JP6270333B2

JP6270333B2 - 原子炉水位計測装置

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Publication number: JP6270333B2
Application number: JP2013085679A
Authority: JP
Inventors: 陽季田坂; 竜太濱; 浩明勝山; 永二田嶋; 慶和田川
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2033-04-16
Also published as: JP2014206519A

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、原子炉圧力容器の気相部に凝縮槽を介して接続され、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、原子炉格納容器の外側に配置され、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。

凝縮槽は、原子炉格納容器の内側に配置されている。そして、原子炉圧力容器の気相部から凝縮槽に流入した蒸気が放熱して凝縮し、凝縮した水が凝縮槽及び基準圧力導管内に貯留されるようになっている。また、凝縮槽内の水面高さを一定に保つため、過剰な水が原子炉圧力容器に戻さ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。

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による基準水頭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し、基準水頭が変動する。そのため、水位の計測誤差が生じる。

本発明の目的は、非常時に、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差圧式の原子炉水位計測装置において、前記原子炉圧力容器の気相部に接続され、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、前記原子炉格納容器の外側に配置され、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、前記水位圧力導管又はドレン回収部又は加圧ガス供給部に接続された分岐管とを備え、前記分岐管は、前記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前記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、前記基準圧力導管の前記分岐部を水面高さとした所定の基準水頭が得られるように、前記基準圧力導管の前記分岐部より上端部側の水を前記原子炉圧力容器又は前記ドレン回収部に流出させるように構成され、前記差圧計は、前記所定の基準水頭に対応するように予め設定される。

このような本発明においては、非常時に、分岐管を用い、基準圧力導管の分岐部より上端部側の水を流出させる。これにより、基準圧力導管の分岐部を水面高さとした所定の基準水頭を得ることができる。基準圧力導管の分岐部から下端部（言い換えれば、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、非常時であっても、所定の基準水頭を維持することができる。そして、この基準水頭に対応するように差圧計を予め設定しておくことにより、非常時に、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、非常時に、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。

本発明の第１の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基準圧力導管内の水面高さを示している。本発明の第１の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導管内の水面高さを示している。本発明の第２の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導管内の水面高さを示している。本発明の第３の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導管内の水面高さを示している。本発明の第４の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導管内の水面高さを示している。本発明の第５の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導管内の水面高さを示している。本発明の第６の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。本発明の第６の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導管内の水面高さを示している。本発明の第７の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。本発明の第７の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導管内の水面高さを示している。本発明の一変形例における原子炉水位計測装置の構成を表す図である。

本発明の第１の実施形態を、図１及び図２により説明する。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。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基準圧力導管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導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、上端部が原子炉圧力容器１の気相部（詳細には、有効燃料頂部（ＴＡＦ）より上側部分）に接続された基準圧力導管２と、上端部が原子炉圧力容器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３と、基準圧力導管２の下端部及び水位圧力導管３の下端部に接続された差圧計４とを備えている。差圧計４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は、原子炉格納容器５の内側に配置されており、差圧計４は、原子炉格納容器５の外側に配置されている。基準圧力導管２及び水位圧力導管３は、原子炉格納容器５を貫通して原子炉格納容器５の外側に延在している。なお、本実施形態では、基準圧力導管２及び水位圧力導管３は、それぞれ、傾斜管と鉛直管で構成されている。原子炉格納容器５の外側にそれぞれ位置する基準圧力導管２の分岐部６と水位圧力導管３の合流部７との間には、鉛直方向に延在したバランス管（分岐管）８が接続されている。なお、本実施形態では、基準圧力導管２の分岐部６の高さｈ１は、有効燃料頂部（ＴＡＦ）の高さと同じである。

そして、図１で示すように、通常運転時は、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。このとき、基準圧力導管２内の水面高さは、原子炉圧力容器１内の水位と同じになる。一方、図２で示すように、原子炉格納容器５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には、原子炉圧力容器１内の水位が有効燃料頂部（ＴＡＦ）より下側となる場合がある。このような場合、基準圧力導管２の分岐部６より上端部側の水は、バランス管８及び水位圧力導管３を介して原子炉圧力容器１に流出する。これにより、基準圧力導管２の分岐部６での水面高さｈ１による所定の基準水頭を得ることができる。基準圧力導管２の分岐部６から下端部（言い換えれば、差圧計４）までの部分は、原子炉格納容器５の外側に位置するので、原子炉格納容器５内の高温による影響をほとんど受けない。そのため、非常時であっても、所定の基準水頭を維持することができる。

