JP3195347B2 - 気密に密閉された容器内の雰囲気からのサンプル抽出方法と装置 - Google Patents

気密に密閉された容器内の雰囲気からのサンプル抽出方法と装置

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JP3195347B2 JP50402693A JP50402693A JP3195347B2 JP 3195347 B2 JP3195347 B2 JP 3195347B2 JP 50402693 A JP50402693 A JP 50402693A JP 50402693 A JP50402693 A JP 50402693A JP 3195347 B2 JP3195347 B2 JP 3195347B2
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、サンプルがサンプラー容器の中に充填さ
れ、搬送流体の中に溶解および／又は凝縮できるサンプ
ル成分が搬送流体およびサンプルのガス状成分と一緒に
容器から運び出されるような気密に密閉された容器内、
特に原子力設備の原子炉格納容器内の雰囲気からサンプ
ルを抽出する方法とこれを実施するための装置に関す
る。この種の方法およびそのために適した装置はドイツ
連邦共和国特許出願公開第3932712号公報で知られてい
る。
周囲に到達してはならない物質を取扱う設備を閉じ込
めるためにしばしば気密容器が使用される。コンテイン
メントとも呼ばれるこの容器は密閉形設備の故障のない
運転中においては通常近寄ることができ、その場合、そ
の中に存在する雰囲気を問題を生じることなしに監視で
きる。しかし事故が生じた場合、この容器は規定に従っ
て気密に閉じられるので、外部から雰囲気の代表的なサ
ンプルを抽出することは困難となる。
サンプル抽出の際、「乾いている」および「湿ってい
る」ような種々の雰囲気状態並びにガス状あるいは蒸気
状物質および空気に着いている固形および液状のエーロ
ゾルの挙動が非常に重要である。特に凝縮蒸気あるいは
大きなエーロゾル（＞１μｍ）が流れ方向においてサン
プル抽出装置の前で堆積するような作用は、組成を誤っ
て評価させ、雰囲気を放射能で汚染してしまうおそれが
ある。
冒頭に述べた形式の装置の場合、管ループに関して互
いに直列接続されているサンプル抽出弁が設けられてお
り、これらの各弁は空気圧あるいは液圧配管を介して制
御される。その場合、容器の壁に管ループに対する二つ
のブッシングと各空気圧あるいは液圧配管に対する補助
的な各一つのブッシングが必要である。容器の強度およ
び気密性がこれによって阻害されないようにするため
に、かなりの費用がかかる。更に機械作動式のサンプル
抽出弁は、500℃以上の温度および10KGy/h以上の極端な
放射線負荷のような事故状態のもとでも作動しなければ
ならないので、特に可動部品に対して苛酷な材料要求を
満足しなければならない。
本発明の課題は、容器の強度および気密性を阻害する
ことなしに、容器の中に存在する雰囲気の代表的なサン
プルを外部から抽出すること、測定結果を狂わせるサン
プル成分の堆積を確実に避けること、および事故時の条
件に対しても設定可能な特に受動的な機械構成要素でサ
ンプルの抽出が実施できるようにすることにある。
本発明によればこの課題は、サンプルがサンプラー容
器に流入した直後にベンチュリノズルに通して導かれ、
サンプルがベンチュリノズル内において洗浄液として用
いられる搬送流体と混合され、その後でサンプルのガス
状成分が洗浄液と一緒にサンプラー容器から圧力低下に
よって運び出されることを特徴とする方法によって解決
される。
本発明の好適な実施態様においては、ベンチュリノズ
ルに到達する前にサンプルで貫流された流入通路は、サ
ンプラー容器内に存在する洗浄液でサンプルの搬出前に
洗浄される。
本発明に基づく方法の別の好適な実施態様では、ベン
チュリノズル内のサンプルの流速が洗浄液内においてサ
ンプルの凝縮が生じない限り僅か（特にノズルの臨界速
度の10％〜30％）であり、この流速はサンプルが洗浄液
内において少なくとも部分的に凝縮すると直ちにノズル
の臨界速度まで高めらられる。
