JPH11231090A

JPH11231090A - 原子炉の冷却材流量測定装置

Info

Publication number: JPH11231090A
Application number: JP10258094A
Authority: JP
Inventors: Hideo Komita; 秀雄小見田; Shinji Kubo; 伸二久保; Shinichi Morooka; 慎一師岡; Takeetsu Shirakawa; 健悦白川; Sunao Narabayashi; 直奈良林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 1999-08-27
Anticipated expiration: 2018-09-11
Also published as: JP3813358B2

Abstract

(57)【要約】【課題】容器差による補正の必要がなく、測定精度を向
上させ、また、循環ポンプ個々の特性や機器および計器
特性の変化に影響されない冷却材流量測定装置を提供す
る。【解決手段】原子炉圧力容器１の外側と内側にモータ部
Ｍとポンプ部Ｐが位置して、これらのモータ部Ｍとポン
プ部ＰをシャフトＳにより連結して循環ポンプ４が原子
炉圧力容器１に取付けられている。循環ポンプ４の吸込
み側のポンプデッキ13上にベルマウス17または流量測定
管路を設け、このベルマウス17に第１の圧力測定管18を
設け、シュラウド２に第２の圧力測定管19を貫通して接
続する。第１の圧力測定管18と第２の圧力測定管19を差
圧測定装置に接続する。また、他の手段として、原子炉
圧力容器１の外側に超音波流速計を設け、この超音波流
速計の出力信号を入力する流量演算装置を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子力プラントに
おける原子炉圧力容器内の冷却材流量を測定するための
原子炉の冷却材流量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の原子炉の冷却材流量測定装置を説
明するにあたり、先ず図22により改良型沸騰水型原子炉
の構造の概要を説明する。原子炉圧力容器１内にはシュ
ラウド２により包囲された炉心部３が設置されている。
炉心部３は燃料集合体全体を炉心支持板（図示せず）に
より保持し、炉心部３の上方に上部格子板（図示せず）
が設けられている。原子炉圧力容器１の下部には、原子
炉内冷却材再循環系ポンプとして10〜12台のインターナ
ルポンプ（以下、循環ポンプと記す）４が組込まれてい
る。これらの循環ポンプ４により原子炉圧力容器内の冷
却材は炉心部３に供給され、強制循環される。

【０００３】炉心部３で加熱された冷却材は蒸気とな
り、シュラウド２の上方に立設された多数本の気水分離
器６で気液分離され、さらに蒸気乾燥器７を通過して乾
燥し、乾燥蒸気となる。乾燥蒸気は主蒸気管９から流出
してタービン（図示せず）へ送られ、タービンは回転し
発電機を駆動する。

【０００４】タービンで仕事をした蒸気は復水器で凝縮
されて復水となり、復水は復水浄化系を通って浄化さ
れ、給水系を通して給水管８から原子炉圧力容器１内に
流入する。原子炉圧力容器１内に流入した給水つまり、
冷却材は、ダウンカマ５を下降し、循環ポンプ４により
再び昇圧され炉心部３に供給される。

【０００５】図23は図22におけるＡ部を拡大して示す縦
断面図である。循環ポンプ４は大略して原子炉圧力容器
１とシュラウド２との間に配置されるポンプ部Ｐと、原
子炉圧力容器１の外側に配置されるモータ部Ｍと、ポン
プ部Ｐとモータ部Ｍを連結するシャフト部Ｓとから構成
されている。ポンプ部Ｐはインペラ10とディフューザ11
とで構成されており、ディフューザ11は原子炉圧力容器
１の底部から立設したノズル部12に固定されている。

【０００６】シャフト部Ｓはモータ部Ｍのシャフトとポ
ンプ部Ｐのシャフトとを連結してなるもので、モータ部
Ｍの回転によりシャフト部Ｓを通してインペラ10は回転
する。冷却材はインペラ10の上方から流入し、ディフュ
ーザ11を通って昇圧される。昇圧された冷却材がリーク
しないようにポンプデッキ13とディフューザ11との隙間
はピストンリング（図示せず）でシールされている。

【０００７】循環ポンプ４を組込んだ冷却材の流量測定
は下記のようにして行われている。図23において、シュ
ラウド２に圧力取り出し位置を貫通してポンプ部Ｐの吸
込側ノズル14と吐出側ノズル15を取付け、これらのノズ
ル14，15を圧力計16に接続し、圧力計16で圧力差ΔＰを
測定している。

【０００８】圧力差ΔＰは循環ポンプ４の回転数と流量
とによって決まるため、あらかじめ工場などにより他の
容器で回転数−流量−圧力差の関係を測定し試験してお
く。実際の原子炉では、回転数と圧力差ΔＰを測定して
工場で測定した前述の回転数−流量−圧力差の関係から
冷却材の流量を求めている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】原子炉の冷却材流量を
高精度で測定することは、原子炉運転の余裕をより正確
に把握するうえで重要なことである。従来の原子炉の冷
却材流量測定方法は、工場などの試験で得られた循環ポ
ンプ４の回転数−流量−圧力差の関係を実際の原子炉の
適用する場合、容器の形状の違いがあることから補正を
行っている。

【００１０】この補正には誤差が含まれており、また回
転数−流量−圧力差の関係が長期的なプラントの運転経
過によって微妙に変化する可能性がある。さらに、流量
を求めるのに回転数と圧力差の２つの物理量を測定して
おり、これらが流量測定誤差を大きくしている原因とな
っている。

【００１１】10〜12台設置されている循環ポンプ４のう
ち数台が停止した場合には炉心部３へ供給される冷却材
の流量を測定する必要がある。この場合、停止した循環
ポンプ４には逆流が起こり、運転されている循環ポンプ
４の流量の一部は炉心部３へは供給されない状態とな
る。

