JPH0277691A - 原子炉保護装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、原子力発電プラントの原子炉異常発生時に制
御棒を緊急挿入して原子炉出力を抑制する原子炉保護装
置に関する。

（従来の技術） 原子力発電プラントにおける原子炉保護装置は。

原子炉の運転を停止せざるをえない異常発生時に制御棒
を緊急挿入して原子炉の反応度を抑制する装置である。

このため、原子炉保護装置の作動は各種センサからの異
常信号を検知して確実に作動することが要求される。一
方、原子炉保護装置の誤動作によって発電が停止してし
まうことは原子炉の運転上好ましくない、従って、セン
サから制御棒を挿入するための機器類は冗長化が考慮さ
れ、高い信頼性を有する様に設計されている。

第３図は従来の原子炉保護装置の構成図で、原子炉圧力
容器１の内部は炉心２があり軽水３で満たされている。

炉心２は主に図示しない燃料棒と制御棒４Ａ乃至４Ｎよ
り構成されている６通常１Ｇ０万ｋＷ級の原子炉では、
制御棒が約２００本設けられており、各々の制御棒は原
子炉圧力容器１を貫通して、水圧式の制御棒駆動機構５
Ａ乃至５Ｎにより制御棒４Ａ乃至４Ｎが駆動される。

前記約２００台の制御棒駆動機構５Ａ乃至５Ｎのうち１
台を例にその動作を説明する。沸騰水型の原子炉の場合
では、制御棒駆動機構５Ａは水圧を利用した一種のピス
トン構造であり、ピストン上側に引抜配管６Ａ、下側に
挿入配管７Ａが接続されている。

前者の配管は方向制御ユニット８Ａとスクラム出口弁９
Ａを介した駆動水排出容器２０との二方へ、後者の配管
は方向制御ユニット８Ａとスクラム入口弁１０Ａを介し
て制御棒駆動水充填装置１９Ａへ接続されている。制御
棒駆動機構５Ａは引抜配管６Ａより駆動水が流入すると
制御棒４Ａを炉心２から引抜き、原子炉出力を上昇させ
る。逆に挿入配管７Ａより駆動水が流入すると制御棒４
Ａを炉心２に挿入し、原子炉出力を低下させる。スクラ
ム入口弁１０Ａとスクラム出口弁９Ａは空気圧により弁
の開閉が制御されており、空気圧はスクラム弁空気配管
１１Ａに設置されたスクラムパイロット弁１２Ａ及びそ
の上流側に設置されたバックアップスクラムパイロット
弁Ａ　、　１３Ａ、同じくバックアップスクラムパイロ
ット弁Ｂ、１３Ｂにより制御される。

スクラムパイロット弁１２Ａは電磁弁ソレノイドＡ　、
　１５Ａと電磁弁ソレノイドＢ、１６Ａの２つにより開
方向が制御される三方弁であり２両電磁弁ソレノイド１
５Ａ、１６Ａが無励磁状態であれば弁は排気状態に、い
ずれか一方が励磁状態または両方が励磁状態であれば弁
は通気状態となる。また、バックアップスクラムパイロ
ット弁Ａ、１３Ｂ及びバックアップスクラムパイロット
弁Ｂ、１３Ｂは夫々電磁弁ソレノイドＣ，１７Ａ、電磁
弁ソレノイドＤ、１７Ｂにより開方向が制御される三方
弁であり、電磁弁ソレノイドが無励磁状態で弁は通気状
態に、励磁状態で弁は排気状態となる。このようにスク
ラムパイロット弁１２Ａとバックアップスクラムパイロ
ット弁１３Ａ。

