(57)【要約】      （修正有）【課題】軽水炉の使用済燃料プールの液位を電力を使用しないで測定する方法および装置を提供する。【解決手段】使用済燃料プールの底面近くに排出することができる管またはパイプに接続された加圧ガス源を使用することができる。システムは、既知の使用済燃料プールの水位について特定のガス流量をもたらすのに必要なガスの圧力を決定するのに使用され得る流量計および絞り弁を含むことができる。使用済燃料プールの多数の水位について圧力と流量の較正データポイントを得ることによって、較正曲線を得ることができ、それによって、電力を必要としない、システムを用いた使用済燃料プールの液位の測定が可能になる。【選択図】図３
2014055942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
加圧ガス源と、
前記加圧ガス源に接続され、その排出端部が使用済燃料プールの底面近くに配置される、管と、
前記管に接続される流量計と、
前記管に接続される圧力計と
を備える、システム。
【請求項２】
前記システムを動作させるのに外部電源が必要ない、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記圧力計に対して前記管の上流側に配置されて前記管に接続される絞り弁をさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記使用済燃料プールが、軽水炉向けの使用済燃料を貯蔵するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記加圧ガス源、前記流量計および前記圧力計が、前記使用済燃料プールに対して離れた場所に配置される、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
システムを作製する方法であって、
加圧ガス源を用意するステップと、
前記管をガス源に接続するステップと、
使用済燃料プールの底面近くに前記管の排出端部を終端させるステップと、
前記管に流量計を接続するステップと、
前記管に圧力計を接続するステップと
を含む、方法。
【請求項７】
前記システムの動作に外部電源が必要ない、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記圧力計に対して前記管の上流側に配置して前記管に絞り弁を接続するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記使用済燃料プールに対して離れた場所に前記加圧ガス源、前記流量計および前記圧力計を配置するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
【請求項１０】
請求項１のシステムを較正する方法であって、
前記使用済燃料プールの水位を測定するステップと、
ガス流が前記加圧ガス源から前記管を通って前記使用済燃料プールに流れることができるようにするステップと、
前記ガスの流量を前記流量計によって測定するステップと、
確実に特定の流量になるように前記ガス流を制御するステップと、
前記特定の流量を得るのに必要なガスの圧力を前記圧力計によって測定するステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記制御するステップが、前記圧力計に対して前記管の上流側に配置される絞り弁を使用して前記ガス流を制御する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
複数の較正データポイントを取るために前記較正ステップのそれぞれを繰り返すステップをさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記特定の流量を得るのに必要なガスの圧力の関数として、前記使用済燃料プールの測定した水位をプロットすることによって較正曲線を作成するステップをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
請求項１３の前記較正曲線を使用して前記使用済燃料プールの水位を測定する方法であって、
ガス流が前記加圧ガス源から前記管を通って前記使用済燃料プールに流れることができるようにするステップと、
