給水温度の制御方法およびシステム
【課題】自然循環沸騰水型原子炉（ＮＣＢＷＲ）の出力レベルを制御するシステムを提供する。
【解決手段】出力レベルを制御するシステム１４は、ＮＣＢＷＲ１０のアニュラス２５に流入する給水を加熱して、炉心５４を通って流れる再循環水の温度を、所定の再循環水運転温度より高く上昇させるための加熱サブシステム７０を備える。さらに、アニュラス２５に流入する給水の温度を検知する温度センサ７４を備える。温度センサ７４は、アニュラス２５に流入する給水の温度を、アニュラス２５に流入する給水の所定の運転温度より高い要求された温度に上昇するべく、加熱サブシステム１８に対して命令する温度制御装置７５と通信可能に接続されている。アニュラス２５に流入する給水の温度を上昇することによって、再循環水の温度は所定の再循環水運転温度より高く上昇させられ、ＮＣＢＷＲ１０の炉心５４で発生する出力レベルを低下させる。
【解決手段】出力レベルを制御するシステム１４は、ＮＣＢＷＲ１０のアニュラス２５に流入する給水を加熱して、炉心５４を通って流れる再循環水の温度を、所定の再循環水運転温度より高く上昇させるための加熱サブシステム７０を備える。さらに、アニュラス２５に流入する給水の温度を検知する温度センサ７４を備える。温度センサ７４は、アニュラス２５に流入する給水の温度を、アニュラス２５に流入する給水の所定の運転温度より高い要求された温度に上昇するべく、加熱サブシステム１８に対して命令する温度制御装置７５と通信可能に接続されている。アニュラス２５に流入する給水の温度を上昇することによって、再循環水の温度は所定の再循環水運転温度より高く上昇させられ、ＮＣＢＷＲ１０の炉心５４で発生する出力レベルを低下させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本教示は、自然循環沸騰水型原子炉内の再循環冷却材の温度を制御し、それによって原子炉の出力を制御するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この項の記述は、本開示に関する背景情報を単に提供するものであり、先行技術を構成するものではない。
【０００３】
通常、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）では、制御棒の配置および炉心を通る液体冷却材の再循環流量を調節することによって、炉心の反応度量が制御される。例えば、単に再循環流量を変化することによって、出力は３０％から４０％に調節できる。一般に、典型的なＢＷＲは比較的低い出力レベルで運転するように設定されており、すなわち、制御棒を移動することにより、燃料バンドルがかなり低い出力で運転されており、次に再循環流を増加して、制御棒を移動することなく１００％出力を達成できる。出力を制御するために再循環流を使用することにより、燃料棒および燃料ペレットは比較的緩慢に均一な割合で出力レベルを変化させ、それによってペレット被覆管相互作用（ＰＣＩ）および燃料棒被覆管の損傷を回避する。
【０００４】
しかし、自然循環沸騰水型原子炉（ＮＣＢＷＲ）は再循環ポンプを備えず、その代わりに自然循環を採用する。したがって、ＮＣＢＷＲの出力を制御するために再循環流を使用することはできない。少なくともいくつかの既知のＮＣＢＷＲは制御棒を操作して燃料バンドルの出力レベルを制御するが、この方法では出力レベルがかなり急速に、非均一な割合で変化する。制御棒が引き抜かれるにつれて出力をあまりに急速に上昇すると、燃料被覆管に重大な損傷を引き起こす。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様によれば、自然循環沸騰水型原子炉（ＮＣＢＷＲ）の出力レベルを制御するシステムが提供される。種々の実施形態において、本システムは、ＮＣＢＷＲの原子炉容器に流入する給水を加熱して、炉心を通って流れる再循環水の温度を、所定の再循環水運転温度より高く上昇させるための加熱サブシステムを備える。さらに本システムは原子炉容器に流入する給水の温度を検知するように作動可能な温度センサを備える。温度センサは、原子炉容器に流入する給水の温度を原子炉容器に流入する給水の所定の運転温度より高い要求された温度に上昇させるように、温度センサの温度読取り値に基づいて、加熱サブシステムに対して命令するように作動可能な、温度制御装置と通信可能に結合されている。原子炉容器に流入する給水の温度を上昇させることによって、再循環水の温度は所定の炉心に流入する再循環水運転温度より高く上昇させられ、ＮＣＢＷＲ炉心で発生する出力レベルを低下させる。
【０００６】
他の態様によれば、自然循環沸騰水型原子炉（ＮＣＢＷＲ）の出力レベルを制御する方法が提供される。種々の実施形態において、この方法は、温度センサを用いて原子炉容器に流入する給水の温度を検知すること、およびＮＣＢＷＲの加熱サブシステムを用いて原子炉容器に流入する給水の温度を上昇させることを含む。加熱サブシステムは、原子炉容器に流入する給水の温度を、所定の原子炉容器に流入する給水の運転温度より高い、要求された温度に上昇させる。したがって、炉心に流入する再循環水の温度は、所定の再循環水運転温度より高く上昇させられ、その結果、ＮＣＢＷＲ炉心で発生する出力レベルは低下する。
【０００７】
本教示のさらなる応用分野は、本明細書に記載される説明によって明らかになるであろう。この説明および具体的な例は、例示する目的のみを意図しており、本教示の範囲を限定することを意図するものでないことが理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本明細書に記載された図面は例示することのみを目的としており、本教示の範囲を限定することは全く意図していない。
【０００９】
以下の説明はその本質において単に例示するものであり、本発明の教示、応用、または使用を限定することは全く意図していない。本明細書を通して、同様の参照番号は同様の構成要素を参照するために使用される。
【００１０】
図１を参照すると、出力レベル制御システム１４を備える自然循環沸騰水型原子炉（ＮＣＢＷＲ）１０の全体概略図が示される。ＮＣＢＷＲ１０は一般に、少なくとも１台の主給水加熱器１８、原子炉容器２２、蒸気ラインヘッダ２６、高圧蒸気タービン３０、湿分分離加熱器３４、および低圧蒸気タービン３８を備える。図１に例示され本明細書で説明されるように、種々の実施形態において、ＮＣＢＷＲ１０は複数の主給水加熱器１８を備える。
【００１１】
主給水加熱器１８はそれぞれ、給水入口ライン４２および給水ポンプ４６を経由して供給されるか、または給水リンクライン５０およびその他の主給水加熱器１８を経由して供給される給水を受け入れる給水加熱器コア（図示せず）を備える。各主給水加熱器１８はさらに、それぞれの加熱器コアを取り囲み、湿分分離加熱器３４および／または高圧蒸気タービン３０から蒸気抽気ライン５２および／または５３を経由して流入する高圧、高温蒸気を受け入れるように構成された蒸気シェル（図示せず）を含む。通常、高圧蒸気タービン３０および／または湿分分離加熱器３４から流出する蒸気は、主給水加熱器１８に向けて分流され、それぞれのシェルを通して循環させられて、各加熱器コアを通して流れる給水を通常運転温度などの所定の温度、例えば４２０°Ｆ未満まで加熱する。加熱された給水は次いで原子炉容器給水入口ライン５６を経由して原子炉容器２２のアニュラス２５に供給され、加熱された給水はそこで炉心５４内に循環する再循環流と混合され、その一部となる。
【００１２】
再循環流は、炉心５４内の燃料棒を冷却し、炉心５４で、冷却水が例えば５４０°Ｆの高温蒸気に変換され、この蒸気は複数の原子炉容器蒸気出口ライン５８を通って原子炉容器２２から流出する。蒸気出口ライン５８は、高圧タービン蒸気供給ライン６２を経由して高圧蒸気タービン３０に出力される高温、高圧蒸気を調整および制御する蒸気ラインヘッダ２６に入って終結する。高圧蒸気タービン３０に供給された高温、高圧蒸気は、タービン３０を回転するために使用される。次いで、高温、高圧蒸気の少なくとも一部は、高圧タービン出口ライン６６を経由して、高圧蒸気タービン３０から流出する。高圧タービン３０から出力された蒸気は湿分分離加熱器３４に供給され、そこで液体の水が蒸気から分離され蒸気は乾燥させられる。乾燥された蒸気は次に低圧蒸気タービン３８に供給される。低圧蒸気タービン３８に供給された高温、低圧蒸気はタービン３８を回転するために使用される。
【００１３】
出力レベル制御システム１４は、給水が原子炉容器給水入口ライン５６を経由してアニュラス２５に流入する前に、主給水加熱器１８から流出する給水の温度を上昇するように構成され、作動可能とされている。さらに具体的には出力レベル制御システム１４は、アニュラス２５に流入する給水を制御可能に加熱し、それによって再循環水流の温度を、所定の通常の再循環水運転温度より高い温度まで制御可能に上昇させるように構成され、作動可能とされている。再循環水流の温度を、所定の通常の再循環水運転温度より高い温度に上昇させることにより、炉心５４から出力される出力レベルを制御可能に減少させる。
【００１４】
