JPH03255990A - Plant operation monitoring system - Google Patents

Plant operation monitoring system

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Publication number
JPH03255990A
JPH03255990A JP2053657A JP5365790A JPH03255990A JP H03255990 A JPH03255990 A JP H03255990A JP 2053657 A JP2053657 A JP 2053657A JP 5365790 A JP5365790 A JP 5365790A JP H03255990 A JPH03255990 A JP H03255990A
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JP
Japan
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electrode
water quality
plant
monitoring system
pulse
Prior art date
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Pending
Application number
JP2053657A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takuya Takahashi
卓也 高橋
Masanori Sakai
政則 酒井
Katsumi Mabuchi
勝美 馬渕
Masakiyo Izumitani
泉谷 雅清
Noriyuki Onaka
大中 紀之
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH03255990A publication Critical patent/JPH03255990A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

PURPOSE:To obtain an extremely small electrode which is usable in high- temperature, high-pressure running water by bending an electrode material in a U shape and sealing it at plural positions, and thus increasing the number of fulcra of the electrode material. CONSTITUTION:The electrode part 15 of the operating electrode of an electrochemical sensor 1 is made of a platinum thin wire of 50mum in diameter and curved in the U shape. Four leg parts are fixed and sealed with a seal part 16 made of ceramic. A lead wire 17 is embedded in the seal part 16 and put in electric contact with the leg part of the four electrode parts. Further, a protection jig 18 made of ceramic is provided surrounding the electrode part 15. Then the sensor 1 is inserted into an in-reactor instrumentation pipe 2, a pulse signal is sent to the operating electrode of the sensor 1 by using a potentiostat 3, a pulse generator 4, and a pulse response analyzer 5, and its response signal is analyzed to perform five kinds of pulse voltammetry or random pulse voltammetry.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子力プラント冷却水系等に溶存する化学種
を電気化学的に定量分析する装置における作用電極の構
造、並びに、この構造の作用電極を用いた水質センサ、
並びに水質センサを用いて水質制御を行うプラント運転
状態監視システムに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a structure of a working electrode in an apparatus for electrochemical quantitative analysis of chemical species dissolved in a nuclear power plant cooling water system, and a working electrode of this structure. Water quality sensor using
The present invention also relates to a plant operating status monitoring system that controls water quality using water quality sensors.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、微小電極を用いた電気化学計測については、電気
化学および工業物理化学56 (1988年)第608
頁から第612頁において総括的に述べられている。微
小電極の構造および作製法については、この文献中で論
じられており、エポキシ樹脂によって金属細線、または
、カーボンファイバを一個所のシール個所でシールする
構造となっていた。
Conventionally, regarding electrochemical measurements using microelectrodes, electrochemistry and industrial physical chemistry 56 (1988) No. 608
It is generally discussed on pages 612 to 612. The structure and manufacturing method of the microelectrode are discussed in this document, and the structure is such that a thin metal wire or carbon fiber is sealed at one sealing point using an epoxy resin.

微小電極を作用電極として用いた定量分析の基盤となる
基礎論理についてはジャーナル、オブ、エレクトロアナ
リテイカル、ケミストリー186(1985年)第79
頁から第89頁(J、Electroanal。
For the basic logic underlying quantitative analysis using microelectrodes as working electrodes, see Journal of Electroanalytical Chemistry 186 (1985) No. 79.
Pages 89 to 89 (J, Electroanal.

Che+m、、186(1984)、pp79−86)
、および、同誌230(1987年)第61頁から第6
7頁(ibid、、 230(1987)、 Pp61
−67)、および、同誌250(1988年)第269
頁から276頁(ibid、、250(1988)、p
p269−276)、および、同誌171(1984年
)第219頁から第230頁(ibid、、 171 
(1984年)。
Che+m, 186 (1984), pp79-86)
, and the same magazine 230 (1987) pp. 61-6.
7 pages (ibid, 230 (1987), Pp61
-67) and the same magazine 250 (1988) No. 269
pages to 276 (ibid, 250 (1988), p.
p269-276), and the same magazine 171 (1984), pages 219 to 230 (ibid, 171
(1984).

pp219−230)、および、同誌182 (198
5年)第267頁から第279頁(ibid、、 18
2(1985年)、pp267−279) 、および、
同誌237 (1987年)第163頁から第170頁
(ibid、、 237 (1987年)*pp163
−170)において論じられている。
pp219-230), and the same magazine 182 (198
5th year) pages 267 to 279 (ibid, 18
2 (1985), pp267-279), and
Same magazine 237 (1987) pp. 163 to 170 (ibid, 237 (1987) *pp163
-170).

被検液中に溶存する複数種の被測定物質を複数のパルス
ボルタンメトリーを併用し同時定量分析する定量分析法
については特願昭62−311969号において論じら
れている。
A quantitative analysis method for simultaneously quantitatively analyzing a plurality of substances to be measured dissolved in a test liquid using a plurality of pulse voltammetries is discussed in Japanese Patent Application No. 311969/1982.

従来のプラント制御システムは特開昭58−51312
号公報およびU 、 S 、patent No、45
52718号のようにプラント量または状態量に対応し
た機械および装置のコントロールシステムとなっていた
The conventional plant control system is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-51312.
Publication and U, S, patent No. 45
No. 52718, it was a control system for machines and equipment that corresponded to plant quantities or state quantities.