差圧計４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２から導入された基準圧力と水位圧力導管３から導入された水位圧力との差圧を測定するようになっている。非常時においては、基準圧力導管２から差圧計４に導入される基準圧力は、基準圧力導管２の分岐部６での水面高さｈ１による所定の基準水頭と、基準圧力導管２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。一方、水位圧力導管３から差圧計４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４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図示しない表示装置等へ出力するようになっている。

また、差圧計４は、前述した所定の基準水頭に対応するように予め設定されている。詳細には、前述した所定の基準水頭でゼロ点が校正されており、所定の基準水頭に対応した水位信号を出力するようになっている。そのため、表示装置は、非常時に、差圧計４からの水位信号に基づいて原子炉圧力容器１内の水位を正確に表示することができる。

以上のように本実施形態では、非常時に、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、上記第１の実施形態においては、基準圧力導管２の分岐部６は、有効燃料頂部（ＴＡＦ）と同じ高さに位置する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の技術思想及び趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、原子炉格納容器５の外側に位置するのであれば、有効燃料頂部（ＴＡＦ）より上側又は下側に位置してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。なお、後述する実施形態においても、同様のことが言える。

本発明の第２の実施形態を、図３により説明する。なお、本実施形態において、上記第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図３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。この図３においては、非常時における原子炉圧力容器１内の水位及び基準圧力導管２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、上記第１の実施形態と同様、基準圧力導管２、水位圧力導管３、差圧計４、及びバランス管８を備えている。なお、本実施形態では、基準圧力導管２の分岐部６の高さｈ１は、有効燃料頂部（ＴＡＦ）の高さと有効燃料底部（ＢＡＦ）の高さの中間である。

バランス管８にはバランス弁（開閉弁）９が設けられている。また、バランス管８内の水位を検出する差圧スイッチ（水位検出器）１０が設けられている。そして、この差圧スイッチ１０からの信号に応じてバランス弁９が制御されるようになっている。なお、バランス弁９は、例えば電動弁、電磁弁、又は空気作動弁である。

差圧スイッチ１０について詳しく説明する。基準圧力導管２の分岐部１１から分岐するように圧力導管１２が接続されている。また、バランス管８において開閉弁９より上側に位置する分岐部１３から分岐するように圧力導管１４が接続されている。これら圧力導管１２，１４に差圧スイッチ１０が接続されている。差圧スイッチ１０は、バランス管８内の水位に対応する状態量として、圧力導管１２から導入された圧力と圧力導管１４から導入された圧力との差圧を検出するようになっている。なお、本実施形態では、基準圧力導管２の分岐部１１は、分岐部６より上端部側に位置し、その高さｈ２が有効燃料頂部（ＴＡＦ）の高さと同じである。

そして、差圧スイッチ１０は、検出差圧が予め設定された所定の閾値以上であるかどうかを判定することにより、バランス管８内の水位が基準圧力導管２の分岐部６より所定値Δｈ（但し、所定値Δｈは、高さ方向における分岐部６と分岐部１３との間の長さより小さい値）以上下がっているかどうかを判定する。その判定結果に応じて、バランス弁９に信号を出力するようになっている。

例えばバランス管８内の水位が基準圧力導管２の分岐部６より所定値Δｈ以上下がっていない場合は、差圧スイッチ１０からバランス弁９に信号が出力されず、バランス弁９を開状態とする。これにより、非常時であって、原子炉圧力容器１内の水位が有効燃料頂部（ＴＡＦ）と有効燃料底部（ＢＡＦ）の中間より低下すれば、基準圧力導管２の分岐部６より上端部側の水を、バランス管８及び水位圧力導管３を介し原子炉圧力容器１に流出させる。その後、バランス管８内の水位が基準圧力導管２の分岐部６より所定値Δｈ以上下がると、差圧スイッチ１０からバランス弁９に信号が出力されて、バランス弁９を閉状態に切換える。このとき、基準圧力導管２の分岐部６での水面高さｈ１による所定の基準水頭を得ることができ、この状態にて差圧計４の測定を行うことができる。

なお、差圧スイッチ１０は、バランス弁９へ信号を出力するのと同時に、表示装置へ信号を出力してもよい。そして、表示装置は、差圧スイッチ１０からの信号に応じて、原子炉圧力容器１内の水位の表示を開始してもよい。

