JP5829527B2 - 原子炉水位及び温度計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉水位及び温度を計測する原子炉水位及び温度計測装置に関する。

沸騰水型原子炉では、冷却水を炉心燃料内の発熱により原子炉内で蒸発させ、発生した蒸気によりタービンを回転させて発電する。そのため、炉心上部において冷却水と蒸気の境界である原子炉水位が形成される。原子炉水位は、蒸気と冷却水を分離する気水分離器や蒸気乾燥器の性能を確保するために適切な位置で制御される。また、冷却水喪失などの事故時においては、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水位が監視され、必要に応じて非常用冷却装置が作動する仕組みとなっている。

従来、沸騰水型原子炉における水位は、基準高さ水柱からの圧力と炉内水位に応じた圧力とが計装配管により炉外の差圧伝送器に導かれ、この差圧伝送器から出力される差圧信号に基づいて計測されている。計測に使用される計装配管および差圧伝送器は、用途に応じて複数種類備えられている。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するために広範囲をカバーする水位計が設置されている。

一方、水位計測の応答性改善やダイバーシティ確保の観点から、原子炉水位を直接炉内で検出する方法が検討されており、熱電対を利用した水位計が提案されている。

第１には、沸騰水型原子炉の中性子検出用配管の中にシース熱電対を組み込み、水面より上部と下部で温度差を生じることを利用して水面の位置を検知する原子炉炉心の監視装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、第２に、沸騰水型原子炉の水位計の多様化を目的としたものではないが、加圧水型原子炉容器の上部プレナム内の水位を監視するための熱電対式水位監視装置が開示されている。この装置は、収納管と収納管内の複数水位検出器案内管と各案内管の内部に挿通される水位検出器とを備えるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。ここで、水位検出器は、冷接点及び温接点を形成する熱電対と温接点に隣接して設けられた発熱線とを含むものである。各案内管は滴化防止板で収納管に支持され、収納管は気泡混入防止のための気泡分離部をその下部に備えている。

特開昭５９−１１２２９０号公報 特開平８−２２０２８４号公報

上述の特許文献１，２に示されるような熱電対を利用した水位計は、差圧伝送器を用いた従来の沸騰水型原子炉の水位計と組み合わせることで多様化・多重化を図ることができ、計測不能となる可能性を大きく低減し得る。

しかし、熱電対を利用した水位計と従来の水位計を単純に組み合わせただけでは、仮に一方が故障している場合、どちらの指示値が正しいのか判断することが難しく、指示値の信頼性を向上することはできない。指示値の信頼性を向上するためには、センサや信号伝送路などを含む計測システムの健全性を評価し、指示値が信頼できるものであることを確認できることが重要である。

また、熱電対を利用した水位計の検出システム自体が故障・破損する可能性を低減することも指示値の信頼性を向上するために有効である。

そこで、本発明の目的は、熱電対を利用した検出部及び信号伝送部の健全性を評価し、指示値の信頼性を確認することができる原子炉水位および温度計測装置を提供することにある。また、熱電対を利用した検出部の破損・故障を低減できる信頼性の高い原子炉水位および温度計測装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、原子炉の圧力容器内部に熱電対を複数設置して、熱電対で計測した温度から原子炉水位を検知する原子炉水位及び温度計測装置において、圧力容器底部に溶接した炉内計装ハウジングと、炉内計装ハウジング上部から炉心支持板までの間に配設された炉内計装案内管と、炉内計装ハウジングおよび炉内計装案内管に挿入する炉内計装管と、炉内計装管の内部の複数高さ位置に設置された熱電対とヒータ線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、ヒータ通電前の熱電対温度とヒータ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格納した記憶装置と、温度計測装置により測定されたヒータ通電前の熱電対温度とヒータ通電時の温度上昇量とを閾値テーブルに当てはめて水位及び温度検出センサの周囲が蒸気雰囲気であるか、水雰囲気であるか、あるいはセンサが故障しているかを判定し、これらのデータを基に原子炉内の水位、温度、およびセンサ故障の情報を生成する水位・温度・故障判定装置と、水位、温度、故障情報を表示する表示装置を備えるようにしたものである。

