JPH0210917B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、冷却材流量測定装置に係り、特にイ
ンターナルポンプを有する原子炉の炉心を流れる
冷却材流量を測定するのに好適な冷却材流量測定
装置に関するものである。

再循環系配管をなくし、その代りにインターナ
ルポンプを設置する沸騰水型原子炉が提案されて
いる。この沸騰水型原子炉は、原子炉圧力容器内
にインペラを配置した複数のインターナルポンプ
を有するものである。原子炉圧力容器内に導かれ
た給水は、インターナルポンプにより燃料集合体
が多数装荷されてなる炉心に導かれる。

炉心に導かれる冷却水の流量は、炉心下部支持
板に着脱可能に取付けられた燃料支持金具の入口
オリフイスの前後の差圧を測定することにより正
確に求められる。しかし、このためには、燃料支
持金具に差圧検出用の固定配管を設ける必要があ
り、制御棒の交換時における燃料支持金具の取外
しが困難になる。従つて、インターナルポンプの
出入口の差圧およびインターナルポンプの回転数
に基づいて炉心を流れる冷却水の流量を求めてい
る。この方法では、冷却水流量が低くなると、誤
差が大きくなる。

本発明の目的は、上記問題点を解消し、広範囲
にわたつて冷却材流量の測定精度を高くすること
にある。

本発明の特徴は、インターナルポンプの出入口
差圧と回転数に基づいて炉心を流れる冷却材流量
を求める第１流量測定手段と、炉心支持部材を介
して隣接する二領域の差圧に基づいて炉心を流れ
る冷却材流量を求める第２流量測定手段と、イン
ターナルポンプで冷却材が逆流していない条件下
で前記第１と第２の流量測定手段により求めた冷
却材流量の関係に基づいて補正係数を逐次求める
補正係数演算手段とを有し、インターナルポンプ
の少なくとも１台で冷却材の逆流が生じていると
きは、前記第２流量測定手段による冷却材流量に
前記補正係数の最新の値を乗じて、前記炉心を流
れる冷却材流量を求める構成としたことにある。

沸騰水型原子炉に適用した本発明の好適な一実
施例を第１図〜第５図に基づいて説明する。第１
図は、インターナルポンプを備えた沸騰水型原子
炉の概略構造を示すものである。多数の燃料集合
体４が装荷されてなる炉心３は、原子炉圧力容器
１内に設けられる炉心シユラウド２内に存在す
る。10台のインターナルポンプ１１は、原子炉圧
力容器１と炉心シユラウド２との間に形成される
環状通路１２の下部に配置され、原子炉圧力容器
１に取付けられる。インターナルポンプ１１は、
インペラ８、回転軸９およびモータ１０からなつ
ている。インペラ８は、環状通路１２に設置され
るケーシング１３内に配置される。回転軸９は、
インペラ８に取付けられて原子炉圧力容器１を貫
通し、原子炉圧力容器１の外部に達している。モ
ータ１０は、原子炉圧力容器１の外部に取付けら
れ、しかも回転軸９に連結される。内部を制御棒
（図示せず）が移動する多数の制御棒案内管７が、
炉心３の下方で炉心シユラウド２内に設置され
る。第２図に示すように、制御棒案内管７の上端
は、炉心シユラウド２に取付けられた炉心下部支
持板５に支持される。燃料支持金具６は、炉心下
部支持板５に着脱可能に取付けられる。燃料支持
金具６の下部は、炉心下部支持板５の上方より制
御棒案内管７内に挿入される。燃料支持金具６内
には、４つの冷却水通路１７が設けられる。入力
オリフイス１８が、各々の冷却水通路１７内に設
けられる。４体の燃料集合体４は、燃料支持金具
６に支持される。各々の燃料集合体４の下端部
が、冷却水通路１７に挿入される。制御棒（図示
せず）は、制御棒案内管７より、４つの冷却水通
路１７に囲まれて燃料支持金具６内に設けられた
貫通孔を通つて炉心３内、すなわち、燃料集合体
４間に挿入される。

給水配管１５から供給された冷却水は、インタ
ーナルポンプ１１の駆動によつて環状通路１２を
下降し、インペラ８から吐出される。その後、冷
却水は、開口１４を通つて炉心シユラウド２内に
流入し、燃料支持金具６の冷却水通路１７より燃
料集合体４内へと達する。冷却水は、燃料集合体
４内で加熱されて蒸気になる。この蒸気は、原子
炉圧力容器１内で水分を除去された後、主蒸気配
管１６を通つてタービンへと送られる。

