JPH08233978A

JPH08233978A - 水位計

Info

Publication number: JPH08233978A
Application number: JP7037936A
Authority: JP
Inventors: Michio Murase; 道雄村瀬; Hidefumi Araki; 秀文荒木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-02-27
Filing date: 1995-02-27
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】圧力や温度が急激に低下するような過渡時にお
いても高精度の測定が維持できる水位計を提供する。【構成】基準面器２０の気相部に透過膜３１と多孔質材
３２とから構成されるガス抜き器３０を有しており、基
準面器２０の気相部は仕切板４０で基準液面２５に接す
る第１の気相部２６Ａとガス抜き器３０に接する第２の
気相部２６Ｂとに分割されている。【効果】基準面器に蓄積される非凝縮性ガスを効果的に
排気できるので、液体への非凝縮性ガスの溶解を防止で
き、過渡時の溶存ガスの発生と基準液面の変動や低下を
防止できるため、高精度の測定が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉圧力容器内の圧
力や温度が変化する過渡時においても高精度で液位を検
出する水位計に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉プラントにおいては原子炉圧力容
器の液位を測定することが重要なことである。この液位
を測定する水位計の１方式として、圧力容器内の気相と
連通する基準圧力導管と圧力容器内の液相に連通する水
位圧力導管との圧力差を差圧計で検出して液位を測定す
る水位計がある。この方式の特徴は、構造が簡単で信頼
性が高く、定常時には測定精度が高いことであり、一般
に、圧力容器と基準圧力導管との間に連通管と基準面器
とを備えている。基準圧力導管は圧力容器内の圧力を補
正するものであり基準圧力導管には圧力容器内の圧力と
基準水頭の和が作用する。基準面器はこの基準水頭を一
定に保持するものであり、基準面器内の基準液面が変動
すると基準水頭が変動し測定誤差の発生要因となる。そ
こで、圧力容器内の蒸気が連通管を通って基準面器に流
入し、基準面器からの放熱によって蒸気が凝縮した凝縮
液を補給し、余分な凝縮液は連通管を通って容器内に戻
すことにより基準面器内の基準液面を一定に保持するよ
うになっている。

【０００３】しかし、圧力容器内の圧力や温度が急激に
低下すると、基準面器や基準圧力導管内の液体の減圧沸
騰や液体内の溶存ガス（非凝縮性ガス）によって気体が
発生し、基準液面の変動や低下を生じ測定誤差を生じ
る。急激な圧力の低下による減圧沸騰を防止する方法と
して、例えば、特開昭60−263894号公報に記載のように
基準圧力導管の上部に放熱器を備えたものや、特開昭61
−47589 号公報に記載のように基準面器に替えて放熱フ
ィン付きの水平配管を設けたものがある。しかし、これ
らの従来技術では、いずれも溶存ガスによって発生する
測定誤差については考慮されていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】圧力容器内には一般的
に液体に溶存したガスや空気などの非凝縮性ガスが存在
し、圧力容器内の気相には蒸気と共に非凝縮性ガスが存
在する。圧力容器内の蒸気とガスは連通管を通って基準
面器に流入し、蒸気は基準面器からの放熱によって凝縮
するがガスは凝縮しないため連通管や基準面器に蓄積さ
れる。連通管や基準面器にガスが蓄積されると、凝縮熱
抵抗が増加して蒸気の凝縮量が減少し基準面器への液体
の供給能力が低下すると共に、基準面器や基準圧力導管
内の液体へのガスの溶存量が増加する。急激な圧力低下
が生じた時に、基準面器や基準圧力導管内の液体から発
生するガス量が多くなり、基準面器内の基準液面の変動
や低下が大きくなる。したがって、水位を高精度で測定
できなくなる。

【０００５】本発明の目的は、急激な圧力低下が生じて
も高精度の測定を維持することができる水位計を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは基準面器の気相部に非凝縮性ガスを除去するガス除
去手段を設けたことにある。

