JPH01162194A - 原子炉の負荷追従運転方法 - 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】 （イ）発明の目的 ［産業上の利用分野］ この発明は、原子炉の負荷追従運転時の出力及び反応度
制御をするための負荷追従運転方法に関するものである
。

［従来の技術］ 一般に、原子炉の出力を変化させた場合には、減速材温
度の変化による反応度変化Ａ、燃料温度変化によるドツ
プラー反応度変化Ｂ及びキセノン量の変化による反応度
変化Ｃがある。第７図に原子炉の負荷追従運転時の出力
及び反応度変化の例を示す。

これらの反応度変化を補償するように反応度制御設備を
作動させる必要がある。

第８図に加圧水型炉の原子炉容器２２の断面を示す。炉
心１０には燃料が装荷されているが、炉心の反応度を制
御する設備として制御棒３２と一次冷却材に混入された
硼酸３３がある。

制御棒３２には、出力制御に使用する反応度価値の大き
い出力制御用制御棒と、負荷追従運転時、出力制御用制
御棒の補助として使用する出力制御用制御棒より反応度
価値の小さい弱吸収の制御棒とがある。

［発明が解決しようとする問題点］ 加圧水型炉で反応度制御に制御棒に加えて硼酸を使用す
る場合、硼酸の濃縮と希釈を頻繁に行う必要がある。硼
酸の濃縮または希釈は、−次系ループの通常は一次冷却
材ボンブの入口側に硼酸水または純水を注入することに
よって行うが、−次冷却材中の硼酸ｍ度を平均的に変化
させる必要があるため、反応度の変化率が小さい。従っ
て、早い出力変化にともなう早い反応度変化の制御に使
用するのは困難であり、−膜内にはキセノン量の変化に
対する反応度補償を行う。また、硼酸濃度の変化に伴う
水処理量が増大し、水処理系のコストが増大する。弱吸
収の制御棒は、硼酸使用による前述のような問題点を解
決する方策として考えられたもので、硼酸の濃縮、希釈
の代りに炉心に出し入れして反応度制御を行うが出力分
布への影響が大きいこと、及び駆動装置や制御棒案内管
が必要となり、やはりコストアップとなる。また駆動部
があるということで信頼性や耐久性が問題となる。

また、制御棒のみで出力制御を行おうとすれば制御棒の
挿入、引抜によって炉心内の出力分布が悪化することと
なり、安全余裕が減少する。

炉心内の反応度を制御する方法として、上記のように炉
心内の中性子吸収物質の世を変化させる方法の他に、水
素対ウラン原子数比（Ｈ／Ｕ）を変化させる方法がある
。これはＨ／Ｕを変えることによって炉心内の中性子エ
ネルギースペクトルを変化させ、反応度を制御する方法
である。

加圧水型炉では特願昭６２−１８４３９０の発明に示さ
れているように炉心内のＨ／Ｌｌ比を変える機能をもつ
原子炉の提案はなされているが、それは運転サイクル前
半と後半とでＨ／Ｌｌ比を変えることによってウラン使
用量減少を図るものであり負荷変化にともなう反応度制
御を行うものではない。

この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、炉心内の出力分布を悪化させることなく、負荷変化
に伴う反応度制御を容易に行うことができる運転方法を
提供することを目的とするものである。

（ロ）発明の構成 ［問題を解決するための手段］ この目的に対応して、この発明の原子炉の負荷追従運転
方法は、炉心内の燃料要素が占める領域以外の領域にお
いて冷却材領域と水排除領域に分離した軽水冷却軽水減
速型原子炉において、前記水排除領域の流体を水と水排
除材との間で入れ替えることによって負荷追従運転にと
もなう反応度変化を補償することを特徴としている。

以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。

第１図において１は水排除材注入設備であり、水排除材
注入設備１は燃料集合体２と流体給排装＠３とを備えて
いる。

燃料集合体２は、上部ノズル７、下部ノズル８、支持格
子１１とｉ制御棒案内シンプル１２で構造材を成し、上
部ノズル７と下部ノズル８の間に燃料棒１３と水排除管
１４が納められる。

水排除管１４は１燃料束合体あたり１本または複数本有
り、上端は密閉された中空管である。水排除管は複数本
ごとに１組をなし、１組における水排除管は下部ノズル
８のレッグ部分で連結管１５によって連結されている。

連結管１５は、水排除材の注入、排出のための接続口１
６を持つ。

下部炉心構造物側の水排除材注入管１７ａは、各燃料集
合体への注入口１８を持ち、５部炉心板２１の下側で連
結されて原子炉容器２２側の水排除材注入管１７ｂと接
続位！Ｉ２３で接続している。

水排除材注入管１７ｂは、原子炉容器２２を貫通し流体
給排装置３の分岐管２４上流側のバルブ■１を経て水排
除材注入タンク２５に接続している。水排除材注入タン
ク２５には、水排除材注入系２７と水注入系２８が接続
されている。また、加圧系３１がついており、水排除系
を加圧することが出来る。

