特許 5864270 原子力プラント温度計測システムおよび原子力プラント計装システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5864270

(24)【登録日】2016年1月8日

(45)【発行日】2016年2月17日

(54)【発明の名称】原子力プラント温度計測システムおよび原子力プラント計装システム

(51)【国際特許分類】

   G21C 17/02 20060101AFI20160204BHJP

   G01K 1/14 20060101ALI20160204BHJP

【ＦＩ】

   G21C17/02 A

   G01K1/14 L

【請求項の数】14

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-824(P2012-824)

(22)【出願日】2012年1月5日

(65)【公開番号】特開2013-140101(P2013-140101A)

(43)【公開日】2013年7月18日

【審査請求日】2014年9月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100077816

【弁理士】

【氏名又は名称】春日 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100156524

【弁理士】

【氏名又は名称】猪野木 雄一

(72)【発明者】

【氏名】有田 節男

(72)【発明者】

【氏名】馬場 淳史

(72)【発明者】

【氏名】伏見 篤

(72)【発明者】

【氏名】金田 昌基

(72)【発明者】

【氏名】新間 大輔

(72)【発明者】

【氏名】藤島 康剛

(72)【発明者】

【氏名】村田 昭

(72)【発明者】

【氏名】小山 三輝雄

(72)【発明者】

【氏名】浅野 保

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 啓嗣

【審査官】 青木 洋平

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−１８７１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１１２２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−０３０６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２８１０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１５３０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２０６１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２０９４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１８６０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１４７９８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ２１Ｃ １７／０２

Ｇ０１Ｋ １／１４

Ｇ０１Ｋ ７／０２

Ｇ２１Ｄ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原子力プラントの格納容器内側の対象箇所の温度を検出するシース熱電対、該シース熱電対は金属のシース内に異種の熱電対素線が内蔵され、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填されるものであって、該シース熱電対の外径より小さい外径のシースで保護され、かつ前記と同一の熱電対素線を内蔵し、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填される第１の金属シース無機絶縁ケーブルにシース熱電対が接続されており、格納容器内側に設置される防水端子ボックスの内部に設置されるセラミック端子台に該第１の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、格納容器の電気ペネトレーションモジュールに取り付けられ、かつ前記金属シース無機絶縁ケーブルと同一の第２の金属シース無機絶縁ケーブルが該セラミック端子台で前記第１の金属シース無機絶縁ケーブルに接続され、格納容器の外部に設置される端子ボックス内に設置される端子台に第２の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、該端子台から熱電対補償導線を介して温度計測器に接続されることを特徴とする原子力プラント温度計測システム。

【請求項2】

原子力プラントの格納容器内側の対象箇所の温度を検出するシース熱電対、該シース熱電対は金属のシース内に異種の熱電対素線が内蔵され、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填されるものであって、該シース熱電対の外径より小さい外径のシースで保護され、かつ前記と同一の熱電対素線を内蔵し、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填される第１の金属シース無機絶縁ケーブルにシース熱電対が接続されており、格納容器内側に設置される防水端子ボックスの内部に設置されるセラミック端子台に該第１の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、格納容器の電気ペネトレーションモジュールに取り付けられ、かつ前記金属シース無機絶縁ケーブルと同一の第２の金属シース無機絶縁ケーブルが該セラミック端子台で前記第１の金属シース無機絶縁ケーブルに接続されることを特徴とする原子力プラント温度計測システム。

【請求項3】

原子力プラントの格納容器内側の対象箇所の温度を検出するシース熱電対、該シース熱電対は金属のシース内に異種の熱電対素線が内蔵され、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填されるものであって、格納容器内側に設置される防水端子ボックスの内部に設置されるセラミック端子台に該シース熱電対が接続され、格納容器の電気ペネトレーションモジュールに取り付けられ、かつ前記シース熱電対と同一の異種の熱電対素線が内蔵される金属シース無機絶縁ケーブルが該セラミック端子台で前記シース熱電対に接続され、格納容器の外部に設置される端子ボックス内に設置される端子台に前記金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、該端子台から熱電対補償導線を介して温度計測器に接続されることを特徴とする原子力プラント温度計測システム。

【請求項4】

原子力プラントの格納容器内側の対象箇所の温度を検出するシース熱電対、該シース熱電対は金属のシース内に異種の熱電対素線が内蔵され、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填されるものであって、格納容器内側に設置される防水端子ボックスの内部に設置されるセラミック端子台に該シース熱電対が接続され、格納容器の電気ペネトレーションモジュールに取り付けられ、かつ前記シース熱電対と同一の異種の熱電対素線が内蔵される金属シース無機絶縁ケーブルが該セラミック端子台で前記シース熱電対に接続されることを特徴とする原子力プラント温度計測システム。

