JP4945250B2 - 原子炉水位の測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、沸騰水型原子炉や加圧水型原子炉の冷却材の液面高さを測定する原子炉水位の測定装置に関する。

一般に、沸騰水型原子炉の水位計としては、差圧式水位計が知られている（特許文献１）。差圧式水位計では、図９に示すように、炉心１ａと冷却材１ｂを収容した原子炉圧力容器１に対して計装配管２、３、４が設けられ、凝縮槽５が取り付けられた最上部の計装配管２が、差圧計６、７を介して下部の計装配管３、４にそれぞれ接続されている。差圧計６、７では、原子炉水位に比例した圧力が測定されるため、圧力から原子炉水位を求めることができる。差圧計６、７のいずれでも原子炉水位を求めることができるが、測定範囲と精度が異なる。８は補正用の差圧計である。

他方、加圧水型原子炉の水位計としては、熱電対式水位計が知られている。熱電対式水位計では、図１０に示すように、原子炉圧力容器１に対して熱電対式センサ９を収納した被覆管１０が取り付けられる。熱電対式センサ９の下端部には、感温部が２ヵ所有り、一方の感温部に発熱部を備えた構造になっている。熱電対式センサ９よりも下方に水位が存在する場合、感温部に温度差が発生することから水の有無が分かるため、水位を求めることができる（特許文献２）。また、熱電対式センサ９に代えて超音波、電磁気、磁気等のセンサを用いることもできる（特許文献３）。
特開平５−３０２８４０号公報 特開平８−２２０２８４号公報 特開平１０−１４２０２８号公報

上述した従来の差圧式水位計では、原子炉水位を測定するための計装配管２、３、４および凝縮槽５が必要であり、原子炉の構造が複雑になるという課題がある。

他方、上述の熱電対式水位計では、熱電対式センサ９を複数取り付ける、または熱電対式センサ９に上下駆動機構を取り付けることが必要であり、差圧式水位計と同様、原子炉の構造が複雑になるという課題がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、原子炉の構造を複雑にすることのない簡素な原子炉水位の測定装置を提供することを目的とする。

本発明の原子炉水位の測定装置は、原子炉の圧力容器の外部に設置されマイクロ波を発生するマイクロ波源と、マイクロ波を導波伝送する導波伝送手段と、前記導波伝送手段に接続され圧力容器の外壁までマイクロ波を無線伝送する無線伝送手段と、圧力容器の外壁において前記無線伝送手段に接続され、圧力容器の内部まで貫通し、圧力容器の内部へマイクロ波を伝送するケーブル伝送手段と、前記ケーブル伝送手段に接続され、圧力容器の内部の水面に対してマイクロ波を投射し反射マイクロ波を受信するアンテナ手段と、前記アンテナ手段で受信され前記ケーブル伝送手段により圧力容器の外部へ伝送された反射マイクロ波を前記無線伝送手段によって無線伝送して前記導波伝送手段へ伝送した後、分岐し導波する導波分岐手段と、前記導波分岐手段によって導波された反射マイクロ波を検知する検知手段と、検知された反射マイクロ波から圧力容器の内部の水位を演算して求める水位演算手段とを備え、前記マイクロ波源は前記反射マイクロ波を検知する検知手段の検知信号が小さい場合にマイクロ波の周波数を変更することを特徴とする。

