JP2022547192A

JP2022547192A - 誘導結合を有する燃料棒センサシステム

Info

Publication number: JP2022547192A
Application number: JP2022515594A
Authority: JP
Inventors: エル．アーントジェフリー; ブイ．カルバハルジョージ; シー．スタッフォードショーン
Original assignee: Westinghouse Electric Co LLC
Current assignee: Westinghouse Electric Co LLC
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2022-11-10
Also published as: EP4029033A1; WO2021050385A1; US20210074441A1; TW202145726A; US11127507B2; FI4029033T3; EP4029033B1; TWI767318B; CA3150373A1; TW202232899A; PL4029033T3; US20220044831A1; ES2972702T3; KR20220058945A

Abstract

燃料ペレット積層体を含む燃料棒のためのセンサシステムであって、センサシステムは、燃料棒の外部に配置された無線質問機と、燃料棒内に配置された受動センサ部とを含む。受動センサ部は、質問信号を受信し、質問信号を受信することに応じて励起信号を出力するように構成された受信機と、励起信号に応じて基準信号を基準受信機に出力するように構成された基準送信機と、励起信号に応じて感知信号を感知受信機に出力するように構成された感知送信機と、少なくとも部分的に感知送信機内に配置されるコアであって、燃料ペレット積層体の膨張または収縮と連動して動くように、燃料棒内の圧力変化に基づいて動くように、または燃料棒内の温度変化に基づいて温度を変化させるように連結されたコアとを含む。【選択図】図２

Description

（関連出願への相互参照）
本出願は、２０１９年９月９日に出願された「ＦＵＥＬＲＯＤＳＥＮＳＯＲＳＹＳＴＥＭＷＩＴＨＩＮＤＵＣＴＩＶＥＣＯＵＰＬＩＮＧ」という名称の米国特許出願１６／５６４，１５０号の利益を主張し、その内容は、本明細書において参照して援用される。

開示される概念は概して、原子力装置に関し、より詳細には、原子炉の燃料集合体の燃料棒と一緒に使用可能なセンサシステムに関する。

原子炉システムは、システムの様々な特性を監視するための多種のセンサを含む。センサの１種は、燃料中心線温度、燃料ペレット積層体の伸び、および燃料棒内部圧力を監視するように設計されている。

図１は、燃料中心線温度、燃料ペレット積層体の伸び、および燃料棒内部温度を監視するように設計されたセンサの概略図である。このセンサは、原子炉の燃料棒２の中に配置された受動センサ部１０と、原子炉の計器シンブル４の中に配置された無線質問機２０とを含む。受動部１０は、インダクタ１２とキャパシタ１４とを含み、これらは一緒に共振回路を形成する。無線質問機２０は、送信機２２と受信機２４とを含み、原子炉炉心の外部にある電子装置３０に電気的に接続される。

センサは、送信機２２に電流を流すことによって動作し、受動部１０によって受信されかつ受動部１０を励起する質問信号を送信機２２に生成させる。これに応じて、受動部１０は、受信機２４によって受信される応答信号を生成する。応答信号は、燃料中心線温度、燃料ペレット積層体の伸び、および燃料棒内部温度を示す特性を含む。これらの特性は、インダクタ１２のインダクタンスを変化させ、例えば応答信号の周波数の変化によって、応答信号に反映される。

いくつかの方法論では、インダクタ１２に燃料ペレットの積層体に連結されたフェライトコアが通され、その結果、燃料ペレットの積層体が伸びるにつれてインダクタ１２のインダクタンスが変化する。

図１のセンサの感度は制限される。従って、燃料棒内のセンサには改善の余地がある。

開示される概念の実施形態は、燃料中心線温度、燃料ペレット積層体の伸び、および／または燃料棒内部圧力を監視するための改良されたセンサを提供する。

開示される概念の一態様として、燃料ペレット積層体を含む燃料棒のためのセンサシステムは、燃料棒の外部に配置された無線質問機と、燃料棒内に配置された受動センサ部とを備え、無線質問機は、質問信号を無線出力するように構成された送信機と、基準受信機と、感知受信機とを備え、受動センサ部は、質問信号を受信し、質問信号を受信することに応じて励起信号を出力するように構成された受信機と、励起信号に応じて、基準信号を基準受信機に出力するように構成された基準送信機と、励起信号に応じて、感知信号を感知受信機に出力するように構成された感知送信機と、少なくとも部分的に感知送信機内に配置されたコアであって、燃料ペレット積層体の膨張または収縮と連動して動くように、燃料棒内の圧力変化に基づいて動くように、または燃料棒内の温度変化に基づいて温度を変化させるように連結されるコアとを備え、受信機、基準送信機、および感知送信機は、電気的に直列接続される。

開示される概念の一態様として、燃料ペレット積層体を含む燃料棒のためのセンサシステムは、燃料棒の外部に配置された無線質問機と、燃料棒内に配置された受動センサ部とを備え、無線質問機は、質問信号を無線出力するように構成された一次送信機と、二次受信機とを備え、受動センサ部は、質問信号を受信し、質問信号を受信することに応じて励起信号を出力するように構成された一次受信機と、線形差動可変変圧器（ＬＶＤＴ）であって、燃料ペレット積層体の膨張または収縮と連動して動くように、燃料棒内の圧力変化に基づいて動くように、または燃料棒内の温度変化に基づいて温度を変化させるように連結されたコアを含み、励起信号を受信し、コアの位置または温度を示す出力信号を出力するように構成されたＬＶＤＴと、ＬＶＤＴから出力信号を受信し、出力信号に比例する応答信号を前記二次受信機に出力するように構成された二次送信機とを備える。

