JP6071870B2 - Hydrogen oxygen concentration measuring device, hydrogen oxygen concentration measuring system, and hydrogen oxygen concentration measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、水素酸素濃度計測装置、水素酸素濃度計測システム、および水素酸素濃度計測方法に関する。 The present invention relates to a hydrogen oxygen concentration measuring device, a hydrogen oxygen concentration measuring system, and a hydrogen oxygen concentration measuring method.
酸素濃度計測システムは、雰囲気中の酸素濃度を計測するシステムであり、例えば、事故を未然に防止する等の観点から原子炉格納容器内の酸素濃度を計測する際に用いられている。一般に原子炉格納容器内の酸素濃度計測システムでは、まず、サンプリング装置により原子炉格納容器内の雰囲気（ガス）を原子炉格納容器外へ引き出しサンプリングする。そして、原子炉格納容器外へ引き出されたサンプリングガスの除湿を行ったうえで、酸素ガス分析計を用いて酸素濃度を計測している（特許文献１参照）。 The oxygen concentration measurement system is a system that measures the oxygen concentration in the atmosphere, and is used, for example, when measuring the oxygen concentration in the reactor containment vessel from the viewpoint of preventing accidents. In general, in a system for measuring oxygen concentration in a reactor containment vessel, first, an atmosphere (gas) in the reactor containment vessel is drawn out of the reactor containment vessel and sampled by a sampling device. Then, after dehumidifying the sampling gas drawn out of the reactor containment vessel, the oxygen concentration is measured using an oxygen gas analyzer (see Patent Document 1).
上述した酸素濃度計測システムは、原子炉格納容器内のガスを原子炉格納容器外へ引き出してサンプリングするサンプリング装置と、サンプリング装置がサンプリングしたサンプリングガスを除湿するための除湿器とを備えているため、サンプリング装置および除湿器に何らかのトラブルが生じるとサンプリングガスの酸素濃度計測が困難になることが課題である。 The oxygen concentration measurement system described above includes a sampling device that draws and samples the gas in the containment vessel outside the containment vessel, and a dehumidifier for dehumidifying the sampling gas sampled by the sampling device. The problem is that if any trouble occurs in the sampling device and the dehumidifier, it becomes difficult to measure the oxygen concentration of the sampling gas.
より具体的には、サンプリング配管の破損やサンプリング用ポンプの交流電源喪失が起こった場合、サンプリング装置によるサンプリングガスのサンプリングが困難となり、サンプリングガスの酸素濃度計測が困難な状態に陥ってしまう。また、酸素濃度計測システムに備えられる除湿器は、ガスを除湿する際に冷却水を必要とするため、冷却水源を喪失した場合にも、サンプリングガスの除湿ができず、サンプリングガスの酸素濃度計測が困難な状態に陥ってしまう。 More specifically, when the sampling pipe is damaged or the AC power source of the sampling pump is lost, it is difficult to sample the sampling gas by the sampling device, and it becomes difficult to measure the oxygen concentration of the sampling gas. In addition, since the dehumidifier equipped in the oxygen concentration measurement system requires cooling water when dehumidifying the gas, the sampling gas cannot be dehumidified even if the cooling water source is lost, and the oxygen concentration measurement of the sampling gas is performed. Falls into a difficult state.
一方、サンプリングガスのサンプリングが不要な酸素濃度計としてジルコニア式酸素計が知られているが、ジルコニア式酸素計を用いたとしても特許文献１に記載される酸素濃度計測システムのように、サンプリングガス中に水素などの可燃性ガスが含まれている環境下で適用する場合、酸素濃度測定の測定誤差を生じる可能性が高く精度の良い測定が困難になるという課題がある。 On the other hand, a zirconia oxygen meter is known as an oxygen concentration meter that does not require sampling of the sampling gas. However, even if a zirconia oxygen meter is used, a sampling gas is used as in the oxygen concentration measurement system described in Patent Document 1. When applied in an environment containing a flammable gas such as hydrogen, there is a problem that a measurement error in oxygen concentration measurement is likely to occur and accurate measurement becomes difficult.
また、サンプリングガス中に水素などの可燃性ガスが含まれている環境下では酸素のみならず水素などの可燃性ガスの濃度についても計測したい場合もある。酸素および水素などの可燃性ガスの両方の濃度を計測したい場合、従来は、異なる２個の計測ユニット、すなわち、酸素濃度を計測するユニットと水素などの可燃性ガスの濃度を計測する計測ユニットとを用いて濃度の計測を行っている。そのため、より簡単な構成（可能ならば同じユニット）で酸素および水素などの可燃性ガスの両方の濃度を計測可能な装置が望まれている。 Further, in an environment where a flammable gas such as hydrogen is contained in the sampling gas, there are cases where it is desired to measure not only oxygen but also the concentration of flammable gas such as hydrogen. If you want to measure the concentration of both flammable gases such as oxygen and hydrogen, conventionally there are two different measurement units: a unit that measures oxygen concentration and a measurement unit that measures the concentration of flammable gas such as hydrogen. Is used to measure the concentration. Therefore, an apparatus that can measure the concentrations of both combustible gases such as oxygen and hydrogen with a simpler configuration (the same unit if possible) is desired.
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、酸素濃度が計測される被計測ガスのサンプリングなどを不要にし、被計測ガス中に水素などの可燃性ガスが含まれる場合にも高精度で酸素濃度の計測が可能な水素酸素濃度計測装置、水素酸素濃度計測システム、および水素酸素濃度計測方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and eliminates the need for sampling of a measurement target gas in which the oxygen concentration is measured, and the measurement target gas includes a combustible gas such as hydrogen. Another object of the present invention is to obtain a hydrogen oxygen concentration measuring device, a hydrogen oxygen concentration measuring system, and a hydrogen oxygen concentration measuring method capable of measuring oxygen concentration with high accuracy.
本発明の実施形態に係る水素酸素濃度計測装置は、上述した課題を解決するため、第１の電極が配設され、比較ガスが導入される比較ガス導入部と、第２の電極と第３の電極とが配設され、水素濃度および酸素濃度が計測される被計測ガスが導入される被計測ガス導入部と、前記第１の電極および前記第２の電極との間に接触した状態で介在する酸素イオン伝導部とを備え、前記第２の電極および前記第３の電極を用いて第１の電気的物理量を検出することによって、前記被計測ガスに含まれる水素を検出し、前記第１の電極および前記第２の電極を用いて第２の電気的物理量を検出することによって、前記被計測ガスに含まれる酸素を検出する水素酸素検出手段と、予め与えられる前記第１の電気的物理量と水素濃度との関係を示すデータである水素濃度計測用データを参照し、前記水素酸素検出手段から得られる前記第１の電気的物理量の値と対応する前記水素濃度の値を前記被計測ガスの水素濃度の計測値として得る水素濃度計測手段と、予め与えられる前記被計測ガスの異なる複数の水素濃度毎の前記第２の電気的物理量と前記被計測ガスの酸素濃度との関係を示すデータを有する酸素濃度計測用データを参照し、前記水素濃度計測手段が得る前記被計測ガスの水素濃度の前記酸素濃度計測用データにおける前記水素酸素検出手段から取得する前記第２の電気的物理量の値と対応する前記被計測ガスの酸素濃度の値を前記被計測ガスの酸素濃度の計測値として得る酸素濃度計測手段と、を具備することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the hydrogen oxygen concentration measuring apparatus according to the embodiment of the present invention is provided with the first electrode, the comparison gas introduction unit into which the comparison gas is introduced, the second electrode, and the third electrode. The electrode to be measured is in contact with the measurement gas introduction part into which the measurement gas for measuring the hydrogen concentration and the oxygen concentration is introduced, and the first electrode and the second electrode. An oxygen ion conducting part interposed, and detecting hydrogen contained in the measurement gas by detecting a first electrical physical quantity using the second electrode and the third electrode; Hydrogen oxygen detection means for detecting oxygen contained in the gas to be measured by detecting a second electrical physical quantity using the first electrode and the second electrode, and the first electrical electrode provided in advance Data showing the relationship between physical quantity and hydrogen concentration Hydrogen concentration with reference to certain hydrogen concentration measurement data, and obtaining the hydrogen concentration value corresponding to the first electrical physical quantity value obtained from the hydrogen oxygen detecting means as a measured value of the hydrogen concentration of the gas to be measured Reference is made to data for measuring oxygen concentration, which includes data indicating the relationship between the measurement means and the second electrical physical quantity for each of a plurality of different hydrogen concentrations of the gas to be measured and the oxygen concentration of the gas to be measured. The oxygen concentration of the measurement gas corresponding to the value of the second electrical physical quantity acquired from the hydrogen oxygen detection means in the oxygen concentration measurement data of the hydrogen concentration of the measurement gas obtained by the hydrogen concentration measurement means And an oxygen concentration measuring means for obtaining the above value as a measured value of the oxygen concentration of the measurement target gas.
