KR100364594B1

KR100364594B1 - 제어 요소 조립체 위치 감지 장치

Info

Publication number: KR100364594B1
Application number: KR1019990024739A
Authority: KR
Inventors: 피터에이. 오위츠
Original assignee: 에이비비 컴버스쳔 엔지니어링 뉴클리어 파워 인코포레이티드
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1999-06-28
Publication date: 2002-12-16
Also published as: CN1161794C; CN1248050A; KR20000011339A

Abstract

제어 요소 조립체 위치 감지 장치(200)는 프로그램 가능한 논리 제어기(PLC)(208)와, 하나 이상의 주파수 응답 필터(204)와, 분압기 네트워크(212)와 그리고 하나 이상의 자기적으로 응답하는 수단(210, 210')를 포함하는 위치 송신기를 포함한다. 작동 중에, 자기장은 CEA 구동 샤프트 부근에 발생된다. CEA 구동 샤프트가 CEA 하우징 내에서 축방향으로 이동하기 때문에, 자기적으로 응답하는 수단(210, 210')은 CEA 구동 샤프트가 개개의 자기적으로 응답하는 수단에 접근 및 통과함에 따라 순차적으로 개방 및 폐쇄된다. 분압기(212) 또는 전기 신호의 다른 적절한 소스는 자기적으로 응답하는 수단(210, 210')과 연결되고 그 근처에 있다. 분압기 네트워크(212)는 필터에 의해 네트워크(212)로 통과되는 주파수 의존 전압에 의해 활성화된다. 분압기 네트워크와 자기적으로 응답하는 수단(210, 210') 둘 다 활성화될 때, 분압기 네트워크(212)는 CEA의 위치를 지시하는 신호를 출력한다.

Description

제어 요소 조립체 위치 감지 장치{CONTROL ELEMENT ASSEMBLY POSITION SENSING APPARATUS}

본 발명은 일반적으로 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 원자력 발전소의 제어 요소 조립체(control element assembly; CEA)의 위치를 감지하기 위한 장치에 관한 것이다.

원자력 발전소는 전형적으로 발전소 작동을 감시하고 안전과 관련된 복수의 파라미터를 평가하는 독립적인 운전 정지 및 안전-운영 시스템을 포함한다. 측정된 파라미터 중 하나 또는 그 이상의 파라미터가 위험한 상태의 존재가 있음을 지시하는 경우에는, 예상되는 과도 상태 및/또는 안전-운영의 결과를 완화시키도록 설계된 운전 정지 시스템은 적절한 개선 조치를 자동적으로 실행할 수 있다. 발전소 보호 시스템으로 알려진 이들 안전 제어 시스템은 어떤 경우에도 확실히 작동해야 하고, 따라서 측정되고 감지된 모든 파라미터는 반드시 유효해야 한다.

원자력 발전소 보호 시스템 측면에서, 발전소 운영에 관련된 복수의 파라미터를 측정하는 것은 흔한 일이다. 이들 파라미터는 예컨대 온도, 압력, 유동 속도, 출력 밀도, 중성자 선속, 유체 레벨 등을 포함한다. 발전소 보호 시스템의 여러 기능은 밸브, 펌프, 모니터, 제어 장치 및 발전기를 포함하는 여러 구성요소의 상태-감시를 포함한다.

게다가, 어떤 제한 조건하에서 발전소 보호 시스템은 여러 필드 시스템과 원격 작동 장치를 작동시킴으로써 원자로 트립(reactor trip: RT), 즉 원자로의 신속하고, 제어되며 안전한 운전 정지를 개시할 수 있다. 가압 경수형 원자로의 경우에, 운전 정지는 흔히 감속 제어봉을 원자로 노심에 투여하여 원자로가 임계 이하로 되게 함으로써 달성된다.

제어봉은 일반적으로 거미줄같은 연결 플랜지에 의해 연결된 최소 4개 제어봉을 포함하는 그룹 또는 하위 그룹으로 배열된다. 상기 그룹 또는 하위 그룹을 보통 제어 요소 조립체(CEA)라 한다. 연결 플랜지는 CEA를, CEA의 원자로 노심 내외로 이동을 제어하는 제어 요소 조립체 드라이브 메커니즘에 연결시킨다. 제어 요소 조립체 드라이브 메커니즘은 보통 CEA의 위치를 감지하는 위치 지시계(position indicator)를 포함한다. CEA는 원자로 출력 레벨 전체를 제어하고 원자로를 신속 안전하게 운전 정지시키는 주요 수단을 제공하기 때문에, 원자로에서 CEA의 위치를 감지하고 감시하는 것은 필수적이다.

CEA 위치를 감지하고 감시하기 위한 공지된 시스템이 존재한다. 본 발명의 양수인에게 양도되고 참조로 본 명세서에 병합된 미국 특허(제 3,656,074호)에는, CEA 위치 감지 장치(10)가 기술되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 제어봉 하우징 내에 배치된 단일 제어봉과 제어봉 드라이브 모터로 표시된 CEA와; CEA 드라이브 샤프트 상에 물리적으로 위치된 영구자석; 및 복수의 플럭스 응답 장치와 분압기 네트워크를 포함하는 위치 송신기를 포함한다.

