JP2013217784A - 原子力プラントの差圧式水位計 - Google Patents

Abstract

【課題】常用電源喪失時、補給水系統損傷時においても自動的に水張りできる基準面器自動水張り装置を提供する。
【解決手段】水源として水張りタンク５を設ける。基準面水位検出装置４が基準水位低下を検出すると給水ポンプ６が起動し、タンク出口弁９が自動的に開く事で、水張りタンク５内の水が基準面器２へ供給される。常用電源喪失時に水張りを行うためにバッテリー１１を備える。給水ポンプ６はバッテリー１１を介さず常用電源１０とケーブルで接続する事で、常用電源喪失時は停止してバッテリー１１の消耗を抑える。常用電源喪失時の駆動力として圧縮ガス７を設置し、圧縮ガス７と水張りタンク５の間にはタンク入口弁８を設ける。タンク入口弁８には通電時閉電源喪失時開となる常開電磁弁を用いることで、常用電源喪失時には給水ポンプ駆動からガス圧駆動に切り替わる。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力プラントに使用される基準面器水張り手段を有する差圧式水位計に関わる。

原子力プラントの原子炉水位計には、基準面器内の基準水位と、計測対象水位との水頭差を計測することによって水位を計測する差圧式水位計が用いられている。基準面器内水位は、炉内の蒸気を凝縮して補給する事により常時一定に保たれている。しかし、基準面器周辺の温度が異常に高くなった場合には基準水位が低下し、正確な計測ができなくなる可能性がある。

従来、補給水系統から基準面器への水張りラインが設置されている。基準面器に水を供給する際は水張用弁を閉じ、ブロー弁を開いてから補給水供給弁を開く。これは定期点検時等において基準面器に水を供給するために設けられている。従って、事故時に基準面器に水を補給するために設置されたものではなく、作業員が計器に接近して作業する必要がある。そのため建屋内環境悪化などにより補給水供給弁に接近不能の場合には水張りが実施できない。

この改善策として、基準水位の変化を検知し、補給水弁を開閉させ、基準面器へ水を自動補給する技術が提案されている。特許文献１には、差圧式水位測定装置において、基準面器内に水位計を設置して基準水位の変化を検知し、水位計信号で弁を開閉して基準面器内に水を自動給水することにより、急激な圧力変化の生じた場合にも必要最低限の水を供給できる差圧式水位測定装置が開示されている。

また、特許文献２には、タンクの気相部と水相部の差圧を水位として計測し、基準水頭を確保するため基準面器を設置する差圧式水位測定装置において、基準面器内の水位の変化を検出するレベルスイッチを設置し、基準水頭が低下した場合、水を補給するための給水配管及びレベルスイッチの信号に応答する補給水弁を設けた差圧式水位測定装置が開示されている。すなわち、基準面器と同じ水位変化をする管にレベルスイッチを設置し基準水頭の変化を検出し、補給水弁をオン／オフ制御により開閉して水を補給し、基準水頭を常に保持することにより、圧力が不安定なタンク類でも正確な水位測定及び水位制御をすることができる。

さらに、他の方法として、基準面器側の計装配管の水位を圧力計により検出し、原子炉水位計を補正する方法がある。例えば特許文献３には、原子炉水位測定装置において、圧力計を設置して配管内の基準水位の変化を検知し、原子炉の水位を正確に測定する水位測定装置が開示されている。

特開平３−１０５２１７号公報 特開平６−９４５０６号公報 特開昭６２−２７８４１２号公報

しかし、特許文献１、２の方式は、補給水系統を水源とする事を前提としており、補給水系統の損傷時や常用電源喪失時には水張りができないなどの問題がある。また、特許文献３の方式は、事故時に原子炉圧力が変化した場合には正確な計測ができないという問題がある。本発明の目的は、水源を他系統に頼ることなく、常用電源喪失時にも独立して自動的に水張りを行える装置を提供するものである。

本発明は、原子炉の水位を計測する差圧式水位計であって、常用電源とバッテリーを有し、差圧式水位計に基準面を与える基準面器の水位を検出する基準面水位検出装置と、基準面器に水を供給する水張りタンクと、水張りタンクに接続され常用電源により駆動される給水ポンプと、給水ポンプと接続されるとともにバッテリーと電気的に接続されたタンク出口弁と、バッテリーと電気的に接続された基準面水位検出装置とを備えた原子カプラントの差圧式水位計において、水張りタンクの気相部と接続されるとともにバッテリーと電気的に接続されたタンク入口弁と、タンク入口弁と接続された加圧手段とを有し、常用電源喪失時にバッテリーによりタンク入口弁を開き、加圧手段の圧力によりタンク入口弁を介して水張りタンクの水を加圧し基準面器に供給することを特徴とする。

