JPH03194437A - 水分補集装置 - 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】 ［発明の目的コ 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば原子力施設において排ガス等のガス中
の水分に含まれている物質を測定するときに用いること
のできる水分補集装置に関する。

〔従来の技術〕

原子力発電所等の原子力施設においては、施設からの排
ガス中に含まれるトリチウムの量を測定することが安全
管理上重要である。一般に、トリチウムは排ガス中の水
分に含まれているので、トリチウムの量を測定するため
には、排ガス中の水分を補集する必要がある。

第５図は従来の水分補集装置の構成例である。

この水分補集装置は冷媒配管系とサンプリング配管系と
から構成されている。冷媒配管系は、コンプレッサ１．
凝縮機２．アキュムレータ３等からなる冷凍機４で圧縮
された冷媒が配管６を介して膨張弁７に伝えられる。こ
の膨張弁７で急激に片眼されて冷却された冷媒は、補集
容器８の外側に巻回されて配管された補集部冷却管９に
流通される。なお、補集容器８には温度検出器Ｔ１およ
び解凍用ヒータ１０が設けられている。補集部冷却管９
を通った冷媒は過熱器配管１１に導かれ、ここで過熱器
１２の過熱器ヒータ１３によって完全に蒸発させられる
。そして、ブレクーラ１４の外側に巻回されて配管され
たブレクーラ冷却管１５を通り、配管１６を介して冷凍
機４に戻る。

なお、膨張弁７からプレクーラ１４までの冷媒配管系は
断熱材２６に被覆されている。この様な冷媒配管系の冷
凍サイクルによって補集容器８内温度を冷却する。なお
、サンプリングガスの露点温度が一５℃〜４０℃の範囲
であれば９０％以上の補集効率を実現するためには、補
集容器８の温度は一４０℃以下に冷却し、プレクーラ１
４の温度はＯ℃〜１０℃に冷却する必要がある。なお、
ブレクーラ冷却管１５に流通する冷媒の温度は、過熱器
１２に設けられた温度検出器Ｔ２および温度調節器（不
図示）によって温度制御される。

一方、サンプリング配管系は、サンプリングポンプ１７
によって取込まれたサンプリングガスがブレクーラ１４
内を通り、さらにプレクーラ１４と補集容器８とを結ぶ
サンプリング配管１８．入口側バルブ１９を介して補集
容器８内に流入する。

補集容器８内を通ったサンプリングガスは出口側バルブ
２０．排出配管２１．サンプリング流量計２２を介して
排出される。

そして、第６図に示すように、上記冷媒配管系によって
、所定の予冷期間を経て補集容器８内温度が常温から一
４０℃程度まで冷却したら、この状態を保ったまま、上
記サンプリング配管系によって補集容器８内にサンプリ
ングガスを一定期間流通させる。その結果、補集容器８
内にはサンプリングガス中の水分が凝固する。サンプリ
ングが終了したならば、補集容器８に設けた解凍用ヒー
タ１０を動作させて補集容器８内に凝固した水分を解凍
する。

補集容器８およびプレクーラ１４で補集された水は、サ
ンプリング配管１８を通って補集バルブ２３の一次側に
たまり、補集モード時に補集バルブ２３を開いて補集タ
ンク２４へ流し込む。そして、補集水を回収する場合は
、水回収バルブ２５を開いて回収する。

ところが、従来の水分補集装置は、低露点域から高露点
域までの広範囲に対応させるために補集容器８とプレク
ーラ１４とを分離し、補集容器８およびプレクーラ１４
から補集される水をそれぞれサンプリング配管１８を介
して補集タンク２４へ導入する構成としていた。そのた
め、サンプリング配管１８の経路が長くなり、配管中に
存（１：する水量が多くなることから補集容器８側で補
集される中低露点域での補集効率が低かった。また、装
置が大型化するという欠点もあった。

