JP6998279B2

JP6998279B2 - 熱電対式液位計及び原子炉水位計

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Publication number: JP6998279B2
Application number: JP2018124320A
Authority: JP
Inventors: 篤伏見
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2038-06-29
Also published as: JP2020003388A

Description

本発明は、熱電対式液位計及び原子炉水位計に関する。

容器内の液位を計測する液位計として、ヒータ付熱電対をセンサとして用いたものが利用されている。ヒータ付熱電対は、ヒータと熱電対とを一体としてシース内に収めたものであり、ヒータに電流を通電したときの熱電対の温度上昇からセンサが液中にあるのか液外にあるのか検出することができる。ヒータ付熱電対を液位計として用いる場合には、複数のセンサを異なる高さに配置する。そして、それぞれのセンサが液中にあるのか液外にあるのかを検出して、一方が液中にあり、他方が液外にある２つの隣接するセンサの中間位置を液面として判定するものである。すなわち、ヒータ付熱電対による液位計は、離散的に水位を計測する液位計であり、液位計を複数個配置する必要がある。

ヒータ付熱電対による液位計は、フロート式や圧力式の液位計のように連続的な水位を計測できる液位計に比べて計測値の細かさで劣るものの、センサを金属やその他の無機物で構成できるため、高温や高放射線環境下でも使用できる利点がある。例えば、ヒータ付熱電対による液位計は、原子炉内の水位計として好適である。

特許文献１には、沸騰水型原子炉の炉内計装管内の複数高さに設置された、熱電対とヒータ線からなる水位及び温度検出センサが記載されている。特許文献１に記載された水位及び温度検出センサは、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を備える。そして、温度計測装置は、ヒータ線へ通電する前の熱電対温度と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備えて、熱電対の温度水位や温度を計測する処理を行う。

特開２０１３－１４０１００号公報

上述したように、熱電対とヒータ線からなる水位計は、離散的に水位を計測するものであるため、複数個配置する必要がある。ここで、複数個の水位計を構成するヒータに、同時に電源を供給する場合、大容量の電源が必要になるので、複数個のヒータに供給する電源を順次切り替えて、電源装置の構成を簡単にするようにしている。

しかしながら、複数個のヒータに供給する電源を、切り替え器で切り替える構成とした場合、切り替え器によるヒータ電源の切り替え時に、高周波電流が発生してしまう。この切り替え時の高周波電流は、水位計の周囲の電気機器に電磁ノイズを誘導することになり、好ましくない。例えば、原子炉内に設置された中性子検出器は、高周波電流が発生する環境で計測を行った場合、中性子の正確な検出ができなくなる可能性がある。
したがって、熱電対とヒータ線からなる水位計では、電源切り替え時に高周波電流が発生しない構成とすることが望まれていた。

本発明は、ヒータ電源の切り替え時の高周波電流の発生を確実に阻止できる熱電対式液位計及び原子炉水位計を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、熱電対とヒータを同一の金属製シース内に収納した複数のヒータ付熱電対と、複数のヒータ付熱電対に配置された複数のヒータへ電流を印加する少なくとも１つの電源と、複数のヒータと電源との接続を切り替える切り替え器と、切り替え器の接点の接続状態を検出する開閉センサと、切り替え器での切り替えとヒータへの電源の電圧印加を制御する制御部とを備える。
制御部は、切り替え器により複数のヒータと電源との接続を順次切り替える制御を行うと共に、開閉センサが接点の閉状態を検出している期間に、切り替え器により接続されたヒータへの電源の電圧印加を行う。

本発明によれば、電圧印加中に切り替え器接点を開閉して高周波電流が発生することを確実に防止し、水位計の近傍の電気機器における電磁ノイズの誘導を防ぐことができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施の形態例による熱電対式液位計の例を示す構成図である。本発明の一実施の形態例によるヒータ付熱電対の例を示す断面図である。熱電対の温度変化の例を示す特性図である。本発明の一実施の形態例による切り替え器の例を示す構成図である。本発明の一実施の形態例による開閉センサの例を示す構成図である。本発明の一実施の形態例による開閉センサの検出信号とヒータ電圧との関係の例を示すタイミングチャートである。本発明の一実施の形態例によるヒータ電源の制御例を示すフローチャートである。本発明の他の実施の形態例による切り替え器の例を示す構成図である。本発明の一実施の形態例による熱電対式液位計を備えた原子炉水位計の例を示す構成図である。

