JP2016200529A - Liquid level monitoring device, atomic power plant, and liquid level monitoring method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、液位監視装置及び原子力プラント、並びに液位監視方法に関する。 The present disclosure relates to a liquid level monitoring device, a nuclear power plant, and a liquid level monitoring method.
従来、液位の検出に際して、音響センサを用いた方法が知られている。例えば、特許文献1には、音響センサを用いて井戸内の水位を測定する水位測定装置が記載されている。この水位測定装置は、井戸内の空気に振動を与えて発生させた定在波を井戸の上部に取り付けた音響センサにより検出し、音響センサの受波信号を解析することによって井戸の上端と地下水の水面との距離を求めるようになっている。
Conventionally, a method using an acoustic sensor is known for detecting a liquid level. For example,
なお、特許文献2には、液位を検出する装置ではないが、熱を音波に変換する熱音響センサが記載されている。この熱音響センサは、レゾネータ(共鳴装置)として機能するチャンバを画定するハウジングと、チャンバの中に配置されるスタックとを備える。そして、スタックがハウジング内部又は外部の熱源からの熱を受けてスタックの両端部にある程度の温度差が生じると、ハウジングの周囲の温度に応じた周波数の音波が生成されるようになっている。したがって、レゾネータで共鳴する音波の周波数を計測することで、ハウジング周囲の温度を知ることができる。 Patent Document 2 describes a thermoacoustic sensor that converts heat into sound waves, although it is not a device that detects a liquid level. The thermoacoustic sensor includes a housing that defines a chamber that functions as a resonator, and a stack that is disposed in the chamber. When the stack receives heat from a heat source inside or outside the housing and a certain temperature difference occurs between both ends of the stack, a sound wave having a frequency corresponding to the temperature around the housing is generated. Therefore, the temperature around the housing can be known by measuring the frequency of the sound wave that resonates with the resonator.
上述した特許文献1のように、一般的な音響センサを用いた水位測定装置においては、音響センサは音波の検出機能のみを有するため、外部から水面に向けて音波を与える必要がある。このような装置は正確な液位を把握(測定)したい場合には適しているが、長期間にわたって液位の監視を行う場合には、常時音波を与える必要があることから不向きである。
また、特許文献2に記載される熱音響センサは、そもそも、液位を検出するための装置ではない。
As in the above-described
In addition, the thermoacoustic sensor described in Patent Document 2 is not an apparatus for detecting a liquid level in the first place.
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、長期間に亘る液位の監視が可能な液位監視装置及び原子力プラント、並びに液位監視方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, at least one embodiment of the present invention aims to provide a liquid level monitoring apparatus, a nuclear power plant, and a liquid level monitoring method capable of monitoring a liquid level over a long period of time.
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る液位監視装置は、
鉛直方向に沿って設けられた中空容器と、
前記中空容器内に設けられ、上下両端の温度差に起因して音を発生させるように構成されたスタックと、
前記スタックの下方側において、前記中空容器の外表面を覆うように設けられた吸液材と、を備える。
(1) A liquid level monitoring device according to at least one embodiment of the present invention includes:
A hollow container provided along the vertical direction;
A stack provided in the hollow container and configured to generate sound due to a temperature difference between the upper and lower ends; and
A liquid-absorbing material provided on the lower side of the stack so as to cover an outer surface of the hollow container.
上記(1)の液位監視装置によれば、スタックの下方側において、中空容器の外表面を覆うように吸液材が設けられているので、吸液材の下部のみ液体に浸かっている場合、吸液材の下部が液体を吸い上げるため、液体は吸液材の上部にも浸透する。そして、吸液材に浸透した液体は、中空容器のスタック下方側の外表面から気化熱を奪って蒸発する。このため、中空容器のスタック下方側の外表面の温度低下に伴ってスタック下方側の中空容器の内部空間も温度が低下し、スタックの上下両端に温度差が発生する。スタックの上下両端に温度差が発生するとスタックは音を発生させるため、この音を検出することによって、中空容器の下端側のみが液体に接していることを把握できる。
このように、上記構成においては、スタック自体が上下両端の温度差によって音を発生するため、外部から音波を加える必要がなく、長期間に亘って適切に液位を監視することができる。
また、スタックは上下両端の温度差によって音を発生するように構成されており、発信源側(液面側)には電源が不要であるため、電源喪失時においても液面を確実に監視することができる。
さらに、吸液材への液体の浸透の有無によって液位を監視可能であるため、液位監視装置の周囲に障害物が存在する場合や、液面が波立っている場合等のように、他のタイプの液位検出手段(例えば超音波式液位センサ、圧力式液位センサ、気泡式液位センサ、又は浮子式液位センサ等)では監視困難な状況においても適切に液位を監視することができる。
According to the liquid level monitoring device of (1) above, the liquid absorbing material is provided on the lower side of the stack so as to cover the outer surface of the hollow container, and therefore only the lower part of the liquid absorbing material is immersed in the liquid. Since the lower part of the liquid absorbing material sucks up the liquid, the liquid penetrates into the upper part of the liquid absorbing material. Then, the liquid that has permeated the liquid absorbing material takes the heat of vaporization and evaporates from the outer surface of the hollow container on the lower side of the stack. For this reason, as the temperature of the outer surface of the hollow container on the lower side of the stack decreases, the temperature of the internal space of the hollow container on the lower side of the stack also decreases, and a temperature difference occurs between the upper and lower ends of the stack. When a temperature difference occurs between the upper and lower ends of the stack, the stack generates a sound. By detecting this sound, it is possible to grasp that only the lower end side of the hollow container is in contact with the liquid.
In this way, in the above configuration, the stack itself generates sound due to the temperature difference between the upper and lower ends, so there is no need to apply sound waves from the outside, and the liquid level can be monitored appropriately over a long period of time.
