原子炉停止装置
【課題】原子力施設の異常発生時において、多様な手段により、原子炉を停止させることができる原子炉停止装置を提供する。
【解決手段】原子炉と、燃料集合体に対し制御棒１６を抜差し方向へ駆動可能な制御棒駆動装置１７と、制御棒駆動装置１７へ電力を供給可能な電源３１と、制御棒駆動装置１７と電源３１との間に設けられた電力変換装置３２と、を備えた原子力施設の異常発生時に、原子炉の核反応を停止させる原子炉停止装置４７において、制御棒駆動装置１７は、電力供給が遮断されると、制御棒１６を燃料集合体に差し込んで原子炉の核反応を停止させ、電力変換装置３２と制御棒駆動装置１７との間に設けられた原子炉トリップ遮断器４５と、原子炉トリップ遮断器４５を制御して、制御棒駆動装置１７への電力供給を遮断する安全保護系設備４３と、電力変換装置３２を制御して、制御棒駆動装置１７への電力供給を遮断するＣＣＦ設備４４と、を備えた。
【解決手段】原子炉と、燃料集合体に対し制御棒１６を抜差し方向へ駆動可能な制御棒駆動装置１７と、制御棒駆動装置１７へ電力を供給可能な電源３１と、制御棒駆動装置１７と電源３１との間に設けられた電力変換装置３２と、を備えた原子力施設の異常発生時に、原子炉の核反応を停止させる原子炉停止装置４７において、制御棒駆動装置１７は、電力供給が遮断されると、制御棒１６を燃料集合体に差し込んで原子炉の核反応を停止させ、電力変換装置３２と制御棒駆動装置１７との間に設けられた原子炉トリップ遮断器４５と、原子炉トリップ遮断器４５を制御して、制御棒駆動装置１７への電力供給を遮断する安全保護系設備４３と、電力変換装置３２を制御して、制御棒駆動装置１７への電力供給を遮断するＣＣＦ設備４４と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉を有する原子力施設の異常発生時に、原子炉を停止させる原子炉停止装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような原子炉停止装置として、例えば、特許文献１に示す中央制御室外原子炉停止装置が知られている。この中央制御室外原子炉停止装置は、原子炉を安全に停止するための補機を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１２５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、原子炉を安全に停止する補機として、原子炉を停止する原子炉トリップ遮断器が用いられる。原子炉トリップ遮断器は、原子炉の炉心に挿入される制御棒を駆動する制御棒駆動装置へ供給される電力を遮断可能に構成されている。制御棒駆動装置は、電力の供給が遮断されると、制御棒を炉心に挿入することで、原子炉を停止させる。よって、異常発生時において、原子炉停止装置は、原子炉トリップ遮断器により、制御棒駆動装置へ供給される電力を遮断することで、原子炉を停止させている。
【０００５】
このとき、原子炉トリップ遮断器は、原子炉を安全に停止させるための安全保護系設備によって制御されている。安全保護系設備がデジタル設備で構成される場合、安全保護系設備に共通要因故障（Common Cause Failure）等の不具合が発生すると、異常発生時において、安全保護系設備は、原子炉トリップ遮断器を作動させることが困難な場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、原子力施設の異常発生時において、多様な手段により、原子炉を停止させることができる原子炉停止装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の原子炉停止装置は、燃料集合体に抜差しされる制御棒を内部に格納可能な原子炉と、制御棒を抜差し方向へ駆動可能な制御棒駆動装置と、制御棒駆動装置へ向けて電力を供給可能な電源と、制御棒駆動装置と電源との間に設けられ、電源から供給された電力を変換して制御棒駆動装置へ向けて供給可能な電力変換装置と、を備えた原子力施設の異常発生時に、原子炉の核反応を停止させる原子炉停止装置において、制御棒駆動装置は、電力供給が遮断されると、制御棒を燃料集合体に差し込んで、原子炉の核反応を停止させており、電力変換装置と制御棒駆動装置との間に介設され、電力変換装置から制御棒駆動装置へ供給される電力を遮断可能な遮断器と、原子力施設の異常発生時に、遮断器を制御して、制御棒駆動装置への電力供給を遮断する主停止制御装置と、原子力施設の異常発生時に、電力変換装置を制御して、制御棒駆動装置への電力供給を遮断する補助停止制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、共通要因故障等の不具合により主停止制御装置に不具合が発生し、且つ、原子力施設に異常が発生した場合、主停止制御装置は、遮断器を制御して、制御棒駆動装置への電力供給を遮断することが困難な場合がある。この場合、主停止制御装置に代わって、補助停止制御装置が、電力変換装置を制御して、制御棒駆動装置への電力供給を遮断することができる。これにより、主停止制御装置の不具合により、遮断器による電力の遮断が困難な場合も、遮断器とは異なる電力変換装置により、電力の遮断を行うことができるため、多様な手段により、原子炉を好適に停止することができる。
【０００９】
この場合、電力変換装置は、電源から供給された電力を蓄電する蓄電手段を有しており、蓄電手段は、電力供給の遮断後、少なくとも遮断器および主停止制御装置へ向けて電力を供給することが、好ましい。
【００１０】
この構成によれば、電力変換装置において電力遮断が行われた後でも、電力変換装置の蓄電手段は、遮断器を介して制御棒駆動装置へ向けて電力を供給することができる。
【００１１】
この場合、主停止制御装置に接続され、原子力施設の運転状態を検出する検出センサをさらに備え、主停止制御装置は、検出センサから発せられた検出信号を受信すると共に、受信した検出信号を補助停止制御装置へ向けて送信することが、好ましい。
【００１２】
この構成によれば、主停止制御装置へ入力される検出信号と、補助停止制御装置へ入力される検出信号とを同じものとすることができる。このため、主停止制御装置および補助停止制御装置は、同じ検出信号に基づいて、原子炉を停止するか否かを判断することができるため、原子炉停止の判断を二重に行うことができ、これにより、原子炉停止の判断を精度良く行うことが可能となる。
【００１３】
この場合、主停止制御装置は、受信した検出信号に基づいて、原子炉の核反応を停止させると判断した場合、第１原子炉停止信号を遮断器へ向けて発信し、補助停止制御装置は、受信した検出信号に基づいて、原子炉の核反応を停止させると判断した場合、第２原子炉停止信号を電力変換装置へ向けて発信し、遮断器は、第１原子炉停止信号を受信すると、制御棒駆動装置への電力供給を遮断すると共に、補助停止制御装置へ向けてブロック信号を発信し、補助停止制御装置は、受信したブロック信号に基づいて、電力変換装置へ向けて発信される第２原子炉停止信号をブロックするブロック回路を有していることが、好ましい。
【００１４】
この構成によれば、主停止制御装置により遮断器を介して電力遮断を行った場合、補助停止制御装置は、ブロック信号を受信するため、電力変換装置を介して電力遮断を行わない。これにより、主停止制御装置が正常に作動する場合、補助停止制御装置は、電力変換装置を制御して、制御棒駆動装置への電力供給を遮断することがない。
【００１５】
この場合、補助停止制御装置は、主停止制御装置が検出信号を受信してから、遮断器が補助停止制御装置へ向けてブロック信号を発信するまでの遅延時間分、電力変換装置へ向けて第２原子炉停止信号を発信する時間を遅らせるディレイ回路を有していることが、好ましい。
【００１６】
