知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ ウェスティングハウス エレクトリック カンパニー エルエルシーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-07-13
(54)【発明の名称】デジタルロッド位置指示システムおよび方法
(51)【国際特許分類】
G21C 17/10 20060101AFI20220706BHJP
【ＦＩ】
G21C17/10 710
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021566598
(86)(22)【出願日】2020-05-08
(85)【翻訳文提出日】2021-12-28
(86)【国際出願番号】 US2020032115
(87)【国際公開番号】W WO2021029926
(87)【国際公開日】2021-02-18
(31)【優先権主張番号】62/846,002
(32)【優先日】2019-05-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521219442
【氏名又は名称】ウェスティングハウス エレクトリック カンパニー エルエルシー
【氏名又は名称原語表記】ＷＥＳＴＩＮＧＨＯＵＳＥ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ ＬＬＣ
【住所又は居所原語表記】１０００ Ｗｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅ Ｄｒｉｖｅ， Ｓｕｉｔｅ １４１， Ｃｒａｎｂｅｒｒｙ Ｔｏｗｎｓｈｉｐ， Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ １６０６６ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000110
【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ティモシー エス． メイヤーズ
(72)【発明者】
【氏名】ディルク ジャン ブームガード
【テーマコード（参考）】
2G075
【Ｆターム（参考）】
2G075AA05
2G075CA25
2G075DA20
2G075FA20
(57)【要約】
ロッド位置指示システムが開示される。ロッド位置指示システムは、駆動ロッド移動ハウジングの周囲に交互配置で配置された複数の第１のコイルおよび複数の第２のコイルと、複数の前記第１のコイルのそれぞれに接続され、第１の基準信号を生成するように構成された第１のデータエンコーダユニットと、複数の前記第２のコイルのそれぞれに接続され、第２の基準信号を生成するように構成された第２のデータエンコーダユニットと、前記第１および前記第２のデータエンコーダユニットと信号通信する処理回路とを含む。前記処理回路は、前記第１の基準信号と前記第２の基準信号との論理比較を生成し、第１の位置データおよび第２の位置データに基づいて論理信号を生成し、前記論理信号と前記論理比較の結果に対して論理演算を実行するように構成される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロッド位置指示システムであって、駆動ロッド移動ハウジングの周囲に交互配置で配置された複数の第１のコイルおよび複数の第２のコイルと、
複数のコイルの前記第１のセットのそれぞれに接続された第１のデータエンコーダユニットであって、第１の基準信号を生成するように構成された第１のデータエンコーダユニットと、
複数のコイルの前記第２のセットのそれぞれに接続された第２のデータエンコーダユニットであって、第２の基準信号を生成するように構成された第２のデータエンコーダユニットと、
前記第１および第２のデータエンコーダユニットと信号通信する処理回路であって、
前記第１の基準信号と前記第２の基準信号との論理比較を生成し、
第１の位置データおよび第２の位置データに基づいて論理信号を生成し、
前記論理信号および前記論理比較の結果に対して論理演算を実行する、
ように構成された前記処理回路と、を備えるロッド位置指示システム。
【請求項2】
前記第１のデータエンコーダユニットは、複数の前記第１のコイルのうちのどの隣接対が、それらの両端間の電圧の最大差を有するかを特定するようにさらに構成される、請求項１に記載のロッド位置指示システム。
【請求項3】
前記第１の基準信号は、複数の前記第１のコイルに関連するそれぞれの電圧の最大差の整流である、請求項２に記載のロッド位置指示システム。
【請求項4】
前記第１のデータエンコーダユニットは、前記第１の位置データを生成するようにさらに構成される、請求項１に記載のロッド位置指示システム。
【請求項5】
前記第２のデータエンコーダユニットは、複数の前記第２のコイルのうちのどの隣接対が、それらの両端間の電圧の最大差を有するかを特定するようにさらに構成される、請求項１に記載のロッド位置指示システム。
【請求項6】
前記第２の基準信号は、複数の前記第２のコイルに関連するそれぞれの電圧の最大差の整流である、請求項５に記載のロッド位置指示システム。
【請求項7】
前記第２のデータエンコーダユニットは、前記第２の位置データを生成するようにさらに構成される、請求項１に記載のロッド位置指示システム。
【請求項8】
前記処理回路は、前記論理比較の結果を生成するようにさらに構成され、前記結果は、前記第１の基準信号が前記第２の基準信号より大きい場合には第１の値を含み、
前記第１の基準信号が前記第２の基準信号より小さい場合には第２の値を含む、請求項１に記載のロッド位置指示システム。
【請求項9】
前記論理演算は、排他的論理和論理演算を含む、請求項１に記載のロッド位置指示システム。
【請求項10】
前記処理回路は、前記論理演算の結果を生成するようにさらに構成され、前記結果は、３ステップの精度でのロッドの位置の表示を含む、請求項１に記載のロッド位置指示システム。
【請求項11】
第１の基準信号および第２の基準信号を生成することと、前記第１の基準信号と前記第２の基準信号との論理比較を実行することと、
位置信号を生成することと、