また、別の例としては、原子炉の圧力容器内部に熱電対を複数設置して、熱電対で計測した温度から原子炉水位を検知する原子炉水位及び温度計測装置において、圧力容器底部に溶接した炉内計装ハウジングと、炉内計装ハウジング上部から炉心支持板までの間に配設された炉内計装案内管と、炉内計装ハウジングおよび炉内計装案内管に挿入され、原子炉の最外周燃料に隣接または最外周燃料よりも外側に配置された炉内計装管と、炉内計装管の内部の複数高さ位置に設置された熱電対を有す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、熱電対温度に基づいて水位及び温度検出センサの周囲が蒸気雰囲気であるか、水雰囲気であるか、あるいはセンサが故障しているかを判定し、これらのデータを基に原子炉内の水位および温度を生成する水位・温度・故障判定装置と、水位、温度、故障情報を表示する表示装置を備えるようにしたものである。

本発明によれば、熱電対を利用した検出部及び信号伝送部の健全性を評価し、指示値の信頼性を確認することができる原子炉水位および原子炉内温度計測装置を提供することができる。また、熱電対を利用した検出部の破損・故障を低減できる信頼性の高い原子炉水位および原子炉内温度計測装置を提供することができる。これらにより、原子炉水位及び温度計測装置の指示値信頼性を向上することができる。

実施例１のシステム構成を示す概念図である。 原子炉炉心の横断面図である。 水位及び温度検出センサの構造図である。 水位及び温度検出センサの構造図である。 水位及び温度の計測フローチャートである。 電流パターンの説明図である。 閾値テーブルの説明図である。 閾値テーブルの説明図である。 水位及び温度検出センサの流れ止めの説明図である。 水位及び温度検出センサの流れ止めの説明図である。 水位及び温度検出センサの流れ止めの説明図である。 流れ止めの取り付け例の説明図である。 流れ止めの取り付け例の説明図である。 水位とその時系列データの表示例の説明図である。 実施例２の水位及び温度の計測フローチャートである。 実施例２におけるヒータ電流制御の例の説明図である。 実施例３の水位及び温度の計測フローチャートである。 実施例４のシステム構成を示す概念図である。 実施例４の抵抗測定装置の構成図である。 実施例５の原子炉炉心の横断面図である。 実施例６の原子炉炉心の横断面図である。 実施例６の原子炉圧力容器内の３次元温度分布の表示例の説明図である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

図１は、第一の実施例のシステム構成を示した概念図である。

原子炉圧力容器１の内部に周囲をシュラウド２で囲まれた炉心３が設置されており、炉心３内の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。水位及び温度検出センサ６は、炉心３に挿入された複数（図１では２体のみ図示している）の炉内計装管７内に異なる高さ位置に複数個設置されている。この炉内計装管７の下部は、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および炉内計装案内管９に挿入されており、上部は上部格子板５に固定されている。炉内計装ハウジング８および炉内計装管７には、通水口１０、１１、１２が設けられている。通水口１０、１１は水位及び温度検出センサ６の下部に、通水口１２は炉内計装管７の上端付近に設置されており、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が一致するように冷却水１３が連通している。炉内計装管７の内部には、止水栓１４が通水口１１よりも下部に取り付けられており、炉内計装管７の下端から冷却材１３が漏えいしないようになっている。水位及び温度検出センサ６には信号ケーブル及びヒータケーブル１５が接続されており、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、温度計測装置１６及びヒータ制御装置１７に接続されている。

従来の差圧伝送器による水位計は、蒸気凝縮器３８により下方に接続する計装配管内に形成された高さ一定の基準水柱の圧力と、原子炉圧力容器１のシュラウド２の外側から計装配管で引き出した炉水圧力との差圧を差圧伝送器３９及び４０で計測している。なお、基準水中は、気水分離器３６及び蒸気乾燥器３７を経由して原子炉圧力容器１の上部に到達した蒸気が蒸気凝縮器３８で冷却されることで常に一定の水面高さを保持する仕組みになっている。本実施例の水位及び温度計測装置は、従来の水位計と炉心３の領域で測定範囲が重なっており、両者の組み合わせにより原子炉圧力容器１の上部から底部まで連続して水位を計測することができる。

