JP3886664B2 - 炉内プロセス量測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子力発電所の原子炉圧力容器内のプロセス量の測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明では、例として再循環系にインターナルポンプ（以下、循環ポンプと記す）を採用した改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）の冷却材流量測定装置について説明する。
【０００３】
図13により改良型沸騰水型原子炉の構造の概要を説明する。
原子炉圧力容器１内には多数の燃料集合体を装荷した炉心部２が配置され、この炉心部２の上下両端に炉心支持板７と上部格子板８が設けられ、炉心部２と炉心支持板７および上部格子板８を包囲するシュラウド13が設けられている。原子炉圧力容器１の下部には、10〜12台の循環ポンプ12が配置されている。これらの循環ポンプ12により原子炉圧力容器内の冷却材は炉心部２に供給され、強制循環される。
【０００４】
炉心部２で加熱された冷却材は蒸気となり、シュラウド13の上方に立設された多数本の気水分離器ａで気液分離され、さらに蒸気乾燥器ｂを通過して乾燥し、乾燥蒸気となる。乾燥蒸気は主蒸気管ｃから流出してタービン（図示せず）へ送られ、タービンは回転し発電機を駆動する。
【０００５】
タービンで仕事をした蒸気は復水器で凝縮されて復水となり、復水は復水浄化系を通って浄化され、給水系を通して給水管ｄから原子炉圧力容器１内に流入する。原子炉圧力容器１内に流入した給水つまり、冷却材は、ダウンカマ14を下降し、循環ポンプ12により再び昇圧され炉心部２に供給される。
【０００６】
循環ポンプ12を採用した冷却材の流量測定は下記のようにして行われている。シュラウド13を貫通させ、圧力取出し位置としてポンプ吸込み側に取付けた吸込み側ノズルとポンプ吐出側に取付けた吐出側ノズルの圧力差△Ｐを測定する。
【０００７】
圧力差△Ｐは循環ポンプ12の回転数と流量とによって決まるため、あらかじめ工場試験などで他の容器で回転数−流量−圧力差の関係を測定しておく。実際の原子炉では、回転数と圧力差△Ｐを測定して工場で求めた前述の回転数−流量−圧力差の関係を介して流量を求めている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
原子炉の冷却材流量を高精度で測定することは、原子炉運転の余裕をより正確に把握するうえで重要なことである。従来の原子炉の冷却材流量測定方法は、工場試験などで得られた循環ポンプ４の回転数−流量−圧力差の関係を実際の原子炉に適用する場合には、容器の形状の違いがあることから補正を行っている。
【０００９】
しかしながら、上記補正には誤差が含まれている。また、流量を求める場合、回転数と圧力差の２つの物理量を測定しているが、これらが流量測定誤差を大きくしている原因となっている。さらに、回転数−流量−圧力差の関係が長期的なプラントの運転経過によって微妙に変化するなどの課題がある。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、工場試験の容器差の補正を行う必要がなく、冷却材流量の測定精度が向上し、長期的なプラントの運転経過による特性に影響されることがない、長期的に安定した炉心流量を計測できる炉内プロセス量測定装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１記載の発明に係る燃料集合体は、原子炉の炉心内に挿入された検出器保護管と、前記検出器保護管内の軸方向に距離を離して配置した複数の温度センサからなる流速センサと、この流速センサの測定信号を処理するデータ処理装置と、このデータ処理装置で得られた値により炉心流量を算出する演算装置とを具備し、前記演算装置は前記データ処理装置で求めた流速と予め記憶しておいた前記検出器保護管内部断面積と前記検出器保護管内を流れる原子炉冷却材の密度から検出器保護管内流量を算出し、予め求めておいた検出器保護管内流量と炉心支持板差圧との関係および前記炉心支持板差圧と炉心流量の関係を用いて、炉心流量を算出することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、検出器保護管内軸方向の２点の温度の相関係数を計算し、最も相関関数が大きくなる条件から遅れ時間を求め、検出器保護管内流量を求める。そして、予め求めておいた検出器保護管内流量と炉心流量の関係から炉心流量を逆算する。したがって、炉心流量の測定が循環ポンプなどの経時的な特性変化を起こす可能性のあるものに依存しないため、長期的にも安定した信頼性の高い流量測定を行うことができる。
【００１３】
また、この発明によれば、複数の温度センサにより各位置の温度を測定し、その測定値の温度ゆらぎの相関関数を求め、その値から前記検出器保護管内の流速を求めることができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、前記流速センサは冷却材加熱用ヒータを備えてなることを特徴とする。この発明によれば、冷却材の温度ゆらぎが小さい場合に、前記ヒータで温度ゆらぎを生じさせることができる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記温度センサはガンマサーモメータからなることを特徴とする。この発明によれば、炉内の出力監視と炉心流量の測定を併用することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、前記温度センサを検出器保護管内軸方向で、前記炉心上部と前記炉心下部の２ヶ所に配置したことを特徴とする。この発明によれば、温度センサ間の冷却材の通過時間を長くとることができる。
【００１７】
請求項５記載の発明は、前記ガンマサーモメータの流速測定に用いるセンサ部を軸方向出力分布の大きい位置に近接配置したことを特徴とする。この発明によれば、信号出力を大きくとることができる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、前記温度センサの検出器保護管内軸方向配置は前記原子炉内の炉心支持板より下側の軸方向に離れた複数箇所であることを特徴とする。この発明によれば、検出器保護管内流速が遅い箇所で流速の算出を行うことができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、前記温度センサを配置する部位の前記検出器保護管内の断面積を他の部位よりも大きくしてなることを特徴とする。この発明によれば、流速を遅くして精度よく測定することができる。
【００２０】
請求項８記載の発明は、前記温度センサを取付ける検出器保護管を前記原子炉内の循環ポンプの近傍に配置してなることを特徴とする。この発明によれば、循環ポンプの部分台数運転時などにも精度良く炉心流量を算出できる。
