(57)【要約】【課題】リークフローパスによる液位制御を有効利用してシステムの大規模化をさせことなく流量測定を可能にした流量計測方法を提供する。【解決手段】冷却材を充填した原子炉容器１０と、原子炉容器１０と冷却材出口流路１３で接続されるとともに同じ冷却材を充填した内部容器２２と、内部容器２２の内部に設置されて原子炉容器１０との間で冷却材を循環させるリークフローパスを備えたポンプ３０と、リークフローパスを流れるリークフロー流量を計測する流量計と、を備え、原子炉容器１０とポンプ３０の液面が定格運転時に同一となるように調整した後、ポンプ３０の運転を開始してリークフロー流量の計測値からシステムの主流量を算出する。【選択図】図１
2013210261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を充填した第１容器と、
前記第１容器と流路で接続されるとともに同じ液体を充填した第２容器と、
前記第２容器の内部に設置されて前記第１容器との間で液体を循環させるリークフローパスを備えたポンプと、
前記リークフローパスを流れるリークフロー流量を計測する流量計と、
を備え、
前記第１容器及び第２容器の液面が定格運転時に同一となるように調整した後、前記ポンプの運転を開始して前記リークフロー流量の計測値から前記システムの主流量を算出することを特徴とする流量計測方法。
【請求項２】
液体を充填した第１容器と、
前記第１容器と流路で接続されるとともに同じ液体を充填した第２容器と、
前記第２容器の内部に設置されて前記第１容器との間で液体を循環させるリークフローパスを備えたポンプと、
前記リークフローパスを流れるリークフロー流量を計測する流量計と、
前記第１容器及び第２容器の液面が定格運転時に同一となるように調整した後、前記ポンプの運転を開始して前記リークフロー流量の計測値から前記システムの主流量を算出する主流量検出部と、
を備えていることを特徴とする流量計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リークフローパスによる液位制御を利用した流量計測方法及び流量計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、流路を用いて接続した容器間で液体（流体）を循環させるシステムでは、液体の流動を生み出すためにポンプ等の流体機械を用いて昇圧させることが行われている。このようなシステムにおいては、循環する流体流量の計測が必要になると、容器間の流路に設けた所定長さの直管部に流量計を設置して計測することとなる。
【０００３】
また、液体を昇圧させるポンプには、たとえば下記の特許文献１に開示されているように、静圧軸受から液溜まりに漏洩した流体を羽根車の吸込側に戻すリークフローパスを備えたものがある。このようなリークフローパスを備えたポンプは、上述したシステムに採用することにより、ポンプリークフロー処理系の形成が可能となる。このポンプリークフロー処理系は、容器間の液位差をなくすためにポンプ内に組み込まれており、液位差分の流体をリークフロー流体として昇圧前部に戻す液位制御機構のことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６３−１６４５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、容器間の流路に流量計を設けて流量測定を行う場合、流路の口径によっては流量計が巨大となり、さらに、流量計測に必要な流路の直管長も長くなることから、システム全体の大規模化が懸念される。このような背景から、たとえば高速増殖炉のような高速炉の冷却系のように、リークフローパスを備えたポンプを使用して液体を循環させる場合には、リークフローパスによる液位制御の有効利用により、システムを大規模化させることなく流量測定を可能にすることが望まれる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、リークフローパスによる液位制御を有効利用してシステムを大規模化させることなく流量測定を可能にした流量計測方法及び流量計測システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る流量計測方法は、液体を充填した第１容器と、前記第１容器と流路で接続されるとともに同じ液体を充填した第２容器と、前記第２容器の内部に設置されて前記第１容器との間で液体を循環させるリークフローパスを備えたポンプと、前記リークフローパスを流れるリークフロー流量を計測する流量計と、を備え、第１容器と第２容器の液面が同一となるように調整した後、前記ポンプの運転を開始して前記リークフロー流量の計測値から前記システムの主流量を算出することを特徴とするものである。
【０００７】