【請求項5】

原子力プラントの格納容器内側の対象箇所の温度を検出するシース熱電対、該シース熱電対は金属のシース内に異種の熱電対素線が内蔵され、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填されるものであって、該シース熱電対の外径より小さい外径のシースで保護され、かつ前記と同一の熱電対素線を内蔵し、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填される第１の金属シース無機絶縁ケーブル、シース熱電対と第１の金属シース無機絶縁ケーブル間にアダプタが設置され、該アダプタはアダプタ内部でシース熱電対と第１の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填されるものであって、格納容器内側に設置される防水端子ボックスの内部に設置されるセラミック端子台に該第１の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、格納容器の電気ペネトレーションモジュールに取り付けられ、かつ前記金属シース無機絶縁ケーブルと同一の第２の金属シース無機絶縁ケーブルが該セラミック端子台で前記第１の金属シース無機絶縁ケーブルに接続され、格納容器の外部に設置される端子ボックス内に設置される端子台に第２の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、該端子台から熱電対補償導線を介して温度計測器に接続されることを特徴とする原子力プラント温度計測システム。

【請求項6】

原子力プラントの格納容器内側の対象箇所の温度を検出するシース熱電対、該シース熱電対は金属のシース内に異種の熱電対素線が内蔵され、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填されるものであって、該シース熱電対の外径より小さい外径のシースで保護され、かつ前記と同一の熱電対素線を内蔵し、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填される第１の金属シース無機絶縁ケーブル、シース熱電対と第１の金属シース無機絶縁ケーブル間にアダプタが設置され、該アダプタはアダプタ内部でシース熱電対と第１の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填されるものであって、格納容器内側に設置される防水端子ボックスの内部に設置されるセラミック端子台に該第１の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、格納容器の電気ペネトレーションモジュールに取り付けられ、かつ前記金属シース無機絶縁ケーブルと同一の第２の金属シース無機絶縁ケーブルが該セラミック端子台で前記第１の金属シース無機絶縁ケーブルに接続されることを特徴とする原子力プラント温度計測システム。

【請求項7】

原子力プラントの格納容器内側の対象箇所の状態量を検出するセンサ、該センサの出力信号線が金属のシース内に素線が内蔵され、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填される第１の金属シース無機絶縁ケーブルに接続されており、格納容器内側に設置される防水端子ボックスの内部に設置されるセラミック端子台に該第１の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、格納容器の電気ペネトレーションモジュールに取り付けられ、かつ前記金属シース無機絶縁ケーブルと同一の第２の金属シース無機絶縁ケーブルが該セラミック端子台で前記第１の金属シース無機絶縁ケーブルに接続され、格納容器の外部に設置される端子ボックス内に設置される端子台に第２の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、該端子台から信号線を介して計器あるいは信号処理装置に接続されることを特徴とする原子力プラント計装システム。

【請求項8】

原子力プラントの格納容器内側の対象箇所の状態量を検出するセンサ、該センサの出力信号線が金属のシース内に素線が内蔵され、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填される第１の金属シース無機絶縁ケーブルに接続されており、格納容器内側に設置される防水端子ボックスの内部に設置されるセラミック端子台に該第１の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、格納容器の電気ペネトレーションモジュールに取り付けられ、かつ前記金属シース無機絶縁ケーブルと同一の第２の金属シース無機絶縁ケーブルが該セラミック端子台で前記第１の金属シース無機絶縁ケーブルに接続されることを特徴とする原子力プラント計装システム。

【請求項9】

特許請求項１、２、５、６のいずれかの原子力プラント温度計測システムにおいて、
前記電気ペネトレーションモジュールは、スリーブを貫通する第２の金属シース無機絶縁ケーブルがスリーブの両端部でシール形ジョイントにより固定されることを特徴とする原子力プラント温度計測システム。

【請求項10】

特許請求項３、４のいずれかの原子力プラント温度計測システムにおいて、
前記電気ペネトレーションモジュールは、スリーブを貫通する金属シース無機絶縁ケーブルがスリーブの両端部でシール形ジョイントにより固定されることを特徴とする原子力プラント温度計測システム。

【請求項11】

特許請求項７、８のいずれかの原子力プラント計装システムにおいて、
前記電気ペネトレーションモジュールは、スリーブを貫通する第２の金属シース無機絶縁ケーブルがスリーブの両端部でシール形ジョイントにより固定されることを特徴とする原子力プラント計装システム。

