JP2019086394A - Hydrogen concentration measurement system - Google Patents

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Abstract

To make hydrogen concentration measurement more reliable by including a non-traditional, novel technique in which a hydrogen concentration is measured under the condition of containing a large amount of high-temperature, high-pressure vapor using a cooling unit for condensing a gas mixture containing non-condensable gases in a reactor vessel, and thereby diversifying hydrogen concentration measurement methods in the event of an accident, .SOLUTION: A hydrogen concentration measurement system, mounted inside a reactor vessel, includes a cooling unit in which cooling water is divided into multiple cooling water flow passages, which are arranged in the vertical direction. The cooling unit includes temperature sensors, mounted in two or more cooling water flow passages, for measuring the temperature of the cooling water. The hydrogen concentration measurement system detects the production or concentration of hydrogen inside the reactor vessel based on a temperature distribution of the cooling water, which is measured by the temperature sensors.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、原子炉格納容器内における水素の濃度を測定するシステムに関する。   The present invention relates to a system for measuring the concentration of hydrogen in a nuclear reactor containment vessel.

原子力発電プラントにおいて、過酷事故時にジルコニウム−水反応等で水素が発生すると、水素は非凝縮性ガスであるため、格納容器を加圧する要因となる。沸騰水型原子力プラント（ＢＷＲ又はＡＢＷＲ）の格納容器内部は、窒素で置換されているため、水素が発生しても格納容器内で水素爆発は発生しない。しかし、水素が格納容器の外へ漏洩すると、水素爆発を起こす可能性がある。したがって、水素発生をいち早く検知し、水素爆発防止への対応に早期に着手することが重要である。また、水素濃度で算出した水素量から、炉心損傷の割合や、格納容器に移行した炉心溶融物のコンクリート浸食の程度等を逆算することができ、水素濃度の測定は、事故進展の推定にも活用することができる。   In a nuclear power plant, when hydrogen is generated due to a zirconium-water reaction or the like during a severe accident, hydrogen is a non-condensable gas, which causes the container to be pressurized. Since the inside of the containment vessel of a boiling water nuclear power plant (BWR or ABWR) is replaced with nitrogen, no hydrogen explosion occurs in the containment vessel even if hydrogen is generated. However, if hydrogen leaks out of the containment vessel, it can cause a hydrogen explosion. Therefore, it is important to detect hydrogen evolution as early as possible and to start measures to prevent hydrogen explosion early. In addition, it is possible to back calculate the percentage of core damage, the degree of concrete erosion of core melt transferred to the containment vessel, etc. from the amount of hydrogen calculated by the hydrogen concentration. It can be used.

現状の水素濃度の測定方法は、格納容器内のガスを格納容器外に吸引して水素濃度を測定するサンプリング方式である（例えば、特許文献１）。   The current method of measuring the hydrogen concentration is a sampling method in which the gas in the storage container is sucked out of the storage container to measure the hydrogen concentration (for example, Patent Document 1).

一方、福島原子力発電所事故時には、電源喪失によりサンプリングができなくなったため、水素濃度を測定できなくなった。このため、サンプリング系を必要としない格納容器内で水素濃度を測定する手法が求められている。   On the other hand, at the time of the Fukushima nuclear power plant accident, it became impossible to measure hydrogen concentration because sampling became impossible due to loss of power. Therefore, there is a need for a method of measuring the hydrogen concentration in a storage container that does not require a sampling system.

非特許文献１によれば、水素吸蔵材料や光ファイバーを用いた測定技術の開発が進められている。   According to Non-Patent Document 1, development of a measurement technique using a hydrogen storage material or an optical fiber is in progress.

特開平５−２４９２７８号公報JP-A-5-249278

原子力における水素安全対策高度化ハンドブック（第１版）、JAEA-Review 2016-038, pp.218-221Handbook for the Advancement of Hydrogen Safety Measures in Nuclear Energy (First Edition), JAEA-Review 2016-038, pp. 218-221

過酷事故時には、崩壊熱で発生した蒸気でも格納容器が加圧される。沸騰水型原子力プラントの格納容器の使用圧力から、想定される最大の圧力は約１．０ＭＰａ、温度は約１８０℃（圧力１．０ＭＰａにおける蒸気の飽和温度）となる。   During a severe accident, the containment vessel is pressurized even with steam generated by decay heat. From the working pressure of the containment vessel of the boiling water nuclear power plant, the maximum pressure assumed is about 1.0 MPa and the temperature is about 180 ° C. (the saturation temperature of the steam at a pressure of 1.0 MPa).

非特許文献１によれば、開発中の測定技術においては、高温高圧の蒸気を多量に含む環境への適用性の確認、評価が課題とされている。このため、異なる原理で高温高圧の蒸気を多量に含む環境下での水素濃度を測定できるシステムを適用すれば、水素濃度の測定方法を多様化し信頼性を向上させることができる。   According to Non-Patent Document 1, in the measurement technology under development, confirmation and evaluation of applicability to an environment containing a large amount of high-temperature and high-pressure steam is considered as an issue. For this reason, if a system capable of measuring the hydrogen concentration in an environment containing a large amount of high-temperature and high-pressure steam by different principles is applied, the method of measuring the hydrogen concentration can be diversified and the reliability can be improved.

本発明は、事故の際に、格納容器内の非凝縮性ガスを含む混合ガスを凝縮させる冷却器を用いて、従来とは異なる新たな手法として、高温高圧の蒸気を多量に含む条件下で水素濃度を測定する方法を追加し、水素濃度の測定方法を多様化し、その信頼性を向上させることを目的とする。   The present invention uses a cooler that condenses a mixed gas containing non-condensable gas in a containment vessel in the event of an accident, and as a new method different from the prior art, under a condition containing a large amount of high temperature high pressure steam A method of measuring hydrogen concentration is added to diversify the method of measuring hydrogen concentration and to improve its reliability.

上記目的を達成するために、本発明の水素濃度測定システムは、格納容器の内部に設置され、冷却水が分配され複数の冷却水流路を流れる構成を有する冷却器を含み、複数の冷却水流路は、鉛直方向に配置され、冷却器は、複数の冷却水流路のうち２つ以上に設置した冷却水の温度を測定する温度センサを含み、温度センサで測定された冷却水の温度分布から格納容器の内部における水素の発生又は濃度を検出する。   In order to achieve the above object, the hydrogen concentration measurement system of the present invention includes a cooler installed inside the containment vessel, having a configuration in which cooling water is distributed and flows through a plurality of cooling water flow paths, and a plurality of cooling water flow paths Is vertically disposed, the cooler includes a temperature sensor for measuring the temperature of the cooling water installed in two or more of the plurality of cooling water flow paths, and stored from the temperature distribution of the cooling water measured by the temperature sensor The generation or concentration of hydrogen inside the container is detected.

本発明によれば、高温高圧の蒸気を多量に含む条件下で水素濃度を測定することができ、従来とは異なる水素濃度測定原理を用いることにより、水素濃度の測定方法を多様化し、その信頼性を向上させることができる。   According to the present invention, the hydrogen concentration can be measured under a condition containing a large amount of high-temperature and high-pressure steam, and the method of measuring the hydrogen concentration can be diversified by using a hydrogen concentration measurement principle different from the prior art. It is possible to improve the quality.

