(57)【要約】【課題】原子炉機器の圧力変動を高い精度で、また高信頼性で測定する監視装置を提供する。【解決手段】原子炉格納容器１内に収納された原子炉圧力容器に接続された配管２の表面に貼付け、この原子炉圧力容器に接続された配管２のひずみを測定するひずみ測定部４を有する光ファイバー３と、この光ファイバー３に接続されて光信号を電気信号に変換するひずみ変換器６と、このひずみ変換器６に接続された監視装置７とを備える。光ファイバー３を原子炉格納容器１に設けた貫通口５に電気信号に変換することなく直接通し、原子炉格納容器１の外に設置したひずみ変換器で光信号を電気信号に変換してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉格納容器内に収納された原子炉圧力容器またはこの原子炉圧力容器に接続された配管の表面に貼付けられて、これら原子炉圧力容器またはこの原子炉圧力容器に接続された配管のひずみを測定するひずみ測定部を有する光ファイバーと、この光ファイバーに接続されて光信号を電気信号に変換するひずみ変換器と、このひずみ変換器に接続された監視装置とを備えたことを特徴とする原子力プラントの圧力変動監視システム。
【請求項２】
請求項１記載の原子力プラントの圧力変動監視システムにおいて、この光ファイバーを格納容器に設けた貫通口に電気信号に変換することなく直接通し、原子炉格納容器の外に設置したひずみ変換器で光信号を電気信号に変換することを特徴とする原子力プラントの圧力変動監視システム。
【請求項３】
請求項１記載の原子力プラントの圧力変動監視システムにおいて、この光ファイバーを格納容器に設けた光ファイバー式計装貫通口の伝送用の光ファイバーに電気信号に変換することなく直接接続し、格納容器の外に設置したひずみ変換器で光信号を電気信号に変換することを特徴とする原子力プラントの圧力変動監視システム。
【請求項４】
請求項１記載の原子力プラントの圧力変動監視システムにおいて、変換器から出力される複数の電圧信号を格納容器内に設置した信号多重伝送アンプに入力し、この信号多重伝送アンプの出力信号を格納容器の計装貫通口を通して格納容器外に設置した復調アンプで複数の電圧信号に分離することを特徴とする原子力プラントの圧力変動監視システム。
【請求項５】
請求項１記載の原子力プラントの圧力変動監視システムにおいて、ひずみ測定部を原子炉運転時の圧力脈動の振動数と配管内の音速を元に音響解析によって計算した配管内の圧力脈動の定在波の圧力振幅が極大となる位置に設置したことを特徴とする原子力プラントの圧力変動監視システム。
【請求項６】
請求項５記載の原子力プラントの圧力変動監視システムにおいて、ひずみ測定部を原子炉運転時の圧力脈動の振動数と配管内の音速を元に音響解析によって計算した配管内の圧力脈動の定在波を入力とした構造振動解析による表面ひずみ振幅が極大となる位置に設置したことを特徴とする原子力プラントの圧力変動監視システム。
【請求項７】
請求項１記載の原子力プラントの圧力変動監視装置において、
測定されたひずみ信号を入力として高速フーリエ変換を行い、ひずみ信号の振動数を同定する周波数分析器と、
周波数分析器によって同定したひずみ信号の振動数をもとに音響解析によって配管内とこの配管に接続する原子炉圧力容器内の圧力脈動の定在波を計算し、ひずみ信号を原子炉圧力容器内の圧力振幅量へ変換する変換手段と、
を備えたことを特徴とする原子力プラントの圧力変動監視システム。
【請求項８】
請求項７記載の原子力プラントの圧力変動監視システムにおいて、
計算された原子炉圧力容器内の圧力脈動の定在波を入力とした原子炉圧力容器内構造物の構造振動解析によって原子炉圧力容器内構造物に生じる最大ひずみ振幅を計算し、配管表面のひずみ信号をこの配管に接続する原子炉圧力容器内に設置された構造物に生じる最大ひずみ振幅量へ変換する手段と、
測定結果から計算された原子炉圧力容器内構造物に生じる最大ひずみ振幅量と、測定時の運転温度と構造物を構成する材料の疲労限度から計算される許容ひずみ振幅量を比較し、測定結果から計算された最大ひずみ振幅が許容ひずみ振幅を超えた場合に監視員または運転員に視覚的または聴覚的な警告を発する手段と、
