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発明の名称 沸騰水型軽水炉及びその再循環流量制御方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−232397(P2007−232397A)
公開日 平成19年9月13日(2007.9.13)
出願番号 特願2006−50919(P2006−50919)
出願日 平成18年2月27日(2006.2.27)
代理人 【識別番号】100122884
【弁理士】
【氏名又は名称】角田 芳末
発明者 木藤 和明 / 有田 節男 / 伏見 篤 / 青山 肇男 / 石井 佳彦
要約 課題
再循環ポンプや原子炉インターナルポンプを用いないBWRにおいて、再循環流量を制御できるようにする。

解決手段
原子炉1内に噴出口の向きが異なる少なくとも2種類の給水インジェクタ10,12を設置しこの給水インジェクタ10,12に供給するそれぞれの給水流量の割合を制御することにより、原子炉1内の再循環流量を制御する。
特許請求の範囲
【請求項1】
原子炉内部に噴出口の水平面からの角度(0°を含む)が異なる少なくとも2種類の給水インジェクタを設置し、そのうちの少なくとも1種類の給水インジェクタの噴出口は水平面よりも下向きであり、
前記少なくとも2種類の給水インジェクタに冷却材を供給する給水管を設けて成り、
前記少なくとも2種類の給水インジェクタに供給するそれぞれの給水流量の割合を制御し、前記原子炉内の再循環流量を制御することを特徴とする沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法。
【請求項2】
前記給水管上に給水流量を調整する流量調整弁を設け、
前記流量調整弁の開度を制御して、前記少なくとも2種類の給水インジェクタに供給するそれぞれの給水流量の割合を制御することを特徴とする請求項1記載の沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法。
【請求項3】
前記給水管上に設けた給水ポンプの回転数を制御して、前記少なくとも2種類の給水インジェクタに供給するそれぞれの給水流量の割合を制御することを特徴とする請求項1記載の沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法。
【請求項4】
前記少なくとも1種類の給水インジェクタの噴射口に、ジェットポンプを備えていることを特徴とする請求項2記載の沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法。
【請求項5】
前記少なくとも1種類の給水インジェクタの噴射口に、ジェットポンプを備えていることを特徴とする請求項3記載の沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法。
【請求項6】
前記少なくとも1種類のジェットポンプを備えた給水インジェクタは、ジェットポンプを備えていない給水インジェクタより下側に設置することを特徴とする請求項4記載の沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法。
【請求項7】
前記少なくとも1種類のジェットポンプを備えた給水インジェクタは、ジェットポンプを備えていない給水インジェクタより下側に設置することを特徴とする請求項5記載の沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法。
【請求項8】
原子炉内部に噴出口の水平面からの角度が等しく、前記噴射口が水平面よりも下向きであって、ジェットポンプを備えた給水インジェクタとジェットポンプを備えない給水インジェクタの少なくとも2種類の給水インジェクタを設置し、
前記少なくとも2種類の給水インジェクタに冷却材を供給する給水管を設けて成り、
前記少なくとも2種類の給水インジェクタに供給するそれぞれの給水流量の割合を制御し、前記原子炉内の再循環流量を制御することを特徴とする沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法。
【請求項9】
前記給水管上に給水流量を調整する流量調整弁を設け、
前記流量調整弁の開度を制御して、前記少なくとも2種類の給水インジェクタに供給するそれぞれの給水流量の割合を制御することを特徴とする請求項8記載の沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法。
【請求項10】
前記給水管上に設けた給水ポンプの回転数を制御して、前記少なくとも2種類の給水インジェクタに供給するそれぞれの給水流量の割合を制御することを特徴とする請求項8記載の沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法。
【請求項11】
前記原子炉内部に炉心出力を計測する出力計測器を有し、
