(57)【要約】  原子炉は、原子炉の降下管流路内の冷却液の循環を監視するように構成された冷却液の熱監視アレイを含む。熱監視アレイは、別々の流路部分を通る冷却液の流れを監視するように構成された１つまたは複数の流量計アセンブリを含む。各流量計アセンブリは、加熱要素に結合された第１のセンサと、加熱要素から少なくとも部分的に絶縁された少なくとも１つの第２のセンサとを含む。第１および第２のセンサは、降下管流路部分を通る冷却液の別々の流れの温度を測定し得る。流量計アセンブリの第１および第２のセンサによって生成された温度データを処理して、降下管流路部分を通る冷却液の流れを監視し得る。温度データを処理して、冷却液の温度を監視し得る。温度データを処理して、降下管流路内の流体二相界面の位置を監視し得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量計アセンブリ（１３２）が流路（１１２）の少なくとも一部に露出するように少なくとも１つの表面に結合されるように構成された流量計アセンブリ（１３２）を含む装置であって、
前記流量計アセンブリ（１３２）は、
前記流路（１１２）の前記一部における冷却液の第１の流れ（４５１）の温度を測定することに基づいて、第１の温度データを生成するように構成された第１の温度センサ（４１２）と、
加熱要素（４１６）がインターフェース（４１４）を介して前記第１の温度センサ（４１２）に熱を加えるように構成されるように、前記第１の温度センサ（４１２）の前記インターフェース（４１４）において前記第１の温度センサ（４１２）に直接結合された加熱要素（４１６）と、
前記流路（１１２）の前記一部における前記冷却液の第２の流れ（４５２）の温度を測定することに基づいて、第２の温度データを生成するように構成された第２の温度センサ（４２２）であって、前記第２の温度センサ（４２２）は、前記加熱要素（４１６）から離間しており、前記第２の温度センサ（４２２）は、前記加熱要素（４１６）から少なくとも部分的に絶縁されている、第２の温度センサ（４２２）と、
を含む、装置。
【請求項２】
前記第１の温度センサ（４１２）および前記第２の温度センサ（４２２）は、共通の流れ（４５１、４５２）に露出するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記流量計アセンブリ（１３２）は、前記第２の温度センサ（４２２）を前記加熱要素（４１６）から少なくとも部分的に絶縁するように構成された絶縁材料（４３０）を含み、前記絶縁材料（４３０）は、前記加熱要素（４１６）および前記第１の温度センサ（４１２）の少なくとも一部の周囲に充填される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記流量計アセンブリ（１３２）は、
少なくとも１つの第３の温度センサ（５２２−１）であって、前記少なくとも１つの第３の温度センサ（５２２−１）は、前記流路（１１２）内の前記冷却液の少なくとも１つの流れの温度を測定することに基づいて第３の温度データを生成するように構成され、前記少なくとも１つの第３の温度センサ（５２２−１）は、前記加熱要素（４１６）から少なくとも部分的に絶縁される、少なくとも１つの第３の温度センサ（５２２−１）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第３の温度センサ（５２２−１）および前記第２の温度センサ（４２２）は、
前記流路（１１２）の長手方向軸に対して、前記流路（１１２）の軸方向に分離された部分（２０２−１〜２０２−Ｎ）と、
前記流路（１１２）の前記長手方向軸に対して、前記流路（１１２）の方位角方向に分離された部分（２０２−１〜２０２−Ｎ）と、
のうちの少なくとも１つに露出するように構成された、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の流体流れ（４５１）および前記第２の流体流れ（４５２）を少なくとも部分的に画定するように構成された流路カバー（５０４）をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
流路（１１２）内の冷却液の第１の流れ（４５１）の温度と、加熱要素（４１６）から第１の温度センサ（４１２）への熱伝達との両方の温度に基づいて第１の温度センサ（４１２）で第１の温度データを生成するステップであって、前記加熱要素（４１６）は、前記熱伝達がインターフェース（４１４）を通るように前記インターフェース（４１４）で前記第１の温度センサ（４１２）に直接結合され、前記第１の温度データは、前記第１の温度センサ（４１２）によって測定された第１の温度を示す、ステップと、
前記流路（１１２）内の前記冷却液の第２の流れ（４５２）の温度に基づいて、前記加熱要素（４１６）によって生成された熱とは実質的に独立して、第２の温度センサ（４２２）で第２の温度データを生成するステップであって、前記第２の温度センサ（４２２）は、前記加熱要素（４１６）から離間しており、前記加熱要素（４１６）から少なくとも部分的に絶縁され、前記第２の温度データは、前記第２の温度センサ（４２２）によって測定された第２の温度を示す、ステップと、
前記第１の温度データおよび前記第２の温度データを遠隔に位置するコンピュータ処理装置（１４０）に通信するステップと、
を含む方法。
【請求項８】
前記第１の温度データおよび前記第２の温度データに基づいて、前記流路（１１２）を流れる前記冷却液の流量（４５０）を決定するステップであって、
前記第１の温度と前記第２の温度との間の温度差を決定するステップと、
前記温度差、前記インターフェース（４１４）の表面領域、および前記インターフェース（４１４）を通る前記熱伝達の速度に基づいて、前記冷却液の流量（４５０）を決定するステップと、
を含む、決定するステップと、
前記流路（１１２）を通る前記冷却液の前記決定された流量（４５０）に基づいて、原子炉炉心（１０４）による熱遮断を制御するステップと、
をさらに含む、請求項１７記載の方法。
【請求項９】
（今回補正）
前記第１の温度データおよび前記第２の温度データに基づいて前記流路（１１２）内の流体二相界面（６１０）の位置を決定するステップであって、
前記第１の温度と前記第２の温度との間の温度差を決定するステップと、
前記温度差に基づいて前記第１の流れ（４５１）および前記第２の流れ（４５２）のうちの少なくとも１つにおける前記冷却液の相を決定するステップと、
を含む、決定するステップと、
前記流路（１１２）内の前記流体二相界面（６１０）の前記決定された位置に基づいて、前記流路（１１２）の１つまたは複数の部分を通る前記冷却液の流量（４５０）を制御するステップと、
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の温度データおよび前記第２の温度データに基づいて、前記流路（１１２）の１つまたは複数の部分（２０２−１〜２０２−Ｎ）を通る冷却液の温度分布を決定するステップと、
前記流路（１１２）の前記１つまたは複数の部分（２０２−１〜２０２−Ｎ）を通る前記決定された流体の温度分布に基づいて、前記流路（１１２）の１つまたは複数の部分（２０２−１〜２０２−Ｎ）を通る前記冷却液の流量（４５０）を制御するステップと、
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載される例示的な実施形態は、一般に原子炉に関し、特に、原子炉の炉心を通る流体循環を監視することに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉は、炉心を通って循環する１つまたは複数の冷却液への熱伝達によって冷却されるように構成し得る。そのような熱移動は、本明細書では、原子炉炉心による熱遮断と呼ばれ得る。原子炉炉心から熱を除去するために、様々な冷却液を利用し得る。冷却液は、水、液体金属、溶融塩、気体物質、それらのいくつかの組み合わせなどを含む１つまたは複数の様々な物質を含む流体であり得る。
【０００３】
いくつかの原子力発電所では、原子炉は、原子炉炉心の周りに環状流路を画定するアセンブリを含む。原子炉炉心は、炉心シュラウドアセンブリによって環状流路から分離することができる。環状流路は、降下管流路と呼ぶことができる。冷却液は、冷却液ループから降下管流路に供給されてもよい。供給された「低温」冷却液は、降下管流路を通って原子炉の下部に下方に循環し得る。低温の冷却液は、炉心シュラウドアセンブリの下部の下を循環して、原子炉炉心と流れ連通状態にある炉心流路を通って上方に循環し得る。
【０００４】
いくつかの原子力発電所では、自然循環によって原子炉に冷却水を循環させることができる。例えば、冷却液は、降下管流路を通って下方に循環し、自然循環駆動流を介して炉心流路を上方に循環し得る。
【０００５】
場合によっては、原子炉の動作は、炉心流路を通る１つまたは複数の冷却液の流量を制御することによって制御し得る。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書に記載された様々な実施形態は、原子炉内の降下管流路を通る冷却液の少なくとも２つの流れの温度を測定することに基づいて、冷却液に関連する温度データを生成するように構成された熱監視アレイに関する。温度データは、降下管流路を通る冷却液の流量、降下管流路内の１つまたは複数の位置における冷却液の温度、降下管流路内の１つまたは複数の位置における冷却液の相、および降下管流路内の流体二相界面の位置、を決定するために使用し得る。原子炉運転は、降下管流路を通る流体の決定された流量、降下管流路を通る冷却液の温度分布、および降水管流路内の流体二相界面の位置のうちの少なくとも１つに基づいて制御し得る。
【０００７】
いくつかの例示的な実施形態によれば、原子炉は、炉心、降下管アセンブリ、熱監視アレイ、および制御システムを含み得る。降下管アセンブリは、環状の降下管流路を少なくとも部分的に画定し得る。降下管アセンブリは、環状の降下管流路を介して冷却液を原子炉炉心に導くように構成され得る。熱監視アレイは、少なくとも１つの流量計アセンブリを含み得る。少なくとも１つの流量計アセンブリは、少なくとも１つの流量計アセンブリが降下管流路の少なくとも一部に露出するように、降下管アセンブリの少なくとも１つの表面に結合され得る。流量計アセンブリは、降下管流路の一部における冷却液の第１の流れの温度を測定することに基づいて、第１の温度データを生成するように構成された第１の温度センサと、加熱要素が第１の温度センサに熱を加えるように動作可能になるように、第１の温度センサに結合された加熱要素と、降下管流路の一部における冷却液の第２の流れの温度を測定することに基づいて、第２の温度データを生成するように構成された第２の温度センサであって、第２の温度センサは、加熱要素から少なくとも部分的に絶縁されている、第２の温度センサと、を含み得る。制御システムは、少なくとも第１の温度データおよび第２の温度データに基づいて、降下管流路を通る冷却液の流量を決定するように構成され得る。
【０００８】
いくつかの例示的な実施形態では、第１および第２の流れは、第１および第２の温度センサのうちの少なくとも１つの温度センサが第１および第２の温度センサのうちの別の温度センサの上流にあるように、共通の流れであってもよい。
【０００９】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システムは、第１および第２の温度データに基づいて温度差を決定し、温度差、加熱要素に供給される電力の大きさ、および加熱要素と第１の温度センサとの間のインターフェースの表面領域に基づいて流量を決定するように構成し得る。
【００１０】
いくつかの例示的な実施形態では、流量計アセンブリは、少なくとも１つの第３の温度センサを含むことができ、少なくとも１つの第３の温度センサは、降下管流路内の冷却液の少なくとも１つの流れの温度を測定することに基づいて第３の温度データを生成するように構成され、少なくとも１つの第３の温度センサは、加熱要素から少なくとも部分的に絶縁される。
【００１１】
いくつかの例示的な実施形態では、熱監視アレイは、複数の流量計アセンブリを含み、複数の流量計アセンブリのうちの少なくとも２つの流量計アセンブリは、降下管流路の別々の部分に露出される。
【００１２】
いくつかの例示的な実施形態では、少なくとも２つの流量計アセンブリは、降下管流路の長手方向軸に対して、降下管流路の軸方向に分離された部分と、降下管流路の長手方向軸に対して、降下管流路の方位角方向に分離された部分と、のうちの少なくとも１つに露出し得る。
【００１３】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システムは、第１の温度データおよび第２の温度データに基づいて、降下管流路の少なくとも一部を流れる流体の温度を決定するように構成されてもよい。
【００１４】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システムは、第１の温度データおよび第２の温度データに基づいて、降下管流路の少なくとも一部を流れる流体の相を決定するように構成されてもよい。
【００１５】
いくつかの例示的な実施形態において、原子炉は、加圧水型原子炉および沸騰水型原子炉のうちの少なくとも１つであり得る。
【００１６】
いくつかの例示的な実施形態では、熱監視アレイは、少なくとも第１の流体流れおよび第２の流体流れを、少なくとも１つの流量計アセンブリと流れ連通状態にし、降下管流路の残りの部分から隔離するように導くように構成された流路カバーを含み得る。
【００１７】
いくつかの例示的な実施形態によれば、装置は、流量計アセンブリを含み得る。流量計アセンブリは、少なくとも１つの流量計アセンブリが流路の少なくとも一部に露出するように少なくとも１つの表面に結合されるように構成され得る。流量計アセンブリは、流路の一部における冷却液の第１の流れの温度を測定することに基づいて、第１の温度データを生成するように構成された第１の温度センサと、加熱要素が第１の温度センサに熱を加えるように動作可能になるように、第１の温度センサに結合された加熱要素と、流路の一部における冷却液の第２の流れの温度を測定することに基づいて、第２の温度データを生成するように構成された第２の温度センサであって、第２の温度センサは、加熱要素から少なくとも部分的に絶縁されている、第２の温度センサと、を含み得る。
【００１８】
いくつかの例示的な実施形態において、第１および第２の流れは、共通の流れに露出するように構成されてもよい。第１および第２の温度センサのうちの少なくとも１つの温度センサは、流路の一部において第１および第２の温度センサのうちの別の温度センサの上流にあってもよい。
【００１９】
いくつかの例示的な実施形態において、流量計アセンブリは、第２の温度センサを加熱要素から少なくとも部分的に絶縁するように構成された絶縁材料を含むことができ、絶縁材料は、加熱要素および第１の温度センサの少なくとも一部の周囲に充填される。
【００２０】
いくつかの例示的な実施形態において、流量計アセンブリは、少なくとも１つの第３の温度センサを含むことができ、少なくとも１つの第３の温度センサは、流路内の冷却液の少なくとも１つの流れの温度を測定することに基づいて第３の温度データを生成するように構成され、少なくとも１つの第３の温度センサは、加熱要素から少なくとも部分的に絶縁される。
【００２１】
いくつかの例示的な実施形態において、少なくとも１つの第３の温度センサおよび第２の温度センサは、流路の長手方向軸に対して、流路の軸方向に分離された部分と、流路の長手方向軸に対して、流路の方位角方向に分離された部分と、のうちの少なくとも１つに露出する。
【００２２】
