(57)【要約】【課題】  日負荷追従運転時における出力変更幅の拡大を可能とすると共に、停止用制御棒及び原子炉出力調整用制御棒の設計変更点を極力小さくし得る沸騰水型原子力プラントの炉心を提供する。【解決手段】  沸騰水型原子力プラントの炉心１は、ウラン及び／又はプルトニウムを充填した燃料集合体２と、中性子吸収材として炭化ホウ素が充填される同一構造の制御棒（３，４）を複数本備える。沸騰水型原子力プラントの炉心１に配される制御棒は、第１制御棒４と第２制御棒３を有し、第１制御棒４は、第２制御棒３よりも炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比が小さく、且つ、天然ホウ素中の質量数１０の同位体存在比よりも小さい低濃縮度制御棒である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウラン及び／又はプルトニウムを充填した燃料集合体と、中性子吸収材として炭化ホウ素が充填される同一構造の制御棒を複数本備える沸騰水型原子力プラントの炉心であって、
前記炉心に配される第１制御棒と第２制御棒を有し、
前記第１制御棒は、前記第２制御棒よりも炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比が小さく、且つ、天然ホウ素中の質量数１０の同位体存在比よりも小さい低濃縮度制御棒であることを特徴とする沸騰水型原子力プラントの炉心。
【請求項２】
請求項１に記載の沸騰水型原子力プラントの炉心において、
前記第１制御棒は前記炉心の少なくとも一部の制御セル内に配され、前記第２制御棒は前記炉心の非制御セル内に配されることを特徴とする沸騰水型原子力プラントの炉心。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の沸騰水型原子力プラントの炉心において、
前記第１制御棒に隣接するよう炉心に装荷される燃料集合体は、少なくとも１運転サイクル以上、炉心で燃焼させた燃料集合体であることを特徴とする沸騰水型原子力プラントの炉心。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の沸騰水型原子力プラントの炉心において、
前記第１制御棒は、軸方向において上部領域に充填される炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比が、下部領域に充填される炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比よりも小さいことを特徴とする沸騰水型原子力プラントの炉心。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の沸騰水型原子力プラントの炉心において、
前記第１制御棒は、軸方向において分割された上部領域、中央領域、及び下部領域を備え、
上部領域に充填される炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比が、中央領域に充填される炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比よりも小さく、且つ、中央領域に充填される炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比が、下部領域に充填される炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比よりも小さいことを特徴とする沸騰水型原子力プラントの炉心。
【請求項６】
複数の燃料棒をチャンネルボックス内に収容する燃料集合体を複数装荷する沸騰水型原子力プラントの炉心に挿入又は前記炉心より引き抜かれる制御棒であって、
前記制御棒は、同一構造を有する第１制御棒と第２制御棒と、を有し、
前記第１制御棒は、前記第２制御棒よりも炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比が小さく、且つ、天然ホウ素中の質量数１０の同位体存在比よりも小さい低濃縮度制御棒であることを特徴とする沸騰水型原子力プラント用制御棒。
【請求項７】
請求項６に記載の沸騰水型原子力プラント用制御棒において、
前記第１制御棒は前記炉心の少なくとも一部の制御セル内に配され、前記第２制御棒は前記炉心の非制御セル内に配されることを特徴とする沸騰水型原子力プラント用制御棒。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の沸騰水型原子力プラント用制御棒において、
前記第１制御棒は、少なくとも１運転サイクル以上、炉心で燃焼させた燃料集合体に隣接するよう配されることを特徴とする沸騰水型原子力プラント用制御棒。
【請求項９】
請求項６又は請求項７に記載の沸騰水型原子力プラント用制御棒において、
前記第１制御棒は、軸方向において上部領域に充填される炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比が、下部領域に充填される炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比よりも小さいことを特徴とする沸騰水型原子力プラント用制御棒。
【請求項１０】
請求項６又は請求項７に記載の沸騰水型原子力プラント用制御棒において、
前記第１制御棒は、軸方向において分割された上部領域、中央領域、及び下部領域を備え、
上部領域に充填される炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比が、中央領域に充填される炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比よりも小さく、且つ、中央領域に充填される炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比が、下部領域に充填される炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比よりも小さいことを特徴とする沸騰水型原子力プラント用制御棒。
【請求項１１】
少なくとも計測される発電機出力と予め設定される目標発電機出力との偏差に基づき、炉心へ制御棒を挿入又は前記炉心より制御棒を引き抜く沸騰水型原子炉の制御装置であって、
前記制御棒は、同一構造を有する第１制御棒と第２制御棒と、を有し、
前記第１制御棒は、前記第２制御棒よりも炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比が小さく、且つ、天然ホウ素中の質量数１０の同位体存在比よりも小さい低濃縮度制御棒であることを特徴とする沸騰水型原子炉の制御装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の沸騰水型原子炉の制御装置において、
前記第１制御棒の炉心の軸方向における位置が所定の位置となるよう制御する第１制御棒制御装置と、
前記第２制御棒の炉心の軸方向における位置が所定の位置となるよう制御する第２制御棒制御装置と、
前記第１制御棒及び前記第２制御棒の前記炉心より引き抜く順序を予め規定する制御棒引抜順序テーブを格納する記憶部と、を備え、
前記制御棒引抜順序テーブに基づき、前記第１制御棒の引き抜き順序が前記第２制御棒の引き抜き順序よりも後となるよう前記第１制御棒制御装置及び前記第２制御棒制御装置へ制御棒位置を出力することを特徴とする沸騰水型原子炉の制御装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の沸騰水型原子炉の制御装置において、
