JP2016075540A - 水膜検査装置および水膜検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】格納容器外表面の水膜の有無を検知可能な水膜検査装置および水膜検査方法を提供する。
【解決手段】水膜検査装置は、原子炉格納容器１の外周を既定の高さで周方向に取り囲むように配置されたレール部４と、前記レール部４に沿って前記原子炉格納容器１の周方向に移動可能に構成され、前記原子炉格納容器１の外表面の水膜の有無を検知する水膜検知部５と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、水膜検査装置および水膜検査方法に関する。

原子力プラントにおいて配管の破断等により冷却材が原子炉格納容器内へ放出された場合、冷却材が減圧によって高温の蒸気となるため、原子炉格納容器内の圧力が上昇する。従来、圧力上昇を抑制し格納容器の健全性を確保するための手法として、発生した蒸気を格納容器内の圧力抑制プールに誘導し凝縮させる方法や、格納容器上部から格納容器スプレイにより内部に散水し、蒸気を凝縮させる方法が知られている。これらの方法では、圧力抑制プールやスプレイ水へ蓄積された熱はポンプ等の動的機器により、熱交換器を介して最終的に外部へ放出されている。

近年では安全系の信頼性向上をねらいとして、従来のような動的機器ではなく、重力などの自然に存在する受動的な力を駆動力として格納容器の除熱を行う方法が提案されている。

米国特許第５０４９３５３号明細書 米国特許第５３４５４８２号明細書

しかしながら、従来の技術では、十分な冷却性能を得るための前提として、格納容器外表面の大部分を水膜が覆うことを仮定しているが、格納容器外表面を水膜が覆う割合を計測することができなかった。

本発明が解決しようとする課題は、格納容器外表面の水膜の有無を検知可能な水膜検査装置および水膜検査方法を提供することである。

実施形態の水膜検査装置は、原子炉格納容器の外周を既定の高さで周方向に取り囲むように配置されたレール部と、前記レール部に沿って前記原子炉格納容器の周方向に移動可能に構成され、前記原子炉格納容器の外表面の水膜の有無を検知する水膜検知部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、原子炉格納容器の外表面の水膜の有無を検知することができる。

第１の実施形態にかかる原子炉格納容器および原子炉建屋の構成図。 第１の実施形態にかかる原子炉格納容器および原子炉建屋の図１のＡ−Ａ’断面の矢視図。 第１の実施形態にかかるレール部と水膜検知部の側面図。 第２の実施形態にかかる原子炉格納容器および原子炉建屋の図１のＡ−Ａ’断面の矢視図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態にかかる原子炉格納容器１および原子炉建屋２の構成図、図２は図１のＡ−Ａ’断面の矢視図、図３はレール部４と水膜検知部５の側面図である。本実施形態にかかるプラント１００は、原子炉格納容器１、原子炉建屋２、原子炉格納容器１と原子炉建屋２の間に設けられたバッフル板３、バッフル板３に取り付けられた規則的な凹凸を有するレール部４、レール部４に沿って走行（移動）する水膜検知部５、原子炉格納容器１に散水するための配管部７と水源６、空気流入部２１、空気流出部２２を備える。

原子炉格納容器１は円筒状の側壁と略半球状の天井を有し、内部に原子炉と蒸気発生器を格納している。原子炉建屋２は原子炉格納容器１の外側を覆っており、側面の上部に空気流入部２１が設けられている。原子炉建屋２の原子炉格納容器１の上方には空気流出部２２が設けられる。バッフル板３は、円筒状の部材であり、原子炉格納容器１の円筒状の外表面と、原子炉建屋２の内表面の間に設置されており、下部に空気を流通させるための開口部が設けられている。バッフル板３により、バッフル板３の内周面と原子炉格納容器１の外周面の間にエアバッフル３ａが形成され、原子炉建屋２の側面上部の空気流入部２１から流入した空気や原子炉格納容器１の熱によって蒸発した水膜９の蒸気がエアバッフル３ａを通過し、空気流出部２２から流出する。

レール部４は原子炉格納容器１の外周のあらかじめ設定された既定の高さに設けられる。本実施形態においては、各レール部４は異なる高さの２箇所に設けられており、それぞれの高さにおける原子炉格納容器１の断面に同心円状に原子炉格納容器１の外表面を周方向に取り囲むように一周に亘って設けられる。いずれの高さのレール部４にも、周方向にわたって規則的な凹凸が設けられている。

水膜検知部５は原子炉格納容器１の外表面に水膜９が存在するかどうかを検知する水膜検知センサーを備える。本実施形態においては、水膜検知センサーとして例えばレーザー変位計を用いることができる。

水膜検知部５は、図示しないモーターと、レール部４の凹凸と嵌合しこのモーターにより駆動される歯車１３を備える。すなわち、水膜検知部５は、モーター等の動力によって歯車１３を駆動し回転させることでレール部４上をレール部４に沿って走行（移動）可能に構成される。

