JP2018179517A - 水素・酸素濃度計測装置、水素・酸素濃度計測システム、水素・酸素濃度計測方法及び水素・酸素濃度計測プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】一体で水素濃度及び酸素濃度の両方を計測・監視することができる水素・酸素濃度計測装置、水素・酸素濃度計測システム、水素・酸素濃度計測方法及び水素・酸素濃度計測プログラムを提供する。【解決手段】被監視雰囲気中の水素を吸蔵して増加する水素吸蔵素子１４の抵抗値、被監視雰囲気の温度及び被監視雰囲気の全圧に基づいて水素濃度ＣＨ２を導出する水素濃度導出部３１と、酸素の透過率の異なる被覆材２２で被覆された温度検知素子１７からの検出温度Ｔの差異、水素濃度ＣＨ２及び全圧に基づいて酸素濃度ＣＯ２を導出する酸素濃度導出部３６と、を備える。【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、原子力発電所の格納容器内の水素濃度及び酸素濃度の計測技術に関する。

原子力発電所における格納容器内の雰囲気中の水素濃度及び酸素濃度を計測・監視するシステムとして格納容器内雰囲気モニタ（ＣＡＭＳ：Containment Atmospheric Monitoring System）が知られている。
ＣＡＭＳを含む原子力発電所内の各機器は、所定の設計基準事故の環境下での正常動作条件を満たすように設計されている。

ところで、東日本大震災時の福島第一原子力発電所のように、設計基準事故を超える過酷な環境になる事故は、過酷事故と呼ばれる。
過酷事故時には、温度は２００℃以上、圧力は１ＭＰａ程度に上昇することがある。
このような過酷事故時には、炉心損傷による水−ジルコニウム反応で発生する水素、及び水の放射線分解で発生する水素・酸素の濃度を計測・監視する必要がある。
従来、水素濃度及び酸素濃度を測定するためには、それぞれ専用の検出器が用いられていた。

特開２０１３−１９７５１号公報

原子力発電所などの大型プラントでは、保守管理などの観点から、機器の点数を減らすことが望まれる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、一体で水素濃度及び酸素濃度の両方を計測・監視することができる水素・酸素濃度計測装置、水素・酸素濃度計測システム、水素・酸素濃度計測方法及び水素・酸素濃度計測プログラムを提供することを目的とする。

本実施形態に係る水素・酸素濃度計測装置は、被監視雰囲気中の水素を吸蔵して増加する水素吸蔵素子の抵抗値、前記被監視雰囲気の温度及び前記被監視雰囲気の全圧に基づいて水素濃度を導出する水素濃度導出部と、酸素の透過率の異なる被覆材で被覆された温度検知素子からの検出温度の差異、前記水素濃度及び前記全圧に基づいて酸素濃度を導出する酸素濃度導出部と、を備える。

本実施形態に係る水素・酸素濃度計測システムは、被監視雰囲気中の水素を吸蔵して抵抗値が増加する水素吸蔵素子と、前記被監視雰囲気の全圧を測定する圧力センサと、前記被監視雰囲気の温度の上昇とともに抵抗値が増加する２以上の温度検知素子と、２以上の前記温度検知素子をそれぞれ異なる分子透過率の材料で被覆する被覆材と、前記水素吸蔵素子及び前記温度検知素子の周辺温度を制御する温度制御部と、前記水素吸蔵素子の前記抵抗値、前記被監視雰囲気の温度及び前記被監視雰囲気の全圧に基づいて水素濃度を導出する水素濃度導出部と、前記温度検知素子からの検出温度の差異、前記水素濃度及び前記全圧に基づいて酸素濃度を導出する酸素濃度導出部と、を備える。

本実施形態に係る水素・酸素濃度計測方法は、被監視雰囲気中の水素を吸収して増加する水素吸蔵素子の抵抗値、前記被監視雰囲気の温度及び前記被監視雰囲気の全圧に基づいて水素濃度を導出するステップと、酸素の透過率の異なる被覆材で被覆された温度検知素子からの検出温度の差異、前記水素濃度及び前記全圧に基づいて酸素濃度を導出するステップと、を含む。