１３Ｂで電磁弁ソレノイドの励磁、無励磁に対する動作
を逆に設定しているのは電源喪失時の冗長性を考慮して
いるためである。

二二でスクラムパイロット弁１２Ａ及びバックアップス
クラムパイロット弁１３Ａ、１３Ｂについて、その動作
を説明する。原子炉の出力運転中は電磁弁ソレノイドＡ
、１５Ａ、電磁弁ソレノイドＢ、１６Ａは励磁状態で、
電磁弁ソレノイドＣ，１７Ａ、電磁弁ソレノイドＤ、１
７Ｂは無励磁状態であり、それゆえスクラムパイロット
弁１２Ａとバックアップスクラムパイロット弁Ａ、１３
Ａ、及びバックアップスクラムパイロット弁Ｂ、１３Ｂ
は共に、通気状態にあり空気供給源１４より空気圧が加
わるのでスクラム入口弁１０Ａ　、スクラム出口弁９Ａ
は閉状態である。電磁弁ソレノイドＡ、１５Ａ、電磁弁
ソレノイドＢ、１６Ａは夫々第４図に示す論理回路Ａ　
、　１８Ａ　ｉ論理回路Ｂ、１８Ｂの出力信号で励磁さ
れており、原子炉に異常が生じると論理回路Ａ、１８Ａ
と論理回路Ｂ、１８Ｂの出力信号がなくなり、スクラム
パイロット弁１２Ａの開方向が切換わる。これによりス
クラム弁空気配管１１Ａの空気は排気９２３Ａを経て排
気され、それまで閉じていたスクラム入口弁１０Ａとス
クラム出口弁９Ａが開く、この２つのスクラム弁が開く
と、制御棒駆動水充填装置１９Ａから高圧の駆動水が挿
入配管７Ａを通り、制御棒駆動機構５Ａへ流れ込む、こ
の時、引抜配管６Ａと開いているスクラム出口弁９Ａを
通り、制御棒駆動機構５Ａ上部の駆動水が駆動水排出容
器２０へ排出される。この結果制御棒４Ａは炉心２に急
速挿入されるので原子炉の出力は低下する。

また前記スクラムパイロット弁１２Ａと同様に制御棒４
Ａを急速挿入するための機器としてバックアップスクラ
ムパイロット弁Ａ、１３Ａとバックアップスクラムパイ
ロット弁Ｂ、１３Ｂは、スクラムパイロット弁１２Ａ乃
至１２Ｎのスクラム弁空気配管１１Ａ乃至１１Ｎが一つ
に合流した空気配管の上流に２台を直列に接続し、前記
スクラムパイロット弁１２Ａと同様に原子炉が出力運転
中の場合、空気供給源１４より圧力空気を通す方向に弁
が開いており、各々の電磁弁ソレノイドＣ，１７Ａと電
磁弁ソレノイドＤ。

１７Ｂは無励磁である。このため、原子炉保護装置から
の出力信号がある時、いずれかのバックアップスクラム
パイロット弁が励磁されれば制御棒４Ａ乃至４Ｎを全て
炉心２へ緊急挿入できる配管構成としており、ｎ個ある
スクラムパイロット弁が１個でも動作しなかった場合を
考慮した後備装置である。なおバックアップスクラムパ
イロット弁Ａ。

１３Ａとバックアップスクラムパイロット弁Ｂ、１３Ｂ
の電磁弁ソレノイドＣ、１７Ａと電磁弁ソレノイドＤ。

１７Ｂは、前記論理回路Ａ、１８Ａと論理回路Ｂ、１８
Ｂが同時に成立した場合、即ち論理回路Ａ　＆　Ｂ　２
１が成立してバックアップスクラムパイロット弁１３Ａ
、１３Ｂの開方向が切換ねることにより、スクラム弁空
気配管１１Ａ乃至１１Ｎの空気を排気管２３’Ａ、　２
３’Ｂより排気し、前記スクラムパイロット弁１２Ａの
説明と同様に制御棒４Ａ乃至４Ｎを炉心２に急速挿入さ
せるものである。

第４図は論理回路の回路構成図で、論理回路Ａ。

１８Ａは、トリップ論理Ａ１チャンネル２４とトリップ
論理Ａ２チャンネル２５のＡＮＤ回路により構成され、
このＡＮＤ回路が成立するとスクラムパイロット弁１２
Ａの電磁弁ソレノイドＡ、１５Ａが励磁される。論理回
路Ｂ、１８Ｂは、トリップ論理８１チヤンネル２６とト
リップ論理８２チヤンネル２７のＡＮＤ回路により構成
され、やはりこのＡＮＤ回路が成立するとスクラムパイ
ロット弁１２Ａの電磁弁ソレノイドＢ、１６Ｇを励磁す
る。

なお上記トリップ論理の各チャンネルは、原子炉圧力、
原子炉水位、炉心中性子束等のパラメータが入力されて
おり１Ｍ子炉の異常を検出する回路である。これらのパ
ラメータが健全であれば論理回路Ａ、１８Ａと論理回路
Ｂ、１８Ｂが成立しており、電磁弁ソレノイドＡ、１５
Ａと電磁弁ソレノイドＢ。

１６Ａに各々出力信号を発している。

また、バックアップスクラムパイロット弁１３Ａ。

１３Ｂへは、論理回路Ａ　、　１８Ａと論理回路Ｂ、１
８Ｂの各々ＮＯＴ信号のＡＮＤ回路とし、論理回路Ａ＆
Ｂ２１はスクラムパイロット弁１２Ａの電磁弁ソレノイ
ド１５Ａ、１６Ａとは逆に出力信号を発していない。

