(57)【要約】【課題】超音波流量計センサヘッドの押付力の安定化構造を実現することなどが可能な超音波流量計センサヘッドなどを提供する。【解決手段】超音波流量計センサヘッド１１の構成を、ベローズシリンダ４２に加圧ガスが供給されてベローズシリンダ４２が伸長すると、ベローズシリンダ４２が伸長することによるばね力によって、センサブラケット４３及びセンサ部４５とともに固体カプラント５３を、内管外周面に押し付け、この押付力の反力がセンサヘッド本体４０（反力パッド４１）を介して支持枠３１に支持される一方、ベローズシリンダ４２から加圧ガスが排出されると、センサ引上げばね４７がばね力によりセンサブラケット４３を内管外周面と反対側の方向に移動させてベローズシリンダ４２を収縮させるため、ベローズシリンダ４２による内管外周面へのセンサ部４５（固体カプラント５３）の押し付けが解除される構成とする。【選択図】図６
2009115633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管内を流れる流体の流量を計測するために前記配管の外周面に設置される超音波流量計センサヘッドであって、
前記配管外周面に固定された支持枠と前記配管外周面との間に配設され、
前記支持枠側に位置するセンサヘッド本体と、
前記配管外周面側に位置するセンサブラケットと、
前記センサブラケットに固定されたセンサ部と、
前記センサ部に貼り付けられた固体カプラントと、
前記センサヘッド本体と、前記センサブラケットとの間に介設されたベローズシリンダと、
前記センサブラケットをばね力により前記配管外周面と反対側の方向に移動させて、前記ベローズシリンダを収縮させる弾性部材とを有し、
前記ベローズシリンダに加圧ガスが供給されて前記ベローズシリンダが伸長すると、前記ベローズシリンダが伸長することによる推力によって、前記センサブラケット及び前記センサ部とともに前記固体カプラントを、前記配管外周面に押し付け、この押付力の反力が前記センサヘッド本体を介して前記支持枠に支持される一方、
前記ベローズシリンダから加圧ガスが排出されると、前記弾性部材がばね力により前記センサブラケットを前記配管外周面と反対側の方向に移動させて前記ベローズシリンダを収縮させるため、前記ベローズシリンダによる前記配管外周面への前記センサ部の押し付けが解除される構成としたことを特徴とする超音波流量計センサヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波流量計センサヘッドにおいて、
前記センサヘッド本体と前記センサブラケットの間、及び、前記センサブラケットと前記弾性部材の間には隙間を設けたことを特徴とする超音波流量計センサヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超音波流量計センサヘッドにおいて、
前記センサヘッド本体に設けられたガイドローラが、前記配管外周面の周方向に沿って前記配管外周面に固定したガイドレールに係合して転動することにより、前記ガイドレールに沿って移動することができる構成としたことを特徴とする超音波流量計センサヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波流量計センサヘッドを、複数、連結ロッドで連結してなることを特徴とする超音波流量計センサヘッド装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波流量計センサヘッド装置において、
前記センサヘッド本体のヘッド側連結部と、前記連結ロッドのロッド側連結部は、前記ヘッド側連結部に固定された連結軸が、前記ロッド側連結部に形成した前記連結ロッドの軸方向に長い長穴に挿通されることによって、連結されていることを特徴とする超音波流量計センサヘッド装置。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波流量計センサヘッド装置において、
前記連結軸が、前記長穴内の外側に位置していることを特徴とする超音波流量計センサヘッド装置。
【請求項７】
請求項５に記載の超音波流量計センサヘッド装置の位置決め方法であって、
前記複数の超音波流量計センサヘッドを前記ガイドレールに沿って移動させ、前記複数の超音波流量計センサヘッドのうちの先頭の超音波流量計センサヘッドの当接部を、前記配管外周面に固定したストッパに当接させて、前記連結軸を前記長穴内の内側に接触させる第１の手順と、
前記先頭の超音波流量計センサヘッドの前記ベローズシリンダに加圧ガスを供給して、前記先頭の超音波流量計センサヘッドのみを、前記ベローズシリンダによって前記配管外周面に押し付ける第２の手順と、
前記先頭の超音波流量計センサヘッドの後ろに連結された他の超音波流量計センサヘッドを、前記第１の手順における前記超音波流量計センサヘッドの移動方向とは逆方向に引張って、前記長穴の長さ分戻すことにより、前記連結軸を前記長穴内の外側に接触させる第３の手順と、
前記他の超音波流量計センサヘッドのベローズシリンダに加圧ガスを供給して、前記他の超音波流量計センサヘッドを、前記ベローズシリンダによって前記配管外周面に押し付ける第４の手順と、
を有することを特徴とする超音波流量計センサヘッド装置の位置決め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は配管内を流れる流体の流量を計測するために前記配管の外周面に設置される超音波流量計センサヘッド、これを備えた超音波流量計センサヘッド装置及びその位置決め方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体ナトリウムを冷却材として用いる高速増殖炉（ナトリウム冷却炉）では、安全保護系流量計測システムの流量計として電磁流量計が採用されており、この電磁流量計によって一次冷却系配管内を流れる冷却材（ナトリウム）の流量を計測していた。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５３０８２号公報（この特許文献には、ダインカマ上流側の流れ場の乱れの影響を低減しながら超音波信号により炉心流量を計測する炉心流量計測装置が開示されている）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、現在、実用炉として検討されている高速増殖炉（ナトリウム冷却炉）では、一次冷却系配管に高クロム鋼が採用されることになっており、この高クロム鋼は磁性体であるため、一次冷却系配管の流量計測に従来のような電磁流量計を用いることができない。しかも、この一次冷却系配管は、直管部が短く且つ２重管構造の大口径配管である。