In addition, the stack is configured to generate sound due to the temperature difference between the upper and lower ends, and since no power source is required on the transmission source side (liquid level side), the liquid level is reliably monitored even when power is lost. be able to.
In addition, since the liquid level can be monitored by the presence or absence of liquid permeation into the liquid absorbent material, such as when there are obstacles around the liquid level monitoring device or when the liquid level is rippled, Appropriately monitors the liquid level even in situations where it is difficult to monitor with other types of liquid level detection means (for example, ultrasonic liquid level sensor, pressure liquid level sensor, bubble liquid level sensor, float type liquid level sensor, etc.) can do.
(2)一実施形態では、上記(1)の構成において、
前記吸液材は、少なくとも鉛直方向に延在する多孔質部位を含む。
(3)他の実施形態では、上記(1)の構成において、
前記吸液材は、少なくとも鉛直方向に延在する網目状部位を含む。
(2) In one embodiment, in the configuration of (1) above,
The liquid absorbing material includes at least a porous portion extending in the vertical direction.
(3) In another embodiment, in the configuration of (1) above,
The liquid absorbing material includes at least a mesh portion extending in the vertical direction.
上記(2)又は(3)の構成によれば、吸液材の多孔質部位又は網目状部位において、液体に浸漬されていない吸液材の上方部位まで毛細管現象により液体が容易に浸透する。これにより、吸液材全体に液体が浸透し、液体が気化するときの気化熱が大きくなるため、スタックの上下両端の温度差が顕著となる。したがって、吸液材の下部のみ液体に浸かっていることを確実に検出できる。 According to the configuration of the above (2) or (3), the liquid easily penetrates into the upper part of the liquid absorbing material not immersed in the liquid by the capillary phenomenon in the porous part or the network part of the liquid absorbing material. As a result, the liquid penetrates the entire liquid-absorbing material, and the heat of vaporization when the liquid vaporizes increases, so that the temperature difference between the upper and lower ends of the stack becomes significant. Therefore, it can be reliably detected that only the lower part of the liquid absorbing material is immersed in the liquid.
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)のいずれかの構成において、
前記スタックの上方側における前記中空容器の外表面は、前記吸液材に覆われていない。
(4) In some embodiments, in any one of the above configurations (1) to (3),
The outer surface of the hollow container on the upper side of the stack is not covered with the liquid absorbing material.
上記(4)の構成によれば、スタックの上方側における中空容器の外表面は吸液材によって覆われていないので、スタックの上方側における中空容器の内部空間は気化熱による温度低下の影響を殆ど受けない。そのため、スタックの上下両端の温度差が顕著となり、吸液材の下部のみ液体に浸かっていることをより一層確実に検出できる。 According to the configuration of (4) above, since the outer surface of the hollow container on the upper side of the stack is not covered with the liquid absorbing material, the internal space of the hollow container on the upper side of the stack is affected by the temperature decrease due to heat of vaporization. I hardly receive it. Therefore, the temperature difference between the upper and lower ends of the stack becomes remarkable, and it can be detected more reliably that only the lower part of the liquid absorbing material is immersed in the liquid.
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)のいずれかの構成において、前記液位監視装置は、原子力プラントにおける冷却材の液位を監視するように構成される。
通常、原子力プラントにおいては、健全な運転のために各部位において適正な冷却材の液位が定まっている。例えば、冷却材の液位が設定された値よりも低下してしまった場合、原子炉を適切に冷却できない可能性がある。
そこで、上記(1)乃至(4)のいずれかの構成を、原子力プラントにおける冷却材の液位の監視に用いることによって、原子力プラントの液位を長期間に亘って適切に監視することができる。例えば、液位監視装置によって、設定された液位よりも冷却材が低下したことを検出できる。また、電源がなくても液位に応じて音を発生させることができるため、電源喪失時においても確実に液位を監視することができ、原子力プラントの安全性を向上できる。
(5) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (4), the liquid level monitoring device is configured to monitor the liquid level of the coolant in the nuclear power plant.
Normally, in a nuclear power plant, an appropriate coolant level is determined in each part for sound operation. For example, if the coolant level falls below a set value, the reactor may not be properly cooled.
Therefore, the liquid level of the nuclear power plant can be appropriately monitored over a long period of time by using any one of the above configurations (1) to (4) for monitoring the liquid level of the coolant in the nuclear power plant. . For example, the liquid level monitoring device can detect that the coolant has fallen below the set liquid level. In addition, since a sound can be generated according to the liquid level even without a power source, the liquid level can be reliably monitored even when the power source is lost, and the safety of the nuclear power plant can be improved.
(6)一実施形態では、上記(5)の構成において、
前記液位監視装置は、前記原子力プラントの原子炉容器内に設けられている。
(7)また、一実施形態では、上記(6)の構成において、
前記液位監視装置は、前記原子炉容器と炉心槽との間の環状隙間に設けられている。
(8)他の実施形態では、上記(5)の構成において、
前記液位監視装置は、前記原子力プラントの蒸気発生器の下方に設けられた冷却材の水室内に設けられている。
(9)さらに他の実施形態では、上記(5)の構成において、
前記液位監視装置は、前記原子力プラントの原子炉容器に接続され、前記原子炉容器内を冷却するための冷却材が流れる配管内に設けられている。
(6) In one embodiment, in the configuration of (5) above,
The liquid level monitoring device is provided in a nuclear reactor vessel of the nuclear power plant.
(7) Moreover, in one Embodiment, in the structure of said (6),
The liquid level monitoring device is provided in an annular gap between the reactor vessel and the core tank.
(8) In another embodiment, in the configuration of (5) above,
The liquid level monitoring device is provided in a coolant water chamber provided below a steam generator of the nuclear power plant.
(9) In still another embodiment, in the configuration of (5) above,
The liquid level monitoring device is connected to a reactor vessel of the nuclear power plant, and is provided in a pipe through which a coolant for cooling the reactor vessel flows.