도 1에 도시된 CEA는 단일 제어봉으로 표시되어 있기 때문에, 원자로(11)의 상단에서 위쪽으로 확장되는 하나의 제어봉 하우징(12)만이 도시되어 있다. 제어봉 하우징(12)은 일반적으로 대략 12.7cm(5인치)의 지름과 2.54cm(1인치)의 두꺼운 벽을 갖는 비자성 스테인리스 스틸 튜브일 수 있다. 제어봉 드라이브 샤프트는 하우징(12) 내에 위치되고, 제어봉 자체는 원자로(11)의 노심내로 연장되어 있다.

제어봉 드라이브 모터(14)는 하우징(12)의 상단부를 밀폐시키는 캡 위에 장착된다. 적절한 기어전달을 통해, 제어봉 드라이브 모터(14)는 제어봉 드라이브 샤프트가 하우징(12)의 축방향으로 이동하게 하여, 원자로 노심에 상대적인 제어봉(CEA)의 위치를 조절한다. 모터(14)의 제어봉 드라이브 샤프트는 상업적으로 이용 가능한 특별히 설계된 시일(seal)을 통해서 하우징(12)의 내부와 통한다.

영구자석(16)은 제어봉 드라이브 샤프트 상에 장착된다. 자석(16)은 노출되는 환경 조건에서 견딜 수 있는 재료로 구성되어야 한다. 또한, 자석(16)은 그 플럭스 자기장이 하우징(12)의 두꺼운 스테인리스 스틸 벽에 이어질 수 있도록 충분히 강해야 한다.

이후에 기술되듯이, 위치 감지 장치(10)의 일부는 하우징(12)의 외부에 장착되고, 분리형 송신기 하우징(18) 내에 포함된다. 하우징(18)은 높은 열전도율을 갖는 것이 바람직한 비자성 재료로 이루어진 일반적으로 튜브 형태의 가늘고 긴 중공 부재를 포함한다. 하우징(18)의 상단부는 전기 커넥터(20)를 수용하기에 적합하게 형성된다.

커넥터(20)는 하우징(18)으로부터 커넥터(20)의 탈착을 허용하는 방식으로 위치 송신기 회로를 외부 회로에 연결하기 위한 수단을 제공한다. 커넥터(20)는 또한 위치 감지 장치(10)의 출력을 위치 지시계(22)에 전기적으로 연결한다.

도 2a 및 도 2b 각각은 하우징(18)의 절취 부분을 통해 상기 하우징 내에 위치된 송신기 회로의 평면도 및 측면도를 도시한다. 리드 스위치 위치 송신기(26)에 장착된 단자판(24)이 하우징(18) 내에 도시되며, 상기 리드 스위치 위치 송신기는 복수의 자속 응답 스위치 및 증분식 전위차계의 구성요소를 포함한다. 상기 자속 응답 장치는 리드 스위치(28 및 28')로서, 상기 증분식 전위차계의 구성요소는 저항(30)으로서 도시되어 있다. 리드 스위치(28 및 28') 및 저항(30)은 단자판(24)에 장착되고, 스탠드오프 및 관통 커넥터(32)에 의해 전기적으로 상호 연결된다. 리드 스위치(28)는 하나 이상의 스위치가 임의의 위치에 있는 자석에 의해서 작동되는 것을 보장하기에 충분히 작게 균일하게 증가하는 거리로 단자판(24) 상에 간격을 두고 배치된다.

바람직한 실시예에서, 리드 스위치는 도면 번호(28 및 28')로 도 3에 표시되어 있는 바와 같이 쌍으로 배선되어 있다. 리드 스위치(28 및 28')는 대략 2.54cm(1인치)의 길이를 가지며, 상기 자석(16)의 경로와 평행한 축방향 배열로서 직렬 배치되어 있다. 어떤 스위치도 작동되지 않는 제어봉 위치가 있을 수 있는 가능성을 방지하기 위하여, 리드 스위치 쌍을 형성하는 리드 스위치(28 및 28')들은 스위치 작동의 작은 오버랩이 발생할 수 있는 배열로 제공되어 대략 2.54cm(1인치)의 간격으로 떨어져 배치된다. 제어봉 구동 샤프트가 제어봉 하우징(12)의 축방향으로 진행함에 따라, 스위치(28 및 28')는 순차적으로 자석(16)의 자기장에 접근함에 따라 폐쇄되고 그 자기장을 통과하고 난 후에 개방되는데, 이때 직렬로 인접한 스위치쌍들은 자석(16)이 인접한 2개의 스위치쌍들 중간에 와서 그 자기장이 그 인접한 스위치쌍 둘 다를 작동시키는 때에 상기 2개의 인접한 스위치쌍이 폐쇄되도록 하는 위치에 배치된다.

