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自然循環式沸騰水型原子炉 - 株式会社日立製作所
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発明の名称 自然循環式沸騰水型原子炉
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2007−232431(P2007−232431A)
公開日 平成19年9月13日(2007.9.13)
出願番号 特願2006−51784(P2006−51784)
出願日 平成18年2月28日(2006.2.28)
代理人 【識別番号】100064414
【弁理士】
【氏名又は名称】磯野 道造
発明者 石井 一弥 / 青山 肇男
要約 課題
チムニを有する自然循環式BWRにおける炉心性能計算の精度の高い原子炉を提供する。

解決手段
炉心は、燃料集合体21を、炉心平面の中心を通るX軸51、Y軸52に対して1/4炉心鏡対称、1/4炉心90°回転対称、1/2炉心鏡対称、1/2炉心180°回転対称、1/8対称軸53に対して1/8炉心鏡対称、1/2炉心鏡対称、1/2炉心180°回転対称の装荷パターンが可能である。チムニ11Aの横断面の格子流路11aは、1/8対称軸53に対して鏡対称に構成する。LPRM検出器集合体33をチムニ横断面の対称軸である1/8対称軸53に対し鏡対称位置の一方にだけ配置して、対称性を利用して、少ないLPRM検出器集合体の配置で、精度のよい炉心内出力分布の計算結果を得る。
特許請求の範囲
【請求項1】
複数の燃料集合体を装荷した炉心と、前記炉心内に設置された中性子検出器と、前記炉心の上に設置されたチムニを備えた自然循環式沸騰水型原子炉において、
前記炉心は、前記燃料集合体を、前記炉心の横断面の中心を通る対称軸に対して鏡対称、および前記炉心の横断面の中心に対して回転対称に装荷可能な構成であり、
前記チムニは、流路隔壁により区画された格子流路を、前記炉心の横断面の対称軸の少なくとも一つの対称軸に対して鏡対称、または前記炉心の横断面の中心に対して回転対称として対応させて配置した構成であり、
前記炉心の横断面において、前記格子流路の配置の対称性に対応した対称位置のうち、少なくとも1箇所に中性子検出器を配置したことを特徴とする自然循環式沸騰水型原子炉。
【請求項2】
前記炉心の前記燃料集合体の水平方向位置を決める上部格子板は、2×2配列の前記燃料集合体の中央位置に制御棒を配して1つの制御棒セルを構成し、該制御棒セルに対応する正方形の格子孔を前記炉心の横断面の中央に配置した上で、さらに直角X−Y座標のX軸方向、Y軸方向に前記格子孔を多数配置したものであり、
前記格子流路は、前記上部格子板の格子孔を含むように構成し、前記炉心の横断面の中心を通り、X軸またはY軸に対して45°の角度をなす対称軸を少なくとも有するように横断面方向に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の自然循環式沸騰水型原子炉。
【請求項3】
前記炉心の前記燃料集合体の水平方向位置を決める上部格子板は、2×2配列の前記燃料集合体の中央位置に制御棒を配して1つの制御棒セルを構成し、該制御棒セルに対応する正方形の格子孔を前記炉心の横断面の中央に配置した上で、さらに直角X−Y座標のX軸方向、Y軸方向に前記格子孔を多数配置したものであり、
前記格子流路は、前記上部格子板の格子孔を含むように構成し、前記炉心の横断面の中心に対して回転対称をなすように横断面方向に配置することを特徴とする請求項1に記載の自然循環式沸騰水型原子炉。
【請求項4】
前記炉心の前記燃料集合体の水平方向位置を決める上部格子板は、2×2配列の前記燃料集合体の中央位置に制御棒を配して1つの制御棒セルを構成し、該制御棒セルに対応する正方形の格子孔を前記炉心の横断面の中央に配置した上で、さらに直角X−Y座標のX軸方向、Y軸方向に多数配置したものであり、
前記格子流路は、前記上部格子板の格子孔の3×3配列を含むように構成し、前記炉心の横断面の中心を通るX軸、Y軸の対称軸、およびX軸またはY軸に対して45°の角度をなす前記炉心の横断面の中心を通る対称軸を有するように横断面方向に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の自然循環式沸騰水型原子炉。
【請求項5】
前記炉心の前記燃料集合体の水平方向位置を決める上部格子板は、2×2配列の前記燃料集合体の中央位置に制御棒を配して1つの制御棒セルを構成し、該制御棒セルに対応する正方形の格子孔を前記炉心の横断面の中央に配置した上で、さらに直角X−Y座標のX軸方向、Y軸方向に前記格子孔を多数配置したものであり、
