JPH0236961B2 - - Google Patents

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JPH0236961B2
JPH0236961B2 JP54136033A JP13603379A JPH0236961B2 JP H0236961 B2 JPH0236961 B2 JP H0236961B2 JP 54136033 A JP54136033 A JP 54136033A JP 13603379 A JP13603379 A JP 13603379A JP H0236961 B2 JPH0236961 B2 JP H0236961B2
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Harunaa Yanguborugu Ramondo
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General Electric Co
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General Electric Co
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/02—Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator
    • G21C17/035—Moderator- or coolant-level detecting devices
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B9/00—Safety arrangements
    • G05B9/02—Safety arrangements electric
    • G05B9/03—Safety arrangements electric with multiple-channel loop, i.e. redundant control systems
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D9/00—Level control, e.g. controlling quantity of material stored in vessel
    • G05D9/12—Level control, e.g. controlling quantity of material stored in vessel characterised by the use of electric means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Control Of Non-Electrical Variables (AREA)
  • Safety Devices In Control Systems (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は容器内の流体レベルを制御する方法
に関する。この様な方法の数多くある用途の中に
は、原子炉の水面を保つことが含まれる。
例えばイリノイ州のシカゴ近郊にあるドレスデ
ン原子力発電所に使われている様な周知の商業用
沸騰水形発電用原子炉では、圧力容器内に収容さ
れた燃料材料の炉心を軽水の様な流体の中に使つ
ている。この軽水が作業流体並びに中性子減速材
の両方の作用をする。
水を炉心の中に循環させることにより、その一
部分が水蒸気に変換される。この水蒸気を圧力容
器から取出し、タービンの様な原動機に加える。
タービンの排出蒸気を凝縮させ、必要な補給用の
水と共に、給水として圧力容器に戻す。
原子炉のエネルギ・レベルは、炉心の中に選択
的に挿入し得る、中性子吸収材料を含んだ制御棒
系によつて制御される。原子炉について更に詳し
いことは、例えば1962年にマツクグローヒル・ブ
ツク・カンパニ・インコーポレーテツドから出版
されたN.M.エル・ワキルの著者「ニユークリ
ア・パワー・エンジニアリング」を参照された
い。
原子炉には、水面を含めて原子炉の運転のいろ
いろな面を監視する保護装置が設けられている。
水面制御装置に欠陥が発生して、容器内の予定の
水面を保つことが出来ない時、水面は高すぎるか
低すぎるかの限界外になり、保護装置は原子炉を
緊急停止する。即ち、制御棒を速やかに挿入する
ことにより、原子炉の運転を自動的に停止する。
この様な原子炉の運転停止はいろいろな理由で望
ましくない。欠陥が容易に是正されても、原子炉
の再開は比較的長たらしい手順を必要とする。そ
の間、消費者は停電に悩まされるし、或いは他
の、大抵は一層コストの高い供給源から電力を供
給しなければならない。
この発明は、容器に対する給水の流量を制御す
る少なくとも１つの冗長なチヤンネルを設ける。
