JPS6116928B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば原子炉格納容器内の雰囲気中
の水素濃度，酸素濃度の測定に利用できる水素お
よび酸素濃度測定装置に関するものである。 従来例えば原子炉格納容器内の雰囲気中の水素
濃度，酸素濃度の測定は、測定装置の概要を第１
図に示すように、格納容器１内に直接水素検出器
２と酸素検出器３を設置して検知し、各分析部
４，５で分析し指示を行なつている。しかしなが
ら、格納容器内は温度が50℃〜170℃，湿度が10
％〜100％，圧力が１〜５Kg／cm³と変化するた
め、検出器の温度ドリフト，湿度変化による影響
を受け、この装置では精度の良い測定が困難であ
つた。 このため、第２図に示す冷却方式による測定装
置が考案されている。 これは、格納容器１に両端が接続された配管６
を設け、測定試料ガス導入端７側に減圧冷却装置
８を設置し、試料ガスを冷却，除湿することによ
り、格納容器１内の温度変化，圧力変化，湿度変
化を検出器２ａ，３ａが受けることなく、精度の
良い測定を行おうとしている。なお試料ガスは水
素および酸素の測定部９，１０に導かれてそれぞ
れの検出器２ａ，３ａで水素および酸素が検出さ
れ、各分析部４ａ，５ａで分析指示される。 符号１１は配管６に挿入された試料ガスの循環
ポンプである。しかしながら、この測定装置で
は、次の２つの欠点を持つている。 ひとつは、除湿されるため、格納容器１内の水
素および酸素の体積濃度に対して、、測定部９，
１０の体積濃度が上昇しており、正確な格納容器
１内の濃度測定を行なえない。 また、測定部９，１０の水素濃度，酸素濃度が
上昇するため、爆鳴気となり爆発する虞がある。 本発明は上記の問題を鑑みてなされたもので、
第１の目的は容器内の水素の体積濃度及び酸素の
体積濃度を、除湿による濃度変化なしに精度良く
測定する装置を得る事にある。第２の目的は、爆
発の恐れの無い防爆型測定装置を得る事にある。
第３の目的は、水素濃度分析系と酸素濃度分析系
とを配管内の試料ガスとは別の温度圧力のガスを
分析して元の試料ガス中の濃度を算出できるよう
に設置することにより、使用可能な分析機器の選
択の範囲を広くさせる事にある。 即ち本発明は、容器から採取した試料ガスを還
流させる水素および酸素ガスの各採取部を有する
配管系と、この配管系を採取試料ガス中に含有さ
れる水蒸気が凝縮しない温度及び圧力に保つ配管
温度調節系と、配管系の各採取部から各ガスの測
定容器に水素及び酸素を導入し、ガス中に含まれ
る水蒸気成分が凝縮しない状態で滞留させてそれ
ぞれの測定容器に取り付けた水素濃度検出器と酸
素濃度検出器により得た信号から水素および酸素
濃度を算出指示する温度調節部および／または圧
力調節部を有する各濃度分析系とを具えて成るこ
とを特徴とする水素および酸素濃度測定装置であ
る。 以下図面を参照して、本発明の一実施例を説明
する。 第３図において、本発明に係る装置は原子炉格
納容器１内の試料ガスを採取し、分析済ガスを格
納容器１内に戻すまでの配管系２０と、この配管
系２０の温度を調節する配管温度調節系３０と、
水素濃度分析系４０と、酸素濃度分析系５０と、
較正系６０ととから構成される。 ガス配管系２０は、格納容器１に両端が取り付
けられた配管２１と、この配管２１に格納容器１
に取り付けた配管２１の試料ガス採取口２１ａか
ら順に接続されたガス配管系に導入するガスを較
正ガスと試料ガスとの間で切り換える切換部２
３，採取口２２直後の試料ガスの温度と圧力を検
出器２４ａで検出して標準状態換算で定流量に制
御できる。 採取試料ガス流量制御部２４，水素ガスを選択
