JP2015206615A - Water level detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原子炉格納容器内の水位を検出する水位検出装置に関する。 The present invention relates to a water level detection device for detecting a water level in a reactor containment vessel.
原子炉格納容器内の水位検出装置は圧力バウンダリの拡大及び設備物量の増大を最小限に抑えるとともに、機械的な可動部をなくして故障頻度の低減及び保守性の向上を図ることが要求される。例えば、特許文献1には、水位検出装置に電極式レベルスイッチ、同心円状の金属プローブ間の静電容量を測定する静電容量式レベルスイッチや超音波発振器で発振された超音波の反射時間の差から水位の有無を測定する超音波式レベルスイッチ等の各種の水位検出装置を設けることが記載されている。 The water level detection device in the reactor containment vessel is required to minimize the expansion of the pressure boundary and the amount of equipment, and to reduce the failure frequency and improve the maintainability by eliminating the mechanical moving parts. . For example, Patent Document 1 discloses a reflection level of an ultrasonic wave oscillated by an ultrasonic wave oscillator or an electrostatic level switch that measures an electrostatic capacity between an electrode type level switch and a concentric metal probe in a water level detection device. It is described that various water level detection devices such as an ultrasonic level switch for measuring the presence or absence of a water level from the difference are provided.
原子炉格納容器内の水位検出においては、簡易な構成で長寿命であること、幅広い水質に対応できることが必要とされる。高感度での水位検出のためには、直流電流であることが好ましい。このように直流電流を使用し、高温、高湿度かつ高放射線の環境下で、長寿命であるためには、プローブの溶出を防ぐこと並びにプローブの構成材料の耐久性を向上させることが必要である。水位検出装置に直流電流を用いることと、プローブの溶出を防ぐことは、トレードオフの関係になっており、双方を満たすことが求められている。 In the detection of the water level in the reactor containment vessel, it is necessary to have a simple configuration with a long life and to cope with a wide range of water quality. In order to detect the water level with high sensitivity, a direct current is preferable. In order to use a direct current in this way and have a long life under high temperature, high humidity and high radiation, it is necessary to prevent elution of the probe and to improve the durability of the constituent materials of the probe. is there. Using a direct current for the water level detection device and preventing the elution of the probe are in a trade-off relationship, and both are required to be satisfied.
原子炉格納容器内の水位検出装置は、発電設備の非常時に原子炉格納容器内に注入される発電設備が保安用に保有する水の注入量を検出するため、水位を電流値の変化として高感度で検出できることが要求される。また、測定地点から離隔距離が大きいため、ノイズの影響を低減することも要求される。これらの要求を満たすため、水位の検出には直流電流が用いられる。その結果、例えば、発電設備の非常時において、海水等の電解質を多く含む水を注入する場合、プローブが電気分解の作用により溶出する可能性がある。 The water level detection device in the reactor containment vessel detects the amount of water that the power generation facility that is injected into the reactor containment vessel in the event of an emergency in the power generation facility. It must be detectable with sensitivity. Further, since the separation distance from the measurement point is large, it is also required to reduce the influence of noise. In order to satisfy these requirements, a direct current is used to detect the water level. As a result, for example, when water containing a large amount of electrolyte such as seawater is injected in an emergency of a power generation facility, the probe may be eluted by the action of electrolysis.
本発明は、原子炉格納容器内の水位検出用プローブを長寿命化するための水位検出装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the water level detection apparatus for extending the lifetime of the water level detection probe in a nuclear reactor containment vessel.
本発明は、原子炉格納容器内の液体の液面位置を計測するにあたって、前記原子炉格納容器内に設けられる水位検出用プローブと、前記水位検出用プローブに直流電流を供給する電源と、前記水位検出用プローブを流れる前記直流電流を計測する電流測定回路と、前記液体の電解質の濃度に基づいて前記水位検出用プローブに供給される前記直流電流の大きさを制限する電流制限回路と、を含む水位検出装置である。 The present invention provides a water level detection probe provided in the nuclear reactor containment vessel, a power source for supplying a direct current to the water level detection probe, and the liquid level position of the liquid in the nuclear reactor containment vessel, A current measurement circuit for measuring the DC current flowing through the water level detection probe; and a current limiting circuit for limiting the magnitude of the DC current supplied to the water level detection probe based on the concentration of the electrolyte in the liquid. It is a water level detection device including.
この水位検出装置は、水位検出用プローブに流れる電流を制限する電流制限回路を用いるので、水位検出用プローブに過大な電流が流れることを抑制できる。その結果、原子炉格納容器内で水位を検出するために用いられる水位検出用プローブの溶出を制限することになり、長寿命化が可能になる。 Since this water level detection device uses a current limiting circuit that limits the current flowing through the water level detection probe, it is possible to suppress an excessive current from flowing through the water level detection probe. As a result, the elution of the water level detection probe used for detecting the water level in the reactor containment vessel is limited, and the life can be extended.