容器には、普通の動作状態の水面の上限及び下限
の位置に、複数個の水面感知装置を配置する。大
多数の上限又は下限感知装置が水面が限界を越え
て変化したことを表示する時、給水流量の制御を
最初の制御チヤンネルから冗長な制御チヤンネル
に自動的に切換えることにより、最初のチヤンネ
ルに於ける部品の故障によつて、原子炉の緊急停
止を招かない様にする。最初のチヤンネルの水面
制御信号の急激な変化に応答して、制御を直ちに
冗長なチヤンネルに切換える手段も設ける。
この給水流入制御装置の別の１面は、蒸気の流
出並びに給水の流入の流量を検出することであ
る。通常の運転では、給水の流量は、容器の水面
と、蒸気の流量の水当量及び給水の流量の間の差
とに従つて制御される。この様な装置では、部品
の故障は差信号の急激な変化となつて現われるの
が普通である。この為、この発明では、差信号の
急激な変化により、蒸気並びに給水の流量による
水面制御を回路から切離し、この時制御は水面感
知装置のループだけによつて行われ、原子炉を緊
急停止しない。
次にこの発明を、水冷で且つ水を減速材とする
沸騰水型原子炉に用いた場合について説明する。
この原子炉の１例を第１図に略図で示してある。
原子炉装置が圧力容器１０を持ち、その中に核燃
料の炉心１１が収容され、軽水の様な冷却材―減
速材に浸漬されている。通常の水面を１２に示し
てある。シユラウド１３が炉心１１を取囲み、冷
却材循環ポンプ１４が下側室１６を加圧すること
により、そこから冷却材が強制的に炉心１１の中
に通される。冷却水の一部分が水蒸気に変換さ
れ、それが分離器１７及び乾燥器１８を通過して
から蒸気配管１９を介してタービン２１の様な利
用装置に送られる。復水器２２で発生した復水
が、補給用の水を必要とする場合はそれと共に、
ポンプ２３により、制御弁２４及び給水配管２６
を介して容器１０に給水として戻される。
中性子吸収材料を入れた複数個の制御棒２７を
設けて、発電レベルを制御すると共に、必要な時
に原子炉の運転を停止する。これらの制御棒２７
は、制御棒制御装置２８の制御の下に、炉心の燃
料集成体の中に選択的に挿入することが出来る。
原子炉を正しく運転する為には、容器１０内の
水面を予定の上限及び下限の範囲内に保つことが
必要である。この様な水面制御の一般的なやり方
を次に説明する。この様な制御の第１の面は、容
器からの蒸気の流出流量と給水の流入流量との比
較である。
蒸気の流量に比例する信号が蒸気流量感知装置
によつて発生される。この感知装置は周知の差圧
発信器２９であつてもよい。この発信器が蒸気配
管１９の途中に配置されたベンチユリ３１内で相
隔たる１対の圧力タツプから差圧を感知する。
（この為の適当なベンチユリ装置が米国特許第
3859853号に記載されている。） 同様に、給水の流量に比例する信号が感知装置
３２によつて発生される。この感知装置は給水配
管２６の途中に設けられたベンチユリ３３に接続
された差圧発信器であつてよい。（給水配管に使
うのに適したベンチユリが米国特許第3889537号
に記載されている。） 感知装置２９，３２からの信号を給水制御装置
３４に送り、そこで一方から他方を差し引く。そ
の差がゼロであれば、それは流出流量及び流入流
量が同じであることを表わし、水面は一定のまゝ
である。差がゼロでなければ、この差と符号が対
応し、且つその振幅に比例する信号が弁制御器３
６に印加され、この制御器は蒸気の流出流量及び
給水の流入流量が釣合う様に弁２４を調節する。
この構成により、比較的狭い不感帯の範囲内で、
容器の水面が速やかに是正され且つ維持される。
然し、容器内の水面の位置は感知しないし或いは
制御しない。
そこで水面制御の第２の面として、上側水面圧
力タツプ３７及び下側水面圧力タツプ３８を設け
る。これらの圧力タツプが発生する信号から、容
器内の水面の位置を決定することが出来る。
圧力タツプ３７，３８は容器１０の内部と連通
していて、周知の差圧発信器３９に接続されてい
る。この発信器がタツプ３７，３８の圧力の差
を、水面１２の位置を表わす出力信号に変換す
る。この信号が給水制御装置３４に印加され、そ
の中で、弁制御器３６に対する制御信号を変更す
る為に用いられる。こうすることによつて弁２４
は、水面１２の位置を通常の運転の所定の上限及
び下限の範囲内に保つ様に制御される。（図面を
見易くする為に示してないが、装置は２組又は更
に多くの組のポンプ２３、弁２４及び制御器３６
を並列接続して用いていることに注意されたい。） 部品の故障という様な何等かの理由で、給水制
御装置３４が水面を通常の限界内に保つことが出
来ない場合、水面が低くなりすぎたり高くなりす
ぎたりすることがある。限界外の極めて低い水面
を検出する水面検出器４０を設けて、信号OL1を
発生する。同様に、過度に高い水面を検出して信
号OLhを発生する水面検出器４１を設ける。これ
らの信号が原子炉保護装置４２に入る。原子炉保
護装置は、限界外の状態に応答して、制御棒制御