【００１２】したがって、炉心部３へ供給される流量を
正確に測定するためには、逆流流量を測定する必要があ
る。従来の測定方法では圧力差ΔＰからポンプ部Ｐの圧
力損失係数を考慮して逆流流量を算出しているが、圧力
損失係数には多くの誤差が含まれるため、炉心部へ供給
される流量の測定に誤差が含まれるとともに、これらの
測定は複雑なロジックが必要となっている課題がある。

【００１３】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、工場などで行う試験の容器差の補正を行う必
要がなく、冷却材流量の測定精度を向上させ、流量測定
ロジックを簡略化できる原子炉の冷却材流量測定装置を
提供することにある。また、長期的なプラントの運転経
過による特性の変化に影響されることがない原子炉の冷
却材流量測定装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、原子
炉圧力容器外に位置するモータ部と、このモータ部に接
続したポンプシャフトと、前記原子炉圧力容器内とシュ
ラウドとの間に延在する前記ポンプシャフトの先端部に
インペラを有し、このインペラの外周側に設けたディフ
ューザを有するポンプ部とから循環ポンプが構成され、
この循環ポンプを再循環系ポンプとして組込んでなる原
子炉の冷却材流量測定装置において、前記原子炉圧力容
器と前記シュラウドとの間に前記循環ポンプを支持する
ポンプデッキを設け、このポンプデッキ上にベルマウス
を設け、このベルマウスに前記シュラウドを貫通して第
１の圧力測定管を接続し、前記ベルマウスより上方に位
置する前記シュラウドを貫通して前記シュラウドに第２
の圧力測定管を接続し、前記第１の圧力測定管および第
２の圧力測定管を前記原子炉圧力容器の外側に設置した
差圧測定装置に接続してなることを特徴とする。

【００１５】請求項２の発明は、前記第２の圧力測定管
を前記第１の圧力測定管より下方の位置でかつ前記ポン
プデッキ近傍の前記シュラウドに貫通して前記シュラウ
ドに設けたことを特徴とする。

【００１６】請求項３の発明は、前記ベルマウスの代り
にベンチュリー管を設け、このベンチュリー管の上下側
面に前記第１の圧力測定管および第２の圧力測定管を前
記シュラウドを貫通して設けてなることを特徴とする。
請求項４の発明は、前記第１の圧力測定管を前記ポンプ
デッキ近傍のシュラウドに貫通して前記シュラウドに設
けたことを特徴とする。

【００１７】請求項５の発明は、前記ベルマウスの代り
に円筒状オリフィスを設け、このオリフィス内面にオリ
フィス板を設け、このオリフィス板を挟んで上下に前記
オリフィスおよび前記シュラウドをそれぞれ貫通して前
記第１の圧力測定管および第２の圧力測定管を設けたこ
とを特徴とする。

【００１８】請求項６の発明は、前記ベルマウス，ベン
チュリー管または前記オリフィス板を内蔵したオリフィ
スの上方に位置し、前記原子炉圧力容器と前記シュラウ
ドとの間にガイドを設けたことを特徴とする。

【００１９】請求項１から６の発明においては、循環ポ
ンプの吸込側のポンプデッキ上にベルマウス，ベンチュ
リー管またはオリフィス板を内蔵したオリフィスを設け
ることにより、これらのベルマウス，ベンチュリー管ま
たはオリフィス板を内蔵したオリフィスで発生する圧力
差から流量を次式から直接求める。

【００２０】

【数１】

【００２１】一方、複数の循環ポンプが停止した場合に
は、ベルマウス，ベンチュリー管またはオリフィスで発
生する圧力差からそれぞれの停止している循環ポンプの
逆流流量を求める。

【００２２】また、ポンプデッキ上のベルマウス，ベン
チュリー管またはオリフィス板を内蔵したオリフィスの
最小内径をディフューザ外径より大きくすることで、デ
ィフューザを従来と同様に着脱することができる。

【００２３】請求項７の発明は、原子炉の冷却材流量測
定装置において、原子炉圧力容器とシュラウドとの間の
ダウンカマ部の前記圧力容器外側に超音波流速計を設置
し、この超音波流速計より測定された超音波流速計設置
位置のダウンカマ部での流速分布からダウンカマ部全周
の流量を算出する演算装置を設けてなることを特徴とす
る。

【００２４】前記原子炉圧力容器の外周に複数個の超音
波流速計を設置する。複数個の超音波流速計から測定さ
れたダウンカマ部での流速分布より、ダウンカマ部全周
の流量を演算装置により算出する。請求項８の発明は、
請求項７の発明において、前記原子炉圧力容器内面に超
音波流速計の上流側に気体発生装置を設けてなることを
特徴とする。

【００２５】請求項９の発明は、原子炉圧力容器外に位
置するモータ部と、このモータ部に接続するポンプシャ
フトと、前記原子炉圧力容器内とシュラウドとの間に延
存する前記ポンプシャフトの先端部にインペラを有し、
このインペラの外周側に設けたディフューザを有するポ
ンプ部とから循環ポンプが構成され、この循環ポンプを
再循環系ポンプとして組込んでなる原子炉の冷却材流量
測定装置において、前記原子炉圧力容器と前記シュラウ
ドとの間に前記循環ポンプを支持するポンプデッキを設
け、このポンプデッキ上に筒形状流量測定管路を設け、
この流量測定管路の前記ディフューザ近傍の上方位置に
前記シュラウドを貫通して第１の圧力測定管を接続し、
前記流量測定管路に前記第１の圧力測定管が接続される
位置の上方または下方の位置で前記シュラウドを貫通す
る第２の圧力測定管を前記シュラウドに接続し、前記第
１の圧力測定管および第２の圧力測定管を前記原子炉圧
力容器の外側に設置した差圧測定装置に接続し、前記流
量測定管路の内壁面に粗面を形成してなることを特徴と
する。

