(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉系の軽水炉において核燃料棒バンドルのためのＲ因子を決定する方法であって、
前記炉は、複数の核燃料棒バンドルを備え、
前記バンドル内の燃料棒は、少なくとも互いに実質的に平行に並べて配置され、かつ、基本的に軸方向に延び、
前記Ｒ因子は、核燃料棒に対する隣接する燃料棒からの貢献を含む加重局所出力の影響を説明する因子であり、
前記方法は、
ローカルＲ因子（Ｒｉ（ｚ））が、前記バンドル内の各燃料棒（ｉ）ごとに、かつ、前記軸方向の複数の各レベル（ｚ）ごとに決定され、
そして、特定の燃料棒（ｉ）のためのローカルＲ因子（Ｒｉ（ｚ））を決定するとき、当該燃料棒（ｉ）のための個別の軸方向熱発生プロフィールが考慮され、
特定の燃料棒（ｉ）のためのレベル（ｚ）での前記ローカルＲ因子の決定は、次式、または等価な式、で実行される、
【数４】
0005424607.tif 000009
ここで、
ｚ＝軸線位置
ｚ’＝軸線位置を表す積分変数
ｚ’’＝軸線位置を表す積分変数
ｑｉ（ｚ）＝燃料棒ｉのレベルｚでの比例熱発生率
【数２】
0005424607.tif 000010
＝バンドル内の全ての燃料棒のレベルｚでの平均比例熱発生率
ｚ０＝前記バンドル内のバルク沸騰境界（ゼロ蒸気体積率限界）の軸線位置
ａ＝定数（０＜ａ＜１）
ｑｊ（ｚ）＝横に隣接する燃料棒ｊのレベルｚでの比例熱発生率
ｑｋ（ｚ）＝斜めに隣接する燃料棒ｋのレベルｚでの比例熱発生率
Ｓｉ＝燃料棒ｉのための横に隣接する燃料棒セット
Ｄｉ＝燃料棒ｉのための斜めに隣接する燃料棒セット
ＮＳｉ＝燃料棒ｉのための横に隣接する燃料棒の本数
ＮＤｉ＝燃料棒ｉのための斜めに隣接する燃料棒の本数
ｂ＝定数（０＜ｂ＜１）
ｃ＝定数（０＜ｃ＜１）
ｄ＝定数（０＜ｄ＜ｃ）
ｅｉ＝燃料棒ｉのためのドライアウト感度定数（または、「ロッド定数」）
ことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記レベルの数が、少なくとも１０に等しい請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記核燃料棒バンドルが、少なくとも１５本の燃料棒を含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記燃料棒バンドル全部のための前記各レベル（ｚ）のためのトータルＲ因子（Ｒｚ）の決定を含み、
或るレベル（ｚ）の前記トータルＲ因子（Ｒｚ）は、前記核燃料棒バンドルにおける前記レベル（ｚ）での前記ローカルＲ因子（Ｒｉ（ｚ））の最大値として決定される、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
沸騰水型原子炉系の軽水炉において核燃料棒バンドルのためのＲ因子を自動的に決定するプロセッサであって、
前記炉は、複数の核燃料棒バンドルを備え、
前記バンドル内の燃料棒は、少なくとも互いに実質的に平行に並べで配置され、かつ、基本的に軸方向に延び、
前記Ｒ因子は、核燃料棒に対する隣接する燃料棒からの貢献を含む加重局所出力の影響を説明する因子であり、
前記プロセッサは、
前記バンドル内の異なるレベル（ｚ）での異なる燃料棒（ｉ）の比例熱発生率（ｑｉ（ｚ））に関するデータを受信する入力を備え、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＲ因子を決定するように構成される、プロセッサ。
【請求項６】
コンピュータの内部記憶装置に直接ロード可能で、かつ、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成されたコンピュータプログラムを含むコンピュータプログラム製品。
【請求項７】
沸騰水型原子炉系の軽水炉における核燃料棒バンドルのための限界出力を決定する方法であって、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＲ因子の決定を含む、方法。
【請求項８】
沸騰水型原子炉系の軽水炉における核燃料棒バンドルのためのドライアウト（ＸＤＯ）でのローカル蒸気体積率によって限界出力を決定する方法であって、
前記方法は、
ドライアウト（ＸＤＯ）でのローカル蒸気体積率が、核燃料バンドルを通る冷却媒体の流量にどのように依存するか（ｆ１（Ｇ））を決定し、
ドライアウト（ＸＤＯ）でのローカル蒸気体積率が、核燃料バンドルの軸出力プロフィールにどのように依存するか（ｆ２（Ｉ２））を決定し、
