JPH04212026A - 流体温度監視装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本発明は、例えば発電施設の冷却流体パ
イプ内に配置されたサーモウェル（温度計保護管）の温
度を検出するための改良装置と方法に関するものである
。

【０００２】

【先行技術の説明】一般に、原子力発電プラントのよう
な発電施設は、精密な冷却システムを用いている。この
ような冷却システムは、冷却材パイプシステムを通して
搬送される冷却流体を用いている。冷却材パイプは、高
温領域（例えば、原子炉容器内又はその近傍）と熱放散
装置（例えば、凝縮器又はラジエータ）との間の閉路内
で冷却流体を搬送するように配置される。このような冷
却システムは、発電施設を安全に稼働させるのに極めて
重要である。更に、典型的な原子力発電施設では、この
ような冷却システムは、溶落ち状態を防止するのには不
可欠である。

【０００３】発電の分野においては、冷却材パイプ内を
流れる冷却流体の温度を監視することは一般的な慣行で
ある。この温度監視によって、例えば過度の熱の蓄積や
核溶落ち状態のような危険な状態を前以て警告すること
ができる。このような危険な状態は比較的に短い時間で
生ずるので、迅速で正確な温度検出応答を可能とする温
度監視システムを提供することが有益である。

【０００４】従来の温度監視システム、冷却材パイプシ
ステムにおける冷却材パイプ内の色々な温度監視位置に
配置されたサーモウェルを含んでいる。従来のサーモウ
ェルは、パイプの管壁を貫通してパイプの流体流通領域
内に延びる中空の管状部材から成る。一般的に、感温プ
ローブ、例えば温度に依存する抵抗値を示す金属やサー
ミスタが、サーモウェルの中空管状部分内に配置される
。或はまた、電気リード線を介して適当な電子回路に接
続された熱電対装置がサーモウェルの中空部分に配置さ
れる。

【０００５】しかし、冷却システムの中には、それが用
いられる環境が電気的、温度的及び／又は放射能的に非
常に劣悪であるために、前述したような周知の温度セン
サを使用することできないものがある。例えば、発電機
の巻線の近傍で生ずる著しく強い変動電磁場は、巻線に
極めて近い位置に従来の温度センサを配置することを妨
げる。従って、従来の発電プラントの冷却システム内の
温度センサは、巻線から一定の距離をおいて配置されて
いるのが一般的である。このように、温度センサを比較
的離れた位置に配置するので、危険な巻線温度になって
も、それを検出できない可能性がある。

【０００６】温度センサが受ける他の不利な状態には、
冷却材パイプ内の圧力（例えば２１０ｋｇ／ｃｍ２（３
０００ｐｓｉ）以上）、冷却材パイプ及び冷却流体内に
ある苛性化化学品の痕跡、及び、核放射線レベル（一般
に、冷却材パイプの中心の約８２０ｒａｄ／ｈｒからパ
イプの内径部分での約４７０ｒａｄ／ｈｒまでの範囲に
あり、パイプの外径部分では約１６５ｒａｄ／ｈｒに降
下する）等が過度に大きい場合も含まれている。

【０００７】原子炉格納容器の領域内の冷却流体の温度
を監視するために用いられる温度センサは、２６０℃〜
３４５℃の温度範囲内で正確に作動すべきである。更に
、原子力発電施設は、プラントの効率及び安全性を最大
限高めるために、迅速に反応する極めて正確な温度監視
システムを必要とする。しかし、典型的な抵抗温度検出
器は、冷却流体の温度を検出して表示する場合に、約４
秒の遅れを呈していた。このような遅れは、特に原子力
発電施設において、プラントの運転効率や安全上の健全
性を害する恐れがある。

【０００８】

【発明の概要】従って、本発明の目的は、発電プラント
の冷却材パイプのような流体移送用パイプ内の温度を迅
速且つ正確に検出するための改良装置及び方法を提供す
ることにある。

【０００９】本発明の他の目的は、比較的に強力な電磁
場や比較的に高温の領域、或は放射性領域のような悪環
境で使用できる前記の温度検出装置及び方法を提供する
ことにある。

【００１０】上記及びその他の目的は、本発明によれば
、サーモウェルの内部に光学的に連通するよう光学的伝
送装置を設けることによって達成される。光学的伝送装
置は、例えば、サーモウェルの中空の内部部分に光学的
に連通し、適当な赤外線検出電子回路に接続される光フ
ァイバーから成る。この場合、サーモウェルが配置され
ているパイプ内を流れる流体の温度によってサーモウェ
ルの中空部分内で発せられる赤外線は、光ファイバーに
より受光され、検出電子回路に伝えられる。検出電子回
路は、サーモウェルが取り付けられている悪環境から相
当な距離をおいて配置され得る。赤外線は光ファイバー
を光速で伝わるので、高速の温度検出に影響を与えるこ
となく、検出電子回路を遠隔的に配置することができる
。更に、光ファイバーによる赤外線の受光と伝送は受動
的に行われ、それにより、エネルギーを維持することが
できる。