【００２６】請求項10の発明は、前記流量測定管路の上
端部を上方に拡開したベルマウス形状またはベンチュリ
ー形状に形成してなることを特徴とし、請求項11の発明
は、前記流量計測管路に整流板を設けてなることを特徴
とし、請求項12の発明は、前記整流板の表面に粗面を形
成してなることを特徴とし、請求項13の発明は、前記整
流板に差圧を取り出すピトー管と同様の機能を持つ導圧
孔を設けてなることを特徴とする。

【００２７】請求項14の発明は、前記原子炉圧力容器の
内側、前記シュラウド外側および前記流量測定管路の外
側に前記流量測定管路を固定するための凹凸嵌合部を設
け、この凹凸嵌合部の前記原子炉圧力容器外側に超音波
流速計を設置し、この超音波流速計の出力側に接続し前
記流量測定管路内の流速から前記流量測定管路内の流量
を算出する演算装置を設置してなることを特徴とする。

【００２８】なお、前記整流板の形状を格子型の代り
に十字型や円を３分割または８分割する分割板を配置す
ることもでき、流量測定管路の内壁表面および整流板
の表面を粗くする代りに網目状，リング状の凹凸溝およ
びうね状や鋸刃状の凹凸溝とすることもでき、シュラ
ウドレグ内外に開口部を有する計測配管と差圧計測手段
を組合せることもでき、計測装置を複数個設置して平
均化することにより、循環ポンプが例えば１台停止（ト
リップ）した場合、原子炉圧力容器内の偏流の影響を受
け難くすることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１により本発明の請求項１に対
応する原子炉の冷却材流量測定装置の第１の実施の形態
を説明する。図１は図22中のＡ部と図23に対応してお
り、これらの同一部分に同一符号を付しており、原子炉
の構造は図22に示したものと同様であるので、原子炉の
構造の説明は省略する。また、循環ポンプ４の構造も図
23に示したものと同様であるので、同一部分の説明は省
略する。

【００３０】すなわち、本実施の形態は図１に示したよ
うにポンプデッキ13上にディフューザ11のほぼ中央部か
ら上部全体を包囲するようにしてベルマウス17を固定す
るとともに、このベルマウス17の上部側面には第１の圧
力測定管18を取り付けている。第１の圧力測定管18はシ
ュラウド２を貫通し原子炉圧力容器１の底部に導かれ、
ノズル部12を介して原子炉圧力容器１の外部に導かれて
いる。

【００３１】一方、ベルマウス17より上方に位置するシ
ュラウド２には第２の圧力測定管19が貫通して設けら
れ、第２の圧力測定管19は第１の圧力測定管18と同様に
原子炉圧力容器１の外部に導かれている。第２の圧力測
定管19の上下方向位置は、ベルマウス17より上流側近傍
に設けることが望ましい。

【００３２】第１および第２の圧力測定管18，19は原子
炉圧力容器１の外部に設置した差圧測定装置（図示せ
ず）に接続される。第２の圧力測定管19は循環ポンプ４
台に対し１本、または複数台に対し１本とすることが望
ましい。

【００３３】つぎに、上記構成に係る原子炉の冷却材流
量測定装置によって冷却材の流量を測定する方法を図22
および図１により説明する。図22に示したようにダウン
カマ５を下降してきた冷却材は、図１に示すベルマウス
17を通過してインペラ10およびディフューザ11を通過
し、昇圧されて炉心部３へ流入する。冷却材がベルマウ
ス17を通過する時には、流れが絞られ流速が大きくなる
ことと入口部における圧力損失により、ベルヌイの定理
に従い圧力が低下する。

【００３４】この時の圧力を第１の圧力測定管18で測定
する。また、冷却材がベルマウス17へ入る前の圧力を第
２の圧力測定管19で測定する。ここでは、流速が小さい
ために第１の圧力測定管18よりは大きな圧力となってい
る。両者の差圧を原子炉圧力容器１の外部に設けた差圧
測定装置で計測する。

【００３５】この圧力差は流量の２乗に比例するため、
圧力差を測定することで冷却材の流量を直接算出でき
る。一方、循環ポンプ４が停止し逆流した時の逆流流量
も同様に圧力差を測定して算出する。なお、逆流が発生
している情報は、循環ポンプ４の回転数がゼロ、電圧ゼ
ロ、電流ゼロなどの信号を利用する。

【００３６】つぎに図２により請求項２の発明に係る第
２の実施の形態を説明する。本実施の形態は図２に示し
たように、第２の圧力測定管19を第１の圧力測定管18よ
り下方の位置で、かつポンプデッキ13上近傍のシュラウ
ド２に貫通してシュラウド２に設けたことにある。その
他の部分は図１に示した第１の実施の形態と同様であ
る。この第２の実施の形態の作用効果は第１の実施の形
態と同様であるのでその説明は省略する。

【００３７】つぎに、図３により請求項３の発明に係る
第３の実施の形態を説明する。本実施の形態は第１の実
施の形態におけるベルマウス17の代りに図３に示したよ
うにベンチュリー管20を使用して、このベンチュリー管
20をポンプデッキ13に固定するとともに、ベンチュリー
管20の上下側面に第１の圧力測定管18および第２の圧力
測定管19を前記シュラウド２を貫通して設けたことにあ
る。その他の部分は図１に示した第１の実施の形態と同
様である。

【００３８】本実施の形態によれば、ベンチュリー管20
内の流速が最も速くなるスロート部に第２の圧力測定管
19を取付け、流れが遅くなるディフューザ部に第１の圧
力測定管18を取付け、それぞれの圧力を第１および第２
の圧力測定管18と19で原子炉圧力容器外に導き出し、圧
力差を差圧測定装置で測定する。その他の作用効果は第
１の実施の形態と同様なので、その説明は省略する。

【００３９】図４は本発明の請求項４に対応する第４の
実施の形態を示したもので、第３の実施の形態において
第１の圧力測定管18をポンプデッキ13上近傍のシュラウ
ド２に貫通して設けたことにある。本実施の形態の作用
効果は第３の実施の形態と同様なので、その説明は省略
する。