ドライアウト（ＸＤＯ）でのローカル蒸気体積率が、核燃料配置のＲ因子にどのように依存するか（ｆ３（Ｒ））を決定し、
ドライアウト（ＸＤＯ）でのローカル蒸気体積率が、核燃料配置の冷却媒体の圧力にどのように依存するか（ｆ４（Ｐ））を決定し、
上記の決定に基づいて、ドライアウト（ＸＤＯ）でのローカル蒸気体積率を決定し、
Ｒ因子を決定するために、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法を用いてＲ因子が決定されることを特徴とする、方法。
【請求項９】
沸騰水型原子炉系の軽水炉を含む核エネルギープラントであって、前記プラントは、請求項７または８に記載の方法を実行するコントロールユニットを備える、核エネルギープラント。
【請求項１０】
原子炉の運転中に、原子炉の運転パラメータを検出するように調整された運転パラメータ検出器を含み、
前記コントロールユニットは、前記検出器から前記運転パラメータに関する情報を受信して、前記方法を実行するときにこれらの運転パラメータを使用するように調整される、
請求項９に記載の核エネルギープラント。
【請求項１１】
前記コントロールユニットは、当該コントロールユニットによって実行される前記方法に依存する原子炉の運転を制御するように調整される制御出力を備える、請求項９または１０に記載の核エネルギープラント。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載のコントロールユニットの一部を形成することができるコンピュータの内部記憶装置に直接ロード可能で、かつ、請求項７または８に記載の方法を実行するように構成されたコンピュータプログラムを含むコンピュータプログラム製品。
【請求項１３】
沸騰水型原子炉系の軽水炉を含む核エネルギープラントを運転する方法であって、
原子炉の運転パラメータに関する情報を提供するステップ、
前記情報を請求項７または８に記載の方法に使用するステップ、
上記の方法ステップに依存する原子炉の運転を制御するステップ、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽水炉、より詳しくは沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）におけるドライアウト特性の決定に関する。本発明は、特に、沸騰水型原子炉のドライアウト特性を決定するときに使われるいわゆるＲ因子を決定する方法に関する。Ｒ因子は、当業者に知られた概念であり、核燃料棒に対する隣接する燃料棒からの貢献を含む加重局所出力の影響を説明するものである。
【０００２】
本発明はまた、Ｒ因子を自動的に決定するために構成されるプロセッサ、コンピュータプログラム製品、燃料棒バンドルのための限界出力を決定する方法、核エネルギープラント、および核エネルギープラントを運転する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＢＷＲ炉心の燃料棒は、各バンドル内で燃料棒を予め定められた幾何学形状に保つために、スペーサおよび、通常はエンドプレートも有するバンドル状にグループ化される。燃料棒の予め定められた格子は、規則的でもよいし、不規則でもよく、軸方向に変化していてもよい。バンドルはその後、冷却材流量を上方へ導き、燃料配置（アレンジ）に機械および熱水力安定度を与えて、燃料の取り扱いおよび交換を容易にするために、チャンネルによって囲まれる。燃料集合体は、いくつかの（例えば４つの）燃料棒バンドル（時々、サブバンドルとも呼ばれる）を備えることができる。他の構造において、各燃料集合体は、１つの燃料棒バンドルだけを含む。
【０００４】
燃料バンドルは、燃料棒の本数に関してかなり大きく変化することができ、また、タイロッド、ウォータロッドおよび可燃吸収体ロッドのような特殊目的ロッドを含むこともできる。バンドルは、全長ロッドと、全長ロッドより基本的に短いいわゆる部分長ロッドとの両方を含むことができる。核分裂物質の濃縮は、燃料棒の内部で変化することができ、また、燃料棒から燃料棒へ変化することもできる。本発明は、これらの燃料アレンジおよび炉内でのそれらの作用の全てに適用できる。
【０００５】