【００１１】本発明の一実施態様によれば、光ファイバ
ーの赤外線受光先端部に石英又はサファイアのロッドを
用いることで、赤外線の受光と伝送の性能を高めること
ができる。他の実施態様では、検出電子回路を試験又は
キャリブレートするために、赤外線発信装置を光ファイ
バーに接続している。また、更に別の実施態様では、サ
ーモウェルの温度に相当する放射線信号を発するために
、サーモウェル内に配置された能動的放射線放出装置を
用いている。

【００１２】以下、添付図面を参照にして本発明につい
て詳細に説明するが、図中、同一符号は同一部分を示す
ものとする。

【００１３】

【好適な実施例の説明】以下の詳細な説明は、現在考え
られる本発明の最適な実施態様についてである。この説
明は、限定的な意味でとらえるべきものではなく、本発
明の一般的原理を例示することのみを目的としている。 本発明の範囲は、特許請求の範囲により明確に特定され
ている。

【００１４】本発明は、流体パイプ内の流体の温度を監
視するための改良装置と方法に関する。本発明の典型的
な用途には、発電施設における冷却流体を監視するため
の監視システムがある。このような冷却流体は、発電機
の巻線内又はその隣接位置、或は、原子炉格納容器内又
はその隣接位置に配置された冷却材パイプシステムを通
して循環される。しかし、本発明の実施例は、流体温度
の監視が必要とされる他の流体パイプシステム又は流体
格納容器で用いられても良いことは理解されよう。

【００１５】本発明によれば、流体パイプ内を流通する
流体の温度は、パイプ内に延設されたサーモウェル内で
放射される赤外線を監視することにより検出される。あ
らゆる物体は、その物体の温度に相当する赤外線を発す
る。赤外線のエネルギー量及びピーク波長は、監視され
る物体の温度に依存し、その温度と一定の関係を示す。 従って、物体の温度が上昇するにつれて、発せられるエ
ネルギーは、例えば４倍に上昇し、ピーク波長はより短
い波長にシフトする。

【００１６】この観点から、本発明の実施例は赤外発光
源としてサーモウェルの管壁を用いている。サーモウェ
ルの管壁から発せられる赤外線を光学的に伝えるために
、光ファイバーが配置されている。このような赤外線は
、光ファイバーを通して、適当な周知の赤外線検出電子
回路に伝えられる。

【００１７】図１は、管壁を貫通して延びるサーモウェ
ル１２を有しているパイプ１０の一部の断面を示してい
る。 パイプ１０は、前述したように、例えば発電施設の冷却
システム内の冷却材パイプである。

【００１８】パイプ１０は、冷却流体のような流体が流
通する中空の内部部分１４を有している。図１の実施例
において示されるサーモウェル１２は、パイプの中空部
分１４内に延びる中空の延長部１６を有する。

【００１９】中空の延長部１６は中空の内部部分１８を
有する。延長部１６の中空の内部部分１８は、パイプ１
０の内部部分１４に対してシールされるのが好ましい。 その態様においては、中空の延長部１６の中空内部部分
１８内に流体を流入させることなく、延長部１６を、パ
イプ１０の内部部分１４内で流れる流体内又はその付近
に延設させることができる。サーモウェル１２は、本フ
ァイバーオプティックス監視システムのために特別に製
造されたものでも、或はまた、本ファイバーオプティッ
クス監視システムに使用できる従来のサーモウェルであ
っても良いことは分かるであろう。

【００２０】光ファイバー２０は、サーモウェル１２に
接続される第１の端部２２を有し、延長部１６の内部部
分１８と光学的に連通できるようになっている。光ファ
イバー２０の第２の端部２４は信号処理装置２６に接続
される。第１及び第２の端部２２、２４をサーモウェル
１２及び信号処理装置２６にそれぞれ接続するために、
必要ならば、カプラー（図示しない）が用いられても良
い。

【００２１】信号処理装置２６は、第１の端部２４に伝
えられた赤外線のエネルギーレベル及び波長の一方、又
は両方を認識するための従来一般の手段を含んでいる。 このような機能を果たすための電子回路は周知である。 また、信号処理装置２６は、かかる赤外線のエネルギー
レベル及び／又はピーク波長がパイプ１０内の異常温度
に対応しているか否かを決定するための手段も含んでい
る。

【００２２】図２は、本発明の他の実施例に従って構成
されたサーモウェル１２及び光ファイバー２０を示して
いる。図２の実施例において、ロッド３２が延長部１６
の内部部分１８内に配置されている。このロッド３２は
、延長部１６の自由端部からサーモウェル１２の内部を
通って、ファイバー端部２２まで若しくはその近傍位置
まで延びているように図示されている。

