(57)【要約】振動ベース流量計は、アクセス不可能な原子炉空間において使用可能である。流量計は、経路内の流体の流れを妨げる延長部と、延長部の周囲の流体流れにおける渦離脱によって引き起こされる振動を検出する検出器とを含む。振動の検出された周波数は、流量を決定する。ストローハル数を使用して、拡張表面直径および検出された渦流出周波数を使用して流速を計算することができる。いくつかの拡張は、周波数および流速の範囲をカバーし得る。パイプオルガンタイプの流量計は、開口部が収縮した通路と、その後の拡幅部とを含む。出口の流れに乱流を発生させる延長部および出口は、延長部・流量計全体で定在波および振動を生成する。流量計を通る流体の流量は、流体の通路の長さおよび/または既知の特性を使用して計算することができる。カスタマイズされた物理的特性及びタイプの複数の流量計が一緒に使用可能である。【選択図】図２
2020515874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の環状降水管内の流体の流れを妨げるように成形された１つの延長部と、
前記延長部からの渦流出振動を検出し、前記渦発生振動の周波数を報告するように構成された振動検出器と、を備えた、
原子炉の環状降水管用の音響流量計。
【請求項２】
前記振動検出器は、前記周波数を前記原子炉環状降水管内の前記流体の流量に変換するようにプログラムされたコンピュータプロセッサと結合される、請求項1に記載の音響流量計。
【請求項３】
前記延長部は、実質的に円形の外周を含み、前記コンピュータプロセッサは、前記外周の直径及び前記流れの流体のストローハル数を使用して、前記周波数を流量に変換するようにさらに構成される、請求項2に記載の音響流量計。
【請求項４】
前記コンピュータプロセッサは、前記流量を用いて前記流れのレイノルズ数に対する前記ストローハル数を検証するように構成されている、請求項3に記載の音響流量計。
【請求項５】
原子炉の炉心を取り囲む炉心シュラウドと、原子炉圧力容器とを備え、
前記炉心シュラウドの外面と前記原子炉圧力容器の内面により、前記環状降水管を形成する、請求項1に記載の音響流量計。
【請求項６】
前記延長部は、前記炉心シュラウドに固定され、前記環状降水管内の垂直方向の流れを妨げるように前記環状降水管内に横方向に延在し、
前記振動検出器は、前記炉心圧力容器の外面に位置し、前記原子炉圧力容器を通る振動を取り出すように調整される、請求項５に記載の音響流量計。
【請求項７】
前記延長部は、前記渦流出振動の周波数において固有の振動周波数を有する材料で成形されて製造される、請求項1に記載の音響流量計。
【請求項８】
複数の前記延長部をさらに備え、前記延長部の各々は、円筒形であり、軸方向および半径方向寸法に成形され、それぞれが互いに異なる固有振動周波数を有するような材料から製造される、請求項1に記載の音響流量計。
【請求項９】
前記複数の延長部の各々は、同一の環状降水管内の前記流れ内に延在するように成形される、請求項8に記載の音響流量計。
【請求項１０】
前記延長部内に別個のパイプオルガン音響流量計をさらに備える、請求項1に記載の音響流量計。
【請求項１１】
前記別個のパイプオルガン音響流量計が、前記流れの中への狭窄した開口部と、前記狭窄した開口部よりも広い前記延長部を通る通路とを含む、請求項10に記載の管器官音響流量計。
【請求項１２】
前記別個のパイプオルガン音響流量計は、さらに、前記通路内のウェッジおよび出口を含み、前記振動検出器にも結合され、前記振動検出器は、前記ウェッジにおける定在波の生成によって引き起こされる前記別個のパイプオルガン音響流量計における振動を検出および報告するように構成される、請求項11に記載の音響流量計。
【請求項１３】
原子炉の環状降水管で使用するための音響流量計であって、
流体が流れ得る開口部および出口を有する通路を画定し、前記開口部が前記通路より小さい面積を有する固体材料と；
前記通路内の開口部に配置された前記通路内への延長部であって、当該延長部及び前記開口部により、通路内に定在波を生成するように前記流れの渦を生じさせる延長部と、
前記固体材料と対であり、定在波に起因する流量計の振動を検出し、振動の周波数を報告するように構成されている振動検出器と、
を備えた音響流量計。
【請求項１４】
前記通路が前記出口で広がる、請求項13に記載の音響流量計。
【請求項１５】
前記通路が2つの90度屈曲部を含む、請求項13に記載の音響流量計。
【請求項１６】
前記振動検出器に結合されたコンピュータプロセッサをさらに含み、