的に透過させるポリクロロトリフロロエチレンの
薄膜で内面を覆つたパラジウム銀合金管による水
素ガス透過膜２５ａを有す水素ガス採取部２５，
シリコンゴム製の薄膜２５ａを有する酸素ガス採
取部２６および流量制御部２３から酸素ガス採取
部２６を経過するまでの配管２１内部の圧力を一
定値に保持するための圧力調節弁２７，圧力調節
弁２７から断続的に噴出されたガスと水素濃度分
析系４０からの分析済ガスと酸素濃度分析系５０
からの分析済ガスとを各分析系のガス排出口が接
続されて導入し、真空状態で滞留させておく真空
室２８と、この真空室２８の真空度を充分高く保
ちながら流量制御部２４で採取された全量のガス
を格納容器１に配管２１の戻入口２１ｂを通じて
戻すのに充分な排気量を有する真空ポンプ２９と
で構成されている。 配管温度調節系３０は、ガス流量制御部２４か
ら圧力調節弁２７に至るガス配管系２０の温度
を、採取試料ガス中に含まれる水蒸気成分を凝縮
させない所定温度、例えば170℃に保つために配
管系２０の所定部位を加熱する位置に取り付けら
れた加熱源３１と、この加熱源３１の出力を制御
する配管系２０に取り付けられた温度検出器３２
ａと、温度制御部３２で構成されている。 水素濃度分析系４０は、水素ガス採取部２５に
より採取された水素ガスを導入して滞留させてお
く水素濃度測定容器４１，この測定容器４１の内
部又は壁部に設置されてこの容器中の水素濃度を
検出するイオンゲージ型の水素濃度検出器４２，
この測定容器と真空室２８の間に接続され真空室
２８へ断続的に測定容器中のガスを排出させる開
閉弁４３，水素濃度検出器４２及び水素濃度測定
容器４１をこの濃度検出器４２の最適動作温度に
調節するための温度検出器４４ａと温度制御部４
４と加熱及び冷却部４５，水素濃度検出器４２の
出力信号と温度検出器４４ａの出力と開閉弁４３
の開閉度と採取試料ガス流量制御部２４の設定信
号とから採取試料ガス中の水素の体積濃度を算出
し指示する水素濃度分析部４６とで構成されてい
る。 酸素濃度分析系５０は、酸素ガス採取部２６に
より採取された酸素ガスを導入して滞留させてお
く酸素濃度測定容器５１，この測定容器５１の内
部又は壁部に設置されてこの測定容器中の酸素濃
度を検出するガルバニ型の酸素濃度検出器５２，
この測定容器内の圧力を一定に保持するために測
定容器５１と真空室２８との間に設けた圧力制御
弁５３，酸素濃度検出器５２及び酸素濃度測定容
器５１をこの濃度検出器５２の最適動作温度に調
節するための温度検出器５４ａと温度制御部５４
と加熱及び冷却装置５５，酸素濃度検出器５２の
出力信号と温度検出器５４ａの出力と採取試料ガ
ス流量制御部２４の設定信号と水素濃度分析部４
６の出力とから採取試料ガス中の酸素の体積濃度
を算出し指示する酸素濃度分析部５６とで構成さ
れている。 較正系６０は、窒素ガス100％のガス容器６
１，窒素94％酸素４％水素２％のガス容器６２，
窒素94％水素４％酸素２％のガス容器６３，と各
ガス容器に取り付けられた圧力調節弁および配管
系２０に較正ガスを切換部２３を通じて流す電磁
開閉弁６４，６５，６６、切換部２３直前に設置
された温度圧力検出器２４ｂとで構成されてい
る。 次に上記の通り構成された本発明の作用につい
て説明する。まず水素濃度分析系４０につき説明
する。格納容器１内のガスは、温度が50〜170
℃，圧力が１〜５Kg／cm²，湿度が10％〜100％
RH：と変動するので、採取試料ガスは、その中
に含まれている水蒸気成分が凝縮しないように配
管温度調節系３０により例えば170℃に保温加熱
され圧力調節弁２７で１Kg／cm²の圧力に保たれた
配管２１に採取口２１ａから導入される。導入さ
