JPH01185487A - 軽水炉の冷却状況監視方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 軽水炉の炉心内の冷却状況を！？！視するＡ置はプロー
ブ（２）を備え、これが反応器内に導入されると共に低
い中性子吸収性で耐水性の材料からなるケース（１２）
を備え、ざらにケース（１２）内に密封封入される抵抗
体（１２）を備える。抵抗体（１１）は電力供給導線（
５）に接続される。抵抗体（１１）の抵抗は抵抗体の温
度に依存する。装置はさらに出力シグナルを発生する検
出手段を備え、抵抗体に電流が流れるに際しては、これ
が抵抗体（１１）の抵抗に依存する。

第１操作モードでプローブ（２）周囲の冷媒の冷却能力
の低減もしくは消失を検出するために監視装置を使用す
る。次に、比較的高電力を抵抗体に供給し、電力を供給
した結果抵抗体内に発生した熱をプローブ（２）周囲の
冷媒によって除去することにより供給した電力を調整し
冷却能力に相応さぜる。しかしながら、例えば冷媒欠損
事故の場合のような何らかの理由により冷却能力が低減
すると、抵抗体（１１）の温度は上昇する。抵抗体（１
１）の抵抗は温度に強く依存するため、抵抗が変化する
ど共に結果的に検出手段から出力される出力シグナルが
変化する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、軽水炉内の炉心の冷却状況を監視する方法お
よび装置に関する。この方法では電力供給手段を備えた
少なくとも１つのプローブを反応器内に導入する。

〔従来の技術〕

スリーマイル島の事故を通じ、信頼性の高い炉心冷１］
監視器の必要性が明らかとなり、炉心内の冷却状況に関
する直接的な情報を与え得る監視装置を原子炉に備えれ
ば炉心の破壊はおそらく回避し得ることが提案されてい
る。現在ではいくつかの国では原子炉の検査官が炉心冷
却監視装置をＬＷＲの内部に取付けるよう指示している
。

そのような装置は炉心の冷却が不充分となった場合に迅
速かつ明確に表示できる必要があり、そのような状況は
原子炉内の水位が炉心を覆いきれなくなり始める水位よ
り低下する際に発生する。特に、あらゆる過誤判断を回
避するためには監視装置の応答は十分に大きいことが極
めて重要であり、さもないと操作０が望ましくない操作
をしてしまう可能性がある。この種の過誤判断は、例え
ば、重大なＬＯＣＡ　（冷媒欠損事故）を伴う急激な圧
力低下により発生し得るが、その際、例えば、ＢＷＲ内
の圧力は７０ｂａｒから４〜５ｂａｒまで比較的短時間
で低下すると共に対応する冷媒の飽和温度は２５８℃か
ら約１５０℃に低下する。

炉心の冷却監視について異なる考え方が報告されている
。圧力低下測定を基礎とするシステムがウェスチングハ
ウスおよびバブコックとウィルコックスにより提案され
ている。

この種の装置より得た出力シグナルは事故状況下で発生
する急激な遷移状況下では判断困難なこともある。従っ
て、シグナルの解釈のためにはコンピュータプログラム
の使用が必要であり、原子炉反応器内の一連の冷媒を高
い信頼性をもって直接観測することができないものとし
ている。

コンバスチコン・エンジニアリングにより用いられた別
の方法は加熱接続熱電対プローブを基礎とする。プロー
ブは２連の熱電対を内蔵し、１つを加熱接続とし１つを
無加熱接続とする。よって、プローブからの出力は周囲
流体の冷却能力に直接相関する。熱素子からの出力電圧
は、加熱接続と無加熱接続との間に温度差が存在するこ
とと、および周囲冷媒の冷却能力は加熱接続を冷却する
のに不十分であることとを表示する。これは、炉心が十
分に冷却されていないことも表示することになる。この
原理は出力シグナルがほんの数ミリボルトのオーダでし
かないという欠点を持つ。この理由のため、出力シグナ
ルが原子炉内で発生する他の現象により容易に妨害され
る。