本実施形態に係る水素・酸素濃度計測プログラムは、コンピュータに、被監視雰囲気中の水素を吸蔵して増加する水素吸蔵素子の抵抗値、前記被監視雰囲気の温度及び前記被監視雰囲気の全圧に基づいて水素濃度を導出するステップ、酸素の透過率の異なる被覆材で被覆された温度検知素子からの検出温度の差異、前記水素濃度及び前記全圧に基づいて酸素濃度を導出するステップ、を実行させる。

本発明により、一体で水素濃度及び酸素濃度の両方を計測・監視することができる水素・酸素濃度計測装置、水素・酸素濃度計測システム、水素・酸素濃度計測方法及び水素・酸素濃度計測プログラムが提供される。

水素・酸素濃度計測システムが適用された原子炉格納容器の概略構成図。 第１実施形態に係る水素・酸素濃度計測システムが備える検出器の概略構成図。 第１実施形態に係る水素・酸素濃度計測システムの模式図。 （Ａ）被監視雰囲気の水素及び酸素の割合、及び温度を変化させたときの水素吸蔵素子の抵抗変化率の推移を示す図、（Ｂ）被監視雰囲気の水素及び酸素の割合及び温度を変化させたときの検出温度の推移を示す図。 第１実施形態に係る水素・酸素濃度計測方法のうち水素濃度計測方法を示すフローチャート。 第１実施形態に係る水素・酸素濃度計測方法のうち水素濃度計測方法を示すフローチャート。 第２実施形態に係る水素・酸素濃度計測システムの概略構成図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、水素・酸素濃度計測システム１０（以下、単に「計測システム１０」という）が適用された原子炉格納容器１１の概略構成図である。

通常、原子力発電所の運転時には原子炉格納容器１１の内部には窒素が封入されて、その雰囲気の組成は概ね窒素が１００％、水素が０％、酸素が０％の割合に維持される。
このように密閉された有限の閉空間では、水素及び酸素の発生が、内部雰囲気の水素濃度及び酸素濃度を変化させる。

計測システム１０は、例えばこのような原子炉格納容器１１の内部空間等、原子力発電所内であって水素濃度及び酸素濃度の監視が行われる場所に設置される検出器１２と、この検出器１２を原子炉格納容器１１の外部から制御するとともに水素濃度及び酸素濃度を算出する制御部３０と、を備えるものである。

（第１実施形態）
図２は、第１実施形態に係る計測システム１０が備える検出器１２の概略構成図である。

第１実施形態に係る計測システム１０の検出器１２は、図２に示されるように、被監視雰囲気が充満する原子炉格納容器１１（図１）の内部に、水素吸蔵素子１４、圧力センサ１６及び２以上の温度検知素子１７（１７ａ，１７ｂ）が設置される。

水素吸蔵素子１４及び２本の温度検知素子１７は、例えばアルミナ等で構成される巻回筒１８に巻きつけられた金属線材である。
これら水素吸蔵素子１４及び温度検知素子１７は、制御部３０（図１）から通電されて、その抵抗値が抵抗測定部１９（１９ａ〜１９ｃ）（図３）で測定される。
これらの素子１４，１７が巻回された巻回筒１８は、温度制御部３５（図３）が接続されたヒータ２１で包囲されて、４００℃程度以下の範囲で温度制御される。
通常時は、水素吸蔵素子１４が水素濃度によらず水素の吸着及び放出を可逆的に継続することを可能にする温度である２４０℃〜３２０℃程度、特に３００℃程度に維持される。

なお、図示は省略するが、巻回筒１８の周囲には、ヒータ２１で調整した温度を維持する保温材や、ヨウ素フィルタ、筐体等が、いずれも通気性や防爆性を維持して配置される。
よって、被監視雰囲気の成分は、検出器１２の内外で同一に維持される。
また、図２の検出器１２は一例であり、例えば、ヒータ２１をチップ状にして、このチップの表面に水素吸蔵素子１４及び温度検知素子１７を形成させてもよい。

水素吸蔵素子１４は、パラジウム（Ｐｄ）等、被監視雰囲気中の水素を吸蔵することで抵抗値が増加する素子である。
Ｐｄは、触媒作用によって、その表面に接触した水素分子Ｈ_２を水素原子Ｈに解離させる。
この水素原子Ｈが、Ｐｄの結晶格子の空隙に進入し自由電子を散乱させることで、Ｐｄの抵抗値を増加させる。

