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公開番号2025070216
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2023180372
出願日2023-10-19
発明の名称原子炉出力制御装置および原子炉出力制御方法
出願人日立GEニュークリア・エナジー株式会社
代理人弁理士法人信友国際特許事務所
主分類G21D 3/10 20060101AFI20250424BHJP(核物理;核工学)
要約【課題】精度よく原子炉の出力制御を行うことが可能な原子炉出力制御装置を提供する。
【解決手段】原子炉出力制御装置は、中性子束から反応度を算出する反応度算出部と、反応度と炉水温度から温度反応度係数および温度計測の遅れ時間を算出する第1の演算部とを備える。また、原子炉出力制御装置は、炉水温度の変化から温度変化率を算出し、温度変化率、温度計測の遅れ時間、および、遅れ時間だけ過去に遡った中性子束に基づいて、目標温度変化率に対応する目標中性子束を算出して出力する第2の演算部を備える。さらに、原子炉出力制御装置は、出力された目標中性子束を設定する制御棒制御演算部を備え。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
中性子束から反応度を算出する反応度算出部と、
前記反応度と炉水温度から温度反応度係数および温度計測の遅れ時間を算出する第１の演算部と、
前記炉水温度の変化から温度変化率を算出し、前記温度変化率、前記温度計測の遅れ時間、および、前記遅れ時間だけ時刻をシフトした中性子束に基づいて、目標温度変化率に対応する目標中性子束を算出して出力する第２の演算部と、
出力された前記目標中性子束を設定する制御棒制御演算部と、を備える
ことを特徴とする原子炉出力制御装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記第１の演算部は、
時刻ｔから所定の時間間隔だけ遡ったＮ個の炉水温度の時系列データＴ（ｔ
ｎ
）（１≦ｎ≦Ｎ）、および、時刻ｔから前記所定の時間間隔よりも長い時間間隔だけ遡ったＭ個の反応度の時系列データρ（ｔ
ｍ
）（１≦ｍ≦Ｍ、Ｎ≦Ｍ）を取得し、前記遅れ時間τだけ時間をずらした反応度の時系列データρ（ｔ
ｍ
＋τ）を作成し、
前記炉水温度の時系列データＴ（ｔ
ｎ
）に前記温度反応度係数ａを乗じ、ｔ
ｎ
＝ｔ
ｍ
＋τとなる所定のＮ組（Ｎ≦Ｍ）について反応度の時系列データρ（ｔ
ｍ
＋τ）とａ×Ｔ（ｔ
ｎ
）との差｛ρ（ｔ
ｍ
＋τ）－ａ×Ｔ（ｔ
ｎ
）｝を求めて最小２乗法により前記遅れ時間τと前記温度反応度係数ａとを算出する
請求項１に記載の原子炉出力制御装置。
【請求項３】
前記第２の演算部は、
時刻ｔから所定の時間間隔だけ遡ったＪ個の炉水温度の時系列データＴ（ｔ
ｎ
）（１≦ｎ≦Ｊ）および時刻ｔから前記所定の時間間隔より長い時間間隔だけ遡ったＫ個の中性子束の時系列データｎ（ｔ
ｋ
）（１≦ｋ≦Ｋ、Ｊ≦Ｋ）を取得し、
前記炉水温度の時系列データＴ（ｔ
ｎ
）のうち、Ｊ個のデータを用いた最小２乗法により直線近似したときの傾きとして前記温度変化率ｄＴ／ｄｔ（ｔ
ｎ
）（１≦ｎ≦Ｊ）を算出し、
前記目標温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）
Ｔ
に対する前記温度変化率ｄＴ／ｄｔ（ｔ
ｎ
）の比率がＢ倍（０＜Ｂ≦１．０）以上の場合に、前記遅れ時間τだけ時間をずらした中性子束の時系列データｎ（ｔ
ｋ
＋τ）のうちｔ
ｎ
＝ｔ
ｋ
＋τとなるＪ個のデータの平均値のとの比率Ａを算出し、
前記目標温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）
Ｔ
に対応する前記目標中性子束ｎ
Ｔ
を算出する
請求項１に記載の原子炉出力制御装置。
【請求項４】
前記第２の演算部で算出した前記目標中性子束を表示する表示装置を備える
請求項１に記載の原子炉出力制御装置。
【請求項５】
前記表示装置は、前記第２の演算部で算出した前記目標中性子束を、過去の中性子束、現在の中性子束、および、将来の中性子束予測値から選ばれる少なくともいずれか１以上と組み合わせたものと同時に表示する
請求項４に記載の原子炉出力制御装置。
【請求項６】
前記目標温度変化率に対する偏差を、比例、積分、および、微分から選ばれる１以上を用いて演算し、算出された前記偏差を用いて前記第２の演算部で算出した前記目標中性子束を補正する第３の演算部を備える
請求項１に記載の原子炉出力制御装置。
