JP6553847B2

JP6553847B2 - 給水制御装置および給水装置

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Publication number: JP6553847B2
Application number: JP2014116232A
Authority: JP
Inventors: 健太清水; 明裕柴田; 昇松井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2034-06-04
Also published as: WO2015186274A1; JP2015230233A

Description

本発明は、原子力施設に設けられた蒸気発生器へ向けて冷却材を供給するための給水制御装置および給水装置に関する。

従来、例えば、特許文献１に記載の給水装置は、原子力施設に設けられた蒸気発生器へ向けて冷却材を供給するため、蒸気発生器に接続された給水管と、給水管に設けられて定格容量の大きな給水弁と、給水弁の上流側と下流側とで給水管に接続されるバイパス管と、バイパス管に設けられて給水弁に比して定格容量の小さなバイパス弁と、蒸気発生器内の冷却材の水位を検出可能に設けられた水位検出手段と、水位検出手段によって検出された検出水位と予め設定された蒸気発生器内の冷却材の目標水位との水位偏差に基づいて給水弁とバイパス弁とを制御して蒸気発生器に供給される冷却材の給水流量を制御可能に設けられた給水制御装置と、を備えている。

特開２０１２−４７５０１号公報

従来の給水制御は、負荷遮断などの大幅負荷急減が生じた際、蒸気発生器から流出する蒸気流量が減少して蒸気発生器の冷却材の保有水量は増加傾向にあるにも関わらず、蒸気発生器の内圧上昇により蒸気発生器内の冷却材の水位が低下する水位の逆応答により、給水制御装置の積分要素が過大となる。この結果、蒸気発生器内の冷却材の水位が目標水位に回復した後においても、給水流量が蒸気流量よりも多い状態が継続し、目標水位を行き過ぎるオーバーシュート量が大きくなる。また、蒸気発生器内の冷却材の水位の調整において、積分要素により負荷変化後の蒸気流量に見合った弁開度に変化するが、蒸気流量と給水流量との不一致量が蓄積されていると、調整に時間を要することになる。また、原子炉の出力状態が低く、蒸気流量、給水流量が少ないプラント状態において、負荷変動が生じた場合は、その蒸気流量変動が蒸気発生器水位の変化となって現れてくるまでに時間がかかる傾向にあることから、蒸気発生器内の冷却材の水位の調整に時間を要することになる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、制御の即応性を向上することのできる給水制御装置および給水装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第１の発明の給水制御装置は、蒸気発生器内の二次冷却材と原子炉冷却系から出力される一次冷却材との熱交換により前記二次冷却材から蒸気を発生させる原子力施設にて、前記蒸気発生器へ向けて前記二次冷却材を供給するように前記蒸気発生器に接続された給水管と、前記給水管に設けられた給水弁と、を備える給水装置を制御するための給水制御装置であって、原子炉の出力状態に基づいて前記給水弁の弁開度を設定することを特徴とする。

この給水制御装置によれば、原子炉の出力状態に応じた弁開度を目標として給水弁を制御するため、蒸気発生器内の冷却材の水位を原子炉の出力状態に応じた水位にいち早く近づけることができる。この結果、制御の即応性を向上することができる。しかも、原子炉の出力状態に基づいて給水弁の弁開度を設定することから、蒸気発生器内の冷却材の水位の逆応答の影響を小さくすることができ、調整に要する時間を短縮できる。

また、第２の発明の給水制御装置は、第１の発明において、前記蒸気発生器内の前記二次冷却材の水位と、前記給水管における前記二次冷却材の給水流量と、前記蒸気発生器から流出する蒸気の蒸気流量と、に基づいて前記給水弁の弁開度を調整することを特徴とする。

この給水制御装置によれば、原子炉の出力状態に応じた弁開度を目標として給水弁を制御し、この制御に加えて蒸気発生器内の冷却材の水位と、給水管における冷却材の給水流量と、蒸気発生器から流出する蒸気の蒸気流量と、に基づいて給水弁の弁開度を調整することで、蒸気発生器内の状態に応じてより適した弁開度に給水弁を制御することができる。

また、第３の発明の給水制御装置は、第１または第２の発明において、前記給水装置は、前記給水弁の上流側と下流側とで前記給水管に接続されるバイパス管と、前記バイパス管に設けられて前記給水弁に比して定格容量の小さいバイパス弁と、を備えており、前記原子炉の出力状態に基づいて前記バイパス弁の弁開度を設定するとともに、前記蒸気発生器内の前記二次冷却材の水位に基づいて前記バイパス弁の弁開度を調整することを特徴とする。

この給水制御装置によれば、バイパス管側からの給水においても、原子炉の出力状態に応じた弁開度を目標としてバイパス弁を制御するため、蒸気発生器内の冷却材の水位を原子炉の出力状態に応じた水位にいち早く近づけることができる。この結果、制御の即応性を向上することができる。しかも、原子炉の出力状態に基づいてバイパス弁の弁開度を設定することから、低出力時の蒸気発生器水位の応答遅れの影響を小さくすることができ、調整に要する時間を短縮できる。そして、原子炉の出力状態に応じた弁開度を目標としてバイパス弁を制御し、この制御に加えて蒸気発生器内の冷却材の水位に基づいてバイパス弁の弁開度を調整することで、仮に、製作誤差などによりバイパス弁のＣｖ値特性が設計と差が生じた場合であっても、蒸気発生器の状態に応じてより適した弁開度にバイパス弁を制御することができる。