本発明の第１実施形態に係る水素濃度測定システムの構成要素である冷却器の一例の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing a schematic structure of an example of a cooler which is a component of a hydrogen concentration measurement system concerning a 1st embodiment of the present invention. 図１の冷却器１において水素濃度が低い状態を示す模式縦断面図である。It is a model longitudinal cross-sectional view which shows the state in which hydrogen concentration is low in the cooler 1 of FIG. 図１の冷却器１において水素濃度が高い状態を示す模式縦断面図である。It is a model longitudinal cross-sectional view which shows the state to which hydrogen concentration is high in the cooler 1 of FIG. 図１の冷却器１の各段の水平伝熱管出口における冷却水温度を示すグラフである。It is a graph which shows the cooling water temperature in the horizontal heat exchanger tube exit of each stage of the cooler 1 of FIG. 本発明の第２実施形態に係る水素濃度測定システムの構成要素である冷却器の一例の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing a schematic structure of an example of a cooler which is a component of a hydrogen concentration measurement system concerning a 2nd embodiment of the present invention. 図１の冷却器１の各段の水平伝熱管出口における冷却水温度を示すグラフである。It is a graph which shows the cooling water temperature in the horizontal heat exchanger tube exit of each stage of the cooler 1 of FIG. 図１の冷却器１の各段の水平伝熱管出口における冷却水温度を示すグラフである。It is a graph which shows the cooling water temperature in the horizontal heat exchanger tube exit of each stage of the cooler 1 of FIG. 水素濃度に対する最上段の水平伝熱管出口における冷却水温度を示すグラフである。It is a graph which shows the cooling water temperature in the horizontal heat transfer pipe exit of the top step to hydrogen concentration. 本発明の第３実施形態に係る水素濃度測定システムの構成要素である冷却器の一例の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing a schematic structure of an example of a cooler which is a component of a hydrogen concentration measurement system concerning a 3rd embodiment of the present invention. 冷却器を有する改良型沸騰水型軽水炉（ＡＢＷＲ）を示す模式断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic cross section which shows the improvement type boiling water light water reactor (ABWR) which has a cooler.

本発明は、原子炉格納容器内における水素の発生又は濃度を検出するシステムに関する。   The present invention relates to a system for detecting the generation or concentration of hydrogen in a nuclear reactor containment vessel.

本発明は、事故時に格納容器内の非凝縮性ガスを含む混合ガスを凝縮させる冷却器において、密度差により発生する自然循環流の向きが水素濃度によって変化し、多段で構成された伝熱管の冷却水の温度分布が変化することに着目した水素濃度測定システムに関するものである。冷却器は、高温高圧条件下で蒸気を凝縮させて格納容器の加圧を抑制するものであり、高温高圧の蒸気を多量に含む条件下でも水素濃度の測定を可能とし、信頼性を向上させる。   According to the present invention, in a cooler for condensing mixed gas containing non-condensable gas in a containment vessel at the time of an accident, the direction of the natural circulation flow generated by the density difference changes according to the hydrogen concentration, The present invention relates to a hydrogen concentration measurement system focused on the change in temperature distribution of cooling water. The cooler condenses the steam under high temperature and high pressure conditions to suppress the pressurization of the containment vessel, enables measurement of the hydrogen concentration even under conditions containing a large amount of high temperature and pressure steam, and improves the reliability. .

なお、本明細書において説明している、多段で構成された「伝熱管」という用語は、鉛直方向に配置された複数の「冷却水流路」の一例であり、本発明を実現するにあたって様々な形態の熱交換器を用いることは、本発明の技術的思想に含まれる。   Note that the term “multi-layered heat transfer tubes” described in the present specification is an example of a plurality of “cooling water flow paths” arranged in the vertical direction, and various terms are used to realize the present invention. The use of a heat exchanger in the form is included in the technical idea of the present invention.

＜第１実施形態＞
（構成）
図１は、本実施形態に係る水素濃度測定システムの構成要素である冷却器の一例の概略構成を示したものである。 First Embodiment
(Constitution)
FIG. 1 shows a schematic configuration of an example of a cooler that is a component of the hydrogen concentration measurement system according to the present embodiment.

本図に示す冷却器１は、通常運転時に格納容器内の温度を制御する空調機であり、沸騰水型原子力プラントではドライウェル冷却器である。   The cooler 1 shown in the figure is an air conditioner that controls the temperature in the containment during normal operation, and is a dry well cooler in a boiling water nuclear plant.

冷却器１は、複数の水平伝熱管２と、各水平伝熱管２に冷却水を供給する入口ヘッダ３と、高温の雰囲気ガスと熱交換を行って温度が上昇した冷却水を各水平伝熱管２から収集する出口ヘッダ４と、を含む冷却コイルが、枠体５により取り囲まれた構成を有する熱交換器と、この熱交換器を内部に設置したケーシング６（筐体）と、を備えている。複数の水平伝熱管２は、鉛直方向に積層された構成（多段構成）を有する。   The cooler 1 includes a plurality of horizontal heat transfer pipes 2, an inlet header 3 for supplying cooling water to each horizontal heat transfer pipe 2, and heat exchange with a high temperature atmosphere gas to increase the temperature of the cooling water. A heat exchanger having a configuration in which a cooling coil including an outlet header 4 to collect from 2 is surrounded by a frame 5, and a casing 6 (housing) in which the heat exchanger is installed There is. The plurality of horizontal heat transfer tubes 2 have a configuration (multistage configuration) stacked in the vertical direction.

なお、ケーシング６の内部には、図示しない送風機が設けられているが、過酷事故の際には、電源が得られない可能性があり、高温高湿度条件で電気部品が故障する可能性が高く、送風機は停止すると想定している。   Although a fan (not shown) is provided inside the casing 6, there is a possibility that a power source can not be obtained in a severe accident, and there is a high possibility that the electric component may break down under high temperature and high humidity conditions. , It is assumed that the blower will stop.

冷却コイルの側面は、ケーシング６の開口部１０（水平方向）となっている。これにより、冷却器１の外部は、冷却コイルを通して冷却器１の内部につながっている。このため、送風機が停止した状態においては、冷却コイルを流れる冷却水により冷却された気体は、自然循環により流動し、開口部１０の上部及び下部において異なる向きの流れが生じ、冷却器１の内部の気体が出入りする。   The side surface of the cooling coil is an opening 10 (horizontal direction) of the casing 6. Thus, the outside of the cooler 1 is connected to the inside of the cooler 1 through the cooling coil. For this reason, when the blower is stopped, the gas cooled by the cooling water flowing through the cooling coil flows by natural circulation and flows in different directions in the upper and lower portions of the opening 10, and the inside of the cooler 1 Gas enters and leaves.