当業者には周知のように、ＢＷＲでは、水の形態の冷却媒体は、燃料棒を含む燃料集合体の中を流れる。水の目的は、燃料棒を冷やして、中性子減速材として働くことである。蒸気と水との混合は、燃料バンドルの中を流れて、対流および沸騰による熱伝導によって燃料棒を冷却する。冷却材の蒸気体積率（ｔｈｅ  ｓｔｅａｍ  ｑｕａｌｉｔｙ）すなわち蒸気含有割合（ｔｈｅ  ｓｔｅａｍ  ｃｏｎｔｅｎｔ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）が増加するにつれて、流れパターンは変化する。バンドルの特定の地点で、環状の流れパターンが形成される。これは、燃料棒の表面上の薄い液体膜、および、チャンネル内の燃料棒間での蒸気と液滴との混合が存在することを意味する。この液体膜（フィルム）の存在は、燃料棒から冷却材への効率的な熱伝導を許容する。これは、有効な水蒸気発生と、燃料棒の過熱防止との両方を可能にする。この膜（フィルム）の破壊は、ドライアウトと呼ばれる。
【０００６】
ＢＷＲにおいて、ドライアウトは、回避されなければならない。ドライアウトは、燃料棒から原子炉冷却媒体への熱伝導を悪化させ、したがって、燃料棒の壁の温度上昇を導く。この温度上昇は、燃料棒に損傷を与えることができる。ＢＷＲが、特定の高パワーまたはそれ以上、いわゆる限界出力（ＣＰ）で運転される場合、ドライアウトはこのように発生する可能性がある。ドライアウトを回避するために、原子炉は、従って、特定の安全マージン、いわゆるドライアウトマージンが存在する低い出力で運転される。ドライアウトマージンの基準は、限界出力比（ＣＰＲ）である。ＣＰＲは、以下の比率として定義されることができる：
ＣＰＲ＝（限界出力）／（実効出力）
【０００７】
ＣＰＲは、炉心の多数の地点のために、局所的に算出されることができる。いかなる地点でのＣＰＲの最小値も、最小限界出力比ＭＣＰＲと呼ばれる。
【０００８】
以下において、限界出力、限界熱流束および限界蒸気体積率は、定常状態運転におけるそれら相互間の直線的な物理量変換法が存在するので、同義または等価の存在とみなされる。公知の冷却材流量および入口エンタルピーについては、蒸気体積率は、燃料アレンジ出力に蒸気／水・熱力学データを直接提供し、その逆もまたである。
【０００９】
限界出力を決定する異なる方法は、先行技術において公知である。ここに引用したＥＰ  １  ７７５  ７３２  Ａ１および対応する米国特許出願１１／５１２，９３８は、その１つの方法を記載する。どの方法によって限界出力が決定されるにしても、通常、上述したＲ因子を考慮に入れる必要がある。Ｒ因子は、上記引用のＥＰ  １  ７７５  ７３２  Ａ１（および対応する米国特許出願）にも言及される。
【００１０】
先行技術によれば、燃料棒バンドルにおける特定の燃料棒のためのＲ因子は、通常、隣接する燃料棒からの効果を考慮に入れることによって、また、Ｒ因子の軸線方向変動のための予め定められた重み関数を用いることによって、決定される。この重み関数は、通常、燃料バンドルのより高いレベルが、より低いレベルに比べてより重い重みを有する。重み関数は、バンドル内のすべての燃料棒に共通である。さらにまた、部分長さのロッドより上のレベルは、非常に高い付加定数を用いて通常補償される。このように、先行技術によれば、燃料棒バンドル内のあらゆる燃料棒のためのＲ因子を決定することが可能である。燃料バンドル内の異なる燃料棒のための最も高いＲ因子は、バンドル全体のためのＲ因子とされる。このＲ因子が、問題の燃料バンドルのための限界出力比を決定するときに使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、沸騰水型原子炉系の軽水炉におけるＲ因子を決定する改良された方法を提供することにある。更なる目的は、先行技術による場合以上に、個々の燃料棒の特性がより良好なこの種の方法を提供することである。他の目的は、結果として、部分長さの燃料棒を含む燃料バンドルのためのより正確な単数または複数のＲ因子になる、この種の方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの目的は、請求項１に記載の方法によって達成される。
【００１３】
本発明によれば、ローカルＲ因子（Ｒi（ｚ））は、前記バンドルにおける各燃料棒（ｉ）ごとに、そして、軸方向における複数の各レベル（ｚ）ごとに決定される。さらにまた、特定の燃料棒（ｉ）のための個々の軸方向熱発生プロフィールは、その燃料棒（ｉ）のためのローカルＲ因子（Ｒi（ｚ））を決定するときに考慮される。この方法によると、Ｒ因子およびこれによるドライアウト特性は、以前の方法よりも正確に決定されることができる。
【００１４】
