(57)【要約】【課題】長期間に亘る液位の監視が可能な液位監視装置及び原子力プラント、並びに液位監視方法を提供する。【解決手段】液位監視装置は、鉛直方向に沿って設けられた中空容器と、前記中空容器内に設けられ、該中空容器の上下両端の温度差に起因して音を発生させるように構成されたスタックと、多数の空隙を有しており、前記スタックの下方側において、前記中空容器の外表面を覆うように設けられた吸液材と、を備える。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に沿って設けられた中空容器と、
前記中空容器内に設けられ、上下両端の温度差に起因して音を発生させるように構成されたスタックと、
前記スタックの下方側において、前記中空容器の外表面を覆うように設けられた吸液材と、を備えることを特徴とする液位監視装置。
【請求項２】
前記吸液材は、少なくとも鉛直方向に延在する多孔質部位を含むことを特徴とする請求項１に記載の液位監視装置。
【請求項３】
前記吸液材は、少なくとも鉛直方向に延在する網目状部位を含むことを特徴とする請求項１に記載の液位監視装置。
【請求項４】
前記スタックの上方側における前記中空容器の外表面は、前記吸液材に覆われていないことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の液位監視装置。
【請求項５】
前記液位監視装置は、原子力プラントにおける冷却材の液位を監視するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の液位監視装置。
【請求項６】
前記液位監視装置は、前記原子力プラントの原子炉容器内に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の液位監視装置。
【請求項７】
前記液位監視装置は、前記原子炉容器と炉心槽との間の環状隙間に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の液位監視装置。
【請求項８】
前記液位監視装置は、前記原子力プラントの蒸気発生器の下方に設けられた冷却材の水室内に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の液位監視装置。
【請求項９】
前記液位監視装置は、前記原子力プラントの原子炉容器に接続され、前記原子炉容器内を冷却するための冷却材が流れる配管内に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の液位監視装置。
【請求項１０】
原子炉容器を含む原子炉と、
前記原子炉容器に収容される請求項１乃至９の何れか一項に記載の液位監視装置
を備えることを特徴とする原子力プラント。
【請求項１１】
鉛直方向に沿って設けられた中空容器の下方側が液体に接したとき、前記中空容器内に設けられたスタックの上下両端の温度差によって該スタックから発生された音を検出する音検出ステップを備え、
前記音検出ステップでは、前記スタックの下方側において前記中空容器の外表面を覆うように設けられた吸液材に浸透した液体の気化熱によって、前記スタックの上下両端の温度差を生じさせることを特徴とする液位監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、液位監視装置及び原子力プラント、並びに液位監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液位の検出に際して、音響センサを用いた方法が知られている。例えば、特許文献１には、音響センサを用いて井戸内の水位を測定する水位測定装置が記載されている。この水位測定装置は、井戸内の空気に振動を与えて発生させた定在波を井戸の上部に取り付けた音響センサにより検出し、音響センサの受波信号を解析することによって井戸の上端と地下水の水面との距離を求めるようになっている。
【０００３】
なお、特許文献２には、液位を検出する装置ではないが、熱を音波に変換する熱音響センサが記載されている。この熱音響センサは、レゾネータ（共鳴装置）として機能するチャンバを画定するハウジングと、チャンバの中に配置されるスタックとを備える。そして、スタックがハウジング内部又は外部の熱源からの熱を受けてスタックの両端部にある程度の温度差が生じると、ハウジングの周囲の温度に応じた周波数の音波が生成されるようになっている。したがって、レゾネータで共鳴する音波の周波数を計測することで、ハウジング周囲の温度を知ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６１４７３号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１４／００５０２９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１のように、一般的な音響センサを用いた水位測定装置においては、音響センサは音波の検出機能のみを有するため、外部から水面に向けて音波を与える必要がある。このような装置は正確な液位を把握（測定）したい場合には適しているが、長期間にわたって液位の監視を行う場合には、常時音波を与える必要があることから不向きである。