複数の水平伝熱管２と出口ヘッダ４との接続部付近には、冷却水の温度を測定するための温度計７ａ、７ｂ、７ｃ（温度センサ）が取り付けられている。本図においては、水平伝熱管２のうち、最上段に温度計７ａ、最下段に温度計７ｃ、中間部に温度計７ｂが取り付けられている。温度計７ａ、７ｂ、７ｃの信号は、ケーブル８を通して中央制御室のコンピュータ９に取り込まれ、各水平伝熱管２の冷却水温度を中央制御室等のモニタに表示できるようになっている。   In the vicinity of the connection portion between the plurality of horizontal heat transfer pipes 2 and the outlet header 4, thermometers 7 a, 7 b and 7 c (temperature sensors) for measuring the temperature of the cooling water are attached. In the figure, in the horizontal heat transfer tube 2, a thermometer 7a is attached to the uppermost stage, a thermometer 7c to the lowermost stage, and a thermometer 7b to the middle. The signals of the thermometers 7a, 7b and 7c are taken into the computer 9 of the central control room through the cable 8 so that the temperature of the cooling water of each horizontal heat transfer tube 2 can be displayed on a monitor such as the central control room.

（動作）
水素の発生を図１の冷却器１で検出する原理について説明する。 (Operation)
The principle of detecting the generation of hydrogen by the cooler 1 of FIG. 1 will be described.

通常運転時、沸騰水型原子力プラントの格納容器は、窒素で置換されている。事故時に原子炉燃料から発生する熱を発電プラント外部のヒートシンク（例えば海）に放出できなくなると、格納容器内に蒸気が充満し、格納容器内の圧力が上昇することがある。冷却器１の冷却コイルに通水すれば、水平伝熱管２の表面で蒸気が凝縮し、圧力上昇を抑制することができる。   During normal operation, the containment of the boiling water nuclear plant is replaced with nitrogen. If the heat generated from the reactor fuel can not be released to the heat sink (for example, the sea) outside the power plant at the time of an accident, the containment vessel may be filled with steam, and the pressure in the containment vessel may rise. If water is supplied to the cooling coil of the cooler 1, the steam condenses on the surface of the horizontal heat transfer tube 2, and the pressure rise can be suppressed.

蒸気と窒素との混合ガスが冷却器１に流入すると、水平伝熱管２の表面で蒸気のみが凝縮する。蒸気が凝縮すると、混合ガスの窒素濃度が上昇する。蒸気と窒素との密度を比較すると、窒素の密度の方が大きいため、窒素濃度が上昇した混合ガスの密度は増加する。周囲の混合ガスと密度の増加した混合ガスとの密度差により、冷却器１の内部の混合ガスに下向きの力が働くため、混合ガスは冷却器１のケーシング６内を下方に流れ、自然循環流（自然対流）が発生する。   When a mixed gas of steam and nitrogen flows into the cooler 1, only the steam condenses on the surface of the horizontal heat transfer tube 2. As the vapor condenses, the nitrogen concentration of the mixed gas increases. When the densities of steam and nitrogen are compared, the density of the mixed gas in which the nitrogen concentration is increased is increased because the density of nitrogen is larger. A downward force acts on the mixed gas inside the cooler 1 due to the difference in density between the surrounding mixed gas and the mixed gas with increased density, so the mixed gas flows downward in the casing 6 of the cooler 1 and natural circulation Flow (natural convection) occurs.

図２は、この場合における図１の冷却器１の断面を示したものである。   FIG. 2 shows a cross section of the cooler 1 of FIG. 1 in this case.

図２においては、混合ガスに含まれる水素の割合が少ない場合（水素濃度が低い場合）における混合ガスの流れ方向（自然循環流の向き）を矢印で示している。   In FIG. 2, the flow direction of the mixed gas (the direction of the natural circulation flow) in the case where the ratio of hydrogen contained in the mixed gas is low (when the hydrogen concentration is low) is indicated by an arrow.

本図に示すように、この自然循環流により継続的に冷却器１へ蒸気を含む混合ガスが流入し、蒸気が凝縮するため、格納容器の圧力上昇が抑制される。   As shown in the drawing, the mixed gas containing steam continuously flows into the cooler 1 by the natural circulation flow, and the steam condenses, so that the pressure rise of the containment vessel is suppressed.

この自然循環流が発生すると、上段の水平伝熱管における蒸気凝縮によって、下段の水平伝熱管における窒素濃度が相対的に高くなっていく。非凝縮性ガスである窒素は、蒸気の凝縮熱伝達を阻害するので、窒素濃度が高くなると伝熱量が低下する。伝熱量が多いほど水平伝熱管内部を流れる冷却水の温度が上昇するので、下向きの自然循環流が発生している場合は、上段の水平伝熱管内部を流れる冷却水の温度が下段の冷却水温度よりも高くなる。   When this natural circulation flow occurs, the nitrogen concentration in the lower horizontal heat transfer pipe becomes relatively high due to the vapor condensation in the upper horizontal heat transfer pipe. The noncondensable gas, nitrogen, inhibits the condensation heat transfer of the steam, so the higher the nitrogen concentration, the lower the amount of heat transfer. The temperature of the cooling water flowing inside the horizontal heat transfer tube rises as the amount of heat transfer increases. Therefore, when a downward natural circulation flow is generated, the temperature of the cooling water flowing inside the upper horizontal heat transfer tube is the cooling water at the lower stage. It will be higher than the temperature.

図１の構成の場合においては、冷却水温度は、入口ヘッダ３から出口ヘッダ４に向けて単調に増加するので、水平伝熱管２の出口が各段での冷却水温度が最も高い位置となる。上段と下段との冷却水の温度差が大きいほど伝熱量の差を精度よく評価できるので、冷却水の温度は、なるべく水平伝熱管２の出口に近い位置が好ましい。   In the case of the configuration of FIG. 1, the cooling water temperature monotonously increases from the inlet header 3 toward the outlet header 4 so that the outlet of the horizontal heat transfer pipe 2 is at the position where the cooling water temperature in each stage is the highest. . The difference in the amount of heat transfer can be evaluated more accurately as the temperature difference between the upper and lower cooling waters increases. Therefore, the temperature of the cooling water is preferably as close to the outlet of the horizontal heat transfer tube 2 as possible.

つぎに、混合ガスに水素が混入した場合について説明する。   Next, the case where hydrogen is mixed in the mixed gas will be described.

水素は蒸気よりも密度が小さいため、水素の比率（水素濃度）が上昇すると、窒素と水素で構成される非凝縮性ガスの平均密度が減少する。混合ガス中の非凝縮性ガスの平均密度と蒸気密度との差が小さくなるため、冷却器１の内部の混合ガスに働く力が減少し、自然循環流が弱くなる。伝熱量は、混合ガスの自然循環による流速にも依存するため、水素の比率が上昇すると伝熱量が低下する。伝熱量の低下に伴い、水平伝熱管出口の冷却水温度が低下する。   Since hydrogen is less dense than steam, increasing the hydrogen ratio (hydrogen concentration) reduces the average density of the non-condensable gas composed of nitrogen and hydrogen. Since the difference between the average density of the non-condensable gas in the mixed gas and the vapor density is reduced, the force acting on the mixed gas inside the cooler 1 is reduced and the natural circulation flow is weakened. The amount of heat transfer also depends on the flow velocity due to the natural circulation of the mixed gas, so when the ratio of hydrogen increases, the amount of heat transfer decreases. As the amount of heat transfer decreases, the temperature of the coolant at the outlet of the horizontal heat transfer tube decreases.

このように、冷却器１の冷却水温度の低下から、水素の混入を判別することができる。   Thus, the mixing of hydrogen can be determined from the decrease in the temperature of the cooling water of the cooler 1.

