(57)【要約】【課題】原子力発電プラントの復水または給水の流量をより正確かつ精度よく測定することが可能な超音波流量計測システム、超音波流量計測方法、超音波流量計の使用方法および超音波流量計による流量計測値校正方法である。【解決手段】超音波流量計測システム２０は、原子力発電プラント２３の給水２５ａおよび復水２５ｂの少なくとも一方に反射体を供給する反射体供給機構２１と、前記反射体に超音波パルスを照射して反射した超音波エコーを受信し、給水２５ａおよび復水２５ｂの少なくとも一方の流速分布とともに流量を求める超音波流量計２２とを備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電プラントの給水および復水の少なくとも一方に反射体を供給する反射体供給機構と、前記反射体に超音波パルスを照射して反射した超音波エコーを受信し、前記給水および復水の少なくとも一方の流速分布とともに流量を求める超音波流量計とを備えたことを特徴とする超音波流量計測システム。
【請求項２】
原子力発電プラントの給水および復水の少なくとも一方に反射体を供給する反射体供給機構と、前記反射体に超音波パルスを照射して反射した超音波エコーを受信し、前記給水および復水の少なくとも一方の流速分布とともに流量を求める超音波流量計と、前記給水および復水の少なくとも一方の流量を求める既設流量計と、前記超音波流量計により計測された給水または復水の流量計測値と前記既設流量計により計測された給水または復水の流量計測値とに基づいて前記既設流量計による流量計測値の補正係数を設定する流量計測値校正手段とを備えたことを特徴とする超音波流量計測システム。
【請求項３】
前記反射体は気体であることを特徴とする請求項１または２記載の超音波流量計測システム。
【請求項４】
前記反射体は希ガスであることを特徴とする請求項１または２記載の超音波流量計測システム。
【請求項５】
前記反射体はヘリウム、ネオンおよびアルゴンの少なくとも１つを含む気体であることを特徴とする請求項１または２記載の超音波流量計測システム。
【請求項６】
前記反射体を気体とし、気体が前記給水または復水に溶け込む時間差を利用して流量計測部位に適切な量の反射体を供給するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の超音波流量計測システム。
【請求項７】
前記反射体を気体とし、流量計測部位における前記復水または給水に対する前記反射体の体積率が２０ｐｐｍから２０００ｐｐｍとなるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の超音波流量計測システム。
【請求項８】
前記反射体を整流器よりも上流側に供給するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の超音波流量計測システム。
【請求項９】
前記反射体を整流器から前記給水または復水が流れる配管の管径以上離れた上流側の部位に供給するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の超音波流量計測システム。
【請求項１０】
原子力発電プラントの給水および復水の少なくとも一方に反射体を供給してから、前記反射体に超音波パルスを照射して反射した超音波エコーを受信し、前記給水および復水の少なくとも一方の流速分布とともに流量を求めることを特徴とする超音波流量計測方法。
【請求項１１】
原子力発電プラントの給水および復水の少なくとも一方に反射体を供給してから、前記反射体に超音波パルスを照射して反射した超音波エコーを受信し、前記給水および復水の少なくとも一方の流速分布とともに流量を求める一方、前記給水および復水の少なくとも一方の流量を既設流量計で求め、前記計測された給水または復水の流量計測値と前記既設流量計により計測された給水または復水の流量計測値との比または差を求めることにより流量計測値の補正係数を設定することを特徴とする超音波流量計測方法。
【請求項１２】
前記反射体は気体であることを特徴とする請求項１０または１１記載の超音波流量計測方法。
【請求項１３】
前記反射体は希ガスであることを特徴とする請求項１０または１１記載の超音波流量計測方法。
【請求項１４】
前記反射体はヘリウム、ネオンおよびアルゴンの少なくとも１つを含む気体であることを特徴とする請求項１０または１１記載の超音波流量計測方法。
【請求項１５】
前記反射体を気体とし、気体が前記給水または復水に溶け込む時間差を利用して流量計測部位に適切な量の反射体を供給するようにしたことを特徴とする請求項１０または１１記載の超音波流量計測方法。
【請求項１６】
前記反射体を気体とし、流量計測部位における前記復水または給水に対する前記反射体の体積率が２０ｐｐｍから２０００ｐｐｍとなるようにしたことを特徴とする請求項１０または１１記載の超音波流量計測方法。
【請求項１７】
前記反射体を整流器よりも上流側に供給することを特徴とする請求項１０または１１記載の超音波流量計測方法。
【請求項１８】
前記反射体を整流器から前記給水または復水が流れる配管の管径以上離れた上流側の部位に供給することを特徴とする請求項１０または１１記載の超音波流量計測方法。
【請求項１９】
原子力発電プラントの給水および復水の少なくとも一方に反射体を供給してから前記給水および復水の少なくとも一方の流量を計測することを特徴とする超音波流量計の使用方法。
【請求項２０】
原子力発電プラントの給水および復水の少なくとも一方に反射体を供給してから前記給水および復水の少なくとも一方の流量を計測して流量計測値を求め、求めた流量計測値を既設流量計で求められる給水または復水の流量計測値の校正用に用いることを特徴とする超音波流量計の使用方法。
【請求項２１】
前記反射体は気体であることを特徴とする請求項１９または２０記載の超音波流量計の使用方法。
【請求項２２】
前記反射体は希ガスであることを特徴とする請求項１９または２０記載の超音波流量計の使用方法。
【請求項２３】
前記反射体はヘリウム、ネオンおよびアルゴンの少なくとも１つを含む気体であることを特徴とする請求項１９または２０記載の超音波流量計の使用方法。
【請求項２４】
前記反射体を気体とし、気体が前記給水または復水に溶け込む時間差を利用して流量計測部位に適切な量の反射体を供給するようにしたことを特徴とする請求項１９または２０記載の超音波流量計の使用方法。
【請求項２５】
前記反射体を気体とし、流量計測部位における前記復水または給水に対する前記反射体の体積率が２０ｐｐｍから２０００ｐｐｍとなるようにしたことを特徴とする請求項１９または２０記載の超音波流量計の使用方法。
【請求項２６】
前記反射体を整流器よりも上流側に供給することを特徴とする請求項１９または２０記載の超音波流量計の使用方法。
【請求項２７】
前記反射体を整流器から前記給水または復水が流れる配管の管径以上離れた上流側の部位に供給することを特徴とする請求項１９または２０記載の超音波流量計の使用方法。
【請求項２８】
原子力発電プラントの給水および復水の少なくとも一方に反射体を供給してから前記給水および復水の少なくとも一方の流量を計測して流量計測値を求め、求めた流量計測値と既設流量計で求められる給水または復水の流量計測値との比または差を求めることにより流量計測値の補正係数を設定し、設定した流量計測値の補正係数を用いて既設流量計で求められる給水または復水の流量計測値を校正することを特徴とする超音波流量計による流量計測値校正方法。
【請求項２９】
前記反射体は気体であることを特徴とする請求項２８記載の超音波流量計による流量計測値校正方法。
