JPH08220284A - 熱電対式水位監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 応答性の悪化や、水滴の飛散による水位の誤
認等が生ずることなく、既設プラントの貫通穴に多数本
容易に設置可能な熱電対式水位監視装置を提供する。 【構成】 熱電対式水位監視装置は、収納管２と、該収
納管内の複数の水位検出器案内管６と、各案内管の内部
に挿通される水位検出器７とを備える。該水位検出器
は、冷接点及び温接点を形成する熱電対と、該熱電対の
温接点に隣接して設けられた発熱線とを含む。各案内管
は、水滴の滴下を防止するため、各水位検出器の温接点
より上方の部位で、同案内管の周壁に液密に嵌合する滴
下防止板５により収納管に支持され、各発熱線は、水位
検出器の小径化のため、各案内管内の熱電対の温接点の
近傍で軸線方向に往復して延び、収納管は、気泡混入防
止のための小径穴を備えた気泡分離部３をその下端部に
有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、液体容器内の
液位の監視装置に関し、特に、加圧水型原子炉容器の炉
心上方にある上部プレナム内の水位（通常運転時は満
水）の監視に適する熱電対式水位監視装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の加圧水型原子炉の代表的
な一例を総括的に符号１０で示すもので、同原子炉１０
は、原子炉容器１１、その内部にある炉心１２、該炉心
１２を構成する多数の燃料集合体１３等を有する。同燃
料集合体１３における核分裂により発生した熱を取り出
すため、給水は、入口ノズル１４から原子炉容器１１内
に入って底部で反転し、燃料集合体１３の周囲及び内部
を上方に流れて、出口ノズル１５から出て図示しない蒸
気発生器に向かう。

【０００３】この給水は、原子炉容器１１内では、通
常、自由液面を形成することなく、炉心上方の原子炉容
器蓋１２ａ直下部を含む上部プレナム１６全体に充満さ
れて、前述のように循環して流れている。給水を循環さ
せるため上記入口ノズル１４、出口ノズル１５等に流体
連絡した循環水系即ち一次冷却系に配管破断等が発生し
たと仮定すると、水は、同破断箇所を経て原子炉１０か
ら放出される。この放出による水位１７の形成及びその
低下は、原子炉容器蓋１２ａを貫いて上部プレナム１６
内に垂下する水位計１８により監視されている。

【０００４】同水位計１８は、加熱型熱電対式と一般に
呼ばれているもので、図５に詳細に示すように、下端を
閉塞した検出器被覆管１８ａ内に絶縁材１８ｊと共にク
ロメル線１８ｃ及びアルメル線１８ｅがそれぞれ温接点
１８ｆ、冷接点１８ｇをつくるように配線されている。
また、温接点１８ｆを囲繞するように円筒体１８ｍが被
覆管１８ａ内に設けられており、その周面に、リード線
１８ｉに接続された発熱線１８ｈがコイル状に巻回され
ている。温接点１８ｆの周辺の被覆管１８ａの部分の外
側には、水の出入り口１８ｂを上下端近くに有する保護
筒１８ｋが設けられている。上述した保護筒１８ｋに類
似するものを有する水位監視装置は、例えば実公平０３
ー００１７６８号公報に開示されている。

【０００５】この水位計１８は、温接点１８ｆより上方
に水位が達している場合には、温接点１８ｆの周囲と冷
接点１８ｇの周囲との間の温度差が実質的になく、原子
炉容器１１内に水が存在すると判定するが、温接点１８
ｆより下方に水位が存在する場合には、温接点１８ｆ領
域での被覆管１８ａの外側雰囲気が気体になることか
ら、温接点１８ｆの周囲に配設された発熱線１８ｈによ
る加熱熱量の被覆管１８ａを介する除熱が低下して、冷
接点１８ｇとの間に温度差を発生し、この温度差が設定
値に達したとき、水が存在しないと判定するものであ
る。

