JPS6155072B2

JPS6155072B2 -

Info

Publication number: JPS6155072B2
Application number: JP52101557A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Maruyama; Masayuki Izumi; Sadao Uchikawa; Renzo Takeda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-08-26
Filing date: 1977-08-26
Publication date: 1986-11-26
Also published as: JPS5435591A; US4368171A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、原子炉の運転方法に関するものであ
る。

〔発明の背景〕

沸騰水型原子炉では、軸方向にボイド分布があ
る関係上、出力分布が炉心下部にスキユウイング
している。このため、出力分布を平坦化するのに
出力ピークが生ずる炉心下部にバーナブルポイズ
ンであるガドリニアを配置したり、炉心下部から
浅く制御棒を挿入する方法を用いている。一方、
炉心半径方向の出力分布は、深く挿入した制御棒
を分散配置して平坦化している。このように、制
御棒を軸方向出力分布および半径方向出力分布の
平坦化及び反応度制御と多目的に使用しているの
で、制御棒配置は第１図に示すように複雑な配置
となつている。第１図は全炉心の水平断面を示
し、第１図中の一つの升目は燃料集合体４体とそ
の中心に制御棒１本が配置されていることを示し
ている。記載された数値は制御棒の挿入率を示し
ており、炉心の軸方向を24等分して炉心下端から
数字の位置まで制御棒が挿入されていることを表
わしている。空白の升目は制御棒が全引抜きの状
態にある。第１図のような制御棒パターンの立案
は複雑な配置のために多くの計算時間を必要と
し、また軸方向出力分布制御を目的として浅く挿
入した制御棒の先端付近で出力が急激に変化する
等の欠点をもつている。

上記の欠点をなくすため、軸方向に炉心部中央
付近で２領域に分割して炉心上部の無限増倍率を
炉心下部のそれより高くすることによつて軸方向
出力分布を平坦化した発明が、特開昭53−40181
号公報および特開昭53−40188号公報に示されて
いる。このような原子炉では、制御棒による出力
分布の平坦化を軸方向について行なう必要がな
く、したがつて浅く挿入される制御棒は不要であ
る。この結果、浅い制御棒の挿入によつて制約さ
れていた深い制御棒の挿入位置の自由度が増加
し、半径方向出力分布平坦化に役立てることがで
きるようになつた。

ところで、従来の浅い制御棒と深い制御棒を併
用した原子炉の運転方法においては、制御棒が第
２図に示すようにＡ、Ｂの２つの制御棒グループ
に分けられており、さらにＡグループのうちで
A₁位置に深挿入の制御棒およびA₂の位置に浅挿
入の制御棒が位置しているA₁パターン、A₂の位
置に深挿入の制御棒およびA₁の位置に浅挿入の
制御棒が位置しているA₂パターン、Ｂグループ
についても同様にB₁およびB₂の２パターンがあ
り、これらの４つの制御棒パターンをA₁→B₁→
A₂→B₂→A₁…のように燃焼度約1000Wd／ｔ毎に
交換して運転している。また、例えばA₁または
A₂パターンが選択された場合にはＢグループに
属する制御棒の操作を禁止するロツク機構（制御
棒価値ミニマイザ）が設けられている。第３図は
前述の深挿入の制御棒のみで運転できる原子炉に
おいて前述の運転方法に従つて立案した制御棒パ
ターンの例である。対象とした炉心は本発明の実
施例に述べる800MWe級沸騰水型原子炉と同一の
炉心である。この炉心は前述の特開昭53−40181
号公報および特開昭53−40188号公報に示された
発明に基づいており、軸方向の出力分布が平坦化
されているため、従来の運転方法でも運転基準を
十分満足している。この炉心の最大線出力密度は
10.42KW／ftで、最小限界出力比は1.40である。
しかし、従来の制御棒グループ分けは浅い制御棒
と深い制御棒を併用することを前提としているた
め、制御棒の挿入位置の選択自由度が限られ、こ
の結果後述するように同心円状の制御棒パターン
を実現している本発明の運転方法に比べ約４％出
力ピーキングが大きくなつている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、熱的余裕が増大する原子炉の
運転方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、上部領域の無限増倍率が下部領域の
それよりも大きな炉心と、前記炉心内に挿入され
る多数の制御棒とを有し、しかも制御棒が、炉心
の中心に位置する１本の制御棒のみからなる第１
制御棒、第１制御棒の外側を囲む８本の制御棒の
みからなる第２制御棒群、第２制御棒群に隣接し
て第２制御棒群の外側に配置されている12本の制
御棒のみからなる第３制御棒群、第３制御棒群に
隣接してその群の外側に配置されている16本の制
御棒のみからなる第４制御棒群、第４制御棒群に
隣接してその群の外側に配置されている20本の制
御棒のみからなる第５制御棒群、第５制御棒群に
隣接してその群の外側に配置されている24本の制
御棒のみからなる第６制御棒群に分割されてなる
原子炉を運転する方法において、炉心の半径方向
に１つおきに位置する制御棒群毎に選択されて炉
心の中心に対して点対称に配置されしかも異なる
制御棒群の間で桂馬飛びの位置関係にある偶数組
の制御棒を含む本数の制御棒を、前記炉心内に深
く挿入し、炉心を臨界とするに必要な制御棒本数
が６本未満となる期間を除く運転期間を、その深
挿入の制御棒パターンにて運転することを特徴と
する原子炉の運転方法にある。