【００２３】ロッド３２は、赤外線エネルギーの伝播及
び伝通を向上させるよう選択された材料から成り、これ
は周知である。このような材料には、石英、サファイア
等があり、その他の適当な材料であっても良い。

【００２４】次に、図１及び図２に示す実施例の作用に
ついて説明する。流体がパイプ１０の内部部分１４を流
通する際、流体からの熱はサーモウェル１２の延長部１
６に伝わる。その結果、延長部１６は、パイプ１０内で
流れる流体の温度に相応する温度となる。前述したよう
に、全ての物体は、その物体の温度に対応する赤外線を
発するので、延長部１６はその中空の内部部分１８内に
赤外線を発する。 中空の内部部分１８内に発せられた赤外線のエネルギー
及び波長は、延長部１６の管壁の温度に対応し、従って
、パイプ１０内を流れる流体の温度に対応することとな
る。

【００２５】光ファイバー２０の第１の端部２２は、延
長部１６の内部部分１８と光学的に連通するように配置
されている。その結果、内部部分１８内で発せられた赤
外線は、光ファイバー２０によって、信号処理装置２６
に接続された第２の端部２４に光学的に伝えられる。

【００２６】信号処理装置２６は、例えば赤外線のエネ
ルギーレベル及び／又はピーク波長を測定するために、
ファイバー端部２４に伝えられた赤外線を分析する。ま
た、場合によっては、信号処理装置２６は、エネルギー
レベル及び／又はピーク波長がパイプ１０内の異常温度
に相当するか否かを決定する。

【００２７】図１の実施例において、信号処理装置２６
は、異常温度を検出した場合にコントロールルームに信
号を発するための信号発生手段を含んでいる。更に、信
号処理装置２６は、原子炉停止動作にトリップさせるた
めの原子炉トリップ機構（図示しない）に信号を発する
信号発生手段を含んでいる。信号処理装置はまた、ファ
イバー端部２４に伝えられた赤外線のエネルギーレベル
及び／又は波長に対応するデータをコンピューター（図
示しない）に供給するための信号発生手段も有している
。コンピューター（図示しない）は、その後、プラント
運転パラメータを決定する場合にこのデータを用いる。

【００２８】赤外線の受光及び伝達を向上させるために
、図２の実施例では、石英又はサファイア等のロッド３
２を含んでいる。このロッド３２は、延長部１６の管壁
から発せられる赤外線を受けるために、延長部１６の内
部部分１８内に配置されている。赤外線は、ロッド３２
によって、光ファイバー２０の第１の端部２２に伝えら
れる（そして、高められる）。赤外線が光ファイバー２
０に伝達されたならば、図２の実施例によるシステムは
、図１の実施例に関して前述したのと同様に作用する。

【００２９】延長部１６に流体から与えられる熱エネル
ギーを、延長部１６の内部部分１８の赤外線として伝え
るのに必要な時間は非常に短かく、赤外線は内部部分１
８からファイバー端部２４に高速で伝わるので、パイプ
１０内における流体のほぼその瞬間の温度を表す信号が
信号処理装置２６に伝えられる。内部部分１８内で赤外
線を発生させる際の遅れ、及び、ファイバー端部２４に
伝えられた赤外線信号を処理する際の遅れは、極めて小
さい（１秒以下のオーダーである）。従って、本発明に
よる温度監視システムの反応時間は非常に短い。この短
い反応時間は、発電プラントで用いられている冷却シス
テムのような高温・高圧システムにおいて、非常に望ま
しい。更に、原子力発電施設において、危険な溶落ち状
態又はそれに近い状態を検出するためには、速応性の監
視システムが本質的なものとなる。

【００３０】図３及び図４は、試験システム及び／又は
キャリブレーションシステムを有する本発明の実施例を
示している。図３に示す実施例において、光ファイバー
２０は、図１を参照して前述したようにして、信号処理
装置２６に接続されている。しかし、光ファイバー２０
は、ファイバー２０に光学的に連通し且つ信号ドライバ
ないし発信装置３６に接続された分岐ファイバー３４を
含んでいる。 発信装置３６は、光学的信号、例えばサーモウェル１２
内で発せられると予想される赤外線信号と同様な赤外線
信号を形成するように機能する。発信装置３６により作
られた光学的信号は、分岐ファイバー３４から光ファイ
バー２０に、そして信号処理装置２６に伝えられる。こ
の実施例において、信号処理装置２６は、発信装置３６
により作られた光学的信号を受けて、検出電子回路をキ
ャリブレートするための手段を備える。更に、発信装置
３６により作られる光学的信号は、検出電子回路の感度
及び反応時間を試験するために、信号処理装置２６で用
いられる。

