JPS605917B2 - 加圧水形原子炉の出力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炉０の麹方向高さに亘り制御棒が軸方向の中
性子東の差を補償するため位置調整され、この中性子東
は炉心の上部および下部領域の局所的出力に対するそれ
ぞれ少くとも一つの測定点により検出され、炉心の実質
上全局に亘り中性子吸収材が設けられた制御榛の２つの
群が配置され、所定の冷却材温度を維持するたもの第１
の制御榛群は実質上専ら炉心の上部領域で位置調整され
るのに対し、炉心の反応度への燃料温度の反作用で補償
するための第２の制御榛群は実質上炉心の全高に亘って
位置調整されるようにした加圧水形原子炉の出力制御装
置に関する。

かかる装置はたとえば″ＶＧＢＫｅｍｋｒａｆｔ−ｗｅ
ｒｋｓｓｅｍｌｎａｒｌ９７０″第５７頁〜第Ｍ頁に記
載されている。

またスイス特許第５０８９６６号によれば加圧水形原子
炉において通常は冷却材におけるほう酸濃度の変化によ
り補償されるキセノン寮をそのための特殊な制御榛群に
より補償することが記載されている。この補償は明細書
中に詳述されているようにキセノンの燃焼により生じる
キセノンの翼作用の減少による出力増大を制御榛の挿入
により回避するようにして行われる。しかしてこれによ
り前述の２つの制御榛群はキセノンの作用とは無関係に
あたかもこれが全く存在しないように位置調整できるよ
うになる。更にスイス特許第５０８９６６号によれば、
全長の一部にのみ中性子吸収材料を設けたいわゆるパー
トレングス制御樺群を使用することも公知である。

この制御榛群は、炉○内の中性子束の内部測定にもとづ
き炉心全体に亘る出力分布を改良するのに役立つ。この
場合の前提条件は、局所的に高い出力密度がパートレン
グス制御綾によってのみ影響を受けることである。なぜ
なら炉心の全高に亘つて中性子吸収材料を設けた制御樟
では問題になる個所だけに有効な作用を及ぼすことはで
きないからである。かかる見解は米国特許第３０８１２
４８号明細書にも記載されており、ここでは減速材中の
中性子東分布がパートレングス制御榛によって調整され
るガス冷却形原子炉が対象となっている。

この明細書の一実施例においては炉心の全高に亘る制御
棒に両端部に中性子吸収材が設けられ、一方の炉心機に
おける吸収材の挿入とこれに対置する他方の炉心端にお
ける吸収材の引抜きとを結びつけている。これにより中
性子東分布は、出力の発生が全体として変化しないよう
に調整されなければならない。同機の効果はこの明細書
の他の実施例においては、吸収材を設けた２つのパート
レングス榛のうち一方は炉心の下端に、他方は炉心の上
端にそれぞれ駆動機とのカップリングを介して設置する
ことにより得ている。しかしこのようにして構成される
軸万向の出力変動に対する補償は、パートレングス制御
棒を通常の出力制御用の制御榛の他に設けねばならない
のでかなりの出費を見込まなければならない。ドイツ連
邦共和国特許出願公告第１６１４７０２号公報には、原
子炉炉′Ｄを２〜３の領域に分割し、それらの出力を個
々に測定し、各領域の平均値が同じになるように各部分
の出力を制御するようにした原子炉設備の制御方式が記
載されている。

このため偏差が生じた場合各領域の制御棒は出力変動の
場合の原子炉全体の制御棒と同様にかつ同一方向に制御
される。しかしこのような制御は、制御棒が両側から糟
々炉０の深さの半分位迄しか挿入されないように個々の
領域に配置されるときのみ可能である。従って位置調整
が一方の側から炉心全体に及ぶような制御榛ではかかる
制御は不可能である。更にかかる制御は、冒頭に述べた
形式の加圧水形原子炉の場合よりも制御棒の数を増やさ
なければならないという欠点を有する。そのため特に制
御榛駆動機構を頻繁に操作しなければならないときには
故障源が増大する原因となる。本発明の目的は、とりわ
けキセノン毒により生じいわゆるキセノン振動を生じる
ような大形の原子炉に発生する出力分布の軸方向の不均
一性を冒頭に述べた装置において使用されている制御榛
により補償することにある。この目的は本発明によれば
、少くとも３．５肌の炉心高さの場合上部測定点と下部
測定点の測定点の差が遅延素子を介して第２制御穣群の
調整位置に対する設定値発信器に導かれ、全熱出力の増
大時および炉心上部の局所的出力の減少時には位置設定
値が第２の制御榛群の挿入深さの増大方向に調整され、
これとともに冷却材温度制御回路を介して第１の制御捧
群の引抜き方向の運動を開始させることにより達成され
る。