【００２１】
請求項９記載の発明は、前記炉心内に複数本の検出器保護管を挿入し、これらの検出器保護管内にそれぞれ前記温度センサを取付けてなることを特徴とする。この発明によれば、炉心全体の検出器保護管内冷却材流速を監視できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１から図３（ａ），（ｂ）により、本発明に係る炉内プロセス量測定装置の請求項１の発明に対応する第１の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態に係る炉内プロセス量測定装置の構成を一部ブロックで示す概略断面図、図２は図１における検出器保護管内への冷却材の流れを説明するための検出器保護管とその周囲を拡大して示す縦断面図、図３（ａ），（ｂ）は温度ゆらぎにより流速を求める方法を説明するための図である。
【００２３】
本実施の形態に係る炉内プロセス量測定装置は図１および図２に示したように原子炉圧力容器１の下部を貫通し炉心部２まで挿入された検出器保護管３と、この検出器保護管３内に配置された複数の温度センサ４…４と、これらの温度センサ４…４の測定信号を処理するデータ処理装置５と、このデータ処理装置５で得られた値を用いて炉心流量を算出する演算装置６とからなっている。
【００２４】
データ処理装置５では検出器保護管３内に軸方向に離して設けた２点の温度センサ４，４の測定値のゆらぎの相関関数を計算し、相関の最も良い遅れ時間、２点の温度センサ４，４間を冷却材が通過するのに要する時間を算出する。
【００２５】
次に、演算装置６ではデータ処理装置５で求めた流速と予め記憶しておいた検出器保護管内断面積から検出器保護管内流量を求める。さらに演算装置６は、予め炉内の流動解析により求めて記憶しておいた、検出器保護管内流量と炉心支持板７差圧および炉心流量の関係を用いて、検出器保護管内流量から炉心流量を算出する。
【００２６】
なお、図１では検出器保護管３を１本のみ記載しているが、実際には原子炉圧力容器１内には検出器保護管３は複数本、例えば1300MWe 級の沸騰水型原子炉では50数本が存在している。
【００２７】
つぎに、炉内の冷却材の流れについて図２を用いて説明する。
検出器保護管３は原子炉圧力容器１の下部を貫通し炉心支持板７を貫通して上部格子板８に押しつけられるような状態で配置されている。炉心支持板７と上部格子板８の間、つまり、炉心部２には検出器保護管３が１本ずつ単管で配置されているが、炉心支持板７から下方は検出器保護管３の外側にさらに案内管９で覆われた二重管構造で配置されている。
【００２８】
検出器保護管３は直径が１インチ程度であり、その検出器保護管３内に局所出力測定用の中性子センサ10（例えば軸方向４ヶ所、直径６mm弱）と、この局所出力測定用中性子センサ10の感度校正用に他の中性子センサを挿入するための校正用センサ案内管11（例えば直径10mm弱）を有している。本実施の形態では検出器保護管３内にさらに温度センサ４を挿入している。
【００２９】
原子炉圧力容器１内では、炉心部２の燃料により加熱され蒸気となった冷却材の一部はタービン（図示せず）へ送られるが、残りの冷却材は循環ポンプ12により原子炉圧力容器１内を循環する。シュラウド13の外側のダウンカマ14を循環ポンプ12で下方に吸い込まれた冷却材は、ポンプ吐出側でシュラウド13内に入り、原子炉圧力容器１の下部から炉心支持板７、炉心部２を通って上方へと流れていく。
【００３０】
冷却材は炉心支持板７の下側で案内管９内に流入するものと、炉心支持板７を通過して炉心部２へ流入するものとに分かれる。また、炉心部２では燃料集合体15内を流れるものと、その外側のバイパス部16を流れるもの、炉心支持板７を通過しないで検出器保護管３内を流れてくるものがある。
【００３１】
つぎに、検出器保護管３内の冷却材の流れを説明する。
ポンプ吐出側からシュラウド13内に入った冷却材の一部は案内管９にあけた炉心支持板７直下の位置にある冷却孔17から案内管９内に入る。案内管９内に入った冷却材は３つの流れに分かれる。
【００３２】
１つは検出器保護管３と炉心支持板７のすき間を通って炉心部２へ流れていくもの、１つは案内管９の冷却孔17と同様な位置にある検出器保護管３の冷却孔18から検出器保護管３内に流入するもの、もう１つは案内管９と検出器保護管３の間を下方に流れ案内管９の下方にあけた冷却孔19から検出器保護管３内に流入する流れである。
【００３３】
後者の２つの流れは検出器保護管３内を上方に向かって流れ、検出器保護管３の炉心部２の上方位置にあけた冷却孔20から炉心部２へ流出していく。検出器保護管３内の流れは各部の圧力及び圧力損失とを用いて以下のように表せる。
ΔＰ／ρ＝Ｒ1 ＋Ｒ2
ΔＰ／ρ＝Ｒ1 ＋Ｒ3 ＋Ｒ4 ＋Ｒ6
ΔＰ／ρ＝Ｒ1 ＋Ｒ3 ＋Ｒ5 ＋Ｒ6
【００３４】
ここで、△Ｐは炉心支持板上下の圧力差（炉心支持板差圧）、Ｒ1 は案内管９の冷却孔18の圧損、Ｒ2 は炉心支持板７と検出器保護管３のすき間部分の圧損、Ｒ3 は冷却孔17から冷却孔18までの圧損、Ｒ4 は冷却孔18の圧損、Ｒ5 は案内管９と検出器保護管３の間の圧損と検出器保護管３の冷却孔19の圧損および冷却孔19から炉心支持板７位置までの検出器保護管内３の圧損、Ｒ6 は炉心支持板から上の検出器保護管内の圧損および上部の冷却孔20の圧損、そしてρは冷却材の密度である。
【００３５】
上記関係からわかるように検出器保護管３内の流れは、炉心支持板差圧の関数として求めることができる。また、炉心支持板差圧も炉心流量の関数として求めることができる。
【００３６】
検出器保護管３内の流速の測定は、たとえば、「原子炉の計測」川口千代二、荒克之著（幸書房）に示されているように、冷却材の流れの方向に離れて設置された温度センサ４の温度ゆらぎの相関関係から求めることができる。
【００３７】
図３（ａ），（ｂ）に温度ゆらぎと相関関係から流速を求める場合の概念図を示す。図３（ａ）は温度センサ１，２の温度と時間との関係を示し、図３（ｂ）は相関関数φ12と遅れ時間との関係を示している。二点の温度測定結果から下式のように相互相関関数を求める。φ12（ｉ△τ) は相互相関関数、△ｔはサンプリング時間間隔、Ｎは観測時間の分割数、△τは遅れ時間の測定周期である。
【００３８】
【数１】
【００３９】
図３（ａ）に示すように二点の温度センサ１，２間を冷却材の温度ゆらぎが維持されて伝播するとすると、図３（ｂ）に示すように相互相関係数は遅れ時間が冷却材が二点の温度センサ間を通過する時間に一致した場合が最も大きくなる。このようにして求めた２点間を冷却材が通過する時間τd と２点間の距離ｌから冷却材の流速ｖを求める。
ｖ＝ｌ／τd
【００４０】
なお、検出器保護管３内は燃料集合体内とは異なり、冷却材は沸騰しないため、二相流の流速を計測する場合のボイド速度と液体速度の違いなどを考慮しなくて良い。