以下、本発明の一実施の形態例（以下、「本例」と称する）を、添付図面を参照して詳細に説明する。
［１．熱電対式液位計の構成］
図１は、本例の熱電対式液位計の全体構成を示す図である。
本例の熱電対式液位計は、容器１内の液体の液面２を計測するものである。容器１には、複数本（図１の例では４本）のヒータ付熱電対４ａ～４ｄが配置される。ヒータ付熱電対４ａ～４ｄは、支持材３により支持され、それぞれのヒータ付熱電対４ａ～４ｄの先端のセンサ部５ａ～５ｄが、それぞれ容器１の異なる高さに配置されている。ヒータ付熱電対４ａ～４ｄは、先端のセンサ部５ａ～５ｄにヒータと熱電対が内蔵され、ヒータによって加熱した時の熱電対で検出される温度に基づいて、センサ部５ａ～５ｄのそれぞれが液内と液外のいずれであるかを判別するものである。

ここで、ヒータ付熱電対４ａ～４ｄの内部構成について説明する。
図２は、ヒータ付熱電対４ａ～４ｄとして使用される水位計センサ１０１の内部構成を断面で示す。
水位計センサ１０１は、ヒータ１０２とヒータ線１０３からなるヒータ閉回路と、クロメル線１０５及びアルメル線１０６からなる熱電対１０７と、これらを絶縁する絶縁体１０８を、金属製シース１０９に収納する。
この水位計センサ１０１のヒータ１０２に電流を通電すると、ヒータ１０２が発熱して熱電対１０７で検出する温度が上昇する。ヒータ１０２及び熱電対１０７が配置された金属製シース１０９の先端部分が、図１に示すヒータ付熱電対４ａ～４ｄのセンサ部５ａ～５ｄに相当する。

図３は、水位計センサ１０１の外側が水中の場合の熱電対温度の変化特性Ｔ_αと、水外（気中）の場合の熱電対温度の変化特性Ｔ_βの一例を示す。図３において、期間Ｔ_ＯＮは、ヒータ１０２に電流を通電している期間である。

金属シース１０９の外部に水が存在している場合の特性Ｔ_αは、水の熱伝達率が比較的大きいため、ヒータ１０２で発生した熱が金属シース１０９から水に逃げて、熱電対１０７で検出する温度の上昇が抑制される。一方、金属シース１０９の外部が水ではない場合、つまり気中にある場合の特性Ｔ_βでは、熱伝達率が小さく、ヒータ１０２で発生した熱が逃げにくいため、熱電対１０９で検出する温度が大きく上昇する。
本例の熱電対式液位計では、この水中と水外の応答の違いを利用し、温度上昇量にしきい値を設定することにより、温度上昇量がしきい値を超えた場合に水外（液外：気中）、超えない場合に水中（液中）と判定する。

再び、図１の構成の説明に戻ると、ヒータ付熱電対４ａ～４ｄは、コネクタ６ａ～６ｄを介してケーブル７ａ～７ｄの一端に接続され、それぞれのケーブル７ａ～７ｄの他端が、コネクタ８ａ～８ｄを介して水位計測装置１００に接続される。

水位計測装置１００の内部では、ヒータ付熱電対４ａ～４ｄ内の熱電対１０７（図２）からの熱電対信号を得る信号線が、熱電対温度変換器９に接続されている。また、ヒータ付熱電対４ａ～４ｄ内のヒータ１０２（図２）に接続されるヒータ線が、ヒータ切り替え器１０を介してヒータ電源１１に接続されている。

熱電対温度変換器９は、それぞれのヒータ付熱電対４ａ～４ｄから得た熱電対信号を、温度データに変換して、制御部１２に供給する。
制御部１２は、熱電対温度変換器９から得た温度データに基づいて、４つのヒータ付熱電対４ａ～４ｄのそれぞれが、水中と水外のいずれであるかを判別し、判別結果に基づいて、液体の液面２を判定し、判定した液面２の位置を表示部１４に表示する。
このため、制御部１２が液体の液面２を判定する上では、ヒータ電源１１とヒータ切り替え器１０を制御して、各ヒータ付熱電対４ａ～４ｄ内のヒータ１０２に電源を供給する必要がある。

すなわち、制御部１２は、ヒータ電源１１によるヒータ付熱電対４ａ～４ｄ内のヒータ１０２への電源の供給と、ヒータ切り替え器１０によるヒータ付熱電対４ａ～４ｄの切り替えを制御する。ヒータ電源１１とヒータ切り替え器１０とを接続するケーブルから分岐したラインには、開閉センサ１３が接続されている。開閉センサ１３は、ヒータ切り替え器１０に配置された接点の開閉を検出するものである。開閉センサ１３が検出した接点の開閉の検出信号は、制御部１２に供給される。制御部１２は、この開閉センサ１３からの接点の開閉の検出信号に基づいて、ヒータ電源１１でのヒータ電圧の印加を制御する。

