JP5291869B2

JP5291869B2 - 液面測定システム及び方法

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Publication number: JP5291869B2
Application number: JP2006243298A
Authority: JP
Inventors: ラメシュ・パテル; アルバート・ツァン; ジェイムズ・サワベ; ファン・チョー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2026-09-07
Also published as: US7845223B2; US20080083276A1; EP1762830A3; EP1762830A2; TWI379984B; TW200730777A; JP2007071878A; CN1928515A

Description

本発明は、圧力差を使用して、容器内の液面、例えば、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）、改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）、または改良型沸騰水型原子炉ＩＩ（ＡＢＷＲＩＩ）の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）の中に存在する液体の水準を測定するための装置に関し、さらに詳細には、測定装置の１つまたは複数の通路の中へ導入され得る非凝縮性ガスに関する許容差が向上した装置に関する。

容器内に存在する液体の水準を測定するために非常に多様な計器類が使用可能であり、かつ使用されてきた。ＢＷＲでは、このような方式で監視される１つの液面は、冷却液、典型的には、水あるいは何らかの方式で腐食を抑制したりまたは冷却液の性能を向上させたりするための添加化合物を混和する希釈水溶液の水準である。原子炉容器に加えて、この技術の他の応用例には、例えば、化学反応炉、従来の燃焼ボイラ、または内部から液体もしくは液体の成分が、少なくとも１つの非凝縮性ガス（すなわち、容器内で維持されている作用条件下で凝縮しないガス）と一緒に気化している容器が含まれる。

これらの液面測定の結果は、１つまたは複数の制御システム、例えば、液面制御装置、給液制御装置、ブローダウン制御装置、ならびに常時監視容器および／または関連システム内部の適切な動作条件および／または安全余裕度を維持するために設けられる他の制御装置によって利用される重要なパラメータを典型的に構成する。したがって、液面計測および液面測定システムは、運転開始、運転停止、および／または過失もしくは事故に関連する、典型的な制御運転管理体制からの大幅な逸脱さえも含む広範な状況にわたって十分な精度で動作しなければならない。

液面計測および測定システムの出力は、例えば、原子炉に関連する原子炉保護システムを含む様々な制御機械類および機器類に転送されるのが典型である。これらの原子炉保護システムは、容器、配管、検知器、および原子炉の安全な運転を維持するために協働する電子機器の組合せを典型的に含む。したがって、液面計器測定システムは、常時監視容器内部の液面の実際の状態を正確に反映する信号を生成することが重要である。

常時監視容器内部の実際の液面を正確に測定しかつ表示することが重要であるので、望ましい液面情報を供給しようと、様々な従来技術の方法および装置が開発されてきた。そのような１つの従来技術の装置が、加圧液体型原子炉または沸騰水型原子炉に応用された装置として図１に例示されている。

図１に例示するように、液面計器測定システム１は圧力容器１０に装着される。圧力容器１０およびほとんどの液面計器測定システム１は、原子炉棟１４に隣接するドライウェル（または第一次原子炉格納容器）構造１２の中に配置される。基準脚１６および差圧検出器１８を含む液面計器測定システム１の一部は、原子炉棟１４の中に位置する。冷却液２０が、原子炉燃料２４を覆う液面２２を確立するために圧力容器１０に供給されており、この冷却液は液面２２下方の圧力容器１０の下方空間２６の中に閉じ込められている。

燃料２４は、基部３２によって圧力容器１０の中で支持され、かつ冷却液２０を加熱して、液面２２上方の圧力容器１０の上方空間２８の中に集積する水蒸気または蒸気３０を発生させる。液面計器測定システム１は、水蒸気３０を少なくとも１つの凝縮室５０の中へ誘導する、断熱材４０によって囲繞される上向きに傾斜した水蒸気吸入口３８を経由して、液面２２上方に、上方タップ３６を介して圧力容器１０に装着される。基準脚１６は、凝縮室５０を差圧検出器１８に連結し、凝縮する水蒸気３０によって生成された液体が、可変脚４４を経由して、正常液面２２下方に位置決めされた下方タップ４２を介して圧力容器１０に戻される。次いで、基準脚および可変脚の中で維持される液体の２つの液柱間の圧力差を測定することによって、圧力容器１０内部の液面を求めることができる。