【００４１】
本実施の形態では、検出器保護管内流量と炉心支持板差圧および炉心支持板差圧と炉心流量の関係は予め原子炉内の流動解析により関係を求めておき、演算装置６に記憶させておくことにより、検出器保護管３内の流速を測定することにより炉心流量を算出する。
【００４２】
このように流量測定に循環ポンプの特性を用いる必要がないため、機器特性の経年変化の影響を受けることがなく信頼性の高い炉内プロセス量測定装置を提供することができる。
【００４３】
つぎに図４により第２の実施の形態を説明する。
図４は本実施の形態の要部を示しており、図１において炉心部２内に挿入した検出器保護管３内を拡大して示す概略的断面図である。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、検出器保護管３内に配置する温度センサ４としてシース型の熱電対21を設けたことにある。その他の部分は第１の実施の形態と同様である。
【００４４】
前述したように検出器保護管３は１インチ程度の径の中に中性子センサ10およびその校正用センサ案内管11が設けられているため、挿入する温度センサはある程度小さくする必要がある。シース型の熱電対21は数mm以下のものが容易に手に入り、検出器保護管３内に複数本挿入することも問題なく行うことができる。
【００４５】
また、直径が数mm以下のシース型の熱電対21は応答も早く１秒以内の応答特性を有するため、温度ゆらぎに対する応答も十分である。シース型の熱電対21は炉内の温度センサとして実績があり、信頼性の高い測定装置を得ることができる。なお、温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００４６】
つぎに図５により第３の実施の形態を説明する。
図５は第２の実施の形態に準じており、本実施の形態が第２の実施の形態と異なる点は、検出器保護管３内に配置する温度センサとして超音波の伝播速度が温度により異なることを利用して温度を測定する超音波温度計22を設けたことにある。
【００４７】
図５に示すように、超音波導波棒23に複数のノッチ24を設けておくことで、１本の超音波導波棒23で複数点の温度を測定することが可能となる。温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００４８】
次に図６により請求項２の発明に対応する第４の実施の形態を説明する。図６は本実施の形態の要部を示しており、本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、検出器保護管３内に配置する複数の温度センサ４からなる流速センサに冷却材加熱用ヒータ25を冷却材上流側に設けたことにある。
【００４９】
本実施の形態によれば、冷却材の温度ゆらぎが小さい場合にもヒータ25による発熱で温度ゆらぎを生じさせることができる。これにより温度ゆらぎの相関関数を算出することができる。また、温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００５０】
次に図７により請求項３の発明に対応する第５の実施の形態を説明する。本実施の形態は第４の実施の形態に準じており、本実施の形態が第４の実施の形態と異なる点は、検出器保護管３内に配置する温度センサ４としてガンマサーモメータ26を設けたことにある。
【００５１】
ガンマサーモメータ26は図７に示すように金属棒27の一部に断熱ガスを封じた断熱部を設けることでガンマ発熱によりセンサ部29に温度差が生じるようにし、その温度差を差動熱電対30で計測するもので、原子炉内の出力監視や水位監視への適用を目的として使用されている。
【００５２】
ガンマサーモメータ26の出力は冷却材の温度ではなく、ガンマ発熱によりセンサ部29に生じる温度差であるため、第１の実施の形態で説明したように単純に出力（温度差）の相関関数を求めると出力（温度差）が炉心軸方向の出力分布に依存するので、各センサ部の出力（温度差）の平均値からのずれの相互相関関数を用いて流速を求める。相互相関関数から冷却材の温度センサ間を通過するに要する時間を求める方法は第１の実施の形態と同様にして計算できる。
【００５３】
沸騰水型原子炉では校正用中性子センサの代わりにガンマサーモメータ26を用いる検討が行われているが、本実施の形態では、そのガンマサーモメータを検出器保護管内流速測定に併用する装置を提供する。
【００５４】
なお、ガンマサーモメータ26は通常温度差による測定を行うため、差動熱電対30を用いているが、さらに温度を測定する熱電対を加えた構造とし、その熱電対の出力から流速を求めるようにしても良い。温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００５５】
つぎに第６の実施の形態を説明する。
本実施の形態は第１の実施の形態における図１に示した検出器保護管３内に配置する温度センサ４として抵抗式温度計（図示せず）を設けたことにある。
【００５６】
一部のタイプの抵抗式温度計は文献（KTH-NEL-53 "Development of a new core cooling monitor and performance studies in a boiring water reactor" Becker et.al )にあるように水位計としても適用が検討されている。
【００５７】
本実施の形態では、これをさらに流量計測にも併用することとしたものであり、炉水位計と炉心流量計が兼用できる。温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施例と同様であるので、その説明は省略する。
【００５８】
次に図８により請求項４の発明に対応する第７の実施の形態を説明する。本実施の形態は図８に示したように、検出器保護管３内に挿入する温度センサ４の位置を炉心部２の上部および下部の２ヶ所に配置したことにある。その他の部分は第１の実施の形態と同様なので、それらの説明は省略する。
【００５９】
本実施の形態によれば、冷却材の温度センサ間の通過時間を長くとることができ、通過時間を長くすることで時間測定精度を向上させ、流速の算出精度を向上させることが可能となる。温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００６０】
つぎに図９（ａ），（ｂ）により請求項５の発明に対応する第８の実施の形態を説明する。本実施の形態は第５の実施の形態において図７に示したガンマサーモメータ26の流速測定に用いるセンサ部29を炉心出力の大きい軸方向中心位置近傍に配置したことにある。
【００６１】
図７に示すガンマサーモメータ26を図９（ａ）に示す温度センサ４として炉心出力の測定に用いる場合、炉心部２の軸方向に例えば９ヶ所など、図７に示すように複数のセンサ部29を有するが、ガンマサーモメータ26の出力はガンマ発熱に比例して大きくなるので、炉心出力の大きい位置のセンサ部29はその出力が大きく測定精度の向上が図れる。