この構成によれば、ディレイ回路は、遮断器が補助停止制御装置へ向けてブロック信号を発信する遅延時間分、補助停止制御装置から電力変換装置へ向けて第２原子炉停止信号が発信されることはない。このため、主停止制御装置は、原子炉を停止すると判断した場合、補助停止制御装置から発信される第２原子炉停止信号をブロックして、第１原子炉停止信号を伝達することができる。また、主停止制御装置に発生した不具合により、主停止制御装置が、原子炉を停止しないと判断する一方で、補助停止制御装置が、原子炉を停止すると判断した場合、補助停止制御装置は、第２原子炉停止信号を電力変換装置へ伝達することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の原子炉停止装置によれば、主停止制御装置に不具合が発生しても、主停止制御装置と異なる補助停止制御装置により、原子炉を停止することができるため、多様な手段により、原子炉を好適に停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施例に係る原子炉停止装置を備えた原子力施設を模式的に表した概略構成図である。
【図２】図２は、本実施例に係る原子炉停止装置周りの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る原子炉停止装置について説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００２０】
図１は、本実施例に係る原子炉停止装置を備えた原子力施設を模式的に表した概略構成図である。本発明に係る原子炉停止装置４７（図２参照）は、原子炉５を停止させるものであり、原子炉５としては、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）が用いられている。この加圧水型の原子炉５を用いた原子力施設１は、原子炉５を含む一次冷却系３と、一次冷却系３と熱交換する二次冷却系４とで構成されており、一次冷却系３には、一次冷却材が流通し、二次冷却系４には、二次冷却材が流通している。
【００２１】
一次冷却系３は、原子炉５と、コールドレグ６ａおよびホットレグ６ｂから成る冷却材配管６ａ，６ｂを介して原子炉５に接続された蒸気発生器７とを有している。また、ホットレグ６ｂには、加圧器８が介設され、コールドレグ６ａには、冷却材ポンプ９が介設されている。そして、原子炉５、冷却材配管６ａ，６ｂ、蒸気発生器７、加圧器８および冷却材ポンプ９は、原子炉格納容器１０に収容されている。
【００２２】
原子炉５は、上記したように加圧水型原子炉であり、その内部は一次冷却材で満たされている。そして、原子炉５内には、多数の燃料集合体１５が収容されると共に、燃料集合体１５の核分裂を制御する多数の制御棒１６が各燃料集合体１５に抜差し可能に設けられている。そして、この制御棒１６は、燃料集合体１５に対し、制御棒駆動装置１７により抜差し方向に駆動される。制御棒駆動装置１７により制御棒１６が燃料集合体１５へ差し込まれると、燃料集合体１５における核反応は低下して停止する。一方で、制御棒駆動装置１７により制御棒１６が引き抜かれると、燃料集合体１５における核反応は増大して臨界状態となる。また、この制御棒駆動装置１７は、電力の供給が遮断され、電力喪失状態となると、制御棒１６を燃料集合体１５に差し込むように構成されている。
【００２３】
制御棒１６により核分裂反応を制御しながら燃料集合体１５を核分裂させると、この核分裂により熱エネルギーが発生する。発生した熱エネルギーは一次冷却材を加熱し、加熱された一次冷却材は、ホットレグ６ｂを介して蒸気発生器７へ送られる。一方、コールドレグ６ａを介して蒸気発生器７から送られてきた一次冷却材は、原子炉５内に流入して、原子炉５内を冷却する。
【００２４】
ホットレグ６ｂに介設された加圧器８は、高温となった一次冷却材を加圧することにより、一次冷却材の沸騰を抑制している。また、蒸気発生器７は、高温高圧となった一次冷却材を、二次冷却材と熱交換させることにより、二次冷却材を蒸発させて蒸気を発生させ、且つ、高温高圧となった一次冷却材を冷却している。各冷却材ポンプ９は、一次冷却系３において一次冷却材を循環させており、一次冷却材を各蒸気発生器７からコールドレグ６ａを介して原子炉５へ送り込むと共に、一次冷却材を原子炉５からホットレグ６ｂを介して各蒸気発生器７へ送り込んでいる。
【００２５】
ここで、原子力施設１の一次冷却系３における一連の動作について説明する。原子炉５内の核分裂反応により発生した熱エネルギーにより、一次冷却材が加熱されると、加熱された一次冷却材は、各冷却材ポンプ９によりホットレグ６ｂを介して各蒸気発生器７に送られる。ホットレグ６ｂを通過する高温の一次冷却材は、加圧器８により加圧されることで沸騰が抑制され、高温高圧となった状態で、各蒸気発生器７に流入する。各蒸気発生器７に流入した高温高圧の一次冷却材は、二次冷却材と熱交換を行うことにより冷却され、冷却された一次冷却材は、各冷却材ポンプ９によりコールドレグ６ａを介して原子炉５に送られる。そして、冷却された一次冷却材が原子炉５に流入することで、原子炉５が冷却される。つまり、一次冷却材は、原子炉５と蒸気発生器７との間を循環している。なお、一次冷却材は、冷却材および中性子減速材として用いられる軽水である。
【００２６】
二次冷却系４は、蒸気管２１を介して各蒸気発生器７に接続されたタービン２２と、タービン２２に接続された復水器２３と、復水器２３と各蒸気発生器７とを接続する給水管２６に介設された給水ポンプ２４と、を有している。そして、上記のタービン２２には、発電機２５が接続されている。
【００２７】
ここで、原子力施設１の二次冷却系４における一連の動作について説明する。蒸気管２１を介して各蒸気発生器７から蒸気がタービン２２に流入すると、タービン２２は回転を行う。タービン２２が回転すると、タービン２２に接続された発電機２５は、発電を行う。この後、タービン２２から流出した蒸気は復水器２３に流入する。復水器２３は、その内部に冷却管２７が配設されており、冷却管２７の一方には冷却水（例えば、海水）を供給するための取水管２８が接続され、冷却管２７の他方には冷却水を排水するための排水管２９が接続されている。そして、復水器２３は、タービン２２から流入した蒸気を冷却管２７により冷却することで、蒸気を液体に戻している。液体となった二次冷却材は、給水ポンプ２４により給水管２６を介して各蒸気発生器７に送られる。各蒸気発生器７に送られた二次冷却材は、各蒸気発生器７において一次冷却材と熱交換を行うことにより再び蒸気となる。
【００２８】
図２は、本実施例に係る原子炉停止装置周りの構成図である。図２に示すように、原子力施設１は、原子力施設１に電力を供給する電源３１と、電源３１から供給された電力を変換する電力変換装置３２とを備えている。電力変換装置３２は、いわゆるフライホイール付きのＭＧセットであり、制御棒駆動装置１７や後述する原子炉トリップ遮断器４５等の各設備へ向けて電力を供給している。電力変換装置３２は、モータＭと、発電機Ｇと、モータＭと発電機Ｇとの間に配設されたフライホイールＦとを有している。モータＭは、電源３１に接続されており、電源３１から供給される電力により界磁電流が発生することで回転可能となっている。発電機Ｇは、フライホイールＦを介してモータＭに接続されており、モータＭが回転することによって発電する。フライホイールＦは、蓄電手段として機能しており、モータＭによりフライホイールＦを回転させることで、蓄電可能となっている。また、電力変換装置３２は、電源３１から供給される電力を遮断する遮断回路３３を有しており、後述するＣＣＦ設備４４に接続されている。
【００２９】
従って、電源３１から電力が供給されると、供給された電力は、電力変換装置３２に供給される。電力変換装置３２は、供給された電力の一部を使用してフライホイールＦを回転させることにより蓄電を行う一方で、供給された残りの電力を使用してモータＭを回転させ、これにより、発電機Ｇによる発電を行う。一方で、電力変換装置３２は、遮断回路３３により電源３１から供給される電力を遮断して電力喪失状態となった場合であっても、フライホイールＦが回転しているため、一時的に発電することが可能となる。なお、本実施例の電力変換装置３２では、蓄電手段としてフライホイールＦを適用したが、これに限らず、例えば、蓄電手段としてモータＭと発電機Ｇとの間に配設される流体継手を適用してもよい。
