(57)【要約】【課題】自然循環型原子炉の起動時の不安定現象を防止する原子炉とその起動方法を提供する。【解決手段】原子炉は真空引き装置を付加され、真空引きによってサブクール状態にある炉内上部の冷却材が飽和状態に近づいてから起動される。また原子炉は、不安定現象が起きるより弱い出力で起動され、炉心付近のサブクール状態の冷却材が飽和状態に近づいてから、通常運転が開始される。原子炉は、起動初期に炉内の蒸気発生器２０に２次冷却材が流され、炉内の自然循環を促進するよう炉内に温度差がつけられる。また以上の起動方法の各々に関して制御装置が設けられる。【選択図】　　　図９
2004101492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器と、前記原子炉圧力容器の内部の空間は、冷却材が液体状に存在する液相部と、前記液相部の上部に気体が存在する気相部とで占められ、
前記液相部に接続され、前記冷却材を前記原子炉圧力容器の外部に抽出し、前記原子炉圧力容器の内部に再充填する充填抽出系と、
吸気側を前記気相部に接続され、排気側を前記充填抽出系に接続された真空引き装置とを備えた、
自然循環型原子炉。
【請求項２】
請求項１に記載の自然循環型原子炉において、さらに、
前記冷却材の前記液相部の液面近傍における第１圧力を測定する第１圧力計と、
前記冷却材の前記液相部の液面近傍における第１温度を測定する第１温度計と、
前記第１圧力と前記第１温度とを用いて、前記冷却材の液面近傍における飽和温度と前記第１温度との差を、第１サブクール度として算出し出力する第１計算部と、
前記第１サブクール度が予め設定された第１設定サブクール度以下になったとき、前記真空引き装置を停止する第１制御部とを備えた、
自然循環型原子炉。
【請求項３】
請求項２に記載の自然循環型原子炉において、さらに、
前記原子炉圧力容器の内部に設けられた炉心と、
前記炉心の鉛直方向上側の近傍における前記冷却材の第２圧力を測定する第２圧力計と、
前記炉心の鉛直方向上側の近傍における前記冷却材の第２温度を測定する第２温度計と、
前記第２圧力と前記第２温度とを用いて、前記冷却材の前記炉心の鉛直方向上側の近傍における飽和温度と前記第２温度の差を、第２サブクール度として算出し出力する第２計算部と、
前記第２サブクール度と、予め設定された第２設定サブクール度とを用いて、起動初期における冷却材の不安定現象が発生する限界出力よりも弱い出力にある前記炉心の核加熱の強さを制御する第２制御部とを備えた、
自然循環型原子炉。
【請求項４】
請求項３に記載の自然循環型原子炉において、さらに、
前記原子炉圧力容器の内部に設けられた蒸気発生器と、
前記蒸気発生器の内部を流れる２次冷却材の流量を調節する給水制御弁と、
前記気相部の気相部圧力を測定する第３圧力計と、
前記冷却材の循環流量を計測する流量計測部と、
前記気相部圧力を用いて設定自然循環流量を決める第３計算部と、
前記循環流量と前記設定自然循環流量とを用いて、前記給水制御弁の開度を制御する第３制御部とを備えた、
加圧水型の自然循環型原子炉。
【請求項５】
原子炉圧力容器と、
前記原子炉圧力容器の内部に設けられた炉心と、
前記炉心の鉛直方向上側の近傍における前記冷却材の第２圧力を測定する第２圧力計と、
前記炉心の鉛直方向上側の近傍における前記冷却材の第２温度を測定する第２温度計と、
前記第２圧力と前記第２温度とを用いて、前記炉心の鉛直方向上側の近傍における前記冷却材の飽和温度と前記第２温度の差を、第２サブクール度として算出し出力する第２計算部と、
前記第２サブクール度と、予め設定された第２設定サブクール度とを用いて、起動初期における冷却材の不安定現象が発生する限界出力よりも弱い出力にある核加熱の強さを制御する第２制御部とを備えた、
自然循環型原子炉。
【請求項６】
原子炉圧力容器と、
前記原子炉圧力容器の内部に設けられた蒸気発生器と、
前記蒸気発生器の内部を流れる２次冷却材の流量を調節する給水制御弁と、
前記気相部圧力を測定する第３圧力計と、
前記原子炉圧力容器の内部に充填された冷却材の循環流量を計測する流量計測部と、
前記気相部圧力を用いて設定自然循環流量を決める第３計算部と、
前記循環流量と前記設定自然循環流量とを用いて、前記給水制御弁の開度を制御する第３制御部とを備えた、
加圧水型の自然循環型原子炉。
【請求項７】
請求項１に記載の自然循環型原子炉を起動する起動方法であって、
冷温停止状態にある前記原子炉の前記原子炉圧力容器を前記真空引き装置によって真空引きし、前記冷却材の減圧を行う減圧ステップと、
前記冷却材が、前記液相部の液面近傍において、前記原子炉の起動初期の不安定現象が発生しない程度まで飽和状態に近づいた後に、前記真空引き装置を停止するステップとを含む、
自然循環型原子炉の起動方法。
【請求項８】
請求項７に記載の自然循環型原子炉の起動方法において、さらに、
前記減圧ステップと並行して、冷温停止状態にある前記自然循環型原子炉の炉心を、起動初期における冷却材の不安定現象が発生する限界出力よりも弱い出力で運転して前記炉心近傍の前記冷却材を核加熱し、前記炉心の近傍における前記冷却材を、前記原子炉の起動初期の不安定現象が発生しない程度まで飽和状態に近づける核予熱のステップを含む、
自然循環型原子炉の起動方法。
【請求項９】
請求項８に記載の自然循環型原子炉の起動方法において、さらに、
前記冷却材が前記原子炉の起動初期の不安定現象が発生しない程度まで飽和状態に近づく時間が、前記液相部の液面近傍と前記炉心の近傍で、実質的に同じである、
自然循環型原子炉の起動方法。
【請求項１０】
請求項２に記載の自然循環型原子炉を起動する起動方法であって、
冷温停止状態にある前記原子炉の前記原子炉圧力容器を前記真空引き装置によって真空引きし、前記冷却材の減圧を行うステップと、
前記第１圧力を測定するステップと、
前記第１温度を測定するステップと、
前記第１圧力と前記第１温度を用いて前記第１サブクール度を計算するステップと、
前記第１サブクール度が前記第１設定サブクール度以下になったときに、前記真空引き装置を停止するステップとを含む、
自然循環型原子炉の起動方法。
【請求項１１】
請求項３に記載の原子炉の起動方法において、
冷温停止状態にある前記原子炉の前記原子炉圧力容器を前記真空引き装置によって真空引きし、前記冷却材の減圧を行う減圧ステップと、
前記第１圧力を測定するステップと、
前記第１温度を測定するステップと、
前記第１圧力と前記第１温度を用いて前記第１サブクール度を計算するステップと、
前記第１サブクール度が前記第１設定サブクール度以下になったときに、前記真空引き装置を停止するステップと、
冷温停止状態にある前記原子炉の炉心を、起動初期における冷却材の不安定現象が発生する限界出力よりも弱い出力で運転し、前記炉心近傍の冷却材を核加熱する核予熱のステップと、
前記第２圧力を測定するステップと、
前記第２温度を測定するステップと、
前記第２圧力と前記第２温度を用いて前記第２サブクール度を計算するステップと、
前記第２サブクール度と前記第２設定サブクール度とを用いて、前記核予熱の強さを制御するステップと、