위치 지시 장치(10)의 전기 부분에 관하여, 도 3은 전원(38)(도 1에 도시됨)을 가로질러 단점(33 및 34)에 연결되는 동일 크기와 형태인 복수의 저항(30)을 도시한다. 저항(30)은 증분식 전위차계 또는 분압기를 형성한다. 위에서 논의된 바와 같이, 리드 스위치(28')는 각각의 스위치(28)와 직렬로 전기적으로 연결되고 대체적으로 스위치(28)와 같은 위치에 배치된다. 각각의 리드 스위치(28)는 저항(30)을 포함하는 분압기의 다른 지점 또는 태브(tab)에 연결된다. 직렬로 연결된 스위치(28 및 28')를 포함하는 모든 회로는 터미널 포인트(20)를 갖는 신호 버스 바에 연결된다. 따라서, 스위치(28)들 중 하나와 이와 직렬로 연결된 해당 백업 스위치(28')를 폐쇄시킬 때, 저항(30)을 포함하는 증분식 전위차계에서 나오는 신호가 버스 바 터미널(20)에 인가될 수 있다. 상기 경우에 상기 신호의 진폭은 스위치 쌍(28 및 28')들 중 어느 스위치쌍이 자석(16)에서 나오는 자기장을 받고 있는가를 지시한다. 자석(16)이 축방향에서 2개의 인접한 증분 스위치쌍의 중간에 있고, 자기장이 양쪽 증분 위치에 있는 두 스위치쌍을 작동시킬 경우에는, 버스 바 터미널(20)에 제공되는 신호는 2개의 스위치쌍 중 어느 한쌍이 단독으로 작동되는 경우에 생성된 신호들의 중간 크기 진폭을 가질 수 있다.

제어 요소 조립체(CEA) 위치를 감지 및 감시하고 송신하기 위한 다른 시스템은 본 발명의 양수인에게 양도되고 참조로 본 명세서에 병합된 미국 특허(제 5,333,160호)에 기술되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 장치(100)는 하우징(140) 내에 배치된 단일 제어봉 조립체(120); 하나 이상의 자석(104)과 하나 이상의 아치형 자석 경로(106)를 포함하는 복수의 자기 회로(102); 및 복수의 리드 스위치(28 및 28') 또는 다른 자기적으로 응답하는 스위치와, 분압기 네트워크 또는 증분식 전위차계(29)를 포함하는 하나 이상의 위치 송신기 조립체(108)로 나타내는 CEA를 포함한다.

제어봉 조립체(120), 하우징(140), 리드 스위치(28 및 28'), 및 분압기 네트워크(29)는 미국 특허(제 3,656,074호)에 개시된 요소와 유사한 형태를 취할 수 있고, 상기 설명은 참조에 의해 본 명세서에 병합된다. 제어봉 드라이브 코일 스택(142)은 제어봉 하우징(140) 상에 장착된다. 스테인리스 스틸 하우징(140)을 통해 작용하는, 코일 스택(142)에서 나오는 자속은 하우징(140) 안쪽에 위치된 제어봉 조립체(120)를 축방향으로 이동시켜서, 원자로 노심에 상대적인 제어봉의 위치를 조절하게 한다. 제어봉 조립체(120)가 원자로에서 후퇴함에 따라, 제어봉 확장 샤프트(150)는 제어봉 하우징 조립체(120) 위의 확장 샤프트 하우징(190) 쪽으로 상승한다.

제어봉 조립체(120)의 수직 위치는 확장 샤프트(150)의 위치를 결정함으로써 검출될 수 있다. 제어봉 위치 송신기는 확장 샤프트 하우징(190)의 외측에 소정 갯수의 높이 위치에 배치된 복수의 자기 회로를 포함한다. 예를 들면, 자기 회로는 3.35m(11피트)의 확장 샤프트 하우징(190)에 대해 2.54cm(1인치)의 간격으로 떨어져 있을 수 있다. 각각의 자기 회로는 하나 이상의 자석(104), 확장 샤프트 하우징(190)을 둘러싸는 탄소강 자성 경로(106), 및 하나 이상의 장방향으로 확장되는 리드 스위치 위치 조립체(108)를 구비한다. 도 5를 참조하면, 신뢰도를 증가시키기 위해 CEA 위치의 중복 감시를 제공하도록, 한 쌍의 자석(104)과 한 쌍의 위치 송신기 조립체(108)가 제공되어 있다.

제어봉 조립체(120)의 진행방향에 따라 선택된 고도에서, 확장 샤프트(150)의 존재를 감지하는 자기 회로를 확장 샤프트 하우징(190) 주위에 제공함으로써 측정이 이루어지며, 이것은 제어봉이 얼마나 멀리 후퇴되는지에 따른다. 바람직한 실시예에서, 확장 샤프트(150)는 강자성체로 구성된다. 위치 송신기 조립체(108)의 영역에서 자기장의 강도는 자기 회로의 자기 저항(reluctance)에 따르며, 또한 강자성체가 자기 회로에 얼마나 많이 존재하는지에 따른다. 강자성 확장 샤프트(150)는 자기장의 경로로 이동하기 때문에, 특정 리드 스위치(28 및 28') 영역의 특정 고도에서 자기장 강도는 확장 샤프트(150)가 상기 고도에 또는 그 이상인 경우 더 크고, 확장 샤프트(150)가 상기 고도 이하인 경우 더 작을 것이다. 리드 스위치(28 및 28')의 감도는, 리드 스위치(28 및 28')가 더 강한 자기장에서 폐쇄되고 더 약한 자기장에서 개방되도록 선택된다.

