(57)【要約】【課題】原子炉出力制御について、複数の段階に分けて行われる各昇温昇圧過程の間における原子炉圧力と炉水温度を一定の状態に維持できるようにする。【解決手段】それぞれに中間的な目標原子炉圧力を設定し、所定の炉水温度変化率を維持しながら前記中間的な目標原子炉圧力に到達させるように制御棒の操作をなす昇温昇圧制御を段階的に繰り返すことで、最終の目標原子炉圧力に到達させるようになっている原子炉出力制御方法について、ある前段の昇温昇圧過程とそれに続く後段の昇温昇圧過程の間で、前段の昇温昇圧過程における目標原子炉圧力に到達した後に、前段の昇温昇圧過程における目標原子炉圧力に到達するまでの制御棒の挿入量と引抜き量の差分が設定値の範囲である場合、または前段の昇温昇圧過程における目標原子炉圧力に到達するまでになされた最後の制御棒動作時における中性子束検出値と最後の制御棒動作時から一定時間経過した時刻における中性子束検出値の差分が設定値の範囲である場合に、制御棒の操作を行うようにしている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれに中間的な目標原子炉圧力を設定し、所定の炉水温度変化率を維持しながら前記中間的な目標原子炉圧力に到達させるように制御棒の操作をなす昇温昇圧制御を段階的に繰り返すことで、最終の目標原子炉圧力に到達させるようになっている原子炉出力制御方法において、
ある前段の昇温昇圧過程とそれに続く後段の昇温昇圧過程の間で、前記前段の昇温昇圧過程における前記中間的な目標原子炉圧力に到達した後に、前記前段の昇温昇圧過程における前記中間的な目標原子炉圧力に到達するまでの制御棒の挿入量と引抜き量の差分が設定値の範囲である場合、または前記前段の昇温昇圧過程における前記中間的な目標原子炉圧力に到達するまでになされた最後の制御棒動作時における中性子束検出値と前記最後の制御棒動作時から一定時間経過した時刻における中性子束検出値の差分が設定値の範囲である場合に、制御棒の操作を行うようにしたことを特徴とする原子炉出力制御方法。
【請求項２】
前記制御棒の挿入量と引抜き量の差分に関する設定値としてＡとＢ（ただしＡ＜Ｂ）を設定し、また前記中性子束検出値の差分に関する設定値としてＣとＤ（ただしＣ＜Ｄ）を設定し、前記制御棒の挿入量と引抜き量の差分が前記設定値Ａと前記設定値Ｂの間の範囲にある場合または前記中性子束検出値の差分が前記設定値Ｃと前記設定値Ｄの間の範囲にある場合には予め設定の挿入量で前記制御棒の挿入を行い、前記制御棒の挿入量と引抜き量の差分が前記設定値Ｂより大きい範囲にある場合または前記中性子束検出値の差分が前記設定値Ｄより大きい範囲にある場合には前記炉水温度変化率として一時間あたり０℃を設定し、この炉水温度変化率を維持できるように前記制御棒の操作を行うようにした請求項１に記載の原子炉出力制御方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の原子炉出力制御方法で用いる原子炉出力制御装置であって、
目標圧力到達後制御設定器を備えており、前記目標圧力到達後制御設定器には、前記制御棒の挿入量と引抜き量の差分を求める挿入引抜比較器と前記中性子束検出値の差分を求める中性子束比較器の何れか一つが少なくとも設けられてある原子炉出力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉出力制御に関し、特に沸騰水型原子炉の起動時に数段階に分けて行われる各昇温昇圧過程の間における原子炉圧力と炉水温度を一定の状態に維持するのに好適な原子炉出力制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力発電プラントの起動時の出力上昇は、起動開始→臨界→定格圧力到達→発電機併入→定格出力到達の手順で進められる。このうち原子炉臨界から定格圧力到達までの昇温昇圧過程は、タービンバイパス弁と主蒸気加減弁を閉じ原子炉から蒸気が流出しない状態の下で制御棒操作（主には制御棒の引抜き操作）をなしながら原子炉の圧力と炉水温度を上昇させる。
【０００３】
昇温昇圧過程では運転員による手動操作で制御棒を操作するか、または自動出力制御装置により自動的に制御棒を操作する。いずれの操作でも、中性子束の急激な上昇によるスクラムなどの原子炉保護機能が作動しないこと、また原子炉を構成する機器の熱的衝撃を避けるため炉水温度変化率を制限値（例えば５５℃／ｈ）以下に抑えることが運転上の制約となっている。
