JP4785558B2 - Reactor monitoring device - Google Patents

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Description

本発明は、特に冷却材を自然循環によって循環させる自然循環型沸騰水型原子炉の監視装置に関する。 The present invention relates to a monitoring equipment of the natural circulation boiling water reactor in particular circulating coolant by natural circulation.

自然循環型沸騰水型原子炉(以下、簡単に「自然循環型原子炉」と呼ぶ。)では、炉心を取り囲むシュラウドの上部にチムニが設置されている。炉心やチムニ内部は冷却水と水蒸気(泡:ボイドともいう。) の混合流(二相流)が上昇し、シュラウド外側と圧力容器壁で囲まれたダウンカマとよぶ環状流路には、給水管から原子炉内に戻された冷却水とチムニから流出した冷却水が混合して下降流として流れ、シュラウド内外を冷却水が循環している。自然循環型原子炉は、再循環ポンプなどの強制循環装置をもたず、シュラウド内の二相流密度とシュラウド外冷却水密度の密度差が前記循環流を引き起こす源になっている。   In natural circulation boiling water reactors (hereinafter simply referred to as “natural circulation reactors”), chimneys are installed above the shroud that surrounds the core. A mixed flow (two-phase flow) of cooling water and water vapor (bubbles: also called voids) rises inside the core and chimney, and a water pipe is installed in the annular channel called the downcomer surrounded by the shroud outside and the pressure vessel wall. The cooling water returned from the reactor to the reactor and the cooling water flowing out from the chimney flow as a downward flow, and the cooling water circulates inside and outside the shroud. The natural circulation reactor does not have a forced circulation device such as a recirculation pump, and the density difference between the two-phase flow density in the shroud and the cooling water density outside the shroud is a source of the circulation flow.

自然循環型沸騰水型原子炉を起動する場合は、低圧状態から制御棒を引き抜いて臨界にし、その後出力を定格熱出力の数%に制御して昇温昇圧し、定格圧力にする。その後圧力を一定に制御しながら制御棒をさらに引き抜き、高圧低出力状態から高圧高出力状態に変化させる。低圧状態から高圧低出力状態に移行する昇温昇圧過程を含む起動初期には、自然循環型不安定と呼ばれる不安定現象が発生する可能性があることが知られている。   When starting up a natural circulation boiling water reactor, pull out the control rod from the low pressure state to make it critical, and then control the output to several percent of the rated heat output to raise the temperature and raise it to the rated pressure. Thereafter, the control rod is further pulled out while controlling the pressure to be constant, and the high pressure low output state is changed to the high pressure high output state. It is known that an instability phenomenon called natural circulation instability may occur at the initial stage of startup including a temperature rising and pressure increasing process in which a low pressure state shifts to a high pressure low output state.

この状態における不安定現象の原理を説明する。何らかの原因でチムニ内の沸騰開始位置が下がり水蒸気が増える(ボイド率が高くなる)と、チムニ内混合流の密度が軽くなるので、シュラウド内側と外側の密度差が大きくなり、シュラウド内へ流れ込む冷却水量が増大する。すると、炉心が冷えて、炉心出口での冷却水温度が下がり、チムニ内の沸騰開始位置が上がり水蒸気発生量が減少してボイド率が減少する。この結果、今度はシュラウドの内側と外側の密度差が小さくなり、シュラウド内へ流れ込む冷却水量が少なくなる。   The principle of the unstable phenomenon in this state will be described. If for some reason the boiling start position in the chimney falls and the water vapor increases (the void ratio increases), the density of the mixed flow in the chimney becomes lighter, so the difference in density between the inside and outside of the shroud increases and cooling flows into the shroud. The amount of water increases. Then, the core is cooled, the cooling water temperature at the core outlet is lowered, the boiling start position in the chimney is increased, the amount of generated steam is reduced, and the void ratio is reduced. As a result, the density difference between the inside and the outside of the shroud is reduced this time, and the amount of cooling water flowing into the shroud is reduced.

冷却水の流入量が少なくなると、今度は炉心でより高温に加熱され、チムニ内の沸騰開始位置が下がりボイド率が上昇してシュラウド内外の密度差が大きくなり、シュラウド内へ流れ込む冷却水量が増大する。低圧時は高圧時に比べて水蒸気と水の密度差が大きく、例えば1気圧では水と蒸気の密度比は約1000:1であるのに対し、70気圧での密度比は約20:1である。その結果、低圧では、チムニ内ボイド率変化に起因する自然循環力の変化が大きくなり、この現象が自然循環型不安定と呼ばれている。このように、自然循環型原子炉においては、起動時に、チムニ内での沸騰開始位置が上下に振動して炉心流量が振動する流動不安定が発生する可能性がある。   When the amount of cooling water inflow decreases, the core is heated to a higher temperature this time, the boiling start position in the chimney decreases, the void ratio increases, the density difference between the inside and outside of the shroud increases, and the amount of cooling water flowing into the shroud increases. To do. The density difference between water vapor and water is larger at low pressure than at high pressure. For example, the density ratio between water and steam is about 1000: 1 at 1 atm, whereas the density ratio at 70 atm is about 20: 1. . As a result, at low pressure, the change in natural circulation force due to the change in the void ratio in chimney becomes large, and this phenomenon is called natural circulation type instability. As described above, in a natural circulation nuclear reactor, there is a possibility that a flow instability in which the boiling start position in the chimney oscillates up and down and the core flow rate oscillates occurs at the time of startup.

また、起動初期は原子炉出力が小さく、高出力時に比べて自然循環流量絶対値が小さいので、相対的に流動変動の振幅が大きくなる。起動初期は原子炉出力が小さいため流動不安定が発生しても燃料の健全性に問題はないが、流動変動により炉心の冷却水温度が変動して核的な反応度が変化し、中性子束の急上昇を示す原子炉ペリオド短信号が発生して制御棒引き抜き操作ができなくなる恐れがある。   In addition, the reactor output is small at the beginning of startup, and the absolute value of the natural circulation flow rate is small compared with that at the time of high output, so the amplitude of flow fluctuations is relatively large. Even if flow instability occurs because the reactor power is small at the beginning of startup, there is no problem with the soundness of the fuel.However, due to flow fluctuations, the temperature of the coolant in the core fluctuates and the nuclear reactivity changes, and the neutron flux There is a possibility that a short period signal of the reactor period indicating a rapid rise of the reactor will be generated and the control rod pull-out operation cannot be performed.

この流動不安定を防ぐための方法として、例えば、特許文献1には定期点検時用ボイラの熱を利用して炉水温度を上昇・昇圧し、不安定の発生しにくい高圧状態に移行させてから出力を増加させる技術が公開されている。また、特許文献2には、加圧装置を備え、不安定の発生しにくい高圧状態で自然循環炉を起動する方法が公開されている。いずれも流動不安定の発生しにくい高圧状態にしてから出力を増加させる技術であるが、前者は短時間で起動するためには大容量のボイラ設備が必要であり、後者は起動用の加圧装置を特別に備える必要があり、建設費が上昇する。   As a method for preventing this flow instability, for example, Patent Document 1 uses the heat of a boiler for periodic inspections to raise and boost the reactor water temperature to shift to a high pressure state where instability is unlikely to occur. The technology to increase the output is published. Patent Document 2 discloses a method for starting up a natural circulation furnace in a high-pressure state that includes a pressurizing device and is less likely to cause instability. Both are technologies that increase the output after a high pressure state where flow instability is unlikely to occur, but the former requires large-capacity boiler equipment to start up in a short time, and the latter is a pressurizing press. The equipment must be specially provided, which increases the construction cost.

さらに、特許文献3には、炉心上部とチムニ下部に圧力計と温度計を設置し、圧力から炉心上部とチムニ下部の飽和温度を計算して、炉心出口が飽和でチムニ下部がサブクール状態のときに、圧力を低下するか原子炉出力を増加させて、チムニ内をすべて飽和状態にして安定性を改善する技術が公開されている。これは、低圧においても炉心とチムニ内がすべて二相流状態であれば流動安定性が改善するという知見にもとづいているが、炉心とチムニ全体を飽和状態にするほど高い出力で起動することは現実的な起動を考えると起動初期には実現しにくい。また、昇圧途中で原子炉圧力を減少させることは起動時間の増加になる。   Further, in Patent Document 3, when a pressure gauge and a thermometer are installed at the upper part of the core and the lower part of the chimney, the saturation temperature of the upper part of the core and the lower part of the chimney is calculated from the pressure, and the core outlet is saturated and the lower part of the chimney is in the subcooled state. In addition, a technique for improving the stability by reducing the pressure or increasing the reactor power so that the entire chimney is saturated is disclosed. This is based on the knowledge that the flow stability is improved if the core and chimney are all in the two-phase flow state even at low pressures. Considering a realistic start-up, it is difficult to realize in the initial start-up. In addition, reducing the reactor pressure during boosting increases the startup time.

