JP6608687B2 - Gas detector - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、可燃性の目的ガスを検出するガス検出器に関する。 Embodiments of the present invention relates to a gas detector for detecting flammable object gas.
たとえば、原子力発電所の重大な事故が発生した時に、原子炉格納容器内や原子炉建屋の各所の水素ガス濃度を監視することが重要となり、設計上想定される箇所に水素ガス検出器を設置して、水素濃度レベルを監視する必要がある。 For example, when a serious accident occurs at a nuclear power plant, it is important to monitor the hydrogen gas concentration in the reactor containment vessel and each place in the reactor building, and hydrogen gas detectors are installed at the locations that are assumed in the design. Thus, it is necessary to monitor the hydrogen concentration level.
水素ガス濃度を検出する水素ガス検出器として、水素検知素子(たとえばパラジウム合金)が水素を吸着することによって電気抵抗が変化する性質を利用する技術が知られている。かかる水素ガス検出器においては、水素検知素子が水素を吸着した後に、水素ガス濃度の変動に応じて、吸着した水素を水素検知素子から適宜放出する機能を安定化するために、水素検知素子の周りを一定の温度に保つ必要がある。そのために、検出器では、電気ヒータを用いて周囲温度を一定にコントロールする。 As a hydrogen gas detector for detecting the hydrogen gas concentration, a technique is known that utilizes the property that the electrical resistance changes when a hydrogen sensing element (for example, a palladium alloy) adsorbs hydrogen. In such a hydrogen gas detector, in order to stabilize the function of appropriately releasing the adsorbed hydrogen from the hydrogen sensing element according to the fluctuation of the hydrogen gas concentration after the hydrogen sensing element has adsorbed hydrogen, It is necessary to keep the surroundings at a constant temperature. For this purpose, the detector uses an electric heater to control the ambient temperature to be constant.
一方、この電気ヒータの故障や異常加熱により水素が酸素と反応して爆発的に燃焼する可能性があり、その場合に、水素ガス検出器容器内部爆発が生じても内部爆発に十分耐える強度をもち、水素ガス検知器容器の内部で発生した火炎がその外部に拡散して水素ガス検出器の外側に着火しないことが要求される。そのため、水素ガス検出器の内部で発生した火炎の外部への伝搬を阻止するために防爆構造とするのが一般的である。 On the other hand, there is a possibility that hydrogen reacts with oxygen and burns explosively due to the failure or abnormal heating of this electric heater. In such a case, the hydrogen gas detector container has sufficient strength to withstand the internal explosion even if it occurs. Therefore, it is required that the flame generated inside the hydrogen gas detector container diffuses to the outside and does not ignite outside the hydrogen gas detector. Therefore, an explosion-proof structure is generally used to prevent the flame generated inside the hydrogen gas detector from propagating to the outside.
上述の水素ガス検出器の検出器容器は、検出対象である水素ガスを透過し、しかも、内部で火炎が発生した場合にその火炎が外部に伝播するのを阻止する必要がある。さらに、内部で火炎が発生した場合に、内部圧力の上昇を抑制するために、内部のガスを外部に放出することも必要である。 The detector container of the above-described hydrogen gas detector needs to transmit hydrogen gas as a detection target, and to prevent the flame from propagating to the outside when a flame is generated inside. Further, when a flame is generated inside, it is necessary to release the internal gas to the outside in order to suppress an increase in internal pressure.
そのために、金属製のたとえば直方体の容器の互いに対向する2面に、多孔質焼結金属製の窓部を設ける技術が知られている。これらの窓部は、ガスを透過し、しかも、内部で火炎が発生した場合にその火炎が外部に伝播するのを阻止する程度の、細く、かつ曲がった多数の流路が形成されている。 For this purpose, there is known a technique of providing a porous sintered metal window on two surfaces of a metal container, for example, a rectangular parallelepiped, facing each other. These windows are formed with a number of thin and curved flow paths that allow gas to pass therethrough and prevent the flame from propagating to the outside when a flame is generated inside.