本発明については、Ｒ因子の軸方向変動のための上記の予め定められた重み関数を使用する必要がない。この種の予め定められた重み関数は、各燃料棒ごとの各レベルごとに最適化されることができない。しかしながら、本発明では、ローカルＲ因子を決定するときに、燃料棒のための個々の軸方向熱発生プロフィールが使われるので、ローカルＲ因子は正確に決定されることができる。さらに、本発明では、ローカルＲ因子を決定するときに、燃料棒のための個々の軸方向熱発生プロフィールが使われるので、より短い燃料棒（いわゆる部分長さのロッド）のためのローカルＲ因子も、正確に決定されることができる。本発明については、従って、上述した非常に高い付加定数を用いて、より短い燃料棒を補償する必要がない。
【００１５】
本発明による方法の好適な実施態様によれば、前記レベルの数は、少なくとも１０に等しい。少なくとも１０のレベルを用いることによって、Ｒ因子プロフィールは、受け入れ可能な精度で決定される。
【００１６】
ローカルＲ因子が、（軸方向に連続的な）無限の数のレベルのために決定されることができるけれども、ローカルＲ因子は、決定を容易にするために、好ましくは、軸方向における限定された数のレベルのために決定される。レベルの数は、例えば１５〜５０の間が可能であるが、好ましくは、２０〜３０の間、例えば２５である。
【００１７】
好ましくは、前記核燃料棒バンドルは、少なくとも１５本の燃料棒を含む。バンドルは、いわゆるサブバンドルでありえるし、このバンドルの燃料棒の本数は、例えば２４本でもよい。あるいは、バンドルは、より大きい数の燃料棒、例えば燃料集合体のすべての燃料棒を含むことができる。
【００１８】
本発明による方法を実施する好適な手法によれば、前記方法は、燃料棒バンドル全体のための前記各レベル（ｚ）のためのトータルＲ因子（Ｒz）の決定を含み、或るレベル（ｚ）での前記トータルＲ因子（Ｒz）は、前記核燃料棒バンドルにおける前記レベル（ｚ）での前記ローカルＲ因子（Ｒi（ｚ））の最大値として決定される。この種のトータルＲ因子は、燃料集合体またはサブバンドルのためのドライアウト特性を決定するときに使用するのに便利である。
【００１９】
本発明による方法を実施する手法によれば、特定の燃料棒（ｉ）のための或るレベル（ｚ）での前記ローカルＲ因子（Ｒi（ｚ））の決定は、バンドル内のすべての燃料棒のレベル（ｚ）までの二重統合平均熱発生率（ｔｈｅ  ｄｏｕｂｌｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ａｖｅｒａｇｅ  ｈｅａｔ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｒａｔｅ）に対する、前記燃料棒（ｉ）のレベル（ｚ）までの二重統合熱発生率（ｔｈｅ  ｄｏｕｂｌｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｈｅａｔ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｒａｔｅ）の決定を含む。この種の決定が、ローカルＲ因子を決定するのに有利な手法を提供することが分かった。
【００２０】
「統合（または積分）（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）」の概念が、この文書において、必ずしも統合が連続的なことを意味するわけではない点に留意する必要がある。その代わりに、好適な実施の形態によれば、「統合（または積分）（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）」は、離散レベル（離散準位）のためになされる。示された数式のインテグラル記号は、従って、その代わりにこの種の離散レベルに関する総和記号とみなされることができる。
【００２１】
好ましくは、前記決定はまた、前記バンドル内のすべての燃料棒のレベル（ｚ）までの統合平均熱発生率に対する、前記燃料棒のレベル（ｚ）までの統合熱発生率による正規化を含み、前記バンドル内のすべての燃料棒のレベル（ｚ）までの二重統合平均熱発生率に対する、前記燃料棒のレベル（ｚ）までの二重統合熱発生率の正規化は、以下の決定により実行される：
【数１】
0005424607.tif 000002
または等価な式、ここで、
ｚ＝軸線位置
ｚ’＝軸線位置を表す積分変数（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｖａｒｉａｂｌｅ）
ｚ’’＝軸線位置を表す積分変数
ｑi（ｚ）＝燃料棒ｉのレベルｚでの比例熱発生率（ｌｉｎｅａｒ  ｈｅａｔ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｒａｔｅ）
【数２】
0005424607.tif 000003
＝バンドル内の全ての燃料棒のレベルｚでの平均比例熱発生率