水素の比率が上昇していくと、非凝縮性ガスの平均密度が小さくなっていく。非凝縮性ガスの平均密度が蒸気密度よりも小さくなると、冷却器１の内部の混合ガスに上向きの力が働くようになる。   As the proportion of hydrogen increases, the average density of non-condensable gases decreases. When the average density of the noncondensable gas becomes smaller than the vapor density, an upward force acts on the mixed gas inside the cooler 1.

図３は、この場合における図１の冷却器１の断面を示したものである。   FIG. 3 shows a cross section of the cooler 1 of FIG. 1 in this case.

図３においては、混合ガスに含まれる水素の割合が多い場合（水素濃度が高い場合）における混合ガスの流れ方向（自然循環流の向き）を矢印で示している。すなわち、上向きの自然循環流が発生する。   In FIG. 3, the flow direction of the mixed gas (the direction of the natural circulation flow) is indicated by an arrow when the ratio of hydrogen contained in the mixed gas is high (when the hydrogen concentration is high). That is, an upward natural circulation flow occurs.

本図に示すように、この場合、下段の水平伝熱管の内部を流れる冷却水の温度は、上段の水平伝熱管の内部を流れる冷却水の温度よりも高くなる。更に水素の比率が上昇していくと、非凝縮性ガスの平均密度が更に小さくなり、蒸気との密度差が拡大するため、上向きの自然循環流が強くなっていく。このため、自然循環流が下向きから上向きに転換した後は、水素の比率の上昇に伴って、冷却器１の伝熱量が増加し、水平伝熱管出口における冷却水の温度が上昇する。   As shown in the drawing, in this case, the temperature of the cooling water flowing inside the lower horizontal heat transfer tube is higher than the temperature of the cooling water flowing inside the upper horizontal heat transfer tube. As the ratio of hydrogen further increases, the average density of the non-condensable gas further decreases, and the density difference with the steam increases, so that the upward natural circulation flow becomes stronger. For this reason, after the natural circulation flow switches from downward to upward, the amount of heat transfer of the cooler 1 increases with the increase of the ratio of hydrogen, and the temperature of the cooling water at the outlet of the horizontal heat transfer tube rises.

このように、非凝縮性ガス中の水素の比率の変化によって、冷却器内の混合ガスの流れが変化し、冷却水温度が変化する。したがって、複数の水平伝熱管出口で冷却水の温度を測定し、鉛直方向の温度分布を取得すれば、水素の発生の有無を確認することができる。   Thus, the change in the ratio of hydrogen in the non-condensable gas changes the flow of the mixed gas in the cooler, which changes the temperature of the cooling water. Therefore, if the temperature of the cooling water is measured at the outlets of the plurality of horizontal heat transfer pipes and the temperature distribution in the vertical direction is acquired, the presence or absence of generation of hydrogen can be confirmed.

図４は、非凝縮性ガスが窒素のみの場合と非凝縮性ガスが水素のみの場合とを比較するため、水平伝熱管出口における鉛直方向の冷却水温度分布について、数値解析を行った結果を示したものである。横軸に水平伝熱管段数、縦軸に冷却水温度をとっている。実線は窒素のみの場合を、破線は水素のみの場合を示している。   FIG. 4 shows the result of numerical analysis of the temperature distribution of the cooling water in the vertical direction at the outlet of the horizontal heat transfer pipe in order to compare the case where the noncondensable gas is only nitrogen and the case where the noncondensable gas is only hydrogen. It is shown. The horizontal axis represents the number of horizontal heat transfer tubes, and the vertical axis represents the temperature of the cooling water. The solid line shows the case of only nitrogen, and the broken line shows the case of only hydrogen.

本図に示すように、窒素のみの場合は、最上段の水平伝熱管出口の冷却水温度が最も高く、下段方向に単調に温度が低下する。一方、水素のみの場合は、最上段の水平伝熱管出口の冷却水温度が最も低く、下段方向に単調に温度が上昇する。   As shown in the drawing, in the case of only nitrogen, the temperature of the cooling water at the outlet of the uppermost horizontal heat transfer pipe is the highest, and the temperature monotonously decreases in the lower direction. On the other hand, in the case of only hydrogen, the temperature of the cooling water at the outlet of the uppermost horizontal heat transfer pipe is the lowest, and the temperature rises monotonically in the lower direction.

よって、本実施形態では、最上段の水平伝熱管出口の冷却水温度が最も低くなるような温度分布を示す場合に、非凝縮性ガス中に水素が含まれていると判断できる。言い換えると、本図に示すように、冷却水温度から温度分布が単調減少の状態（実線）から単調増加の状態（破線）に移行した場合には、水素が発生していることを検出することができる。更に言い換えると、鉛直方向に配置された複数の冷却水流路における冷却水の温度分布を表す曲線（図４）の傾きの変化から、格納容器の内部における水素の発生を検出することができる。   Therefore, in the present embodiment, it is possible to determine that hydrogen is contained in the non-condensable gas when the temperature distribution such that the temperature of the cooling water at the outlet of the uppermost horizontal heat transfer pipe becomes the lowest is shown. In other words, as shown in the figure, when the temperature of the cooling water changes from a monotonically decreasing state (solid line) to a monotonically increasing state (dotted line), it is detected that hydrogen is generated. Can. Furthermore, in other words, it is possible to detect the generation of hydrogen inside the containment vessel from the change in the slope of the curve (FIG. 4) representing the temperature distribution of the cooling water in the plurality of cooling water flow paths arranged vertically.

（効果）
本実施形態では、図１に示すように、冷却器１の複数の水平伝熱管２の出口付近で冷却水温度を測定するための温度計７ａ、７ｂ、７ｃを設置し、中央制御室等で監視できるようにしている。冷却器１は、過酷事故時に格納容器の冷却に活用が検討されている機器であり、高温度・高圧・高湿度の条件にも十分耐えられることから、過酷事故条件に対して信頼性が高い。また、既設の冷却器を使用する場合は、温度計７ａ、７ｂ、７ｃを追加で設置するだけでよく、低コストで水素検出方法の多様化が達成できる。 (effect)
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, thermometers 7a, 7b, 7c for measuring the temperature of the cooling water are installed near the outlets of the plurality of horizontal heat transfer tubes 2 of the cooler 1, and a central control room etc. It is possible to monitor it. The cooler 1 is a device that is considered to be used to cool the containment vessel in severe accidents, and can withstand high temperature, high pressure and high humidity conditions well, so it is highly reliable against severe accident conditions . When an existing cooler is used, it is only necessary to additionally install the thermometers 7a, 7b and 7c, and diversification of the hydrogen detection method can be achieved at low cost.

＜第２実施形態＞
（構成）
図５は、本実施形態に係る水素濃度測定システムの構成要素である冷却器の一例の概略構成を示したものである。 Second Embodiment
(Constitution)
FIG. 5 shows a schematic configuration of an example of a cooler that is a component of the hydrogen concentration measurement system according to the present embodiment.

本図に示すように、第１実施形態と異なる点（図１と異なる点）は、冷却水温度分布に加えて、格納容器内の圧力及び温度のデータを同時に取り込み、あらかじめ用意した冷却器の伝熱データベースを参照して、水素濃度を算出する点である。   As shown in this figure, the difference from the first embodiment (the point different from FIG. 1) is that, in addition to the cooling water temperature distribution, the pressure and temperature data in the containment vessel are simultaneously taken, and the cooler prepared in advance The hydrogen concentration is calculated by referring to the heat transfer database.

