JPS63275995A - 原子炉格納容器内の水素濃度測定装置 - 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〕 （産業上の利用分野） 本発明は、原子炉格納容器内の水素濃度測定装置に係り
、特に装置の全体構成が簡略であり、しかも測定精度が
高い原子炉格納容器内の水素濃度測定装置に関する。

（従来の技術） 一般に、沸騰水型原子力発電所では、万一の冷却材配管
破断等の事故の発生により原子炉水位が低下した場合を
想定して、炉心に装荷されている燃料の被覆管構成材で
あるジルコニウムと炉水との反応により発生する水素の
濃度を測定する水素濃度測定装置が設置されている。

上記の水素濃度の測定は、従来一般に原子炉格納容器（
以下ＰＣＶという）１内部のガスを外部に抽出して実施
していた。すなわち第５図に示すように、従来の水素濃
度測定装置は、ＰＣＶｌに挿通したナンブリング配管２
と、その配管経路に配設された除湿器３、サンプリング
ポンプ４、水素検出器６、サンプリングポンプ５から構
成され、サンプリング配管２は再びｐｃｖｉに接続され
る。

ここで、水素検出器６としては一般に熱伝導型検出器が
採用され、この検出器はＰＣＶｌ内のガス体の熱伝導度
を測定□することにより水素濃度を測定する。

原子炉水位が低下するような事故が万一発生した場合は
、サンプリングポンプ４，５を起動してｐｃｖｉ内のガ
スを抽出する。このとぎ、ＰＣＶ１内に充満しているこ
とが予想される水蒸気は、予め除湿器３で除湿された後
に水素検出器６に送給される。真正な水素濃度を求める
には除湿した湿分を補正する必要があるので、通常は除
湿器３で発生した凝縮水を計量し、検出値を補正して算
出している。水素検出器６を通過したサンプリングガス
はサンプリングポンプ５によって再びＰＣｖｌに返送さ
れる。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の水素濃度測定装置においては、水素検出器６とし
て熱伝導型水素検出器を使用しており、この種の水素検
出器ではＰＣＶｌ内に放出される水蒸気によって水素濃
度の測定精度が大輪に低下する欠点がある。

ところで、冷却材喪失という事故を想定した場合、ＰＣ
Ｖｌ内に予め封入されていた窒素ガスが放出された水蒸
気と混合し、その結宋ＰＣＶｌ内の水蒸気濃度は０〜１
ＱＱｖｏ１％と広範囲に変動する。

一方、窒素と水蒸気の熱伝導度はそれぞれ０゜９９６．
０　、７７５　ｃａ１／ｃｍ　−ｓｅｃと大きく異なる
ため、所定濃度の窒素ガスを測定）Ｊ準にして測定範囲
が設定されている熱伝導型水素検出器による水素濃度の
測定は、水蒸気のＰＣＶｌ内への放出によって指示値が
大幅に変動し、測定は事実上困難となるおそれがある。

そのため、従来の水素濃度測定装置はＰＣＶｌ内に設置
せずに、第５図で例示したようにＰＣＶ１内の試料ガス
を外部循環配管２で抽出し、その配管２に沿って除湿器
３、サンプリングポンプ４゜５等の機器をＰＣＶｌの外
部に配設し、水蒸気の影響を低減して測定を行なう方式
を採用している。

したがって、測定装置が複雑で大規模になり、測定作業
および保守管理に多大な労力を要していた。

また、水素検出器６は、周囲温度の変化に伴って測定感
度が大幅に変化し、測定誤差を生じる。

そのため、水蒸気等の放出によって周囲温度が急激に変
化しても正確な水素濃度が得られる測定装置が望まれて
いた。

さらに従来装置の水素検出器６に内蔵している湿分補正
機構では凝縮水の計ω精度が低いため湿分補正による誤
差が大きくなる欠点があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、測定装置全体の構成を簡略化し、しかも測定精度の
向上を図ることができる原子炉格納容器内の水素濃度測
定装置を提供することを目的とする。

（発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明に係る原子炉格納容器内の水素濃度測定装置は、
原子炉格納容器内に設置され水素を検出する燃焼型水素
検出器と、上記水素検出器に装備され、水素検出器の温
度を一定値に保持する恒温器と、水素検出器から出力さ
れる水素検出信号を原子炉格納容器内の水蒸気濃度によ
って補正する水蒸気濃度補正回路と、水蒸気濃度補正回
路から出力される補正信号を原子炉格納容器内の圧力に
よって補正する圧力補正回路とを具備したことを特徴と
する。