いくつかの例示的な実施形態において、装置は、第１の流体流れおよび第２の流体流れを少なくとも部分的に画定するように構成された流路カバーを含むことができ、第１および第２の温度センサを流路の残りの部分から隔離し得る。
【００２３】
いくつかの例示的な実施形態によれば、方法は、第１の温度センサで第１の温度データを生成するステップと、第２の温度センサで第２の温度データを生成するステップと、第１の温度データおよび第２の温度データを遠隔に位置するコンピュータ処理装置に通信するステップと、を含み得る。第１の温度データは、冷却液の第１の流れの温度と、加熱要素から第１の温度センサへの熱伝達との両方の温度に基づいて生成し得る。加熱要素は、熱伝達がインターフェースを通るようにインターフェースで第１の温度センサに直接結合し得る。第１の温度データは、第１の温度センサによって測定された第１の温度を示し得る。第２の温度データは、流路内の冷却液の第２の流れの温度に基づいて、加熱要素によって生成された熱とは実質的に独立して、生成し得る。第２の温度センサは、加熱要素から少なくとも部分的に絶縁され得る。第２の温度データは、第２の温度センサによって測定された第２の温度を示し得る。
【００２４】
いくつかの例示的な実施形態において、方法は、第１の温度データおよび第２の温度データに基づいて、流路を流れる冷却液の流量を決定するステップと、流路を通る冷却液の決定された流量に基づいて、原子炉炉心による熱遮断を制御するステップと、を含み得る。冷却液の流量を決定するステップは、第１の温度と第２の温度との間の温度差を決定するステップと、温度差、インターフェースの表面領域、およびインターフェースを通る熱伝達の速度に基づいて、冷却液の流量を決定するステップと、を含み得る。
【００２５】
いくつかの例示的な実施形態において、方法は、第１の温度データおよび第２の温度データに基づいて流路内の流体二相界面の位置を決定するステップと、流路内の流体二相界面の決定された位置に基づいて、流路の１つまたは複数の部分を通る冷却液の流量を制御するステップと、を含み得る。流体二相界面の位置を決定するステップは、第１の温度と第２の温度との間の温度差を決定するステップと、温度差に基づいて第１の流れおよび第２の流れのうちの少なくとも１つにおける冷却液の相を決定するステップと、を含み得る。
【００２６】
いくつかの例示的な実施形態において、方法は、第１の温度データおよび第２の温度データに基づいて、流路の１つまたは複数の部分を通る冷却液の温度分布を決定するステップと、流路の１つまたは複数の部分を通る決定された流体の温度分布に基づいて、流路の１つまたは複数の部分を通る冷却液の流量を制御するステップと、を含み得る。
【００２７】
本明細書における非限定的な実施形態の様々な特徴および利点は、添付の図面と併せて詳細な説明を精査することでより明らかになるであろう。添付の図面は単に例示を目的として提供されており、特許請求の範囲を限定すると解釈されるべきではない。添付の図面は、明示的な記載がない限り、一定の縮尺で描かれていると見なされるべきではない。明確にするために、図面の様々な寸法は誇張される場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】いくつかの例示的な実施形態による、熱監視アレイを含む原子力プラントの概略図である。
【図２】いくつかの例示的な実施形態による、熱監視アレイを含む原子炉の斜視図である。
【図３】いくつかの例示的な実施形態による、熱監視アレイを含む原子炉の斜視図である。
【図４】いくつかの例示的な実施形態による、流量計アセンブリの斜視図である。
【図５】いくつかの例示的な実施形態による、流量計アセンブリの斜視図である。
【図６】いくつかの例示的な実施形態による、図２のラインＶＩＢ−ＶＩＢ’に沿った降下管流路の概略図である。
【図７】いくつかの例示的な実施形態による、熱監視アレイを通る原子炉の降下管流路内の冷却液の流れの監視を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
ある要素または層が他の要素または層に対して「上にある」、「接続されている」、「結合している」、または「覆っている」と言及されている場合、それは他の要素または層に対して直接、上にある、接続されている、結合している、または覆っていてもよいし、または介在する要素または層が存在してもよいことを理解すべきである。これに対して、ある要素が他の要素または層に対して「直接上にある」、「直接接続されている」、または「直接結合している」と言及されている場合、介在する要素または層は存在しない。同様の番号は、明細書全体を通して同様の要素を指す。本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目の１つまたは複数の任意のおよびすべての組み合わせを含む。
【００３０】
第１の、第２の、第３のなどの用語は、本明細書では様々な要素、構成要素、領域、層および／またはセクションを説明するために使用され得るが、これらの要素、構成要素、領域、層および／またはセクションは、これらの用語によって限定されるべきではないことを理解すべきである。これらの用語は、ある要素、構成要素、領域、層、またはセクションを他の領域、層、またはセクションと区別するためにのみ使用される。したがって、以下に説明する第１の要素、構成要素、領域、層、またはセクションは、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層またはセクションと呼ぶことができる。
【００３１】
図面に描かれた１つの要素または特徴の他の要素または特徴との関係の説明を容易にするために、空間的に相対的な用語（例えば、「下」、「下方」、「下」、「上方」、「上」など）が本明細書において使用される場合がある。空間的に相対的な用語は、図面に描かれている向きに加えて、使用中または動作中の装置の異なる向きを包含することが意図されていることを理解されたい。例えば、図中の装置がひっくり返されている場合、他の要素または特徴の「下」または「下方」に記載された要素は、他の要素または特徴の「上方」に向けられる。したがって、「下方」という用語は、上方および下方の両方向を包含し得る。装置は、他の方向に向いていてもよく（９０度または他の向きに回転されてもよい）、本明細書で使用される空間的に相対的な説明はそれに応じて解釈される。
【００３２】
本明細書で使用される用語は、様々な実施形態を説明することのみを目的としており、例示的な実施形態を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数形も含むことを意図している。本明細書で使用される場合、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、示された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除しない。
【００３３】
例示的な実施形態は、例示的な実施形態の理想的な実施形態（および中間構造体）の概略図である断面図を参照して本明細書に記載される。このように、例えば製造技術および／または公差の結果として図の形状からの変形が予期される。したがって、例示的な実施形態は、本明細書に記載された領域の形状に限定されると解釈されるべきではなく、例えば製造から生じる形状の偏差を含む。例えば、長方形として図示されている注入領域は、典型的には、丸いまたは湾曲した特徴を有し、および／または注入領域から非注入領域への２値変化ではなくそのエッジに注入濃度の勾配を有する。同様に、注入によって形成される埋め込み領域は、埋め込み領域と注入が行われる表面との間の領域にある程度の注入をもたらすことがある。したがって、図面に示された領域は本質的に概略的であり、その形状は、装置の領域の実際の形状を示すことを意図するものではなく、例示的な実施形態の範囲を限定することを意図するものではない。
【００３４】
例示的な実施形態は、以下により詳細に説明されるユニットおよび／または装置と併せて実装され得る行為および動作の記号表現を参照して、（例えば、フローチャート、フローダイアグラム、データフローダイアグラム、構造図、ブロック図などの形で）説明され得る。特定の方法で説明するが、特定のブロックで指定されている機能または動作は、フローチャート、フローダイアグラムなどで指定されたフローとは異なる方法で実行することができる。例えば、連続する２つのブロックで連続して実行されるように示された機能または動作は、同時に実行されてもよく、場合によっては逆の順序で実行されてもよい。
【００３５】
他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術的および科学的用語を含む）は、例示的な実施形態が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書に定義された用語を含む用語は、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書に明確に定義されない限り、理想化された、または過度に形式的な意味で解釈されないことをさらに理解すべきである。
【００３６】
１つまたは複数の例示的な実施形態によるユニット、システム、および／または装置は、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはそれらの組み合わせの１つまたは複数のインスタンスを使用して実装することができる。例えば、ハードウェア装置は、これらに限定されないが、プロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、コントローラ、演算論理装置（ＡＬＵ）、デジタル信号プロセッサ、マイクロコンピュータ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックユニット、マイクロプロセッサ、または定義された方法で命令に応答し実行することができる任意の他の装置などの処理回路を使用して実装し得る。
【００３７】
ソフトウェアは、ハードウェア装置を独立してまたは集合的に命令しまたは構成して所望のように動作させるために、コンピュータプログラム、プログラムコード、命令、またはそれらのいくつかの組み合わせを含み得る。コンピュータプログラムおよび／またはプログラムコードは、上記の１つまた複数のハードウェア装置のような１つまたは複数のハードウェア装置によって実装することができるプログラムまたはコンピュータ読み取り可能な命令、ソフトウェア構成要素、ソフトウェアモジュール、データファイル、データ構造などを含み得る。プログラムコードの例には、コンパイラによって生成された機械コードと、インタプリタを使用して実行されるより高いレベルのプログラムコードの両方が含まれる。
【００３８】
例えば、ハードウェア装置がコンピュータ処理装置（例えば、プロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、コントローラ、演算論理装置（ＡＬＵ）、デジタル信号プロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサなど）である場合、コンピュータ処理装置は、プログラムコードにしたがって、算術演算、論理演算、および入出力演算を実行することによって、プログラムコードを実行するように構成することができる。プログラムコードがコンピュータ処理装置にロードされると、コンピュータ処理装置はプログラムコードを実行するようにプログラムされ、それによってコンピュータ処理装置を専用コンピュータ処理装置に変換する。より具体的な例では、プログラムコードがプロセッサにロードされると、プロセッサは、プログラムコードおよびそれに対応する動作を実行するようにプログラムされ、それによってプロセッサを専用プロセッサに変換する。
【００３９】
ソフトウェアおよび／またはデータは、ハードウェア装置に命令またはデータを提供することができる、またはハードウェア装置によって解釈されることができる任意のタイプの機械、構成要素、物理または仮想機器、またはコンピュータ記憶媒体または装置に永久的にまたは一時的に保存されてもよい。ソフトウェアはまた、ソフトウェアが分散して記憶され、実行されるように、ネットワークに結合されたコンピュータシステムを介して分散されてもよい。特に、例えば、ソフトウェアおよびデータは、本明細書で説明される有形または非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含む、１つまたは複数のコンピュータ可読記録媒体に格納されてもよい。
【００４０】
１つまたは複数の例示的な実施形態によれば、コンピュータ処理装置は、説明の明確性を高めるために様々な動作および／または機能を実行する様々な機能ユニットを含むものとして説明する場合がある。しかしながら、コンピュータ処理装置は、これらの機能ユニットに限定されることを意図していない。例えば、１つまたは複数の例示的な実施形態では、機能ユニットの様々な動作および／または機能は、機能ユニットの他のものによって実行されてもよい。さらに、コンピュータ処理装置は、コンピュータ処理装置の動作および／または機能をこれらの様々な機能ユニットに細分することなく、様々な機能ユニットの動作および／または機能を実行することができる。
【００４１】
１つまたは複数の例示的な実施形態によるユニットおよび／または装置はまた、１つまたは複数の記憶装置を含み得る。１つまたは複数の記憶装置は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、永久大容量記憶装置（ディスクドライブなど）、ソリッドステート（例えば、ＮＡＮＤフラッシュ）装置、および／またはデータを記憶および記録することができる任意の他の同様のデータ記憶メカニズムなどの、有形または非一時的コンピュータ可読記憶媒体であり得る。１つまたは複数の記憶装置は、１つまたは複数のオペレーティングシステムのために、および／または本明細書に記載の例示的な実施形態を実装するために、コンピュータプログラム、プログラムコード、命令、またはそれらのいくつかの組み合わせを格納するように構成されてもよい。コンピュータプログラム、プログラムコード、命令、またはそれらのいくつかの組み合わせは、別々のコンピュータ可読記憶媒体から、１つまたは複数の記憶装置および／または１つまたは複数のコンピュータ処理装置に、駆動機構を使用してロードすることもできる。そのような別々のコンピュータ可読記憶媒体は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）フラッシュドライブ、メモリスティック、ブルーレイ／ＤＶＤ／ＣＤ−ＲＯＭドライブ、メモリカード、および／または他の同様のコンピュータ可読記憶媒体を含み得る。コンピュータプログラム、プログラムコード、命令、またはそれらのいくつかの組み合わせは、ローカルのコンピュータ可読記憶媒体を介してではなく、ネットワークインターフェースを介して遠隔データ記憶装置から１つまたは複数の記憶装置および／または１つまたは複数のコンピュータ処理装置にロードすることができる。さらに、コンピュータプログラム、プログラムコード、命令、またはそれらのいくつかの組み合わせは、ネットワーク上でコンピュータプログラム、プログラムコード、命令、またはそれらのいくつかの組み合わせを転送および／または分散するように構成された遠隔コンピューティングシステムから、１つまたは複数の記憶装置および／または１つまたは複数のプロセッサにロードすることができる。遠隔コンピューティングシステムは、有線インターフェース、エアインターフェース、および／または任意の他の同様の媒体を介して、コンピュータプログラム、プログラムコード、命令、またはそれらのいくつかの組み合わせを転送および／または分散し得る。