を備えたことを特徴とする原子力プラントの圧力変動監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉等の原子力プラントの圧力変動を監視するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉において現在構造のまま熱出力の増加をはかり、蒸気流量を増加させると、一部のプラントにおいては、主蒸気系における圧力の脈動が増加し、これが原子炉に伝播して炉内に設置された蒸気乾燥器を破損する事態も想定されている。
【０００３】
また、再循環流量を増加させるためにポンプの回転数を変更するなどした際に、ポンプの回転数と羽根枚数に応じて発生する圧力脈動が炉内の機器を損傷する事例なども知られている。一般に、圧力変動を抑制する手段としては、圧力を外に逃がすことや、ヘルムホルツ共鳴器を設置して脈動を吸収して抑制する方法などが知られている。
【０００４】
このような抑制手段としては、例えば一定の圧力以上に上昇した場合に蒸気を水プールに排出する手段と、排出時に水面振動を抑制するために水中への排出管に緩衝用の穴を多数設けることや、他分野の例では脈動発生源の圧力容器にヘルムホルツ共鳴器を隣接して設置する方法（例えば特許文献１参照）などが行われる。
【０００５】
特に後者のような方法では、圧力脈動の振動数やその大きさを把握することが必要である。したがって、例えば時間応答性の良好な圧力センサを配管に設置することなどが考えられるが、内圧が高い圧力容器である配管に新たに貫通口を設けることはコストの面で不利である。このため、配管表面のひずみを検出して配管内または原子炉内の圧力脈動を間接的に測定する手法などが近年行われている。また、このような方法で測定された信号を原子炉格納容器外へ伝送するためには通常は金属を材料とする信号伝送線を内包した計装貫通口が用いられるが、貫通口で電磁ノイズを拾うことが多いため格納容器の内外にそれぞれ電気信号と光信号の間の変換器を設けて、一旦、金属の信号伝送線を光ファイバー線の信号伝送線に変換して、格納容器壁を貫通する光ファイバー式の計装貫通口などが開発されている。
【特許文献１】特開平７−１３９７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した配管表面のひずみを監視する方法においては、監視したい主蒸気配管や再循環系配管が運転中は密閉される原子炉格納容器内にあるため、格納容器内に立ち入ることができず、容器内に設置するひずみアンプやひずみゲージのケーブルなどを調整することができない。このため、運転前の設置時に信号／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）を高く調整するが、運転によって測定応力値や電磁場環境が変わり、Ｓ／Ｎ比が劣化した場合に再調整することができない。圧力脈動による配管表面のひずみは非常に微少な量であるため、Ｓ／Ｎ比の劣化によって監視不能になることがある。また、格納容器の内外を貫通する計測制御線の数は、計装ペネトレーションと呼ばれる格納容器の内外を貫通する電線貫通装置の数によって制限されるため、ひずみゲージの設置個数が限定されるという問題もある。さらに、監視箇所は配管内で圧力脈動が形成する定在波の形状が十分捕捉できるように、脈動の波長かその数分の一程度の長さの間隔で設置することが望ましいが、このように離れた位置にひずみゲージを設置すると、各ひずみゲージからひずみアンプまでの距離が長くなる。ひずみゲージは通常は抵抗値の微少な変化をブリッジ平衡回路によって電圧に換算して読み取るため、このようにアンプまでの信号線の長さが長くなると誤差が増加するし、また周囲の電磁ノイズを拾いやすくなる。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、原子炉格納容器の中の配管内や圧力容器内の圧力脈動を多数の点で高いＳ／Ｎ比で測定し、また格納容器外へその信号を伝送する手段を提供することのできる圧力変動監視装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、原子炉格納容器内に収納された原子炉圧力容器またはこの原子炉圧力容器に接続された配管の表面に貼付けられて、これら原子炉圧力容器またはこの原子炉圧力容器に接続された配管のひずみを測定するひずみ測定部を有する光ファイバーと、この光ファイバーに接続されて光信号を電気信号に変換するひずみ変換器と、このひずみ変換器に接続された監視装置とを備えたことを特徴とする原子力プラントの圧力変動監視システムである。