前記コンピュータプロセッサは、前記通路の長さおよび前記振動の高調波数に基づいて、前記周波数から前記流体の流量を計算するように構成される、請求項13に記載の音響流量計。
【請求項１７】
閉じた通路の流れを測定する方法であって、
前記通路内に延長部を設置し、
前記延長部の周りの渦離脱によって引き起こされる振動の周波数を検出し、
推定されたストローハル数、拡張の幅、および周波数に基づいて流量を計算し、
前記計算された流量に基づいて前記流れのレイノルズ数を計算し、
レイノルズ数から経験的なストローハル数を決定すること；経験的なストローハル数を推測されたストローハル数と比較することを含み、
前記比較において、経験的および推測されたストローハル数が一致する場合に、計算された流量を受け入れ、経験的および推測されたストローハル数が一致しない場合に、前記流量の計算を繰り返し、レイノルズ数を計算し、経験的ストローハル数を決定し、経験的および推測されたストローハル数を新しい推測されたストローハル数と比較する、方法。
【請求項１８】
前記振動の周波数の検出は、前記通路の外側の音響ピックアップを用いて実行され、
前記通路は、沸騰水型原子炉内の降水管であり、前記音響ピックアップは、前記反応器の外部に配置される、請求項17に記載の音響ピックアップ。
【請求項１９】
前記延長部は、前記通路よりも小さな開口を有する内部通路と、前記通路内に一緒に配置されるウェッジおよび出口とを含み、前記方法は、
前記通路を通る流れの定在波によって引き起こされる前記延長部の振動を検出し、
定在波による伸長時の振動に基づいて前記フローの流量を算出する、
ことを含む方法。
【請求項２０】
前記延長部の振動の周波数が、前記延長部の周囲の予想される流れ条件の下で振動の周波数となるように、前記延長部の寸法及び材料剛性を調整することを更に含むような、延長部を作製する工程をさらに含む、請求項17に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
音響流量計及びこれを用いる方法
【背景技術】
【０００２】
図1は、ESBWR圧力容器などの従来技術の原子炉圧力容器1の断面図である。容器1は、炉心シュラウド10内に炉心15を含む。炉心シュラウド10は、炉心15を通る冷媒の上方への流れを、主給水ライン3から受け取った下降流から、主給水ライン3から受け取って、蒸気分離器および乾燥器から分離された液体から分離する。給水浄化システム20は、原子炉容器1からの給水を主給水ライン3に再循環及び濾過し、1つ以上の制御棒駆動装置50は炉心15内の状態の制御及び監視のために容器1の底部を通って延びてもよい。液体冷却剤がコア15内で沸騰すると、加熱された蒸気と水との混合物は、蒸気分離器と、そこを通って上昇する蒸気-水混合物から液体水を分離する乾燥器とに上向きに流れる。蒸気分離器および乾燥器からの液体冷却剤は、再循環のために、外壁10と容器1の内壁との間の環状降水管4内に導かれる。次いで、蒸気乾燥機から出た乾燥された蒸気は、電力生産のために主蒸気ライン2に導かれる。
【０００３】
ESCBWR設計制御文書、ティア2 、2013に記載されているように、参照によりその全体が本明細書に組み込まれるが、コア15を通る流れは、熱収支計算から導出される；コア15を通る流体流の直接測定はない。コア15から生成および抽出された熱と全体エネルギーとのバランスによって、オペレータは、炉心流量全体を推定またはモデル化することができる。例えば、100 %の電力でのESBWRの場合、31 ，553トン/時の冷却剤が下側コアセクションに入ることができる。この導出されたコアフローは、プラント状態の測定ならびに過渡状態における診断支援としてオペレータに直接提示されてもよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
例示的な実施形態は、アクセス不可能な原子炉空間内のものを含む特定の流れにおける誘導振動または音の使用によって機能する流量計を含む。例示的な実施形態の流量計は、炉心シュラウドと原子炉容器との間の原子炉環状降水管のような流体流路内の流れを妨げる固体延長部と、延長部の周りの渦離脱によって引き起こされる振動を取り出す検出器とを含む。コンピュータプロセッサは、振動の検出された周波数を使用して、拡張の既知の形状、密度などの流体流動特性、振動周波数と流速との間の経験的関係などを使用して、表面直径および検出された渦流出周波数から流速を計算することができる。延長部は、延長部内の振動を直接監視することを可能にするために、予想される流速における渦流出の頻度に一致する固有振動周波数を有してもよい。したがって、固有の振動周波数を有するいくつかの拡張部を使用して、渦発生の周波数の範囲をカバーすることができ、したがって、空間内の流速の完全な範囲をカバーすることができる。
