JP5816057B2 - 冷却系統の制御方法及び装置 - Google Patents
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Description
図5に示すような冷却系統において、2台のポンプを並列運転する場合の性能特性曲線はaとなり、通常運転時はシステム抵抗がS1となるので、ポンプの運転点はAとなる。このとき、運転点Aにおける流量はQ1であるので、ポンプ1台当たりの流量は、(1/2)・Q1となる。
これに加えて、従来の制御では、一旦ポンプが全台停止することで冷却水温度が上昇するため、流量制御弁を開き側に制御し、冷却水の循環量を増加させて冷却水温度を低下させるようになっている。流量制御弁が開き側に制御されることでシステム抵抗がS2に低下するので運転点がB2となり、ポンプの過流量を増長させることとなる。
また、特許文献2には、ポンプの下流側に過流量抑制弁を配設し、ポンプの流量が予め定められた限定値を超えたときに過流量抑制弁の開度を制御するようにしたポンプ過流量抑制制御装置が記載されている。
そこで、特許文献3には、複数のポンプを並列運転するポンプ設備において、1台目のポンプの吐出止め弁を半開にしてポンプを起動し、時間をおいて2台目のポンプを起動させるようにした構成が記載されている。
そこで、ポンプの過流量を防止するために、特許文献1はポンプの回転数を制御するようにしているが、この方法では正確に冷却水の流量を調整することは困難であり、冷却系統を所望の温度に維持することは難しかった。また、特許文献2は過流量抑制弁を設けた構成となっているが、この構成ではポンプの流量を検出してから過流量抑制弁の開度を制御するまでのタイムラグが発生してしまう。特に、弁が大型になると開閉にも時間を要するため、その間ポンプの過流量状態が続いてしまうことは避けられない。
また、上記したいずれの従来技術においても、ポンプ起動時における問題点、すなわちポンプ過流量及び起動トルク増大の問題をともに解消できる具体的な制御については何ら開示されておらず、ポンプを通常運転時より少ない台数で起動させる際の好適な運転制御技術が望まれていた。
さらに、本発明によれば、ポンプの運転台数を検出して、この検出信号に応じて流量制御弁を制御するようにしたので、作業員を介することなく冷却系統を自動で制御でき、ブラックアウト時のような非常事態においても確実に対応可能となる。
このように、通常運転台数のポンプが起動したことを検出した場合に、第2の弁開制御ステップで、流量制御弁を通常運転時の上限開度以下で制御するようにしたので、通常運転台数のポンプが起動したら円滑に通常運転に戻ることができる。
このように、第1の弁開制御ステップで、流量制御弁及びバイパス弁をそれぞれ、流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で制御するようにしたので、ポンプの過流量を防止できる。
このように、第1の弁開制御ステップでは、予め設定された冷却水の温度のしきい値に基づいて流量制御弁を開閉制御するようにしたので、簡単な制御で冷却水温度を適切に制御することが可能となる。
また、前記弁制御信号は、前記流量制御弁の開度及び前記バイパス弁を互いに連動して制御する信号であってもよい。
また、運転台数検出手段でポンプの運転台数を検出し、弁開閉制御手段によって、ポンプの運転台数に基づいて流量制御弁を制御するようにしたので、作業員を介することなく冷却系統を自動で制御でき、ブラックアウト時のような非常事態においても確実に対応可能となる。
さらにまた、弁開閉制御手段は、通常運転台数より少ない台数のポンプを起動した後、通常運転時における流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で流量制御弁を制御するようにしたので、冷却系統のシステム抵抗が増加し、ポンプの流量が制限され、ポンプが過流量となることを防止できる。
このように、運転台数検出手段で通常運転台数のポンプが起動したことを検出した場合に、弁開閉制御手段によって流量制御弁を通常運転時の上限開度以下で制御するようにしたので、通常運転台数のポンプが起動したら円滑に通常運転に戻ることができる。