本発明によれば、原子炉の構造を複雑にすることのない簡素な原子炉水位の測定装置を提供することができる。

以下、本発明に係る原子炉水位の測定装置の第１ないし第４の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
（構成）
本実施の形態の原子炉水位の測定装置は、図１に示すように、原子炉圧力容器１の外部に設置され、圧力容器の内部の水位を計測するためのマイクロ波を発生するマイクロ波源１１と、原子炉圧力容器１の近傍までマイクロ波を導波伝送する導波伝送手段１２と、導波伝送手段１２および原子炉圧力容器１の外壁１３に取り付けられ、導波伝送手段１２から原子炉圧力容器１の外壁１３までマイクロ波を無線伝送する無線伝送手段１４ａ，１４ｂと、原子炉圧力容器１の外壁１３の無線伝送手段１４ｂに取り付けられ、原子炉圧力容器１の内部まで貫通し、原子炉圧力容器１の内部へマイクロ波を伝送するケーブル伝送手段１５と、ケーブル伝送手段１５に取り付けられ、原子炉圧力容器１の内部の水面１６に対してマイクロ波を投射するアンテナ手段１７と、水面１６で反射されアンテナ手段１７で受信され、ケーブル伝送手段１５により原子炉圧力容器１の外部へ伝送された反射マイクロ波を無線伝送手段１４ａ，１４ｂによって無線伝送して導波伝送手段１２へ伝送した後、分岐する導波分岐手段１８と、導波分岐手段１８によって導かれた反射マイクロ波を検知する検知手段１９と、検知された反射マイクロ波から原子炉圧力容器１の内部の水位を演算して求める水位演算手段２０と、水位の演算結果を無線で情報伝送する情報無線伝送手段２１ａ，２１ｂと、マイクロ波源１１および検知手段１９および水位演算手段２０の一部または全てを無線で遠隔操作する無線操作手段２２ａ，２２ｂと、情報無線伝送手段２１ａ，２１ｂや無線操作手段２２ａ，２２ｂの無線伝送を中継する無線中継手段２３と、から構成されている。

マイクロ波源１１は、クライストロン、マグネトロン、進行波管などの電子管、ガンダイオードなどの半導体素子などで構成される。マイクロ波の周波数は、マイクロ波の指向性や伝送損失、無線伝送手段１４ａ，１４ｂやケーブル伝送手段１５の寸法を考慮して選定される。

導波伝送手段１２は、中空構造の導体で構成され、断面形状の制限はないが、内径寸法はマイクロ波の周波数に適合するように選定する。

無線伝送手段１４ａ，１４ｂは、各々ホーンアンテナで構成され、マイクロ波は直進性が高いため、ホーンアンテナは、互いに向き合うように設置される。
ケーブル伝送手段１５は、例えば、図２に示す断面構造の同軸ケーブルで構成される。図２は、二重構造の同軸ケーブルであり、導体２４、２６、鉱物性絶縁体２５、２７、ステンレスシース２８、で構成される。ケーブル伝送手段１５は、ろう付け、溶接などによって圧力容器１の外壁１３や内壁に取り付けられる。

アンテナ手段１７は、無線伝送手段１４ａ，１４ｂと同様、ホーンアンテナで構成される。
導波分岐手段１８は、磁性体を内部に設置した中空構造の導体で構成され、導波伝送手段１２と同様、断面形状の制限はないが、内径寸法はマイクロ波の周波数に適合するように選定する。導波分岐手段１８は、導波伝送手段１２と組み合わされて循環器を構成し、マイクロ波源１１で発生したマイクロ波を無線伝送手段１４ａへ伝送し、無線伝送手段１４ａで受信した反射マイクロ波を検知手段１９へ伝送するようになっている。

検知手段１９は、ボロメーター、サーミスター、ダイオードなどで構成される。
水位演算手段２０は、図３に示すように、検知された反射マイクロ波の信号強度と時間の関係を求める信号処理装置で構成される。蒸気と水が二相状態を形成する場合は、蒸気と水で誘電率が異なるため、信号強度が不連続になる不連続点２９ができる。

情報無線伝送手段２１ａ，２１ｂは、無線通信装置で構成され、マイクロ波通信やミリ波通信、長波から超短波の通信が適用可能である。伝送される情報は、情報無線伝送手段２１ａにおいて変調および送信され、情報無線伝送手段２１ｂにおいて受信および復調される。

無線操作手段２２ａ，２２ｂについても、情報無線伝送手段２１ａ，２１ｂと同様、無線通信装置で構成され、マイクロ波通信やミリ波通信、長波から超短波の通信が適用可能である。伝送される情報は、無線操作手段２２ａにおいて変調および送信され、無線操作手段２２ｂにおいて受信および復調される。