【００６２】
なお、炉心軸方向の出力分布は図９（ｂ）に示したように燃料の燃焼状態により変化するため、燃焼状態に応じて流速測定に用いるセンサをその時の出力信号が大きいセンサを選択する機能を有するようにしても良い。温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００６３】
次に図10により請求項６の発明に対応する第９の実施の形態を説明する。本実施の形態は図10に示したように検出器保護管３内の温度センサ４の配置を炉心支持板７より下側としたことにある。検出器保護管３内への冷却材の流れの多くは炉心支持板直下の位置にある冷却孔19から入り、案内管９と検出器保護管３の間を下側にいく流れは少ないため、炉心支持板７より下側の検出器保護管３内の流速は遅くなる。
【００６４】
本実施の形態によれば、流速の遅い部分で測定することにより測定精度を向上させるものである。温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００６５】
次に図11により請求項７の発明に対応する第10の実施の形態を説明する。本実施の形態は図11に示したように検出器保護管３の温度センサ４を配置する部位の断面積を大きくして、検出器保護管３内の流速を遅くすることにより計測精度を向上させるようにしたことにある。本実施の形態によれば、温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００６６】
次に図12により請求項８の発明に対応する第11の実施の形態を説明する。図12は本実施の形態において、第１の実施の形態で示した温度センサ４を設置する検出器保護管31の配置を示す炉心の上面図である。本実施の形態では温度センサ４を配置する検出器保護管31を炉心部２の外周部の循環ポンプ12近傍にあるものとし、循環ポンプ12が部分台数運転を行った場合などにも全体の温度センサ４から得られる流速をもとに炉心流量を算出するようにして計測精度を向上させることにある。
【００６７】
例えば、本実施の形態では複数の検出器保護管31の温度センサから得られる流速の平均を取るようにするか、または循環ポンプ12の部分台数運転など運転条件の違う場合についても炉内の流動解析を行っておき、そのデータを図１に示す演算装置６に記憶させておき流量を算出するようにしても良い。
【００６８】
次に図12により請求項９の発明に対応する第12の実施の形態を説明する。本実施の形態は図12に示したように炉心部２内に配置された複数の検出器保護管31に温度センサを取付け流速計算を行うようにしたものである。検出器保護管31内の流速の算出は第11の実施の形態と同様に平均値をとることにしても良い。また、炉心部２内全ての検出器保護管３，31に温度測定センサを取付けておき、全体の検出器保護管内流速監視を行うことにより検出器保護管近傍の圧力分布の異常の監視を行うことができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の循環ポンプの持つ回転−流量の関係を使う必要がなくなり、工場試験での容器差での補正を行う必要がなくなる。また、循環ポンプの吸い込み側に設けた差圧式流量計測流路の内壁にクラッドが付着して計測精度が劣化することはなくなり、長期間にわたって冷却材流量計測精度を維持することが可能となり、これらによって原子炉運転の余裕がより正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る炉内プロセス量測定装置の第１の実施の形態を説明するための概略断面図。
【図２】図１における検出器保護管部分を拡大して詳細に示す縦断面図。
【図３】（ａ）は温度ゆらぎにより流速を求める方法を説明するための波形図、（ｂ）は（ａ）において相関関数と遅れ時間との関係を示す波形図。
【図４】本発明の第２の実施の形態における検出器保護管内要部を示す概略断面図。
【図５】本発明の第３の実施の形態における検出器保護管内要部を示す概略断面図。
【図６】本発明の第４の実施の形態におけるヒータ付き温度計を示す概略断面図。
【図７】本発明の第５の実施の形態におけるガンマサーモメータを示す概略図。
【図８】本発明の第７の実施の形態における温度センサを炉心部の上部と下部に配置した例を示す概略断面図。
【図９】（ａ）は本発明の第８の実施の形態におけるガンマサーモメータのセンサ部を出力の大きい軸方向位置に配置した例を示す概略断面図、（ｂ）は（ａ）における炉心軸方向と出力の関係を示す特性図。
【図１０】本発明の第９の実施の形態における温度センサを炉心支持板より下側に配置した例を示す概略断面図。
【図１１】本発明の第10の実施の形態における検出器保護管の断面サイズを大きくした例を示す概略断面図。
【図１２】本発明の第11および第12の実施の形態における温度センサを取付けた検出器保護管の炉心での位置を示す炉心平面図。
【図１３】改良型沸騰水型原子炉の構造を示す縦断面図。
【符号の説明】
１…原子炉圧力容器、２…炉心部、３…検出器保護管、４…温度センサ、５…データ処理装置、６…演算装置、７…炉心支持板、８…上部格子板、９…案内管、10…中性子センサ、11…校正用センサ案内管、12…循環ポンプ、13…シュラウド、14…ダウンカマ、15…燃料集合体、16…バイパス部、17…冷却孔、18…冷却孔、19…冷却孔、20…冷却孔、21…熱電対、22…超音波温度計、23…超音波導波棒、24…ノッチ、25…ヒータ、26…ガンマサーモメータ、27…金属棒、28…断熱部、29…センサ部、30…差動熱電対、31…検出器保護管、32…炉心、33…気水分離器、34…蒸気乾燥機、35…主蒸気管、36…給水管。
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子力発電所の原子炉圧力容器内のプロセス量の測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明では、例として再循環系にインターナルポンプ（以下、循環ポンプと記す）を採用した改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）の冷却材流量測定装置について説明する。
【０００３】
図13により改良型沸騰水型原子炉の構造の概要を説明する。
原子炉圧力容器１内には多数の燃料集合体を装荷した炉心部２が配置され、この炉心部２の上下両端に炉心支持板７と上部格子板８が設けられ、炉心部２と炉心支持板７および上部格子板８を包囲するシュラウド13が設けられている。原子炉圧力容器１の下部には、10〜12台の循環ポンプ12が配置されている。これらの循環ポンプ12により原子炉圧力容器内の冷却材は炉心部２に供給され、強制循環される。
【０００４】
