JPH047839B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は原子炉に関し、特に加圧水型原子炉の
負荷追従運転方法に関するものである。

［従来の技術］ 例えば特開昭57−119297号公報及び特開昭57−
133395号公報等に記載されているように、従来、
加圧水型原子炉の反応度制御は制御棒の挿入、引
き抜き及びほう素濃度変化によつて行つている。
制御棒による制御は速い反応度変化を行わせるこ
とができるが、炉心上部から制御棒を挿入するの
で、挿入に従い軸方向出力分布が歪んでくるとい
う問題がある。一方、ほう素濃度変化系は一次冷
却材中のほう素濃度を増減させるもので、軸方向
出力分布の問題はないが、大量の水を取り扱わな
ければならないので、反応度変化が遅いという問
題点がある。

負荷追従運転のように、炉心の出力変動がある
場合の反応度変化について見ると、第６Ａ図に線
１で示すような出力レベル変化があつた場合、こ
の出力レベル変化に伴う反応度変化は、第６Ｂ図
に実線２で示すような反応度変化（これは出力欠
損分という）と、点線３で示すようなキセノン
（Xe）変化による反応度変化とから成り立つてい
る。そして出力欠損は第７図に典型例を示してい
るように、燃料温度変化によるドツプラー効果の
出力欠損分、即ち図に一点鎖線４で示すものと、
一次冷却材の炉心平均温度変化による図中点線５
で示す出力欠損分との合計であり、図中実線６で
示すようになる。

ドツプラー効果による出力欠損分は炉心の寿命
中余り変化しないが、温度変化による出力欠損分
の方は寿命末期に近付くに従つて大きくなるの
で、全体の出力欠損は第８図に実線７で典型例を
示すように、寿命末期で大きくなつてくる。

従つて、出力変動中の反応度変化のうち、出力
欠損分は制御棒の挿入、引き抜きで補償すれば速
い出力変化にも対応でき、Xe変化分はゆつくり
した変化であるので、ほう素濃度変化で対応すれ
ばよいことになる。

しかし、100％出力から50％出力への変化では、
出力欠損は約0.7％Δρであり、一方、制御に通常
使用されている制御棒バンク即ち組分けされた特
定の制御棒グループは全挿入で約1.0〜1.4％Δρの
制御棒価値があるので、制御棒だけでこの出力欠
損分を補償しようとすると、制御棒を炉心の軸方
向より下方へ深く挿入する必要がある。このよう
に制御棒を深く挿入すると、軸方向出力分布が大
きく歪んでくることは先にも記載した通りで、そ
の後Xeによる出力分布振動等も起こつてきて問
題となる。このような軸方向出力分布の歪みを避
けるため、最近では、制御棒を余り深く挿入しな
いで出力変動を行うことが、標準的運転方法とな
つている。

標準的な負荷追従運転中に第６Ａ図に線１で示
すような出力レベル変化がある場合、制御棒は第
９Ａ図に線８で示すようにその挿入度が変化し、
これに伴い、ほう素濃度は第９Ｂ図に曲線９で示
すように、出力欠損分とXe分とが混在した複雑
な変化をする。第９Ｃ図に、上述の場合の軸方向
出力分布歪みの指標であるアキシヤルオフセツト
変化を線２４で示しているが、定常値を基準とし
てほぼ一定値で制御されていることが分かる。ま
た、この例ではほう素濃度変化幅は90ppm程度も
あり、毎日このような負荷追従運転を行うとする
と、１日当たり約90ppmのほう素希釈が必要にな
る。ほう素は一次冷却材中に混入されているの
で、ほう素希釈を行うためには一次冷却材を排出
し、代わりに純水を注入することが必要になる。
運転中のほう素濃度は、寿命初期の約1000ppmか
ら寿命末期の約100ppmまで炉心の燃焼と共に単
調に減少する。このため、寿命末期近くになり、
ほう素濃度が小さくなると、ほう素希釈のために
は大量の排出水を外に出して処理することが必要
になる。即ち、排出水及び排出放射性物質が増大
するという問題が生ずる。従つて、実際の負荷追
従運転では、この排出水の処理能力の点から、寿
命末期近くでの運転が制約を受けることになる。
また寿命末期近くでは、当然単位時間当たりのほ
う素濃度希釈速度にも制約が生じてくるので、こ
の点からも、第９Ｂ図の曲線９で示すような急激
なほう素濃度変化はできないようになる。

前述のように、軸方向出力分布歪みを避けるた
めに、最近では制御棒を余り深く挿入しないで出
力変動を行うことが標準的運転方法となつてい
る。この場合、制御棒だけでは出力欠損を補償で
きないので、残りの反応度はほう素濃度変化に依
存することになり、速い出力変動ができない。ま
た、低下した出力レベルから元の全出力レベルに
即時に復帰する即時復帰能力も、第９Ａ図から諒
解されるように制御棒が出力欠損分だけ深く挿入
されていないので、当然不足することになる。

