JP2004045380A - ブッシングとその使用方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被覆導体(42)とこれにより囲まれる内部導体(40)とを備え、両導体がフランジ部(44)を貫通して共に導かれるブッシング(18)において、前記フランジ部の第1側に内部導体とこれを囲む被覆導体で形成される第1空間領域(48)を、フランジ部の第2側に内部導体とこれを囲む被覆導体により形成される第2空間領域(50)に対し複数の封止リング(52)により封止する。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、被覆導体により取り囲まれる内部導体を備え、被覆導体と内部導体がフランジ部を貫通して共通に導かれるブッシング関する。本発明は更にそのようなブッシングの使用方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
通常「同軸ブッシング」とも称されるブッシングは一般に、電気信号又はパルスを第1空間領域から例えば壁又はシールドを貫通して第1空間領域から分離された第2空間領域に伝送するために用いられる。壁又はシールドは、信号又はパルスを導くために備えられる電気導体を貫通させ、かつフランジ部を貫通して閉鎖される開口を備える。このフランジ部の領域には、通常内部導体と、それを取り囲む被覆導体とを備え、それらはフランジ部を貫通し、フランジ部の第1側から第2側への電気的接続を行う。
【0003】
かかるブッシングは、例えば診断又は監視用として、固有の全閉容器の内室へ電気信号やパルスを導出入する必要がある場合に特に重要である。この種の用途への適用例が、容器内における両媒体間の境界層の位置決定又は監視、特に充填レベルの検知のために用いられる、所謂TDR(時間−ドメイン−反射)測定法である(例えば、特許文献1、2参照)。
【0004】
この測定法は、特に容器内を従来と同様に覗き見ることができず、従って境界層又は充填レベルの位置特性値を直接には決定できないとき、例えばアンテナの中心導体とこれを同軸状に取り囲む被覆導体との間のインピーダンスが突然変化してアンテナシステムに導入される電磁パルスが部分的に反射されるという効果を利用できる場合に適用される。このインピーダンスの急変は、例えば上記のように形成したアンテナをガス状の雰囲気から液体に浸す際に生じる。なぜなら当該インピーダンスは中心又は内部導体と被覆導体との間の静電容量、つまり中心導体と被覆導体との間の空間を満たす媒体の誘電率に依存するからである。監視すべき媒体に浸したアンテナに導入された電磁パルスは媒体の表面で部分的に反射される。通常は短絡しているアンテナ終端で、更なる反射が生じる。更に、アンテナでの電磁パルスの伝播速度は既知なので、境界層で反射されるパルスとアンテナ終端で反射されるパルスの間の伝播時間差は境界層の位置を表す物理量、即ち境界層の位置の特徴を表す位置特性値を検知する手段として使える。ここでは、伝播時間差と位置特性値との間にほぼ比例関係があるという事実を用いる。
【0005】
【特許文献1】
独国特許第19958584号明細書
【特許文献2】
米国特許第4786857号明細書
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従って、例えば閉鎖容器内の媒体を診断又は監視すべくこの方法を用いるため、電気パルスを外部から容器内、又は逆方向に伝送する必要がある。しかし他方、容器内の媒体の状態と特性に従い、容器の封止性に関する特に高度な手段を保障することが必要であるか少なくとも大きな意味を持つことがある。場合により容器内に生じる動作パラメータ、例えば媒体の圧力や温度等に従い、各電磁パルスの導出入のためのブッシングに特に高度な要求が生じる。このことは、例えばTDR測定法が一定の状況下で一定の媒体に対し適用不能という結果を招く。
【0007】
従って本発明の課題は、設計的に比較的高圧力又は高温度又は高圧力・高温度の容器にも適用できる前記の型のブッシングを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明により、フランジ部の第1側に内部導体と該導体を取り囲む被覆導体とで形成される第1空間領域を、フランジ部の第2側に内部導体と該導体を取り囲む被覆導体により形成される第2空間領域に対し、複数の封止リングで封止することで解決される。
