JP7236561B2 - 空気交換量の測定方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は原子力安全分野及び民需用の安全分野に関し、具体的には原子力発電所の中央制御室内における空気交換量の測定方法及びシステムに関する。

現在、いくつかの原子力施設、特に原子力発電所の主要部門の中央制御室は、その空間内へのろ過されていない空気の流入量に注目しており、空気の流入量は、中央制御室の運転員の安全に関係する重要なパラメータであり、米国のＡＳＴＭ Ｅ７４１規格は、「トレーサーガス希釈による単一ゾーンの空気の変化を測定するための標準試験方法」を推奨しており、米国のすべての原子力発電所は、中央制御室の運転員が事故時に設計基準を超える放射線による照射および化学毒物による危険にさらされないように保証するために、中央制御室内へのろ過されていない空気の流入量の測定を行うことを要求している。

原子力発電所の中央制御室に対して、トレーサーガスを注入することによって測定対象空間における空気の流れの交換特性を測定することができ、具体的には、トレーサーガス希釈法によって測定対象空間の空気交換量、総吸気量及び総排気量を測定することができ、次に原子力発電所の中央制御室における緊急換気システムの事故処理装置によって放射性エアロゾル及びヨウ素をろ過したろ過済み空気量を総吸気量から差し引くことによってろ過されていない空気の流入量を得ることができ、このろ過されていない空気の流入量は中央制御室の運転員に放射性物質及び化学毒物による危害をもたらす主要な原因であり、様々な措置を取ることによって最小限に抑えなければならない。

米国のＡＳＴＭ Ｅ７４１規格は、中央制御室へのろ過されていない空気の流入量の測定を行うために濃度減衰法、定量注入法および定濃度法である３つのトレーサーガス試験法を推奨しており、実際には、定量注入法が適用されることが多いが、過去には、機器の測定精度および試験時間に制限があるため、米国の会社は、中央制御室への空気流入量の測定のトレーサー試験を行う際に、質量保存の法則の条件を満たす定量注入法の濃度平衡を達成することができないことが多いので、トレーサー試験で測定された濃度平衡に達していない濃度データを、質量保存の法則を満たす公式に代入して空気交換量を計算して得ることが多かった。これは、中央制御室の利用可能な試験時間の制限から、利用できる明らかに不合理で且つ余儀ない方法であった。

従来技術では、米国のＡＳＴＭ Ｅ７４１規格の不合理なところは、質量保存の法則を満たす最終的な平衡濃度を得るための適切な方法が見つからず、その代わりに平衡濃度判定基準、すなわち以下の式を規定したことである。

ここで、Ｃ_{ｆｉｎａｌ}は試験終了時間におけるトレーサーガス濃度、Ｃ_{ｉｎｉｔｉａｌ}は試験開始時間のトレーサーガス濃度、Ｔ_ｔｅｓｔは試験時間、Ｑ_{ｔｒａｃｅｒ}は試験時間内のトレーサーガス注入量、Ｖ_ｚｏｎｅは試験対象空間の空気容積である。

式（１）の基準を満たした後、以下の式（２）を用いて平均空気交換率Ｑを算出することができる。

ここで、Ｃ_２およびＣ_１は、それぞれ、試験時間ｔ_２およびｔ_１に対応するトレーサーガス濃度である。

しかしながら、式（１）による誤差で、第３世代の原子力発電所の中央制御室が非常に厳格な受け入れ基準を満たしているか否かを判定する場合に不合理な結果につながり、実際には、その不合理なところは、試験対象空間の空気交換率を計算するために、質量保存の法則を満たさない非平衡状態でのトレーサーガス濃度を、質量保存の法則を満たす公式に代入することである。

本発明の目的は、ＡＳＴＭ Ｅ７４１規格のこの不合理な項目を修正するために、フィッティング関数に基づいて限界値を求めて質量保存の法則の要件を満たす最終的な平衡濃度を得、次にトレーサーガス注入量のデータを合わせて測定対象空間の空気交換特性に一致する正確な空気交換量の結果を計算して得るか、又はフィッティング関数の係数に基づいてトレーサーガス注入量のデータを合わせて測定対象空間の空気交換特性に一致する正確な空気交換量の結果を計算して得るという新規な関数フィッティングに基づくデータ処理方法を提案することである。

