JP6165390B1

JP6165390B1 - 炉内核計装装置

Info

Publication number: JP6165390B1
Application number: JP2017513828A
Authority: JP
Inventors: 齊藤　敦; 敦齊藤; 俊英相場
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2036-11-22
Also published as: JPWO2018096579A1; CN109983540A; WO2018096579A1; US20190267145A1

Abstract

非接触センサを引抜リミットスイッチ及び安全リミットスイッチに適用し、駆動用ケーブル及びシンブル配管とこれら両リミットスイッチとの接触を排除して両リミットスイッチの摩耗をなくした。また、シンブル配管と両リミットスイッチの接触を排除することでシンブル配管の振動による誤検出を防止することにより、検出器通過の精度を高めるようにした。

Description

この発明は、原子力プラントの中性子束を計測する原子炉の炉内核計装装置における中性子検出器の位置検出用のスイッチに関するものである。

従来、検出した中性子量についての測定結果を示すマップデータ取得のため、原子炉の炉内核計装装置（通常、毎月１回程度、定期的に原子炉内の中性子量の分布を測定する。以下「炉内核計装装置」と略称する）においては、可動型炉内中性子束検出器（以下、検出器と称する）を駆動する駆動装置の内部に検出器を巻き込みすぎ、破損することを避けるために、検出器の停止位置を決定する引抜リミットスイッチ及び引抜リミットスイッチのバックアップである安全リミットスイッチを具備している。

従来は、これらのリミットスイッチとしては、接触式のものが用いられていたため、摩耗による測定精度の劣化等、保守性が問題であった。このような炉内核計装装置の引抜リミットスイッチおよび安全リミットスイッチの保守性を向上する方策として、引抜リミットスイッチおよび安全リミットスイッチとして、磁気による非接触センサを使用することにより、引抜リミットスイッチおよび安全リミットスイッチの保守性の向上を提案しているものがある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、その構成においては、検出器の通過するシンブル配管とセンサであるリミットスイッチとの接触は不可避であり、また、駆動用ケーブルは、らせん状のワイヤをその芯線に巻付けた構造であるために、検出器の通過時に、シンブル配管が振動する、もしくは駆動用ケーブルの凹凸を検出するような誤検出が発生する可能性を否定できなかった。

特開２００５−１９５５７２号公報

従来の炉内核計装装置は以上のように磁気センサを用いて構成されているので、シンブル管と検出器を誤検出する可能性があり、誤検出した場合には、検出器を巻取りすぎた結果、すなわち、検出器を駆動装置内まで巻き取った結果、この検出器を駆動装置内の機構に巻き込み、その結果、検出器自体を破損する可能性を否定できなかった。

また同時に、検出器が直接通過するシンブル配管に取り付けられたセンサとしての安全リミットスイッチおよび引抜リミットスイッチを取替えるために、放射線量が比較的高い検出器近傍、もしくは検出器の通過により放射化したシンブル配管の近傍、具体的には、シンブル配管および安全リミットスイッチあるいは引抜リミットスイッチ、に手で触れる範囲内での作業者による手作業が不可避であり、作業者が被ばくするリスクがあるという問題があった。この状況について、以下図を用いてさらに詳しく説明する。

上記リミットスイッチを取替える作業について、図５を用いて説明する。
図５は、現行の安全、引抜、校正の３つの用途を兼ねる安全・引抜・校正リミットスイッチユニットの一例を示す図である。

図において、リミットスイッチユニット２００の中央部分には、下方部に回転するローラ２０１を有するローラ部２０２を備えたリミットスイッチ２１１が設置されている。また、このリミットスイッチユニット２００の下側部分には、駆動用ケーブルが通過する中空で筒状の空洞部分２１２が設けられている。なお、このリミットスイッチユニット２００は、通常、この空洞部分２１２の両端部分２１３ａ、および２１３ｂで、シンブル配管と継手によって接続されている。