図２に、容器内部の液面を測定するための別の実施形態を例示する。図２に例示するように、凝縮容器１が、水蒸気管路４を介して原子炉圧力容器２に連結される。凝縮容器１の水蒸気管路４は、圧力容器口１５で原子炉圧力容器２の中へ開口し、入口５を介して凝縮容器１に連結される。水蒸気管路４は、登り勾配で圧力容器口１５から凝縮容器１の入口５まで延びる。凝縮容器１の内部には、絶えず凝縮液が入口５の高さまで満たされている凝縮液域６が設けられており、過剰な凝縮液が水蒸気管路４を通って原子炉圧力容器２の中に直接戻っていく。水蒸気域３が凝縮液域６の上方に設けられ、それによって水蒸気が原子炉圧力容器２から水蒸気管路４を通って、この領域内に常時導入される。

この水蒸気管路は、相対的に短くかつ十分な直径を有するように典型的に構成され、それによって原子炉圧力容器と凝縮容器１との間の圧力降下が本質的に存在しない。したがって、水蒸気域３の内部の圧力は、原子炉圧力容器２の内部の圧力と典型的に密接に対応する。水蒸気域３は、凝縮液域６の下方に設けられた差圧測定管路１７を介して、充填水準を測定する役目をする差圧変換器２０に連結される。凝縮容器１の排出装置７が、水蒸気域３の上方端１１に設けられた追加的な凝縮液域７ａを有する。

上方端１１に直接隣接して冷却段９が存在し、それに隣接してＵ字管路１０、すなわち、凝縮液排出管路８に合体するサイホンが存在する。凝縮液排出管路８は、凝縮液域６の上方で凝縮容器１を貫通し、水蒸気管路４内部で、凝縮容器の入口５から原子炉圧力容器２の中へ延びる。Ｕ字管路１０は、追加的な凝縮液の一部が凝縮液排出管路８を介して原子炉圧力容器２の中へ絶えず戻るような程度に、このような追加的な凝縮液によって満たされている。Ｕ字管路１０の中に回収された追加的な凝縮液は、水蒸気と一緒に原子炉圧力容器２から水蒸気管路４を通って凝縮液容器１に進入する１つまたは複数の非凝縮性ガスを溶解した形態で含有する。これらの非凝縮性ガスは、それらが低密度である結果として、水蒸気域３の上方端１１に蓄積する傾向があり、そこから非凝縮性ガスは凝縮水蒸気と一緒にＵ字管路１０の中へ進入していく。このような様態で、非凝縮性ガスは、追加的な凝縮液域７ａを介して凝縮容器１から除去されて原子炉圧力容器２の中へ戻され、それによって凝縮容器１における非凝縮性ガスの蓄積を低減する。

図３に別の実施形態を例示する。図３に示すように、原子炉圧力容器（その外側壁２のみを例示する）に、正常運転時の正常充填水準Ｎまで水が充填されている。充填水準Ｎの上方では、圧力容器の内部４が水蒸気によって満たされている。充填不足状態が検出されるとき、すなわち、検出された水準が臨界充填水準Ｋを下回るとき、確実に原子炉圧力容器を十分に冷却するために、追加的な冷却が受動的に可能になる。冷却処置を活動化するための基本的な要素は、外壁２に平行に設けられた逆Ｕ字管構成を有する差圧測定管８の構成である。差圧測定管８は、弓状の上方連結部８Ｂを介して第２の管脚８Ｃに合体する第１の管脚８Ａを含む。２本の管脚８Ａ、８Ｃは、相互に平行であり、外壁２にも平行であることが好ましい。それらは、この場合には、臨界充填水準Ｋの領域内の下方から正常充填水準Ｎの下方の高さまで達する。第２の管脚８Ｃは基本的に端面が閉じているが、第１の管脚８Ａは内部４に流れ連結される。したがって、差圧測定管８は、一端が閉鎖され、その他端のみが内部４に連結されている。この場合に、第１の管脚８Ａが臨界充填水準Ｋの領域内の内部４に流れ連結されていることが必須である。