一般に出力レベル制御システム１４は、加熱サブシステム７０、および温度制御装置７５に通信可能に接続された温度センサ７４を備えており、温度制御装置７５は加熱サブシステム７０に通信可能に接続されている。温度センサ７４は原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を検知し、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を監視し制御するために、温度制御装置７５と通信する。温度制御装置７５は、コントロールセンタ７８から受信した温度命令に基づき、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を、アニュラス２５に流入する給水の通常の運転温度より高い、命令されまたは要求された温度に上昇させるための命令信号を、加熱サブシステム７０に送信する。加熱された給水はアニュラス２５に供給されて、再循環流と混合し炉心５４内の再循環流の温度を、再循環流の通常の運転温度より高い温度に制御可能に上昇させる。したがって、再循環流の制御された温度上昇は、炉心５４の出力レベルを制御可能に減少させる。
【００１５】
ここで図２を参照すると、種々の実施形態において、加熱サブシステム７０は蒸気ヘッダ２６、少なくとも１台の高温給水加熱器（ＨＴＦＨ）、および蒸気バイパス弁８２を備える。種々の実施形態において各ＨＴＦＨは、１台または複数の主給水加熱器１８から加熱器コア（図示せず）に給水の入力流を受け入れるように構成された、補助給水加熱器８６である。さらに各補助給水加熱器８６は、蒸気ヘッダ２６からヘッダ蒸気分流ライン８４を経由して、各加熱器コアを取り囲むシェル（図示せず）内に高温蒸気を受け入れるように構成されている。各補助給水加熱器８６はさらに、給水の流れを原子炉アニュラス２５に出力するように構成されている。温度制御装置７５が原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を上昇させる命令を受信すると、温度制御装置７５は次に蒸気バイパス弁８２に命令信号を送信する。
【００１６】
蒸気バイパス弁８２は温度制御装置７５から命令を受信すると、受信した命令に基づき、蒸気ヘッダ２６から補助給水加熱器８６のシェルに流入する高温蒸気の流量を制御する。高温蒸気が各シェルを通って循環すると、主給水加熱器１８から各補助給水加熱器コアを通って流れる給水が加熱される。温度制御装置７５は、温度センサ７４によって検知された温度読取り値に基づいて、蒸気バイパス弁８２と通信し、補助給水加熱器８６への高温蒸気の流入量を制御する。このようにコントロールセンタ７８から受信した要求温度に基づいて、温度センサ７４と制御装置７５は原子炉アニュラス２５へ出力される給水流の温度上昇を制御するフィードバックループを確立する。さらに具体的には、センサ／制御装置７４／７５のフィードバックループは給水流の温度を調整して、原子炉アニュラス２５に流入する給水の通常の運転温度より高い要求温度を達成する。
【００１７】
種々の実施形態において、ヘッダ蒸気分流ライン８４および補助／高温給水加熱器８６のシェル側を暖機し要求に応じて使用可能な状態に維持するために、ヘッダ蒸気分流ライン８４を通る一定の蒸気流を実現するオリフィス８８が、蒸気バイパス弁８２周りのバイパスライン８９に設けられる。
【００１８】
さらに図２を参照すると、種々の実施形態において、加熱サブシステム７０は温度制御装置７５からの命令も受信するように作動可能な、給水バイパス弁９０をさらに備える。受信した命令に応答して、給水バイパス弁９０は、給水の流れを給水ポンプ４６から原子炉アニュラス２５内に導く加熱器バイパスライン９４を通る給水の流量を制御する。給水ポンプ４６から流出する給水の温度は、主および補助給水加熱器１８および８６から流出する給水よりも著しく低い。したがって、温度制御装置７５に命令されて、加熱器バイパスライン９４を通る給水の流れが増加すると、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度が低下する。例えば、コントロールセンタ７８からの、炉心５４の出力レベルを増加する要求、すなわち原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を特定の温度に下げる要求に応答して、温度センサおよび制御装置の組合せ７４／７５は、加熱器バイパスライン９４を通って流れる給水の流れを増加させる。
【００１９】
加熱器バイパスライン９４を通って流れる低温の水が増加すると、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度が低下する。さらに具体的には、温度センサ７４および温度制御装置７５は、加熱器バイパスライン９４を通る給水の流れを制御し、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を下げて、炉心５４内の再循環水の温度を通常の運転温度より低い要求された温度に下げ、それによって炉心５４で発生する出力レベルを増加する。したがって、種々の実施形態において、出力レベル制御システム１４は給水流の温度を上昇して出力を低下し、給水流の温度を低下して出力を上昇することによって、炉心５４の出力レベルを制御する。
【００２０】
ここで図３および図４を参照すると、他の種々の実施形態において、ＮＣＢＷＲは複数の主給水加熱器１８を備えており、主給水加熱器１８の少なくとも１台はＨＴＦＨの機能も果たす。
【００２１】
いくつかの実施形態において、各主給水加熱器１８は、図３に示すようにＨＴＦＨの機能も果たすように構成されている。それらの実施形態において、各ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８は、高圧蒸気タービン３０および／または湿分分離加熱器３４から蒸気抽気ライン５３および／または５２を経由して、高圧、高温蒸気を受け入れ、炉心５４に出力される給水の流れを通常の運転温度に加熱するように構成されている。さらに、それらの実施形態では上述のように、各ＨＴＦＨ主給水加熱器１８は蒸気ヘッダ２６から高温蒸気を受け入れ、原子炉アニュラス２５に出力される給水の温度を、通常の運転温度より高い要求された温度に上昇するように構成されている。
【００２２】
いくつかの実施形態では代替として、給水ポンプ４６に最も近い主給水加熱器１８（一次主給水加熱器１８）は、蒸気ヘッダ２６または湿分分離器／加熱器３４のどちらかからではなく、高圧蒸気タービン３０からのみ蒸気抽気ライン５３を経由して、抽気蒸気を受け入れる。したがって、一次主給水加熱器１８から後続の主給水加熱器１８に流れる給水の温度は、通常の運転温度より高くなる。
【００２３】
他の実施形態では、図４に示すように、複数の主給水加熱器１８の一部のみがＨＴＦＨとしての機能も有するように構成される。そのような実施形態において、ＨＴＦＨでない各主給水加熱器１８は、上述のように、高圧蒸気タービン３０および／または湿分分離加熱器３４から蒸気抽気ライン５３および／または５２を経由して高圧、高温蒸気を受け入れ、原子炉アニュラス２５に出力される給水の流れを通常の運転温度に加熱するように構成されている。しかし、各ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８は、蒸気ヘッダ２６からヘッダ蒸気分流ライン８４を経由して高温蒸気を受け入れるように構成されている。
【００２４】
各ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８は、通常運転温度の給水が要求されたときは、ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８が蒸気ヘッダ２６からの蒸気を用いて、原子炉アニュラス２５に出力される給水の流れを通常運転温度に加熱するように構成されている。さらに、通常運転温度より高い給水温度が要求されたときは、各ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８は蒸気ヘッダ２６からの追加の高温蒸気を用いて、炉心５４へ出力される給水の温度を要求された温度に上昇させる。
【００２５】
このように、図３および図４をさらに参照すると、温度制御装置７５が原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を上昇させる命令を受信すると、温度制御装置７５は、蒸気ヘッダ２６から各ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８に流入することを許可された高温蒸気の量を増加するように、蒸気バイパス弁８２に命令する。各ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８のシェルを通って流れる高温蒸気が増加すると、それぞれの加熱器コアを通って流れ、原子炉アニュラス２５に出力される給水の温度が、要求され／命令された温度に上昇する。原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度が上昇すると、それに応じて炉心５４内の再循環水の温度が上昇し、それによって原子炉容器２２内の制御棒を操作せずに、原子炉容器２２の出力レベルを低下させる。
【００２６】
