特許 6025360 液面位置計測装置及び原子力施設

(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】6025360

(24)【登録日】2016年10月21日

(45)【発行日】2016年11月16日

(54)【発明の名称】液面位置計測装置及び原子力施設

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/18 20060101AFI20161107BHJP

   G21C 17/035 20060101ALI20161107BHJP

【ＦＩ】

   G01F23/18

   G21C17/02 DGDP

【請求項の数】5

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-72231(P2012-72231)

(22)【出願日】2012年3月27日

(65)【公開番号】特開2013-205107(P2013-205107A)

(43)【公開日】2013年10月7日

【審査請求日】2015年3月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】東 淳一

(72)【発明者】

【氏名】吉次 信

【審査官】 山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−０３４４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１７６６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１５６１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２７８４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−１７００２５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５６−０１６０２５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−２９２０８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ ２３／１４ − ２３／１８

Ｇ２１Ｃ １７／０３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原子力施設で用いられる液体を貯留する液体タンクに接続されて前記液体タンクが貯留する液体の一部が導入される基準脚が保有する前記液体の圧力を検出する基準脚圧力検出センサと、
前記液体タンク内の圧力を検出する液体タンク圧力検出センサと、
前記基準脚圧力検出センサが検出した前記液体の圧力と、前記液体タンク圧力検出センサが検出した前記液体タンク内の圧力とに基づいて前記基準脚が保有する液体の液面の位置を求める液面位置演算装置と、
を含み、前記基準脚の下端部は、前記液体タンクの下部と配管で接続され、前記基準脚の上端部は、前記液体の蒸気を凝集させるコンデンススポットを介して前記液体タンクと接続されることを特徴とする液面位置計測装置。

【請求項2】

前記液面位置演算装置は、前記基準脚が保有する液体の液面の位置に基づいて前記液体タンクが貯留する液体の液面の位置を求める、請求項１に記載の液面位置計測装置。

【請求項3】

前記液面位置演算装置は、前記基準脚が保有する液体の液面の位置が所定の基準値以下になったときに警告を報知する、請求項１又は２に記載の液面位置計測装置。

【請求項4】

前記液面位置演算装置は、前記基準脚が保有する液体の液面の位置が所定の基準値以下になったときに、前記基準脚が保有する液体の液面の位置に基づいて前記液体タンクが貯留する液体の液面の位置を求める、請求項１又は３に記載の液面位置計測装置。

【請求項5】

原子炉を内部に格納する原子炉格納容器と、
前記原子炉格納容器の内部に設けられ、液体を貯留する液体タンクと、
前記液体タンク内の一部の液体が導入される基準脚と、
請求項１から４のいずれか１項に記載の液面位置計測装置と、
を含むことを特徴とする原子力施設。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原子力施設で用いられる液体を貯留する液体タンクに接続された液体タンク内の一部の液体が導入される基準脚が保有する前記液体の液面の位置を検出する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

原子力発電プラント等の原子力施設において、一次冷却材又は二次冷却材等の液体を貯留する冷却材タンクがある。原子力施設においては、冷却材タンクに貯留された冷却材の液面の位置を監視する必要がある。特許文献１には、基準脚と可変脚とを用い、両者の差圧に基づいて常時監視容器内の液面を監視する液面測定システムが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−７１８７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、基準脚が保有する液体が蒸発した場合、原子力施設で用いられる液体を貯留する液体タンクに貯留された液体の液面の位置を求める精度が低下する可能性がある。

【0005】

本発明は、基準脚が保有する液体が蒸発した場合に、液体タンクに貯留された液体の液面の位置を求める際の精度低下を抑制することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、原子力施設で用いられる液体を貯留する液体タンクに接続されて前記液体タンクが貯留する液体の一部が導入される基準脚が保有する前記液体の圧力を検出する基準脚圧力検出センサと、前記液体タンク内の圧力を検出する液体タンク圧力検出センサと、前記基準脚圧力検出センサが検出した前記液体の圧力と、前記液体タンク圧力検出センサが検出した前記液体タンク内の圧力とに基づいて前記基準脚が保有する液体の液面の位置を求める液面位置演算装置と、を含むことを特徴とする液面位置計測装置である。

【0007】

この液面位置計測装置は、基準脚が保有する液体の液面の位置を求めるので、求めた基準脚が保有する液体の液面の位置に基づいて、液体タンクが貯留する液体の液面の位置を求めることができる。このため、この液面位置計測装置は、基準脚が保有する液体が蒸発した場合であっても、実際に求めた、基準脚が保有する液体の液面の位置に基づき、液体タンクに貯留された液体の液面の位置を求めることができる。その結果、この液面位置計測装置は、液体タンクに貯留された液体の液面の位置を求める際における精度低下を抑制することができる。

