JP2019078727A - 原子炉水位計 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉内に水位センサを設置可能であり、一部の水位センサが異常を起こした場合にも水位の計測を継続でき、消費電力の抑制と計測時間の短縮を達成できる原子炉水位計を提供する。【解決手段】原子炉水位を計測する複数の水位センサ６０ａ〜６０ｃを備え、水位センサ６０ａ〜６０ｃのそれぞれは、少なくとも１つのヒータ回路６４と温度計回路６１を備え、ヒータ回路６４のそれぞれは、少なくとも１つのヒータ６２を備え、温度計回路６１のそれぞれは、１つの温度計６７を備える。それぞれの水位センサ６０ａ〜６０ｃにおいて、温度計６７の少なくとも１つは、他の水位センサ６０ａ〜６０ｃの温度計６７の１つと高さ位置が略同一である。水位センサ６０ａ〜６０ｃで、それぞれのヒータ回路６４の中で最高位置にあるヒータ６２ａ１、６２ｂ１、６２ｂ４、６２ｃ１は、他のヒータ回路６４の中で最高位置にあるヒータの少なくとも１つと高さ位置が異なる。【選択図】図２

Description

本発明は、原子炉容器内の水位を計測する原子炉水位計に関する。

沸騰水型原子炉では、通常運転時には原子炉内の炉心上部に冷却水と蒸気の境界である水位が形成される。加圧水型原子炉でも、通常運転状態では圧力容器の内部で沸騰が生じて水面が形成されることはないが、事故時には原子炉内の水位の監視が重要になる。沸騰水型原子炉及び加圧水型原子炉は、ともに、燃料の冷却を確保するために燃料が水中に没していることが必要であり、事故時に炉心が冷却水から露出して除熱が不十分とならないように、原子炉容器内の水位（原子炉水位）が監視され、原子炉水位（以下、単に「水位」とも称する。）に応じた安全機能が作動する仕組みになっている。

従来、沸騰水型原子炉の水位は、差圧式水位計が用いられ、基準水柱からの圧力と炉内水位に応じた圧力とが計装配管で差圧伝送器に導かれて得られた差圧信号として計測される。原子炉水位計（以下、単に「水位計」とも称する。）は、計測に使用される計装配管及び差圧伝送器を備え、計測範囲や目的に応じて複数の種類が備えられている。例えば、冷却水と蒸気の分離性能を高く保つために狭い範囲を精密に監視する通常運転用の水位計の他に、過渡時や事故時に安全機能を作動させるために広範囲をカバーする水位計が設置されている。

このような従来の水位計に対して、応答性改善やダイバーシティ確保の観点から、温度検出素子とヒータとを組合せた水位センサを原子炉内に設置し、原子炉水位を原子炉内で直接計測する方法が検討されている。この水位センサでは、ヒータへの通電により上昇した温度を温度検出素子が検出し、水中と気中での温度変化の違いを利用して水位を計測する。水位を計測するには、温度検出素子とヒータを複数の高さ位置（水位検出位置）に設置する必要がある。

特許文献１には、沸騰水型原子炉の炉内計装管内の複数の高さ位置に設置された熱電対とヒータ線とからなる水位及び温度検出センサと、熱電対の温度を測定する温度計測装置と、ヒータ線への電流を制御するヒータ制御装置と、ヒータ線への通電前の熱電対温度と通電時の熱電対温度上昇量とを蒸気雰囲気、水雰囲気、センサ故障に関連付ける閾値テーブルを備えた原子炉水位及び温度計測装置が開示されている。

特許文献２には、発熱体と、発熱体の周囲を囲って設置される断熱体と、発熱体の断熱体に囲まれた断熱部分と断熱体に囲まれていない非断熱部分との温度差を計測する温度差計測装置（通常、「ガンマサーモメータ」と呼ばれる）を炉心下端部から原子炉圧力容器の底部に亘って配置した炉心下部水位計測装置と、同様の温度差計測装置を炉心の鉛直方向範囲内に配置した炉心内水位計測装置と、温度差に基づいて原子炉の水位を評価する水位評価装置とからなる原子炉水位計測システムが開示されている。

特開２０１３−１４０１００号公報 特開２０１３−１０８９０５号公報

原子炉内に設置することを前提とした水位センサは、水位を直接検出できる利点がある一方で、万一の事故の場合には炉心の異常加熱や落下物との衝突などによる破損や故障のリスクがある。このため、特許文献１に示されたような、熱電対とヒータからなる水位センサを複数配置して、一部の水位センサが破損や故障などの異常（不具合）を起こしても他の水位センサで水位の計測を継続する構成が考えられる。

しかし、ヒータを複数の水位検出位置に設置すると、ヒータへの通電時にリード線で消費する電力が大きく、万一の事故時にバッテリー等で電力を供給する場合の容量が増大する。また、ヒータのそれぞれに通電する必要があるため、全てのヒータに通電するのに時間がかかり、計測に要する時間も多くなる。全てのヒータに通電する時間を短縮して計測時間を短縮するためには、多くの電源供給設備が必要である。

ヒータへの通電時の消費電力を抑制するために、複数の水位センサのヒータに対して共通のリード線で通電する構成とすると、リード線が破損した場合には複数の水位センサが動作しなくなり、所望の複数の位置での水位の計測が継続できなくなる。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、原子炉内に水位センサを設置可能であり、一部の水位センサが異常を起こした場合にも水位の計測を継続することができ、かつ消費電力の抑制と計測時間の短縮を達成できる原子炉水位計を提供することである。

本発明による原子炉水位計は、原子炉水位を計測する複数の水位センサを備え、複数の前記水位センサのそれぞれは、少なくとも１つのヒータ回路と、少なくとも１つの温度計回路を備え、前記ヒータ回路のそれぞれは、少なくとも１つのヒータを備え、前記温度計回路のそれぞれは、１つの温度計を備え、それぞれの前記水位センサにおいて、前記温度計のうちの少なくとも１つは、他の前記水位センサの前記温度計の１つと高さ方向の位置が略同一であり、複数の前記水位センサにおいて、それぞれの前記ヒータ回路の中で最高の位置にある前記ヒータは、他の前記ヒータ回路の中で最高の位置にある前記ヒータのうちの少なくとも１つと高さ方向の位置が異なる。