【００３１】図４には、試験システムを含む本発明の他
の実施例が示されている。図４の実施例において、光フ
ァイバー２０は、図１を参照して前述したように、信号
処理装置２６とサーモウェル１２（図４では示さず）と
の間で延びている。また、光ファイバー４２は信号処理
装置２６に接続されている。発信装置３６は、光ファイ
バー４２により信号処理装置２６と光学的に連通してお
り、図３に沿って説明したのと同様に作動する。信号処
理装置２６は、光ファイバー４２からの試験信号又はキ
ャリブレーション信号を受信すると共に、光ファイバー
２０を通しての実際の温度監視信号を受信する。信号処
理装置２６の作動は、図１及び図３に沿って前述したも
のと同様である。

【００３２】本発明の他の実施例には、信号処理装置２
６内に発信装置を設け、サーモウェル１２内に鏡又は他
の反射手段を設けたものがある。このシステムは、信号
処理装置２６内で試験信号又はキャリブレーション信号
を形成し、その信号を光ファイバー２０を通してサーモ
ウェル１２に伝え、その信号を反射してサーモウェル１
２から信号処理装置２６に戻すように機能する。

【００３３】本発明の更に別の実施例においては、温度
反応放射線放出装置が延長部１６の中空の内部部分１８
内に配置されたものがある。温度反応放射線放出装置は
、温度に依存する放射線信号を発する能動的又は受動的
な装置である。このような実施例において、信号処理装
置２６は、放射線放出装置により発せられ光ファイバー
２０により伝えられる放射線信号を検出し分析するよう
に設計されている。

【００３４】上述の装置は、実質的に即時的な温度監視
システムを提供できる。更に、上述の装置は、例えば、
高温領域、高圧領域、強力な電磁場及び放射性環境等の
非常に悪環境で使用することができる。処理用電子回路
は、サーモウェルが取り付けられ温度が検出される位置
から離れた場所に配置できる。遠隔位置の処理用電子回
路とサーモウェルとの間の信号伝達は、エネルギーの面
で、効率的に行われ得る。本発明の実施例により得られ
る上記及びその他の利益は、原子力発電施設を含む発電
施設において特に有効である。

【００３５】以上、本発明の特定の実施例について述べ
たが、本発明の範囲を逸脱することなく多くの変形がな
され得ることは理解されよう。特許請求の範囲は、本発
明の真の範囲及び精神に属するような変形を包含する。

【００３６】従って、本明細書で述べた実施例は、限定
的にではなく、全ての面で例示として考えるべきである
。本発明の範囲は、発明の詳細な説明よりも、特許請求
の範囲に記載されている。従って、特許請求の範囲の均
等範囲内にある全ての変更は、本発明に含まれるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例が適用された流体パイプの一
部を示す切欠き図である。

【図２】本発明の他の実施例によるサーモウェルを示す
断面図である。

【図３】本発明の一実施例による試験及び／又はキャリ
ブレートシステムを示す概略図である。

【図４】本発明の他の実施例による試験及び／又はキャ
リブレートシステムを示す概略図である。

【符号の説明】

１０　　　　パイプ １２　　　　サーモウェル １４　　　　内部部分 １６　　　　延長部 １８　　　　内部部分 ２０　　　　光ファイバー ２２　　　　第１の端部 ２４　　　　第２の端部 ２６　　　　信号処理装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　パイプの中空の内部部分を流通する流
   体の温度を監視するための流体温度監視装置であって、
   前記パイプの前記中空の内部部分内に延びる延長部を有
   しているサーモウェルと、前記サーモウェルの前記延長
   部と光学的に連通する第１の端部、及び、第２の端部を
   有しており、前記サーモウェルの前記延長部から前記光
   ファイバーの前記第２の端部に信号を伝えるよう機能す
   る光ファイバーと、前記光ファイバーの前記第２の端部
   と光学的に連通し、前記光ファイバーの前記第２の端部
   に伝えられた信号に相当する温度指示値を提供するため
   の信号処理装置と、を備えている流体温度監視装置。
2. 【請求項２】　　流体パイプを流通する流体の温度を監
   視するための流体温度監視方法であって、前記パイプ内
   に延びるほぼ中空の内部部分を有しているサーモウェル
   を設ける工程と、前記サーモウェルの前記ほぼ中空の内
   部部分と光学的に連通するように光ファイバーを配置す
   る工程と、前記光ファイバーと光学的に連通するように
   信号処理装置を設ける工程と、前記サーモウェルの前記
   ほぼ中空の内部部分内に赤外線を発する工程と、赤外線
   を前記光ファイバーを通して前記信号処理装置に伝える
   工程と、を含んでいる流体温度監視方法。