JP2000249784A - 蒸気発生器の水漏洩検出装置 - Google Patents

蒸気発生器の水漏洩検出装置

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JP2000249784A
JP2000249784A JP11051465A JP5146599A JP2000249784A JP 2000249784 A JP2000249784 A JP 2000249784A JP 11051465 A JP11051465 A JP 11051465A JP 5146599 A JP5146599 A JP 5146599A JP 2000249784 A JP2000249784 A JP 2000249784A
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water leak
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waveguide
water
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Tokuyuki Takeshima
徳幸 竹島
Ryoichi Arai
良一 新井
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】液体金属冷却型高速炉に用いられる蒸気発生器
における伝熱管破損による液体金属中への水漏洩を、迅
速に、かつ大きなＳＮ比を確保しつつ検出すること。 【解決手段】液体金属冷却型高速炉に用いられる蒸気発
生器１を貫通して取付けられ超音波を伝播させる導波体
32と、導波体32に圧電素子33を介して超音波を送信する
超音波発信手段34と、圧電素子33を介して導波体32の共
振特性に応じた超音波を受信する超音波受信手段35と、
超音波発信手段34から送信された信号と超音波受信手段
35により受信した信号に基づいて、導波体32の共振特性
を分析する信号処理手段36と、信号処理手段36により分
析された共振特性から蒸気発生器１の水漏洩を判定する
水漏洩判定手段37とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体金属冷却型高
速炉に用いられる蒸気発生器における伝熱管破損による
液体金属中への水漏洩を検出する水漏洩検出装置に係
り、特に液体金属中への水漏洩を、迅速に、かつ大きな
信号対雑音比（以下、ＳＮ比と称する）を確保しつつ検
出できるようにした蒸気発生器の水漏洩検出装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、液体金属冷却型高速炉（以下、
単に高速炉と略称する）に使用される蒸気発生器は、冷
却材として用いられる液体金属ナトリウム等の液体金属
により水を加熱して蒸気を発生させる熱交換器である。
【０００３】以下、この種の蒸気発生器について、らせ
ん状の伝熱管を用いたヘリカルコイル型の蒸気発生器を
例にとって説明する。
【０００４】図１７は、この種の蒸気発生器の構成例を
示す縦断面図である。
【０００５】図１７において、蒸気発生器１は、外胴２
の内側に同心軸状に外部シュラウド３および内部シュラ
ウド４が設置されており、この外部シュラウド３と内部
シュラウド４との間の空間が、液体金属の流路を形成し
ている。
【０００６】また、外部シュラウド３と内部シュラウド
４との間には、複数本の伝熱管５からなる伝熱管コイル
６がらせん状に配設されており、この伝熱管５の内部が
水の流路となる。
【０００７】一方、外胴２の下部には給水入口ヘッダ７
および給水管板８が設けられ、外胴２の上部には蒸気管
板９および蒸気出口ヘッダ１０が設けられている。
【０００８】また、外胴２の頂部には液体金属入口配管
１１が設置され、外胴２の下部には液体金属分配管１２
が設置されている。
【０００９】さらに、外胴２の底部には、液体金属出口
配管１３が接続されている。
【００１０】次に、以上のように構成された蒸気発生器
１においては、水は給水入口ヘッダ７から流入して給水
管板８で各伝熱管５に配分され、伝熱管５内を上昇して
伝熱管コイル部６において液体金属と熱交換し、蒸気と
なって蒸気管板９を経て蒸気出口ヘッダ１０から流出す
る。
【００１１】一方、高温の液体金属は液体金属入口配管
１１より流入し、外部シュラウド３と内部シュラウド４
とにより形成された流路を流下する間に、伝熱管コイル
部６の伝熱管５内の水と熱交換し、低温の液体金属とな
って液体金属出口配管１３から流出する。
【００１２】ここで、液体金属としては、前述のように
化学的に非常に活性なナトリウム等が用いられる。この
ため、もし伝熱管５が破損して、伝熱管５内の水あるい
は蒸気が液体金属中に流出した場合（これを水漏洩と称
する）には、液体金属と水との反応現象が生じて、水素
ガスが発生する。
【００１３】そして、この水漏洩がさらに進展すると、
液体金属と水との高温反応生成物ジェットにより隣接す
る伝熱管に破損が伝播する可能性があり、大量の水素ガ
スの発生により蒸気発生器１内の圧力が急減に上昇し
て、蒸気発生器１の構造健全性に影響を及ぼすことにな
る。
【００１４】従って、この蒸気発生器１における水漏洩
を、早期に、かつ確実に検出することが重要な課題とな
っている。
【００１５】従来から、水漏洩の検出方法としては、例
えば液体金属中または液体金属のカバーガス中の水素を
検出する方法、発生した水素ガスによる圧力上昇を圧力
検出器により検出する方法、あるいは系内の圧力が過度
に上昇するのを防ぐために設けられた破壊板の破裂を検
出する方法等が、それぞれ実用化されてきている。
【００１６】しかしながら、これらの検出方法では、隣
接する伝熱管５の損耗が最も激しくなる数ｇ／ｓ〜数１
００ｇ／ｓの範囲における水漏洩検出に要する時間が長
すぎることから、例えば図１８に示すような音響式水漏
洩検出方法が提案されてきている。
【００１７】この音響式水漏洩検出方法としては、図１
８（ａ）に示すパッシブ法と、図１８（ｂ）に示すアク
ティブ法が存在する。
【００１８】パッシブ法は、蒸気発生器１の外胴２等
に、加速度ピックアップ等の音響検出器２１を設置し、
伝熱管５からの水漏洩音を捕らえる方法である。
【００１９】また、アクティブ法は、蒸気発生器１の外
胴２等に、ＡＥセンサ等の送信用の音響検出器２２を設
置して、信号発生器２４から常時超音波を送信させてお
き、蒸気発生器１の外胴２の反対側に設置した受信用の
音響検出器２３の信号を監視し、水漏洩に伴なって水素
ガスが発生すると音響的な透過減衰が生じて受信信号が
低下するため、これを捕らえる方法である。
【００２０】なお、図１８において、３６は検出した信
号を処理する信号処理部、３７は信号処理部３６により
処理された結果から蒸気発生器１の水漏洩を判定する水
漏洩判定部である。
【００２１】これらの音響式水漏洩検出方法は、１０ｇ
／ｓの水漏洩を１０秒以内に検出することを、一つの開
発目標として研究が進められている。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
水漏洩の検出方法としては、液体金属中または液体金属
のカバーガス中の水素を検出する方法、発生した水素ガ
スによる圧力上昇を検出する方法、あるいは系内の圧力
が過度に上昇するのを防ぐために設けられた破壊板の破
裂を検出する方法が実用化されている。
【００２３】しかしながら、これらの検出方法では、隣
接する伝熱管５の損耗が最も激しくなる数ｇ／ｓ〜数１
００ｇ／ｓの範囲における水漏洩検出に要する時間が長
すぎるという問題がある。
【００２４】一方、音響式水漏洩検出方法にも課題があ
る。すなわち、パッシブ法においては、伝熱管５におけ
る漏洩音がナトリウムを伝播して外部シュラウド３およ
び外胴２を透過して、外胴２に設置した音響検出器２１
に到達する必要があるが、通常外部シュラウド３および
