JP2016161521A

JP2016161521A - Fuel rod sensor, fuel assembly, nuclear reactor, nuclear power plant, and nuclear reactor monitoring system

Info

Publication number: JP2016161521A
Application number: JP2015043062A
Authority: JP
Inventors: 耕治前田; Koji Maeda
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2016-09-05

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel rod sensor capable of transmitting sounds in a desired direction.SOLUTION: A fuel rod sensor comprises: a pellet; a coated wall forming an internal space for housing the pellet; and a stack provided in an area, other than the housing space for the pellet, of the internal space of the coated wall and generating sounds by thermoacoustic conversion while making the pellet function as a heat source. The coated wall includes: a double wall part having a gap between an outer wall and an inner wall which is in a vacuum state; and a vibrating plate part that is provided in an area other than an installation range of the double wall part of the coated wall and that releases the sounds from the stack.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本開示は燃料棒センサ、燃料集合体、原子炉、原子力プラント及び原子炉監視システムに関する。 The present disclosure relates to fuel rod sensors, fuel assemblies, nuclear reactors, nuclear power plants, and nuclear reactor monitoring systems.

熱を音波に変換し、又は音波を熱に変換する熱音響デバイスが知られている。
例えば、特許文献１には、レゾネータ（共鳴装置）として機能するチャンバを画定するハウジングと、チャンバの中に配置されるスタックとを備える熱音響センサ（熱音響デバイス）が開示されている。この熱音響センサでは、スタックがハウジング内部又は外部の熱源からの熱を受けてスタックの両端部にある程度の温度差が生じると、ハウジングの周囲の温度に応じた周波数の音波が生成されるようになっている。したがって、レゾネータで共鳴する音波の周波数を計測することで、ハウジング周囲の温度を知ることができる。
また、特許文献１には、原子炉の圧力容器内の燃料棒に上述の熱音響センサを組み込んで、燃料棒の周囲を流れる冷却材の温度監視に利用することが記載されている。この熱音響センサでは、燃料棒の被覆管をハウジングとして用い、燃料棒内部の燃料ペレットを熱源としてスタックの両端に温度差を生じさせるようになっている。 Thermoacoustic devices that convert heat into sound waves or convert sound waves into heat are known.
For example, Patent Literature 1 discloses a thermoacoustic sensor (thermoacoustic device) including a housing that defines a chamber that functions as a resonator (resonance device), and a stack disposed in the chamber. In this thermoacoustic sensor, when the stack receives heat from a heat source inside or outside the housing and a certain temperature difference occurs between both ends of the stack, a sound wave having a frequency corresponding to the ambient temperature of the housing is generated. It has become. Therefore, the temperature around the housing can be known by measuring the frequency of the sound wave that resonates with the resonator.
Patent Document 1 describes that the above-described thermoacoustic sensor is incorporated in a fuel rod in a pressure vessel of a nuclear reactor and used for monitoring the temperature of a coolant flowing around the fuel rod. In this thermoacoustic sensor, a cladding tube of a fuel rod is used as a housing, and a fuel pellet inside the fuel rod is used as a heat source to cause a temperature difference between both ends of the stack.

米国特許出願公開第２０１４／００５０２９３号明細書US Patent Application Publication No. 2014/0050293

上述の燃料棒に組み込まれた熱音響センサ（燃料棒センサ）では、スタックから発せられた音は、ハウジングを経て燃料棒センサの外部に放出されて、あらゆる方向に伝播する。このため、例えば、燃料棒センサからの音と共振する固有周波数を有する構造物に向かって熱音響センサからの音が伝播すれば、共振により該構造物が損傷する可能性がある。また、燃料棒センサから発せられた音は原子炉容器（圧力容器）内をあらゆる方向に伝播するので、原子炉容器の外部で熱音響センサからの音を計測する場合、効率的に音を受け取ることが難しい。
よって、燃料棒センサから発せられた音を所望の方向に伝播させることが望ましい。 In the thermoacoustic sensor (fuel rod sensor) incorporated in the above-described fuel rod, sound emitted from the stack is emitted to the outside of the fuel rod sensor through the housing and propagates in all directions. For this reason, for example, if the sound from the thermoacoustic sensor propagates toward a structure having a natural frequency that resonates with the sound from the fuel rod sensor, the structure may be damaged by resonance. In addition, since the sound emitted from the fuel rod sensor propagates in the reactor vessel (pressure vessel) in all directions, the sound is efficiently received when measuring the sound from the thermoacoustic sensor outside the reactor vessel. It is difficult.
Therefore, it is desirable to propagate the sound emitted from the fuel rod sensor in a desired direction.

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、所望の方向に音を伝えることが可能な燃料棒センサを提供することを目的とする。 In view of the above-described circumstances, at least one embodiment of the present invention aims to provide a fuel rod sensor capable of transmitting sound in a desired direction.

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃料棒センサは、
ペレットと、
前記ペレットを収容するための内部空間を形成する被覆壁と、
前記被覆壁の前記内部空間のうち前記ペレットの収容空間以外の領域に設けられ、前記ペレットを熱源として熱音響変換により音を発するスタックと、を備える燃料棒センサであって、
前記被覆壁は、
外壁と内壁との間が真空状態である二重壁部と、
前記被覆壁のうち前記二重壁部の設置範囲以外の領域に設けられ、前記スタックからの前記音を外部に放出するための振動板部と、
を含む。 (1) A fuel rod sensor according to at least one embodiment of the present invention includes:
Pellets,
A covering wall forming an internal space for containing the pellets;
A fuel rod sensor comprising: a stack that is provided in a region other than the accommodation space of the pellet in the internal space of the covering wall, and that emits sound by thermoacoustic conversion using the pellet as a heat source,
The covering wall is
A double wall where the vacuum is between the outer wall and the inner wall;
A diaphragm portion that is provided in a region other than the installation range of the double wall portion of the covering wall, and for emitting the sound from the stack to the outside;
including.

上記（１）の構成では、二重壁部の内部空間（外壁と内壁の間の空間）を真空状態としたので、燃料棒センサのスタックから発せられた音は、二重壁部を介しては外部へ伝播しない。また、二重壁部の設置範囲以外の領域に振動板部を設けたので、燃料棒センサのスタックから発せられた音は、振動板部の向く方向において該振動板部の外部に放出される。このため、燃料棒センサから発せられる音を所望の方向に伝播させることができる。また、燃料棒センサから発せられた音が指向性を有することから、燃料棒センサから出力された音響エネルギーを音検出器に効率的に伝えることができる。 In the configuration of (1) above, since the internal space of the double wall portion (the space between the outer wall and the inner wall) is in a vacuum state, the sound emitted from the fuel rod sensor stack passes through the double wall portion. Does not propagate outside. In addition, since the diaphragm portion is provided in an area other than the installation range of the double wall portion, the sound emitted from the fuel rod sensor stack is emitted to the outside of the diaphragm portion in the direction of the diaphragm portion. . For this reason, the sound emitted from the fuel rod sensor can be propagated in a desired direction. Moreover, since the sound emitted from the fuel rod sensor has directivity, the acoustic energy output from the fuel rod sensor can be efficiently transmitted to the sound detector.

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記振動板部は、前記被覆壁の上端面に形成される。
上記（２）の構成によれば、スタックからの音を被覆壁の上端面から燃料棒センサの外部に放出させることができる。 (2) In some embodiments, in the configuration of (1), the diaphragm portion is formed on an upper end surface of the covering wall.
According to the configuration of (2) above, the sound from the stack can be released from the upper end surface of the covering wall to the outside of the fuel rod sensor.

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記振動板部は、前記被覆壁の下端面に形成される。
上記（３）の構成によれば、スタックからの音を被覆壁の下端面から燃料棒センサの外部に放出させることができる。 (3) In some embodiments, in the configuration of (1), the diaphragm portion is formed on a lower end surface of the covering wall.
According to the configuration of (3) above, the sound from the stack can be released from the lower end surface of the covering wall to the outside of the fuel rod sensor.

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記振動板部は、前記被覆壁の外周面に形成される。
上記（４）の構成によれば、スタックからの音を被覆壁の外周面から燃料棒センサの外部に放出させることができる。 (4) In some embodiments, in the configuration of (1), the diaphragm portion is formed on an outer peripheral surface of the covering wall.
With configuration (4) above, sound from the stack can be released from the outer peripheral surface of the coating wall to the outside of the fuel rod sensor.

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、前記振動板部は、前記被覆壁の外周面のうち、原子炉容器の内壁面までの距離が最も短い領域に設けられている。
上記（５）の構成によれば、振動板部を、被覆管の外周面のうち、原子炉容器の内壁面までの距離が最も短い領域に設けたので、スタックからの音が原子炉容器の内壁面まで伝わるまでの減衰を小さくすることができる。このため、スタックからの音を効率的に原子炉容器の外部に効率的に伝えることができる。 (5) In some embodiments, in the configuration of the above (4), the diaphragm portion is provided in a region of the outer peripheral surface of the covering wall that has the shortest distance to the inner wall surface of the reactor vessel. Yes.
According to the configuration of the above (5), since the diaphragm portion is provided in the outer peripheral surface of the cladding tube in the region where the distance to the inner wall surface of the reactor vessel is the shortest, the sound from the stack is generated from the reactor vessel. Attenuation until reaching the inner wall surface can be reduced. For this reason, the sound from the stack can be efficiently transmitted to the outside of the reactor vessel.

（６）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃料集合体は、上記（１）〜（５）の何れかの構成を有する少なくとも一つの燃料棒センサを含む。 (6) A fuel assembly according to at least one embodiment of the present invention includes at least one fuel rod sensor having any one of the configurations (1) to (5).

上記（６）の構成では、二重壁部の内部空間（外壁と内壁の間の空間）を真空状態としたので、燃料棒センサのスタックから発せられた音は、二重壁部を介しては外部へ伝播しない。また、二重壁部の設置範囲以外の領域に振動板部を設けたので、燃料棒センサのスタックから発せられた音は、振動板部の向く方向において該振動板部の外部に放出される。このため、燃料棒センサから発せられる音を所望の方向に伝播させることができる。また、燃料棒センサから発せられた音が指向性を有することから、燃料棒センサから出力された音響エネルギーを音検出器に効率的に伝えることができる。 In the configuration of (6) above, since the internal space of the double wall portion (the space between the outer wall and the inner wall) is in a vacuum state, the sound emitted from the stack of fuel rod sensors passes through the double wall portion. Does not propagate outside. In addition, since the diaphragm portion is provided in an area other than the installation range of the double wall portion, the sound emitted from the fuel rod sensor stack is emitted to the outside of the diaphragm portion in the direction of the diaphragm portion. . For this reason, the sound emitted from the fuel rod sensor can be propagated in a desired direction. Moreover, since the sound emitted from the fuel rod sensor has directivity, the acoustic energy output from the fuel rod sensor can be efficiently transmitted to the sound detector.