本発明の実施形態に係る水素酸素濃度計測システムは、上述した課題を解決するため、前記水素酸素濃度計測装置を備えるシステムであって、前記被計測ガスが封入される容器内の圧力を計測する圧力計から出力される圧力情報が示す前記容器内の圧力に基づいて、前記水素濃度計測手段が計測した前記被計測ガス中の水素濃度および前記酸素濃度計測手段が計測した前記被計測ガス中の酸素濃度の少なくとも一方を、前記容器内の全圧に対する濃度に換算する換算手段を具備することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a hydrogen oxygen concentration measurement system according to an embodiment of the present invention is a system including the hydrogen oxygen concentration measurement device, and measures a pressure in a container in which the gas to be measured is sealed. Based on the pressure in the container indicated by the pressure information output from the pressure gauge, the hydrogen concentration in the measurement gas measured by the hydrogen concentration measurement unit and the measurement target gas measured by the oxygen concentration measurement unit Conversion means for converting at least one of the oxygen concentrations into a concentration with respect to the total pressure in the container is provided.
本発明の実施形態に係る水素酸素濃度計測方法は、上述した課題を解決するため、第１の電極が配設され、比較ガスが導入される比較ガス導入部と、第２の電極と第３の電極とが配設され、水素濃度および酸素濃度が計測される被計測ガスが導入される被計測ガス導入部と、前記第１の電極および前記第２の電極との間に接触した状態で介在する酸素イオン伝導部とを備え、前記第２の電極および前記第３の電極を用いて第１の電気的物理量を検出することによって、前記被計測ガスに含まれる水素を検出し、前記第１の電極および前記第２の電極を用いて第２の電気的物理量を検出することによって、前記被計測ガスに含まれる酸素を検出する水素酸素検出手段と、予め与えられる前記第１の電気的物理量と水素濃度との関係を示すデータである水素濃度計測用データを参照し、前記水素酸素検出手段から得られる前記第１の電気的物理量の値と対応する前記水素濃度の値を前記被計測ガスの水素濃度の計測値として得る水素濃度計測手段と、予め与えられる前記被計測ガスの異なる複数の水素濃度毎の前記第２の電気的物理量と前記被計測ガスの酸素濃度との関係を示すデータを有する酸素濃度計測用データを参照し、前記水素濃度計測手段が得る前記被計測ガスの水素濃度の前記酸素濃度計測用データにおける前記水素酸素検出手段から取得する前記第２の電気的物理量の値と対応する前記被計測ガスの酸素濃度の値を前記被計測ガスの酸素濃度の計測値として得る酸素濃度計測手段とを具備する装置を用いて行う水素酸素濃度計測方法であり、前記水素酸素検出手段が、前記比較ガスが前記比較ガス導入部に導入されるとともに前記被計測ガスが前記被計測ガス導入部に導入される場合に前記第１の電気的物理量と前記第２の電気的物理量とを検出するステップと、前記水素濃度計測手段が、前記水素濃度計測用データを参照し、前記水素酸素検出手段から得られる前記第１の電気的物理量の値と対応する前記水素濃度の値を前記被計測ガスの水素濃度の計測値として得るステップと、前記酸素濃度計測手段が、前記酸素濃度計測用データを参照し、前記水素濃度計測手段が得る前記被計測ガスの水素濃度の前記酸素濃度計測用データにおける前記水素酸素検出手段から取得する前記第２の電気的物理量の値と対応する前記被計測ガスの酸素濃度の値を前記被計測ガスの酸素濃度の計測値として得るステップと、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the hydrogen oxygen concentration measurement method according to the embodiment of the present invention is provided with a first electrode, a reference gas introduction unit into which a reference gas is introduced, a second electrode, and a third electrode. The electrode to be measured is in contact with the measurement gas introduction part into which the measurement gas for measuring the hydrogen concentration and the oxygen concentration is introduced, and the first electrode and the second electrode. An oxygen ion conducting part interposed, and detecting hydrogen contained in the measurement gas by detecting a first electrical physical quantity using the second electrode and the third electrode; Hydrogen oxygen detection means for detecting oxygen contained in the gas to be measured by detecting a second electrical physical quantity using the first electrode and the second electrode, and the first electrical electrode provided in advance Data showing the relationship between physical quantity and hydrogen concentration Hydrogen concentration with reference to certain hydrogen concentration measurement data, and obtaining the hydrogen concentration value corresponding to the first electrical physical quantity value obtained from the hydrogen oxygen detecting means as a measured value of the hydrogen concentration of the gas to be measured Reference is made to data for measuring oxygen concentration, which includes data indicating the relationship between the measurement means and the second electrical physical quantity for each of a plurality of different hydrogen concentrations of the gas to be measured and the oxygen concentration of the gas to be measured. The oxygen concentration of the measurement gas corresponding to the value of the second electrical physical quantity acquired from the hydrogen oxygen detection means in the oxygen concentration measurement data of the hydrogen concentration of the measurement gas obtained by the hydrogen concentration measurement means Is a hydrogen oxygen concentration measuring method performed using an apparatus comprising an oxygen concentration measuring means for obtaining an oxygen concentration measurement value of the gas to be measured. A step of detecting the first electrical physical quantity and the second electrical physical quantity when the reference gas is introduced into the comparison gas introduction section and the measurement gas is introduced into the measurement gas introduction section; The hydrogen concentration measuring means refers to the hydrogen concentration measurement data, and determines the value of the hydrogen concentration corresponding to the value of the first electrical physical quantity obtained from the hydrogen oxygen detecting means of the gas to be measured. The step of obtaining a measurement value of hydrogen concentration, the oxygen concentration measurement means refers to the oxygen concentration measurement data, and the hydrogen concentration of the measurement gas obtained by the hydrogen concentration measurement means in the oxygen concentration measurement data Obtaining a value of the oxygen concentration of the measurement gas corresponding to the value of the second electrical physical quantity acquired from the hydrogen oxygen detection means as a measurement value of the oxygen concentration of the measurement gas; It is characterized by providing.
本発明によれば、酸素濃度が計測される被計測ガスのサンプリングなどを不要にし、被計測ガス中に水素などの可燃性ガスが含まれる場合にも高精度で酸素濃度を計測することができる。 According to the present invention, it is not necessary to sample the gas to be measured for measuring the oxygen concentration, and the oxygen concentration can be measured with high accuracy even when the gas to be measured contains a combustible gas such as hydrogen. .
以下、本発明の実施形態に係る水素酸素濃度計測装置、水素酸素濃度計測システム、および水素酸素濃度計測方法について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a hydrogen oxygen concentration measuring device, a hydrogen oxygen concentration measuring system, and a hydrogen oxygen concentration measuring method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施形態に係る水素酸素濃度計測装置の一例である水素酸素濃度計測装置１０の機能ブロック図である。
FIG. 1 is a functional block diagram of a hydrogen oxygen
水素酸素濃度計測装置１０は、雰囲気中のガス（被計測ガス）１に含まれる水素濃度および酸素濃度をまとめて計測する装置であり、例えば、被計測ガス１に含まれる水素および酸素を検出する水素酸素検出手段としての水素酸素検出ユニット１１と、水素酸素検出ユニット１１が検出した被計測ガス１に含まれる水素に起因して生じる電流等の電気的物理量と水素濃度計測用データ１２とに基づいて被計測ガス１の水素濃度を計測する水素濃度計測手段１３と、水素酸素検出ユニット１１が検出した被計測ガス１に含まれる酸素に起因して生じる電圧等の電気的物理量と酸素濃度計測用データ１４とに基づいて被計測ガス１の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段１５と、を具備する。
The hydrogen oxygen
水素酸素検出ユニット１１は、水素酸素検出手段の水素検出機能と酸素検出機能とを提供する水素酸素検出部１１ａと、水素酸素検出部１１ａが被計測ガス１に含まれる水素を検出した結果を示す水素検出信号の信号レベルを計測する水素検出信号計測部１１ｂと、水素酸素検出部１１ａが被計測ガス１に含まれる酸素の検出結果となる酸素検出信号の信号レベルを計測する酸素検出信号計測部１１ｃとを備える。水素検出信号計測部１１ｂの出力は、被計測ガス１に含まれる水素の濃度を計測する基礎情報として水素濃度計測手段１３に入力される。酸素検出信号計測部１１ｃの出力は、被計測ガス１に含まれる酸素の濃度を計測する基礎情報として酸素濃度計測手段１５に入力される。
The hydrogen
水素濃度計測手段１３は、例えば、プロセッサ等の演算処理手段によって構成される。水素濃度計測手段１３は、水素酸素検出部１１ａが検出する被計測ガス１に含まれる水素ガスの濃度（水素濃度）に対する水素酸素検出部１１ａに発生する電流（水素検出信号）を記録したデータである水素濃度計測用データ１２を参照する一方、水素検出信号計測部１１ｂからは電気的物理量の一例である水素検出信号計測部１１ｂの出力値（水素検出信号の信号レベルを示す電流値）を得る。