外胴２において漏洩音はそれぞれ一桁程度減衰するた
め、ＳＮ比を大きくとれないという問題がある。
【００２５】また、アクティブ法においても、外胴２に
設置した送信用音響検出器２２から送信した音響を外胴
２および外部シュラウド３を透過して伝熱管５部まで到
達させ、さらには外部シュラウド３および外胴２を透過
させて、受信用音響検出器２３まで到達する必要がある
が、パッシブ法の場合と同様に、ＳＮ比を大きくとるこ
とができないという問題がある。
【００２６】本発明の目的は、液体金属冷却型高速炉に
用いられる蒸気発生器における伝熱管破損による液体金
属中への水漏洩を、迅速に、かつ大きなＳＮ比を確保し
つつ検出することが可能な極めて信頼性の高い蒸気発生
器の水漏洩検出装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、液体金属冷却型高速炉に用いられる蒸気発生器に
おける液体金属中への水漏洩を検出する水漏洩検出装置
において、請求項１の発明では、蒸気発生器を貫通して
取付けられ超音波を伝播させる導波体と、導波体に圧電
素子を介して超音波を送信する超音波発信手段と、圧電
素子を介して導波体の共振特性に応じた超音波を受信す
る超音波受信手段と、超音波発信手段から送信された信
号と超音波受信手段により受信した信号に基づいて、導
波体の共振特性を分析する信号処理手段と、信号処理手
段により分析された共振特性から蒸気発生器の水漏洩を
判定する水漏洩判定手段とを備えている。
【００２８】従って、請求項１の発明の蒸気発生器の水
漏洩検出装置においては、蒸気発生器を貫通して取付け
た導波体を使用して水漏洩を検出することにより、液体
金属に接した導波体が正弦波状の超音波を与えられて振
動している状態において、蒸気発生器の伝熱管が破損し
て液体金属中に水あるいは蒸気が流出することによって
発生する水素気泡が導波体に付着すると、この導波体の
共振状態が変化して、早い応答時間で水漏洩を検出する
ことができる。また、導波体を直接蒸気発生器の内部に
挿入していることにより、大きなＳＮ比で水漏洩を検出
することができる。これにより、極めて信頼性の高い蒸
気発生器の水漏洩検出装置を得ることが可能となる。
【００２９】また、請求項２の発明では、蒸気発生器の
出口配管を貫通して取付けられ超音波を伝播させる導波
体と、導波体に圧電素子を介して超音波を送信する超音
波発信手段と、圧電素子を介して導波体の共振特性に応
じた超音波を受信する超音波受信手段と、超音波発信手
段から送信された信号と超音波受信手段により受信した
信号に基づいて、導波体の共振特性を分析する信号処理
手段と、信号処理手段により分析された共振特性から蒸
気発生器の水漏洩を判定する水漏洩判定手段とを備えて
いる。
【００３０】従って、請求項２の発明の蒸気発生器の水
漏洩検出装置においては、蒸気発生器の出口配管を貫通
して取付けた導波体を使用して水漏洩を検出することに
より、蒸気発生器の伝熱管のどの部分で水漏洩が発生し
ても、発生した水素気泡は蒸気発生器の出口配管に集ま
るため、前記請求項１の発明よりも少ない導波体で確実
に水漏洩を検出することができる。
【００３１】さらに、請求項３の発明では、蒸気発生器
本体を超音波を伝播させる導波体として使用し、蒸気発
生器本体に圧電素子を介して超音波を送信する超音波発
信手段と、圧電素子を介して蒸気発生器本体の共振特性
に応じた超音波を受信する超音波受信手段と、超音波発
信手段から送信された信号と超音波受信手段により受信
した信号に基づいて、蒸気発生器本体の共振特性を分析
する信号処理手段と、信号処理手段により分析された共
振特性から蒸気発生器の水漏洩を判定する水漏洩判定手
段とを備えている。
【００３２】従って、請求項３の発明の蒸気発生器の水
漏洩検出装置においては、蒸気発生器の本体である外胴
を導波体として使用することにより、前記請求項１また
は請求項２の発明のように導波体を別途設ける必要がな
く、構成部品点数の削減を図ることができ、構成の簡素
化とコストの低減化を共に図ることができる。
【００３３】一方、請求項４の発明では、上記請求項１
または請求項２の発明の蒸気発生器の水漏洩検出装置に
おいて、導波体を複数本設置するようにしている。
【００３４】従って、請求項４の発明の蒸気発生器の水
漏洩検出装置においては、導波体を複数本設置すること
により、蒸気発生器の伝熱管のどの位置で水漏洩が発生
しても、確実に水漏洩を検出することができる。また、
複数本の導波体からの水漏洩信号のロジック処理を行な
うことにより、水漏洩信号の信頼性を向上させることが
できる。
【００３５】また、請求項５の発明では、上記請求項４
の発明の蒸気発生器の水漏洩検出装置において、複数本
の導波体の長さをそれぞれ互いに異なる長さとするよう
にしている。
【００３６】従って、請求項５の発明の蒸気発生器の水
漏洩検出装置においては、複数本の導波体の長さをそれ
ぞれ変えることにより、導波体間の共振をなくすことが
でき、正確に水漏洩を検出することができる。
【００３７】さらに、請求項６の発明では、上記請求項
４の発明の蒸気発生器の水漏洩検出装置において、複数
本の導波体に対してそれぞれ互いに異なる周波数帯の超
音波を送信するようにしている。
【００３８】従って、請求項６の発明の蒸気発生器の水
漏洩検出装置においては、複数本の導波体に対してそれ
ぞれ互いに異なる周波数帯の超音波を用いて水漏洩検出
を行なうことにより、導波体間の共振をなくすことがで
き、正確に水漏洩を検出することができる。
【００３９】また、請求項７の発明では、上記請求項４
の発明の蒸気発生器の水漏洩検出装置において、複数本
の導波体に対するそれぞれの超音波送信の時期を時間的
にずらすようにしている。
【００４０】従って、請求項７の発明の蒸気発生器の水
漏洩検出装置においては、複数本の導波体に対するそれ
ぞれの超音波送信の時期を時間的にずらすことにより、
導波体間の共振をなくすことができ、正確に水漏洩を検
出することができる。
【００４１】さらに、請求項８の発明では、上記請求項
４の発明の蒸気発生器の水漏洩検出装置において、複数
本の導波体からのそれぞれの水漏洩信号を相互比較して
水漏洩位置の判定を行なう水漏洩位置判定手段を付加し
ている。
【００４２】従って、請求項８の発明の蒸気発生器の水
漏洩検出装置においては、複数本の導波体からのそれぞ
れの水漏洩信号を相互比較して水漏洩位置の判定を行な
うことにより、蒸気発生器の伝熱管のどの位置から水漏
洩が発生したかを特定するための情報を入手することが
できる。
【００４３】一方、請求項９の発明では、上記請求項１
乃至請求項３のいずれか１項の発明の蒸気発生器の水漏
洩検出装置において、水漏洩判定手段に、蒸気発生器の
運転状態に対応して水漏洩検出の設定値が変化するよう
な可変設定値を持たせるようにしている。
【００４４】従って、請求項９の発明の蒸気発生器の水
漏洩検出装置においては、蒸気発生器の運転状態に対応
して水漏洩検出の設定値が変化するような可変設定値を
持たせることにより、液体金属あるいは導波体の温度が
変化しても、正確に水漏洩の判定を行なうことができ
る。
【００４５】また、請求項１０の発明では、上記請求項
３の発明の蒸気発生器の水漏洩検出装置において、圧電
素子として、ニオブ酸リチウムからなる高温センサを使
用するようにしている。
【００４６】従って、請求項１０の発明の蒸気発生器の
水漏洩検出装置においては、圧電素子として、ニオブ酸
リチウム等の材料からなる高温センサを使用することに
より、蒸気発生器の外胴に直接圧電素子を設置すること
ができ、高感度に水漏洩を検出することができる。
【００４７】さらに、請求項１１の発明では、上記請求
項１０の発明の蒸気発生器の水漏洩検出装置において、
高温センサを、シュラウド、または伝熱管支持構造物に
設置するようにしている。
【００４８】従って、請求項１１の発明の蒸気発生器の
水漏洩検出装置においては、高温センサを、シュラウ