この抵抗増加は水素濃度導出部３１で利用される次式（１）で表される。
つまり、水素濃度Ｃ_Ｈ２は、Ｐｄの抵抗値変化ΔＲ_Ｐｄ、水素を吸蔵していないときのＴ℃におけるＰｄの抵抗値Ｒ_ＴＰｄ、被監視雰囲気の全圧Ｐ_全及び被監視雰囲気の検出温度Ｔの関数になる。
ただし、Ｐ_H2：水素分圧（ｋＰａ）、Ｐ_全：被監視雰囲気の全圧（ｋＰａ）、ΔＲ_Ｐｄ／Ｒ_TＰｄ（≡ΔR/R）：抵抗変化率、α（＝約１２６５．６），β，γ：校正により決定されるパラメータ、Ｔ：被監視雰囲気の絶対温度（Ｋ）である。

これらの要素のうち、Ｐｄの抵抗値変化ΔＲ_Ｐｄ及びＴ℃における抵抗値Ｒ_ＴＰｄは、水素吸蔵素子１４で測定される。
また、被監視雰囲気の全圧Ｐ_全は圧力センサ１６、被監視雰囲気の検出温度Tは温度検知素子１７（１７ａ，１７ｂ）で抵抗値として測定される。
なお、パラメータα、β及びγは、製造過程などに起因する検出器１２の機械的特性や、設置環境などで決定されるものである。
パラメータα、β及びγは、計測システム１０の校正試験などによって規定される。

ところで、この水素吸蔵素子１４は、ケイ素酸化物等、酸素の透過率の低い素材で構成される厚さ５０〜１５０ｎｍ程度の被覆層３２で被覆される。
上述したように、水素吸蔵素子１４は触媒作用を有するので、水素分子Ｈ_２とともに酸素分子Ｏ_２をも酸素原子Ｏに解離させて水素原子Ｈとの結合反応を促進してしまう。
水素吸蔵素子１４の表面におけるこの結合反応によって、水素が消費されて水素濃度Ｃ_Ｈ２が低下する。
そこで、水素吸蔵素子１４を被覆層３２で被覆して、酸素の透過率を水素に対して極小さくすることで、酸素の存在によって発生する誤差を低減させる。

温度検知素子１７（１７ａ，１７ｂ）は、水素吸蔵素子１４の近傍に設置されて、被監視雰囲気の温度の上昇とともに抵抗値が増加する素子である。
温度検知素子１７は、例えばプラチナ等、長期安定性に優れ、水素吸蔵素子１４と同等の水素及び酸素に対する触媒能力を有する金属が望ましい。

温度検知素子１７（１７ａ，１７ｂ）は、水素吸蔵素子１４の周辺に２つが配置される。
温度検知素子１７もまた、被覆材２２（２２ａ，２２ｂ）で被覆される。
変動温度検知素子１７ａには、水素及び酸素を僅かに透過させる酸化ケイ素等が微透過被覆材２２ａとして使用される。
また、基準温度検知素子１７ｂには、気体をほとんど透過させないアモルファス状のガラスなどが不透過被覆材２２ｂとして使用される。
つまり、被覆材２２（２２ａ，２２ｂ）は、２つの温度検知素子１７（１７ａ，１７ｂ）で水素及び酸素の透過率の異なるものが使用される。

この透過率の差異を利用して、後に詳述するように酸素濃度Ｃ_Ｏ２が導出される。
なお、素子の冗長性の観点から、配置される水素吸蔵素子１４の個数は２以上、温度検知素子１７の個数は３以上であってもよい。

また、図３は、第１実施形態に係る計測システム１０の模式図である。
水素吸蔵素子１４、温度検知素子１７（１７ａ，１７ｂ）は、図３に示されるように、抵抗測定部１９（１９ａ〜１９ｃ）を介して制御部３０の内部の水素・酸素計測装置４０（以下、単に「計測装置４０」という）に接続される。
計測装置４０は、主に、水素濃度導出部３１と、酸素濃度導出部３６と、で構成される。