特開昭59−143997号公報JP 59-143997 A 特開平5−72387号公報JP-A-5-72387 特開平8−94793号公報JP-A-8-94793

上述したように、自然循環型原子炉の起動初期には、原子炉内の圧力は低圧、かつ原子炉出力は低出力となるので、自然循環力が弱くなる。そして、チムニの途中で飽和温度が低下して沸騰が始まるため、自然循環型不安定の流動変動が発生しやすく、その結果原子炉出力が変動するという問題が生じる。   As described above, since the pressure in the nuclear reactor is low and the reactor power is low at the initial stage of startup of the natural circulation reactor, the natural circulation force is weakened. And since saturation temperature falls in the middle of chimney and boiling starts, natural circulation type unstable flow fluctuation is likely to occur, resulting in a problem that the reactor power fluctuates.

本発明は、上述の問題点を解決するためのものであり、チムニ出口の温度とチムニ出口圧力に対応する飽和温度を監視してチムニ出口で沸騰が開始するように原子炉出力を制御することを目的とする。   The present invention is for solving the above-described problems, and monitors the saturation temperature corresponding to the chimney outlet temperature and the chimney outlet pressure, and controls the reactor power so that boiling starts at the chimney outlet. With the goal.

上記課題を解決し本発明の目的を達成するため、本発明の自然循環型原子炉の原子炉監視装置では、チムニ下部に配置された温度検出部によりチムニの流体温度を測定する温度測定手段と、チムニ上部とチムニ下部に配置された圧力検出部により流体圧力を測定する圧力測定手段と、温度測定手段で測定した流体温度に関係する温度と、圧力測定手段で測定した流体圧力に基づいて計算される飽和温度に関連して設定される温度とを同一画面上に表示する表示手段を備えている。
ここで、上記表示手段で表示される温度は、流体温度とその飽和温度の差演算で求められるサブクール温度または流体温度それ自体であり、圧力測定手段で測定した流体圧力に基づいて計算される飽和温度に関連して設定される温度は、予め設定されている安定性境界サブクール温度または安定性境界温度である。そして、流体温度とその飽和温度の差演算で求められるサブクール温度と安定性境界サブクール温度を同一画面上に表示するか、流体温度自体と安定性境界の温度とを同一画面上に表示するようにしている
For purposes of resolution to the present invention the above problems, the reactor monitoring system natural circulation reactor of the present invention, the temperature measuring means for measuring the fluid temperature in Chim two by the temperature detection unit disposed below the chimney Based on the pressure measuring means for measuring the fluid pressure by the pressure detectors arranged at the upper part and the lower part of the chimney , the temperature related to the fluid temperature measured by the temperature measuring means, and the fluid pressure measured by the pressure measuring means Display means for displaying the temperature set in relation to the calculated saturation temperature on the same screen is provided.
Here, the temperature displayed by the display means is a subcool temperature or fluid temperature itself obtained by calculating the difference between the fluid temperature and the saturation temperature, and is calculated based on the fluid pressure measured by the pressure measuring means. The temperature set in relation to the temperature is a preset stability boundary subcool temperature or stability boundary temperature. Then, the subcooling temperature and the stability boundary subcooling temperature obtained by calculating the difference between the fluid temperature and the saturation temperature are displayed on the same screen, or the fluid temperature itself and the stability boundary temperature are displayed on the same screen. It is .

また、本発明の自然循環型原子炉の原子炉監視装置の他の形態では、チムニ下部に配置された温度検出部によりチムニの流体温度を測定する温度測定手段と、チムニ上部とチムニ下部に配置された圧力検出部により流体圧力を測定する圧力測定手段と、温度測定手段で測定した流体温度に関係する温度と、圧力測定手段で測定した流体圧力に基づいて計算される飽和温度に関連して設定される温度と、を同一画面上に表示する表示手段と、を備えている。この温度測定手段で測定した流体温度に関係する温度とは、測定したチムニ温度であり、圧力測定手段で測定した流体圧力に基づいて計算される飽和温度に関連して設定される温度とは、予め設定されている安定性境界サブクール温度である。 Further, in another form of the reactor monitoring device for a natural circulation reactor according to the present invention, temperature measuring means for measuring the fluid temperature of the chimney by the temperature detection unit disposed at the lower part of the chimney, and disposed at the upper part of the chimney and the lower part of the chimney A pressure measuring means for measuring the fluid pressure by the pressure detector, a temperature related to the fluid temperature measured by the temperature measuring means, and a saturation temperature calculated based on the fluid pressure measured by the pressure measuring means. Display means for displaying the set temperature on the same screen. The temperature related to the fluid temperature measured by the temperature measuring means is the measured chimney temperature, and the temperature set in relation to the saturation temperature calculated based on the fluid pressure measured by the pressure measuring means is: This is a preset stability boundary subcooling temperature.

このように、本発明の原子炉監視装置においては、流体温度から求めたサブクール温度と予め設定された安定性限界のサブクール温度が同時に同じ画面に表示されるので運転員はリアルタイムで安定な運転の確認を行うことができる。   Thus, in the reactor monitoring apparatus of the present invention, the subcool temperature obtained from the fluid temperature and the subcool temperature at the preset stability limit are displayed on the same screen at the same time, so the operator can perform stable operation in real time. Confirmation can be made.

本発明によれば、原子炉のチムニ内部の温度と圧力の二つのパラメータを測定するだけで、原子炉内の流動変動を回避することができ、また、原子炉の運転員が常に表示装置の表示画面を見ながら起動時の温度上昇状態を監視することができるので短時間でかつ安全に原子炉を起動することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to avoid flow fluctuations in the nuclear reactor only by measuring two parameters of temperature and pressure inside the chimney of the nuclear reactor, and the operator of the nuclear reactor is always in the display device. Since it is possible to monitor the temperature rise state during startup while viewing the display screen, the reactor can be started up safely in a short time.

以下、本発明に係る自然循環型原子炉の出力制御装置及び原子炉監視装置の実施の形態例について、図面を参照して説明する。図1は、本発明に係る自然循環型沸騰水型原子炉に本発明の出力制御装置を適用した原子炉システムの全体構成図である。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of an output control device and a reactor monitoring device for a natural circulation reactor according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a nuclear reactor system in which a power control device of the present invention is applied to a natural circulation boiling water reactor according to the present invention.

図1に示すように、自然循環型原子炉システムが有する原子炉は、複数の燃料棒を整列させた燃料集合体2と、燃料集合体2の間隙に挿入される制御棒3を配置した炉心4を有している。
また、原子炉圧力容器6の下部には、炉心4内で制御棒3を上下方向に挿抜可能に駆動する制御棒駆動装置8が設けられている。そして、原子炉圧力容器6には、主蒸気管12と給水管13が接続されており、原子炉圧力容器6の内部には炉心4を囲むようにして円筒状のシュラウド5が配設されている。このシュラウドの内側には、冷却材が図に示した矢印方向に上昇するための上昇流路が形成され、また、シュラウド5と原子炉圧力容器6との間隙には、冷却材が下降するための下降流路であるダウンカマ7が形成されている。また、シュラウド5の上部には、円筒状のチムニ9が配設され、さらに、チムニ9の上方には、気水分離器(セパレータ)10と蒸気乾燥機(ドライヤ)11が設けられている。
As shown in FIG. 1, a nuclear reactor having a natural circulation reactor system has a core in which a fuel assembly 2 in which a plurality of fuel rods are aligned and a control rod 3 inserted in a gap between the fuel assemblies 2 is arranged. 4.
A control rod driving device 8 that drives the control rod 3 in the core 4 so as to be inserted and withdrawn in the vertical direction is provided below the reactor pressure vessel 6. A main steam pipe 12 and a water supply pipe 13 are connected to the reactor pressure vessel 6, and a cylindrical shroud 5 is disposed inside the reactor pressure vessel 6 so as to surround the reactor core 4. An ascending flow path for the coolant to rise in the direction of the arrow shown in the figure is formed inside the shroud, and the coolant descends in the gap between the shroud 5 and the reactor pressure vessel 6. A downcomer 7 is formed as a descending flow path. A cylindrical chimney 9 is disposed above the shroud 5, and an air-water separator (separator) 10 and a steam dryer (dryer) 11 are disposed above the chimney 9.