図３に例示した実施形態では、第１の管脚８Ａは圧力容器２の内部４に間接的に連結されている。具体的には、第１の管脚８Ａは、その下方領域が、管脚を包囲するジャケット管１２の中へ延び、その下方端１０がジャケット管の中で終わる。下方端１０は、第１の管脚８Ａからジャケット管１２の中へ流路を形成するために開口しており、ジャケット管１２の上方端は第１の管脚８Ａに対して閉じ、漏れが生じないように緊密に構成されている。ジャケット管１２は次に、臨界充填水準Ｋの下方の上昇管１６の中へ通じる第１の流路１４Ａを設け、ジャケット管１２の上方領域は、第２の流路１４Ｂを介して臨界充填水準Ｋの上方で上昇管１６に同様に連結されている。上昇管１６は次に、下方流出領域１６Ａを介して臨界充填水準Ｋの下方箇所および上方流出領域１６Ｂによって臨界充填水準Ｋの上方箇所で、原子炉圧力容器の内部４に連結される。下方流出領域１６Ａには最初に、外壁２に対して同じく平行に延びる（したがって、差圧測定管８とも平行に上方流出領域１６Ｂまで上向きに延びる）上昇管１６のサイホン形状領域が続く。

図３に例示するように、２本の管脚８Ａ、８Ｃの間の差圧を検出するための測定装置１８が設けられている。測定装置１８は、弓状の第１の流路１４Ａが上昇管１６の中へ出る領域内で、第１の測定管路１８Ａを介してこの流路にも連結される。さらには、測定装置１８が第２の測定管路１８Ｂを介して第２の管脚８Ｃの下方端に連結される。この下方端は、測定装置１８に流れ連結する以外は閉鎖されている。２本の管脚８Ａ、８Ｃの中に存在する圧力状況は、対応する測定管路１８Ａ、１８Ｂを介して測定装置１８に伝達される。

図３に例示するように、測定装置１８は、２本の測定管路１８Ａ、１８Ｂの間の感知された圧力差の変化を軸運動に変換するための受動パルス発生器として構成されたものである。例えば、測定装置１８には圧力板１９を設けることが可能であり、その一側は、第１の管脚８Ａからの圧力によって作用を受け、その他方側は第２の管脚８Ｃからの圧力によって作用を受ける。２本の管脚８Ａ、８Ｃの間の差圧に変化が生じる場合には、圧力板１９の軸変位が生じ、それは次に、圧縮ガス管路２４の中に配置される空気圧弁２２に対して作用する。正常に加圧された窒素が圧縮ガス管路２４の中に供給されかつ維持される。圧縮ガス管路２４は、横溢管路２８の開放／閉鎖を行うように動作可能な遮断弁２６につながる。差圧測定管８の最高点（すなわち、弓状部分８Ｂの上方点）に逃がし弁３０も設けることができる。

図３に例示した装置の正常運転時に、原子炉圧力容器には、弓状部分８Ｂ上方に位置する正常充填水準Ｎまで冷却液が充填されている。差圧測定管８が最初に充填されているとき、水は、下方流出領域１６Ａ、上昇管１６、および第１の流路１４Ａを経由して内部４から第１の管脚８Ａの下方端１０の中へ貫入する。それによって、差圧測定管８は、その２本の管脚８Ａ、８Ｃともども水によって完全に充填される。差圧測定管８の中に元々存在していた空気および／または他の非凝縮性ガスは、最初の充填時に逃がし弁３０を経由して放出され得る。したがって、測定システムには、差圧測定管８の中に残存する非凝縮性ガスが実質的に存在し得ない。このような正常運転状態では、２本の測定配管１８Ａ、１８Ｂを経由して測定装置１８によって検出される２本の管脚８Ａ、８Ｃ中の圧力値は、２本の管脚８Ａ、８Ｃ中に含まれる水柱の圧力によっても求められる。