【請求項３０】
前記反射体は希ガスであることを特徴とする請求項２８記載の超音波流量計による流量計測値校正方法。
【請求項３１】
前記反射体はヘリウム、ネオンおよびアルゴンの少なくとも１つを含む気体であることを特徴とする請求項２８記載の超音波流量計による流量計測値校正方法。
【請求項３２】
前記反射体を気体とし、気体が前記給水または復水に溶け込む時間差を利用して流量計測部位に適切な量の反射体を供給するようにしたことを特徴とする請求項２８記載の超音波流量計による流量計測値校正方法。
【請求項３３】
前記反射体を気体とし、流量計測部位における前記復水または給水に対する前記反射体の体積率が２０ｐｐｍから２０００ｐｐｍとなるようにしたことを特徴とする請求項２８記載の超音波流量計による流量計測値校正方法。
【請求項３４】
前記反射体を整流器よりも上流側に供給することを特徴とする請求項２８記載の超音波流量計による流量計測値校正方法。
【請求項３５】
前記反射体を整流器から前記給水または復水が流れる配管の管径以上離れた上流側の部位に供給することを特徴とする請求項２８記載の超音波流量計による流量計測値校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流速分布とともに流体の流量を測定する超音波流量計測システム、超音波流量計測方法、超音波流量計の使用方法および超音波流量計による流量計測値校正方法に係り、特に原子力発電プラントの復水または給水の流量を測定することが可能な超音波流量計測システム、超音波流量計測方法、超音波流量計の使用方法および超音波流量計による流量計測値校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管内を流れる被測定流体の流量を測定する流量計として、図１５に示すような被測定流体に超音波を照射して超音波のドップラシフトを利用して流体の流量を計測する超音波流量計（例えば特許文献１参照）、反射体からのエコー信号の時間変化を相関法を利用して流体の流量を計測する超音波流量計がある（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
従来の超音波流量計１は、超音波トランスジューサ２、超音波速度分布計測ユニット３、コンピュータ４および表示装置５を備え、超音波送信手段６から超音波パルスを配管７内を流れる流体８に発信できるように構成される。
【０００４】
すなわち、超音波速度分布計測ユニット３の発振器９が基本周波数ｆ0 の電気信号を発生させてエミッタ１０に与え、エミッタ１０は電気信号を所定の時間間隔毎にパルス状に超音波トランスジューサ２に出力する。さらに、超音波トランスジューサ２はパルス電気信号の印加により配管７内を流れる流体８に向けて基本周波数ｆ0 の超音波パルスを測定線ＭＬに沿って発信する。
【０００５】
このため、超音波パルスが流体８中の気泡やＡｌの微粉末等のパーティクル等の反射体に当って超音波エコーが反射され、超音波トランスジューサ２により受信される。超音波エコーは、超音波トランスジューサ２でエコー電気信号に変換され、増幅器１１で増幅された後、ＡＤ変換器１２においてデジタル化される。デジタル化されたデジタルエコー信号は流速分布計測回路１３に与えられ、ドップラシフトによるデジタルエコー信号と発振器９から受けた基本周波数ｆ0 の電気信号との周波数差から測定線ＭＬに沿う流体８の流速の変化が求められる。
【０００６】
さらに、流速分布計測回路１３において、流体８の流速分布を傾斜角αで較正することで配管７の横断面における流速分布が計測される。そして、流体８の流速分布は、コンピュータ４に与えられて積分処理により流体８の流量が求められる。求められた流体８の流量は、コンピュータ４から出力されて時系列的に表示装置５に表示される。
【０００７】
このような超音波流量計１によれば、流体８の流速分布を測定して積分することにより流量を時間依存で応答性よく求めることができるため、定常状態の流れのみならず非定常状態の流れについても精度よく、非接触で流量を計測することができる。
【特許文献１】特開２０００−９７７４２号公報（第１頁−第５頁、図１参照）
【特許文献２】特開２００３−３４４１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の超音波流量計１は、流体８中の反射体により反射した超音波エコーを受信して流体８の流量を計測するため、精度よく流量を計測するためには、流体８中に十分な量の反射体が存在しなければならない。
【０００９】
しかし、原子力発電プラントの復水や給水は原子炉に導かれるため、炉心への影響を回避させるために異物となる固体等の不純物は、樹脂フィルタや中空子膜による水質管理により除去されて高純水とされる。このため、原子力発電プラントの復水給水配管を流れる復水や給水を計測対象の流体８とする場合には、反射体の量が不十分であり、復水や給水の流量を精度よく計測することができない。
【００１０】
一方、既設の絞り流量計により給水および復水の流量が計測されるが、経年変化により計測値がドリフトし、数億円規模の膨大なコストをかけて流量計の修理をせざるを得ない状況となっている。
【００１１】
本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、原子力発電プラントの復水または給水の流量をより精度よく測定することが可能な超音波流量計測システム、超音波流量計測方法、超音波流量計の使用方法および超音波流量計による流量計測値校正方法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】
【００１２】
本発明に係る超音波流量計測システムは、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、原子力発電プラントの給水および復水の少なくとも一方に反射体を供給する反射体供給機構と、前記反射体に超音波パルスを照射して反射した超音波エコーを受信し、前記給水および復水の少なくとも一方の流速分布とともに流量を求める超音波流量計とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明に係る超音波流量計測システムは、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、原子力発電プラントの給水および復水の少なくとも一方に反射体を供給する反射体供給機構と、前記反射体に超音波パルスを照射して反射した超音波エコーを受信し、前記給水および復水の少なくとも一方の流速分布とともに流量を求める超音波流量計と、前記給水および復水の少なくとも一方の流量を求める既設流量計と、前記超音波流量計により計測された給水または復水の流量計測値と前記既設流量計により計測された給水または復水の流量計測値とに基づいて前記既設流量計による流量計測値の補正係数を設定する流量計測値校正手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明に係る超音波流量計測方法は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、原子力発電プラントの給水および復水の少なくとも一方に反射体を供給してから、前記反射体に超音波パルスを照射して反射した超音波エコーを受信し、前記給水および復水の少なくとも一方の流速分布とともに流量を求めることを特徴とする方法である。
【００１５】
