JP2014167449A - 原子炉水位計測装置およびその動作確認方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成でバランス管内の炉水を排出してフロートの動作確認を行う。
【解決手段】 原子炉水位計測装置１は、原子炉圧力容器２１に両端を接続するバランス
管１０と、バランス管１０の所定位置に設置されたチャンバー１１およびフロート１２と
、フロート１２の動作を電気信号へと変換するリミットスイッチ１３と、バランス管１０
上部に接続され、バランス管１０内にガスを供給可能なガス供給ライン２と、バランス管
１０下部に接続され、炉水を排出可能なドレンライン６とを備え、原子炉圧力容器２１と
バランス管１０の炉水の流通を隔離し、ガス供給ライン２によってガスをバランス管１０
内に供給して、ドレンライン６によって炉水を排出してフロート１２を動作させ、リミッ
トスイッチ１３の電気信号を確認する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フロート式レベルスイッチを用いて原子炉の水位を計測する原子炉水位計測
装置およびその動作確認方法に関する。

原子力発電プラントにおいて、原子炉の水位を計測、監視することはプラントの安全上
重要である。沸騰水型原子炉（Ｂｏｉｌｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＢＷＲ）の
原子炉水位計測には、基準水頭と原子炉内炉水の差圧によって水位を計測する差圧トラン
スミッタが一般に使用されているが、より確実な原子炉水位計測のために原子炉水位計装
を多様化することが有効である。

そこで、原子炉水位計測方法として、フロート式レベルスイッチを使用した原子炉水位
計測装置がある。この原子炉水位計測装置は、バランス管に原子炉圧力容器内の炉水を導
入し、炉水の上下に追従するフロートの動作によって水位を計測する。この原子炉水位計
測装置には、バランス管内に設けた１つのフロートの動きを計測するものや、バランス管
に設けた複数のチャンバー内のフロートのそれぞれの動作を計測するものが開発されてい
る（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−２７１０５６号公報

上述した特許文献をはじめとするフロート式レベルスイッチによる原子炉水位計測装置
は、プラント運転中においてもフロートの動作確認を行う必要がある。図４は、従来の原
子炉水位計測装置を示す概略構成図である。従来の原子炉水位計測装置１００の動作確認
には、バランス管１０上側の隔離弁３aを閉じ、その後ガスをバランス管１０内に供給し
て、炉水をバランス管１０下側から原子炉内へ押し戻す。このとき、フロート周辺が液相
から気相に変わったときの信号の変化を監視し、フロートが正常に動作しているか確認す
る。この従来の動作確認方法は、ガスによって炉水を原子炉内へ押し戻すため、炉圧より
も高い圧力にてガスを供給する必要があり、設備コストが増大するおそれがある。

そこで本発明は、簡易な構成でバランス管内の炉水を排出してフロートの動作確認を行
うことができる原子炉水位計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の原子炉水位計測装置は、原子炉圧力容器の鉛直方
向二箇所に両端を接続し、内部に原子炉圧力容器内の炉水を導入するバランス管と、この
バランス管の所定位置に設置されたチャンバー、およびこのチャンバーに格納されるフロ
ートと、このフロートの動作を感知して電気信号へと変換するリミットスイッチと、バラ
ンス管上部に接続され、バランス管内にガスを供給可能なガス供給ラインと、バランス管
下部に接続され、バランス管内の炉水を排出可能なドレンラインとを備え、原子炉圧力容
器とバランス管の炉水の流通を隔離し、ガス供給ラインによってガスをバランス管内に供
給して、ドレンラインによって炉水を排出することによってフロートを動作させ、リミッ
トスイッチの電気信号を確認することによりフロートの動作確認を行うことを特徴とする
。

さらに上記目的を達成するために、本発明の原子炉水位計測装置の動作確認方法は、原
子炉圧力容器の鉛直方向二箇所に両端を接続し、内部に原子炉圧力容器内の炉水を導入す
るバランス管と、バランス管の鉛直方向の所定位置に設置されたチャンバー及びこのチャ
ンバーに格納されるフロートと、フロートの動きを電気信号へと変換するリミットスイッ
チとから構成される原子炉水位計測装置の動作確認方法において、原子炉圧力容器と前記
バランス管の炉水の流通を隔離する工程と、バランス管の下部に接続されたドレンライン
によってバランス管内の炉水を排出することによってフロートを動作させる工程と、リミ
ットスイッチの電気信号によってフロートの動作確認を行う工程とを備えることを特徴と
する。

