(57)【要約】【課題】復水器ホットウェル、給水加熱器、および、気体廃棄物処理系復水器の各々のタンク内部で貯蓄されるドレン水位をより正確に計測することができる水位計測装置を提供する。【解決手段】タンク２０外部に設けられるマイクロ波源２４によって発生されたマイクロ波を、タンク２０に貯蓄されるドレン水位と同水位である検出配管２１内部の液面に対して投射し、液面で反射したマイクロ波を検知手段２６によって検知し、マイクロ波の伝播速度と時間からタンク２０内部の水位を求める。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気通路中に挿入されてドレンを貯蓄し、気相を臨む気体排出口と液相を臨む液体排出口とが形成された容器と、
前記気体排出口と前記液体排出口に連結され、前記容器内部と均圧下で前記ドレンを貯蔵する検出配管と、
前記検出配管の外部に設けられ、マイクロ波を発生させるマイクロ波源と、
前記検出配管上面内部にドレン液面に対向して設けられ、前記マイクロ波源からの前記マイクロ波を前記ドレン液面に投射すると共に、前記ドレンの液面で反射した反射マイクロ波を受信するアンテナ手段と、
前記アンテナ手段で受信された前記反射マイクロ波を検知する検知手段と、
前記検知手段で検知した検知信号に基づき前記検出配管の水位を演算して求める水位演算手段と
を備えたことを特徴とする水位計測装置。
【請求項２】
前記容器の前記気体排出口と前記検出配管の最上部とを接続する気相検出配管が前記容器に向かって上り勾配となっていることを特徴とする請求項１に記載の水位計測装置。
【請求項３】
前記アンテナ手段のアンテナに酸化還元触媒を施したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水位計測装置。
【請求項４】
前記マイクロ波源と、前記検知手段と、前記水位演算手段とを放射能を遮蔽する放射性遮蔽手段で囲ったことを特徴とする請求項1または請求項２に記載の水
位計測装置。
【請求項５】
前記容器の気相側面と前記検出配管の気相側面を補助検出配管によって接続することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水位計測装置。
【請求項６】
前記検知手段からの前記検知信号に基づき前記マイクロ波源の周波数又は電波強度を制御するアンプ手段を更に有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水位計測装置。
【請求項７】
請求項１に記載の水位計測装置を常用系と非常用系の少なくとも２つ設けたことを特徴とする水位計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力プラントに用いられる復水器ホットウェル、給水加熱器、および、気体廃棄物処理系復水器などのタンク内部に貯蓄されるドレン水位を計測する水位計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントに用いられる復水器ホットウェル、給水加熱器、および、気体廃棄物処理系復水器などのタンク内部に貯蓄されるドレン水位を計測する水位計測装置として、ダイヤフラム型差圧式水位計測装置が知られている。（例えば特許文献1参照。）
特許文献１に開示されたダイヤフラム型差圧式水位計測装置は、タンク内の気相側圧力と液相側圧力とをそれぞれのダイヤフラムに伝達し、各ダイヤフラムからキャピラリチューブを介して接続する差圧検出器によって、気相側圧力及び液相側圧力の圧力差を測り、タンク内部のドレン水位を計測するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２０５９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
周知のように復水器ホットウェル、給水加熱器、気体廃棄物処理系復水器の内部には、原子炉内での炉水の放射線分解により、非凝縮性ガス（水素イオンまたは水素原子）が含まれている。
【０００５】
