JPS6141944A

JPS6141944A - ガスサンプリングシステム

Info

Publication number: JPS6141944A
Application number: JP16462184A
Authority: JP
Inventors: Kimiaki Moriya; 公三明守屋; Hisashi Noji; 野地　久; Fumio Totsuka; 文夫戸塚; Shozo Yamanari; 山成　省三; Masashi Mitadera; 三田寺　正志
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Nuclear Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Nuclear Engineering Co Ltd
Priority date: 1984-08-06
Filing date: 1984-08-06
Publication date: 1986-02-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、水蒸気等の凝縮性ガスを含む気体の濃度を求
めるガスサンプリングシステムに係シ、特に沸騰水型原
子炉の格納容器内に生じる可燃性ガスを検出するのに好
適なガスサンプリングシステムに関する。

〔発明の背景〕

沸騰水型原子炉においては、冷却材喪失事故が発生する
と、水−金属反応及び放射線による水の分解等によシ可
燃性ガス（Ｈｚ　、Ｏ！　）が発生する。これらの可燃
性ガスが原子炉格納容器内に充満し、一定の限界を越え
ると爆発するおそれがある。このため、原子力発電装置
には事故時雰囲気モニタリングシステムが設けられてお
シ、冷却材喪失π故が発生した場合に、可燃性ガス濃度
を自動的にサンプリングし監視するようになっている。

第３図はｌＪ％騰水型原子炉に設けられている従来の事
故時雰囲気モニタリングシステムの概略を示したもので
ある。

第３図において原子炉１０を格納しているドライウェル
１２には、サンプリング管１４が取シ付けである。

サンプリングｆ１４には、クー２１６と除湿器１８とが
直列に接続されておシ、サンプリング管１４の末端にガ
ス分析器２０の入口側が接続してるる。ガス分析器２０
の出口側は、戻シ配Ｉ′ｆｔ２２の一端が接続してあり
、この戻り配管２２の他端がサンプリングポンプ２４を
介してドライウェル１２に接続しである。

一方、クー２１６には、冷却水２６が循環するようにな
っており、凝縮水をドレンボット２８に導くドレン管３
０が設けておる。また、除湿器１８にもドレン管３２が
設けてあり、除湿器１８において除去した水分を、ドレ
ンボット２８に導くことができるようになっている。更
に、サンプリング管１４のターラ１６人ロ側と、戻シ配
管２２のサンプリングポンプ２４人口側との間には、バ
イパス管３４が接続しておる。そして、サンプリング管
１４のドライウェル１２とクーラ１６との間及びバイパ
ス管３４の周囲には、ヒータ３６．３８が設けである。

ガス分析器２０内に設けである水素ガス検出器は、第４
因に示すごとく熱伝導式検出器であって、測定室４０内
に熱線素子４２が張設しておる。そして、測定室４０の
測定孔４４がガス流路４６に開口している。ガス分析器
２０内の酸素検出器は、第５図に示すごとく磁気風式検
出器である。この磁気風式検出器は、測定室４８に設け
た測定孔５０がガス流路５２に開口している。そして、
測定室４８内には熱線素子５４が設けておるとともに、
磁石５ｑのＮ極と８極とが設けてあシ、測定室４８内に
磁気風５６を起こすことができるようになっている。

このように構成しである従来の事故時雰囲気モニタリン
グ７ステムの作用は、次の通ｐである。

原子炉１０内の冷却材が流出する冷却材喪失事故が発生
すると、ドライウェル１２内の圧力上昇等によシ事故が
検出され、図示しないドライフェル計装入ロ弁、ドライ
ウェルサンブリ人口弁、トリイウエル計装出ロ弁、計装
ドレン出口弁が自動的に開かれる。これら合弁の開信号
と冷却材喪失事故発生信号とにより、図示しない格納容
器雰囲気モニタランク内に設置されたサンプルポンプ２
４が自動的に起動し、ドライウェル１２内のガスサンプ
リングが開始される。ドライウェル１２内のガスは、サ
ンプリングＩｆ１４を介して格納容器雰囲気モニタラン
ク内に導かれる。このサンプリングされたガスは、格納
容器雰囲気モニタランク内のクーラ１６において充分に
冷却（４２Ｃ以下）された後、除湿器１８において充分
に除湿（１００％ＲＨ，４０Ｃのものが露点温度４Ｃ以
下）され、１９度ゼロの気体となってガス分析器２０内
に導かれＨ！とＯ！の濃度が計測される。

