JPH0894793A - 自然循環沸騰水型原子炉の起動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】原子炉の起動時に、不安定流動現象の発生を防
止し、安定した原子炉の起動を可能とする。 【構成】炉心２の出口に圧力計25と温度計26，炉心２上
のチムニー３下部に圧力計27と温度計28を設置し、前記
圧力計25，27と温度計26，28から飽和圧力を演算する。
炉心２の出口が飽和状態になったときに、チムニー３下
部の圧力がチムニー３下部温度計28から演算される飽和
圧力になるように、タービンバイパス弁19またはタービ
ン加減弁11の開度を調節し、圧力容器１の圧力を低下さ
せる。また、制御棒24の引抜きを調節して原子炉出力を
上昇させたりしてチムニー３部を迅速に飽和状態にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は炉心内外の静水頭差によ
り冷却材の循環流量が確保される自然循環沸騰水型原子
炉の起動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の自然循環沸騰水型原子炉
を示すもので、図中、符号１は原子炉圧力容器（以下、
圧力容器と記す）であり、この圧力容器１内には炉心２
が配置されているとともに、この炉心２を包囲して円筒
状をなすチムニー３が設置され、チムニー３と圧力容器
１内との間にダウンカマ４が形成されている。チムニー
３の上方は上部プレナムで蒸気ドーム部５となってい
る。

【０００３】冷却水６は、ダウンカマ４，下部プレナム
７，炉心２およびチムニー３内を自然循環している。炉
心２で発生した蒸気は、主蒸気管８を通り主蒸気隔離弁
９、タービン蒸気止め弁，タービン蒸気加減弁11を流れ
てタービン12に送られる。タービン12で仕事をした後の
蒸気は、主復水器13で復水後、給水ポンプ14，給水止め
弁15を接続した給水管16を流れ、冷却水として圧力容器
１内に給水されるようになっている。

【０００４】主蒸気隔離弁９の入口側と主復水器13との
間には主蒸気ドレン弁17を有する主蒸気ドレン配管18が
接続し、タービン止め弁10の入口側と主復水器13との間
にはタービンバイパス弁19を有するタービンバイパス管
20が接続している。

【０００５】圧力容器１の底部には、冷却材浄化系の一
部であるドレン配管21が設けられており、このドレン配
管21で抽出された炉水６は、電気ヒータ等で構成される
熱交換器22に送られ、ここで加熱された炉水６は注水配
管23および給水管16からダウンカマ４に戻されるように
なっている。

【０００６】炉心２には制御棒24が挿脱して炉心２の出
力が制御される。しかして、上記構成の従来の自然循環
沸騰水型原子炉では圧力容器１内の炉心２を包囲した円
筒状のチムニー３と、チムニー３の外周部と圧力容器１
に囲まれ冷却材である水の流路となるダウンカマ４をも
ち、チムニー３内の水と蒸気の浮力による上昇力および
ダウンカマ４における水頭圧を駆動力として冷却材を循
環させている。

【０００７】自然循環沸騰水型原子炉の起動方法は以下
の通りである。まず、原子炉水を熱交換器22または崩壊
熱で80℃まで昇温する。主復水器13を真空引きの後、主
蒸気ドレイン弁17を開放して脱気運転を行い、冷却水か
ら不純物を取り除く。その後、制御棒24を引抜き原子炉
を臨界にし、出力をゆっくり上昇させながら、冷却水を
昇温すると同時に原子炉圧力を増加させていく。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】自然循環沸騰水型原子
炉の起動時において、不安定な熱流動現象が発生する可
能性がある。この不安定流動現象の発生する条件は圧力
容器内の原子炉圧力が低く、自然循環流量が少なく、さ
らに炉心が飽和状態であり、チムニー内がサブクール状
態のときである。

【０００９】自然循環沸騰水型原子炉では自然循環流量
を確保するため、炉心２の上部にかなり高いチムニー３
を有している。このチムニー３の高さが例えば10ｍであ
るとすると、その水頭圧は１ａｔａとなり、蒸気ドーム
５部が大気圧であり、原子炉水温度が 100℃の場合、炉
心２の出口すなわちチムニー３下部のサブクール度は20
℃にもなる。

【００１０】原子炉の出力を上昇させていくと、蒸気発
生のある炉心部の温度がまず上昇していく。チムニー３
内は熱発生がないので、炉心からチムニー３内へ流入し
た高温の水は周りの低温の水と混合してチムニー３内の
流体温度は炉心部より低下し、サブクール状態のままで
ある。さらに出力を上昇させていくと炉心出口部で飽和
となりボイドが発生する。