도 2a 및 도 2b 각각은 또한 하우징(190) 내에 위치된 송신기 회로의 절취 도시된 평면도 및 측면도를 도시한다. 위치 송신기의 자속 응답 리드 스위치(28 및 28') 및 증분식 전위차계의 구성요소가 장착된 단자판(24)이 하우징 내에 도시되어 있다. 리드 스위치(28 및 28')는 자기 회로 각각의 소정의 높이와 상응하는 균일하게 증가하는 거리로 단자판(24)을 따라 이격된다.

증분식 전위차계의 다른 구성요소, 즉 저항(30)은 단자판(24)에 장착되고, 스탠드오프 및 관통 커넥터(32)에 의해 전기적으로 상호 연결된다.

도 3에 관하여 설명하면, 위치 송신기 조립체(108)의 전기적인 부분이 개략적으로 도시되어 있다. 동일한 크기 및 형태인 복수의 저항(30)은 증분식 전위차계 또는 분압기(29)를 형성하기 위하여, 전원(38)을 가로질러 단점(33 및 34)에 연결된다.

위에서 기술된 제어봉 조립체(CEA) 위치 지시계의 형태는 위치 송신기를 원자로 격납 용기 영역 외측에 위치된 회로 및 전기 구성요소에 전기적으로 연결시키기 위하여, 복수의 케이블을 요구한다. 현재의 CEA 위치 송신기 조립체의 배선 설비는 위치 송신기를 배선하는데 필요로 하는 케이블의 양 때문에, 재료와 인건비를 증가시킨다. 따라서, 종래 기술의 단점을 극복하는 위치 지시계를 필요로 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 위치 감지 장치의 작동을 제어하기 위하여, 다중 송신하는 프로그램 가능한 논리 제어기를 사용하는 CEA 위치 감지 장치를 제공함으로써 위에서 언급된 단점을 극복하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 위치 감지 장치의 구성요소를 전기적으로 배선하는데 요구되는 케이블의 수를 감소시키는 CEA 위치 감지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 격납 용기 영역을 관통해야 하는 케이블의 수를 감소시키는 위치 감지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 CEA 위치의 더 나은 해상도를 허용하는 위치 감지 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적 및 다른 목적을 달성하기 위하여, 또한 구체화된 본 발명의 목적에 따라서, 본 발명은 프로그램 가능한 논리 제어기(programmable logic controller; PLC), 대역 통과 필터, 및 위치 송신기 조립체를 포함하는 CEA 위치 감지 장치를 포함한다.

상기 PLC는 주파수 응답 필터에 전기적으로 연결된다. 상기 필터는 프로그램 가능한 논리 제어기에 의해 발생된 주파수 의존 신호를 위치 송신기에 전달시킨다. 상기 위치 송신기는 분압기 네트워크 및 복수의 자기적으로 응답하는 수단을 포함한다. 상기 분압기는 인덕터 또는 커패시터와 같은 복수의 주파수 응답 요소를 포함한다. 상기 분압기 네트워크는 리드 스위치인 자기적으로 응답하는 수단에 전기적으로 연결된다. 상기 리드 스위치는 CEA의 이동을 제어하는 CEA 구동 샤프트의 이동 경로에 평행한 라인을 따라, CEA를 포함하는 하우징 외부에 배치된다.

또한, 장치는 CEA의 위치를 디스플레이하기 위한 지시계를 포함한다. 이 디스플레이를 위한 지시계로는 CEA 위치를 나타내는 눈금이 정해진 전압계 또는 다른 유사한 게이지와 같은 간단한 지시계, 액정 표시 장치 또는 다른 유사한 장치가 사용될 수 있다.

자기적으로 응답하는 수단 및 분압기 네트워크는 CEA 조립체의 하우징과는 별도의 하우징 내에 포함될 수 있다. 따라서, 발생된 자기장은 자기적으로 응답하는 수단 및 분압기 네트워크를 포함하는 하우징은 물론 CEA 하우징에 이어질 만큼 충분히 강해야 한다.

작동 중에, 자기장은 CEA 구동 샤프트의 부근에 발생된다. CEA 구동 샤프트가 CEA 하우징 내에서 축방향으로 이동하기 때문에, 자기장 강도는 상기 구동 샤프트의 근처에서 가장 강할 것이다. 따라서, 자기적으로 응답하는 수단은 CEA 구동 샤프트가 개개의 자기적으로 응답하는 수단에 근접하고 통과함에 따라 순차적으로 개방 및 폐쇄될 것이다. 분압기 또는 전기 신호의 다른 적당한 소스는 자기적으로 응답하는 수단과 연관되고, 그 근처에 있다. 분압기 네트워크는 필터에 의해 네트워크로 통과된 주파수 의존 전압에 의해 활성화된다. 분압기 네트워크 및 자기적으로 응답하는 수단 둘 다 활성화될 때, 분압기 네트워크는 CEA의 위치를 지시하는 신호를 출력한다.