分岐管２４にはバルブ■２が取り付けられており、その
先はブローダウン系へと繋がっている。

この発明では炉心内の燃料要素以外の領域を冷却材が流
れる領域と水排除材または水が流入される領域に分離し
た燃料集合体を用いる。

第２図にこの発明で使用する燃料集合体２の水平断面図
を示す。この実施例では１９Ｘ１９配列の燃料棒１３（
すなわち、燃料棒束）の中に制御棒案内シンプル１２と
水排除管１４及び計装用案内管１９がある。制御棒案内
シンプル１２は、上端が解放された中空管であり、上側
から制御棒が挿入され、制御棒が引抜状態では水が入っ
ている。

水排除管１４は上端が封止されており、下端で原子炉容
器の外側にある流体給排装置３と連結されている。

水排除材としてはヘリウム、アルゴン等の気体、または
重水が用いられる。

炉心内の反応度制御は細かく行う必要があるため、燃料
集合体は複数のグループに分けられる。

第４図に炉心断面図と燃料集合体のグループ分けの例を
示す。この例では燃料集合体は第１グループから第４グ
ループまでの４グループに分割され、各グループの水排
除管内の流体はグループ毎に独立に入れ替えることがで
きる。

［作用］ 次に以上の構成の原子炉における負荷追従運転方法を説
明する。

負荷が変動した場合に、負荷追従運転時の反応度制御は
制御棒と炉心内の水排除割合の変化を用いて行う。水排
除割合の変化は、次のようにして行う。

ａ）燃料集合体２は炉心１０に装荷し、原子炉容器２２
に図示していない蓋をした後、１次冷却材は約１５７気
圧に加圧され、また温度は約２９０℃になるまで加熱さ
れる。この時水排除管１４内は水に満たされており、水
排除系はバルブ■２は閉じ、バルブｖ１は開として１次
冷却材と同様の圧になるように加圧する。この状態で原
子炉出力はまだゼロである。

ｂ）バルブｖ１を閉じて水排除材注入タンク２５内の水
を排除し、代りに水排除材を充満し、約１５７気圧に加
圧して置く。水排除材としては中性子吸収が小さくかつ
中性子減速効果が水より小さい物質であれば良いのでヘ
リウム、アルゴンのような気体でも重水でも良い。

Ｃ）次にバルブ■２を開く。分岐ｆｆｆ２４はブローダ
ウンラインに繋がっており、また水排除管１４は炉心１
０内の冷却材と同じ約２９０℃となっているので、減圧
に伴ってフラッシングがおき、水排除管１４内の水は水
、排除材注入管１７ａ。

１７ｂ内を流れて分岐管２４からブローダウンラインへ
と流出する。

ｄ）水排除管１４内の水が流出した時点でバルブ■２を
閉じ、バルブ■１を開くと水排除材注入タンク２５内は
加圧されているのでこの中の水排除材が水排除材注入管
１７８．１７ｂを通って水排除管１４に注入される。

ｅ）この状態で運転を開始すれば水排除管１４内は水排
除材で充満し水は排除されていることとなる。運転中は
バルブ■１を開いて水排除材注入タンク２５を一次冷却
材と同様の圧力まで加圧し、水排除管１４に大きな差圧
がかからないようにする。

ｆ）負荷追従運転時において、水排除管１４内の水排除
材を水に置換えるには、バルブ■１を閉じて水排除材注
入タンク２５内の水排除材を水に置換した後、ｃ）、ｄ
）、ｅ）の操作をすればよい。

第４図に、Ｈ／Ｕ比の変化ｍ対反応度変化量の典型例を
示す。この図は、Ｈ／Ｌｌ比の絶対値等によって変化す
るが、ここでは水排除領域に水を入れた場合のＨ／Ｕ比
が４．５である場合について示した。

負荷追従運転時の制御反応度ｍは出力の変化幅によって
異なるが、最大値は１００％−〇％出力変化時で約３．
５％Δρであり、従って全反応度制御をＨ２Ｏ比の変化
で補償するためには水排除割合を約１５％変化させる必
要がある。この値はＨ／Ｕ比によって異なるが、現実的
なＨ／Ｕの範囲では２０％まで考えておけば十分である
。

また、負荷追従運転時のキセノンによる反応度変化は最
大で１％Δに程度考えておけばよく、キセノン分のみを
Ｈ／Ｕ比の変化で補償し、他の反応度変化を制御棒で補
償するとすれば水排除割合は約５％変化させてやればよ
い。

第５図に１００％出力１８時間、５０％出力６時間の日
負荷追従運転時に、全反応変化をＨ／Ｕ比の変化で補償
した場合の運転例を示す。この例では全燃料集合体の水
排除管を使用しており、水排除割合は最大約２０％であ
る。

燃料集合体を４グループに分割してＨ／Ｕ比を５段に変
化させるようにしている。従って水排除割合の変化は連
続的にならないので、その分を制御棒を補助的に動かし
、出力を一定に保っている。

