特開 2023-168109 ホウ素濃度判定装置および方法、プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023168109

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】ホウ素濃度判定装置および方法、プログラム

(51)【国際特許分類】

   G21C 17/02 20060101AFI20231116BHJP

   G21C 19/28 20060101ALI20231116BHJP

【ＦＩ】

G21C17/02 300

G21C19/28

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022079763

(22)【出願日】2022-05-13

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】蒲原 覚

(72)【発明者】

【氏名】辰巳 栄作

(72)【発明者】

【氏名】須藤 有生

(72)【発明者】

【氏名】奥 圭介

【テーマコード（参考）】

2G075

【Ｆターム（参考）】

2G075AA05

2G075CA40

2G075DA05

2G075DA07

2G075EA01

2G075FB09

(57)【要約】

【課題】ホウ素濃度判定装置および方法、プログラムにおいて、ホウ素濃度の変動による異常を容易に検出することで装置の複雑化や高コスト化を抑制する。
【解決手段】純水を供給する純水供給ラインと、ホウ酸水を供給するホウ酸水供給ラインと、純水供給ラインから供給される純水とホウ酸水供給ラインから供給されるホウ酸水とが混合されたホウ酸混合水を原子炉冷却水に対して供給するホウ酸混合水供給ラインと、純水供給ラインとホウ酸水供給ラインとホウ酸混合水供給ラインのうちの少なくとも２つのラインの流量を計測する第１流量計および第２流量計と、第１流量計が計測した第１流量と第２流量計が計測した第２流量との実流量比に基づいて原子炉冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する判定部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

純水を供給する純水供給ラインと、
ホウ酸水を供給するホウ酸水供給ラインと、
前記純水供給ラインから供給される前記純水と前記ホウ酸水供給ラインから供給される前記ホウ酸水とが混合されたホウ酸混合水を原子炉冷却水に対して供給するホウ酸混合水供給ラインと、
前記純水供給ラインと前記ホウ酸水供給ラインと前記ホウ酸混合水供給ラインのうちの少なくとも２つのラインの流量を計測する第１流量計および第２流量計と、
前記第１流量計が計測した第１流量と前記第２流量計が計測した第２流量との実流量比に基づいて前記原子炉冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する判定部と、
を備えるホウ素濃度判定装置。

【請求項2】

前記第１流量計は、前記純水供給ラインに設けられ、前記第２流量計は、前記ホウ酸混合水供給ラインに設けられ、前記判定部は、前記第１流量計が計測した前記第１流量としての前記純水の流量と、前記第２流量計が計測した前記第２流量としての前記ホウ酸混合水との実流量比に基づいて前記原子炉冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する、
請求項１に記載のホウ素濃度判定装置。

【請求項3】

前記第１流量計は、前記純水供給ラインに設けられ、前記第２流量計は、前記ホウ酸水供給ラインに設けられ、前記判定部は、前記第１流量計が計測した前記第１流量としての前記純水の流量と、前記第２流量計が計測した前記第２流量としての前記ホウ酸水との実流量比に基づいて前記原子炉冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する、
請求項１に記載のホウ素濃度判定装置。

【請求項4】

前記第１流量計は、前記ホウ酸水供給ラインに設けられ、前記第２流量計は、前記ホウ酸混合水供給ラインに設けられ、前記判定部は、前記第１流量計が計測した前記第１流量としての前記ホウ酸水の流量と、前記第２流量計が計測した前記第２流量としての前記ホウ酸混合水との実流量比に基づいて前記原子炉冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する、
請求項１に記載のホウ素濃度判定装置。

【請求項5】

前記判定部は、前記第１流量または前記第２流量が変動したとき、予め設定された所定の待機時間が経過した後の前記実流量比に基づいて前記原子炉冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のホウ素濃度判定装置。

【請求項6】

原子炉を適正に維持するための前記原子炉冷却水における基準ホウ素濃度が設定され、前記原子炉冷却水を前記基準ホウ素濃度に維持するための前記第１流量と前記第２流量との基準流量比が設定され、前記判定部は、前記基準流量比と前記実流量比とを比較してホウ素濃度の低下による異常を判定する、
請求項１に記載のホウ素濃度判定装置。

【請求項7】

前記基準流量比に対して余裕分を加味して前記基準ホウ素濃度が維持される正常領域が設定され、前記判定部は、前記実流量比が前記正常領域にないときに異常と判定する、
請求項６に記載のホウ素濃度判定装置。

【請求項8】

前記正常領域は、原子炉の臨界条件に応じて変更可能である、
請求項７に記載のホウ素濃度判定装置。

【請求項9】

前記純水供給ラインは、隔離弁が設けられ、前記判定部は、異常と判定したときに前記隔離弁を閉止する側に作動させる、
請求項１に記載のホウ素濃度判定装置。

【請求項10】

前記判定部は、原子炉の起動前および停止後に、前記原子炉冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する、
請求項１に記載のホウ素濃度判定装置。