(10)本発明の少なくとも一実施形態に係る原子力プラントは、
原子炉容器を含む原子炉と、
前記原子炉容器に収容される上記(1)乃至(9)の何れかに記載の液位監視装置と、を備える。
(10) A nuclear power plant according to at least one embodiment of the present invention,
A reactor including a reactor vessel;
The liquid level monitoring apparatus according to any one of (1) to (9), which is housed in the reactor vessel.
上記(10)の原子力プラントによれば、上述したように、液位監視装置によって原子力プラントにおける各部位の液位を適切に監視可能であるため、原子力プラントの不具合を早期に把握することが可能となる。 According to the nuclear power plant of (10) above, as described above, the liquid level monitoring device can appropriately monitor the liquid level of each part in the nuclear power plant, so it is possible to grasp the malfunction of the nuclear power plant at an early stage. It becomes.
(11)本発明の少なくとも一実施形態に係る液位監視方法は、
鉛直方向に沿って設けられた中空容器の下方側が液体に接したとき、前記中空容器内に設けられたスタックの上下両端の温度差によって該スタックから発生された音を検出する音検出ステップを備え、
前記音検出ステップでは、前記スタックの下方側において前記中空容器の外表面を覆うように設けられた吸液材に浸透した液体の気化熱によって、前記スタックの上下両端の温度差を生じさせる。
(11) A liquid level monitoring method according to at least one embodiment of the present invention includes:
A sound detecting step for detecting a sound generated from the stack due to a temperature difference between upper and lower ends of the stack provided in the hollow container when a lower side of the hollow container provided along the vertical direction comes into contact with the liquid; ,
In the sound detection step, a temperature difference between the upper and lower ends of the stack is generated by the heat of vaporization of the liquid that has permeated the liquid absorbing material provided so as to cover the outer surface of the hollow container on the lower side of the stack.
上記(11)の液位監視方法によれば、吸液材の下部のみ液体に浸かっている場合、吸液材の下部が液体を吸い上げるため、液体は吸液材の上部にも浸透する。吸液材に浸透した液体は、中空容器のスタック下方側の外表面から気化熱を奪って蒸発する。このため、スタックの上下両端に温度差が生じてスタックが音を発生させる。この音を検出することによって、中空容器の下端側のみが液体に接していることを把握できる。
このように、上記方法においては、スタック自体が上下両端の温度差によって音を発生するため、外部から音波を加える必要がなく、長期間に亘って適切に液位を監視することができる。
また、スタックは上下両端の温度差によって音を発生するように構成されており、発信源側(液面側)には電源が不要であるため、電源喪失時においても液面を確実に監視することができる。
さらに、吸液材への液体の浸透の有無によって液位を監視可能であるため、液面近傍に障害物が存在する場合や、液面が波立っている場合等のように、他のタイプの液位検出手段(例えば超音波式液位センサ、圧力式液位センサ、気泡式液位センサ、又は浮子式液位センサ等)では監視困難な状況においても適切に液位を監視することができる。
According to the liquid level monitoring method of (11) above, when only the lower part of the liquid absorbing material is immersed in the liquid, the lower part of the liquid absorbing material sucks up the liquid, so that the liquid penetrates into the upper part of the liquid absorbing material. The liquid that has permeated the liquid absorbing material takes the heat of vaporization and evaporates from the outer surface of the hollow container on the lower side of the stack. For this reason, a temperature difference occurs between the upper and lower ends of the stack, and the stack generates sound. By detecting this sound, it can be grasped that only the lower end side of the hollow container is in contact with the liquid.
In this way, in the above method, the stack itself generates sound due to the temperature difference between the upper and lower ends, so that it is not necessary to apply sound waves from the outside, and the liquid level can be monitored appropriately over a long period of time.
In addition, the stack is configured to generate sound due to the temperature difference between the upper and lower ends, and since no power source is required on the transmission source side (liquid level side), the liquid level is reliably monitored even when power is lost. be able to.
Furthermore, since the liquid level can be monitored by the presence or absence of liquid permeation into the liquid absorbing material, other types such as when there are obstacles near the liquid level or when the liquid level is rippled, etc. The liquid level can be appropriately monitored even in situations where it is difficult to monitor with a liquid level detection means (for example, an ultrasonic liquid level sensor, a pressure liquid level sensor, a bubble liquid level sensor, or a floating liquid level sensor). it can.
本発明の少なくとも一実施形態によれば、スタック下方側の中空容器外表面に設けられた吸液材の下部のみ液体に浸かっている場合、吸液材の下部が液体を吸い上げるため、液体は吸液材の上部にも浸透する。吸液材に浸透した液体は、中空容器のスタック下方側の外表面から気化熱を奪って蒸発し、中空容器のスタックの上下両端に温度差が生じる。このため、スタックの上下両端の温度差に起因してスタックが音を発生させる。この音を検出することによって、中空容器の下端側のみが液体に接していることを把握可能となり、液位を監視することができる。
このように、スタック自体が上下両端の温度差によって音を発生させるため、外部から音波を加える必要がなく、長期間に亘って適切に液位を監視することができる。
また、スタックは上下両端の温度差によって音を発生するように構成されており、発信源側(液面側)には電源が不要であるため、電源喪失時においても液面を確実に監視することができる。
According to at least one embodiment of the present invention, when only the lower part of the liquid absorbing material provided on the outer surface of the hollow container on the lower side of the stack is immersed in the liquid, the lower part of the liquid absorbing material sucks up the liquid. It penetrates into the top of the liquid material. The liquid that has penetrated into the liquid absorbing material takes the heat of vaporization from the outer surface on the lower side of the stack of the hollow containers and evaporates, and a temperature difference is generated between the upper and lower ends of the stack of the hollow containers. For this reason, the stack generates sound due to the temperature difference between the upper and lower ends of the stack. By detecting this sound, it is possible to grasp that only the lower end side of the hollow container is in contact with the liquid, and the liquid level can be monitored.
