JP6117147B2

JP6117147B2 - 原子炉水位計測装置

Info

Publication number: JP6117147B2
Application number: JP2014124412A
Authority: JP
Inventors: 克利武藤; 浩明勝山
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2034-06-17
Also published as: JP2016003955A

Description

本発明は、原子炉圧力容器内の水位を計測する原子炉水位計測装置に係わり、特に、差圧式の原子炉水位計測装置に関する。

従来、原子炉圧力容器内の水位を計測する原子炉水位計測装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の原子炉水位計測装置は、原子炉格納容器の内側に配置され、原子炉圧力容器の気相部に配管を介して接続された凝縮槽と、この凝縮槽の下部に接続され、原子炉格納容器を貫通して原子炉格納容器の外側に延在した基準圧力導管と、原子炉圧力容器の液相部に接続され、原子炉格納容器を貫通して原子炉格納容器の外側に延在した水位圧力導管と、原子炉圧力容器内の水位に対応する状態量として、基準圧力導管から導入された基準圧力と水位圧力導管から導入された水位圧力との差圧を測定する差圧計とを備えている。

凝縮槽には、原子炉圧力容器の気相部から蒸気が流入し、この蒸気が放熱して凝縮し、凝縮した水が貯留される。また、過剰な水が凝縮槽から原子炉圧力容器に戻される。これにより、凝縮槽内の水面高さが一定に保たれるようになっている。

基準圧力導管から差圧計に導入される基準圧力は、凝縮槽内の水面高さによる液相の圧力（基準水頭）と、凝縮槽内の気相の圧力（言い換えれば、ほぼ原子炉圧力容器内の気相の圧力）との和である。一方、水位圧力導管から差圧計に導入される水位圧力は、原子炉圧力容器内の水位に応じて変動する液相の圧力（水位水頭）と、原子炉圧力容器内の気相の圧力との和である。差圧計は、前述した基準圧力と水位圧力との差圧（すなわち、ほぼ基準水頭と水位水頭との差圧）を測定し、これに基づいた水位信号を表示装置等へ出力するようになっている。

特開平８−２２０２８２号公報

上記従来技術では、通常運転時であれば、凝縮槽内の水面高さを一定に保つことが可能であり、原子炉圧力容器内の水位を正確に計測することが可能である。しかし、原子炉格納容器内の温度が通常運転時より上昇するとともに原子炉圧力容器内の水位が通常運転時より低下するような非常時には、例えば凝縮槽内の水が蒸発して水面高さが変動するため、水位の計測誤差が生じる。また、その後、原子炉格納容器内の温度や原子炉圧力容器内の水位が回復するような復帰時も、何らかの手段を講じなければ、凝縮槽内の水面高さが回復しないため、水位の計測誤差が生じる。

本発明の目的は、通常運転時だけでなく、非常時及び復帰時も、原子炉圧力容器内の水位を正確に計測することができる原子炉水位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、原子炉圧力容器内の水位を計測する原子炉水位計測装置において、原子炉格納容器の内側に配置され、前記原子炉圧力容器の気相部に配管を介して接続された凝縮槽と、前記凝縮槽の下部に接続され、前記原子炉格納容器を貫通して前記原子炉格納容器の外側に延在した基準圧力導管と、前記原子炉圧力容器の液相部に接続され、前記原子炉格納容器を貫通して前記原子炉格納容器の外側に延在した水位圧力導管と、通常運転時の前記凝縮槽内の水面高さが基準となるように予め設定され、前記原子炉圧力容器内の水位に対応する状態量として、前記基準圧力導管から導入された基準圧力と前記水位圧力導管から導入された水位圧力との差圧を測定する第１の差圧計と、前記基準圧力導管において前記原子炉格納容器の外側に位置する分岐部から分岐し且つ前記水位圧力導管に合流するように接続され、非常時に、前記基準圧力導管の前記分岐部が水面高さとなるように、前記基準圧力導管の前記分岐部より上端部側の水を流出させるバランス管と、非常時の前記基準圧力導管の前記分岐部の水面高さが基準となるように予め設定され、前記原子炉圧力容器内の水位に対応する状態量として、前記基準圧力導管から導入された基準圧力と前記水位圧力導管から導入された水位圧力との差圧を測定する第２の差圧計と、復帰時に、前記基準圧力導管の前記分岐部の水面高さから前記凝縮槽内の水面高さへ上昇させるため、前記基準圧力導管に注水する注水系統と、を備える。

