(57)【要約】【課題】過酷事故時に冷却機器の周囲の温度が高くなっても、サンプリング配管で抽出された雰囲気の温度を一定に制御することができる設備内雰囲気監視技術を提供する。【解決手段】設備内雰囲気監視装置１は、設備内の雰囲気の一部を抽出するサンプリング配管３と、サンプリング配管３に設けられて雰囲気の除湿を行う除湿部５と、除湿部５に設けられて雰囲気の温度を下げる冷却機器２５と、冷却機器２５の周囲温度を検出する周囲温度検出器２６と、周囲温度が特定温度未満の場合に冷却機器２５を第１態様で制御し、周囲温度が特定温度以上の場合に冷却機器２５を第１態様とは異なる第２態様で制御する温度制御部３１と、除湿部５よりも下流側に設けられて雰囲気に含まれる所定のガスを検出するガス検出器８，９と、を備える。【選択図】  図１
2018124230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設備内の雰囲気の一部を抽出するサンプリング配管と、
前記サンプリング配管に設けられて前記雰囲気の除湿を行う除湿部と、
前記除湿部に設けられて前記雰囲気の温度を下げる冷却機器と、
前記冷却機器の周囲温度を検出する周囲温度検出器と、
前記周囲温度が特定温度未満の場合に前記冷却機器を第１態様で制御し、前記周囲温度が前記特定温度以上の場合に前記冷却機器を前記第１態様とは異なる第２態様で制御する温度制御部と、
前記除湿部よりも下流側に設けられて前記雰囲気に含まれる所定のガスを検出するガス検出器と、
を備えることを特徴とする設備内雰囲気監視装置。
【請求項２】
前記除湿部の出口側にて前記雰囲気の出口温度を検出する出口温度検出器と、
前記出口温度が所定の設定温度未満の場合に前記冷却機器をＯＦＦ状態にし、前記出口温度が前記設定温度以上の場合に前記冷却機器をＯＮ状態にする温度設定部と、
前記周囲温度が前記特定温度未満の場合に前記設定温度を第１温度に設定し、前記周囲温度が前記特定温度以上の場合に前記設定温度を前記第１温度よりも高い第２温度に設定する温度切替部と、
を備える請求項１に記載の設備内雰囲気監視装置。
【請求項３】
前記温度設定部は、
前記出口温度が前記第１温度未満の場合に前記冷却機器をＯＦＦ状態にし、前記出口温度が前記第１温度以上の場合に前記冷却機器をＯＮ状態にする第１温度設定部と、
前記出口温度が前記第２温度未満の場合に前記冷却機器をＯＦＦ状態にし、前記出口温度が前記第２温度以上の場合に前記冷却機器をＯＮ状態にする第２温度設定部と、
から成り、
前記温度切替部は、前記周囲温度が前記特定温度未満の場合に前記第１温度設定部を前記冷却機器に接続し、前記周囲温度が前記特定温度以上の場合に前記第２温度設定部を前記冷却機器に接続する請求項２に記載の設備内雰囲気監視装置。
【請求項４】
前記サンプリング配管を流れる前記雰囲気の流量を検出する流量検出器と、
前記第２温度と前記流量とに基づいて前記雰囲気に含まれる湿分量を算出する湿分算出部と、
前記温度切替部が前記設定温度を前記第２温度に設定した場合に前記ガス検出器で検出した前記ガスの濃度の検出値を前記湿分量に基づいて補正する濃度補正部を備える請求項２または請求項３に記載の設備内雰囲気監視装置。
【請求項５】
前記冷却機器は、前記除湿部を通過する前記雰囲気の熱を移動させるペルチェ素子を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の設備内雰囲気監視装置。
【請求項６】
前記冷却機器は、前記除湿部を通過する前記雰囲気の熱を周囲に放出する放熱部を備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の設備内雰囲気監視装置。
【請求項７】
前記放熱部は、空冷式のフィンを備える請求項６に記載の設備内雰囲気監視装置。
【請求項８】
前記除湿部よりも上流側に設けられて前記雰囲気の温度を前記周囲温度まで下げる空冷式の冷却部を備える請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の設備内雰囲気監視装置。
【請求項９】
前記ガス検出器は、熱伝導式の水素検出器または磁気風式の酸素検出器である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の設備内雰囲気監視装置。
【請求項１０】