【００４２】
１つまたは複数のハードウェア装置、１つまたは複数の記憶装置、および／またはコンピュータプログラム、プログラムコード、命令、またはそれらのいくつかの組み合わせは、例示的な実施形態の目的のために特別に設計および構成されてもよく、または、それらは、例示的な実施形態の目的のために変更および／または修正された公知の装置であり得る。
【００４３】
コンピュータ処理装置などのハードウェア装置は、オペレーティングシステム（ＯＳ）およびそのＯＳ上で動作する１つまたは複数のソフトウェアアプリケーションを実行することができる。コンピュータ処理装置はまた、ソフトウェアの実行に応答してデータにアクセスし、記憶し、操作し、処理し、および作成することができる。単純化のために、１つまたは複数の例示的な実施形態を１つのコンピュータ処理装置として例示することができる。しかしながら、当業者は、ハードウェア装置が複数の処理要素および複数のタイプの処理要素を含み得ることを理解するであろう。例えば、ハードウェア装置は、複数のプロセッサ、またはプロセッサおよびコントローラを含み得る。さらに、並列プロセッサなどの他の処理構成も可能である。
【００４４】
特定の例および図面を参照して説明するが、例示的な実施形態の修正、追加および置換は、当業者によって説明にしたがって様々に行うことができる。例えば、記載された技術は、記載された方法の順序と異なる順序で実行されてもよく、および／または記載されたシステム、アーキテクチャ、装置、回路などのような構成要素は、上述した方法と異なるように接続または組み合わせてもよく、または他の構成要素または均等物によって結果を適切に達成してもよい。
【００４５】
本開示は、原子炉の炉心を通る冷却液流速、原子炉の降下管流路の１つまたは複数の部分内の冷却液の温度、および降下管流路内の流体二相界面の位置のうちの少なくとも１つを監視するように構成された独自の熱監視アレイに関する。降下管流路は、環状の降下管流路であってもよい。熱監視アレイは、降下管流路を画定する１つまたは複数の表面に結合された１つまたは複数の流量計アセンブリのセットを含み、各流量計アセンブリは、降下管流路の別々の部分に露出され、降下管流路の別々の部分における流体の流れに関連する温度データを生成するように構成される。
【００４６】
制御システムは、アレイに含まれる別々の流量計アセンブリから温度データを受信し得る。制御システムは、降下管流路の別々の部分にそれぞれ露出した別々のそれぞれの流量計アセンブリによって生成された温度データに基づいて、降下管流路の１つまたは複数の部分を通る１つまたは複数の流体流速、降下管流路の１つまたは複数の部分における冷却液の温度、および降下管流路内の流体二相界面の位置、を決定することができる。
【００４７】
流量計アセンブリは、降下管流路の一部を通る冷却液の第１および第２の流れのそれぞれの測定温度に基づいて温度データを生成するように構成された少なくとも第１および第２の温度センサを含み得る。加熱要素は、流量計アセンブリ内の第１の温度センサに結合され、流量計アセンブリ内の第２の温度センサは、加熱要素から少なくとも部分的に絶縁される。
【００４８】
制御システムは、アレイの流量計アセンブリのセンサによって生成された温度データに基づいて、原子炉の降下管流路の別々の部分のそれぞれを通る冷却液の流量（例えば、質量流量、容積流量など）を計算し得る。流量を決定することに基づいて、制御システムは、冷却液の流量を調整して、原子炉を通る冷却液の流れによる原子炉の熱遮断を最適化し得る。その結果、原子炉の性能と効率が向上し得る。さらに、制御システムは、流路内の流体二相界面の位置および降下管流路の様々な部分における冷却液の温度の少なくとも１つを監視することに基づいて、原子炉を通る冷却液循環を管理して、液体流体のレベルが閾値以下に低下する蓋然性を緩和し、原子炉を通る非対称冷却剤流を緩和し、原子炉炉心による非対称熱遮断を緩和し、それらのいくつかの組み合わせなどを行う。その結果、原子炉の動作は、改善され得る。
【００４９】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システムは、原子炉炉心を通る冷却液の流量を決定することに基づいて、冷却液循環を管理することができる。
【００５０】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システムは、原子炉の降下管流路を通る冷却液の温度分布の少なくとも１つを決定することに基づいて、冷却液循環を管理し得る。このような決定に基づいて、制御システムは、冷却液循環を管理して、流路の複数の部分を通る冷却液温度の均一性を改善し得る。そのような改善された均一性は、均一な炉心熱遮断をもたらし得る。したがって、冷却液の温度の均一性を改善するための冷却液循環の管理は、原子炉の性能および安全性を改善し得る。
【００５１】
図１は、いくつかの例示的な実施形態による、熱監視アレイを含む原子力プラントの概略図である。
【００５２】
原子力発電プラント１００は、原子炉１０２、冷却液循環ループ１２０、および制御システム１４０を含む。いくつかの例示的な実施形態では、原子炉は、原子炉の少なくとも一部分を通る流路を画定するアセンブリを含む。冷却液は、流路を通して循環させることができる。図１に示す例示的な実施形態では、例えば、原子炉１００は、原子炉炉心１０４と、原子炉炉心１０４の周りに環状降下管流路１１２を画定する降下管アセンブリ１１０と、原子炉炉心１０４が含まれる炉心流路１１４とを含む。降下管アセンブリ１１０は、降下管流路１１２の外側境界を画定する原子炉圧力容器の壁１０６を含む。降下管アセンブリ１１０は、降下管流路１１２の内側境界を画定する炉心シュラウド１０８を含む。炉心シュラウド１０８は、原子炉炉心１０４を降下管流路１１２から隔離する。
【００５３】
いくつかの例示的な実施形態では、原子炉１０２は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）および沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のうちの少なくとも１つとすることができる。いくつかの例示的な実施形態では、原子炉１０２は、経済的に単純化された沸騰水型原子炉（ＥＳＢＷＲ）である。
【００５４】
いくつかの例示的な実施形態では、原子炉は、冷却液ループから原子炉を通して冷却液を循環させることよって原子炉炉心から熱を排除するように構成される。図１に示す例示的な実施形態では、例えば、原子炉１０２は、冷却液循環ループ１２０から原子炉１０２を通して冷却液１２２、１２４を循環させることによって炉心１０４から熱を排除するように構成される。図１に示すように、「低温」冷却液１２２は、冷却液循環ループ１２０から１つまたは複数のノズル１１６を介して降下管流路１１２に導入され、導入された冷却液１２２は、降下管流路１１２を通って原子炉１０２の下部へと下方に流れ得る。
【００５５】
ノズル１１６は、冷却液１２２が、壁１０６の複数の方位角方向に離れた位置で降下管流路１１２の方位角方向に分離した部分に導入されるように、壁１０６の周りの別々の方位角方向位置で離間し得る。降下管流路１１２の周囲の複数の位置に冷却液１２２を導入することにより、原子炉１０２を通って循環する冷却液１２２の均一性を向上させることができる。いくつかの例示的な実施形態では、原子炉１０２は、降下管流路１１２の周りに等距離に間隔をあけて配置された少なくとも６つのノズル１１６を含む。図１に記載された例示的な実施形態では、ノズル１１６は、冷却剤流体１２２が、降下管流路１１２の上部に導入され、降下管流路１１２を通って原子炉１０２の下部へと下方に流れるように、降下管アセンブリ１１０の上部に近接して配置し得る。
【００５６】
原子炉１０２の下部は、原子炉１０２の下部の冷却液１２２が炉心流路１１４と流れ連通するように、炉心シュラウド１０８の下部の下方に配置し得る。図１に示すように、降下管流路１１２から原子炉１０２の下部に到着すると、冷却液１２２は、冷却液１２２が原子炉炉心１０４によって発生した熱を吸収し、「高温」冷却液１２４になるように、炉心流路１１４を通って上方に流れ得る。高温冷却液１２４は、炉心シュラウド１０８によって少なくとも部分的に画定された炉心流路１１４の上部に流れ得る。高温冷却液１２４は、炉心流路１１４の上部から原子炉１０２を出て、冷却液循環ループ１２０に戻り得る。冷却液１２４は、冷却液循環ループ１２０において低温冷却液１２２になるように再生され得る。
【００５７】
いくつかの例示的な実施形態では、原子炉１０２は、自然循環によって、流路１１２、１１４を介して冷却液１２２、１２４を循環させるように構成される。自然循環は、対流が流路１１２、１１４を通って冷却液１２２、１２４を流すように、対流に少なくとも部分的に基づいて冷却液１２２、１２４が流路１１２、１１４を循環することを含み得る。例えば、比較的低温の冷却液１２２は、降下管流路１１２を通って原子炉１０２の下部に流れ得る。低温冷却液１２２は、炉心流路１１４内の高温冷却液１２４を原子炉１０２の上部に移動させ得る。その結果、冷却液１２４は、原子炉１０２の原子炉炉心１０４から排除された熱を除去する。
【００５８】
いくつかの例示的な実施形態では、原子炉１０２は、原子炉１０２の炉心流路１１４を通る冷却液１２２、１２４の流量、降下管流路１１２内の冷却液１２２の温度分布、および降下管流路１１２内の流体二相界面（すなわち、冷却液１２２の液面）の位置のうちの少なくとも１つを監視するために処理され得る温度データを生成するように構成された熱監視アレイ１３０を含む。原子炉１０２の炉心流路１１４を通る冷却液１２２、１２４の流量は、本明細書では炉心流、炉心流量などと呼ばれることがある。いくつかの例示的な実施形態では、冷却液の流量は、質量流量および容積流量のうちの少なくとも一方を含む。いくつかの例示的な実施形態では、炉心流は、降下管流路１１２を通る冷却液１２２の総流量と同等である。
【００５９】
熱監視アレイ１３０は、降下管アセンブリ１１０の１つまたは複数の表面に結合された１つまたは複数の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのセットを含み、１つまたは複数の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎは、降下管流路１１２の１つまたは複数の部分に露出し得る。本明細書で使用される場合、「Ｎ」は、少なくとも１の値を有する正の整数である。
【００６０】
降下管流路１１２の別々の部分に露出された流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎは、降下管流路１１２の別々の部分に関連する温度データを生成し得る。例えば、図１に示すように、熱監視アレイ１３０は、炉心シュラウド１０８の外面の別々の部分に結合された複数の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎを含み、各流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎは、降下管流路１１２の別々の部分に露出する。したがって、各流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎは、降下管流路１１２の別々の部分に関連する温度データを生成するように構成される。
【００６１】
図４および図５を参照して以下でさらに説明するように、各流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎは、降下管流路１１２の少なくとも一部に露出する。したがって、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのうちの所与の流量計アセンブリは、降下管流路１１２の少なくとも一部分を通る冷却液１２２の１つまたは複数の流れに露出し得る。したがって、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのうちの所与の流量計アセンブリは、降下管流路１１２の少なくとも一部を通って流れる冷却液１２２の１つまたは複数の流れを監視することに基づいて温度データを生成するように構成し得る。
【００６２】
流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのうちの少なくとも１つによって生成された温度データを処理して、降下管流路１１２の少なくとも一部を通る冷却液１２２の流量、降下管流路１１２の少なくとも一部の１つまたは複数の位置における冷却液１２２の温度、降下管流路１１２の１つまたは複数の部分に含まれる流体の位相、および降下管流路１１２内の流体二相界面（すなわち、冷却液１２２の液面）の位置、のうちの少なくとも１つを決定し得る。
【００６３】
図１をさらに参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、熱監視アレイ１３０の別々の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎは、１つまたは複数のライン１３４を介して制御システム１４０に通信可能に結合される。１つまたは複数のライン１３４は、圧力容器壁１０６を通って延びる１つまたは複数の貫通ノズル１１８を介して１つまたは複数の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎと制御システム１４０との間を延びる。１つまたは複数のライン１３４は、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎの１つまたは複数の要素に電力を供給するように構成された１つまたは複数の電力伝送ラインを含み得る。１つまたは複数のライン１３４は、制御システム１４０と少なくとも１つの流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎとの間で通信データ信号を送信するように構成された１つまたは複数の通信ラインを含み得る。制御システム１４０は、１つまたは複数のライン１３４を介して流量計アセンブリ１３２の１つまたは複数の要素に電力１４２を供給し得る。熱監視アレイ１３０内の各流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎによって生成された温度データ１４４は、１つまたは複数のライン１３４を介して制御システム１４０に通信し得る。
【００６４】
制御システム１４０は、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎによって生成された温度データ１４４を処理し得る。この処理に基づいて、制御システム１４０は、降下管流路１１２の少なくとも一部を通る冷却液１２２の流量、降下管流路１１２の少なくとも一部における冷却液１２２の温度、降下管流路１１２内の１つまたは複数の部分における冷却液１２２の位相、および降下管流路１１２内の流体二相界面（すなわち、冷却液１２２の液面）の位置、のうちの少なくとも１つを決定し得る。
【００６５】