【0009】
ここで「フランジ部」なる語は、一般に特に移動可能に構成され、開口を閉じるカバーやストッパの形で設けられる壁部分やそれと同様のものを意味する。例えば原子力発電所の炉心取付けセンサヘッドやランスヘッド等が対象となる。
【0010】
本発明は、内室が極端な運転条件にある容器にもブッシングを適用可能とするには、ブッシング自体で封止性能に関する高度な要求を満たさねばならないとの知見から出発する。フランジ部を貫通する被覆導体に関する限り、そのことは左程問題にならない。と言うのは、それは一般に断面でフランジ部に接続され、特にフランジ部と一体に構成されるからである。しかしフランジ部を貫通する内部導体の貫通部では特別な入念さが要求される。と言うのは、内部導体に対しては電磁パルスの欠落や誤りの無い伝送のためにフランジ部又は外部導体との電気的接触はできるだけ避けるべきだからである。内部導体とフランジ部又は被覆導体との間に必要に応じて形成される空隙又は開放空間によるこのような確実な電気絶縁の問題が必然的に起こるので、この領域ではまず確実な封止が特に重要となる。確実な封止のため一般に形成される空気領域や空間に変形可能な充填材を満たすか、例えば半田付けのような他の流動性接合技術が用いられる。しかし、極端な運転条件の下でもシステムの確実な封止性を保証するため、流動性の封止材を用いるのではなく、機械的手段をベースとした封止作用が適用される。
【0011】
その際、封止リングに外力を受けたとき適切に選択された変形性を与えることで、特に良好な封止作用を達成できる。このことは同時に封止リングとして金属封止リングを設けることで、特に封止部が高温度であっても達成できる。その場合、金属封止リングは、特に金めっきをした特殊鋼リングとすることができる。
【0012】
上述のブッシングを用いる際、種々の運転条件の下でフランジ部を通して導かれる内部導体の、フランジ部や被覆導体からの入念な絶縁が必要である。これを保証するには、内部導体をブッシング領域でフランジ部を貫通して特別な方法で空間的に固定せねばならない。そのため、内部導体にブッシング領域でフランジ部により予圧を与えるとよい。この場合、予圧を与える手段は、他の構成態様では、複数のセラミックリングを経て予圧付与側をフランジ部で支持する。それにより、特に確実に内部導体のフランジ部からの絶縁を保証できる。
【0013】
このブッシングは、所謂TDR測定システムに適するよう構成できる。この種の測定システムでは、容器の外部からブッシングを経て容器内室へと伝送される電磁パルスをブッシングでできるだけ小さな面積で反射させねばならない。これを保証すべく、ブッシングの被覆導体と内部導体は、好ましくはそれらにより形成される導体系のインピーダンスがその長手方向に見てほぼ一定になるよう、その断面を内部導体から被覆導体の長手方向に見た位置に応じて設計する。
【0014】
ブッシングは、境界層の位置特性値をTDR法に従い検知する測定システム内で用いるとよい。その際、特に有利な構成では、原子核技術設備の原子炉圧力容器内の充填レベルを検知するTDR測定システム内でのブッシングの使用が考えられる。即ち、この種原子炉圧力容器内には、特に高圧・高温が生じており、充填レベル監視のためにTDR測定システムを用いるのは限られた条件下でしか可能でない。そこで本発明によるブッシングの使用は、原子炉圧力容器内の充填レベル監視のためにTDR測定法を使用して初めて、その全運転点で可能になる。
【0015】
本発明による利点は、特に内部導体貫通部の封止時に機械的封止部を用いることで、特にブッシングの高温・高圧下での安定性が良好に達成される点である。適当な予圧を、特にここで用いるセラミックリングと組み合わせて付与することで、温度や圧力が変化するときも、フランジ部や被覆導体に対する内部導体の絶縁作用に悪影響を及ぼすことなく、ブッシングの高度な封止性能の保持を保証できる。従ってこのブッシングは、その高度な温度および圧力安定性に基づき、特にTDR測定法への使用、特に例えば原子炉圧力容器内の充填レベル監視等の比較的厳しい条件にある容器内の運転パラメータの監視等の使用にも適する。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。各図において同一部分は同一符号で示す。
【0017】