本発明の目的は、従来技術の欠点に鑑み、安全性に関連する単一空間の空気交換量を正確に測定することができる空気交換量測定方法及びシステムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の採用しようとする技術的解決手段は以下の通りである。

空気交換量の測定方法は、
Ｓ１、定量注入法によってトレーサーガスを測定対象空間内に注入するステップと、
Ｓ２、前記測定対象空間内のトレーサーガスの濃度を測定し、前記濃度に基づいて前記測定対象空間内のトレーサーガスと前記測定対象空間内の空気とが均一に混合しているか否かを判定するステップと、
Ｓ３、前記測定対象空間内のトレーサーガスと前記測定対象空間内の空気とが均一に混合していると判定された後、前記測定対象空間のガスをサンプリングしてサンプリング時刻を記録し、サンプリングされたガスにおけるトレーサーガスの濃度を測定するステップと、
Ｓ４、前記サンプリングされたガスにおけるトレーサーガスの濃度とサンプリング時刻との対応関係を関数フィッティングして、フィッティング関数を取得するステップと、
Ｓ５、前記フィッティング関数と前記測定対象空間内のトレーサーガスの注入量とに基づいて、前記測定対象空間の空気交換量を算出するステップとを含む。

さらに、上記の空気交換量の測定方法であって、ステップＳ５において、前記測定対象空間の空気交換量は、
前記測定対象空間内のトレーサーガスの注入量を前記フィッティング関数に代入し、前記測定対象空間の空気交換量を計算するステップ、または
前記フィッティング関数に対して限界値を求め、前記測定対象空間内のトレーサーガスの限界濃度を得、前記限界濃度と前記測定対象空間内のトレーサーガスの注入量とに基づいて、前記測定対象空間の空気交換量を計算するステップ、
によって算出される。

また、上記の空気交換量の測定方法であって、ステップＳ１において、トレーサーガス定量注入装置により、トレーサーガスを測定対象空間に連通した吸気ダクト内に注入する。

さらに、上記の空気交換量の測定方法であって、前記トレーサーガス定量注入装置は、二つのガスボンベと、三方弁と、圧力調節弁と、流量調節弁と、二つのニードル弁と、二つの質量流量計と、二つの多点注入装置とを備え、そのうち、前記二つのガスボンベはそれぞれ前記三方弁の二つの入口に接続され、前記三方弁の出口は前記圧力調節弁の入口に接続され、前記圧力調節弁の出口は前記流量調節弁の入口に接続され、前記流量調節弁の出口はそれぞれ前記二つのニードル弁の入口に接続され、各ニードル弁の出口はいずれも一つの質量流量計の入口に接続され、各質量流量計の出口はいずれも一つの多点注入装置に接続され、前記二つの多点注入装置はいずれも前記吸気ダクトに接続されており、
前記二つのガスボンベ内のトレーサーガスを前記三方弁を介して選択的に放出した後、順に前記圧力調節弁によって圧力を安定的に低減し、前記流量調節弁によって放出量を調節して制御し、前記二つのニードル弁によって対応する注入位置を選択し、対応する質量流量計によって流量測定値を取得し、前記二つの多点注入装置によって前記吸気ダクト内に放出する。

また、上記の空気交換量の測定方法であって、前記多点注入装置は、メインパイプと、前記メインパイプに連通した一連の分岐パイプとを備え、各分岐パイプには、前記吸気ダクトの横断面に注入されたトレーサーガスを均一に分布させるための第１の所定数の注入孔が設けられている。

さらに、上記の空気交換量の測定方法であって、ステップＳ３において、多点サンプリング装置により前記測定対象空間のガスをサンプリングする。

さらに、上記の空気交換量の測定方法であって、前記多点サンプリング装置は、メインパイプと、前記メインパイプに連通した一連の分岐パイプとを備え、各分岐パイプには、前記吸気ダクトの横断面においてサンプルを複数箇所で均一に採取するための第２の所定数のサンプリング孔が設けられている。