図２は、原子炉圧力容器１の炉心３部分での横断面図を示している。

炉内計装管７は、図１には２体のみ図示したが、図２に示すように、燃料集合体４１の間隙に８体あるいはそれ以上の炉内計装管７を挿入することもできる。多数の炉内計装管７を用い、それぞれの炉内計装管７に対して水位および温度検出センサの設置高さを互いに補間するようにずらして配置することにより、より細かい間隔で水位を検知することができるようになる。例えば、図２に示したように、炉内計装管７を第１グループ、第２グループ及び第３グループに分割し、それぞれのグループに属する炉内計装管７の内部では、水位及び温度検出センサ６の高さをずらして配置しておき、グループ毎に１つの水位を決定する（例えば第１グループならば４本で１つの水位を決定する）ことでより細かい水位の検知が可能となる。なお、図１に示したように、中性子検出器３４や走査型中性子検出器案内管３５を収納した既存の炉内計装管に収納することも可能である。

図３は、水位及び温度検出センサ６の構造を示している。図３には４つの水位及び温度検出センサ６ｄ〜６ｇが示してあるが、構造は同じであるため６ｄについて以下に説明する。

水位及び温度検出センサ６ｄの内部には、＋側素線２２ｄ及び−型素線２３ｄを接合した熱電対２４ｄと熱電対２４ｄの近傍を加熱するためのヒータ線２５ｄ及びヒータ用リード線２６ｄ、２７ｄが収納されている。熱電対２４ｄとしては、広く利用されているＫ型やＮ型の熱電対を利用することができる。また、ヒータ線２５ｄとしてはニッケル−クロム合金の高抵抗線などが適している。ヒータ用リード線２６ｄ、２７ｄは銅線、ニッケル線など比較的抵抗の小さい線を利用することによりヒータ電源に必要な電圧を抑制することができる。熱電対及びヒータはアルミナなどの絶縁材２８により電気的に絶縁され、ステンレス製などのシース２１に収められている。＋側素線２２ｄ、−側素線２３ｄ、ヒータ用リード線は２６ｄ、２７ｄはコネクタ２９を介して、信号ケーブルおよびヒータケーブル１５に接続されている。そして、＋側素線２２ｄおよび−側素線２３ｄは温度計測装置１６へ、ヒータ用リード線２６ｄ、２７ｄはヒータ制御装置１７へ接続される。

図４は、水位及び温度検出センサ６の別な構造例を示している。

この例では、ヒータ線２５を共通として、４つの熱電対２４ｈ〜２４ｋが同一のステンレス製などのシース２１に収められている。＋側素線２２ｈ〜２２ｋ及び−側素線２３ｈ〜２３ｋは温度計測装置１６へ、ヒータ用リード線２６、２７はヒータ制御装置１７へ接続されている。

図１に示すように、温度計測装置１６およびヒータ制御装置１７は水位・温度・故障判定装置１８に接続されており、水位・温度・故障判定装置１８には閾値テーブル格納用記憶装置１９と表示装置２０が備えられている。

次に、図５を用いて、図１から図４に示した原子炉水位及び温度計測装置の動作について説明する。図５は、原子炉水位及び温度の計測フローを示している。水位および温度の計測は、水位・温度・故障判定装置１８から周期的に開始する。

水位・温度・故障判定装置１８は、予め定められた順番に従って、すべての水位及び温度検出センサ６に対して以下の制御を繰り返すことにより、水位・温度・故障の判定に必要なデータを採取する（ステップＳ１０）。

まず、温度計測装置１６に対象センサ６の通電前の温度データの採取指令を出力する。採取指令を受信した温度計測装置１６は、対象センサからの出力信号を入力し、水位・温度・故障判定装置１８に送出する。水位・温度・故障判定装置１８は、受信した当該センサからの温度データを図示しない記憶装置に格納する（ステップＳ２０，Ｓ３０）。

次に、対象センサ６のヒータ線２５へ通電するようヒータ制御装置１７に指令を出力する。ヒータ制御装置１７は内蔵した電流パターンに従ってヒータ線２５に通電する（ステップＳ４０）。電流パターンは、図６に示すようなパターンを用いることができる。ヒータ線２５に電流が流れるとジュール熱により対象センサ６のヒータ線２５の周囲温度が上昇する。そして、予め設定した時間通電した後、水位・温度・故障判定装置１８は温度計測装置１６に通電中の温度データ採取指令を出力する。この指令を受信した温度計測装置１６は、対象センサからの出力信号を入力し、水位・温度・故障判定装置１８に送出する（ステップＳ５０）。水位・温度・故障判定装置１８は、受信した当該センサからの温度データを図示しない記憶装置に格納すると同時に、内蔵した電流パターンに従って通電を停止する指令をヒータ制御装置１７に出力する（ステップＳ６０）。次に、水位・温度・故障判定装置１８は、採取した温度データに従って個々の水位及び温度検出センサ６の周囲が蒸気雰囲気なのか、水雰囲気なのか、あるいはセンサが故障しているのかを記憶装置１９に格納された閾値テーブルにより判定する（ステップＳ７０）。以上の制御をすべての水位及び温度検出センサ６に対して繰り返すことにより、判定に必要なデータの採取が完了する。