上記特許文献１のダイヤフラム型差圧式水位計測装置に用いられているダイヤフラムは薄膜で構成されているため、水素イオンまたは水素原子を透過しやすい物質である。このため、ダイヤフラムに透過した水素イオンまたは水素原子がキャピラリチューブ内の圧力伝達用封入液内部に蓄積され、正確な圧力差を検出できないおそれがある。すなわち、計測対象とされる各タンク内部のドレン水位を正確に計測できない可能性があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、水素透過の影響を受けない水位計測装置を構成することによって、復水器ホットウェル、給水加熱器、および、気体廃棄物処理系復水器などのタンク内部に貯蓄されるドレン水位をより正確に計測することができる水位計測装置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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の水位計測装置は、蒸気通路中に挿入されてドレンを貯蓄し、気相を臨む気体排出口と液相を臨む液体排出口とが形成された容器と、前記気体排出口と前記液体排出口に連結され、前記容器内部と同圧下で前記ドレンを貯蔵する検出配管と、前記検出配管の外部に設けられ、マイクロ波を発生させるマイクロ波源と、前記検出配管上面内部にドレン液面に対向して設けられ、前記マイクロ波源からの前記マイクロ波を前記ドレン液面に投射すると共に、前記ドレンの液面で反射した反射マイクロ波を受信するアンテナ手段と、前記アンテナ手段で受信された前記反射マイクロ波を検知する検知手段と、前記検知手段で検知した検知信号に基づき前記検出配管の水位を演算して求める水位演算手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、マイクロ波を用いて水素透過の影響を受けない水位計測装置を構成することによって、復水器ホットウェル、給水加熱器、および、気体廃棄物処理系復水器などのタンク内部に貯蓄されるドレン水位をより正確に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る原子力プラントの構成を示す構成図。
【図２】本発明の実施形態１による水位計測装置の構成を示すブロック図。
【図３】本発明の実施形態２による水位計測装置の構成を示すブロック図。
【図４】本発明の実施形態３による水位計測装置の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施態様について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る原子力プラントの構成を示す構成図である。
【００１２】
本実施形態に係る原子力プラントは、原子炉１、高圧タービン２、低圧タービン３、復水器４、高圧給水加熱器５、低圧給水加熱器６、復水器４に接続する気体廃棄物処理設備４０などから構成されている。なお、図１には、送電設備など本実施形態に関係しないものは省略している。
【００１３】
原子炉１内では核燃料（図示せず）の核分裂が起こり、核分裂によって発生した熱によって原子炉１内の炉水が加熱される。加熱された炉水は蒸気となり、高圧タービン２および低圧タービン３へ送られ、各タービン２，３の回転駆動力を図示しない発電機に伝達して発電が行われる。
【００１４】
一方、原子炉1で炉水の加熱によって発生した蒸気の一部は、各タービン２，
３には送られず、高圧給水加熱器５および低圧給水加熱器６に導かれて給水の予熱に使用される。高圧タービン２および低圧タービン３で発電が行われた後の蒸気は、復水器４で凝縮されて水に戻される。そして、復水器４に貯溜された水は、低圧給水加熱器６および高圧給水加熱器５に導かれて順次加熱され、再び原子炉１に導かれる。原子炉１に導かれた給水は、核燃料の核分裂により発生する熱で加熱され、再び発電に用いられる。
【００１５】
上記復水器４には気体廃棄物処理設備４０が接続されている。気体廃棄物処理設備４０は、空気抽出器１０と、オフガス予熱器１１と、再結合器１２と、気体廃棄物処理系復水器１３と、スタック１４が順次接続されて構成されている。
【００１６】
空気抽出機１０は、復水器４内に系統から導かれた非凝縮性ガスを抽出する。
空気抽出機１０によって抽出された非凝縮性ガスは、オフガス予熱器１１で加熱される。この非凝縮性ガスには、原子炉内で炉水が放射線によって分解された酸素、水素および放射性希ガスが含まれており、そのうち酸素と水素は再結合器１２によって再結合されて蒸気となり、その蒸気は気体廃棄物処理系復水器１３によって凝縮されて水に戻され、排出口から排水される。その後、放射性物質が除去された残りの非凝縮性ガスは、スタック１４から大気中に放出される。
【００１７】
本実施形態における水位計測装置は、復水器４の内部に設けられている復水器ホットウェル、高圧給水加熱器５および低圧給水加熱器６、気体廃棄物処理系復水器１３などのタンクを計測対象装置として、タンク内に貯蓄されるドレン水位を計測するものである。
【００１８】