また、本発明に係る超音波流量計測方法は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、原子力発電プラントの給水および復水の少なくとも一方に反射体を供給してから、前記反射体に超音波パルスを照射して反射した超音波エコーを受信し、前記給水および復水の少なくとも一方の流速分布とともに流量を求める一方、前記給水および復水の少なくとも一方の流量を既設流量計で求め、前記計測された給水または復水の流量計測値と前記既設流量計により計測された給水または復水の流量計測値との比または差を求めることにより流量計測値の補正係数を設定することを特徴とする方法である。
【００１６】
また、本発明に係る超音波流量計の使用方法は、上述の目的を達成するために、請求項１９に記載したように、原子力発電プラントの給水および復水の少なくとも一方に反射体を供給してから前記給水および復水の少なくとも一方の流量を計測することを特徴とする方法である。
【００１７】
また、本発明に係る超音波流量計の使用方法は、上述の目的を達成するために、請求項２０に記載したように、原子力発電プラントの給水および復水の少なくとも一方に反射体を供給してから前記給水および復水の少なくとも一方の流量を計測して流量計測値を求め、求めた流量計測値を既設流量計で求められる給水または復水の流量計測値の校正用に用いることを特徴とする方法である。
【００１８】
また、本発明に係る超音波流量計による流量計測値校正方法は、上述の目的を達成するために、請求項２８に記載したように、原子力発電プラントの給水および復水の少なくとも一方に反射体を供給してから前記給水および復水の少なくとも一方の流量を計測して流量計測値を求め、求めた流量計測値と既設流量計で求められる給水または復水の流量計測値との比または差を求めることにより流量計測値の補正係数を設定し、設定した流量計測値の補正係数を用いて既設流量計で求められる給水または復水の流量計測値を校正することを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る超音波流量計測システム、超音波流量計測方法、超音波流量計の使用方法および超音波流量計による流量計測値校正方法においては、原子力発電プラントの復水または給水の流量をより精度よ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】
【００２０】
本発明に係る超音波流量計測システム、超音波流量計測方法、超音波流量計の使用方法および超音波流量計による流量計測値校正方法の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明に係る超音波流量計測システムの第１の実施形態を示す構成図である。
【００２２】
超音波流量計測システム２０は、反射体供給機構２１と超音波流量計２２とで構成される。反射体供給機構２１は、原子力発電プラント２３の復水給水配管２４内に反射体を供給する機能を有する一方、超音波流量計２２は復水給水配管２４内に供給された反射体に超音波パルスを照射させて反射した超音波エコーを受信することにより復水給水配管２４内の給水２５ａまたは復水２５ｂの流速分布を測定し、流量を時間依存で瞬時に測定する機能を有する。
【００２３】
図２は、図１に示す超音波流量計測システム２０による流量計測の対象の一例となる復水２５ｂおよび給水２５ａが流れる加圧水型原子力発電プラントの復水給水配管２４を示す図である。
【００２４】
加圧水型原子力発電プラント２３ａは、原子炉格納容器２６に原子炉２７、加圧器２８、蒸気発生器２９を収納し、蒸気発生器２９とタービン設備系３０とを主蒸気管３１で接続して構成される。タービン設備系３０は、動力伝達軸３２を介して発電機３３と接続される。タービン設備系３０には、復水器３４が設けられ、復水器３４は復水給水配管２４を介して蒸気発生器２９と接続される。復水給水配管２４には、原子炉給水ポンプ３６が設けられる。また、復水器３４には、復水器冷却系配管３７が設けられる。
【００２５】
一方、蒸気発生器２９は原子炉冷却系配管３８により加圧器２８および原子炉２７と接続され、原子炉冷却系配管３８は原子炉格納容器２６の外部の浄化装置３９に導かれる。
【００２６】
そして、浄化装置３９により浄化された水が原子炉２７において加熱されるとともに加圧器２８により加圧されて高温高圧の加圧水Ｘ１となって蒸気発生器２９に導かれる。蒸気発生器２９に復水給水配管２４から供給された給水２５ａは加圧水Ｘ１により加熱されて主蒸気Ｘ３となって主蒸気管３１を介してタービン設備系３０に導かれる。主蒸気Ｘ３はタービン設備系３０で仕事し、タービン設備系３０の回転動力は動力伝達軸３２を介して発電機３３に伝えられて発電がなされる。タービン設備系３０を経由した主蒸気Ｘ３は復水器３４で復水器冷却系配管３７により導かれた海水Ｘ２との熱交換により復水２５ｂとなって再び復水給水配管２４に排出される。復水給水配管２４に導かれた復水２５ｂは、原子炉給水ポンプ３６で昇圧されて給水２５ａとなり再び蒸気発生器２９に供給される。
【００２７】
図３は、図１に示す超音波流量計測システム２０による流量計測の対象の一例となる復水２５ｂおよび給水２５ａが流れる沸騰水型原子力発電プラントの復水給水配管２４を示す図である。
【００２８】
沸騰水型原子力発電プラント２３ｂは、原子炉格納容器２６に原子炉２７を収納し、原子炉２７とタービン設備系３０とを主蒸気管３１で接続して構成される。タービン設備系３０は、動力伝達軸３２を介して発電機３３と接続される。タービン設備系３０には、復水器３４が設けられ、復水器３４は復水給水配管２４を介して原子炉２７と接続される。復水給水配管２４には、原子炉給水ポンプ３６が設けられ、原子炉２７に導かれる。
【００２９】
そして、復水給水配管２４を介して原子炉２７に供給された給水２５ａが原子炉２７において加熱され、主蒸気Ｘ３となって主蒸気管３１を介してタービン設備系３０に導かれる。主蒸気Ｘ３はタービン設備系３０で仕事し、タービン設備系３０の回転動力は動力伝達軸３２を介して発電機３３に伝えられて発電がなされる。タービン設備系３０を経由した主蒸気Ｘ３は復水器３４で復水器冷却系配管３７により導かれた海水Ｘ２との熱交換により復水２５ｂとなって再び復水給水配管２４に排出される。復水給水配管２４に導かれた復水２５ｂは、原子炉給水ポンプ３６で昇圧されて給水２５ａとなり再び原子炉２７に供給される。
【００３０】
また、給水２５ａへは、浄化装置３９を経由して浄化された水が合流し、原子炉２７に導かれる。すなわち、原子炉冷却系配管３８から原子炉冷却材を取り出し、原子炉冷却材の水質をクリーンに保つ原子炉冷却材浄化系である浄化装置３９の戻り水が原子炉給水配管２４ａに戻る。
【００３１】
このような加圧水型原子力発電プラント２３ａおよび沸騰水型原子力発電プラント２３ｂのいずれにおいても、復水給水配管２４内の給水２５ａまたは復水２５ｂの流量は、原子力発電プラント２３の出力に影響するため精度よく計測する必要がある。そこで、超音波流量計測システム２０の流量計測対象は、原子力発電プラント２３の復水給水配管２４内を流れる給水２５ａまたは復水２５ｂの一方あるいは双方とされる。
【００３２】
一般に復水給水配管２４には、複数の加熱器が設けられる。このため、原子炉２７の入口のみならず、必要に応じて加熱器の入口においても流量が計測される。
【００３３】
図４は、図１に示す超音波流量計測システム２０による給水２５ａまたは復水２５ｂの計測箇所を示す沸騰水型原子力発電プラントの詳細構成図である。
【００３４】