【００３０】
このように構成された原子力施設１には、上記した原子炉５や、上記の各種ポンプや図示しないバルブ等の各機器の作動を制御する制御システム４０が配設されている。制御システム４０は、図示しない中央制御設備と、図示しないプラント制御設備と、安全保護系設備（主停止制御装置）４３と、ＣＣＦ設備（補助停止制御装置）４４とを有している。
【００３１】
図示は省略するが、中央制御設備は、原子力施設１の運転状況を表示する表示装置や、原子力施設１を操作する操作装置等が設けられている。そして、原子力施設１を運転するオペレータは、表示装置を視認して原子力施設１の運転状況を把握し、操作装置を適宜操作することで、原子力施設１を運転する。プラント制御設備は、中央制御設備の操作装置から出力された操作信号に基づいて、原子力施設１の原子炉５や各機器の運転を制御している。
【００３２】
図２に示すように、安全保護系設備４３は、原子力施設１に異常が発生した場合、原子力施設１が安全に停止するように、原子力施設１に設けられた各機器を制御している。ＣＣＦ設備４４は、安全保護系設備４３を補助するバックアップ設備となっており、安全保護系設備４３に不具合等が生じた場合、原子力施設１が安全に停止するように、原子力施設１に設けられた各機器を制御している。
【００３３】
ここで、原子力施設１の制御システム４０は、原子炉５に異常が発生した場合を想定して、原子炉５の核反応を非常停止させる原子炉停止装置４７を有している。原子炉停止装置４７は、上記の安全保護系設備４３と、上記のＣＣＦ設備４４と、電力変換装置３２と制御棒駆動装置１７とを接続する電力供給ラインＬに設けられた原子炉トリップ遮断器４５と、を備えている。
【００３４】
安全保護系設備４３は、ＣＰＵ等の演算装置やＨＤＤ等の記憶装置を搭載した、いわゆるデジタル設備であり、演算装置により記憶装置に記憶された各種プログラムを実行することで、原子力施設１の安全保護系を制御可能な設備となっている。なお、安全保護系とは、原子炉５の核反応を停止させる、原子力施設１を冷却する、原子力施設１からの放射性物質の漏洩を防ぐという機能を有する機能系統である。そして、安全保護系設備４３は、確実に作動可能で、且つ、厳しい環境下においても作動可能なように、動作保証が高いものとなっている。
【００３５】
安全保護系設備４３には、原子力施設１内に配設された各種検出センサ５０が接続されており、各種検出センサ５０から出力された検出信号に基づいて、原子力施設１に異常が発生したか否かを判断している。そして、安全保護系設備４３は、原子力施設１に異常が発生したと判断した場合、原子炉５を停止させるための第１原子炉停止信号Ｔ１を原子炉トリップ遮断器４５へ向けて発信する。
【００３６】
ＣＣＦ設備４４は、安全保護系設備４３に共通要因故障（Common Cause Failure）等の不具合が発生することを想定して設けられている。ＣＣＦ設備４４は、アナログ設備であり、スイッチやリレー等の電気回路部品を用い、各接点を電線でつなぐことにより構成されている。ここで、共通要因故障とは、共通の要因で故障することであり、特に、デジタル設備において用いられる演算装置等のハードウェアが共通の要因により故障したり、あるいはソフトウェアがバグ等の共通の要因により実行されなかったりすることである。
【００３７】
ＣＣＦ設備４４には、各種検出センサ５０から、安全保護系設備４３を介して検出信号が入力されており、この検出信号に基づいて、原子力施設１に異常が発生したか否かを判断している。そして、ＣＣＦ設備４４は、原子力施設１に異常が発生したと判断した場合、原子炉５を停止させるための第２原子炉停止信号Ｔ２を電力変換装置３２へ向けて発信する。
【００３８】
また、ＣＣＦ設備４４には、ディレイ回路５３およびブロック回路５４が設けられている。ブロック回路５４は、入力されるブロック信号Ｂに基づいて、ＣＣＦ設備４４から電力変換装置３２へ向けて発信される第２原子炉停止信号Ｔ２をブロックしている。ディレイ回路５３は、安全保護系設備４３に検出信号が入力されてから、ブロック回路５４へブロック信号Ｂが入力されるまでの遅延時間分、ＣＣＦ設備４４から電力変換装置３２へ向けて発信される第２原子炉停止信号Ｔ２の伝達を遅らせている。
【００３９】
原子炉トリップ遮断器４５は、安全保護系設備４３から発信された第１原子炉停止信号Ｔ１に基づいて、電力変換装置３２から制御棒駆動装置１７へ供給される電力を遮断するものである。また、原子炉トリップ遮断器４５は、安全保護系設備４３から第１原子炉停止信号Ｔ１を受信した場合、ＣＣＦ設備４４から発信される第２原子炉停止信号Ｔ２をブロックするためのブロック信号Ｂを、ＣＣＦ設備４４へ向けて発信する。このため、ＣＣＦ設備４４のブロック回路５４は、原子炉トリップ遮断器４５からブロック信号Ｂが入力されると、ＣＣＦ設備４４からの第２原子炉停止信号Ｔ２の発信をブロックする。
【００４０】
続いて、原子炉停止装置４７により原子炉５を停止する一連の動作について説明する。ここで、安全保護系設備４３に共通要因故障等の不具合が発生した場合と、安全保護系設備４３に不具合が発生していない場合とに分けて説明する。先ず、後者の場合について説明する。原子炉停止装置４７は、各種検出センサ５０から安全保護系設備４３に検出信号が入力されると、安全保護系設備４３は、入力された検出信号をＣＣＦ設備４４へ送信すると共に、入力された検出信号に基づいて、原子炉５を停止するか否かを判断する。
【００４１】
安全保護系設備４３は、原子炉５を停止すると判断した場合、第１原子炉停止信号Ｔ１を原子炉トリップ遮断器４５へ送信する。原子炉トリップ遮断器４５は、第１原子炉停止信号Ｔ１が入力されると、電力変換装置３２から制御棒駆動装置１７へ至る電力供給ラインＬを遮断する。また、原子炉トリップ遮断器４５は、第１原子炉停止信号Ｔ１が入力されると、ＣＣＦ設備４４へ向けてブロック信号Ｂを発信する。
【００４２】
原子炉トリップ遮断器４５により電力供給ラインＬが遮断されると、制御棒駆動装置１７への電力供給が遮断される。すると、制御棒駆動装置１７は、電力喪失状態となるため、制御棒１６が燃料集合体１５へ挿入され、これにより、原子炉５の核反応は停止する。
【００４３】
一方、ＣＣＦ設備４４は、安全保護系設備４３から入力された検出信号に基づいて、原子炉５を停止するか否かを判断する。ＣＣＦ設備４４は、原子炉５を停止すると判断した場合、第２原子炉停止信号Ｔ２を電力変換装置３２の遮断回路３３へ送信しようとするが、このとき、ディレイ回路５３が、遅延時間分、第２原子炉停止信号Ｔ２の発信を遅らせる。この後、ＣＣＦ設備４４に原子炉トリップ遮断器４５からブロック信号Ｂが入力されると、ブロック回路５４が第２原子炉停止信号Ｔ２をブロックするため、第２原子炉停止信号Ｔ２は、電力変換装置３２に発信されない。
【００４４】
これにより、原子炉停止装置４７は、安全保護系設備４３に共通要因故障が発生していない場合、安全保護系設備４３から発信された第１原子炉停止信号Ｔ１に基づいて、原子炉トリップ遮断器４５が、電力供給ラインＬを遮断することで、原子炉５を停止させることができる。一方で、原子炉トリップ遮断器４５からＣＣＦ設備４４へ向けてブロック信号Ｂが発信されるため、電力変換装置３２は、遮断回路３３による電力供給ラインＬの遮断を行わない。
【００４５】
次に、安全保護系設備４３に共通要因故障等の不具合が発生した場合について説明する。原子炉停止装置４７は、各種検出センサ５０から安全保護系設備４３に検出信号が入力されると、安全保護系設備４３は、入力された検出信号をＣＣＦ設備４４へ送信すると共に、入力された検出信号に基づいて、原子炉５を停止するか否かを判断する。
【００４６】