【請求項11】

純水を供給する純水供給ラインとホウ酸水を供給するホウ酸水供給ラインと前記純水と前記ホウ酸水とが混合されたホウ酸混合水を原子炉冷却水に対して供給するホウ酸混合水供給ラインのうちの少なくとも２つのラインの第１流量および第２流量を計測する工程と、
前記第１流量と前記第２流量との実流量比に基づいて前記原子炉冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する工程と、
を有するホウ素濃度判定方法。

【請求項12】

純水を供給する純水供給ラインとホウ酸水を供給するホウ酸水供給ラインと前記純水と前記ホウ酸水とが混合されたホウ酸混合水を原子炉冷却水に対して供給するホウ酸混合水供給ラインのうちの少なくとも２つのラインの第１流量および第２流量を計測する工程と、
前記第１流量と前記第２流量との実流量比に基づいて前記原子炉冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する工程と、
をコンピュータに実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ホウ素濃度判定装置、ホウ素濃度判方法、プログラムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ）を有する原子力発電プラントは、軽水を原子炉冷却材および中性子減速材として使用し、原子炉の炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、蒸気をタービン発電機へ送って発電する。

【0003】

加圧水型原子炉は、制御棒操作や化学体積制御（ホウ素濃度調整）などにより反応度制御が可能である。加圧水型原子炉の出力制御は、化学体積制御により冷却水（軽水）のホウ素濃度を所定値に維持した上で、制御棒操作により実施される。このような原子炉制御としては、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６０－１４６１８７号公報

【特許文献2】特許第２７３４４８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

加圧水型原子炉の起動時および停止時の臨界調整制御は、ホウ素濃度調整により行われる。この場合、機器の誤作動や故障などにより冷却水のホウ素濃度が低下すると、臨界調整が困難となる。そのため、機器の誤作動や故障などによる冷却水におけるホウ素濃度の変動を検出する必要がある。ホウ素濃度の低下による原子炉の異常は、例えば、中性子束の増加やホウ素濃度の測定により検出することが可能である。しかし、中性子束の増加を用いた異常検出は、炉心への燃料配置によっては誤差が大きくなり、検出が遅れることとなってしまう。また、ホウ素濃度の測定による異常検出は、軽水の配管などに濃度計を配置する必要があり、コストが増加してしまう。

【0006】

本開示は、上述した課題を解決するものであり、ホウ素濃度の変動による原子炉の異常を容易に検出することで装置の複雑化や高コスト化を抑制するホウ素濃度判定装置および方法、プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するための本開示のホウ素濃度判定装置は、純水を供給する純水供給ラインと、ホウ酸水を供給するホウ酸水供給ラインと、前記純水供給ラインから供給される前記純水と前記ホウ酸水供給ラインから供給される前記ホウ酸水とが混合されたホウ酸混合水を原子炉冷却水に対して供給するホウ酸混合水供給ラインと、前記純水供給ラインと前記ホウ酸水供給ラインと前記ホウ酸混合水供給ラインのうちの少なくとも２つのラインの流量を計測する第１流量計および第２流量計と、前記第１流量計が計測した第１流量と前記第２流量計が計測した第２流量との実流量比に基づいて前記原子炉冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する判定部と、を備える。

【0008】

また、本開示のホウ素濃度判定方法は、純水を供給する純水供給ラインとホウ酸水を供給するホウ酸水供給ラインと前記純水と前記ホウ酸水とが混合されたホウ酸混合水を原子炉冷却水に対して供給するホウ酸混合水供給ラインのうちの少なくとも２つのラインの第１流量および第２流量を計測する工程と、前記第１流量と前記第２流量との実流量比に基づいて前記原子炉冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する工程と、を有する。

【0009】

また、本開示のプログラムは、純水を供給する純水供給ラインとホウ酸水を供給するホウ酸水供給ラインと前記純水と前記ホウ酸水とが混合されたホウ酸混合水を原子炉冷却水に対して供給するホウ酸混合水供給ラインのうちの少なくとも２つのラインの第１流量および第２流量を計測する工程と、前記第１流量と前記第２流量との実流量比に基づいて前記原子炉冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する工程と、をコンピュータに実行させる。

【発明の効果】

【0010】

本開示のホウ素濃度判定装置および方法、プログラムによれば、ホウ素濃度の変動による異常を容易に検出することで、装置の複雑化や高コスト化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本実施形態のホウ素濃度判定装置が適用された加圧水型原子炉を表す概略構成図である。

【図2】図２は、ホウ素濃度の低下による原子炉の異常を判定する判定マップを表す概略図である。

【図3】図３は、原子炉の異常判定時期を表す説明図である。

【図4】図４は、本実施形態のホウ素濃度判定方法を表すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

【0013】

＜加圧水型原子炉＞
図１は、本実施形態のホウ素濃度判定装置が適用された加圧水型原子炉を表す概略構成図である。

【0014】

本実施形態では、原子炉として加圧水型原子炉を適用して説明する。但し、原子炉は、加圧水型原子炉に限定されるものではなく、他の原子炉や原子燃料を取り扱う各種設備に適用することができる。