沸騰水型原子力発電プラント２３ｂは、原子炉２７とタービン設備系３０とを主蒸気管３１，４２および復水給水配管２４で接続した構成である。タービン設備系３０は、高圧タービン４０と複数の低圧タービン４１とを共通の動力伝達軸３２に設け、動力伝達軸３２を発電機３３と接続して構成される。また、低圧タービン４１は復水器３４と接続される。この復水器３４には、復水器冷却系配管３７が設けられ海水Ｘ２が導かれて復水器３４が冷却される。
【００３５】
原子炉２７と高圧タービン４０は主蒸気管３１で接続され、高圧タービン４０と低圧タービン４１とは蒸気管４２で接続される。復水器３４と原子炉２７とは復水給水配管２４で接続され、復水給水配管２４上には、複数の加熱器４３、原子炉給水ポンプ３６および図示しない機器が設けられる。そして、高圧タービン４０および低圧タービン４１から加熱器４３に抽気管４４を介して蒸気の一部が抽気として導かれて復水２５ｂや給水２５ａとの熱交換に利用される。さらに、復水給水配管２４には図示しないドレン管や復水管が接続されて加熱器４３等の機器で生じたドレンは復水２５ｂや給水２５ａとして利用される。
【００３６】
そして原子炉２７において生成された主蒸気Ｘ３が高圧タービン４０および低圧タービン４１に導かれて仕事をした後、復水器３４において復水器冷却系配管３７内の海水Ｘ２との熱交換により復水２５ｂとなる。さらに、復水２５ｂは、原子炉給水ポンプ３６よりも上流側である復水器３４側の復水配管２４ｂ内を経由して各加熱器４３において加熱され、原子炉給水ポンプ３６で昇圧されて給水２５ａとなる。給水２５ａは、原子炉給水ポンプ３６よりも下流側である原子炉２７側の給水配管２４ａ内を経由して各加熱器４３において加熱され、原子炉２７に供給される。
【００３７】
この際、復水２５ｂの加熱には、高圧タービン４０および低圧タービン４１から導かれた抽気が利用される。
【００３８】
このような原子力発電プラント２３では、出力制御やヒートバランス制御のため、各所における復水２５ｂ、給水２５ａ、ドレン、海水Ｘ２等の流体の流量を精度よく計測することが重要となる。そこで、超音波流量計測システム２０は、必要に応じて復水給水配管２４上の任意箇所に任意数設けられる。例えば、特に流量計測が重要な原子炉２７や各加熱器４３の入口近傍の復水給水配管２４上に超音波流量計測システム２０が設けられる。
【００３９】
ところで、一般的な流量計を用いた配管内の流量計測では、工場における校正試験を実施して、流量計の流量補正係数を定める必要がある。しかし、配管直径が１ｍを超えるような大口径配管は、流量計の校正試験を工場で実施するのが困難であるため、従来の流量計のように流量補正係数を用いる方式では、高精度の流量計測が不可能である。
【００４０】
このような大口径配管としては、例えば火力発電所や原子力発電所の復水器を冷却するための復水器冷却系配管や水力発電所の水圧鉄管や水車出口配管等の配管がある。そこで、そのような大口径配管の任意の部位に、超音波流量計測システム２０を設けて運用することにより、発電所の効率改善、機器劣化診断、あるいは機器点検周期延伸が期待できる。但し、反射体が十分に存在する場合には、反射体の供給は不要である。
【００４１】
尚、上記のような大口径配管は、復水器冷却系配管等の配管であれば海水を、また水圧鉄管や水車出口配管等の配管であれば河川水を利用するため、反射体は季節や地域で変化することが経験的に知られる。
【００４２】
つまり、例えば図４に示すように超音波流量計測システム２０を復水器冷却系配管３７に設けて、復水器３４を冷却するための海水Ｘ２の流量を計測することもできる。復水器３４冷却用の海水Ｘ２は、季節や地域に応じて温度、微生物や不純物の量等の条件が変化するため反射体の量が変化することが経験的に知られる。このため、条件によっては海水Ｘ２内において反射体が不十分となる場合があるため、反射体供給機構２１により所要の反射体を供給して超音波流量計２２により海水Ｘ２の流量を計測することができる。ただし、海水Ｘ２内に反射体が十分に存在する場合には、反射体の供給は不要である。
【００４３】
さらに、原子力発電プラント２３のみならず、超音波流量計測システム２０を水力発電所の水車の上流もしくは下流に設けて、水車を通過する流量を測定することもできる。この際に、水車の下流に設ける場合には、キャビテーションによる気泡を反射体として使用できるため、反射体の供給は不要である。このように、水車の流量を測定することで、水車の効率を高精度に求めることができ、運転の効率化が図れる。
【００４４】
図５は、図１に示す超音波流量計測システム２０の適用対象の一例としての水力発電所の水圧鉄管を示す図である。
【００４５】
水力発電所４５は、水槽４５ａと放水庭４５ｂとの間の水圧鉄管４５ｃ上に水車４５ｄを設けて構成される。水車４５ｄは発電機４５ｅと接続され、発電機４５ｅは、遮断器４５ｆ、変圧器４５ｇおよび屋外開閉設備４５ｈを介して送電線４５ｉと接続される。水車４５ｄの上流側の水圧鉄管４５ｃには主弁４５ｊおよびバイパス弁４５ｋが設けられ、水槽４５ａから河川水Ｘ４が水車４５ｄに導かれて水車４５ｄを回転させることにより発電した後、放水庭４５ｂに放水される。
【００４６】
このような水力発電所４５において、水圧鉄管４５ｃの水車４５ｄの上流側もしくは下流側の任意の部位に超音波流量計測システム２０が設けられる。
【００４７】
一方、図１に示すように超音波流量計２２は、復水給水配管２４内を流れる給水２５ａの流速を非接触で測定する超音波速度分布計測ユニット４６を備える。以下、流量の測定対象となる流体を給水２５ａとするが復水２５ｂの場合にも同様である。超音波速度分布計測ユニット４６は給水２５ａに測定線ＭＬに沿って所要周波数（基本周波数ｆ0 ）の超音波パルスを送信させる超音波送信手段４７と、給水２５ａに入射された超音波パルスの測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における給水２５ａの流速分布を測定する流体速度分布測定手段４８と、給水２５ａの流速分布に基づいて演算処理して半径方向の積分を行ない、給水２５ａの流量を時間依存で求める流量演算手段としてのマイコン、ＣＰＵ、ＭＰＵ等のコンピュータ４９と、このコンピュータ４９からの出力を時系列的に表示可能な表示装置５０とを有する。
【００４８】
超音波送信手段４７は、所要周波数、例えば１ＭＨｚ，２ＭＨｚ，４ＭＨｚ等の基本周波数ｆ0 の電気信号を発生させる発振器（オッシレータ）５１と、この発振器５１からの電気信号を所定の時間間隔（１／Ｆrpf ）毎にパルス状に出力するエミッタ５２（周波数Ｆrpf ）とからなる信号発生器５３を備え、この信号発生器５３から基本周波数ｆ0 のパルス電気信号が超音波トランスジューサ５４に入力される。超音波トランスジューサ５４はパルス電気信号の印加により基本周波数ｆ0 の超音波パルスが測定線ＭＬに沿って発信せしめられる。超音波パルスは例えばパルス幅５mm程度で拡がりをほとんど持たない直進性のビームである。
【００４９】
超音波トランスジューサ５４は送受信器を兼ねており、超音波トランスジューサ５４は発信された超音波パルスが反射体供給機構２１により給水２５ａ中に注入された反射体に当って反射される超音波エコーを受信するようになっている。
【００５０】
超音波トランスジューサ５４に受信された超音波エコーは、このトランスジューサ２３でエコー電気信号に変換される。このエコー電気信号は増幅器５５で増幅された後、ＡＤ変換器５６を通ってデジタル化され、このデジタルエコー信号が流速分布計測回路５７に入力される。流速分布計測回路５７には、発振器５１からの基本周波数ｆ0 の電気信号がデジタル化されて入力され、両信号の周波数差からドップラシフトに基づく流速の変化を計測し、測定線ＭＬに沿う測定領域の流速分布を算出している。測定領域の流速分布を傾斜角αで較正することで復水給水配管２４の横断面における流速分布を計測することができる。
