特許 6249826 水位・水温計測システム

(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】6249826

(24)【登録日】2017年12月1日

(45)【発行日】2017年12月20日

(54)【発明の名称】水位・水温計測システム

(51)【国際特許分類】

   G01K 1/14 20060101AFI20171211BHJP

   G01F 23/40 20060101ALI20171211BHJP

   G21C 17/035 20060101ALI20171211BHJP

   G21C 17/02 20060101ALI20171211BHJP

【ＦＩ】

   G01K1/14 N

   G01F23/40 Z

   G21C17/02 D

   G21C17/02 A

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-43627(P2014-43627)

(22)【出願日】2014年3月6日

(65)【公開番号】特開2015-169502(P2015-169502A)

(43)【公開日】2015年9月28日

【審査請求日】2017年1月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】395001312

【氏名又は名称】株式会社クリハラント

(74)【代理人】

【識別番号】100118924

【弁理士】

【氏名又は名称】廣幸 正樹

(72)【発明者】

【氏名】谷川 行紀

【審査官】 平野 真樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２９４５１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２２８９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−５７９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１６４４８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｋ １／１４

Ｇ０１Ｆ ２３／３０−２３／７６

Ｇ０１Ｄ ２１／００−２１／０２

Ｇ２１Ｃ １７／０２

Ｇ２１Ｃ １７／０３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シンカーと、
前記シンカーに接続されたガイドワイヤと、
前記ガイドワイヤに沿って移動可能に配置されたフロートと、
前記フロートに取り付けられた温度センサと、
前記フロートに連結された水位測定ワイヤと、
前記水位測定ワイヤの少なくとも繰り出し長さを測定する水位計と、
前記温度センサに接続されると共に、前記ガイドワイヤにガイドされるランナーを備えたリード線と、
前記リード線と接続される温度計とを有することを特徴とする水位・水温計測システム。

【請求項2】

前記シンカーは、前記温度センサを収容可能な収容部を有していることを特徴とする請求項１に記載の水位・水温計測システム。

【請求項3】

前記ガイドワイヤは少なくとも２本で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水位・水温計測システム。

【請求項4】

前記ガイドワイヤを巻き上げる巻取り装置をさらに備えることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の水位・水温計測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原子力関連施設の使用済み燃料プールなどにおいて、水位変動に柔軟に対応でき、また、水位及び水温を安定して測定することができる水位・水温計測システムに関する。

【背景技術】

【0002】

原子力関連施設では、使用済みの燃料を貯蔵するための燃料プールが原子炉に並設されている。使用済みの燃料は、崩壊熱を除去すると共に放射線を遮蔽するために、燃料ラックに収納された状態で、水で満たされた燃料プールに沈められ、一定期間貯蔵される。この燃料プールの水深は、少なくとも燃料ラックの高さの２倍強程度に保たれるように水位計を用いて管理され、また、熱交換器等を用いて温度が一定に保たれるように水温計を用いて温度管理されている。

【0003】

具体的には、燃料プールは、縦横１０メートル、深さ１２メートル程度の大きさのものが標準的である。このように、大量の水が蓄えられているので、微妙な温度上昇を正確に捉えるためには、水面近くに水温計を配置するのが適している。

【0004】

しかし、例えば、地震等が原因の事故によって燃料プールの水が大量に溢水したような場合には、その失われた大量の水を補充するのに多大な時間を要する。このため、水面付近に備え付けた水温計を用いる管理システムでは、失われた水の補充に費やされる時間だけ、正確に水温計測ができない空白の時間が生じ得る。特に、燃料プールの溢水と他の事象とが複合的に発生したような場合、例えば、熱交換器や循環ポンプ等の故障により貯留水が大量に蒸発し、水位の低下と共に水温も上昇しているような状況下では、水温計測ができない空白の時間は対応の遅れを生じさせ、深刻な事態を招く恐れがある。