以下、本実施形態による水位計測装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図２は、本発明による水位計測装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【００２０】
本実施形態に係る水位計測装置４１は、タンク２０、検出配管２１、上部検出元弁２２、下部検出元弁２３、マイクロ波源２４、アンテナ手段２５、検知手段２６、アンプ手段２７、水位演算手段２８などから構成される。
【００２１】
図２の右側に示す水位計測装置４１は通常使用する常用系の装置であり、左側に示す水位計測装置４２はバックアップとして機能する非常用系の装置である。
常用系の水位計測装置４１に異常が見られる場合、直ちに非常用系の水位計測装置４２に切り替えられる仕組みになっている。非常用系の水位計測装置４２は、常用系の水位計測装置４１と同じであるので、同一符号を付してその構成の説明は省略する。
【００２２】
タンク２０は、復水器５の内部に設けられている復水器ホットウェルや、高圧給水加熱器６および低圧給水加熱器７や、気体廃棄物処理系復水器２３などのタンクであり、ドレンを貯溜する容器である。
【００２３】
タンク２０の内部は、気相と液相が形成されており、通常は気相が上部、液相が下部に存在する。タンク２０上部の気相側には、気体を排出するための気体排出口２０ａが設けられ、下部側には液体を排出するための液体排出口２０ｂが設けられている。
【００２４】
検出配管２１は、タンク２０のドレン水位を測定するために設けられた配管である。この検出配管２１は、タンク２０の気体排出口２０ａと液体排出口２０ｂとに連結接続されており、気体排出口２０ａと液体排出口２０ｂからタンク２０内部の気体及び液体が検出配管２１内に導かれている。よって、検出配管２１はタンク２０内部の状態と同じ状態を形成する連通管の構成となっている。検出配管２１の管路中には、気体排出口２０ａとの間に上部検出元弁２２が設けられ、また液体排出口２０ｂとの間には下部検出元弁２３が設けられている。
【００２５】
上部検出元弁２２及び下部検出元弁２３は、いわゆるバルブであり、開閉することによって気体、液体の排出および排出停止を行うことができる。上部検出元弁２２及び下部検出元弁２３は通常開放してあるため、タンク２０内部の気体は検出配管２１に導かれ、タンク２０内部の液体は検出配管２１に導かれる。これにより、タンク２０内部と検出配管２１内部の圧力は均圧となるため、タンク２０内部の水位と検出配管２１の水位は同じとなる。また、タンク２０内部の水位が変化すると、検出配管２１の水位もそれに応じて同じ量だけ変化する。上部検出元弁２２及び下部検出元弁２３は、検出配管２１に万一亀裂などの異常が発生した場合に直ちに閉じられ、検出配管２１をタンク２０から切り離すことにより安全性を確保する。
【００２６】
検出配管２１のドレン水位を測定するために用いられるマイクロ波源２４は、クライストロン、マグネトロン、進行波管などの電子管、ガンダイオードなどの半導体素子で構成され、検出配管２１の外部に設けられている。マイクロ波源２４は、検出配管２１のドレンと対向する管路中に設けられたアンテナ手段２５と接続され、マイクロ波を発振する。
【００２７】
アンテナ手段２５は、例えばホーンアンテナで構成されており、ホーンアンテナの開口面２５ｋは、検出配管２１のドレン液面と略平行に取り付けられている。アンテナ手段２５は、検出配管２１内部のドレン液面に向けてマイクロ波源２４からのマイクロ波を投射する。そして、ドレン液面で反射したマイクロ波を受信する。アンテナ手段２５によって受信された反射マイクロ波は、検知手段２６に送信される。
【００２８】
この検知手段２６は、アンプ手段２７および水位演算手段２８に接続されている。検知手段２６がアンテナ手段２５から送信された反射マイクロ波を検知すると、その検知信号をアンプ手段２７および水位演算手段２８に出力する。
【００２９】
このアンプ手段２７は、またマイクロ波源２４と接続されている。アンプ手段２７は、マイクロ波源２４で発生するマイクロ波の周波数又は電波強度を変え、検知手段２６における検知信号を調整する。例えば、検知手段２６で検知した検知信号が微弱であって水位測定信号として不十分な場合、アンプ手段２７は、伝損損失が小さい周波数のマイクロ波となるようにマイクロ波源２４を制御する。
【００３０】
水位演算手段２８は、検知手段２６からの検知信号に基づき検出配管２１のドレン水位、つまりタンク２０の水位を算出する。例えば式１に示すように、アンテナ手段２５から検出配管２１内部のドレンの液面に向けてマイクロ波を投射してから液面で反射したマイクロ波を受信するまでの伝播速度（ｖ）と伝播時間（ｔ）を乗算し、それを２で除算することによって、アンテナ手段２５から検出配管２１内部の液面までの距離（Ｄ）を計測する。