ここで図５を参照すると、種々の実施形態において、加熱サブシステム７０は主給水加熱器１８から原子炉アニュラス２５に流入する給水を加熱するように構成され、作動可能とされている加熱装置９８を備える。さらに具体的には、加熱装置９８は、温度制御装置７５から発せられた命令に応答し、温度センサ７４によって検知された原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を、通常運転温度より高い要求された温度に上昇させる。例えば、炉心５４の出力レベルを低下させるというコントロールセンタ７８からの要求に応答して、温度制御装置７５は、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を要求された温度に上昇させるように加熱装置９８に命令する。それに応じて炉心５４内の再循環流の温度は上昇させられ、原子炉容器２２から出力される出力レベルは、再循環流の温度低下に対応する要求されたレベルに低下する。
【００２７】
加熱装置９８は、原子炉アニュラス２５に流入する給水を、主給水加熱器１８で実現された通常運転温度より高い要求された温度に加熱するために適切な、どのような加熱装置であってもよい。例えば、加熱装置９８は適切なガスまたは電気加熱装置であってよい。
【００２８】
ここで図６を参照すると、種々の実施形態において、各主給水加熱器１８はＨＴＦＨとして機能するように構成されている。それらの実施形態では、各ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８は、高圧蒸気タービン３０および／または湿分分離加熱器３４から、蒸気抽気ライン５３および／または５２を経由してくる高圧、高温の蒸気を受け入れるように構成され、原子炉アニュラス２５に出力される給水の流れを、通常運転温度より高い温度に加熱する。さらに、それらの実施形態では、加熱サブシステム７０は温度制御装置７５からの命令を受信するように作動可能な給水バイパス弁１０２を備える。受信した命令に応答して給水バイパス弁１０２は、給水の流れを給水ポンプ４６から原子炉アニュラス２５内に導く、加熱器バイパスライン１０６を通る給水の流量を制御する。給水ポンプ４６から流出する給水の温度は、ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８から流出する給水より著しく低い。したがって、温度センサ７４で検知され温度制御装置７５によって命令された、加熱器バイパスライン１０６を通る給水の流れの増加は、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を低下させる。
【００２９】
このように、それらの実施形態では、温度センサおよび制御装置の組合せ７４／７５は給水バイパス弁の動作を制御して、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を要求された任意の温度に低下する。例えば、コントロールセンタ７８からの要求に応答して、炉心５４から出力される与えられた出力レベル、例えば最大出力の９０％、を達成するために、温度制御装置７５は、ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８から流出する給水を十分に冷却して、要求された出力レベルを十分に達成する温度になるように、加熱器バイパスライン１０６を通る給水が流れるようにする。したがって、出力レベルを増加させるために、温度制御装置７５は加熱器バイパスライン１０６を通る給水の流れを増加させるように命令して、温度センサ７４によって検知される給水流および再循環水流の温度を低下させる。逆に、出力レベルを低下させるために、温度制御装置７５は加熱器バイパスライン１０６を通る給水の流れを低下させるように命令して、給水流および再循環水流の温度を上昇させる。
【００３０】
ここで図７を参照すると、種々の実施形態に従って、炉心５４の出力レベルが変化する２つの独立な機構、すなわち制御棒の移動と給水温度の変化とを組み合わせて、図７に例示されたマップ例などの、炉心出力−給水温度マップを構築することができる。線Ｂ−Ａは、従来の制御棒引き抜きのみによる、例えば約２５％から１００％出力への出力上昇線を示す。原子炉出力レベルが増加すると、高圧蒸気タービン３０および／または湿分分離加熱器３４から来る、より高圧、高温の蒸気を給水加熱のために利用できるので、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度は自動的に上昇する。線Ｂ−Ａの勾配は、蒸気抽気点および主給水加熱器１８を含むバランスオブプラント系統の設計に依存する。
【００３１】
線Ａ−Ｃは、上述の種々の出力レベル制御システム１４の実施形態を使用して、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度が、通常の運転温度例えば４２０°Ｆを超えて上げられたときの原子炉出力の減少を示す。Ａ−Ｃ線は、１００％負荷線とも称せられ、Ａ−Ｃ線に沿う運転では制御棒の移動が用いられないことを示す。燃料ピンが過熱しない態様で確実に給水温度を変化させるために、線Ａ−Ｃより上にあってそれに平行な「制御棒ブロック」線を開発し、実行してよい。
【００３２】
Ｄ−Ｃ線は、給水温度および制御棒位置の両方が小刻みに変化させられた場合の経路を示す。Ｄ−Ｃ線は、原子炉容器２２の起動中に、再循環流の温度を通常運転温度より高くして、炉心をＣ点、例えば８５％出力に到達させるときに適用することができる。原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を通常運転温度、例えば約４２０°Ｆにして、原子炉容器２２を１００％出力にするために、必要な制御棒の調節を行い、ＣからＡへの経路を移動するように給水温度を下げることが可能である。出力抑制試験またはその他の原子炉出力操作の間には、逆方向の経路Ａ−Ｃ−Ｄ−Ｂに沿って移動することができる。
【００３３】
図７のハッチングした区域は、上述のように、原子炉容器２２の出力レベルを制御するために、異なる制御棒位置と関連付けた原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度制御を用いたＮＣＢＷＲ１０の運転可能な領域を例示するものである。このようにして、コントロールセンタ７８にいる運転員は、命令されたある特定の給水温度の変化の結果として生ずる、出力レベルに及ぼす効果を概念的に理解するための道具および／または指針として、出力−給水温度マップを使用できる。
【００３４】
さらにコントロールセンタ７８は、出力−給水温度マップを記憶装置１０８または他のデータベースに保存し、上述のように、温度制御装置７５と自動的に通信して原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を自動的に制御するように、記憶装置１０８に保存された制御アルゴリズムを実行することが可能である。すなわち運転員は、コントロールセンタ７８のコンピュータベースのシステムに所望の出力レベルを入力することで、所望の出力レベルを選択し得る。これに応答して、コントロールセンタ７８のコンピュータベースのシステムは制御アルゴリズムを実行し、保存された出力−給水温度マップにアクセスして、所望の出力レベルを発生する温度を得る。次いで、コントロールセンタ７８は給水温度命令、または給水温度命令のシーケンスを温度制御装置７５に送信する。これらの命令は、少なくともその一部として、出力−給水温度マップから得られた所望の出力レベルを発生する温度を指示する。このように、制御アルゴリズムを実行することにより、温度制御装置７５に設定される１つまたは複数の温度命令信号が生成される。命令された温度に応答して、温度制御装置７５は温度センサ７４からの出力に基づくフィードバック制御ループを構築し、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を命令された温度に自動的に調整する。
【００３５】
さらに具体的には、温度制御装置７５は温度命令信号に応答して温度センサ７４と繰り返し通信し、適用可能なバイパス弁、例えばバイパス弁８２、９０、または１０２の作動を制御し、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を調整する。さらに、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を自動的に調整して、炉心５４内に循環する再循環流の温度を自動的に調整し、その結果出力レベルを所望のレベルに調整する。
【００３６】
コントロールセンタ７８はさらに、上述した自動制御を実行し遂行するために適した、プロセッサ、ディスプレイ、例えばキーボード、マウス、入力用ペン、タッチスクリーン等のユーザインターフェイス、および他のインターフェイスおよび／または記憶装置などの、他のコンピュータベースの構成要素（図示せず）を備えてよい。
【００３７】
このように、本明細書に説明する出力レベル制御システム１４は、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を独立的に変化させるように構成され、作動可能とされており、それによって制御棒移動を必要とせずに、炉心の出力レベルを均一に変化させる。