【0008】

本発明において、前記液面位置演算装置は、前記基準脚が保有する液体の液面の位置に基づいて前記液体タンクが貯留する液体の液面の位置を求めることが好ましい。この液面位置計測装置は、基準脚が保有する液体の圧力と液体タンク内の圧力とに基づいて、基準脚が保有する液体の液面の位置を実際に求めるので、この位置を用いて液体タンクが貯留する液体の液面の位置を求めることにより、液体タンクが貯留する液体の液面の位置の精度低下を抑制できる。

【0009】

本発明において、前記液面位置演算装置は、前記基準脚が保有する液体の液面の位置が所定の基準値以下になったときに警告を報知することが好ましい。このようにすることで、原子力施設の作業員は、基準脚液面位置が低下していることを把握できる。

【0010】

本発明において、前記液面位置演算装置は、前記基準脚が保有する液体の液面の位置が所定の基準値以下になったときに、前記基準脚が保有する液体の液面の位置に基づいて前記液体タンクが貯留する液体の液面の位置を求めることが好ましい。このようにすれば、基準脚が保有する液体の液面の位置が所定の基準値以下になったときに、基準脚が保有する液体の液面の位置に基づいて液体タンクが貯留する液体の液面の位置を求めるので、液面位置演算装置の演算の負荷を低減できる。

【0011】

本発明は、原子炉を内部に格納する原子炉格納容器と、前記原子炉格納容器の内部に設けられ、液体を貯留する液体タンクと、前記液体タンク内の一部の液体が導入される基準脚と、前記液面位置計測装置と、を含むことを特徴とする原子力施設である。この原子力施設は、上述した液面位置計測装置を含むので、液体タンクに貯留された液体の液面の位置を求める際における精度低下を抑制することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明は、基準脚が保有する液体が蒸発した場合に、液体タンクに貯留された液体の液面の位置を求める際の精度低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本実施形態に係る液面位置計測装置が設けられた原子力施設の概略構成図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る液面位置計測装置を示す模式図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る液面位置計測装置の制御例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。

【0015】

図１は、本実施形態に係る液面位置計測装置が設けられた原子力施設の概略構成図である。原子力施設１は、例えば、原子力発電プラントである。本実施形態において、原子力発電プラントは、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）となっている。加圧水型の原子力発電プラントは、原子炉５が一次冷却材となる軽水を加熱した後、加圧器６によって高温・高圧となった軽水をポンプにより蒸気発生器７に送る。そして、原子力発電プラントは、蒸気発生器７が、高温となった軽水を二次冷却材と熱交換させることにより二次冷却材を蒸発させ、蒸発した二次冷却材（蒸気）をタービンに送って発電機を駆動させることにより、発電を行っている。一次冷却材ポンプ１８は、原子炉５と蒸気発生器７との間で一次冷却材を循環させる。

【0016】

図１に示すように、原子力施設１は、原子炉５と、原子炉５を格納する原子炉格納容器１０と、原子炉格納容器１０の底部に設けられた貯水槽１５とを備えている。原子炉格納容器１０は、中空半球状に形成された容器天井部１０ａと、有底円筒状に形成された容器本体部１０ｂとで一体に構成されている。原子炉格納容器１０内の容器天井部１０ａには、スプレイ設備１６が設けられている。スプレイ設備１６は、複数のスプレイリング１７と、貯水槽１５からスプレイリング１７へ向けて冷却水を供給する図示しないスプレイポンプとを有している。

【0017】

貯水槽１５は、冷却水を貯水するものであり、用途に応じて複数種設けられている。貯水槽１５としては、例えば、原子炉格納容器１０内で用いられる冷却水を貯水する格納容器サンプ１５ａ、スプレイリング１７に供給される冷却水を貯水する再循環サンプ１５ｂ、原子炉格納容器１０内の冷却時において冷却水が溜まるキャビティ１５ｃ等がある。

【0018】

図２は、本実施形態に係る液面位置計測装置を示す模式図である。原子力施設１は、原子力施設１で用いられる液体（一次冷却材又は二次冷却材等）を貯留する液体タンク２０を有する。原子力施設１の液体タンク２０は、例えば、上述した加圧器６及び蒸気発生器７等がある。加圧器６は、原子力施設１で用いられる液体のうち二次冷却材を貯留し、蒸気発生器７は、水室に一次冷却材を、伝熱管群が格納されて一次冷却材と二次冷却材との熱交換を行う熱交換部に二次冷却材を貯留する。

