(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の一つの運転サイクルが、前記原子炉の炉心から全ての制御棒が全引抜されて炉心流量が最初に設定炉心流量に達する時点よりも前の第１期間、及びその時点以降の第２期間を含んでおり、
前記第１期間内で、複数の前記制御棒の操作によって複数の制御棒パターンを形成し、
前記第１期間に含まれる、形成されたそれぞれの同一の制御棒パターンで運転される期間が複数の小区間に分割されて、それぞれの同一の制御棒パターンで運転される期間内の最初の前記小区間から最後の前記小区間に向かって、隣り合うそれぞれの前記小区間の間で給水温度設定値がステップ状に減少して設定されると共に各前記小区間の末期における炉心流量設定値が前記給水流量設定値とは逆に増大して設定されており、
それぞれの前記同一の制御棒パターンで運転される期間において、各前記小区間における、前記原子炉に供給される給水の温度が、該当する小区間での前記給水温度設定値に基づいて制御されることによって、前記最初の小区間から前記最後の小区間に向かって前記原子炉に供給される給水の温度がステップ状に減少され、
それぞれの前記同一の制御棒パターンで運転される期間において、各前記小区間における前記炉心流量が、該当する小区間での前記炉心流量設定値まで増大するように制御され、前記最初の小区間から前記最後の小区間に向かって前記小区間の末期での前記炉心流量が増大し、
それぞれの前記小区間における前記給水温度制御は、該当する小区間内での炉心流量が前記炉心流量設定値になるまで継続されることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項２】
前記第２期間における前記給水の温度制御は、前記第１期間で用いられるそれぞれの給水温度設定値よりも低い他の給水温度設定値に基づいて制御される給水温度制御を含んでいる請求項１に記載の原子力プラントの運転方法。
【請求項３】
前記最後の小区間における前記炉心流量設定値は、前記制御棒パターンを変更する時点での炉心流量である請求項１または請求項２に記載の原子力プラントの運転方法。
【請求項４】
或る前記小区間内での前記炉心流量がこの小区間における前記炉心流量設定値になったとき、前記給水温度を前記或る小区間に隣り合う他の前記小区間における前記給水温度設定値までを減少させると共に、これらの隣り合う前記小区間における原子炉出力が実質的に同じになるように、前記炉心流量を減少させる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の原子力プラントの運転方法。
【請求項５】
原子炉の一つの運転サイクルが、前記原子炉の炉心から全ての制御棒が全引抜されて炉心流量が最初に設定炉心流量に達する時点よりも前の第１期間、及びその時点以降の第２期間を含んでおり、
前記第１期間内で、複数の前記制御棒の操作によって複数の制御棒パターンを形成し、
前記第１期間に含まれる、形成された同一の制御棒パターンで運転される期間において、前記原子炉に供給される給水の温度が、異なる給水温度設定値を用いて、ステップ状に少なくとも１回制御され、
前記給水温度設定値を用いた給水温度制御は、炉心流量がこの給水温度設定値に基づいて設定された炉心流量設定値になるまで継続され、
前記ステップ状の給水温度の制御は、前記同一の制御棒パターンで運転される期間内の第１の小区間では第１の前記給水温度設定値に基づいて給水温度を制御し、その制御棒パターンで運転される前記期間内の、前記第１の小区間に続く第２の前記小区間では前記第１の給水温度設定値よりも低い第２の前記給水温度設定値に基づいて給水温度を制御することによって行われ、
前記第１の給水温度設定値が前記第２の給水温度設定値に変更されたとき、給水温度を減少させると共に炉心流量を減少させることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項６】
前記第２期間における前記給水の温度制御は、前記第１期間で用いられるそれぞれの給水温度設定値よりも低い他の給水温度設定値に基づいて制御される給水温度制御を含んでいる請求項５に記載の原子力プラントの運転方法。
【請求項７】
前記第１の小区間及び前記第２の小区間においては、炉心流量が増加される請求項５または６に記載の原子力プラントの運転方法。
【請求項８】
原子炉の一つの運転サイクルが、前記原子炉の炉心から全ての制御棒が全引抜されて炉心流量が最初に設定炉心流量に達する時点よりも前の第１期間、及びその時点以降の第２期間を含んでおり、
前記第１期間内で、複数の前記制御棒の操作によって複数の制御棒パターンを形成し、
前記第１期間に含まれる、形成された同一の制御棒パターンで運転される期間において、前記原子炉に供給される給水の温度が、異なる給水温度設定値を用いて、ステップ状に少なくとも１回制御され、
前記給水温度設定値を用いた給水温度制御は、炉心流量がこの給水温度設定値に基づいて設定された炉心流量設定値になるまで継続され、
前記ステップ状の給水温度の制御は、前記同一の制御棒パターンで運転される期間内の第１の小区間では第１の前記給水温度設定値に基づいて給水温度を制御し、その制御棒パターンで運転される前記期間内の、前記第１の小区間に続く第２の前記小区間では前記第１の給水温度設定値よりも高い第２の前記給水温度設定値に基づいて給水温度を制御することによって行われることを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項９】
前記第２期間における前記給水の温度制御は、前記第１期間で用いられるそれぞれの給水温度設定値よりも低い他の給水温度設定値に基づいて制御される給水温度制御を含んでいる請求項８に記載の原子力プラントの運転方法。
【請求項１０】
前記第１の小区間及び前記第２の小区間においては、炉心流量が減少される請求項８または９に記載の原子力プラントの運転方法。
【請求項１１】
前記第１の給水温度設定値が前記第２の給水温度設定値に変更されたとき、給水温度を上昇させると共に炉心流量を増加させる請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の原子力プラントの運転方法。
【請求項１２】
炉心入口エンタルピーをｈcore、給水流量をＷfeed、飽和水のエンタルピーをｈsat、給水温度をＴ及び原子炉圧力をＰとしたとき、熱バランス計算装置が、前記炉心流量設定値Ｗが、下記の式を用いて
Ｗ×ｈcore＝{（Ｗ−Ｗfeed）×ｈsat（Ｐ）＋Ｗfeed×ｈ（Ｔ, Ｐ）}
熱バランス計算装置によって算出される請求項１に記載の原子力プラントの運転方法。
【請求項１３】
前記炉心流量が前記炉心流量設定値になるまでの前記炉心流量の制御は、前記給水温度に対応する炉心入口冷却材温度が、前記炉心に冷却材を供給するポンプにおいてキャビテーションが発生しない上限の温度以下でこの上限温度付近になるように、制御される請求項１に記載の原子力プラントの運転方法。
【請求項１４】
原子炉と、
タービンを含み、前記原子炉で発生する蒸気を導く蒸気系と、
給水加熱手段を含み、この給水加熱手段で加熱された給水を前記原子炉に供給する給水系と、
原子炉の一つの運転サイクルが、前記原子炉の炉心から全ての制御棒が全引抜されて炉心流量が最初に設定炉心流量に達する時点よりも前の第１期間、及びその時点以降の第２期間を含んでおり、前記第１期間が、異なる制御棒パターンで別々に運転される複数の制御棒パターン期間を含み、それぞれの前記制御棒パターン期間が複数の小区間に分割されて、それぞれの前記制御棒パターン期間内の最初の前記小区間から最後の前記小区間に向かって、隣り合うそれぞれの前記小区間の間で給水温度設定値がステップ状に減少して設定されると共に各前記小区間の末期における炉心流量設定値が前記給水流量設定値とは逆に増大して設定されているとき、それぞれの前記制御棒パターン期間において、各前記小区間における、前記原子炉に供給される給水の温度を、該当する小区間での前記給水温度設定値に基づいて制御することによって、前記最初の小区間から前記最後の小区間に向かって前記原子炉に供給される給水の温度をステップ状に減少させ、それぞれの前記小区間における前記給水温度制御を、該当する小区間内での炉心流量が前記炉心流量設定値になるまで継続して行う給水制御装置と、
それぞれの前記制御棒パターン期間において、各前記小区間における前記炉心流量を、該当する小区間での前記炉心流量設定値まで増大するように制御し、前記最初の小区間から前記最後の小区間に向かって前記小区間の末期での前記炉心流量を増大させる炉心流量制御装置とを備えたことを特徴とする原子力プラント。
【請求項１５】
前記給水温度制御装置は、前記第２期間で、入力した前記炉心流量が最初に設定炉心流量に達する時点以降において、前記給水の温度を、前記ステップ状の制御に用いるそれぞれの前記給水温度設定値よりも低い他の給水温度設定値に基づいて制御する請求項１４に記載の原子力プラント。
【請求項１６】