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記少なくとも一つの燃料棒センサは、
原子炉容器内における第１位置に設けられる第１燃料棒センサと、
前記原子炉容器内における第２位置に設けられる第２燃料棒センサと、
を含み、
前記第１燃料棒センサ及び前記第２燃料棒センサは、前記第１燃料棒センサの前記被覆壁の軸心から前記振動板部に延ばした第１仮想線と、前記第２燃料棒センサの前記被覆壁の軸心から前記振動板部に延ばした第２仮想線とが前記原子炉容器内において交わらないように配置される。
上記（７）の構成によれば、各燃料棒センサのそれぞれの被覆壁の軸心から振動板部に延ばした仮想線（第１仮想線および第２仮想線）が原子炉容器内において交わらないようにしたので、それぞれの振動板部から放出される音が原子炉容器の内壁に伝わるまで互いに干渉することが実質的にない。このため、複数の燃料棒センサからの音を混在させることなく、各々の燃料棒センサからの音を別々に検出することができる。 (7) In some embodiments, in the configuration of (6) above,
The at least one fuel rod sensor comprises:
A first fuel rod sensor provided at a first position in the reactor vessel;
A second fuel rod sensor provided at a second position in the reactor vessel;
Including
The first fuel rod sensor and the second fuel rod sensor include a first imaginary line extending from the axis of the covering wall of the first fuel rod sensor to the diaphragm portion, and the first fuel rod sensor of the second fuel rod sensor. It arrange | positions so that the 2nd virtual line extended from the axial center of the coating | coated wall to the said diaphragm part may not cross | intersect in the said reactor vessel.
According to the configuration of (7) above, the imaginary lines (first imaginary line and second imaginary line) extending from the axis of the respective coating wall of each fuel rod sensor to the diaphragm portion do not intersect in the reactor vessel. Since it did in this way, it does not interfere mutually until the sound discharge | released from each diaphragm part is transmitted to the inner wall of a reactor vessel. For this reason, the sound from each fuel rod sensor can be detected separately without mixing the sounds from the plurality of fuel rod sensors.

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、前記第１仮想線と前記第２仮想線との距離が、前記原子炉容器の内壁に近付くにつれて大きくなる。
これにより、それぞれの振動板部から放出される音が原子炉容器の内壁に伝わるまで互いに干渉することをより確実に防止できる。 (8) In some embodiments, in the configuration of (7), the distance between the first imaginary line and the second imaginary line increases as the distance from the inner wall of the reactor vessel approaches.
Thereby, it can prevent more reliably that the sound discharge | released from each diaphragm part interferes with each other until it transmits to the inner wall of a reactor vessel.

（９）幾つかの実施形態では、上記（７）又は（８）の構成において、前記第１燃料棒センサの前記振動板部と、前記第２燃料棒センサの前記振動板部とは、前記原子炉容器内における高さ位置が互いに異なる。
上記（９）の構成によれば、各燃料棒センサの振動板部の高さ位置が互いに異なるので、振動板部から放出される音の高さ位置が互いに異なる。このため、複数の燃料棒センサからの音を混在させることなく、各々の燃料棒センサからの音を別々に検出することができる。 (9) In some embodiments, in the configuration of (7) or (8), the diaphragm portion of the first fuel rod sensor and the diaphragm portion of the second fuel rod sensor are The height positions in the reactor vessel are different from each other.
According to the configuration of (9) above, the height positions of the diaphragm portions of the fuel rod sensors are different from each other, and therefore the height positions of sounds emitted from the diaphragm portions are different from each other. For this reason, the sound from each fuel rod sensor can be detected separately without mixing the sounds from the plurality of fuel rod sensors.

（１０）幾つかの実施形態では、上記（７）〜（９）の何れかの構成において、
前記第１燃料棒センサ及び前記第２燃料棒センサは、前記第１仮想線と前記第２仮想線とが互いに交わらずに同一水平面内に存在するように配置される。
上記（１０）の構成によれば、各燃料棒センサのそれぞれの被覆壁の軸心から振動板部に延ばした仮想線が同一水平面内において交わらないようにしたので、複数の燃料棒センサからの音を混在させることなく、各々の燃料棒センサからの音を別々に検出することができる。 (10) In some embodiments, in any one of the above configurations (7) to (9),
The first fuel rod sensor and the second fuel rod sensor are arranged such that the first imaginary line and the second imaginary line are present in the same horizontal plane without crossing each other.
According to the configuration of (10) above, since the imaginary line extending from the axis of each covering wall of each fuel rod sensor to the diaphragm portion does not intersect within the same horizontal plane, The sound from each fuel rod sensor can be detected separately without mixing the sounds.

（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係る原子炉は、
原子炉容器と、
前記原子炉容器に収容される上記（６）〜（１０）の何れかの構成を有する燃料集合体と、
を備える。 (11) A nuclear reactor according to at least one embodiment of the present invention includes:
A reactor vessel;
A fuel assembly having any one of the constitutions (6) to (10) accommodated in the reactor vessel;
Is provided.

上記（１１）の構成では、二重壁部の内部空間（外壁と内壁の間の空間）を真空状態としたので、燃料棒センサのスタックから発せられた音は、二重壁部を介しては外部へ伝播しない。また、二重壁部の設置範囲以外の領域に振動板部を設けたので、燃料棒センサのスタックから発せられた音は、振動板部の向く方向において該振動板部の外部に放出される。このため、燃料棒センサから発せられる音を所望の方向に伝播させることができる。また、燃料棒センサから発せられた音が指向性を有することから、燃料棒センサから出力された音響エネルギーを音検出器に効率的に伝えることができる。 In the configuration of (11) above, since the internal space of the double wall portion (the space between the outer wall and the inner wall) is in a vacuum state, the sound emitted from the fuel rod sensor stack passes through the double wall portion. Does not propagate outside. In addition, since the diaphragm portion is provided in an area other than the installation range of the double wall portion, the sound emitted from the fuel rod sensor stack is emitted to the outside of the diaphragm portion in the direction of the diaphragm portion. . For this reason, the sound emitted from the fuel rod sensor can be propagated in a desired direction. Moreover, since the sound emitted from the fuel rod sensor has directivity, the acoustic energy output from the fuel rod sensor can be efficiently transmitted to the sound detector.

（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係る原子力プラントは、
上記（１１）の構成を有する原子炉と、
前記原子炉で発生した熱によって生成された蒸気により駆動されるように構成された蒸気タービンと、
を備える。 (12) A nuclear power plant according to at least one embodiment of the present invention,
A nuclear reactor having the configuration of (11) above;
A steam turbine configured to be driven by steam generated by heat generated in the reactor;
Is provided.

上記（１２）の構成では、二重壁部の内部空間（外壁と内壁の間の空間）を真空状態としたので、燃料棒センサのスタックから発せられた音は、二重壁部を介しては外部へ伝播しない。また、二重壁部の設置範囲以外の領域に振動板部を設けたので、燃料棒センサのスタックから発せられた音は、振動板部の向く方向において該振動板部の外部に放出される。このため、燃料棒センサから発せられる音を所望の方向に伝播させることができる。また、燃料棒センサから発せられた音が指向性を有することから、燃料棒センサから出力された音響エネルギーを音検出器に効率的に伝えることができる。 In the configuration of (12) above, since the internal space of the double wall portion (the space between the outer wall and the inner wall) is in a vacuum state, the sound emitted from the fuel rod sensor stack passes through the double wall portion. Does not propagate outside. In addition, since the diaphragm portion is provided in an area other than the installation range of the double wall portion, the sound emitted from the fuel rod sensor stack is emitted to the outside of the diaphragm portion in the direction of the diaphragm portion. . For this reason, the sound emitted from the fuel rod sensor can be propagated in a desired direction. Moreover, since the sound emitted from the fuel rod sensor has directivity, the acoustic energy output from the fuel rod sensor can be efficiently transmitted to the sound detector.

（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係る原子炉監視システムは、
上記（１）〜（５）の何れの構成を有する燃料棒センサと、
前記燃料棒センサの前記振動板部を介して前記スタックから出力された前記音を検出する音検出器と、
前記音検出器の検出結果に基づいて、原子炉の状態監視を行うための状態監視ユニットと、を備える。 (13) A reactor monitoring system according to at least one embodiment of the present invention includes:
A fuel rod sensor having any one of the constitutions (1) to (5);
A sound detector for detecting the sound output from the stack via the diaphragm portion of the fuel rod sensor;
A state monitoring unit for monitoring the state of the nuclear reactor based on the detection result of the sound detector.

熱音響センサが発する音の周波数は、熱音響センサの周囲の原子炉の状態（例えば、原子炉容器内の冷却材の温度等）を示す。よって、上記（１３）の構成によれば、熱音響センサから発せられて音検出器で検出された音から算出された音の周波数に基づいて、原子炉の状態を監視することができる。また、上記（１３）の構成では、二重壁部の内部空間（外壁と内壁の間の空間）を真空状態としたので、燃料棒センサのスタックから発せられた音は、二重壁部を介しては外部へ伝播しない。また、二重壁部の設置範囲以外の領域に振動板部を設けたので、燃料棒センサのスタックから発せられた音は、振動板部の向く方向において該振動板部の外部に放出される。このため、燃料棒センサから発せられる音を所望の方向に伝播させることができる。また、燃料棒センサから発せられた音が指向性を有することから、燃料棒センサから出力された音響エネルギーを音検出器に効率的に伝えることができる。 The frequency of the sound generated by the thermoacoustic sensor indicates the state of the reactor around the thermoacoustic sensor (for example, the temperature of the coolant in the reactor vessel). Therefore, according to the configuration of (13) above, the state of the nuclear reactor can be monitored based on the frequency of sound calculated from the sound emitted from the thermoacoustic sensor and detected by the sound detector. In the configuration of (13), the internal space of the double wall portion (the space between the outer wall and the inner wall) is in a vacuum state, so that the sound emitted from the fuel rod sensor stack Does not propagate to the outside. In addition, since the diaphragm portion is provided in an area other than the installation range of the double wall portion, the sound emitted from the fuel rod sensor stack is emitted to the outside of the diaphragm portion in the direction of the diaphragm portion. . For this reason, the sound emitted from the fuel rod sensor can be propagated in a desired direction. Moreover, since the sound emitted from the fuel rod sensor has directivity, the acoustic energy output from the fuel rod sensor can be efficiently transmitted to the sound detector.

本発明の少なくとも一実施形態によれば、所望の方向に音を伝えることが可能な燃料棒センサが提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, a fuel rod sensor capable of transmitting sound in a desired direction is provided.