このとき、安全保護系設備４３は、不具合が発生しているため、原子炉５を停止するか否かの判断を好適に行うことが困難となっている。このため、安全保護系設備４３は、原子炉５を停止しなければならない場合であっても、第１原子炉停止信号Ｔ１を原子炉トリップ遮断器４５へ送信しない虞がある。一方で、検出信号が入力されたＣＣＦ設備４４は、入力された検出信号に基づいて、原子炉５を停止するか否かを判断する。
【００４７】
安全保護系設備４３が、第１原子炉停止信号Ｔ１を原子炉トリップ遮断器４５へ送信しない場合、原子炉トリップ遮断器４５には、第１原子炉停止信号Ｔ１が入力されないため、電力変換装置３２から制御棒駆動装置１７へ至る電力供給ラインＬは遮断されない。また、原子炉トリップ遮断器４５は、ＣＣＦ設備４４へ向けてブロック信号Ｂを発信しない。
【００４８】
一方、ＣＣＦ設備４４は、原子炉５を停止すると判断した場合、第２原子炉停止信号Ｔ２を電力変換装置３２の遮断回路３３へ送信しようとするが、このとき、ディレイ回路５３が、遅延時間分、第２原子炉停止信号Ｔ２の発信を遅らせる。この後、ブロック回路５４にブロック信号Ｂが入力されなければ、ＣＣＦ設備４４は、電力変換装置３２へ第２原子炉停止信号Ｔ２を送信する。電力変換装置３２は、第２原子炉停止信号Ｔ２が入力されると、遮断回路３３により電源３１からモータＭへ流れる電力を遮断し、モータＭにおける界磁電流を遮断する。モータＭの界磁電流が遮断されると、モータＭの回転は停止するが、フライホイールＦは回転し続ける。このため、電力変換装置３２では、モータＭが停止した後も一時的に発電機Ｇによる発電を行うことで、制御棒駆動装置１７、原子炉トリップ遮断器４５や安全保護系設備４３へ向けて電力を供給する。
【００４９】
電力変換装置３２の遮断回路３３による電力遮断後に、制御棒駆動装置１７への電力供給が遮断されると、制御棒駆動装置１７は、電力喪失状態となる。このため、制御棒駆動装置１７は、制御棒１６を燃料集合体１５へ挿入することにより、原子炉５の核反応を停止させる。
【００５０】
これにより、原子炉停止装置４７は、安全保護系設備４３に不具合が発生した場合であっても、ＣＣＦ設備４４により電力変換装置３２において電力を遮断することで、原子炉５を停止することができる。一方で、安全保護系設備４３から原子炉トリップ遮断器４５へ向けて第１原子炉停止信号Ｔ１が発信されないため、原子炉トリップ遮断器４５は、電力供給ラインＬの遮断を行わない。
【００５１】
以上の構成によれば、原子炉停止装置４７は、安全保護系設備４３が共通要因故障等の不具合によって、原子炉トリップ遮断器４５による電力遮断を行うことが困難な場合であっても、ＣＣＦ設備４４が作動することで、原子炉トリップ遮断器４５とは異なる電力変換装置３２により、電力供給ラインＬを遮断して、制御棒駆動装置１７への電力供給を遮断することができる。これにより、安全保護系設備４３に不具合が発生しても、原子炉停止装置４７は、多様な手段で、制御棒駆動装置１７への電力供給を遮断し、原子炉５の核反応を好適に停止させることができる。
【００５２】
また、電力変換装置３２は、フライホイールＦを有しているため、電力変換装置３２が電力喪失状態となったとしても、一時的に制御棒駆動装置１７や原子炉トリップ遮断器４５へ向けて電力を供給することができる。このため、ＣＣＦ設備４４による電力遮断が実行された後でも、原子炉トリップ遮断器４５による電力遮断を実行可能に維持することができる。
【００５３】
また、原子炉停止装置４７は、各種検出センサ５０から発せられた検出信号を安全保護系設備４３で受信した後、この検出信号を安全保護系設備４３からＣＣＦ設備４４へ向けて伝達することができる。これにより、安全保護系設備４３およびＣＣＦ設備４４は、同じ検出信号に基づいて、原子炉５を停止するか否かを判断することができるため、原子炉５の停止の判断を二重に行うことができ、原子炉５の停止の判断を精度良く行うことが可能となる。
【００５４】
また、原子炉トリップ遮断器４５は、ＣＣＦ設備４４から電力変換装置３２へ向けて発信される第２原子炉停止信号Ｔ２をブロックするためのブロック信号Ｂを、ＣＣＦ設備４４へ向けて発信することができる。これにより、原子炉停止装置４７は、安全保護系設備４３が正常に動作する場合、安全保護系設備４３により原子炉トリップ遮断器４５を介して電力遮断を行う一方で、ＣＣＦ設備４４により電力変換装置３２を介して電力遮断を行わない。
【００５５】
また、ＣＣＦ設備４４は、ディレイ回路５３を有しているため、ディレイ回路５３は、原子炉トリップ遮断器４５がブロック信号ＢをＣＣＦ設備４４へ向けて発信するまでの遅延時間分、第２原子炉停止信号Ｔ２を遅らせることができる。これにより、原子炉停止装置４７は、安全保護系設備４３が原子炉５を停止すると判断した場合、ＣＣＦ設備４４から発信される第２原子炉停止信号Ｔ２をブロックして、第１原子炉停止信号Ｔ１を伝達することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明に係る原子炉停止装置は、原子炉を停止するための設備がデジタル設備およびアナログ設備で構成される場合において有用であり、特に、原子炉トリップ遮断器を用いずに原子炉を停止する場合に適している。
【符号の説明】
【００５７】
１ 原子力施設
３ 一次冷却系
４ 二次冷却系
５ 原子炉
７ 蒸気発生器
８ 加圧器
１５ 燃料集合体
１６ 制御棒
１７ 制御棒駆動装置
２２ タービン
２５ 発電機
３１ 電源
３２ 電力変換装置
３３ 遮断回路
４０ 制御システム
４３ 安全保護系設備
４４ ＣＣＦ設備
４５ 原子炉トリップ遮断器
４７ 原子炉停止装置
５０ 検出センサ
５３ ディレイ回路
５４ ブロック回路
Ｍ モータ
Ｇ 発電機
Ｆ フライホイール
Ｌ 電力供給ライン
Ｔ１ 第１原子炉停止信号
Ｔ２ 第２原子炉停止信号
Ｂ ブロック信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉を有する原子力施設の異常発生時に、原子炉を停止させる原子炉停止装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような原子炉停止装置として、例えば、特許文献１に示す中央制御室外原子炉停止装置が知られている。この中央制御室外原子炉停止装置は、原子炉を安全に停止するための補機を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１２５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、原子炉を安全に停止する補機として、原子炉を停止する原子炉トリップ遮断器が用いられる。原子炉トリップ遮断器は、原子炉の炉心に挿入される制御棒を駆動する制御棒駆動装置へ供給される電力を遮断可能に構成されている。制御棒駆動装置は、電力の供給が遮断されると、制御棒を炉心に挿入することで、原子炉を停止させる。よって、異常発生時において、原子炉停止装置は、原子炉トリップ遮断器により、制御棒駆動装置へ供給される電力を遮断することで、原子炉を停止させている。
【０００５】
