JPH08233989A - 原子力発電プラント及び運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】原子炉が発生する蒸気の一部を用いて給水温度
を調節することで、原子炉の反応度制御及び蒸気タービ
ンの出力制御を行うと共に、自然循環型原子炉における
原子炉の熱特性と燃料の経済性が改善可能な原子力発電
プラント及び運転方法を提供する。 【構成】出力運転時にボイド反応度が負となる沸騰水型
原子炉の原子力発電プラントにおいて、原子炉から出力
される蒸気の一部を抽出する抽気装置16、及び抽気量を
調節する抽気制御装置17と、この抽気した蒸気を熱源と
して原子炉への給水を加熱する給水加熱器18とからなる
抽気式給水温度制御手段15を設けて、給水加熱器18へ供
給する蒸気の抽気量の調節により給水温度を調節して原
子炉の反応度を制御することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉におけ
る出力制御に係り、特に原子炉が発生する蒸気の一部を
用いて給水温度の加熱制御をして原子炉の反応度による
出力を制御する原子力発電プラント及び運転方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の沸騰水型原子力発電プラントは図
７の系統構成図に示すように、原子力発電プラント１は
原子炉である炉心２を内蔵した原子炉圧力容器３と、こ
れに直列に接続した高圧蒸気タービン４及び、その下流
には湿分分離器５が接続されている。

【０００３】また、この湿分分離器５には前記高圧蒸気
タービン４と機械的に結合された低圧蒸気タービン６が
接続されていて、この低圧蒸気タービン６には前記高圧
蒸気タービン４との回転力により発電する発電機７が連
結されている。さらに、低圧蒸気タービン６の下流に
は、排出された蒸気を海水などの冷熱により低温の水に
凝縮して、低圧化する復水器８と復水ポンプ９、及び給
水の水質を改善する水処理装置10が接続されている。

【０００４】この水処理装置10と前記原子炉圧力容器３
との間には、低圧蒸気タービン６から抽気した蒸気を熱
源として水処理装置10からの給水を加熱する複数の給水
加熱器11ａ〜11ｄからなる給水加熱器群11と、低圧の給
水を加圧して原子炉圧力まで高める給水ポンプ12、及び
前記高圧蒸気タービン４から抽気した蒸気と、湿分分離
器５の排水を熱源として給水を加熱する複数の高圧給水
加熱器13ａ，13ｂによる高圧給水加熱器群13が設けられ
て構成している。なお、前記復水器８には高圧給水加熱
器群13と、給水加熱器群11のドレインが流れ込むように
なっている。

【０００５】以上のように、前記高圧蒸気タービン４と
低圧蒸気タービン６から一部の蒸気を抽出して、原子炉
圧力容器３への給水の温度を高めることにより、復水に
捨てられる熱量を減少できるため、熱効率が向上させる
ことが知られており、このような熱サイクルは再生サイ
クルと呼ばれて沸騰水型原子炉では一般に用いられてい
る。このような熱サイクルでは、原子炉の出力運転時に
給水の温度を一定に保つような制御が行われている。

【０００６】沸騰水型原子炉の出力運転中において、原
子炉圧力容器３と共に原子炉を形成する炉心２における
反応度制御については、炉心２内の図示しない制御棒
と、同じく図示しない炉心冷却材の循環装置である再循
環ポンプによる再循環流量制御を組合わせて行われてい
る。

【０００７】たとえば、１運転サイクルを７〜８等分の
長さに区切り、１つの区間では制御棒の挿入パターンは
一定として、ほぼ余剰反応度が 0.1〜− 0.1％Δｋの範
囲に入るように粗調整をしておく。しかし、その区間の
0.1〜− 0.1％Δｋの余剰反応度については、再循環ポ
ンプなどの強制循環装置による炉心流量の制御により微
調整をする方式が採用されている。なお、余剰反応度
0.1％Δｋは給水温度では約10℃程度の調整に相当す
る。

【０００８】このように制御棒をあまり頻繁に操作して
反応度の制御をしないようにしている理由は、制御棒の
引き抜き操作に伴なって、その制御棒が挿入されていた
位置、あるいは、その周辺で炉心２における反応が活発
となることから、原子炉出力が急激に増加して熱的余裕
が減少する場合を回避するためである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の原子力発電プラ
ントにおいては、熱出力一定の状態で反応度外乱により
炉心２の反応度が増加した場合に、反応度制御のために
給水温度を上げると、炉心平均ボイド率が増加して負の
反応度が加わり、反応度変化を打ち消すことが可能であ
る。

【００１０】しかしながら、その一方で炉心入り口温度
が上昇するために、炉心入口のサブクール度（飽和温度
との温度差）が減少して原子炉の蒸気が増加し、蒸気タ
ービン出力及び発電機出力が増加してしまう問題があ
り、出力制御も同時に行うことが必要なことから制御シ
ステムが複雑化する支障があった。