このような本発明においては、通常運転時に、凝縮槽内の水面高さを一定に保つことが可能である。そして、凝縮槽内の水面高さが基準となるように予め設定された第１の差圧計を用いることにより、原子炉圧力容器内の水位を正確に計測することができる。

また、非常時には、基準圧力導管の分岐部より上端部側（言い換えれば、凝縮槽側）の水がバランス管及び水位圧力導管を介し原子炉圧力容器へ流出して、基準圧力導管の分岐部での水面高さとなる。ここで、基準圧力導管の分岐部から下端部（言い換えれば、第２の差圧計）までの部分は、原子炉格納容器の外側に位置して原子炉格納容器内の高温による影響をほとんど受けない。そのため、基準圧力導管の分岐部の水面高さを一定に保つことが可能である。そして、基準圧力導管の分岐部の水面高さが基準となるように予め設定された第２の差圧計を用いることにより、原子炉圧力容器内の水位を正確に計測することができる。

また、復帰時には、注水系統から基準圧力導管に注水して、基準圧力導管の分岐部の水面高さから凝縮槽内の水面高さへ上昇させる。そして、第１の差圧計を用いることにより、原子炉圧力容器内の水位を正確に計測することができる。

本発明によれば、通常運転時だけでなく、非常時及び復帰時も、原子炉圧力容器内の水位を正確に計測することができる。

本発明の一実施形態における原子炉水位計測装置の構成を表す概略図であり、通常運転時における原子炉圧力容器内の水位及び凝縮槽内の水面高さを示している。本発明の一実施形態における原子炉水位計測装置の構成を表す概略図であり、非常時における原子炉圧力容器内の水位及び基準圧力配管内の水面高さを示している。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２は、本実施形態における原子炉水位計測装置の構成を表す概略図である。なお、図１においては、通常運転時における原子炉圧力容器内の水位及び凝縮槽内の水面高さを示し、図２においては、非常時における原子炉圧力容器内の水位及び基準圧力配管内の水面高さを示している。

本実施形態の原子炉水位計測装置は、原子炉圧力容器１の気相部（詳細には、有効燃料頂部（ＴＡＦ）より上側部分）に配管２を介して接続された凝縮槽３と、この凝縮槽３の下部に接続された基準圧力導管４Ａと、原子炉圧力容器１の液相部（詳細には、有効燃料底部（ＢＡＦ）より下側部分）に接続された水位圧力導管５Ａと、基準圧力導管４Ａに基準圧力導管４Ｂを介して接続されるとともに、水位圧力導管５Ａに水位圧力導管５Ｂを介して接続された差圧計６と、基準圧力導管４Ａに基準圧力導管４Ｃを介して接続されるとともに、水位圧力導管５Ａに水位圧力導管５Ｃを介して接続された差圧計７と、を備えている。差圧計６は、通常運転時に対応したものであり、差圧計７は、非常時に対応したものである（詳細は後述）。

原子炉圧力容器１、配管２、及び凝縮槽３は、原子炉格納容器８の内側に配置されている。基準圧力導管４Ａ及び水位圧力導管５Ａは、原子炉格納容器８を貫通して原子炉格納容器８の外側に延在している。基準圧力導管４Ｂ、水位圧力導管５Ｂ、及び差圧計６は、原子炉格納容器８の外側に配置されている。基準圧力導管４Ｃ、水位圧力導管５Ｃ、及び差圧計７は、原子炉格納容器８の外側に配置されている。

原子炉格納容器８の外側にそれぞれ位置する基準圧力導管４Ａの分岐部９と水位圧力導管５Ａの合流部１０との間には、バランス管１１が接続されている。すなわち、バランス管１１は、原子炉格納容器８の外側に配置されている。バランス管１１にはバランス弁１２（開閉弁）が設けられている。基準圧力導管４Ｃ及び水位圧力導管５Ｃには仕切り弁１３Ａ，１３Ｂ（開閉弁）が設けられている。なお、バランス弁１２及び仕切り弁１３Ａ，１３Ｂは、例えば遠隔操作可能な電動弁又は電磁弁でもよいし、あるいは手動弁でもよい。