【0015】

加圧水型原子炉は、軽水を原子炉冷却材および中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、高温高圧水を後述する蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、蒸気をタービン発電機へ送って発電する。

【0016】

図１に示すように、加圧水型原子炉１１は、高温側送給配管１２と低温側送給配管１３により蒸気発生器１４が連結される。低温側送給配管１３は、一次系冷却水ポンプ１５が設けられる。加圧水型原子炉１１と蒸気発生器１４は、図示しない原子炉格納容器の内部に格納される。

【0017】

加圧水型原子炉１１は、図示しないが、内部に炉心が設けられ、炉心は、複数の燃料集合体（燃料棒）により構成される。また、加圧水型原子炉１１は、炉心における燃料集合体の間に複数の制御棒が配置される。制御棒駆動装置は、炉心に対して制御棒を抜き差しすることで、原子炉出力を制御する。

【0018】

蒸気発生器１４は、図示しないが、内部に逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管からなる伝熱管群が設けられる。蒸気発生器１４は、下部に入室１４ａと出室１４ｂが設けられる。蒸気発生器１４は、入室１４ａに高温側送給配管１２の端部が連結され、出室１４ｂに低温側送給配管１３の端部が連結される。

【0019】

そのため、加圧水型原子炉１１は、炉心の燃料集合体により一次系冷却水として軽水が加熱され、高温の一次系冷却水が高圧に維持された状態で、高温側送給配管１２を通して蒸気発生器１４に送られる。蒸気発生器１４は、高温高圧の一次系冷却水と二次系冷却水との間で熱交換を行うことで二次系蒸気を生成し、冷やされた一次系冷却水が加圧水型原子炉１１に戻される。このとき、制御棒駆動装置は、炉心に対して制御棒を抜き差しすることで、炉心での核分裂を調整し、加圧水型原子炉１１の出力を調整する。

【0020】

また、加圧水型原子炉１１は、化学体積制御系（ＣＶＣＳ）２１が設けられる。低温側送給配管１３は、一次系冷却水ポンプ１５を介して一次系冷却水循環ライン２２が設けられる。一次系冷却水循環ライン２２は、体積制御タンク２３および充填ポンプ２４が設けられる。なお、一次系冷却水循環ライン２２は、図示しないが、再生熱交換器、非再生冷却器、脱塩塔などが設けられる。化学体積制御系２１は、一次系冷却水循環ライン２２に設けられる。

【0021】

化学体積制御系２１は、一次系冷却水補給ライン（純水供給ライン）３１と、ホウ酸水供給ライン３２と、ホウ酸混合水供給ライン３３とを有する。ホウ酸混合水供給ライン３３は、一端部が一次系冷却水循環ライン２２に連結される。ホウ酸混合水供給ライン３３は、他端部に混合器３４を介して一次系冷却水補給ライン３１の一端部とホウ酸水供給ライン３２の一端部が連結される。

【0022】

一次系冷却水補給ライン３１は、流量調整弁４１と、純水流量計４２と、隔離弁４３と、補給水ポンプ４４が設けられると共に、他端部に一次系純水タンク４５が連結される。ホウ酸水供給ライン３２は、流量調整弁５１と、ホウ酸水流量計５２と、ホウ酸水ポンプ５３が設けられると共に、他端部にホウ酸水タンク５４が連結される。ホウ酸混合水供給ライン３３は、流量調整弁６１と、ホウ酸混合水流量計６２が設けられる。ここで、各流量計４２，５２，６２は、例えば、差圧式流量計であるが、他の形式のものであってもよい。また、流量計４１，５２，６２は、安全性を考慮し、それぞれ多重に配置することが好ましい。

【0023】

流量調整弁４１は、開度を調整することで、一次系冷却水補給ライン３１における純水の供給量を調整可能である。純水流量計４２は、一次系冷却水補給ライン３１を流れる純水の供給量を計測可能である。隔離弁４３は、閉止することで、流量調整弁４１の開度に拘わらず、純水の供給を停止可能である。補給水ポンプ４４は、作動することで、純水を供給可能である。一次系純水タンク４５は、一次系冷却水に対する補給水としての純水を貯留する。

【0024】

流量調整弁５１は、開度を調整することで、ホウ酸水供給ライン３２におけるホウ酸水の供給量を調整可能である。ホウ酸水流量計５２は、ホウ酸水供給ライン３２を流れるホウ酸水の供給量を計測可能である。ホウ酸水ポンプ５３は、作動することで、ホウ酸水を供給可能である。ホウ酸水タンク５４は、所定濃度のホウ酸水を貯留する。

【0025】

流量調整弁６１は、開度を調整することで、ホウ酸混合水供給ライン３３におけるホウ酸混合水の供給量を調整可能である。ホウ酸混合水流量計６２は、ホウ酸混合水供給ライン３３を流れるホウ酸混合水の供給量を計測可能である。