また、ブレクーラ１４内の温度が０℃以下になると、サ
ンプリング配管内で氷結して閉塞する恐があるため、過
熱器１２内の冷媒温度を確実に０℃以上に制御する必要
があり、よって信頼性の高い過熱器１２が必要となり、
コスト的に高価なものとなっていた。

さらに、環境温度が高いときにはプレクーラ１４の熱交
性能も低下するため、高露点ガスが流入するような場合
には、露点温度が下がらないまま補集容器８に流入する
ため、補集容器８人口で急激に冷されて、局部的に大量
の水分が氷結して閉塞する可能性が高かった。

さらにまた、補集容器８の外側から補集部冷却管９が巻
かれているため、サンプリングガス、冷媒間の熱交換量
よりも外部に吸収される熱量のほうが大きく、外部から
の熱的影響を受けやすい。

しかも、補集容器８の大型化により、必要熱量も大きく
、予冷、解凍時間が長く作業性が悪いという問題があっ
た。

また、補集容器８内の氷結水を回収するために過熱ヒー
タ１０を用いているので、温度検出器Ｔ１の他に温度調
節器等の温度制御用の付属装置が必要となり、装置が大
型化すると共にコスト高になるという問題もあった。

〔発明が解決しようとする課題〕

したがって、従来の水分補集装置は、局部的な氷結によ
り閉塞する可能性が高いので、装置としての信頼性が低
く、また予冷、解凍時間が長いことから作業性も悪く、
さらに装置が大型化しコスト高になるという問題があっ
た。

本発明は以上のような実情に鑑みて成されたもので、氷
結による閉塞を防止して信頼性を向上でき、装置の小型
化、低コスト化を図ると共に作業性、補集効率も向上す
ることのできる水分補集装置を提供することを目的とす
る。

［発明の構成］ 〔課題を解決するための手段〕 本発明は上記課題を解決するために、上下方向に所定の
長さを有し、下方側となるサンプリングガス供給側から
上方側となるサンプリングガス排出側にかけて容器内の
伝熱面積密度を徐々に大きくした補集容器と、この補集
容器の下方側端部に設けられ前記補集容器からの補集水
が貯溜される溜水部と、この溜水部の周囲に配管された
加熱管と、前記補集容器のサンプリングガス供給部より
上下方向に所定距離隔てた中間部からサンプリングガス
排出部にかけて配管され、上記中間部では前記補集容器
外側から巻回され、その中間部からサンプリングガス排
出部にかけては前記補集容器内側から巻回された冷却管
と、この冷却管の一端部に配管途中に開閉弁が設けられ
た冷媒配管を介して接続され上記冷却管に冷媒を流通さ
せる冷凍機と、この冷凍機から吐出された高温ガスを前
記加熱管に送出し、かつこの加熱管を通った高温ガスを
前記冷却管へ導くホットガス配管と、このホットガス配
管に設けられた切換え弁とを備える構成とした。

〔作用〕

本発明は以上のような手段を講じたことにより、冷媒配
管に設けられた開閉弁を開いて冷凍機を動作させると、
補集容器の冷却管に冷媒が送出される。補集容器のサン
プリングガス排出部では冷却管が容器内に露出されてい
ることから短時間のうちに極めて低い温度まで冷却され
、中間部は容器外部より間接的に冷却され、さらにサン
プリングガス供給部は冷却管によっては冷却されない。

よって、補集容器内のサンプリングガス排出部の温度が
極めて低くなり、そこからサンプリングガス供給側にか
けて徐々に高くなるといった温度勾配が形成され、予冷
が短時間のうちに終了する。

そして、補集容器内にサンプリングガスを流入すると、
補集容器のサンプリングガス供給部は、伝熱面積密度が
小さくしかも冷却管によって冷却されないので、補集容
器内に流入されたサンプリングガスは急激に冷却されず
に、高露点の水蒸気がサンプリングガス供給部で直接水
として補集される。そして、補集容器の中間部では、冷
却管によって容器外側より冷却され、中低露点の水蒸気
か凝固する。さらに、サンプリングガス排出部では、伝
熱面積密度が広くしかも容器内部に配管された冷却管に
よって直接冷却されるので、低露点の水蒸気までがほと
んど凝固する。よって、プレクーラを設けなくても高露
点から低露点までの水蒸気が徐々に露点に達していくの
で氷結による閉塞を生じることなく低露点の水分を高効
率で補集できるものとなる。