炉心部２で加熱された冷却材は蒸気となり、シュラウド13の上方に立設された多数本の気水分離器ａで気液分離され、さらに蒸気乾燥器ｂを通過して乾燥し、乾燥蒸気となる。乾燥蒸気は主蒸気管ｃから流出してタービン（図示せず）へ送られ、タービンは回転し発電機を駆動する。
【０００５】
タービンで仕事をした蒸気は復水器で凝縮されて復水となり、復水は復水浄化系を通って浄化され、給水系を通して給水管ｄから原子炉圧力容器１内に流入する。原子炉圧力容器１内に流入した給水つまり、冷却材は、ダウンカマ14を下降し、循環ポンプ12により再び昇圧され炉心部２に供給される。
【０００６】
循環ポンプ12を採用した冷却材の流量測定は下記のようにして行われている。シュラウド13を貫通させ、圧力取出し位置としてポンプ吸込み側に取付けた吸込み側ノズルとポンプ吐出側に取付けた吐出側ノズルの圧力差△Ｐを測定する。
【０００７】
圧力差△Ｐは循環ポンプ12の回転数と流量とによって決まるため、あらかじめ工場試験などで他の容器で回転数−流量−圧力差の関係を測定しておく。実際の原子炉では、回転数と圧力差△Ｐを測定して工場で求めた前述の回転数−流量−圧力差の関係を介して流量を求めている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
原子炉の冷却材流量を高精度で測定することは、原子炉運転の余裕をより正確に把握するうえで重要なことである。従来の原子炉の冷却材流量測定方法は、工場試験などで得られた循環ポンプ４の回転数−流量−圧力差の関係を実際の原子炉に適用する場合には、容器の形状の違いがあることから補正を行っている。
【０００９】
しかしながら、上記補正には誤差が含まれている。また、流量を求める場合、回転数と圧力差の２つの物理量を測定しているが、これらが流量測定誤差を大きくしている原因となっている。さらに、回転数−流量−圧力差の関係が長期的なプラントの運転経過によって微妙に変化するなどの課題がある。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、工場試験の容器差の補正を行う必要がなく、冷却材流量の測定精度が向上し、長期的なプラントの運転経過による特性に影響されることがない、長期的に安定した炉心流量を計測できる炉内プロセス量測定装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１記載の発明に係る燃料集合体は、原子炉の炉心内に挿入された検出器保護管と、前記検出器保護管内の軸方向に距離を離して配置した複数の温度センサからなる流速センサと、この流速センサの測定信号を処理するデータ処理装置と、このデータ処理装置で得られた値により炉心流量を算出する演算装置とを具備し、前記演算装置は前記データ処理装置で求めた流速と予め記憶しておいた前記検出器保護管内部断面積と前記検出器保護管内を流れる原子炉冷却材の密度から検出器保護管内流量を算出し、予め求めておいた検出器保護管内流量と炉心支持板差圧との関係および前記炉心支持板差圧と炉心流量の関係を用いて、炉心流量を算出することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、検出器保護管内軸方向の２点の温度の相関係数を計算し、最も相関関数が大きくなる条件から遅れ時間を求め、検出器保護管内流量を求める。そして、予め求めておいた検出器保護管内流量と炉心流量の関係から炉心流量を逆算する。したがって、炉心流量の測定が循環ポンプなどの経時的な特性変化を起こす可能性のあるものに依存しないため、長期的にも安定した信頼性の高い流量測定を行うことができる。
【００１３】
また、この発明によれば、複数の温度センサにより各位置の温度を測定し、その測定値の温度ゆらぎの相関関数を求め、その値から前記検出器保護管内の流速を求めることができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、前記流速センサは冷却材加熱用ヒータを備えてなることを特徴とする。この発明によれば、冷却材の温度ゆらぎが小さい場合に、前記ヒータで温度ゆらぎを生じさせることができる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記温度センサはガンマサーモメータからなることを特徴とする。この発明によれば、炉内の出力監視と炉心流量の測定を併用することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、前記温度センサを検出器保護管内軸方向で、前記炉心上部と前記炉心下部の２ヶ所に配置したことを特徴とする。この発明によれば、温度センサ間の冷却材の通過時間を長くとることができる。
【００１７】
請求項５記載の発明は、前記ガンマサーモメータの流速測定に用いるセンサ部を軸方向出力分布の大きい位置に近接配置したことを特徴とする。この発明によれば、信号出力を大きくとることができる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、前記温度センサの検出器保護管内軸方向配置は前記原子炉内の炉心支持板より下側の軸方向に離れた複数箇所であることを特徴とする。この発明によれば、検出器保護管内流速が遅い箇所で流速の算出を行うことができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、前記温度センサを配置する部位の前記検出器保護管内の断面積を他の部位よりも大きくしてなることを特徴とする。この発明によれば、流速を遅くして精度よく測定することができる。
【００２０】
請求項８記載の発明は、前記温度センサを取付ける検出器保護管を前記原子炉内の循環ポンプの近傍に配置してなることを特徴とする。この発明によれば、循環ポンプの部分台数運転時などにも精度良く炉心流量を算出できる。
【００２１】
請求項９記載の発明は、前記炉心内に複数本の検出器保護管を挿入し、これらの検出器保護管内にそれぞれ前記温度センサを取付けてなることを特徴とする。この発明によれば、炉心全体の検出器保護管内冷却材流速を監視できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１から図３（ａ），（ｂ）により、本発明に係る炉内プロセス量測定装置の請求項１の発明に対応する第１の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態に係る炉内プロセス量測定装置の構成を一部ブロックで示す概略断面図、図２は図１における検出器保護管内への冷却材の流れを説明するための検出器保護管とその周囲を拡大して示す縦断面図、図３（ａ），（ｂ）は温度ゆらぎにより流速を求める方法を説明するための図である。
【００２３】