【発明の効果】
【０００９】
このように構成された本発明では、配管ひずみは光ファイバー内を光のかたちで伝送されるため、変換器にいたるまで電磁波ノイズの影響を受けない。このためＳ／Ｎ比が大幅に改善される。また、既存の計装貫通口を利用できるため、既存プラントに容易に追加して設置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る圧力変動監視装置の実施例について、図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１の実施例）
図１を用いて本発明の第１の実施例を説明する。図１は第１の実施例の構成を一部断面で示す斜視図である。
【００１２】
原子炉格納容器１の内側に設置された配管２の周方向に貼り付けたひずみ測定部４と、このひずみ測定部４で測定した光信号を導く光ファイバー３と、原子炉格納容器１内の計装貫通口５の近くに設置した光信号―電圧信号の変換器（ひずみ変換器）６と、変換器６からの出力信号を観測する監視装置７から構成されている。
【００１３】
このように構成された本実施の形態において、配管ひずみは光ファイバー３内の光のかたちで伝送されるため、変換器６に至るまでは電磁波ノイズを拾うことがなく、変換器６の直前までのＳ／Ｎ比は、ひずみ測定部４と変換器６との距離に関係なく改善される。また、既存の計装線貫通口を利用できるため、容易に高Ｓ／Ｎ比の圧力変動監視装置を既存プラントに構築することができる。
【００１４】
ひずみ測定部４の位置は、原子炉運転時の圧力脈動の振動数と配管２内の音速を元に音響解析によって計算した配管内の圧力脈動の定在波の圧力振幅が極大となる位置（振動の腹の部分）に設置するのが好ましい。
【００１５】
さらに、ひずみ測定部４の位置は、原子炉運転時の圧力脈動の振動数と配管２内の音速を元に音響解析によって計算した配管２内の圧力脈動の定在波を入力とした構造振動解析による表面ひずみ振幅が極大となる位置に設置するのが好ましい。たとえば、圧力振幅が極大となる位置が複数ある場合に、配管の肉厚が薄い部分の方が表面ひずみ振幅が大きくなるのが普通であり、その場合、圧力振幅が極大となり、しかも配管の肉厚が比較的薄い部分にひずみ測定部４を設置するのが好ましい。
【００１６】
（第２の実施例）
次に、本発明に係る原子力プラントの圧力変動監視装置の、第２の実施例を図２を用いて説明する。
【００１７】
図２は第２の実施例の構成を一部断面で示す斜視図である。
【００１８】
本実施例における原子炉格納容器１の計装貫通口５は金属線を内包しておらず物理的な貫通口である。この計装貫通孔５に直接光ファイバー３を通した構成とし、光信号と電圧信号の変換器６は原子炉格納容器１の外に設置されている。
【００１９】
このように構成された本実施の形態において、光ファイバー３は直接、原子炉格納容器１外へ取り出される。このため、電磁ノイズを拾い易い貫通口５を含め、原子炉格納容器１内の電磁場環境からノイズを受けることがない。このため原子炉運転中であっても人が立入る事が出来る格納容器外の調整のみで高Ｓ／Ｎ比の測定が可能となる。
【００２０】
また、光ファイバー式ひずみゲージは１本の光ファイバー３のみで複数の点のひずみ測定部４からの信号を伝送できるが、実施例１では原子炉格納容器１内で電気信号に変換するため、複数の計装貫通口５を使用しなければならない。これに対して本実施例では、光ファイバー３が一つの貫通口を使用するだけで複数のひずみ計測部４からの信号を原子炉格納容器外へ伝送することができる。このため既存の金属性の信号線を内包した計装貫通口５の一つを光ファイバー３用の計装貫通口５に交換するだけで、容易に複数点を監視できる高Ｓ／Ｎ比の圧力変動監視装置を既存プラントに構築することができる。
