(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉内に収容され、ガンマ線の熱により発熱する部材から成る発熱体と、
前記発熱体の高さ方向の一部で、前記発熱体の周囲を囲って設置される断熱体と、
前記発熱体の前記断熱体に囲まれた断熱部分と、前記断熱体に囲まれていない非断熱部分との温度差を計測する温度差計測装置と、
原子炉圧力容器の一部かつ前記原子炉圧力容器の炉心より上部に設けられた取出部を介して前記原子炉内外に渡され、前記温度差計測装置で計測された前記温度差を前記原子炉外に供給する信号線と、
前記温度差に基づいて前記原子炉の冷却材の水位を評価する水位評価装置とを備えたことを特徴とする水位計測装置。
【請求項２】
前記断熱体および前記温度差計測装置は、前記発熱体の高さ方向に異なる複数箇所に設置される請求項１記載の水位計測装置。
【請求項３】
前記発熱体は複数本設けられ、
前記断熱体および温度差計測装置は前記発熱体毎に設けられる請求項１または２記載の水位計測装置。
【請求項４】
前記原子炉の側壁から前記原子炉内外に渡され、前記発熱体を加熱するヒータをさらに備えた請求項１〜３のいずれか一項記載の水位計測装置。
【請求項５】
前記ヒータは、複数の前記断熱体および前記温度差計測装置を加熱する１本のヒータである請求項４記載の水位計測装置。
【請求項６】
前記ヒータは、複数の前記断熱体および前記温度差計測装置毎に複数数本設けられる請求項４記載の水位計測装置。
【請求項７】
前記原子炉外に設けられ、加圧された気体を供給するコンプレッサと、
一端を前記コンプレッサに接続し、他端を前記原子炉内に開口する中空管とをさらに備え、
前記水位評価装置は、前記コンプレッサの加圧状態と前記原子炉内の圧力とに基づいて前記原子炉の冷却材の水位を評価する請求項１〜６のいずれか一項記載の水位計測装置。
【請求項８】
前記発熱体は、前記炉心を囲う炉心シュラウド内に配置される請求項１〜７のいずれか一項記載の水位計測装置。
【請求項９】
前記発熱体は、前記炉心を囲う炉心シュラウド外に配置される請求項１〜７のいずれか一項記載の水位計測装置。
【請求項１０】
前記温度差計測装置は、差動式熱電対である請求項１〜９のいずれか一項記載の水位計測装置。
【請求項１１】
前記水位評価装置は、前記温度差計測装置より前記断熱部分の温度と前記非断熱部分の温度とを取得し、前記非断熱部分の温度を用いて前記原子炉内の温度を計測する請求項１〜９のいずれか一項記載の水位計測装置。
【請求項１２】
前記断熱部分以外の発熱体に設けられ、前記原子炉内の温度を計測する温度計測装置をさらに備えた請求項１〜１１のいずれか一項記載の水位計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内の水位を計測する水位計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力発電プラントにおいては、内部水位を監視するための水位計が幾つか提案されている。
【０００３】
従来、例えば特許文献１において、原子炉の水位を計測するための監視装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３９０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
炉心近傍に設置する水位計では、原子炉内の水位が極端に低下した場合、燃料により加熱され正常に動作しない可能性があるという課題がある。また、炉心の異常加熱により高温の落下物が発生した場合、その落下物により水位計測装置の信号線などが損傷し、正常に動作しない可能性があるという課題がある。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、原子炉内の水位が極端に低下した場合においても動作可能であり高い信頼性を有する水位計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る水位計測装置は、上述した課題を解決するために、原子炉内に収容され、ガンマ線の熱により発熱する部材から成る発熱体と、前記発熱体の高さ方向の一部で、前記発熱体の周囲を囲って設置される断熱体と、前記発熱体の前記断熱体に囲まれた断熱部分と、前記断熱体に囲まれていない非断熱部分との温度差を計測する温度差計測装置と、原子炉圧力容器の一部かつ前記原子炉圧力容器の炉心より上部に設けられた取出部を介して前記原子炉内外に渡され、前記温度差計測装置で計測された前記温度差を前記原子炉外に供給する信号線と、前記温度差に基づいて前記原子炉の冷却材の水位を評価する水位評価装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る水位計測装置においては、原子炉内の水位が極端に低下した場合においても動作可能であり高い信頼性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態における水位計測装置の構成図。