この原子炉圧力容器6内のチムニ9の内側は、炉心4で沸騰した気液二相の冷却材が通過するが、この気液二相冷却材とダウンカマ7内を通過する液単相の冷却材との密度差によって、冷却材がダウンカマ7を下降した後に炉心4側に周り、炉心4を通過してチムニ9内を上昇する循環流路が形成される。そしてチムニ9内を上昇した冷却水と水蒸気の混合流が気水分離器10を通過すると、この気水分離器10で蒸気が分離される。気水分離器10で分離された単相の冷却水は、再びダウンカマ7を下降して原子炉圧力容器6の下部を通ってシュラウド5内の炉心4に送り込まれる。   Inside the chimney 9 in the reactor pressure vessel 6, the gas-liquid two-phase coolant boiled in the reactor core 4 passes. The gas-liquid two-phase coolant and the liquid single-phase cooling that passes through the downcomer 7 are cooled. Due to the difference in density from the material, a circulation channel is formed in which the coolant goes down the downcomer 7 and then goes to the core 4 side and passes through the core 4 and rises in the chimney 9. Then, when the mixed flow of the cooling water and water vapor that has risen in the chimney 9 passes through the steam / water separator 10, the steam is separated by the steam / water separator 10. The single-phase cooling water separated by the steam separator 10 descends the downcomer 7 again, and is sent to the core 4 in the shroud 5 through the lower part of the reactor pressure vessel 6.

また、気水分離器10で分離された蒸気は、さらに蒸気乾燥器11で微少な水滴が除去されて、主蒸気管12を介してタービン18に供給される。この蒸気の流れの圧力でタービン18とこれに接続された発電機21が回転し、発電が行われる。   Further, the steam separated by the steam separator 10 is further removed from the water droplets by the steam dryer 11 and supplied to the turbine 18 via the main steam pipe 12. The turbine 18 and the generator 21 connected to the turbine 18 are rotated by the pressure of the steam flow to generate power.

タービン18を回転させた蒸気は復水器23に導入され、凝縮される。この復水器23で凝縮された冷却水(復水)は、給水ポンプ24により給水管13から原子炉圧力容器6内へ還流される。また、この給水管13には流量調整弁25が設けられており、この流量調整弁25によって原子炉圧力容器6内へ還流する冷却水流量を調整することで、原子炉圧力容器6内の原子炉水位を制御できる。さらに、給水管13には給水加熱器26が設けられており、タービン18の途中段から抽気した蒸気が抽気ライン22を介して給水加熱器26に導かれ、給水加熱器26において、復水器23から供給された冷却水が適当な温度まで昇温されて原子炉圧力容器6内に注入される。   The steam that has rotated the turbine 18 is introduced into the condenser 23 and condensed. Cooling water (condensate) condensed in the condenser 23 is returned to the reactor pressure vessel 6 from the feed water pipe 13 by the feed water pump 24. Further, the water supply pipe 13 is provided with a flow rate adjusting valve 25, and the flow rate of the cooling water flowing back into the reactor pressure vessel 6 is adjusted by the flow rate adjusting valve 25, whereby the atoms in the reactor pressure vessel 6 are adjusted. Reactor water level can be controlled. Further, the feed water pipe 13 is provided with a feed water heater 26, and steam extracted from the middle stage of the turbine 18 is guided to the feed water heater 26 through the bleed line 22, and the feed water heater 26 has a condenser. The cooling water supplied from 23 is heated to an appropriate temperature and injected into the reactor pressure vessel 6.

また、主蒸気管12には、主蒸気隔離弁27及びタービン18に導入する蒸気量を調節するタービン蒸気流量加減弁28が設けられ、また、逃し管29及びバイパス管30が接続されている。タービン蒸気流量加減弁28を絞る際には、バイパス管30に設けられたタービンバイパス弁31を開き、蒸気の一部をタービン18に導入せずに、バイパス管30を介して直接復水器23に導入するようにしている。また、上記主蒸気隔離弁27を閉鎖する際には、上記逃し管29に設けられた安全弁32を開き、原子炉で発生した蒸気を格納容器内のサプレッションプール(図示せず)中に導いて蒸気を凝縮するようになっている。   Further, the main steam pipe 12 is provided with a main steam isolation valve 27 and a turbine steam flow rate adjusting valve 28 for adjusting the amount of steam introduced into the turbine 18, and an escape pipe 29 and a bypass pipe 30 are connected. When the turbine steam flow control valve 28 is throttled, the turbine bypass valve 31 provided in the bypass pipe 30 is opened, and the condenser 23 is directly connected via the bypass pipe 30 without introducing a part of the steam into the turbine 18. To be introduced to. When the main steam isolation valve 27 is closed, the safety valve 32 provided in the escape pipe 29 is opened, and the steam generated in the nuclear reactor is led into a suppression pool (not shown) in the containment vessel. Steam is condensed.

そして、本発明の実施の形態例においては、特に原子炉圧力容器6内のチムニ9の上部に気液混合流としての冷却材の流体温度と流体圧力を測定する圧力と温度の検出器33が設けられており、ここで検出された圧力と温度は圧力・温度測定装置34に供給される。この圧力・温度測定装置34では、後述するように圧力・温度検出器33で検出された圧力または温度に関係する電気信号が実際の圧力または温度の単位に変換されて、出力制御装置35に送られる。そして、この出力制御装置34では、安定な原子炉の運転を確保するために必要な出力となるように制御信号が発生されて、制御棒駆動制御装置36に供給され、制御棒駆動制御装置36が制御棒3を駆動する電動モータあるいは水圧ピストンなどからなる制御棒駆動装置8を制御する。   In the embodiment of the present invention, a pressure and temperature detector 33 for measuring the fluid temperature and the fluid pressure of the coolant as a gas-liquid mixed flow is provided at the upper portion of the chimney 9 in the reactor pressure vessel 6 in particular. The pressure and temperature detected here are supplied to the pressure / temperature measuring device 34. In this pressure / temperature measurement device 34, as will be described later, an electric signal related to the pressure or temperature detected by the pressure / temperature detector 33 is converted into an actual pressure or temperature unit and sent to the output control device 35. It is done. In the output control device 34, a control signal is generated so as to obtain an output necessary for ensuring stable operation of the nuclear reactor, and is supplied to the control rod drive control device 36. The control rod drive control device 36 Controls a control rod drive 8 comprising an electric motor or a hydraulic piston for driving the control rod 3.

以下、図2から図7に基づいて、本発明の第1の実施の形態例について詳細に説明する。図2は、図1に示した圧力・温度検出部33、圧力・温度測定装置34、及び出力制御装置35をさらに詳細に示した図である。図1と共通する部分は同一符号を付しているが、図1の圧力・温度検出部33を、図2では温度検出部37と圧力検出部38に分けて示し、同様に図1の圧力・温度測定装置34を、図2では温度測定装置39と圧力測定装置40に分けて示している。なお、既に図1で説明した装置部分の機能については、説明を省略する。 Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram showing the pressure / temperature detector 33, the pressure / temperature measuring device 34, and the output control device 35 shown in FIG. 1 in more detail. 1 are denoted by the same reference numerals, but the pressure / temperature detection unit 33 in FIG. 1 is divided into a temperature detection unit 37 and a pressure detection unit 38 in FIG. In FIG. 2, the temperature measuring device 34 is divided into a temperature measuring device 39 and a pressure measuring device 40. The description of the functions of the apparatus part already described in FIG. 1 is omitted.

まず、図2の本発明の実施形態を説明する前に、図3に基づいて、自然循環型原子炉の冷却材の温度変化について概観しておく。
図3は、原子炉圧力容器6内の構造と起動初期における冷却水温度分布の一例を示したものである。蒸気ドーム11a内の圧力が例えば1気圧の場合、蒸気ドーム11aの水蒸気および水面近傍の冷却水温度は、飽和温度の約100℃になっている。ダウンカマ7を下降した冷却水(図3右b部分)は、給水管あるいは冷却材浄化系配管から流入する冷水と混合され、圧力容器6の下部プレナム6aに到達した時には、温度が低下(たとえば95℃に)している(図3右のc〜c’)。ダウンカマ7や下部プレナム6aは、静水頭により蒸気ドーム11aより圧力が高くなっており、蒸気ドーム11aより10m下の位置であれば、その位置の圧力は約2気圧になる。ここで静水頭とは、水の自重による圧力の増加であり、密度が1g/cmの水が貯まった10m下の位置では(密度)×(水の高さ)×(重力加速度)≒1気圧となり、水面より静水頭の1気圧分圧力が増加して2気圧になる。
First, before explaining the embodiment of the present invention of FIG. 2, an overview of the temperature change of the coolant of the natural circulation reactor will be given based on FIG.
FIG. 3 shows an example of the structure in the reactor pressure vessel 6 and the cooling water temperature distribution in the initial stage of startup. When the pressure in the steam dome 11a is, for example, 1 atm, the steam in the steam dome 11a and the cooling water temperature in the vicinity of the water surface are about 100 ° C., which is the saturation temperature. The cooling water (lower part b in FIG. 3) descending the downcomer 7 is mixed with the cold water flowing from the water supply pipe or the coolant purification system pipe and when the temperature reaches the lower plenum 6a of the pressure vessel 6, the temperature drops (for example, 95 (C to c ′ on the right side of FIG. 3). The pressure of the downcomer 7 and the lower plenum 6a is higher than that of the steam dome 11a due to the hydrostatic head. If the position is 10 m below the steam dome 11a, the pressure at that position is about 2 atm. Here, the hydrostatic head is an increase in pressure due to the weight of water, and (density) × (water height) × (gravity acceleration) ≈1 at a position 10 m below where water having a density of 1 g / cm 3 is accumulated. Atmospheric pressure, the hydrostatic head pressure increases by 1 atm from the water surface to 2 atm.