【０００６】このような加熱型熱電対式水位計では、温
接点１８ｆの周辺の被覆管１８ａの表面が水没している
か否かによって、温度差出力が異なるものであるが、上
述の保護筒１８ｋが設けられていないと、被覆管表面が
気体に露出している場合でも、同表面に何等かの原因に
より水滴が付着すると、一時的に温度差出力が小さくな
り、その結果、水が存在すると誤認する可能性がある。
また、水位が徐々に低下していく過程でも、上述の保護
筒１８ｋが設けられていないと、水位計の上方に付着し
残留する水が検出部領域に垂れ落ちてきたり、水中の気
泡が弾けて水滴が検出部領域に飛散することにより、上
述したような誤認を起こす可能性があり、かかる可能性
のない信号が認識されるまでには、長時間が必要であり
応答性が悪くなる。このような事態は、複数の水位計を
束にして多点の水位検出を行う場合に多く経験されるこ
とであり、保護筒１８ｋを設けることによって、上述の
事態を回避することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上の説明から了解され
るように、保護筒１８ｋは、水位が低下する場合に、そ
れよりも遅れて落下してくる付着残留水の影響を無くし
たり、水滴の飛散を防止したりするために設けられてい
るが、保護筒１８ｋと被覆管１８ａとの間の環状の隙間
は、水の表面張力によって水滴が同隙間に保持されない
ような半径方向の寸法が必要なため、また、発熱線１８
ｈは、温接点１８ｆを取り囲む円筒体１８ｍの周面にコ
イル状に巻回されているため、水位計全体（１８ｋ部）
の直径は約１０ｍｍ以上とならざるを得なかった。

【０００８】更に、現在稼働中の加圧水型原子炉プラン
トに上述したような水位計を設置すれば、事故時の確実
な運転操作の一助となり、安全性の向上に寄与しうる
が、既設プラントの原子炉容器蓋では、前述したように
直径が約１０ｍｍ以上になる水位計を挿入できる貫通穴
の直径が約３５ｍｍと小さいため、高々３本という僅か
な本数しか挿入することができず、多点検出の利点が損
なわれる。また、各水位計は個別に取り替えできないた
め取り替え時には放射性廃棄物の量が多くなる。

【０００９】従って、本発明の目的は、応答性の悪化
や、水滴の飛散による水位の誤認等が生ずることなく、
既設プラントの貫通穴に多数本容易に設置可能で、各水
位計を個別に保守、取り替えが可能なな熱電対式水位監
視装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明によると、熱電対式水位監視装置は、内外間
に流体連通する収納管と、該収納管内に収納される複数
の水位検出器案内管と、該水位検出器案内管の各々の内
部に挿通される水位検出器とを備えている。該水位検出
器は、長手方向に離間した冷接点及び温接点を形成する
よう接続された異種金属材料からなる熱電対と、該熱電
対の前記温接点に隣接して設けられた発熱線とを含む。
この水位監視装置において、水位検出器案内管の各々
は、各水位検出器の温接点より上方の部位で、同水位検
出器案内管の周壁に液密に嵌合する滴下防止板により収
納管に支持され、各発熱線は、各水位検出器案内管内の
熱電対の温接点の近傍で同水位検出器案内管の軸線方向
に少なくとも１回往復して延びており、また、収納管
は、内外に流体連通する気泡混入防止小径穴を備えた気
泡分離部をその下端部に有する。

【００１１】

【作用】水位が温接点以上まであれば、温接点が発熱線
により加熱されていても、熱電対の水中又は気中にある
冷接点と水中にある温接点との間には実質的に温度差が
生じないため、水位検出器は水が存在すると判定する。
水位が徐々に低下して温接点領域よりも下がると、冷接
点及び温接点間に温度差が生じて、熱電対は水位低下を
知らせる出力を出す。発熱線はコイル状ではなく軸線方
向に往復延在しているため、水位検出器は小径（実施例
では２〜３ｍｍ）である。

【００１２】このような水位低下の過程で、水面が収納
管の周面に沿って低下していくため、水面より上の周面
部分には水滴が付着するが、収納管には、水位検出器案
内管に対して液密に、少なくとも温接点を含む検出部領
域の上方位置に、滴下防止板が設けられているため、水
滴は検出部領域までは滴下しない。各滴下防止板の下方
で水位検出器案内管の周面に水滴が付着しても、滴下防
止板と検出部領域との間の距離は僅か（実施例では数１
０ｍｍ）であるから、数秒後には落下し、応答遅れは実
質的にない。

【００１３】また、収納管の下端部には流体連通する気
泡混入防止小径穴を備えた気泡分離部があるため、水中
に気泡があっても、この気泡は収納管内までは入らず、
水位低下の過程で水中の気泡が弾けて水滴が飛散して
も、検出部領域には達しない。