【0005】

以上のように、使用済み燃料プールの水位及び水温の変化が著しい場合は重大な事故に繋がる可能性が高いので、水位・水温の管理システムは非常に重要である。このため、水位変動に追従できる温度管理システムが従来から考えられている。この一例として、水位追従式温度検出装置の構成例を図７に示す（特許文献１）。

【0006】

図７に示すように、水位追従式温度検出装置１００は、燃料プール５０の内壁に固定されたガイド棒１０１と、このガイド棒１０１に沿って摺動可能に配置されたフロート部材１０２とを備えている。そして、フロート部材１０２には、温度測定部１０３と共に水温データ送信部１０４が備えられている。このような構成により、水位が変動した場合であっても、常に水面から一定の水深の水温を計測することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１０−１７５３２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上記図７に示した水位追従式温度検出装置１００では、水位追従機能を発揮できるのは、ガイド棒１０１の長さの範囲内に限られる。したがって、仮に、上述のような事故を想定して、水底まで追従できるように改良する場合は、１０メートル程度のガイド棒１０１を設置する必要がある。

【0009】

ところで、原子炉の燃料の入れ替えなどのメンテナンス時には、原子炉ウェルや燃料プール内をクレーンが移動するので、障害となるような大型の装置を常時配置できるスペースは限られる。

【0010】

また、燃料プールの周辺は放射線に晒されているので、事故後に規模の大きい据え置き型の追加設備を設置できる余裕もない。

【0011】

そこで、本発明は、少ないスペースにおいて容易に設置が可能であり、かつ、水面域での温度計測を水位変動に応じて水底近くまで行うことができる水位・水温計測システム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】

【0012】

上記目的を達成するために、本発明の水位・水温計測システムは、シンカーと、シンカーに接続されたガイドワイヤと、ガイドワイヤに沿って移動可能に配置されたフロートと、フロートに取り付けられた温度センサと、フロートに連結された水位測定ワイヤと、水位測定ワイヤの少なくとも繰り出し長さを測定する水位計と、温度センサに接続されると共に、ガイドワイヤにガイドされるランナーを備えたリード線と、リード線と接続される温度計とを有することを特徴とする。

【0013】

また、本発明の水位・水温計測システムは、上記構成に加えて、シンカーが温度センサを収容可能な収容部を有していることを特徴とする。

【0014】

また、本発明の水位・水温計測システムは、上記構成に加えて、ガイドワイヤは少なくとも２本で構成されていることを特徴とする。

【0015】

また、本発明の水位・水温計測システムは、上記構成に加えて、ガイドワイヤを巻き上げる巻取り装置をさらに備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

以上のように、本発明によれば、シンカーと接続されたガイドワイヤがシンカーの重量で鉛直方向に固定される。そして、フロートがガイドワイヤをガイドとして移動可能に配置されているので、フロートがガイドワイヤに沿って鉛直方向に自由に移動可能となる。

【0017】

これにより、フロートは、ガイドワイヤの張られている水底近くまで、水位の変動に追従することができる。すなわち、水底までの略全域において水温測定を安定して行うことが可能となる。また、フロートには水位測定ワイヤが接続されているので、水位測定も同時に行うことができる。

【0018】

また、本発明によれば、上記効果に加えて、シンカーが温度センサを収容可能な収容部を有しているので、シンカーとフロートとを一体に扱う際、温度センサを保護することができる。

【0019】

また、本発明によれば、上記効果に加えて、ガイドワイヤが少なくとも２本で構成されているので、フロートが安定して水平姿勢を保つことができる。これにより、フロートに設けられた温度センサの位置が安定するので、正確に水温測定を行うことができる。

【0020】

また、本発明によれば、上記効果に加えて、ガイドワイヤを巻き上げる巻取り装置がさらに備えられるので、シンカーと共にフロートを持ち上げ、又は、降下させることが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る水位・水温計測システムの全体構成を示す概略図である。

【図2】図１の投入部を示す斜視図である。

【図3】図２の投入部の上部拡大図である。

【図4】図２の投入部の下部拡大図である。

【図5】水位・水温計測システムの設置手順を示す図である。

【図6】水位・水温計測システムの動作を示す図である。

【図7】従来の水位追従式温度検出装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施の形態に係る水位・水温計測システムについて図を用いて説明する。