Thus, since the stack itself generates a sound due to the temperature difference between the upper and lower ends, it is not necessary to apply a sound wave from the outside, and the liquid level can be appropriately monitored over a long period of time.
In addition, the stack is configured to generate sound due to the temperature difference between the upper and lower ends, and since no power source is required on the transmission source side (liquid level side), the liquid level is reliably monitored even when power is lost. be able to.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Absent.
本実施形態に係る液位監視装置及び方法は、液位(液面レベル)を監視するための装置及び方法であって、例えば、液位が設定レベルよりも低下したこと、あるいは液位が設定レベルよりも上昇したことを検出可能な構成となっている。
なお、以下の説明では、本実施形態に係る液位監視装置及び方法が、原子力プラントに適用される場合を例示している。但し、本実施形態に係る液位監視装置及び方法の適用先は原子力プラントに限定されるものではく、他の装置又はプラント等であってもよい。
The liquid level monitoring apparatus and method according to the present embodiment is an apparatus and method for monitoring a liquid level (liquid level), for example, the liquid level has dropped below a set level, or the liquid level is set. It is configured to detect that the level has risen above the level.
In addition, in the following description, the case where the liquid level monitoring apparatus and method which concern on this embodiment are applied to a nuclear power plant is illustrated. However, the application destination of the liquid level monitoring apparatus and method according to the present embodiment is not limited to a nuclear power plant, and may be another apparatus or a plant.
最初に、図1を参照して、本実施形態に係る液位監視装置及び方法の適用先の一つである原子力プラント1について説明する。なお、図1は、一実施形態に係る原子力プラント1の概略構成図である。
Initially, with reference to FIG. 1, the
図1に示すように、原子力プラント1は、核分裂反応で発生する熱エネルギーにより蒸気を生成するための原子炉3を含む原子炉系(一次冷却系)2と、原子炉3で生成された蒸気により駆動される蒸気タービン21,22を含むタービン系(二次冷却系)4と、を備える。また、原子力プラント1が、原子力によって発電を行うように構成された原子力発電プラントである場合、原子力プラント1は、蒸気タービン21,22の回転軸の回転により駆動される発電機6をさらに備える。
なお、図1に示す原子炉3は、加圧水型原子炉(PWR:Pressurized Water Reactor)である。他の実施形態では、原子炉3は沸騰水型原子炉(BWR:Boiling Water Reactor)であってもよく、あるいは、加圧水型原子炉及び沸騰水型原子炉を含む軽水炉とは異なり、減速材又は冷却材として軽水以外の物質を用いるタイプの原子炉であってもよい。
As shown in FIG. 1, a
Note that the nuclear reactor 3 shown in FIG. 1 is a pressurized water reactor (PWR: Pressurized Water Reactor). In other embodiments, the reactor 3 may be a boiling water reactor (BWR), or, unlike light water reactors including pressurized water reactors and boiling water reactors, moderators or It may be a reactor of a type using a substance other than light water as a coolant.
原子炉系2は、一次冷却水(一次冷却材)が流れる一次冷却ループ10と、一次冷却ループ10に設けられる原子炉容器(圧力容器)11、加圧器14、蒸気発生器16及び一次冷却材ポンプ18と、を含む。一次冷却材ポンプ18は、一次冷却ループ10において一次冷却水を循環させるように構成される。また、加圧器14は、一次冷却ループ10において、一次冷却水が沸騰しないように、一次冷却水を加圧するように構成される。なお、原子炉3を構成する原子炉容器11、加圧器14、蒸気発生器16及び一次冷却材ポンプ18は、原子炉格納容器19に格納される。
原子炉容器11にはペレット状の核燃料(例えばウラン燃料やMOX燃料等)を含む燃料棒12が収容されており、この燃料の核分裂反応で発生する熱エネルギーにより、原子炉容器11の中の一次冷却水が加熱される。原子炉容器11には、原子炉出力を制御するために、核燃料を含む炉心で生成される中性子数を吸収して調整するための制御棒13が設けられている。なお、原子炉容器11内で加熱された一次冷却水は蒸気発生器16に送られ、熱交換により二次冷却ループ20を流れる二次冷却水(二次冷却材)を加熱して蒸気を発生させる。
The reactor system 2 includes a
The
蒸気発生器16で生成された蒸気は、タービン系4に送られる。
タービン系4において、蒸気発生器16で生成された蒸気によって高圧タービン21及び低圧タービン22が回転駆動される。また、高圧タービン21及び低圧タービン22は回転軸を介して発電機6と連結されており、発電機6は該回転軸の回転により駆動されて、電気エネルギーを生成する。なお、高圧タービン21と低圧タービン22との間には湿分分離加熱器23が設けられており、高圧タービン21で仕事をした後の蒸気を再度加熱してから低圧タービン22に送るようになっている。
The steam generated by the
In the turbine system 4, the
二次冷却ループ20には、復水器24、低圧給水加熱器26、脱気器27及び高圧給水加熱器29が設けられており、低圧タービン22で仕事をした後の蒸気がこれらの機器を通る過程で凝縮されるとともに加熱され、蒸気発生器16に戻るようになっている。二次冷却ループ20には、復水ポンプ25及び給水ポンプ28が設けられており、これらのポンプにより二次冷却ループ20において二次冷却水が循環するようになっている。また、復水器24には、低圧タービン22からの蒸気を熱交換により冷却するための冷却水(例えば海水)がポンプ15を介して供給されるようになっている。
The
次に、図2及び図3を参照して、原子力プラント1の各部位の構成について具体的に説明する。なお、図2及び図3において、図中の矢印は冷却材の流れを示している。
Next, with reference to FIG.2 and FIG.3, the structure of each site | part of the
図2は、一実施形態に係る原子炉3の断面図である。
一実施形態に係る原子炉3において、原子炉容器11は、原子炉容器本体30と、開閉可能な原子炉容器蓋(上鏡)31とを含む。
原子炉容器本体30は、下部が半球形状をなす下鏡35により閉塞された円筒形状となっている。そして、原子炉容器本体30は、上部に一次冷却水としての軽水(冷却材)を供給する入口ノズル(入口管台)36と、軽水を排出する出口ノズル(出口管台)67とが形成されている。また、原子炉容器本体30は、入口ノズル36及び出口ノズル37とは別に、図示しない注水ノズル(注水管台)が形成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the nuclear reactor 3 according to an embodiment.
