JPS6013285A - 沸騰水型原子炉の運転方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は沸騰水型原子炉の運転方法に係り、特に燃料集
合体の反応度が炉心内の平均値よりも低くしてなるコン
トロール・セルを有する沸騰水型原子炉の運転方法に関
する。

〔ノ鶴明の技術的背景とその問題点〕

近年の沸１ｉ％水型原子炉では炉心にコントロール・セ
ルを形成し、通常の出力運転中は専らこのコントロール
・セル内の制御棒を挿入状態とすることにより原子炉を
運転する方法が実姉あるいは計画さルている。このコン
トロール・セルは、所定位１１／ｉ、に配設された１Ｉ
７１Ｊ御棒の周囲に反応度が炉心の平１勺１直よりも小
さい燃料集合体を配設して形成されよりも低くするか、
あるいは取替炉心では燃焼度を平均敏より高める等の方
法がある。

ところで一般に燃料集合体の長期使用等により、その燃
焼ＩＷが進行すると、その劣化等により燃料集合体の反
応）狙は低下して炉出力が低下する。そこでこの低下す
る反応度を補イ１１シて定格出力を保持するためには制
御棒の引抜きを行なって炉出力を上昇せしめる必要があ
る。しかし、単に炉心から制御棒を引抜くと、第１図の
実線で示すようにその引抜きにより制御棒の側蔽から外
された部分からの炉出力が急上昇し、燃料集合体の健全
性に好ましくない影響を与える恐れがある。したがって
制御棒引抜きに伴なう上記のような炉出力がいわゆるＰ
ＣＩＯＭＲ上許容されているしきい値以下の出力レベル
まで下げてから制御棒引抜きを行なう必要がある。この
しきい値は通常８　ｋｗ／ｆ　ｔに設定されている。

しかしながら、このように炉出力をＰＣＩＯＭＲのしき
い値以下の炉出力レベルまで一旦下げると、その後の定
格出力復旧まではならし運転により炉出力を漸増せねば
ならず、そのために稼動率は低下する。これによる稼動
率低下が原子炉運転サイクルにおける稼動率低下の相当
部分を占めており、この稼動率低下の改善を主目的とし
てコントロール・セルによる原子炉運転方法が考え出さ
れた。

このコントロール・セルでは燃料の反応度が予め小さく
抑制されているために、コントロール・セルの制御棒に
より運転すると第２図の実線で示すように制御棒引抜時
の炉出力の上昇が、コントロール・セルを使用しない場
合に比して著しく抑制される。その結毛、燃料枠の健全
性は維持され、１間ｒｉｉｌｌ僅引抜きのｊ、５％に行
なわれる炉出力紙−Ｆも比較的小さくて済み、じたがっ
て上Ｊｔ、た原子炉体動率を改善することができる。な
お第１図中破線は引抜前の制御８４１棒位置と炉出力を
示し、第２図中破１“而はコントロール・セル不使用時
の炉出力を示す。

しかして燃、１・１集合体には制御棒挿入状態ではいわ
ゆる中１生子スペクトルの硬化と、これに伴う１間１・
’１’　「’ｆ’−Ｉｔ月１．ｒ：効果と称される現象
が生ずる。前者の中性子スペクトルの硬化は第３図に示
すように燃料１１−合体１に制ｆＩ棒２が近接している
と、制御棒２の中性子吸収効果により熱中ｉ原子が吸収
さｆＬるために、燃料集合体１内の中性子エネルギー分
布が＋７１エネルギー１１川に歪むというものである。

そして制御棒２がさらにこれら燃料集合体１間に仲人さ
れると、その挿入体積部分だけ中性子減速材の軽水が減
少するために、中性子スペクトルの硬化はさらに１足並
される。これにより燃料集合体１内にＩＬ！４　イされ
ている燃料棒３の二酸化ウラン内の大半を占めるＵ２３
８の中１生子捕獲が増大し、この燃料集合本１０制御＄
　２　Ｋ近接している燃料棒３内にゲルトニウムＰｕが
蓄積される。その蓄積量は、燃料集合体Ｉ　Ｋ　ｆｔｆ
ｌＪ御棒２が近接している期間の長さに対応して増加す
る。したがって、ある期間制御棒２有りの挿入状態で運
転され、次に制御棒２無しの引抜状態に移ると、その制
御棒２を囲む４体のジ然叫果合体１の出力分布が、いず
ｎも第３図黒丸で示した燃料棒のコーナーロッド３Ａで
極大となる。このコーナーロッド３Ａは制（財）棒２の
十字形交差部に近接する燃料集合体１のコーナーに位置
するものであり、制御ａ２有りの挿入状態では、通常こ
のコーナーロッド３Ａの出力は最小である。

