(57)【要約】    【課題】  本発明の目的は炉心冷却材の流量を精度良く測定できる炉心流量測定装置を提供することにある。    【解決手段】  インターナルポンプ５を構成するディフューザ１０のポンプシュラウドにディフューザ翼の上流側先端近傍における圧力を検出する圧力導孔を穿設する。圧力検出装置１４は背側と腹側の圧力の差圧を検出し、流量演算装置１５で差圧から炉心冷却材流量を算出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心冷却材を循環させるインターナルポンプと、前記インターナルポンプを構成するディフューザのディフューザ翼の上流端近傍における背側と腹側の差圧を検出する圧力検出手段と、前記差圧を入力して炉心冷却材流量を算出する流量演算手段を具備することを特徴とする炉心流量測定装置。
【請求項２】
インペラから吐出される炉心冷却材を案内するディフューザを有するインターナルポンプと、前記炉心冷却材流量によって変化する前記ディフューザのディフューザ翼の上流端近傍における背側と腹側の差圧を検出する圧力検出手段と、前記差圧を入力して炉心冷却材流量を算出する流量演算手段を具備することを特徴とする炉心流量測定装置。
【請求項３】
インペラから吐出された炉心冷却材を案内するディフューザを有するインターナルポンプと、前記ディフューザを構成するディフューザ翼への前記炉心冷却材の流入角によって変化する前記ディフューザ翼の上流端近傍における背側と腹側の差圧を検出する圧力検出手段と、前記差圧を入力して炉心冷却材流量を算出する流量演算手段を具備することを特徴とする炉心流量測定装置。
【請求項４】
インペラ翼を備えたインペラから吐出された炉心冷却材を案内するディフューザを有するインターナルポンプと、前記インペラ翼下端より下流側であって前記ディフューザを構成するディフューザ翼の上流側先端近傍における背側と腹側の差圧を検出する圧力検出手段と、前記差圧を入力して炉心冷却材流量を算出する流量演算手段を具備することを特徴とする炉心流量測定装置。
【請求項５】
ディフューザハブとポンプシュラウドの間に複数枚のディフューザ翼を備えたディフューザを有するインターナルポンプと、前記ディフューザ翼の上流側先端近傍における前記ディフューザ翼の背側と腹側の圧力を測定するために前記ポンプシュラウドに穿設された圧力導孔と、前記圧力導孔から導いた圧力を入力し前記ディフューザ翼の上流側先端近傍における背側と腹側の差圧を検出する圧力検出手段と、前記差圧を入力して炉心冷却材流量を算出する流量演算手段を具備することを特徴とする炉心流量測定装置。
【請求項６】
圧力容器と炉心シュラウドの間に形成され炉心冷却材が流下する環状のダウンカマと、円筒状ディフューザハブの外面と円筒状ポンプシュラウドの内面との間に複数枚のディフューザ翼を設けたディフューザを備え、前記ダウンカマ下部の前記圧力容器の下鏡に取付けられているインターナルポンプと、前記ディフューザ翼の上流側先端近傍における前記ディフューザ翼の背側と腹側の圧力を測定するために前記ポンプシュラウドに穿設された２個の圧力導孔と、前記２個の圧力導孔からの圧力を前記炉心シュラウドの内面を介して前記圧力容器の外に導く２本の圧力導管と、前記２本の圧力導管で導かれた圧力を入力し前記ディフューザ翼の上流側先端近傍における背側と腹側の差圧を検出する圧力検出手段と、前記差圧を入力して炉心冷却材流量を算出する流量演算手段を具備することを特徴とする炉心流量測定装置。
【請求項７】