内部４の充填水準が正常充填水準Ｎと臨界充填水準Ｋとの間の低充填水準Ｒまで降下すれば、低充填水準Ｒは、上昇管１６と内部４との間における流体連通の結果として、この上昇管の中で確立された液面に概ね対応することになる。ジャケット管１２自体は、２つの流路１４Ａ、１４Ｂを介して上昇管１６と流体連通しているので、低充填水準Ｒはジャケット管１２の中でも反映されることになる。したがって、ジャケット管１２には、低充填水準Ｒの下方に水が充満し、その上方に水蒸気が充満することになり、それによって第１の管脚８Ａを加熱する。水蒸気が第２の流路１４Ｂを経由して最初にジャケット管１２の中に流入するとき、この水蒸気は、冷たい第１の管脚８Ａ上で凝縮して、ジャケット管１２の内側を下向きに流れ、原子炉圧力容器の中へ戻っていく凝縮液を生成する。

非凝縮性ガスの蓄積
上で留意したように、凝縮室中の非凝縮性ガスの蓄積、その結果として基準管路および／または可変管路中のそれらの存在は、常時監視容器の液面測定における不正確さにつながり得る。上で論じた従来技術の努力を反映するように、一般にシステム内に存在する液体中のガスの除去（例えば、ブローダウン作業）および／または溶解によって、非凝縮性ガスの蓄積を抑制し、かつ／またはその蓄積を軽減するための様々な装置が開発されてきた。

圧力容器内で発生した水蒸気は、極微量の非凝縮性ガスを典型的に含有する。例えば、原子力産業では、非凝縮性ガスは核分裂過程の副産物として発生し、これらのガスは、水素と酸素の概ね化学量論的混合物（すなわち、２：１）となる傾向を有するが、微量の他の元素（窒素など）も含有するのが一般である。他の応用例では、これらの非凝縮性ガス（主に酸素および窒素）の源は空気である。一旦、非凝縮性ガスがシステム内に混入すると、容器からの水蒸気または蒸気がそれらを凝縮室の中へ運搬する傾向を有する。

水蒸気または他の蒸気が凝縮室に進入し、凝縮して凝縮液を生成するとき、非凝縮性ガスはガス状態に留まり、凝縮室内に蓄積し始め、それによって凝縮室内の蒸気空間中の非凝縮性ガスの濃度を上昇させる。非凝縮性ガスの濃度が上昇すると、これらのガスの一部が凝縮室内に存在する液体の中に溶解することになる。凝縮液（溶解したガスを含有する）は、装置の１つまたは複数の他の部分の中へ流入し、このような様態で常時監視容器に戻され得る。

上で論じた従来技術の装置に反映されているように、非凝縮性ガスを凝縮室から除去するための主要な機構は、過剰な凝縮液の溢流の中に含有された溶解ガスによるものである。このようなシステムが適切に動作するとき、非凝縮性ガスの蓄積は平衡水準に近い水準に維持されることになる。このような平衡条件下では、凝縮室に進入する水蒸気中に存在する酸素および水素の濃度は、約１３ｐｐｍｖと２５ｐｐｍｖ（体積百万分率）との間の値域内にあるのが典型である（それぞれヘンリーの法則に準拠）。

しかし、非凝縮性ガスは、例えば、システム内の基準脚または他の箇所における漏れによって益流が減少し、それによって非凝縮性ガスの除去が限定されるか、または追加的なガスの導入を許す場合には、理想的な平衡条件を超える水準で凝縮室内に蓄積し得る。非凝縮性ガスの蓄積に関する別の原因は、液体の中に溶解されるガスの量は液面上方の気体の分圧に比例すると規定するヘンリーの法則の単なる関数である。したがって、非凝縮性ガスの分圧が凝縮室内で維持されている濃度を下回る領域に液体が進入するとき、この液体中に溶解したガスは液体から放出されるか、またはそれから「剥ぎ取られ」得る。

