原子炉水位計測システム
【課題】原子炉圧力容器全体を通して水位計測が可能である原子炉水位計測システムを提供する。
【解決手段】圧力容器２の蒸気領域に接続された凝縮槽１１と、凝縮槽１１に一端が接続された基準配管２１と、圧力容器２に一端が接続された変動配管２２〜２４と、基準配管２１および変動配管２２〜２４の他端と接続され、基準配管２１および変動配管２２〜２４の水頭差を検出する差圧式水位計３１〜３４と、圧力容器２の水位を検出する非差圧式水位計３５、３６と、格納容器４または圧力容器２の状態に基づいて、差圧式水位計３１〜３４または非差圧式水位計３５、３６を選択し、選択された水位計の検出結果に基づいて圧力容器２の水位を指示・記録する演算装置２０とを備えた。
【解決手段】圧力容器２の蒸気領域に接続された凝縮槽１１と、凝縮槽１１に一端が接続された基準配管２１と、圧力容器２に一端が接続された変動配管２２〜２４と、基準配管２１および変動配管２２〜２４の他端と接続され、基準配管２１および変動配管２２〜２４の水頭差を検出する差圧式水位計３１〜３４と、圧力容器２の水位を検出する非差圧式水位計３５、３６と、格納容器４または圧力容器２の状態に基づいて、差圧式水位計３１〜３４または非差圧式水位計３５、３６を選択し、選択された水位計の検出結果に基づいて圧力容器２の水位を指示・記録する演算装置２０とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内の水位を計測する原子炉水位計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉は、用途に応じて校正された、異なる計測範囲を有する複数の水位計を有する。従来、特許文献１に開示されたガンマサーモメータを用いた水位計測装置や、差圧を利用して水位を計測する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３９０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これら水位計の計測範囲は、オーバーラップするように設けられる。しかし、校正条件の違いから、プラントの状態によって複数の水位計が異なる水位指示値を示す場合がある。これに伴い、過渡時や事故時などのプラントの状態が大きく変化する場合においては、運転員が各水位計の用途を認識した上で水位を読み取る必要がある。
【０００５】
また、水位計は、事故時を考慮して燃料有効下端レベルまで計測できるように設計されているものの、苛酷事故時においては、従来の水位計では想定されていない計測不可能な地点まで水位が低下する恐れがある。
【０００６】
さらに、炉心冠水確認用として燃料域水位計が用いられるが、水位計の設計条件を上回る原子炉格納容器内の温度上昇の影響を受けた場合には、燃料域水位計では計測不能となる事象が発生する恐れがある。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、原子炉圧力容器全体を通して水位計測が可能である原子炉水位計測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る原子炉水位計測システムは、上述した課題を解決するために、原子炉格納容器に格納された原子炉圧力容器の蒸気領域に接続された凝縮槽と、前記凝縮槽に一端が接続された基準水柱計装配管と、前記原子炉圧力容器に一端が接続された第１の変動水柱計装配管と、前記基準水柱計装配管および前記第１の変動水柱計装配管の他端と接続され、前記基準水柱計装配管および前記第１の変動水柱計装配管の水頭差を検出する差圧計測式の第１の水位計と、前記第１の水位計とは異なる構成を有し、前記原子炉圧力容器の水位を検出する第２の水位計と、前記原子炉格納容器または前記原子炉圧力容器の状態に基づいて、前記第１の水位計または前記第２の水位計を選択し、選択された水位計の検出結果に基づいて前記原子炉圧力容器の水位を指示・記録する演算装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る原子炉水位計測システムにおいては、原子炉圧力容器全体を通して水位を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る原子炉水位計測システムの第１実施形態を示す構成図。
【図２】原子炉圧力低下時における選択処理を説明するフローチャート。
【図３】原子炉水位低下時における選択処理を説明するフローチャート。
【図４】ＴＡＦより水位低下時における選択処理を説明するフローチャート。
【図５】本発明に係る原子炉水位計測システムの第２実施形態を示す構成図。
【図６】第２実施形態の水位計測システムの第１の変形例としての水位計測システムの構成図。
【図７】第２実施形態の水位計測システムの第２の変形例としての水位計測システムの構成図。
【図８】第１実施形態の水位計測システムの第１の変形例としての水位計測システムの構成図。
【図９】第１実施形態の水位計測システムの第２の変形例としての水位計測システムの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る原子炉水位計測システムの実施形態を添付図面に基づいて説明する。各実施形態においては、本発明に係る原子炉水位計測システムを沸騰水型原子炉に適用して説明する。
【００１２】
［第１実施形態］
図１は、本発明に係る原子炉水位計測システムの第１実施形態を示す構成図である。
【００１３】
原子炉水位計測システム（水位計測システム）１の計測対象となる原子炉圧力容器（圧力容器）２は、炉心３を収容する。また、圧力容器２は、原子炉格納容器（格納容器）４に格納される。圧力容器２は、側面において凝縮槽１１および検出タップ１２〜１４を有する。
【００１４】
凝縮槽１１は、格納容器４内に設けられ、圧力容器２の蒸気領域に接続される。凝縮槽１１は、底部において基準水柱計装配管（基準配管）２１と接続され、水位検出時に基準水頭を与える。検出タップ１２〜１４は、差圧式水位計３１〜３４の計測範囲に応じて圧力容器２の所定位置にそれぞれ設けられる。第１の変動水柱計装配管としての変動水柱計装配管（変動配管）２２〜２４は、これら検出タップ１２〜１４を介して圧力容器２に一端が接続される。基準配管２１および変動配管２２〜２４は、格納容器４外まで伸びており、それぞれ格納容器４外で差圧式水位計３１〜３４と他端が接続される。
【００１５】
差圧式水位計３１〜３４は、狭帯域原子炉水位計３１、広帯域原子炉水位計３２、燃料域原子炉水位計３３および定検時水張り用原子炉水位計３４である。差圧式水位計３１〜３４は、基準配管２１および変動配管２２〜２４の水頭差を検出する。
【００１６】
狭帯域原子炉水位計（狭帯域水位計）３１は、通常運転状態および過渡状態を含む状態で予測される、水位変動が狭い範囲の水位を計測する。広帯域原子炉水位計（広帯域水位計）３２は、異常な過渡変化時や事故時を含む状態で予測される、狭帯域水位計３１の計測範囲より広い範囲の水位を計測する。燃料域原子炉水位計（燃料域水位計）３３は、事故後を含む状態で、広帯域水位計３２の計測範囲より低い水位を計測し、例えば炉心冠水確認用として用いられる。定検時水張り用原子炉水位計（定検時水張り用水位計）３４は、原子力発電プラントの定期検査時に想定される水位である燃料上部から原子炉ウェルまでの水位を計測する。
【００１７】
原子炉の運転状態に応じて原子炉圧力および温度は異なるため、水頭水などの比容積は変動する。従って正確な水位を計測するためには、この比容積などを補正する必要が生じる。このため、差圧式水位計３１〜３４は、原子炉の状態に基づき校正が行われる。例えば、狭帯域水位計３１および広帯域水位計３２は、定格運転時における圧力および温度を校正条件として用いる。燃料域水位計３３および定検時水張り用原子炉水位計３４は大気圧で校正される。
【００１８】
圧力容器２内には、原子炉内非差圧式水位計３５が設けられる。原子炉内非差圧式水位計３５は、差圧式水位計３１〜３４とは異なる構成および方式を有する第２の水位計であり、例えばガンマ線などによる温度差を用いて水位を検出するガンマサーモメータである。ガンマサーモメータは、ガンマ線を用いて水位を検出するだけでなく、ガンマサーモメータに設けられたヒータを熱源として、水の有無による温度差から水位を検出することができる。このため事故時等でガンマ線によるガンマヒーティングの効果が期待できなくなった場合であってもヒータを熱源として水位検出ができる。原子炉内非差圧式水位計３５は、炉心３を囲む炉心シュラウド内や炉心シュラウド外に設けられる。
【００１９】
圧力容器２外であって格納容器４内には、原子炉外非差圧式水位計３６が設けられる。原子炉外非差圧式水位計３６は、差圧式水位計３１〜３４とは異なる構成を有する第２の水位計であり、例えばガンマ線、中性子線、超音波を用いて水位を検出する水位計である。
【００２０】