【００３８】
本明細書の説明は、本質的に単に例示するものであり、したがって、説明された主旨から逸脱しない変形は、本教示の範囲内にあることが意図されている。そのような変形は本教示の精神と範囲から逸脱したものはみなされない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本開示の種々の実施形態による、自然循環沸騰水型原子炉（ＮＣＢＷＲ）の一般的概略図である。
【図２】本開示の種々の実施形態による出力レベル制御システムを含む、図１に示すＮＣＢＷＲの概略図である。
【図３】本開示の他の種々の実施形態による出力レベル制御システムを含む、図１に示すＮＣＢＷＲの概略図である。
【図４】本開示の種々の他の実施形態による出力レベル制御システムを含む、図１に示すＮＣＢＷＲの概略図である。
【図５】本開示の他の種々の実施形態による出力レベル制御システムを含む、図１に示すＮＣＢＷＲの概略図である。
【図６】本開示の他の種々の実施形態による出力レベル制御システムを含む、図１に示すＮＣＢＷＲの概略図である。
【図７】本開示の種々の実施形態による、図１に示すＮＣＢＷＲに使用される出力−給水温度マップを図示したものである。
【符号の説明】
【００４０】
１０ ＮＣＢＷＲ
１４ 出力レベル制御システム
１８ 主給水加熱器
２２ 原子炉容器
２５ アニュラス
２６ 蒸気ラインヘッダ
３０ 高圧蒸気タービン
３４ 湿分分離加熱器
３８ 低圧蒸気タービン
４２ 給水入口ライン
４６ 給水ポンプ
５０ 給水リンクライン
５２ 蒸気抽気ライン
５３ 蒸気抽気ライン
５４ 炉心
５６ 原子炉容器給水入口ライン
５８ 原子炉容器蒸気出口ライン
６２ タービン蒸気供給ライン
６６ 高圧タービン出口ライン
７０ 加熱サブシステム
７４ 温度センサ
７５ 温度制御装置
７８ コントロールセンタ
８２ 蒸気バイパス弁
８４ ヘッダ蒸気分流ライン
８６ 補助給水加熱器
８８ オリフィス
８９ バイパスライン
９０ 給水バイパス弁
９４ 加熱器バイパスライン
９８ 加熱装置
１０２ 給水バイパス弁
１０６ 加熱器バイパスライン
１０８ コントロールセンタメモリ
【技術分野】
【０００１】
本教示は、自然循環沸騰水型原子炉内の再循環冷却材の温度を制御し、それによって原子炉の出力を制御するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この項の記述は、本開示に関する背景情報を単に提供するものであり、先行技術を構成するものではない。
【０００３】
通常、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）では、制御棒の配置および炉心を通る液体冷却材の再循環流量を調節することによって、炉心の反応度量が制御される。例えば、単に再循環流量を変化することによって、出力は３０％から４０％に調節できる。一般に、典型的なＢＷＲは比較的低い出力レベルで運転するように設定されており、すなわち、制御棒を移動することにより、燃料バンドルがかなり低い出力で運転されており、次に再循環流を増加して、制御棒を移動することなく１００％出力を達成できる。出力を制御するために再循環流を使用することにより、燃料棒および燃料ペレットは比較的緩慢に均一な割合で出力レベルを変化させ、それによってペレット被覆管相互作用（ＰＣＩ）および燃料棒被覆管の損傷を回避する。
【０００４】
しかし、自然循環沸騰水型原子炉（ＮＣＢＷＲ）は再循環ポンプを備えず、その代わりに自然循環を採用する。したがって、ＮＣＢＷＲの出力を制御するために再循環流を使用することはできない。少なくともいくつかの既知のＮＣＢＷＲは制御棒を操作して燃料バンドルの出力レベルを制御するが、この方法では出力レベルがかなり急速に、非均一な割合で変化する。制御棒が引き抜かれるにつれて出力をあまりに急速に上昇すると、燃料被覆管に重大な損傷を引き起こす。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様によれば、自然循環沸騰水型原子炉（ＮＣＢＷＲ）の出力レベルを制御するシステムが提供される。種々の実施形態において、本システムは、ＮＣＢＷＲの原子炉容器に流入する給水を加熱して、炉心を通って流れる再循環水の温度を、所定の再循環水運転温度より高く上昇させるための加熱サブシステムを備える。さらに本システムは原子炉容器に流入する給水の温度を検知するように作動可能な温度センサを備える。温度センサは、原子炉容器に流入する給水の温度を原子炉容器に流入する給水の所定の運転温度より高い要求された温度に上昇させるように、温度センサの温度読取り値に基づいて、加熱サブシステムに対して命令するように作動可能な、温度制御装置と通信可能に結合されている。原子炉容器に流入する給水の温度を上昇させることによって、再循環水の温度は所定の炉心に流入する再循環水運転温度より高く上昇させられ、ＮＣＢＷＲ炉心で発生する出力レベルを低下させる。
【０００６】
他の態様によれば、自然循環沸騰水型原子炉（ＮＣＢＷＲ）の出力レベルを制御する方法が提供される。種々の実施形態において、この方法は、温度センサを用いて原子炉容器に流入する給水の温度を検知すること、およびＮＣＢＷＲの加熱サブシステムを用いて原子炉容器に流入する給水の温度を上昇させることを含む。加熱サブシステムは、原子炉容器に流入する給水の温度を、所定の原子炉容器に流入する給水の運転温度より高い、要求された温度に上昇させる。したがって、炉心に流入する再循環水の温度は、所定の再循環水運転温度より高く上昇させられ、その結果、ＮＣＢＷＲ炉心で発生する出力レベルは低下する。
【０００７】
本教示のさらなる応用分野は、本明細書に記載される説明によって明らかになるであろう。この説明および具体的な例は、例示する目的のみを意図しており、本教示の範囲を限定することを意図するものでないことが理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本明細書に記載された図面は例示することのみを目的としており、本教示の範囲を限定することは全く意図していない。
【０００９】
以下の説明はその本質において単に例示するものであり、本発明の教示、応用、または使用を限定することは全く意図していない。本明細書を通して、同様の参照番号は同様の構成要素を参照するために使用される。
【００１０】
図１を参照すると、出力レベル制御システム１４を備える自然循環沸騰水型原子炉（ＮＣＢＷＲ）１０の全体概略図が示される。ＮＣＢＷＲ１０は一般に、少なくとも１台の主給水加熱器１８、原子炉容器２２、蒸気ラインヘッダ２６、高圧蒸気タービン３０、湿分分離加熱器３４、および低圧蒸気タービン３８を備える。図１に例示され本明細書で説明されるように、種々の実施形態において、ＮＣＢＷＲ１０は複数の主給水加熱器１８を備える。
【００１１】
主給水加熱器１８はそれぞれ、給水入口ライン４２および給水ポンプ４６を経由して供給されるか、または給水リンクライン５０およびその他の主給水加熱器１８を経由して供給される給水を受け入れる給水加熱器コア（図示せず）を備える。各主給水加熱器１８はさらに、それぞれの加熱器コアを取り囲み、湿分分離加熱器３４および／または高圧蒸気タービン３０から蒸気抽気ライン５２および／または５３を経由して流入する高圧、高温蒸気を受け入れるように構成された蒸気シェル（図示せず）を含む。通常、高圧蒸気タービン３０および／または湿分分離加熱器３４から流出する蒸気は、主給水加熱器１８に向けて分流され、それぞれのシェルを通して循環させられて、各加熱器コアを通して流れる給水を通常運転温度などの所定の温度、例えば４２０°Ｆ未満まで加熱する。加熱された給水は次いで原子炉容器給水入口ライン５６を経由して原子炉容器２２のアニュラス２５に供給され、加熱された給水はそこで炉心５４内に循環する再循環流と混合され、その一部となる。
【００１２】
再循環流は、炉心５４内の燃料棒を冷却し、炉心５４で、冷却水が例えば５４０°Ｆの高温蒸気に変換され、この蒸気は複数の原子炉容器蒸気出口ライン５８を通って原子炉容器２２から流出する。蒸気出口ライン５８は、高圧タービン蒸気供給ライン６２を経由して高圧蒸気タービン３０に出力される高温、高圧蒸気を調整および制御する蒸気ラインヘッダ２６に入って終結する。高圧蒸気タービン３０に供給された高温、高圧蒸気は、タービン３０を回転するために使用される。次いで、高温、高圧蒸気の少なくとも一部は、高圧タービン出口ライン６６を経由して、高圧蒸気タービン３０から流出する。高圧タービン３０から出力された蒸気は湿分分離加熱器３４に供給され、そこで液体の水が蒸気から分離され蒸気は乾燥させられる。乾燥された蒸気は次に低圧蒸気タービン３８に供給される。低圧蒸気タービン３８に供給された高温、低圧蒸気はタービン３８を回転するために使用される。
【００１３】
出力レベル制御システム１４は、給水が原子炉容器給水入口ライン５６を経由してアニュラス２５に流入する前に、主給水加熱器１８から流出する給水の温度を上昇するように構成され、作動可能とされている。さらに具体的には出力レベル制御システム１４は、アニュラス２５に流入する給水を制御可能に加熱し、それによって再循環水流の温度を、所定の通常の再循環水運転温度より高い温度まで制御可能に上昇させるように構成され、作動可能とされている。再循環水流の温度を、所定の通常の再循環水運転温度より高い温度に上昇させることにより、炉心５４から出力される出力レベルを制御可能に減少させる。