前記位置信号および前記論理比較の結果に基づいて論理演算を実行することと、を含み、
前記論理演算の結果は、３ステップの精度でのロッドの位置の表示を含む、方法。
【請求項12】
前記第１および第２の基準信号を生成することは、個々の第１のコイルの両端間の電圧を測定することと、
個々の第２のコイルの両端間の電圧を測定することと、を含み、
複数の前記第１のコイルおよび複数の前記第２のコイルは、駆動ロッド移動ハウジングの周囲に交互配置で配置されている、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記第１および第２の基準信号を生成することは、複数の第１のコイルのどの隣接対が、それらの両端間の電圧の最大差を有するかを特定することと、
複数の第２のコイルのどの隣接対が、それらの両端間の電圧の最大差を有するかを特定することと、を含み、
複数の前記第１のコイルおよび複数の前記第２のコイルは、駆動ロッド移動ハウジングの周囲に交互配置で配置される、請求項１１に記載の方法。
【請求項14】
前記第１および前記第２の基準信号を生成することは、複数の前記第１のコイルに関連するそれぞれの電圧の最大の差を整流することと、
複数の前記第２のコイルに関連するそれぞれの電圧の最大の差を整流することと、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記論理比較の結果を生成することをさらに含み、前記論理比較の結果は、前記第１の基準信号が前記第２の基準信号より大きい場合には第１の値を含み、
前記第１の基準信号が前記第２の基準信号より小さい場合には第２の値を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項16】
前記位置信号を生成することは、第１の位置データおよび第２の位置データに基づいて前記位置信号を生成することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項17】
前記位置信号を生成することは、前記第１の位置データおよび前記第２の位置データを生成することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記第１の位置データを生成することは、第１のグレイコードを生成することを含み、前記第２の位置データを生成することは、第２のグレイコードを生成することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記論理演算を実行することは、排他的論理和論理演算を実行することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項20】
前記位置信号に関連する第１の位置データが、前記位置信号に関連する第２の位置データと値が等しいかどうかを判定することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１９年５月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／８４６，００２号の先の出願日の３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づく利益を主張し、その内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１９年５月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／８４６，００２号の先の出願日の３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づく利益を主張し、その内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本出願は、制御ロッドの位置を特定するためのシステムおよび方法に一般的におよび様々な態様で関連する発明を開示する。
【背景技術】
【0003】
原子力プラントでは、複数の制御ロッドのそれぞれの正確な位置を知ることが重要である。制御ロッド駆動システムは、ステップの増分で制御ロッドを移動させ、各ステップは、ほとんどの制御ロッド駆動システムにおいて約０．６２５インチである。
【0004】
以前に開発されたデジタルロッド位置指示（ＤＲＰＩ）システムの例は、米国特許第３，８９３，０９０ および３，８４６，７７１号に記載されており、これらのそれぞれの全体の内容は、本明細書中に参考として援用される。
【0005】
図１は、原子炉１２の従来技術のデジタルロッド位置指示（ＤＲＰＩ）システム１０を示す。原子炉１２は原子炉圧力容器１４を含む。駆動ロッド１６は、制御ロッド１８に構造上連結されている。制御ロッド１８は、圧力容器１４を完全に満たす水２０で囲まれている。通常の動作条件下では、水２０は高温であり、沸騰が起こらないように加圧される。
【0006】
制御ロッド位置検出の目的のために圧力容器１４の機械的な貫通は許容されないので、制御ロッド１８の位置は圧力容器１４の外部で行われた測定から特定される。複数の駆動ロッド１６は、それぞれのロッド移動ハウジング２２内で長手方向に移動し、このハウジングは、原子炉の上部２４と一体に形成され、かつ上部２４から長手方向上方に延びる密閉されたパイプである。
【0007】
所与のロッド移動ハウジング２２に沿って配置された複数のコイル２８のアレイ２６は、所与の駆動ロッド１６の先端の位置を特定するのを助けるために利用される。通常は制御ロッド１８のそれぞれの駆動ロッド１６への固定は信頼できると想定されるので、駆動ロッド１６の先端の検出された位置は、制御ロッド１８の先端の位置の正確な指示であると考えられる。
【0008】
図２は、図１のＤＲＰＩシステム１０の単一コイル２８の断面を示す。コイル２８は、ロッド移動ハウジング２２に巻き付けられた電気コイルである。コイル２８は、ロッド移動ハウジング２２によって部分的に充填される中央開口部を規定する。十分に低い周波数の交流電流（ＡＣ）が個々のコイル２８内に確立され、結果として生じるＡＣ磁束が、通常は非磁性ステンレス鋼で構成されるロッド移動ハウジング２２を貫通することになる。十分に低い周波数では、結果として生じる磁束の表皮深さは、ロッド移動ハウジング２２の厚さよりも大きくなり、ＡＣ磁束は、ロッド移動ハウジング２２の厚さを通ってその内部まで貫通する。