【００５１】
一方、反射体供給機構２１は、超音波パルスが発信される測定線ＭＬ上において十分な超音波エコーが生じて超音波トランスジューサ５４により受信するために必要な量の反射体を復水給水配管２４に供給するように構成される。
【００５２】
ここで、反射体として機能するためには、密度と音速の積で表される音響インピーダンスが給水２５ａと十分に異なる必要がある。つまり音響インピーダンスの異なる物質の界面において超音波パルスは反射ないし屈折するため、反射体の音響インピーダンスと給水２５ａの音響インピーダンスとが異なることが要求される。
【００５３】
固体は、純水である復水２５ｂや給水２５ａと音響インピーダンスが十分に異なるため、超音波パルスの反射体として機能する。しかし、固体は炉心に影響を与える恐れがあり、復水２５ｂや給水２５ａは樹脂フィルタや中空子膜による水質管理により除去されて高純水とされるため、反射体を固体とする場合には、反射体回収機構を設けることが必要となる。また、液体は、純水と音響インピーダンスが十分に異ならないため反射体とした場合に、十分な超音波エコーが生じない恐れがある。
【００５４】
一方、気体は純水と音響インピーダンスが十分に異なり、かつ炉心への影響が小さいため、超音波パルスの反射体として利用することができる。しかし、復水給水配管２４内の給水２５ａは原子炉２７に導かれるため、反射体は炉心内外、特に炉心反応度への影響がより少ないことが要求される。原子炉２７の炉心反応度は、秒速２２００ｍ／ｓ程度で飛行する熱中性子の量に大きく依存し、熱中性子の量は原子炉２７の反応度計算のファクタとして重要であることが知られる。従って、反射体には反射体を構成する物質内に熱中性子が入射した際に相互作用（散乱、吸収）する確率、すなわち熱中性子に対する全巨視的断面積が十分に小さいことが必要とされる。
【００５５】
また、反射体は炉心以外への影響が十分に無視できることが重要である。このため、反射体は化学的に安定した性質を有することが重要となる。
【００５６】
図６は、工業的に普遍的な気体および希ガスの熱中性子に対する巨視的断面積、基本的な化学的性質および原子炉２７への影響を比較した図である。
【００５７】
図６に示すように工業的に普遍的で入手が容易な気体としては、水素Ｈ、窒素Ｎ、酸素Ｏ等の物質が挙げられ、希ガスとしてはヘリウムＨｅ、ネオンＮｅ、アルゴンＡｒ、クリプトンＫｒ、キセノンＸｅ，ラドンＲｎがある。図６によれば、各元素のうち、ヘリウムの熱中性子に対する巨視的断面積である吸収断面積、散乱断面積、全断面積はいずれも、他の物質よりも顕著に小さいことが分かる。例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴンの全断面積は、おおよそ酸素や窒素の全断面積の数１０分の１程度であり、水素の全断面積の数１００分の１程度である。このため、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスは他の気体と比べて中性子との反応性が低いことが分かる。
【００５８】
尚、図６のうち、巨視的断面積のデータは「原子炉の理論と解析（上）：現代工学社編」に、基本的な化学的性質は杉並学院中学・高等学校のホームページ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｕｇｉｎａｍｉ．ａｃ．ｊｐ／ｓｔｕｄｙ／ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ／ｇｒｏｕｐ１８．ｈｔｍ）に、原子炉２７への影響については科学技術振興機構（ＪＳＴ）のホームページ（ｈｔｔｐ：／／ｓｔａ−ａｔｍ．ｊｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／）および原子力ハンドブックより（オーム社）に記載されている。
【００５９】
一方、入手が容易な気体の１つである水素は復水給水配管２４やその他の部材の応力腐食防止のために既に給水２５ａに注入されているが、Ｎ１６生成主蒸気線量が上昇することが分かっており、かつ燃料の水素脆化が懸念される。また窒素を給水２５ａに注入すると、放射化されて超半減期物質Ｃ１４が生成されるという問題があり、酸素を給水２５ａに注入すると、炉心構造物の腐食環境が悪化するという問題がある。
【００６０】
しかし、ヘリウム、ネオン、アルゴンについては、給水２５ａに注入することについて現状は特段の問題がない。すなわち、希ガスであるヘリウム、ネオン、アルゴンは他の気体と比べて化学的な反応性が低い。これは希ガスの電子配置が安定で、通常化学結合するための電子の享受や共有が行われないためである。
【００６１】
従って、反射体としては、気体を用いることが有効である。さらに気体の中でも希ガス、特にヘリウム、ネオン、アルゴンを用いることが望ましい。ただし、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスを主成分として含めば、他の気体と混合していてもよい。
【００６２】
なお、希ガスのなかでもヘリウムは他の希ガスに比べて分子量が小さく中性子との反応性が小さい。このため、ヘリウムを反射体として用いれば原子炉２７内外への影響をより小さくすることができ、かつ入手が容易である。
【００６３】
一方、アルゴンはヘリウムより熱中性子に対する巨視的断面積が大きく化学的反応性がやや大きいものの、ヘリウムより安価に入手できるためアルゴンを反射体として用いればより安価に給水２５ａの流量を計測することができる。
【００６４】
ところで、反射体の量が少なすぎると、十分な超音波エコーが反射されずに、復水２５ｂや給水２５ａの速度分布を計測することが困難となる。しかし、原子力発電プラント２３の復水２５ｂや給水２５ａの流動条件は高温高圧下（１８０℃〜２２０℃、７．５ＭＰａ〜７．８ＭＰａ程度）である。このため、このような高温高圧下であっても反射体としての気体を注入した場合に復水２５ｂないし給水２５ａ中に溶け込まずに、あるいは溶け込んだとしても十分な量の気相として存在することが必要となる。
【００６５】
逆に、復水２５ｂや給水２５ａ中に反射体が過剰に存在すると、反射体が希ガス等の気体であっても炉心に導かれて炉心反応度への影響が生じることとなる。
【００６６】
そこで、反射体として気体を用いた場合には、気相が超音波パルスの反射体として測定線ＭＬ上において機能し、十分な超音波エコーを反射させるために適切な量の気体を供給する機能が反射体供給機構２１に備えられる。また、反射体供給機構２１は、少なくとも測定線ＭＬよりも上流側に反射体を供給するようにされる。
【００６７】
図７は、図４に示す原子炉２７に導かれる給水配管２４ａの構造例を示す図であり、図８は、図７に示す給水配管２４ａの拡大断面図である。
【００６８】
給水配管２４ａは一般に２系統設けられ、それぞれの給水配管２４ａには給水２５ａの流れを整えるための整流器６０が設けられていることが多い。給水配管２４ａの整流器６０よりも下流側には、絞り流量計のフローノズル６１が給水２５ａの流量を計測するための既設の流量計として設けられる。さらに給水配管２４ａのフローノズル６１よりも原子炉２７側には、給水止め弁６２が設けられる。
【００６９】