以上のように構成された本実施形態においては、上記第１の実施形態と比べ、差圧計４の測定精度、すなわち原子炉圧力容器１内の水位の計測精度を高めることができる。詳しく説明すると、例えば上記第１の実施形態のようにバランス弁９を設けない場合（あるいは、バランス弁９を設け、バランス弁９を開状態として差圧計４の測定を行う場合）は、差圧計４の測定中に、原子炉圧力容器１内の水位が変動すると、バランス管８内の水位が変動する。すなわち、水位圧力導管３を介して原子炉圧力容器１とバランス管８の間で流れが生じ、動圧が発生する。そのため、この動圧によって差圧計４の測定誤差が生じる可能性がある。これに対し、本実施形態においては、バランス管８のバランス弁９を閉状態として水位圧力導管３内に動圧を発生させないので、差圧計４の測定精度を高めることができる。

また、本実施形態においては、バランス弁９は、水位圧力導管３の上端部より低くなるように配置されている。そのため、原子炉圧力容器１内の水位が水位圧力導管３の上端部（言い換えれば、計測下限値）まで下がった場合でも、その水位に応じた液相の圧力に比べて、バランス管８における閉状態のバランス弁９までの液相の圧力が小さく、差圧計４に導入される水位圧力へ影響を及ぼすことがない。そのため、差圧計４の測定精度を高めることができる。

なお、上記第２の実施形態においては、基準圧力導管２の分岐部１１は、分岐部６より上端部側に位置し、有効燃料頂部（ＴＡＦ）と同じ高さに位置する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の技術思想及び趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、原子炉格納容器５の外側に位置するのであれば、有効燃料頂部（ＴＡＦ）より上側又は下側に位置してもよい。また、例えば基準圧力導管２の分岐部６が有効燃料頂部（ＴＡＦ）と同じ高さに位置し、この分岐部６より下端部側に分岐部１１が位置してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記第２の実施形態においては、バランス管８内の水位を検出する差圧スイッチ１０を設け、この差圧スイッチ１０からの信号に応じてバランス弁９を制御する構成を例にとって説明したが、これに代えて、例えばバランス管８内の水位を検出する電極式やフロート式の水位検出器を設け、この水位検出器からの信号に応じてバランス弁９を制御するように構成してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の第３の実施形態を、図４により説明する。なお、本実施形態において、上記第１及び第２の実施形態と同等の部分は、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図４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。この図４においては、非常時における原子炉圧力容器１内の水位及び基準圧力導管２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、上記第１及び第２の実施形態と同様、基準圧力導管２、水位圧力導管３、差圧計４、及びバランス管８を備えている。また、上記第２の実施形態と同様、バランス管８にはバランス弁９が設けられている。なお、上記第１の実施形態と同様、基準圧力導管２の分岐部６の高さｈ１は、有効燃料頂部（ＴＡＦ）の高さと同じである。

本実施形態は、非常時における原子炉格納容器５内の温度と原子炉圧力容器１内の水位に相関性があり、非常時における原子炉格納容器５内の温度とバランス管８内の水位にも相関性があることに着眼したものである。そのため、上記第２の実施形態の差圧スイッチ１０（水位検出器）の代わりに、原子炉格納容器５内の温度を検出する温度スイッチ（温度検出器）１５が設けられている。温度スイッチ１５は、検出温度が予め設定された所定の閾値以上であるかどうかを判定することにより、バランス管８内の水位が基準圧力導管２の分岐部６より所定値Δｈ以上下がっているかどうかを判定する。その判定結果に応じて、バランス弁９に信号を出力するようになっている。

例えばバランス管８内の水位が基準圧力導管２の分岐部６より所定値Δｈ以上下がっていない場合は、温度スイッチ１５からバランス弁９に信号が出力されず、バランス弁９を開状態とする。これにより、非常時であって、原子炉圧力容器１内の水位が有効燃料頂部（ＴＡＦ）より低下すれば、基準圧力導管２の分岐部６より上端部側の水を、バランス管８及び水位圧力導管３を介し原子炉圧力容器１に流出させる。その後、バランス管８内の水位が基準圧力導管２の分岐部６より所定値Δｈ以上下がると、温度スイッチ１５からバランス弁９に信号が出力されて、バランス弁９を閉状態に切換える。このとき、基準圧力導管２の分岐部６での水面高さｈ１による所定の基準水頭を得ることができ、この状態にて差圧計４の測定を行うことができる。