原子炉内非差圧式水位計３５および原子炉外非差圧式水位計３６（非差圧式水位計３５、３６）は、差圧式水位計３１〜３４の水位計測範囲と重複して水位の計測が可能であり、かつ燃料域水位計３３が計測可能な範囲より低い水位である、燃料有効長下端より低い圧力容器２底部の水位まで検出できる。非差圧式水位計３５、３６は、圧力容器２内外に複数本、多区分に設けられ、また、上下方向に亘って複数の検出点で水位を計測することが好ましい。炉心３が損傷した際に水位計も損傷する恐れがあるが、複数の検出点を設けることにより出力に異常のない水位計により炉水が内包されていることを確認できる。
【００２１】
格納容器４内には、圧力容器２のプロセス状態を検出するための種々の計測機器が設けられる。例えば、原子炉圧力計（圧力計）４１は、格納容器４外であって基準配管２１に接続され、圧力容器２の圧力を計測する。第１の温度計４２は、格納容器４内のドライウェル５に設けられ、ドライウェル５の雰囲気温度を検出する。第２の温度計４３は、格納容器４内であって凝縮槽１１付近の基準配管２１の表面に設けられ、凝縮槽１１付近の基準配管２１の表面温度を計測する。第３の温度計４４は、格納容器４内であって燃料域水位計３３と接続される変動配管２４の表面に設けられ、変動配管２４の表面温度を計測する。
【００２２】
これら差圧式水位計３１〜３４、非差圧式水位計３５、３６、圧力計４１、および温度計４２〜４４は、演算装置２０に接続されており、得られた検出結果を演算装置２０に出力する。演算装置２０は、各計測機器より送信される検出結果から水位、圧力、温度などを指示・記録する。演算装置２０には、表示装置および入力装置が接続される。演算装置２０は、取得した指示値を表示装置に表示したり、入力装置を介して演算装置２０への入力を行ったりする。
【００２３】
演算装置２０は、格納容器４または圧力容器２の状態を検出し、検出された状態に基づいて差圧式水位計３１〜３４および非差圧式水位計３５、３６の中から水位の指示・記録に用いる水位計を選択する。以下、演算装置２０が水位計を選択する際の処理として、原子炉圧力低下時、原子炉水位低下時、および燃料有効長上端（ＴＡＦ）より水位低下時における選択処理を説明する。
【００２４】
図２は、原子炉圧力低下時における選択処理を説明するフローチャートである。この原子炉圧力低下時における選択処理は、過渡時および事故時の原子炉の減圧過程において想定される処理である。
【００２５】
ステップＳ１において、演算装置２０は、第１の温度計４２よりドライウェル５の雰囲気温度、および圧力計４１で計測される原子炉圧力より原子炉圧力飽和温度を取得し、比較する。ステップＳ２において、演算装置２０は、ドライウェル５の雰囲気温度が原子炉圧力飽和温度より大きいか否かを判定する。
【００２６】
ドライウェル５の雰囲気温度の方が大きい場合、差圧式水位計３１〜３４と接続された基準配管２１の内包水が蒸発する恐れがある。このため、演算装置２０は、ドライウェル５の雰囲気温度の方が大きいと判定した場合、ステップＳ３において、差圧式水位計３１〜３４による水位計測が不能であるか否かの判定を行う。例えば、演算装置２０は、複数チャンネルの差圧式水位計３１〜３４から得られる指示値の履歴を記録し、ばらつきの増大などから異常の有無を検出する。
【００２７】
演算装置２０は、差圧式水位計３１〜３４では水位の計測が不能であると判断した場合、ステップＳ４において、原子炉内非差圧式水位計３５および原子炉外非差圧式水位計３６の少なくとも一方を選択する。演算装置２０は、以降においては水位の指示値に非差圧式水位計３５、３６を用いて水位を計測し運転員へ出力する。
【００２８】
なお、温度比較ステップＳ２または計測可否判定ステップＳ３において、原子炉圧力飽和温度はドライウェル雰囲気温度以上であると判定された場合（ステップＳ２のＮＯ）、または差圧式水位計が計測可能であると判定された場合（ステップＳ３のＮＯ）については、引き続き差圧式水位計３１〜３４により水位が計測される。
【００２９】
このような水位計測システム１は、差圧式水位計３１〜３４が計測不能な場合であっても、圧力容器２および格納容器４の状態に基づいて非差圧式水位計３５、３６に自動で切替え、過渡時および事故時においても原子炉水位を計測可能とする。これにより、水位計測システム１は、差圧式とは異なる方式であって信頼性が確保できる水位計で水位を計測でき、計測に多様性を確保することができる。
【００３０】
次に、原子炉水位低下時における選択処理について説明する。
【００３１】
図３は、原子炉水位低下時における選択処理を説明するフローチャートである。この原子炉水位低下時における選択処理は、過渡時および事故時の原子炉の水位低下過程において想定される処理である。
【００３２】
ステップＳ１１において、演算装置２０は、原子炉水位が予め設定された設定水位（例えばＬ−２やＬ−１．５）より小さいか否かを判定する。このとき、演算装置２０は、広帯域水位計３２の指示値を用いて判定する。演算装置２０は、原子炉水位が設定水位以上であると判定した場合には、引き続き現在選択中の水位計を用いて水位を指示・記録する。
【００３３】
演算装置２０は、原子炉水位が設定水位より小さいと判定した場合、ステップＳ１２において、圧力計４１より得られた原子炉圧力と予め設定された設定圧力（例えば５０ｋＰａ）とを比較し、原子炉圧力の方が小さいか否かの判定を行う。演算装置２０は、原子炉圧力が設定圧力以上であると判定した場合、引き続き現在選択中の水位計を用いて水位を指示・記録する。
【００３４】
演算装置２０は原子炉圧力の方が小さいと判定した場合、ステップＳ１３において、燃料域水位計３３を選択する。ステップＳ１４において、演算装置２０は、燃料域水位計３３による水位計測が可能であるか否かの判定を行う。例えば、演算装置２０は、燃料域水位計３３の指示値の変動を観察する。演算装置２０は、変動が検出されない場合には基準配管２１の内包水に蒸発または漏えいなどの異常が発生している恐れがあるため、計測不能であると判定する。また、水位が燃料域水位計３３の計測範囲の下限を下回った場合、演算装置２０は計測不能であると判定する。
【００３５】
演算装置２０は、燃料域水位計３３による水位計測が可能であると判定した場合には、引き続き燃料域水位計３３により水位を指示・記録する。演算装置２０は、燃料域水位計３３では水位の計測が不能であると判断した場合、ステップＳ１５において、原子炉内非差圧式水位計３５および原子炉外非差圧式水位計３６の少なくとも一方を選択する。演算装置２０は、以降においては非差圧式水位計３５、３６を用いて水位を指示・記録する。
【００３６】
ここで、原子炉内非差圧式水位計３５が炉心シュラウド内に設けられる場合、燃料域水位計３３は炉心シュラウド外の水位を計測するのに対し、原子炉内非差圧式水位計３５は炉心シュラウド内の水位を計測することになる。このため、演算装置２０は、原子炉内非差圧式水位計３５で得られた水位を指示値として用いる場合には、炉心シュラウド内の水位である旨を併せて出力するのが好ましい。運転員は、水位指示値が炉心シュラウド内か炉心シュラウド外かを確認できることで、監視領域が変更となったことを容易に判断できる。
【００３７】
また、原子炉内非差圧式水位計３５が炉心シュラウド内に複数箇所設置された場合において、いずれかの原子炉内非差圧式水位計３５に異常が検出された場合、演算装置２０は異常が検出された水位計以外の水位計の検出結果に基づいて圧力容器２の水位を指示・記録する。これにより、水位計測システム１は、正常な原子炉内非差圧式水位計３５の設置場所には、炉水があることを確認できる。
【００３８】
このような水位計測システム１は、原子炉水位および原子炉圧力が設定水位および設定圧力よりも小さくなった場合には、異常過渡時や事故時条件である大気圧で校正された燃料域水位計３３を選択する。これにより、水位計測システム１は、原子炉圧力による指示差影響を充分に排除でき、燃料有効長上端（ＴＡＦ）の水位を精度よく監視できる。
【００３９】
また、水位計測システム１は、燃料域水位計３３による水位の計測が不可能である場合には、非差圧式水位計３５、３６を選択することで原子炉水位の指示の信頼性を確保できる。すなわち、原子炉内非差圧式水位計３５および原子炉外非差圧式水位計３６は、燃料域水位計３３の計測範囲の下限以下の水位を検出できるように構成されたため、過渡時および事故時に原子炉水位が低下し、燃料域水位計３３の水位指示が計測範囲の下限を下回った場合であっても計測範囲の拡大が図れ、水位の確認が容易となる。
【００４０】
次に、ＴＡＦより水位が低下した場合における選択処理について説明する。
【００４１】
図４は、ＴＡＦより水位低下時における選択処理を説明するフローチャートである。このＴＡＦより水位低下時における選択処理は、例えば図３の水位低下時における選択処理の後、炉心３の再冠水を確認する際に想定される処理である。
【００４２】