【０００４】
そこで、炉水温度変化率の測定値を監視し、この測定値と温度変化率の目標値との偏差に基づいて制御棒を操作する方法が提案されている。ただこの方法については、中性子束の値が制御棒の操作に応じて直ちに変化するのに対し、炉水温度変化率の測定に時間遅れを伴うという問題がある。すなわち温度変化率の測定には、燃料棒から炉心内の冷却材への伝熱時間による時間遅れ、炉心から温度測定点までの冷却材の流動時間による時間遅れ、炉水温度を測定する計測器における熱電対の熱容量などに起因した時間遅れ、さらに測定温度から温度変化率を算出するのに一定の時間を要することにより時間遅れなどを生じ、これらの時間遅れは数分のオーダとなる。このため、単に炉水温度変化率の目標値と測定値との偏差に基づいて制御棒を操作しても、制御棒の操作が遅れ、炉水温度変化率を目標値に保つことが困難となる。
【０００５】
この問題を解消するために、応答の遅い炉水温度変化率を応答の速い中性子束に対応付けて制御する方法、すなわち目標炉水温度変化率を達成する目標中性子束を算出し、この目標中性子束と中性子束の測定値との偏差に基づいて制御棒操作を行うことで炉水温度変化率を制御する方式が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００６】
また昇温昇圧過程は何段階かに分けて行うことが通常であり、各段階の昇温昇圧過程には、それぞれで目標原子炉圧力（中間的な目標原子炉圧力）が設定されており、その目標原子炉圧力に到達したらそこで一旦制御棒操作を止める。この停止中には、原子炉を運転するのに必要な機器の起動やテスト、さらに運転員の交代などが行われ、それらの作業などが終了したら次の昇温昇圧段階に移行する。そしてこのような昇温昇圧過程を段階的に繰り返すことで最終的な定格圧力まで原子炉の圧力を上昇させてゆく。
【０００７】
なお原子炉出力制御に関しては、特許文献１の他に、特許文献２〜特許文献６などに開示の例も知られている。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１４５８９５号公報
【特許文献２】特開平５−１５００７７号公報
【特許文献３】特開平５−２０９９８７号公報
【特許文献４】特開平１０−３９０７１号公報
【特許文献５】特開平９−１１３６８３号公報
【特許文献６】特開昭６４−８３１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
昇温昇圧過程における従来の制御方式は、炉水の温度反応度係数が負であることを前提としている。すなわち昇温昇圧段階ごとの原子炉圧力目標値に達して制御棒操作を止めると、炉水温度変化率が０℃／ｈ(時間）付近に落ち着き、原子炉圧力と炉水温度は目標値付近で一定に保たれるものと仮定している。
【００１０】
しかるに、最近の沸騰水型原子炉で用いられる燃料は、燃料経済性の向上を図るために、燃料濃縮度を高めて高燃焼度化されている。燃料を効率よく燃焼させる高燃焼度化燃料では、燃料体積に対する水領域の体積を増やした設計になってきている。そしてこうした高燃焼度化燃料については、炉水温度が低い場合に炉水の温度反応度係数が正になる場合のある燃料もあることがわかってきた。炉水の温度反応度係数が正の燃料は、中性子束が増加して発熱量が増えることで炉水温度が上昇すると、正の反応度が印加されて中性子の上昇速度が増加する。その結果として炉水温度変化率も増加する。
【００１１】
すなわち、炉水の温度反応度係数が正の場合、目標原子炉圧力に到達した一つの昇温昇圧段階を終了させてその後段の昇温昇圧過程を開始するまで制御棒の操作を停止している状態で炉水温度変化率が０℃／ｈ付近に落ち着かずに上昇してしまい、一定であるべき原子炉圧力と炉水温度は当該昇温昇圧過程での目標値から大きくずれてしまう。この場合に、炉水温度の上昇に気づいて運転員が制御棒を直ちに挿入することで対応しても、炉水温度は中性子束に比べ数分の遅れをもって反応するので、その後数分間は炉水温度が上昇し続けることになる。その結果、さらに加速度的な中性子束の上昇と温度変化率の上昇を抑えるために連続的な制御棒の挿入が必要となる。しかしこのような作業を行いながら各機器の起動やテスト、運手員の交代を行うことは困難であることが予想される。
【００１２】
