JPS59173795A - 加圧水型原子炉の出力の測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、少くとも７つのループ好ましくは３つ又はｊ
つのループを有する加圧水型原子炉の出力の測定に関す
る。

原子炉の出力を何時でも知ることは、％に安全のために
重要である。

現在のグラクチイスは、出力を測定するため原子炉容器
の外側に装着された中性子検出器を用いることである。

この検出器は、応答の迅速な信号を与えるが、特に過渡
的な運転の期間中低い精度の信号を与えるという欠点が
ある。

より正確な結果を得るために、７次ループの低温分岐路
内と高温分岐路内にある／次流体の温度の測定値から計
算された熱収支から原子炉の出力を計算することができ
る。然しなから、この方法で得られた結果は正確である
けれども、温度の変動の時定数が高いので結果を得るの
が遅い。

設計者達は、原子炉の出力を、精度と速度の両方に関し
て正しく測定しうる装置を既に考えついている。例えば
フランス特許第、２　、３７３．０Ｊ−７号を挙けられ
るが、この特許は、原子炉の出力を炉心のエンタルピの
増大から求めることを可能とする装置を説明しており、
このエンタルどの増大は、／次回路の高温分岐路内と低
温分岐路内の流体内での音速を用いて計算される。然し
ながう、この装置は、／次回路の配管上への感知器の取
付けを伴ない、その主な欠点は、配管への連結部の数が
増大し、その結果配管を保温材で包む際の困難が増大す
ることである。

米国特許第３，７６２，７３６号に記載されている装置
は、高温分岐路の温度測定値と低温分岐路の温度測定値
を用い、高温分岐路の温度と低温分岐路の温度との差の
時間導関数を含む法則に従ってこれら温度測定値を動力
学的に補正することにより、炉心の熱出力を表わす信号
を発生することを可能ならしめる。この装置は、迅速な
応答の信号を得ることを可能とするが、この信号を得る
ために用いられる法則は近似側にすぎず、信号を幾分不
正確ならしめる。

フランス特許出願第２．ｌｌ−／乙、！；３／号は原子
炉の出力を測定する方法を説明しており、この方法にお
いて、高い時定数をもつが比較的に正確な熱出力信号が
、迅速な応答をもつが精度が低い中性子出力信号と組み
合わされる。それにも拘らず、この方法では、過渡的管
理中あまり正確な結果を生じない。何故ならば、その方
法は、利得制御器６と積分器７（第１図）により辿らさ
れた中性子出力信号によって熱出力信号を調節するＫす
ぎないためである。その方法は、過渡的管理中に変りう
る多数のデータを考慮に入れていない。

更に、従来、定常状態の運転と過渡的な運転の両方にお
いて、原子炉の７次出力と２次出力の両者を迅速正確に
得ることのできる簡単な装置は知られていない。

本発明の目的は、前述の方法と装置の欠点を除去するこ
とである。本発明は、定常状態の運転中と過渡的運転の
期間中、７つ又は２つ以上の冷却ループを有する加圧水
型原子炉の出力を迅速正確に測定する装置に関する。更
に、好ましい実施態様において、本発明は、２次出力、
即ち原子炉の各冷却ループ内の蒸気発生装置の出方を、
同様に簡単で迅速正確な方法で得ることを可能ならしめ
る。

本発明による装置は、その冷却ループの各々に対して： （１）　　−・方において中性子束を測定し、他方にお
いて冷温分岐路内の点と高温分岐路内の点における７次
流体の温度を測定するための装置と；（２）　　低温分
岐路内と高温分岐路内の７次流体のエンタルピを、前記
温度の測定値から計算するための装置と； （３）　　低温分岐路内と高温分岐路内の温度測定点の
間の流体の分子の平均走行時間を表わす時間シフト・オ
ペレータにより遅延された、低温分岐路内のエンタルピ
高温分岐路内のエンタルピとの差から、７次流体が炉心
を横切るときの７次流体のエンタルピの増大を計算する
レジスタと；（４）７次流体の、エンタルピの増大と流
量とを掛ける掛は算器と； （５）得られた熱出力信号と、測定され且っ熱出力・１
８号Ｖて動力学的に等しくされた中性子出力信号とき比
較するコンパレータと； （６）　　前記コンパレータにより発生された信号に依
存する中性子出力測定信号の修正器； を有する。