前記炉心の横断面の中央に対応する前記格子流路は、炉心の横断面中央の前記格子孔を1つだけを含み、
他の前記格子流路は、前記上部格子板の格子孔の2×2配列を含むように構成し、前記炉心の横断面の中心を通るX軸、Y軸で前記炉心の横断面を4分割した1/4炉心に対して90°回転対称配置であることを特徴とする請求項1に記載の自然循環式沸騰水型原子炉。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、沸騰水型原子炉に関するものである。
【背景技術】
【0002】
これまでに商業運転されている強制循環式の沸騰水型原子炉(以下、BWRと称する)では、円筒形の炉心シュラウド内に、横断面が正方形の燃料集合体をX軸方向、Y軸方向に並べて林立させて炉心を構成している。そして、横断面がほぼ十字形の制御棒が、その周囲を囲む4体の燃料集合体の間に挿入可能に配置され、この制御棒を囲む4体の燃料集合体の単位を制御棒セルと称している。
【0003】
炉心内には、LPRM(Local Power Range Monitor:局部出力領域モニタ)検出器集合体が、前記制御棒セルの2×2配列を、2×2配列のコーナ位置で囲むように離散的に配置され、炉内中性子束分布を計測するように構成されている。LPRM検出器集合体で計測された炉内中性子束分布は、炉心内の出力分布を計算して燃料集合体の熱的制限値[MCPR(Minimum Critical Power Ratio:最小限界出力比)およびMLHGR(Maximum Linear Heat Generation Rate:最大線出力密度)の運転制限値]に対する余裕などを計算する3次元核熱水力計算コードによる炉心性能計算に用いられる。
【0004】
このLPRM検出器集合体の配置は、炉心への燃料集合体が、炉心の横断面における中心を通るX軸とY軸、およびX軸またはY軸に対して45°の角度をなして中心を通る1/8対称の対称軸も考慮し、1/4炉心鏡対称、1/4炉心90°回転対称、1/2炉心鏡対称、1/2炉心180°回転対称、1/8炉心鏡対称などの装荷パターンで配置されることを利用したものとなっている。つまり、このLPRM検出器集合体の配置においては、制御棒セルのコーナにLPRM検出器集合体が配置されていない箇所の中性子束は、炉心の横断面上で対称位置にあるLPRM検出器集合体の計測した中性子束で代替することとしている。
【0005】
近年、自然循環式BWRが提唱され、その自然循環式BWRでは自然循環の駆動力確保のため、炉心の上に強制循環式BWRには無いチムニが設けられる(特許文献1参照)。
【特許文献1】特公平7−27051号公報(第1図、第2図)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、前記特許文献1に記載された自然循環式BWRは、チムニ内を鉛直方向の仕切り板により分割して複数の格子流路を有している構成となっている。
その場合の冷却材の流れは以下のようになる。まず、冷却材は、下部プレナムから炉心へ流入時に各燃料集合体に分配され、燃料集合体を冷却して冷却材の気液二相流となる。さらに、個々の燃料集合体を出た冷却材は、チムニの格子流路の入口で一つの格子流路に対応している複数の燃料集合体分が合流する。その後、上部プレナムで各格子流路の気液二相流全体が合流する。したがって、個々の燃料集合体に配分される冷却材流量は、この間の、燃料集合体圧損に格子流路の圧損を加えた圧損と、格子流路内のボイド率により主にきまる冷却材比重差による駆動力で決まる。つまり、各格子流路を流れる冷却材流量は、当該格子流路に対応する燃料集合体において発生する蒸気量に依存する。
【0007】
この格子流路は、炉心を出た気液二相流が横断面内で均一なボイド率になるように分割する必要があるが、チムニを通過する時の摩擦圧損を低減する観点からは、前記制御棒セル単位で設けるよりも、より流路断面の面積の大きい格子流路とすることが、好ましい。また、原子炉の定期検査の際に、チムニを原子炉圧力容器の内部に設置したまま、格子流路を通じて燃料集合体などの交換作業を行う観点から、前記格子流路の流路隔壁は、炉心の上部格子板の前記制御棒セル単位で開けられた正方形の格子孔を横切るような形で塞がないように構成することが好ましい。
【0008】
しかしながら、炉心の横断面の中心には制御棒が位置するように、中央制御棒セルは配置されており、チムニの格子流路を形成する流路隔壁の構成の仕方によっては、チムニ横断面の格子流路の配置が炉心の横断面のX軸、Y軸に対して非対称となる。
