JP2635815B2 - 溶存ガス分離・採取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、原子力発現プラントにおける原子炉冷却
水のガス分離・採取を自動的に行うことができる溶存ガ
ス分離・採取装置に関する。

〔従来の技術〕

原子炉冷却水に含まれる希ガスや溶存水素を測定する
ため、ガスの分離作業が行われる。一般に、この種のガ
ス分離作業は、工学的に放散といわれる操作であり、第
４図（ａ）〜（ｃ）に示すプロセスによって行われる。
しかるに、第４図（ａ）〜（ｃ）において、参照符号10
はサンプルベッセル、12はガラス球を示し、これらサン
プルベッセル10とガラス球12とは、ガス分離系14に直列
に接続される。なお、サンプルベッセル10は、入口管部
と出口管部に開閉弁16,16がそれぞれ設けられ、さらに
コネクタ18,18を介してガス分離系14に着脱自在に接続
される。なお、サンプルベッセル10の下流側はドレン系
14aとし、またガラス球12の上流側は真空引き系14bとし
て設定され、前記ドレン系14aの一部とガラス球12に対
し、それぞれシリンジ20,22が接続可能に配置される。
また、前記ガス分離系14には適宜切換弁24,26,28が接続
配置されている。

まず、第４図（ａ）は加圧溶解工程（初期状態）であ
り、放散を加えない前の初期状態を示す。すなわち、こ
の状態においては、予めサンプル採取系に接続してサン
プル水を採取したサンプルベッセル10をコネクタ18,18
を介してガス分離系14に接続する。この時のガス分離系
14は、サンプルベッセル10とガラス球12との間に設けた
切換弁26およびドレン系14aに設けた切換弁28をそれぞ
れ遮断すると共に真空引き系14bに設けた切換弁24を開
放操作し、真空引き系14bによりガラス球12内の真空引
きを行う。この場合、サンプルベッセル10内には、既に
サンプル水が加圧状態に貯留されている。従って、サン
プルベッセル10内には気体が完全に溶解しているサンプ
ル水が導入される。これは、サンプル水自体が高圧に保
たれてサンプルベッセル10に導入され、その出入口に設
けた開閉弁16、16を閉じて、漏れがなければ加圧状態が
保たれ、気体は完全にサンプル水に溶解される。例え
ば、H₂20〜30Ncc/kg H₂Oでの飽和加圧圧力は、2kg/cm²
程度であり、サンプルベッセル10内のサンプルは10kg/c
m²であるために十分な溶解度が得られる。

次に、第４図（ｂ）は、フラッシュ工程を示す。この
場合、前記切換弁24を遮断してサンプルベッセル10の開
閉弁16,16をコネクタ18,18側と連通するよう開放し、前
記切換弁26を開放操作する。これにより、サンプルベッ
セル10内のサンプル水はガラス球12内へフラッシュされ
る。この場合のガス放散の要素は、通気撹拌と、気
液接触拡散とから成り立っている。

通常、通気撹拌とは、気体を液中にスパージャ等で注
入した時にアジテータ等で撹拌し、拡散効果を増加させ
る操作をいうが、この場合も同様の効果を示すので同等
に取り扱える。そこで、通気撹拌の場合、ガス拡散速度
は、気泡の径によることが知られている。例えば、ガス
吸収の場合、気泡径が微少と考えられるガスほど、その
装置で取扱うガスの吸収係数が小さくなっている。これ
らの効果因子としては、主として吸収係数、滞留時間、
接触面積の３要素が挙げられる。しかるに、前記吸収係
数の増加は、第５図に示すように気泡径の微細化により
必ずしも増加するわけではないが、漸増傾向にあるとい
える。また、ガス吸収係数の増加は、気泡の滞留時間の
増加および単位体積当りの表面積の増加によるところが
大きい。

一方、通気撹拌の場合に生じる物質移動の大部分は、
気泡が細分化され、新しい気泡表面が生成する短時間中
に起り、気泡上昇に伴う物質移動は少ないといわれてい
る。従って、通気撹拌が非常に有効である。

以上の状態から、希ガス分離操作においては、測定上
許容される時間内で気泡を滞留させ、そして気泡発生を
極力多く行うことにより、分離効果の増大が期待でき
る。

さらに、フラッシュ工程の後半は、サンプル水がガラ
ス球12内へ移動しているため、その接触界面での物質移
動が起生する。しかし、撹拌系の種類により拡散効果が
大きく異なることを考慮すれば、この場合の物質移動の
効果は、前記通気撹拌効果に比べて小さいと考えられ
る。