本発明によると、原子炉内に水位センサを設置可能であり、一部の水位センサが異常を起こした場合にも水位の計測を継続することができ、かつ消費電力の抑制と計測時間の短縮を達成できる原子炉水位計を提供することができる。

本発明の実施例１による原子炉水位計の全体構成図。 本発明の実施例１による原子炉水位計の構成の一例を示す図。 本発明の実施例１による原子炉水位計の構成の別の例を示す図。 本発明の実施例１による原子炉水位計の構成のさらに別の例を示す図。 温度計回路の不具合検知装置の構成例を示す図。 計測制御装置が備える選択装置が格納した選択テーブルの一例を示す図。 本発明の実施例２による原子炉水位計の水位センサの構成を示す図。 本発明の実施例３による原子炉水位計の全体構成図。 本発明による原子炉水位計が備える水位センサの構成の一例を示す図。 ヒータに通電したときに熱電対が検出する温度の変化の一例を、水位センサが水中にある場合と水外にある場合について示す図。

本発明による原子炉水位計は、水位センサ（以下、単に「センサ」とも称する。）を原子炉内に複数備え、原子炉水位を計測する。本発明による原子炉水位計は、例えば事故時などの過酷な環境下において、一部のセンサが破損や故障などの異常（不具合）を起こした場合にも水位を継続して計測できる。さらに、水位の計測に使用するヒータの数を少なくすることができるので、水位の計測で消費される電力を抑制できるとともに、ヒータに通電する時間を短縮して電源設備を増加することなく計測時間を短縮できる。

初めに、本発明による原子炉水位計が備える水位センサについて、簡単に説明する。この水位センサは、温度計とヒータを備え、ヒータで周囲を加熱したときの温度変化（温度上昇）を温度計で測定し、水中と気中での温度変化の違いを利用して水位を計測する。温度計には、熱電対、差動式熱電対、ガンマサーモメータ、測温抵抗体、及びサーミスタなどの既存の温度計のうち、１つ又は複数を用いることができる。

図９は、本発明による原子炉水位計が備える水位センサの構成の一例を示す図である。水位センサ６は、ヒータ回路６４と、温度計回路６１と、絶縁体６８と、金属シース６９を備える。ヒータ回路６４は、ヒータ６２と、ヒータ６２に通電するリード線であるヒータリード６３を備える閉回路である。温度計回路６１は、温度計（例えば、熱電対６７）を備える閉回路である。熱電対６７は、クロメル線６５と、アルメル線６６を備える。絶縁体６８は、ヒータ回路６４と温度計回路６１を絶縁する。金属シース６９は、ヒータ回路６４と温度計回路６１と絶縁体６８を収納する。ヒータ６２に通電すると、ヒータ６２が発熱して熱電対６７で検出する温度が上昇する。

図１０は、ヒータ６２に通電したときに熱電対６７が検出する温度の変化の一例を、水位センサ６が水中にある場合と水外（気中）にある場合について示す図である。図１０では、水位センサ６が水中にある場合に熱電対６７が検出する温度の変化を「水中」で示す曲線で表し、水位センサ６が水外にある場合に熱電対６７が検出する温度の変化を「水外」で示す曲線で表している。

水位センサ６が水中にある場合、すなわち金属シース６９の外側が水である場合には、水の熱伝達率が比較的大きいので、ヒータ６２で発生した熱が金属シース６９から水に伝わる。このため、熱電対６７が検出する温度は、上昇が抑制され、変化が小さい。一方、水位センサ６が水外（気中）にある場合、すなわち金属シース６９の外側が水ではない（気中である）場合には、気中での熱伝達率が小さいので、ヒータ６２で発生した熱が金属シース６９の外に伝わりにくい。このため、熱電対６７が検出する温度は、大きく上昇し、変化が大きい。

水位センサ６は、ヒータ６２による加熱に対する水中と水外での温度のこのような応答の違いを利用して、水位を計測する。例えば、熱電対６７が検出する温度の変化量にしきい値を設定して、温度の変化量がしきい値以上の場合は水位センサ６が水外（気中）にあると判断し、しきい値未満の場合は水位センサ６が水中にあると判断する。原子炉水位計は、このような水位センサ６が高さ方向に複数並べて配置され、水位センサ６の位置が気中か水中かを判別することで、離散的に水位を計測することができる。

以下、本発明の実施例による原子炉水位計を、図面を用いて説明する。

図１は、水位センサが原子炉内に設置された、本発明の実施例１による原子炉水位計の全体構成図である。本実施例による原子炉水位計は、原子炉内に設置された水位センサ６、及び水位センサ６に接続された水位計測装置１５を備える。水位計測装置１５は、温度計測装置１６、ヒータ制御装置１８、計測制御装置２０、温度計回路６１の不具合検知装置２１、及びヒータ回路６４の不具合検知装置２２を備える。計測制御装置２０は、選択装置１９を備える。選択装置１９は、後述する選択テーブルを格納している。

原子炉圧力容器１の内部には、周囲をシュラウド２で囲まれた炉心３が設置されている。炉心３内では、図示しない多数の燃料集合体が、炉心支持板４と上部格子板５に支持されている。炉心３内には、複数の炉内計装管７が設置されている。図１では、１つの炉内計装管７のみを示している。

水位センサ６は、複数の炉内計装管７内に設置されている。１つの炉内計装管７内には、複数の水位センサ６ａ〜６ｆが設置されている。水位センサ６は、図１には示していないが、ヒータ回路６４と温度計回路６１を備える。複数の炉内計装管７の間では、設置されている水位センサ６の数、ヒータ回路６４が備えるヒータ６２の数や高さ方向の位置、及び温度計回路６１が備える温度計（例えば、熱電対６７）の高さ方向の位置は、互いに同じでも異なっていてもよい。水位センサ６の詳細な構成については、後述する。

