(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲率のない配管中の液体の流量を測定するために複数の差圧トランスミッタと共に用いる流量測定プローブにおいて、
配管中に設けられたプローブの本体と、
配管中において液体の流れ方向に向けられた共通の動圧タップと、
各々が動圧タップの方向とは実質的に異なる角度に向けられた複数の静圧タップと、
プローブ本体を貫通し、各々が静圧タップの１つを差圧トランスミッタの１つの第１入力に作動的に接続する複数の非連通静圧チャンネル手段と、
プローブ本体を貫通し、動圧タップを各差圧トランスミッタの第２入力に作動的に接続する複数の動圧チャンネル手段とより成ることを特徴とする流量測定プローブ。
【請求項２】
プローブ本体が周壁と端壁を有し、動圧タップが周壁に設けられていることを特徴とする請求項１の流量測定プローブ。
【請求項３】
少なくとも１つの静圧タップが端壁に設けられていることを特徴とする請求項２の流量測定プローブ。
【請求項４】
各静圧タップが端壁に設けられていることを特徴とする請求項２の流量測定プローブ。
【請求項５】
少なくとも１つの静圧タップが周壁に設けられていることを特徴とする請求項２の流量測定プローブ。
【請求項６】
各静圧タップが周壁に設けられていることを特徴とする請求項２の流量測定プローブ。
【請求項７】
動圧タップが液体の流れ方向に向けられ、各静圧タップがその流れ方向に直角に向けられていることを特徴とする請求項２の流量測定プローブ。
【請求項８】
少なくとも１つの静圧タップが端壁に設けられていることを特徴とする請求項７の流量測定プローブ。
【請求項９】
少なくとも１つの静圧タップが周壁に設けられていることを特徴とする請求項７の流量測定プローブ。
【請求項１０】
水冷原子炉システムの原子炉冷却水の流量を測定する方法において、
冷却水源から原子炉容器へ延びる曲率のない配管中に、周壁、第１の端部の端壁、及び第１の端部とは反対の第２の端部を有する本体と、周壁に設けられた共通の動圧タップと、共通の動圧タップを複数の差圧トランスミッタの各々の第１入力に作動的に接続する動圧チャンネル手段と、各々が動圧タップの方向とは実質的に異なる角度に向けられた複数の静圧タップとを有するプローブを設け、
共通の動圧タップ及び複数の静圧タップを配管の内部に、第２の端部を配管の外部に、また共通の動圧タップが冷却水の流れ方向に向くようにプローブ本体を配管に取り付け、
共通の動圧タップを第１のチャンネル手段により差圧トランスミッタに作動的に接続し、
各静圧タップを第２のチャンネル手段によりそれぞれ別の差圧トランスミッタに作動的に接続し、
第１の時点において配管中に冷却水を流し、
各差圧トランスミッタにより差圧を感知させ、
各差圧トランスミッタから第１の時点における差圧を示す差圧信号を発生させるステップより成ることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は流量測定プローブに関し、さらに詳細には、エルボがないため流量測定用エルボタップを使用できない原子炉システムのコールドレッグ配管中の原子炉冷却水の流量を測定可能な流量測定プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水冷式原子炉は各々が大量の冷却水を原子炉に運ぶ少なくとも２つのコールドレッグ配管を具備するのが普通である。冷却水は通常、蒸気発生用熱交換器の出口から原子炉へ送られ、これら配管中の冷却水流量をモニターすることが重要である。冷却水流量が顕著な減少を示すと原子炉の冷却水温度が上昇し、原子炉がオーバーヒートして損傷するだけでなく、多量の放射性物質が冷却水中に流出する虞れがある。従って、水冷式原子炉は冷却水流量が所定の値、通常は冷却水の通常レベルの約９０％以下に減少すると運転を停止される。
【０００３】