過渡時および事故時に原子炉水位が低下し、演算装置２０はＴＡＦを下回ったことを検出した場合、ステップＳ２１において、演算装置２０は、燃料域水位計３３による水位の計測が可能か否かの判定を行う。具体的には、燃料域水位計３３と接続された基準配管２１および変動配管２４に水張りが行われた結果、燃料域水位計３３で水位計測が可能となったか否かの判定を行う。
【００４３】
演算装置２０は、燃料域水位計３３で水位計測が可能であると判定した場合、ステップＳ２２において、燃料域水位計３３を選択し水位の指示・記録に用いる。演算装置２０は、燃料域水位計３３から得られる水位である炉心シュラウド外の水位で、炉心３の再冠水を確認することができる。
【００４４】
一方、演算装置２０は、燃料域水位計３３による水位計測が不可能であると判定した場合、すなわち基準配管２１および変動配管２４に水張りが行われず燃料域水位計３３の信頼性が低い場合、ステップＳ２３において、原子炉圧力は設定圧力（例えば５０ｋＰａ）より大きいか否かの判定を行う。
【００４５】
演算装置２０は、原子炉圧力は設定圧力より大きいと判定した場合、ステップＳ２４において、原子炉内非差圧式水位計３５および原子炉外非差圧式水位計３６の少なくとも一方を選択する。演算装置２０は、以降においては水位の指示値に非差圧式水位計３５、３６を用いて水位を計測し運転員へ出力する。演算装置２０は、非差圧式水位計３５、３６の出力を用いることで、炉心３の再冠水を確認する。
【００４６】
一方、演算装置２０は、圧力判定ステップＳ２３において原子炉圧力は設定圧力以下であると判定した場合、ステップＳ２５において、広帯域水位計３２および定検時水張り用水位計３４の履歴を記録し、出力に変動があるか否かの判定を行う。
【００４７】
演算装置２０は広帯域水位計３２および定検時水張り用水位計３４の出力に変動があると判定した場合、ステップＳ２６において、定検時水張り用水位計３４を選択し、水位を指示・記録することで、炉心３の再冠水を確認する。これは、大気圧で校正された定検時水張り用水位計３４に対する原子炉圧力による影響を充分排除でき、定検時水張り用水位計３４の変動配管２３に炉水によって水張りされたと考えられるためである。
【００４８】
このような水位計測システム１は、演算装置２０により、炉心３の再冠水時における水位計測の際には燃料域水位計３３、非差圧式水位計３５、３６または定検時水張り用水位計３４のいずれかを状況に応じて好適に選択することができるため、水位の確認が容易となる。
【００４９】
第１実施形態における水位計測システム１は、複数の構成からなる水位計を有し、かつ上述した図２〜図４の各選択処理を行うことで、原子炉圧力や原子炉水位などの各種状態に応じて、水位計測に最適な水位計を多様性を持って選択することができる。この結果、水位計測システム１は、信頼度の高い水位指示値を提示することができるため、運転員は水位を容易に確認することができる。
【００５０】
なお、水位計測システム１は、差圧式水位計３１〜３４および非差圧式水位計３５、３６を有する利点を利用して、以下のように用いることもできる。
【００５１】
圧力容器２内に水とは異なる比重の液体（例えば海水、ホウ酸水）が注入された場合、水と水以外の液体とは密度が異なる。このため、水の比重で校正された差圧式水位計３１〜３４の指示値は影響を受ける。
【００５２】
これに対し、水位計測システム１は、液体の比重により影響を受けない、ガンマ線などを利用する方式で水位を計測する非差圧式水位計３５、３６を用いて差圧式水位計３１〜３４を校正することができる。
【００５３】
演算装置２０は、差圧式水位計３１〜３４の出力と非差圧式水位計３５、３６の出力（炉心シュラウド外の水位）とを比較し、両者間の係数を求める。演算装置２０は、この係数を用いて差圧式水位計３１〜３４の出力を校正する。これにより、演算装置２０は、差圧式水位計３１〜３４より校正後の水位指示値を確認でき、炉心シュラウド外の水位をより精度よく計測できる。
【００５４】
また、第２の水位計としての非差圧式水位計３５、３６を異なる方式（例えば、ガンマ線、中性子線、超音波）を用いた複数の水位計としたり、非差圧式水位計３５、３６を多区分に設けたりすることで、計測の多様性を確保することができる。
【００５５】
例えば、演算装置２０は、各非差圧式水位計３５、３６より得られる水位指示値のうち、オーバースケールやダウンスケールした数値がある場合、オーバースケールやダウンスケールした数値を検出した非差圧式水位計３５、３６以外の非差圧式水位計３５、３６を選択する。
【００５６】
また、演算装置２０は、それぞれの履歴を記録し区分間の指示値のばらつきを計算する。演算装置２０は、ばらつきが増大した場合、すなわち異常が検出された場合、異常値を示す非差圧式水位計３５、３６以外の非差圧式水位計３５、３６（正常な非差圧式水位計３５、３６）を選択する。
【００５７】
これにより、水位計測システム１は、より精度よく水位を指示・記録することができる。
【００５８】
［第２実施形態］
第２実施形態における水位計測システム５１が第１実施形態と異なる点は、非差圧式水位計３５、３６に代えて、または非差圧式水位計３５、３６と共に、シビアアクシデント計測用水位計５５を有する点である。シビアアクシデント計測（ＳＡ）用水位計５５は、燃料域水位計３３の計測可能範囲下限以下である燃料有効長下端より低い圧力容器２底部までの水位の検出できる水位計である。
【００５９】
その他の校正については、第１実施形態とほぼ同様であるため、第１実施形態と対応する構成および部分については同一の符号を付し、または図示を省略し、重複する説明を省略する。
【００６０】
図５は、本発明に係る原子炉水位計測システムの第２実施形態を示す構成図である。
【００６１】
圧力容器２には、原子炉冷却材再循環流量系（再循環流量系）５２が接続される。この再循環流量系５２は、原子炉冷却材再循環流量系ポンプ（再循環流量系ポンプ）５３、および再循環流量系ポンプ５３の上流側に接続された原子炉冷却材再循環流量系配管（再循環流量系配管）５４を有する。
【００６２】
水位計測システム５１は、ＳＡ計測用変動水柱計装配管（ＳＡ用変動配管）５６、ＳＡ計測用基準水柱計装配管（ＳＡ用基準配管）５７、およびＳＡ計測用水位計（ＳＡ用水位計）５５を有する。
【００６３】
ＳＡ用変動配管５６（第２の変動水柱計装配管）は、一端が再循環流量系配管５４に接続される。ＳＡ用基準配管５７は、一端が基準配管２１に接続される。ＳＡ用水位計５５は、ＳＡ用変動配管５６およびＳＡ用基準配管５７（基準水柱計装配管）の他端にそれぞれ接続され、ＳＡ用変動配管５６およびＳＡ用基準配管５７の水頭差を検出する。ＳＡ用水位計５５は、第１の水位計としての差圧式水位計３１〜３４とは異なる構成を有する第２の水位計の一例である。ＳＡ用水位計５５は、図示はしないが演算装置２０と接続されており、検出結果を演算装置２０へ出力する。
【００６４】
ＳＡ用水位計５５は、上述した通り、燃料域水位計３３の計測可能範囲下限以下の水位が検出できる水位計である。このため、第１実施形態における非差圧式水位計３５、３６に代えて、または非差圧式水位計３５、３６と共に、圧力容器２の水位を計測することができる。具体的には、例えば図２〜４における各選択処理において、非差圧式水位計３５、３６が選択される代わりに、または非差圧式水位計３５、３６と共に、ＳＡ用水位計５５を選択することができる。
【００６５】
なお、ＳＡ用水位計５５は、図６および図７のように構成してもよい。
【００６６】
図６は、第２実施形態の水位計測システム５１の第１の変形例としての水位計測システム６１の構成図である。
【００６７】
圧力容器２には、原子炉冷却材浄化設備系（ＣＵＷ）６２が接続される。このＣＵＷ６２は、原子炉冷却材浄化設備系ボトムライン配管（ＣＵＷボトムライン配管）６３を有する。
【００６８】
水位計測システム６１は、ＳＡ用変動配管５６、ＳＡ用基準配管５７、およびＳＡ用水位計５５を有する。
【００６９】
ＳＡ用変動配管５６（第３の変動水柱計装配管）は、一端がＣＵＷボトムライン配管６３に接続される。ＳＡ用基準配管５７は、一端が基準配管２１に接続される。ＳＡ用水位計５５は、ＳＡ用変動配管５６およびＳＡ用基準配管５７の他端にそれぞれ接続され、ＳＡ用変動配管５６およびＳＡ用基準配管５７の水頭差を検出する。
【００７０】
図７は、第２実施形態の水位計測システム５１の第２の変形例としての水位計測システム７１の構成図である。
【００７１】
圧力容器２には、検出タップ７２が設けられる。この検出タップ７２は、ＳＡ用水位計５５が燃料有効下端より低く圧力容器２底部までの水位を検出できる位置に設けられる。
【００７２】
水位計測システム７１は、ＳＡ用変動配管５６、ＳＡ用基準配管５７、およびＳＡ用水位計５５を有する。
【００７３】
ＳＡ用変動配管５６（第４の変動水柱計装配管）は、一端が検出タップ７２に接続される。ＳＡ用基準配管５７は、一端が基準配管２１に接続される。ＳＡ用水位計５５は、ＳＡ用変動配管５６およびＳＡ用基準配管５７の他端にそれぞれ接続され、ＳＡ用変動配管５６およびＳＡ用基準配管５７の水頭差を検出する。