制御システム１４０は、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはそれらの組み合わせの１つまたは複数のインスタンスを使用して実装し得る。制御システム１４０は、コンピュータ処理装置を含み得る。制御システム１４０は、コンピュータ可読記憶媒体を含み得る。いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、これらには限定されないが、プロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、コントローラ、演算論理装置（ＡＬＵ）、デジタル信号プロセッサ、マイクロコンピュータ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ＡＳＩＣチップ、プログラマブルロジックユニット、マイクロプロセッサ、または定義された方法で命令に応答し実行することができる任意の他の装置、などの処理回路を使用して実装し得る。
【００６６】
降下管流路１１２を通る冷却液１２２の流量、降下管流路１１２の１つまたは複数の部分における冷却液１２２の温度、および降下管流路１１２内の流体二相界面の位置、のうちの少なくとも１つを決定することに少なくとも部分的に基づいて、制御システム１４０は、原子炉１０２の１つまたは複数の部分を通る冷却液１２２、１２４の循環（すなわち、流量）を制御し得る１４６。
【００６７】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、１つまたは複数の流体循環ポンプを制御することに基づいて、冷却液１２２、１２４の循環を制御し得る。
【００６８】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、炉心流と循環ポンプ電力との間の関係に基づいて、冷却液１２２の循環を制御し得る。そのような関係はルックアップテーブル（「ＬＵＴ」）に格納されてもよい。ＬＵＴは、循環ポンプ電力値のアレイおよび関連する炉心流量値のアレイを含み得る。例えば、ＬＵＴは、炉心流量値のセットを含むことができ、アレイは、別々の炉心流量値のそれぞれを別々の循環ポンプ電力値に関連付け得る。
【００６９】
アレイ内の炉心流量の別々の値のそれぞれに対応する別々の循環ポンプ電力値は、実験的に決定されてもよい。例えば、冷却液１２２、１２４の炉心流量は、測定される循環ポンプに供給される電力の量と同時に測定されてもよい。同時に測定された炉心流量値および循環ポンプ電力値は、関連する値としてＬＵＴのアレイに入力されてもよい。
【００７０】
制御システム１４０は、ＬＵＴにアクセスして、決定された炉心流量に関連する循環ポンプの電力値を決定し得る。制御システム１４０は、電力量が決定された循環ポンプの電力値に実質的に対応するように、循環ポンプへの電力の供給を制御し得る。
【００７１】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、降下管流路１１２の１つまたは複数の部分における循環ポンプ電力と冷却液１２２の温度との間の関係に基づいて、冷却液１２２の循環を制御し得る。このような関係はルックアップテーブル（「ＬＵＴ」）に格納されてもよい。このようなＬＵＴは、循環ポンプの電力値と炉心流量との間の関係を格納するＬＵＴと同じであってもよい。
【００７２】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、循環ポンプ電力と降下管流路１１２内の流体二相界面の位置との間の関係に基づいて、冷却液１２２の循環を制御し得る。このような関係は、ルックアップテーブル（「ＬＵＴ」）に格納することができる。このようなＬＵＴは、循環ポンプの電力値と炉心流量との間の関係を格納するＬＵＴと同じであってもよい。
【００７３】
図１をさらに参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、原子炉１０２の１つまたは複数の部分を制御し得る１４８。その結果、制御システム１４０は、熱監視アレイ１３０を使用して原子炉１０２を通る冷却液１２２、１２４の循環を監視することに基づいて、原子炉１０２の性能を制御し得る。制御システム１４０は、原子炉炉心１０４の熱遮断（すなわち、熱出力、電力レベルなど）および冷却液１２２、１２４の流量のうちの少なくとも１つを調整して、原子炉１０２の性能を改善し得る。
【００７４】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、別々のノズル１１６を通る冷却液１２２の流量を制御して、１つまたは複数の降下管流路１１２部分を通る冷却液１２２の流量、１つまたは複数の降下管流路１１２部分の冷却液１２２の温度などのうちの少なくとも１つを制御するように構成される。このような制御は、降下管流路１１２の１つまたは複数の部分における冷却液１２２の温度に基づき得る。このような制御は、降下管流路１１２を通る冷却液の温度分布の均一性を改善するために実施され得る。結果として、原子力発電所１００での原子炉１０２の動作は、冷却液１２２の温度の均一性の改善に起因する原子炉１０２の性能の改善された均一性のために改善され得る。
【００７５】
図２は、いくつかの例示的な実施形態による、熱監視アレイを含む原子炉の斜視図である。図３は、いくつかの例示的な実施形態による、熱監視アレイを含む原子炉の斜視図である。図２および図３に示す原子炉１０２は、図１に示す原子炉１０２を含む、本明細書に含まれる原子炉の任意の実施形態に含まれ得る。
【００７６】
図２および図３を参照すると、降下管流路１１２は、別々の流路部分２０２−１〜２０２−Ｎを含み得る。別々の流路部分２０２−１〜２０２−Ｎは、軸方向に分離され、および方位角方向に分離された少なくとも１つであってもよい。図２および図３に示すように、例えば、降下管流路１１２は、等しい軸方向サイズの流路部分２０２−１〜２０２−Ｎのセットを含むことができ、各流路部分２０２−１〜２０２−Ｎは、降下管流路１１２の方位角方向に分離した部分を包含する。
【００７７】
いくつかの例示的な実施形態では、部分２０２−１〜２０２−Ｎのそれぞれ別々の１つは、図１に示すように、原子炉１０２に含まれる降下管アセンブリ１１０の一部によって少なくとも部分的に画定されてもよい。図２および図３に示すように、例えば、各降下管流路部分２０２−１〜２０２−Ｎは、炉心シュラウド１０８および圧力容器壁１０６の方位角方向に分離した部分によって少なくとも部分的に画定される。図２および図３では、個々の降下管流路部分２０２−１を画定する降下管アセンブリ１１０の部分が強調表示されている。
【００７８】
いくつかの例示的な実施形態では、熱監視アレイ１３０は、降下管流路１１２の別々の部分２０２−１〜２０２−Ｎに露出された流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのセットを含む。熱監視アレイ１３０の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎの限定された別々の選択は、降下管流路１１２の所与の個々の流路部分２０２−１〜２０２−Ｎに露出されてもよい。図２に示すように、例えば、３つの流量計アセンブリ１３２−１、１３２−２、１３２−３の限定された選択は、流量計アセンブリ１３２−１、１３２−２、１３２−３の限定された選択が、特定の流路部分２０２−１に露出され、熱監視アレイ１３０に含まれる流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎの残りの部分が、降下管流路１１２の流路部分２０２−１〜２０２−Ｎの残りの部分に露出されるように、特定の流路部分２０２−１を画定する炉心シュラウド１０８の部分に結合される。いくつかの例示的な実施形態では、熱監視アレイ１３０の各流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎは、各流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎが降下管流路１１２の別々の部分２０２−１〜２０２−Ｎに露出するように、降下管アセンブリ１１０の別々の部分に結合される。
【００７９】
図２および図３をさらに参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、所与の流路部分２０２−１〜２０２−Ｎに露出される流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのセットは、降下管流路部分２０２−１〜２０２−Ｎを画定する表面の別々の位置に配置されてもよく、別々の位置は、軸方向に離れた位置および方位角方向に離れた位置のうちの少なくとも１つである。例えば、図２に示す流路部分２０２−１に露出する流量計アセンブリ１３２−１、１３２−２、１３２−３は、炉心シュラウド１０８の外面に、方位角方向に共通して軸方向に離れた位置に結合される。その結果、各流量計アセンブリ１３２−１、１３２−２、１３２−３は、降下管流路１１２の部分２０２−１の軸方向に分離した部分を通る１つまたは複数の冷却液の流れを監視することに基づいて温度データを生成するように構成される。
【００８０】
いくつかの例示的な実施形態では、降下管流路１１２の別々の部分２０２−１〜２０２−Ｎに露出された流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎの各セットは、それぞれの流路部分２０２を通る冷却液１２２の別々の流量２１６−１〜２１６−Ｎを決定するために処理され得る温度データを生成するように構成される。熱監視アレイ１３０の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎの別々のセットによって生成された温度データを処理して、降下管流路１１２の別々の流路部分２０２のそれぞれを通る冷却液１２２の別々の流量２１６−１〜２１６−Ｎを決定し得る。降下管流路１１２を通る冷却液１２２の総流量は、別々の流路部分２０２−１〜２０２−Ｎを通る冷却液１２２の個々の流量２１６−１〜２１６−Ｎの合計に基づいて決定し得る。総流量は、図１に示す原子炉１０２の炉心流路１１４を通る冷却液１２２の炉心流と等しくてもよい。
【００８１】
いくつかの例示的な実施形態では、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎの少なくとも１つは、降下管アセンブリ１１０の１つまたは複数の表面に結合されてもよい。図２に示す実施形態では、例えば、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎは、炉心シュラウド１０８の外面の別々の部分に結合される。図３に示す実施形態では、例えば、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎは、圧力容器壁１０６の内面の別々の部分に結合される。
【００８２】
図４は、いくつかの例示的な実施形態による、流量計アセンブリの斜視図である。図４に示す流量計アセンブリ１３２は、本明細書に含まれる流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのいずれかの実施形態に含まれてもよい。
【００８３】
流量計アセンブリ１３２は、少なくとも１つの第１のセンサアセンブリ４１０および少なくとも１つの第２のセンサアセンブリ４２０を含む。第１および第２のセンサアセンブリ４１０および４２０は、バックプレーン４０２に結合される。いくつかの例示的な実施形態において、バックプレーン４０２は、第１および第２のセンサアセンブリ４１０および４２０が降下管アセンブリ１１０の一部分の表面に直接結合されるように、降下管アセンブリ１１０の一部分の表面である。
【００８４】
第１のセンサアセンブリ４１０は、第１の温度センサ４１２と、第１の温度センサ４１２のインターフェース４１４に結合された加熱要素４１６とを含む。インターフェース４１４は、表面領域「Ａ」を有する。第１の温度センサ４１２は、冷却液の第１の流れ４５１に露出するように構成される。したがって、第１の温度センサ４１２は、冷却液の第１の流れ４５１の温度を測定し、冷却液の第１の流れ４５１の温度に基づいて第１の温度データを生成するように構成される。
【００８５】
加熱要素４１６は、加熱要素４１６と第１の温度センサ４１２との間のインターフェース４１４の表面領域「Ａ」を介して、第１の温度センサ４１２に熱を伝達するように構成される。示されるように、加熱要素４１６および第１の温度センサ４１２は、ライン１３４のセットを介して制御システムに電気的に結合されるように構成される。
【００８６】
第２のセンサアセンブリ４２０は、第２の温度センサ４２２を含む。第２の温度センサ４２２は、冷却液の第２の流れ４５２に露出されように構成される。したがって、第２の温度センサ４２２は、冷却液の第２の流れ４５２の温度を測定し、冷却液の第２の流れ４５２の温度に基づいて第２の温度データを生成するように構成される。
【００８７】
いくつかの例示的な実施形態では、第２のセンサアセンブリ４２０は、ダミー加熱要素４２４を含む。ダミー加熱要素４２４は、加熱要素４１６を含む第１のセンサアセンブリ４１０と同様の質量および熱環境を有するように第２のセンサアセンブリ４２０を構成し得る。加えて、ダミー加熱要素４２４の存在は、流れ４５１および４５２がそれぞれの第１および第２のセンサアセンブリ４１０および４２０に対して同様の流路を流れることを可能にし得る。その結果、ダミー加熱要素４２４は、第１および第２の温度センサ４１２、４２２が、同様の流れおよび熱条件下で、それぞれの第１および第２の流れ４５１、４５２の温度を測定することに基づいて温度データを生成し得るので、より正確に温度データを生成するように流量計アセンブリ１３２を構成し得る。
【００８８】
いくつかの例示的な実施形態では、ダミー加熱要素４２４は、流量計アセンブリ１３２には存在しない。ダミー加熱要素４２４が存在しない場合、流量計アセンブリ１３２およびその製造を単純化することができる。いくつかの例示的な実施形態では、ダミー加熱要素４２４が存在しないことの影響は、流量計アセンブリ１３２の較正を通じて補償することができる。示すように、第２の温度センサ４２２は、ライン１３４のセットを介して制御システムに電気的に結合されるように構成される。
【００８９】
いくつかの例示的な実施形態では、第２の温度センサ４２２は、加熱要素４１６から少なくとも部分的に絶縁されている。例えば、流量計アセンブリ１３２は、本明細書では「絶縁体」とも呼ばれる絶縁材料４３０を含むことができ、絶縁材料４３０は、第２の温度センサ４２２を加熱要素４１６から少なくとも部分的に絶縁するように構成される。いくつかの例示的な実施形態では、絶縁材料４３０は、バックプレーン４０２に含まれる。いくつかの実施形態例では、絶縁材料４３０は存在せず、第２の温度センサ４２２は、第１のセンサアセンブリ４１０と第２のセンサアセンブリ４２０との間を流れる冷却液が、第２の温度センサ４２２を加熱要素４１６から少なくとも部分的に絶縁するように、加熱要素４１６から第２の温度センサ４２２まで間隔をあけることに基づいて、加熱要素４１６から少なくとも部分的に絶縁される。いくつかの例示的な実施形態では、絶縁材料４３０は、パックされた絶縁材料を含む。いくつかの例示的な実施形態では、絶縁材料４３０は、セラミック粉末を含む。絶縁材料４３０は、加熱要素４１６および第１の温度センサ４１２の少なくとも一部の周りにパックされてもよい。いくつかの例示的な実施形態例では、１つまたは複数のライン４００は、放射線硬化されたワイヤまたはケーブルを含み得る。例えば、１つまたは複数のライン１３４は、ＨＡＢＩＡ（登録商標）ケーブルを含み得る。
【００９０】
いくつかの例示的な実施形態では、第１および第２の温度センサ４１２および４２２のうちの１つまたは複数は、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）および熱電対（ＴＣ）温度センサのうちの少なくとも１つである。加熱要素４１６は、電気加熱要素であってもよい。