このガス分析器２０において計測されたｌ（２゜０２の
濃度は、クーラ１６及び除湿器１８において充分乾燥さ
れた気体のものである。しかし、格納容器内の雰囲気は
、水蒸気を多量に含んでいる。

このため、ガス分析器２０において求めたＨｚとＯｓの
濃度は、実際の格納容器内のＨｚ、（ｈ濃度とは水蒸気
の分圧分だけ高く計測される。そこで、クーラ１６及び
除湿器１８において発生したドレン水は、ドレン゛ｅ３
０，３２ｔ−介してドレンボット２８に導かれ、ドレン
水の量を測定して格納容器内水蒸気の分圧分の補正を行
う。なお、ガス分析器２０において測定されたサンプル
ガスは、戻シ配管２２を介してドライウェル１２内に放
出され、またドレンボット２８内のドレン水は、図示し
ない連続した下シ勾配の配管によシサプレンシコンチェ
ンバ内に放出される。

上記のガス分析器２０において計測に必要なサンプルガ
スの流量は１１７１ｍと小蓋である。このため、容量の
大きなドライウェル１２内のＨ２。

０！内の濃度を計測する場合には、ドライウェル１２内
の実際の濃度変化に対し測定遅れが発生する。そこで、
この測定遅れを防止するため、サンプリング管１４と戻
シ配管２２との間に接続したバイパス管３４によりドラ
イウェル１２内のガスを循環させ、サンプリング管１４
内におけるサンプリングガスの滞留時間を短くしている
。

一方、ドライウェル１２内のガスは、前記したように蒸
気を含んでいる。このため、ドライウェル１２内のガス
がサンプリング管１４、バイパス管３４及び戻シ管２２
を循環する際に、冷却されて蒸気が凝縮する。このため
、ドレンポンド２８内に纏かれたドレン水をもってＨ！
　、０ｘＯ１ｌｌ＆補正を行っても、正確な１Ｋを得る
ことができない。そこで、サンプリング管１４をヒータ
３６によシ加熱し、サンプリングガス中の蒸気の凝縮を
防止している。また、バイパス管３４及びテンプルポン
プ２４への蒸気による悪影響を防止するため、バイパス
管３４とバイパス管３４以降における戻り配管２２とを
ヒータ３８により加熱し、相対湿度を下げている。ヒー
タ３８による配管の温度設定値は、７０Ｃとなっておシ
、これにょシサンプリングガスの相対湿度が３０％以下
となる。

一方、格納容器１２内の設定最高温度は、エフ１Ｃであ
る。そして、従来は、冷却材喪失事故の発生によ）、格
納容器１２内のガスサンプリングをする必要が生じたと
きは、サンプリング配管１４、ドレン配管３４をそれぞ
れヒータ３６，３８によ、！１）１７１Ｃに加熱するよ
うになっている。ところが、格納容器１２内の、ゴスサ
ンプリング前の配管ヒーデイングウオーミングアンプ温
度は、１４５Ｃでおり、ヒータ３６，３８を施したサン
プリング管１４、バイパス配管３４に配管１ｍ当シ約１
７０Ｗの熱量を与えてやらなければならない。