また、原子カプラントの差圧式水位計において、加圧手段は圧縮ガスボンベからなることを特徴とする。

また、原子カプラントの差圧式水位計において、水張りタンクに、水張りタンクの気相部と配管で接続された大気開放弁を設け、大気開放弁には通電時開で常用電源喪失時閉となる常閉型電磁弁を用い、常用電源と大気開放弁を電気的に接続したことを特徴とする。

また、原子カプラントの差圧式水位計において、大気開放弁に接続され末端が鉛直方向下方に開放する配管を設けたことを特徴とする。

また、原子カプラントの差圧式水位計において、水張りタンクに水張りタンク水位計を設け、水張りタンクとタンク出口弁の間に流量調整弁を設け、水張りタンク水位計からの信号により流量調整弁に開閉信号を送る演算器を設けることを特徴とする。

また、原子カプラントの差圧式水位計において、基準面器に取り付けられた超音波センサにより基準面水位を検出することを特徴とする。

また、原子カプラントの差圧式水位計において、基準面器に取り付けられた超音波センサは、基準水面の下部から基準水面に向かって超音波パルスを送受信することを特徴とする。

また、原子カプラントの差圧式水位計において、基準面器に取り付けられた超音波センサは、基準水面の上部から基準水面に向かって超音波パルスを送受信することを特徴とする。

また、原子カプラントの差圧式水位計において、基準面器に取り付けられた超音波センサは、基準面器の側方から超音波パルスを送受信することを特徴とする。

本発明は、原子炉の水位を計測する差圧式水位計であって、常用電源とバッテリーを有し、差圧式水位計に基準面を与える基準面器の水位を検出する基準面水位検出装置と、基準面器に水を供給する水張りタンクと、水張りタンクに接続され常用電源により駆動される給水ポンプと、給水ポンプと接続されるとともにバッテリーと電気的に接続されたタンク出口弁と、バッテリーと電気的に接続された基準面水位検出装置とを備えた原子カプラントの差圧式水位計において、水張りタンクの気相部と接続されるとともにバッテリーと電気的に接続されたタンク入口弁と、タンク入口弁と接続された加圧手段とを有し、常用電源喪失時にバッテリーによりタンク入口弁を開き、加圧手段の圧力によりタンク入口弁を介して水張りタンクの水を加圧し基準面器に供給することにより、補給水系統が損傷していたり、常用電源喪失により補給水系統の給水ポンプが駆動できない場合においても確実に水張りが行えるという利点がある。

基準面器水張り装置の実施例１の構成を示すブロック図である。 実施例１の制御方法を示すフローチャートである。 基準面器水張り装置の実施例２の構成を示すブロック図である。 実施例２の制御方法を示すフローチャートである。 基準面器水張り装置の実施例３の構成を示すブロック図である。 実施例３の制御方法を示すフローチャートである。 本発明で用いる超音波センサによる基準面水位検出装置の模式図である。 超音波センサによる基準面水位検出装置の変形例の模式図である。 超音波センサによる基準面水位検出装置の第二の変形例の模式図である。

以下に、本発明を実施例と図面により説明する。

図１に、本発明の実施例１の差圧式水位計システムを示す。常用電源１０が使用できる通常状態では、基準面水位検出装置４は基準面器２の水位低下を検出すると検出信号を送信してタンク出口弁９を自動的に開き、給水ポンプ６を起動させて水張りタンク５から水を供給して基準面器２の水位を一定に保ち、原子炉水位計３により原子炉１の炉内水位を差圧として正確に測定する。

実施例１では、常用電源喪失時の基準面水位検出装置４及びタンク出口弁９用の非常用電源として、常用電源１０のほかにバッテリー（蓄電池）１１を備える。また水張りタンク５から水を供給する給水ポンプ６の代わりに、加圧手段として圧縮ガスタンク７を備える。圧縮ガスタンク７と水張りタンク５の間にはタンク入口弁８が設けられている。

タンク入口弁８は常用電源１０とケーブルで接続されており、タンク入口弁８には通電時に閉で常用電源喪失時に開（常時開）となるような弁を用いる。ここで、通電時閉で常用電源喪失時開となるような弁とは、一般に市販されているいわゆる常開型電磁弁を指す。常開型・常閉型電磁弁の仕組みについては、例えば特開平６−１１７６５２に詳しく開示されている様に周知技術である。

常用電源１０が喪失した際には、常開型電磁弁で構成されたタンク入口弁８が自動的に開く。給水ポンプ６はバッテリー１１を介さず常用電源１０とのみケーブルで接続されており、常用電源１０喪失時は給水ポンプ６が停止して、バッテリー１１の消耗を抑える。