また、第４の発明の給水制御装置は、第１または第２の発明において、前記給水装置は、前記給水弁の上流側と下流側とで前記給水管に接続されるバイパス管と、前記バイパス管に設けられて前記給水弁に比して定格容量の小さいバイパス弁と、を備えており、前記原子炉の出力状態に基づいて前記バイパス弁の弁開度を設定するとともに、前記蒸気発生器内の前記二次冷却材の水位と、前記バイパス弁の容量に対応して得られる給水流量と、に基づいて前記バイパス弁の弁開度を調整することを特徴とする。

この給水制御装置によれば、バイパス管側からの給水においても、原子炉の出力状態に応じた弁開度を目標としてバイパス弁を制御するため、蒸気発生器内の冷却材の水位を原子炉の出力状態に応じた水位にいち早く近づけることができる。この結果、制御の即応性を向上することができる。しかも、原子炉の出力状態に基づいてバイパス弁の弁開度を設定することから、低出力時の蒸気発生器水位の応答遅れの影響を小さくすることができ、調整に要する時間を短縮できる。そして、原子炉の出力状態に応じた弁開度を目標としてバイパス弁を制御し、この制御に加えて蒸気発生器内の冷却材の水位と、バイパス管における冷却材の給水流量と、に基づいてバイパス弁の弁開度を調整することで、仮に、製作誤差などによりバイパス弁のＣｖ値特性が設計と差が生じた場合であっても、蒸気発生器の状態に応じてより適した弁開度にバイパス弁を制御することができる。

上述の目的を達成するために、第５の発明の給水装置は、蒸気発生器内の二次冷却材と原子炉冷却系から出力される一次冷却材との熱交換により前記蒸気発生器の前記二次冷却材から蒸気を発生させる原子力施設にて、前記蒸気発生器へ向けて前記二次冷却材を供給するように前記蒸気発生器に接続された給水管と、前記給水管に設けられた給水弁と、前記給水弁の上流側と下流側とで前記給水管に接続されるバイパス管と、前記バイパス管に設けられて前記給水弁に比して定格容量の小さいバイパス弁と、前記給水弁および前記バイパス弁を制御する請求項１〜４のいずれか一つに記載の給水制御装置と、を備えることを特徴とする。

この給水装置によれば、原子炉の出力状態に応じた弁開度を目標として給水弁やバイパス弁を制御することで、蒸気発生器内の冷却材の水位を原子炉の出力状態に応じた水位にいち早く近づけることができる。この結果、制御の即応性を向上することができる。しかも、原子炉の出力状態に基づいて給水弁やバイパス弁の弁開度を設定することから、蒸気発生器内の冷却材の水位の逆応答、および、低出力時における蒸気発生器内の冷却材の水位の応答遅れの影響を小さくすることができ、調整に要する時間を短縮できる。

本発明によれば、制御の即応性を向上することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る給水装置を備えた原子力施設の概略構成図である。図２は、本発明の実施形態に係る給水制御装置における給水系に関する制御ブロック図である。図３は、本発明の実施形態に係る給水制御装置における給水系に関する制御を示すグラフである。図４は、本発明の実施形態に係る給水制御装置における給水バイパス系に関する制御ブロック図である。図５は、本発明の実施形態に係る給水制御装置における給水バイパス系に関する他の制御ブロック図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る給水装置を備えた原子力施設の概略構成図である。原子力施設１は、原子炉２を有する。原子炉２は、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）が用いられる。この加圧水型の原子炉２を用いた原子力施設１は、原子炉２を含む原子炉冷却系（一次冷却系）１００と、原子炉冷却系１００と熱交換するタービン系（二次冷却系）２００とで構成される。原子炉冷却系１００は、一次冷却材が流通し、タービン系２００は、二次冷却材が流通する。

原子炉冷却系１００は、コールドレグ３ａおよびホットレグ３ｂを介して原子炉２に接続された蒸気発生器４を有する。ホットレグ３ｂは、加圧器５が設けられ、コールドレグ３ａは、一次冷却材ポンプ６が設けられている。そして、原子炉２、コールドレグ３ａ、ホットレグ３ｂ、蒸気発生器４、加圧器５および一次冷却材ポンプ６は、原子炉格納容器７に収容されている。

原子炉２は、上記したように加圧水型原子炉であり、その内部は一次冷却材で満たされる。一次冷却材は、中性子減速材として用いられるホウ素が溶解した軽水である。また、原子炉２は、その内部に、多数の燃料集合体８が収容され、この各燃料集合体８に対し、燃料集合体８の核分裂を制御する多数の制御棒９が抜差し可能に設けられている。

原子力施設１の原子炉冷却系１００における一連の動作について説明する。原子炉２内において、制御棒９により核分裂反応を制御しながら燃料集合体８を核分裂させると、核分裂により熱エネルギーが発生する。この熱エネルギーにより、原子炉２内の一次冷却材が加熱されると、加熱された一次冷却材は、一次冷却材ポンプ６によりホットレグ３ｂを介して蒸気発生器４に送られる。ホットレグ３ｂを通過する高温の一次冷却材は、加圧器５により加圧されることで沸騰が抑制され、高温高圧となった状態で、蒸気発生器４に流入する。蒸気発生器４に流入した高温高圧の一次冷却材は、二次冷却材と熱交換を行うことにより冷却され、冷却された一次冷却材は、一次冷却材ポンプ６によりコールドレグ３ａを介して原子炉２に送られる。そして、冷却された一次冷却材が原子炉２に流入することで、原子炉２が冷却される。このように、一次冷却材は、原子炉２と蒸気発生器４とを循環している。