【０００５】
別の例示的な実施形態は、流体が流量計の通路を通って流れるパイプオルガン型流量計であってもよい。流量計の開口部は、狭窄されてもよく、流路内の乱流又は渦流の流れに乱流を生じさせるウェッジ又は他の延長部及び出口を有する拡幅部が、流体流れに定在波を生成し、これにより、延長部及び/又は流量計全体に振動が誘発される。振動検出器およびプロセッサは、流体の通路の長さおよび/または既知の特性を使用して、流量計を通る流体の流量に振動周波数を変換することができる。通路は、通路内の所望の長さ及び振動数を達成するために、出口で広がってもよく、及び/又は幾つかの屈曲部又は湾曲部を含んでもよい。実施形態は、両方で検出された渦流出および定在波振動の両方の振動検出を有する拡張型流量計を通してパイプオルガン型流量計を設置するなど、一緒に使用可能である。当然のことながら、実施形態は、流路内に独立した又は専用の設備を用いて別々に使用可能である。
【０００６】
例示的な方法は、流れが直接測定されることが望まれる通路の中に延長部を設置することと、延長部の中/周囲の定在波または渦離脱によって引き起こされる振動の周波数を検出することとを含む。そして、検出された発振周波数に基づいて流量が算出される。例えば、推測されたストローハル数、拡張の幅、及び周波数を使用して、流量を決定することができる。次に、この流量は、計算された流量を用いて流れのレイノルズ数を計算し、そのレイノルズ数から推測されたストローハル数と比較することによってチェックすることができる。経験的および推測されたストローハル数が十分に近い場合、レートは受諾される。そうでなければ、新しいストローハル数が推測され、この方法が繰り返される。同様に、例示的な方法は、決定された流量の精度を検証するために、拡張型の実施形態において推測されたストローハル数で決定された流量を、PI -有機タイプの実施形態によって決定された流量と比較することができる。さらに、パイプオルガン・タイプの実施形態で検出された振動の欠如は、二相流の存在を示すことがある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】関連技術の原子炉熱収支式図である。
【図２】例示的な実施形態の音響流量計の斜視図である。
【図３】例示的な実施形態の音響流量計における渦流出および誘導振動の図である。
【図４】レイノルズ数Sとストローハル数との間の経験的関係の図である。
【図５】別の例示的な実施形態の音響流量計のプロファイル部である。
【図６】いくつかの音響流量計を使用する例示的な実施形態の流れ測定システムの図である。
【図７】流体流のためのSTROUALとレイノルズ数との間の例示的な経験的関係のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
例示的な実施形態は、添付の図面を詳細に説明することによってより明らかになり、同様の要素は、例示のみを目的として与えられ、したがって、それらが示す用語を限定するものではない。
【０００９】
これは特許文献であるため、一般的な構築規則は、それを読み理解する際に適用されるべきである。本明細書に記載され示された全ては、添付の特許請求の範囲に含まれる主題の一例である。本明細書で開示される任意の特定の構造的および機能的詳細は、例示的な実施形態または方法をどのようにして使用するかを説明するためのものにすぎない。本明細書に具体的に開示されていないいくつかの異なる実施形態は、請求項の範囲に含まれる。したがって、特許請求の範囲は、多くの代替形態で実施され得、本明細書に記載される例示的な実施形態のみに限定されると解釈されるべきではない。
【００１０】
本明細書では、様々な要素を説明するために第1 、第2 、…という用語が使用され得るが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、1つの要素を別の要素と区別するためにのみ使用される。例えば、例示的な実施形態の範囲から逸脱することなく、第1の要素を第2の要素と呼ぶことができ、同様に、第2の要素を第1の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用されるように、用語「および/または」は、関連するリストされた項目のうちの1つまたは複数の任意のおよびすべての組合せを含む。
