NO150536B

NO150536B - DEVICE FOR COOLANT LEVEL MONITORING IN A NUCLEAR REACTOR TANK

Info

Publication number: NO150536B
Application number: NO820757A
Authority: NO
Inventors: Robert D Smith
Original assignee: Scandpower As
Priority date: 1982-03-10
Filing date: 1982-03-10
Publication date: 1984-07-23
Also published as: NO820757L; NO150536C

Description

Foreliggende oppfinnelse angår overvåkning av kjøleprosessen og kjølemiddelets tilstand i en kjernereaktortank. En av de sikkerhetsregler som gjelder ved drift av et kjernekraft-anlegg krever måling og overvåkning av kjølemiddelnivået i reaktortanken. Denne måling må. gjøres for å kunne gi varsel om eventuelt tap av kjølemiddel. Installasjonsomkostningene for slike overvåkningssystemer blir betraktet som meget høye, både på grunn av utstyrsomkostningene og på grunn av omkost-ningene ved det nødvendige modifikasjonsarbeide på reaktoren. The present invention relates to monitoring the cooling process and the condition of the coolant in a nuclear reactor tank. One of the safety rules that apply to the operation of a nuclear power plant requires measurement and monitoring of the coolant level in the reactor tank. This measurement must. done in order to be able to give notice of any loss of refrigerant. The installation costs for such monitoring systems are considered to be very high, both because of the equipment costs and because of the costs of the necessary modification work on the reactor.

Iblant er også den oppnådde informasjon om kjølemiddelnivået alene utilstrekkelig til å bestemme om bremselkjernens kjøling er mangelfull. En slik mangelfull kjøling kan være forårsaket av vesentlige reaktorfeil, f.eks. stillestående avkoking. På den annen side er det viktig å hindre at uvesentlig tap av kjølemiddel fører til unødvendig stopp av kjernekraftstasjonen. Sometimes the obtained information about the coolant level alone is insufficient to determine whether the cooling of the brake fluid core is insufficient. Such insufficient cooling can be caused by significant reactor faults, e.g. stagnant decoction. On the other hand, it is important to prevent insignificant loss of coolant leading to an unnecessary shutdown of the nuclear power station.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en anordning for bestemmelse av kjølemiddelnivå i en kjernereaktortank på økonomisk gunstig og hensiktsmessig måte, samt derved å kunne gi varsel om utilstrekkelig' kjøling av brenselkjernen ved hjelp av et overvåkningssystem som dekker hele reaktorens driftsområde. It is therefore an object of the present invention to produce a device for determining the coolant level in a nuclear reactor tank in an economically favorable and appropriate manner, as well as to be able to give notice of insufficient cooling of the fuel core by means of a monitoring system that covers the entire operating area of the reactor.

Oppfinnelsen går da ut på å bestemme om tap av kjølemiddel The invention then involves determining the loss of refrigerant

har funnet sted i en kjernereaktortank ved hjelp av en enkel modifikasjon av det måleutstyr som måler lokal effekt og tidligere er beskrevet i Norsk Patentskrift nr. 147.162. Disse instrumenter omfatter et par termoelement-ender anbragt i hver sin av flere vertikalt anordnede måleområder. has taken place in a nuclear reactor tank using a simple modification of the measuring equipment that measures local effect and was previously described in Norwegian Patent Document No. 147,162. These instruments comprise a pair of thermocouple ends placed in each of several vertically arranged measuring areas.

Oppfinnelsen gjelder således en anordning for bestemmelse av kjølemiddelnivå i en kjernereaktortank med en brensel-ladning, idet anordningen omfatter et målelegeme i varmeledende forbindelse med en ytre kappe i kontakt med kjølemiddelet for å opprette et varmesluk for målelegemet under indre oppvarming ved gammastråling fra brensel-ladningen, idet legemet er utført med termiske motstandsområder innenfor hver sin målesone i innbyrdes vertikal avstand, samt et termoelement med minst to temperaturfølende elementender i innbyrdes vertikal avstand i hver sin målesone og som frembringer en differensialspenning med en viss polaritet ved ensartet kjøling av den ytre kappe fra det omgivende kjølemiddel. The invention thus relates to a device for determining the coolant level in a nuclear reactor tank with a fuel charge, the device comprising a measuring body in heat-conducting connection with an outer jacket in contact with the coolant to create a heat sink for the measuring body during internal heating by gamma radiation from the fuel charge , as the body is made with thermal resistance areas within each measuring zone at a mutually vertical distance, as well as a thermocouple with at least two temperature-sensing element ends at a mutually vertical distance in each measuring zone and which produces a differential voltage with a certain polarity by uniform cooling of the outer jacket from the ambient refrigerant.