本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、複数の段階に分けて行われる各昇温昇圧過程の間における原子炉圧力と炉水温度を一定の状態に維持することを可能とする原子炉出力制御方法およびその装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的のために本発明では、それぞれに中間的な目標原子炉圧力を設定し、所定の炉水温度変化率を維持しながら前記中間的な目標原子炉圧力に到達させるように制御棒の操作をなす昇温昇圧制御を段階的に繰り返すことで、最終の目標原子炉圧力に到達させるようになっている原子炉出力制御方法において、ある前段の昇温昇圧過程とそれに続く後段の昇温昇圧過程の間で、前記前段の昇温昇圧過程における前記中間的な目標原子炉圧力に到達した後に、前記前段の昇温昇圧過程における前記中間的な目標原子炉圧力に到達するまでの制御棒の挿入量と引抜き量の差分が設定値の範囲である場合、または前記前段の昇温昇圧過程における前記中間的な目標原子炉圧力に到達するまでになされた最後の制御棒動作時における中性子束検出値と前記最後の制御棒動作時から一定時間経過した時刻における中性子束検出値の差分が設定値の範囲である場合に、制御棒の操作を行うようにしたことを特徴としている。
【００１４】
また本発明では上記のような原子炉出力制御方法について、前記制御棒の挿入量と引抜き量の差分に関する設定値としてＡとＢ（ただしＡ＜Ｂ）を設定し、また前記中性子束検出値の差分に関する設定値としてＣとＤ（ただしＣ＜Ｄ）を設定し、前記制御棒の挿入量と引抜き量の差分が前記設定値Ａと前記設定値Ｂの間の範囲にある場合または前記中性子束検出値の差分が前記設定値Ｃと前記設定値Ｄの間の範囲にある場合には予め設定の挿入量で前記制御棒の挿入を行い、前記制御棒の挿入量と引抜き量の差分が前記設定値Ｂより大きい範囲にある場合または前記中性子束検出値の差分が前記設定値Ｄより大きい範囲にある場合には前記炉水温度変化率として一時間あたり０℃を設定し、この炉水温度変化率を維持できるように前記制御棒の操作を行うようにしている。
【００１５】
また本発明では上記のような原子炉出力制御方法に適用するために、目標圧力到達後制御設定器を備え、前記目標圧力到達後制御設定器には、前記制御棒の挿入量と引抜き量の差分を求める挿入引抜比較器と前記中性子束検出値の差分を求める中性子束比較器の何れか一つが少なくとも設けられてなる構成を原子炉出力制御装置に与えるものとしている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、一つの昇温昇圧過程とそれに続く昇温昇圧過程の間で、制御棒の操作量または中性子束の変化状態に基づいた判定に応じて制御棒の操作を行うようにしている。したがって本発明によれば、炉水温度反応度係数が正であるために昇温昇圧制御停止後に生じ得る原子炉圧力や炉水温度の上昇を効果的に防ぐことが可能となり、その結果、原子力プラントの起動をより円滑に行えるようになり、運転員の負担も軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１に、一実施形態による原子炉出力制御装置の構成を示す。原子炉出力制御装置は、本体制御装置１と測定系を備えている。その測定系には、原子炉圧力検出系、炉水温度検出系、および中性子束検出系がある。
【００１８】
原子炉圧力検出系は、原子炉１０に接続の主蒸気配管で原子炉圧力を検出する圧力センサ１１と、この圧力センサ１１からの信号に応じて原子炉圧力値を算出し、それを本体制御装置１に出力する圧力検出器２で構成される原子炉圧力検出手段を含んでいる。
【００１９】
炉水温度検出系は、原子炉１０に接続の配管内で炉水の温度を検出する熱電対１５と、この熱電対１５からの信号に応じて炉水温度を算出し、それを本体制御装置１に出力する温度検出器３で構成される炉水温度検出手段を含んでいる。
【００２０】
中性子束検出系は、原子炉１０の炉心１２で中性子束を検出してその単位時間あたりの数を計数し、この計数値を中性子束検出信号として出力する中性子束検出手段である中性子束検出器１３を含んでいる。また中性子束検出系は、中性子束検出器１３からの出力信号を中性子束レベル（中性子束の検出値と炉心の定格出力との割合を示すレベル＝％定格）に変換するとともに、中性子束の時間変化率を表す指標である原子炉周期を演算し、それらを本体制御装置１に出力する中性子束モニタ４を含んでいる。