本発明に基づく方法の別の有利な実施態様は各従属請
求項に記載されている。
請求項１乃至12の１つに記載の気密に密閉された容器
内の雰囲気からサンプルを抽出する方法を実施するため
の特に好適な装置は本発明に基づいて、サンプラー容器
の中にその底の上に洗浄液に漬かっているベンチュリノ
ズルを有し、最高でも約半分まで洗浄液が充填されてい
るサンプラー容器を有し、ベンチュリノズルの下側でサ
ンプラー容器に開口している流入通路によって特徴づけ
られる。
この装置の好適な実施態様は、洗浄液の容積が、サン
プルの流入に使用される流入通路のその自由端とサンプ
ラー容器の底との間の容積より幾分大きいことにある。
別の好適な実施態様は、ベンチュリノズルが流れ分配器
として使用される充体およびサンプラー容器の底におけ
る多数のノズルで置き換えられ、その場合、流入通路の
自由端における流入開口が容器の通常運転中において破
裂板によって閉じられることにある。
本発明に基づく装置の別の有利な実施態様は従属請求
項に記載されている。
本発明に基づく方法および本発明に基づく装置は、気
密に密閉された容器内における雰囲気の純粋なサンプル
を抽出することができ、そのために容器の壁を貫通する
管に対して唯一のブッシングしか必要とされないので非
常に有利である。これによって容器の強度および気密性
はほとんど阻害されない。これは洗浄液を直接取り出す
際に第二の管が容器の壁を貫通して導かれるときにも適
用される。
以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。
第１図は原子力設備の原子炉格納容器において本発明
の方法を実施するための概略系統図、 第２図ないし第４図はそれぞれサンプラー容器の異な
った実施例の概略断面図である。
すべての図面において互いに対応した部品には同一符
号が付されている。
詳細に図示していない原子力設備の原子炉格納容器１
は、一部だけ概略的に示している鉄筋コンクリート構造
物２と原子炉の図示していない少なくとも一つの原子炉
圧力容器を収容している。鉄筋コンクリート構造物２は
図示していない方式でサンプラー容器３を支持してい
る。これはその底４のすぐ近くから出ている充填・放出
配管５およびその円蓋６から出ているガス配管７を介し
てインゼクタ８に接続されている。これは更に原子炉格
納容器１の壁をブッシング９において貫通している配管
10を介してサンプル選別・吸出し装置11に接続されてい
る。サンプル選別装置11は同時にサンプラー容器３を制
御するためおよびサンプル排出・希釈装置12を制御する
ために使用される。格納容器内における雰囲気とサンプ
ラー容器の内部室との圧力差は5000hPaまでである。
流入通路26、サンプラー容器３とその全部の組み込み
物、充填・放出配管５、ガス配管７、インゼクタ８およ
びそこから出ている配管10は耐放射能材料例えば特殊鋼
から成っている。
ブッシング９とサンプル選別・吸出し装置11との間に
おいて配管10に、二つの制御可能な弁13、14が互いに直
列接続して組み込まれている。配管10には更に流量を制
限する図示していない絞りも設けられ、有機ヨウ素に対
する収着フィルタが挿入接続されている。
サンプル排出・希釈装置12は導入配管15および戻り配
管16を介してサンプル選別装置11に接続され、サンプル
搬送ポンプ17、分配器18および多数のサンプル搬送容器
20に対する連結弁19を有している。サンプル搬送容器20
内のサンプルは正確に評価するために試験所に運ばれ
る。サンプルが臨界速度の範囲で作動する絞り34並びに
水分離器36を介して負圧容器32の中に吸い出された後
で、サンプルは評価される前にガス状成分と他のサンプ
ル成分を含む洗浄液25とに分離される。
そこで格納容器の雰囲気・放射能および／又はその組
成の検出がガスクロマトグラフおよびγ／β測定によっ
て行われる。放射能は排気ガス部分流および洗浄液回路
において連続的に測定することもできる。放射性ガスお
よび液体は図示していない方式で有利にはサンプラー容
器３を介して格納容器１に戻される。
サンプル選別・吸出し装置11の中には、例えば洗浄液
を分離するための遠心分離機および受留器としての分離
