(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却材の温度差測定による炉心出力計測を確保するための高温側配管沸騰制限値を求める工程と、
燃料棒被覆管の熱的損傷を防止するためのＤＮＢ制限値を求める工程と、
冷却材のクオリティ制限値を求める工程と、
前記高温側配管沸騰制限値と前記ＤＮＢ制限値と前記クオリティ制限値に基づいて原子炉のトリップ制限値を求める工程と、
を有し、
９５％×９５％基準を考慮すると共に、少なくともＤＮＢＲ評価入力パラメータの不確定性と、ＤＮＢ熱流束予測の不確定性と、圧力損失の異なる燃料の混在によるＤＮＢＲのペナルティとを考慮して定めた９５％下限値から前記クオリティ制限値（制限線）を求め、
前記高温側配管沸騰制限値、前記ＤＮＢ制限値、前記クオリティ制限値以下となる原子炉に流入する冷却材の入口温度と原子炉の出力における安全領域から前記トリップ制限値を求める、
ことを特徴とする原子炉の運転限界範囲の設定方法。
【請求項２】
前記クオリティ制限値は、クオリティが１０％から２５％の領域に設定されることを特徴とする請求項１に記載の原子炉の運転限界範囲の設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉を安全に運転するために運転範囲を設定するための原子炉の運転限界範囲の設定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子炉の運転限界範囲は、従来、高温側配管沸騰制限（冷却材温度差測定による炉心出力計測の確保）とＤＮＢ制限（燃料棒被覆管の熱的損傷の防止）で定まり、その運転限界範囲に所定の余裕度を加味した原子炉を停止するトリップ限界を規定している。このような原子炉の運転限界範囲の規定方法としては、下記非特許文献１に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】改良統計的熱設計手法について  改２  平成２１年１２月  三菱重工業株式会社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、原子炉を安全に運転する必要から、精度の高い原子炉の運転限界範囲、つまり、トリップ限界を規定する方法が望まれている。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、高精度で安全性の高い原子炉の運転限界範囲の設定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明の原子炉の運転限界範囲の設定方法は、炉心を冷却する冷却材の温度差測定による炉心出力計測を確保するための高温側配管沸騰制限値を求める工程と、燃料棒被覆管の熱的損傷を防止するためのＤＮＢ制限値を求める工程と、冷却材のクオリティ制限値を求める工程と、前記高温側配管沸騰制限値と前記ＤＮＢ制限値と前記クオリティ制限値に基づいて原子炉のトリップ制限値を求める工程と、を有することを特徴とするものである。
【０００７】
従って、高温側配管沸騰制限値とＤＮＢ制限値とクオリティ制限値に基づいて原子炉のトリップ制限値を求めることで、精度が高くてより安全性の高い原子炉の運転限界範囲を設定することができる。
【０００８】
本発明の原子炉の運転限界範囲の設定方法では、９５％×９５％基準（９５％信頼度で９５％確率）を考慮すると共に、少なくともＤＮＢＲ評価入力パラメータの不確定性と、ＤＮＢ熱流束予測の不確定性と、圧力損失の異なる燃料の混在によるＤＮＢＲのペナルティとを考慮して定めた９５％下限値からクオリティ制限値を求めることを特徴としている。
【０００９】
従って、クオリティ制限値を求めるにあたり、ＤＮＢＲ評価入力パラメータの不確定性と、ＤＮＢ熱流束予測の不確定性と、圧力損失の異なる燃料の混在によるＤＮＢＲのペナルティとを用いることで、モンテカルロ計算を使用することができ、クオリティ制限値となる炉心入口温度を容易に求めることができる。
【００１０】
本発明の原子炉の運転限界範囲の設定方法では、前記クオリティ制限値は、クオリティが１０％から２５％の領域に設定されることを特徴としている。
【００１１】
従って、クオリティ制限値を所定領域に設定することで、クオリティを考慮した運転限界範囲を設定することができ、原子炉設計の安全性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の原子炉の運転限界範囲の設定方法によれば、高温側配管沸騰制限値とＤＮＢ制限値とクオリティ制限値に基づいて原子炉のトリップ制限値を求めることで、精度が高くてより安全性の高い原子炉の運転限界範囲を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本実施形態の原子炉の運転限界範囲の設定方法におけるＤＮＢ制限範囲を特定するための改良統計的熱設計手法の概念図である。