次に、第４図（ｃ）は、バブリング工程を示す。フラ
ッシュ工程の後、切換弁28をシリンジ20と連通するよう
切換え、シリンジ20によりサンプルベッセル10へエア注
入を数回繰り返す。これにより、サンプルベッセル10内
よりガラス球12内へのバブリングが行われ、通気撹拌に
よるガス拡散効果が得られる。

以上の工程を経て、ガラス球12内にサンプル水から分
離したガスを確実に捕集することができる。従って、前
記バブリング工程終了後は、切換弁26を遮断すると共に
切換弁28によりドレン系14aを開放して、サンプルベッ
セル10内のサンプル水を排出し、次いで切換弁26を開放
してガラス球12内の水位を所定のレベルまで下げ、再び
切換弁26を遮断する。このようにして、別に設けたバイ
アルを適宜シリンジで減圧し、一方ガラス球12へシリン
ジ22の針を挿入し、ガラス球12内のガスを採取してこれ
をバイアルへ注入し、分析試料として保存する。あるい
は、シリンジ22でガラス球12内のガスの適量を採取して
ガスクロ分析に供することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した従来のサンプル水からの溶存ガス分離・採取
装置によれば、まずサンプル採取系からサンプル水を採
取したサンプルベッセルを手作業によりガス分離系に移
動させ、そしてガス分離系では前述した各工程を手作業
により操作し、しかも分離・採取したガスはシリンジを
使用してそれぞれ手作業により分析に供する。従って、
従来の装置では、特にサンプル水が原子力発電プラント
における原子炉冷却水である場合には、半減期の短い核
種サンプルを採取するために被爆の危険が大きく、安全
のためには操作を迅速に行う必要があり、しかも全て手
作業による場合は作業も煩雑となることから熟練を要す
る等の問題がある。従って、作業者の個人差によってガ
ス分離の状態が異なり、これにより分析結果に誤差が生
じる難点がある。さらに、従来の装置では、真空ポンプ
やアスピレータ等の付帯設備を必要とするばかりでな
く、作業的にも全ての操作を自動化することは到底困難
である。

そこで、本発明の目的は、サンプル水の採取から溶存
ガスの分離および分離されたガスの採取に至るまでの全
ての作業を自動化し、これにより作業性の改善と共に作
業者に対する被爆の危険性を十分低減して、安全性を向
上させた溶存ガス分離・採取装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る溶存ガス分離・採取装置は、外部操作可
能なピストン（54）を備えたガス分離シリンダ（44）を
設け、このガス分離シリンダのピストンで画成された一
方の画室（60a）に対しサンプル採取系（34）とコネク
タ（40）を介して接続する入口管（46）および出口管
（48）をそれぞれ開閉弁（50,52）を介して接続すると
共に、外部より空気を供給するフィルタ（65）を備えた
給気管（66）を接続し、前記ガス分離シリンダの中位部
に分離されたガスを所要の容器（68）に採取するための
採取管（70）を開閉弁（80）を介して連通接続し、さら
に前記ピストンで画成されたガス分離シリンダの他方の
画室（60b）に対し前記採取管（70）に分岐接続される
分岐管（74）を開閉弁（82）を介して連通接続すると共
に、外部への排気を行うための排気管（78）を接続して
なり、 前記ガス分離シリンダのピストン（54）は、前記他方
の画室（60b）を拡大する方向に操作して当該画室（60
b）および採取管（70）に接続される容器（68）の内部
を減圧し、次いで前記一方の画室（60a）内にサンプル
水を導入し、さらに前記画室（60a）を拡大する方向に
ピストンを操作することにより画室（60a）内のサンプ
ル水に対するフラッシュおよびバブリングを行ってサン
プル水の溶存ガス分離を行うように構成し、その後前記
画室（60a）を縮小する方向に操作して当該画室（60a）
の内容を加圧し、前記画室（60a）内の分離ガスを採取
管（70）に接続される容器（68）の内部へ自動的に導入
するように構成することを特徴とする。