前記第１サブクール度が前記第１設定サブクール度以下となる時間と、前記第２サブクール度が前記第２設定サブクール度以下となる時間が実質的に同じになるように、前記真空引きの開始時間または排気速度、前記核予熱の開始時間または加熱量のうちの少なくとも１つを調整するステップを含む、
自然循環型原子炉の起動方法。
【請求項１２】
請求項４に記載の自然循環型原子炉の起動方法であって、
冷温停止状態にある前記原子炉の前記原子炉圧力容器を前記真空引き装置によって真空引きし、前記冷却材の減圧を行う減圧ステップと、
前記第１圧力を測定するステップと、
前記第１温度を測定するステップと、
前記第１圧力と前記第１温度を用いて前記第１サブクール度を計算するステップと、
前記第１サブクール度が前記第１設定サブクール度以下になったときに、前記真空引き装置を停止するステップと、
冷温停止状態にある前記原子炉の炉心を、起動初期における冷却材の不安定現象が発生する限界出力よりも弱い出力で運転し、前記炉心近傍の冷却材を核加熱する核予熱のステップと、
前記第２圧力を測定するステップと、
前記第２温度を測定するステップと、
前記第２圧力と前記第２温度を用いて前記第２サブクール度を計算するステップと、
前記第２サブクール度と前記第２設定サブクール度とを用いて、前記核予熱の強さを制御するステップと、
前記第１サブクール度が前記第１設定サブクール度以下となる時間と、前記第２サブクール度が前記第２設定サブクール度以下となる時間が実質的に同じになるように、前記真空引きの開始時間または排気速度、前記核予熱の開始時間または加熱量のうちの少なくとも１つを調整するステップと、
前記炉心を起動するステップと、
前記蒸気発生器の内部を通過した２次冷却材が沸騰しない程度に前記１次冷却材が低温である前記炉心の起動初期において、前記蒸気発生器の内部を前記２次冷却材が流れるステップと、
前記気相部圧力を計測するステップと、
前記循環流量を計測するステップと、
前記設定自然循環流量を決めるステップと、
前記設定自然循環流量と前記循環流量とを用いて前記給水制御弁の開度を制御するステップとを含む、
加圧水型の自然循環型原子炉の起動方法。
【請求項１３】
請求項５に記載の原子炉を起動する起動方法であって、
冷温停止状態にある前記原子炉の炉心を、起動初期における冷却材の不安定現象が発生する限界出力よりも弱い出力で起動し、前記炉心近傍の冷却材を核加熱する核予熱のステップと、
前記第２圧力計によって前記第２圧力を測定するステップと、
前記第２温度計によって前記第２温度を測定するステップと、
前記第２計算部が、前記第２圧力と前記第２温度を用いて前記第２サブクール度を計算するステップと、
前記第２サブクール度と前記第２設定サブクール度とを用いて、前記核予熱の強さを制御するステップとを含む、
自然循環型原子炉の起動方法。
【請求項１４】
請求項６に記載の原子炉を起動する起動方法であって、
前記炉心を起動するステップと、
前記蒸気発生器の内部を通過した２次冷却材が沸騰しない程度に前記１次冷却材が低温である前記炉心の起動初期において、前記蒸気発生器の内部を前記２次冷却材が流れるステップと、
前記気相部圧力を計測するステップと、
前記設定自然循環流量を決めるステップと、
前記循環流量を計測するステップと、
前記設定自然循環流量と前記循環流量とを用いて前記給水制御弁の開度を制御するステップとを含む、
加圧水型の自然循環型原子炉の起動方法。
【請求項１５】
原子炉圧力容器と、
前記原子炉圧力容器の内部に充填された１次冷却材と、
前記原子炉圧力容器の内部に設置されたシュラウドと、
前記シュラウドの内側に設置された炉心と、
前記原子炉圧力容器の内部かつシュラウドの外側に設置された蒸気発生器
とを備えた加圧水型の自然循環型原子炉を起動する起動方法であって、
前記炉心を起動するステップと、
前記蒸気発生器の内部を通過した２次冷却材が沸騰しない程度に前記１次冷却材が低温である前記炉心の起動初期において、前記蒸気発生器の内部を前記２次冷却材が流れるステップとを含む、
加圧水型の自然循環型原子炉の起動方法。
【請求項１６】
原子炉圧力容器と、
前記原子炉圧力容器の内部に充填された１次冷却材と、
前記原子炉圧力容器の内部に設置されたシュラウドと、
前記シュラウドの内側に設置された炉心と、
前記原子炉圧力容器の内部かつシュラウドの外側に設置された蒸気発生器
とを備えた加圧水型の自然循環型原子炉を起動する起動方法であって、
冷温停止状態にある前記原子炉の炉心を、起動初期における冷却材の不安定現象が発生する限界出力よりも弱い出力で起動し、前記炉心近傍の前記冷却材を核加熱する核予熱のステップと、
前記炉心を起動するステップと、
前記蒸気発生器の内部を通過した２次冷却材が沸騰しない程度に前記１次冷却材が低温である前記炉心の起動初期において、前記蒸気発生器の内部を前記２次冷却材が流れるステップとを含む、
加圧水型の自然循環型原子炉の起動方法。
【請求項１７】
請求項７、８、９、１０、１１、１３のいずれかに記載の原子炉の起動方法において、
前記原子炉は、
前記原子炉圧力容器の内部に設置されたシュラウドと、
前記原子炉圧力容器の内部かつシュラウドの外側に設置された蒸気発生器
とを備えた加圧水型の自然循環型原子炉を起動する起動方法であって、
前記炉心を起動するステップと、
前記蒸気発生器の内部を通過した２次冷却材が沸騰しない程度に前記１次冷却材が低温である前記炉心の起動初期において、前記蒸気発生器の内部を前記２次冷却材が流れるステップとを含む、
加圧水型の自然循環型原子炉の起動方法。
【請求項１８】
請求項１２、１４、１５、１６、１７のいずれかに記載の原子炉の起動方法において、
前記原子炉は、さらに、
前記蒸気発生器に接続され、前記蒸気発生器の発生する２次冷却材の蒸気を前記原子炉圧力容器の外部に導く蒸気配管と、
前記蒸気配管に接続されたタービンと、
前記タービンの排出する蒸気を液化する復水器と、
前記タービンから引きだされた抽気を復水器に送る抽気配管と、
前記抽気配管の途中に設けられた給水加熱器と、
前記蒸気配管から分岐し、前記抽気配管に接続するバイパスと、
前記復水器の排出する前記２次冷却材を前記蒸気発生器に還流する給水ポンプと、
前記給水ポンプと前記蒸気発生器をつなぐ配管上に設けられ、前記２次冷却材の流量を調節する給水制御弁と、
前記蒸気配管上の前記バイパスよりも前記タービンに近い側に設けられ、前記タービンに導かれる２次冷却材の流入を制御するタービン蒸気止め弁と、
前記バイパスの開閉を制御するバイパス止め弁と、
を備えた原子炉の起動方法であって、
前記タービン蒸気止め弁を閉じた状態に保持するステップと、
前記バイパス止め弁を開いた状態に保持するステップと、
前記蒸気発生器と前記バイパスを含む経路を前記２次冷却材が循環するステップとを含む、