圧力容器と炉心シュラウドの間に形成され炉心冷却材が流下する環状のダウンカマと、円筒状ディフューザハブの外面と円筒状ポンプシュラウドの内面との間に複数枚のディフューザ翼を設けたディフューザを備え、前記ダウンカマ下部の前記圧力容器の下鏡に取付けられているインターナルポンプと、前記インターナルポンプに流入する炉心冷却材を整流する案内管と、前記ディフューザ翼の上流側先端近傍における前記ディフューザ翼の背側と腹側の圧力を測定するために前記ポンプシュラウドに穿設された２個の圧力導孔と、前記２個の圧力導孔からの圧力を前記炉心シュラウドの内面を介して前記圧力容器の外に導く２本の圧力導管と、前記２本の圧力導管で導かれた圧力を入力し前記ディフューザ翼の上流側先端近傍における背側と腹側の差圧を検出する圧力検出手段と、前記差圧を入力して炉心冷却材流量を算出する流量演算手段を具備することを特徴とする炉心流量測定装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項において、前記ディフューザ翼の背側と腹側の圧力検出領域は前記ディフューザ翼の上流側先端から翼の厚さが増加するテーパ面領域であることを特徴とする炉心流量測定装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項において、前記ディフューザ翼の背側と腹側の圧力検出領域は前記ディフューザ翼の上流側先端から前記ディフューザ翼の最大翼厚の略６倍の下流位置であることを特徴とする炉心流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインターナルポンプによって再循環される原子炉の炉心冷却材の流量を測定する炉心流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００１−２１５２９２号公報
【０００３】
改良発展沸騰水型原子炉においては炉心冷却材の再循環ポンプとしてインターナルポンプが用いられている。インターナルポンプは原子炉圧力容器と炉心シュラウドの間に形成され炉心冷却材が流下する環状のダウンカマ下部の圧力容器（下部鏡板）に取付けられる。インターナルポンプは回転するインペラで炉心冷却材を吸込み吐出しディフューザで下方に案内するようにしている。
【０００４】
ディフューザはディフューザハブとポンプシュラウドの間に複数枚のディフューザ翼を備えている。ディフューザ翼はインペラから吐出される炉心冷却材の流入方向に応じて上流側先端部分、つまり炉心冷却材入口部分を折曲している。ディフューザ翼の折曲部は、通称、上側を背側、下側を腹側と称している。また、ディフューザ翼は上流側先端部分が先端から厚みが漸次増加するテーパ形状に構成されている。
【０００５】
このようなインターナルポンプにより循環される炉心冷却材の流量はインペラ吐出側における流れ方向の上流側と下流側の異なる２点間の差圧によって測定している。このことは、例えば、上記特許文献１に記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術はインペラ吐出側における流れ方向の上流側と下流側の異なる２点間の差圧によって測定している。しかし、流量変化に対する差圧の変化が小さく、また、インペラやディフューザにクラッドが付着すると差圧特性の変化により流量測定精度が低下するという問題点を有する。
【０００７】
本発明の目的は炉心冷却材の流量を精度良く測定できる炉心流量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の特徴とするところは、インターナルポンプを構成するディフューザのディフューザ翼の上流側先端近傍における背側と腹側の差圧を検出し炉心冷却材流量を算出することにある。
【０００９】
換言すると、本発明は炉心冷却材流量つまりディフューザ翼への炉心冷却材の流入角によって変化するディフューザ翼の上流端近傍における背側と腹側の差圧を検出し炉心冷却材流量を算出するものである。
【００１０】