具体的には、水素吸蔵素子１４は、水素抵抗測定部１９ａを介して水素濃度導出部３１に接続される。
また、温度検知素子１７（１７ａ，１７ｂ）は、変動抵抗測定部１９ｂ及び基準抵抗測定部１９ｃを介して計測装置４０内の温度変換部２４に接続される。
変動抵抗測定部１９ｂ及び基準抵抗測定部１９ｃで計測された抵抗値は、温度変換部２４でそれぞれ温度情報（検出温度Ｔ）に変換される。
温度変換部２４はパラメータ決定部３７（３７ａ，３７ｂ）、検出温度Ｔを水素濃度導出部３１及び温度差算出部３８に送る。

また、圧力センサ１６は、計測装置４０内の圧力受付部３９を介して、受け付けた被監視雰囲気の気圧である全圧Ｐ_全をパラメータ決定部３７（３７ａ，３７ｂ）、水素濃度導出部３１及び酸素濃度導出部３６に送る。

水素濃度導出部３１は、送られてくる水素吸蔵素子１４の抵抗変化率ΔＲ／Ｒ、被監視雰囲気の検出温度Ｔ、及び全圧Ｐ_全を用いて上式（１）から水素濃度Ｃ_Ｈ２を導出する。

ここで、図４（Ａ）は、被監視雰囲気の水素及び酸素の割合、及び温度を変化させたときの水素吸蔵素子１４の抵抗変化率ΔＲ／Ｒの推移を示す図である。
まず、温度を３００℃に設定したときの、(I)窒素１００％の場合、(II)窒素９０％・水素１０％の場合、及び(III)窒素８５％・水素１０％・酸素５％の場合における抵抗変化率ΔＲ／Ｒについて説明する。

(I)窒素１００％の状態から(II)窒素９０％・水素１０％の状態になると、水素１０％が発生した分だけ、水素吸蔵素子１４の抵抗変化率ΔＲ／Ｒが増加する。
しかし、ここで、(III)酸素が５％含まれていると、水素が１０％のままでも水素吸蔵素子１４の抵抗変化率ΔＲ／Ｒが僅かに低下する。
この低下は、被覆層３２が発生した酸素を完全に遮蔽することができないために、水素吸蔵素子１４の表面に到達した水素と酸素とが反応することに起因する。

つまり、水素吸蔵素子１４の触媒作用に促進されて、水素が水素吸蔵素子１４の表面で酸素と結合することで、水素が消費されることによると考えられる。
この抵抗変化率ΔＲ／Ｒの減少によって、導出される水素濃度Ｃ_Ｈ２に誤差が発生する。

そこで、ヒータ２１の制御温度を３５０℃程度に増加させる場合を考える。
制御温度を３５０℃に設定したときの、(IV)窒素９０％・水素１０％の場合、及び(V)窒素８５％・水素１０％・酸素５％の場合における抵抗変化率ΔＲ／Ｒについて説明する。

(II)と同様の成分割合である(V)窒素９０％・水素１０％では、抵抗変化率ΔＲ／Ｒは、(II)よりも多少増加する。
この(V)における抵抗変化率ΔＲ／Ｒは減少する。

また、(IV)水素１０％を維持したまま酸素５％になった場合、(V)における抵抗変化率ΔＲ／Ｒに(II)と(III)との間でみられた抵抗変化率ΔＲ／Ｒの低下はほとんど発生しない。
(IV)と(V)とに差異が発生しなかったのは、温度の上昇によって水素分子Ｈ_２と酸素分子Ｏ_２との運動エネルギーの差が顕著になり、被覆材２２を透過する水素分子数と酸素分子数との差の割合が３００℃のときと比較して拡大するためである。

つまり、この透過分子数の相対的な減少によって、水素吸蔵素子１４の表面において酸素と結合して消費される水素の相対量が減少したため、この表面における水素濃度Ｃ_Ｈ２が維持されたと考えられる。
つまり、温度を３５０℃程度に引き上げることで、水素濃度Ｃ_Ｈ２の測定精度を低下させていた(III)の抵抗変化率の低下を防止することができる。
なお、高精度な水素計測をする場合、水素吸蔵素子１４の周辺温度が３５０℃程度にすることが好適であるが、３４０℃以上であれば有意に精度を向上させることができる。