圧力が2気圧の飽和温度は、約120℃であり、95℃の冷却水のサブクール温度(飽和温度と冷却水温度の差)は25℃である。そして、下部プレナム6aから炉心4に流入した冷却水は炉心4で温められる(図3右のc〜d)。たとえば炉心4で110℃まで温められたとすると、炉心4の出口の飽和温度が110℃より高ければ炉心出口では沸騰は起こらない。その後、冷却水がチムニ9を上昇する(図3右のd〜e)につれて静水頭が減少すると圧力が低下して飽和温度が減少する。飽和温度が110℃の高さの位置まで110℃の冷却水が到達すると沸騰が始まり、冷却水から水蒸気が発生し混合流になる(図3右のe〜a)。この冷却水がチムニ9をさらに上昇すると、圧力の低下により飽和温度も低下するので冷却水温度は低下し(図3右のe〜a)、この熱量差が水蒸気の発生を促して冷却水の沸騰を助長する(図3右のa〜a’)。   The saturation temperature at a pressure of 2 atm is about 120 ° C., and the subcooling temperature of the cooling water at 95 ° C. (the difference between the saturation temperature and the cooling water temperature) is 25 ° C. And the cooling water which flowed into the core 4 from the lower plenum 6a is warmed by the core 4 (c-d of FIG. 3 right). For example, if the core 4 is heated to 110 ° C., boiling does not occur at the core outlet if the saturation temperature at the outlet of the core 4 is higher than 110 ° C. After that, as the cooling water rises up the chimney 9 (de in the right side of FIG. 3), when the hydrostatic head decreases, the pressure decreases and the saturation temperature decreases. When the cooling water at 110 ° C. reaches the position where the saturation temperature is as high as 110 ° C., boiling starts, and water vapor is generated from the cooling water to become a mixed flow (ea on the right in FIG. 3). When this cooling water further rises in the chimney 9, the saturation temperature also decreases due to a decrease in pressure, so the cooling water temperature decreases (e to a on the right in FIG. 3), and this difference in calorific value promotes the generation of water vapor, thereby cooling water. Promotes boiling (a to a 'on the right side of FIG. 3).

図3からわかるように、冷却水の温度は、原子炉圧力容器6内で大きく変化している。また、炉心の燃料集合体毎に発熱量に違いがあるので、シュラウド内炉心出口においては径方向に対して温度分布がある。一方、シュラウド内の圧力変化はほぼ圧力容器の高さ位置(冷却水の水面からの距離)で定まり、径方向に対しては圧力の差は少ない。   As can be seen from FIG. 3, the temperature of the cooling water greatly changes in the reactor pressure vessel 6. Further, since there is a difference in calorific value for each fuel assembly in the core, there is a temperature distribution in the radial direction at the core outlet in the shroud. On the other hand, the pressure change in the shroud is substantially determined by the height position of the pressure vessel (distance from the water surface of the cooling water), and the pressure difference is small in the radial direction.

次に、図2に基づいて本発明の実施形態例について詳細に説明する。本実施形態例によれば、チムニ9の上部に温度検出部37と圧力検出部38が設けられている。この温度検出部37と圧力検出部38の設置場所については特に制限はないが、定期的に燃料集合体2の入れ替え作業を行う際に、燃料集合体2をチムニ9上部に設けられる不図示の燃料交換機によって引き抜く必要があるので、その作業の際に障害とならない位置、例えばチムニの隔壁(図示せず)の上部あるいはそれに接触させた位置などに配置することが適当である。   Next, an embodiment of the present invention will be described in detail based on FIG. According to the present embodiment, the temperature detection unit 37 and the pressure detection unit 38 are provided above the chimney 9. There are no particular restrictions on the installation locations of the temperature detection unit 37 and the pressure detection unit 38. However, when the fuel assembly 2 is periodically replaced, the fuel assembly 2 is provided above the chimney 9 (not shown). Since it is necessary to pull it out by a refueling machine, it is appropriate to place it at a position where it does not become an obstacle during the operation, for example, at the top of a chimney partition wall (not shown) or in contact therewith.

温度検出部37は例えば熱電対などで構成され、ここで測定された流体温度が電気信号として温度測定装置39に供給されて温度の単位(℃)の信号に変換される。また、圧力検出部38としては、例えばチムニ9の外周上部のダウンカマ7との隔壁に差圧導管の検出部を設け、チムニ絶対圧を、ダイアフラムを有する圧力計で計測することができる。圧力検出部38で検出されたチムニ内流体圧力も電気信号として圧力測定装置40に送られ、ここで圧力の単位(例えばMPa)に変換される。   The temperature detection unit 37 is composed of, for example, a thermocouple, and the fluid temperature measured here is supplied to the temperature measurement device 39 as an electric signal and converted into a signal of temperature unit (° C.). Moreover, as the pressure detection part 38, the detection part of a differential pressure conduit | pipe is provided in the partition with the downcomer 7 of the outer peripheral upper part of the chimney 9, for example, and a chimney absolute pressure can be measured with the pressure gauge which has a diaphragm. The fluid pressure in the chimney detected by the pressure detection unit 38 is also sent to the pressure measuring device 40 as an electrical signal, where it is converted into a pressure unit (for example, MPa).

温度測定装置39からの温度信号41と圧力測定装置40からの圧力信号42は、出力制御装置35に供給され、ここで制御棒3の炉心4への挿抜を制御信号が制御棒駆動制御装置36に送られる制御信号が形成される。また、出力制御装置35で作成されるサブクール温度信号や目標とされる安定性限界のサブクール信号等の信号は表示装置43に供給され、表示装置43の画面上に表示される。原子炉の運転員はこの表示画面を見て原子炉の運転状態の安全を確認することができる。   The temperature signal 41 from the temperature measuring device 39 and the pressure signal 42 from the pressure measuring device 40 are supplied to the output control device 35, where the control signal is used to control insertion / extraction of the control rod 3 into the core 4. A control signal to be sent to is formed. Signals such as a subcool temperature signal generated by the output control device 35 and a target subcool signal for the stability limit are supplied to the display device 43 and displayed on the screen of the display device 43. The reactor operator can confirm the safety of the reactor operating state by viewing this display screen.

図4は、出力制御装置35の具体的なブロック構成図の一例を示したものである。
図4に示すように、出力制御装置35は、圧力測定装置40からの圧力信号42が供給される飽和温度計算部44と、この飽和温度計算部44で計算された飽和温度と温度測定装置39からの温度信号41が供給されるサブクール温度計算部45と、例えば点線で示されるように、圧力信号42が供給されてそれに応じて目標とされるサブクール温度を計算で求める目標サブクール温度計算部46と、サブクール温度計算部45からのサブクール温度と目標サブクール温度計算部46からの目標サブクール温度に基づいて制御棒の操作量及びその操作タイミングを計算で求める制御棒操作量・操作タイミング計算部47とから構成されている。
FIG. 4 shows an example of a specific block diagram of the output control device 35.
As shown in FIG. 4, the output control device 35 includes a saturation temperature calculation unit 44 to which the pressure signal 42 from the pressure measurement device 40 is supplied, and the saturation temperature and temperature measurement device 39 calculated by the saturation temperature calculation unit 44. A subcool temperature calculation unit 45 to which the temperature signal 41 from the target is supplied, and a target subcool temperature calculation unit 46 to obtain a target subcool temperature by calculation according to the pressure signal 42 supplied thereto, for example, as indicated by a dotted line. A control rod operation amount / operation timing calculation unit 47 for calculating a control rod operation amount and its operation timing based on the subcool temperature from the subcool temperature calculation unit 45 and the target subcool temperature from the target subcool temperature calculation unit 46; It is composed of

次に、図4に示す出力制御装置35のそれぞれの構成部分の動作を説明する。まず、圧力信号42が供給される飽和温度計算部44は、その内部メモリに圧力に対応する飽和温度が示されている蒸気表(不図示)を持っているか、入力された圧力から飽和温度を計算するための関数式を持っている。そして、この蒸気表または関数式から入力された圧力信号42に対応した飽和温度を計算し、サブクール温度計算部45に供給する。   Next, the operation of each component of the output control device 35 shown in FIG. 4 will be described. First, the saturation temperature calculation unit 44 to which the pressure signal 42 is supplied has a steam table (not shown) in which the saturation temperature corresponding to the pressure is shown in its internal memory, or the saturation temperature is calculated from the input pressure. Has a function formula to calculate. Then, the saturation temperature corresponding to the pressure signal 42 input from the steam table or the function expression is calculated and supplied to the subcool temperature calculation unit 45.