前記記憶部は、予め設定された原子炉出力と原子炉より発生する蒸気の圧力との相関関係を格納し、
計測される原子炉より発生する蒸気の圧力信号と前記記憶部に格納される相関関係に基づき求められる原子炉出力と、前記計測される発電機出力と予め設定される目標発電機出力との偏差に基づき、炉心に流入する冷却水の再循環流量を制御する再循環流量制御装置を備えることを特徴とする沸騰水型原子炉の制御装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の沸騰水型原子炉の制御装置において、
前記再循環流量制御装置による冷却水の再循環流量の制御を優先し、前記冷却水の再循環流量の制御を実行した後に、前記第１制御棒制御装置による前記第１制御棒の炉心への挿入又は前記炉心からの引き抜き及び前記第２制御棒制御装置による前記第２制御棒の炉心への挿入又は前記炉心からの引き抜きを実行することを特徴とする沸騰水型原子炉の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子力プラントの炉心、制御棒及び沸騰水型原子力の制御装置に係り、特に、制御棒操作により負荷追従運転する際の運用性を向上する沸騰水型原子力プラントの炉心、制御棒及び沸騰水型原子力の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力プラントにおいて、原子炉出力を調整する主たる方法として、制御棒の引抜・挿入及び再循環ポンプ速度の変更がある。このうち、制御棒の引抜・挿入は、制御棒による熱中性子の吸収を調節し、核分裂反応を制御する。一方、再循環ポンプ速度の変更では、炉心に流入する冷却材流量を調節し、ボイド量を加減することにより中性子の減速を変えて核分裂反応を制御する。制御棒の引抜・挿入では、操作する制御棒周辺の局所領域で出力が制御されるため急峻な出力分布の変化を伴うが、再循環ポンプ速度の変更では、炉心全体の出力が制御されるため出力分布の変化が生じにくいという特徴がある。  
沸騰水型原子力プラントで制御棒の引抜を行うとき、短時間で局所的に出力を増加させるとペレット−クラッディング相互作用（Ｐｅｌｌｅｔ―Ｃｌａｄｉｎｇ  
Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ：ＰＣＩ、以下、ＰＣＩと称する）により燃料棒被覆管に破損が生じることが知られており、これを防止するためＰＣＩしきい値と呼ばれる値を超える局所線出力密度では、出力増加速度を抑制（例えば０．１ＫＷ／ｆｔ／ｈｒ以下）する方法がとられてきた。しかし、この方法では、制御棒パターン交換などで高出力での制御棒操作が必要となる場合、非常に多くの時間を要する。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載される技術が提案されている。特許文献１では、制御棒の機能を出力整形―反応度制御機能と停止機能とに分け、低反応度の特別な設計の燃料を制御セル内に装荷し、出力整形―反応度制御用制御棒をこの制御セルに挿入する方法が示され、出力整形―反応度制御用制御棒として、ステンレス鋼で形成したグレイチップやハフニウム吸収材を用い、制御棒がその移動につれて隣接燃料の局所出力を徐々に変化させる構成が開示されている。また、特許文献１では、制御棒を構成するブレードの上部１／３の部分に炭化ホウ素（Ｂ―１０が高濃度）を、その長さの残り下側に通常の炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）を含有する旨記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１―１１１４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、原子力プラントは基底負荷運転、すなわち出力一定で運転する方法が主流であり、系統内で供給する電力量を調整する役割は主に水力発電や火力発電が担ってきた。しかし、近年、風力発電や太陽光発電の増加及びこれに伴う火力発電の減少が進む国などを中心に、原子力発電の発電量を変化させる負荷追従運転が増えつつある。  
原子力発電プラントの負荷追従運転は、出力変更の大きさと周期によっていくつかのカテゴリに分類されている。このうち、日負荷追従運転と呼ばれる運転では、昼夜での電力需要の変動に合わせて、昼間に発電量を大きく、夜間に発電量を抑制する。出力の変更幅は最大で定格の５０％を超えるケースもある。この日負荷追従運転では、キセノンの蓄積による反応度変化が出力変化に遅れて生じることが知られている。そのため、夜間に原子炉出力を低下して数時間維持した後に出力を定格値に戻した場合、徐々にキセノンによる負の反応度が低下し、出力が上昇を始める。図１１に、再循環ポンプ速度を変化させた場合の出力変化の一例を示す。図１１では、１時間経過した時点より再循環ポンプ速度を徐々に低下させ冷却水の再循環流量を減少させ、３時間経過時点から９時間経過時点までの６時間の間、低再循環流量を維持し、その後に定格ポンプ速度に戻したときの原子炉出力の変化を示している。図１１に示すように、再循環ポンプ速度を定格出力に戻した時点（１１時間（ｈ）経過時）の後も原子炉出力は上昇を続け、１２時間（ｈ）経過した時点頃から定格出力を超え、１７時間（ｈ）経過した時点では原子炉出力は定格出力を大きく超える値となっている。この原子炉出力の上昇は低下した出力のレベルが低いほど大きくなる。実際の運転では、定格出力に調整するため再循環ポンプ速度又は制御棒位置により出力を抑制する必要がある。
【０００６】
上述のように、定格出力付近の高出力状態で制御棒を操作すると急峻な局所出力の変化が生じるため、可能な限り再循環ポンプ速度で出力調整することが望ましいが、定格出力状態で調節できる冷却水の再循環流量の範囲は限定されている。そのため、原子炉出力をより低い出力レベルまで低下させるためには、定格出力付近で局所出力の急峻な変化を抑制しつつ制御棒を操作することが要求される。
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、局所出力の変化を緩やかにするために、出力整形−反応度調整用制御棒にグレイチップやハフニウムを用いた方法が示されているが、これらの変更は制御棒の設計を大きく変更するものである。そのため、重量変化に伴う駆動機構の見直しや高価なハフニウム吸収材の適用により製造コストが増加する。また、そもそも特許文献１に記載される構成では、Ｂ―１０が高濃度の炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）をブレードの上部１／３に含有する制御棒は、非制御セル内に配されるものであることから炉停止用の制御棒であり、運転制御については何ら考慮されていない。また、仮に、この制御棒を運転制御、すなわち、原子炉出力調整用の制御棒に適用すると、局所出力の歪を生じさせてしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、日負荷追従運転時における出力変更幅の拡大を可能とすると共に、停止用制御棒及び原子炉出力調整用制御棒の設計変更点を極力小さくし得る沸騰水型原子力プラントの炉心、制御棒、及び出力変更幅を拡大可能な沸騰水型原子炉の制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る沸騰水型原子力プラントの炉心は、ウラン及び／又はプルトニウムを充填した燃料集合体と、中性子吸収材として炭化ホウ素が充填される同一構造の制御棒を複数本備える沸騰水型原子力プラントの炉心であって、前記炉心に配される第１制御棒と第２制御棒を有し、前記第１制御棒は、前記第２制御棒よりも炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比が小さく、且つ、天然ホウ素中の質量数１０の同位体存在比よりも小さい低濃縮度制御棒であることを特徴とする。  