開示される概念の別の態様として、システムは、燃料ペレット積層体を含む少なくとも１つの燃料棒と、少なくとも１つのセンサシステムとを備え、少なくとも１つのセンサシステムは、燃料棒の外部に配置された無線質問機と、燃料棒内に配置された受動センサ部とを備え、無線質問機は、質問信号を無線出力するように構成された一次送信機と、二次受信機とを備え、受動センサ部は、質問信号を受信し、質問信号を受信することに応じて励起信号を出力するように構成された一次受信機と、線形差動可変変圧器（ＬＶＤＴ）であって、燃料ペレット積層体の膨張または収縮と連動して動くように、燃料棒内の圧力変化に基づいて動くように、または燃料棒内の温度変化に基づいて温度を変化させるように連結されたコアを含み、励起信号を受信し、コアの位置または温度を示す出力信号を出力するように構成されたＬＶＤＴと、ＬＶＤＴから出力信号を受信し、出力信号に比例する応答信号を前記二次受信機に出力するように構成された二次送信機とを備える。

開示される概念の別の態様として、燃料ペレット積層体を含む燃料棒における燃料棒特性を感知する方法は、燃料棒の外側に配置される無線質問機を提供するステップと、燃料棒内に配置される受動センサ部を提供するステップであって、受動センサ部は、燃料ペレット積層体の膨張または収縮と連動して動くように、燃料棒内の圧力変化に基づいて動くように、または燃料棒内の温度変化に基づいて温度を変化させるように連結されたコアを含む線形差動可変変圧器（ＬＶＤＴ）を備え、ＬＶＤＴは、励起信号を受信し、コアの位置または温度を示す出力信号を出力するように構成される、受動センサ部を提供するステップと、無線質問機から受動センサ部に質問信号を無線出力するステップと、無線質問信号を受信することに応じてＬＶＤＴに励起信号を提供するステップと、ＬＶＤＴからコアの位置または温度を示す出力信号を出力するステップと、受動センサ部から無線質問機に出力信号に比例する応答信号を無線出力するステップと、を含む。

本発明は、添付の図面と併せて好ましい実施形態の以下の説明を読むことからさらに理解される。

図１は、燃料中心線温度、燃料ペレット積層体の伸び、および燃料棒内部圧力を限られた感度で監視するように設計されたセンサの概略図である。

図２は、開示される概念の例示的な実施形態に係る、高い測定感度を提供するセンサシステムの概略図である。

図３は、開示される概念の別の例示的な実施形態に係る、高い測定感度を提供するセンサシステムの概略図である。

図４は、開示される概念の例示的な実施形態に係るセンサシステムの概略図である。

図５Ａは、開示される概念の例示的な実施形態に係る線形可変差動変圧器の上面図である。

図５Ｂは、開示される概念の例示的な実施形態に係る、図４ＡのＬＶＤＴの側断面図である。

図６は、開示される概念の例示的な実施形態に係る、ＬＶＤＴを含む燃料棒の簡略化された断面図である。

図７は、開示される概念の別の例示的な実施形態に係る、ＬＶＤＴを含む燃料棒の簡略化された断面図である。

図８は、開示される概念の例示的な実施形態に係る、複数のセンサを含むシステムの概略図である。

図９は、開示される概念の例示的な実施形態に係る、燃料棒特性を感知する方法のフローチャートである。

図１０は、開示される概念の例示的な実施形態に係る、燃料棒特性を感知する方法のフローチャートである。

図２は、開示される概念の例示的な実施形態に係るセンサシステムの概略図である。センサシステムは、原子炉システムにおいて燃料中心線温度、燃料ペレット積層体の伸び、及び／又は燃料棒内部圧力を監視するのに適している。

センサシステムは、受動部６０と、無線質問機５０とを含む。受動部６０は原子炉の燃料棒２の中に配置され、無線質問機５０は原子炉の計器シンブルの中に配置される。無線質問機５０は、原子炉の炉心の外部に配置されている電子処理装置２００に接続されている。燃料棒２は完全に封入されているが、計器シンブル４は貫通部を含んでおり、無線質問機５０と電子処理装置２００との間の導電体などの導電体が貫通部を通る。また、無線質問機５０は、燃料棒２に隣接する領域に配置されてもよいことが理解されるであろう。例えば、無線質問５０は、開示される概念の範囲から逸脱することなく、計器シンブル４とは異なる筐体内に配置されてもよい。

無線質問機５０は、送信機５２と、基準受信機５４と、感知受信機５６とを含む。送信機５２、基準受信機５４、および感知受信機５６は、インダクタ（コイルとも呼ばれる）であってよい。受動部６０は、電気的に直列接続された、受信機６２と、基準送信機６４と、感知送信機６６とを含む。受信機６２、基準送信機６４、および感知送信機６６は、インダクタ（コイルとも呼ばれる）であってよい。受動部６０は、コア１３０も含む。コア１３０は、少なくとも部分的に感知送信機６６内に配置される。