即ち原子炉の出力運転中はバックアップスクラムパイロ
ット弁Ａ、１３Ａとバックアップスクラムパイロット弁
Ｂ、１３Ｂの電磁弁ソレノイドＣ、１７Ａと電磁弁ソレ
ノイドＤ、１７Ｂは無励磁状態である。これは原子炉の
出力運転中に原子炉に異常がなければ電磁弁ソレノイド
Ａ、１５Ａ、電磁弁ソレノイドＢ。

１６Ａは励磁状態、電磁弁ソレノイドＣ，１７Ａ、電磁
弁ソレノイドＤ、１７Ｂは無励磁状態となっており、若
しも原子炉に異常があるときは、各電磁弁ソレノイドは
上記と逆の状態となる。

なお、第４図では自動的に作動する論理回路のみを示し
ており、手動操作による論理回路は省略している。

（発明が解決しようとする課題） 従来の原子炉保護装置においても、スクラムパイロット
弁１２Ａやバックアップスクラムパイロット弁１３Ａ、
１３Ｂが不具合の時、あるいはそれらが健全であっても
、これを作動させるための論理回路、または論理回路の
電源故障等が重なった場合に。

制御棒４Ａ乃至４Ｎを緊急挿入することができないこと
がある。この様な状態は確率的には非常に低いものであ
るが原子力発電プラントの性質上運転異常を極力回避す
る必要があるため、さらに事故発生率の低減対策が望ま
れていた。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、原子力発電プラントにおける運転異常を低減
させて安全性を高めると同時に不用意な原子炉の停止を
行なわず、運転の信頼性を向上した原子炉保護装置を提
供することにある。

〔発明の構成〕

（ｍ１題を解決するための手段） 従来の原子炉保護装置に電源等を含めて独立した２台の
三方弁及び逆止弁と論理回路を備えた保護装置を設ける
。

（作用） 若し従来の原子炉保護装置が不具合により作動しなくて
も、これと独立して設けた本発明の保護装置は原子炉の
異常信号を入力して三方弁を操作し、スクラムパイロッ
ト弁への圧力空気を抜いて。

制御棒の緊急挿入を行なうので炉心の反応度を抑制して
、原子炉の出力を安全に低下させる。

（実施例） 本発明の一実施例について図面を参照して説明する。な
お上記した従来技術と同じ構成部分には同一符号を付し
て、詳細な説明は省略する。

第１図は原子炉保護装置の構成図で通常運転時の弁状態
を示している。この第１図中の保護装置３０は前記した
第３図の従来の原子炉保護装置のバックアップスクラム
パイロット弁Ａ、１３Ａと逆止弁２２の下流側に挿入し
たもので２台の三方弁であるＡＲＩ弁Ａ、３１ＡとＡＲ
Ｉ弁Ｂ　、３１Ｂを直列に接続し、この直列接続したＡ
ＲＩ弁３１Ａ、３１Ｂに並列に逆止弁２２′　　をまた
ＡＲＩ弁Ａ、３１Ａのみに並列に逆止弁２２１を設け、
ＡＲＩ弁Ａ　、３１ＡとＡＲＩ弁Ｂ　、３１Ｂを駆動す
る電磁弁ソレノイドＥ、３２Ａと電磁弁ソレノイドＦ、
３２Ｂは論理回路３３と電気的に接続している。

またＡＲＩ弁Ａ、３１ＡとＡＲＩ弁Ｂ　、３１Ｂには夫
々排気管３４Ａと３４Ｂが接続されて構成されており、
ＡＲＩ弁３１Ａ、３１Ｂは前記したバックアップスクラ
ムパイロット弁１３Ａ、１３Ｂと同一構造の三方弁であ
る。

圧力空気は空気供給源１４より、バックアップスクラム
パイロット弁Ｂ、１３Ｂ、同じくバックアップスクラム
パイロット弁Ａ　、　１３Ａ及びＡＲＩ弁Ｂ、３１Ｂ、
ＡＲＩ弁Ａ、３１Ａを順次経由した後に制御棒駆動機構
５Ａ等のスクラムパイロット弁１２Ａを経て、スクラム
入口弁１０Ａとスクラム出口弁９Ａに至る空気配管１１
Ａ等を形成している。また、バックアップスクラムパイ
ロット弁Ａ、１３ＡとＡＲＩ弁Ｂ、３１Ｂ及びＡＲＩ弁
Ａ、３１Ａを逆止弁２２を介してバイパスして。