【００７４】
以上、図５〜図７に示す水位計測システム５１、６１、７１は、水位計測システム５１は、第１実施形態と同様の効果を奏する上、第１実施形態の水位計測システム１では計測できない領域についても計測でき、一様に差圧計測方式にて計測範囲の拡張ができる。
【００７５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７６】
例えば、図２〜図４に示す各選択処理は、演算装置２０が自動で行う例を説明したが、選択を運転員が手動で行ってもよい。この場合、演算装置２０は、表示装置に水位計を選択するための圧力容器２や格納容器４の状態などの各種情報を表示し、運転員に水位計を選択させる。また、演算装置２０は、運転員の選択結果を入力装置を介して指示させる。
【００７７】
また、第１および第２実施形態における水位計測システムは、非差圧式水位計として原子炉内非差圧式水位計３５および原子炉外非差圧式水位計３６を備える場合を例に説明したが、図８および図９に示すように、原子炉内非差圧式水位計３５および原子炉外非差圧式水位計３６のいずれか一方を備えてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１、５１、６１、７１ 原子炉水位計測システム（水位計測システム）
２ 原子炉圧力容器（圧力容器）
４ 原子炉格納容器（格納容器）
１１ 凝縮槽
２０ 演算装置
２１ 基準水柱計装配管（基準配管）
２２〜２４ 変動水柱計装配管（変動配管）
３１ 狭帯域原子炉水位計（狭帯域水位計）
３２ 広帯域原子炉水位計（広帯域水位計）
３３ 燃料域原子炉水位計（燃料域水位計）
３４ 定検時水張り用原子炉水位計（定検時水張り用水位計）
３５ 原子炉内非差圧式水位計
３６ 原子炉外非差圧式水位計
５２ 原子炉冷却材再循環流量系（再循環流量系）
５３ 原子炉冷却材再循環流量系ポンプ（再循環流量系ポンプ）
５４ 原子炉冷却材再循環流量系配管（再循環流量系配管）
５５ シビアアクシデント計測用水位計（ＳＡ用水位計）
５６ シビアアクシデント（ＳＡ）計測用変動水柱計装配管（ＳＡ用変動配管）
５７ シビアアクシデント（ＳＡ）計測用基準水柱計装配管（ＳＡ用基準配管）
６２ 原子炉冷却材浄化設備系（ＣＵＷ）
６３ 原子炉冷却材浄化設備系ボトムライン配管（ＣＵＷボトムライン配管）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内の水位を計測する原子炉水位計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉は、用途に応じて校正された、異なる計測範囲を有する複数の水位計を有する。従来、特許文献１に開示されたガンマサーモメータを用いた水位計測装置や、差圧を利用して水位を計測する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３９０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これら水位計の計測範囲は、オーバーラップするように設けられる。しかし、校正条件の違いから、プラントの状態によって複数の水位計が異なる水位指示値を示す場合がある。これに伴い、過渡時や事故時などのプラントの状態が大きく変化する場合においては、運転員が各水位計の用途を認識した上で水位を読み取る必要がある。
【０００５】
また、水位計は、事故時を考慮して燃料有効下端レベルまで計測できるように設計されているものの、苛酷事故時においては、従来の水位計では想定されていない計測不可能な地点まで水位が低下する恐れがある。
【０００６】
さらに、炉心冠水確認用として燃料域水位計が用いられるが、水位計の設計条件を上回る原子炉格納容器内の温度上昇の影響を受けた場合には、燃料域水位計では計測不能となる事象が発生する恐れがある。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、原子炉圧力容器全体を通して水位計測が可能である原子炉水位計測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る原子炉水位計測システムは、上述した課題を解決するために、原子炉格納容器に格納された原子炉圧力容器の蒸気領域に接続された凝縮槽と、前記凝縮槽に一端が接続された基準水柱計装配管と、前記原子炉圧力容器に一端が接続された第１の変動水柱計装配管と、前記基準水柱計装配管および前記第１の変動水柱計装配管の他端と接続され、前記基準水柱計装配管および前記第１の変動水柱計装配管の水頭差を検出する差圧計測式の第１の水位計と、前記第１の水位計とは異なる構成を有し、前記原子炉圧力容器の水位を検出する第２の水位計と、前記原子炉格納容器または前記原子炉圧力容器の状態に基づいて、前記第１の水位計または前記第２の水位計を選択し、選択された水位計の検出結果に基づいて前記原子炉圧力容器の水位を指示・記録する演算装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る原子炉水位計測システムにおいては、原子炉圧力容器全体を通して水位を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る原子炉水位計測システムの第１実施形態を示す構成図。
【図２】原子炉圧力低下時における選択処理を説明するフローチャート。
【図３】原子炉水位低下時における選択処理を説明するフローチャート。
【図４】ＴＡＦより水位低下時における選択処理を説明するフローチャート。
【図５】本発明に係る原子炉水位計測システムの第２実施形態を示す構成図。
【図６】第２実施形態の水位計測システムの第１の変形例としての水位計測システムの構成図。
【図７】第２実施形態の水位計測システムの第２の変形例としての水位計測システムの構成図。
【図８】第１実施形態の水位計測システムの第１の変形例としての水位計測システムの構成図。
【図９】第１実施形態の水位計測システムの第２の変形例としての水位計測システムの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る原子炉水位計測システムの実施形態を添付図面に基づいて説明する。各実施形態においては、本発明に係る原子炉水位計測システムを沸騰水型原子炉に適用して説明する。
【００１２】
［第１実施形態］
図１は、本発明に係る原子炉水位計測システムの第１実施形態を示す構成図である。
【００１３】
原子炉水位計測システム（水位計測システム）１の計測対象となる原子炉圧力容器（圧力容器）２は、炉心３を収容する。また、圧力容器２は、原子炉格納容器（格納容器）４に格納される。圧力容器２は、側面において凝縮槽１１および検出タップ１２〜１４を有する。
【００１４】
凝縮槽１１は、格納容器４内に設けられ、圧力容器２の蒸気領域に接続される。凝縮槽１１は、底部において基準水柱計装配管（基準配管）２１と接続され、水位検出時に基準水頭を与える。検出タップ１２〜１４は、差圧式水位計３１〜３４の計測範囲に応じて圧力容器２の所定位置にそれぞれ設けられる。第１の変動水柱計装配管としての変動水柱計装配管（変動配管）２２〜２４は、これら検出タップ１２〜１４を介して圧力容器２に一端が接続される。基準配管２１および変動配管２２〜２４は、格納容器４外まで伸びており、それぞれ格納容器４外で差圧式水位計３１〜３４と他端が接続される。
【００１５】
差圧式水位計３１〜３４は、狭帯域原子炉水位計３１、広帯域原子炉水位計３２、燃料域原子炉水位計３３および定検時水張り用原子炉水位計３４である。差圧式水位計３１〜３４は、基準配管２１および変動配管２２〜２４の水頭差を検出する。
【００１６】
狭帯域原子炉水位計（狭帯域水位計）３１は、通常運転状態および過渡状態を含む状態で予測される、水位変動が狭い範囲の水位を計測する。広帯域原子炉水位計（広帯域水位計）３２は、異常な過渡変化時や事故時を含む状態で予測される、狭帯域水位計３１の計測範囲より広い範囲の水位を計測する。燃料域原子炉水位計（燃料域水位計）３３は、事故後を含む状態で、広帯域水位計３２の計測範囲より低い水位を計測し、例えば炉心冠水確認用として用いられる。定検時水張り用原子炉水位計（定検時水張り用水位計）３４は、原子力発電プラントの定期検査時に想定される水位である燃料上部から原子炉ウェルまでの水位を計測する。
【００１７】
原子炉の運転状態に応じて原子炉圧力および温度は異なるため、水頭水などの比容積は変動する。従って正確な水位を計測するためには、この比容積などを補正する必要が生じる。このため、差圧式水位計３１〜３４は、原子炉の状態に基づき校正が行われる。例えば、狭帯域水位計３１および広帯域水位計３２は、定格運転時における圧力および温度を校正条件として用いる。燃料域水位計３３および定検時水張り用原子炉水位計３４は大気圧で校正される。