【００３１】
この距離Ｄは、
距離Ｄ＝（伝播速度ｖ×伝播時間ｔ）／２・・・（１）
で表される。
【００３２】
この算出した距離Ｄを予め実測した検出配管２１の全体の長さ（ホーンアンテナの開口面２５ｋ〜検出配管２１の底部までの距離）から減算すれば、検出配管２１内部の水位が計測できる。上述したように上部検出元弁２２および下部検出元弁２３を開放することにより、検出配管２１とタンク２０のドレンの水位は同じとなるため、検出配管２１内部の水位を計測することでタンク２０内部の水位を計測することができる。
【００３３】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３４】
タンク２０と検出配管２１を繋ぐ上部検出元弁２２および下部検出元弁２３が開放されているとき、マイクロ波源２４によってパルス発振されたマイクロ波は、アンテナ手段２５から検出配管２１内部のドレン液面に向けて投射される。
【００３５】
投射されたマイクロ波は、検出配管２１内部のドレン液面で反射し、アンテナ手段２５によって受信される。受信されたマイクロ波は検知手段２６へ伝送され、検知される。検知手段２６によって検知されたマイクロ波は、アンプ手段２７と水位演算手段２８に伝送される。
【００３６】
水位演算手段２８は、アンテナ手段２５からマイクロ波を検出配管２１内部のドレン液面に投射した時間と、ドレン液面で反射した反射マイクロ波をアンテナ手段２５によって受信した時間との時間差を求める。水位演算手段２８は、この時間差を伝播時間（ｔ）として、マイクロ波の伝播速度（ｖ）と乗算し、その乗算値を２で除算することにより、アンテナ手段２５から検出配管２１のドレン液面までの距離を算出する。この算出した距離を予め実測した検出配管２１の全体の長さから減算することによって、検出配管２１内部の水位が計測できる。検出配管２１内部とタンク２０内部のドレン水位は同位置であるため、検出配管２１内部の水位を計測することによってタンク２０内部の水位を計測することができる。
【００３７】
本実施形態によれば、マイクロ波を用いて水素透過の影響を受けない水位計測装置を構成することにより、復水器ホットウェル、給水加熱器、および、気体廃棄物処理系復水器などのタンク内部のドレン水位をより正確に計測することができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図３を用いて説明する。図３は、本発明による水位計測装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【００３９】
本実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、検出配管２１のうち、気体排出口２０ａから検出配管２１の最上部に設けられるアンテナ手段２５のホーンアンテナまでを、タンク２０に向けて上り勾配でかつ角部のない直管で形成して気相検出配管２１ａとしている点である。この第２の実施形態では、気体排出口２０ａがタンク２０の上部側面に形成されている。また、ホーンアンテナの開口面２５ｋは、タンク２０の気体排出口２０ａの上部より低い位置に取付けられている。その他の構成は第１の実施形態と同じであるので、その説明は省略する。
【００４０】
従って、本実施形態の気相検出配管２１ａは、タンク２０に向けて上り勾配となっており、気相検出配管２１ａの管路中に上部検出元弁２２が設けられている。
【００４１】
そして、タンク２０の上部検出元弁２２および下部検出元弁２３が開放されているとき、タンク２０内部の気体は、気体排出口２０ａから真っ直ぐな気相検出配管２１ａを通じて検出配管２１に導かれている。また、タンク２０内部の液体は下部検出元弁２３を介して検出配管２１に導かれている。タンク２０からは非凝縮性ガス（水素、酸素）も検出配管２１に排出されるが、水素は空気よりも軽いため、気相検出配管２１ａを介して再びタンク２０に導入されることになる。
【００４２】
本実施形態によれば、実施形態１の効果に加えて、気相検出配管２１ａの接続部であり、アンテナ手段２５が設けられている検出配管２１の直角部に水素が溜まることを防ぐことができる。
【００４３】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図４を用いて説明する。図４は、本発明による水位計測装置の第３の実施形態を示すブロック図である。
【００４４】