（作用） 原子炉格納容器（ＰＣＶ）内の水素を含有する試料ガス
は、恒温器によって一定温度に保持された燃焼型水素検
出器に導入される。導入されたガス体中の水素は水素検
出器のフィラメントアセンブリ表面において酸素と化合
し、燃焼熱を発生する。試料ガス中の水素濃度は上記燃
焼熱によるフィラメントの温度上昇による電気抵抗の増
加としてブリッジ等で検出され、水素検出信号が出力さ
れる。

出力された水素検出信号は水蒸気濃度補正回路において
ＰＣＶ内の水蒸気濃度によって補正され、その補正信号
はさらに圧力補正回路においてＰＣＭ内の圧力によって
補正され、精度の高い水素濃度の測定値が得られる。

また上記構成によれば、−水蒸気による湿分補正および
ガス体の圧力補正を実施しているため、測定の精度を向
上することができる上に、水素検出器をＰＣＭ内に設置
しているため、外部循環配管は必要とせず、装置構成を
簡略化することができる。

さらに水素検出器には恒温器が密着して装備され、恒温
器が水素検出器を一定温度に保持づ”るため、測定感度
も一定に維持され、周囲の温度変化に伴う測定誤差が低
減する。

〈実施例） 次に、本発明の一実施例について添付図面、第１図〜第
４図を参照して説明する。

第１図は本発明に係る水素濃度測定装置の一実施例を示
すブロック図であり、第２図は水素検出器の具体的構成
を示す分解斜視図である。

本実施例に係る水素濃度測定装置は、ＰＣＭ１内に配設
され、ｐｃｖｉ内の水素を検出する燃焼型水素検出器６
ａと、水素検出器６ａの温度を一定に保持する恒温器７
と、水素検出器６ａからの水素検出信号８を補正する水
蒸気濃度補正回路９と、水蒸気ｉ１１度補正補正９から
の補正信号１０をさらにＰＣＶＩ内の圧力によって補正
する圧力補正回路１１と、圧力補正回路１１から出力さ
れた水素濃度信号１２を数値として表示するメータ１３
とを備える。

水素検出器６ａの下部に装着された恒温器７は、例えば
ヒータを内蔵した伝熱板で形成され、伝熱板の下部には
熱雷対１４が取付けてあり、熱雷対１４によって測定さ
れた恒温器７の温度は温度制御回路１５によって制御さ
れる。

また、水素検出器６ａおよび恒温器７の具体的構成は第
２図に例示する通りである。すなわち、水素検出器６ａ
は測定側検出器ブ１コック１６、比較側検出器ブロック
１７および校正用ブロック１８とから構成される。前記
測定側検出器ブロック１６は、その前面に試料通気板１
９が取付けてあり、内部には円筒状の測定側セル２０ａ
が収容されており、測定側セル２０ａ内部には、測定側
フィラメントアセンブリ２１ａが収納されている。

ここでフィラメントアセンブリ２１は、一般に第４図に
示すように構成される。すなわち、フィラメントアセン
ブリ２１は、例えば白金線で形成したフィラメント２２
をアルミナ担体２３に保持し、その表向に触媒層２４の
被膜を形成した構造を有する。

一方、第２図において、比較側検出ブロック１７の内部
には円筒状の比較側セル２０ｂが収容されており、さら
にその内部には比較側フィラメントアセンブリ２１ｂが
収納され、ブロック内部には窒素ガスが封入されて前記
比較側検出ブロック１７は密封されている。

前記測定側Ｊ３よび比較側フィラメントアセンブリ２１
ａ、２１ｂにはそれぞれ測定側センサリード線２５ａ１
比較側センサリード線２５ｂが接続されており、これら
リード線２５８．２５ｂはさらに外部の回路に接続され
る。

また、前記測定側検出器ブロック１６と比較側検出器ブ
ロック１７とから成る水素検出器６ａを一定温度に保持
する恒温器７が、ブロック底部の取付穴２６に装着した
ねじ等によって取り付けられる。恒温器７には、リード
線２７によって温度制御電圧が印加される。

一方、上記水素検出器６ａを校正する際に使用する校正
用ブロック１８が付属品として常備される。校正用ブロ
ック１８は、側面に校正用気体送入口２８と、前面に気
体出口２９を有し、校正時に測定側検出器ブロック１６
前面の取付穴２６ａに装着するねじ等によって取付けら
れる。