れた試料ガスは配管２１を通流し一部が内面をポ
リクロロトリフロロエチレンの薄膜で覆つたパラ
ジウム銀合金の管となつている水素ガス採取部２
５で試料ガス中の水素ガス成分のみが選択的に透
過して水素濃度測定容器４１内に蓄積されてい
く。この水素ガスの透過量は、配管２１中の水素
ガス分圧と、測定容器４１内の水素分圧との差に
比例するが、測定容器４１内に滞留した水素ガス
は断続的に開閉する開閉弁４３により真空室２８
へ排出されるので、測定容器４１内の水素分圧は
配管２１中の水素ガス分圧に比較して無視でき、
水素透過量はほぼ配管２１中の水素ガス分圧に比
例する。一方、開閉弁４３が閉の時の測定容器４
１内の平均圧力と水素透過量とは一対一の対応関
係を有している。このようにして、水素濃度測定
容器４１内部又は壁部に設けられた水素濃度検出
器４２の出力は配管中の採取試料ガス中の水素分
圧と一対一の対応関係を示す。一方採取ガスの全
圧は圧力調節弁２７によつて常に一定であり、採
取ガス量は採取試料ガス流量制御部２４によつて
常に一定であり、また配管中の水素分圧と水素濃
度検出器４２の出力との関係は組成，濃度があら
かじめ既知の較正ガスを切換部２３を通じて配管
２１に流して得られた較正曲線によつて得られ
る。このようにして、較正曲線と水素濃度検出器
４２の出力とから、配管中の試料ガス中の水素分
圧及び水素の体積濃度が算出される。このように
本発明の装置では除湿によつて水素の体積濃度を
変化させる事がなく、従つて水素濃度範囲が爆発
限界に入る事なく採取試料ガス中の水素体積濃度
を測定することが出来る。また、水素濃度測定容
器４１は、水素ガス以外の水蒸気や酸素を含んで
いないので配管２１とは無関係な、最適温度で、
すなわち精度の高い温度で使用することが出来
る。 酸素濃度分析系５０の作用について説明する。 水素ガス採取部２５を通過した配管２１中の試
料ガスの一部は、シリコンゴム製の薄膜２６ａを
有する酸素ガス採取装置２６で該薄膜を透過して
酸素濃度測定容器５１に導入される。この測定容
器内の圧力P₁は圧力制御弁５３によつて配管２１
中の圧力P₂と比較して以下の２条件を満たす様に
設定される。 酸素濃度測定容器へ導入される酸素ガス量
は、配管２１と容器５１の酸素分圧の差圧に比
例するが、これを配管２１酸素分圧に比例する
として取り扱える。すなわちP₁≪P₂。 一方、測定容器５１内の温度における飽和水
蒸気圧Ｐ_wよりは大きく、水蒸気の凝縮を起こ
さない。すなわちP₁＞Ｐ_w。 この様にして、ガルバニ型の酸素濃度検出器５２
は試料ガス中の酸素分圧に比例した出力を有す。
水素濃度分析系と同様な較正ガスによる較正曲線
と、水素ガス採取部２５によつて配管２１から取
り去られた水素ガス分の補正と、温度補償とによ
り酸素の体積濃度を測定することができる。この
ように本発明の装置を用いると、除湿によつて酸
素の体積濃度を増大させることなく、試料ガス中
の酸素体積濃度を測定でき、又単に温度を下げる
と凝縮を起す様な高濃度の水蒸気の存在する試料
ガス中の酸素濃度を除湿せずに、ガルバニ型酸素
濃度検出器５２の最適動作温度である10〜40℃で
測定する事が出来る。 このように本発明の水素及び酸素濃度測定装置
においては、水素濃度検出器４２，酸素濃度検出
器５２は、各々その最適動作温度に保たれた状態
で濃度検出を行う事が出来るので、精度が高く、
安定性の良い、信頼性のある測定を行う事が出来
る。特に、ガルバン型酸素濃度検出器５２は、温
度が低くかつ水蒸気分圧の低いガスの検出を行う
ことになるので、電解液の漏出による断線や出力
低下の事故が起らない。また試料ガス中の水分を