本発明によれば、簡易な構成でバランス管内の炉水を排出してフロートの動作確認を行
うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る原子炉水位計測装置を示す概略構成図。 本発明の第２の実施形態に係る原子炉水位計測装置を示す概略構成図。 本発明の第３の実施形態に係る原子炉水位計測装置を示す概略構成図。 従来の原子炉水位計測装置を示す概略構成図。

以下、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第１の実施形態に係る原子炉水位計測装置について図１を参照して説明
する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る原子炉水位計測装置の概略構成図である。

原子炉水位計測装置１は、ガス供給ライン２と、電動弁３a、３ｂ、３ｃと、フロート
式レベルスイッチ４と、流量計５と、ドレンライン６と、温度計７と、コントローラ８と
、ヒーター９と、バランス管１０とから構成される。

バランス管１０は、略コの字型の配管であり、原子炉圧力容器２１側面の鉛直方向二箇
所に両端を接続する。上方の接続部近傍に電動弁３ａが設けられ、下方の接続部近傍に電
動弁３ｂが設けられる。バランス管１０の上部にはガス供給ライン２が接続され、電動弁
３ｃとヒーター９ｂが設けられる。ガス供給ライン２が供給するガスは、窒素等の不活性
ガス、またはプラント内の蒸気ラインから導いた蒸気とする。一方、バランス管１０の下
部には、バランス管１０内の炉水を排出可能なドレンライン６が接続され、電動弁３ｄが
設けられる。電動弁３ｄは、開動作によりバランス管１０内の炉水を排出することができ
る。

バランス管１０の所定の複数の水位計測設定点に、フロート式レベルスイッチ４が設置
される。フロート式レベルスイッチ４は、チャンバー１１と、フロート１２と、リミット
スイッチ１３とから構成される。チャンバー１１は、フロート１２を内部に収容し、水位
計測設定点における炉水をバランス管１０から内部に導入する容器である。

フロート１２は、チャンバー１１内に導入された炉水に応じて上下動する。すわなち、
チャンバー１１に炉水が導入されたときは浮上し、炉水が排出されたときは落下する。リ
ミットスイッチ１３は、フロート１２の上下位置を電気信号として出力する。リミットス
イッチ１３からの電気信号をコントローラ８に送信可能に接続される。

ドレン配管６に流量計５を設置する。原子炉圧力容器２１、バランス管１０、チャンバ
ー１１にそれぞれ温度計７を設置し、温度測定結果をコントローラ８に送信可能に接続す
る。さらにバランス管１０、ガス供給ライン２にそれぞれヒーター９ａ、９ｂを設け、コ
ントローラ８から動作制御可能に接続する。

（作用）
以下、本発明の第１の実施形態の作用について説明する。

通常の水位計測時において、バランス管１０は原子炉圧力容器２１内の炉水を内部に導
入し、原子炉圧力容器２１とバランス管１０は同水位となる。原子炉圧力容器２１内の水
位が上下した場合、これに伴いバランス管１０内の水位も上下する。複数のフロート１２
のうちチャンバー１１に水面変化があったものは上下動し、リミットスイッチ１３はフロ
ート１２の上下位置変化を電気信号としてコントローラ８に送信する。鉛直方向の複数の
フロート１２のうち、いずれのフロート１２が浮上し、落下しているかを判定することに
よって、原子炉圧力容器２１の水位を判定することができる。

フロート式レベルスイッチ４の動作を確認する際は、まず電動弁３ａ、３ｂの両方を閉
じて、原子炉圧力容器２１とバランス管１０の炉水の流通を隔離する。次に電動弁３ｄ、
電動弁３ｃを開くことで、ガス供給ライン２からガスがバランス管１０内に注入され、バ
ランス管１０内の炉水はドレンライン６から排出される。このとき各々のチャンバー１１
が液相から気相へ変化してフロート１２が落下し、リミットスイッチ１３の電気信号によ
ってフロート１２の動作確認を行う。