炉心入口エンタルピーをｈcore、給水流量をＷfeed、飽和水のエンタルピーをｈsat、給水温度をＴ及び原子炉圧力をＰとしたとき、前記炉心流量設定値Ｗを、下記の式を用いて
Ｗ×ｈcore＝{（Ｗ−Ｗfeed）×ｈsat（Ｐ）＋Ｗfeed×ｈ（Ｔ, Ｐ）}
算出する熱バランス計算装置を備えた請求項１４または請求項１５に記載の原子力プラント。
【請求項１７】
或る前記小区間内での前記炉心流量がこの小区間における前記炉心流量設定値になったとき、前記給水温度を前記或る小区間に隣り合う他の前記小区間における前記給水温度設定値までを減少させる前記給水制御装置と、
前記給水温度を前記他の小区間における前記給水温度設定値までを減少させるとき、これらの隣り合う前記小区間における原子炉出力が実質的に同じになるように、前記炉心流量を減少させる前記炉心流量制御装置とを備えた請求項１４に記載の原子力プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力プラントの運転方法及び原子力プラントに係り、特に、沸騰水形原子力発電プラントに適用され、発電容量を増大させて、長期運転するのに好適な原子力プラントの運転方法及び原子力プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントにおいて、発電容量を増加させ、さらに長期運転を行う場合は、炉心に装荷された燃料集合体の２３５Ｕの平均濃縮度を上げるなどして対応するのが一般的である。また、運転サイクル末期においては、不足する反応度を補うため、炉心流量を増加させて炉心内の蒸気の体積比率(ボイド率)を低下させ、中性子の減速を促進させるのが一般的である。反応度調整を目的とし炉心内のボイド率を変化させる一つの技術に、給水温度を変化させて炉心入口の冷却水温度を変化させる給水温度制御がある。給水温度制御により反応度を調整する技術が特開平８−２３３９８９号公報及び特開昭６２−１３８７９４号公報に開示されている。特に、特開平８−２３３９８９号公報には、運転サイクルの大半の期間において給水温度を最高給水温度に維持し、運転サイクル終了時点で給水温度を最低給水温度にすることが記載されている。
【０００３】
機械設計便覧、昭和４８年１月、機械設計便覧編集委員会編、１９９６頁〜２０１０頁、丸善株式会社は、原子炉における再循環ポンプでキャビテーションが発生しない上限の冷却材温度について述べている。ＨＬＲ−００６訂１「沸騰水形原子力発電所  ３次元核熱水力計算手法について」昭和５９年９月、２頁〜１１頁、株式会社  日立製作所は、核熱水力計算方法を説明している。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２３３９８９号公報
【特許文献２】特開昭６２−１３８７９４号公報
【非特許文献１】機械設計便覧、昭和４８年１月、機械設計便覧編集委員会編、１９９６頁〜２０１０頁、丸善株式会社
【非特許文献２】ＨＬＲ−００６訂１「沸騰水形原子力発電所  ３次元核熱水力計算手法について」昭和５９年９月、２頁〜１１頁、株式会社  日立製作所
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の従来技術では、発電容量の増加、及び長期運転時に燃料集合体の平均濃縮度を増大すると、長期運転により原子力発電プラントの設備利用率は増加するが、一般に燃料経済性が低下するという課題がある。さらに、炉心流量を増加させて反応度を補償する場合、現行の原子力発電プラントでは給水温度制御を行っていなく、また、給水流量は原子力発電プラントの出力、すなわち主蒸気流量に比例して決まるので以下の課題がある。すなわち、タービンからの抽気により給水を加熱する再熱サイクルでは、タービンからの抽気量をできるだけ多くすることによって熱効率を向上できる。しかしながら、タービンの抽気量は、炉心流量が最大流量となったときの炉心入口の冷却水温度によって設定されるため、炉心流量が最大流量未満である状態ではタービンの抽気量を増加できる余地があり、熱効率を向上できる余地がある。また、炉心流量を増加させても炉心の熱出力を変えないと給水流量と給水温度は特に変化せず、炉心流量が増加した分だけ、炉心流量に占める低温の給水流量の割合が減少する。このため、炉心入口の冷却水温度は、炉心流量増加前に比べて上昇し、炉心流量増加による炉心のボイド率低減効果が低下する。以上のように、熱効率あるいは燃料経済性を向上させるためには、炉心流量の変化と関連づけて給水温度を変化させる必要があると考えられるが、給水温度を調整して反応度を調整する従来技術では、具体的にどのように給水温度を調整するかというロジックについては運転サイクル前期、中期、末期等程度であり、炉心流量の変化と関連づけた記載はない。
【０００６】
また、炉心流量及び給水温度のどちらを変化させた場合でも、炉心の反応度が変化するため、炉心流量の変化と関連づけて給水温度を変化させた場合、原子炉熱出力、あるいは発電機出力を設定値に保持するためには、そのままでは制御システムが複雑化し、運転性が損なわれる課題があった。
【０００７】
本発明の目的は、プラントの稼働率を向上させることができ、給水温度制御システムを簡素化できる原子力プラントの運転方法及び原子力プラントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、原子炉の一つの運転サイクルが、原子炉の炉心から全ての制御棒が全引抜されて炉心流量が設定炉心流量に達する時点よりも前の第１期間、及びその時点以降の第２期間を含んでおり、
第１期間内で、複数の制御棒の操作によって複数の制御棒パターンを形成し、
第１期間に含まれる、形成された同一の制御棒パターンで運転される期間において、原子炉に供給される給水の温度が、異なる給水温度設定値を用いてステップ状に少なくとも１回制御され、
給水温度設定値を用いた給水温度制御は、炉心流量がこの給水温度設定値に基づいて設定された炉心流量設定値になるまで継続されることにある。
【０００９】
第１期間における、形成された同一の制御棒パターンで運転される期間において、原子炉に供給される給水の温度が、異なる給水温度設定値を用いてステップ状に少なくとも１回制御されるので、炉心入口での冷却材温度を従来よりも高くすることができる。したがって、原子炉の熱効率を向上させることができる。複数の給水温度設定値に基づいて給水温度をステップ状に制御するので、給水温度制御を単純化できる。このため、給水温度制御装置を簡素化することができる。
【００１０】
上記の目的は、原子炉内に形成された、異なる制御棒パターンを、別々に用いた各運転期間において、原子炉に供給される給水の温度を、異なる給水温度設定値を用いてステップ状に少なくとも１回制御し、
給水温度設定値を用いたその給水温度制御を、炉心流量がこの給水温度設定値に基づいて設定された炉心流量設定値になるまで継続して行うことによっても達成できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、プラントの稼働率を向上させることができ、給水温度制御システムを簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明の好適な一実施例である実施例１の原子力プラントを、沸騰水形原子力発電プラントを例にとって、図１〜図３を用いて以下に説明する。
【００１４】
沸騰水形原子力発電プラントは、原子炉１、高圧タービン３、低圧タービン５、復水器６、炉心流量制御装置２６、給水温度制御装置２７、熱バランス計算装置２８及び記憶装置３８を備えている。原子炉１は、原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶという）１０内に多数の燃料集合体（図示せず）を装荷している炉心１１を有する。円筒状の炉心シュラウド２９が、ＲＰＶ１０内で炉心１１の周囲を取り囲んでいる。インターナルポンプ１２が、ＲＰＶ１０の下部に設けられる。インターナルポンプ１２のインペラ１３は、ＲＰＶ１０と炉心シュラウド２９との間に形成されるダウンカマー（環状流路）３０内に配置される。ダウンカマー３０内でインペラ１３の上流側と下流側の差圧を測定する差圧計１４が設けられている。ＲＰＶ１０に接続される主蒸気配管２は、高圧タービン３、湿分分離過熱器（または湿分分離再熱器）４及び低圧タービン５を接続する。高圧タービン３及び低圧タービン５は、発電機（図示せず）に連結される。給水配管１５が、復水器６、低圧給水加熱器７、給水ポンプ８及び高圧給水加熱器９をこの順序で接続し、ＲＰＶ１０に接続される。高圧タービン３に連絡される抽気配管１６が、高圧給水加熱器９に接続される。湿分分離過熱器４に連絡される配管１９、及び低圧タービン５に接続される配管２０が、それぞれ、低圧給水加熱器７に接続される。蒸気流量調節弁１７が抽気配管１６に設置される。高圧給水加熱器９に接続されるドレン配管１８が、低圧給水加熱器７を経て復水器６に接続される。
【００１５】