［２．ヒータ切り替え器の構成］
図４は、ヒータ切り替え器１０の構成を示す。
本例のヒータ切り替え器１０は、４個のヒータ付熱電対４ａ～４ｄに対応した、４個のリレー１５ａ～１５ｄで構成されている。
それぞれのリレー１５ａ～１５ｄは、同じ構造であり、電磁コイル１６ａ～１６ｄと、固定端１７ａ～１７ｄを支点として可動する金属板１８ａ～１８ｄとを備える。電磁コイル１６ａ～１６ｄには、リレー駆動信号線２７ａ～２７ｄが接続され、このリレー駆動信号線２７ａ～２７ｄを介して制御部１２（図１）から各電磁コイル１６ａ～１６ｄに駆動信号（励磁電圧）が供給される。そして、この励磁電圧が印加された電磁コイル１６ａ～１６ｄに対向する金属板１８ａ～１８ｄが各電磁コイル１６ａ～１６ｄに吸引される。

金属板１８ａ～１８ｄには、ばね１９ａ～１９ｄが接続され、電磁コイル１６ａ～１６ｄに励磁電圧が印加されていない状況では、ばね１９ａ～１９ｄの作用で金属板１８ａ～１８ｄが電磁コイル１６ａ～１６ｄから離れる。

金属板１８ａ～１８ｄには、固定端２２ａ～２２ｄを持つ板２３ａ～２３ｄがガイド２１ａ～２１ｄを介して接続され、金属板１８ａ～１８ｄと板２３ａ～２３ｄとが連動して動くようになっている。
また、板２３ａ～２３ｄには接点２４ａ～２４ｄが取り付けられ、この板２３ａ～２３ｄの動きに連動して、固定板２５ａ～２５ｄに取り付けられた接点２６ａ～２６ｄと、板２３ａ～２３ｄ側の接点２４ａ～２４ｄとが、接触状態と非接触状態との間で変化する。
接点２４ａ～２４ｄと接点６ａ～２６ｄには、リレー端子２８ａ～２８ｄが接続されている。４個のリレー端子２８ａ～２８ｄは、ヒータ電源１１と各ヒータ付熱電対４ａ～４ｄのヒータ１０２との間に接続される。

したがって、電磁コイル１６ａ～１６ｄに駆動信号が供給されて、接点２４ａ～２４ｄと接点２６ａ～２６ｄが接触状態（閉状態）になると、対応したヒータ付熱電対４ａ～４ｄのヒータ１０２がヒータ電源１１に接続される。
また、電磁コイル１６ａ～１６ｄに駆動信号が供給されない状況では、接点２４ａ～２４ｄと接点２６ａ～２６ｄは非接触状態（開状態）になり、対応したヒータ付熱電対４ａ～４ｄのヒータ１０２がヒータ電源１１と非接続状態になる。

図１に示すように、４個のヒータ付熱電対４ａ～４ｄがヒータ切り替え器１０に接続されている場合、制御部１２は、最下のセンサ部５ｄのヒータ１０２から最上のセンサ部５ａのヒータ１０２まで順番に通電するように切り替える処理を行う。
すなわち、制御部１２は、最初に、最下のセンサ部５ｄ内のヒータ１０２へ通電する前のセンサ部５ｄの温度を熱電対温度変換器９から読み込む。同時に、制御部１２は、ヒータ切り替え器１０に対し、ヒータ電源１１をヒータ付熱電対４ｄに接続されたリレー１５ｄに閉信号を送信し、それ以外のリレー１５ａ，１５ｂ，１５ｃに開信号を送信する。

すなわち、制御部１２は、始めにリレー１５ｄにのみに励磁電圧を印加する。リレー１５ｄに励磁電圧が印加されると、リレー駆動信号線２７ｄを介して電磁コイル１６ｄに電流が発生し、磁力が生じる。ここで、励磁電流が生じる前には、固定板２９ｄに取り付けられたばね１９ｄに引かれて固定端１７ｄに支持された金属板１８ｄが、電磁コイル１６ｄから離れている。しかし、電磁コイル１６ｄに磁力が生じると、金属板１８ｄは電磁コイル１６ｄに引き付けられる。

金属板１８ｄにはガイド２１ｄが取り付けられており、その他端は、固定端２２ｄに取り付けられた板２３ｄが接続されている。そのため、通常は板２３ｄに取り付けられた接点２４ｄは、固定板２５ｄに取り付けられた接点２６ｄと離隔しているが、励磁電圧が印加されたときには接触する。これにより、リレー端子２８ｄに接続されたヒータ付熱電対４ｄのヒータ線１０３が閉じる。その後、制御部１２は、ヒータ電源１１を作動させて電圧を上昇させ、センサ５ｄのヒータ１０２を通電させて、センサ部５ｄの温度を熱電対温度変換器９から読み込む。この通電後、制御部１２は、ヒータ電源１１の作動を停止させて電圧を元の電圧に戻し、センサ５ｄのヒータ１０２への通電をオフとしてから、リレー１５ｄに開信号を供給して、接点２４ｄと接点２６ｄとを開状態とする。