このような流量計測方法によれば、第１容器と第２容器の液面が同一となるように調整した後、ポンプの運転を開始してリークフロー流量の計測値からシステムの主流量を算出するようにしたので、システムの主流量と比較して少流量のリークフロー流量を小型の流量計で計測すれば、リークフロー流量との関係からシステムの主流量を得ることが可能になる。すなわち、システムの主流量を得るためには、流量計の小型・小口径化に加えて、流量測定に必要な流路の直管長も短くてすむリークフロー流量の計測をすればよいため、流量測定を行うシステムの大規模化を防止することができる。
【０００８】
本発明に係る流量計測システムは、液体を充填した第１容器と、前記第１容器と流路で接続されるとともに同じ液体を充填した第２容器と、前記第２容器の内部に設置されて前記第１容器との間で液体を循環させるリークフローパスを備えたポンプと、前記リークフローパスを流れるリークフロー流量を計測する流量計と、前記第１容器と第２容器の液面が同一となるように調整した後、前記ポンプの運転を開始して前記リークフロー流量の計測値から前記システムの主流量を算出する主流量検出部と、を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
このような流量計測システムによれば、第１容器と第２容器の液面が同一となるように調整した後、ポンプの運転を開始してリークフロー流量の計測値からシステムの主流量を算出する主流量検出部を備えているので、システムの主流量と比較して少流量のリークフロー流量を小型の流量計で計測すれば、主流量検出部においてリークフロー流量との関係から算出したシステムの主流量を得ることが可能になる。すなわち、システムの主流量を得るためには、流量計の小型・小口径化に加えて、流量測定に必要な流路の直管長も短くてすむリークフロー流量の計測をすればよいため、流量測定を行うシステムの大規模化を防止することができる。
【００１０】
上記の流量計測方法及び流量計測システムは、高速炉（たとえば高速増殖炉、あるいは増殖を目的としない高速中性子炉など、高速中性子を利用する原子炉の総称）において、原子炉（第１容器）とポンプ組込型中間熱交換器（第２容器及びポンプ）との間を循環する冷却材（液体ナトリウム等の液体金属）の流量測定に適用することで高速炉の大規模化の防止が可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
上述した本発明によれば、たとえば高速炉で冷却材を循環させる冷却系のように、リークフローパスを備えたポンプを使用して液体を循環させるシステムにリークフローパスの液位制御を有効利用することにより、リークフロー流量の計測値からシステムの主流量を算出してシステムを大規模化させることなく流量測定を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る流量計測方法及び流量計測システムの一実施形態として、高速炉の冷却系において冷却材の流量測定に適用した構成例を示す図である。
【図２】図１のポンプ組込型中間熱交換器を拡大して示す図である。
【図３】図２の要部（破線で囲んだ領域Ａ部）を拡大したリークフロー流量の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る流量計測方法及び流量計測システムの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る流量計測方法及び流量計測システムを高速炉の冷却系に適用した場合の構成例を示しており、図中の符号１０は原子炉容器、２０はポンプ組込型中間熱交換器である。この場合、たとえば高速増殖炉や増殖を目的としない高速中性子炉等のように、高速中性子を利用する原子炉を総称して「高速炉」と呼ぶ。
【００１４】
原子炉容器（第１容器）１０の内部には炉心１１が収納され、この炉心１１を冷却するため液体ナトリウム等の冷却材が液面Ｌｔまで充填されている。この冷却材は、ポンプ組込型中間熱交換器２０内に設置されたポンプ３０により循環し、原子炉容器１０内の温度上昇を防止している。また、原子炉容器１０は、液面Ｌｔの上部空間１２がアルゴンガス等の不活性ガスにより満たされている。
なお、図中の符号１３は冷却材出口流路、１４は冷却材入口流路である。
【００１５】
ポンプ組込型中間熱交換器２０は、二重壁構造とした容器本体２１の内部容器（第２容器）２２内に中間熱交換器２３及びポンプ３０が収納設置された構成とされる。容器本体２１の上端部近傍には、上述した冷却材出口流路１３が連結されている。従って、原子炉容器１０から導入した冷却材は、内部容器２２に上方から流入するようになっている。
なお、中間熱交換器２３は、図示省略の熱媒体と冷却材とを熱交換させる熱交換器であり、原子炉容器１０内の炉心にて加熱された冷却材から吸熱して冷却するものである。
【００１６】