【０００７】

【作用】基準面器の気相部にガス除去手段を設けたこと
により、連通管や基準面器に非凝縮性ガスが蓄積される
ことがなく、基準面器や基準圧力導管内の液体に多量の
非凝縮性ガスが溶存することがなくなる。その結果、急
激な圧力低下が生じても液体からの非凝縮性ガスの発生
はなく、基準面器や基準圧力導管内の液体が流出するこ
とはないため高精度の測定を行うことができる。

【０００８】

【実施例】本発明の一実施例を図１，図２に示す。

【０００９】図１，図２において、圧力容器１１内の気
相部と連通する基準圧力導管２２と圧力容器１１内の液
相部と連通する水位圧力導管２３との圧力差が差圧計２
４で検出される。圧力容器１１と基準圧力導管２２との
間には連通管２１と基準面器２０Ａとが設けられ、基準
面器２０Ａに基準圧力導管２２側の基準液面２５が形成
される。基準面器２０Ａの気相部にはガス抜き器３０が
設けられる。ガス抜き器３０は多孔質材３２と透過膜３
１と排気孔３３とで構成され、透過膜３１には例えばテ
フロン，パラジウム，ニッケルなどが使用される。基準
面器２０Ａの気相部２６は連通管２１との連結部及び基
準液面２５に接する第１の気相部２６Ａとガス抜き器３
０に接する第２の気相部２６Ｂとに仕切板４０により分
割される。仕切板４０には気体流路穴４１と凝縮水降下
穴４２とが設けられる。なお、差圧計２４は図示しない
原子炉格納容器の外に設けられる。

【００１０】この構成において、基準圧力導管２２と水
位圧力導管２３との圧力差を差圧計２４で検出する。水
位圧力導管２３の取り出し高さと基準面器２０Ａ内の基
準液面２５の高さとの差を補正することにより圧力容器
１１内の液面１２の高さを正確に測定することができ
る。通常時には、圧力容器１１内の液面１２から蒸発し
た蒸気が連通管２１を通って基準面器２０Ａに流入し、
基準面器２０Ａからの放熱で蒸気が凝縮して基準面器２
０Ａに液体を補給し、余分な液体は連通管２１を通って
圧力容器１１に戻る。このようにして、基準面器２０Ａ
内の基準液面２５が一定に保持される。この時、圧力容
器１１内に空気などの非凝縮性気体(ガス)が存在する
と、ガスは凝縮されないため基準面器２０Ａの気相部２
６に蓄積される。基準面器２０Ａの気相部２６にガスが
蓄積されると、基準面器２０Ａでの蒸気凝縮が阻害され
基準液面２５に十分な凝縮液が供給されなくなるととも
に、基準面器２０Ａや基準圧力導管２２内の液体に溶存
するガス量が増加する。このため、急激な圧力低下が生
じると液体から溶存ガスが発生して基準液面２５の変動
や低下が生じ、過渡時に測定誤差が大きくなる。

【００１１】本発明においては、基準面器２０Ａで凝縮
されない非凝縮性ガスはガス抜き器３０によって排気さ
れる。圧力容器１１内に存在する非凝縮性ガスや基準面
器２０Ａの気相部２６に蓄積される非凝縮性ガスは微量
であるため、排気流量を制限している。ガス抜き器３０
は多孔質材３２と透過膜３１とで構成され、圧力により
透過膜３１に作用する力は多孔質材３２で分散保持され
る。透過膜３１にテフロンを使用すると分子拡散によっ
て空気などのガスを排気させ、透過膜３１にパラジウム
やニッケルを使用すると水素などの軽い非凝縮性ガスを
選択的に排気させることができる。このように、非凝縮
性ガスのみが選択的に排気されるため、排気流量が制限
される。また、仕切板４０を設置しているので圧力容器
１１から第１の気相部２６Ａと仕切板４０の気体流路４
１を通って第２の気相部２６Ｂに流入した蒸気と非凝縮
性ガスのうち蒸気は放熱で凝縮し仕切板４０の凝縮水降
下穴４２を通って第１の気相部２６Ａに戻るため、非凝
縮性ガスは第２の気相部２６Ｂに蓄積される。これによ
り、第２の気相部２６Ｂに蓄積された非凝縮性ガスはガ
ス抜き器３０によってより効果的に排気される。