また、特許文献２に記載される熱音響センサは、そもそも、液位を検出するための装置ではない。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、長期間に亘る液位の監視が可能な液位監視装置及び原子力プラント、並びに液位監視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】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る液位監視装置は、
鉛直方向に沿って設けられた中空容器と、
前記中空容器内に設けられ、上下両端の温度差に起因して音を発生させるように構成されたスタックと、
前記スタックの下方側において、前記中空容器の外表面を覆うように設けられた吸液材と、を備える。
【０００８】
上記（１）の液位監視装置によれば、スタックの下方側において、中空容器の外表面を覆うように吸液材が設けられているので、吸液材の下部のみ液体に浸かっている場合、吸液材の下部が液体を吸い上げるため、液体は吸液材の上部にも浸透する。そして、吸液材に浸透した液体は、中空容器のスタック下方側の外表面から気化熱を奪って蒸発する。このため、中空容器のスタック下方側の外表面の温度低下に伴ってスタック下方側の中空容器の内部空間も温度が低下し、スタックの上下両端に温度差が発生する。スタックの上下両端に温度差が発生するとスタックは音を発生させるため、この音を検出することによって、中空容器の下端側のみが液体に接していることを把握できる。
このように、上記構成においては、スタック自体が上下両端の温度差によって音を発生するため、外部から音波を加える必要がなく、長期間に亘って適切に液位を監視することができる。
また、スタックは上下両端の温度差によって音を発生するように構成されており、発信源側（液面側）には電源が不要であるため、電源喪失時においても液面を確実に監視することができる。
さらに、吸液材への液体の浸透の有無によって液位を監視可能であるため、液位監視装置の周囲に障害物が存在する場合や、液面が波立っている場合等のように、他のタイプの液位検出手段（例えば超音波式液位センサ、圧力式液位センサ、気泡式液位センサ、又は浮子式液位センサ等）では監視困難な状況においても適切に液位を監視することができる。
【０００９】
（２）一実施形態では、上記（１）の構成において、
前記吸液材は、少なくとも鉛直方向に延在する多孔質部位を含む。
（３）他の実施形態では、上記（１）の構成において、
前記吸液材は、少なくとも鉛直方向に延在する網目状部位を含む。
【００１０】
上記（２）又は（３）の構成によれば、吸液材の多孔質部位又は網目状部位において、液体に浸漬されていない吸液材の上方部位まで毛細管現象により液体が容易に浸透する。これにより、吸液材全体に液体が浸透し、液体が気化するときの気化熱が大きくなるため、スタックの上下両端の温度差が顕著となる。したがって、吸液材の下部のみ液体に浸かっていることを確実に検出できる。
【００１１】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）のいずれかの構成において、
前記スタックの上方側における前記中空容器の外表面は、前記吸液材に覆われていない。
【００１２】
上記（４）の構成によれば、スタックの上方側における中空容器の外表面は吸液材によって覆われていないので、スタックの上方側における中空容器の内部空間は気化熱による温度低下の影響を殆ど受けない。そのため、スタックの上下両端の温度差が顕著となり、吸液材の下部のみ液体に浸かっていることをより一層確実に検出できる。
【００１３】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）のいずれかの構成において、前記液位監視装置は、原子力プラントにおける冷却材の液位を監視するように構成される。
通常、原子力プラントにおいては、健全な運転のために各部位において適正な冷却材の液位が定まっている。例えば、冷却材の液位が設定された値よりも低下してしまった場合、原子炉を適切に冷却できない可能性がある。
そこで、上記（１）乃至（４）のいずれかの構成を、原子力プラントにおける冷却材の液位の監視に用いることによって、原子力プラントの液位を長期間に亘って適切に監視することができる。例えば、液位監視装置によって、設定された液位よりも冷却材が低下したことを検出できる。また、電源がなくても液位に応じて音を発生させることができるため、電源喪失時においても確実に液位を監視することができ、原子力プラントの安全性を向上できる。
【００１４】
（６）一実施形態では、上記（５）の構成において、
前記液位監視装置は、前記原子力プラントの原子炉容器内に設けられている。