図３に戻って説明を続ける。
温度変換部２４の２つの検出温度Ｔは、温度差算出部３８で差分ΔＴが算出される。
酸素濃度導出部３６は、この差分ΔＴ及び水素濃度導出部３６で導出した水素濃度Ｃ_Ｈ２を用いて、次式（２）で酸素濃度Ｃ_Ｏ２を導出する。
Ｃ_Ｏ２ ＝ ζ・ΔＴ・Ｃ_Ｈ２ （２）
なお、パラメータζは校正試験などによって規定されるパラメータである。

ここで、図４（Ｂ）は、被監視雰囲気の水素及び酸素の割合及び温度を変化させたときの検出温度Ｔの推移を示す図である。
ヒータ２１を３００℃で制御している場合、(VI)窒素１００％の状態と、(VII)窒素９０％で、水素１０％の状態とでは２つの温度検知素子１７（１７ａ，１７ｂ）による温度測定結果に有意な差は発生しない。

しかし、(VIII)酸素が発生すると、変動温度検知素子１７ａにより測定される温度が増加する。
これは、微透過被覆材２２ａを有する変動温度検知素子１７ａの表面における微量の水素と酸素との反応熱により変動温度検知素子１７ａの抵抗値が増加するためである。
一方、不透過被覆材２２ｂを有する温度検知素子１７の表面には水素も酸素も到達しないため反応熱は発生しない。

よって、温度検知素子１７で測定される温度は、(VIII)に示されるように一定のままとなり、温度検知素子１７（１７ａ，１７ｂ）のそれぞれにより測定される温度に差異が発生する。
この温度差ΔＴは水素濃度Ｃ_Ｈ２及び酸素濃度Ｃ_Ｏ２に依存するため、酸素濃度導出部３６は上式（２）で酸素濃度Ｃ_Ｏ２を算出することができる。
導出された酸素濃度Ｃ_Ｏ２及び水素濃度Ｃ_Ｈ２は、例えば表示部４２に表示されて、作業員に監視される。

このように計測装置４０によれば、検出温度Ｔを酸素濃度Ｃ_Ｏ２及び水素濃度Ｃ_Ｈ２の両方で使用するとともに、導出された水素濃度Ｃ_Ｈ２を用いて酸素濃度Ｃ_Ｏ２を導出することで、１つの検出器１２で水素濃度Ｃ_Ｈ２及び酸素濃度Ｃ_Ｏ２の両方を測定することができる。
また、制御温度を３５０℃程度に引き上げることで、水素濃度Ｃ_Ｈ２の検出精度を向上させることができる。

次に、第１実施形態に係る水素・酸素濃度計測方法を図５及び図６のフローチャートを用いて説明する（適宜図２及び図３を参照）。

まず、水素濃度計測方法について図５を用いて説明する。
まず、校正ガスを用いた試験などによりパラメータα、β及びγの値を取得する（Ｓ１０）。
Ｒ_ＴＰｄは検出温度Ｔの関数になる。また、パラメータα、β及びγは、検出温度Ｔ及び全圧Ｐ_全の関数になる。

被監視雰囲気に水素が１０％で酸素５％発生すると（Ｓ１１）、水素分子Ｈ_２が被覆層３２を透過して水素吸蔵素子１４に到達する一方、酸素分子Ｏ_２は被覆層３２で大半が遮断され水素吸蔵素子１４に到達しない。
ただし、被覆層３２を透過した僅かな酸素分子Ｏ_２が水素吸蔵素子１４の触媒作用によって、水素分子Ｈ_２と結合する（Ｓ１２）。
この結果、水素吸蔵素子１４の周辺の水素濃度が減少する（Ｓ１３）。

通常精度で測定する場合は（Ｓ１４：ＮＯ）、ヒータ２１の温度を約３００℃に設定する（Ｓ１５）。
水素吸蔵素子１４は、約３００℃の高温であれば水素原子Ｈを可逆的に吸蔵して、水素濃度に応じて、その抵抗変化率ΔＲ／Ｒを増加させる（Ｓ１６）。
この抵抗変化率ΔＲ／Ｒは、水素抵抗測定部１９ａで読み取られて、水素濃度導出部３１に送られる。