The hydrogen concentration measuring means 13 is constituted by arithmetic processing means such as a processor, for example. The hydrogen concentration measuring means 13 is data in which a current (hydrogen detection signal) generated in the
水素濃度計測手段１３は、水素濃度計測用データ１２を参照し、得られる水素検出信号計測部１１ｂの出力値に対応する水素濃度を特定する。特定された水素濃度の情報は、被計測ガス１に含まれる水素濃度の計測結果の情報として、酸素濃度計測手段１５と水素濃度計測結果を出力する出力装置１７へ与えられる。
The hydrogen concentration measuring means 13 refers to the hydrogen
酸素濃度計測手段１５は、例えば、プロセッサ等の演算処理手段によって構成される。酸素濃度計測手段１５は、水素酸素検出部１１ａで検出される被計測ガス１に含まれる酸素ガスの濃度（酸素濃度）に対する水素酸素検出部１１ａに生じる起電力（酸素検出信号）を、被計測ガス１に含まれる水素濃度に応じて記録したデータである酸素濃度計測用データ１４を参照する一方、水素濃度計測手段１３からは被計測ガス１に含まれる水素濃度の情報を取得し、酸素検出信号計測部１１ｃからは電気的物理量の一例である酸素検出信号計測部１１ｃの出力値（酸素検出信号の信号レベルを示す電圧値）を得る。
The oxygen concentration measuring means 15 is constituted by arithmetic processing means such as a processor, for example. The oxygen concentration measuring means 15 measures the electromotive force (oxygen detection signal) generated in the
酸素濃度計測手段１５は、酸素濃度計測用データ１４を参照し、取得した被計測ガス１に含まれる水素濃度の場合において最も適当な１個の被計測ガス１に含まれる酸素濃度と水素酸素検出部１１ａに生じる起電力（酸素検出信号）との関係を示すデータを取得する。その後、酸素濃度計測手段１５は、取得した最も適当な１個のデータにおいて酸素検出信号計測部１１ｃの出力値に対応する酸素濃度を特定する。特定された酸素濃度の情報は、酸素濃度計測結果を出力する出力装置１７へ与えられる。
The oxygen concentration measurement means 15 refers to the oxygen
続いて、水素酸素濃度計測に使用される水素濃度計測用データ１２および酸素濃度計測用データ１４について説明する。
Subsequently, the hydrogen
図２は水素酸素濃度計測装置１０の水素濃度計測用データ１２の一例を示す説明図であり、図３は水素酸素濃度計測装置１０の酸素濃度計測用データ１４の一例を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the hydrogen
水素濃度計測用データ１２（図２）は、被計測ガスの水素濃度Ｘ［％］（図２横軸）に対する水素検出信号としての電流Ｉ（図２縦軸）との関係を示すデータであり、電流Ｉ（図２縦軸）は水素濃度Ｘ［％］（図２横軸）と比例関係にある。図２に示されるグラフにおいて、電流Ｉは原点を通る直線、すなわち、Ｉ＝ａＸ（ａは比例定数、ａ≒０）の式で規定される一次関数として表すことができる。水素酸素濃度計測装置１０では、Ｉ＝ａＸの関係を利用して、水素検出信号計測部１１ｂの出力値、すなわち、水素酸素検出部１１ａに発生する電流（水素検出信号）の信号レベルから被計測ガスに含まれる水素濃度が計測される。
The hydrogen concentration measurement data 12 (FIG. 2) is data showing the relationship between the current I (vertical axis in FIG. 2) as a hydrogen detection signal with respect to the hydrogen concentration X [%] (horizontal axis in FIG. 2) of the gas to be measured. The current I (vertical axis in FIG. 2) is proportional to the hydrogen concentration X [%] (horizontal axis in FIG. 2). In the graph shown in FIG. 2, the current I can be expressed as a straight line passing through the origin, that is, as a linear function defined by an expression of I = aX (a is a proportionality constant, a≈0). The hydrogen oxygen
酸素濃度計測用データ１４（図３）は、被計測ガスの酸素濃度Ｙ［％］（図３横軸）に対する酸素検出信号としての起電力Ｖ（図３縦軸）との関係を示すデータであり、起電力Ｖ（図３縦軸）は、酸素濃度Ｙ［％］（図３横軸）の一次関数である。図３に示されるグラフにおいて、起電力Ｖは、（Ｙ，Ｖ）＝（０，Ｖ０）を通る直線で表される。また、水素酸素検出部１１ａで検出される酸素検出信号は、被計測ガスに含まれる水素濃度によって変化し、被計測ガスに含まれる水素濃度が０％から高くなるほど、酸素濃度が同じだけ増加または減少しても起電力の変化はより大きくなる。
The oxygen concentration measurement data 14 (FIG. 3) is data indicating the relationship between the oxygen concentration Y [%] (the horizontal axis in FIG. 3) of the gas to be measured and the electromotive force V (the vertical axis in FIG. 3) as an oxygen detection signal. The electromotive force V (vertical axis in FIG. 3) is a linear function of the oxygen concentration Y [%] (horizontal axis in FIG. 3). In the graph shown in FIG. 3, the electromotive force V is represented by a straight line passing through (Y, V) = (0, V 0 ). The oxygen detection signal detected by the
より具体的に説明すると、図３に示されるグラフでは、被計測ガスの酸素濃度に対する起電力（酸素検出信号）を示す直線Ｌ０（水素濃度０％の場合）、Ｌ１（水素濃度Ｘ１％の場合）、Ｌ２（水素濃度Ｘ２％の場合）、Ｌ３（水素濃度Ｘ３％の場合）は、右下がりの直線であり、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３がＸ１＜Ｘ２＜Ｘ３を満たす正数の場合、直線Ｌ０の傾きが最も緩く、直線Ｌ３の傾きが最も急になっている。 More specifically, in the graph shown in FIG. 3, straight lines L0 (when the hydrogen concentration is 0%) and L1 (hydrogen concentration X 1 %) indicating the electromotive force (oxygen detection signal) with respect to the oxygen concentration of the gas to be measured. ), L2 (in the case of hydrogen concentration X 2 %), and L3 (in the case of hydrogen concentration X 3 %) are straight downwards, and X 1 , X 2 and X 3 are X 1 <X 2 <X 3 In the case of positive numbers satisfying the above, the slope of the straight line L0 is the slowest and the slope of the straight line L3 is the steepest.
このように、被計測ガスの酸素濃度に対する起電力（酸素検出信号）は、被計測ガスの水素濃度に応じて変化する特性があるため、被計測ガス中に水素が混在し得る環境下で適用する場合には、水素が混在しない、または水素濃度が変化しないことを前提とし、水素濃度の変化を考慮しない計測を行うと誤差を生じてしまう。そこで、水素酸素濃度計測装置１０では、被計測ガスの酸素濃度に対する起電力（酸素検出信号）を、例えば、０％等のある特定の水素濃度に対する１個のデータだけでなく、想定される範囲内の異なる被計測ガスの水素濃度に対して、それぞれデータを用意しておき、被計測ガス中に水素濃度を考慮した最も適当な１個の被計測ガスの酸素濃度に対する起電力のデータが選択されるようにする。当該データの選択は、いわば、被計測ガス中に水素濃度を考慮した誤差の補正処理である。
As described above, the electromotive force (oxygen detection signal) with respect to the oxygen concentration of the gas to be measured has a characteristic that changes according to the hydrogen concentration of the gas to be measured, and therefore is applied in an environment where hydrogen can be mixed in the gas to be measured. In this case, assuming that no hydrogen is mixed or the hydrogen concentration does not change, an error occurs if measurement is performed without considering the change in the hydrogen concentration. Therefore, in the hydrogen oxygen
水素酸素濃度計測装置１０では、酸素濃度計測手段１５が、被計測ガスの水素濃度が幾つかの異なる水素濃度（例えば、０％，Ｘ１％，Ｘ２％，Ｘ３％）の場合におけるデータを有する酸素濃度計測用データ１４を参照し、水素濃度計測手段１３によって特定される水素濃度の場合において最も適当な１個の被計測ガス１に含まれる酸素濃度と酸素検出信号との関係を示すデータを取得する。ここで、最も適当な１個の被計測ガス１に含まれる酸素濃度と酸素検出信号との関係を示すデータとは、水素濃度計測手段１３によって特定される水素濃度の場合における酸素濃度と酸素検出信号との関係を示すデータである。
In the hydrogen oxygen
但し、酸素濃度計測用データ１４には、水素濃度計測手段１３によって特定される水素濃度と合致する水素濃度の場合の被計測ガス１に含まれる酸素濃度と酸素検出信号との関係を示すデータが含まれていない場合も起こり得る。この場合には、酸素濃度計測用データ１４が有している他の水素濃度におけるデータを用いてデータを補間する等することによって、水素濃度計測手段１３によって特定される水素濃度の場合の被計測ガス１に含まれる酸素濃度に対する酸素検出信号の関係を示すデータを取得することができる。
However, the oxygen
例えば、図３に示される酸素濃度計測用データ１４の例では、０％，Ｘ１％，Ｘ２％，Ｘ３％の場合の酸素濃度と酸素検出信号との関係を示すデータが記録されているが、水素濃度計測手段１３によって特定される水素濃度ＸがＸ１とＸ２との中間値、すなわち、Ｘ＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２の場合、酸素濃度計測手段１５は、直線Ｌ１で表されるデータと直線Ｌ２で表されるデータとを用いて、傾きが直線Ｌ１の傾きと直線Ｌ２の傾きとの平均値、切片がＶ０となる一次関数の式を取得する。そして、酸素濃度計測手段１５は、取得した式と酸素検出信号の信号レベルとを用いて、酸素検出信号の信号レベルに対応する酸素濃度、すなわち、被計測ガス１に含まれる酸素濃度を特定する。
For example, in the example of the oxygen
図４は、水素酸素濃度計測装置１０（図１）における水素酸素検出手段としての水素酸素検出ユニット１１の構成を示す概略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a hydrogen
水素酸素検出ユニット１１は、比較ガス導入部２１と、被計測ガス導入部２２と、比較ガス導入部２１と被計測ガス導入部２２との間に設けられる酸素イオン伝導部２３とを備え、例えば白金で構成される電極２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）が比較ガス導入部２１と被計測ガス導入部２２とに配設される。また、被計測ガス導入部２２の前段には吸気される被計測ガスを必要時に加熱するヒータ２４が設けられる。
The hydrogen
また、水素酸素検出ユニット１１は、酸素イオン伝導部２３における酸素イオンの伝導作用によって、酸素イオン伝導部２３に取り付けられる電極２５ａ，２５ｂの間に生じる起電力を計測する電圧計２６を接続した電圧計測回路２７と、電極２５ｂの抵抗値の変化に伴い生じる電流を計測する電流計２８を接続した電流計測回路２９とを備える。電圧計２６が得た電圧値の情報は、酸素検出信号の信号レベルを示す数値情報として酸素濃度計測手段１５へ与えられ、電流計２８が得た電流値の情報は、水素検出信号の信号レベルを示す数値情報として水素濃度計測手段１３へ与えられる。
In addition, the hydrogen
比較ガス導入部２１は、比較ガスが導入される領域であり、外部との吸気および排気を行う吸気部２１ａと排気部２１ｂとが設けられている。また、比較ガス導入部２１には、比較ガスが導入された場合に比較ガスに曝される電極２５ａが配設される。
The comparative
ここで、比較ガスとは、濃度計測のために必要となる、被計測ガスとは異なるガスである。比較ガスは、任意のガスから選択することができるが、計測中に気温および湿度が変化しない性質のガスである方が好ましい。比較ガスとしては、例えば、空気やアルゴンなどの希ガスを用いることができる。 Here, the reference gas is a gas different from the measurement target gas required for concentration measurement. The reference gas can be selected from any gas, but is preferably a gas that does not change in temperature and humidity during measurement. As the reference gas, for example, a rare gas such as air or argon can be used.