このガスサンプリングシステムは、原子炉の安全性を考
慮してＡ系とＢ系の２系統設けられておシ、ヒータを設
けた配管はＡ系において約１２０ｍ。

Ｂ系において約ｉ　ｏ　ｏ　ｍｈｏ、ウオーミングアン
プに費やす熱量が膨大となる欠点を有していた。

しかも、ヒータ３６，３８からの放熱による鶏屋内の温
度上昇を防ぐため、換気空調系の大型化と負担の増大を
生ずる欠点がちシ、省エネルギー性の観点からも好まし
くない。更に、サンプリングガスが約７０Ｃの湿度１０
０％の空気と仮定した場合、ドレンボット２８に回収さ
れる水分の量は、約０．１９８９　ｇ　７ｍｍと非常に
少なく、精度よく測定することが困難であるとともに、
測定時間が長くなる欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、凝縮性ガスを含む気体状の試料中に含まれる
非凝縮性ガスの濃度を精度よく計測できるとともに、運
転コストを低減することができるガスサンプリングシス
テムを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕本発明は、非凝縮性ガスの濃度を計測するガス分析器と
サンプリング源との間を接続するサンプリング管の試料
尋人部とガス分析器近傍とにそれぞれ流量計を設け、各
流量計の値からサンプリング管内において凝縮した凝縮
性ガスの量を求め、この求めた値によシガス分析器にお
いて計測した非凝縮性ガスの購度を油止するようにし、
測定精度の向上と運転コストの低減を図ることができる
よりに構成したものである。

〔発明の実施例〕

本発明に係るガスサンプリングシステムの好ましい実施
例を、添付図面に従って詳説する。なお、前記従来技術
において説明した部分に対応する部分については、同一
の符号を付しその説明を省略する。

第１図は本発明に係るガスサンプリングシステムの系統
構成図である。第１図においてドライウェル１２に接続
したサンプリング管１４は、クーラ１６を介してガス分
析器２０に接続しである。

そして、サンプリング管１４の格納容器１２への接続部
、即ちサンプルガス取入口付近には圧力計５８、温反計
６０、差圧計６２が設けてちり、サンプリング管１４内
に導入されたサンプルガスの圧力、温度及び流量を測定
できるようになっている。また、クーラ１６の出口側に
も圧力計６４、温度計６６、差圧計６８が設けてあシ、
クーラ１６において除湿したサンプルガスの圧力、温度
及び流量を測定できるようになっている。また、クーラ
１Ｇには、サプレッションチェンバトノ間に連続した下
り勾配を有する配管７０が接続してあり、クー２１６に
おいて除去した水分をサプレッションチェンバに直接導
き、放出するようにしである。更に、ガス分析器２００
Å口側と出口側とを連通ずるバイパス管７２がガス分析
器２０と並列に設けである。

上記のごとく構成した実施例にあっては、ドライウェル
１２内のサンプルガスは、サンプリングポンプ２４に吸
引されてサンプリング管１４に導かれ、クー２１６にお
いて除湿される。クーラ１６において除湿されたサンプ
リングガスは、はとんどがバイパス管７２を介して戻シ
配管２２に導かれ、一部がガス分析器２０に入る。ガス
分析器２０に入ったサンプリングガスは、前記した第４
１Ｗ、第５図に示す熱伝導式水素ガス検出器及び磁気風
式酸素検出器によりＨ８濃度とＣｈ濃匿とが計測され、
戻シ配管２２に入る。戻シ配管２２内、のサンプリング
ガスは、サンプリングポンプ１６を介して再びドライウ
ェル１２に戻される。

一方、クーラ１６において凝ＪＩした水蒸気は、配管７
０を介してサグレツションチェンバ内に放出される。

このようにしてガス分析器２０において測定したＨ２濃
度及び０２濃度は、クーラ入口側の圧力計５８、温度計
６０、差圧計６２と、クー２１６の出口側の圧力計６４
、温度計６６、差圧計６８との測定値によシ、次のごと
く補正され、ドライウェル１２内のＨ２濃度及びＯｚ濃
度を検出することができる。