ｚ0＝前記バンドル内のバルク沸騰境界（ｂｕｌｋ  ｂｏｉｌｉｎｇ  ｂｏｕｎｄａｒｙ）つまりゼロ蒸気体積率限界（ｚｅｒｏ  ｓｔｅａｍ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｌｉｍｉｔ））の軸線位置
ａ＝定数、０＜ａ＜１
この種の正規化は、ドライアウト特性に対するＲ因子の影響の判定（決定）を容易にする。
【００２２】
本発明による方法を実施する１つの手法によれば、特定の燃料棒（ｉ）のためのレベル（ｚ）での前記ローカルＲ因子（Ｒi（ｚ））の決定は、前記燃料棒のレベル（ｚ）までの統合熱発生率と、バンドル内の全ての燃料棒のレベル（ｚ）までの統合平均熱発生率に対する、前記燃料棒に隣接する燃料棒のレベル（ｚ）までの統合熱発生率の割合との合計の測定（決定）、を含む。
この種の決定は、ローカルＲ因子の決定の正確さを改善する。
【００２３】
前記燃料棒のレベル（ｚ）までの統合熱発生率と、バンドル内の全ての燃料棒のレベル（ｚ）までの統合平均熱発生率に対する、前記燃料棒に隣接する燃料棒のレベル（ｚ）までの統合熱発生率の割合との合計の前述の決定（測定）は、以下の決定により実行される：
【数３】
0005424607.tif 000004
または等価な式、ここで、記号は上記のものであり、また、
ｑj（ｚ）＝横に隣接する燃料棒ｊのレベルｚでの比例熱発生率
ｑk（ｚ）＝斜めに隣接する燃料棒ｋのレベルｚでの比例熱発生率
Ｓi＝燃料棒ｉのための横に隣接する燃料棒セット
Ｄi＝燃料棒ｉのための斜めに隣接する燃料棒セット
ＮSi＝燃料棒ｉのための横に隣接する燃料棒の本数
ＮDi＝燃料棒ｉのための斜めに隣接する燃料棒の本数
ｂ＝定数、０＜ｂ＜１
ｃ＝定数、０＜ｃ＜１
ｄ＝定数、０＜ｄ＜ｃ
これは、決定を実行することの正確で効率的な手法であることが判明した。
【００２４】
好ましくは、特定の燃料棒（i）のためのレベル（ｚ）での前記ローカルＲ因子の決定は、以下の決定により実行される：
【数４】
0005424607.tif 000005
または等価な式、ここで、記号は上記のものであり、また、
ｅi＝燃料棒ｉのためのドライアウト感度定数（または、「ロッド定数」）
【００２５】
他の態様によれば、本発明は、沸騰水型原子炉系の軽水炉において核燃料棒バンドルのためのＲ因子を自動的に決定するプロセッサを提供する。軽水炉は、複数の核燃料棒バンドルを備え、バンドル内の燃料棒は、少なくとも互いに実質的に平行に並べで配置され、かつ、基本的に軸方向に延びる。Ｒ因子は、核燃料棒に対する隣接する燃料棒からの貢献を含む加重局所出力の影響を説明する因子である。本発明によれば、プロセッサは、バンドル内の異なるレベル（ｚ）での異なる燃料棒（ｉ）の比例熱発生率（ｑi（ｚ））に関するデータを受信する入力を備え、以前の実施例のいずれか１つによるＲ因子を決定するように構成される。
【００２６】
同様に、本発明は、コンピュータ（コンピュータープログラムが構成したコンピュータ・プログラム製品構成が方法を方法の以前の実施例のいずれか一つに行う）の内部記憶装置に、直接ロード可能なコンピュータ・プログラム製品を提供する。
【００２７】
この種のプロセッサにおいて、そして、この種のコンピュータ・プログラム製品において、方法と関連した上記の効果が達成される。
【００２８】
本発明はまた、沸騰水型原子炉系の軽水炉における核燃料棒バンドルのための限界出力を決定する方法を提供し、前記方法は、以前の実施例のいずれか１つによるＲ因子の決定を含む。
【００２９】
本発明はまた、沸騰水型原子炉系の軽水炉における核燃料棒バンドルのためのドライアウト（ＸDO）でのローカル蒸気体積率によって限界出力を決定する方法を提供する。この方法は、以下を含む：
ドライアウト（ＸDO）でのローカル蒸気体積率が、核燃料バンドル（ｆ1（Ｇ））を通る冷却媒体の流量にどのように依存するかの決定、
ドライアウト（ＸDO）でのローカル蒸気体積率が、核燃料バンドル（ｆ2（Ｉ2））の軸出力プロフィールにどのように依存するかの決定、
ドライアウト（ＸDO）でのローカル蒸気体積率が、核燃料配置（ｆ3（Ｒ））のＲ因子にどのように依存するかの決定、
ドライアウト（ＸDO）でのローカル蒸気体積率が、核燃料配置（ｆ4（Ｐ））の冷却媒体の圧力にどのように依存するかの決定、
上記の決定に基づく、ドライアウト（ＸDO）でのローカル蒸気体積率の決定。
この方法は、Ｒ因子を決定するために上記の方法の実施例のいずれか１つによる方法を用いてＲ因子が決定されることを特徴とする。
【００３０】