【0009】
駆動ロッド１６がロッド移動ハウジング２２を長手方向に移動し、所与のコイル２８の中央開口部を通過すると、コイル２８のインピーダンスが変化する。駆動ロッド１６は、通常は磁性ステンレス鋼のような強磁性材料から構成されており、その結果、駆動ロッド１６がコイル２８の中央開口部を通ってその移動軸に沿って進むと、コイル２８のインピーダンスが増大する。コイル２８のインピーダンスの変化は、コイル２８が定電圧源から駆動される場合にはコイル２８を流れる電流をモニタリングすることによって、または、コイル２８が定電流源から駆動される場合にはコイル２８の両端間の電圧をモニタリングすることによって測定することができる。コイル２８の両端間の電圧は、例えば、コイル２８と直列に接続された検出抵抗器の両端間の電圧を測定することによって測定することができる。所与の駆動ロッド１６の移動／位置によって生じるインピーダンスの変化は、関連する制御ロッド１８の位置を特定することを助けるために利用することができる。以下の説明を容易にするために、インピーダンスは、測定された電圧に関連して説明される。しかしながら、電流、インピーダンスまたは他のパラメータは、関連する制御ロッド１８の位置を特定することを助けるために利用することもできることが理解できる。
【0010】
図１に戻って参照すると、コイル２８は、ロッド移動ハウジング２２に沿って６ステップの増分で設けられ、各ステップは約０．６２５インチである。コイル２８は、複数のＡコイルと複数のＢコイルとの間で交互になっている。複数のＡコイルは第１のデータエンコーダ（図示せず）に電気的に接続され、複数のＢコイルは第２のデータエンコーダ（図示せず）に電気的に接続される。第１のデータエンコーダは、隣接する一対のＡコイルの電圧の差を特定するように構成され、電圧の最大差を特定する。第２のデータエンコーダは、隣接する一対のＢコイルの電圧の差を特定し、電圧の最大差を特定するように構成される。例えば、駆動ロッド１６の先端が複数のＡコイルの１つの中央開口部に位置する場合、そのＡコイルの両端間の電圧は、駆動ロッド１６がその中央開口部に位置しない、隣接するＡコイルの両端間の電圧とは異なることになる。複数のＡコイルは１２ステップに分けて配置されているので、電圧の差は、１２ステップ以内で駆動ロッド１６の先端の位置（例えば、２つのＡコイルの間のロッド移動ハウジング２２内のどこか）を示す。Ｂコイルでも同様の処理が実行される。複数のＡコイルと複数のＢコイルの両方からの位置情報を利用することによって、駆動ロッド１６の先端の位置の精度を６ステップに改善することができる。換言すれば、従来技術の制御駆動ロッドシステムは、６ステップに分けて配置された複数のＡコイルと複数のＢコイルとの間のロッド移動ハウジング２２内のどこかで駆動ロッド１６の先端の位置を特定することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
デジタルロッド位置指示システムには改善の余地がある。
【図面の簡単な説明】
【0012】
本明細書に記載された態様の新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記載されている。しかしながら、構成および動作方法の両方に関する態様は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって、より良く理解され得る。
【0013】
【図1】原子炉の従来技術の制御駆動ロッドシステムを示す。
【0014】
【0015】
【0016】
【図4A】本開示の少なくとも１つの態様による、ロッドが移動するときの基準信号Ａの大きさおよび基準信号Ｂの大きさを示すグラフを示す。
【0017】
【図4B】本開示の少なくとも１つの態様による、ロッドが移動するときの基準信号Ａと基準信号Ｂとの論理比較のグラフを示す。
【0018】
【図4C】本開示の少なくとも１つの態様による、ロッドが移動するときのロッド位置データＡおよびロッド位置データＢに関連する論理信号のグラフを示す。
【0019】
【図4D】本開示の少なくとも１つの態様による、排他的論理和（ＸＯＲ）論理演算を実行した結果のグラフを示す。
【0020】
【図5】本開示の少なくとも１つの態様による、ロッド位置データＡとロッド位置データＢとが等しいときを特定するための例示的な回路を示す。
【0021】
【0022】
【図7】本開示の少なくとも１つの態様による、３ステップの精度で駆動ロッドの先端の位置を特定する方法２００を示す。
【発明を実施するための形態】
【0023】
本発明の図および説明の少なくともいくつかは、本発明の明確な理解に関連する要素を示すために簡略化されていることが理解される。明確性の目的のために、本発明の一部を含み得ると当業者が認識する他の要素を排除することを理解されたい。しかし、そのような要素は当該技術分野で周知であり、本発明のよりよい理解を促進しないので、そのような要素の説明は本明細書では提供しない。
【0024】
以下の詳細な説明では、その一部を形成する添付の図面を参照する。図面において、同様の記号および参照符号は、文脈が別段の指示をしない限り、典型的には、いくつかの図を通して同様の構成要素であるとする。詳細な説明、図面、および特許請求の範囲に記載される例示的な態様は、限定することを意味しない。本明細書で説明される技術の範囲から逸脱することなく、他の態様を利用することができ、他の変更を行うことができる。
【0025】
本技術の特定の例の以下の説明は、その範囲を限定するために使用されるべきではない。本技術の他の例、特徴、態様、実施形態、および利点は、本技術を実施するために意図される最良の形態の１つである以下の説明から、当業者には明らかになるであろう。理解されるように、本明細書で説明される技術は、全てが技術から逸脱することなく、他の異なる明白な様態が可能である。したがって、図面および説明は、本質的に例示的なものとみなされるべきであり、限定的なものとみなされるべきではない。
【0026】