被検液中の溶存する複数種の被測定物質をランダムパル
スボルタンメトリーを併用し同時定量分析する定量分析
法については、ぶんせき(1988年)第280頁から
第285頁において論じられている。
A quantitative analysis method for simultaneously quantitatively analyzing multiple types of analyte dissolved in a test liquid using random pulse voltammetry is discussed in Bunseki (1988), pages 280 to 285.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記微小電極はシール材の高温耐久性および電極材の機
械的耐久性の点について考慮されておらず、原子力、火
力等プラントのような高温高圧水の流水中に溶存する化
学種の定量分析に使用できないという問題点があった。
The above-mentioned microelectrodes do not take into account the high-temperature durability of the sealing material and the mechanical durability of the electrode material, and are not suitable for quantitative analysis of chemical species dissolved in flowing high-temperature, high-pressure water from nuclear power plants, thermal power plants, etc. There was a problem that it could not be used.

本発明の目的は、高温高圧流水中での使用に耐えうる微
小電極の構造を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a microelectrode structure that can withstand use in high-temperature, high-pressure flowing water.

プラント制御システムは、水質をモニタし水質データを
制御システムにフィードバックさせ水質を制御する際の
センサ技術について考慮がされておらず、入手するデー
タの信頼性、もしくは、センサの耐久性の問題から水質
モニタリングシステムおよび制御システムそのものが実
際問題として成立しないという現実的な問題があった。
Plant control systems do not take into account the sensor technology that monitors water quality and feeds back water quality data to the control system to control water quality. There was a practical problem that the monitoring system and control system themselves were not practical.

本発明の第二の目的は、耐久性、信頼性の高い水質セン
サを提供することにより、水質モニタリングシステムお
よび制御システムを得ることにある。
A second object of the present invention is to provide a water quality monitoring system and control system by providing a durable and reliable water quality sensor.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するために、本発明は電極材をU字状等
の形状に曲げ複数個所でシールすることにより電極材の
支点を増やした。また、電極材の先端、または、中途の
部分を支持治具で支持する構造とした。また、電極体の
周囲を保護治具で囲む構造とした。さらに、電極体をシ
ールする材料としてセラミックス、または、セラミック
スをコートした金属を採用した。
In order to achieve the above object, the present invention increases the number of fulcrums of the electrode material by bending the electrode material into a U-shape or the like and sealing it at multiple locations. In addition, a structure was adopted in which the tip or midway portion of the electrode material was supported by a support jig. In addition, a structure was adopted in which the electrode body was surrounded by a protective jig. Furthermore, ceramics or metal coated with ceramics was used as the material for sealing the electrode body.

〔作用〕[Effect]

電極材を複数個所でシールする構造および支持治具を採
用することにより、外力に対する電極体の強度が増す、
保護治具を採用することにより、電極体にかかる外力が
緩和される。シール材の材質をセラミックスにすること
により高温高圧水中で耐久性のあるシールがなされる。
By adopting a structure that seals the electrode material at multiple locations and a support jig, the strength of the electrode body against external forces is increased.
By employing the protective jig, the external force applied to the electrode body is alleviated. By using ceramic as the material of the sealing material, a durable seal can be achieved in high temperature and high pressure water.

以上によって作用電極は機械的に破損しにくくなる。This makes the working electrode less likely to be mechanically damaged.

センサから高信頼性の水質情報を得る手段を確立したこ
とにより、高次元のプラント運転管理が可能となる。
By establishing a means to obtain highly reliable water quality information from sensors, high-level plant operation management becomes possible.

〔実施例〕〔Example〕

〈実施例1〉 本実施例は第1図に示すBWRプラントの運転状態監視
システム内に、第2図に示す構造の作用電極をもつ電気
化学的センサを原子炉炉内計装管を通して装着し、この
水質環境下における溶存酸素濃度の測定を試みた例であ
る。
<Example 1> In this example, an electrochemical sensor having a working electrode of the structure shown in Fig. 2 is installed in the operating status monitoring system of a BWR plant shown in Fig. 1 through an instrumentation pipe inside a nuclear reactor. This is an example of an attempt to measure dissolved oxygen concentration under this water quality environment.

第1図において電気化学的センサ1は炉内計装管2に挿
入されている。ポテンショスタット電気化学インタフェ
ース3.パルス発生器4.パルス応答解析器5の三者を
用いて電気化学的センサの作用電極へパルス信号を送り
その応答信号を解析することにより、リバースパルス、
ノーマルパルス、ディファレンシャルパルス、スクウエ
アウエイブ、ノーマルディファレンシャルパルスの五種
類のパルスボルタンメトリーまたはランダムパルスボル
タンメトリーが実行される。コンピュータ6は、基準デ
ータ及び測定データの記憶、測定データの基準データと
の比較、比較結果に基づく水質制御命令の発信等の機能
をもつ。表示装置7は、水質データ、プラント運転状態
、安全または警告等の表示を行う、8はガス注入装置で
あり、コンピュータからの水質制御命令に従って動作す
る。
In FIG. 1, an electrochemical sensor 1 is inserted into an in-furnace instrumentation tube 2. In FIG. Potentiostat electrochemical interface 3. Pulse generator 4. By sending a pulse signal to the working electrode of the electrochemical sensor using the pulse response analyzer 5 and analyzing the response signal, a reverse pulse,
Five types of pulse voltammetry or random pulse voltammetry are performed: normal pulse, differential pulse, square wave, and normal differential pulse. The computer 6 has functions such as storing reference data and measured data, comparing measured data with reference data, and issuing water quality control commands based on the comparison results. The display device 7 displays water quality data, plant operating status, safety or warnings, etc. 8 is a gas injection device, which operates according to water quality control instructions from the computer.