【図２】図１の水位計測装置の温度差計測部分の構成を示す拡大図。
【図３】図１のIII−III線に沿う水平断面図。
【図４】第１実施形態の変形例としての水位計測装置の温度差計測部分の一部の構成を示す拡大図。
【図５】第１実施形態の他の変形例としての水位計測装置の水平断面図。
【図６】第２実施形態における水位計測装置の構成図。
【図７】本発明に係る水位計測装置の変形例を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る水位計測装置の実施形態を添付図面に基づいて説明する。各実施形態においては、本発明に係る水位計測装置を沸騰水型原子炉に適用して説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態における水位計測装置１の構成図である。
図２は、図１の水位計測装置１の温度差計測部分の構成を示す拡大図である。
図３は、図１のIII−III線に沿う水平断面図である。
【００１２】
図１に示すように、水位計測装置１は、原子炉圧力容器２内に発熱体１１、断熱体１２、温度差計測装置１３、およびヒータ１４を有する。また、水位計測装置１は、原子炉圧力容器２外に水位評価装置１５を有する。
【００１３】
原子炉圧力容器２内に配置される水位計測装置１の各構成は、図３に示すように絶縁物２０が充填された保護管１６に収容される。保護管１６は、図１に示すように、炉心３を囲む炉心シュラウド４内（炉心シュラウド４の炉心３側）に配置される。
【００１４】
発熱体１１は、原子炉圧力容器２内に収容され、例えば炉心３の上方から原子炉圧力容器２の下方まで鉛直方向に伸びた棒状部材である。発熱体１１は、炉心３より照射されるガンマ線やヒータ１４の熱により発熱する部材であって、例えばステンレスで形成される。断熱体１２は、例えばアルゴンガスが封入された筒状部材であり、発熱体１１の高さ方向の一部で、発熱体１１の周囲を囲って設置される。断熱体１２は、発熱体１１の周囲への熱放出を抑制する。
【００１５】
温度差計測装置１３は、発熱体１１の断熱体１２に囲まれた断熱部分の温度と、囲まれていない非断熱部分の温度差を計測する。温度差計測装置１３は、例えば２つ一組の熱電対や測温抵抗体、または断熱部分と非断熱部分とにそれぞれ接点を有する差動式熱電対である。
【００１６】
なお、温度差計測装置１３が２つ一組の熱電対である場合、信号線（熱電対素線）が２本×２＝４本必要である。これに対し、温度差計測装置１３が差動式熱電対である場合、２種類の熱電対素線を交互に３本順次接続し２点の接点における温度差を出力するため、信号線が２本でよい。このため、差動式熱電対を適用する場合には、保護管１６の径を小さくでき、原子炉圧力容器２内の水位計測装置１の設置体積を小さくすることができる。
【００１７】
ヒータ１４は、例えば発熱体１１の内部に発熱体１１に沿って設けられ、発熱体１１を加熱する。ヒータ１４は、断熱体１２および温度差計測装置１３近傍を加熱できればよく、他の部分においては発熱するヒータ線以外の導線であってもよい。
【００１８】
水位評価装置１５は、ヒータ１４と接続され、ヒータ１４に所要の電流を流す。また、水位評価装置１５は、温度差計測装置１３と信号線１８で接続され、温度差計測装置１３で計測された断熱部分および非断熱部分の温度差データを取得する。水位評価装置１５は、温度差計測装置１３の周囲が冷却材（水）である場合と空気である場合との温度差データを予め保持する。水位評価装置１５は、温度差計測装置１３から取得された温度差データと予め保持する温度差データとを比較し、温度差計測装置１３の周囲が冷却材であるか空気であるかを評価する。
【００１９】
信号線１８は、温度差計測装置１３で計測された温度差を原子炉圧力容器２外に供給する。信号線１８およびヒータ１４は、原子炉圧力容器２の側壁に設けられる取出部１９を介して原子炉圧力容器２内外に渡される。取出部１９は、原子炉圧力容器２内外で気密性を保つ。取出部１９は、原子炉圧力容器２の側壁であれば良いが、原子炉圧力容器２の炉心より上部に設けることが好ましい。
【００２０】
次に、第１実施形態における水位計測装置１の作用について説明する。
炉心３よりガンマ線が放出されると、発熱体１１は発熱する。発熱体１１の熱量は、断熱体１２の周囲（保護管１６の周囲）の冷却材または空気により除熱される。一方、断熱体１２に囲まれた発熱体１１の断熱部分は、非断熱部分とは異なり冷却材または空気により除熱されないため、非断熱部分と比較して高温状態を維持する。非断熱部分の熱量は、上下方向に徐々に移動し、冷却材または空気により除熱される。
【００２１】
ここで、冷却材は、空気に比べて除熱能力が高い（熱伝導率が大きい）。このため、温度差計測装置１３の周囲が冷却材である場合の非断熱部分の温度は、周囲が空気である場合の非断熱部分の温度に比べて小さくなる。このため、周囲が冷却材である場合の断熱部分と非断熱部分との温度差は、周囲が空気である場合の温度差よりも大きい。