【００９１】
図４をさらに参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、第１の温度センサ４１２は、第１の流れ４５１の温度を測定することに基づいて、さらに、インターフェース４１４の表面領域Ａを介して加熱要素４１６によって加熱されることに基づいて、第１の温度Ｔ１を測定するように構成される。第２の温度センサ４２２は、第２の流れ４５２の温度を測定することに基づいて、第２の温度Ｔ２を測定するように構成することができる。第２の温度センサ４２２が加熱要素４１６から絶縁されている場合、測定温度Ｔ２は、加熱要素４１６によって発生したいかなる熱とも無関係であり得る。第１および第２の温度センサ４１２および４２２は、それぞれ第１および第２の温度データを生成することができ、第１の温度データは、測定された第１の温度Ｔ１を示すデータを含み、第２の温度データは、測定された第２の温度Ｔ２を示すデータを含む。
【００９２】
いくつかの例示的な実施形態では、（図１を参照して示され説明された）制御システム１４０は、第１および第２温度センサ４１２および４２２によって生成された温度データを処理して、第１および第２の流れ４５１および４５２の合計流量を決定する。いくつかの例示的な実施形態では、第１および第２の流れ４５１および４５２は、それぞれの第１および第２のセンサアセンブリ４１０および４２０の上流の共通の温度を有すると仮定することができる。第２の温度センサ４２２が加熱要素４１６から少なくとも部分的に絶縁されている場合、測定されたＴ１とＴ２との間の差は、インターフェース４１４の表面領域Ａを介して第１の温度センサ４１２に伝達された加熱要素４１６によって発生された熱に基づく温度差として決定し得る。図４をさらに参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、インターフェース４１４を介した加熱要素４１６から第１の温度センサ４１２への熱伝達率の大きさは、加熱要素４１６に供給される電力「Ｐ」の大きさに基づいて決定し得る。熱伝達率の大きさは、本明細書では「ＱＨ」と呼ばれ、加熱要素が生成する熱流束の大きさは「ＱＨ／Ａ」とすることができ、ここで「Ａ」は、インターフェース４１４の表面積である。いくつかの例示的な実施形態では、ＱＨは、比例関係にしたがって電力Ｐの大きさに比例する。したがって、いくつかの例示的な実施形態では、ＱＨは、「Ｐ」の決定に基づいて決定し得る。
【００９３】
いくつかの例示的な実施形態では、降下管流路内の冷却液の温度は「Ｔｅｎｖ」であり、冷却液から生じる局所表面熱流束は「ＱＬ」であり、等価熱伝達係数は「Ｕｅｑ」であり、第２の温度センサ４２２における局所表面熱流束は、以下の式（１）に示すように表すことができる。
ＱＬ＝Ｕｅｑ（Ｔ２−Ｔｅｎｖ）    （１）
インターフェース４１４の表面領域Ａが決定され、加熱要素４１６に供給される電力Ｐの大きさに基づいて熱伝達率ＱＨが決定される場合、第１の温度センサ４１２における局所表面熱流束は、冷却液の第１の流れ４５１から生じる局所表面熱流束と、加熱要素４１６から生じる局所表面熱流束との合計であり得る。第１の温度センサ４１２におけるこのような局所表面熱流束は、以下の式（２）に示すように表すことができる。
ＱＬ＋（ＱＨ／Ａ）＝Ｕｅｑ（Ｔ１−Ｔｅｎｖ）    （２）
ＱＬを除去し、流量または等価熱伝達係数Ｕｅｑを第１および第２の温度センサ４１２および４２２の間の温度差に相関させるために、式（１）を式（２）から引いて、以下に示す式（３）を得ることができる。
（ＱＨ／Ａ）＝Ｕｅｑ（Ｔ１−Ｔ２）    （３）
式（３）に示すように、等価熱伝達係数Ｕｅｑは、第１の温度センサ４１２と第２の温度センサ４２２との間の温度差（Ｔ１−Ｔ２）に反比例し得る。例えば、電力「Ｐ」の大きさは実質的に一定に保たれ、熱流束「（ＱＨ／Ａ）」は一定のままであり得る。
【００９４】
図４をさらに参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、等価熱伝達係数Ｕｅｑは、関係にしたがって、結合された第１および第２の流れ４５１および４５２の流量４５０に関連する。例えば、等価熱伝達係数Ｕｅｑは、冷却液の結合された第１および第２の流れ４５１および４５２の流量４５０に比例し得る。
【００９５】
したがって、いくつかの例示的な実施形態では、等価熱伝達係数Ｕｅｑは、表面領域Ａが決定されたときの測定温度Ｔ１およびＴ２を示す温度データに基づいて決定することができ、熱伝達率ＱＨは、加熱要素４１６に供給される電力Ｐの決定された大きさに基づいて決定される。いくつかの例示的な実施形態では、結合された第１および第２の流れ４５１および４５２の流量４５０は、等価熱伝達係数Ｕｅｑと流量４５０との間の関係に基づいて決定し得る。
【００９６】
いくつかの例示的な実施形態では、流量（「Ｍ」）４５０と、Ｔ１とＴ２との間の温度差ΔＴ（ΔＴはＴ１−Ｔ２である）との間の関係は、以下の式（４）に示すように表すことができ、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は定数である。
Ｍ＝Ａ１＋Ａ２（ΔＴ）＋Ａ３（ΔＴ２）＋Ａ４（ΔＴ３）    （４）
Ａ１、Ａ２、Ａ３、およびＡ４の値は実験的に決定することができる。例えば、流量計アセンブリ１３２内の第１および第２の温度センサ４１２および４２２によって測定されたＴ１とＴ２との間の温度差ΔＴは、測定される流量計アセンブリ１３２と流れ連通して循環する冷却液の流量Ｍと同時に測定し得る。流量は、流量計装置によって測定することができる。温度差ΔＴは、流量値Ｍおよび対応するΔＴ値のセットが決定されるように、流量値の範囲にわたって変化する流量値Ｍと同時に測定し得る。流量値Ｍおよび対応するΔＴ値は、定数Ａ１、Ａ２、Ａ３、およびＡ４の値を解くために式（４）に適合させることができる。
【００９７】
いくつかの例示的な実施形態では、実験的に同時に測定された流量値Ｍおよび対応するΔＴ値は、関連する値としてルックアップテーブル（「ＬＵＴ」）のアレイに記憶し得る。アレイ内の各ΔＴ値は、流量４５０の別々の対応する値と関連付けられてもよい。ΔＴ（Ｔ１−Ｔ２）の決定値に基づいて流量Ｍ４５０を決定するために、制御システム１４０は、ＬＵＴにアクセスし、アレイ内の決定されたΔＴの値に関連する流量Ｍ４５０の値を特定することができる。
【００９８】
図４をさらに参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、第１および第２の流れ４５１および４５２の合計流量４５０は、流量計アセンブリ１３２が露出している降下管流路１１２の部分２０２−１〜２０２−Ｎのうちの少なくとも１つを通る冷却液１２２の流量２１６−１〜２１６−Ｎのうちの少なくとも１つであり得る。したがって、結合された流れ４５１および４５２の流量４５０は、図２および図３を参照して上に示し説明したように、流量計アセンブリ１３２が露出された降下管流路１１２の少なくとも１つの部分２０２−１〜２０２−Ｎを通る冷却液の流量２１６−１〜２１６−Ｎのうちの少なくとも１つであり得る。
【００９９】
上記の決定は、図１を参照して上で示し説明したように、ライン４００を介して加熱要素４１６および第１および第２の温度センサ４１２および４２２に電気的に結合された制御システム１４０によって実施し得る。制御システム１４０は、表面領域Ａ、電力Ｐと熱伝達率ＱＨとの間の１つまたは複数の関係、および等価熱伝達係数Ｕｅｑと流量４５０との間の１つまたは複数の関係を示す情報を格納し得る。
【０１００】
図１に示す制御システム１４０は、１つまたは複数のライン１３４を介して加熱要素４１６に供給される電力Ｐの大きさを決定し得る。制御システム１４０は、電力Ｐと熱伝達率ＱＨとの間の１つまたは複数の関係に基づいてＱＨを決定し得る。制御システム１４０は、流量計アセンブリ１３２の第１および第２温度センサ４１２および４２２からそれぞれの第１および第２温度データを受信し得る。制御システム１４０は、式（３）に基づいて等価熱伝達係数Ｕｅｑを決定し得る。制御システム１４０は、等価熱伝達係数Ｕｅｑと流量４５０との間の１つまたは複数の関係に基づいて流量４５０を決定し得る。
【０１０１】
制御システム１４０が、熱監視アレイ１３０内の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎの別々のセットに関連する温度データおよび電力データを受信する場合、制御システム１４０は、別々の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎが露出する冷却液の別々の流量４５０を決定し得る。別々の流量４５０は、図２および図３を参照して図示され説明された別々の流量２１６−１〜２１６−Ｎであってもよい。したがって、別々の流量２１６−１〜２１６−Ｎは、降下管流路１１２のそれぞれ別々の部分２０２−１〜２０２−Ｎに露出するセットの流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのそれぞれから受信した温度データに少なくとも部分的に基づいて決定し得る。
【０１０２】
制御システム１４０は、流量２１６−１〜２１６−Ｎの合計として別々の流量４５０の少なくともいくつかの合計に基づいて、降下管流路１１２を通る冷却液１２２の総流量を決定し得る。降下管流路１１２を通る冷却液１２２の総流量が、図１を参照して図示し説明した炉心流路１１４を通る冷却液１２２、１２４の炉心流量に等しい場合、制御システム１４０は、決定された総流量に基づいて、図１に示す原子炉１０２を通る炉心流量を決定し得る。
【０１０３】
図１、図２および図３を再び参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、降下管流路１１２の異常な流れ状態を監視するために降下管流路１１２の各部分について決定された別々の質量流量２１６−１〜２１６−Ｎを比較し得る。例えば、制御システム１４０は、降下管流路１１２の別々の方位角方向に離れた部分２０２−１〜２０２−Ｎについて決定された流量２１６−１〜２１６−Ｎを比較し得る。制御システム１４０は、そのような監視に基づいて、降下管流路１１２の方位角方向に離れた部分２０２−１〜２０２−Ｎを通る非対称な冷却液１２２の流れを決定し得る。いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、このような監視に基づいて、降下管流路１１２の１つまたは複数の部分２０２−１〜２０２−Ｎを通る冷却液１２２の流れを制御し得る。例えば、制御システム１４０は、降下管流路１１２の別々の部分２０２−１〜２０２−Ｎを通る均一および／または実質的に均一な冷却液１２２の流れを維持するために、冷却液循環ループ１２０などに含まれる１つまたは複数の循環ポンプを制御して、降下管流路１１２の別々の部分２０２−１〜２０２−Ｎを通る冷却液１２２の流量２１６−１〜２１６−Ｎを制御し得る。制御システム１４０は、上述のように、循環ポンプ電力値を流量値と関連付けるルックアップテーブルにしたがって１つまたは複数の循環ポンプを制御し得る。
【０１０４】
いくつかの例示的な実施形態では、降下管流路１１２の別々の部分２０２−１〜２０２−Ｎを通る非対称な冷却液１２２の流れは、原子炉炉心１０４の異なる部分による非対称な熱遮断をもたらし得る。降下管流路１１２の別々の部分２０２−１〜２０２−Ｎを通る冷却液１２２の別々の流量２１６−１〜２１６−Ｎを監視することに基づいて、降下管流路１１２の別々の部分２０２−１〜２０２−Ｎを通る冷却液１２２を制御することによって、このような非対称性を低減し、それによって原子炉運転を改善し得る。
【０１０５】
図４をさらに参照すると、第１および第２の温度センサ４１２、４２２は、第２の温度センサ４２２が第１の流れ４５１の温度測定を制限され、第１の温度センサ４１２が第２の流れ４５２の温度測定を制限されるように、別々の並列の流れ４５１および４５２の温度を測定するように構成される。
【０１０６】
いくつかの例示的な実施形態では、第１および第２の温度センサ４１２、４２２は、第１および第２の流れ４５１および４５２が共通の流れであるように、共通の流れの温度を測定するように構成される。第２のセンサアセンブリ４２０は、第２の温度センサ４２２が第１の温度センサ４１２の上流の共通の流れの温度を測定するように構成されるように、第１のセンサアセンブリ４１０に対して降下管アセンブリ１１０内の上方位置に配置し得る。その結果、第２の温度センサ４２２は、加熱要素４１６による共通の流れの任意の加熱から少なくとも部分的に絶縁され得る。
【０１０７】
図５は、いくつかの例示的な実施形態による、流量計アセンブリの斜視図である。図５に示す流量計アセンブリ５００は、本明細書に含まれる流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのいずれかの実施形態に含まれ得る。
【０１０８】
いくつかの例示的な実施形態では、流量計アセンブリは、加熱要素が結合される少なくとも１つの第１の温度センサと、加熱要素から少なくとも部分的に絶縁された複数の温度センサとを含む。例えば、図５に示すように、流量計アセンブリ５００は、第１の温度センサ４１２、加熱要素４１６、および第２の温度センサ４２２に加えて、少なくとも１つの第３の温度センサ５２２−１〜５２２−Ｎ（Ｎは正の整数）を含む。いくつかの例示的な実施形態では、Ｎは、第３の温度センサ５２２−Ｎが流量計アセンブリ５００に存在しないように１の値を有し得る。第３の温度センサ５２２−１〜５２２−Ｎのそれぞれは、加熱要素４１６から少なくとも部分的に絶縁されていてもよい。第３の温度センサ５２２−１〜５２２−Ｎのうちの１つまたは複数は、ダミー加熱要素（図５には図示せず）に結合されてもよい。
【０１０９】
いくつかの例示的な実施形態では、第２および第３の温度センサ４２２および５２２−１〜５２２−Ｎのそれぞれは、それぞれの第２および第３の温度センサ４２２および５２２−１〜５２２−Ｎによって測定されたそれぞれの第２の温度Ｔ２を示す温度データの別々のインスタンスを生成し得る。第３の温度センサ５２２−１〜５２２−Ｎは、第２の温度センサ４２２と同様に、それぞれ少なくとも部分的に加熱要素４１６から絶縁されているので、第３の温度センサ５２２−１〜５２２−Ｎのそれぞれは、別々の第２の温度Ｔ２を測定し得ることが理解されるであろう。その結果、第２の温度センサ４２２および第３の温度センサ５２２−１〜５２２−Ｎの両方は、加熱要素４１６によって加熱されるのとは独立して、冷却液の流れの温度を測定し得る。
【０１１０】
第３の温度センサ５２２−１〜５２２−Ｎのそれぞれは、１つまたは複数のライン１３４を介して制御システムに電気的に結合され得る。第１の温度センサ４１２、第２の温度センサ４２２、および第３の温度センサ５２２−１〜５２２−Ｎによって生成された温度データは、ライン１３４を介して制御システム１４０に通信されてもよく、制御システム１４０は、図１を参照して上に図示され説明されている。制御システム１４０は、第２の温度センサ４２２および第３の温度センサ５２２−１〜５２２−Ｎから受信した第２の温度データのインスタンスを処理し得る。そのような処理は、第２の温度センサ４２２および第３の温度センサ５２２−１〜５２２−Ｎによって測定された温度に基づいて第２の温度Ｔ２を決定することを含み得る。例えば、制御システム１４０は、第２の温度センサ４２２および第３の温度センサ５２２−１〜５２２−Ｎによって測定された温度の平均である第２の温度Ｔ２を決定し得る。
【０１１１】