タービン系２００は、蒸気管１１を介して蒸気発生器４に接続されたタービン１２、タービン１２に接続された復水器１３、および復水器１３と蒸気発生器４とを接続する給水管１４に介設された給水ポンプ１５、を有している。そして、タービン１２は、発電機１６が接続されている。

原子力施設１のタービン系２００における一連の動作について説明する。蒸気管１１を介して蒸気発生器４から蒸気がタービン１２に流入すると、タービン１２は回転を行う。タービン１２が回転すると、タービン１２に接続された発電機１６は、発電を行う。この後、タービン１２から流出した蒸気は復水器１３に流入する。復水器１３は、その内部に冷却管１７が配設されており、冷却管１７の一方には冷却水（例えば、海水）を供給するための取水管１８が接続され、冷却管１７の他方には冷却水を排水するための排水管１９が接続されている。この復水器１３は、タービン１２から流入した蒸気を冷却管１７により冷却することで、蒸気を液体に戻す。液体となった二次冷却材は、給水ポンプ１５により給水管１４を介して蒸気発生器４に送られる。蒸気発生器４に送られた二次冷却材は、蒸気発生器４において一次冷却材と熱交換を行うことにより再び蒸気となる。

上記した原子力施設１において、二次冷却材は、上記の給水管１４および給水ポンプ１５を含む給水装置４０により、その流量が制御されながら、蒸気発生器４へ向けて供給される。

給水装置４０は、図１に示すように、上記の給水管１４と、上記の給水ポンプ１５と、給水管１４に設けられた給水弁４２と、給水弁４２を迂回して給水管１４に接続されたバイパス管４３と、バイパス管４３に設けられたバイパス弁４４と、蒸気発生器４に設けられた水位計４５と、給水管１４に設けられて給水弁４２の容量に対応した給水流量計４６と、蒸気管１１に設けられた蒸気流量計４７と、バイパス管４３または給水管１４に設けられてバイパス弁４４の容量に対応した給水バイパス流量計４８と、コールドレグ３ａに設けられた第一温度センサ４９と、ホットレグ３ｂに設けられた第二温度センサ５０と、を備える。この給水装置４０は、給水制御装置５１により制御される。

給水弁４２は、給水管１４において給水ポンプ１５の下流側に設けられている。給水弁４２は、空気式の制御弁であり、バイパス弁４４に比して、定格容量の大きな構成となっている。バイパス管４３は、その一端が給水弁４２の上流側で給水管１４に接続され、その他端が給水弁４２の下流側で給水管１４に接続されている。バイパス弁４４は、バイパス管４３に設けられている。バイパス弁４４は、給水弁４２と同様に空気式の制御弁であるが、給水弁４２に比して、定格容量の小さな構成となっている。

水位計４５は、蒸気発生器４内に設けられており、蒸気発生器４内の二次冷却材の水位を計測する。給水流量計４６は、給水弁４２の下流側で給水管１４に設けられ、給水管１４内を流れる液相の二次冷却材の流量を計測する。この給水流量計４６は、給水弁４２の容量に対応し、給水弁４２を経て流れる二次冷却材における給水流量を計測する。蒸気流量計４７は、蒸気管１１内を流れる蒸気（気相の二次冷却材）における蒸気流量を計測する。給水バイパス流量計４８は、バイパス弁４４の下流側でバイパス管４３または給水管１４に設けられ、給水管１４内を流れる液相の二次冷却材の流量を計測する。この給水バイパス流量計４８は、バイパス弁４４の容量に対応し、バイパス弁４４を経て流れる二次冷却材における狭域給水流量を計測する。第一温度センサ４９は、コールドレグ３ａに流通する一次冷却材の温度を検出する。第二温度センサ５０は、ホットレグ３ｂに流通する一次冷却材の温度を検出する。

給水制御装置５１は、給水装置４０を統括的に制御する。給水制御装置５１は、水位計４５、給水流量計４６、蒸気流量計４７、給水バイパス流量計４８、第一温度センサ４９、および第二温度センサ５０に接続され、さらに、給水弁４２およびバイパス弁４４に接続されている。この給水制御装置５１は、水位計４５、給水流量計４６、蒸気流量計４７、給水バイパス流量計４８、第一温度センサ４９、および第二温度センサ５０からの入力に基づいて給水弁４２およびバイパス弁４４を制御することにより、蒸気発生器４への給水制御を行う。

図２は、本実施形態に係る給水制御装置における給水系に関する制御ブロック図である。また、図３は、本実施形態に係る給水制御装置における給水系に関する制御を示すグラフである。また、図４および図５は、本実施形態に係る給水制御装置における給水バイパス系に関する制御ブロック図である。ここで、給水系とは、給水制御装置５１において給水弁４２を開状態として制御し、バイパス弁４４を閉状態として制御しない給水制御を意味する。一方、給水バイパス系とは、給水制御装置５１においてバイパス弁４４を開状態として制御し、給水弁４２を閉状態として制御しない給水制御を意味する。