水素検出器６ａの測定側および比較側フィラメントアセ
ンブリ２１ａ、２１ｂはブリッジボックス３０等の内部
に形成された第３図に示すホイートストンブリッジ３１
に接続される。このホイートストンブリッジ３１は、フ
ィラメントアセンブリ２１ａ、２１ｂのフィラメント２
２の゛を気抵抗の変化を測定し、その変化量から水素濃
度を算定する。

上記ホイートストンブリッジ３１は一般に第３図に示す
ように構成される。すなわち、前面に試料通気板１９を
設け、内部に測定側フィラメントアセンブリ２１ａを収
容した測定側セル２０ａと、内部に窒素ガスを封入し比
較側フィラメントアセンブリ２１ｂを収容した比較側セ
ル２０ｂと、固定抵抗器３２．３３と、可変抵抗器３４
とを環状回路で接続し、さらに測定用セル２０ａと比較
用セル２０ｂとの中間点と、可変抵抗器３４の層動部と
を接続する零点調整用回路に指示計３５が配設される。

一方、測定用セル２０ａと固定抵抗器３２との接続点お
よび比較側セル２０ｂと固定抵抗器３３との接続点との
間にブリッジ供給用の直流電源３６が設けられる。

なお、ホイートストンブリッジ３１の構成要素のうち可
変抵抗器３４と指示計３５とは、ブリッジ操作監視盤３
７に収納され、このブリッジ操作監視盤３７によって水
素検出器６ａの操作監視を行なう。

また、ブリッジボックス３０には固定抵抗器３２．３３
および直流電源３６が収納され、直流電源３６からの電
圧がリード線３８を介して水素検出器６ａに印加される
。

さらに、上記水素検出器５ａ、恒温器７および熱電対１
４はＰＣＶＩ内に設置され、ブリッジボックス３０は原
子炉建屋内に設置され、その飽水蒸気濃度補正回路９、
圧力補正回路１１、メータ１３および上記ブリッジ操作
監視盤３７は、図示しない発電所の中央操作室に配設さ
れる。

次に、上記構成の実施例による作用を具体的な測定操作
とともに説明する。

まず、測定操作に入る前に、予め水素検出器６ａの校正
を行なう。この校正操作は、第２図に例示する校正用ブ
ロック１８を測定側検出器ブロック１６の前面に装着し
、次いで水素検出器６ａ仝体を恒温器７によって所定の
測定温度、例えば約１８０℃に昇温した状態で零点調整
を行なう。零点調整は、例えば純度１００％の窒素ガス
を零点調整用ガスとして気体送入口２８より送入し、ホ
イートストンブリッジ３１の可変抵抗ｉ！！１ｉ３４を
操作して、指示計３５の指度が零になるように調整する
。

次に、濃度スパンを設定するために、既知濃度、例えば
水素５％、窒素９５％に調整された標準ガスを同様に送
入し、指示計３５の指度が標準ガス濃度を指示するよう
に、別途水素検出器６ａに内蔵される感度調整器によっ
て調整する。校正終了後は校正用ブロック１８を取外し
、次にＰＣＶＩ内の試料ガスを導入して水素濃度を測定
する操作に移る。

原子炉の冷却材喪失によって燃料被覆管が過熱され、被
覆管構成材であるジルコニウムと炉水との反応等により
発生した水素は、部分的にｐｃｖｉ内に放出される。放
出された水素を含む試料ガスは第２図に示す測定側検出
器ブロック１６の前面に装着した試料通気板１９を通り
、測定側フィラメントアセンブリ２１ａに接触する。測
定側フィラメントアセンブリ２１ａには直流°電源３６
からの直流電圧が印加されているためフィラメント２２
はジュール熱によって加熱されている。フィラメント２
２によって高温度に加熱された触媒層２４の表面に接触
した水素は、下記の燃焼反応式に従って触媒層２４表面
にて試料ガス中の酸素と化合して、水と燃焼熱を生成す
る。

２Ｈ＋０　　→　２Ｈ２０ 上記反応によって発生する燃焼熱によってフィラメント
２２の温度が上昇し、同時にその電気抵抗が水素濃度に
応じて変化する。抵抗値の変化は第３図に示すホイート
ストンブリッジ３１の抵抗回路に不平衡を生じ、水素濃
度に比例した濃度値が指示計３５に指示される。