（動作）
本実施形態においても、冷却器１での混合ガスの挙動は第１実施形態と同じである。本実施形態では、冷却水温度分布に加えて、水素濃度の算出のため、格納容器内の圧力及び温度のデータ並びに冷却器１に固有の伝熱データベース（伝熱量特性データベース）を用いる。 (Operation)
Also in the present embodiment, the behavior of the mixed gas in the cooler 1 is the same as that of the first embodiment. In this embodiment, in addition to the cooling water temperature distribution, pressure and temperature data in the containment vessel and a heat transfer database (heat transfer amount characteristic database) unique to the cooler 1 are used to calculate the hydrogen concentration.

格納容器内が蒸気だけで満たされている場合、格納容器内の温度は、格納容器内の圧力に対応する飽和温度となる。蒸気中に非凝縮性ガスが含まれる混合ガスの温度は、蒸気分圧に対応する飽和温度となる。圧力０．４ＭＰａの飽和温度は約１４４℃であるので、例えば、測定した格納容器内の温度が約１４４℃であれば、蒸気１００％と判断できる。測定した温度が約１３１℃であれば、１３１℃のときの飽和蒸気圧が約０．２８ＭＰａであるため、蒸気の体積割合は約７０％と判断でき、蒸気以外の非凝縮性ガスの体積割合は３０％と算出できる。このようにして、格納容器内の圧力及び温度のデータから、非凝縮性ガスの濃度を算出することができる。   When the inside of the containment vessel is filled with only steam, the temperature in the containment vessel becomes a saturation temperature corresponding to the pressure in the containment vessel. The temperature of the mixed gas in which the noncondensable gas is contained in the steam has a saturation temperature corresponding to the vapor partial pressure. Since the saturation temperature at a pressure of 0.4 MPa is about 144 ° C., for example, if the measured temperature in the storage container is about 144 ° C., it can be determined that the vapor is 100%. If the measured temperature is about 131 ° C., the saturated vapor pressure at 131 ° C. is about 0.28 MPa, so the volume fraction of steam can be judged to be about 70%, and the volume fraction of non-condensable gas other than steam Can be calculated as 30%. Thus, the concentration of non-condensable gas can be calculated from the pressure and temperature data in the containment vessel.

非凝縮性ガス中の水素の割合を算出する方法について説明する。   A method of calculating the ratio of hydrogen in non-condensable gas will be described.

非凝縮性ガスとして窒素のみが含まれる蒸気の場合、冷却器１内を上から下へ向かう自然循環流が発生する。上段の水平伝熱管２には、非凝縮性ガス濃度の低い混合ガスと熱交換を行うため、伝熱量が多く、水平伝熱管出口の冷却水温度が高くなる。下段の水平伝熱管２では、上段での蒸気凝縮により相対的に非凝縮性ガス濃度が高くなり、伝熱量が少なくなるため、水平伝熱管出口の冷却水温度は上段と比較して低くなる。   In the case of steam containing only nitrogen as non-condensable gas, a natural circulation flow is generated from the top to the bottom in the cooler 1. The upper horizontal heat transfer pipe 2 exchanges heat with the mixed gas having a low non-condensable gas concentration, so the amount of heat transfer is large and the temperature of the cooling water at the outlet of the horizontal heat transfer pipe increases. In the lower horizontal heat transfer pipe 2, the concentration of non-condensable gas is relatively increased by the vapor condensation in the upper part, and the amount of heat transfer is reduced. Therefore, the temperature of the cooling water at the outlet of the horizontal heat transfer pipe is lower than that in the upper part.

図６は、水平伝熱管出口の冷却水温度分布を示すグラフである。横軸に水平伝熱管段数、縦軸に冷却水温度をとっている。実線は窒素のみの場合を、破線は全体の非凝縮性ガス濃度が変わらない場合であって水素が混入している場合を示している。   FIG. 6 is a graph showing the cooling water temperature distribution at the outlet of the horizontal heat transfer pipe. The horizontal axis represents the number of horizontal heat transfer tubes, and the vertical axis represents the temperature of the cooling water. The solid line shows the case of nitrogen only, and the broken line shows the case where the concentration of non-condensable gas does not change and hydrogen is mixed.

本図に示すように、実線及び破線ともに、水平伝熱管の下段ほど冷却水温度が低下している。   As shown in the drawing, the temperature of the cooling water is lowered toward the lower end of the horizontal heat transfer pipe in both the solid line and the broken line.

非凝縮性ガスに水素が混入すると、非凝縮性ガスの平均密度と蒸気密度との差が小さくなり、自然循環流の速度が低下する。速度が低下すると、伝熱量も低下するため、水平伝熱管出口の冷却水温度も低下する。水素が混入した場合は、窒素だけの場合と比較して、伝熱量が減少し、全体的に冷却水温度が低下する。なお、水素が混入した場合における最上段、最下段及び中間部付近の冷却水温度は、図中の○印で示している。   When hydrogen is mixed into the non-condensable gas, the difference between the average density of the non-condensable gas and the vapor density becomes small, and the natural circulation flow velocity is reduced. When the speed decreases, the amount of heat transfer also decreases, so the temperature of the cooling water at the outlet of the horizontal heat transfer tube also decreases. When hydrogen is mixed, the amount of heat transfer is reduced as compared with the case of nitrogen alone, and the cooling water temperature is lowered as a whole. In the case where hydrogen is mixed, the temperature of the cooling water in the vicinity of the uppermost stage, the lowermost stage and the middle part is indicated by a circle in the drawing.

水素の割合が更に上昇すると、冷却器内を下から上へ向かう自然循環流に変わる。   As the proportion of hydrogen further increases, it changes to natural circulation flow from the bottom to the top in the cooler.

図７は、水素の割合が上昇し自然循環流の向きが変わった場合における冷却水温度分布を示すグラフである。横軸に水平伝熱管段数、縦軸に冷却水温度をとっている。実線は水素のみの場合を、破線は全体の非凝縮性ガス濃度が変わらない場合であって窒素が混入している場合を示している。   FIG. 7 is a graph showing cooling water temperature distribution when the proportion of hydrogen increases and the direction of the natural circulation flow changes. The horizontal axis represents the number of horizontal heat transfer tubes, and the vertical axis represents the temperature of the cooling water. The solid line shows the case of only hydrogen, and the broken line shows the case where the total concentration of non-condensable gas does not change and nitrogen is mixed.

本図に示すように、実線及び破線ともに、最下段の水平伝熱管出口の冷却水温度が最も高くなり、上段ほど冷却水温度が低下する。水素の割合が更に上昇すると、非凝縮性ガスの平均密度と蒸気密度との差が拡大し、上向きの自然循環流の速度が増加する。速度が増加すると、伝熱量も増加するため、実線で示すように冷却水温度が全体的に上昇する。   As shown in this figure, the temperature of the cooling water at the bottom of the lowermost horizontal heat transfer pipe outlet is the highest in both the solid line and the broken line, and the temperature of the cooling water decreases in the upper part. As the proportion of hydrogen further increases, the difference between the average density of the non-condensable gas and the vapor density increases, and the upward natural circulation flow velocity increases. As the speed increases, the amount of heat transfer also increases, so the coolant temperature generally rises as shown by the solid line.