ド、または伝熱管支持構造物に設置することにより、高
温センサを外胴に設置する場合に比べて、より一層高感
度に水漏洩を検出することができる。
【００４９】一方、請求項１２の発明では、上記請求項
１または請求項２の発明の蒸気発生器の水漏洩検出装置
において、超音波発信手段が送信する超音波の周波数
を、導波体の共振特性から得られる最も測定に適した共
振次数近傍の共振周波数帯のみについて共振特性を分析
するように周波数掃引範囲を設定する機能を、水漏洩判
定手段に持たせるようにしている。
【００５０】従って、請求項１２の発明の蒸気発生器の
水漏洩検出装置においては、あらかじめ工場試験等から
求められる導波体の共振特性から得られる最も測定に適
した共振次数近傍の共振周波数帯のみについて共振特性
を分析するように、送信する超音波の周波数掃引範囲を
設定することにより、測定に不要な周波数範囲まで共振
特性を分析する必要がなくなり、測定に要する時間を短
縮することができる。
【００５１】また、請求項１３の発明では、上記請求項
１２の発明の蒸気発生器の水漏洩検出装置において、周
波数掃引範囲についてのみ共振点の有無を分析し、その
結果共振点がない場合に水漏洩と判定する機能を、水漏
洩判定手段に持たせるようにしている。
【００５２】従って、請求項１３の発明の蒸気発生器の
水漏洩検出装置においては、周波数掃引範囲についての
み共振点の有無を分析し、その結果共振点がない場合に
水漏洩と判定することにより、判定のロジックが容易と
なり、信頼性を向上させることができる。
【００５３】さらに、請求項１４の発明では、上記請求
項１または請求項２の発明の蒸気発生器の水漏洩検出装
置において、導波体の複数の共振周波数帯を含むように
超音波を送信する機能を、超音波発信手段に持たせ、複
数の共振周波数の特性について分析し水漏洩の判定を行
なう機能を、信号処理手段に持たせている。
【００５４】従って、請求項１４の発明の蒸気発生器の
水漏洩検出装置においては、導波体の水漏洩測定に適し
た複数の共振周波数帯を含むように超音波を送信し、複
数の共振次数の共振特性が同様に水漏洩であることを示
すことによって水漏洩であるか否かを判定することによ
り、判定ロジックの信頼性を向上させることができる。
【００５５】さらにまた、請求項１５の発明では、上記
請求項３の発明の蒸気発生器の水漏洩検出装置におい
て、水漏洩判定手段としては、導波体として使用する蒸
気発生器本体の共振特性として、共振点と反共振点の共
振周波数およびインピーダンスを使って求められる共振
の鋭さを用いて水漏洩の判定を行なうようにしている。
【００５６】従って、請求項１５の発明の蒸気発生器の
水漏洩検出装置においては、導波体として使用する蒸気
発生器本体の共振特性として、共振点と反共振点の共振
周波数およびインピーダンスを使って求められる共振の
鋭さを用いることにより、蒸気発生器の内部に導波体を
設置する必要がなく、貫通部も不要であるため、蒸気発
生器からのナトリウム漏洩の可能性を低減することがで
きる。
【００５７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
【００５８】（第１の実施の形態：請求項１に対応）図
１は、本実施の形態による蒸気発生器の水漏洩検出装置
の構成例を示す概要図であり、図１７および図１８と同
一または相当部分には同一符号を付して示している。な
お、蒸気発生器１本体は、前記図１７に示した下部分の
みについて図示している。
【００５９】図１において、水は給水ヘッダ７から流入
して、給水管板８で各伝熱管５に分配され、伝熱管５内
を上昇して伝熱管コイル部６において液体金属と熱交換
し、蒸気となって図示しない蒸気管板を経て、図示しな
い蒸気ヘッダから流出する。
【００６０】また、高温の液体金属は図示しない液体金
属入口配管から流入し、外部シュラウド３と図示しない
内部シュラウドとにより形成された流路を流下する間
に、伝熱管コイル部６の伝熱管５内の水と熱交換し、低
温の液体金属となって液体金属出口配管１３から流出す
る。
【００６１】一方、蒸気発生器１の水漏洩検出装置は、
蒸気発生器１の下部鏡板３１を貫通して取付けられ超音
波を伝播させる導波体３２と、この導波体３２の蒸気発
生器１の外側の先端に設置した圧電素子３３と、この圧
電素子３３から導波体３２に超音波を送信させる超音波
発信器３４と、圧電素子３３を介して導波体３２の共振
特性に応じた超音波を受信する超音波受信器３５と、超
音波発信器３４から送信された信号と超音波受信器３５
により受信した信号とに基づいて、導波体３２の共振特
性（共振あるいは反共振周波数）を分析する信号処理部
３６と、この信号処理部３６により分析された共振特性
（共振あるいは反共振周波数）から蒸気発生器１の水漏
洩を判定する水漏洩判定部３７とから構成している。
【００６２】ここで、導波体３２は、例えば外径が２０
ｍｍの中実のステンレス製丸棒の一端を長方形に削り出
し、その長方形部分を中心電極として両面に圧電素子３
３を張りあわせた構造としている。
【００６３】また、圧電素子３３の材料としては、チタ
ン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛等の
材料を使用することが好ましい。
【００６４】金属弾性板、すなわちここではステンレス
製の丸棒を長方形に削り出した部分を中心電極として２
枚の圧電素子３３の薄板を張り合わせた構造（バイモル
フ型と称する）は、２枚の圧電素子３３が電圧によって
一方が伸び、他方が縮むように結線すると、印加電圧の
波形に応じて屈曲振動し、アクチュエータとして用いる
ことができる。本実施の形態においては、これを利用し
て導波体３２を強制振動させるのに用いる。
【００６５】圧電素子３３および金属弾性板は、超音波
トランスデューサを形成し、超音波発信器３４および超
音波受信器３５にそれぞれ電気的に接続される。
【００６６】超音波発信器３４は、時間と共に周波数が
変化する正弦波信号を超音波トランスデューサに与える
ことにより、導波体３２を強制振動させる。この導波体
３２は、その材質や長さ、および慣性能率（回転半径）
で決まる固有の共振周波数を有している。
【００６７】例えば、円形断面の導波棒の共振周波数
は、下記式のように表わすことができる。
【００６８】
【数１】
【００６９】ただし、ｆｍ：共振周波数、ｍ：共振次
数、Ｅ：導波棒のヤング率、Ｌ：導波棒の長さ、ρ：導
波棒の密度、Ｒ：導波棒の回転半径、Ａ：導波棒の浸っ
ている液体に関する係数である。
【００７０】導波体３２の屈曲振動には腹と節がある
が、導波体３２の蒸気発生器１への固定は節の部分とし
て、屈曲振動が効率的に蒸気発生器１内の導波体３２に
伝播する構造とする。
【００７１】信号処理部３６は、周波数掃引した正弦波
に対する受信信号のインピーダンスから導波体３２の共
振周波数を求める。この導波体３２の共振周波数は、蒸
気発生器１の水漏洩によって変化する。
【００７２】すなわち、水漏洩が発生していない通常の
状態においては、導波体３２の周りは液体金属である。
ところが、蒸気発生器１の伝熱管５に水漏洩が発生する
と、液体金属と水とが反応して水素ガスが発生する。こ
の水素ガスの気泡は、液体金属の流れに乗って液体金属
出口配管１３側に流されてくる。従って、導波体３２の
周りに気泡が付着し、導波体３２に対する付加質量が小
さくなって、共振周波数／反共振周波数が増加する。
【００７３】水漏洩判定部３７においては、共振周波数
／反共振周波数が定められた設定値よりも増加したこと
をもって、蒸気発生器１の水漏洩と判定し、警報あるい
は保護インタロックを発信する。
【００７４】従って、以上のように構成した本実施の形
態の蒸気発生器の水漏洩検出装置においては、蒸気発生
器１を貫通して取付けた導波体３２を使用して水漏洩を
検出するようにしているので、液体金属に接した導波体
が正弦波状の超音波を与えられて振動している状態にお
いて、蒸気発生器１の伝熱管５が破損して液体金属中に