本発明はインターナルポンプを構成するディフューザのディフューザ翼の上流側先端近傍における背側と腹側の差圧を検出し炉心冷却材流量を算出している。ディフューザ翼の上流側先端（上流端）ではインペラから吐出された炉心冷却材の流れがディフューザ翼面に対して鈍角に衝突し、衝突角度つまりディフューザ翼への炉心冷却材の流入角度により圧力特性が決定される。炉心冷却材の流入角度と衝突位置は炉心冷却材流量によって変化し、圧力分布が顕著に変化する。また、クラッドに依存する摩擦損失は、翼面に対して平行な流れの速さに影響するが、ディフューザ翼の上流端では流入角度により圧力分布特性が決定されるためにクラッドの影響を無視できる程度に軽微なものになる。
【００１１】
流量変化に対する差圧変化はディフューザ翼の上流端を挟んで２点、すなわち、ディフューザ翼の背側（上側）と腹側（下側）の圧力を測定することにより、２点が近接していても十分な差圧変化を得ることができる。この理由は差圧測定孔をデイフューザ翼先端に設けたために、インペラの強い旋回流を受けるためである。このことは流動解析を実施して確認しており、流量変化に対する差圧変化の感度を大幅に増加させることができる。
【００１２】
なお、ディフューザ内は上流側のインペラ回転に伴う圧力脈動が激しくなるが、２点間をより近接させることによって圧力脈動の影響を打ち消すができる。また、クラッドによる摩擦損失は２点間の距離に比例して大きくなるため、近接して圧力測定を行うことによってクラッドの影響をさらに抑制することができる。
【００１３】
したがって、流量変化に対する差圧変化を大きくできると共にクラッドの影響を軽微なものにできるので、炉心冷却材の流量を精度良く測定することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は流量変化に対する差圧変化を大きくできると共にクラッドの影響を軽微なものにできるので、炉心冷却材の流量を精度良く測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
原子炉圧力容器と炉心シュラウドの間に炉心冷却材が流下する環状のダウンカマ形成されている。インターナルポンプは円筒状ハブの外面と円筒状ポンプシュラウドの内面との間に複数枚のディフューザ翼を設けたディフューザを備えており、ダウンカマ下部の圧力容器の下鏡に取付けられている。ディフューザ翼の上流側先端近傍におけるディフューザ翼の背側と腹側の圧力を測定するためにポンプシュラウドに２個の圧力導孔が穿設されている。２個の圧力導孔からの圧力は炉心シュラウドの内面を介して２本の圧力導管により圧力容器の外に導かれる。圧力検出手段は２本の圧力導管で導かれた圧力を入力し、ディフューザ翼の上流側先端近傍における背側と腹側の差圧を検出する。流量演算手段は圧力検出手段で検出した差圧を入力して炉心冷却材流量を算出する。
【実施例１】
【００１６】
図１に本発明の一実施例を示す。
【００１７】
炉心シュラウド1と原子炉圧力容器２の間に環状流路のダウンカマ３が形成されている。ダウンカマ３の下部の圧力容器２の下鏡にインターナルポンプ（ＲＩＰ）５が取付けられている。ＲＩＰ５は１０台ほど設置される。ＲＩＰ５のＲＩＰノズル８は圧力容器２と一体構成されている。ＲＩＰ５はインペラ９とディフューザ１０を備え、インペラ９が回転軸１３により図示しない電動機に連結されて回転する。インペラ９とディフューザ１０を囲うＲＩＰ５のハウジングはポンプデッキ２８によって支持されている。ポンプデッキ２８はＲＩＰ５のハウジング全周囲を支持している。圧力容器２内には制御棒ガイドチューブハウジング６と制御棒ガイドチューブ７が配置されている。
【００１８】
ＲＩＰ５のインペラ９は図２に示すように逆漏斗形状のインペラハブ１６に複数枚のインペラ翼１７が形成されている。また、ディフューザ１０は円筒状のディフューザハブ１８の外面と円筒状のポンプシュラウド１９の間に複数枚のディフューザ翼２０が設けられている。ディフューザ翼２０は上流側先端部分（炉心冷却材入口部分）を折曲して構成され、折曲部２１の上側が背側２０ａとなり、下側が腹側２０ｂになる。ディフューザ翼２０の折曲部２１は図４に示すように上流側先端から翼の厚さが増加するテーパ状に形成されている。