ＲＰＶ１０内の圧力（蒸気の圧力）を検出する圧力計２１が、ＲＰＶ１０の上部に設置される。蒸気流量を検出する流量計２２、及び蒸気温度を検出する温度計２３が、主蒸気配管２に設置される。給水流量を検出する流量計２４、及び給水温度を検出する温度計２５が、給水配管１５に設置される。
【００１６】
原子力発電プラントの運転中では、インターナルポンプ１２の回転によってインペラ１３で昇圧された、ダウンカマー３０内の冷却水（冷却材）は、下部プレナム３１より炉心１１内に供給される。この冷却水の一部は、炉心１１にある燃料集合体内に供給され、核燃料物質の核分裂により発生する熱で加熱され、蒸気となる。蒸気は、ＲＰＶ１０内で炉心１１上方に設置された気水分離器（図示せず）及び蒸気乾燥器（図示せず）にて水分が除去され、主蒸気配管２に吐出される。この蒸気は、高圧タービン３を回転させ、湿分分離過熱器４で湿分が除去されて過熱され、低圧タービン５に供給されて低圧タービン５を回転させる。高圧タービン３及び低圧タービン５の回転により、発電機が回転され、電気が発生する。低圧タービン５から排気された蒸気は、復水器６で凝縮されて水となる。
【００１７】
この水は、給水として、給水配管１５によってＲＰＶ１０内に供給される。その給水は、低圧給水加熱器７で加熱され、給水ポンプ８で昇圧され、高圧給水加熱器９で更に高温に加熱され、ＲＰＶ１０内に供給される。低圧給水加熱器７は、配管１９，２０にて導かれる、湿分分離過熱器４から排出される高温のドレン水、低圧タービン５から抽気される蒸気及び凝縮水により、給水を加熱する。高圧給水加熱器９は、高圧タービン３から抽気されて抽気配管１６で導かれる蒸気によって加熱される。このように、高圧タービン３及び低圧タービン５から抽気される蒸気及び凝縮水を用いて給水を加熱する方法は再熱サイクルと呼ばれ、復水に捨てられる熱量を減少させることができる。再熱サイクルは、熱効率が向上するため、沸騰水形原子炉に一般的に適用される。
【００１８】
低圧タービン５及び高圧タービン３からの抽気量を増加してＲＰＶ１０に供給される給水の温度を高めるほど熱効率が向上する。しかし、給水温度は、原子炉再循環系の健全性を保つ観点から制限される。具体的には、給水温度を上げすぎ、冷却水温度が上がりすぎると、インターナルポンプ１２のインペラ１３において冷却水に気泡（キャビテーション）が発生しインペラ１３に損傷を与える恐れが生じるため、冷却水の温度がキャビテーションが発生しない上限の温度以下になるように給水温度を制限している。キャビテーションが発生しない冷却水の上限の温度は、インペラ１３の形状などによって異なるが、現行の原子炉においては飽和温度よりも約１０℃低い温度となっている。
【００１９】
冷却水の温度がキャビテーションが発生しない上限の温度となるのは、炉心流量が最大流量（以下、最大炉心流量という）となったときであり、最大炉心流量（設定炉心流量）未満である状態では冷却水の温度はその上限温度よりも低くなっている。従って、最大炉心流量未満である状態では給水加熱器への抽気量を増加できる余地があり、熱効率を向上できる余地がある。本実施例は、最大炉心流量未満である状態において、給水加熱器への抽気量を増加させ、運転サイクルにおける平均の給水温度を従来よりも高めて運転することを特徴とする。
【００２０】
図１に示す沸騰水形原子力発電プラントで実施されるその運転方法の概要を、図２を用いて説明する。図２に示す運転方法は、炉心１１内の抑制すべき反応度が、運転サイクル開始から運転サイクル終了まで一様に減少する炉心構成を対象にしたものである。このような炉心構成は、余剰反応度を抑制するために、炉心１１に装荷される燃料集合体に含まれる可燃性毒物（例えばＧｄ）の量を調節することによって実現される。
【００２１】
一つの運転サイクルは、原子炉１の起動開始から、原子炉１内の燃料集合体を交換するために原子炉１を停止するまでの期間を意味する。本実施例における運転サイクルは、制御棒パターンが異なる期間Ｐ１，Ｐ２及びＰ３を有する。期間Ｐ１，Ｐ２及びＰ３は、それぞれの期間内で同一の制御棒パターンが形成される。期間Ｐ１及びＰ２は最大炉心流量（１００％流量）になったときに終了するが、その時点で制御棒パターンチェンジが行われる。期間Ｐ３は炉心１１から全制御棒３６が全引き抜きされている制御棒パターンで運転される期間である。期間Ｐ１及びＰ２は、何本かの制御棒３６が炉心１１に挿入されているが、制御棒パターンが異なっている。期間Ｐ１は、期間Ｐ２よりも炉心１１内に挿入されている制御棒３６の挿入量が多くなっている。
【００２２】
現行の沸騰水形原子力発電プラントでは、給水流量及び給水温度は原子炉出力が変化しない限り調節されない。一方、沸騰水形原子炉では、炉心１１のボイド率の変化に応じて炉心の核的反応度を調整するため、炉心流量は運転サイクルを通して適宜変更される。炉心流量が変化すると、ＲＰＶ１０内において、炉心１１から流出してダウンカマー３０及び下部プレナム３１を通って再び炉心１１に戻される、ほぼ飽和温度になっている再循環水の流量が変化する。給水温度及び給水流量が一定の現行の沸騰水形原子力発電プラントでは、炉心入口での冷却水温度は、炉心流量が減少すると低下し、炉心流量が増えると上昇する。このとき、給水加熱量は、炉心入口冷却水温度が最高となる条件、すなわち炉心流量が最大となった場合でも、炉心入口冷却水温度の設定温度は、キャビテーションが発生しない上限の温度以下となるように設定される。従って、現行の沸騰水形原子力発電プラントでは、炉心流量が最大炉心流量未満の場合には、炉心入口冷却水温度は、キャビテーションが発生しない上限の温度よりも低くなる。これは、給水温度を高められる余地があり、従って熱効率を向上できる余地があることを意味する。
【００２３】
これに対し、本実施例は、この問題を解決するため、１つの運転サイクルで炉心流量が最大炉心流量未満である期間において、炉心入口冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限の温度以下でできるだけこの上限の温度に近づくように、給水温度設定値を現行の沸騰水形原子力発電プラント（従来例）のそれよりも高く設定し、この給水温度設定値に基づいて炉心流量設定値を定めている。本実施例は、炉心流量が炉心流量設定値になるまでの期間において、その炉心流量設定値に対応する給水温度設定値に基づいて給水温度を制御する。
【００２４】
この技術的思想を反映した本実施例では、期間Ｐ１，Ｐ２に対し、各期間の終了時点に向って減少するように、３つの給水温度設定値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が設定され、期間Ｐ３に対し、この期間の終了時点に向って減少するように、４つの給水温度設定値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，ＴＥが設定されている。給水温度設定値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，ＴＥは、その技術的思想に基づいて、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞ＴＥとなるように、ステップ状に設定されている（図２参照）。具体的には、給水温度設定値Ｔ１が２２５℃、給水温度設定値Ｔ２が２２０℃、Ｔ３が２１５℃及び給水温度設定値ＴＥが２１０℃である。２１５℃は、従来例での給水温度設定値である。期間Ｐ１，Ｐ２は給水温度設定値との関係で３つの期間、すなわち、ａ，ｂ及びｃに分けられ、期間Ｐ３も給水温度設定値との関係で４つの期間、すなわち、ａ，ｂ，ｃ及びｄに分けられる。具体的には、期間Ｐ１は期間ａ１，ｂ１及びｃ１を有し、期間Ｐ２は期間ａ２，ｂ２及びｃ２を有する。期間Ｐ３は、期間ａ３，ｂ３，ｃ３及びｄ３を有する。期間ａ１，ｂ１，ｃ１，……、ｄ３の各期間を小区間という。上記の各給水温度設定値は、沸騰水形原子力発電プラントが起動される前に予め決定され、記憶装置３８に記憶されている。
【００２５】
本実施例では、全制御棒が炉心から全引き抜きされた状態で炉心流量が最初に最大炉心流量に達した時点以降でプラントの運転が停止されるまでの期間（給水設定温度は２１０℃）を運転サイクル末期という。この運転サイクル末期は期間ｄ３であり、便宜的に第２期間という。第２期間の給水温度設定値ＴＥは全給水温度設定値のうちで最も低くなっている。運転サイクルにおいて、第２期間より前の期間を第１期間という。
【００２６】
第１期間内には制御棒パターンが異なる複数の期間が存在する。これらの期間では、制御棒パターンがそれぞれ同じであって期間終了時に向かって異なる複数の給水温度設定値に基づいて給水温度制御が実行される。
【００２７】
本実施例において、原子炉出力は、制御棒３６の操作（炉心１１からの制御棒３６の引き抜き操作及び炉心１１への制御棒３６の挿入操作）、炉心流量の制御及び給水温度制御によって、制御される。制御棒３６は、制御棒駆動機構３７に連結され、制御棒駆動機構３７によって操作される。炉心流量は、インターナルポンプ１２の回転数を制御し、インターナルポンプ１２から吐出される冷却水量を調節することによって行われる。