被計測ガス導入部２２は、被計測ガスが導入される領域であり、外部との吸気および排気を行う吸気部２２ａと排気部２２ｂとが設けられている。また、被計測ガス導入部２２には、被計測ガスが導入された場合に被計測ガスに曝される２個の電極２５ｂ，２５ｃが配設される。
The gas to be measured
酸素イオン伝導部２３は、例えばジルコニアなどの酸素イオン伝導性の固体電解物質体等で構成される酸素イオン伝導体を備える。酸素イオン伝導体には、比較ガス導入部２１の内部に比較ガスが導入された場合に比較ガスに曝される電極２５ａと、被計測ガス導入部２２の内部に被計測ガスが導入された場合に被計測ガスに曝される電極２５ｂとが取り付けられており、電極２５ａと電極２５ｂと間には、酸素イオンの伝導に起因して起電力（電位差）が生じる。酸素イオン伝導部２３で生じる起電力は、電極２５ａと電極２５ｂと間の電位差として電圧計２６によって計測される。
The oxygen ion
電極２５ａは、比較ガス導入部２１の内部に比較ガスが導入された場合に比較ガスに曝される一方、酸素イオン伝導体に取り付けられている。電極２５ｂは、比較ガス導入部２１と酸素イオン伝導部２３を介在して配設される被計測ガス導入部２２の内部に被計測ガスが導入された場合に被計測ガスに曝される一方、酸素イオン伝導体を介して電極２５ａと対向する位置に取り付けられる。電極２５ｃは、被計測ガスが被計測ガス導入部２２に導入された場合に電極２５ｂとともに被計測ガスに曝される一方、水素ガスによる燃焼を防止し、抵抗値が変化するのを防止する観点から、燃焼防止のためのコーティング処理が実施され、燃焼防止のコーティングが施されている。
The
従って、図４に示される水素酸素検出ユニット１１では、被計測ガスが導入された場合に被計測ガスに曝される電極２５ｂ，２５ｃのうち、表面に燃焼防止のためのコーティングが施される電極２５ｃでは、燃焼が防止されて抵抗値は変化しない一方で、表面に燃焼防止のためのコーティングが施されていない電極２５ｂの表面では、接触燃焼の発生に伴って抵抗値が変化する。
Therefore, in the hydrogen-
電圧計測回路２７は、酸素イオン伝導部２３に生じる起電力、すなわち、電極２５ａと電極２５ｂとの間の電圧（電位差）を計測するための回路であり、電圧計２６によって電極２５ａと電極２５ｂとの間の電位差が計測される。電圧計２６によって計測された計測結果（電圧値の情報）は、電圧計２６から酸素濃度計測手段１５へ出力される。
The
電流計測回路２９は、例えば、抵抗値が既知の抵抗体３１ａ，３１ｂを２個と、抵抗値が既知の電極２５ｂ，２５ｃとをブリッジ状に接続し、初期状態（計測前）で平衡条件を満たすブリッジ部３２と、ブリッジ部３２の接点ｘ−ｙ間に定電圧を印加する定電圧回路３３と、ブリッジ部３２の接点ｗ−ｚ間を流れる電流を計測する電流計２８を接続して構成される。
For example, the
初期状態では、ブリッジ部３２が平衡条件を満たしており、電流計２８の指示値は０となる。一方、被計測ガスが導入されると、被計測ガスに曝される電極２５ｂ，２５ｃのうち、水素ガスによる燃焼を防止するコーティングが施されていない電極２５ｂでは、燃焼により抵抗値が変化する一方で、水素ガスによる燃焼を防止するコーティングが施されている電極２５ｃは抵抗値が変化しない。この結果、ブリッジ部３２の平衡は崩れ（不平衡状態となり）、電流計２８に電流が流れる。被計測ガスが導入された後に、電流計２８によって計測された計測結果（電流値の情報）は、電流計２８から水素濃度計測手段１３へ出力される。
In the initial state, the
このように、水素酸素濃度計測装置１０の水素酸素検出手段としての水素酸素検出ユニット１１は、比較ガス導入部２１に配設される電極２５ａ、並びに被計測ガス導入部２２に配設され、導入される被計測ガスに曝される電極２５ｂ，２５ｃのうちの一方の電極である電極２５ｂが取り付けられる酸素イオン伝導部２３を、比較ガス導入部２１と被計測ガス導入部２２との間に介在させて構成される１個のユニットであり、被計測ガス導入部２２に導入する被計測ガス中の水素および酸素を検出する。
As described above, the hydrogen
被計測ガス中の水素および酸素の濃度を計測する際には、被計測ガスを被計測ガス導入部２２に導入するとともに、比較ガス導入部２１には比較ガスを導入して行う。被計測ガス導入部２２に被計測ガスが導入される一方、比較ガス導入部２１に比較ガスが導入されると、被計測ガス中の水素濃度および酸素濃度に応じた出力が得られる。すなわち、被計測ガス中の水素および酸素が検出される。
When measuring the concentrations of hydrogen and oxygen in the gas to be measured, the gas to be measured is introduced into the gas to be measured
ここで、水素の検出は、電流計測回路２９によって行われる。電流計測回路２９では、被計測ガスを被計測ガス導入部２２に導入した後の電流計２８の指示値（電流値の情報）が読み取られる。電流計２８の指示値（電流値の情報）は、検出結果として電流計２８から水素濃度計測手段１３へ出力される。
Here, the detection of hydrogen is performed by the
一方、酸素の検出は、電圧計測回路２７によって行われる。電圧計測回路２７では、被計測ガスを被計測ガス導入部２２に導入した後の電圧計２６の指示値（電圧値の情報）が読み取られる。電圧計２６の指示値（電圧値の情報）は、電圧計２６から酸素濃度計測手段１５へ出力される。
On the other hand, the detection of oxygen is performed by the
すなわち、水素酸素検出ユニット１１では、比較ガス導入部２１に配設され、かつ、酸素イオン伝導部２３の一端に取り付けられる電極２５ａと、被計測ガス導入部２２に配設され、かつ、酸素イオン伝導部２３の他端に取り付けられる電極２５ｂと、被計測ガス導入部２２に配設され、燃焼防止のためのコーティング処理が施されている電極２５ｃとが、水素酸素検出部１１ａとして機能し、電流計測回路２９が水素検出信号計測部１１ｂとして機能し、電圧計測回路２７が酸素検出信号計測部１１ｃとして機能する。
That is, in the hydrogen
なお、上述した水素酸素検出ユニット１１は、ヒータ２４を備える例であるが、必ずしもヒータ２４を備えている必要なく、省略することもできる。例えば、ヒータ２４を水素酸素検出ユニット１１と別ユニットとして水素酸素濃度計測装置１０を構成することもできる。また、水素酸素濃度計測装置１０とは別装置としてヒータ２４を追設することもできる。
In addition, although the hydrogen
また、被計測ガスの温度を監視する温度監視手段（図５に示される温度監視手段５３に相当）を追設したり、ヒータ２４を制御するヒータ制御手段（図５に示されるヒータ制御手段５４に相当）を追設したり、被計測ガスに含まれる酸素濃度の異常を報知する発報手段（図５に示される発報手段５６に相当）を追設したり、ヒータ２４の故障を検知する故障検知手段（図５に示される故障検知手段５７に相当）を追設したりして、水素酸素検出ユニット１１、および水素酸素検出ユニット１１を備える水素酸素濃度計測装置１０（図１）を構成することもできる。
Further, temperature monitoring means for monitoring the temperature of the gas to be measured (corresponding to the temperature monitoring means 53 shown in FIG. 5) is additionally provided, or heater control means for controlling the heater 24 (heater control means 54 shown in FIG. 5). Or a reporting means (equivalent to the reporting means 56 shown in FIG. 5) for notifying the abnormality of the oxygen concentration contained in the gas to be measured, or detecting a failure of the
このように構成される水素酸素濃度計測装置１０（図１）によれば、被計測ガス１に含まれる複数種類の可燃性ガスである水素および酸素を一度に検出する水素酸素検出手段としての水素酸素検出ユニット１１を備えるため、被計測ガス１に含まれる水素および酸素等の複数種類の可燃性ガスを一度に検出することができる。そのため、水素酸素濃度計測装置１０では、例えば、水素濃度を計測する計測ユニットと酸素濃度を計測する計測ユニットとを別々に備える等の異なる２個の計測ユニットを備えることなく、１個の計測ユニットを備えることによって、水素と酸素との異なる可燃性ガスの濃度を一度に検出し、その濃度を計測することができる。
According to the thus configured hydrogen oxygen concentration measuring device 10 (FIG. 1), hydrogen as hydrogen oxygen detecting means for detecting hydrogen and oxygen, which are a plurality of types of combustible gases contained in the gas 1 to be measured, at a time. Since the
また、水素酸素濃度計測装置１０では、従来の水素および酸素の濃度計測が可能な濃度計測装置と比べて、計測ユニットの数を１個に減らすことができ、また、被計測ガス１のサンプリングなどを要することなく高精度で酸素濃度を計測することができるので、サンプリングに必要な機器および電力を省くことができる。
Further, in the hydrogen oxygen