【００１１】また、強制循環装置を備えない自然循環型
の沸騰水型原子炉では、炉心２における冷却材を強制循
環して、反応度の制御をすることができないため、出力
運転時の反応度制御を制御棒のみにより行う必要があ
り、このために、制御棒操作に伴う出力分布の歪に起因
する熱的特性の悪化が課題となっていた。

【００１２】さらに自然循環型の原子炉では、強制循環
型の原子炉で行っているような炉心２における冷却材の
流量制御を用いた燃焼効率改善方式が適用できないこと
から、たとえば運転サイクルの前半に低流量とし、運転
サイクル終了時に高流量とする流量スペクトルシフト運
転が行えず、したがって、これが燃料サイクルコスト低
減の上で自然循環型原子炉の欠点とされていた。

【００１３】本発明の目的とするところは、原子炉が発
生する蒸気の一部を用いて給水温度を調節することによ
り、原子炉の反応度制御と蒸気タービンの出力制御を行
うと共に、自然循環型原子炉における原子炉の熱特性と
燃料の経済性を改善することが可能な原子力発電プラン
ト及び運転方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため請求項１記載の発明に係る原子力発電プラント
は、出力運転時にボイド反応度が負となる沸騰水型原子
炉に接続された蒸気タービン及び湿分分離器と蒸気ター
ビンから排出された蒸気を冷却凝縮する復水器とこの復
水器からの復水を加熱して原子炉へ給水として供給する
給水加熱器とからなる原子力発電プラントにおいて、前
記原子炉から出力される蒸気の一部を抽出する抽気装置
及び抽気装置における抽気量を調節する抽気制御装置
と、抽気を伝達する抽気配管及びこの抽気した蒸気を熱
源として原子炉への給水を加熱する給水加熱器とからな
り、前記抽気装置からの抽気量により給水温度を調節し
て原子炉の反応度を制御する抽気式給水温度制御手段を
設けたことを特徴とする。

【００１５】請求項２記載の発明に係る原子力発電プラ
ントの運転方法は、抽気式給水温度制御手段における抽
気制御装置は、発電機出力を一定に保つように抽気装置
における抽気量を制御することを特徴とする。請求項３
記載の発明に係る原子力発電プラントの運転方法は、抽
気式給水温度制御手段における抽気制御装置は、蒸気タ
ービン入口の蒸気流量を一定に保つように抽気装置にお
ける抽気量を制御することを特徴とする。

【００１６】請求項４記載の発明に係る原子力発電プラ
ントは、抽気式給水温度制御手段における給水加熱器
が、抽気装置より抽気された蒸気と給水を直接混合して
加熱する混合型給水加熱器であることを特徴とする。請
求項５記載の発明に係る原子力発電プラントは、抽気式
給水温度制御手段における給水加熱器が、抽気装置より
抽気された蒸気と給水を直接混合して加熱すると共に、
加熱した給水に駆動力を与える混合型駆動式給水加熱器
であることを特徴とする。

【００１７】請求項６記載の発明に係る原子力発電プラ
ントは、抽気式給水温度制御手段における給水加熱器
が、抽気装置より抽気された蒸気により間接的に給水を
加熱する熱交換型給水加熱器であることを特徴とする。
請求項７記載の発明に係る原子力発電プラントの運転方
法は、原子炉の１運転サイクル中の反応度制御におい
て、制御棒の位置操作を反応度の粗調整に用いると共
に、給水温度を制御して反応度の微調整を行うことを特
徴とする。

【００１８】請求項８記載の発明に係る原子力発電プラ
ントの運転方法は、原子炉の１運転サイクル中の反応度
制御において、給水温度の調節のみを用いて反応度制御
を行うことを特徴とする。

【００１９】請求項９記載の発明に係る原子力発電プラ
ントは、原子炉から出力される蒸気の一部を抽出する抽
気装置及び抽気装置における抽気量を調節する抽気制御
装置と抽気を伝達する抽気配管とこの抽気した蒸気を熱
源として原子炉への給水を加熱する給水加熱器とからな
り、前記抽気装置からの抽気量により給水温度を調節し
て原子炉の反応度を制御する抽気式給水温度制御手段を
設けた原子力発電プラントが、自然循環型の沸騰水型原
子炉であることを特徴とする。

【００２０】請求項10記載の発明に係る原子力発電プラ
ントの運転方法は、原子炉の１運転サイクル中の反応度
制御において、給水温度調節のみを用いて反応度制御を
行う原子力発電プラントが、自然循環型沸騰水型原子炉
であることを特徴とする。

