JPS6186629A - 冷却材漏洩検出装置 - Google Patents

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、高速増殖炉等において、冷却用の配管、ある
いは機器からの冷却材の漏洩を検出し、漏洩位置を同定
する装置に関するものである。

〔発明の背景〕

従来より、たとえば高速増殖炉においては、原子炉で発
生する熱を、液体金属ナトリウム（Ｎａ）によって除去
して発進しているが、冷却材Ｎａを収納している配管、
あるいは機器の壁にクラックが生じると、そこから内部
のＮａが漏洩し、周辺の雰囲気ガス（空気又は、低濃度
酸素混入窒素）と反応して、Ｎａ火災事故に発展する危
険性がある。このため、高速増殖炉の冷却システムにお
いては、第１図に示す様なＮａ漏洩検出装置が取付いて
いる。この装置は、配管や機器周辺のガス中のナトリウ
ム濃度を監視するものである。Ｎａが漏洩すると、周辺
のガスと反応して、ＮａｚＯやＮａＯＨ等の化合物が生
じ、ガス中のＮａ＠度が大きくなる。従って、ガス中の
Ｎａ＠度変比変化視することによって漏洩を検出できる
。第１図は、冷却配管に取付けたＮａ漏洩検出装置の構
成を示している６Ｎａを収納する配管（１）は、格納室
（２）の中に据付けられており、格納室内の雰囲気は、
低濃度の酸素を含む窒素（又は、空気）条件に保たれて
いる。配管（１）からの放熱を避けるため、配管外側に
は保温材（３）を取付けられている。配器周辺のガスを
検出器に導くため、サンプリング管（４）を保温層（３
）を貫通させ、その開口部が配管表面近くにぐる様取付
けである。サンプリング管（４）の取付は間隔は通常、
５〜１０ｍである。ガスのサンプリングは、ポンプ（５
）で吸引することによって行なわれるっセレクタ弁（６
）はサンプリングガスの流れを切替え、漏洩位置を同定
する目的に用いられる。

セレクタ弁（６）には複数本のサンプリング管（４）が
組込１れており、外部からの電気的指令によって、順次
ガスの流れ、従って漏洩監視点が切替えられてゆく様に
なっているう検出器（７）は、順次送られてくるサンプ
リングガス中のＮａ濃度を監視するもので、通常Ｎａイ
オン化検出器（ＳＩＤ）がよく使われているう 第２図は、セレクタ弁（６）によって、漏洩監視点を順
次切替えていった時に観測される検出器の出力の一例を
示す。この例は、漏洩監視点を順次Ａ→Ｂ−＋Ｃ（第１
図参照）と切替えた時のもので、ＮａＱＱは８点近傍で
漏洩した場合を想定しである。

Ｎａ２０．　ＮａＯＨ等のＮａ化合物が、漏洩点近傍に
発生し、周辺ガス中のＮａ濃度が高くなるため、セレク
タ弁の切替えに伴なって監視点Ｂの検出器出力が大きく
なる。従って、第２図の点線で示した様に、予め所定の
出力レベル（８）を決めておくと、検出器の出力（９）
が、上記レベルを超えた時に、Ｎａ漏洩発生と判定し、
又その時のセレクタ弁の位置（漏洩監視点）から漏洩位
置が同定できるっ、しかるに従来の、この様な漏洩検出
装置では、漏洩検出ならびに漏洩位置同定のために、多
数本のサンプリング管（４）とセレクタ弁（６）が必要
となってくる。このため、装置の構成が複雑になり、装
置施工上のコストも高くなる欠点がある。