除去しないために特別な補正を必要とせず、除湿
による水素濃度，酸素濃度の上昇がないので爆鳴
気となる恐れが無く安全な測定装置となる。さら
に、水素濃度分析系，酸素濃度分析系とも配管２
１の経路中に直接設置されていないので、水素濃
度検出器及び酸素濃度検出器の交換が容易とな
る。 次に第４図に示す本発明の水素及び酸素濃度測
定装置の他の実施例について説明する。 本実施例では、第３図に示した第１の実施例と
比較して、以下の構成上の差異を有す。 本実施例の配管系２０′は、格納容器１の試料
ガスを採取し、分析し、分析済ガスを格納容器１
に戻す試料ガス分析用配管２１に加えて、この配
管に取り込まれる試料ガス量より多量の試料ガス
を格納容器１より取り込んでこれを格納容器に戻
す循環用配管８１が追加されている。循環用配管
８１の経路途上には、試料ガス採取口２１ａから
順に、試料ガス中に混入してくる気相でない水，
水滴の水滴除去部８２，循環ポンプ８３が配置さ
れ、この水滴除去部位で試料ガス分析用配管２１
が循環用配管８１から枝分れし、循環ポンプ８３
の入口側で配管２１が循環用配管８１と合流す
る。試料ガス分析用配管２１の途上に設けられ
る。水素ガス採取部２５′には、水素ガス選択透
過型合金複合膜に変えて、高分子多孔質膜２５ｂ
が、酸素ガス採取部２６′には、高分子透過膜に
変えて、キヤピラリー２６ｂが用いられている。
また、圧力調節弁２７の入口側には、この弁から
断続的に試料ガスが噴出することによる配管２１
内部の圧変動を緩和する圧力変動調整室７０が設
けられている。 本実施例の水素濃度分析系４０′では、水素濃
度検出器４２にガルバニ型を、開閉弁に変えて圧
力調節弁４３′を用いた。 本実施例の酸素濃度分析系５０では酸素濃度検
出器５２に磁気風型を用いた。 上記した他の実施例の第１の実施例に追加する
効果は次の通りである。 分析用配管２１に加えて、循環用配管８１を追
加した事により、採取試料ガス量を大幅に増加で
きるので、格納容器１内のガス組成が急激に変動
している場合及びガス組成に局所的な分布がある
場合に、組成変動に対する追随速度を上げる事が
出来、又より平均的な濃度を測定できる。また、
水適除去部８２を追加した事により、格納容器内
部で急激な水蒸気発生が起つている際これに伴つ
て発生し、採取試料ガス中に混入してくる水滴を
除去できるので、この水滴除去部がない場合加熱
保温された配管２１で水滴が蒸発して水素及び酸
素の体積濃度を真の濃度より小さく指示してしま
う危険性を排除できる。また、圧力調変動調整室
７０を設ける事により、水素濃度分析部４６及び
酸素濃度分析装置５６の指示が脈動するのを防止
できる。 上述の２つの実施例では、格納容器中の水素及
び酸素濃度の両者を測定する装置について記述し
たが、いずれか一方の濃度を測定する場合には、
測定しないガスの分析系を除去して測定装置を構
成できる。また較正ガスとして、３種類使用する
こととしたが、これは３種類に限定されるもので
はない。水素濃度分析系，酸素濃度分析系の各々
には、温度制御部及び加熱冷却部を含めたが、こ
れは必ずしも必要でない。水素濃度検出器として
イオンゲージ型，ガルバン型を使用したが、他に
熱伝導度セル型，接触燃焼型，気体の密度変化を
屈接率変化に変換する光学型を使用する事が出来
る。酸素濃度検出器として、ガルバニ型，磁気風
型以外に、ジルコニア固体電解質型を使用する事
が出来る。水素濃度分析部及び酸素濃度分析部に
は、指示値があらかじめ設定した設定値を越えた
場合警報を発する機能を持たせても良い。 水素採取部の水素ガス透過膜には、ポリクロロ
メリフロロエチレン薄膜をパラジウム銀合金管上
に被覆した水素選択性透過膜以外に、配管の加熱