図６及び図７に示すように、非凝縮性ガスに含まれる水素の割合によって、水平伝熱管出口の冷却水温度の分布が変化する。   As shown in FIGS. 6 and 7, the distribution of the temperature of the cooling water at the outlet of the horizontal heat transfer pipe changes depending on the ratio of hydrogen contained in the non-condensable gas.

実験や詳細な伝熱解析等で、圧力、非凝縮性ガス濃度、窒素／水素割合、水平伝熱管入口冷却水温度、冷却水流量等をパラメータとして構築した水平伝熱管出口の冷却水温度分布のデータベースを参照して、水素濃度を算出することができる。冷却水の温度分布がわかればよいので、全段の水平伝熱管出口の冷却水温度を測定する必要はなく、例えば、図６の○印で示す最上段、最下段及び中間部付近の冷却水温度から温度分布を推定して、水素濃度を算出することができる。また、データベースを用いることにより、正確な水素濃度を算出することができる。詳しくは、鉛直方向に配置された複数の水平伝熱管（冷却水流路）における冷却水の温度分布と、伝熱データベースに含まれる冷却水の温度分布と、を比較することにより、水素濃度を算出することができる。   Pressure distribution, non-condensable gas concentration, nitrogen / hydrogen ratio, horizontal heat transfer pipe inlet cooling water temperature, cooling water flow rate, etc., as parameters in experiments and detailed heat transfer analysis etc. The hydrogen concentration can be calculated by referring to the database. It is not necessary to measure the temperature of the cooling water at the outlet of all the horizontal heat transfer pipes, as it is sufficient to know the temperature distribution of the cooling water. For example, the cooling water near the top, bottom and middle part shown by ○ in FIG. The hydrogen concentration can be calculated by estimating the temperature distribution from the temperature. In addition, accurate hydrogen concentration can be calculated by using a database. Specifically, the hydrogen concentration is calculated by comparing the temperature distribution of the cooling water in the plurality of horizontal heat transfer pipes (cooling water flow channels) arranged in the vertical direction with the temperature distribution of the cooling water included in the heat transfer database. can do.

まとめると、水素濃度が低く冷却水温度から温度分布が図６のように単調減少の状態であって図７のように単調増加の状態に移行していない場合であっても、データベースを用いれば水素濃度を算出することができる。   In summary, even if the hydrogen concentration is low and the temperature distribution from the cooling water temperature is monotonically decreasing as shown in FIG. 6 and it is not transitioning to the monotonically increasing state as in FIG. The hydrogen concentration can be calculated.

図８は、非凝縮性ガス中の水素の割合に対する冷却水温度の変化を示すグラフである。横軸に非凝縮性ガス中の水素の割合、縦軸に最上段の水平伝熱管出口における冷却水温度をとっている。   FIG. 8 is a graph showing the change in the temperature of the cooling water with respect to the proportion of hydrogen in the noncondensable gas. The horizontal axis represents the proportion of hydrogen in the non-condensable gas, and the vertical axis represents the temperature of the cooling water at the outlet of the uppermost horizontal heat transfer pipe.

本図に示すように、非凝縮性ガス中の水素の割合が０から増加すると、冷却水温度が低下する。そして、自然循環流の向きが変わる水素の割合に近くなると、冷却水温度が大きく低下する。自然循環流の向きが変わると、水素の割合の増加により自然循環流の速度が上昇するため、伝熱量が増加し、冷却水温度が上昇する。   As shown in the figure, when the proportion of hydrogen in the non-condensable gas increases from zero, the temperature of the cooling water decreases. Then, when the direction of the natural circulation flow is close to the ratio of hydrogen, the temperature of the cooling water is greatly reduced. When the direction of the natural circulation flow is changed, the speed of the natural circulation flow is increased by the increase of the ratio of hydrogen, so the amount of heat transfer is increased and the temperature of the cooling water is increased.

このため、例えば、１つの冷却水温度を示す破線と図中の曲線とは、２つの交点を有する。２つの交点に対応する水素の割合のうち、いずれが実際の値であるかは、不明であり、水素の割合を特定することはできない。１段の水平伝熱管出口だけの冷却水温度では水素の割合を特定することは困難であるが、少なくとも２段の水平伝熱管出口の冷却水温度を測定すれば、水素の割合を特定することができる。   Therefore, for example, the broken line indicating one coolant temperature and the curve in the figure have two intersection points. It is unclear which of the hydrogen ratios corresponding to the two intersections is the actual value, and the hydrogen ratio can not be specified. Although it is difficult to specify the proportion of hydrogen at the cooling water temperature of only one stage of horizontal heat transfer pipe outlet, if the temperature of the cooling water at the outlet of at least two stages of horizontal heat transfer pipe is measured, the proportion of hydrogen should be specified Can.

（効果）
本実施形態においては、第１実施形態の効果に加えて、冷却器１の伝熱データベースを参照することにより、水素濃度を精度よく算出することが可能である。 (effect)
In the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to calculate the hydrogen concentration with high accuracy by referring to the heat transfer database of the cooler 1.

＜第３実施形態＞
（構成）
図９は、本実施形態に係る水素濃度測定システムの構成要素である冷却器の一例の概略構成を示したものである。 Third Embodiment
(Constitution)
FIG. 9 shows a schematic configuration of an example of a cooler that is a component of the hydrogen concentration measurement system according to the present embodiment.

本図に示すように、第２実施形態と異なる点は、上下面に開口部２１ａ、２１ｂ（鉛直方向）を有するケーシング３６で水平伝熱管３２を取り囲んだ冷却器３１であって、冷却水温度を測定する温度計７ｄ、７ｅ（温度センサ）を水平伝熱管３２の出口付近よりも上流側に設置している点である。言い換えると、温度計７ｄ、７ｅは、複数の水平伝熱管３２のうちの１つにおいては、冷却水の入口でも出口でもなく、当該１つの水平伝熱管３２の途中に設置されている。   As shown in this figure, the difference from the second embodiment is the cooler 31 in which the horizontal heat transfer pipe 32 is surrounded by a casing 36 having openings 21a and 21b (vertical direction) on the upper and lower surfaces, and the cooling water temperature The thermometers 7 d and 7 e (temperature sensors) for measuring the temperature are disposed upstream of the vicinity of the outlet of the horizontal heat transfer tube 32. In other words, the thermometers 7 d and 7 e are not the inlet or the outlet of the cooling water in one of the plurality of horizontal heat transfer tubes 32, and are installed in the middle of the one horizontal heat transfer tube 32.

更に詳しく述べると、冷却器３１は、送風機を有しない構成であり、ケーシング３６が冷却コイルの枠体に相当する構造を有する。ケーシング３６の内側においては、水素濃度が低い状態では下降気流が生じ、水素濃度が高い状態では上昇気流が生じる。   More specifically, the cooler 31 does not have a blower, and the casing 36 has a structure corresponding to the frame of the cooling coil. Inside the casing 36, a downflow occurs when the hydrogen concentration is low, and an upflow occurs when the hydrogen concentration is high.

（動作）
本実施形態においても、動作は、第２実施形態と同じである。 (Operation)
Also in this embodiment, the operation is the same as that of the second embodiment.