前記電源、前記電流測定回路及び前記電流制限回路は、前記原子炉格納容器の外に設置されることが好ましい。このようにすれば、電流測定回路及び電流制限回路のメンテナンスが容易になると共に、発電設備の非常時においても原子炉格納容器内の環境悪化の影響を受けにくいといった利点がある。 The power source, the current measurement circuit, and the current limiting circuit are preferably installed outside the reactor containment vessel. In this way, there are advantages that the maintenance of the current measuring circuit and the current limiting circuit is facilitated and that it is less susceptible to environmental deterioration in the reactor containment vessel even in the event of an emergency power generation facility.
前記電流制限回路は、前記水位検出用プローブに一定以上の直流電流が流れた場合、水位検出用プローブ両端に印加される電圧が調節される回路であることが好ましい。電気抵抗を用いることで、電流制限回路を比較的容易に構成することができる。 The current limiting circuit is preferably a circuit that adjusts a voltage applied to both ends of the water level detection probe when a DC current of a certain level or more flows through the water level detection probe. By using the electrical resistance, the current limiting circuit can be configured relatively easily.
前記水位検出用プローブの電極は、第四族元素及び第五族元素のうち少なくとも一つ以上を含むことが好ましい。このようにすることで、電極の耐久性を向上させることができる。 The electrode of the water level detection probe preferably includes at least one of a Group 4 element and a Group 5 element. By doing in this way, durability of an electrode can be improved.
前記水位検出用プローブに利用される絶縁材には、一部がセラミックスであることが好ましい。このようにすることで、水位検出用プローブの耐久性を向上させることができる。 It is preferable that a part of the insulating material used for the water level detection probe is ceramic. By doing in this way, durability of the probe for water level detection can be improved.
前記水位検出用プローブは、前記セラミックスと前記電極とが接合されていることが好ましい。 In the water level detection probe, the ceramic and the electrode are preferably joined.
本発明は、高温、高湿度かつ高放射線の環境下で使用される原子炉格納容器内の水位検出用プローブを長寿命化するための水位検出装置を提供することができる。 The present invention can provide a water level detection device for extending the life of a water level detection probe in a reactor containment vessel used in an environment of high temperature, high humidity and high radiation.
図1は、原子炉格納容器内の原子炉容器2を含む空間10とその周辺機器とを示す図である。原子炉格納容器19の内部は、密閉されている空間であり、外部より注水することで格納容器内の水位が上昇する。
FIG. 1 is a diagram showing a
原子炉格納容器内の空間10には、発電装置の非常時に、注水される水位の上昇を監視するために、格納容器内に水位の検知箇所が設定されている。原子炉格納容器内の空間10内の水位を計測するために、水位検出装置14の一対の水位検出用プローブ(以下、適宜プローブと称する)15が設置されている。プローブ15を上限水位12の位置に設けることにより、原子炉格納容器19内に設置される重要機器が水没しないよう監視することができる。また、原子炉容器2の底面よりも低い位置の空間にプローブ15を設け、下部水位13として水位の検知箇所を追加することで、直接的に溶融した燃料の冠水状態を監視するための手段を提供することも出来る。一対のプローブ15は、水位の上昇を監視する目的から、複数の場所を測定できるよう設置してもよい。
In the
原子炉格納容器19の水は、原子炉格納容器19の下層フロアから格納容器再循環サンプへ流入する経路が確保されている。格納容器再循環サンプ水位計11又は格納容器内への注水経路に設置される流量計等の積算値を求めることで、原子炉格納容器内の空間10に注水した量を測定し、間接的に水位を推定することが可能であるため、これらを用いて原子炉格納容器19内の水位を把握することが可能である。さらに、発電設備の非常時においても、原子炉格納容器内の空間10の水位を直接的に監視し、格納容器再循環サンプ水位計等既存の水位計の計測範囲を超える範囲に対しても水位を監視可能なように、水位検出装置14を設ける。
A path for the water in the