その場合、炉心の横断面において、燃料集合体の装荷パターンを前記各種の対称のうちの一つとなるように構成しても、燃料集合体装荷パターンの対称性とチムニ横断面の格子流路配置の対称性がずれた場合、前記LPRM検出器集合体の炉心配置における対称性の利用の前提が崩れ、燃料集合体の炉心内出力分布計算の上で誤差を生じる。
【0009】
本発明は、かかる問題を解決することを課題とし、炉心性能計算において、炉心内の燃料集合体の出力をより正確に算出可能な自然循環式沸騰水型原子炉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】
【0010】
前記課題を解決するため本発明は、炉心は、燃料集合体を、炉心の横断面の中心を通る対称軸に対して鏡対称、または炉心の横断面の中心に対して回転対称に装荷可能な構成であり、チムニは、流路隔壁により区画された格子流路を、炉心の横断面の対称軸の少なくとも一つの対称軸に対して鏡対称、または炉心の横断面の中心に対して回転対称として対応させて配置した構成であり、中性子検出器は、炉心の横断面において、格子流路の配置の対称性に対応した対称位置のうち、少なくとも1箇所に中性子検出器を配置したことを特徴とする。
【0011】
かかる構成により、炉心の横断面における燃料集合体の装荷パターンが利用できる対称性と、中性子検出器の配置で利用している対称性と、チムニの横断面の格子流路の配置の対称性と、が一致する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、炉心内の燃料集合体の出力分布を少ない中性子検出器でより正確に測定することができる。その結果、中性子検出器の炉心の横断面の配置における対称性が利用でき、少ない中性子検出器を用いて、精度の高い炉心内の出力分布計算ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
《第1の実施の形態》
次に、本発明の第1の実施の形態に係る自然循環式沸騰水型原子炉について、図1から図4を参照しながら詳細に説明する。
【0014】
(原子炉の概要)
一般に、沸騰水型原子炉内の冷却材(軽水)の駆動方法は2通りあり、一つは再循環ポンプを用いて強制循環させる方法であり、もう一つは再循環ポンプを用いないで自然循環による方法である。本実施の形態は、後者の自然循環による方法である。
自然循環による方法は、図1に示すように、原子炉圧力容器(以下、圧力容器と称する)6内に収納する炉心7で発生するボイド、すなわち蒸気(気相)と飽和温度の液相の冷却材の混合した密度の低い冷却材と、給水配管16bから供給される給水と混合された液相の冷却材との比重差によって自然循環に必要な駆動力を得るものである。
【0015】
図1に示すように本実施の形態の自然循環式沸騰水型原子炉(以下、原子炉と称する)1は、円筒状の圧力容器6内に、炉心シュラウド8が、同心の円筒状に設けられている。この炉心シュラウド8は、その外周面と圧力容器6の内周面との間隙に環状空間を形成し、これをダウンカマ9という。また、炉心シュラウド8の内部には、多数の燃料集合体21が配置された炉心7を収容している。
【0016】
ダウンカマ9の上方には、復水器3から給水ポンプ4を介して、給水加熱器5で加熱の後、給水入口ノズル17から圧力容器6内に供給される冷却材を圧力容器6内に均等に配分する図示しない給水スパージャが円環状に設けられている。
炉心シュラウド8は、シュラウドレグ8aによって支持される。ダウンカマ9を下降した冷却材は、シュラウドレグ8a間の流路から、炉心7の下方の炉心下部プレナム(以下、下部プレナムと称する)10に導き入れられる。
【0017】
炉心7の下部には、炉心支持板22を、上部には、上部格子板23を設け、燃料集合体21と制御棒24の横方向の配置を決めている。
炉心支持板22には、所定の間隔で円形の図示しない貫通孔が設けられ、その貫通孔に制御棒案内管25が挿入され、制御棒案内管25の下部は、圧力容器6の底部を貫通して制御棒24を上下方向に動かす制御棒駆動機構(以下、CRDと称する)26を収容する制御棒駆動機構ハウジング(以下、CRDハウジングと称する)26aの上部に組合わされている。
燃料集合体21は、制御棒案内管25の上端に取り付けられた図示しない燃料支持金具の上に据えられ、その荷重は制御棒案内管25およびCRDハウジング26aを介して、圧力容器6の底部に伝えられる。
【0018】
前記の図示しない燃料支持金具は、側面に冷却材入口を有し、そこに図示しないオリフィスが設けられて、冷却材流量を規制している。燃料支持金具の冷却材入口に対応する制御棒案内管25の側面には開口が設けられ、下部プレナム10に導かれた冷却材が燃料支持金具を経て、燃料集合体21内に導かれる。