原子炉の半径方向出力分布を平坦化する目的で
挿入される制御棒は軸方向の出力分布を歪めない
ように深く挿入され、炉心半径方向の出力分布の
平坦化の度合は、主に、このような深い制御棒の
挿入位置によつてきまる。

一般に、半径方向出力分布を平坦化するための
理想的な制御棒本数密度は半径方向に連続的に変
化しており、一方、挿入できる制御棒本数は炉心
の持つ余剰反応度によつて決定される。このよう
な理想的な制御棒本数密度分布に近い制御棒挿入
を実際の原子炉運転で実現するため、炉心中心か
らの距離に沿つて同心円状の制御棒グループを構
成し、これらの制御棒グループの組合せで制御棒
パターンを形成する。特に、炉心の半径方向に１
つおきに位置する制御棒グループ（制御棒群）毎
に選択されて点対称に配置された制御棒であつ
て、異なる制御棒グループの間で、桂馬飛びの位
置関係にある偶数組の制御棒（例えば、第４図
ｃ、第５図、第６図、第８図及び第９図を参照）
を含む本数の制御棒を深挿入することにより、前
述の理想的な制御棒本数密度が得られる挿入制御
棒の同心円配置に近づけることができる。このた
め、最大線出力密度および最小限界出力の減少幅
が大きくなり、熱的余裕が著しく向上する。

このように制御棒の挿入位置の自由度を最大限
活用することにより、半径方向出力分布を平坦化
した運転が可能となる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明す
る。第４図ａに、本実施例の原子炉の運転方法に
おける制御棒のグループ構成を示す。第４図ａの
升目内に付した数字が制御棒のグループを示して
おり、同じ数字で１つのグループを構成する。す
なわち、炉心中心に位置する制御棒を第１グルー
プとし、当該制御棒を囲む８本の制御棒（数字の
２がついている）を第２グループとする。第３グ
ループは第２グループの外側に隣合う制御棒（数
字の３がついている）とし、以下同様に第Ｎグル
ープの外側に隣合う制御棒により第（Ｎ＋１）番
目のグループを構成する。ただし、ここでいう
「隣合う」とは第４図ｂのＸに対しＹの位置を意
味する。運転時の制御棒パターンは、上記の手順
によつて構成した制御棒グループのうち一つおき
のグループ（たとえば奇数番目のグループ）に属
する制御棒のみから原子炉を臨界にするのに必要
な本数を第４図ｃのＸとＹのような桂馬飛びの位
置関係にある制御棒を偶数組含むように位置を選
択し、選択された位置にある制御棒を挿入するこ
とにより形成される。

以下800MWe級の沸騰水型原子炉において本実
施例の運転方法を実現した例について説明する。
この炉心の熱出力および運転基準は下記のように
設定されている。

炉心熱出力 2400MW 運転基準最大線出力密度≦13.4kW／ft 最小限界出力比≧1.22 また炉心に装荷されている燃料集合体は、前述
の特開昭53−40181号公報に示されているものを
用い、燃料集合体下端から11/24を境に上下の濃
縮度をかえて（上部領域の濃縮度が高い）ボイド
分布に起因する出力分布のスキユウイングを打消
すような無限増倍率（Ｋ∞）分布を実現してい
る。したがつて、この炉心では軸方向出力分布制
御のため浅い制御棒を挿入する必要がない。

第５図は上記炉心において奇数番目の制御棒グ
ループに属する制御棒で制御棒パターンを形成し
運転した場合の例である。この実施例では、第１
グループの制御棒（炉心中心に位置する制御
棒）、第３グループに属する６本の制御棒および
第５グループに属する12本の制御棒の計19本の制
御棒からなる制御棒パターンであり、第１、第３
グループの制御棒は炉心下端から炉心有効長の2
０／２４、第５グループは19/24まで挿入されてい
る。

第５図から明らかなよう本実施例では、第１、
第３および第５グループと１つおきのグループか
ら選択されてしかも炉心中心に対して点対称の位
置にある制御棒を、深く挿入している。この実施
例における運転時の最大線出力密度は9.55kW／
ft、最小限界出力比は1.53であり、運転基準値に
対しそれぞれ29％、25％余裕がある。これは出力
分布が平坦化されていることを示すものである。
ちなみに上記MCPRに相当する半径方向出力ピー
キングは1.22である。