なお、情報無線伝送手段２１ｂや無線操作手段２２ａは、異なる場所に複数設置可能であるが、無線操作手段２２ａ，２２ｂと情報無線伝送手段２１ａ，２１ｂの搬送周波数は、異なるように設定する。

無線中継手段２３は、長距離や複雑な経路を伝送する場合などに、情報無線伝送手段２１ａ，２１ｂや無線操作手段２２ａ，２２ｂの伝送信号の増幅および中継を行う装置である。例えば、マイクロ波通信の場合は、情報無線伝送手段２１ａと２１ｂが向き合うことができない場合に適用される。また、無線中継手段２３は、複数設置することができ、伝送路の多重化や多経路化、複数の場所への同時配信も可能である。

（作用）
マイクロ波源１１によってパルス発振されたマイクロ波は、導波伝送手段１２を導波して無線伝送手段１４ａへ伝送され、無線伝送手段１４ａから無線伝送される。無線伝送されたマイクロ波は、無線伝送手段１４ｂによって受信され、ケーブル伝送手段１５によって原子炉圧力容器１の外壁１３から内部へ伝送される。

マイクロ波の伝送損失を考えた場合、原子炉圧力容器１の外壁１３から内部への伝送手段は導波管が適するが、導波管は中空構造であるため、原子炉圧力容器１内の気密性が保持できない。他方、一般の同軸ケーブルは、原子炉圧力容器１内が高温高圧および放射線環境であるため適用できない。そこで、図２に示した構造の同軸ケーブルを用いることによって、高温高圧および放射線環境に適用でき、ろう付けや溶接によって原子炉圧力容器１の外壁１３や内壁に取り付けることにより、原子炉圧力容器１内の気密性を確保することができる。

原子炉圧力容器１の内部へ伝送されたパルス性のマイクロ波は、アンテナ手段１７から原子炉圧力容器１の内部の水面１６に投射され、水面で反射したマイクロ波がアンテナ手段１７で受信される。反射マイクロ波は、アンテナ手段１７からケーブル伝送手段１５に戻って原子炉圧力容器１の外部へ伝送され、無線伝送手段１４ｂから無線伝送される。そして、無線伝送手段１４ａにおいて受信された反射マイクロ波は、導波分岐手段１８を導波して検知手段１９で検知される。なお、圧力容器１の内部が高温高圧のため、水と蒸気の混合状態となり、検知信号が小さくなる場合がある。このような場合は、マイクロ波の周波数を変えてマイクロ波の伝送損失を小さくし、検知信号が大きくなるようにする。

水位演算手段２０では、図３に示したような結果が得られ、不連続点２９が、誘電率の異なる二相、すなわち蒸気相と水相の境界面である水面１６を表わすことになる。ここで、不連続点２９が不明確な場合は、上述したようにマイクロ波の周波数を変更して明確になるようにする。水位は、マイクロ波の伝搬速度と不連続点２９の時間から求められる。

求められた水位は、時間や場所、マイクロ波源１１の設定、その他必要な情報が付加され、情報無線伝送手段２１ａから無線中継手段２３を経由し、情報無線伝送手段２１ｂへ無線伝送される。情報無線伝送手段２１ｂは、中央操作室や管理区域外などの場所に設置され、それらの場所で水位やその他の情報を効率的かつ経済的に入手する。

他方、マイクロ波源１１、検知手段１９、水位演算手段２０に関する操作、停止、緊急停止、その他必要な運転および操作条件は、無線操作手段２２ａで設定され、無線中継手段２３を経由して無線操作手段２２ｂへ無線伝送される。そして、無線操作手段２２ｂにより、マイクロ波源１１、検知手段１９、水位演算手段２０を操作する。無線操作手段２２ａは、情報無線伝送手段２１ｂと同様、中央操作室や管理区域外などの場所に設置され、効率的かつ経済的に操作される。