図７は、閾値テーブルの一例を示している。

閾値テーブルは、ヒータ通電前の温度（℃）毎に、ヒータ通電時の温度上昇量（Δ℃）によって、蒸気雰囲気と水雰囲気を判定する閾値、および水雰囲気と故障を判定する閾値がテーブル化されている。閾値の絶対値は水位及び温度検出センサ６の構造やヒータへの通電量などにより変化するため、図７には記載していないが、蒸気の熱伝導率は温度上昇とともに増加することから、蒸気雰囲気と水雰囲気を判定する閾値は温度上昇とともに低下する。また、水の熱伝導率も温度上昇とともに増加するが、その割合は蒸気に比べて小さく、閾値は温度上昇とともに僅かに低下する。冷却水１３の温度が臨界温度３７４℃に近づくと蒸気雰囲気と水雰囲気の温度上昇量が近づき、判定が困難になる。この例では、３１０℃以上を判定外としている。

図８は、閾値テーブルの別な一例を示している。図７とほぼ同様のテーブルであるが、蒸気雰囲気と水雰囲気の間に境界領域を設定している。この境界領域に該当する温度上昇量が採取された場合は、センサ近傍に水位が存在していると判定する。

図９は、上述した閾値による蒸気雰囲気と水雰囲気の判定を冷却材の流れがある場合に適用するための、流れの影響を緩和する水位及び温度検出センサ６の構成を示している。

水位及び温度検出センサ６のヒータ線２５が設置されている先端部付近が流れ止め３０で覆われており、表面に設けられた通水口３１により外側の冷却水１３は流れ止め内部に入り込むが、流れ自体は抑制される構造となっている。この流れ止め３０により、冷却材の流れがある場合にも、図７や図８に示した閾値テーブルが利用できる。

図１０及び図１１は、流れ止めの別な例を示している。

図１０は、流れ止めの内部に冷却水１３を取り入れるために、開口部３２が設けられている。また、図１１では、流れを抑制する円板を組み合わせて流れ止め３０を構成している。

このような流れ止めは、図９から図１１に示したように、水位及び温度検出センサ６に固定する方法以外にも、図１２に示すように、既存の炉内計装管７の内部に設けられている走査型中性子検出器案内管３５に溶接部３３を介して固定することもできる。あるいは、図１３に示すように、炉内計装管７の内部に溶接部３３を介して固定することもできる。

このようにして、個々の水位及び温度検出センサ６に対して判定された結果は、水位・温度・故障判定装置１８で図２に示したグループ毎に設置高さ順に並べられる。そして、蒸気雰囲気のセンサのうち最も低い位置に設置されたセンサの高さと、水雰囲気のセンサのうち最も高い位置に設置されたセンサの高さとの中間の高さを水位高さとして決定する（ステップＳ８０）。

あるいは、境界領域と判定されたセンサがある場合は、そのセンサの設置高さを水位高さとして決定する。グループ内のセンサの判定結果に矛盾がある場合、例えば、蒸気雰囲気と判定したセンサよりも高い設置位置にあるセンサが水雰囲気と判定されている場合など、あるいは通電前の温度が判定外領域にある場合などは水位不明と決定する。以上の手順により水位が決定できる。決定した水位は、時系列データとして図示しないメモリに格納され、表示装置２０により表示される（ステップＳ９０）。