水位センサ６には、信号ケーブル２３及びヒータケーブル２４が接続されている。信号ケーブル２３は、温度計回路６１に接続される。ヒータケーブル２４は、ヒータ回路６４に接続される。

信号ケーブル２３及びヒータケーブル２４は、炉内計装管７の下端から原子炉圧力容器１の外へ導かれ、水位計測装置１５に接続されている。信号ケーブル２３は、水位センサ６の温度計回路６１と不具合検知装置２１を接続し、不具合検知装置２１と温度計測装置１６を接続する。すなわち、水位センサ６の温度計回路６１は、信号ケーブル２３によって、温度計回路６１の不具合検知装置２１を介して温度計測装置１６に接続される。ヒータケーブル２４は、水位センサ６のヒータ回路６４と不具合検知装置２２を接続し、不具合検知装置２２とヒータ制御装置１８を接続する。すなわち、水位センサ６のヒータ回路６４は、ヒータケーブル２４によって、ヒータ回路６４の不具合検知装置２２を介してヒータ制御装置１８に接続される。

温度計測装置１６、ヒータ制御装置１８、不具合検知装置２１、２２は、計測制御装置２０に接続されている。

温度計測装置１６は、信号ケーブル２３によって水位センサ６の温度計（熱電対６７）の測定値を入力し、温度計が検出した温度を計測制御装置２０に出力する。

ヒータ制御装置１８は、計測制御装置２０からの指示を入力し、この指示に従って水位センサ６のヒータ６２への通電を制御する。ヒータ制御装置１８は、ヒータケーブル２４によってヒータ６２に通電する。

計測制御装置２０は、水位センサ６のヒータ６２に通電し、水位センサ６の温度計（熱電対６７）が検出した温度変化から原子炉水位を求める。また、計測制御装置２０は、温度計測装置１６と、ヒータ制御装置１８と、不具合検知装置２１、２２を制御する。計測制御装置２０は、不具合検知装置２１、２２が水位センサ６の不具合（例えば、温度計回路６１とヒータ回路６４の断線、短絡、及び地絡などの異常）を検知したら、検知した不具合に基づいて、通電するヒータ回路６４を変更したり温度を取得する温度計回路６１を変更したりして、水位の計測に使用するヒータ回路６４と温度計回路６１、または水位の計測に使用する水位センサ６を変更する。

炉内計装管７は、下部が原子炉圧力容器１の下部に取り付けられた炉内計装ハウジング８及び炉内計装案内管９に挿入されており、上部が上部格子板５に固定されている。炉内計装ハウジング８及び炉内計装管７には、通水口１０、１１、１２が設けられている。通水口１０、１１は、水位センサ６の下部に設置され、通水口１２は、炉内計装管７の上端付近に設置されている。通水口１０、１１、１２は、炉心３の内部と炉内計装管７の内部とを連通し、原子炉水位が上部格子板５よりも下方に低下した場合に、炉内計装管７内の水位と原子炉水位とが一致するように、冷却水１３が流れる。炉内計装管７の内部には、止水栓１４が設けられている。止水栓１４は、通水口１１よりも下方に取り付けられており、炉内計装管７の下端から冷却水１３が漏えいするのを防止する。

炉内計装管７の内部には、中性子検出器３４が備えられている。中性子検出器３４は、原子炉圧力容器１に設置された中性子束測定装置３５に接続されている。さらに、原子炉圧力容器１には、蒸気から水分を除去するための湿分分離器３６と蒸気乾燥器３７が設置されている。

本実施例による原子炉水位計が備える水位センサ６について、詳しく説明する。本実施例による原子炉水位計は、複数の水位センサ６を備える。水位センサ６のそれぞれは、少なくとも１つのヒータ回路６４と、少なくとも１つの温度計回路６１を備える。ヒータ回路６４のそれぞれは、高さ方向の位置が互いに異なる少なくとも１つのヒータ６２を備える。温度計回路６１のそれぞれは、１つの温度計（例えば、熱電対６７）を備える。それぞれの水位センサ６において、温度計は、ヒータ６２に通電したときの温度の変化を感度よく検出できるように、ヒータ６２の近くに設置するのが好ましい。

それぞれの水位センサ６において、温度計（熱電対６７）のうち少なくとも１つは、他の水位センサ６の温度計の１つと高さ方向の位置が略同一である。複数の水位センサ６において、それぞれのヒータ回路６４の中で最高の位置にあるヒータ６２は、他のヒータ回路６４の中で最高の位置にあるヒータ６２のうちの少なくとも１つと高さ方向の位置が異なる。なお、２つの温度計について高さ方向の位置が略同一とは、計測した水位が同じであるとみなせるような位置に２つの温度計が設置されているということである。

原子炉水位計は、水位の低下による炉心３の異常加熱や落下物との衝突などにより、上方に位置する水位センサ６から破損や故障などの不具合が生じると考えられる。本実施例による原子炉水位計は、複数の水位センサ６を備えるので、１つの水位センサ６に不具合が生じても、他の水位センサ６を用いて水位を計測できる。原子炉水位計は、高さ方向の位置が略同一である温度計（熱電対６７）を複数備えるので、１つの温度計に不具合が生じても、高さ方向の位置が略同一の他の温度計を用いて水位を計測できる。各ヒータ回路６４の中で最高の位置にあるヒータ６２は、他のヒータ回路６４の中で最高の位置にあるヒータ６２のうちの少なくとも１つと高さ方向の位置が異なるので、上方に位置するヒータ６２から不具合が生じても、不具合が生じていないヒータ６２を用いて水位を計測できるとともに、水位の計測に使用する温度計の数の増加を抑制できる。

不具合が生じた場合に備えて設置する水位センサ６の数を増やしても、高さ方向の位置が略同一である複数の温度計を備えているので、水位の計測に使用するヒータ６２の数を少なくすることができ、ヒータ６２への通電時の消費電力を抑制できる。