【０００５】
そこで、現在、このような高速増殖炉（ナトリウム冷却炉）の実用化概念で検討されている直管部が短く高クロム鋼の２重管構造の大口径配管に適用する安全保護系流量計測システムに適合する流量計システムとして、超音波伝播時間差・多側線方式流量計測システムの採用が検討されている。また、一次冷却系配管の付近は、原子炉停止時であっても、一次冷却系配管内の液体ナトリウムが２００℃程度あるため高温雰囲気であり、且つ、放射能も高いため、人が近づくことはできない。このため、遠隔操作で超音波流量計センサヘッド装置の交換作業を行なうことが可能な機構の開発も行なわれている。
【０００６】
そして、この超音波伝播時間差・多側線方式流量計測システムや遠隔交換機構の開発に関連して、これに適用する超音波流量計センサヘッドについて次のような幾つかの解決すべき課題があった。
【０００７】
（１）  超音波流量計センサヘッドの押付力の安定化構造
（２）  限られたスペースへの超音波流量計センサヘッドの配置（有限スペースへの超音波流量計センサヘッドの挿入配列）
（３）  遠隔操作による超音波流量計センサヘッドの押付位置の繰り返し精度（円周上均等配置のズレ補正構造と挿入手順）
（４）  温度変化に伴う超音波流量計センサヘッドの熱伸びの吸収構造
（５）  超音波流量計センサヘッドの押付角度の垂直化（対象配管法線方向押付）
【０００８】
従って本発明は上記の課題を解決することができる超音波流量計センサヘッド、これを備えた超音波流量計センサヘッド装置及びその位置決め方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する第１発明の超音波流量計センサヘッドは、配管内を流れる流体の流量を計測するために前記配管の外周面に設置される超音波流量計センサヘッドであって、
前記配管外周面に固定された支持枠と前記配管外周面との間に配設され、
前記支持枠側に位置するセンサヘッド本体と、
前記配管外周面側に位置するセンサブラケットと、
前記センサブラケットに固定されたセンサ部と、
前記センサ部に貼り付けられた固体カプラントと、
前記センサヘッド本体と、前記センサブラケットとの間に介設されたベローズシリンダと、
前記センサブラケットをばね力により前記配管外周面と反対側の方向に移動させて、前記ベローズシリンダを収縮させる弾性部材とを有し、
前記ベローズシリンダに加圧ガスが供給されて前記ベローズシリンダが伸長すると、前記ベローズシリンダが伸長することによる推力（スラスト力）によって、前記センサブラケット及び前記センサ部とともに前記固体カプラントを、前記配管外周面に押し付け、この押付力の反力が前記センサヘッド本体を介して前記支持枠に支持される一方、
前記ベローズシリンダから加圧ガスが排出されると、前記弾性部材がばね力により前記センサブラケットを前記配管外周面と反対側の方向に移動させて前記ベローズシリンダを収縮させるため、前記ベローズシリンダによる前記配管外周面への前記センサ部の押し付けが解除される構成したことを特徴とする。
【００１０】
また、第２発明の超音波流量計センサヘッドは、第１発明の何れかの超音波流量計センサヘッドにおいて、
前記センサヘッド本体と前記センサブラケットの間、及び、前記センサブラケットと前記弾性部材の間には隙間を設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、第３発明の超音波流量計センサヘッドは、第１又は第２発明の超音波流量計センサヘッドにおいて、
前記センサヘッド本体に設けられたガイドローラが、前記配管外周面の周方向に沿って前記配管外周面に固定したガイドレールに係合して転動することにより、前記ガイドレールに沿って移動することができる構成としたことを特徴とする。
【００１２】
また、第４発明の超音波流量計センサヘッド装置は、第３発明の超音波流量計センサヘッドを、複数、連結ロッドで連結してなることを特徴とする。
【００１３】
また、第５発明の超音波流量計センサヘッド装置は、第４発明の超音波流量計センサヘッド装置において、
前記センサヘッド本体のヘッド側連結部と、前記連結ロッドのロッド側連結部は、前記ヘッド側連結部に固定された連結軸が、前記ロッド側連結部に形成した前記連結ロッドの軸方向に長い長穴に挿通されることによって、連結されていることを特徴とする。
【００１４】
また、第６発明の超音波流量計センサヘッド装置は、第５発明の超音波流量計センサヘッド装置において、
前記連結軸が、前記長穴内の外側に位置していることを特徴とする。
【００１５】
また、第７発明の超音波流量計センサヘッド装置の位置決め方法は、第５発明の超音波流量計センサヘッド装置の位置決め方法であって、
前記複数の超音波流量計センサヘッドを前記ガイドレールに沿って移動させ、前記複数の超音波流量計センサヘッドのうちの先頭の超音波流量計センサヘッドの当接部を、前記配管外周面に固定したストッパに当接させて、前記連結軸を前記長穴内の内側に接触させる第１の手順と、
前記先頭の超音波流量計センサヘッドの前記ベローズシリンダに加圧ガスを供給して、前記先頭の超音波流量計センサヘッドのみを、前記ベローズシリンダによって前記配管外周面に押し付ける第２の手順と、
前記先頭の超音波流量計センサヘッドの後ろに連結された他の超音波流量計センサヘッドを、前記第１の手順における前記超音波流量計センサヘッドの移動方向とは逆方向に引張って、前記長穴の長さ分戻すことにより、前記連結軸を前記長穴内の外側に接触させる第３の手順と、