水位検出装置14は、一対のプローブ15、水位測定回路16、電流制限回路17及び直流電源18を含む。水位検出装置14は、圧力バウンダリの拡大及び設備物量の増大を最小限に抑えるため、プローブ15が原子炉格納容器19内に設けられ、水位測定回路16、電流制限回路17及び直流電源18が中央操作室20に設けられる。水位測定回路16は、水位状態を表示する機器21に接続されてもよいし、記録装置に接続されてもよい。
The water
電流制限回路17には、例えばIGBT(Insulate Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)又はバイポーラトランジスタ等のトランジスタを用いて実現されてもよいし、トランジスタ等と電気的に等価となる回路により実現されてもよい。
The current limiting
図2aは、水位検出装置を有する電流制限回路17の一例を示す図である。図2bは、水位検出装置を有する他の電流制限回路17aを示す図である。図2cは、水位検出装置が有する他の電流制限回路17bを示す図である。図2dは、水位検出装置が有する他の電流制限回路17cの例を示す図である。
FIG. 2a is a diagram illustrating an example of a current limiting
図2aに示す電流制限回路17は、水位測定回路16と直流電源18との間に電気抵抗31を設け、一定値以上の電流がプローブ15に流れないようにした回路である。電気抵抗31の電気抵抗値をR1、プローブ15、15の間に存在する可能性のある液体のうち、最も電気抵抗値の小さい液体の電気抵抗値をR2とする。一対のプローブ15、15に前述した最も電気抵抗値の小さい液体が存在する場合、直流電源18、電気抵抗31、水位測定回路16及びプローブ15、最も電気抵抗値の小さい液体及びプローブ15で閉回路が形成される。直流電源18の端子間電圧をVとすると、電流制限回路17を流れる電流Iは、式(1)で求めることができる。
I=V/(R1+R2)・・(1)
The current limiting
I = V / (R1 + R2) (1)
電流制限回路17を流れる電流IをI_lim以下に制限したい場合、式(1)を用いて、R1は式(2)に示すようになる。一対のプローブ15、15の間に存在する可能性のある液体のうち、最も電気抵抗値の小さい液体を想定し、かつプローブ15、15に流れる電流の上限値I_limを定めることで、式(2)から電気抵抗31の電気抵抗値R1を求めることができる。このようにして求めた電気抵抗値R1を有する電気抵抗31を用いることにより、電流制限回路17は、プローブ15、15を流れる電流Iを、上限値I_lim以下に制限することができる。
R1>V/Ilim−R2・・(2)
When it is desired to limit the current I flowing through the current limiting
R1> V / Ilim-R2 (2)
図2bに示す電流制限回路17aは、水位測定回路16と直流電源18との間に可変電気抵抗33を設けた回路である。この電流制限回路17aを用いる場合、例えば作業者32が、水位測定回路16の電流値を管理室で読み取り、電流値が上限値I_limを超えていれば、可変電気抵抗33の電気抵抗値を変更する。このようにすることで、一対のプローブ15に流れる電流の量が一定となるように、かつ上限値I_limを超えないようにする。また、可変電気抵抗33は、水位測定回路16からの信号により上限値I_limを超えないよう自動で調整されるようにしてもよい。
The current limiting
この場合、例えば、制御装置30が、水位測定回路16によって検出された電流値Icと、電流制限回路17aを流れる電流の目標電流値Ipとの差分が0になるように、可変電気抵抗33をフィードバック制御することができる。目標電流値Ipは、上限値I_lim以下に設定される。このようにすることで、電流制限回路17aは、プローブ15を流れる電流Iを、上限値I_lim以下に制限することができる。
In this case, for example, the
図2cに示す電流制限回路17bは、水位測定回路16と直流電源18との間にnpn型トランジスタ36を設け、npn型トランジスタ36のベースに可変電源34と電気抵抗35を、npn型トランジスタ36のコレクタ側に直流電源18を設けた回路である。図2bに示す電流制限回路17aの可変電気抵抗33を用いる方法での制御は容易であるが、可変電気抵抗33で電力が消費されるので、直流電源の消耗が大きい。図2cに示す電流制限回路17bは、直流電源18とは異なる可変電源34を制御することで、直流電源18の消耗を抑制することができる。可変電源34は、水位測定回路16で計測された電流値をフィードバックすることで、電気抵抗35を介してnpn型トランジスタ36がプローブ15に流す電流Iを調整する。調整のための操作は自動で行われてもよいし、作業者が手動で行ってもよい。
The current limiting
図2dに示す電流制限回路17cは、水位測定回路16と直流電源18との間にpnp型トランジスタ39を設け、ダイオード38をpnp型トランジスタ39のベースに、電気抵抗37をpnp型トランジスタ39のエミッタに接続した回路である。
The current limiting
ダイオード38の順方向における電圧降下の最大値は、ダイオード38を構成する材料の物性により決まっていることから、電気抵抗37に流れる電圧の最大値はダイオード38の順方向電圧降下となる。一対のプローブ15、15間の電気抵抗が一定以下になった場合でも、電流Iは式(3)で求める値を超えることはない。I_limはプローブ15に流れる電流の上限値、Vdはダイオード38の順方向電圧降下、Rは電気抵抗37の電気抵抗値である。このように、電流制限回路17cは、電気抵抗37の電気抵抗値Rを適切な値とすることにより、プローブ15を流れる電流Iを、上限値I_lim以下に制限することができる。
I_lim=Vd/R・・(3)
Since the maximum value of the voltage drop in the forward direction of the
I_lim = Vd / R (3)
図3aは、プローブ15を示す図である。図3bは、プローブ15の分解図である。プローブ15は、電極28と、キャップ29、スリーブ24A、アダプタ24Bと環状部材23と、チタンを含んでいる絶縁機能を有するパーツ22とを含む。電極28、キャップ29、スリーブ24A、と環状部材23は、本実施形態においてはチタン又はチタン合金であるが、第四族元素及び第五族元素のうち少なくとも一つ以上を含んでいればよい。環状部材23も、本実施形態においてはチタン又はチタン合金であるが、第四族元素及び第五族元素のうち少なくとも一つ以上を含んでいればよい。MI(Mineral Insulator)ケーブル被覆25、アダプタ24Bは、例えば鉄を主成分とする合金である。MI絶縁体26は、例えば酸化マグネシウムである。