２つの測定点を設けることにより振動を惹起するような
鞄方向の出力分布における差を適時に検出し、これを自
動的に対処することが可能となる。

これはもともと存在する制御棒の位置調整により出力分
布を変化することにより達成される。これは遅延素子を
介して行われるので、緩慢な出力変動に特に通した制御
作用が達成される。本発明装置にとって重要なことは、
位置設定値が両制御捧群のうち炉心の全高に亘り調整さ
れる群だけに与えられるようにし、他方の制御榛群は上
部領域で調整され、別の群の位置変動により生じる出力
全体の変化が補償されることである。本発明装置は英国
特許第１２８４８７１号明細書に言己鼓されている黒鉛
減速ガス冷却形高温炉の場合とも異なっている。すなわ
ちこの高温炉では制御棒の位置調整は、冷却ガスの放出
温度を定常状態、すなわち出力変動のない状態における
平均温度に規定することにのみ役立てられている。負荷
変動に対する適合はこの高温炉では冷却材量の変化によ
り行っている。キセノン蓑作用或いは出力分布の軸方向
の不均一性に関する補償作用については何等言及されて
いない。本発明装置における出力制御は、出力の測定装
置が精密に作られれば作られる程より正確に行われる。

この理由から両側定点を炉心の内部計袋装置に設けると
よい。更にたとえば外部計装装置が保守点検や交換など
によって特に信頼性を有しかつ正確に校正できるように
構成できることを考慮して、出力を原子炉圧力容器の外
部で十分な精度で検出することも考えられる。以下図面
に示す実施例により本発明を詳細に説明するに、図面に
は本発明に基づく加圧水形原子炉の制御系が示されてい
る。

加圧水形原子炉が炉心２が入れられた原子炉圧力容器１
を有している。

この加圧水形原子炉は出力１２００ＭＷｅに設計されて
いるので、その炉心２の高さ日は３．５凧以上、たとえ
ば３．９肌に達する。原子炉圧力容器１には外部冷却材
回路３が接続されている。この冷却材回路３には少くと
も一つの蒸気発生器４が接続され、この中には一次冷却
材として用いられる軽水が主冷却材ポンプ５によって送
り込まれる。蒸気発生器４は給水導管６から給水され、
蒸気は導管７を介してタービン（図示せず）に導かれる
。加圧水形原子炉の炉心２内で発生される‘まゞ４００
０ＭＷの熱出力を制御するために、中性子吸収材料を有
する制御棒が用いられる。

この制御棒は炉心２の全高さ日に亘つて調整することが
できる。全体で約５０本の制御榛がほゞ円形断面の炉心
２に均等に分布して配置されている。これらの制御棒は
実質的に同形に形成される。なぜならそれらの作用部分
の長さ、すなわち中性子吸収長さはほゞ炉Ｄ高さ日の大
きさと一致しているからである。制御棒は３つの群に分
けられている。

制御榛１０で表わされた第１の制御榛群Ｌ‘ま、冷却材
温度を一定に保つために用いられる。この第１の群Ｌは
専ら炉心の上部領域１１において調節され、１度に入れ
られる場所はできるだけ広くなっている。この第１の群
いますべての制御棒の約２／３〜３／４を占めている。
制御棒１４で表わされた第２の制御榛群Ｄは、熱料温度
の反応度へのフィードバック現象を補償するものである
。

このために第２の群○の制御棒は符号１５に示されてい
るように、炉心２の全高さＨ‘こ亘つて調整することが
できる。この第２の群Ｄの制御棒はすべての制御棒の約
１／１０を占めている。第３の群×は制御棒１６によっ
て示されている。