ゼネラル・エレクトリック社により提案された方法につ
いても言及したい（ＡＥ ３３２７０４７　Ａ　Ｉ　）。この方法では小さな電気
ヒータを検出器として使用する。反応器内の水位が低下
しヒータが囲繞されなくなると、熱伝導係数が低下する
ためヒータの湿度は上昇する。しかしながら、ヒータは
同軸軸線のケーブルのみよりなり、内側の導線が熱発生
抵抗体として働くと共に外側のシュラ・クドは電気回路
を閉じるために用いられる。この検出　１器の電力密度
は、内側導線の表面積が小さいため小さいことは明らか
である。従って、囲繞されないことによる検出器の昇温
は小さく、囲繞されないことに起因する要求されるオー
ム抵抗の増加は実際はオーム抵抗の減少より小さいが、
これはＬＯＣＡ途中に起こる冷媒飽和温度の低下に起因
する。後者の温度低下は、ＢＷＲ内では１３℃までＰＷ
Ｒ内では１７０℃まで達し、１５メートルまでの長さの
ケーブルのオーム抵抗も低減させるが、これは炉心内に
配置された同軸軸線的センサを反応圧力容器の外側の電
気システムに接続するためには必要である。従って、あ
る種の事故の経過中にこの種の監視装置は不明瞭なシグ
ナルを与えると共に炉心の状況に関し誤った判断をもた
らし得る。

不適切な冷却が発生した際の炉心内の温度上昇は、前記
したいかなる装置によっても追跡できないと考えるべき
である。

：発明が解決しようとする課題〕 本発明の目的は、軽水炉内の炉心冷却を監視する方法お
よび装置を提供することであり、出力シグナルの発生に
より、炉心の冷却妨害の存在が明確かつ明瞭に表示され
、これは何か阻害するものが存在しても無視できるとい
う利点を有し、さらにこれを冷却能力穴［１１の昇温期
間中の炉心内温度を測定するためにも使用し得る。この
目的は高電力密度電気ヒータゐ採用により達成され、こ
のヒータは堅く巻いた電気加熱コイルよりなり、このワ
イヤのオーム抵抗は温度により強く変化する。

抵抗コイルを金属ハウジングの内側に埋め込むと共にコ
イルとハウジングとの間の空間を電気絶縁材料で満たす
。従って、コイル−は外側のハウジングから電気的に分
離される。コイルへの電力を２本の導線により供給し、
これを抵抗線の末端に溶接する。ヒータ線のオーム抵抗
のみを測定し監視装置を圧力容器外側の装ＷＩ１１！構
と接続する長いケーブルの抵抗を排除するために、さら
に２本の導線を追加してヒータコイルに溶接する。監視
装置にかかる電圧は後者の２本の導線により測定する。