また、通常運転台数より少ない台数のポンプを起動した後、通常運転時における流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で流量制御弁を制御するようにしたので、冷却系統のシステム抵抗が増加し、ポンプの流量が制限され、ポンプが過流量となることを防止できる。
さらに、ポンプの運転台数を検出して、この検出信号に応じて流量制御弁を制御するようにしたので、作業員を介することなく冷却系統を自動で制御でき、ブラックアウト時のような非常事態においても確実に対応可能となる。
図1を参照して、まず最初に、本発明の実施形態が適用される冷却系統について説明する。この冷却系統100は、原子力発電プラントの補機を冷却するために設けられ、主に、閉ループで構成され冷却水が循環する循環ライン101と、循環ライン101に対して互いに並列に接続された複数のポンプ102a、102b、102cと、循環ライン101に設けられた冷却水クーラ103、流量制御弁104、温度検出センサ108及び各種補機冷却用熱交換器とを備える。ここで、原子力発電プラントの補機とは、タービンや発電機等の原子炉以外の機器である。
温度検出センサ108は、循環ライン101に設けられ、循環ライン101の冷却水温度を検出する。なお、温度検出センサ108は、流量制御弁104の下流側に設けた場合を示したが、循環ライン101の冷却水温度を検出可能な位置であればいずれの位置であってもよい。ただし、補機冷却用熱交換器の上流側であることが好ましい。
このように、バイパス弁106が設けられたバイパスライン105を備えることで、冷却水クーラ103を通らないバイパスライン105に流す冷却水流量を調整することによって、ポンプ102の回転数を変えずに冷却水の温度を調整することができる。
冷却系統の制御装置1は、主に、ポンプ制御手段2と、運転台数検出手段3と、弁制御手段4とを備える。
運転台数検出手段3は、ポンプ102の運転台数を検出する。具体的には、運転台数検出手段3は、全てのポンプ102a、102b、102cの運転状態信号が入力され、これらの運転状態信号に基づいて現在のポンプの運転台数を算出し、この算出した結果を弁制御手段4に出力する。
図2(a)に示すように、通常運転時には、流量制御弁104及びバイパス弁106の上限開度を全開とする弁開度信号が出力され、これらの弁が全開以下で制御されるようにする。さらに、流量制御弁104及びバイパス弁106は連動して制御されることが好ましく、例えば、これらの弁がON/OFF制御される構造の場合、流量制御弁104が閉のときはバイパス弁106を全開とし、流量制御弁104が全開のときはバイパス弁106が閉とする。このように、流量制御弁104及びバイパス弁106の弁開度が、互いに連動して制御されることによって、循環ライン101を流れる冷却水流量を一定に維持できる。なお、通常運転の識別は、運転台数検出手段3から入力される運転台数に基づいて行われる。すなわち、運転台数が、予め設定された通常運転台数である場合には、通常運転時と判断する。
図2(b)に示すように、通常運転台数より少ない台数のポンプ102cで運転している場合(以下、制限運転と称する)、まず、温度検出センサ108の検出温度に基づいて流量制御弁104及びバイパス弁106の開度を指示する弁開度信号を算出する。次いで、この弁開度信号に対して、弁開度が制限開度以下となるような制限比率を乗じて弁制御信号を算出し、この弁制御信号をそれぞれの弁に出力する。これにより、検出温度に基づく弁開度信号に対して、弁開度が制限開度以下に制限されて制御される。なお、制限運転時においても、図2(a)と同様に、流量制御弁104及びバイパス弁106は連動して制御されることが好ましい。
同図において、ポンプ制御手段2は、上記したようにポンプ102の起動を制御する。
運転台数検出手段3は、各ポンプ102a、102b、102cの運転状態信号が入力され、この運転状態信号に基づいて、ポンプが全て停止していることを示す信号(ポンプ全台停止信号)a、ポンプが1台のみ運転していることを示す信号(ポンプ1台運転信号)b、あるいはポンプが2台以上運転していることを示す信号(ポンプ複数台運転信号)cのいずれかの運転台数信号を出力する。
弁開度信号算出部41は、冷却水の温度のしきい値が予め入力されており、このしきい値と、温度検出センサ108から入力される冷却水の検出温度とを比較して、検出温度がしきい値よりも低い場合には、流量制御弁104を開にし、バイパス弁106を閉にする弁開度信号を出力する。
