JP2856889B2 - 原子炉監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、原子炉内の燃料集合体の取替えおよび制御
棒の取替え時に、燃料集合体の駆動および制御棒の引抜
・挿入操作が安全に行われるよう監視する原子炉監視装
置に関する。

（従来の技術） 例えば沸騰水型原子炉（以下BWRという）において
は、原子炉可能容器内に原子炉圧力容器が設置され、こ
の原子炉圧力容器内に冷却材が収容されているとともに
炉心が配置されている。この炉心は複数の燃料集合体と
これらの燃料集合体間に配設されている制御棒等から構
成されており、制御棒１本とそのまわりの燃料集合体４
体からなるセルが多数集まって炉心を形成している。

冷却材は炉心を上方に向って流通し、その際炉心の格
反応熱により昇温して水と蒸気との二相流状態となる。
蒸気は気水分解器にて分離された後、蒸気乾燥器により
乾燥されて乾燥蒸気となり、原子炉圧力容器に接続され
た主蒸気管を介してタービン系に移送されて発電に供さ
れる。

このようなBWRにおいて、炉心内に配設される制御棒
はそれぞれ制御棒駆動機構に連結される。この制御棒駆
動機構は水圧による駆動力を利用して制御棒の炉心内へ
の挿入・引抜を行うもので、オペレータのスイッチ操作
による制御棒駆動回路の動作にしたがって作動する。各
制御棒は燃料集合体に対して挿抜する位置が軸方向にそ
れぞれ数十段階になっており、燃料集合体に対して挿入
されるにしたがって中性子束が減少し、逆に引抜かれる
にしたがって中性子束が増加する。これに基づいて、中
性子束が局部に集中しないように、換言すれば原子炉が
安定な状態に保持されるように、各燃料集合体に対する
各制御棒の挿抜操作が行われるが、万一制御棒の駆動順
序を誤ると、中性子が局部的に集中して原子炉の安定性
が損われ、燃料集合体の急激な温度上昇を招いて燃料集
合体の健全性を損なう恐れがある。

このような原子炉において、燃料補充のため定期的に
燃料集合体を新しいものに取替える必要がある。燃料集
合体の交換は、原子炉の制御棒を全て挿入し原子炉を停
止させてから、原子炉圧力容器の上ぶたを開け、燃料集
合体移動装置により燃料集合体を上からつまみ上げて移
動させて行われている。この時、制御棒も古くなると中
性子の吸収力が弱まることから、引抜いて新しい制御棒
と取替えている。このため、燃料集合体と隣接する制御
棒、すなわち燃料集合体が入っているセル内の制御棒を
引抜かないよう、また制御棒が挿入されていないセルへ
の燃料集合体の移動を行なわないよう、予め操作手順を
決めて燃料集合体移動操作と制御棒挿抜操作を行ってい
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の方法では、人間の判
断で操作していること、制御棒と燃料集合体の操作場所
が離れているためお互いの状況がわかりにくいことなど
から、万一の誤操作による局部的な核加熱の急激な上昇
により燃料集合体の健全性を損なう可能性があった。

本発明は上記事情に対処してなされたもので、燃料集
合体および制御棒の取替え作業を安全に行うことができ
るように、燃料集合体の移動操作および制御棒の挿抜操
作を監視し、誤操作時は制御棒の引抜の阻止、燃料集合
体移動の阻止を行なって核加熱の上昇を未然に防止する
原子炉監視装置を提供するこを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち、本発明による原子炉監視装置は、運転員の
指示にしたがって燃料集合体移動装置に燃料集合体移動
操作部の操作により燃料集合体移動装置に送られる燃料
集合体移動指令信号および前記燃料集合体移動装置より
得られる炉心内の燃料集合体の配置情報を入力する燃料
集合体情報入力部と、この燃料集合体情報入力部に入力
された情報を記憶する燃料集合体記憶部と、制御棒操作
部の操作により制御棒駆動装置に送られる制御棒駆動指
令信号および前記制御棒駆動装置より得られる炉心内の
制御棒の配置情報を入力する制御棒情報入力部と、この
制御棒情報入力部に入力された情報を記憶する制御棒記
憶部と、燃料集合体の移動および制御棒の引抜・挿入の
操作手順を入力する操作手順入力部と、この操作手順入
力部を介して入力された操作手順を記憶する操作手順記
憶部と、前記燃料集合体記憶部および制御棒記憶部から
燃料集合体移動指令または制御棒駆動指令を検出し、こ
の指令が前記操作手順記憶部に記憶された操作手順と異
なるとき、その指令による操作を阻止する信号を前記燃
料集合体移動装置または制御棒駆動装置に出力する操作
手順判定部とで構成される。