På denne bakgrunn av kjent teknikk har så anordningen i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at de temperaturfølende elementer i hver målesone er anbragt med den raskest reagerende termoelementende øverst og slik i forhold til målesonen termiske motstandsområde at termoelementet i vedkommende målesone frembringer en differensialspenning med motsatt polaritet som reaksjon på at kjølemiddelmengden i reaktortanken avtar til et nivå under nevnte øverste termoelementende i målesonen, mens spenningsavfølende utstyr er tilsluttet termoelementendene i hver målesone for å anvise kjølemiddelnivået i reaktortanken. On this background of known technology, the device according to the invention has as a distinctive feature that the temperature-sensing elements in each measuring zone are placed with the fastest-reacting thermocouple end at the top and such that, in relation to the measuring zone's thermal resistance area, the thermocouple in the relevant measuring zone produces a differential voltage with the opposite polarity which reaction to the amount of coolant in the reactor tank decreasing to a level below said top thermocouple end in the measurement zone, while voltage sensing equipment is connected to the thermocouple ends in each measurement zone to indicate the coolant level in the reactor tank.

En senkning av kjølemiddelnivået under til et nivå under den raskest reagerende elementende vil således føre til at spenningssignalet mellom elementendene veksler polaritet. En slik veksling av polariteten kan da utnyttes til å gi alarm eller innlede en prosess som tar sikte på å forhindre en re-aktorulykke på grunn av tap av kjølemiddel. En utførelse av oppfinnelsens anordning omfatter videre en elektrisk varmekabel i selve målelegemet sammen med de forskjellige par av termoelementender for derved å øke den indre oppvarming utover den oppvarming som frembringes av gammastrålingen i reaktorkjernen. Ved en slik utførelse kan spenningssignalene fra termoelementene også utnyttes for å utlede varmeoverfør-ingskarakteristikken for de ytre overflater av måleanordnin-gen. A lowering of the coolant level below to a level below the fastest-reacting element end will thus cause the voltage signal between the element ends to change polarity. Such a reversal of the polarity can then be used to give an alarm or initiate a process aimed at preventing a reactor accident due to loss of coolant. An embodiment of the device of the invention further comprises an electric heating cable in the measuring body itself together with the different pairs of thermocouple ends to thereby increase the internal heating beyond the heating produced by the gamma radiation in the reactor core. In such an embodiment, the voltage signals from the thermocouples can also be used to derive the heat transfer characteristic for the outer surfaces of the measuring device.

Et viktig særtrekk ved foreliggende oppfinnelsegjenstand ligger i den tidligere nevnte modifikasjon av måleutstyret for måling av lokal effekt og som gjør det mulig å utnytte dette utstyr for flere målefunksjoner samtidig, nemlig måling av kjølemiddelnivå, bestemmelse av varmeoverføringskoeffisienter og temperaturovervåkning, i tillegg til nevnte måling av lokal effektfordeling. Ytterligere fordeler ved oppfinnelsen oppnås ved at målelegemet forlenges opp i den øvre del (kuppelen) av reaktortanken. Kjølebetingelsene i kuppelen kan da også måles. På denne måte er det således mulig å opprette et økonomisk fordelaktig system for sikkerhetsovervåkning på grunnlag av allerede eksisterende måleutstyr for måling av lokal effektfordeling. An important distinctive feature of the subject of the present invention lies in the previously mentioned modification of the measuring equipment for measuring local effect and which makes it possible to use this equipment for several measuring functions at the same time, namely measurement of coolant level, determination of heat transfer coefficients and temperature monitoring, in addition to the aforementioned measurement of local power distribution. Further advantages of the invention are achieved by extending the measuring body into the upper part (dome) of the reactor tank. The cooling conditions in the dome can then also be measured. In this way, it is thus possible to create an economically advantageous system for safety monitoring on the basis of already existing measuring equipment for measuring local power distribution.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå The invention will now be described in more detail with reference to the attached drawings, after which