【００１８】
圧力容器２内には、原子炉内非差圧式水位計３５が設けられる。原子炉内非差圧式水位計３５は、差圧式水位計３１〜３４とは異なる構成および方式を有する第２の水位計であり、例えばガンマ線などによる温度差を用いて水位を検出するガンマサーモメータである。ガンマサーモメータは、ガンマ線を用いて水位を検出するだけでなく、ガンマサーモメータに設けられたヒータを熱源として、水の有無による温度差から水位を検出することができる。このため事故時等でガンマ線によるガンマヒーティングの効果が期待できなくなった場合であってもヒータを熱源として水位検出ができる。原子炉内非差圧式水位計３５は、炉心３を囲む炉心シュラウド内や炉心シュラウド外に設けられる。
【００１９】
圧力容器２外であって格納容器４内には、原子炉外非差圧式水位計３６が設けられる。原子炉外非差圧式水位計３６は、差圧式水位計３１〜３４とは異なる構成を有する第２の水位計であり、例えばガンマ線、中性子線、超音波を用いて水位を検出する水位計である。
【００２０】
原子炉内非差圧式水位計３５および原子炉外非差圧式水位計３６（非差圧式水位計３５、３６）は、差圧式水位計３１〜３４の水位計測範囲と重複して水位の計測が可能であり、かつ燃料域水位計３３が計測可能な範囲より低い水位である、燃料有効長下端より低い圧力容器２底部の水位まで検出できる。非差圧式水位計３５、３６は、圧力容器２内外に複数本、多区分に設けられ、また、上下方向に亘って複数の検出点で水位を計測することが好ましい。炉心３が損傷した際に水位計も損傷する恐れがあるが、複数の検出点を設けることにより出力に異常のない水位計により炉水が内包されていることを確認できる。
【００２１】
格納容器４内には、圧力容器２のプロセス状態を検出するための種々の計測機器が設けられる。例えば、原子炉圧力計（圧力計）４１は、格納容器４外であって基準配管２１に接続され、圧力容器２の圧力を計測する。第１の温度計４２は、格納容器４内のドライウェル５に設けられ、ドライウェル５の雰囲気温度を検出する。第２の温度計４３は、格納容器４内であって凝縮槽１１付近の基準配管２１の表面に設けられ、凝縮槽１１付近の基準配管２１の表面温度を計測する。第３の温度計４４は、格納容器４内であって燃料域水位計３３と接続される変動配管２４の表面に設けられ、変動配管２４の表面温度を計測する。
【００２２】
これら差圧式水位計３１〜３４、非差圧式水位計３５、３６、圧力計４１、および温度計４２〜４４は、演算装置２０に接続されており、得られた検出結果を演算装置２０に出力する。演算装置２０は、各計測機器より送信される検出結果から水位、圧力、温度などを指示・記録する。演算装置２０には、表示装置および入力装置が接続される。演算装置２０は、取得した指示値を表示装置に表示したり、入力装置を介して演算装置２０への入力を行ったりする。
【００２３】
演算装置２０は、格納容器４または圧力容器２の状態を検出し、検出された状態に基づいて差圧式水位計３１〜３４および非差圧式水位計３５、３６の中から水位の指示・記録に用いる水位計を選択する。以下、演算装置２０が水位計を選択する際の処理として、原子炉圧力低下時、原子炉水位低下時、および燃料有効長上端（ＴＡＦ）より水位低下時における選択処理を説明する。
【００２４】
図２は、原子炉圧力低下時における選択処理を説明するフローチャートである。この原子炉圧力低下時における選択処理は、過渡時および事故時の原子炉の減圧過程において想定される処理である。
【００２５】
ステップＳ１において、演算装置２０は、第１の温度計４２よりドライウェル５の雰囲気温度、および圧力計４１で計測される原子炉圧力より原子炉圧力飽和温度を取得し、比較する。ステップＳ２において、演算装置２０は、ドライウェル５の雰囲気温度が原子炉圧力飽和温度より大きいか否かを判定する。
【００２６】
ドライウェル５の雰囲気温度の方が大きい場合、差圧式水位計３１〜３４と接続された基準配管２１の内包水が蒸発する恐れがある。このため、演算装置２０は、ドライウェル５の雰囲気温度の方が大きいと判定した場合、ステップＳ３において、差圧式水位計３１〜３４による水位計測が不能であるか否かの判定を行う。例えば、演算装置２０は、複数チャンネルの差圧式水位計３１〜３４から得られる指示値の履歴を記録し、ばらつきの増大などから異常の有無を検出する。
【００２７】
演算装置２０は、差圧式水位計３１〜３４では水位の計測が不能であると判断した場合、ステップＳ４において、原子炉内非差圧式水位計３５および原子炉外非差圧式水位計３６の少なくとも一方を選択する。演算装置２０は、以降においては水位の指示値に非差圧式水位計３５、３６を用いて水位を計測し運転員へ出力する。
【００２８】
なお、温度比較ステップＳ２または計測可否判定ステップＳ３において、原子炉圧力飽和温度はドライウェル雰囲気温度以上であると判定された場合（ステップＳ２のＮＯ）、または差圧式水位計が計測可能であると判定された場合（ステップＳ３のＮＯ）については、引き続き差圧式水位計３１〜３４により水位が計測される。
【００２９】
このような水位計測システム１は、差圧式水位計３１〜３４が計測不能な場合であっても、圧力容器２および格納容器４の状態に基づいて非差圧式水位計３５、３６に自動で切替え、過渡時および事故時においても原子炉水位を計測可能とする。これにより、水位計測システム１は、差圧式とは異なる方式であって信頼性が確保できる水位計で水位を計測でき、計測に多様性を確保することができる。
【００３０】
次に、原子炉水位低下時における選択処理について説明する。
【００３１】
図３は、原子炉水位低下時における選択処理を説明するフローチャートである。この原子炉水位低下時における選択処理は、過渡時および事故時の原子炉の水位低下過程において想定される処理である。
【００３２】
ステップＳ１１において、演算装置２０は、原子炉水位が予め設定された設定水位（例えばＬ−２やＬ−１．５）より小さいか否かを判定する。このとき、演算装置２０は、広帯域水位計３２の指示値を用いて判定する。演算装置２０は、原子炉水位が設定水位以上であると判定した場合には、引き続き現在選択中の水位計を用いて水位を指示・記録する。
【００３３】
演算装置２０は、原子炉水位が設定水位より小さいと判定した場合、ステップＳ１２において、圧力計４１より得られた原子炉圧力と予め設定された設定圧力（例えば５０ｋＰａ）とを比較し、原子炉圧力の方が小さいか否かの判定を行う。演算装置２０は、原子炉圧力が設定圧力以上であると判定した場合、引き続き現在選択中の水位計を用いて水位を指示・記録する。
【００３４】
演算装置２０は原子炉圧力の方が小さいと判定した場合、ステップＳ１３において、燃料域水位計３３を選択する。ステップＳ１４において、演算装置２０は、燃料域水位計３３による水位計測が可能であるか否かの判定を行う。例えば、演算装置２０は、燃料域水位計３３の指示値の変動を観察する。演算装置２０は、変動が検出されない場合には基準配管２１の内包水に蒸発または漏えいなどの異常が発生している恐れがあるため、計測不能であると判定する。また、水位が燃料域水位計３３の計測範囲の下限を下回った場合、演算装置２０は計測不能であると判定する。
【００３５】
演算装置２０は、燃料域水位計３３による水位計測が可能であると判定した場合には、引き続き燃料域水位計３３により水位を指示・記録する。演算装置２０は、燃料域水位計３３では水位の計測が不能であると判断した場合、ステップＳ１５において、原子炉内非差圧式水位計３５および原子炉外非差圧式水位計３６の少なくとも一方を選択する。演算装置２０は、以降においては非差圧式水位計３５、３６を用いて水位を指示・記録する。
【００３６】
ここで、原子炉内非差圧式水位計３５が炉心シュラウド内に設けられる場合、燃料域水位計３３は炉心シュラウド外の水位を計測するのに対し、原子炉内非差圧式水位計３５は炉心シュラウド内の水位を計測することになる。このため、演算装置２０は、原子炉内非差圧式水位計３５で得られた水位を指示値として用いる場合には、炉心シュラウド内の水位である旨を併せて出力するのが好ましい。運転員は、水位指示値が炉心シュラウド内か炉心シュラウド外かを確認できることで、監視領域が変更となったことを容易に判断できる。
【００３７】
また、原子炉内非差圧式水位計３５が炉心シュラウド内に複数箇所設置された場合において、いずれかの原子炉内非差圧式水位計３５に異常が検出された場合、演算装置２０は異常が検出された水位計以外の水位計の検出結果に基づいて圧力容器２の水位を指示・記録する。これにより、水位計測システム１は、正常な原子炉内非差圧式水位計３５の設置場所には、炉水があることを確認できる。
【００３８】
このような水位計測システム１は、原子炉水位および原子炉圧力が設定水位および設定圧力よりも小さくなった場合には、異常過渡時や事故時条件である大気圧で校正された燃料域水位計３３を選択する。これにより、水位計測システム１は、原子炉圧力による指示差影響を充分に排除でき、燃料有効長上端（ＴＡＦ）の水位を精度よく監視できる。