前記した４本の導線はすべて市販されている４本尋線外
装ケーブルの一部である。

原子炉事故中に監視装置が囲繞されないようになると、
監視装置と冷媒との間の熱伝導係数は劇的に減少し、高
電力密度のため監視装置にかかる電圧は急激に増加する
。３〜５Ａの範囲の一定電流に対し遷移過程の最初の３
０秒間にかかる平均応答は２０〜６０ｍ　　Ｖ／Ｓの間
となろう。このシグナルは、監視装置が囲繞されていな
いことを明確に表示する。従って、炉心が囲繞されてい
ないことが明らかとなると共に炉心の昇温が始まる際は
、炉心内の温度を測定するのが明らかに望ましい。その
後監視装置への電流の入力はｍＡの範囲に低減されると
共に監視装置は抵抗温度計として働く。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によればこの目的は、軽水炉の炉心内の冷却状況
を監視するに際し、電力供給手段を設けたプローブを反
応器内に尋人し、プローブが抵抗体を内蔵する少なくと
も１つの電気加熱素子を備え、これを前記電力供給手段
に接続すると共にその抵抗を低抗体の温度に依存させ、
さらに前記プローブが抵抗体に接続され出力シグナルを
発生する検出手段を備え、これを抵抗体の抵抗に依存さ
せ、抵抗体に電流が流れるに際して抵抗体を熱伝導状態
としプローブを囲繞づる媒体と接触させ、第１操作モー
ドでプローブ周囲の冷却能力の低減を検出するため抵抗
体に比較的高電力を供給し、炉心が通常に冷却されてい
る際はこれにより抵抗体内に発生した熱はプローブ周囲
の冷媒により取り去られ、プローブ周囲の媒体の冷却能
力が低減もしくは消失づる際は前記熱により抵抗体内の
温度が１臂する結果抵抗が変化すると共に出力が変化し
て軽水炉の冷却状況を監視する方法、および、軽水炉°
の反応器内の冷却状況を監視する装置であって、反応器
内に挿入可能であると共に電力供給手段を備えるプロー
ブを備え、プローブは耐水性材料からなるケースとその
ケースに不浸透的に封入されると共にその電力供給手段
に接続された抵抗体とを備え、抵抗体の抵抗が抵抗体の
温度に依存し、さらにケースの内壁と抵抗体との間に配
設された熱伝達媒体を備え、さらに出力シグナルを発生
する検出手段を備え、抵抗体に電流が流れるに際しては
これが抵抗体の抵抗に依存づる袋口により解決される。

〔作用効果〕

本発明は、従来の技術と比較すると次のような優れた利
点を提供する： （１）冷媒欠損事故に際しては、加熱熱電対接続法を基
礎とする監視装置により達成可能なシグナルと比較する
と本監視装置の応答は２００倍以上の大きさに達する。

応答が大きいためシグナルを過誤判断する危険は無視で
きるとみなし得る。

（２）本装置は、特に冷媒事故が検出不能となった後に
、炉心外側のみならず炉心内側の温度を測定するについ
ても使用できる。

（３）本装置はほとんど場所をとらず、極めて少数の部
品から構成されており、このことにより操作上信頼性が
あり、従ってエラーの発生が低減する。特にプローブを
、すでに原子炉内に存在する計測ガイドチューブ内に内
蔵されるよう設計することができる。

（４）プローブを炉心内に配設すると装置は炉心冷却監
視装置、水位指示器または温度計として働く。しかしな
がら、プローブを炉心の上部、下部もしくは側部に配ｚ
ｔ４と装置は水位指示器または温度計として機能する。

（５）冷媒欠損後に起こる昇温過程中に、監視装置から
の出力シグナルを何らかの安全装置を起動するために使
用することもできる。

（６）プローブはいかなるシールドをも必要とせず、出
力シグナルは強力であるため、プローブを打！；！する
水滴の影響は無祝し得る。

加熱接続熱電対プローブにはしばしばこの種の妨害に対
するシールドが施されており、特に２相の水混合流の表
面の真上に発生するスブラッシングに対するシールドが
施されている。

１〜１６０ｂａｒの間の範囲の圧力で操作する水流ルー
プを用いる実験室的試験により、通常の冷媒レベルが消
失しプローブが囲繞されなくなった際に、スブラッシン
グ液体と水滴付着の予測された効果は監視装置からの応
答に対し無視し得る影響しか与えないことが明らかとな
った。

〔実施例〕

本発明の他の利点と特徴は、添付図面を参照する本発明
の実施態様の以下の説明からより明確となろう。

第１図の回路図では３つの測定装置１ａ！、’□１ｂ、
１Ｃを設け、それぞれがプローブ２ａ。

２ｂおＪ：び２Ｃからなり、これらを反応器の適当な場
所に導入する。それぞれのプローブ２ａ、２ｂ、２ｃは
それぞれ抵抗体３ａ。

３ｂおよび３Ｃを内蔵し、これらの抵抗は低抗体の温度
に依存する。それぞれの抵抗体はシグナル導線６ａ、６
ｂおよび６Ｃにより記録計４に接続され、これはここで
はそれぞれの抵抗体にかかる電圧を記録する。抵抗体３
ａ、３ｂ、３ｃを電力供給導線５ａ、５ｂ。