送信機５２は、質問信号を生成するように構成されている。例えば、電子処理装置２００は、送信機５２を通電し送信機５２に質問信号を生成させる信号を生成し、その信号を送信機５２に供給してよい。質問信号は、受信機６２によって受信されかつ受信機６２を励起する連続した正弦波またはパルス波であってよい。例えば、質問信号は、送信機５２によって生成されかつ受信機６２で起電力を生じさせる時変磁場であってよく、受信機６２に電流を流し、次いで基準送信機６４および感知送信機６６に電流を流す。基準送信機６４および感知送信機６６を通る電流は、基準送信機６４と感知送信機６６に基準信号と感知信号をそれぞれ生成させ、これらの信号は、基準受信機５４と感知受信機によってそれぞれ受信される。例えば、基準信号および感知信号は、基準送信機６４および感知送信機６６に電流が流れることに応じて基準送信機６４および感知送信機６６によって生成される時変磁場であってよく、次いで、基準受信機５４および感知受信機５６で電磁気力を生じさせる。

コア１３０は、燃料棒２内の燃料ペレット積層体に物理的に連結されている。いくつかの例示的な実施態様において、コア１３０は、コア１３０が燃料ペレット積層体と一緒に直線的に動くように連結されている。例えば、燃料ペレット積層体が膨張又は拡張すると、コア１３０は、燃料ペレット積層体が伸びたのと同じ距離だけ、感知送信機６６を通って上方へと動く。このように、感知送信機６６におけるコア１３０の物理的な変位によって、感知送信機６６の電圧が変化し、その結果、感知受信機５６によって受信され、燃料ペレット積層体の伸びを求めるために使用される感知信号が変化する。いくつかの例示的な実施形態では、コア１３０は、燃料ペレット積層体の温度変化がコア１３０の温度を変化させるように連結されている。コア１３０の温度変化により、透磁率が変化し、その結果、感知送信機６６の電圧が変化する。これにより、感知受信機５６によって受信され、燃料中心線温度を求めるために使用される感知信号が変化する。いくつかの例示的な実施形態では、コア１３０は、燃料棒内の圧力変化によって、コア１３０が温度変化に伴って動くように連結されている。例えば、コア１３０は、燃料棒２内のベローズに連結されてよく、圧力の上昇によってベローズが拡張し、検知送信機６６内でコア１３０がさらに動かされる。感知送信機６６におけるコア１３０の物理的変位は、感知送信機６６の電圧を変化させ、その結果、感知受信機５６によって受信され、燃料棒２内の圧力を求めるために使用される感知信号が変化する。これらの例示的な実施形態において、燃料中心線温度、燃料ペレット積層体の伸び、及び燃料圧力は、感知パラメータであると考えられ、これらの値は、感知信号に影響を与える。しかしながら、これらの値は、基準送信器６４によって出力される基準信号にはほとんど影響を及ぼさない。

感知信号および基準信号は、感知受信機５６および基準受信機５４によってそれぞれ受信される。感知信号と基準信号との間の差は、基準送信機６４、感知送信機６６、および他の要素に共通する温度または他の影響に起因するあらゆるドリフトを打ち消すので、これら２つの信号間の差を使用して、感知パラメータを求めてよい。

図３は、開示される概念の例示的な実施形態に係るセンサの概略図である。このセンサは、原子炉システムにおいて燃料中心線温度、燃料ペレット積層体の伸び、および燃料棒内部圧力を監視するのに適している。

センサは、受動部１１０と、無線質問機１４０とを含む。受動部１１０は原子炉の燃料棒２の中に配置され、無線質問機１４０は原子炉の計器シンブル４の中に配置される。無線質問機１４０は、原子炉の炉心の外部に配置される電子処理装置２００に連結されている。

無線質問機１４０は、一次送信機１４２と、二次受信機１４４とを含む。受動部１１０は、無線質問機１４０の一次送信機１４２に対応する一次受信機１１２と、無線質問機１４０の二次受信機１４４に対応する二次送信機１１４とを含む。例えば、一次送信機１４２は質問信号を出力するように構成され、一次受信機１１２は質問信号を受信するように構成される。また、二次送信機１１４は応答信号を出力するように構成され、二次受信機１４４は応答信号を受信するように構成される。受動部１１０は、燃料棒２内に完全に封入されており、燃料棒２の外部のどの部品にも有線接続されていないので、無線質問機１４０と受動部１１０との間で交換される質問信号、応答信号、または他の任意の信号は、無線信号であることを理解されたい。

受動部１１０は、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）１２０も含む。ＬＶＤＴ１２０は、燃料棒内でＬＶＤＴ１２０に含まれるコア１３０の直線運動を感知するように構成される。いくつかの例示的な実施形態では、燃料ペレット積層体の伸びを感知するために、コア１３０は燃料ペレット積層体と一緒に直線的に動くように連結される。いくつかの例示的な実施形態では、コア１３０は、例えば、前述したようにベローズを使用して燃料圧力を感知することによって、燃料棒２内の圧力に基づいて直線的に動くように連結される。いくつかの例示的な実施形態では、コア１３０は、静的であり、その温度が燃料中心線温度に伴って変化するように連結される。例えば、燃料中心線温度を測定する場合、コア１３０は、動かないという点で静的であってよく、その長さに沿って変化する透磁率を有してよい。熱は、燃料ペレット積層体からコア１３０を上方に向かって伝わるので、コア１３０の底部は、コア１３０の頂部よりも高温である。この温度の違いによって、ＬＶＤＴ１２０のコイルから異なる電圧が出力され、その結果、コア１３０がＬＶＤＴ１２０内で動いた場合と同様のＬＶＤＴ１２０の出力が得られる。この出力から、燃料の中心線温度を求めることができる。

開示される概念のいくつかの例示的な実施形態では、コア１３０は、フェライト材料から構成される。しかしながら、コア１３０は、開示される概念の範囲から逸脱することなく、他の適切な材料から構成されてもよいことが理解されるであろう。