本実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、タンク２０の気相側の側面に更に側面気体排出口２０ｃを設け、この側面気体排出口２０ｃと検出配管２１とを補助検出配管３１で接続している点である。補助検出配管３１は、タンク２０内部の気体が検出配管２１に連通する構成となっている。また、補助検出配管３１の管路中には、検出配管２１との間に補助検出元弁３２が設けられている。その他の構成は第１の実施形態と同じであるので、その説明は省略する。
【００４５】
タンク２０内部のドレン水が急激に増加した場合、上部検出元弁２２のみを開放していると、タンク２０の気体排出口２０ａから検出配管２１に気体が導かれ、その圧力により検出配管２１のドレン水は一時的に押し下げられることがある。したがって、タンク２０と検出配管２１のドレン水位に違いが生じる場合がある。
【００４６】
本実施形態では、上部検出元弁２２だけでなく、補助検出元弁３２を開放すると検出配管２１の気体が補助検出配管３１を通ってタンク２０に導かれる構成となっているため、タンク２０の内部と検出配管２１の内部が均圧となり、タンク２０のドレン水位と検出配管２１のドレン水位に差異が生じることが発生しなくなる。なお、ここでは補助検出配管３１を１つ設けたが、これは縦方向または水平方向に複数設けてもよい。
【００４７】
本実施形態によれば、実施形態１の効果に加えて、タンク２０内部の水位が急激に変化した場合にもタンク２０と検出配管２１のドレン水位を同一に保ち、安定してタンク２０内部の水位を計測することができる。
【００４８】
本発明の他の実施形態として、アンテナ手段２５のアンテナ全体に白金（Pt）メッキを施す構成としてもよい。
【００４９】
アンテナ全体に白金（Pt）メッキを施した場合、白金が酸化還元触媒として作用し、蒸気中の不要な水分を水に戻す働きをする。すなわち、タンク２０の上部検出元弁２２および下部検出元弁２３が開放されると、検出配管２１に導入された非凝縮性ガス（水素、酸素）は、アンテナ手段２５のアンテナ全体に施された白金によって再結合される。白金のほかに、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミニウムを用いてもよい。
【００５０】
非凝縮性ガスの再結合を促すことができるため、アンテナ手段２５のアンテナが不要な水分によって腐食しない。
【００５１】
また、上記白金（Pt）メッキは検出配管２１の上部のアンテナ手段２５近傍の内面に形成してもよく、またアンテナ手段２５と併用しても同様の効果を得ることができる。
【００５２】
更に、本発明の他の実施形態として、マイクロ波源２４、検知手段２６、アンプ手段２７、水位演算手段２８を放射性遮蔽手段で包囲する構成としてもよい。
放射性遮蔽手段は鉛、重量コンクリート等の放射線を遮蔽するものであれば良い。
【００５３】
放射性遮蔽手段で包囲することにより、放射線の影響を受けることなく、マイクロ波源２４を用いて検出配管２１のドレン水位を計測することができ、安定してタンク２０のドレン水位を計測することができる。
【００５４】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されず、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わせしてもよく、又適宜設計変更して構わない。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・原子炉
２・・・高圧タービン
３・・・高圧タービン
４・・・復水器
５・・・高圧給水加熱器
６・・・低圧給水加熱器
１０・・・空気抽出機
１１・・・オフガス予熱器
１２・・・再結合器
１３・・・気体廃棄物処理系復水器
１４・・・スタック
２０・・・タンク
２０a・・・気体排出口
２０b・・・液体排出口
２０ｃ・・・側面気体排出口
２１・・・検出配管
２１a・・・気相検出配管
２２・・・上部検出元弁
２３・・・下部検出元弁
２４・・・マイクロ波源
２５・・・アンテナ手段
２５ｋ・・・ホーンアンテナ開口面
２６・・・検知手段
２７・・・アンプ手段
２８・・・水位演算手段
３０・・・放射性遮蔽手段
３１・・・補助検出配管
３２・・・補助検出元弁
４０・・・気体廃棄物処理設備
４１、４２・・・水位計測装置 
【図１】
2012042358.tif 000003
【図２】
2012042358.tif 000004
【図３】
2012042358.tif 000005
【図４】
2012042358.tif 000006