個々の燃料集合体21は、図示しない四角筒のチャンネルボックスで囲われ、軸方向の個別の流路を形成している。チャンネルボックスは、上部格子板23の上面まで到る。前記四角筒のチャンネルボックスの外側には、隣接している燃料集合体21のチャンネルボックスとの間に間隙を有し、所定割合の冷却材が上方に流れる流路を形成している。
前記制御棒24は、図示しない中性子吸収物質を含む有効部を有し、その有効部が前記チャンネルボックスの外面をガイドとして、4体の燃料集合体21間に挿入される。
【0019】
さらに、炉心7内には、中性子検出器を複数含み出力領域の中性子束を計測するLPRM(Local Power Range Monitor:局部出力領域モニタ)検出器集合体(以下、単にLPRMと称する)33が、配置されている。LPRM33は、その下部が圧力容器6底部に設けられた貫通孔を通る炉内核計装ハウジング33aに収容され、信号ケーブルが炉内核計装ハウジング33aの下端から出ている。
【0020】
炉心7の上には、炉心から出た気液二相流の冷却材を上方に導き自然循環駆動力を増加させるチムニ11A(図1中、チムニ11で代表)が設けられている。チムニ11Aは、例えば圧力容器6と同心の円筒状のチムニ胴11dを有し、その内部を仕切り板で格子状に仕切った格子流路11aを有している。以下では、格子流路11aを構成する前記仕切り板を流路隔壁11bと称する。
なお、個々の格子流路11aを上方に流れる冷却材が、チムニ11A内の上部で合流するようにチムニ11Aの上部に上部プレナム11cが設けられている。
なお、上部格子板23とチムニ11Aの下端とは、ダウンカマ9を下降する冷却材と、炉心7を出た冷却材とが混じらないような組み合わせ構造となっている。
【0021】
チムニ11Aの上端は、シュラウドヘッド12aで閉じられる。シュラウドヘッド12aには、所定の数の冷却材通過用の孔が設けられ、その孔はスタンドパイプ12bを介して気液二相流から飽和蒸気と飽和水とを分離する気水分離器12につながっている。気水分離器12の上方には、蒸気乾燥器13が設けられ、気水分離器12を出た飽和蒸気に含まれる湿分を除去する。を通過した蒸気は、蒸気ドーム14、蒸気出口ノズル15、主蒸気配管16aを経て、タービン2に送られる。
なお、シュラウドヘッド12aとスタンドパイプ12bと気水分離器12は一体に組み立てられており、燃料交換時には、一体でチムニ11Aの上端から取り外し可能な構成となっている。
【0022】
このように、概略説明した原子炉1においては、給水入口ノズル17から供給される冷却材は、気水分離器12で分離された飽和水と混合し、図1中矢印Aで示される冷却材は、ダウンカマ9を下降し、シュラウドレグ8aの図示しない間隙によって構成される流路から、炉心シュラウド8内に流入し、炉心7によって加熱される。炉心7からの加熱によって冷却材Aは、矢印Bで示す飽和状態の気液二相流となり、この気液二相流は格子流路11a、上部プレナム11c、スタンドパイプ12bを経て、気水分離器12によって、矢印Cで示す気相の飽和蒸気と、矢印Dで示す液相の飽和水に分離される。飽和蒸気Cは、蒸気乾燥器13を経て、蒸気出口ノズル15から主蒸気配管16aによってタービン2に導かれ発電に供される。
一方、飽和水Dは、圧力容器6内の冷却材に混合され、給水入口ノズル17から供給される冷却材と更に混合されて、再びダウンカマ9を下降して圧力容器6内を循環する。
【0023】
(炉心の構成−概要)
次に、図2、図3を参照(適宜、図1を参照)し、炉心7の横断面(以下、炉心平面と称する)の詳細な構成を説明する。
燃料集合体21は、図1のG−G矢視平面図である図2の(a)に示すように、上部格子板23にX軸51方向、およびY軸52方向に所定の間隔で設けられた中太の実線で示した正方形の格子孔32に対応して、細線の実線の正方形で示した燃料集合体21の4体ずつが組をなして配置され、ほぼ円柱状の炉心7を構成する。4体1組の燃料集合体21間には、横断面十字形状の制御棒24が下方の制御棒案内管25から前記図示しない燃料支持金具を貫通して出し入れ可能に設けられている(図1参照)。前記燃料集合体21の4体1組の単位を、以下、制御棒セル31という。図2では、代表的に炉心平面の中心に配される中央制御棒セル31(C)と、それ以外の位置の制御棒セル31のみを示し、制御棒セル31にのみ代表的に制御棒24を示してある。(a)中のL部の制御棒セル31を拡大して(b)に示す。
炉心7は、燃料集合体21を1132体、制御棒24を269本含む構成である。
【0024】