【００１１】しかし、チムニー３内はまだ低温のサブク
ール状態であるため、このボイドはチムニー３内で消滅
する。その結果、チムニー３内のサブクール水が炉水に
流入し流動振動および出力振動が生じる。自然循環沸騰
水型原子炉ではこのような不安定流動現象の発生を防止
した起動方法を採用する必要がある。

【００１２】図６に自然循環沸騰水型原子炉の起動時の
主要パラメータ変化を、図７にそのときの炉心とチムニ
ー内の流体温度変化を示す。なお、図７中符号１はチャ
ンネル入口水温、２は上部プレナム水温、３はチャンネ
ル出口、４と５はチャンネル出口および上部プレナムで
の飽和温度、ｔ1 は一定圧力の場合の沸騰遅れ時間、ｔ
2 はチャンネル上端部での沸騰遅れ時間、ｔ3 は上部プ
レナムでの沸騰遅れ時間を示している。ここで、チャン
ネルとはチムニー３に相当し、上部プレナムは蒸気ドー
ム５部に相当している。

【００１３】原子炉出力の増加とともに原子炉出力およ
び冷却水温度が上昇している。図７からわかるように、
この昇温過程において炉心出口でまず飽和状態になりボ
イドが発生する。つぎにチムニー３内が飽和状態にな
る。炉心が飽和であり、かつ、チムニーがサブクール状
態である期間はｔ3 の１時間であり、この期間において
不安定な流動現象が発生する可能性がある。

【００１４】このような不安定流動現象は原子炉圧力が
高くなると発生しない。したがって、例えば特開平５−
７２３８７号公報に示されるような自然循環沸騰水型原
子炉の起動方法では同公報の図１に示すように給水管14
に加圧タンク17を設置し、圧力容器１内の加圧を圧力容
器１外部から行い、原子炉圧力を高くしてから圧力容器
内の冷却水を単相流状態から二相流状態に遷移させるこ
とにより、不安定流動現象の発生を防止している。しか
しながら、この起動方法では加圧タンク17を設ける必要
があり実際的ではない課題がある。

【００１５】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、自然循環沸騰水型原子炉の起動時に不安定流
動現象が発生する可能性のある期間を短くして不安定流
動現象の発生を防止し、安定した原子炉の起動を可能と
する自然循環沸騰水型原子炉の起動方法を提供すること
にある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は炉心出口に圧力
計と温度計、チムニー下部に圧力計と温度計を設置し、
前記温度計から飽和圧力を演算し、炉心出口が飽和状態
になったときにチムニー下部の圧力がチムニー下部の温
度計から演算される飽和圧力になるように、タービンバ
イパス弁またはタービン加減弁の開度を調節し圧力容器
の圧力を低下させたり、もしくは制御棒の引抜きを調節
し原子炉出力を上昇させたりすることを特徴とする。

【００１７】

【作用】

（１）炉心出口に圧力計と温度計、チムニー下部に圧力
計と温度計を設置し、前記温度計から飽和圧力を演算
し、炉心出口が飽和状態になったときにチムニー下部の
圧力がチムニー下部の温度計から演算される飽和圧力に
なるように、主蒸気隔離弁を開放しタービンバイパス弁
の開度を調節し圧力容器の圧力を低下させる。

【００１８】（２）起動時の不安定流動現象の発生する
条件は炉心出口が飽和であり、チムニー下部がサブクー
ル状態のときである。タービンバイパス弁を調整するこ
とにより、チムニー下部を飽和状態とすることができ
る。

【００１９】（３）この結果、不安定流動現象の発生す
る可能性がある期間を短縮でき、安定した原子炉の起動
が可能となる。また、制御棒の引抜きを調節し原子炉出
力を上昇させたりすることにより、チムニー下部を飽和
状態とすることができる。

【００２０】（４）炉心出口が飽和状態になったときに
チムニー下部の圧力がチムニー下部の温度計から演算さ
れる飽和圧力になるように、主蒸気隔離弁およびタービ
ン止め弁を開放しタービン加減弁の開度を調節し圧力容
器の圧力を低下させる。炉心出口が飽和状態になったと
きにチムニー下部の圧力がチムニー下部の温度計から演
算される飽和圧力になるように、制御棒の引抜きを調整
し原子炉出力を増加させチムニー内を迅速に飽和状態に
する。

【００２１】

【実施例】図１により本発明に係る自然循環沸騰水型原
子炉の起動方法の第１の実施例を説明する。図１は本実
施例を説明するための自然循環沸騰水型原子炉と、ター
ビン系と、給水系とを概略的に系統図で示している。