【００１４】

【実施例】次に、本発明による水位監視装置の好適な実
施例について添付図面を参照して詳細に説明するが、図
中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

【００１５】図１は、本発明の水位監視装置を総括的に
符号１で示すもので、同水位監視装置１は、細長い筒状
の収納管２を備え、その下端には気泡分離部３を介して
端栓４が溶接により取り付けられている。気泡分離部３
は、収納管外部の水中に多数の気泡が存在する状態でも
その侵入を防止するように、横流れ防止部３ａと気泡混
入防止部３ｂとからなり、横流れ防止部３ａには、その
上方部位に複数の連通穴３ａａが、下方部位に複数の排
水穴３ａｂが、気泡混入防止部３ｂには、その上方部位
に複数の気泡混入防止小径穴３ｂａが、下方部位に複数
の排水穴３ｂｂがそれぞれ穿設されている。

【００１６】上述した各種の穴の数は、収納管２の外部
の水位が変化したときに収納管内部の水位が所要の速さ
で応答するように決めればよく、また、気泡混入防止部
３ｂにある気泡混入防止小径穴３ｂａの直径は１〜２ｍ
ｍ程度であることが好ましい。この気泡混入防止小径穴
３ｂａによって、水中の気泡の体積率即ちボイド率が５
０％以下の状態なら、気泡が収納管内に混入しないこと
が実験で確認された。さらに、収納管２の外側にその軸
心に垂直な方向の流れ（横流れ）が存在するときに、こ
の流れにより気泡が横流れ防止部３ａ及び気泡混入防止
部３ｂを経て収納管内に押し込まれないように、横流れ
防止部３ａにある連通穴３ａａ及び排水穴３ａｂは、気
泡混入防止部３ｂにある気泡混入防止小径穴３ｂａ及び
排水穴３ｂｂと半径方向に整列しない位置に設けられて
いる。

【００１７】収納管２内には、ポジショナ（滴下防止
板）５により水位検出器案内管６が垂直に支持されてい
る。図示の実施例では、図２から了解されるように、６
本の案内管６が互いに離間してポジショナ５に液密に嵌
合して設けられており、これ等の案内管６内に、高さ方
向における位置をそれぞれ異にして、６本の水位検出器
７が挿通されている。円板状の仕切板であるポジショナ
５は、ピン８を介して収納管２により支持されており、
中心部から下方に傾斜したその周縁には、円周方向に等
間隔で離間して三日月状の排水口５ａが形成されてい
る。従って、図示の実施例では、６本の水位検出器７が
収納管２に収容されていて、高さ方向に検出点を分散し
て、原子炉内の水位を多点で監視する。実施例では６本
の水位検出器案内管６が１つの収納管２に収納されてい
るが、水位検出器全体の直径が小さいために、例えば８
本というような更に多くの水位検出器案内管を収納可能
である。

【００１８】また、図１に示すように、収納管２にはガ
ス抜き穴２ａが複数穿設され、水位検出器案内管６の下
方部位には排水口６ａが、上方部位には別の排水口６ｂ
が穿設されている。

【００１９】図３は、水位検出器７の拡大断面図で、下
端を端栓７ｂで封止された被覆管７ａ内には、絶縁材７
ｊで覆われて、リード線７ｉ、７ｉにＵ字状に接続され
た発熱線７ｈ、７ｈと、アルメル線７ｅを介してＵ字状
に接続されたクロメル線７ｃ、７ｄとが設けられてお
り、クロメル線７ｄの下端とアルメル線７ｅの上端との
接続点は冷接点７ｇとなり、アルメル線７ｅの下端とク
ロメル線７ｃとの接続点は温接点７ｆとなっている。

【００２０】発熱線７ｈ、７ｈは、温接点７ｆの近傍に
おいて、コイル状に巻回されるのではなく、被覆管７ａ
の軸線方向に少なくとも１回往復して延びており、これ
により被覆管７ａひいては水位検出器７はその直径が約
２〜３ｍｍと小形化することができる。その結果、水位
検出器案内管６も数ｍｍとなり、原子炉容器蓋１２ａ
（図４参照）の約３５ｍｍの貫通穴に挿通される収納管
２内に最大８本（実施例では６本を挿入）の水位検出器
の設置が可能となる。