(炉心の構成−炉心平面の対称性)
炉心7は、炉心平面における中心を通るX軸51とY軸52のそれぞれの対称軸、および中心を通ってX軸51、またはY軸52に対して45°の角度をなす1/8対称の対称軸(以下、1/8対称軸と称する)53、54を有している。
通常、X軸51、Y軸52で分割した炉心平面の領域それぞれを「1/4炉心」と言い、「1/4炉心」をさらに1/8対称軸53、54で2分割した領域を「1/8炉心」と言う。
炉心7は、X軸51およびY軸52に対して、1/4炉心鏡対称、1/4炉心90°回転対称、1/2炉心鏡対称、1/2炉心180°回転対称の燃料集合体の装荷パターンが構成できる。また、炉心7は、1/8対称軸53、54に対して1/8炉心鏡対称、1/2炉心鏡対称、1/2炉心180°回転対称の燃料集合体の装荷パターンが構成できる。
【0025】
(炉心の構成−LPRM配置)
次に、図3を参照しながら炉心平面におけるLPRM33の配置(以下、LPRM配置と称する)について説明する。
図3の(a)に示すように炉心7内には、炉心平面の外周部の制御棒セル31を除いて、原則的に各制御棒セル31の隣り合う2つのコーナにLPRM33が、配置されている。これは、1/8対称軸53上の制御棒セル31の対角コーナ位置に、炉心平面の最外周を除いて●印で示すようにLPRM33を12体配置し、1/8対称軸53上のLPRM33を起点に、さらにX軸51方向とY軸52方向に沿うように交互に制御棒セル31のコーナにLPRM33を、炉心平面の外周部を除いて配置するものである。(a)中のL1部の制御棒セル31を拡大して(b)に示す。本実施の形態におけるLPRM33は、合計134体である。
【0026】
このようなLPRM配置とすることによって、1/8対称軸53を中心に折り返すと、炉心7の制御棒セル31の炉心平面の外周部を除く全コーナにLPRM33を配置したことになる。1/8対称軸53の対称性を利用することによって、炉心平面の最外周位置を除く制御棒セル31の各コーナの位置(計256箇所)に対して52.3%に減じて配置していることになる。
【0027】
(チムニの格子流路の構成)
次に、図4、図5を参照しながら炉心7の上に設置するチムニ11Aの横断面の格子流路11aの詳細な配置構成について説明する。
本実施の形態の原子炉1では、図1のH−H矢視平面図である図4の(a)に示すように、格子流路11aには、図中極太の実線で示す流路隔壁11bで囲まれた右斜線部で示す格子流路11aと、流路隔壁11bとチムニ胴11dとで囲まれた左斜線部で示す格子流路11aとがある。このような格子流路11aの横断面の配置は、炉心平面の中央に位置する中央制御棒セル31(C)を含む中央格子流路11a(C)が、中央制御棒セル31(C)を左下隅に位置するように含み、かつ各格子流路11aが炉心平面の中央領域では原則的に2×2配列の制御棒セル31を含む配置となっている。したがって、(a)に示すように、格子流路11aの配置は、炉心平面の1/8対称軸53に対して鏡対称の配置である。
なお、格子流路11aの流路隔壁11bは、上部格子板23の中太実線の正方形で示す格子孔32を横切らないような形となっている。(a)中のL2部の制御棒セル31を拡大して(b)に示す。
【0028】
(チムニの格子流路の配置とLPRM配置の関係の作用効果)
図5の(a)はLPRM配置[図3の(a)参照]と、チムニ11Aの格子流路11aの配置[図4の(a)参照]を重ねて示したものである。(a)中のL3部の制御棒セル31を拡大して(b)に示す。図中、図3および図4に記載の構成と同じ構成については、同じ符号を付し、説明を省略する。
(a)に示すように、1/8対称軸53に対して、格子流路11aの配置は鏡対称であり、LPRM33は1/8対称軸53を軸に折り返すと、各制御棒セル31の炉心平面の外周部を除く各コーナにLPRM33が配置された形になる。
炉心7における燃料集合体21の装荷パターン、つまり燃料集合体21の濃縮度・可燃性毒物の設計タイプの配置、燃料集合体平均燃焼度の分布などが1/8対称軸53に対して鏡対称になるように配置された場合、チムニ11Aにおける格子流路11aの配置構成からそのチムニ11Aの横断面のボイド分布も1/8対称軸53に対して鏡対称になる特性を備える。したがって、炉心7の燃料集合体21の装荷パターンを1/8対称軸53に鏡対称とすることと相俟って、チムニ11Aの横断面の格子流路11aへの気液二相流のボイド分布も1/8対称軸53に鏡対称となり、チムニ11Aの横断面のボイド分布が燃料集合体21への流量配分に影響しても、炉心径方向出力分布(個々の燃料集合体21全体の出力を炉心平面分布で見たもの)、炉心平面の燃料集合体21への流量配分も1/8対称軸53に対して鏡対称となる。