本発明の好ましい実施態様において、中性子出力測定信
号は、原子核束と７次流体への熱流束どの間の熱伝達の
点モデルと、炉心の中心から炉心の出口までの７次流体
の分子の走行時間に対応する炉心内のＯ’＋を体の熱伝
達の点モデルと、炉心の出口から高温分岐路の温度測定
点までの７次流体の分子の走行時間ケ表わす時間／フト
・オペレータとによって、動力学的に熱出力信号に等し
くされる。

中性子出力測定信号の修正器は積分器であるのが好まし
い。

更に、中性子出力測定信号を熱出力＠号と比較する前に
、低温分岐路内で測定された温度の変動に対して中性子
出力測定信号を修正するのが好ましい。

／次流蛍に依存する、低温分岐路から高温分岐路までの
７次流体の分子の平均走行時間の変動を考慮するために
、前記掛は算器の上流に配置された／次流量信号用フィ
ルタを本発明の装置に追加するのが好都合である。

上述の原子炉の７次出力の測定装置に原子炉の２次出力
の測定装置を追加するのが更に好ましく、２次出力の測
定装置は、各ループに対して、低温分岐路内と高温分岐
路内の温度を測定してエンタルピを計算するための前述
の装置のほかに＝（１）　　供給水の温度及び、流量と
、蒸気発生装置から出る蒸気の圧力及び流量との各測定
値から、原子炉と関連付けられた蒸気発生装置により発
生された熱出力を測定するための、精度は低いが迅速な
装置と； （２）低温分岐路内のエンタルピと、２つの温度測定点
の間の流体の分子の走行時間を表わす時間シフト・オペ
レータにより遅らされた高温分岐路内の一エンタルピと
の差から、１次流体が蒸気発生装置を横切るときの７次
流体のエンタルピの減少を計算するレジスタと； （３）７次流体の流量とエンタルピの減少とを掛ける掛
は算器と； （４）蒸気発生装置により吸収された熱出力の掛は算器
の出力側で得られた信号と、蒸気発生装置により発生さ
れた熱出力について測定された前記信号とを比較するプ
ンノやレータであって、蒸気発生装置により浄土された
熱出力の信号が蒸気発生装置により吸収された熱出力の
信号に動力学的に等しくされること；及び 前記コンパレータにより発生された信号に依存して蒸気
発生装置により発生された出力の信号を修正する修正器
； を有する。

２次流体と７次流体との間の熱伝達の点モデルと、蒸気
発生装置の中心から蒸気発生装置の出口までの７次流体
の分子の走行時間に対応する蒸気発生装置内の７次流体
の熱伝達の点モデルと、蒸気発生装置の出口から低温分
岐路の温度測定点までの７次流体の分子の走行時間を表
わす時間シ７ト・オペレータとによって、蒸気発生装置
により発生された熱出力の測定信号を蒸気発生装置によ
り吸収された熱出力の信号に動力学的に等しくするのが
好ましい。

蒸気発生装置により吸収された熱出力の測定信号を修正
するために積分器を用いるのが好ましい。

低温分岐路内と高温分岐路内との７次流体の温度の測定
の動力学は、７次流体のエンタルピの変動と１次流体の
流量とを掛ける掛は算器の出力側に配置された位相進み
角修正器により更に補正される。

以下の詳細な説明により、添付図面を参照して本発明を
一層よく理解することができる。

原子炉の炉心は、１次ループ内を循環する７次流体によ
り、公知の方法で横切られる。この７次流体は、炉心を
通過するときモネルギを吸収し、蒸気発生装置を通過す
る間に、２次ループ内を循環する２次流体へそのエネル
ギを引き渡す。／次回路は、低温分岐路と高温分岐路と
からなり、低温分岐路は、流体の流れの方向に蒸気発生
装置から炉心までの間に配置され、高温分岐路内、流体
の流れの方向に炉心から蒸気発生装置までの間に配置さ
れるのは勿論である。