また、温度に応じた基準温度検知素子１７ｂの抵抗変化率ΔＲ／Ｒが基準抵抗測定部１９ｃで測定されて温度変換部２４に送られて、検出温度Ｔに変換される（Ｓ１７）。
基準抵抗測定部１９ｃに基づく検出温度Ｔは、水素濃度導出部３１及び水素パラメータ決定部３７ａに送られる。

また、圧力センサ１６で計測された被監視雰囲気の全圧Ｐ_全も、水素濃度導出部３１及び水素パラメータ決定部３７ａに送られる（Ｓ１８）。
水素パラメータ決定部３７ａは、送られてくる被監視雰囲気の全圧Ｐ_全及び検出温度Ｔ（検出温度T）に基づいてＲ_ＴＰｄ及びパラメータα、β及びγを特定する（Ｓ１９）。
水素濃度導出部３１は、これらＲ_ＴＰｄ及びパラメータα、β及びγ及び、被監視雰囲気の検出温度Ｔ及び全圧Ｐ_全と、水素吸蔵素子１４の抵抗変化率ΔＲ／Ｒとを用いて式（１）から従来精度の水素濃度Ｃ_Ｈ２を導出する（Ｓ２０：ＥＮＤ）。

一方、水素濃度Ｃ_Ｈ２を高精度で測定する場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ヒータ２１の温度を３５０℃に設定する（Ｓ２１）。
ヒータ２１の温度が従来よりも高くなることで、被監視雰囲気を構成する各気体の運動エネルギーが増加する。

この結果、被覆材２２を透過して水素吸蔵素子１４に到達する水素分子Ｈ_２の数量が増加する（Ｓ２２）。
水素分子Ｈ_２と比較して分子量の大きい酸素分子Ｏ_２の水素吸蔵素子１４への到達数は、水素分子Ｈ_２と比較して相対的に低下する（Ｓ２３）。
つまり、水素吸蔵素子１４の表面での水素原子Ｈの全量に対する酸素原子Ｏと水素原子Ｈとの結合量が相対的に減少する（Ｓ２４）。

この結果、酸素分子Ｏ_２による水素吸蔵素子１４の抵抗変化率ΔＲ／Ｒへの影響が低減される（Ｓ２５）。
その後は、通常精度の水素濃度Ｃ_Ｈ２の測定手順Ｓ１６〜Ｓ１９と同様に、水素濃度を導出（Ｓ２６〜Ｓ３１：ＥＮＤ）。
なお、酸素分子Ｏ_２による水素吸蔵素子１４の抵抗値への影響が低減されているので、このとき導出される水素濃度Ｃ_Ｈ２は高精度である。

次に、酸素濃度計測方法について図６のフローチャートを用いて説明する。
まず、水素及び酸素が発生していない環境下でパラメータζを特定する（Ｓ３１）。
パラメータζは、被監視雰囲気の検出温度Ｔ及び全圧Ｐ_全の関数として特定される。

水素が１０％，酸素が５％発生すると（Ｓ３２）、水素分子Ｈ_２，酸素分子Ｏ_２は、微透過被覆材２２ａを僅かに透過する（Ｓ３３）。
よって、温度検知素子１７の表面に到達した水素分子Ｈ_２及び酸素分子Ｏ_２が温度検知素子１７の触媒作用によって、結合反応を発生させて発熱する。
この結果、変動温度検知素子１７ａの抵抗変化率ΔＲ／Ｒが増加する（Ｓ３４）。

一方、不透過被覆材２２ｂは、水素分子Ｈ_２、酸素分子Ｏ_２を透過させない（Ｓ３５）。
よって、基準温度検知素子１７ｂの抵抗値は、酸素分子Ｏ_２の影響を受けずに被監視雰囲気の検出温度Tと正確に対応するものになる（Ｓ３６）。
よって、温度変換部２４において変換された２つの温度検知素子１７（１７ａ，１７ｂ）の抵抗値に基づく検出温度Ｔには、水素濃度Ｃ_Ｈ２及び酸素濃度Ｃ_Ｏ２の濃度に応じた差異が発生することになる。