またガスを注入する前に、コントローラ８によってヒーター９ｂで炉水と同等の温度に
注入するガスを加熱することによって、炉水とガスの温度差を低減し、配管やフロート１
２の劣化を防止することができる。

さらに水位計測時において、コントローラ８は、原子炉圧力容器２１とバランス管１０
に設置された温度計７から温度計測結果を受信して、原子炉圧力容器２１内およびバラン
ス管１０内の炉水の平均温度を計算する。一定の温度差が発生した場合、ヒーター９ａを
動作させバランス管１０内の炉水を加熱して温度差を低減することで、水位計測の精度を
向上させることができる。

またコントローラ８は、ドレンライン６に設置した流量計５によって排出された炉水の
積算流量を計測する。そして、排出前のバランス管１０内の炉水量をあらかじめ原子炉水
位等から計算して積算流量との合致を判定することによって、バランス管から完全に炉水
が排出されたことが確認でき、フロート１２の動作確認時の精度を向上させることができ
る。

（効果）
本発明の第１の実施形態によれば、バランス管１０内の炉水をドレンライン６によって
炉水の自重により下方に排出するとともに、ガス供給ライン２によるガスによって排出す
ることによって、低い圧力のガスによって炉水を排出し、フロート１２の動作確認をする
ことができる。

（第２の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第２の実施形態に係る原子炉水位計測装置について図２を参照して説明
する。第１の実施形態に係る原子炉水位計測装置の各部と同一部分には同一符号を付し、
同一の構成についての説明は省略する。

図２は、本発明の第２の実施形態に係る原子炉水位計測装置の概略構成図である。第２
の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ガス供給ライン２及びヒーター９ｂを省いた
点である。さらに、原子炉圧力容器２１の気相部から配管を新たに延伸してバランス管上
部に接続し、この配管に電動弁３ｃを設置する。電動弁３ｃは開動作によって、炉蒸気を
バランス管１０に供給することができる。

（作用）
以下、本発明の第２の実施形態の作用について説明する。第１の実施形態と重複する説
明は省略する。フロート式レベルスイッチ４の動作確認時において、まず電動弁３ａ、３
ｂを閉じて炉水の流通を隔離し、電動弁３ｃを開いて炉蒸気をバランス管１０内に導入す
る。さらに電動弁３ｄを開くことにより、炉水は炉蒸気によってドレンライン６より排出
される。炉水排出時におけるフロート１２の動作をリミットスイッチ１３によってコント
ローラ８に送信し、フロート１２の動作確認を行う。炉水の排出後、バランス管１０内は
炉蒸気で満たされる。

（効果）
本発明の第２の実施形態によれば、炉水を炉蒸気によって排出することによって、炉蒸
気と炉水は同等の温度であるので、炉水と注入されるガスとの温度差による配管やフロー
ト１２の劣化を防止することができる。さらに第１の実施形態に比べ、ガス供給ライン２
に代えて炉蒸気による炉水排出を行っているため、ガス供給のための設備コストを削減す
ることができる。

（第３の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第３の実施形態に係る原子炉水位計測装置について図３を参照して説明
する。第１の実施形態に係る原子炉水位計測装置の各部と同一部分には同一符号を付し、
同一の構成についての説明は省略する。

図３は、本発明の第３の実施形態に係る原子炉水位計測装置の概略構成図である。第３
の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ガス供給ライン２及びヒーター９ｂを省いた
点である。さらに、バランス管１０の上方の一端を原子炉圧力容器２１の気相部に接続し
、当該接続部近傍に電動弁３ｃを設ける。電動弁３ｃは開状態において炉蒸気をバランス
管１０に導入することができる。

（作用）
以下、本発明の第３の実施形態の作用について説明する。第１の実施形態と重複する説
明は省略する。フロート式レベルスイッチ４の動作確認時において、まず下方の電動弁３
ｂのみを閉じて炉水の流通を隔離する。電動弁３ｃは開状態を保ち、炉蒸気をバランス管
１０に導入する。次にドレンライン６における電動弁３ｄを開くことによって炉水が排出
される。炉水排出時におけるフロート１２の動作をリミットスイッチ１３によってコント
ローラ８に送信し、フロート１２の動作確認を行う。炉水の排出後、バランス管１０内は
炉蒸気で満たされる。