【００１４】
一般に出力レベル制御システム１４は、加熱サブシステム７０、および温度制御装置７５に通信可能に接続された温度センサ７４を備えており、温度制御装置７５は加熱サブシステム７０に通信可能に接続されている。温度センサ７４は原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を検知し、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を監視し制御するために、温度制御装置７５と通信する。温度制御装置７５は、コントロールセンタ７８から受信した温度命令に基づき、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を、アニュラス２５に流入する給水の通常の運転温度より高い、命令されまたは要求された温度に上昇させるための命令信号を、加熱サブシステム７０に送信する。加熱された給水はアニュラス２５に供給されて、再循環流と混合し炉心５４内の再循環流の温度を、再循環流の通常の運転温度より高い温度に制御可能に上昇させる。したがって、再循環流の制御された温度上昇は、炉心５４の出力レベルを制御可能に減少させる。
【００１５】
ここで図２を参照すると、種々の実施形態において、加熱サブシステム７０は蒸気ヘッダ２６、少なくとも１台の高温給水加熱器（ＨＴＦＨ）、および蒸気バイパス弁８２を備える。種々の実施形態において各ＨＴＦＨは、１台または複数の主給水加熱器１８から加熱器コア（図示せず）に給水の入力流を受け入れるように構成された、補助給水加熱器８６である。さらに各補助給水加熱器８６は、蒸気ヘッダ２６からヘッダ蒸気分流ライン８４を経由して、各加熱器コアを取り囲むシェル（図示せず）内に高温蒸気を受け入れるように構成されている。各補助給水加熱器８６はさらに、給水の流れを原子炉アニュラス２５に出力するように構成されている。温度制御装置７５が原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を上昇させる命令を受信すると、温度制御装置７５は次に蒸気バイパス弁８２に命令信号を送信する。
【００１６】
蒸気バイパス弁８２は温度制御装置７５から命令を受信すると、受信した命令に基づき、蒸気ヘッダ２６から補助給水加熱器８６のシェルに流入する高温蒸気の流量を制御する。高温蒸気が各シェルを通って循環すると、主給水加熱器１８から各補助給水加熱器コアを通って流れる給水が加熱される。温度制御装置７５は、温度センサ７４によって検知された温度読取り値に基づいて、蒸気バイパス弁８２と通信し、補助給水加熱器８６への高温蒸気の流入量を制御する。このようにコントロールセンタ７８から受信した要求温度に基づいて、温度センサ７４と制御装置７５は原子炉アニュラス２５へ出力される給水流の温度上昇を制御するフィードバックループを確立する。さらに具体的には、センサ／制御装置７４／７５のフィードバックループは給水流の温度を調整して、原子炉アニュラス２５に流入する給水の通常の運転温度より高い要求温度を達成する。
【００１７】
種々の実施形態において、ヘッダ蒸気分流ライン８４および補助／高温給水加熱器８６のシェル側を暖機し要求に応じて使用可能な状態に維持するために、ヘッダ蒸気分流ライン８４を通る一定の蒸気流を実現するオリフィス８８が、蒸気バイパス弁８２周りのバイパスライン８９に設けられる。
【００１８】
さらに図２を参照すると、種々の実施形態において、加熱サブシステム７０は温度制御装置７５からの命令も受信するように作動可能な、給水バイパス弁９０をさらに備える。受信した命令に応答して、給水バイパス弁９０は、給水の流れを給水ポンプ４６から原子炉アニュラス２５内に導く加熱器バイパスライン９４を通る給水の流量を制御する。給水ポンプ４６から流出する給水の温度は、主および補助給水加熱器１８および８６から流出する給水よりも著しく低い。したがって、温度制御装置７５に命令されて、加熱器バイパスライン９４を通る給水の流れが増加すると、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度が低下する。例えば、コントロールセンタ７８からの、炉心５４の出力レベルを増加する要求、すなわち原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を特定の温度に下げる要求に応答して、温度センサおよび制御装置の組合せ７４／７５は、加熱器バイパスライン９４を通って流れる給水の流れを増加させる。
【００１９】
加熱器バイパスライン９４を通って流れる低温の水が増加すると、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度が低下する。さらに具体的には、温度センサ７４および温度制御装置７５は、加熱器バイパスライン９４を通る給水の流れを制御し、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を下げて、炉心５４内の再循環水の温度を通常の運転温度より低い要求された温度に下げ、それによって炉心５４で発生する出力レベルを増加する。したがって、種々の実施形態において、出力レベル制御システム１４は給水流の温度を上昇して出力を低下し、給水流の温度を低下して出力を上昇することによって、炉心５４の出力レベルを制御する。
【００２０】
ここで図３および図４を参照すると、他の種々の実施形態において、ＮＣＢＷＲは複数の主給水加熱器１８を備えており、主給水加熱器１８の少なくとも１台はＨＴＦＨの機能も果たす。
【００２１】
いくつかの実施形態において、各主給水加熱器１８は、図３に示すようにＨＴＦＨの機能も果たすように構成されている。それらの実施形態において、各ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８は、高圧蒸気タービン３０および／または湿分分離加熱器３４から蒸気抽気ライン５３および／または５２を経由して、高圧、高温蒸気を受け入れ、炉心５４に出力される給水の流れを通常の運転温度に加熱するように構成されている。さらに、それらの実施形態では上述のように、各ＨＴＦＨ主給水加熱器１８は蒸気ヘッダ２６から高温蒸気を受け入れ、原子炉アニュラス２５に出力される給水の温度を、通常の運転温度より高い要求された温度に上昇するように構成されている。
【００２２】
いくつかの実施形態では代替として、給水ポンプ４６に最も近い主給水加熱器１８（一次主給水加熱器１８）は、蒸気ヘッダ２６または湿分分離器／加熱器３４のどちらかからではなく、高圧蒸気タービン３０からのみ蒸気抽気ライン５３を経由して、抽気蒸気を受け入れる。したがって、一次主給水加熱器１８から後続の主給水加熱器１８に流れる給水の温度は、通常の運転温度より高くなる。
【００２３】
他の実施形態では、図４に示すように、複数の主給水加熱器１８の一部のみがＨＴＦＨとしての機能も有するように構成される。そのような実施形態において、ＨＴＦＨでない各主給水加熱器１８は、上述のように、高圧蒸気タービン３０および／または湿分分離加熱器３４から蒸気抽気ライン５３および／または５２を経由して高圧、高温蒸気を受け入れ、原子炉アニュラス２５に出力される給水の流れを通常の運転温度に加熱するように構成されている。しかし、各ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８は、蒸気ヘッダ２６からヘッダ蒸気分流ライン８４を経由して高温蒸気を受け入れるように構成されている。
【００２４】
各ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８は、通常運転温度の給水が要求されたときは、ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８が蒸気ヘッダ２６からの蒸気を用いて、原子炉アニュラス２５に出力される給水の流れを通常運転温度に加熱するように構成されている。さらに、通常運転温度より高い給水温度が要求されたときは、各ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８は蒸気ヘッダ２６からの追加の高温蒸気を用いて、炉心５４へ出力される給水の温度を要求された温度に上昇させる。
【００２５】
このように、図３および図４をさらに参照すると、温度制御装置７５が原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を上昇させる命令を受信すると、温度制御装置７５は、蒸気ヘッダ２６から各ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８に流入することを許可された高温蒸気の量を増加するように、蒸気バイパス弁８２に命令する。各ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８のシェルを通って流れる高温蒸気が増加すると、それぞれの加熱器コアを通って流れ、原子炉アニュラス２５に出力される給水の温度が、要求され／命令された温度に上昇する。原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度が上昇すると、それに応じて炉心５４内の再循環水の温度が上昇し、それによって原子炉容器２２内の制御棒を操作せずに、原子炉容器２２の出力レベルを低下させる。