前記ガスの流量を前記流量計によって測定するステップと、
確実に特定の流量になるように前記ガス流を制御するステップと、
前記特定の流量を得るようにガスの圧力を前記圧力計によって測定するステップと、
前記較正曲線および前記測定したガスの圧力を使用して前記使用済燃料プールの水位を決定するステップと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例示的な実施形態は、一般的には、原子炉に関し、より具体的には、使用済燃料プール（ＳＦＰ）の液位の測定を電力を使用しないで行うことができる方法およびシステムに関する。システムは、プラントの電力が中断される、または使用済燃料プールの通常の冷却がその他の方法で阻害されるプラントの緊急事態が起こった場合に特に有益である。
【背景技術】
【０００２】
図１は、軽水炉（ＬＷＲ）の一例である、従来の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉建屋５の切断図である。これは単なる一例にすぎず、例示的な実施形態は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）または他のＬＷＲなど他の原子炉の設計レイアウトにも同様に適用できると理解されたい。ＢＷＲでは、使用済燃料プール（ＳＦＰ）１０は、ＢＷＲ原子炉１に動力を供給するための燃料の使用後に残る使用済燃料７を貯蔵するのに使用する貯蔵プールである。ＳＦＰ１０は、通常、原子炉１に隣接し、その頂部に面する位置に配置される（図１に示すように、ＳＦＰ１０は、原子炉１を保護する鋼製格納容器３およびコンクリートシェル４の外側にある二次格納施設内に配置される）。他の原子炉設計では、使用済燃料プールは、原子炉１と同じプラント高さまたは原子炉１よりも低い高さに配置することができることに留意されたい。使用済燃料７は、一般的に、再処理またはキャスク貯蔵に送られる前に少なくとも５年間、使用済燃料プール１０内に貯蔵される。ＳＦＰ１０は、通常、４０フィート以上の深さがあり、使用済燃料７を支持することができる底面を有する。ＳＦＰ１０内の放射線レベルを許容限度内に保つために、一般的には、約８フィートの水（水自体が使用済燃料７の頂部よりも上になること）が必要である。
【０００３】
従来の燃料プール冷却浄化システム（図示せず）により供給される冷却水の流れは、放射線の遮蔽をもたらし、ＳＦＰ１０を、冷却水が確実に沸騰しない（したがって使用済燃料が外気に曝されない）ようにする冷温に維持する。具体的には、従来の燃料プール冷却ポンプは、水を使用済燃料プールから燃料プール冷却浄化システムに送る。従来の燃料プール冷却浄化システムは、熱交換器および（いくつかの放射性同位体および他の不純物を除去する）脱塩装置を使用して水を冷却し浄化する。使用済燃料プール冷却ポンプは、次いで、冷却された浄化水をＳＦＰ１０に送り返す。
【０００４】
重大なプラントの事故のとき、通常のプラントの電力が中断する可能性がある。特に、プラントは、通常の電力がなくては、従来の使用済燃料プール冷却ポンプを動かし、使用済燃料プール冷却浄化システムを動作させ、燃料プールの器械類に動力を供給する通常の電力がなくなる。電力が長期にわたって中断すれば、燃料プール冷却浄化システムの使用中断によって、使用済燃料プール内の水が温められ最後には沸騰する可能性がある。十分な沸騰が起きると、プールの水位が、使用済燃料によって生じる可能性がある放射線を効果的に遮蔽するのに十分な冷却水をもはや供給することができないレベルまで下がってしまう恐れがある。極めて危機的な緊急事態では、ＳＦＰ１０内の水が沸騰し使用済燃料７が外気に曝される恐れがあるポイントまで蒸発してしまうことがある。さらに、地震、火災または爆発などの他の事態によって、沸騰しなくても使用済燃料プールから水が消失してしまうことがある。そうした緊急事態によって、プラント作業員および環境が重大な危険に曝される恐れがある。
【０００５】
さらに、電力が中断する可能性がある重大なプラント事故のとき、（電力が必要な）従来の液位測定器械は使用できない。これによって、プラント作業員は、ＳＦＰ１０内の真の水位が分からなくなり、ＳＦＰ１０の水位が危険なレベルまで下がってもその水位を回復させる措置を講ずることができなくなることがある。
【発明の概要】
【０００６】