さらに、上記の空気交換量の測定方法であって、ステップＳ５の後、さらに、
Ｓ６、前記多点注入装置及び前記多点サンプリング装置によって前記測定対象空間内の新しい空気の空気量を測定して、ろ過済み空気量を取得するステップと、
Ｓ７、算出された前記測定対象空間の空気交換量から前記ろ過済み空気量を減算して、前記測定対象空間のろ過されていない空気量を得るステップとを含む。

空気交換量の測定システムであって、
定量注入法によってトレーサーガスを測定対象空間内に注入するように構成される注入モジュールと、
前記測定対象空間内のトレーサーガスの濃度を測定し、前記濃度に基づいて前記測定対象空間内のトレーサーガスと前記測定対象空間内の空気とが均一に混合しているか否かを判定するように構成される測定モジュールと、
前記測定対象空間内のトレーサーガスと前記測定対象空間内の空気とが均一に混合していると判定された後、前記測定対象空間のガスをサンプリングしてサンプリング時刻を記録し、サンプリングされたガスにおけるトレーサーガスの濃度を測定するように構成されるサンプリングモジュールと、
前記サンプリングされたガスにおけるトレーサーガスの濃度とサンプリング時刻との対応関係を関数フィッティングして、フィッティング関数を取得するように構成されるフィッティングモジュールと、
前記フィッティング関数と、前記測定対象空間内のトレーサーガスの注入量とに基づいて、前記測定対象空間の空気交換量を計算するように構成される計算モジュールとを備える。

さらに、上記の空気交換量の測定システムであって、前記計算モジュールは具体的に、
前記測定対象空間内のトレーサーガスの注入量を前記フィッティング関数に代入し、前記測定対象空間の空気交換量を計算して取得するステップ、または
前記フィッティング関数に対して限界値を求め、前記測定対象空間内のトレーサーガスの限界濃度を得、前記限界濃度と前記測定対象空間内のトレーサーガスの注入量とに基づいて前記測定対象空間の空気交換量を計算して得るステップ、
によって前記測定対象空間の空気交換量を算出する。

本発明の有益な効果は、本発明に係る方法およびシステムが、ＡＳＴＭ Ｅ７４１によって推奨された方法と比較して、定量注入法を用いることで、安全性に関連する単一空間の空気交換量を正確に測定することができ、特に、原子力発電所の中央制御室のろ過されていない空気の流入量を測定する際に大きく役立ち、正確な測定結果を得ることができることに加えて、システムの使用不可時間を大幅に短縮し、中央制御室への干渉を低減することもできるということである。

本発明は、曲線フィッティング法を採用しているため、ＡＳＴＭ Ｅ７４１に記載された平衡濃度判定法に比べて試験時間を大幅に短縮することができ、試験時間を０．５～４時間以内に抑えることができ、他社が採用している高低量注入法または単一量注入法に必要な、ＡＳＴＭ Ｅ７４１規格に基づく式に従って平衡濃度に達したことを判定するための試験時間よりもはるかに短い。

本発明の実施例に係る空気交換量の測定方法の流れを示す概略図である。 本発明の実施例に係るトレーサーガス定量注入装置の構造を示す図である。 本発明の実施例に係る空気交換量の測定システムの構造を示す図である。

以下、添付の図面と具体的な実施形態を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

以下、本発明に係る空気交換量の測定方法について詳細に説明する。

図１に示すように、空気交換量の測定方法は、
Ｓ１、定量注入法によってトレーサーガスを測定対象空間内に注入するステップと、
Ｓ２、測定対象空間内のトレーサーガスの濃度を測定し、濃度に基づいて測定対象空間内のトレーサーガスと測定対象空間内の空気とが均一に混合しているか否かを判定するステップと、
Ｓ３、測定対象空間内のトレーサーガスと測定対象空間内の空気とが均一に混合していると判定された後、測定対象空間のガスをサンプリングしてサンプリング時刻を記録し、サンプリングされたガスにおけるトレーサーガスの濃度を測定するステップと、
Ｓ４、サンプリングされたガスにおけるトレーサーガスの濃度とサンプリング時刻との対応関係をフィッティングして、フィッティング関数を取得するステップと、
Ｓ５、フィッティング関数と測定対象空間内のトレーサーガスの注入量とに基づいて、測定対象空間の空気交換量を算出するステップとを含む。