前記設備は、原子炉格納容器またはフィルタベント装置である請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の設備内雰囲気監視装置。
【請求項１１】
サンプリング配管を用いて設備内の雰囲気の一部を抽出する抽出ステップと、
前記サンプリング配管に設けられた除湿部にて前記雰囲気の除湿を行う除湿ステップと、
前記除湿部に設けられた冷却機器を用いて前記雰囲気の温度を下げる冷却ステップと、
周囲温度検出器を用いて前記冷却機器の周囲温度を検出する周囲温度検出ステップと、
前記周囲温度が特定温度未満の場合に前記冷却機器を第１態様で制御し、前記周囲温度が前記特定温度以上の場合に前記冷却機器を前記第１態様とは異なる第２態様で制御する温度制御ステップと、
前記除湿部よりも下流側に設けられたガス検出器を用いて前記雰囲気に含まれる所定のガスを検出する検出ステップと、
を含むことを特徴とする設備内雰囲気監視方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の設備内雰囲気監視装置に用いる部品セットであって、
前記冷却機器と前記周囲温度検出器と前記温度制御部とを備えることを特徴とする設備内雰囲気監視装置の部品セット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、原子力プラントにおける設備内の雰囲気の監視を行う設備内雰囲気監視技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所において過酷事故による冷却材喪失などで炉心が高温になると、ジルコニウム−水反応により、原子炉から水素ガスが発生する。そこで、原子炉の格納容器内から抽出したサンプリングガスに含まれる水素ガスの濃度を検出器で検出する格納容器雰囲気モニタ（ＣＡＭＳ：Containment Atmospheric Monitoring System）が設けられる。ここで、検出器は、サンプリングガスに含まれる水分が多いと正確な検出を行えなくなる。そこで、サンプリングガスを除湿器に通すことで除湿し、その後に検出器で水素ガスの濃度を検出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７８４号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、原子力発電所の過酷事故の発生時には、除湿器（冷却機器）などが設けられた建屋内の温度が上昇してしまう場合がある。ここで、除湿器の周囲の温度が、除湿器の冷却能力を超える温度まで上昇してしまうと、サンプリングガス（雰囲気）の露点温度を一定に制御することができなくなるので、水素ガスの濃度を正確に検出することができなくなるという課題がある。
【０００５】
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、過酷事故時に冷却機器の周囲の温度が高くなっても、サンプリング配管で抽出された雰囲気の温度を一定に制御することができる設備内雰囲気監視技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る設備内雰囲気監視装置は、設備内の雰囲気の一部を抽出するサンプリング配管と、前記サンプリング配管に設けられて前記雰囲気の除湿を行う除湿部と、前記除湿部に設けられて前記雰囲気の温度を下げる冷却機器と、前記冷却機器の周囲温度を検出する周囲温度検出器と、前記周囲温度が特定温度未満の場合に前記冷却機器を第１態様で制御し、前記周囲温度が前記特定温度以上の場合に前記冷却機器を前記第１態様とは異なる第２態様で制御する温度制御部と、前記除湿部よりも下流側に設けられて前記雰囲気に含まれる所定のガスを検出するガス検出器と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施形態により、過酷事故時に冷却機器の周囲の温度が高くなっても、サンプリング配管で抽出された雰囲気の温度を一定に制御することができる設備内雰囲気監視技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の設備内雰囲気監視装置を示す構成図。
【図２】第１実施形態の設備内雰囲気監視方法を示すフローチャート。
【図３】第１および第２温度設定部が実行する各処理を示すフローチャート。