본 발명의 특징 및 진보적 양상은 다음의 상세한 설명, 청구범위 및 아래에 간단히 기술한 도면을 이해할 때 보다 자명하게 될 것이다.

도 1은 원자로의 제어봉 하우징 상에 설치된 종래 기술의 CEA 위치 감지 장치를 도시한 개략도.

도 2a는 CEA 위치 감지 장치에 포함된 회로를 도시하기 위해 하우징의 일부를 절취 도시한, 도 1 및 도 4의 위치 감지 장치를 도시한 평면도.

도 2b는 CEA 위치 감지 장치의 포함된 회로를 도시하기 위해 하우징의 일부를 절취 도시한, 도 1 및 도 4의 위치 감지 장치를 도시한 측면도.

도 3은 도 1 및 도 4에 도시된 장치의 전기 회로를 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 원자로의 제어봉 하우징 상에 설치된 종래 기술의 CEA 위치 감지 장치를 도시한 평면도.

도 5는 도 4에 도시된 장치의 내부 구조를 도시한 사시도.

도 6은 본 발명에 따라 형성된 CEA 위치 감지 장치를 도시한 회로도.

도 7a는 CEA 위치 감지 장치에 포함된 회로를 도시하기 위해 하우징의 일부를 절취 도시한, 도 6에 도시된 CEA 위치 감지 장치를 병합하는 도 1의 위치 감지 장치를 도시한 평면도.

도 7b는 CEA 위치 감지 장치의 포함된 회로를 도시하기 위해 하우징의 일부를 절취 도시한, 도 6에 도시된 CEA 위치 감지 장치를 병합하는 도 1의 위치 감지 장치를 도시한 측면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

200: 위치 감지 장치 202: 리드 스위치 위치 송신기(RSPT)

204: 대역 통과 필터 208:프로그램가능한 논리 제어기(PLC)

210, 210': 리드 스위치 쌍 212: 인덕터

218: 케이블 패널 270: 격납 용기 영역

도 1 및 도 4는 본 발명의 가르침에 따라 형성된 위치 감지 장치(200)를 포함하기 위해 업그레이드될 수 있는 기존 CEA 위치 감지 장치(10, 100)의 평면도를 도시한다. 예시를 위하여, 본 발명은 도 1에 기술된 형태의 장치를 사용 참조하여기술될 것이다.

도 6, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 위치 감지 장치(200)는 리드 스위치 위치 송신기(reed switch position transmitter; RSPT)(202), 각각의 RSPT(202)에 연결된 대역 통과 필터(204) 및 프로그램 가능한 논리 제어기(PLC)(208)를 포함한다.

도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, RSPT(202)는 하우징(18) 내에 포함되고, 격납 용기 영역(270) 내에 위치되어 있다. RSPT(202)는 분할기 네트워크를 형성하는 복수의 자기적으로 응답하는 장치(210) 및 복수의 주파수 응답 장치(212)를 포함한다. 자기적으로 응답하는 장치(210)는 스위칭 형태 장치일 수 있고, 특히 리드 스위치가 사용될 수 있다. 예시 목적을 위해, 본 발명은 리드 스위치를 자기적으로 응답하는 장치(210)로서 사용하는 것이 기술될 것이다.

리드 스위치(210)는 단자판(24)에 장착되고, 스탠드오프 및 관통 커넥터(32)에 의해서 전기적으로 상호 연결된다. 하우징(18)의 내벽과 전기적 접촉을 하지 않도록 스탠드오프 커넥터(32)의 길이가 너무 길어지지 않도록 주의를 한다. 또한, 응답 스위치(210)의 리드(lead)는 불필요한 전기 접촉을 하지 않도록 절연될 수 있다. 당업자는 스탠드오프 및 관통 커넥터가 아니라 인쇄 회로 기판을 포함하는 단자판이 구성요소 연결에 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

사용된 스위치(210)의 개수는 선택된 스위치의 크기, 형태 및 자기 응답성과, 하우징(18) 내에서 발생된 자기장의 강도에 의존할 것이다. 전형적으로, 리드 스위치의 길이는 대략 2.54cm(1인치)이다. 스위치(210)는 미리 결정된 간격으로 단자판(24) 상에 균일하게 떨어져 배치된다. 바람직한 실시예에서, 위치 감지 장치(200)의 최상부 스위치(210)는 CEA 하우징(12)의 바닥 에지로부터 대략 4m(156인치) 위치에 있다. 스위치(210)는 하우징(18)을 따라 대략 3.8cm(1.5인치) 간격으로 떨어져 배치되어 있다.