１２図に示したパラメータのごとくドライウェル１２内
の単位体積中における水蒸気、Ｈ２゜°０２及び空気の
量をρ１１２０　＋　ρ■、ρ０３．ρ山とし、クーラ
１６において除湿した後の単位体積中のＨｚ　、０２及
び空気の量をρ′Ｈｈρ′０２゜ρ′、１．とすると、
ドライウェル１２内のＨｚ濃度ＣＦ（Ｈｌ）］及びＯ！
濃度ＣＦ（０１））と、除湿後のＨ２濃度ＣＦ’（Ｈｓ
））　　及び０！濃度ＣＦ’（Ｏｘ）］　　は、次のど
とく衣わされる。

・・・・・・（３）・・・・・・（４）更に差圧計によってｌＰが測定され、オリフィスの関係
式によりＱ、＝α（π／４　）ｄｈ１７じ７　・・・・・・（６
）ここに、Ｑ、は体積容量、αは流量係数、ｄは絞りの
内径、ｌＰは差圧、ρは流体の密度である。

また、サンプリングガスの流速をＶとすると、Ｑ、＝ρ
、２　　　　　　　　　・・・・・・（６）と表わせる
ため、差圧計ΔＦ＋及び差圧計ΔＰｇの測定値によシ、
次の式が成シ立つ。

Ｑ−＋＝ＡＶΔＰｔ　／　Ｉｔ　＝　Ｉｔ　Ｙｌ　　　
　　−−（７）Ｑ　ｍ　＠　”　Ａ　’　ＶΔＰｘ／Ｉ
ｚ＝ρ２　ｖ２”　　　　”・”・（８）ここで、 ρｌ＝ρ１１２０＋ρＮ（２＋ρｏ２＋ρ、Ｉ、・・・
・・・（９）ρ２＝ρ′１１２＋ρ′０２＋ρ′山　　
　　・・・・・・αＯでおる。また、Ａ、八′は、オリ
フィスの形状によって決まる定数である。なお、Ｈ２、
Ｏｘ及び空久を理想気体と仮定すると、次の式が成シ立
つ。

Ｐｔ　＝Ｐ１ｉｚｏ　（ρ＋ｎｏ　、　Ｔ＋　）＋　（
ρ１１２＋ρｏｚ＋７ａ＋ｒ）ＲＴＩ・・・・・−（１
１）Ｐｚ＝（ρ′む＋ρ’０２＋ρ’ａｌｙ　）　ＲＴＩ　
　　−・・・ＱＢ非凝縮性ガスは、クー２１６の前後に
おいて保存則が成シ立つため、（ρ■！＋ρｏ２＋ρｍ　ｌ　ｒ　）　Ｙｌ”＝　（ρ
′ＩＫ！＋ρ′ｏ２＋ρ’山）”／２”・・・・・・ａ
３の関係がある。従って、・・・・・・Ｉ・・・・・・（１！１９このαω式を（７）及び（８）式に代入してｖＩ、ｖｚ
を消去すると、以下のようになる。

・・・・・・（ＩＱ従って、・・・・・・αη ・・・・・・α枠よって、Ｂ’　（Ｈｚ　）＝Ｆ’　（Ｈｚ　）・・・・・・Ｕここで％　　Ｐ＋　＋　Ｐｚ＋　’ｒ＋　＋　Ｔ２　＋
　ΔＰｌ＋　ΔＰ２は測定される値であり、Ａ、Ａ’は
オリフィスの形状より決まる定数である。また、Ｐ＋ｍ
ｚｏ　（ρ１゜Ｔｒ　　）は、ＴＩにより一意に決まる
水蒸気の分圧である。従って、Ｐ＊　＊　Ｐ２　＋　Ｔ
ｔ　ｒ　Ｔｚ　＋ΔＰｉｔΔＰ２を測定することによシ
、分析器で測定され九Ｈ２濃度及びＣｈ濃度に対し、水
蒸気の分圧の補正を行うことができる。