【００２１】
本体制御装置１は、制御棒自動制御器８、目標圧力到達後制御設定器９および目標設定器１７を備えるとともに、ＣＲＴ６と操作パネル７を備えている。
【００２２】
制御棒自動制御器８は、後述する制御ロジックを内蔵しており、その制御ロジックにしたがい制御棒駆動制御器５に適切なタイミングで制御棒の引抜き指令または挿入指令を出力する。そのために制御棒自動制御器８には、温度検出器３で検出した炉水温度、中性子束モニタ４の出力する中性子束レベルと原子炉周期、および目標設定器１７から取り込んだ原子炉圧力目標値と炉水温度変化率目標値が入力される。
【００２３】
制御棒駆動制御器５は、制御棒駆動装置１６の制御をなす装置であり、本体制御装置１から出力された制御棒駆動信号（挿入指令または引抜き指令）に基づいて制御棒駆動装置１６に制御棒駆動信号を出力する。また、本体制御装置１に対して、制御棒駆動状態（制御棒挿入中、制御棒引抜き中、制御棒操作完了、制御棒の現在位置）信号を出力する。
【００２４】
制御棒駆動装置１６は、炉心１２に対する制御棒１４の挿入または引抜きを駆動する装置であり、水圧または電動で制御棒１４の挿入または引抜きを駆動するようになっており、制御棒駆動制御器５からの信号にしたがって制御棒４を炉心２に挿入し、あるいは炉心２から引抜く動作をする。
【００２５】
目標圧力到達後制御設定器９は、本発明を特徴付ける要素であり、後述する制御ロジックを内蔵しており、その制御ロジックにしたがい、ある昇温昇圧過程とそれぞれに続く後段の昇温昇圧過程の間における制御棒の操作に必要な指令を生成する。具体的には、中性子束モニタ４からの中性子束レベル、制御棒自動制御器８からの制御棒駆動信号、および制御棒自動制御器８からの目標原子炉圧力到達信号を入力信号とし、中性子束レベルと制御棒駆動信号それぞれについて炉水の温度反応度係数の状態を判定する。そして炉水の温度反応度係数が小さな正値であると判断された場合には、制御棒自動制御器８に制御棒挿入要求と目標到達後炉周期監視信号を出力する。一方、炉水の温度反応度係数が大きな正値であると判断された場合には、目標原子炉圧力到達後の原子炉圧力と炉水温度を一定に保つ制御のための指令である定値制御信号を目標設定器１７に出力する。
【００２６】
目標設定器１７は、目標原子炉圧力と目標炉水温度変化率を設定するための手段である。その設定操作は、操作パネル７を通じて運転員によりなされる。この目標設定器１７で設定された原子炉圧力目標値と炉水温度変化率目標値は制御棒自動制御器８に入力される。ここで、目標原子炉圧力は、複数の段階に分けてなされる昇温昇圧過程ごとに設定され、最終段階の昇温昇圧過程で設定される目標原子炉圧力が最終的な目標原子炉圧力となる。各段での目標原子炉圧力としては例えば１.０ＭＰａが設定される。一方、目標炉水温度変化率は、各昇温昇圧過程において炉水温度変化率の制限値（例えば５５℃／ｈ）を順守できるように、例えば２０℃／ｈが設定される。ただし、目標圧力到達後制御設定器９から定値制御信号が入力されると、後述するように、炉水温度変化率目標値は０℃／ｈに自動的に設定変更され、また目標原子炉圧力は、実際の原子炉圧力に対し十分大きな値である例えば１０ＭＰａに自動的に設定変更される。
【００２７】
表示装置６は、本体制御装置１と運転員とのインターフェイス手段の一つである。この表示装置６には、温度変化率目標値と実際の温度変化率が並べて表示されたり、目標とする炉水温度の時間変化や実際の炉水温度の時間変化がトレンドとしてグラフ表示されたりする。また中性子束レベルや原子炉周期、あるいは原子炉周期の逆数もトレンドとしてグラフ表示され、さらに制御棒の現在位置の表示もなされる。
【００２８】
操作パネル７は、本体制御装置１と運転員とのインターフェイス手段の他の一つであり、制御操作盤上のコンソールなどとして構成される。この操作パネル７を通じて運転員により目標原子炉圧力や目標炉水温度変化率の設定がなされることは上述の通りである。
【００２９】
以下では本体制御装置１による原子炉出力制御の具体的内容について説明する。図２〜図４に目標圧力到達後制御設定器９における制御ロジックの構成を示す。目標圧力到達後制御設定器９の制御ロジックは、一つの昇温昇圧過程を終了して次の昇温昇圧過程での制御を開始するまでの間において、炉水の温度反応度係数が正であることにより、原子炉圧力と炉水温度が上昇するのを防止するための制御をなす制御ロジックである。その制御には、炉水温度反応度係数の大きさに応じて、二つの方式がある。