【００２１】請求項11記載の発明に係る原子力発電プラ
ントの運転方法は、運転サイクル初期から後半にかけて
は給水温度を高くして炉心のボイド率を高めてプルトニ
ウムを蓄積し、運転サイクル末期においては給水温度を
低くして転換により生成されたプルトニウムを消費する
スペクトルシフト運転を行うことを特徴とする。

【００２２】請求項12記載の発明に係る原子力発電プラ
ントは、蒸気抽気式給水温度制御手段を蒸気流路の各所
に複数設けると共に、これら抽気式給水温度制御手段の
一部または全部を切り替えることにより抽気量を変えて
原子炉の反応度を制御することを特徴とする。

【００２３】

【作用】請求項１記載の発明は、抽気装置により抽気し
た蒸気を給水加熱器にて給水を加熱するので、抽気量の
増加により給水温度を増加することができる。出力運転
時にボイド係数が負となる沸騰水型原子炉では、蒸気ボ
イド率の増加に対応して炉心に負の反応度が加わる特性
があることから、給水の温度と流量を増加すると、原子
炉入口の冷却材の飽和温度との差（サブクール度）も減
少し、炉心のボイド率が増加して炉心に負の反応度が加
わる。

【００２４】すなわち、給水加熱に用いる抽気量を調節
することにより、炉心の反応度を制御することができ
る。なお、抽気量を減少させれば、この逆の作用とな
る。このように抽気で加熱する給水温度の調節による原
子炉の反応度制御は、制御棒操作のように大がかりで多
数の制御棒駆動機構によらなくてもよい利点がある。ま
た、給水温度による反応度投入では、制御棒のように炉
心の局所的な出力歪を招くことが少なく、炉心反応度の
制御が容易に行える。

【００２５】請求項２記載の発明は、外乱により原子炉
に正の反応度が加わり、原子炉の出力が上昇し主蒸気流
量が増加した場合は、常に発電機出力を一定に保つよう
に蒸気タービン入口の蒸気流量を制御する。給水加熱用
の抽気量は原子炉の出力増加に対応した分だけ量が増加
し、その抽気量の増加により給水加熱器に供給される蒸
気が増して給水温度が増加する。

【００２６】また、給水温度の増加により炉心に負の反
応度が加わり、原子炉の出力は低下していく。この原子
炉の出力低下により（タービンへ行く蒸気は一定なの
で）抽気量は減少し、外乱以前の原子炉出力に自律的に
戻ってくる。すなわち、発電機出力を一定に保つような
抽気制御を行うと、外乱などで原子炉出力が変動した場
合にも発電機出力は一定であり、給水温度を通じたフィ
ードバックにより原子炉出力は自律的に所定出力に整定
する。

【００２７】なお、外乱により負の反応度が加わる場合
も、同様にして原子炉出力は整定される。このように抽
気する蒸気の制御を発電機出力を基に制御することのみ
で、原子炉出力はそれに追従するので、複雑な原子炉の
反応度制御を行うことなく安全に原子炉出力を制御でき
る。

【００２８】請求項３記載の発明は、外乱に対して抽気
による給水温度の調節により行う原子炉出力の制御を、
上記請求項２記載の発明における発電機出力の代りに、
蒸気タービンへの蒸気流量を一定に制御することによ
り、原子炉出力が自律的に整定される。

【００２９】請求項４記載の発明は、抽気した蒸気を混
合型給水加熱器により、直接に給水に混合することによ
り、給水温度を増加させて原子炉の反応度を制御できる
と共に、抽気した蒸気の熱エネルギーをすべて給水に回
収されるので、高い熱効率が得られる。

【００３０】請求項５記載の発明は、抽気した蒸気を混
合型駆動式給水加熱器により、直接に給水に混合して給
水温度を増加させて原子炉の反応度を制御でき、さら
に、抽気蒸気の熱エネルギーをすべて給水に回収するの
で高い熱効率が得られる。また、給水に混合する時の抽
気の駆動力は、給水の圧送にも寄与する。

【００３１】請求項６記載の発明は、抽気した蒸気を熱
交換型給水加熱器において、給水と非接触で熱交換する
ことにより給水温度を増加させると共に、給水を加熱し
た後の排気（排気ドレン）を、後段の給水加熱器へ供給
することにより高い熱効率が得られる。

【００３２】請求項７記載の発明は、原子炉の余剰反応
度制御のために１サイクルの運転の間に少数回の制御棒
操作により粗い反応度調整のみを行い、制御棒で調整で
きない細密な反応度制御を給水温度の調節により微調整
する。すなわち現在の沸騰水型原子炉が強制炉心循環流
量にて行っている流量による反応度制御を給水温度の増
減により行う。

【００３３】これにより、一般に炉心の出力を歪ませる
原因となる制御棒操作を少くして、給水温度により反応
度微調整を行うことで、反応度制御に伴う炉心の熱的特
性の悪化を最小限とすることができる。