【００１１】
要素が、電気的に接続され、結合され、結合されるか、結合されるか、結合されるか、または他の要素に固定され得る場合、それは、他の要素または介在要素に直接接続または結合され得ることを理解されたい。対照的に、ある要素が、別の要素に直接接続された、または、直接結合された信号であると呼ばれるとき、介在する要素は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の語は、同様に解釈されるべきである（例えば、「の間」に対する「の直接の間」、または「隣接する」に対する「直接隣接する」等）。同様に、「通信可能に接続された」のような用語は、ワイヤレスに接続される中間デバイス、ネットワーク等を含む、２つのデバイス間の情報交換ルートのすべてのバリエーションを含む。
【００１２】
本明細書で使用されるように、用語が単数形および複数形の両方を含むことが意図されているが、本明細書で使用される場合、用語「含む」は、記載された特徴の存在を指定しない限り、単数形および複数形の両方を含むものとする、ステップ、動作、要素、概念、および/または構成要素は、それら自体が、1つまたは複数の他の特徴、ステップ、動作、要素、構成要素、概念、および/またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。
【００１３】
[0022]以下で説明する構造および動作は、図面に記載および/または記載された順序とは異なる順序で行われてもよいことにも留意されたい。例えば、連続して示される2つの動作および/または図は、関与する機能/動作に応じて、実際には同時に実行されてもよく、ときには逆の順序で実行されてもよい。同様に、以下で説明する例示的な方法内の個々の動作は、以下で説明する単一の動作とは別にループまたは他の一連の動作を提供するように、個々にまたは順次に実行され得る。以下で説明する特徴および機能を有する任意の実施形態は、任意の実行可能な組合せで、例示的な実施形態の範囲内に入ると推定されるべきである。
【００１４】
本発明者らは、原子炉冷却材/減速材流の熱収支の導出が、炉心流れ全体のための一般的でない正確な値しか与えないことを新たに認識した。原子炉、特にeBWRのようなより大きな炉心および反応器、の内の正確な位置での流体流の直接的および/または独立した測定により、ヒートバランス流量推定ならびに反応器条件および過渡シナリオをより正確に反映する。特に、全ての再循環及び噴射された給水を考慮する降水管への総流量の正確な測定は、炉心の安全性コンプライアンスに必要な安定性マージンのより良い計算及び制御要素のより良い戦略的動作を可能にするために有用である。コアフローの直接/非導出の測定は、起動および停止においてさらに有用であり、コア電力振動および燃焼度変動を含む望ましくないまたは過渡的なシナリオを診断することである。以下に記載される例示的な実施形態は、例示的な実施形態によって可能にされる固有の解決策を本発明者らによって認識されるこれらおよび他の問題に対処する。
【００１５】
本発明は、音響流量計およびそれを使用する方法である。本発明とは対照的に、以下に説明する少数の例示的な実施形態および例示的な方法は、本発明と一緒におよび/またはそれに関連して使用され得る様々な異なる構成のほんの一部を例示する。
【００１６】
図2は、運転中の原子炉環境において使用可能な音響流量計100の一例を示す図である。図2に示すように、例示的な流量計100は、流体流20に対して垂直に延在するように成形された突起101を含む。突起101は、重い流れであっても、その継続的な垂直位置決めを確実にするために、基部に固定されてもよい。例えば、突出部101は、沸騰水型原子炉またはeBWR（図1）の炉心シュラウド10の外部などの降水管の壁に設置され、運転中、突出部101を通って流れる精製水または他の冷却剤/減速材20に浸漬され得る。突出部101のサイズおよび典型的な流速のために、流れ20は、突出部101の周りの層流から分岐21を受け、突出部101の周りに少量の乱流およびボイド形成を生じさせる。
【００１７】