また、本発明に係る沸騰水型原子力プラント用制御棒は、複数の燃料棒をチャンネルボックス内に収容する燃料集合体を複数装荷する沸騰水型原子力プラントの炉心に挿入又は前記炉心より引き抜かれる制御棒であって、前記制御棒は、同一構造を有する第１制御棒と第２制御棒と、を有し、前記第１制御棒は、前記第２制御棒よりも炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比が小さく、且つ、天然ホウ素中の質量数１０の同位体存在比よりも小さい低濃縮度制御棒であることを特徴とする。  
また、本発明に係る沸騰水型原子炉の制御装置は、少なくとも計測される発電機出力と予め設定される目標発電機出力との偏差に基づき、炉心へ制御棒を挿入又は前記炉心より制御棒を引き抜く沸騰水型原子炉の制御装置であって、前記制御棒は、同一構造を有する第１制御棒と第２制御棒と、を有し、前記第１制御棒は、前記第２制御棒よりも炭化ホウ素に含まれる質量数１０のホウ素の同位体存在比が小さく、且つ、天然ホウ素中の質量数１０の同位体存在比よりも小さい低濃縮度制御棒であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、日負荷追従運転時における出力変更幅の拡大を可能とすると共に、停止用制御棒及び原子炉出力調整用制御棒の設計変更点を極力小さくし得る沸騰水型原子力プラントの炉心、制御棒、及び出力変更幅を拡大可能な沸騰水型原子炉の制御装置を提供することが可能となる。  
例えば、停止用制御棒及び出力調整用制御棒の設計変更点を極力小さくすることでコストを抑制しつつ、日負荷追従運転時における出力変更幅を拡大できる。また、設計変更点が小さいことにより、補修部品や点検業務を共通化でき保守性の向上が可能となる。  
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例に係る実施第１の沸騰水型原子力プラントの炉心の横断面図である。
【図２】図１に示す炉心を構成するセルの一例を示す横断面図である。
【図３】図１に示す炉心に配される低濃縮度制御棒の斜視図及び中性子吸収棒の縦断面図である。
【図４】図１に示す炉心に配される通常制御棒の斜視図及び中性子吸収棒の縦断面図である。
【図５】図１に示す炉心に配される他の通常制御棒の斜視図及び中性子吸収棒の縦断面図である。
【図６】本発明の他の実施例に係る実施例２の沸騰水型原子力プラントの炉心の横断面図である。
【図７】本発明の他の実施例に係る実施例３の低濃縮度制御棒の斜視図及び中性子吸収棒の縦断面図である。
【図８】本発明の他の実施例に係る実施例４の沸騰水型原子力プラントの全体概略構成図である。
【図９】図８に示す偏差信号出力器及び制御棒位置設定器の制御ブロック図である。
【図１０】図８に示す記憶部に格納される制御棒引抜順序テーブルの一例を示す図である。
【図１１】再循環ポンプ速度を変化させた場合の出力変化の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書においては、沸騰水型原子力炉の一例として、インターナルポンプを有する改良型沸騰水型原子炉（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ：ＡＢＷＲ）を示すが、これに限られるものではない。例えば、資源再利用型沸騰水型原子炉（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ−Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ  Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ：ＲＢＷＲ）、再循環ポンプを備え減速材としての冷却水を原子炉圧力容器外へ通流し再び原子炉圧力容器内のダウンカマへ流入させることで冷却水を循環させる通常の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）、或は、チムニによる冷却水の自然循環方式を用いることで、ＢＷＲにおける再循環ポンプ、ＡＢＷＲにおけるインターナルポンプを不要とする高経済性単純化沸騰水型原子炉（Ｅｃｏｎｏｍｉｃ  Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ：ＥＳＢＷＲ）等にも同様に適用できる。なお、資源再利用型沸騰水型原子炉（ＲＢＷＲ）へ適用する場合には、制御棒の水平断面は十字形状に代えてＹ字形状を有することになる。  
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の一実施例に係る実施第１の沸騰水型原子力プラントの炉心の横断面図（１／４炉心）である。図１に示すように、炉心１は、ウラン及び／又はプルトニウムの酸化物を充填した複数体の燃料集合体２、複数体の通常制御棒３、及び複数体の低濃縮度制御棒４にて構成されている。図示しないが、その他のセンサや構造材を含んでも良い。燃料集合体２は、第２制御棒としての通常制御棒３又は第１制御棒としての低濃縮度制御棒４に隣接する４体を一つのまとまり（以下、セルと称する）として、正方格子状に炉心１に装荷されている。また、炉心１の横断面は略円形となるように配置されるため、炉心１の最外周及びその周辺部にはセルに含まれない燃料集合体２も存在する。図１では、４体の低濃縮度制御棒４が制御セル内に配され、５０体の通常制御棒３が非制御セル内に配される場合を一例として示している。
【００１４】
図２は、図１に示す炉心を構成するセルの一例を示す横断面図である。図２では、４体の燃料集合体２と１体の低濃縮度制御棒４（第１制御棒）からなる制御セルの横断面図を示している。燃料集合体２は、正方格子状に配列した複数の燃料棒５とそれを取り囲むチャンネルボックス６を含む。低濃縮度制御棒４（第１制御棒）は、横断面が十字形状を有し中心部のタイロッド７に４枚のブレード８のシース９が溶接で固定されている。ブレード８のシース９はＵ字状の横断面形状を有し、その内部に円形の断面形状を有する複数の中性子吸収棒１０が一列に配列されて収納されている。
【００１５】
図３は、図１に示す炉心に配される低濃縮度制御棒の斜視図及び中性子吸収棒の縦断面図である。図３の左図に低濃縮度制御棒４の斜視図を、図３の右図に中性子吸収棒１０の縦断面図を示している。図３の左図に示すように、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）は、中心部のタイロッド７にブレード８が固定されている。ブレード８の上部にはハンドル１８が溶接により固定されている。また、ブレード８の下部には下部支持部材１９が溶接により固定されている。図３の右図に示すように、ブレード８のシース９に収納される中性子吸収棒１０は、軸方向（長手方向）における上端部を上部端栓１３ａ及び上部スチールウール１４ａ、軸方向（長手方向）における下端部を下部端栓１３ｂ及び下部スチールウール１４ｂにて密封されたステンレス鋼製の円筒状の被覆管１１の内部に、炭化ホウ素（以下、Ｂ４Ｃと記載する）の粉末１２を封入している。Ｂ４Ｃ粉末１２は、ホウ素中の質量数１０の同位体（以下、Ｂ―１０と記載する）存在比が天然ホウ素中のＢ―１０の存在比（１９．９％）よりも小さくしてある。このようなＢ―１０の存在比が小さいホウ素は、さまざまな分野で使用されるＢ―１０を濃縮したホウ素の副産物として得ることができる。