（７）また、一実施形態では、上記（６）の構成において、
前記液位監視装置は、前記原子炉容器と炉心槽との間の環状隙間に設けられている。
（８）他の実施形態では、上記（５）の構成において、
前記液位監視装置は、前記原子力プラントの蒸気発生器の下方に設けられた冷却材の水室内に設けられている。
（９）さらに他の実施形態では、上記（５）の構成において、
前記液位監視装置は、前記原子力プラントの原子炉容器に接続され、前記原子炉容器内を冷却するための冷却材が流れる配管内に設けられている。
【００１５】
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る原子力プラントは、
原子炉容器を含む原子炉と、
前記原子炉容器に収容される上記（１）乃至（９）の何れかに記載の液位監視装置と、を備える。
【００１６】
上記（１０）の原子力プラントによれば、上述したように、液位監視装置によって原子力プラントにおける各部位の液位を適切に監視可能であるため、原子力プラントの不具合を早期に把握することが可能となる。
【００１７】
（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係る液位監視方法は、
鉛直方向に沿って設けられた中空容器の下方側が液体に接したとき、前記中空容器内に設けられたスタックの上下両端の温度差によって該スタックから発生された音を検出する音検出ステップを備え、
前記音検出ステップでは、前記スタックの下方側において前記中空容器の外表面を覆うように設けられた吸液材に浸透した液体の気化熱によって、前記スタックの上下両端の温度差を生じさせる。
【００１８】
上記（１１）の液位監視方法によれば、吸液材の下部のみ液体に浸かっている場合、吸液材の下部が液体を吸い上げるため、液体は吸液材の上部にも浸透する。吸液材に浸透した液体は、中空容器のスタック下方側の外表面から気化熱を奪って蒸発する。このため、スタックの上下両端に温度差が生じてスタックが音を発生させる。この音を検出することによって、中空容器の下端側のみが液体に接していることを把握できる。
このように、上記方法においては、スタック自体が上下両端の温度差によって音を発生するため、外部から音波を加える必要がなく、長期間に亘って適切に液位を監視することができる。
また、スタックは上下両端の温度差によって音を発生するように構成されており、発信源側（液面側）には電源が不要であるため、電源喪失時においても液面を確実に監視することができる。
さらに、吸液材への液体の浸透の有無によって液位を監視可能であるため、液面近傍に障害物が存在する場合や、液面が波立っている場合等のように、他のタイプの液位検出手段（例えば超音波式液位センサ、圧力式液位センサ、気泡式液位センサ、又は浮子式液位センサ等）では監視困難な状況においても適切に液位を監視することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、スタック下方側の中空容器外表面に設けられた吸液材の下部のみ液体に浸かっている場合、吸液材の下部が液体を吸い上げるため、液体は吸液材の上部にも浸透する。吸液材に浸透した液体は、中空容器のスタック下方側の外表面から気化熱を奪って蒸発し、中空容器のスタックの上下両端に温度差が生じる。このため、スタックの上下両端の温度差に起因してスタックが音を発生させる。この音を検出することによって、中空容器の下端側のみが液体に接していることを把握可能となり、液位を監視することができる。
このように、スタック自体が上下両端の温度差によって音を発生させるため、外部から音波を加える必要がなく、長期間に亘って適切に液位を監視することができる。
また、スタックは上下両端の温度差によって音を発生するように構成されており、発信源側（液面側）には電源が不要であるため、電源喪失時においても液面を確実に監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施形態に係る原子力プラントの概略構成図である。
【図２】一実施形態に係る原子炉の断面図である。
【図３】一実施形態に係る蒸気発生器の断面図である。
【図４】一実施形態に係る液位監視装置の斜視図である。
【図５】一実施形態に係る液位監視装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２２】
本実施形態に係る液位監視装置及び方法は、液位（液面レベル）を監視するための装置及び方法であって、例えば、液位が設定レベルよりも低下したこと、あるいは液位が設定レベルよりも上昇したことを検出可能な構成となっている。
なお、以下の説明では、本実施形態に係る液位監視装置及び方法が、原子力プラントに適用される場合を例示している。但し、本実施形態に係る液位監視装置及び方法の適用先は原子力プラントに限定されるものではく、他の装置又はプラント等であってもよい。
【００２３】
最初に、図１を参照して、本実施形態に係る液位監視装置及び方法の適用先の一つである原子力プラント１について説明する。なお、図１は、一実施形態に係る原子力プラント１の概略構成図である。