基準脚中への流動
凝縮液中の非凝縮性ガスの濃度が平衡値を超過し、かつ凝縮液がシステムの他の部分の中へ分配されるとき、例えば、基準脚液面を維持するために水蒸気凝縮液が凝縮室から基準脚の中へ流入するとき、非凝縮性ガスは、基準脚および／またはシステムの他の部分の中へ運搬すべき凝縮液の中に溶解される恐れがある。このような溶解または同伴されたガスが溶液から放出されると、それは液面計器測定システムの基準脚の中に蓄積し、それによって測定液面を変化させ、不規則でかつ／または不正確な液面読取り値を供給し得る。

以上を纏めると、３つの条件、すなわち、（１）非凝縮性ガスの高い水準が凝縮室内に存在しなければならないこと、（２）非凝縮性ガスが、例えば、微量の漏れによって基準脚の中へ導入されねばならないこと、および（３）引き続いて起こる基準脚内部における非凝縮性ガス飽和液体の除圧を含む条件が同時に生じると、非凝縮性ガスが差圧液面測定システムの基準脚の中に放出される可能性が増大する。これらの条件は、特に、急速な除圧および正常な遮断（相対的に緩慢な除圧を典型的に含む）などの非定例運転時に発生する恐れがあり、かつまさに発生して、深刻な誤差を招くことになり得る。基準脚中のガス放出によって誘発される誤差の程度は、基準脚の幾何学的形状、元々の非凝縮性ガスの量および組成、ならびに除圧率を含む要因の組合せに依存する。基準脚中の液体の損失または変位が、差圧検出器によって検出される基準圧に直接影響を与え、その結果として、常時監視容器中の液面測定が、実際に容器中に存在する液体よりも多くの液体を、時には大幅に多くの液体を収容しているものとして検知されることになる。

原子力発電の運転では、正常運転時の原子炉圧力容器の内部における液面の不正確な測定が一連の問題を呈示する。しかし、作業員は、異常状況時に適切な炉心冷却が実現されているかどうかを判断するために非常操作手順を実行するときにこのような測定値に依拠するので、より高い液面が誤って示されると、動的除圧事象時に作業員に対して曖昧なまたは誤った情報をもたらすことになる。これは、別の、潜在的に破局的な一連の問題を生む。明らかなことであるが、液面測定システムの改良は、基準脚中の非凝縮性ガスの蓄積を防止もしくは抑制するための手順および／または構造を含むことが可能であり、より信頼性のある測定値を供給して、プラントを運転するための安全余裕度を向上させることになる。

非凝縮性ガスによって引き起こされる測定誤差問題に対処するために、液面測定システムに対する幾つかの別法による改良が提案されてきた。１つの提案は、凝縮室を主要水蒸気管路に通気し、それによって能動的に水蒸気の流れを凝縮室に通過させて非凝縮性ガスが凝縮室内に蓄積するのを防止するものである。第２の提案は、液面測定誤差を小さな定量化可能な値にまで低減するために凝縮室の下方に蓄積器を位置決めするものである。第３の提案は、規則的な頻度で基準脚を手動で補填するものである。第４の提案は、基準脚の継続的な補填を行う自動充填維持システムを含む。第５の提案は、凝縮室内に温度監視器を設置して、温度が低下したときのみ補填を行うものである。第６の提案は、凝縮室を容器ノズルの下方に位置決めしなおすものである。第７の提案は、非凝縮性ガスの蓄積を防止するために水蒸気の流れを凝縮室に通過させて凝縮室を可変脚に通気するものである。
米国特許第５，４７５，７２０号公報米国特許第５，７５４，６０９号公報米国特許第６，８６５，２４４号公報

しかし、これらの提案のそれぞれは、それらの実現可能性、費用、および／または性能に関して固有の制限を有する。したがって、基準管路中の溶液から非凝縮性ガスが抜け出す可能性を低減し、それによって差圧測定システムを使用してより信頼性のある液面読取り値を供給する改良型凝縮室の設計に対する要望が依然として存在する。