ステップＳ５において、
測定対象空間内のトレーサーガスの注入量をフィッティング関数に代入し、測定対象空間の空気交換量を計算するステップ、または
フィッティング関数に対して限界値を求め、測定対象空間内のトレーサーガスの限界濃度を得、限界濃度と測定対象空間内のトレーサーガスの注入量とに基づいて測定対象空間の空気交換量を算出するステップによって、測定対象空間の空気交換量を計算する。

本発明の方法は、ＡＳＴＭ Ｅ７４１によって推奨された方法と比較して、安全性に関連する単一空間の空気交換量を正確に測定することができ、特に、原子力発電所の中央制御室のろ過されていない空気の流入量を測定する際に大きく役立ち、正確な測定結果を得ることができることに加えて、システムの使用不可時間を大幅に短縮し、中央制御室への干渉を低減することもできるということである。

実施例１のステップＳ１では、トレーサーガス定量注入装置により、測定対象空間に連通した吸気ダクト内にトレーサーガスを注入することができる。トレーサーガス定量注入装置の構成は具体的に以下の通りである。

図２に示すように、トレーサーガス定量注入装置は、第１ガスボンベ１と、第２ガスボンベ２と、三方弁３と、圧力調節弁４と、流量調節弁５と、第１ニードル弁６と、第２ニードル弁７と、第１質量流量計８と、第２質量流量計９と、第１多点注入装置１０と、第２多点注入装置１１とを備え、ここで、二つのガスボンベはそれぞれ三方弁３の二つの入口に接続され、三方弁３の出口は圧力調節弁４の入口に接続され、圧力調節弁４の出口は流量調節弁５の入口に接続され、流量調節弁５の出口はそれぞれ二つのニードル弁の入口に接続され、各ニードル弁の出口はいずれも一つの質量流量計の入口に接続され、各質量流量計の出口はいずれも一つの多点注入装置に接続され、二つの多点注入装置はいずれも吸気ダクトに接続され、
二つのガスボンベ内のトレーサーガスを三方弁３を介して選択的に放出した後、順に圧力調節弁４によって圧力を安定的に低減し、流量調節弁５によって放出量を調節して制御し、二つのニードル弁によって対応する注入位置を選択し、対応する質量流量計によって流量測定値を取得し、二つの多点注入装置によって吸気ダクト内に放出する。

なお、定量注入法を用いる場合には、トレーサーガスを制御領域に連続的に放出する必要があり、トレーサーガスの放出流量を読み取り可能に制御することができる。トレーサーガス定量注入装置は、ガスの連続的な安定した放出を保証しなければならず（流量偏差は２％を超えてはならない）、放出量を微調整することができる。これに加え、システム全体が高気密性を有さなければならない。

多点注入装置は、メインパイプと該メインパイプに連通した一連の分岐パイプとを備え、各分岐パイプには吸気ダクトの横断面に注入されたトレーサーガスを均一に分布させるための第１の所定数の注入孔が設けられている。

ステップＳ３では、多点サンプリング装置により測定対象空間のガスをサンプリングする。

多点サンプリング装置はメインパイプと、前記メインパイプに連通した一連の分岐パイプとを備え、各分岐パイプには、吸気ダクトの横断面においてサンプルを複数箇所で均一に採取するための第２の所定数のサンプリング孔が設けられている。

実施例１のステップＳ５の後、さらに
Ｓ６、多点注入装置及び多点サンプリング装置によって測定対象空間内の新しい空気の空気量を測定して、ろ過済み空気量を取得するステップと、
Ｓ７、算出された測定対象空間の空気交換量からろ過済み空気量を減算して、測定対象空間のろ過されていない空気量を得るステップとを含む。