【0023】

先ず、本実施の形態に係る水位・水温計測システムの構成について図１を中心として、図２〜４を併用して説明する。図１は、水位・水温計測システム１の使用状態を示した全体の構成図である。なお、この図１は概略図であって、各構成要素同士の寸法関係は厳密なものではない。図２は、水位・水温計測システム１の構成のうち、水中に投入する部分について示した斜視図である。図３には、図２に示した投入部１ａの上半分の拡大図を示し、図４には、図２の投入部１ａのうち下半分の拡大図を示す。

【0024】

図１には、燃料プール５０とオペレーションフロア５３の周辺の様子が示されている。水５５が貯留された燃料プール５０の底には、使用済みの燃料５２が燃料ラック５１に収容された状態で配置されている。この燃料プール５０における通常の水位は、燃料プール５０の底から水面５５ａまでの水深が、少なくとも、燃料ラック５１の高さの２倍強程度となるように保たれる。燃料プール５０の周囲のオペレーションフロア５３には、燃料プール５０の縁に巻取り装置６が配置されている。

【0025】

この巻取り装置６には、支柱の上端に手巻き式のウインチ６ａが備えられ、略同じ高さに水平方向へ延びるアーム６ｂが備えられている。ウインチ６ａは、水中に沈めるシンカー４に接続された二本一対のガイドワイヤ８を巻き取るために備えられている。アーム６ｂは水平面内で回動可能に構成されており、巻取り装置６は、このアーム６ｂの先端が回動により水面に臨むような場所に配置されている。これにより、オペレーションフロア５３で準備された投入部１ａは、アーム６ｂの回動と共に水面上に移動される。

【0026】

投入部１ａの詳細を図２に示す。投入部１ａは、水面に浮くフロート２を有している。このフロート２の内部には、３本の貫通孔が平行に形成されている。

【0027】

ここで、図３を併せて参照して、真ん中の１本の貫通孔２ｃには、リード線１２ａが挿通されており、その先端は、フロート２の下端に突出した温度センサ３に接続されている。この温度センサ３の周りは、保護フレーム２ａにより囲われて保護されている。

【0028】

この保護フレーム２ａは、下方に錘２ｂを収容できるように構成されており、この錘２ｂの重さを調節することにより、フロート２の浮力を調節することができる。これにより、温度センサ３は、水面域に安定して保持される。ここで、水面域とは、水面下、数１０センチ程度の水深域をいう。

【0029】

また、残り２本の貫通孔２ｄには、ガイドワイヤ８が遊貫状態で挿通されている。これら２本のガイドワイヤ８の下端には、筒状のシンカー４が接続されている。このように構成されているので、図１に示すように、水底に沈んだシンカー４により固定されたガイドワイヤ８は、フロート２に対して鉛直方向への移動に対するガイドとなる。すなわち、水位が変動した場合であっても、フロート２は、ガイドワイヤ８に沿って略鉛直線上で水位変動に追従し、上面から見て略同じ位置の水面域の温度を安定して計測することができる。

【0030】

温度センサ３に繋がるリード線１２ａは、フロート２の上端で２本のガイドワイヤ８の周りに螺旋状に巻き付けられている。図２中においてリード線１２ａの中間部分は図示を省略しているが、このリード線１２ａの上部は、ハンガーシャフト１４で固定され、さらにその先は、温度計１２（図１参照）に繋がっている。

【0031】

温度計１２は、図１において、燃料プール５０から壁５４を隔てた領域に配置され、リード線１２ａは壁５４に形成された既存のケーブル貫通部５４ａを通して配線される。この壁５４で隔てられた領域は、例えば、計測のための控室や放射線非管理区域等である。