さらに、水素酸素濃度計測装置１０では、被計測ガス１に含まれる水素濃度が変化する環境下で酸素濃度を計測する場合においても、被計測ガス１に含まれる水素濃度を考慮した被計測ガス１に含まれる酸素濃度と酸素検出信号との関係を示す最適なデータを１個取得することによって、計測される酸素濃度に対して実質的な誤差の補正処理が行われるので、被計測ガス１に含まれる高精度に酸素濃度を計測することができる。
Further, in the hydrogen oxygen
次に、本発明の実施形態に係る水素酸素濃度計測システム、すなわち、本発明の実施形態に係る水素酸素濃度計測装置を適用した水素酸素濃度計測システムについて説明する。 Next, a hydrogen oxygen concentration measuring system according to an embodiment of the present invention, that is, a hydrogen oxygen concentration measuring system to which a hydrogen oxygen concentration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention is applied will be described.
図５は、本発明の実施形態に係る水素酸素濃度計測システムの一例である水素酸素濃度計測システム５０の構成を示す概略図である。なお、図５において、水素酸素濃度計測装置１０（図１）が、水素および酸素の濃度計測に使用する水素濃度計測用データ１２（図１）および酸素濃度計測用データ１４を省略して示す。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a hydrogen oxygen concentration measurement system 50 which is an example of a hydrogen oxygen concentration measurement system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 5, the hydrogen concentration measurement apparatus 10 (FIG. 1) omits the hydrogen concentration measurement data 12 (FIG. 1) and the oxygen
図５に示される水素酸素濃度計測システム５０は、原子炉格納容器２の内部の雰囲気（被計測ガス）中の酸素濃度または酸素濃度と水素濃度を計測するために用いた場合の一例であり、原子炉格納容器２の内部の雰囲気（被計測ガス）中の酸素濃度および水素濃度を計測するために必要となる構成要素は、適宜、原子炉格納容器２、原子炉建屋３、および中央制御室４の何れかに配置される。ここで、符号５は、格納容器壁６を貫通し、原子炉格納容器２の内側と外側とで、配管やケーブルを接続するペネトレーション装置である。
The hydrogen oxygen concentration measurement system 50 shown in FIG. 5 is an example when used to measure the oxygen concentration or the oxygen concentration and the hydrogen concentration in the atmosphere (the gas to be measured) inside the reactor containment vessel 2, The components necessary for measuring the oxygen concentration and the hydrogen concentration in the atmosphere (the gas to be measured) inside the reactor containment vessel 2 are suitably the reactor containment vessel 2, the
図５に示される水素酸素濃度計測システム５０は、水素酸素濃度計測装置１０（図１）に相当する水素酸素検出部１１ａと、水素検出信号計測部１１ｂと、酸素検出信号計測部１１ｃと、水素濃度計測手段１３と、酸素濃度計測手段１５とを具備する他、比較ガス供給系５１と、校正ガス供給系５２と、温度監視手段５３と、ヒータ制御手段５４と、換算手段５５と、発報手段５６と、故障検知手段５７と、事故時起動手段５８とを具備する。
A hydrogen oxygen concentration measuring system 50 shown in FIG. 5 includes a hydrogen
また、図５に示される水素酸素濃度計測システム５０において、被計測ガス中の酸素濃度と水素濃度とを計測する計測点となる水素酸素検出部１１ａは、被計測ガスが通気可能な防爆容器６１で覆われている。水素酸素検出部１１ａを防爆容器６１で覆うことにより、防爆容器６１内で水素ガスおよび酸素ガスとで燃焼反応が生じた場合でも、その影響を防爆容器６１内に止めることができ、安全性が高められている。従って、原子炉格納容器２の内部の酸素濃度を計測するために水素酸素濃度計測装置１０（図１）を適用する際にも、水素酸素検出部１１ａを防爆容器６１で覆うことにより、防爆容器６１の外部の空間である原子炉格納容器２に悪影響が及ぶのを防止することができるように図られている。
In the hydrogen oxygen concentration measurement system 50 shown in FIG. 5, the
ここで、防爆容器６１とは、防爆容器６１内で水素ガスおよび酸素ガスとで燃焼反応が生じた場合でも、その影響を防爆容器６１内に止めることができる防爆機能を有する容器である。防爆容器６１の材料は、使用環境下で防爆機能を維持でき、かつ、被計測ガスの通気を妨げない材料から任意に選択することができる。例えば、防爆容器６１を多孔質な焼結金属で制作することもできる。この場合、被計測ガスが通気する通気孔を設ける手間を省くことができる。
Here, the explosion-
防爆容器６１の内部には、水素酸素検出部１１ａの他、被計測ガスを加熱するヒータ２４と、原子炉格納容器２の内部の雰囲気である被計測ガスの温度情報となる温度信号を出力する温度検出部６２とが収容される。
In addition to the hydrogen /
水素酸素濃度計測システム５０において、比較ガス供給系５１は、水素酸素検出部１１ａ（より詳細には図４に示される比較ガス導入部２１）に比較ガスを供給するためのガス供給系である。
In the hydrogen oxygen concentration measurement system 50, the reference
校正ガス供給系５２は、水素酸素検出部１１ａ（より詳細には図４に示される被計測ガス導入部２２）に校正ガスを供給するためのガス供給系である。校正ガス供給系５２は、水素酸素検出部１１ａの校正時に使用される。
The calibration
温度監視手段５３は、温度検出部６２が出力する防爆容器６１内の被計測ガス、すなわち、原子炉格納容器２の内部の雰囲気の温度情報を取得し、取得した温度情報が示す原子炉格納容器２の内部の雰囲気の温度に基づき、ヒータ２４による加熱の要否を判断する。水素酸素濃度計測システム５０では、濃度計測の誤差を少なくする観点から、被計測ガス（水素ガスおよび酸素ガス）の温度を発火点（約５７０度）以上とするように設定されるため、温度監視手段５３は、当該発火点以上で設定される温度（閾値）よりも低い場合にはヒータ２４による加熱が必要と判断する。温度監視手段５３は、ヒータ２４による加熱が必要と判断すると、加熱が必要な旨を示す信号をヒータ制御手段５４へ与える。
The temperature monitoring means 53 acquires the gas to be measured in the explosion-
ヒータ制御手段５４は、温度監視手段５３に対して、ヒータ２４による加熱の要否を判断した結果に基づく信号を、必要時に要求する。ヒータ制御手段５４は、温度監視手段５３からヒータ２４による加熱が必要な旨を示す信号を受け取ると、ヒータ２４に対して「入」とする指令を与える一方、加熱が不要な旨を示す信号を受け取ると、ヒータ２４に対して「切」とする指令を与える。
The heater control means 54 requests the temperature monitoring means 53 for a signal based on the result of determining whether heating by the
換算手段５５は、原子炉格納容器２内の圧力を計測する圧力計６５から出力される圧力情報を取得し、取得する圧力情報が示す原子炉格納容器２内の圧力に基づいて、水素濃度計測手段１３から受け取る原子炉格納容器２内の雰囲気（被計測ガス）中の水素濃度の計測結果、および酸素濃度計測手段１５から受け取る原子炉格納容器２内の雰囲気（被計測ガス）中の酸素濃度の計測結果の少なくとも一方を、原子炉格納容器２内部の全圧に対する濃度に換算する。
The conversion means 55 acquires pressure information output from the
また、換算手段５５は、受け取る被計測ガス中の水素濃度および酸素濃度の計測結果や換算結果を、記録計６６、原子炉を監視する監視装置７等の出力装置に出力するとともに、被計測ガス中の酸素濃度が予め設定した濃度（閾値）以上となっている場合に警報器６７に発報指令を与える発報手段５６へ出力する。
Further, the conversion means 55 outputs the measurement result and conversion result of the hydrogen concentration and oxygen concentration in the received measurement gas to the output device such as the
発報手段５６は、被計測ガス中の酸素濃度が予め設定した濃度（閾値）以上となっている場合に警報器６７に発報指令を与える機能を有する。警報器６７に発報指令が与えられると、警報器６７は被計測ガス中の酸素濃度が予め設定した濃度以上となっている旨の警報を発報する。
The