加圧水型の自然循環型原子炉の起動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自然循環型原子炉の運転方法に関し、特に、起動時において、原子炉の安定性を維持して起動する運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電プラントにおいて、冷却材の対流現象を利用して冷却材が循環するように設計された自然循環炉が知られている。自然循環炉は、強制循環型の原子炉に比べてポンプや弁の数を減らすことができ、保守の簡易化、信頼性の向上などの面から注目されている。
【０００３】
自然循環炉は、原子炉圧力容器の内部に、中心軸を鉛直方向とする円筒状のシュラウドを備えている。シュラウドの内側は冷却材が上昇するライザー、外側は冷却材が下降するダウンカマである。炉心は、ライザーの下部に設置されている。冷却材は、低温のときはライザーとダウンカマでの冷却材の密度差によって、通常運転のときはボイド率の差を主な駆動力として、自然循環する。自然循環炉には加圧水型と沸騰水型があるが、こうした炉内の自然循環の挙動はどちらの型でも同じである。
【０００４】
ライザーは、円筒状のシュラウドの内部の空間である。こうした形状の空間が液体で満たされ、下部に熱が加えられた場合、一定の条件下で、ガイセリング現象と呼ばれる不安定現象が発生することが知られている。
【０００５】
ガイセリング現象は、以下に記述するような低温二相流の不安定現象である。冷温停止状態にある原子炉の炉心を起動すると、ライザー部の冷却材は炉心によって加熱され、ダウンカマ部の冷却材よりも密度が小さくなる。原子炉の起動初期には、炉内の冷却材は、この密度差を駆動力として低流量で循環する。
【０００６】
ライザー部の温度が上昇すると、ある温度まで達した時点で、サブクール状態にある冷却材が沸騰を始め、ライザー部の冷却材は液相に気相のボイドが混じった二相流状態となる。このボイドの発生によって、冷却材の循環速度が増加する。冷却材の循環速度が増加すると、ライザー部より低温のダウンカマ部の冷却材が炉心下部に流入する量が増加し、ライザー部の冷却材は温度が下がって単相流状態に戻る。こうした過程が繰り返されて、冷却材は二相流と単相流状態が交番する不安定な状態となる。こうした不安定現象がガイセリング現象と呼ばれる。
【０００７】
加圧水型、あるいは沸騰水型の自然循環型原子炉の起動に際して、ガイセリング現象の発生を防止することが求められている。
【０００８】
ガイセリング現象が生じる条件は、１）炉心上部にサブクール水が存在する、２）冷却材の循環流量が小さい、３）炉内の圧力が低い、の３つが同時に成立すること、である。自然循環炉の起動時には、これらの条件が満たされる可能性がある。
【０００９】
上述の条件（１）に関して、特開昭５９−１４３９９７号は、原子炉に外部熱源を設置して、サブクール状態の冷却材を加熱沸騰させる方法を開示している。また特開平５−２５６９９１号は、沸騰水型の自然循環炉において、真空ポンプを設置することでサブクール状態の冷却材を減圧沸騰させる方法を開示している。
【００１０】
また、沸騰水型の自然循環炉において、原子炉の通常運転をする前に，不安定現象が発生しない程度のきわめて低い核加熱で長時間、冷却材を加熱することで、サブクール状態の冷却材を飽和状態に近い状態にして、不安定現象を回避する方法が知られている。
【００１１】
条件（２）に関して、炉心の起動初期における冷却材の循環流量は、ライザーの冷却材とダウンカマの冷却材の温度差によって決まる。炉心またはライザー部の温度は、ダウンカマ部の温度よりも高い方が、冷却材の流量は大きくなる。ライザー部の温度は、上部より下部が高温である方が、冷却材の流量は大きくなる。こうした温度分布を、図１１に示す。冷却材の温度分布が図１１に示すパターンに近ければ冷却材の循環流量は大きくなる。
【００１２】
原子炉の起動初期においては、ライザーの冷却材とダウンカマの冷却材の密度差は小さく、循環流量は小さい。特開平６−２６５６６５号は、こうした状態の原子炉に関して、炉心下部の冷却材を外部熱源によって加熱することによって、炉内の温度分布を図１１のパターンに近づける方法を開示している。
【００１３】
条件（３）に関して、特開平５−７２３８７号は、沸騰水型原子炉の場合において、原子炉に加圧器を設置し、加圧した状態で冷却材を加熱する方法を開示している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、自然循環型原子炉の起動時において、不安定現象の発生を防止する原子炉およびその起動方法を提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、自然循環型原子炉の起動時において、不安定現象の発生を簡易な手段で防止する原子炉およびその起動方法を提供することである。
【００１６】
本発明の更に他の目的は、自然循環型原子炉の起動時において、不安定現象の発生を少ないコストで防止する原子炉およびその起動方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであり、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１８】
本発明による自然循環型原子炉の原子炉圧力容器（１）には、冷却材が充填されている。原子炉圧力容器（１）の内部は、液相の冷却材で満たされた液相部（８）と、その上部に気体で満たされた気相部（９）で占められている。この気相部（９）には、真空引き用配管（１１）が接続されている。真空引き用配管（１１）は、真空引き装置（１０）に接続されている。
【００１９】
また原子炉圧力容器（１）には、原子炉圧力容器（１）のなかの冷却材を抽出し原子炉圧力容器（１）のなかに再充填するための充填抽出系（１２）および充填ポンプ（１３）が接続されている。真空引き装置（１０）の排気側は、充填抽出系（１２）に接続され、真空引き装置（１０）によって原子炉圧力容器（１）から引き出された冷却材は、充填抽出系（１２）と充填ポンプ（１３）を通して原子炉圧力容器（１）の内部に還流する。
【００２０】
炉心（２）を起動する際に、真空引き装置（１０）を作動して真空引きを行うことで、サブクール状態にある冷却材が減圧され飽和状態に近づく。その後、炉心が起動される。飽和状態に近い冷却材は、わずかな加熱でサブクール状態でなくなり、原子炉はガイセリング現象を生じずに起動する。
【００２１】
真空引き用配管（１１）や充填抽出系（１２）の配管には、各部品の接続部にシール部がある。冷却材の漏洩に対して高い信頼性を維持するためには、このような配管に引き出される冷却材は少量であることが望ましい。真空引きを続けて冷却材が沸騰すると多量の気相の冷却材が真空引き用配管（１１）に引き込まれるため、真空引き装置（１０）の作動を適切なタイミングで停止する制御装置が設けられていることが望ましい。
【００２２】
真空引き装置（１０）を適切なタイミングで停止するための付加設備として、ライザー（５）上部には、第１圧力計（１０１）と第１温度計（１０２）が設置されている。これらは第１制御装置（１０３）に接続されている。
【００２３】
