測されたポンプ回転数Ｎは炉心流量演算装置２１に出力される。また、モータ消費電力演算装置２５は各々の再循環ポンプ１２のポンプモータ部における消費電力を演算するものであり、モータ消費電力演算装置２５で演算された再循環ポンプモータ１２で消費された電力Ｐは炉心流量演算装置２１に出力される。

炉心流量演算装置２１は、予め試験によって得られた各々の再循環ポンプ１２の各種回転数Ｎの下でのポンプ吐出流量Ｑとモータ消費電力Ｐとの関係を近似した近似式に基づいて、各々の再循環ポンプ１２のポンプ吐出流量Ｑｉを求め、その各々の再循環ポンプ１２のポンプ吐出流量Ｑｉおよび冷却材の比容積Ａから炉心流量Ｗを演算する。そして、その炉心流量Ｗは炉心流量表示装置２６に表示される。

すなわち、ポンプ回転数Ｎ、モータ消費電力Ｐおよび比容積Ａに基づいて、複数台の再循環ポンプ１２の各々の再循環ポンプ１２のポンプ吐出流量Ｑｉを演算し、各ポンプ吐出流量Ｑの合計が炉心流量Ｗとして炉心流量表示装置２６に出力され表示される。

図２は炉心流量演算装置２１の演算内容の説明図である。炉心流量演算装置２１では、ポンプ回転数演算装置２４で計測される各ポンプの回転数Ｎと、モータ消費電力演算装置２５で計測されるモータ消費電力Ｐと、比容積演算装置２０で計測される比容積Ａを入力し、ポンプ吐出流量Ｑとモータ消費電力Ｐとの関係を近似したＱ−Ｐ特性曲線Ｓ１１によって各ポンプ吐出流量Ｑｉが算出される。すなわち、Ｑ−Ｐ特性曲線Ｓ１１はポンプ回転数Ｎをパラメータとした複数のＱ−Ｐ特性曲線Ｓ１１が用意されており、ポンプ回転数Ｎに一致するＱ−Ｐ特性曲線Ｓ１１が選択されてポンプ吐出流量Ｑｉが演算される。そして、複数台の再循ポンプ１２のポンプ吐出流量Ｑｉの合計値として炉心流量Ｗが演算される。なお、その際に各ポンプ吐出流量Ｑｉに対して比容積Ａが加味される。

図３は、ポンプ吐出流量Ｑとモータ消費電力Ｐとの関係を近似したＱ−Ｐ特性曲線Ｓ１１の説明図である。炉心流量演算装置２１には、予め試験で測定された複数個のＱ−Ｐ特性データ２７を近似する近似式（Ｑ−Ｐ特性曲線Ｓ１１）が装備されており、実機プラントのモータ消費電力演算装置２５で測定されたモータ消費電力Ｐに基づきポンプ吐出流量Ｑが演算される相関式として使用される。

第１の実施の形態によれば、炉心流量の演算を行う過程において容器形状による要因を有していないため、形状による影響は排除され測定精度を向上させた炉心流量を算出することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図４は本発明の第２の実施の形態に係わる炉心流量測定装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、炉心流量演算装置２１で演算された炉心流量Ｗおよび他の炉心流量測定装置で計測された炉心流量Ｗａに基づいて、他の炉心流量測定装置で計測された炉心流量Ｗａの校正係数Ｋａを求める炉心流量校正装置２８を追加して設けたものである。

炉心流量演算装置２１で演算された炉心流量Ｗは炉心流量校正装置２８に送られ、他の炉心流量測定装置によって演算された炉心流量Ｗａを校正するための校正係数Ｋａ（Ｋａ＝Ｗ／Ｗａ）が演算される。従って、他の炉心流量計測装置の炉心流量Ｗａに校正係数Ｋａを乗じることにより、他の炉心流量計測装置１２の炉心流量は精度良く測定されたＷに校正される。

第２の実施の形態によれば、精度良く測定された炉心流量Ｗを校正源として、他の炉心流量測定装置の炉心流量Ｗａを校正することができる。

本発明の第１の実施の形態に係わる炉心流量測定装置の構成図。 本発明の第１の実施の形態における炉心流量演算装置の演算内容の説明図。 本発明の第１の実施の形態における炉心流量演算装置のポンプ吐出流量Ｑとモータ消費電力Ｐとの関係を近似したＱ−Ｐ特性曲線の説明図。 本発明の第２の実施の形態に係わる炉心流量測定装置の構成図。 従来の炉心流量測定装置の概略構成図。 従来の炉心流量測定装置における予め試験で得られているＱ−ΔＨ特性（ポンプ吐出流量Ｑ−運転ポンプのポンプ部差圧ΔＨ特性）の説明図。 従来の炉心流量測定装置において演算に使用されるＱ−ΔＨ特性曲線Ｓの説明図。

符号の説明

１１…原子炉圧力容器、１２…再循環ポンプ、１３…シュラウド、１４…上部圧力タップ、１５…下部圧力タップ、１６…圧力差検出器、１７…原子炉圧力計、１８…炉水温度計、１９…比容積演算装置、２０…ポンプ部揚程演算装置、２１…炉心流量演算装置、２２…運転ポンプ吐出流量演算装置、２３…停止ポンプ吐出流量演算装置、２４…ポンプ回転数演算装置、２５…モータ消費電力演算装置、２６…炉心流量表示装置、２７…Ｑ−Ｐ特性データ、２８…炉心流量校正装置

Claims (2)

1. 原子炉圧力容器内の炉心に複数台の再循環ポンプで冷却材を循環させる沸騰水型原子炉の炉心流量を測定する炉心流量測定装置において、各々の再循環ポンプのポンプモータ部における消費電力を演算するモータ消費電力演算装置と、各々の再循環ポンプの回転数を演算するポンプ回転数演算装置と、前記冷却材の比容積を演算する比容積演算装置と、予め試験によって得られた各々の再循環ポンプの各種回転数の下でのポンプ吐出流量とモータ消費電力との関係を近似した近似式に基づいて各々の再循環ポンプのポンプ吐出流量を求めその各々の再循環ポンプのポンプ吐出流量および前記冷却材の比容積から炉心流量を演算する炉心流量演算装置と、前記炉心流量演算装置で演算された炉心流量を表示する炉心流量表示装置とを備えたことを特徴とする炉心流量測定装置。
2. 前記炉心流量演算装置で演算された炉心流量および他の炉心流量測定装置で計測された炉心流量に基づいて、他の炉心流量測定装置で計測された炉心流量の校正係数を求める炉心流量校正装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の炉心流量測定装置。
   

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