【請求項12】

特許請求項１、２、５、６のいずれかの原子力プラント温度計測システムにおいて、
前記防水端子ボックスは、防水端子ボックス内のセラミック端子台に接続される第１の金属シース無機絶縁ケーブルと第２の金属シース無機絶縁ケーブルが防水端子ボックスにシール形ジョイントにより固定されることを特徴とする原子力プラント温度計測システム。

【請求項13】

特許請求項３、４のいずれかの原子力プラント温度計測システムにおいて、
前記防水端子ボックスは、防水端子ボックス内のセラミック端子台に接続されるシース熱電対と金属シース無機絶縁ケーブルが防水端子ボックスにシール形ジョイントにより固定されることを特徴とする原子力プラント温度計測システム。

【請求項14】

特許請求項７、８のいずれかの原子力プラント計装システムにおいて、
前記防水端子ボックスは、防水端子ボックス内のセラミック端子台に接続される第１の金属シース無機絶縁ケーブルと第２の金属シース無機絶縁ケーブルが防水端子ボックスにシール形ジョイントにより固定されることを特徴とする原子力プラント計装システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原子力プラントの格納容器内側の対象箇所の状態量を検出する計装システムに関する。

【背景技術】

【0002】

原子力プラントの格納容器内側の対象箇所の状態量を検出する計装システムとして、圧力容器壁の温度を計測する温度計測、制御棒の位置を検出する制御棒位置検出系等があり、最近では、特許文献１には圧力容器外から超音波を利用した水位計測が考えられている。原子力プラントの過酷事故として燃料破損が考えられる。燃料破損が発生した場合に、原子炉の冷却機能が万一働かなくなるとメルトダウンが発生する可能性がある。この場合には、圧力容器が高温になり、結果として格納容器内側も高温になる。さらにメルトダウンの進展によっては高温の水蒸気が格納容器内側に充満することが考えられる。このような状態において、格納容器内側の対象箇所の状態量を検出する計装システムに影響を及ぼすことが考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−１８００５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

格納容器内側の対象箇所の状態量を検出する計装システムにどのような影響を及ぼすかを実験により評価することにした。実験にあたっては原子力プラントで多数設置されている熱電対温度計測システムを対象とした。熱電対温度計測システムを構成する要素である、シース熱電対、端子台、熱電対補償導線について、端子台にシース熱電対と熱電対補償導線を接続し、これらを電気炉に入れて６００℃までの加熱試験、を実施した。実験により、以下の点が新たに分かった。端子台の絶縁物はポリカーボネートであり、耐熱性・難燃性の点で優れているものの、融点が約２６０℃であり、これ以上の温度で溶けることが分かった。さらにこのポリカーボネートが溶けることで、端子台のポリカーボネートで分離されていた金属端子が接触することが新たに分かった。さらに金属板に上記端子台が設置される場合には、異種素線が金属板接触（短絡）して等価的に異種素線が接触したりすることが分かった。この結果、本来なら熱電対の異種の素線の接点部（例えば、コンスタンタンと銅）の温度を計測するが、端子台の金属端子が接触することでこの接触位置での温度を計測してしまうことが分かった。また、熱電対補償導線の絶縁物がビニールやガラスで構成されることが一般的であり、熱電対補償導線の絶縁物が溶けると共に熱電対補償導線の異種素線が短絡してしまうという問題が発生することがわかった。熱電対補償導線は格納容器の内側及び外側で使用されるが、上記の異常時には格納容器の内側に設置した熱電対補償導線が短絡して正しい温度を計測することができなくなることも新たに分かった。さらに、シース熱電対に熱電対補償導線を接続したものが格納容器内でも使用されるが、シース熱電対と熱電対補償導線とをロウ付けで接続する部分にアダプタが設けられており、アダプタ内には絶縁物としてエポキシ樹脂が充填されている。加熱試験の結果、アダプタ内で異種素線の一方が断線して開放になったり、他方の素線に接触したりすることが放射線透過検査の結果で分かった。図１２にアダプタ内の構造を示す。シース熱電対４１と熱電対補償導線１１１の素線はアダプタ４６の内側で接続され、エポキシ樹脂４６１により素線４３、４４の絶縁を図っている。例えばＴ型熱電対であれば、素線４３はコンスタンタンであり、素線４４が銅である。数百℃の高温（約２００〜３００℃）になることで、図１３のように、エポキシ樹脂４６１の熱膨張により素線に引っ張り応力が発生し、エポキシ樹脂の熱分解、体積膨張、炭酸水素系ガス４６２の発生により、素線断線に至ったり、図１４のように素線短絡（銅４４が断線しコンスタンタン４３に接触）が発生したりする。素線短絡が発生するとこの短絡が発生した場所での温度を計測してしまうという問題が発生する。