炉心出力が減少したときには、前記再循環流量を増加し、炉心出力が増加したときには、前記再循環流量を減少するように、前記再循環流量を制御することを特徴とする請求項1記載の沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法。
【請求項12】
前記原子炉内部に炉心出力を計測する出力計測器を有し、
炉心出力が減少したときには、前記再循環流量を増加し、炉心出力が増加したときには、前記再循環流量を減少するように、前記再循環流量を制御することを特徴とする請求項8記載の沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法。
【請求項13】
少なくとも2種類の給水インジェクタに接続されている給水管の少なくとも一方に給水流量を計測する流量計を設け、
給水流量の割合が適切に配分するように制御することを特徴とする請求項1記載の沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法。
【請求項14】
少なくとも2種類の給水インジェクタに接続されている給水管の少なくとも一方に給水流量を計測する流量計を設け、
給水流量の割合が適切に配分するように制御することを特徴とする請求項8記載の沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法。
【請求項15】
前記原子炉内部に炉心流量計測器を設置し、
設定した炉心流量と計測した炉心流量が等しくなるように再循環流量を制御することを特徴とする請求項1記載の沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法。
【請求項16】
前記原子炉内部に炉心流量計測器を設置し、
設定した炉心流量と計測した炉心流量が等しくなるように再循環流量を制御することを特徴とする請求項8記載の沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法。
【請求項17】
原子炉内部に設置された噴出口の水平面からの角度(0°を含む)が異なり、噴出口が水平面より下に向いているものを1種類以上含む、少なくとも2種類の給水インジェクタと、
前記少なくとも2種類の給水インジェクタに冷却材を供給する給水管と、
前記少なくとも2種類の給水インジェクタに供給するそれぞれの給水流量の割合を制御し、前記原子炉内の再循環流量を制御する制御系とを備えていることを特徴とする沸騰水型軽水炉。
【請求項18】
原子炉内部に設置された噴出口の水平面からの角度が等しく、前記噴射口が水平面よりも下向きであって、ジェットポンプを備えた給水インジェクタとジェットポンプを備えない給水インジェクタの少なくとも2種類給水インジェクタと、
前記少なくとも2種類の給水インジェクタに冷却材を供給する給水管と、
前記少なくとも2種類の給水インジェクタに供給するそれぞれの給水流量の割合を制御し、前記原子炉内の再循環流量を制御する制御系とを備えていることを特徴とする沸騰水型軽水炉。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、原子力発電プラントに係り、特に再循環ポンプや原子炉インターナルポンプを持たない沸騰水型軽水炉(以下、BWR略す)及びその再循環流量の制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、BWR型原子力発電プラントは、BWRとタービン系で構成される。現在運転されているBWRは、そのほとんどが再循環ポンプまたは原子炉インターナルポンプの動力を用いて炉心の冷却材を強制的に循環する強制循環型BWRである。この強制循環型BWRでは、ポンプの回転数を制御することで再循環流量を制御し、再循環流量の増減による炉心入口温度の変化を利用して長期的な出力制御を行っている。再循環流量が増加した場合には、炉心部のボイド率が低下するために中性子の減速が促進されて出力が増加し、再循環流量が減少した場合には、炉心部のボイド率が増加するために中性子の減速が抑制されて出力が低下する。
【0003】
一方、近年では、プラントの簡素化のために、これらのポンプを削除したBWRも検討されている。再循環ポンプや原子炉インターナルポンプを持たないBWRとしては、原子炉内の冷却材密度差を用いて冷却材を自然循環させるものもあり、また特許文献1に示されるような主給水ポンプを再循環ポンプの代用として用いるものもある。
【0004】
【特許文献1】特開2004−61191号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、これらの再循環ポンプを持たないBWRでは、いずれも再循環流量の制御が出来ないため、制御棒を調整することで長期的な出力制御を行う必要があった。炉心に挿入された制御棒は、中性子を吸収して劣化するために定期的に交換が必要となる。そのため、これらのBWRでは、再循環流量制御を用いる強制循環型BWRに比べて放射性廃棄物の増大や定期点検期間の長期化などの問題があった。
【0006】