本実施の形態に係る炉内プロセス量測定装置は図１および図２に示したように原子炉圧力容器１の下部を貫通し炉心部２まで挿入された検出器保護管３と、この検出器保護管３内に配置された複数の温度センサ４…４と、これらの温度センサ４…４の測定信号を処理するデータ処理装置５と、このデータ処理装置５で得られた値を用いて炉心流量を算出する演算装置６とからなっている。
【００２４】
データ処理装置５では検出器保護管３内に軸方向に離して設けた２点の温度センサ４，４の測定値のゆらぎの相関関数を計算し、相関の最も良い遅れ時間、２点の温度センサ４，４間を冷却材が通過するのに要する時間を算出する。
【００２５】
次に、演算装置６ではデータ処理装置５で求めた流速と予め記憶しておいた検出器保護管内断面積から検出器保護管内流量を求める。さらに演算装置６は、予め炉内の流動解析により求めて記憶しておいた、検出器保護管内流量と炉心支持板７差圧および炉心流量の関係を用いて、検出器保護管内流量から炉心流量を算出する。
【００２６】
なお、図１では検出器保護管３を１本のみ記載しているが、実際には原子炉圧力容器１内には検出器保護管３は複数本、例えば1300MWe 級の沸騰水型原子炉では50数本が存在している。
【００２７】
つぎに、炉内の冷却材の流れについて図２を用いて説明する。
検出器保護管３は原子炉圧力容器１の下部を貫通し炉心支持板７を貫通して上部格子板８に押しつけられるような状態で配置されている。炉心支持板７と上部格子板８の間、つまり、炉心部２には検出器保護管３が１本ずつ単管で配置されているが、炉心支持板７から下方は検出器保護管３の外側にさらに案内管９で覆われた二重管構造で配置されている。
【００２８】
検出器保護管３は直径が１インチ程度であり、その検出器保護管３内に局所出力測定用の中性子センサ10（例えば軸方向４ヶ所、直径６mm弱）と、この局所出力測定用中性子センサ10の感度校正用に他の中性子センサを挿入するための校正用センサ案内管11（例えば直径10mm弱）を有している。本実施の形態では検出器保護管３内にさらに温度センサ４を挿入している。
【００２９】
原子炉圧力容器１内では、炉心部２の燃料により加熱され蒸気となった冷却材の一部はタービン（図示せず）へ送られるが、残りの冷却材は循環ポンプ12により原子炉圧力容器１内を循環する。シュラウド13の外側のダウンカマ14を循環ポンプ12で下方に吸い込まれた冷却材は、ポンプ吐出側でシュラウド13内に入り、原子炉圧力容器１の下部から炉心支持板７、炉心部２を通って上方へと流れていく。
【００３０】
冷却材は炉心支持板７の下側で案内管９内に流入するものと、炉心支持板７を通過して炉心部２へ流入するものとに分かれる。また、炉心部２では燃料集合体15内を流れるものと、その外側のバイパス部16を流れるもの、炉心支持板７を通過しないで検出器保護管３内を流れてくるものがある。
【００３１】
つぎに、検出器保護管３内の冷却材の流れを説明する。
ポンプ吐出側からシュラウド13内に入った冷却材の一部は案内管９にあけた炉心支持板７直下の位置にある冷却孔17から案内管９内に入る。案内管９内に入った冷却材は３つの流れに分かれる。
【００３２】
１つは検出器保護管３と炉心支持板７のすき間を通って炉心部２へ流れていくもの、１つは案内管９の冷却孔17と同様な位置にある検出器保護管３の冷却孔18から検出器保護管３内に流入するもの、もう１つは案内管９と検出器保護管３の間を下方に流れ案内管９の下方にあけた冷却孔19から検出器保護管３内に流入する流れである。
【００３３】
後者の２つの流れは検出器保護管３内を上方に向かって流れ、検出器保護管３の炉心部２の上方位置にあけた冷却孔20から炉心部２へ流出していく。検出器保護管３内の流れは各部の圧力及び圧力損失とを用いて以下のように表せる。
ΔＰ／ρ＝Ｒ1 ＋Ｒ2
ΔＰ／ρ＝Ｒ1 ＋Ｒ3 ＋Ｒ4 ＋Ｒ6
ΔＰ／ρ＝Ｒ1 ＋Ｒ3 ＋Ｒ5 ＋Ｒ6
【００３４】
ここで、△Ｐは炉心支持板上下の圧力差（炉心支持板差圧）、Ｒ1 は案内管９の冷却孔18の圧損、Ｒ2 は炉心支持板７と検出器保護管３のすき間部分の圧損、Ｒ3 は冷却孔17から冷却孔18までの圧損、Ｒ4 は冷却孔18の圧損、Ｒ5 は案内管９と検出器保護管３の間の圧損と検出器保護管３の冷却孔19の圧損および冷却孔19から炉心支持板７位置までの検出器保護管内３の圧損、Ｒ6 は炉心支持板から上の検出器保護管内の圧損および上部の冷却孔20の圧損、そしてρは冷却材の密度である。
【００３５】
上記関係からわかるように検出器保護管３内の流れは、炉心支持板差圧の関数として求めることができる。また、炉心支持板差圧も炉心流量の関数として求めることができる。
【００３６】
検出器保護管３内の流速の測定は、たとえば、「原子炉の計測」川口千代二、荒克之著（幸書房）に示されているように、冷却材の流れの方向に離れて設置された温度センサ４の温度ゆらぎの相関関係から求めることができる。
【００３７】
図３（ａ），（ｂ）に温度ゆらぎと相関関係から流速を求める場合の概念図を示す。図３（ａ）は温度センサ１，２の温度と時間との関係を示し、図３（ｂ）は相関関数φ12と遅れ時間との関係を示している。二点の温度測定結果から下式のように相互相関関数を求める。φ12（ｉ△τ) は相互相関関数、△ｔはサンプリング時間間隔、Ｎは観測時間の分割数、△τは遅れ時間の測定周期である。
【００３８】
【数１】
図３（ａ）に示すように二点の温度センサ１，２間を冷却材の温度ゆらぎが維持されて伝播するとすると、図３（ｂ）に示すように相互相関係数は遅れ時間が冷却材が二点の温度センサ間を通過する時間に一致した場合が最も大きくなる。このようにして求めた２点間を冷却材が通過する時間τd と２点間の距離ｌから冷却材の流速ｖを求める。
ｖ＝ｌ／τd
【００４０】
なお、検出器保護管３内は燃料集合体内とは異なり、冷却材は沸騰しないため、二相流の流速を計測する場合のボイド速度と液体速度の違いなどを考慮しなくて良い。
【００４１】
本実施の形態では、検出器保護管内流量と炉心支持板差圧および炉心支持板差圧と炉心流量の関係は予め原子炉内の流動解析により関係を求めておき、演算装置６に記憶させておくことにより、検出器保護管３内の流速を測定することにより炉心流量を算出する。
【００４２】
このように流量測定に循環ポンプの特性を用いる必要がないため、機器特性の経年変化の影響を受けることがなく信頼性の高い炉内プロセス量測定装置を提供することができる。
【００４３】
つぎに図４により第２の実施の形態を説明する。
図４は本実施の形態の要部を示しており、図１において炉心部２内に挿入した検出器保護管３内を拡大して示す概略的断面図である。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、検出器保護管３内に配置する温度センサ４としてシース型の熱電対21を設けたことにある。その他の部分は第１の実施の形態と同様である。
【００４４】