一実施形態に係る原子力プラントの概略構成図である。It is a schematic structure figure of a nuclear power plant concerning one embodiment. 一実施形態に係る燃料棒を含む燃料集合体の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the fuel assembly containing the fuel rod which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る燃料棒の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel rod which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る燃料棒センサの前提である、熱音響センサが組み込まれた燃料棒の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel rod incorporating the thermoacoustic sensor, which is a premise of the fuel rod sensor according to one embodiment. 一実施形態に係る燃料棒センサの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel rod sensor which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る燃料棒センサの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel rod sensor which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る燃料棒センサの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel rod sensor which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る燃料棒センサの平面視における模式図である。It is a schematic diagram in the planar view of the fuel rod sensor which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る複数の燃料棒センサの配置構成を示す平面視における模式図である。It is a schematic diagram in planar view which shows the arrangement structure of the some fuel rod sensor which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る複数の燃料棒センサの配置構成を示す平面視における模式図である。It is a schematic diagram in planar view which shows the arrangement structure of the some fuel rod sensor which concerns on one Embodiment.

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Absent.

図１は、一実施形態に係る原子力プラントの概略構成図である。図１に示すように、原子力プラント１は、核***反応で発生する熱エネルギーにより蒸気を生成するための原子炉２と、原子炉２で生成された蒸気により駆動される蒸気タービン４と、蒸気タービン４の回転軸の回転により駆動される発電機６を備える。なお、図１に示す原子炉２は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：ＰｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄＷａｔｅｒＲｅａｃｔｏｒ）である。他の実施形態では、原子炉２は沸騰水型原子炉（ＢＷＲ：ＢｏｉｌｉｎｇＷａｔｅｒＲｅａｃｔｏｒ）であってもよく、あるいは、加圧水型原子炉及び沸騰水型原子炉を含む軽水炉とは異なり、減速材又は冷却材として軽水以外の物質を用いるタイプの原子炉であってもよい。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a nuclear power plant according to an embodiment. As shown in FIG. 1, a nuclear power plant 1 includes a nuclear reactor 2 for generating steam by thermal energy generated in a fission reaction, a steam turbine 4 driven by the steam generated in the nuclear reactor 2, and a steam turbine. The generator 6 driven by rotation of the rotating shaft 4 is provided. Note that the nuclear reactor 2 shown in FIG. 1 is a pressurized water reactor (PWR: Pressurized Water Reactor). In other embodiments, the reactor 2 may be a boiling water reactor (BWR) or, unlike a light water reactor including a pressurized water reactor and a boiling water reactor, a moderator or It may be a reactor of a type using a substance other than light water as a coolant.

原子炉２は、一次冷却水（一次冷却材）が流れる一次冷却ループ１０と、一次冷却ループ１０に設けられる原子炉容器（圧力容器）１１、加圧器１４、蒸気発生器１６及び一次冷却材ポンプ１８と、を含む。一次冷却材ポンプ１８は、一次冷却ループ１０において一次冷却水を循環させるように構成される。また、加圧器１４は、一次冷却ループ１０において、一次冷却水が沸騰しないように、一次冷却水を加圧するように構成される。なお、原子炉２を構成する原子炉容器１１、加圧器１４、蒸気発生器１６及び一次冷却材ポンプ１８は、原子炉格納容器１９に格納される。
原子炉容器１１にはペレット状の核燃料（例えばウラン燃料やＭＯＸ燃料等）を含む燃料棒１２が収容されており、この燃料の核***反応で発生する熱エネルギーにより、原子炉容器１１の中の一次冷却水が加熱される。原子炉容器１１には、原子炉出力を制御するために、核燃料を含む炉心で生成される中性子数を吸収して調整するための制御棒１３が設けられている。なお、原子炉容器１１内で加熱された一次冷却水は蒸気発生器１６に送られ、熱交換により二次冷却ループ２０を流れる二次冷却水（二次冷却材）を加熱して蒸気を発生させる。 A nuclear reactor 2 includes a primary cooling loop 10 through which primary cooling water (primary coolant) flows, a reactor vessel (pressure vessel) 11 provided in the primary cooling loop 10, a pressurizer 14, a steam generator 16, and a primary coolant pump. 18. The primary coolant pump 18 is configured to circulate primary cooling water in the primary cooling loop 10. The pressurizer 14 is configured to pressurize the primary cooling water in the primary cooling loop 10 so that the primary cooling water does not boil. Note that the reactor vessel 11, the pressurizer 14, the steam generator 16, and the primary coolant pump 18 constituting the reactor 2 are stored in a reactor containment vessel 19.
The reactor vessel 11 contains fuel rods 12 containing pellet-like nuclear fuel (for example, uranium fuel, MOX fuel, etc.), and the primary energy in the reactor vessel 11 is generated by the thermal energy generated by the fission reaction of this fuel. The cooling water is heated. The reactor vessel 11 is provided with a control rod 13 for absorbing and adjusting the number of neutrons generated in the core containing nuclear fuel in order to control the reactor power. The primary cooling water heated in the reactor vessel 11 is sent to the steam generator 16 to generate steam by heating the secondary cooling water (secondary coolant) flowing through the secondary cooling loop 20 by heat exchange. Let

蒸気発生器１６において生成された蒸気は、高圧タービン２１及び低圧タービン２２を含む蒸気タービン４に送られて、蒸気タービン４を回転駆動させる。また、蒸気タービン４は回転軸を介して発電機６と連結されており、発電機６は該回転軸の回転により駆動されて、電気エネルギーを生成する。なお、高圧タービン２１と低圧タービン２２との間には湿分分離加熱器２３が設けられており、高圧タービン２１で仕事をした後の蒸気を再度加熱してから低圧タービン２２に送るようになっている。 The steam generated in the steam generator 16 is sent to the steam turbine 4 including the high-pressure turbine 21 and the low-pressure turbine 22 to rotate the steam turbine 4. The steam turbine 4 is connected to a generator 6 through a rotating shaft, and the generator 6 is driven by the rotation of the rotating shaft to generate electric energy. A moisture separator / heater 23 is provided between the high-pressure turbine 21 and the low-pressure turbine 22 so that the steam after working in the high-pressure turbine 21 is heated again and then sent to the low-pressure turbine 22. ing.

二次冷却ループ２０には、復水器２４、低圧給水加熱器２６、脱気器２７及び高圧給水加熱器２９が設けられており、低圧タービン２２で仕事をした後の蒸気がこれらの機器を通る過程で凝縮されるとともに加熱され、蒸気発生器１６に戻るようになっている。二次冷却ループ２０には、復水ポンプ２５及び給水ポンプ２８が設けられており、これらのポンプにより二次冷却ループ２０において二次冷却水が循環するようになっている。また、復水器２４には、低圧タービン２２からの蒸気を熱交換により冷却するための冷却水（例えば海水）がポンプ１５を介して供給されるようになっている。 The secondary cooling loop 20 is provided with a condenser 24, a low-pressure feed water heater 26, a deaerator 27, and a high-pressure feed water heater 29, and the steam after working in the low-pressure turbine 22 supplies these devices. It is condensed and heated in the course of passing, and returns to the steam generator 16. The secondary cooling loop 20 is provided with a condensate pump 25 and a feed water pump 28, and the secondary cooling water is circulated in the secondary cooling loop 20 by these pumps. The condenser 24 is supplied with cooling water (for example, seawater) for cooling the steam from the low-pressure turbine 22 by heat exchange via the pump 15.

図２は、一実施形態に係る燃料棒を含む燃料集合体の一例を示す図である。原子炉容器１１に収容される燃料棒１２は、複数の燃料棒１２の集合体である燃料集合体５０を構成してもよい。
図２に示す燃料集合体５０は、燃料集合体５０の両端部に配置されて冷却材の流路を確保するための上部ノズル５６及び下部ノズル５８と、上部ノズル５６と下部ノズル５８との間に設けられる燃料棒１２、炉内計装用案内シンブル（不図示）及び複数の制御棒案内シンブル（不図示）と、燃料棒１２を格子配列に維持するための支持格子５４と、を含む。炉内計装用案内シンブル及び制御棒案内シンブルは、燃料棒１２と略平行に設けられ、燃料棒１２とともに格子配列を形成するように配置される。
上部ノズル５６及び下部ノズル５８の各々と、炉内計装用案内シンブル及び制御棒案内シンブルの各々とは、溶接により互いに接合されており、燃料集合体５０の支持骨格を形成している。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a fuel assembly including fuel rods according to an embodiment. The fuel rods 12 accommodated in the nuclear reactor vessel 11 may constitute a fuel assembly 50 that is an assembly of a plurality of fuel rods 12.
The fuel assembly 50 shown in FIG. 2 is disposed at both ends of the fuel assembly 50 to provide an upper nozzle 56 and a lower nozzle 58 for securing a coolant flow path, and between the upper nozzle 56 and the lower nozzle 58. Includes a fuel rod 12, an in-core instrumentation guide thimble (not shown) and a plurality of control rod guide thimbles (not shown), and a support lattice 54 for maintaining the fuel rods 12 in a lattice arrangement. The in-core instrumentation guide thimble and the control rod guide thimble are provided substantially parallel to the fuel rods 12 and are arranged so as to form a lattice arrangement together with the fuel rods 12.
Each of the upper nozzle 56 and the lower nozzle 58 and each of the in-core instrumentation guide thimble and each of the control rod guide thimbles are joined together by welding to form a support skeleton of the fuel assembly 50.

なお、燃料集合体５０に含まれる複数の燃料棒１２における核***反応は、複数の制御棒１３を備える制御棒クラスタ５１により制御されるようになっている。制御棒クラスタ５１は駆動装置（図示しない）により駆動されて、制御棒クラスタ５１の備える複数の制御棒１３が制御棒案内シンブルの中を上下に移動するようになっている。 The fission reaction in the plurality of fuel rods 12 included in the fuel assembly 50 is controlled by a control rod cluster 51 having a plurality of control rods 13. The control rod cluster 51 is driven by a driving device (not shown) so that the plurality of control rods 13 included in the control rod cluster 51 move up and down in the control rod guide thimble.