【図２】図２は、原子炉の運転限界範囲の設定方法におけるクオリティ制限範囲を特定するための評価手法の概念図である。
【図３】図３は、原子炉の運転限界範囲を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る原子炉の運転限界範囲の設定方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００１５】
図１は、本実施形態の原子炉の運転限界範囲の設定方法におけるＤＮＢ制限範囲を特定するための改良統計的熱設計手法の概念図、図２は、原子炉の運転限界範囲の設定方法におけるクオリティ制限範囲を特定するための評価手法の概念図である。
【００１６】
本実施形態の原子炉の運転限界範囲の設定方法は、冷却材の温度差測定による炉心出力計測を確保するための高温側配管沸騰制限値を求める工程と、燃料棒被覆管の熱的損傷を防止するためのＤＮＢ制限値を求める工程と、冷却材のクオリティ制限値を求める工程と、高温側配管沸騰制限値とＤＮＢ制限値とクオリティ制限値に基づいて原子炉のトリップ制限値を求める工程とを有している。
【００１７】
従来、原子炉の運転限界範囲は、高温側配管沸騰制限（冷却材の温度差測定による炉心出力計測の確保）と、ＤＮＢ制限（燃料棒被覆管の熱的損傷の防止）で定まり、その運転限界範囲に所定の余裕度を加味した原子炉を停止するトリップ限界を規定している。ところが、高温条件のプラントの安全性を向上させるために、本実施形態では、冷却材のクオリティを考慮して原子炉の運転限界範囲（トリップ限界）を求める。
【００１８】
ＤＮＢ相関式は、サブチャンネル解析を介して得られる冷却材の局所パラメータ（圧力、質量速度、クオリティ）から限界熱流束を評価する式であり、ＤＮＢ相関式の適用範囲は、これらの各パラメータに対して定められている。各パラメータに対する適用範囲は、ＤＮＢ試験において、データが取得されたパラメータの範囲に基づいて定められる。ここで、圧力と質量速度については、運転時の異常な過渡変化を含む原子炉のＤＮＢＲ評価範囲をカバーするように試験条件が定義されるが、クオリティは試験条件（圧力、質量速度、入口温度）に加えて、試験結果である限界熱流束（出力）に依存するため、試験の「結果」として得られるパラメータ範囲となる。
【００１９】
例えば、ＭＩＲＣ−１相関式のＤＮＢ試験データベースは、概ね、最大約３２％程度までのクオリティ範囲のデータが得られ、これを適用範囲としてきたが、高温条件のプラントの安全性を向上させるために、従来、３２％としていたＭＩＲＣ−１相関式のクオリティの最大値を、例えば、１０％から２５％として新たな制限値を追加した。
【００２０】
以下、本実施形態の原子炉の運転限界範囲の設定方法について詳細に説明する。
【００２１】
高温側配管沸騰制限値（制限線）を求める工程は、冷却材が低圧力又は高圧力条件の際に、最小ＤＮＢＲが許容限界値まで低下する前に原子炉容器出口エンタルピが飽和に至らない炉心入口温度を設定するものであり、冷却材温度差（ΔＴ）測定による炉心熱出力の計測不能を起因とする過大温度ΔＴ高原子炉トリップの機能喪失を防止する。
【００２２】
また、燃料棒被覆管の熱的損傷を防止するためのＤＮＢ制限値（制限線）を求める工程は、図１に示すように、改良統計的熱設計手法であり、ＤＮＢが９５％×９５％基準（９５％信頼度で９５％確率）で発生しないことを保証するために、下記のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＥのＤＮＢＲ変動要因を考慮して評価するものである。ここで、９５％確率とは、確率分布の９５％下限値あるいは上限値を表している。また、９５％信頼度とは、有限の標本の統計量（平均値や標準偏差など）から母集団の統計量を９５％確率で推定することである。
【００２３】
Ａ．ＤＮＢＲ評価入力パラメータの不確定性（計測機器、製作の誤差）
Ｂ．ＤＮＢ熱流束予測の不確定性（ＤＮＢ相関式の不確定性）
Ｃ．燃料棒曲りによるＤＮＢＲペナルティ
Ｄ．圧力損失の異なる燃料の混在によるペナルティ
Ｅ．その他の余裕
【００２４】