図3は、流体流れ20における例示的な実施形態の流量計100の正面図である。図に示すように、十分な速度で、流れ20は突起部101から破壊され、または剪断され、後縁部25が形成される。分流21が周囲の流れの下流で下流に進むと、それらは、概して、初期分流21から戻り、前後に振動する。これは、各分岐21が下流の垂直流れに戻るように補正するとき、対向する位置にある対向する空隙又は乱流領域25を生成する。この現象は、渦離脱として知られており、したがって、周波数fの空隙25間で前後に振動する流れを生じさせる（所与の期間における1つのボイド形成サイクルを示す）。渦離脱は、突起101の振動および周波数fの近くの構造、または関連する振動振動を誘発することがある。
【００１８】
突起101内の位置および圧力の振動は、マイクロフォン、別の音響ピックアップ、トランスデューサなどの振動検出器90によって検出および/または電気信号に変換され得、ピックアップが突起101に埋め込まれ、またはそれに接続され得る。代替的に、振動検出器90は、突出部101からの炉心シュラウド10のような構造体の下流又は他の側に埋設されてもよいが、渦離脱によって突出部101又は他の近くの構造体に生じる振動を依然として拾う。振動検出器90は、振動によって自己給電式であってもよく、他の場所で増幅され得る比較的小さい電気信号を送信してもよい。
【００１９】
追加または代替として、振動検出器90は、バッテリまたは電気グリッド接続を含んでもよく、振動から生成された完全に増幅された電気信号および/またはワイヤレス信号を送信してもよい。例えば原子炉圧力容器1の外側の較正された音響ピックアップは、格納容器内の電気接続によって電力供給され得、予想周波数に適切に同調され、容器1および周囲から他の背景雑音をフィルタリングするとき、原子炉容器1の内部の環状降水管の中の突起101によって生成される流体流れの振動を検出し得る。
【００２０】
振動検出器90によって検出された振動周波数で、流量が決定されてもよい。この決定は、振動検出器90との通信接続を介してデータを受信し、潜在的に増幅および洗浄するローカルプロセッサおよび/または遠隔プラントコンピュータを含む振動検出器90から振動周波数を受信するコンピュータプロセッサ95によって行うことができる。流量の決定は、渦流出周波数fと流速との間の決定的又は履歴的に測定された関係から行うことができる。例えば、突出部101がほぼ滑らかな濡れ面を有する実質的に円筒形である場合、突出部101からの渦流出周波数と流体流20の速度との間の関係は、ストローハル式によって与えられる：
【数１】
2020515874.tif 000003
【００２１】
ここで、fは、振動検出器90による検出周波数またはそれに由来する渦流出周波数であり；Dは、流れ20への突起101の直径であり、Uは解かれるべき流れ20の定常流速度である。ストローハル数STは最初に未知であり得るが、一般的な降水管流量および条件のために、0. 2などの流量または妥当な推測のためにヒストリカルに正確な数を使用することで推測され得る。
【００２２】
ストローハル数は、経験的データを介して検証することができ、さらに良好な結果を得ることができる。図4は、制御された条件における経験的決定からのレイノルズ数およびstRouhalの数に関する例示的なグラフである。このように、決定された流量のレイノルズ数を計算することによって、十分に近い適合を確保するために、図4のグラフによってストローハル数を確認することができる。レイノルズ数は、典型的な沸騰水型原子炉の降水管のような、大きな水力直径条件下での突出部101の周りの開放流を想定して、計算される：
【数２】
2020515874.tif 000004
【００２３】
ρは流体密度であり、Ｕは、式（1）から決定された流量であり、ｄは、延長部101の直径であり、μは流速である。流体の濃度及び速度は、クーラント／モデレータータイプ及び降圧管及び突出部１０１を取り囲む他のフロースペース内の温度・気圧から分かる。計算されたレイノルズ数Ｒｅをここで用いて、図４から関連するストローハル数を得る。これを、式（1）中の推測された又は他の元々使用されるストローハル数STと比較して、一致を確保することができる。
【００２４】
元々使用されているストローハル数が許容範囲外であるか、そうでなければ、図4からの関連するストローハル数と十分に一致しない場合、新しいストローハル数が推測され得る。新しい推測されたストローハル数は、おそらく、より大きくなるが、比較の結果は、どの方向が移動すべきかを示す。特定の流量について経験的に関連付けられ推測されたストローハル数の間に合意があると、計算された流量が検証される。
【００２５】