また、解凍時には、冷媒配管の開閉弁を閉じ、切換え弁
を開くことにより、冷凍機からの高温ガスがホットガス
配管を介して溜水部の加熱管に流通されると共に、冷却
管に流通される。補集容器のサンプリングガス排出部で
は、容器内に露出した冷却管によって直接加熱され、中
間部では容器外部より間接的に加熱されて、補集容器内
で凝固した氷が解凍される。しかも、解凍途中で氷の固
まりが溜水部に落下しても加熱管によって直接加熱され
るので閉塞することなく速やかに液化される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の一実施例に係る水分補集装置の構成図
である。同図に示す３０は補集容器である。この補集容
器３０の下方側端部には、一端がサンプリングポンプ３
１に接続されたガス供給配管３２が補集部入口バルブ３
３を介して接続されている。また補集容器３０の上方端
には一端がサンプリング流量計３４に接続されたガス排
出配管３５が補集部出口バルブ３６を介して接続されて
いる。さらに補集容器３０の下方には溜水部３７が形成
されていて、この溜水部３７は補集配管３８および補集
バルブ３９を介して補集タンク４０に接続されている。

補集容器３０は、第２図に示すように、サンプリングガ
ス人口部分となる高温領域３０ａ、容器３０の中間部分
となる中温領域３０ｂ、サンプリングガス出口部分とな
る低温領域３０ｃが形成されていて、各領域はそれぞれ
９１〜Ω、の長さを有している。各領域の温度は、後述
する容器内の伝熱面積密度および冷却管によって高温（
０℃以上）、中温（−２０℃〜Ｏ℃）、低温（−４０℃
〜−２０℃）のそれぞれに調節される。中温領域３０ｂ
から低温領域３０ｃにかけては冷却管５１が配管されて
いて、中温領域３０ｂには容器外側から巻回され、低温
領域３０ｃには容器内側に巻回されている。また、補集
容器３０内の伝熱面積密度は第３図（ａ）に示す様にな
っている。すなわち、補集容器３０の下側から上側に向
けて徐々に大きくなるように設定されている。また、溜
水部３７は加熱管５２が巻回されている。

また、冷却管５１には冷凍機６０からの冷媒および高温
ガスが流通され、加熱管５２には高温ガスが流通される
構成となっている。冷凍機６０は、コンプレッサ６１．
凝縮機６２．アキュムレータ６３、ファン６４から構成
されている。冷凍機６０の凝縮機６２には冷媒配管６５
の一端が接続されていて、他端が膨張弁６６に接続され
ている。

冷凍機６０で圧縮された冷媒はこの冷媒配管６５を通り
ライン弁６７を介して膨張弁６６に到達する。膨張弁６
６は配管６８を介して冷却管５１の上方側端部に接続さ
れている。また、冷却管５１の下方側端部は配管６９を
介して過熱器７０の過熱器配管７１に接続されている。

なお、過熱器７０には過熱器配管７１を通る冷媒を完全
に蒸発させるための過熱器ヒータ７２が設けられている
。

この加熱器７０は配管７３を介して冷凍機６０のアキュ
ムレータ６３に接続されている。また、コンプレッサ６
１の出口側はホットガス配管７４を介して加熱管５１の
一端に接続されている。加熱管５２の他端はホットガス
配管７５の一端に接続されている。ホットガス配管７５
の他端は、配管６８の膨張弁６７と冷却管５１との間に
接続されている。このホットガス配管７５には切換え弁
７６が設けられている。なお、膨張弁６７から過熱器７
０までの冷媒配管系およびホットガス配管７４７５には
断熱材８０が被覆されている。