したがってこのコーナーロッド３Ａの出力は制御棒の引
抜きにより勅、激に変動することになる。その変動幅は
制御棒２有りの挿入状態が保持される期間が長いほど大
きく、これは制御棒履歴効果と直わｙｔでいる。上記コ
ーナーロッド３Ａの制御棒履歴効果を第４図に示す。第
４図中、横軸は制御棒挿入状態の燃焼期間を示し、オ、
従軸はコーナーロッド３Ａの局所ピーキング係数の増加
分、換言すると制御ｒｉｉｌ　２ｔ？＋拮Ｕ歴効巣を受
けた場合と、受けなかつノヒ゛ル合のコーナーロンド出
カビーキング係故の差引ろ）を示している。この第４図
は、制御棒挿入状ｉ１．ｊ３に、１？ける・１然り当期
間（Ｃ比ｆ３１１．てコーナーロッド３Ａのｉｉ：ｌｌ
　ｌ叫？＋１ｍ歴効果が大きくなることを表わして”い
る。

しかして、に述したコントロール・セルの１軍用にｚｌ
ｓ　ｔハても、制御枠服歴効−県は生ずるので、１ｉｌ
ｌ　（ｌｕ：’＋Ｂ・１１人犬四を長ＪＩＪ］間保持す
るとコントロール・セル内のｉ；’：　、＋ｔ’ｌ集合
１本のコーナーロッドの罪１釧ｌｓｌ侵歴゛功里が大き
くなり、出力ビーキンダ係数は増大し、出）Ｊ変Ｉす１
がＫきくなる。この制御棒履歴効果が大きくなると、炉
心平均（ｖ’Ｘよりも反応度を低く設定シタコントロー
ル・セルのバンドル出力ヲ小すくした′：す県を打消し
てしまい、コントロール・セルの幼Ｗを実現することが
できないといつ間Ｗｆがある。

〔硝明の目的〕

木・Ｊ６明はＬ述した事情に鑑みなされたもので、燃（
−１東合トドに生ずる制御棒履歴効果を最小に抑制して
コントロール・セルの効果を最大に発揮せしめ、その結
果、ＰＣＩＯＭＲに基くならし運転に起因する稼動率損
失を低減することができる沸１１１ｂ水型原子炉の運転
方法を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上述した目的を達成するために本発明に係る沸騰水屋原
子炉の運転方法は次のように構成される。

１つの燃料運転サイクルを複数の燃焼期間に分割すると
共に、コントロール・セルラ複数ダルーグに分類し、こ
れら各グループを上記各燃焼期間にそれぞれ対応させ、
しかも隣り合う燃焼期間に対応されたグループが相互に
異なるようにし、１つの燃焼期間については、１つのグ
ループに属する制御棒のみを操作して炉出力制御を行な
い、次期燃焼期への遷移時にはそれ以前の燃焼期間時に
挿入されていた制御棒を全引抜状態とするパターン交換
を行なうようにして構成される。

〔発明の実施例〕

以下本発明に係る沸騰水型原子炉の運転方法の一実施例
について図面を参照して説明する。

ｒ：、１’ｇ　５１ＱＩは１１０万ｋｗ６級の沸騰水型
原子炉の炉心に形成されたコントロール・セルの配置例
を示すための炉心の概略水平断面図である。第５図中符
号１０は炉心であり、炉心【０は多数の格子を有し、こ
の各格子内には４体の燃料集合体１と、これらｇ科毛合
体１間に４３図に示すように十字形状に１・１１人され
た制御棒１２とを収容している。これら格子の中には第
５図のＸ印で示す制御棒［２を収容するコントロール・
セルＬ１に形成されているものが多数ある。このコント
ロール・セル１１内に収容されている燃料集合体１はそ
の反応度が炉心【０の平均値よりも低くなるようにｔＶ
４成されており１例えば４つの格子について１つ、コン
トロール・セル１１が形成されている。これら多数のコ
ントロール・セル１１を複数、例えば第６図（４）、（
Ｂ）に示すように、ＡグループとＢグループの２グルー
プに分類する。