【００２２】
水位評価装置１５は、得られた温度差データと予め保持する温度差データとを比較し、温度差計測装置１３の周囲が冷却材であるか否か、すなわち冷却材の水位が温度差計測装置１３より高いか、または低いかを評価する。
【００２３】
なお、炉心３の出力が低くガンマ線の放出量が少なく、温度差計測装置１３において所要の温度差が得られない場合、水位計測装置１は、ガンマ線に代えてヒータ１４により発熱体１１を加熱する。水位計測装置１は、ガンマ線による発熱を利用した場合と同様に、冷却材の水位を計測することができる。
【００２４】
この水位計測装置１によれば、通常時のみならず原子炉内の水位が極端に低下した場合であっても簡素な構成で原子炉圧力容器２内の冷却材の水位を計測できる。特に、水位計測装置１は、取出部１９を炉心３の側面に設けたため、信号線１８およびヒータ１４を原子炉圧力容器２の内部から外部に渡すことができる。このため、炉心の異常加熱により炉心３の底部へ落下物が発生した場合においても、取出部１９はこの落下物の影響を受けることない。すなわち、水位計測装置１は、信号線１８を介して温度差データを取得することができ、冷却材の水位を計測することができる。
【００２５】
また、水位計測装置１は、原子炉圧力容器２内に設けられる各構成を炉心３外であって炉心シュラウド４内に配置した。このため、水位計測装置１は、炉心３の異常加熱時においても炉心３の熱の影響を受けず、好適にガンマ線を利用した水位計測を行うことができる。
なお、水位計測装置１は、断熱体１２および温度差計測装置１３を発熱体１１の高さ方向に複数箇所設けることにより、冷却材の水位を詳細に計測することができる。
【００２６】
図４は、第１実施形態の変形例としての水位計測装置２１の温度差計測部分の一部の構成を示す拡大図である。
図５は、第１実施形態の他の変形例としての水位計測装置３１の水平断面図である。
第１実施形態と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２７】
図４に示すように、水位計測装置２１は、原子炉圧力容器２内に発熱体１１、断熱体２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、温度差計測装置２３ａ、２３ｂ、２３ｃおよびヒータ１４を有する。発熱体１１、断熱体２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、温度差計測装置２３ａ、２３ｂ、２３ｃおよびヒータ１４は、共通の保護管１６（図４においては省略）に収容される。また、水位計測装置２１は、原子炉圧力容器２の外に水位評価装置１５を有し、温度差計測装置２３ａ、２３ｂ、２３ｃおよびヒータ１４と水位評価装置１５とは信号線およびヒータ線で接続される。
【００２８】
断熱体２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、発熱体１１の高さ方向に異なる複数箇所に、発熱体１１の周囲を囲って設置される。温度差計測装置２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、各断熱体２２ａ、２２ｂ、２２ｃに囲まれた発熱体１１の断熱部分の温度と、囲まれていない非断熱部分の温度差を計測する。
【００２９】
水位評価装置１５は、高さ方向に異なる計測箇所から得られる温度差データから、各計測箇所の周囲が冷却材であるか否かの評価を行う。水位評価装置１５は、例えば温度差計測装置２３ａの周囲が空気であり、温度差計測装置２３ｂ、２３ｃの周囲が冷却材である場合、冷却材の水位は温度差計測装置２３ａと温度差計測装置２３ｂとの間にあると評価することができる。また、水位評価装置１５は、全ての温度差計測装置２３ａ、２３ｂ、２３ｃの周囲が冷却材である場合、冷却材の水位は温度差計測装置２３ａより上であると評価することができる。
このように、発熱体１１に高さ方向に異なる計測箇所を設けることにより、これらの組み合わせによって水位がどの位置にあるかをより正確に計測することができる。
【００３０】
計測箇所および計測箇所数は、任意に決定することができる。例えば、他の変形例である図５の水位計測装置３１のように、発熱体１１を囲むように高さ方向に異なる６箇所に温度差計測装置３３を設けてもよい。
【００３１】
なお、複数箇所で断熱部分および非断熱部分の温度差データをヒータ１４の熱を利用して計測する場合には、高さ方向に伸びた１本のヒータ１４で加熱してもよいし、各計測箇所専用の複数本のヒータ１４を設けて加熱してもよい。１本のヒータ１４を設ける場合、ヒータ線数が削減でき、原子炉圧力容器２内の水位計測装置２１、３１（保護管１６）の径を小さくできる。複数本のヒータ１４を設ける場合、いずれかのヒータ１４が断線などにより使用不能となり水位が計測できない場合であっても、使用可能なヒータ１４を利用して他の計測箇所で水位を評価できる。
【００３２】