（効果）
本実施の形態によれば、原子炉圧力容器１の内部の水位を計測するためにマイクロ波を用い、アンテナと同軸ケーブルを用いてマイクロ波を圧力容器の内部へ伝送し、原子炉圧力容器１内の水面１６で反射するマイクロ波から水位を計測することによって、計装配管が不必要であり、また駆動機構や複数のセンサが不必要であるため、原子炉の構造が複雑になることがない簡素な原子炉水位の測定装置を提供することができる。また、中央操作室や管理区域外などの離れた場所からも、無線操作によって水位やその他の情報の把握が可能となり、さらに、離れた各々の場所において水位やその他の情報を同時に把握することもできる。

（第２の実施の形態）
（構成）
次に、図４を用いて本発明の第２の実施の形態の原子炉水位の測定装置を説明する。なお第１の実施の形態と同じ構成には同じ符号を付して重複する説明は省略する。

本実施の形態の原子炉水位の測定装置は、原子炉圧力容器１の外側に設置され、原子炉圧力容器１の内部の水位を計測するためのマイクロ波を発生するマイクロ波源１１と、原子炉圧力容器１の外壁１３までマイクロ波を導波管伝送する導波伝送手段３０と、原子炉圧力容器１の外壁１３において導波伝送手段３０に接続され、原子炉圧力容器１の内部まで貫通し、原子炉圧力容器１の内部へマイクロ波を伝送するケーブル伝送手段１５と、原子炉圧力容器１内の構造物に取り付けられ、ケーブル伝送されたマイクロ波を原子炉圧力容器１の内部の水面１６に対して投射するアンテナ手段３１と、水面１６で反射されアンテナ手段３１で受信され、ケーブル伝送手段１５によって原子炉圧力容器１の外部の導波伝送手段３０へ伝送された反射マイクロ波を分岐する導波分岐手段１８と、導波分岐手段１８によって導かれた反射マイクロ波を検知する検知手段１９と、検知された反射マイクロ波から原子炉圧力容器１の内部の水位を演算して求める水位演算手段２０と、水位の演算結果を無線で情報伝送する情報無線伝送手段２１ａ，２１ｂと、無線伝送の一部または全てを有線で伝送する有線中継手段３２と、から構成されている。

導波伝送手段３０は、前記導波伝送手段１２と同様、中空構造の導体で構成され、断面形状の制限はないが、内径寸法はマイクロ波の周波数に適合するように選定する。

アンテナ手段３１は、パラボラアンテナで構成され、気水分離器や蒸気発生器などの原子炉圧力容器１内の構造物や原子炉圧力容器１の内壁などに取り付けられる。アンテナ手段３１は、原子炉圧力容器１の内部の水面１６に対してマイクロ波を投射し、その反射波が受信できるようにパラボラアンテナの形状や向きが設定されている。アンテナ手段３１は、ケーブル伝送手段１５から分離しているため、構造が簡単で定期検査時における保守が容易である。

有線中継手段３２は、複雑な経路を伝送する場合などに、情報無線伝送手段２１ａ，２１ｂや無線操作手段２２ａ，２２ｂの伝送信号の増幅および伝送を行う装置である。有線中継手段３２は、無線送受信装置と信号伝送ケーブルで構成され、信号伝送ケーブルによって無線受信装置と無線送信装置の間の有線通信を行う。信号伝送ケーブルは、他の計装配線と同様に敷設でき、また光信号に変換して光ファイバーケーブルで伝送することもできる。また、前記無線中継手段２３と同様、有線中継手段３２は、複数設置することができ、伝送路の多重化や多経路化、複数の場所への同時配信も可能である。