水あるいは蒸気が流出することによって発生する水素気
泡が導波体３２に付着すると、この導波体３２の共振状
態が変化して、早い応答時間で迅速に水漏洩を検出する
ことが可能となる。
【００７５】また、導波体３２を直接蒸気発生器１の内
部に挿入する構成としているので、外部シュラウド３お
よび外胴２を透過してくる音響を捕らえる前述した従来
型の音響式水漏洩検出方法に比較して、大きなＳＮ比で
水漏洩を検出することが可能となる。
【００７６】これにより、極めて信頼性の高い蒸気発生
器の水漏洩検出装置を得ることができる。
【００７７】なお、本実施の形態では、導波体３２を蒸
気発生器１の下方から蒸気発生器１の内部に挿入する構
成としたが、蒸気発生器１の上部、あるいは側部から蒸
気発生器１の内部に挿入する構成とすることも可能であ
る。
【００７８】（第２の実施の形態：請求項２に対応）図
２は、本実施の形態による蒸気発生器の水漏洩検出装置
の構成例を示す概要図であり、図１７および図１８と同
一または相当部分には同一符号を付して示している。な
お、図１と同様に、蒸気発生器１本体は、前記図１７に
示した下部分のみについて図示している。
【００７９】図２において、水は給水ヘッダ７から流入
して、給水管板８で各伝熱管５に分配され、伝熱管５内
を上昇して伝熱管コイル部６において液体金属と熱交換
し、蒸気となって図示しない蒸気管板を経て、図示しな
い蒸気ヘッダから流出する。
【００８０】また、高温の液体金属は図示しない液体金
属入口配管から流入し、外部シュラウド３と図示しない
内部シュラウドとにより形成された流路を流下する間
に、伝熱管コイル部６の伝熱管５内の水と熱交換し、低
温の液体金属となって液体金属出口配管１３から流出す
る。
【００８１】さらに、液体金属出口配管１３は、蒸気発
生器１の底部よりも下方向に設置され、その後水平に延
長されている。また、液体金属出口配管１３は、曲がり
部で下方に延長されて閉止蓋３８で塞がれている。
【００８２】一方、蒸気発生器１の水漏洩検出装置は、
蒸気発生器１の液体金属出口配管１３の閉止蓋３８を貫
通して取付けられ超音波を伝播させる導波体３２と、こ
の導波体３２の蒸気発生器１の外側の先端に設置した圧
電素子３３と、この圧電素子３３から導波体３２に超音
波を送信させる超音波発信器３４と、圧電素子３３を介
して導波体３２の共振特性に応じた超音波を受信する超
音波受信器３５と、超音波発信器３４から送信された信
号と超音波受信器３５により受信した信号とに基づい
て、導波体３２の共振特性（共振あるいは反共振周波
数）を分析する信号処理部３６と、この信号処理部３６
により分析された共振特性（共振あるいは反共振周波
数）から蒸気発生器１の水漏洩を判定する水漏洩判定部
３７とから構成している。
【００８３】ここで、導波体３２は、前記第１の実施の
形態の場合と同様な構造であり、圧電素子３３と共に超
音波トランスデューサを形成する。
【００８４】超音波発信器３４は、時間と共に周波数が
変化する正弦波信号を超音波トランスデューサに与える
ことにより、導波体３２を強制振動させる。この導波体
３２は、その材質や長さ、および慣性能率（回転半径）
で決まる固有の共振周波数を有している。
【００８５】信号処理部３６は、周波数掃引した正弦波
に対する受信信号のインピーダンスから導波体３２の共
振周波数を求める。この導波体３２の共振周波数は、蒸
気発生器１の水漏洩によって変化する。
【００８６】すなわち、水漏洩が発生していない通常の
状態においては、導波体３２の周りは液体金属である。
ところが、蒸気発生器１の伝熱管５に水漏洩が発生する
と、液体金属と水とが反応して水素ガスが発生する。こ
の水素ガスの気泡は、液体金属の流れに乗って液体金属
出口配管１３側に流されてくる。従って、導波体３２の
周りに気泡が付着し、導波体３２に対する付加質量が小
さくなって、共振周波数／反共振周波数が増加する。
【００８７】水漏洩判定部３７においては、共振周波数
／反共振周波数が定められた設定値より増加したことを
もって、蒸気発生器１の水漏洩を判定し、警報あるいは
保護インタロックを発信する。
【００８８】従って、以上のように構成した本実施の形
態の蒸気発生器の水漏洩検出装置においては、蒸気発生
器１の出口配管１３を貫通して取付けた導波体３２を使
用して水漏洩を検出するようにしているので、蒸気発生
器１のどの部分の伝熱管５で水漏洩が発生しても、水素
気泡は蒸気発生器１の出口配管１３に集まってくるた
め、前記第１の実施の形態の場合よりも少ない導波体３
２で確実に水漏洩を検出することが可能となる。
【００８９】（第３の実施の形態：請求項３に対応）図
３は、本実施の形態による蒸気発生器の水漏洩検出装置
の構成例を示す概要図であり、図１７および図１８と同
一または相当部分には同一符号を付して示している。
【００９０】図３において、水は給水ヘッダ７から流入
して、給水管板８で各伝熱管５に分配され、伝熱管５内
を上昇して伝熱管コイル部６において液体金属と熱交換
し、蒸気となって蒸気管板９を経て、蒸気ヘッダ１０か
ら流出する。
【００９１】また、高温の液体金属は液体金属入口配管
１１から流入し、外部シュラウド３と内部シュラウド４
とにより形成された流路を流下する間に、伝熱管コイル
部６の伝熱管５内の水と熱交換し、低温の液体金属とな
って液体金属出口配管１３から流出する。
【００９２】一方、蒸気発生器１の水漏洩検出装置は、
蒸気発生器１本体を前述した導波体として使用し、この
蒸気発生器１本体の外胴３３に設置した圧電素子３３
と、この圧電素子３３から蒸気発生器１本体に超音波を
送信させる超音波発信器３４と、圧電素子３３を介して
導波体３２の共振特性に応じた超音波を受信する超音波
受信器３５と、超音波発信器３４から送信された信号と
超音波受信器３５により受信した信号とに基づいて、導
波体３２の共振特性（共振あるいは反共振周波数）を分
析する信号処理部３６と、この信号処理部３６により分
析された共振特性（共振あるいは反共振周波数）から蒸
気発生器１の水漏洩を判定する水漏洩判定部３７とから
構成している。
【００９３】超音波発信器３４は、時間と共に周波数が
変化する正弦波信号を蒸気発生器１本体の外胴２に設置
した圧電素子３３に与えることにより、蒸気発生器１本
体を強制振動させる。
【００９４】外胴２は、通常３００℃以上の高温となっ
ているため、外胴２に導波棒４０を設置して、その導波
棒４０の先端に圧電素子３３を固定する。
【００９５】蒸気発生器１本体は、その材質や構造で決
まる固有の共振周波数を有している。
【００９６】信号処理部３６は、周波数掃引した正弦波
に対する受信信号のインピーダンスから蒸気発生器１本
体の共振周波数を求める。この蒸気発生器１本体の共振
周波数は、蒸気発生器１の水漏洩によって変化する。
【００９７】すなわち、水漏洩が発生していない通常の
状態においては、蒸気発生器１本体の内部は液体金属で
ある。ところが、蒸気発生器１の伝熱管５に水漏洩が発
生すると、液体金属と水とが反応して水素ガスが発生す
る。従って、蒸気発生器１本体の周りに気泡が存在する
こととなり、蒸気発生器１本体に対する付加質量が小さ
くなって、共振周波数／反共振周波数が増加する。
【００９８】水漏洩判定部３７においては、共振周波数
／反共振周波数が定められた設定値より増加したことを
もって、蒸気発生器１の水漏洩を判定し、警報あるいは
保護インタロックを発信する。
【００９９】従って、以上のように構成した本実施の形
態の蒸気発生器の水漏洩検出装置においては、蒸気発生
器１の本体である外胴３３を導波体として使用している
ので、前述のように導波体を別途設ける必要がなく、構
成部品点数の削減を図ることができ、構成の簡素化とコ
ストの低減化を共に図ることが可能となる。
【０１００】（第４の実施の形態：請求項４に対応）図
４（ａ）は、本実施の形態による蒸気発生器の水漏洩検
出装置の構成例を示す横断面図であり、図１または図２