故障検知手段５７および事故時起動手段５８は、原子炉格納容器２の内部の雰囲気（被計測ガス）中の酸素濃度または酸素濃度と水素濃度を計測するために用いる場合であって、例えば、監視装置７や原子炉の事故を検知した場合に事故を検知したことを示す信号を出力する事故監視装置８等の原子炉を監視するための機能を有する装置と連動させて動作させる場合等に追設される。
The failure detection means 57 and the accident start means 58 are used for measuring the oxygen concentration or the oxygen concentration and the hydrogen concentration in the atmosphere (gas to be measured) inside the reactor containment vessel 2, for example, monitoring. Added when the system is operated in conjunction with a device having a function for monitoring the reactor, such as the
故障検知手段５７は、ヒータ２４の故障を検知する機能を有し、ヒータ２４の故障を検知すると、ヒータ２４の故障を知らせる信号を監視装置７等の出力装置に出力する。監視装置７等の出力装置では、ヒータ２４の故障を知らせる信号が受信されると、ヒータ２４が故障している旨が表示される。
The failure detection means 57 has a function of detecting a failure of the
事故時起動手段５８は、原子炉の事故を検知した場合に事故を検知したことを示す信号を出力する事故監視装置８からの事故検知信号を受け取ると、ヒータ制御手段５４へヒータ制御動作を開始する指令、すなわち、温度監視手段５３に対して、ヒータ２４による加熱の要否を判断した結果を要求する指令を出力する。
When the accident start means 58 receives an accident detection signal from the
なお、図５に示される水素酸素濃度計測システム５０は、水素酸素検出部１１ａと、水素検出信号計測部１１ｂと、酸素検出信号計測部１１ｃと、水素濃度計測手段１３と、酸素濃度計測手段１５とを具備する他、比較ガス供給系５１と、校正ガス供給系５２と、温度監視手段５３と、ヒータ制御手段５４と、換算手段５５と、故障検知手段５７と、事故時起動手段５８と、発報手段５６とを具備し、水素酸素検出部１１ａを防爆容器６１で覆って構成されている例であるが、水素酸素濃度計測システム５０は、校正ガス供給系５２、温度監視手段５３、ヒータ制御手段５４、換算手段５５、発報手段５６、故障検知手段５７、および事故時起動手段５８を必ずしも具備している必要はなく、省略することもできる。また、水素酸素検出部１１ａを防爆容器６１で覆うことは、安全性をより高めるための安全対策の一例であり、必須の事項ではない。
The hydrogen oxygen concentration measurement system 50 shown in FIG. 5 includes a hydrogen
このように構成される水素酸素濃度計測システム５０では、水素酸素検出部１１ａが原子炉格納容器２内の雰囲気（被計測ガス）を導入する一方、供給される比較ガスも導入される。被計測ガスおよび比較ガスが導入された水素酸素検出部１１ａでは、被計測ガス中の水素濃度および酸素濃度に応じた信号出力が生じる。被計測ガス中の水素濃度および酸素濃度に応じた信号出力は、それぞれ、水素検出信号計測部１１ｂおよび酸素検出信号計測部１１ｃによって検出される。
In the hydrogen oxygen concentration measurement system 50 configured as described above, the
水素検出信号計測部１１ｂでは、水素酸素検出部１１ａによって検出される水素検出信号の信号レベルが計測され、計測結果が水素濃度計測手段１３へ与えられる。また、酸素検出信号計測部１１ｃでは、水素酸素検出部１１ａによって検出される酸素検出信号の信号レベルが計測され、計測結果が酸素濃度計測手段１５へ与えられる。
In the hydrogen detection
水素濃度計測手段１３では、水素検出信号の信号レベルの計測結果である水素検出信号計測部１１ｂの出力値に対応する水素濃度が特定され、特定された水素濃度の情報が酸素濃度計測手段１５と換算手段５５とに与えられる。また、酸素濃度計測手段１５では、水素濃度計測手段１３から与えられる水素濃度の場合において最も適当な１個の被計測ガス１に含まれる酸素濃度と酸素検出信号との関係を示すデータが取得され、取得された最も適当な１個のデータにおいて、酸素検出信号の信号レベルの計測結果である酸素検出信号計測部１１ｃの出力値に対応する酸素濃度が特定される。特定された酸素濃度の情報は、換算手段５５へ与えられる。
In the hydrogen concentration measuring means 13, the hydrogen concentration corresponding to the output value of the hydrogen detection
換算手段５５では、圧力計６５から出力される原子炉格納容器２内の圧力を示す圧力情報としての信号に基づいて、水素濃度計測手段１３から受け取る水素濃度の計測結果、および酸素濃度計測手段１５から受け取る酸素濃度の計測結果が、原子炉格納容器２内部の全圧に対する水素濃度および酸素濃度に換算される。原子炉格納容器２内部の全圧に対する水素濃度および酸素濃度の換算結果は、記録計６６、監視装置７、および発報手段５６へ出力される。なお、換算手段５５は、受け取る被計測ガス中の水素濃度および酸素濃度の計測結果を、記録計６６等に出力する場合もある。
In the conversion means 55, the measurement result of the hydrogen concentration received from the hydrogen concentration measurement means 13 and the oxygen concentration measurement means 15 based on the signal as pressure information indicating the pressure in the reactor containment vessel 2 output from the
一方、温度監視手段５３は、防爆容器６１内に配置される温度検出部６２からの温度信号に基づいて、被計測ガスの温度が設定される温度に対して高いか低いかを判断し、ヒータ２４による加熱が必要か否かを示す信号をヒータ制御手段５４へ与える。ヒータ制御手段５４は、温度監視手段５３からのヒータ２４による加熱が必要か否かを示す信号に基づいてヒータ２４を制御する。
On the other hand, the temperature monitoring means 53 determines whether the temperature of the gas to be measured is higher or lower than the set temperature based on the temperature signal from the
なお、水素酸素濃度計測システム５０では、被計測ガス（水素ガスおよび酸素ガス）の温度を発火点（約５７０度）以上とするように設定されるほか、温度が一定となるようにヒータ２４を制御するように要求することもできる。温度が一定となるようにヒータ２４を制御する場合、温度によって変化する酸素検出信号の出力レベルに対する補正処理を不要にすることができる利点がある。さらに、被計測ガスの露点温度より高い設定温度で少なくとも防爆容器６１内の被計測ガスを保温すれば、水素酸素検出部１１ａの表面が結露するのを防止することができる利点がある。
In the hydrogen oxygen concentration measuring system 50, the temperature of the gas to be measured (hydrogen gas and oxygen gas) is set to be equal to or higher than the ignition point (about 570 degrees), and the
他方、故障検知手段５７は、ヒータ２４の故障を検知する機能を有しており、ヒータ２４の故障検知結果を監視装置７へ与える。また、事故時起動手段５８は、原子炉の事故を検知した場合に事故を検知したことを示す信号を出力する事故監視装置８からの事故検知信号を受け取ると、ヒータ制御手段５４へヒータ制御動作を開始する指令を出力する。
On the other hand, the failure detection means 57 has a function of detecting a failure of the
なお、上述した水素酸素濃度計測システム５０は、原子炉格納容器２の内部の雰囲気を被計測ガスとする場合を説明したものであるが、原子炉格納容器２の内部に限らず、他の空間内の雰囲気中の水素濃度および酸素濃度の少なくとも一方を計測する場合に適用することができる。 Note that the hydrogen oxygen concentration measurement system 50 described above describes the case where the atmosphere inside the reactor containment vessel 2 is the gas to be measured, but is not limited to the inside of the reactor containment vessel 2 and other spaces. It can be applied when measuring at least one of the hydrogen concentration and the oxygen concentration in the inside atmosphere.