自然循環流は、鉛直方向に流れるため、上下面に開口部２１ａ、２１ｂを有する本実施形態の冷却器３１では、第２実施形態の冷却器と比較して、自然循環流に対する抵抗が少なくなる。そして、その結果として、自然循環流の速度が増大する。したがって、本実施形態の冷却器３１は、伝熱量が大きくなる。   The natural circulation flow flows in the vertical direction, so the cooler 31 of the present embodiment having the openings 21a and 21b on the upper and lower surfaces has less resistance to the natural circulation flow as compared with the cooler of the second embodiment. . And as a result, the speed of the natural circulation flow is increased. Therefore, the amount of heat transfer of the cooler 31 of the present embodiment is large.

冷却水温度は、入口ヘッダ３から出口ヘッダ４に向けて単調に増加する。ただし、冷却水温度が周囲の混合ガス温度まで到達すると、混合ガスと冷却水との温度差がなくなり、伝熱しなくなるため、冷却水温度は、周囲の混合ガス温度で一定となる。冷却水流量が低下した場合や本実施形態のような伝熱量の大きい冷却器を用いた場合には、水平伝熱管出口までに冷却水温度が周囲の混合ガス温度まで上昇する可能性がある。例えば、鉛直方向すべての水平伝熱管出口の冷却水温度が周囲の混合ガス温度になると、混合ガスが上下のどちらの方向に流れているかが判別できず、水素濃度を算出できなくなる。   The coolant temperature monotonously increases from the inlet header 3 toward the outlet header 4. However, when the cooling water temperature reaches the surrounding mixed gas temperature, the temperature difference between the mixed gas and the cooling water disappears and heat transfer does not occur, so the cooling water temperature becomes constant at the surrounding mixed gas temperature. In the case where the flow rate of the cooling water is reduced or when a cooler having a large amount of heat transfer as in the present embodiment is used, the temperature of the cooling water may rise to the surrounding mixed gas temperature by the outlet of the horizontal heat transfer tube. For example, when the cooling water temperatures at all horizontal heat transfer tube outlets in the vertical direction reach the surrounding mixed gas temperature, it can not be determined in which direction the mixed gas is flowing, and the hydrogen concentration can not be calculated.

そこで、本実施形態では、伝熱量が大きくなる場合に、冷却水温度が周囲ガス温度に到達する前の位置に温度計７ｄ、７ｅを設置し、鉛直方向に冷却水温度に差が表れる温度分布を測定できるようにしている。温度計７ｄ、７ｅの位置は、試験または詳細な数値解析により冷却水の温度上昇を予測して決定する。   So, in this embodiment, when heat transfer amount becomes large, thermometer 7d, 7e is installed in the position before cooling water temperature reaches ambient gas temperature, and temperature distribution in which a difference appears in cooling water temperature vertically To make it possible to measure. The positions of the thermometers 7d and 7e are determined by predicting the temperature rise of the cooling water by test or detailed numerical analysis.

水平伝熱管の上段と下段で冷却水温度の差がある温度分布を測定することにより、伝熱データベースを参照して水素濃度を算出することができる。   The hydrogen concentration can be calculated with reference to the heat transfer database by measuring the temperature distribution where there is a difference in the temperature of the cooling water between the upper and lower portions of the horizontal heat transfer tube.

（効果）
水平伝熱管出口で冷却水温度が周囲の混合ガス温度に到達する場合でも、伝熱データベースを参照して水素濃度を算出することができる。 (effect)
Even when the coolant temperature reaches the ambient mixed gas temperature at the horizontal heat transfer pipe outlet, the hydrogen concentration can be calculated with reference to the heat transfer database.

なお、図９の冷却器３１と、水平伝熱管３２の出口よりも上流側に設置した温度計７ｄ、７ｅとの組み合わせは、本実施形態での一例として示したものであり、冷却器３１の性能によっては、温度計７ｄ、７ｅを設置する位置を水平伝熱管３２と出口ヘッダ４との接続部付近としてもよい。また、本実施形態では温度計を２つとしているが、３つ以上設置しても問題はない。また、図１に示す冷却器１においても、本実施形態のように、温度計を水平伝熱管２の出口よりも上流側にのみ設置してもよいし、上流側に追加で設置してもよい。   The combination of the cooler 31 of FIG. 9 and the thermometers 7 d and 7 e installed on the upstream side of the outlet of the horizontal heat transfer tube 32 is shown as an example in the present embodiment, and the combination of the cooler 31 is Depending on the performance, the position where the thermometers 7 d and 7 e are installed may be in the vicinity of the connection portion between the horizontal heat transfer pipe 32 and the outlet header 4. Moreover, although two thermometers are used in the present embodiment, three or more thermometers may be installed without any problem. Further, also in the cooler 1 shown in FIG. 1, as in the present embodiment, the thermometer may be installed only on the upstream side of the outlet of the horizontal heat transfer tube 2 or may be additionally installed on the upstream side. Good.

また、本システムを用いて蒸気による格納容器の圧力上昇を抑制するには、冷却器３１の水平伝熱管３２を多数設置する必要があるが、水素濃度測定に特化すれば、冷却器３１は少ない水平伝熱管本数で構成でき、冷却器３１を小型化できる。格納容器がコンパクトに設計されている既設の沸騰水型原子力プラントにも、設置場所を選ばずに適用が可能である。大きな容積の格納容器をもつ加圧水型原子力プラントへは、更に適用が容易である。   Moreover, in order to suppress the pressure rise of the containment vessel by steam using this system, it is necessary to install many horizontal heat transfer tubes 32 of the cooler 31, but if specialized in the measurement of hydrogen concentration, the cooler 31 The number of horizontal heat transfer tubes can be reduced, and the cooler 31 can be miniaturized. The present invention can be applied to any existing boiling water nuclear power plant whose containment vessel is designed to be compact regardless of the installation location. It is easier to apply to pressurized water nuclear plants with large volume containment.

図１０は、沸騰水型原子力プラント（改良型沸騰水型軽水炉（ＡＢＷＲ：Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ））のドライウェル冷却器であって本発明の水素濃度測定システムの冷却器として用いることができるものの設置状態を示したものである。   FIG. 10 shows the installation of a dry well cooler of a boiling water nuclear power plant (Advanced Boiling Water Reactor (ABWR: Advanced Boiling Water Reactor)) which can be used as a cooler of the hydrogen concentration measurement system of the present invention It shows the state.

本図において、沸騰水型原子力プラントの格納容器１００の内部には、圧力容器１１０と、ドライウェル冷却器１３０と、が設置されている。格納容器１００の内部は、ドライウェル１２０と、ウェットウェル１２２と、に区画されている。ウェットウェル１２２には、サプレッションプール１２４が設けられている。   In the drawing, a pressure vessel 110 and a dry well cooler 130 are installed inside the containment vessel 100 of the boiling water nuclear power plant. The interior of the storage container 100 is divided into a dry well 120 and a wet well 122. The wet well 122 is provided with a suppression pool 124.

ドライウェル冷却器１３０は、通常運転時には、格納容器１００内の温度を制御する空調機として機能する。   The dry well cooler 130 functions as an air conditioner that controls the temperature in the storage container 100 during normal operation.