【００２８】
炉心流量制御装置２６は、差圧計１４にて計測された、ダウンカマー３０内におけるインペラ１３の上流側と下流側との差圧の計測値を入力し、この計測値に基づいて炉心流量を算出する。炉心流量制御装置２６は、算出した炉心流量（以下、便宜的に、炉心流量計測値という）及び運転サイクルにおける炉心流量設定値に基づいて、インターナルポンプ１２の回転数を制御し、炉心１１に供給する冷却水の流量（炉心流量）を制御する。
【００２９】
ある１つの運転サイクルにおけるＢＷＲの運転について説明する。原子炉の運転開始後、原子炉１は、炉心１１から制御棒３６が引き抜かれることにより、臨界状態になって昇温昇圧が行われる。原子炉１の圧力及び原子炉１内の冷却水の温度がそれぞれ設定値に達した後、原子炉出力は定格出力（１００％出力）まで上昇される。すなわち、炉心流量が最小炉心流量に保持された状態で、制御棒３６が炉心１１から引き抜かれ、原子炉出力が上昇される。原子炉出力が例えば６０％に達したとき、制御棒３６の引き抜き操作が停止され、前述した炉心流量制御装置２６による制御によって炉心流量が増大し、原子炉出力が定格出力まで上昇される。その後の期間ａ１以降において、図２に示す運転が行われる。原子炉出力は期間ａ１以降では実質的に定格出力に保持される。上記の制御棒３６の引き抜き操作が停止されたとき、第１制御棒パターンが形成される。期間Ｐ１はこの第１制御棒パターンで運転される。
【００３０】
熱バランス計算装置２８は、圧力計２１で計測した原子炉圧力、流量計２２で計測された蒸気流量、温度計２３で計測された蒸気温度、流量計２４で計測された給水流量、温度計２５で計測された給水温度、炉心流量制御装置２６から出力された炉心流量計測値、及び記憶装置３８に記憶された給水温度設定値を入力し、これらの情報を記憶装置２８に記憶する。熱バランス計算装置２８は、入力したそれらの情報のうち、原子炉圧力Ｐ、給水流量Ｗfeed及び給水温度設定値Ｔ等の情報に基づいて後述するように（１）式を用いて炉心流量設定値を算出する。なお、熱バランス計算装置２８が入力して記憶装置２８に記憶された情報のうち、給水温度及び炉心流量計測値は給水温度制御装置２７における給水温度制御に用いられ、蒸気温度は原子炉出力の算出に用いられ、蒸気温度は原子炉圧力Ｐでの飽和温度の確認に用いられる。
【００３１】
上記の炉心流量設定値は、期間ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２，ａ３及びｂ３毎に求められる。炉心流量設定値は、運転サイクル平均での給水温度をできるだけ高める観点から、冷却水温度がインターナルポンプ１２でキャビテーションが発生しない上限の温度以下でこの上限温度付近となるように決定される。熱バランス計算装置２８は、（１）式を用いてそれらの炉心流量設定値を算出する。炉心流量設定値は、給水温度設定値毎に算出され、例えば、それぞれの給水温度設定時での期間開始後に熱バランス計算装置２８により算出される。
【００３２】
Ｗ×ｈcore＝{（Ｗ−Ｗfeed）×ｈsat（Ｐ）＋Ｗfeed×ｈ（Ｔ, Ｐ）}  …（１）
ここで、Ｗは炉心流量（炉心流量設定値）、ｈcoreは炉心入口エンタルピー、Ｗfeedは給水流量、ｈsatは飽和水のエンタルピー（圧力によって決まる）、Ｔは給水温度及びＰは原子炉圧力である。なお、ｈcoreは、Ｔin＝ｆ（ＰL，ｈcore）に基づいて算出される。ここで、ＰLはＲＰＶ１０内の下部プレナム圧力、Ｔinは炉心入口の冷却水温度である。下部プレナム圧力ＰLは、原子炉圧力Ｐに原子炉１内のダウンカマー３０内冷却水の静水頭圧及びインターナルポンプ１２の昇圧分を加えて補正したものである。また、ＰLは圧力計を設置して直接測定してもよい。
【００３３】
熱バランス計算装置２８は、期間Ｐ１，Ｐ２及びＰ３の各期間ａの給水温度設定値Ｔ１に対する、冷却材温度がキャビテーションが発生しない上限の温度付近となるような炉心流量設定値Ｗ１、及び各期間ｂの給水温度設定値Ｔ2に対する、冷却材温度がキャビテーションが発生しない上限の温度付近となるような炉心流量設定値Ｗ２を該当する時点での各計測値等を用いてそれぞれ算出する。期間ｃ１、ｃ２、ｃ３及びｄ３における炉心流量設定値は、最大炉心流量であるので、熱バランス計算装置２８では算出されない。上記のように設定された炉心流量設定値Ｗ１及びＷ２は、
最小炉心流量 ＜ Ｗ１ ＜  Ｗ２ ＜最大炉心流量の関係にある。
【００３４】
ある給水温度Ｔのときに、冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限の温度Ｔin max付近となるような炉心流量設定値Ｗは、Ｔin maxに対応するｈcore及び(1)式に基づいて求めることができる。ここで、冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限の温度Ｔin maxは、インターナルポンプ１２のインペラ１３の形状などによって異なるが、実験やシミュレーションにより設定することができる（機械設計便覧、昭和４８年１月、機械設計便覧編集委員会編、１９９６頁〜２０１０頁、丸善株式会社参照）。
【００３５】
期間Ｐ１における期間ａ１，ｂ１，ｃ１のそれぞれにおけるプラントの運転を以下に説明する。原子炉出力が定格出力に達した期間ａ１においは、炉心流量制御装置２６で求められた炉心流量（以下、便宜的に炉心流量計測値という）が上昇して炉心流量設定値Ｗ１に到達するまで、給水温度設定値Ｔ１に基づいた給水制御が行われる。給水温度制御装置２７は、温度計２５で計測された給水温度、及び記憶装置３８から炉心流量計測値及び給水温度設定値Ｔ１を入力し、これらに基づいて給水温度制御を実施する。給水温度制御装置２７は、計測された給水温度が給水温度設定値Ｔ１（２２５℃）になるように、蒸気流量調節弁１７の開度を制御し、高圧給水加熱器９に供給する抽気蒸気の流量を調節する。期間ａ１では、給水温度設定値Ｔ１の温度になっている給水が、給水配管１５を通ってＲＰＶ１０内に供給される。運転期間の経過に伴って燃料集合体内の核燃料物質に含まれる核分裂性燃料物質が消費され、原子炉出力が定格出力よりも減少しようとする。この原子炉出力の減少を補償するために、炉心流量制御装置２６の制御によってインターナルポンプ１２の回転数が増大され、炉心流量が増加される。期間ａ１では、給水温度が給水温度設定値Ｔ１に保持されるため、原子炉出力の減少を補償する炉心流量の増加に伴って炉心入口冷却水温度が上昇する。炉心流量計測値が炉心流量設定値Ｗ１になったとき、炉心入口冷却水温度が、キャビテーションが発生しない上限の温度近くまで上昇し、期間ａ１での運転が終了する。なお、炉心流量設定値Ｗ１は、期間ａ１開始後に熱バランス計算装置２８により算出される。
【００３６】
給水温度制御装置２７は、炉心流量計測値が炉心流量設定値Ｗ１になったとき、記憶装置３８から入力した給水温度設定値Ｔ２（２２０℃）に基づいて蒸気流量調節弁１７の開度を制御し、ＲＰＶ１０に供給される給水の温度を給水温度設定値Ｔ２に調節する。このようにして、期間ｂ１での運転が開始され、期間ｂ１における給水温度が給水温度設定値Ｔ２に保持される。ＲＰＶ１０に供給される給水の温度が２２５℃から２２０℃に減少する。給水温度が低下する給水温度設定値に切り替えられた時点、すなわち、期間ｂ１になった時点で原子炉出力が定格出力を超えようとする。この原子炉出力の上昇は、給水温度が減少された給水温度設定値に基づいて低下すると、一時的に炉心１１のボイド率が減少し、炉心１１の反応度が増加することによって生じる。その原子炉出力の上昇を避けるために、給水温度設定値Ｔ１が給水温度設定値Ｔ２に切り替えられた時点で、炉心流量制御装置２６は、インターナルポンプ１２の回転数を減少させて炉心流量を減少させる。具体的には、期間ａ１の終了時から期間ｂ１の開始時において、図２に示すように、給水温度設定値の減少に伴って炉心流量が減少される。炉心入口冷却水温度も併せて減少する。この炉心流量の減少は、炉心１１のボイド率を増加させ、炉心１１の反応度の抑制をもたらす。その炉心流量の減少によって、期間ａ１から期間ｂ１にかけて、原子炉出力が定格出力に保持される。
【００３７】
給水温度の減少による原子炉出力の上昇幅が、炉心流量制御による原子炉出力の減少幅よりも小さければ、原子炉出力を実質的に定格出力に保持することが可能である。発明者らの検討によれば、現在の沸騰水形原子力発電プラントの給水配管の熱容量、及び炉心流量制御による原子炉出力の変化速度を考慮した場合には、給水温度の変化幅が約１０℃以下であれば原子炉出力を実質的に一定に保つことができるということが分かった。ただし、給水温度の変化幅が１０℃よりも大きい場合でも、給水配管の熱容量を増加させるか、給水加熱量の変化速度を小さくすることによっても、炉心流量制御による原子炉出力の変化幅を増加させることなく、原子炉出力を一定に保つことは可能である。
【００３８】