図１４は、水位計測値の表示画面の例を示している。

図１４は、３つのセンサグループにそれぞれ４本の炉内計装管７が割り当てられ、１つの炉内計装管７の内部に水位及び温度検出センサ６が４つずつ設置された例を示している。１つ１つの炉内計装管７が縦棒で示されており縦棒の下に炉内での径方向の設置位置が示してある（例えば、１２−１４など）。縦棒上に示した横線位置が水位を表しており、横線の下部が水雰囲気、上部が蒸気雰囲気である。炉内計装管７の内部に設置された水位及び温度検出センサ６は三角形で示されている。太線のセンサは水雰囲気と判定されたことを示している。各グループの水位（ｍｍ単位）は、縦棒の上にテキストで表示されている。また、第３グループの４−６で示される炉内計装管７の上から３番目のセンサｃは故障していることを示している。画面の最下部に表示された横棒は、スライドバーとなっており、バー上のカーソルを操作者が動かすことにより、対応する過去の時刻の水位計測値を表示する。

このように、本実施例に従えば、原子炉圧力容器１内部の温度が異なる場合でも、精度良く水位検知ができるとともに、水位及び温度検出センサ６の健全性が評価できる。

本実施例では、装置構成は図１に示したものと同様である。ただし、図１５に示すように、原子炉水位及び温度の計測フローは、図５に示したものとは一部が異なっている。なお、図５と同じステップ番号は同じ処理内容を示している。

水位・温度・故障判定装置１８は、予め定められた順番に従って、すべての水位及び温度検出センサ６に対して以下の制御を繰り返すことにより、水位・温度・故障の判定に必要なデータを採取する（ステップＳ１０）。

まず、温度計測装置１６に対象センサ６の通電前の温度データの採取指令を出力する（ステップＳ２０）。採取指令を受信した温度計測装置１６は、対象センサからの出力信号を入力し、水位・温度・故障判定装置１８に送出する。水位・温度・故障判定装置１８は、受信した当該センサからの温度データを図示しない記憶装置に格納する（ステップＳ３０）。

次に、対象センサ６のヒータ線２５へ通電するようヒータ制御装置１７に指令を出力する。ヒータ制御装置１７は内蔵した予め設定された第１の電流値まで通電量を上昇する（ステップＳ１１０）。そして、所定時間通電した後、水位・温度・故障判定装置１８は温度計測装置１６に通電中の温度データ採取指令を出力する。この指令を受信した温度計測装置１６は、対象センサからの出力信号を入力し、水位・温度・故障判定装置１８に送出する（ステップＳ１２０）。水位・温度・故障判定装置１８は、受信した当該センサからの温度データを図示しない記憶装置に格納した後、採取した温度データに従って個々の水位及び温度検出センサ６の周囲が蒸気雰囲気なのか、それ以外なのかを閾値テーブルにより判定する（ステップＳ１３０）。

そして、蒸気雰囲気と判定した場合は、通電を終了して次の対象センサのデータ採取に移る（ステップＳ１４０，Ｓ１８０）。

一方、蒸気雰囲気ではないと判定した場合は、水雰囲気なのかあるいはセンサの故障なのかを判定するため、第１の電流値よりも高く設定した第２の電流値で通電するようにヒータ制御装置１７に指令を発する。この指令により第２の電流値で所定時間通電した後、水位・温度・故障判定装置１８は温度計測装置１６に通電中の温度データ採取指令を出力する（ステップＳ１５０）。そして、採取した温度データに従って個々の水位及び温度検出センサ６が水雰囲気にあるのか、あるいは故障しているのかを閾値テーブルに基づいて判定する（ステップＳ１６０）。

図１６は、本実施例での電流値の制御例を示している。この例では、蒸気雰囲気と水雰囲気を判定する際には０．５Ａの通電量とし、その後、水雰囲気と故障の判定時には通電量を２．０Ａに増大している。以上の制御をすべての水位及び温度検出センサ６に対して繰り返すことにより、判定に必要なデータの採取が完了する。このようにして、個々の水位及び温度検出センサ６に対して判定された結果をもとに、グループ毎の水位高さを決定し、画面に表示する処理を実施例１と同様の手順で行う。

この実施例に従えば、通電に伴ってヒータ線２５の温度が上昇しやすい蒸気雰囲気中では、ヒータ線２５への電流を小さく抑制し、ヒータ線２５の断線を予防できるとともに、水雰囲気中でのヒータ線２５への電流を増大させることで水雰囲気中なのかあるいは故障しているのかを確実に判定することができる。