なお、温度スイッチ１５は、バランス弁９へ信号を出力するのと同時に、表示装置へ信号を出力してもよい。そして、表示装置は、温度スイッチ１５からの信号に応じて、原子炉圧力容器１内の水位の表示を開始してもよい。

以上のように構成された本実施形態においても、上記第２の実施形態と同様、差圧計４の測定精度、すなわち原子炉圧力容器１内の水位の計測精度を高めることができる。

なお、上記第２及び第３の実施形態においては、特に説明しなかったが、原子炉格納容器５内の温度を検出し、この検出温度が通常運転時の範囲内にあるかどうかを判定し、この判定結果に応じてバランス弁９に信号を出力する温度スイッチを設けてもよい。これにより、通常運転時は、バランス弁９を閉状態とし、原子炉格納容器５内の温度が通常運転時より上昇し始めたときに、バランス弁９を開状態に切換えるように自動制御してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記第２及び第３の実施形態においては、差圧スイッチ１０又は温度スイッチ１５からの信号に応じてバランス弁９を自動制御する構成を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の技術思想及び趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、バランス弁９は、例えば手動操作部からの信号に応じて制御されてもよいし、又は直接若しくはリンク機構を介して手動操作されてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の第４の実施形態を、図５により説明する。なお、本実施形態において、上記第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図５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。この図５においては、非常時における原子炉圧力容器１内の水位及び基準圧力導管２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、上記第１の実施形態と同様、基準圧力導管２、水位圧力導管３、及び差圧計４を備えている。

原子炉格納容器５の外側にはドレン回収部１６（詳細には、例えばドレンポッド又はドレンライン等）が設けられている。また、基準圧力導管２において原子炉格納容器５の外側に位置する分岐部６から分岐するように接続されるとともに、ドレン回収部１６に接続されたドレン管（分岐管）１７が設けられている。このドレン管１７にはドレン弁（開閉弁）１８が設けられている。このドレン弁１８は、詳細を図示しないが、手動操作部からの信号に応じて制御されるか、又は直接若しくはリンク機構を介して手動操作されるようになっている。なお、本実施形態では、基準圧力導管２の分岐部６の高さｈ１は、有効燃料頂部（ＴＡＦ）の高さと有効燃料底部（ＢＡＦ）の高さの中間である。

そして、図５で示すように、原子炉格納容器５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には、原子炉圧力容器１内の水位が有効燃料頂部（ＴＡＦ）と有効燃料底部（ＢＡＦ）の中間より下側となる場合がある。このような場合に、ドレン弁１８を開状態として、基準圧力導管２の分岐部６より上端部側の水を、ドレン管１７を介してドレン回収部１６に流出させる。これにより、基準圧力導管２の分岐部６での水面高さｈ１による所定の基準水頭を得ることができる。基準圧力導管２の分岐部６から下端部（言い換えれば、差圧計４）までの部分は、原子炉格納容器５の外側に位置するので、原子炉格納容器５内の高温による影響をほとんど受けない。そのため、非常時であっても、所定の基準水頭を維持することができる。

差圧計４は、前述した所定の基準水頭に対応するように予め設定されている。詳細には、前述した所定の基準水頭でゼロ点が校正されており、この基準水頭に対応した水位信号を表示装置等へ出力するようになっている。そのため、表示装置は、非常時に、差圧計４からの水位信号に基づいて原子炉圧力容器１内の水位を正確に表示することができる。

なお、上記第４の実施形態においては、ドレン弁１８は、手動操作部からの信号に応じて制御されるか、又は直接若しくはリンク機構を介して手動操作される場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の技術思想及び趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、例えば原子炉格納容器５内の温度を検出し、この検出温度が通常運転時の範囲内にあるかどうかを判定し、この判定結果に応じてドレン弁１８に信号を出力する温度スイッチを設けてもよい。これにより、通常運転時は、ドレン弁１８を閉状態とし、原子炉格納容器５内の温度が通常運転時より上昇し始めたときに、ドレン弁１８を開状態に切換えるように自動制御してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の第５の実施形態を、図６により説明する。なお、本実施形態において、上記第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図６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。この図６においては、非常時における原子炉圧力容器１内の水位及び基準圧力導管２内の水面高さを示している。