【0005】

上記は熱電対温度計測システムを対象に電気炉を用いてシース熱電対、端子台、熱電対補償導線の加熱試験をした結果であるが、本質は、原子力プラントで使用される端子台は、その絶縁物がポリカーボネ−トとなっていることが大半であり、２６０℃以上になると絶縁物が溶けて端子台の金属端子が接触してしまう問題がある。さらにケーブルの絶縁物がビニールやガラス繊維になっていることが多く、高温化でこれら絶縁物が溶けてケーブルの素線が接触・断線してしまう問題がある。

【0006】

本発明の目的は、原子力プラントの格納容器内側の対象箇所の状態量を検出する計装システムにおいて、原子力プラントに過酷事故が発生しても、これらに影響を受けない堅牢な計装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】

【0007】

原子力プラントの格納容器内側の対象箇所の温度を検出するシース熱電対、該シース熱電対は金属のシース内に異種の熱電対素線が内蔵され、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填されるものであって、該シース熱電対の外径より小さい外径のシースで保護され、かつ前記と同一の熱電対素線を内蔵し、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填される第１の金属シース無機絶縁ケーブル、シース熱電対と第１の金属シース無機絶縁ケーブル間にアダプタが設置され、該アダプタはアダプタ内部でシース熱電対と第１の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填されるものであって、格納容器内側に設置される防水端子ボックスの内部に設置されるセラミック端子台に該第１の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、格納容器の電気ペネトレーションモジュールに取り付けられ、かつ前記金属シース無機絶縁ケーブルと同一の第２の金属シース無機絶縁ケーブルが該セラミック端子台で前記第１の金属シース無機絶縁ケーブルに接続され、格納容器の外部に設置される端子ボックス内に設置される端子台に第２の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、該端子台から熱電対補償導線を介して温度計測器に接続されることを特徴とする。

【0008】

さらに、原子力プラントの格納容器内側の対象箇所の状態量を検出するセンサ、該センサの出力信号線が金属のシース内に素線が内蔵され、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填される第１の金属シース無機絶縁ケーブルに接続されており、格納容器内側に設置される防水端子ボックスの内部に設置されるセラミック端子台に該第１の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、格納容器の電気ペネトレーションモジュールに取り付けられ、かつ前記金属シース無機絶縁ケーブルと同一の第２の金属シース無機絶縁ケーブルが該セラミック端子台で前記第１の金属シース無機絶縁ケーブルに接続され、格納容器の外部に設置される端子ボックス内に設置される端子台に第２の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、該端子台から信号線を介して計器あるいは信号処理装置に接続されることを特徴とする。

【0009】

さらに、電気ペネトレーションモジュールは、スリーブを貫通する第２の金属シース無機絶縁ケーブルがスリーブの両端部でシール形ジョイントにより固定されることを特徴とする。

【0010】

さらに、防水端子ボックスは、防水端子ボックス内のセラミック端子台に接続される第１の金属シース無機絶縁ケーブルと第２の金属シース無機絶縁ケーブルが防水端子ボックスにシール形ジョイントにより固定されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明の原子力プラント温度計測システムは、原子力プラントの格納容器内側の対象箇所の温度を検出するシース熱電対、該シース熱電対は金属のシース内に異種の熱電対素線が内蔵され、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填されるものであって、該シース熱電対の外径より小さい外径のシースで保護され、かつ前記と同一の熱電対素線を内蔵し、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填される第１の金属シース無機絶縁ケーブル、シース熱電対と第１の金属シース無機絶縁ケーブル間にアダプタが設置され、該アダプタはアダプタ内部でシース熱電対と第１の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填されるものであって、格納容器内側に設置される防水端子ボックスの内部に設置されるセラミック端子台に該第１の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、格納容器の電気ペネトレーションモジュールに取り付けられ、かつ前記金属シース無機絶縁ケーブルと同一の第２の金属シース無機絶縁ケーブルが該セラミック端子台で前記第１の金属シース無機絶縁ケーブルに接続され、格納容器の外部に設置される端子ボックス内に設置される端子台に第２の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、該端子台から熱電対補償導線を介して温度計測器に接続しているために、格納容器内の温度が数百℃になったり、高温の蒸気が充満したりしても、従来システムで発生した格納容器に設置される端子台の金属端子が短絡（接触）することがなく、さらに熱電対から電気ペネトレーションモジュールまでの計測線は金属シースで保護され、金属シース内の計測線（素線）は無機質絶縁物（例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）あるいはマグネシア（ＭｇＯ））で絶縁されているために、金属シース内に高温蒸気が入り込むこともなく、素線が断線したり、異種素線が接触したり、これらが金属シールに接触（短絡）して等価的に異種素線が接触したりすることもない。