【請求項７】
前記第３の演算部による前記目標中性子束の補正は、前記目標温度変化率に対する前記温度変化率の比率がＤ倍（０＜Ｄ≦１．０）となった場合に開始する
請求項６に記載の原子炉出力制御装置。
【請求項８】
中性子束から反応度を算出し、
前記反応度と炉水温度から温度反応度係数、および、温度計測の遅れ時間を算出し、
前記炉水温度の変化から温度変化率を算出し、
前記中性子束、前記温度変化率、および、前記遅れ時間に基づき、前記中性子束と前記温度変化率の比率を算出し、
目標温度変化率に対応する目標中性子束を算出し、
前記中性子束が前記目標中性子束に一致するように制御棒の引抜および挿入を制御する
原子炉出力制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉出力制御装置および原子炉出力制御方法に係わる。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
原子炉の起動時は、炉内に挿入された多数の制御棒を引き抜いて、核分裂による中性子の発生を増加させる。このとき、制御棒を引き抜く操作の負担が大きい。このため、最近の沸騰水型原子炉は、起動から定格出力到達までの制御棒操作を自動化している。
また、沸騰水型原子炉の起動時における昇温昇圧過程では、炉水の温度変化が制御棒の操作制御によって行われる。この方法は、制御棒の操作により中性子束の値を変化させて炉水の温度変化率を目標値に制御する。しかし、制御棒の操作から温度変化率の変化が測定されるまで、種々の要因によって遅れ時間が生じる。このため、単に炉水温度変化率の測定値に基づいて制御棒を操作しても、炉水温度変化率を目標値に保つことが困難である。
そこで、中性子束と炉水温度変化率との関係に着目して、制御棒の操作制御を行う原子炉出力制御が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平９－１４５８９５号公報
特開２００５－２０７９４４号公報
特開２００５－２４１３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、中性子束と温度変化率の間の応答時間遅れは、例えば、燃料棒から炉心内の冷却材への伝熱時間、炉心から温度測定点までの流動時間、および、炉水温度を測定する熱電対の熱容量などの計測器による遅れ時間などに影響を受ける。このように、中性子束と温度変化率との応答時間遅れは、燃料の設計や計測系の構成によって変化する。このため、上述の中性子束と炉水温度変化率との関係に着目して制御棒の操作制御を行うだけでは、精度よく原子炉の出力制御を行うことが難しい。
【０００５】
上述した問題の解決のため、本発明においては、精度よく原子炉の出力制御を行うことが可能な原子炉出力制御装置および原子炉出力制御方法を提供する。
【０００６】
また、本発明の上記の目的およびその他の目的と本発明の新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の原子炉出力制御装置は、中性子束から反応度を算出する反応度算出部と、反応度と炉水温度から温度反応度係数および温度計測の遅れ時間を算出する第１の演算部とを備える。また、原子炉出力制御装置は、炉水温度の変化から温度変化率を算出し、温度変化率、温度計測の遅れ時間、および、遅れ時間だけ過去に遡った中性子束に基づいて、目標温度変化率に対応する目標中性子束を算出して出力する第２の演算部を備える。さらに、原子炉出力制御装置は、出力された目標中性子束を設定する制御棒制御演算部を備える。
【０００８】
また、本発明の原子炉出力制御方法は、中性子束から反応度を算出し、反応度と炉水温度から温度反応度係数、および、温度計測の遅れ時間を算出し、炉水温度の変化から温度変化率を算出する。また、原子炉出力制御方法は、中性子束、温度変化率、および、遅れ時間に基づき、中性子束と温度変化率の比率Ａを算出し、目標温度変化率に対応する目標中性子束を算出する。さらに、原子炉出力制御方法は、中性子束が目標中性子束に一致するように制御棒の引抜および挿入を制御する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、精度よく原子炉の出力制御を行うことが可能な原子炉出力制御装置および原子炉出力制御方法を提供できる。
【００１０】
なお、上述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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