(57)【要約】  本発明は、容器（２）に収容されている液体（１）の液位を検出する装置に関する。この装置は液体の液位を検出する手段（３）と、光ファイバー（４１）を備える温度センサ（４）であって、その光ファイバー（４１）はその長さ方向に沿って分布している複数のブラッグ回折格子（４１１）を有し、前記温度センサは、複数の領域（４１２）における光ファイバー（４１）によって測定された液体の温度を決定する手段を有し、各領域（４１２）は、それぞれの前記ブラッグ回折格子（４１１）に近接して配置されている温度センサ（４）と、前記光ファイバーによって複数の領域（４１２）で測定された温度から容器に収容されている液体の液位を決定する解析手段とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器（２）に収容されている液体（１）の液位を検出する装置であって、
液位検出手段（３）と、
広い周波数スペクトラムを有する光信号を受信するように構成された光ファイバー（４１）を備える温度センサ（４）であって、前記光ファイバー（４１）は前記光ファイバー（４１）の長さ方向に沿って分布している複数のブラッグ回折格子（４１１）を有し、各ブラッグ回折格子（４１１）は特定の波長を有する信号を後方散乱するように設計されており、前記光ファイバー（４１）は、ほぼ前記液位検出手段（３）に沿って長さ方向に配置されており、
各々の前記ブラッグ回折格子（４１１）によって後方散乱された信号の波長を用いて複数の領域（４１２）で前記光ファイバー（４１）によって測定された液体の温度を決定する手段を備えており、各領域（４１２）は各々の前記ブラッグ回折格子（４１１）に近接して配置されている温度センサ（４）と、
複数の領域（４１２）で前記光ファイバーによって測定された温度を用いて容器に収容されている液体の液位を決定する解析手段とを備えることを特徴とする、容器に収容されている液体の液位を検出する装置。
【請求項２】
前記解析手段は、
前記光ファイバーに沿って分布している複数の点における温度勾配を決定する手段と、
前記勾配の値が必要とされる範囲の勾配値に属していることをチェックする手段と、
前記勾配の値が前記範囲の外側にあるときに液位を決定する手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記解析手段は、引き続いて計算された二つの液位値の差が予め定められたしきい値を超えるときにアラームがトリガされるように定期的にトリガされることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記液位検出手段（３）に故障検出手段を有し、前記故障検出手段は前記液位検出手段の故障の場合に前記解析手段の作動をトリガすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記液位検出手段（３）および前記解析手段は、前記容器（２）に収容されている液位を同時に決定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記液位検出手段は、チューブ（３１）を有する気泡式液面センサ（３）であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記光ファイバー（４１）は、前記チューブ（３１）に沿って固定されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の装置を備える容器（２）であって、前記液位検出手段（３）が前記容器の底面（２１）に垂直な軸に沿ってその長さ方向に沿って配置されていることを特徴とする容器。
【請求項９】
原子炉の使用済み燃料プールから構成されていることを特徴とする請求項８に記載の容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器に収容されている液体の液位（level）を検出する装置に関する。特に、本発明は、原子炉の使用済み燃料プールに収容されている液体の液位を検出することに関する。この目的は、そのような容器に収容されている液体の液位の変動を検出することが必須であるからである。
【０００２】
本発明との関連で気泡式液面センサは、通気によって液位測定の可能ないかなるセンサにも関する。前記液位測定は、水の表面下で一端が開放されているチューブの中に好ましくは空気である、一定流量の気体を送り出すことによって行われる。
【背景技術】
【０００３】
原子炉容器の液位の測定は、関係している液体の特徴のために信頼性が最適化されなければならないということから特にクリティカルなステップである。原子炉容器内に収容されている液位の変動は、液位の変動に対して必要とされる最も適切な測定を行うために、可能な限り迅速に、かつ可能な限り正確に検出されなければならない。使用済み燃料プールの場合においては、使用済み燃料は常に水の中に浸漬されていなければならない。
【０００４】
容器、特に原子炉容器内の液位の検出の技術分野においては、当業者には種々の装置が知られている。
【０００５】