（作用）
マイクロ波源１１によってパルス発振されたマイクロ波は、導波伝送手段３０によって原子炉圧力容器１の外壁１３まで効率的に伝送され、ケーブル伝送手段１５によって原子炉圧力容器１の内部へ伝送される。原子炉圧力容器１の内部では、ケーブル伝送手段１５が一次放射器となってマイクロ波が放射され、アンテナ手段３１で反射して原子炉圧力容器１の内部の水面１６に対してマイクロ波が投射される。水面で反射したマイクロ波は、アンテナ手段３１で反射し、一次放射器のケーブル伝送手段１５で受信され、原子炉圧力容器１の外部へ伝送される。そして、原子炉圧力容器１の外部へ伝送された反射マイクロ波は、導波伝送手段３０を導波後、導波分岐手段１８を通って検知手段１９で検知される。検知信号が小さい場合は、第１の実施の形態と同様、マイクロ波の周波数を変えてマイクロ波の伝送損失を小さくし、検知信号が大きくなるようにする。水位演算手段２０では、図３に示したような結果が得られるため、不連続点２９の時間とマイクロ波の伝搬速度から水位を求める。ここで、不連続点２９が不明確な場合は、上述したようにマイクロ波の周波数を変更して明確になるようにする。

求められた水位は、時間や場所、マイクロ波源１１の設定、その他必要な情報が付加され、情報無線伝送手段２１ａから有線中継手段３２を経由し、情報無線伝送手段２１ｂへ無線伝送され、中央操作室や管理区域外などの場所において、水位やその他の情報を効率的かつ経済的に入手する。なお、有線中継手段３２の部分は、信号伝送ケーブルであるため、複雑な経路であっても伝送が容易であり、また既設の計装配線の利用も可能である。

（効果）
本実施の形態によれば、原子炉圧力容器１の内部の水位を計測するためにマイクロ波を用い、導波管と同軸ケーブルを用いてマイクロ波を原子炉圧力容器１の内部へ伝送し、原子炉圧力容器１内の水面１６で反射したマイクロ波から水位を計測することによって、計装配管の数を低減でき、また駆動機構や複数のセンサが不必要であるため、原子炉の構造が複雑になることがない簡素な原子炉水位の測定装置を提供することができる。

また、原子炉圧力容器１内のアンテナ手段３１が、原子炉圧力容器１内の構造物や原子炉圧力容器１の内壁などに取り付けられ、マイクロ波を原子炉圧力容器１の内部へ伝送するケーブル伝送手段１５と分離しているため、構造が簡単で定期検査時における保守が容易である。

さらに、中央操作室や管理区域外などが複雑な経路の先にある場合においても、これらの場所で水位やその他の情報の把握が可能であり、簡素な原子炉水位の測定装置を提供することができる。加えて、離れた各々の場所において、水位やその他の情報を同時に把握することもできる。

（第３の実施の形態）
（構成）
次に図５を用いて本発明の第３の実施の形態の原子炉水位の測定装置を説明する。なお第１、第２の実施の形態と同じ構成には同じ符号を付して重複する説明は省略する。

本実施の形態の原子炉水位の測定装置は、原子炉圧力容器１の外側に設置され、原子炉圧力容器１の内部の水位を計測するためのマイクロ波を発生するマイクロ波源１１と、原子炉圧力容器１の外壁１３までマイクロ波を導波管伝送する導波伝送手段３０と、原子炉圧力容器１の外壁１３において導波伝送手段３０に接続され、原子炉圧力容器１の内部まで貫通し、原子炉圧力容器１の内部へマイクロ波を伝送するケーブル伝送手段１５と、原子炉圧力容器１内の構造物に取り付けられ、ケーブル伝送されたマイクロ波を無線送受信するアンテナ手段３１と、同様に圧力容器内の構造物に取り付けられ、アンテナ手段３１から投射されたマイクロ波を反射させて水面１６へ投射する反射手段３３ａ，３３ｂと、水面１６に浮いてマイクロ波を反射する浮付きの反射手段３３ｃと、浮付きの反射手段３３ｃで反射し、さらに反射手段３３ａ，３３ｂで反射してアンテナ手段３１で受信され、ケーブル伝送手段１５によって原子炉圧力容器１の外部の導波伝送手段３０へ伝送された水面１６からの反射マイクロ波を分岐し導波する導波分岐手段１８と、導波分岐手段１８によって導波された水面１６からの反射マイクロ波を検知する検知手段１９と、検知された反射マイクロ波から原子炉圧力容器１の内部の水位を演算して求める水位演算手段２０と、水位の演算結果を無線で情報伝送する情報無線伝送手段２１ａ，２１ｂと、無線伝送の一部または全てを有線で伝送する有線中継手段３２と、から構成されている。