上記の特徴を備える原子炉水位計の構成例を、図２〜４を用いて説明する。

図２は、本実施例による原子炉水位計の構成の一例を示す図である。図２には、原子炉水位計に設けられた３つの水位センサ６０ａ〜６０ｃを示している。水位センサ６０ａ〜６０ｃは、図９を用いて説明したように、金属シース６９に収納されたヒータ回路６４と温度計回路６１を備える。ヒータ回路６４は、ヒータ６２とヒータリード６３を備える。温度計回路６１は、温度計である熱電対６７を備える。なお、水位センサ６０ａ〜６０ｃは、１つの炉内計装管７の中に設けられていてもよく、複数の炉内計装管７の中に分けて設けられていてもよい。

水位センサ６０ａは、１つのヒータ回路６４と、２つの温度計回路６１を備える。ヒータ回路６４は、１本のヒータリード６３に２つのヒータ６２（６２ａ１、６２ａ２）が接続された構成を備える。ヒータ６２ａ１とヒータ６２ａ２は、高さ方向の位置が互いに異なる。温度計回路６１の一方は、熱電対６７（６７ａ１）を備え、他方は、熱電対６７（６７ａ２）を備える。

水位センサ６０ｂは、２つのヒータ回路６４と、３つの温度計回路６１を備える。ヒータ回路６４の一方は、１本のヒータリード６３に３つのヒータ６２（６２ｂ１、６２ｂ２、６２ｂ３）が接続された構成を備え、他方は、１本のヒータリード６３に２つのヒータ６２（６２ｂ４、６２ｂ５）が接続された構成を備える。ヒータ６２ｂ１とヒータ６２ｂ２とヒータ６２ｂ３は、高さ方向の位置が互いに異なる。ヒータ６２ｂ４とヒータ６２ｂ５は、高さ方向の位置が互いに異なる。温度計回路６１の１つは、熱電対６７（６７ｂ１）を備え、他の１つは、熱電対６７（６７ｂ２）を備え、残りの１つは、熱電対６７（６７ｂ３）を備える。

水位センサ６０ｃは、１つのヒータ回路６４と、１つの温度計回路６１を備える。ヒータ回路６４は、１本のヒータリード６３に１つのヒータ６２（６２ｃ１）が接続された構成を備える。温度計回路６１は、熱電対６７（６７ｃ１）を備える。

水位センサ６０ａ〜６０ｃのそれぞれにおいて、熱電対６７のうち少なくとも１つは、他の水位センサ６０ａ〜６０ｃの熱電対６７の１つと高さ方向の位置が略同一である。図２に示した例では、水位センサ６０ａの熱電対６７ａ２は、水位センサ６０ｂの熱電対６７ｂ１と高さ方向の位置が略同一である。また、水位センサ６０ｂの熱電対６７ｂ３は、水位センサ６０ｃの熱電対６７ｃ１と高さ方向の位置が略同一である。

水位センサ６０ａ〜６０ｃの各ヒータ回路６４において、最高の位置にあるヒータ６２は、他のヒータ回路６４内の最高の位置にあるヒータ６２のうちの少なくとも１つと、高さ方向の位置が異なる。図２に示した例では、水位センサ６０ａのヒータ回路６４では、ヒータ６２ａ１が最高の位置にあるヒータ６２であり、水位センサ６０ｂの２つのヒータ回路６４では、ヒータ６２ｂ１とヒータ６２ｂ４がそれぞれ最高の位置にあるヒータ６２であり、水位センサ６０ｃのヒータ回路６４では、ヒータ６２ｃ１が最高の位置にあるヒータ６２である。ヒータ回路６４内の最高の位置にあるヒータ６２であるヒータ６２ａ１、ヒータ６２ｂ１、ヒータ６２ｂ４、及びヒータ６２ｃ１は、高さ方向の位置が互いに異なる。

水位センサ６０ａ〜６０ｃに不具合が起きていないときは、ヒータ６２ａ１、６２ａ２、６２ｂ４、６２ｂ５と熱電対６７ａ１、６７ａ２、６７ｂ２、６７ｂ３を用いて水位を計測する。例えば、水位センサ６０ａに不具合が起きた場合は、ヒータ６２ｂ１、６２ｂ２、６２ｂ３と熱電対６７ｂ１、６７ｂ２、６７ｂ３を用いて水位を計測する。水位センサ６０ａと、水位計センサ６０ｂのうち上部のヒータ６２ｂ１を含むヒータ回路６４または熱電対６７ｂ１に不具合が生じた場合には、ヒータ６２ｂ４、６２ｂ５、６２ｃ１と熱電対６７ｂ２、６７ｂ３、６７ｃ１を用いて水位を計測する。水位センサ６０ａと６０ｂの全てに不具合が起きた場合は、ヒータ６２ｃ１と熱電対６７ｃ１を用いて水位を計測する。このように、ヒータ回路６４や温度計回路６１（または水位センサ）に不具合が起きた場合には、水位の計測に使用するヒータ回路６４と温度計回路６１（または水位センサ）を変更することで、継続して水位を計測する。

図３は、本実施例による原子炉水位計の構成の別の例を示す図である。図３には、原子炉水位計に設けられた４つの水位センサ６０ｄ〜６０ｇを示している。水位センサ６０ｄ〜６０ｇのそれぞれは、ヒータ回路６４を１つだけ備える。なお、水位センサ６０ｄ〜６０ｇは、１つの炉内計装管７の中に設けられていてもよく、複数の炉内計装管７の中に分けて設けられていてもよい。１つの水位センサが１つのヒータ回路６４を備えるので、ヒータ回路６４のヒータリード６３の直径を大きくして抵抗を小さくでき、ヒータ６２への通電時の消費電力を抑制することができる。

水位センサ６０ｄは、１つのヒータ回路６４と、２つの温度計回路６１を備える。ヒータ回路６４は、１本のヒータリード６３に、２つのヒータ６２（６２ｄ１、６２ｄ２）が接続された構成を備える。ヒータ６２ｄ１とヒータ６２ｄ２は、高さ方向の位置が互いに異なる。温度計回路６１の一方は、熱電対６７（６７ｄ１）を備え、他方は、熱電対６７（６７ｄ２）を備える。