【００４０】つぎに、図５により請求項５および６の発
明に係る第５の実施の形態を説明する。請求項５におけ
る実施の形態は、図５に示したようにポンプデッキ13上
に円筒状オリフィス21を設置し、この円筒状オリフィス
21内にオリフィス板22を取付け、このオリフィス板22を
挟んで上下に第１の圧力管18と第２の圧力管19を貫通接
続し、原子炉圧力容器１の外側に設置した差圧測定装置
に接続したことにある。また、上記構成に併せて原子炉
圧力容器１とシュラウド２との間にガイド23を設けたこ
とにある。

【００４１】上記実施の形態において、オリフィス板22
の上下から第１および第２の圧力測定管18と19で圧力差
を測定する。原子炉の定期検査時にはインペラ10を取り
外す必要があるが、オリフィス21の上方に設けたガイド
23は、インペラ10を上方へ引き抜く時、または、再挿入
の際、インペラ10がオリフィス21に衝突しオリフィス21
に損傷を与えるのを防止する役目を果たす。なお、この
ガイド23は、第２から第４の実施の形態にも適用でき
る。

【００４２】上記各実施の形態においては、循環ポンプ
４の流量と揚程の関係を用いることなく、ポンプ部Ｐの
吸い込み側にベルマウス17，ベンチュリー管20またはオ
リフィス板22を内蔵したオリフィス21または後述する流
量計測管路29と第１および第２の圧力測定管18，19を設
けることにより高精度で炉心流量を測定することができ
る。また、数台ポンプ停止時に発生する逆流流量も測定
できる。

【００４３】つぎに図６により請求項７の発明に係る第
６の実施の形態を説明する。図６は本実施の形態の要部
のみを示しており、図22に示した原子炉圧力容器１，シ
ュラウド２およびダウンカマ５部の一部分を示してい
る。すなわち、本実施の形態では、原子炉圧力容器１と
シュラウド２との間のダウンカマ５部に位置する原子炉
圧力容器１の外側に超音波流速計24を設置し、この超音
波流速計24を流量演算装置27に信号線により電気的に接
続したことにある。

【００４４】この超音波流速計24は、超音波を発生する
発波部25と、ダウンカマ５部の流体またはシュラウド２
で反射された発波部25から発生した超音波を受信する受
波部26とから構成されている。

【００４５】本実施の形態によれば、超音波流速計24が
設置されている位置における流速分布が測定できる（超
音波流速計の測定原理については、例えば、日本機械学
会流体計測法に詳細に述べられているので、ここでは説
明は省略する。）。

【００４６】この流速分布からダウンカマ５部全体の流
量を求める場合の方法を以下に説明する。まず、超音波
流速計24が設置されている位置における流速分布ｕ
（ｘ）から以下の式で平均流速Ｕを求める。

【００４７】

【数２】

【００４８】式(1）で求めた平均流速Ｕが、ダウンカマ
５の他の部分でもほぼ同じと仮定して、式(2) から流量
Ｑを計算する。Ｑ＝Ｕ×Ａ…(2) ここで、Ａ：ダウンカマ部の流路面積このような方法で流量を流量演算装置27により求めるこ
とができる。

【００４９】図７は、上記実施の形態における他の例を
示したもので、この例では、原子炉圧力容器１とシュラ
ウド２との間のダウンカマ５部に位置する原子炉圧力容
器１の外側に４個の超音波流速計24を等配して設けたこ
とにある。

【００５０】第１の実施の形態では、超音波流速計24を
１個設置し、測定した流速分布がダウンカマ５の他の部
分でも同じと仮定して式(2) で求めている。実際は若干
流速分布は異なっており、この例によれば超音波流速計
24を複数個（図では４個）をほぼ等間隔に設置すること
によってさらに精度の良い流量測定を行うことができ
る。

【００５１】つぎに、流量演算装置27について図７に示
した冷却材流量測定装置で得られた流速分布から流量を
求める方法を説明する。すなわち、図７において複数個
のダウンカマ５部の流速分布が測定される。その測定値
および式(1) から、超音波流速計24の設置位置での平均
流速Ｕが求められる。各設置位置での平均流速に基づい
て、平均流速の分布Ｕ（ａ）を求めることができる。こ
こで、ａは複数個の超音波流速計の設置位置をある基準
線となす角度で示したものであり、図７のように４個の
超音波流速計24を設置した場合、ａは０°（ 360°），
90°， 180°， 270°の値のいずれかである。この分布
から下の式を用いて流量Ｑを算出することができる。

【００５２】

【数３】

【００５３】つぎに図８により請求項８の発明に係る第
７の実施の形態を説明する。本実施の形態は図６に示し
た第６の実施の形態において、図８に示したように原子
炉圧力容器１の内面に気体発生装置28を設けたことにあ
り、この気体発生装置28の取付位置は超音波流速計24の
上流側となっている。その他の部分は図６に示した第６
の実施の形態と同様である。

【００５４】超音波流速計24は、流体中の粒子（例えば
ごみ等）に反射した超音波を受けることにより流速を求
めている。ＢＷＲ等の原子炉の炉水は厳正に管理されて
おり、通常の水に比較してこのごみが少なく、流速測定
に長時間が必要となってしまう。

【００５５】そこで、本実施の形態によれば、超音波流
速計24の上流側に気体発生装置28（例えば、電気分解に
よる水素発生装置）を設置し、細かい気体の粒子を流体
中に発生させることにより測定時間を短縮することがで
きる。

【００５６】つぎに図９により請求項９の発明に係る第
８の実施の形態を説明する。図９は図22中のＡ部および
図23に対応しているため、図９中、図22，23と同一部分
には同符号を付し、また原子炉の構造は図22に示したも
のと同様であり、さらに循環ポンプ４の構造も図23に示
したものと同様であるので、重複する部分の説明は省略
する。