本発明はまた、沸騰水型原子炉系の軽水炉を含む核エネルギープラントを提供する。前記プラントは、先の２つの段落のいずれか１つによる方法を実行するコントロールユニットを備える。
【００３１】
核エネルギープラントの一実施例によれば、プラントは、原子炉の運転中に、原子炉の運転パラメータを検出するように調整された運転パラメータ検出器を含み、コントロールユニットは、検出器から運転パラメータに関する情報を受信して、前記方法を実行するときにこれらの運転パラメータを使用するように調整される。
【００３２】
一実施例によれば、コントロールユニットは、コントロールユニットによって実行される前記方法に依存する原子炉の運転を制御するように調整される制御出力を備える。
【００３３】
さらにまた、本発明は、上記のコントロールユニットの一部を形成することができるコンピュータの内部記憶装置に直接ロード可能で、かつ、限界出力の決定方法の実施例のいずれか１つによる方法を実行するように構成されたコンピュータープログラムを含むコンピュータ・プログラム製品に関する。
【００３４】
最後に、本発明は、沸騰水型原子炉系の軽水炉を含む核エネルギープラントを運転する方法を提供し、前記方法は、以下のステップを含む：
原子炉の運転パラメータに関する情報を提供するステップ、
前記情報を、限界出力の決定方法の実施例のいずれか１つによる方法に使用するステップ、
上記の方法ステップに依存する原子炉の運転を制御するステップ。
すべてのこれらの異なる本発明の態様は、上記のそれらに対応する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の異なる態様が、運転中の核エネルギープラントに使用されることができる。しかしながら、例えば、実際の運転の前に核エネルギープラントのドライアウト特性を決定するために、核エネルギープラントの運転前に請求項１〜１３に記載の発明が用いられることもできる。このように、正しいドライアウトマージンが、プラントが実際に運転される前の場合であることが確実にされることができる。
【００３６】
図１は、本発明の実施形態を構成する核エネルギープラントを概略的（図式的）に示す。
【００３７】
核エネルギープラントは、沸騰水型原子炉系の軽水炉を備えている。原子炉は、炉心５が位置する原子炉容器３を備えている。当業者に知られていているように、炉心５は、バンドル内に複数の燃料棒が、少なくとも互いに実質的に平行に並び、かつ、軸方向に基本的に伸びて配置された複数の核燃料棒バンドルを備えている。水は、ポンプ９の助けを借りて取水口７を介して原子炉容器３に供給される。生成された蒸気は、放出口１１を経て容器３から排出される。制御棒１３は、制御棒駆動装置１５の助けを借りて、炉心５に対して移動することができる。
【００３８】
核エネルギープラントは、コントロールユニット１７を有し、コントロールユニット１７は最適にはコンピュータを含む。コントロールユニット１７は、本発明による方法を行うように調整される。コントロールユニット１７は、このように、例えば限界出力を決定するための本発明による方法を実行するように調整（プログラム）されることによって、原子炉の炉心５の異なる部分のためのドライアウトマージンを算出して、これにより、本発明による方法に従って核燃料棒バンドルのためのＲ因子を決定するように、例えば調整されることができる。
【００３９】
コントロールユニット１７は、運転中、原子炉の運転パラメータを検出するように調整される運転パラメータ検出器１９に接続されることができる。検出器１９は、冷却媒体（水）の全流量、冷却媒体の圧力、炉心５内の制御棒１３の位置、および炉心５の異なる部分における中性子束のような運転パラメータを、直接または間接に検出することができる。原子炉のこの種の運転パラメータをどのようにして検出するかは、当業者に周知である。
【００４０】
コントロールユニット１７は、このように、検出器１９から運転パラメータに関する情報を受信して、これらの運転パラメータを、例えば炉心５の異なる部分のドライアウトマージンを決定するために前述の方法を実行するときに、使用するように調整される。
【００４１】
算出されたドライアウトマージンに基づいて、核エネルギープラントの運転に対して責任がある人は、原子炉の運転出力を増減することができる。
【００４２】