ＬＶＤＴ１２０は、一次受信機１１２と二次送信機１１４に電気的に接続されている。ＬＶＤＴ１２０は、一次受信機１１２から励起信号を受信するように構成される。励起信号を生成するために、電子処理装置２００は、一次送信機１４２に信号を供給し、一次送信機１４２に質問信号を出力させる。一次受信機１１２は質問信号を受信し、これにより、一次受信機１１２が励起され、一次受信機１１２が励起信号をＬＶＤＴ１２０に出力する。

励起信号は、ＬＶＤＴ１２０にコア１３０の位置を示す出力信号を生成させる。例えば、コア１３０がＬＶＤＴ１２０において中心に位置するゼロ位置では、ＬＶＤＴ１２０の出力信号は約０Ｖである。コア１３０がゼロ位置から動くにつれて、出力信号の電圧は直線的に上昇する。出力信号の位相角は、ゼロ位置に対してコア１３０が動いた方向を示す。ＬＶＤＴ１２０は、出力信号を二次送信機１１４に供給するように構成される。

ＬＶＤＴ１２０からの出力信号を受信することにより、二次送信機１１４は応答信号を出力し、応答信号は、次いで二次受信機１４４によって受信され、電子処理装置２００に供給される。応答信号は、ＬＶＤＴ１２０の出力信号に比例する。したがって、ＬＶＤＴ１２０の出力信号の電圧のいかなる増減も、応答信号に反映される。同様に、ＬＶＤＴ１２０の出力信号の位相角も、応答信号に反映される。電子処理装置２００は、応答信号から、ＬＶＤＴ１２０におけるコア１３０の位置を求めることができる。

ＬＶＤＴ１２０は、コア１３０の直線運動及び位置をより正確に感知することができる。いくつかの例示的な実施形態では、ＬＶＤＴ１２０は、±２μｍ以内でコア１３０の位置を監視することができる。

図３の例示的な実施形態は、無線質問機１４０を計器シンブル４内にあるものとして示しているが、無線質問機１４０は、開示される概念の範囲から逸脱することなく、燃料棒２の外部の他の場所に配置されてもよいことが理解されよう。

図４は、開示される概念の例示的な実施形態に係るセンサの概略図である。図４のセンサは、図３のセンサと同様に動作する。しかしながら、図４は、ＬＶＤＴ１２０の例示的な実施形態をより詳細に示している。

例えば、図４の例示的な実施形態では、ＬＶＤＴ１２０は、一次コイル１２２と、第１の二次コイル１２４と、第２の二次コイル１２６とを含む。一次コイル１２２は、第１の二次コイル１２４と第２の二次コイル１２６との間に配置されている。一次コイル１２２、第１の二次コイル１２４、および第２の二次コイル１２６は、コア１３０がこれらのコイルすべてを通れるように並べられている。図３では、コア１３０は、コア１３０がＬＶＤＴ１２０の中心に位置するゼロ位置に配置されている。すなわち、コア１３０の中心は一次コイル１２２の中心と位置合わせされており、第１の二次コイル１２４および第２の二次コイル１２６に向けてコア１３０が等しい長さで延びている。

第１の二次コイル１２４および第２の二次コイル１２６は、一次コイル１２２から等間隔で配置されている。例えば、第１の二次コイル１２４の一端は、第２の二次コイル１２６の一端と同じだけ一次コイル１２２の中心から離間している。一次コイル１２２は、一次受信機１１２の出力に電気的に接続されており、一次受信機１１２から励起信号を受信するように構成されている。例示的な実施形態では、第１および第２の二次コイル１２４、１２６の各々は、一次コイル１２２に最も近い第１の端と、一次コイル１２２から最も遠い第２の端とを有する。第１の二次コイル１２４の第１の端は、ＬＶＤＴ１２０の出力に電気的に接続され、第１の二次コイル１２４の第２の端は、第２の二次コイル１２６の第１の端に電気的に接続されている。第２の二次コイル１２６の第２の端は、ＬＶＤＴ１２０の出力に電気的に接続されている。ただし、第１および第２の二次コイル１２４、１２６の位置は、開示される概念の範囲から逸脱することなく、入れ替えられてもよいことが理解されるであろう。

一次コイル１２２が励起信号を受信すると、一次コイル１２２はコア１３０で電流を誘起し、次いで、第１および第２の二次コイル１２４、１２６によって電流が感知される。図３に示すようにコア１３０がゼロ位置にあるとき、第１および第２の二次コイル１２４、１２６の出力は互いに打ち消し合い、その結果、ＬＶＤＴ１２０の出力信号は０Ｖとなる。コア１３０がゼロ位置から動くにつれて、第１の二次コイル１２４および第２の二次コイル１２６のうちの１つの中に配置されるコア１３０の部分が、他方の中に配置される部分よりも多くなる。第１および第２の二次コイル１２４、１２６のうちの１つにおけるコア１３０の長さが他方よりも長いと、そのコイルの出力が他方よりも大きくなるので、第１および第２の二次コイル１２４、１２６のうちの１つの出力が他方の出力よりも大きくなる結果となる。したがって、コア１３０が第１および第２の二次コイル１２４、１２６のうちの１つの中へとさらに動くにつれて、ＬＶＤＴ１２０の出力は直線的に上昇する。また、コア１３０がゼロ位置から一方向に動くと、ＬＶＤＴ１２０の出力は第１の位相角を有し、コア１３０がゼロ位置から逆方向に動くと、ＬＶＤＴ１２０の出力は第２の位相角を有する。このように、ＬＶＤＴ１２０の出力信号の大きさは、ゼロ位置からコア１３０が移動した距離を示し、ＬＶＤＴ１２０の出力信号の位相角は、コア１３０が移動した方向を示す。これらを合わせると、ＬＶＤＴ１２０の出力信号は、コア１３０の位置を正確に示す。