【００１６】
ここで、Ｂ―１０を濃縮する手法としては、例えば、蒸留法や化学的交換法などがあり、蒸留法では低沸点のホウ素化合物であるハロゲン化ホウ素を用いた低温蒸留が、また、化学的交換法では有機ホウフッ化化合物を用いた液交換反応が用いられる。このように、Ｂ―１０が濃縮された後のＢ４Ｃから高濃縮度のＢ―１０を抽出した後に、Ｂ４Ｃに残るＢ−１０、すなわち、Ｂ−１０の残渣は、天然ホウ素中のＢ―１０の存在比(１９．９％)よりも極めて小さくなる。このように、Ｂ―１０を濃縮したホウ素の副産物、すなわち、残渣として得られたＢ―１０存在比の小さいホウ素に天然ホウ素を混合することにより、所望のＢ―１０存在比を有するホウ素を比較的容易に得ることができる。このようなＢ―１０存在比の小さいＢ４Ｃ粉末１２（以下、低濃縮度Ｂ４Ｃ粉末１２と記載する）は、被覆管１１の内部で偏りが生じないように、複数の仕切り球１５の間に保持される。各仕切り球１５は、被覆管１１を絞って形成された一対の突起の間に配置されて高さ方向への移動が阻止（拘束）されている。
【００１７】
図４は、図１に示す炉心に配される通常制御棒の斜視図及び中性子吸収棒の縦断面図である。図４の左図に通常制御棒３の斜視図を、図３の右図に中性子吸収棒１０ｂの縦断面図を示している。なお、上述の図３に示した同一の部材には同一の符号を付している。図４の左図に示すように、通常制御棒３（第２制御棒）は、タイロッド７、ブレード８、シース９、ハンドル１８、及び下部支持部材１９を備え、これらは、上述の低濃縮度制御棒４（第１制御棒）と同一の構造となっている。さらに、図４の右図に示すように、中性子吸収棒１０ａの被覆管１１、上部端栓１３ａ、上部スチールウール１４ａ、下部端栓１３ｂ、下部スチールウール１４ｂ、及び仕切り球１５も、上述の中性子吸収棒１０と共通部材である。相違点は充填しているＢ４Ｃ粉末であり、通常制御棒３（第２制御棒）では、天然ホウ素を原料に製造したＢ４Ｃ粉末１６（以下、通常Ｂ４Ｃ粉末１６と記載する）を充填している。これにより、通常制御棒３（第２制御棒）は、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）よりも中性子吸収が強くなっている。
【００１８】
図５は、図１に示す炉心に配される他の通常制御棒の斜視図及び中性子吸収棒の縦断面図である。図５の左図に通常制御棒３の斜視図を、図５の右図に中性子吸収棒１０ｂの縦断面図を示している。図４に示した例と同様に、Ｂ４Ｃ粉末以外は低濃縮制御棒４（第１制御棒）と同一の構造となっている。図５の右図に示す中性子吸収棒１０ｂでは、Ｂ―１０を濃縮（例えば、５０％）したホウ素を原料として製造したＢ４Ｃ粉末１７（以下、高濃縮度Ｂ４Ｃ粉末１７と記載する）を充填している。従って、図５に示す通常制御棒３（第２制御棒）は、図４に示した通常制御棒３（第２制御棒）よりも更に中性子吸収が強くなっている。
【００１９】
以下に炉心１の動作について説明する。  
炉心１は、停止状態では全ての通常制御棒３及び低濃縮度制御棒４（第１制御棒）が燃料集合体２の間隙に全量挿入されている。この状態から、通常制御棒３（第２制御棒）を、炉心１より軸方向下方へと徐々に引き抜くことにより、燃料物質中で生じる核分裂が増加する。通常制御棒３（第２制御棒）を一定量引き抜くと、炉心１は臨界を経て出力が上昇する。全ての通常制御棒３（第２制御棒）の引き抜き終わった後は、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）を、炉心１より軸方向下方へと順次引き抜いていき、一定量の低濃縮度制御棒４（第１制御棒）が炉心１内に挿入された状態で炉心１は定格出力状態に達する。
【００２０】
定格出力運転状態において、日負荷追従運転により、夜間などの電力需要の小さい時間帯に原子炉出力を低下する際、冷却水の再循環流量を減少することが可能であれば再循環流量を減少させ、再循環流量の制御範囲に余裕が無い場合には低濃縮度制御棒４（第１制御棒）を挿入する。この時、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）は、通常制御棒３（第２制御棒）に比べて中性子吸収が弱いため、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）に隣接する局所的な領域にある燃料（燃料集合体２）の出力変化は、通常制御棒３（第２制御棒）を挿入した場合に比べて小さい。また、原子炉出力を低下して維持した後、再び定格出力に戻した後にキセノンによる反応度変化を補償する必要が生じるが、冷却水の再循環流量による調整に加え、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）の挿入・引抜による調整が利用できる。この場合においても、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）による局所出力の変化を緩やかにすることができる。  
また、上述のように、通常制御棒３（第２制御棒）を構成する部材と低濃縮度制御棒４（第１制御棒）を構成する部材とを、同一の構造としている。通常制御棒３（第２制御増）及び低濃縮度制御棒４（第１制御棒）の中性子吸収の強さは、Ｂ４Ｃ粉末の濃縮度で変えている、すなわち、通常制御棒３（第２制御棒）には通常Ｂ４Ｃ粉末１６又は高濃縮度Ｂ４Ｃ粉末１７が充填されており、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）には低濃縮度Ｂ４Ｃ粉末１２が充填されている。Ｂ４Ｃ粉末を使用している点は同一であり、化学的な特性まで共通である。従って、通常制御棒３（第２制御棒）及び低濃縮度制御棒４（第１制御棒）の重量或は強度などに差は無く、駆動機構や取替のための治具や保守方法などを容易に共通化できる。
【００２１】
なお、本実施例では、図１に示したように、４体の低濃縮度制御棒４（第１制御棒）が制御セル内に配され、５０体の通常制御棒３（第２制御棒）が非制御セル内に配される場合を一例として説明したがこれに限られるものでは無い。例えば、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）を非制御セル内に配する構成としても良く、また、全ての制御セルに低濃縮度制御棒４（第１制御棒）を配する構成に代えて、少なくとも一部の制御セル内に低濃縮度制御棒４（第１制御棒）を配する構成としても良い。換言すれば、本実施例に係る沸騰水型原子力プラントの炉心１には、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）及び通常制御棒３（第２制御棒）よりなるＢ−１０の濃縮度（天然ホウ素中の質量数１０のホウ素の同位体存在比）の異なる、少なくとも２種類の制御棒が配される。そして、特に、制御セル、非制御セルに拘泥することなく、天然ホウ素中の質量数１０のホウ素の同位体存在比よりも小さい低濃縮度Ｂ４Ｃ粉末１２を充填する低濃縮度制御棒４（第１制御棒）は、原子炉出力調整用の制御棒として沸騰水型原子力プラントの炉心１において所望の位置に配されるものである。
【００２２】