７次流体の温度は、従来の方法で２つの点において測定
される。その１つの点は低温分岐路内にあり、他方の点
は高温分岐路内にある。第１図において、低温分岐路の
温度信号は１で指示されており１高温分岐路の温度信号
は１′で示されている。

オペレータ２は、低温分岐路内の温度測定点におけるエ
ンタルピの値と高温分岐路内の温度測定点におけるエン
タルどの値とを従来の方法で計算する。例えば、測定さ
れた温度Ｔの２次多項式でエンタルピを求めることがで
きる。精度を高めるためには、３次多項式を用いて計算
するのがよい。

このようにして、低温分岐路内のエンタルピと高温分岐
路内のエンタルピとを表わす２つの信号３と３′が得ら
れる。

２つの時間シフト・オペレータ４．と４′は、信号３と
３′ヲ夫々遅らせることを可能とする。使用される伝達
関数は、夫々ｅ−ｒ　□ｐとｅ−ｒ　ツ’　ｐ　　であ
る。

ここに・τ０　は、低温分岐路内の温度測定点から高温
分岐路内の温度測定点までの間の７次流体の分子の全平
均走行時間を表わし、τ′は、高温分岐路内の温度測定
点から低温分岐路内の温度測定点までの間の７次流体の
分子の全平均走行時間であり、Ｐはラグラス変数である
。精度を高めるために１上述の走行時間は、水の２つの
異なる分子に対して異なりうるものであることを考慮に
入れるのがよい。特に、原子炉の輪郭形状は、一般的に
言えば、水の分子が炉心の出口において非常に異なる種
々速度を有するようなものである。それ故、第１図に示
すように、平均時間のみを考慮する代りに、これらの種
々の走行時間を考慮に入れることが、積分器を用いて可
能である。

信号５と５′は、時間シフト・オペレータ４ト４′の出
力側で得られ、次にレジスタ６と６′に入る。

レジスタ６は、高温分岐路のエンタルピ信号３′と低温
分岐路のエンタルピの遅延された信号５との差を発生す
る。レジスタ６の出方信号は７で示されている。レジス
タ６′　は、高温分岐路のエンタルピの遅延された信号
５′　と低温分岐路のエンタルピの信号３との差を発生
する。レジスタ６′の出力信号は７′で示されている。

信号７と７′は、夫々掛は算器８と８′の中へ入れられ
、そこで７次流量の信号９を掛けられる。

信号９は、全〈従来の方法で測定される。精度を高める
ために、７次流量の信号９は、炉心を通る流体の分子の
平均走行時間のバラツキを勘定に入れるためフィルタ１
０で濾過される。この場合、ここに、τ、は炉心を通る
７次流体の分子の平均走行時間を表わす。

掛は算器８の出力側で／火熱出力信号１１が得られ、掛
は算器８′　の出力側で、−気発生装置により吸収され
た熱出力を表わす信号１１′　が得られる。

低温分岐路内と高温分岐路内における７次流体の温度の
測定の動力学は、信号１１と１１′が夫々入れられる２
つの等しい位相進み角修正器１２と１２′　　により補
正される。これらの修正器の出力は温度測定（測定修正
器）の時定数であり、τ３は測定修正器の過渡的利得の
還元フィルタである。

信号１３と１３′は、次に１コンノぐレータ１４と１４
′に入り、そこで中性子出力信号及び蒸気発生装置によ
り発生された熱出力を表わす信号と夫々比較される。

中性子出力信号は、炉心の外側に配置された中性子束測
定室によって従来の方法で得られる。中性子出力信号は
１５として示されている。信号１５は、中性子出力室が
従来通り配置された環状空間の温度と中性子束の測定値
との間の修正係数にｌを用いて、温度の変動の関数とし
て修正される。この温度は、低温分岐路内の温度と同様
であると考えてよい。第１図において、θは公称温度を
表わすのは勿論である。過渡的運転中、信号の位相をで
きるだけよく考慮に入れるため、温度の修正は、ｅ”１
５Ｐ　の項だけ時間的にずらされる。