水位センサ６０ｅは、１つのヒータ回路６４と、２つの温度計回路６１を備える。ヒータ回路６４は、１本のヒータリード６３に、２つのヒータ６２（６２ｅ１、６２ｅ２）が接続された構成を備える。ヒータ６２ｅ１とヒータ６２ｅ２は、高さ方向の位置が互いに異なる。温度計回路６１の一方は、熱電対６７（６７ｅ１）を備え、他方は、熱電対６７（６７ｅ２）を備える。

水位センサ６０ｆは、１つのヒータ回路６４と、２つの温度計回路６１を備える。ヒータ回路６４は、１本のヒータリード６３に、２つのヒータ６２（６２ｆ１、６２ｆ２）が接続された構成を備える。ヒータ６２ｆ１とヒータ６２ｆ２は、高さ方向の位置が互いに異なる。温度計回路６１の一方は、熱電対６７（６７ｆ１）を備え、他方は、熱電対６７（６７ｆ２）を備える。

水位センサ６０ｇは、１つのヒータ回路６４と、１つの温度計回路６１を備える。ヒータ回路６４は、１本のヒータリード６３に、１つのヒータ６２（６２ｇ１）が接続された構成を備える。温度計回路６１は、熱電対６７（６７ｇ１）を備える。

水位センサ６０ｄ〜６０ｇのそれぞれにおいて、熱電対６７のうち少なくとも１つは、他の水位センサ６０ｄ〜６０ｇの熱電対６７の１つと高さ方向の位置が略同一である。図３に示した例では、水位センサ６０ｄの熱電対６７ｄ２は、水位センサ６０ｅの熱電対６７ｅ１と高さ方向の位置が略同一である。水位センサ６０ｅの熱電対６７ｅ２は、水位センサ６０ｆの熱電対６７ｆ１と高さ方向の位置が略同一である。水位センサ６０ｆの熱電対６７ｆ２は、水位センサ６０ｇの熱電対６７ｇ１と高さ方向の位置が略同一である。

水位センサ６０ｄ〜６０ｇの各ヒータ回路６４において、最高の位置にあるヒータ６２は、他のヒータ回路６４内の最高の位置にあるヒータ６２のうちの少なくとも１つと、高さ方向の位置が異なる。図３に示した例では、水位センサ６０ｄのヒータ回路６４では、ヒータ６２ｄ１が最高の位置にあるヒータ６２である。水位センサ６０ｅのヒータ回路６４では、ヒータ６２ｅ１が最高の位置にあるヒータ６２である。水位センサ６０ｆのヒータ回路６４では、ヒータ６２ｆ１が最高の位置にあるヒータ６２である。水位センサ６０ｇのヒータ回路６４では、ヒータ６２ｇ１が最高の位置にあるヒータ６２である。ヒータ回路６４内の最高の位置にあるヒータ６２であるヒータ６２ｄ１、ヒータ６２ｅ１、ヒータ６２ｆ１、及びヒータ６２ｇ１は、高さ方向の位置が互いに異なる。

水位センサ６０ｄ〜６０ｇに不具合が起きていないときは、ヒータ６２ｄ１、６２ｄ２、６２ｆ１、６２ｆ２と熱電対６７ｄ１、６７ｄ２、６７ｆ１、６７ｆ２を用いて水位を計測する。例えば、水位センサ６０ｄに不具合が起きた場合は、ヒータ６２ｅ１、６２ｅ２、６２ｇ１と熱電対６７ｅ１、６７ｅ２、６７ｇ１を用いて水位を計測する。水位センサ６０ｄ、６０ｅに不具合が起きた場合は、ヒータ６２ｆ１、６２ｆ２と熱電対６７ｆ１、６７ｆ２を用いて水位を計測する。このように、ヒータ回路６４や温度計回路６１（または水位センサ）に不具合が起きた場合には、水位の計測に使用するヒータ回路６４と温度計回路６１（または水位センサ）を変更することで、継続して水位を計測する。

図４は、本実施例による原子炉水位計の構成のさらに別の例を示す図である。図４には、原子炉水位計に設けられた２つの水位センサ６０ｈ〜６０ｉを示している。水位センサ６０ｈ〜６０ｉのそれぞれは、複数のヒータ回路６４を備える。なお、水位センサ６０ｈ〜６０ｉは、１つの炉内計装管７の中に設けられていてもよく、複数の炉内計装管７の中に分けて設けられていてもよい。１つの水位センサが複数のヒータ回路６４を備えるので、原子炉水位計の全体で温度計回路６１の数が増加するのを抑制できるとともに、１つのヒータ回路６４に不具合が起きた場合でも、他のヒータ回路６４を用いることで水位を継続して計測することができる。図３に示した例では、７つの温度計回路６１を用いて４点の水位を計測するが、図４に示した例では、５つの温度計回路６１を用いるだけで４点の水位を計測できる。

水位センサ６０ｈは、２つのヒータ回路６４と、２つの温度計回路６１を備える。ヒータ回路６４の一方は、１本のヒータリード６３に、２つのヒータ６２（６２ｈ１、６２ｈ２）が接続された構成を備え、他方は、１本のヒータリード６３に、１つのヒータ６２（６２ｈ３）が接続された構成を備える。ヒータ６２ｈ１とヒータ６２ｈ２は、高さ方向の位置が互いに異なる。温度計回路６１の１つは、熱電対６７（６７ｈ１）を備え、他の１つは、熱電対６７（６７ｈ２）を備える。

水位センサ６０ｉは、２つのヒータ回路６４と、３つの温度計回路６１を備える。ヒータ回路６４の一方は、１本のヒータリード６３に、３つのヒータ６２（６２ｉ１、６２ｉ２、６２ｉ３）が接続された構成を備え、他方は、１本のヒータリード６３に、１つのヒータ６２（６２ｉ４）が接続された構成を備える。ヒータ６２ｉ１とヒータ６２ｉ２とヒータ６２ｉ３は、高さ方向の位置が互いに異なる。温度計回路６１の１つは、熱電対６７（６７ｉ１）を備え、他の１つは、熱電対６７（６７ｉ２）を備え、残りの１つは、熱電対６７（６７ｉ３）を備える。