以上の通り本実施例によれば、日負荷追従運転時における出力変更幅の拡大を可能とすると共に、停止用制御棒及び原子炉出力調整用制御棒の設計変更点を極力小さくし得る沸騰水型原子力プラントの炉心及び制御棒を提供することが可能となる。  
また、本実施例によれば、停止用制御棒として機能する通常制御棒３（第２制御棒）及び原子炉出力調整用制御棒として機能する低濃縮度制御棒４（第１制御棒）の設計変更点が極力化されることでコストを抑制しつつ、日負荷追従運転時における出力変更幅を拡大できる。また、設計変更点が小さいことにより、補修部品や点検業務を共通化でき保守性の向上が可能となる。
【実施例２】
【００２３】
図６は、本発明の他の実施例に係る実施例２の沸騰水型原子力プラントの炉心の横断面図（１／４炉心）である。本実施例では、ウラン及び／又はプルトニウムの酸化物を充填した燃料集合体２に加え、低反応度燃料集合体２１を炉心２０に装荷すると共に、４体の低反応度燃料集合体２０が低濃縮度制御棒４に隣接するよう配されセルを構成する点が実施例１と異なる。実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では、実施例１と重複する説明を省略する。
【００２４】
図６に示すように、炉心２０は、ウラン及び／又はプルトニウムの酸化物を充填した複数体の燃料集合体２、複数体の低反応度燃料集合体２１、複数体の通常制御棒３、及び複数体の低濃縮度制御棒４にて構成されている。図示しないが、その他のセンサや構造材を含んでも良い。低反応度燃料集合体２１は、４体の低濃縮度制御棒４（第１制御棒）に隣接する位置（セル内）に、それぞれ４体装荷されている。低反応度燃料集合体２１は、少なくとも１運転サイクル以上、原子炉内部で燃焼された燃料集合体であり、燃焼を経験していない燃料集合体に比べて反応度が低いものとなっている。また、図６では、４体の低濃縮度制御棒４が制御セル内に配され、５０体の通常制御棒３が非制御セル内に配される場合を一例として示している。なお、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）には、上述の実施例１と同様に図３に示した低濃縮度Ｂ４Ｃ粉末１２が充填されており、通常制御棒３（第２制御棒）は、上述の実施例１と同様に、図４に示した通常Ｂ４Ｃ粉末１６が充填される通常制御棒３（第２制御棒）、或は、図５に示した高濃縮度Ｂ４Ｃ粉末１７が充填される通常制御棒３（第２制御棒）である。このような炉心２０は、上述の実施例１の炉心１と同様に、一定量の低濃縮度制御棒４（第１制御棒）が挿入された状態で定格出力に到達するように設計される。定格出力運転状態において、日負荷追従運転により、夜間などの電力需要の小さい時間帯に原子炉出力を低下する際、冷却水の再循環流量の調整或は低濃度制御棒４（第１制御棒）を炉心２０へ挿入により原子炉出力を低下することができる。また、原子炉出力を低下して維持した後、再び定格出力に戻した後にキセノンによる反応度変化を補償する必要が生じるが、冷却水の再循環流量による調整に加え、低濃度制御棒４（第１制御棒）の挿入・引抜による調整が利用できる。
【００２５】
この時、各低濃縮度制御棒４（第１制御棒）に隣接する４体の低反応度燃料集合体２１は、炉心２０内での相対的な出力が低く、ＰＣＩしきい値に対する余裕が大きい。そのため、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）を挿入・引抜したときの局所出力変化の緩やかさと相乗して、原子炉出力の調整のため低濃縮度制御棒４（第１制御棒）を挿入・引抜したときにＰＣＩしきい値を超える頻度を低減できる。
【００２６】
さらに、本実施例においても、通常制御棒３（第２制御棒）を構成する部材と低濃縮度制御棒４（第１制御棒）を構成する部材とを、同一の構造としている。通常制御棒３（第２制御増）及び低濃縮度制御棒４（第１制御棒）の中性子吸収の強さは、Ｂ４Ｃ粉末の濃縮度で変えている、すなわち、通常制御棒３（第２制御棒）には通常Ｂ４Ｃ粉末１６又は高濃縮度Ｂ４Ｃ粉末１７が充填されており、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）には低濃縮度Ｂ４Ｃ粉末１２が充填されている。Ｂ４Ｃ粉末を使用している点は同一であり、化学的な特性まで共通である。従って、通常制御棒３（第２制御棒）及び低濃縮度制御棒４（第１制御棒）の重量或は強度などに差は無く、駆動機構や取替のための治具や保守方法などを容易に共通化できる点は上述の実施例１と同様である。
【００２７】
なお、本実施例では、図６に示したように、４体の低濃縮度制御棒４（第１制御棒）が制御セル内に配され、５０体の通常制御棒３（第２制御棒）が非制御セル内に配される場合を一例として説明したがこれに限られるものでは無い。例えば、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）を非制御セル内に配する構成としても良く、また、全ての制御セルに低濃縮度制御棒４（第１制御棒）を配する構成に代えて、少なくとも一部の制御セル内に低濃縮度制御棒４（第１制御棒）を配する構成としても良い。換言すれば、本実施例に係る沸騰水型原子力プラントの炉心１には、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）及び通常制御棒３（第２制御棒）よりなるＢ−１０の濃縮度（天然ホウ素中の質量数１０のホウ素の同位体存在比）の異なる、少なくとも２種類の制御棒が配される。そして、特に、制御セル、非制御セルに拘泥することなく、天然ホウ素中の質量数１０のホウ素の同位体存在比よりも小さい低濃縮度Ｂ４Ｃ粉末１２を充填する低濃縮度制御棒４（第１制御棒）は、原子炉出力調整用の制御棒として沸騰水型原子力プラントの炉心１において所望の位置に配されるものである。
【００２８】
以上の通り本実施例によれば、実施例１の効果に加え、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）に隣接する低反応度燃料集合体２１は、炉心２０内での相対的な出力が低くＰＣＩしきい値に対する余裕が大きい。そのため低濃縮度制御棒４を挿入・引抜したときの局所出力変化の緩やかさと相乗して、原子炉出力の調整のため低濃縮度制御棒４（第１制御棒）を挿入・引抜したときにＰＣＩしきい値を超える頻度を低減することが可能となる。
【実施例３】
【００２９】
図７は、本発明の他の実施例に係る実施例３の低濃縮度制御棒の斜視図及び中性子吸収棒の縦断面図である。本実施例では、ブレードのシースに収納される中性子吸収棒を、軸方向（長手方向）において略中央部より上部領域と下部領域に分割し、上部領域に低濃縮Ｂ４Ｃ粉末を充填すると共に下部領域に通常Ｂ４Ｃ粉末を充填する構成とした点が実施例１と異なる。実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では、実施例１と重複する説明を省略する。
【００３０】
図７の左図に低濃縮度制御棒４の斜視図を、図７の右図に中性子吸収棒１０ｃの縦断面図を示している。図７の左図に示すように、低濃縮度制御棒４（第１制御棒）は、中心部のタイロッド７にブレード８が固定されている。ブレード８の上部にはハンドル１８が溶接により固定されている。また、ブレード８の下部には下部支持部材１９が溶接により固定されている。図７の右図に示すように、ブレード８のシース９に収納される中性子吸収棒１０ｃは、軸方向（長手方向）における上端部を上部端栓１３ａ及び上部スチールウール１４ａ、軸方向（長手方向）における下端部を下部端栓１３ｂ及び下部スチールウール１４ｂにて密封されたステンレス鋼製の円筒状の被覆管１１の内部に、Ｂ４Ｃの粉末を封入している。Ｂ４Ｃの粉末は、被覆管１１の内部で偏りが生じないように、複数の仕切り球１５の間に保持される。各仕切り球１５は、被覆管１１を絞って形成された一対の突起の間に配置されて高さ方向への移動が阻止（拘束）されている。