基準圧力導管４Ａの分岐部９（但し、分岐部９以外の部分でもよいし、あるいは、基準圧力導管４Ｂ又は４Ｃでもよい。）には、注水系統１４が接続されている。注水系統１４は、基準圧力導管に注水管１５及び出口弁１６（開閉弁）を介して接続され、水を貯留する水タンク１７と、この水タンク１７にガス管１８及び入口弁１９（開閉弁）を介して接続され、ガスを貯留するガスタンク２０とを備えている。

次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。

（１）通常運転時
通常運転時は、バランス弁１２及び仕切り弁１３Ａ，１３Ｂを閉じ状態とし、注水系統１４の出口弁１６及び入口弁１９を閉じ状態とする。このとき、図１で示すように、原子炉圧力容器１内の水位が有効燃料頂部（ＴＡＦ）より上側にある。また、凝縮槽３内の水面高さｈ１を一定に保つことが可能である。

差圧計６は、原子炉圧力容器１内の水位に対応する状態量として、基準圧力導管４Ａ，４Ｂから導入された基準圧力と水位圧力導管５Ａ，５Ｂから導入された水位圧力との差圧を測定する。通常運転時において、基準圧力導管４Ａ，４Ｂから差圧計６に導入される基準圧力は、凝縮槽３内の水面高さｈ１による第１の基準水頭と、凝縮槽３内の気相の圧力（言い換えれば、ほぼ原子炉圧力容器１内の気相の圧力）との和である。水位圧力導管５Ａ，５Ｂから差圧計６に導入される水位圧力は、原子炉圧力容器１内の水位に応じて変動する液相の圧力（水位水頭）と、原子炉圧力容器１内の気相の圧力との和である。差圧計６は、前述した基準圧力と水位圧力との差圧（すなわち、ほぼ第１の基準水頭と水位水頭との差圧）を測定し、これに基づいた水位信号を表示装置等（図示せず）へ出力するようになっている。

また、差圧計６は、凝縮槽３内の水面高さｈ１が基準となるように予め設定されている。詳細には、前述した第１の基準水頭でゼロ点が校正されている。そのため、差圧計６を用いることにより、原子炉圧力容器１内の水位を正確に計測することができる。

（２）非常時
原子炉格納容器８内の温度が通常運転時より上昇するとともに原子炉圧力容器１内の水位が通常運転時より低下するような非常時は、バランス弁１２及び仕切り弁１３Ａ，１３Ｂを開状態に切換える。具体的には、例えば原子炉圧力容器１内の水位が有効燃料頂部（ＴＡＦ）近傍まで低下するか、若しくは原子炉格納容器８における基準圧力導管４Ａの貫通部（ペネトレーション）の高さまで低下したときに、バランス弁１２及び仕切り弁１３Ａ，１３Ｂを開状態に切換える。そして、図２で示すように、原子炉圧力容器１内の水位が基準圧力導管４Ａの分岐部９の高さより低下すれば、基準圧力導管４Ａの分岐部９より上端部側の水がバランス管１１及び水位圧力導管５Ａを介し原子炉圧力容器１に流出して、基準圧力導管４Ａの分岐部９での水面高さｈ２となる。基準圧力導管４Ａの分岐部９から基準圧力導管４Ｃの下端部（言い換えれば、差圧計７）までの部分は、原子炉格納容器８の外側に位置するので、原子炉格納容器８内の高温による影響をほとんど受けない。そのため、基準圧力導管４Ａの分岐部９の水面高さｈ２を一定に保つことが可能である。

差圧計７は、原子炉圧力容器１内の水位に対応する状態量として、基準圧力導管４Ａ，４Ｃから導入された基準圧力と水位圧力導管５Ａ，５Ｃから導入された水位圧力との差圧を測定する。非常時において、基準圧力導管４Ａ，４Ｃから差圧計７に導入される基準圧力は、基準圧力導管４Ａの分岐部９の水面高さｈ２による第２の基準水頭と、基準圧力導管４Ａ内の気相の圧力（言い換えれば、ほぼ原子炉圧力容器１内の気相の圧力）との和である。水位圧力導管５Ａ，５Ｃから差圧計７に導入される水位圧力は、原子炉圧力容器１内の水位に応じて変動する液相の圧力（水位水頭）と、原子炉圧力容器１内の気相の圧力との和である。差圧計７は、前述した基準圧力と水位圧力との差圧（すなわち、ほぼ第２の基準水頭と水位水頭との差圧）を測定し、これに基づいた水位信号を表示装置等（図示せず）へ出力するようになっている。