保温温度に耐えるポリフエニレンオキサイト，ポ
リフエニレンサルフアイド，ポリビニルフルオラ
イトの無孔又は多孔の膜を用いても良い。酸素採
取部の酸素ガス採取口には、シリコンゴム薄膜，
キヤピラリー以外に、配管の加熱保温温度に耐え
る無孔又は多孔の高分子膜でも良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の水素濃度検出器及び酸素濃度
検出器を格納容器内に直付けする水素及び酸素濃
度検出装置の構成を示すブロツク図、第２図は、
従来の試料ガスを冷却除湿して水素濃度検出容
器，酸素濃度検出容器に導入する水素及び酸素濃
度測定装置の構成を示すブロツク図、第３図は、
本発明に係る水素及び酸素濃度測定装置の一実施
例の構成を示すブロツク図、第４図は、本発明に
係る水素及び酸素濃度測定装置の他の実施例の構
成を示すブロツク図である。 １……格納容器、２０……配管系、２１……配
管、２４……ガス流量制御部、２５……水素ガス
採取部、２６……酸素ガス採取部、２７……圧力
調節弁、３０……配管温度調節系、３１……加熱
源、３２……加熱源制御部、４０……水素濃度分
析系、４４……温度制御部、４５……加熱及び冷
却部、５０……酸素濃度分析系、５４……温度制
御部、５５……加熱及び冷却部、６０……較正
系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 容器に両端が接続され一端から導入した試料
   ガスを通流させて他端から戻す配管とこの配管の
   中間にガスの流れにしたがつて直列に接続された
   ガス流量制御部，水素ガス採取部，酸素ガス採取
   部および前記各部の圧力を所定値に調節する圧力
   調節弁とを有する配管系と、この配管系を試料ガ
   ス中の水蒸気成分が凝縮しない温度に保持する加
   熱源とこの加熱源の制御部とを有する配管温度調
   節系と、前記水素ガス採取部に接続して採取され
   た水素ガスを導入し水蒸気成分が凝縮しない状態
   で滞留させて水素濃度を測定指示する温度調節部
   および／または圧力調節部を有する水素濃度分析
   系と、前記酸素ガス採取部に接続して採取された
   酸素ガスを導入し水蒸気成分が凝縮しない状態で
   滞留させて酸素濃度を測定指示する温度調節部お
   よび／または圧力調節部を有する酸素濃度分析系
   とを具えて成ることを特徴とする水素および酸素
   濃度測定装置。 ２ 容器に接続された配管の一端にガス切換部を
   設けこの切換部に切換弁を介して較正ガス容器を
   接続して成り、試料ガスに換えて較正ガスを前記
   配管内に通流可能とした較正系を具えて成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の水素お
   よび酸素濃度測定装置。 ３ 容器に接続された配管の他端に真空室および
   真空ポンプを設け前記真空室に水素濃度分析系お
   よび酸素濃度分析系からの分析済ガスの各排出口
   を接続して成ることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の水素および酸素濃度測定装置。 ４ 容器と配管のガス採取口の間に水滴除去部を
   設け、かつ容器と配管のガス戻入口の間に循環ポ
   ンプを設け、前記水滴除去部と前記循環ポンプと
   を循環用配管でつなぎ、この循環用配管に前記配
   管より多量のガスを通流させることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の水素および酸素濃度
   測定装置。