（作用） 本発明の原子炉監視装置においては、運転員が燃料集
合体移動操作部または制御棒操作部を介して燃料集合体
の移動操作または制御棒の挿抜操作をするたびに、操作
手順判定部により予め設定された操作手段と照らし合わ
せ、その操作が操作手順と合致しない場合は誤操作と判
定し、その操作を阻止するために燃料集合体移動停止信
号または制御棒駆動停止信号を出力する。したがって、
このような原子炉監視装置によれば、誤操作を生じる恐
れがなくなり、誤操作による核加熱の上昇を未然に防ぐ
ことができる。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第１図にBWRにおける本発明の一実施例の原子監視装
置の構成を示す。図中、符号１は原子炉圧力容器であ
り、この原子炉圧力容器１内には冷却材２及び炉心３が
収容されている。この炉心３は第２図に示すように、複
数の制御棒４および燃料集合体５から構成されており、
第３図に示すような１本の制御棒４とそのまわりに配置
される４体の燃料集合体燃料集合体５からなる、いわゆ
るセル６が多数集まって炉心３を形成している。なお、
第２図において各セルに付した番号はセル番号ａであ
り、第３図において制御棒４および燃料集合体５にそれ
ぞれ付した番号（０〜４）はセル内番号ｂである。この
ようなセル番号ａとセル内番号ｂにより制御棒４ないし
燃料集合体５の炉心３内位置を表すことができる。

制御棒４はそれぞれ制御棒駆動装置７に連結されてお
り、この制御棒駆動装置７により炉心３内に挿入・引抜
される。制御棒４は中性子吸収材として使用されるボロ
ンカーバイト等から成り、燃料集合体５の間に挿入され
ることにより中性子束を減少させて発熱量を減少させ、
逆に引抜かれることにより中性子束を増大させて発熱量
を増大させる。

燃料集合体５の新燃料集合体との取替えにあたって
は、原子炉圧力容器１が停止状態、つまり制御棒４が全
て挿入状態にある時に、燃料集合体移動装置８により燃
料集合体５が取出され、また制御棒４の新制御棒との取
替えは燃料集合体移動装置８により制御棒４と同一セル
６内の燃料集合体５の４体が取り出されてから制御棒４
の引抜が行われる。これらの取替え操作は運転員の指示
により行なわれており、制御棒４の挿入・引抜操作は制
御棒操作部９から制御棒駆動装置７に発せられる制御棒
駆動操作指令により、また燃料集合体５の移動は燃料集
合体移動操作部10から燃料集合体移動装置８に発せられ
る燃料集合体移動操作指令により行なわれる。操作部
９、10においては、それぞれ運転員の指示によって操作
指令を出力するとともに、炉心内の配置情報をそれぞれ
制御棒駆動装置７および燃料集合体移動装置８から入力
する。

原子炉監視装置11は制御棒操作部９および燃料集合体
移動操作部10からそれぞれ炉心内の配置情報および操作
指令情報を入力し、操作指令が正しいかどうかを予め設
定された操作手順に基づいて判断し、誤操作であると判
定した場合には、燃料集合体移動停止信号Ａを燃料集合
体移動装置８に、あるいは制御棒駆動停止信号Ｂを制御
棒駆動装置６に出力して誤操作を阻止するもので、本実
施例では次のように構成される。

すなわち、原子炉監視装置11は燃料集合体移動操作部
10から燃料集合体に関する炉心内配置情報および操作指
令情報を入力する燃料集合体情報入力部12と、入力した
燃料集合体に関する情報を第４図に示すようなデータ構
成に変換して記憶する燃料集合体記憶部13と、制御棒操
作部９から制御棒に関する炉心内配置情報および操作指
令情報を入力する制御棒情報入力部14と、入力した制御
棒に関する情報を第５図に示すようなデータ構成に変換
して記憶する制御棒記憶部15と、入力装置16を介して制
御棒操作部９および燃料集合体移動操作部10の操作手順
を入力する操作手順入力部17と、入力した操作手順を第
６図に示すようなデータ構成に変換して記憶する操作手
順記憶部18と、燃料集合体記憶部13および制御棒記憶部
15に更新記録されているデータを定期的に読み出すこと
によって、検出した燃料集合体移動操作指令あるいは制
御棒操作指令の正誤を操作手順記憶部18のデータに基づ
いて判定して、燃料集合体移動の誤操作の場合は燃料集
合体移動装置８に燃料集合体移動停止信号Ａを出力し、
制御棒の誤操作の場合は制御棒駆動装置７に制御棒駆動
停止信号Ｂを出力する操作手順判定部19とで構成されて
いる。