前述したように検出器保護管３は１インチ程度の径の中に中性子センサ10およびその校正用センサ案内管11が設けられているため、挿入する温度センサはある程度小さくする必要がある。シース型の熱電対21は数mm以下のものが容易に手に入り、検出器保護管３内に複数本挿入することも問題なく行うことができる。
【００４５】
また、直径が数mm以下のシース型の熱電対21は応答も早く１秒以内の応答特性を有するため、温度ゆらぎに対する応答も十分である。シース型の熱電対21は炉内の温度センサとして実績があり、信頼性の高い測定装置を得ることができる。なお、温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００４６】
つぎに図５により第３の実施の形態を説明する。
図５は第２の実施の形態に準じており、本実施の形態が第２の実施の形態と異なる点は、検出器保護管３内に配置する温度センサとして超音波の伝播速度が温度により異なることを利用して温度を測定する超音波温度計22を設けたことにある。
【００４７】
図５に示すように、超音波導波棒23に複数のノッチ24を設けておくことで、１本の超音波導波棒23で複数点の温度を測定することが可能となる。温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００４８】
次に図６により請求項２の発明に対応する第４の実施の形態を説明する。図６は本実施の形態の要部を示しており、本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、検出器保護管３内に配置する複数の温度センサ４からなる流速センサに冷却材加熱用ヒータ25を冷却材上流側に設けたことにある。
【００４９】
本実施の形態によれば、冷却材の温度ゆらぎが小さい場合にもヒータ25による発熱で温度ゆらぎを生じさせることができる。これにより温度ゆらぎの相関関数を算出することができる。また、温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００５０】
次に図７により請求項３の発明に対応する第５の実施の形態を説明する。本実施の形態は第４の実施の形態に準じており、本実施の形態が第４の実施の形態と異なる点は、検出器保護管３内に配置する温度センサ４としてガンマサーモメータ26を設けたことにある。
【００５１】
ガンマサーモメータ26は図７に示すように金属棒27の一部に断熱ガスを封じた断熱部を設けることでガンマ発熱によりセンサ部29に温度差が生じるようにし、その温度差を差動熱電対30で計測するもので、原子炉内の出力監視や水位監視への適用を目的として使用されている。
【００５２】
ガンマサーモメータ26の出力は冷却材の温度ではなく、ガンマ発熱によりセンサ部29に生じる温度差であるため、第１の実施の形態で説明したように単純に出力（温度差）の相関関数を求めると出力（温度差）が炉心軸方向の出力分布に依存するので、各センサ部の出力（温度差）の平均値からのずれの相互相関関数を用いて流速を求める。相互相関関数から冷却材の温度センサ間を通過するに要する時間を求める方法は第１の実施の形態と同様にして計算できる。
【００５３】
沸騰水型原子炉では校正用中性子センサの代わりにガンマサーモメータ26を用いる検討が行われているが、本実施の形態では、そのガンマサーモメータを検出器保護管内流速測定に併用する装置を提供する。
【００５４】
なお、ガンマサーモメータ26は通常温度差による測定を行うため、差動熱電対30を用いているが、さらに温度を測定する熱電対を加えた構造とし、その熱電対の出力から流速を求めるようにしても良い。温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００５５】
つぎに第６の実施の形態を説明する。
本実施の形態は第１の実施の形態における図１に示した検出器保護管３内に配置する温度センサ４として抵抗式温度計（図示せず）を設けたことにある。
【００５６】
一部のタイプの抵抗式温度計は文献（KTH-NEL-53 "Development of a new core cooling monitor and performance studies in a boiring water reactor" Becker et.al )にあるように水位計としても適用が検討されている。
【００５７】
本実施の形態では、これをさらに流量計測にも併用することとしたものであり、炉水位計と炉心流量計が兼用できる。温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施例と同様であるので、その説明は省略する。
【００５８】
次に図８により請求項４の発明に対応する第７の実施の形態を説明する。本実施の形態は図８に示したように、検出器保護管３内に挿入する温度センサ４の位置を炉心部２の上部および下部の２ヶ所に配置したことにある。その他の部分は第１の実施の形態と同様なので、それらの説明は省略する。
【００５９】
本実施の形態によれば、冷却材の温度センサ間の通過時間を長くとることができ、通過時間を長くすることで時間測定精度を向上させ、流速の算出精度を向上させることが可能となる。温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００６０】
つぎに図９（ａ），（ｂ）により請求項５の発明に対応する第８の実施の形態を説明する。本実施の形態は第５の実施の形態において図７に示したガンマサーモメータ26の流速測定に用いるセンサ部29を炉心出力の大きい軸方向中心位置近傍に配置したことにある。
【００６１】
図７に示すガンマサーモメータ26を図９（ａ）に示す温度センサ４として炉心出力の測定に用いる場合、炉心部２の軸方向に例えば９ヶ所など、図７に示すように複数のセンサ部29を有するが、ガンマサーモメータ26の出力はガンマ発熱に比例して大きくなるので、炉心出力の大きい位置のセンサ部29はその出力が大きく測定精度の向上が図れる。
【００６２】
なお、炉心軸方向の出力分布は図９（ｂ）に示したように燃料の燃焼状態により変化するため、燃焼状態に応じて流速測定に用いるセンサをその時の出力信号が大きいセンサを選択する機能を有するようにしても良い。温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００６３】
次に図10により請求項６の発明に対応する第９の実施の形態を説明する。本実施の形態は図10に示したように検出器保護管３内の温度センサ４の配置を炉心支持板７より下側としたことにある。検出器保護管３内への冷却材の流れの多くは炉心支持板直下の位置にある冷却孔19から入り、案内管９と検出器保護管３の間を下側にいく流れは少ないため、炉心支持板７より下側の検出器保護管３内の流速は遅くなる。
【００６４】
本実施の形態によれば、流速の遅い部分で測定することにより測定精度を向上させるものである。温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００６５】