【００３４】請求項８記載の発明は、原子炉の余剰反応
度制御に、給水温度調節のみを用いて、反応度の粗調整
と微調整の両方を機能させる。これにより、制御棒操作
を一切行わないので、制御棒操作に伴う炉心の出力の歪
みの発生がなく、また、制御棒操作のために制限されて
いた燃料の装荷パターンに関する制約が減少する。

【００３５】たとえば、従来の原子炉では運転中の制御
棒操作による熱的特性の悪化を抑制するために、制御棒
操作位置を限定する、いわゆるコントロールセル炉心を
形成する必要があったが、このコントロールセル炉心は
不要となる。したがって、従来コントロールセルに使用
していた燃料をほかの適当な位置に配置できるので、炉
心の出力分布平坦化などが容易になる。

【００３６】請求項９記載の発明は、炉心流量の強制循
環による反応度制御ができない自然循環型原子炉におい
ても、給水温度の調節により原子炉の反応度制御ができ
ることから、制御棒のみにより反応度制御を行うこと
で、炉心に生じる出力の歪みが起き難くなり、強制循環
型炉心と同等の熱特性が容易に実現できる。請求項10記
載の発明は、自然循環型原子炉において出力運転時の反
応度制御を給水温度のみにより行い、制御棒は出力運転
時の反応度制御には用いる必要がないため、炉心の出力
分布の歪みを最小限とできる。

【００３７】請求項11記載の発明は、給水温度を運転サ
イクル初期から後半まで高く維持して炉心のボイド率を
高くすることにより、核分裂性物質の転換比を高めてプ
ルトニウムを蓄積させる。また、運転サイクル末期では
給水温度を低くし、炉心のボイド率を低下させて反応度
を高め、転換により蓄積したプルトニウムを燃焼させ
て、スペクトルシフト運転を行う。

【００３８】特に自然循環型原子炉では、炉心流量の調
節ができなくても、給水温度の調節により反応度が制御
できるので、強制循環型原子炉と同様なスペクトルシフ
ト運転が行える。

【００３９】請求項12記載の発明は、複数の抽気装置に
対して、各抽気装置から抽気される蒸気の温度が異なる
ことを利用し、それぞれの抽気装置を切り替えることに
よって、抽気蒸気温度のエンタルピーを調節できること
から、個々の抽気装置での抽気量の調節を不要として、
それぞれの組み合わせにより所定の温度の抽気を得て、
給水温度調節して原子炉反応度の制御を行う。

【００４０】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。なお、上記した従来技術と同じ構成部分には同一符
号を付して、詳細な説明を省略する。第１実施例は、図
１の系統構成図に示すように原子力発電プラント14は、
原子炉である炉心２を内蔵した原子炉圧力容器３と、こ
れに直列に接続した高圧蒸気タービン４及び、その下流
には湿分分離器５が接続されている。

【００４１】また、この湿分分離器５には前記高圧蒸気
タービン４と機械的に結合された低圧蒸気タービン６が
接続されていて、この低圧蒸気タービン６には前記高圧
蒸気タービン４との回転力により発電する発電機７が連
結されている。さらに、低圧蒸気タービン６の下流に
は、排出された蒸気を海水などの冷熱により低温の水に
凝縮して、低圧化する復水器８と復水ポンプ９、及び給
水の水質を改善する水処理装置10が接続されている。

【００４２】この水処理装置10と前記原子炉圧力容器３
との間には、低圧蒸気タービン６から抽気した蒸気を熱
源として水処理装置10からの給水を加熱する複数の給水
加熱器11ａ〜11ｄからなる給水加熱器群11と、低圧の給
水を加圧して原子炉圧力まで高める給水ポンプ12、及び
前記高圧蒸気タービン４から抽気した蒸気と、湿分分離
器５の排水を熱源として給水を加熱する複数の高圧給水
加熱器13ａ，13ｂによる高圧給水加熱器群13が設けられ
ている。なお、前記復水器８には高圧給水加熱器群13
と、給水加熱器群11のドレインが流れ込むようになって
いる。

【００４３】また、抽気式給水温度制御手段15は、抽気
装置16と抽気制御装置17及び混合型給水加熱器18と抽気
配管19でなり、それぞれ前記原子炉圧力容器３の出口と
高圧タービン４の間に抽気装置16を介挿し、これに抽気
制御装置17を接続すると共に、最終段の高圧給水加熱器
13ｂと原子炉圧力容器３との間に混合型給水加熱器18を
介挿し、この混合型給水加熱器18と前記抽気装置16を抽
気配管19で結んで構成している。