例示的な実施形態は、使用済燃料プール（ＳＦＰ）の測定を電力を使用しないで行うことができる方法およびシステムを提供する。方法およびシステムは、ＳＦＰの底面の近くに終端する管を通ってガスを噴射する加圧ガス源を含むことができる。管は、ガス源とＳＦＰの間に配置され得る流量計および圧力計を含むことができる。様々な既知のＳＦＰ水位について（流量計で測定される）特定の流量を得るのに（圧力計で測定される）必要なガスの圧力を測定することによってシステムについての較正データを得ることができる。ガス源の圧力は、（ガス源と圧力計の間に配置される）適宜の絞り弁によって調節する、またはガス源自体により直接調節することができる。較正データが得られたら、次いで、そうでなければ不明のＳＦＰ水位について、特定の流量を得るのに必要なガスの圧力を測定することによってＳＦＰの水位測定値を決定することができる。システムの動作制御装置は、潜在的なプラント事故のときにプラント作業員の安全を確保するために離れた場所に配置することができる。
【０００７】
例示的な実施形態の上記その他の特徴および利点は、添付の図面を参照して例示的な実施形態を詳細に説明することにより、より明らかになるであろう。添付の図面は、例示的な実施形態を示すためのものであり、特許請求の範囲の所期の範囲を制限するものと解釈すべきではない。添付の図面は、明確に示されない限り、一定の縮尺で描かれたものと考えるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来の軽水炉（ＬＷＲ）の原子炉建屋の１つの例示的な設計の切断図である。
【図２】例示的な一実施形態による、液位測定システムの概略図である。
【図３】例示的な一実施形態による、液位測定システムを作製し較正する方法の流れ図である。
【図４】例示的な一実施形態による、較正方法によって得られた較正データポイントに基づいた較正曲線の一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書において詳細な例示的実施形態を開示する。しかし、本明細書に開示される特定の構造的および機能的な詳細は、単に、例示的実施形態を説明するために表されているにすぎない。しかし、例示的な実施形態は、多くの代替形態として実施することができ、本明細書に記述される実施形態のみに限定されるものと解釈すべきではない。
【００１０】
したがって、例示的な実施形態には様々な変更形態および代替形態が可能であり、その実施形態を一例として図面に示し本明細書に詳細に記載する。しかし、例示的な実施形態は開示の特定の形態に限定されるものではなく、それとは反対に、例示的な実施形態は、例示的な実施形態の範囲内に入る全ての変更形態、均等物および代替形態を包含すると理解されたい。図面の説明を通して、同様の番号は同様の要素を示す。
【００１１】
本明細書では第１および第２などの用語を様々な要素の説明に使用することがあるが、これらの用語によってこれらの要素が限定されるべきではないと理解されよう。これらの用語は、一要素を他のものと区別するために使用するにすぎない。例えば、例示的な実施形態の範囲を逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼んでもよく、同様に、第２の要素を第１の要素と呼んでもよい。本明細書に使用される場合、「および／または」という用語は、関連して列挙されたアイテムのうちの１つまたは複数のあらゆる組み合わせを含む。
【００１２】
一要素が他の要素に「接続」または「結合」するというとき、それは他の要素に直接的に接続もしくは結合可能であり、または介在する要素がある可能性があると理解されよう。対照的に、一要素が他の要素に「直接接続」または「直接結合」するというとき、介在する要素は存在しない。要素間の関係を説明するのに使用される他の用語も、同じように解釈すべきである（例えば、「間に」に対して「間に直接」および「近接して」に対して「直接近接して」など）。
【００１３】