水位センサ６０ｈ〜６０ｉのそれぞれにおいて、熱電対６７のうち少なくとも１つは、他の水位センサ６０ｈ〜６０ｉの熱電対６７の１つと高さ方向の位置が略同一である。図４に示した例では、水位センサ６０ｈの熱電対６７ｈ２は、水位センサ６０ｉの熱電対６７ｉ１と高さ方向の位置が略同一である。

水位センサ６０ｈ〜６０ｉの各ヒータ回路６４において、最高の位置にあるヒータ６２は、他のヒータ回路６４内の最高の位置にあるヒータ６２のうちの少なくとも１つと、高さ方向の位置が異なる。図４に示した例では、水位センサ６０ｈの２つのヒータ回路６４では、ヒータ６２ｈ１とヒータ６２ｈ３がそれぞれ最高の位置にあるヒータ６２であり、水位センサ６０ｉの２つのヒータ回路６４では、ヒータ６２ｉ１とヒータ６２ｉ４がそれぞれ最高の位置にあるヒータ６２である。ヒータ６２ｈ１は、ヒータ６２ｈ３、ヒータ６２ｉ１、及びヒータ６２ｉ４と高さ方向の位置が互いに異なり、ヒータ６２ｈ３は、ヒータ６２ｈ１、及びヒータ６２ｉ４と高さ方向の位置が互いに異なり、ヒータ６２ｉ１は、ヒータ６２ｈ１、及びヒータ６２ｉ４と高さ方向の位置が互いに異なり、ヒータ６２ｉ４は、ヒータ６２ｈ１、ヒータ６２ｈ３、及びヒータ６２ｉ１と高さ方向の位置が互いに異なる。

水位センサ６０ｈ〜６０ｉに不具合が起きていないときは、ヒータ６２ｈ１、６２ｈ２、６２ｉ２、６２ｉ３と熱電対６７ｈ１、６７ｈ２、６７ｉ２、６７ｉ３を用いて水位を計測する（ヒータ６２ｉ１は通電される）。例えば、水位センサ６０ｈに不具合が起きた場合は、ヒータ６２ｉ１、６２ｉ２、６２ｉ３と熱電対６７ｉ１、６７ｉ２、６７ｉ３を用いて水位を計測する。水位センサ６０ｈと、水位計センサ６０ｉのうち上部のヒータ６２ｉ１を含むヒータ回路６４または熱電対６７ｉ１に不具合が生じた場合には、ヒータ６２ｉ４と熱電対６７ｉ３を用いて水位を計測する。このように、ヒータ回路６４や温度計回路６１（または水位センサ）に不具合が起きた場合には、水位の計測に使用するヒータ回路６４と温度計回路６１（または水位センサ）を変更することで、継続して水位を計測する。

図５は、温度計回路６１の不具合検知装置２１の構成例を示す図である。不具合検知装置２１は、スイッチ４１と、不具合検知回路を備える。不具合検知回路は、電源４２、電流計４３、４４、及び抵抗４５、４６を備える。

スイッチ４１は、計測制御装置２０からの指令により、水位センサ６に接続された信号ケーブル２３が、温度計測装置１６に接続された信号ケーブル２３に接続するのと、不具合検知回路に接続するのを切り替える。

計測制御装置２０は、水位センサ６が水位を計測する（すなわち、温度を測定する）とき以外のときに、スイッチ４１を切り替えて水位センサ６に接続された信号ケーブル２３を不具合検知回路に接続し、温度計回路６１の不具合を検知する。

不具合検知装置２１は、水位センサ６の温度計回路６１の不具合（異常）を検知するための装置である。不具合検知装置２１は、水位センサ６に接続された信号ケーブル２３が不具合検知回路に接続し、電源４２がこの信号ケーブル２３に電圧を印加したときに、電流計４３、４４に流れる電流を測り、電流計４３、４４の計測値を計測制御装置２０に送出する。計測制御装置２０は、電流計４３に流れる電流から、温度計回路６１に接続された不具合検知回路の抵抗を求め、この抵抗が実用上無限大であれば温度計回路６１が断線しており、この抵抗が実用上ゼロであれば温度計回路６１が短絡していると判定する。また、計測制御装置２０は、電流計４４に一定以上の電流が流れれば、温度計回路６１が地絡していると判定する。不具合検知装置２１は、このようにして温度計回路６１の異常（断線、短絡、または地絡）を検知することができる。

ヒータ回路６４の不具合検知装置２２は、温度計回路６１の不具合検知装置２１と同様の構成を備え、水位センサ６のヒータ回路６４の不具合（断線、短絡、または地絡という異常）を検知するための装置である。計測制御装置２０は、不具合検知装置２２の電流計の計測値から、ヒータ回路６４が断線、短絡、または地絡していると判定することができる。

図６は、計測制御装置２０が備える選択装置１９（図１参照）が格納した選択テーブルの一例を示す図である。選択テーブルは、不具合を起こした水位センサ６を示す異常センサ欄と、異常センサ欄の水位センサ６が不具合を起こしたときに水位の計測に使用する水位センサ６を示す選択センサ欄を有する。図６には、一例として、図１に示した原子炉水位計の水位センサについての選択テーブルを示している。

図６に示した選択テーブルでは、例えば、不具合を起こした水位センサ（異常センサ）が水位センサ６ａのみのときは、水位の計測に使用する水位センサ（選択センサ）が水位センサ６ｂ、６ｄ、６ｆであり、異常センサが水位センサ６ａ〜６ｃのときは、選択センサが水位センサ６ｄ、６ｆであることを示している。なお、異常センサがないときは、水位センサ６ａ、６ｃ、６ｅを水位の計測に使用する。

計測制御装置２０は、水位センサ６の不具合（例えば、温度計回路６１やヒータ回路６４の断線、短絡、または地絡）を検知したら、選択テーブルに従って水位の計測に使用する水位センサ６を変更し、異常センサに応じた選択センサを用いて水位の計測を継続する。