〔発明の目的〕

従って本発明の目的は、上記した従来の欠点をなくシ、
よシ簡素な構成で、Ｎａ漏洩の検出と漏洩位置を同定し
うる装置を提供する点に・ある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明では、サンプリング
管とセレクタ弁を省略し、その代りに、冷却配管の表面
あるいは、保温材の内部に漏洩Ｎａが原因で、その殻が
破れるマイクロカプセル又は磁性粉体を埋込む方法をと
る。上記のマイクロカプセルの中には、漏洩監視点によ
って種類の異なるガス又は粉体が入っており、殻が破れ
た場合に雰囲気中に放出されるガスの種類を判別し、漏
洩位置を同定することが出来る。又、磁性粉体は、場所
に応じてその粒径を違えて訃き、Ｎａが漏洩した時にそ
の付近の粉体がその熱を受けて磁性を喪失し雰囲気中に
飛散してゆく性質を利用するっこの場合、雰囲気中の粒
子の粒径および濃度をモニタすれば、漏洩検出、ならび
に漏洩位置の同定が可能になる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

第３図は、本発明となる一実施例の構成を示す。

冷却配管（１）を取巻く保温材（３）の中にマイクロカ
プセルαυが埋込んである。ＮａＱＱが漏洩した場合、
上記のマイクロカプセルは次に述べるいずれかの原因で
破壊し、内部に封入したガス又は粉体を格納室内へ放出
する様になっている。

（＋）　　漏洩ＮａＯ熱により、保温層内の温度分布が
変化、すなわち、カプセルの温度が高くなって殻が破れ
るっ （Ｉｆ）　　Ｎ　ａｘ　Ｏ、Ｎ　ａＯＨ等のアルカリ性
粒子がカプセルに接触して殻が破れる。

格納室（２）には室内の雰囲気中のガスの種類および濃
度を検出する装置が取付いている。この装置は、格納室
（２）内の雰囲気の一部を取出す配管（１７Ｊとポンプ
（５）、および検出器（７）で構成しである。ポンプ（
５）は雰囲気を取出し、検出器（７）に導いた後、再分
毎に定量化するもので、従来の質量分析装置などを用い
ることができろう 保温層内に埋込むマイクロカプセルαυについては、内
部に封入するガスα・幻の種類（元素の種類）を、配管
の場所毎に変えである。たとえば配管軸方向に５ｍおき
に封入ガスの種類を違えておくと、上記の領域毎に漏洩
位置の同定が可能になる。

封入するガスは、格納室内の雰囲気ガスＯＪ中に殆んど
含まれず、化学的に安定なものを使う。たとえば、Ｈ，
Ｈｅ、Ｋｒ、Ｘｅ等が使える。

第４図は、検出器（質祉分析器）（７）等で検出される
各ガス成分毎の濃度を示す。−例としてＨ９Ｈｅ、Ｋｒ
ｌ　Ｘｅを封入した４棟類のマイクロカプセルを用いた
場合を示したつ正常な冷却運転の時は、いずれのガス成
分も濃度は０であるが、Ｎａが漏洩すると、漏洩位置近
傍に埋込んだマイクロカプセルが破れ、内部の封入ガス
が放出されるため、検出されるガス成分（この場合はＫ
ｒ封入カプセルが破損）の濃度が大きくなっている。

従って、第４図の点線で示す様に一定の出力レベルを定
めておき、各成分ガスに対する検出器の出力と比較して
、このレベルを越えた時点で、漏洩を検出し、又、レベ
ルを越えたガスの成分から漏洩位置を同定できる。

第３図および第４図に示した実施例では、１つのマイク
ロカプセルには一種類の成分ガスしか封入しなかつたっ
この場合、ガス成分の種類として漏洩監視点の数だけ必
要になってくる。この問題を解消するためには、１つの
カプセルの中に複数成分のガスを漏洩監視点毎にそれぞ
れ異なった濃度比（割合）で封入し、検出器で各ガス成
分毎に濃度を検出するとともに、それぞれの濃度の比（
割合）を検出して漏洩位置を同定すればよい。

第５図にこの場合の漏洩位置同定方法を示す。

検出器（７）からの出力は、比較器（１９に入り、ここ
で、各成分ごとにガス濃度が所定のレベル（点線）と比
較され、全ガス成分に対する濃度分布のノくター／が出
力される。この例では、（Ｈ，Ｈｅ、Ｋｒ。