【００５７】本実施の形態は、ポンプデッキ13上にディ
フューザ11を包囲するようにして長尺円筒形の流量計測
管路29が固定されており、この流量計測管路29の内壁面
はサンドブラスト等の加工により粗面に形成して流動抵
抗を大きくしている。流量計測管路29の内壁面の表面粗
さは、クラッドが付着する表面粗さよりも粗くすること
が望ましい。

【００５８】流量計測管路29内のディフューザ11から上
方位置に流量計測管路29を貫通して第１の圧力測定管18
を取付けており、この第１の圧力測定管18はシュラウド
２を貫通し導出して原子炉圧力容器１の底部に導かれ、
ノズル部12を通して原子炉圧力容器１の外側に導かれ
る。

【００５９】一方、流量計測管路29に第１の圧力測定管
18が接続される位置のシュラウド２には、第２の圧力測
定管19が貫通して設けられ、第２の圧力測定管19は第１
の圧力測定管18と同様に原子炉圧力容器１の外部に導か
れる。第２の圧力測定管19の上下方向位置は、第１の圧
力測定管18の位置と同位置に設けることが望ましい。第
１および第２の圧力測定管18，19は原子炉圧力容器１の
外部に設置した差圧測定装置（図示せず）に接続され
る。

【００６０】つぎに本実施の形態の作用を説明する。原
子炉の冷却材は、図22に示すようにダウンカマ５を下降
して図９に示す流量測定管路29を通過し、インペラ10お
よびディフューザ11を通過し昇圧されて炉心部３へ流入
する。冷却材が流量測定管路29を通過する時には、流れ
が絞られ流速が大きくなることと入口部および管壁の摩
擦による圧力損失により、ベルヌイの定理に従い圧力が
低下する。

【００６１】この時の圧力を第１の圧力測定管18で測定
し、また流量測定管路外側の圧力を第２の圧力測定管19
で測定する。第２の圧力測定管19の圧力は、流れがない
ため流量測定管路29の入口部の圧力とほぼ同程度であ
り、第１の圧力測定管18の圧力よりは大きくなってお
り、この両者の差圧を原子炉圧力容器１の外部に設けた
差圧測定装置で計測し、圧力差は流量の２乗に比例する
ことから冷却材流量を求めることができる。

【００６２】このように構成された冷却材測定装置にお
いては、流量計測管路29を通過する際に冷却材に含まれ
たクラッドが流量計測管路29の内壁面を粗面に形成して
いることにより付着し難くなる。したがって、圧力差と
流量の関係が保たれ、冷却材流量を精度良く計測するこ
とができる。

【００６３】また万一、流量計測管路29の内壁面にクラ
ッドが付着した場合でも、クラッド付着の粗さより流量
計測管路29の内壁面が粗いことから圧力差と流量との関
係には殆ど影響しないため、長期間に亘って流量の計測
精度を保つことができる。

【００６４】つぎに図10（ａ），（ｂ）により請求項10
の発明に係る第９の実施の形態を説明する。本実施の形
態は第８の実施の形態において、ポンプデッキ13上にデ
ィフューザ11を包囲して固定される図９に示した流量計
測管路29を図10（ａ）に示すように円筒形状の代りに上
部先端部がベルマウス状の流量測定管路30に置き換えた
ことにある。本実施の形態によれば、管路入口部の圧力
損失を低くすることで循環ポンプ４の吸込みの圧損抵抗
を低減することができる。

【００６５】図10（ｂ）は図10（ａ）の他の例を示して
おり、この例では流量計測管路形状をベンチュリー形状
の流量測定管路31にしたことにある。この例では循環ポ
ンプ４の吸込み側の圧力損失低減と流量変化に対する圧
力変化の感度を大きくしたものである。流量計測管路の
内壁面の表面粗さや圧力計測管の原子炉容器外への取出
しおよび作用効果等は第８の実施の形態と同様であるの
で、その説明は省略する。

【００６６】つぎに図11（ａ）から（ｃ）により請求項
11の発明に係る第10の実施の形態を説明する。本実施の
形態は第８の実施の形態において、ポンプデッキ13上に
ディフューザ11を包囲して固定される流量計測管路29の
内側に平板を格子型に組合せた格子型状の整流板32を設
けたことにある。

【００６７】本実施の形態によれば、流量計測管路29内
を通過する冷却材の旋回，乱流を防止し、流速分布を緩
和することで流量計測精度を向上させることができる。
第１の圧力測定管18は流量計測管路29に設けられた整流
板32よりも下方向に取付ける。流量計測管路29の内壁
面，整流板32の表面粗さや圧力計測管の原子炉圧力容器
１外への取出しおよび作用効果等は第８の実施の形態と
同様であるので、その説明は省略する。

【００６８】図11（ｂ）および図11（ｃ）は図11（ａ）
の実施の形態の他の例をそれぞれ示しており、円筒形の
流量測定管路29の代りに図11（ｂ）ではベルマウス形の
流量測定管路30を使用し、図11（ｃ）ではベンチュリー
形の流量測定管路31を使用したことにある。これらの作
用効果は図11（ａ）の例と同様なので、その説明は省略
する。

【００６９】つぎに図12により請求項12の発明に係る第
11の実施の形態を説明する。本実施の形態は、ポンプデ
ッキ13上にディフューザ11を包囲して固定される流量計
測管路29の内側に格子型の整流板32を設け、この整流板
32部の差圧を計測することにより流量を計測するもの
で、また、整流板32で流量計測管路29内を通過する冷却
材の旋回，乱流を防止し、流速分布を緩和することで流
量計測精度を向上させることができる。