【0032】

ハンガーシャフト１４は、両端のシャックル１４ａを図１に示した巻取り装置６のアーム６ｂに吊り下げるように固定されている。したがって、ハンガーシャフト１４から温度計１２側に延びるリード線１２ａには、フロート２の上下動に対して変動する張力が伝達されず、安定した状態で配置される。なお、ハンガーシャフト１４とフロート２との間の領域におけるリード線１２ａには、図２に示すように、ガイドワイヤ８に沿って滑るランナー１２ｂが等間隔に取り付けられている。

【0033】

これによって、フロート２が上下動する際、リード線１２ａは、ガイドワイヤ８に沿って伸縮するので、弛んだ部分が他の設備等に絡みつくことを防止できる。また、ガイドワイヤ８に沿って螺旋形状を保って伸縮させるため、リード線１２ａには、無理な捩じれが生じることなく、キンクの発生や局所的に過大な張力が生じることを防止でき、耐久性の向上を図ることが可能である。

【0034】

さらに、フロート２が上昇する際には、リード線１２ａは、下方から順にフロート２の上端へ自動的に巻き取られて行く。したがって、不要な張力を生じさせることなく、フロート２で持ち上げるようにリード線１２ａを収容することができる。

【0035】

本発明に係る水位・水温計測システム１が利用される際は、非常時であることが想定される。したがって、燃料プール５０の水位が変動する際には、人が壁５４より燃料プール５０側に入る事は容易でない想定される。したがって、リード線１２ａが、ガイドワイヤ８に沿って伸縮する構成を取ることで、縺れがほとんど発生しないようにしておくことは重要なことである。

【0036】

また、リード線１２ａがフロート２側で伸縮することで、水位測定ワイヤ１０ａの繰り出し若しくは巻き取り動作と、リード線１２ａの伸縮動作を機械的に同期させる必要がなくなる。したがって、機構が単純になり、故障が発生しにくくなる。

【0037】

リード線１２ａがガイドワイヤ８に沿って伸びた様子は図３に示されている。なお、本実施の形態に係るフロート２の上面は略平坦に形成されている。このうち、周縁に斜線を施した領域は、螺旋状に収縮したリード線１２ａを載置できるリード線載置部２ｅとなっている。

【0038】

また、図３に示すように、フロート２の上端には、水位計測ワイヤ連結部２ｆを介して水位測定ワイヤ１０ａが連結されている。図１に示すように、この水位測定ワイヤ１０ａは、巻取り装置６のアーム６ｂの先端に設けられた水位測定用の滑車６ｃを介してオペレーションフロア５３上を略水平に延び、上述の壁５４を隔てた領域に温度計１２と共に設置された水位計１０に繋がっている。

【0039】

水位計１０には、水位測定ワイヤ１０ａの繰り出し長さを検出できるワイヤ式の変位センサが用いられている。これにより、投入されたフロート２が最初に浮かんだ水位までの繰り出し長さを基準として、繰り出し長さの変化から水位の変化量を検出することができる。例えば、フロート２が投入された際の水位が、燃料プール５０の通常の水位であれば、通常の水位からの変化を計測することができる。

【0040】

図４には、フロート２の下半分及びシンカー４が示されている。本実施の形態に係るシンカー４には、保護フレーム２ａ（図２参照）を収容できる程度の内径を有する収容部４ａが形成されている。図４中において二点鎖線で示した位置にあるシンカー４をガイドワイヤ８により持ち上げると、実線で示したように、シンカー４の収容部４ａ内に保護フレーム２ａごと温度センサ３を収容することができる。

【0041】

これにより、水中投入前のオペレーションフロア５３にて作業を行う際には、温度センサ３を保護できると共に、シンカー４とフロート２とを一体に扱うことができる。また、一体となったシンカー４とフロート２とを床上で自立させることができるので、作業効率の向上を図ることが可能である。

【0042】

続いて、水位・水温計測システム１の使用方法について、図５および図６を用いて説明する。なお、これら図５、６では、説明の便宜のため、水位計１０及び温度計１２については図１を参照することとし、図示を省略している。