従来型水冷原子炉システムのほとんどは冷却水を運ぶコールドレッグ配管中にエルボを有する。これらのシステムには冷却水流量を測定するためのエルボタップが設けられることが多い。この構成では、１つのタップがエルボの内側曲率部分に、もう１つのタップがエルボの外側曲率部分に設けられる。配管のエルボを流れる流体の力学により、外側の曲率部分に設けたタップにより測定される圧力は内側の曲率部分に設けたタップの測定値よりも一般的に高く、これら２つの場所における圧力の差が配管中の流量の大きさを示す。各タップに作動的に接続された差圧トランスミッタはエルボを流れる流量をモニターする機構を構成する。従来型原子炉システムでは、各対が専用の差圧トランスミッタに作動的に接続された複数対のエルボタップを用いて冷却水流量をある冗長度をもって測定する。３または４つの信号のうちの少なくとも２つが低流量状態を示すとトリップ信号が発生して原子炉を停止させる。
【０００４】
ウエスチングハウス製のＡＰ６００型プラントと従来型原子炉システムとの構成上の違いは、前者ではエルボタップを設置するエルボがコールドレッグ配管に存在しないことである。コールドレッグ配管の大きな半径の曲率部分に設けたエルボタップでは有効な測定を行うに充分な差圧が得られない。ウエスチングハウス製のＡＰ６００型プラントでは各蒸気発生器に２つのコールドレッグ配管が接続されるため、蒸気発生器の細管束の両端間の差圧の測定値は２つのコールドレッグ配管の全流量を指示するが、個々のループの流量は指示しない。従って、コールドレッグ配管にエルボのないＡＰ６００のような新型原子炉システムでは、別の方法による流量測定が必要となる。
【０００５】
本発明によると、曲率のない配管中の液体の流量を測定するために複数の差圧トランスミッタと共に用いる流量測定プローブであって、配管中に設けられたプローブの本体と、配管中において液体の流れ方向に向けられた共通の動圧タップと、各々が動圧タップの方向とは実質的に異なる角度に向けられた複数の静圧タップと、プローブ本体を貫通し、各々が静圧タップの１つを差圧トランスミッタの１つの第１入力に作動的に接続する複数の非連通静圧チャンネル手段と、プローブ本体を貫通し、動圧タップを各差圧トランスミッタの第２入力に作動的に接続する複数の動圧チャンネル手段とより成ることを特徴とする流量測定プローブが提供される。
【０００６】
本発明の別の特徴として、共通の動圧タップは冷却水の流れ方向にほぼ向けられ、各静圧タップは冷却水の流れ方向にほぼ直角に向けられている。
【０００７】
本発明のさらに別の特徴として、動圧タップはプローブ本体の周壁に設けられている。静圧タップは配管の内壁から隔たったプローブ本体の端壁、あるいはその周壁に設けるか、もしくは静圧タップの一部を端壁に、別の一部を周壁に設けることができる。
【０００８】
本発明によると、水冷原子炉システムの原子炉冷却水の流量を測定する方法であって、冷却水源から原子炉容器へ延びる曲率のない配管中に、周壁、第１の端部の端壁、及び第１の端部とは反対の第２の端部を有する本体と、周壁に設けられた共通の動圧タップと、共通の動圧タップを複数の差圧トランスミッタの各々の第１入力に作動的に接続する動圧チャンネル手段と、各々が動圧タップの方向とは実質的に異なる角度に向けられた複数の静圧タップとを有するプローブを設け、共通の動圧タップ及び複数の静圧タップを配管の内部に、第２の端部を配管の外部に、また共通の動圧タップが冷却水の流れ方向に向くようにプローブ本体を配管に取り付け、共通の動圧タップを第１のチャンネル手段により差圧トランスミッタに作動的に接続し、各静圧タップを第２のチャンネル手段によりそれぞれ別の差圧トランスミッタに作動的に接続し、第１の時点において配管中に冷却水を流し、各差圧トランスミッタにより差圧を感知させ、各差圧トランスミッタから第１の時点における差圧を示す差圧信号を発生させるステップより成ることを特徴とする方法が提供される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、曲率のほとんどない配管部分に使用可能な流量測定プローブを提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、流量の冗長測定が可能な単一の流量測定プローブを提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、原子炉システムの冷却水流量をモニターする方法を提供することにある。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、コールドレッグ配管にただ１つの貫通箇所を設けるだけで水冷式原子炉システムのエルボタップ流量測定機能を達成することにある。
