(57)【要約】  原子炉と原子炉給水ポンプとの間にある原子炉給水配管の流量を、超音波流量計を用いて正確に測定する技術を提供する。  原子炉冷却材浄化系(30)において原子炉給水系(10)と合流させる配管を分岐し、同じく原子炉給水系(10)に合流させる補助経路(A)を形成する。その補助経路(A)には、当該補助経路(A)の他の部位よりも内径が狭められた絞り部(C)を備えた原子炉給水系配管構造とする。これによって、絞り部(C)からキャビテーションバブルが発生する。前記原子炉給水系(10)を形成する配管における前記補助経路(A)と原子炉(1)との間に超音波トランスデューサ(40)を設置し、当該配管内の流体流量を計測する。
2007074780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉冷却材浄化系において原子炉給水系と合流させる配管を分岐し、
前記原子炉給水系に合流させる補助経路を形成し、
その補助経路には、当該経路の他の部位よりも内径が狭められた絞り部を備えたことを特徴とする原子炉給水系配管構造。
【請求項２】
制御棒駆動水系において原子炉給水系と合流させる補助経路を形成し、
その補助経路には、当該経路の他の部位よりも内径が狭められた絞り部を備えたことを特徴とする原子炉給水系配管構造。
【請求項３】
前記補助経路には、気泡用のガスを注入するための気泡用ガス供給管を付設し、
その気泡用ガス供給管を用いて、前記絞り部に気泡用ガスを供給可能とした請求項１または請求項２のいずれかに記載した原子炉供給用配管構造。
【請求項４】
原子炉給復水系に、絞り部を備え、
その絞り部よりも下流側に超音波トランスデューサを設置し、
前記原子炉給復水系の流体流量を計測することとした超音波流量計システム。
【請求項５】
原子炉冷却材浄化系において原子炉給水系と合流させる配管を分岐し、
同じく原子炉給水系に合流させる補助経路を形成し、
その補助経路には、当該経路の他の部位よりも内径が狭められた絞り部を備えた原子炉給水系配管構造に対し、
前記原子炉給水系を形成する配管における前記補助経路と原子炉との間に超音波トランスデューサを設置し、当該配管内の流体流量を計測することとした超音波流量計システム。
【請求項６】
制御棒駆動水系において原子炉給水系と合流させる補助経路を形成し、
その補助経路には、当該補助経路の他の部位よりも内径が狭められた絞り部を備えた原子炉給水系配管構造に対し、
前記原子炉給水系を形成する配管における前記補助経路と原子炉との間に超音波トランスデューサを設置し、当該配管内の流体流量を計測することとした超音波流量計システム。
【請求項７】
補助経路には、気泡用のガスを注入するための気泡用ガス供給管を付設し、
その気泡用ガス供給管を用いて、前記絞り部に気泡用ガスを供給可能とした請求項５または請求項６のいずれかに記載した超音波流量計システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定に必要な気泡が不十分な環境において超音波流量計を用いたい場合に、測定用の気泡を発生させるための原子炉給水系配管構造、およびその配管構造を用いる超音波流量計システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触で流量を測定可能であるドップラ式超音波流量計については、さまざまな技術が提供されている。例えば、特許文献１に記載される技術である。【０００３】
【特許文献１】特開２０００−９７７４２号
【０００４】
上記の技術を具体的に説明する。上記文献に開示されているドップラ式超音波流量計は、所要周波数の超音波パルスを超音波トランスデューサから測定線に沿って流体（たとえば水）の配管内の被測定流体中へ入射させる超音波送信手段と、被測定流体に入射された超音波パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と、前記被測定流体の流速分布に基づいて、前記測定領域における被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定するものである。
被測定流体に照射される超音波は、流体中の細かな異物や気泡を反射体として反射波となり、上記の測定に寄与する。【０００５】
超音波流量計においては、被測定流体が液体である場合にはくさびを介して超音波送信手段を配管へ固定する「クランプオン形」を用いることが多い。配管に対して「後付け」が可能であるなどの利点があるからである。
最近の超音波流量計では、超音波の発振装置（エミッション）とその超音波の反射波を受信する装置（レシーバ）とを一つの超音波発信受信装置として提供することが多い。超音波発信受信装置として提供された超音波流量計では流体配管への取り付け作業が一度で済むなどの利点がある。【０００６】
さて、測定精度が高い超音波流量計を、原子力発電所の設備配管、特に原子炉給水系の配管に用いることが検討されている。図５に基づいて説明する。
原子炉１を中心にすると、原子炉給水系１０には、蒸気タービン１１、復水器１２、復水ポンプ１３、給水加熱器１４および原子炉ポンプ１５が設けられている。【０００７】
また、制御棒駆動水系２０には、復水貯蔵タンク２１、制御棒駆動水ポンプ２２および制御棒駆動機構２３が設けられている。