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、例示的な実施形態に対する限定を意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈により別段明確に示されない限り、複数形も含むものとする。「備える」、「備えている」、「含む」および／または「含んでいる」という用語は、本明細書で使用される場合、記載の特徴、完全体、ステップ、動作、要素および／または構成要素が存在することを明示しているが、１つもしくは複数の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素および／またはその群の存在または付加を排除するものではないことがさらに理解されよう。
【００１４】
いくつかの代替実装形態では、言及した機能／動作は、図面に示した順序通りに起こらないことがあることにも留意されたい。例えば、連続する２つの図面が、実際は、ほぼ同時に実施されることがあり、または時として関連する機能／動作に応じて逆の順序で実施されることもある。
【００１５】
図２は、例示的な一実施形態による液位測定システム３０の概略図である。液位測定システム３０は、管１２を介してＳＦＰ１０に接続される加圧ガス源１４を含むことができる。ガス源１４は、圧縮された窒素ガス、空気、またはガスがＳＦＰ１０内に排出されても（気泡１４ａ参照）引火の問題を引き起こさない任意の他の加圧ガスであってよい。ガス源１４は、例えば、運搬可能な空気タンクまたはディーゼルエンジン駆動の空気圧縮機であってよい。ガス源１４の圧力は、約１５０ｐｓｉｇ未満と比較的低くてよい。管は、出口１２ａを有し、ＳＦＰの底面１０ｂ近くに排出することができる。管の出口１２ａがＳＦＰ１０の底面１０ｂに近いほど、システム３０の液位測定の範囲が広くなる（しかも液位測定がより正確になる）。ＳＦＰ１０内の使用済燃料７の貯蔵および／またはメンテナンス／移動を妨げないように、管の出口１２ａ自体を使用済燃料７から離れて配置するかたちで、管１２をＳＦＰ１０の側壁１０ａに（アンカ１０ｄによって）固定することができる。
【００１６】
管１２は、（管１２を通って流れるガスの流量を測定する）流量計１６、およびガス源１４の比較的近くに配置される（管１２の内部の圧力を測定する）圧力計２０を含むことができる。適宜、ガス源１４のガスの圧力は、圧力計２０の上流に配置される絞り弁１８または他の適当なタイプの弁によって制御され得る。あるいは、ガス源１４のガスの圧力は、そうではなく、（例えば、ガス源１４自体が弁を含む場合）ガス源１４自体によって制御されてもよい。加圧ガス源１４、流量計１６および圧力計２０（ならびに、適宜、絞り弁１８）は、ＳＦＰ１０からある距離にある安全な離れた場所に配置され、それによって、プラント作業員が、（万一の重大なプラント事故の場合でも）ＳＦＰ１０の潜在的に危険な環境から安全な距離に離れたところからシステム３０を動作させることができるようになる。（設置およびメンテナンスにおける）便宜上、加圧ガス源１４、流量計１６および圧力計２０（ならびに、適宜、絞り弁１８）は、予め製作されたスキッド３２上に配置してもよい。
【００１７】
図３は、例示的な一実施形態による液位測定システム３０を作製し較正する方法を示す流れ図である。ステップＳ４０は、図２に示されるものと同様の加圧ガス源１４を用意することを含む。ステップＳ４２は、ガス源１４に管またはパイプ１２を接続することを含む。ステップＳ４４は、管１２の排出端部１２ａをＳＦＰ１０の底面１０ｂ近くに終端させることを含む。
【００１８】
ステップＳ４６〜Ｓ５６はシステム３０の較正に関する。ステップＳ４６は、ＳＦＰ１０の既知の水位１０ｃを決めるために（システム３０以外の構造を用いて）ＳＦＰ１０の水位を測定することを含む。ステップＳ４８は、管１２を通って流れる（流量計１６によって測定される）ガスの特定の流量に合わせるように（絞り弁１８によって、または遮断弁などのガス源にある構造によって）ガス源１４からのガスの流れを制御することを含む。管の内径が約１／２インチの場合、流量は約２標準立法フィート／時である。ステップＳ５０は、特定の流量が得られ安定した後に、（圧力計２０によって）管１２内のガスの圧力を測定することを含む。この圧力測定値は、特定の流量でＳＦＰ１０内にガスを排出する（図２の気泡１４ａ参照）のに必要なガス圧力量であり、後で（本明細書で説明するように）ＳＦＰ１０の水の水位１０ｃと相関させることができる。ステップＳ５２は、（図４に示されるような）較正曲線４０を作成するのに十分な較正データポイントが集まったかどうかを判断することを含む。十分なデータポイントが集まっていない場合、ステップＳ５４で、ＳＦＰ１０の水位１０ｃを調節し、十分な較正データポイントが確実に集まるようにステップＳ４６〜Ｓ５２を繰り返すことができる。適切な較正曲線４０を作成するのに多数のデータポイントが集まったら、（ステップＳ５６で）較正曲線が完成したという決定がなされる。