9はドライヤ、10は炉心、11は原子炉給水配管、1
2は原子炉再循環系、13は原子炉圧力容器、14はタ
ービンである。
9 is a dryer, 10 is a reactor core, 11 is a reactor water supply pipe, 1
2 is a reactor recirculation system, 13 is a reactor pressure vessel, and 14 is a turbine.

第2図に本発明の電気化学的センサの作用電極の構成を
示す。電極部15は直径50μmの白金細線から成り1
図のような形状に組まれる。四本の足の部分はセラミッ
クス製のシール部16によって固定シールされる。シー
ル部の内部にはリード線17が埋め込まれており四本の
電極部の足のうち一本と電気的接触がとられる。さらに
、電極部を囲う形でセラミックス製の保護治具18が設
けられる。保護治具には通水のため数個の小孔がおいて
いる。
FIG. 2 shows the structure of the working electrode of the electrochemical sensor of the present invention. The electrode part 15 is made of a thin platinum wire with a diameter of 50 μm.
It is assembled into the shape shown in the figure. The four leg portions are fixedly sealed by seal portions 16 made of ceramics. A lead wire 17 is embedded inside the seal part and makes electrical contact with one of the four legs of the electrode part. Furthermore, a ceramic protection jig 18 is provided to surround the electrode section. The protective jig has several small holes for water passage.

第3図は第2図に示した作用電極を構成要素とする電気
化学的センサの構成を示す。このセンサは第2図に示し
た作用電極19.銀/塩化銀電極の表面をセラミックス
コーティングした参照電極20と白金製の対極21の三
種類の電極からなる三電極系センサである。このセンサ
は締め付は金具22、および、締め付は金具ホルダー2
3によって構造材に安定に支持され、監視対象水24に
浸漬される。
FIG. 3 shows the structure of an electrochemical sensor including the working electrode shown in FIG. 2 as a component. This sensor has a working electrode 19. shown in FIG. This is a three-electrode sensor consisting of three types of electrodes: a reference electrode 20 whose surface is a silver/silver chloride electrode coated with ceramics, and a counter electrode 21 made of platinum. This sensor is tightened by the metal fitting 22 and the metal fitting holder 2.
3, it is stably supported by the structural material and immersed in the water 24 to be monitored.

第4図のAは第3図に示されるセンサを用いて監視対象
水中の溶存酸素濃度の経時変化を測定したものである。
A in FIG. 4 shows the measurement of the change over time in the dissolved oxygen concentration in the water to be monitored using the sensor shown in FIG.

ここで、監視対象水は空気飽和水であり、溶存酸素濃度
は常に一定であるはずである。図に示すように、測定さ
れる溶存酸素濃度は常に一定であり、センサは安定に動
作していることがわかる。第4図のBは5作用電極とし
て直径50μmの白金線をシール部で一点のみで固定シ
ールしたものを用いた場合の測定結果である。この場合
、最初の一ケ月間は測定値が安定せず、それ以降は測定
値が著しく小さくなっている。これは、電極材の支持が
不安定であり折れて破損したためである。
Here, the water to be monitored is air-saturated water, and the dissolved oxygen concentration should always be constant. As shown in the figure, the measured dissolved oxygen concentration is always constant, indicating that the sensor is operating stably. B in FIG. 4 shows the measurement results when a platinum wire with a diameter of 50 μm was fixed and sealed at only one point at the sealing portion as the 5 working electrodes. In this case, the measured values are not stable for the first month, and after that the measured values become significantly smaller. This is because the support of the electrode material was unstable and broke and broke.

〈実施例2〉 本実施例は第5図に示す貫流型火力プラントの運転状態
監視システム内に第6図に示す構造の作用電極をもつ電
気化学的センサを装着した例である。
Embodiment 2 This embodiment is an example in which an electrochemical sensor having a working electrode having the structure shown in FIG. 6 is installed in the operating status monitoring system of a once-through thermal power plant shown in FIG.

第5図において電気化学的センサ1は、復水ポンプ26
の下流、脱気器27の上流及び下流2節炭器28の上流
にそれぞれ設置される。ポテンショスタット電気化学イ
ンタフェース3.パルス発生器4.パルス応答解析器5
及びメモリ29はそれぞれの電気化学的センサに対して
各−個ずつ設置される。メモリはそれぞれの場所におけ
る水質データ及び予め定めた基準水質データを記憶する
In FIG. 5, the electrochemical sensor 1 includes a condensate pump 26
, upstream of the deaerator 27 , and upstream of the two downstream economizers 28 . Potentiostat electrochemical interface 3. Pulse generator 4. Pulse response analyzer 5
and a memory 29 is installed for each electrochemical sensor. The memory stores water quality data at each location and predetermined reference water quality data.

コンピュータ6は、それぞれの場所に対応するデータを
メモリから呼び出し、基準データと測定データの比較、
比較結果に基づく水質制御命令の発信等の機能をもつ。
The computer 6 reads the data corresponding to each location from the memory, compares the reference data and the measured data,
It has functions such as issuing water quality control commands based on comparison results.

