JPH0157320B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子炉に係り、特に冷却水循環ポン
プとして原子炉圧力容器内にインペラを配置した
ポンプ（以下、インターナルポンプという）を有
する原子炉に関するものである。

〔従来の技術〕

インターナルポンプを内臓した沸騰水型原子炉
としては、特公昭49−47239号公報に記載された
ものが知られている。このような沸騰水型原子炉
においては、インターナルポンプの回転数を変え
て炉心に供給する冷却水流量を変化させることに
よつて原子炉出力を調節することができる。特
に、最近、原子炉の負荷追従運動が検討されてい
る。この場合、原子炉出力は、100％と50％の間
で変化する。このような出力の変化は、炉心を流
れる冷却水量（以下、炉心流量という）を変化さ
せることによつて行なわれる。炉心流量の変化
は、負荷追従運動においては100％流量と30％流
量の間で行なわれる。炉心流量の変化で原子炉出
力を調節する場合は、炉心流量を正確に検出する
必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のインターナルポンプを内臓した沸騰水型
原子炉においては、インターナルポンプの回転数
およびインペラ出入口の差圧を測定し、これらの
測定値とＱ−Ｈ曲線とによつて炉心に供給される
冷却水流量、すなわち、炉心流量を求めている。
しかし、この方法では、炉心流量が25〜50％の低
流量になつた場合および25％以下の自然循環流量
になつた場合にはインペラの回転数が小さくなる
ため、測定精度が悪くなる。したがつて、炉心流
量の低い流域における炉心流量調節による原子炉
出力制御が困難になる。

また、従来、低流量時の流量測定方法としてカ
ルマン渦流量計が知られており、これを適用すれ
ば低流量時の流量測定精度の向上が期待できる
が、その適用にあたつて、カルマン渦流量計を流
量計ユニツトとして原子炉容器内の設置すること
になるから、次のような問題点がある。

(a) 流動抵抗の増加 カルマン渦を発生させるための部材等を流路
内に設けなければならず、これにより流動抵抗
が増加する。この点、低流量時の流量測定を目
的としているため、流動抵抗の増加は避けた
い。

(b) 保守、点検の工数増大 炉心内に設置する場合には、燃料チヤンネル
間の流量配分があるため測定精度を上げようと
すると、測定点数が膨大となるから現実的でな
い。測定点数の観点からは、インターナルポン
プに設置するのが最良であるが、この場合には
カルマン渦流量計がインターナルポンプの保
守、点検の妨げになるため、それらの工数が増
加する。

(c) 安全性の低下 流量計が万一離脱した場合に安全上の問題が
生ずる可能性がある。

本発明の目的は、低炉心流量領域における流量
測定の精度を向上できる渦流量測定を適用するこ
とにより、原子炉出力制御を容易化でき、かつ渦
流量測定に係る流動抵抗の増加を抑制するととも
に、保守・点検が容易で安全性に優れた構成の原
子炉を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第１の発明は、上記目的を達成するた
め、原子炉容器と、該原子炉容器内に配置された
炉心と、前記原子炉容器内に存在する前記炉心に
冷却材を導く通路と、該冷却材導入通路に配置さ
れるインペラと、該インペラを回転させる手段
と、前記冷却材導入通路に配置された冷却材の案
内羽根とを含んでなる原子炉において、前記案内
羽根の下流側に生ずる冷却材の渦流発生部の圧力
を検出し、該検出圧力の変動周波数により前記冷
却材の流量を測定する手段を設け、前記圧力は、
前記案内羽根内部に通路を穿設し、該通路の一端
を当該案内羽根の下流側端面に開口してなる検出
端部を有する圧力検出管により検出する構成とし
たことを特徴とする。

また、本発明の第２の発明は、上記第１の発明
の構成に加えて、インペラの上流側と下流側の差
圧とインペラの回転数とにより冷却材の流量を測
定する手段を併設し、大流量時はこの差圧による
流量測定手段により測定し、低流量時は前記渦流
による流量測定手段に切換えて測定するものとし
たことを特徴とする。

〔作用〕

このように構成することにより、本発明の第１
又は第２の発明によれば、冷却材が流れることに
よつて案内羽根の下流側にカルマン渦が発生し、
そのカルマン渦は低流量領域にあつても発生し、
冷却材の流速に比例して周期的に変動する渦列を
形成する。この渦列によつて案内羽根下流側の冷
却材圧力が変化する。この圧力変化は圧力検出管
によつて検出され、さらにその検出圧力の変動周
波数により冷却材の流量が測定される。