本発明のひとつは、上表面を有する一定量の液体と、非凝縮性ガスを含有する蒸気とを収容する常時監視容器の中の液面を測定するための液面測定システムであって、第１の量の液体を収容し、かつ前記蒸気を凝縮するように構成された凝縮室と、前記蒸気および非凝縮性ガスを前記凝縮室の中へ導入するために前記常時監視容器と前記凝縮室との間に延びる水蒸気脚と、液体を前記凝縮室から受け入れ、かつそれを前記液体の前記上表面の下方箇所で前記常時監視容器の中へ導入するための可変脚と、液体を液体源から受け入れ、かつ前記液体を前記凝縮室の中へ導入するための基準脚と、圧力差を測定するために前記可変脚と前記基準脚との間に配置された差圧検知器とを備えることを特徴とする。

本発明の特徴および動作は、本発明の様々な実施形態の以下のさらに詳細な説明および添付の図面における例示から明白である。これらの図面は、例示目的のためのみに提供されており、したがって尺度に従って描かれてはいない。様々な実施形態で例示される要素の空間的関係および相対的サイズ決めは、対応する説明に関して図の明瞭度を高めるために縮小、拡大、または配置換えを行った場合もある。したがって、これらの図は、本発明の実施例としての実施形態によって包含され得る対応する構造的要素の相対的なサイズ決めおよび位置決めを正確に反映するものではないと解釈すべきである。

以下に論じられ、かつ／または本特許図面中に例示された実施例は、本開示が完璧かつ完全になるように提供されており、また当業者に本発明の範囲を十分に伝えるものである。本発明の原理および特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく様々なかつ数多くの実施形態において利用可能である。実際に、図に例示された様々な構成要素、特徴、および構造自体は、簡略化のために例示された追加的な典型的生産ライン構成および／または製品を生み出すために選択的に組合せが可能であり、それらは本明細書に例示しかつ説明する機構および原理に完全に調和するものであり、したがって、本発明の範囲および趣旨に包含されることを当業者は容易に理解するであろう。

図４に例示するように、本発明に係る液面測定システム１００の実施形態は、改良型沸騰水型軽水炉（ＡＢＷＲ）の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）のような常時監視容器１０２を含む。この常時監視容器１０２は、液体を収容する下方部分１０６と、液体の気化によって生成された蒸気または水蒸気を主に収容する上方部分１０４とを含む。改良型凝縮室（ＣＣ）１１０は、基準脚（ＲＬ）１１８、可変脚（ＶＬ）１１４、および水蒸気脚（ＳＬ）１０８への連結部を含む少なくとも３つの連結部を有する小型容器である。

ＲＬ１１８は、制御棒駆動（ＣＲＤ）駆動水システム１２２から流動制御弁（ＰＰＣ）１２０までのような補給水システムから、ＣＣ１１０の中へ延びる液体通路を設け、ＣＣ内部で発生した凝縮液と一緒にＣＣの中で蓄積し始める。ＶＬ１１４は次に、過剰な液体がＣＣ１１０から流出して常時監視容器１０２の液体部分１０６の中へ戻ることを可能にし、それによってＣＣ（および同様にＲＬ１１８）内部の実質的に一定の液面と、常時監視容器中の液面にほぼ対応するＶＬの下方部分の内部の液面とを共に維持する。

次いで、常時監視容器１０２の内部の液面は、ＶＬ１１４（すなわち、常時監視容器内部の水準に対応する下方水準）とＲＬ１１８（すなわち、ＣＣ１１０内部に維持されている液体表面の相対的高さによって決定される実質的に一定の値）との間の検知器１２４によって測定された差圧（ΔＰ）を評価することによって求めることができる。検知器１２４からの出力は、適切な記録および／または制御装置に配線１２４ａを介して常に、定期的に、かつ／または要求に応じて送信可能である。理解されるように、この差は、ＣＣ１１０および常時監視容器１０２のそれぞれの相対的位置、内部構成、および液負荷に依存する。

ＣＣ１１０からＶＬ１１４開口部の中へ達する開口部は、このＶＬ開口部がＲＬ１１８からＣＣの中へ達する開口部よりも高い相対位置に位置決めされるように構成される。ＶＬ開口部はまた、ＳＬ１０８からの開口部よりも低い相対位置に位置決めされる。ＳＬ１０８は、ＲＰＶ計器管路ノズル安全端に連結される。容器および／システムの運転時にＣＣ１１０の中に蓄積する非凝縮性ガスは、ＲＬ１１８からＣＣに進入する液体の中に一般的には絶えず溶解および／または同伴され、かつ／またはＣＣの中で生成する凝縮液は、ＶＬ１１４を介して溢流によって運搬され、常時監視容器１０２の下方部分１０６に戻される。