第１制御装置（１０３）は、第１計算部（１０４）を備えている。第１計算部（１０４）は、第１圧力計（１０１）の出力する圧力（Ｐ（ｔ））と、第１温度計（１０２）の出力する温度（Ｔ０）とを入力とし、それらを用いてライザー（５）上部の飽和温度（ＴＳ（ｔ））から温度（Ｔ０）を差し引いた値である第１サブクール度（Ｓ（ｔ））を算出する。
【００２４】
冷却材が沸騰していないとき、サブクール度は正の値をとる。減圧をすると、飽和温度が小さくなることから、サブクール度は小さくなる。冷却材が沸騰している時、サブクール度は０の値をとる。
【００２５】
真空引き装置（１０）を停止するとき、第１サブクール度（Ｓ（ｔ））が小さいほどガイセリング現象の発生がより確実に防止でき、望ましい。一方で、冷却材が沸騰し第１サブクール度（Ｓ（ｔ））が０になると、真空引き用配管（１１）に蒸気状態の冷却材が多量に引き出され、望ましくない。ガイセリング現象の発生を防止し、かつ冷却材漏れ防止に関して高い信頼性を維持するには、第１サブクール度は充分に小さく、かつ０になる前に真空引き装置が停止するように制御がなされていることが好ましい。
【００２６】
こうした事情に配慮して、真空引きを止める基準として、第１設定サブクール度（Ｓ０）が設定される。第１制御部（１０６）は、第１計算部（１０４）が算出する第１サブクール度（Ｓ（ｔ））と第１設定サブクール度（Ｓ０）を用いて、真空引き装置（１０）を制御する。
【００２７】
また本発明による自然循環型原子炉は、炉心（２）を通常運転のために起動するのに先立って、不安定現象が発生しない程度の弱い出力で起動し、ライザー（５）下部のサブクール状態の冷却材が飽和状態に近づくまで核予熱を加える。
【００２８】
この核予熱の強さを制御するために、ライザー下部には第２圧力計（２０１）と第２温度計（２０２）が設置されている。これらは第２制御装置（２０３）に接続されている。
【００２９】
第２制御装置（２０３）は、第２計算部（２０４）を備えている。第２計算部（２０４）は、第２圧力計（２０１）の出力する圧力（Ｐ’（ｔ））と、第２温度計（２０２）の出力する温度（Ｔ０’）とを入力とし、それらを用いてライザー（５）下部の飽和温度（ＴＳ’（ｔ））と温度（Ｔ０’）の差を、第２サブクール度（Ｓ’（ｔ））、として算出する。第２制御部（２０６）は、第２サブクール度（Ｓ’（ｔ））と、予め設定された第２設定サブクール度（Ｓ０’）を用いて、制御棒駆動機構（３ａ）を制御し、核予熱の量を調節する。
【００３０】
核予熱は、真空引きと並行して行われることが望ましい。自然循環型原子炉のライザー（５）は、自然循環量を確保するために充分な鉛直方向の長さをもつ。ライザー（５）が鉛直方向に長いほど、炉心近傍の冷却材の圧力は、液面付近の冷却材の圧力よりも大きくなる。そのため、温度が実質的に一様という条件のもとでは、ライザー（５）の下部にいくほど冷却材のサブクール度は高くなる。
【００３１】
真空引きと併せて核予熱を行うことで、ライザーの下部にいくほど高くなるような温度勾配がつけられ、ライザー（５）全体で冷却材が飽和状態に近い状態となる。これにより、ガイセリング現象が発生する条件のひとつである、炉心上部におけるサブクール水の存在が緩和される。
【００３２】
真空引きと核予熱が並行して行われるとき、真空引きによってライザー（５）上部の冷却材が飽和温度に近い状態になる時間と、核予熱によってライザー（５）下部の冷却材が飽和温度に近い状態になる時間は、ほぼ同時であるのが望ましい。ほぼ同時でない場合は、ライザー（５）上部の冷却材とライザー（５）下部の冷却材のうち先に飽和温度に近い状態に達した方が、他方が飽和温度に近い状態に達するまでの間に、飽和温度に近い状態でなくなる可能性がある。真空引きの開始時刻または排気速度、前記核予熱の開始時刻または発熱量の少なくともひとつを制御することで、ライザー（５）上部と下部が飽和状態に近い状態となる時間が接近するように調整される。
【００３３】
また核予熱はライザー（５）下部の冷却材を飽和状態に近い状態にすればよいので、核加熱によって冷却材を全体的に飽和状態に近づける従来技術に比べて、起動時間が短く済む。
【００３４】
また本発明による自然循環型原子炉は、加圧水型の自然循環型原子炉であることがある。加圧水型の自然循環型原子炉は、原子炉圧力容器（１）の内部の１次冷却材と分離された２次冷却材が通る２次冷却系を備えている。原子炉圧力容器（１）はダウンカマ（６）に蒸気発生器（２０）を備えており、１次冷却材と２次冷却材は、蒸気発生器（２０）を介して熱交換する。
【００３５】
原子炉圧力容器（１）の外部から流れてきた２次冷却材は、蒸気発生器（２０）の入口に入り、ダウンカマ（６）の冷却材と熱交換しながら蒸気発生器（２０）の内部を流れ、蒸気発生器（２０）の出口から出て、原子炉圧力容器（１）の外部に導かれる。
【００３６】
こうした蒸気発生器（２０）を備えた原子炉において、本発明による起動方法では、炉心（２）の起動初期に、蒸気発生器（２０）の内部に２次冷却材が流される。この場合、原子炉圧力容器（１）は起動初期の低温状態であることから、２次冷却材は蒸気発生器（２０）を通り抜けても液体のままである。この液体の２次冷却材を流すために、蒸気発生器（２０）は、タービン（２６）を通らない経路を形成する配管に接続される。
【００３７】
蒸気発生器（２０）の内部を流れる２次冷却材によって、蒸気発生器（２０）を介してダウンカマ（６）の１次冷却材は熱を奪われ、ライザー（５）の１次冷却材よりも温度が低くなる。この温度差によるライザー（５）とダウンカマ（６）の１次冷却材の密度差によって、１次冷却材の自然循環流量が増大し、ガイセリング現象が発生する条件のひとつである低流量が緩和される。
【００３８】
つまり、原子炉の通常運転時においてタービン（２６）を動かすための蒸気を発生するために備えられている蒸気発生器（２０）およびその内部を通る２次冷却材は、まだ蒸気を発生する温度に達しない原子炉の起動初期において、炉内の自然循環流量を増加し不安定現象を防止するために用いられる。
【００３９】
こうした、炉心（２）の起動初期に蒸気発生器（２０）に２次冷却材を流す方法は、真空引きの方法と併せて用いられることが好ましい。原子炉圧力容器（１）の真空引きを行った場合、ライザー（５）とダウンカマ（６）の静水頭圧に差がつきにくく、冷却材の自然循環流量が小さくなる。真空引きと併せて、炉心（２）の起動時に蒸気発生器（２０）に２次冷却材を流すことで、ガイセリング現象が発生する条件のうち、原子炉圧力容器内が低圧力であることと、原子炉圧力容器内の冷却材の循環流量が小さいことが、同時に緩和される。
【００４０】
また、炉心（２）の起動初期に蒸気発生器（２０）に２次冷却材を流す方法は、核予熱の方法と共に用いられることが好ましい。炉心（２）の起動初期に２次冷却材を流す方法では、ダウンカマ（６）の冷却材が冷却される。核予熱の方法ではライザー（５）の冷却材が加熱される。そのため、炉心（２）の起動初期に２次冷却材を流す方法と核予熱の方法が併用されることで、ライザー（５）とダウンカマ（６）の１次冷却材の密度差はさらに大きくなる。それによって、自然循環型原子炉の起動初期における１次冷却材の自然循環量がさらに大きくなり、不安定現象が有効に回避される。