器31並びに急速開放弁30が収納されている。貯蔵・吸出
し容器32内ではポンプ33を介して吸出しのために必要な
500hPa以下の負圧が発生され、吸い出された洗浄液25が
貯蔵されている。絞り34はサンプル抽出運転の際に主に
臨界膨張で運転されるので、サンプル抽出装置の最大約
10000hPaから通常の大気圧までの全運転範囲にわたって
一定した容積流が取り出され、補助的な流量調整機構は
不要である。
絞り34の前で生じる凝縮液は管付属加熱装置35により
再び蒸発され、蒸気として絞り34を通って導かれる。充
填レベルの調整および系統の温度調整は脱イオン水、蒸
気および窒素に対する図示していない接続口を介して行
われる。改良変形例において系統には固有の（図面に示
していない）蒸発器が一体化されている。
サンプラー容器３における洗浄液25は例えばpH値に関
して酸性からアルカリ性まで変化させられるので、選択
的に元素ヨウ素および有機ヨウ素が拘留される。従って
有機ヨウ素の拘留は外部に配置された収着フィルタ36で
もできる。pH値の変化およびそれに続く測定によって更
にCO2、COなどに関するガス組成並びに洗浄液有りおよ
び洗浄液無しでH2濃度も測定できる。サンプラー容器３
はその表面が電気研磨されているかテフロン加工され、
その構造は堆積が十分に避けられるように形成されてい
る。測定の時間間隔は格納容器内における事故経過およ
び別の現象に柔軟に適合できる。洗浄液25はサンプラー
容器３から吸い出した後でサンプルの放射能が109Bq/m3
より小さくなるまで希釈される。
二配管系統として実施する場合、サンプラー容器３の
充填・放出配管５は別々に選別装置11における分離器31
に導かれるので、連続的な測定運転および／又はガス配
管７内における洗浄液25の最小化が達成される。
上述の作用原理は、弁13、14の直ぐ後ろにサンプラー
容器３が配置されている場合も、流入配管における逆洗
を含めて本発明に基づく方法の利点を維持した状態で実
現でき、且つまた排気系統におけるサンプル抽出および
測定系統として利用できる。
複数個のサンプラーを配置する場合、１つのサンプラ
ーを介してのガスの抽出および他のサンプラーを介して
の連続的な逆搬送が行える。
サンプラー系統の電気装置および伝導装置に図示して
いない給電装置例えばバッテリーから給電することによ
って、停電が生じた場合でも運転機能は保証される。
第２図および第３図は下向きに先細くなっている円錐
状の下部21を備えたサンプラー容器３を示しており、第
２図の実施例の場合はベンチュリノズル22を、第３図の
実施例の場合は流れ分配器23として使用される充填体並
びに底４に多数のノズル24を有している。この下部21は
同時に洗浄液として使用される搬送流体25が充填されて
いる。充填・放出配管５は底４において下部21に開口し
ている。円蓋６はガスで充填されている。
ベンチュリノズル22、24、40内のサンプルの流速は、
洗浄液25内においてサンプルの凝縮が生じない限り僅か
（特にノズルの臨界速度の10％〜30％）である。その流
速は、サンプルが洗浄液25内において少なくとも部分的
に凝縮すると直ちにノズルの臨界速度まで高められ、そ
の場合、サンプラー容器３は格納容器１内における圧力
および温度条件で運転される。その場合サンプルおよび
搬送流体のガス成分は互いに化学反応する。
第２図および第３図における実施例の場合、下部21は
流入通路26で包囲され、この流入通路26の下端はベンチ
ュリノズル22ないしノズル24に開口している。流入通路
の上端はほぼサンプラー容器３の下側部分21から円筒状
部分への移行部の高さに位置している。流入通路26の上
端は原子炉格納容器１の通常運転において破裂板27によ
って気密に閉じられている。
第４図における実施例の場合、ガス配管７がサンプラ
ー容器３をその全高さにわたって底４まで貫通してお
り、これは下向きに開いている。この実施例の場合底４
のすぐ上でガス配管７にスリット状開口29が設けられて
いるので、ガス配管７の下端はサンプラー容器３内でそ
れ自体ベンチュリノズル40として作用する。この実施例
の場合、サンプラー容器３の下部への流入通路は無くな