表示袋w7は設置した電気化学的センサの数だけ準備さ
れ、それぞれの場所に対応する水質データ、プラント運
転状態、安全または警告等の表示を行う。30は復水脱
塩装置、31は低圧給水加熱器、32は高圧給水加熱器
、33は氷壁、34は過熱器、35は再熱器、36は高
圧タービン、37は低圧タービンである。
Display bags w7 are prepared as many as the number of installed electrochemical sensors, and display water quality data, plant operating status, safety, warning, etc. corresponding to each location. 30 is a condensate desalination device, 31 is a low pressure feed water heater, 32 is a high pressure feed water heater, 33 is an ice wall, 34 is a superheater, 35 is a reheater, 36 is a high pressure turbine, and 37 is a low pressure turbine.

第6図に電気化学センサの作用電極の構成を示す、電極
部15は直径100μmの金細線から戒り、図のように
、先端部分はセラミックス製の支持治具38によって固
定され、足の部分はセラミックス製のシール部16によ
って固定シールされる。さらに、電極部を囲う形でセラ
ミックスをコーティングしたステンレス鋼製の保護治具
18が設けられる。保護治具には通水のため数個の小孔
がおいている。
FIG. 6 shows the structure of the working electrode of an electrochemical sensor. The electrode part 15 is made of a thin gold wire with a diameter of 100 μm, and as shown in the figure, the tip part is fixed with a ceramic support jig 38, and the leg part is fixedly sealed by a seal portion 16 made of ceramics. Furthermore, a ceramic-coated stainless steel protective jig 18 is provided to surround the electrode section. The protective jig has several small holes for water passage.

第7図は第6図に示した作用電極を構成要素とする電気
化学的センサの構成を示す。このセンサは第6図に示し
た作用電極19、銀/硫酸銀電極の表面をセラミックス
コーティングした参照電極20からなる二電極系センサ
である。参照電極は対極の役割も兼ねている。このセン
サは締め付は金具22、および締め付は金具ホルダー2
3によって構造材24に安定に支持され、監視対象水2
5に浸漬される。
FIG. 7 shows the structure of an electrochemical sensor including the working electrode shown in FIG. 6 as a component. This sensor is a two-electrode system sensor consisting of a working electrode 19 shown in FIG. 6, and a reference electrode 20 whose surface is a silver/silver sulfate electrode coated with ceramics. The reference electrode also serves as a counter electrode. This sensor is tightened by the metal fitting 22 and the metal fitting holder 2.
3, the water to be monitored 2 is stably supported by the structural member 24.
5.

〈実施例3〉 本実施例は、第2図または第6図に示した作用電極(本
実施例ではミクロ電極と呼ぶ)と平板状の電極部を持つ
作用電極(本実施例では平板電極と呼ぶ)の二種類の作
用電極を用いたノーマルパルスボルタンメトリーにより
溶存酸素の反応電子数と拡散係数を測定した例を第8図
のフローチャートに従って説明する。
<Example 3> In this example, the working electrode shown in FIG. 2 or FIG. An example of measuring the number of reaction electrons and diffusion coefficient of dissolved oxygen by normal pulse voltammetry using two types of working electrodes will be described with reference to the flowchart in FIG.

■ では作用電極にノーマルパルス電位信号を印加し、
その時の電流値の経時変化を測定する。
■ Now apply a normal pulse potential signal to the working electrode,
At that time, the change in current value over time is measured.

第9図(A)はノーマルパルス電位信号である。FIG. 9(A) is a normal pulse potential signal.

初期電位Eoは酸素の還元反応が全く進行しない電位、
電解電位Eiは酸素の拡散限界電流が得られる電位に設
定する。第9図(B)は電流値の経時変化である。電位
がEoからElに変化する瞬間の時刻をOとすると、ミ
クロ電極及び平板電極における電流値の経時変化1n(
t)+ip (t)は(1)、(4)式で表現される。
The initial potential Eo is the potential at which the oxygen reduction reaction does not proceed at all.
The electrolytic potential Ei is set to a potential at which the oxygen diffusion limiting current is obtained. FIG. 9(B) shows the change in current value over time. If the time at which the potential changes from Eo to El is O, then the change over time of the current value in the microelectrode and the plate electrode is 1n(
t)+ip (t) is expressed by equations (1) and (4).

xwac t)= 2 n F tc b CD f 
(θ)   ・−(1)ここで、 f(θ)=1/、/1(3十0.422−0.0675
 Q■θ十0.0058(ム域θ−1,47)!・・・
(2) θ=Dt/a”                ・・
・(3)i p (t ) = n F A CJ「7
11− (4)である。ただし、nは酸素の還元反応の
反応電子数、Cは溶存酸素濃度、Dは溶存酸素の拡散係
数、aはミクロ電極の電極部細線の半径、bは電極部細
線の露出部の長さ、Aは平板電極の面積、Fはファラデ
一定数であり、nとD以外の値は既知であるとする。
xwac t) = 2 n F tc b CD f
(θ) ・−(1) Here, f(θ)=1/,/1(300.422−0.0675
Q■θ10.0058 (Mu area θ-1,47)! ...
(2) θ=Dt/a”...
・(3) i p (t) = n F A CJ "7
11-(4). Where, n is the number of reactive electrons in the oxygen reduction reaction, C is the dissolved oxygen concentration, D is the diffusion coefficient of dissolved oxygen, a is the radius of the thin electrode wire of the microelectrode, b is the length of the exposed part of the thin electrode wire, It is assumed that A is the area of the flat electrode, F is a Faraday constant, and values other than n and D are known.

■〜■では(1)と(4)式を連立させてnとDを算出
する。
In (1) to (2), n and D are calculated by combining equations (1) and (4).