一般に給水配管２４ａの整流器６０出口からフローノズル６１入口までの距離は、管径Ｄの１６倍（１６Ｄ）程度である場合が多い。このように、流量計測部位近傍に整流器６０が存在する場合には、ヘリウム等の反射体が整流器６０に入る前に流れの乱れにより拡散され、一様に整流器６０および給水２５ａ内に分布されることが望ましい。そこで、反射体供給機構２１がヘリウム等の気体を反射体として給水２５ａへ供給する位置は、整流器６０よりも上流側とされる一方、超音波流量計２２では、例えばフローノズル６１近傍における給水２５ａの流量が計測される。この際、反射体供給機構２１がヘリウム等の気体を反射体として給水２５ａへ供給する位置は、経験的に整流器６０から管径１Ｄ以上離すことが有効であると考えられる。
【００７０】
また、１１００ＭＷ程度の電力を出力する代表的な原子力発電プラント２３は、原子炉２７近傍における給水配管２４ａの流量計測部位の管径Ｄはおおよそφ５５０〜φ６００ｍｍ程度、配管肉厚は３０〜５０ｍｍ程度とされて発電に必要な給水２５ａを原子炉２７に供給できる構造とされる。また、給水配管２４ａ内における給水２５ａの圧力はおよそ７．５〜７．８ＭＰａ程度であり、給水２５ａの温度は１８０℃〜２２０℃程度である。
【００７１】
ここで、原子炉２７への反射体の影響を抑制するために通常ヘリウム等の気体は復水２５ｂや給水２５ａに飽和量以下で供給される。しかし、ヘリウム等の気体が復水２５ｂや給水２５ａに溶け込むまでの時間差を利用して流量計測部位に十分な量の反射体が存在するように調節することができる。このため、流量計測部位における反射体としての気体の量は、復水２５ｂや給水２５ａの温度や圧力等の条件のみならず気体が復水２５ｂまたは給水２５ａに溶けるまでに要する時間にも依存する。すなわち、反射体供給機構２１がヘリウム等の気体を反射体として給水２５ａへ供給する位置と流量計測部位との間の距離が供給される気体の量に比して長すぎる場合には、気体が復水２５ｂや給水２５ａに溶け込んでしまうため、流量計測部位に十分な量の反射体を存在させることができない。
【００７２】
そこで、反射体供給機構２１から反射体として供給すべき気体の量は、復水２５ｂや給水２５ａの温度や圧力等の条件に加えて、気体の飽和量および飽和時間並びに反射体の供給位置から流量計測部位までの距離に応じて適切な量となるように決定される。
【００７３】
図９は、配管内を流れる水に微細化した気泡を気泡体積率２００ｐｐｍで注入し、超音波流量計測システム２０により流速分布を計測した結果を示す図である。
【００７４】
図９において、縦軸は超音波流量計測システム２０により計測された水の流速を示し、横軸は配管内における位置を示す。また図９中の丸印は、配管内の水の流量が基準量である場合において超音波流量計測システム２０により計測された水の流速分布を示し、三角印は、配管内の水の流量が基準量の４０％の場合において超音波流量計測システム２０により計測された水の流速分布を示す。
【００７５】
尚、水の圧力は０．４ＭＰａ、温度は２０℃、配管の内径Ｄは０．３６ｍであり、気泡は流量計測部位から上流側９．４Ｄの位置から注入した。
【００７６】
図９によれば、いずれの流量の場合においても流れは未発達であるが、適切な気泡体積率の気泡が反射体として水中に存在すれば流量に依らず超音波流量計測システム２０により十分な精度で流量補正係数を用いることなく水の流量を計測できることが分かる。
【００７７】
図１０は、配管内を流れる水に気泡を反射体として注入して超音波流量計測システム２０により水の流量を計測した場合における気泡体積率と流量測定結果との関係を示す図である。
【００７８】
図１０において縦軸は超音波流量計測システム２０による水の流量計測結果を示し、横軸は反射体である気泡の水に対する気泡体積率を示す。また図１０中の丸印は配管内の水の流量が基準量の場合において、反射体である気泡の水に対する気泡体積率と超音波流量計測システム２０による水の流量測定結果との関係を示すデータであり、三角印は、配管内の水の流量が基準量の４０％の場合において、反射体である気泡の水に対する気泡体積率と超音波流量計測システム２０による水の流量測定結果との関係を示すデータである。
【００７９】
尚、水の圧力は０．４ＭＰａ、温度は２０℃、配管の内径Ｄは０．３６ｍであり、気泡は流量計測部位から上流側９．４Ｄの位置から注入した。また、水の流量は配管の半径中心より配管対向壁側の半分の流速分布を用いて計算した結果である。
【００８０】
図１０によれば、いずれの流量の場合においても気泡の気泡体積率が２０ｐｐｍ以上であれば、超音波流量計測システム２０により流量並びに気泡体積率に依らず十分に安定した精度で水の流量を計測できることが分かる。
【００８１】
このため、流量計測部位におけるヘリウム等の気体の量は、復水２５ｂまたは給水２５ａに対する体積率が２０ｐｐｍから２０００ｐｐｍ程度であればよいと考えられる。さらに、原子炉２７への影響が少なく、安定して復水２５ｂや給水２５ａの流速分布を計測するためには、おおよそ復水２５ｂまたは給水２５ａに対するヘリウム等の気体の体積率を１０００ｐｐｍ程度とすることが有効であると考えられる。
【００８２】
そこで、反射体供給機構２１から反射体が供給される位置は、復水２５ｂや給水２５ａの温度や圧力、気体の飽和量および飽和時間等の条件に応じて流量計測部位におけるヘリウム等の気体の量が２０ｐｐｍから２０００ｐｐｍ程度、特に１０００ｐｐｍ程度となるような位置とされる。
【００８３】
次に、超音波流量計測システム２０の作用について説明する。
【００８４】
図１１は、図１に示す超音波流量計測システム２０により給水２５ａの流量を測定する際の手順の一例を示すフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。
【００８５】
まずステップＳ１において、超音波流量計２２が例えば原子炉２７入口付近の給水配管２４ａ内を流れる給水２５ａの流量計測部位に超音波パルスを送信可能な位置に配置され、反射体供給機構２１が流量計測部位に十分な量の反射体を供給できる位置に配置される。給水配管２４ａに整流器６０がある場合には、整流器６０の上流側の整流器６０から管径１Ｄ以上離れた位置に反射体供給機構２１が配置される。
【００８６】
次にステップＳ２において、反射体供給機構２１から例えばヘリウム等の希ガスが反射体として給水配管２４ａ内に供給される。この際、ヘリウム等の希ガスの量は流量計測部位における給水２５ａに対する体積率が２０ｐｐｍから２０００ｐｐｍ程度となるような量に設定される。このため、給水配管２４ａに整流器６０がある場合には、整流器６０手前の流れの乱れによりヘリウム等の希ガスが気泡として拡散され、一様に整流器６０及び給水２５ａ内に分布されて給水２５ａとともに流量計測部位に導かれる。
【００８７】
この際ヘリウム等の希ガスは化学的に安定した性質を有するため、給水２５ａや給水配管２４ａに影響を与えることなく気泡として流量計測部位に導かれる。
【００８８】
次にステップＳ３において、超音波流量計２２により反射体であるヘリウム等の希ガスの気泡に超音波パルスが照射され、ヘリウム等の希ガスに反射して生じた超音波エコーが超音波流量計２２により受信されて給水２５ａの流速分布とともに流量が時間依存で瞬時に求められる。この際、ヘリウム等の希ガスは給水２５ａとは十分に音響インピーダンスが異なるため反射体として機能する。
【００８９】
図１２は、図１に示す超音波流量計測システム２０による流量測定における作動原理を説明する図である。
【００９０】