さらに、水膜検知部５には歯車１３の回転数を計測する図示しない回転数計測センサーが設けられるとともに、原子炉格納容器１の外表面の水膜９の有無の検知結果やこの回転数計測センサーにより計測した回転数の情報などをケーブルや無線を通じて図示しない外部の記録媒体へと接続する情報伝達手段が設けられる。また、本実施形態においては、水膜検知部５のレーザー変位計、モーター、あるいは歯車１３の回転数を計測する図示しないセンサー等へは、レール部４および歯車１３を介して図示しない外部の電力供給部から電力が供給されるように構成されている。

水源６は冷却水を貯蔵するプールであり、原子炉格納容器１の上方に設置される。

配管部７は水源６から重力を介して供給される水が原子炉格納容器１の外表面に散水するために通る通路であり、途中に開閉弁を備える。

このような構成からなる本実施形態にかかる水膜検査装置の作用について以下に説明する。

原子炉格納容器１の外表面に散水しない条件、すなわち配管部７の開閉弁を閉じた状態で、水膜検知部５を用いて水膜検知部５と原子炉格納容器１の外表面の距離を計測する。すなわち、水膜検知部５のレーザー変位計からレーザー光を原子炉格納容器１の外表面に照射し、原子炉格納容器１の外表面で反射した反射レーザー光を水膜検知部５で受信する。水膜検知部５は、受信した反射レーザー光の情報から、水膜検知部５と原子炉格納容器１の外表面の距離を計測する。ここで、水膜検知部５のレーザー変位計を用いた距離の計測方法としては、位相差方式、三角測量方式、タイムオブフライト方式などの公知の方法を適宜用いることができる。

このとき、水膜検知部５のモーターと歯車１３を回転させて水膜検知部５を、レール部４上をレール部４に沿って走行させることで、レール部４の高さにおける原子炉格納容器１の外表面と水膜検知部５との距離を、周方向にわたって１周分計測する。水膜検知部５は、モーターと歯車１３を回転させて水膜検知部５をレール部４上をレール部４に沿って走行させる際に回転数センサーを用いて歯車１３の回転数を計測する。走行前の水膜検知部５の位置と回転数センサーを用いて計測した歯車１３の回転数に基づいて水膜検知部５のレール部４に沿った周方向位置を検出することができる。このようにして、水膜検知部５のレール部４に沿った周方向位置と、水膜検知部５の水膜検知センサーであるレーザー変位計で計測した水膜検知部５と原子炉格納容器１の外表面の間の距離データを対応付けながら記録する。

次に、配管部７の開閉弁を開き、水源６の水を重力により配管部７に供給し、原子炉格納容器１の外表面に散水する。原子炉格納容器１の外表面に散水した状態で、先ほどと同様に水膜検知部５のモーターと歯車１３を回転させて水膜検知部５によって、水膜検知部５と水膜９あるいは原子炉格納容器１の外表面の間の距離を原子炉格納容器１の周方向にわたって１周分計測する。

水膜検知部５から照射されたレーザー光は、水膜９が存在する箇所では水膜９から反射し、水膜９が存在しない箇所では原子炉格納容器１の外表面から反射する。水膜検知部５は、このように水膜９あるいは原子炉格納容器１の外表面で反射したレーザー光を受信し、受信したレーザーの情報から、水膜９が存在する箇所では水膜検知部５と水膜９の間の距離を、水膜９が存在しない箇所では水膜検知部５と原子炉格納容器１の外表面の間の距離を、原子炉格納容器１の周方向にわたって１周分計測する。

このように、水膜検知部５は、周方向の位置を把握しながらレール部４上をレール部４に沿って走行し、配管部７から原子炉格納容器１の外表面に散水する場合の水膜９が存在する箇所では水膜検知部５と水膜９の間の距離を、水膜９が存在しない箇所では水膜検知部５と原子炉格納容器１の外表面の間の距離を計測する。水膜検知部５は、原子炉格納容器１の外表面に散水する場合の水膜検知部５と水膜９あるいは原子炉格納容器１の外表面の間の距離のデータと、散水をしない場合の水膜検知部５と原子炉格納容器１の外表面の間の距離のデータを比較し差分を求めることで、水膜９が存在する箇所を判別し、周方向において原子炉格納容器１の外表面を覆う水膜９の割合を定量的に計測する。

以上説明したように、本実施形態によれば、レール部４に沿って周方向に移動する水膜検知部５と、水膜９あるいは原子炉格納容器１の外表面の間の距離を計測することで、散水した時の原子炉格納容器１の外表面を覆う水膜９の割合を定量的に計測することができる。