次に、本発明の実施形態に係る水素酸素濃度計測方法について説明する。
本発明の実施形態に係る水素酸素濃度計測方法は、例えば、本発明の実施形態に係る水素酸素濃度計測装置の一例である水素酸素濃度計測装置１０（図１）や水素酸素濃度計測装置１０を具備する水素酸素濃度計測システム５０（図５）が、水素酸素濃度計測手順を実行することによって行われる。
Next, the hydrogen oxygen concentration measuring method according to the embodiment of the present invention will be described.
The hydrogen oxygen concentration measuring method according to the embodiment of the present invention includes, for example, the hydrogen oxygen concentration measuring device 10 (FIG. 1) or the hydrogen oxygen
水素酸素濃度計測手順は、例えば、水素酸素検出部１１ａが行う水素および酸素検出ステップと、水素検出信号計測部１１ｂが行う水素検出信号出力ステップと、酸素検出信号計測部１１ｃが行う酸素検出信号出力ステップと、水素濃度計測手段１３が行う水素濃度計測ステップと、酸素濃度計測手段１５が行う酸素濃度計測ステップと、を具備する。
The hydrogen oxygen concentration measurement procedure includes, for example, a hydrogen and oxygen detection step performed by the hydrogen
水素および酸素検出ステップでは、比較ガスとともに被計測ガスを水素酸素濃度計測装置１０に具備される水素酸素検出ユニット１１内に導入されると、水素酸素検出ユニット１１の水素酸素検出部１１ａが、被計測ガス１に含まれる水素濃度および酸素濃度に応じた水素検出信号および酸素検出信号を得る。
In the hydrogen and oxygen detection step, when the gas to be measured is introduced into the hydrogen
水素検出信号出力ステップでは、水素検出信号計測部１１ｂが、水素および酸素検出ステップで得られた水素検出信号の信号レベルを計測する。また、酸素検出信号出力ステップでは、酸素検出信号計測部１１ｃが、水素および酸素検出ステップで得られた酸素検出信号の信号レベルを計測する。
In the hydrogen detection signal output step, the hydrogen detection
水素濃度計測ステップでは、水素濃度計測手段１３が、水素濃度計測用データ１２を参照し、水素検出信号出力ステップで得られる水素検出信号の信号レベルに対応する水素濃度を求め、求めた水素濃度を被計測ガスの水素濃度とする。
In the hydrogen concentration measurement step, the hydrogen concentration measurement means 13 refers to the hydrogen
酸素濃度計測ステップでは、酸素濃度計測手段１５が、水素濃度計測ステップで計測される被計測ガスの水素濃度と、酸素検出信号出力ステップで得られる酸素検出信号の信号レベルとを取得する一方、酸素濃度計測用データ１４を参照し、水素濃度計測ステップで計測される被計測ガスの水素濃度において酸素検出信号出力ステップで得られる酸素検出信号の信号レベルに対応する酸素濃度を求め、求めた酸素濃度を被計測ガスの酸素濃度とする。
In the oxygen concentration measurement step, the oxygen concentration measurement means 15 obtains the hydrogen concentration of the gas to be measured measured in the hydrogen concentration measurement step and the signal level of the oxygen detection signal obtained in the oxygen detection signal output step. Referring to the
なお、上述した水素酸素濃度計測手順は、水素酸素濃度計測装置１０によって行われる基本的な処理ステップを具備する場合を説明しているが、水素酸素濃度計測手順は上述したステップ以外の処理ステップを具備していても良い。例えば、水素酸素濃度計測システム５０（図５）を用いて水素酸素濃度計測手順を実行する場合、水素酸素濃度計測システム５０の処理手段（例えば、温度監視手段５３、ヒータ制御手段５４、換算手段５５、発報手段５６、故障検知手段５７、および事故時起動手段５８）が実行する何れかの処理ステップを具備していても良い。
In addition, although the hydrogen oxygen concentration measurement procedure described above describes the case where the basic processing steps performed by the hydrogen oxygen
以上、水素酸素濃度計測装置１０、水素酸素濃度計測システム５０、および水素酸素濃度計測装置１０を用いた水素酸素濃度計測方法によれば、水素濃度を計測する計測ユニットと酸素濃度を計測する計測ユニットとを別々に備える等の異なる２個の計測ユニットを備えることなく、１個の計測ユニットを備えることによって、水素と酸素との異なる可燃性ガスの濃度を一度に検出し、その濃度を計測することができる。
As described above, according to the hydrogen oxygen
また、水素酸素濃度計測装置１０、水素酸素濃度計測システム５０、および水素酸素濃度計測装置１０を用いた水素酸素濃度計測方法によれば、被計測ガスをサンプリングすることなく、酸素濃度を計測することができる。さらに、被計測ガスに水素が含まれる場合においても、被計測ガス中の酸素濃度を誤差補正した状態で計測することができる。
Further, according to the hydrogen oxygen
さらに、水素酸素濃度計測装置１０、水素酸素濃度計測システム５０、および水素酸素濃度計測装置１０を用いた水素酸素濃度計測方法によれば、ヒータ２４が設定温度に保温することで、温度に応じた補正処理が不要になる。さらに、ヒータ２４が保温する設定温度を露点よりも高い温度にすることにより、水素酸素検出部１１ａの表面が結露するのを防止することができる。
Furthermore, according to the hydrogen oxygen
さらにまた、水素酸素濃度計測装置１０、水素酸素濃度計測システム５０、および水素酸素濃度計測装置１０を用いた水素酸素濃度計測方法によれば、水素酸素検出部１１ａを防爆容器６１で覆うことにより、防爆容器６１の外部の空間である原子炉格納容器２に悪影響が及ぶのを防止することができる。また、ヒータ２４による加熱範囲を防爆容器６１内の空間に限定することもできる。
Furthermore, according to the hydrogen oxygen
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施す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、追加、置き換え、変更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ともに、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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be carried out in various forms other than the above-described examples in the implementation stage, and various omissions can be made without departing from the gist of the invention. , Add, replace, change. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１…被計測ガス、２…原子炉格納容器、３…原子炉建屋、４…中央制御室、５…ペネトレーション装置、６…格納容器壁、７…監視装置、８…事故監視装置、１０…水素酸素濃度計測装置、１１…水素酸素検出ユニット、１１ａ…水素酸素検出部、１１ｂ…水素検出信号計測部、１１ｃ…酸素検出信号計測部、１２…水素濃度計測用データ、１３…水素濃度計測手段、１４…酸素濃度計測用データ、１５…酸素濃度計測手段、１７…出力装置、２１…比較ガス導入部、２２…被計測ガス導入部、２３…酸素イオン伝導部、２４…ヒータ、２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）…電極、２６…電圧計、２７…電圧計測回路、２８…電流計、２９…電流計測回路、３１ａ，３１ｂ…抵抗体、３２…ブリッジ部、３３…定電圧回路、５０…水素酸素濃度計測システム、５１…比較ガス供給系、５２…校正ガス供給系、５３…温度監視手段、５４…ヒータ制御手段、５５…換算手段、５６…発報手段、５７…故障検知手段、５８…事故時起動手段、６１…防爆容器、６２…温度検出部、６５…圧力計、６６…記録計、６７…警報器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas to be measured, 2 ... Reactor containment vessel, 3 ... Reactor building, 4 ... Central control room, 5 ... Penetration device, 6 ... Containment vessel wall, 7 ... Monitoring device, 8 ... Accident monitoring device, 10 ... Hydrogen Oxygen concentration measuring device, 11 ... hydrogen oxygen detection unit, 11a ... hydrogen oxygen detection unit, 11b ... hydrogen detection signal measurement unit, 11c ... oxygen detection signal measurement unit, 12 ... hydrogen concentration measurement data, 13 ... hydrogen concentration measurement means, DESCRIPTION OF
Claims (14)
予め与えられる前記第１の電気的物理量と水素濃度との関係を示すデータである水素濃度計測用データを参照し、前記水素酸素検出手段から得られる前記第１の電気的物理量の値と対応する前記水素濃度の値を前記被計測ガスの水素濃度の計測値として得る水素濃度計測手段と、
予め与えられる前記被計測ガスの異なる複数の水素濃度毎の前記第２の電気的物理量と前記被計測ガスの酸素濃度との関係を示すデータを有する酸素濃度計測用データを参照し、前記水素濃度計測手段が得る前記被計測ガスの水素濃度の前記酸素濃度計測用データにおける前記水素酸素検出手段から取得する前記第２の電気的物理量の値と対応する前記被計測ガスの酸素濃度の値を前記被計測ガスの酸素濃度の計測値として得る酸素濃度計測手段と、を具備することを特徴とする水素酸素濃度計測装置。 A first gas is provided, a reference gas introduction part into which a reference gas is introduced, a second electrode and a third electrode are provided, and a gas to be measured for measuring hydrogen concentration and oxygen concentration is introduced. A measurement gas introduction portion to be measured, and an oxygen ion conduction portion interposed between the first electrode and the second electrode in contact with each other, wherein the second electrode and the third electrode are provided Detecting hydrogen contained in the measurement gas by detecting a first electrical physical quantity using the first electrode and detecting the second electrical physical quantity using the first electrode and the second electrode. By means of hydrogen oxygen detection means for detecting oxygen contained in the gas to be measured ;
Reference is made to hydrogen concentration measurement data, which is data indicating the relationship between the first electrical physical quantity and the hydrogen concentration given in advance, and corresponds to the value of the first electrical physical quantity obtained from the hydrogen oxygen detection means. Hydrogen concentration measuring means for obtaining the value of the hydrogen concentration as a measured value of the hydrogen concentration of the gas to be measured;
Reference is made to oxygen concentration measurement data having data indicating the relationship between the second electrical physical quantity for each of a plurality of different hydrogen concentrations of the measurement gas given in advance and the oxygen concentration of the measurement gas, and the hydrogen concentration The oxygen concentration value of the measurement gas corresponding to the second electrical physical quantity value acquired from the hydrogen oxygen detection means in the oxygen concentration measurement data of the hydrogen concentration of the measurement gas obtained by the measurement means is And an oxygen concentration measuring means for obtaining a measured value of the oxygen concentration of the gas to be measured.