乗算器44は、弁開度信号算出部41で出力された流量制御弁104の弁開度信号と、第2信号切替器43で出力された上限開度比率V1若しくは制限開度比率V2が入力され、弁開度信号に対して上限開度比率V1若しくは制限開度比率V2を乗じることで算出される弁制御信号を流量制御弁104に出力する。
上記した構成を有する制御装置1では、運転台数検出手段3からの運転台数信号によってポンプ102が複数台運転していると判断される場合、第1信号切替器42では上限開度比率V1を出力し、第2信号切替器43では第1信号切替器42の出力信号である上限開度比率V1を出力する。したがって、弁開度信号算出部41で出力された弁開度信号に上限開度比率V1を乗じることで算出される弁制御信号が流量制御弁104及びバイパス弁106にそれぞれ入力され、これらの弁は通常運転時の上限開度以下で制御される。
さらに、運転台数検出手段3からの運転台数信号によってポンプが1台のみ運転していると判断される場合、第1信号切替器42では制限開度比率V2を出力し、第2信号切替器43では第1信号切替器42の出力信号である制限開度比率V2を出力する。したがって、弁開度信号算出部41で出力された弁開度信号に制限開度比率V2が乗じられた弁制御信号が流量制御弁104及びバイパス弁106にそれぞれ入力され、これらの弁は、検出温度に基づいて制限開度以下で制御される。
まず最初に、ステップS1では、運転台数検出手段3によって、ポンプの運転台数を検出し、ステップS2では、複数のポンプ102が全て停止したことを検出した場合に、流量制御弁104を全閉に制御する弁制御信号を出力する。
ステップS3では、流量制御弁104が全閉にされた状態で、ポンプ102を通常運転台数より少ない台数で起動する。
ステップS5では、流量制御弁104が制限開度以下に制御されている状態で、通常運転台数のポンプ102を起動する。
そして、通常運転台数のポンプ102が起動したことを検出した場合に、ステップS6で、流量制御弁104を上限開度以下で制御する弁制御信号を流量制御弁104に出力する。
また、通常運転台数より少ない台数のポンプ102を起動した後、通常運転時における流量制御弁104の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で流量制御弁104を制御するようにしたので、冷却系統のシステム抵抗が増加し、ポンプ102の流量が制限され、ポンプ102が過流量となることを防止できる。
さらに、ポンプ102の運転台数を検出して、この検出信号に応じて流量制御弁104を制御するようにしたので、作業員を介することなく冷却系統を自動で制御でき、ブラックアウト時のような非常事態においても確実に対応可能となる。
また、本実施形態では、ポンプ102a、102b、102cがブラックアウト等の電源喪失時に全台停止した場合について主に説明したが、これに限定されるものではなく、ポンプを全台停止した後に、通常運転時より少ない台数で再起動し、その後時間をおいて通常運転台数でポンプを運転する場合に全て適用できる。
また、本実施形態では、冷却系統を循環する冷却材として冷却水を用いて説明したが、冷却材として水以外の他の流体を用いてもよい。
さらに、本実施形態では、主に流量制御弁104及びバイパス弁106がON/OFF制御される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、これらの弁が比例制御弁であってもよい。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
2 ポンプ制御手段
3 運転台数検出手段
4 弁制御手段
41 弁開度信号算出部
42 第1信号切替器
43 第2信号切替器
44、45 乗算器
100 冷却系統
101 循環ライン
102、102a、102b、102c ポンプ
103 冷却水クーラ
104 流量制御弁
105 バイパスライン
106 バイパス弁
108 温度検出センサ
111 潤滑油熱交換器
113 冷却媒体熱交換器
115 その他補機冷却用熱交換器
Claims (8)
- 原子力発電プラントの補機冷却用の冷却材が循環する循環ラインと、前記循環ラインに対して互いに並列に接続された複数のポンプと、前記複数のポンプの吐出側下流に設けられ前記冷却材の流量を調整する流量制御弁とを備える冷却系統の制御方法であって、