本実施の形態の場合、アンテナ手段３１は、反射手段３３ａ，３３ｂや浮付きの反射手段３３ｃによる多重反射を用いた無線送受信ができるようにパラボラアンテナの形状や向きが設定されている。

反射手段３３ａ，３３ｂは、平板形状やパラボラ形状の導体で構成され、気水分離器や蒸気発生器などの原子炉圧力容器１内の構造物３４や原子炉圧力容器１の内壁などに取り付けられる。また、状況に応じて原子炉圧力容器１内の構造物３４の表面や原子炉圧力容器１の内壁表面などを反射手段とすることもできる。

浮付きの反射手段３３ｃは、平板形状やパラボラ形状の導体に浮きを取り付けて構成され、水面１６に浮くようになっている。

（作用）
マイクロ波源１１によってパルス発振されたマイクロ波は、導波伝送手段３０によって原子炉圧力容器１の外壁１３まで効率的に伝送され、ケーブル伝送手段１５によって原子炉圧力容器１の内部へ伝送される。原子炉圧力容器１の内部では、ケーブル伝送手段１５の先端から放射されたマイクロ波が、アンテナ手段３１で反射し、続いて反射手段３３ａ，３３ｂの間で多重反射を繰り返して水面１６へ投射される。水面１６へ投射されたマイクロ波は、水面１６の浮付きの反射手段３３ｃで反射し、さらに反射手段３３ａ，３３ｂの間で多重反射を繰り返してアンテナ手段３１へ入射され、ケーブル伝送手段１５で受信される。受信された水面反射のマイクロ波は、第２の実施の形態におけると同様の作用によって検知手段１９で検知される。

本実施の形態においては、反射手段３３ａ，３３ｂや浮き付きの反射手段３３ｃによってマイクロ波が効率的に反射されるため、検知手段１９では、高ＳＮ比の検知信号を得ることができ、図３に示した不連続点２９とマイクロ波の伝搬速度から水位を求める。ここで、不連続点２９が不明確な場合は、第１、第２の実施の形態と同様にマイクロ波の周波数を変更して明確になるようにする。

そして、情報無線伝送手段２１ａ，２１ｂおよび有線中継手段３２を用い、無線および有線で情報伝送することにより、中央操作室や管理区域外などの場所において、水位やその他の情報を取得する。

（効果）
本実施の形態によれば、原子炉圧力容器１の内部の水位を計測するためにマイクロ波を用い、導波管と同軸ケーブルを用いてマイクロ波を原子炉圧力容器１の内部へ伝送し、炉内構造物や水面に設けた反射手段３３ａ，３３ｂ，３３ｃによってマイクロ波を効率的に反射し、水面で反射するマイクロ波から水位を計測することによって、計装配管の数を低減でき、また駆動機構や複数のセンサが不必要となり、さらに高ＳＮ比の計測が可能であることからマイクロ波源が大型化することなく、原子炉の構造が複雑になることがない簡素な原子炉水位の測定装置を提供することができる。

（第４の実施の形態）
（構成）
次に図６を用いて本発明の第４の実施の形態の原子炉水位の測定装置を説明する。なお第１から第３の実施の形態と同じ構成には同じ符号を付して重複する説明は省略する。