【００１９】
図４は、例示的な一実施形態による、較正方法（図３のステップＳ４６〜Ｓ５６）によって得られた較正データポイント４２に基づいた較正曲線４０の一例である。（図３のステップＳ４６〜Ｓ５６の方法で得られた）較正データポイント４２を、ｘ軸に（ステップＳ５０で決定した、圧力計２０からの）測定圧力Ｐ、ｙ軸に（ステップＳ４６で決定された）ＳＦＰ１０の既知の水位１０ｃを含むことができるグラフ上にプロットすることができる。ステップＳ４６〜Ｓ５６の方法を繰り返すことによって十分な較正データポイント４２を得ることにより、測定圧力Ｐの関数としてＳＦＰ１０の液位Ｌを表す良好な相関関係にある較正曲線４０を作成することができる。
【００２０】
完成した曲線４０には、本質的に、システム３０の較正中に管１２を通って流れるガスの圧力降下損失（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｄｒｏｐ  ｌｏｓｓｅｓ）が予め計算されている。というのは、各圧力測定値Ｐは、同じ特定の流量で測定され、したがってこの圧力降下は各圧力測定値Ｐについて概ね同じであるからである。このため、プラントの運転およびメンテナンスの過程で管１２のレイアウトを変更した場合、システム３０は、管１２のレイアウトを変えたことにより起こり得る潜在的な圧力損失の変化を明らかにするために（ステップＳ４６〜Ｓ５６を使用して）再較正しなければならない。
【００２１】
較正曲線４０が得られたら、（通常、電子液位測定機器に必要な電力などの）外部電源の必要なくして、ＳＦＰ１０の見込み（ｆｕｔｕｒｅ）液位１０ｃ測定値をシステム３０だけしか使用せずに求めることができる。これらの見込み液位１０ｃ測定値は、システムの較正ステップ（Ｓ４６〜Ｓ５６）のときに使用したものと同じ特定の流量を得るのに必要な圧力Ｐを決定し、次いで較正曲線４０を使用してその圧力測定値Ｐに基づいて液位Ｌを決定することによって求めることができる。
【００２２】
ＳＦＰ１０の温度変化は、（水温が約７２Ｆまたは概ね室温である）システム３０の較正から（水温が沸騰近くの約２１２Ｆである）実際のプラント事故まで、大きく変わることがあることに留意されたい。しかし、ＳＦＰ１０内の液体の密度変化は、上述のシステム３０および方法を使用したＳＦＰ１０の液位測定にわずかな影響しか与えないほど十分に小さい。
【００２３】
このように例示的な実施形態を説明してきたが、これらは様々な方法で変更可能であることが明らかであろう。そうした変更は例示的な実施形態の所期の精神および範囲を逸脱するものとみなされるべきではなく、当業者には明らかであろうそうした全ての修正形態は以下の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものである。
【符号の説明】
【００２４】
１  原子炉
３  格納容器
４  コンクリートシェル
５  原子炉建屋
７  使用済燃料
１０  使用済燃料プール
１０ａ  側壁
１０ｂ  底面
１０ｃ  液位
１０ｄ  アンカ
１２  管
１２ａ  出口
１４  加圧ガス源
１４ａ  気泡
１６  流量計
１８  絞り弁
２０  圧力計
３０  液位測定システム
３２  スキッド
４０  較正曲線
４２  較正データポイント
Ｓ４０  加圧ガス源を用意する
Ｓ４２  管をガス源に接続する
Ｓ４４  ＳＦＰの底面近くに管を終端させる
Ｓ４６  ＳＦＰの水位を測定する
Ｓ４８  特定の流量に合わせるようにガス源からＳＦＰへのガス流を制御する
Ｓ５０  特定の流量を得るために必要なガスの圧力を測定する
Ｓ５２  十分な較正データポイントが集まったか？
Ｓ５４  ＳＦＰの水位を調節する
Ｓ５６  較正曲線が完成する
Ｌ  液位
Ｐ  圧力測定値
【図１】
2014055942.tif 000003
【図２】
2014055942.tif 000004
【図３】
2014055942.tif 000005
【図４】
2014055942.tif 000006