そして、駆動用ケーブルがこの空洞部分２１２を図に示すＸ方向に移動する際、空洞部分２１２の筒状面である境界面と接触して振動が発生するようなことが無いように、定期検査時ごとに、上記ローラ２０１の先端位置（最下端位置）を適切な高さ方向（図中のＺ方向）位置に設定する必要があり、そのため、作業者の手作業による設定位置の調整が行われている。

上述のように、原子炉内の中性子の測定時、駆動用ケーブルが、安全・引抜・校正用のリミットスイッチユニットの内部（空洞部分２１２）を通過するため、上記ローラ部２０２の摩耗が不可避となっている。駆動用ケーブルの硬度が硬いためである。このため、例えば、リミットスイッチは、摩耗により、従来、約１年に１回程度、取り換えており、また、ローラ部分は、従来、正常な作動位置へ設置するための調整量である追い込み量の調整を実施する必要があり、実際には、このローラ部２０２の寸法を定期検査ごとに調整している。

ところで、この駆動用ケーブルの通過部分である空洞部分２１２には上記摩耗により発生する摩耗粉が溜まり易く、また、放射線量の比較的高い検出器も通過するため、ローラ部２０２が放射線により放射化しており、調整作業に伴うリミットスイッチユニットの分解、あるいは位置調整時に作業者が被ばくするリスクがある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、引抜リミットスイッチおよび安全リミットスイッチに、導体抵抗変化により電流が発生するコイルで構成された非接触センサを適用することで、停止位置を検出器が通過したことを導体抵抗の変動により検出し、検出器と完全に隔離された引抜リミットスイッチおよび安全リミットスイッチを提供することにより、リミットスイッチの摩耗がなく、リミットスイッチ自体の長寿命化が可能となり、また、点検時に、摩耗粉などによる作業者の被ばくの可能性を減ずることを目的とする。さらに、リミットスイッチの設置方法及び検出器の移動制御方法を改良することにより、検出器を駆動装置内に巻き込むことがなくなり、その結果、検出器自体が破損する可能性がない炉内核計装装置を提供することを目的とする。

この発明に係る炉内核計装装置は、
原子炉内の中性子束を計測する検出器と、
この検出器に接続され、この検出器を原子炉内の計測位置に移動させる駆動用ケーブルと、
前記検出器および前記駆動用ケーブルがその内部を移動する中空の通路であるシンブル配管と、
前記検出器を移動するため、前記駆動用ケーブルを駆動する駆動装置と、
前記駆動装置を制御するための制御盤と、
前記検出器を原子炉内の計測位置から引き抜き、予め定められた停止位置で停止させるため、前記駆動用ケーブルおよび前記シンブル配管に非接触に配置され、前記検出器の通過の有無を判別する信号を出力する引抜リミットスイッチと、
前記駆動装置の電源をオフして前記検出器の移動を停止させるため、前記駆動用ケーブルおよび前記シンブル配管に非接触に配置され、前記検出器の通過の有無を判別して前記駆動装置の電源をオフするための信号を出力する安全リミットスイッチと、
前記制御盤に前記引抜リミットスイッチと前記安全リミットスイッチからの出力信号を伝送する信号伝送部と、を備え、
原子炉の内側から外側へ、あるいは原子炉の外側から内側へ、前記検出器を移動させて、原子炉内に発生した中性子束を計測することを特徴とするものである。

この発明によれば、炉内核計装装置において、引抜リミットスイッチ及び安全リミットスイッチと検出器、駆動用ケーブルおよびシンブル配管との接触が完全になくなり、駆動用ケーブルによる、センサである引抜リミットスイッチ及び安全リミットスイッチの摩耗がなく、引抜リミットスイッチおよび安全リミットスイッチの保守性能、すなわち、調整および定期取替周期を大幅に向上することが可能となる。また、シンブル配管と両リミットスイッチの接触を排除することでシンブル配管の振動による誤検出を防止することができる。さらに、安全リミットスイッチ及び引抜リミットスイッチの取替に当たっては、検出器通過による摩耗粉の発生がないために、取替作業を実施する際の作業員の被ばくのリスクを大幅に低減することができる。