Fig. 1 er et utsnitt av måleutstyr for registrering av kjøle-middeltap og vist under normale forhold hvor kjølemiddelet dekker hele den viste -måleenhet. Fig. IA og IB viser alarmforhold hvor det foreligger lavere kjølémiddelnivå. Fig. 1 viser et snitt i det vertikalplan som er angitt ved 2-2 i fig. 1. Fig. 3 viser et elektrisk koblingsskjerna i tilknytning tii en måleenhet tilsvarende den som er vist i fig. 1. Fig. 4 viser forenklet det viste måleutstyr i fig. 1 og 3 montert i en kjernereaktortank. Fig. 1 is a section of measuring equipment for recording refrigerant loss and shown under normal conditions where the refrigerant covers the entire measuring unit shown. Fig. IA and IB show alarm conditions where there is a lower coolant level. Fig. 1 shows a section in the vertical plane indicated at 2-2 in fig. 1. Fig. 3 shows an electrical connection core in connection with a measuring unit corresponding to that shown in fig. 1. Fig. 4 shows a simplified view of the measuring equipment shown in fig. 1 and 3 mounted in a nuclear reactor tank.

Fig. 5 viser forstørret en del av fig. 4. Fig. 5 shows an enlarged part of fig. 4.

Fig. 6 viser et skjematisk biokkskjerna over et målesystem med flere målesystemer og opprettet på grunnlag av det måleutstyr som er vist i fig. 1 og 3. Fig. 6 shows a schematic bioc core of a measuring system with several measuring systems and created on the basis of the measuring equipment shown in fig. 1 and 3.

I fig. 1 og 3 er det vist en måleenhet av den art som er beskrevet i ovenfor nevnte Norske Patentskrift nr. 147.162. In fig. 1 and 3, a measuring unit of the type described in the above-mentioned Norwegian Patent Document No. 147,162 is shown.

Fig. 1 viser vedkommende måleenhet inne i en kjernereaktors brenselsladning og omgitt av reaktorens kjølemiddel. Fig. 1 shows the measuring unit in question inside a nuclear reactor's fuel charge and surrounded by the reactor's coolant.

Målelegemet utgjøres av et langstrakt sylinderformet legeme 14 som kan oppvarmes og strekker seg gjennom hele brenselkjernen, samt er omgitt av en ytre kappe 16 som gir termisk kontakt med kjølemiddelet og danner et varmesluk. The measuring body consists of an elongated cylindrical body 14 which can be heated and extends through the entire fuel core, and is surrounded by an outer jacket 16 which provides thermal contact with the coolant and forms a heat sink.