【００２４】
図１に示すように、原子力プラント１は、核分裂反応で発生する熱エネルギーにより蒸気を生成するための原子炉３を含む原子炉系（一次冷却系）２と、原子炉３で生成された蒸気により駆動される蒸気タービン２１，２２を含むタービン系（二次冷却系）４と、を備える。また、原子力プラント１が、原子力によって発電を行うように構成された原子力発電プラントである場合、原子力プラント１は、蒸気タービン２１，２２の回転軸の回転により駆動される発電機６をさらに備える。
なお、図１に示す原子炉３は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ）である。他の実施形態では、原子炉３は沸騰水型原子炉（ＢＷＲ：Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ）であってもよく、あるいは、加圧水型原子炉及び沸騰水型原子炉を含む軽水炉とは異なり、減速材又は冷却材として軽水以外の物質を用いるタイプの原子炉であってもよい。
【００２５】
原子炉系２は、一次冷却水（一次冷却材）が流れる一次冷却ループ１０と、一次冷却ループ１０に設けられる原子炉容器（圧力容器）１１、加圧器１４、蒸気発生器１６及び一次冷却材ポンプ１８と、を含む。一次冷却材ポンプ１８は、一次冷却ループ１０において一次冷却水を循環させるように構成される。また、加圧器１４は、一次冷却ループ１０において、一次冷却水が沸騰しないように、一次冷却水を加圧するように構成される。なお、原子炉３を構成する原子炉容器１１、加圧器１４、蒸気発生器１６及び一次冷却材ポンプ１８は、原子炉格納容器１９に格納される。
原子炉容器１１にはペレット状の核燃料（例えばウラン燃料やＭＯＸ燃料等）を含む燃料棒１２が収容されており、この燃料の核分裂反応で発生する熱エネルギーにより、原子炉容器１１の中の一次冷却水が加熱される。原子炉容器１１には、原子炉出力を制御するために、核燃料を含む炉心で生成される中性子数を吸収して調整するための制御棒１３が設けられている。なお、原子炉容器１１内で加熱された一次冷却水は蒸気発生器１６に送られ、熱交換により二次冷却ループ２０を流れる二次冷却水（二次冷却材）を加熱して蒸気を発生させる。
【００２６】
蒸気発生器１６で生成された蒸気は、タービン系４に送られる。
タービン系４において、蒸気発生器１６で生成された蒸気によって高圧タービン２１及び低圧タービン２２が回転駆動される。また、高圧タービン２１及び低圧タービン２２は回転軸を介して発電機６と連結されており、発電機６は該回転軸の回転により駆動されて、電気エネルギーを生成する。なお、高圧タービン２１と低圧タービン２２との間には湿分分離加熱器２３が設けられており、高圧タービン２１で仕事をした後の蒸気を再度加熱してから低圧タービン２２に送るようになっている。
【００２７】
二次冷却ループ２０には、復水器２４、低圧給水加熱器２６、脱気器２７及び高圧給水加熱器２９が設けられており、低圧タービン２２で仕事をした後の蒸気がこれらの機器を通る過程で凝縮されるとともに加熱され、蒸気発生器１６に戻るようになっている。二次冷却ループ２０には、復水ポンプ２５及び給水ポンプ２８が設けられており、これらのポンプにより二次冷却ループ２０において二次冷却水が循環するようになっている。また、復水器２４には、低圧タービン２２からの蒸気を熱交換により冷却するための冷却水（例えば海水）がポンプ１５を介して供給されるようになっている。
【００２８】
次に、図２及び図３を参照して、原子力プラント１の各部位の構成について具体的に説明する。なお、図２及び図３において、図中の矢印は冷却材の流れを示している。
【００２９】
図２は、一実施形態に係る原子炉３の断面図である。
一実施形態に係る原子炉３において、原子炉容器１１は、原子炉容器本体３０と、開閉可能な原子炉容器蓋（上鏡）３１とを含む。
原子炉容器本体３０は、下部が半球形状をなす下鏡３５により閉塞された円筒形状となっている。そして、原子炉容器本体３０は、上部に一次冷却水としての軽水（冷却材）を供給する入口ノズル（入口管台）３６と、軽水を排出する出口ノズル（出口管台）６７とが形成されている。また、原子炉容器本体３０は、入口ノズル３６及び出口ノズル３７とは別に、図示しない注水ノズル（注水管台）が形成されている。
【００３０】
原子炉容器本体３０の内部には、入口ノズル３６及び出口ノズル３７より上方に上部炉心支持板３８が固定されており、下方の下鏡３５の近傍に位置するように下部炉心支持板３９が固定されている。下鏡３５には、複数の計測管台３３が取り付けられている。上部炉心支持板３８及び下部炉心支持板３９は、円板形状をなしており、図示しない多数の連通孔が形成されている。そして、上部炉心支持板３８の下方には、複数の炉心支持ロッド４０を介して、図示しない多数の連通孔が形成された上部炉心板４１が連結されている。