このとき、原子炉トリップ遮断器は、原子炉を安全に停止させるための安全保護系設備によって制御されている。安全保護系設備がデジタル設備で構成される場合、安全保護系設備に共通要因故障（Common Cause Failure）等の不具合が発生すると、異常発生時において、安全保護系設備は、原子炉トリップ遮断器を作動させることが困難な場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、原子力施設の異常発生時において、多様な手段により、原子炉を停止させることができる原子炉停止装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の原子炉停止装置は、燃料集合体に抜差しされる制御棒を内部に格納可能な原子炉と、制御棒を抜差し方向へ駆動可能な制御棒駆動装置と、制御棒駆動装置へ向けて電力を供給可能な電源と、制御棒駆動装置と電源との間に設けられ、電源から供給された電力を変換して制御棒駆動装置へ向けて供給可能な電力変換装置と、を備えた原子力施設の異常発生時に、原子炉の核反応を停止させる原子炉停止装置において、制御棒駆動装置は、電力供給が遮断されると、制御棒を燃料集合体に差し込んで、原子炉の核反応を停止させており、電力変換装置と制御棒駆動装置との間に介設され、電力変換装置から制御棒駆動装置へ供給される電力を遮断可能な遮断器と、原子力施設の異常発生時に、遮断器を制御して、制御棒駆動装置への電力供給を遮断する主停止制御装置と、原子力施設の異常発生時に、電力変換装置を制御して、制御棒駆動装置への電力供給を遮断する補助停止制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、共通要因故障等の不具合により主停止制御装置に不具合が発生し、且つ、原子力施設に異常が発生した場合、主停止制御装置は、遮断器を制御して、制御棒駆動装置への電力供給を遮断することが困難な場合がある。この場合、主停止制御装置に代わって、補助停止制御装置が、電力変換装置を制御して、制御棒駆動装置への電力供給を遮断することができる。これにより、主停止制御装置の不具合により、遮断器による電力の遮断が困難な場合も、遮断器とは異なる電力変換装置により、電力の遮断を行うことができるため、多様な手段により、原子炉を好適に停止することができる。
【０００９】
この場合、電力変換装置は、電源から供給された電力を蓄電する蓄電手段を有しており、蓄電手段は、電力供給の遮断後、少なくとも遮断器および主停止制御装置へ向けて電力を供給することが、好ましい。
【００１０】
この構成によれば、電力変換装置において電力遮断が行われた後でも、電力変換装置の蓄電手段は、遮断器を介して制御棒駆動装置へ向けて電力を供給することができる。
【００１１】
この場合、主停止制御装置に接続され、原子力施設の運転状態を検出する検出センサをさらに備え、主停止制御装置は、検出センサから発せられた検出信号を受信すると共に、受信した検出信号を補助停止制御装置へ向けて送信することが、好ましい。
【００１２】
この構成によれば、主停止制御装置へ入力される検出信号と、補助停止制御装置へ入力される検出信号とを同じものとすることができる。このため、主停止制御装置および補助停止制御装置は、同じ検出信号に基づいて、原子炉を停止するか否かを判断することができるため、原子炉停止の判断を二重に行うことができ、これにより、原子炉停止の判断を精度良く行うことが可能となる。
【００１３】
この場合、主停止制御装置は、受信した検出信号に基づいて、原子炉の核反応を停止させると判断した場合、第１原子炉停止信号を遮断器へ向けて発信し、補助停止制御装置は、受信した検出信号に基づいて、原子炉の核反応を停止させると判断した場合、第２原子炉停止信号を電力変換装置へ向けて発信し、遮断器は、第１原子炉停止信号を受信すると、制御棒駆動装置への電力供給を遮断すると共に、補助停止制御装置へ向けてブロック信号を発信し、補助停止制御装置は、受信したブロック信号に基づいて、電力変換装置へ向けて発信される第２原子炉停止信号をブロックするブロック回路を有していることが、好ましい。
【００１４】
この構成によれば、主停止制御装置により遮断器を介して電力遮断を行った場合、補助停止制御装置は、ブロック信号を受信するため、電力変換装置を介して電力遮断を行わない。これにより、主停止制御装置が正常に作動する場合、補助停止制御装置は、電力変換装置を制御して、制御棒駆動装置への電力供給を遮断することがない。
【００１５】
この場合、補助停止制御装置は、主停止制御装置が検出信号を受信してから、遮断器が補助停止制御装置へ向けてブロック信号を発信するまでの遅延時間分、電力変換装置へ向けて第２原子炉停止信号を発信する時間を遅らせるディレイ回路を有していることが、好ましい。
【００１６】
この構成によれば、ディレイ回路は、遮断器が補助停止制御装置へ向けてブロック信号を発信する遅延時間分、補助停止制御装置から電力変換装置へ向けて第２原子炉停止信号が発信されることはない。このため、主停止制御装置は、原子炉を停止すると判断した場合、補助停止制御装置から発信される第２原子炉停止信号をブロックして、第１原子炉停止信号を伝達することができる。また、主停止制御装置に発生した不具合により、主停止制御装置が、原子炉を停止しないと判断する一方で、補助停止制御装置が、原子炉を停止すると判断した場合、補助停止制御装置は、第２原子炉停止信号を電力変換装置へ伝達することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の原子炉停止装置によれば、主停止制御装置に不具合が発生しても、主停止制御装置と異なる補助停止制御装置により、原子炉を停止することができるため、多様な手段により、原子炉を好適に停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施例に係る原子炉停止装置を備えた原子力施設を模式的に表した概略構成図である。
【図２】図２は、本実施例に係る原子炉停止装置周りの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る原子炉停止装置について説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００２０】
図１は、本実施例に係る原子炉停止装置を備えた原子力施設を模式的に表した概略構成図である。本発明に係る原子炉停止装置４７（図２参照）は、原子炉５を停止させるものであり、原子炉５としては、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）が用いられている。この加圧水型の原子炉５を用いた原子力施設１は、原子炉５を含む一次冷却系３と、一次冷却系３と熱交換する二次冷却系４とで構成されており、一次冷却系３には、一次冷却材が流通し、二次冷却系４には、二次冷却材が流通している。
【００２１】
一次冷却系３は、原子炉５と、コールドレグ６ａおよびホットレグ６ｂから成る冷却材配管６ａ，６ｂを介して原子炉５に接続された蒸気発生器７とを有している。また、ホットレグ６ｂには、加圧器８が介設され、コールドレグ６ａには、冷却材ポンプ９が介設されている。そして、原子炉５、冷却材配管６ａ，６ｂ、蒸気発生器７、加圧器８および冷却材ポンプ９は、原子炉格納容器１０に収容されている。
【００２２】
原子炉５は、上記したように加圧水型原子炉であり、その内部は一次冷却材で満たされている。そして、原子炉５内には、多数の燃料集合体１５が収容されると共に、燃料集合体１５の核分裂を制御する多数の制御棒１６が各燃料集合体１５に抜差し可能に設けられている。そして、この制御棒１６は、燃料集合体１５に対し、制御棒駆動装置１７により抜差し方向に駆動される。制御棒駆動装置１７により制御棒１６が燃料集合体１５へ差し込まれると、燃料集合体１５における核反応は低下して停止する。一方で、制御棒駆動装置１７により制御棒１６が引き抜かれると、燃料集合体１５における核反応は増大して臨界状態となる。また、この制御棒駆動装置１７は、電力の供給が遮断され、電力喪失状態となると、制御棒１６を燃料集合体１５に差し込むように構成されている。
【００２３】
制御棒１６により核分裂反応を制御しながら燃料集合体１５を核分裂させると、この核分裂により熱エネルギーが発生する。発生した熱エネルギーは一次冷却材を加熱し、加熱された一次冷却材は、ホットレグ６ｂを介して蒸気発生器７へ送られる。一方、コールドレグ６ａを介して蒸気発生器７から送られてきた一次冷却材は、原子炉５内に流入して、原子炉５内を冷却する。
【００２４】
ホットレグ６ｂに介設された加圧器８は、高温となった一次冷却材を加圧することにより、一次冷却材の沸騰を抑制している。また、蒸気発生器７は、高温高圧となった一次冷却材を、二次冷却材と熱交換させることにより、二次冷却材を蒸発させて蒸気を発生させ、且つ、高温高圧となった一次冷却材を冷却している。各冷却材ポンプ９は、一次冷却系３において一次冷却材を循環させており、一次冷却材を各蒸気発生器７からコールドレグ６ａを介して原子炉５へ送り込むと共に、一次冷却材を原子炉５からホットレグ６ｂを介して各蒸気発生器７へ送り込んでいる。