【００２２】図１において、圧力容器１内には多数本の
燃料集合体が装荷され、かつ制御棒24が挿脱する炉心２
が配置され、この炉心２を包囲して円筒状チムニー３が
設置され、チムニー３と圧力容器１との間にダウンカマ
４が形成されている。チムニー３の上方は上部プレナム
で蒸気ドーム部５となっている。圧力容器１内の冷却水
６はダウンカマ４，下部プレナム７，炉心２およびチム
ニー３内を自然循環している。原子炉出力は制御棒24で
調整する。

【００２３】炉心２で発生した蒸気は主蒸気管８から流
出し、主蒸気隔離弁９，タービン蒸気止め弁，タービン
蒸気加減弁11を流れてタービン12に送られる。タービン
12で発電機を駆動させて仕事をした後の蒸気は主復水器
13で復水後、給水ポンプ14，給水止め弁15を接続した給
水管16を流れ、冷却水として圧力容器１内に戻されるよ
うになっている。

【００２４】主蒸気隔離弁９の入口側と主復水器13との
間には主蒸気ドレン弁17を有する主蒸気ドレン管18が主
蒸気管８から分岐して接続しており、またタービン蒸気
止め弁10の入口側と主復水器13との間にはタービンバイ
パス弁を有するタービンバイパス管20が主蒸気管８から
分岐して接続されている。

【００２５】炉心２の出口側には炉心出口圧力計25と炉
心出口温度計26が設置され、炉心２の上方のチムニー３
の下部にはチムニー下部圧力計27とチムニー下部温度計
が設置され、これらの圧力計25，27と温度計26，28は制
御器27に接続され各々の信号が入力する。一方、制御器
27の出力信号は主蒸気隔離弁９およびタービンバイパス
弁19へ出力されるようになっている。

【００２６】ここで、タービン止め弁10，タービン加減
弁11および給水止め弁15は閉じた状態で、主蒸気隔離弁
９，主蒸気ドレン弁17およびタービンバイパス弁19は開
いた状態となっている。

【００２７】しかして、本実施例の対象となる起動時の
初期においては炉心で発生した蒸気は主蒸気ドレイン配
管18を通って主復水器13に流れる。本発明の対象外であ
る原子炉圧力が 0.5ＭＰａ以上の状態では、炉心２で発
生した蒸気は主蒸気隔離弁８を通った後、タービンバイ
パス弁19を経由して主復水器13に流れる。

【００２８】炉心２の出口に圧力計25と温度計26，チム
ニー３の下部に圧力計27と温度計28を、また、圧力計，
温度計から飽和圧力を計算する制御器29を設置してい
る。この制御器29は炉心２の出口の圧力と、温度計から
計算される飽和圧力を比較し、前者の値と後者の値が等
しくなったときに炉心出口が飽和状態になったと判定す
る。

【００２９】また、チムニー３の下部の圧力と、温度計
から計算される飽和圧力を比較し、前者の値と後者の値
が等しくなったときにチムニー３の下部が飽和状態にな
ったと判定する。この制御器29は炉心出口が飽和状態に
なったと判定した場合、主蒸気隔離弁９を全開し、さら
に、タービンバイパス弁19の開度を制御してチムニー３
の下部が飽和状態にあるように調整する。本実施例によ
れば、不安定な流動現象の発生する可能性がある期間を
短縮でき、安定した原子炉の起動ができる。

【００３０】つぎに、図２により本発明の第２の実施例
を説明する。なお、図２中図１と同一部分に同一符号を
付して重複する部分の説明は省略する。この第２の実施
例が第１の実施例と異なる点はタービンバイパス弁19お
よび給水止め弁15を閉じ、主蒸気隔離弁９，タービン蒸
気止め弁10，タービン加減弁11および主蒸気ドレン弁17
を開いた状態としている。制御器29の出力信号は主蒸気
隔離弁10，タービン蒸気止め弁10およびタービン蒸気加
減弁11に入力されるようになっている。

【００３１】この第２の実施例においては制御器29は炉
心出口が飽和状態になったと判定した場合、主蒸気隔離
弁９およびタービン止め弁10を全開し、またタービン加
減弁11の開度を制御してチムニー３の下部が飽和状態に
なるように調整する。これにより原子炉の起動時に不安
定流動現象が発生する可能性がある期間を短くすること
ができる。

【００３２】つぎに図３により本発明の第３の実施例を
説明する。この第３の実施例が第１の実施例と異なる点
は主蒸気ドレン弁17のみを開き、他の全ての弁９，10，
19および15を閉じた状態としている。その他の部分は第
１の実施例と同様であるのでその説明は省略する。