原子炉容器本体３０の内部には、該原子炉容器本体３０の内壁面と所定間隔をもって、円筒形状をなす炉心槽４２が配置されている。原子炉容器本体３０と炉心槽４２との間には、冷却材が下方に向けて流れる環状隙間（ダウンカマー）３２が形成されている。炉心槽４２は、上部が上部炉心板４１に連結され、下部に下部炉心板４３が連結されている。下部炉心板４３は、円板形状をなし、図示しない多数の連通孔が形成されており、下部炉心支持板３９に支持されている。
【００３１】
炉心４４は、上部炉心板４１と炉心槽４２と下部炉心板４３により形成されている。
炉心４４の内部には、多数の燃料集合体５０及び多数の制御棒１３が配置されている。多数の制御棒１３は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ５１となり、燃料集合体５０内に挿入可能となっている。上部炉心支持板３８には、該上部炉心支持板３８を貫通するように、多数の制御棒クラスタ案内管４５が固定されている。各制御棒クラスタ案内管４５は、下端部が燃料集合体５０内の制御棒クラスタ５１まで延出されている。
なお、燃料集合体５０に含まれる複数の燃料棒１２における核分裂反応は、複数の制御棒１３を備える制御棒クラスタ５１により制御されるようになっている。制御棒クラスタ５１は制御棒駆動装置４６により駆動されて、制御棒クラスタ５１の備える複数の制御棒１３が制御棒案内シンブルの中を上下に移動するようになっている。
【００３２】
原子炉容器１１を構成する原子炉容器蓋３１は、上部が半球形状をなし、磁気式ジャッキの制御棒駆動装置４６が設けられており、原子炉容器蓋３１と一体をなすハウジング４７内に収容されている。多数の制御棒クラスタ案内管４５は、上端部が制御棒駆動装置４６まで延出され、該制御棒駆動装置４６から延出された制御棒クラスタ駆動軸４８が、制御棒クラスタ案内管４５内を通って燃料集合体５０まで延出され、制御棒クラスタ５１を把持可能に構成されている。制御棒駆動装置４６は、上下方向に延設されて制御棒クラスタ５１に連結され、制御棒クラスタ駆動軸４８を上下動させることで、原子炉３の出力を制御している。
【００３３】
上記構成を有する原子炉３においては、制御棒駆動装置４６により制御棒クラスタ駆動軸４８を移動して燃料集合体５０から制御棒１３を所定量引き抜くことで、炉心４４内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギーにより原子炉容器１１内に充填された軽水が加熱され、高温の軽水が出口ノズル３７から排出され、上述したように、蒸気発生器１６に送られる。すなわち、燃料集合体５０を構成する原子燃料が核分裂することで中性子を放出し、減速材及び一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギーを低下させて熱中性子とし、新たな核分裂を起こしやすくするとともに、発生した熱を奪って冷却する。一方、制御棒１３を燃料集合体５０に挿入することで、炉心４４内で生成される中性子数を調整し、また、制御棒１３を燃料集合体５０に全て挿入することで、原子炉を緊急に停止することができる。
【００３４】
図３は、一実施形態に係る蒸気発生器１６の断面図である。
一実施形態において、蒸気発生器１６は、胴部６１の内部に配設された複数の伝熱管６２と、複数の伝熱管６２が挿通される管支持板６３と、胴部６１の下方において複数の伝熱管６２よりも下側に設けられた水室６５と、を備えており、複数の伝熱管６２内を流れる流体（一次冷却水）との熱交換によって蒸気を生成するように構成される。
【００３５】
蒸気発生器１６の胴部６１は、上下方向に延在し、かつ、密閉された中空円筒形状であって、上半部に対して下半部の方が小径の構造物である。胴部６１には、下端部側に水室６５が配置され、上端部側に蒸気排出口６６が配置されている。
胴部６１の下半部内から上半部内にかけて、胴部６１の内壁面と所定間隔をもって配置された円筒形状の管群外筒（内壁）６８が設けられている。この管群外筒（内壁）６８は、その下端部が、胴部６１の下半部内の下方に配置された管板６９まで延在している。管群外筒（内壁）６８内には、複数の伝熱管６２が配置されている。すなわち、管群外筒（内壁）６８の外周側に設けられた胴部６１内に、管群外筒（内壁）６８及び複数の伝熱管６２が格納されている。
【００３６】
胴部６１の下端部に設けられた水室６５は、隔壁６５ａによって内部空間が入室６５ｂと出室６５ｄに区画されている。入室６５ｂには、胴部６１の外部に通じる入口（入口ノズル）６５ｃが形成されており、該入室６５ｂに各伝熱管６２の一端部が連通している。出室６５ｄには、胴部の外部に通じる出口（出口ノズル）６５ｅが形成されており、該出室６５ｄに各伝熱管６２の他端部が連通している。入口６５ｃには、加圧水型原子炉から一次冷却水が送られる冷却水配管が連結されている。出口６５ｅには、熱交換された後の一次冷却水を加圧水型原子炉に送る冷却水配管が連結されている。
【００３７】
胴部６１の上半部には、給水Ｗを蒸気Ｓと熱水とに分離する気水分離器７１、及び、分離された蒸気Ｓの湿分を除去して乾き蒸気に近い状態とする湿分分離器７２が設けられている。気水分離器７１と複数の伝熱管６２との間には、外部から胴部６１内に二次冷却水を給水する給水管７３が挿入されている。