と同一または相当部分には同一符号を付して示してい
る。
【０１０１】図４（ａ）において、蒸気発生器は、外胴
１の内側に同心軸上に、外部シュラウド３と内部シュラ
ウド４が設置されており、外部シュラウド３と内部シュ
ラウド４との間の空間が液体金属の流路を形成してい
る。
【０１０２】また、外部シュラウド３と内部シュラウド
４との間には、伝熱管コイル６が配設されており、この
伝熱管の内部を水あるいは蒸気が流れる構造となってい
る。
【０１０３】さらに、伝熱管を支持するために、外部シ
ュラウド３から内部シュラウド４まで、伝熱管支持構造
物３９が例えば８枚放射状に設置されている。すなわ
ち、伝熱管コイル６部は、外部シュラウド３と内部シュ
ラウド４と伝熱管支持構造物３９とによって、８領域に
分割されている。
【０１０４】図４（ｂ）は、本実施の形態による蒸気発
生器の水漏洩検出装置の下部の構成例を示す横断面図で
あり、図１または図２と同一または相当部分には同一符
号を付して示している。
【０１０５】図４（ｂ）において、外胴２の内側は液体
金属が存在し、この液体金属は中央の液体金属出口管１
３から流出する。
【０１０６】また、蒸気発生器の下部の鏡板には、前記
第２の実施の形態に対応する導波体３２が、複数本（図
では８本）設置されている。
【０１０７】この８本の導波体３２は、図４（ａ）に示
した外部シュラウド３と内部シュラウド４と伝熱管支持
構造物３９とによって囲まれた８領域に対応している。
【０１０８】図４（ｃ）は、本実施の形態による蒸気発
生器の水漏洩検出装置の構成例を示す横断面図であり、
図１または図２と同一または相当部分には同一符号を付
して示している。
【０１０９】図４（ｃ）において、液体金属出口配管１
３の閉止蓋には、複数本（図では４本）の導波体３２を
設置している。
【０１１０】蒸気発生器の伝熱管に水漏洩が発生すると
水素気泡が発生し、この液体金属出口配管１３部に流れ
てくる。本実施の形態では、４本の導波体３２で水漏洩
を検出しており、各導波体３２からの信号の例えば２
ｏｕｔ ｏｆ ４のロジックを組んで、水漏洩の警報信
号、あるいは保護インタロックを出力するようにしてい
る。
【０１１１】従って、以上のように構成した本実施の形
態の蒸気発生器の水漏洩検出装置においては、伝熱管の
一部で水漏洩が発生すると、漏洩部分が含まれる領域に
は水素気泡が大量に発生するが、他の領域では水素気泡
があまり存在しないという場合もある。
【０１１２】また、ある一つの領域で水漏洩が発生した
場合、発生した水素気泡は、外部シュラウド３と内部シ
ュラウド４と伝熱管支持構造物３９とによって囲まれた
領域内を下流側に流れ、その領域に対応して設置された
導波体３２によって、水漏洩が検出される。
【０１１３】すなわち、水漏洩検出を行なう導波体３２
を複数本設置しているので、蒸気発生器の伝熱管のどの
位置で水漏洩が発生しても、確実に水漏洩を検出するこ
とが可能となる。
【０１１４】さらに、複数本の導波体３２からの水漏洩
信号のロジック処理を行なうようにしているので、水漏
洩信号の信頼性を向上させることが可能となる。
【０１１５】（第５の実施の形態：請求項５に対応）図
５は、本実施の形態による蒸気発生器の水漏洩検出装置
の要部構成例を示す概要図であり、図４と同一または相
当部分には同一符号を付して示している。
【０１１６】すなわち、本実施の形態の蒸気発生器の水
漏洩検出装置は、図５に示すように、前記第４の実施の
形態において複数本の導波体３２を設置する場合に、そ
れぞれの導波体３２の長さを互いに異なる長さとするこ
とにより、各導波体３２の共振特性を異なるものとし
て、導波体３２間の共振が起こらないように構成してい
る。
【０１１７】従って、以上のように構成した本実施の形
態の蒸気発生器の水漏洩検出装置においては、水漏洩検
出を行なう導波体３２を複数本設置し、それぞれの導波
体３２の長さを互いに異なる長さとしているので、導波
体３２間での共振をなくすことができ、蒸気発生器の伝
熱管のどの位置で水漏洩が発生しても、確実に水漏洩を
検出することが可能となる。
【０１１８】すなわち、前記第４の実施の形態で説明し
たように、水漏洩検出を行なう導波体３２を複数本設置
する場合、導波体３２の共振周波数は導波体３２の寸法
で決まってくるため、複数本設置した導波体３２に同じ
直径、長さのものを使用すると共振特性が同じになり、
導波体３２間で共振を起こして水漏洩の誤信号を発生す
る場合もあるが、本実施の形態では、このような懸念を
なくすることができる。
【０１１９】また、複数本の導波体３２からの水漏洩信
号のロジック処理を行なうようにしているので、水漏洩
信号の信頼性を向上させることが可能となる。
【０１２０】（第６の実施の形態：請求項６に対応）図
６は、本実施の形態による蒸気発生器の水漏洩検出装置
の要部構成例を示す概要図であり、図４と同一または相
当部分には同一符号を付して示している。
【０１２１】すなわち、本実施の形態の蒸気発生器の水
漏洩検出装置は、図６に示すように、前記第４の実施の
形態において複数本の導波体３２を設置する場合に、そ
れぞれの導波体３２に対応して異なる超音波発信器３４
および超音波受信器３５を備えるようにし、さらに信号
処理部３６からそれぞれの超音波発信器３４に対して互
いに異なる周波数帯の超音波を送信させる機能を持た
せ、それ以外の周波数帯の超音波は送信しないように構
成している。
【０１２２】従って、以上のように構成した本実施の形
態の蒸気発生器の水漏洩検出装置においては、水漏洩検
出を行なう導波体３２を複数本設置し、導波体３２の長
さは同じにしておくが、それぞれの導波体３２に対して
それぞれ互いに異なる周波数帯を用いているので、導波
体３２はそれぞれ互いに異なる周波数で振動することと
なり、導波体３２間での共振をなくすことができ、正確
に水漏洩を検出することが可能となる。
【０１２３】（第７の実施の形態：請求項７に対応）本
実施の形態の蒸気発生器の水漏洩検出装置は、前記第４
の実施の形態において複数本の導波体３２を設置する場
合に、それぞれの導波体３２に対するそれぞれの超音波
送信の時期を時間的にずらすように構成している。
【０１２４】従って、以上のように構成した本実施の形
態の蒸気発生器の水漏洩検出装置においては、水漏洩検
出を行なう導波体３２を複数本設置し、導波体３２の長
さおよび周波数帯は同じにしておくが、それぞれの導波
体３２に対して時間的にずらして超音波の送信・受信を
行なう、すなわち図７のタイムチャートに示すように、
４本の導波体３２の超音波の送信・受信を０．１秒ずつ
時間的にずらすようにしているので、導波体３２間での
共振をなくすことができ、正確に水漏洩を検出すること
が可能となる。
【０１２５】（第８の実施の形態：請求項８に対応）図
８は、本実施の形態による蒸気発生器の水漏洩検出装置
の要部構成例を示す概要図であり、図４と同一または相
当部分には同一符号を付して示している。
【０１２６】すなわち、本実施の形態の蒸気発生器の水
漏洩検出装置は、図８に示すように、前記第４の実施の
形態において蒸気発生器の下部に複数本の導波体３２を
設置する場合に、それぞれの導波体３２に対応して異な
る超音波発信器３４、超音波受信器３５、信号処理部３
６、および水漏洩判定部３７を備えるようにし、さらに
それぞれの導波体３２からの水漏洩信号を相互比較して
水漏洩位置の判定を行なう水漏洩位置判定手段を付加し
た構成としている。
【０１２７】従って、以上のように構成した本実施の形
態の蒸気発生器の水漏洩検出装置においては、複数本の
導波体３２からのそれぞれの水漏洩信号を相互比較して
水漏洩位置の判定を行なうようにしているので、蒸気発
生器の伝熱管のどの位置で水漏洩が発生しても、確実に
水漏洩を検出することが可能となる。
【０１２８】すなわち、ある一つの領域で水漏洩が発生
した場合、発生した水素気泡は外部シュラウドと内部シ
ュラウドと伝熱管支持構造物とによって囲まれた領域内
を下流側に流れ、その領域に対応して設置された導波体