【００３０】
具体的には下記の式（１）〜（４）によって炉水温度反応度係数の値を判断し、原子炉圧力目標到達後の制御方式を設定する。すなわち式（１）または式（３）が成立すれば炉水の温度反応度係数は小さな正値であると判断する。そしてこの場合には制御棒挿入指令を本体制御装置１に出し、これに応じて本体制御装置１は、予め設定の挿入量単位で制御棒の挿入を行う。これが第１の制御方式である。一方、式（２）または式（４）が成立すれば炉水の温度反応度係数は大きな正値であると判断する。そしてこの場合には、定値制御信号を目標設定器１７に出力し、これに応じて目標設定器１７で炉水温度変化率目標値が０℃／ｈが自動的に設定され、この目標炉水温度変化率を維持するような制御が本体制御装置１でなされる。これが第２の制御方式である。
【００３１】
式（１）〜（４）におけるＡは、例えばＡ＝（−１）×（制御棒引抜き量の２０％）として設定される設定値であり、Ｂは、例えばＢ＝０として設定される設定値であり、Ｃは、例えばＣ＝（−１）×（最後に行われた制御棒操作時の中性子束の２０％）として設定される設定値であり、Ｄは、Ｄ＝０として設定される設定値であり、これら設定値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄには式（５）の関係が成り立つものとする。また式（２）と（３）における「一定時間」は、中性子束の変化状態を判断するのに適切な時間として設定さる時間であり、例えば１０分という時間が設定される。なお式（１）と式（２）における「目標原子炉圧力」は昇温昇圧過程ごとに設定される目標原子炉圧力であり、式（３）と式（４）における「最後に行われた制御棒操作」は、各昇温昇圧過程の最後に行われた制御棒操作である。
【００３２】
Ａ≦  目標原子炉圧力到達までの制御棒挿入量−引抜き量  ≦Ｂ      （１）
Ｂ＜  目標原子炉圧力到達までの制御棒挿入量−引抜き量            （２）
Ｃ≦  最後に行われた制御棒操作から一定時間後の中性子束
−最後に行われた制御棒操作時の中性子束  ≦Ｄ              （３）
Ｄ＜  最後に行われた制御棒操作から一定時間後の中性子束
−最後に行われた制御棒操作時の中性子束                    （４）
Ａ＜ＢかつＣ＜Ｄ                                                （５）
【００３３】
図２の制御ロジックは第１の制御方式についての制御ロジックである。この制御ロジックは、式（１）に基づく制御ロジックと式（３）に基づく制御ロジックを組み合わせて構成されている。式（１）に基づく制御ロジックは、引抜き量メモリ２１、挿入量メモリ２２、および第１の挿入引抜比較器２３を有し、本体制御装置１からの制御棒駆動信号２０を入力信号としている。引抜量メモリ２１は、制御棒駆動信号２０を入力とし、一つの昇温昇圧過程の制御が開始されてからその昇温昇圧過程での目標原子炉圧力に到達するまでになされる制御棒の操作における引抜量を順次加算するように記憶し、その記憶した制御棒引抜量を挿入引抜比較器２３に出力する。挿入量メモリ２２も同様に制御棒駆動信号２０を入力とし、一つの昇温昇圧過程の制御が開始されてからその昇温昇圧過程での目標原子炉圧力に到達するまでになされる制御棒の操作における挿入量を順次加算するように記憶し、その記憶した制御棒挿入量を挿入引抜比較器２３に出力する。挿入引抜比較器２３は、式（１）とその設定値ＡとＢが設定されており、引抜量メモリ２１から引抜量と挿入量メモリ２２からの挿入量について式（１）を満足するか否かを一つの制御棒操作が終了するごとに判定し、式（１）が満足される場合にはＯＲ回路２８にオン信号を出力し、式（１）が満足されない場合にはＯＲ回路２８にオフ信号を出力する。
【００３４】