図１２（Ａ）に示すように、超音波トランスジューサ５４を復水給水配管２４の断面方向に対し角度αだけ給水２５ａの流れ方向に傾けて設置した状態で、超音波トランスジューサ５４から所要周波数ｆ0 の超音波パルスを入射させると、この超音波パルスは測定線ＭＬ上の給水２５ａに一様に分布する反射体であるヘリウム等の希ガスの気泡に当って反射し、図１２（Ｂ）に示すように、超音波エコーａとなって超音波トランスジューサ５４に戻される。なお、図１２（Ｂ）において符号ｂは超音波パルス入射側の管壁で反射する多重反射エコーであり、符号ｃは、反対側管壁で反射する多重反射エコーである。超音波トランスジューサ５４から発信される超音波パルスの発信間隔は１／Ｆrpf である。
【００９１】
そして、超音波トランスジューサ５４で発信したエコー信号をフィルタリング処理し、例えばドップラシフト法を利用して測定線ＭＬに沿って流速分布を計測すると、図１２（Ｃ）のように表示される。この流速分布は超音波速度分布計測ユニット４６の流体速度分布測定手段４８で測定することができる。
【００９２】
ドップラシフト法は、給水配管２４ａ内を流れる給水２５ａ中に超音波パルスを放射すると、給水２５ａ中に混在あるいは一様分布する反射体であるヘリウム等の希ガスの気泡によって反射されて超音波エコーが生じ、この超音波エコーの周波数が流速に比例した大きさだけ周波数シフトする原理を応用したものである。
【００９３】
また、超音波流体速度分布測定手段４８で測定された給水２５ａの流速分布信号は流量演算手段としてのコンピュータ４９に送られ、ここで流速分布信号を復水給水配管２４の半径方向に積分し、給水２５ａの流量を時間依存で求めることができる。この給水２５ａの時間ｔにおける流量をｍ（ｔ）とすると、式（１）で表わすことができる。
【数１】
2005257636.tif 000003
【００９４】
式（１）から復水給水配管２４を流れる時間ｔの流量ｍ（ｔ）は、式（２）に書き換えることができる。
【数２】
2005257636.tif 000004
【００９５】
（２）式より、超音波流量計２２は、給水２５ａの流れの空間分布を瞬時、例えば５０msec〜１００msec程度の応答速度で得ることができる。給水２５ａは復水給水配管２４内の流れであっても、充分な助走区間をとれない場合や、弁の開閉やポンプの起動・停止などで時間的な揺らぎが存在する場合には、給水２５ａの流れは非定常状態で三次元分布をもっているが、この超音波流量計２２は、測定領域の流速分布を時間依存で瞬時に求めることができるので、給水２５ａの流量を定常状態、非定常状態如何を問わず、正確に精度よく求めることができる。
【００９６】
尚、給水配管２４ａ内を流れる給水２５ａの流れが、管軸方向の流れで半径方向や角度θの流れｖｒ，ｖθを無視できるとすると、ｖｘ＞＞ｖｒ＝ｖθとなり、流量計測は簡素化され、Ｎ本の測定線で測定線の管断面方向に対する角度がαの場合には、（３）式で表わされる。
【数３】
2005257636.tif 000005
【００９７】
このように、求められた給水２５ａの流量は、表示装置５０により時間依存で瞬時に表示することができる。この表示装置５０には、給水２５ａの復水給水配管２４内の測定線ＭＬに沿う流速分布あるいは配管横断面における流速分布を表示することもできる。
【００９８】
さらに、流量が計測された給水２５ａは、反射体であるヘリウム等の希ガスとともに原子炉２７に供給される。しかし、ヘリウム等の希ガスの熱中性子に対する巨視的断面積は十分に小さいため、原子炉２７へのヘリウム等の希ガスの影響は無視することができる。
【００９９】
すなわち、超音波流量計測システム２０はヘリウム等の希ガスの反射体を復水２５ｂまたは給水２５ａに供給した後、超音波流量計２２で流量を計測するものである。
【０１００】
以上のような超音波流量計測システム２０によれば、熱中性子に対する巨視的断面積が小さく、かつ化学的に安定したヘリウム等の気体が復水給水配管２４内に反射体として供給されるため、原子力発電プラント２３の復水２５ｂまたは給水２５ａのような高純水でかつ原子炉２７への反射体の影響を抑制する必要がある流体を計測対象とする場合であっても流量をより正確かつ精度よく測定することができる。
【０１０１】
図１３は本発明に係る超音波流量計測システムの第２の実施形態を示す構成図である。
【０１０２】
図１３に示された超音波流量計測システム２０Ａでは、既設流量計の一例である絞り流量計７０を流量計測用に用いた点および流量計測値校正手段７１を設けた点が図１に示す超音波流量計測システム２０と相違する。他の構成および作用については図１に示す超音波流量計測システム２０と実質的に異ならないため同一の構成については同符号を付して説明を省略する。
【０１０３】
すなわち超音波流量計測システム２０Ａは、反射体供給機構２１、超音波流量計２２、既設流量計の一例としての絞り流量計７０および流量計測値校正手段７１とで構成される。
【０１０４】
絞り流量計７０は、流量計測部７２とフローノズル６１とで構成される。フローノズル６１は内径がなめらかに変化する筒状構造であり、復水給水配管２４内部に溶接により取り付けられる。そして、フローノズル６１は絞り機構として機能し、給水２５ａや復水２５ｂの流れを絞り込む機能を有する。また、フローノズル６１の入口近傍の復水給水配管２４には、ノズル入口側圧力計測配管７３が設けられる一方、フローノズル６１の内径が一定となった部位にはノズル縮流部圧力計測配管７４が設けられ、ノズル入口側圧力計測配管７３およびノズル縮流部圧力計測配管７４は流量計測部７２に導かれる。
【０１０５】
流量計測部７２は、ノズル入口側圧力計測配管７３およびノズル縮流部圧力計測配管７４内を経由してそれぞれ導かれた給水２５ａや復水２５ｂの静圧力差、すなわちフローノズル６１により給水２５ａや復水２５ｂが絞り込まれる前後の静差圧から給水２５ａや復水２５ｂの流量を換算して求める機能を有する。
【０１０６】
このような絞り流量計７０を用いたフローノズル６１前後における流体の圧力差から流量を計測する方法は平均値近似法と呼ばれるが、平均値近似法による流量計測ではプラントの経年変化等の影響により正確な値が得られない場合がある。
【０１０７】
さらに、平均値近似法によるものの他、伝播時間差式流量計についても同様である。
【０１０８】
そこで、流量計測値校正手段７１には、超音波流量計２２により予め計測された給水２５ａや復水２５ｂの流量計測値と既設流量計の一例としての絞り流量計７０により予め計測された給水２５ａや復水２５ｂの流量計測値とに基づいて絞り流量計７０による流量計測値の補正係数を設定する機能が備えられる。さらに必要に応じて流量計測値校正手段７１には、流量計測値の補正係数を用いて絞り流量計７０により定常的に計測される給水２５ａや復水２５ｂの流量計測値を校正することにより、より精度よく給水２５ａや復水２５ｂの流量を時間依存で定常的に求める機能と、校正後の給水２５ａや復水２５ｂの流量値を表示装置５０に与えて表示させる機能が備えられる。
【０１０９】
尚、超音波流量計２２による計測部位における流量と、絞り流量計７０による計測部位の流量とが互いに異なってもよい。すなわち、超音波流量計２２による計測部位と絞り流量計７０による計測部位とが異なり、給水２５ａや復水２５ｂへの水の合流あるいは分流等の影響により各計測部位における給水２５ａや復水２５ｂの流量が異なっても、給水２５ａや復水２５ｂの収支計算を行うことにより絞り流量計７０による流量計測値の補正係数を設定することができる。
【０１１０】
図１４は、図１３に示す超音波流量計測システム２０Ａにより給水２５ａの流量を測定する際の手順の一例を示すフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。また、図１１と同等のステップには同符号を付してある。