ポンプ３０は、図２及び図３に示すように、電動機３１を駆動源として羽根車３２を回転させる構成とされ、後述するリークフローパス４０（図３参照）を備えている。
ポンプ３０は、電動機３１の下方に連結されたケーシング３３を備え、ケーシング３３内に配設された回転軸３４の端部に羽根車３２が取り付けられている。すなわち、ケーシング３３は上下方向に長い円筒形状とされ、同じく上下方向に長い回転軸３４の下端部に羽根車３２が取り付けられている。
【００１７】
ケーシング３３の外周部には、ポンプ３０の流体出口３５に連通する出口流路３６を形成するため、外筒３７が設けられている。すなわち、ケーシング３３及び外筒３７は同心の二重管構造とされ、ケーシング３３の外壁と外筒３７の内壁との間に形成された上下方向の空間が出口流路３６となる。この出口流路３６において、下端部の開口が流体出口３５に連通して流体の冷却材が流入する流体入口３６ａとなる。
また、ケーシング３３の内部には、流体の冷却材が羽根車３２とケーシング３３との間隙部から液面Ｌｐまで流入している。さらに、液面Ｌｐの上部空間３３ａは、図示しない連通路を介して原子炉容器１０内の上部空間１２と連通しているので、同圧の不活性ガスが満たされている。
【００１８】
外筒３７の外周には、周囲を取り囲むようにして中間熱交換器２３が設置されている。このため、内部容器２２の上方から流入した冷却材は、ポンプ３０の運転により羽根車３２が回転すると、図中に実線矢印で示すように、中間熱交換器２３を通過して下方へ流れた後にポンプ吸込口３８で上向きの流れに方向転換し、流体入口３６ａから出口流路３６に流入する。この冷却材は、出口流路３６の内部を上昇して流れた後、流体出口３５に接続された循環流路（不図示）から流出するが、この流れの流量がポンプ３０の運転により生じたシステムの主流量となる。
なお、流体出口３５に接続された循環流路は、必要に応じて設置された種々の機器類を経由した後、原子炉流路１０の冷却材入口流路１４に接続される。
【００１９】
リークフローパス４０は、ケーシング３３の内外をポンプ吸込部３８付近で連通させる流路である。
リークフローパス４０は、一端がケーシング３３内の液面Ｌｐより低い位置に開口して上部開口４１となり、他端がケーシング３３の下端位置近傍となるポンプ吸込部３８に開口して下部開口４２となる。このポンプ吸込部３８は、上部開口４１から下部開口４２に向けてリークフローパス４０を流下するリークフロー流量と、ポンプ３０の運転により冷却材出口流路１３から流体出口３５へ向かうシステムの主流量とが合流する位置である。そして、リークフローパス４０の上部開口４１には、リークフロー流量を調整するリークフロー処理弁４３が設けられている。
【００２０】
このようなリークフローパス４０及びリークフロー処理弁４３を備えたポンプリークフロー処理系は、高速炉及びポンプ３０の定格運転時において、原子炉容器１０内の液面Ｌｔとケーシング３３内の液面Ｌｐとの間に、冷却材の液位差が生じないようにするものである。すなわち、ポンプリークフロー処理系は、流路で接続された容器間の液位差をなくすためにポンプ３０に組み込まれており、液位差分の流体をリークフロー流量（流体）として昇圧前部のポンプ吸込口３８に戻す液位制御機構のことである。
【００２１】
本実施形態では、ポンプ３０のリークフローパス４０を流れるリークフロー流量が、ポンプ３０のシステムの主流量に対応して変化することを利用し、システムの主流量との比較においてかなりの少流量となるリークフロー流量を計測し、この計測値からシステムの主流量を算出して流量計測を行うものである。
【００２２】
以下では、図示のリークフロー処理系について、その流量特性を説明する。なお、以下の説明では、システムの主流量が流れる流路系統を主系統と呼ぶ。
この流量特性は、原子炉容器１０の液面Ｌｔ（原子炉容器液面ＨＲＶ：ｍ）を基準に主系統の圧力損失ΔＰＨＬ（Ｐａ）から計算したポンプ吸込部３８の圧力Ｐ０（Ｐａ）に対し、ポンプ３０の液面Ｌｐ（ＨＰＵＭＰ：ｍ）を基準にリークフロー系統の圧力損失ΔＰＬＦ（Ｐａ）を考慮した圧力Ｐ１（Ｐａ）が等しくなるものとし、下記の数式「数１」を用いて計算する。
【００２３】
【数１】
2013210261.tif 000003
【００２４】
「数１」において、液面Ｌｔ，Ｌｐが一定となれば、主系統及びリークフロー系統の圧力損失ΔＰＨＬ，ΔＰＬＦの関係も一定となる。このため、リークフロー系統の圧力損失ΔＰＬＦが分かれば、主系統の圧力損失ΔＰＨＬが求められる。
本実施形態では、リークフロー処理弁４３を用いて、定格運転時に原子炉容器１０の液面Ｌｔとポンプ３０の液面Ｌｐとが等しくなるように、予め弁開度を設定している。
従って、「数１」において、液面Ｌｔ，Ｌｐが等しいならば、主系統及びリークフロー系統の圧力損失ΔＰＨＬ，ΔＰＬＦは略等しくなる。
【００２５】
さらに、流量と圧力損失の関係は、下記の数式「数２」で表される。
【数２】