Ｘｅ）を封入ガスとして使い、（１，０，０，２）とい
うパターンが出力されている。

比較器（１９からの濃度分布パターンは判定器（１０に
入り、ここで予め記憶させておいた所定の〕くターンＨ
と比較判定することによシ漏洩位置が同定される。なお
判定器（ｌｔ１９に記憶させておく所定の）くターン０
８は、使用するカプセルの内部封入ガス成分濃度の分布
から決めておく。同定した漏洩位置は最終的に、ディス
プレイ装置αηによって表示される構成になっている。

第６図はマイクロカプセルの取付ける位置について説明
したものである。冷却配管（１）は、外部への放熱をさ
けるため、保温材（３）で囲まれている。

冷却運転が正常な場合、冷却配管の内外、保温層内の温
度分布は、第６図す図の実線で示すごとくになる。すな
わち、冷却配管（１）の内側は、冷却材Ｎａの一定温度
（もんじゆの−次冷却系を例にとると５３９Ｃ）に保た
れ、配管（１）と保温層（３）のすき間０→で約５０Ｃ
程度の温度降下があり、保温層（３）の内部では保温層
の径方向に向って、指数関数状に温度が降下している。

この場合、保温層内面での温度は、約４８９Ｃで保温材
外面での温度は約１００ｔ：’になっているつい壕、配
管の表面にクランクが生じ、そこから内部のｌ’Ｊａが
漏洩した場合を考えると、冷却配管（１）と保温層（３
）との間の空間にＮａかたまるため、これによって保温
１ａ　（３）内の温度分布が、第６図す図の点線で示す
様な分布に変わる。この分布の変化は漏洩Ｎａｉによっ
て変わるが、正常な時の温度よりも約５０Ｃ’高い分布
となる。

第７図は使用するマイクロカプセルの温度変化に対する
殻の破壊特性を示す。−ばんに、マイクロカプセルは、
温度が高くなると、ある温度Ｔ２で急に破壊する。ここ
では、正常な冷却運転時における保温層内の温度ＴＩで
は破壊せず、Ｎａが漏洩した場合の保ＩＩＩ酋中の温度
Ｔ、（キＴ＋＋５０Ｃ）で急に破壊するマイクロカプセ
ルを選ぶ。又逆に、マイクロカプセルの破壊温度が固定
されている場合には、その破壊温度よりも約５０Ｃ低い
温度になる点に、マイクロカプセルを取付ければよい。

上記の破壊温度は　マイクロカプセルの直径、肉厚、殻
の材質によって変化するが、市販されているもので有機
高分子（ポリアミド等）で作られた直径１〜１０００μ
のを用いると、破壊温度は９０〜１５００程度となり、
保湿層中に埋込むカプセルとして適用が可能になる。

マイクロカプセルの破壊は、温度上昇によらなくてもこ
いうたとえば漏洩Ｎａから発生するＮａ２ＯやＮａＱ）
（等の強アルカリ粒子が、カプセルに接触した場合に破
壊するものでもよいっ第８図はこの様なマイクロカプセ
ルを用いた場合の取付方法取付位置を示すものである。

通常、冷却配管（１）に用いる保温層（３）は、図の様
に固型化されたものが多いつこの場合、漏洩時に発生す
るＮａｚＯやＮａＱＨの粒子（１は、保温層間の限られ
た間隙ｅυのみ通って外側の雰囲気αＪに放出される。

従ってマイクロカプセルαυは、これらの粒子の通り道
に取付けておいた方が好ましい。

第９図は、上記の実施例（第８図）で使用するマイクロ
カプセルの破壊特性の一例を示す。このマイク１７カプ
セルは、殻の表面が酸性、あるいは中性の時には安定し
ているが、ｐＨが８以上のアルカリ性になった段階で１
００％近い破壊率を示すものであろう格納室内の雰囲気
ガス中に湿分を含んでいると、発生したＮａ１ｏやＮａ
ＯＨの粒子は、吸湿して、ＮａＯＨの液滴（強アルカリ
性）に変わる性質があるため、これらの粒子が、マイク
ロカプセルに接触すると容易に破壊してしまう。

