JP2005172474A - 原子炉炉心熱出力監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒートバランス系の検出器が故障したときの原子炉熱出力をより正確に導出できるようにすること。
【解決手段】 原子炉炉心の燃料集合体間に軸方向に沿って貫通する保護管４内に、その軸方向に所定間隔で設置された複数の固定中性子検出器５と、軸方向に沿って前記中性子検出器よりも多数設置されたγサーモメータ８とを設けた原子炉出力測定装置と、前記中性子検出器の測定値を用いて炉心平均出力を求める平均出力領域モニター（ＡＰＲＭ）と、給水流量系に設置された温度計、流量計等の検出器からヒートバランスを用いて炉心熱出力を求める原子炉熱出力計算装置１８とを有する原子炉熱出力監視装置に関する。そして、前記温度計、流量計のような給水流量系の検出器が故障したときに、上記γサーモメータ８の測定値を用いて炉心熱出力を導出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）等の原子炉炉心熱出力監視装置に係り、特に測定精度と信頼性の向上を図った原子炉炉心熱出力監視装置に関する。

一般に、沸騰水型原子炉においては、常時監視装置として、少なくとも炉心内出力分布を評価し監視する装置（原子炉炉心監視装置）、炉心の水平断面、高さ方向にわたって中性子束を監視するための局部出力領域モニター（ＬＰＲＭ）、及び炉心の平均出力レベルを監視する平均出力領域モニター（ＡＰＲＭ）が設けられている。

上記炉心内出力分布を評価し監視する装置は、炉心部への熱の収支計算により原子炉の熱出力を求め炉心内の熱的評価を行うことができるようにしたものであり、ＬＰＲＭは中性子束検出器により構成され、上記中性子束検出器の設置位置における中性子束を監視し、局所的な出力の上昇などの情報を提供するようになっている。また、ＡＰＲＭは上記ＬＰＲＭの出力信号を平均することにより炉心平均出力レベル相当値を算出し、この算出値が予め定められた設定値を超えた場合にアラームやスクラムなどの信号を出す役割を有するものである。

すなわち、図４は、ＢＷＲの炉心の概略構成を示す平面図であり、多数体の燃料集合体１が正方格子状に配置されており、４体の燃料集合体１の中心部に十字状の制御棒２が軸方向に移動可能に配設されている。この炉心には上記炉心内に設置された燃料集合体１の配置の対称性を考慮して、炉心内全体を一様に測定できるように複数の検出器集合体３が配設されている。この検出器集合体３は、図５に示すように、炉心を貫通する保護管４内に、核***電離箱からなる中性子の量を検出する局部出力領域モニター（ＬＰＲＭ）５を軸方向に沿って４体、所定の間隔で配置するとともに、上記ＬＰＲＭ５に隣接して設けられた案内管６内にＬＰＲＭ５の感度校正用の移動型中性子検出器（ＴＩＰ）７を挿入したものであり、これらのＬＰＲＭ５の出力が信号ケーブルを介して出力監視装置に入力されて原子炉出力測定及び制御が行われるようにしてある。そして、上記ＬＰＲＭの信号は平均出力領域モニター（ＡＰＲＭ）に寄せ集められ、それを平均した値を用いて炉心の中性子束変化を監視するようにしてある。

上記ＬＰＲＭとして用いる中性子束検出器は、電極にウラン２３５などの核***物質を塗布し、管内に電離ガスを封入した核***計数管を使用するものである。そのため、中性子照射による核***物質の減少によって検出感度が劣化するので、上記ＴＩＰを用いて校正することが行われている。上記ＴＩＰは、ＬＰＲＭと同じ中性子束検出器であるが、通常は炉外に待機させておき、ＬＰＲＭの校正時にだけ検出器集合体内を移動させてＬＰＲＭを比較校正する。

上記ＡＰＲＭの値は、上述のようにＬＰＲＭの指示値を平均したものであるため、炉心平均中性子束にほぼ比例しており、炉心熱出力にほぼ比例する。しがって、上記ＡＰＲＭの値によっても炉心の熱出力を監視することもできる。

上記のように炉心熱出力の監視には、熱収支計算により求めた値を用いる方法（ヒートバランス法）とＡＰＲＭの値を用いる方法（ＡＰＲＭ法）とがある。ＡＰＲＭ法では、そのままでは絶対値を表すことができないので、適時、ヒートバランス法と比較して、ＡＰＲＭの値が炉心熱出力の定格値に対する割合（％）を示すように校正している。