原子炉格納容器５の外側には加圧ガス供給部１９（詳細には、例えば加圧ガスライン、加圧ガスタンク、又は送風機等）が設けられている。また、基準圧力導管２において原子炉格納容器５の外側に位置する分岐部６から分岐するように接続されるとともに、加圧ガス供給部１９に接続されたブロー管（分岐管）２０が設けられている。このブロー管２０にはブロー弁（開閉弁）２１が設けられている。このブロー弁２１は、詳細を図示しないが、手動操作部からの信号に応じて制御されるか、又は直接若しくはリンク機構を介して手動操作されるようになっている。なお、本実施形態では、基準圧力導管２の分岐部６の高さｈ１は、有効燃料頂部（ＴＡＦ）の高さと同じである。

そして、図６で示すように、原子炉格納容器５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には、原子炉圧力容器１内の水位が有効燃料頂部（ＴＡＦ）より下側となる場合がある。このような場合に、ブロー弁２１を開状態として、加圧ガス供給部１９からブロー管２０を介し基準圧力導管２に加圧ガスを供給して、基準圧力導管２の分岐部６より上端部側の水を原子炉圧力容器１に流出させる。これにより、基準圧力導管２の分岐部６での水面高さｈ１による所定の基準水頭を得ることができる。基準圧力導管２の分岐部６から下端部（言い換えれば、差圧計４）までの部分は、原子炉格納容器５の外側に位置するので、原子炉格納容器５内の高温による影響をほとんど受けない。そのため、非常時であっても、所定の基準水頭を維持することができる。

なお、上記第５の実施形態においては、ブロー弁２１は、手動操作部からの信号に応じて制御されるか、又は直接若しくはリンク機構を介して手動操作される場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の技術思想及び趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、例えば原子炉格納容器５内の温度を検出し、この検出温度が通常運転時の範囲内にあるかどうかを判定し、この判定結果に応じてブロー弁２１に信号を出力する温度スイッチを設けてもよい。これにより、通常運転時は、ブロー弁２１を閉状態とし、原子炉格納容器５内の温度が通常運転時より上昇し始めたときに、ブロー弁２１を開状態に切換えるように自動制御してもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の第６の実施形態を、図７及び図８により説明する。なお、本実施形態において、上記第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図７及び図８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。図７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８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導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、上記第１の実施形態と同様、基準圧力導管２、水位圧力導管３、差圧計４、及びバランス管８を備えている。なお、本実施形態では、基準圧力導管２の分岐部６の高さｈ１は、有効燃料頂部（ＴＡＦ）の高さと有効燃料底部（ＢＡＦ）の高さの中間である。また、バランス管８にはバランス弁９が設けられている。このバランス弁９は、詳細を図示しないが、手動操作部からの信号に応じて制御されるか、又は直接若しくはリンク機構を介して手動操作されるようになっている。

基準圧力導管２は、凝縮槽２２を介して原子炉圧力容器１の気相部に接続されている。また、基準圧力導管２の分岐部２３から分岐した基準圧力導管２４が設けられ、水位圧力導管３の分岐部２５から分岐した水位圧力導管２６が設けられている。そして、原子炉格納容器５の外側に配置され、基準圧力導管２４及び水位圧力導管２６に接続された差圧計２７が設けられている。この差圧計２７は、通常運転時に対応したものである（詳細は後述）。

なお、本実施形態では、基準圧力導管２の分岐部２３は、分岐部６より下端部側かつ原子炉格納容器５の外側に位置しているが、分岐部６より上端部側に位置してもよいし、原子炉格納容器５の内側に位置してもよい。また、水位圧力導管３の分岐部２５は、合流部７より下端部側かつ原子炉格納容器５の外側に位置しているが、合流部７より上端部側に位置してもよいし、原子炉格納容器５の内側に位置してもよい。

そして、図７で示すように、通常運転時は、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。このとき、バランス弁９を閉状態として、凝縮槽２２内の水面高さｈ３が一定に保たれるようになっている。これにより、凝縮槽２２内の水面高さｈ３による第１の基準水頭を得ることができる。

差圧計２７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２，２４から導入された基準圧力と水位圧力導管３，２６から導入された水位圧力との差圧を測定するようになっている。通常運転時においては、基準圧力導管２，２４から差圧計２７に導入される基準圧力は、凝縮槽２２内の水面高さｈ３による第１の基準水頭と、凝縮槽２２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３，２６から差圧計２７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２７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へ出力するようになっている。

また、差圧計２７は、前述した第１の基準水頭に対応す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おり、第１の基準水頭に対応した水位信号を出力するようになっている。そのため、表示装置は、通常運転時に、差圧計２７からの水位信号に基づいて原子炉圧力容器１内の水位を正確に表示することができる。