更に、原子炉冷却材浄化系３０には、熱交換器３１，原子炉冷却剤浄化系ポンプ３２およびフィルター３３が設けられており、フィルター３３の下流は、原子炉給水系の原子炉ポンプ１５と原子炉との間の配管に合流するように形成されている。
さて、この原子炉ポンプ１５から原子炉１に送られる流量の計測を行いたい。（図中、「流量計設定位置」と示している。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
さて、前述したように、測定精度が高い超音波流量計を、原子炉給水系の配管に用いることが検討されているが、以下のような問題がある。
超音波流量計は、流体中の異物や気泡を超音波の反射体として利用している。しかし、原子炉給水系１０は高温高圧でクリーンな水であるため、流体中の異物は存在せず、気泡が発生しにくい。このため、反射体が不足し、正確な測定が困難となるおそれがある。【０００９】
そのため、化学的に安定なヘリウムを気泡として追加する技術が考案されている。
しかし、ヘリウムガスは高価なので、使用するのであれば、最小限としたい。使わなくて済むのであれば、より経済的である。
また、ヘリウムは非凝縮ガスなので、大量に使用すると蒸気タービン１１に悪影響を及ぼすおそれがあるとの見解もある。したがって、使用するのであれば、最小限としたい。【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、原子炉と原子炉給水ポンプとの間にある原子炉給水配管の流量を、超音波流量計を用いて正確に測定する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（請求項１）
請求項１記載の発明は、原子炉給水系配管構造に係る。
すなわち、原子炉冷却材浄化系(30)において原子炉給水系(10)と合流させる配管を分岐し、  同じく前記原子炉給水系(10)に合流させる補助経路(A)を形成する。その補助経路(A)には、当該経路の他の部位よりも内径が狭められた絞り部(C)を備えたことを特徴とする。【００１２】
（用語説明）
「絞り部(C)」とは、ベンチュリ、フローノズル、オリフィスなどによって形成する。【００１３】
（作用）
原子炉冷却材浄化系(30)は、原子炉給水系(10)と合流するが、その合流する配管が分岐した補助経路(A)も原子炉給水系(10)と合流し、原子炉冷却材浄化系(30)からの流体が流入する。絞り部(C)において流体の静圧が低下し、絞り部(C)を脱する際に流体の静圧が急激に回復して高くなる。その際に気泡（キャビテーションバブル）が発生し、粉砕されて微細な気泡が生成される。
この気泡は、もともと原子炉冷却材浄化系(30)および原子炉給水系(10)を流れる流体が気化しただけなので、原子炉全体に悪影響を及ぼす可能性はない。その一方、超音波流量計を用いて原子炉給水系(10)の流量計測を実行する際には、超音波の反射体として有効であり、正確な測定に寄与する。【００１４】
（請求項２）
請求項２記載の発明は、原子炉給水系配管構造に係る。
すなわち、制御棒駆動水系(20)において原子炉給水系(10)と合流させる補助経路(B)を形成し、  その補助経路(B)には、当該経路の他の部位よりも内径が狭められた絞り部(C)を備えたことを特徴とする。【００１５】
（作用）
原子炉給水系(10)とは合流しない制御棒駆動水系(20)に対して、原子炉給水系(10)と合流させる補助経路(B)を形成する。その補助経路(B)には絞り部(C)が存在するので、補助経路(B)から原子炉給水系(10)に合流する流体は、絞り部(C)において流体の静圧が低下し、絞り部(C)を脱する際に流体の静圧が急激に回復して高くなる。その際に気泡（キャビテーションバブル）が発生し、粉砕されて微細な気泡が生成される。その気泡は、原子炉給水系(10)の流量計測を実行する際に超音波の反射体として有効であり、正確な測定に寄与する。【００１６】
（請求項３）
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載した原子炉供給用配管構造を限定したものである。
すなわち、前記の補助経路(A,B)には、気泡用のガスを注入するための気泡用ガス供給管(D)を付設し、  その気泡用ガス供給管(D)を用いて、前記絞り部(B)に気泡用ガスを供給可能としたことを特徴とする。【００１７】
（用語説明）
「気泡用ガス」とは、例えばヘリウムである。その他では、化学的に安定であり、且つ原子炉炉心の反応度への影響を及ぼしにくい不活性ガスが望ましい。
なお、この気泡用ガスは、キャビテーションガスが不十分な場合に補助的に用いるので、大量に吸入することはなく、原子炉における各部材に対する影響は小さく抑えることができる。【００１８】
（請求項４）
請求項４に記載の発明は、原子炉給復水系に、絞り部を備え、  その絞り部よりも下流側に超音波トランスデューサを設置し、前記原子炉給復水系の流体流量を計測することとした超音波流量計システムに係る。【００１９】
「原子炉給復水系」とは、原子炉の給水系および／または復水系の意味である。
「絞り部」は、ベンチュリ、フローノズル、オリフィスなどによって形成する【００２０】