さらに、本明細書で説明される教示、表現、態様、実施形態、例などのうちの任意の１つまたは複数は、本明細書で説明される他の教示、表現、態様、実施形態、例などのうちの任意の１つまたは複数と組み合わされ得ることを理解されたい。したがって、以下に記載される教示、表現、態様、実施形態、例などは、互いに対して分離して見られるべきではない。本明細書の教示を組み合わせることができる様々な適切な方法は、本明細書の教示を考慮すれば、当業者には容易に明らかになるであろう。そのような変更および変形は、特許請求の範囲内に含まれることが意図される。
【0027】
ロッド位置指示システムの様々な態様を詳細に説明する前に、本明細書で開示される様々な態様は、それらの用途または使用において、添付の図面および説明に示される部品の構造および配置の詳細に限定されないことに留意されたい。むしろ、開示された態様は、その他の態様、実施形態、変形、および変更に配置または組み込まれてもよく、さまざまな方法で実施または実行されてもよい。したがって、本明細書に開示されるロッド位置指示システムの態様は、本質的に例示的なものであり、その範囲または用途を限定することを意味しない。さらに、別段の指示がない限り、本明細書で使用される用語および表現は、読者の便宜のために態様を説明する目的で選択されたものであり、その範囲を限定することを意味するものではない。さらに、開示された態様、態様の表現、および／またはそれらの例のうちの任意の１つまたは複数は、限定することなく、他の開示された態様、態様の表現、および／またはそれらの例のうちの任意の１つまたは複数と組み合わせることができることを理解されたい。
【0028】
また、以下の説明において、内方、外方、上方、下方、上へ、頂部、下へ、底部、左、右、側、内側、外側などの用語は便宜上の用語であり、限定的な用語として解釈されるべきではないことを理解されたい。本明細書で使用される用語は、本明細書で説明される装置、またはその一部が他の向きで取り付けられ、または利用され得る限り、限定することを意味しない。様々な態様が、図面を参照してより詳細に説明される。
【0029】
図３Ａおよび図３Ｂは、本開示の少なくとも１つの態様による、デジタルロッド位置指示（ＤＲＰＩ）システム１００を全体として示す。ＤＲＰＩシステム１００は、ＤＲＰＩシステム１０と同様であるが、ＤＲＰＩシステム１００が、駆動ロッドの先端の位置の特定精度を、６ステップの精度から３ステップの精度に改善する点で異なる。ＤＲＰＩシステムは、複数のコイル１０２と、第１のエンコーダユニット１０４（データＡエンコーダユニット）と、第２のエンコーダユニット１０６（データＢエンコーダユニット）と、処理回路１０８とを含む。
【0030】
複数のコイル１０２は、交互の複数のＡコイルおよび複数のＢコイルとして配置され、ＤＰＲＩ１０の複数のコイル２８と同様の方法で駆動ロッド移動ハウジングの周囲に配置される。各コイルは、駆動ロッド移動ハウジングの長さに沿って、その隣接するコイルから同じ距離だけ離間して配置される。複数のＡコイルのそれぞれは、格納容器内に配置されたデータＡキャビネット（図示せず）内に配置することができる第１のＡＣ電源１１０に並列に接続されている。複数のＡコイルのそれぞれの出力は、データＡエンコーダユニット１０４に接続される。複数のＢコイルのそれぞれは、格納容器内に配置されたデータＢキャビネット（図示せず）内に配置することができる第２のＡＣ電源１２０に並列に接続されている。複数のＢコイルのそれぞれの出力は、データＢエンコーダユニット１０４に接続されている。
【0031】
データＡエンコーダユニット１０４は、各隣接する一対のＡコイルの電圧の差を特定し、その電圧の最大差を特定するように構成される。例えば、様々な態様によれば、データＡエンコーダユニット１０４は、個々のＡコイルの両端間の電圧を測定するために検出抵抗器を利用してもよく、また、各隣接する一対のＡコイルの電圧の差および各隣接する一対のＡコイルの電圧の最大差を特定するために差動増幅器または他の装置、論理または回路を利用してもよい。上述のように、単独で取得される場合、隣接するＡコイルの電圧のこの最大差は、駆動ロッドの先端の位置（例えば、２つのＡコイルの間のロッド移動ハウジング内のどこか）を１２ステップ以内で示す。
【0032】
２つの隣接するＡコイル間のスペースのそれぞれは、固有の５ビットグレイコードによって表すことができる。例えば、第１のＡコイルと第２のＡコイルとの間のスペースは、００００１によってグレイコードで表すことができ、第２のＡコイルと第３のＡコイルとの間のスペースは、０００１１によってグレイコードで表すことができ、第３のＡコイルと第４のＡコイルとの間の空間は、００１１１によってグレイコードで表すことができる。また、データＡエンコーダユニット１０４は、電圧の最大差を有すると判定された隣接する２つのＡコイル間のスペースを表す５ビットグレイコードを生成するように構成される。換言すれば、スペースが駆動ロッドの先端の位置を（１２ステップ以内）表し、データＡエンコーダユニット１０４によって生成される５ビットグレイコードは、駆動ロッドの先端の位置を表し、論理拡張により、制御ロッドの位置を表す。データＡエンコーダユニット１０４によって生成される５ビットグレイコードは、ロッド位置データＡとしても知られている。
【0033】
データＡエンコーダユニット１０４は、隣接するＡコイルの電圧における特定された最大差に基づいて、基準信号（基準信号Ａ）を生成するようにさらに構成される。基準信号Ａは、隣接するＡコイルの電圧における整流された最大差であり、その差の大きさを表す。整流された最大差を利用することにより、基準信号Ａは常に正の値を有する。データＡエンコーダユニット１０４によって生成された５ビットグレイコードおよびデータＡエンコーダユニット１０４によって生成された基準信号Ａは、周期的または連続的に処理回路１０８に転送される。様々な態様によれば、データＡエンコーダユニット１０４の機能は、集積されたおよび／または個別のハードウェア要素、ソフトウェア要素、および／または両方の組合せを含むことができる１つまたは複数のカードまたはプリント回路基板によって実現され得る。
【0034】