In the nuclear reactor 3 according to the embodiment, the
The
原子炉容器本体30の内部には、入口ノズル36及び出口ノズル37より上方に上部炉心支持板38が固定されており、下方の下鏡35の近傍に位置するように下部炉心支持板39が固定されている。下鏡35には、複数の計測管台33が取り付けられている。上部炉心支持板38及び下部炉心支持板39は、円板形状をなしており、図示しない多数の連通孔が形成されている。そして、上部炉心支持板38の下方には、複数の炉心支持ロッド40を介して、図示しない多数の連通孔が形成された上部炉心板41が連結されている。
原子炉容器本体30の内部には、該原子炉容器本体30の内壁面と所定間隔をもって、円筒形状をなす炉心槽42が配置されている。原子炉容器本体30と炉心槽42との間には、冷却材が下方に向けて流れる環状隙間(ダウンカマー)32が形成されている。炉心槽42は、上部が上部炉心板41に連結され、下部に下部炉心板43が連結されている。下部炉心板43は、円板形状をなし、図示しない多数の連通孔が形成されており、下部炉心支持板39に支持されている。
An upper
Inside the reactor vessel
炉心44は、上部炉心板41と炉心槽42と下部炉心板43により形成されている。
炉心44の内部には、多数の燃料集合体50及び多数の制御棒13が配置されている。多数の制御棒13は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ51となり、燃料集合体50内に挿入可能となっている。上部炉心支持板38には、該上部炉心支持板38を貫通するように、多数の制御棒クラスタ案内管45が固定されている。各制御棒クラスタ案内管45は、下端部が燃料集合体50内の制御棒クラスタ51まで延出されている。
なお、燃料集合体50に含まれる複数の燃料棒12における核分裂反応は、複数の制御棒13を備える制御棒クラスタ51により制御されるようになっている。制御棒クラスタ51は制御棒駆動装置46により駆動されて、制御棒クラスタ51の備える複数の制御棒13が制御棒案内シンブルの中を上下に移動するようになっている。
The
A large number of
The fission reaction in the plurality of
原子炉容器11を構成する原子炉容器蓋31は、上部が半球形状をなし、磁気式ジャッキの制御棒駆動装置46が設けられており、原子炉容器蓋31と一体をなすハウジング47内に収容されている。多数の制御棒クラスタ案内管45は、上端部が制御棒駆動装置46まで延出され、該制御棒駆動装置46から延出された制御棒クラスタ駆動軸48が、制御棒クラスタ案内管45内を通って燃料集合体50まで延出され、制御棒クラスタ51を把持可能に構成されている。制御棒駆動装置46は、上下方向に延設されて制御棒クラスタ51に連結され、制御棒クラスタ駆動軸48を上下動させることで、原子炉3の出力を制御している。
The
上記構成を有する原子炉3においては、制御棒駆動装置46により制御棒クラスタ駆動軸48を移動して燃料集合体50から制御棒13を所定量引き抜くことで、炉心44内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギーにより原子炉容器11内に充填された軽水が加熱され、高温の軽水が出口ノズル37から排出され、上述したように、蒸気発生器16に送られる。すなわち、燃料集合体50を構成する原子燃料が核分裂することで中性子を放出し、減速材及び一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギーを低下させて熱中性子とし、新たな核分裂を起こしやすくするとともに、発生した熱を奪って冷却する。一方、制御棒13を燃料集合体50に挿入することで、炉心44内で生成される中性子数を調整し、また、制御棒13を燃料集合体50に全て挿入することで、原子炉を緊急に停止することができる。
In the nuclear reactor 3 having the above-described configuration, the control
図3は、一実施形態に係る蒸気発生器16の断面図である。
一実施形態において、蒸気発生器16は、胴部61の内部に配設された複数の伝熱管62と、複数の伝熱管62が挿通される管支持板63と、胴部61の下方において複数の伝熱管62よりも下側に設けられた水室65と、を備えており、複数の伝熱管62内を流れる流体(一次冷却水)との熱交換によって蒸気を生成するように構成される。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
In one embodiment, the
蒸気発生器16の胴部61は、上下方向に延在し、かつ、密閉された中空円筒形状であって、上半部に対して下半部の方が小径の構造物である。胴部61には、下端部側に水室65が配置され、上端部側に蒸気排出口66が配置されている。
胴部61の下半部内から上半部内にかけて、胴部61の内壁面と所定間隔をもって配置された円筒形状の管群外筒(内壁)68が設けられている。この管群外筒(内壁)68は、その下端部が、胴部61の下半部内の下方に配置された管板69まで延在している。管群外筒(内壁)68内には、複数の伝熱管62が配置されている。すなわち、管群外筒(内壁)68の外周側に設けられた胴部61内に、管群外筒(内壁)68及び複数の伝熱管62が格納されている。
The
A cylindrical tube group outer cylinder (inner wall) 68 is provided from the lower half portion of the
胴部61の下端部に設けられた水室65は、隔壁65aによって内部空間が入室65bと出室65dに区画されている。入室65bには、胴部61の外部に通じる入口(入口ノズル)65cが形成されており、該入室65bに各伝熱管62の一端部が連通している。出室65dには、胴部の外部に通じる出口(出口ノズル)65eが形成されており、該出室65dに各伝熱管62の他端部が連通している。入口65cには、加圧水型原子炉から一次冷却水が送られる冷却水配管が連結されている。出口65eには、熱交換された後の一次冷却水を加圧水型原子炉に送る冷却水配管が連結されている。
The
胴部61の上半部には、給水Wを蒸気Sと熱水とに分離する気水分離器71、及び、分離された蒸気Sの湿分を除去して乾き蒸気に近い状態とする湿分分離器72が設けられている。気水分離器71と複数の伝熱管62との間には、外部から胴部61内に二次冷却水を給水する給水管73が挿入されている。