【図４】温度切替部が実行する設定温度切替処理を示すフローチャート。
【図５】第２実施形態の設備内雰囲気監視装置を示す構成図。
【図６】第２実施形態の設備内雰囲気監視方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
以下、本実施形態を添付図面に基づいて説明する。まず、第１実施形態の設備内雰囲気監視装置について図１から図４を用いて説明する。図１の符号１は、原子力プラントに設けられる設備内雰囲気監視装置（ＣＡＭＳ）である。この設備内雰囲気監視装置１は、原子炉格納容器２の内部から抽出したサンプリングガスＧに含まれる水素ガス濃度および酸素ガス濃度の監視を行う。
【００１０】
なお、原子炉格納容器２とは、核燃料が配置される炉心を収めた原子炉圧力容器（図示略）を格納する設備である。この原子炉格納容器２は、ステンレスまたはコンクリートなどを用いて形成された強固な構造物であり、過酷事故（ＳＡ：Severe Accident）の発生時などに圧力障壁となるとともに放射性物質の放散に対する障壁を形成する。
【００１１】
さらに、原子炉格納容器２の内部には、制御棒を駆動させるための各種装置が設けられる空間が確保されている。また、原子力プラントのメンテナンス時には、原子炉格納容器２の内部で作業員が作業を行うことができる。なお、原子炉格納容器２の下部には、原子各種配管から発生する漏水を集めて排水するためのドレンサンプ（図示略）が設けられている。
【００１２】
さらに、原子炉格納容器２には、冷却水を保有するサプレッションチェンバ（図示略）が接続されている。このサプレッションチェンバは、過酷事故時に原子炉圧力容器の内部の冷却水が減少してしまって蒸気圧が高くなった場合に、この蒸気をサプレッションチェンバに導いて冷却し、圧力を低下させるための設備である。また、サプレッションチェンバは、原子炉格納容器２の底部に一体的に設けられても良い。
【００１３】
なお、原子力プラントには、様々な安全対策が施されている。例えば、原子炉圧力容器への冷却水の供給が停止されたり、原子炉圧力容器に接続された配管の破断により冷却水が喪失したりすると、原子炉圧力容器の内部の水位が低下し、炉心が露出して冷却が不充分になる。このような場合には、水位低下の信号により自動的に原子炉が非常停止される。さらに、非常用炉心冷却装置（ＥＣＣＳ：Emergency Core Cooling System）による冷却水の注入によって炉心を冠水させて冷却し、炉心溶融事故を未然に防ぐようになっている。
【００１４】
しかしながら、極めて低い確率ではあるが、非常用炉心冷却装置が作動せず、かつ、その他の炉心への注水装置も利用できない事態も想定され得る。例えば、震災などの要因によって外部電源や非常用電源が喪失されることによって、原子炉圧力容器への冷却水の供給が停止される事態が生じる。このような事態になると、原子炉圧力容器の内部の水位が低下されることにより炉心が露出してしまって冷却が行われなくなる。すると、原子炉停止後も発生し続ける崩壊熱によって核燃料の温度が上昇し、炉心の溶融に至ることが考えられる。
【００１５】
ここで、核燃料を覆うジルコニウムなどの金属合金が溶融した場合に、この金属合金が周囲の蒸気（水）と反応して水素ガスが発生してしまう。そして、水素ガスは、原子炉圧力容器に生じた亀裂などの隙間から外部に漏れ出し、原子炉格納容器２の内部に溜まるようになる。この原子炉格納容器２の内部の雰囲気に含まれる水素ガスの濃度および酸素ガスの濃度が所定濃度以上になると水素爆発が生じる危険性がある。そこで、設備内雰囲気監視装置１を用いて、原子炉格納容器２の内部の雰囲気の監視を行う。なお、設備内雰囲気監視装置１は、過酷事故時のみならず、平常時にも監視を行っている。この設備内雰囲気監視装置１を用いることで、水素爆発などが生じるか否かを事前に察知するができる。
【００１６】
図１に示すように、設備内雰囲気監視装置１は、原子炉格納容器２の内部の雰囲気の一部をサンプリングガスＧとして抽出するサンプリング配管３を備える。このサンプリング配管３は、その吸引側端部が原子炉格納容器２に接続され、この原子炉格納容器２の内部から外部に向かって延出される。なお、原子炉格納容器２の近傍には、サンプリング配管３を含む各種装置が配置されるサンプリングラック（図示略）が設けられる。なお、サンプリングラックは、原子炉建屋（図示略）などの屋内に設けられる。