データＢエンコーダユニット１０６は、各隣接する一対のＢコイルの電圧の差を特定し、その電圧の最大差を特定するように構成される。例えば、様々な態様によれば、データＢエンコーダユニット１０６は、個々のＢコイルの両端間の電圧を測定するために検出抵抗器を利用してもよく、また、各隣接する一対のＢコイルの電圧の差および各隣接する一対のＢコイルの電圧の最大差を特定するために差動増幅器または他の装置、論理または回路を利用してもよい。上述のように、単独で取得される場合、隣接するＢコイルの電圧のこの最大差は、駆動ロッドの先端の位置（例えば、２つのＢコイルの間のロッド移動ハウジング内のどこか）を１２ステップ以内で示す。
【0035】
２つの隣接するＢコイル間のスペースのそれぞれは、固有の５ビットグレイコードによって表すことができる。例えば、第１Ｂコイルと第２Ｂコイルとの間のスペースは００００１によるグレイコードで表すことができ、第２Ｂコイルと第３Ｂコイルとの間のスペースは０００１１によるグレイコードで表すことができ、第３Ｂコイルと第４Ｂコイルとの間のスペースは００１１１によるグレイコードで表すことができる。また、データＢエンコーダユニット１０６は、電圧の最大差を有すると判定された隣接する２つのＢコイル間のスペースを表す５ビットグレイコードを生成するように構成される。換言すれば、スペースが駆動ロッドの先端の位置を（１２ステップ以内で）表し、データＢエンコーダユニット１０６によって生成される５ビットグレイコードが駆動ロッドの先端の位置を表し、論理拡張により、制御ロッドの位置を表す。データＢエンコーダユニット１０６によって生成される５ビットグレイコードは、ロッド位置データＢとしても知られている。
【0036】
データＢエンコーダユニット１０６は、さらに、隣接するＢコイルの電圧における特定された最大差に基づいて基準信号（基準信号Ｂ）を生成するように構成される。基準信号Ｂは、隣接するＢコイルの電圧の整流された最大差であり、その差の大きさを表す。整流された最大差を利用することにより、基準信号Ｂは常に正の値を有し、基準信号Ａと基準信号Ｂとの間のいかなる比較も、測定された電圧の極性に影響されない。データＢエンコーダユニット１０６によって生成された５ビットグレイコードおよびデータＢエンコーダユニット１０６によって生成された基準信号Ｂは、周期的または連続的に処理回路１０８に転送される。様々な態様によれば、データＢエンコーダユニット１０６の機能は、集積されたおよび／または個別のハードウェア要素、ソフトウェア要素、および／または両方の組合せを含むことができる１つまたは複数のカードまたはプリント回路基板によって実現され得る。
【0037】
駆動ロッドが上下に移動するにしたがって、様々なコイル１０２の両端間の電圧が増減する。例えば、所与のコイル１０２の両端間電圧降下は、駆動ロッドの先端がコイル１０２の中央開口部を通過するにしたがって増加し、駆動ロッドがコイル１０２の中央開口部に存在しない場合に減少する。したがって、隣接するコイル間の電圧差は、駆動ロッドの先端が複数のコイル１０２の１つの中央開口部を通過し、その駆動ロッドが隣接するコイル１０２の中央開口部にないときに最も高くなる。
【0038】
駆動ロッドが上下に移動するにしたがって隣接するコイル１０２の両端間の電圧の差が変化するにしたがって、基準信号Ａおよび基準信号Ｂの値も、駆動ロッドが上下に移動するにしたがって増減する。ＡコイルとＢコイルとの交互配置のため、基準信号Ａが最も高い電圧にあるとき、基準信号Ｂが最も低い電圧になる。同様に、基準信号Ａが最も低い電圧にあるとき、基準信号Ｂが最も高い電圧になる。基準信号Ａが基準信号Ｂより大きい場合、それは、駆動ロッドの先端がＢコイルに比べてＡコイルに近いことを示す。基準信号Ａが基準信号Ｂと等しいとき、それは、駆動ロッドの先端がＡコイルとＢコイルの間で等距離にあることを示す。基準信号Ａが基準信号Ｂより小さい場合、それは、駆動ロッドの先端がＡコイルに比べてＢコイルに近いことを示す。
【0039】
処理回路１０８は格納容器の外側に配置され、データＡエンコーダユニット１０４およびデータＢエンコーダユニット１０６に電気的に接続されている（信号通信状態にある）。処理回路１０８は、データＡエンコーダユニット１０４から受信したグレイコードおよび基準信号Ａと、データＢエンコーダユニット１０６から受信した基準信号Ｂとを利用して、駆動ロッドの先端の位置を特定し、拡張することにより、制御ロッドの位置を３ステップの精度で特定するように構成されている。また、処理回路１０８は、制御ロッドの特定された位置に関する情報を生成し、その情報をフォーマット化して、処理回路１０８に接続されたモニタ（図示せず）に情報を表示できるようにしてもよい。
【0040】
処理回路１０８は、集積されたおよび／または個別のハードウェア要素、ソフトウェア要素、および／または両方の組合せを使用して実施されてもよい。集積されたハードウェア要素の例は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、集積回路、ＡＳＩＣ、ＰＬＤ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、論理ゲート、レジスタ、半導体装置、チップ、マイクロチップ、チップセット、マイクロコントローラ、ＳｏＣ、および／またはＳＩＰを含んでもよい。個別のハードウェア要素の例は、論理ゲート、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、抵抗器、キャパシタ、インダクタ、および／またはリレーなどの回路および／または回路要素を含んでもよい。特定の例では、処理回路１０８は、例えば、１つ以上の基板上に個別のおよび集積された回路素子または構成要素を含むハイブリッド回路を含むことができる。
【0041】
図４Ａ～図４Ｄは、本開示の少なくとも１つの態様に従った、３ステップの精度で制御ロッドの位置を特定するためにＤＲＰＩシステム１００によって利用される様々な信号、論理比較、論理信号および論理演算の結果の表示を示す。
【0042】