絞り部からは、キャビテーション現象によって気泡が発生する。その気泡を超音波の反射体として利用し、超音波流量計を機能させ、流体流量を計測する。原子炉給復水系を流れる流体が気化しただけなので、原子炉全体に悪影響を及ぼす可能性はなく、しかも、超音波流量計を用いての流量計測においては、正確な測定に寄与する。【００２１】
（請求項５）
請求項５に記載の発明は、請求項１に係る原子炉給水系配管構造に対して、超音波流量計を設置して当該原子炉給水系の流量計測を実行するための超音波流量計システムに係る。
すなわち、原子炉冷却材浄化系(30)において原子炉給水系(10)と合流させる配管を分岐し、  同じく原子炉給水系(10)に合流させる補助経路(A)を形成し、その補助経路(A)には、当該補助経路(A)の他の部位よりも内径が狭められた絞り部(C)を備えて、原子炉給水系配管構造を形成する。そして、前記原子炉給水系(10)を形成する配管における前記補助経路(A)と原子炉(1)との間に超音波トランスデューサ(40)を設置し、当該配管内の流体流量を計測することとする。【００２２】
（用語説明）
上記の「超音波流量計」には、一般のドップラ式超音波流量計と、相関法を用いた超音波流量計とを含む。相関法を用いた超音波流量計とは、例えば、特開２００３−３４４１３１号に開示されているような超音波流量計である。
両者とも、所要周波数の超音波パルスを超音波トランスデューサから測定線に沿って流体配管内の被測定流体中へ入射させる超音波送信手段と、  被測定流体に入射された超音波パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と、  前記被測定流体の流速分布に基づいて、前記測定領域における被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する。【００２３】
（請求項６）
請求項６に記載の発明は、請求項２に係る原子炉給水系配管構造に対して、超音波流量計を設置して当該原子炉給水系の流量計測を実行するための超音波流量計システムに係る。
すなわち、制御棒駆動水系(20)において原子炉給水系(10)と合流させる補助経路(B)を形成し、  その補助経路(B)には、当該補助経路(B)の他の部位よりも内径が狭められた絞り部(C)を備えて原子炉給水系配管構造を形成する。そして、前記原子炉給水系(10)を形成する配管における前記補助経路(A)と原子炉(1)との間に超音波トランスデューサ(40)を設置し、当該配管内の流体流量を計測することとする。【００２４】
（請求項７）
請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６のいずれかに記載した超音波流量計システムを限定したものである。
すなわち、補助経路(A,B)には、気泡用のガスを注入するための気泡用ガス供給管(D)を付設し、その気泡用ガス供給管(D)を用いて、前記絞り部(B)に気泡用ガスを供給可能としたことを特徴とする。【００２５】
（バリエーション）
超音波流量計によって計測された流体流量について、正確な値が出ていないと判断した場合に、前記の気泡用ガス供給管(D)による気泡用ガスの供給を実行する、という制御をすることとしてもよい。
なお、前記の「正確な値」とは、計測を重ねて蓄積された値からの乖離度などを使用して設定することにより、完全な自動化も可能である。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１から請求項３に記載の発明によれば、原子炉と原子炉給水ポンプとの間にある原子炉給水配管の流量を正確に測定するために、超音波流量計の反射体として有効なキャビテーションバブルが発生するような原子炉給水系配管構造を提供することができた。
また、請求項５から請求項７の発明によれば、原子炉と原子炉給水ポンプとの間にある原子炉給水配管の流量を、超音波流量計を用いて正確に測定するために必要な原子炉給水系配管構造を提供し、更にその原子炉給水系配管構造によって正確な流量測定が可能な超音波流量計システムを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第一の実施形態に係る原子炉周囲の配管系統図である。
【図２】第一の実施形態に係る配管系統図における主要部の概念図である。
【図３】原子炉周囲の配管系統図における主要部のバリエーションを示す概念図である。
【図４】第二の実施形態に係る原子炉周囲の配管系統図である。
【図５】原子炉の周囲の配管系統図であって、従来技術に係るものである。
【符号の説明】
【００２８】
１  原子炉
１０  原子炉給水系                １１  蒸気タービン
１２  復水器                      １３  復水ポンプ
１４  給水加熱器                  １５  原子炉ポンプ
２０  制御棒駆動水系              ２１  復水貯蔵タンク
２２  制御棒駆動水ポンプ          ２３  制御棒駆動機構
３０  原子炉冷却材浄化系          ３１  熱交換器
３２  原子炉冷却材浄化系ポンプ    ３３  フィルター
４０  超音波トランスデューサ      ４１  楔
Ａ  補助経路                      Ｂ  補助経路
Ｃ  絞り部