【0029】
以上のように本実施の形態によれば、LPRM33を制御棒セル31の全コーナ位置の内、炉心平面の1/8対称軸53に対して鏡対称の位置の一方にだけ配置し、他方にはLPRM33を配置しない構成としても、制御棒セル31のコーナにLPRM33が配置されていない箇所の中性子束は、炉心平面上で対称位置にあるLPRM33の計測した中性子束で代替することとが可能となり、少ないLPRM33でも、従来の強制循環式BWRと同等の正確な炉心内出力分布計算が可能となる。
【0030】
(第1の実施の形態におけるLPRM配置の第1の変形例)
次に、図6および図7を参照しながら第1の実施の形態におけるLPRM配置の第1の変形例を説明する。
通常、原子炉1は、炉心7の径方向出力分布が平坦になるように、燃料集合体21の炉心への装荷パターンを設計する。また、運転中に余剰反応度を制御し、出力分布を調整する制御棒24の挿入位置のパターンも炉心7の径方向出力分布が平坦になるように設計するので、実際の運転においても各燃料集合体21の炉心出口、つまり、チャンネルボックス上端出口でのボイド率は、炉心平面の外周部に配置された燃料集合体を除き、燃料集合体21間で大きくは変わらない。
したがって、炉心平面の外周部の燃料集合体21を含む格子流路11a(図7参照)を除いた残りの炉心平面の中央領域の格子流路11a間でのボイド率はほぼ均一であり、チムニ11A横断面での格子流路11a配置の非対称性が、炉心平面における装荷パターンの対称位置にある燃料集合体21同士の間の流量配分、出力に与える影響は小さいといえる。
【0031】
そこで、図6の(a)に示すLPRM配置は、図3に示したLPRM配置から、1/8対称軸53上のLPRM33をすべて削除し、図3において1/8対称軸53上のLPRM33の位置を起点に、X軸51方向とY軸52方向に沿うように交互に制御棒セル31のコーナに配置されたLPRM33を、一つ置きに削除した配置である。この場合、LPRM33は、64体が炉心平面に配置されていることになり、炉心平面の最外周部を除く制御棒セル31の各コーナの位置(計256箇所)に対して25%に減じて配置していることになる。
図7の(a)に、本変形例のLPRM配置と、チムニ11Aの格子流路11aの配置を重ねて示す。1/8対称軸53に対して、格子流路11aの配置が鏡対称であり、LPRM33は1/8対称軸53で折り返すと炉心平面の制御棒セル31の対角位置の炉心平面外周部を除くすべてのコーナに配置されていることになる。図6の(a)、図7の(a)中のL4、L5部の制御棒セル31を図6の(b)、図7の(b)に示す。
【0032】
このように、炉心径方向出力分布が平坦な場合、図4に示したチムニ11Aの横断面における格子流路11aの配置の炉心平面に対する非対称性が、炉心径方向出力分布に与える影響は小さいので、本LPRM配置の変形例でも、炉心内出力分布計算において、第1の実施の形態のLPRM配置よりも少ないLPRM33で、従来の強制循環式BWRと同等の精度が確保できる。
【0033】
(第1の実施の形態におけるLPRM配置の第2の変形例)
次に、図8を参照しながら第1の実施の形態におけるLPRM配置の第2の変形例を説明する。本変形例は、図3に示す第1の実施の形態におけるLPRM配置において、炉心平面周辺領域(制御棒セル31単位で考えて、ほぼ炉心平面の最外周から4層目の制御棒セル31までの領域)は、1/8対称軸53で折り返しても制御棒セル31に対し対角位置のコーナにだけLPRM33を配したLPRM配置とし、炉心平面周辺領域でLPRM33を減じたものである。この場合、図8の(a)に示すようにLPRM33は、106体炉心平面に配置されている。(a)のL6部の制御棒セル31を(b)に示す。
【0034】
このLPRM配置は、炉心中央領域では燃料集合体21の出力が高くなりやすく、熱的制限値(MCPR、MLHGR)の運転制限値に対する余裕が小さくなりやすい傾向から、LPRM33からの中性子束計測信号をできるだけ多く取り、炉心中央領域の出力分布計算の精度を変形例1よりも向上する観点からのLPRM配置の変形である。
本変形例では、炉心平面の最外周部を除く制御棒セル31の各コーナの位置(計256箇所)に対して41.4%に減じて配置していることになる。
【0035】
(第1の実施の形態におけるLPRM配置の第3の変形例)