【0043】

図５は、水位・水温計測システム１の設置手順を示している。このうち図５（ａ）は、水位・水温計測システム１を搬入後、投入部１ａの投入前の段階を示している。先ず、巻取り装置６が燃料プール５０の水際に設置され、フロート２と一体になったシンカー４がアーム６ｂで床上に吊り上げられる。そして、アーム６ｂが水平に回動され、投入部１ａが水面上まで移動される。

【0044】

次に、ウインチ６ａの操作によりガイドワイヤ８が繰り出されて、投入部１ａが水中に投入される。図５（ｂ）では、フロート２が水面５５ａに着水した状態が示されている。ここでは、燃料プール５０の水位が通常水位を保持している状態が示されているので、フロート２は、燃料ラック５１から十分離れた位置で水面５５ａに浮かんでいる。

【0045】

続いて、ウインチ６ａの操作により、ガイドワイヤ８が更に繰り出され、シンカー４が水中に沈む。図５（ｃ）ではシンカー４が着底した状態が示されている。上述のように、ガイドワイヤ８は、遊貫状態でフロート２内を挿通されているので、水面域から降下したシンカー４に対してフロート２は上下方向には独立している。つまり、フロート２は水面５５ａの上下に追従すると共に、燃料プール５０の縁からの位置は、移動することがない。このように、フロート２は、燃料プール５０の縁から一定の距離の位置で、水面域の温度を計測する。

【0046】

図６に、水位が変動するときの水位・水温計測システム１の動作を示す。図６（ａ）は、図５（ｃ）と同様に、シンカー４が着底し、通常水位にフロート２が浮かんでいる状態が示されている。このように、通常水位にフロート２が位置している場合は、温度センサ３に繋がるリード線１２ａは殆どフロート２の上端に集まって載置されており、十分な伸び代を有している状態となっている。

【0047】

これに比べ、図６（ｂ）には、水位が低下した状態が示されている。点線で示されている中間領域を超え、さらに水底に近い位置まで水位が低下した場合であっても、フロート２は水位変動に追従できる。

【0048】

温度センサ３には、例えば、測温抵抗体を用いることができる。白金抵抗素子による測温抵抗体であれば、高温用では、５００℃程度まで測定できるものもある。従って、燃料の露出により高放射線環境下になり、環境温度が上昇した場合であっても、１５０℃程度までは、十分に計測を行うことが可能である。

【0049】

フロート２の水位計測ワイヤ連結部２ｆに連結された水位測定ワイヤ１０ａは、巻取り装置６のアーム６ｂの先端に設けられた水位測定用の滑車６ｃを介してオペレーションフロア５３上を略水平に延び、上述の壁５４を隔てた領域に温度計１２と共に設置された水位計１０に繋げられる。水位計１０は、巻き取り長さと繰り出し長さを測定することができ、また水位測定ワイヤ１０ａに一定のバックテンションをかけることができる。

【0050】

フロート２が燃料プール５０に投入され、水面５５ａに浮き、水位計１０が設置された時点の繰り出し長さを基準長さとする。水面５５ａが下がれば、水位計１０から水位測定ワイヤ１０ａが繰り出される。その量を水位計１０で測定することで、水位の下がった量がわかる。また、水面５５ａが上がれば、フロート２も上がる。水位計１０のバックテンションによって水位測定ワイヤ１０ａが巻き取られるので、上昇した水位量を測定することができる。

【0051】

この時、フロート２は、ガイドワイヤ８に沿って鉛直方向に上下するので、水位計１０で測定した水位測定ワイヤ１０ａの基準長さからの変化はそのまま水位の変化として求められる。

【0052】

以上のように、本発明に係る水位・水温計測システム１では、フロート２及びシンカー４を水中に投入するだけで設置が完了するという簡易な構成を採用し、さらに自動的に水位変動に追従して水底近くまで水位及び水温を計測することができる。これにより、原子力施設内の放射線管理区域内においても容易かつ迅速に設置を行うことが可能である。特に、主電源が供給されない時の緊急用として有用である。