３２によって水漏洩が検出される。
【０１２９】つまり、蒸気発生器の伝熱管が図８に示す
ように８領域に分割されている場合、もし領域Ｓ２で水
漏洩が発生したとすると、共振周波数の時間特性は領域
Ｓ２の信号のみ増加し、他の領域においてはあまり変化
が現われないこととなる。
【０１３０】よって、水漏洩位置判定部４１において、
領域Ｓ１から領域Ｓ８までの信号の相互比較を行ない、
最も変化の大きな領域を選択することにより、蒸気発生
器の伝熱管の水漏洩が発生した領域を判定することが可
能となる。
【０１３１】このように、複数本の導波体３２からの水
漏洩信号を相互比較して、水漏洩位置の判定を行なうこ
とにより、蒸気発生器の伝熱管のどの位置から水漏洩が
発生したかを特定するための情報を入手することができ
る。
【０１３２】（第９の実施の形態：請求項９に対応）図
９は、本実施の形態による蒸気発生器の水漏洩検出装置
の要部構成例を示す概要図であり、図１乃至図３と同一
または相当部分には同一符号を付して示している。
【０１３３】すなわち、本実施の形態の蒸気発生器の水
漏洩検出装置は、図９に示すように、前記第１乃至第３
のいずれかの実施の形態において、導波体３２に対し
て、超音波発信器３４、超音波受信器３５、信号処理部
３６、および水漏洩判定部３７を備えている。
【０１３４】また、蒸気発生器には、熱電対４２も設置
されており、導波体３２の温度を計測できるようにして
いる。
【０１３５】さらに、熱電対４２からの信号を、信号変
換器４３を介して水漏洩判定部３７に入力するように
し、水漏洩判定部３７には、蒸気発生器の運転状態に対
応して水漏洩検出の設定値が変化するような可変設定
値、すなわち温度の上昇に伴なって水漏洩検出設定値
（共振周波数あるいは反共振周波数）が上昇するような
可変設定値を持たせる構成としている。
【０１３６】従って、以上のように構成した本実施の形
態の蒸気発生器の水漏洩検出装置においては、蒸気発生
器の運転状態に対応して水漏洩検出の設定値が変化する
ような可変設定値を持たせているので、液体金属あるい
は導波体の温度が変化しても、正確に水漏洩の判定を行
なうことが可能となる。
【０１３７】すなわち、蒸気発生器内の液体金属温度
は、プラントの運転状態によって変化する。液体金属と
して、例えばナトリウムを使用する場合には、停止時に
は２００℃であるが、定格運転時には３５０℃程度の温
度に上昇する。一方、導波体３２の共振周波数は、［ヤ
ング率／密度］の平方根に比例する。ここで、導波体３
２のヤング率あるいは密度の温度の上昇に伴って低下し
ていくため、導波体３２の共振周波数も低下していくこ
ととなる。
【０１３８】よって、蒸気発生器の運転温度が変化する
と、これに伴なって水漏洩検出の設定値も変化し、運転
温度に対応した水漏洩判定を行なうことが可能となる。
【０１３９】このように、蒸気発生器の運転状態に対応
して水漏洩検出の可変設定値を持足せることにより、液
体金属あるいは導波体の温度が変化しても、正確に水漏
洩判定を行なうことができる。
【０１４０】（第１０の実施の形態：請求項１０に対
応）図１０は、本実施の形態による蒸気発生器の水漏洩
検出装置の要部構成例を示す概要図であり、図３と同一
または相当部分には同一符号を付して示している。
【０１４１】すなわち、本実施の形態の蒸気発生器の水
漏洩検出装置は、図１０に示すように、前記第３の実施
の形態において、前記圧電素子３３として、ニオブ酸リ
チウム等の材料からなる高温センサを使用する構成とし
ている。
【０１４２】従って、以上のように構成した本実施の形
態の蒸気発生器の水漏洩検出装置においては、圧電素子
３３として、ニオブ酸リチウム等の材料からなる高温セ
ンサを使用しているので、ニオブ酸リチウムは６００℃
以上の温度条件で使用できる圧電素子材料であり、図１
０に示すように、蒸気発生器の外胴２に直接圧電素子３
３を設置することができ、高感度に水漏洩を検出するこ
とが可能となる。
【０１４３】すなわち、例えばチタン酸鉛のような圧電
素子の使用温度は、最高３００℃である。蒸気発生器の
外胴２は、これ以上の高温となっているため、導波体３
２を介して低温の部分に圧電素子３３を固定する必要が
あるが、音響的にはこの導波体３２によって信号が減衰
するため、感度が低下するという問題があるが、本実施
の形態では、このような問題をなくすることができる。
【０１４４】（第１１の実施の形態：請求項１１に対
応）図１１（ａ）は、本実施の形態による蒸気発生器の
水漏洩検出装置の要部構成例を示す概要図であり、図１
０と同一または相当部分には同一符号を付して示してい
る。
【０１４５】すなわち、本実施の形態の蒸気発生器の水
漏洩検出装置は、図１１（ａ）に示すように、前記第１
０の実施の形態において、外部シュラウド３に、高温セ
ンサの圧電素子３３を設置する構成としている。
【０１４６】なお、ここでは、圧電素子３３を１個設置
した場合の構成を示しているが、伝熱管支持構造物３９
によって区分された８領域に圧電素子３３を設置する
か、あるいは縦方向に複数個圧電素子３３を設置する
等、圧電素子３３を複数個設置してもよい。
【０１４７】図１１（ｂ）は、本実施の形態による蒸気
発生器の水漏洩検出装置の要部構成例を示す概要図であ
り、図１０と同一または相当部分には同一符号を付して
示している。
【０１４８】すなわち、本実施の形態の蒸気発生器の水
漏洩検出装置は、図１１（ｂ）に示すように、前記第１
０の実施の形態において、内部シュラウド４に、高温セ
ンサの圧電素子３３を設置する構成としている。
【０１４９】なお、ここでも、圧電素子３３を１個設置
した場合の構成を示しているが、伝熱管支持構造物３９
に圧電素子３３を設置するか、あるいは縦方向に複数個
圧電素子３３を設置する等、圧電素子３３を複数個設置
してもよい。
【０１５０】図１１（ｃ）は、本実施の形態による蒸気
発生器の水漏洩検出装置の要部構成例を示す概要図であ
り、図１０と同一または相当部分には同一符号を付して
示している。
【０１５１】すなわち、本実施の形態の蒸気発生器の水
漏洩検出装置は、図１１（ｃ）に示すように、前記第１
０の実施の形態において、伝熱管支持構造物３９に、高
温センサの圧電素子３３を設置する構成としている。
【０１５２】なお、ここでも、圧電素子３３を１個設置
した場合の構成を示しているが、伝熱管支持構造物３９
によって区分された８領域に圧電素子３３を設置する
か、あるいは縦方向に複数個圧電素子３３を設置する
等、圧電素子３３を複数個設置してもよい。
【０１５３】従って、以上のように構成した本実施の形
態の蒸気発生器の水漏洩検出装置においては、高温セン
サの圧電素子３３を、外部シュラウド３、または内部シ
ュラウド４、あるいは伝熱管支持構造物３９に設置して
いるので、外胴２に高温センサの圧電素子３３を設置し
た場合に比べて、より一層高感度に水漏洩を検出するこ
とが可能となる。
【０１５４】すなわち、蒸気発生器の水漏洩は伝熱管部
で発生し、液体金属と水あるいは蒸気とが反応して発生
する水素気泡は、外部シュラウド３と内部シュラウド４
と伝熱管支持構造物３９とで囲まれた領域で発生する。
よって、水素気泡は外部シュラウド３、内部シュラウド
４、伝熱管支持構造物３９に付着するため、これらの構
造物の共振周波数を直接計測することが可能であれば、
より一層高感度な水漏洩検出を実現することができる。
【０１５５】（第１２の実施の形態：請求項１２に対
応）本実施の形態の蒸気発生器の水漏洩検出装置は、前
記第１または第２の実施の形態において、前記超音波発
信器３４が送信する超音波の周波数を、導波体３２の共
振特性から得られる最も測定に適した共振次数近傍の共
振周波数帯のみについて共振特性を分析するように周波
数掃引範囲を設定する機能を、前記水漏洩判定部３７に
持たせた構成としている。
【０１５６】従って、以上のように構成した本実施の形
態の蒸気発生器の水漏洩検出装置においては、あらかじ
め工場試験等から求められる導波体３２の共振特性から