바람직한 실시예에서, 리드 스위치(210)는 도면 번호(210, 210')로 도 6에 도시된 스위치 쌍으로 배선되어 있다. 리드 스위치(210, 210') 쌍은 제어봉(CEA)의 경로와 평행한 직렬 축방향 배열로 배치된다. 어떤 스위치도 작동되지 않는 CEA 위치의 가능성을 방지하기 위하여, 상기 스위치쌍(210, 210')의 위치 및 간격은 스위치 작동의 작은 오버랩이 발생할 수 있도록하는 배열로 된다. CEA 구동 샤프트가 CEA 하우징(12)의 축방향으로 진행함에 따라, 하나 또는 그 이상의 스위치(210)는 자석(16)이 접근하면 순차적으로 폐쇄되고 CEA 구동 샤프트가 통과하고 난 후에 개방되는데, 이때 직렬 축방향으로 배열된 인접한 스위치쌍들(210 및 210', 그리고 다른 210 및 210' 들)은 자석(16)이 인접한 2개의 스위치쌍 중간에 와서 그 자기장이 그 인접한 스위치쌍(210, 210') 두 쌍을 다 작동시키는 때에 상기 두 인접한 스위치쌍이 폐쇄되도록 하는 위치들에 배치된다.

본 발명에 따른 RSPT(202)는 종래의 RSPT 시스템에 포함되는 것보다 더 많은 스위치쌍(210, 210')을 동일한 길이내에 포함되도록 제조될 수 있어서, 종래보다 더 정밀한 해상도로 CEA의 위치를 검출할 수 있다. CEA 위치의 상기 더 정밀한 측정은 원자로의 반응도(이후에 기술됨)를 제어하기 위한 제어 요소 조립체 계산기에 의해 생성된 페널티 계수를 줄이기 위한 기초로서 사용될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 주파수 응답 장치(212)는 동일한 크기와 형태를 갖는 복수의 인덕터이다. 당업자는 커패시터 또는 다른 유사한 주파수 응답 요소가 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 인덕터(212)는 스위치 쌍(210, 210')과 전기적으로 연결된 분압기 네트워크를 형성하기 위하여, PLC(208)에 전기적으로 연결된다.

대역 통과 필터(204)는 각각의 RSPT(202)에 대한 소스 라인 상에 위치된다. 각각의 대역 통과 필터(204)는 어떤 선택된 주파수만이 개개의 RSPT(202)로 통과하도록, PLC(208)에 RSPT(202)을 연결한다. 대역 통과 필터(204)는 해당분야에서 통상적으로 알려지고 사용되는 형태이다.

헤드 위 격납 용기 영역(270)에 위치된 케이블 패널(218)은 RSPT(202)에서 PLC(208)로 케이블을 연결하는데 필요한 전선 및 연결부는 물론 대역 통과 필터(204)를 수용한다. 케이블 패널(218)의 전선은, RSPT(202) 네트워크가 병렬로 배선되도록 하고, RSPT(202) 네트워크를 PLC(208)에 전기적으로 연결하는 케이블이 도 6에 도시된 것처럼 케이블 패널(218)로부터 나오도록 한다.

프로그램 가능한 논리 제어기(PLC)(208)는 마이크로프로세서로 제어되고, 산업에 널리 공지되고 사용되는 형태이다. PLC(208)는 RSPT(202) 네트워크로 전달되는 주파수를 발생시킨다. 격납 용기 영역내의 방사능으로 인한 피해를 방지하기 위하여, PLC(208)는 격납 용기 영역 외부에 위치된다.

도 6은 위치 감지 장치(200)의 회로도를 도시한다. 위치 감지 장치(200)는 RSPT(202) 네트워크에 의해 형성된 복수의 위치 감지 채널을 포함하는데, 각 RSPT(202) 네트워크는 선택된 CEA와 전기적으로 연관된다.

상술한 바와 같이, RSPT(202)는 분압기 네트워크를 형성하는 복수의 리드 스위치 쌍(210, 210') 및 복수의 인덕터(212)를 포함한다. 리드 스위치 쌍을 형성하는 리드 스위치들(210, 210')은 직렬로 전기 연결되고, 분압기 네트워크를 형성하는 인덕터(212)와 전기적으로 연결된다. 리드 스위치쌍(210, 210')들중 각 쌍은 분압기를 따라 다른 지점에 연결된다. 이때, 스위치쌍 중 한쪽 스위치를 형성하는 리드 스위치(210')는 다른쪽 스위치(210)와 대체적으로 동일한 위치에 배치된다.

RSPT(202), 직렬로 연결된 스위치쌍(210, 210')들 및 인덕터(212)들을 포함하는 모든 구성요소는 일반 케이블을 사용하여 PLC(208)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 스위치(210)들 중 하나와 그 스위치와 직렬로 연결된 해당 백업 스위치(210')가 폐쇄될 때, 신호는 PLC(208)로 전송될 것이다.