インペラ８の入口側の圧力を検出する圧力管１
９およびインペラ８の出口側の圧力を検出する圧
力管２０が、原子炉圧力容器１内に配置される。
炉心下部支持板５より上方の領域の圧力を検出す
る圧力管２２および炉心下部支持板５より下方の
領域の圧力を検出する圧力管２３が原子炉圧力容
器１内に配置される。圧力管１９，２０，２２お
よび２３は、原子炉圧力容器１を貫通して外部に
導かれ、前者の二つは差圧検出器２１に、後者の
二つは差圧検出器２４にそれぞれ接続される。こ
れらの差圧検出器の出力信号およびモータ１０の
回転数を測定する回転数検出器２５の出力信号
が、コンピユータ２６に入力される。このコンピ
ユータ２６には、図示されていないが炉心３に配
置された中性子束検出器、給水配管１５に設けら
れた給水流量検出器および給水温度検出器、主蒸
気配管１６に設けられた主蒸気流量検出器および
主蒸気圧力検出器、原子炉圧力容器１内の冷却水
面上方のドーム圧力検出器の測定値がそれぞれ入
力される。

コンピユータ２６内において実施される演算の
フローチヤートを第３図、第４図および第５図に
基づいて説明する。炉心を流れる冷却水流量（以
下、炉心流量という）は、定期的に求められる。
所定の時間Δtが経過すると、炉心流量を求める
演算がスタートする。現在の時間Ｔが炉心流量を
求めた前回の時間T₀より大きいか否かを判定す
る（ステツプ31）。ステツプ32にてFLAG＝０と
おく。次に、入力された全インターナルポンプ１
１のモータ１０が回転しているか否かを判定する
（ステツプ33）。各インターナルポンプ１１は、個
別に回転数制御装置を有するため、必らずしも全
部が同一運転状態とは限らず、例えば一台は停止
中で他の九台が運転中という状態もありうる。す
べてのインターナルポンプ１１が駆動している場
合でも、例えば一台のインターナルポンプ１１の
回転数が他のインターナルポンプ１１に比べ極端
に低い時には、その低回転数のインターナルポン
プ１１には冷却水の逆流が生じ、各インターナル
ポンプ１１の吐出流量の加算による炉心流量評価
が意味をなさなくなることがある。従つて、この
ようなケースをさける為に全インターナルポンプ
１１の回転数の最大値N_MAXと最低値X_MINの差が
定格回転数No.のα％以下か否かで判定（ステツプ
34）する。その差がα％以上の場合は、部分台数
のインターナルポンプ停止と同様の扱いとする。
このα％設定は、インターナルポンプ１１の性能
に依存するが、例えば定格回転数にて約40ｍ、約
7000m³／Hrの仕様のインターナルポンプの場合、
炉心の自然循環駆動揚程が通常約５〜８ｍ程度で
あることから、回転数差として約10〜20％程度と
設定する（５〜８ｍ／40ｍ＝0.12〜0.2、揚程は
回転数にほぼ比例）。

ステツプ34の条件を満足する場合には、後述す
るようにステツプ35において求めた各インターナ
ルポンプ１１の吐出流量Q_Piから全インターナル
ポンプ１１の吐出流量Q_Pcを求める（ステツプ
36）。すなわち、インターナルポンプ１１の個数
Ｎが十台の場合には、十台のインターナルポンプ
１１の各々の吐出流量を合計する。その後、時刻
T₀の炉心熱出力Ｐに対応してしかも後述するよ
うにステツプ37で求めた炉心流量Q_Cとステツプ
36で求めた吐出流量Q_Pcとにより、補正係数Ｋ
（Ｐ）〕Ｔ＝T₀（＝Q_Pc／Q_C）を求める。ステツプ
33および34の条件が満足されていない場合、すな
わち、少なくとも一台のインターナルポンプ１１
が停止している場合および全部のインターナルポ
ンプ１１が運転されているが回転数差が大きい場
合のようにインターナルポンプ１１で冷却水の逆
流が生じている場合には、FLAG＝１と置く（ス
テツプ39）。冷却水の逆流しているインターナル
ポンプ１１の存在の有無は、検出された各インタ
ーナルポンプ１１の回転数に基づいてステツプ33
および34で判定できる。