【００７０】第１の圧力測定管18は流量計測管路29に設
けられた整流板32より下方向に取付ける。流量計測管路
29の内壁面，整流板32の表面の粗さや第１および第２の
圧力測定管18，19の原子炉圧力容器１外への取出しおよ
び作用効果等は第８の実施の形態と同様であるので、そ
の説明は省略する。

【００７１】つぎに図13により請求項13の発明に係る第
12の実施の形態を説明する。本実施の形態は第11の実施
の形態において、整流板32の上下部にピトー管と同様の
機能を持つ導圧孔33を設けたことにある。

【００７２】本実施の形態によれば、上部に流量計測管
路29内を流れる流量の総圧を測定する総圧検出孔33ａを
設け、第１の圧力測定管18に接続し、下部に静圧を測定
する静圧検出孔33ｂを設け、第２の圧力測定管19に接続
し、その差圧で流量の計測を行う。流量計測管路29の内
壁面，整流板32の表面粗さや第１および第２の圧力測定
管18，19の原子炉圧力容器１外への取出しおよび作用効
果等は第８の実施の形態と同様であるので、その説明は
省略する。

【００７３】図14は第12の実施の形態の他の例を示した
もので、図14に示したように整流板32の上下部にピトー
管と同様の機能を持つ導圧孔33を複数個設けたことにあ
る。この例によれば、流量計測管路29内の平均流速を計
測することにより、より精度の良い流量計測を行うこと
ができる。

【００７４】なお、流量計測管路29の内壁面，整流板32
の表面粗さや第１および第２の圧力測定管18，19の原子
炉圧力容器１外への取出しおよび作用効果等は前述と同
様であるので、その説明は省略する。

【００７５】つぎに図15（ａ），（ｂ），（ｃ）により
請求項14の発明に係る第13の実施の形態を説明する。本
実施の形態は図15（ａ）に示したように請求項９〜13の
発明において、原子炉圧力容器１内側，シュラウド２外
側および流量測定管路29の外側に流量測定管路29を固定
するための凹凸の嵌合部34を設けたことにある。

【００７６】図15（ａ）は原子炉圧力容器１とシュラウ
ド２に対向して凹字状部材34ａを取付け、流量測定管路
29に凹字状部材34ｂを取付けてこれらの部材34ａ，34ｂ
を嵌め合わせたことにあり、図15（ｂ）は流量測定管路
29に凹字状部材34ａを取付け、原子炉圧力容器１とシュ
ラウド２に凹字状部材34ｂを取付け、図15（ｃ）は流量
測定管路29の外面に凹字状溝34ｃを設けて相互に嵌め合
わせることができる。本例では組立て解体が容易とな
る。

【００７７】図16は流量測定管路29に設けた整流板32よ
り下方向で流量測定管路29を固定するために設けた凹凸
状の嵌合部34の原子炉圧力容器１の外側に、上記第６の
実施の形態において詳述した超音波流速計24を設置した
例を示している。

【００７８】この例によれば、設置位置における流量測
定管路29内の流速を測定し、流量演算装置27により流量
を測定する。また、流量測定管路29の内壁面および整流
板32の表面は、反射波の拡散を防ぐため粗面に形成しな
い。

【００７９】図17（ａ）〜（ｄ）は流量測定管路29内に
格子型整流板の代りに分割型整流板35〜38を設けた例を
示している。すなわち、図17（ａ）では流量測定管路29
内に４方向に分割する十字型整流板35を挿入した例であ
り、図17（ｂ）では３方向に分割する３分割形整流板36
を挿入した例であり、図17（ｃ）では６分割型整流板37
を挿入した例であり、図17（ｄ）は８分割型整流板38を
挿入した例をそれぞれ示している。

【００８０】これらの例では流量測定管路の内壁面，整
流板の表面粗さや圧力計測管の原子炉容器外への取出し
および作用効果等は請求項９の発明と同様であるので、
その説明を省略する。

【００８１】図18（ａ）から（ｄ）は流量測定管路29ま
たは整流板32の内面に形成する粗面の他の例を示したも
ので、図18（ａ）では網目状凹凸溝39を形成した例であ
り、図18（ｂ）ではリング状凹凸溝40を形成した例であ
り、図18（ｃ）はうね状溝41を形成した例であり、図18
（ｄ）は鋸刃状凹凸溝42を形成した例を示している。流
量計測管路の内壁面，整流板の表面粗さや圧力計測管の
原子炉容器外への取出しおよび作用効果等は前述と同様
であるので、その説明は省略する。

【００８２】図19，20はシュラウドレグ内外に開口部を
有する計測配管と差圧計測手段とを組合せた例を示して
いる。すなわち、シュラウドレグ開口部43を避けてかつ
シュラウドレグ49の外側領域に第１の圧力計測孔開口部
46を有する第３の圧力測定管44と、シュラウドレグ49の
内側に第２の圧力計測孔開口部47を有する第４の圧力測
定管45と、差圧計測手段48とを組合せたことにある。

【００８３】この例によれば、図21の流動解析結果によ
る作用効果図に示す通り、シュラウドレグ開口部43の絞
り部を挟んで差圧を測定することができるため、オリフ
ィス流量計を構成することができ、炉内のクロム等のク
ラッドの付着によらず、常に一定の精度で炉心流量を測
定することができる。

【００８４】この例による計測装置は複数個設置して平
均化演算することにより、インターナルポンプが例えば
１台停止（トリップ）した場合にも、炉内の偏流の影響
を受け難くすることが可能である。

【００８５】

【発明の効果】請求項１から６の発明によれば、従来の
循環ポンプの持つ回転数−流量−圧力差の関係を使う必
要がなくなるため、工場等での試験の容器差の補正を行
う必要がない、測定項目が従来の回転数と圧力差の２物
理量から圧力差の１物理量となり誤差を与える因子が減
る。これらから冷却材流量の測定精度が向上し原子炉運
転の余裕がより正確に把握できる。