【0053】

また、キャスターを取り付けるなどして、巻取り装置６を可搬式に構成し、ポータブル電源にて起動可能な温度計１２及び水位計１０を組み合わせれば、電源が使用不可能な状況であっても、迅速に搬入・設置し、正確に水位及び水温を測定することが可能である。

【0054】

また、ガイドワイヤ８を、貫通孔２ｄに通してフロート２をガイドするように構成されているので、フロート２は水面５５ａに対して、ほぼ垂直に浮く。従って、温度センサ３は常に水面５５ａ下の水面域の温度を測定することができる。

【0055】

尚、上記の実施の形態では、温度センサ３として、測温抵抗体を採用した構成を例として示したが、熱電対を用いても構わない。この場合、測温抵抗体よりも水温の測定精度は低下するが、反応性に優れているので、環境温度の変化を重視する場合には適している。

【0056】

また、上記の実施の形態では、フロート２が円筒状の形態の構成を例として示したが、温度センサ３を所定の水面域で安定して保持できる形状であれば、他の形状であっても構わない。

【0057】

また、上記の実施の形態では、フロート２の上面が略平坦に形成された構成を例として示した。しかし、フロート２の上面は平坦に形成されていなくても構わない。例えば、リード線載置部２ｅの内側に壁を設けると、巻き取られたリード線１２ａを安定して保持することが可能である。

【0058】

また、上記の実施の形態では、シンカー４は筒状に形成され、温度センサ３を収容する収容部４ａを有している構成を例として示したが、収容部４ａを有していなくても構わない。

【0059】

また、上記の実施の形態では、リード線１２ａを巻取り装置６に固定するためにハンガーシャフト１４を用いたが、代わりに定滑車を用いる構成であっても構わない。

【0060】

また、上記の実施の形態では、ガイドワイヤ８が２本一対で構成されている例を示したが、１本であっても、３本以上であっても構わない。

【0061】

また、上記の実施の形態では、リード線１２ａにランナー１２ｂを設け、ガイドワイヤ８に沿って滑らせることができるように構成されている例を示したが、ランナー１２ｂを有していなくても構わない。

【0062】

また、上記の実施の形態では、リード線１２ａをガイドワイヤ８の周りに巻き付けるように螺旋状に収容する構成を例として示したが、螺旋状に限らず、例えば、極端な折れ曲がりを生じなければ、所定間隔にランナー１２ｂを配置してつづら折れ状に収容される構成であっても構わない。

【0063】

また、上記の実施の形態では、２本のガイドワイヤ８のそれぞれに対してリード線１２ａのランナー１２ｂが摺動可能に配置された構成を例として示したが、一方のガイドワイヤ８のみにランナー１２ｂを滑らせるように配置しても構わない。

【産業上の利用可能性】

【0064】

本発明の水位・水温計測システムは、シンカーを水中に沈めるだけで、そのシンカーの水底近くまでの水位変動に応じて、水位及び水温を計測することができるように簡易な構成となっているので、設置が容易であり、特に、事故等が発生した原子力施設内における使用において有用である。

【符号の説明】

【0065】

１ 水位・水温計測システム
１ａ 投入部
２ フロート
２ａ 保護フレーム
２ｂ 錘
２ｃ、２ｄ 貫通孔
２ｅ リード線載置部
２ｆ 水位計測ワイヤ連結部
３ 温度センサ
４ シンカー
４ａ 収容部
６ 巻取り装置
６ａ ウインチ
６ｂ アーム
６ｃ 滑車
８ ガイドワイヤ
１０ 水位計
１０ａ 水位測定ワイヤ
１２ 温度計
１２ａ リード線
１２ｂ ランナー
１４ ハンガーシャフト
１４ａ シャックル
５０ 燃料プール
５１ 燃料ラック
５２ 燃料
５３ オペレーションフロア
５４ 壁
５４ａ ケーブル貫通部
５５ 水
５５ａ 水面
１００ 水位追従式温度検出装置
１０１ ガイド棒

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】