インターナルポンプ１１の運転状態を示す
FLAGの値（零または零を示す）、吐出流量Q_Pc、
炉心流量Q_Cおよび補正係数Ｋ（Ｐ）に基づいて、
ステツプ40は炉心流量をW_cを求める。すなわち、
インターナルポンプ１１の運転状態がステツプ33
および34の条件を満足する場合にはFLAGは零の
ままであり、炉心流量W_Cは全インターナルポン
プ１１の吐出流量Q_Piを合計したものである。ま
た、インターナルポンプ１１で逆流が生じている
場合には、FLAGが１となり、炉心流量W_Cは次
式に基づいて求められる。ここで、 W_C＝Ｋ（Ｐ）〕_T=T0-〓_t・Q_C ……(1) 補正係数Ｋ（Ｐ）は、評価時刻以前でQ_Pcが使用
可能であつた（すなわち、ステツプ33と34の条件
を満足する）時点の最新の値を用いる。このよう
な最新の値を用いて補正を行なう理由は、炉心支
持板５の差圧が炉心３の燃料集合体および炉心構
造の経年変化等の影響を受け易いことによる。

ステツプ40によつて、インターナルポンプ１１
の運転状態に応じて、異なる手法によつて求めら
れた炉心流量W_Cが出力される。このため、イン
ターナルポンプ１１の運転状態の変化、すなわ
ち、インターナルポンプ１１がすべて正常に運転
されている場合、インターナルポンプ１１の少な
くとも一台が停止している場合およびすべてのイ
ンターナルポンプ１１が運転されてはいるがそれ
らの最大回転数と最小回転数の差が著しく大きい
場合のいずれの状態においても炉心流量W_Cを精
度良く測定することができる。

次にT₀＝T₀＋Δtと置いて（ステツプ41）一連
の演算を終了する。求められた炉心流量W_Cは、
図示されていないがデイスプレーに表示される。

ステツプ35における各々のインターナルポンプ
１１の吐出流量Q_Piを求める手法を、第４図に基
づいて説明する。一般にインターナルポンプ１１
は、ポンプメーカの納入試験にて、インターナル
ポンプ１１の出入口差圧と吐出流量Q_Piの関係
（いわゆるＱ−Ｈ特性）を測定評価する。そこで
原子炉圧力容器１内に据付けたインターナルポン
プ１１の出入口差圧ΔH_Piを第２図に示す圧力管
１９および２０によりポンプメーカの計測と同等
の位置で計測する。このようにして差圧検出器２
２にて得られた差圧ΔH_Piおよびあらかじめ求め
られているＱ−Ｈ特性を用いてポンプ回転数との
対応でステツプ41のように吐出流量Q_Piを評価す
ることが出来る。

また、炉心支持板５間の差圧ΔH_Cから炉心流
量W_Cを評価する手法を第５図に示す。圧力管２
２および２３に基づく炉心支持板５を挾む二領域
管の差圧（炉心支持板差圧という）は、炉心３の
径方向分布を考慮してＭ個の点で計測する。この
個数は、炉心３内の燃料集合体４の配列および制
御棒パターンの対称性を考慮し、４個〜８個程度
が適当である。炉心支持板差圧は、このＭ個の計
測点での計測差圧の平均値（_C）_i=1〜Mを用い
る。この平均値算出手法としては、単純な算術平
均も可能であるが、炉心３内の配置も考慮した加
重平均手法を用いることでより目的の流量評価精
度の向上が期待できる。この炉心支持板平均差圧
（ΔH_C）_i=1〜Mと、原子炉の他の計装系から得られ
る評価時刻に対応した炉心平均軸方向出力分布
（Ｚ）（ステツプ52）、炉心熱出力P_th（ステツプ
53）、炉心入口サブクールΔh_io（ステツプ54）およ
び原子炉ドーム圧力P_dpne（ステツプ55）等の原子
炉運転状態量により、ステツプ51のように、炉心
部分の圧力損失計算を行い、炉心支持板差圧
（ΔH_C）_i=1〜Mに対応する炉心流量Q_Cを算出する。
炉心出力分布（Ｚ）は、炉心３に配置した中性
子束検出器の測定値に基づいて得られる。炉心熱
出力P_thは、蒸気流量、蒸気圧力、給水流量およ
び給水温度から求められる。原子炉ドーム圧力
P_dpneは、ドーム圧力の測定値である。炉心入口
サブクールΔh_ioは、給水流量、炉心流量および原
子炉ドーム圧力により求められる。炉心流量は、
本実施例によつて得られる炉心流量Q_Cを求める。
このため、炉心入口サブクールΔh_ioは、求められ
た炉心流量Q_Cを用いて収れんするまで行なわれ
る。