【００３９】
また、水位計測システム１は、燃料域水位計３３による水位の計測が不可能である場合には、非差圧式水位計３５、３６を選択することで原子炉水位の指示の信頼性を確保できる。すなわち、原子炉内非差圧式水位計３５および原子炉外非差圧式水位計３６は、燃料域水位計３３の計測範囲の下限以下の水位を検出できるように構成されたため、過渡時および事故時に原子炉水位が低下し、燃料域水位計３３の水位指示が計測範囲の下限を下回った場合であっても計測範囲の拡大が図れ、水位の確認が容易となる。
【００４０】
次に、ＴＡＦより水位が低下した場合における選択処理について説明する。
【００４１】
図４は、ＴＡＦより水位低下時における選択処理を説明するフローチャートである。このＴＡＦより水位低下時における選択処理は、例えば図３の水位低下時における選択処理の後、炉心３の再冠水を確認する際に想定される処理である。
【００４２】
過渡時および事故時に原子炉水位が低下し、演算装置２０はＴＡＦを下回ったことを検出した場合、ステップＳ２１において、演算装置２０は、燃料域水位計３３による水位の計測が可能か否かの判定を行う。具体的には、燃料域水位計３３と接続された基準配管２１および変動配管２４に水張りが行われた結果、燃料域水位計３３で水位計測が可能となったか否かの判定を行う。
【００４３】
演算装置２０は、燃料域水位計３３で水位計測が可能であると判定した場合、ステップＳ２２において、燃料域水位計３３を選択し水位の指示・記録に用いる。演算装置２０は、燃料域水位計３３から得られる水位である炉心シュラウド外の水位で、炉心３の再冠水を確認することができる。
【００４４】
一方、演算装置２０は、燃料域水位計３３による水位計測が不可能であると判定した場合、すなわち基準配管２１および変動配管２４に水張りが行われず燃料域水位計３３の信頼性が低い場合、ステップＳ２３において、原子炉圧力は設定圧力（例えば５０ｋＰａ）より大きいか否かの判定を行う。
【００４５】
演算装置２０は、原子炉圧力は設定圧力より大きいと判定した場合、ステップＳ２４において、原子炉内非差圧式水位計３５および原子炉外非差圧式水位計３６の少なくとも一方を選択する。演算装置２０は、以降においては水位の指示値に非差圧式水位計３５、３６を用いて水位を計測し運転員へ出力する。演算装置２０は、非差圧式水位計３５、３６の出力を用いることで、炉心３の再冠水を確認する。
【００４６】
一方、演算装置２０は、圧力判定ステップＳ２３において原子炉圧力は設定圧力以下であると判定した場合、ステップＳ２５において、広帯域水位計３２および定検時水張り用水位計３４の履歴を記録し、出力に変動があるか否かの判定を行う。
【００４７】
演算装置２０は広帯域水位計３２および定検時水張り用水位計３４の出力に変動があると判定した場合、ステップＳ２６において、定検時水張り用水位計３４を選択し、水位を指示・記録することで、炉心３の再冠水を確認する。これは、大気圧で校正された定検時水張り用水位計３４に対する原子炉圧力による影響を充分排除でき、定検時水張り用水位計３４の変動配管２３に炉水によって水張りされたと考えられるためである。
【００４８】
このような水位計測システム１は、演算装置２０により、炉心３の再冠水時における水位計測の際には燃料域水位計３３、非差圧式水位計３５、３６または定検時水張り用水位計３４のいずれかを状況に応じて好適に選択することができるため、水位の確認が容易となる。
【００４９】
第１実施形態における水位計測システム１は、複数の構成からなる水位計を有し、かつ上述した図２〜図４の各選択処理を行うことで、原子炉圧力や原子炉水位などの各種状態に応じて、水位計測に最適な水位計を多様性を持って選択することができる。この結果、水位計測システム１は、信頼度の高い水位指示値を提示することができるため、運転員は水位を容易に確認することができる。
【００５０】
なお、水位計測システム１は、差圧式水位計３１〜３４および非差圧式水位計３５、３６を有する利点を利用して、以下のように用いることもできる。
【００５１】
圧力容器２内に水とは異なる比重の液体（例えば海水、ホウ酸水）が注入された場合、水と水以外の液体とは密度が異なる。このため、水の比重で校正された差圧式水位計３１〜３４の指示値は影響を受ける。
【００５２】
これに対し、水位計測システム１は、液体の比重により影響を受けない、ガンマ線などを利用する方式で水位を計測する非差圧式水位計３５、３６を用いて差圧式水位計３１〜３４を校正することができる。
【００５３】
演算装置２０は、差圧式水位計３１〜３４の出力と非差圧式水位計３５、３６の出力（炉心シュラウド外の水位）とを比較し、両者間の係数を求める。演算装置２０は、この係数を用いて差圧式水位計３１〜３４の出力を校正する。これにより、演算装置２０は、差圧式水位計３１〜３４より校正後の水位指示値を確認でき、炉心シュラウド外の水位をより精度よく計測できる。
【００５４】
また、第２の水位計としての非差圧式水位計３５、３６を異なる方式（例えば、ガンマ線、中性子線、超音波）を用いた複数の水位計としたり、非差圧式水位計３５、３６を多区分に設けたりすることで、計測の多様性を確保することができる。
【００５５】
例えば、演算装置２０は、各非差圧式水位計３５、３６より得られる水位指示値のうち、オーバースケールやダウンスケールした数値がある場合、オーバースケールやダウンスケールした数値を検出した非差圧式水位計３５、３６以外の非差圧式水位計３５、３６を選択する。
【００５６】
また、演算装置２０は、それぞれの履歴を記録し区分間の指示値のばらつきを計算する。演算装置２０は、ばらつきが増大した場合、すなわち異常が検出された場合、異常値を示す非差圧式水位計３５、３６以外の非差圧式水位計３５、３６（正常な非差圧式水位計３５、３６）を選択する。
【００５７】
これにより、水位計測システム１は、より精度よく水位を指示・記録することができる。
【００５８】
［第２実施形態］
第２実施形態における水位計測システム５１が第１実施形態と異なる点は、非差圧式水位計３５、３６に代えて、または非差圧式水位計３５、３６と共に、シビアアクシデント計測用水位計５５を有する点である。シビアアクシデント計測（ＳＡ）用水位計５５は、燃料域水位計３３の計測可能範囲下限以下である燃料有効長下端より低い圧力容器２底部までの水位の検出できる水位計である。
【００５９】
その他の校正については、第１実施形態とほぼ同様であるため、第１実施形態と対応する構成および部分については同一の符号を付し、または図示を省略し、重複する説明を省略する。
【００６０】
図５は、本発明に係る原子炉水位計測システムの第２実施形態を示す構成図である。
【００６１】
圧力容器２には、原子炉冷却材再循環流量系（再循環流量系）５２が接続される。この再循環流量系５２は、原子炉冷却材再循環流量系ポンプ（再循環流量系ポンプ）５３、および再循環流量系ポンプ５３の上流側に接続された原子炉冷却材再循環流量系配管（再循環流量系配管）５４を有する。
【００６２】
水位計測システム５１は、ＳＡ計測用変動水柱計装配管（ＳＡ用変動配管）５６、ＳＡ計測用基準水柱計装配管（ＳＡ用基準配管）５７、およびＳＡ計測用水位計（ＳＡ用水位計）５５を有する。
【００６３】
ＳＡ用変動配管５６（第２の変動水柱計装配管）は、一端が再循環流量系配管５４に接続される。ＳＡ用基準配管５７は、一端が基準配管２１に接続される。ＳＡ用水位計５５は、ＳＡ用変動配管５６およびＳＡ用基準配管５７（基準水柱計装配管）の他端にそれぞれ接続され、ＳＡ用変動配管５６およびＳＡ用基準配管５７の水頭差を検出する。ＳＡ用水位計５５は、第１の水位計としての差圧式水位計３１〜３４とは異なる構成を有する第２の水位計の一例である。ＳＡ用水位計５５は、図示はしないが演算装置２０と接続されており、検出結果を演算装置２０へ出力する。
【００６４】
ＳＡ用水位計５５は、上述した通り、燃料域水位計３３の計測可能範囲下限以下の水位が検出できる水位計である。このため、第１実施形態における非差圧式水位計３５、３６に代えて、または非差圧式水位計３５、３６と共に、圧力容器２の水位を計測することができる。具体的には、例えば図２〜４における各選択処理において、非差圧式水位計３５、３６が選択される代わりに、または非差圧式水位計３５、３６と共に、ＳＡ用水位計５５を選択することができる。
【００６５】
なお、ＳＡ用水位計５５は、図６および図７のように構成してもよい。
【００６６】
図６は、第２実施形態の水位計測システム５１の第１の変形例としての水位計測システム６１の構成図である。
【００６７】
圧力容器２には、原子炉冷却材浄化設備系（ＣＵＷ）６２が接続される。このＣＵＷ６２は、原子炉冷却材浄化設備系ボトムライン配管（ＣＵＷボトムライン配管）６３を有する。
【００６８】