【０１１１】
まずステップＳ１において、超音波流量計２２および反射体供給機構２１が適切な位置に配置される。この際、流量計測部位はフローノズル６１近傍とされる。
【０１１２】
次にステップＳ２において、反射体供給機構２１から例えばヘリウム等の希ガスが反射体として給水配管２４ａ内に供給される。
【０１１３】
次にステップＳ３において、超音波流量計２２からヘリウム等の希ガスの気泡に超音波パルスが照射され、超音波エコーが受信されて給水２５ａの流速分布とともに流量が時間依存で瞬時に求められる。
【０１１４】
次にステップＳ４において、一方、絞り流量計７０により、フローノズル６１前後における給水２５ａの圧力差から給水２５ａの流量が計測される。しかし、絞り流量計７０で平均値近似法により得られた流量計測値は、プラントの経年変化により指示値がドリフトする場合がある。
【０１１５】
そこで、ステップＳ５において、超音波流量計２２により計測された給水２５ａの流量計測値と、絞り流量計７０により計測された給水２５ａの流量計測値とが流量計測値校正手段７１に与えられる。そして、流量計測値校正手段７１は、例えば超音波流量計２２による流量計測値と絞り流量計７０による流量計測値との比または差を絞り流量計７０による流量計測値の校正用の補正係数として求める。
【０１１６】
この結果、一旦絞り流量計７０による流量計測値の校正用の補正係数が求められた後は、超音波流量計２２から超音波パルスを送信することなく、差を絞り流量計７０による流量計測値に対して校正用の補正係数を用いて校正することにより、精度よく給水２５ａの流量を随時求めることができる。さらに、ヘリウム等の希ガスの反射体は、少なくとも校正用の補正係数を求める際に給水２５ａ内に供給されればよく、反射体を定常的に給水２５ａに供給する必要性をなくすことができる。
【０１１７】
さらに、ステップＳ６において、給水２５ａの流量を計測する必要がある場合には、絞り流量計７０により給水２５ａの流量が計測され、得られた流量計測値が流量計測値校正手段７１に与えられる。
【０１１８】
次に、ステップＳ７において、絞り流量計７０により得られた流量計測値が既に求められた校正用の補正係数を用いて流量計測値校正手段７１により校正される。このため、超音波流量計２２や反射体供給機構２１を作動させることなく、絞り流量計７０からより精度のよい給水２５ａの流量を得ることができる。さらに、必要に応じて校正後の給水２５ａの流量は、表示装置５０に与えられて表示される。
【０１１９】
すなわち、超音波流量計測システム２０Ａは、超音波流量計２２を既設流量計である絞り流量計７０により得られた流量計測値の校正用に使用したものである。
【０１２０】
以上のような超音波流量計測システム２０Ａによれば、図１に示す超音波流量計測システム２０の効果と同等の効果に加え、反射体を流量計測の都度給水２５ａあるいは復水２５ｂ内に供給する必要がないため、反射体の量を低減させることができるとともに反射体による原子炉２７内外への影響を低減させることができる。
【０１２１】
さらに、従来は既設流量計の経年変化による計測値のドリフトに対応して、既設流量計を復水給水配管２４から多大な労力により取り外し、かつ莫大なコストをかけて既設流量計の指示値調整が実施されていたが、超音波流量計測システム２０Ａによれば、既設流量計の計測値のドリフトに対応して、その都度超音波流量計２２による流量計測により校正用の補正係数を更新すればよく、流量計測値のドリフト対策に要するコストや労力の増加を回避することができる。
【０１２２】
また、既設流量計は、原子力発電プラント２３の主要な部位ごとに設けられているため、超音波流量計２２が少なくとも１台あれば、各既設流量計の校正用の補正係数を求めて随所における給水２５ａおよび復水２５ｂの流量をより精度よく求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明に係る超音波流量計測システムの第１の実施形態を示す構成図。
【図２】図１に示す超音波流量計測システムによる流量計測の対象の一例となる復水および給水が流れる加圧水型原子力発電プラントの復水給水配管を示す図。
【図３】図１に示す超音波流量計測システムによる流量計測の対象の一例となる復水および給水が流れる沸騰水型原子力発電プラントの復水給水配管を示す図。
【図４】図１に示す超音波流量計測システムによる給水または復水の計測箇所を示す沸騰水型原子力発電プラントの詳細構成図。
【図５】図１に示す超音波流量計測システム２０の適用対象の一例としての水力発電所の水圧鉄管を示す図。
【図６】工業的に普遍的な気体および希ガスの熱中性子に対する巨視的断面積、基本的な化学的性質および原子炉への影響を比較した図。
【図７】図４に示す原子炉に導かれる給水配管の構造例を示す図。
【図８】図７に示す給水配管の拡大断面図。
【図９】配管内を流れる水に微細化した気泡を気泡体積率２００ｐｐｍで注入し、超音波流量計により流速分布を計測した結果を示す図。
【図１０】配管内を流れる水に気泡を反射体として注入して超音波流量計により水の流量を計測した場合における気泡体積率と流量測定結果との関係を示す図。
【図１１】図１に示す超音波流量計測システムにより給水の流量を測定する際の手順の一例を示すフローチャート。
【図１２】図１に示す超音波流量計測システムによる流量測定における作動原理を説明する図。
【図１３】本発明に係る超音波流量計測システムの第２の実施形態を示す構成図。
【図１４】図１３に示す超音波流量計測システムにより給水の流量を測定する際の手順の一例を示すフローチャート。
【図１５】従来の超音波流量計の構成図。
【符号の説明】
【０１２４】
２０、２０Ａ  超音波流量計測システム
２１  反射体供給機構
２２  超音波流量計
２３  原子力発電プラント
２３ａ  加圧水型原子力発電プラント
２３ｂ  沸騰水型原子力発電プラント
２４  復水給水配管
２４ａ  給水配管
２４ｂ  復水配管
２５ａ  給水
２５ｂ  復水
２６  原子炉格納容器
２７  原子炉
２８  加圧器
２９  蒸気発生器
３０  タービン設備系
３１  主蒸気管
３２  動力伝達軸
３３  発電機
３４  復水器
３６  原子炉給水ポンプ
３７  復水器冷却系配管
３８  原子炉冷却系配管
３９  浄化装置
４０  高圧タービン
４１  低圧タービン
４２  蒸気管
４３  加熱器
４４  抽気管
４５  水力発電所
４５ａ  水槽
４５ｂ  放水庭
４５ｃ  水圧鉄管
４５ｄ  水車
４５ｅ  発電機
４５ｆ  遮断器
４５ｇ  変圧器
４５ｈ  屋外開閉設備
４５ｉ  送電線
４５ｊ  主弁
４５ｋ  バイパス弁
４６  超音波速度分布計測ユニット
４７  超音波送信手段
４８  流体速度分布測定手段
４９  コンピュータ
５０  表示装置
５１  発振器（オッシレータ）
５２  エミッタ
５３  信号発生器
５４  超音波トランスジューサ
５５  増幅器
５６  ＡＤ変換器
５７  流速分布計測回路
６０  整流器
６１  フローノズル
６２  給水止め弁
７０  絞り流量計
７１  流量計測値校正手段
７２  流量計測部
７３  ノズル入口側圧力計測配管
７４  ノズル縮流部圧力計測配管
Ｘ１  加圧水
Ｘ２  海水
Ｘ３  主蒸気
Ｘ４  河川水
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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