ここにτ、５は、低温分岐路内の測定点と炉心との間の
走行時間である。中性子束測定室により必要とされる時
間が、低温分岐路の温度の変動に応答／ しうるように、前述の項に低域フィルタ′７＋７□６゜
を加えるのがよい。１６は、温度について修正された中
性子出力信号を指している。

信号１６は、原子核束と７次流体の熱流束との間の熱伝
達の点モデル（ｐｏｉｎｔ　ｍｏｄｅｌ　）　１７によ
って、動力学的に信号１３と等しくされる。（τ４は熱
伝達の時定数を表わす）。次に、点モデル１７の出力信
号は、炉心の中心から炉心の出口ま炉心内の７次流体の
熱伝達の点モデル１８の中へ入る。

点モデル１８の出力信号は、炉心の出口から高温分岐路
内の温度測定点までの７次流体の分子の走行時間で５　
を表わす時間シフト・オペレーター９により遅らされる
。

７次熱出力の信号に動力学的に等しくされた中性子出力
信号が２０で示されている。信号２０はコンパビータ１
４内で信号１３と比較される。このコンパレータ１４に
より発生された信号２１は、修正器２２によって中性子
出力信号１６を修正するためｒ（用いられる。この修正
器２２は、積分定数τ６　と利得に２　とをもつ積分器
からなる。τ７とτ８は夫々、位相進み角の時定数と位
相遅れ角の時定数であり、τ　はτ７より小さい。

修正器２２により発、生された信号２３は、レジスタ２
４内で信号１６にＪＪｕえられる。

レジスタ２４の出力側で、中性子出力の正規化された４
１号が得られ、点モデルの出力側で、熱出力の正規化さ
れた信号が得られる。

従って、本発明の装置は、中性子出力を測定するための
従来の室とλつの温度測定感知器のみを用いて、原子炉
の７次出力の迅速且つ正確な信号を得ることをＪ能とす
る。

本発明の装置は、更に、以下に説明するように、同じ２
．つの温に感知器を用いて原子炉の２次出力の迅速正確
な信号を得ることを可能とする。

原子炉の２次出力の迅速正確な信号を発生するために、
信号１３′　　は、考慮中の冷却ループの蒸気発生装置
により発生された熱出力を表わ子信号とコンパレータ１
４′　　内で比較される。この信号は、単純化された２
次収支の計算から引き出され、正確さに欠けているが、
応答が迅速であるという大きい長所がある。この信号１
６′は、コンビニ１夕２５内において、≠つの信号、即
ち蒸気発生装置への供給水の流量と温度及び蒸気発生装
置により発生された蒸気の圧力と流量、がら発生される
。

信号１６′は、２次流体と７次流体との間の熱伝達の点
モデル１７′によって、動力学的に信号１３′と等しく
される（τ、は熱伝達の時定数である）。点モデル１７
′の次に、蒸気発生装置の中心から蒸気発生装置の出口
までの７次流体の分τｌＯ 子の走行時間−一に対応する、蒸気発生装置内の７次流
体の熱伝達の点モデル１８′　　が続いている。時間シ
フト・オ（レータ１９′は、蒸気発生装置の出口から低
温分岐路内の温度測定点までの７次流体の分子の走行時
間τＵを考慮に入れること全可能ならしめる。時間シフ
ト・オペレータ１９′　　の出力側で、蒸気発生装置に
より発生された熱出力を表わす信号２０’　が得られ、
この信号２０′　　は、蒸気発生装置により吸収された
熱出力を表わす信号１３′　　と動力学的に等しくされ
る。

これらのλつの信号２０’と１３′は、コンパレータ１
４′　内で比較される。コンパレータ１４′により発生
された信号２】′は修正器２２′に入る。

この修正器２２′により発生された信号２３′は、レジ
スタ２４′内で該信号２３′に加えられる信号１６′　
　を修正するために用いられる。この場合、修正器２２
′は、検分定数τ８と利得に３　をもつ積分器である。