酸素濃度導出部３６は、この温度差ΔＴ、水素濃度導出部３１で導出した水素濃度Ｃ_Ｈ２及び全圧Ｐ_全を用いて式（２）から酸素濃度Ｃ_Ｏ２を導出する（Ｓ３７：ＥＮＤ）。
なお、式（２）において、ζは、取得された全圧Ｐ_全及び基準温度検知素子１７ｂによる検出温度Ｔに基づいて、酸素パラメータ決定部３７ｂで決定される。
また、導出された酸素濃度Ｃ_Ｏ２及び水素濃度Ｃ_Ｈ２は、例えば表示部４２に表示されて作業員に監視される。

なお、以上の動作は、プログラムに沿ってコンピュータで実行してもよい。
例えば、制御部３０は、ＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、或いはＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶装置、を具備するコンピュータとして構成することができる。

この場合、図３に示す各部のうち、温度変換部２４、圧力受付部３９、水素濃度導出部３１、酸素濃度導出部３６、水素パラメータ決定部３７ａ及び酸素パラメータ決定部３７ｂの機能は、記憶装置に記憶された所定のプログラムをプロセッサが実行することによって実現することができる。
また、このようなソフトウェア処理に換えて、ＡＳＩＣ（Application Specific Integration Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアで実現することもできる。

また、制御部３０は、ソフトウェア処理とハードウェアによる処理を組み合わせて実現することもできる。

以上のように、第１実施形態に係る水素・酸素濃度計測システム１０によれば、検出温度Ｔを酸素濃度Ｃ_Ｏ２及び水素濃度Ｃ_Ｈ２の両方で使用するとともに、導出された水素濃度Ｃ_Ｈ２を用いて酸素濃度Ｃ_Ｏ２を導出することで、一体で水素濃度Ｃ_Ｈ２と酸素濃度Ｃ_Ｏ２との両方を測定・監視することができる。
また、一体で水素濃度Ｃ_Ｈ２と酸素濃度Ｃ_Ｏ２との両方を測定・監視することができるので、プラントを構成する部品点数を少なくすることができる。
さらに、計測システム１０によれば、酸素の存在下においても、高精度で水素濃度を測定することができる。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る水素・酸素濃度計測システム１０の概略構成図である。

第２実施形態に係る計測装置４０は、図７に示されるように、水素計測の測定モードを高精度と通常精度とで切り替える測定モード切替部４６を備える。

第１実施形態で述べたように高精度の水素濃度測定をする場合、ヒータ２１の温度を通常精度より５０℃程度高い３５０℃程度にする必要がある。
よって、例えば、２つの温度検知素子１７の抵抗値に差異がなく、酸素が発生していないと認められる場合や、高精度な測定が要求されていない場合は、通常精度で測定するほうが好ましい場合もある。

そこで、高精度な測定が必要な場合に、測定モード切替部４６から温度制御部３５に指令を発信して測定モードを切り替える。
指令を受信した温度制御部３５は、ヒータ２１の制御温度を３５０℃に変更する。
測定モード切替部４６は、表示部４２からの作業員の手動入力による指令を受けて測定モードを切り替えてもよい。
また、例えば温度差算出部３８に接続されて、温度差算出部３８で算出された温度差ΔＴが温度差算出部３８の保持する所定の閾値を超えた場合に、測定モードを切り替えてもよい。

なお、測定モード機能を有すること以外は、第２実施形態は第１実施形態と同じ構造及び動作手順となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように、第２実施形態に係る計測システム１０によれば、第１実施形態の効果に加え、測定モードを切り替えることができるので、エネルギー消費などを加味した最適な精度で測定することができる。