本発明は、上述の課題を解決するためのもので、再循環ポンプや原子炉インターナルポンプを用いないBWRにおいて、再循環流量を制御できるBWR及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明に係る沸騰水型軽水炉は、原子炉内部に設置された噴出口の水平面からの角度(0°を含む)が異なる少なくとも2種類の給水インジェクタと、少なくとも2種類の給水インジェクタに冷却材を供給する給水管と、少なくとも2種類の給水インジェクタに供給するそれぞれの給水流量の割合を制御し、原子炉内の再循環流量を制御する制御系とを備えて構成される。
【0008】
上記目的を達成するために、本発明に係る沸騰水型軽水炉は、原子炉内部に設置された噴出口の水平面からの角度が等しく、噴射口が水平面よりも下向きであって、ジェットポンプを備えた給水インジェクタとジェットポンプを備えない給水インジェクタの少なくとも2種類の給水インジェクタと、この少なくとも2種類の給水インジェクタに冷却材を供給する給水管と、少なくとも2種類の給水インジェクタに供給するそれぞれの給水流量の割合を制御し、原子炉内の再循環流量を制御する制御系とを備えて構成される。
【0009】
上記目的を達成するために、本発明に係る沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法は、原子炉内部に噴出口の水平面からの角度(0°を含む)が異なる少なくとも2種類の給水インジェクタを設置し、少なくとも2種類の給水インジェクタに冷却材を供給する給水管を設けて成り、少なくとも2種類の給水インジェクタに供給するそれぞれの給水流量の割合を制御して原子炉内の再循環流量を制御する。
【0010】
上記目的を達成するために、本発明に係る沸騰水型軽水炉の再循環流量制御方法は、原子炉内部に噴出口の水平面からの角度が等しく、噴射口が水平面よりも下向きであって、ジェットポンプを備えた給水インジェクタとジェットポンプを備えない給水インジェクタの少なくとも2種類の給水インジェクタを設置し、この少なくとも2種類の給水インジェクタに冷却材を供給する給水管を設けて成り、少なくとも2種類の給水インジェクタに供給する夫々の給水流量の割合を制御して原子炉内の再循環流量を制御する。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、少なくとも2種類の給水インジェクタに供給する給水流量の割合を制御することにより、再循環ポンプや原子炉インターナルポンプを持たないBWRにおいて、再循環流量を制御することができる。したがって、原子力発電プラントの運用性が向上すると共に、放射性廃棄物の増大、定期点検期間の長期化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明に係るBWR及びその再循環流量制御方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0013】
図1は、本発明に係るBWR及びその再循環流量制御系統の第1実施の形態を示す模式的構成図である。本実施の形態に係るBWR1は、図1に示すように、原子炉圧力容器2と、原子炉圧力容器2内で核反応により熱を発生する炉心3と、炉心3の上部に設置されて炉心内で発生した蒸気と水を分離する気水分離器4及び蒸気乾燥器5と、炉心3を囲み炉心3を通って蒸気を含む冷却材(水)が流れる上昇流と気水分離器4で分離された冷却材が流れる下降流とを分離するシェラウド6とから構成される。
【0014】
炉心3では、複数の燃料棒を整列させた燃料棒集合体(図示せず)と、燃料棒集合体の間隙に挿入または抜き出されて炉心の反応を制御する制御棒(図示せず)を配置して構成される。制御棒は、原子炉圧力容器2の下部に設けられた制御棒駆動機構により、炉心3内を挿抜可能に駆動される。この制御棒は炉心出力を調整するものである。
【0015】
原子炉圧力容器2には、原子炉すなわち原子炉圧力容器2内で発生した蒸気をタービン側へ供給するための主蒸気管7と、冷却材を原子炉圧力容器2内に供給するための主給水管8[81,82]が接続されている。
【0016】
そして、本実施の形態においては、原子炉圧力容器2内に噴射口の向きが異なる2種類の給水インジェクタ10、12が設置される。すなわち、2つの主給水管8〔81、82〕が1つの配管8cに纏められた後、途中から複数に分岐されて、そのうちの、第1の複数の給水管8aが給水ノズル9を介して原子炉圧力容器2内の第1の給水インジェクタ10に接続され、第2の複数の給水管8bが給水ノズル11を介して原子炉圧力容器2内の第2の給水インジェクタ12に接続される。第1及び第2の給水インジェクタ10及び12は、原子炉圧力容器2の内側とシュラウド6の外側との間の冷却材の下降流路であるダウンカマ13に配置される。第1の給水インジェクタ10は原子炉圧力容器2の上方に配置され、第2の給水インジェクタ12は原子炉圧力容器2の下方に配置される。
【0017】