〔作用〕

本発明に係る溶存ガス分離・採取装置によれば、ガス
分離シリンダのピストンを、最初前記一方の画室に対し
接続された入口管および出口管の開閉弁を閉じかつ採取
管の開閉弁も閉じた状態で、前記一方の画室を拡大する
方向に操作することにより該画室の内部が減圧され、そ
の後採取管の開閉弁を開放することにより採取管に接続
される容器の内部を減圧し、次いで前記入口管の開閉弁
を開放することにより前記画室内にサンプル水を導入
し、しかる後前記入口管の開閉弁を閉じてさらに前記画
室を拡大する方向にピストンを操作することにより画室
内のサンプル水に対するフラッシュおよびバブリングを
行ってサンプル水の溶存ガス分離を行うことができる。

また、前記一方の画室内でサンプル水の溶存ガス分離
を行った後、前記一方の画室を縮小する方向に前記ピス
トンを操作することにより該画室の内部が加圧され、前
記画室内の分離ガスを採取管に接続される容器の内部に
導入することができる。

このような、ガス分離シリンダのピストンの外部操作
と各開閉弁の開閉操作を所要の制御系により自動的に行
うことにより、作業性および安全性に優れしかも精度の
高い溶存ガス分離・採取を容易に達成することができ
る。

〔実施例〕

次に、本発明に係る溶存ガス分離・採取装置の実施例
につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

第１図は、本発明に係る溶存ガス分離・採取装置の一
実施例を示す系統図である。第１図において、参照符号
30は母液系を示し、この母液系30に減圧装置32を設けて
その下流側にサンプル採取系34が分岐接続されている。
そして、このサンプル採取系34には、洗浄液供給系36と
の切換え接続を行うことができる外部切換弁装置38を設
け、さらにコネクタ40,40を介してガス分離・採取装置4
2に接続されている。

しかるに、このガス分離・採取装置42は、ガス分離シ
リンダ44を備え、このガス分離シリンダ44に対し前記コ
ネクタ40,40と接続してサンプル水を導入しかつ排出す
る入口管46と出口管48がそれぞれ開閉弁50,52を介して
連通接続される。このガス分離シリンダ44は、第２図に
詳細に示すように、内部にピストン54を有し、このピス
トン54はピストンロッド56を介してシリンダ44の上部に
設けたエアシリンダ58により、適宜上下方向に操作可能
に構成される。そして、このガス分離シリンダ44のピス
トン54により仕切られた下方の画室60aには、下部に前
記入口管46と接続する開口62が設けられ、またその外周
部に前記出口管48と接続する開口64がそれぞれ設けら
れ、さらに前記開口64と同様にして外部より空気を供給
するフィルタ65を備えた給気管66と接続する開口（図示
せず）が適宜設けられる。

また、前記ガス分離シリンダ44の中位部には、分離さ
れたガスをバイアル68に採取するための採取管70を接続
する開口72が設けられる。

さらに、ガス分離シリンダ44のピストン54により仕切
られた上方の画室60bには、上部に前記採取管70より分
岐された分岐管74と接続する開口76が設けられ、そして
外部への排気を行う（通常ドレンタンクと連通させる）
ための排気管78と接続する開口（図示せず）が前記開口
76と同様に設けられる。

なお、前記採取管70および分岐管74には、それぞれ開
閉弁80,82が設けられ、また給気管66および排気管78に
は、それぞれ逆止弁84,86が設けられる。そして、前記
開閉弁80,82は電気信号系により制御され、また前記開
閉弁50,52並びにエアシリンダ58はそれぞれ空気信号系
により制御されるよう構成されている。さらに、外部切
換弁装置38を構成する各開閉弁88,90も、空気信号系に
より制御されるよう構成されている（第１図参照）。ま
た、第１図において、参照符号92は、前記各開閉弁の開
閉制御を電気信号系によりシーケンシャルに行うプログ
ラマブルコントローラ94を備えた制御盤を示す。

次に、前記構成からなる溶存ガス分離・採取装置の動
作につき、第３図（ａ）〜（ｈ）に示すガス分離シリン
ダ44の動作状態を参照しながら説明する。

バイアルの真空引き工程 第３図（ａ）において、サンプル採取系34と連通する
入口管46および出口管48に設けた開閉弁50,52を閉じる
と共に採取管70の開閉弁80も閉じた状態で、分岐管74の
開閉弁82を開放する。次いで、ガス分離シリンダ44のピ
ストン54をその中位部より若干下方へ下降させる。これ
により、前記ガス分離シリンダ44の上部画室60bに連通
するバイアル68の吸気が行われる。その後、直ちに分岐
管74の開閉弁82を閉じる。