また、差圧計７は、基準圧力導管４Ａの分岐部９の水面高さｈ２が基準となるように予め設定されている。詳細には、前述した第２の基準水頭でゼロ点が校正されている。そのため、差圧計７を用いることにより、原子炉圧力容器１内の水位を正確に計測することができる。

なお、基準圧力導管４Ａの分岐部９の水面高さｈ２が確保されれば、バランス管１１内の水位の変動による測定誤差を抑えるため、バランス弁１２を閉じてもよい。

（３）復帰時
原子炉格納容器８内の温度や原子炉圧力容器１内の水位が回復するような復帰時は、注水系統１４の出口弁１６及び入口弁１９を開状態に切換える。具体的には、例えば原子炉圧力容器１内の水位が有効燃料頂部（ＴＡＦ）より上側となるときに、注水系統１４の出口弁１６及び入口弁１９を開状態に切換える。これにより、ガスタンク２０のガス圧力を用いて水タンク１７の水を基準圧力導管に注入して、基準圧力導管４Ａの分岐部９の水面高さから凝縮槽３内の水面高さへ上昇させる。その後、差圧計６を用いることにより、原子炉圧力容器１内の水位を正確に計測することができる。

以上のように本実施形態では、通常運転時だけでなく、非常時及び復帰時も、原子炉圧力容器１内の水位を正確に計測することができる。

なお、上記一実施形態においては、バランス弁１２及び仕切り弁１３Ａ，１３Ｂを設けた場合を例にとって説明したが、これに限られず、バランス弁１２及び仕切り弁１３Ａ，１３Ｂを設けなくともよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態においては、注水系統１４は、ガスタンク２０のガス圧力を用いて、水タンク１７の水を基準圧力導管に注入するように構成された場合（すなわち、電力が無くとも注水可能な構成）を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば蓄電池や発電機等から供給された電力で駆動するポンプを用いて、水タンク１７の水を基準圧力導管に注入するように構成されてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

１原子炉圧力容器
２配管
３凝縮槽
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ基準圧力導管
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ水位圧力導管
６差圧計
７差圧計
８原子炉格納容器
９分岐部
１１バランス管
１４注水系統
１７水タンク
２０ガスタンク

Claims

原子炉圧力容器内の水位を計測する原子炉水位計測装置において、
原子炉格納容器の内側に配置され、前記原子炉圧力容器の気相部に配管を介して接続された凝縮槽と、
前記凝縮槽の下部に接続され、前記原子炉格納容器を貫通して前記原子炉格納容器の外側に延在した基準圧力導管と、
前記原子炉圧力容器の液相部に接続され、前記原子炉格納容器を貫通して前記原子炉格納容器の外側に延在した水位圧力導管と、
通常運転時の前記凝縮槽内の水面高さが基準となるように予め設定され、前記原子炉圧力容器内の水位に対応する状態量として、前記基準圧力導管から導入された基準圧力と前記水位圧力導管から導入された水位圧力との差圧を測定する第１の差圧計と、
前記基準圧力導管において前記原子炉格納容器の外側に位置する分岐部から分岐し且つ前記水位圧力導管に合流するように接続され、非常時に、前記基準圧力導管の前記分岐部が水面高さとなるように、前記基準圧力導管の前記分岐部より上端部側の水を流出させるバランス管と、
非常時の前記基準圧力導管の前記分岐部の水面高さが基準となるように予め設定され、前記原子炉圧力容器内の水位に対応する状態量として、前記基準圧力導管から導入された基準圧力と前記水位圧力導管から導入された水位圧力との差圧を測定する第２の差圧計と、
復帰時に、前記基準圧力導管の前記分岐部の水面高さから前記凝縮槽内の水面高さへ上昇させるため、前記基準圧力導管に注水する注水系統と、を備えたことを特徴とする原子炉水位計測装置。
請求項１記載の原子炉水位計測装置において、
前記注水系統は、ガスタンクのガス圧力を用いて、水タンクの水を前記基準圧力導管に注入するように構成されたことを特徴とする原子炉水位計測装置。