装置２８に信号を送り、制御棒を挿入して原子炉
の運転を停止する。
この発明を説明する為の予備知識として、従来
公知の水面制御装置を示す第２図について説明す
る。
第１図の場合と同じく、蒸気の流量並びに給水
の流量に比例する信号が差圧発信器２９，３２に
よつて発生される。これらの信号が第１の代数加
算回路４３の別々の入力に印加され、この加算回
路がその間の差に比例する出力信号を線４４に発
生する。この線が第２の加算回路４６の入力に接
続されている。
適当な位置に配置された差圧感知装置に接続さ
れた差圧発信器３９a，３９bから夫々線４７a，
４７bに容器１０内の水面を表わす信号が発生さ
れる。スイツチ４８が原子炉のオペレータの選択
により、線４７a又は線４７bの信号のいずれかを
選択し、選ばれた信号が普通は線４９を介して加
算回路４６の第２の入力に印加される。
加算回路４６の出力信号が線５１，スイツチ５
２及び線４５を介して水面制御回路５３に印加さ
れる。制御回路５３は加算回路からの信号を水面
設定点と比較し、水面補正信号を線５４を介し
て、給水配管２６の途中にある弁２４の制御器３
６に印加することにより、前に第１図について説
明した様に弁２４が制御される。
スイツチ５２は、オペレータが線４９を直接的
に水面制御器５３と接続することが出来る様に
し、こうして加算回路４６を回路から切離すこと
が出来る様にする。
オペレータの居る場所に配置されていて、水面
制御器５３に接続された主制御部５６が、オペレ
ータに適当な表示をし、オペレータが水面設定点
を調節することが出来る様にすると共に、弁制御
器３６を手動で制御出来る様にする。
従つて、第２図に示した従来の装置は、水面を
表わす線４７a，４７bの信号の一方又は他方を手
動で選択することが出来る様にし、スイツチ５２
は蒸気と給水の流量の比較装置を回路から切離す
ことが出来る様にする。然し、故障があつた場
合、自動的に措置をとる手段がない。
この発明の水面制御装置が第３図に示されてお
り、この装置は、装置の部品の故障の為に、原子
炉の運転停止をする惧れを少なくする。この装置
が従来の装置と異なる特徴は、少なくとも１つの
冗長な水面制御チヤンネルを設け、制御を一方の
チヤンネルから別のチヤンネルに自動的に切換
え、蒸気及び給水流量比較回路からの信号を自動
的に切離すことである。
説明の便宜上、チヤンネルＡを普通の制御チヤ
ンネル、チヤンネルＢを冗長チヤンネルとする。
チヤンネルＡは相互接続された次の素子を含む。
即ち、圧力タツプ又は感知装置３７a，３８ａ，
差圧発信器３９a，高レベル引はずし回路５７a，
低レベル引はずし回路５８ａ，加算回路４６ａ，
切換え回路５２ａ，水面制御回路５３ａである。
チヤンネルＢは相互接続された同様な素子を含ん
でいるが、これらの素子の参照記号には添字にｂ
を用いている。
差圧発信器３９ａが、容器１０内の水面を表わ
す出力信号を発生する。この信号が線４７aを介
して加算回路４６aの入力に印加される。加算回
路４６aの他方の入力が線４４に接続される。こ
の線には加算回路４３の出力信号が送られて来
る。前に述べた様に、加算回路４３の出力信号
は、蒸気の流出流量と給水の流入流量との間の差
に比例し、この為水面を表わす信号が流量の差を
表わす信号によつて変更される。加算回路４６a
からの出力信号は、普通は線５１a，スイツチ５
２a，及び線４５aを介して水面制御回路５３aに
印加される。制御回路５３aが線６７aに水面制御
信号を発生する。この信号が普通はスイツチ６８
を介して弁制御器３６に印加される。チヤンネル
Ｂの動作も同様であり、加算回路４６bの出力信
号が普通は水面制御回路５３bに印加される。
この発明の特徴は、変化率回路５９を設けたこ
とである。この変化率回路が、線４４の流量差信
号を監視し、差信号の予定の変化率に応答してス
イツチ５２ａ，５２ｂを作動する。部品の故障は
破滅的な性質を持つことが判つている。この為、
蒸気―給水流量比較回路（例えば素子２９，３
２，４３）にこの様な故障があると、加算回路４
３から線４４に出る出力信号の変化率が高くなる
可能性が強い、この変化率を回路５９で検出し、
この時、この回路が線６１に出力信号を発生し、
その出力信号がスイツチ５２ａ，５２ｂを作動し
て、線４７ａ，４７ｂを夫々線４５a，４５bに直
接的に接続する。この為、加算回路４６a，４６b
が側路される。（主制御部５６からの信号接続部
６２はスイツチ５２a，５２bを手動でリセツトす
ることが出来る様にする。） この発明の別の特徴は、水面が動作用の上限又
は下限の外側に変化したことを検出したり、又は
制御回路５３aからの水面制御信号の急激な変化
を検出した時、水面の制御をチヤンネルＡからチ
ヤンネルＢに切換えることである。
水面が予定の限界の外側に変化した事態を検出
する為、３つの別々の差圧発信器３９a，３９b，
３９cからの水面信号を監視する。差圧発信器３
９cは適当な圧力感知装置３７c，３８cに接続して