【0012】

さらに、本発明の原子力プラント計装システム（温度計測システム以外に超音波を利用して炉水位を計測する炉水位計測システム、制御棒の位置を検出する制御棒位置検出システムなど）は、原子力プラントの格納容器内側の対象箇所の状態量を検出するセンサ、該センサの出力信号線が金属のシース内に素線が内蔵され、かつ絶縁をとる無機絶縁物が充填される第１の金属シース無機絶縁ケーブルに接続されており、格納容器内側に設置される防水端子ボックスの内部に設置されるセラミック端子台に該第１の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、格納容器の電気ペネトレーションモジュールに取り付けられ、かつ前記金属シース無機絶縁ケーブルと同一の第２の金属シース無機絶縁ケーブルが該セラミック端子台で前記第１の金属シース無機絶縁ケーブルに接続され、格納容器の外部に設置される端子ボックス内に設置される端子台に第２の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、該端子台から信号線を介して計器あるいは信号処理装置に接続しているために、格納容器内の温度が数百℃になったり、高温の蒸気が充満したりしても、従来システムで発生した格納容器に設置される端子台の金属端子が短絡（接触）することがなく、さらに熱電対から電気ペネトレーションモジュールまでの計測線は金属シースで保護され、金属シース内の計測線（素線）は無機質絶縁物（例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）あるいはマグネシア（ＭｇＯ））で絶縁されているために、金属シース内に高温蒸気が入り込むこともなく、素線が断線したり、異種素線が接触したり、これらが金属シールに接触（短絡）して等価的に異種素線が接触したりすることもない。苛酷事故環境になっても格納容器内の温度測定箇所（例えば圧力容器壁温度）の温度を連続して監視することが可能になる。

【0013】

さらに、電気ペネトレーションモジュールは、スリーブを貫通する第２の金属シース無機絶縁ケーブルがスリーブの両端部でシール形ジョイントにより固定されることを特徴としており、第２の金属シース無機絶縁ケーブルの電気的な特性が劣化した場合には、電気ペネトレーションモジュール全体を交換するのではなく、第２の金属シース無機絶縁ケーブルを交換することが可能である。

【0014】

また、防水端子ボックスは、防水端子ボックス内のセラミック端子台に接続される第１の金属シース無機絶縁ケーブルと第２の金属シース無機絶縁ケーブルが防水端子ボックスにシール形ジョイントにより固定されることにより、電気ペネトレーションモジュールと防水端子ボックスを一体構成とすることがなく、容易に第１の金属シース無機絶縁ケーブルと第２の金属シース無機絶縁ケーブルの防水端子ボックスへの挿抜が可能であるため、該防水端子ボックス内で容易に第１の金属シース無機絶縁ケーブルと第２の金属シース無機絶縁ケーブルの接続・取り外し作業ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第一の実施形態である原子力プラント温度計測システムの一構成図である。

【図2】シース熱電対４と第１の金属シース無機絶縁ケーブル５の接続構成を示した図である。

【図3】防水端子ボックスの構成図である。

【図4】防水端子ボックス内に設置されるセラミック端子台と第１の金属シース無機絶縁ケーブルと第２の金属シース無機絶縁ケーブルの接続構成を示した図である。

【図5】電気ペネトレーションモジュールの一構成図である。

【図6】端子ボックスの一構成図である。

【図7】本発明の第二の実施形態である原子力プラント温度計測システムの一構成図である。

【図8】シース熱電対４の一構成図である。

【図9】本発明の第三の実施形態である原子力プラント炉水位計測システムの一構成図である。

【図10】超音波送受信器１５、アダプタ２７、シース熱電対４、第１の金属シース無機絶縁ケーブル１６の接続構成を示した図である。

【図11】本発明の第四の実施形態である原子力プラント制御棒位置検出システムの一構成図である。

【図12】従来のアダプタ４６内の構造を示す。

【図13】従来のアダプタ４６内の素線が断線する状況を示した図。

【図14】従来のアダプタ４６内の素線が接触する状況を示した図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は本発明の第一の実施形態である原子力プラント温度計測システムの一構成図である。原子力プラント温度計測システムは、シース熱電対４，７、第１の金属シース無機絶縁ケーブル５，８、防水端子ボックス６、電気ペネトレーションモジュール９、端子ボックス１０、熱電対補償導線１１，１２、温度計測器１３からなる。原子力プラントの格納容器１は、コンクリート壁２で覆われており、圧力容器３は格納容器１内に設置される。電気ペネトレーションモジュール９は格納容器１及びコンクリート壁２を貫通するように設置される。