次に、上記構成の原子炉監視装置の作用について具体
的に説明する。

まず、原子炉監視装置は制御棒操作部９と燃料集合体
移動操作部10の操作手順を入力装置16を介して操作手順
入力部17に入力する。入力した操作手順は第６図に示す
データ構成に変換され、操作手順記憶部18に記憶され
る。第６図において、現在のステップ番号は操作手順入
力時は１とし操作進行と共に更新される。セル番号、セ
ル内番号はそれぞれ第２図および第３図において炉心３
内の各セル６の位置およびセル６内の各位置に付した番
号ａ、ｂに対応し、セル番号０は燃料集合体の炉心外か
らの移動または炉心外への移動とし、セル内番号０は制
御棒を示す。また、装荷（挿入）／取出し（引抜）はセ
ル内番号が１〜４のときは１で燃料集合体装荷、０で燃
料集合体取出しを示し、セル内番号が０のときは０で制
御棒挿入,1で制御棒引抜を示す。これら情報は操作ステ
ップ毎に設定され、燃料集合体の移動時は取出し→装荷
となるので２ステップが一組となる。

一方、燃料集合体記憶部13は燃料集合体情報入力部12
を介して燃料集合体移動操作部10から入力した情報を例
えば第４図に示すようなデータ構成に変換して記憶す
る。第４図に示すデータは、上から順に移動燃料集合体
セル番号、同セル番号、移動先燃料集合体セル番号、同
セル内番号を記録し、以下セル番号順およびセル内番号
順に燃料集合体の有無を記録している。ここでは、セル
番号が０の場合は炉心外からの移動または炉心外への移
動を示す。また、燃料集合体移動完了時には各セルの燃
料集合体有／無データを更新する。すなわち、燃料集合
体を取出した場合には該当データを０に、燃料集合体を
装荷した場合は該当データを１にする。

また、制御棒記憶部15は制御棒操作部９から制御棒情
報入力部14を介して入力した情報を例えば第５図に示す
ようなデータ構成に変換して記憶する。第５図において
は、制御棒操作部９は制御棒を選択してから挿入・引抜
の操作指令を出すため、まず選択制御棒のセル番号を記
録し、以下各制御棒の挿入・引抜状態を０または１で表
し記録している。すなわち、制御棒操作部９で制御棒が
選択された場合に、データにおける選択制御棒セル番号
を更新し、制御棒操作完了時に各制御棒位置を、挿入状
態の場合は０、挿入されていない状態の場合は１として
更新記録する。

操作手順判定部19は定期的に、例えば、100msec.周期
で燃料集合体記憶部13と制御棒記憶部15にあるそれぞれ
のデータをチェックし、操作指令情報である移動燃料集
合体セル番号・セル内番号、移動先燃料集合体セル番号
・セル内番号あるいは選択制御棒セル番号が前回と違う
ときは、操作手順駆動部18にある操作手順データと比較
し不一致であればその操作の停止信号を出力する。

第７図に操作手順判定部19のおける判定方法を示す。
まず、制御棒記憶部15からのデータの選択制御棒をチェ
ックし（101）、前回チェック時より変化がなければ燃
料集合体記憶部13にあるデータの移動燃料集合体セル番
号・セル内番号および移動先燃料集合体セル番号・セル
内番号をチェックし（102）、変化がなければ全ての処
理をバイパスし最後まで抜ける。一方、制御棒記録部15
または燃料集合体記憶部13のいずれかのデータに変化が
あった場合は、操作手順記憶部18にある操作手順データ
の現在のステップ番号ｉ（ここで、ｉ＝１、２、…、
ｎ）を取出し（103）、操作手順データのステップｉの
セル内番号をチェックする（104）。このセル内番号が
１〜４（燃料集合体）であれば、操作手順データのステ
ップｉのセル番号・セル内番号およびステップｉ＋１の
セル番号・セル内番号を取出し、それぞれ燃料集合体記
憶部13のデータの該当セル番号・セル内番号の燃料集合
体の有／無をチェックし（105）、ステップｉの燃料集
合体がなし、ｉ＋１の燃料集合体がありの場合そのステ
ップの操作を完了とみなして現在のステップ番号をｉ＋
２とする（106）。これは燃料移動の場合、取出しと装
荷の２ステップとしているためである。また、（104）
において、操作手順データのステップｉのセル内番号が
０（制御棒）の場合は、そのセル番号から制御棒記憶部
15のデータの該当制御棒位置を取出してステップｉの挿
入／引抜情報と比較し（107）、挿入手順の場合に挿
入、引抜手順の場合に引抜になっていれば、このステッ
プの操作は完了として現在のステップ番号ｉをプラス１
とする（108）。