これらＡ、Ｂ両グループは縦、横両方向共に例え、ば、
Ａ、Ａ％Ａ、Ｂ、Ｂ、Ｂと、同一グループがにノ１〕か
ないように配列され、常にＡ、Ｂ、Ａ、Ｂ・・・と互い
に隣り合うグループは異なるグループに属するように分
φされる。Ａ、Ｂ両グループは第６図（Ａ）、（Ｂ）に
示すように炉心［０に平均的に分散しており、炉心【０
全体における炉出力分布の平担化が図られている。

一方燃焼度すイ久ルＥの期間を複数、例えば第７図に示
すようにＥｌとＥ２の２　）ｌＪＪに分割する。

燃焼度サイクルＥの始期から例えば約１／３ａ度進行し
た遷移時ＥＣを境界にしてサイクル前半期Ｅ１とサイク
ル後半期Ｅ２に２分割する。サイクル前半期Ｅ１におい
ては第６図囚で示すＡグループに属する適宜位置のコン
トロール・セル」１内の制御棒を引抜操作して炉出力を
制御する。但し、このサイクル前半期Ｅ１では反応度の
微調整のためにＡグループに属す名適宜コントロール・
セル１１内の制御棒の挿入または引抜きを行なうことは
可能である。このサイクル前半期Ｅ１が終了して次のサ
イクル後半期Ｅ２への遷移時ＥＣには、サイクル前半期
Ｅｌ内に挿入されたＡグループのコントロール・セル１
１内の制御棒を全て引抜状態とし、それ以後はＢグルー
プのコントロール・セルｌｌ内の制１１（１捧のみで炉
出力１ｌｌｌＪ岬を行なういわゆるパターン交換を行な
う。但し、サイクル後半期Ｅ２で反応度の做謂整のため
にＢグループのコントロール・セル［１内のｆ！ＩＩ　
ｉｉ叩俸の挿入または引抜きを行なってもよい。

サイクル前半期Ｅ１がらサイクル後半期Ｅ２へのＪ煤１
多時ＦＪＣＫＡグループからＢグループへ制御イ１（の
パターン交換を行なわない場合は、第８図（Ａ）に示す
ように制仰棒ｊｆＩ歴効果が燃を１集合体に蓄積され、
反応度調整のための制御棒引抜操作時の炉出力低下が大
きくなる。この炉出力低下に伴いｐｃ■ｏｒａｓｔに基
くならし運転知よる稼動率損失は増犬七る。一方、サイ
クル燃焼度期Ｅの遷移時ＥＣで、一度制御ｉｌｌ＋俸の
パターン交換を行なうと、第８図（ｉ（）に示すように
パターン交換時には炉出力低下は−１，ｉ、増大するが
、その後の反応調整のための制御（１ｒ引１人１■作時
の炉出力低下はパターン交換を行なわなかった第８図（
４）に示すものに比して著しく小さく上止っている。こ
れはＢグループのコントロール・セル１１の制御棒履歴
効果が遷移時ＥＣを始点と１−で零から開始されるため
である。この結果、燃焼度サイクルＥを通じての稼動率
損失の合計はパターン交換を行なった場合の方が、そう
でない場合よりも、著しく低く、との稼動率ケ著しく改
善することができる。第９図は制御棒のパターン交換を
行なう遷移時ＥＣとＰＣＩＯＭＲに基くならし運転によ
る稼動率損失との関係を示したものであシ、燃焼度サイ
クルＥの始期から約１／３程度進行した燃焼期りが稼動
率損失がほぼ最低でちることを示している。また第９図
において燃焼度サイクルＥがある程度長期、例えばＥ　
）　６０００ｉ１４Ｗｄ／Ｔｆあれば遷移期ＥＣが始期
Ｏまたは終ＩＩＪＩＥのときは結局、サイクル期間中一
度も制御棒のパターン交換を行なわないことを示し、ｐ
ｃＩｏＭＲに基〈ならし運転による稼動率損失は最大で
あり、両者は共に同一値となる。このｊ原動率損失は燃
料設計や燃焼度サイクルＥの長短の関数となるので一概
にはいえないが、上述したように燃焼期サイクルＥの始
期０から約１／３程度進行した燃焼期りが最適であると
判断することができる。

なお上水した実権例では燃焼度サイクルＥ′を２分、１
．すして原子炉運転する場合について述べたが、・ドＩ
う明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を
変更しない限り、種々変形して実施し得るものである。