次に、図9を参照しながら第1の実施の形態におけるLPRM配置の第3の変形例を説明する。本変形例は、図3に示す第1の実施の形態におけるLPRM配置において、炉心平面中央領域(制御棒セル31単位で考えて、ほぼ炉心平面の最外周から4層目より中心側の制御棒セル31の領域)は、1/8対称軸53を軸に折り返しても、制御棒セル31に対し対角位置のコーナにだけLPRM33を配するように、炉心平面中央領域でLPRM33を減じたものである。この図9の(a)に示すLPRM配置の場合、LPRM33は92体炉心平面に配置されている。(a)のL7部の制御棒セル31を(b)に示す。
【0036】
これは、LPRM配置の第2の変形例とは逆で、炉心中央領域では燃料集合体21の出力が高くなりやすく、熱的制限値(MCPR、MLHGR)の運転制限値に対する余裕が小さくなりやすい傾向から、炉心径方向出力分布を平坦に設計することが普通であり、逆にそれより外側の周辺領域では、炉心からの中性子の漏洩の効果で中央領域より径方向出力は低くなる傾向から、それを利用して燃料集合体21間の出力の差が大きいものを配置して組み合わせることが多く、燃料集合体21の出口ボイド率の差も大きいので、LPRM33からの中性子束計測信号をできるだけ多く取り、炉心周辺領域の燃料集合体出力計算の精度を変形例1よりも向上する観点からのLPRM配置の変形である。
本変形例では、炉心平面の最外周部を除く制御棒セル31の各コーナの位置(計256箇所)に対して35.9%に減じて配置していることになる。
【0037】
《第2の実施の形態》
次に、図10を参照しながら第1の実施の形態における格子流路11aの配置を変形した第2の実施の形態を説明する。第1の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態では図10の(a)に示すように、チムニ11Bの格子流路11aの横断面の配置は、炉心平面の中心に位置する中央制御棒セル31(C)を含む中央格子流路11a(C)が、中央制御棒セル31(C)を右下隅に位置するように含み、かつ各格子流路11aが炉心平面の中央領域では原則的に2×2配列の制御棒セル31を含む配置である。したがって、(a)に示すように、格子流路11aの配置は、炉心平面の1/8対称軸54に対して鏡対称の配置である。図10の(a)に示した例は、1/8対称軸54に対する、チムニ11Bの横断面の鏡対称性および炉心平面の装荷パターンの鏡対称性を利用して、最外周部を除いて制御棒セル31の対角位置のコーナすべてにLPRM配置をしたのに相当するLPRM配置である。炉心平面の最外周部を除く制御棒セル31の各コーナの位置(計256箇所)に対して25%に減じて配置していることになる。(a)のL8部の制御棒セル31を(b)に示す。
なお、このチムニ11Bの横断面の格子流路11aの配置は、単に第1の実施の形態における図4のチムニ11Aの横断面の格子流路11aの配置を逆時計回り方向に90°炉心平面中心に対して回しただけのものであり、この格子流路11aの配置に対しては、同様に第1の実施の形態の図3に示すLPRM配置、第1の実施の形態の第3、第4のLPRM配置の変形例を、炉心平面中心の周りに逆時計回り方向に90°回したLPRM配置と組み合わせてもよい。その作用、効果はそれぞれの第1の実施の形態および第1の実施の形態における変形例と同じである。
【0038】
《第3の実施の形態》
次に、図11を参照しながら本発明の第3の実施の形態の原子炉1を説明する。本実施の形態の原子炉1の縦断面の構成、炉心平面の燃料集合体21、制御棒24の配置の構成は第1の実施の形態と同じである(図1、図2参照)。第1の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態では第1の実施の形態と図11の(a)に示すように、チムニ11Cの格子流路11aの横断面の配置が異なる。炉心平面の中心に位置する中央制御棒セル31(C)を含む中央格子流路11a(C)が、中央制御棒セル31(C)を3×3配列の制御棒セル31の中央に位置するように含み、かつ各格子流路11aが炉心平面の中央領域では原則的に3×3配列の制御棒セル31を含む配置である。したがって、(a)に示すように、格子流路11aの配置は、炉心7と同様に、X軸51およびY軸52に対して、1/4炉心鏡対称、1/4炉心90°回転対称、1/2炉心鏡対称、1/2炉心180°回転対称配置構成である。また、1/8対称軸53、54に対して1/8炉心鏡対称、1/2炉心鏡対称、1/2炉心180°回転対称の配置である。
これに組み合わせるLPRM配置は、炉心平面の前記X軸51、Y軸52、1/8対称軸53、54に対する前記対称性を利用して、最外周部を除いて制御棒セル31のすべてのコーナにLPRM配置をしたのに相当するLPRM配置である。炉心平面の最外周部を除く制御棒セル31の各コーナの位置(計256箇所)に対して25%に減じて配置していることになる。(a)中のL9部の制御棒セル31を(b)に示す。