【0026】

制御装置７１は、充填ポンプ２４と、各流量調整弁４１，５１，６１と、各流量計４２，５２，６２と、隔離弁４３と、各ポンプ４４，５３が接続される。制御装置７１は、充填ポンプ２４を作動することで、一次系冷却水の一部を一次系冷却水循環ライン２２に循環可能である。制御装置７１は、各流量調整弁４１，５１，６１の開度を調整可能である。また、制御装置７１は、流量計４２，５２，６２の計測結果として純水の流量、ホウ酸水の流量、ホウ酸混合水の流量が入力される。また、制御装置７１は、隔離弁４３を開閉可能である。また、制御装置７１は、各ポンプ４４，５３の作動可能であると共に閉止可能である。

【0027】

制御装置７１は、コントローラであり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）などにより、記憶部に記憶されている各種プログラムがＲＡＭを作業領域として実行されることにより実現される。

【0028】

制御装置７１は、操作部７２と、記憶部７３が接続される。操作部７２は、作業者が操作することで、制御装置７１に対して各種のデータを入力可能である。操作部７２は、例えば、キーボードやタッチ式のディスプレイである。記憶部７３は、後述する異常判定マップなどが記憶される。

【0029】

そのため、制御装置７１は、化学体積制御系２１を制御することで、加圧水型原子炉１１を冷却する一次系冷却水（原子炉冷却水）に対して純水またはホウ酸水を供給し、一次系冷却水におけるホウ素濃度を調整可能である。

【0030】

すなわち、充填ポンプ２４を作動すると、高温側送給配管１２および低温側送給配管１３を流れる一次系冷却水の一部を一次系冷却水循環ライン２２に取り込んで循環させることができる。このとき、体積制御タンク２３は、一次冷却水を浄化すると共に、ホウ素濃度調整などによる体積変動を吸収する。

【0031】

そして、制御装置７１は、隔離弁４３を開放した状態で、流量調整弁４１を開放して補給水ポンプ４４を作動すると、一次系純水タンク４５に貯留された純水を一次系冷却水補給ライン３１から混合器３４を通してホウ酸混合水供給ライン３３に供給することができる。また、制御装置７１は、流量調整弁５１を開放してホウ酸水ポンプ５３を作動すると、ホウ酸水タンク５４に貯留されたホウ酸水をホウ酸水供給ライン３２から混合器３４を通してホウ酸混合水供給ライン３３に供給することができる。そして、制御装置７１は、流量調整弁６１を開放すると、混合器３４により純水とホウ酸水とが混合されて生成されたホウ酸混合水をホウ酸混合水供給ライン３３から一次系冷却水循環ライン２２に供給することができる。

【0032】

ここで、制御装置７１は、一次系冷却水補給ライン３１の流量調整弁４１の開度と、ホウ酸水供給ライン３２の流量調整弁５１の開度を調整することで、ホウ酸混合水供給ライン３３から一次系冷却水循環ライン２２に供給するホウ酸混合水におけるホウ素濃度を調整する。また、制御装置７１は、ホウ酸混合水供給ライン３３の流量調整弁６１の開度を調整することで、ホウ酸混合水供給ライン３３から一次系冷却水循環ライン２２に供給するホウ酸混合水の流量を調整する。その結果、制御装置７１は、一次系冷却水循環ライン２２に供給されるホウ酸混合水におけるホウ素濃度と流量を調整することで、一次系冷却水循環ライン２２に連結される高温側送給配管１２および低温側送給配管１３を流れる一次系冷却水におけるホウ素濃度を調整することができる。

【0033】

また、制御装置７１は、流量計４２，５２，６２から入力された純水の流量、ホウ酸水の流量、ホウ酸混合水の流量に基づいて、各流量調整弁４１，５１，６１の開度をフィードバック制御する。

【0034】

＜ホウ素濃度判定装置＞
図１に示すように、ホウ素濃度判定装置７０は、一次系冷却水補給ライン３１と、ホウ酸水供給ライン３２と、ホウ酸混合水供給ライン３３と、第１流量計および第２流量計と、判定部とを備える。

【0035】

本実施形態にて、第１流量計は、一次系冷却水補給ライン３１に設けられた純水流量計４２であり、第２流量計は、ホウ酸混合水供給ライン３３に設けられたホウ酸混合水流量計６２である。また、判定部は、制御装置７１が機能する。

【0036】

すなわち、第１流量計としての純水流量計４２は、一次系冷却水補給ライン３１における第１流量計としての純水の流量を計測する。また、第２流量計としてのホウ酸混合水流量計６２は、ホウ酸混合水供給ライン３３における第２流量計としてのホウ酸混合水の流量を計測する。そして、判定部としての制御装置７１は、純水流量計４２が計測した純水の流量と、ホウ酸混合水流量計６２が計測したホウ酸混合水の流量との実流量比に基づいて、一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する。

【0037】

加圧水型原子炉１１は、加圧水型原子炉１１を適正に維持するための一次系冷却水における基準ホウ素濃度が設定されている。ここで、基準ホウ素濃度とは、加圧水型原子炉１１を安全に運転するための一次系冷却水におけるホウ素濃度の下限値である。制御装置７１は、必要に応じて化学体積制御系２１を制御し、一次系冷却水に対して純水、ホウ酸水、ホウ酸混合水を供給することで、一次系冷却水におけるホウ素濃度が基準ホウ素濃度以上に維持されるように調整する。