前記水素濃度計測手段が検出する前記第１の電気的物理量は、前記比較ガスが前記比較ガス導入部に導入されるとともに前記被計測ガスが前記被計測ガス導入部に導入される場合に、導入の前後における前記第２の電極の抵抗値の変化量を示す電気的物理量であり、
前記水素濃度計測手段が検出する前記第２の電気的物理量は、前記酸素イオン伝導部に生じる起電力を示す電気的物理量であることを特徴とする請求項１記載の水素酸素濃度計測装置。 The second electrode has not been subjected to a coating process for preventing combustion due to hydrogen gas on the surface exposed to the measurement gas, while the third electrode has been subjected to the coating process,
The first electrical physical quantity detected by the hydrogen concentration measuring means is introduced when the comparison gas is introduced into the comparison gas introduction part and the measurement gas is introduced into the measurement gas introduction part. An electrical physical quantity indicating the amount of change in the resistance value of the second electrode before and after
2. The hydrogen oxygen concentration measuring apparatus according to claim 1, wherein the second electrical physical quantity detected by the hydrogen concentration measuring means is an electrical physical quantity indicating an electromotive force generated in the oxygen ion conducting section.
前記第２の電気的物理量の値は、前記電圧計の指示値で与えられることを特徴とする請求項１または２記載の水素酸素濃度計測装置。 The hydrogen oxygen detection means includes a voltage measurement circuit to which a voltmeter for measuring a voltage between the first electrode and the second electrode is connected,
The hydrogen oxygen concentration measuring device according to claim 1 or 2, wherein the value of the second electrical physical quantity is given by an indication value of the voltmeter.
前記第１の電気的物理量の値は、前記電流計の指示値で与えられることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の水素酸素濃度計測装置。 The hydrogen oxygen detection means includes a first resistance element and a second resistance element, each having a known resistance value, connected in series, and the second electrode and the third resistance value, each having a known resistance value. A bridge portion configured by connecting in parallel an electrode connected in series; a contact point between the first resistance element and the second electrode; the second resistance element; and the third electrode. A constant voltage circuit for applying a voltage between the contact point and the contact point between the first resistor element and the second resistor element, and the contact point between the second electrode and the third electrode. It has a current measurement circuit configured by connecting an ammeter that measures the flowing current,
The hydrogen oxygen concentration measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the value of the first electrical physical quantity is given by an instruction value of the ammeter.
前記ヒータ制御手段は、前記被計測ガスの温度が前記被計測ガスの露点温度以上の温度に維持されるように前記ヒータの入り切りを制御するように構成されることを特徴とする請求項７または８に記載の水素酸素濃度計測装置。 The set temperature is a temperature equal to or higher than the dew point temperature of the measurement gas,
The heater control means is configured to control on / off of the heater so that the temperature of the measurement gas is maintained at a temperature equal to or higher than a dew point temperature of the measurement gas. 8. The hydrogen oxygen concentration measuring device according to 8.
前記被計測ガスが封入される容器内の圧力を計測する圧力計から出力される圧力情報が示す前記容器内の圧力に基づいて、前記水素濃度計測手段が計測した前記被計測ガス中の水素濃度および前記酸素濃度計測手段が計測した前記被計測ガス中の酸素濃度の少なくとも一方を、前記容器内の全圧に対する濃度に換算する換算手段を具備することを特徴とする水素酸素濃度計測システム。 A system comprising the hydrogen-oxygen concentration measuring device according to any one of claims 1 to 9,
The hydrogen concentration in the measurement gas measured by the hydrogen concentration measurement means based on the pressure in the container indicated by pressure information output from a pressure gauge that measures the pressure in the container in which the measurement gas is sealed And a hydrogen oxygen concentration measurement system comprising a conversion means for converting at least one of the oxygen concentrations in the measurement gas measured by the oxygen concentration measurement means into a concentration with respect to the total pressure in the container.
原子炉の事故を検知した場合に前記事故を検知したことを示す信号を出力する事故監視装置から前記事故を検知したことを示す信号を受け取ると、前記ヒータ制御手段へ前記ヒータの制御動作を開始する指令を与える事故時起動手段を具備することを特徴とする水素酸素濃度計測システム。 A system comprising the hydrogen-oxygen concentration measuring device according to any one of claims 6 to 9,
When a signal indicating that the accident has been detected is received from an accident monitoring device that outputs a signal indicating that the accident has been detected when a nuclear accident is detected, the heater control means starts the heater control operation. A hydrogen-oxygen concentration measuring system comprising an accident start means for giving a command to perform
前記水素酸素検出手段が、前記比較ガスが前記比較ガス導入部に導入されるとともに前記被計測ガスが前記被計測ガス導入部に導入される場合に前記第１の電気的物理量と前記第２の電気的物理量とを検出するステップと、
前記水素濃度計測手段が、前記水素濃度計測用データを参照し、前記水素酸素検出手段から得られる前記第１の電気的物理量の値と対応する前記水素濃度の値を前記被計測ガスの水素濃度の計測値として得るステップと、
前記酸素濃度計測手段が、前記酸素濃度計測用データを参照し、前記水素濃度計測手段が得る前記被計測ガスの水素濃度の前記酸素濃度計測用データにおける前記水素酸素検出手段から取得する前記第２の電気的物理量の値と対応する前記被計測ガスの酸素濃度の値を前記被計測ガスの酸素濃度の計測値として得るステップと、を備えることを特徴とする水素酸素濃度計測方法。 A first gas is provided, a reference gas introduction part into which a reference gas is introduced, a second electrode and a third electrode are provided, and a gas to be measured for measuring hydrogen concentration and oxygen concentration is introduced. A measurement gas introduction portion to be measured, and an oxygen ion conduction portion interposed between the first electrode and the second electrode in contact with each other, wherein the second electrode and the third electrode are provided Detecting hydrogen contained in the measurement gas by detecting a first electrical physical quantity using the first electrode and detecting the second electrical physical quantity using the first electrode and the second electrode. By referring to hydrogen concentration measurement data which is data indicating the relationship between the hydrogen electrical concentration detection means for detecting oxygen contained in the gas to be measured and the first electrical physical quantity given in advance and the hydrogen concentration, The first obtained from the hydrogen oxygen detection means A hydrogen concentration measuring means for obtaining a value of the hydrogen concentration corresponding to the value of the electrical physical quantity of the gas as a measured value of the hydrogen concentration of the gas to be measured; 2 for measuring the oxygen concentration of the hydrogen concentration of the measurement gas obtained by the hydrogen concentration measurement means with reference to oxygen concentration measurement data having data indicating the relationship between the electric physical quantity of 2 and the oxygen concentration of the measurement gas Oxygen concentration measuring means for obtaining, as a measured value of the oxygen concentration of the measurement target gas, a value of the oxygen concentration of the measurement target gas corresponding to the value of the second electrical physical quantity acquired from the hydrogen oxygen detection means in the data It is a method for measuring hydrogen oxygen concentration performed using an apparatus comprising:
The hydrogen oxygen detection means detects the first electrical physical quantity and the second electric quantity when the reference gas is introduced into the comparison gas introduction unit and the measurement gas is introduced into the measurement gas introduction unit. Detecting an electrical physical quantity;
The hydrogen concentration measurement means refers to the hydrogen concentration measurement data, and determines the hydrogen concentration value corresponding to the first electrical physical quantity value obtained from the hydrogen oxygen detection means as the hydrogen concentration of the gas to be measured. Obtaining as a measurement value of
The oxygen concentration measurement means refers to the oxygen concentration measurement data, and acquires the hydrogen concentration of the measurement target gas obtained by the hydrogen concentration measurement means from the hydrogen oxygen detection means in the oxygen concentration measurement data. And a step of obtaining a value of oxygen concentration of the measurement target gas corresponding to the value of the electrical physical quantity as a measurement value of oxygen concentration of the measurement target gas.
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