図５をさらに参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、第２の温度センサ４２２および第３の温度センサ５２２−１〜５２２−Ｎは、第２の温度センサ４２２および第３の温度センサ５２２−１〜５２２−Ｎがそれぞれ降下管流路の別々の部分に露出されるように、降下管アセンブリの別々の相対部分に結合されてもよい。例えば、第２の温度センサ４２２は、第３の温度センサ５２２−１〜５２２−Ｎに対して別々の軸方向位置に配置される。別の例では、第２の温度センサ４２２および第３の温度センサ５２２−１は、温度センサ５２２−Ｎに対して別々の方位角方向位置に配置される。その結果、第２の温度センサ４２２および第３の温度センサ５２２−１〜５２２−Ｎによって生成された温度データを処理して、温度センサ４２２および５２２−１〜５２２−Ｎのうちの個々の第２の温度センサによる個々の温度測定値Ｔ２よりも局所表面熱流束ＱＬをより正確に反映する温度Ｔ２を決定し得る。
【０１１２】
いくつかの例示的な実施形態では、熱監視アレイ１３０は、複数の流量計アセンブリを含み、第１の温度センサ４１２および結合された加熱要素４１６は、熱監視アレイ１３０に含まれる少なくとも１つの流量計アセンブリ５００には存在しない。例えば、図５において、熱監視アレイ１３０が流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎを含む場合、第１の温度センサ４１２および第２の温度センサ４２２は、熱監視アレイ１３０の第１の流量計アセンブリ１３２−１に含まれてもよく、第２の温度センサ５２２−１〜５２２−Ｎは、熱監視アレイ１３０の別々の流量計アセンブリ１３２−２に含まれてもよい。示されるように、別々の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−２は、異なる方位角方向位置および異なる軸方向位置を含む降下管アセンブリ１１０の別々の位置に配置し得る。第２の流量計アセンブリ１３２−２は、第１の温度センサ４１２および結合された加熱要素４１６を除外し得る。
【０１１３】
いくつかの例示的な実施形態では、降下管流路１１２を流れる冷却液１２２の温度は、降下管流路１１２の所与の軸方向部分にわたって異なる方位角方向位置で比較的均一であり得る。その結果、第１および第２の流量計アセンブリ１３２−１および１３２−２が降下管流路１１２の実質的に同様の軸方向部分に露出する場合に、第１の温度センサ４１２および結合した加熱要素４１６は、第２の流量計アセンブリ１３２−２になくてもよい。第１の流量計アセンブリ１３２−２内の第１の温度センサ４１２によって生成された温度データを、第２の流量計アセンブリ１３２−２内の第２の温度センサ５２２−１〜５２２−２によって生成された温度データと共に使用して、第２の流量計アセンブリ１３２−２における冷却液の流量４５０を決定し得る。
【０１１４】
いくつかの例示的な実施形態では、流量計アセンブリ１３２は、複数の第１の温度センサ４１２を含む。流量計アセンブリ５００は、複数の加熱要素４１６を含み、各別々の加熱要素４１６は、別々の第１の温度センサ４１２に直接的に結合し得る。複数の第１の温度センサ４１２は、別々の相対位置に配置することができる。
【０１１５】
図５をさらに参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、第１の温度センサ４１２のそれぞれは、それぞれの第１の温度センサ４１２によって測定されたそれぞれの第１の温度Ｔ１を示す別々の温度データを生成し得る。第１の温度センサ４１２のそれぞれは、１つまたは複数のライン１３４を介して制御システム１４０に電気的に結合し得る。複数の第１の温度センサ４１２によって生成された温度データは、ライン１３４を介して制御システムに通信されてもよい。制御システム１４０は、第１の温度センサ４１２から受信した第１の温度データを処理し得る。このような処理は、第１の温度センサ４１２によって測定された第１の温度Ｔ１に基づいて第１の温度Ｔ１を決定することを含み得る。例えば、制御システムは、第１の温度センサ４１２によって測定された第１の温度Ｔ１の平均である第１の温度Ｔ１を決定し得る。
【０１１６】
図５をさらに参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、流量計アセンブリ５００は、バックプレーン４０２上に延びるチャネルカバー５０４を含む。チャネルカバー５０４は、流量計アセンブリ５００の温度センサ４１２、４２２、５２２−１〜５２２−Ｎが露出する流路５０２を少なくとも部分的に画定し得る。チャネルカバー５０４は、温度センサ４１２、４２２、５２２−１〜５２２−Ｎによって生成された温度データが、原子炉１０２の他の要素、降下管流路１１２の１つまたは複数の部分２０２−１〜２０２−Ｎを流れる冷却液１２２、他の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎに含まれる加熱要素４１６によって発生する熱など、からの干渉から少なくとも部分的に独立するように、流量計アセンブリ５００の温度センサ４１２、４２２、５２２−１〜５２２−Ｎを降下管流路１１２の残りの部分から絶縁し得る。
【０１１７】
図６は、いくつかの例示的な実施形態による、ラインＶＩＢ−ＶＩＢ’に沿った図２の降下管流路１１２の概略図を示す。
【０１１８】
図６に示す降下管流路１１２部分は、炉心シュラウド１０８および容器壁１０６の一部を含み、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎが炉心シュラウド１０８の表面に結合されている。いくつかの例示的な実施形態では、１つまたは複数の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎは、容器壁１０６に結合し得ることを理解するであろう。
【０１１９】
図６に示す流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのそれぞれは、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのそれぞれが降下管流路１１２の軸方向に分離された部分２０２−１〜２０２−Ｎに露出されるように、異なる軸方向位置（すなわち異なるレベル）で炉心シュラウド１０８に結合される。いくつかの例示的な実施形態では、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのうちの１つまたは複数は、１つまたは複数の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎが、降下管流路１１２の方位角方向に分離された部分２０２−１〜２０２−Ｎに露出されるように、異なる方位角方向の位置で炉心シュラウド１０８および容器壁１０６のうちの１つまたは複数に結合されてもよい。
【０１２０】
いくつかの例示的な実施形態では、降下管流路１１２は、流体の少なくとも２つの相６０４、６０６を含む。例えば、１つまたは複数の液体は降下管流路１１２の一部を満たし、１つまたは複数の気体は降下管流路１１２の残りの部分を満たし得る。１つまたは複数の液体は、冷却液１２２の液相、１つまたは複数の他の液体などを含み得る。１つまたは複数の気体は、冷却液１２２の気相、１つまたは複数の他の気体などを含み得る。
【０１２１】
いくつかの例示的な実施形態では、気体流体と液体流体との間の流体二相界面が、降下管流路１１２内に位置するように、降下管流路１１２の１つまたは複数の下部は、１つまたは複数の液体流体によって満たされ、降下管流路の１つまたは複数の上部は、１つまたは複数の気体流体によって満たされる。例えば、図６に示す例示的な実施形態では、降下管流路１１２は、少なくとも１つの気体流体６０４および少なくとも１つの液体流体６０６で満たされ得る。流体二相界面６１０は、少なくとも１つの気体流体６０４と少なくとも１つの液体流体６０６との間で降下管流路１１２内に位置し得る。上述したように、少なくとも１つの液体流体６０６は、図１を参照して上述した液相中の冷却液１２２を含み得る。さらに、少なくとも１つの気体流体６０４は、冷却液１２２の気相および気相中の１つまたは複数の追加の流体のうちの少なくとも１つを含み得る。
【０１２２】
いくつかの例示的な実施形態では、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎによって生成された温度データを受信する制御システム１４０は、温度データを処理して、各流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎが露出する流体の相を決定し得る。制御システム１４０は、所与の流量計アセンブリが露出する流体の別々の相に関連する温度閾値、範囲などを記憶する記憶装置を含み得る。制御システム１４０は、各流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎから受信した温度データに基づいて、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのそれぞれの少なくとも１つの温度センサによって測定された温度を１つまたは複数の閾値、範囲などと比較して、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎがそれぞれ露出する別々のそれぞれの部分２０２−１〜２０２−Ｎの流体の位相を決定し得る。
【０１２３】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、隣接する流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎが流体の異なる相に露出しているという決定に基づいて、降下管流路１１２内の流体二相界面６１０の位置（例えば、冷却液の液面）を決定し得る。例えば、図６に示す例示的な実施形態では、流量計アセンブリ１３２−１は気体流体６０４に露出しており、流量計アセンブリ１３２−２〜１３２−Ｎは液相流体６０６に露出している。
【０１２４】
制御システム１４０は、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎによって生成された処理温度データに基づいて、流量計アセンブリ１３２−２〜１３２−Ｎのそれぞれが、液相流体６０６で満たされた降下管流路１１２のそれぞれの部分２０２−２〜２０２−Ｎに露出していると決定し得る。制御システム１４０は、流量計アセンブリ１３２−１が、気体流体６０４で満たされた降下管流路１１２の一部２０２−１に露出しているとさらに決定し得る。制御システム１４０は、それぞれの流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎを原子炉１０２内の別々の特定の位置に関連付けるデータベースを維持し得る。制御システム１４０は、データベースへのアクセスに基づいて、流量計アセンブリ１３２−１および１３２−Ｎが原子炉内で軸方向に隣接して配置されていると決定し得る。制御システム１４０は、軸方向に隣接する流量計アセンブリ１３２−１および１３２−２が、流体の異なる相で満たされている降下管流路１１２の隣接する部分２０２−１および２０２−２に露出していると決定し得る。この決定に基づいて、制御システム１４０は、流体二相界面６１０が流量計アセンブリ１３２−１と１３２−２との間に位置していると決定し得る。制御システム１４０は、原子炉１０２内の流量計アセンブリ１３２−１および１３２−２の位置を示すデータベースにアクセスし得るので、制御システム１４０は、流体二相界面６１０が流量計アセンブリ１３２−１と１３２−２との間に位置するという決定に基づいて、降下管流路１１２内の流体二相界面６１０の位置（すなわち、冷却液１２２の液面）を決定し得る。
【０１２５】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、少なくとも２つの隣接する軸方向に分離された流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎによって生成された温度データを比較することに基づいて、流体二相界面６１０が少なくとも２つの隣接する軸方向に分離された流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎの間に位置すると決定し得る。例えば、制御システム１４０は、隣接する流量計アセンブリ１３２−２および１３２−３によって生成された温度データを比較し得る。制御システム１４０は、隣接する流量計アセンブリのそれぞれの第１および第２の温度センサによって測定されたそれぞれの第１および第２の温度の間の差が少なくとも閾値を満たすかどうかを決定することに基づいて、流体二相界面６１０が、流量計アセンブリ１３２−２および１３２−３が露出するそれぞれの部分２０２−２および２０２−３の間に配置されているかどうかを決定し得る。いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、各流量計アセンブリのそれぞれの第１および第２の温度センサによって測定された第１および第２の温度の平均温度値を決定する。制御システム１４０は、熱監視アレイ１３０内の隣接する流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのそれぞれの平均温度間の温度差を決定し得る。
【０１２６】
いくつかの例示的な実施形態では、所与の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎ内の第１および第２の温度センサ４１２および４２２によって測定された温度間の温度差の大きさは、流量計アセンブリと流れ連通して循環する冷却液の相に基づいて変化し得る。このような温度差の大きさの変化は、異なる相の冷却液の異なる熱伝達係数に基づき得る。
【０１２７】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、所与の流量計アセンブリ１３２−１によって生成された温度データから決定された温度差ΔＴが気相流体６０４に露出することに関連する閾値を超えると決定することに基づいて、所与の流量計アセンブリ１３２−１が気相冷却液６０４に露出すると決定し得る。閾値は、記憶された値、実験的に決定された値、それらのいくつかの組み合わせなどであってもよい。
【０１２８】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、それぞれの流量計アセンブリによって生成された温度データから決定されたそれぞれの温度差ΔＴ値の大きさの間の差が、界面６１０が隣接する流量計アセンブリ間に配置されていることに関連する閾値を超えるという決定に基づいて、流体二相界面６１０が、隣接する流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎの間に配置されていることを決定し得る。閾値は、記憶された値、実験的に決定された値、それらのいくつかの組み合わせなどであってもよい。
【０１２９】
例えば、制御システム１４０は、隣接する流量計アセンブリ１３２−２および１３２−３によって測定された温度間の温度差が閾値未満であるという決定に基づいて、流体二相界面６１０が流量計アセンブリ１３２−２と１３２−３との間に配置されていないと決定し得る。別の例では、制御システム１４０は、隣接する流量計アセンブリ１３２−１および１３２−２によって測定された温度間の温度差が少なくとも閾値を満たすという決定に基づいて、流体二相界面６１０が流量計アセンブリ１３２−１および１３２−２の間に位置することを決定し得る。