この様なマイクロカプセルとして使えるものには、セル
ロース系のカプセル（例：メチルセルロースカプセル、
ニトロセルロースカプセル）等力ある。

以上述べた実施例では、すべて内部にガスを封入したマ
イクロカプセルを使っていた。以下、マイクロカプセル
以外のものを用いる場合の実施例について記述する。

第１０図は、保温層（３）の中に、ナトリウムと反応し
、ガスを発生する化合物に）を塗付した例である。使用
できる化合物の例として、水を結晶水として内部にふく
むミョウバン（ＫＡＩ（８０４）２・１２ＨｚＯ）や水
ガラス等が使える。これらの化合物中のＨｚＯは、Ｎａ
又はＮａ化合物にあうと、次の様な反応で水素（Ｈ２）
が発生する。

２Ｎａ＋ＨｚＱ→Ｎａ２Ｏ＋　Ｈ２↑ この水素は検出器、たとえば第３図に示した質量分析器
を用いてその濃度とガスの種類が判定する事が可能であ
る。

第１１図の実施例は、上記した化合物＠を保温材表面に
塗付した例である。この場合も、化合物にＮａが接触す
ると特有のガスが発生し、検出器によってその種類、濃
度が検出できる様になっている。

４１１２図にマイクロカプセルを使わないもう１つの例
を示す。この例においては、保温材０）の外側表面に、
粒径が等しい磁性粉体（至）を散付しである。保温材の
外側は通常薄肉の鉄板（至）で覆っであるため、破性粉
体は（ハ）おのおのの磁性力で付着している。いま、冷
却配管（１）にクランクが生じ、ＮａＱＱが洩れると、
第６図す図に示したように、保温材（３）の温度分布が
変り、保温材の表面温度が高くなる。仮にこの温度が、
磁性粉体（至）のもつキューｌｊ　温度（Ｔｃ　）を越
えた場合は第１３図でも示すように磁化率＝Ｏとなり、
粉体の磁気力がなくなるため（磁性粉体でなくなる）、
保温材表面Ｃｊｌから粉体が格納室（２）内の雰囲気α
ｊの中に飛散してゆくっ飛散させるための力は、保温材
表面と、雰囲気ガスとの間の自然対流によって生まれる
。

一方、格納室（２）には、内部の雰囲気ガスｕ３をサン
プリングし、検出器＠に導くガス配管α渇とポンプ（５
）が取付いている。検出器＠はサンプリングガス中の磁
性粉体（至）の粒径と、その個数密度を検出するもので
、たとえば、光散乱式のエアロゾルモニタが使える。漏
洩位置の同定のため、配管の軸方向に、たとえば５ｍご
とに、磁性粉体の粒径を違えである。上述の検出器＠で
雰囲気中に飛散している粉体の粒径および濃度が判れば
、漏洩の検出ならびに漏洩位置の同定が可能になる。ま
た磁性粉体としては、保温材表面温度に敏感なものであ
る必要がある。前述したごとく保温材外表面の温度は、
約１００ｔｌｌ’で、Ｎａ漏洩によって約５０Ｃ上昇す
るうしたがって、キューり温度Ｔｃとして、１ｏｏｃ−
ｉｓｏｃの中に存在するものがよい、現在低キユーリ点
の金属が開発されており、上記の温度範囲内の磁性粉体
を手に入ルる事は可能である。