【００３３】この第３の実施例においては、制御棒24の
引抜きを制御し原子炉出力を増加させ、チムニー３の下
部が飽和状態になるように調整する。これにより第１の
実施例と同様の効果がある。

【００３４】図４は図２から図３に述べた本発明と従来
例とのチムニー下部温度および炉心出口温度とを、温度
と起動からの時間との関係で比較して示したものであ
る。図４から明らかなように本発明の実施例によれば、
自然循環沸騰水型原子炉の起動時に不安定流動現象が発
生する可能性のある期間Ｔ3 を短くすることができ、安
定した原子炉の起動が可能となる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、炉心出口に圧力計と温
度計、チムニー下部に圧力計と温度計を設置し、前記温
度計から飽和圧力を演算し、炉心出口が飽和状態になっ
たときにチムニー下部の圧力がチムニー下部の温度計か
ら演算される飽和圧力になるように、タービンバイパス
弁またはタービン加減弁の開度を調節し、圧力容器の圧
力を低下させたり、もしくは制御棒の引抜きを調節し原
子炉出力を上昇させたりする。

【００３６】これにより、チムニー下部を迅速に飽和状
態とすることができ、この結果、この不安定流動現象の
発生する条件（炉心出口が飽和であり、チムニー部が未
飽和状態であること）を避けることができ、不安定流動
現象の発生する可能性がある期間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自然循環沸騰水型原子炉の起動方
法の第１の実施例を説明するための系統図。

【図２】本発明に係る自然循環沸騰水型原子炉の起動方
法の第２の実施例を説明するための系統図。

【図３】本発明に係る自然循環沸騰水型原子炉の起動方
法の第３の実施例を説明するための系統図。

【図４】本発明と従来例における作用効果を温度と起動
から時間との関係で比較して示す特性図。

【図５】従来の自然循環沸騰水型原子炉の起動方法を説
明するための系統図。

【図６】従来の自然循環沸騰水型原子炉の主要パラメー
タ変化を示す特性図。

【図７】図６における炉心とチムニー内の冷却材温度変
化を示す特性図。

【符号の説明】

１…原子炉圧力容器、２…炉心、３…チムニー、４…ダ
ウンカマ、５…蒸気ドーム部、６…冷却水、７…下部プ
レナム、８…主蒸気管、９…主蒸気隔離弁、10…タービ
ン蒸気止め弁、11…タービン蒸気加減弁、12…タービ
ン、13…主復水器、14…給水ポンプ、15…給水止め弁、
16…給水管、17…主蒸気ドレン弁、18…主蒸気ドレン配
管、19…タービンバイパス弁、20…タービンバイパス
管、21…ドレン管、22…熱交換器、23…注水配管、24…
制御棒、25…炉心出口圧力計、26…炉心出口温度計、27
…チムニー下部圧力計、28…チムニー下部温度計、29…
制御器。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力容器内にチムニーを有し、このチム
   ニー内に炉心が配置され、このチムニー内に冷却水を保
   有するとともに内部で蒸気を発生する自然循環沸騰水型
   原子炉の起動方法において、前記圧力容器内の冷却水を
   昇温する際に、前記炉心の出口が飽和状態であり、かつ
   前記チムニー内が未飽和状態である期間を短くするか、
   または前記炉心の出口が飽和状態になったときに原子炉
   圧力を減少させることにより前記チムニー内を飽和状態
   に維持し、前記炉心の出口が飽和状態でありかつ前記チ
   ムニー内が未飽和状態である期間を短くすることを特徴
   とする自然循環沸騰水型原子炉の起動方法。
2. 【請求項２】 前記炉心の出口が飽和状態になったとき
   に原子炉出力を増大させて前記チムニー内を飽和状態に
   維持し、前記炉心の出口が飽和状態であり、かつ前記チ
   ムニー内が未飽和状態である期間を短くすることを特徴
   とする請求項１記載の自然循環沸騰水型原子炉の起動方
   法。
3. 【請求項３】 前記原子炉圧力の減少は主蒸気隔離弁を
   開き、タービンバイパス弁の開度を調整し制御すること
   を特徴とする請求項１記載の自然循環沸騰水型原子炉の
   起動方法。
4. 【請求項４】 前記原子炉圧力の減少は主蒸気隔離弁を
   開き、タービン加減弁の開度を調整し制御することを特
   徴とする請求項１記載の自然循環沸騰水型原子炉の起動
   方法。
5. 【請求項５】 前記原子炉出力の増加は制御棒の引抜き
   を調整し制御することを特徴とする請求項１記載の自然
   循環沸騰水型原子炉の起動方法。