一方、式（３）に基づく制御ロジックは、中性子束メモリ２５、時間遅れタイマー２６、および第１の中性子束比較器２７を有し、本体制御装置１からの制御棒駆動信号２０と中性子束モニタ４からの中性子束レベル２４を入力信号としている。中性子束メモリ２５は、中性子束レベル２４と制御棒駆動信号２０を入力とし、制御棒が駆動された時点で中性子束レベル２４を取り込み、それを中性子束比較器２７に出力する。時間遅れタイマー２６は、制御棒駆動信号２０を入力とし、制御棒が駆動された場合にその駆動時点から設定時間（上の例では１０分）だけ遅れて中性子束比較器２７にオン信号を出力する。中性子束比較器２７は、式（３）とその設定値ＣとＤが設定されおり、時間遅れタイマー２６からオン信号が入力された際に、中性子束メモリ２５からの中性子束レベル、つまり制御棒が操作された時点での中性子束レベルと、中性子束モニタ４から直接入力される中性子束レベル２４、つまり制御棒駆動時から設定時間だけ遅れた時点での中性子束レベルを比較し、式（３）を満足する場合にはＯＲ回路２８にオン信号を出力し、式(３)を満足しない場合にはＯＲ回路２８にオフ信号を出力する。
【００３５】
ＯＲ回路２８は、挿入引抜比較器２３がオンまたは中性子束比較器２７がオンの場合にオン信号、つまり式（１）または式（３）が成立したという情報をＡＮＤ回路３０に出力し、挿入引抜比較器２３と中性子束比較器２７が両方オフの場合にオフ信号をＡＮＤ回路３０に出力する。ＡＮＤ回路３０は、ＯＲ回路２８の出力と目標原子炉圧力到達信号２９を入力とし、両者ともオンの場合にのみオン信号を出力する。すなわちＡＮＤ回路３０は、一つの昇温昇圧過程においてそこでの目標原子炉圧力に到達したことで出力される目標原子炉圧力到達信号２９が入力している場合でかつ、式（１）または式（３）が成立していることを条件としてオン信号を出力する。したがってＡＮＤ回路３０の出力がオンであれば、目標原子炉圧力に到達して昇温昇圧制御が停止された状態で式（１）または式（３）が成立していることから、炉水の温度反応度係数が小さな正値であると判断されることになる。そしてこの場合には制御棒挿入要求３２と目標到達後炉周期監視信号３１が出力される。
【００３６】
制御棒挿入要求３２は、図１における制御棒自動制御器８に入力される。制御棒自動制御器８は、図６に示す制御ロジック構成とされており、制御棒挿入要求３２が制御棒動作判定器６５に入力し、制御棒駆動が許可される状態であれば挿入指令７３を制御棒駆動制御器５に出力し、これに応じて所定の挿入量で制御棒の挿入がなされる。以上が第１の制御方式による制御である。
【００３７】
目標到到達後炉周期監視信号３１は、図３に示す制御ロジックおけるゲート回路３６に入力される。図３の制御ロジックは、目標原子炉圧力到達後に制御棒挿入要求３２が出力されて制御棒を挿入がなされた後に働き、図２の制御ロジックに対する補助的な機能を負っている。すなわち目標原子炉圧力到達後に式（１）と式（３）が成立して制御棒挿入要求３２が出力されると、それに応じて予め設定の挿入量で制御棒の挿入がなされるが、それでもなお中性子束が増加傾向にある場合に、さらに制御棒挿入要求３２を出力することで図２の制御ロジックを補完する。具体的には、中性子束モニタ４で得られる炉周期計測値３３から逆数演算器３４にて炉周期の逆数を演算し、その炉周期逆数を炉周期逆数比較器３５で設定値と比較する。ここで炉周期は、中性子束が約２．７２倍（正確には自然対数の底ｅ倍）になる時間である。炉周期逆数比較器３５には、例えば０．００１６７（炉周期６００秒に相当する）という設定値が設定されている。そしてこの設定値と逆数演算器３４からの炉周期逆数が比較され、炉周期逆数が設定値以上であった場合には、中性子束が増加傾向にあるとして、炉周期逆数比較器３５がオン信号をゲート回路３６に出力し、目標到到達後炉周期監視信号３１の入力でゲート回路３６がつながっていれば、制御棒挿入要求３２が出力される。
【００３８】
図４の制御ロジックは第２の制御方式についての制御ロジックである。この制御ロジックは、基本的には図２の制御ロジックと同じである。相違するのは、図２の制御ロジックが式（１）と式（３）について判断していたのに対し、式（２）と式（４）について判断することと、目標到達後定値制御信号４４を出力することである。以下ではこの第２の制御方式用制御ロジックについて、第１の制御方式用制御ロジックと相違する制御内容を中心に説明する。第２の挿入引抜比較器４０は、第１の挿入引抜比較器式２３に対応するもので、式（２）とその設定値Ｂが設定されており、第２の中性子束比較器４１は、第１の中性子束比較器２７に対応するもので、式（４）とその設定値Ｄが設定されている。そして挿入引抜比較器４０により式（２）が満足されると判断された場合と中性子束比較器４１により式（４）が満足されると判断された場合のそれぞれでＯＲ回路４２にオン信号が出力され、ＯＲ回路４２は、挿入引抜比較器４０と中性子束比較器４１からの入力値のどちらかがオンの場合にＡＮＤ回路４３にオン信号を出力する。ＡＮＤ回路４３は、ＯＲ回路４２からの入力値と目標原子炉圧力到達信号２９がともにオンの場合、つまり目標原子炉圧力に到達して昇温昇圧過程の制御が停止された状態で式（２）または式（４）が成立することから、炉水の温度反応度係数が大きな正値であると判断され場合に目標到達後定値制御信号４４を図１における目標設定器１７に出力する。