以上の段階（101）〜（108）は操作手順記憶部18にあ
る操作手順データの現在のステップ番号の更新にかかる
もので、このようにして操作手順の現在のステップ番号
ｉを確定した後、制御棒記憶部15のデータが選択制御棒
に関し変化しているかを再度チェックし（109）、選択
制御の変化であれば、制御棒記憶部15のデータの選択制
御棒セル番号を取出し、操作手順データの現在のステッ
プｉのセル内番号が０（制御棒）でかつセル番号が同じ
かチェックし（110）、違っていれば誤操作と判定して
制御棒駆動停止信号Ｂをオン出力し（111）、同じであ
れば制御棒駆動停止信号Ｂをオフ出力する（112）。ま
た、（109）において選択制御棒の変化でなければ、燃
料集合体記憶部13のデータの移動燃料集合体セル番号・
セル内番号、移動先燃料集合体セル番号・セル内番号を
取出し、操作手順データの現在のステップｉの情報と移
動燃料集合体セル番号・セル内番号をチェックするとと
もに、ステップｉ＋１の情報と移動先燃料集合体セル番
号・セル内番号をチェックし（113）、両方共一致して
いれば燃料集合体移動停止信号Ａをオフ出力し（11
4）、違っていれば燃料集合体移動停止信号Ａをオン出
力する（115）。

このように、燃料集合体の取替えおよび制御棒の取替
えの際に、燃料集合体移動操作部10または制御棒操作部
９を介して運転員が燃料集合体の移動操作または制御棒
の挿抜操作をするたびに、原子炉監視装置10は操作手順
判定部において操作手順と比較し、その操作が操作手順
と合致しない場合は誤操作と判定し、燃料集合体移動停
止信号Ａまたは制御棒駆動停止信号Ｂを出力し、その操
作の阻止を行う。

上記した本発明の原子炉監視装置によると、燃料集合
体の取替え、制御棒取替え作業において、 燃料集合体移動の誤操作防止 制御棒引抜きの誤操作防止 等の効果を奏することができる。

なお、本前実施例では同時に引抜き可能な制御棒の本
数が１本のものについて説明したが、これに限定される
ものではなく、同時に複数本の制御棒を引抜けるものに
も適用可能であり、またBWR以外の原子炉であっても同
様の構成を備えるものには適用することができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の原子炉監視装置は原子
炉の燃料集合体および制御棒を交換するにあたり、燃料
集合体の移動および制御棒操作の監視を行ない、あらか
じめ設定された操作手順と異なるときには誤操作と判断
してその操作の実行を阻止することにより、燃料集合体
の損傷を未然に防ぐことができ、原子炉の燃料集合体の
取替えおよび制御棒取替え作業の安全性を高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の原子炉監視装置の構成を示
すブロック図、第２図はセル番号を付した原子炉炉心を
概略的に示す断面図、第３図はセル内番号を付したセル
を示す説明図、第４図は燃料集合体記憶部のデータ構成
を示す図、第５図は制御棒記憶部のデータ構成を示す
図、第６図は操作手順記憶部のデータ構成を示す図、第
７図は操作手順判定部の判定ロジックを示すフロー図で
ある。 １……原子炉圧力容器、２……冷却材、３……炉心、４
……制御棒、５……燃料集合体、６……セル、16……入
力装置、Ａ……燃料集合体移動停止信号、Ｂ……制御棒
駆動停止信号、ａ……セル番号、ｂ……セル内番号

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料集合体移動操作部の操作により燃料集
   合体移動装置に送られる燃料集合体移動指令信号および
   前記燃料集合体移動装置より得られる炉心内の燃料集合
   体の配置情報を入力する燃料集合体情報入力部と、 この燃料集合体情報入力部に入力された情報を記憶する
   燃料集合体記憶部と、制御棒操作部の操作により制御棒
   駆動装置に送られる制御棒駆動指令信号および前記制御
   棒駆動装置より得られる炉心内の制御棒の配置情報を入
   力する制御棒情報入力部と、 この制御棒情報入力部に入力された情報を記憶する制御
   棒記憶部と、 燃料集合体の移動および制御棒の引抜・挿入の操作手順
   を入力する操作手順入力部と、 この操作手順入力部を介して入力された操作手順を記憶
   する操作手順記憶部と、前記燃料集合体記憶部および制
   御棒記憶部から燃料集合体移動指令または制御棒駆動指
   令を検出し、この指令が前記操作手順記憶部に記憶され
   た操作手順と異なるとき、その指令による操作を阻止す
   る信号を前記燃料集合体移動装置または制御棒駆動装置
   に出力する操作手順判定部とを具備したことを特徴とす
   る原子炉監視装置。