작동

PLC(208)는 특정 주파수에서 고정 전압 신호를 발생시킨다. 선택된 주파수는 위치 감지 장치(200)를 형성하는 주파수 응답 요소의 형태에 따를 것이다. 전압 신호는 대역 통과 필터(204)로 전달되고, 전압 신호는 특정 주파수 신호가 통과되는 대역 통과 필터(204)를 통과하여 RSPT(202)에 전달된다.

자석(16)은 하우징(18) 내에 포함된 자기장을 발생시킨다. 바람직한 실시예에서, 자석(16)은 CEA 구동 샤프트에 의해 지지되는 영구자석이다. 상기 배열은 CEA 구동 샤프트가 하우징(18) 내에서 축방향으로 이동함에 따라, 자기장이 하우징(18) 내에서 이동하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 당업자는 상기 자석(16)이 CEA 구동 샤프트에 의해 지지될 필요가 없고, 다른 형태의 자기장 생성 장치가 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. CEA 구동 샤프트가 CEA 하우징(12)의 축방향으로 진행됨에 따라, 스위치쌍(210, 210')들은 자석(16)의 자기장에 접근하면 순차적으로 폐쇄되고 그 자기장을 통과하고 난 후에 개방되는데, 이때 직렬 축방향으로 배열된 스위치쌍들은 자석(16)이 2개의 인접한 스위치쌍 중간에 와서 그 자기장이 인접한 두 스위치쌍 모두를 작동시키는 때에 그 인접한 두 스위치쌍이 폐쇄되도록 하는 위치들에 배치된다.

각각의 RSPT(202)가 특정 주파수 범위에서 응답하도록 되기 때문에, 개개의 RSPT(202)는 위에서 논의된 것처럼, 인덕터(212)가 PLC(208)에서 나온 주파수 의존 전압 신호를 수신하고, 스위치쌍(210, 210')들 부근의 자기장이 특정 스위치 쌍(210, 210')을 작동시켜 그 스위치 쌍(210, 210')이 폐쇄되도록 할 때 활성화된다.

RSPT(202)는 RSPT 네트워크를 형성하는 RSPT(202)들에 의해 공유된 공통 출력 라인 상을 통해 PLC(208)로 신호를 복귀시키는데, 상기 신호는 CEA의 위치를 지시하는 것이다. 상기 공통 라인은 PLC(208)에 의해 감시된다. 따라서, PLC에 RSPT(202)을 연결하는데 요구되는 케이블의 수는 종래의 RSPT 시스템에 비해 감소된다. 상기 다중 송신 처리가 헤드 영역 가까이에서 수행될 수 있는 경우는 케이블 비용을 더 줄일 수 있다.

RSPT(202)로부터 출력된 신호는 위상 각도, AC 전압 또는 AC 전류 측정값을 포함할 수 있다. 인덕터(212)는 측정되는 시점에서 폐쇄되는 리드 스위치(210, 210')의 위치에 비례하는 방식으로 유도 네트워크에 인가된 AC 신호의 위상을 변화시킨다. 그리고, 인덕터 네트워크를 통하는 전압은 전압이 측정되는 위치에 따라 다르다. 여기서, 측정되는 위치란 스위치쌍(210, 210')들 중 측정되는 시점에서 폐쇄되는 스위치쌍의 위치에 따라 정해진다. 측정된 값은 폐쇄된 리드 스위치 쌍(210, 210')의 위치에 따라 CEA의 위치를 계산하기 위해 사용된다.

PLC(208)를 제어하는 마이크로프로세서는 RSPT(202) 네트워크에서 복귀된 신호에 근거하여 CEA의 상대 위치를 계산한다. CEA 위치의 계산은 유도 분압기 네트워크와 함께 사용하는데 적합한 산업에서 현재 공지되고 사용되는 알고리즘을 사용하여 이루어질 수 있다. CEA 위치는 CEA 계산기에 인가된다. CEA 계산기는 원자로 노심의 반응도를 조절하는데 요구되는 임의의 필수적 페널티 계수를 발생시킨다.

위치 감지 장치(200)를 제작하기 위해 사용될 수 있는 구조는 다양하다. 예를 들면, 분압기 네트워크는 인덕터 대신에 커패시터를 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 장치(200)는 여분 스위치(210')를 반드시 포함해야만 하는 것이 아니다. 여분 스위치(210')는 스위치(210)가 폐쇄 위치에서 개방 위치로 이행하는 동작을 하지 않는 경우에 백업을 제공한다.

이상에서 상술된 본 발명은 위치 감지 장치의 작동을 제어하기 위하여 다중 송신하는 프로그램 가능한 논리 제어기를 사용함으로써 종래기술의 단점을 극복하며, 위치 감지 장치의 구성요소를 전기적으로 배선하는데 요구되는 케이블의 수를 감소시키며, 격납 용기 영역을 관통해야 하는 케이블의 수를 감소시키며, 또한 CEA 위치의 더 나은 해상도를 허용하는 등의 효과가 있다.