図３の実施形態のように、ＬＶＤＴ１２０の出力信号は、二次送信機１１４に供給される。
ＬＶＤＴ１２０の出力信号を受信することによって、二次送信機１１４は、ＬＶＤＴ１２０の出力信号に比例する応答信号を出力する。応答信号は、二次受信機１４４によって受信され、電子処理装置２００に供給される。電子処理装置２００は、応答信号を解釈してコア１３０の位置を求めるように構成される。

開示される概念のいくつかの例示的な実施形態では、第１および第２の二次コイル１２４、１２６は、実質的に同じである。すなわち、これらのコイルは、実質的に同じ長さおよび巻き数を有し、実質的に同じ材料から構成される。第１および第２の二次コイル１２４、１２６が実質的に同じである場合、コア１３０がゼロ位置にあるときには、これらコイルの出力は互いに打ち消し合い、コア１３０がゼロ位置から動くにつれて、ＬＶＤＴ１２０の出力は直線的に上昇する。一次コイル１２２は、開示される概念の範囲から逸脱することなく、第１および第２の二次コイル１２４、１２６と実質的に同じであってもよいし、同じでなくてもよい。

開示される概念のいくつかの例示的な実施形態では、一次送信機１４２、一次受信機１１２、二次送信機１１４、及び二次受信機１４４は、コイルである。しかしながら、開示される概念の範囲から逸脱することなく、信号を無線で送信または受信することが可能な他の要素が採用されてもよいことが理解されるであろう。

図５Ａは、開示される概念の例示的な実施形態に係るＬＶＤＴ１２０の上面図であり、図５Ｂは、開示される概念の例示的な実施形態に係るＬＶＤＴ１２０の側断面図である。開示される概念のいくつかの例示的な実施形態では、ＬＶＤＴ１２０は、円筒形状を有してよい。しかしながら、ＬＶＤＴ１２０は、開示される概念の範囲から逸脱することなく、他の形状を有してもよいことが理解されるであろう。

ＬＶＤＴ１２０は、図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、ハウジング１２８を含んでよい。ハウジング１２７は、コア１３０が通ることができる中空中心を有する。ハウジング１２８は、一次コイル１２２、第１の二次コイル１２４、及び第２の二次コイル１２６をそれぞれ収容する内部区画を含んでよい。前述したように、一次コイル１２２は、第１の二次コイル１２４と第２の二次コイル１２６の間に配置されている。

図６は、開示される概念の例示的な実施形態に係るＬＶＤＴ１２０を含む燃料棒２の簡略化された断面図である。図６に示すように、コア１３０はＬＶＤＴ１２０を通る。
燃料ペレット積層体の燃料ペレット１５０は、プランジャなどの細長部材１５２を介してコア１３０に物理的に連結されている。このようにして、コア１３０は、ＬＶＤＴ１２０内で燃料ペレット積層体の膨張または収縮と連動して動く。

図７は、開示される概念の例示的な実施形態に係るＬＶＤＴ１２０を含む燃料棒２の簡略化された断面図である。図７に示すように、コア１３０はＬＶＤＴ１２０を通る。コア１３０は、直接または中間部材１５６を介して、ベローズ１５４に連結されている。ベローズ１５４は、燃料棒２内の圧力の上昇に応じて拡張し、燃料棒２内の圧力の低下に応じて収縮するように構成されている。このようにして、コア１３０は、ＬＶＤＴ１２０内で燃料棒２内の圧力変化と連動して動く。

図６および図７に示された構成は、開示される概念の範囲から逸脱することなく、図２に関して説明されたセンサシステムと共に使用されてもよいことが理解されるであろう。

図８は、開示される概念の例示的な実施形態に係る、複数のセンサを含むシステムの概略図である。図８の例では、複数のセンサが近接して配置されている。例えば、複数の無線質問機１４０が、複数の受動部１１０に近接して配置されている。いくつかの例示的な実施形態では、無線質問機１４０は、固有の周波数を有する質問信号を出力してよい。すなわち、１つの無線質問機１４０が、第１の周波数を有する質問信号を出力してよく、別の無線質問機１４０が、第２の周波数を有する質問信号を出力してよい。無線質問機１４０の各々は、それぞれの受動部１１０に対応してよい。近接していることに起因して、無線質問機１４０が、対応しない受動部１１０から応答信号を受信する可能性がある。質問信号が固有の周波数を有することによって、無線質問機１４０に対応する受動部１１０からの応答信号は、質問信号と同じ固有の周波数を有することになる。電子処理装置２００は、周波数フィルタリング機能を有してよく、質問信号の固有の周波数をフィルタリングしてよい。したがって、無線質問機１４０が、対応しない受動部１１０から応答信号を受信したとしても、これらの応答信号は、周波数が違うのでフィルタ除去されてよい。

図９は、開示される概念の例示的な実施形態に係る、燃料棒特性を感知する方法のフローチャートである。図９の方法は、本明細書に記載され開示される概念の実施形態と併せて、または他の同様の用途において、使用されてよい。