本実施例は、実施例２と同様である。ただし、蒸気雰囲気と水雰囲気の判定に温度上昇の時定数を用いる。

図１７は、水位及び温度の計測フローを示している。蒸気雰囲気と水雰囲気を判定する際の条件として、温度上昇時定数を用いている点（ステップＳ１３０Ａ）が実施例２と異なっている。水雰囲気と故障の判定には実施例２と同様の図７に示した閾値テーブルが利用できる。この実施例に従えば、温度が飽和するまでに比較的時間を要する蒸気雰囲気の判定に要する時間を短縮することができる。

本実施例は、水位及び温度検出センサ６の故障検知として、温度上昇量と閾値テーブルを利用する方式の他に、センサのループ抵抗及び絶縁抵抗の測定による方式を併用したものである。

図１８は、本実施例のシステム構成を示した概念図である。実施例１の構成に抵抗測定装置４２が追設されている。抵抗測定装置４２の詳細を図１９に示す。水位及び温度検出センサ６から引き出された熱電対素線２２及び２３とヒータ用リード線２６及び２７は、温度計測装置１６及びヒータ制御装置１７へ接続するケーブル１５から分岐されて抵抗測定装置４２内部の切り替え器４３に接続されている。切り替え器４３は、水位・温度・故障判定装置１８からの指令に基づき、すべての水位及び温度検出センサ６から１つを選択して抵抗計４４に接続する。抵抗計４４は、熱電対素線２２及び２３とヒータ用リード線２６及び２７にアース線４５を加えた合計５本のケーブル間の全ての端子間抵抗を測定し、送信装置４６を介して水位・温度・故障判定装置１８へデータを伝送する。抵抗データを受信した水位・温度・故障判定装置１８は、それぞれの抵抗値に対して予め設定された判定値と比較し、水位及び温度検出センサ６の故障を判定する。

本実施例によれば、温度上昇が小さいために故障と判定された水位及び温度検出センサ６であっても、ヒータ用リード線のみが断線しており、熱電対素線が健全であるような状態を検知でき、温度計としては利用できることを示せるという利点がある。

本実施例は、水位及び温度検出センサ６を内蔵した炉内計装管７の炉内への挿入位置を特定することにより信頼性を向上したものである。

全体のシステム構成は実施例１と同様であるが、水位及び温度検出センサ６を内蔵した炉内計装管７は、図２０に示すように、原子炉の最外周燃料に隣接するか、または最外周燃料よりも外部に配置されている。原子炉の炉心３において、最外周燃料では、中性子漏れの効果が大きいこと、通常は反応度の低い燃料が配置されることにより、運転中の出力が小さく、スクラム後に燃料が発生する崩壊熱は中心部と比べて相対的に小さいという特性がある。そこで、炉内計装管７をこのような配置とすることで、万一、燃料が露出してしまうような事態が発生した場合にも炉内計装管７の周囲は炉心３の中心部に比べて相対的に温度が上昇しにくく、水位及び温度計測が可能となる期間を長くすることができる。

本実施例は、実施例５の構成に加えて、炉心３の中心部及び中間部にも水位及び温度検出センサ６を内蔵した炉内計装管７を設置したものである。

図２１は、原子炉圧力容器１内部の炉内計装管７の配置を示している。図２１に示すように、水位及び温度検出センサ６を内蔵した炉内計装管７は、炉心外周部に加えて、炉心中心部及び中間部にも配置されている。このような炉内計装管７の配置と合わせて、個々の水位及び温度検出センサ６で測定した温度データあるいは故障センサ情報を時系列で格納することにより、炉心３内部での温度分布変化及びセンサ破損の進展を確認することが可能となる。

図２２に、原子炉圧力容器１内部の３次元温度分布の表示例を示す。温度の３次元分布を色分けした等高線図で表わすとともに、故障したセンサを×印で表示している。画面の最下部には、スライドバーを表示しており、バー上のカーソルを操作者が動かすことにより、対応する過去の時刻の温度分布および故障センサ情報を表示する。

このように、本実施例に従えば、炉内の３次元温度分布及び故障センサの情報を視覚的に把握することができ、かつ、時間的な変化を表示させることにより温度分布変化及びセンサ破損の進展を確認することができる。