【００４１】
また、こうした、炉心（２）の起動初期に蒸気発生器（２０）に２次冷却材を流す方法において、２次冷却材は、自然循環型原子炉が通常備えているタービンバイパス（２３）を通って循環することがある。その構成は、次のようになっている。
【００４２】
蒸気発生器（２０）は蒸気配管（２１）によってタービン（２６）の入口に接続されている。タービンの排気側は、復水器（２９）に接続されている。
【００４３】
また、タービン（２６）は多段式であり、その中段からは抽気配管（２８）が引き出されている。抽気配管（２８）は、給水加熱器（３１）を通って、復水器（２９）に接続されている。
【００４４】
２次冷却系には、蒸気発生器（２０）の発生した蒸気をタービン（２６）に導く蒸気配管（２１）の途中に、２次冷却材がタービン（２６）を迂回して循環するバイパス（２３）が設けられる。バイパス（２３）の他端は、抽気配管（２８）に接続されている。このバイパス（２３）によって、２次冷却系には、バイパス（２３）を通らずに蒸気発生器（２０）とタービン（２６）を通る第１循環経路（３４）と、タービン（２６）を通らずに蒸気発生器（２０）とバイパス（２３）を通る第２循環経路（３５）が存在することになる。
【００４５】
蒸気配管（２１）の、バイパス（２３）よりもタービン（２６）に近い側には、タービン蒸気止め弁（２５）が設けられている。バイパス（２３）には、バイパス止め弁（２４）が設けられている。第１循環経路（３４）は、バイパス止め弁（２４）を閉じ，タービン蒸気止め弁（２５）を開くことで確保される。第２循環経路（３５）は、タービン蒸気止め弁（２５）を閉じ、バイパス止め弁（２４）を開くことで確保される。
【００４６】
こうしたバイパス（２３）を備えた原子炉において、炉心（２）の起動時に、第２循環経路（３５）が確保される。その後、給水ポンプ（３２）が起動され、２次冷却材が第２循環経路（３５）を循環する。
【００４７】
炉心（２）の起動初期に蒸気発生器（２０）に２次冷却材を流す方法において、２次冷却材の循環経路として、このように通常の自然循環型原子炉が備えているバイパス（２３）を利用する方法は、新たな設備を付加する必要がなく、原子炉の起動初期の不安定現象を簡易かつ安価な手段で防止する。
【００４８】
また、こうした、炉心（２）の起動初期に蒸気発生器に流れる２次冷却材の流量を自動的に制御するために、原子炉圧力容器（１）は、気相部（８）に気相部圧力を計測する第３圧力計（３０１）と、液相部（８）に１次冷却材の循環流量を計測する流量計測部（３０２）を備えている。第３圧力計（３０１）と流量計測部（３０２）は、第３制御装置（３０３）に接続されている。
【００４９】
第３制御装置（３０３）は、第３計算部（３０４）を備えている。第３計算部（３０４）は、第３圧力計（３０１）の計測する圧力（Ｐ”）を入力とし、それを用いて設定自然循環流量（Ｃ０（ｔ））を出力する。第３制御部（３０６）は、第３計算部（３０４）の出力する設定自然循環流量（Ｃ０（ｔ））と、流量計測部（３０２）の計測する自然循環流量（Ｃ（ｔ））とを用いて、２次冷却系の給水制御弁（３３）の開度を制御する。
【００５０】
【発明の実施の形態】
［実施の第１形態］
本発明の第１の実施の形態における自然循環型原子炉の１次冷却系の構成を図１に示す。自然循環型原子炉は、原子炉圧力容器１を備えている。原子炉圧力容器１の内部は、冷却材７が液相で存在する液相部８と、気体で満たされた気相部９とで占められている。原子炉圧力容器１はシュラウド４を備えており、シュラウド４の内側はライザー５、外側はダウンカマ６である。液相部８の冷却材７は、ライザー５内を上向きに、ダウンカマ６内を下向きに循環する。炉心２はライザー５の下部に設置されている。
【００５１】
原子炉圧力容器１は、気相部９に開口する真空引き用配管１１を備えている。真空引き用配管１１は、真空引き装置１０に接続されている。真空引き装置１０の排気側は、充填抽出系１２に接続されている。真空引き用配管１１に引き入れられた１次冷却材７は、充填抽出系１２を通り、充填ポンプ１３によって原子炉圧力容器１の内部に還流する。
【００５２】
以上の構成を備えた自然循環型原子炉は、以下のように動作する。
【００５３】
図２は、真空引き装置１０を用いた自然循環型原子炉の起動方法を表す起動曲線である。時刻ｔ０において、炉心２は冷温停止状態にあり、炉内における温度は実質的に一様である。時刻ｔ０における炉内の温度はＴ０、冷却材７の水面での圧力はＰ０で示される。ライザー５の上部にはサブクール水（サブクール状態の１次冷却材７）が存在し、時刻ｔ０におけるサブクール水の飽和温度は図２（ｃ）のＴＳ（ｔ０）で示される。
【００５４】
図２（ａ）は、各時刻における真空引き装置１０のＯＮ／ＯＦＦの状態を示している。時刻ｔ１で真空引き装置１０を動かし始めると、図２（ｂ）に示されるように、炉内の圧力が低下し始める。圧力が低下するに伴って、図２（ｃ）に示されるように、サブクール水の飽和温度ＴＳ（ｔ）も低下する。
【００５５】
冷却材７が減圧沸騰する圧力まで真空引きを続けると、真空引き用配管１１に気相の冷却材が多量に流入する。真空引き用配管１１は図示しないシール部で接続されており、１次冷却材の漏洩に対する信頼性を高く保つためには、多量の冷却材の流入は、好ましくない。そのため、真空引き装置１０は、サブクール水が飽和に達するより少し前に停止するのが好ましい。
【００５６】
ライザー５にサブクール水が存在しても、その温度が飽和温度に近ければ、原子炉を起動したときにわずかな核加熱で沸騰するため、ガイセリング現象が発生する条件のひとつであるサブクール水の存在は緩和される。
【００５７】
真空引き装置１０を止める時刻は、図２（ａ）のｔ２で示されている。この時刻におけるサブクール水の飽和温度は、ＴＳ（ｔ２）で示されている。その後、時刻ｔ３（ｔ３＞ｔ２）において炉心を起動し、核加熱を開始する。
【００５８】
真空引き装置１０によって原子炉圧力容器１から引き出された冷却材は、充填抽出系１２を通り、充填ポンプ１３によって原子炉圧力容器１の内部に還流する。
【００５９】
この実施の形態においては、真空引き装置１０と真空引き用配管１１が設けられる。従来、ガイセリング現象を防ぐために、加圧器を用いる方法や、外部熱源を用いる方法が知られている。真空引き装置１０と真空引き用配管１１は、加圧器や外部熱源に比べて設備規模が小さく、低いコストで不安定現象の発生を防止することができる。
【００６０】
また、不安定現象の発生を防止するために加圧器やヒーターを用いる方法では、冷却材を循環させる必要がある。真空引き装置１０で減圧する際には冷却材７を循環させる必要がなく、冷却材喪失事故の可能性が低減し、より高い信頼性が得られる。
［実施の第２形態］