前記他の超音波流量計センサヘッドのベローズシリンダに加圧ガスを供給して、前記他の超音波流量計センサヘッドを、前記ベローズシリンダによって前記配管外周面に押し付ける第４の手順と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１発明の超音波流量計センサヘッドによれば、配管内を流れる流体の流量を計測するために前記配管の外周面に設置される超音波流量計センサヘッドであって、前記配管外周面に固定された支持枠と前記配管外周面との間に配設され、前記支持枠側に位置するセンサヘッド本体と、前記配管外周面側に位置するセンサブラケットと、前記センサブラケットに固定されたセンサ部と、前記センサ部に貼り付けられた固体カプラントと、前記センサヘッド本体と、前記センサブラケットとの間に介設されたベローズシリンダと、前記センサブラケットをばね力により前記配管外周面と反対側の方向に移動させて、前記ベローズシリンダを収縮させる弾性部材とを有し、前記ベローズシリンダに加圧ガスが供給されて前記ベローズシリンダが伸長すると、前記ベローズシリンダが伸長することによる推力（スラスト力）によって、前記センサブラケット及び前記センサ部とともに前記固体カプラントを、前記配管外周面に押し付け、この押付力の反力が前記センサヘッド本体を介して前記支持枠に支持される一方、前記ベローズシリンダから加圧ガスが排出されると、前記弾性部材がばね力により前記センサブラケットを前記配管外周面と反対側の方向に移動させて前記ベローズシリンダを収縮させるため、前記ベローズシリンダによる前記配管外周面への前記センサ部の押し付けが解除される構成したことを特徴としているため、ベローズシリンダによる配管外周面へのセンサ部の押し付けと、押し付けの解除とを、容易且つ安定して行うことができ、超音波流量計センサヘッドの押付力の安定化構造を実現することができる。
【００１７】
また、第２発明の超音波流量計センサヘッドによれば、第１発明の超音波流量計センサヘッドにおいて、前記センサヘッド本体と前記センサブラケットの間、及び、前記センサブラケットと前記弾性部材の間には隙間を設けたことを特徴とするため、ベローズシリンダによってセンサ部を配管外周面に押し付けるときに自重によって超音波流量計センサヘッドが傾いたとしても、センサ部を、配管とセンサ部の接触点の接線方向に対して垂直に押し付けることができる（図１１参照：詳細後述）。
【００１８】
第３発明の超音波流量計センサヘッドによれば、第１又は第２発明の超音波流量計センサヘッドにおいて、前記センサヘッド本体に設けられたガイドローラが、前記配管外周面の周方向に沿って前記配管外周面に固定したガイドレールに係合して転動することにより、前記ガイドレールに沿って移動することができる構成としたことを特徴としているため、超音波流量計センサヘッドを、ガイドローラでガイドレールに沿って移動させることにより、配管外周面の周方向の任意の位置に容易に配設することができる。
【００１９】
第４発明の超音波流量計センサヘッド装置によれば、第３発明の超音波流量計センサヘッドを、複数、連結ロッドで連結してなることを特徴としているため、限られたスペースへの超音波流量計センサヘッドの配置（有限スペースへの超音波流量計センサヘッドの挿入配列）が可能であり、特に、高速増殖炉（ナトリウム冷却炉）の一次冷却系配管における内管と外管の間の空間に挿入して内管外周面に設置することが可能である。
【００２０】
第５発明の超音波流量計センサヘッド装置によれば、第４発明の超音波流量計センサヘッド装置において、前記センサヘッド本体のヘッド側連結部と、前記連結ロッドのロッド側連結部は、前記ヘッド側連結部に固定された連結軸が、前記ロッド側連結部に形成した前記連結ロッドの軸方向に長い長穴に挿通されることによって、連結されていることを特徴としているため、超音波流量計センサヘッドなどの各部の熱変位を長穴によって吸収することが可能である。
【００２１】
特に、第６発明の超音波流量計センサヘッド装置によれば、第５発明の超音波流量計センサヘッド装置において、前記連結軸が、前記長穴内の外側に位置していることを特徴としており、流体の温度上昇などによって、連結ロッドやセンサヘッド本体が熱伸びをしても、連結軸が長穴内を内側に向かって移動することにより、前記熱伸びを長穴で吸収することができるため、圧縮荷重や超音波流量計センサヘッドの位置ずれの発生を防止することができる。
【００２２】
また、第７発明の超音波流量計センサヘッド装置の位置決め方法によれば、第５発明の超音波流量計センサヘッド装置の位置決め方法であって、前記複数の超音波流量計センサヘッドを前記ガイドレールに沿って移動させ、前記複数の超音波流量計センサヘッドのうちの先頭の超音波流量計センサヘッドの当接部を、前記配管外周面に固定したストッパに当接させて、前記連結軸を前記長穴内の内側に接触させる第１の手順と、前記先頭の超音波流量計センサヘッドの前記ベローズシリンダに加圧ガスを供給して、前記先頭の超音波流量計センサヘッドのみを、前記ベローズシリンダによって前記配管外周面に押し付ける第２の手順と、前記先頭の超音波流量計センサヘッドの後ろに連結された他の超音波流量計センサヘッドを、前記第１の手順における前記超音波流量計センサヘッドの移動方向とは逆方向に引張って、前記長穴の長さ分戻すことにより、前記連結軸を前記長穴内の外側に接触させる第３の手順と、前記他の超音波流量計センサヘッドのベローズシリンダに加圧ガスを供給して、前記他の超音波流量計センサヘッドを、前記ベローズシリンダによって前記配管外周面に押し付ける第４の手順とを有することを特徴としているため、容易且つ確実に連結軸を長穴内の外側に位置させることができる。このため、上記第６発明と同様の効果、即ち、流体の温度上昇などによって、連結ロッドやセンサヘッド本体が熱伸びをしても、連結軸が長穴内を内側に向かって移動することにより、前記熱伸びを長穴で吸収することができるため、圧縮荷重や超音波流量計センサヘッドの位置ずれの発生を防止することができる、という効果を確実に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
＜構成＞