この方法は、燃料棒の外部に配置される無線質問機を提供することによって、３００から始まる。この無線質問機は、開示される概念の実施形態に関連して説明された無線質問機１４０であってもよい。この方法は、燃料棒内に配置される受動センサ部を提供することによって、３０２に続く。受動センサ部は、燃料ペレット積層体の膨張または収縮と連動して動くように燃料ペレット積層体に連結されたコアを有するＬＶＤＴを含む。受動センサ部は、開示される概念の実施形態と関連して説明された受動センサ部１１０であってもよい。

この方法は、無線質問機から受動センサ部に質問信号を無線出力する３０４に続く。質問信号は、例えば、無線質問機の一次送信機によって出力され、例えば、受動センサ部の一次受信機によって受信されてよい。この方法は、質問信号を受信することに応じて、ＬＶＤＴに励起信号を供給する３０６に続く。励起信号は、例えば、受動センサ部の一次受信機によって供給されてよい。

この方法は、コアの位置を示す出力信号をＬＶＤＴから出力する３０８に続く。最後に、この方法は、出力信号に比例する応答信号を受動センサ部から無線質問機へ出力する３１０に続く。開示される概念の範囲から逸脱することなく、本方法はさらなるステップを含んでもよいし、本方法のステップは変更されてもよいし、または本方法のステップは再構成されてもよいことが理解されるであろう。

図１０は、開示される概念の例示的な実施形態に係る、燃料棒特性を感知する方法のフローチャートである。図１０の方法は、本明細書に記載され開示される概念の実施形態と併せて、または他の同様の用途において、使用されてよい。

この方法は、燃料棒の外部に配置される無線質問機を提供することによって、４００から始まる。この無線質問機は、開示される概念の実施形態に関連して説明された無線質問機５０であってもよい。この方法は、燃料棒内に配置される受動センサ部を提供することによって、４０２に続く。この受動センサ部は、開示される概念の実施形態に関連して説明された受動センサ部４０であってもよく、出力が感知パラメータによって影響される感知送信機と、出力が感知パラメータによって影響されない基準送信機とを含んでよい。

この方法は、無線質問機から受動センサ部に質問信号を無線出力する４０４に続く。この方法は、受動センサ部からの基準信号を受信する４０６に続き、受動センサ部から感知信号を受信する４０８に続く。感知信号は感知パラメータの影響を受けるが、基準信号は感知パラメータの影響を受けない。次に、この方法は、感知信号から基準信号を差し引く４１０に続く。差し引くことにより、温度ドリフトやシステム内のすべての要素に影響するその他の要因が打ち消される。開示される概念の範囲から逸脱することなく、本方法はさらなるステップを含んでもよいし、本方法のステップは変更されてもよいし、または本方法のステップは再構成されてもよいことが理解されるであろう。

本発明の特定の実施形態を詳細に説明してきたが、当業者であれば、本開示の全体的な教示に照らして、これらの詳細に対して様々な変更および変形がされてよく、例示的な実施形態の１つまたは複数の選択された要素が、開示される概念の範囲から逸脱することなく、他の実施形態の１つまたは複数の要素と組み合わせられてよいことが理解されよう。したがって、開示された特定の実施形態は、例示的なものにすぎず、添付の特許請求の全範囲が与えられる本発明の範囲、およびそのいかなるおよびすべての均等物に関して限定するものではないことが意図されている。