【0038】

そして、加圧水型原子炉１１は、一次系冷却水を基準ホウ素濃度以上に維持するための純水の流量（第１流量）とホウ酸混合水の流量（第２流量）との基準流量比が設定されている。ここで、基準流量比とは、ホウ酸混合水の流量に対する純水の流量の比率であり、加圧水型原子炉１１を安全に運転するための流量比の上限値である。制御装置７１は、基準流量比と実流量比とを比較してホウ素濃度の低下による異常を判定する。

【0039】

制御装置７１は、流量調整弁４１，５１，６１の開度やポンプ４４，５３の作動などを制御するものであるが、制御装置７１、流量調整弁４１，５１，６１、流量計４２，５２，６２、ポンプ４４，５３などが誤作動したり、故障したりする可能性がある。各種機器の誤作動や故障などが発生すると、一次系冷却水におけるホウ素が希釈される。そのため、制御装置７１は、一次系冷却水におけるホウ素の希釈を、基準流量比と実流量比との比較により検出し、ホウ素濃度の低下による加圧水型原子炉１１の異常を判定する。

【0040】

そして、制御装置７１は、ホウ素濃度の低下による加圧水型原子炉１１の異常を判定したとき、隔離弁４３を閉止する側に作動させる。すると、隔離弁４３が閉止された一次系冷却水補給ライン３１による純水の供給が停止され、一次系冷却水におけるホウ素の希釈が抑制される。

【0041】

なお、上述した実施形態では、第１流量計を純水流量計４２とし、第２流量計をホウ酸混合水流量計６２としたが、この構成に限定されるものではない。

【0042】

例えば、第１流量計を一次系冷却水補給ライン３１に設けられた純水流量計４２とし、第２流量計をホウ酸水供給ライン３２に設けられたホウ酸水流量計５２としてもよい。この場合、判定部としての制御装置７１は、純水流量計４２が計測した純水の流量と、ホウ酸水流量計５２が計測したホウ酸水の流量との実流量比に基づいて、一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する。

【0043】

また、第１流量計をホウ酸水供給ライン３２に設けられたホウ酸水流量計５２とし、第２流量計をホウ酸混合水供給ライン３３に設けられたホウ酸混合水流量計６２としてもよい。この場合、判定部としての制御装置７１は、ホウ酸水流量計５２が計測したホウ酸水の流量と、ホウ酸混合水流量計６２が計測したホウ酸混合水の流量との実流量比に基づいて、一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する。

【0044】

さらに、判定部としての制御装置７１は、純水流量計４２が計測した純水の流量と、ホウ酸水流量計５２が計測したホウ酸水の流量と、ホウ酸混合水流量計６２が計測したホウ酸混合水の流量の実流量比に基づいて、一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定してもよい。

【0045】

＜異常判定マップ＞
図２は、ホウ素濃度の低下による原子炉の異常を判定する判定マップを表す概略図である。

【0046】

図２に示すように、制御装置７１は、予め設定された基準流量比と、流量計４２，６２の計測結果から算出した実流量比とを比較してホウ素濃度の低下による異常を判定する。ここで、基準流量比と実流量比は、ホウ酸混合水の流量に対する純水の流量の比率である。基準流量比は、基準ホウ素濃度に基づいて設定される。そして、基準流量比に基づいて第１しきい値Ｌ１が設定される。第１しきい値Ｌ１に対して余裕分Ｍを加味して第２しきい値Ｌ２が設定される。ここで、第２しきい値Ｌ２に対して正常領域Ａ１が設定され、第１しきい値Ｌ１に対して異常領域Ａ２が設定される。正常領域Ａ１と異常領域Ａ２との間の領域は、非干渉領域である。なお、余裕分Ｍを加味した非干渉領域は、流量計４２，６２などの計測誤差や加圧水型原子炉１１の運転余裕分を考慮して設定される。なお、余裕分Ｍを考慮せず、第１しきい値Ｌ１に対して正常領域Ａ１と異常領域Ａ２を設定してもよい。

【0047】

制御装置７１は、実流量比が正常領域Ａ１にあると、一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による加圧水型原子炉１１の正常と判定する。一方、制御装置７１は、実流量比が正常領域Ａ１になく、異常領域Ａ２にあると、一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による加圧水型原子炉１１の異常と判定する。なお、第１しきい値Ｌ１（異常領域Ａ２）、第２しきい値Ｌ２（正常領域Ａ１）、余裕分Ｍは、加圧水型原子炉１１の臨界条件に応じて変更可能である。

【0048】

＜異常判定時期＞
図３は、原子炉の異常判定時期を表す説明図である。

【0049】

図３に示すように、加圧水型原子炉１１は、例えば、時間ｔ１にて、起動を開始して出力を上昇させ、時間ｔ２にて、出力を一定（Ｐａ）に維持した運転を開始し、時間ｔ３にて、出力を低下させ、時間ｔ４にて、停止する。