まず、給水系について説明する。給水系において、給水制御装置５１は、図２に示すように、第一水位設定部５２と、第一可変ゲイン設定部５３と、第一ＰＩ制御部（第一フィードバック制御部）５４と、第二可変ゲイン設定部５５と、第二ＰＩ制御部（第二フィードバック制御部）５６と、第一弁開度信号出力部５７と、を有している。

第一水位設定部５２は、タービン１２における流入口周りである第一段静翼周りの蒸気圧力［タービン第一段圧力］に応じて蒸気発生器４内の目標水位を設定する。水位設定値は、図２に示すグラフＧ１に基づいて設定される。グラフＧ１は、予め定められたもので、横軸がタービン第一段圧力となっており、縦軸が水位設定値となっている。このため、タービン第一段圧力の信号が入力されると、給水制御装置５１は、タービン第一段圧力と第一水位設定部５２のグラフＧ１とに基づいて水位設定値を導出する。

第一可変ゲイン設定部５３は、可変する第一比例ゲインを設定する。第一比例ゲインの大きさは、第一温度センサ４９で得られるコールドレグ３ａの温度と、第二温度センサ５０で得られるホットレグ３ｂの温度との温度差ΔＴに基づいて設定される。この温度差ΔＴは、第一温度センサ４９および第二温度センサ５０からの入力に基づいて給水制御装置５１で導出され、原子炉２の出力の指標である。そして、給水制御装置５１は、導出した温度差ΔＴに基づいて、図２に示すグラフＧ２から第一比例ゲインを導出する。グラフＧ２は、横軸が温度差ΔＴとなっており、縦軸が第一比例ゲインとなっている。グラフＧ２では、第一比例ゲインは、温度差ΔＴが０からＴ１までは、予め設定された下限比例ゲインとなっており、Ｔ１からＴ２までは、下限比例ゲインから、予め設定された上限比例ゲインまで増大し、Ｔ２以上は、上限比例ゲインとなっている。

第一ＰＩ制御部５４は、第一可変ゲイン設定部５３の出力側に接続されている。第一ＰＩ制御部５４は、水位偏差である制御入力信号ＩＳ１に対し、第一比例ゲインを用いた比例制御と、積分制御とを行うことで、制御入力信号をフィードバック制御（ＰＩ制御）する。そして、第一ＰＩ制御部５４は、ＰＩ制御後の制御入力信号を制御出力信号（第一制御出力信号）ＯＳ１として出力する。

第二可変ゲイン設定部５５は、その入力側に第一ＰＩ制御部５４と給水流量計４６と蒸気流量計４７とが接続され、その出力側に第二ＰＩ制御部５６が接続されている。そして、第二可変ゲイン設定部５５は、可変する第二比例ゲインを設定する。第二比例ゲインの大きさは、第一ＰＩ制御部５４から出力された制御出力信号ＯＳ１と、流量偏差である制御入力信号（第二制御入力信号）ＩＳ２とから導出された導出信号の制御値に基づいて設定される。ここで、導出信号の制御値は、第一ＰＩ制御部５４から出力された制御出力信号ＯＳ１であるＰＩ制御後の水位偏差と、制御入力信号ＩＳ２である流量偏差とを考慮した偏差値である。そして、給水制御装置５１は、導出信号の制御値に基づいて、図２に示すグラフＧ３から第二比例ゲインを導出する。グラフＧ３は、横軸が導出信号の制御値となっており、縦軸が第二比例ゲインとなっている。グラフＧ３では、第二比例ゲインは、制御値が０、すなわち偏差が０のときは、予め設定された下限比例ゲインとなっている。一方、第二比例ゲインは、制御値が０からＳ１までは、下限比例ゲインから予め設定された上限比例ゲインまで増大し、Ｓ１よりも大きい場合は上限比例ゲインとなっている。同様に、第二比例ゲインは、制御値が０から−Ｓ１までは、下限比例ゲインから予め設定された上限比例ゲインまで増大し、−Ｓ１よりも小さい場合は、上限比例ゲインとなっている。

第二ＰＩ制御部５６は、第二可変ゲイン設定部５５の出力側に接続されている。第二ＰＩ制御部５６は、導出信号に対し、第二比例ゲインを用いた比例制御と、積分制御とを行うことで、導出信号をフィードバック制御（ＰＩ制御）する。そして、第二ＰＩ制御部５６は、ＰＩ制御後の導出信号を、給水弁４２を制御するための制御出力信号（第二制御出力信号）ＯＳ２として出力する。

第一弁開度信号出力部５７は、原子炉２の出力の指標である温度差ΔＴに基づいて、給水弁４２の弁開度を制御するための制御出力信号（第三制御出力信号）ＯＳ３として出力する。すなわち、給水制御装置５１は、導出した温度差ΔＴに基づいて、図２に示すグラフＧ４から給水弁４２の弁開度を導出する。グラフＧ４は、横軸が温度差ΔＴとなっており、縦軸が弁開度となっている。