このように実施例においては、クーラ１６にて凝縮した
ドレンの補正をするために圧力計、温度計のみを設置す
ればよく、これらの測定器は小型軽量なため、ドライウ
ェル１２の真近に設置することが可能となり、ドライウ
ェル１２内のサンプルガスの正確な圧力、温度が測定で
きる。また、従来例のように、クー２１６のドレン量を
測定する必要がないため、ドライウェル１２からクーラ
１６までの配管を加熱、保温する必要はなくなる。

また、従来技術では、バイパス管を加熱、保温してサン
プリングポンプ２４に凝縮水が混入し、ポンプの機能が
停止することを防いでいたが、本実施例では、クー２１
６において水蒸気分が除去されるため、）Ａ！ｌｌ配管
２２にて水蒸気が凝縮することはなく、戻り配管２２の
加熱も必要なくなる。

従って、従来加熱、保温を必要としていたＡ系とＢ系と
のそれぞれの長さ約１２０ｍ、約１００ｍの配管の加熱
、保温が不要とな’）　、１７０　Ｗ／ｍＸ（１２０＋
１０１００）、７４ｘｌｏ’Ｗ／ｈｒの電力を節減でき
る。しかも、建屋内の換気空調系の負担の低減を図るこ
とができる。

更に、従来技術では、ドレンボット２８に回収されるド
レン水量が非常に少ないため、測定精度に電点があシ、
積置よく測楚しようとすると、測定時間を長くする必要
があったが、実施例においては、サンプルガス取入口と
ガス分析器２０の前に、圧力計等の計測器を設置し、配
管途中で凝縮した水蒸気分を測定するようにしたので、
測定精度がよくなり、測定時間を長くする必要もなくな
る。しかも、ガス分析器２０において計測したＨ１濃度
と（ｈａ度との水蒸気による希釈効果を補正する場合、
水蒸気流量とＨ！流量、Ｏ１流量とを同時に計測してい
るため、ドライウェル１２内の実際濃度と計測濃度との
間に時間的なずれがなく、精度の高い濃度測定が可能と
なる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、凝縮性ガスと混
在している非凝縮性ガスの濃度を測定する際、精度よく
測定でき、またシステムの運転コストを低減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガスサンプリングシステムの実施
例の概略系統図、第２図は前記実施例の各位置における
測定されるパラメータを示す図、第３図は従来のガスサ
ンプリングシステムの概略構成図、第４図は水素濃度を
検出する熱伝導弐Ｈ２検出器の模式図、第５図は酸素濃
度を検出する磁気風穴０２検出器の模式図でちる。１２・・・ドライウェル、１４・・・サンプリング管、
１６・・・クーラ、１８・・・除湿器、２ｏ・・・ガス
分析器、２４・・・サンプリングポンプ、３４．７２・
・・バイパス管、５８．６４・・・圧力計、６０．６６
・・・温度計、６２．６８・・・差圧計。

Claims

【特許請求の範囲】１、凝縮性ガスを含む気体状試料を導くサンプリング管
と、このサンプリング管内の非凝縮性ガスの濃度を計測
するガス分析器とを有するガスサンプリングシステムに
おいて、前記サンプリング管の試料導入部に設けた第１
の流量計と、前記サンプリング管のガス分析器の入口側
近傍に設けた第２の流量計とを備えたことを特徴とする
ガスサンプリングシステム。２、前記サンプリング管は、前記凝縮性ガスを液化、除
去する凝縮器を有しており、前記第１の流量計は凝縮器
の入口側に設けられ、前記第２の流量計は凝縮器の出口
側に設けられたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載のガスサンプリングシステム。３、前記各流量計は差圧式流量計であり、これら各流量
計の近傍に流量補正用の圧力計と温度計とが設けられて
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
項に記載のガスサンプリングシステム。