例えば燃焼度サイクルＥを適宜長さで３分割してもよい
。そしてこの３分割されたサイクルＩＣに、例えばＡグ
ループ、Ｂグループ、ｒｌＨびＡグループと順次コント
ロール・セルｌｌｉ交ｉ瀉して運転してもよい。また、
コントロール・セル１１を２分Ｉｆｉではなく、３分項
でもよく、分類数には限定されない。燃焼度サイクルＥ
の分割数とコントロール・セル１１の分類数は適宜数で
よく、両者の組合せも適宜選定することができる。そし
て燃焼度サイクルＥの遷移時ＥＣでは制御棒のパターン
交換が行なわれるのは勿論である。

〔・、紗す］の効果〕

以上述べたように本発明は燃料運転サイクルをｉ、ｉｌ
数に分割すると共に、コントロール・セルを複数のグル
ープに分類し、分割された各燃焼期に対しては分−され
た各グループを割当てて、所要の燃焼期間には所要のグ
ループに鴎する制御棒のみを４＋１１人操作し、次期の
燃焼期への遷移時ではこれ迄に挿入されていた前グルー
プの制御棒全全て引抜状態とし、以後は次グループの制
御棒のみを挿ることかできる。このためにＰＣＩＯＭｆ
ｔに基くならし運転による稼動率損失を最小に１，１」
えることができ、その稼動率を著しく改善する効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

、′ｇ１図は制御棒の引抜前後における制御棒軸方向の
炉出ノ、７０分布変動を示す炉出力分布図、４２図はコ
ントロール“・セルの有無による制御棒軸方向の炉出力
の分布変動を示す炉出力分布図、・扁３図は燃料集合体
間への制御棒の挿入状態を示す平面図、第４図はコーナ
ーロッドピーキング係数の増加を示す曲線図、第５図は
コントロール・セルの配置例を説明するための炉心概略
水平断面図、第６図は本発明の一実絢例によるコントロ
ール・セルの分類方法を説明するためのものであり、同
（Ａ）はＡグループ、同（Ｂ）はＢグループのコントロ
ール・セルの配置例を示す炉心概略水平断面図、第７図
は同、２分割された燃焼度サイクルの概念図、第８図（
Ａ）は同、制御棒のパターン交換不実行の場合による炉
出力レベルの低下を示す炉出力レベル図、同（Ｂ）は同
じく、パターン交換実行の場合による炉出力レベルの低
下を示す炉出力レベル図、第９図はＰＣＩＯＭＲに基く
ならし運転による稼動率損失とパターン交換を行なう遷
移時との関係を示すグラフである。 １・・燃料集合体、２・・・制御棒、３・・・燃料棒、
３Ａ・・コーナーロッド、Ｅ・・・燃焼度サイクル、Ｅ
ｌ・・・サイクル前半期、Ｅ２・・・サイクル後半期、
ＥＣ・・・遷移時。 出願人代理人　波　多　野　久 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料集合体の反応度が炉心内の平均値よりも低くシ
   てなるコントロール・セルを有し、通常の炉出力運転中
   は専ら上記コントロール・セルにのみ制御棒を挿入状態
   とすることにより炉出力運転中を行なう沸１騰水型原子
   炉の運転方法において、１つの燃料運転サイクルを複数
   の燃焼期間に分１；ｉ　Ｊ−ると共に、上記コントロー
   ル・セルを（辺数グループに分類し、これら各グループ
   を−に配合燃焼期間にそれぞれ割当て、しかも隣り合う
   燃焼期間に割当らｉｔたグループが相互に異なるように
   し、１つの燃焼期間については１つのグループに属する
   制御棒のみを操作して炉出力運転中を行ない１次期燃焼
   期への遷移時にはそれ以前の燃焼期間に挿入されていた
   制御棒を全引抜状態とするパターン交換を行なうように
   したことを特徴とする沸騰水型原子炉の運転方法。 ２．１つの燃料運転サイクルは、３つの燃焼期間に分割
   されると共に、コントロール・セルは２つのグループに
   分類され、上記各燃焼期毎にこれらグループを順次変え
   て制御棒を挿入引抜操作し炉出力制御するようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の沸騰水型
   原子炉の運転方法。 ３、制御棒のパターン交換は、１つの燃料運転サイクル
   の始期から約杓期程度で行なうようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の沸騰水型原子炉の運
   転方法。