サブクール温度計算部45は、入力される飽和温度の信号と測定された温度信号41の差を演算し、その差の温度をサブクール温度として制御棒操作量・操作タイミング計算部47に送る。また、目標サブクール温度計算部46は、入力される圧力信号42が1気圧であれば、目標サブクール温度を例えば3℃とする、圧力信号42が2気圧であれば、目標サブクール温度を例えば1℃とする、自然循環型不安定が問題とならない圧力になれば目標サブクール温度を0とするというように、入力される圧力信号42の値に応じて予め定めた目標サブクール温度を出力して制御棒操作量・操作タイミング計算部47に供給している。   The subcool temperature calculator 45 calculates the difference between the input saturation temperature signal and the measured temperature signal 41, and sends the difference temperature to the control rod operation amount / operation timing calculator 47 as the subcool temperature. Further, the target subcooling temperature calculation unit 46 sets the target subcooling temperature to, for example, 3 ° C. if the input pressure signal 42 is 1 atm, and sets the target subcooling temperature to, for example, 1 ° C. if the pressure signal 42 is 2 atm. A control rod that outputs a target subcooling temperature determined in advance according to the value of the input pressure signal 42 so that the target subcooling temperature is set to 0 when the natural circulation type instability becomes a problem. This is supplied to the operation amount / operation timing calculation unit 47.

制御棒操作量・操作タイミング計算部47は、入力されるサブクール温度信号と目標サブクール温度信号とから制御棒3の操作量を計算して制御信号として制御棒駆動制御装置36に送る働きを有する部分である。この制御棒操作量・操作タイミング計算部47の詳細な構成図は図5に示されるようなものである。   The control rod operation amount / operation timing calculation unit 47 has a function of calculating the operation amount of the control rod 3 from the input subcooling temperature signal and the target subcooling temperature signal and sending it to the control rod drive control device 36 as a control signal. It is. A detailed configuration diagram of the control rod operation amount / operation timing calculation unit 47 is as shown in FIG.

図5に示すように、制御棒操作量・操作タイミング計算部47には、サブクール温度計算部45からのサブクール温度と目標サブクール温度計算部46からの目標サブクール温度が供給される目標温度変化率計算部52と、例えば1時間当たりの変化率が40(℃/h)といった目標炉水温度変化率50が供給されるとともに、上記目標温度変化率計算部で計算した目標温度変化率信号53が供給される変化率制限部51と、炉水温度を検出する炉水温度検出部54と、炉水温度検出部54で検出された炉水温度の変化率を計算する温度変化率変換部55と、変化率制限部51の出力70から温度変化率変換部55の出力71を減算する減算器56と、減算器56の出力72が供給される比例積分回路(PI回路)57と、炉心部分における中性子束を検出する中性子束検出部58と、PI回路57の出力73から中性子束検出部58の出力74を減算する減算器59と、制御棒3の引き抜きと挿入(挿抜)を制御する信号75を形成する制御信号形成部60から構成されている。   As shown in FIG. 5, the control rod operation amount / operation timing calculator 47 is supplied with the subcool temperature from the subcool temperature calculator 45 and the target subcool temperature from the target subcool temperature calculator 46. Unit 52 and a target reactor water temperature change rate 50 of, for example, 40 (° C./h) per hour, and a target temperature change rate signal 53 calculated by the target temperature change rate calculation unit are supplied. A rate-of-change limiting unit 51, a reactor water temperature detecting unit 54 for detecting the reactor water temperature, a temperature change rate converting unit 55 for calculating the rate of change of the reactor water temperature detected by the reactor water temperature detecting unit 54, A subtractor 56 that subtracts the output 71 of the temperature change rate conversion unit 55 from the output 70 of the change rate limiting unit 51; a proportional integration circuit (PI circuit) 57 that is supplied with the output 72 of the subtractor 56; A neutron flux detector 58 for detecting a neutron flux, a subtractor 59 for subtracting the output 74 of the neutron flux detector 58 from an output 73 of the PI circuit 57, and a signal 75 for controlling the extraction and insertion (insertion / extraction) of the control rod 3 It is comprised from the control signal formation part 60 which forms.

PI回路57は、積分回路61、比例回路62及び加算器63で構成されており、このPI回路57に、目標とする炉水温度の変化率から実際の炉水温度変化率を減算した信号72が供給される。PI回路57においては、偏差信号72を入力として比例回路62を通った信号と積分回路61を通った信号が加算器63で加算され、信号73として出力される。このPI回路57は、温度変化率の目標との偏差信号72から制御目標とする中性子束レベル信号73を算出する役割を果たしている。   The PI circuit 57 includes an integration circuit 61, a proportional circuit 62, and an adder 63. A signal 72 obtained by subtracting the actual reactor water temperature change rate from the target reactor water temperature change rate is added to the PI circuit 57. Is supplied. In the PI circuit 57, the deviation signal 72 is input, the signal that has passed through the proportional circuit 62 and the signal that has passed through the integration circuit 61 are added by the adder 63 and output as a signal 73. The PI circuit 57 plays a role of calculating a neutron flux level signal 73 as a control target from a deviation signal 72 from a temperature change rate target.

次に、上記構成を備えた制御棒操作量・操作タイミング計算部47のPI制御動作について説明する。図5に示すように、まず、目標とする炉水温度変化率50として、例えば運転員が入力した40℃/hが設定され、これが変化率制限部51に供給される。変化率制限部51には、目標温度変化率計算部52において計算された目標温度変化率信号53が入力されている。目標温度変化率計算部52では、現在の温度変化率と現在のサブクール温度から目標サブクール温度となる安定性要求からの目標温度変化率が計算され、これが目標温度変化率信号53として変化率制限部51に供給される。そして、変化率制限部51において、入力される目標炉水温度変化率50(たとえば40℃/h)と上記目標温度変化率計算部52で計算される安定性要求からの目標温度変化率53(たとえば20℃/h)、および運転上の制限値(例えば55℃/h)の中の最小の値(この例の場合では20℃/h)が算出され、出力される。これにより、サブクール温度によって炉水温度の変化率の範囲が所定範囲に制限されるようになっている。   Next, the PI control operation of the control rod operation amount / operation timing calculation unit 47 having the above configuration will be described. As shown in FIG. 5, first, as the target reactor water temperature change rate 50, for example, 40 ° C./h input by the operator is set, and this is supplied to the change rate limiting unit 51. The target temperature change rate signal 53 calculated by the target temperature change rate calculator 52 is input to the change rate limiter 51. The target temperature change rate calculation unit 52 calculates the target temperature change rate from the current temperature change rate and the current subcool temperature from the stability request that becomes the target subcool temperature, and this is used as the target temperature change rate signal 53 as the change rate limiting unit. 51. Then, in the change rate limiting unit 51, the target temperature change rate 50 (for example, 40 ° C./h) that is input and the target temperature change rate 53 (from the stability request calculated by the target temperature change rate calculation unit 52 ( For example, 20 ° C./h) and the minimum value (for example, 20 ° C./h in this example) among the operation limit values (for example, 55 ° C./h) are calculated and output. Thereby, the range of the rate of change of the reactor water temperature is limited to a predetermined range by the subcooling temperature.

このように、原子炉の起動時においては、炉水温度が次第に上昇していくのであるが、その変化率は運転上の制限値(例えば55℃/h)以内でかつ自然循環型不安定が発生しないように制限される。原子炉起動時の昇温昇圧過程を短時間に完了するためには、炉水温度の変化率(上昇率)を制限値になるべく近い値に保つ必要がある。特に、起動時の昇温昇圧過程の初期においては、主蒸気隔離弁27(図1参照)は閉じられた状態であり、炉出力と炉水温度の変化率(上昇率)はほぼ比例関係にあるので、制限値を越えない範囲でなるべく高い出力を維持することが起動時間の短縮につながるのである。   As described above, when the reactor is started up, the reactor water temperature gradually rises, but the rate of change is within the operating limit (for example, 55 ° C./h) and the natural circulation type instability is not. Limited to not occur. In order to complete the temperature increase / pressure increase process at the time of reactor startup in a short time, it is necessary to keep the rate of change (increase rate) in reactor water temperature as close as possible to the limit value. In particular, in the initial stage of the temperature raising and pressure increasing process at startup, the main steam isolation valve 27 (see FIG. 1) is in a closed state, and the rate of change (increase rate) in the reactor power and the reactor water temperature is approximately proportional. Therefore, maintaining as high an output as possible within a range that does not exceed the limit value leads to a reduction in start-up time.

変化率制限部51で制限された目標炉水温度変化率50は、減算器56に供給され、この減算器56で実際の炉水温度の変化率と比較される。実際の炉水温度の変化率は炉水温度変化率変換部55において、炉水温度検出部54で検出された例えば数分間の炉水温度を用いてその変化率から計算で求められる。減算器56では、変化率制限部51からの制限された目標炉水温度変化率70から実際の炉水温度変化率71が減算され、この結果が偏差信号72としてPI回路57に送られる。   The target reactor water temperature change rate 50 limited by the change rate limiting unit 51 is supplied to the subtractor 56, and is compared with the actual reactor water temperature change rate by the subtractor 56. The actual reactor water temperature change rate is obtained by calculation in the reactor water temperature change rate converter 55 from the rate of change of the reactor water temperature detected by the reactor water temperature detector 54, for example, for several minutes. In the subtracter 56, the actual reactor water temperature change rate 71 is subtracted from the limited target reactor water temperature change rate 70 from the change rate limiting unit 51, and this result is sent to the PI circuit 57 as a deviation signal 72.