水位計測システム６１は、ＳＡ用変動配管５６、ＳＡ用基準配管５７、およびＳＡ用水位計５５を有する。
【００６９】
ＳＡ用変動配管５６（第３の変動水柱計装配管）は、一端がＣＵＷボトムライン配管６３に接続される。ＳＡ用基準配管５７は、一端が基準配管２１に接続される。ＳＡ用水位計５５は、ＳＡ用変動配管５６およびＳＡ用基準配管５７の他端にそれぞれ接続され、ＳＡ用変動配管５６およびＳＡ用基準配管５７の水頭差を検出する。
【００７０】
図７は、第２実施形態の水位計測システム５１の第２の変形例としての水位計測システム７１の構成図である。
【００７１】
圧力容器２には、検出タップ７２が設けられる。この検出タップ７２は、ＳＡ用水位計５５が燃料有効下端より低く圧力容器２底部までの水位を検出できる位置に設けられる。
【００７２】
水位計測システム７１は、ＳＡ用変動配管５６、ＳＡ用基準配管５７、およびＳＡ用水位計５５を有する。
【００７３】
ＳＡ用変動配管５６（第４の変動水柱計装配管）は、一端が検出タップ７２に接続される。ＳＡ用基準配管５７は、一端が基準配管２１に接続される。ＳＡ用水位計５５は、ＳＡ用変動配管５６およびＳＡ用基準配管５７の他端にそれぞれ接続され、ＳＡ用変動配管５６およびＳＡ用基準配管５７の水頭差を検出する。
【００７４】
以上、図５〜図７に示す水位計測システム５１、６１、７１は、水位計測システム５１は、第１実施形態と同様の効果を奏する上、第１実施形態の水位計測システム１では計測できない領域についても計測でき、一様に差圧計測方式にて計測範囲の拡張ができる。
【００７５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７６】
例えば、図２〜図４に示す各選択処理は、演算装置２０が自動で行う例を説明したが、選択を運転員が手動で行ってもよい。この場合、演算装置２０は、表示装置に水位計を選択するための圧力容器２や格納容器４の状態などの各種情報を表示し、運転員に水位計を選択させる。また、演算装置２０は、運転員の選択結果を入力装置を介して指示させる。
【００７７】
また、第１および第２実施形態における水位計測システムは、非差圧式水位計として原子炉内非差圧式水位計３５および原子炉外非差圧式水位計３６を備える場合を例に説明したが、図８および図９に示すように、原子炉内非差圧式水位計３５および原子炉外非差圧式水位計３６のいずれか一方を備えてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１、５１、６１、７１ 原子炉水位計測システム（水位計測システム）
２ 原子炉圧力容器（圧力容器）
４ 原子炉格納容器（格納容器）
１１ 凝縮槽
２０ 演算装置
２１ 基準水柱計装配管（基準配管）
２２〜２４ 変動水柱計装配管（変動配管）
３１ 狭帯域原子炉水位計（狭帯域水位計）
３２ 広帯域原子炉水位計（広帯域水位計）
３３ 燃料域原子炉水位計（燃料域水位計）
３４ 定検時水張り用原子炉水位計（定検時水張り用水位計）
３５ 原子炉内非差圧式水位計
３６ 原子炉外非差圧式水位計
５２ 原子炉冷却材再循環流量系（再循環流量系）
５３ 原子炉冷却材再循環流量系ポンプ（再循環流量系ポンプ）
５４ 原子炉冷却材再循環流量系配管（再循環流量系配管）
５５ シビアアクシデント計測用水位計（ＳＡ用水位計）
５６ シビアアクシデント（ＳＡ）計測用変動水柱計装配管（ＳＡ用変動配管）
５７ シビアアクシデント（ＳＡ）計測用基準水柱計装配管（ＳＡ用基準配管）
６２ 原子炉冷却材浄化設備系（ＣＵＷ）
６３ 原子炉冷却材浄化設備系ボトムライン配管（ＣＵＷボトムライン配管）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉格納容器に格納された原子炉圧力容器の蒸気領域に接続された凝縮槽と、
前記凝縮槽に一端が接続された基準水柱計装配管と、
前記原子炉圧力容器に一端が接続された第１の変動水柱計装配管と、
前記基準水柱計装配管および前記第１の変動水柱計装配管の他端と接続され、前記基準水柱計装配管および前記第１の変動水柱計装配管の水頭差を検出する差圧計測式の第１の水位計と、
前記第１の水位計とは異なる構成を有し、前記原子炉圧力容器の水位を検出する第２の水位計と、
前記原子炉格納容器または前記原子炉圧力容器の状態に基づいて、前記第１の水位計または前記第２の水位計を選択し、選択された水位計の検出結果に基づいて前記原子炉圧力容器の水位を指示・記録する演算装置とを備えたことを特徴とする原子炉水位計測システム。
【請求項２】
前記第２の水位計は、前記原子炉圧力容器内または前記原子炉圧力容器外に配置され、前記差圧計測式とは異なる方式で前記原子炉圧力容器の水位を検出する請求項１記載の原子炉水位計測システム。
【請求項３】
前記第１の水位計は、
水位変動が狭い範囲の水位を計測する狭帯域水位計と、
前記狭帯域水位計の計測範囲より広い範囲の水位を計測する広帯域水位計と、
前記広帯域水位計の計測範囲より低い水位を計測する燃料域水位計と、
定期検査時に想定される水位を計測する定期検査時水張り用水位計とを有し、
前記第２の水位計は、前記原子炉圧力容器の水位が前記燃料域水位計の計測範囲よりも低い水位を計測範囲とする請求項１または２記載の原子炉水位計測システム。
【請求項４】
前記演算装置は、前記原子炉格納容器のドライウェルの雰囲気温度と、原子炉圧力の飽和温度を取得し、前記ドライウェルの雰囲気温度が前記原子炉圧力の飽和温度より大きい場合、前記第２の水位計を選択する請求項１〜３のいずれか一項記載の原子炉水位計測システム。
【請求項５】
前記演算装置は、前記広帯域水位計により検出された水位が設定水位よりも小さく、かつ前記原子炉圧力が設定圧力より小さい場合、前記燃料域水位計を選択し、
さらに前記燃料域水位計が計測不能である場合、前記第２の水位計を選択する請求項３記載の原子炉水位計測システム。
【請求項６】
前記演算装置は、水位が前記燃料域水位計の計測範囲の下限を下回った場合、前記第２の水位計を選択する請求項５記載の原子炉水位計測システム。
【請求項７】
前記基準水柱計装配管および前記変動水柱計装配管に水張りが行われ前記燃料域水位計が計測可能となった場合、前記演算装置は、前記燃料域水位計を選択する請求項５記載の原子炉水位計測システム。
【請求項８】
前記基準水柱計装配管および前記変動水柱計装配管に水張りが行われず、かつ前記原子炉圧力が前記設定圧力より大きい場合、前記演算装置は前記第２の水位計を選択する請求項５記載の原子炉水位計測システム。
【請求項９】
前記基準水柱計装配管および前記変動水柱計装配管に水張りが行われない場合、
前記演算装置は、前記原子炉圧力が前記設定圧力以下であり、かつ前記広帯域水位計および定検時水張り用水位計の出力の変動を検出した場合、前記定検時水張り用水位計を選択する請求項５記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１０】
前記原子炉圧力容器に接続された原子炉冷却材再循環流量系配管と、
前記原子炉冷却材再循環流量系配管に一端が接続された第２の変動水柱計装配管とをさらに備え、
前記第２の水位計は、前記基準水柱計装配管および前記第２の変動水柱計装配管の他端と接続され、前記基準水柱計装配管および前記第２の変動水柱計装配管の水頭差を検出する差圧計測式の水位計である請求項１記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１１】
前記原子炉圧力容器に接続された原子炉冷却材浄化設備系配管と、
前記原子炉冷却材浄化設備系配管に一端が接続された第３の変動水柱計装配管とをさらに備え、
前記第２の水位計は、前記基準水柱計装配管および前記第３の変動水柱計装配管の他端と接続され、前記基準水柱計装配管および前記第３の変動水柱計装配管の水頭差を検出する差圧計測式の水位計である請求項１記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１２】
原子炉圧力容器内における燃料有効長下端より下方の水位を検出可能な位置に一端が接続された第４の変動水柱計装配管をさらに備え、
前記第２の水位計は、前記基準水柱計装配管および前記第４の変動水柱計装配管の他端と接続され、前記基準水柱計装配管および前記第４の変動水柱計装配管の水頭差を検出する差圧計測式の水位計である請求項１記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１３】
前記第２の水位計は、前記原子炉圧力容器の炉心シュラウド内に配置された水位計であり、
前記演算装置は、選択された前記第２の水位計に基づいて出力された水位は前記炉心シュラウド内の水位である旨を、前記水位と共に出力する請求項１〜３記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１４】
前記第１の水位計および前記第２の水位計は、計測範囲が重複し、