【００１７】
また、サンプリング配管３には、サンプリングガスＧを冷却する空冷式の冷却部４と、サンプリングガスＧを除湿する空冷式の除湿部５と、サンプリングガスＧを原子炉格納容器２の内部から吸気する吸気ポンプ６と、サンプリングガスＧの圧力を一定に減圧するガス減圧弁７と、酸素ガス濃度を検出する酸素ガス検出器８と、水素ガス濃度を検出する水素ガス検出器９と、サンプリングガスＧの流量を一定に制御、検出する流量検出器１０と、サンプリングガスＧを原子炉格納容器２の内部に排気する排気ポンプ１１と、が設けられる。また、サンプリング配管３の近傍には、冷却部４および除湿部５で除去されたドレン水Ｗを貯留するドレン貯留部１２が設けられる。
【００１８】
本実施形態の設備内雰囲気監視装置１は、酸素ガス検出器８から出力される酸素検出信号Ｃ１に基づいて酸素濃度を測定する酸素測定器１３と、水素ガス検出器９から出力される水素検出信号Ｃ２に基づいて水素濃度を測定する水素測定器１４と、酸素測定器１３から出力される酸素濃度信号Ｃ３および水素測定器１４から出力される水素濃度信号Ｃ４を取得する演算制御部１５と、を備える。ここで、酸素濃度信号Ｃ３は、サンプリングガスＧに含まれる酸素濃度の検出値を示し、水素濃度信号Ｃ４は、サンプリングガスＧに含まれる水素濃度の検出値を示す。
【００１９】
なお、演算制御部１５には、酸素濃度信号Ｃ３および水素濃度信号Ｃ４以外の他の信号も入力される。そして、演算制御部１５は、これらの信号に基づいて各種装置の制御を行う。例えば、演算制御部１５は、吸気ポンプ６および排気ポンプ１１を制御し、サンプリングガスＧをサンプリング配管３に流通させる。また、演算制御部１５は、酸素濃度および水素濃度などのサンプリングガスＧに関する各種情報を原子力プラントの中央制御室（図示略）に送信する。
【００２０】
さらに、サンプリング配管３の排気側端部が原子炉格納容器２に接続されている。そして、水素ガスおよび酸素ガスの濃度の検出が終了したサンプリングガスＧは、原子炉格納容器２の内部に戻る。
【００２１】
本実施形態では、磁気風式の酸素ガス検出器８と熱伝導式の水素ガス検出器９とを用いている。なお、磁気風式の酸素ガス検出器８および熱伝導式の水素ガス検出器９は、サンプリングガスＧの湿分が多いと正確な検出を行えなくなる場合がある。そこで、冷却部４および除湿部５を用いてサンプリングガスＧの除湿を行い、除湿部５よりも下流側に設けられた酸素ガス検出器８および水素ガス検出器９にて各ガスの検出を行うようにしている。
【００２２】
ここで、除湿を行うときには、まず、サンプリングガスＧを冷却部４に通す。この冷却部４では、サンプリングガスＧの温度を冷却部４の周囲温度（室温）まで低下させる。その後に、サンプリングガスＧを冷却部４よりも下流側に設けられた除湿部５に通すことで除湿を行う。なお、平常時において、除湿部５は、サンプリングガスＧの温度を予め設定された第１温度（例えば、５℃以下）まで低下させる。この第１温度まで低下したサンプリングガスＧに含まれる水分量（湿度）は、ほとんど０％になる。この除湿されたサンプリングガスＧに含まれる成分を、酸素ガス検出器８および水素ガス検出器９が検出することで、酸素ガスおよび水素ガスを正確に検出することができる。
【００２３】
また、サンプリングラックには、サンプリング配管３以外の配管も設けられる。例えば、冷却部４および除湿部５で生じるドレン水Ｗをドレン貯留部１２に導く第１ドレン配管１６と、ドレン貯留部１２のドレン水Ｗを、原子炉格納容器２の内部のドレンサンプまたはサプレッションチェンバに導く第２ドレン配管１７と、サンプリング配管３と第１ドレン配管１６とを接続する接続配管１８と、が設けられる。
【００２４】
また、サンプリング配管３および各ドレン配管１６，１７，１８の各所には、サンプリングガスＧまたはドレン水Ｗが流れるルートを開閉動作により制御するバルブ１９〜２３が設けられる。例えば、サンプリング配管３において、吸気ポンプ６よりも上流側に第１バルブ１９が設けられ、排気ポンプ１１よりも下流側に第２バルブ２０が設けられる。さらに、接続配管１８に第３バルブ２１が設けられ、第１ドレン配管１６に第４バルブ２２が設けられ、第２ドレン配管１７に第５バルブ２３が設けられる。ここで、通常時には、第１バルブ１９と第２バルブ２０と第４バルブ２２が開放され、第３バルブ２１と第５バルブ２３とが閉鎖されている。