次いで、タンク出口弁９がバッテリー１１により開放状態に保たれる。このとき、水張りタンク５には圧縮ガスタンク７からガスが供給され、水張りタンク５内の水は加圧されて給水ポンプ６を通過し、開放されたタンク出口弁９を通過して、基準面器２に供給される。給水ポンプ６は軸流ポンプ等を用いており、非作動状態でも水を流すことができる。使用される圧縮ガスは安全を考慮して不燃性の窒素ガス等を用いる。

図２に、本実施例の制御方法フローチャートを示す。

実施例１における差圧水位計の作動ステップにおいて、Ｓ１０１で常用電源１０の状態を確認する。常用電源１０が生きている場合は、Ｓ１０２でタンク入口弁８を閉ざす。

次に、Ｓ１０３で基準面水位検出装置４が水位低下を検出したかを判断する。水位低下を検出した場合は、Ｓ１０４で給水ポンプ６を作動させ、Ｓ１０５でタンク出口弁９を開き、水張りタンク５から給水を行う。

Ｓ１０３で水位低下を検出しない場合は、Ｓ１０６で給水ポンプ６を停止し、Ｓ１０７で、タンク出口弁９を閉じて制御を終了する。

Ｓ１０１に戻って、常用電源１０が喪失している場合は、Ｓ１０８でタンク入口弁８が開かれ、Ｓ１０９で基準面水位検出装置４が水位低下を検出したかを判断する。水位低下を検出した場合は、Ｓ１１０でバッテリー１１によりタンク出口弁９を開き、圧縮ガスタンク７のガスにより水張りタンク５から給水を行う。

Ｓ１０９で水位低下を検出しない場合は、Ｓ１１１で、タンク出口弁９を閉ざし、動作を完了する。

上記の制御動作ステップを、原子力プラントの作動中の任意のタイミングで実行する。これにより、実施例１は上記のように常用電源喪失時にも自動的に基準面器に確実な水張りを行うという目的を実現することができる。

図３に本発明の実施例２を示す。実施例２は、実施例１の構成に加えて水張りタンク５にタンク内部が真空になるのを防ぐ大気開放口を供えた例を示す。

図３において、水張りタンク５に大気開放口１３を設け、大気開放口１３と水張りタンク５の気相部の間に大気開放弁１２を設ける。大気開放弁１２は常用電源１０とケーブルで接続されており、大気開放弁１２には通電時開で常用電源喪失時に閉となる弁を用いる。

ここで、通電時開で常用電源喪失時閉となる弁は常閉型電磁弁を指す。常用電源１０が生きていて給水ポンプ６が動いている間は大気開放弁１２が開いており、水張りタンク５内が真空になるのを防ぐ。常用電源１０が喪失し、給水ポンプ６が停止してタンク入口弁８が開いた際には大気開放弁１２が自動的に閉じ、ガスが水張りタンク５外に流出するのを防ぐ。大気開放口１３は鉛直方向下向きに開放され、ゴミの蓄積などによる大気開放弁１２の詰まりを防止する。

図４に本実施例の制御ステップのフローチャートを示す。図４は、Ｓ２０２でタンク入り口弁８を閉じたのちにＳ２０３の大気開放弁１２を開くステップを設け、Ｓ２０９でタンク入り口弁８を開いたのちにＳ２１０の大気開放弁１２を開くステップを設けた点を除いて、実施例１の図２と同様の構造を持つ。

図５に、本発明の実施例３を示す。実施例３は実施例１、２の構成に加えて、水の供給流量の調整機構を備えた例を示す。

図５において、水張りタンク５内の水位を水張りタンク水位計１４で検出し、演算器１５に信号を出力する。演算器１５は水張りタンク５内の水位低下が一定範囲に収まるように流量調整弁１６の開度を調節する。水張りタンク水位計１４、演算器１５、流量調整弁１６はバッテリーと接続されており、常用電源喪失時にも作動が保証される。

図６に本実施例の制御方法フローチャートを示す。Ｓ３０１で水張りタンク水位計１４の指示値（タンク内水位）の低下速度が、設定された上限値以下に収まっているかを判断する。低下速度が設定された上限値以下に収まっていない場合は、Ｓ３０３で流量調整弁１６の開度を下げて、水の供給流量を絞って最適に調整する。低下速度が設定された上限値以下に収まっている場合は、ステップ３０２に移行する。

さらにＳ３０２で、水張りタンク水位計１４の指示値（タンク内水位）の低下速度が設定された下限値以上に収まっているかを判断する。低下速度が設定された下限値以上に収まっていない場合は、Ｓ３０４で流量調整弁１６の開度を上げ、水の供給流量を増加し最適に調整する。低下速度が設定された下限値以上に収まっている場合は、制御を終了する。上記制御を、原子力プラントの運転時の適当なタイミングで実行する。