【0017】

シース熱電対４と第１の金属シース無機絶縁ケーブル５を代表にこれらの関係を図２に示す。シース熱電対４はアダプタ４６を備え、アダプタ４６でシース熱電対４の素線と第１の金属シース無機絶縁ケーブル５の素線が例えばロウ付けで接続される。アダプタ４６内は無機質絶縁物（例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）あるいはマグネシア（ＭｇＯ））で絶縁されている。例えば、シース熱電対４はＴ型熱電対の場合、素線４３はコンスタンタンであり、素線４４が銅である。接点４２にて素線４３（コンスタンタン）と素線４４（銅）が溶接されておりここで測定温度に対する起電力が発生する。第１の金属シース無機絶縁ケーブル５も素線５３はコンスタンタンであり、素線５５が銅となる。シース熱電対４と第１の金属シース無機絶縁ケーブル５とも内部に無機質絶縁物４５，５２（例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）あるいはマグネシア（ＭｇＯ））を充填して素線４３と４４間、５３と５５間、及び金属シース４１，５１に素線が接触しないようにしている。アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）あるいはマグネシア（ＭｇＯ）の融点は２０００℃以上である。金属シースで密閉しているために、格納容器内の温度が数百℃になったり、高温の蒸気が充満したりしても、素線４３と４４間、５３と５５間が接触（短絡）したり、これらが断線することはない。またこれらの素線が金属シース４１，５１に接触（短絡）することもない。さらに、第１の金属シース無機絶縁ケーブル５の外径はシース熱電対４より小さくしており、第１の金属シース無機絶縁ケーブル５を敷設する際の可とう性を確保して敷設しやすくしている。一方、シース熱電対４の外径は第１の金属シース無機絶縁ケーブル５より大きくなっており、可とう性が少なく、シース熱電対４を測定対象に固定した時に、シース熱電対４が固定位置からずれたりしないようにしている。

【0018】

防水端子ボックス６は図３に示すように、完全密閉型であるが、内部にセラミック端子台を内蔵し、ケーブルの接続を可能とするために開閉可能構造としている。さらにケーブルの挿抜を可能とするために、シール形ジョイント６５，６６，６８，６９を備えている。シール形ジョイント６５，６６，６８，６９は、例えば、第１の金属シース無機絶縁ケーブル５，８を内部のセラミック端子台に接続した際に、プラント苛酷事故時に高温の蒸気が防水端子ボックス６内に侵入することのないようにするためのものであり、実現手段として例えばスウェージロック（米国Ｓｗａｇｅｌｏｋ社の登録商標）、ロウ付けなどが挙げられる。スウェージロックを利用すれば、第１の金属シース無機絶縁ケーブル５，８を取り付ける際に容易にこの取付け部を密閉状態にすることができる。防水端子ボックス６内のセラミック端子台に第１の金属シース無機絶縁ケーブル５，８を接続する際には、防水端子ボックス６を開放状態にする必要がある。通常時は、防水端子ボックス上蓋６１、防水端子ボックス下蓋６２で金属パッキン６３を挟んでボルト６４で連結し、ボルトを取り外すことでそれを可能にしている。従来の端子台では高温の蒸気が冷却され、蒸気温度が低下していくと金属端子台に水滴が溜り金属端子間の抵抗が低下し、計測性能に影響を及ぼす可能性が考えられるが、上記の防水端子ボックス６では、高温の蒸気が内部に侵入することがないために、このような問題は発生しない。

【0019】

防水端子ボックス６内に設置されるセラミック端子台の構成を図４に示す。セラミック端子台６７には金属端子６７１，６７２が取り付けられ、この金属端子にケーブルを取り付けてケーブル間の接続を可能としている。図４では、第１の金属シース無機絶縁ケーブル５と第２の金属シース無機絶縁ケーブル９６が端子５４、９６２、５６、９６４によって接続され、第１の金属シース無機絶縁ケーブル８と第２の金属シース無機絶縁ケーブル９７が接続される。素線５３と９６１は同一材料（例えばコンスタンタン）、素線５５と９６３は同一材料（例えば銅）である。このようにセラミック端子台に設けた金属端子６７１，６７２に第１の金属シース無機絶縁ケーブルと第２の金属シース無機絶縁ケーブルが取り付けて接続できるために、セラミック端子台に雰囲気温度が数百℃になってもセラミック端子の融点は約２０００℃以上であり、金属端子が相互に接触することはない。