（効果）
本発明の第３の実施形態によれば、動作確認に炉蒸気を利用するので、炉水を炉蒸気に
よって排出することによって、炉蒸気と炉水は同等の温度であるため、炉水と注入される
ガスの温度差による配管やフロート１２の劣化を防止することが可能である。さらに第１
の実施形態に比べ、ガス供給ライン２に代えて炉蒸気による炉水排出を行っているため、
ガス供給のための設備コストを削減することができる。

１・・・原子炉水位計測装置
２・・・ガス供給ライン
３・・・電動弁
４・・・フロート式レベルスイッチ
５・・・流量計
６・・・ドレンライン
７・・・温度計
８・・・コントローラ
９・・・ヒーター
１０・・・バランス管
１１・・・チャンバー
１２・・・フロート
１３・・・リミットスイッチ
２１・・・原子炉圧力容器
１００・・・従来の原子炉水位計測装置

Claims (7)

1. 原子炉圧力容器の鉛直方向二箇所に両端を接続し、内部に前記原子炉圧力容器内の炉水
   を導入するバランス管と、
   このバランス管の所定位置に設置されたチャンバー、およびこのチャンバーに格納される
   フロートと、
   このフロートの動作を感知して電気信号へと変換するリミットスイッチと、
   前記バランス管上部に接続され、前記バランス管内にガスを供給可能なガス供給ラインと
   、
   前記バランス管下部に接続され、前記バランス管内の炉水を排出可能なドレンラインとを
   備え、
   前記原子炉圧力容器と前記バランス管の炉水の流通を隔離し、前記ガス供給ラインによっ
   てガスを前記バランス管内に供給して、前記ドレンラインによって炉水を排出することに
   よって前記フロートを動作させ、前記リミットスイッチの電気信号を確認することにより
   前記フロートの動作確認を行うことを特徴とする原子炉水位計測装置。
2. 前記ガス供給ラインに設けられたヒーターと、
   このヒーターを炉水の同等の温度に制御するコントローラをさらに備えることを特徴とす
   る請求項１に記載の原子炉水位計測装置。
3. 前記ガス供給ラインに代えて、前記原子炉圧力容器の気相部から配管を延伸して前記バ
   ランス管上部に接続し、
   前記ドレンラインによる炉水排出時において、前記バランス管に炉蒸気を供給することを
   特徴とする請求項１に記載の原子炉水位計測装置。
4. 前記ガス供給ラインに代えて、前記バランス管の上方の一端を前記原子炉圧力容器の気
   相部に接続し、
   前記ドレンラインによる炉水排出時において、前記バランス管に炉蒸気を供給することを
   特徴とする請求項１に記載の原子炉水位計測装置。
5. 前記ドレンラインにおいて、前記バランス管内の炉水排出時の流量を計測する流量計を
   さらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の原子炉水位計
   測装置。
6. 前記原子炉圧力容器と前記バランス管にそれぞれ設置した温度計と、
   前記バランス管内の炉水を熱するヒーターと、
   前記原子炉圧力容器と前記バランス管の炉水を同等の温度にヒーターを動作させるコント
   ローラとをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の原
   子炉水位計測装置。
7. 原子炉圧力容器の鉛直方向二箇所に両端を接続し、原子炉圧力容器内の炉水を導入する
   バランス管と、バランス管の鉛直方向の所定位置に設置されたフロートの動きを電気信号
   へと変換するリミットスイッチとから構成される原子炉水位計測装置の動作確認方法にお
   いて、
   前記原子炉圧力容器と前記バランス管の炉水の流通を隔離する工程と、
   前記バランス管にガスを供給するとともに、前記バランス管の下部に接続されたドレンラ
   インによって前記バランス管内の炉水を排出することによって前記フロートを動作させる
   工程と、
   前記リミットスイッチの電気信号によって前記フロートの動作確認を行う工程とを備える
   ことを特徴とする原子炉水位計測装置の動作確認方法。

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