2013210261.tif 000004
【００２６】
この数式「数２」は、圧損ΔＰが流量Ｑの二乗に比例することを意味している。
このため、リークフロー系統の圧力損失ΔＰＬＦはシステムの主流量の略二乗に比例し、その圧力損失ΔＰＬＦによりリークフロー流量が決まってくる。この結果、システムの主流量とリークフロー流量との間には関連性があると言え、従って、リークフロー流量を計測することでシステムの主流量の算出が可能になる。
そこで、本実施形態では、たとえば図３に示すように、リークフローパス４０の適所に流量計５０を設置してリークフロー流量を計測し、この計測値を主流量検出部６０に入力してシステムの主流量を算出するものである。
【００２７】
上述したように、本実施形態の流量計測方法は、冷却材（液体）を充填した原子炉容器１０と、原子炉容器１０と冷却材出口流路１３で接続されるとともに同じ冷却材を充填したポンプ組込型中間熱交換器２０の内部容器２２と、内部容器２２の内部に設置されて原子炉容器１０との間で冷却材を循環させるリークフローパス４０を備えたポンプ３０と、リークフローパス４０を流れるリークフロー流量を計測する流量計５０とを備え、原子炉容器１０とポンプ３０の液面Ｌｔ，Ｌｐが定格運転時に同一となるように調整した後、ポンプ３０の運転を開始してリークフロー流量の計測値からシステムの主流量を算出する。
【００２８】
また、本実施形態の流量計測システムは、原子炉容器１０とポンプ３０の液面Ｌｔ，Ｌｐが定格運転時に同一となるように調整した後、ポンプ３０の運転を開始してリークフロー流量の計測値からシステムの主流量を算出する主流量検出部６０を備えている。この主流量検出部６０には、リークフローパス４０を流れるリークフロー流量を計測する流量計５０の計測値が入力される。
【００２９】
このような本実施形態の流量計測方法及び流量計測システムによれば、システムの主流量と比較して少流量のリークフロー流量を小型の流量計５０で計測し、このリークフロー流量の計測値に基づいて、リークフロー流量との関係からシステムの主流量を計算によって得ることができる。
【００３０】
すなわち、リークフロー系統が一定であれば、リークフロー流量の計測値とリークフロー系統の圧力損失との間には一定の相関関係があるので、リークフロー流量の計測値からリークフロー系統の圧力損失が分かる。そして、リークフロー系統の圧力損失はシステムの主流量の略二乗に比例するという関係があるので、この関係から逆算してシステムの主流量を得ることができる。このような計算は、流量計５０からリークフロー流量の検出値が入力される主流量検出部６０で実施される。
換言すれば、リークフロー系統の圧力損失と主系統の圧力損失との関係式、そして、流量と圧力損失との関係式より、リークフロー流量を計測することでシステムの主流量を算出することができる。
【００３１】
上述した本実施形態によれば、ポンプ３０のシステムの主流量を得るため、システムの主流量と比較して少流量のリークフロー流量を計測するので、流量計５０を小型及び小口径化することができ、さらに、流量測定に必要な流路の直管長も流量計５０の小型・小口径化により短くてすむ。
この結果、たとえば高速炉で冷却材を循環させる冷却系のように、リークフローパスを備えたポンプ３０を使用して液体を循環させるシステムにおいては、リークフローパスの液位制御を有効利用してリークフロー流量の計測値からシステムの主流量を算出できるため、システムを大規模化させることなく流量測定を実施できる。
【００３２】
すなわち、上述した本実施形態は、ポンプリークフロー処理系というシステム内の既存設備を利用し、小規模の流量計５０及び主流量検出部６０を追加してリークフロー流量を計測するものであるため、システム全体を大規模化させることなくシステムの主流量を計測することが可能である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、たとえば流量測定の対象が高速炉の冷却材に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０    原子炉容器（第１容器）
１３    冷却材出口流路
２０    ポンプ組込型中間熱交換器
２１    容器本体
２２    内部容器（第２容器）
２３    中間熱交換器
３０    ポンプ
３２    羽根車
３３    ケーシング
３４    回転軸
３５    流体出口
３６    出口流路
３６ａ    流体入口
３７    外筒
３８    ポンプ吸込口
４０    リークフローパス
４１    上部開口
４２    下部開口
４３    リークフロー処理弁
５０    流量計
６０    主流量検出部
【図１】
2013210261.tif 000005
【図２】
2013210261.tif 000006
【図３】
2013210261.tif 000007