ここまでの動作が、センサ部５ｄのヒータ１０２に通電させる動作であり、以下、センサ部５ｄよりも上に配置されたセンサ部５ｃ，５ｂ，５ａに対しても、同様の動作で順に通電させて、それぞれのセンサ部５ｃ，５ｂ，５ａの温度を取得する。

［３．開閉センサの構成］
図５は、開閉センサ１３の構成を示す。
図５に示すように、ヒータ切り替え器１０とヒータ電源１１を接続するケーブルから分岐したケーブル１３ａ，１３ｂに、開閉センサ１３が接続されている。分岐した２本のケーブル１３ａ，１３ｂには、微小電圧源３１が接続される。この微小電圧源３１は、ヒータ電源１１が印加する電圧よりも十分に小さい電圧で、かつ非常に小さな電流（例えば０．１ｍＡよりも小さな電流）を発生させるものとする。微小電圧源３１の電圧出力は、制御部１２により制御される。そして、一方のケーブル１３ａの途中にはシャント抵抗３２が接続され、このシャント抵抗３２の両端の電圧は微小電圧計３３により検出される。
微小電圧計３３で検出されたシャント抵抗３２の両端電圧の信号は、制御部１２（図１）に供給される。すなわち、この微小電圧計３３の検出信号が、開閉センサ１３の開閉検出信号になる。

例えば、制御部１２が、１００ｍｓ程度の短時間、微小電圧源３１をオン状態とし、そのオン状態の期間におけるシャント抵抗３２の両端電圧を、微小電圧計３３で検出する。このとき検出した電圧が所定の値よりも大きいとき、各リレー１５ａ～１５ｄの接点２４ａ～２４ｄ，２６ａ～２６ｄのいずれかが閉状態である判別し、リレー閉の検出信号を制御部１２に供給する。また、微小電圧計３３で検出した電流が所定の値以下であるとき、各リレー１５ａ～１５ｄの接点２４ａ～２４ｄ，２６ａ～２６ｄが全て開状態である判別し、リレー開の検出信号を制御部１２に供給する。

［４．リレーの通電動作］
図６は、リレー１５ｄの開閉動作と、センサ部５ｄが備えるヒータ１０２の通電動作との関係を示すタイミングチャートである。図６（Ａ）は、制御部１２からリレー１５ｄに供給するリレー開信号又はリレー閉信号の状態（励磁電圧のオフ信号又はオン信号）を示す。図６（Ｂ）は、リレー１５ｄの開状態又は閉状態を示す。図６（Ｃ）は、ヒータ電源１１からヒータ１０２に供給されるヒータ電圧の状態を示す。
図６ではリレー１５ｄの動作を示すが、他のリレー１５ａ～１５ｃについても、制御部１２は同様のタイミングで制御を行う。

まず、制御部１２は、ヒータ切り替え器１０のリレー１５ｄを閉にするために、リレー１５ｄの電磁コイル１６ｄに印加する励磁電圧をオンにする（タイミングｔ１）。励磁電圧がオンとなったリレー１５ｄは、動作遅れ時間Ｔｄ（通常は数１０ｍｓ程度）が経過した後、接点２４ｄ，２６ｄが閉じ、リレー１５ｄが閉状態になる（タイミングｔ２）。このリレー１５ｄの閉状態は、開閉センサ１３で検出される。

そして、制御部１２は開閉センサ１３での検出信号に基づいてリレー１５ｄの励磁電圧オンとなったことを検出してから、Ｔｃ秒（例えば数１００ｍｓ）遅らせてから、ヒータ電源１１に、電源オン信号を送信する。この電源オン信号を受けて、ヒータ電源１１は、ヒータ１０２を作動させる電圧の印加を開始する（タイミングｔ３）。このヒータ１０２へのヒータ電圧の印加で、ヒータ１０２が発熱し、制御部１２は、図３で説明した原理で、センサ５ｄが水中か気中を判別することができる。