まず、■でnの値を適当な値に仮定する。すると、■で
(4)式からDの値が求まり、■で(1)式からDの値
が計算される。
First, assume the value of n to be an appropriate value in (■). Then, in step 2, the value of D is found from equation (4), and in step 2, the value of D is calculated from equation (1).

■におけるDの値の算出方法を以下に示す。The method for calculating the value of D in (2) is shown below.

(1)式と(3)式からDを消去すると(5)式が得ら
れる。
By eliminating D from equations (1) and (3), equation (5) is obtained.

1jt)・t/2nFπbCa”=of (θ)・・・
(5) (5)式の左辺をξ(n)とおきof(θ)の逆関数を
gとおくと(6)式が得られる。
1jt)・t/2nFπbCa”=of (θ)...
(5) When the left side of equation (5) is set as ξ(n) and the inverse function of of(θ) is set as g, equation (6) is obtained.

θ=gCξ(n)〕               ・
・・(6)さらに、(6)式を(3)式に代入し変形す
ると(7)式が得られる。
θ=gCξ(n)] ・
(6) Furthermore, by substituting and transforming equation (6) into equation (3), equation (7) is obtained.

D=a”g (ξ(n )) / t        
−= (7)すなわち、■におけるnの値の仮定により
■において(1)式からDの値が計算された。
D=a”g (ξ(n))/t
−= (7) That is, the value of D was calculated from equation (1) in ■ based on the assumption of the value of n in ■.

■では、■と■にそれぞれ計算されたDの値を比較する
。両者の値が異なっていれば、■において仮定したnの
値が誤っていることになる。その場合はnの仮定量を再
設定して■〜■の処理を再実行する。両者の値が一致す
る場合は、■における仮定量nと■、■における計算値
りがそれぞれ求める反応電子数、拡散係数となる。
In (2), the values of D calculated in (2) and (2) are compared. If the two values are different, it means that the value of n assumed in (■) is incorrect. In that case, reset the assumed amount of n and re-execute the processes ① to ②. If the two values match, the assumed amount n in (1) and the calculated values in (2) and (2) become the number of reaction electrons and the diffusion coefficient, respectively.

〈実施例4〉 本実施例は、第2図または第6図に示した作用電極を用
いたランダムパルスボルタンメトリーを用いて溶存酸素
、過酸化水素、水素を同時定量分析した例を示す。
<Example 4> This example shows an example in which dissolved oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen were simultaneously quantitatively analyzed using random pulse voltammetry using the working electrode shown in FIG. 2 or FIG. 6.

第10図のAは酸素、過酸化水素、水素の三種混合系に
おける電流i−電位E曲線である。電位が高い領域では
過酸化水素と水素の酸化電流が、電位が低い領域では酸
素と過酸化水素の還元電流がそれぞれ観測される。酸化
電流及び還元電流が立ち上がる電位領域の任意の電位を
El及びElとしO〜7までの八つのレベルに分割量子
化する。
A in FIG. 10 is a current i-potential E curve in a ternary mixed system of oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen. Oxidation currents of hydrogen peroxide and hydrogen are observed in the high potential region, and reduction currents of oxygen and hydrogen peroxide are observed in the low potential region. Arbitrary potentials in the potential region where the oxidation current and reduction current rise are defined as El and El, and are divided and quantized into eight levels from 0 to 7.

第10図のBは作用電極に印加するランダムパルス電位
信号を示す。(El、 El)の電位の組み合わせは、
8X8=64通り存在する。Elの終了点Sにおいて、
電流値をサンプルし、8×8のデータマトリックスXに
それぞれの(E 1 + E z)の組に対応する電流
値を拡約する。
FIG. 10B shows a random pulse potential signal applied to the working electrode. The combination of potentials (El, El) is
There are 8×8=64 types. At the end point S of El,
The current values are sampled and the current values corresponding to each (E 1 + E z) set are expanded into an 8×8 data matrix X.

データマトリックス又は(8)式によってマトリックス
Yに変換される。
It is converted into a data matrix or a matrix Y using equation (8).

Y=HXH・・・(8) ただし、 である。ここで とおき、Yの64個の成分のうち適当なものを抽出して
、2なるベクトルを作る。
Y=HXH...(8) However, these are. Here, a suitable one out of the 64 components of Y is extracted to create a vector of 2.

Z” (y02t ’/20e ’104+ V40+
 yoat y80)・・・(11) 酸素、過酸化水素、水素が単独で存在する水中で測定し
た2をそれぞれZl、Zx、Zaとする。
Z"(y02t'/20e'104+ V40+
yoat y80)...(11) Let 2 measured in water where oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen exist alone be Zl, Zx, and Za, respectively.

ここで(12) 、 (13)式を満たすWlなるベク
トルを導入する。
Here, a vector Wl that satisfies equations (12) and (13) is introduced.

< Zz、 Wt>= O・・・(12)< Z a、
 Wz> = O・・・(13)ただし、く 〉は内積
の演算を表わす。ここで、C1=< Z 1 t W 
i >           ・・・(14)なる量が
水中の溶存酸素量になるようにWlを予め定めておく。
<Zz, Wt>= O...(12)<Z a,
Wz>=O (13) where 〉 represents an inner product operation. Here, C1=< Z 1 t W
Wl is determined in advance so that the amount of i > (14) is the amount of dissolved oxygen in water.