【0039】
本実施の形態では、炉心平面の対称性と同じ対称性を有する格子流路11aの配置なので、第1の実施の形態におけるチムニ11Aのような炉心の燃料集合体21の装荷パターンに対する制約が無く、格子流路11a内のボイド率が当該の格子流路11aに対応する燃料集合体21の流量配分および出力に影響があっても、対称性を崩すものではないのでより少ないLPRM33の本数で、強制循環式BWRの場合と同じ精度で炉心性能評価が行える。
【0040】
《第4の実施の形態》
次に、図12を参照しながら本発明の第4の実施の形態の原子炉1を説明する。本実施の形態の原子炉1の縦断面の構成、炉心平面の燃料集合体21、制御棒24の配置の構成は第1の実施の形態と同じである(図1、図2参照)。第1の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態では第1の実施の形態と図12の(a)に示すように、チムニ11Dの格子流路11aの横断面の配置が異なる。炉心平面の中心に位置する中央制御棒セル31(C)を含む中央格子流路11a(C)は、中央制御棒セル31(C)1個だけを含む。他の格子流路11aは、炉心平面の中央領域では原則的に2×2配列の制御棒セル31を含む配置である。このとき、第1象限の1/4炉心にほぼ対応する格子流路11aのうち左斜線部で示した格子流路11aはX軸51上の制御棒セル31を含むように、第2象限の1/4炉心にほぼ対応する格子流路11aのうち左斜線部で示した格子流路11aはY軸52上の制御棒セル31を含むように、第3象限の1/4炉心にほぼ対応する格子流路11aのうち左斜線部で示した格子流路11aはX軸51上の制御棒セル31を含むように、第4象限の1/4炉心にほぼ対応する格子流路11aのうち左斜線部で示した格子流路11aはY軸52上の制御棒セル31を含むように構成する。(a)中のL10部の制御棒セル31を(b)に示す。
【0041】
したがって、(a)に示すように、格子流路11aの配置は、X軸51およびY軸52に対して、1/4炉心90°回転対称、1/2炉心180°回転対称配置構成である。また、1/8対称軸53、54に対して1/2炉心180°回転対称の配置である。
これに組み合わせるLPRM配置は、炉心平面の前記X軸51、Y軸52、1/8対称軸53、54に対する前記対称性を利用して、最外周部を除いて制御棒セル31のすべてのコーナにLPRM配置をしたのに相当するLPRM配置である。炉心平面の最外周部を除く制御棒セル31の各コーナの位置(計256箇所)に対して25%に減じて配置していることになる。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る自然循環式沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図2】図1のG−G矢視の炉心平面図である。
【図3】第1の実施の形態におけるLPRM配置を示す炉心平面図である。
【図4】第1の実施の形態におけるチムニの格子流路の横断面配置図である。
【図5】第1の実施の形態のチムニ格子流路の横断面配置とLPRM配置の関係を説明する図である。
【図6】第1の実施の形態におけるLPRM配置の第1の変形例を示す炉心平面図である。
【図7】第1の実施の形態のチムニ格子流路の横断面配置と第1の変形例のLPRM配置の関係を説明する図である。
【図8】第1の実施の形態のチムニ格子流路の横断面配置と第2の変形例のLPRM配置の関係を説明する図である。
【図9】第1の実施の形態のチムニ格子流路の横断面配置と第3の変形例のLPRM配置の関係を説明する図である。
【図10】第2の実施の形態のチムニ格子流路の横断面配置とLPRM配置の関係を説明する図である。
【図11】第3の実施の形態のチムニ格子流路の横断面配置とLPRM配置の関係を説明する図である。
【図12】第4の実施の形態のチムニ格子流路の横断面配置とLPRM配置の関係を説明する図である。
【符号の説明】
【0043】
1 自然循環式沸騰水型原子炉
7 炉心
11、11A、11B、11C、11D チムニ
11a 格子流路
11a(C) 中央格子流路
11b 流路隔壁
21 燃料集合体
23 上部格子板
24 制御棒
31 制御棒セル
31(C) 中央制御棒セル
32 格子孔
33 LPRM検出器集合体(中性子検出器)
51 X軸(対称軸)
52 Y軸(対称軸)
53、54 1/8対称軸




 

 


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