【０１３０】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、降下管流路１１２内の流体二相界面６１０の位置（すなわち、レベル）を経時的に監視する。制御システム１４０は、流体二相界面６１０の決定された位置に基づいて冷却液１２２の流量を制御し得る。例えば、制御システム１４０は、降下管流路１１２を通る冷却液１２２の流量を制御して、流体二相界面６１０の位置を降下管流路１１２内の特定の範囲の位置（すなわち特定の範囲のレベル）内に維持し得る。流体二相界面６１０の位置が閾値レベル未満であることに応答して、制御システム１４０は、異常状態が存在すると判断することができ、警報を作動させること、オペレータに送信される警告信号を生成することなどを含む、対応措置をとることができる。その結果、原子炉１０２を通って流れる冷却液１２２の温度の改善された監視に基づいて原子炉の動作を改善し得る。
【０１３１】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、冷却液循環ポンプ電力と流体二相界面６１０の決定された位置との間の関係に基づいて、冷却液１２２の流量を制御し得る。関係は、ルックアップテーブルに格納されてもよく、ルックアップテーブル内の関連する値は、実験的に決定されてもよい。制御システム１４０は、流体二相界面６１０の決定された位置およびルックアップテーブルに基づいて循環ポンプ電力値を決定し得る。制御システム１４０は、循環ポンプに供給される電力量が決定された循環ポンプ電力値に実質的に対応するように、決定された循環ポンプ電力値にしたがって循環ポンプへの電力供給を制御し得る。循環ポンプに供給される電力量は、冷却液１２２の流量と実験的に相関させることができる。
【０１３２】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎによって生成された温度データに基づいて、降下管流路１１２内の冷却液１２２の温度分布を監視し得る。
【０１３３】
制御システム１４０は、軸方向に分離し、方位角方向に分離する流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎによって生成される温度データを処理することに基づいて、降下管流路１１２の異なる軸方向および方位角方向の部分２０２−１〜２０２−Ｎにおける冷却液１２２の温度を決定し得る。
【０１３４】
制御システム１４０はまた、各流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎが露出する部分２０２−１〜２０２−Ｎを決定することに基づいて、降下管流路１１２の異なる軸方向および方位角方向の部分２０２−１〜２０２−Ｎにおける冷却液１２２の温度を決定し得る。
【０１３５】
制御システム１４０は、降下管流路１１２全体にわたって冷却液１２２の温度分布を決定することができ、分布は、降下管流路１１２の様々な方位角方向に分離し軸方向に分離した部分２０２−１〜２０２−Ｎを通る軸方向および方位角方向の温度分布のうちの少なくとも１つである。
【０１３６】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、降下管流路１１２を通る冷却液１２２の温度分布を監視して、降下管流路１１２の異常状態を監視し得る。例えば、制御システム１４０は、降下管流路１１２の特定の軸方向、方位角方向部分２０２−１〜２０２−Ｎにおける冷却液１２２の温度が、降下管流路１１２の同じ軸方向部分２０２−１〜２０２−Ｎの異なる方位角方向位置における温度とは異なる閾値の大きさを少なくとも満たす場合に、原子炉１０２内に異常状態が存在すると決定し得る。その結果、原子炉１０２を流れる冷却液１２２の温度の改善された監視に基づいて原子炉運転を改善することができる。
【０１３７】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、降下管流路１１２の部分２０２−１〜２０２−Ｎを通る冷却液１２２の温度の軸方向分布および方位角方向分布の一方に制限される温度分布を決定し得る。例えば、降下管流路１１２を流れる冷却液１２２の温度は、降下管流路１１２の実質的に同様の軸方向部分２０２−１〜２０２−Ｎの異なる方位角方向部分において、均一および／または実質的に均一であり得る。その結果、冷却液１２２の温度は、概して、降下管流路１１２の軸方向部分２０２−１〜２０２−Ｎ（すなわち、レベル）によって変化し得る。制御システム１４０は、降下管アセンブリ内の共通する軸方向位置に配置された流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎによって測定された温度を平均化することに基づいて、降下管流路１１２内の冷却液１２２の温度分布を決定し得る。したがって、制御システム１４０は、降下管流路１１２の軸方向に分離された部分２０２−１〜２０２−Ｎを通る冷却液１２２の軸方向温度分布を決定し得る。
【０１３８】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、降下管流路１１２内の異なる軸方向位置、方位角方向位置などにおける温度データの比較に基づいて、冷却液１２２の過冷却の変化を監視し、異常状態（例えば、降下管流路１１２からの冷却液１２２の漏れ、降下管流路１１２内の温度異常など）を特定し、およびそれらの組み合わせを行い得る。いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、降下管流路１１２内の軸方向位置、方位角方向位置のそれぞれについて決定された温度を、降下管流路１１２内の軸方向位置、方位角方向位置のうちの１つまたは複数の履歴温度データと比較することに基づいて、降下管流路１１２内の冷却液１２２の流れを監視し得る。
【０１３９】
いくつかの例示的な実施形態では、降下管流路１１２の別々の部分２０２−１〜２０２−Ｎを通る方位角方向に非対称の冷却液１２２は、原子炉炉心１０４の異なる部分による非対称的な熱遮断をもたらし得る。降下管流路１１２の別々の部分２０２−１〜２０２−Ｎを通って流れる冷却液１２２の温度分布を監視することに基づいて、降下管流路１１２の別々の部分２０２−１〜２０２−Ｎを通る冷却液１２２の流量を制御することにより、そのような非対称性を減少させ、それによって原子炉の運転を改善することができる。
【０１４０】
図７は、いくつかの例示的な実施形態による、熱監視アレイを通る原子炉の降下管流路内の冷却液の流れを監視することを示す図である。監視は、本明細書の任意の実施形態に含まれる制御システムおよび本明細書の熱監視アレイの任意の実施形態に含まれる流量計アセンブリによって実施し得る。監視は、本明細書に含まれる熱監視アレイ１３０の任意の実施形態に関して実施し得る。
【０１４１】
図７を参照すると、７０２において、少なくとも１つの制御システム１４０は、各流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎに含まれる加熱要素４１６に大きさ「Ｐ」の電力を供給する。各流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎに含まれるそれぞれの加熱要素４１６に供給される電力は、Ｐ１〜ＰＮで表すことができる。制御システム１４０は、加熱要素４１６に供給される電力Ｐ１〜ＰＮの大きさを経時的に監視し得る。
【０１４２】
７０４−１〜７０４−Ｎにおいて、熱監視アレイ内の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのそれぞれは、少なくとも第１および第２の温度データを生成する。ステップ７０４−１〜７０４−Ｎのそれぞれは、ステップ７０６〜７１０を含む。ステップ７０４−１〜７０４−Ｎのそれぞれは、熱監視アレイ１３０の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎに関して並列に実施し得る。
【０１４３】
７０６において、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎの所与の流量計アセンブリに含まれる加熱要素４１６は、供給された電力Ｐ１〜ＰＮに基づいて熱ＱＨを生成する。熱ＱＨは、インターフェース４１４を介して所与の流量計アセンブリの直接結合された第１の温度センサ４１２に伝達される。インターフェース４１４は、表面領域「Ａ」を有する。
【０１４４】
７０８Ａにおいて、所与の流量計アセンブリの第１の温度センサ４１２は、１）第１の温度センサ４１２が露出する第１の流れの中を流れる冷却液の温度Ｔｅｎｖ、および２）伝達された熱ＱＨの両方に基づいて、第１の温度Ｔ１を測定する。
【０１４５】
７０８Ｂにおいて、所与の流量計アセンブリの第２の温度センサ４２２は、第２の温度センサ４２２が露出する第２の流れの中を流れる冷却液の温度Ｔｅｎｖに基づいて第２の温度Ｔ２を測定する。所与の流量計アセンブリの第１および第２の温度センサ４１２および４２２は、測定された第１および第２の温度Ｔ１およびＴ２のそれぞれに基づいて、それぞれ第１および第２の温度データを生成し得る。
【０１４６】
７１０において、所与の流量計アセンブリに含まれる第１および第２の温度センサ４１２および４２２は、第１および第２の温度データを制御システム１４０に通信する。
【０１４７】
図示のように、少なくとも第１および第２の温度データは、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのそれぞれから少なくとも１つの制御システム１４０に通信される。
【０１４８】
７１２において、制御システム１４０は、熱監視アレイ１３０の各流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎから受信した第１および第２の温度データを処理する。
【０１４９】
７１４において、制御システム１４０は、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのそれぞれについて温度差（Ｔ１−Ｔ２）を決定する。各温度差は、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのそれぞれの流量計アセンブリから受信した第１および第２の温度データによって示される少なくとも１つの第１の温度および少なくとも１つの第２の温度に基づいて決定される。
【０１５０】
７１６において、制御システム１４０は、別々の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎが露出する降下管流路１１２の部分２０２−１〜２０２−Ｎの流量２１６−１〜２１６−Ｎを決定する。流量２１６−１〜２１６−Ｎのそれぞれは、別々の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎについて決定された１つまたは複数の流量４５０の別々のセットであってもよい。制御システム１４０は、部分２０２−１〜２０２−Ｎのそれぞれに露出した１つまたは複数の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎについて決定された１つまたは複数の温度差に基づいて、部分２０２−１〜２０２−Ｎのそれぞれを通る流量４５０を決定し得る。上述のように、いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、決定された温度差、および、関連する温度差値および流量値のアレイを格納するルックアップテーブル（「ＬＵＴ」）に基づいて流量２１６−１〜２１６−Ｎを決定し得る。
【０１５１】
いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、方位角方向に分離した部分２０２−１〜２０２−Ｎのそれぞれ内の降下管内流路１１２の異なる軸方向部分に露出する複数の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎについて決定された流量４５０に基づいて、降下管流路１１２の方位角方向に分離した部分２０２−１〜２０２−Ｎのそれぞれについて流量２１６−１〜２１６−Ｎを決定する。例えば、制御システム１４０は、所与の方位角方向部分２０２−１内の降下管流路１１２の異なる軸方向部分について決定された流量４５０の平均に基づいて、降下管流路１１２の所与の方位角方向部分２０２−１についての流量２１６−１を決定し得る。
【０１５２】
７１８において、制御システム１４０は、降下管流路１１２の別々の部分２０２−１〜２０２−Ｎのそれぞれを通る冷却液１２２の流量２１６−１〜２１６−Ｎに基づいて、降下管流路１１２を通る冷却液１２２の総流量を決定する。総流量は、決定された流量２１６−１〜２１６−Ｎの合計であってもよい。
【０１５３】
７２０において、制御システム１４０は、温度データに基づいて、降下管流路１１２の別々の部分２０２−１〜２０２−Ｎを流れる冷却液の温度分布を決定する。制御システム１４０は、降下管流路１１２の異なる部分２０２−１〜２０２−Ｎに露出する流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎによって生成された温度データを比較して、降下管流路１１２の異なる部分にわたる温度傾向を決定し得る。例えば、制御システム１４０は、降下管流路１１２の別々の部分２０２−１〜２０２−Ｎに露出する別々の流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎから受信した温度データに基づいて、降下管流路１１２の異なる軸方向および方位角方向に分離した部分２０２−１〜２０２−Ｎにわたる温度分布を決定し得る。
【０１５４】
７２２において、制御システム１４０は、降下管流路１１２内の流体二相界面６１０の位置を決定する。流体二相界面６１０の位置は、降下管流路１１２内の液体冷却液１２２のレベルであり得る。制御システム１４０は、異なる流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎによって生成された温度データを処理して、流量計アセンブリ１３２−１〜１３２−Ｎのそれぞれが露出する別々の部分２０２−１〜２０２−Ｎに含まれる流体の相を決定し得る。
【０１５５】
７２４において、制御システム１４０は、温度データに基づいて１つまたは複数の原子炉運転を制御する。そのような制御は、決定された冷却液１２２の流量、決定された温度分布、および決定された流体二相界面６１０の位置のうちの少なくとも１つに基づいて、１つまたは複数の原子炉運転を制御することを含み得る。１つまたは複数の原子炉運転を制御することは、原子炉炉心１０４による熱遮断を制御することを含み得る。制御システム１４０は、原子炉１０２を通る冷却液１２２の流量を制御して、原子炉炉心１０４による熱遮断を制御し得る。
【０１５６】
例えば、冷却液１２２の決定された炉心流量に基づいて、制御システム１４０は、冷却液１２２の流れを調整して、原子炉の性能を向上させることができる。１つまたは複数の冷却液ポンプ、バルブ、ノズルなどを制御することに基づいて冷却液１２２の流れを制御し得る。
【０１５７】
上述したように、いくつかの例示的な実施形態では、制御システム１４０は、決定された冷却液１２２の流量、決定された温度分布、および決定された流体二相界面６１０の位置、および、決定された冷却液１２２の流量、決定された温度分布、および決定された流体二相界面６１０の位置のうちのそれぞれの少なくとも１つを対応する循環ポンプ電力値と関連付けるルックアップテーブル（「ＬＵＴ」）の少なくとも１つにしたがって、冷却液１２２の流量を制御し得る。制御システム１４０は、循環ポンプに供給される電力量が、決定された対応する循環ポンプの電力値に実質的に対応するように、循環ポンプへの電力供給を制御し得る。