本実施の形態の原子炉水位の測定装置は、原子炉圧力容器１の外側に設置され、原子炉圧力容器１の内部の水位を計測するためのマイクロ波を発生するマイクロ波源１１と、原子炉圧力容器１の外壁１３までマイクロ波を導波管伝送する導波伝送手段３０と、原子炉圧力容器１の外壁１３において導波伝送手段３０に接続され、原子炉圧力容器１の内部まで貫通し、原子炉圧力容器１の内部へマイクロ波を伝送するケーブル伝送手段１５と、原子炉圧力容器１内に設置され、ケーブル伝送されたマイクロ波を導波送受信し、水面１６の水位に応じて水没する長さが変化する導波送受信手段３５と、導波送受信手段３５の水没長さに応じて共振し、ケーブル伝送手段１５によって圧力容器１の外部の導波伝送手段３０へ伝送されたマイクロ波を分岐し導波する導波分岐手段１８と、導波分岐手段１８によって導波されたマイクロ波を検知する検知手段１９と、検知されたマイクロ波の共振周波数から原子炉圧力容器１の内部の水位を演算して求める水位演算手段２０と、水位の演算結果を無線で情報伝送する情報無線伝送手段２１ａ，２１ｂと、無線伝送の一部または全てを有線で伝送する有線中継手段３２と、から構成されている。

本実施の形態の場合、水位演算手段２０は、図７に示すようにマイクロ波の周波数と信号強度の関係を求める信号処理装置で構成される。導波送受信手段３５において、水面１６を反射端としてマイクロ波の共振が発生するため、共振周波数３６が生じる。

導波送受信手段３５は、図８に示すように、下端に端部開口３７を有し上端に上部開口３８を有する中空構造の導体で構成され、原子炉圧力容器１内に設置されて水面１６の水位に応じて水没する長さが変わり、下端の開口３７から水が水位と同じ高さまで浸入し、上部の開口３８から高温高圧の蒸気が抜けるようになっている。そして水位に依存する周波数で共振する。共振周波数３６と水位の関係は予め測定しておく。

（作用）
マイクロ波源１１によって連続発振されたマイクロ波は、導波伝送手段３０によって原子炉圧力容器１の外壁１３まで伝送され、ケーブル伝送手段１５によって原子炉圧力容器１の内部の導波送受信手段３５へ伝送される。導波送受信手段３５では水面１６の水位に応じた周波数で共振が生じる。

ここで、マイクロ波の周波数を走査しながら、ケーブル伝送手段１５から原子炉圧力容器１の外部へ伝送され、導波伝送手段３０を導波後、導波分岐手段１８によってマイクロ波を検知手段１９で検知する。導波送受信手段３５によってマイクロ波の効率的な伝送が可能であり、検知手段１９は高ＳＮ比の検知信号が得られる。

水位演算手段２０では、図７に示すような結果が得られ、共振周波数３６が導波送受信手段３５の共振周波数を示すため、予め測定してある共振周波数と水位の関係から実際の水位を求める。

求められた水位は、時間や場所、マイクロ波源１１の設定、その他必要な情報が付加され、情報無線伝送手段２１ａから有線中継手段３２を経由し、情報無線伝送手段２１ｂへ無線伝送され、中央操作室や管理区域外などの場所において、水位やその他の情報を取得する。

（効果）
本実施の形態によれば、原子炉圧力容器１の内部の水位を計測するためにマイクロ波を用い、導波管と同軸ケーブルを用いてマイクロ波を原子炉圧力容器１の内部へ伝送し、マイクロ波を効率的に伝送する導波送受信手段３５において水面で共振するマイクロ波の共振周波数から水位を計測するので、計装配管の数を低減でき、また駆動機構や複数のセンサが不必要となる。さらに高ＳＮ比のマイクロ波検知が可能であることからマイクロ波源が大型化することなく、高精度の水位計測が可能となり、原子炉の構造が複雑になることがない簡素な原子炉水位の測定装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態の原子炉水位の測定装置の構成を示す図。 本発明の第１の実施の形態の原子炉水位の測定装置に備えられるケーブル伝送手段の構成を示す断面図。 本発明の第１の実施の形態の原子炉水位の測定装置に備えられる水位演算手段の動作を説明するグラフ。 本発明の第２の実施の形態の原子炉水位の測定装置の構成を示す図。 本発明の第３の実施の形態の原子炉水位の測定装置の構成を示す図。 本発明の第４の実施の形態の原子炉水位の測定装置の構成を示す図。 本発明の第４の実施の形態の原子炉水位の測定装置に備えられる水位演算手段の動作を説明するグラフ。 本発明の第４の実施の形態の原子炉水位の測定装置に備えられる導波送受信手段の構成を示す図。 従来の原子炉水位の測定装置の構成を示す図。 従来の原子炉水位の測定装置の構成を示す図。