第５図から分るように制御棒は炉心の上端付近で出力補
正のために僅かに動いているだけであり、従って炉心内
の出力分布は非常に安定したものとなる。

第６図は主としてキセノン変化をＨｌＵ比の変化で補償
する方式の運転例を示す。本例では負荷追従運転に使用
する水排除割合は最大４％である。

これらの水排除領域は４グループに分割され、段階的に
Ｈ／Ｕ比を変えることができる。

出力を５０％に低化させるには制御棒を炉心内の６０％
位置まで挿入する。出力低下後、キセノンの蓄積に伴う
反応度補償は主として水排除割合を変えることによって
行う。低出力時に制御棒位置が移動しているのは出力分
布を制御するためであり、段差がついているのは水排除
割合を階段状に変化させるための反応度変化を補償する
ためである。６時間後、出力を１００％に戻した後は、
再びキセノンによる反応度変化を補償するために段階的
に水を排除していく。

（ハ）発明の効果 この発明では負荷追従運転時の反応度制御のほとんどを
制御棒と炉心内の水排除割合の変化を用いて行うため、
負荷追従運転実施のための設備増加は必要ない。

具体的には負荷追従運転時、硼酸の濃縮、希釈は行わな
いので、硼酸濃縮、希釈に係わる設備の増強は必要ない
。

また、弱吸収の制御棒を使用する必要もないことからコ
ストアップも避けることができる。

次に、Ｈ２Ｏ比は軸方向に一様に変化させることができ
るので、制御棒を使用する場合より軸方向の出力分布の
変化を小さくおさえることができる。従って負荷追従運
転にともなって安全余裕を減少させることもない。

このようにこの発明では水排除領域の流体の置換によっ
て負荷変化時の反応度変化を補償しているので、制御棒
の動きを大幅に減少させると共に、−次冷却材中の硼酸
の濃度変化をほとんどゼロにすることができる。

従来の負荷追従方式ではキセノン補償を硼酸で行ってい
たために特に硼酸の希釈能力の制限から負荷追従可能期
間が制限されていた。また硼酸が早い反応度変化に対応
できないため、１００％出力への即時復帰能力を制限さ
れていた。本発明では設備の増強なしでこれらの問題が
一挙に解決でき、負荷追従運転への対応能力が大幅に向
上する。

また、負荷追従用の制御棒も不要であり、大幅なコスト
ダウンが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子炉の水排除設備を示す構成説明図、第２図
は原子炉の燃料集合体を示す横断面説明図、第３図は原
子炉炉心を示す構成説明図、第４図はＨ／Ｕ比の変化量
と反応度変化量の関係を示すグラフ、第一５図は出力と
制御棒位置と水排除割合の時間変化を示すグラフ、第６
図は出力と制御棒位置と水排除割合の時間変化を示すグ
ラフ、第７図は出力及び反応度変化の例を示すグラフ、
及び第８図は原子炉容器の縦断面説明図である。 １・・・水排除材注入設備　　２・・・燃料集合体３・
・・流体給排装置　　４・・・流体回収タンク５・・・
ガスサージタンク　　６・・・水供給ポンプ７・・・上
部ノズル　　８・・・５部ノズル　　１０・・・炉心　
　１１・・・支持格子　　１２・・・制御棒案内シンプ
ル　　１３・・・燃料棒　　１４・・・水排除管１５・
・・連結管　　　１６・・・接続口　　　１７ａ。 １７ｂ・・・水排除材注入管　　１８・・・注入口１９
・・・計装用案内管　　２１・・・下部炉心板２２・・
・原子炉容器　　２３・・・接続位置　　２４・・・分
岐管　　２５・・・水排除材注入タンク　　２７・・・
水排除材注入系　　２８・・・水注入系　　３１・・・
加圧系 第２図 ＋　１フト　じ智ｖ１　イト 第７図 時間 時間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉心内の燃料要素が占める領域以外の領域におい
   て冷却材領域と水排除領域に分離した軽水冷却軽水減速
   型原子炉において、前記水排除領域の流体を水と水排除
   材との間で入れ替えることによって負荷追従運転にとも
   なう反応度変化を補償することを特徴とする原子炉の負
   荷追従運転方法
2. （２）前記水排除領域を複数の水排除領域区分に分割し
   、前記それぞれの水排除領域区分ごとに前記入れ替えを
   行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の原子
   炉の負荷追従運転方法
3. （３）前記水排除領域のうち、水排除割合が２０％相当
   分以下となる部分について、水排除領域を複数のグルー
   プに分割し当該グループ内の流体を順次水と水排除材と
   に交替し、更に補助的に制御棒を用いて反応度補償を行
   うことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の原子炉の負荷追従運転方法
4. （４）前記水排除領域のうち、水排除割合が５％相当分
   以下となる部分について、水排除領域を複数のグループ
   に分割し、負荷追従運転にともなうキセノン量変化によ
   る反応度変化の補償及び出力変化のための制御棒による
   反応度補償の補助として当該水排除領域の流体をグルー
   プ毎に順次水と水排除材とで入れ替えることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の原
   子炉の負荷追従運転方法