まず、図１〜図３に基づき、本発明の実施の形態例に係る超音波流量計センサヘッド装置の概要と、この超音波流量計センサヘッド装置が適用される高速増殖炉（ナトリウム冷却炉）の概要について説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施の形態に係る超音波流量計センサヘッド装置が適用される高速増殖炉（ナトリウム冷却炉）の横断面図、図２は前記高速増殖炉（ナトリウム冷却炉）の縦断面図である。また、図３は前記超音波流量計センサヘッド装置の概要図である。
【００２６】
図１及び図２に示す高速増殖炉（ナトリウム冷却炉）は、現在、実用炉として検討されているものであり、一次冷却系が原子炉容器１の左右両側に２系統設けられている。何れの一次冷却系においても、一次冷却系配管としての２本の低温側配管３と１本の高温側配管４とが、原子炉容器１と中間熱交換器２との間にそれぞれ介設されている。
【００２７】
中間熱交換器２から流出し、低温側配管３を介して原子炉容器１内に流入した液体ナトリウムは、炉心５を冷却して高温となった後、高温側配管４を介して再び中間熱交換器２へ流入する。このような液体ナトリウムの循環は中間熱交換器２に内蔵された一次冷却系ポンプ６によって行われる。なお、図示は省略するが、中間熱交換器２では一次冷却系の液体ナトリウムと二次冷却系の液体ナトリウムとの熱交換を行い、更に二次冷却系の蒸気発生器では二次冷却系の液体ナトリウムと水との熱交換を行って水蒸気を生成し、この水蒸気によって蒸気タービンとともに発電機を回転駆動することにより、発電するようになっている。
【００２８】
そして、かかる高速増殖炉の各低温側配管３の直管部３Ａには、各低温側配管３（内管３Ｂ）内を流れる液体ナトリウムの流量を計測するため、本実施の形態例の超音波流量計センサヘッド装置７が設けられている。低温側配管３は、直管部３Ａが短い高クロム鋼の２重管構造（内管３Ｂ，外管３Ｃ）の大口径配管である。なお、高温側配管４も、高クロム鋼の２重管構造の大口径配管である。
【００２９】
図３に示すように、超音波伝播時間差・多側線方式流量計測システムを構成するため、各低温側配管３の直管部３Ａには、超音波流量計センサヘッド装置７が、ＩｃｈとＩＩｃｈの２チャンネルずつ設置されている。各チャンネルの超音波流量計センサヘッド装置７は、低温側配管３の軸方向の一方側と他方側とにそれぞれ最大で８つずつの超音波流量計センサヘッド１１を有している。
【００３０】
Ｉｃｈの一方側の超音波流量計センサヘッド装置７では、８つの超音波流量計センサヘッド１１が低温側配管３（直管部３Ａ）の内管３Ｂの外周面（以下、単に「内管外周面」とも称する）に周方向に等間隔に配置（即ち円周上均等配置）され、これに対応してＩｃｈの他方側の超音波流量計センサヘッド装置７でも、８つの超音波流量計センサヘッド１１が低温側配管３（直管部３Ａ）の内管外周面に周方向に等間隔に配置（即ち円周上均等配置）されることにより、Ｘ法の配置（図示の如く、配管軸心を通る１つの平面内で２つの超音波測線がＸ型となる配置）となっている。同様に、ＩＩｃｈの一方側の超音波流量計センサヘッド装置７では、８つの超音波流量計センサヘッド１１が低温側配管３（直管部３Ａ）の内管外周面に周方向に等間隔に配置（即ち円周上均等配置）され、これに対応してＩＩｃｈの他方側の超音波流量計センサヘッド装置７でも、８つの超音波流量計センサヘッド１１が低温側配管３（直管部３Ａ）の内管外周面に周方向に等間隔に配置（即ち円周上均等配置）されることにより、Ｘ法の配置となっている。
【００３１】
なお、すくなとも超音波流量計センサヘッド装置７を１チャンネル分設置すれば流量計測は可能であるが、上記の如く超音波流量計センサヘッド装置７を複数チャンネル分設置するのは、安全保護系流量計測システムの要求条件である。
【００３２】
次に、図４に基づき、超音波流量計センサヘッド装置７の構成について詳述する。図４は１つの超音波流量計センサヘッド装置（１つのチャンネルの片側分）の構成を示す側面図である。
【００３３】
図４に示すように、超音波流量計センサヘッド装置７は８つの超音波流量計センサヘッド１１を連結ロッド１２で連結した構成となっている。そして、これらの超音波流量計センサヘッド１１が、内管３Ｂの外周面に固定されたガイドレール１３（図４では一点鎖線で表している）に沿って矢印Ａの如く内管３Ｂの外周面上を周方向に移動することにより、低温側配管３の内管３Ｂと外管３Ｃとの間の空間に挿入されて、内管３Ｂの外周面に固定される。
【００３４】
詳細は後述するが、８つの超音波流量計センサヘッド１１のうちの先頭の超音波流量計センサヘッド１１は、その前端に設けられた当接部１４が内管３Ｂの外周面に固定されたストッパ１５に当接した状態で内管３Ｂの外周面に押し付けられている。その他の超音波流量計センサヘッド装置１１も、先頭の超音波流量計センサヘッド１１を含めた８つの超音波流量計センサヘッド１１が等間隔（円周上均等配置）となるように位置決めされた状態で内管３Ｂの外周面に押し付けられている。かかる状態で超音波流量計センサヘッド装置７は、内管３Ｂ内を流れる液体ナトリウムの流量を計測する。
【００３５】
外管３Ｃには案内管１７が結合されている。案内管１７は上方へと延びており、低温側配管３の上方に位置する原子炉建屋内の床１８を貫通している。内管３Ｂに固定されたガイドレール１３の後端には第１延長ガイドレール１９が結合され、更にこの第１延長ガイドレール１９には第２延長ガイドレール２０が結合されている。第１延長ガイドレール１９は案内管１７の下端部まで延びており、第２延長ガイドレール２０は案内管１７内に固定されて上方へと延びている。
【００３６】
また、８つの超音波流量計センサヘッド１１のうちの最後尾の超音波流量計センサヘッド１１の後端部には、第１延長ロッド１６が連結され、更にこの第１延長ロッド１６には、第２延長ロッド２７が連結されている。第１延長ロッド１６は案内管１７の下端部まで延びており、第２延長ロッド２７は案内管１７内において上方へと延びている。第２延長ロッド２７の上端には蓋部材２１が取り付けらており、通常はこの蓋部材２１によって案内管１７の上端部を塞ぐことにより、内管３Ｂと外管３Ｃの間の空間に封入された窒素が案内管１７から漏れるのを防止している。
【００３７】