一方、図８で示すように、原子炉格納容器５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には、原子炉圧力容器１内の水位が有効燃料頂部（ＴＡＦ）と有効燃料底部（ＢＡＦ）の中間より下側となる場合がある。このような場合に、バランス弁９を開状態に切換えて、基準圧力導管２の分岐部６より上端部側の水を、バランス管８及び水位圧力導管３を介して原子炉圧力容器１に流出させる。これにより、基準圧力導管２の分岐部６での水面高さｈ１による第２の基準水頭を得ることができる。基準圧力導管２の分岐部６から下端部（言い換えれば、差圧計４）までの部分は、原子炉格納容器５の外側に位置するので、原子炉格納容器５内の高温による影響をほとんど受けない。そのため、非常時であっても、第２の基準水頭を維持することができる。

また、差圧計４は、前述した第２の基準水頭に対応す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おり、この基準水頭に対応した水位信号を出力するようになっている。そのため、表示装置は、非常時に、差圧計４からの水位信号に基づいて原子炉圧力容器１内の水位を正確に表示することができる。

以上のように本実施形態では、通常運転時及び非常時に、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。

本発明の第７の実施形態を、図９及び図１０により説明する。なお、本実施形態において、上記第１及び第６の実施形態と同等の部分は、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図９及び図１０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。図９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基準圧力導管側の水面高さを示し、図１０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導管側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、上記第１及び第６の実施形態と同様、基準圧力導管２、水位圧力導管３、差圧計４、及びバランス管８を備えている。また、上記第６の実施形態と同様、基準圧力導管２の分岐部６の高さｈ１は、有効燃料頂部（ＴＡＦ）の高さと有効燃料底部（ＢＡＦ）の高さの中間である。

また、上記第６の実施形態と同様、基準圧力導管２は、凝縮槽２２を介して原子炉圧力容器１の気相部に接続されている。また、バランス管８にはバランス弁９が設けられている。このバランス弁９は、詳細を図示しないが、手動操作部からの信号に応じて制御されるか、又は直接若しくはリンク機構を介して手動操作されるようになっている。

また、上記第１及び第６の実施形態と同様、差圧計４は、基準圧力導管２の分岐部６での水面高さｈ１による第２の基準水頭に対応す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おり、この第２の基準水頭に対応した水位信号を出力するようになっている。そのため、本実施形態では、差圧計４からの水位信号をそのまま表示装置等に出力する第１の出力ライン２８と、差圧計４からの水位信号を第１の基準水頭に対応するように補正して表示装置等に出力する第２の出力ライン２９が設けられている。第２の出力ライン２９には、差圧計４からの水位信号を第１の基準水頭に対応するように補正する演算装置３０が設けられている。

そして、図１０で示すように、原子炉格納容器５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には、原子炉圧力容器１内の水位が有効燃料頂部（ＴＡＦ）と有効燃料底部（ＢＡＦ）の中間より下側となる場合がある。このような場合に、バランス弁９を開状態に切換えて、基準圧力導管２の分岐部６より上端部側の水を、バランス管８及び水位圧力導管３を介して原子炉圧力容器１に流出させる。これにより、基準圧力導管２の分岐部６での水面高さｈ１による第２の基準水頭を得ることができる。基準圧力導管２の分岐部６から下端部（言い換えれば、差圧計４）までの部分は、原子炉格納容器５の外側に位置するので、原子炉格納容器５内の高温による影響をほとんど受けない。そのため、非常時であっても、第２の基準水頭を維持することができる。

この非常運転時においては、基準圧力導管２から差圧計４に導入される基準圧力は、基準圧力導管２の分岐部６での水面高さｈ１による第２の基準水頭と、基準圧力導管２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３から差圧計４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４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出力する。表示装置は、第１の出力ライン２８を介した差圧計４の水位信号（すなわち、第２の基準水頭に対応した水位信号）に基づいて原子炉圧力容器１内の水位を正確に表示することができる。

一方、図９で示すように、通常運転時は、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。このとき、バランス弁９を閉状態として、凝縮槽２２内の水面高さｈ３が一定に保たれるようになっている。これにより、凝縮槽２２内の水面高さｈ３による第１の基準水頭を得ることができる。