［発明が解決しようとする問題点］ 従つて、上述の記載から諒解されるように、従
来の技術には、次ぎのような問題点があつた。

軸方向出力分布の歪みを避けるために制御棒
の炉心への深い挿入ができないので、低出力レ
ベルから全出力への即時復帰能力が不足する。

臨界ほう素濃度変化が大幅に必要とされるた
めに、寿命未期近くの臨界ほう素濃度の低い時
期では臨界濃度希釈能力が制約され、負荷追従
運転能力が制約される。

上記項のように臨界ほう素濃度変化が大き
いので、寿命を通じて排出される一次冷却材排
出水が多量となり、水処理に高コストを要す
る。

上記〜項の問題点により例えばステツプ
状のような速い負荷追従運転はその実施が難し
い。

特開昭57−133395号公報に記載された負荷追
従運転方法では、即時全出力復帰能力が不足す
る。また、第１０Ａ図に線１０で示すように低
出力レベルから全出力レベルに戻る場合に一度
に全出力に戻れず幾つかの部分出力レベルを経
て２〜３時間後に全出力に戻る。更に、第１０
Ｃ図に線１２で示すように臨界ほう素濃度変化
が第９Ｂ図の線９に比べて少なくなるとはい
え、完全にゼロにすることはできず、やはり寿
命末期にはほう素濃度希釈能力が不足する。こ
れ等のことは第１０Ａ図〜第１０Ｃ図に記載さ
れた典型例から容易に諒解されよう。

従つて、本発明の目的は、これ等の問題点を解
決して、炉心の軸方向出力分布に大きな歪みを生
じさせることなく炉心の速い出力変化及び即時復
帰能力を容易に実現すると同時に、ほう素濃度変
化に伴うほう素希釈のための排出水量を少なくす
ることができる加圧水型原子炉の負荷追従運転方
法を提供するものである。

［問題点を解決するための手段及び作用］ この目的から、本発明による加圧水型原子炉の
負荷追従運転方法は、炉心への制御棒挿入により
出力低下を急速に行い、その後のキセノン増加に
よる反応度減少は制御棒を引き抜いて補償し、制
御棒が約20〜25％挿入程度に達し軸方向偏差が全
出力の定常値より約５〜10％負側に達した後は該
制御棒はその位置に保持し、弱吸収制御棒バンク
引き抜きにより制御を行い、その後の出力上昇に
あたつては制御棒引き抜き及び弱吸収制御棒バン
クの順次引き抜きによりステツプ状に全出力へ出
力上昇させ、出力上昇後のキセノン減少による反
応度増加を弱吸収制御棒バンクの再挿入により補
償することを特徴とするものである。

加圧水型原子炉をこのように負荷追従運転する
ことにより、炉心の軸方向出力分布に大きな歪み
を生じさせることなく炉心の速い出力変化及び即
時復帰能力を容易に実現すると同時に、ほう素濃
度変化に伴うほう素希釈のための排出水量を少な
くすることができる。

［実施例］ 次に、本発明の好適な実施例について添付図面
を参照して詳細に説明するが、図中、同一符号は
同一又は対応部分を示すものとする。

本発明は、特開昭57−133395号公報記載の負荷
追従運転方法に加えて、中性子の弱吸収材からな
る制御棒を使用することにより、寿命初期から寿
命末期までの全期間を通じて低出力レベルから全
出力への即時復帰能力があると共に、水排出量の
大幅な低減を可能にする理想的な負荷追従運転方
法を提供するものである。

前記特開昭57−133395号公報記載の方法では、
出力低下は制御棒挿入で即時に行うが、出力低下
後のキセノン濃度変化分を制御棒引き抜きで補償
するために、制御棒は次第に引き抜かれて行き、
全出力に復帰しようとして制御棒を全引き抜きに
しても、反応度的に不足することになり、完全な
即時全出力復帰能力がない。

これを解決するためには、予め全出力レベルに
おいて出力欠損分に相当するだけの反応度効果を
有する特別の制御棒を炉心に挿入しておき、全出
力レベルへの復帰の場合には、この制御棒を引き
抜くという方法が考えられる。ただし、全出力レ
ベルで炉心に全挿入するわけであるから、制御棒
反応度価値の余り大きいものは挿入とともに半径
方向及び軸方向出力分布が大きく歪むために採用
が難しい。従つて、このような目的に使用する制
御棒としては、中性子の弱吸収材棒（例えば、ス
テンレス鋼、インコネル等）で構成された制御棒
クラスタ集合体が望まれる。