この発明の実施の形態１に係る炉内核計装装置の全体構成の一例を示す図である。この発明の実施の形態１に係る炉内核計装装置の要部拡大図である。この発明の実施の形態１に係る炉内核計装装置のリミットスイッチユニットおよびこのリミットスイッチユニットの制御に関わる装置の一例を示す図である。この発明の実施の形態２に係る炉内核計装装置のリミットスイッチユニットおよびこのリミットスイッチユニットの制御に関わる装置の一例を示す図である。従来のリミットスイッチユニットの一例を示す斜視図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１の炉内核計装装置の一例について、図に基づいて説明する。図１は、本実施の形態の炉内核計装装置の全体構成の一例を説明するための図である。図２は本実施の形態の炉内核計装装置の要部拡大図であり、図１の一部詳細図である。

まず、図１は炉内核計装装置１００の全体構成を示す図である。図１に示すように、炉内核計装装置１００は、中性子を検出すためのセンサとして機能する基本的な要素である検出器１、この検出器１の駆動範囲を決定するためのセンサである引抜リミットスイッチ１１、並びに、安全リミットスイッチ１２、検出器１を支持するために接続され計測場所まで検出器１とともに移動する駆動用ケーブル２、上記両リミットスイッチが所定位置に取付けられ、上記検出器１および駆動用ケーブル２がその内部を移動する中空の通路であるシンブル配管３、原子炉５０の本体の内側と本体の外側とを分離する隔離弁４３、この隔離弁４３によって、引抜リミットスイッチ１１、並びに安全リミットスイッチ１２と隔離された原子炉本体の内側に配置され、炉心５１内へ移動する検出器１と駆動用ケーブル２の案内通路（通常、複数ある）であるシンブル配管３を、原子炉５０本体側で保護するシンブル案内管４、検出器１を駆動するための駆動装置２０、定期点検時及びプラント運転中に検出器１に異常が発生した場合に、上記駆動装置２０内に設置された同期電動機（モータ）により検出器１を駆動し、定期点検のための検出器の交換、あるいは、この異常が発生した検出器を正常な検出器と切り替えるための切り替えユニット４１、上記駆動装置２０の駆動動作を制御する制御盤１０、前記原子炉内の複数の案内通路のうち、どの案内通路にある検出器１を引き抜き、どの案内通路へ別の検出器１を挿入するか、を選択するための通路選択装置４２（４２ａ、４２ｂ）、をその主要な構成要素として備えている。

なお、中性子検出用の予備の検出器がストレージ用配管４０に設置され、必要になったときには、いつでも切り換えて使えるように準備されている。また、原子炉本体の内側と外側の境界部分にはシールテーブル４４が設置されている。さらに、点線で囲い、記号Ａ、記号Ｂで示した部分は、検出器１が移動する通路のうち、直線ではなく、曲線になっている部分を示している。

次に図２について説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る炉内核計装装置の要部拡大図であり、図１の一部を詳細に示した図である。この図に基づいて、炉内核計装装置１００の各構成要素について、さらに詳しく説明する。

炉内核計装装置１００は、図２に示すように、隔離弁４３と後述する駆動装置２０の間の、上記駆動用ケーブル２が移動する空間内の所定位置に配置され、検出器１の駆動範囲を決定するためのセンサとなる引抜リミットスイッチ１１、並びに、この引抜リミットスイッチ１１のバックアップとなり上記検出器１の駆動を停止するための安全リミットスイッチ１２が取付けられている。
この場合において、検出器１の測定範囲は図に示すように、隔離弁４３より原子炉本体側に位置する。また、駆動電動機２１は、引抜リミットスイッチ１１および安全リミットスイッチ１２から制御盤に伝送された出力電流を基に、制御盤から出力された信号Ｓ１が駆動電動機２１を制御する制御装置３０に入力され、制御信号Ｓ２として駆動電動機２１に出力される。