胴部６１の上端部には、蒸気排出口６６が形成されている。また、胴部６１の下半部内には、給水管７３から胴部６１内に給水された二次冷却水を、胴部６１と管群外筒（内壁）６８との間を流下させて管板６９で折り返させ、伝熱管６２に沿って上昇させる給水路７４が設けられている。なお、蒸気排出口６６には、タービン２１，２２（図１参照）に蒸気を送る冷却水配管が連結され、給水管７３には、二次冷却水を供給するための冷却水配管が連結される。この二次冷却水は、タービン２１，２２（図１参照）で使用された蒸気を復水器で冷却して復水させたものである。
【００３８】
上記した構成を有する蒸気発生器１６の作用に関して、原子炉３（図１、図２参照）で加熱された一次冷却水は、蒸気発生器１６の入口６５ｃから入室６５ｂに導入された後、入室６５ｂから複数の伝熱管６２内に導入され、各伝熱管６２内を通って循環して出室６５ｄに至り、出室６５ｄから出口６５ｅを介して蒸気発生器１６の外部へ排出される。一方、復水器２４（図１参照）で冷却された二次冷却水は、給水管７３に送られ、胴部６１内の給水路７４を通って複数の伝熱管６２に沿って上昇する。このとき、胴部６１内においては、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われる。そして、冷却された一次冷却水は出室６５ｄから原子炉３（図１、図２参照）に戻される。一方、高圧高温の一次冷却水と熱交換した二次冷却水は、胴部６１内を上昇し、気水分離器７１で蒸気と熱水とに分離される。そして、分離された蒸気は、湿分分離器７２で湿分を除去されてからタービン２１，２２（図１参照）に送られる。
【００３９】
ここで、図４及び図５を参照して、上述した原子力プラント１に適用される液位監視装置１００について説明する。なお、図４は、一実施形態に係る液位監視装置１００（熱音響デバイス８０）の斜視図である。図５は、一実施形態に係る液位監視装置１００（熱音響デバイス８０）の断面図である。
図４及び図５に示すように、幾つかの実施形態において液位監視装置１００は、鉛直方向に沿って設けられた中空容器８１と、中空容器８１内に設けられたスタック８５と、中空容器８１の外表面を覆うように設けられた吸液材８８と、を備える。
一実施形態では、中空容器８１、スタック８５及び吸液材８８によって、熱音響デバイス８０が構成される。この場合、液位監視装置１００は、液位によって音を発生させる熱音響デバイス（発信源）８０と、熱音響デバイス８０から発せられる音を検出するための音検出器１０２（図１参照）と、を備えていてもよい。
【００４０】
中空容器８１は、内部空間（上部空間９１、下部空間９２）９０を画定する。例えば、中空容器８１は、鉛直方向に沿って配置される円筒部８２と、円筒部８２の上側開口を封止するための蓋部８３と、円筒部８２の下側開口を封止するための底部８４と、を含み、密閉された内部空間９０を形成する。図５に示す例では、中空容器８１の内壁面と、蓋部８３の下面と、底部８４の上面とにより、長さがＬの内部空間９０が画定される。
【００４１】
スタック８５は、中空容器８１内に設けられ、上端面８６と下端面８７の温度差に起因して音を発生させるように構成されている。すなわち、スタック８５は、上端面８６と下端面８７の温度差が所定値以上になると、スタック８５を流れる熱流束の一部が、内部空間９０内部の温度に応じた周波数をもつ音波に変換されるようになっている。
【００４２】
吸液材８８は、スタック８５の下方側において、中空容器８１の外表面を覆うように設けられている。吸液材８８は、液体を吸収する材料で形成されている。すなわち、吸液材８８は、液体の浸透性が高く、一部が液体に浸漬することによって吸液材全体に液体が浸透するようになっている。図示される例では、吸液材８８は、中空容器８１の外表面を囲むように環状に設けられている。このように、中空容器８１の外表面を囲むように吸液材８８を設けることによって、中空容器８１と吸液材８８と接触面積が大きくなり、吸液材８８を介して中空容器８１から奪われる熱を増大することができ、スタック８５の上下両端面８６，８７の温度差を大きくすることができる。但し、吸液材８８は、中空容器８１の外表面のうち周方向における一部にのみ設けられていてもよい。
【００４３】
このように、上記構成によれば、スタック８５の下方側において、中空容器８１の外表面を覆うように吸液材８８が設けられているので、吸液材８８の下部のみ液体に浸かっている場合、吸液材８８の下部が液体を吸い上げるため、液体は吸液材８８の上部にも浸透する。そして、吸液材８８に浸透した液体は、中空容器８１のスタック下方側の外表面から気化熱を奪って蒸発する。このため、中空容器８１のスタック下方側の外表面の温度低下に伴ってスタック下方側の中空容器８１の内部空間９０も温度が低下し、スタック８５の上下両端面８６，８７に温度差が発生する。スタック８５の上下両端面８６，８７に温度差が発生するとスタック８５は音を発生させるため、この音を検出することによって、中空容器８１の下端側が液体に接していることを把握できる。