FIG. 3 a shows the
プローブ15は、MIケーブルの末端に接続される。電極28は、パーツ22を貫通して、アダプタ24B内でと強固に接着される。電極28のMIケーブル側端面はMIケーブルの芯材27と溶接又はろう付けにより接合される。また、電極28はキャップ29と溶接又はろう付けにより接合される。パーツ22は、絶縁及び耐水性機能を有する材料から成り、環状部材23とろう付けにより強固に接着される。パーツ22はセラミックス製であるため、キャップ29およびスリーブ24Aと接触して設けられ、環状部材23と溶接又はろう付けすることによりこれらの部品と接着する。芯材27と電極28は、ケーブル被覆25、アダプタ24B、スリーブ24A、上側の環状部材23と接触しないよう、セラミックの絶縁体26を内部に充填して固定される。
The
プローブ15は、例えばチタンと耐水性を有するセラミックス(アルミナ)で構成される。その他、コバールと耐水性を有するセラミックスとの組み合わせでもよい。なお、プローブ15に使用される非導通材には、設置環境における耐熱性、耐放射線性に応じてセラミックス(アルミナや酸化マグネシウム等)以外にもプラスチック等の樹脂材料(例えば、ポリイミドや芳香族エーテルケトン、エポキシ等)を用いてもよい。
The
本実施形態は、電流制限回路17、17a、17b、17cを用いてプローブ15を流れる電流を制限する。その結果、プローブ15に過大な電流が流れることを抑制できるので、電蝕によるプローブの溶出を抑制でき、原子炉格納容器19内のプローブ15を長寿命化することができる。
In the present embodiment, the current flowing through the
図3cは、プローブ15に含まれる電極28の一例を示す図である。電極28は、組み立て時に対向する電極板28bを含む。電極板28bの形状は円形、楕円形、長方形、正方形、棒状などであり、対向する電極板の面積は等しいことが好ましいが、異なっても良い。互いに対抗する電極板28bの存在により、プローブ15の水との接触面積を拡大し、センサーとしての感度を向上させることができる。
FIG. 3 c is a diagram illustrating an example of the
以上、実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、実施形態の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものが含まれる。さらに、実施形態に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。 As described above, the present invention is not limited by the contents described in the embodiments. The constituent elements of the embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those that are equivalent. Furthermore, the components described in the embodiments can be combined as appropriate. In addition, various omissions, substitutions, or changes of the components can be made without departing from the scope of the embodiment.
2 原子炉容器
10 原子炉格納容器内の空間
11 格納容器再循環サンプ水位計
12 上限水位
13 格納容器内水位
14 水位検出装置
15 水位検出用プローブ(プローブ)
16 水位測定回路
17、17a、17b、17c 電流制限回路
18 直流電源
19 原子炉格納容器
20 中央操作室
21 機器
22 パーツ
23 環状部材
24A スリーブ
24B アダプタ
25 ケーブル被覆
26 絶縁体
27 芯材
28 電極
28b 電極板
29 キャップ
30 制御装置
31 電気抵抗
33 可変電気抵抗
34 可変電源
35 電気抵抗
36 npn型トランジスタ
37 電気抵抗
38 ダイオード
39 pnp型トランジスタ
2
16 Water
Claims (6)
前記原子炉格納容器内に設けられるプローブと、
水位検出に用いられる前記プローブに直流電流を供給する電源と、
前記プローブを流れる前記直流電流を計測する電流測定回路と、
前記液体の電解質の濃度に基づいて前記プローブに供給される前記直流電流の大きさを制限する電流制限回路と、
を含む水位検出装置。 In measuring the liquid level in the reactor containment vessel,
A probe provided in the reactor containment vessel;
A power supply for supplying a direct current to the probe used for water level detection;
A current measuring circuit for measuring the DC current flowing through the probe;
A current limiting circuit that limits the magnitude of the direct current supplied to the probe based on the concentration of the liquid electrolyte;
Including a water level detection device.
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JP2017146343A (en) * | 2016-02-15 | 2017-08-24 | アルパイン株式会社 | On-vehicle display device |
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