また、引抜リミットスイッチ１１は、駆動装置２０の出口付近に設置され、安全リミットスイッチ１２は、原子炉本体に対して、この引抜リミットスイッチ１１より遠い側、すなわち、駆動装置２０に近い位置に設置されている。なお、シンブル配管３は、原子炉本体、すなわち、原子炉格納容器内外の区別なく、中性子の測定範囲を含み、原子炉格納容器内から駆動装置に接続する位置に至る、検出器の全通路にわたって設置されている。

次に、リミットスイッチの動作について説明する。
制御装置３０は、検出器を駆動する駆動信号により、安全リミットスイッチがＯＦＦした場合に、駆動装置２０の電源を強制的に遮断し、検出器駆動を停止する。すなわち、駆動電動機（モータ）による「巻き取りすぎ」を防止するため、安全リミットスイッチによって検出器駆動信号にインターロックをかけている。

次に、本実施の形態１の炉内核計装装置の動作について、図３を用いて説明する。
図３は、安全リミットスイッチ１２及び引抜リミットスイッチ１１部分の構成の詳細を説明するための図である。この図に示すように、通常、制御盤１０は原子炉格納容器の外に設置されている。

この図において、検出器１は、通常、定期点検時において、駆動装置内の駆動電動機２１により、原子炉本体の通路へ挿入あるいはこの通路から引抜かれる。この際、検出器は、安全リミットスイッチ１２及び引抜リミットスイッチ１１の設置位置を、３６ｍ／分程度の速度で通過するが、検出器１が通過する通路は、すべての箇所が直線状ではなく、図１の記号Ａ、Ｂの点線で囲った箇所に示したように曲線部分を含んでいる。このため、駆動用ケーブル２はその移動中に、この曲線部分でシンブル配管と接触して減速するため、検出器１の駆動速度は、通常一定ではない。また、駆動用ケーブルの凹凸およびシンブル配管３との接触により振動が発生する。このため、従来方式のセンサを用いた場合には、上述した駆動用ケーブルの凹凸あるいは発生したシンブル配管３の振動により、誤検出を生じたり、検出精度の劣化が生じることがあった。

一方、この図に示す安全リミットスイッチ１２及び引抜リミットスイッチ１１は、検出器１およびシンブル配管３とは完全に非接触であり、また、本実施の形態の炉内核計装装置においては、コイル内を検出器が通過したかどうかは、コイル内の磁性体の有無によって生じるコイルの導体抵抗の変動により検出する方式を採用している。

従って、上記振動による駆動用ケーブルの凹凸あるいはシンブル配管３の振動により、従来生じていた誤検出を防止でき、高い検出精度を実現することが可能となる。
なお、安全リミットスイッチ及び引抜リミットスイッチのコイル部の導体抵抗については、信号伝送部１５から電力を供給し、この変化を検出している。

次に、この非接触方式のリミットスイッチの検出方式について説明する。
この検出方式は以下の通りである。各リミットスイッチは導体抵抗を検出するコイルを有するコイル部を備え、このコイル部は、内部の検出器および駆動用ケーブルの有無に応じた交流信号を出力する。コイル部に検出器および駆動用ケーブルが挿入されると、そのコイル部を構成するコイルのインダクタンスが増加し、信号伝送部において検出した出力信号の位相のずれを制御盤に伝送することによって、検出器通過の有無を認識することが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態１の炉内核計装装置においては、非接触方式の２種類のリミットスイッチ（引抜リミットスイッチおよび安全リミットスイッチ）を使用したことにより、駆動用ケーブルによるこれら２種類のリミットスイッチの摩耗がなく、引抜リミットスイッチおよび安全リミットスイッチの保守性能、すなわち、調整および定期取替周期を大幅に向上することが可能となる。また、非接触方式のリミットスイッチを使用したことにより、安全リミットスイッチ及び引抜リミットスイッチの取替に当たっては、検出器通過によるリミットスイッチに関わる摩耗粉が発生しないために、取替作業を実施する際の作業員の被ばくのリスクを従来より大幅に低減することができる。