核分裂性物質の消費に伴う原子炉出力の減少を補償するため、期間ｂ１においても、期間ａ１と同様に、炉心流量が増加される。炉心流量が炉心流量設定値Ｗ２まで増加したとき、炉心入口冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限の温度近くまで上昇し、期間ｂ１の運転が終了する。期間ｂ１及び後述の期間ｃ１においても、炉心入口冷却水温度が原子炉出力の減少を補償する炉心流量の増加に伴って上昇する。
【００３９】
炉心流量計測値が炉心流量設定値Ｗ２になったとき、給水温度設定値Ｔ２が給水温度設定値Ｔ３に変更され、期間ｃ１の運転が開始される。給水温度制御装置２７が、記憶装置３８から入力した給水温度設定値Ｔ３（２１５℃）に基づいて蒸気流量調節弁１７の開度を制御し、給水温度を給水温度設定値Ｔ３に調節する。給水温度設定値Ｔ３に変更されたとき、すなわち、期間ｃ１になったとき、炉心流量及び炉心入口冷却水温度が、期間ｂ１になったときと同様に、減少される。このため、期間ｂ１から期間ｃ１にかけて、原子炉出力が定格出力に保持される。期間ｃ１においても、核分裂性物質の消費に伴う原子炉出力の減少を補償するために、炉心流量が増加される。炉心流量が給水温度設定値Ｔ３に対応した炉心流量設定値である最大炉心流量まで増加したとき、炉心入口冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限の温度近くまで上昇し、期間ｃ１の運転が終了する。
【００４０】
この時点で、炉心熱出力が定格出力の６０〜７０％程度になるように炉心流量制御装置２６により炉心流量が低下された後、第１回目の制御棒パターンチェンジが行われる。この制御棒パターンチェンジは、制御棒駆動制御装置（図示せず）によって該当する制御棒駆動機構３７が制御され、該当する制御棒３６が操作されることによって行われる。第１回目の制御棒パターンチェンジが終了したとき、第２制御棒パターンが形成され、期間Ｐ２、すなわち、期間ａ２，ｂ２，ｃ２では、この第２制御棒パターンによって原子炉の運転が行われる。その制御棒パターンチェンジが終了した後、炉心流量の増加により原子炉出力が定格出力まで上昇される。
【００４１】
期間Ｐ２の期間ａ２，ｂ２，ｃ２での各炉心流量設定値は、期間ａ１，ｂ１，ｃ１のそれぞれにおける炉心流量設定値Ｗ１，Ｗ２及び最大炉心流量であるので、熱バランス計算装置２８による炉心流量設定値の算出を行う必要がない。
【００４２】
期間ｃ１の原子炉運転の終了時から期間ａ２のその運転開始時における、給水温度設定値Ｔ３から給水温度設定値Ｔ１への変更は、給水制御装置２７において以下のように行われる。すなわち、給水温度制御装置２７は、この制御装置が入力する、各制御棒駆動機構３７で検出されたそれぞれの制御棒３６の炉心１１の高さ方向における位置に基づいて、第２制御棒パターンが形成されたと判定したとき、給水温度設定値Ｔ３から給水温度設定値Ｔ１への変更を行う。給水温度制御装置２７は、炉心流量計測値が炉心流量設定値Ｗ１に到達するまでの間、給水温度設定値Ｔ１を用いた期間ａ２での給水温度制御を、期間ａ１と同様に行う。期間ａ２になった時点では、図２に示すように、炉心流量及び炉心入口冷却水温度が減少され、その後、期間ａ２において炉心流量が炉心流量設定値Ｗ１まで上昇するにつれて、炉心入口冷却水温度も増加する。炉心流量が炉心流量設定値Ｗ１まで上昇したとき、炉心入口冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限の温度近くまで上昇し、期間ａ２での原子炉１の運転が終了する。
【００４３】
給水温度制御装置２７は、炉心流量計測値が炉心流量設定値Ｗ２に到達するまでの間、給水温度設定値Ｔ２を用いた期間ｂ２での給水温度制御を、期間ｂ１と同様に行う。期間ｂ２になったとき、炉心流量及び炉心入口冷却水温度が減少する。その後、炉心流量が炉心流量設定値Ｗ２まで上昇するに伴って、炉心入口冷却水温度も増加する。炉心流量が炉心流量設定値Ｗ２まで上昇したとき、炉心入口冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限の温度近くまで上昇し、期間ｂ２での原子炉１の運転が終了する。
【００４４】
期間ｃ２においても、期間ｃ１と同様に、給水温度制御装置２７が、給水温度設定値Ｔ３を用いた給水温度制御を実行する。この給水温度制御は、炉心流量計測値が炉心流量設定値である最大炉心流量に到達するまで行われる。炉心流量計測値が最大炉心流量に達したとき、炉心入口冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限の温度近くまで上昇し、期間ｃ２における原子炉１の運転が終了する。
【００４５】
なお、期間ｂ２になったとき、及び期間ｃ２になったときのそれぞれの時点において、給水温度の低下に伴う炉心１１の反応度の増大を補償するように、炉心流量制御装置２６によって炉心流量を減少させる。このため、期間ａ２から期間ｃ２にかけて原子炉出力を定格出力に保持することができる。
【００４６】
その後、２回目の制御棒パターンチェンジが１回目の制御棒パターンチェンジと同様に実施される。本実施例においては、この２回目の制御棒パターンチェンジは最後の制御棒パターンチェンジであり、全制御棒３６が炉心１１から全引き抜きされた第３制御棒パターンを形成する。２回目の制御棒パターンチェンジが実行された後、炉心流量が増加されて、原子炉出力が定格出力まで上昇される。期間Ｐ３では、第３制御棒パターンによる原子炉の運転が行われる。期間ｃ２の終了後における給水温度設定値Ｔ３から期間ａ３での給水温度設定値Ｔ１への変更は、給水温度制御装置２７において、期間ｃ１での給水温度設定値Ｔ３から期間ａ２での給水温度設定値Ｔ１への変更と同様に行われる。
【００４７】
第３制御棒パターンで運転される期間Ｐ３における期間ａ３，ｂ３及びｃ３では、対応する期間ａ１，ｂ１及びｃ１で行われる給水温度制御がそれぞれ実施される。すなわち、期間ａ３では給水温度設定値Ｔ１を用いた給水温度制御が、給水温度制御装置２７によって行われる。期間ｂ３では、給水温度制御装置２７が給水温度設定値Ｔ２を用いた給水温度制御を実行する。給水制御装置２７は、期間ｃ３において、給水温度設定値Ｔ３を用いた給水温度制御を実行する。これらの期間ａ３，ｂ３及びｃ３において、対応する期間ａ１，ｂ１及びｃ１と同様な炉心流量制御装置２６を用いた炉心流量制御が実行される。期間ａ３では、炉心流量計測値が炉心流量設定値Ｗ１に到達するまで炉心流量制御が行われる。期間ｂ３において、炉心流量計測値が炉心流量設定値Ｗ２に到達するまで炉心流量制御が実施される。期間ｃ３では、炉心流量計測値が炉心流量設定値である最大炉心流量に到達するまで炉心流量制御が実行される。さらに、期間ｂ３になったとき、及び期間ｃ３になったときのそれぞれの時点において、給水温度の低下に伴う炉心１１の反応度の増大を補償するように、炉心流量制御装置２６によって炉心流量を減少させる。このため、期間ａ３から期間ｃ３にかけて原子炉出力を定格出力に保持することができる。
【００４８】
ところで、炉心反応度に対する、熱的余裕の指標の一つである最小限界出力比（ＭＣＰＲ）は、炉心入口冷却水温度を変化させた場合には図３の実線で示すように変化し、炉心流量を変化させた場合には図３の点線で示すように変化する。熱的余裕は、ＭＣＰＲが小さくなるほど小さくなる。図３に示す特性から、熱的余裕の変化は、炉心流量を変化させた場合の方が、同じ炉心反応度を変化させるために炉心入口冷却水温度を変化させた場合よりも大きい。このため、前述したように、例えば、期間ａ１から期間ｂ１への移行時、すなわち、給水温度設定値が変更された時点において、前述のように、給水温度及び炉心流量を減少することによって原子炉出力を定格出力に保持する場合には、給水温度を減少させる前の期間における状態よりも熱的余裕が減少する可能性がある。したがって、望ましくは、炉心性能計算装置により、給水温度設定値の変更により給水温度を減少させた場合には、炉心性能計算装置により給水温度設定値変更後におけるＭＣＰＲを算出し、算出したＭＣＰＲが運転制限値よりも大きくなった場合にのみ、給水温度制御装置２８で給水温度設定値を減少させて（例えば、Ｔ１からＴ２へ）給水温度を減少させるように制御する。万が一、算出したＭＣＰＲが運転制限値よりも小さい場合には、例えば、移行後の期間ｂ１では、給水温度設定値として変更後の給水温度設定値Ｔ２ではなく前の期間である期間ａ１の給水温度設定値Ｔ１を用いて給水温度を制御する。
【００４９】
期間ｃ３で炉心流量計測値が最大炉心流量に達したとき、給水温度制御装置２７は、給
水温度設定値Ｔ３を給水温度設定値ＴＥ（２１０℃）に変更され、期間ｄ３での沸騰水
形原子力発電プラントの運転が継続される。この給水温度設定値の変更は、給水温度制御
装置２７が、炉心流量制御装置２６から入力する炉心流量計測値が最大炉心流量に達し、
かつ制御棒駆動機構から入力する制御棒情報により制御棒が全引き抜きされたと判定した
ときに行われる。給水温度設定値Ｔ３が給水温度設定値ＴＥに変更されたときには、給水