特に、案内羽根自体を渦発生器として利用し、
また圧力検出管の検出端部を案内羽根の内部に穿
設した構成としていることから、冷却材の流路中
に格別な、渦発生器などの如き、流動抵抗の増加
につながる部材を設けることなく、渦流量計を実
現できる。しかも、検出端部は案内羽根に一体化
されているので、インターナルポンプの保守・点
検の妨げになることがなく、また、離脱する部品
がないので安全性が確保される。

なお、本発明の第２の発明によれば、大流量の
測定精度に優れる従来のインペラ上下流の差圧に
よる流量測定手段を併設し、流量に応じて渦流に
よるものとを切換えて用いることから、全範囲の
流量測定を高い精度で行うことが可能となり、原
子炉の出力制御が容易にできる。

〔実施例〕

本発明の好適な一実施例を以下に説明する。そ
の前にインターナルポンプを内蔵した沸騰水型原
子炉の概要を第１図に基づいて説明する。原子炉
圧力容器８内に多数の燃料集合体１が配置された
炉心が存在する。炉心を取囲む内部シユラウド１
１が、原子炉圧力容器８内に配置される。内部シ
ユラウド１１の下端は、原子炉圧力容器８に固定
される。気水分離器６が、内部シユラウド１１の
上部に取付けられる。タービンに連絡される主蒸
気管７が、原子炉圧力容器８内で冷却水液面上方
に存在する蒸気ドーム９に連絡される。給水管１
０は、原子炉圧力容器８と内部シユラウド１１と
の間に存在する環状冷却材通路４に連絡される。
インペラ３が、環状冷却材通路４に配置される。
インペラ３が取付けられる回転軸１２は、原子炉
圧力容器８を貫通して外部に達し、モータ２に連
結される。インターナルポンプは、モータ２、イ
ンペラ３および回転軸１２によつて構成される。

モータ２の駆動に伴つてインペラ３が回転する
と、給水管１０によつて環状冷却材通路４に流入
した冷却水は、内部シユラウド１１の下端部に設
けられた開口１４を通り、下部プレナム５を通つ
て炉心に供給される。冷却水は、燃料集合体１内
を通過する時に加熱されて蒸気となる。この蒸気
は、主蒸気管７を通つてタービンに送られる。

第２図は、本発明の好適な一実施例である沸騰
水型原子炉のインターナルポンプ部を示したもの
である。インペラ３は、デイフユーザ１５内に配
置される。インペラ３の下流側でデイフユーザ１
５内にガイドベーン（案内羽根）１６が配置され
る。ガイドベーン１６は、原子炉圧力容器８内面
に取付けられる。

炉心流量測定装置３４は、カルマン渦発生器と
してのガイドベーン１６、圧力検出管２０Ａおよ
び２０Ｂおよび信号処理装置２１から構成され
る。

カルマン渦による圧力検出端部は第３図と第４
図に示すように構成されている。すなわち、デイ
フユーザ１５および１６内に、圧力検出管２０Ａ
および２０Ｂにそれぞれ接続される通路３５Ａお
よび３５Ｂが設けられる。通路３５Ａおよび３５
Ｂの圧力検出口３６Ａおよび３６Ｂは、ガイドベ
ーン１６の下流側端面に開口している。圧力検出
口３６Ａおよび３６Ｂは、ガイドベーン１６によ
つて生じるカルマン渦による差圧変化を検出す
る。圧力検出管２０Ａおよび２０Ｂは、原子炉圧
力容器８を貫通してその外部に達する。信号処理
装置２１は、第５図に示すように、差圧伝送器２
３、増幅器２４、フイルタ回路２５、フリツプフ
ロツプ回路２６、微分回路２７、カウンター２
８、クロツク回路２９および演算回路３０からな
つている。圧力検出管２０Ａおよび２０Ｂは、差
圧伝送器２３に接続される。

インペラ３が回転して冷却水が炉心に供給され
ている時、ガイドベーン１６の下流側に第６図に
示すようにカルマン渦３１が交互に非対称に発生
する。このうような周期的な渦列を、カルマン渦
列という。ストローハル数が一定値をとる範囲で
は、渦の発生周波数は、流速に比例する。本実施
例は、このような特性を利用して炉心流量を測定
するものである。