図３は、一実施形態に係る燃料棒の概略構成図である。図３に示すように、燃料棒１２は、被覆管３０と、被覆管３０の内部に収容された燃料ペレット３２と、被覆管３０の両端を封止するための端栓（３４，３６）と、を含む。なお、端栓３４は、燃料棒１２が原子炉容器１１に装着された際に鉛直方向上側に位置する端栓であり、端栓３６は、燃料棒１２が原子炉容器１１に装着された際に鉛直方向下側に位置する端栓である。また、被覆管３０の内部には、例えばヘリウムが加圧封入されていてもよい。
被覆管３０の内部において、燃料ペレット３２は、端栓３４により一端の位置が定まる付勢部材３７（図３においてはコイルばね）によって付勢されて、付勢部材３７と端栓３６との間に固定される。また、付勢部材３７で燃料ペレット３２を付勢することにより、被覆管３０の内部において、燃料ペレット３２の上端面３３と端栓３４の下端面３５との間にはプレナム３１が形成されており、燃料ペレット３２の核***により生成されるガスがプレナム３１の中に閉じ込められるようになっている。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a fuel rod according to an embodiment. As shown in FIG. 3, the fuel rod 12 includes a cladding tube 30, fuel pellets 32 accommodated in the cladding tube 30, and end plugs (34, 36) for sealing both ends of the cladding tube 30. ,including. The end plug 34 is an end plug that is positioned on the upper side in the vertical direction when the fuel rod 12 is attached to the reactor vessel 11, and the end plug 36 is provided when the fuel rod 12 is attached to the reactor vessel 11. This is an end plug located on the lower side in the vertical direction. Further, for example, helium may be sealed in the cladding tube 30 under pressure.
Inside the cladding tube 30, the fuel pellet 32 is urged by an urging member 37 (coil spring in FIG. 3) whose one end is determined by the end plug 34, and between the urging member 37 and the end plug 36. Fixed to. Further, by urging the fuel pellet 32 with the urging member 37, a plenum 31 is formed between the upper end surface 33 of the fuel pellet 32 and the lower end surface 35 of the end plug 34 inside the cladding tube 30. The gas generated by the nuclear fission of the fuel pellet 32 is confined in the plenum 31.

被覆管３０及び端栓（３４，３６）は、例えばジルカロイ−４を材料として作製され、被覆管３０と端栓３４及び被覆管３０と端栓３６は、それぞれ溶接により接合されて密封構造とされる。
燃料ペレット３２は、ウラン燃料やＭＯＸ燃料の材料を成形して焼結したものであり、通常は円柱状の形状を有する。 The cladding tube 30 and the end plugs (34, 36) are made of, for example, Zircaloy-4, and the cladding tube 30 and the end plug 34 and the cladding tube 30 and the end plug 36 are joined together by welding to form a sealed structure. The
The fuel pellet 32 is formed by sintering a material of uranium fuel or MOX fuel, and usually has a cylindrical shape.

図４は、一実施形態に係る燃料棒センサの前提である、熱音響センサが組み込まれた燃料棒の概略構成図である。複数の燃料棒１２のうちいくつかは、以下に説明するように熱音響センサ４０が組み込まれていてもよい。なお、図４に示す燃料棒１２は、端栓３４と燃料ペレット３２との間に固定リング３８が設けられており、燃料ペレット３２を付勢する付勢部材３７の一端の位置は固定リング３８により定まるようになっている点を除いて、図３に示す燃料棒１２と同様の構成を有する。
図４に示すように、熱音響センサ４０は、レゾネータとして機能するチャンバ４２を画定するハウジング４１と、チャンバ４２の中に配置されるスタック４４とを備える。ここでは、燃料棒１２の被覆管３０がハウジング４１の機能を有する。図４に示す例では、ハウジング４１の内壁面と、端栓３４の下端面３５と、燃料ペレット３２の上端面３３とにより、長さがＬのチャンバ４２が画定される。
スタック４４は、その両端、すなわち熱源に近い側の高温側端４５と、熱源からより遠い側の低温側端４６との間にある程度の温度差が生じると、チャンバ４２の中で音波を生成する熱音響素子である。燃料ペレット３２は、スタック４４に熱を与える熱源としての役割を有し、燃料ペレット３２からの熱により、スタック４４において高温側端４５と低温側端４６との間に温度差が生じる。また、燃料ペレット３２からの熱に加えて、燃料ペレット３２の核***反応によって発生する電磁波により、スタック４４の高温側端４５がさらに加熱されると、スタック４４において高温側端４５と低温側端４６との間でさらに温度差が生じる。この温度差が所定値以上になると、スタック４４を流れる熱流束の一部が、チャンバ４２内部の温度に応じた周波数をもつ音波に変換される。
スタック４４と燃料ペレット３２とは、チャンバ（レゾネータ）４２の中で音の定在波が生成するような位置関係になっている。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a fuel rod incorporating a thermoacoustic sensor, which is a premise of the fuel rod sensor according to one embodiment. Some of the plurality of fuel rods 12 may incorporate a thermoacoustic sensor 40 as described below. In the fuel rod 12 shown in FIG. 4, a fixing ring 38 is provided between the end plug 34 and the fuel pellet 32, and the position of one end of the biasing member 37 that biases the fuel pellet 32 is the fixing ring 38. 3 has the same configuration as that of the fuel rod 12 shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the thermoacoustic sensor 40 includes a housing 41 that defines a chamber 42 that functions as a resonator, and a stack 44 that is disposed in the chamber 42. Here, the cladding tube 30 of the fuel rod 12 has the function of the housing 41. In the example shown in FIG. 4, a chamber 42 having a length L is defined by the inner wall surface of the housing 41, the lower end surface 35 of the end plug 34, and the upper end surface 33 of the fuel pellet 32.
The stack 44 generates a sound wave in the chamber 42 when a certain temperature difference occurs between its both ends, that is, the high temperature side end 45 closer to the heat source and the low temperature side end 46 farther from the heat source. It is a thermoacoustic element. The fuel pellet 32 serves as a heat source for applying heat to the stack 44, and a temperature difference is generated between the high temperature side end 45 and the low temperature side end 46 in the stack 44 due to the heat from the fuel pellet 32. Further, when the high temperature side end 45 of the stack 44 is further heated by electromagnetic waves generated by the fission reaction of the fuel pellet 32 in addition to the heat from the fuel pellet 32, the high temperature side end 45 and the low temperature side end 46 in the stack 44. A further temperature difference occurs between When this temperature difference exceeds a predetermined value, a part of the heat flux flowing through the stack 44 is converted into a sound wave having a frequency corresponding to the temperature inside the chamber 42.
The stack 44 and the fuel pellet 32 are in a positional relationship such that a standing wave of sound is generated in the chamber (resonator) 42.

スタック４４は、チャンバ４２の長さ方向に沿って平行に配列された複数の微細な孔（チャネル）を有するセラミック素子である。
他の実施形態では、スタック４４は、例えば、金属スパイラル、金属フォーム、金属フェルト、セラミックフォーム又はカーボンフォームから構成されていてもよく、ハニカム構造を有していてもよい。
また図４に示すスタック４４の断面形状は、円筒状のハウジング４１の断面形状に合わせた円形状であるが、四角形等別の形状を有していてもよい。 The stack 44 is a ceramic element having a plurality of fine holes (channels) arranged in parallel along the length direction of the chamber 42.
In other embodiments, the stack 44 may be composed of, for example, a metal spiral, metal foam, metal felt, ceramic foam, or carbon foam, and may have a honeycomb structure.
4 is a circular shape that matches the cross-sectional shape of the cylindrical housing 41, it may have another shape such as a quadrangle.

上述のように熱音響センサ４０にて生成される音の定在波の周波数は、チャンバ４２内部の温度に依存し、該周波数はチャンバ４２内の有効温度とともに増加する。なお、チャンバ４２内の有効温度とは、チャンバ４２内部の温度が一様であると仮定される場合に、同一の周波数の定在波を生成する時の温度である。このような有効温度として、例えば、チャンバ４２内の温度の積分平均又は重みづけ平均を用いることができる。
また、チャンバ４２内の温度は、スタック４４からの放射熱や、ハウジング４１（被覆管３０）の周囲に存在する一次冷却材（以降において単に「冷却材」とも称する）の温度に依存して決まる。
したがって、熱音響センサ４０にて生成される音の定在波の周波数を計測すれば、ハウジング４１の周囲の冷却材の温度を知ることができる。 As described above, the frequency of the standing wave of the sound generated by the thermoacoustic sensor 40 depends on the temperature inside the chamber 42, and the frequency increases with the effective temperature in the chamber 42. The effective temperature in the chamber 42 is a temperature at which a standing wave with the same frequency is generated when the temperature in the chamber 42 is assumed to be uniform. As such an effective temperature, for example, an integrated average or a weighted average of the temperatures in the chamber 42 can be used.
The temperature in the chamber 42 is determined depending on the radiant heat from the stack 44 and the temperature of the primary coolant (hereinafter also referred to simply as “coolant”) present around the housing 41 (the cladding tube 30). .
Therefore, if the frequency of the standing wave of the sound generated by the thermoacoustic sensor 40 is measured, the temperature of the coolant around the housing 41 can be known.

ここで、熱音響センサ４０で発せられる音（共鳴音）の周波数と、熱音響センサ４０のレゾネータ（チャンバ４２）内部の温度との相関関係は、以下のように説明できる。
レゾネータ（チャンバ４２）の長さがＬであるとき、レゾネータの両端が固定端である場合の音の定在波の基本振動における波長は２Ｌであるので、熱音響センサ４０で発せられる音（共鳴音）の周波数ｆとレゾネータ内部の気体の温度Ｔとの関係は、下記式（１）で表すことができる。

ただし、式（１）において、ｃは音速であり、κはレゾネータ内部の気体の比熱比であり、Ｔはレゾネータ内部の気体の温度であり、Ｒは気体定数である。式（１）により示されるように、共鳴音の周波数ｆは、熱音響センサ４０のレゾネータ（チャンバ４２）内部の温度Ｔに依存する。 Here, the correlation between the frequency of the sound (resonance sound) emitted from the thermoacoustic sensor 40 and the temperature inside the resonator (chamber 42) of the thermoacoustic sensor 40 can be explained as follows.
When the length of the resonator (chamber 42) is L, the wavelength in the fundamental vibration of the standing wave of the sound when both ends of the resonator are fixed ends is 2L, so that the sound (resonance) generated by the thermoacoustic sensor 40 is The relationship between the frequency f of the sound and the temperature T of the gas inside the resonator can be expressed by the following equation (1).

In equation (1), c is the speed of sound, κ is the specific heat ratio of the gas inside the resonator, T is the temperature of the gas inside the resonator, and R is the gas constant. As shown by the equation (1), the frequency f of the resonance sound depends on the temperature T inside the resonator (chamber 42) of the thermoacoustic sensor 40.

また、上述の式（１）を変形して得られる下記式（２）により、熱音響センサ４０で発せられた音（共鳴音）の周波数ｆに対応するレゾネータ内部の気体の温度Ｔを算出することができる。

また、熱音響センサ４０の周囲の冷却材の温度と、レゾネータ（チャンバ４２）内部の温度Ｔとは、相関性を有する。よって、熱音響センサ４０共鳴音の周波数は、熱音響センサ４０の周囲の冷却材の温度に依存する。したがって、熱音響センサ４０により発せられる共鳴音の周波数と、熱音響センサ４０の周囲の冷却材の温度とは互いに相関関係を有する。
このことから、原子炉容器１１内の冷却材の正常な温度範囲の上限値及び下限値をそれぞれ示す冷却材温度の閾値Ｔｃ_Ｔｈ＿Ｈ及びＴｃ_Ｔｈ＿Ｌを予め定めておき、上記式（２）により得られる冷却材温度が閾値の範囲外であれば、原子炉２の状態が異常であると判断することができる。
なお、原子炉容器１１内の冷却材の正常な温度範囲の上限値及び下限値をそれぞれ示す冷却材温度の閾値Ｔｃ_Ｔｈ＿Ｈ及びＴｃ_Ｔｈ＿Ｌは、データ蓄積装置より採取された健全時の運転データに基づいて決定されもよい。 Further, the temperature T of the gas inside the resonator corresponding to the frequency f of the sound (resonant sound) emitted by the thermoacoustic sensor 40 is calculated by the following expression (2) obtained by modifying the above expression (1). be able to.