温度設定値Ｔ１を給水温度設定値Ｔ２に変更したときと同様に、原子炉出力を定格出力保
持するために、炉心流量が減少される。これに併せて、炉心入口冷却水温度も低下する。
期間ｄ３において、給水温度制御装置２７は、給水温度設定値ＴＥに基づいて蒸気流量調
節弁１７の開度を制御し、給水の温度を給水温度設定値ＴＥに調節する。期間ｄ３におい
てＲＰＶ１０に供給される給水の温度は給水温度設定値ＴＥに保持される。炉心流量が期
間ｄ３において最大炉心流量に到達したとき、期間Ｐ３、すなわち、この運転サイクルで
の原子炉の運転が終了する。この時点で原子炉が停止される。
【００５０】
本実施例は、期間Ｐ１，Ｐ２及びＰ３における給水温度設定値の変更、すなわち、給水温度設定値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３及びＴＥへの変更を、炉心流量計測値が炉心流量設定値まで増加したときに行っている。本実施例では、期間ａ１から期間ｄ３のそれぞれの期間において、炉心入口冷却水温度が炉心流量の増加に比例して上昇する。
【００５１】
抑制すべき炉心の反応度が一様に減少する本実施例では、図２に示すように、期間ａ１から期間ｄ３のそれぞれ期間内では炉心流量は一様に増加される。また、抑制すべき炉心１１の反応度が一様に減少する場合は、一般的に、期間Ｐ１における第１制御棒パターンでの炉心１１内の制御棒挿入量は、期間Ｐ２における第２制御棒挿入パターンでのその制御棒挿入量よりも多くなる。
【００５２】
本実施例は、全制御棒３６が炉心１１から完全に引き抜かれた状態で炉心流量が最初に最大炉心流量に到達する時点以降の期間（第２期間）、すなわち、期間ｄ３において、給水温度を、全制御棒３６が炉心１１から完全に引き抜かれた状態で炉心流量が最初に最大炉心流量に到達する直前の給水温度よりも減少させているので、炉心入口冷却水温度の減少により反応度を増加させることができる。このため、本実施例は、従来例よりも１つの運転サイクルの期間を伸ばすことができ、原子力発電プラントの稼働率を向上させることができる。
【００５３】
本実施例は、１つの運転サイクルにおいて、全制御棒３６が炉心１１から完全に引き抜かれた状態で炉心流量が最大炉心流量に到達する時点よりも前の期間（第１期間）、すなわち、期間ａ１から期間ｃ３において、炉心流量設定値が最大炉心流量である期間以外の期間ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２，ａ３及びｂ３での給水温度設定値Ｔ１及びＴ２を、前述した技術的思想に基づいて、従来例の給水温度設定値よりも高くしているので、その分、期間ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２，ａ３及びｂ３における炉心入口冷却水温度を従来例のそれよりも高くすることができる。すなわち、期間ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２，ａ３及びｂ３では、炉心流量設定値は冷却水温度がインターナルポンプ１２でキャビテーションが発生しない上限の温度以下でこの上限温度付近となるように設定されているので、炉心入口冷却水温度はキャビテーションが発生しない上限の温度以下でこの上限温度により近い温度になる。このため、本実施例は従来例よりも熱効率を増大させることができる。本実施例における燃料経済性も、従来例よりは向上する。当然のことながら、期間ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２，ａ３及びｂ３において、インターナルポンプ１２でキャビテーションが発生しない。
【００５４】
本実施例は、同じ制御棒パターンで運転される期間において温度が異なる複数の給水温度設定値に基づいて給水温度をステップ状に制御するので、給水温度制御を単純化できる。このため、本実施例は、給水温度制御装置２７及び熱バランス計算装置２８を簡素化することができる。
【００５５】
給水温度制御装置２７が、給水温度が記憶装置３８に記憶された給水温度設定値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３になるように蒸気流量調節弁１７を調節したとき、給水配管１５の熱容量などによって、給水温度はＴ１からＴ２へ、あるいはＴ２からＴ３へ給水温度設定値の変更時において、しばらくの間、連続的に減少する。上記の「ステップ状に制御する」とは、給水温度が給水温度設定値の変更時においてそのように連続的に減少するケースも含んでいる。
【００５６】
ポンプにおけるキャビテーションの発生を防止するため、炉心入口冷却水温度は、炉心に冷却水を供給するポンプでキャビテーションが発生しない上限の温度以下にする必要がある。炉心入口冷却水温度は、炉心１１に供給される飽和温度の冷却水の流量（炉心流量）、給水温度及び給水流量によって決定される。炉心１１に供給される温度の低い冷却水の流量が少ないほど、炉心入口冷却水温度が低くなるので、その分、給水温度を上昇させることができる。すなわち、給水温度の上限は炉心流量によって制限されるので、できるだけ給水温度を高くするためには、炉心流量に合せて給水温度を変化させる必要がある。換言すれば、炉心流量設定値が最大炉心流量ではない、運転サイクル内の各小区間（期間ａ１，ｂ１、ａ２，ｂ２，ａ３，ｂ３）におけるそれぞれの炉心流量設定値は該当する小区間の給水温度設定値に基づいて設定すればよい。給水温度設定値を用いた給水温度制御は、炉心流量がこの給水温度設定値（例えば、給水温度設定値Ｔ１）に基づいて設定された炉心流量設定値（例えば炉心流量設定値Ｗ１）になるまで継続されるので、炉心入口給水温度がキャビテーションが発生しない上限の温度を越えることを防止することができる。
【００５７】
炉心流量設定値を給水温度設定値に基づかないで設定した場合には、以下の問題が生じる。すなわち、余剰反応度が大きくて炉心流量が少ない状態では、さらに給水温度を上昇させる余地があるにもかかわらず、給水温度を低下させてしまう。この結果、熱効率をより向上させることができなくなる。また、余剰反応度が小さくて炉心流量が多い状態では、給水温度を増加させることで炉心入口冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限の温度を越える可能性がある。本実施例は、炉心流量設定値を給水温度設定値に基づいて設定しているので、このような問題を回避することができる。
【００５８】
本実施例は、１つの運転サイクル内での同一制御棒パターンで運転される期間において、給水温度設定値の変更を２回行っている、しかし、その同一の制御棒パターンで運転される期間において、給水温度設定値の変更を、１回だけ行うことも、３回以上行うことも可能である。これは、同一の制御棒パターンで運転される期間において、給水温度を少なくとも１回ステップ状に制御することになる。給水温度を少なくとも１回ステップ状に制御する場合には、同一の制御棒パターンで運転される期間で用いる給水温度設定値は異なる温度で２つ以上設定される。これらの給水温度に対応したそれぞれの炉心流量設定値は、炉心入口冷却水温度はキャビテーションが発生しない上限の温度以下でこの上限温度により近い温度になるように設定される。第１期間に含まれるそれぞれの同一の制御棒パターンで運転される期間において、最後に用いられる給水温度設定値は従来例のその設定値と同じである。同一の制御棒パターンで運転される期間において給水温度を本実施例のように複数回ステップ状に制御することによって、給水温度をその期間で１回だけステップ状に制御する場合に比べて熱効率がさらに増大する。
【実施例２】
【００５９】
本発明の他の実施例である原子力発電プラントを以下に説明する。本実施例の原子力発電プラントは、図４に示す運転方法を実施できる沸騰水形原子力発電プラントである。本実施例の沸騰水形原子力発電プラントは、実施例１の沸騰水形原子力発電プラントのハード構成をそのまま備えている。炉心１１内の抑制すべき反応度が、炉心１１に初めて挿入される取り替え燃料集合体に含まれる可燃性毒物の量、前の運転サイクルの運転で炉心１１内に存在していて取り替えられない燃料集合体内に残存している可燃性毒物の量、次の運転サイクルを対象にした炉心１１内での燃料装荷パターンによっては、運転サイクルの途中で最大になる場合もある。本実施例の炉心１１は、運転サイクルの途中、具体的には、運転サイクルの真ん中で抑制すべき反応度が最大になる構成を有している。
【００６０】
このような炉心１１を有する沸騰水形原子力発電プラントの運転方法を、図４を用いて説明する。本実施例も、第１制御棒パターンで期間Ｐ１の運転が行われ、制御棒パターンチェンジ後の、第２制御棒パターンで期間Ｐ２の、第３制御棒パターンで期間Ｐ３のそれぞれの運転が行われる。期間Ｐ１は期間ａ１及びｂ１を含み、期間Ｐ２は期間ａ２，ｂ２及びｃ２を含んでいる。期間Ｐ３は、期間ａ３，ｂ３及びｃ３を含んでいる。
【００６１】
