JPS587200B2 - 高速増殖炉プラントにおける側路流量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉の崩壊熱を除去するために原子炉の主冷
却系とは別に停止時に運転する補助炉心冷却系を設備す
る高速増殖炉プラントに関し、さらに詳しくは主二次冷
却系に側路を設け、この側路に空気冷却器を取付けて補
助炉心冷却系を構成したプラントの流量制御装置に関す
る。

第１図は高速増殖炉プラントの熱除去系を流れる媒体の
流路線図の概要を示す。

高速増殖炉１の炉心２を構成する核燃料が発生する熱を
奪った主一次冷却系３を流れる液体金属たとえば一次ナ
トリウムは原子炉外に設置された中間熱交換器４におい
て主二次冷却系５を流れる媒体である二次ナトリウムに
熱を伝達する。

高温となった主二次冷却系５中の二次ナトリウムは、蒸
気発生器６に導かれてその有する熱を水一蒸気系７に与
えて高温高圧の蒸気を発生する。

この蒸気はタービン８に導かれて機械的仕事をするか、
あるいは、発電機を駆動してその熱を電力に変換する。

水または蒸気に熱を与えた主二次冷却系５内の媒体は主
二次系循環ポンブ９により再び中間熱交換器４に戻り、
上記の過程を繰返すのである。

本発明に使用する補助炉心冷却系１０は主二次冷却系５
の高温側Ａと低温側Ｂの中間の側路に前記蒸気発生器６
と並列に設置される。

この補助炉心冷却系１０は一般に原子炉停止時蒸気発生
器６が作動せず除熱できない時、原子炉の崩壊熱を除去
する働きを有し、主として空気冷却器１１からなる。

従って補助炉心冷却系１０は通常の出力運転時では冷却
媒体であるナトリウムが凝固しない程度にナトリウム流
量を維持するに止まり、冷却機能を期待するものではな
い。

出力運転時においては、主二次冷却系５に設けられた蒸
気発生器隔離弁１２，１２は全開される一方、補助炉心
冷却系１０の流量調節弁１３は必要最小限の流量が流れ
るよう絞られている。

このように配置したプラントにおいて、出力レベルの運
転から補助炉心冷却系１０の機能するレベルの低出力運
転への移行には、主二次循環ポンプ９は低速度運転にな
り、主二次冷却系流量は低くくなっているかまたはポン
プトリップにより流量はコーストダウンして減少して行
く状態にある。

補助炉心冷却系１０の起動に当っては、流量調節弁１３
を開きつつあるいは全開にする一方で、蒸気発生器隔離
弁１２，１２を閉じて蒸気発生器６への冷却材流量を減
少し、遂には蒸気発生器６への流量を零にするか、ほと
んど零にすることが肝要である。

第２図において蒸気発生器隔離弁１２の開度を従来のよ
うに特別の制限もなく単に直線的に直線Ｃに示すように
一定速度で比較的短時間ｔで締切るときは、弁１２がほ
とんど全閉直前の状態になると（図のＤ点）、補助炉心
冷却系流量Ｅが急激に増加し、ピーク値Ｆを示すように
なる。

これは一般に第１図の主二次冷却系５において、２個の
隔離弁１２より左側すなわち補助炉心冷却系１０、主二
次冷却系ポンプ９および中間熱交換器４を含む側の配管
が長く、冷却媒体の流動慣性が大きいときに起る現象で
あり、配管の配置上の制約から止むを得ないものである
。

この補助炉心冷却系の流量ピーク値Ｆは空気冷却器１１
の冷却能力を超えることが予想され、空気冷却器出口側
（低温側）の温度が急激に上昇し、出口部分に大きな熱
衝撃を与える恐れがあり、また主二次冷却系低温側Ｂに
も同様に大きな熱衝撃を与える恐れがある。

この流量ピーク値Ｆを押えるために、流量調節弁１３を
絞ることは実用的ではない。

理由は相当に絞りこまないと効果が出ないこと、またあ
まり絞りすぎると主二次循環ポンプ９に余分の負荷がか
かるほか、中間熱交換器４の流量が減少し、原子炉から
の熱量を有効に除去し得なくなり、補助炉心冷却系設置
の目的が達成されないからである。