っている。しかしそのためにサンプラー容器３の換気お
よび圧力放出のための破裂板27はサンプラー容器３の上
部に直接設けられている。
いずれの場合もサンプラー容器３には底４の上に洗浄
液25の中に漬かっているベンチュリノズル22、24、40が
設けられている。その場合洗浄液25の容積は最大でサン
プラー容器３の容積のほぼ半分であり、約２〜３であ
り、その場合流入通路26はベンチュリノズル22、24、40
の下側でサンプラー容器３に開口している。
原子炉格納容器１内における雰囲気からサンプルを抽
出する方法は、配管10および充填・放出配管５を介して
搬送流体25をサンプラー容器３に充填することによって
開始される。洗浄液25の温度はサンプル抽出の始めは格
納容器１内における雰囲気の温度よりも幾分低い。充填
過程の終わりに破裂板27が応動し、搬送流体は充填レベ
ル28となっている。続いて配管10内の圧力が低下され
て、原子炉格納容器１からの雰囲気のサンプルがサンプ
ラー容器３の中に流入する。サンプルの流速はベンチュ
リノズル22、24、40および／又は格納容器１の外に設け
られている絞り34における絞り作用によって一定してい
る。その場合サンプルは、ベンチュリノズル22（第２
図）あるいは流れ分配器23（第３図）あるいはガス配管
７と開口29から成るベンチュリノズル40（第４図）にお
いて、洗浄液として作用する搬送流体25と混合される。
サンプルの抽出を開始するためにサンプラー容器３
は、流入通路26の自由端における破裂板27が破れるま
で、例えば窒素を導入することによって過圧をかけるこ
ともできる。
サンプルが搬送流体25と混合した場合、サンプルの一
部は溶解し、一部は搬送流体25内で凝縮し、残りはガス
状のままであり、円蓋６内に集まるか、搬送流体25内に
小さな気泡の形で分布してとどまる。不活性ヨウ素添加
物および洗浄液25のpH値変化によって、元素の形の有機
ヨード、CO、CO2およびサンプルからの他のガスも洗浄
液25内に拘留される。
第２図および第３図におけるサンプラー容器３を利用
する場合、搬送流体25が配管10およびサンプラー容器３
の中における圧力変動によって破裂板27の高さまで一回
あるいは数回にわたって押し上げられることにより、流
入通路26は搬送流体25を排出する前にこの搬送流体25に
よって洗浄される。その場合、特に流入通路26における
洗浄液25の充填レベル高さ28は搬送流体における圧力変
動によって変化され、その場合洗浄液25はサンプルの流
入後に少なくとも一回、サンプル用流入通路26の自由端
における流入開口の高さまで持ち上げられる。
流入通路26を十分に洗浄した後、サンプルの一部を含
む搬送流体25は円蓋６内に存在するガス混合物と一緒に
配管10内の急激な圧力低下によって外部に向かってサン
プル選別装置11まで搬送される。
第４図におけるサンプラー容器３の実施例の場合上述
の洗浄は不要であるので、この実施例の場合サンプルを
サンプル選別装置11に搬入するための急激な圧力低下
は、ガス配管７の下端がベンチュリノズルとして作用す
る直後に生じる。
いずれの場合も配管10を通して、キャリヤガス、ガス
状サンプル成分および場合によってはサンプル成分を含
む搬送流体から成る混合物がサンプル選別装置11に搬送
される。この混合物は必要な限りにおいてサンプル選別
装置11内で精製され、続いてサンプル排出装置12を介し
てサンプル搬送容器20に充填される。
本発明に基づく方法を利用する場合、逆洗される非常
に短い流入通路26によってあるいは流入通路が存在しな
いことによって、実際上すべてのサンプル成分が上述の
混合物に含まれ、従ってサンプルを評価する場合に検出
可能であることが保証される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21C 17/00

Claims (25)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】サンプルがサンプラー容器（３）の中に充
    填され、搬送流体（25）の中に溶解および／又は凝縮可
    能なサンプル成分が搬送流体（25）と一緒に気密に密閉