胴部61の上端部には、蒸気排出口66が形成されている。また、胴部61の下半部内には、給水管73から胴部61内に給水された二次冷却水を、胴部61と管群外筒(内壁)68との間を流下させて管板69で折り返させ、伝熱管62に沿って上昇させる給水路74が設けられている。なお、蒸気排出口66には、タービン21,22(図1参照)に蒸気を送る冷却水配管が連結され、給水管73には、二次冷却水を供給するための冷却水配管が連結される。この二次冷却水は、タービン21,22(図1参照)で使用された蒸気を復水器で冷却して復水させたものである。
In the upper half of the
A
上記した構成を有する蒸気発生器16の作用に関して、原子炉3(図1、図2参照)で加熱された一次冷却水は、蒸気発生器16の入口65cから入室65bに導入された後、入室65bから複数の伝熱管62内に導入され、各伝熱管62内を通って循環して出室65dに至り、出室65dから出口65eを介して蒸気発生器16の外部へ排出される。一方、復水器24(図1参照)で冷却された二次冷却水は、給水管73に送られ、胴部61内の給水路74を通って複数の伝熱管62に沿って上昇する。このとき、胴部61内においては、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われる。そして、冷却された一次冷却水は出室65dから原子炉3(図1、図2参照)に戻される。一方、高圧高温の一次冷却水と熱交換した二次冷却水は、胴部61内を上昇し、気水分離器71で蒸気と熱水とに分離される。そして、分離された蒸気は、湿分分離器72で湿分を除去されてからタービン21,22(図1参照)に送られる。
Regarding the operation of the
ここで、図4及び図5を参照して、上述した原子力プラント1に適用される液位監視装置100について説明する。なお、図4は、一実施形態に係る液位監視装置100(熱音響デバイス80)の斜視図である。図5は、一実施形態に係る液位監視装置100(熱音響デバイス80)の断面図である。
図4及び図5に示すように、幾つかの実施形態において液位監視装置100は、鉛直方向に沿って設けられた中空容器81と、中空容器81内に設けられたスタック85と、中空容器81の外表面を覆うように設けられた吸液材88と、を備える。
一実施形態では、中空容器81、スタック85及び吸液材88によって、熱音響デバイス80が構成される。この場合、液位監視装置100は、液位によって音を発生させる熱音響デバイス(発信源)80と、熱音響デバイス80から発せられる音を検出するための音検出器102(図1参照)と、を備えていてもよい。
Here, with reference to FIG.4 and FIG.5, the liquid
As shown in FIGS. 4 and 5, in some embodiments, the liquid
In one embodiment, the
中空容器81は、内部空間(上部空間91、下部空間92)90を画定する。例えば、中空容器81は、鉛直方向に沿って配置される円筒部82と、円筒部82の上側開口を封止するための蓋部83と、円筒部82の下側開口を封止するための底部84と、を含み、密閉された内部空間90を形成する。図5に示す例では、中空容器81の内壁面と、蓋部83の下面と、底部84の上面とにより、長さがLの内部空間90が画定される。
The
スタック85は、中空容器81内に設けられ、上端面86と下端面87の温度差に起因して音を発生させるように構成されている。すなわち、スタック85は、上端面86と下端面87の温度差が所定値以上になると、スタック85を流れる熱流束の一部が、内部空間90内部の温度に応じた周波数をもつ音波に変換されるようになっている。
The
吸液材88は、スタック85の下方側において、中空容器81の外表面を覆うように設けられている。吸液材88は、液体を吸収する材料で形成されている。すなわち、吸液材88は、液体の浸透性が高く、一部が液体に浸漬することによって吸液材全体に液体が浸透するようになっている。図示される例では、吸液材88は、中空容器81の外表面を囲むように環状に設けられている。このように、中空容器81の外表面を囲むように吸液材88を設けることによって、中空容器81と吸液材88と接触面積が大きくなり、吸液材88を介して中空容器81から奪われる熱を増大することができ、スタック85の上下両端面86,87の温度差を大きくすることができる。但し、吸液材88は、中空容器81の外表面のうち周方向における一部にのみ設けられていてもよい。
The
このように、上記構成によれば、スタック85の下方側において、中空容器81の外表面を覆うように吸液材88が設けられているので、吸液材88の下部のみ液体に浸かっている場合、吸液材88の下部が液体を吸い上げるため、液体は吸液材88の上部にも浸透する。そして、吸液材88に浸透した液体は、中空容器81のスタック下方側の外表面から気化熱を奪って蒸発する。このため、中空容器81のスタック下方側の外表面の温度低下に伴ってスタック下方側の中空容器81の内部空間90も温度が低下し、スタック85の上下両端面86,87に温度差が発生する。スタック85の上下両端面86,87に温度差が発生するとスタック85は音を発生させるため、この音を検出することによって、中空容器81の下端側が液体に接していることを把握できる。
このように、上記構成においては、スタック自体が上下両端面86,87の温度差によって音を発生するため、外部から音波を加える必要がなく、長期間に亘って適切に液位を監視することができる。
Thus, according to the above configuration, since the
Thus, in the above configuration, the stack itself generates sound due to the temperature difference between the upper and lower end faces 86 and 87, so that it is not necessary to apply sound waves from the outside, and the liquid level is monitored appropriately over a long period of time. Can do.