得られる最も測定に適した共振次数近傍の共振周波数帯
のみについて共振特性を分析するように、送信する超音
波の周波数掃引範囲を設定しているので、測定に不要な
周波数範囲まで共振特性を分析する必要がなくなり、測
定に要する時間を短縮することが可能となる。
【０１５７】すなわち、導波体３２の共振周波数は、そ
の次数に応じて複数の共振があり、例えば図１２に示す
ような共振特性を有している。このため、広い範囲の共
振周波数にわたって共振特性を求めようとすると、共振
周波数の掃引範囲が広くなり、時間を要する。しかし、
一般に、導波体はそのサイズ等により、水素気泡の測定
に適した共振次数とそうでない共振次数とがある。
【０１５８】この点、本実施の形態では、あらかじめ工
場試験等により水漏洩の判定適した共振次数（周波数範
囲）を求め、例えば図１３に示すように、その周波数範
囲を低周波数ｆl から高周波数ｆh に限定して共振特性
を分析することにより、水漏洩の判定に要する時間を短
縮することができる。
【０１５９】（第１３の実施の形態：請求項１３に対
応）本実施の形態の蒸気発生器の水漏洩検出装置は、前
記第１３の実施の形態において、周波数掃引範囲につい
てのみ共振点の有無を分析し、その結果共振点がない場
合に水漏洩と判定する機能を、前記水漏洩判定部３７に
持たせた構成としている。
【０１６０】従って、以上のように構成した本実施の形
態の蒸気発生器の水漏洩検出装置においては、周波数掃
引範囲についてのみ共振点の有無を分析し、その結果共
振点がない場合に水漏洩と判定するようにしているの
で、判定のロジックが容易となり、信頼性を向上させる
ことが可能となる。
【０１６１】すなわち、前記第１３の実施の形態のよう
に、分析に用いる周波数範囲を低周波数ｆl から高周波
数ｆh に限定した場合の水漏洩判定法として、共振点の
有無により水漏洩を判定する。
【０１６２】例えば、水漏洩がない場合には、図１４
（ａ）に示すように、低周波数ｆl から高周波数ｆh の
限定した周波数範囲内に共振点が存在するが、水漏洩が
発生して導波体３２に気泡が付着すると、図１４（ｂ）
に示すように、共振周波数が移動して限定した周波数範
囲内に共振点が存在しなくなる。よって、この共振点が
なくなったことによって、蒸気発生器の水漏洩を判定す
る。
【０１６３】このように、水漏洩の判定基準が、限定さ
れた周波数範囲に共振点が有るか無いかという二者択一
方式であることにより、判定ロジックが容易であり、判
定の信頼性を向上させることができる。
【０１６４】（第１４の実施の形態：請求項１４に対
応）本実施の形態の蒸気発生器の水漏洩検出装置は、前
記第１または第２の実施の形態において、前記導波体３
２の複数の共振周波数帯を含むように超音波を送信する
機能を、前記超音波発信器３４に持たせ、複数の共振周
波数の特性について分析し水漏洩の判定を行なう機能
を、前記信号処理部３６に持たせた構成としている。
【０１６５】従って、以上のように構成した本実施の形
態の蒸気発生器の水漏洩検出装置においては、導波体３
２の水漏洩測定に適した複数の共振周波数帯を含むよう
に超音波を送信し、複数の共振次数の共振特性が同様に
水漏洩であることを示すことによって水漏洩であるか否
かを判定するようにしているので、判定ロジックの信頼
性を向上させることが可能となる。
【０１６６】すなわち、前記第１２の実施の形態で説明
したように、導波体３２の共振には複数の次数がある。
【０１６７】この点、本実施の形態では、あらかじめ工
場試験等により水漏洩の判定に適した複数の共振次数を
選ぶようにし、共振特性の分析をこれら複数の共振次数
に対して行なうことにより、例えば図１５に示すよう
に、例えばある一つの共振次数の特性が何らかの水素気
泡の発生以外の理由による原因で変化した場合にも、別
の共振特性が変化しない時には水漏洩と判定しないよう
にする。
【０１６８】このように、複数の共振次数の共振特性を
水漏洩の判定に用いることにより、誤判定の確率を低減
して、装置の信頼性を向上させることができる。
【０１６９】（第１５の実施の形態：請求項１５に対
応）本実施の形態の蒸気発生器の水漏洩検出装置は、前
記第３の実施の形態において、前記水漏洩判定部３７と
しては、導波体３２として使用する蒸気発生器１本体の
共振特性として、共振点と反共振点の共振周波数、およ
びインピーダンスを使って求められる共振の鋭さを用い
て、水漏洩の判定を行なう構成としている。
【０１７０】従って、以上のように構成した本実施の形
態の蒸気発生器の水漏洩検出装置においては、導波体３
２として使用する蒸気発生器１本体の共振特性として、
共振点と反共振点の共振周波数、およびインピーダンス
を使って求められる共振の鋭さを用いるようにしている
ので、蒸気発生器１の内部に導波体を設置する必要がな
く、貫通部も不要であるため、蒸気発生器１からのナト
リウム漏洩の可能性を低減することが可能となる。
【０１７１】すなわち、本実施の形態では、前記第３の
実施の形態のように蒸気発生器１本体を導波体として用
いるが、判定に用いる共振特性を共振周波数の変化では
なく共振点と反共振点の共振周波数とインピーダンスで
決まる共振の鋭さの変化を用いることにより、蒸気発生
器１の壁面に水素気泡が付着すると、例えば図１６に示
すように、共振の鋭さが小さくなるため、これを検出し
て水漏洩を知ることができる。
【０１７２】この場合、共振の鋭さは、下記式のように
表わすことができる。
【０１７３】
【数２】
【０１７４】ただし、ｆｒ：共振周波数、Ｚｒ：共振点
インピーダンス、ｆａ：反共振周波数、Ｚａ：反共振点
インピーダンスである。
【０１７５】このように、蒸気発生器１本体を導波体と
して用いることにより、導波体を蒸気発生器１内に入れ
る必要がなく、貫通部も必要ないため、ナトリウムの漏
洩の可能性を低減することができる。
【０１７６】また、共振周波数と反共振周波数の両者か
ら定義される共振鋭さによって水漏洩を判定することに
より、確実に蒸気発生器の水漏洩を検出することができ
る。
【０１７７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の蒸気発生
器の水漏洩検出装置によれば、蒸気発生器、あるいは蒸
気発生器の出口配管を貫通して取付けた導波体を使用し
て、蒸気発生器の伝熱管が破損して液体金属中に水ある
いは蒸気が流出することによって発生する水素気泡を、
導波体の共振状態の変化として捕らえるようにしている
ので、早い応答時間で迅速に水漏洩を検出することが可
能となり、また導波体を直接蒸気発生器の内部に挿入す
るようにしているので、大きなＳＮ比を確保しつつ水漏
洩を検出することが可能となり、もって極めて信頼性の
高い蒸気発生器の水漏洩検出装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による蒸気発生器の水漏洩検出装置の第
１の実施の形態を示す概要図。
【図２】本発明による蒸気発生器の水漏洩検出装置の第
２の実施の形態を示す概要図。
【図３】本発明による蒸気発生器の水漏洩検出装置の第
３の実施の形態を示す概要図。
【図４】本発明による蒸気発生器の水漏洩検出装置の第
４の実施の形態を示す横断面図。
【図５】本発明による蒸気発生器の水漏洩検出装置の第
５の実施の形態を示す概要図。
【図６】本発明による蒸気発生器の水漏洩検出装置の第
６の実施の形態を示す概要図。
【図７】本発明の第７の実施の形態による蒸気発生器の
水漏洩検出装置を示すタイムチャート。
【図８】本発明による蒸気発生器の水漏洩検出装置の第
８の実施の形態を示す概要図。
【図９】本発明による蒸気発生器の水漏洩検出装置の第
９の実施の形態を示す概要図。
【図１０】本発明による蒸気発生器の水漏洩検出装置の
第１０の実施の形態を示す概要図。
【図１１】本発明による蒸気発生器の水漏洩検出装置の
第１１の実施の形態を示す概要図。
【図１２】本発明の第１２の実施の形態による蒸気発生