【０１５８】
いくつかの例示的な実施形態では、１つまたは複数の原子炉運転を制御することは、原子炉１０２の異常状態を特定することに基づいて応答動作を実行することを含む。制御システム１４０は、冷却液１２２の流量、冷却液１２２の温度分布、降下管流路１１２内の流体二相界面６１０の位置などのうちの１つまたは複数に基づいて異常状態を特定し得る。応答動作は、警報を作動させること、オペレータにメッセージを生成すること、および他の制御システムに警告することのうちの少なくとも１つを含み得る。
【０１５９】
以下は、原子炉内に画定された降下管流路を通る冷却液循環の監視を可能にするように構成された原子炉の様々な特徴および利点の要約であるが、以下は網羅的なリストではないことを理解されたい。
【０１６０】
原子炉は、１つまたは複数の流量計アセンブリを含む熱監視アレイを含み得る。流量計アセンブリは、流量計アセンブリが降下管流路の異なる部分に露出するように、原子炉内の降下管アセンブリの１つまたは複数の表面に結合されてもよい。流量計アセンブリはそれぞれ、流量計アセンブリが露出しているそれぞれの流路部分を通る１つまたは複数の流れの温度を測定することに基づいて温度データを生成し得る。
【０１６１】
温度データは、制御システムで受信され処理されて、それによって降下管流路を通る冷却液の質量流量を決定することができる。降下管流路を通る流量を決定することに基づいて、制御システムは、原子炉内の冷却液の炉心流を監視し得る。炉心の流れを監視することに基づいて、制御システムは、冷却液の流れを調整して、原子炉の性能を向上し得る。その結果、熱監視アレイは、原子炉の動作を改善することができる。
【０１６２】
流量計アセンブリは、可動部品を省略することができる温度センサおよび加熱要素を含むので、熱監視アレイは、冷却液の炉心の流れを決定することができる可動構成要素（すなわちポンプ）を含む原子炉と比較して、原子炉の耐久性を向上させることができる。
【０１６３】
熱監視アレイの別々の流量計アセンブリによって生成された温度データを監視することに基づいて、制御システムは、降下管流路の軸方向に分離した、および方位角方向に分離した部分を通る冷却液の温度分布を決定し監視し得る。その結果、制御システムは、降下管流路内の温度異常を特定し、訂正応答動作を行い得る。その結果、熱監視アレイは、原子炉における異常な熱状態を特定することができる。さらに、熱監視アレイは、原子炉内の熱異常の軸方向位置および方位角方向位置を改良された精度で特定することができる。その結果、原子炉の運転が改善され得る。
【０１６４】
熱監視アレイの別々の流量計アセンブリによって生成された温度データを監視することに基づいて、制御システムは、降下管流路内の流体二相界面の位置を決定し監視し得る。降下管流路内の液体冷却液の表面レベルを含むこのような二相界面は、軸方向に分離した流量計アセンブリによって生成された温度データ間の差異に基づいて特定し得る。制御システムは、二相界面の位置を監視することに基づいて、原子炉内の液体冷却液レベルに関連する異常状態を特定し、応答動作を行い得る。その結果、原子炉の動作は、原子炉内の流体二相界面の位置を経時的に特定し監視することができる熱監視アレイに基づいて、改善され得る。
【０１６５】
本明細書では多くの例示的な実施形態が開示されているが、他の変形が可能であり得ることを理解されたい。そのような変形は、本開示の精神および範囲からの逸脱と見なされるべきではなく、当業者に明らかであるようなそのような変形のすべては、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図される。さらに、プロセスが本明細書に開示されているが、プロセスの記載された要素は、要素の異なる選択、それらのいくつかの組み合わせなどを使用して、異なる順序で実施されてもよいことを理解されたい。例えば、開示されたプロセスのいくつかの例示的な実施形態は、図示され説明されたプロセスの要素よりも少ない要素を使用して実施されてもよく、開示されたプロセスのいくつかの例示的な実施形態は、図示され説明されたプロセスの要素よりも多くの要素を使用して実施されてもよい。
【０１６６】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
原子炉（１０２）であって、
炉心と、
環状の降下管流路（１１２）を少なくとも部分的に画定する降下管アセンブリであって、前記降下管アセンブリは、前記環状の降下管流路（１１２）を介して冷却液を前記原子炉炉心（１０４）に導くように構成されている、降下管アセンブリと、
少なくとも１つの流量計アセンブリ（１３２）を含む熱監視アレイであって、前記少なくとも１つの流量計アセンブリ（１３２）は、前記少なくとも１つの流量計アセンブリ（１３２）が前記降下管流路（１１２）の少なくとも一部に露出するように、前記降下管アセンブリの少なくとも１つの表面に結合される、熱監視アレイと、
を含み、
前記流量計アセンブリ（１３２）は、
前記降下管流路（１１２）の前記一部における前記冷却液の第１の流れ（４５１）の温度を測定することに基づいて、第１の温度データを生成するように構成された第１の温度センサ（４１２）と、
加熱要素（４１６）が前記第１の温度センサ（４１２）に熱を加えるように動作可能になるように、前記第１の温度センサ（４１２）に結合された加熱要素（４１６）と、
前記降下管流路（１１２）の前記一部における前記冷却液の第２の流れ（４５２）の温度を測定することに基づいて、第２の温度データを生成するように構成された第２の温度センサ（４２２）であって、前記第２の温度センサ（４２２）は、前記加熱要素（４１６）から少なくとも部分的に絶縁されている、第２の温度センサ（４２２）と、
少なくとも前記第１の温度データおよび前記第２の温度データに基づいて、前記降下管流路（１１２）を通る前記冷却液の流量（４５０）を決定するように構成された制御システムと、
を含む、原子炉（１０２）。
［実施態様２］
前記第１の温度センサ（４１２）および前記第２の温度センサ（４２２）は、共通の流れ（４５１、４５２）に露出するように構成される、実施態様１記載の原子炉（１０２）。
［実施態様３］
前記制御システムは、前記第１の温度データおよび前記第２の温度データに基づいて温度差を決定し、前記温度差、前記加熱要素（４１６）に供給される電力の大きさ、および前記加熱要素（４１６）と前記第１の温度センサ（４１２）との間のインターフェース（４１４）の表面領域に基づいて前記流量（４５０）を決定するように構成される、実施態様１記載の原子炉（１０２）。
［実施態様４］
前記流量計アセンブリ（１３２）は、
少なくとも１つの第３の温度センサ（５２２−１）であって、前記少なくとも１つの第３の温度センサ（５２２−１）は、前記降下管流路（１１２）内の前記冷却液の少なくとも１つの流れの温度を測定することに基づいて第３の温度データを生成するように構成され、前記少なくとも１つの第３の温度センサ（５２２−１）は、前記加熱要素（４１６）から少なくとも部分的に絶縁される、少なくとも１つの第３の温度センサ（５２２−１）を含む、実施態様１記載の原子炉（１０２）。
［実施態様５］
前記熱監視アレイは、複数の流量計アセンブリ（１３２）を含み、前記複数の流量計アセンブリ（１３２）のうちの少なくとも２つの流量計アセンブリ（１３２）は、前記降下管流路（１１２）の別々の部分に露出される、実施態様１記載の原子炉（１０２）。
［実施態様６］
前記少なくとも２つの流量計アセンブリ（１３２）は、
前記降下管流路（１１２）の長手方向軸に対して、前記降下管流路（１１２）の軸方向に分離された部分と、
前記降下管流路（１１２）の前記長手方向軸に対して、前記降下管流路（１１２）の方位角方向に分離された部分と、
のうちの少なくとも１つに露出する、実施態様５記載の原子炉（１０２）。
［実施態様７］
前記制御システムは、前記第１の温度データおよび前記第２の温度データに基づいて、前記降下管流路（１１２）の前記少なくとも一部を流れる流体の温度を決定するように構成される、実施態様１記載の原子炉（１０２）。
［実施態様８］
前記制御システムは、前記第１の温度データおよび前記第２の温度データに基づいて、前記降下管流路（１１２）の前記少なくとも一部を流れる流体の相を決定するように構成される、実施態様１記載の原子炉（１０２）。
［実施態様９］
前記原子炉は、加圧水型原子炉および沸騰水型原子炉のうちの少なくとも１つである、実施態様１記載の原子炉（１０２）。
［実施態様１０］
前記熱監視アレイは、少なくとも第１の流体流れ（４５１）および第２の流体流れ（４５２）を、前記少なくとも１つの流量計アセンブリ（１３２）と流れ連通状態にし、前記降下管流路（１１２）の残りの部分から隔離するように導くように構成された流路カバー（５０４）を含む、実施態様１記載の原子炉（１０２）。
［実施態様１１］
流量計アセンブリ（１３２）が流路（１１２）の少なくとも一部に露出するように少なくとも１つの表面に結合されるように構成された流量計アセンブリ（１３２）を含む装置であって、
前記流量計アセンブリ（１３２）は、
前記流路（１１２）の前記一部における冷却液の第１の流れ（４５１）の温度を測定することに基づいて、第１の温度データを生成するように構成された第１の温度センサ（４１２）と、
加熱要素（４１６）が前記第１の温度センサ（４１２）に熱を加えるように動作可能になるように、前記第１の温度センサ（４１２）に結合された加熱要素（４１６）と、
前記流路（１１２）の前記一部における前記冷却液の第２の流れ（４５２）の温度を測定することに基づいて、第２の温度データを生成するように構成された第２の温度センサ（４２２）であって、前記第２の温度センサ（４２２）は、前記加熱要素（４１６）から少なくとも部分的に絶縁されている、第２の温度センサ（４２２）と、
を含む、装置。
［実施態様１２］
前記第１の温度センサ（４１２）および前記第２の温度センサ（４２２）は、共通の流れ（４５１、４５２）に露出するように構成される、実施態様１１記載の装置。
［実施態様１３］
前記流量計アセンブリ（１３２）は、前記第２の温度センサ（４２２）を前記加熱要素（４１６）から少なくとも部分的に絶縁するように構成された絶縁材料（４３０）を含み、前記絶縁材料（４３０）は、前記加熱要素（４１６）および前記第１の温度センサ（４１２）の少なくとも一部の周囲に充填される、実施態様１１記載の装置。
［実施態様１４］
前記流量計アセンブリ（１３２）は、
少なくとも１つの第３の温度センサ（５２２−１）であって、前記少なくとも１つの第３の温度センサ（５２２−１）は、前記流路（１１２）内の前記冷却液の少なくとも１つの流れの温度を測定することに基づいて第３の温度データを生成するように構成され、前記少なくとも１つの第３の温度センサ（５２２−１）は、前記加熱要素（４１６）から少なくとも部分的に絶縁される、少なくとも１つの第３の温度センサ（５２２−１）を含む、実施態様１１記載の装置。
［実施態様１５］
前記少なくとも１つの第３の温度センサ（５２２−１）および前記第２の温度センサ（４２２）は、
前記流路（１１２）の長手方向軸に対して、前記流路（１１２）の軸方向に分離された部分（２０２−１〜２０２−Ｎ）と、
前記流路（１１２）の前記長手方向軸に対して、前記流路（１１２）の方位角方向に分離された部分（２０２−１〜２０２−Ｎ）と、
のうちの少なくとも１つに露出するように構成された、実施態様１４記載の装置。
［実施態様１６］
前記第１の流体流れ（４５１）および前記第２の流体流れ（４５２）を少なくとも部分的に画定するように構成された流路カバー（５０４）をさらに含む、実施態様１１記載の装置。
［実施態様１７］
冷却液の第１の流れ（４５１）の温度と、加熱要素（４１６）から第１の温度センサ（４１２）への熱伝達との両方の温度に基づいて第１の温度センサ（４１２）で第１の温度データを生成するステップであって、前記加熱要素（４１６）は、前記熱伝達がインターフェース（４１４）を通るように前記インターフェース（４１４）で前記第１の温度センサ（４１２）に直接結合され、前記第１の温度データは、前記第１の温度センサ（４１２）によって測定された第１の温度を示す、ステップと、
前記流路（１１２）内の前記冷却液の第２の流れ（４５２）の温度に基づいて、前記加熱要素（４１６）によって生成された熱とは実質的に独立して、第２の温度センサ（４２２）で第２の温度データを生成するステップであって、前記第２の温度センサ（４２２）は、前記加熱要素（４１６）から少なくとも部分的に絶縁され、前記第２の温度データは、前記第２の温度センサ（４２２）によって測定された第２の温度を示す、ステップと、
前記第１の温度データおよび前記第２の温度データを遠隔に位置するコンピュータ処理装置（１４０）に通信するステップと、
を含む方法。
［実施態様１８］
前記第１の温度データおよび前記第２の温度データに基づいて、前記流路（１１２）を流れる前記冷却液の流量（４５０）を決定するステップであって、
前記第１の温度と前記第２の温度との間の温度差を決定するステップと、
前記温度差、前記インターフェース（４１４）の表面領域、および前記インターフェース（４１４）を通る前記熱伝達の速度に基づいて、前記冷却液の流量（４５０）を決定するステップと、
を含む、決定するステップと、
前記流路（１１２）を通る前記冷却液の前記決定された流量（４５０）に基づいて、原子炉炉心（１０４）による熱遮断を制御するステップと、
をさらに含む、実施態様１７記載の方法。
［実施態様１９］
前記第１の温度データおよび前記第２の温度データに基づいて前記流路（１１２）内の流体二相界面（６１０）の位置を決定するステップであって、
前記第１の温度と前記第２の温度との間の温度差を決定するステップと、
前記温度差に基づいて前記第１の流れ（４５１）および前記第２の流れ（４５２）のうちの少なくとも１つにおける前記冷却液の相を決定するステップと、
を含む、決定するステップと、
前記流路（１１２）内の前記流体二相界面（６１０）の前記決定された位置に基づいて、前記流路（１１２）の１つまたは複数の部分を通る前記冷却液の流量（４５０）を制御するステップと、
をさらに含む、実施態様１７記載の方法。
［実施態様２０］
前記第１の温度データおよび前記第２の温度データに基づいて、前記流路（１１２）の１つまたは複数の部分（２０２−１〜２０２−Ｎ）を通る冷却液の温度分布を決定するステップと、
前記流路（１１２）の前記１つまたは複数の部分（２０２−１〜２０２−Ｎ）を通る前記決定された流体の温度分布に基づいて、前記流路（１１２）の１つまたは複数の部分（２０２−１〜２０２−Ｎ）を通る前記冷却液の流量（４５０）を制御するステップと、
をさらに含む、実施態様１７記載の方法。
【符号の説明】
【０１６７】
１０２  原子炉
１０４  原子炉炉心
１０６  圧力容器壁
１０８  炉心シュラウド
１１０  降下管アセンブリ
１１２  降下管流路
１２０  冷却液循環ループ
１２２  低温冷却液
１２４  高温冷却液
１３０  熱監視アレイ
１３２  流量計アセンブリ
１４０  制御システム
４１２  第１の温度センサ
４１４  インターフェース
４１６  加熱要素
４２２  第２の温度センサ
４３０  絶縁材料
４５０  流量
４５１  第１の流れ
４５２  第２の流れ
５００  流量計アセンブリ
５０４  流路カバー
【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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【国際調査報告】
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