ヒータ電源１１による電圧印加でヒータ通電が測定に必要時間行われた後、制御部１２はヒータ電源１１に電源オフ信号を送信し、電圧印加を停止する（タイミングｔ４）。その後、制御部１２は、ヒータ電源オフからＴｃ秒遅らせて、リレー１５ｄへの励磁電圧の印加をオフとする（タイミングｔ５）。これにより、リレー動作遅れＴｄ秒の後、リレー１５ｄの接点２４ｄ，２６ｄが開き、リレー１５ｄが開状態となる（タイミングｔ６）。
その後、制御部１２は、同様の手順で、別のリレー１５ｃ,１５ｂ，１５ａの動作と、それぞれのリレー１５ｃ,１５ｂ，１５ａに接続されたセンサ部５ｃ，５ｂ，５ａが備えるヒータ１０２の通電動作との制御を順に行う。

この図６に示すヒータ切り替え器１０での切り替えとヒータ通電の動作に連動して、開閉センサ１３が、各リレー１５ａ～１５ｄの開閉を検出する動作を行う。すなわち、開閉センサ１３は、制御部１２の制御でヒータ電圧をオンする直前に、例えば１００ｍｓ程度の短い時間だけ微小電圧源３１をオンし、シャント抵抗３２の両端電圧を微小電圧計３３で測定する。

微小電圧源３１は、既に説明したように、ヒータ電源１１が印加する電圧よりも十分小さく、例えば、電流として０．１ｍＡよりも小さな電流が発生する程度のものを使用する。これにより、仮に微小電圧源３１がオン状態で各リレー１５ａ～１５ｄが開状態から閉状態に動作したとしても、発生する高周波電流は小さな値に抑制されるため、周囲にノイズ影響を与える可能性は小さい。
そして開閉センサ１３は、微小電圧計３３で両端電圧を測定し、電流が所定の値よりも大きい場合にリレー閉の検出信号を制御部１２に送信する。制御部１２は、このリレー閉の検出信号を取得すると、図６（Ｃ）に示すように、ヒータ電圧をオンとして、水中か気中かの判別処理を開始する。
一方、微小電圧計３３で両端電圧を測定し、電流が所定の値よりも小さい場合はリレー開、すなわち異常状態であることの信号を微小電圧計３３から制御部１２に送信する。

［５．制御部によるヒータ通電時の処理の流れ］
図７は、制御部１２によるヒータ通電時の処理の流れを示すフローチャートである。
まず、制御部１２は、リレー閉信号（図６（Ａ））を送信する（ステップＳ１１）。そして、制御部１２は、リレー閉信号の送信開始からＴｃ秒（数１００ｍｓ）経過したか否かを判断し（ステップＳ１２）、Ｔｃ秒の経過を判断するまで待機する（ステップＳ１２のＮｏ）。

ステップＳ１２で、リレー閉信号の送信開始からＴｃ秒の経過を判断したとき（ステップＳ１２のＹｅｓ）、制御部１２は、開閉センサ１３がリレー接点の閉状態を検出したか否かを判断する（ステップＳ１３）。ここで、リレー接点の閉状態を検出したとき（ステップＳ１３のＹｅｓ）、制御部１２は、ヒータ電源１１に電圧オンの指示を行う（ステップＳ１４）。

一方、ステップＳ１３で、リレー接点の開状態を検出したと判断したとき（ステップＳ１３のＮｏ）、制御部１２は、ステップＳ１３で閉状態を検出したやり直し回数が３回以下か否かを判断する（ステップＳ１５）。ここで、やり直し回数が３回以下である場合には（ステップＳ１５のＹｅｓ）、制御部１２は、ステップＳ１１の処理から繰り返す。
また、ステップＳ１５で、やり直し回数が３回を超えていると判断した場合には（ステップＳ１５のＮｏ）、制御部１２は、表示部１４に異常信号を送信し、表示部１４で液位計の異常を表示する（ステップＳ１６）。

なお、ステップＳ１３において、リレー接点の開状態を検出した場合は、例えばリレー開の指示を送ったリレーの可動部が固着したり、初期の動作時間よりも大きく遅れるような状態になっている場合である。本例の場合には、一時的にリレーの可動部が固着する等の要因で、リレーの動作が遅れるようなことがあっても、複数回（３回）までのやり直しで作動した場合には、液位の測定を行うことができる。また、３回以上やり直してもリレー閉を検出できない場合には、表示部１４がエラーメッセージを表示するので、直ちに対処することができる。
したがって、リレーに動作遅れがある場合にも、ヒータ電源１１がオンの状態でリレー１５ａ～１５ｄが動作することを防止ことができ、高周波電流が発生して周囲の電気設備への電磁ノイズの誘導を防ぐことができる。

そして、ヒータへの通電が終了すると、制御部１２はセンサ部５ａ～５ｄの温度を熱電対温度変換器９から読み込んで、ヒータへの通電を開始する前の温度からの上昇量を算出する。ここで、制御部１２は、算出した温度が、予め設定された温度上昇量の判定しきい値と比較し、温度上昇量が判定しきい値よりも大きい場合、気中と判定する。また、制御部１２は、温度上昇量が判定しきい値以下の場合、液面下と判定する。