同様に <Zl、Ws>=O,<Zz、W3>=0を満たし CZ=<ZI Wl># C3:<ZJII VJs>
 −(16)なる量がそれぞれ溶存過酸化水素量、溶存
水素量になるようにWz*Wsを予め定める。
Similarly, satisfy <Zl, Ws>=O, <Zz, W3>=0, and CZ=<ZI Wl># C3:<ZJII VJs>
Wz*Ws is predetermined so that the amounts -(16) are the amount of dissolved hydrogen peroxide and the amount of dissolved hydrogen, respectively.

酸素、過酸化水素、水素の3種混合系において測定した
ベクトルZに対して、< Z 、Wl> 、 < Z 
For the vector Z measured in a mixed system of three types of oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen, <Z, Wl>, <Z
.

Wx>、<Z、Ws>を演算すると、これらの量は溶存
酸素量、溶存過酸化水素量、溶存水素量となる。
When Wx>, <Z, Ws> are calculated, these amounts become the amount of dissolved oxygen, the amount of dissolved hydrogen peroxide, and the amount of dissolved hydrogen.

第11図は、ランダムパルスボルタンメトリーを用いて
原子炉炉内の溶存酸素、過酸化水素、水素量を同時定量
し、それぞれの経時変化として示したものである。第1
図に示したシステムの動作により溶存酸素、過酸化水素
濃度が上昇したときにコンピュータが水素注入の命令を
発する。水素注入によって、溶存酸素、過酸化水素濃度
は減少する傾向にあることがわかる。
FIG. 11 shows the simultaneous determination of dissolved oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen amounts in the nuclear reactor using random pulse voltammetry, and their respective changes over time. 1st
When the concentration of dissolved oxygen and hydrogen peroxide increases due to the operation of the system shown in the figure, the computer issues a command to inject hydrogen. It can be seen that dissolved oxygen and hydrogen peroxide concentrations tend to decrease with hydrogen injection.

〈実施例5〉 第12図は、構造材24を対極として使用し、参照電極
20と、第2図または第6図で示される作用電極19と
ともに三電極系センサを構成したものである。この電気
化学的センサは、第3図のものと比較してコンパクトで
ある。
Embodiment 5 In FIG. 12, a three-electrode sensor is constructed using a structural member 24 as a counter electrode, together with a reference electrode 20 and a working electrode 19 shown in FIG. 2 or 6. This electrochemical sensor is compact compared to the one in FIG.

〈実施例6〉 第13図は、構造材24を対極及び参照電極として使用
し、第2図または第6図で示される作用電極19ととも
に二電極系センサを構成したものである。この電気化学
センサは、第3図、第7図。
Embodiment 6 In FIG. 13, a two-electrode sensor is constructed using the structural material 24 as a counter electrode and a reference electrode together with the working electrode 19 shown in FIG. 2 or 6. This electrochemical sensor is shown in Figs. 3 and 7.