本発明の特定の実施形態を詳細に説明してきたが、当業者であれば、本開示の全体的な教示に照らして、これらの詳細に対して様々な変更および変形がされてよく、例示的な実施形態の１つまたは複数の選択された要素が、開示される概念の範囲から逸脱することなく、他の実施形態の１つまたは複数の要素と組み合わせられてよいことが理解されよう。したがって、開示された特定の実施形態は、例示的なものにすぎず、添付の特許請求の全範囲が与えられる本発明の範囲、およびそのいかなるおよびすべての均等物に関して限定するものではないことが意図されている。
以下の項目は、国際出願時の特許請求の範囲に記載の要素である。
（項目１）
燃料ペレット積層体を含む燃料棒のためのセンサシステムであって、
前記センサシステムは、
前記燃料棒の外部に配置される無線質問機と、
前記燃料棒内に配置される受動センサ部と、
を備え、
前記無線質問機は、
質問信号を無線出力するように構成された送信機と、
基準受信機と、
感知受信機と、
を備え、
前記受動センサ部は、
前記質問信号を受信し、前記質問信号を受信することに応じて励起信号を出力するように構成された受信機と、
前記励起信号に応じて、基準信号を前記基準受信機に出力するように構成された基準送信機と、
前記励起信号に応じて、感知信号を前記感知受信機に出力するように構成された感知送信機と、
少なくとも部分的に前記感知送信機内に配置されるコアであって、前記燃料ペレット積層体の膨張または収縮と連動して動くように、前記燃料棒内の圧力変化に基づいて動くように、または前記燃料棒内の温度変化に基づいて温度を変化させるように連結されるコアと、
を備え、
前記受信機、前記基準送信機、および前記感知送信機は、電気的に直列接続されている、センサシステム。
（項目２）
前記送信機、前記基準受信機、前記感知受信機、前記受信機、前記基準送信機、及び前記感知送信機のうちの少なくとも１つは、インダクタである、項目１に記載のセンサシステム。
（項目３）
前記コアが前記燃料ペレット積層体の膨張又は収縮と連動して動くように、前記コアと前記燃料ペレット積層体との間に配置される細長部材をさらに備え、
前記コアの動きによって、前記感知信号が変化する、項目１に記載のセンサシステム。
（項目４）
前記コアが前記燃料棒内の圧力変化と連動して動くように、前記コアに連結されたベローズをさらに備え、
前記コアの動きによって、前記感知信号が変化する、項目１に記載のセンサシステム。
（項目５）
前記コアは、前記燃料棒内の温度変化に基づいて温度を変化させるように連結され、
前記コアの温度変化は、前記コアの透磁率を変化させて、前記感知信号を変化させる、項目１に記載のセンサシステム。
（項目６）
前記無線質問機に電気的に接続され、前記感知受信機と前記基準受信機によって受信された前記感知信号と前記基準信号とを受信するように構成された、電子処理装置をさらに備え、
前記電子処理装置は、前記感知信号と前記基準信号との間の差を求めるように構成される、項目１に記載のセンサシステム。
（項目７）
前記コアは、フェライト材料で構成される、項目１に記載のセンサシステム。
（項目８）
前記無線質問機は、計器シンブル内に配置される、項目１に記載のセンサシステム。
（項目９）
燃料ペレット積層体を含む燃料棒のためのセンサシステムであって、前記センサシステムは、
前記燃料棒の外部に配置される無線質問機と、
前記燃料棒内に配置される受動センサ部と、
を備え、
前記無線質問機は、
質問信号を無線出力するように構成された一次送信機と、
二次受信機と、
を備え、
前記受動センサ部は、
前記質問信号を受信し、前記質問信号を受信することに応じて励起信号を出力するように構成された一次受信機と、
線形差動可変変圧器（ＬＶＤＴ）であって、前記燃料ペレット積層体の膨張または収縮と連動して動くように、前記燃料棒内の圧力変化に基づいて動くように、または前記燃料棒内の温度変化に基づいて温度を変化させるように連結されたコアを含み、前記励起信号を受信し、前記コアの位置または温度を示す出力信号を出力するように構成されたＬＶＤＴと、
前記ＬＶＤＴから前記出力信号を受信し、前記出力信号に比例する応答信号を前記二次受信機に出力するように構成された二次送信機と、
を備える、
センサシステム。
（項目１０）
前記コアが前記燃料ペレット積層体の膨張又は収縮と連動して動くように、前記コアと前記燃料ペレット積層体との間に配置される細長部材をさらに備え、
前記ＬＶＤＴの前記出力信号は、前記コアの位置を示す、項目９に記載のセンサシステム。
（項目１１）
前記コアが前記燃料棒内の圧力変化と連動して動くように、前記コアに連結されたベローズをさらに備え、
前記ＬＶＤＴの前記出力信号は、前記コアの温度を示す、項目９に記載のセンサシステム。
（項目１２）
前記コアは、前記燃料棒内の温度変化に基づいて温度を変化させるように連結され、
前記コアの温度変化により、前記コアの透磁率が変化し、
前記ＬＶＤＴの前記出力信号は、前記コアの温度を示す、項目９に記載のセンサシステム。
（項目１３）
前記ＬＶＤＴは、一次コイルと、第１の二次コイルと、第２の二次コイルとを含み、
前記一次コイルは、前記一次受信機に電気的に接続され、前記第１の二次コイルと前記第２の二次コイルの間に配置される、項目９に記載のセンサシステム。
（項目１４）
前記第１の二次コイルと前記第２の二次コイルは、実質的に同じである、項目１３に記載のセンサシステム。
（項目１５）
前記第１の二次コイルと前記第２の二次コイルの各々は、前記一次コイルに最も近い第１の端と、前記一次コイルから最も遠い第２の端とを有し、
前記第１の二次コイルの前記第１の端は、前記ＬＶＤＴの出力に電気的に接続され、前記第１の二次コイルの前記第２の端は、前記第２の二次コイルの前記第１の端に電気的に接続され、
前記第２の二次コイルの前記第２の端は、前記ＬＶＤＴの前記出力に電気的に接続される、項目１３に記載のセンサシステム。
（項目１６）
前記一次送信機、前記一次受信機、前記二次送信機、及び前記二次受信機のうちの少なくとも１つは、インダクタである、項目１に記載のセンサシステム。
（項目１７）
前記コアは、フェライト材料で構成される、項目９に記載のセンサシステム。
（項目１８）
前記無線質問機は、計器シンブル内に配置される、項目９に記載のセンサシステム。
（項目１９）
前記無線質問機に電気的に接続され、前記一次送信機に前記質問信号を出力させるように構成された前記一次送信機に入力信号を供給するように構成された電子処理装置をさらに備え、
前記電子処理装置は、前記無線質問機から前記応答信号を受信し、前記応答信号に基づいて前記コアの位置または温度を求めるように構成される、項目９に記載のセンサシステム。
（項目２０）
前記ＬＶＤＴは、中空中心を有する略円筒形状を有し、
前記コアは、前記中空中心を通ることができるように構成される、項目９に記載のセンサシステム。