制御部１２は、１つのセンサ部（例えばセンサ部５ｄ）の判定が完了した後、次のセンサ部（例えばセンサ部５ｃ）を選択して、同様の動作によりが気中か液中かを判定する。このようにして、全てのセンサ部５ａ～５ｄについての判定を順に行う。そして、隣接する２つセンサ部の判定が異なる場合、制御部１２は、その２つのセンサ部の中間に液位があると判定する。また、制御部１２は、最下のセンサ部５ｄが気中の場合、センサ部５ｄの下に液位があると判定し、最上のセンサ部５ａが液中の場合はセンサ部５ａの上に液位があると判定する。

制御部１２は、判定した液位やそれぞれのセンサ部５ａ～５ｄの判定結果を表示部１４に表示させる。
この制御部１２による液位の判定処理は、例えば所定の周期で繰り返し行い、最新の液位を表示部１４に表示させて、使用者が常時液位を監視できるようにする。

以上説明したように、本例の熱電対式液位計によると、ヒータへの電圧印加中に切り替え器１０の接点を開閉して高周波電流が発生することを確実に阻止し、熱電対式液位計に隣接して設置された電気機器に電磁ノイズを誘導することを確実に防ぐことができる。また、高周波電流の発生がないで、万一、隣接する機器に誤動作した機器があったとしても、熱電対式液位計の電磁ノイズによる誤動作を原因から排除することができ、隣接する機器での誤動作の対策までの時間を短縮することができる。

［６．切り替え器の別の構成の例］
図８は、ヒータ切り替え器の別の構成例を示す。
図８に示すヒータ切り替え器４０は、強制ガイド式リレー４０ａ～４０ｄを用いたものである。４個の強制ガイド式リレー４０ａ～４０ｄは同じ構成であり、図８では、１個のリレー４０ａのみを示し、他のリレー４０ｂ～４０ｄの構成については省略する。

強制ガイド式リレー４０ａは、接点の開閉動作を行うリレーと開閉センサを一体化したものである。
すなわち、強制ガイド式リレー４０ａは、可動する接点２４ａと、固定された接点２６ａとを備えて、電磁コイル１６ａへのリレー駆動信号の供給で、両接点２４ａ，２６ａが閉状態と開状態に設定できる構成は、図４に示すリレー１５ａ～１５ｄと同じである。ここで、図８に示す強制ガイド式リレー４０ａは、ガイド２１ａが延長してあり、その先に固定端４１ａに取り付けられた板４２ａに接続されている。板４２ａには接点４３ａが取り付けてある。また、接点４３ａに向かい合う位置に接点４４ａが、固定板４５ａに取り付けて設置されている。板４２ａと固定板４５ａには、開閉センサ端子４６ａが接続されている。

以下、この強制ガイド式リレー４０ａの動作を説明する。強制ガイド式リレー４０ａのリレー駆動信号線２７ａに励磁電圧が印加されると、電磁コイル１６ａに電流が発生し、磁力が生じる。これにより、通常は電磁コイル１６ａから離れている金属板１８ａが電磁コイル１６ａに引き付けられる。
ここで、金属板１８ａにはガイド２１ａが取り付けられており、そのガイド２１ａに取り付けられた板２３ａが引かれ、板２３ａに取り付けられた接点２４ａが相対する接点２６ａと接触する。ここまでは、リレー１５ａ～１５ｄの動作と同じである。

さらに、強制ガイド式リレー４０ａでは、ガイド２１ａに取り付けられた板４２ａが引かれる。これにより、通常は、接触している接点４３ａと接点４４ａが離隔する。このように、リレー端子２８ａが閉じた場合のみ、開閉センサ端子４６ａが開くことになり、この開閉センサ端子４６ａに電圧を印加し、そのときの電流値で開閉を検知する開閉センサとして利用することができる。

この図８に示す強制ガイド式リレー４０ａ～４０ｄによりヒータ切り替え器１０を構成した場合、ヒータ切り替え器１０に開閉センサ１３が組み込まれることになり、図５に示す微小電圧源３１や微小電圧計３３が不要になる。また、図８に示す構成の場合、ヒータ電源１１からセンサ部５ａ～５ｄまでのヒータ電源を供給する回路と、開閉センサの回路とが電気的に接触していない。したがって、ヒータ回路に影響を与えることなく、リレーの開閉が検知することができる。さらに、図８に示す強制ガイド式リレー４０ａ～４０ｄの場合、それぞれの強制ガイド式リレー４０ａ～４０ｄが個別に開閉を検出することになり、１つ１つのリレー４０ａ～４０ｄの状態を監視できるようになる。