【００３９】
目標設定器１７は、図５にその構成を示すように、ある段階での昇温昇圧過程の制御開始時に操作パネル７を通じて入力された目標原子炉圧力と目標炉水温度変化率を目標設定回路５２において上限と下限に関してチェックした後に目標原子炉圧力５３、目標炉水温度変化率５４として設定し、これを図１の制御棒自動制御器８に出力する。そしてその段階における昇温昇圧過程が終了した後に、目標到達後定値制御信号４４が入力されると、操作パネルにて入力された目標値に代えて、目標設定回路５２が所定の目標値を自動的に設定する。その目標値には、目標原子炉圧力５３として、例えば１０ＭＰａという、実際の原子炉圧力に対して十分に大きな値が設定され、また目標炉水温度変化率５４として、炉水温度の上昇のない条件である０℃／ｈが設定される。
【００４０】
制御棒自動制御器８は、図６にその制御ロジックの構成を示すように、目標炉水温度変化率５４を維持しながら目標原子炉圧力５３まで原子炉を昇温昇圧できるように、実際の炉水温度変化率と中性子束をフィードバックした比例積分動作により制御棒操作を指令する。そして目標原子炉圧力５３よりも実際の原子炉圧力６９の方が大きくなると圧力比較器７０がオフ信号を出力してゲート回路６４を切り、比例積分器６２の出力を制御棒動作判定器６５に伝えないようにし、制御棒動作を行わないようにする。この状態で図４の目標到達後定値制御信号４４が出力されて図５の目標設定回路５２により目標原子炉圧力５３が十分大きな値（上の例では１０ＭＰａ）に設定され、また目標炉水温度変化率５４に０℃／ｈが設定されると、圧力比較器７０がオン信号を出力することで比例積分器６２の出力が制御棒動作判定器６５に伝えられ、炉水温度変化率を０℃／ｈに維持するように比例積分動作が行われ、連続的に挿入指令７３が出力されることになる。以上が第２の制御方式による制御である。
【００４１】
以上のように本発明では、炉水温度反応度係数についてその正値の大小を区別し、これに応じて制御方式を変えるようにしている。これは、一つの段階の昇温昇圧過程を終了して次の昇温昇圧過程の間に各種機器の起動やテストや運転員の交代を行っている状態ではできるだけ制御棒の操作を行わないようにすることが望ましいということを考慮したものである。すなわち、炉水温度反応度係数の正値が小さくてそれほど急な炉水温度の上昇が予測されない条件では、予め設定の挿入量による制御棒の挿入を単発的に行うようにすることで、きるだけ制御棒の操作頻度を少なくする。一方、炉水温度反応度係数の正値が大きくて急激な炉水温度の上昇が予測される条件では、炉水温度の上昇防止を重視し、０℃／ｈという目標炉水温度変化率を維持する制御を行うようにしている。
【００４２】
図７に示すのは、以上の実施形態における第１の制御方式が適用される場合の効果をシミュレーションで評価した結果であり、沸騰水型原子炉の臨界過程および昇温昇圧の初期段階における炉水温度と炉水温度変化率の変化を示している。ここで昇温昇圧過程の目標原子炉圧力を０．３８ＭＰａ、目標炉水温度変化率を３０℃／ｈに設定している。初期炉水温度は８５℃、炉水の温度反応度係数は１８０℃以下では僅かに正値、１８０℃より大きな温度では負値としている。評価の結果では約８５００秒で目標原子炉圧力に到達しており、制御開始から目標原子炉圧力到達までは制御棒の引抜きと挿入が繰り返され、若干引抜量が大きくなったところで目標原子炉圧力に到達している。曲線７６と７８はそれぞれ本発明を適用していない場合の炉水温度と炉水温度変化率の評価結果であり、目標原子炉圧力到達後に制御棒操作を行わないので炉水温度変化率は上昇し、炉水温度もかなり上昇している。これは炉水の温度反応度係数が正であるため温度上昇により中性子束が増大し、それがさらに温度上昇に寄与するという連鎖が生じるためである。