米国特許公報第７９２６３４５号は、熱電対を液位測定に使用している、原子炉の圧力容器の液位を測定する装置を開示している。多数のチューブを必要とすることに起因するその高いコストと測定の複雑さは別にして、測定の信頼性の観点においては、このような液位測定装置は大きな欠点がある。熱電対は、それぞれのチェック液位に対して、容器の底面に垂直に容器に沿って配置されている。この装置における測定は、一方は加熱された熱電対であり、一方は加熱されていない熱電対である一対の熱電対を用いて検出される。それぞれのチェック液位に対して一対の熱電対がある。同一のチェック液位に対する２つの熱電対の間の温度差は、その液位がこのチェック液位よりも下がっていることを示す。少なくとも１つの熱電対の故障によってチェック液位に対するリークの検出が遅れるかもしれない。このことは、そのリークを管理するための深刻な遅れを引きおこしうる。加えて、この装置においては、全ての加熱されていない熱電対が同一のチューブに設置されている。もし、全ての加熱されていない熱電対を含むチューブで故障があれば、全ての装置は機能せず、液位測定および従ってリーク検出はもはや動作しない。
【０００６】
特開２０１０−０８５３６７号は、原子炉の貯蔵容器内における気泡式液位測定装置を開示している。このような装置は、垂直に容器の中に挿入されている気泡ロッドから構成されており、そのロッドの上端に所定流量の空気が吹き込まれている。ロッドの中に吹き込まれた空気流はロッドの下端の出口で連続的に気泡が得られるように調整されている。ロッドからの出口で気泡を生み出すように加えられる空気圧は、ロッドの端部における液体の圧力に等しく、従って容器内の液体の深さに比例する。このような気泡式液位測定装置は、それが最適な測定の信頼性を提供しないという大きな欠点を有している。気泡ロッドの端部は事故の際に、または容器に収容されている粒子の蓄積の後で、塞がれることがありえる。このことは、その容器内での全ての液体における正しくない液位測定、または液位測定が行われないことすら引き起こす。仮に気泡ロッドの端部での閉塞に起因して装置の故障があれば、気泡ロッドの端部から障害物を取り去るまでは液位の変化を検出することは不可能である。それが原子炉の容器として使用されていれば、使用環境の特別な性質および容器内に収容されている液体の性質を考慮すると、この閉塞を除去するために必要な操作には多大な時間を取り得て、容器内の液位の変化を検出することを継続することは、もはや不可能になるであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、特に容器の液位の確実な測定、具体的には使用済み燃料プールのような原子炉容器の液位の確実な測定、を開示することによって、従ってこのタイプの容器の液位の変化を可能な限り迅速かつ効果的におよび連続的に検出することによって、上記に示した背景技術の欠点のいくつかまたは全てを是正することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これを達成するために本発明の１観点においては、以下を備える容器に収容されている液体の液位を検出する装置に関する。
−  液位検出手段と、
−  広い周波数スペクトラムを有する光信号を受信するように構成された光ファイバーを備える温度センサであって、前記光ファイバーは光ファイバーの長さ方向に沿って分布している複数のブラッグ回折格子（Bragg gratings）を有し、各ブラッグ回折格子は特定の波長を有する信号を後方散乱するように設計されており、前記光ファイバーは、ほぼ液位検出手段に沿って配置されており、前記センサは、各々の前記ブラッグ回折格子によって後方散乱された信号の波長を用いて、複数の領域で光ファイバーによって測定された液体の温度を決定する手段を備えており、各領域は各々の前記ブラッグ回折格子に近接して配置されている温度センサと、
−  複数の領域で光ファイバーによって測定された温度を用いて、容器に収容されている液体の液位を決定する解析手段と、を備える。
【０００９】
このような装置は、液位測定の種々の手段を提供すること、および液位の確実な測定を提供することの利点を有している。容器に収容されている液位はいくつかの方法によって決定されてもよい。例えば、液位検出手段のみを用いて、解析手段のみを用いて、または液位検出手段と解析手段とを組み合わせて用いて、決定されてもよい。従って、仮に手段のうちの一つが故障しても、液位検出は故障していない手段に切り替えられることができる。この切り替えは、例えば故障した手段を修理するときに行うことができる。液位が液位検出手段と解析手段との組み合わせによって決定されていれば、例えば得られた二つの液位値を比較して、仮に二つの値の差が非常に大きければ手段の一つが故障していると決定することができる。故障は、液位検出手段、温度センサもしくは、センサによって記録された温度から液位を決定する解析手段において生じるであろう。これは、ファイバーがもはや液体の中に浸漬されていないときでも複数の領域において光ファイバーによって測定される液体の温度であり、領域は液体に浸漬されていないか、または、まだ液体に浸漬されているかであろう。
【００１０】
加えて、温度センサの存在は、また、容器が特に原子炉の容器に使用される場合には、容器に収容されている液体または空気の温度が容器の固有の動作条件によって固定されているしきい値を超えていないことを確かめる温度測定ができる。例えば、使用済み燃料プールにおいては、プール内に収容されている液体は一定の温度のままでなければならない。温度の変化は使用済み燃料の原子核反応の望ましくない再開を引き起こし得るので、それ（温度の変化）は検出されなければならない。