【００４４】次に上記構成による作用について説明す
る。原子炉圧力容器３で発生した蒸気は、抽気式給水温
度制御手段15の抽気装置16と、高圧蒸気タービン４及び
湿分分離器５と、低圧蒸気タービン６に順次流れ、これ
により、発電機７を回転させて電力を発電する。また、
低圧蒸気タービン６から排出された蒸気は、復水器８で
冷却されて低温の水に凝縮されて復水となり、水処理装
置10で水質が改善されて原子炉圧力容器３への給水とな
る。

【００４５】この給水は、低圧蒸気タービン６から抽気
した蒸気を熱源とする給水加熱器11ａ〜11ｄからなる給
水加熱器群11にて加熱され、次に給水ポンプ12により原
子炉圧力まで加圧される。この加圧された給水は、前記
高圧蒸気タービン４から抽気した蒸気と、湿分分離器５
で蒸気から分離された排水を熱源とする複数の高圧給水
加熱器13ａ，13ｂによる高圧給水加熱器群13において、
さらに加熱されて混合型給水加熱器18を経由して原子炉
圧力容器３に流入する。

【００４６】この際に、前記原子炉圧力容器３から出た
蒸気の大部分は高圧蒸気タービン４に供給されるが、そ
の一部は抽気装置16により抽出され、その抽気量が調節
されるが、この抽気装置16は抽気制御装置17により制御
されている。抽気装置16で抽気された蒸気は、抽気配管
19により最終段の高圧給水加熱器13ｂの下流と原子炉圧
力容器３の入口の間に介挿された混合型給水加熱器18に
供給され、最終段の高圧給水加熱器13ｂからの給水と混
合されて、給水がさらに昇温された後に原子炉圧力容器
３に供給される。

【００４７】例えば、一般的な原子力プラントにおい
て、出力運転時の原子炉圧力容器３の蒸気圧力は約70気
圧に調整されており、原子炉圧力容器３出口の主蒸気温
度は、70気圧の飽和温度の約 280℃となっている。図２
の特性図は給水温度と原子炉の反応度との関係を示して
おり、基準温度ＴF0から温度が 100℃低下することによ
り、およそ 1.0％Δｋの正の反応度を加えることができ
る。

【００４８】この給水温度と反応度との関係は、１運転
サイクル中の運転サイクル初期（Beginning Of Cycle，
ＢＯＣ）と、運転サイクル末期（End Of Cycle，ＥＯ
Ｃ）で若干異なるものの、給水温度をおよそ１℃増減す
ることにより、反応度を 0.01％Δｋ調整することが可
能である。

【００４９】前記混合型給水加熱器18の出口における温
度上限については、給水温度増加により原子炉の限界出
力が減少するため、原子炉の出力密度や炉心流量、及び
燃料の限界出力特性を考慮して、図示しない制御棒と共
に炉心２を形成する燃料集合体の出力が限界出力を超過
しないよう設定する。

【００５０】例えば出力密度約20KW／ｌの原子炉の場合
に、給水温度をおよそ 220℃に設定して適正な限界出力
の余裕を得ることができる。なお、混合型給水加熱器18
における出口の温度下限は、必要な反応度制御幅に対応
した値を設定する。たとえば、 0.5％Δｋの調整幅が必
要な場合は、最低温度は最高温度−50℃とする。したが
って、最終段の給水加熱器13ｂの給水出口温度は、この
最高温度−50℃となる。

【００５１】この一実施例では最高温度 220℃としたこ
とから最低温度は 170℃となり、炉心２における余剰反
応度（最低給水温度とした場合の余剰反応度）の最大値
は 0.5％Δｋに設定されている。なお最終段の高温給水
加熱器13ｂの出口温度は最低給水温度に一致させる。こ
の原子力発電プラント14では、高圧蒸気タービン４及び
低圧蒸気タービン６に供給する蒸気量を制御して、蒸気
タービン出力や発電機出力を制御すると同時に、混合給
水加熱器18に供給する抽気量も影響を受ける。

【００５２】すなわち、蒸気タービン側に供給される蒸
気量と、抽気式給水温度制御手段15の混合型給水加熱器
18に供給される抽気量との和が、原子炉圧力容器３で発
生した蒸気量となっていることから、たとえば、抽気制
御装置17により蒸気タービン側に供給する蒸気を一定と
する制御を行うことや、発電機出力を一定にする制御の
方法が考えられる。

【００５３】発電機出力を一定にする制御ことは、蒸気
タービン側に供給される蒸気量を一定とすることである
から、仮に、燃焼度の進捗により炉心２に正の反応度が
加わり、原子炉出力が増加すると、原子炉で発生する蒸
気量が増加する。この時に発電機出力を一定制御、ある
いは蒸気タービンへ供給する蒸気量を一定に制御してい
ると、前記の増加した蒸気量は、そのまま混合型給水加
熱器18側に供給されることとなる。