【００２６】
ここで図５を参照すると、種々の実施形態において、加熱サブシステム７０は主給水加熱器１８から原子炉アニュラス２５に流入する給水を加熱するように構成され、作動可能とされている加熱装置９８を備える。さらに具体的には、加熱装置９８は、温度制御装置７５から発せられた命令に応答し、温度センサ７４によって検知された原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を、通常運転温度より高い要求された温度に上昇させる。例えば、炉心５４の出力レベルを低下させるというコントロールセンタ７８からの要求に応答して、温度制御装置７５は、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を要求された温度に上昇させるように加熱装置９８に命令する。それに応じて炉心５４内の再循環流の温度は上昇させられ、原子炉容器２２から出力される出力レベルは、再循環流の温度低下に対応する要求されたレベルに低下する。
【００２７】
加熱装置９８は、原子炉アニュラス２５に流入する給水を、主給水加熱器１８で実現された通常運転温度より高い要求された温度に加熱するために適切な、どのような加熱装置であってもよい。例えば、加熱装置９８は適切なガスまたは電気加熱装置であってよい。
【００２８】
ここで図６を参照すると、種々の実施形態において、各主給水加熱器１８はＨＴＦＨとして機能するように構成されている。それらの実施形態では、各ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８は、高圧蒸気タービン３０および／または湿分分離加熱器３４から、蒸気抽気ライン５３および／または５２を経由してくる高圧、高温の蒸気を受け入れるように構成され、原子炉アニュラス２５に出力される給水の流れを、通常運転温度より高い温度に加熱する。さらに、それらの実施形態では、加熱サブシステム７０は温度制御装置７５からの命令を受信するように作動可能な給水バイパス弁１０２を備える。受信した命令に応答して給水バイパス弁１０２は、給水の流れを給水ポンプ４６から原子炉アニュラス２５内に導く、加熱器バイパスライン１０６を通る給水の流量を制御する。給水ポンプ４６から流出する給水の温度は、ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８から流出する給水より著しく低い。したがって、温度センサ７４で検知され温度制御装置７５によって命令された、加熱器バイパスライン１０６を通る給水の流れの増加は、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を低下させる。
【００２９】
このように、それらの実施形態では、温度センサおよび制御装置の組合せ７４／７５は給水バイパス弁の動作を制御して、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を要求された任意の温度に低下する。例えば、コントロールセンタ７８からの要求に応答して、炉心５４から出力される与えられた出力レベル、例えば最大出力の９０％、を達成するために、温度制御装置７５は、ＨＴＦＨ／主給水加熱器１８から流出する給水を十分に冷却して、要求された出力レベルを十分に達成する温度になるように、加熱器バイパスライン１０６を通る給水が流れるようにする。したがって、出力レベルを増加させるために、温度制御装置７５は加熱器バイパスライン１０６を通る給水の流れを増加させるように命令して、温度センサ７４によって検知される給水流および再循環水流の温度を低下させる。逆に、出力レベルを低下させるために、温度制御装置７５は加熱器バイパスライン１０６を通る給水の流れを低下させるように命令して、給水流および再循環水流の温度を上昇させる。
【００３０】
ここで図７を参照すると、種々の実施形態に従って、炉心５４の出力レベルが変化する２つの独立な機構、すなわち制御棒の移動と給水温度の変化とを組み合わせて、図７に例示されたマップ例などの、炉心出力−給水温度マップを構築することができる。線Ｂ−Ａは、従来の制御棒引き抜きのみによる、例えば約２５％から１００％出力への出力上昇線を示す。原子炉出力レベルが増加すると、高圧蒸気タービン３０および／または湿分分離加熱器３４から来る、より高圧、高温の蒸気を給水加熱のために利用できるので、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度は自動的に上昇する。線Ｂ−Ａの勾配は、蒸気抽気点および主給水加熱器１８を含むバランスオブプラント系統の設計に依存する。
【００３１】
線Ａ−Ｃは、上述の種々の出力レベル制御システム１４の実施形態を使用して、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度が、通常の運転温度例えば４２０°Ｆを超えて上げられたときの原子炉出力の減少を示す。Ａ−Ｃ線は、１００％負荷線とも称せられ、Ａ−Ｃ線に沿う運転では制御棒の移動が用いられないことを示す。燃料ピンが過熱しない態様で確実に給水温度を変化させるために、線Ａ−Ｃより上にあってそれに平行な「制御棒ブロック」線を開発し、実行してよい。
【００３２】
Ｄ−Ｃ線は、給水温度および制御棒位置の両方が小刻みに変化させられた場合の経路を示す。Ｄ−Ｃ線は、原子炉容器２２の起動中に、再循環流の温度を通常運転温度より高くして、炉心をＣ点、例えば８５％出力に到達させるときに適用することができる。原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を通常運転温度、例えば約４２０°Ｆにして、原子炉容器２２を１００％出力にするために、必要な制御棒の調節を行い、ＣからＡへの経路を移動するように給水温度を下げることが可能である。出力抑制試験またはその他の原子炉出力操作の間には、逆方向の経路Ａ−Ｃ−Ｄ−Ｂに沿って移動することができる。
【００３３】
図７のハッチングした区域は、上述のように、原子炉容器２２の出力レベルを制御するために、異なる制御棒位置と関連付けた原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度制御を用いたＮＣＢＷＲ１０の運転可能な領域を例示するものである。このようにして、コントロールセンタ７８にいる運転員は、命令されたある特定の給水温度の変化の結果として生ずる、出力レベルに及ぼす効果を概念的に理解するための道具および／または指針として、出力−給水温度マップを使用できる。
【００３４】
さらにコントロールセンタ７８は、出力−給水温度マップを記憶装置１０８または他のデータベースに保存し、上述のように、温度制御装置７５と自動的に通信して原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を自動的に制御するように、記憶装置１０８に保存された制御アルゴリズムを実行することが可能である。すなわち運転員は、コントロールセンタ７８のコンピュータベースのシステムに所望の出力レベルを入力することで、所望の出力レベルを選択し得る。これに応答して、コントロールセンタ７８のコンピュータベースのシステムは制御アルゴリズムを実行し、保存された出力−給水温度マップにアクセスして、所望の出力レベルを発生する温度を得る。次いで、コントロールセンタ７８は給水温度命令、または給水温度命令のシーケンスを温度制御装置７５に送信する。これらの命令は、少なくともその一部として、出力−給水温度マップから得られた所望の出力レベルを発生する温度を指示する。このように、制御アルゴリズムを実行することにより、温度制御装置７５に設定される１つまたは複数の温度命令信号が生成される。命令された温度に応答して、温度制御装置７５は温度センサ７４からの出力に基づくフィードバック制御ループを構築し、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を命令された温度に自動的に調整する。
【００３５】
さらに具体的には、温度制御装置７５は温度命令信号に応答して温度センサ７４と繰り返し通信し、適用可能なバイパス弁、例えばバイパス弁８２、９０、または１０２の作動を制御し、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を調整する。さらに、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を自動的に調整して、炉心５４内に循環する再循環流の温度を自動的に調整し、その結果出力レベルを所望のレベルに調整する。
【００３６】
コントロールセンタ７８はさらに、上述した自動制御を実行し遂行するために適した、プロセッサ、ディスプレイ、例えばキーボード、マウス、入力用ペン、タッチスクリーン等のユーザインターフェイス、および他のインターフェイスおよび／または記憶装置などの、他のコンピュータベースの構成要素（図示せず）を備えてよい。