【００２１】以上のような水位監視装置１において、各
水位検出器７は、案内管６内に挿入されて、水の有無を
検出するその温接点７ｆに対応する被覆管部分もしくは
検出部領域が案内管６の下端から下方に突出する位置で
固定される。しかる後、水位検出器７の先端から数１０
ｍｍ上方にポジショナ５がピン８により収納管２に固定
される。案内管６とポジショナ５とは、ポジショナ５に
設けた穴に案内管６を挿通し、溶接により隙間を埋める
ことにより液密に取り付けられる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、発熱線を軸線方向に往
復して延在する形状としたため、水位検出器が小径とな
って、１つの収納管内により多くの水位検出器を収納す
ることができ、より多くの高さでの監視が可能となっ
た。しかも、水位検出器は、水位検出器案内管に挿通さ
れていて炉外に引き出し可能であり、定期検査時等に点
検のため外部へ取り出すことができるので、信頼性の向
上に大きく寄与する。

【００２３】また、水位検出器の検出部領域の上方には
水位検出器案内管の周面に対して液密にポジショナ即ち
滴下防止板が装着されているため、水位検出器を小形に
維持したまま、検出器領域に水滴が付着する可能性が低
減し、水位の誤認や応答遅れを可及的に防止できる。

【００２４】更に、収納管の下端部には気泡混入防止小
径穴を備えた気泡分離部が設けられているため、収納管
の内部に気泡が混入することがなく、気泡の潰れによる
水滴飛散に伴う問題が生じないので、水位監視に対する
高い信頼性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による熱電対式水位監視装置の一実施
例の簡略化された縦断面図である。

【図２】 図１のII−II線における拡大断面図である。

【図３】 図１の水位監視装置における水位検出器の拡
大断面図である。

【図４】 従来の水位監視装置を備えた加圧水型原子炉
の代表的な例を示す断面図である。

【図５】 図４の水位監視装置における水位検出器の拡
大断面図である。

【符号の説明】

１…熱電対式水位監視装置 ２…収納管 ３…気泡分離部 ５…ポジショナ（滴下防止板） ６…水位検出器案内管 ７…水位検出器 ７ｃ…熱電対を構成するクロメル線 ７ｄ…熱電対を構成するクロメル線 ７ｅ…熱電対を構成するアルメル線 ７ｆ…温接点 ７ｇ…冷接点 ７ｈ…発熱線

フロントページの続き (71)出願人 000230940 日本原子力発電株式会社 東京都千代田区大手町１丁目６番１号 (71)出願人 000006208 三菱重工業株式会社 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 (72)発明者 高岡 幸久 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 畑中 信三 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 勝山 佳明 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 前田 宗昭 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 加藤 善史 香川県高松市丸の内２番５号 四国電力株 式会社内 (72)発明者 本房 克紀 福岡県福岡市中央区渡辺通二丁目１番82号 九州電力株式会社内 (72)発明者 青木 孝行 東京都千代田区大手町一丁目６番１号 日 本原子力発電株式会社内 (72)発明者 上田 三男 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 藤本 哲郎 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 川崎 茂樹 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 中森 信夫 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 近藤 雄一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 吉田 成臣 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 梅田 賢治 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 堀川 好一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内外間に流体連通する収納管と、該収納
   管内に収納される複数の水位検出器案内管と、該水位検
   出器案内管の各々の内部に挿通される水位検出器とを備
   え、該水位検出器は、長手方向に離間した冷接点及び温
   接点を形成するよう接続された異種金属材料からなる熱
   電対と、該熱電対の前記温接点に隣接して設けられた発
   熱線とを含む熱電対式水位監視装置において、前記水位
   検出器案内管の各々は、各水位検出器の前記温接点より
   上方の部位で、同水位検出器案内管の周壁に液密に嵌合
   する滴下防止板により前記収納管に支持され、前記各発
   熱線は、各水位検出器案内管内の前記熱電対の温接点の
   近傍で同水位検出器案内管の軸線方向に少なくとも１回
   往復して延びており、前記収納管は、内外に流体連通す
   る気泡混入防止小径穴を備えた気泡分離部をその下端部
   に有する、ことを特徴とする熱電対式水位監視装置。