原子炉炉心監視装置では、通常ヒートバランス法による炉心熱出力を用いているが、原子炉を中心とした熱収支に関る測定装置が故障しているときには、ヒートバランス法で炉心熱出力を求めることができない。例えば、給水系は、この熱収支の約９９％程度を支配しているため、給水流量系に関る検出器の故障は影響が大である。そこで、原子炉炉心監視装置では、給水流量系に関る検出器が故障した場合には、炉心熱出力の入力値としてＡＰＲＭの値を用いている。すなわち、ヒートバランス法及びＡＰＲＭ法による炉心熱出力が共に正常に求った時に、（１）式によりそれらの比例定数（校正定数と称する）ＣＡＰ（Ｉ）を求めておく。
ＦＲＰ＝ＣＡＰ（Ｉ）・ＲＡＰ（Ｉ） （１）
ＦＲＰ：炉心熱出力の定格割合（ヒートバランス法に基づく）
ＣＡＰ（Ｉ）：ＡＰＲＭチャンネルＩの校正定数
ＲＡＰ（Ｉ）：ＡＰＲＭチャンネルＩのＡＰＲＭ値
そして、給水流量系に関る検出器が故障した場合には、ＡＰＲＭの値を用いて（１）式の右辺により炉心熱出力の定格割合を求め、この値を炉心熱出力の入力値として用いることが行われている。

ところが、最近、特許第３２７４９０４号明細書に示されているように、上記ＴＩＰに代わってＬＰＲＭの校正用としてγサーモメータ（γ線温度計）を用いるようになってきた。このγサーモメータは、検出器集合体内のγ線発熱体の温度を熱電対で測定するもので、主に燃料棒から発せられるγ線が発熱体で吸収されたときに生じる熱を測定するものであるため、中性子照射による検出感度の劣化が少なく、炉内に常設が可能である。

図６に示すように、γサーモメータ８の炉心径方向の配置は、ＬＰＲＭ５と同一で、高さ方向の配置は、ＬＰＲＭ５と同一の位置とともに、さらにその中間位置にも配置され、全体として高さ方向に７〜９ヶ所配置されている。したがって、γサーモメータ８を用いると、ＬＰＲＭ５よりも炉内の高さ方向の出力分布をより正確に把握することができる。しかし、測定しているγ線には核***で生じる即発性のγ線だけでなく、核***生成物の崩壊で生じる遅発性のγ線も含まれることや、発熱の時間遅れなどから、応答性の即応性という点では中性子束検出器に若干劣るという短所もある。
特許第３２７４９０４号明細書

前記ＡＰＲＭの値はＬＰＲＭの値をもとにしているので、ＡＰＲＭ法により求めた炉心熱出力の精度は、ＬＰＲＭの炉内出力分布の表現能力に依存する。すなわち、（１）式により校正定数を求めた時期から、炉心内の出力分布の形状の変化が小さいときには、各ＬＰＲＭの値は、炉心熱出力の変化に応じて同じ割合で変化し、従って、ＡＰＲＭの値も同じ割合で変化する。このような場合には、（１）式の校正定数ＣＡＰ（Ｉ）の値は、ほとんど変化しない。これに対し、炉内の出力分布形が変化する場合には、ＬＰＲＭの値が、この分布形の変化を検知する度合いが減り、ＡＰＲＭの熱出力との対応関係がずれてくる。すなわち、ＡＰＲＭ法による炉心熱出力の値の精度が劣ってくる。

本発明は、このような点に鑑み、給水流量系の検出器が故障したときに、中性子検出器であるＬＰＲＭよりも測定点の多いγサーモメータを用いることにより炉心熱出力をより精度良く求めることができるようにした原子炉炉心熱出力監視装置を得ることを目的とする。