そして、給水制御装置５１は、第一弁開度信号出力部５７で出力する制御出力信号ＯＳ３と、第二ＰＩ制御部５６で出力する制御出力信号ＯＳ２とを合わせて給水弁４２を制御する制御出力信号（第四制御出力信号）ＯＳ４を出力する。すなわち、給水制御装置５１は、原子炉２の出力状態である温度差ΔＴに基づいた給水弁４２の弁開度の制御出力信号ＯＳ３を、第一弁開度信号出力部５７から出力することで、図３に破線で示すように目標値である給水弁４２の弁開度を設定する。そして、給水制御装置５１は、この制御出力信号ＯＳ３を給水弁４２に出力し、図３に実線で示すように、目標値まで給水弁４２の弁開度を制御する。さらに、給水制御装置５１は、蒸気発生器４内の二次冷却材の水位と、給水管１４における二次冷却材の給水流量と、蒸気発生器４から流出する蒸気の蒸気流量と、に基づいた制御出力信号ＯＳ２を出力することで、図３に実線で示すように給水弁４２の弁開度を調整する。つまり、目標値まで給水弁４２の弁開度を制御するまでに原子炉２の出力により変化し得る水位分（図３に斜線で示す範囲）を考慮してこれを加算して調整する。なお、図３の一点鎖線は、第一弁開度信号出力部５７で出力する制御出力信号ＯＳ３を用いない場合の給水制御を示す。

次に、給水バイパス系について説明する。給水バイパス系において、給水制御装置５１は、図４に示すように、第二水位設定部６２と、第三可変ゲイン設定部６３と、第二弁開度信号出力部６４と、で構成されている。

第二水位設定部６２は、タービン１２における流入口周りである第一段静翼周りの蒸気圧力［タービン第一段圧力］に応じて蒸気発生器４内の目標水位を設定する。水位設定値は、図４に示すグラフＧ５に基づいて設定される。グラフＧ５は、予め定められたもので、横軸がタービン第一段圧力となっており、縦軸が水位設定値となっている。このため、タービン第一段圧力の信号が入力されると、給水制御装置５１は、タービン第一段圧力と水位設定部６２のグラフＧ５とに基づいて水位設定値を導出する。

第三可変ゲイン設定部６３は、可変する第三比例ゲインを設定する。第三比例ゲインの大きさは、第一温度センサ４９で得られるコールドレグ３ａの温度と、第二温度センサ５０で得られるホットレグ３ｂの温度との温度差ΔＴに基づいて設定される。この温度差ΔＴは、第一温度センサ４９および第二温度センサ５０からの入力に基づいて給水制御装置５１で導出され、原子炉２の出力の指標である。そして、給水制御装置５１は、導出した温度差ΔＴに基づいて、図４に示すグラフＧ６から第三比例ゲインを導出する。グラフＧ６は、横軸が温度差ΔＴとなっており、縦軸が第三比例ゲインとなっている。グラフＧ６では、第三比例ゲインは、温度差ΔＴが０から２０％（バイパス弁４４が使用される出力領域に対応）までは、予め設定された下限比例ゲインＫＬから予め設定された上限比例ゲインＫＨまで増大し、２０％以上は、上限比例ゲインＫＨとなっている。

第二弁開度信号出力部６４は、原子炉２の出力の指標である温度差ΔＴに基づいて、バイパス弁４４の弁開度を制御するための制御出力信号（第五制御出力信号）ＯＳ５として出力する。すなわち、給水制御装置５１は、導出した温度差ΔＴに基づいて、図４に示すグラフＧ７からバイパス弁４４の弁開度を導出する。グラフＧ７は、横軸が温度差ΔＴとなっており、縦軸が弁開度となっている。

そして、給水制御装置５１は、第二弁開度信号出力部６４で出力する制御出力信号ＯＳ５と、第三可変ゲイン設定部６３の第三比例ゲインとを用いてバイパス弁４４を制御する制御出力信号（第六制御出力信号）ＯＳ６を出力する。すなわち、給水制御装置５１は、原子炉２の出力の指標である温度差ΔＴに基づいたバイパス弁４４の弁開度の制御出力信号ＯＳ５を、第二弁開度信号出力部６４から出力することで、目標値であるバイパス弁４４の弁開度を設定する。そして、給水制御装置５１は、この制御出力信号ＯＳ５をバイパス弁４４に出力し、例えば、図３に実線で示すように、目標値までバイパス弁４４の弁開度を制御する。さらに、給水制御装置５１は、蒸気発生器４内の二次冷却材の水位に基づき、例えば、図３に実線で示すようにバイパス弁４４の弁開度を調整する。つまり、目標値までバイパス弁４４の弁開度を制御するまでに原子炉２の出力により低下し得る水位分（例えば、図３に斜線で示す範囲）を考慮してこれを加算して調整する。なお、図３の一点鎖線は、第二弁開度信号出力部６４で出力する制御出力信号ＯＳ５を用いない場合の給水制御に相当する。

ところで、給水バイパス系において、給水制御装置５１は、図５に示すように、第二水位設定部６２と、第三可変ゲイン設定部６３と、第二弁開度信号出力部６４と、に加え、第三ＰＩ制御部（第三フィードバック制御部）６５と、蒸気流量信号出力部６６と、第四ＰＩ制御部（第三フィードバック制御部）６７と、を有してもよい。

第二水位設定部６２は、タービン１２における流入口周りである第一段静翼周りの蒸気圧力［タービン第一段圧力］に応じて蒸気発生器４内の目標水位を設定する。水位設定値は、図５に示すグラフＧ５に基づいて設定される。グラフＧ５は、予め定められたもので、横軸がタービン第一段圧力となっており、縦軸が水位設定値となっている。このため、タービン第一段圧力の信号が入力されると、給水制御装置５１は、タービン第一段圧力と第二水位設定部６２のグラフＧ５とに基づいて水位設定値を導出する。