【００８６】また、複数台の循環ポンプが停止した時、
停止したポンプからの逆流流量も圧力差から算出できる
ため、流量測定ロジックが簡略化され流量測定の信頼性
が向上する。さらに、流量測定管をポンプデッキに固定
することにより、従来と同様にディフューザの着脱がで
きる。

【００８７】請求項７から14の発明によれば、従来の循
環ポンプの持つ回転−流量の関係を使う必要がなくな
り、工場試験での容器差での補正を行う必要がなくな
る。また、測定項目が従来の回転数と圧力差の２物理量
から圧力差または流速の１物理量となり誤差を与える因
子が減る。

【００８８】さらに、循環ポンプの吸込み側に設けた差
圧式流量計測流路の内壁にクラッドが付着して計測精度
が劣化することはなくなり、長期間に亘って冷却材流量
計測精度を維持することができ、これらによって原子炉
運転の余裕がより正確に把握できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原子炉の冷却材流量測定装置の第
１の実施の形態を説明するための要部を示す縦断面図。

【図２】本発明に係る原子炉の冷却材流量測定装置の第
２の実施の形態を説明するための要部を示す縦断面図。

【図３】本発明に係る原子炉の冷却材流量測定装置の第
３の実施の形態を説明するための要部を示す縦断面図。

【図４】本発明に係る原子炉の冷却材流量測定装置の第
４の実施の形態を説明するための要部を示す縦断面図。

【図５】本発明に係る原子炉の冷却材流量測定装置の第
５の実施の形態を説明するための要部を示す縦断面図。

【図６】本発明に係る原子炉の冷却材流量測定装置の第
６の実施の形態を説明するための要部を示す縦断面図。

【図７】図６における第６の実施の形態の他の例の要部
を示す横断面図。

【図８】本発明に係る原子炉の冷却材流量測定装置の第
７の実施の形態を説明するための要部を示す縦断面図。

【図９】本発明に係る原子炉の冷却材流量測定装置の第
８の実施の形態を説明するための要部を示す縦断面図。

【図１０】（ａ）は本発明に係る原子炉の冷却材流量測
定装置の第９の実施の形態を説明するための要部を示す
縦断面図、（ｂ）は（ａ）の他の例を示す縦断面図。

【図１１】（ａ）は本発明に係る原子炉の冷却材流量測
定装置の第10の実施例を説明するための要部を示す縦断
面図、（ｂ）は（ａ）の他の例を示す縦断面図、（ｃ）
は（ａ）のさらに他の例を示す縦断面図。

【図１２】本発明に係る原子炉の冷却材流量測定装置の
第11の実施の形態を説明するための要部を示す縦断面
図。

【図１３】本発明に係る原子炉の冷却材流量測定装置の
第12の実施の形態を説明するための要部を示すための断
面図。

【図１４】第12の実施の形態の他の例を示す要部断面
図。

【図１５】（ａ）は本発明に係る原子炉の冷却材流量測
定装置の第13の実施の形態を説明するための流量測定装
置の嵌合部の例を示す横断面図、（ｂ）は（ａ）の他の
例を示す横断面図、（ｃ）は（ａ）のさらに他の例を示
す横断面図。

【図１６】本発明に係る原子炉の冷却材流量測定装置の
他の実施の形態を説明するための要部を示すための断面
図。

【図１７】（ａ）は本発明に係る原子炉の冷却材流量測
定装置の実施の形態における整流板の第１の例の要部を
示す斜視図、（ｂ）は同じく第２の例の要部を示す斜視
図、（ｃ）は同じく第３の例の要部を示す斜視図、
（ｄ）は同じく第４の例の要部を示す斜視図。

【図１８】（ａ）は本発明に係る原子炉の冷却材流量測
定装置の実施の形態における流量計測管路の内壁面の第
１の例の要部を示す拡大断面図、（ｂ）は同じく第２の
例の要部を示す拡大断面図、（ｃ）は同じく第３の例の
要部拡大断面図、（ｄ）は同じく第４の例の要部を示す
拡大断面図。

【図１９】本発明に係る原子炉の冷却材流量測定装置の
実施の形態において、シュラウドレグ内外に開口部を有
する計測配管と差圧計測手段を設置した例の要部を示す
拡大断面図。