請求項１に係る発明は、原子炉炉心の燃料集合体間に軸方向に沿って貫通する保護管内に、その軸方向に所定間隔で設置された複数の固定中性子検出器と、軸方向に沿って前記中性子検出器よりも多数設置されたγサーモメータとを設けた原子炉出力測定装置と、前記中性子検出器の測定値を用いて炉心平均出力を求める平均出力領域モニター（ＡＰＲＭ）と、給水流量系に設置された温度計、流量計等の検出器からヒートバランスを用いて炉心熱出力を求める原子炉熱出力計算装置とを有する原子炉熱出力監視装置において、前記温度計、流量計のような給水流量系の検出器が故障したときに、上記γサーモメータの測定値を用いて炉心熱出力を導出することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、上記γサーモメータの測定値に基づく準平均出力領域モニター（準ＡＰＲＭ）値と、正常時におけるヒートバランス法に基づく炉心熱出力の定格割合との関係を下記式により求めておき、
ＦＲＰ＝ＧＴＣＡＰ（Ｉ）・ＧＴＲＡＰ（Ｉ）
ＦＲＰ：炉心熱出力の定格割合（ヒートバランス法に基づく）
ＧＴＣＡＰ（Ｉ）：準ＡＰＲＭチャンネルＩの校正定数
ＧＴＲＡＰ（Ｉ）：準ＡＰＲＭチャンネルＩのＡＰＲＭ値
給水流量系の検出器が故障したときには、上記式の右辺に基づいて炉心熱出力を求めることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に係る発明において、炉心内に複数設置してあるγサーモメータを複数のグループに分け、そのグループ毎に炉心内の局所出力を測定可能とし、給水流量系の検出器が故障したときに、前記グループ毎に炉心熱出力を求めることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、前記グループ毎のγサーモメータの測定値からそのグループ毎の炉心熱出力を求め、これらの値をもとに正誤判断を行う正誤判定装置を備えたことを特徴とする。

前述のように、給水流量系の測定器が故障した場合には、ヒートバランス法では炉心熱出力を求めることができないので、ＡＰＲＭの値をもとに炉心熱出力を導出している。このＡＰＲＭを構成するＬＰＲＭの中性子検出器設置数は軸方向に４点であり、炉心の出力分布の変化を十分には捉えきれない。そこで、本発明においては、軸方向に７〜９点設置されている、通常、出力分布の測定または中性子検出器の校正に使用されるγサーモメータを利用して、炉心熱出力の導出に使用するようにしたものである。

すなわち、ＬＰＲＭの値からＡＰＲＭを構成するのと同様に、γサーモメータの測定値に基づく準ＡＰＲＭを構成し、この準ＡＰＲＭを用いて炉心熱出力を求める。これを準ＡＰＲＭ法と称することにする。そこで、計器類に故障がない通常のときに、（１）式に対応した下記の（２）式により、ヒートバランス法と準ＡＰＲＭ法との関係を求めておく。
ＦＲＰ＝ＧＴＣＡＰ（Ｉ）・ＧＴＲＡＰ（Ｉ） （２）
ＦＲＰ：炉心熱出力の定格割合（ヒートバランス法に基づく）
ＧＴＣＡＰ（Ｉ）：準ＡＰＲＭチャンネルＩの校正定数
ＧＴＲＡＰ（Ｉ）：準ＡＰＲＭチャンネルＩのＡＰＲＭ値
そして、この（２）式の校正定数を用いて、給水流量系の検出器が故障したときには、（２）式の右辺により炉心熱出力を求める。

γサーモメータ８は軸方向に７〜９点設置されており、炉心内の出力測定点数が増加しているため、軸方向出力分布形状をより精度よく表現することが可能である。このため、（２）式の準ＡＰＲＭの校正定数ＧＴＣＡＰ（Ｉ）の炉心出力分布の変化に伴う変動量は、ＡＰＲＭの校正定数ＣＡＰ（Ｉ）に比べて小さくなる。このことにより、炉心熱出力の算出精度が向上する。

さらに、準ＡＰＲＭの構成には、炉心内のγサーモメータの出力モニター装置をグループ分けして、複数のチャンネルに対応づけることにより信頼性を向上できる。

また、このチャンネルを３つ以上に設定した場合には、誤信号の自己判定機能を持たせることが可能である。つまり、３つのチャンネルの内、２つ以上が同じ数値であれば、その値を正しいと判定することができる。

本発明によれば、給水流量系の検出器が故障した場合に、ＬＰＲＭよりも設置数の多いγサーモメータの測定値を用いるようにしたので、原子炉熱出力の検出精度を向上させることができる。