【００２５】
ここで、原子力施設１の一次冷却系３における一連の動作について説明する。原子炉５内の核分裂反応により発生した熱エネルギーにより、一次冷却材が加熱されると、加熱された一次冷却材は、各冷却材ポンプ９によりホットレグ６ｂを介して各蒸気発生器７に送られる。ホットレグ６ｂを通過する高温の一次冷却材は、加圧器８により加圧されることで沸騰が抑制され、高温高圧となった状態で、各蒸気発生器７に流入する。各蒸気発生器７に流入した高温高圧の一次冷却材は、二次冷却材と熱交換を行うことにより冷却され、冷却された一次冷却材は、各冷却材ポンプ９によりコールドレグ６ａを介して原子炉５に送られる。そして、冷却された一次冷却材が原子炉５に流入することで、原子炉５が冷却される。つまり、一次冷却材は、原子炉５と蒸気発生器７との間を循環している。なお、一次冷却材は、冷却材および中性子減速材として用いられる軽水である。
【００２６】
二次冷却系４は、蒸気管２１を介して各蒸気発生器７に接続されたタービン２２と、タービン２２に接続された復水器２３と、復水器２３と各蒸気発生器７とを接続する給水管２６に介設された給水ポンプ２４と、を有している。そして、上記のタービン２２には、発電機２５が接続されている。
【００２７】
ここで、原子力施設１の二次冷却系４における一連の動作について説明する。蒸気管２１を介して各蒸気発生器７から蒸気がタービン２２に流入すると、タービン２２は回転を行う。タービン２２が回転すると、タービン２２に接続された発電機２５は、発電を行う。この後、タービン２２から流出した蒸気は復水器２３に流入する。復水器２３は、その内部に冷却管２７が配設されており、冷却管２７の一方には冷却水（例えば、海水）を供給するための取水管２８が接続され、冷却管２７の他方には冷却水を排水するための排水管２９が接続されている。そして、復水器２３は、タービン２２から流入した蒸気を冷却管２７により冷却することで、蒸気を液体に戻している。液体となった二次冷却材は、給水ポンプ２４により給水管２６を介して各蒸気発生器７に送られる。各蒸気発生器７に送られた二次冷却材は、各蒸気発生器７において一次冷却材と熱交換を行うことにより再び蒸気となる。
【００２８】
図２は、本実施例に係る原子炉停止装置周りの構成図である。図２に示すように、原子力施設１は、原子力施設１に電力を供給する電源３１と、電源３１から供給された電力を変換する電力変換装置３２とを備えている。電力変換装置３２は、いわゆるフライホイール付きのＭＧセットであり、制御棒駆動装置１７や後述する原子炉トリップ遮断器４５等の各設備へ向けて電力を供給している。電力変換装置３２は、モータＭと、発電機Ｇと、モータＭと発電機Ｇとの間に配設されたフライホイールＦとを有している。モータＭは、電源３１に接続されており、電源３１から供給される電力により界磁電流が発生することで回転可能となっている。発電機Ｇは、フライホイールＦを介してモータＭに接続されており、モータＭが回転することによって発電する。フライホイールＦは、蓄電手段として機能しており、モータＭによりフライホイールＦを回転させることで、蓄電可能となっている。また、電力変換装置３２は、電源３１から供給される電力を遮断する遮断回路３３を有しており、後述するＣＣＦ設備４４に接続されている。
【００２９】
従って、電源３１から電力が供給されると、供給された電力は、電力変換装置３２に供給される。電力変換装置３２は、供給された電力の一部を使用してフライホイールＦを回転させることにより蓄電を行う一方で、供給された残りの電力を使用してモータＭを回転させ、これにより、発電機Ｇによる発電を行う。一方で、電力変換装置３２は、遮断回路３３により電源３１から供給される電力を遮断して電力喪失状態となった場合であっても、フライホイールＦが回転しているため、一時的に発電することが可能となる。なお、本実施例の電力変換装置３２では、蓄電手段としてフライホイールＦを適用したが、これに限らず、例えば、蓄電手段としてモータＭと発電機Ｇとの間に配設される流体継手を適用してもよい。
【００３０】
このように構成された原子力施設１には、上記した原子炉５や、上記の各種ポンプや図示しないバルブ等の各機器の作動を制御する制御システム４０が配設されている。制御システム４０は、図示しない中央制御設備と、図示しないプラント制御設備と、安全保護系設備（主停止制御装置）４３と、ＣＣＦ設備（補助停止制御装置）４４とを有している。
【００３１】
図示は省略するが、中央制御設備は、原子力施設１の運転状況を表示する表示装置や、原子力施設１を操作する操作装置等が設けられている。そして、原子力施設１を運転するオペレータは、表示装置を視認して原子力施設１の運転状況を把握し、操作装置を適宜操作することで、原子力施設１を運転する。プラント制御設備は、中央制御設備の操作装置から出力された操作信号に基づいて、原子力施設１の原子炉５や各機器の運転を制御している。
【００３２】
図２に示すように、安全保護系設備４３は、原子力施設１に異常が発生した場合、原子力施設１が安全に停止するように、原子力施設１に設けられた各機器を制御している。ＣＣＦ設備４４は、安全保護系設備４３を補助するバックアップ設備となっており、安全保護系設備４３に不具合等が生じた場合、原子力施設１が安全に停止するように、原子力施設１に設けられた各機器を制御している。
【００３３】
ここで、原子力施設１の制御システム４０は、原子炉５に異常が発生した場合を想定して、原子炉５の核反応を非常停止させる原子炉停止装置４７を有している。原子炉停止装置４７は、上記の安全保護系設備４３と、上記のＣＣＦ設備４４と、電力変換装置３２と制御棒駆動装置１７とを接続する電力供給ラインＬに設けられた原子炉トリップ遮断器４５と、を備えている。
【００３４】
安全保護系設備４３は、ＣＰＵ等の演算装置やＨＤＤ等の記憶装置を搭載した、いわゆるデジタル設備であり、演算装置により記憶装置に記憶された各種プログラムを実行することで、原子力施設１の安全保護系を制御可能な設備となっている。なお、安全保護系とは、原子炉５の核反応を停止させる、原子力施設１を冷却する、原子力施設１からの放射性物質の漏洩を防ぐという機能を有する機能系統である。そして、安全保護系設備４３は、確実に作動可能で、且つ、厳しい環境下においても作動可能なように、動作保証が高いものとなっている。
【００３５】
安全保護系設備４３には、原子力施設１内に配設された各種検出センサ５０が接続されており、各種検出センサ５０から出力された検出信号に基づいて、原子力施設１に異常が発生したか否かを判断している。そして、安全保護系設備４３は、原子力施設１に異常が発生したと判断した場合、原子炉５を停止させるための第１原子炉停止信号Ｔ１を原子炉トリップ遮断器４５へ向けて発信する。
【００３６】
ＣＣＦ設備４４は、安全保護系設備４３に共通要因故障（Common Cause Failure）等の不具合が発生することを想定して設けられている。ＣＣＦ設備４４は、アナログ設備であり、スイッチやリレー等の電気回路部品を用い、各接点を電線でつなぐことにより構成されている。ここで、共通要因故障とは、共通の要因で故障することであり、特に、デジタル設備において用いられる演算装置等のハードウェアが共通の要因により故障したり、あるいはソフトウェアがバグ等の共通の要因により実行されなかったりすることである。
【００３７】
ＣＣＦ設備４４には、各種検出センサ５０から、安全保護系設備４３を介して検出信号が入力されており、この検出信号に基づいて、原子力施設１に異常が発生したか否かを判断している。そして、ＣＣＦ設備４４は、原子力施設１に異常が発生したと判断した場合、原子炉５を停止させるための第２原子炉停止信号Ｔ２を電力変換装置３２へ向けて発信する。
【００３８】