【００１２】このようにして非凝縮性ガスを放出するの
であるが、効果的に排気できることを具体的に説明す
る。

【００１３】原子炉圧力容器１１において、水の放射線
分解によって生じる水素および酸素などの非凝縮性ガス
のガス濃度は約１０ppm（蒸気の重量の約１／１０⁵）で
あり、基準面器２０に流入する蒸気流量は約１２kg／日
であるから、基準面器２０Ａに流入するガス量は約０.
１２ｇ／日となる。このガスを連続的に排気するには
分子や原子の拡散による透過膜を用いるのが好適であ
る。選択透過膜には多数の小孔をもつ多孔質膜と孔のな
い非多孔質膜とがあり、一般に多孔質膜は透過量が多
く、非多孔質膜は透過量が少ない。選択透過膜には高分
子材料が広く使用されているが、一般に高温に弱いた
め、高温用には金属の薄膜が使用される。透過量Ｗは透
過度Ｋ，透過膜の面積Ｓ，厚さδ，ガス圧力Ｐg を用い
て次式で表せる。

【００１４】

【数１】Ｗ＝Ｋ・Ｓ・√Ｐg／δ …（数１）透過度Ｋは、ガスの種類や透過膜の種類と温度に依存す
る。例えば、厚さδ＝４０μｍのニッケル材料で透過面
積Ｓ＝５０cm³の透過膜を構成すると、ガス圧力Ｐg ＝
１気圧で原子炉圧力容器１１で発生し基準面器２０Ａに
移行する水素ガスを排気することができる。

【００１５】次に、仕切板４１の機能を図７を参照して
具体的に説明する。

【００１６】基準面器２０Ａの気相部２６の圧力は図７
に示すように原子炉圧力容器１１の運転圧力（Ｐ）に等
しく、蒸気分圧（Ｐs)とガス分圧（Ｐg)との和であるか
ら、気相部２６のガス分圧はＰg＝Ｐ−Ｐsとなる。ガス
抜き器３０と仕切板４０がない場合には、圧力容器１１
から連通管２１を通って気相部２６に流入した蒸気と非
凝縮性ガスのうち蒸気は放熱で凝縮し、非凝縮性ガスは
気相部２６に蓄積される。このため、気相部２６のガス
分圧（Ｐg)が連続的に増加し、蒸気分圧（Ｐs)が低下す
る。このとき、蒸気は飽和蒸気であるから蒸気分圧（Ｐ
s)の低下に伴って飽和温度も低下する。

【００１７】一方、ガス抜き器３０がなく仕切板４０が
ある場合には圧力容器１１から第１の気相部（下部気相
部）２６Ａと仕切板４０の気体流路（通過穴）４１を通
って第２の気相部（上部気相部）２６Ｂに流入した蒸気
と非凝縮性ガスのうち蒸気は放熱で凝縮し仕切板４０の
凝縮水降下穴４２を通って第１の気相部２６Ａに戻るた
め、非凝縮性ガスは第２の気相部２６Ｂに蓄縮される。
例えば、第１の気相部２６Ａの容積と第２の気相部２６
Ｂの容積を等しくすると、第２の気相部２６Ｂの容積は
気相部２６の容積の５０％であるから、第２の気相部２
６Ｂのガス分圧（Ｐg,_B）は倍の速さで増加し、蒸気分
圧（Ｐs,_B）の低下が早くなる。第２の気相部２６Ｂの
ガス分圧(Ｐg,_B）が平衡に達すると、第１の気相部２６
Ａのガス分圧（Ｐg,_A）が増加し、蒸気分圧（Ｐs,_A）が
低下する。

【００１８】図１に示す実施例においては透過膜３１と
多孔質材３２とから構成されるガス抜き器３０によって
連続的に非凝縮性ガスが排気されるが、第２の気相部２
６Ｂのガス分圧は仕切板４０がない場合より２倍程高く
なるため、ガス抜き器３０によって効果的に排気され
る。