【００５４】この結果から、混合型給水加熱器18に投入
されるエンタルピーが増加して、原子炉に供給される給
水の温度が増加し、原子炉に正の反応度が加わって原子
炉の出力が降下し、最終的に原子炉の出力は所定の出力
に整定されるので、抽気装置16において抽気される蒸気
の量も自動的に所定の量に復帰する。したがって、この
間に制御棒を操作することによる原子炉の反応度を制御
する必要はなく、かつ、蒸気タービン出力も一定である
ことはいうまでもない。

【００５５】このように本実施例によれば、蒸気タービ
ン出力の優先制御を行うことができ、炉心２の出力が追
従する特性を実現できる。なお、上記第１実施例は、蒸
気タービン出力を一定とする制御を行う例について記述
したが、発電機７の出力を負荷に追従して変化させる負
荷追従方式を、給水温度調節して行うことも勿論可能で
ある。

【００５６】なお、この給水温度調節による原子炉の反
応度が制御される時定数は、数分程度となるため、１時
間程度乃至それ以上の周期の反応度変化に対しても容易
に対応することが可能である。通常、沸騰水型原子炉で
は系統の圧力制御も必要であるが、この時定数は数秒程
度であり、この圧力制御に比較して時定数の長い給水温
度調節を共存させても、互いに干渉することがなく、し
たがって、この原子力発電プラント14は、従来方式の制
御系と極めて容易に共存できることも優れた効果の一つ
である。

【００５７】なお、本第１実施例では抽気式給水温度制
御手段15の給水温度制御に、混合型給水加熱器18を用い
ているが、非接触の熱交換を行った後に熱交換の終わっ
た排気を給水ポンプで昇圧混合する方式（いわゆる、排
気ドレンポンプアップ方式）としても同じ効果が得られ
る。

【００５８】また、混合型給水加熱器18の代わりに、抽
気蒸気を低温の給水と混合して給水を加熱する際に、こ
の蒸気を駆動源として給水を加圧することのできる混合
型駆動式給水加熱器である、たとえばスチームインジェ
クタを用いてもよい。この場合には給水ポンプ12の動力
の一部を補助するので、給水ポンプ12における動力のエ
ネルギー損失が軽減されるため、給水ポンプ12の容量を
低減できる効果がある。

【００５９】第２実施例を図３の系統構成図に示す。な
お、上記第１実施例の図１と共通する構成部分について
は、詳細な説明を省略する。原子力発電プラント20にお
いては、抽気式給水温度制御手段21は、抽気装置16と抽
気制御装置17及び抽気配管19の他に、給水温度調節のた
めの熱交換型給水加熱器22により構成されている。

【００６０】上記構成による作用としては、熱交換型給
水加熱器22は、抽気装置16から供給された抽気の蒸気を
熱源として、最終段の給水加熱器13ｂからの給水を非接
触の熱交換により加熱し、さらに、この加熱に使用した
後の蒸気を、高温給水加熱器群13における給水加熱の熱
源の一部として利用している。したがって、熱効率に優
れると共に、この熱交換型給水加熱器22は、従来の原子
力発電プラントにおいて通常の設備として広く用いられ
ている機器であることから、設備経費を低くできる効果
がある。

【００６１】また、以上の第１実施例及び第２実施例に
ついては、図１及び図３に示すように、いずれも、抽気
式給水温度制御手段15，21が、１つの抽気装置16におけ
る抽気により給水温度調節を行う例で示しているが、こ
の抽気装置16を複数設置した場合についても同様な方法
により蒸気タービン出力を一定とする制御や、電気出力
を一定とする制御も勿論可能である。

【００６２】なお、抽気装置16が複数設置された場合に
おいては、前記混合型給水加熱器18と熱交換型給水加熱
器22を混在させて用いて、それぞれの給水加熱器の特徴
を生かして運転することができる。さらに、複数の抽気
装置16がある場合では、個々の抽気位置や抽気量が異な
ることから、それぞれを個別に制御することや、個別の
流量量は固定として、抽気する抽気装置の組み合わせを
簡単な弁操作により変えることによって、抽気量とこれ
による給水温度を容易に調節することができる。

【００６３】第３実施例は、抽気式給水温度制御手段に
よる給水温度制御と制御棒操作を併用した原子炉の運転
方法で、図４の説明図は１運転サイクルの間の炉心反応
度制御における時間変化を示す。

【００６４】原子炉の反応度制御には、制御棒の挿入位
置と抽気による給水温度制御を併用し、図４（ａ）で示
すように制御棒の挿入による制御は粗調整とし、サイク
ル初期（ＢＯＣ）からサイクル末期（ＥＯＣ）の運転サ
イクル期間を４区分し、それぞれの区間の初めの時点で
反応度０となるよう制御棒パターンを調整するが、一旦
パターン調整した後の運転区間内では制御棒の操作は行
わない。