【００３７】
このように、本明細書に説明する出力レベル制御システム１４は、原子炉アニュラス２５に流入する給水の温度を独立的に変化させるように構成され、作動可能とされており、それによって制御棒移動を必要とせずに、炉心の出力レベルを均一に変化させる。
【００３８】
本明細書の説明は、本質的に単に例示するものであり、したがって、説明された主旨から逸脱しない変形は、本教示の範囲内にあることが意図されている。そのような変形は本教示の精神と範囲から逸脱したものはみなされない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本開示の種々の実施形態による、自然循環沸騰水型原子炉（ＮＣＢＷＲ）の一般的概略図である。
【図２】本開示の種々の実施形態による出力レベル制御システムを含む、図１に示すＮＣＢＷＲの概略図である。
【図３】本開示の他の種々の実施形態による出力レベル制御システムを含む、図１に示すＮＣＢＷＲの概略図である。
【図４】本開示の種々の他の実施形態による出力レベル制御システムを含む、図１に示すＮＣＢＷＲの概略図である。
【図５】本開示の他の種々の実施形態による出力レベル制御システムを含む、図１に示すＮＣＢＷＲの概略図である。
【図６】本開示の他の種々の実施形態による出力レベル制御システムを含む、図１に示すＮＣＢＷＲの概略図である。
【図７】本開示の種々の実施形態による、図１に示すＮＣＢＷＲに使用される出力−給水温度マップを図示したものである。
【符号の説明】
【００４０】
１０ ＮＣＢＷＲ
１４ 出力レベル制御システム
１８ 主給水加熱器
２２ 原子炉容器
２５ アニュラス
２６ 蒸気ラインヘッダ
３０ 高圧蒸気タービン
３４ 湿分分離加熱器
３８ 低圧蒸気タービン
４２ 給水入口ライン
４６ 給水ポンプ
５０ 給水リンクライン
５２ 蒸気抽気ライン
５３ 蒸気抽気ライン
５４ 炉心
５６ 原子炉容器給水入口ライン
５８ 原子炉容器蒸気出口ライン
６２ タービン蒸気供給ライン
６６ 高圧タービン出口ライン
７０ 加熱サブシステム
７４ 温度センサ
７５ 温度制御装置
７８ コントロールセンタ
８２ 蒸気バイパス弁
８４ ヘッダ蒸気分流ライン
８６ 補助給水加熱器
８８ オリフィス
８９ バイパスライン
９０ 給水バイパス弁
９４ 加熱器バイパスライン
９８ 加熱装置
１０２ 給水バイパス弁
１０６ 加熱器バイパスライン
１０８ コントロールセンタメモリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然循環沸騰水型原子炉（ＮＣＢＷＲ）１０の出力レベルを制御するシステムであって、
前記ＮＣＢＷＲ１０のアニュラス２５に流入する給水を加熱するための加熱サブシステム７０と、
前記アニュラス２５に流入する前記給水の前記温度を検知する温度センサ７４と、
検知された前記温度に基づいて前記加熱サブシステム７０を制御して前記アニュラス２５に流入する前記給水の温度を所望の温度に調節することにより、前記ＮＣＢＷＲ１０の出力レベルを制御する制御装置と、
を備えるシステム。
【請求項２】
前記加熱サブシステム７０は、
炉心５４で発生された高温蒸気を受けるように構成された蒸気ヘッダ２６と、
給水入力流を受け入れ、前記蒸気ヘッダ２６から高温蒸気を受け入れ、給水流を前記アニュラス２５に出力するように構成された、少なくとも１台の高温給水加熱器１８と、
前記温度制御装置７５からの命令を受信し、受信した命令に基づいて、前記蒸気ヘッダ２６から少なくとも１台の給水加熱器１８へ流入する高温蒸気の流量を制御する蒸気バイパス弁８２であって、前記炉心５４を通って流れる再循環水の温度が上昇するように前記アニュラス２５に出力される給水流の温度を要求された温度に上昇させ、その結果、ＮＣＢＷＲ１０の炉心５４で発生する出力レベルを低下させる蒸気バイパス弁８２と、
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１台の高温給水加熱器１８は、
１台または複数の主給水加熱器８６からの給水の入力流を受け入れるように構成され、少なくとも１台の補助給水加熱器８６に入力される給水流を、前記アニュラス２５に流入する給水を所定の運転温度に加熱する少なくとも１台の補助給水加熱器８６を備えることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記高温給水加熱器１８の少なくとも１台は、
前記アニュラス２５に出力される前記給水流を所定の運転温度に加熱し、
前記蒸気バイパス弁８２が前記蒸気ヘッダ２６からの前記高温蒸気の前記流量を増加するように命令されたとき、前記アニュラス２５に出力される前記給水流の温度を、前記所定の運転温度より高い前記要求された温度に加熱するべく構成された、
１台または複数の主給水加熱器１８を備えることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項５】
前記１台または複数の各主給水加熱器１８は、
前記ＮＣＢＷＲ１０の高圧タービン６６および前記ＮＣＢＷＲ１０の湿分分離加熱器３４のうちの１台から蒸気を受け入れて、前記アニュラス２５に出力される前記給水の流れを前記所定の運転温度に加熱し、
前記蒸気ヘッダ２６から高温蒸気を受け入れて、前記アニュラス２５に出力される前記給水の流れの温度を前記所定の運転温度より高い前記要求された温度に加熱するように構成されたことを特徴とする請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記１台または複数の主給水加熱器１８は、
複数の主給水加熱器１８と、
前記ＮＣＢＷＲ１０の高圧タービン３０、および前記ＮＣＢＷＲ１０の前記湿分分離加熱器３４の少なくとも１台から蒸気を受け入れて、前記アニュラス２５に出力される前記給水の流れを前記所定の運転温度に加熱するように構成された、少なくとも１台の前記主給水加熱器１８と、
前記温度制御装置７５および前記蒸気バイパス弁８２で制御されることにより、前記蒸気ヘッダ２６から高温蒸気を受け入れ、前記アニュラス２５に出力される前記給水の流れを前記所定の運転温度に加熱し、および、前記アニュラス２５に出力される前記給水流の温度を前記所定の運転温度より高い前記要求された温度に上昇させるように構成された、少なくとも１台の主給水加熱器１８と、を備える請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記温度制御装置７５は、給水バイパス弁９０を制御することによって、加熱器バイパスライン９４を通って前記アニュラス２５に流入する前記給水の流量を調節して、前記アニュラス２５に流入する前記給水の温度を、前記所定の運転温度より低い要求された温度に低下させ、前記ＮＣＢＷＲ１０の炉心５４で発生する前記出力レベルを上昇させるように作動可能であることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項８】
前記加熱サブシステム７０は、前記温度制御装置７５から命令を受信し、前記受信した命令に基づいて、前記ＮＣＢＷＲ１０の少なくとも１台の主給水加熱器１８から前記アニュラス２５へ至る給水ラインを通って流れる前記給水の温度を、上昇するように作動可能な加熱装置９８を備えることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項９】
複数の主給水加熱器１８と、
前記アニュラス２５に出力される前記給水の流れを所定の運転温度よりも高い温度に加熱する少なくとも１台の前記主給水加熱器１８と、
前記温度制御装置７５からの命令を受信し、前記受信した命令に基づいて、加熱器バイパスライン９４を通って前記アニュラス２５に流れる前記給水の流量を制御するための給水バイパス弁９０を有する前記加熱サブシステム７０と、
をさらに備える請求項１記載のシステムであって、
炉心５４の出力低下が所望されたときは、前記アニュラス２５に流入する前記給水の温度を、給水の最高温度から前記所定の運転温度までの範囲に及ぶ要求された温度に低下させ、
前記ＮＣＢＷＲ１０の炉心５４で発生する前記出力レベルを増加するためには、前記アニュラス２５に流入する前記給水の温度を、前記所定の運転温度より低い要求された温度に低下させることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
自然循環沸騰水型原子炉（ＮＣＢＷＲ）１０の出力レベルを制御するシステムであって、
ＮＣＢＷＲ１０のアニュラス２５に流入する給水を加熱し、炉心５４を通って流れる再循環水の温度を変化させる加熱サブシステム７０と、
前記アニュラス２５に流入する給水の温度を検知するように作動可能な温度センサ７４と、
前記温度センサ７４に通信可能に接続され、前記検知された温度の読取り値に基づいて、前記アニュラス２５に流入する前記給水の温度を要求された温度に変化させ、前記再循環水の温度を所定の再循環水運転温度から所望の運転温度に変えるよう、前記加熱サブシステム７０に命令することにより前記ＮＣＢＷＲ１０の炉心５４で発生する前記出力レベルを制御するように作動可能な温度制御装置７５、とを備え、
前記加熱サブシステム７０が、