Claims

燃料ペレット積層体を含む燃料棒のためのセンサシステムであって、
前記センサシステムは、
前記燃料棒の外部に配置される無線質問機と、
前記燃料棒内に配置される受動センサ部と、
を備え、
前記無線質問機は、
質問信号を無線出力するように構成された送信機と、
基準受信機と、
感知受信機と、
を備え、
前記受動センサ部は、
前記質問信号を受信し、前記質問信号を受信することに応じて励起信号を出力するように構成された受信機と、
前記励起信号に応じて、基準信号を前記基準受信機に出力するように構成された基準送信機と、
前記励起信号に応じて、感知信号を前記感知受信機に出力するように構成された感知送信機と、
少なくとも部分的に前記感知送信機内に配置されるコアであって、前記燃料ペレット積層体の膨張または収縮と連動して動くように、前記燃料棒内の圧力変化に基づいて動くように、または前記燃料棒内の温度変化に基づいて温度を変化させるように連結されるコアと、
を備え、
前記受信機、前記基準送信機、および前記感知送信機は、電気的に直列接続されている、センサシステム。
前記送信機、前記基準受信機、前記感知受信機、前記受信機、前記基準送信機、及び前記感知送信機のうちの少なくとも１つは、インダクタである、請求項１に記載のセンサシステム。
前記コアが前記燃料ペレット積層体の膨張又は収縮と連動して動くように、前記コアと前記燃料ペレット積層体との間に配置される細長部材をさらに備え、
前記コアの動きによって、前記感知信号が変化する、請求項１に記載のセンサシステム。
前記コアが前記燃料棒内の圧力変化と連動して動くように、前記コアに連結されたベローズをさらに備え、
前記コアの動きによって、前記感知信号が変化する、請求項１に記載のセンサシステム。
前記コアは、前記燃料棒内の温度変化に基づいて温度を変化させるように連結され、
前記コアの温度変化は、前記コアの透磁率を変化させて、前記感知信号を変化させる、請求項１に記載のセンサシステム。
前記無線質問機に電気的に接続され、前記感知受信機と前記基準受信機によって受信された前記感知信号と前記基準信号とを受信するように構成された、電子処理装置をさらに備え、
前記電子処理装置は、前記感知信号と前記基準信号との間の差を求めるように構成される、請求項１に記載のセンサシステム。
前記コアは、フェライト材料で構成される、請求項１に記載のセンサシステム。
前記無線質問機は、計器シンブル内に配置される、請求項１に記載のセンサシステム。
燃料ペレット積層体を含む燃料棒のためのセンサシステムであって、前記センサシステムは、
前記燃料棒の外部に配置される無線質問機と、
前記燃料棒内に配置される受動センサ部と、
を備え、
前記無線質問機は、
質問信号を無線出力するように構成された一次送信機と、
二次受信機と、
を備え、
前記受動センサ部は、
前記質問信号を受信し、前記質問信号を受信することに応じて励起信号を出力するように構成された一次受信機と、
線形差動可変変圧器（ＬＶＤＴ）であって、前記燃料ペレット積層体の膨張または収縮と連動して動くように、前記燃料棒内の圧力変化に基づいて動くように、または前記燃料棒内の温度変化に基づいて温度を変化させるように連結されたコアを含み、前記励起信号を受信し、前記コアの位置または温度を示す出力信号を出力するように構成されたＬＶＤＴと、
前記ＬＶＤＴから前記出力信号を受信し、前記出力信号に比例する応答信号を前記二次受信機に出力するように構成された二次送信機と、
を備える、
センサシステム。
前記コアが前記燃料ペレット積層体の膨張又は収縮と連動して動くように、前記コアと前記燃料ペレット積層体との間に配置される細長部材をさらに備え、
前記ＬＶＤＴの前記出力信号は、前記コアの位置を示す、請求項９に記載のセンサシステム。
前記コアが前記燃料棒内の圧力変化と連動して動くように、前記コアに連結されたベローズをさらに備え、
前記ＬＶＤＴの前記出力信号は、前記コアの温度を示す、請求項９に記載のセンサシステム。
前記コアは、前記燃料棒内の温度変化に基づいて温度を変化させるように連結され、
前記コアの温度変化により、前記コアの透磁率が変化し、
前記ＬＶＤＴの前記出力信号は、前記コアの温度を示す、請求項９に記載のセンサシステム。
前記ＬＶＤＴは、一次コイルと、第１の二次コイルと、第２の二次コイルとを含み、
前記一次コイルは、前記一次受信機に電気的に接続され、前記第１の二次コイルと前記第２の二次コイルの間に配置される、請求項９に記載のセンサシステム。
前記第１の二次コイルと前記第２の二次コイルは、実質的に同じである、請求項１３に記載のセンサシステム。
前記第１の二次コイルと前記第２の二次コイルの各々は、前記一次コイルに最も近い第１の端と、前記一次コイルから最も遠い第２の端とを有し、
前記第１の二次コイルの前記第１の端は、前記ＬＶＤＴの出力に電気的に接続され、前記第１の二次コイルの前記第２の端は、前記第２の二次コイルの前記第１の端に電気的に接続され、
前記第２の二次コイルの前記第２の端は、前記ＬＶＤＴの前記出力に電気的に接続される、請求項１３に記載のセンサシステム。
前記一次送信機、前記一次受信機、前記二次送信機、及び前記二次受信機のうちの少なくとも１つは、インダクタである、請求項１に記載のセンサシステム。
前記コアは、フェライト材料で構成される、請求項９に記載のセンサシステム。
前記無線質問機は、計器シンブル内に配置される、請求項９に記載のセンサシステム。
前記無線質問機に電気的に接続され、前記一次送信機に前記質問信号を出力させるように構成された前記一次送信機に入力信号を供給するように構成された電子処理装置をさらに備え、
前記電子処理装置は、前記無線質問機から前記応答信号を受信し、前記応答信号に基づいて前記コアの位置または温度を求めるように構成される、請求項９に記載のセンサシステム。
前記ＬＶＤＴは、中空中心を有する略円筒形状を有し、
前記コアは、前記中空中心を通ることができるように構成される、請求項９に記載のセンサシステム。