【００３１】
図７の右図に示す例では、３個の仕切り球１５を有する例を示している。特に、これら３個の仕切り球１５のうち、軸方向（長手方向）において略中央部に位置する仕切り球１５を境界として、境界上部には低濃縮度Ｂ４Ｃ粉末１２を充填し、境界下部には通常Ｂ４Ｃ粉末１６を充填している。換言すれば、中性子吸収棒１０ｃは、軸方向（長手方向）において略中央部にて２分割され、上部領域に低濃縮度Ｂ４Ｃ粉末１２を充填し、下部領域に通常Ｂ４Ｃ粉末１６を充填している。そのため、中性子吸収棒１０ｃは、境界上部（上部領域）では通常制御棒３よりも中性子吸収が弱く、境界下部（下部領域）では通常制御棒３と同様の中性子吸収となっている。
【００３２】
本実施例では、低濃縮度制御棒４を例えば図１に示す炉心１より引抜するときに、隣接する燃料集合体２が通常制御棒３相当から低濃縮度制御棒４相当を経て制御棒が隣接しない状態（制御棒全引抜）まで中性子吸収の強さが段階的に変化していくため、局所出力の変化を緩やかにできる。また、本実施例の低濃縮度制御棒４では、低濃縮度制御棒４全体としての中性子吸収力は、実施例１における低濃縮度制御棒４（図３）よりも強くすることができる。そのため、定格出力付近での高出力状態で低濃縮度制御棒４を操作したときのＰＣＩを緩和しつつ、炉心１の停止余裕を高めることができる。なお、本実施例の低濃縮度制御棒４を上述の実施例２における炉心２０に配する構成とすれば、定格出力付近での高出力状態で低濃縮度制御棒４を操作したときのＰＣＩを更に緩和することが可能となる。
【００３３】
なお、通常Ｂ４Ｃ粉末１６に代えて、図５に示した天然ホウ素を原料としてＢ−１０を、例えば５０％に濃縮した高濃縮度Ｂ４Ｃ粉末１７を中性子吸収棒１０ｃの境界下部（下部領域）に充填する構成としても良い。  
また、中性子吸収棒１０ｃを軸方向（長手方向）に沿って３つの領域に分割し、上部領域に低濃縮度Ｂ４Ｃ粉末１２、中央領域に図４に示した通常Ｂ４Ｃ粉末１６、下部領域に図５に示した高濃縮度Ｂ４Ｃ粉末１７を充填する構成としても良い。なお、中性子吸収棒１０ｃを軸方向に分割する分割数は上記に限られず、所望の数だけ分割しても良い。この場合、Ｂ−１０の濃縮度が中性子吸収棒１０ｃの軸方向に沿って下部端栓１３ｂ及び下部スチールウール１４ｂ側へ向かうに従い高くなるよう構成することが望ましい。また、上述のように、中性子吸収棒１０ｃを軸方向（長手方向）における分割数を増やし、Ｂ−１０の濃縮度が軸方向に沿って下部端栓１３ｂ及び下部スチールウール１４ｂ側へ向かうに従い高くなるよう構成することにより、低濃縮度制御棒４の挿入・引抜時における局所出力の変化をより段階的に緩やかにすることが可能となる。
【００３４】
以上の通り本実施例によれば、実施例２の効果に加え、定格出力付近での高出力状態で低濃縮度制御棒４（第１制御棒）を操作したときのＰＣＩを緩和しつつ、炉心の停止余裕を高めることが可能となる。
【実施例４】
【００３５】
図８は、本発明の他の実施例に係る実施例４の沸騰水型原子力プラントの全体概略構成図である。図８では、配管を実線にて示し、信号線を点線にて示している。図８に示すように、沸騰水型原子力プラント１００は、沸騰水型原子炉の一例として示す改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）、蒸気タービン１０７、発電機１０８、復水器１０９、給水ポンプ１１０、及び改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）を制御する制御装置２００を備える。
【００３６】
改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）は、原子炉圧力容器１０１内に円筒状の炉心シュラウド（図示せず）が設けられ、炉心シュラウド内に、複数体の燃料集合体（図示せず）が装荷された炉心１０２が配設されている。また、原子炉圧力容器１０１内には、炉心１０１の上方へと延伸する気水分離器（図示せず）及び気水分離器の上方に配される蒸気乾燥器（図示せず）が設けられている。原子炉圧力容器１０１と炉心シュラウドの間には環状のダウンカマが形成されている。ダウンカマ内には、原子炉圧力容器１０１の底部である下鏡を貫通するようインターナルポンプ１０３が配設されている。
【００３７】
インターナルポンプ１０３から吐出された冷却水は、下部プレナム（図示せず）を経て炉心１０２に供給される。冷却水は、炉心１０２を通過する際に加熱されて水及び蒸気を含む気液二相流となる。気水分離器は気液二相流を蒸気と水に分離する。分離された蒸気は、更に蒸気乾燥器で湿分が除去されて主蒸気配管１１１に導かれる。また、原子炉圧力容器１０１には、低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）及び通常制御棒１０５が備えられており、炉心１０２の出力を調整して発生する蒸気量を制御する。  
主蒸気配管１１１に導かれた湿分が除去された蒸気は、主蒸気配管１１１に設置される加減弁１０６を介して蒸気タービン１０７に導かれ、蒸気タービン１０７を回転させる。蒸気タービン１０７に連結された発電機１０８が回転することで、蒸気のエネルギーが電力に変換され、電力を発生する。蒸気タービン１０７で仕事を終えた湿分が除去された蒸気は復水器１０９で海水との熱交換（図示しない）により凝縮され冷却水となる。冷却水は、給水配管１１２に設置される給水ポンプ１１０により原子炉圧力容器１０１に供給さされる。給水配管１１２より原子炉圧力容器１０１内へ供給される冷却水は、気水分離器及び蒸気乾燥器にて分離された水と共に落下してダウンカマ内に達する。
【００３８】
インターナルポンプ１０３には再循環流量制御装置２１５が接続されており、インターナルポンプ１０３の速度を指令値に一致するように制御する。低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）には第１制御棒制御装置２１７が接続されており、通常制御棒１０５（第２制御棒）には第２制御棒制御装置２１８が接続されている。第１制御棒制御装置２１７は低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）の位置が所定の位置となるよう制御し、第２制御棒制御装置２１８は通常制御棒１０５（第２制御棒）の位置が所定の位置となるよう制御する。加減弁１０６には圧力制御装置２２１が接続され、原子炉出力が所定の値となるよう加減弁１０６の開度を制御する。再循環流量制御装置２１５、第１制御棒制御装置２１７、第２制御棒制御装置２１８、及び圧力制御装置２２１は、出力制御装置２１１に信号線を介して接続されている。
【００３９】