前記ポンプの運転台数を検出し、前記複数のポンプが全て停止したことを検出した場合に、前記流量制御弁を全閉に制御する弁制御信号を前記流量制御弁に出力する弁全閉制御ステップと、
前記流量制御弁が全閉にされた状態で、前記ポンプを通常運転台数より少ない台数で起動する第1のポンプ起動ステップと、
前記第1のポンプ起動ステップの後、通常運転時における前記流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で前記流量制御弁を制御する弁制御信号を前記流量制御弁に出力する第1の弁開制御ステップとを備えることを特徴とする冷却系統の制御方法。 - 前記流量制御弁が前記制限開度以下に制御されている状態で、前記通常運転台数のポンプを起動する第2のポンプ起動ステップと、
前記通常運転台数のポンプが起動したことを検出した場合に、前記流量制御弁を前記上限開度以下で制御する弁制御信号を前記流量制御弁に出力する第2の弁開制御ステップとをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の冷却系統の制御方法。 - 前記冷却材の温度のしきい値が予め設定されており、
前記第1の弁開制御ステップでは、前記冷却材の温度を検出し、検出温度が前記しきい値以上である場合には、前記流量制御弁を前記制限開度に制御する弁制御信号を前記流量制御弁に出力し、前記検出温度が前記しきい値未満である場合には、前記流量制御弁を閉に制御する弁制御信号を前記流量制御弁に出力することを特徴とする請求項1に記載の冷却系統の制御方法。 - 前記冷却系統は、前記複数のポンプの吐出側下流に設けられ前記冷却材を冷却する冷却材クーラと、前記冷却材クーラ及び前記流量制御弁をバイパスするバイパスラインと、前記冷却材のバイパス流量を調整するバイパス弁とをさらに備え、
前記第1の弁開制御ステップでは、前記流量制御弁及び前記バイパス弁をそれぞれ、前記流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で制御する弁制御信号を前記流量制御弁及び前記バイパス弁にそれぞれ出力することを特徴とする請求項1に記載の冷却系統の制御方法。 - 前記弁制御信号は、前記流量制御弁の開度及び前記バイパス弁を互いに連動して制御する信号であることを特徴とする請求項4に記載の冷却系統の制御方法。
- 原子力発電プラントの補機冷却用の冷却材が循環する循環ラインと、前記循環ラインに対して互いに並列に接続された複数のポンプと、前記複数のポンプの吐出側下流に設けられ前記冷却材の流量を調整する流量制御弁とを備える冷却系統の制御装置であって、
前記ポンプの起動を制御するポンプ制御手段と、
前記ポンプの運転台数を検出する運転台数検出手段と、
前記流量制御弁を開閉制御する弁開閉制御手段とを備え、
前記ポンプ制御手段は、前記複数のポンプが全て停止した場合に、通常運転台数より少ない台数の前記ポンプを起動させるようにし、
前記弁開閉制御手段は、前記運転台数検出手段によって前記複数のポンプが全て停止したことを検出した場合に、前記流量制御弁を全閉にする弁制御信号を出力し、通常運転台数より少ない台数の前記ポンプが運転していることを検出した場合に、通常運転時における前記流量制御弁の設定開度より小さい値に設定された制限開度に前記流量調整弁を制御する弁制御信号を出力することを特徴とする二次冷却系の制御装置。 - 前記弁開閉制御手段は、前記運転台数検出手段によって前記通常運転台数のポンプが起動したことを検出した場合に、前記流量制御弁を該流量制御弁の上限開度以下で制御する弁制御信号を出力することを特徴とする請求項6に記載の二次冷却系の制御装置。
- 前記複数のポンプの吐出側下流に設けられ前記冷却材を冷却する冷却材クーラと、
前記冷却材クーラ及び前記流量制御弁をバイパスするバイパスラインと、
前記バイパスラインに設けられ、前記冷却材のバイパス流量を調整するバイパス弁とをさらに備え、
前記弁開閉制御手段は、前記運転台数検出手段によって前記通常運転台数より少ない台数の前記ポンプが運転していることを検出した場合に、前記流量制御弁及び前記バイパス弁をそれぞれ、前記流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で制御する弁制御信号を出力することを特徴とする請求項6に記載の二次冷却系の制御装置。
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