また、スタックは上下両端面86,87の温度差によって音を発生するように構成されており、発信源側(液面側)には電源が不要であるため、電源喪失時においても液面を確実に監視することができる。
さらに、吸液材88への液体の浸透の有無によって液位を監視可能であるため、液位監視装置100(熱音響デバイス80)の周囲に障害物が存在する場合や、液面が波立っている場合等のように、他のタイプの液位検出手段(例えば超音波式液位センサ、圧力式液位センサ、気泡式液位センサ、又は浮子式液位センサ等)では監視困難な状況においても適切に液位を監視することができる。
In addition, the stack is configured to generate sound due to the temperature difference between the upper and lower end faces 86 and 87, and since no power source is required on the transmission source side (liquid level side), the liquid level is maintained even when power is lost. It can be reliably monitored.
Furthermore, since the liquid level can be monitored based on the presence or absence of liquid permeation into the
スタック85の上方側における中空容器81の外表面は、吸液材88に覆われていなくてもよい。この構成によれば、スタック85の上方側における中空容器81の外表面は吸液材によって覆われていないので、スタック85の上方側における中空容器81の内部空間90は気化熱による温度低下の影響を殆ど受けない。そのため、スタック85の上下両端の温度差が顕著となり、液体が中空容器81の下部のみ浸かっていることをより一層確実に検出できる。
The outer surface of the
一構成例では、内部空間90の下端(すなわち底部84の上面)からスタック85の下端面87までの高さ方向の距離をL2としたとき、吸液材88は、内部空間90の下端から高さ方向における距離L1まで延在しており、距離L1は距離L2以下である。
他の構成例では、内部空間90の下端(すなわち底部84の上面)からスタック85の上端面86までの高さ方向の距離をL3としたとき、吸液材88は、内部空間90の下端から高さ方向における距離L2まで延在しており、距離L2は距離L3以下である。
これらの構成によれば、吸液材88の面積を確保することができ、よってスタック85の上下両端面86,87の温度差を顕著にすることができる。
In one example configuration, when the distance in the height direction to the
In another configuration example, when the distance in the height direction to the
According to these configurations, the area of the
一構成例として、吸液材88は、少なくとも鉛直方向に延在する多孔質部位を含む。多孔質部位は、内部に多数の空隙を有している。図5に示す例では、吸液材88の全ての領域が多孔質材料によって形成された場合を示している。
他の構成例として、吸液材88は、少なくとも鉛直方向に延在する網目状部位を含む。
なお、吸液材88としては、例えば、多孔質セラミック、焼結金属、金属製メッシュ、発泡金属等を用いることができる。
As an example of the configuration, the
As another configuration example, the liquid-absorbing
As the
これらの構成によれば、吸液材88の多孔質部位又は網目状部位において、液体に浸漬されていない吸液材88の上方部位まで毛細管現象により液体が容易に浸透する。これにより、吸液材全体に液体が浸透し、液体が気化するときの気化熱が大きくなるため、スタック85の上下両端面86,87の温度差が顕著となる。したがって、液体が中空容器81まで到達していることを確実に検出できる。
According to these configurations, the liquid easily penetrates into the upper portion of the
さらに、上記液位監視装置100を原子力プラント1(図1参照)における冷却材の液位の監視に用いることによって、原子力プラント1の液位を長期間に亘って適切に監視することができる。また、電源がなくても液位に応じて音を発生させることができるため、電源喪失時においても確実に液位を監視することができ、原子力プラント1の安全性を向上できる。
Furthermore, by using the liquid
図1及び図2に示すように、一実施形態では、液位監視装置100(熱音響デバイス80)は、原子力プラント1の原子炉容器11内に設けられている。
この場合、液位監視装置100は、原子炉容器11と炉心槽42との間の環状隙間32に設けられていてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, in one embodiment, the liquid level monitoring device 100 (thermoacoustic device 80) is provided in the
In this case, the liquid
図1及び図3に示すように、他の実施形態では、液位監視装置100(熱音響デバイス80)は、原子力プラント1の蒸気発生器16の下方に設けられた冷却材の水室65内に設けられている。図3に示す例では、液位監視装置100は、水室65のうち入室65b内に設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 3, in another embodiment, the liquid level monitoring device 100 (thermoacoustic device 80) is provided in a
図1に示すように、さらに他の実施形態では、液位監視装置100(熱音響デバイス80)は、原子力プラント1の原子炉容器11に接続され、原子炉容器11内を冷却するための冷却材が流れる配管17内に設けられている。図1に示す例では、液位監視装置100(熱音響デバイス80)は、加圧器14と蒸気発生器16との間に配置され、鉛直方向に延在する配管17内に設けられている。但し、液位監視装置100(熱音響デバイス80)が設置される配管17はこれに限定されるものではない。他の構成例では、液位監視装置100(熱音響デバイス80)は、蒸気発生器16と一次冷却材ポンプ18との間に配置され、略鉛直方向に延在する配管17内に設けられていてもよい。さらに他の構成例では、一次冷却材ポンプ18と原子炉容器11との間に配置され、略鉛直方向に延在する配管17内に設けられていてもよい。
As shown in FIG. 1, in still another embodiment, the liquid level monitoring apparatus 100 (thermoacoustic device 80) is connected to the
次に、幾つかの実施形態に係る液位監視方法について説明する。なお、以下の説明では、適宜、図1乃至図5に示した符号を用いている。 Next, a liquid level monitoring method according to some embodiments will be described. In the following description, the reference numerals shown in FIGS. 1 to 5 are used as appropriate.