バックアップスクラムパイロット弁Ｂ、１３Ｂの排気管
２３′Ｂより排気するための空気配管を設けている。

また同様に逆止弁２２′　を介してＡＲＩ弁Ｂ　、３１
ＢとＡＲＩ弁Ａ、３１Ａをバイパスし、逆止弁２２′を
介してＡＲＩ弁Ａ、３１Ａをバイパスできる空気配管も
備えている。

第２図は論理回路の回路構成図で、論理回路３３内は論
理回路Ａ、３５Ａと論理回路Ｂ、３５Ｂで構成されてい
て、この内輪環回路Ａ、３５Ａは原子炉圧力高Ａ信号３
６Ａ、同じくＣ信号３６Ｃ，Ｍ子炉水位低Ａ信号３７Ａ
、同じくＣ信号３７ＣのＯＲ回路により構成され、また
論理回路Ｂ、３５Ｂは原子炉圧力高Ｂ信号３６Ｂ、同じ
くＤ信号３６Ｄ、原子炉水位Ｂ信号３７Ｂ、同じくＤ信
号３６ＤのＯＲ回路により構成されている。

ここで、″原子炉圧力高”は原子炉圧力容器１の健全性
維持のためのパラメータとして、また“原子炉水位低”
は燃料被覆管破損防止のためのパラメータとして採用し
ている。この論理回路３３の各信号は従来の原子炉保護
装置の論理回路、検出計器及び論理電源等と別個な回路
として独立させ。

従来装置の多重故障に対しても影響なく作動するよう構
成している。

次に上記構成による作用について説明する。先ず原子炉
が正常の出力運転中で当然異常が存在しない時には電磁
弁ソレノイドＥ、３２Ａと電磁弁ソレノイドＦ、３２Ｂ
は前記論理回路Ａ、１８Ａ及び論理回路Ｂ、１８Ｂと別
に設けられた論理回路３３からの出力信号が存在しない
ので、無励磁状態となる。この時、ＡＲＩ弁Ａ、３１Ａ
とＡＲＩ弁Ｂ　、３１Ｂは通気状態となり、バックアッ
プスクラムパイロット弁Ｂ、１３Ｂ及びバックアップス
クラムパイロット弁Ａ、１３Ａを経由した圧力空気はス
クラム入口弁１０Ａとスクラム出口弁９Ａに至り両弁を
閉状態に維持する。この結果、制御棒４Ａは引抜き方向
に静止したままとなっている。

次に万一、原子炉に異常が発生するとその異常信号とし
て“原子炉圧力高”、′″原子炉水位低”の信号が論理
回路３３に入力され、論理回路Ａ、３５Ａと論理回路Ｂ
、３５Ｂが同時に成立するとＡ＆Ｂが成立し、論理回路
３３よりの出力信号により、電磁弁ソレノイドＥ、３２
Ａと電磁弁ソレノイドＦ、３２Ｂが励磁状態となる。こ
れによりＡＲＥ弁Ａ、３１Ａ、　ＡＲＩ４Ｂ、３１Ｂが
作動し、スクラム弁空気配Ｉｅ１１Ａ　乃至１１Ｎ内の
圧力空気が排気管３４Ａ、３４Ｂより排出される。この
結果、各々の制御棒駆動機構５Ａ乃至５Ｎのスクラム人
口弁！ＯＡとスクラム出口弁９Ａが開状態となり、制御
棒駆動水充填袋＠１９Ａより高圧の駆動水が挿入配管７
Ａを通じて制御棒駆動機構５Ａ乃至５Ｎに流入し、制御
棒４Ａ乃至４Ｎは全て炉心２に急速挿入される。勿論、
上記した従来の原子炉保護装置の論理回路Ａ＆Ｂ、２１
に入力された異常信号によりバックアップスクラムパイ
ロット弁１３Ａ。

１３Ｂ等が正常に作動した場合には前記保護装置３゜が
作動しなくとも原子炉の保護は十分行なえることは説明
するまでもなく明らかである。

なおＡＲＩ弁Ａ、３１Ａ、ＡＲＩ弁Ｂ　、３１Ｂが動作
せずに従来の保護装置であるバックアップスクラムパイ
ロット弁１３Ａ、１３Ｂが動作し、弁の開方向が排出側
に切替わった場合、圧力空気は通気状態のＡＲＩ弁Ａ、
３１Ａ、　ＡＲＩ弁Ｂ　、３１Ｂを通常状態とは逆にス
クラムパイロット弁１２Ａ側からバックアップパイロッ
ト弁１３Ａ、１３Ｂ側へ流れることになる。しかしなが
らＡＲＩ弁３１Ａ、３１Ｂに用いた三方弁は、上記の場
合にはその構造上から電磁弁ソレノイドの状態にかかわ
らず閉じてしまうものもあり、この際圧力空気の排出を
妨げることが考木られるが。