複数の第1の給水インジェクタ10は例えば円周方向に等間隔で配列され、複数の第2の給水インジェクタ12も例えば各第1の給水インジェクタ10に対応するように円周方向に等間隔で配列される。第1の給水インジェクタ10と第2の給水インジェクタ12とは、互いにその噴出口の向きが異なるように、すなわち水平面からの角度(0°を含む)が異なるように形成される。本例では、第1の給水インジェクタ10の噴出口が横向きに、第2の給水インジェクタ12の噴出口が下部プレナム14側に下向きに形成される。さらに、第2の給水インジェクタ12の噴射口にジェットポンプ15が配置される。
【0018】
ここで、噴射口が横向きとは、シュラウド6側に向いていることであり、水平方向は勿論のこと、水平線に対して多少上向きまたは下向きである場合も含むものである。
また、噴射口が下向きとは、下部プレナム14側に向いていることであり、垂直方向の下向きは勿論のこと、垂直線に対して多少傾く方向、すなわち斜め下向きの場合も含むものである。
【0019】
以下の各実施の形態の説明では、下向きの給水インジェクタ、横向きの給水インジェクタと呼ぶことにする。
【0020】
2つの主給水管8上にはそれぞれ主給水ポンプ16が設置され、2つの主給水管が1つに纏められた配管8c上に給水流量を計測する流量計測器(以下、流量センサという)17が設置される。また、分岐された第2の複数の給水管8b上には、それぞれ給水流量を計測する流量計測器(以下、流量センサという)18と流量調節弁19とが設置される。本例では流量調節弁19が給水ノズル11側に設置される。流量センサ18、流量調整弁19としては、必要に応じて給水管8a側にも設置することができる。
【0021】
原子炉圧力容器2内には、炉心3の冷却材流量、すなわち炉心流量を計測する流量計測器(以下、流量センサという)21と、炉心出力を計測する炉心出力計測器(以下、出力センサという)22が設置される。炉心流量は、実際には炉心下部に設けた炉心支持板23の上下の圧力差(差圧)で計測することができる。出力センサ22としては、原子炉圧力容器2の下部から炉心3の内部に向って取付けられた中性子束センサが用いられる。
【0022】
一方、再循環流量制御器25が設けられる。この再循環流量制御器25には、出力センサ22で計測された炉心出力の計測値及び流量センサ21で計測された炉心流量の計測値が入力される。また、再循環流量制御器25には、給水管が分岐する点より上流側の給水管8c上の流量センサ17で計測された給水流量の計測値、分岐された各第2の給水管8b上の流量センサ18で計測された給水流量の計測値が入力される。再循環流量制御器25からは、炉心出力の変動、再循環流量の変動、第2の給水イジェクタ12に向かう給水流量制御の精度向上に応じて、分岐された各第2の給水管8b上の流量調整弁19の開度を制御する弁開度要求信号が出力される。
【0023】
給水管8c、8b上の流量センサ17、18の設置は必須ではなく、流量制御の精度を向上したい場合のみ使用すればよい。また、流量センサ17、18の設置位置は、必ずしも本実施の形態と同じである必要はなく、第1の給水インジェクタ10に接続される給水管8a上に設置しても良いし、第1及び第2の給水インジェクタ10、12に接続される両給水管8a、8b上に設置しても良い。
【0024】
図1の例では、流量調整弁19を噴射口が下向きの第2の給水インジェクタ12に接続する給水管8b上に設けたが、流量調整弁19は噴射口が横向きの第1の給水インジェクタ10に接続する給水管8a上に設けても良い。また流量調整弁19は、第1及び第2の給水インジェクタ10、12に接続される両給水管8a、8b上に設けても良い。
【0025】
噴射口が横向きの第1の給水インジェクタ10を、噴射口が下向きの給水インジェクタ12の上方に設置しているのは、ジェットポンプ15の入口の再循環水温度を下げて、ジェットポンプ15のキャビテーションを防止するためである。ジェットポンプ15を設置しない場合や、ジェットポンプ15のキャビテーションを防止できる場合には、第1及び第2の給水インジェクタ10及び12は同じ高さに設置しても良い。給水インジェクタ10、12に接続される給水管8a、8bの高さは、給水管破断による原子炉冷却材喪失事故時に炉心2が冠水しているように、炉心上端よりも上方に設けておく方が望ましい。
【0026】
次に、本実施の形態のBWR1の動作と共に、再循環流量の制御方法を説明する。
BWR1では、炉心3で加熱され一部が沸騰して蒸気となった気液二相の冷却材が上昇流で流れ、気水分離気4および蒸気乾燥器5で気水に分離される。分離されたうちの、気相の蒸気のみが主蒸気管7に送られ、液相の高温水は再循環水となる。
【0027】
ここで、原子炉内部、すなわち原子炉圧力容器2内の冷却材保有水量を一定に保つため、主蒸気管7へ送られた蒸気に相当する量の冷却材を原子炉圧力容器2内に供給する必要がある。冷却材の給水は、給水管81,82上の2つの主給水ポンプ16で加圧された後、1つに纏められた給水管8cから分岐された第1及び第2の給水管8a及び8bを通り、原子炉圧力容器2の給水ノズル9、11から原子炉圧力容器2の内部に供給される。主給水ポンプの数は炉心の出力規模などによりプラント毎に異なる。
【0028】