【００１９】以上説明したように、基準面器で凝縮され
ない非凝縮性ガスはガス抜き器によって選択的に排気さ
れるため、排気することが望ましくない蒸気を排気する
ことがなく、排気するガスの流れによって圧力容器と基
準面器との間に圧力差が生じて測定精度が低下すること
もない。また、ガスが基準面器の気相部に蓄積されるこ
とがくなるので基準面器や基準圧力導管内の液体に多量
の非凝縮性ガスが溶存することもなくなる。このため、
基準面器での蒸気凝縮が阻害されることがなく常に十分
な凝縮液が供給されるとともに、急激な圧力低下が生じ
ても液体からのガス発生と液体の流出はないため基準液
面の変動や低下はなく、過渡時においても高精度の測定
が維持される。また、ガス抜き器は透過膜に作用する力
が多孔質材で分散保持されるため圧力容器内の圧力が高
い場合においても透過膜の強度を大きくする必要がなく
なる。さらに、仕切板を設置したことにより、非凝縮性
ガスは基準面器の上部気相部に蓄積されるため、ガスは
ガス抜き器によってより効果的に排気される。

【００２０】本発明における基準面器の他の例を図３に
示す。

【００２１】図３に示す基準面器２０Ｂにおけるガス抜
き器１３０は、バネ力を有するバイメタル１３５で駆動
される弁１３４と排気孔１３３と多孔質１３２とで構成
される。通常時にはバイメタル１３５のバネ力で弁１３
４が閉されているが、基準面器２０Ｂの気相部２６Ｂに
非凝縮性ガスが蓄積されると温度が低下するため、バイ
メタル１３５により弁１３４が開放され、排気孔１３３
から非凝縮性ガスが排気される。金属粒子を焼結して多
孔質材１３２を形成すれば、微小な粒子を使用するほど
流動抵抗を大きくするとともに、微細な孔の数が多くな
る。多孔質材１３２での大きな流動抵抗によって排気流
量が制限され、排気することが望ましくない蒸気を多量
に排気することがなく、排気する気体の流れによって圧
力容器１１と基準面器２０Ｂとの間に圧力差が生じて測
定精度が低下することがなくなる。図３に示す基準面器
２０Ｂによっても図２に示す基準面器２０Ａと同様の効
果を奏し得る。

【００２２】図４に基準面器２０Ｃの他の例を示す。

【００２３】図４において図２に示す基準面器２０Ａと
異なるところはガス抜き器２３０の構成である。図４に
おけるガス抜き器２３０は基準面器２０Ｃの気相部２６
Ｂに設けた温度計２３６と温度比較調整器２３７とに連
動した自動弁２３４と多孔質材２３２と排気孔２３３と
により構成される。通常時には自動弁２３４が閉されて
いるが、基準面器２０Ｃの気相部２６Ｂにガスが蓄積さ
れると温度が低下するため、この温度を温度計２３６で
検出し、この温度が容器１１内の温度より一定値以上低
くなると温度比較調整器２３７からの信号で自動弁２３
４が開放され、排気孔２３３からガスが排気される。こ
のとき、多孔質材２３２での大きな流動抵抗によって排
気流量が制限され、排気することが望ましくない蒸気を
多量に排気することがなく、排気する気体の流れによっ
て圧力容器１１と基準面器２０Ｃとの間に圧力差が生じ
て測定精度が低下することがなくなる。このように、図
４に示す基準面器２０Ｃによっても図２に示す基準面器
２０Ａと同様な効果を奏し得る。

【００２４】図５に基準面器２０Ｄの他の例を示す。図
５に示す基準面器２０Ｄはガス抜きをガス吸収体５０で
行うようにしたものである。

【００２５】図５において、ガス吸収体５０は、支持板
５１に支持されて基準面器２０Ｄの気相部２６Ｂに設け
られている。支持板５１は多孔板で形成され、ガス吸収
体５０はジルコニウムや水素吸着合金の粒子充填層で形
成される。基準面器２０Ｄで凝縮されない非凝縮性ガス
は支持板５１で支持されたガス吸収体５０によって吸収
される。ガス吸収体５０にジルコニウムを使用すると酸
素を吸収し、ガス吸収体５０に水素吸着合金を使用する
と水素を吸収する。このように、基準面器２０Ｄで凝縮
されない非凝縮性ガスはガス吸収体５０によって吸収さ
れるため気相部２６に蓄積されることはなく、基準面器
２０Ｄや基準圧力導管２２内の液体に多量のガスが溶存
することもない。このため、基準面器２０Ｄでの蒸気凝
縮が阻害されることがなく常に十分な凝縮液が供給され
るとともに、急激な圧力低下が生じても液体からのガス
発生と液体の流出はないため基準液面２５の変動や低下
はなく、過渡時においても高精度の測定が維持される。
このように、図５に示す基準面器２０Ｄによっても図２
に示す基準面器２０Ａと同様な効果を奏し得る。なお、
非凝縮性ガスの吸収によってガス吸収体５０の能力が低
下するため、定期的に交換する必要がある。