PI回路57では、上述したように上記偏差信号72が所定時間の間積分されて出力されるのであるが、この炉水温度の変化率は原子炉圧力容器6内の炉心4部分の中性子束と比例関係にあるので、PI回路57からの出力は原子炉圧力容器6内の特に炉心4付近の中性子束に相当する。この中性子束に相当するPI回路57からの出力信号73は、別途原子炉の炉心4内で検出される中性子に基づいて中性子束を計算する中性子束検出部58の出力74と減算され、実際の中性子束がPI回路57から得られる中性子束の値より少ない場合は、炉心4内に挿入されている制御棒3を挿入するための制御信号を出力制御信号発生部60から出力する。   In the PI circuit 57, as described above, the deviation signal 72 is integrated and output for a predetermined time. The rate of change of the reactor water temperature is the neutron flux in the core 4 portion in the reactor pressure vessel 6 and Because of the proportional relationship, the output from the PI circuit 57 corresponds to the neutron flux in the reactor pressure vessel 6, particularly near the core 4. The output signal 73 from the PI circuit 57 corresponding to the neutron flux is subtracted from the output 74 of the neutron flux detector 58 that calculates the neutron flux based on the neutrons separately detected in the core 4 of the reactor, and is actually subtracted. When the neutron flux is smaller than the value of the neutron flux obtained from the PI circuit 57, a control signal for inserting the control rod 3 inserted in the core 4 is output from the output control signal generator 60.

また、実際の中性子束がPI回路57から得られる中性子束の値より多い場合は、逆に炉心4内に挿入されている制御棒3を引き抜くための制御信号を出力制御信号発生部60から出力するようにしている。この制御信号は制御棒駆動制御装置36に送られて、制御棒駆動制御装置36が駆動する制御棒3を選択して駆動量や駆動開始、駆動停止信号を制御棒駆動装置8に指令する。この結果、制御棒駆動装置8が制御棒3を駆動して、制御棒3が炉心4に対して挿抜される。これにより、原子炉圧力容器6内の炉心部分の中性子束が常に同じような量に保たれるので、核分裂反応は急速に進むことなく安定な原子炉運転が可能となる。   If the actual neutron flux is larger than the value of the neutron flux obtained from the PI circuit 57, the output control signal generator 60 outputs a control signal for pulling out the control rod 3 inserted in the core 4 on the contrary. Like to do. This control signal is sent to the control rod drive control device 36 to select the control rod 3 to be driven by the control rod drive control device 36 and to instruct the control rod drive device 8 of the drive amount, drive start and drive stop signals. As a result, the control rod driving device 8 drives the control rod 3 and the control rod 3 is inserted into and removed from the core 4. As a result, the neutron flux in the core portion in the reactor pressure vessel 6 is always kept at the same amount, so that the nuclear fission reaction does not proceed rapidly and stable reactor operation becomes possible.

図6は、出力制御装置35の他の実施形態例を示したものである。図4に示したものとの違いは、目標サブクール温度を設定する際に圧力信号42のほかに炉心流量信号65を用いている点である。その他の構成は、図4に示したものと同じであるので、同一符号を付して説明は省略する。   FIG. 6 shows another embodiment of the output control device 35. The difference from that shown in FIG. 4 is that the core flow rate signal 65 is used in addition to the pressure signal 42 when setting the target subcooling temperature. The other configurations are the same as those shown in FIG.

図6に示されるように、本例の出力制御装置35には、炉心性能計算装置64から炉心流量信号65が目標サブクール温度計算部46に供給されている。
ここで、炉心性能計算装置64は、原子炉の出力分布や各種熱的制限値等を周期的(通常数分から1時間おき程度)に計算して、これをプリンタなどに打ち出す装置であり、原子炉からのオンラインで炉心流量、炉圧、制御棒位置、炉内中性子検出器による中性子束等の測定値が入力され、炉心の適当な物理モデルに基づいて各種パラメータを計算する装置である。
As shown in FIG. 6, the core flow rate signal 65 is supplied from the core performance calculation device 64 to the target subcooling temperature calculation unit 46 in the output control device 35 of this example.
Here, the core performance calculation device 64 is a device that periodically calculates the power distribution of the reactor, various thermal limit values, etc. (usually every few minutes to about every hour) and launches them on a printer or the like. This is a device that calculates the various parameters based on the appropriate physical model of the core by inputting measured values such as the core flow rate, reactor pressure, control rod position, and neutron flux from the in-core neutron detector online from the reactor.

このように炉心性能計算装置64では、炉心4を流れる冷却水の流量、すなわち炉心流量信号65が計算で求められる。この炉心性能計算装置64で求められた炉心流量信号65と原子炉出力信号66は、図4で説明した圧力信号42とともに目標サブクール温度計算部46に供給される。そして、目標サブクール温度計算部46において、圧力信号42と炉心流量信号65から所定の計算式や表によって目標サブクール温度が計算され、制御棒操作量・操作タイミング計算部47に供給される。ここで、所定の計算式とは、たとえば原子炉圧力をパラメータとして燃料集合体の発熱量に対するチムニでの安定性境界サブクール温度の関係を示したものである。   Thus, in the core performance calculation device 64, the flow rate of the cooling water flowing through the core 4, that is, the core flow rate signal 65 is obtained by calculation. The core flow rate signal 65 and the reactor output signal 66 obtained by the core performance calculation device 64 are supplied to the target subcooling temperature calculation unit 46 together with the pressure signal 42 described with reference to FIG. Then, the target subcooling temperature calculation unit 46 calculates the target subcooling temperature from the pressure signal 42 and the core flow rate signal 65 by a predetermined calculation formula or table, and supplies it to the control rod operation amount / operation timing calculation unit 47. Here, the predetermined calculation formula indicates, for example, the relationship of the stability boundary subcooling temperature at Chimney to the calorific value of the fuel assembly with the reactor pressure as a parameter.

図7に示す例は、出力制御装置35の他の形態例であり、図4あるいは図6に示す例と異なり、出力制御装置35内で目標サブクール温度を計算によって求めるのではなく、入力装置67から予め定められた所定値を入力する例である。この実施の形態例によれば、入力装置67から予め決めた値の目標サブクール温度が、図5で説明した制御棒操作量・操作タイミング計算部47の変化率制限部51に供給されるので、目標サブクール温度を圧力信号等から計算で求める必要がなく、装置構成が簡単になるという利点がある。   The example shown in FIG. 7 is another example of the output control device 35. Unlike the example shown in FIG. 4 or FIG. 6, the target subcool temperature is not calculated by calculation in the output control device 35, but the input device 67. In this example, a predetermined value is input in advance. According to this embodiment, the target subcool temperature of a predetermined value is supplied from the input device 67 to the change rate limiting unit 51 of the control rod operation amount / operation timing calculation unit 47 described in FIG. There is no need to calculate the target subcooling temperature from a pressure signal or the like, and there is an advantage that the apparatus configuration is simplified.

次に、図8に基づいて本発明の第2の実施形態例を説明する。図8からわかるように、この実施形態例では、圧力検出部38a、38bがチムニ上部とチムニ下部の2箇所に設けられている。
また温度検出部37はチムニ下部に設けてある。それ以外の構成は、図2に示された本発明の第1の実施形態例と同一であるので、同一符号を付し、その構成及び動作の説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As can be seen from FIG. 8, in this embodiment, the pressure detection units 38a and 38b are provided at two locations, the upper part of the chimney and the lower part of the chimney.
Moreover, the temperature detection part 37 is provided in the chimney lower part. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2, the same reference numerals are given, and the description of the configuration and operation is omitted.

図8に示すように、チムニ上部に配置した圧力検出器38aとチムニ下部に配置した圧力検出器38bからは、当然のことながら異なった流体圧力が検出され、これらの2つの異なる値の圧力が圧力測定装置40に供給される。チムニ9の長さを10mとし、チムニ上部の圧力を1気圧とすると、チムニ下部の圧力は2気圧になる。その場合、チムニ上部における冷却水の飽和温度(沸騰温度)が100℃であっても、チムニ下部の飽和温度は120℃程度になる。つまり、チムニ9の上部と下部では飽和温度に20℃の開きが生じている。   As shown in FIG. 8, different pressures are naturally detected from the pressure detector 38a arranged at the upper part of the chimney and the pressure detector 38b arranged at the lower part of the chimney, and these two different values of pressure are detected. It is supplied to the pressure measuring device 40. If the length of the chimney 9 is 10 m and the pressure at the upper part of the chimney is 1 atm, the pressure at the lower part of the chimney is 2 atm. In that case, even if the saturation temperature (boiling temperature) of the cooling water in the upper part of the chimney is 100 ° C., the saturation temperature in the lower part of the chimney is about 120 ° C. That is, an opening of 20 ° C. occurs in the saturation temperature at the top and bottom of the chimney 9.