図1のシステム1は、原子核技術設備の閉鎖された原子炉圧力容器2内の媒体Mを監視するために設けられている。原子炉圧力容器2は閉鎖構造をなし、図1にのみ示す封じ込め隔壁4の内部に配置されている。信号Sの交換のために、原子炉圧力容器2は封じ込め隔壁4を貫通するブッシング8を経て導かれる信号導体6を経て、システム1の信号中継部10に接続されている。
【0018】
媒体Mとして、本実施形態では原子炉圧力容器2内に原子核技術設備の一次冷却媒体として用いる水Wを入れている。水Wは原子炉圧力容器2の下部空間領域に過冷却かつ純粋状態で存在する。その上部空間領域で、原子炉圧力容器2内に配置された原子核燃料部材の加熱作用が生じ、そこには水Wとそこに生じた蒸気泡Dとの相混合体、即ち溶相体W、Dが存在する。原子炉圧力容器2内の更に上部の空間領域には完全に蒸気化した一次冷却媒体、即ち完全蒸気Dが存在する。かくして原子炉圧力容器2内に保有された媒体Bは、水Wと溶相体W、Dの間に第1境界層12、溶相体W、Dと蒸気Dとの間に第2境界層14を備える。
【0019】
本原子核技術設備の運転時、非常に多数の運転パラメータの監視を行う。その際、特に境界層12、14の位置を監視することが望まれ、又は必要である。例えば境界層14の位置は「スウェルレベル」とも称され、その監視は充填レベル測定部を経て行われる。
【0020】
システム1は境界層12、14の位置特性値を時々刻々と検知し監視する。そのためシステム1は、所謂TDR測定法に従って構成される。この種のTDR測定のため、原子炉圧力容器2内にほぼ垂直に配置されたアンテナ16が設けられる。アンテナ16は同軸アンテナの形に構成され、原子炉圧力容器2からブッシング18を経て外部へ導出され、信号線6に接続される。アンテナ16は中心導体20を含み、該導体20を同軸ケーブルの形でほぼ円筒状に被覆するよう構成された被覆導体22が同心的に取り囲んでいる。被覆導体22には大きい穴又は小さい穴があけられ、それにより被覆導体22は図には明示しない多数の平衡補償開口を備えている。こうすることで媒体Mが中心導体20と被覆導体22との間の中間室内に入り込むのを保証できる。中心導体20と被覆導体22は、アンテナ終端24で短絡されている。
【0021】
境界層12、14の位置決めのため、この種アンテナ16では、そのインピーダンスが局部的にも中心導体20と被覆導体22の間の静電容量に対応するという効果を利用する。上記インピーダンスは中心導体20と被覆導体22の間の中間室を満たす同じ媒体Mの誘電率に対応する静電容量を経て測定される。そして境界層12、14を通過すると、それに応じアンテナ16の局部インピーダンスが急変する。その際アンテナ16に生ずる電磁パルスは部分的に伝送され、部分的に反射される。従って境界層12、14でアンテナ16に導かれた電磁パルスは、特徴信号として利用できる反射パルスを出力する。アンテナ16の各セグメントでの電磁信号の伝播速度を考慮し、アンテナ終端24に対する境界層12又は14の相対位置に対応する特性値、即ち原子炉圧力容器2内の、例えば媒体Mの充填レベルに対する特性値を検知すべく、特に境界層12、14で反射したパルスとアンテナ終端24で反射したパルスとの間の伝播時間差を利用する。
【0022】
TDR測定法による境界層12、14の位置決定を実施可能にするため、シールド線として構成した信号線6を経てアンテナ16に接続されたシステム1は適当な回路要素を備える。システム1は特に必要に応じた電磁パルスを生成するパルス発生器30を含む。該発生器30は信号中継部10を経て信号線6に接続され、パルス発生器30で生じた電磁パルスはアンテナ16に導入される。システム1は更に信号中継部10に接続された判別制御ユニット32を含む。判別制御ユニット32は、一方で記憶装置34、他方で出力装置36、本実施例ではディスプレイに接続されている。自明の如く、判別制御ユニット32は所定の動作を遂行する上で必要な他の回路要素、例えば入力装置にも接続される。
【0023】
TDR測定法による位置特性値の決定を行うべく、パルス発生器30内で生じたパルスを原子炉圧力容器2の内室に配置したアンテナ16に導く。その際、アンテナ16で受信した多数の反射パルスを時系列データとして測定する。そのとき、パルスの時間的経過に従い形成される応答信号の中で、境界層12又は14に対応する反射パルスを同定し、伝播時間の測定に基づく位置決定に用いる。