また、水膜検知部５を、凹凸を有するレール部４上をレール部４に沿って走行させ、走行に伴う歯車１３の回転数を計測することで、水膜検知部５のレール部４に沿った周方向の位置を把握することが可能であり、高い精度で原子炉格納容器１の外表面を水膜９が覆う割合を計測することができる。

本実施形態において、水膜検知部５の水膜検知センサーとしてレーザー変位形の代わりに超音波距離計や、その他の非接触式の距離計を用いてもよい。レーザー変位計以外の非接触式の距離計を水膜検知部５の水膜検知センサーとして用いる場合でも、レーザー変位計を用いる場合と同様にして水膜９を検知し、原子炉格納容器１の外表面を水膜９が覆う割合を定量的に計測することができる。

また本実施形態において、水膜検知部５の水膜検知センサーとして、原子炉格納容器１の外表面に向けて画像を撮影し、撮影した画像の輝度分布の解析から水膜９の有無を検知してもよい。この場合、水膜検知センサーとして、原子炉格納容器１の外表面に向けて画像を撮影するビデオカメラ、レンズおよび光源を併せて用いることができる。ビデオカメラは水膜検知部５の内部に設けられ、計測した輝度データをケーブルや無線を通じて図示しない外部の記録媒体に伝送、またはビデオカメラ自体に取付けられた記録媒体に記録する。ビデオカメラは、その撮像面を撮影しようとする原子炉格納容器１の外表面の接平面と平行となり、レンズの光軸が原子炉格納容器１の外表面の接平面に垂直となるように設置することが望ましい。

水膜検知センサーとしてレーザー変位計を用いる場合と同様に、ビデオカメラと光源を備える水膜検知部５をレール部４上でその周方向位置を把握させながら走行させ、レール部４の周方向に沿った各位置において光源により原子炉格納容器１の外表面を照らしてその画像を撮影する。撮影した画像において、水膜９の有無により光の反射率が異なり色の濃淡が生じるため、水膜９の有無を色の濃淡、すなわち撮影した画像の輝度に基づいて判別・検知することができる。レール部４の周方向に沿った一周分の画像について水膜９の有無を判別・検知した結果から、散水した時に原子炉格納容器１の外表面を覆う水膜９の割合を定量的に計測できる。

また、この変形例では、レール部４に沿った周方向一周分の画像の輝度が変化しなければ、この高さの原子炉格納容器１の外表面には全く水膜９が存在しないか、あるいは外周面が全周にわたって水膜９に覆われているかのいずれかである。このため、水源６の水が配管部７から原子炉格納容器１の外表面に定常的に散水されている状態においてレール部４に沿った周方向一周分の画像の輝度が変化しなければ、この高さの原子炉格納容器１の外表面は全周にわたって水膜９に覆われていると判断可能であるため、配管部７から散水しない条件での計測を省略してもよい。

本実施形態ではレール部４を取り付ける箇所の一例としてバッフル板３としたが、水膜検知部５を用いてあらかじめ設定された既定の高さにおいて原子炉格納容器１の外表面を走査できる箇所であれば、原子炉建屋２の内面や、原子炉格納容器１と原子炉建屋２の間の構造物に取付けてもよい。

図３は、本実施形態の変形例に係るレール部４と水膜検知部５の側面図である。図１及び図２に示した本実施形態では、水膜検知部５に電力を供給するための経路をレール部４としたが、図３に示した変形例のように、水膜検知部５に電力を供給するための経路として金属線１４を設けるとともに、水膜検知部５に、この金属線１４に接触し電力の供給を受ける金属接触部１５を設けてもよい。なお、図３において、金属線１４は図示しない電力供給源に接続されている。この場合、電力は金属線１４と金属線接触部１５を介して水膜検知部５の図示しないモーターに供給される。

さらに、本実施形態では、水膜検知部５に備えられるモーターが歯車１３を回転させて水膜検知部５がレール部４に沿って走行するように構成したが、レール部４の凹凸に嵌合しモーターで駆動される歯車を備えるとともに水膜検知部５に連結される牽引部を設け、この牽引部で水膜検知部５を牽引することで水膜検知部５がレール部４に沿って走行するように構成しても良い。この場合、牽引部のモーターはレール部４や金属線１４、金属接触部１５などに接続されるか、あるいはレール部４と歯車を介して図示しない外部の電力供給源から電力が供給されるように構成すればよい。

これらの各変形例によっても、同様の作用効果を奏することができる。

（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態にかかるエアバッフル３ａの断面図であり、図１のＡ−Ａ’断面の矢視図である。この第２の実施形態の各部について、図１から図３の第１の実施形態の各部と同一部分は同一符号で示し、その詳細な説明は省略する。本実施形態は、原子炉格納容器１の内外の温度変化による原子炉格納容器１およびレール部４の少なくともいずれかの変形を感知する変形感知部をさらに設けるものである。