前記炉心５４で発生された前記高温蒸気を受け入れるように構成された蒸気ヘッダ２６と、
給水の入力流を受け入れ、前記蒸気ヘッダ２６から高温蒸気を受け入れ、および前記アニュラス２５に向けて前記給水の流れを出力するように構成された、少なくとも１台の高温給水加熱器１８と、
前記温度制御装置７５からの命令を受信するように構成され、前記受信した命令に基づいて、前記蒸気ヘッダ２６から少なくとも１台の給水加熱器１８に流入する前記高温蒸気の流量を制御して、前記アニュラス２５に出力される前記給水流の温度を前記要求された温度に変える蒸気バイパス弁８２、とを有することを特徴とするシステム。
【請求項１】
自然循環沸騰水型原子炉（ＮＣＢＷＲ）１０の出力レベルを制御するシステムであって、
前記ＮＣＢＷＲ１０のアニュラス２５に流入する給水を加熱するための加熱サブシステム７０と、
前記アニュラス２５に流入する前記給水の前記温度を検知する温度センサ７４と、
検知された前記温度に基づいて前記加熱サブシステム７０を制御して前記アニュラス２５に流入する前記給水の温度を所望の温度に調節することにより、前記ＮＣＢＷＲ１０の出力レベルを制御する制御装置と、
を備えるシステム。
【請求項２】
前記加熱サブシステム７０は、
炉心５４で発生された高温蒸気を受けるように構成された蒸気ヘッダ２６と、
給水入力流を受け入れ、前記蒸気ヘッダ２６から高温蒸気を受け入れ、給水流を前記アニュラス２５に出力するように構成された、少なくとも１台の高温給水加熱器１８と、
前記温度制御装置７５からの命令を受信し、受信した命令に基づいて、前記蒸気ヘッダ２６から少なくとも１台の給水加熱器１８へ流入する高温蒸気の流量を制御する蒸気バイパス弁８２であって、前記炉心５４を通って流れる再循環水の温度が上昇するように前記アニュラス２５に出力される給水流の温度を要求された温度に上昇させ、その結果、ＮＣＢＷＲ１０の炉心５４で発生する出力レベルを低下させる蒸気バイパス弁８２と、
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１台の高温給水加熱器１８は、
１台または複数の主給水加熱器８６からの給水の入力流を受け入れるように構成され、少なくとも１台の補助給水加熱器８６に入力される給水流を、前記アニュラス２５に流入する給水を所定の運転温度に加熱する少なくとも１台の補助給水加熱器８６を備えることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記高温給水加熱器１８の少なくとも１台は、
前記アニュラス２５に出力される前記給水流を所定の運転温度に加熱し、
前記蒸気バイパス弁８２が前記蒸気ヘッダ２６からの前記高温蒸気の前記流量を増加するように命令されたとき、前記アニュラス２５に出力される前記給水流の温度を、前記所定の運転温度より高い前記要求された温度に加熱するべく構成された、
１台または複数の主給水加熱器１８を備えることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項５】
前記１台または複数の各主給水加熱器１８は、
前記ＮＣＢＷＲ１０の高圧タービン６６および前記ＮＣＢＷＲ１０の湿分分離加熱器３４のうちの１台から蒸気を受け入れて、前記アニュラス２５に出力される前記給水の流れを前記所定の運転温度に加熱し、
前記蒸気ヘッダ２６から高温蒸気を受け入れて、前記アニュラス２５に出力される前記給水の流れの温度を前記所定の運転温度より高い前記要求された温度に加熱するように構成されたことを特徴とする請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記１台または複数の主給水加熱器１８は、
複数の主給水加熱器１８と、
前記ＮＣＢＷＲ１０の高圧タービン３０、および前記ＮＣＢＷＲ１０の前記湿分分離加熱器３４の少なくとも１台から蒸気を受け入れて、前記アニュラス２５に出力される前記給水の流れを前記所定の運転温度に加熱するように構成された、少なくとも１台の前記主給水加熱器１８と、
前記温度制御装置７５および前記蒸気バイパス弁８２で制御されることにより、前記蒸気ヘッダ２６から高温蒸気を受け入れ、前記アニュラス２５に出力される前記給水の流れを前記所定の運転温度に加熱し、および、前記アニュラス２５に出力される前記給水流の温度を前記所定の運転温度より高い前記要求された温度に上昇させるように構成された、少なくとも１台の主給水加熱器１８と、を備える請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記温度制御装置７５は、給水バイパス弁９０を制御することによって、加熱器バイパスライン９４を通って前記アニュラス２５に流入する前記給水の流量を調節して、前記アニュラス２５に流入する前記給水の温度を、前記所定の運転温度より低い要求された温度に低下させ、前記ＮＣＢＷＲ１０の炉心５４で発生する前記出力レベルを上昇させるように作動可能であることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項８】
前記加熱サブシステム７０は、前記温度制御装置７５から命令を受信し、前記受信した命令に基づいて、前記ＮＣＢＷＲ１０の少なくとも１台の主給水加熱器１８から前記アニュラス２５へ至る給水ラインを通って流れる前記給水の温度を、上昇するように作動可能な加熱装置９８を備えることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項９】
複数の主給水加熱器１８と、
前記アニュラス２５に出力される前記給水の流れを所定の運転温度よりも高い温度に加熱する少なくとも１台の前記主給水加熱器１８と、
前記温度制御装置７５からの命令を受信し、前記受信した命令に基づいて、加熱器バイパスライン９４を通って前記アニュラス２５に流れる前記給水の流量を制御するための給水バイパス弁９０を有する前記加熱サブシステム７０と、
をさらに備える請求項１記載のシステムであって、
炉心５４の出力低下が所望されたときは、前記アニュラス２５に流入する前記給水の温度を、給水の最高温度から前記所定の運転温度までの範囲に及ぶ要求された温度に低下させ、
前記ＮＣＢＷＲ１０の炉心５４で発生する前記出力レベルを増加するためには、前記アニュラス２５に流入する前記給水の温度を、前記所定の運転温度より低い要求された温度に低下させることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
自然循環沸騰水型原子炉（ＮＣＢＷＲ）１０の出力レベルを制御するシステムであって、
ＮＣＢＷＲ１０のアニュラス２５に流入する給水を加熱し、炉心５４を通って流れる再循環水の温度を変化させる加熱サブシステム７０と、
前記アニュラス２５に流入する給水の温度を検知するように作動可能な温度センサ７４と、
前記温度センサ７４に通信可能に接続され、前記検知された温度の読取り値に基づいて、前記アニュラス２５に流入する前記給水の温度を要求された温度に変化させ、前記再循環水の温度を所定の再循環水運転温度から所望の運転温度に変えるよう、前記加熱サブシステム７０に命令することにより前記ＮＣＢＷＲ１０の炉心５４で発生する前記出力レベルを制御するように作動可能な温度制御装置７５、とを備え、
前記加熱サブシステム７０が、
前記炉心５４で発生された前記高温蒸気を受け入れるように構成された蒸気ヘッダ２６と、
給水の入力流を受け入れ、前記蒸気ヘッダ２６から高温蒸気を受け入れ、および前記アニュラス２５に向けて前記給水の流れを出力するように構成された、少なくとも１台の高温給水加熱器１８と、
前記温度制御装置７５からの命令を受信するように構成され、前記受信した命令に基づいて、前記蒸気ヘッダ２６から少なくとも１台の給水加熱器１８に流入する前記高温蒸気の流量を制御して、前記アニュラス２５に出力される前記給水流の温度を前記要求された温度に変える蒸気バイパス弁８２、とを有することを特徴とするシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２０１１０（Ｐ２００９−２０１１０Ａ）
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８０８３９（Ｐ２００８−１８０８３９）
【出願日】平成２０年７月１１日（２００８．７．１１）
【出願人】（５０８１７７０４６）ジーイー−ヒタチ・ニュークリア・エナージー・アメリカズ・エルエルシー (101)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥ−ＨＩＴＡＣＨＩ ＮＵＣＬＥＡＲ ＥＮＥＲＧＹ ＡＭＥＲＩＣＡＳ， ＬＬＣ
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１１日（２００８．７．１１）
【出願人】（５０８１７７０４６）ジーイー−ヒタチ・ニュークリア・エナージー・アメリカズ・エルエルシー (101)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥ−ＨＩＴＡＣＨＩ ＮＵＣＬＥＡＲ ＥＮＥＲＧＹ ＡＭＥＲＩＣＡＳ， ＬＬＣ
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