次に図11により請求項７の発明に対応する第10の実施の形態を説明する。本実施の形態は図11に示したように検出器保護管３の温度センサ４を配置する部位の断面積を大きくして、検出器保護管３内の流速を遅くすることにより計測精度を向上させるようにしたことにある。本実施の形態によれば、温度ゆらぎによる流速の測定およびそれを用いた炉心流量の算出に関する作用効果等は第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００６６】
次に図12により請求項８の発明に対応する第11の実施の形態を説明する。図12は本実施の形態において、第１の実施の形態で示した温度センサ４を設置する検出器保護管31の配置を示す炉心の上面図である。本実施の形態では温度センサ４を配置する検出器保護管31を炉心部２の外周部の循環ポンプ12近傍にあるものとし、循環ポンプ12が部分台数運転を行った場合などにも全体の温度センサ４から得られる流速をもとに炉心流量を算出するようにして計測精度を向上させることにある。
【００６７】
例えば、本実施の形態では複数の検出器保護管31の温度センサから得られる流速の平均を取るようにするか、または循環ポンプ12の部分台数運転など運転条件の違う場合についても炉内の流動解析を行っておき、そのデータを図１に示す演算装置６に記憶させておき流量を算出するようにしても良い。
【００６８】
次に図12により請求項９の発明に対応する第12の実施の形態を説明する。本実施の形態は図12に示したように炉心部２内に配置された複数の検出器保護管31に温度センサを取付け流速計算を行うようにしたものである。検出器保護管31内の流速の算出は第11の実施の形態と同様に平均値をとることにしても良い。また、炉心部２内全ての検出器保護管３，31に温度測定センサを取付けておき、全体の検出器保護管内流速監視を行うことにより検出器保護管近傍の圧力分布の異常の監視を行うことができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の循環ポンプの持つ回転−流量の関係を使う必要がなくなり、工場試験での容器差での補正を行う必要がなくなる。また、循環ポンプの吸い込み側に設けた差圧式流量計測流路の内壁にクラッドが付着して計測精度が劣化することはなくなり、長期間にわたって冷却材流量計測精度を維持することが可能となり、これらによって原子炉運転の余裕がより正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る炉内プロセス量測定装置の第１の実施の形態を説明するための概略断面図。
【図２】図１における検出器保護管部分を拡大して詳細に示す縦断面図。
【図３】（ａ）は温度ゆらぎにより流速を求める方法を説明するための波形図、（ｂ）は（ａ）において相関関数と遅れ時間との関係を示す波形図。
【図４】本発明の第２の実施の形態における検出器保護管内要部を示す概略断面図。
【図５】本発明の第３の実施の形態における検出器保護管内要部を示す概略断面図。
【図６】本発明の第４の実施の形態におけるヒータ付き温度計を示す概略断面図。
【図７】本発明の第５の実施の形態におけるガンマサーモメータを示す概略図。
【図８】本発明の第７の実施の形態における温度センサを炉心部の上部と下部に配置した例を示す概略断面図。
【図９】（ａ）は本発明の第８の実施の形態におけるガンマサーモメータのセンサ部を出力の大きい軸方向位置に配置した例を示す概略断面図、（ｂ）は（ａ）における炉心軸方向と出力の関係を示す特性図。
【図１０】本発明の第９の実施の形態における温度センサを炉心支持板より下側に配置した例を示す概略断面図。
【図１１】本発明の第10の実施の形態における検出器保護管の断面サイズを大きくした例を示す概略断面図。
【図１２】本発明の第11および第12の実施の形態における温度センサを取付けた検出器保護管の炉心での位置を示す炉心平面図。
【図１３】改良型沸騰水型原子炉の構造を示す縦断面図。
【符号の説明】
１…原子炉圧力容器、２…炉心部、３…検出器保護管、４…温度センサ、５…データ処理装置、６…演算装置、７…炉心支持板、８…上部格子板、９…案内管、10…中性子センサ、11…校正用センサ案内管、12…循環ポンプ、13…シュラウド、14…ダウンカマ、15…燃料集合体、16…バイパス部、17…冷却孔、18…冷却孔、19…冷却孔、20…冷却孔、21…熱電対、22…超音波温度計、23…超音波導波棒、24…ノッチ、25…ヒータ、26…ガンマサーモメータ、27…金属棒、28…断熱部、29…センサ部、30…差動熱電対、31…検出器保護管、32…炉心、33…気水分離器、34…蒸気乾燥機、35…主蒸気管、36…給水管。
Claims (9)
- 原子炉の炉心内に挿入された検出器保護管と、前記検出器保護管内の軸方向に距離を離して配置した複数の温度センサからなる流速センサと、この流速センサの測定信号を処理するデータ処理装置と、このデータ処理装置で得られた値により炉心流量を算出する演算装置とを具備し、前記演算装置は前記データ処理装置で求めた流速と予め記憶しておいた前記検出器保護管内部断面積と前記検出器保護管内を流れる原子炉冷却材の密度から検出器保護管内流量を算出し、予め求めておいた検出器保護管内流量と炉心支持板差圧との関係および前記炉心支持板差圧と炉心流量の関係を用いて、炉心流量を算出することを特徴とする炉内プロセス量測定装置。
- 前記流速センサは冷却材加熱用ヒータを備えてなることを特徴とする請求項１記載の炉内プロセス量測定装置。
- 前記温度センサはガンマサーモメータからなることを特徴とする請求項１又は２記載の炉内プロセス量測定装置。
- 前記温度センサを検出器保護管内軸方向で、前記炉心上部と前記炉心下部の２ヶ所に配置したことを特徴とする請求項１乃至３記載の炉内プロセス量測定装置。
- 前記ガンマサーモメータの流速測定に用いるセンサ部を軸方向出力分布の大きい位置に近接配置したことを特徴とする請求項３又は４記載の炉内プロセス量測定装置。
- 前記温度センサの検出器保護管内軸方向配置は前記原子炉内の炉心支持板より下側の軸方向に離れた複数箇所であることを特徴とする請求項１乃至５記載の炉内プロセス量測定装置。
- 前記温度センサを配置する部位の前記検出器保護管内の断面積を他の部位よりも大きくしてなることを特徴とする請求項１乃至６記載の炉内プロセス量測定装置。
- 前記温度センサを取付ける検出器保護管を前記原子炉内の循環ポンプの近傍に配置してなることを特徴とする請求項１乃至７記載の炉内プロセス量測定装置。
- 前記炉心内に複数本の検出器保護管を挿入し、これらの検出器保護管内にそれぞれ前記温度センサを取付けてなることを特徴とする請求項１乃至８記載の炉内プロセス量測定装置。
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