期間ａ１及びａ２の給水温度設定値は、Ｔ１’、期間ｂ１及びｂ２の給水温度設定値はＴ２’、期間ａ３の給水温度設定値はＴ１、期間ｃ２及びｂ３の給水温度設定値はＴ２、及び期間ｃ３の給水温度設定値はＴＥである。それぞれの給水温度設定値に対応する炉心流量設定値は、（１）に基づいて求められ、記憶装置３８に記憶される。これらの炉心流量設定値は、期間ａ１及びａ２でＷ１’、期間ｂ２及びａ３でＷ１、期間ｃ２、ｂ３及びｃ３で最大炉心流量である。期間ｂ１の炉心流量設定値は、定格出力を保持できる最低限の炉心流量である。本実施例では、期間ａ１から期間ａ２の各小区間は炉心流量を減少させて定格出力を保持する期間であり、期間ｃ２から期間ｃ３の各小区間は炉心流量を増大させて定格出力を保持する期間である。期間ｂ２は、半分で炉心流量を減少させて定格出力を保持し、残りの半分で炉心流量を増加させて定格出力を保持する期間である。本実施例では、給水温度設定値Ｔ１と給水温度設定値Ｔ２’が等しく２２５℃である。給水温度設定値Ｔ２と給水温度設定値Ｔ１’が等しく２１５℃である。給水温度設定値ＴＥは２１０℃である。なお、必ずしもＴ１＝Ｔ２’及びＴ２＝Ｔ１’にする必要はなく、Ｔ１＞Ｔ２及びＴ１’＜Ｔ２’であればよい。
【００６２】
給水温度設定値Ｔ１及びＴ１’にそれぞれ対応する炉心流量設定値Ｗ１及びＷ１’は、実施例１と同様に、炉心入口冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限の温度以下でこの上限温度により近い温度となるように設定されている。
【００６３】
給水温度を減少させる場合の炉心流量設定値Ｗ１については、実施例１と同様に、最大炉心流量時に、炉心入口冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限の温度以下でこの上限温度付近となるような炉心流量を熱バランス計算装置２８によって算出して設定する。
【００６４】
一方で、給水温度を増加させた場合には原子炉出力を定格出力に保持するために炉心流量が増加するので、給水温度を増加させる場合の炉心流量設定値Ｗ１’は、その増加した炉心流量の状態において、炉心入口温度がキャビテーションが発生しない上限の温度以下でこの上限温度に近い温度になる炉心流量に設定される。このためには、図３に示すような、同じ反応度を変化させるのに必要な給水温度変化幅と炉心流量変化幅をあらかじめ求めておき、給水温度を増加させた場合の炉心流量の増加分を加えたものを入力として熱バランス計算装置２８により計算することで、炉心流量設定値を算出することができる。また、給水温度を増加させた場合の、原子炉熱出力を一定にするための炉心流量を炉心性能計算装置により計算し、熱バランス計算装置２８に入力しても良い。
【００６５】
期間ａ１の開始時点では炉心流量が最大炉心流量まで増大されて原子炉出力が定格出力に保持される。この期間ａ１では、給水温度制御装置２７が給水温度設定値Ｔ１’に基づいてＲＰＶ１０に供給する給水の温度を制御する。期間ａ１では炉心１１の抑制する反応度が増加するので、原子炉出力の増加を補償するため、期間ａ１では炉心流量を減少させる。炉心流量計測値が炉心流量設定値Ｗ１’まで減少したとき、期間ａ１における沸騰水形原子力プラントの運転が終了し、給水温度設定値がＴ２’に変更されて期間ｂ１でのそのプラントの運転が開始される。給水温度設定値がＴ１’からＴ２’に増加するとき、給水温度の増加により炉心１１の反応度が低下するので、炉心流量が増加される。このため、期間ａ１から期間ｂ１にかけて原子炉出力が定格出力に保持される。
【００６６】
期間ｂ１では給水温度設定値Ｔ２’に基づいた給水温度制御が実行される。期間ｂ１においても炉心流量が減少され、炉心流量の減少によって原子炉出力を定格出力に保持することができなくなったとき、期間ｂ１の運転が終了する。その後、１回目の制御棒パターンチェンジが行われ、第２制御棒パターンが形成される。期間ａ２では期間ａ１と同様な給水温度制御及び炉心流量制御が行われる。期間ｂ２では給水温度設定値Ｔ２’で給水温度制御が行われる。期間ｂ２における炉心流量は、炉心１１の抑制される反応度がピークになる期間ｂ２の１／２までは減少され、残りの１／２では増加される。このような炉心流量制御によって、期間ｂ２の原子炉出力は定格出力に保持される。
【００６７】
本実施例の期間ｃ２，ａ３，ｂ３は、給水温度設定値及び炉心流量設定値は異なるが、実施例１における期間ｃ２、ｂ３、ｃ３と実質的に同じ給水温度制御及び炉心流量制御が行われる。期間ｃ３の給水温度制御及び炉心流量制御も、実施例１の期間ｄ３と同じである。
【００６８】
本実施例も、実施例１で生じる効果を得ることができる。
【実施例３】
【００６９】
実施例１及び２では、運転サイクル中の余剰反応度の変化を予め予測し、その余剰反応度の変化に合わせて、小区間毎に給水温度設定値を予め設定しておく運転方法の例を示した。具体的には、実施例１は余剰反応度が減少していく例であり、期間Ｐ１、Ｐ２及びＰ３では、各期間で各小区間の給水温度設定値が各期間の終了時点に向って減少するように設定した。また、実施例２では、余剰反応度が増加する期間Ｐ２の途中までは、各期間で各小区間の給水温度設定値が各期間の終了時点に向って増加するように設定し、余剰反応度が減少する期間Ｐ２の途中以降は、各期間で各小区間の給水温度設定値が各期間の終了時点に向って減少するように設定した。
【００７０】
しかしながら、必ずしも小区間毎の給水温度設定値をあらかじめ設定しておく必要はなく、給水温度設定値をリストとして記憶装置に保持しておき、運転中に給水温度設定値をリストの中から選択することもできる。このような他の実施例である実施例３の原子力発電プラントを、図５を用いて以下で説明する。
【００７１】
本実施例の沸騰水形原子力発電プラントは、実施例１の沸騰水形原子力発電プラントのハード構成をそのまま備えている。また余剰反応度は実施例1の炉心と同様に減少していく例である。本実施例における運転サイクルは、実施例１と同様に制御棒パターンが異なる期間Ｐ１，Ｐ２及びＰ３を有する。期間Ｐ１，Ｐ２及びＰ３は、それぞれの期間内で同一の制御棒パターンが形成される。期間Ｐ１及びＰ２は最大炉心流量（１００％流量）になったときに終了するが、その時点で制御棒パターンチェンジが行われる。期間Ｐ３は炉心１１から全制御棒３６が全引き抜きされている制御棒パターンで運転される期間である。期間Ｐ１及びＰ２は、何本かの制御棒３６が炉心１１に挿入されているが、制御棒パターンが異なっている。期間Ｐ１は、期間Ｐ２よりも炉心１１内に挿入されている制御棒３６の挿入量が多くなっている。
【００７２】
本実施例では、実施例1と同じＴ１＝２２５℃、Ｔ２＝２２０℃、Ｔ３＝２１５℃及びＴＥ＝２１０℃の4種類の給水温度設定値が記憶装置３８に沸騰水型原子力発電プラントが起動される前に予め記憶される。ここで、最も低い給水温度設定値ＴＥ（＝２１０℃）は、実施例１と同様に第２期間での給水温度設定値である。
【００７３】
各期間の最初の小区間ａ１，ａ２，ａ３のそれぞれの給水温度設定値は、記憶装置３８に記憶された、ＴＥを除くＴ１からＴ３の３種類の給水温度設定値から、各期間の開始前に以下のように選択され設定される。まず、給水温度設定値のうちで最も高い給水温度設定値Ｔ１（２２５℃）を選択し、炉心性能計算装置により、選択した給水温度で炉心が定格出力で臨界となる炉心流量を算出する。熱バランス計算装置２８は、その炉心流量と選択した給水温度に基づいて炉心入口冷却水温度を算出する。もし、算出した炉心入口冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限温度以下であれば、選択した給水温度をこの小区間の給水温度設定値とする。算出した炉心入口冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限温度を超える場合は、給水温度設定値のうちで、次に高い給水温度設定値Ｔ２（２２０℃）を選択し、炉心性能計算装置により定格出力で臨界となる炉心流量を算出する。熱バランス計算装置２８は、この炉心流量を用い、（１）式により炉心入口冷却水温度を算出する。このような演算を炉心入口冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限温度以下となるまで繰り返し、炉心入口冷却材温度がその上限温度以下になったときにおける給水温度が、この小区間の給水温度設定値になる。図５に示す本実施例では、小区間ａ１，ａ２，ａ３のそれぞれの給水温度設定値は以上の方法により最も高い温度であるＴ１に設定されている。
【００７４】
各期間の最初の小区間ａ１，ａ２，ａ３に続く小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３のそれぞれの給水温度設定値は、小区間ａ１，ａ２，ａ３での運転中に、以下のように設定される。
【００７５】