［７．原子炉水位計に適用した例］
図９は、本例の熱電対式液位計を、原子炉水位計に適用した場合の全体構成を示す。
原子炉圧力容器５１の内部には、周囲をシュラウド５２で囲まれた炉心５３が設置されており、炉心５３内の多数の燃料集合体（不図示）が、炉心支持板５４と上部格子板５５に支持されている。

そして、６本のヒータ付熱電対５６ａ～５６ｆが、炉心５３に挿入された複数の炉内計装管５７内（図９では１体のみを図示）に、異なる高さ位置に複数個設置されている。ヒータ付熱電対５６ａ～５６ｆは、図２に示す水位計センサ１０１に相当する。但し、図９の例では、上下が逆である。
炉内計装管５７の下部は、原子炉圧力容器５１の下部に取り付けられた炉内計装ハウジング５８および炉内計装案内管５９に挿入されており、上部は上部格子板５５に固定されている。

炉内計装ハウジング５８及び炉内計装管５７には、通水口６０，６１，６２が設けられている。通水口６０，６１は、水位及び温度検出センサ５６の下部に、通水口６２は炉内計装管５７の上端付近に設置されており、原子炉水位が上部格子板５５よりも下方に低下した場合に、炉内計装管５７内の水位と原子炉水位が一致するように冷却水６３が連通している。炉内計装管５７の内部には、止水栓６４が通水口６１よりも下部に取り付けられており、炉内計装管５７の下端から冷却水６３が漏えいしないようになっている。ヒータ付熱電対５６ａ～５６ｆには信号ケーブル及びヒータケーブルが接続されており、炉内計装管５７の下端から信号ケーブル及びヒータケーブルが原子炉圧力容器５１の外へ導かれる。

この信号ケーブルは水位計測装置１００内の熱電対温度変換器９へ接続され、ヒータケーブルはヒータ切り替え器１０を介してヒータ電源１１に接続される。図９の例の場合には、６個のヒータ付熱電対５６ａ～５６ｆを備えるため、ヒータ切り替え器１０は６個のリレーを備える。
水位計測装置１００の構成については、図１に示す水位計測装置１００と同じであり、制御部１２によるヒータ切り替え器１０の切り替え時の動作や液位測定時の動作についても図１に示す水位計測装置１００と同じである。

図９に示す原子炉の場合、炉内計装管５７の内部には中性子検出器６５が備えられており、中性子検出器６５が原子炉圧力容器５１に設置された中性子束測定装置６６に接続されている。さらに原子炉圧力容器５１には、蒸気から水分を除去するための湿分分離器６７と蒸気乾燥器６８が設置されている。

この図９に示す原子炉水位計によると、ヒータ切り替え器１０のリレーに動作遅れがある場合にも、電圧オンの状態でリレーが動作することを防止し、高周波電流が発生して周囲の電気設備に電磁ノイズを誘導するのを防ぐことができる。特に、原子炉の出力を監視する中性子検出器６５及び中性子束検出装置６６は、微弱信号を扱っているうえ、その出力が安全系に使用されるため、高い信頼性が要求されるが、その要求を満たすことができる。すなわち、図９に示す構成により、ヒータ付熱電対５６ａ～５６ｆを中性子検出器６５と同じ炉内計装管５７の内部に設置した場合にも、高周波の電磁ノイズが発生していないことを保障することができる。これにより、原子炉圧力容器５１に新たな貫通部を設けることなく、原子炉圧力容器５１の内部にヒータ付熱電対５６ａ～５６ｆが挿入できるようになる。

［８．変形例］
なお、上述した実施の形態例においては、制御部１２がリレー１５ａ～１５ｄの閉状態を検出した後、一定時間待機してから、ヒータ通電を行うようにした。これに対して、例えば開閉センサ１３が出力する閉状態の検出信号を、遅延回路により所定時間遅延させて、その遅延された検出信号により、ヒータ通電を行うようにしてもよい。このようにすることで、ヒータ通電の制御処理が簡単になる。

さらに、本発明は、上述した各実施の形態例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、図４や図８に示すヒータ切り替え器１０，４０の構成は、一例を示すものであり、これらに図示した構成に限定されない。また、実施の形態例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、図９に示す構成では、熱電対式液位計を原子炉水位計に適用した例としたが、本例の熱電対式液位計は、その他の各種水位計に適用してもよい。また、図９に示す原子炉水位計では、炉内計装管５７内に、中性子検出器６５と一緒にヒータ付熱電対５６ａ～５６ｆを配置するようにしたが、原子炉内のその他の場所にヒータ付熱電対５６ａ～５６ｆを配置してもよい。