以下、添付図面を参照して本発明に係る原子炉熱出力監視装置の実施の形態について説明する。

図１は本発明に係る原子炉熱出力監視装置の一実施形態を示すものである。本実施の形態の原子炉炉心熱出力監視装置では、原子炉圧力容器１０の炉心１１内に複数の検出器集合体３が設置されている。図１では、１体のみ示しているが、この検出器集合体３は炉心内に設置された燃料集合体１の配置の対称性を考慮して、炉心内全体を一様に測定できるように複数配置されている。この検出器集合体３は、前述のように、燃料棒を複数束ねた構成からなる燃料集合体に対して、制御棒の挿入位置と反対の位置に設置されており、炉心を軸方向に貫通する保護管４内に、第１の出力検出器として核***電離箱からなる固定型中性子検出器である局部出力領域モニターＬＰＲＭ５を４ヶ所設置するとともに、このＬＰＲＭ５の校正手段としての第２の出力検出器としてγ線の発熱を検出するγサーモメータ８を設けた構成となっている。ＬＰＲＭ５は、図１に示しているように、炉心の軸方向に所定の間隔で配置されており、ケーブルを介して、これらの出力信号がＡＰＲＭ１２に入力される。これに対して、γサーモメータ８は、図１に示しているように、保護管４の中にＬＰＲＭ５よりも多数、軸方向に所定の間隔で設置されており、通常、７ヶ所から９ヶ所設置されている。 本発明では、γサーモメータ８からの出力信号は、ＬＰＲＭ５と同様にケーブルを介して、前記ＡＰＲＭと同等のロジックで平均出力を求める準ＡＰＲＭ１３に入力される。

一方、原子炉の熱出力は、通常、炉心部１１への熱の収支計算により求める。熱収支計算は、冷却材入口１４付近に設置してある検出器１５と冷却材出口１６付近に設置してある検出器１７で測定された温度、流量、圧力等をもとに、原子炉熱出力計算装置１８で導出される。この熱の収支で、給水系での熱の収支が約９９％を占める。

この原子炉熱出力を用いてＡＰＲＭ値は、ある時間頻度で校正されている。本発明では、ＡＰＲＭと同様に準ＡＰＲＭ値もこの炉心熱出力で校正する。

軸方向に４ヶ所設置されたＬＰＲＭ５の測定値で構成されるＡＰＲＭ値と軸方向４ヶ所以上設置されたγサーモメータ８の測定値で構成される準ＡＰＲＭ値とでは、出力分布をより正しく表現できる準ＡＰＲＭ値の方が、校正係数は安定する。特に、冷却材流量や制御棒装荷パターンが変更された場合で、出力分布形状が大きく変わったときには、前記校正係数は誤差を生じ易い。すなわち、何らかの原因で給水流量系の検出器が故障した場合に、前記ヒートバランス法による原子炉熱出力計算装置で出力される原子炉熱出力は不正確な値となるので、通常では、ＡＰＲＭ値をもとに、故障直前に求められて保存されている校正係数を使用して、逆に、正しい原子炉熱出力を導出する。

すなわち、計器類に故障がない通常のときに、下記の（２）式により、ヒートバランス法と準ＡＰＲＭ法との関係を求めておく。
ＦＲＰ＝ＧＴＣＡＰ（Ｉ）・ＧＴＲＡＰ（Ｉ） （２）
ＦＲＰ：炉心熱出力の定格割合（ヒートバランス法に基づく）
ＧＴＣＡＰ（Ｉ）：準ＡＰＲＭチャンネルＩの校正定数
ＧＴＲＡＰ（Ｉ）：準ＡＰＲＭチャンネルＩのＡＰＲＭ値
そして、この（２）式の校正定数を用いて、給水流量系の検出器が故障したときには、（２）式の右辺により炉心熱出力を求める。

本発明では、前述のように、ＡＰＲＭは軸方向に４ヶ所設置されたＬＰＲＭ５の測定値から構成されているが、γサーモメータ８は軸方向に７ヶ所から９ヶ所と設置点数が多いので、γサーモメータ８の方がＬＰＲＭ５よりも炉心出力分布をより正確に監視していることになる。このため、ＡＰＲＭ値を用いた場合よりも準ＡＰＲＭ値を用いた場合の方がより精度良く原子炉熱出力を導出することができる。