この第３の群×はキセノンの蓑作用によって生ずるよう
な出力変化を急速におよび局部的に制御するために用い
られる。これらの制御棒は比較的小さな反応度を持たせ
ることができ（いわゆる灰色の制御榛を使用できる）、
個々にあるいはできるだけ小さな群で炉０２の中に完全
に挿入される（符号１７）。この第３の群×の制御椿は
すべての制御棒の１／４以下である。この第３の群Ｘは
あくまでも補助的なもので、これなし１こ済ますことも
できる。冷却材回路３には、原子炉圧力容器１からの冷
却材出口温度を検出する測定点２０と、蒸気発生器４の
貫流後の冷却材温度を検出する測定点２１とが設けられ
ている。

これより冷却材温度を制御するために用いる平均値が場
所２２が形成される。このために冷却材温度の実際値は
設定値発信器２３の設定値と比較され、比例微分調節器
（ＰＤ調節器）２５に与えられる。この比例微分調節器
２５は±１℃の不動作領域をもつ比例素子２６を介して
ステップバィステツブスイツチ２８に与えられる。この
ステップ／ゞィステップスィツチ２８は作用線２９で示
されているように出力領域Ｌの制御綾１０を調整し、位
置報知器２７によって出力領域Ｌのそのときの挿入深さ
を指示する。更に炉心２にはその上部領域および下部領
域における局所的な出力を測定するために２個の測定点
３０，３１がおかれ、これらは図面では簡単化のために
左上端に示されている。この目的のために周知の方法で
炉心２内には炉内側定器３４に属する中性子検出器３２
が設けられている。増幅器３３を介して検出される中性
子検出器３２の測定値は、いわゆる燃焼分布制御器３５
において行われる計算の基礎となる。たとえば測定点２
０と２１とにおける冷却材温度の差および主冷却材ポン
プ５の回転数から計算器３６によって求められる原子炉
の全出力ＰＲに対する測定点３０で測定された炉心上部
の局所的な原子炉出力の割合に関連して、並びに位置報
知器２７から送られてくる第１の制御榛群Ｌの位置を考
慮して、出力分布制御器３８に対する設定値の調整が遅
延素子３７を介して行われる。遅延素子３７はキセノン
の反作用により特定される運転経過に制御綾の位置調整
を時間遅れをもって適合させ、これにより急速な変動に
よる不安定動作を回避するために設けられる。図面に示
すように遅延素子３７における制御作用の時間的関係は
出力増大時には１時間、出力減少時には１餌時間の遅れ
を見込んである。全体の原子炉熱出力が大きくなるほど
、および第１の制御榛群Ｌの制御榛１０の深さが浅くな
るほど、炉心上部における出力は増大する。このために
、２個のタイミング素子３８ａ，３８ｂと、タイミング
素子３８ｂに直列接続された不動作領域をもつ比例素子
３８ｃとから成る出力分布制御器３８は、燃焼分布制御
器３５から遅延素子３７を介して与えられる設定値を炉
心上部および下部の測定点３０，３１の出力測定値の差
と比較する。開閉器３９を介して接続されかつたとえば
手動であるいは燃料損耗度に応じて制御しうる第２の制
御榛群Ｄの位置に対する設定値発信器４０の値を考慮し
て、±５伽の不動作領域をもつ比例素子４１を介してス
テップバィステッブスイッチ４２が動作するので、出力
分布が望ましくない状態にある場合あるいはそのような
状態になる恐れがある場合、制御榛１４は調節される。
又第２の制御榛群Ｄの制御棒１４の制御はＬ炉心上部お
よび下部にゾンデ４４，４５で示された２個の測定点を
もつ外部測定装置４３に依存して開閉器３９を介して行
うようにすることもできる。増幅器４６内で適当な演算
によって形成された平均値から差が実際値として制御器
４７に与えられ、開閉器３９を介して出力分布制御器３
８に後続接続された素子に与えられる。従ってそれにＬ
よって、出力分布の不均一性が望ましくない程に大きく
なるときに第２の制御榛群Ｄの制御榛１４を操作するこ
とができる。キセノン振動を減少するための本発明に基
づく制御棒の調節は、第３の制御樟群Ｘおよび脱イオン
水あるいはほう酸水の炉心への注水によっても助成する
ことができる。