次に、本実施例の動作について説明する。

先ず、予冷を行う。切換え弁７６を閉じ、ライン弁６６
を開き、冷凍機６０で圧縮された冷媒が冷媒配管６５．
ライン弁６６を介して膨張弁６７に送られる。そして、
膨張弁６７で膨張されて配管６８を介して補集容器３０
に設けられている冷却管５１内を流通する。冷媒は冷却
管５１内を通るときに気化されて補集容器３０を冷却す
る。冷却管５１を通った冷媒は過熱器７０で完全に蒸発
して冷凍機６０に戻される。そのため、冷凍機６０のへ
の液バツクは有効に防止される。このような冷凍サイク
ルによって、補集容器３０内の温度は第３図（ｂ）に実
線で示す温度分布となる。

すなわち、補集容器３０のサンプリングガス入口からサ
ンプリングガス出口に向けて１０℃〜−４０℃の温度勾
配となる。また低温領域３０ｃは容器３０内に配管され
た冷却管５１によって直接冷却され、中温領域３０ｂは
容器３０外側より巻回された冷却管５１によって間接的
に冷却されるので、第４図に示すように、予冷に要する
時間は、極めて短な時間となる。

補集容器３０内の温度が所望の温度勾配となったならば
、サンプリングを開始する。補集部入口バルブ３３．補
集部出口バルブ３６を開き、サンプリングポンプ３１．
サンプリング流量計３４を動作させる。補集容器３０内
に送り込まれるサンプリングガスは、第３図（ｃ）に実
線で示すように、０℃〜１０℃に保たれたサンプリング
ガス入口部分となる高温領域３０ａで高露点の水蒸気の
８０％以上が直接水として補集され、溜水部３７に溜る
。そして、−２０℃〜０℃に保たれた中温領域３０ｂで
サンプリングガス中の水分が多量に凝固する。なお、中
温領域３０ｂは領域温度と伝熱面積密度が適当な値に設
定されているので、容器３０内が閉塞することはない。

この中温領域３０ｂでは第３図（Ｃ）に破線および一点
鎖線で示すように、中露点、低露点の水蒸気の７０％以
上が凝固して補集される。そして、さらに４０℃にまで
冷却されたサンプリングガス出口部分の低温領域３０ｃ
では、サンプリングガス中の低露点の水蒸気でも９０２
６以上の補集効率で補集される。

このようにして一定量のガスをサンプリングしたならば
、次に補集容器３０内に凝固した氷を解凍する。補集部
入口バルブ３３．補東部出口バルブ３６．ライン弁６６
を閉じると共に、切換え弁７６を開ける。ライン弁６６
を閉じて切換え弁７６を開けると、コンプレッサ６１の
出口から高温ガスが吐出される。この高温ガスはホット
ガス配管７４を通って溜水部３７の加熱管５２に送られ
る。溜水部３７は加熱管５２内に送込まれた高温ガスに
よって例えば７０℃以上に加熱される。

そして、加熱管５２を通った高温ガスはホットガス配管
７５を通り、配管６８を通って冷却管５１内に送込まれ
る。補集容器３０の各低温領域３０ｃ、中温領域３０ｂ
、高温領域３０ａは６０℃〜７０℃以上に加熱される。

すなわち、−４０℃近い温度で冷却された低温領域３０
ｃは容器３０内に配管された冷却管５１で直接加熱され
、中温領域３０ｂは容器３０外側から巻回されている冷
却管５１によって間接的に加熱される。

そのため、補集容器３０内に凝縮されていた氷は、第４
図に示すように、短時間で解凍され、補集容器下部に設
けられた溜水部３７に溜められる。溜水部３７には、コ
ンプレッサ６１からの高温ガスが直接送込まれるので、
補集容器３０より氷の塊のまま溜水部３７に落下した氷
は、速やかに溶される。