あるいは、コントロールユニット１７は、コントロールユニット１７によって実行される前記方法に依存する原子炉の運転を、自動制御するように調整される制御出力２１を有することができる。本明細書で用いられる概念「コントロールユニット」が、このように２つの可能性を含む点に留意する必要がある：一方は、コントロールユニット１７が、人（オペレータ）に情報を供給し、その人（オペレータ）がその後、核エネルギープラントの運転を手動で制御する（オープンループ）ことができる監視装置を構成し、他方は、コントロールユニット１７が、核エネルギープラントを自動で制御する（クローズドループ）ための手段を含むことが可能である。しかしながら、いずれの場合においても、コントロールユニットは、原子炉のドライアウト特性に関する情報を提供するために、本発明による方法を自動的に実行するように調整される手段（例えばコンピュータ）を含むことが好ましい。
【００４３】
当業者は、原子炉の出力を制御する方法を知っている。これは、ポンプ９の助けを借りて冷却媒体の全流量を変えることによって、または、制御棒駆動装置１５の助けを借りて制御棒１３の位置を変えることによって、例えば実現されることができる。コントロールユニット１７からの出力２１は、このように、例えば冷却媒体の全流量または制御棒１３の位置を変えるように配置され、調整されることができる。
【００４４】
本発明はまた、コントロールユニット１７の一部を形成することができるコンピュータの内部記憶装置に、直接ロード可能なコンピュータ・プログラム製品２３を提供する。コンピュータ・プログラム製品２３は、原子炉の核燃料棒バンドルのためのＲ因子および／または限界出力を決定するための、本発明による方法を実行するように構成されるコンピュータープログラムを含む。
【００４５】
符号２３は、軽水炉の核燃料棒バンドルのためのＲ因子を自動的に決定するために構成されるプロセッサの参照符号として用いることもできる。すでに述べたように、Ｒ因子は、核燃料棒に対する隣接する燃料棒からの貢献を含む加重局所出力の影響を説明する因子である。プロセッサは、前記バンドルにおける異なるレベル（ｚ）での異なる燃料棒（ｉ）の比例熱発生率（ｑi（ｚ））に関するデータを受信する入力を備え、本発明による方法に従うＲ因子を決定するように構成される。
【００４６】
図２を参照して、核エネルギープラントを運転する本発明による方法の実施例について説明する。軽水炉は、沸騰水型原子炉系のものである。
【００４７】
情報は、上述したように、原子炉の運転パラメータに関して提供される。
【００４８】
この情報は、原子炉の核燃料棒バンドルのための限界出力を決定する本発明による方法に使われる。
【００４９】
限界出力は、例えば上述したＥＰ  １  ７７５  ７３２  Ａ１および対応する米国特許出願１１／５１２，９３８で説明したように、異なる方法で決定されることができる。限界出力は、このように、核燃料棒バンドルのためのドライアウト（ＸDO）でのローカル蒸気体積率によって決定されることができる、すなわち：
ドライアウト（ＸDO）でのローカル蒸気体積率が、核燃料棒バンドル（ｆ1（Ｇ））全体の冷却媒体流量にどのように依存するかを決定し、
ドライアウト（ＸDO）でのローカル蒸気体積率が、核燃料棒バンドル（ｆ2（Ｉ2））の軸出力プロフィールにどのように依存するかを決定し、
ドライアウト（ＸDO）でのローカル蒸気体積率が、核燃料配置（ｆ3（Ｒ））のＲ因子にどのように依存するかを決定し、
ドライアウト（ＸDO）でのローカル蒸気体積率が、核燃料配置（ｆ4（Ｐ））の冷却媒体の圧力にどのように依存するかを決定し、そして、
先行する決定を基礎としてドライアウト（ＸDO）でのローカル蒸気体積率を決定する。上記の引用された文書で述べたように、ドライアウトＸDOでのローカル蒸気体積率は、このように、機能として説明することができる：
【数５】
0005424607.tif 000006
ＸDOまたはドライアウト特性の他の適切な基準が決定されたとき、原子炉の運転は、原子炉が充分な安全マージンをもって運転されるように、決定された特性に依存して制御されることができる。
【００５０】
Ｒ因子の依存を決定するとき、Ｒ因子は、本発明による方法を用いて決定される。これを行う１つの方法について以下に説明する。
【００５１】
Ｒ因子はこのように、複数の核燃料棒バンドルを備えた沸騰水型原子炉系の軽水炉において、核燃料棒バンドルのために決定される。バンドルにおける燃料棒は、少なくとも実質的に互いに平行に並び、基本的に軸方向に延びて配置される。核燃料棒バンドルは、例えば２４本の燃料棒を含むことができる。バンドルのためのＲ因子を決定するために、最初に、前記バンドルの各燃料棒（ｉ）のための、かつ、前記軸方向の複数の各レベル（ｚ）のための、ローカルＲ因子（Ｒi（ｚ））が決定される。レベルの数は、例えば２５でもよい。特定の燃料棒（ｉ）のための個々の軸方向熱発生プロフィールは、前記燃料棒（ｉ）のためのローカルＲ因子（Ｒi（ｚ））を決定するときに考慮される。