【0019】

液体タンク２０は、基準脚２１を有する。基準脚２１は、筒状の容器であり、内部に液体Ｗを貯留する。基準脚２１の下端部は、液体タンク２０の下部と配管２２で接続されている。基準脚２１の上端部は、液体Ｗの蒸気を凝集させるコンデンススポット２３を介して液体タンク２０と接続されている。このような構造により、基準脚２１には、液体タンク２０に接続されて液体タンク２０が貯留する液体Ｗの一部が導入される。

【0020】

原子力施設１の運用時において、液面位置計測装置３０は、液体タンク２０が貯留する液体Ｗの液面の位置（以下、タンク液面位置という）Ｈｗを計測する。液面位置計測装置３０は、基準脚圧力検出センサ３１と、液体タンク圧力検出センサ３２と、液面位置演算装置３３とを含む。本実施形態において、液面位置計測装置３０は、さらに、差圧検出センサ３４と、格納容器内温度センサ３５とを含む。

【0021】

基準脚圧力検出センサ３１は、基準脚２１に設けられて、基準脚２１が保有する液体Ｗの圧力を検出する。液体タンク圧力検出センサ３２は、液体タンク２０内の圧力を検出する。液面位置演算装置３３は、基準脚圧力検出センサ３１が検出した基準脚２１が保有する液体Ｗの圧力と、液体タンク圧力検出センサ３２が検出した液体タンク２０内の圧力とに基づいて、基準脚２１が保有する液体Ｗの液面の位置（以下、基準脚液面位置という）を求める。差圧検出センサ３４は、配管２２に設けられて、液体タンク２０が貯留する液体Ｗの圧力と基準脚２１が保有する液体Ｗの圧力との差圧（液体タンク液面位置差圧）を検出する。格納容器内温度センサ３５は、原子炉格納容器１０内の温度を検出する。

【0022】

液面位置計測装置３０は、液体タンク液面位置差圧からタンク液面位置Ｈｗの位置を計測すると、原子炉格納容器１０内の環境が低下する条件において、基準脚２１内の液体Ｗが蒸発して正しいタンク液面位置Ｈｗを求めることができなくなる可能性がある。このため、本実施形態において、液面位置計測装置３０は、液面位置演算装置３３が、基準脚圧力検出センサ３１が検出した基準脚２１が保有する液体Ｗの圧力と、液体タンク圧力検出センサ３２が検出した液体タンク２０内の圧力とに基づき、基準脚２１が保有する液体Ｗの量に相当する基準脚液面位置を求める。そして、液面位置計測装置３０は、求められた基準脚液面位置に基づいて、液面位置演算装置３３が、タンク液面位置の誤差を補正できるようにする。その結果、液面位置計測装置３０は、基準脚２１が保有する液体Ｗが蒸発した場合であっても、基準脚液面位置を実際に求めることにより、タンク液面位置Ｈｗを求める際の精度低下を抑制することができるので、正しいタンク液面位置を求めることができる。

【0023】

基準脚液面位置をＨｂ、基準脚圧力検出センサ３１が検出した基準脚２１が保有する液体Ｗの圧力（基準脚圧力）をＰｂとし、液体タンク圧力検出センサ３２が検出した液体タンク２０内の圧力（タンク内圧力）をＰｔとすると、基準脚液面位置Ｈｂは、式（１）のようになる。式（１）中のρは、原子炉格納容器１０内の温度Ｔに基づいて求めた液体Ｗの密度である。
Ｈｂ＝（Ｐｂ−Ｐｔ）×ρ・・・（１）

【0024】

また、タンク液面位置Ｈｗは、液体タンク液面位置差圧をΔＨ、基準脚標準液面位置をＨｂｓとすると、式（２）のようになる。液体タンク液面位置差圧ΔＨは、液体タンク２０が貯留する液体Ｗの圧力及び基準脚２１が保有する液体Ｗの圧力は、いずれも水頭圧であり、液体タンク２０が貯留する液体Ｗの液面の位置と、基準脚２１が保有する液体Ｗの液面の位置との差である。基準脚標準液面位置Ｈｂｓは、原子力施設１が通常運転しているとき（例えば、異常が発生していない状態で定常運転しているとき）における基準脚２１の液面位置である。式（２）により、液面位置計測装置３０の液面位置演算装置３３は、基準脚液面位置をＨｂに基づいてタンク液面位置Ｈｗを求めることができる。
Ｈｗ＝ΔＨ＋（Ｈｂｓ−Ｈｂ）・・・（２）