【0020】

格納容器の電気ペネトレーションモジュール９の構成例を図５に示す。電気ペネトレーションモジュール９は格納容器１及びコンクリート壁２を貫通するように設置される。

【0021】

電気ペネトレーションモジュール９はスリーブ９１、第２の金属シース無機絶縁ケーブル９６，９７、シール形ジョイント９２，９３，９４，９５で構成しており、第２の金属シース無機絶縁ケーブル９６，９７が該スリーブ９１を貫通して取り付けられており、該スリーブ９１の両端でシール形ジョイント９２，９３，９４，９５によって第２の金属シース無機絶縁ケーブル９６，９７が固定されると共にこの固定部においてシール形ジョイント９２，９３，９４，９５によってスリーブ内は完全に密閉される。この結果、プラント苛酷事故時に格納容器内側に充満する高温の蒸気が電気ペネトレーションモジュール９内に侵入することはない。このため、高温の蒸気そのものや冷却されて生じた水滴等により電気ペネトレーションモジュールの電気特性が劣化して計測性能に影響を及ぼすようなことはない。また、電気ペネトレーションモジュールは、第２の金属シース無機絶縁ケーブルをスリーブの両端部でシール形ジョイントにより固定しているので、第２の金属シース無機絶縁ケーブルの電気的な特性が劣化して交換が必要になっても、シール形ジョイントをはずすことで当該の第２の金属シース無機絶縁ケーブルを交換することが可能となり、電気ペネトレーションモジュール全体を交換する必要がないという効果がある。さらに電気ペネトレーションモジュール全体交換と比較して格納容器の密封確保（窒素充填に対する密封性の確保）のための作業を大幅に軽減できる効果もある。

【0022】

図６は格納容器１外部に設置する端子ボックス１０の構成例であり、図３の防水端子ボックス６と類似しているが、異なる点は金属パッキン６３がないことである。苛酷事故発生時には格納容器内は高温の蒸気が充満するが、格納容器内に閉じ込められるために格納容器外は防水対策を図る必要がなく、図６に示す端子ボックスで十分である。

【0023】

本発明の第二の実施形態である原子力プラント温度計測システムの一構成例を図７に示す。図１と異なる部分はシース熱電対４の構成であり、その他は同一である。図１とは異なり、図７においてシース熱電対４が直接防水端子ボックス６に接続される。シース熱電対４は図８に示すように金属シース４１は内部に無機質絶縁物４５（例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）あるいはマグネシア（ＭｇＯ））を充填して素線４３と４４間、及び金属シース４１に素線が接触しないようにしている。シース熱電対４は敷設がしやすいように、図１の第１の金属シース無機絶縁ケーブル５と同程度の細い外径とする。これにより適切な場所に容易に敷設することができる。図１の場合にはシース熱電対４と第１の金属シース無機絶縁ケーブル５をアダプタで接続させる必要があったが、この作業が不要になり、接続不良そのものが発生することがない。

【0024】

本発明の第三の実施形態である原子力プラント炉水位計測システムの一構成例を図９に示す。本原子力プラント炉水位計測システムによれば、特開２０１１−１８００５２号公報に記載の原子炉水位計を例にして炉水位計測システムの苛酷事故耐性の向上を図ることが可能になる。計測配管２６は圧力容器３内の液相部に接続された下部配管部と上部配管部の間を接続して内部に液面２０を形成させ、圧力容器３内の液面１９と同一レベルの液面を形成させている。本炉水位計測システムは下部配管部に設置した超音波送受信器１５から超音波信号を出力し、上記液面での反射波を検出して水位を計測するものである。図１０に示すように、第１の金属シース無機絶縁ケーブル１６はアダプタ２７にて超音波送受信器１５の金属シース無機絶縁ケーブル１５１にロウ付け接続される。第１の金属シース無機絶縁ケーブル１６、アダプタ２７及び金属シース無機絶縁ケーブル１５１は内部に無機質絶縁物１６２（例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）あるいはマグネシア（ＭｇＯ））が充填されており素線（１６３，１６４，１６５）間及び素線と金属シース（１６１）間の絶縁が取られている。さらに、第１の金属シース無機絶縁ケーブル１６は防水端子ボックス６に接続される。９、１０、１７、１４は電気ペネトレーションモジュール、端子ボックス、信号ケーブル、水位計測器である。