過酷事故の際においても、ドライウェル冷却器１３０に外部から冷却水を送ることにより、格納容器１００の内部を冷却することができ、格納容器１００の内部の圧力を抑制することができる。これに加えて、ドライウェル冷却器１３０に外部から冷却水を送っている状態において、当該冷却水の温度を測定することにより、ドライウェル冷却器１３０における気相の自然循環を検知し、格納容器１００の内部の水素濃度を測定することができる。   Even in a severe accident, by sending cooling water from the outside to the dry well cooler 130, the inside of the containment vessel 100 can be cooled, and the pressure inside the containment vessel 100 can be suppressed. In addition to this, while the cooling water is being sent from the outside to the dry well cooler 130, the natural circulation of the gas phase in the dry well cooler 130 is detected by measuring the temperature of the cooling water, and the storage container The internal hydrogen concentration of 100 can be measured.

本発明によれば、温度センサで測定された冷却水の温度分布から格納容器の内部における気流の変化を検出することにより、水素の発生又は濃度を検出することができる。   According to the present invention, generation or concentration of hydrogen can be detected by detecting a change in air flow inside the storage container from the temperature distribution of the cooling water measured by the temperature sensor.

１、３１：冷却器、２、３２：水平伝熱管、３：入口ヘッダ、４：出口ヘッダ、５：枠体、６、３６：ケーシング、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ：温度計、８：ケーブル、９：コンピュータ、１０、２１ａ、２１ｂ：開口部、１００：格納容器、１１０：圧力容器、１２０：ドライウェル、１２２：ウェットウェル、１２４：サプレッションプール、１３０：ドライウェル冷却器。   1, 31: cooler, 2, 32: horizontal heat transfer tube, 3: inlet header, 4: outlet header, 5: frame, 6, 36: casing, 7a, 7b, 7c, 7d, 7e: thermometer, 8 : Cable, 9: Computer, 10, 21a, 21b: Opening, 100: Containment container, 110: Pressure vessel, 120: Dry well, 122: Wet well, 124: Suppression pool, 130: Dry well cooler.

Claims (9)

格納容器の内部に設置され、冷却水が分配され複数の冷却水流路を流れる構成を有する冷却器を含み、
前記複数の冷却水流路は、鉛直方向に配置され、
前記冷却器は、前記複数の冷却水流路のうち２つ以上に設置した前記冷却水の温度を測定する温度センサを含み、
前記温度センサで測定された前記冷却水の温度分布から前記格納容器の内部における水素の発生又は濃度を検出する、水素濃度測定システム。 Including a cooler installed inside the containment vessel and configured to distribute cooling water and to flow through a plurality of cooling water flow paths,
The plurality of cooling water channels are arranged in the vertical direction,
The cooler includes a temperature sensor that measures the temperature of the cooling water installed in two or more of the plurality of cooling water flow paths,
A hydrogen concentration measurement system for detecting the generation or concentration of hydrogen inside the storage container from the temperature distribution of the cooling water measured by the temperature sensor. 請求項１記載の水素濃度測定システムであって、
前記複数の冷却水流路の周囲には、水平方向に向かう２つの開口部が設けられ、
前記冷却器は、前記複数の冷却水流路及び仕切り板を収容するケーシングを有し、
前記ケーシングには、水平方向に向かう１つの開口部が設けられ、
前記ケーシングの開口部と、前記複数の冷却水流路の周囲に設けられた前記２つの開口部のうちの１つと、が一致するように配置されている、水素濃度測定システム。 The hydrogen concentration measurement system according to claim 1,
Two horizontal openings are provided around the plurality of cooling water channels,
The cooler has a casing that accommodates the plurality of cooling water channels and the partition plate,
The casing is provided with a single horizontal opening.
The hydrogen concentration measurement system is disposed such that the opening of the casing and one of the two openings provided around the plurality of cooling water flow paths coincide with each other. 請求項１記載の水素濃度測定システムであって、
前記冷却器は、前記複数の冷却水流路を収容するケーシングを有し、
前記ケーシングの上面及び下面には、鉛直方向に向かう開口部がそれぞれ設けられている、水素濃度測定システム。 The hydrogen concentration measurement system according to claim 1,
The cooler has a casing that accommodates the plurality of cooling water channels,
A hydrogen concentration measurement system, wherein openings directed in the vertical direction are respectively provided on upper and lower surfaces of the casing. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の水素濃度測定システムであって、
前記温度センサは、前記冷却水流路の出口近傍に設置されている、水素濃度測定システム。 The hydrogen concentration measurement system according to any one of claims 1 to 3, wherein
The hydrogen concentration measurement system, wherein the temperature sensor is disposed in the vicinity of an outlet of the cooling water channel. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の水素濃度測定システムであって、
前記温度センサは、前記複数の冷却水流路の途中に設置されている、水素濃度測定システム。 The hydrogen concentration measurement system according to any one of claims 1 to 3, wherein
The hydrogen concentration measurement system, wherein the temperature sensor is installed in the middle of the plurality of cooling water flow paths. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の水素濃度測定システムであって、
さらに、前記冷却器に固有の伝熱データベースを含み、
前記格納容器の内部の圧力及び温度のデータ並びに前記伝熱データベースを用いて、前記水素の前記濃度を算出する、水素濃度測定システム。 The hydrogen concentration measurement system according to any one of claims 1 to 5, wherein
In addition, it includes a heat transfer database specific to the cooler,
A hydrogen concentration measurement system, wherein the concentration of the hydrogen is calculated using pressure and temperature data inside the containment vessel and the heat transfer database. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の水素濃度測定システムであって、
鉛直方向に配置された前記複数の冷却水流路における前記冷却水の前記温度分布を表す曲線の傾きの変化から、前記水素の発生を検出する、水素濃度測定システム。 The hydrogen concentration measurement system according to any one of claims 1 to 6, wherein
The hydrogen concentration measurement system which detects generation | occurrence | production of the said hydrogen from the change of the inclination of the curve showing the said temperature distribution in the said several cooling water flow path arrange | positioned in the perpendicular direction. 請求項６記載の水素濃度測定システムであって、
鉛直方向に配置された前記複数の冷却水流路における前記冷却水の前記温度分布と、前記伝熱データベースに含まれる前記冷却水の前記温度分布と、を比較することにより、前記水素の前記濃度を算出する、水素濃度測定システム。 7. The hydrogen concentration measurement system according to claim 6, wherein
The concentration of the hydrogen is determined by comparing the temperature distribution of the cooling water in the plurality of cooling water flow paths arranged in the vertical direction with the temperature distribution of the cooling water included in the heat transfer database. Hydrogen concentration measurement system to calculate. 格納容器の内部に設置され、冷却水流路を有する冷却器を含み、
前記冷却器は、前記冷却水流路を流れる冷却水の温度を測定する複数の温度センサを含み、
前記温度センサで測定された前記冷却水の温度分布から前記格納容器の内部における気流の自然循環の変化を検出することにより、水素の発生又は濃度を検出する、水素濃度測定システム。 Installed inside the containment vessel, including a cooler having a cooling water flow path,
The cooler includes a plurality of temperature sensors that measure the temperature of the cooling water flowing through the cooling water flow path,
A hydrogen concentration measurement system for detecting the generation or concentration of hydrogen by detecting a change in the natural circulation of the air flow inside the containment vessel from the temperature distribution of the cooling water measured by the temperature sensor.
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