符号の説明

１…原子炉圧力容器、１ａ…炉心、１ｂ…冷却材、２，３，４…計装配管、５…凝縮槽、６，７，８…差圧計、９…熱電対式センサ、１０…被覆管、１１…マイクロ波源、１２…導波伝送手段、１３…圧力容器の外壁、１４ａ，１４ｂ…無線伝送手段、１５…ケーブル伝送手段、１６…水面、１７…アンテナ手段、１８…導波分岐手段、１９…検知手段、２０…水位演算手段、２１ａ,２１ｂ…情報無線伝送手段、２２ａ,２２ｂ…無線操作手段、２３…無線中継手段、２４，２６…導体、２５，２７…鉱物性絶縁体、２８…ステンレスシース、２９…不連続点、３０…導波伝送手段、３１…アンテナ手段、３２…有線中継手段、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ…反射手段、３４…炉内構造物、３５…導波送受信手段、３６…共振周波数、３７…端部開口、３８…上部開口。

Claims (9)

1. 原子炉の圧力容器の外部に設置されマイクロ波を発生するマイクロ波源と、マイクロ波を導波伝送する導波伝送手段と、前記導波伝送手段に接続され圧力容器の外壁までマイクロ波を無線伝送する無線伝送手段と、圧力容器の外壁において前記無線伝送手段に接続され、圧力容器の内部まで貫通し、圧力容器の内部へマイクロ波を伝送するケーブル伝送手段と、前記ケーブル伝送手段に接続され、圧力容器の内部の水面に対してマイクロ波を投射し反射マイクロ波を受信するアンテナ手段と、前記アンテナ手段で受信され前記ケーブル伝送手段により圧力容器の外部へ伝送された反射マイクロ波を前記無線伝送手段によって無線伝送して前記導波伝送手段へ伝送した後、分岐し導波する導波分岐手段と、前記導波分岐手段によって導波された反射マイクロ波を検知する検知手段と、検知された反射マイクロ波から圧力容器の内部の水位を演算して求める水位演算手段とを備え、
   前記マイクロ波源は前記反射マイクロ波を検知する検知手段の検知信号が小さい場合にマイクロ波の周波数を変更することを特徴とする原子炉水位の測定装置。
2. 前記無線伝送手段に代えて導波伝送手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の原子炉水位の測定装置。
3. 前記水位演算手段は、検知された反射マイクロ波の強度と時間の関係から圧力容器の内部の水位を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の原子炉水位の測定装置。
4. 原子炉内の水面に浮いてマイクロ波を反射する反射手段と、原子炉内の構造物の一部または複数以上の部分に取り付けられマイクロ波を反射させて水面に投射する反射手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の原子炉水位の測定装置。
5. 前記アンテナ手段に代えて、圧力容器の内部の水に一部浸漬されマイクロ波を導波送受信する導波送受信手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の原子炉水位の測定装置。
6. 前記水位演算手段による水位の演算結果を無線で情報伝送する情報無線伝送手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の原子炉水位の測定装置。
7. 前記マイクロ波源および前記検知手段および前記水位演算手段の少なくともいずれか１つを無線で遠隔操作する無線操作手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の原子炉水位の測定装置。
8. 前記情報無線伝送手段および前記無線操作手段の少なくともいずれか１つによる無線伝送を中継する無線中継手段を備えていることを特徴とする請求項６または７に記載の原子炉水位の測定装置。
9. 前記情報無線伝送手段および前記無線操作手段による無線伝送の一部または全てを有線で伝送する有線中継手段を備えていることを特徴とする請求項６または７に記載の原子炉水位の測定装置。

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