給水ノズル9、11を通った給水は、給水インジェクタ10、12から原子炉圧力容器2の内部に噴出され、上記再循環水と混合する。混合された冷却材は、下降流として流れ、下降し下部プレナム14を通った後に炉心2の下部から供給される。
【0029】
上部の給水インジェクタ10では給水が横向きに噴射され、下部の給水インジェクタ12では給水が下向きに噴射される。下部の給水インジェクタ12から下向きに噴射された給水は、回りの水を巻き込むことで再循環流量を増加させる効果がある。さらにジェットポンプ15により再循環流量を効率よく増加させる。この2種類の給水インジェクタ10及び12に供給される冷却材(給水)の割合を制御することで、再循環流量を制御している。
【0030】
すなわち、再循環流量制御器25では、出力センサ22で計測した炉心出力の計測値と、給水管8c,8b上の流量センサ17、18で計測した給水流量の計測値が入力される。炉心出力が低下した場合には、再循環流量制御器25から出力された弁開度要求信号に基づき、第2の給水管8b上の流量調整弁19を開度が増加する方向に調整して、噴射口が下向きの第2の給水インジェクタ12に供給される給水流量の割合を増加し、再循環流量を増加する。これにより、炉心出力は増加する。
【0031】
炉心出力が増加した場合には、再循環流量制御器25から出力された弁開度要求信号に基づき、第2の給水管8b上の流量調整弁19を開度が減少する方向に調整して、噴射口が下向きの第2の給水インジェクタ12に供給される給水流量の割合を減少し、再循環流量を減少する。これにより、炉心出力は減少する。
【0032】
また、原子炉内部に設置した炉心流量センサ21で計測した炉心流量の計測値を再循環流量制御器25に入力し、この測定値と予め設定した炉心流量とが等しくなるように、再循環流量制御器25から出力される弁開度要求信号により、流量調整弁19の開度を制御して、給水流量を制御する。
【0033】
さらに、給水管が分岐する点よりも上流側の給水管8c上の流量センサ17と分岐した第2の給水管8b上の流量センサ18とで計測した給水流量の計測値を用いて、下向きの第2の給水インジェクタ12に向かう給水量が希望する値になるように微調整を行う。
【0034】
また、少なくとも一方の流量センサ、本例では給水管8b上の流量センサ18の計測値により給水インジェクタ10と給水インジェクタ12との給水流量の割合が適切に分配されているか確認しつつ、流量調整弁19の開度を制御するようにしても良い。
【0035】
第1実施の形態によれば、再循環ポンプや原子炉インターナルポンプを持たないBWR、いわゆる非強制循環型BWRであっても、再循環流量を制御するこができ、再循環流量の増減により長期的な炉心出力制御を行うことができる。
【0036】
さらに、現行の強制循環型BWRでは、発電機負荷喪失などにより原子炉の圧力が以上に高まった場合には、再循環流量を急激に減少させることで原子炉の出力上昇を抑制する制御を行うことがある。自然循環型BWRでは、このような制御ができない。しかし、本実施の形態を用いると、2段ある給水インジェクタ12とジェットポンプ15が流路抵抗となるため、下向きの第2の給水インジェクタ12からの給水を止めると、自然循環量を小さくできる。よって、自然循環型BWRでは実施できない安全処理をとることも可能となる。この場合は本実施の形態のように、下向きの給水インジェクタに接続された給水管上に流量調整弁を設置する必要がある。
【0037】
したがって、本実施の形態のBWR及びその循環流量制御方法を備えることにより、原子力発電プラントの運用性が向上すると共に、放射性廃棄物の増大と、定期点検期間の長期化を抑制することができる。
【0038】
図2に、本発明に係るBWR及びその再循環流量制御系統の第2実施の形態を示す。
前述の第1実施の形態においては、給水管8の途中から分岐させ、一方の第1の給水管8b上に流量調整弁19を設置して2種類の給水インジェクタ10、12に供給する給水流量の割合を制御するように構成した。
これに対して、第2実施の形態に係るBWR31は、第1実施の形態と同様の一方にのみジェットポンプ15を付けた2種類の給水インジェクタ10及び12に、個別の主給水管81及び82を接続して構成される。すなわち、一方の主給水管81から複数に分岐した給水管81aが、給水ノズル9を介して第1の給水インジェクタ10に接続され、他方の主給水管82から複数に分岐した給水管82bが、第2の給水インジェクタ12に給水ノズル11を介して接続される。そして、一方の主給水管81上には主給水ポンプ161と給水流量を計測する流量センサ171が設置され、同様に、他方の主給水管82上には主給水ポンプ162と給水流量を計測する流量センサ172が設置される。
【0039】
一方、原子炉圧力容器2内部には、炉心出力を計測する出力センサが設置される。また、再循環流量制御器25が設けられる。この再循環流量制御器25では、出力センサ22で計測された炉心出力の計測値と、流量センサ171及び172で計測されたそれぞれの給水流量の計測値が入力され、炉心出力の変動、給水流量の変動に応じて給水ポンプ161及び162の回転数を制御する回転数要求信号が出力される。