このチムニ9の下部の圧力からチムニ9の上部の圧力へは、その高さ位置に応じてほぼ比例して減少していくから、その飽和温度も位置によって異なってくる。この場合、例えば110℃の冷却水が炉心4側からチムニ9側に流れ込むとき、チムニ下部の飽和温度は120℃であるからチムニ下部では沸騰しないが、チムニ上部(飽和温度は100℃)に達する前に飽和温度が110℃になる位置が必ず存在する。したがって、チムニ9の入口で110℃の冷却水はチムニの中を上昇する間に飽和温度となり沸騰して水蒸気に変化することになる。   Since the pressure at the lower part of the chimney 9 decreases in proportion to the height position, the saturation temperature also varies depending on the position. In this case, for example, when cooling water of 110 ° C. flows from the core 4 side to the chimney 9 side, the saturation temperature at the bottom of the chimney is 120 ° C., so it does not boil at the bottom of the chimney, but reaches the top of the chimney (saturation temperature is 100 ° C.). There is always a position where the saturation temperature reaches 110 ° C. Accordingly, the cooling water at 110 ° C. at the inlet of the chimney 9 reaches a saturation temperature while rising in the chimney, boils and changes to water vapor.

このように、チムニ9の出口の流体圧力のみでなく、チムニ9の入口の流体圧力と流体温度を測定することにより、チムニ9のどの位置で沸騰を開始するかがわかる。原子炉圧力が増加すると安定化し、チムニ内で多少の沸騰が起きても流動不安定が発生しなくなる。また、その状態に対応したチムニ入口での安定性境界サブクール温度が算出できる。したがって、本実施例の構成において、圧力に依存した安定性境界温度あるいは安定性境界サブクール温度を与えた場合は、チムニ出口で沸騰が発生しないように原子炉出力を制御した場合よりも起動初期の原子炉出力を増加させることができるので、短時間で安定な運転状態に持っていくことが可能となる。   Thus, by measuring not only the fluid pressure at the outlet of the chimney 9 but also the fluid pressure and the fluid temperature at the inlet of the chimney 9, it is possible to know at which position of the chimney 9 boiling starts. As the reactor pressure increases, it stabilizes and flow instability does not occur even if some boiling occurs in the chimney. Further, the stability boundary subcooling temperature at the chimney inlet corresponding to the state can be calculated. Therefore, in the configuration of the present embodiment, when the stability boundary temperature or the stability boundary subcooling temperature depending on the pressure is given, the initial stage of startup is more than when the reactor power is controlled so that boiling does not occur at the chimney outlet. Since the reactor power can be increased, it is possible to bring it to a stable operation state in a short time.

次に、図9から図11に基づいて、本発明の各実施形態において、それぞれの原子炉起動時の出力制御を行う際に、表示装置43の表示画面に表示する内容について説明する。この表示装置43はいうまでもなく本発明の原子炉監視装置の一つの構成要素となるものである。   Next, based on FIGS. 9 to 11, contents to be displayed on the display screen of the display device 43 when performing output control at the time of starting each reactor in each embodiment of the present invention will be described. Needless to say, the display device 43 is one component of the reactor monitoring device of the present invention.

図9は、横軸に原子炉起動時の原子炉出力(%)を、縦軸にサブクール温度(℃)をとったものである。実線は低圧時の安定領域と不安定領域の境界線を示し、点線は高圧時の安定領域と不安定領域の境界線を示している。   In FIG. 9, the horizontal axis represents the reactor power (%) at the time of reactor startup, and the vertical axis represents the subcooling temperature (° C.). The solid line indicates the boundary line between the stable region and the unstable region at low pressure, and the dotted line indicates the boundary line between the stable region and the unstable region at high pressure.

上述したように、サブクール温度は冷却水の飽和温度と実際の測定温度との差分であるから、流体のサブクール温度が十分大きい場合には安定であり、ある値より小さくなると不安定化する。さらに炉心内で沸騰が開始し、チムニ内がすべて飽和状態になるようにサブクール温度がゼロの場合も安定化する。   As described above, since the subcool temperature is a difference between the saturation temperature of the cooling water and the actual measured temperature, the subcool temperature is stable when the subcool temperature of the fluid is sufficiently high, and becomes unstable when the temperature is lower than a certain value. Furthermore, when the subcooling temperature is zero so that boiling starts in the core and all the inside of the chimney is saturated, stabilization is achieved.

図9に示されるように、原子炉出力が定格の0.1%程度以下である場合は通常チムニ出口でサブクールになるので安定領域になっている。原子炉出力が定格の1%程度になると、図9の実線で示すように、チムニ内部で沸騰を開始することによる不安定領域が増えてくる。しかし、出力が上がり水蒸気が増えて、蒸気ドームの圧力が増大すると、図の点線で示したようにチムニ内で部分的に沸騰が起きても安定な領域が増え、広い範囲にわたって安定領域になる。この結果、原子炉圧力がある程度増加するとサブクール温度を制御しなくとも、出力を上げて安定な運転が可能となり、次第に原子炉出力を定格の100%まで持っていくことが可能となる。
原子炉の運転には、図9に示されるような、表示装置43の表示画面を見ながら、原子炉出力を調整して、原子炉の起動時の運転を行うことができるので、炉心流量が変動することがなく、安定に立ち上げの運転を行うことができる。
As shown in FIG. 9, when the reactor power is about 0.1% or less of the rated value, the subcooling is normally performed at the chimney exit, so that the stable region is reached. When the reactor power becomes about 1% of the rated value, as shown by the solid line in FIG. 9, the unstable region due to the start of boiling inside the chimney increases. However, when the output increases and the steam increases, and the pressure of the steam dome increases, the stable area increases even if boiling occurs partially in the chimney as shown by the dotted line in the figure, and the stable area is extended over a wide range. . As a result, if the reactor pressure increases to some extent, it is possible to increase the output and perform stable operation without controlling the subcooling temperature, and gradually increase the reactor output to 100% of the rating.
In the operation of the reactor, the reactor power can be adjusted while adjusting the reactor output while looking at the display screen of the display device 43 as shown in FIG. Start-up operation can be performed stably without fluctuation.

図10は、現在の時間(0分)を基準にして、その過去のサブクール温度と安定性境界サブクール温度とを同一画面上に表示したものである。現在のサブクール温度が安定性境界のサブクール温度より常に大きくなるように運転することによって安定な運転を確保することが可能である。すなわち、サブクール温度は飽和温度と現時点の温度との差であるから、安定性境界のサブクール温度はこの差を少なく設定している。したがって、安定性境界のサブクール温度より実際のサブクール温度のほうが大きい状態で運転を行えば、起動時の運転が安全に行われていることが確認できるのである。   FIG. 10 shows the past subcooling temperature and stability boundary subcooling temperature displayed on the same screen with the current time (0 minutes) as a reference. It is possible to ensure stable operation by operating so that the current subcooling temperature is always higher than the subcooling temperature at the stability boundary. That is, since the subcool temperature is the difference between the saturation temperature and the current temperature, the subcool temperature at the stability boundary is set to be small. Therefore, if the operation is performed in a state where the actual subcooling temperature is higher than the subcooling temperature at the stability boundary, it can be confirmed that the operation at the time of starting is performed safely.

図11は、サブクール温度ではなく、実際に測定したチムニ温度と安定性境界温度を表示装置43の表示画面に同時表示する例を示したものである。原子炉内の温度は原子炉の出力に大きく関係しているので、安定性境界温度は原子炉出力の安定性限界をしめすものである。測定した原子炉内の温度(例えばチムニ下部の温度)が、この安定性限界を示す安全性境界温度よりも低い値になっていれば、原子炉は安全に運転されているということが確認できる。   FIG. 11 shows an example in which the actually measured chimney temperature and the stability boundary temperature are displayed simultaneously on the display screen of the display device 43 instead of the subcool temperature. Since the temperature inside the reactor is largely related to the power output of the reactor, the stability boundary temperature indicates the stability limit of the reactor power. If the measured temperature in the reactor (for example, the temperature at the bottom of the chimney) is lower than the safety boundary temperature indicating the stability limit, it can be confirmed that the reactor is operating safely. .

図9、図10あるいは図11に示した表示装置43の表示画面は、運転員が常時監視するためのものであり、これらの画面は表示画面上で常に切り替え可能とすることもできるが、表示画面上に表示窓を複数設け複数画面を同時に表示するようにしてもよい。   The display screen of the display device 43 shown in FIG. 9, FIG. 10 or FIG. 11 is for the operator to constantly monitor, and these screens can always be switched on the display screen. A plurality of display windows may be provided on the screen to display a plurality of screens simultaneously.