もよいし、或いは発信器３９bと並列に、圧力感
知装置３７b，３８bに接続してもよい。
線４７aに接続された５７a，５８a，線４７bに
接続された５７b，５８b，及び線４７cに接続さ
れた５７c，５８cに示す様な夫々の対の高及び低
レベル引はずし回路が、発信器３９a，３９b，３
９cから線４７a，４７b，４７cに出る水面信号を
監視する様に接続されている。（レベル引はずし
回路は、入力信号が予定のレベルを越えた時又は
予定のレベルより下がつた時にだけ、出力信号を
発生する。シユミツト・トリガ回路の様な任意の
周知の閾値回路であつてよい。） 高レベル引はずし信号Ha，Hb，Hcが３者択２
論理回路６３に印加される。同様に、低レベル引
はずし信号La，Lb，Lcが同様な論理回路６４に
印加される。論理回路からの出力信号がオア回路
６５に送られる。従つて、任意の２つの高レベル
引はずし信号又は任意の２つの低レベル引はずし
信号が存在することに応答して、オア・ゲート６
５が、切換えスイツチ６８に接続された線６６
に、出力チヤンネル切換え信号を発生する。
切換えスイツチ６８は、通常の位置にある時、
水面制御回路５３aを線６７aを介して弁制御器３
６に接続し、チヤンネルＡによつて給水流量制御
弁２４を制御する。
オア・ゲート６５から線６６に出たチヤンネル
切換え信号により、切換えスイツチ６８が作動さ
れて、水面制御回路５３bを線６７bを介して弁制
御器３６に接続し、この為水面の制御がチヤンネ
ルＢに切換えられる。（スイツチ６８と主制御部
５６との間の接続部６９によつて、スイツチ６８
のリセツトが行われる。図に示してない接続によ
り、スイツチ５２a，５２b，６８の状態の様な回
路の種々の動作状態がオペレータの居る場所に可
視的に表示されることを承知されたい。） チヤンネルＡの故障によつて、線６７aに出る
水面制御信号の変化率が大きくなり、その結果弁
２４を介して容器に送られる給水の流量が大幅に
変化する場合、水面の変化によつて、制御をチヤ
ンネルＢに切換えるのに必要な低レベル又は高レ
ベル引はずし信号を発生しない内に、給水を貯蔵
し又は供給する給水源（例えば第１図の復水器２
２）の容量を越えることがある。
この様な可能性を防止する為、この発明の別の
特徴として、弁制御器３６に対する水面制御信号
を監視する様に接続された変化率検出回路７０を
設ける。この信号の変化率が高いことに応答し
て、変化率検出回路が、オア・ゲート６５の入力
に接続された線７５に出力信号を発生する。この
信号に応答して、オア・ゲート６５が線６６に出
力信号を発生し、それがスイツチ６８を作動する
ことにより、水面の制御が直ちにチヤンネルＢに
切換えられる。
図示の装置では、給水の流量が弁２４によつて
変えられる。この他の給水の流量を変える手段を
用いてもよい。例えば、ポンプ２３に可変速度駆
動装置を使うことにより、給水の入量を変えるこ
とが出来る。この場合、弁２４を省略し、流量制
御信号をポンプ２３に対する可変速度駆動装置
（図に示してない）の速度制御装置に印加する。
チヤンネルＡの水面制御信号の急激な変化の為
に、制御がチヤンネルＢに切換えられた場合、切
換えが急速である為に、容器の水面には目立つた
変化がない。これは、容器の水面のゆるやかな変
化に対しては、動作用の予定の上限又は下限を越
えるまで、制御の切換えが行われないからであ
る。
水面がゆつくりと変化する場合の第３図の水面
制御装置の動作の１例が第４図に示されている。
この曲線の最初の部分７１は、チヤンネルＡの制
御による普通の水面制御動作を示す。７２でチヤ
ンネルＡに故障が起り、その結果水面が比較的ゆ
つくりと上昇すると仮定する。７３で、水面が通
常の上限Ｈを横切る。
この事態が高レベル引はずし回路５７a―５７c
によつて検出され、これらの回路が信号Ha，
Hb，Hcの内の少なくとも２つを発生する。これ
らの信号に応答して、論理回路６３がオア・ゲー
ト６５を通る出力信号を発生してスイツチ６８を
作動し、こうして水面制御チヤンネルＢに自動的
に切換える。チヤンネルＢは、制御を受持つと、
７４に示す様に、水面を通常の位置まで下げる。
水面の制御がチヤンネルＡからチヤンネルＢに切
換わつたことにより、水面制御回路５３bの水面
設定点が切換えが行われる時の実際の容器の水面
とかなり異なる時、給水の流量に大きな変化が起
る惧れがある。給水の流量のこの様な大きな変化
を防止する為、制御回路５３bによつて定められ
る水面設定点は、固定にせずに、浮動状態にし、
動作用の上限及び下限の範囲内の容器の実際の水
面に追従することが好ましい。或いは水面制御信
号の変化率を制限する他の手段を設けることが出
来る。
この発明によつて行われる自動的な制御チヤン
ネルの切換えが行われない場合（例えば第２図に
示した様な従来の装置を用いた場合）、水面は破
線の曲線７６で示す様に、限界外の上側レベル
OLhに達するまで上昇を続けるであろうし、原子
炉を不必要に運転停止しなければならなくなろ
う。