サンプル水の導入工程 第３図（ｂ）において、前記工程に引き続き、サンプ
ル採取系34と連通する入口管46および出口管48に設けた
開閉弁50,52を開放する。この時、外部切換弁装置38
は、サンプル水の母液系30と接続される（第１図参
照）。そして、このサンプル水は、入口管46より開閉弁
50を介してガス分離シリンダ44の下部画室60aに導入さ
れると共に、開閉弁52を介して出口管48へ導出される。
この操作を10〜15分継続することにより、前記工程にお
いて、下部画室60a内で圧縮された気相は、サンプル水
と共に出口管48より排出される。

サンプル水の封入工程 第３図（ｃ）において、前記工程に引き続き、サンプ
ル採取系34と連通する入口管46および出口管48に設けた
開閉弁50,52を閉じる。これにより、ガス分離シリンダ4
4の下部画室60aにサンプル水が封入される。

フラッシュおよびバブリング工程 第３図（ｄ）において、前記工程に引き続き、ガス分
離シリンダ44のピストン54を、採取管70の開閉弁80の位
置より上にならない位置まで、十分に上昇させる。この
時、ガス分離シリンダ44の上部画室60bの余剰ガスは排
気管78を介して排出される。これに対し、前記ガス分離
シリンダ44の下部画室60aは、容積の拡大に伴いフラッ
シュが行われると共に、給気管66よりフィルタ65を介し
て清浄な外部空気が導入されてバブリングが行われる。
このようにして、前記ガス分離シリンダ44の下部画室60
aの上方にはサンプル水の溶存ガスが分離されて滞留す
る。

バイアルへの分離ガス採取工程 第３図（ｅ）において、前記工程に引き続き、採取管
70の開閉弁80を開放させて、ガス分離シリンダ44のピス
トン54を若干下降させる。これにより、予め減圧保持さ
れたバイアル68の内部にサンプル水から分離され溶存ガ
スが円滑に注入される。このようにして、バイアル68に
ガスサンプルを注入後、直ちに採取管70の開閉弁80を閉
じる。

サンプルの排出工程 第３図（ｆ）において、前記工程に引き続き、ガス分
離シリンダ44のピストン54をさらに下降させると共に、
ピストン54が前記ガス分離シリンダ44の中位部に設けた
採取管70と接続する開口72を閉塞した際、サンプル採取
系34と連通する出口管48に設けた開閉弁52のみを開放す
る。この結果、前記ピストン54の下降と共にガス分離シ
リンダ44の下部画室60a内の残留サンプルを出口管48へ
排出する。

洗浄工程 第３図（ｇ）において、前記工程に引き続き、外部切
換弁38を洗浄液供給系36と接続するよう切換え操作した
後、サンプル採取系34と連通する入口管46に設けた開閉
弁50を開放する。これにより、ガス分離シリンダ44の下
部画室60a内へ洗浄液が供給されてその内部を洗浄す
る。なお、この時、バイアルに対する採取管70および分
岐管74に設けた各開閉弁80,82も開放させる。

完了 第３図（ｈ）において、前記の洗浄工程が終了し、サ
ンプル採取系34と連通する入口管46および出口管48に設
けた開閉弁50,52を閉じると共に採取管70および分岐管7
4に設けた各開閉弁80,82も閉じる。そして、前記採取管
70に新たなバイアル68を接続し、外部切換弁38を母液系
30と接続するよう切換え操作すれば、一連のガス分離・
採取作業を完了し、次回のガス分離・採取作業に備える
ことができる。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、本発明によれ
ば、ガス分離・採取装置42を単体のユニットとして構成
し、これを直接サンプル採取系34へ着脱自在に接続し、
前述した〜の各工程における弁の開閉制御並びにエ
アシリンダ58の操作を全て制御盤92において予めプログ
ラム設定した制御内容に基づいてシーケンシャルに自動
制御することができる。従って、作業者が手作業を必要
とするのは、前記ガス分離・採取装置の着脱、制御盤と
の電気信号系および空気信号系との接続、バイアルの着
脱ぐらいであり、その他の操作は全て自動化することが
でき、作業性の改善と共に作業能率および安全性の向上
を達成することができる。