【００２１】
（第３の実施例）
次に、本発明に係る第３の実施例を図３を用いて説明する。図３は第３の実施例の構成を一部断面で示す斜視図である。
【００２２】
本実施例では原子炉格納容器１の貫通口５は光ファイバー式の計装貫通口であり、配管２に装着された光ファイバー３は、光ファイバー結合器８によって貫通口内の光ファイバー９に結合される。原子炉格納容器１の外側で再び光ファイバー結合器８によって伝送用の光ファイバーに結合し、原子炉格納容器１の外に設置された光信号―電圧信号の変換器６まで導かれる。
【００２３】
この変換器６で発生したひずみ信号は高速フーリエ変換器（周波数分析器）１０に入力され、振動数とひずみ振幅値が出力される。この振動数とひずみ振幅値を入力として計算機１１内の音響解析ルーティン１２で配管２に接続する原子炉圧力容器１３を含めた圧力脈動の定在波分布が計算される。
【００２４】
この計算結果は計算機１１内の構造振動解析ルーティン１４に受け渡され、原子炉圧力容器内に収納された蒸気乾燥器等の炉内構造物１５の表面における圧力脈動振幅を入力して、構造振動解析を実施し、最大ひずみ振幅値を出力する。この最大ひずみ振幅値は比較ルーティン１７へ受け渡され、原子炉内温度と構造物の材料を入力として計算された許容ひずみ振幅と比較され、この値よりも最大ひずみ振幅値が大きい時に計算機１１のモニター１６に警告信号を表示する。
【００２５】
このように構成された本実施の形態において、原子炉圧力容器内の構造物に電磁ノイズに弱い抵抗式のひずみゲージを設置することなく、圧力バウンダリの外側から容易かつ正確に炉内構造物の健全性を診断する監視装置を構築することができる。
【００２６】
（実施例４）
次に、本発明に係る原子力プラントの圧力変動監視装置の、第４の実施例を図４を用いて説明する。
【００２７】
図４は第４の実施例の構成を一部断面で示す斜視図である。この実施例は第１の実施例の変形であって、複数（図示の例では２本）の光ファイバー３を用いて複数のひずみ測定部４のひずみを測定できるように構成されている。信号多重伝送アンプ２０が原子炉格納容器１内に配置され、復調アンプが原子炉格納容器１外に配置されている。各光ファイバー３はそれぞれの変換器６に接続され、ここで変換された電気信号は信号多重伝送アンプ２０に送られて多重化される。そして、１本の線で貫通口５を貫通し、復調アンプ２１で複数の電圧信号に分離され、監視装置７に送られる。
【００２８】
この実施例によれば、複数のひずみ測定部４のひずみを測定でき、しかも、１本の線で貫通口５を貫通できる。
【００２９】
（他の実施例）
以上説明した各実施例は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、第３の実施例（図３）の計算機１１の内容は、他の実施例にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態を一部断面で示す斜視図。
【図２】本発明の第２実施形態を一部断面で示す斜視図。
【図３】本発明の第３実施形態を示す概念図。
【図４】本発明の第４実施形態を一部断面で示す斜視図。
【符号の説明】
【００３１】
１…原子炉格納容器、２…配管、３…光ファイバー、４…ひずみ測定部、５…貫通口、６…変換器（ひずみ変換器）、７…監視装置、８…光ファイバー結合器、９…貫通孔内の光ファイバー、１０…高速フーリエ変換器（周波数分析器）、１１…計算機、１２…音響解析ルーティン、１３…原子炉圧力容器、１４…構造振動解析ルーティン、１５…炉内構造物、１６…モニター、１７…比較ルーティン、２０…信号多重伝送アンプ、２１…復調アンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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