５Ｃに接続し、これらをスイッチ７ａ、７ｂ。

７Ｃにより電力源３ａ、８ｂ、８ｃおよび９ａ、９ｂ、
９ｃのいずれかに接続可能とする。

第１操作モードで、抵抗体３ａ、３ｂ。

３Ｃをそれぞれ第１電力源８ａ、８ｂおよび８Ｃに接続
し、比較的高電力、例えば４Ａを対応する抵抗体に供給
する。通常の操作では、供給電力により抵抗体３ａ、３
ｂ、３ｃに発生した熱はりアクタ中の周囲の冷媒により
除去されるが、結果的には抵抗体内にごくわずかな温度
上昇が起こる。しかしながら、例えば冷媒欠損により周
囲媒体の冷却能力の低減が起こると、対応する抵抗体３
ａ、３ｂ、３Ｃの冷却が不十分となり、対応する抵抗体
内の温度が上昇する。抵抗体内の温度上昇により抵抗体
の抵抗が変化する。監視装置に一定電流が供給されてい
ると炉心の冷却が欠損した際は出力電圧が増加する。数
ボルトのオーダとし得る予備測定した出力シグナルレベ
ルで、アラームが解放され原子炉内の炉心冷却欠損を表
示し、必要な安全工程が解放されるか実施される。

その後、スイッチ７ａ、７ｂ、７ｃを切替え、これによ
り抵抗体３ａ、３ｂ、３ｃをそれぞれ第２電ノ】源９ａ
、９ｂおよび９Ｃに接続り−る。この第２電力源は、例
えば、０．１Ａのオーダーの比較的低い電流を対応する
抵抗体に供給する。この第２操作モードで、抵抗体３ａ
、３ｂ、３ｃに極めて低い電力を供給し装置は抵抗温度
計として機能する。従って、この第２操作モードでは装
置を炉心内の温度上昇を監視するのに使用する。

第２図に装置のプローブ２の断面を示す。

例えば、カンサル（にａｎｔｈａｌ　）のような適当な
材料からなる抵抗線１１を、Ａｊ！２０３からなる固体
物もしくは電気的不導体材料で被覆された他の物よりな
る絶縁体１０の周りに巻回する。抵抗線１１をケーブル
５により電力源に接続する。抵抗体コイル１１をレーザ
ーもしくは電気溶接により、例えばステンレス鋼もしく
はインコネル（Ｉｎｃｏｎｃｌ　）のような中性子低吸
収性かつ耐水性の材料からなるケース１２内に密封封入
する。抵抗体１１とケース１２との間の空間を例えばＭ
ｇＯ粉末のような熱伝導性、電気絶縁性かつ中性子低吸
収性の材料で満たす。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置３つからなる回路図、第２
図は第２図の図に示す測定装置の１部であるプローブの
断面図である。 １ａ、ｌｂ、１ｃ・・・測定装置　２ａ、　２ｂ、　２
ｃ・・・プローブ３ａ、　３ｂ、　３ｃ・・・抵抗体　
　４・・・記録計５ａ、　５ｂ、　５ｃ・・・電力供給
導線６ａ、　６ｂ、　６ｃ・・・シグナル導線７ａ、　
７ｂ、　７ｃ・・・スイッチ　８ａ、　８ｂ、　８ｃ・
・・第１電力源９ａ、９ｂ、９ｃｍ・・第２電力源 １０・・・絶縁体　　　　　１１・・・抵抗線１２・・
・ケース ’−ｔ−−−−−−７−−−−−−−−−ｔ−−−一−
’２　　　日　　　　　よ