図４Ａは、本開示の少なくとも１つの態様に従って、駆動ロッドがステップを経て移動するときの基準信号Ａの大きさおよび基準信号Ｂの大きさを示すグラフを示す。様々な態様によれば、それぞれの大きさは、データＡエンコーダユニット１０４およびデータＢエンコーダユニット１０６によって特定される。図４Ａに示されるように、駆動ロッドの先端がステップ６に到達するとき、基準信号Ｂの大きさは減少し、基準信号Ａの大きさは増加し、その後すぐに、基準信号Ａの大きさは、基準信号Ｂの大きさよりも大きくなる。駆動ロッドが移動し続け、駆動ロッドの先端がステップ１２に到達すると、基準信号Ａの大きさは減少し、基準信号Ｂの大きさは増加し、その後すぐに、基準信号Ｂの大きさは、基準信号Ａの大きさよりも大きくなる。図４Ａに示されるパターンは、駆動ロッドが移動し続けると繰り返される。
【0043】
図４Ｂは、本開示の少なくとも１つの態様に従って、駆動ロッドが複数のステップを経て移動するときの基準信号Ａと基準信号Ｂとの論理比較のグラフを示す。様々な態様によれば、論理比較は、処理回路１０８によって行われる。図４Ｂの論理比較のために、処理回路１０８は、基準信号Ａが基準信号Ｂよりも大きい場合にハイ信号を生成する。例えば、処理回路１０８は、基準信号Ａの大きさが基準信号Ｂの大きさよりも高い間（すなわち、ステップ６からステップ１２、およびステップ１８からステップ２４）、ハイ信号を生成する。処理回路１０８は、基準信号Ａの大きさが基準信号Ｂの大きさよりも低い間（すなわち、ステップ１２からステップ１８）、ロー信号を生成する。駆動ロッドが移動し続けると、図４Ｂに示されるパターンが繰り返される。他の態様によれば、処理回路１０８は、基準信号Ｂが基準信号Ａよりも大きいときにハイ信号を生成してもよい。図４Ｂに示される基準信号Ａと基準信号Ｂとの論理比較は、駆動ロッドの先端が、ステップ６からステップ１２ではＡコイルにより近く、ステップ１２からステップ１８ではＢコイルにより近く、ステップ１８からステップ２４では他のＡコイルにより近いことを示し、これは６ステップの精度のみである。
【0044】
図４Ｃは、本開示の少なくとも１つの態様に従った、駆動ロッドがステップを経て移動するときの、ロッド位置データＡおよびロッド位置データＢに関連する論理信号のグラフを示す。論理信号は、ＡコイルおよびＢコイルに関する駆動ロッドの先端の位置を表すので、論理信号は、位置信号とみなされてもよい。様々な態様によれば、論理信号は、処理回路１０８によって生成される。図４Ｃの論理信号について、処理回路１０８は、データＡエンコーダユニット１０４に関連するグレイコードの値が変化するときにハイ信号を生成し、データＢエンコーダユニット１０６に関連するグレイコードの値が変化するまでハイ信号を維持する。換言すれば、処理回路１０８は、データＢエンコーダユニット１０６に関連するグレイコードの値が変化するときにロー信号を生成し、データＡエンコーダユニット１０４に関連するグレイコードの値が変化するまでロー信号を維持する。図４Ｃに示す例では、論理信号は、ステップ３からステップ９までハイであり、ステップ９からステップ１５までローであり、ステップ１５からステップ２１まで再びハイであり、以下同様である。図４Ｃに示されるパターンは、駆動ロッドが移動し続けると繰り返される。図４Ｃの論理信号は、例えばＤＲＰＩシステム１０のような従来のＤＲＰＩシステムの出力を示し、６ステップの精度しか提供しない。しかしながら、図４Ｂの論理比較と図４Ｃの論理信号との排他的論理和（ＸＯＲ）演算を実行することによって、結果は３ステップの精度（例えば、駆動ロッドの先端はＡコイルとＢコイルとの間にあるが、Ａコイルに近い）となる。
【0045】
図４Ｄは、本開示の少なくとも１つの態様による、図４Ｂの論理比較および図４Ｃの論理信号に対して排他的論理和（ＸＯＲ）論理演算を実行した結果のグラフを示す。様々な態様によれば、ＸＯＲ論理演算は、処理回路１０８によって実行される。ＸＯＲ論理演算の結果は、駆動ロッドの先端がどこにあるか、および拡張により、制御ロッドの位置の指標を３ステップの精度で提供する。例えば、駆動ロッドがステップを経て移動すると、ＸＯＲ論理演算の結果は、ステップ３からステップ６でハイ信号であり、これは、駆動ロッドの先端がＡコイルとＢコイルとの間にあるが、Ｂコイルにより近いことを示し、したがって、３ステップの精度を提供する。駆動ロッドがステップを経て移動し続けると、ＸＯＲ論理演算の結果は、ステップ６からステップ９でロー信号であり、これは、駆動ロッドの先端がＡコイルとＢコイルとの間にあるが、Ａコイルにより近いことを示す。駆動ロッドが移動し続けると、３ステップごとにハイとローが交互に並ぶパターンが繰り返される。
【0046】
上記に鑑みて、ＤＲＰＩシステム１００は、ＤＲＰＩシステム１０のような従来技術のシステムの構成要素の多くを利用することができることが理解されるであろう。既設原子炉に既に存在する多くの構成要素を再利用することは、ＤＲＰＩシステム１００およびそれが提供する３ステップの精度を、既設原子炉での最小限の設置工数で実施することを可能にする。もちろん、ＤＲＰＩシステム１００は、新しい原子炉にも利用することができる。
【0047】
図５は、本開示の少なくとも１つの態様に従った、ロッド位置データＡおよびロッド位置データＢに関連するそれぞれの５ビットグレイコードが等しいときを特定するための例示的な回路を示す。図５の例示的な回路では、ロッド位置データＡのすべてのビットは、チェックサムを得るために一緒に加算され、ロッド位置データＢのすべてのビットは、チェックサムを得るために一緒に加算される。次に、それぞれのチェックサムを比較して、ロッド位置データＡおよびロッド位置データＢに関連するそれぞれの５ビットグレイコードが等しいときを特定することができる。図５の回路は単に例示的なものであり、同じ機能を提供するために他の構成要素、装置、および／または回路が利用されてもよいことが理解されるであろう。
【0048】
図６は、本開示の少なくとも１つの態様による、図４Ｂの論理比較および図４Ｃの論理信号に対して排他的論理和（ＸＯＲ）論理演算を実行するための例示的な回路を示す。図６の例示的な回路では、比較器Ｕ４は、基準信号Ａを基準信号Ｂと比較し、基準信号Ａが基準信号Ｂよりも大きい場合には、ハイ信号を出力する。基準信号Ａが基準信号Ｂよりも小さい場合には、比較器Ｕ４はロー信号を出力する。どちらの場合も、出力された信号はＸＯＲゲートＵ２に入力される。また、ロッド位置データＡ＝ロッド位置データＢ（Ａ＝Ｂ）もＸＯＲゲートＵ２に入力される。この信号は、例えば、図５の例示的な回路によって供給することができる。ロッド位置データＡ=ロッド位置データＢ信号がハイの場合、駆動ロッドがＡコイルとＢコイルから等距離にあることを意味する。ロッド位置データＡ＝ロッド位置データＢ信号がロー（ＡはＢに等しくない）の場合、駆動ロッドがＡコイルとＢコイルの間のどこかにあることを意味する。ＸＯＲゲートＵ２のアウトプットは、その一例が図４Ｄに示されているが、３ステップの精度を提供する（例えば、駆動ロッドはＡコイルとＢコイルとの間にあるが、Ａコイルにより近い）。