【００５２】
燃料棒バンドル全体のための前記各レベル（ｚ）のトータルＲ因子（Ｒz）は、これにより、或るレベル（ｚ）での前記トータルＲ因子（Ｒz）が、前記核燃料棒バンドルにおける前記レベル（ｚ）での前記ローカルＲ因子（Ｒi（ｚ））の最大値として決定されることができる。
【００５３】
特定の燃料棒（ｉ）のための或るレベル（ｚ）での前記ローカルＲ因子（Ｒi（ｚ））の決定は、バンドルにおける全ての燃料棒のレベル（ｚ）までの二重統合平均熱発生率に対する、前記燃料棒（ｉ）のレベル（ｚ）までの二重統合熱発生率の決定を含む。決定は、バンドルにおける全ての燃料棒のレベル（ｚ）までの統合平均熱発生率に対する、前記燃料棒（ｉ）のレベル（ｚ）までの統合熱発生率による、正規化を含む。
【００５４】
さらにまた、特定の燃料棒（ｉ）のための或るレベル（ｚ）での前記ローカルＲ因子（Ｒi（ｚ））の決定は、前記燃料棒のレベル（ｚ）までの統合熱発生率の合計、および、バンドルにおける全ての燃料棒のレベル（ｚ）までの統合平均熱発生率に対する、前記燃料棒に隣接する燃料棒のレベル（ｚ）までの統合熱発生率の割合、を含む。
【００５５】
特定の燃料棒（i）のためのレベル（ｚ）での前記ローカルＲ因子の決定は、以下を決定することによって実行されることができる：
【数６】
0005424607.tif 000007
または等価な式、ここで、
ｚ＝軸位置
ｚ’＝軸位置を表す積分変数
ｚ’’＝軸位置を表す積分変数
ｑi（ｚ）＝レベルｚでのロッドｉの比例熱発生率
【数７】
0005424607.tif 000008
＝レベルｚでのバンドルにおける全てのロッドの平均比例熱発生率
ｚ0＝前記バンドルにおけるバルク沸騰境界（ゼロ蒸気体積率限界）の軸位置
ｑj（ｚ）＝レベルｚでの横に隣接する燃料棒ｊの比例熱発生率
ｑk（ｚ）＝レベルｚでの斜めに隣接する燃料棒ｋの比例熱発生率
Ｓi＝燃料棒ｉのための横に隣接する燃料棒セット
Ｄi＝燃料棒ｉのための斜めに隣接する燃料棒セット
ＮSi＝燃料棒ｉのための横に隣接する燃料棒の本数
ＮDi＝燃料棒ｉのための斜めに隣接する燃料棒の本数
ａ＝定数、０＜ａ＜１
ｂ＝定数、０＜ｂ＜１
ｃ＝定数、０＜ｃ＜１、好ましくは０＜ｃ＜０．２５
ｄ＝定数、０＜ｄ＜ｃ、好ましくは０＜ｄ＜０．１２５
ｅi＝燃料棒ｉのためのドライアウト感度定数（または、「ロッド定数」）
【００５６】
使用する概念は、当業者に知られている。しかしながら、図３を参照して、「横に隣接する燃料棒」および「斜めに隣接する燃料棒」の意味を、ここで説明する。図３は、２４本の燃料棒のバンドルの概略的横断面図である。この種のバンドル４つが合わさって、燃料集合体を形成する。横におよび斜めに隣接する燃料棒を説明するための例として、符号３１の付いた燃料棒を考慮することができる。この燃料棒３１は、３本の横に隣接する燃料棒すなわち燃料棒３２、３３、３４、および、２本の斜めに隣接する燃料棒すなわち燃料棒３５、３６を有する。
【００５７】
本発明は、このように、Ｒ因子およびドライアウト特性を有利に決定するための方法および装置を提供する。これにより、ドライアウトマージンが充分なことを確認しながら、より高い精度を有する核燃料プラントの運転を予測および制御することができ、そして、高性能を有するプラントを運転することが可能である、
【００５８】
本発明は、記載されている実施例に限定されず、請求項の範囲内で変更することができる。また、数式は、異なる方法で通常書かれることができ、同じ意味またはおよそ同じ意味を有することに注意すべきである。従って、請求項は、いくつかの請求項において定義される正確な数式に限定されるとみなされてはならない。請求項は、このように、同式と等価な式および、同式の近似を構成する代わりの式を包含することを意図する。この種の変形は、数値評価のために定期的に行われ、予め定められた適用範囲以上の高精度に合うように変えられることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】核エネルギープラントを概略的に示す図である。
【図２】本発明による方法の実施例の概略的フローチャートである。
【図３】燃料棒バンドルの概略的横断面図である。
【図１】
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【図２】
0005424607.tif 000012
【図３】
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