【0025】

このように、液面位置計測装置３０は、基準脚圧力Ｐｂとタンク内圧力Ｐｔとに基づいて基準脚液面位置Ｈｂを求める。そして、液面位置計測装置３０は、求めた基準脚液面位置Ｈｂを用いてタンク液面位置Ｈｗを求める。このため、液面位置計測装置３０は、基準脚２１が保有する液体Ｗが蒸発した場合であっても、液体Ｗの蒸発に応じた基準脚液面位置Ｈｂを求めることができるので、正しいタンク液面位置Ｈｗを求めることができる。

【0026】

図３は、本実施形態に係る液面位置計測装置の制御例を示すフローチャートである。液面位置計測装置３０が有する液面位置演算装置３３は、基準脚液面位置Ｈｂが所定の基準値Ｈｂｃ以下になったときに、警告を報知してもよい。まず、液面位置演算装置３３は、基準脚圧力検出センサ３１から基準脚圧力Ｐｂを、液体タンク圧力検出センサ３２からタンク内圧力Ｐｔを、格納容器内温度センサ３５は、原子炉格納容器１０内の温度Ｔを取得する。そして、液面位置演算装置３３は、式（１）から基準脚液面位置Ｈｂを求める（ステップＳ１０１）。

【0027】

次に、液面位置演算装置３３は、ステップＳ１０１で求めた基準脚液面位置Ｈｂと所定の基準値Ｈｂｃとを比較する（ステップＳ１０２）。その結果、基準脚液面位置Ｈｂが所定の基準値Ｈｂｃ以下である場合（ステップＳ１０２、Ｙｅｓ）、基準脚２１内に液体Ｗの蒸気が増加しており、正しいタンク液面位置Ｈｗが計測できない可能性がある。この場合、液面位置演算装置３３は、基準脚液面位置Ｈｂが低下している旨の警告を報知する（ステップＳ１０３）。例えば、液面位置演算装置３３は、液面位置演算装置３３に接続されている警告灯３６を点灯又は点滅等させたり、液面位置演算装置３３に接続されているモニタ３７の画面に表示させたりすることにより、上述した警告を報知する。

【0028】

警告が報知されたら、液面位置演算装置３３は、差圧検出センサ３４から液体タンク液面位置差圧ΔＨを取得し、式（２）からタンク液面位置Ｈｗを求め、例えば、モニタ３７の画面に表示させる（ステップＳ１０４）。このようにすることで、液面位置計測装置３０は、原子力施設１の作業員は、基準脚液面位置Ｈｂが低下していることを把握できる。また、原子力施設１の作業員は、現在のタンク液面位置Ｈｗが、基準脚圧力Ｐｂ、タンク内圧力Ｐｔ及び原子炉格納容器１０内の温度Ｔから求めた基準脚液面位置Ｈｂを用いて求めたものであることを把握できる。さらに、基準脚液面位置Ｈｂが所定の基準値Ｈｂｃ以下である場合に、基準脚液面位置Ｈｂを求めるので、液面位置演算装置３３の演算の負荷を低減できる。

【0029】

次に、ステップＳ１０２に戻って説明する。基準脚２１が保有する液体Ｗが蒸発したにおける比較の結果、基準脚液面位置Ｈｂが所定の基準値Ｈｂｃよりも大きい場合（ステップＳ１０２、Ｎｏ）、液面位置演算装置３３は、ステップＳ１０１、ステップＳ１０２を繰り返す。

【0030】

以上、本実施形態について説明したが、本実施形態は、上述した内容によって限定されるものではない。また、上述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、上述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

【0031】

本実施形態は、加圧水型原子炉の液体タンク２０を対象としたが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、本実施形態で説明した液面位置計測装置３０は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ：Boiling Water Reactor）の液体タンクに対しても適用できる。

【符号の説明】

【0032】

１ 原子力施設
５ 原子炉
６ 加圧器
７ 蒸気発生器
１０ 原子炉格納容器
１０ａ 容器天井部
１０ｂ 容器本体部
１８ 一次冷却材ポンプ
２０ 液体タンク
２１ 基準脚
２２ 配管
２３ コンデンススポット
３０ 液面位置計測装置
３１ 基準脚圧力検出センサ
３２ 液体タンク圧力検出センサ
３３ 液面位置演算装置
３４ 差圧検出センサ
３５ 格納容器内温度センサ
３６ 警告灯
３７ モニタ

【図1】

【図2】

【図3】