約２年周期でメンテナンスを行なう際には、図示の如く、床１８上に超音波流量計センサヘッド装置７の挿入・引抜手段として、仮設の挿入・引抜装置２２が設置される。挿入・引抜装置２２は架台２３の上端部に設けたモータ駆動の巻取り装置２４と、巻取り装置２４に結合されたブッシュチェーン２５と、ブッシュチェーン２５に取り付けられたフック（吊り具）２６とを有するものである。従って、フック２６を蓋部材２１に引っ掛けた後、巻取り装置２４によってブッシュチェーン２５が巻き取られると、蓋部材２１とともに超音波流量計センサヘッド装置７が上方へと引き上げられて、図４中に一点鎖線で示す如く床１８の上方に吊り下げられた状態となる。このとき超音波流量計センサヘッド装置７の各超音波流量計センサヘッド１１は、ガイドレール１３，１９，２０に沿って移動する。
【００３８】
一方、例えば新たな超音波流量計センサヘッド装置７を交換する際には、図４中に一点鎖線で示すように蓋部材２１をフック２６に引っ掛けて超音波流量計センサヘッド装置７を吊り下げた後、巻取り装置２４によってブッシュチェーン２５が繰り出されると、超音波流量計センサヘッド装置７は、図４中に実線で示す如く低温側配管３の内管３Ｂと外管３Ｃとの間の空間に挿入されて、内管３Ｂの外周面に固定される。このときにも超音波流量計センサヘッド装置７の各超音波流量計センサヘッド１１は、ガイドレール１３，１９，２０に沿って移動する。なお、図４中に一点鎖線で示すように第２延長ガイドレール２０に更に第３延長ガイドレール２８を結合し、床１８上ではこの第３延長ガイドレール２８に沿って超音波流量計センサヘッド１１が移動するようにすれば、更に超音波流量計センサヘッド１１の移動が安定する。
【００３９】
なお、超音波流量計センサヘッド装置７の挿入・引抜手段としては、必ずしも挿入・引抜装置２２のような構成のものに限らず、超音波流量計センサヘッド装置７（超音波流量計センサヘッド１１）の挿入・引抜が可能なものであればよい。
【００４０】
次に、図５〜図１０に基づき、超音波流量計センサヘッド１１の構成と、超音波流量計センサヘッド装置７の挿入手順（位置決め手順）について詳述する。図５は１つの超音波流量計センサヘッドの側面図、図６は前記超音波流量計センサヘッドを一部破断して示す側面図、図７は前記超音波流量計センサヘッドを一部破断し且つ分解して示す側面図、図８は前記超音波流量計センサヘッドを一部破断して示す正面図、図９は前記超音波流量計センサヘッドの断面図である。また、図１０は超音波流量計センサヘッド装置の挿入（位置決め）手順を示す説明図である。
【００４１】
図５〜図９に示すように、ガイドレール１３は１つの超音波流量計センサヘッド装置７に対して２本平行に設けられて、内管３Ｂの外周面に固定されている。また、内管３Ｂの外周面には支持枠３１が固定されている。支持枠３１は、超音波流量計センサヘッド装置７の８つの超音波流量計センサヘッド１１に対応して８つが、内管３Ｂの外周面に周方向に等間隔配置（円周上均等配置）されている。支持枠３１は反力受け部３１ａと、この反力受け部３１ａの両側の脚部３１ｂとを有してなる門形状の部材であり、２本のガイドレール１３を跨いだ状態で内管３Ｂの外周面に固定されている。そして、超音波流量計センサヘッド１１は支持枠３１の内側に挿入され、この支持枠３１に支持されて内管３Ｂの外周面に押し付けられている。
【００４２】
詳述すると、超音波流量計センサヘッド１１はセンサヘッド本体４０、反力パッド４１、ベローズシリンダ４２、センサブラケット４３、センサ部（超音波センサ探触子）４５、弾性部材としてのセンサ引上げばね４７、ガイド軸４８、ガイドローラ４９、スライドガイド５０、固体カプラント５３などを有している。
【００４３】
センサヘッド本体４０は支持枠３１（反力受け部３１ａ）側に位置し、センサブラケット４３は内管外周面側に位置している。センサヘッド本体４０は内部が空洞になっており、内管外周面側が開口している。反力パッド４１はセンサヘッド本体４０の端面４０ａ（内管外周面と反対側の面）に固定されている。なお、反力パッド４１はセンサヘッド本体４０と一体でもよく、特に設けなくてもよい。センサブラケット４３は内部が円柱状の空洞になっており、内管外周面と反対側が開口している。そして、このセンサブラケット４３はセンサヘッド本体４０の内側に設けられている。
【００４４】
センサ部４５は、センサブラケット４３の内管外周面側の端面に固定されており、超音波を発振又は受信するための圧電素子５１と、シュー５２とが内部に設けられている。シュー５２は圧電素子５１で発生した超音波を計測対象に適合する入射角度に導く、又は、計測対象から伝播してきた超音波を圧電素子５１へ導くものである。圧電素子５１への電気信号の供給や圧電素子５１からの電気信号の出力は、電気ケーブル５６を介して行われる。
【００４５】
固体カプラント５３は、センサ部４５（シュー５２）の内管外周面側の端面に貼り付けられている。固体カプラント５３としては、比較的やわらかい金属を用いた金属カプラントを用いる。固体カプラント５３はセンサ部４５と内管３Ｂとの間の超音波伝播効率を高めるものである。
【００４６】
ベローズシリンダ４２はセンサヘッド本体４０とセンサブラケット４３との間に介設されている。詳述すると、ベローズシリンダ４２はセンサブラケット４３内に設けられ、内管外周面側の端部がセンサブラケット４３に固定される一方、内管外周面と反対側の端部がセンサヘッド本体４０に固定されている。ベローズシリンダ４２への加圧ガス（例えば加圧された窒素ガス）の供給やベローズシリンダ４２からの加圧ガスの排出は、加圧ガス供給管５５を介して行われる。
【００４７】
従って、外部の加圧ガス供給装置（図示せず）からガス供給管（図示せず）を介して送られてきた加圧ガスが、加圧ガス供給管５５からベローズシリンダ４２に供給されてベローズシリンダ４２が伸長すると、このベローズシリンダ４２の押付力により、センサブラケット４３及びセンサ部４５とともに固体カプラント５３が、内管外周面側に押されて内管外周面に押し付けられ、この押付力の反力がセンサヘッド本体４０（反力パッド４１）を介して支持枠３１に支持されている。このため、前記押付力によって内管外周面に押し付けられた固体カプラント５３は、内管外周面の形状（例えば内管外周面の僅かな凹凸など）に倣って変形することにより、内管外周面に密着する。