【００２６】図６に本発明の他の実施例を示す。

【００２７】図６において、図１の実施例と異なるとこ
ろは基準圧力導管が鉛直管１２２ａと傾斜管１２２ｂと
で構成され、傾斜管１２２ｂの最上部にガス溜槽７０を
設けると共にガス抜き器３０に配管６１を介してガス処
理装置６０を連結したことである。

【００２８】この本実施例においてはガス抜き器３０か
ら配管６１を通って排気される非凝縮性ガスはガス処理
装置６０で処理される。排気される非凝縮性ガスが水素
の場合にはガス処理装置６０は例えば水素吸着合金を使
用でき、排気される非凝縮性ガスが水素と酸素の場合に
はガス処理装置６０は例えば再結合器を使用できる。一
方、基準面器２０Ａや基準圧力導管(鉛直管１２２ａと
傾斜管１２２ｂ)内の液体に微量の非凝縮性ガスが溶存
し急激な圧力低下で溶存ガスが発生したとしても、鉛直
管１２２ａ内で発生した非凝縮性ガスは溜ることなく浮
力によって上昇して鉛直管１２２ａ及び基準面器２０Ａ
の基準液面２５から抜け、傾斜管１２２ｂ内で発生した
ガスは傾斜管１２２ｂの最上部のガス溜槽７０に溜る。
このため、急激な圧力低下が生じて溶存ガスが発生して
も、ガスが鉛直管１２２ａや傾斜管１２２ｂ内に溜るこ
とがない。さらに、基準面器２０Ａの液相部の容積を基
準圧力導管（鉛直管１２２ａと傾斜管１２２ｂ）の容積
以上にすると、万一、基準圧力導管１２２の液体が流出
しても基準面器２０Ａの液体が補給され、基準液面２５
は基準面器２０Ａの下端以下になることはない。なお、
１３は格納容器である。

【００２９】このように、本実施例においても基準面器
２０Ａで凝縮されない非凝縮性ガスはガス抜き器３０に
よって排気されるため、ガスが気相部に蓄積されること
はなく、基準面器２０Ａや基準圧力導管内の液体に多量
のガスが溶存することもない。このため、基準面器２０
Ａでの蒸気凝縮が阻害されることがなく常に十分な凝縮
液が供給されるとともに、急激な圧力低下が生じても液
体からのガス発生と液体の流出はないため基準液面２５
の変動や低下はなく、過渡時においても高精度の測定が
維持される。

【００３０】なお、図６に示した実施例では、図２に示
した基準面器２０Ａとガス抜き器３０を使用している
が、図３に示した基準面器２０Ｂとガス抜き器１３０を
用いてもよく、図４に示した基準面器２０Ｃとガス抜き
器２３０を用いてもよく、さらには図５に示した基準面
器２０Ｄとガス吸収体５０を用いてもよいのは勿論のこ
とである。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、基準面器の気相部にガ
ス除去手段を設けたことたことにより、連通管や基準面
器に非凝縮性ガスが蓄積されることがなく、基準面器や
基準圧力導管内の液体に多量の非凝縮性ガスが溶存する
ことがないため、急激な圧力低下が生じた場合において
も基準面器や基準圧力導管内の液体が多量に流出するこ
とはなく、高精度の測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】本発明による基準面器の一例を示す詳細構成図
である。

【図３】本発明による基準面器の他の一例を示す詳細構
成図である。

【図４】本発明による基準面器の他の一例を示す詳細構
成図である。

【図５】本発明の第４の実施例による水位計の基準面器
の他の一例を示す詳細構成図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す構成図である。