即ち、使用しうる弱吸収制御棒クラスタは第１
図に示した通りであり、第１図の線Ａ−Ａに沿つ
た断面を第２図に示すように、弱吸収制御棒クラ
スタ１３を構成する複数の弱吸収制御棒ピン材と
しては、ステンレス鋼中実棒１３ａを使用するこ
とができる。また、第２Ａ図に示すように、ステ
ンレス鋼中実棒１３ａと、中性子吸収の強いAg
−In−Cd棒１３ｂとを混在させた弱吸収制御棒
クラスタ１３を使用してもよい。更に、第２図及
び第２Ａ図のステンレス鋼中実棒１３ａに代え
て、第２Ｂ図に示すような、内側にアルミナ、ジ
ルコニア等のような中性子弱吸収材１３ｃを充填
した中空のステンレス鋼管１３ｄを使用すること
もできる。また、第２図のステンレス鋼棒１３ａ
の代わりにインコネル棒を使用したり、第２Ａ図
に示すAg−In−Cd棒１３ｂの代わりにHf棒、
B₄C棒等を用いることも可能である。

第３図は弱吸収制御棒の配置例を示す炉心平面
図で、図中、例えば符号Ｇで示す位置に配置され
た弱吸収制御棒１３は20体設けられている。組分
けされた特定の制御棒グループは一般にバンクと
呼ばれているが、第３図の配置例では、各バンク
４体の弱吸収制御棒クラスタからなるG₁〜G₅の
５バンクに分けられている。尚、Ａ，BC及びＤ
は制御バンク、Sa，Sb，Se及びSdは停止バンク
である。

第１図に示すようなステンレス鋼等からなる弱
吸収制御棒クラスタ１３を全出力レベルにおいて
出力変動が予定される出力欠損分に相当する体数
だけ臨界ほう素濃度希釈により全挿入しておけ
ば、低出力レベルから即時全出力に復帰するため
には、これ等の弱吸収制御棒クラスタを全引き抜
きすることにより、臨界ほう素濃度変化なしに即
時に対応することができる。必要な出力欠損分の
反応度は、第７図の線６及び第８図の線７で示す
ように100％→50％の出力変化では約0.7％Δρ〜
1.0％Δρであるが、特開昭57−133395号公報に開
示された方法では、制御棒が低出力レベルで完全
に引き抜けるわけではなく、少なくとも約20〜50
％は炉心に挿入されているために、この制御棒引
き抜きによる出力上昇分を利用できることを考え
ると、弱吸収制御棒の反応度は約0.5％Δρ〜1.0％
Δρが望ましいことになる。その理由は、0.5％Δρ
より小さい反応度価値であると、補償すべき出力
欠損分に不足することが問題となり、1.0％Δρよ
り大きい反応度価値であると、多数の弱吸収制御
棒バンクが必要となり、その駆動装置も含めて建
設コスト的に不利になるからである。これだけの
反応度効果を有する弱吸収制御棒が一度に挿入さ
れると出力分布の歪みが生ずるので、通常は４〜
５バンクに分けて各バンク当たりの反応度効果を
薄めるということにしている。また、多数のバン
クに分けると臨界ほう素濃度の微調整用に利用す
る上でも有利である。

制御棒バンク及び弱吸収制御棒バンクの引き抜
きにより低出力レベルから全出力に復帰した後
は、キセノン濃度の減少分の反応度は弱吸収制御
棒バンクを順次挿入して行くことによつて補償す
ることができる。50％出力レベルから100％出力
レベルへの復帰後のキセノン濃度変化の反応度は
0.8％Δρ程度であるので、弱吸収制御棒を全数全
挿入することによつて補償することができる。こ
のように負荷追従運転中の全反応変化は制御棒バ
ンクと弱吸収制御棒バンクとで殆ど賄うことがで
きるので臨界ほう素濃度変化を殆ど必要とせずに
各種の負荷追従運転を行うことができる。

第４図は制御棒挿入による出力分布の軸方向偏
差の変化例を示す図であり、それぞれ線１４は全
５バンクの弱吸収制御棒、線１５は弱吸収制御棒
１バンク、線２３はバンク間にオーバーラツプが
ある従来の全長制御棒の挿入例を示している。弱
吸収制御棒バンクは、各バンク間のオーバーラツ
プなしに単独で炉心に挿入されるので、全バンク
を一括して挿入しても、線１４に示すように全挿
入後は軸方向出力分布は歪まない。歪みの指標で
ある軸方向偏差AOは、qT，qBをそれぞれ炉心
上半分及び下半分の出力とすると、 AO＝qT−qB／qT＋qB×100％ で定義される。

この軸方向偏差AOは、弱吸収制御棒挿入後は
殆ど変化しないこと及び実際は１バンクずつ順次
挿入して行くため線１５で示すように挿入中の
AO変化も小さいので、弱吸収制御棒挿入による
出力分布の変動は殆ど問題にならない。従つて、
出力分布歪みを気にせずに必要に応じて弱吸収制
御棒バンクを挿入、引き抜きして反応度を微調整
することができる。