本発明の実施の第１の形態における真空引き装置を備えた自然循環型原子炉は、真空引き用配管１１に数箇所のシール部を有している。それらのシール部から冷却材７が漏洩しないよう高い信頼性を確保するために、真空引き用配管１１に引き出される冷却材は少ないことが望ましい。そのためには、真空引き装置１０を停止するタイミングは、ガイセリング現象を防止するのに効果的な圧力まで減圧がなされ、かつ沸騰するより前になるよう制御されることが望ましい。本実施の形態によれば、真空引き装置１０は、こうした条件を満たすタイミングで停止されるよう自動制御される。
【００６１】
図３を参照して，本発明の第２の実施の形態における原子炉は、ライザー上部に設置された第１圧力計１０１と、第１温度計１０２を備えている。第１圧力計１０１と第１温度計１０２は第１制御装置１０３に接続され、第１制御装置１０３は真空引き装置１０に接続され、真空引き装置１０を自動制御している。
【００６２】
第１制御装置１０３の構成を、図４に示す。第１制御装置１０３は、第１計算部１０４、第１減算器１０５、第１制御部１０６を備えている。
【００６３】
第１計算部１０４は、第１圧力計１０１が測定する圧力Ｐ（ｔ）と第１温度計１０２が測定する温度Ｔ（ｔ）を入力とし、それらの値からライザー上部のサブクール度Ｓ（ｔ）を計算して出力する。
【００６４】
ここでサブクール度とは、ある圧力下にある液体において、その圧力下における飽和温度から、液体の温度を引いたものである。したがってその値は正であり、サブクール度が小さいほど、液体は飽和状態に近い。
【００６５】
第１減算器１０５は、第１計算部が出力したサブクール度Ｓ（ｔ）と、あらかじめ設定された設定サブクール度Ｓ０を入力とし、その差Ｓ（ｔ）−Ｓ０を出力する。
【００６６】
第１制御部１０６は、第１減算器１０５の出力したＳ（ｔ）−Ｓ０を入力とし、真空引き装置１０に物理的または電気的に接続され、真空引き装置１０のＯＮ／ＯＦＦを制御する。このＯＮ／ＯＦＦの制御は、電源のＯＮ／ＯＦＦまたは図示しない制御弁の開閉などの手段による。
【００６７】
以上の構成を備えた自然循環型原子炉は、以下に示すように動作する。
【００６８】
まず、第１設定サブクール度Ｓ０が設定される。第１設定サブクール度Ｓ０は、ライザー５上部の冷却材のサブクール度がどの程度になったら真空引き装置１０の真空引きを停止するのかを予め設定したものである。サブクール度ＴＳ（ｔ）−Ｔ０がＳ０以下になったとき、真空引き装置１０が停止される。
【００６９】
Ｓ０は、高すぎるとガイセリング現象の発生を防止するのに充分なまでにサブクール水が飽和状態に近づかず、好ましくない。Ｓ０は、低すぎると、わずかな攪乱要因によってサブクール水が沸騰して真空引き用配管１１に多量の１次冷却材が引き出される可能性を生じ、好ましくない。Ｓ０は、こうした事情を考慮して、適切な値に設定されるのが好ましい。
【００７０】
時刻ｔ０において原子炉１は冷温停止状態にあり、炉内は実質的に一様な温度Ｔ０である。図２（ｃ）に示されるように、サブクール水の飽和温度はＴＳ（ｔ０）で示される。図２（ａ）を参照して、時刻ｔ１において、真空引き装置１０が作動し、原子炉１の真空引きを行う。その間、第１圧力計１０１と第１温度計１０２はライザー上部の圧力Ｐ（ｔ）および温度Ｔ（ｔ）を計測し、Ｐ（ｔ）とＴ（ｔ）を実質的にリアルタイムで出力する。
【００７１】
第１制御装置１０３は、冷却材７のサブクール度がＳ０以下になったときに、真空引き装置１０を停止する。第１制御装置１０３の動作は、詳しくは次のようである。
【００７２】
計算部１０４は、Ｐ（ｔ）とＴ（ｔ）を用いて、時刻ｔにおけるライザー５上部のサブクール度Ｓ（ｔ）≡ＴＳ（ｔ）−Ｔ０を算出する。
【００７３】
第１減算器１０５は、Ｓ（ｔ）とＳ０を入力とし、Ｓ（ｔ）−Ｓ０を出力する。Ｓ（ｔ）−Ｓ０の符号によって、制御部１０６は真空引き装置１０にＯＮ／ＯＦＦの指令を出す。時刻ｔにおいてＳ（ｔ）−Ｓ０＞０が満たされているとき、真空引き装置１０がＯＮの状態を取るよう制御され、真空引きが続けられる。逆にＳ（ｔ）−Ｓ０＜０の条件が満たされたとき、真空引き装置１０がＯＦＦとなるよう制御され、真空引きは停止される。真空引きを停止する時刻は、図のｔ２で示されている。
【００７４】
時刻ｔ３（ｔ３＞ｔ２）において、炉心が起動される。この時刻において冷却材はサブクール度が小さい状態にあるため、ガイセリング現象の発生を避けて起動することができる。
［実施の第３形態］
本発明の実施の第３の形態においては、真空引きと併せて、ライザー下部に、ガイセリング現象が発生する加熱量よりも弱い核予熱が行われる。
【００７５】
図５は、本実施の形態における原子炉の起動曲線を示している。時刻ｔ０において、原子炉は冷温停止状態にあり、原子炉圧力容器１の内部は実質的に一様な温度Ｔ０である。時刻ｔ０におけるライザー上部サブクール水の飽和温度はＴＳ（ｔ０）、ライザー下部サブクール水の飽和温度はＴＳ’（ｔ０）で示される。ライザー上部の圧力はＰ、ライザー下部の圧力はＰ’で示される。Ｐ’は静水圧の分だけＰより大きい。
【００７６】
時刻ｔ１で真空引き装置１０を動かし始めると、圧力ＰおよびＰ’は低下しはじめる。それに伴って、サブクール水の飽和温度も低下しはじめる。真空引きをつづけると沸騰が始まるが、実施例１で示したように、沸騰する前に真空引きを停止するのが好ましい。真空引きを停止する時刻は、ｔ２で示されている。
【００７７】
核予熱を開始する時刻は図５（ｅ）のｔ１’で示される。この核予熱は、起動初期の不安定現象が生じない程度に弱い。この核予熱によって、図５（ｄ）に示されるように、ライザー下部の温度が上昇し始める。また真空引きも併せて行っているため、ライザー下部のサブクール水の飽和温度は低下し続ける。
【００７８】
核予熱を続けると、やがてある時刻においてライザー下部の温度とサブクール水の飽和温度が等しくなり、ライザー下部サブクール水は沸騰を始める。しかし真空引きを行う方法と同様に、沸騰する手前で核予熱が停止されることが好ましい。その時刻がｔ２’で示されている。
【００７９】
ｔ２とｔ２’が実質的に同時となることは、ライザー５の内部のサブクール水がほぼ均一に飽和状態に近い状態になることを示しており、安定性の上で好ましい。こうしたタイミングを成立させるためには、真空引きの開始時刻ｔ１、核予熱の開始時刻ｔ１’、真空引き装置１０の吸引力、および核予熱の強さが調節される。
【００８０】
時刻ｔ３（ｔ３＞ｔ２、ｔ２’）において、炉心を起動する。このとき、ライザー上部のサブクール水は真空引きにより飽和状態に近い状態である。ライザー下部のサブクール水は核予熱によって飽和状態に近い状態である。そのため、ガイセリング現象の発生を有効に防止しつつ炉心を起動できる。
【００８１】
またライザーの下部が加熱されることで、ライザー上部よりもライザー下部の密度が小さくなり、自然循環流量が大きくなる。そのため、ガイセリング現象が発生するための他の条件である低流量を緩和される。
【００８２】
また冷却材を加熱するのに原子炉の核加熱を利用することは、加熱のために新たな設備を設ける必要がないため、コストおよび原子炉の構造の簡易さの点から、好ましい。
［実施の第４形態］
実施の第４の形態において、自然循環型原子炉は、実施の第２の形態における真空引き装置を制御する制御装置に加えて、核予熱を制御する制御装置を備えている。