【００６５】一方、これに対する給水温度の調節は、図
４（ｂ）に示すように抽気式給水温度制御手段15，21に
より微調整し、前記制御棒では調整できない反応度を円
滑に制御して、各区間でほぼ連続的に給水の温度を細密
に調節する。実際には、蒸気タービンの出力や発電機の
出力が一定となるように、抽気制御装置17により抽気装
置16における抽気量を制御することにより、適切な給水
温度調節が自動的に行われる。

【００６６】以上のように本第３実施例によれば、原子
炉の運転に際して制御棒の操作回数が少くなることによ
り、制御棒操作に伴なう原子炉出力の歪の発生を最小限
に抑制して、原子炉運転の安全性を向上することができ
る。特に自然循環型原子炉の場合では、強制的に炉心流
量制御ができないため、従来は反応度制御を全面的に制
御棒にて実施する必要があり、したがって、炉心出力の
歪が大きくなる傾向があったが、従来の強制循環装置に
よる炉心流量で反応度制御を行うのと同等の優れた熱特
性の炉心が実現できる。

【００６７】第４実施例は、抽気式給水温度制御手段に
よる原子炉の運転方法で、図５の特性図は、１運転サイ
クルの間の炉心反応度制御における時間変化を示す。反
応度制御には給水温度調節のみを用い、図５（ａ）に示
す余剰反応度は最大で約 0.5％Δｋとし、給水温度制御
幅は約50℃としている。したがって、図５（ｂ）に示す
ように、運転サイクルの大半の期間に亘り最高給水温度
を維持しており、サイクル終了時点（ＥＯＣ）で最低の
給水温度とする。

【００６８】また、制御棒は運転中は一切操作せず、図
５（ｃ）に示すように運転期間中は全て引き抜かれてい
る。反応度制御のための給水温度の調節は、実際には蒸
気タービンの出力、または発電機の出力が一定となるよ
うに抽気の割合を制御するだけでよく、反応度が低下す
ると、原子炉から発生する蒸気量が減少することから、
抽気装置16における抽気量が自動的に減少して給水温度
が適切な値となる特性があるため、給水温度制御は極め
て簡易なものとなる。

【００６９】第５実施例は、抽気式給水温度制御手段に
よる原子炉におけるスペクトルシフトに係る運転方法
で、図６の特性図は１運転サイクルの間の給水温度変化
と炉心の平均ボイド率の変化を示している。

【００７０】図６（ａ）で示すように、給水温度は運転
サイクル初期（ＢＯＣ）から、その大半の期間を抽気式
給水温度制御手段15，21により高く調節することによ
り、図６（ｂ）で示すように運転サイクルの大半の期間
において、炉心における平均ボイド率が高く維持され、
これにより核燃料のプルトニウム転換比を大きくしてプ
ルトニウムの蓄積が行える。

【００７１】さらに、運転サイクル末期（ＥＯＣ）には
給水温度を低く設定し、炉心の平均ボイド率を低くして
転換により生成したプルトニウムを燃焼させるスペクト
ルシフト運転を行う。この場合に、炉心の反応度制御は
制御棒と給水温度による制御を組み合わせて行い、給水
温度はボイド率制御に用いている。これにより特に自然
循環型原子炉においては、従来の強制循環型原子炉と同
様のスペクトルシフト運転が実現できるので、燃料の燃
焼効率が向上して、燃料サイクルコスト低減に大きな効
果がある。

【００７２】

【発明の効果】以上本発明によれば、原子炉が発生する
蒸気からの抽気により給水温度を調節すると共に、抽気
量を制御することで炉心の熱特性を良好にして原子炉反
応度や電気出力の制御が容易にできる。特に自然循環型
原子炉に採用した場合は、制御棒を用いな反応度や出力
の制御により熱特性の優れた原子炉を実現することがで
き、スペクトルシフト運転も容易に可能となることか
ら、燃料サイクルコストを低減する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の原子力発電プラント
の系統構成図。