    された容器（１）から運び出されるような気密に密閉さ
    れた容器（１）内の雰囲気からのサンプル抽出方法にお
    いて、 サンプルがサンプラー容器（３）に流入した直後にベン
    チュリノズル（22;24;40）を通して導かれ、サンプルが
    ベンチュリノズル（22;24;40）内において洗浄液として
    使用される搬送流体（25）と混合され、その後でサンプ
    ルのガス状成分が洗浄液（25）と一緒にサンプラー容器
    （３）から圧力低下によって運び出されることを特徴と
    する気密に密閉された容器内の雰囲気からのサンプル抽
    出方法。
  2. 【請求項２】ベンチュリノズル（22;24;40）に到達する
    前にサンプルで貫流された流入通路（26）が、サンプラ
    ー容器（３）内に存在する洗浄液（25）でサンプルの評
    価前に洗浄されることを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】ベンチュリノズル（22,29付き７）内のサ
    ンプルの流速は、洗浄液（25）内においてサンプルの凝
    縮が生じない限り僅かであり、サンプルが洗浄液（25）
    内において少なくとも部分的に凝縮すると直ちにノズル
    の臨界速度まで高められ、その場合サンプラー容器
    （３）が格納容器（１）内の圧力および温度条件で運転
    されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】サンプルおよび搬送流体のガス成分が互い
    に化学反応することを特徴とする請求項１乃至３の１つ
    に記載の方法。
  5. 【請求項５】流入通路（26）における洗浄液（25）の充
    填レベル高さ（28）が搬送流体における圧力変動によっ
    て変化され、その場合洗浄液（25）がサンプルの流入後
    に少なくとも一回、サンプルの流入通路（26）の自由端
    における流入開口の高さまで持ち上げられることを特徴
    とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
  6. 【請求項６】気密に密閉された容器（１）内の雰囲気と
    サンプラー容器（３）の内部室との圧力差が5000hPaま
    でであることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載
    の方法。
  7. 【請求項７】洗浄液（25）の温度がサンプル抽出の始め
    に気密に密閉された容器（１）内の雰囲気の温度より幾
    分低いことを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の
    方法。
  8. 【請求項８】不活性ヨウ素添加物および洗浄液（25）の
    pH値変化によって、元素の形の有機ヨード、CO、CO2お
    よびサンプルからの他のガスが洗浄液（25）に拘留され
    ることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方
    法。
  9. 【請求項９】洗浄液（25）がサンプラー容器（３）から
    吸い出された後で、サンプルの放射能が109Bq/m3より小
    さくなるまで希釈されることを特徴とする請求項１乃至
    ８の１つに記載の方法。
  10. 【請求項１０】サンプルがその評価前にガス状成分と他
    のサンプル成分を含む洗浄液（25）に分離され、サンプ
    ルが臨界速度の範囲で作動する絞り（34）並びに水分離
    器（36）を介して負圧容器（32）の中に吸い出されるこ
    とを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
  11. 【請求項１１】個々のサンプルが搬送のために多数の搬
    送容器（20）に分配されることを特徴とする請求項１乃
    至10の１つに記載の方法。
  12. 【請求項１２】サンプル抽出を開始するためにサンプラ
    ー容器（３）が窒素の導入によって、流入通路（26）の