出力制御装置２１１は、偏差信号出力器２１６、制御棒位置設定器２１９、記憶部２２０、及び加減弁開度設定器２２２を備える。また、出力制御装置２１１には、目標発電機出力設定器２１２より予め設定された目標発電機出力、主蒸気配管１１１であって加減弁１０６よりも上流側に設置される圧力センサ２１４により計測された圧力信号、及び発電機１０８に設定される発電機出力センサ２１３により計測された発電機出力が入力される。出力制御装置２１１を構成する偏差信号出力器２１６は、入力される目標発電機出力及び計測された発電機出力並びに計測された圧力信号に基づき偏差信号を求め、求めた偏差信号を再循環流量制御装置２１５へ信号線を介して出力する。出力制御装置２１１を構成する記憶部２２０は、予め設定された原子炉出力と主蒸気配管１１１内の圧力との相関関係を格納すると共に、詳細後述する制御棒引抜順序テーブルを所定の記憶領域に格納している。出力制御装置２１１を構成する制御棒位置設定器２１９は、上記偏差信号に基づき低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）の制御棒位置を求め、求めた制御棒位置を第１制御棒制御装置２１７へ信号線を介して出力する。また、制御棒位置設定器２１９は、上記偏差信号に基づき通常制御棒１０５（第２制御棒）の制御棒位置を求め、求めた制御棒位置を第２制御棒制御装置２１８へ信号線を介して出力する。  
沸騰水型原子炉の制御装置２００は、上述の目標発電機出力設定器２１２、発電機出力センサ２１３、圧力センサ２１４、再循環流量制御装置２１５、第１制御棒制御装置２１７、第２制御棒制御装置２１８、出力制御装置２１１、及び圧力制御装置２２１から構成される。
【００４０】
図９は、図８に示す偏差信号出力器２１６及び制御棒位置設定器２１９の制御ブロック図である。図９に示すように、偏差信号出力器２１６は、目標発電機出力設定器２１２より出力された目標発電機出力と発電機出力センサ２１３により計測された発電機出力を入力として発電機出力偏差を算出する第１減算器２４１ａ、発電機出力偏差に基づき負荷要求信号出力する制御器２４２、及び、主蒸気配管１１１設置される圧力センサ２１４により計測された圧力信号を取込み記憶部２２０に格納される予め設定された原子炉出力と主蒸気配管１１１内の圧力との相関関係に基づき原子炉出力を求める変換部２４３を備える。また、偏差信号出力器２１６は、制御器２４２より出力される負荷要求信号と変換部２４３より出力される原子炉出力との偏差を偏差信号として算出する第２減算器２４１ｂ、及び第１スイッチ２４５ａを備え、第１スイッチ２４５ａがＯＮのとき（閉じているとき）第２減算器２４１ｂより出力される偏差信号を再循環流量制御装置２１５へ信号線を介して出力する。なお、制御器２４２は比例積分演算を実行する。
【００４１】
図９に示すように、制御棒位置設定器２１９は、目標発電機出力設定器２１２より出力された目標発電機出力と発電機出力センサ２１３により計測された発電機出力を入力として発電機出力偏差を算出する第１減算器２４１ａ、発電機出力偏差に基づき負荷要求信号出力する制御器２４２、及び、主蒸気配管１１１設置される圧力センサ２１４により計測された圧力信号を取込み記憶部２２０に格納される予め設定された原子炉出力と主蒸気配管１１１内の圧力との相関関係に基づき原子炉出力を求める変換部２４３を備える。また、制御棒位置設定器２１９は、制御器２４２より出力される負荷要求信号と変換部２４３より出力される原子炉出力との偏差を偏差信号として算出する第２減算器２４１ｂ、第２スイッチ２４５ｂ、第２減算器２４１ｂより出力される偏差信号と第１設定値（＞０）とを比較する第１比較器２４４ａ、及び第２減算器２４１ｂより出力される偏差信号と第２設定値（＜０）とを比較する第２比較器２４４ｂを備える。制御棒位置設定器２１９は、第２スイッチ２４５ｂがＯＮのとき（閉じているとき）第２減算器２４１ｂより出力される偏差信号を第１比較器２４４ａ及び第２比較器２４４ｂへ入力し、第１比較器２４４ａによる比較の結果、偏差信号が第１設定値（＞０）よりも大きい場合、低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）を最小駆動単位だけ引き抜く位置及び通常制御棒１０５（第２制御棒）については運転時においては全引抜状態にあることから当該位置を維持するよう、それぞれ、第１制御棒制御装置２１７及び第２制御棒制御装置２１８へ制御棒位置として出力する。一方、第２比較器２４４ｂによる比較の結果、偏差信号が第２設定値（＜０）よりも小さい場合、低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）を最小駆動単位だけ挿入する位置及び通常制御棒１０５（第２制御棒）を最小駆動単位だけ挿入する位置或は全引抜状態の位置を、それぞれ、第１制御棒制御装置２１７及び第２制御棒制御装置２１８へ制御棒位置として出力する。このとき、動作させる制御棒は、出力制御装置２１１を構成する記憶部２２０の所定の記憶領域に格納される制御棒引抜順序テーブルにより決定する。
【００４２】
なお、第１設定値（＞０）及び第２設定値（＜０）の設定については、例えば、予め偏差の許容範囲に基づき、当該偏差の許容範囲の上限値（正の値）を第１設定値（＞０）として設定する。また、上記偏差の許容範囲の下限値（負の値）を第２設定値（＜０）として設定する。また、上述の第１スイッチ２４５ａ及び第２スイッチ２４５ｂのＯＮ／ＯＦＦ制御は、例えば、運転員によるマニュアル操作にて実現される。或いは、自動制御の場合には、第１スイッチ２４５ａをＯＮ且つ第２スイッチ２４５ｂをＯＦＦとし優先的に冷却水の再循環流量を調整することにより余剰反応度を低下させ、冷却水の再循環流量の調整によっても余剰反応度が上昇する場合には、第２スイッチ２４５ｂをＯＮ且つ第１スイッチ２４５ａをＯＦＦとし低濃縮度制御棒１０４を炉心１０２に挿入し余剰反応度を低下させる。余剰反応度が所定値以下となった時点で、再度、第１スイッチ２４５ａをＯＮ且つ第２スイッチ２４５ｂをＯＦＦとし再循環流量を調整することにより余剰反応度を低下させる。なお、上述の低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）及び通常制御棒１０５（第２制御棒）の最小駆動単位とは、例えば、低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）及び通常制御棒１０５（第２制御棒）の全挿入長さの１／１００等に設定することができる。また、本実施例における低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）及び通常制御棒１０５（第２制御棒）として、上述の実施例１乃至実施例３のうちの何れかが用いられる。また、炉心１０２は、上述の実施例１又は実施例２の炉心が用いられる。
【００４３】
図１０は、図８に示す記憶部２２０に格納される制御棒引抜順序テーブルの一例を示す図である。図１０に示す例では、制御棒は８個のグループに分割されており、第１グループから第６グル―プは通常制御棒１０５（第２制御棒）で、第７グループ及び第８グループは低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）で構成されている。同一のグループに属する制御棒は引抜又は挿入指令により同時に引抜又は挿入される。また、最小駆動単位は、上述のように例えば、全挿入長さの１／１００等に設定することができる。なお、炉心１０２に配される、制御棒のグループすなわち、図１０の場合では、第１グループから第８グループは、炉心１０２内において、例えば、それぞれのグループの配置が平坦となるよう、各グループを構成する低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）又は通常制御棒１０５（第２制御棒）が疎ら或いは交互に配される。
【００４４】