【図２】本発明に係る第１実施例の給水温度と炉心反応
度との関係を示す特性図。

【図３】本発明に係る第２実施例の原子力発電プラント
の系統構成図。

【図４】本発明に係る第３実施例の運転方法の説明図
で、（ａ）は制御棒パターン調整、（ｂ）は給水温度を
示す。

【図５】本発明に係る第４実施例の運転方法の特性図
で、（ａ）は余剰反応度、（ｂ）は給水温度、（ｃ）は
制御棒の挿入量を示す。

【図６】本発明に係る第５実施例の運転方法の特性図
で、（ａ）は給水温度、（ｂ）は炉心平均ボイド率を示
す。

【図７】従来の原子力発電プラントの系統構成図。

【符号の説明】

１，14，20…原子力発電プラント、２…炉心、３…原子
炉圧力容器、４…高圧蒸気タービン、５…湿分分離器、
６…低圧蒸気タービン、７…発電機、８…復水器、９…
復水ポンプ、10…水処理装置、11…給水加熱器群、11ａ
〜11ｄ…給水加熱器、12…給水ポンプ、13…高圧給水加
熱器群、13ａ，13ｂ…高圧給水加熱器、15，21…抽気式
給水温度制御手段、16…抽気装置、17…抽気制御装置、
18…混合型給水加熱器、19…抽気配管、22…熱交換型給
水加熱器。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力運転時にボイド反応度が負となる沸
   騰水型原子炉に接続された蒸気タービン及び湿分分離器
   と蒸気タービンから排出された蒸気を冷却凝縮する復水
   器とこの復水器からの復水を加熱して原子炉へ給水とし
   て供給する給水加熱器とからなる原子力発電プラントに
   おいて、前記原子炉から出力される蒸気の一部を抽出す
   る抽気装置及び抽気装置における抽気量を調節する抽気
   制御装置と、抽気を伝達する抽気配管及びこの抽気した
   蒸気を熱源として原子炉への給水を加熱する給水加熱器
   とからなり、前記抽気装置からの抽気量により給水温度
   を調節して原子炉の反応度を制御する抽気式給水温度制
   御手段を設けたことを特徴とする原子力発電プラント。
2. 【請求項２】 前記抽気式給水温度制御手段における抽
   気制御装置は、発電機出力を一定に保つように抽気装置
   における抽気量を調節することを特徴とする請求項１記
   載の原子力発電プラントの運転方法。
3. 【請求項３】 前記抽気式給水温度制御手段における抽
   気制御装置は、蒸気タービン入口の蒸気流量を一定に保
   つように抽気装置における抽気量を調節することを特徴
   とする請求項１記載の原子力発電プラントの運転方法。
4. 【請求項４】 前記抽気式給水温度制御手段における給
   水加熱器が、抽気装置より抽気された蒸気と給水を直接
   混合して加熱する混合型給水加熱器であることを特徴と
   する請求項１記載の原子力発電プラント。
5. 【請求項５】 前記抽気式給水温度制御手段における給
   水加熱器が、抽気装置より抽気された蒸気と給水を直接
   混合して加熱すると共に、加熱した給水を加圧する混合
   型駆動式給水加熱器であることを特徴とする請求項１記
   載の原子力発電プラント。
6. 【請求項６】 前記抽気式給水温度制御手段における給
   水加熱器が、抽気装置より抽気された蒸気により間接的
   に給水を加熱する熱交換型給水加熱器であることを特徴
   とする請求項１記載の原子力発電プラント。
7. 【請求項７】 原子炉の１運転サイクル中の反応度制御
   において、制御棒の位置操作を反応度の粗調整に用いる
   と共に、給水温度を制御して反応度の微調整を行うこと
   を特徴とする原子力発電プラントの運転方法。
8. 【請求項８】 原子炉の１運転サイクル中の反応度制御
   において、給水温度の調節のみを用いて反応度制御を行
   うことを特徴とする原子力発電プラントの運転方法。
9. 【請求項９】 原子炉から出力される蒸気の一部を抽出
   する抽気装置及び抽気装置における抽気量を調節する抽
   気制御装置と抽気を伝達する抽気配管とこの抽気した蒸
   気を熱源として原子炉への給水を加熱する給水加熱器と
   からなり、前記抽気装置からの抽気量により給水温度を
   調節して原子炉の反応度を制御する抽気式給水温度制御
   手段を設けた原子力発電プラントが、自然循環型の沸騰
   水型原子炉であることを特徴とする請求項１記載の原子
   力発電プラント。
10. 【請求項１０】 原子炉の１運転サイクル中の反応度制
    御において、給水温度の調節のみを用いて反応度制御を
    行う原子力発電プラントが、自然循環型の沸騰水型原子
    炉であることを特徴とする原子力発電プラントの運転方
    法。
11. 【請求項１１】 運転サイクル初期から後半にかけては
    給水温度を高くして炉心のボイド率を高めてプルトニウ
    ムを蓄積し、運転サイクル末期においては給水温度を低
    くして転換により生成されたプルトニウムを消費するス
    ペクトルシフト運転を行うことを特徴とする原子力発電
    プラントの運転方法。
12. 【請求項１２】 蒸気抽気式給水温度制御手段を蒸気流
    路の各所に複数設けると共に、これら抽気式給水温度制
    御手段の一部または全部を切り替えることにより抽気量
    を変えて原子炉の反応度を制御することを特徴とする請
    求項１記載の原子力発電プラント。