このように、上記構成においては、スタック自体が上下両端面８６，８７の温度差によって音を発生するため、外部から音波を加える必要がなく、長期間に亘って適切に液位を監視することができる。
【００４４】
また、スタックは上下両端面８６，８７の温度差によって音を発生するように構成されており、発信源側（液面側）には電源が不要であるため、電源喪失時においても液面を確実に監視することができる。
さらに、吸液材８８への液体の浸透の有無によって液位を監視可能であるため、液位監視装置１００（熱音響デバイス８０）の周囲に障害物が存在する場合や、液面が波立っている場合等のように、他のタイプの液位検出手段（例えば超音波式液位センサ、圧力式液位センサ、気泡式液位センサ、又は浮子式液位センサ等）では監視困難な状況においても適切に液位を監視することができる。
【００４５】
スタック８５の上方側における中空容器８１の外表面は、吸液材８８に覆われていなくてもよい。この構成によれば、スタック８５の上方側における中空容器８１の外表面は吸液材によって覆われていないので、スタック８５の上方側における中空容器８１の内部空間９０は気化熱による温度低下の影響を殆ど受けない。そのため、スタック８５の上下両端の温度差が顕著となり、液体が中空容器８１の下部のみ浸かっていることをより一層確実に検出できる。
【００４６】
一構成例では、内部空間９０の下端（すなわち底部８４の上面）からスタック８５の下端面８７までの高さ方向の距離をＬ２としたとき、吸液材８８は、内部空間９０の下端から高さ方向における距離Ｌ１まで延在しており、距離Ｌ１は距離Ｌ２以下である。
他の構成例では、内部空間９０の下端（すなわち底部８４の上面）からスタック８５の上端面８６までの高さ方向の距離をＬ３としたとき、吸液材８８は、内部空間９０の下端から高さ方向における距離Ｌ２まで延在しており、距離Ｌ２は距離Ｌ３以下である。
これらの構成によれば、吸液材８８の面積を確保することができ、よってスタック８５の上下両端面８６，８７の温度差を顕著にすることができる。
【００４７】
一構成例として、吸液材８８は、少なくとも鉛直方向に延在する多孔質部位を含む。多孔質部位は、内部に多数の空隙を有している。図５に示す例では、吸液材８８の全ての領域が多孔質材料によって形成された場合を示している。
他の構成例として、吸液材８８は、少なくとも鉛直方向に延在する網目状部位を含む。
なお、吸液材８８としては、例えば、多孔質セラミック、焼結金属、金属製メッシュ、発泡金属等を用いることができる。
【００４８】
これらの構成によれば、吸液材８８の多孔質部位又は網目状部位において、液体に浸漬されていない吸液材８８の上方部位まで毛細管現象により液体が容易に浸透する。これにより、吸液材全体に液体が浸透し、液体が気化するときの気化熱が大きくなるため、スタック８５の上下両端面８６，８７の温度差が顕著となる。したがって、液体が中空容器８１まで到達していることを確実に検出できる。
【００４９】
さらに、上記液位監視装置１００を原子力プラント１（図１参照）における冷却材の液位の監視に用いることによって、原子力プラント１の液位を長期間に亘って適切に監視することができる。また、電源がなくても液位に応じて音を発生させることができるため、電源喪失時においても確実に液位を監視することができ、原子力プラント１の安全性を向上できる。
【００５０】
図１及び図２に示すように、一実施形態では、液位監視装置１００（熱音響デバイス８０）は、原子力プラント１の原子炉容器１１内に設けられている。
この場合、液位監視装置１００は、原子炉容器１１と炉心槽４２との間の環状隙間３２に設けられていてもよい。
【００５１】
図１及び図３に示すように、他の実施形態では、液位監視装置１００（熱音響デバイス８０）は、原子力プラント１の蒸気発生器１６の下方に設けられた冷却材の水室６５内に設けられている。図３に示す例では、液位監視装置１００は、水室６５のうち入室６５ｂ内に設けられている。
【００５２】
図１に示すように、さらに他の実施形態では、液位監視装置１００（熱音響デバイス８０）は、原子力プラント１の原子炉容器１１に接続され、原子炉容器１１内を冷却するための冷却材が流れる配管１７内に設けられている。図１に示す例では、液位監視装置１００（熱音響デバイス８０）は、加圧器１４と蒸気発生器１６との間に配置され、鉛直方向に延在する配管１７内に設けられている。但し、液位監視装置１００（熱音響デバイス８０）が設置される配管１７はこれに限定されるものではない。他の構成例では、液位監視装置１００（熱音響デバイス８０）は、蒸気発生器１６と一次冷却材ポンプ１８との間に配置され、略鉛直方向に延在する配管１７内に設けられていてもよい。さらに他の構成例では、一次冷却材ポンプ１８と原子炉容器１１との間に配置され、略鉛直方向に延在する配管１７内に設けられていてもよい。
【００５３】