もちろん、他の分析を用いて、検出された音響振動情報から流量を計算してもよい。例えば、流量と渦流出周波数（または延長部101の任意の形状/特性）との間の直接的な経験的関係は既知であり得、検出された周波数は流量を直接計算するために使用され得る。そのような分析は、拡張部101の既知の物理的特性、流体特性、および流路特性を使用して、適切にプログラムされたまたは構成されたコンピュータプロセッサ上で実行され得る。コンピュータは、各例示的な実施形態の音響流量計100からの計算された流量を、冷却剤流量の直接知識のために、制御室などのプラントコンピュータおよび/またはオペレータに出力することができる。
【００２６】
上述のように、渦流出周波数fは、振動検出器90によって直接測定されてもよく、かつ/または、直接的に、または渦流出周波数と伸長振動との間の既知の関係によって、拡張部101内の振動によって測定されてもよい。拡張部101のような固体構造における単純化またはより容易な振動検出のためなど、拡張部101における周波数の直接測定が望まれる場合、拡張部101は、流速を決定するために使用される渦流出周波数Fから一致するか、または決定的に計算され得る。
【００２７】
延長部101は、渦流出周波数fをカバーする固有振動数で構成することができるので、ほとんどの固体構造は渦離脱の特定の周波数に曝されたときのみ振動するので、適切な構成および数の例示的な実施形態音響流量計100をフロー20で使用することができる。例えば、延長部101を渦流出周波数fで振動させることになる固有振動数の典型的な帯域幅が与えられる：
【数３】
2020515874.tif 000005
【００２８】
ここで、ωｎは、拡張部101の固有振動数であり、また、ζは、モード解析から決定された流体中の拡張部101の減衰比である。所望の減衰比は、例えば、所与の流れについて予想される共振周波数をカバーするために、長さ/軸方向または幅/半径方向における任意の振動部分の剛性を変化させることによって達成され得る。付加製造は、延長部101のような部品を連続的なアドオンまたは溶接によって製作することで、減衰比の容易なカスタマイズを可能にし、したがって、カバーされる固有振動数の帯域幅を容易にすることができる。
【００２９】
例えば、拡張部101が、所与の範囲にわたって比較的一定の弾性率を有する金属などの剛性材料から製造された円筒状延長部である場合（すなわち、予想周波数で塑性変形しない）、自然周波数の信号は、以下の通り。
【数４】
2020515874.tif 000006
【００３０】
（式中、Eは弾性率であり；Iは慣性モーメント（シリンダに対するR 4 / 4）であり；mは質量であり；Lは延長部101の長さである。2つ以上の高調波ノードまたは固有振動数を有する構造体については、このことは、経験的に決定され得るモード番号である。付加製造によるなどのカスタマイズを使用して、特定の半径、長さ、および/または剛性が、予想される流動条件および/または所望の周波数範囲に基づいて、所望の固有振動数およびモードを与えるために達成され得る。次いで、自然周波数は、式（1）および（2）で使用される渦流出/振動周波数fと相関するために、2つの信号によって分割される。
【００３１】
前述の式（3）および式（4）に見られるように、延長部101は、予想渦流出周波数Fの良好なカバレージを与える材料、長さ、および半径であってもよく、拡張部101の特性が前述のパラメータに従って構成されて、予想流量での渦流出との共振を確実にする。もちろん、延長部101の他の形状および構造が選択されてもよく、既知の材料特性および固有周波数が決定可能であり、流体の流れに応じて振動する構造として使用可能である。
【００３２】
拡張部101が対象の潜在的な流量のサブセットのみをカバーする固有周波数帯域幅を有する場合、複数の拡張部101を使用してもよく、および/または複数の例示的な実施形態音響流量計100を、関心のある流量範囲をカバーするように変更して実装してもよい。例えば、図6に示すように、異なる伸長特性を有する複数の例示的な実施形態の流量計100が、始動から定常状態への過渡状態の流量を測定するために、降水管空間内の炉心シュラウド10に取り付けられてもよい。例示的な実施形態の流量計100は、それぞれ固有の共振帯域幅に特異的に同調されたそれ自体の音響ピックアップを含み得るか、または互いの間で振動検出器および通信接続を共有し得る。
【００３３】
図2に示すように、例示的な実施形態の流量計100は、別の例示的な実施形態の流量計200を含むことができる。代替的に、例示的な実施形態の流量計200は、流量計100の動作なしに自立していてもよい。図5に示すように、例示的な実施形態の流量計200は、下降管アニュラス内の液体冷却剤などの流体流れ20が流量計200を通過することを可能にする内部通路204を含む。内部通路204は、例えば、拡張部101の内部にあってもよい。