本発明の目的は補助炉心冷却系流量のピーク値を空気冷
却器の冷却能力を超えない大きさに抑制することにより
、前述した大きな熱衝撃を与える運転を極力回避するた
めの、補助炉心冷却系を起動する際の蒸気発生器隔離弁
の制御装置を提供するにある。

次に本発明の実施例について第３図以下を参照して詳細
に説明する。

第３図は本発明の制御装置を第１図に付加した図である
が、第１図と同一の部分は省略してある。

本発明装置は基本的には補助炉心冷却系流量測定器１４
と比較機構または減算機構１５から構成され側路ＡＢと
蒸気発生器隔離弁１２の間に設けられる。

なお空気冷却器１１の入口ナトリウム温度測定器１６を
構成要素として付加してもよい。

すなわち蒸気発生器隔離弁１２の操作を制御するために
、これを流れるナトリウム流量の信号ではなく、側路で
ある補助炉心冷却系１０のナトリウム流量信号あるいは
その温度信号を用いる点に本発明の特徴がある。

比較機構１５からの出力信号は蒸気発生器隔離弁１２の
駆動機構に伝達され、隔離弁１２の開閉が制御されるよ
うになっている。

比較機構１５では最も簡単にはナトリウム流量の測定値
と設定値とを比較し、その差を求める機構と、その信号
の制限機構と比例要素を包含すれば十分である。

第４図ａはこの比較機構１５の機能を示すブロック図で
ある。

流量測定器１４で測定された側路のナトリウム流量信号
はあらかじめ設定された値と比較され、その差ε（設定
値一測定値）が求められる。

設定値としては本実施例では許容される最大ナトリウム
流量の値かまたは少し小さい値をとる。

すると前記の差εが負であれば側路流量をこれ以上大き
くしてはならないから、蒸気発生器隔離弁１２のこれ以
上の閉動作を止めるように比較機構信号を制限する。

すなわち隔離弁操作をブロツクする。

差εが正であれば蒸気発生器隔離弁１２の閉動作を続け
るため第４図ｂに示すように比例した信号あるいは一定
値信号γを制限機構１７から出し、これを信号変換機構
１８に入力させ、電気信号、油圧信号、空気圧信号等の
任意の信号に変換し、この変換した信号を蒸気発生器隔
離弁１２を駆動する周知の駆動機構に入力される。

この信号γは通常の出力信号と同様に上限を有するほか
、比較機構１５にはさらに信号の種類をかえる信号変換
機構１８を有するのが一般である。

第５図に示すヒステリシス曲線は制限機構１７で作動す
るが、第４図ｂに示すγ−ε曲線に代わるものである。

このヒステリシス特性をもつ制限機構の機能は差信号ε
があるしきい値ε０をえると一定の大きさの信号γ０を
出し差信号ε０が零になると信号を止めるもので隔離弁
駆動機構への信号がオン−オフとなる。

すなわち隔離弁１２の閉動作が一定速度で続けられるか
止められるかの２つの動作を行なう。

このヒステリシス特性はもちろん第４図の制限機構１７
と組合せて使用することができる。

第６図は側路にある補助炉心冷却系１０の空気冷却器１
１の入口ナトリウム温度測定器１６からの信号を用いて
、さらに効果的に本発明の目的を達成する比較機構１５
′のブロック図である。

すなわち流量設定値の修正に空気冷却器入口ナトリウム
温度測定器１６からの信号を用いるものである。

空気冷却器１１の除熱能力は空気流量の最大値に相当す
る除熱量で限られているが、空気冷却器入口のナトリウ
ム温度が低下すればそれだけナトリウム流量が多くなっ
ても空気冷却器出口ナトリウム温度は上昇しない。