【0050】

制御装置７１は、加圧水型原子炉１１の起動前および停止後に、一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する処理を実行する。

【0051】

加圧水型原子炉１１は、起動中（ｔ１～ｔ２）、炉心の燃料が交換されたものであることから、一次冷却水におけるホウ素濃度が基準ホウ素濃度より高い。そのため、制御装置７１は、流量調整弁４１だけを開放し、一次系冷却水循環ライン２２に対して純水だけを供給し、一次冷却水におけるホウ素濃度を低下させることで、基準ホウ素濃度に調整する。このときの一次冷却水におけるホウ素濃度の希釈は、正常なものであり、ここで、制御装置７１が純水の流量とホウ酸混合水の流量との実流量比に基づいた異常判定は、誤判定となる。そこで、制御装置７１は、加圧水型原子炉１１の起動中は、ホウ素濃度の低下による異常を判定する処理を実行しない。

【0052】

また、加圧水型原子炉１１は、停止中（ｔ３～ｔ４）、一次系冷却水の温度が高い。そのため、制御装置７１は、流量調整弁４１，５１の開度を大きくし、加圧水型原子炉１１の臨界度を上げながら、一次系冷却水の温度低下による冷却水の収縮を補うようにホウ素濃度の高い補給水が供給される。このときの一次冷却水におけるホウ素濃度の濃縮は、正常なものであり、ここで、制御装置７１が純水の流量とホウ酸混合水の流量との実流量比に基づいた異常判定処理を実行してもよいが、一次系冷却水の補給は、誤判定となる。そこで、制御装置７１は、加圧水型原子炉１１の停止中は、ホウ素濃度の低下による異常を判定する処理を実行しない。

【0053】

さらに、加圧水型原子炉１１は、運転中（ｔ２～ｔ３）、制御装置７１は、流量調整弁４１を開放し、一次系冷却水に対して純水を供給することで、一次冷却水におけるホウ素濃度の希釈を行う。このときの一次冷却水におけるホウ素濃度の希釈は、正常なものであり、ここで、制御装置７１が純水の流量とホウ酸混合水の流量との実流量比に基づいた異常判定は、誤判定となる。そこで、制御装置７１は、加圧水型原子炉１１の運転中であっても、臨界管理のための一次系冷却水の希釈時に、ホウ素濃度の低下による異常を判定する処理を実行しない。

【0054】

すなわち、制御装置７１は、加圧水型原子炉１１の起動時（ｔ１）から停止時（ｔ４）の間は、一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定しない。

【0055】

そして、制御装置７１は、加圧水型原子炉１１の起動前（ｔ０～ｔ１）および停止後（ｔ４～ｔ５）に、各流量調整弁４１，６１の開度調整により純水の流量やホウ酸混合水の流量が変動したとき、予め設定された所定の待機時間が経過した後、純水とホウ酸混合水の実流量比に基づいた一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する。

【0056】

＜ホウ素濃度判定方法＞
図４は、本実施形態のホウ素濃度判定方法を表すフローチャートである。

【0057】

ホウ素濃度判定方法は、純水を供給する一次系冷却水補給ライン（純水供給ライン）３１とホウ酸水を供給するホウ酸水供給ライン３２と純水とホウ酸水とが混合されたホウ酸混合水を一次系冷却水（原子炉冷却水）に対して供給するホウ酸混合水供給ライン３３とのうちの少なくとも２つのラインの第１流量および第２流量を計測する工程と、第１流量と第２流量との実流量比に基づいて一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する工程とを有する。

【0058】

以下、ホウ素濃度判定方法について具体的に説明する。図１および図４に示すように、ステップＳ１１にて、制御装置７１は、ホウ素濃度判定条件が成立しているか否かを判定する。ホウ素濃度判定条件とは、加圧水型原子炉１１が起動前の状態または停止後の状態に維持されることである。ここで、制御装置７１は、ホウ素濃度判定条件が成立していないと判定（Ｎｏ）すると、このルーチンを抜ける。

【0059】

一方、制御装置７１は、ホウ素濃度判定条件が成立していると判定（Ｙｅｓ）すると、ステップＳ１２にて、制御装置７１は、流量調整弁４１，５１，６１の開度が変更されたか否かを判定する。ここで、制御装置７１は、流量調整弁４１，６１の開度が変更されたと判定（Ｙｅｓ）すると、ステップＳ１３にて、制御装置７１は、流量調整弁４１，５１，６１の開度が変更されてから待機時間が経過したか否かを判定する。制御装置７１は、流量調整弁４１，５１，６１の開度が変更されてから待機時間が経過していないと判定（Ｎｏ）すると、この状態を維持する。そして、制御装置７１は、流量調整弁４１，５１，６１の開度が変更されてから待機時間が経過したと判定（Ｙｅｓ）すると、ステップＳ１４に移行する。また、ステップＳ１２にて、制御装置７１は、流量調整弁４１，５１，６１の開度が変更されていないと判定（Ｎｏ）すると、ステップＳ１４に移行する。