次に、本発明に係る原子炉熱出力監視装置の第２の実施の形態について説明する。図２は、原子炉熱出力監視装置の他の例を示したものであり、前記準ＡＰＲＭを多チャンネル化したものである。原子炉炉心内に、燃料集合体配置の対称性を考慮して、前記検出器集合体３が複数且つ一様に設置されている。これらの内、多チャンネル型準ＡＰＲＭ１９にケーブルでつながれているγサーモメータ８が、炉心内の一様配置を保ちつつ複数のグループに分けてある。本発明では、これらのグループ分けされたγサーモメータからのケーブルを多チャンネル型準ＡＰＲＭ１９の各チャンネルに対応するように割り付けることを特徴としている。 これによって、炉心内の一部のγサーモメータ８が故障したときにも他のチャンネルの測定値が使え、原子炉熱出力の導出精度を向上しつつ、システムの信頼性を一段と向上できる。

図３は、本発明に係る原子炉熱出力監視装置の第３の実施の形態を示す図であり、第２の実施の形態で説明した原子炉熱出力監視装置に正誤判定装置２０が付け加えられている。正誤判定装置２０の一例として、多チャンネル型準ＡＰＲＭのチャンネル数が３つ以上の場合、多数決の原理を用いて、各チャンネルで導出された原子炉熱出力を判定できる。つまり、３チャンネルの場合には２つ以上の値が同じものを正として、他を誤とする方法である。このように、本実施の形態では、オンラインシミュレータへの入力値である原子炉熱出力の正誤を自動判定することにより、ヒューマンエラー等の発生を抑制できシステムの信頼性を一層向上できる。

本発明の原子炉熱出力監視装置における第１の実施の形態を示す図。 本発明の原子炉熱出力監視装置における第２の実施の形態を示す図。 本発明の原子炉熱出力監視装置における第３の実施の形態を示す図。 ＬＰＲＭの径方向配置の一例を示す図。 ＬＰＲＭの軸方向配置の一例を示す図。 γサーモメータの軸方向配置の一例を示す図。

符号の説明

１ 燃料集合体
２ 制御棒
３ 検出器集合体
４ 保護管
５ 局部出力領域モニター（ＬＰＲＭ）
８ γサーモメーター
１１ 炉心
１２ 平均出力領域モニター（ＡＰＲＭ）
１３ 準ＡＰＲＭ
１４ 冷却材入口部
１５ 検出器
１６ 冷却材出口部
１７ 検出器
１８ 原子炉熱出力計算装置
１９ 多チャンネル型準ＡＰＲＭ
２０ 正誤判定装置

Claims (4)

1. 原子炉炉心の燃料集合体間に軸方向に沿って貫通する保護管内に、その軸方向に所定間隔で設置された複数の固定中性子検出器と、軸方向に沿って前記中性子検出器よりも多数設置されたγサーモメータとを設けた原子炉出力測定装置と、前記中性子検出器の測定値を用いて炉心平均出力を求める平均出力領域モニター（ＡＰＲＭ）と、給水流量系に設置された温度計、流量計等の検出器からヒートバランスを用いて炉心熱出力を求める原子炉熱出力計算装置とを有する原子炉熱出力監視装置において、前記温度計、流量計のような給水流量系の検出器が故障したときに、上記γサーモメータの測定値を用いて炉心熱出力を導出することを特徴とする原子炉炉心熱出力監視装置。
2. 上記γサーモメータの測定値に基づく準平均出力領域モニター（準ＡＰＲＭ）値と、正常時におけるヒートバランス法に基づく炉心熱出力の定格割合との関係を下記式により求めておき、
   ＦＲＰ＝ＧＴＣＡＰ（Ｉ）・ＧＴＲＡＰ（Ｉ）
   ＦＲＰ：炉心熱出力の定格割合（ヒートバランス法に基づく）
   ＧＴＣＡＰ（Ｉ）：準ＡＰＲＭチャンネルＩの校正定数
   ＧＴＲＡＰ（Ｉ）：準ＡＰＲＭチャンネルＩのＡＰＲＭ値
   給水流量系の検出器が故障したときには、上記式の右辺に基づいて炉心熱出力を求めることを特徴とする、請求項１記載の原子炉炉心熱出力監視装置。
3. 炉心内に複数設置してあるγサーモメータを複数のグループに分け、そのグループ毎に炉心内の局所出力を測定可能とし、給水流量系の検出器が故障したときに、前記グループ毎に炉心熱出力を求めることを特徴とする、請求項１または２記載の原子炉炉心熱出力監視装置。
4. 前記グループ毎のγサーモメータの測定値からそのグループ毎の炉心熱出力を求め、これらの値をもとに正誤判断を行う正誤判定装置を備えたことを特徴とする、請求項３記載の原子炉炉心熱出力監視装置。

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