【００８３】
図６を参照して、本発明による自然循環型原子炉は、実施の第２形態で示した、真空引き装置１０を制御するために第１圧力計１０１、第１温度計１０２、第１制御装置１０３を備えている。
【００８４】
それに加えて、本実施の形態における自然循環型原子炉は、ライザー下部に設置された第２圧力計２０１と第２温度計２０２を備えている。それらは第２制御装置２０３に接続されている。第２制御装置２０３は、制御棒駆動機構３ａに接続され、制御棒３の出し入れによって核予熱量を自動制御している。
【００８５】
図７は、第２制御装置２０３の構成を示している。第２制御装置２０３は、第２計算部２０４、第２減算器２０５、第２制御部２０６を備えている。
【００８６】
第２計算部２０４は、第２圧力計２０１が測定する圧力Ｐ’（ｔ）と第２温度計２０２が測定する温度Ｔ’（ｔ）を入力とし、それらの値から時刻ｔにおけるライザー下部のサブクール度Ｓ’（ｔ）≡ＴＳ’（ｔ）−Ｔ’（ｔ）を算出して出力する。
【００８７】
第２減算器２０５は、第２計算部２０４が出力したサブクール度Ｓ’（ｔ）と、あらかじめ設定された設定サブクール度Ｓ０’を入力とし、その差Ｓ’（ｔ）−Ｓ０’を出力する。第２制御部２０６は、第２減算器の出力したＳ’（ｔ）−Ｓ０’を入力とし、その値を用いて、核予熱の量を制御する。
【００８８】
本実施の形態における以上の構成をもつ自然循環型原子炉は、以下に示すように動作する。
【００８９】
まず、ライザー下部の設定サブクール度Ｓ０’が設定される。Ｓ０’は、冷却材７のライザー下部におけるサブクール度がどの程度になったら核予熱を停止するのかの基準を予め設定しておいたものである。ライザー下部のサブクール度Ｓ’（ｔ）≡ＴＳ’（ｔ）−Ｔ０がＳ０’以下になったとき、真空引き装置１０が停止される。
【００９０】
Ｓ０’は、高すぎるとライザー下部サブクール水が十分に飽和状態に近づかず、好ましくない。Ｓ０’は、低すぎると、わずかな攪乱でライザー下部のサブクール水が沸騰する可能性があり、安定性の上から好ましくない。Ｓ０’は、こうした事情を考慮して、適切な値に設定されるのが好ましい。
【００９１】
時刻ｔ０において、原子炉は冷温停止状態にある。図５を参照して、時刻ｔ１で真空引きが開始される。時刻ｔ１’で、核予熱が開始される。ｔ１とｔ１’は順不同である。
【００９２】
第２圧力計２０１と第２温度計２０２はライザー下部の圧力Ｐ’（ｔ）および温度Ｔ’（ｔ）を計測し、Ｐ’（ｔ）とＴ’（ｔ）を実質的にリアルタイムで出力する。計算部２０４は、Ｐ’（ｔ）とＴ’（ｔ）を用いて、時刻ｔにおけるライザー下部のサブクール度Ｓ’（ｔ）を算出する。
【００９３】
第２減算器２０５は、Ｓ’（ｔ）とＳ０’を入力とし、Ｓ’（ｔ）−Ｓ０’を出力する。その出力値を用いて、第２制御部２０６は核予熱の量を制御する。Ｓ’（ｔ）−Ｓ０’の値が大きいほど、核予熱の量は相対的に大きくなる方向で制御される。Ｓ’（ｔ）−Ｓ０’の値が小さくなるほど核予熱の量は相対的に小さくなる方向で制御され、ある時刻で停止される。その時刻は、図５のｔ２’で示されている。
【００９４】
真空引き装置は、実施の第２の形態と同様に制御されて時刻ｔ２で停止される。ｔ２とｔ２’は順不同である。
【００９５】
時刻ｔ３（ｔ３＞ｔ２、ｔ２’）において、炉心が起動される。この時刻においてライザー全体で冷却材はサブクール度が小さい状態にあるので、ガイセリング現象の発生を避けて起動することができる。
【００９６】
ライザー上部のサブクール水は真空引きにより飽和状態に近い状態となり、ライザー下部のサブクール水は核予熱によって飽和状態に近い状態となる。ライザー上部のサブクール水が飽和状態になる時刻と、ライザー下部のサブクール水が飽和状態になる時刻は、ほぼ同時であることが、冷却材７の全体の安定性から好ましい。
【００９７】
このような構成をもつ原子炉において、真空引きの開始時刻または排気速度、前記核予熱の開始時刻または発熱量の少なくともひとつが調節される。これらの調節は、ライザー（５）上部と下部が飽和状態に近い状態となる時刻が接近するように、すなわちｔ２≒ｔ２’となるように行われる。
【００９８】
ライザー５の全体で冷却材がほぼ同時に飽和状態に近い状態となるように真空引きと核予熱が制御されることで、ガイセリング現象を効果的に防止し、原子炉を安定的に起動することができる。
［実施の第５の形態］
本実施の形態における原子炉は、加圧水型の自然循環炉である。図８を参照して、原子炉圧力容器１は、ダウンカマ６の内部に２次冷却系の蒸気発生器２０を備えている。蒸気発生器２０は、蒸気配管２１に接続されている。蒸気配管２１の途中には、蒸気流量を調節する蒸気流量制御弁２２が設置されている。蒸気配管２１は途中で分岐している。一方の配管は間にタービン蒸気止め弁２５を挟んでタービン２６の入口に接続されており、他方の配管はバイパス２３である。タービン２６は、発電機２７に接続されている。
【００９９】
タービン２６の出口に接続された配管は、復水器２９、脱気器３０、給水加熱器３１、給水ポンプ３２、給水制御弁３３の順に接続され、蒸気発生器２０に戻る。また、タービン２６は多段式であり、その中段から引かれた抽気配管２８は、給水加熱器３１を通って復水器２９に接続されている。
【０１００】
また蒸気配管２１の途中で分岐したバイパス２３は、抽気配管２８に接続されている。バイパス２３はバイパス止め弁２４を備えている。
【０１０１】
次に原子炉の通常運転時における２次冷却材の循環経路を示す。これは第１循環経路３４として図示され、次に示す経路である。２次冷却材は、蒸気発生器２０で液体から蒸気に変化し、蒸気配管２１を通ってタービン２６に流入する。タービン２６は発電機２７に接続され、発電が行われる。タービン２６から排出された蒸気は、復水器２９によって除熱されて液化される。液化された２次冷却材は、脱気器３０によって溶け込んでいる気体を取り除かれる。脱気器３０を出た２次冷却材は、給水加熱器３１によって予熱される。給水加熱器３１を出た２次冷却材は、給水ポンプ３２によって押し出され，給水制御弁３３によって流量を調節されて、蒸気発生器２０に還流する。
【０１０２】
また、タービン２６の中段から引き出された２次冷却材の蒸気は、給水加熱器３１に送り込まれて、脱気器３０から出た２次冷却材の予熱に用いられる。給水加熱器３１から出た２次冷却材の蒸気は、復水器２９に導入される。
【０１０３】
次に第２循環経路３５について説明する。第２循環経路３５は、蒸気発生器２０を通り、バイパス２３、抽気配管２８を通って復水器２９に戻る。以降は第１循環経路３４と同じ経路を取り、脱気器３０、給水加熱器３１、給水ポンプ３２、給水制御弁３３を経て蒸気発生器２０に還流する。第２循環経路３５は、タービン蒸気止め弁２５を閉じ、バイパス止め弁２４を開くことで確保される。
【０１０４】
本実施の形態では、炉心２の起動初期に、タービン蒸気止め弁２５が閉じられるとともにバイパス止め弁２４が開かれることで、第２循環経路３５が確保される。そして第２循環経路３５に２次冷却材が流される。
【０１０５】