前記演算装置は、前記第１の水位計と前記第２の水位計の検出値により求まる前記原子炉圧力容器の水位を比較し、両者の水位が異なる場合、前記第１の水位計と前記第２の水位計との間の係数を求め、前記係数に基づいて前記第１の水位計の検出値を校正する請求項１〜３記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１５】
前記第２の水位計は、異なる方式により水位を計測する複数の水位計であり、
前記演算装置は、複数の前記第２の水位計より得られる検出結果のうち、オーバースケールまたはダウンスケールした数値がある場合、前記オーバースケールまたはダウンスケールした数値を検出した水位計以外の水位計を選択する請求項１〜３記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１６】
前記第２の水位計は、異なる方式により水位を計測し、多区分に設けられた複数の水位計であり、
前記演算装置は、区分間の指示値のばらつきを計算し、ばらつきが増大した場合、異常値を示す前記第２の水位計以外の水位計を選択する請求項１〜３記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１７】
前記第２の水位計は、炉心シュラウド内に複数箇所設置され、
前記演算装置は、いずれかの前記第２の水位計に異常が検出された場合、異常が検出された前記第２の水位計以外の水位計の検出結果に基づいて前記原子炉圧力容器の水位を指示・記録する請求項１〜３記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１】
原子炉格納容器に格納された原子炉圧力容器の蒸気領域に接続された凝縮槽と、
前記凝縮槽に一端が接続された基準水柱計装配管と、
前記原子炉圧力容器に一端が接続された第１の変動水柱計装配管と、
前記基準水柱計装配管および前記第１の変動水柱計装配管の他端と接続され、前記基準水柱計装配管および前記第１の変動水柱計装配管の水頭差を検出する差圧計測式の第１の水位計と、
前記第１の水位計とは異なる構成を有し、前記原子炉圧力容器の水位を検出する第２の水位計と、
前記原子炉格納容器または前記原子炉圧力容器の状態に基づいて、前記第１の水位計または前記第２の水位計を選択し、選択された水位計の検出結果に基づいて前記原子炉圧力容器の水位を指示・記録する演算装置とを備えたことを特徴とする原子炉水位計測システム。
【請求項２】
前記第２の水位計は、前記原子炉圧力容器内または前記原子炉圧力容器外に配置され、前記差圧計測式とは異なる方式で前記原子炉圧力容器の水位を検出する請求項１記載の原子炉水位計測システム。
【請求項３】
前記第１の水位計は、
水位変動が狭い範囲の水位を計測する狭帯域水位計と、
前記狭帯域水位計の計測範囲より広い範囲の水位を計測する広帯域水位計と、
前記広帯域水位計の計測範囲より低い水位を計測する燃料域水位計と、
定期検査時に想定される水位を計測する定期検査時水張り用水位計とを有し、
前記第２の水位計は、前記原子炉圧力容器の水位が前記燃料域水位計の計測範囲よりも低い水位を計測範囲とする請求項１または２記載の原子炉水位計測システム。
【請求項４】
前記演算装置は、前記原子炉格納容器のドライウェルの雰囲気温度と、原子炉圧力の飽和温度を取得し、前記ドライウェルの雰囲気温度が前記原子炉圧力の飽和温度より大きい場合、前記第２の水位計を選択する請求項１〜３のいずれか一項記載の原子炉水位計測システム。
【請求項５】
前記演算装置は、前記広帯域水位計により検出された水位が設定水位よりも小さく、かつ前記原子炉圧力が設定圧力より小さい場合、前記燃料域水位計を選択し、
さらに前記燃料域水位計が計測不能である場合、前記第２の水位計を選択する請求項３記載の原子炉水位計測システム。
【請求項６】
前記演算装置は、水位が前記燃料域水位計の計測範囲の下限を下回った場合、前記第２の水位計を選択する請求項５記載の原子炉水位計測システム。
【請求項７】
前記基準水柱計装配管および前記変動水柱計装配管に水張りが行われ前記燃料域水位計が計測可能となった場合、前記演算装置は、前記燃料域水位計を選択する請求項５記載の原子炉水位計測システム。
【請求項８】
前記基準水柱計装配管および前記変動水柱計装配管に水張りが行われず、かつ前記原子炉圧力が前記設定圧力より大きい場合、前記演算装置は前記第２の水位計を選択する請求項５記載の原子炉水位計測システム。
【請求項９】
前記基準水柱計装配管および前記変動水柱計装配管に水張りが行われない場合、
前記演算装置は、前記原子炉圧力が前記設定圧力以下であり、かつ前記広帯域水位計および定検時水張り用水位計の出力の変動を検出した場合、前記定検時水張り用水位計を選択する請求項５記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１０】
前記原子炉圧力容器に接続された原子炉冷却材再循環流量系配管と、
前記原子炉冷却材再循環流量系配管に一端が接続された第２の変動水柱計装配管とをさらに備え、
前記第２の水位計は、前記基準水柱計装配管および前記第２の変動水柱計装配管の他端と接続され、前記基準水柱計装配管および前記第２の変動水柱計装配管の水頭差を検出する差圧計測式の水位計である請求項１記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１１】
前記原子炉圧力容器に接続された原子炉冷却材浄化設備系配管と、
前記原子炉冷却材浄化設備系配管に一端が接続された第３の変動水柱計装配管とをさらに備え、
前記第２の水位計は、前記基準水柱計装配管および前記第３の変動水柱計装配管の他端と接続され、前記基準水柱計装配管および前記第３の変動水柱計装配管の水頭差を検出する差圧計測式の水位計である請求項１記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１２】
原子炉圧力容器内における燃料有効長下端より下方の水位を検出可能な位置に一端が接続された第４の変動水柱計装配管をさらに備え、
前記第２の水位計は、前記基準水柱計装配管および前記第４の変動水柱計装配管の他端と接続され、前記基準水柱計装配管および前記第４の変動水柱計装配管の水頭差を検出する差圧計測式の水位計である請求項１記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１３】
前記第２の水位計は、前記原子炉圧力容器の炉心シュラウド内に配置された水位計であり、
前記演算装置は、選択された前記第２の水位計に基づいて出力された水位は前記炉心シュラウド内の水位である旨を、前記水位と共に出力する請求項１〜３記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１４】
前記第１の水位計および前記第２の水位計は、計測範囲が重複し、
前記演算装置は、前記第１の水位計と前記第２の水位計の検出値により求まる前記原子炉圧力容器の水位を比較し、両者の水位が異なる場合、前記第１の水位計と前記第２の水位計との間の係数を求め、前記係数に基づいて前記第１の水位計の検出値を校正する請求項１〜３記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１５】
前記第２の水位計は、異なる方式により水位を計測する複数の水位計であり、
前記演算装置は、複数の前記第２の水位計より得られる検出結果のうち、オーバースケールまたはダウンスケールした数値がある場合、前記オーバースケールまたはダウンスケールした数値を検出した水位計以外の水位計を選択する請求項１〜３記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１６】
前記第２の水位計は、異なる方式により水位を計測し、多区分に設けられた複数の水位計であり、
前記演算装置は、区分間の指示値のばらつきを計算し、ばらつきが増大した場合、異常値を示す前記第２の水位計以外の水位計を選択する請求項１〜３記載の原子炉水位計測システム。
【請求項１７】
前記第２の水位計は、炉心シュラウド内に複数箇所設置され、
前記演算装置は、いずれかの前記第２の水位計に異常が検出された場合、異常が検出された前記第２の水位計以外の水位計の検出結果に基づいて前記原子炉圧力容器の水位を指示・記録する請求項１〜３記載の原子炉水位計測システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１０８８１０（Ｐ２０１３−１０８８１０Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５３１４３（Ｐ２０１１−２５３１４３）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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