第12図のものと比較してコンパクトである。It is more compact than the one in FIG.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、水質センサの重要部分である作用電極
の長寿命化、高安定化を図ることができるので、モニタ
リングシステム、ひいては、コントロールシステムの高
信頼化及びメインテナンスフリー化による高経済性を実
現することができる。
According to the present invention, the working electrode, which is an important part of a water quality sensor, can have a longer lifespan and be highly stable, so the monitoring system and, by extension, the control system can be made highly reliable and maintenance-free, resulting in high economic efficiency. It can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例のBWR炉内計装管内にセン
サをもつBWR原子炉のプラント水質制御システムの系
統図、第2図は電極部四点支持および保護治具により補
強された作用電極の断面図、第3図は作用電極、参照電
極、対極の三電極系で構成される電気化学的センサの断
面図、第4図は溶存酸素濃度の経時変化の説明図、第5
図は貫流型火力プラントの水質監視システムの系統図、
第6図は支持治具および保護治具により補強された作用
電極の断面図、第7図は参照電極と作用電極の二電極系
で構成される電気化学的センサの断面図、第8図は反応
電子数、拡散係数決定のためのフローチャート、第9図
はノーマルパルス電位信号と電流応答図、第10図は酸
素、過酸化水素。 水素の三種混合系における電流電位曲線とランダムパル
ス電位信号特性図、第11図は炉水中の溶存酸素、過酸
化水素、水素濃度の経時変化と水素注入効果の説明図、
第12図は構造材9作用電極。 参照電極の三電極系で構成される電気化学的センサの断
面図、第13図は構造材2作用電極の二電極系で構成さ
れる電気化学的センサの断面図である。 1・・・電気化学的センサ、2・・・炉内計装管、3・
・・ポテンショスタット、4・・・パルス発生器、5・
・・パルス応答解析器、6・・・コンピュータ、7・・
・表示装置、8・・・ガス注入装置、9・・・ドライヤ
、10・・・炉心、11・・・原子炉給水配管、12・
・・原子炉再循環系、1−−−1災イL芒16呵7t=
ンち「2− 炉水1我唇 3−−Rテン〉り又タフト 4−ノゾル又そ生11 7−−−表示表置 8−一一力゛又シ主入装置 q−−−)クイV /6−−−¥r1ヒ 1/−原子炉IMX綻唸 /4−m−デーごン 第2 田 第3図 7 い 20 1’/ 15−  電極部 l≦、−−−シーツし那 /7−−− ソート1験 l訃−all冶奥 /q −一一作!PI電腿 z、−$g@極 2/−灯発 22−・−#t)村撞具 Z3−−一 粋めイtrr全真t・ルグz4−、11!
−造材 25−t”攬櫨木 第40 晴 閏 (月) 第 乙 圀 ギ5 圓 黍7図 7 第 δ 圓 夢 図 吟 内 茶 1 閏 時用 (月) l7 夢 Z 図 第 3 図
Figure 1 is a system diagram of a plant water quality control system for a BWR nuclear reactor that has sensors in the BWR in-reactor instrumentation pipe according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 shows a plant water quality control system that is reinforced with four-point support for the electrode part and a protective jig. Figure 3 is a cross-sectional view of an electrochemical sensor consisting of a three-electrode system consisting of a working electrode, a reference electrode, and a counter electrode; Figure 4 is an explanatory diagram of changes in dissolved oxygen concentration over time; Figure 5
The figure is a system diagram of a water quality monitoring system for a once-through thermal power plant.
Fig. 6 is a cross-sectional view of a working electrode reinforced with a support jig and a protective jig, Fig. 7 is a cross-sectional view of an electrochemical sensor consisting of a two-electrode system of a reference electrode and a working electrode, and Fig. 8 is Flowchart for determining the number of reaction electrons and diffusion coefficient, Figure 9 is a normal pulse potential signal and current response diagram, and Figure 10 is for oxygen and hydrogen peroxide. Current-potential curve and random pulse potential signal characteristic diagram in a three-component hydrogen mixture system; Figure 11 is an explanatory diagram of the temporal changes in dissolved oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen concentrations in reactor water and the hydrogen injection effect;
FIG. 12 shows the working electrode of structural material 9. FIG. 13 is a cross-sectional view of an electrochemical sensor configured with a three-electrode system including a reference electrode, and FIG. 13 is a cross-sectional view of an electrochemical sensor configured with a two-electrode system including two structural members and a working electrode. 1... Electrochemical sensor, 2... In-furnace instrumentation tube, 3...
... Potentiostat, 4... Pulse generator, 5.
...Pulse response analyzer, 6...Computer, 7...
・Display device, 8... Gas injection device, 9... Dryer, 10... Reactor core, 11... Reactor water supply piping, 12.
・Reactor recirculation system, 1---1 disaster L 16 呵 7t=
2- Reactor water 1 I lips 3-- R ten> Rimata tuft 4- Nosol Matasosei 11 7--Display 8-11 Power (Main input device q--) Qui V/6---¥r1hi1/-Reactor IMX failure/4-m-Degon No. 2 field 3 Figure 7 I20 1'/15- Electrode part l≦, --- Sheet liner /7--- Sort 1 experience l - all Jioku / q - 11 works! PI Dentai z, - $g @ Kiwami 2 / - Tohatsu 22 - - # t) Village collection tool Z3 - - 1 Chic I TRR Zenshin T.Lug Z4-, 11!
-Saw material 25-t” 攬櫨木 40 Harei (Monday) No. 5 Enmai 7 Fig. 7 No. δ Enmuzu Ginnai tea 1 Leap time use (Monday) 17 Yume Z Fig. 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、プラントの監視対象部に設置された電気化学的水質
センサにより前記監視対象部の水質に直接関係する情報
を一定の期間連続的に抽出する手段と、この抽出された
情報に基づいて水質を評価する手段と、得られた水質評
価結果と予め定められたプラント運転操作の基準値とを
比較する手段と、この比較結果のうち必要部分を表示又
は記録する手段を具備するプラント運転状態監視方法に
おいて、 前記電気化学的水質センサの作用電極は、電極部と、前
記電極部と構造材とを電気的に絶縁するための絶縁体の
シール部を最小限の構成要素とし、前記電極部を曲げる
ことにより前記シール部の二点以上で固定支持すること
を特徴とするプラント運転状態監視システム。 2、高温水を含むプラントの監視対象部に設置された電
気化学的水質センサにより前記監視対象部の水質に直接
関係する情報をプラントの点検から次回点検までの期間
中連続的に抽出する手段と、この抽出された情報に基づ
いて水質を評価する手段と、得られた水質評価結果と予
め定められたプラント運転操作の基準値とを比較する手
段と、この比較結果のうち必要部分を表示及び記録する
手段と、プラント運転状態に応じて必要な制御信号を発
生する手段を具備するプラント運転状態監視方法におい
て、 前記電気化学的水質センサの作用電極は、電極部と、前
記電極部と構造材とを電気的に絶縁するための絶縁体の
シール部と、前記絶縁体の支持治具を最小限の構成要素
とし、前記電極部を前記シール部の一点以上で固定し、
前記電極部の他端または他の部分を前記支持治具で支持
する構造を持つことを特徴とするプラント運転状態監視
システム。 3、請求項1または2において、前記電極部が監視対象
水と接触する露出部の面積の平方根、半径、幅のいずれ
かが5mmよりも短いプラント運転状態監視システム。 4、請求項1、2または3において、前記電気化学的水
質センサはそれぞれ少なくとも一個の作用電極、参照電
極及び対極からなる三電極系、又はその中の二電極を用
いた二電極系を構成要素とするプラント運転状態監視シ
ステム。 5、請求項4において、前記参照電極はプラズマスプレ
ーまたは他の方法により監視対象水が含浸するだけの空
孔率があるセラミックス系材で銀/ハロゲン化銀または
銀/硫酸銀電極の表面を直接コーティングした構造をも
ち、ハロゲン化銀または硫酸銀をハロゲンイオンまたは
硫酸イオン溶液に浸漬させない手段により基準となる電
位を示すプラント運転状態監視システム。 6、請求項1、2、3、4または5において、前記電気
化学的水質センサにより監視対象部の水質に直接関係す
る情報を抽出する手段は、一種類あるいは複数種のボル
タンメトリーを用いて水質分析を行うプラント運転状態
監視システム。 7、請求項6において、前記該ボルタンメトリーは、リ
バースパルス、ノーマルパルス、デイフアレンシヤルパ
ルス、スクウエアウエイブ、ノーマルデイフアレンシヤ
ルパルス、パルスボルタンメトリーのいずれか一つ又は
複数であるプラント運転状態監視システム。8、請求項
6において、該ボルタンメトリーは、ランダムパルスボ
ルタンメトリーであるプラント運転状態監視システム。 9、請求項1、2、3、4、5、6、7または8におい