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明を実施例につき詳細に説明する。
【００１４】
【実施例】
図１及び２は、原子炉システムのコールドレッグの配管の一部に設置した本発明の流量測定プローブの好ましい実施例を縦方向断面図で示す。通常、１つのプローブが各コールドレッグ配管に設置される。冷却水の流れ方向を矢印で示す。プローブ本体１０は好ましくは、ステンレススチール製の細長い部材であり、ステンレススチール製のコールドレッグ配管１２へ溶接部１４により溶接されて冷却水の流れに関しほぼ直角に延びる。プローブ本体１０は周壁１６と、配管１２の内部２０に延びる端壁１８とを有する。ウエスチングハウス製のＡＰ６００型原子炉システムの蒸気発生器（図示せず）を原子炉容器（図示せず）に接続する２つのコールドレッグ配管は内径がそれぞれほぼ７１．１２ｃｍ（２８インチ）であり、このシステムに用いるプローブの本体は好ましくは配管内部に約１０．２ｃｍ（約４インチ）延びており、端壁１８における直径は約３．８ｃｍ（約１．５インチ）である。従って、プローブ本体１０の端壁１８は、冷却水の流れに対する配管の壁２２の境界効果を回避するに充分な深さだけコールドレッグ配管内部２０に延びている。サイズの異なるコールドレッグ配管を有する他の原子炉システムではプローブ本体の伸長度または深さと直径は異なる値にする必要があるであろう。
【００１５】
プローブ本体の周壁１６に設けられる単一で共通の動圧タップ２４はほぼ冷却水の流れ方向に向けられており、動圧孔２６と連通している。この動圧孔はプローブ本体を縦方向に延びて配管１２の外側にある第２の端部２８まで延びている。好ましくは３または４個の複数の静圧タップ３０が冷却水の流れにほぼ直角な方向に向けられている。図１及び２に示す実施例では、３つの静圧タップ３０ａ、３０ｂ、３０ｃが端壁１８に設けられている。しかしながら、静圧タップ３０ａ、３０ｂ、３０ｃのうちの１つまたは２つ以上をプローブ本体１０の周壁１６に設けるのは均等物の範囲である。各静圧タップはプローブ本体１０の第２の端部２８に延びる静圧孔３２ａ、３２ｂ、３２ｃに接続する。動圧孔２６の直径は好ましくは０．６３５ｃｍ（０．２５インチ）、静圧孔の直径はそれぞれ好ましくは０．４７６ｃｍ（０．１７８インチ）である。
【００１６】
静圧タップ３０ａ、３０ｂ、３０ｃのための各静圧孔３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、図３に概略的に示されるようにそれぞれ異なる差圧トランスミッタ３６ａ、３６ｂ、３６ｃの第１入力３４ａ、３４ｂ、３４ｃに作動的に接続されている。好ましい実施例において、公称１．９１ｃｍ（３／４インチ）の接続パイプ３８ａ、３８ｂ、３８ｃは各静圧孔３２ａ、３２ｂ、３２ｃに溶接され、弁４２ａ、４２ｂ、４２ｃの第１のポート４０ａ、４０ｂ、４０ｃに接続されている。これらの弁４２ａ、４２ｂ、４２ｃはシステムの保守を行うために閉じることができる。各弁４２ａ、４２ｂ、４２ｃのもう一方のポート４４ａ、４４ｂ、４４ｃは差圧トランスミッタ３６ａ、３６ｂ、３６ｃのうちの１つの第１入力に接続された計装管４６ａ、４６ｂ、４６ｃの一部に接続されている。各差圧トランスミッタ３６ａ、３６ｂ、３６ｃの第２入力４８ａ、４８ｂ、４８ｃは、静圧タップに用いられているものと同様な接続手段により共通の動圧タップ２４に作動的に接続されている。プローブ本体１０の第２の端部２８において動圧孔２６に溶接されたステンレススチール製の公称１．９１ｃｍ（３／４インチ）の接続管５０は弁５６の第１のポート５２に接続され、この弁５６は複数の枝路を有する計装管６０により各差圧トランスミッタ３６ａ、３６ｂ、３６ｃの第２の入力４８ａ、４８ｂ、４８ｃに接続されている。かくして、冗長性を与える差圧トランスミッタ３６ａ、３６ｂ、３６ｃはそれぞれ一方の入力で共通の動圧タップ２４からの信号を、またもう一方の入力で静圧タップの１つからの信号を受ける。プローブ本体の周面を流線形にし、またプローブ端壁の形を静圧タップの周りにできるだけ少ない乱流が発生するように設定することが望ましい。静圧タップで発生する乱流が減少すると流量測定におけるゆらぎの問題が軽減される。プローブ本体をこのような形状にすることは当業者が最適化を図るためのひとつの設計の選択である。