第１４図は上記の実施例における信号処理系を説明する
ものである。検出器（ここでは光散乱式エアロゾルモニ
タ）；（至）の出力（至）はにＩ）図に示す様に粉体が
検出器を通過した際に、粉体の粒径に比例したパルス高
をもつ信号が出る。この場合、ｌパルスが１粉体に相当
している。この様な信号は、波高分析器＠に入り、パル
スの波高毎に、パルスの数がカウントされる（（ｂ）〆
１）。この例では、粒径ｒｌ　を、汀する粉体が多く検
出されている。次に、この波高分析結果（２）は後段の
比較器■に入り、所定の計数率（ｂ固点＋ｉ’ｉｌ　）
と比較され、どの粒径に対する波高が多いか、すなわち
、雰囲気中に飛散している粉体の粒径を判定される。こ
れによってもともと磁気力で付着していた場所、したが
って漏洩位置の同定が可能になる。最終的に漏洩位置は
ディスプレイ装置αηによって表示される様になってい
る。

〔発明の効果〕

以上のべたごとく、本発明によれば、Ｎａ漏洩によって
、漏洩前には存在しなかったガス又は粉体が、格納室内
に浮遊する様になるので、これらの濃度変化をモニター
すれば漏洩の検出はできろうまた、予め、冷却配管の位
置によって異なる種類のガス、又は粉体が放出されるの
で、これらの種類をモニタすれば、どの位置からＮａが
漏洩したかを知る事が出来る。この場合、サンプリング
管、およびセレクタ弁が不必要になるので、漏洩検出装
置の構成・構造が著しく簡単になる。しだがって原子カ
プラントのコスト低減化への寄与は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＮａの漏洩検出装置の説明図、第２図は
従来の装置においてＮａ漏洩位置を判定する方法を示す
図、第３図は本発明となる冷却材漏洩検出装置の一実施
例の構成図、第４図は同実施例において漏洩位置を判定
する方法を示す図、第５図は漏洩位置判定法に関しても
う１つの実施例を示す図、第６図第７図は、第３図の実
施例においてマイクロカプセルの取付位置説明図、第８
図第９図はマイクロカプセルの種類ならびに取付方法に
関した池の実施例を示す図、第１０図、第１１図はマイ
クロカプセル以外の化合物粒子を用いた場合の実施例を
示す図、第１２図第１３図は磁気粉体を用いた他の実施
例を示す図、第１４図は第１２図第１３図の実施例にお
ける漏洩位置判定法の説明図であ口、 ｌ・・・冷却配旨、２・・・格納室、３・・・保温材、
４・・・す７グリ、り管、５１６．ポンプ、６・・・セ
レク、り弁、７・・・検出器（質量分析器又は５ＩＤ）
、８・・・所定の出カッベル、９・・・検出器の出力、
１０・・・ナトリウム、１１・・・マイクロカプセル、
１２・・・格納室内の雰囲気ガスを取出す配管、１３・
・・雰囲気ガス、器、１６・・・判定器、１７・・・デ
ィスプレイ装置、１８・・・濃度パター７．１９・・・
冷却配管と保温材のすき間、２ｏ・・・Ｎａ化合物の粒
子（Ｎａｇ　Ｏ。 ＮａｏＨ等）、２１・・・保温層間のすき間、２２・・
・結晶水を含む化合物（例ミョウバン）、２３・・・磁
性粉体、２４・・・保温材表面、２５・・・検出器（光
散乱式エアロゾルモニタ）、２６・・・波高分析器、２
７・・・比較：私　２８・・・検出器２５の出力、２９
−・・波高分析結果。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、冷却材を通す配管、もしくは容器、これらを囲む保
   温材からなる系において、上記配管や容器の表面、ある
   いは保温材の中に、場所によつて種類、濃度の異なるガ
   スを封入、かつ、漏洩した冷却材との接触、又はその熱
   によつて殻が破壊する機能を有したカプセルを配置し、
   雰囲気中のガスの種類と濃度を監視することにより、冷
   却材の漏洩および漏洩位置を固定する機能を有した事を
   特徴とする冷却材漏洩検出装置。 ２、上記の配管や容器の表面、あるいは保温材の中に、
   場所によつて粒径が異なり、かつ冷却材の熱によつてそ
   の磁性が喪失する強磁性粉体を埋込んだ事を特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の冷却材漏洩検出装置。