炉心の起動初期においては２次冷却材が沸騰するほど１次冷却材７が高温でなく、２次冷却材は蒸気発生器２０を通過しても液体のままである。この液体の２次冷却材を流すために、タービン２６を通らない第２循環経路３５が確保されている。
【０１０６】
２次冷却材は、蒸気発生器２０を通る際にダウンカマ６の１次冷却材の熱を奪う。熱を奪われたダウンカマ６の１次冷却材はライザー５の１次冷却材に比べて比重が大きくなり、１次冷却材７の自然循環が促される。
【０１０７】
以上に示した炉心の起動方法は、原子炉の起動時における１次冷却材７の流量が増加し、ガイセリングの発生条件の一つである、冷却材の低流量を緩和する。
【０１０８】
本実施の形態における、炉心２の起動時に蒸気発生器２０に２次冷却材を流す方法は、実施の第１、第２、第４の形態に示した真空引きと併用されることが好ましい。真空引きを行う起動方法においては、冷却材７のライザー５とダウンカマ６における静水頭圧差が小さくなるため、自然循環流量は小さくなる。真空引きと併せて炉心の起動時に蒸気発生器に２次冷却材が流されることで、１次冷却材の循環流量が大きくなる。その結果、ガイセリング現象が発生する条件である炉心上部のサブクール水が存在することと、冷却材の自然循環量が小さいこととが、共に緩和される。
【０１０９】
また、本実施の形態における、炉心の起動時に蒸気発生器に２次冷却材を流す方法は、実施の第３、第４の形態に示した核予熱と併用されることが好ましい。核予熱の方法ではライザーの冷却材が予熱される。本実施の形態では、ダウンカマの冷却材が冷却される。そのため、核予熱と炉心の起動時に２次冷却材を流す方法とが併用されることで、ライザーとダウンカマの密度差はさらに大きくなる。それによって、炉心の起動初期における１次冷却材の自然循環量がさらに大きくなり、不安定現象が有効に回避される。
【０１１０】
以上のことから、真空引きと、核予熱と、炉心起動初期に蒸気発生器に冷却材を流す方法を併用する起動方法が、自然循環型原子炉の起動初期の不安定現象を防止する上で最も好適に用いられる。
【０１１１】
本実施の形態における方法は、加圧水型の自然循環炉が備えている蒸気発生器とバイパスを利用するものであり、新たに設備を付加することなく実施することができるため、低いコストで起動時の安定性を向上させることができる。
［実施の第６の形態］
図９を参照して、本発明の第６の実施の形態において、原子炉は、原子炉圧力容器１の気相部９の圧力を計測する第３圧力計３０１と、冷却材の自然循環量Ｃ（ｔ）を計測する流量計測部３０２を備えている。それらは第３制御装置３０３に接続され、第３制御装置３０３は、２次冷却系の給水制御弁３３に接続され、給水制御弁３３の開度を制御している。
【０１１２】
第３制御装置３０３の構成を図１０に示す。第３制御装置３０３は、第３計算部３０４、第３減算器３０５、第３制御部３０６を備えている。
【０１１３】
第３計算部３０４は、気相部の圧力Ｐ”を入力とし、それを用いて設定自然循環流量Ｃ０（ｔ）を算出して出力する。圧力Ｐ”が低いほど、ライザー５の冷却材とダウンカマ６の冷却材の密度差が大きくなり、大きな自然循環流量が見込めるので、設定自然循環流量Ｃ０（ｔ）は大きく設定する。
【０１１４】
圧力Ｐ”が高いほど、ライザー５の冷却材とダウンカマ６の冷却材の密度差は小さくなり、大きな自然循環流量を得るのは難しくなる。しかし、ガイセリング現象が発生する条件の一つである炉内の低圧力は緩和されている。したがって圧力Ｐ”が大きいほど、設定自然循環流量Ｃ０（ｔ）は小さくてもガイセリング現象を防ぐことができる。
【０１１５】
第３減算器３０５は、設定自然循環流量Ｃ０（ｔ）と、流量計測部３０２の出力した自然循環流量Ｃ（ｔ）を入力とし、その差Ｃ０（ｔ）−Ｃ（ｔ）を出力する。第３制御部３０６は、Ｃ０（ｔ）−Ｃ（ｔ）を入力とし、それを用いて給水制御弁３２に指令を出し、２次冷却材の流量を調整する。第３制御部３０６は、Ｃ０（ｔ）−Ｃ（ｔ）が大きいほど、蒸気発生器２０により多くの２次冷却材を流すように、給水制御弁３３の開度を調節する。
【０１１６】
こうした制御装置を備えた原子炉は、冷却材の自然循環流量を制御することで、ガイセリング現象を有効に回避する。特に、実施の第１の形態または第２の形態に示した真空引きと併用されることで、ガイセリング現象を有効に回避する。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明による自然循環型原子炉とその起動方法は、起動時の不安定現象を簡易な手段で防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態における原子炉を示す断面図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態における、原子炉の起動方法を示す起動曲線である。
【図３】図３は、第２の実施の形態における、真空引きを停止するタイミングを制御する制御系を示す。
【図４】図４は、第２の実施の形態における、真空引きを停止するタイミングを制御する制御装置の構成を示す。
【図５】図５は、第３の実施の形態における、原子炉の起動方法を示す起動曲線である。
【図６】図６は、第４の実施の形態における、核予熱の加熱量を制御する制御系を示す。
【図７】図７は、第４の実施の形態における、核予熱の強さを制御する制御装置の構成を示す。
【図８】図８は、第５の実施の形態における原子炉の構成を示す。
【図９】図９は、第６の実施の形態における、自然循環量を制御する原子炉の構成を示す。
【図１０】図１０は、第６の実施の形態における、自然循環量を制御する制御装置の構成を示す。
【図１１】図１１は、自然循環型原子炉の自然循環流量が大きい時の温度分布を示す。
【符号の説明】
１…原子炉圧力容器
２…炉心
３…制御棒
３ａ…制御棒駆動装置
４…シュラウド
５…ライザー
６…ダウンカマ
７…冷却材
８…液相部
９…気相部
１０…真空引き用配管
１１…真空引き装置
１２…充填抽出系
１３…充填ポンプ
２０…蒸気発生器
２１…蒸気配管
２２…蒸気流量制御弁
２３…バイパス
２４…バイパス止め弁
２５…タービン蒸気止め弁
２６…タービン
２７…発電機
２８…抽気配管
２９…復水器
３０…脱気器
３１…給水加熱器
３２…給水ポンプ
３３…給水制御弁
３４…第１循環経路
３５…第２循環経路
１０１…第１圧力計
１０２…第１温度計
１０３…第１制御装置
２０１…第２圧力計
２０２…第２温度計
２０３…第２制御装置
３０１…第３圧力計
３０２…流量計測部
３０３…第３制御装置
Ｓ０…第１設定サブクール度
Ｓ（ｔ）…第１サブクール度
ＴＳ（ｔ）…ライザー上部飽和温度
Ｓ０’…第２設定サブクール度
Ｓ’（ｔ）…第２サブクール度
ＴＳ’（ｔ）…ライザー下部飽和温度
Ｃ０（ｔ）…設定自然循環流量
Ｃ（ｔ）…自然循環流量
【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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