また、ＣＣＦ設備４４には、ディレイ回路５３およびブロック回路５４が設けられている。ブロック回路５４は、入力されるブロック信号Ｂに基づいて、ＣＣＦ設備４４から電力変換装置３２へ向けて発信される第２原子炉停止信号Ｔ２をブロックしている。ディレイ回路５３は、安全保護系設備４３に検出信号が入力されてから、ブロック回路５４へブロック信号Ｂが入力されるまでの遅延時間分、ＣＣＦ設備４４から電力変換装置３２へ向けて発信される第２原子炉停止信号Ｔ２の伝達を遅らせている。
【００３９】
原子炉トリップ遮断器４５は、安全保護系設備４３から発信された第１原子炉停止信号Ｔ１に基づいて、電力変換装置３２から制御棒駆動装置１７へ供給される電力を遮断するものである。また、原子炉トリップ遮断器４５は、安全保護系設備４３から第１原子炉停止信号Ｔ１を受信した場合、ＣＣＦ設備４４から発信される第２原子炉停止信号Ｔ２をブロックするためのブロック信号Ｂを、ＣＣＦ設備４４へ向けて発信する。このため、ＣＣＦ設備４４のブロック回路５４は、原子炉トリップ遮断器４５からブロック信号Ｂが入力されると、ＣＣＦ設備４４からの第２原子炉停止信号Ｔ２の発信をブロックする。
【００４０】
続いて、原子炉停止装置４７により原子炉５を停止する一連の動作について説明する。ここで、安全保護系設備４３に共通要因故障等の不具合が発生した場合と、安全保護系設備４３に不具合が発生していない場合とに分けて説明する。先ず、後者の場合について説明する。原子炉停止装置４７は、各種検出センサ５０から安全保護系設備４３に検出信号が入力されると、安全保護系設備４３は、入力された検出信号をＣＣＦ設備４４へ送信すると共に、入力された検出信号に基づいて、原子炉５を停止するか否かを判断する。
【００４１】
安全保護系設備４３は、原子炉５を停止すると判断した場合、第１原子炉停止信号Ｔ１を原子炉トリップ遮断器４５へ送信する。原子炉トリップ遮断器４５は、第１原子炉停止信号Ｔ１が入力されると、電力変換装置３２から制御棒駆動装置１７へ至る電力供給ラインＬを遮断する。また、原子炉トリップ遮断器４５は、第１原子炉停止信号Ｔ１が入力されると、ＣＣＦ設備４４へ向けてブロック信号Ｂを発信する。
【００４２】
原子炉トリップ遮断器４５により電力供給ラインＬが遮断されると、制御棒駆動装置１７への電力供給が遮断される。すると、制御棒駆動装置１７は、電力喪失状態となるため、制御棒１６が燃料集合体１５へ挿入され、これにより、原子炉５の核反応は停止する。
【００４３】
一方、ＣＣＦ設備４４は、安全保護系設備４３から入力された検出信号に基づいて、原子炉５を停止するか否かを判断する。ＣＣＦ設備４４は、原子炉５を停止すると判断した場合、第２原子炉停止信号Ｔ２を電力変換装置３２の遮断回路３３へ送信しようとするが、このとき、ディレイ回路５３が、遅延時間分、第２原子炉停止信号Ｔ２の発信を遅らせる。この後、ＣＣＦ設備４４に原子炉トリップ遮断器４５からブロック信号Ｂが入力されると、ブロック回路５４が第２原子炉停止信号Ｔ２をブロックするため、第２原子炉停止信号Ｔ２は、電力変換装置３２に発信されない。
【００４４】
これにより、原子炉停止装置４７は、安全保護系設備４３に共通要因故障が発生していない場合、安全保護系設備４３から発信された第１原子炉停止信号Ｔ１に基づいて、原子炉トリップ遮断器４５が、電力供給ラインＬを遮断することで、原子炉５を停止させることができる。一方で、原子炉トリップ遮断器４５からＣＣＦ設備４４へ向けてブロック信号Ｂが発信されるため、電力変換装置３２は、遮断回路３３による電力供給ラインＬの遮断を行わない。
【００４５】
次に、安全保護系設備４３に共通要因故障等の不具合が発生した場合について説明する。原子炉停止装置４７は、各種検出センサ５０から安全保護系設備４３に検出信号が入力されると、安全保護系設備４３は、入力された検出信号をＣＣＦ設備４４へ送信すると共に、入力された検出信号に基づいて、原子炉５を停止するか否かを判断する。
【００４６】
このとき、安全保護系設備４３は、不具合が発生しているため、原子炉５を停止するか否かの判断を好適に行うことが困難となっている。このため、安全保護系設備４３は、原子炉５を停止しなければならない場合であっても、第１原子炉停止信号Ｔ１を原子炉トリップ遮断器４５へ送信しない虞がある。一方で、検出信号が入力されたＣＣＦ設備４４は、入力された検出信号に基づいて、原子炉５を停止するか否かを判断する。
【００４７】
安全保護系設備４３が、第１原子炉停止信号Ｔ１を原子炉トリップ遮断器４５へ送信しない場合、原子炉トリップ遮断器４５には、第１原子炉停止信号Ｔ１が入力されないため、電力変換装置３２から制御棒駆動装置１７へ至る電力供給ラインＬは遮断されない。また、原子炉トリップ遮断器４５は、ＣＣＦ設備４４へ向けてブロック信号Ｂを発信しない。
【００４８】
一方、ＣＣＦ設備４４は、原子炉５を停止すると判断した場合、第２原子炉停止信号Ｔ２を電力変換装置３２の遮断回路３３へ送信しようとするが、このとき、ディレイ回路５３が、遅延時間分、第２原子炉停止信号Ｔ２の発信を遅らせる。この後、ブロック回路５４にブロック信号Ｂが入力されなければ、ＣＣＦ設備４４は、電力変換装置３２へ第２原子炉停止信号Ｔ２を送信する。電力変換装置３２は、第２原子炉停止信号Ｔ２が入力されると、遮断回路３３により電源３１からモータＭへ流れる電力を遮断し、モータＭにおける界磁電流を遮断する。モータＭの界磁電流が遮断されると、モータＭの回転は停止するが、フライホイールＦは回転し続ける。このため、電力変換装置３２では、モータＭが停止した後も一時的に発電機Ｇによる発電を行うことで、制御棒駆動装置１７、原子炉トリップ遮断器４５や安全保護系設備４３へ向けて電力を供給する。
【００４９】
電力変換装置３２の遮断回路３３による電力遮断後に、制御棒駆動装置１７への電力供給が遮断されると、制御棒駆動装置１７は、電力喪失状態となる。このため、制御棒駆動装置１７は、制御棒１６を燃料集合体１５へ挿入することにより、原子炉５の核反応を停止させる。
【００５０】
これにより、原子炉停止装置４７は、安全保護系設備４３に不具合が発生した場合であっても、ＣＣＦ設備４４により電力変換装置３２において電力を遮断することで、原子炉５を停止することができる。一方で、安全保護系設備４３から原子炉トリップ遮断器４５へ向けて第１原子炉停止信号Ｔ１が発信されないため、原子炉トリップ遮断器４５は、電力供給ラインＬの遮断を行わない。
【００５１】
以上の構成によれば、原子炉停止装置４７は、安全保護系設備４３が共通要因故障等の不具合によって、原子炉トリップ遮断器４５による電力遮断を行うことが困難な場合であっても、ＣＣＦ設備４４が作動することで、原子炉トリップ遮断器４５とは異なる電力変換装置３２により、電力供給ラインＬを遮断して、制御棒駆動装置１７への電力供給を遮断することができる。これにより、安全保護系設備４３に不具合が発生しても、原子炉停止装置４７は、多様な手段で、制御棒駆動装置１７への電力供給を遮断し、原子炉５の核反応を好適に停止させることができる。
【００５２】
また、電力変換装置３２は、フライホイールＦを有しているため、電力変換装置３２が電力喪失状態となったとしても、一時的に制御棒駆動装置１７や原子炉トリップ遮断器４５へ向けて電力を供給することができる。このため、ＣＣＦ設備４４による電力遮断が実行された後でも、原子炉トリップ遮断器４５による電力遮断を実行可能に維持することができる。
【００５３】
また、原子炉停止装置４７は、各種検出センサ５０から発せられた検出信号を安全保護系設備４３で受信した後、この検出信号を安全保護系設備４３からＣＣＦ設備４４へ向けて伝達することができる。これにより、安全保護系設備４３およびＣＣＦ設備４４は、同じ検出信号に基づいて、原子炉５を停止するか否かを判断することができるため、原子炉５の停止の判断を二重に行うことができ、原子炉５の停止の判断を精度良く行うことが可能となる。
【００５４】
また、原子炉トリップ遮断器４５は、ＣＣＦ設備４４から電力変換装置３２へ向けて発信される第２原子炉停止信号Ｔ２をブロックするためのブロック信号Ｂを、ＣＣＦ設備４４へ向けて発信することができる。これにより、原子炉停止装置４７は、安全保護系設備４３が正常に動作する場合、安全保護系設備４３により原子炉トリップ遮断器４５を介して電力遮断を行う一方で、ＣＣＦ設備４４により電力変換装置３２を介して電力遮断を行わない。