１…原子炉圧力容器
２…シュラウド
３…炉心
４…炉心指示板
５…上部格子板
６…水位及び温度検出センサ
７…炉内挿入管
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…熱電対およびヒータケーブル
１６…温度計測装置
１７…ヒータ制御装置
１８…水位・温度・故障判定装置
１９…記憶装置
２０…表示装置
２１…シース
２２…熱電対＋側素線
２３…熱電対−側素線
２４…熱電対
２５…ヒータ線
２６、２７…ヒータ用リード線
２８…絶縁材
２９…コネクタ
３０…流れ止め
３１…通水口
３２…開口部
３３…溶接部
３４…中性子検出器
３５…走査型中性子検出器案内管
３６…気水分離器
３７…蒸気乾燥器
３８…蒸気凝縮器
３９，４０…差圧伝送器
４１…燃料集合体
４２…抵抗測定装置
４３…切り替え器
４４…抵抗計
４５…アース線
４６…送信装置

Claims (7)

1. 原子炉の圧力容器の内部に熱電対を複数設置して、前記熱電対で計測した温度から原子炉水位を検知する原子炉水位及び温度計測装置であって、
   前記圧力容器の底部に溶接した炉内計装ハウジングと、
   該炉内計装ハウジング上部から炉心支持板までの間に配設された炉内計装案内管と、
   前記炉内計装ハウジングおよび前記炉内計装案内管に挿入する炉内計装管と、
   該炉内計装管の内部の複数高さ位置に設置された熱電対とヒータ線からなる水位及び温度検出センサと、
   前記熱電対の温度を測定する温度計測装置と、
   前記ヒータ線への電流を制御するヒータ制御装置と、
   前記ヒータ線への通電前の熱電対温度とヒータ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格納した記憶装置と、
   前記温度計測装置により測定されたヒータ通電前の熱電対温度とヒータ通電時の温度上昇量とを閾値テーブルに当てはめて水位及び温度検出センサの周囲が蒸気雰囲気であるか、水雰囲気であるか、あるいはセンサが故障しているかを判定し、これらのデータを基に原子炉内の水位、温度、およびセンサ故障の情報を生成する水位・温度・故障判定装置と、
   水位、温度、故障情報を表示する表示装置とを備え、
   前記水位・温度・故障判定装置は、蒸気雰囲気と蒸気雰囲気以外を判定するための第一の電流設定値と、第一の設定値よりも大きな第二の電流設定値とを保持し、
   前記第一の電流設定値を前記ヒータ線に通電した結果、蒸気雰囲気以外と判定した場合にのみ、前記第二の電流設定値を前記ヒータ線に通電し、水雰囲気とセンサ故障を判定することを特徴とする原子炉水位及び温度計測装置。
2. 請求項１記載の原子炉水位及び温度計測装置において、
   前記水位及び温度検出センサの周囲に冷却材の流れを抑制する流れ止めを備えたことを特徴とする原子炉水位及び温度計測装置。
3. 請求項１記載の原子炉水位及び温度計測装置において、
   前記水位及び温度検出センサから引き出した熱電対素線、ヒータ用リード線及びアース線の間の抵抗を測定する抵抗測定装置を備え、
   該抵抗測定装置により測定した抵抗値を前記水位・温度・故障判定装置に保持した判定値と比較して水位及び温度検出センサの故障を判定して表示することを特徴とする原子炉水位及び温度計測装置。
4. 請求項１記載の原子炉水位及び温度計測装置において、
   複数の炉内計装管の内部に水位および温度検出センサの設置高さを互いに補間するようにずらして配置したことを特徴とする原子炉水位及び温度計測装置。
5. 請求項１記載の原子炉水位及び温度計測装置において、
   検出された原子炉水位、温度、センサ故障データを時系列で格納する記憶装置を備えたことを特徴とする原子炉水位及び温度計測装置。
6. 請求項１記載の原子炉水位及び温度計測装置において、
   前記炉内計装管は、前記炉内計装ハウジングおよび炉内計装案内管に挿入され、原子炉の最外周燃料に隣接または最外周燃料よりも外側に配置されたことを特徴とする原子炉水位及び温度計測装置。
7. 請求項６記載の原子炉水位及び温度計測装置において、
   最外周燃料に隣接または最外周燃料よりも外側の位置に配置した炉内計装管に加えて、前記以外の位置に炉内計装管を配置し、炉内計装管の内部の複数高さ位置に熱電対を有する水位及び温度検出センサを備えたことを特徴とする原子炉水位及び温度計測装置。

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