Den varme som utvikles i legemet 14 ved absorbsjon av gamma-stråler under reaktorens drift ledes radielt utover til dette varmesluk. Målelegemet måler da den varmemengde som er frem-bragt ved lokal effektabsorbsjon i de forskjellige vertikale målesoner. Fig. 1 viser en slik målesone. Målingene utføres her av termoelementer med flere elementender 18 anbragt i hver målesone. Termoelementene er plassert i en midtutboring 20 i det sylinderformede målelegeme 14. Av fig. 3 vil det fremgå at hvert termoelement omfatter et par termoelementender 22 og 24 koblet i serie og omgitt av et isolerende material 26, f. eks. aluminiumoksyd, og som i sin tur er omgitt av en kappe 28 av rustfritt stål. De termoelementender som er vist i fig. 1 er anbragt i nærheten av et ringformet kammer 30 i hver målesone. Som vist i fig. 3, er disse termoelement-ender koblet til et voltmeter 32 som er en del av den ytre måleutrustning, for å måle spenningen mellom termoelementendene som en følge av temperaturforskjellen mellom disse. Denne temperaturforskjell er et mål for den lokale varmeut-vikling eller den effekt som utvikles i de forskjellige brenselelementer i nærheten. The heat developed in the body 14 by absorption of gamma rays during the reactor's operation is led radially outwards to this heat sink. The measuring body then measures the amount of heat produced by local power absorption in the different vertical measurement zones. Fig. 1 shows such a measurement zone. The measurements are carried out here by thermocouples with several element ends 18 placed in each measurement zone. The thermocouples are placed in a central bore 20 in the cylindrical measuring body 14. From fig. 3, it will appear that each thermocouple comprises a pair of thermocouple ends 22 and 24 connected in series and surrounded by an insulating material 26, e.g. aluminum oxide, and which in turn is surrounded by a sheath 28 of stainless steel. The thermocouple ends shown in fig. 1 is placed near an annular chamber 30 in each measurement zone. As shown in fig. 3, these thermocouple ends are connected to a voltmeter 32 which is part of the external measuring equipment, to measure the voltage between the thermocouple ends as a result of the temperature difference between them. This temperature difference is a measure of the local heat development or the effect that develops in the various fuel elements in the vicinity.

I henhold til oppfinnelsen er termoelementet 18 plassert med sitt topp-punkt 34 og hurtig virkende elementende 22 vertikalt over den annen elementende 24. Denne plassering av termoelementene er motsatt den plassering som er angitt i det tidligere nevnte Norske Patentskrift. According to the invention, the thermocouple 18 is positioned with its top point 34 and fast-acting element end 22 vertically above the other element end 24. This placement of the thermocouples is opposite to the placement stated in the previously mentioned Norwegian Patent.

Denne ombytting av termoelementendene Tiar liten virkning på termoelementenes vanlige målefunksjon som går ut på å måle den lokale effektutvikling. Elementenden 22 virker nå som kald ende mens elementenden 24 utgjør den varme elementende, som er anbragt innenfor det ringformede kammer 30. I normal drift er kjølemiddelet 12 i kontakt med hele den vertikale overflate av målelegemet og sørger derved for en jevn temperatur på varmesluket, som "utgjøres av den ytre kappe 16. Spenningssignalet til voltmeteret 32 vil derfor ha positiv polaritet. This replacement of the thermocouple ends has little effect on the thermocouple's normal measuring function, which consists of measuring the local effect development. The element end 22 now acts as a cold end, while the element end 24 constitutes the hot element end, which is placed within the annular chamber 30. In normal operation, the coolant 12 is in contact with the entire vertical surface of the measuring body and thereby ensures a uniform temperature on the heat sink, which "constituted by the outer jacket 16. The voltage signal to the voltmeter 32 will therefore have positive polarity.

Som en følge av visse feil i reaktoren kan imidlertid kjøle-middel gå tapt og overflatenivået 36 av kjølemiddelet 12 kan synke som antydet i fig. IA og IB. Når kjølemiddelnivået faller under den øvre raskt reagerende elementende 22, slik som vist i fig. IA, vil den del av målelegemet 14 som ligger over kjølemiddelnivået bli varm i forhold til den del som ligger under dette nivå. Derved frembringes en omvending av polariteten for det spenningssignal som overføres til voltmeteret 32. En slik polaritetvending ville ikke ha inn-truffet hvis termoelementendene var plassert på tidligere kjent vanlig måte. Vendingen av spenningssignalet polaritet kan således benyttes til å utløse en alarm eller sette i gang en rekke prosesser for å ta hånd om et reaktoruhell som omfatter tap av kjølemiddel. However, as a result of certain faults in the reactor, coolant may be lost and the surface level 36 of the coolant 12 may drop as indicated in fig. IA and IB. When the refrigerant level falls below the upper fast-reacting element end 22, as shown in fig. IA, the part of the measuring body 14 that lies above the coolant level will become hot in relation to the part that lies below this level. Thereby, a reversal of the polarity of the voltage signal which is transmitted to the voltmeter 32 is produced. Such a polarity reversal would not have occurred if the thermocouple ends had been placed in the previously known, usual way. The reversal of the voltage signal polarity can thus be used to trigger an alarm or initiate a series of processes to take care of a reactor accident involving loss of coolant.