【００３４】
例示的な実施形態の流量計200は、流体流れ20が流量計200に入ることを可能にする上部開口201を含むことができる。例示的な実施形態の流量計200は、流れ20の方向において管器官設計のように、開口202で流れ20を遮断するウェッジ203に拡張することができる。上部開口201 、ウェッジ203 、及び開口202に続く膨張の組み合わせは、流れ20を渦にし、開口202を通って部分的に排出させる。流れの残りは、通路204を介して、例示的な実施形態の流量計200の内外を通過することができる。
【００３５】
例示的な実施形態の渦流量計200は、流量計200において定在波を生成し、流量計200の振動を流体流20の速度に依存する周波数で強制する。図7に示すように、流体のみの速度は、単独で使用されるウェッジ203で生成される流速と周波数との間の線形関係701から決定されてもよい。あるいは、図7に示すように、パイプのような内部通路204を含む実施形態200において生成される周波数は、流速に基づいて高調波レベル702間でジャンプする。異なる周波数と流速範囲との間の関係が与えられる。
【数５】
2020515874.tif 000007
ｆｎが振動周波数であり、信号は流体中の音の速度であり、Lは通路240の長さであり、Nはパイプを通る流体流速に関連するノードまたは高調波の数である。
【００３６】
振動検出器90は、例示的な実施形態の流量計200の予想される周波数のための例示的な実施形態の流量計100と同じタイプの配置および/または較正によって、例示的な実施形態の流量計200の振動を検出することができる。通路240の長さ、そのタイプ、温度、および圧力から流れる冷却剤中の音速を知ることと、例示的な実施形態の流量計200の検出された振動または発振周波数であって、高調波数ｎは、ローカルまたはリモートプロセッサを使用して決定することができる。図7に見られるように、各高調波レベル702は、高調波範囲の観察または流量計高調波のノード分析によって経験的に決定され得る、例示的な実施形態の流量計200への別個の流速範囲に関連付けられる。周波数ｆｎを決定することによって、適合する流量範囲を確立することができ、したがって、原子炉内で独立して測定することができる。
【００３７】
図6に示すように、例示的な実施形態の音響流量計200は、通路204のための拡張またはフレア状の開口部205を含むことができる。開口部205の面積の増大により、例示的な実施形態の音響流量計200の共振によって生成された音波を、振動検出器90によるピックアップのための周囲の媒体によりよく伝導することができる。通路204はまた、その流路を長くするためにS字形または湾曲していてもよく、したがって、式（5）によって示されるように周波数ｆｎを低下させる。より低い周波数は、検出器90によって周囲雑音および振動からより容易に検出または識別され得る。同様に、通路204は、流体貫通流を確保しながら、振動検出の必要性に適合するように、より長いまたはより短い形状に再構成されてもよい。例えば、通路204は、完全に真っ直ぐであってもよく、単純化のためにフレア状の開口部205を有さず、依然として音響流量計として機能してもよい。
【００３８】
例示的な実施形態の流量計200の全ての要素は、図5に示すように、各実施例の機械加工、成形、溶接等によって、例示的な実施形態の流量計100の延長部101内に付加的に製造することができる。任意の数の例示的な実施形態の音響流量計200を、単一の延長部、または複数の延長部から使用することができる。異なる音響流量計200は、異なる長さ、くさび形、または他の特性を含み、周波数ノードとの異なる流量をカバーし、および/または検出および検証のために異なる周波数を生成することができる。
【００３９】
一緒に使用されるとき、例示的な実施形態の流量計100および200は、互いを検証し、他方の許容可能な範囲内にある流体速度で、一方からの読み取りを確実にするために使用してもよい。加えて、例示的な実施形態流量計100が二相流で振動する間、流量計200の例は開口201に流入する蒸気を含む二相流のような流れ２０において共振しないので、同じ拡張を使用する流れ計100と200との間の作動/非作業視差は、特定の位置における二相流の存在を示し得る。このような二相流は、例示的な実施形態の音響流量計100を使用することなく、蒸気乾燥機障害、給水過熱、シュラウド漏洩などの望ましくない状態にオペレータに警告することができる。