大形原子炉発電所の運転並びに原子炉の緊急停
止のこれ迄の経過を検討すると、この様な発電所
でこの発明を使えば、原子炉の緊急停止が年間約
６％減少し、原子炉を運転出来なかつたことによ
るコストの節約額は年間数十万ドルに達すること
が判つた。
【図面の簡単な説明】
第１図は原子炉及び水面制御装置の略図、第２
図は従来の水面制御装置の略図、第３図はこの発
明の水面制御装置の略図、第４図は第３図の装置
の運転を例示する水面曲線である。 主な符号の説明、１０：圧力容器、１９：蒸気
配管、２４：制御弁、２６：給水配管、３６：弁
制御器、３７：上側水面圧力タツプ、３８：下側
水面圧力タツプ、６３，６４：３者択２論理回
路、Ａ，Ｂ：チヤンネル。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 流体を充填した容器から流体を取出すために
    流出配管を含む流体流出手段、及び前記容器に流
    体を注入するために流入配管及び流入速度制御手
    段を含む流体流入手段がある流体充填容器を持つ
    装置で、前記容器内の流体のレベルを予定の上限
    及び下限の間に保つ方法に於て、(a)各々前記容器
    内の流体レベルを感知して、該容器内の流体レベ
    ルの位置を表わす流体レベル制御信号を発生する
    手段を持つている第１及び第２の流体レベル制御
    チヤンネルを設け、(b)通常は前記第１の制御チヤ
    ンネルの流体レベル制御信号を前記流入速度制御
    手段に印加することによつて、前記流体流入速度
    を変えて前記流体レベルを前記上限及び下限の範
    囲内に保ち、(c)各々通常は、前記流体レベルが前
    記上限又は下限に達した時に別々の表示を発生す
    る複数個の流体レベル監視手段を設け、(d)前記表
    示を多数決感知論理手段に印加し、該多数決感知
    論理手段は大多数の流体レベル監視手段からの前
    記表示に応答して、前記第１制御チヤンネルの制
    御信号を前記流入速度制御手段から切離すと共
    に、前記第２のチヤンネルの制御信号を流入速度
    制御手段に印加することにより、前記第１のチヤ
    ンネルが流体レベルを前記上限及び下限の範囲内
    に保つことが出来なかつた場合、容器内の流体レ
    ベルの制御が自動的に前記第２のチヤンネルに切
    換えられる様にする工程を含み、更に、流体流出
    速度及び流体流入速度の間の差を表わす差信号を
    発生して、前記差信号に応答して各々の前記チヤ
    ンネルの制御信号を変更することにより、容器内
    の流体レベルを速やかに制御する手段を設け、前
    記差信号の変化率を監視し、前記差信号の予定の
    変化率に応答して前記差信号を自動的に制御チヤ
    ンネルから切離す工程を含む容器内の流体レベル
    を予定の上限及び下限の間に保つ方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載した方法に於
    て、更に、前記第１の制御チヤンネルの流体レベ
    ル制御信号の変化率を監視し、前記第１のチヤン
    ネルの流体レベル制御信号の変化率が予定の率を
    超えたことを検出した時、容器内の流体レベルの
    制御を自動的に第２のチヤンネルに切換える工程
    を含む容器内の流体レベルを予定の上限及び下限
    の間に保つ方法。
JP13603379A 1978-10-23 1979-10-23 Fluid level control method Granted JPS5582311A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/953,436 US4302288A (en) 1978-10-23 1978-10-23 Fluid level control system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5582311A JPS5582311A (en) 1980-06-21
JPH0236961B2 true JPH0236961B2 (ja) 1990-08-21

Family

ID=25493993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13603379A Granted JPS5582311A (en) 1978-10-23 1979-10-23 Fluid level control method

Country Status (10)

Country Link
US (1) US4302288A (ja)
JP (1) JPS5582311A (ja)
BE (1) BE879560A (ja)
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