第三可変ゲイン設定部６３は、可変する第三比例ゲインを設定する。第三比例ゲインの大きさは、第一温度センサ４９で得られるコールドレグ３ａの温度と、第二温度センサ５０で得られるホットレグ３ｂの温度との温度差ΔＴに基づいて設定される。この温度差ΔＴは、第一温度センサ４９および第二温度センサ５０からの入力に基づいて給水制御装置５１で導出され、原子炉２の出力の指標である。そして、給水制御装置５１は、導出した温度差ΔＴに基づいて、図５に示すグラフＧ６から第三比例ゲインを導出する。グラフＧ６は、横軸が温度差ΔＴとなっており、縦軸が第三比例ゲインとなっている。グラフＧ６では、第三比例ゲインは、温度差ΔＴが０から２０％（バイパス弁４４が使用される出力領域に対応）までは、予め設定された下限比例ゲインＫＬから予め設定された上限比例ゲインＫＨまで増大し、２０％以上は、上限比例ゲインＫＨとなっている。

第三ＰＩ制御部６５は、第三可変ゲイン設定部６３の出力側に接続されている。第三ＰＩ制御部６５は、導出信号に対し、第三比例ゲインを用いた比例制御と、積分制御とを行うことで、導出信号をフィードバック制御（ＰＩ制御）する。そして、第三ＰＩ制御部６５は、ＰＩ制御後の制御入力信号を制御出力信号（第七制御出力信号）ＯＳ７として出力する。

蒸気流量信号出力部６６は、原子炉２の出力の指標である温度差ΔＴに基づいて、蒸気発生器４から流出する蒸気流量である制御出力信号（第八制御出力信号）ＯＳ８として出力する。すなわち、給水制御装置５１は、導出した温度差ΔＴに基づいて、図５に示すグラフＧ８から蒸気発生器４の蒸気流量を導出する。グラフＧ８は、横軸が温度差ΔＴとなっており、縦軸が蒸気流量となっている。

第四ＰＩ制御部６７は、第三ＰＩ制御部６５および蒸気流量信号出力部６６の出力側に接続されている。第四ＰＩ制御部６７は、給水バイパス流量計４８により検出した狭域給水流量と、蒸気流量信号出力部６６から出力された蒸気流量との流量偏差に対し、第三ＰＩ制御部６５からの制御出力信号ＯＳ７を用いた比例制御と、積分制御とを行うことで、制御入力信号をフィードバック制御（ＰＩ制御）する。そして、第四ＰＩ制御部６７は、ＰＩ制御後の制御入力信号を、バイパス弁４４を制御するための制御出力信号（第九制御出力信号）ＯＳ９として出力する。

第二弁開度信号出力部６４は、原子炉２の出力の指標である温度差ΔＴに基づいて、バイパス弁４４の弁開度を制御するための制御出力信号（第五制御出力信号）ＯＳ５として出力する。すなわち、給水制御装置５１は、導出した温度差ΔＴに基づいて、図５に示すグラフＧ７からバイパス弁４４の弁開度を導出する。グラフＧ７は、横軸が温度差ΔＴとなっており、縦軸が弁開度となっている。

そして、給水制御装置５１は、第二弁開度信号出力部６４で出力する制御出力信号ＯＳ５と、第四ＰＩ制御部６７で出力する制御出力信号ＯＳ９とを合わせてバイパス弁４４を制御する制御出力信号（第十制御出力信号）ＯＳ１０を出力する。すなわち、給水制御装置５１は、原子炉２の出力の指標である温度差ΔＴに基づいたバイパス弁４４の弁開度の制御出力信号ＯＳ５を、第二弁開度信号出力部６４から出力することで、例えば、図３に破線で示すように目標値であるバイパス弁４４の弁開度を設定する。そして、給水制御装置５１は、この制御出力信号ＯＳ５をバイパス弁４４に出力し、例えば、図３に実線で示すように、目標値までバイパス弁４４の弁開度を制御する。さらに、給水制御装置５１は、蒸気発生器４内の二次冷却材の水位と、バイパス管４３または給水管１４における二次冷却材の狭域給水流量と、蒸気流量信号出力部６６で出力した蒸気流量と、に基づいた制御出力信号ＯＳ９を出力することで、図３に実線で示すようにバイパス弁４４の弁開度を調整する。つまり、目標値までバイパス弁４４の弁開度を制御するまでに原子炉２の出力により低下し得る水位分（例えば、図３に斜線で示す範囲）を考慮してこれを加算して調整する。なお、図３の一点鎖線は、第二弁開度信号出力部６４で出力する制御出力信号ＯＳ５を用いない場合の給水制御に相当する。

以上説明したように、本実施形態の給水制御装置５１は、蒸気発生器４の二次冷却材と原子炉冷却系１００から出力される一次冷却材との熱交換により蒸気発生器４の二次冷却材から蒸気を発生させる原子力施設１にて、蒸気発生器４へ向けて二次冷却材を供給するように蒸気発生器４に接続された給水管１４と、給水管１４に設けられた給水弁４２と、を備える給水装置４０を制御するためのものであって、原子炉２の出力状態に基づいて給水弁４２の弁開度を設定する。