基準面水位検出装置４には、従来の公知例のようにフロート式・電極式などのレベルスイッチが適用可能である。また、基準面器の計装配管に取付けられた圧力計や、計装配管表面に取り付けられた温度計の信号を演算子に出力し、水位を検出する事も可能である。

また、公知例にない新規の基準面水位の検出方法として、超音波センサを用いた基準面水位検出も可能である。

図７に超音波センサによる基準面水位検出の例を示す。基準面器２の下部に設置した超音波センサ１７より、基準水面１８に向かつて超音波パルスを送受信し、基準水面１８からの反射エコーの往復時間をもとに基準面水位を検出する。基準面器２の上部に設置し、基準水面１８からの反射エコーにより基準水位を検出する事も可能である。また、基準面器２の横に設置し、反対側の基準面器内壁からの反射エコーの往復時間から、基準水面１８が超音波センサ１７取付位置より上部にあるか下部にあるか判別することも可能である。

図８は超音波センサによる基準面水位検出の応用例を示す。超音波センサ１７を基準面器２の上部に設置し、基準水面１８からの反射エコーにより基準水位を検出する。

図９は超音波センサによる基準面水位検出の第二の応用例を示す。超音波センサ１７を基準面器２の横に設置し、反対側の基準面器内壁からの反射エコーの往復時間から、基準水面１８が超音波センサ１７取付位置より上部にあるか下部にあるか判別することも可能である。

１ 原子炉圧力容器
２ 基準面器
３ 原子炉水位計
４ 基準面水位検出装置
５ 水張りタンク
６ 給水ポンプ
７ 圧縮ガス
８ タンク入口弁
９ タンク出口弁
１０ 常用電源
１１ バッテリー
１２ 大気開放弁
１３ 大気開放口
１４ 水張りタンク水位計
１５ 演算器
１６ 流量調整弁
１７ 超音波センサ
１８ 基準水面

Claims (9)

1. 原子炉の水位を計測する差圧式水位計であって、常用電源とバッテリーを有し、前記差圧式水位計に基準面を与える基準面器の水位を検出する基準面水位検出装置と、前記基準面器に水を供給する水張りタンクと、前記水張りタンクに接続され前記常用電源により駆動される給水ポンプと、前記給水ポンプと接続されるとともに前記バッテリーと電気的に接続されたタンク出口弁と、前記バッテリーと電気的に接続された前記基準面水位検出装置とを備えた原子カプラントの差圧式水位計において、
   前記水張りタンクの気相部と接続されるとともに前記バッテリーと電気的に接続されたタンク入口弁と、該タンク入口弁と接続された加圧手段とを有し、前記常用電源喪失時に前記バッテリーにより前記タンク入口弁を開き、前記加圧手段の圧力により前記タンク入口弁を介して前記水張りタンクの水を加圧し前記基準面器に供給することを特徴とする原子カプラントの差圧式水位計。
2. 請求項１に記載の原子カプラントの差圧式水位計において、前記加圧手段は圧縮ガスボンベからなることを特徴とする原子カプラントの差圧式水位計。
3. 請求項１または２に記載の原子カプラントの差圧式水位計において、前記水張りタンクに、水張りタンクの気相部と配管で接続された大気開放弁を設け、該大気開放弁には通電時開で常用電源喪失時閉となる常閉型電磁弁を用い、前記常用電源と前記大気開放弁を電気的に接続したことを特徴とする原子カプラントの差圧式水位計。
4. 請求項３に記載の原子カプラントの差圧式水位計において、前記大気開放弁に接続され末端が鉛直方向下方に開放する配管を設けたことを特徴とする原子カプラントの差圧式水位計。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の原子カプラントの差圧式水位計において、前記水張りタンクに水張りタンク水位計を設け、前記水張りタンクと前記タンク出口弁の間に流量調整弁を設け、前記水張りタンク水位計からの信号により前記流量調整弁に開閉信号を送る演算器を設けることを特徴とする原子カプラントの差圧式水位計。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の原子カプラントの差圧式水位計において、前記基準面器に取り付けられた超音波センサにより基準面水位を検出することを特徴とする原子カプラントの差圧式水位計。
7. 請求項６に記載の原子カプラントの差圧式水位計において、前記基準面器に取り付けられた超音波センサは、前記基準水面の下部から基準水面に向かって超音波パルスを送受信することを特徴とする原子カプラントの差圧式水位計。
8. 請求項６に記載の原子カプラントの差圧式水位計において、前記基準面器に取り付けられた超音波センサは、前記基準水面の上部から基準水面に向かって超音波パルスを送受信することを特徴とする原子カプラントの差圧式水位計。
9. 請求項６に記載の原子カプラントの差圧式水位計において、前記基準面器に取り付けられた超音波センサは、前記基準面器の側方から超音波パルスを送受信することを特徴とする原子カプラントの差圧式水位計。

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