図６に示した選択テーブルには、一例として、水位の低下とともに炉心３が上部から異常加熱していき、上方にある水位センサ６から不具合を生じていく場合について、異常センサと選択センサの組み合わせを示している。本実施例による原子炉水位計では、最大３本の水位センサ６を使用することで、所望の水位が全て計測できる。このため、水位の計測に使用する水位センサ６の数を少なくすることができ、水位の計測で消費される電力を抑制できる。なお、選択テーブルの選択センサは、所望の水位が全て計測できるように異常センサに応じて決めればよく、水位センサ６の温度計の高さ位置に応じて（すなわち、高さ位置が同じ温度計が存在しないように）決めるのが望ましい。

なお、図６に示した選択テーブルは、不具合を起こした水位センサ６と、水位の計測に使用する水位センサ６との対応を示しているが、不具合を起こした温度計回路６１とヒータ回路６４と、水位の計測に使用する温度計回路６１とヒータ回路６４との対応を示すこともできる。

計測制御装置２０は、温度計回路６１とヒータ回路６４の不具合（断線、短絡、または地絡）を検知したら、選択テーブルに従って水位の計測に使用する温度計回路６１とヒータ回路６４を変更し、変更後の温度計回路６１とヒータ回路６４を用いて水位の計測を継続する。

図７は、本発明の実施例２による原子炉水位計の水位センサ７０ａ〜７０ｂの構成を示す図である。水位センサ７０ａは、２つのヒータ回路７４と、３つの温度計回路７１と、３つの断熱体７５（７５ａ、７５ｂ、７５ｃ）と、金属シース６９を備える。水位センサ７０ｂは、１つのヒータ回路７４と、１つの温度計回路７１と、１つの断熱体７５（７５ｄ）と、金属シース６９を備える。本実施例による原子炉水位計では、水位センサ７０の温度計回路７１がガンマサーモメータで構成されている。

水位センサ７０ａのヒータ回路７４の一方は、１本のヒータリード７３に、３つのヒータ７２（７２ａ１、７２ａ２、７２ａ３）が接続された構成を備え、他方は、１本のヒータリード７３に、２つのヒータ７２（７２ａ４、７２ａ５）が接続された構成を備える。水位センサ７０ｂのヒータ回路７４は、１本のヒータリード７３に、１つのヒータ７２（７２ｂ１）が接続された構成を備える。

断熱体７５ａは、ヒータ７２ａ１の周囲を囲う。断熱体７５ｂは、ヒータ７２ａ２、７２ａ４の周囲を囲う。断熱体７５ｃは、ヒータ７２ａ３、７２ａ５の周囲を囲う。断熱体７５ｄは、ヒータ７２ｂ１の周囲を囲う。

温度計回路７１は、ガンマサーモメータであり、断熱部分と非断熱部分とに接点を有する差動式熱電対７７を温度計として備える。水位センサ７０ａの温度計回路７１の１つは、差動式熱電対７７（７７ａ１）を備え、他の１つは、差動式熱電対７７（７７ａ２）を備え、残りの１つは、差動式熱電対７７（７７ａ３）を備える。水位センサ７０ｂの温度計回路７１は、差動式熱電対７７（７７ｂ１）を備える。差動式熱電対７７は、一方の接点が断熱体７５に囲まれており、他方の接点が断熱体７５に囲まれていない。すなわち、差動式熱電対７７ａ１〜７７ａ３、７７ｂ１は、それぞれ、一方の接点が断熱体７５ａ〜７５ｃ、７５ｄの内部に位置し、他方の接点が断熱体７５ａ〜７５ｃ、７５ｄの外部に位置する。

水位センサ７０ａの２つのヒータ回路７４では、ヒータ７２ａ１とヒータ７２ａ４が最高の位置にあるヒータ７２である。水位センサ７０ｂのヒータ回路７４では、ヒータ７２ｂ１が最高の位置にあるヒータ７２である。ヒータ回路７４内の最高の位置にあるヒータ７２であるヒータ７２ａ１、ヒータ７２ａ４、及びヒータ７２ｂ１は、高さ方向の位置が互いに異なる。ヒータ７２ａ１は、ヒータ７２ａ４により高い位置にあり、ヒータ７２ａ４は、ヒータ７２ｂ１より高い位置にある。

例えば、水位センサ７０ａにおいて、異常加熱や落下物との衝突などにより、上方に位置するヒータ７２ａ１を備えるヒータ回路７４に破損や故障などの不具合（例えば、断線、短絡、及び地絡などの異常）が生じても、もう一方のヒータ回路７４（ヒータ７２ａ４を備えるヒータ回路７４）を用いて水位の計測を継続することができる。

本実施例による原子炉水位計は、図７に示したような水位センサ７０を複数本組み合わせて構成することができ、実施例１による原子炉水位計と同様の効果を得ることができる。

図８は、本発明の実施例３による原子炉水位計の全体構成図である。本実施例による原子炉水位計は、実施例１（図１）による原子炉水位計の構成に差圧式水位計が追加された構成を備える。差圧式水位計は、基準水柱を定める基準面器３８と、差圧伝送器（差圧計）３９、４０を備え、基準水柱との差圧に基づいて水位を計測する。差圧式水位計の水位の計測範囲は、水位センサ６の水位の計測範囲と少なくとも一部が重複している。この重複している計測範囲では、差圧式水位計と水位センサ６の両方で原子炉水位を計測できる。

この重複している計測範囲内に水位があるときに、差圧式水位計に異常が生じると、計測した水位が差圧式水位計と水位センサ６とで異なる。このことを利用すると、水位センサ６は、差圧式水位計に異常が発生したか否かを監視できる。本実施例による原子炉水位計は、差圧式水位計に異常が発生していない場合は、差圧式水位計を用いて空間について連続的に水位が計測できるので、水位をより高精度に計測できるというメリットがある（水位センサ６は、空間について離散的に水位を計測する）。また、本実施例による原子炉水位計は、例えば故障や冷却水の消失などによって差圧式水位計に異常が発生しても、水位センサ６を用いることで水位の計測を継続できるというメリットもある。

本実施例による原子炉水位計は、水位センサ６の代わりに、実施例２による原子炉水位計の水位センサ７０（図７）を備えることもできる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