計算された測定対象空間の空気交換量からろ過済み空気量を減算し、原子力発電所の中央制御室という測定対象空間のろ過されていない空気量を取得する。この値は原子力発電所の中央制御室に流入するろ過されていない空気量であり、そのなかに高効率フィルタ及びヨウ素吸着器によってろ過吸着処理していない事故時の放射性元素が含まれ、中央制御室の運転員の放射安全性に関係する重要なパラメータである。

本発明は、安全性が注目される非原子力施設の民需用の空間における空気交換量の測定にも適用することができる。

以下、本発明に係る空気交換量の測定システムについて詳細に説明する。

図３に示すように、空気交換量の測定システムは、
定量注入法によってトレーサーガスを測定対象空間内に注入するように構成される注入モジュールと、
測定対象空間内のトレーサーガスの濃度を測定し、濃度に基づいて測定対象空間内のトレーサーガスと測定対象空間内の空気とが均一に混合しているか否かを判定するように構成される測定モジュールと、
測定対象空間内のトレーサーガスと測定対象空間内の空気とが均一に混合していると判定された後、測定対象空間のガスをサンプリングしてサンプリング時刻を記録し、サンプリングされたガスにおけるトレーサーガスの濃度を測定するように構成されるサンプリングモジュールと、
サンプリングされたガスにおけるトレーサーガスの濃度とサンプリング時刻との対応関係をフィッティングして、フィッティング関数を取得するように構成されるフィッティングモジュールと、
フィッティング関数と、測定対象空間内のトレーサーガスの注入量とに基づいて、測定対象空間の空気交換量を計算するように構成される計算モジュールとを備える。

計算モジュールは、具体的に
測定対象空間内のトレーサーガスの注入量をフィッティング関数に代入し、測定対象空間の空気交換量を計算して得るステップ、または
フィッティング関数に対して限界値を求め、測定対象空間内のトレーサーガスの限界濃度を得、限界濃度と測定対象空間内のトレーサーガスの注入量とに基づいて測定対象空間の空気交換量を計算して得るステップによって、測定対象空間の空気交換量を算出する。

明らかに、当業者は、本発明の構想及び範囲から逸脱しない限り、本発明の様々な変更及び変形を行うことができる。したがって、本発明のこのような変更および変形は、本発明の特許請求の範囲およびそれらの均等の技術範囲内に含まれることが意図されている。

１：第１ガスボンベ
２：第２ガスボンベ
３：三方弁
４：圧力調節弁
５：流量調節弁
６：第１ニードル弁
７：第２ニードル弁
８：第１質量流量計
９：第２質量流量計
１０：第１多点注入装置
１１：第２多点注入装置

Claims (8)