Moreover, the temperature of the coolant around the thermoacoustic sensor 40 and the temperature T inside the resonator (chamber 42) have a correlation. Therefore, the frequency of the resonance sound of the thermoacoustic sensor 40 depends on the temperature of the coolant around the thermoacoustic sensor 40. Therefore, the frequency of the resonance sound generated by the thermoacoustic sensor 40 and the temperature of the coolant around the thermoacoustic sensor 40 have a correlation with each other.
From this, the coolant temperature thresholds Tc _{Th_H} and Tc _{Th_L} respectively indicating the upper limit value and the lower limit value of the normal temperature range of the coolant in the reactor vessel 11 are determined in advance, and obtained by the above equation (2). If the coolant temperature is outside the range of the threshold, it can be determined that the state of the reactor 2 is abnormal.
Note that the coolant temperature thresholds Tc _{Th_H} and Tc _{Th_L} , which respectively indicate the upper limit value and the lower limit value of the normal temperature range of the coolant in the reactor vessel 11, are based on the operating data at the time of sound collected from the data storage device. May be determined.

また、熱音響センサ４０にて生成される音の定在波の周波数は、チャンバ４２内に存在する混合ガスの平均分子量にも依存し、該周波数は、混合ガスの比熱比γと平均分子量Ｍとの比（γ／Ｍ）と相関性を有する。よって、熱音響センサ４０にて生成される音の定在波の周波数によって、混合ガスに関する情報が提供される。 Further, the frequency of the standing wave of the sound generated by the thermoacoustic sensor 40 also depends on the average molecular weight of the mixed gas existing in the chamber 42, and this frequency is the specific heat ratio γ and the average molecular weight M of the mixed gas. And the ratio (γ / M). Therefore, information regarding the mixed gas is provided by the frequency of the standing wave of the sound generated by the thermoacoustic sensor 40.

なお、燃料棒１２に組み込まれた熱音響センサ４０では、燃料ペレット３２において経年変化によるクラックが発生した場合に、以下のような現象が発生する。まず、クラックはハウジング４１の内部においてガスの体積を増やすので、レゾネータ（チャンバ４２）の有効長さが長くなり、共鳴周波数が減少する。また、クラックにより燃料ペレット３２の表面積が増えるので、音波の振幅が減少する。
よって、燃料棒１２組み込まれたレゾネータにより発せられる音について共鳴振動数や振幅の変化を観測することで、燃料ペレット３２の経年劣化を監視することができる。 In the thermoacoustic sensor 40 incorporated in the fuel rod 12, the following phenomenon occurs when a crack due to aging occurs in the fuel pellet 32. First, since the crack increases the gas volume inside the housing 41, the effective length of the resonator (chamber 42) is increased and the resonance frequency is decreased. Moreover, since the surface area of the fuel pellet 32 increases due to the crack, the amplitude of the sound wave decreases.
Therefore, the deterioration over time of the fuel pellet 32 can be monitored by observing changes in the resonance frequency and amplitude of the sound emitted from the resonator incorporated in the fuel rod 12.

このように、熱音響センサ４０にて生成される音の定在波の周波数や振幅を計測することにより、燃料棒１２の周囲の冷却材の温度に関する情報を得ることができる。 In this way, by measuring the frequency and amplitude of the standing wave of the sound generated by the thermoacoustic sensor 40, information regarding the temperature of the coolant around the fuel rod 12 can be obtained.

熱音響センサ４０にて生成される音波は、ハウジング４１（燃料棒１２の被覆管３０）及びハウジング４１の周囲に存在する冷却材を介して伝達される。このように伝達される音波は、遠隔地においてマイクロフォンやハイドロフォンで受け取ることができる。 Sound waves generated by the thermoacoustic sensor 40 are transmitted through the housing 41 (the cladding tube 30 of the fuel rod 12) and the coolant present around the housing 41. The sound wave transmitted in this way can be received by a microphone or a hydrophone at a remote place.

熱音響センサ４０は、原子炉容器１１内において互いに異なる位置に複数設置してもよい。これにより、異なる複数の位置における燃料棒１２の内部及び燃料棒１２の周囲の冷却水に関する情報を得ることができる。
この場合、各熱音響センサ４０からの音を区別できるようにするために、複数の熱音響センサが生成する定在波の波長を、互いに異ならせてもよい。各熱音響センサ４０のレゾネータ（チャンバ４２）の長さＬは、例えば、各熱音響センサ４０において生成させる定在波の波長の１／２程度としてもよい。 A plurality of thermoacoustic sensors 40 may be installed at different positions in the reactor vessel 11. Thereby, the information regarding the inside of the fuel rod 12 and the cooling water around the fuel rod 12 at a plurality of different positions can be obtained.
In this case, in order to distinguish the sound from each thermoacoustic sensor 40, the wavelengths of standing waves generated by the plurality of thermoacoustic sensors may be different from each other. The length L of the resonator (chamber 42) of each thermoacoustic sensor 40 may be, for example, about ½ of the wavelength of the standing wave generated in each thermoacoustic sensor 40.

また、原子炉容器１１内に複数の熱音響センサ４０を設ける場合、熱音響センサ４０の各々が異なる方向に指向性を持つようにして（即ち、生成される音波がそれぞれ異なる特定の方向に伝播するようにして）、複数の熱音響センサ４０によって生成される音波が混在しないようにしてもよい。 Further, when a plurality of thermoacoustic sensors 40 are provided in the reactor vessel 11, each thermoacoustic sensor 40 has directivity in a different direction (that is, generated sound waves propagate in different specific directions. Thus, sound waves generated by the plurality of thermoacoustic sensors 40 may not be mixed.

以上においては、スタック４４の両端に温度差を生じさせるための熱源として燃料棒１２内部の燃料ペレット３２を用いる実施形態について説明したが、他の実施形態では、このような熱源として、ガンマ線吸収材等の高エネルギー放射線吸収体を用いてもよい。
例えば、燃料棒１２の内部の一端側において、熱源である燃料ペレット３２から封止された領域を形成し、熱音響センサ４０は、熱源としての高エネルギー放射線吸収体とともにこの領域に設けられてもよい。 In the above description, the embodiment using the fuel pellets 32 inside the fuel rod 12 as a heat source for generating a temperature difference at both ends of the stack 44 has been described. However, in other embodiments, a gamma ray absorber is used as such a heat source. High energy radiation absorbers such as may be used.
For example, a region sealed from the fuel pellet 32 as a heat source is formed on one end side inside the fuel rod 12, and the thermoacoustic sensor 40 may be provided in this region together with a high energy radiation absorber as a heat source. Good.

このように熱源として高エネルギー放射線吸収体を用いる場合、熱音響センサ４０は、原子炉容器１１の内部において、高エネルギー放射線に曝されるように核燃料に十分近いところに配置される。
また、この場合、熱音響センサ４０の内部には核燃料が存在せず、核***によるガスの生成は起こらないため、チャンバ４２内の混合ガスの平均分子量は変化しない。このため、熱音響センサ４０で生じる音の定在波の周波数は、温度に依存して変化するが、混合ガスの分子量や核燃料の状態（クラックの生成等）に依っては変化しない。 When the high energy radiation absorber is used as the heat source in this way, the thermoacoustic sensor 40 is disposed in the reactor vessel 11 at a location sufficiently close to the nuclear fuel so as to be exposed to the high energy radiation.
In this case, no nuclear fuel is present inside the thermoacoustic sensor 40, and no gas is generated by fission, so the average molecular weight of the mixed gas in the chamber 42 does not change. For this reason, the frequency of the standing wave of the sound generated by the thermoacoustic sensor 40 varies depending on the temperature, but does not vary depending on the molecular weight of the mixed gas or the state of nuclear fuel (such as generation of cracks).

次に、図５〜図１０を参照して、一実施形態に係る燃料棒センサについて説明する。上述にて説明した燃料棒１２及び燃料棒１２に組み込まれた熱音響センサ４０のうちのいくつかは、以下に説明する燃料棒センサ７０であってもよい。
図５〜図７は、それぞれ、一実施形態に係る燃料棒センサの構成を示す図である。図５〜図７に示すように、一実施形態に係る燃料棒センサ７０は、ペレット（燃料ペレット）３２と、ペレット３２を収容するための内部空間（チャンバ）４２を形成する被覆壁７７と、内部空間（チャンバ）４２に設けられるスタック４４と、を備える。スタック４４は、内部空間４２のうちペレット３２の収容空間以外の領域に設けられ、ペレット３２を熱源として熱音響変換により音を発するように構成される。被覆壁７７は、外壁７１と内壁７２との間の空間７５が真空状態である二重壁部７４と、振動板７６（振動板部）と、を含む。振動板７６は、被覆壁７７のうち二重壁部７４の設置範囲以外の領域に設けられ、スタック４４から発せられた音を外部に放出するように構成される。
ここで、被覆壁７７は、上述の被覆管３０（ハウジング４１）及び端栓（３４、３６）を含む概念である。 Next, a fuel rod sensor according to an embodiment will be described with reference to FIGS. Some of the fuel rods 12 described above and the thermoacoustic sensor 40 incorporated in the fuel rods 12 may be fuel rod sensors 70 described below.
5-7 is a figure which respectively shows the structure of the fuel rod sensor which concerns on one Embodiment. As shown in FIGS. 5 to 7, the fuel rod sensor 70 according to one embodiment includes a pellet (fuel pellet) 32 and a covering wall 77 that forms an internal space (chamber) 42 for accommodating the pellet 32. A stack 44 provided in an internal space (chamber) 42. The stack 44 is provided in an area of the internal space 42 other than the accommodation space for the pellet 32, and is configured to emit sound by thermoacoustic conversion using the pellet 32 as a heat source. The covering wall 77 includes a double wall portion 74 in which a space 75 between the outer wall 71 and the inner wall 72 is in a vacuum state, and a diaphragm 76 (a diaphragm portion). The diaphragm 76 is provided in a region other than the installation range of the double wall portion 74 in the covering wall 77 and is configured to emit sound emitted from the stack 44 to the outside.
Here, the covering wall 77 is a concept including the above-described covering tube 30 (housing 41) and end plugs (34, 36).