制御棒引抜順序テーブルに示されるように、引抜は第１グループから開始し、第１グループを１００単位（すなわち全引抜）した後に、第２グループを引き抜く（全引抜）。順次第４グループまで全引抜していくが、第５グループについては７０単位まで引き抜いたところで、一旦第６グループの引き抜きに移る。第６グループを７０単位まで引き抜いたところで、再び第５グループの引き抜きに戻り、全引抜まで実施する。その後、第６グループを全引抜する。この時点で通常制御棒１０５（第２制御棒）は全て全引抜されている。この状態から、低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）で構成された第７グループ及び第８グループを引き抜く。引抜順序は、第５グループ及び第６グループの場合と類似しており、第７グループを７０単位引き抜いた後に第８グループを７０単位引き抜き、その後、第７グループを全引抜し、その後第８グループを全引抜する。このように、段階的に７０単位まで引き抜いた後に他のグループの引き抜きを行い、その後に全引抜することにより、制御棒引き抜き時における局所出力の変化を緩やかにすることが可能となる。  
なお、制御棒を炉心１０２に挿入する場合においては、引抜順序とは逆に、第８グループから第１グループへと挿入を行う。第８グループから第５グループまでの挿入は、引抜時と同様に段階的に行われる。
【００４５】
以下に、発電機１０８の出力を変化させる場合の動作を説明する。  
定格出力で運転している状態から、運転員又は中央給電指令所から発電機出力目標値が変更されると、目標発電機出力設定器２１２より出力制御装置２１１へ変更後の目標発電機出力が入力される。発電機出力センサ２１３により計測される発電機出力と目標発電機出力設定器２１２より入力される目標発電機出力との間に偏差が生じ、第１減算器２４１ａにおいて発電機出力偏差が算出される。算出された発電機出力偏差は制御器２４２に入力され、比例積分演算により負荷要求信号が算出され第２減算器２４１ｂへ出力される。一方、圧力センサ２１４に計測された圧力信号に基づき、変換部２４３は記憶部２２０に格納される原子炉出力と主蒸気配管１１１内の圧力との相関関係を参照し対応する原子炉出力を求め、求めた原子炉出力を第２減算器２４１ｂへ出力する。第２減算器２４１ｂでは、制御器２４２より入力される負荷要求信号と変換部２４３より入力され原子炉出力との差分を算出し、偏差信号として出力する。この偏差信号は、第１スイッチ２４５ａがＯＮ状態のとき（閉じているとき）は、再循環流量制御装置２１５へ信号線を介して出力される。再循環流量制御装置２１５は、偏差信号が正のときにはインターナルポンプ１０３の速度を増加し、一方、偏差信号が負のときはインターナルポンプ１０３の速度を減少する。第２スイッチ２４５ｂがＯＮ状態のとき（閉じているとき）は、偏差信号は第１比較器２４４ａ及び第２比較器２４４ｂに入力される。入力された偏差信号が第１設定値（＞０）よりも大きいと第１比較器２４４ａにより判定されると、低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）を現在の位置から最小駆動単位だけ引き抜いた位置を、一方、入力された偏差が第２設定値（＜０）よりも小さいと第２比較器２４４ｂにより判定されると、低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）を現在の位置から最小駆動単位だけ挿入した位置を、制御棒位置として第１制御棒制御装置２１７及び第２制御棒制御装置２１８へ出力して、制御棒が引抜又は挿入される。この制御が繰り返されることで発電機出力が目標値に収束する。このとき、引抜又は挿入される制御棒は、引抜の場合には上述の図１０に示す制御棒引抜順序テーブルに従って決定される。そのため、図１０に示すように、制御棒引抜順序テーブルを設定することで、定格出力付近での制御棒操作を低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）のみとすることができ、ＰＣＩを抑制しながら自動的に日負荷追従運転などの出力制御を実行することができる。
【００４６】
なお、原子炉出力を低下させるため炉心１０２に制御棒を挿入する場合においては、全ての低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）を全挿入することにより、原子炉出力が低下した後、更に、原子炉出力の低下を図る必要がある場合には、通常Ｂ４Ｃ粉末１６が充填された通常制御棒１０５（第２制御棒）を挿入し、更なる原子炉出力の低下が必要な場合、高濃縮度Ｂ４Ｃ粉末１７が充填された通常制御棒１０５（第２制御棒）を挿入する構成としても良い。
【００４７】
以上の通り本実施例によれば、日負荷追従運転時における出力変更幅を拡大可能な沸騰水型原子炉の制御装置を提供することが可能となる。  
また、本実施例によれば、低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）で構成されるグループ及び通常制御棒１０５（第２制御棒）で構成されるグループの複数のグループに制御棒を分割し、段階的にあるグループを構成する制御棒を引き抜いた後に他のグループを構成する制御棒の引き抜きを行い、その後に上記あるグループを構成する制御棒を全引抜することにより、制御棒引き抜き時における局所出力の変化を緩やかにすることが可能となる。  
また、本実施例によれば、上述の制御棒引抜順序テーブルを設定することで、定格出力付近での制御棒操作を低濃縮度制御棒１０４（第１制御棒）のみとすることができ、ＰＣＩを抑制しながら自動的に日負荷追従運転などの出力制御を実行することが可能となる。
【００４８】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１，２０・・・炉心
２・・・燃料集合体
３・・・通常制御棒
４・・・低濃縮度制御棒
５・・・燃料棒
６・・・チャンネルボックス
７・・・タイロッド
８・・・ブレード
９・・・シース
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ・・・中性子吸収棒
１１・・・被覆管
１２・・・低濃縮度Ｂ４Ｃ粉末
１３ａ・・・上部端栓
１３ｂ・・・下部端栓
１４ａ・・・上部スチールウール
１４ｂ・・・下部スチールウール
１５・・・仕切り球
１６・・・通常Ｂ４Ｃ粉末
１７・・・高濃縮度Ｂ４Ｃ粉末
１８・・・ハンドル
１９・・・下部支持部材
２１・・・低反応度燃料集合体
１００・・・沸騰水型原子力プラント
１０１・・・原子炉圧力容器
１０２・・・炉心
１０３・・・インターナルポンプ
１０４・・・低濃縮度制御棒
１０５・・・通常制御棒
１０６・・・加減弁
１０７・・・蒸気タービン
１０８・・・発電機
１０９・・・復水器
１１０・・・給水ポンプ
１１１・・・主蒸気配管
１１２・・・給水配管
２００・・・制御装置
２１１・・・出力制御装置
２１２・・・目標発電機出力設定器
２１３・・・発電機出力センサ
２１４・・・圧力センサ
２１５・・・再循環流量制御装置
２１６・・・偏差信号出力器
２１７・・・第１制御棒制御装置
２１８・・・第２制御棒制御装置
２１９・・・制御棒位置設定器
２２０・・・記憶部
２２１・・・圧力制御装置
２２２・・・加減弁開度設定器
２４１ａ・・・第１減算器
２４１ｂ・・・第２減算器
２４２・・・制御器
２４３・・・変換部
２４４ａ・・・第１比較器
２４４ｂ・・・第２比較器
２４５ａ・・・第１スイッチ
２４５ｂ・・・第２スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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