弱吸収制御棒を第３図のように配置した場合の
負荷追従運転方法においては、第５Ａ図〜第５Ｄ
図に例示するように、第５Ａ図に線１６で示す非
常に早い負荷変化（５％出力／分）且つ第５Ｃ図
の線１７で示すように殆どゼロの臨界ほう素濃度
変化で、負荷追従運転を行うことができる。第５
Ｂ図では、点線１８は弱吸収制御棒バンクの挿入
度を、実線１９は制御棒バンクの挿入度を示して
いる。また、制御棒バンク及び弱吸収制御棒バン
クの引き抜きによつて、第５Ｂ図の区間２０で示
す低出力レベルからの即時全出力復帰能力も完全
にあることが分かる。更に、全出力状態で若干の
制御棒バンク挿入を行えば、完全に第５Ｃ図の線
１７の臨界ほう素濃度変化をゼロとすることも可
能である。また、第５Ｄ図に線２５で示すアキシ
ヤルオフセツト変化は、出力低下時の制御棒挿入
及びその後の引き抜きにより定常値より約５〜10
％負側に維持されており、その後出力上昇した後
のアキシヤルオフセツトはほぼ一定値に制御され
ることが分かる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、弱吸収制御棒
バンクを使用するので、特開昭57−133395号公報
記載の方法に比べて、下記のように優れた理想的
な負荷追従運転を行うことが可能である。

５％出力／分程度の速い負荷変化からもつと
ゆつくりした負荷変化まで各種の負荷変化パタ
ーンに対応できる。

ほぼ寿命末期まで完全な即時全出力復帰能力
のある負荷追従運転ができる。

ほぼ寿命末期まで臨界ほう素濃度変化がほぼ
ゼロとなる負荷追従運転ができるので、排出水
量はその処理が殆んど問題にならない程激減す
る。

出力分布歪みの少ない安定した負荷追従運転
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の負荷追従運転方法において使
用しうる弱吸収制御棒クラスタの構造例を示す側
面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第２Ａ
図は別の弱吸収制御棒クラスタの第２図に相当す
る断面図、第２Ｂ図は弱吸収制御棒の変形例を示
す断面図、第３図は原子炉炉心におけ弱吸収制御
棒クラスタの配置例を示す平面図、第４図は制御
棒挿入による軸方向偏差の変形例を示す図、第５
Ａ図は本発明の負荷追従運転例における出力レベ
ルの変化を示す図、第５Ｂ図は本発明の負荷追従
運転例における制御棒挿入度の変化を示す図、第
５Ｃ図は本発明の負荷追従運転例におけるほう素
濃度変化を示す図、第５Ｄ図は本発明の負荷追従
運転例におけるアキシヤルオフセツト変化を示す
図、第６Ａ図は従来の負荷追従運転における出力
レベルの時間に伴う変化例を示す図、第６Ｂ図は
第６Ａ図の出力レベル変化に伴う反応度変化を示
す図、第７図は出力レベルに対する出力欠損の関
係を示す図、第８図は炉心寿命に対する出力欠損
の関係を示す図、第９Ａ図は従来の負荷追従運転
中の時間対制御棒挿入度の関係を示す図、第９Ｂ
図は従来の負荷追従運転中の時間対ほう素濃度変
化の関係を示す図、第９Ｃ図は従来の負荷追従運
転中の時間対アキシヤルオフセツト変化の関係を
示す図、第１０Ａ図、第１０Ｂ図及び第１０Ｃ図
は従来の負荷追従運転方法による場合の出力レベ
ル、制御棒挿入度及びほう素濃度変化をそれぞれ
示す図である。 １３…弱吸収制御棒クラスタ、１３ａ，１３ｂ
及び１３ｃ…弱吸収制御棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉心への制御棒挿入により出力低下を急速に
   行い、その後のキセノン増加による反応度減少は
   制御棒を引き抜いて補償し、制御棒が約20〜25％
   挿入程度に達し軸方向偏差が全出力の定常値より
   約５〜10％負側に達した後は該制御棒はその位置
   に保持し、弱吸収制御棒バンク引き抜きにより制
   御を行い、その後の出力上昇にあたつては制御棒
   引き抜き及び弱吸収制御棒バンクの順次引き抜き
   によりステツプ状に全出力へ出力上昇させ、出力
   上昇後のキセノン減少による反応度増加を弱吸収
   制御棒バンクの再挿入により補償することを特徴
   とする加圧水型原子炉の負荷追従運転方法。 ２ 前記弱吸収制御棒クラスタ全バンクの反応度
   価値は0.5％Δρ〜1.0％Δρであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の加圧水型原子炉の
   負荷追従運転方法。