Som vist i fig. 3 er termoelementets innkapsling 28 jordet As shown in fig. 3, the thermocouple enclosure 28 is grounded

for å kunne måle absolutt temperatur ved hjelp av et jordet voltmeter 4 2 som er elektrisk koblet til elementenden 22, i tilfelle det foreligger et reaktoruhell. Spenningssignalet til voltmeteret kan økes ved å varme opp målelegemet 14 elektrisk ved å lede strøm fra en ytre strømkilde '48 over en bryter til et varmeelement 44. Dette varmeelement er av den art som er beskrevet i en samtidig innlevert Norsk Patentansøkning nr. 82.0761 og som gjelder direkte kalibrering av måleutstyr av foreliggende art på monteringsstedet. in order to be able to measure absolute temperature by means of a grounded voltmeter 4 2 which is electrically connected to the element end 22, in the event of a reactor accident. The voltage signal of the voltmeter can be increased by heating the measuring body 14 electrically by passing current from an external current source '48 across a switch to a heating element 44. This heating element is of the type described in a simultaneously filed Norwegian Patent Application No. 82.0761 and which applies to direct calibration of measuring equipment of the present kind at the installation site.

Som angitt i fig. 2 er varmeelementet anbragt i utboringen As indicated in fig. 2, the heating element is placed in the bore

2 0 i legemet 14 sammen med termoelementene for å kunne gi en tilleggsoppvarming til samtlige målesoner. Som det senere vil bli forklart vil varmeelementet 44 i tillegg til å for-bedre registreringen av fall i kjølemiddelnivå også gjøre det mulig å bestemme varmeoverføringsforholdene ved overflaten av måleenheten 10. 2 0 in the body 14 together with the thermocouples to be able to provide additional heating to all measurement zones. As will be explained later, the heating element 44 will, in addition to improving the registration of drops in coolant level, also make it possible to determine the heat transfer conditions at the surface of the measuring unit 10.

Fig. 4 viser en kjernereaktortank med en kuppel 52 øverst samt en bunn 54 med gjennomføringsrør 56 til tanken. Rørene 56 er føringsrør for forskjellige instrumenter, slik som de ovenfor beskrevne målesoner 10, som derved kan føres gjennom tankens bunn inn i brenselkjernen 58 som er montert i tanken under kuppelen 52. Måleenhetene er forbundet med et ytre in-strumentpanel over kablene 60. Videre er tanken utstyrt med innløp og utløp 6 2 som sørger for at det finnes kjølemiddel i tanken, f.eks. vann. Brenselkjernen 58 er fyllt med kjøle-middel, som også kan trenge inn i kuppelen 52. Fig. 4 shows a nuclear reactor tank with a dome 52 at the top and a bottom 54 with a conduit 56 to the tank. The pipes 56 are guide pipes for various instruments, such as the measuring zones 10 described above, which can thereby be led through the bottom of the tank into the fuel core 58 which is mounted in the tank under the dome 52. The measuring units are connected to an outer instrument panel via the cables 60. Furthermore the tank is equipped with inlet and outlet 6 2 which ensure that there is refrigerant in the tank, e.g. water. The fuel core 58 is filled with coolant, which can also penetrate the dome 52.

I henhold til oppfinnelsen kan en eller flere måleenheter 10 rage vertikalt opp fra brenselkjernen inn i kuppelen for å kunne overvåke varmeoverføringsforholdene og kjølemiddelnivået i dette området. Måleenhetene i brenselkjernen måler fortsatt lokal effektutvikling. Som støtte og føring for måleenheter som rager opp i kuppelen kan det anvendes kjente patronpluggkonstruksjoner 64 som er vist i fig. 5. According to the invention, one or more measuring units 10 can protrude vertically from the fuel core into the dome in order to be able to monitor the heat transfer conditions and the coolant level in this area. The measuring units in the fuel core still measure local power development. Known cartridge plug structures 64 shown in fig. 5.