幾つかの実施形態に係る液位監視方法は、鉛直方向に沿って設けられた中空容器81の下方側が液体に接したとき、中空容器81内に設けられたスタック85の上下両端面86,87の温度差によって該スタック85から発生された音を検出する音検出ステップを備える。
この音検出ステップでは、スタック85の下方側において中空容器81の外表面を覆うように設けられた吸液材88に浸透した液体の気化熱によって、スタック85の上下両端面86,87の温度差を生じさせる。
In the liquid level monitoring method according to some embodiments, when the lower side of the
In this sound detection step, the temperature difference between the upper and lower end surfaces 86 and 87 of the
この方法によれば、中空容器81の下端側が液体に接したとき、吸液材88に液体が浸透し、吸液材88に浸透した液体は、中空容器81のスタック下方側の外表面から気化熱を奪って蒸発する。このため、スタック85の上下両端面86,87に温度差が生じてスタック85が音を発生させる。この音を検出することによって、中空容器81の下端側が液体に接していることを把握できる。このように、上記方法においては、スタック85自体が上下両端面86,87の温度差によって音を発生するように構成されているため、外部から音波を加える必要がなく、長期間に亘って適切に液位を監視することができる。
According to this method, when the lower end side of the
また、スタック85は上下両端面86,87の温度差によって音を発生するように構成されており、発信源側(液面側)には電源が不要であるため、電源喪失時においても液面を確実に監視することができる。
さらに、吸液材88への液体の浸透の有無によって液位を監視可能であるため、周囲に障害物が存在する場合や液面が波立っている場合等のように、他のタイプの液位検出手段(例えば超音波式液位センサ、圧力式液位センサ、気泡式液位センサ、又は浮子式液位センサ等)では監視困難な状況においても適切に液位を監視することができる。
Further, the
Furthermore, since the liquid level can be monitored by the presence or absence of liquid permeation into the
以上説明したように、上述の実施形態によれば、スタック下方側の中空容器81の外表面に設けられた吸液材88の下部のみ液体に浸かっている場合、吸液材88の下部が液体を吸い上げるため、液体は吸液材88の上部にも浸透する。吸液材88に浸透した液体は、中空容器81のスタック下方側の外表面から気化熱を奪って蒸発し、中空容器81のスタック85の上下両端面86,87に温度差が生じる。このため、スタック85の上下両端面86,87の温度差に起因してスタック85が音を発生させる。この音を検出することによって、中空容器81の下端側が液体に接していることを把握可能となり、液位を監視することができる。
このように、スタック自体が上下両端面86,87の温度差によって音を発生させるように構成されているため、外部から音波を加える必要がなく、長期間に亘って適切に液位を監視することができる。
As described above, according to the above-described embodiment, when only the lower part of the liquid absorbent 88 provided on the outer surface of the
In this way, the stack itself is configured to generate sound due to the temperature difference between the upper and lower end faces 86 and 87, so there is no need to apply sound waves from the outside, and the liquid level is appropriately monitored over a long period of time. be able to.
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.
なお、熱音響デバイス80によって、液位の検出に加えて、熱音響デバイス80の周囲温度を検出するようにしてもよい。
すなわち、上述した原理に基づいてスタック85から発せられる音が、上部空間91又は下部空間92において共鳴して、定在波を作りだす。この定在波の周波数は、共鳴空間としての上部空間91又は下部空間92の長さ(鉛直方向長さ)Lと、熱音響デバイス80の内部温度Tと、に依存する。よって、熱音響デバイス80により発せられた音の周波数を解析することで、熱音響デバイス80の内部温度T、ひいては熱音響デバイス80の周囲温度を求めることができる。
The ambient temperature of the
That is, the sound emitted from the
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
For example, expressions expressing relative or absolute arrangements such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” are strictly In addition to such an arrangement, it is also possible to represent a state of relative displacement with an angle or a distance such that tolerance or the same function can be obtained.
For example, an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
For example, expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained. A shape including a part or the like is also expressed.
On the other hand, the expression “comprising”, “including”, or “having” one constituent element is not an exclusive expression that excludes the presence of the other constituent elements.
1 原子力プラント
2 原子炉系
3 原子炉
4 タービン系
6 発電機
10 一次冷却ループ
11 原子炉容器
14 加圧器
16 蒸気発生器
17 配管
18 一次冷却材ポンプ
19 原子炉格納容器
20 二次冷却ループ
21 高圧タービン
22 低圧タービン
30 原子炉容器本体
32 環状空間
42 炉心槽
50 燃料集合体
61 胴部
62 伝熱管
63 管支持板
65 水室
80 熱音響デバイス
81 中空容器
82 円筒部
83 蓋部
84 底部
85 スタック
86 上端面
87 下端面
88 吸液材
90 内部空間
91 上部空間
92 下部空間
100 液位監視装置
102 音検出器
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記中空容器内に設けられ、上下両端の温度差に起因して音を発生させるように構成されたスタックと、
前記スタックの下方側において、前記中空容器の外表面を覆うように設けられた吸液材と、を備えることを特徴とする液位監視装置。 A hollow container provided along the vertical direction;
A stack provided in the hollow container and configured to generate sound due to a temperature difference between the upper and lower ends; and
A liquid level monitoring apparatus comprising: a liquid absorbing material provided to cover an outer surface of the hollow container on a lower side of the stack.
前記原子炉容器に収容される請求項1乃至9の何れか一項に記載の液位監視装置
を備えることを特徴とする原子力プラント。 A reactor including a reactor vessel;
A nuclear power plant comprising the liquid level monitoring device according to any one of claims 1 to 9 housed in the reactor vessel.
前記音検出ステップでは、前記スタックの下方側において前記中空容器の外表面を覆うように設けられた吸液材に浸透した液体の気化熱によって、前記スタックの上下両端の温度差を生じさせることを特徴とする液位監視方法。
A sound detecting step for detecting a sound generated from the stack due to a temperature difference between upper and lower ends of the stack provided in the hollow container when a lower side of the hollow container provided along the vertical direction comes into contact with the liquid; ,
In the sound detection step, a temperature difference between the upper and lower ends of the stack is generated by the heat of vaporization of the liquid that has permeated the liquid absorbing material provided so as to cover the outer surface of the hollow container on the lower side of the stack. A characteristic liquid level monitoring method.
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