この給水制御装置５１によれば、原子炉２の出力状態（原子炉２の出力の指標）、具体的には、原子炉冷却系１００から出力される一次冷却材の温度と、蒸気発生器４を経て二次冷却材（冷却材）との熱交換により冷却されて原子炉２に送られる一次冷却材の温度との温度差ΔＴに基づき、原子炉２の出力状態に応じた弁開度を目標として給水弁４２を制御することで、蒸気発生器４内の二次冷却材の水位を原子炉２の出力状態に応じた水位にいち早く近づけることができる。この結果、制御の即応性を向上することができる。しかも、原子炉２の出力状態に基づいて給水弁４２の弁開度を設定することから、蒸気発生器４内の二次冷却材の水位の逆応答の影響を小さくすることができ、調整に要する時間を短縮できる。

また、本実施形態の給水制御装置５１は、蒸気発生器４内の二次冷却材の水位と、給水管１４における二次冷却材の給水流量と、蒸気発生器４から流出する蒸気の蒸気流量と、に基づいて給水弁４２の弁開度を調整する。

この給水制御装置５１によれば、原子炉２の出力状態に応じた弁開度を目標として給水弁４２を制御し、この制御に加えて蒸気発生器４内の二次冷却材の水位と、給水管１４における二次冷却材の給水流量と、蒸気発生器４から流出する蒸気の蒸気流量と、に基づいて給水弁４２の弁開度を調整することで、蒸気発生器４内の状態に応じてより適した弁開度に給水弁４２を制御することができる。

また、本実施形態の給水制御装置５１では、給水装置４０は、給水弁４２の上流側と下流側とで給水管１４に接続されるバイパス管４３と、バイパス管４３に設けられて給水弁４２に比して定格容量の小さいバイパス弁４４と、を備えており、原子炉２の出力状態に基づいてバイパス弁４４の弁開度を設定するとともに、蒸気発生器４内の二次冷却材の水位に基づいてバイパス弁４４の弁開度を調整する。

この給水制御装置５１によれば、バイパス管４３側からの給水においても、原子炉２の出力状態、具体的には、原子炉冷却系１００から出力される一次冷却材の温度と、蒸気発生器４を経て二次冷却材との熱交換により冷却されて原子炉２に送られる一次冷却材の温度との温度差ΔＴに基づき、原子炉２の出力状態に応じた弁開度を目標としてバイパス弁４４を制御することで、蒸気発生器４内の二次冷却材の水位を原子炉２の出力状態に応じた水位にいち早く近づけることができる。この結果、制御の即応性を向上することができる。しかも、原子炉２の出力状態に基づいてバイパス弁４４の弁開度を設定することから、蒸気発生器４内の二次冷却材の水位の低出力時の応答遅れの影響を小さくすることができ、調整に要する時間を短縮できる。そして、原子炉２の出力状態に応じた弁開度を目標としてバイパス弁４４を制御し、この制御に加えて蒸気発生器４内の二次冷却材の水位に基づいてバイパス弁４４の弁開度を調整することで、仮に、製作誤差などによりバイパス弁４４のＣｖ値特性が設計と差が生じた場合であっても、蒸気発生器４の状態に応じてより適した弁開度にバイパス弁４４を制御することができる。

また、本実施形態の給水制御装置５１では、給水装置４０は、給水弁４２の上流側と下流側とで給水管１４に接続されるバイパス管４３と、バイパス管４３に設けられて給水弁４２に比して定格容量の小さいバイパス弁４４と、を備えており、原子炉２の出力状態に基づいてバイパス弁４４の弁開度を設定するとともに、蒸気発生器４内の二次冷却材の水位と、バイパス弁４４の容量に対応して得られる給水流量と、に基づいてバイパス弁４４の弁開度を調整する。

この給水制御装置５１によれば、バイパス管４３側からの給水においても、原子炉２の出力状態、具体的には、原子炉冷却系１００から出力される一次冷却材の温度と、蒸気発生器４を経て二次冷却材との熱交換により冷却されて原子炉２に送られる一次冷却材の温度との温度差ΔＴに基づき、原子炉２の出力状態に応じた弁開度を目標としてバイパス弁４４を制御することで、蒸気発生器４内の二次冷却材の水位を原子炉２の出力状態に応じた水位にいち早く近づけることができる。この結果、制御の即応性を向上することができる。しかも、原子炉２の出力状態に基づいてバイパス弁４４の弁開度を設定することから、蒸気発生器４内の二次冷却材の水位の低出力時の応答遅れの影響を小さくすることができ、調整に要する時間を短縮できる。そして、原子炉２の出力状態に応じた弁開度を目標としてバイパス弁４４を制御し、この制御に加えて蒸気発生器４内の二次冷却材の水位と、バイパス管４３における二次冷却材の給水流量と、に基づいてバイパス弁４４の弁開度を調整することで、仮に、製作誤差などによりバイパス弁４４のＣｖ値特性が設計と差が生じた場合であっても、蒸気発生器４の状態に応じてより適した弁開度にバイパス弁４４を制御することができる。