図５〜図７に示す実施形態では、二重壁部７４の内部空間（外壁７１と内壁７２の間の空間７５）を真空状態としたので、燃料棒センサ７０のスタック４４から発せられた音は、二重壁部７４を介しては外部へ伝播しない。また、二重壁部７４の設置範囲以外の領域に振動板７６を設けたので、燃料棒センサ７０のスタック４４から発せられた音は、振動板７６の向く方向において振動板７６の外部に放出される。このため、燃料棒センサ７０から発せられる音を所望の方向に伝播させることができる。また、燃料棒センサ７０から発せられた音が指向性を有することから、燃料棒センサ７０から出力された音響エネルギーを後述する音検出器４８に効率的に伝えることができる。 In the embodiment shown in FIGS. 5 to 7, since the internal space of the double wall portion 74 (the space 75 between the outer wall 71 and the inner wall 72) is in a vacuum state, the sound emitted from the stack 44 of the fuel rod sensor 70. Does not propagate to the outside through the double wall portion 74. In addition, since the diaphragm 76 is provided in a region other than the installation range of the double wall portion 74, the sound emitted from the stack 44 of the fuel rod sensor 70 is released to the outside of the diaphragm 76 in the direction facing the diaphragm 76. Is done. For this reason, the sound emitted from the fuel rod sensor 70 can be propagated in a desired direction. Further, since the sound emitted from the fuel rod sensor 70 has directivity, the acoustic energy output from the fuel rod sensor 70 can be efficiently transmitted to the sound detector 48 described later.

図５に示す実施形態では、振動板７６は、被覆壁７７の上端面８０に形成される。この場合、スタック４４からの音を被覆壁７７の上端面８０から燃料棒センサの外部に放出させることができる。 In the embodiment shown in FIG. 5, the diaphragm 76 is formed on the upper end surface 80 of the covering wall 77. In this case, sound from the stack 44 can be released from the upper end surface 80 of the covering wall 77 to the outside of the fuel rod sensor.

幾つかの実施形態では、振動板７６が被覆壁７７の上端面８０に形成されるとともに、被覆壁７７は、振動板７６が設けられた上端面８０側の端部において湾曲されて、振動板７６を、鉛直上向き以外の所望の方向に向けるようにしてもよい。
例えば、被覆壁７７を上端面８０側の端部において９０°湾曲させて、振動板７６からの音が水平方向に放出されるようにしてもよい。この場合、振動板７６からの音は、燃料棒センサ７０の側方に位置する原子炉容器１１の内壁に向かって伝播するため、例えば原子炉容器１１の該壁面に設けた音検出器で該音を検出することが容易となる。 In some embodiments, the diaphragm 76 is formed on the upper end surface 80 of the covering wall 77, and the covering wall 77 is curved at the end on the upper end surface 80 side where the diaphragm 76 is provided. 76 may be directed in a desired direction other than vertically upward.
For example, the covering wall 77 may be bent 90 ° at the end on the upper end surface 80 side so that sound from the diaphragm 76 is emitted in the horizontal direction. In this case, since the sound from the diaphragm 76 propagates toward the inner wall of the reactor vessel 11 located on the side of the fuel rod sensor 70, the sound detector provided on the wall surface of the reactor vessel 11 is used, for example. It becomes easy to detect sound.

図６に示す実施形態では、振動板７６は、被覆壁７７の下端面８２に形成される。この場合、スタック４４からの音を被覆壁７７の下端面８２から燃料棒センサの外部に放出させることができる。 In the embodiment shown in FIG. 6, the diaphragm 76 is formed on the lower end surface 82 of the covering wall 77. In this case, the sound from the stack 44 can be released from the lower end surface 82 of the covering wall 77 to the outside of the fuel rod sensor.

幾つかの実施形態では、振動板７６が被覆壁７７の下端面８２に形成されるとともに、被覆壁７７は、振動板７６が設けられた下端面８２側の端部において湾曲されて、振動板７６を、鉛直上向き以外の所望の方向に向けるようにしてもよい。
例えば、被覆壁７７を下端面８２側の端部において９０°湾曲させて、振動板７６からの音が水平方向に放出されるようにしてもよい。この場合、振動板７６からの音は、燃料棒センサ７０の側方に位置する原子炉容器１１の内壁に向かって伝播するため、例えば原子炉容器１１の該壁面に設けた音検出器で該音を検出することが容易となる。 In some embodiments, the diaphragm 76 is formed on the lower end surface 82 of the covering wall 77, and the covering wall 77 is curved at the end on the lower end surface 82 side where the diaphragm 76 is provided. 76 may be directed in a desired direction other than vertically upward.
For example, the covering wall 77 may be bent 90 ° at the end on the lower end surface 82 side so that sound from the diaphragm 76 is emitted in the horizontal direction. In this case, since the sound from the diaphragm 76 propagates toward the inner wall of the reactor vessel 11 located on the side of the fuel rod sensor 70, the sound detector provided on the wall surface of the reactor vessel 11 is used, for example. It becomes easy to detect sound.

図７に示す実施形態では、振動板７６は、被覆壁７７の外周面８４に形成される。この場合、スタック４４からの音を被覆壁７７の外周面８４から燃料棒センサ７０の外部に放出させることができる。 In the embodiment shown in FIG. 7, the diaphragm 76 is formed on the outer peripheral surface 84 of the covering wall 77. In this case, sound from the stack 44 can be released from the outer peripheral surface 84 of the covering wall 77 to the outside of the fuel rod sensor 70.

図８は、一実施形態に係る燃料棒センサの平面視における模式図である。幾つかの実施形態では、図８に示すように、振動板７６は、被覆壁７７の外周面８４に形成されており、被覆壁７７の外周面８４のうち、原子炉容器１１の内壁面７８までの距離Ｄが最も短い領域に設けられている。被覆壁７７の外周面８４のうち、原子炉容器１１の内壁面７８までの距離Ｄが最も短い領域とは、例えば、平面視において、被覆壁７７の外周面８４のうち、内壁面７８のうち軸心Ｏから最も近い点と被覆壁７７の軸心Ｏとを結ぶ直線と、振動板７６の端部と軸心Ｏとを結ぶ直線とがなす角度αが−４５°以上４５°以下の範囲内の領域であってもよい。
このように、振動板７６を、被覆壁７７の外周面８４のうち、原子炉容器１１の内壁面７８までの距離Ｄが最も短い領域に設けることで、スタック４４からの音が原子炉容器１１の内壁面７８まで伝わるまでの減衰を小さくすることができる。このため、スタック４４からの音を効率的に原子炉容器１１の外部に効率的に伝えることができる。 FIG. 8 is a schematic view in a plan view of a fuel rod sensor according to an embodiment. In some embodiments, as shown in FIG. 8, the diaphragm 76 is formed on the outer peripheral surface 84 of the covering wall 77, and the inner wall surface 78 of the reactor vessel 11 in the outer peripheral surface 84 of the covering wall 77. Is provided in the region where the distance D is the shortest. Of the outer peripheral surface 84 of the covering wall 77, the region having the shortest distance D to the inner wall surface 78 of the reactor vessel 11 is, for example, of the inner wall surface 78 of the outer peripheral surface 84 of the covering wall 77 in plan view. An angle α formed by a straight line connecting the point closest to the axis O and the axis O of the covering wall 77 and a line connecting the end of the diaphragm 76 and the axis O is in a range of −45 ° to 45 °. It may be a region inside.
In this way, by providing the diaphragm 76 in the region where the distance D to the inner wall surface 78 of the reactor vessel 11 is the shortest in the outer peripheral surface 84 of the covering wall 77, the sound from the stack 44 can be heard from the reactor vessel 11. Attenuation until it reaches the inner wall surface 78 can be reduced. For this reason, the sound from the stack 44 can be efficiently transmitted to the outside of the reactor vessel 11.

図９及び図１０は、それぞれ、一実施形態に係る燃料集合体を構成する複数の燃料棒センサの配置構成を示す平面視における模式図である。
一実施形態において、燃料集合体５０は、原子炉容器１１内における第１位置に設けられる第１燃料棒センサ７０Ａと、原子炉容器１１内における第２位置に設けられる第２燃料棒センサ７０Ｂと、を含む。そして、第１燃料棒センサ７０Ａ及び第２燃料棒センサ７０Ｂは、図９に示すように、第１燃料棒センサ７０Ａの被覆壁７７Ａの軸心Ｏ_Ａから振動板７６に延ばした第１仮想線Ｌ_Ａと、第２燃料棒センサ７０Ｂの被覆壁７７Ｂの軸心Ｏ_Ｂから振動板７６に延ばした第２仮想線Ｌ_Ｂとが原子炉容器１１内において交わらないように配置される。なお、この場合において、第１仮想線Ｌ_Ａと第２仮想線Ｌ_Ｂとが原子炉容器１１の外部で交わっていても構わない。 FIG. 9 and FIG. 10 are schematic views in plan view showing the arrangement configuration of a plurality of fuel rod sensors constituting a fuel assembly according to an embodiment, respectively.
In one embodiment, the fuel assembly 50 includes a first fuel rod sensor 70A provided at a first position in the reactor vessel 11 and a second fuel rod sensor 70B provided at a second position in the reactor vessel 11. ,including. The first fuel rod sensor 70A and the second fuel rod sensor 70B, as shown in FIG. 9, the first virtual line extending in the vibrating plate 76 from the axis _{O A} of the covering wall 77A of the first fuel rod sensor 70A and L _a, and a second virtual line L _B, which extended to the diaphragm 76 from the axis O _B of the covering wall 77B of the second fuel rod sensor 70B are arranged so as not intersect in the reactor vessel 11. Incidentally, in this case, a first virtual line L _A and the second virtual line L _B may together meet at the outside of the reactor vessel 11.

各燃料棒センサ（７０Ａ，７０Ｂ）のそれぞれの被覆壁（７７Ａ，７７Ｂ）の軸心（Ｏ_Ａ，Ｏ_Ｂ）から振動板７６に延ばした仮想線（第１仮想線Ｌ_Ａおよび第２仮想線Ｌ_Ｂ）が原子炉容器１１内において交わらないようにすることで、それぞれの振動板７６から放出される音が原子炉容器１１の内壁面７８に伝わるまで互いに干渉することが実質的にない。このため、複数の燃料棒センサ（７０Ａ，７０Ｂ）からの音を混在させることなく、各々の燃料棒センサ（７０Ａ，７０Ｂ）からの音を別々に検出することができる。 Each fuel rod sensors (70A, 70B) each covering wall (77A, 77B) axis _{_(O} A, O _B) phantom line (first imaginary line _{L A} and the second virtual line extending in the vibrating plate 76 from the By preventing L _B ) from intersecting in the reactor vessel 11, the sounds emitted from the respective diaphragms 76 do not substantially interfere with each other until they are transmitted to the inner wall surface 78 of the reactor vessel 11. For this reason, the sound from each fuel rod sensor (70A, 70B) can be detected separately, without mixing the sound from a plurality of fuel rod sensors (70A, 70B).