【0040】
原子炉本体の構成は、炉心流量を計測する流量センサ21が省略された以外は図1の第1実施の形態と同様であるので、対応する部分に同一符号を付して重複説明を省略する。また、第1実施の形態で説明したその他の構成も本実施の形態に適用できる。
【0041】
次に、本実施の形態のBWR31の動作と共に、再循環流量の制御方法を説明する。
冷却材は、2つの主給水管81及び82で送られ、それぞれの主給水ポンプ161及び162で加圧された後、各主給水管81、82で分岐された各給水管81a、82bを通り、給水ノズル9及び11を介して各第1及び第2の給水インジェクタ10及び12から原子炉圧力容器2内に供給される。第1及び第2の給水インジェクタ10及び12から同じ量の給水を噴出した場合には、前述したように噴出口が下向きである第2の給水イジェクタ12の方が再循環流量の増加効果が大きい。本実施の形態では、主給水ポンプ161、162の回転数を制御することにより、第1、第2の給水インジェクタ10、12に供給される冷却材(給水)の割合を制御し、再循環流量を制御している。
【0042】
すなわち、再循環流量制御器25に、出力センサ22で計測した炉心出力の計測値が入力される。炉心出力が低下した場合には、再循環流量制御器25から出力された回転数要求信号に基づき、下向きの第2の給水インジェクタ12に接続された主給水ポンプ162の回転数を増加させる共に、横向きの第1の給水インジェクタ10に接続された主給水ポンプ161の回転数を減少させて、第2の給水インジェクタ12に供給される給水流量の割合を増加し、再循環流量を増加する。これにより、炉心出力は増加する。
【0043】
炉心出力が増加した場合には、再循環流量制御器25から出力された回転数要求信号に基づき、下向きの第2の給水インジェクタ12に接続された主給水ポンプ162の回転数を減少させると共に、横向きの第1の給水インジェクタ10に接続された主給水ポンプ161の回転数を増加させて、第2の給水インジェクタ12に供給される給水流量の割合を減少し、再循環流量を減少する。これにより、炉心出力は減少する。
【0044】
本実施の形態では、2つの主給水ポンプ161、162の回転数を逆向きに制御することでトータルの給水流量を常に一定に保っている。しかし、給水流量の変動が許容できる場合には、必ずしも両方の主給水ポンプ161、162の回転数をトータルの給水流量が常に一定に保つように制御する必要はない。
【0045】
また、給水管81a,82bの何れか一方、または両方に給水流量を計測する流量センサを設置し、少なくとも一方の流量センサの計測値により給水インジェクタ10と給水インジェクタ12との給水流量の割合が適切に分配されているか確認しつつ、給水ポンプ161、162の回転数を制御するようにしても良い。
【0046】
第2実施の形態によれば、再循環ポンプや原子炉インターナルポンプを持たないBWRであっても、再循環流量を制御することができ、再循環流量の増減により長期的な炉心出力制御を行うことができる。その他、前述の第1実施の形態と同様の効果を奏する。
したがって、本実施の形態のBWR及びその循環流量制御方法を備えることにより、原子力発電プラントの運用性が向上すると共に、放射性廃棄物の増大と、定期点検期間の長期化を抑制することができる。
【0047】
上述の各実施の形態では、噴射口の向きが異なる、すなわち噴出口の水平面からの角度(0°を含む)が異なる2種類の給水インジェクタを設けた構成としたが、その他、噴射口の向きが異なる2種類以上の複数種類の給水インジェクタを設けた構成とすることができる。この場合、当然に給水管は給水インジェクタの種類に応じて設けられ、少なくとも1種類は下向き給水インジェクタで構成される。また、少なくとも1種類の下向きの給水インジェクタの噴出口に、ジェットポンプ15を備えるように成す。
【0048】
図3に、本発明に係るBWR及びその再循環流量制御系統の第3実施の形態を示す。本実施の形態に係るBWR41は、原子炉圧力容器2の内部のダウンカマ13に噴射口の向きが全て同じ向き、すなわち下向きにした複数の給水インジェクタ42[42A,42B]を設置し、そのうちの一部の給水インジェクタ32Aにはジェットポンプ15を設置し、残りの給水インジェクタ42Bにはジェットポンプ15を設置しない構成とする。複数の供給インジェクタ42〔42A,42B〕は、本例では原子炉圧力容器2内において同じ高さで、円周方向に等間隔で配列されている。給水インジェクタの高さは異なっていても良く、その場合はジェットポンプのキャビテーションを防止する観点から、ジェットポンプ15を設置していない給水インジェクタが上方にある方が望ましい。
【0049】
主給水管は、第1実施の形態と同様に、2つの主給水管8[81、82]が1つの配管8cに纏められた後、途中から複数に分岐されて、複数に分岐された給8d,8eがそれぞれ給水ノズル11を介して対応する給水インジェクタ42A、42Bに接続される。そして、ジェットポンプ15が配設された一方の給水インジェクタ42Aに接続された給水管8d上に流量調整弁19が設置される。流量調整弁19は、必要に応じて他方の給水インジェクタ42Bに接続された給水管8e側にも設けることができる。