１…原子炉圧力容器、２…シュラウド、３…炉心、４…炉心支持板、５…上部格子板、６，６ａ〜６ｆ…水位センサ、７…炉内計装管、８…炉内計装ハウジング、９…炉内計装案内管、１０，１１，１２…通水口、１３…冷却水、１４…止水栓、１５…水位計測装置、１６…温度計測装置、１８…ヒータ制御装置、１９…選択装置、２０…計測制御装置、２１…温度計回路の不具合検知装置、２２…ヒータ回路の不具合検知装置、２３…信号ケーブル、２４…ヒータケーブル、３４…中性子検出器、３５…中性子束測定装置、３６…湿分分離器、３７…蒸気乾燥器、３８…基準面器、３９，４０…差圧伝送器、４１…スイッチ、４２…電源、４３，４４…電流計、４５，４６…抵抗、６０ａ〜６０ｃ，６０ｄ〜６０ｇ，６０ｈ〜６０ｉ…水位センサ、６１…温度計回路、６２，６２ａ１〜６２ａ２，６２ｂ１〜６２ｂ５，６２ｃ１，６２ｄ１〜６２ｄ２，６２ｅ１〜６２ｅ２，６２ｆ１〜６２ｆ２，６２ｇ１，６２ｈ１〜６２ｈ２，６２ｉ１〜６２ｉ４…ヒータ、６３…ヒータリード、６４…ヒータ回路、６５…クロメル線、６６…アルメル線、６７，６７ａ１〜６７ａ２，６７ｂ１〜６７ｂ３，６７ｃ１，６７ｄ１〜６７ｄ２，６７ｅ１〜６７ｅ２，６７ｆ１〜６７ｆ２，６７ｇ１，６７ｈ１〜６７ｈ２，６７ｉ１〜６７ｉ３…熱電対、６８…絶縁体、６９…金属シース、７０ａ〜７０ｂ…水位センサ、７１…温度計回路、７２，７２ａ１〜７２ａ５，７２ｂ１…ヒータ、７３…ヒータリード、７４…ヒータ回路、７５，７５ａ〜７５ｃ，７５ｄ…断熱体、７７，７７ａ１〜７７ａ３，７７ｂ１…差動式熱電対。

Claims (9)

1. 原子炉水位を計測する複数の水位センサを備え、
   複数の前記水位センサのそれぞれは、少なくとも１つのヒータ回路と、少なくとも１つの温度計回路を備え、
   前記ヒータ回路のそれぞれは、少なくとも１つのヒータを備え、
   前記温度計回路のそれぞれは、１つの温度計を備え、
   それぞれの前記水位センサにおいて、前記温度計のうちの少なくとも１つは、他の前記水位センサの前記温度計の１つと高さ方向の位置が略同一であり、
   複数の前記水位センサにおいて、それぞれの前記ヒータ回路の中で最高の位置にある前記ヒータは、他の前記ヒータ回路の中で最高の位置にある前記ヒータのうちの少なくとも１つと高さ方向の位置が異なる、
   ことを特徴とする原子炉水位計。
2. 複数の前記水位センサに接続された水位計測装置を備え、
   前記水位計測装置は、
   前記ヒータ回路に接続され、前記ヒータ回路の異常を検知する第１の不具合検知装置と、
   前記温度計回路に接続され、前記温度計回路の異常を検知する第２の不具合検知装置と、
   前記第１の不具合検知装置と前記第２の不具合検知装置が検知した異常に基づいて、前記原子炉水位の計測に使用する前記水位センサを変更する計測制御装置を備える、
   請求項１に記載の原子炉水位計。
3. 複数の前記水位センサに接続された水位計測装置を備え、
   前記水位計測装置は、
   前記ヒータ回路に接続され、前記ヒータ回路の異常を検知する第１の不具合検知装置と、
   前記温度計回路に接続され、前記温度計回路の異常を検知する第２の不具合検知装置と、
   前記第１の不具合検知装置と前記第２の不具合検知装置が検知した異常に基づいて、前記原子炉水位の計測に使用する前記ヒータ回路と前記温度計回路を変更する計測制御装置を備える、
   請求項１に記載の原子炉水位計。
4. 複数の前記水位センサのうち少なくとも１つは、１つの前記ヒータ回路と、複数の前記温度計回路を備える、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の原子炉水位計。
5. 複数の前記水位センサのうち少なくとも１つは、複数の前記ヒータ回路と、複数の前記温度計回路を備える、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の原子炉水位計。
6. 前記温度計は、熱電対、差動式熱電対、ガンマサーモメータ、測温抵抗体、及びサーミスタのうち１つ又は複数である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の原子炉水位計。
7. 前記第１の不具合検知装置は、前記ヒータ回路の断線、短絡、及び地絡を異常として検知し、
   前記第２の不具合検知装置は、前記温度計回路の断線、短絡、及び地絡を異常として検知し、
   前記計測制御装置は、異常を起こした前記水位センサと、前記原子炉水位の計測に使用する前記水位センサとの対応を示すテーブルを格納しており、前記第１の不具合検知装置と前記第２の不具合検知装置が検知した異常に基づいて、前記テーブルに従って、前記原子炉水位の計測に使用する前記水位センサを変更する、
   請求項２に記載の原子炉水位計。
8. 前記第１の不具合検知装置は、前記ヒータ回路の断線、短絡、及び地絡を異常として検知し、
   前記第２の不具合検知装置は、前記温度計回路の断線、短絡、及び地絡を異常として検知し、
   前記計測制御装置は、異常を起こした前記水位センサと、前記原子炉水位の計測に使用する前記ヒータ回路と前記温度計回路との対応を示すテーブルを格納しており、前記第１の不具合検知装置と前記第２の不具合検知装置が検知した異常に基づいて、前記テーブルに従って、前記原子炉水位の計測に使用する前記ヒータ回路と前記温度計回路を変更する、
   請求項３に記載の原子炉水位計。
9. 基準水柱との差圧に基づいて水位を計測する差圧式水位計を備え、
   前記差圧式水位計の水位の計測範囲は、前記水位センサの水位の計測範囲と少なくとも一部が重複している、
   請求項１に記載の原子炉水位計。

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