上述の水素ガス検出器の検出器容器は、その内部で爆発が生じた場合に、内圧が高まり内外圧力差が大きくなる。その場合に、検出器容器は、火炎を内部に閉じ込めるための強度が必要であり、そのために、検出器容器が肉厚で重く、取り扱いに不便なものであった。 The detector container of the hydrogen gas detector described above has an increased internal pressure and a large internal / external pressure difference when an explosion occurs inside. In that case, the detector container needs strength to confine the flame inside, and therefore, the detector container is thick and heavy, which is inconvenient to handle.
特に、検出器容器が直方体形状の場合は、内外差圧によって各面の変形が大きくなりやすく、多孔質焼結金属製の窓部の厚さを大きくせざるを得なかった。 In particular, when the detector container has a rectangular parallelepiped shape, the deformation of each surface tends to increase due to the internal / external differential pressure, and the thickness of the porous sintered metal window portion has to be increased.
本発明の実施形態は、上記課題を解決するものであって、可燃性ガスを検出するガス検出器を軽量化可能とすることを目的とする。 Embodiments of the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to enable the weight of the gas detector for detecting flammable gas.
上記目的を達成するために、本発明の実施形態に係るガス検出器は、原子炉格納容器に設置され、水素ガスを検出するガス検出器であって、発熱源を備えて、水素ガスを検出するガス検出部と、水素ガスを透過し火炎伝播を阻止する微細な多数の貫通孔が形成された火炎阻止筒を側壁として前記ガス検出部を包囲して収容する検出器容器と、前記火炎阻止筒の外側に着脱可能に取り付けられ、前記ガス検出部または前記検出器容器に対して腐食性のある被毒ガスの侵入を阻止して、前記水素ガスを透過するガスフィルターと、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a gas detector according to an embodiment of the present invention is a gas detector that is installed in a nuclear reactor containment vessel and detects hydrogen gas, and includes a heat source to detect hydrogen gas. A gas detector that surrounds and houses the gas detector with a flame blocking cylinder formed with a large number of fine through-holes that transmit hydrogen gas and prevent flame propagation, and the flame blocking detachably mounted on the outside of the cylinder, the gas detection unit or by preventing intrusion of the poison gas corrosive to the detector container, characterized in that it has a gas filter which transmits the hydrogen gas And
発明の実施形態によれば、可燃性ガスを検出するガス検出器を軽量化できる。 According to an embodiment of the invention, a gas detector for detecting flammable gas can lighter.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るガス検出器について説明する。ここでは、原子炉格納容器内などに設置するのに適し、測定対象ガス(目的ガス)を水素ガスとする水素検出器を例にとって説明する。 Hereinafter, a gas detector according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, a hydrogen detector that is suitable for installation in a reactor containment vessel and that uses hydrogen gas as a measurement target gas (target gas) will be described as an example.
図1は、本発明の実施形態に係るガス検出器の模式的な立断面図であり、図2のI−I線矢視断面図である。図2は、図1のガス検出器のII−II線矢視側断面図である。
FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of a gas detector according to an embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 2 is a side sectional view of the gas detector of FIG. 1 taken along the line II-II.
ガス検出器10は、ガス検出部11と、ガス検出部11を収納する検出器容器12と、検出器容器12の外側に着脱可能に取り付けられたガスフィルター13とを有する。
The
ガス検出部11は、絶縁材料からなる巻芯14と、この巻芯14の外側に互いに絶縁を保ちながらソレノイド状に巻きつけられた水素検知素子(たとえばパラジウム合金からなる抵抗線)15および温度補償用素子(たとえば白金抵抗線)16と、水素検知素子15および温度補償用素子16を囲むように配置された電気ヒータ17と、水素検知素子15、温度補償用素子16および電気ヒータ17の外側を覆うように配置された円筒状の保温材18とを有する。巻芯14は、たとえば、酸化アルミニウムなどの絶縁材料からなる中実または中空の円柱状のものである。
The
検出器容器12は、ほぼ円筒状の容器であって、その円筒状側壁は火炎阻止筒20を構成している。火炎阻止筒20は、ガスを透過し、しかも火炎伝播を阻止できる構造とする。そのため、火炎阻止筒20は、微細な多数の貫通孔が形成された構造とする。各貫通孔は途中で曲がり部が存在することが好ましい。
The
火炎阻止筒20としては、たとえば、複数の金網が積層された積層金網を円筒状に曲げて用いることができる。積層金網は、たとえば、厚さ1mm以上、孔径150μm以下のものを用いることができる。さらに、市販の積層金網を円筒状に曲げたものを複数枚、同軸の筒状に重ねて配置してもよい。図示の例では、2枚の円筒状に曲げた積層金網を同軸状に重ねて配置している。このような構成とすることにより、通気性がよくしかも火炎伝播を阻止できる構造を実現できる。
As the
検出器容器12の両端部は、円形の平板状の、第1の端部板21および第2の端部板22によって閉鎖されている。
Both ends of the
火炎阻止筒20および端部板21、22は、構造強度および耐食性が高い材料、たとえばステンレス鋼製であることが望ましい。
The
第1の端部板21には、貫通孔が設けられており、その貫通孔を塞ぐようにして電線取り出し口コネクタ23が取り付けられている。電線取り出し口コネクタ23に、ケーブル24が接続されている。水素検知素子15、温度補償用素子16、電気ヒータ17は、電線取り出し口コネクタ23に電気的に接続され、さらに、ケーブル24を介して、外部の計装盤41に電気的に接続されている。計装盤41には、電源や電気回路、データ処理装置など(図示せず)が含まれる。
The
第2の端部板22には貫通孔が形成され、この貫通孔に校正用ガス供給配管25が接続されている。校正用ガス供給配管25には、校正用ガスボンベなどの校正用ガス供給源40が接続され、途中に、校正用ガス供給弁26が接続されている。
A through hole is formed in the
検出器容器12内の温度および圧力それぞれを測定するための温度計30、圧力計31が取り付けられている。温度計30および圧力計31は、電線取り出し口コネクタ23、ケーブル24を介して、計装盤41に電気的に接続されている。
A
第1の端部板21または第2の端部板22の一方または両方、またはそれらの一部が、火炎阻止筒20から取り外し可能になっており、上述の水素検知素子15、温度補償用素子16、電気ヒータ17、温度計30、圧力計31などの保守・点検や交換などを行うことができるようになっている。
One or both of the
ガスフィルター13は、火炎阻止筒20を取り囲むように配置されている。ガスフィルター13は、雰囲気ガス中に含まれる腐食性の被毒ガスを吸着して、火炎阻止筒20やガス検出部11の腐食を防ぐためのものである。たとえば、被毒ガスがヨウ素ガスである場合、ガスフィルター13は、ゼオライトなどのヨウ素吸着剤を用いることができる。
The
なお、ガスフィルター13は、通常、定期的に新品と交換したり、また、取り外して洗浄などの再生を行ったりする必要があるので、ガスフィルター13は、着脱可能なものであるのが好ましい。これにより、ガス検出器10の設置環境に合わせて、適当なガスフィルター13を選択して取り付けることができる。被毒ガスが存在しない環境に検出器容器12を設置する場合などにはガスフィルター13が不要な場合もあるので、そのような場合は、ガスフィルター13を取り外した状態にしておけばよい。
Since the
図示の例では、ガス検出器10は、たとえば原子炉格納容器の側壁34(図2)の内側に固定具35によって固定されている。固定具35は、たとえば、検出器容器12の第1および第2の端部板21、22に固定される。
In the illustrated example, the
さらに、検出器容器12の上方を覆うように、液滴除け36が側壁34の内側に固定されている。これは、たとえば検出器容器12を原子炉格納容器内に配置する場合、原子炉格納容器内の冷却のための格納容器スプレイ(図示せず)によるスプレイ水が検出器容器12にかかるのを防止または抑制するためのものである。
Further, a
また、検出器容器12の表面に腐食防止用のコーティングを施すことが好ましい。さらに、ガスフィルター13、固定具35、液滴除け36などの表面にも腐食防止用のコーティングを施すことがさらに好ましい。このようなコーティングにより、ヨウ素などの環境ガスによる腐食を防止または抑制することができる。コーティングは、たとえば、酸化ケイ素のコーティングを100nm以上の厚さとする。コーティングの方法としては、CVD(化学蒸着)やPVD(物理蒸着)などが利用できる。また、硫化水素や塩素による腐食に特に対処する必要がある場合には、防食材を検出器容器12の外面に溶着させることもできる。