【００４８】
なお、詳細は後述するが、センサ部４５の押付角度の垂直化を実現するため、ベローズシリンダ４２とセンサブラケット４３との間には隙間５７が確保され、センサブラケット４３とセンサヘッド本体４０との間にも隙間５８が確保されている。
【００４９】
スライドガイド５０は円筒状の部材であり、センサヘッド本体４０の前後の支持部４０ｂにそれぞれ固定されている。ガイド軸４８もセンサヘッド本体４０の前後に設けられている。各ガイド軸４８はスライドガイド５０に挿通され、且つ、その内管外周面と反対側の端部が、スライドガイド５０の内管外周面と反対側の端部に掛止されることにより、内管外周面側への移動が阻止されている。そして、ガイド軸４８はセンサ引上げばね４７に挿通され、且つ、内管外周面側の端部が、センサ引上げばね４７の内管外周面側の端部４７ａに固定されている。
【００５０】
センサ引上げばね４７は、センサブラケット４３のばねガイド部４３ｃに形成された貫通穴４３ａに挿通されており、内管外周面側の端部４７ｂがセンサブラケット４３のばね結合部４３ｂに結合されている。そして、センサ引上げばね４７は、ベローズシリンダ４２に加圧ガスが供給されてベローズシリンダ４２が伸長しているときにはセンサブラケット４３（ばね結合部４３ｂ）によって内管外周面側に押圧されることにより収縮している。
【００５１】
従って、ベローズシリンダ４２から加圧ガスが排出されると、センサ引上げばね４７の伸長時のばね力によって、センサブラケット４３が内管外周面と反対側に移動することにより、ベローズシリンダ４２が収縮するため、ベローズシリンダ４２による内管外周面へのセンサ部４５の押し付けが解除される。つまり、ベローズシリンダ４２は、伸長時に塑性変形して自力では元の状態に戻りにくくなるが、ベローズシリンダ４２から加圧ガスが排出されたときにはセンサ引上げばねのばね力が、センサブラケット４３を介してベローズシリンダ４２に作用することにより、確実に元の状態に戻ることができる。なお、図示例ではセンサ引上げばね４７にコイルばねを用いているが、必ずしもこれに限定するものではなく、皿ばね等の他の種類のばねを用いてもよい。
【００５２】
ガイドローラ４９はセンサヘッド本体４０の前後左右に４つ取り付けられている。これらのガイドローラ４９は、ガイドレール１３の内面側に形成された凹部１３ａ内に位置している。従って、超音波流量計センサヘッド１１は、ガイドローラ４９がガイドレール１３に係合して転動することにより、このガイドレール１３に沿って移動することができる。なお、ガイドローラ４９とガイドレール１３（凹部１３ａ）との間には多少の隙間を有しており、ベローズシリンダ４２による内管外周面への超音波流量計センサヘッド１１（センサ部４５）の押し付けを妨げることがないようになっている。
【００５３】
なお、図示は省略するが、その他のガイドレール１９，２０，２８も、ガイドレール１３と同様に構成され、内面側の凹部内にガイドローラ４９が位置するようになっている。このため、超音波流量計センサヘッド１１は、ガイドローラ４９がガイドレール１９，２０，２８に係合して転動することにより、これらのガイドレール１９，２０，２８に沿って移動することもできる。
【００５４】
また、センサヘッド本体４０の前側と後側には連結部６０がそれぞれ設けられており、これらの連結部６０には連結軸穴６０ａが形成されている。一方、連結ロッド１２の軸方向両側の連結部１２ａには、連結ロッド１２の軸方向に長い長穴１２ｂが、連結軸穴として形成されている。そして、連結軸穴６０ａと長穴１２ａには連結軸６１を挿通されている。従って、連結軸６１は連結軸穴６０ａに固定される一方、長穴１２ａに対しては、その長さ分だけ連結ロッド１２の軸方向に移動することができる。
【００５５】
かくして、前述の如く８つの超音波流量計センサヘッド１１が、連結ロッド１１によって連結されている（図４参照）。但し、先も述べたとおり、８つの超音波流量計センサヘッド１１のうちの先頭の超音波流量計センサヘッド１１の前側には、連結部はなく、当接部１４が設けられている。また、８つの超音波流量計センサヘッド１１のうちの最後尾の超音波流量計センサヘッド１１の連結部６０には、連結ロッド１２ではなく、第１延長ロッド１６が連結されている。
【００５６】
長穴１２ａを用いて超音波流量計センサヘッド１１と連結ロッド１２を連結するのは、連結ロッド１２やセンサヘッド本体４０の熱膨張（熱伸び）による圧縮荷重や超音波流量計センサヘッド１１の位置ずれの発生を防止するためである。しかし、単に超音波流量計センサヘッド装置７（超音波流量計センサヘッド１１）を挿入するだけでは連結軸６１が長穴１２ｂの内側に偏ることになってしまう。熱膨張（熱伸び）による圧縮荷重などの発生を防止するには、超音波流量計センサヘッド装置７を挿入（内管外周面に設置）したとき、連結軸６１が長穴１２ｂの外側に位置している必要がある。このため、図１０に示すような挿入手順（位置決め手順）によって、超音波流量計センサヘッド装置７の挿入（位置決め）を行なう必要がある。この手順について以下に説明する。なお、以下の手順１〜４は作業員が一次冷却系配管から離れた位置で挿入・引抜装置２２や加圧ガス供給装置などを操作することによって行なう。
【００５７】
手順１：  まず、図１０（ａ）に示すように、超音波流量計センサヘッド装置１１の８つの超音波流量計センサヘッド１１をガイドレール１３に沿って移動させ、先頭の超音波流量計センサヘッド１１の当接部１４をストッパ１５に当接させる。即ち、ベローズシリンダ４２から加圧ガスを排出して、ベローズシリンダ４２を収縮させた状態で、先頭の超音波流量計センサヘッド１１がストッパ１５に当接するまで押し込む。なお、このときに当接部１４がストッパ１５に当接したことを作業員が確実に判断するため、当接部１４には通電スイッチ（接点）７１が取り付けられている（ストッパ１５に取り付けてもよい）。当接部１４がストッパ１５に当接して通電スイッチ（接点）７１が通電したとき、作業員は確実に当接部１４がストッパ１５に当接したと判断する。このとき、図１０（ｂ）に示すように、各連結ロッド１２の連結部１２ａでは、連結軸６１が長穴１２ｂの内側に接触した状態となる。なお、当接部１４の当接は、上記の通電スイッチ７１を用いて確認する方法の他に、図４に示すように蓋部材２１が確実に挿入（装着）されたことを確認することによっても、確認することができる。