次に、水素検出器５ａ、ホイートストンブリッジ３１に
より検出された水素濃度の検出信号８は、水蒸気濃度補
正回路９に伝達される。この水蒸気濃度補正回路９には
ｐｃｖｉ内の水蒸気濃度を示す水蒸気濃度信号４０が入
力され、検出器り８は試料ガス中の水蒸気濃度の影響を
排除した値に補正される。この補正信号１０は圧力補正
回路１１に送給される。この圧力補正回路１１には、ｐ
ｃｖｉ内の圧力を示すＰＣｖ圧力信号４２が人力され、
補正信号１０は、ＰＣＶＩ内の圧力の影響を排除した値
に補正される。補正によって得られた水素濃度信号１２
はメータ１３に伝送され、水素工１度として表示される
。

また、本実施例において採用する水素検出器６ａは一般
に周囲雰囲気の温度変化によって測定感度が大きく変化
づる。その変化を防止するため水素検出器６ａ底面部に
恒温器７を装着して、一定温度に保持する構造を採用し
ている。ところで、沸騰水型原子炉において冷却材喪失
等の仮想事故が発生した場合、ＰＣＶＩ内の温度は約１
７１℃まで上昇すると計ｎされている。

したがって、恒温器７の設定温度を１８０℃程度に一定
に設定しておけば、前記の仮想事故の場合にも水素検出
器６ａの周囲温度の変化が少なく、常に精度が高い水素
濃度を測定することができる。

なお、恒温器７の温度制御は、温度制御回路１５に内蔵
する温度設定器によって設定されたｉ麿と恒温器７に装
着した熱電対１４の指示ｎ１！度との偏差を解消するよ
うに制御電圧を温度制御回路１また本実施例では、水素
検出器として燃焼型水素検出器６ａを採用しており、そ
の燃焼型水素検出器６ａの感度の変化を補正するために
水蒸気濃度補正回路９を備えている。そのため、水素濃
度の測定精度が高い。一般に、水素検出器は設置する周
囲の気体成分の変化によって感度が大きく変化する。特
に、原子力発電所において冷却材喪失燃料破損事故等を
想定した解析の結果、事故発生後のＰＣＶＩ内の気体成
分は当初窒素ガスが１００％封入されていたものが概略
、水蒸気については０〜１００％、水素については０〜
５％、酸素については０〜５％の範囲で増加すると試篩
される。一方、窒素、酸素、水蒸気の１００℃における
熱伝導度はそれぞれ、０．９９６．１．０３０．０、７
７５Ｃａｌ／ｃＩＲ−ｓｅｃである。上記の通り、窒素
と酸素の熱伝導度は極めて近似しており、また事故によ
ってＰＣＶＩ内の酸素濃度が変化する割合が少ないため
、熱伝導度型および燃焼型の水素検出器のどちらを使用
しても大きな測定誤差は生しない。

しかしながら、事故時に発生する水蒸気量は多くｐｃｖ
ｉ内の水蒸気′ａ瓜は、０〜１００％と大きく変化する
。また、水蒸気と封入窒素との熱伝導の差も大きいため
、窒素の熱伝導率を基準として試料ガスの熱伝導度を測
定し、水素濃度を算定する熱伝導度型水素検出器を使用
する測定法は誤差が大きい。一方、燃焼型水素検出器に
おいては気体熱転導度の変化による影響は相対的に少な
いが、ＰＣＶＩ内の水蒸気濃度の変化に対しては影響を
受けるため、水蒸気濃度補正回路９を設けて水素濃度を
補正している。すなわら、水蒸気濃度補正回路９には、
ＰＣＶＩ、：設けられた水蒸気ｒ１度検出器３９から出
力された水素濃度信号３９ａが入力され、水素濃度の検
出信号８を補正する。

また、本実施例においては、水素検出器６ａに送入され
る試料ガスの圧力変動によって生じる水素８１度の測定
誤差を補正するための圧力補正回路１１を備えているた
め、測定精度をより向上することができる。すなわら、
水素検出器６ａの測定側フィラメントアセンブリ２１ａ
の触媒層２４表面に接触する水素分子の割合はＰＣＭ内
の圧力にほぼ比例して増減するため、ＰＣＭ内に放出さ
れた蒸気等の圧力気体の多少によって見掛は上の水素１
１１［ｆは大幅に変化する。そのため、本実施例ではｐ
ｃｖｉ内の圧力を圧力計４１により検出しＰＣ■圧力信
号４２として圧力補正回路１１に入力し、補正信号１０
について圧力補正を行なった後に水素濃度信号１２とし
て出力し、メータ１３に表示している。