Further, it is preferable to apply a coating for preventing corrosion on the surface of the
つぎに、ガス検出器10の動作について説明する。
Next, the operation of the
ガス検出器10によってガス濃度を検出する通常動作時において、水素検知素子15および温度補償用素子16に電流が流されている。検出器容器12の外側の環境ガス中の目的ガス(水素ガス)は、ガスフィルター13および火炎阻止筒20を通じて水素検知素子15および温度補償用素子16に接する位置まで流入する。このとき、校正用ガス供給弁26は閉じている。
During normal operation in which the
検出器容器12内の水素を水素検知素子15が吸蔵することにより、水素濃度の変化に応じて、水素検知素子15の電気抵抗が変化する。この水素検知素子15の電気抵抗の変化を、温度補償用素子16の抵抗と比較することによって水素濃度を検出することができる。
As the
また、このとき、電気ヒータ17に電流が流されて発熱し、水素検知素子15の温度は約300℃に保持される。水素検知素子15は、約300℃に保持されることにより、水素の吸着および放出を可逆的に継続することができる。保温材18の存在により、電気ヒータ17で発生した熱の無駄な放出が抑制され、また、水素検知素子15をほぼ均一に保温することができる。
At this time, a current is passed through the
また、このとき、温度計30および圧力計31により、検出器容器12内の温度および圧力が計測できる。
At this time, the temperature and pressure in the
水素検知素子15および温度補償用素子16の電圧および電流を測定し、さらに、検出器容器12内の温度および圧力を測定した結果に基づいて、水素濃度を計測することができる。
The hydrogen concentration can be measured based on the results of measuring the voltage and current of the
つぎに、このガス検出器10の校正方法について説明する。
Next, a calibration method of the
図3は、図1のガス検出器の模式的な立断面図であって、密閉蓋を取り付けた状態を示す図である。 FIG. 3 is a schematic vertical sectional view of the gas detector shown in FIG. 1 and shows a state where a sealing lid is attached.
ガス検出器10の校正に当たっては、図3に示すように、ガスフィルター13の外側を密閉蓋50で覆い、ガス検出部11の雰囲気を外部から隔離する。そして、校正用ガス供給弁26を開き、校正用ガス供給源40から校正用ガス供給配管25を通じて校正用ガスを検出器容器12内に導入する。これにより、校正用ガス供給源40から供給された目的ガスを含む既知の雰囲気の中でガス検出部11を動作させ、ガス検出部11の校正を行うことができる。しかも、ガス検出器10を設置した状態で、簡単に校正できる。
In calibrating the
以上説明した本発明の実施形態に係るガス検出器10によれば、可燃性ガスを検出するガス検出器の検出器容器において、目的ガスを透過し火炎伝播を阻止する微細な多数の貫通孔が形成された火炎阻止筒を備えた防爆構造とすることにより、検出器容器を軽量化できる。
According to the
上記説明では検出器容器12はほぼ円筒状としたが、必ずしも円筒状でなくてもよい。内外圧力差による力を均等に受けやすい形状であれば、横断面の形状が楕円形や五角形以上の多角形の筒状であってもよい。
In the above description, the
上記説明では、火炎阻止筒20の構成材料として積層金網を用いるものとしたが、変形例として、たとえば、火炎阻止筒20の構成材料に、従来の火炎伝播阻止窓と同様の多孔質の焼結金属を用いることもできる。
In the above description, the laminated wire mesh is used as the constituent material of the
また、火炎阻止筒20の構成材料として、孔開け加工した金属や陶器を用いることもできる。たとえば、厚さ1mmのステンレス鋼製の平板に直径1μmの多数の貫通孔を一定間隔で開け、その後、この平板を円筒状に曲げて火炎阻止筒20とすることもできる。
Further, as a constituent material of the
上記説明では、第1の端部板21に電線取り出し口コネクタ23を取り付け、第2の端部板22に校正用ガス供給配管25を取り付けるものとしたが、変形例として、一方の端部板に電線取り出し口コネクタ23および校正用ガス供給配管25の両方を取り付けることもできる。また、複数の電線取り出し口コネクタ23のうちの一部を第1の端部板21に取り付け、残りを第2の端部板22に取り付けることもできる。
In the above description, the
以上、原子炉格納容器内などに設置するのに適した水素検出器を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。設置する場所は原子炉格納容器内以外でもよい。 The hydrogen detector suitable for installation in the reactor containment vessel has been described above as an example, but the present invention is not limited to this. The installation location may be other than inside the reactor containment vessel.