Claims

자신의 위치 부근에 자기장을 발생시키는 수단을 구비하며 이동하는 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치에 있어서,

프로그램 가능한 논리 제어기와,

상기 프로그램 가능한 논리 제어기에서 출력된 주파수 의존 신호를 통과시키며 상기 프로그램 가능한 제어기에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 주파수 응답 필터와,

상기 필터 각각에 전기적으로 각각 연결되는 적어도 하나의 주파수 응답 분압기 네트워크와,

상기 자기장에 응답하고 상기 이동가능한 부재의 위치를 지시하는 신호를 출력하는 적어도 하나의 자기적으로 응답하는 수단을 포함하되,

상기 자기적으로 응답하는 수단 각각은 상기 분압기 네트워크에 전기적으로 각각 연결되는,

이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
제 1항에 있어서, 상기 주파수 응답 필터는 대역 통과 필터인, 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
제 2항에 있어서, 상기 각각의 분압기 네트워크는 단일 대역 통과 필터에 전기적으로 연결되도록 전기적으로 연결된 복수의 분압기를 포함하는, 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
제 3항에 있어서, 상기 자기적으로 응답하는 수단 각각은 단일 분압기 네트워크에 전기적으로 연결되는 복수의 자기적으로 응답하는 스위치를 포함하고, 여기서 적어도 하나의 자기적으로 응답하는 스위치가 단일 분압기에 전기적으로 연결되는, 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치에 있어서,

프로그램 가능한 논리 제어기와,

자신의 근처에 자기장을 발생시키기 위한 수단을 구비하는 이동가능한 부재를 가지는 제1 하우징 내에 포함되고, 주파수 의존 전기 신호를 통과시키기 위해 마이크로프로세서에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 주파수 응답 필터와,

상기 제1 하우징내에서 발생된 자기장이 내부에 미치도록 상기 제1 하우징 외측에 인접하여 배치되는 제 2 하우징 내에 포함되고, 상기 필터 각각에 전기적으로 각각 연결되는 적어도 하나의 주파수 응답 분압기 네트워크와,

상기 제 2 하우징 내에서 지지되고, 상기 분압기 네트워크가 상기 이동 가능한 부재의 위치를 지시하는 신호를 출력하도록 상기 분압기 네트워크 각각에 전기적으로 각각 연결되는 적어도 하나의 자기적으로 응답하는 수단을 포함하는,

이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
제 5항에 있어서, 상기 주파수 응답 필터는 대역 통과 필터인, 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
제 6항에 있어서, 상기 각각의 분압기 네트워크는 단일 대역 통과 필터에 전기적으로 연결되도록 전기적으로 연결된 복수의 분압기를 포함하는, 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
제 7항에 있어서, 상기 자기적으로 응답하는 수단 각각은 단일 분압기 네트워크에 전기적으로 연결되는 복수의 자기적으로 응답하는 스위치를 포함하고, 여기서 적어도 하나의 자기적으로 응답하는 스위치가 단일 분압기에 전기적으로 연결되는, 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
제 8항에 있어서, 상기 분압기는 인덕터인, 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
제 8항에 있어서, 상기 분압기는 커패시터인, 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
제 8항에 있어서, 상기 자기적으로 응답하는 스위치는 리드 스위치인, 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치에 있어서,

제1 하우징 내에 배치되고 상기 제 1 하우징에 대해 이동 가능한 부재와,

상기 이동 가능한 부재 근처에 자기장을 발생시키기 위한 수단과,

상기 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위하여 상기 자기장에 응답하는 자기적으로 응답하는 수단과,

상기 이동 가능한 부재의 위치를 지시하는 신호를 발생 및 출력하기 위한 주파수 응답 분압기 네트워크를 포함하되,

상기 주파수 응답 분압기 네트워크는 상기 자기적으로 응답하는 수단에 전기적으로 연결되는

이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
제 12항에 있어서, 자기장을 발생시키기 위한 상기 자기 수단은 상기 이동 가능한 부재에 의해 지지되는 영구자석을 포함하는, 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
제 12항에 있어서, 상기 자기적으로 응답하는 수단은 상기 제1 하우징내에서 발생된 자기장이 내부에 미치도록 상기 제1 하우징 외측에 인접하여 배치되는 제 2 하우징 내에서 지지되되, 상기 자기적으로 응답하는 수단은 상기 분압기 네트워크에 전기적으로 연결되는 복수의 자기적으로 응답하는 스위치를 포함하는, 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
제 14항에 있어서, 상기 복수의 자기적으로 응답하는 스위치는 복수의 리드 스위치인, 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
제 15항에 있어서, 상기 복수의 리드 스위치를 형성하는 상기 리드 스위치는 적어도 하나의 스위치가 상기 자기장에 의해 활성화됨에 의해서 항상 전류가 통하도록 균일한 간격으로 떨어져 배치되는, 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
제 14항에 있어서, 상기 분압기 네트워크는 복수의 인덕터를 포함하는, 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.
제 12항에 있어서, 상기 이동 가능한 부재의 위치를 디스플레이하기 위한 장치를 더 포함하는, 이동 가능한 부재의 위치를 감지하기 위한 장치.