改良型ＣＣ設計は、ＣＣ１１０の中に存在する潜在的に非凝縮性ガスを多く含有する水の下向きの流れが、ＣＣ内部のＲＬ開口部に進入するのを防止する。さらには、ＲＬ１１８を介して水が導入され、かつ本開示のシステム中の流体運動の「循環」性質のために、改良型ＣＣ設計は、連続運転時にＣＣ／管路の連結部が受ける熱応力の程度も軽減することが期待される。さらには、ＣＣ１１０の中に蓄積する非凝縮性ガスは、それらの相対的な浮力による単純な対流によってＳＬ１０８を介してＲＰＶに絶えず戻される傾向を有する。

本発明に係る凝縮室の典型的な実施形態のさらに詳細な図が、全体として図４の一部に対応する図５に例示されている。図５に例示するように、常時監視容器１０２からＣＣ１１０に延びるＳＬ１０８は、ＣＣに到達する前に蒸気または水蒸気が凝縮するのを回避するために、相対的に短く、断熱され、かつ十分な直径を有するのが典型である。図示されていないが、ＣＣ１１０の一部には、ＣＣの１つまたは複数の内部表面を常時監視容器１０２から進入する蒸気または水蒸気を凝縮するのに十分な温度まで冷却するために、典型的には強制的および／または自然の対流を利用する熱移動手段を設けることができる。図５に同様に例示するように、ＶＬ１１４には、ＲＬ１１８に設けられたＣＣ中の開口部に対してＶＬ中の開口部の水準を効果的に上昇させる、ＣＣ１１０内部の突出部、堰、または他の構造を設けることができる。

理解されるように、非常に多様な付属品およびＣＣ構成を使用して２つの開口部の間の垂直離隔を実現することができる。同様に理解されるように、ＣＣ１１０のサイズ、ＲＬ１１８から進入する液体の相対的な温度および流量、凝縮液がＣＣ内部で生成されている比率は、ある程度まで様々な構成要素に印加される液温の値域を決定する。適切な温度および流量を選択することによって、当業者であれば運転時に構成要素がさらされる温度値域を低下させ、それによって構成要素に対する熱応力を軽減する方法を提供することができる。

特定の幾つかの実施形態を参照して本明細書に例示しかつ説明したが、しかしながら本発明を図示の細部に限定しようとするものではない。さらに正確に言えば、様々な変更が、特許請求の範囲の均等物の範囲および限界内でかつ本発明の趣旨から逸脱することなく実施可能である。本発明は、例えば、非凝縮性ガスの影響を回避しながら高圧下で液面を測定しようとする要望が存在する任意の応用例において有効である。それは水蒸気および液体に限定されるものではない。またそれは公益事業産業に限定されるものでもない。

基準脚と可変脚との間の差圧を利用して容器内部の液面を測定しようとする従来技術のひとつの試みを例示する図である。基準脚と可変脚との間の差圧を利用して容器内部の液面を測定しようとする従来技術の別の試みを例示する図である。基準脚と可変脚との間の差圧を利用して容器内部の液面を測定しようとする従来技術の更に別の試みを例示する図である。本発明の実施形態に従って構成された典型的な装置を示す模式図である。図４に例示した装置または本発明に従って構成された他の装置で使用するのに適切な、本発明の実施形態に係る典型的な凝縮室構成を示す模式図である。