τ、３とＴ１４は、夫々修正器２２′の位相の進、みと
位相の遅れの時定数である（τ、４はτ□３より小さい
）。

正規化された２次出力の迅速正確な信号がレジスタ２４
′　の出力側で得られる。

従って、本発明の装置によれば、低温分岐路内の温度感
知器と、高温分岐路内の温度感知器と、中性子出力測定
室と、単純された２次収支を用いて、７次出力（炉心の
重心に伝達された中性子出力と熱出力）の信号と２次出
力の信号全何時でも迅速正確に得ることができる。この
装置は、過渡的運転の期間中特に有利である。この装置
は、７次出力又は２次出力のいかなる変動をも即座に検
出することを可能とし、これらの変動を生じさせた原因
となる故障を非常に速く直すことを可能とする。本発明
による装置は、現在建設されている高性能の原子炉にお
いて特に炉心の正しい保護に寄与する。

本発明は、単に実施例として上述した実施態様に限定さ
れるものではなく、実施上の変更や均等手段を使用して
細部においてのみ相違する実施態様をも含むのは勿論で
ある。例えば、修正器２２と２２′　を、修正信号の応
答を最適化するように別の方法で設計することができる
であろう。更に、レジスタ２４と２４′は、測定値をゼ
ロに維持するため掛は算器で置きかえることができる。