以上述べた少なくとも一つの実施形態の計測装置４０によれば、検出温度Ｔを酸素濃度Ｃ_Ｏ２及び水素濃度Ｃ_Ｈ２の両方で使用するとともに、導出された水素濃度Ｃ_Ｈ２を用いて酸素濃度Ｃ_Ｏ２を導出することで、一体で水素濃度Ｃ_Ｈ２と酸素濃度Ｃ_Ｏ２との両方を測定・監視することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…酸素濃度計測システム（計測システム）、４０…水素・酸素計測装置（計測装置）、１１…原子炉格納容器、１２…検出器、１４…水素吸蔵素子、１６…圧力センサ、１７（１７ａ，１７ｂ）…温度検知素子、１８…巻回筒、１９（１９ａ〜１９ｃ）…抵抗測定部、１９ａ（１９）…水素抵抗測定部、１９ｂ（１９）…変動抵抗測定部、１９ｃ（１９）…基準抵抗測定部、２１…ヒータ、２２（２２ａ，２２ｂ）…被覆材（微透過被覆材，不透過被覆材）、２４…温度変換部、３０…制御部、３１…水素濃度導出部、３２…被覆層、３５…温度制御部、３６…酸素濃度導出部、３７（３７ａ，３７ｂ）…パラメータ決定部（水素パラメータ決定部，酸素パラメータ決定部）、３８…温度差算出部、３９…圧力受付部、４２…表示部、４６…測定モード切替部、Ｃ_Ｈ２…水素濃度、Ｃ_Ｏ２…酸素濃度、Ｐ_全…被監視雰囲気の全圧、Ｒ_ＴＰｄ…Ｐｄの温度Ｔにおける抵抗値、Ｔ…検出温度、ΔＲ_Ｐｄ…抵抗値変化、ΔＴ…温度差、α〜γ，ζ…パラメータ。

Claims (8)

1. 被監視雰囲気中の水素を吸蔵して増加する水素吸蔵素子の抵抗値、前記被監視雰囲気の温度及び前記被監視雰囲気の全圧に基づいて水素濃度を導出する水素濃度導出部と、
   酸素の透過率の異なる被覆材で被覆された温度検知素子からの検出温度の差異、前記水素濃度及び前記全圧に基づいて酸素濃度を導出する酸素濃度導出部と、を備えることを特徴とする水素・酸素濃度計測装置。
2. 前記被監視雰囲気の計測時の前記水素吸蔵素子及び前記温度検知素子の周辺温度を２４０℃以上に維持する温度制御部を備える請求項１に記載の水素・酸素濃度計測装置。
3. 前記温度制御部は、周辺温度を３４０℃以上に維持可能である請求項２に記載の水素・酸素濃度計測装置。
4. 水素計測の測定モードを高精度と通常精度とで切り替える測定モード切替部を備える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水素・酸素濃度計測装置。
5. 被監視雰囲気中の水素を吸蔵して抵抗値が増加する水素吸蔵素子と、
   前記被監視雰囲気の全圧を測定する圧力センサと、
   前記被監視雰囲気の温度の上昇とともに抵抗値が増加する酸素の透過率の異なる被覆材で被覆された２以上の温度検知素子と、
   ２以上の前記温度検知素子をそれぞれ異なる分子透過率の材料で被覆する被覆材と、
   前記水素吸蔵素子の前記抵抗値、前記被監視雰囲気の温度及び前記被監視雰囲気の全圧に基づいて水素濃度を導出する水素濃度導出部と、
   前記温度検知素子からの検出温度の差異、前記水素濃度及び前記全圧に基づいて酸素濃度を導出する酸素濃度導出部と、を備えることを特徴とする水素・酸素濃度計測システム。
6. 前記水素吸蔵素子は、水素と比較して酸素の透過率の低い被覆層で被覆される請求項５に記載の水素・酸素濃度計測システム。
7. 被監視雰囲気中の水素を吸蔵して増加する水素吸蔵素子の抵抗値、前記被監視雰囲気の温度及び前記被監視雰囲気の全圧に基づいて水素濃度を導出するステップと、
   酸素の透過率の異なる被覆材で被覆された温度検知素子からの検出温度の差異、前記水素濃度及び前記全圧に基づいて酸素濃度を導出するステップと、を含むことを特徴とする水素・酸素濃度計測方法。
8. コンピュータに、
   被監視雰囲気中の水素を吸蔵して増加する水素吸蔵素子の抵抗値、前記被監視雰囲気の温度及び前記被監視雰囲気の全圧に基づいて水素濃度を導出するステップ、
   酸素の透過率の異なる被覆材で被覆された温度検知素子からの検出温度の差異、前記水素濃度及び前記全圧に基づいて酸素濃度を導出するステップ、を実行させることを特徴とする水素・酸素濃度計測プログラム。