即ち、ＤＮＢＲの許容限界値は、ＤＮＢＲ評価入力パラメータの不確定性Ａ及びＤＮＢ熱流束予測の不確定性Ｂを考慮した制限値（設計限界値）を求め、この制限値に燃料棒曲りによるＤＮＢＲペナルティＣと圧力損失の異なる燃料の混在によるペナルティＤとその他の余裕Ｅを加えて設定する。設計限界値は、入力データ等の不確定性を考慮した最小ＤＮＢＲの確率分布において、その９５％確率下限値が１．０となるようなＤＮＢＲ最確値として定義される。この最小ＤＮＢＲの９５％確率下限値は、モンテカルロ計算によって得られるが、この評価は、熱的に厳しい条件でのＤＮＢＲ評価となること、本来、クオリティの悪化要因ではないＤＮＢ熱流束予測の不確定性Ｂを含むモンテカルロ計算であることから、クオリティが高い条件が含まれることとなる。
【００２５】
冷却材のクオリティ制限値（制限線）を求める工程は、図２に示すように、前述した改良統計的熱設計手法と同様に、ＤＮＢが９５×９５基準（９５％信頼度で９５％確率）で発生しないことを保証するものであるが、上述したＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＥのＤＮＢＲ変動要因のうち、実際に局所クオリティの変動に伴うＤＮＢＲの変動要因となるＡ，Ｄのみを考慮して評価するものである。但し、Ｂは、クオリティの変動を伴わないものの、改良統計的熱設計手法の定義上分離ができないためにＡと同様に扱うが、Ａに対してＢが分離できれば、Ａ，Ｄのみを考慮する。また、Ｅは、現行設計の妥当性確認においては必ずしも確保される必要はない。
【００２６】
即ち、圧力損失の異なる燃料の混在によるペナルティＤをサブチャンネル解析で直接考慮し、ＤＮＢＲ評価入力パラメータの不確定性Ａ及びＤＮＢ熱流束予測の不確定性ＢによるＤＮＢＲ変動幅をモンテカルロ計算で評価することで９５％確率下限値が定まる。その９５％確率内の最大クオリティ値がα以下（例えば、１０％から２５％）となる炉心入口温度を求め、その炉心入口温度を運転限界範囲として設定する。また、本評価を実施する際は、９５％確率下限値に対して燃料棒曲りによるＤＮＢＲペナルティＣを考慮した値が１．０以上であることを確認する必要がある。
【００２７】
このように冷却材の温度差測定による炉心出力計測を確保するための高温側配管沸騰制限値（制限線）と、燃料棒被覆管の熱的損傷を防止するためのＤＮＢ制限値（制限線）と、冷却材のクオリティ制限値（制限線）が求められると、原子炉のトリップ制限値（制限線）を求めることができる。図３は、原子炉の運転限界範囲を表すグラフである。
【００２８】
図３に示すように、高温側配管沸騰制限値（高温側配管沸騰制限線）１１と、ＤＮＢ制限値（ＤＮＢ制限線）１２と、クオリティ制限値（クオリティ制限線）１３が求められると、各制限値以下となる原子炉に流入する冷却材の入口温度と原子炉の出力の関係を導き出し、３種類の制限線を引いて冷却材の入口温度と原子炉の出力における安全領域を設定する。そして、３種類の制限線から設定される安全領域に対して所定の余裕度を考慮して原子炉のトリップ制限値（トリップ制限線）１４を求める。
【００２９】
このように本実施形態の原子炉の運転限界範囲の設定方法にあっては、冷却材の温度差測定による炉心出力計測を確保するための高温側配管沸騰制限値を求める工程と、燃料棒被覆管の熱的損傷を防止するためのＤＮＢ制限値を求める工程と、冷却材のクオリティ制限値を求める工程と、高温側配管沸騰制限値とＤＮＢ制限値とクオリティ制限値に基づいて原子炉のトリップ制限値を求める工程とを有する。
【００３０】
従って、高温側配管沸騰制限値とＤＮＢ制限値とクオリティ制限値に基づいて原子炉のトリップ制限値を求めることで、精度が高くてより安全性の高い原子炉の運転限界範囲を設定することができる。
【００３１】
本実施形態の原子炉の運転限界範囲の設定方法では、９５％×９５％基準を考慮すると共に、少なくともＤＮＢＲ評価入力パラメータの不確定性と、ＤＮＢ熱流束予測の不確定性と、圧力損失の異なる燃料の混在によるＤＮＢＲのペナルティとを用いることで、モンテカルロ計算を使用することができ、クオリティ制限値となる炉心入口温度を容易に求めることができる。
【００３２】
本実施形態の原子炉の運転限界範囲の設定方法では、クオリティ制限値は、クオリティが１０％から２５％の領域に設定されている。従って、クオリティ制限値を所定領域に設定することで、クオリティを考慮した運転限界範囲を設定することができ、原子炉設計の安全性を向上することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１１  高温側配管沸騰制限値（高温側配管沸騰制限線）
１２  ＤＮＢ制限値（ＤＮＢ制限線）
１３  クオリティ制限値（クオリティ制限線）
１４  トリップ制限値（トリップ制限線）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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