【0060】

ステップＳ１４にて、制御装置７１は、流量調整弁４１，６１の検出結果として、一次系冷却水補給ライン３１における純水の流量と、ホウ酸混合水供給ライン３３におけるホウ酸混合水の流量を取得する。ステップＳ１５にて、制御装置７１は、純水の流量とホウ酸混合水の流量の比率である実流量比（純水の流量／ホウ酸混合水の流量）を算出する。そして、ステップＳ１６にて、制御装置７１は、実流量比が正常領域にあるか否かを判定する。この場合、制御装置７１は、実流量比が正常領域にあるか否かを、記憶部７３に記憶されている異常判定マップ（図２参照）を用いて判定する。

【0061】

ここで、制御装置７１は、実流量比が正常領域にあると判定（Ｙｅｓ）すると、一次系冷却水のホウ素濃度が希釈されていないことから、このルーチンを抜ける。一方、制御装置７１は、実流量比が正常領域になく、異常領域にあると判定（Ｎｏ）すると、一次系冷却水のホウ素濃度が希釈されていることから、ステップＳ１７にて、隔離弁４３を閉止する。すなわち、実流量比が異常領域にあると判定された場合、例えば、流量調整弁４１の誤作動や故障などにより開放され、純水が一次系冷却水補給ライン３１およびホウ酸水供給ライン３２とを通して一次系冷却水循環ライン２２に供給されている可能性が高い。そのため、隔離弁４３を閉止する。

【0062】

隔離弁４３が閉止されると、純水が一次系冷却水補給ライン３１およびホウ酸水供給ライン３２とを通して一次系冷却水循環ライン２２に供給されている事象が停止され、一次系冷却水におけるホウ素濃度の希釈が抑制される。なお、その後、加圧水型原子炉１１は、停止する。

【0063】

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係るホウ素濃度判定装置は、純水を供給する一次系冷却水補給ライン（純水供給ライン）３１と、ホウ酸水を供給するホウ酸水供給ライン３２と、一次系冷却水補給ライン３１から供給される純水とホウ酸水供給ライン３２から供給されるホウ酸水とが混合されたホウ酸混合水を一次系冷却水（原子炉冷却水）に対して供給するホウ酸混合水供給ライン３３と、一次系冷却水補給ライン３１とホウ酸水供給ライン３２とホウ酸混合水供給ライン３３のうちの少なくとも２つのラインの流量を計測する第１流量計および第２流量計と、第１流量計が計測した第１流量と第２流量計が計測した第２流量との実流量比に基づいて一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する制御装置（判定部）７１とを備える。

【0064】

第１の態様に係るホウ素濃度判定装置によれば、純水の流量とホウ酸水の流量とホウ酸混合水の流量のうちの少なくとも２つの流量の実流量比に基づいて一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する。そのため、既存の設備を用いてホウ素濃度の変動による異常を容易に検出することができ、装置の複雑化や高コスト化を抑制することができる。

【0065】

第２の態様に係るホウ素濃度判定装置は、第１の態様に係るホウ素濃度判定装置であって、さらに、第１流量計は、一次系冷却水補給ライン３１に設けられる純水流量計４２であり、第２流量計は、ホウ酸混合水供給ライン３３に設けられるホウ酸混合水流量計６２であり、制御装置７１は、純水流量計４２が計測した純水の流量と、ホウ酸混合水流量計が計測したホウ酸混合水との実流量比に基づいて一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する。これにより、ホウ素濃度の変動による異常を適切に検出することができる。

【0066】

第３の態様に係るホウ素濃度判定装置は、第１の態様に係るホウ素濃度判定装置であって、さらに、第１流量計は、一次系冷却水補給ライン３１に設けられる純水流量計４２であり、第２流量計は、ホウ酸水供給ライン３２に設けられるホウ酸水流量計５２であり、制御装置７１は、純水流量計４２が計測した純水の流量と、ホウ酸水流量計５２が計測したホウ酸水との実流量比に基づいて一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する。これにより、ホウ素濃度の変動による異常を適切に検出することができる。

【0067】

第４の態様に係るホウ素濃度判定装置は、第１流量計は、ホウ酸水供給ライン３２に設けられるホウ酸水流量計５２であり、第２流量計は、ホウ酸混合水供給ライン３３に設けられるホウ酸混合水流量計６２であり、制御装置７１は、ホウ酸水流量計５２が計測したホウ酸水の流量と、ホウ酸混合水流量計６２が計測したホウ酸混合水との実流量比に基づいて一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する。これにより、ホウ素濃度の変動による異常を適切に検出することができる。

【0068】

第５の態様に係るホウ素濃度判定装置は、第１の態様から第４の態様のいずれか一つに係るホウ素濃度判定装置であって、さらに、制御装置７１は、第１流量または第２流量が変動したとき、予め設定された所定の待機時間が経過した後の実流量比に基づいて一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する。これにより、例えば、各流量調整弁４１，５１，６１の開度が変更されて第１流量や第２流量が変動すると、その影響が各流量計４２，５２，６２に表れるまで所定時間を要することなり、待機時間が経過した後の実流量比を用いて異常を判定することで、高精度な判定を行うことができる。