【図７】本発明を説明するための特性図である。

【符号の説明】

１１…圧力容器、２０…基準面器、２１…連通管、２２
…基準圧力導管、２３…水位圧力導管、２４…差圧計、
２５…基準液面、３０…ガス抜き器、３１…透過膜、３
２…多孔質材、４０…仕切板、５０…ガス吸収体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉圧力容器と，ほぼ水平に配置される
連通管により前記原子炉圧力容器の気相部に接続され流
入する蒸気を凝縮する基準面器と，前記基準面器に基準
圧力導管を介して接続されると共に前記原子炉圧力容器
の液相部に水位圧力導管を介して接続される差圧計と，
前記基準面器の気相部に設けられ気相部に存在する非凝
縮性ガスを除去するガス除去手段とを具備した水位計。
【請求項２】原子炉圧力容器と，前記原子炉圧力容器の
気相部と連通管を介して接続され流入する蒸気を凝縮す
ると共に基準液面以上の凝縮水を前記連通管を介して前
記原子炉圧力容器に戻す基準面器と，前記基準面器に基
準圧力導管を介して接続されると共に前記原子炉圧力容
器の液相部に水位圧力導管を介して接続される差圧計
と，前記基準面器の気相部を上下方向に仕切るものであ
って、非凝縮性ガスの通過穴と凝縮水降下穴を設けられ
た仕切板と，前記仕切板で仕切られた前記基準面器の上
部気相部に設けられ気相部に存在する非凝縮性ガスを除
去するガス除去手段とを具備した水位計。
【請求項３】原子炉圧力容器と，前記原子炉圧力容器の
気相部と連通管を介して接続され流入する蒸気を凝縮す
ると共に基準液面以上の凝縮水を前記原子炉圧力容器に
戻す基準面器と，前記基準面器に基準圧力導管を介して
接続されると共に前記原子炉圧力容器の液相部に水位圧
力導管を介して接続される差圧計と，前記基準面器の気
相部を上下方向に仕切るものであって、非凝縮性ガスの
通過穴と凝縮水降下穴を設けられた仕切板と，前記仕切
板で仕切られた前記基準面器の上部気相部に設けられ気
相部に存在する非凝縮性ガスを前記基準面器の外に排出
するガス放出手段とを具備した水位計。
【請求項４】請求項３において、前記ガス放出手段は非
凝縮性ガスを透過膜と多孔質材とを介して前記基準面器
の外に排出するものであることを特徴とする水位計。
【請求項５】原子炉圧力容器と，前記原子炉圧力容器の
気相部と連通管を介して接続され流入する蒸気を凝縮す
ると共に基準液面以上の凝縮水を前記原子炉圧力容器に
戻す基準面器と，前記基準面器に基準圧力導管を介して
接続されると共に前記原子炉圧力容器の液相部に水位圧
力導管を介して接続される差圧計と，前記基準面器の気
相部を上下方向に仕切るものであって、非凝縮性ガスの
通過穴と凝縮水降下穴を設けられた仕切板と，前記仕切
板で仕切られた前記基準面器の上部気相部に設けられ気
相部に存在する非凝縮性ガスを吸収するガス吸収手段と
を具備した水位計。
【請求項６】原子炉圧力容器と，前記原子炉圧力容器の
気相部と連通管を介して接続され流入する蒸気を凝縮す
ると共に基準液面以上の凝縮水を前記連通管を介して前
記原子炉圧力容器に戻す基準面器と，前記基準面器に基
準圧力導管を介して接続されると共に前記原子炉圧力容
器の液相部に水位圧力導管を介して接続される差圧計
と，前記基準圧力導管に連通して設けられ非凝縮性ガス
を溜めるガス溜槽と，前記基準面器の気相部を上下方向
に仕切るものであって、非凝縮性ガスの通過穴と凝縮水
降下穴を設けられた仕切板と，前記仕切板で仕切られた
前記基準面器の上部気相部に設けられ気相部に存在する
非凝縮性ガスを除去するガス除去手段とを具備した水位
計。