【0049】
図６の例示的な回路に示されるように、Ａ側（ＡコイルまたはデータＡエンコーダユニット１０４のいずれか）またはＢ側（ＢコイルまたはデータＢエンコーダユニット１０６のいずれか）のいずれかに故障がある場合、ＤＲＰＩシステム１００は依然として６ステップの精度で動作することができる。図６の回路は単に例示的なものであり、同じ機能を提供するために他の構成要素、装置、および／または回路が利用されてもよいことが理解されるであろう。
【0050】
様々な態様によれば、説明された機能のうちのいくつかは、上述されたもの以外の構成要素によって実行されてもよい。例えば、いくつかの態様において、データＡエンコーダユニット１０４およびデータＢエンコーダユニット１０６は、ＸＯＲ演算を実行し、駆動ロッドの先端の位置を示す図４Ｄに示される信号を３ステップの精度で出力してもよい。そのような態様は、データＡエンコーダユニット１０４内のカードのうちの１つまたは複数、およびデータＢエンコーダユニット１０６内のカードのうちの１つまたは複数を変更することによって、またはデータＡエンコーダユニット１０４内のカードのうちの１つまたは複数、およびデータＢエンコーダユニット１０６内のカードのうちの１つまたは複数を新しいカードに置き換えることによって実現することができる。他の態様によれば、データＡエンコーダユニット１０４およびデータＢエンコーダユニット１０６を省略し、コイル１０２の出力を処理回路１０８に提供してもよく、この処理回路は、次いで、各隣接する一対のＡコイルの電圧の間の最大差と、各隣接する一対のＢコイルの電圧の間の最大差とを特定し、基準信号Ａおよび基準信号Ｂを生成し、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの任意の組み合わせでＸＯＲ演算を実行してもよい。
【0051】
図７は、本開示の少なくとも１つの態様による、３ステップの精度で駆動ロッドの先端の位置を特定する方法２００を示す。方法２００は、駆動ロッドの先端の位置を３ステップの精度で特定するという文脈で説明されているが、この方法２００は、任意の数の異なる「ステップ」システムを較正するために利用されてもよいことが理解されよう。方法２００は、ＤＲＰＩシステム１００または他の同様のシステムを使用して実施することができる。簡単にするために、方法２００の実施は、ＤＲＰＩシステム１００の文脈で説明される。
【0052】
方法２００では、基準Ａ信号および基準Ｂ信号が、データＡエンコーダユニット１０４およびデータＢエンコーダユニット１０６によってそれぞれ生成される（２０２）。基準Ａ信号および基準Ｂ信号の生成は、コイル１０２の両端間の電圧を測定すること、隣接するＡコイルの各一対および隣接するＢコイルの各一対の最大の電圧差を特定すること、および基準Ａ信号および基準Ｂ信号を生成するために最大の電圧差を整流することを含んでもよい。基準Ａ信号および基準Ｂ信号の例を図４Ａに示す。
【0053】
処理回路１０８は、基準信号Ａと基準信号Ｂとの論理比較を実行する（２０４）。その論理比較の結果の一例を図４Ｂにグラフで示す。ここで、基準信号Ａが基準信号Ｂよりも大きい場合、結果はハイ信号となる。
【0054】
処理回路１０８は、データＡエンコーダユニット１０４およびデータＢエンコーダユニット１０６によってそれぞれ生成されたロッド位置データＡおよびロッド位置データＢに基づいて、論理／位置信号を生成する（２０６）。論理／位置信号の生成（２０６）は、データＡエンコーダユニット１０４およびデータＢエンコーダユニット１０６によるロッド位置データＡおよびロッド位置データＢの生成、並びに、処理回路１０８によるロッド位置データＡおよびロッド位置データＢに関連するグレイコードの処理を含んでもよい。論理／位置信号の一例を図４Ｃに示す。
【0055】
処理回路１０８は、（１）基準信号Ａと基準信号Ｂとの論理比較の結果と、（２）論理／位置信号とに対して排他的論理和（ＸＯＲ）演算を実行する（２０８）。ＸＯＲ演算の結果の一例を図４Ｄに示す。前述のように、ＸＯＲ演算の結果は、駆動ロッドの先端の位置の指標を提供し、拡張することによって、制御ロッドの位置を３ステップの精度で提供する。
【実施例】
【0056】
例１－ロッド位置指示システムが提供されている。前記ロッド位置指示システムは、駆動ロッド移動ハウジングの周囲に交互配置で配置された複数の第１のコイルおよび複数の第２のコイルと、複数の前記第１のコイルのそれぞれに接続され、第１の基準信号を生成するように構成された第１のデータエンコーダユニットと、複数の前記第２のコイルのそれぞれに接続され、第２の基準信号を生成するように構成された第２のデータエンコーダユニットと、前記第１および第２のデータエンコーダユニットと信号通信する処理回路とを備える。前記処理回路は、前記第１の基準信号と前記第２の基準信号との論理比較を生成し、第１の位置データおよび第２の位置データに基づいて論理信号を生成し、前記論理信号および前記論理比較の結果に対して論理演算を実行するように構成される。
【0057】
例２－前記第１のデータエンコーダユニットが、複数の前記第１のコイルのうちのどの隣接対が、それらの両端間の電圧の最大差を有するかを特定するようにさらに構成される、例１のロッド位置指示システム。
【0058】
例３－第１の基準信号は、複数の前記第１のコイルに関連するそれぞれの電圧の最大差の整流である、例２のロッド位置指示システム。
【0059】
例４－前記第１のデータエンコーダユニットは、前記第１の位置データを生成するようにさらに構成される、例１、２または３のロッド位置指示システム。
【0060】
例５－前記第２のデータエンコーダユニットが、複数の前記第２のコイルのうちのどの隣接対が、それらの両端間の電圧の最大差を有するかを特定するようにさらに構成される、例１、２、３または４のロッド位置指示システム。