【００５５】
また、ＣＣＦ設備４４は、ディレイ回路５３を有しているため、ディレイ回路５３は、原子炉トリップ遮断器４５がブロック信号ＢをＣＣＦ設備４４へ向けて発信するまでの遅延時間分、第２原子炉停止信号Ｔ２を遅らせることができる。これにより、原子炉停止装置４７は、安全保護系設備４３が原子炉５を停止すると判断した場合、ＣＣＦ設備４４から発信される第２原子炉停止信号Ｔ２をブロックして、第１原子炉停止信号Ｔ１を伝達することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明に係る原子炉停止装置は、原子炉を停止するための設備がデジタル設備およびアナログ設備で構成される場合において有用であり、特に、原子炉トリップ遮断器を用いずに原子炉を停止する場合に適している。
【符号の説明】
【００５７】
１ 原子力施設
３ 一次冷却系
４ 二次冷却系
５ 原子炉
７ 蒸気発生器
８ 加圧器
１５ 燃料集合体
１６ 制御棒
１７ 制御棒駆動装置
２２ タービン
２５ 発電機
３１ 電源
３２ 電力変換装置
３３ 遮断回路
４０ 制御システム
４３ 安全保護系設備
４４ ＣＣＦ設備
４５ 原子炉トリップ遮断器
４７ 原子炉停止装置
５０ 検出センサ
５３ ディレイ回路
５４ ブロック回路
Ｍ モータ
Ｇ 発電機
Ｆ フライホイール
Ｌ 電力供給ライン
Ｔ１ 第１原子炉停止信号
Ｔ２ 第２原子炉停止信号
Ｂ ブロック信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料集合体に抜差しされる制御棒を内部に格納可能な原子炉と、
前記制御棒を抜差し方向へ駆動可能な制御棒駆動装置と、
前記制御棒駆動装置へ向けて電力を供給可能な電源と、
前記制御棒駆動装置と前記電源との間に設けられ、前記電源から供給された電力を変換して前記制御棒駆動装置へ向けて供給可能な電力変換装置と、を備えた原子力施設の異常発生時に、前記原子炉の核反応を停止させる原子炉停止装置において、
前記制御棒駆動装置は、電力供給が遮断されると、前記制御棒を前記燃料集合体に差し込んで、前記原子炉の核反応を停止させており、
前記電力変換装置と前記制御棒駆動装置との間に介設され、前記電力変換装置から前記制御棒駆動装置へ供給される電力を遮断可能な遮断器と、
前記原子力施設の異常発生時に、前記遮断器を制御して、前記制御棒駆動装置への電力供給を遮断する主停止制御装置と、
前記原子力施設の異常発生時に、前記電力変換装置を制御して、前記制御棒駆動装置への電力供給を遮断する補助停止制御装置と、を備えたことを特徴とする原子炉停止装置。
【請求項２】
前記電力変換装置は、前記電源から供給された電力を蓄電する蓄電手段を有しており、
前記蓄電手段は、電力供給の遮断後、少なくとも前記遮断器および前記主停止制御装置へ向けて電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の原子炉停止装置。
【請求項３】
前記主停止制御装置に接続され、前記原子力施設の運転状態を検出する検出センサをさらに備え、
前記主停止制御装置は、前記検出センサから発せられた検出信号を受信すると共に、受信した前記検出信号を前記補助停止制御装置へ向けて送信することを特徴とする請求項１または２に記載の原子炉停止装置。
【請求項４】
前記主停止制御装置は、受信した前記検出信号に基づいて、前記原子炉の核反応を停止させると判断した場合、第１原子炉停止信号を前記遮断器へ向けて発信し、
前記補助停止制御装置は、受信した前記検出信号に基づいて、前記原子炉の核反応を停止させると判断した場合、第２原子炉停止信号を前記電力変換装置へ向けて発信し、
前記遮断器は、前記第１原子炉停止信号を受信すると、前記制御棒駆動装置への電力供給を遮断すると共に、前記補助停止制御装置へ向けてブロック信号を発信し、
前記補助停止制御装置は、受信した前記ブロック信号に基づいて、前記電力変換装置へ向けて発信される前記第２原子炉停止信号をブロックするブロック回路を有していることを特徴とする請求項３に記載の原子炉停止装置。
【請求項５】
前記補助停止制御装置は、前記主停止制御装置が前記検出信号を受信してから、前記遮断器が前記補助停止制御装置へ向けて前記ブロック信号を発信するまでの遅延時間分、前記電力変換装置へ向けて前記第２原子炉停止信号を発信する時間を遅らせるディレイ回路を有していることを特徴とする請求項４に記載の原子炉停止装置。
【請求項１】
燃料集合体に抜差しされる制御棒を内部に格納可能な原子炉と、
前記制御棒を抜差し方向へ駆動可能な制御棒駆動装置と、
前記制御棒駆動装置へ向けて電力を供給可能な電源と、
前記制御棒駆動装置と前記電源との間に設けられ、前記電源から供給された電力を変換して前記制御棒駆動装置へ向けて供給可能な電力変換装置と、を備えた原子力施設の異常発生時に、前記原子炉の核反応を停止させる原子炉停止装置において、
前記制御棒駆動装置は、電力供給が遮断されると、前記制御棒を前記燃料集合体に差し込んで、前記原子炉の核反応を停止させており、
前記電力変換装置と前記制御棒駆動装置との間に介設され、前記電力変換装置から前記制御棒駆動装置へ供給される電力を遮断可能な遮断器と、
前記原子力施設の異常発生時に、前記遮断器を制御して、前記制御棒駆動装置への電力供給を遮断する主停止制御装置と、
前記原子力施設の異常発生時に、前記電力変換装置を制御して、前記制御棒駆動装置への電力供給を遮断する補助停止制御装置と、を備えたことを特徴とする原子炉停止装置。
【請求項２】
前記電力変換装置は、前記電源から供給された電力を蓄電する蓄電手段を有しており、
前記蓄電手段は、電力供給の遮断後、少なくとも前記遮断器および前記主停止制御装置へ向けて電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の原子炉停止装置。
【請求項３】
前記主停止制御装置に接続され、前記原子力施設の運転状態を検出する検出センサをさらに備え、
前記主停止制御装置は、前記検出センサから発せられた検出信号を受信すると共に、受信した前記検出信号を前記補助停止制御装置へ向けて送信することを特徴とする請求項１または２に記載の原子炉停止装置。
【請求項４】
前記主停止制御装置は、受信した前記検出信号に基づいて、前記原子炉の核反応を停止させると判断した場合、第１原子炉停止信号を前記遮断器へ向けて発信し、
前記補助停止制御装置は、受信した前記検出信号に基づいて、前記原子炉の核反応を停止させると判断した場合、第２原子炉停止信号を前記電力変換装置へ向けて発信し、
前記遮断器は、前記第１原子炉停止信号を受信すると、前記制御棒駆動装置への電力供給を遮断すると共に、前記補助停止制御装置へ向けてブロック信号を発信し、
前記補助停止制御装置は、受信した前記ブロック信号に基づいて、前記電力変換装置へ向けて発信される前記第２原子炉停止信号をブロックするブロック回路を有していることを特徴とする請求項３に記載の原子炉停止装置。
【請求項５】
前記補助停止制御装置は、前記主停止制御装置が前記検出信号を受信してから、前記遮断器が前記補助停止制御装置へ向けて前記ブロック信号を発信するまでの遅延時間分、前記電力変換装置へ向けて前記第２原子炉停止信号を発信する時間を遅らせるディレイ回路を有していることを特徴とする請求項４に記載の原子炉停止装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１２２９０７（Ｐ２０１２−１２２９０７Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７５１２０（Ｐ２０１０−２７５１２０）
【出願日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
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