【0024】
図2に縦断面図で示すブッシング18は、核技術設備の原子炉圧力容器2のためのTDR測定装置への応用に特化した構成となっている。そのためブッシング18は、同軸ブッシングの形で内部導体40とそれを囲む被覆導体42を含み、一方では原子炉圧力容器2の内室における交番するか極端な圧力挙動が存在する場合でも、特に高度な封止性能を持つように設計される。
【0025】
被覆導体42とそれにより取り囲まれる内部導体40は、フランジ部44を貫通する。フランジ部44は、寸法的に貫通部材に対応した開口を有し、原子炉圧力容器2内に封止状態で取り付けられる。被覆導体42は、本実施例ではフランジ部44と一体に構成され、これら構成要素の組み込み時になんらの封止問題も生じない。しかし、付属する開口を原子炉圧力容器内でストッパ又はねじ止めの形で直接に圧力封止すべく、被覆導体42を上述のものとは異なり、例えば太くしたり、従来の方法に適合させて形成したりしてもよい。内部導体40に対し、電磁パルスの誤りや欠落のない伝送のため、被覆導体42とこれに接続されたフランジ部44からの確実な絶縁につき全般的に注意すべきである。そのため内部導体40はこれを囲む空隙を形成しつつ、内部導体40とフランジ部44の間の電気的接触を全般的に回避すべくフランジ部44の開口46を貫通する。
【0026】
しかし、この配置構成は、本実施例では原子炉圧力容器2の外側にフランジ部44の対応する第1側に内部導体40およびそれを取り囲む被覆導体42により形成される第1空間領域48と、本実施の形態では原子炉圧力容器2の内側にフランジ部44の対応する第2側に内部導体40およびそれを取り囲む被覆導体42により形成される第2空間領域50との間を非封止状態にしてしまうことがあり得る。このような非封止状態を徹底的に排除し、その結果ブッシング18の特に高度な封止性を全体として保証するため、第1空間領域48は第2空間領域50に対して機械的封止部材、即ち複数の封止リング52により封止する。
【0027】
封止リング52の材料の選択に関して、恒常的に高温に曝されると同時に恒常的に高圧に曝される場合でも、高度な封止作用を保証可能なように設計する。そのため封止リング52は金属封止リングとして構成し、本実施例では金めっきした特殊鋼で形成する。
【0028】
一方で封止リング52の封止作用を特別な手段で強化し、他方でフランジ部44に対する内部導体40の確実な、空間的な相対的位置決めを保証する、即ち十分な電気絶縁を保証すべく、内部導体40のフランジ部44を貫通する領域に予圧を与える。その際、予圧付与手段を複数のセラミックリング54を経てフランジ部44に予圧付与側で支持する。そのため内部導体40を原子炉圧力容器2の内側に対応するフランジ部44の第2側に、外側へ突出する鍔部を設け、そこに一方の封止リング52を受ける丸溝を設ける。かくして鍔部56は、2個の封止リング52と、その間のセラミックリング56を経てフランジ部44の内側に支持され、その結果内部導体40の長手方向に作用する力は、該導体40とフランジ部44の間に電気的接触状態を作ることなく封止リング52とセラミックリング54を経てフランジ部44に伝わる。原子炉圧力容器2の外側に対応するフランジ部44の第1側で、内部導体40は適当な場所に、図2に示すねじ57を備え、これに袋ナット58がねじ込まれる。袋ナット58は、内部導体40に対し同心配置された間隔保持スリーブ60と他のセラミックリング54を経て、フランジ部44の外側で支持される。従って、袋ナット58の適当な引き締めで、内部導体40のフランジ部44を貫通する領域の予圧を調節できる。適切な予圧を与えることで封止リング52の接触面の押圧が行われ、この予圧の付与により特に高度な封止作用を、場合により封止リング52の僅かな変形で達成できる。
【0029】
袋ナット58の同じ側の領域で、内部導体40は信号線6の中心導体64内に滑動可能に支持された終端キャップ62を経て移行する。被覆導体42はその領域内で適当な手段、例えば袋ナットにより信号線6の被覆導体に接続できる。
【0030】