ステツプ52〜55で求められる各状態量は、炉心
運転状態を示している。

本実施例は、前述したようにインターナルポン
プ１１のインペラ８の出入口の差圧による炉心流
量の演算と炉心下部支持板５を介して隣接する上
下二領域間の差圧による炉心流量の演算を、イン
ターナルポンプ１１の運転状態に基づいて切換え
ているので、炉心流量が少ない場合でも精度良く
炉心流量を求めることができる。また、圧力管２
２および２３は、炉心下部支持板５に取付けられ
ているので、制御棒交換のため、燃料集合体４お
よび燃料支持金具６の取外しに悪影響を与えるこ
とがない。すなわち、制御棒の交換作業が容易で
ある。

本発明の冷却材流量測定装置にて得られた炉心
流量を用いて炉心の熱的余裕を求める手法を第６
図を用い以下に述べる。ステツプ40以前は、第３
図〜第５図に示す各ステツプと同じ演算を行な
う。ステツプ61にて、ステツプ40で得られた炉心
流量W_Cに対応する限界出力CPを求める。また、
ステツプ62において、中性子束検出器の測定にて
得られた炉心３の半径方向の出力ピーキング係数
と第５図のステツプ53にて得られた炉心熱出力
P_thとから燃料集合体出力BPを求める。限界出力
比CPRは、CP／BPによつて得られる（ステツプ
63）。この限界出力比CPRを限界出力比の制限値
と比較することによつて炉心の熱的余裕を評価す
ることができる（ステツプ64）。このようにして
求まる炉心３の熱的余裕も、インターナルポンプ
１１の運転状態にかかわらず常に精度良く求める
ことができる。

本発明によれば、インターナルポンプを有する
原子炉の炉心を流れる冷却材流量をインターナル
ポンプの運転状態が変化しても、また燃料集合体
および炉心構造が経年変化しても、常に精度良く
求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はインターナルポンプを備えた沸騰水型
原子炉の外観図、第２図は第１図の沸騰水型原子
炉に適用した本発明の好適な一実施例である冷却
材流量測定装置の系統図、第３図は第２図のコン
ピユータにて実施される演算のフローチヤート、
第４図は第３図のステツプ35の詳細な内容を示す
説明図、第５図は第３図のステツプ37の詳細な内
容を示す説明図、第６図は本発明の実施例を適用
した炉心の熱的余裕を求める手法の説明図であ
る。 １……原子炉圧力容器、２……炉心シユラウ
ド、３……炉心、４……燃料集合体、５……炉心
下部支持板、６……燃料支持金具、８……インペ
ラ、９……回転軸、１０……モータ、１１……イ
ンターナルポンプ、１９，２０，２２，２３……
圧力管、２１，２４……差圧検出器、２６……コ
ンピユータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉容器内に設けられた炉心支持部材にて
   支持される炉心内に冷却材を供給する複数のイン
   ターナルポンプの出入口の差圧を検出する第１差
   圧検出器と、 前記インターナルポンプの回転数検出器と、 前記第１差圧検出器および前記回転数検出器の
   測定値に基づいて前記炉心を流れる冷却材流量を
   求める第１流量測定手段と、 前記炉心支持部材を介して隣接する二領域の差
   圧を検出する第２差圧検出器と、 該第２差圧検出器の測定値に基づいて前記炉心
   を流れる冷却材流量を求める第２流量測定手段
   と、 前記回転数検出器の出力に基づいて前記冷却材
   の逆流が生じている前記インターナルポンプの有
   無を判定する手段と、 該判定手段の判定結果により、前記冷却材の逆
   流が生じていない条件下で、前記第１流量測定手
   段と第２流量測定手段とにより求めた冷却材流量
   の関係に基づいて補正係数を逐次求める補正係数
   演算手段とを有し、 前記判定手段の判定結果により前記冷却材の逆
   流が生じているものであるとき、前記第２流量測
   定手段による冷却材流量に前記補正係数の最新の
   値を乗じて前記炉心を流れる冷却材流量を求める
   構成とした冷却材流量測定装置。