また、本実施形態の給水装置４０は、蒸気発生器４の二次冷却材と原子炉冷却系１００から出力される一次冷却材との熱交換により蒸気発生器４の二次冷却材から蒸気を発生させる原子力施設１にて、蒸気発生器４へ向けて二次冷却材を供給するように蒸気発生器４に接続された給水管１４と、給水管１４に設けられた給水弁４２と、給水弁４２の上流側と下流側とで給水管１４に接続されるバイパス管４３と、バイパス管４３に設けられて給水弁４２に比して定格容量の小さいバイパス弁４４と、給水弁４２およびバイパス弁４４を制御する給水制御装置５１と、を備える。

この給水装置４０によれば、原子炉２の出力状態に応じた弁開度を目標として給水弁４２やバイパス弁４４を制御することで、蒸気発生器４内の二次冷却材の水位を原子炉２の出力状態に応じた水位にいち早く近づけることができる。この結果、制御の即応性を向上することができる。しかも、原子炉２の出力状態に基づいて給水弁４２やバイパス弁４４の弁開度を設定することから、蒸気発生器４内の二次冷却材の水位の逆応答、および、低出力時における蒸気発生器内の冷却材の水位の応答遅れの影響を小さくすることができ、調整に要する時間を短縮できる。

１原子力施設
２原子炉
４蒸気発生器
１４給水管
１５給水ポンプ
４０給水装置
４２給水弁
４３バイパス管
４４バイパス弁
４５水位計
４６給水流量計
４７蒸気流量計
４８給水バイパス流量計
４９第一温度センサ
５０第二温度センサ
５１給水制御装置
ΔＴ温度差

Claims

蒸気発生器内の二次冷却材と原子炉冷却系から出力される一次冷却材との熱交換により前記二次冷却材から蒸気を発生させる原子力施設にて、前記蒸気発生器へ向けて前記二次冷却材を供給するように前記蒸気発生器に接続された給水管と、前記給水管に設けられた給水弁と、を備える給水装置を制御するための給水制御装置であって、
前記蒸気発生器内の目標水位である水位設定値を設定する水位設定部と、
前記原子炉冷却系から出力される一次冷却材の温度と、前記蒸気発生器を経て二次冷却材との熱交換により冷却されて原子炉に送られる一次冷却材の温度との温度差に基づいて第一比例ゲインを設定する第一可変ゲイン設定部と、
前記水位設定値と前記蒸気発生器内の前記二次冷却材の水位との水位偏差に対し、前記第一比例ゲインが設定された第一制御入力信号をフィードバック制御して第一制御出力信号として出力する第一フィードバック制御部と、
前記給水管における前記二次冷却材の給水流量と前記蒸気発生器から流出する蒸気の蒸気流量との流量偏差が第二制御入力信号として入力され、前記第一制御出力信号と前記第二制御入力信号とから導出された導出信号に対し、前記導出信号の制御値の大きさに応じて第二比例ゲインを設定する第二可変ゲイン設定部と、
前記第二比例ゲインの前記導出信号をフィードバック制御して第二制御出力信号として出力する第二フィードバック制御部と、
前記原子炉冷却系から出力される一次冷却材の温度と、前記蒸気発生器を経て二次冷却材との熱交換により冷却されて前記原子炉に送られる一次冷却材の温度との温度差に基づいて前記給水弁の弁開度を制御するための第三制御出力信号として出力する弁開度信号出力部と、を含み、
前記第二制御出力信号と前記第三制御出力信号とを合わせて前記給水弁の弁開度を調整することを特徴とする給水制御装置。
前記給水装置は、前記給水弁の上流側と下流側とで前記給水管に接続されるバイパス管と、前記バイパス管に設けられて前記給水弁に比して定格容量の小さいバイパス弁と、を備えており、
前記原子炉冷却系から出力される一次冷却材の温度と、前記蒸気発生器を経て二次冷却材との熱交換により冷却されて前記原子炉に送られる一次冷却材の温度との温度差に基づいて前記バイパス弁の弁開度を設定するとともに、前記蒸気発生器内の前記二次冷却材の水位に基づいて前記バイパス弁の弁開度を調整することを特徴とする請求項１に記載の給水制御装置。
前記給水装置は、前記給水弁の上流側と下流側とで前記給水管に接続されるバイパス管と、前記バイパス管に設けられて前記給水弁に比して定格容量の小さいバイパス弁と、を備えており、
前記原子炉冷却系から出力される一次冷却材の温度と、前記蒸気発生器を経て二次冷却材との熱交換により冷却されて前記原子炉に送られる一次冷却材の温度との温度差に基づいて前記バイパス弁の弁開度を設定するとともに、前記蒸気発生器内の前記二次冷却材の水位と、前記バイパス弁の容量に対応して得られる給水流量と、に基づいて前記バイパス弁の弁開度を調整することを特徴とする請求項１に記載の給水制御装置。
蒸気発生器内の二次冷却材と原子炉冷却系から出力される一次冷却材との熱交換により前記蒸気発生器の前記二次冷却材から蒸気を発生させる原子力施設にて、
前記蒸気発生器へ向けて前記二次冷却材を供給するように前記蒸気発生器に接続された給水管と、
前記給水管に設けられた給水弁と、
前記給水弁の上流側と下流側とで前記給水管に接続されるバイパス管と、
前記バイパス管に設けられて前記給水弁に比して定格容量の小さいバイパス弁と、
前記給水弁および前記バイパス弁を制御する請求項１〜３のいずれか一つに記載の給水制御装置と、
を備えることを特徴とする給水装置。