さらに、図１や図９に示す水位計測装置１００では、表示部１４を備えるようにしたが、水位計測装置１００で得た水位などの情報を、外部の装置に伝送して、外部の装置が水位の表示などの通知を行うようにしてもよい。

また、上述した実施の形態の各図の構成では、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものだけを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１…容器、２…液面、３…支持材、４ａ～４ｄ…ヒータ付熱電対、５ａ～５ｄ…センサ部、６ａ～６ｄ…コネクタ、７ａ～７ｄ…ケーブル、８ａ～８ｄ…コネクタ、９…熱電対温度変換器、１０…ヒータ切り替え器、１１…ヒータ電源、１２…制御部、１３…開閉センサ、１４…表示部、１５ａ～１５ｄ…リレー、１６ａ～１６ｄ…電磁コイル、１７ａ～１７ｄ…固定端、１８ａ～１８ｄ…金属板、１９ａ～１９ｄ…ばね、２１ａ～２１ｄ…ガイド、２２ａ～２２ｄ…固定端、２３ａ～２３ｄ…板、２４ａ～２４ｄ…接点、２５ａ～２５ｄ…固定板、２６ａ～２６ｄ…接点、２７ａ～２７ｄ…リレー駆動信号線、２８ａ～２８ｄ…リレー端子、２９ａ～２９ｄ…固定板、３１…微小電圧源、３２…シャント抵抗、３３…微小電圧計、４０…ヒータ切り替え器、４０ａ～４０ｄ…強制ガイド式リレー、４１ａ…固定端、４２ａ…板、４３ａ，４４ａ…接点、４５ａ…固定板、４６ａ…開閉センサ端子、５１…原子炉圧力容器、５２…シュラウド、５３…炉心、５４…炉心指示板、５５…上部格子板、５６ａ～５６ｆ…ヒータ付熱電対、５７…炉内計装管、５８…炉内計装ハウジング、５９…炉内計装案内管、６０…通水口、６１…通水口、６２…通水口、６３…冷却水、６４…止水栓、６５…中性子検出器、６６…中性子束測定装置、１００…水位計測装置、１０１…水位計センサ、１０２…ヒータ、１０３…ヒータ線、１０５…クロメル線、１０６…アルメル線、１０７…熱電対、１０８…絶縁体、１０９…金属製シース

Claims

熱電対とヒータを同一の金属製シース内に収納した複数のヒータ付熱電対と、
前記複数のヒータ付熱電対に配置された複数のヒータへ電流を印加する少なくとも１つの電源と、
前記複数のヒータと前記電源との接続を切り替える切り替え器と、
前記切り替え器の接点の接続状態を検出する開閉センサと、
前記切り替え器により前記複数のヒータと前記電源との接続を順次切り替える制御を行うと共に、前記開閉センサが前記接点の閉状態を検出している期間に、前記切り替え器により接続された前記ヒータへの前記電源の電圧印加を行う制御部と、を備える
熱電対式液位計。
前記制御部は、前記開閉センサが検出した閉信号を所定時間遅延して、前記電源の通電開始信号とする
請求項１に記載の熱電対式液位計。
前記開閉センサは、前記電源と前記ヒータとの間のケーブルの途中に接続した、微小電圧電源及び電圧計で構成し、前記制御部は、前記電圧計で検出した電圧に基づいて、前記切り替え器の前記ヒータへの接続を検出する
請求項１に記載の熱電対式液位計。
前記切り替え器は、常時開側の接点と常時閉側の接点が連動して開閉するリレーであり、
常時開側の接点を前記ヒータと前記電源との接続に使用し、前記常時閉側の接点を前記開閉センサとして使用する
請求項１に記載の熱電対式液位計。
熱電対とヒータを同一の金属製シース内に収納した複数のヒータ付熱電対を、原子炉内の異なる高さ位置に設置し、前記原子炉の内部の水位を計測する原子炉水位計において、
前記複数のヒータ付熱電対に配置された複数のヒータへ電流を印加する少なくとも１つの電源と、
前記複数のヒータと前記電源との接続を切り替える切り替え器と、
前記切り替え器の接点の接続状態を検出する開閉センサと、
前記切り替え器により前記複数のヒータと前記電源との接続を順次切り替える制御を行うと共に、前記開閉センサが前記接点の閉状態を検出している期間に、前記切り替え器により接続された前記ヒータへの前記電源の電圧印加を行う制御部と、を備える
原子炉水位計。
前記複数のヒータ付熱電対は、原子炉の出力監視用の中性子検出器集合体内の異なる高さ位置に設置する
請求項５に記載の原子炉水位計。