また、上述したように、各燃料棒センサ７０（熱音響センサ４０）のレゾネータ（チャンバ４２）の長さＬを異ならせることで、各燃料棒センサ７０（熱音響センサ４０）からの音を区別できるようにすることができるが、燃料棒センサ７０の設置スペースの制約などによりレゾネータ長さを燃料棒センサ７０毎に異ならせることが難しい場合がある。このような場合であっても、第１仮想線Ｌ_Ａおよび第２仮想線Ｌ_Ｂが原子炉容器１１内において交わらないように各燃料棒センサ（７０Ａ，７０Ｂ）を配置することで、複数の燃料棒センサを用いて複数個所の状態を監視することが可能である。 Further, as described above, by making the length L of the resonator (chamber 42) of each fuel rod sensor 70 (thermoacoustic sensor 40) different, the sound from each fuel rod sensor 70 (thermoacoustic sensor 40) is distinguished. Although it is possible, it may be difficult to vary the resonator length for each fuel rod sensor 70 due to restrictions on the installation space of the fuel rod sensor 70. Even in this case, since the first virtual line L _A and the second virtual line L _B is to place each fuel rod sensors (70A, 70B) so as not intersect in the reactor vessel 11, a plurality of It is possible to monitor the status of a plurality of locations using a fuel rod sensor.

また、各振動板（７６Ａ，７６Ｂ）からの音が水平に放出されるようになっている場合、第１仮想線Ｌ_Ａおよび第２仮想線Ｌ_Ｂが原子炉容器１１内において交わらないように各燃料棒センサ（７０Ａ，７０Ｂ）を配置することで、各振動板（７６Ａ，７６Ｂ）からの音の原子炉容器１１の内壁面７８における到達位置が異なる。よって、各到達位置に設けた音検出器により各振動板（７６Ａ，７６Ｂ）からの音を検出することができる。このため、複数の燃料棒センサ７０から発せられて混在した音がどの燃料棒センサ７０からのものであるかを、周波数解析により特定する必要がない。 Further, each of the vibrating plates (76A, 76B) if the sound from is adapted to be horizontally discharged, so that the first virtual line L _A and the second virtual line L _B do not intersect in the reactor vessel 11 By arranging each fuel rod sensor (70A, 70B), the arrival position of the sound from each diaphragm (76A, 76B) on the inner wall surface 78 of the reactor vessel 11 is different. Therefore, the sound from each diaphragm (76A, 76B) can be detected by the sound detector provided at each reaching position. For this reason, it is not necessary to specify which fuel rod sensor 70 the mixed sound emitted from the plurality of fuel rod sensors 70 is from by frequency analysis.

一実施形態において、燃料集合体５０は、原子炉容器１１内における第１位置に設けられる第１燃料棒センサ７０Ａと、原子炉容器１１内における第２位置に設けられる第２燃料棒センサ７０Ｂと、を含む。そして、第１燃料棒センサ７０Ａ及び第２燃料棒センサ７０Ｂは、図１０に示すように、第１仮想線Ｌ_Ａと、第２仮想線Ｌ_Ｂとの距離Ｄが、原子炉容器１１の内壁面７８に近づくにつれて大きくなるように配置される。これにより、それぞれの振動板（７６Ａ，７６Ｂ）から放出される音が原子炉容器１１の内壁面７８に伝わるまで互いに干渉することをより確実に防止できる。
なお、第１仮想線Ｌ_Ａと、第２仮想線Ｌ_Ｂとの距離Ｄは、第１燃料棒センサ７０Ａの被覆壁７７Ａの軸心Ｏ_Ａと、原子炉容器１１の軸心Ｏ_Ｒとを結ぶ直線上の点Ｐ_Ａと、第２燃料棒センサ７０Ｂの被覆壁７７Ｂの軸心Ｏ_Ｂと、原子炉容器１１の軸心Ｏ_Ｒとを結ぶ直線上の点Ｐ_Ｂと、の距離であり、ただし、点Ｐ_Ａ及び点Ｐ_Ｂは、Ｏ_ＡＰ_Ａ間の長さと、Ｏ_ＢＰ_Ｂ間の長さとが等しくなるような点である。 In one embodiment, the fuel assembly 50 includes a first fuel rod sensor 70A provided at a first position in the reactor vessel 11 and a second fuel rod sensor 70B provided at a second position in the reactor vessel 11. ,including. The first fuel rod sensor 70A and the second fuel rod sensor 70B, as shown in FIG. 10, a first virtual line _{L A,} the distance D between the second virtual line _{L B} is, among the reactor vessel 11 It arrange | positions so that it may become large as the wall surface 78 is approached. Thereby, it is possible to more reliably prevent the sounds emitted from the respective diaphragms (76A, 76B) from interfering with each other until they are transmitted to the inner wall surface 78 of the reactor vessel 11.
Note that the first virtual line _{L A,} the distance D between the second virtual line _{L B} has a shaft center _{O A} of the covering wall 77A of the first fuel rod sensor 70A, and an axial center _{O R} of the reactor vessel 11 and P _a point on the line connecting the axis O _B of the covering wall 77B of the second fuel rod sensor 70B, and P _B point on the straight line connecting the axial center O _R of the reactor vessel 11, be a distance However, the point P _A and the point P _B are points where the length between O _A P _A and the length between O _B P _B are equal.

幾つかの実施形態では、燃料集合体５０は、原子炉容器１１内における第１位置に設けられる第１燃料棒センサ７０Ａと、原子炉容器１１内における第２位置に設けられる第２燃料棒センサ７０Ｂと、を含む。そして、第１燃料棒センサ７０Ａの振動板７６Ａと、第２燃料棒センサ７０Ｂの振動板７６Ｂとは、原子炉容器１１内における高さ位置が互いに異なる。
このように、各燃料棒センサ（７０Ａ，７０Ｂ）の振動板（７６Ａ，７６Ｂ）の高さ位置が互いに異ならせることで、各振動板（７６Ａ，７６Ｂ）から放出される音の高さ位置が互いに異なる。このため、複数の燃料棒センサ７０（７０Ａ，７０Ｂ）からの音を混在させることなく、各々の燃料棒センサ（７０Ａ，７０Ｂ）からの音を別々に検出することができる。 In some embodiments, the fuel assembly 50 includes a first fuel rod sensor 70A provided at a first position in the reactor vessel 11 and a second fuel rod sensor provided at a second position in the reactor vessel 11. 70B. The diaphragm 76A of the first fuel rod sensor 70A and the diaphragm 76B of the second fuel rod sensor 70B are different from each other in height position in the reactor vessel 11.
In this way, the height positions of the diaphragms (76A, 76B) of the fuel rod sensors (70A, 70B) are made different from each other, so that the height positions of the sounds emitted from the diaphragms (76A, 76B) are different. Different from each other. For this reason, the sound from each fuel rod sensor (70A, 70B) can be detected separately without mixing the sound from the plurality of fuel rod sensors 70 (70A, 70B).

幾つかの実施形態では、燃料集合体５０は、原子炉容器１１内における第１位置に設けられる第１燃料棒センサ７０Ａと、原子炉容器１１内における第２位置に設けられる第２燃料棒センサ７０Ｂと、を含む。そして、第１燃料棒センサ７０Ａ及び第２燃料棒センサ７０Ｂは、第１仮想線Ｌ_Ａと第２仮想線Ｌ_Ｂとが互いに交わらずに同一水平面内に存在するように配置される。
このように、各燃料棒センサ（７０Ａ，７０Ｂ）のそれぞれの被覆壁（７７Ａ，７７Ｂ）の軸心（Ｏ_Ａ，Ｏ_Ｂ）から各振動板（７６Ａ，７６Ｂ）に延ばした各仮想線（第１仮想線Ｌ_Ａと第２仮想線Ｌ_Ｂ）が同一水平面内において交わらないようにすることで、複数の燃料棒センサ７０（７０Ａ，７０Ｂ）からの音を混在させることなく、各々の燃料棒センサ（７０Ａ，７０Ｂ）からの音を別々に検出することができる。 In some embodiments, the fuel assembly 50 includes a first fuel rod sensor 70A provided at a first position in the reactor vessel 11 and a second fuel rod sensor provided at a second position in the reactor vessel 11. 70B. The first fuel rod sensor 70A and the second fuel rod sensor 70B is arranged so that the first virtual line L _A and the second virtual line L _B are in the same horizontal plane without intersecting each other.
As described above, the virtual lines (the first lines) extending from the shaft centers (O _A , O _B ) of the respective coating walls (77A, 77B) of the fuel rod sensors (70A, 70B) to the diaphragms (76A, 76B). 1 imaginary line L _a and the second virtual line L _B) that is prevented from intersecting in the same horizontal plane without mix the sound from a plurality of fuel rods sensors 70 (70A, 70B), each fuel rod Sounds from the sensors (70A, 70B) can be detected separately.

一実施形態において、原子炉２は、原子炉監視システム１２０によって監視されるようになっていてもよい。一実施形態に係る原子炉監視システム１２０は、図１に示すように、以上において説明した燃料棒センサ７０と、燃料棒センサ７０の振動板７６を介してスタック４４から出力された音を検出する音検出器４８と、音検出器４８の検出結果に基づいて、原子炉２の状態監視を行うための状態監視ユニット１００と、を備える。 In one embodiment, the reactor 2 may be monitored by the reactor monitoring system 120. As shown in FIG. 1, the reactor monitoring system 120 according to an embodiment detects the sound output from the stack 44 via the fuel rod sensor 70 described above and the diaphragm 76 of the fuel rod sensor 70. A sound detector 48 and a state monitoring unit 100 for monitoring the state of the nuclear reactor 2 based on the detection result of the sound detector 48 are provided.

燃料棒センサ７０（熱音響センサ４０）が発する音の周波数は、燃料棒センサ７０の周囲の原子炉２の状態（例えば、原子炉容器１１内の冷却材の温度等）を示す。燃料棒センサ７０から発せられて音検出器４８で検出された音から算出された音の周波数に基づいて、原子炉２の状態を監視することができる。また、音検出器４８は、燃料集合体５０が移動した場合、燃料集合体５０を追従する機構を備えても良い。 The frequency of the sound emitted from the fuel rod sensor 70 (thermoacoustic sensor 40) indicates the state of the reactor 2 around the fuel rod sensor 70 (for example, the temperature of the coolant in the reactor vessel 11). Based on the sound frequency calculated from the sound emitted from the fuel rod sensor 70 and detected by the sound detector 48, the state of the nuclear reactor 2 can be monitored. The sound detector 48 may include a mechanism for following the fuel assembly 50 when the fuel assembly 50 moves.