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、種々の実施形態を含むものであることは言うまでもない。   The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention described in the claims. It goes without saying that the embodiment is included.

本発明に係る自然循環型原子炉を備えた原子炉システムの一実施形態の全体構成を表す模式図である。It is a mimetic diagram showing the whole composition of one embodiment of the nuclear reactor system provided with the natural circulation type nuclear reactor concerning the present invention. 本発明の第1の実施の形態例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施の形態例における冷却水の循環を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the circulation of the cooling water in the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施形態例における出力制御装置の具体的ブロック図である。It is a specific block diagram of the output control device in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態例における出力制御装置の制御棒操作量・操作タイミング計算部をさらに詳細に説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating further in detail the control-rod operation amount and operation timing calculation part of the output control apparatus in the example of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態例における出力制御装置の第1の変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 1st modification of the output control apparatus in the 1st Example of this invention. 本発明の第1実施形態例における出力制御装置の第2の変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 2nd modification of the output control apparatus in the 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施の形態例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the 2nd Example of this invention. 本発明の第1及び第2の実施形態例に用いられる表示装置に表示する第1の表示画面の例である。It is an example of the 1st display screen displayed on the display apparatus used for the 1st and 2nd embodiment of this invention. 同じく本発明の第1及び第2の実施形態例に用いられる表示装置に表示する第2の表示画面の例である。It is an example of the 2nd display screen similarly displayed on the display apparatus used for the 1st and 2nd embodiment of this invention. 同じく本発明の第1及び第2の実施形態例に用いられる表示装置に表示する第3の表示画面の例である。It is an example of the 3rd display screen similarly displayed on the display apparatus used for the 1st and 2nd embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

2・・燃料集合体、3・・制御棒、4・・炉心、5・・シュラウド、6・・原子炉圧力容器、7・・ダウンカマ、8・・制御棒駆動装置、9・・チムニ、10・・気水分離器(セパレータ)、11・・蒸気乾燥機(ドライヤ)、12・・主蒸気管、13・・給水管、18・・タービン、21・・発電機、22・・抽気ライン、23・・復水器、24・・給水ポンプ、25・・流量調整弁、27・・蒸気隔離弁、28・・タービン蒸気流量加減弁、29・・逃し弁、30・・バイパス管、31・・タービンバイパス弁、32・・安全弁、34・・圧力・温度測定装置、35・・出力制御装置、36・・・制御棒駆動制御装置、43・・表示装置、44・・飽和温度計算部、45・・サブクール温度計算部、46・・目標サブクール温度計算部、47・・制御棒操作量・操作タイミング計算部、51・・変化率制限部、57・・比例積分回路(PI回路)、58・・中性子束検出部、64・・炉心性能計算装置、67・・入力装置   2 .... Fuel assembly, 3 .... Control rod, 4 .... Core, 5 .... Shroud, 6 .... Reactor pressure vessel, 7 .... Downcomer, 8 .... Control rod drive, 9 .... Chimney, 10・ ・ Air / water separator (separator), 11 ・ ・ Steam dryer (dryer), 12 ・ ・ Main steam pipe, 13 ・ ・ Water supply pipe, 18 ・ ・ Turbine, 21 ・ ・ Generator, 22 ・ ・ Bleak line, 23 .. Condenser, 24 .. Feed water pump, 25 .. Flow adjustment valve, 27 .. Steam isolation valve, 28 .. Turbine steam flow control valve, 29 .. Relief valve, 30 .. Bypass pipe, 31. Turbine bypass valve 32 safety valve 34 pressure / temperature measuring device 35 output control device 36 control rod drive control device 43 display device 44 saturation temperature calculator 45 ... Subcool temperature calculator, 46 ... Target subcool temperature calculator, 7. Control rod operation amount / operation timing calculation unit, 51 ... Change rate limiting unit, 57 ... Proportional integration circuit (PI circuit), 58 ... Neutron flux detection unit, 64 ... Core performance calculation device, 67 ...・ Input device

Claims (3)

原子炉圧力容器の内部に配置したチムニの内側に冷却材の上昇流路を形成するとともに、該チムニの外側に冷却材の下降流路とを形成した自然循環型沸騰水型原子炉の原子炉監視装置において、
前記チムニ下部に配置された温度検出部によりチムニの流体温度を測定する温度測定手段と、
前記チムニ上部とチムニ下部に配置された圧力検出部により流体圧力を測定する圧力測定手段と、
前記温度測定手段で測定した流体温度に関係する温度と、前記圧力測定手段で測定した流体圧力に基づいて計算される飽和温度に関連して設定される温度と、を同一画面上に表示する表示手段と、を備え、
前記温度測定手段で測定した流体温度に関係する温度とは、前記流体温度とその飽和温度の差演算で求められるサブクール温度であり、
前記圧力測定手段で測定した流体圧力に基づいて計算される飽和温度に関連して設定される温度とは、予め設定されている安定性境界サブクール温度である
ことを特徴とする自然循環型沸騰水型原子炉の原子炉監視装置。
Reactor of a natural circulation boiling water reactor in which a coolant ascending channel is formed inside a chimney disposed inside the reactor pressure vessel and a coolant descending channel is formed outside the chimney In the monitoring device,
Temperature measuring means for measuring the fluid temperature of the chimney by means of a temperature detector disposed at the lower part of the chimney;
Pressure measuring means for measuring fluid pressure by pressure detectors disposed at the upper part of the chimney and the lower part of the chimney ;
Display that displays on the same screen the temperature related to the fluid temperature measured by the temperature measuring means and the temperature set in relation to the saturation temperature calculated based on the fluid pressure measured by the pressure measuring means Means, and
The temperature related to the fluid temperature measured by the temperature measuring means is a subcool temperature obtained by calculating the difference between the fluid temperature and the saturation temperature thereof,
The temperature set in relation to the saturation temperature calculated based on the fluid pressure measured by the pressure measuring means is a preset stability boundary subcooling temperature. Reactor monitoring device for circulating boiling water reactor.
原子炉圧力容器の内部に配置したチムニの内側に冷却材の上昇流路を形成するとともに、該チムニの外側に冷却材の下降流路とを形成した自然循環型沸騰水型原子炉の原子炉監視装置において、
前記チムニ下部に配置された温度検出部によりチムニの流体温度を測定する温度測定手段と、
前記チムニ上部とチムニ下部に配置された圧力検出部により流体圧力を測定する圧力測定手段と、
前記温度測定手段で測定した流体温度に関係する温度と、前記圧力測定手段で測定した流体圧力に基づいて計算される飽和温度に関連して設定される温度と、を同一画面上に表示する表示手段と、を備え、
前記温度測定手段で測定した流体温度に関係する温度とは、前記測定したチムニ温度であり、
前記圧力測定手段で測定した流体圧力に基づいて計算される飽和温度に関連して設定される温度とは、予め設定されている安定性境界サブクール温度である
ことを特徴とする自然循環型沸騰水型原子炉の原子炉監視装置。
Reactor of a natural circulation boiling water reactor in which a coolant ascending channel is formed inside a chimney disposed inside the reactor pressure vessel and a coolant descending channel is formed outside the chimney In the monitoring device,
Temperature measuring means for measuring the fluid temperature of the chimney by means of a temperature detector disposed at the lower part of the chimney;
Pressure measuring means for measuring fluid pressure by pressure detectors disposed at the upper part of the chimney and the lower part of the chimney ;
Display that displays on the same screen the temperature related to the fluid temperature measured by the temperature measuring means and the temperature set in relation to the saturation temperature calculated based on the fluid pressure measured by the pressure measuring means Means, and
The temperature related to the fluid temperature measured by the temperature measuring means is the measured chimney temperature,
The temperature set in relation to the saturation temperature calculated based on the fluid pressure measured by the pressure measuring means is a preset stability boundary subcooling temperature. Reactor monitoring device for circulating boiling water reactor.
前記チムニ上部とチムニ下部に配置された圧力検出部で測定された圧力差から前記チムニの任意の位置の圧力を推定し、該推定した圧力からチムニの任意の位置の飽和温度を、圧力と飽和温度との関係を示した計算式、または圧力と飽和温度の関係を示した蒸気表により求めて前記表示手段に表示する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の自然循環型沸騰水型原子炉の原子炉監視装置。
The pressure at an arbitrary position of the chimney is estimated from the pressure difference measured by the pressure detection unit disposed at the upper part of the chimney and the lower part of the chimney, and the saturation temperature at the arbitrary position of the chimney is estimated from the estimated pressure. 3. The natural circulation boiling water type according to claim 1, wherein the natural circulation type boiling water type is obtained by a calculation formula showing a relation with temperature or a steam table showing a relation between pressure and saturation temperature and displaying it on the display means. Reactor monitoring equipment for nuclear reactors.
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