【0069】

第６の態様に係るホウ素濃度判定装置は、第１の態様から第５の態様のいずれか一つに係るホウ素濃度判定装置であって、さらに、加圧水型原子炉１１を適正に維持するための一次系冷却水における基準ホウ素濃度が設定され、一次系冷却水を基準ホウ素濃度に維持するための第１流量と第２流量との基準流量比が設定され、制御装置７１は、基準流量比と実流量比とを比較してホウ素濃度の低下による異常を判定する。これにより、各流量計４２，５２，６２が計測した各流量を異常判定に直接用いることとなり、判定処理ロジックの簡素化を図ることができる。

【0070】

第７の態様に係るホウ素濃度判定装置は、第６の態様に係るホウ素濃度判定装置であって、さらに、基準流量比に対して余裕分を加味して基準ホウ素濃度が維持される正常領域が設定され、制御装置７１は、実流量比が正常領域にないときに異常と判定する。これにより、各種機器の故障などを余裕分として考慮して異常を判定することで、異常判定のハンチングなどを抑制することができる。

【0071】

第８の態様に係るホウ素濃度判定装置は、第７に係るホウ素濃度判定装置であって、さらに、正常領域は、加圧水型原子炉１１の臨界条件に応じて変更可能である。これにより、加圧水型原子炉１１の形態などに応じた異常判定を高精度に行うことができる。

【0072】

第９の態様に係るホウ素濃度判定装置は、第１の態様から第８の態様のいずれか一つに係るホウ素濃度判定装置であって、さらに、一次系冷却水補給ライン３１は、隔離弁４３が設けられ、制御装置７１は、異常と判定したときに隔離弁４３を閉止する側に作動させる。これにより、一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下を抑制することで、加圧水型原子炉１１の安全性を確保することができる。

【0073】

第１０の態様に係るホウ素濃度判定装置は第１の態様から第９の態様のいずれか一つに係るホウ素濃度判定装置であって、さらに、制御装置７１は、加圧水型原子炉１１の起動前および停止後に、一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する。これにより、ホウ素濃度の変動による異常の判定を適切に行うことができる。

【0074】

第１１の態様に係るホウ素濃度判定方法は、純水を供給する一次系冷却水補給ライン（純水供給ライン）３１とホウ酸水を供給するホウ酸水供給ライン３２と純水とホウ酸水とが混合されたホウ酸混合水を一次系冷却水（原子炉冷却水）に対して供給するホウ酸混合水供給ライン３３のうちの少なくとも２つのラインの第１流量および第２流量を計測する工程と、第１流量と第２流量との実流量比に基づいて一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する工程とを有する。これにより、既存の設備を用いてホウ素濃度の変動による異常を容易に検出することができ、装置の複雑化や高コスト化を抑制することができる。

【0075】

第１２の態様に係るプログラムは、純水を供給する一次系冷却水補給ライン（純水供給ライン）３１とホウ酸水を供給するホウ酸水供給ライン３２と純水とホウ酸水とが混合されたホウ酸混合水を一次系冷却水（原子炉冷却水）に対して供給するホウ酸混合水供給ライン３３のうちの少なくとも２つのラインの第１流量および第２流量を計測する工程と、第１流量と第２流量との実流量比に基づいて一次系冷却水におけるホウ素濃度の低下による異常を判定する工程とをコンピュータに実行させる。これにより、既存の設備を用いてホウ素濃度の変動による異常を容易に検出することができ、装置の複雑化や高コスト化を抑制することができる。

【0076】

なお、上述した実施形態では、純水の流量とホウ酸水の流量とホウ酸混合水の流量の少なくとも２つの流量の実流量比と、基準ホウ素濃度に基づいて設定された基準流量比とを比較してホウ素濃度の低下による異常を判定したが、この構成に限定されるものではない。例えば、純水の流量とホウ酸水の流量とホウ酸混合水の流量の少なくとも２つの流量の実流量比に基づいて一次系冷却水におけるホウ素濃度を推定し、推定ホウ素濃度と基準ホウ素濃度とを比較してホウ素濃度の低下による異常を判定してもよい。

【符号の説明】

【0077】

１１ 加圧水型原子炉
１２ 高温側送給配管
１３ 低温側送給配管
１４ 蒸気発生器
１５ 一次系冷却水ポンプ
２１ 化学体積制御系
２２ 一次系冷却水循環ライン
２３ 体積制御タンク
２４ 充填ポンプ
３１ 一次系冷却水補給ライン（純水供給ライン）
３２ ホウ酸水供給ライン
３３ ホウ酸混合水供給ライン
３４ 混合器
４１ 流量調整弁
４２ 純水流量計
４３ 隔離弁
４４ 補給水ポンプ
４５ 一次系純水タンク
５１ 流量調整弁
５２ ホウ酸水流量計
５３ ホウ酸水ポンプ
５４ ホウ酸水タンク
６１ 流量調整弁
６２ ホウ酸混合水流量計
７１ 制御装置（判定部）
７２ 操作部
７３ 記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】