【0050】
一方、原子炉圧力容器2内には、炉心出力を計測する出力センサ22が設置される。また再循環流量制御器25が設けられる。この再循環流量制御器25では、出力センサ22で計測された炉心出力の計測値が入力され、炉心出力の変動に応じて流量調整弁19の開度を制御する弁開度要求信号が出力される。
【0051】
原子炉本体の構成は、炉心流量を計測する流量センサ21が省略された以外は図1の第1実施の形態と同様であるので、対応する部分に同一符号を付して重複説明を省略する。また、第1実施の形態で説明したその他の構成も本実施の形態に適用できる。
【0052】
次に、本実施の形態のBWR41の動作と共に、再循環流量の制御方法を説明する。
冷却材は、2つの給水ポンプ16で加圧された後、分岐された各給水管8d、8eを通り、給水ノズル11を介して各給水インジェクタ42A、42Bに供給され、各給水インジェクタ42A、42Bから原子炉圧力容器2内に供給される。各給水インジェクタ42A、42Bから同じ量の給水を噴出した場合には、ジェットポンプ15を設置した給水インジェクタ42Aの方が再循環流量の増加効果が大きい。本実施の形態では、このジェットポンプ15付き、ジェットポンプ無しの2種類の給水インジェクタ42A、42Bに供給される冷却材(給水)の割合を制御することで、再循環流量を制御している。
【0053】
すなわち、再循環流量制御器25に、出力センサ22で計測した炉心出力の計測値が入力される。炉心出力が低下した場合には、再循環流量制御器25から出力された弁開度要求信号に基づき、流量調整弁19の開度を増加する方向に調整して、ジェットポンプ15付きの給水インジェクタ42Aに供給される給水流量の割合を増加し、再循環流量を増加する。これにより、炉心出力は増加する。
【0054】
炉心出力が増加した場合には、再循環流量制御器25から出力された弁開度要求信号に基づき、流量調整弁19の開度を減少する方向に調整して、ジェットポンプ15付きの給水インジェクタ42Aに供給される給水流量の割合を減少し、再循環流量を減少する。これにより、炉心出力は減少する。
【0055】
なお、図3では、流量センサを省略した構成としたが、図1で示したように、給水管8c上と、流量調整弁19が設けられた給水管8d上及び給水管8e上とに給水流量を計測する流量センサを設け、また、原子炉圧力容器2に炉心流量を計測する流量センサを設け、それぞれの流量の測定値を再循環流量制御器25に入力した構成とすることもできる。
【0056】
少なくとも一方の流量センサの計測値により給水インジェクタ42Aと給水インジェクタ42Bとの給水流量の割合が適切に分配されているか確認しつつ、流量調整弁19の開度を制御するようにしても良い。
【0057】
第3実施の形態によれば、再循環ポンプや原子炉インターナルポンプを持たないBWRであっても、再循環流量を制御するこができ、再循環流量の増減により長期的な炉心出力制御を行うことができる。その他、前述の第1実施の形態と同様の効果を奏する。
したがって、本実施の形態のBWR及びその循環流量制御方法を備えることにより、原子力発電プラントの運用性が向上すると共に、放射性廃棄物の増大と、定期点検期間の長期化を抑制することができる。
【0058】
図4に、本発明に係るBWR及びその再循環流量制御系統の第4実施の形態を示す。
前述の第3実施の形態においては、給水管8cの途中から分岐させ、ジェットポンプ15付き、ジェットポンプ無しの2種類の給水インジェクタ42A及び42Bに供給する給水流量の割合を制御するように構成した。
これに対して、第4実施の形態に係るBWR51は、第3実施の形態と同様のジェットポンプ15を付けた下向き給水インジェクタ52Aと、ジェトポンプ15の無い下向き給水インジェクタ52Bに、個別の主給水管81及び82を接続して構成される。すなわち、一方の主給水管81が給水ノズル11を介してジェットポンプ15付きの給水インジェクタ52Aに接続され、他方の主給水管82が給水ノズル11を介してジェットポンプ15の無い給水インジェクタ52Bに接続される。そして、一方の主給水管81上には主給水ポンプ161と給水流量を計測する流量センサ171が設置され、同様に、他方の主給水管82上には主給水ポンプ162と給水流量を計測する流量センサ172が設置される。
【0059】
一方、原子炉圧力容器2内部には、炉心出力を計測する出力センサ22が設置される。また、再循環流量制御器25が設けられる。この再循環流量制御器25では、出力センサ22で計測された炉心出力の計測値と、流量センサ171及び172で計測されたそれぞれの給水流量の計測値が入力され、炉心出力の変動、給水流量の変動に応じて給水ポンプ161及び162の回転数を制御する回転数要求信号が出力される。
【0060】
原子炉本体の構成は、図3の第3実施の形態と同様であるので、対応する部分に同一符号を付して重複説明を省略する。また、第1実施の形態で説明したその他の構成も本実施の形態に適用できる。