器の水漏洩検出装置における導波体３２の共振特性の一
例を示す図。
【図１３】本発明の第１２の実施の形態による蒸気発生
器の水漏洩検出装置を説明するための特性図。
【図１４】本発明の第１３の実施の形態による蒸気発生
器の水漏洩検出装置を説明するための概念図。
【図１５】本発明の第１４の実施の形態による蒸気発生
器の水漏洩検出装置を説明するための図。
【図１６】本発明の第１５の実施の形態による蒸気発生
器の水漏洩検出装置を説明するための図。
【図１７】従来の蒸気発生器の構成例を示す縦断面図。
【図１８】従来の音響式水漏洩検出装置の一例を示す概
要図。
【符号の説明】
１…蒸気発生器、 ２…外胴、 ３…外部シュラウド、 ４…内部シュラウド、 ５…伝熱管、 ６…伝熱管コイル、 ７…給水入口ヘッダ、 ８…給水管板、 ９…蒸気管板、 １０…蒸気出口ヘッダ、 １１…液体金属入口配管、 １２…液体金属分配管、 １３…液体金属出口配管、 ２１…音響検出器、 ２２…送信用音響検出器、 ２３…受信用音響検出器、 ２４…信号発生器、 ３１…鏡板、 ３２…導波体、 ３３…圧電素子、 ３４…超音波発信器、 ３５…超音波受信器、 ３６…信号処理部、 ３７…水漏洩判定部、 ３８…閉止蓋、 ３９…伝熱管、 ４１…水漏洩位置判定部、 ４２…熱電対、 ４３…信号変換器。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液体金属冷却型高速炉に用いられる蒸気
    発生器における液体金属中への水漏洩を検出する水漏洩
    検出装置において、 前記蒸気発生器を貫通して取付けられ超音波を伝播させ
    る導波体と、 前記導波体に圧電素子を介して超音波を送信する超音波
    発信手段と、 前記圧電素子を介して前記導波体の共振特性に応じた超
    音波を受信する超音波受信手段と、 前記超音波発信手段から送信された信号と前記超音波受
    信手段により受信した信号に基づいて、前記導波体の共
    振特性を分析する信号処理手段と、 前記信号処理手段により分析された共振特性から前記蒸
    気発生器の水漏洩を判定する水漏洩判定手段と、 を備えて成ることを特徴とする蒸気発生器の水漏洩検出
    装置。
  2. 【請求項２】 液体金属冷却型高速炉に用いられる蒸気
    発生器における液体金属中への水漏洩を検出する水漏洩
    検出装置において、 前記蒸気発生器の出口配管を貫通して取付けられ超音波
    を伝播させる導波体と、 前記導波体に圧電素子を介して超音波を送信する超音波
    発信手段と、 前記圧電素子を介して前記導波体の共振特性に応じた超
    音波を受信する超音波受信手段と、 前記超音波発信手段から送信された信号と前記超音波受
    信手段により受信した信号に基づいて、前記導波体の共
    振特性を分析する信号処理手段と、 前記信号処理手段により分析された共振特性から前記蒸
    気発生器の水漏洩を判定する水漏洩判定手段と、 を備えて成ることを特徴とする蒸気発生器の水漏洩検出
    装置。
  3. 【請求項３】 液体金属冷却型高速炉に用いられる蒸気
    発生器における液体金属中への水漏洩を検出する水漏洩
    検出装置において、 前記蒸気発生器本体を超音波を伝播させる導波体として
    使用し、 前記蒸気発生器本体に圧電素子を介して超音波を送信す
    る超音波発信手段と、 前記圧電素子を介して前記蒸気発生器本体の共振特性に
    応じた超音波を受信する超音波受信手段と、 前記超音波発信手段から送信された信号と前記超音波受
    信手段により受信した信号に基づいて、前記蒸気発生器
    本体の共振特性を分析する信号処理手段と、 前記信号処理手段により分析された共振特性から前記蒸
    気発生器の水漏洩を判定する水漏洩判定手段と、 を備えて成ることを特徴とする蒸気発生器の水漏洩検出
    装置。
  4. 【請求項４】 前記請求項１または請求項２に記載の蒸
    気発生器の水漏洩検出装置において、 前記導波体を複数本設置するようにしたことを特徴とす
    る蒸気発生器の水漏洩検出装置。
  5. 【請求項５】 前記請求項４に記載の蒸気発生器の水漏
    洩検出装置において、 前記複数本の導波体の長さをそれぞれ互いに異なる長さ
    とするようにしたことを特徴とする蒸気発生器の水漏洩
    検出装置。
  6. 【請求項６】 前記請求項４に記載の蒸気発生器の水漏
    洩検出装置において、 前記複数本の導波体に対してそれぞれ互いに異なる周波
    数帯の超音波を送信するようにしたことを特徴とする蒸
    気発生器の水漏洩検出装置。
  7. 【請求項７】 前記請求項４に記載の蒸気発生器の水漏
    洩検出装置において、 前記複数本の導波体に対するそれぞれの超音波送信の時
    期を時間的にずらすようにしたことを特徴とする水漏洩
    検出装置。
  8. 【請求項８】 前記請求項４に記載の蒸気発生器の水漏
    洩検出装置において、 前記複数本の導波体からのそれぞれの水漏洩信号を相互
    比較して水漏洩位置の判定を行なう水漏洩位置判定手段
    を付加して成ることを特徴とする蒸気発生器の水漏洩検
    出装置。
  9. 【請求項９】 前記請求項１乃至請求項３のいずれか１
    項に記載の蒸気発生器の水漏洩検出装置において、 前記水漏洩判定手段に、前記蒸気発生器の運転状態に対
    応して水漏洩検出の設定値が変化するような可変設定値
    を持たせるようにしたことを特徴とする蒸気発生器の水
    漏洩検出装置。
  10. 【請求項１０】 前記請求項３に記載の蒸気発生器の水
    漏洩検出装置において、 前記圧電素子として、ニオブ酸リチウムからなる高温セ
    ンサを使用するようにしたことを特徴とする蒸気発生器
    の水漏洩検出装置。
  11. 【請求項１１】 前記請求項１０に記載の蒸気発生器の
    水漏洩検出装置において、 前記高温センサを、シュラウド、または伝熱管支持構造
    物に設置するようにしたことを特徴とする蒸気発生器の
    水漏洩検出装置。
  12. 【請求項１２】 前記請求項１または請求項２に記載の
    蒸気発生器の水漏洩検出装置において、 前記超音波発信手段が送信する超音波の周波数を、前記
    導波体の共振特性から得られる最も測定に適した共振次
    数近傍の共振周波数帯のみについて共振特性を分析する
    ように周波数掃引範囲を設定する機能を、前記水漏洩判
    定手段に持たせるようにしたことを特徴とする蒸気発生
    器の水漏洩検出装置。
  13. 【請求項１３】 前記請求項１２に記載の蒸気発生器の
    水漏洩検出装置において、 前記周波数掃引範囲についてのみ共振点の有無を分析
    し、その結果共振点がない場合に水漏洩と判定する機能
    を、前記水漏洩判定手段に持たせるようにしたことを特
    徴とする蒸気発生器の水漏洩検出装置。
  14. 【請求項１４】 前記請求項１または請求項２に記載の
    蒸気発生器の水漏洩検出装置において、 前記導波体の複数の共振周波数帯を含むように超音波を
    送信する機能を、前記超音波発信手段に持たせ、 前記複数の共振周波数の特性について分析し水漏洩の判
    定を行なう機能を、前記信号処理手段に持たせるように
    したことを特徴とする蒸気発生器の水漏洩検出装置。
  15. 【請求項１５】 前記請求項３に記載の蒸気発生器の水
    漏洩検出装置において、 前記水漏洩判定手段としては、前記導波体として使用す
    る蒸気発生器本体の共振特性として、共振点と反共振点
    の共振周波数およびインピーダンスを使って求められる
    共振の鋭さを用いて水漏洩の判定を行なうようにしたこ
    とを特徴とする蒸気発生器の水漏洩検出装置。
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