このように本実施例の水素濃度測定装置によれば、ｐｃ
ｖｉ内に放出された水蒸気による湿分補正およびｐｃｖ
ｉ内の圧力補正を経て水素濃度を口定しているため測定
精度を大幅に向上することができる。また、水素検出器
６ａはｐｃｖｉ内に設置されているため、ＰＣ■１外部
に試料ガスを抽出する循環配管を形成する必要がなく、
従来装置と比較して装置構成を簡略化することができる
。

さらに、水素検出器は恒温器によって常に一定温度に保
持されるため測定感度も一定に維持され、ＰＣＶｌ内の
温度変化に伴う測定誤着が少ない。

〔発明の効果〕

以上説明の通り、本発明に係る原子炉格納容器内の水素
濃度測定装置によれば、原子炉格納容器内の水蒸気濃度
による湿分補正および原子炉格納容器内の圧力補正を実
施して水素濃度を測定しているため、測定の精度が大幅
に向上する。また、水素検出器自体がＰＣＶ内に設置さ
れており、従来装置のようにＰＣ■外部に循環部を形成
する必要がないため、装置構成が簡略化される。ざらに
、水素検出器は恒温器によって常に一定温度に保持され
るため、測定感度も一定に維持される。したがって、ｌ
）　ＣＶ内の温度変化に伴う測定誤差が少ないなど多く
の効用を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る原子炉格納容器内の水素濃度測定
装置の一実施例を示すブロック図、第２図は第１図に示
す水素検出器の構造を示す分解斜視図、第３図は水素濃
度を測定するブリッジの回路を示す配線図、第４図は水
素検出器のフィラメントアセンブリの構造を示す斜視図
、第５図は従来の水素濃度測定装置の構成を示す系統図
である。 １・・・原子炉格納容器（ＰＣＶ）、２・・・サンプリ
ング配管、３・・・除湿器、４．５・・・サンプリング
ポンプ、６・・・水素検出器、６ａ・・・燃焼型水素検
出器、７・・・恒温器、８・・・検出信号、９・・・水
蒸気濃度補正回路、１０・・・補正信号、１１・・・圧
力補正回路、１２・・・水素濁度信号、１３・・・メー
タ、１４・・・熱雷対、１５・・・温度制御回路、１６
・・・測定側検出器ブロック、１７・・・比較側検出器
ブロック、１８・・・校正用ブロック、１９・・・試料
通気板、２０ａ・・・測定側セル、２０ｂ・・・比較側
セル、２１・・・フィラメントアセンブリ、２１ａ・・
・測定側フィラメントアセンブリ、２　ｌ　ｂ　用比較
側フィラメントアセンブリ、２２・・・フィラメント、
２３・・・アルミナ担体、２４・・・触ｔＲ層、２５・
・・センサリード線、２５ａ・・・測定側センサリード
線、２５ｂ・・・比較側センサリード線、２６．２６ａ
・・・取付穴、２７・・・リード線、２８・・・校正用
気体送入口、２９・・・気体出口、３０・・・ブリッジ
ボックス、３１・・・ホイートストンブリッジ、３２．
３３・・・固定抵抗器、３４・・・可変抵抗器、３５・
・・指示計、３６・・・直流電源、３７・・・ブリッジ
操作監視盤、３８・・・リード線、３９・・・水蒸気濃
度検出器、４０・・・水蒸気濃度信号、４１・・・圧力
計、４２・・・ＰＣｖ圧力信号。 代理人弁理士　　則　近　　恵　缶 周　　　　　　　　第　　子　　丸　　　健第１図 第２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉格納容器内に設置され水素を検出する燃焼型
   水素検出器と、上記水素検出器に装備され、水素検出器
   の温度を一定値に保持する恒温器と、水素検出器から出
   力される水素検出信号を原子炉格納容器内の水蒸気濃度
   によつて補正する水蒸気濃度補正回路と、水蒸気濃度補
   正回路から出力される補正信号を原子炉格納容器内の圧
   力によって補正する圧力補正回路とを具備したことを特
   徴とする原子炉格納容器内の水素濃度測定装置。 ２、恒温器は、恒温器温度を検出する熱電対と、熱電対
   からの温度信号によつて恒温器の温度を制御する温度制
   御回路とを備える特許請求の範囲第１項記載の原子炉格
   納容器内の水素濃度測定装置。