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を実施の形態及び図面に基づいて、更に詳しく説明する。ここで使用する図面は、図１から図４である。【００３０】
（図１）
図１は、第一の実施形態に係る沸騰水型の原子炉周囲の配管系統図である。原子炉１を中心として、原子炉給水系１０には、蒸気タービン１１、復水器１２、復水ポンプ１３、給水加熱器１４および原子炉ポンプ１５が設けられている。さて、この原子炉ポンプ１５から原子炉１に送られる流量の計測を行いたいのであるが、図１中において、「流量計設定位置」と示している。
また、制御棒駆動水系２０には、復水貯蔵タンク２１、制御棒駆動水ポンプ２２および制御棒駆動機構２３が設けられている。【００３１】
原子炉冷却材浄化系３０には、熱交換器３１，原子炉冷却剤浄化系ポンプ３２およびフィルター３３が設けられており、フィルター３３の下流は、原子炉給水系の原子炉ポンプ１５と原子炉との間の配管に合流するように形成されている。その合流する配管は分岐し、  同じく前記原子炉給水系１０に合流させる補助経路Ａを形成している。【００３２】
（図２）
図２を用いて、更に詳しく説明する。
前記の補助経路Ａには、当該経路の他の部位よりも内径が狭められた絞り部Ｃを備えている。絞り部Ｃにおいて流体の静圧が低下し、絞り部Ｃを脱する際に流体の静圧が急激に回復して高くなる。その際に気泡（キャビテーションバブル）が発生し、粉砕されて微細な気泡が生成される。
この気泡は、もともと原子炉冷却材浄化系３０および原子炉給水系１０を流れる流体が気化しただけなので、原子炉全体に悪影響を及ぼす可能性はない。【００３３】
図１における「流量計設定位置」には、図２において、超音波流量計における超音波トランスデューサ４０が、楔４１を介して固定されている。この超音波トランスデューサ４０は、原子炉給水系１０の配管内の被測定流体に測定用超音波を発信し、測定領域における前記キャビテーションバブルなどの反射体から反射された超音波エコーを受信する受信機を兼ねている。【００３４】
超音波トランスデューサ４０は、被測定流体に対して測定線に沿って所要周波数（基本周波数）の超音波パルスを送信させる超音波送信手段と、被測定流体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、測定領域における被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段とを兼ねている。そして、図示は省略するが、その流速分布に基づいて被測定流体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等のコンピュータと、このコンピュータからの出力を時系列的に表示可能な表示装置とに接続されている。【００３５】
超音波トランスデューサ４０にて受信された縦波による超音波エコーは、反射波レシーバにて受信され、その反射波レシーバにてエコー電気信号へ変換される。このエコー電気信号は、増幅器で増幅された後、ＡＤ変換器を通ってデジタル化される。そして、デジタル化されたデジタルエコー信号が流速分布計測回路を備えた流速計算装置に入力される。【００３６】
（図３）
図３には、補助経路配管Ａに対して、気泡用ガス供給管Ｄを備えたバリエーションを示している。すなわち、気泡用のガスを注入するための気泡用ガス供給管Ｄを付設し、その気泡用ガス供給管Ｄを用いて、前記絞り部Ｂに気泡用ガスを供給可能としたのである。
気泡用ガスとしては、ヘリウムを用いる。キャビテーションガスが不十分な場合に補助的に用いるので、大量に吸入することはない。【００３７】
（図４）
図４は、補助経路のバリエーションを示す第二の実施形態である。
すなわち、制御棒駆動水系２０において原子炉給水系１０と合流させる補助経路Ｂを形成する。そして、その補助経路Ｂには、第一の実施形態と同じように、当該経路の他の部位よりも内径が狭められた絞り部Ｃを設けている。【００３８】
図１に示す実施形態と図４に示す実施形態のどちらを選択するかについては、配管（ＡまたはＢ）の増設のしやすさなど、現場の条件によって決定すればよい。換言すれば、原子炉を大幅に改造しなくても、正確な流量測定で定評のある超音波流量計を採用しての流量計測が実現できることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本願発明は、原子力発電設備において用いる。
また、原子力発電設備に対するメンテナンス業、超音波流量計の製造業のほか、超音波流量計取り付け業においても用いられる。
【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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【国際調査報告】
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2007074780.tif 000009
2007074780.tif 000010
2007074780.tif 000011
2007074780.tif 000012
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