一実施形態において、状態監視ユニット１００は、音検出器４８での検出結果に対して周波数解析（ＦＦＴ解析）を行い、この周波数解析結果における音圧ピーク（音圧ピークの周波数又は音圧ピークの大きさ）を算出するように構成されてもよい。
また、状態監視ユニット１００は、このようにして算出された音圧ピークの周波数又は音圧ピークの大きさに基づいて、原子炉２の状態監視を行うように構成されてもよい。
例えば、状態監視ユニット１００は、算出された音圧ピークの周波数が予め設定された規定範囲（例えばｆ_Ｔｈ＿Ｌ以上ｆ_Ｔｈ＿Ｈ以下）を逸脱していれば、原子炉２に異常が生じていると判断し、算出された音圧ピークの周波数が予め設定された規定範囲（例えばｆ_Ｔｈ＿Ｌ以上ｆ_Ｔｈ＿Ｈ以下）に入っていれば、原子炉２に異常は生じていないと判断するように構成されていてもよい。 In one embodiment, the state monitoring unit 100 performs frequency analysis (FFT analysis) on the detection result of the sound detector 48, and the sound pressure peak (the frequency of the sound pressure peak or the sound pressure peak in the frequency analysis result). (Size) may be calculated.
Further, the state monitoring unit 100 may be configured to monitor the state of the nuclear reactor 2 based on the sound pressure peak frequency or the sound pressure peak magnitude calculated in this way.
For example, the state monitoring unit 100 determines that an abnormality has occurred in the nuclear reactor 2 if the calculated frequency of the sound pressure peak deviates from a preset specified range (for example, _{fTh_L} or more and _{fTh_H} or less). If the calculated sound pressure peak frequency is within a predetermined range (for example, f _{Th_L} or more and f _{Th_H} or less), it is determined that no abnormality has occurred in the reactor 2. Also good.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, The form which added the deformation | transformation to embodiment mentioned above and the form which combined these forms suitably are included.

また、本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。 In this specification, relative or absolute arrangements such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric”, or “coaxial” are used. The expression to be expressed not only strictly represents such an arrangement, but also represents a state of relative displacement with tolerance or an angle or a distance that can obtain the same function.
For example, an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
For example, expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained. A shape including a part or the like is also expressed.
On the other hand, the expression “comprising”, “including”, or “having” one constituent element is not an exclusive expression that excludes the presence of the other constituent elements.

１原子力プラント
２原子炉
４蒸気タービン
６発電機
１０一次冷却ループ
１１原子炉容器
１２燃料棒
１３制御棒
１４加圧器
１５ポンプ
１６蒸気発生器
１８一次冷却材ポンプ
１９原子炉格納容器
２０二次冷却ループ
２１高圧タービン
２２低圧タービン
２３湿分分離加熱器
２４復水器
２５復水ポンプ
２６低圧給水加熱器
２７脱気器
２８給水ポンプ
２９高圧給水加熱器
３０被覆管
３１プレナム
３２ペレット（燃料ペレット）
３３上端面
３４端栓
３５下端面
３６端栓
３７付勢部材
３８固定リング
４０熱音響センサ
４１ハウジング
４２内部空間（チャンバ）
４４スタック
４５高温側端
４６低温側端
４８音検出器
５０燃料集合体
５１制御棒クラスタ
５４支持格子
５６上部ノズル
５８下部ノズル
７０燃料棒センサ
７０Ａ第１燃料棒センサ
７０Ｂ第２燃料棒センサ
７１外壁
７２内壁
７４二重壁部
７５空間
７６振動板
７７被覆壁
７８内壁面
８０上端面
８２下端面
８４外周面
１００状態監視ユニット
１２０原子炉監視システム
Ｌ_Ａ第１仮想線
Ｌ_Ｂ第２仮想線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nuclear power plant 2 Reactor 4 Steam turbine 6 Generator 10 Primary cooling loop 11 Reactor vessel 12 Fuel rod 13 Control rod 14 Pressurizer 15 Pump 16 Steam generator 18 Primary coolant pump 19 Reactor containment vessel 20 Secondary cooling loop 21 High-pressure turbine 22 Low-pressure turbine 23 Moisture separation heater 24 Condenser 25 Condensate pump 26 Low-pressure feed water heater 27 Deaerator 28 Feed water pump 29 High-pressure feed water heater 30 Cladding tube 31 Plenum 32 Pellet (fuel pellet)
33 Upper end surface 34 End plug 35 Lower end surface 36 End plug 37 Energizing member 38 Fixing ring 40 Thermoacoustic sensor 41 Housing 42 Internal space (chamber)
44 Stack 45 High-temperature side end 46 Low-temperature side end 48 Sound detector 50 Fuel assembly 51 Control rod cluster 54 Support grid 56 Upper nozzle 58 Lower nozzle 70 Fuel rod sensor 70A First fuel rod sensor 70B Second fuel rod sensor 71 Outer wall 72 Inner wall 74 Double wall part 75 Space 76 Diaphragm 77 Cover wall 78 Inner wall surface 80 Upper end surface 82 Lower end surface 84 Outer peripheral surface 100 Condition monitoring unit 120 Reactor monitoring system L _A First virtual line L _B Second virtual line

Claims

ペレットと、
前記ペレットを収容するための内部空間を形成する被覆壁と、
前記被覆壁の前記内部空間のうち前記ペレットの収容空間以外の領域に設けられ、前記ペレットを熱源として熱音響変換により音を発するスタックと、を備える燃料棒センサであって、
前記被覆壁は、
外壁と内壁との間が真空状態である二重壁部と、
前記被覆壁のうち前記二重壁部の設置範囲以外の領域に設けられ、前記スタックからの前記音を外部に放出するための振動板部と、
を含むことを特徴とする燃料棒センサ。 Pellets,
A covering wall forming an internal space for containing the pellets;
A fuel rod sensor comprising: a stack that is provided in a region other than the accommodation space of the pellet in the internal space of the covering wall, and that emits sound by thermoacoustic conversion using the pellet as a heat source,
The covering wall is
A double wall where the vacuum is between the outer wall and the inner wall;
A diaphragm portion that is provided in a region other than the installation range of the double wall portion of the covering wall, and for emitting the sound from the stack to the outside;
A fuel rod sensor comprising:

前記振動板部は、前記被覆壁の上端面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料棒センサ。 The fuel rod sensor according to claim 1, wherein the diaphragm portion is formed on an upper end surface of the covering wall.

前記振動板部は、前記被覆壁の下端面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料棒センサ。 The fuel rod sensor according to claim 1, wherein the diaphragm is formed on a lower end surface of the covering wall.

前記振動板部は、前記被覆壁の外周面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料棒センサ。 The fuel rod sensor according to claim 1, wherein the diaphragm is formed on an outer peripheral surface of the covering wall.

前記振動板部は、前記被覆壁の外周面のうち、原子炉容器の内壁面までの距離が最も短い領域に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の燃料棒センサ。 5. The fuel rod sensor according to claim 4, wherein the diaphragm portion is provided in a region of the outer peripheral surface of the covering wall that has the shortest distance to the inner wall surface of the reactor vessel.

請求項１乃至５の何れか一項に記載の少なくとも一つの燃料棒センサを含む燃料集合体。 A fuel assembly comprising at least one fuel rod sensor according to any one of the preceding claims.

前記少なくとも一つの燃料棒センサは、
原子炉容器内における第１位置に設けられる第１燃料棒センサと、
前記原子炉容器内における第２位置に設けられる第２燃料棒センサと、
を含み、
前記第１燃料棒センサ及び前記第２燃料棒センサは、前記第１燃料棒センサの前記被覆壁の軸心から前記振動板部に延ばした第１仮想線と、前記第２燃料棒センサの前記被覆壁の軸心から前記振動板部に延ばした第２仮想線とが前記原子炉容器内において交わらないように配置されたことを特徴とする請求項６に記載の燃料集合体。 The at least one fuel rod sensor comprises:
A first fuel rod sensor provided at a first position in the reactor vessel;
A second fuel rod sensor provided at a second position in the reactor vessel;
Including
The first fuel rod sensor and the second fuel rod sensor include a first imaginary line extending from the axis of the covering wall of the first fuel rod sensor to the diaphragm portion, and the first fuel rod sensor of the second fuel rod sensor. The fuel assembly according to claim 6, wherein the fuel assembly is arranged so that a second imaginary line extending from the axial center of the covering wall to the diaphragm portion does not intersect in the reactor vessel.

前記第１仮想線と前記第２仮想線との距離が、前記原子炉容器の内壁に近付くにつれて大きくなることを特徴とする請求項７に記載の燃料集合体。 8. The fuel assembly according to claim 7, wherein a distance between the first imaginary line and the second imaginary line increases as the distance from the inner wall of the reactor vessel increases.

前記第１燃料棒センサの前記振動板部と、前記第２燃料棒センサの前記振動板部とは、前記原子炉容器内における高さ位置が互いに異なることを特徴とする請求項７又は８に記載の燃料集合体。 9. The height position in the reactor vessel is different between the diaphragm portion of the first fuel rod sensor and the diaphragm portion of the second fuel rod sensor. The fuel assembly as described.

前記第１燃料棒センサ及び前記第２燃料棒センサは、前記第１仮想線と前記第２仮想線とが互いに交わらずに同一水平面内に存在するように配置されたことを特徴とする請求項７乃至９の何れか一項に記載の燃料集合体。 The first fuel rod sensor and the second fuel rod sensor are arranged such that the first imaginary line and the second imaginary line are present in the same horizontal plane without crossing each other. The fuel assembly according to any one of 7 to 9.

原子炉容器と、
前記原子炉容器に収容される請求項６乃至９の何れか一項に記載の燃料集合体と、
を備えることを特徴とする原子炉。 A reactor vessel;
The fuel assembly according to any one of claims 6 to 9, housed in the reactor vessel;
A nuclear reactor characterized by comprising:

請求項１１に記載の原子炉と、
前記原子炉で発生した熱によって生成された蒸気により駆動されるように構成された蒸気タービンと、
を備えることを特徴とする原子力プラント。 A nuclear reactor according to claim 11;
A steam turbine configured to be driven by steam generated by heat generated in the reactor;
A nuclear plant characterized by comprising:

請求項１乃至５の何れか一項に記載の燃料棒センサと、
前記燃料棒センサの前記振動板部を介して前記スタックから出力された前記音を検出する音検出器と、
前記音検出器の検出結果に基づいて、原子炉の状態監視を行うための状態監視ユニットと、を備えることを特徴とする原子炉監視システム。 A fuel rod sensor according to any one of claims 1 to 5,
A sound detector for detecting the sound output from the stack via the diaphragm portion of the fuel rod sensor;
A reactor monitoring system comprising: a state monitoring unit for monitoring a state of the reactor based on a detection result of the sound detector.