1. Ｓ１、定量注入法によってトレーサーガスを測定対象空間内に注入するステップと、
   Ｓ２、前記測定対象空間内のトレーサーガスの濃度を測定し、前記濃度に基づいて前記測定対象空間内のトレーサーガスと前記測定対象空間内の空気とが均一に混合しているか否かを判定するステップと、
   Ｓ３、前記測定対象空間内のトレーサーガスと前記測定対象空間内の空気とが均一に混合していると判定された後、前記測定対象空間のガスをサンプリングしてサンプリング時刻を記録し、サンプリングされたガスにおけるトレーサーガスの濃度を測定するステップと、
   Ｓ４、前記サンプリングされたガスにおけるトレーサーガスの濃度とサンプリング時刻との対応関係を関数フィッティングして、フィッティング関数を取得するステップと、
   Ｓ５、前記フィッティング関数と前記測定対象空間内のトレーサーガスの注入量とに基づいて、前記測定対象空間の空気交換量を算出するステップとを含み、
   ステップＳ５において、前記測定対象空間の空気交換量は、
   前記測定対象空間内のトレーサーガスの注入量を前記フィッティング関数に代入し、前記測定対象空間の空気交換量を計算するステップ、または
   前記フィッティング関数に対して限界値を求め、前記測定対象空間内のトレーサーガスの限界濃度を得、前記限界濃度と前記測定対象空間内のトレーサーガスの注入量とに基づいて前記測定対象空間の空気交換量を計算するステップ、
   によって算出されることを特徴とする空気交換量の測定方法。
2. ステップＳ１において、トレーサーガス定量注入装置によりトレーサーガスを前記測定対象空間に連通した吸気ダクト内に注入することを特徴とする請求項１に記載の空気交換量の測定方法。
3. 前記トレーサーガス定量注入装置は、二つのガスボンベと、三方弁と、圧力調節弁と、流量調節弁と、二つのニードル弁と、二つの質量流量計と、二つの多点注入装置とを備え、
   前記二つのガスボンベはそれぞれ前記三方弁の二つの入口に接続され、前記三方弁の出口は前記圧力調節弁の入口に接続され、前記圧力調節弁の出口は前記流量調節弁の入口に接続され、前記流量調節弁の出口はそれぞれ前記二つのニードル弁の入口に接続され、各ニードル弁の出口はいずれも一つの質量流量計の入口に接続され、各質量流量計の出口はいずれも一つの多点注入装置に接続され、前記二つの多点注入装置はいずれも前記吸気ダクトに接続されており、
   前記二つのガスボンベ内のトレーサーガスを前記三方弁を介して選択的に放出した後、順に前記圧力調節弁によって圧力を安定的に低減し、前記流量調節弁によって放出量を調節して制御し、前記二つのニードル弁によって対応する注入位置を選択し、対応する質量流量計によって流量測定値を取得し、前記二つの多点注入装置によって前記吸気ダクト内に放出することを特徴とする請求項２に記載の空気交換量の測定方法。
4. 前記多点注入装置は、メインパイプと、前記メインパイプに連通した一連の分岐パイプとを備え、各分岐パイプには、前記吸気ダクトの横断面に注入されたトレーサーガスを均一に分布させるための第１の所定数の注入孔が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の空気交換量の測定方法。
5. ステップＳ３において、多点サンプリング装置により前記測定対象空間のガスをサンプリングすることを特徴とする請求項４に記載の空気交換量の測定方法。
6. 前記多点サンプリング装置は、メインパイプと、前記メインパイプに連通した一連の分岐パイプとを備え、各分岐パイプには、前記吸気ダクトの横断面においてサンプルを複数箇所で均一に採取するための第２の所定数のサンプリング孔が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の空気交換量の測定方法。
7. ステップＳ５の後に、
   Ｓ６、前記多点注入装置及び前記多点サンプリング装置によって前記測定対象空間内の新しい空気の空気量を測定して、ろ過済み空気量を取得するステップと、
   Ｓ７、算出された前記測定対象空間の空気交換量から前記ろ過済み空気量を減算して、前記測定対象空間のろ過されていない空気量を得るステップとをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の空気交換量の測定方法。
8. 定量注入法によってトレーサーガスを測定対象空間内に注入するように構成される注入モジュールと、
   前記測定対象空間内のトレーサーガスの濃度を測定し、前記濃度に基づいて前記測定対象空間内のトレーサーガスと前記測定対象空間内の空気とが均一に混合しているか否かを判定するように構成される測定モジュールと、
   前記測定対象空間内のトレーサーガスと前記測定対象空間内の空気とが均一に混合していると判定された後、前記測定対象空間のガスをサンプリングしてサンプリング時刻を記録し、サンプリングされたガスにおけるトレーサーガスの濃度を測定するように構成されるサンプリングモジュールと、
   前記サンプリングされたガスにおけるトレーサーガスの濃度とサンプリング時刻との対応関係を関数フィッティングして、フィッティング関数を取得するように構成されるフィッティングモジュールと、
   前記フィッティング関数と、前記測定対象空間内のトレーサーガスの注入量とに基づいて、前記測定対象空間の空気交換量を計算するように構成される計算モジュールとを備え、
   前記計算モジュールは、
   前記測定対象空間内のトレーサーガスの注入量を前記フィッティング関数に代入し、前記測定対象空間の空気交換量を計算して得るステップ、または
   前記フィッティング関数に対して限界値を求め、前記測定対象空間内のトレーサーガスの限界濃度を得、前記限界濃度と前記測定対象空間内のトレーサーガスの注入量とに基づいて前記測定対象空間の空気交換量を計算して得るステップ、
   によって前記測定対象空間の空気交換量を算出することを特徴とする空気交換量の測定システム。

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