カルマン渦３１の発生による圧力の変化が、圧
力検出口３６Ａおよび３６Ｂによつて測定され
る。各々の圧力検出口３６Ａおよび３６Ｂによつ
て測定された圧力変化は、圧力検出管２０Ａおよ
び２０Ｂによつて差圧伝送器２３に伝達される。
差圧伝送器２３から出力される差圧変化信号は、
増幅器２４を通過してフイルタ回路２５に入力さ
れる。圧力検出口３６Ａおよび３６Ｂは、カルマ
ン渦３１による圧力変化だけでなく、インターナ
ルポンプの脈動による圧力変化をも検出する。こ
のため、増幅器２４の出力信号ａは、第５図に示
すようにインターナルポンプの脈動による圧力変
化をも含んでいる。インターナルポンプの脈動に
よる圧力変化の周波数は、カルマン渦３１の発生
周波数よりも１桁大きいので、フイルタ回路（ロ
ー・パス・フイルタ）を通過させることにより容
易に除去することができる。第５図の信号ｂは、
インターナルポンプの脈動の影響を除いたもので
ある。信号ｂは、フリツプフロツプ回路２６にて
信号ｃのように方形波に整形され、微分回路２７
でパルス波ｄになる。カウンタ２８は、クロツク
回路２９からの入力信号につよつて一定時間毎に
セツト、リセツトを繰返し、入力したパルス波ｄ
の正パルスのみカウントする。カウンタ２８によ
りカウントされた正パルスは、カルマン渦３１の
発生周波数ｆに等しい。この値が演算回路３０に
入力され、第７図の関係（ストローハル数が一定
の場合の関係）に基づいて炉心に供給される冷却
水流量が求められる。ガイドベーン１６のストロ
ーハル数とレイノズル数の関係は、別途実験によ
つてあらかじめ求めておく。ガイドベーン１６の
形状は、炉心流量の測定領域においてストローハ
ル数が一定になるものが望ましい。求められた炉
心流量は、表示装置３２に表示される。

本実施例は、炉心流量が50％以下の低流量領域
においても、炉心流量を精度良く求めることがで
きる。特に再循環ポンプであるインターナルポン
プがトリツプして冷却水が強制循環から自然循環
（炉心流量が25％以下）になつた場合でも、炉心
流量を精度よく求めることができる。特開昭50−
143999号公報および特開昭51−141990号公報に記
載されているように低流量の炉心流量から炉心流
量を増加させる沸騰水型原子炉の起動時の出力上
昇において、低流量時の炉心流量を精度良く測定
できるので、所定の出力上昇幅から外すことな
く、正確な炉心流量調節を容易に行える。このた
め、出力上昇時に炉心内の燃料棒が破損すること
がなく、沸騰水型原子炉の安全性が向上する。こ
れは、負荷追従運転の炉心流量増加による出力上
昇時にもいえる。一方、特開昭51−141990号公報
に記載されているように制御棒パターン交換のた
めの原子炉出力減少を炉心流量の低下によつて行
なう場合においても、原子炉出力を正確に調節で
きるので、所定の原子炉出力まで正確に減少させ
ることができる。これは、負荷追従運転時の出力
減少時にもいえる。

また、本実施例によれば、ガイドベーン１６自
体をカルマン渦発生器として利用し、また圧力検
出口３６Ａ，３６Ｂをガイドベーン１６内に一体
化した構造としていることから、流動抵抗に変化
がなく、圧力損失の増加がない。しかも構造が単
純で、インターナルポンプの保守・点検に妨げと
なるものがなく、かつ離脱する部品もないことか
ら、安全性、信頼性が高い。

本発明の他の実施例を第８図に示す。本実施例
の炉心流量測定装置３７は、前述した炉心流量測
定装置３４と従来のインペラ出入口の差圧を利用
した炉心流量測定装置３８を組合せたものであ
る。炉心流量測定装置３４の説明は省略する。炉
心流量測定装置３８は、インペラ３の出口側の圧
力を測定する圧力検出管３９Ａ、インペラの出入
口の圧力を測定する圧力検出管３９Ｂおよび信号
処理装置４０からなる。信号処理装置４０は、圧
力検出口３９Ａおよび３９Ｂから求められたイン
ペラ３出入口間の差圧を求め、この値とインペラ
３のＱ−Ｈ曲線に基づいて炉心流量を求めるもの
である。炉心流量測定装置３４および炉心流量測
定装置３８で求められた炉心流量の値は、表示装
置４１に伝達される。表示装置４１は、後者で求
められた炉心流量が50％を越えている場合は後者
の値を、後者で求められた炉心流量が50％以下の
場合は前者の値を表示する。このような本実施例
においても第２図に示す実施例と同様な効果を得
ることができる。炉心流量測定装置３４の測定精
度は、炉心流量が50％を越えた場合、炉心流量測
定装置３８の測定精度よりも若干低下する。この
ため、本実施例のように各々の測定装置の測定領
域を分割することによつて、０〜100％の全炉心
流量の領域で炉心流量の測定精度を向上させるこ
とができる。原子炉の出力制御をより正確に行な
える。