【0061】
例６－前記第２の基準信号は、複数の前記第２のコイルに関連するそれぞれの電圧の最大差の整流である、例５のロッド位置指示システム。
【0062】
例７－前記第１のデータエンコーダユニットは、前記第１の位置データを生成するようにさらに構成される、例１、２、３、４、５または６のロッド位置指示システム。
【0063】
例８－前記処理回路は、前記論理比較の結果を生成するようにさらに構成され、前記結果は、（１）前記第１の基準信号が前記第２の基準信号よりも大きい場合には第１の値を、（２）前記第１の基準信号が前記第２の基準信号よりも小さい場合には第２の値を含む、例１、２、３、４、５、６または７のロッド位置指示システム。
【0064】
例９－前記論理演算が、排他的論理和論理演算を含む、例１、２、３、４、５、６、７または８のロッド位置指示システム。
【0065】
例１０－前記処理回路は、前記論理演算の結果を生成するようにさらに構成され、前記結果は、３ステップの精度でのロッドの位置の表示を含む、例１、２、３、４、５、６、７、８または９のロッド位置指示システム。
【0066】
例１１－方法を提供する。前記方法は、第１の基準信号および第２の基準信号を生成することと、前記第１の基準信号と第２の基準信号との論理比較を実行することと、位置信号を生成することと、前記位置信号および前記論理比較の結果に対して論理演算を実行することと、を含み、前記論理演算の結果は、３ステップの精度でのロッドの位置の表示を含む。
【0067】
例１２－前記第１および前記第２の基準信号を生成することは、（１）個々の第１のコイルの両端間の電圧を測定すること、（２）個々の第２のコイルの両端間の電圧を測定することと、を含み、複数の前記第１のコイルおよび複数の前記第２のコイルは、駆動ロッド移動ハウジングの周囲に交互配置で配置される、例１１の方法。
【0068】
例１３－前記第１および前記第２の基準信号を生成することは、（１）複数の前記第１のコイルのどの隣接対が、それらの両端間の電圧の最大差を有するかを特定することと、（２）複数の前記第２のコイルのどの隣接対が、それらの両端間の電圧の最大差を有するかを特定することと、を含み、複数の前記第１のコイルおよび複数の前記第２のコイルは、駆動ロッド移動ハウジングの周囲に交互配置で配置される、例１１または１２の方法。
【0069】
例１４－前記第１および前記第２の基準信号を生成することは、（１）複数の前記第１のコイルに関連するそれぞれの電圧の最大差を整流すること、（２）複数の前記第２のコイルに関連するそれぞれの電圧の最大差を整流することと、をさらに含む、例１１、１２または１３の方法。
【0070】
例１５－前記論理比較の結果を生成することをさらに含み、前記論理比較の結果は、（１）前記第１の基準信号が前記第２の基準信号よりも大きい場合には第１の値を、（２）前記第１の基準信号が前記第２の基準信号よりも小さい場合には第２の値を、含む、例１１、１２、１３または１４の方法。
【0071】
例１６－前記位置信号を生成することは、第１の位置データおよび第２の位置データに基づいて前記位置信号を生成することを含む、例１１、１２、１３、１４または１５の方法。
【0072】
例１７－前記位置信号を生成することは、前記第１の位置データおよび前記第２の位置データを生成することをさらに含む、例１６の方法。
【0073】
例１８－(１）前記第１の位置データを生成することは、第１のグレイコードを生成することを含み、（２）前記第２の位置データを生成することは、第２のグレイコードを生成することを含む、例１７の方法。
【0074】
例１９－前記論理演算を実行することが、排他的論理和論理演算を実行することを含む、例１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７または１８の方法。
【0075】
例２０－前記位置信号に関連する第１の位置データが、前記位置信号に関連する第２の位置データと値が等しいかどうかを判定することをさらに含む、例１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８または１９の方法。
【0076】
本明細書では、ＤＲＰＩシステム１００および方法２００の様々な様態が、特定の開示された様態に関連して説明されたが、これらの様態に対する多くの変更および変形が実施されてもよい。また、特定の構成要素のための材料が開示される場合、他の材料が使用されてもよい。さらに、様々な態様によれば、所与の１つまたは複数の機能を実行するために、単一の構成要素が複数の構成要素に置き換えられてもよく、複数の構成要素が単一の構成要素に置き換えられてもよい。前述の説明および添付の特許請求の範囲は、開示された態様の範囲内に入るようなすべてのそのような変更および変形を包含することが意図されている。
【0077】
本発明は、例示的な設計を有するものとして記載されてきたが、記載された発明は、本開示の思想および範囲内でさらに変更されてもよい。したがって、本出願は、その一般的な原理を使用して、本発明の任意の変形、使用、または適応を包含することが意図される。例えば、本発明がＤＲＰＩシステム１００の文脈で説明されたが、本発明の一般的な原理は、任意のタイプの「ステップ」システムに等しく適用可能である。同様に、本発明は、原子力発電所の文脈においても説明されたが、本発明の一般的な原理は、原子力発電所以外の用途にも同様に適用可能である。
【0078】
参照により本明細書に組み込まれると言われている特許、特許出願、公開、または他の開示材料は、全体的にまたは部分的に、組み込まれた材料が、本開示に記載されている既存の定義、記載、または他の開示材料と矛盾しない範囲でのみ、本明細書に組み込まれる。したがって、必要な範囲で、本明細書に明示的に記載される開示は、参照により本明細書に組み込まれる任意の矛盾する材料に取って代わる。参照により本明細書に組み込まれると言われているが、本明細書に記載されている既存の定義、記載、または他の開示材料と矛盾する任意の材料またはその一部は、組み込まれた材料と既存の開示材料との間に矛盾が生じない範囲でのみ組み込まれる。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】