【0061】
次に、本実施の形態のBWR51の動作と共に、再循環流量の制御方法を説明する。
冷却材は、2つの主給水管81及び82で送られ、それぞれの主給水ポンプ161及び162で加圧された後、各主給水管81、82を通り、それぞれの給水ノズル11を介して各給水インジェクタ52A及び52Bから原子炉圧力容器2内に供給される。両給水インジェクタ52A及び52Bから同じ量の給水を噴出した場合には、前述したようにジェットポンプ15付の給水インジェクタ52Aの方が再循環流量の増加効果が大きい。本実施の形態では、第2実施の形態と同様に、主給水ポンプ161、162の回転数を制御することにより、両給水インジェクタ52A、52Bに供給される冷却材(給水)の割合を制御し、再循環流量を制御している。
【0062】
すなわち、再循環流量制御器25に、出力センサ22で計測した炉心出力の計測値が入力される。炉心出力が低下した場合には、再循環流量制御器25から出力された回転数要求信号に基づき、ジェットポンプ15付きの給水インジェクタ52Aに接続された主給水ポンプ161の回転数を増加させる共に、ジェットポンプ15無しの給水インジェクタ52Bに接続された主給水ポンプ162の回転数を減少させて、給水インジェクタ52Aに供給される給水流量の割合を増加し、再循環流量を増加する。これにより、炉心出力は増加する。
【0063】
炉心出力が増加した場合には、再循環流量制御器25から出力された回転数要求信号に基づき、ジェットポンプ15付きの給水インジェクタ52Aに接続された主給水ポンプ161の回転数を減少させると共に、ジェットポンプ15無しの給水インジェクタ42Bに接続された主給水ポンプ162の回転数を増加させて、給水インジェクタ52Aに供給される給水流量の割合を減少し、再循環流量を減少する。これにより、炉心出力は減少する。
【0064】
本実施の形態では、2つの主給水ポンプ161、162の回転数を逆向きに制御することでトータルの給水流量を常に一定に保っている。しかし、給水流量の変動が許容できる場合には、必ずしも両方の主給水ポンプ161、162の回転数をトータルの給水流量が常に一定に保つように制御する必要はない。
【0065】
なお、図4では、流量センサを省略した構成としたが、図3で説明したと同様に、給水管81,82の何れか一方、または両方に給水流量を計測する流量センサを設置し、少なくとも一方の流量センサの計測値により給水インジェクタ52Aと給水インジェクタ52Bとの給水流量の割合が適切に分配されているか確認しつつ、給水ポンプ161、162の回転数を制御するようにしても良い。
【0066】
第4実施の形態によれば、再循環ポンプや原子炉インターナルポンプを持たないBWRであっても、再循環流量を制御することができ、再循環流量の増減により長期的な炉心出力制御を行うことができる。その他、前述の第1実施の形態と同様の効果を奏する。
したがって、本実施の形態のBWR及びその循環流量制御方法を備えることにより、原子力発電プラントの運用性が向上すると共に、放射性廃棄物の増大と、定期点検期間の長期化を抑制することができる。
【0067】
上述の各実施の形態では、主給水管を2つ設け、これに対応して主給水ポンプも2つ設けた構成としたが、その他、主給水管を2つ以上の複数設け、これに対応して主給水ポンプも2つ以上の複数設けた構成とすることもできる。実質的には2つの給水管、2つの給水ポンプで構成されるが、例えば第1の給水管は、図1に示すようにそれぞれ給水ポンプを設置した複数の主給水管を途中から1つに纏めて、第2の給水管は1本とし、あるいは同様に複数の主給水管を途中で1つに纏めて構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0068】
【図1】本発明に係る沸騰水型軽水炉及びその再循環流量制御系統の第1実施の形態を示す概略構成図である。
【図2】本発明に係る沸騰水型軽水炉及びその再循環流量制御系統の第2実施の形態を示す概略構成図である。
【図3】本発明に係る沸騰水型軽水炉及びその再循環流量制御系統の第3実施の形態を示す概略構成図である。
【図4】本発明に係る沸騰水型軽水炉及びその再循環流量制御系統の第4実施の形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【0069】
1,31,41,51・・沸騰水型軽水炉、2・・原子炉圧力容器、3・・炉心、4・・気水分離器、5・・蒸気乾燥器、6・・シュラウド、7・・主蒸気管、8,81,82・・主給水管、8a,8b,8d,8e,81a,82b・・給水管、10,12,42A,42B・・給水インジェクタ、9,11・・給水ノズル、13・・ダウンカマ、14・・下部プレナム、15・・ジェットポンプ、16,161,162・・給水ポンプ、17,171,172・・流量センサ、19・・流量調整弁、21・・流量センサ、22・・出力センサ、25・・再循環流量制御器




 

 


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