この第３の制御榛群×および注水はキセノンの有毒作用
および燃料損耗の調整を促進する。このために、、冷却
材ポンプ５０を介して冷却材回路３に接続されたほう酸
液導管４８および脱イオン（純水）導管４９が用いられ
る。それらの導管に付属する制御弁５１，５２は制御駆
動装置５３によって開かれる。この制御駆動装置５３は
、一方では専ら熱出力（計算器３６）に依存するＤ領域
の位置に対する設定値と、ステップバイステツプスィッ
チ４２に付属する発信器５４から出る実際位置との差に
応じて直接指令を受ける。別の値としては設定器６０か
ら設定値を与えることができる。しかし制御駆動装置５
３はキセノン領域Ｘの制御棒１６用のステップ／ゞィス
テップスィツチ５６に付属する位置報知器５７の最終位
置報知によって直接動作させることもできる。これは開
閉器５８を介して予め選択される。命』御棒１６には±
２０肌の不動作領域を持つ比例素子５５が接続されてい
るのでト制御棒は比較的大きな値においてはじめて駆動
される。

上述の諏テップバィステップスイツチ５６は比例素子５
５を介して駆動される。×領域が一定の限界値に達した
場合、ステップバィステップスィッチ５６によって位置
報知器５７を介して制御駆動装置５３が作動される。測
定点３０，．３１は図の表示とは異なり原子炉炉心２の
内部計装機器に属している。

従ってこれらの測定点３０，３１は中性子東を直接測定
し、炉Ｄ上部および下部の局所的な出力を測定する。こ
れらはそれぞれ多数のゾンデ３２を設けられる。実施例
の場合各測定点ごとに２ァオトオブ３システムによって
評価できる３個のゾンデが示されている。その場合その
合計あるいは別の関数、たとえば２番目に大きい値を選
ぶこともできる。制御棒１４の調整によって原子炉出力
が調整される場合、制御榛１０は冷却材温度制御によっ
て駆動されるので、両側定点３０，３１の最終値の差が
ある所定の許容差を上まわると、制御榛１４の調整によ
って制御棒１０の運動が開始される。このことは外部測
定装置４３のゾンデ４４，４５の測定値に依存して開閉
器３９により行われる制御にも適用される。このように
して高出力値と低出力値の差を、キセノンによっておこ
る振動が全く存在しないように抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に基づく加圧水形原子炉の制御棒の制御系
を示す系統図である。 １・・・・・・原子炉圧力容器、２・・・・・・炉心、
３…・・・冷却材回路、４・…・・蒸気発生器、３０・
・・・・・炉心上部の測定点、３１・・・・・・炉心下
部の測定点、３７……遅延素子、３８・・…・出力分布
制御器、４０・…・・位置設定値発信器、Ｌ…・・・第
１の制御群、Ｄ・・・・・・第２の制御棒群。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炉心の軸方向高さに亘り制御棒が軸方向の中性子束
   の差を補償するため位置調整され、この中性子束は炉心
   の上部および下部領域の局所的出力に対するそれぞれ少
   くとも一つの測定点により検出され、炉心の全高に亘り
   中性子吸収材が設けられた制御棒の２つの群が配置され
   、所定の冷却材温度を維持するため第１の制御棒群は専
   ら炉心の上部領域で位置調整されるのに対し、炉心反応
   度へ燃料温度の反作用を補償するための第２の制御棒群
   は炉心の全高に亘つて位置調整されるようにした加圧水
   形原子炉の出力制御装置において、上部測定点３０と下
   部測定点３１の測定値の差が遅延素子３７および出力分
   布制御器３８を介して第２制御棒群Ｄの調整位置に対す
   る設定値発信器４０に導かれ、全熱出力Ｐ＿Ｒの増大時
   および炉心上部の局所的出力の減少時にはこの位置設定
   値が第２の制御棒群Ｄの挿入深さの増大方向に調整され
   、これとともに冷却材温度制御回路２０，２１，２２を
   介して第１の制御棒群Ｌを引抜き方向の運動を開始させ
   ることを特徴とする加圧水形原子炉の出力制御装置。