て、前記電気化学的水質センサにより監視対象部の水質
に直接関係する情報を抽出する手段は、監視対象水中に
溶存する酸素、過酸化水素、水素を同時定量するプラン
ト運転状態監視システム。 10、請求項1、2、3、4、5、6、7、8または9
において、前記電気化学的水質センサは、原子力プラン
トの原子炉炉心、計装管近傍、セピレータまたはその近
傍、下部プレナム、またはその近傍、冷却配管系に設置
されるプラント運転状態監視システム。 11、請求項1、2、3、4、5、6、7、8または9
において、前記電気化学的水質センサは、火力プラント
の復水ポンプ下流、脱気器上下流、節炭器上流に設置さ
れるプラント運転状態監視システム。 12、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、1
0または11において、前記制御信号を発生する手段は
、一ケ所または複数個所で測定された溶存酸素濃度、溶
存過酸化水素濃度、溶存水素濃度の内一つまたは複数の
測定データに基づいて水素ガスの注入量を制御するプラ
ント運転状態監視システム。
[Claims] 1. Means for continuously extracting information directly related to the water quality of the monitored area for a certain period of time using an electrochemical water quality sensor installed in the monitored area of the plant; Equipped with means for evaluating water quality based on information, means for comparing the obtained water quality evaluation results with predetermined reference values for plant operation, and means for displaying or recording necessary parts of the comparison results. In the method for monitoring plant operating conditions, the working electrode of the electrochemical water quality sensor includes an electrode part and a seal part of an insulator for electrically insulating the electrode part and a structural material as minimum components. . A plant operating state monitoring system, characterized in that the electrode part is fixedly supported at two or more points of the seal part by bending the electrode part. 2. Means for continuously extracting information directly related to the water quality of the monitored part of the plant using an electrochemical water quality sensor installed in the monitored part of the plant containing high-temperature water during the period from plant inspection to the next inspection; , a means for evaluating water quality based on this extracted information, a means for comparing the obtained water quality evaluation result with a predetermined reference value for plant operation, and a means for displaying and displaying necessary parts of the comparison result. A method for monitoring plant operating conditions, comprising: a means for recording; and a means for generating a necessary control signal according to the operating state of the plant; A sealing part of an insulator for electrically insulating the insulator and a support jig for the insulator are the minimum components, and the electrode part is fixed at one or more points of the sealing part,
A plant operating state monitoring system characterized by having a structure in which the other end or other portion of the electrode part is supported by the support jig. 3. The plant operating state monitoring system according to claim 1 or 2, wherein any one of the square root of the area, radius, and width of the exposed portion where the electrode portion contacts the water to be monitored is shorter than 5 mm. 4. In claim 1, 2 or 3, the electrochemical water quality sensor comprises a three-electrode system each consisting of at least one working electrode, a reference electrode and a counter electrode, or a two-electrode system using two electrodes thereof. Plant operating status monitoring system. 5. In claim 4, the reference electrode is made of a ceramic material having a porosity sufficient to be impregnated with water to be monitored by plasma spraying or other methods, and is directly attached to the surface of the silver/silver halide or silver/silver sulfate electrode. A plant operating status monitoring system that has a coated structure and indicates a reference potential by means of not immersing silver halide or silver sulfate in a halide ion or sulfate ion solution. 6. In claim 1, 2, 3, 4 or 5, the means for extracting information directly related to the water quality of the monitored area by the electrochemical water quality sensor includes water quality analysis using one or more types of voltammetry. A plant operating status monitoring system that performs 7. The plant operating state monitoring system according to claim 6, wherein the voltammetry is one or more of reverse pulse, normal pulse, differential pulse, square wave, normal differential pulse, and pulse voltammetry. . 8. The plant operating status monitoring system according to claim 6, wherein the voltammetry is random pulse voltammetry. 9. Claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, wherein the means for extracting information directly related to the water quality of the monitored area by the electrochemical water quality sensor is dissolved in the monitored water. A plant operating status monitoring system that simultaneously measures oxygen, hydrogen peroxide, and hydrogen. 10.Claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or 9
In the plant operating state monitoring system, the electrochemical water quality sensor is installed in a reactor core of a nuclear power plant, near an instrumentation pipe, in or near a separator, in a lower plenum or near a cooling piping system. 11.Claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or 9
In the plant operating state monitoring system, the electrochemical water quality sensor is installed downstream of a condensate pump, upstream and downstream of a deaerator, and upstream of a energy saver of a thermal power plant. 12.Claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 1
0 or 11, the means for generating the control signal generates hydrogen gas based on measurement data of one or more of dissolved oxygen concentration, dissolved hydrogen peroxide concentration, and dissolved hydrogen concentration measured at one or more locations. A plant operating status monitoring system that controls the amount of injection.
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