また、発熱体１１を複数本設け、各発熱体１１の高さ方向に異なる位置にそれぞれ断熱体１２および温度差計測装置１３を設けてもよい。この場合、発熱体１１などを保護する保護管１６は、発熱体１１の本数に合わせて複数本設けられる。発熱体１１などを複数の保護管１６内に収容することにより、いずれかの装置が破損した場合でも、離れた位置にある他の装置で水位を計測することができる。
【００３３】
［第２実施形態］
図６は、第２実施形態における水位計測装置４１の構成図である。
第２実施形態における水位計測装置４１が第１実施形態と異なる点は、より正確に水位計測を行うため、圧力により水位を計測するための構成を備える点である。第１実施形態と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３４】
水位計測装置４１は、原子炉圧力容器２内に発熱体１１、断熱体１２、温度差計測装置１３、ヒータ１４および中空管４２を有する。また、水位計測装置４１は、原子炉圧力容器２外に水位評価装置１５およびコンプレッサ４３を有する。
【００３５】
中空管４２は、一端が原子炉圧力容器２外のコンプレッサ４３と接続され、他端が原子炉圧力容器２内の下部に開口された開口端４２ａである。中空管４２は、上下方向に伸びた上下管４２ｂを有し、上下管４２ｂの大部分は保護管１６内に収容される。開口端４２ａは、保護管１６の下端部から突出し、コンプレッサ４３より供給される気体を原子炉圧力容器２の下方に放出する。
【００３６】
コンプレッサ４３は、中空管４２に所定圧力に加圧された気体を供給する。コンプレッサ４３は、加圧の状態を水位評価装置１５に出力する。水位評価装置１５は、原子炉圧力容器２内の圧力を圧力計または原子炉圧力容器２の状態を計測する他の計測機器より取得する。なお、水位計測装置４１は、コンプレッサ４３の加圧の状態および原子炉圧力容器２の圧力から水位を計測するための専用の装置を設けてもよい。
【００３７】
次に、水位計測装置４１の作用について説明する。
水位計測装置４１は、第１実施形態の水位計測装置１と同様に、温度差計測装置１３から得られる温度差データに基づいて冷却材の水位を計測する。それと同時に、水位計測装置４１は、コンプレッサ４３より加圧された気体を中空管４２に供給する。水位評価装置１５は、開口端４２ａから気体が放出される際のコンプレッサ４３の圧力（放出圧力）と原子炉圧力容器２の圧力とに基づいて所定の演算を行い、冷却材の水位を求める。
【００３８】
水位計測装置４１は、周囲の流体の除熱能力の違いを利用して得られる温度差データと気体の放出圧力とからなる異なる方式・情報に基づいて冷却材の水位を計測することができ、冷却材や気体の温度が極端に異なる様な特殊な状況下においても、多面的に冷却材の水位を計測することができる。
この結果、第２実施形態における水位計測装置４１は、第１実施形態で奏する効果に加え、水位計測においてより高い信頼性を得ることができる。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００４０】
例えば、図７は、本発明に係る水位計測装置の変形例を示す構成図である。炉心３の高さ方向の範囲外の発熱体１１には、熱電対などの温度計測装置５２を設けることにより、水位計測装置５１は温度計測装置を兼ねることができる。また、温度差計測装置１３のうち非断熱部分に設けられる一方の装置１３ａは、温度差のみならず冷却材の温度を計測するために用いてもよい。
【００４１】
また、原子炉圧力容器２内に配置される発熱体１１、断熱体１２、温度差計測装置１３、およびヒータ１４は、炉心シュラウド４の外側に配置してもよい。炉心３からの熱影響を低減したい場合には有効である。
【００４２】
原子炉圧力容器２内に配置される発熱体１１と断熱体１２と温度差計測装置１３とは、炉心３の高さの範囲に配置されることにより、炉心３の局所出力を計測するために用いることもできる。
さらに、水位計測装置１、２１、３１、４１、５１は、保護管１６およびヒータ１４を省略してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１、２１、３１、４１、５１  水位計測装置
２  原子炉圧力容器
３  炉心
４  炉心シュラウド
１１  発熱体
１２、２２ａ〜２２ｃ  断熱体
１３、２３ａ〜２３ｃ、３３  温度差計測装置
１４  ヒータ
１５  水位評価装置
１６  保護管
１８  信号線
１９  取出部
２０  絶縁物
４２  中空管
４２ａ  開口端
４２ｂ  上下管
４３  コンプレッサ
５２  温度計測装置
【図１】
0005784449.tif 000002
【図２】
0005784449.tif 000003
【図３】
0005784449.tif 000004
【図４】
0005784449.tif 000005
【図５】
0005784449.tif 000006
【図６】
0005784449.tif 000007
【図７】
0005784449.tif 000008