この通常運転時においては、基準圧力導管２から差圧計４に導入される基準圧力は、凝縮槽２２内の水面高さｈ３による第１の基準水頭と、凝縮槽２２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。一方、水位圧力導管３から差圧計４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４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出力する。第２の出力ライン２９は、差圧計４からの水位信号を第１の基準水頭に対応するように補正する。表示装置は、第２の出力ライン２９で補正された差圧計４の水位信号（すなわち、第１の基準水頭に対応した水位信号）に基づいて原子炉圧力容器１内の水位を正確に表示することができる。

なお、上記第７の実施形態においては、差圧計４からの水位信号をそのまま出力する第１の出力ライン２８と、差圧計４からの水位信号を第１の基準水頭に対応するように補正して出力する第２の出力ライン２９を設けた場合を例にとって、説明したが、それらに代えて、補正の有無を切替え可能な出力ラインを設けてもよい。すなわち、例えば出力ラインに演算装置３０を設け、この演算装置３０は、手動操作部又は温度スイッチからの信号（補正の有無の指令）に応じて差圧計４からの水位を補正するように構成してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記第６及び第７の実施形態においては、バランス弁９は、手動操作部からの信号に応じて制御されるか、又は直接若しくはリンク機構を介して手動操作される場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の技術思想及び趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、例えば原子炉格納容器５内の温度を検出し、この検出温度が通常運転時の範囲内にあるかどうかを判定し、この判定結果に応じてバランス弁９に信号を出力する温度スイッチを設けてもよい。これにより、通常運転時は、バランス弁９を閉状態とし、原子炉格納容器５内の温度が通常運転時より上昇し始めたときに、バランス弁９を開状態に切換えるように自動制御してもよい。

さらに、上記第２又は第３の実施形態と同様、差圧スイッチ１０又は温度スイッチ１５を設け、差圧スイッチ１０又は温度スイッチ１５からの信号に応じてバランス弁９を自動制御してもよい。すなわち、バランス管８内の水位が基準圧力導管２の分岐部６より所定値Δｈ以上下がると、バランス弁９を閉状態に切換えてもよい。このような場合には、上記第２又は第３の実施形態と同様、差圧計４の測定精度、すなわち原子炉圧力容器１内の水位の計測精度を高めることができる。

また、上記第６及び第７の実施形態においては、バランス管８及びバランス弁９を備えた構成を例にとって説明したが、それらに代えて、例えば上記第４の実施形態と同様、ドレン回収部１６、ドレン管１７、及びドレン弁１８を備えた構成としてもよい。あるいは、例えば上記第５の実施形態と同様、加圧ガス供給部１９、ブロー管２０、及びブロー弁２１を備えた構成としてもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記第１〜第７の実施形態においては、水位圧力導管３は、原子炉圧力容器１の最下部と有効燃料底部（ＢＡＦ）との間の部分に接続した場合を例にとって説明したが、これに限られず、例えば図１１で示すように、原子炉圧力容器１の最下部まで水位が計測可能なように、原子炉圧力容器１の最下部に接続してもよい。また、例えば、原子炉圧力容器１に接続された配管（詳細には、例えば原子炉浄化系（ＣＵＷ）ボトムドレン配管等）に接続してもよい。このような場合も、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基準圧力導管
３水位圧力導管
４差圧計
５原子炉格納容器
６分岐部
８バランス管（分岐管）
９バランス弁（開閉弁）
１０差圧スイッチ（水位検出器）
１５温度スイッチ（温度検出器）
１６ドレン回収部
１７ドレン管（分岐管）
１８ドレン弁（開閉弁）
１９加圧ガス供給部
２０ブロー管（分岐管）
２１ブロー弁（開閉弁）
２２凝縮槽
２４基準圧力導管
２６水位圧力導管
２７差圧計
２８第１の出力ライン
２９第２の出力ライン