そして、一定時間解凍後、補集バルブ３９を開いて補集
水を補集タンク４０に回収し、さらに水回収バルブ４１
を開いて補集水を回収する。

このような本実施例によれば、補集容器３０の構造を、
サンプリングガス入口部分からサンプリングガス出口部
分にかけて伝熱面積密度を徐りに大きくし、かつ中温領
域３０ｂに容器３０外側より冷却管５１を巻回し、低温
領域−３０ｃには容器３０内に冷却管５１を巻回させる
ようにしたので、急速冷却が可能になると共に、補集容
器３０内が第３図（ｂ）に示す温度分布となり、サンプ
リングガス中の水蒸気を容器３０内に均一に付着させる
事ができ、よって容器３０または配管を閉塞させること
無く、高露点から低露点までの広い範囲のサンプリング
ガスを高い補集効率で補集することができる。さらに、
閉塞が無いことから装置の信頼性も向上させることがで
きる。また、ブレクーラ部を削減する事ができ、補集容
器３０と補集タンク４０をサンプリング配管を用いるこ
と無く直結できてドレン用の配管経路を短縮することが
でき、コストダウンおよび装置の小型化を図ることがで
きる。また、プレクーラ部を削除することができるので
、従来のように高機能の過熱器を用いる必要がなくなり
、コストダウンを図ることができる。

また、補集容器３０の下方端に溜水部３７を設け、この
溜水部３７に巻回して設けた加熱管５２にコンプレッサ
６１からの高温ガスを供給する構成としたので、サンプ
リングガス入口で直接水となった補集水を蓄えることが
でき、また解凍時に氷の塊が落下しても直ちに溶かすこ
とができるので解凍時間を短縮することができる。

さらに、ホットガス配管７４．７５を介して冷却管５１
に高温ガスを流通させる構成としたので、解凍用のヒー
タ等の装置を削除することができ、コストダウンおよび
装置の小型化を図ることができると共に、さらに冷却管
５］を上記した構成に配管したので、急速解凍が可能と
なった。

［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、急速冷却、急速解
凍が可能となり作業性を向上させることができ、また氷
結による閉塞を確実に防止でき装置の信頼性を向上でき
ると共に、装置の小型化。

低コスト化を図ることができる補集効率の高い水分補集
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は捕集容器部
分の構成図、第３図（ａ）は補集容器の伝熱面積密度を
示す図、第３図（ｂ）は補集容器の温度分布を示す図、
第３図（Ｃ）は水分補集効率を示す図、第４図は実施例
の動作説明図、第５図は従来よりある水分補集装置の構
成図、第６図は第５図に示す水分補集装置の動作説明図
である。 ３０・・・補集容器、３１・・・サンプリングポンプ、
３４・・・サンプリング流量計、３７・・・溜水部、３
９・・・補集バルブ、４０・・・補集タンク、５１・・
・冷却管、５２・・・加熱管、６０・・・冷凍機、６７
・・・膨脂弁、７０・・・過熱器。 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 上下方向に所定の長さを有し、下方側となるサンプリン
   グガス供給側から上方側となるサンプリングガス排出側
   にかけて容器内の伝熱面積密度を徐々に大きくした補集
   容器と、 この補集容器の下方側端部に設けられ前記補集容器から
   の補集水が貯溜される溜水部と、 この溜水部の周囲に配管された加熱管と、 前記補集容器のサンプリングガス供給部より上下方向に
   所定距離隔てた中間部からサンプリングガス排出部にか
   けて配管され、上記中間部では前記補集容器外側から巻
   回され、その中間部からサンプリングガス排出部にかけ
   ては前記補集容器内側から巻回された冷却管と、 この冷却管の一端部に開閉弁が設けられた冷媒配管を介
   して接続され上記冷却管に冷媒を流通させる冷凍機と、 この冷凍機から吐出される高温ガスを前記加熱管に送出
   し、かつこの加熱管を通った高温ガスを前記冷却管へ導
   くホットガス配管と、 このホットガス配管に設けられた切換え弁と、を具備し
   たことを特徴とする水分補集装置。