Slike patronpluggkonstruksjoner kan brukes til å tette eller lukke ubenyttede åpninger i den øvre plate 66 for brenselkjernen. Unntatt fra dette er et sentralt hull 68 som en måleenhet 10 i henhold til oppfinnelsen strekker seg gjennom. Dette vil fremgå av fig. 5. Et forlengelserør 70 er festet til den øvre støtteplate 7 2 som vanligvis skiller kuppelområdet 52 fra tankrommet på oversiden av brenselkjernen. Røret 70 beskytter måleenhetene 10 inne i kuppelområdet, samt er for-synt med åpninger 74 og en åpen øvre ende 76, som tillater måleenhetene å ha full kontakt med kjølemiddelet samtidig som de beskyttes mot avbøyningskrefter forårsaket av kjølemiddel-ets bevegelser. Such cartridge plug structures can be used to plug or close unused openings in the upper plate 66 for the fuel core. Excluded from this is a central hole 68 through which a measuring unit 10 according to the invention extends. This will be apparent from fig. 5. An extension pipe 70 is attached to the upper support plate 7 2 which usually separates the dome area 52 from the tank space on the upper side of the fuel core. The tube 70 protects the measuring units 10 inside the dome area, and is provided with openings 74 and an open upper end 76, which allows the measuring units to have full contact with the refrigerant while protecting them against deflection forces caused by the refrigerant's movements.

Som tidligere påpekt kan føring av oppvarraingsstrøm gjennom varmekabelen 44 langs måleenhetene 10 gjøre det mulig å utnytte måleenhetene på flere måter. As previously pointed out, routing heating current through the heating cable 44 along the measuring units 10 can make it possible to use the measuring units in several ways.

Her vil f.eks. et målelegeme 14 som oppvarmes med gammastråling i en grad tilsvarende 79 Joule pr. gram under normal reaktordrift, frembringe et differansetemperatursignal (TD) på ca. 2 C målt mellom termoelementendene 22 og 24 ved hjelp av voltmeteret 42. Under disse forhold og uten anvendelse av varmekabelen 44 vil måleenhetens absolutte temperatur (TC) målt med voltmeteret 42 ligge nær kjølemiddelets temperatur (TW). Med varmekabelen strømførende under normal reaktordrift vil oppvarmingen av legemet 14 øke til 3.180 Joule pr. gram, mens differansetemperaturen (TD) vil øke til omtrent 80°C Here, e.g. a measuring body 14 which is heated with gamma radiation to a degree corresponding to 79 Joules per grams during normal reactor operation, produce a differential temperature signal (TD) of approx. 2 C measured between the thermocouple ends 22 and 24 using the voltmeter 42. Under these conditions and without the use of the heating cable 44, the absolute temperature of the measuring unit (TC) measured with the voltmeter 42 will be close to the temperature of the coolant (TW). With the heating cable current-carrying during normal reactor operation, the heating of the body 14 will increase to 3,180 Joules per grams, while the differential temperature (TD) will increase to approximately 80°C

som forventet. Økningen (&T) i absolutt måletemperatur (TC) vil imidlertid være forholdsvis liten, nemlig ca. 5-10°C, hvilket angir at det foreligger god kjøling og gode varmeover-føringsforhold. as expected. The increase (&T) in absolute measuring temperature (TC) will, however, be relatively small, namely approx. 5-10°C, which indicates that there is good cooling and good heat transfer conditions.