【００２５】
また、ドレン貯留部１２に貯留されるドレン水Ｗの液位を検出す液位検出器２４が設けられる。この液位検出器２４が検出した液位を示す液位信号Ｃ５は、演算制御部１５に入力される。なお、ドレン貯留部１２のドレン水Ｗの液位高さは、時間の経過とともに変化する。そして、演算制御部１５は、液位信号Ｃ５に基づいてドレン水Ｗの変化量を取得する。さらに、ドレン水Ｗの貯留量が増加し、液位検出器２４の検出可能範囲を超える前に、演算制御部１５は、第５バルブ２３に向けて制御信号Ｃ６を出力する。そして、この第５バルブ２３が開放され、ドレン水Ｗが原子炉格納容器２の底部のサプレッションチェンバに排出される。
【００２６】
なお、ドレン水Ｗを排出するときに、第４バルブ２２を閉鎖し、第３バルブ２１を開放する。この第３バルブ２１を開放することで、排気ポンプ１１により加圧されたサンプリングガスＧの圧力を用いて、ドレン水Ｗを排出することができる。
【００２７】
また、酸素ガス検出器８および水素ガス検出器９で検出されるサンプリングガスＧは、冷却部４と除湿部５において水分が除去されたガスであるため、原子炉格納容器２の内部の雰囲気における酸素濃度および水素濃度と比較して、高い値の濃度が検出される。この値は、サンプリングガスＧから除去された水分量が多いほど高くなる。そのため、演算制御部１５は、酸素ガス検出器８および水素ガス検出器９で検出される酸素濃度および水素濃度を補正する。
【００２８】
例えば、演算制御部１５は、液位検出器２４の液位信号Ｃ５に基づいて、サンプリングガスＧから除去された水分量を算出する。さらに、演算制御部１５は、この水分量に基づいて、湿分補正係数を算出する。そして、演算制御部１５は、この湿分補正係数を用いて、酸素ガス検出器８および水素ガス検出器９で検出される酸素濃度および水素濃度を補正する。
【００２９】
なお、原子力プラントで過酷事故が生じた場合に、充分な量の冷却水が得られない場合がある。そこで、本実施形態では、空冷式の冷却部４および除湿部５を用いている。また、少なくとも除湿部５が空冷式であれば良く、除湿部５よりも上流側に設けられた冷却部４が水冷式であっても良い。また、空冷式の冷却部４が設けられることで、過酷事故時などに充分な冷却用の水を確保できない状況であっても、冷却部４にてサンプリングガスＧの温度を周囲温度まで下げることができる。
【００３０】
次に、本実施形態の除湿部５について詳述する。この除湿部５は、サンプリングガスＧの温度を下げる冷却機器２５と、この冷却機器２５の周囲温度を検出する周囲温度検出器２６と、除湿部５の出口側にてサンプリングガスＧの出口温度を検出する出口温度検出器２７と、を備える。なお、周囲温度検出器２６および出口温度検出器２７は、側温抵抗体で構成される温度検出器である。
【００３１】
また、冷却機器２５は、除湿部５を通過するサンプリングガスＧの熱を移動させるペルチェ素子２８と、ペルチェ素子２８を用いて移動させた熱を周囲に放出する放熱部２９と、この放熱部２９に設けられたファン３０と、を備える。また、放熱部２９は、空冷式の複数枚のフィン（ラジエータ）を備える。さらに、ファン３０は、常時回転している。
【００３２】
このようにすれば、冷却機器２５の周囲に放熱してサンプリング配管３を流れるサンプリングガスＧの温度を下げることができる。なお、ペルチェ素子２８を用いることで、冷却機器２５の構成が簡素化され、過酷事故時に故障し難くなる。また、空冷式のフィンおよびファン３０を用いて放熱することで、過酷事故時などに充分な冷却用の水を確保できない状況であっても、冷却機器２５を用いて雰囲気の温度を下げることができる。
【００３３】
また、除湿部５の内部では、サンプリング配管３が螺旋状を成し、ペルチェ素子２８との接触面積が増大している。そのため、効率的な熱交換を行うことができる。さらに、出口温度検出器２７は、サンプリング配管３に接触され、このサンプリング配管３の温度を得ることで、サンプリングガスＧの温度を測定している。
【００３４】
なお、前述の周囲温度検出器２６は、放熱部２９の近傍の空気の温度（周囲温度）を検出し、この温度を示す周囲温度信号Ｃ７を出力する。また、前述の出口温度検出器２７は、除湿部５の出口側のサンプリングガスＧの温度（出口温度）を検出し、この温度を示す出口温度信号Ｃ８を出力する。
【００３５】