第６図は上記の実施例より制御棒本数が少ない
場合の運転例を示したもので、このように挿入本
数が減少しても上記の例とほぼ同程度の熱的余裕
が保てることを示す。

一方、偶数番目のグループに属する制御棒から
形成した制御棒パターンを用いた運転例を第７図
および第８図に示す。これらの例では第２、第
４、第６グループに属する制御棒によつて制御棒
パターンを形成している。偶数番目のグループか
ら選択した制御棒からなる制御棒パターンで運転
した場合でも最大線出力密度は10kW／ft以下、
MCPRは約1.5であり、奇数番目のグループに属
する制御棒から形成した制御棒パターンで運転し
た場合と熱的にほぼ同等の運転状態が実現でき
る。

第６図、第７図及び第８図示の炉心の最大線出
力密度はそれぞれ9.70kW／ft、9.90kW／ft、
9.99kW／ft、及び9.63kW／ftであり、最小限界
出力比はそれぞれ1.45、1.48、1.52及び1.47であ
る。

以下説明したごとく本実施例によれば、奇数番
目の制御棒グループから形成した制御棒パターン
と偶数番目の制御棒グループから形成した制御棒
パターンのいずれにおいても熱的に同程度かつ十
分に余裕のある運転が可能である。また、本実施
例における運転方法では制御棒本数に対する融通
性があり、臨界調節のため制御棒挿入本数が減少
した場合でも熱的状態を大きく変えない制御棒パ
ターンを形成することが可能である。

前記800MWe級沸騰水型原子炉で奇数番目の制
御棒グループから形成した制御棒パターンと偶数
番目の制御棒グループから形成した制御棒パター
ンを交互に繰返し運転した場合の最大線出力密度
およびMCPRの燃焼に伴う変化を第９図、第１０
図に示す。運転期間を通じて最大線出力密度はほ
ぼ10kW／ftもしくはそれ以下であり、MCPRは
約1.5である。これらの図には従来の運転方法に
従つて運転した場合の値を並記した。

本実施例になる運転方法（実線）は、従来の方
法（点線）に比べ最大線出力密度で約４％、
MCPRで約２％減少し、熱的に余裕のある運転が
可能である。

〔発明の効果〕本発明によれば、炉心半径方向に１つおきに位
置する制御棒群であつて異なる制御棒群の間で桂
馬飛びの位置関係にある偶数組の制御棒を深挿入
しているので、深挿入される制御棒の配置が同心
円に近くなり、最大線出力密度および最小限界出
力の減少幅が大きくなる。従つて熱的余裕が著し
く向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の沸騰水型原子炉の運転における
制御棒パターンを示す説明図、第２図は従来の運
転方法における制御棒グループを示す説明図、第
３図は従来の運転方法に従つて立案した深い制御
棒のみのパターンの説明図、第４図は本発明の原
子炉の運転方法における制御棒グループを示す説
明図、第５図は本発明の一実施例である運転方法
で奇数番目のグループに属する19本の制御棒から
なる制御棒パターンでの運転例を示す説明図、第
６図は本発明の他の実施例である奇数番目のグル
ープに属する15本の制御棒からなる制御棒パター
ンでの運転例の説明図、第７図は本発明の他の実
施例である偶数番目のグループに属する制御棒か
らなる制御棒パターンでの運転例を示す説明図、
第８図は本発明の他の実施例である偶数番目のグ
ループに属する制御棒からなる制御棒パターンで
の運転例を示す説明図、第９図は本発明になる運
転方法に従つて運転した場合の最大線出力密度の
変化を示す特性図、第１０図は本発明になる運転
方式に従つて運転した場合の最大限界出力比
（MCPR）の変化を示す特性図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１上部領域の無限増倍率が下部領域のそれより
も大きな炉心と、前記炉心内に挿入される多数の
制御棒とを有し、しかも前記制御棒が、前記炉心
の中心に位置する１本の制御棒のみからなる第１
制御棒、前記第１制御棒の外側を囲む８本の制御
棒のみからなる第２制御棒群、前記第２制御棒群
に隣接して前記第２制御棒群の外側に配置されて
いる12本の制御棒のみからなる第３制御棒群、前
記第３制御棒群に隣接してその群の外側に配置さ
れている16本の制御棒のみからなる第４制御棒
群、前記第４制御棒群に隣接してその群の外側に
配置されている20本の制御棒のみからなる第５制
御棒群、前記第５制御棒群に隣接してその群の外
側に配置されている24本の制御棒のみからなる第
６制御棒群に分割されてなる原子炉を運転する方
法において、前記炉心の半径方向に１つおきに位
置する前記制御棒群毎に選択されて前記炉心の中
心に対して点対称に配置されしかも異なる前記制
御棒群の間で桂馬飛びの位置関係にある偶数組の
制御棒を含む本数の制御棒を、前記炉心内に深く
挿入し、前記炉心を臨界とするに必要な制御棒本
数が６本未満となる期間を除く運転期間を、その
深挿入の制御棒パターンにて運転することを特徴
とする原子炉の運転方法。