Når kjølemiddelnivået 76. synker under den kalde elementende 22, slik som vist i fig. IA, vil målesonen i nivå med elementenden 22 komme i kontakt med damp eller damp/hydrogen, mens den<:>i nivå med elementenden 24 fortsatt vil være i kontakt med kjø-lemiddelet. Den nedsatte kjøling ved elementenden 22 vil for-styrre det symmetriske varmestrømningsmønster inne i legemet 14 og frembringe en vending av polariteten for differansetempe-ratursignalet (TD) på omtrent - 2°C når varmekabelen 44 ikke er i bruk. Den absolutte temperatur (TC) av målelegemet vil på den annen side øke med ca. 2°C (&T) over kjølemiddeltempe-raturen (TW) på grunn av dårlige varmeoverføringsforhold i dampomgivelsene. En bedre anvisning om tap av kjølemiddel kan imidlertid oppnås ved bruk av varmekabelen 44. Man vil da få en vending av polariteten for differansetemperaturen (ED) på ca. -50°C, mens forskjellen (AT) mellom den absolutte temperatur av måleenheten og kjølemiddeltemperaturen øker til omtrent 100°C. På grunnlag av en antatt kjølemiddeltemperatur (TW) fra tidligere målinger samt en absolutt måleenhettempe-ratur (TC), hvor A T = TC-TW, vil data for beregning av var-meoverf øringskoef f isienter langs den ytre overflate av måleenheten på oversiden av kjølemiddelnivået 36 kunne utledes fra den kjente ligning: When the coolant level 76 drops below the cold element end 22, as shown in fig. IA, the measuring zone at the level of the element end 22 will come into contact with steam or steam/hydrogen, while that at the level of the element end 24 will still be in contact with the coolant. The reduced cooling at the element end 22 will disturb the symmetrical heat flow pattern inside the body 14 and produce a reversal of the polarity of the difference temperature signal (TD) of approximately -2°C when the heating cable 44 is not in use. The absolute temperature (TC) of the measuring body will, on the other hand, increase by approx. 2°C (&T) above the coolant temperature (TW) due to poor heat transfer conditions in the steam environment. A better indication of coolant loss can, however, be obtained by using the heating cable 44. You will then get a reversal of the polarity for the differential temperature (ED) of approx. -50°C, while the difference (AT) between the absolute temperature of the measuring unit and the coolant temperature increases to approximately 100°C. On the basis of an assumed coolant temperature (TW) from previous measurements as well as an absolute measuring unit temperature (TC), where A T = TC-TW, data for calculating heat transfer coefficients along the outer surface of the measuring unit on the upper side of the coolant level 36 could be derived from the known equation:

H = varmeoverføringskoeffisienten H = the heat transfer coefficient

Q = oppvarmingsenergien Q = the heating energy

A = måleenhetens overflate A = surface area of the measuring unit

Fig. IB angir en ytterligere reduksjon av kjølemiddelnivået til et nivå under den nedre elementende 24. Differansetemperaturen (TD) vil nå ligge nær 0, mens differansen (AT) mellom måleenhetens temperatur og kjølemiddeltemperaturen vil være den samme som under de forhold som er vist i fig. IA, Fig. IB indicates a further reduction of the coolant level to a level below the lower element end 24. The differential temperature (TD) will now be close to 0, while the difference (AT) between the measuring unit temperature and the coolant temperature will be the same as under the conditions shown in fig. IA,

nemlig med varmeoverføringskoeffisient (ha) vesentlig lavere på oversiden av kjølemiddelnivået enn tilsvarende koeffisient (hb) på undersiden av nivået. En sammenligning mellom oppvar-mingsforholdene ved de forskjellige kjølebetingelser som er angitt i fig. 1, IA og IB vil fremgå av følgende tabell: namely with heat transfer coefficient (ha) significantly lower on the upper side of the coolant level than the corresponding coefficient (hb) on the lower side of the level. A comparison between the heating conditions at the different cooling conditions indicated in fig. 1, IA and IB will appear from the following table:

Antallet måleenheter som trenges for å måle lokal effekt i kjernereaktorer varierer mellom 350 og 450. Når et slikt stort antall måleenheter modifiseres i samsvar med foreliggen-<1 >de oppfinnelse kan de tildeles flere målefunksjoner. Fig.6 anskueliggjør skjematisk hvorledes en slik tildeling kan utnyttes i et overvåkningssystem for flere sådanne funksjoner. Forskjellige deler av måleenhetene eller sensorene som er skjematisk angitt ved henvisningstallene 78 og 80 er henholdsvis tilordnet måling av kjølemiddelnivå og måling av varmeoverfø-ringsforholdene ved utnyttelse av den tilordnede elektriske varmekabel. Strømføringen gjénnom varmekabelen styres av re-guleringsenheten 82. En spesiell del av måleenhetene eller temperatursensorene 84 kan anvendes til å overvåke temperatu-ren uten bruk av varmekabel. Alle målesignaler overføres til en dataprosessor 86 som på sin utgangsside vil kunne angi effektfordeling, absolutt måletemperatur, varmeoverføringsko-effisienter og kjølemiddelnivå i de forskjellige anvisnings-enheter 88, 90, 92 og 94. Over en tilbakekoblet regulerings-enhet 96 vil det være mulig å forandre antall måleenheter som er tilknyttet de forskjellige funksjoner. Alle måleenheter The number of measuring units needed to measure local power in nuclear reactors varies between 350 and 450. When such a large number of measuring units are modified in accordance with the present invention, they can be assigned several measuring functions. Fig.6 illustrates schematically how such an allocation can be utilized in a monitoring system for several such functions. Different parts of the measuring units or sensors which are schematically indicated by the reference numbers 78 and 80 are respectively assigned to the measurement of the coolant level and the measurement of the heat transfer conditions when utilizing the assigned electric heating cable. The flow of current through the heating cable is controlled by the regulation unit 82. A special part of the measuring units or temperature sensors 84 can be used to monitor the temperature without the use of a heating cable. All measurement signals are transferred to a data processor 86 which on its output side will be able to indicate power distribution, absolute measurement temperature, heat transfer coefficients and coolant level in the different instruction units 88, 90, 92 and 94. Via a feedback control unit 96 it will be possible to change the number of measurement units associated with the different functions. All units of measurement

som er gruppert under under henvisningstallene 78, 80 og 84 which are grouped under reference numbers 78, 80 and 84

vil også kunne gi data til effektfordelingsindikatoren 88. will also be able to provide data for the power distribution indicator 88.

Claims

1. Device for determining the coolant level in a nuclear reactor tank with a fuel charge, the device comprising a measuring body (14) in heat-conducting connection with an outer cap

pe (16) in contact with the coolant (12) to create a heat sink for the measuring body during internal heating by gamma radiation from the fuel charge, the body (14) being made with thermal resistance areas within each measuring zone at a mutual vertical distance, as well as a thermocouple (18 ) with at least two temperature-sensing elements (22, 24) at a vertical distance from each other in each measurement zone and which produce a differential voltage with a certain polarity by uniform cooling of the outer jacket (16) from the surrounding coolant (12), characterized in that they temperature-sensing elements (22,24) in each measuring zone are arranged with a fastest-reacting thermocouple end (22) at the top and in such a way, in relation to the measuring zone's thermal resistance range, that the thermocouple (18) in the relevant measuring zone produces a differential voltage with the opposite polarity in response to the amount of coolant in the reactor tank decreases to a level (36) below said uppermost thermocouple end (22) in the measurement zone, while the voltage-sensing ext. yr (32,42) is connected to the thermocouples (18) in each measuring zone to indicate the coolant level (36) in the reactor tank.

2. Device as stated in claim 1, characterized in that the thermocouples with their mutually separated element ends are surrounded by an electrically grounded casing (28), while said voltage sensing equipment comprises the first voltage indicating device (32) which is connected between the mutually separated thermocouple ends ( 22, 24) for measuring the heat flow in the gamma-ray-heated measuring body as well as another voltage-indicating device (42) connected between ground and said top thermocouple end (32) for measuring the temperature of the measuring body.

3. Device as stated in claim 1 or 2, characterized in that said top thermoelement end (22) is placed on the upper side of and close to the thermal resistance area in each of the measurement zones.

4. Device as stated in claim 3, characterized in that the measuring zone's thermal resistance area is arranged axially at the level of the other temperature-sensitive thermoelement end (24) on the underside of the fastest-reacting thermoelement end (22).

5. Device as set forth in claims 1-3, characterized in that the voltage-sensing equipment comprises an indicator device for detecting loss of reactor coolant as a reaction to said generation of differential voltage with the opposite polarity.

6. Device as specified in claims 1 - 5, characterized in that an electric heating element (44) is inserted into the measuring body (14) for selective increase of the differential voltage.