また、炉心流量測定装置３４および３８を併用
することによつて、インターナルポンプの経年変
化を知ることができる。これによる補正を行なえ
ば、炉心流量測定装置３８の測定精度をさらに向
上させることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の第１の発明によ
れば、渦流量計を適用していることから、低流量
域の測定精度を向上できる。これにより、原子炉
の出力制御をより正確に行うことができる。

また、案内羽根自体を渦発生器として利用し、
渦による圧力変化の検出端部を案内羽根内部に形
成したことから、流動抵抗の増加がなく、しかも
インターナルポンプの保守・点検が妨げされるこ
となく容易に行なえ、かつ安全性を確保できると
いう効果がある。

また、第２の発明によれば、上記効果に加え、
全流量範囲の測定精度を向上することができ、一
層、原子炉の出力制御を正確に行うことができ、
原子炉の安全性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はインターナルポンプを内蔵した沸騰水
型原子炉の概略構成図、第２図は本発明の好適な
一実施例のインターナルポンプ付近の詳細図、第
３図は第２図の実施例のガイドベーン付近の詳細
図、第４図は第２図のガイドベーン下流側端付近
の拡大図、第５図は第２図の信号処理装置の詳細
図、第６図はカルマン渦の発生状況を示す説明
図、第７図はカルマン渦発生周波数と炉心流量の
関係を示す特性図、第８図は本発明の他の実施例
である原子炉のインターナルポンプ付近の拡大図
である。 １……燃料集合体、２……モータ、３……イン
ペラ、４……環状冷却材通路、８……原子炉圧力
容器、１１……内部シユラウド、１２……回転
軸、１６……ガイドベーン、２０Ａ，２０Ｂ……
圧力検出管、２１，４１……信号処理装置、３
４，３８……炉心流量測定装置、３５Ａ，３５Ｂ
……通路、３６Ａ，３６Ｂ……圧力検出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉容器と、該原子炉容器内に配置された
   炉心と、前記原子炉容器内に存在する前記炉心に
   冷却材を導く通路と、該冷却材導入通路に配置さ
   れるインペラと、該インペラを回転させる手段
   と、前記冷却材導入通路に配置された冷却材の案
   内羽根とを含んでなる原子炉において、前記案内
   羽根の下流側に生ずる冷却材の渦流発生部の圧力
   を検出し、該検出圧力の変動周波数により前記冷
   却材の流量を測定する手段を設け、前記圧力は、
   前記案内羽根内部に通路を穿設し、該通路の一端
   を当該案内羽根の下流側端面に開口してなる検出
   端部を有する圧力検出管により検出する構成とし
   たことを特徴とする原子炉。 ２ 原子炉容器と、前記原子炉容器内に配置され
   た炉心と、前記原子炉容器内に存在する前記炉心
   に冷却材を導く通路と、前記冷却材導入通路に配
   置されるインペラと、前記インペラを回転させる
   手段と、前記冷却材導入通路に配置された冷却材
   の案内羽根と、前記インペラの上流側と下流側の
   差圧と前記インペラの回転数により冷却材の流量
   を測定する第１の流量測定手段とを含んでなる原
   子炉において、前記案内羽根の下流側に生ずる冷
   却材の渦流発生部の圧力を検出し、該検出圧力の
   変動周波数により前記冷却材の流量を測定する第
   ２の流量測定手段を設け、前記圧力は、前記案内
   羽根内部に通路を穿設し、該通路の一端を当該案
   内羽根の下流側端面に開口してなる検出端部を有
   する圧力検出管により検出するものとし、大流量
   は前記第１の流量測定手段により、低流量は前記
   第２の流量測定手段により切換えて測定してなる
   ことを特徴とする原子炉。