検出対象は、水素ガスに限らず、可燃性のガスであれば適用可能である。また、上記説明では、ガスの着火源(発熱源)として電気ヒータを想定したが、ヒータがなくても、たとえば電気品の放電なども着火源(発熱源)となりうる。したがって、そのような状況においても本発明を適用できる。 The detection target is not limited to hydrogen gas, and any flammable gas is applicable. In the above description, an electric heater is assumed as a gas ignition source (heat generation source), but even without a heater, for example, discharge of an electrical product can be an ignition source (heat generation source). Therefore, the present invention can be applied even in such a situation.
以上、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。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10:ガス検出器、11:ガス検出部、12:検出器容器、13:ガスフィルター、14:巻芯、15:水素検知素子、16:温度補償用素子、17:電気ヒータ(ヒータ、発熱源)、18:保温材、20:火炎阻止筒、21:第1の端部板、22:第2の端部板、23:電線取り出し口コネクタ、24:ケーブル、25:校正用ガス供給配管、26:校正用ガス供給弁、30:温度計、31:圧力計、34:側壁、35:固定具、36:液滴除け、40:校正用ガス供給源、41:計装盤、50:密閉蓋 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Gas detector, 11: Gas detection part, 12: Detector container, 13: Gas filter, 14: Winding core, 15: Hydrogen detection element, 16: Element for temperature compensation, 17: Electric heater (heater, heat source) ), 18: heat insulating material, 20: flame blocking cylinder, 21: first end plate, 22: second end plate, 23: wire outlet connector, 24: cable, 25: calibration gas supply pipe, 26: Calibration gas supply valve, 30: Thermometer, 31: Pressure gauge, 34: Side wall, 35: Fixing tool, 36: Droplet removal, 40: Calibration gas supply source, 41: Instrument panel, 50: Sealing lid
Claims (8)
発熱源を備えて、水素ガスを検出するガス検出部と、
水素ガスを透過し火炎伝播を阻止する微細な多数の貫通孔が形成された火炎阻止筒を側壁として前記ガス検出部を包囲して収容する検出器容器と、
前記火炎阻止筒の外側に着脱可能に取り付けられ、前記ガス検出部または前記検出器容器に対して腐食性のある被毒ガスの侵入を阻止して、前記水素ガスを透過するガスフィルターと、
を有することを特徴とするガス検出器。 A gas detector installed in a reactor containment vessel for detecting hydrogen gas,
A gas detector that includes a heat source and detects hydrogen gas;
A detector container that surrounds and accommodates the gas detection unit with a flame blocking cylinder formed with a large number of fine through-holes that transmit hydrogen gas and block flame propagation ; and
A gas filter that is detachably attached to the outside of the flame blocking cylinder, prevents the entry of corrosive poison gas into the gas detector or the detector container, and transmits the hydrogen gas;
Gas detector, comprising a.
前記端部板の少なくとも一方側には、電線取り出し口コネクタと、前記電線取り出し口コネクタを介して前記ガス検出部と電気的に接続されたケーブルと、
を有し、
前記端部板の他方側には、貫通して延びて、前記ガス検出部の校正時に当該ガス検出部に外部から校正用ガスを供給可能な校正用ガス供給配管を有すること、
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のガス検出器。 The detector container includes two flat end plates that close both ends of the flame blocking cylinder,
On at least one side of the end plate, an electric wire outlet connector, a cable electrically connected to the gas detection unit via the electric wire outlet connector,
Have
On the other side of the end plate, there is a calibration gas supply pipe extending through and capable of supplying calibration gas from the outside to the gas detection unit during calibration of the gas detection unit,
Gas detector according to any one of claims 1 to 3, characterized in.
水素ガスを吸蔵することによって電気抵抗値が変化する水素検知素子と、
前記発熱源として前記水素検知素子を加熱するヒータと、
を含むこと、を特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載のガス検出器。 The gas detection unit
A hydrogen sensing element whose electrical resistance value changes by occluding hydrogen gas;
A heater for heating the hydrogen detection element as the heat source;
Include, gas detector according to any one of claims 1 to 7, characterized in.
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