特に高度な封止性を得るべく、ブッシング18は、フランジ部44の第1側から第2側、又はそれと逆に電気信号やパルスが通過する際、特に僅かな反射に対しても適合するよう構成される。そのためブッシング18の構成要素、即ち特に内部導体40、被覆導体42、開口46およびセラミックリング54はその断面が、各々それらにより形成される導電系のインピーダンスが内部導体40と被覆導体42の長軸方向に見てほぼ一定に分布する寸法に設計される。これら構成要素の寸法設計に際し、多数の構成要素を持つ同軸導電系のインピーダンスは、ほぼ各構成要素の直径と各中間介在空間に満たされる媒体の誘電率とに依存するという知識を利用する。例えばブッシング48の領域では、内部導体40、フランジ部44の内壁およびそれらの間に介在する環状の空隙で同軸系が構成される。従ってこの領域の導電系のインピーダンスは、ほぼ内部導体40の外径d、開口46の直径Dおよび空隙を満たす媒体、即ち空気の誘電率により与えられる。それに対し、そのすぐ上又は下に存在する空間領域では、内部導体40の外径d、内部導体40を取り囲むセラミックリング54の誘電率εを考慮した外径、被覆導体42の内径D2およびセラミックリング54と被覆導体42の間の空隙領域における空気の誘電率により導電系の局部インピーダンスが定まる。
【0031】
各空間領域で、個々の構成要素の直径は誘電率を考慮して、内部導体40の長手方向に結果的に生ずるインピーダンスが略一定になるよう選択する。その際フランジ部44を貫通する領域に機械的構成要素の装着のための十分な場所を用意すべく、内部導体40と被覆導体42は図2から判るように本来の信号線6の寸法に比較してその断面がフランジ部44の近くで拡大される。断面の拡大、特に円錐形状の断面領域66での拡大により、幾何学的関係の変化にもかかわらずインピーダンスを不変に保つことができる。
【0032】
ブッシング8は、必要に応じブッシング18と同様の形式に構成できる。
【発明の効果】
本発明によれば、内部導体貫通部の封止時に、機械的封止部材を使用することで特にブッシングの高温・高圧の下での安定性を良好に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】原子炉圧力容器内の充填レベルを監視するシステムを概略的に示す図。
【図2】図1のブッシング18の縦断面図。
【符号の説明】
1 システム、2 原子炉圧力容器、4 封じ込め隔壁、6 信号線、8、18ブッシング、10 信号中継部、12、14 境界層、16 アンテナ、20、22、40、42 導体、24 アンテナ終端、30 パルス発生器、32 記憶装置、36 出力装置、44 フランジ部、46 開口、48、50 空間領域、52 封止リング、54 セラミックリング、56 鍔部、57 ねじ、58 袋ナット、60 間隔保持スリーブ、62 終端キャップ、D 蒸気、W,D 溶相体、M 媒体、W 水
Claims (8)
- 被覆導体(42)により取り囲まれる内部導体(40)を備え、前記被覆導体(42)と内部導体(40)がフランジ部(44)を貫通して共通に導かれ、前記フランジ部(44)の第1側に前記内部導体(40)およびこの内部導体(40)を取り囲む前記被覆導体(42)により形成される第1空間領域(48)が、前記フランジ部(44)の第2側に前記内部導体(40)と該導体(40)を取り囲む前記被覆導体(42)により形成される第2空間領域(50)に対し複数の封止リング(52)により封止されるブッシング。
- 前記封止リング(52)が金属封止リングとして構成された請求項1記載のブッシング。
- 前記内部導体(40)がブッシングの領域で前記フランジ部(44)により予圧を付与される請求項1又は2記載のブッシング。
- 前記予圧を付与する手段の力のかかる側が複数のセラミックリング(54)を経て前記フランジ部(44)に支持された請求項3記載のブッシング。
- 前記被覆導体(42)と前記内部導体(40)の各断面が、それらにより形成される導体系のインピーダンスが長手方向に見てほぼ一定になるように構成されている請求項1から4の1つに記載のブッシング。
- 境界層(12、14)の位置特性値をTDR法で検知する測定システムに用いる請求項1から5の1つに記載のブッシングの使用方法。
- 原子核技術設備の原子炉格納容器内の充填レベルを検知するTDR測定システムに用いる請求項1から5の1つに記載のブッシングの使用方法。
- 原子核技術設備の圧力隔壁、特に封じ込め隔壁(4)を貫通して測定パルスを導くために用いる請求項1から5の1つに記載のブッシングの使用方法。
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