【図２０】図19における要部を示す部分鳥瞰図。

【図２１】図19の作用効果を説明するための流動解析結
果の速度ベクトルを示す流線ベクトル図。

【図２２】従来の沸騰水型原子炉（改良型）を概略的に
一部側面で示す縦断面図。

【図２３】図22においてＡ部を拡大して示す縦断面図。

【符号の説明】

１…原子炉圧力容器、２…シュラウド、３…炉心部、４
…循環ポンプ、５…ダウンカマ、６…気水分離器、７…
蒸気乾燥器、８…給水管、９…主蒸気管、10…インペ
ラ、11…ディフューザ、12…ノズル部、13…ポンプデッ
キ、14…ポンプ部の吸込側ノズル、15…ポンプ部の吐出
側ノズル、16…圧力計、17…ベルマウス、18…第１の圧
力測定管、19…第２の圧力測定管、20…ベンチュリー
管、21…オリフィス、22…オリフィス板、23…ガイド、
24…超音波流速計、25…発波部、26…受波部、27…流量
演算装置、28…気体発生装置、29…流量計測管路、30…
ベルマウス形流量計測管路、31…ベンチュリー形流量計
測管路、32…整流板、33…導圧孔、34…嵌合部、34ａ…
凹字状部材、34ｂ…凸字状部材、34ｃ…溝、35…十字型
整流板、36…３分割型整流板、37…６分割整流板、38…
８分割型整流板、39…網目状凹凸溝、40…リング状凹凸
溝、41…うね状凹凸溝、42…鋸刃状凹凸溝、43…シュラ
ウドレグ開口部、44…第３の圧力測定管、45…第４の圧
力測定管、46…第１の圧力測定孔開口部、47…第２の圧
力測定孔開口部、48…差圧測定手段、49…シュラウドレ
グ、50…第３の圧力測定孔開口部、Ｍ…モータ部、Ｐ…
ポンプ部、Ｓ…シャフト部、ΔＰ…圧力差。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者白川健悦神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者奈良林直神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉圧力容器外に位置するモータ部
と、このモータ部に接続したポンプシャフトと、前記原
子炉圧力容器内とシュラウドとの間に延在する前記ポン
プシャフトにインペラを有し、このインペラの外周側に
設けたディフューザを有するポンプ部とから循環ポンプ
が構成され、この循環ポンプを再循環系ポンプとして組
込んでなる原子炉の冷却材流量測定装置において、前記
原子炉圧力容器と前記シュラウドとの間に前記循環ポン
プを支持するポンプデッキを設け、このポンプデッキに
ベルマウスを設け、このベルマウスに前記シュラウドを
貫通して第１の圧力測定管を接続し、前記ベルマウスよ
り上方に位置する前記シュラウドを貫通して前記シュラ
ウドに第２の圧力測定管を接続し、前記第１の圧力測定
管および第２の圧力測定管を前記原子炉圧力容器の外側
に設置した差圧測定装置に接続してなることを特徴とす
る原子炉の冷却材流量測定装置。
【請求項２】前記第２の圧力測定管を前記第１の圧力
測定管より下方の位置でかつ前記ポンプデッキ近傍の前
記シュラウドに貫通して前記シュラウドに設けたことを
特徴とする請求項１記載の原子炉の冷却材流量測定装
置。
【請求項３】前記ベルマウスの代りにベンチュリー管
を設け、このベンチュリー管の上下側面に前記第１の圧
力測定管および第２の圧力測定管を前記シュラウドを貫
通して設けてなることを特徴とする請求項１記載の原子
炉の冷却材流量測定装置。
【請求項４】前記第１の圧力測定管を前記ポンプデッ
キ近傍のシュラウドに貫通して前記シュラウドに設けた
ことを特徴とする請求項３記載の原子炉の冷却材流量測
定装置。
【請求項５】前記ベルマウスの代りに円筒状オリフィ
スを設け、このオリフィス内面にオリフィス板を設け、
このオリフィス板を挟んで上下に前記オリフィスおよび
前記シュラウドをそれぞれ貫通して前記第１の圧力測定
管および第２の圧力測定管を設けたことを特徴とする請
求項１記載の原子炉の冷却材流量測定装置。
【請求項６】前記ベルマウス，ベンチュリー管または
前記オリフィス板を内蔵したオリフィスの上方に位置
し、前記原子炉圧力容器と前記シュラウドとの間にガイ
ドを設けたことを特徴とする請求項１ないし５記載の原
子炉の冷却材流量測定装置。
【請求項７】原子炉の冷却材流量測定装置において、
原子炉圧力容器とシュラウドとの間のダウンカマ部の前
記原子炉圧力容器外側に超音波流速計を設置し、この超
音波流速計より測定された超音波流速計設置位置のダウ
ンカマ部での流速分布より、ダウンカマ部全周の流量を
算出する流量演算装置を設けてなることを特徴とする原
子炉の冷却材流量測定装置。
【請求項８】前記原子炉圧力容器の内面に前記超音波
流速計の上流側に位置して気体発生装置を設けてなるこ
とを特徴とする請求項７記載の原子炉の冷却材流量測定
装置。
【請求項９】原子炉圧力容器外に位置するモータ部
と、このモータ部に接続するポンプシャフトと、前記原
子炉圧力容器内とシュラウドとの間に延存する前記ポン
プシャフトの先端部にインペラを有し、このインペラの
外周側に設けたディフューザを有するポンプ部とから循
環ポンプが構成され、この循環ポンプを再循環系ポンプ
として組込んでなる原子炉の冷却材流量測定装置におい
て、前記原子炉圧力容器と前記シュラウドとの間に前記
循環ポンプを支持するポンプデッキを設け、このポンプ
デッキ上に筒形状流量測定管路を設け、この流量測定管
路の前記ディフューザ近傍の上方位置に前記シュラウド
を貫通して第１の圧力測定管を接続し、前記流量測定管
路に前記第１の圧力測定管が接続される位置の上方また
は下方の位置で前記シュラウドを貫通する第２の圧力測
定管を前記シュラウドに接続し、前記第１の圧力測定管
および第２の圧力測定管を前記原子炉圧力容器の外側に
設置した差圧測定装置に接続し、前記流量測定管路の内
壁面に粗面を形成してなることを特徴とする原子炉の冷
却材流量測定装置。
【請求項１０】前記流量測定管路の上端部を上方に拡
開したベルマウス形状またはベンチュリー形状に形成し
てなることを特徴とする請求項９記載の原子炉の冷却材
流量測定装置。
【請求項１１】前記流量計測管路に整流板を設けてな
ることを特徴とする請求項９ないし10記載の原子炉の冷
却材流量測定装置。
【請求項１２】前記整流板の表面に粗面を形成してな
ることを特徴とする請求項11記載の原子炉の冷却材流量
測定装置。
【請求項１３】前記整流板に差圧を取り出すピトー管
と同様の機能を持つ導圧孔を設けてなることを特徴とす
る請求項11記載の原子炉の冷却材流量測定装置。
【請求項１４】前記原子炉圧力容器の内側、前記シュ
ラウド外側および前記流量測定管路の外側に前記流量測
定管路を固定するための凹凸嵌合部を設け、この凹凸嵌
合部の前記原子炉圧力容器外側に超音波流速計を設置
し、この超音波流速計の出力側に接続し前記流量測定管
路内の流速から前記流量測定管路内の流量を算出する演
算装置を設置してなることを特徴とする請求項９ないし
請求項13記載の原子炉の冷却材流量測定装置。