また、前記ガス分離・採取装置は、極めて小型に構成
することができるため、サンプル採取系に恒設化するこ
とができると共に既設のプラントに対してもスペースの
制約を受けることなく設置することが可能である。そし
て、真空ポンプ等の負圧ラインもしくは負圧設備を必要
としないため、既設のプラントに対し低コストに設置し
て、その作業性を著しく改善することができる。

さらに、本発明によれば、ガス分離および採取操作の
ほぼ全工程を自動化することができることから、従来の
ように作業者の個人的技量の差による測定精度のばらつ
きを防止して常に精度の高い分析を実現することができ
るばかりでなく、操作時間の短縮も極めて容易となり、
この結果短寿命核種の分析も有利に達成することができ
る等、この種ガス分離・採取装置の性能の向上に寄与す
る効果は極めて大きい。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本
発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神
を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をなし得る
ことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る溶存ガス分離・採取装置の一実施
例を示す系統図、第２図は第１図に示すガス分離シリン
ダの詳細構造を示す要部断面側面図、第３図（ａ）〜
（ｈ）は本発明に係る溶存ガス分離・採取装置の各工程
における動作状態説明図、第４図（ａ）〜（ｃ）は従来
の原子力発電プラントにおける原子炉冷却水の典型的な
ガス分離・採取作業の各工程を示す動作状態説明図、第
５図は気泡径と吸収係数との関係の一例を示す特性線図
である。 30……母液系、32……減圧装置 34……サンプル採取系、36……洗浄液供給系 38……外部切換弁装置、40……コネクタ 42……ガス分離・採取装置 44……ガス分離シリンダ、46……入口管 48……出口管、50,52……開閉弁 54……ピストン、56……ピストンロッド 58……エアシリンダ、60a……画室（下方） 60b……画室（上方）、62……開口 64……開口、65……フィルタ 66……給気管、68……バイアル 70……採取管、72……開口 74……分岐管、76……開口 78……排気管、80,82……開閉弁 84,86……逆止弁、88,90……開閉弁 92……制御盤 94……シーケンスコントローラ

フロントページの続き (72)発明者 高橋 勘丈 福岡県福岡市中央区渡辺通２―１―82 九州電力株式会社内 (72)発明者 荒井 佐悦 東京都渋谷区恵比寿３丁目43番２号 日 機装株式会社内 (72)発明者 小関 高志 東京都渋谷区恵比寿３丁目43番２号 日 機装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−166841（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−26031（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部操作可能なピストン（54）を備えたガ
   ス分離シリンダ（44）を設け、このガス分離シリンダの
   ピストンで画成された一方の画室（60a）に対しサンプ
   ル採取系（34）とコネクタ（40）を介して接続する入口
   管（46）および出口管（48）をそれぞれ開閉弁（50,5
   2）を介して接続すると共に、外部より空気を供給する
   フィルタ（65）を備えた給気管（66）を接続し、前記ガ
   ス分離シリンダの中位部に分離されたガスを所要の容器
   （68）に採取するための採取管（70）を開閉弁（80）を
   介して連通接続し、さらに前記ピストンで画成されたガ
   ス分離シリンダの他方の画室（60b）に対し前記採取管
   （70）に分岐接続される分岐管（74）を開閉弁（82）を
   介して連通接続すると共に、外部への排気を行うための
   排気管（78）を接続してなり、 前記ガス分離シリンダのピストン（54）は、前記他方の
   画室（60b）を拡大する方向に操作して当該画室（60b）
   および採取管（70）に接続される容器（68）の内部を減
   圧し、次いで前記一方の画室（60a）内にサンプル水を
   導入し、さらに前記画室（60a）を拡大する方向にピス
   トンを操作することにより当該画室（60a）内のサンプ
   ル水に対するフラッシュおよびバブリングを行ってサン
   プル水の溶存ガス分離を行うように構成し、その後前記
   画室（60a）を縮小する方向に操作して当該画室（60a）
   の内部を加圧し、前記画室（60a）内の分離ガスを採取
   管（70）に接続される容器（68）の内部へ自動的に導入
   するように構成することを特徴とする溶存ガス分離・採
   取装置。