【００５８】
手順２：  この状態で、先頭の超音波流量計センサヘッド１１のベローズシリンダ４２に加圧ガスを供給して、先頭の超音波流量計センサヘッド１１のみをベローズシリンダ４２によって内管外周面に押し付ける。
手順３：  次に、先頭の超音波流量計センサヘッド１１の後ろ連結された７つの超音波流量計センサヘッド１１を、引き抜き方向（手順１の押し込み方向とは逆の方向）へ引張り、長穴１２ｂの長さ分戻す。かくして全ての超音波流量計センサヘッド１１が位置決めされる。即ち、図１０（ｃ）に示すように、各連結ロッド１２の連結部１２ａでは、連結軸６１が長穴１２ｂの外側に接触した状態となる。
手順３：  この状態で、先頭の超音波流量計センサヘッド１１の後ろ連結された７つの超音波流量計センサヘッド１１も、ベローズシリンダ４２に加圧ガスを供給し、ベローズシリンダ４２によって内管外周面に押し付ける。
【００５９】
従って、その後に原子炉の運転を開始して低温側配管３を流れる液体ナトリウムの温度が上昇することにより（例えば最大で５３０℃まで上昇する）、結ロッド１２やセンサヘッド本体４０が熱伸びしても、図１０（ｄ）に示すように、各連結ロッド１２の連結部１２ａでは、連結軸６１が長穴１２ｂの外側から内側に向かって移動することにより、当該熱伸びが吸収される。
【００６０】
＜作用効果＞
以上のように、本実施の形態例の超音波流量計センサヘッド１１によれば、内管外周面に固定された支持枠３１と内管外周面との間に配設され、支持枠３１側に位置するセンサヘッド本体４０、内管外周面側に位置するセンサブラケット４３と、センサブラケット４３に固定されたセンサ部４５と、センサ部４５に貼り付けられた固体カプラント５３と、センサヘッド本体４０とセンサブラケット４３との間に介設されたベローズシリンダ４２と、センサブラケット４３をばね力により内管外周面と反対側の方向に移動させて、ベローズシリンダ４２を収縮させるセンサ引上げばね４７とを有し、ベローズシリンダ４２に加圧ガスが供給されてベローズシリンダ４２が伸長すると、ベローズシリンダ４２が伸長することによる推力（スラスト力）によって、センサブラケット４３及びセンサ部４５とともに固体カプラント５３を、内管外周面に押し付け、この押付力の反力がセンサヘッド本体４０（反力パッド４１）を介して支持枠３１に支持される一方、ベローズシリンダ４２から加圧ガスが排出されると、センサ引上げばね４７がばね力によりセンサブラケット４３を内管外周面と反対側の方向に移動させてベローズシリンダ４２を収縮させるため、ベローズシリンダ４２による内管外周面へのセンサ部４５（固体カプラント５３）の押し付けが解除される構成したことを特徴としているため、ベローズシリンダ４２による内管外周面へのセンサ部４５（固体カプラント５３）の押し付けと、押し付けの解除とを、容易且つ安定して行うことができ、超音波流量計センサヘッド１１の押付力の安定化構造を実現することができる。
【００６１】
また、本実施の形態例の超音波流量計センサヘッド１１によれば、センサヘッド本体４０とセンサブラケット４３の間、及び、センサブラケット４３とベローズシリンダ４２の間には隙間５７，５８を設けたことを特徴とするため、ベローズシリンダ４２によってセンサ部４５を内管外周面に押し付けるときに自重によって超音波流量計センサヘッド１１が傾いたとしても、センサ部４５を、内管３Ｂとセンサ部４５（固体カプラント５３）の接触点の接線方向に対して垂直に押し付けることができる。
【００６２】
このことを図１１に基づいて詳述すると、前述の手順３において連結軸６１が長穴１２ｂ内の外側に接触した状態となっても、超音波流量計センサヘッド１１が自重により、図１１（ａ）に示す垂直状態ではなく、図１１（ｂ）に示すように例えば右側に傾くことがある（傾斜角度θ１：例えば０．５４度）。このとき片側のガイドローラ４９はガイドレール１３の上面（凹部１３ａの内管外周面側と反対側の面）に接触する。しかし、その後に図１１（ｃ）に示すようにベローズシリンダ４２によってセンサ部４５が内管外周面に押し付けられると、図１１（ｄ）に示すようにセンサ部４５と内管外周面の接触点、及び、ガイドローラ４９とガイドレール１３の接触点を支点としてモーメントが発生し、超音波流量計センサヘッド１１は左側に起き上がる。その結果、図１１（ｅ）に示すように最終的な超音波流量計センサヘッド１１の傾斜角度θ２は、例えば０．１９度となり、前記傾斜角度θ１に比べて非常に小さくなる。しかも、前述の隙間５７，５８を有しているため、センサ部４５はセンサヘッド本体４０側の傾きに影響されず、内管３Ｂとセンサ部４５（固体カプラント５３）の接触点の接線方向に対して垂直に押し付けられた状態となる。
【００６３】
また、本実施の形態例の超音波流量計センサヘッド１１によれば、センサヘッド本体４０に設けられたガイドローラ４９が、内管外周面の周方向に沿って内管外周面に固定したガイドレール１３に係合して転動することにより、ガイドレール１３に沿って移動することができる構成としたことを特徴としているため、超音波流量計センサヘッド１１を、ガイドローラ４９でガイドレール１３に沿って移動させることにより、内管外周面の周方向の任意の位置に容易に配設することができる。
【００６４】
そして、本実施の形態例の超音波流量計センサヘッド装置７によれば、この超音波流量計センサヘッド１１を、複数、連結ロッド１２で連結してなることを特徴としているため、限られたスペースへの超音波流量計センサヘッドの配置（有限スペースへの超音波流量計センサヘッドの挿入配列）が可能である。即ち、内管３Ｂと外管３Ｃの間の空間に挿入して内管外周面に設置することが可能である。
【００６５】
また、本実施の形態例の超音波流量計センサヘッド装置７によれば、センサヘッド本体４０のヘッド側連結部６０と、連結ロッド１２のロッド側連結部１２ａは、ヘッド側連結部６０に固定された連結軸６１が、ロッド側連結部１２ａに形成した連結ロッド１２の軸方向に長い長穴１２ｂに挿通されることによって、連結されていることを特徴としているため、超音波流量計センサヘッド１１などの各部の熱変位を長穴１２ｂによって吸収することが可能である。