次に、幾つかの実施形態に係る液位監視方法について説明する。なお、以下の説明では、適宜、図１乃至図５に示した符号を用いている。
【００５４】
幾つかの実施形態に係る液位監視方法は、鉛直方向に沿って設けられた中空容器８１の下方側が液体に接したとき、中空容器８１内に設けられたスタック８５の上下両端面８６，８７の温度差によって該スタック８５から発生された音を検出する音検出ステップを備える。
この音検出ステップでは、スタック８５の下方側において中空容器８１の外表面を覆うように設けられた吸液材８８に浸透した液体の気化熱によって、スタック８５の上下両端面８６，８７の温度差を生じさせる。
【００５５】
この方法によれば、中空容器８１の下端側が液体に接したとき、吸液材８８に液体が浸透し、吸液材８８に浸透した液体は、中空容器８１のスタック下方側の外表面から気化熱を奪って蒸発する。このため、スタック８５の上下両端面８６，８７に温度差が生じてスタック８５が音を発生させる。この音を検出することによって、中空容器８１の下端側が液体に接していることを把握できる。このように、上記方法においては、スタック８５自体が上下両端面８６，８７の温度差によって音を発生するように構成されているため、外部から音波を加える必要がなく、長期間に亘って適切に液位を監視することができる。
【００５６】
また、スタック８５は上下両端面８６，８７の温度差によって音を発生するように構成されており、発信源側（液面側）には電源が不要であるため、電源喪失時においても液面を確実に監視することができる。
さらに、吸液材８８への液体の浸透の有無によって液位を監視可能であるため、周囲に障害物が存在する場合や液面が波立っている場合等のように、他のタイプの液位検出手段（例えば超音波式液位センサ、圧力式液位センサ、気泡式液位センサ、又は浮子式液位センサ等）では監視困難な状況においても適切に液位を監視することができる。
【００５７】
以上説明したように、上述の実施形態によれば、スタック下方側の中空容器８１の外表面に設けられた吸液材８８の下部のみ液体に浸かっている場合、吸液材８８の下部が液体を吸い上げるため、液体は吸液材８８の上部にも浸透する。吸液材８８に浸透した液体は、中空容器８１のスタック下方側の外表面から気化熱を奪って蒸発し、中空容器８１のスタック８５の上下両端面８６，８７に温度差が生じる。このため、スタック８５の上下両端面８６，８７の温度差に起因してスタック８５が音を発生させる。この音を検出することによって、中空容器８１の下端側が液体に接していることを把握可能となり、液位を監視することができる。
このように、スタック自体が上下両端面８６，８７の温度差によって音を発生させるように構成されているため、外部から音波を加える必要がなく、長期間に亘って適切に液位を監視することができる。
【００５８】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【００５９】
なお、熱音響デバイス８０によって、液位の検出に加えて、熱音響デバイス８０の周囲温度を検出するようにしてもよい。
すなわち、上述した原理に基づいてスタック８５から発せられる音が、上部空間９１又は下部空間９２において共鳴して、定在波を作りだす。この定在波の周波数は、共鳴空間としての上部空間９１又は下部空間９２の長さ（鉛直方向長さ）Ｌと、熱音響デバイス８０の内部温度Ｔと、に依存する。よって、熱音響デバイス８０により発せられた音の周波数を解析することで、熱音響デバイス８０の内部温度Ｔ、ひいては熱音響デバイス８０の周囲温度を求めることができる。
【００６０】
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００６１】
１        原子力プラント
２        原子炉系
３        原子炉
４        タービン系
６        発電機
１０      一次冷却ループ
１１      原子炉容器
１４      加圧器
１６      蒸気発生器
１７      配管
１８      一次冷却材ポンプ
１９      原子炉格納容器
２０      二次冷却ループ
２１      高圧タービン
２２      低圧タービン
３０      原子炉容器本体
３２      環状空間
４２      炉心槽
５０      燃料集合体
６１      胴部
６２      伝熱管
６３      管支持板
６５      水室
８０      熱音響デバイス
８１      中空容器
８２      円筒部
８３      蓋部
８４      底部
８５      スタック
８６      上端面
８７      下端面
８８      吸液材
９０      内部空間
９１      上部空間
９２      下部空間
１００    液位監視装置
１０２    音検出器
【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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