【００１１】
加えて、そのような検出装置の利点は、液位測定を確保するために、あらかじめ液位検出手段を有している容器の中にそれ（検出装置）を取り付けることができることである。取り付けは、かなり小さな装置である光ファイバー温度センサを、所定の場所にある液位検出手段に沿って挿入することによって行われる。
【００１２】
単独で、または組み合わせて、用いることができるいくつかの具体的な実施形態においては、
●解析手段は以下を備える。
−  光ファイバーに沿って分布している複数の点における温度勾配を決定する手段と、
−  前記勾配の値が必要とされる範囲の勾配値（しきい値）に属していることをチェックする手段と、
−  その勾配の値が前記範囲の外側にあるときに液位を決定する手段とを備える。
●前記解析手段は、引き続いて計算された二つの液位値の差が予め定められたしきい値を超えるときにアラームがトリガされるように定期的にトリガされる。
●この装置は液位検出手段に故障検出手段を有し、その故障検出手段は液位検出手段の故障の場合に解析手段の作動をトリガする。  
●液位検出手段および解析手段は、その容器に収容されている液位を同時に決定する。
●液位検出手段は、チューブを有する気泡式液面センサである。
●光ファイバーは、チューブに沿って固定されている。
【００１３】
本発明は、また、液位検出手段が容器の底面に垂直な軸に沿ってその長さ方向に沿って配置されているような本発明による装置を備える容器に関する。容器は、原子炉の使用済み燃料プールから構成されていてもよい。  
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明の他の特徴や利点は、情報として示しており限定するものでない、添付された図面を参照して引き続く説明を読むことによって明らかになるであろう。
【図１】本発明の１実施形態における容器および液位検出装置の線図である。
【図２】ファイバーに沿った一連の温度測定点（即ち、収集点）｛Ｐn｝が用意されることを示す図である。
【図３】収集点が中央におかれる観察窓を示す図である。
【図４】一連の点｛Ｐn｝の例を示す図である。
【図５】得られた勾配の１例（図３に示すしきい値範囲に位置している例）を示す図である。
【図６】得られた勾配の１例（窓は最大の勾配に近いが、勾配がしきい値公差範囲のままである位置にある例）を示す図である。
【図７】得られた勾配の１例（勾配［Ｐl  Ｐr］は基準を超えており、もはやしきい値範囲内にはない例）を示す図である。
【００１５】
説明をより明瞭にするために、全ての図において同一または類似の要素は、同一の参照符号で示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、容器２に収容されている液体１の液位検出装置の１実施形態を図式的に示す。
【００１７】
この容器の中に液位検出手段３がある。この検出手段は、容器の底面２１の上方で、容器２内に収容されている液体の深さ１であるところの液位１を測定するために容器の底面２１に垂直にその長さに沿って配置されている。この液位検出手段３は、熱電対式液位検出手段、気泡式液位検出手段、磁気または非磁気の浮きを利用している液位検出手段、または他のいかなる液位検出手段でもよい。
【００１８】
装置はまた、ブラッググレーティング（ブラック回折格子）（Bragg grating）光ファイバータイプの温度センサ４を備える。このような温度センサは、複数のブラッグ回折格子４１１が書き込まれている光ファイバー４１を備える。複数のブラッグ回折格子４１１は、光ファイバーの長さ方向に沿って分布している。光ファイバーは、広い周波数スペクトラムを有する光信号を受信するように構成されている。光信号は、光ファイバー４１の一端４２に接続されている供給源によって送信されてもよい。各ブラッグ回折格子４１１は、その回折格子４１１が作られている領域４１２において、予め定められた温度下および機械的応力条件下で特定の波長を有する信号を後方散乱するように設計されている。もしこれらの条件が変更されれば、ブラッグ回折格子４１１は、最初の波長から変更された波長を有する信号を反射する。最初の波長と反射される波長との比は、温度に依存しており、それは温度変化を決定するように用いることができる。従って、ブラッグ回折格子４１１を取り囲む領域４１２の温度は観察される波長に対応する。光ファイバーに沿って書き込まれた各ブラッグ回折格子４１１の有する特定の波長に関連して、複数の領域４１２でその温度を決定することができる。温度はセンサ４を用いて決定され、これらの手段は、前記ブラッグ回折格子のそれぞれによって反射された信号の波長を取り出し、複数の領域４１２での液体１の温度を決定するために、それらを解析する。
【００１９】
光ファイバー４は液位検出手段３に沿って縦方向に配置されており、光ファイバー４は液位検出手段３に沿って固定されることができる。この手段（液位検出手段）が図１に示すように容器の底面２１に垂直に配置されているので、光ファイバー４１も同様に用いられている。ブラッグ回折格子４１１は、光ファイバー４１の長さに沿って分布しており、結果的に、温度は容器の底面２１に垂直な軸に沿って分布している複数の領域４１２で決定される。液体１の温度はこのようにチェックされることができる。