実際の原子炉では炉水温度変化率がある設定値（例えば５５℃／ｈ）を超えると警報が発生するので運転員が手動で制御棒を操作することになるが、加速度的な温度上昇を抑えるためにはかなりの制御棒操作が必要であり、制御棒挿入量の判断も困難であると推察される。一方、曲線７７と７９は本発明のを適用した場合の炉水温度と炉水温度変化率の評価結果であり、炉水の温度反応度係数が小さな正値であることを目標圧力到達後制御設定器９により判定し、目標原子炉圧力到達後直ちに制御棒を挿入し、また時刻約９５００秒で炉周期が６００秒を下回ったためもう一度制御棒を挿入しており、これらの制御棒の挿入により、目標原子炉圧力到達後の炉水温度と原子炉圧力をほとんど上昇させることなく静定させている。この結果から本発明の有効性を確認できる。
【００４３】
図８に示すのは、以上の実施形態における第２の制御方式が適用される場合の効果をシミュレーションで評価した結果であり、図７と同様、沸騰水型原子炉の臨界過程および昇温昇圧の初期段階における炉水温度と炉水温度変化率の変化を示している。ここで昇温昇圧過程の目標原子炉圧力を０．３８ＭＰａ、目標炉水温度変化率を３０℃／ｈに設定している。初期炉水温度は７０℃、炉水の温度反応度係数は１８０℃以下では大きな正値、１８０℃より大きな温度では負値としている。評価の結果約１０８００秒で目標原子炉圧力に到達しており、炉水の温度反応度係数が大きな正値であったため、昇温昇圧制御開始から目標原子炉圧力までは制御棒挿入が連続して行われる結果となった。曲線８０と８２はそれぞれ本発明を適用していない場合の炉水温度と炉水温度変化率の評価結果であり、目標原子炉圧力到達後に制御棒操作を行わないので炉水温度変化率は上昇し炉水温度も加速度的に上昇している。一方、曲線８１と８３は本発明を適用した場合の炉水温度と炉水温度変化率の評価結果であり、炉水の温度反応度係数が大きな正値であることを目標圧力到達後制御設定器９により判定し、目標原子炉圧力到達後直ちに目標炉水温度変化率を０℃／ｈに設定した炉水温度一定制御として制御棒を連続的に挿入することで、目標圧力到達後に炉水温度は大きく上昇することなく静定している。この結果から、本発明によれば、炉水の温度反応度係数が大きな正値であっても、目標原子炉圧力到達後に原子炉圧力と炉水温度を一定に保つことが可能であることを確認できる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、炉水温度反応度係数が正であるために昇温昇圧制御停止後に生じ得る原子炉圧力や炉水温度の上昇を効果的に防ぐことが可能とし、このことで原子力プラントの起動をより円滑に行えるようにし、運転員の負担も軽減することができる。したがって本発明は原子力プラントに有用なものとして広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】一実施形態による原子炉出力制御装置の構成を示す図である。
【図２】目標圧力到達後制御設定器における第１の制御方式に関する制御ロジックの構成を示す図である。
【図３】炉周期に基づく制御棒挿入要求の制御ロジックの構成を示す図である。
【図４】目標圧力到達後制御設定器における第２の制御方式に関する制御ロジックの構成を示す図である。
【図５】目標設定器の構成を示す図である。
【図６】制御棒自動制御器における制御ロジックの構成を示す図である。
【図７】本発明の効果を炉水温度と炉水温度変化率に関して評価した例を示す図である。
【図８】本発明の効果を炉水温度と炉水温度変化率に関して評価した他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    本体制御装置
２    圧力検出器
３    温度検出器
４    中性子束モニタ
５    制御棒駆動制御器
８    制御棒自動制御器
９    目標圧力到達後制御設定器
１０    原子炉
１１    圧力センサ
１３    中性子束検出器
１４    制御棒
１６    制御棒駆動装置
１７    目標設定器
２１    引抜き量メモリ
２２    挿入量メモリ
２３    第１の挿入引抜比較器
２５    中性子束メモリ
２７    第１の中性子束比較器
４０    第２の挿入引抜比較器
４１    第２の中性子束比較器
【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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