符号の説明

Ｎ充填水準
Ｋ臨界充填水準
１計測／測定システム／凝縮容器
２原子炉圧力容器／外側壁
３水蒸気域
４水蒸気管路／内部
５入口
６凝縮液域
７排出装置
７ａ凝縮液域
８放出管路／圧力測定管
８ａ第１の管脚
８ｂ弓状上方連結部
８ｃ管脚
９冷却段
１０圧力容器／Ｕ字管路／下方端
１１上方端
１２ドライウェル構造／ジャケット管
１４原子炉棟
１４Ａ第１の流路
１４Ｂ第２の流路
１５圧力容器口
１６基準脚／上昇管
１６Ａ下方流出領域
１６Ｂ上方流出領域
１７差圧測定管路
１８圧力検出器／測定装置
１８Ａ第１の測定管路
１８Ｂ第２の測定管路
１９圧力板
２０冷却液／差圧変換器
２２液面／空気圧弁
２４原子炉燃料／圧縮ガス管路
２６下方空間／遮断弁
２８上方空間／横溢管路
３０水蒸気または蒸気／通気弁
３２基部
３６上方タップ
３８傾斜水蒸気吸入口
４０断熱材
４２下方タップ
４４可変脚
５０凝縮室
１００液面測定システム
１０２常時監視容器
１０４上方部分
１０６下方部分
１０６液体部分
１０８水蒸気脚（ＳＬ）
１１０改良型凝縮室（ＣＣ）
１１４可変脚（ＶＬ）
１１８基準脚（ＲＬ）
１２０制御弁
１２２駆動水システム
１２４検知器
１２４Ａ配線

Claims

上表面を有する一定量の液体と、非凝縮性ガスを含有する蒸気とを収容する常時監視容器（１０２）の中の液面を測定するための液面測定システム（１００）であって、
第１の量の液体を収容し、かつ前記蒸気を凝縮するように構成された凝縮室（１１０）と、
前記蒸気および非凝縮性ガスを前記凝縮室の中へ導入するために前記常時監視容器と前記凝縮室との間に延びる水蒸気脚（１０８）と、
液体を前記凝縮室から受け入れ、かつそれを前記液体の前記上表面の下方箇所で前記常時監視容器の中へ導入するための可変脚（１１４）と、
液体を前記常時監視容器（１０２）の外部に設けられた液体源から受け入れ、かつ前記液体を前記凝縮室の中へ導入するための基準脚（１１８）と、
圧力差を測定するために前記可変脚と前記基準脚との間に配置された差圧検知器（１２４）と、
を備え、
前記常時監視容器（１０２）が原子炉圧力容器である、
液面測定システム（１００）。
前記可変脚は、前記凝縮室の中に設けられた第１の開口部を介して液体を前記凝縮室から受け入れ、
前記基準脚は、第２の開口部を介して前記液体を前記凝縮室の中へ導入し、
前記第１の開口部は、垂直離隔距離Ｄ_Vだけ前記第２の開口部より上方に配置される、請求項１記載の液面を測定するための液面測定システム（１００）。
前記常時監視容器（１０２）は原子炉圧力容器（ＲＰＶ）であり、
前記液体は水溶液であり、
前記液体源は、前記非凝縮性ガスの平衡状態以下の濃度を有する前記水溶液を供給する、請求項１記載の液面を測定するための液面測定システム（１００）。
前記水蒸気管脚（１０８）は概ね水平な構成を有する、請求項１記載の液面を測定するための液面測定システム（１００）。
上表面を有する一定量の液体と、非凝縮性ガスを含有する蒸気とを収容する常時監視容器（１０２）の中の液面を測定する方法において、
蒸気を前記常時監視容器から凝縮室（１１０）の中へ導入し、かつ前記蒸気の一部を凝縮して第１の比率Ｌ_sで液体を生成する段階と、
基準脚（１１８）を介して液体を前記常時監視容器（１０２）の外部に設けられた液体源から第２の率Ｌ_rで前記凝縮室の中へ導入する段階と、
可変脚（１１４）を介して液体を第３の率Ｌ_vで前記凝縮室から除去し、それを前記常時監視容器に戻す段階であって、平均して式
Ｌ_s＋Ｌ_r＝Ｌ_v
を満たし、それによって前記凝縮室の中で平均基準液面を維持し、且つ前記可変脚の中で可変液面を確立する段階と、
前記平均基準液面と前記可変液面との間の圧力差（１２４）を検知する段階と、
を含み、
前記常時監視容器（１０２）が原子炉圧力容器である、
方法。