まず、記憶装置３８に記憶された給水温度で、小区間ａ１，ａ２，ａ３における給水温度設定値を除いた他の給水温度設定値のうち、最も高い給水温度設定値を選択する。本実施例では、小区間ａ１，ａ２，ａ３における各給水温度設定値は最も高いＴ１（２２５℃）に設定されているため、小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３における給水温度設定値は次に高いＴ２（２２０℃）が選択される。熱バランス計算装置２８は、小区間ａ１，ａ２，ａ３における給水温度Ｔ１に対し、炉心入口冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限の温度付近となるような炉心流量設定値Ｗ１を求める。以上のようにして求めた給水温度設定値Ｔ２は、小区間ａ１，ａ２，ａ３のそれぞれにおいて炉心流量が炉心流量設定値Ｗ１に達した場合に、小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３に設定すべき給水温度設定値であり、記憶装置３８に記憶される。
【００７６】
さらに、記憶装置３８に記憶された給水温度設定値で、小区間ａ１，ａ２，ａ３において設定された給水温度設定値よりも高い給水温度設定値のうち、最も低い給水温度設定値を選択する。しかしながら、本実施例では、小区間ａ１，ａ２，ａ３のそれぞれにおける給水温度は最も高いＴ１（２２５℃）に設定されているため、これに該当する給水温度設定値は存在しない。従って、小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３に設定すべき給水温度の候補はＴ２のみとなる。
【００７７】
以上から、小区間ａ１，ａ２，ａ３のそれぞれにおいて、実際に炉心流量が炉心流量設定値Ｗ１に達した場合には、図５に示すように、給水温度設定値をＴ１からＴ２に減少させ、小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３での運転を開始する。もし、小区間ａ１，ａ２，ａ３において、炉心流量が炉心流量設定値Ｗ１に達しない場合には、給水温度設定値Ｔ１のまま、小区間ａ１，ａ２，ａ３のそれぞれにおける運転が継続される。
【００７８】
なお、実施例１と同様に、給水温度設定値をＴ１からＴ２に減少させた場合の原子炉出力の増加は、炉心流量の減少により補償され、定格出力に保持される。
【００７９】
各期間の最初の小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３のそれぞれに続く小区間ｃ１、ｃ２、ｃ３の給水温度設定値も、小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３と同様に、小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３での運転中に以下のように設定される。
【００８０】
まず、記憶装置３８に記憶された給水温度設定値であって、小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３において設定された給水温度設定値よりも低い給水温度設定値のうち、最も高い給水温度設定値を選択する。本実施例では、小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３における給水温度設定値はＴ２に設定されているため、次に温度の高い温度のＴ３が選択される。熱バランス計算装置２８は、小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３のそれぞれの給水温度設定値Ｔ２に対し、炉心入口冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限の温度付近となるような炉心流量設定値Ｗ２を求める。以上のように求めた給水温度設定値Ｔ３は、小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３のそれぞれにおいて炉心流量が炉心流量設定値Ｗ２に達した場合に、小区間ｃ１、ｃ２、ｃ３においてそれぞれ設定すべき給水温度設定値であり、記憶装置３８に記憶される。
【００８１】
さらに、記憶装置３８に記憶された給水温度設定値のうち、小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３のそれぞれにおいて設定された給水温度設定値Ｔ２（＝Ｔ１’）よりも高い給水温度設定値のうち、最も低い給水温度設定値を選択する。具体的にはＴ１（＝Ｔ２’）となる。次に、給水温度設定値をＴ１’からＴ２’に増加させる場合の炉心流量設定値Ｗ１’を設定する。具体的には、実施例２において示した方法と同様に、原子炉出力を定格出力に保持するために増加する炉心流量分を考慮し、増加した炉心流量の状態において、炉心入口冷却水温度がキャビテーションが発生しない上限の温度以下でこの上限温度に近い温度になる炉心流量に設定する。以上のように求めたＴ２’は、小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３のそれぞれにおいて炉心流量が炉心流量設定値Ｗ１’まで減少した場合に、小区間ｃ１、ｃ２、ｃ３のそれぞれにおいて設定すべき給水温度設定値であり、記憶装置３８に記憶される。
【００８２】
以上から、小区間ｃ１、ｃ２、ｃ３に設定すべき給水温度設定値の候補はＴ３及びＴ２’の二つとなる。もし、小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３のそれぞれにおいて、実際に炉心流量が炉心流量設定値Ｗ２に達した場合には、給水温度設定値をＴ２からＴ３に減少させ、小区間ｃ１、ｃ２、ｃ３における運転が開始される。もし、逆に小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３において、実際に炉心流量が炉心流量設定値Ｗ１’まで減少した場合には、給水温度設定値Ｔ１’（＝Ｔ２）からＴ２’に増加させ、小区間ｃ１、ｃ２、ｃ３における運転を開始する。もし、小区間ｃ１、ｃ２、ｃ３のそれぞれにおいて炉心流量が炉心流量設定値Ｗ２及びＷ１’のいずれにもならない場合には、給水温度設定値Ｔ２（＝Ｔ１’）のまま、小区間ｂ１，ｂ２，ｂ３のそれぞれにおける運転が継続して行われる。図５に示す本実施例では、炉心流量が炉心流量設定値Ｗ２に達し、給水温度をＴ２からＴ３に減少させ、小区間ｃ１、ｃ２、ｃ３のそれぞれにおいて運転を開始した例を示している。
【００８３】
小区間ｃ１、ｃ２、ｃ３の炉心流量設定値は最大炉心流量であり、炉心流量が最大炉心流量に達した場合に、実施例１と同様に、小区間ｃ１及びｃ２の後は制御棒パターンチェンジが実施され、小区間ｃ３の後では給水温度設定値がＴＥである第２期間、すなわち、小区間ｄ３での運転が開始される。
【００８４】
本実施例では、各小区間の給水温度設定値をあらかじめ設定しておく実施例１と異なり、給水温度設定値をリストとして記憶装置３８に保持しておき、運転中に各小区間の給水温度設定値を、実際の余剰反応度変化と炉心流量の変化に合わせてリストの中から選択して設定していくため、原子力プラントの計画外停止などの影響で余剰反応度の変化が運転前の予測から異なった場合にも柔軟に対応できるという効果を得ることができる。
【００８５】
なお、本実施例では、Ｔ１＝Ｔ２’、Ｔ２＝Ｔ１’としたが、必ずしもそうする必要はなく、Ｔ１＞Ｔ２及びＴ１’＜Ｔ２’であればよい。
【００８６】
本実施例も、実施例１で生じる効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の沸騰水形原子力発電プラントの構成図である。
【図２】図１に示す沸騰水形原子力発電プラントで実施される運転方法を示す説明図である。
【図３】炉心流量及び炉心冷却材温度を変化させた場合の、炉心反応度と最小限界出力比（ＭＣＰＲ）の変化を比較した特性図である。
【図４】本発明の他の実施例である実施例２の沸騰水形原子力発電プラントで実施される運転方法を示す説明図である。
【図５】本発明の他の実施例である実施例３の沸騰水形原子力発電プラントで実施される運転方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
１…原子炉、２…主蒸気管、３…高圧タービン、４…湿分分離過熱器（もしくは湿分分離再熱器）、５…低圧タービン、７…低圧給水加熱器、８…給水ポンプ、９…高圧給水加熱器、１０…原子炉圧力容器、１１…炉心、１２…インターナルポンプ、１４…差圧計、１５…給水配管、１７…蒸気流量調節弁、２１…圧力計、２２，２４…流量計、２３，２５…温度計、２６…炉心流量制御装置、２７…給水温度制御装置、２８…熱バランス計算装置、３０…ダウンカマー、３１…下部プレナム、３６…制御棒、３７…制御棒駆動機構。
【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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