【００１９】
ポンプシュラウド１９はディフューザ翼２０の上流側先端近傍におけるディフューザ翼２０の背側２０ａと腹側２０ｂの位置に２個の圧力導孔１１ａ、１１ｂが穿設されている。２個の圧力導孔１１ａ、１１ｂは図４に示すようにディフューザ翼２０の上流側先端から厚みがテーパ状に形成されているテーパ面領域Ａに穿設されている。
【００２０】
２個の圧力導孔１１ａ、１１ｂが穿設されているポンプシュラウド１９の外面にはボス金具２２ａ、２２ｂが固着されている。ボス金具２２ａ、２２ｂにはそれぞれ金属製（ステンレス製）の圧力導管２３ａ、２３ｂの一端が連結されている。２本の圧力導管２３ａ、２３ｂの他端は炉心シュラウド１を貫通して炉心シュラウド１の内面に固着されているボス金具２４ａ、２４ｂに連結されている。この状態を平面図で示すと図３のようになる。
【００２１】
２本の圧力導管２５ａ、２５ｂの一端はボス金具２４ａ、２４ｂに連結されて下方に延設し、他端が圧力容器２の下鏡を貫通して圧力検出装置１４に接続されている。２個の圧力導孔１１ａ、１１ｂからの圧力は２本の圧力導管２５ａ、２５ｂにより炉心シュラウド１の内面を介して圧力容器２の外に導かれる。圧力検出装置１４は２個の圧力導孔１１ａ、１１ｂからの圧力を入力しディフューザ翼２０の上流側先端近傍における背側２０ａと腹側２０ｂの差圧を検出に流量演算装置１５に加える。流量演算装置１５は入力した差圧によって炉心冷却材流量を算出する。
【００２２】
図５に圧力導孔１１（１１ａ、１１ｂ）に圧力導管２３（２３ａ、２３ｂ）を連結する一例構成図を示す。
【００２３】
図５において、ボス金具２２は圧力導孔１１を覆うようにポンプシュラウド１９の外面に溶着されている。また、圧力導管２３と一体成形されたボス金具２６がポンプデッキ１８の上に溶着されている。図２、３に示すボス金具２２ａ、２２ｂはそれぞれボス金具２２と２６で構成されている。ボス金具２６の開口端には弾性体２７が配置されている。弾性体（金属パッキン）２７はボス金具２２の下側に凹溝に密接して当接している。
【００２４】
ＲＩＰ５はディフューザ１０をＲＩＰノズル８に結合するためにねじで強く締め付けられており、下向きに強い力が加えられている。また、ディフューザ１０の自重も下向きの力として作用する。弾性体２７はボス金具２２と２６に挟まれて圧縮され気密性高くシールドすることができる。
【００２５】
このような構成にすることにより、ディフューザ１０を点検時に取外し可能で、気密性高くシールドすることができる。
【００２６】
この構成において、白抜き矢印で示す炉心冷却材４は炉心シュラウド1と原子炉圧力容器２の間に形成される環状流路のダウンカマ３を流下しＲＩＰ５により加圧、吐出され、圧力容器２の下鏡に沿って流れ、制御棒ガイドチューブハウジング６を横切り、制御棒ガイドチューブ７の軸方向に沿って炉内を上昇する。
【００２７】
このようにしてＲＩＰ５により炉心冷却材４を再循環させているときに、ディフューザ翼２０の上流側先端近傍における背側２０ａと腹側２０ｂの圧力は圧力導孔１１ａ、１１ｂから圧力導管２３ａ、２３ｂと圧力導管２５ａ、２５ｂを介して圧力検出装置１４に導かれる。
圧力検出装置１４は２個の圧力導孔１１ａ、１１ｂからの圧力を入力しディフューザ翼２０の上流側先端近傍における背側２０ａと腹側２０ｂの差圧を検出し流量演算装置１５に加える。流量演算装置１５は入力した差圧によって炉心冷却材流量を算出する。
【００２８】
このようにディフューザ翼２０の上流側先端近傍における背側２０ａと腹側２０ｂの差圧を検出し炉心冷却材流量を算出するのであるが、流量変化に対する差圧変化を大きくでき、クラッドの影響を軽微にできることを具体的に説明する。
【００２９】