すなわち、変形感知部は、水膜検知部５のレール部４に沿った移動（走行）を妨げないようにレール部４上の周方向位置の異なる複数の点に備えた位置決めピン１１と、位置決めピン１１の先端に備えられた感圧センサー２０から構成される。感圧センサー２０は例えば歪みゲージなどからなり、原子炉格納容器１の外表面に接触するように設置されている。

このような構成からなる本実施形態にかかる水膜検査装置の作用について以下に説明する。なお、第１の実施形態と同様な部分については説明を省略し、相違点のみ述べる。

水源６の水を散水する場合と散水しない場合で、水膜検知部５からレーザー光を原子炉格納容器１の外表面に照射し、水膜検知部５と、原子炉格納容器１の外表面または水膜９との間の距離を計測する点は第１の実施形態と同様であるが、本実施形態においては、原子炉格納容器１内外の気温の変化による、原子炉格納容器１やレール部４の膨張や収縮に伴う変形で原子炉格納容器１の外表面とレール部４の間の距離が変化した場合に対応するようにしている。本実施形態においては、原子炉格納容器１やレール部４が変形した場合に感圧センサー２０が原子炉格納容器１の外表面から受ける力と、原子炉格納容器１の外表面とレール部４との間の距離の変化量の関係を予め定めておく。原子炉格納容器１の外表面とレール部４の間の距離が変形により変化した場合、感圧センサー２０が受けた力に基づいて原子炉格納容器１の外表面とレール部４との間の距離の変化量を定量的に算出することで、原子炉格納容器１やレール部４の変形量を計測する。

このようにして計測したレール部４の変形量を用いて、レール部４上を走行（移動）する水膜検知部５から照射されるレーザー光により計測した距離を補正して、水膜検知部５と、原子炉格納容器１の外表面または水膜９との間の正確な距離を計測できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、さらに位置決めピン１１と感圧センサー２０からなる変形感知部を用いることで、気温の変化等によりレール部４が変形し、水膜検知部５と原子炉格納容器１の外表面の間の距離が変化した場合でも、高い水膜検知精度で原子炉格納容器１の外表面を覆う水膜９を検知することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１・・・原子炉格納容器
２・・・原子炉建屋
３・・・バッフル板
３ａ・・・エアバッフル
４・・・レール部
５・・・水膜検知部
６・・・水源
７・・・配管部
９・・・水膜
１１・・・位置決めピン
１３・・・歯車
１４・・・金属線
１５・・・金属線接触部
２０・・・感圧センサー
２１・・・空気流入部
２２・・・空気流出部
１００・・・プラント

Claims (11)

1. 原子炉格納容器の外周を既定の高さで周方向に取り囲むように配置されたレール部と、
   前記レール部に沿って前記原子炉格納容器の周方向に移動可能に構成され、前記原子炉格納容器の外表面の水膜の有無を検知する水膜検知部と、
   を有することを特徴とする水膜検査装置。
2. 前記水膜検知部は、前記水膜検知部と前記水膜および前記原子炉格納容器のいずれかの外表面の間の距離を計測する距離計を備え、
   前記水膜検知部は、前記距離計が計測した距離に基づいて水膜の有無を検知することを特徴とする請求項１記載の水膜検査装置。
3. 前記水膜検知部は、前記原子炉格納容器の外表面に向けて画像を撮影するカメラを備え、前記カメラで撮影した画像の輝度に基づいて水膜の有無を検知することを特徴とする請求項１記載の水膜検査装置。
4. 前記原子炉格納容器および前記レール部の少なくともいずれかの変形を感知する変形感知部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水膜検査装置。
5. 前記変形感知部は、
   先端が前記原子炉格納容器の外表面に接触する感圧センサーと、
   一端が前記レール部に固定され、他端が前記感圧センサーに接続された位置決めピンと、
   を有することを特徴とする請求項４記載の水膜検査装置。
6. 前記水膜検知部は歯車と、前記歯車の回転数を計測する回転数計測センサーを備え、
   前記レール部には、前記歯車と嵌合する規則的な凹凸が設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の水膜検査装置。
7. 前記レール部に沿って金属線を設けるとともに前記水膜検知部に前記金属線に接触する金属線接触部を設けることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の水膜検査装置。
8. 前記レール部を介して前記水膜検知部に電力を供給することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の水膜検査装置。
9. 前記レール部を介して前記水膜検知部で検知されたデータを伝送することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の水膜検査装置。
10. 前記原子炉格納容器の上方に設置される水源と、
    前記水源から前記原子炉格納容器の外表面に散水する配管部と、
    を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の水膜検査装置。
11. 原子炉格納容器の外周を既定の高さで周方向に取り囲むレール部を配置し、
    水膜検知部を前記レール部に沿って走行させ、
    前記水膜検知部を用いて原子炉格納容器の外表面上の水膜の有無を検知することを特徴とする水膜検査方法。

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