【0025】

格納容器内側に設置される防水端子ボックス６の内部に設置される図４のセラミック端子台に該第１の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、格納容器の電気ペネトレーションモジュールに取り付けられ、かつ前記金属シース無機絶縁ケーブルと同一の第２の金属シース無機絶縁ケーブルが該セラミック端子台で前記第１の金属シース無機絶縁ケーブルに接続され、格納容器の外部に設置される端子ボックス内に設置される端子台に第２の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、該端子台から信号ケーブルを介して炉水位計測器に接続しているために、格納容器内の温度が数百℃になったり、高温の蒸気が充満したりしても、これらの影響を受けることがなく、苛酷事故環境になっても原子炉の水位を連続して監視することが可能になる。この場合、第１の金属シース無機絶縁ケーブル１６、金属シース無機絶縁ケーブル１５１、及び第２の金属シース無機絶縁ケーブルの素線は、信号を伝搬させるために導体で良く、例えばＳＵＳ線或は銅線で良い。

【0026】

本発明の第四の実施形態である制御棒位置検出システムの一構成例を図１１に示す。

【0027】

制御棒駆動機構２２は水圧駆動によりピストン２１１を駆動し制御棒２３の位置を制御する。ピストン２１１にはマグネット２１２が設置されており、該マグネットがリードスイッチ２２６，２２９，２３３の近傍位置にいるときに、これらリードスイッチはＯＮ状態になる。どのリードスイッチがＯＮ状態であるかを検出することで制御棒の位置が分かる。制御棒位置検出保護管２９内に耐熱性のリードスイッチ２２６，２２９，２３３、アダプタ２２５、２２７、２２８、２３０、２３１、２３２、２３４、２３５、第３の金属シース無機絶縁ケーブル２２１、２２２、２２３、２２４、２３６、２３７、２３８、２３９が設置されている。リードスイッチにはアダプタが設置されており、アダプタ内でリードスイッチからの信号線と前記第３の金属シース無機絶縁ケーブルがロウ付けで接続されており、無機質絶縁物がアダプタ内に充填されている。制御棒位置検出保護管２９から出る前記第３の金属シース無機絶縁ケーブルは防水端子ボックス２８に接続される。防水端子ボックス２８と防水端子ボックス６間は第３の金属シース無機絶縁ケーブルで接続される。９、１０、２４、２５は電気ペネトレーションモジュール、端子ボックス、信号ケーブル、制御棒位置検出器である。この場合、第３の金属シース無機絶縁ケーブルの素線は、信号を伝搬させるために導体で良く、例えばＳＵＳ線或は銅線で良い。

【0028】

格納容器内側に設置される防水端子ボックス６、２８の内部には図４のセラミック端子台が設置され、第１や第３の金属シース無機絶縁ケーブルが接続される。前記金属シース無機絶縁ケーブルと同一の第２の金属シース無機絶縁ケーブルがセラミック端子台６７で前記第１の金属シース無機絶縁ケーブルに接続され、格納容器の外部に設置される端子ボックス内に設置される端子台に第２の金属シース無機絶縁ケーブルが接続され、該端子台から信号ケーブルを介して制御棒位置検出器２５に接続しているために、格納容器内の温度が数百℃になったり、高温の蒸気が充満したりしても、これらの影響を受けることがなく、苛酷事故環境になっても制御棒位置を監視することが可能になる。なお、防水端子ボックス２８を設けることで、制御棒位置検出保護管２９の交換が容易になる。

【0029】

本発明によれば、圧力容器壁の温度を計測する温度計測計、制御棒の位置を検出する制御棒位置検出器、原子炉の水位を計測する炉水位計等、原子力プラントの格納容器内側の対象箇所の状態量を検出する計装システムとして、原子力プラントの過酷事故が発生し、格納容器内側が高温になり、高温の蒸気が発生し、かつ格納容器内の温度が下がることにより発生した蒸気が水滴になった場合でも、温度、炉水位、制御棒位置の検出が継続でき、その工業的価値は極めて高い。

【符号の説明】

【0030】

１…格納容器、
２…コンクリート壁、
３…圧力容器、
４、７…シース熱電対、
５、８、１６…第１の金属シース無機絶縁ケーブル、
９…電気ペネトレーションモジュール、
９６、９７…第２の金属シース無機絶縁ケーブル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】