【００２０】
液位検出手段は、複数の領域４１２で光ファイバー４１によって測定された液体１の温度から始めて、容器２に収容されている液体１の液位を決定する解析手段を備える。解析手段は、センサ４の手段によって各領域４１２で決定された温度を取り出す。温度センサ４は、液体１および液体以外の媒体５を含む容器２に配置されている。仮に領域４１２がもはや液体１の中に浸漬されていなければ、この領域４１２の周りの温度勾配は変化する。媒体（液体１−液体以外の媒体５）の変化を反映する勾配のこの変化は、容器２に収容されている液体１の液位を推測するように用いられている解析手段によって検出される。例えば、液位検出の応答時間は、２０のブラッグ回折格子が書き込まれている光ファイバーに対して０．１秒である。容器１に収容されている液体２の液位の経時変化をモニタするため、計算手段が解析手段に接続されてもよい。
【００２１】
解析手段は、それぞれ引き続く温度値の間の勾配を計算するように動作する。計算手段は、液体の中または液体の外で、光ファイバーに沿って温度測定を行う。この（液体の外の）場合には、領域はもはや液体の中に浸漬されてはいない。ファイバーに沿った一連の（series）温度測定点（即ち、収集点）｛Ｐn｝は、このようにして用意される（図２参照）。収集点が中央におかれる観察窓が定義される。このような窓を図３に示す。この窓は、固定された大きさを有し、二次元（second order）不感帯によって特徴付けられる所望の傾きと公差が定義される。この不感帯および所望の勾配はこのようにして、しきい値勾配範囲を定義する。
検出方法は、第１に、図３に示すようにシーケンス｛Ｐn｝のなかの収集点Ｐkを検出窓に中心化することから構成される（一連の（series）点｛Ｐn｝の例は、図４に示す）。シリーズ｛Ｐn｝は、固定された収集時期がなくてもよいことに留意されたい。検出方法は、次にセグメント［Ｐk-1  Ｐk］と観察窓との間の交差点Ｐl、およびセグメント［Ｐk  Ｐk+1］（［Ｐk-1  Ｐk］に引き続くセグメント）と観察窓との間の交差点Ｐrを見出すように構成されている。勾配は、セグメント［Ｐl  Ｐr］によって得られる。図５に示すように、この場合における勾配は、図３に示すしきい値範囲内に位置しており、従って、不感帯公差内において要求されている値と一致している。
観察窓はその後、点から点へ中心化を維持しながら次の点（図６）に伝播する。この場合における窓は、最大の勾配に近いが、勾配がしきい値公差範囲のままである位置にある。
次の点（図７）では、勾配［Ｐl  Ｐr］は基準を超えており、もはやしきい値範囲内にはない。勾配の変化点は従って点Ｐk-1と考えられる。信号の「形状」に応じて、勾配の変化点としてのＰk-1に代えてＰlを維持することが必要であるかもしれない。校正曲線はその後、検出される勾配の変化に応じて得られる液位を用いる。
液位が一連の点の周期的収集に基づく各収集に対して見つけ出される。仮に二つの引き続く液位値の差が、予め定められているしきい値を超えれば、それは、液位が変化していると考えることができる。アラームは、液位変化が検出された時にトリガされることができる。
【００２２】
このような液位検出装置は、それが液体１の二つの液位測定を提供し、従って確実な液位管理を提供するという利点を有する。二つの提供された液位値を比較する解析手段を有することができる。この解析手段は、これら二つの液位値に不一致があれば、検出手段３、温度センサ４、もしくは温度センサ４により記録された温度を用いて液位を決定する解析手段に故障があると検出する。
【００２３】
好ましくは、このような液位検出装置は、すでに液位検出手段３を有している容器の液位測定を確保するために据え付けられてもよい。光ファイバー温度センサ４はコンパクトな装置である。液位検出装置３は、ブラッグ回折格子を有する光ファイバーを備える温度センサ４を手段３に沿って配置している液位検出手段３によって現存する液位測定を確保するように用いられてもよい。
【００２４】
解析手段による液位決定は、液位検出手段３に故障がある場合のみに起動されることができる。液位検出手段は、液位検出手段３の故障を検出するための手段を含んでも良い。仮に、液位測定がもはや提供されない、またはもはや信頼されない、と故障検出手段が指示すれば、解析手段は、領域４１２のそれぞれにおける温度から液体１の液位を推定することを始める。解析手段はスイッチを用いることで始められてもよい。従って容器の液位測定は、液位測定の多様化を可能にすることによって確保される。
【００２５】
図１に示されている液位検出手段３は、チューブ３１を備える気泡式液面センサ３であり、チューブ３１は容器の底面２１に垂直な軸に沿ってその長さに沿って配置されている。
【００２６】
この液位検出装置は、原子炉の使用済み燃料プールに取り付けられてもよい。この容器のタイプにおいて、使用済み燃料は、予め定められた量の水の中に永久的に浸漬されなければならない。上記に開示されたような信頼できる液位検出装置は、使用済み燃料プールの水位をモニタするために必要不可欠である。
【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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