ディフューザ翼２０の上流側先端への炉心冷却材の流入角度（衝突角度）は図６に示すようにＲＩＰ５の回転速度と流量の速度三角形に依存する。回転速度が一定ならば流入角度は流量だけに依存することになる。炉心冷却材流量が少ないと図６（ａ）に示すように流入角度も小さくなる。炉心冷却材流量が多くなると図６（ｂ）に示すように流入角度も大きくなる。炉心冷却材の流入角度は図７に示すように流量が増加するのに伴い大きくなりディフューザ翼２０の上流側先端近傍における背側２０ａに衝突するようになる。
【００３０】
このように流量変化に従って炉心冷却材の流入角度が変化するとディフューザ翼２０の上流側先端領域の圧力分布は図８に示すようになる。原子炉の炉心流量は１００％〜１２０％の範囲で精度良い測定を求められる。図８は１００％と１２０％の炉心流量におけるディフューザ翼２０の上流側先端部分における圧力分布を流動解析によって求めた結果である。図８（ａ）は１００％流量、図８（ｂ）は１２０％流量の圧力分布特性である。
【００３１】
図８において、白丸印（○印）を記した領域が圧力が最も高く、黒丸印領域、三角印領域、×印領域の順になっている。×印領域の圧力が最も低くなっている。なお、印を付していない領域は他の圧力領域で、本発明に直接関係無いので印を付すのを省略している。
【００３２】
炉心冷却材の流れはディフューザ翼２０に衝突すると、流れの慣性力が圧力に変化すると推認される。１００％流量の場合、炉心冷却材の流れはディフューザ翼２０の腹側２０ｂに衝突する。このため、ディフューザ翼２０の上流側先端近傍における腹側の圧力が高くなり、背側２０ａの圧力が低くなる。一方、１２０％の場合には、炉心冷却材の流れがディフューザ翼２０の背側２０ａに衝突するために、ディフューザ翼２０の上流側先端近傍における背側２０ａが高圧、腹側２０ｂが低圧となる。
【００３３】
ディフューザ翼２０の上流側先端近傍における圧力変化は流量変化に対し徐々に移行する。このため、図４に示すようにディフューザ翼２０の上流側先端から厚みがテーパ状に形成されているテーパ面領域Ａに２個の圧力導孔１１ａ、１１ｂを穿設して背側２０ａと腹側２０ｂの圧力を検出してる。圧力導孔１１ａの圧力は図９（ａ）の特性ａのようになり、圧力導孔１１ｂの圧力は特性ｂのようになる。
【００３４】
図９（ａ）の圧力特性ａと圧力特性ｂの差圧は図９（ｂ）ようになる。得られる差圧は流量変化に対する変化が大きくなり、流量に対して感度の高いものとなる。
【００３５】
図１０にクラッドの影響を測定した差圧と流量の実測特性図を示す。
【００３６】
図１０の特性ａはクラッド無しの状態で本発明による測定特性で、特性ｂはクラッド付着の状態で本発明による測定特性である。また、特性ｃ，ｄはインターナルポンプの流入側と吐出側の差圧による測定特性で、特性ｃがクラッド無しの状態、特性ｄがクラッド付着の状態のものである。特性ａ、ｂと特性ｃ、ｄを比較して明らかなように、本発明では流量測定のクラッドの影響を軽微なものにできる
この理由は、クラッドに依存する摩擦損失はディフューザ翼２０の翼面に対して平行な流れの速さに影響するが、ディフューザ翼２０の上流側先端では流入角度により圧力分布特性が決定されるためにクラッドの影響を無視できる程度に軽微なものになる。また、クラッドによる摩擦損失は圧力を測定する２点間の距離に比例して大きくなるが、２個の圧力導孔１１ａ、１１ｂを近接して穿設しているためにクラッドの影響をさらに抑制することができる。
【００３７】
このように、流量変化に対する差圧変化を大きくできると共にクラッドの影響を軽微なものにできるので、炉心冷却材の流量を精度良く測定することができる。
【００３８】
なお、ディフューザ翼２０の上流側先端から厚みがテーパ状に形成されているテーパ面領域Ａに圧力導孔１１ａ、１１ｂを穿設して背側２０ａと腹側２０ｂの圧力を検出してる。しかし、実用上は図11に示すようにディフューザ翼２０の上流側先端から翼最大厚さＤの略６倍（６Ｄ）の下流位置までに圧力導孔１１ａ、１１ｂを穿設して背側２０ａと腹側２０ｂの圧力を検出しても同様にして圧力測定することができる。