    自由端における破裂板（27）が壊れるまで、過圧をかけ
    られることを特徴とする請求項１乃至11の１つに記載の
    方法。
  13. 【請求項１３】請求項１乃至12の１つに記載の気密に密
    閉された容器（１）内の雰囲気からのサンプル抽出方法
    を実施する装置において、 サンプラー容器（３）の底（４）の上に洗浄液（25）に
    漬かっているベンチュリノズル（22、29付き７）が設け
    られ、洗浄液（25）の容積が最大でサンプラー容器
    （３）の容積のほぼ半分と同じであり、流入通路（26）
    がベンチュリノズル（22、29付き７）の下側でサンプラ
    ー容器（３）に開口していることを特徴とする気密に密
    閉された容器内の雰囲気からのサンプル抽出装置。
  14. 【請求項１４】洗浄液（25）の容積が、サンプルの流入
    に使用される流入通路（26）のその自由端とサンプラー
    容器（３）の底との間の容積より幾分大きいことを特徴
    とする請求項13記載の装置。
  15. 【請求項１５】ベンチュリノズル（22）が流れ分配器
    （23）として使用される充填体およびサンプラー容器
    （３）の底（４）における多数のノズル（24）として形
    成されていることを特徴とする請求項14又は15記載の装
    置。
  16. 【請求項１６】流入通路（26）の自由端における流入開
    口が気密に密閉された容器（１）の通常運転中において
    破裂板（27）によって閉じられていることを特徴とする
    請求項13乃至15の１つに記載の装置。
  17. 【請求項１７】サンプラー容器（３）がその底（４）に
    洗浄液（25）に対する充填・放出配管（５）を有し、そ
    の円蓋（６）にガス配管（７）に対する接続口を有して
    いることを特徴とする請求項13乃至16の１つに記載の装
    置。
  18. 【請求項１８】充填・放出配管（５）がサンプラー容器
    （３）のそばを上向きに導かれ、円蓋（６）の上側の側
    面でインゼクタ（８）によってガス配管（７）に接続さ
    れていることを特徴とする請求項13乃至17の１つに記載
    の装置。
  19. 【請求項１９】サンプラー容器（３）が気密に密閉され
    た容器（１）の内部に配置されていることを特徴とする
    請求項13乃至18の１つに記載の装置。
  20. 【請求項２０】インゼクタ（８）から出て気密に密閉さ
    れた容器（１）の外壁を貫通して外側に導かれている配
    管（10）がこれを通る流量を制限する絞りを備えている
    ことを特徴とする請求項13乃至19の１つに記載の装置。
  21. 【請求項２１】配管（10）の中に有機ヨウ素用の吸着フ
    ィルタが挿入接続されていることを特徴とする請求項13
    乃至20の１つに記載の装置。
  22. 【請求項２２】特に流入通路（26）内におけるサンプル
    と接触するすべての表面が研磨されているかテフロン被
    覆されていることを特徴とする請求項13乃至21の１つに
    記載の装置。
  23. 【請求項２３】流入通路（26）、サンプラー容器（３）
    とその全部の組み込み物、充填・放出配管（５）、ガス
    配管（７）、インゼクタ（８）並びにここから出ている
    配管（10）が耐放射能材料から成っていることを特徴と
    する請求項13乃至22の１つに記載の装置。
  24. 【請求項２４】サンプラー容器（３）の洗浄液（25）で
    充填される容積が約２リットル〜３リットルであること
    を特徴とする請求項13乃至23の１つに記載の装置。
  25. 【請求項２５】サンプルの流速がベンチュリノズル（2
    2、29付き７）および／又は気密に密閉された容器
    （１）の外側に設けられている絞り（34）における絞り
    作用によって一定していることを特徴とする請求項13乃
    至24の１つに記載の装置。
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