【００６６】
特に、本実施の形態例の超音波流量計センサヘッド装置７では、連結軸が、前記長穴内の外側に位置していることを特徴としており、液体ナトリウムの温度上昇によって、連結ロッド１２やセンサヘッド本体４０が熱伸びをしても、連結軸６１が長穴１２ｂ内を内側に向かって移動することにより、前記熱伸びを長穴１２ｂで吸収することができるため、圧縮荷重や超音波流量計センサヘッド１１の位置ずれの発生を防止することができる。
【００６７】
また、本実施の形態例の超音波流量計センサヘッド装置７によれば、８つの超音波流量計センサヘッド１１をガイドレール１３に沿って移動させ、８つの超音波流量計センサヘッド１１のうちの先頭の超音波流量計センサヘッド１１の当接部１４を、内管外周面に固定したストッパ１５に当接させて、連結軸６１を長穴１２ｂ内の内側に接触させる第１の手順と、先頭の超音波流量計センサヘッド１１のベローズシリンダ４２に加圧ガスを供給して、先頭の超音波流量計センサヘッド１１のみを、ベローズシリンダ４２によって内管外周面に押し付ける第２の手順と、先頭の超音波流量計センサヘッド１１の後ろに連結された他の（７つの）超音波流量計センサヘッド１１を、前記第１の手順における超音波流量計センサヘッド１１の移動方向とは逆方向に引張って、長穴１２ｂの長さ分戻すことにより、連結軸６１を長穴１２ｂ内の外側に接触させる第３の手順と、他の超音波流量計センサヘッド１１のベローズシリンダ４２に加圧ガスを供給して、他の超音波流量計センサヘッド１１を、ベローズシリンダ４２によって内管外周面に押し付ける第４の手順とを有することを特徴としているため、容易且つ確実に連結軸６１を長穴１２ｂ内の外側に位置させることができる。このため、上記と同様の効果、即ち、液体ナトリウムの温度上昇によって、連結ロッド１２やセンサヘッド本体４０が熱伸びをしても、連結軸６１が長穴１２ｂ内を内側に向かって移動することにより、前記熱伸びを長穴１２ｂで吸収することができるため、圧縮荷重や超音波流量計センサヘッド１１の位置ずれの発生を防止することができる、という効果を確実に得ることができる。
【００６８】
なお、上記では、各超音波流量計センサヘッド装置７に備える超音波流量計センサヘッド１１の数を８つにしたが、これに限らず、例えば、所望の精度の関係によっては８つより少なくてもよい（６つ又は４つでもよい）。超音波流量計センサヘッド１１の数を８つよりも少なくしたときには、超音波流量計センサヘッド１１の間隔が広くなるため、その分、連結ロッドの長さを長くすればよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は超音波流量計センサヘッド、これを備えた超音波流量計センサヘッド装置及びその位置決め方法に関するものであり、各種の配管に適用可能であるが、特に高クロム鋼を用いた高速増殖炉（ナトリウム冷却炉）の一次冷却系配管に適用して有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態に係る超音波流量計センサヘッド装置が適用される高速増殖炉（ナトリウム冷却炉）の横断面図である。
【図２】前記高速増殖炉（ナトリウム冷却炉）の縦断面図である。
【図３】前記超音波流量計センサヘッド装置の概要図である。
【図４】１つの超音波流量計センサヘッド装置（１つのチャンネルの片側分）の構成を示す側面図である。
【図５】１つの超音波流量計センサヘッドの側面図である。
【図６】前記超音波流量計センサヘッドを一部破断して示す側面図である。
【図７】前記超音波流量計センサヘッドを一部破断し且つ分解して示す側面図である。
【図８】前記超音波流量計センサヘッドを一部破断して示す正面図である。
【図９】前記超音波流量計センサヘッドの断面図である。
【図１０】超音波流量計センサヘッド装置の挿入（位置決め）手順を示す説明図である。
【図１１】超音波流量計センサヘッド（センサ部）の押付角度の垂直化の説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  原子炉容器
２  中間熱交換器
３  低温側配管
３Ａ  直管部
３Ｂ  内管
３Ｃ  外管
４  高温側配管
５  炉心
６  一次冷却系ポンプ
７  超音波流量計センサヘッド装置
１１  超音波流量計センサヘッド
１２  連結ロッド
１２ａ  連結部
１２ｂ  長穴
１３  ガイドレール
１３ａ  凹部
１４  当接部
１５  ストッパ
１６  第１延長ロッド
１７  案内管
１８  床
１９  第１延長ガイドレール
２０  第２延長ガイドレール
２１  蓋部材
２２  挿入・引抜装置
２３  架台
２４  巻取り装置
２５  ブッシュチェーン
２６  フック
２７  第２延長ガイドレール
２８  第３延長ガイドレール
３１  支持枠
３１ａ  反力受け部
３１ｂ  脚部
４０  センサヘッド本体
４０ａ  端面
４０ｂ  支持部
４１  反力パッド
４２  ベローズシリンダ
４３  センサブラケット
４３ａ  貫通穴
４３ｂ  ばね結合部
４３ｃ  ばねガイド部
４５  センサ部
４７  センサ引上げばね
４７ａ，４７ｂ  端部
４８  ガイド軸
４９  ガイドローラ
５０  スライドガイド
５１  圧電素子
５２  シュー
５３  固体カプラント
５５  加圧ガス供給管
５６  電気ケーブル
５７，５８  隙間
６０  連結部
６０ａ  連結軸穴
６１  連結軸
７１  通電スイッチ（接点）
【図１】
2009115633.tif 000003
【図２】
2009115633.tif 000004
【図３】
2009115633.tif 000005
【図４】
2009115633.tif 000006
【図５】
2009115633.tif 000007
【図６】
2009115633.tif 000008
【図７】
2009115633.tif 000009
【図８】
2009115633.tif 000010
【図９】
2009115633.tif 000011
【図１０】
2009115633.tif 000012
【図１１】
2009115633.tif 000013