【００３９】
ディフューザ翼２０の上流側先端から翼最大厚さＤの略６倍より下流側においては圧力分布の変極点が存在し、差圧の感度が鈍くなる。また、流量-差圧曲線が２次関数の関係になり、差圧と流量の関係が複雑になる。
【００４０】
また、インターナルポンプの回転速度が変化すると、流量―差圧特性が変化する。しかし、インターナルポンプの出荷試験では、複数の回転速度で試験を実施するため、回転速度をパラメータとした複数の流量―差圧曲線を取得できる。かつ、流量は回転速度の1乗、差圧は回転速度の２乗に比例して変化するため、所定の回転速度に対する流量―差圧曲線を容易に算出することができる。
【実施例２】
【００４１】
図１２に本発明の他の実施例を示す。図１２が図１に示す実施例１と異なるところはＲＩＰ５の入口側に案内管３０を配置したことである。案内管３０はポンプデッキ２８に取付けられている。
【００４２】
図１２の実施例２は炉心冷却材の流れが案内管３０により整流されてＲＩＰ５に流入するので、炉心流量の測定精度を一層高めることができる。
【００４３】
以上のようにして炉心流量を測定するのであるが、流量変化に対する差圧変化を大きくできると共にクラッドの影響を軽微なものにできるので、炉心冷却材の流量を精度良く測定することができる。
【００４４】
また、従来、工場試験で用いる圧力導孔（差圧測定孔）と実プラントで用いる圧力導孔は別の物を用いているために製作誤差があるのに対し、上述の実施例はインターナルポンプのディフューザに圧力導孔を設けているので、工場試験で得た圧力導孔の流量―差圧曲線を実プラントで用いることができ、製作誤差による測定誤差を無くすことができる。
【００４５】
さらに、逆流が停止時のインターナルポンプ内部を全量通過するが、工場試験における逆流時の流量―差圧特性に基づいて実プラントの逆流量を正確に測定できる。
【００４６】
なお、上述の実施例は同一のディフューザ翼の背側と腹側の圧力を測定するようにしているが、背側と腹側の圧力を測定するディフューザ翼を違わせても同様にして流量測定できることは勿論のことである。
【００４７】
また、圧力導孔はディフューザのディフューザハブに穿設したり、ディフューザ翼面に圧力導管を付着させてもよいことは明らかなことである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の要部を示す一部断面した構成図である。
【図３】本発明の要部を示す平面図である。
【図４】本発明を説明するための図である。
【図５】本発明の圧力導孔と圧力導管の連結部の一例構成図である。
【図６】本発明を説明するための図である。
【図７】本発明を説明するための図である。
【図８】本発明を説明するための圧力分布図である。
【図９】本発明を説明するための圧力特性図である。
【図１０】本発明を説明するための圧力分布図である。
【図１１】本発明を説明するための特性図である。
【図１２】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…炉心シュラウド、２…原子炉圧力容器、３…ダウンカマ、４…炉心冷却材、５…インターナルポンプ（ＲＩＰ）、６…制御棒駆動機構ハウジング、７…制御棒案内管、８…ＲＩＰノズル、９…ＲＩＰインペラ、１０…ＲＩＰディフューザ、１１…圧力導孔、１３…ＲＩＰ回転軸、１４…圧力検出装置、１５…流量演算装置、１６…インペラハブ、１７…インペラ翼、１８…ディフューザハブ、１９…ポンプシュラウド、２０…ディフューザ翼、２１…ディフューザ翼折曲部、２２、２４…ボス金具、２３、２５…．圧力導管、２７…弾性体、２８…ポンプデッキ、３０…案内管。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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