空気冷却器出口ナトリウム温度は一般に空気流量を調節
して制御されているから、その温度が上昇してくると、
空気流量が増加し、遂に最大空気流量になる。

この状態で考えると、空気冷却器の除熱量Ｑはほぼ一定
と考え、ナトリウムの比熱をＣ、入口ナトリウム温度を
Ｔｉ、出口ナトリウム温度Ｔｏおよびナトリウム流量を
Ｗとすると Ｑ＝ＷＣ（Ｔｉ−Ｔ０） が成立する。

出口ナトリウム温度Ｔ０は許容値に固定するものとすれ
ば、上式よりナトリウム流量Ｗは入口ナトリウム温度Ｔ
ｉが低下すれば、より多くしてもよく、また入口ナトリ
ウム温度Ｔｉが上昇すればナトリウム流量は少なくしな
ければならないことがわかる。

従って許容されるナトリウム流量Ｗｐは次式で計算され
る。

さらに簡単化すれば、ある範囲で入口ナトリウム温度Ｔ
ｉの下降／上昇に応じて、たとえばその温度変化に比例
的にナトリウム流量許容値Ｗｐを脣減することも考えら
れる。

よって第６図に示すように一般にＷｐ＝ｆ（Ｔｉ）とす
る演算機構１９を比較機構１５′に設けてナトリウム流
量設定値を変化させてより効果的に目的を達成すること
ができる。

この演算機構１９は通常のアナログ式、デイジタル式ま
たは混合式のいずれも使用できる。

以上詳細に説明したように本発明の制御装置によれば、
蒸気発生器を隔離するに際してその側路に設けられた補
助炉心冷却系のナトリウム流量が補助炉心冷却系の空気
冷却器の除熱能力以内に制御されつつ、速やかに蒸気発
生器流路を隔離できる利点が得られる。

また本発明装置は一般に大きな流動慣性を有する主流路
に側路として設けられた流路の流量制御に使用すること
が可能である。

すなわち主流路を締切る際に、側路流量が制限値を超え
て流れることを許容しない装置において、使用される有
効な装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される高速増殖炉プラントの流路
線図、第２図は蒸気発生器隔離弁の開度と補助炉心冷却
系の流量の時間的変化を示すグラフ、第３図は本発明の
側路流量制御装置の配置を示す図、第４図ａは本発明装
置に使用される比較機構の機能を説明するブロック図、
第４図ｂは制限機構の作動図、第５図は第４図ｂに示す
制限機構の他の作動図、第６図は第４図ａと同様な比較
機構の他の実施例を示すブロック図である。 １・・・原子炉、２・・・炉心、３・・・主一次冷却系
、４・・・中間熱交換器、５・・・主二次冷却系、６・
・・蒸気発生器、７・・・水−蒸気系、８・・・蒸気タ
ービン、９・・・循環ポンプ、１０・・・補助炉心冷却
系、１１・・・空気冷却器、１２・・・隔離弁、１３・
・・流量調節弁、１４・・・流量測定器、１５，１５′
・・・比較機構、１６・・・温度測定器、１７・・・制
限機構、１８・・・信号変換機構、１９・・・演算機構
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉の炉心を冷却する主一次ナトリウム系と、中
   間熱交換器および蒸気発生器を介して水一蒸気系に熱を
   伝達する主二次ナトリウム系と、前記主二次ナトリウム
   系に側路する補助炉心冷却系とを備えた高速増殖炉プラ
   ントにおいて、前記側路にある補助炉心冷却系に分岐す
   る流量を測定する測定器と、前記測定器の信号をあらか
   じめ設定した流量値と比較して偏差信号を出す比較機構
   または減算機構と、前記比較機構または減算機構の出力
   信号を制限する制限機構と、前記制限機構の信号を変換
   する信号変換機構と、この信号変換機構の出力信号によ
   り蒸気発生器隔離弁を駆動する駆動機構とからなること
   を特徴とする高速増殖炉プラントにおける側路流量制御
   装置。 ２ 前記側路流量制御装置に、前記側路の補助炉心冷却
   系に分岐する媒体の温度を測定する温度計と、その温度
   計の信号を用いて流量設定値を出力する演算器からなる
   流量設定値演算機構とを付加した特許請求の範囲第１項
   記載の高速増殖炉プラントにおける側路流量制御装置。