【００４０】
したがって、例示的な実施形態および方法が説明されるが、例示的な実施形態は、以下の特許請求の範囲内に依然として含まれながら、ルーチン実験を通じて変更および置換され得ることを、当業者は諒解されよう。例えば、例示的な実施形態は、環状降水管を流れる精製水との使用において説明されるが、様々な異なる冷却剤タイプおよび流路は、単に例示的な実施形態の適切な寸法および材料/長さ選択を通じて、および特許請求の範囲に含まれる。そのような変形は、これらの特許請求の範囲から逸脱するものと見なされるべきではない。
【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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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年12月4日(2019.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の環状降水管内の流体の流れを妨げるように成形された１つの延長部と、
前記延長部からの渦流出振動を検出し、前記渦発生振動の周波数を報告するように構成された振動検出器と、を備えた、
原子炉の環状降水管用の音響流量計。
【請求項２】
前記振動検出器は、前記周波数を前記原子炉環状降水管内の前記流体の流量に変換するようにプログラムされたコンピュータプロセッサと結合される、請求項1に記載の音響流量計。
【請求項３】
前記延長部は、実質的に円形の外周を含み、前記コンピュータプロセッサは、前記外周の直径及び前記流れの流体のストローハル数を使用して、前記周波数を流量に変換するようにさらに構成される、請求項2に記載の音響流量計。
【請求項４】
前記コンピュータプロセッサは、前記流量を用いて前記流れのレイノルズ数に対する前記ストローハル数を検証するように構成されている、請求項3に記載の音響流量計。
【請求項５】
原子炉の炉心を取り囲む炉心シュラウドと、原子炉圧力容器とを備え、
前記炉心シュラウドの外面と前記原子炉圧力容器の内面により、前記環状降水管を形成する、請求項1に記載の音響流量計。
【請求項６】
前記延長部は、前記炉心シュラウドに固定され、前記環状降水管内の垂直方向の流れを妨げるように前記環状降水管内に横方向に延在し、
前記振動検出器は、前記炉心圧力容器の外面に位置し、前記原子炉圧力容器を通る振動を取り出すように調整される、請求項５に記載の音響流量計。
【請求項７】
複数の前記延長部をさらに備え、前記延長部の各々は、円筒形であり、軸方向および半径方向寸法に成形され、それぞれが互いに異なる固有振動周波数を有するような材料から製造される、請求項1に記載の音響流量計。
【請求項８】
前記延長部内に別個のパイプオルガン音響流量計をさらに備え、
前記別個のパイプオルガン音響流量計が、前記流れの中への狭窄した開口部と、前記狭窄した開口部よりも広い前記延長部を通る通路とを含む、請求項1に記載の管器官音響流量計。
【請求項９】
前記別個のパイプオルガン音響流量計は、さらに、前記通路内のウェッジおよび出口を含み、前記振動検出器にも結合され、前記振動検出器は、前記ウェッジにおける定在波の生成によって引き起こされる前記別個のパイプオルガン音響流量計における振動を検出および報告するように構成される、請求項11に記載の音響流量計。
【請求項１０】
閉じた通路の流れを測定する方法であって、
前記通路内に延長部を設置し、
前記延長部の周りの渦離脱によって引き起こされる振動の周波数を検出し、
推定されたストローハル数、拡張の幅、および周波数に基づいて流量を計算し、
前記計算された流量に基づいて前記流れのレイノルズ数を計算し、
レイノルズ数から経験的なストローハル数を決定すること；経験的なストローハル数を推測されたストローハル数と比較することを含み、
前記比較において、経験的および推測されたストローハル数が一致する場合に、計算された流量を受け入れ、経験的および推測されたストローハル数が一致しない場合に、前記流量の計算を繰り返し、レイノルズ数を計算し、経験的ストローハル数を決定し、経験的および推測されたストローハル数を新しい推測されたストローハル数と比較する、方法。
【国際調査報告】
2020515874.tif 000015
2020515874.tif 000016