上述の実施例は単一のループに関するものであ゛るが、
本発明は、数個のループをもつ原子炉に適用しうるのは
勿論である。

【図面の簡単な説明】

図は、加圧水型原子炉に適用された本発明の実施態様を
示し、理解を容易にするため７つだけのループを有する
ものを示す。 １５・・・中性子出力（信号）、 ４　、４’　、　１９　、１９′・・・時間シフト・オ
ペレータ、６．６′・・・レジスタ、 ８．８′・・・掛は算器、 １４　、１４’・・・コン２・シータ １７．１７’、１８，１８’・・・点モデル、２２．２
２’・・・修正器、 ２５・・・コンピュータ、 １２　、１２’・・・位相進み角修正器、１０・・・フ
ィルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／、　定常状態の運転中と過渡的運転の期間中に加圧水
   型原子炉の出力を測定する装置において、前記装置は、
   冷却ループの各々に対してニ一方において中性子出力１
   ５を測定し、他方において低温分岐路内の点と高温分岐
   路内の点における７次流体の温度を測定するための装置
   と； 前記温度の測定値から、低温分岐路内と高温、分岐路内
   の／欠流体のエンタルピを計算するための装置と； ２つの温度測定点の間の１次流体の分子の乎均走行時間
   τ。を表わす時間シフト・オペレータ４により遅らされ
   た、低温分岐路内のエンタルピ３と高温分岐路内のエン
   タルピ３′との差から、１次流体が炉心を横切るときの
   １次流体のエンタルピの増大７を計算するためのレジス
   タ６と； ７次流体９の流量とエンタルピ７の増大を掛ける掛は算
   器８と； 得られた熱出力信号１１と、測定され且つ動力学的に熱
   出力信号１１に等しくされた中性子出力信号１５とを比
   較するコンパレータ１４と；前記コンパレータ１４によ
   り発生された信号２１に依存して、中性子出力測定信号
   １５を修正する修正器２２と； を有する加圧水型原子炉の出力の測定装置。 ２　ｙＡ子核束と７次流体への熱流束との間の熱伝達の
   点モデル１７と、炉心の中心から炉心の出と、炉心の出
   口から高温分岐路内の温度測定点までの１次流体の分子
   の走行時間τ５　を表わす時間シフト・オペレータ１９
   とによって、中性子出力ｆｉＪＪ定信号１５が、動力学
   的に熱出力信号１１に等しくされることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３、　中性子出力測定信号１５の修正器２２が積分器で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   に記載の装置。 弘　中性子出力測定信号１５ｆｃ熱出力信号１１と比較
   する前に、修正係数Ｋｌによって、低温分岐路内の温度
   の変動に対して中性子出力測定信号１５が修正されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項の何れか
   一項に記載の装置。 左　中性子出力信号１５を修正するために用いらす れる低温分岐路の温度の信号が、低温分岐路内の温度測
   定点と炉心の人口との間の７次流体の分子の走行時間τ
   、５を表わす時間７７ト・オペレータにより遅延させら
   れることを特徴とする特許請求の範囲第≠項に記載の装
   置。 乙、　低温分岐路の温度の変動に対する中性子出力信号
   １５の応答時間を考慮に入れるために、前記低温分岐路
   の温度信号ｅ濾過することを特徴とする特許請求の範囲
   第≠項又は第５項に記載の装置。 ７、　　ｉ子炉の一次出力の測定装置を更に包含し島前
   記！次出力測定装置は、各冷却ルーズに対して＼温度を
   測定し且つ低温分岐路内及び高温分岐路内のエンタルピ
   を計算するための前記装置に加えて： 原子炉と関連づけられた蒸気発生装置により発生された
   熱出力を測定するための、精度は低いが迅速な装置２５
   と； ７次流体が蒸気発生装置を横切るときの７次流体のエン
   タルピの減少を高温分岐路ご内の圧ンタルビと低温分岐
   路３内のエンタルピとの差から計算するためのレジスタ
   ６’を有し、高温分岐路３′内のエンタルピが、２つの
   温度測定点の間の７次流体の分の走行時間を表わす時間
   シフト・オペレータ４′により遅延させられること；７
   次流体の流量９とエンタルピ７′の減少とを掛ける掛は
   算器８′と； 蒸気発生装置により吸収された熱出力の、掛は算器８′
   の出力側で得られた信号１１′と、蒸気発生装置により
   発生され且つ前記装置２５により測定された信号１６′
   とを比較するコン／ぐレータ１４′を有し、この信号１
   ６′が、蒸気発生装置により吸収された熱出力の信号１
   １′に動力学的に等しくされること；及び コンパレータ１４′により発生された信号２１′に依存
   して蒸気発生装置により発生された熱出力の信号１６’
   を修正する修正器２２′；を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項〜第を項の何れか一項に記載の装置
   。 と　蒸気発生装置を通過する７次流体と２次流体との間
   の熱伝達の点モデル１７′と、蒸気発生装置の中心から
   蒸気発生装置の出口までの７次流体の分子の走行時間τ
   、。／、２に対応する、蒸気発生装置内の７次流体の熱
   伝達の点モデル１８′と、蒸気発生装置の出口から低温
   分岐路の温度測定点までの７次流体の分子の走行時間τ
   ｕ’表わす時間シフト・オペレータ１９′とによって、
   蒸気発生装置により発生された熱出力の測定信号１６′
   を、蒸気発生装置により吸収された熱出力の信号１１′
   に動力学的に等しくすることを特徴とする特許請求の範
   囲第７項に記載の装置。 ２　蒸気発生装置により吸収された熱出力の測定信号１
   ６′の修正器２２′が積分器であることを特徴とする特
   許請求の範囲第７項又は第ｇ項に記載の装置。 １０、低温分岐路内と高温分岐路内における／欠流体の
   温度の測定の動力学が、７次流体のエンタルピ７．７′
   の変化と１次流体の流量９とを掛ける掛は算器８．８′
   の出力側に配置された位相進み角修正器１２．１２’に
   より補正されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   〜第７項の何れか一項に記載の装置。 ／Ａ炉心を通過する７次流体の分子の平均走行時間τ、
   の変動を考慮に入れるために、７次流量の信号９が、掛
   は算器８．８′の中へ入る前にｒ過１０されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項〜第７０項の何れか一項
   に記載の装置。 ／２炉心を通過する７次流体の分子の平均走１行時間τ
   、の変ｉを考慮に入れるために、７次流体の流量の信号
   ９を許過することを特徴とする特許請求の範囲第１項〜
   第１／項の何れか一項げ記載の装置。