実施の形態２．
次に、本実施の形態２の炉内核計装装置について図４を用いて説明する。
図４は安全リミットスイッチ１２及び引抜リミットスイッチ１１部分について、実施の形態１とは別の構成とした場合の一例を説明するための図である。

この図に示すように、信号伝送部１５は、中央制御室等の原子炉格納容器外に設置された制御盤１０の内部に設置されており、この点が実施の形態１と異なる。このようにすることにより、信号伝送部１５が原子炉格納容器内に設置されている場合と比較して、信号伝送部１５に不具合が生じた場合でも、容易に修復することが可能となる。

次に、本実施の形態２の炉内核計装装置の動作について説明する。図３において、検出器を駆動する動作は、実施の形態１の記載内容と同一であるので、ここでは詳細説明を省略する。また、ここでは、信号伝送部１５は放射線環境である原子炉格納容器の外に設置されるために、放射線、温度、湿度などの原子炉格納容器特有の環境への耐久性を考慮する必要がなくなり、また、放射線環境下での作業登録、作業者の資格認定が不要となるために、点検、調整が容易になる。また、放射線による電子回路、あるいは電源装置への影響を無視できることから、保守性に関わる取替え周期を実施の形態１に比較して延長できる効果も併せ持つものである。

また、信号伝送部の機能は、コイル部への電源供給および出力電流の変化を監視することであるため、実施の形態２においては、以上説明した以外に、この信号伝送部を制御装置に搭載することで、制御装置と同時に点検することが可能となり、保守性を更に向上させることも可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１検出器、２駆動用ケーブル、３シンブル配管、４シンブル案内管、１０制御盤、１１引抜リミットスイッチ、１２安全リミットスイッチ、１５信号伝送部、２０駆動装置、２１駆動電動機、３０制御装置、４３隔離弁、１００炉内核計装装置。

Claims

原子炉内の中性子束を計測する検出器と、
この検出器に接続され、この検出器を原子炉内の計測位置に移動させる駆動用ケーブルと、
前記検出器および前記駆動用ケーブルがその内部を移動する中空の通路であるシンブル配管と、
前記検出器を移動するため、前記駆動用ケーブルを駆動する駆動装置と、
前記駆動装置を制御するための制御盤と、
前記検出器を原子炉内の計測位置から引き抜き、予め定められた停止位置で停止させるため、前記駆動用ケーブルおよび前記シンブル配管に非接触に配置され、前記検出器の通過の有無を判別する信号を出力する引抜リミットスイッチと、
前記駆動装置の電源をオフして前記検出器の移動を停止させるため、前記駆動用ケーブルおよび前記シンブル配管に非接触に配置され、前記検出器の通過の有無を判別して前記駆動装置の電源をオフするための信号を出力する安全リミットスイッチと、
前記制御盤に前記引抜リミットスイッチと前記安全リミットスイッチからの出力信号を伝送する信号伝送部と、を備え、
原子炉の内側から外側へ、あるいは原子炉の外側から内側へ、前記検出器を移動させて、原子炉内に発生した中性子束を計測することを特徴とする炉内核計装装置。
前記引抜リミットスイッチ、および前記安全リミットスイッチは、導体抵抗変化により電流が発生するコイルを有するコイル部を備えることを特徴とする請求項１に記載の炉内核計装装置。
前記安全リミットスイッチは、前記引抜リミットスイッチより前記駆動装置に近い側に設けられ、前記安全リミットスイッチからの出力信号を基に、前記駆動用ケーブルの駆動を停止することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の炉内核計装装置。
前記信号伝送部は、原子炉格納容器内に設置されて、前記引抜リミットスイッチ、前記安全リミットスイッチ、および前記制御盤に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の炉内核計装装置。
前記信号伝送部は、原子炉格納容器外に配置された前記制御盤内に設置され、前記引抜リミットスイッチ、および前記安全リミットスイッチに接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の炉内核計装装置。