逆止弁２２’　、　２２’を介したバイパスラインはこ
のような場合にも支障なくスクラム弁空気配管１１Ａ乃
至１１Ｎ内の圧力空気を排出できる。また従来の原子炉
保護装置に設けられている逆止弁２２を介したバイパス
ラインもバックアップスクラムパイロット弁Ｂ、１３Ｂ
のみの動作時を考慮して設けられている。

以上のように従来の原子炉保護装置では、多重故障によ
り装置が作動しない事象は確率的に極めて低いものでは
あるが、万が一発生した場合にも運転員の判断、操作に
対応させずに本−実施例では制御棒挿入不具合を検出す
るパラメータとして原子炉圧力及び原子炉水位を採用し
、しかも独立して設けた装置により自動的に制御棒を挿
入して原子炉の健全性を維持できる構成としている。こ
のため上記のような不具合の確率を低減させられること
ができる。また、一実施例に示したようなＡＲＩ弁の接
続方式及び逆止弁を介したバイパスラインは共に、従来
の原子炉保護装置を大幅に変更することなく、従来設備
に追加して容易に対応が可能である。さらに誤動作につ
いても論理回路を冗長化することで対応している。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば、原子炉異常時に従来の保護装置が
作動しないことを考慮しており、従来技術によってもリ
スクは低いものであるが、原子力発電プラントの性質か
らその安全性はより高いものが望まれる。これは例えば
数値上、本発明により、そのリスクは１Ｏ−１程度低減
されこの構成から考えても、その効果は極めて高く、ま
た誤動作についても勿論回路を冗長化して対応しており
、原子力発電プラントの稼働率向上と安全性をより高め
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は第１図の
保護装置の論理回路の回路構成図、第３図は従来の原子
炉保護装置の構成図、第４図は第３図の論理回路の回路
構成図である。 ４Ａ〜４Ｎ・・・制御棒、　　５Ａ〜５Ｎ・・・制御棒
駆動機構。 ６Ａ・・・引抜配管、　　　　７Ａ・・・挿入配管、８
Ａ・・・方向制御ユニット、　９Ａ・・・スクラム出口
弁、１０Ａ・・・スクラム入口弁。 １１Ａ〜ＩＩＮ・・・スクラム弁空気配管。 １２Ａ・・・スクラムパイロット弁、 １３Ａ・・・バックアップスクラムパイロット弁Ａ。 １３Ｂ・・・バックアップスクラムパイロット弁Ｂ、１
４・・・空気供給源、　１５Ａ・・・電磁弁ソレノイド
Ａ、１６Ａ・・・電磁弁ソレノイドＢ。 １７Ａ・・・電磁弁ソレノイドＣ１ １７Ｂ・・・電磁弁ソレノイドＤ。 ２２．２２’　、２２’・・・逆止弁、２３、２３’Ａ
、　２３’Ｂ、　３４Ａ、　３４Ｂ・・・排気管、３０
・・・保護装置、　　３１Ａ・・・ＡＲＩ弁Ａ、３１Ｂ
・・・ＡＲＩ弁Ｂ、　３２Ａ・・・電磁弁ソレノイドＥ
。 ３２Ｂ・・・電磁弁ソレノイドＦ、　　３３・・・論理
回路、３５Ａ・・・論理回路Ａ、　　３５Ｂ・・・論理
回路Ｂ０代理人　弁理士　大　胡　典　夫 第　　３　　図 第　　４　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原子力発電プラント等の原子炉の制御棒を緊急挿入する
   ために制御棒駆動機構に供給する駆動水を制御するスク
   ラム弁に対して圧力空気を供給する空気配管と圧力空気
   を制御するスクラムパイロット弁を備えこれにバックア
   ップスクラムパイロット弁と逆止弁を並列にしたものを
   直列に接続した原子炉保護装置において、前記逆止弁と
   バックアップスクラムパイロット弁の下流側で逆止弁と
   バックアップスクラムパイロット弁の間に、２台の三方
   弁を直列に配し、この２台及びその内１台に対して並列
   に逆止弁を設けると共に、夫々の３方弁を駆動する電磁
   弁ソレノイドに対して原子炉異常信号を入力した時に前
   記電磁弁ソレノイドを作動させる論理回路からなる電源
   等を独立した保護装置を設けたことを特徴とする原子炉
   保護装置。