【００１７】
各差圧トランスミッタ３６ａ、３６ｂ、３６ｃは原子炉冷却水の流量の大きさの二乗に比例する差圧を感知する。この用途に適した差圧トランスミッタの一例はＢａｒｔｏｎ  Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．７５２であり、水で最大５００インチ（９３４ｍｍ  Ｈｇ）の差圧を測定できる。各差圧トランスミッタ３６ａ、３６ｂ、３６ｃはこの差圧を示す信号をプロセッサ６２（図３）へ送るように構成するのが好ましい。プロセッサ６２はその差圧信号を流量の絶対値に比例する流量信号へ変換する。プロセッサは各差圧トランスミッタからの流量信号をメモリに記憶させた一組の初期値の１つと比較する。各初期値は、例えば原子炉システムが通常温度で且つコールドレッグ配管中の冷却水が全流量の状態で運転されているプラントの始動時、差圧トランスミッタの１つにより前に測定された流量値の大きさに相当する。従来型システムのエルボタップによる測定と同様、所定の論理式に従ってプロセッサはトリガー信号を出力する。例えば、所定数の流量信号、例えば３つのうちの２つ、あるいは４つのうちの２つが対応初期値の所定百分比であるトリップ設定点以下に減少するとトリガー信号が出力される。トリガー信号により原子炉プラントに普通見られる緊急システムを作動させることができる。
【００１８】
共通の動圧タップは低流量によるトリップ作用の冗長性を損なうものではない。動圧感知ラインが故障すると全ての差圧トランスミッタが低流量の指示を出すが、１つの静圧感知ラインが故障してもただ１つの差圧トランスミッタに高流量の指示が出るに過ぎない。通常、静圧感知ラインの１つあるいは差圧トランスミッタのうちの１つが不作動状態になっても、論理システムは継続的な運転を可能にする。しかしながら、それらの状況の下では何時トリガー信号を出力させるかを決定するための論理式は違ったものとなるであろう。
【００１９】
上述したような動圧水頭測定は現在用いられているエルボタップによる測定と同じ作用を有する。この測定により流量の大きさの二乗に比例する信号が得られる。プロセッサが用いる初期値あるいは較正値はシステムが全流量且つ通常温度で運転中のプラントの始動時に測定される。従って、測定した較正値は比較のための１００％流量に相当する。トリップ設定点はトリップ流量に相当する異なる圧力、好ましくは９０％にセットされる。現在行われているように、流量絶対値は当該技術分野においてよく知られた熱量測定法のような別の測定方法により測定される。従って、流量測定プローブは相対的あるいは規準化された流量に対して較正する必要があるに過ぎない。
【００２０】
当業者は、プロセッサが流量の大きさの二乗に比例する各差圧トランスミッタからの差圧信号を利用できること、あるいはそれら信号の平方根を用いて流量の大きさに正比例する信号を発生させることが本発明の均等物の範囲に属することを理解するであろう。このステップはプロセッサあるいは当該技術分野においてよく知られた他の方法により行える。
【００２１】従って、本発明は各コールドレッグ配管にただ１つの貫通箇所を設けるだけでエルボタップ流量測定機能を達成できることが分かる。これは高い信頼度で経済的に且つ効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】原子炉冷却材系の配管内の定位置に設置された本発明の流量測定プローブの縦断面図である。
【図２】図１の２−２線における断面図である。
【図３】本発明の流量測定プローブ及びこれと関連した差圧トランスミッタとプロセッサの動作上の接続状態を示す略図である。
【符号の説明】
３２  静圧孔
３４  第１の入力
３６  差圧トランスミッタ
３８  接続管
４０  第１のポート
４２  弁
４４  別のポート
４６  計装管
４８  第２の入力
５０  接続管
５２  第１のポート
５６  弁
６０  計装管
【図１】
0003549603.tif 000002
【図２】
0003549603.tif 000003
【図３】
0003549603.tif 000004