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、
前記原子炉圧力容器の気相部に接続され、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、
前記原子炉格納容器の外側に配置され、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、前記水位圧力導管又はドレン回収部又は加圧ガス供給部に接続された分岐管とを備え、
前記分岐管は、前記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前記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、前記基準圧力導管の前記分岐部を水面高さとした所定の基準水頭が得られるように、前記基準圧力導管の前記分岐部より上端部側の水を前記原子炉圧力容器又は前記ドレン回収部に流出させるように構成され、
前記差圧計は、前記所定の基準水頭に対応するように予め設定され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、
前記分岐管は、前記基準圧力導管の前記分岐部から分岐するように接続されるとともに、前記水位圧力導管に合流するように接続されたバランス管であり、
前記非常時に、前記原子炉圧力容器内の水位が前記基準圧力導管の前記分岐部の高さより低下するのに伴い、前記基準圧力導管の前記分岐部より前記上端部側の水を、前記バランス管及び前記水位圧力導管を介し前記原子炉圧力容器に流出させることを特徴とする原子炉水位計測装置。
請求項２記載の原子炉水位計測装置において、
前記バランス管に開閉弁が設けられており、
前記開閉弁は、前記基準圧力導管の前記分岐部より前記上端部側の水を流出させる場合に、開状態とし、その後、前記基準圧力導管の前記分岐部を水面高さとした前記所定の基準水頭が得られた状態にて前記差圧計の測定が行われる場合に、閉状態に切換えられることを特徴とする原子炉水位計測装置。
請求項３記載の原子炉水位計測装置において、
前記バランス管内の水位を検出する水位検出器を設け、
前記水位検出器で検出された前記バランス管内の水位に応じて前記開閉弁を制御するように構成したことを特徴とする原子炉水位計測装置。
請求項３記載の原子炉水位計測装置において、
前記原子炉格納容器内の温度を検出する温度検出器を設け、
前記温度検出器で検出された前記原子炉格納容器内の温度に応じて前記開閉弁を制御するように構成し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、
前記分岐管は、前記基準圧力導管の前記分岐部から分岐するように接続されるとともに、前記ドレン回収部に接続されたドレン管であって、
前記ドレン管に開閉弁が設けられており、
前記非常時に、前記開閉弁が開状態となり、前記基準圧力導管の前記分岐部より前記上端部側の水を、前記ドレン管を介し前記ドレン回収部に流出させる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、
前記分岐管は、前記基準圧力導管の前記分岐部から分岐するように接続されるとともに、前記加圧ガス供給部に接続されたブロー管であって、
前記ブロー管に開閉弁が設けられており、
前記非常時に、前記開閉弁が開状態となり、前記加圧ガス供給部から前記ブロー管を介し前記基準圧力導管に加圧ガスが供給されて、前記基準圧力導管の前記分岐部より前記上端部側の水を前記原子炉圧力容器に流出させる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、
前記水位圧力導管は、前記原子炉圧力容器の最下部に接続されたことを特徴とする原子炉水位計測装置。
原子炉圧力容器内の水位を計測する差圧式の原子炉水位計測装置において、
前記原子炉圧力容器の気相部に凝縮槽を介して接続され、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、
前記原子炉格納容器の外側に配置され、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の差圧計及び第２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、前記水位圧力導管又はドレン回収部又は加圧ガス供給部に接続された分岐管とを備え、
前記分岐管は、通常運転時に、前記凝縮槽内の水面高さによる第１の基準水頭が得られるように、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ない一方、前記原子炉格納容器内の温度が通常より上昇するとともに前記原子炉圧力容器内の水位が通常より低下するような非常時に、前記基準圧力導管の前記分岐部を水面高さとした第２の基準水頭が得られるように、前記基準圧力導管の前記分岐部より前記上端部側の水を前記原子炉圧力容器又は前記ドレン回収部に流出させるように構成され、
前記第１の差圧計は、前記第１の基準水頭に対応するように予め設定され、
前記第２の差圧計は、前記第２の基準水頭に対応するように予め設定されたことを特徴とする原子炉水位計測装置。
原子炉圧力容器内の水位を計測する差圧式の原子炉水位計測装置において、
前記原子炉圧力容器の気相部に凝縮槽を介して接続され、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、
前記原子炉格納容器の外側に配置され、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、前記水位圧力導管又はドレン回収部又は加圧ガス供給部に接続された分岐管とを備え、
前記分岐管は、通常運転時に、前記凝縮槽内の水面高さによる第１の基準水頭が得られるように、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ない一方、前記原子炉格納容器内の温度が通常より上昇するとともに前記原子炉圧力容器内の水位が通常より低下するような非常時に、前記基準圧力導管の前記分岐部を水面高さとした第２の基準水頭が得られるように、前記基準圧力導管の前記分岐部より前記上端部側の水を前記原子炉圧力容器又は前記ドレン回収部に流出させるように構成され、
前記差圧計は、前記第２の基準水頭に対応するように予め設定されており、
前記差圧計からの水位信号をそのまま出力する第１の出力ラインと、前記差圧計からの水位信号を前記第１の基準水頭に対応するように補正して出力する第２の出力ラインとを設けたことを特徴とする原子炉水位計測装置。