なお、ペルチェ素子２８は、２種類の金属の接合部に直流電流を流すと、片方の金属からもう片方へ熱が移動するというペルチェ効果を利用した板状の半導体素子である。このペルチェ素子２８では、直流電流が流されることで、一方の面が吸熱（冷却）され、他方の面が放熱される。この放熱される面に放熱部２９が設けられる。このペルチェ素子２８を用いてサンプリングガスＧを冷却することで、原子力プラントにおいて放射線量が高い場所でも、冷却機器２５が故障せずに作動し、過酷事故時に充分な冷却能力を得ることができる。
【００３６】
また、ペルチェ素子２８は、一方の面と他方の面との間に、最大でおよそ４０℃の温度差を生じさせることができる。例えば、平常時において、放熱部２９の周囲温度が３０℃である場合は、サンプリングガスＧの温度を５℃以下まで下げることができる。そして、この５℃の温度を長時間に亘って一定に保つことができる。しかし、ペルチェ素子２８でサンプリングガスＧの温度を下げる場合に、その冷却の目標温度の下限は、放熱部２９の周囲の空気の温度に依存する。
【００３７】
ところが、過酷事故時には、原子炉建屋内の温度が６６℃まで上昇してしまうことが想定される。仮に、放熱部２９の周囲温度が６０℃である場合に、ペルチェ素子２８を用いてサンプリングガスＧの温度を２０℃まで下げることができるが、前述の５℃まで下げることができない。そのため、サンプリングガスＧの温度は、２０℃付近で周囲温度の変動とともに変動してしまい、一定の温度に保つことができない。
【００３８】
ここで、酸素ガス検出器８および水素ガス検出器９は、サンプリングガスＧの温度が一定であることを前提としてガスの濃度を検出する。そのため、サンプリングガスＧの温度が一定でない場合に、酸素ガス検出器８および水素ガス検出器９を用いて、正確にガスの濃度の検出が行えなくなるおそれがある。そこで、サンプリングガスＧの温度を長時間に亘って一定に保つために、サンプリングガスＧの冷却の目標温度を平常時とは異なる温度に切り替える。
【００３９】
本実施形態において、過酷事故時には、サンプリングガスＧの冷却の目標温度を平常時よりも高く設定する。例えば、平常時においてサンプリングガスＧの温度を５℃まで下げる場合に、過酷事故時においてサンプリングガスＧの温度を３０℃まで下げるようにする。仮に、放熱部２９の周囲の空気の温度が６６℃であっても、ペルチェ素子２８は、サンプリングガスＧの温度を３０℃まで下げることができ、この３０℃の温度を長時間に亘って一定に保つことができる。
【００４０】
例えば、平常時に原子炉格納容器２の内部の雰囲気は、室温（２５℃位）である。このときに、冷却部４および除湿部５の周囲温度も室温である。しかしながら、過酷事故時には、原子炉格納容器２の内部の雰囲気が２００℃位になる場合がある。このときに、冷却部４および除湿部５の周囲温度が６６℃位になると想定される。そして、２００℃位の高温のサンプリングガスＧが冷却部４で７０℃位まで冷却される。さらに、冷却部４で冷却されたサンプリングガスＧが除湿部５のペルチェ素子２８を用いて３０℃まで下げられる。
【００４１】
また、設備内雰囲気監視装置１には、ペルチェ素子２８の制御を行う温度制御部３１が設けられる。なお、この温度制御部３１は、前述の演算制御部１５の制御により起動される。さらに、温度制御部３１および演算制御部１５などの電気回路は、サンプリングラックがある原子炉建屋以外の安全な施設に設けられる。仮に、過酷事故が発生しても、温度制御部３１および演算制御部１５が設けられた施設の温度および放射線量は、平常時と変わらないようになっている。そして、温度制御部３１および演算制御部１５は、サンプリングラックの各種装置に信号線を介して接続される。
【００４２】
なお、温度制御部３１は、ペルチェ素子２８のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。例えば、温度制御部３１は、除湿部５の出口温度が所定の設定温度未満の場合にペルチェ素子２８をＯＦＦ状態（ペルチェ素子２８に電流を流さない状態）にし、除湿部５の出口温度が設定温度以上の場合にペルチェ素子２８をＯＮ状態（ペルチェ素子２８に電流を流す状態）とし、冷却する。
【００４３】
この温度制御部３１は、サンプリングガスＧの冷却の目標温度を切り替える温度切替部３２と、平常時にペルチェ素子２８に接続される第１温度設定部３３と、過酷事故時にペルチェ素子２８に接続される第２温度設定部３４と、ペルチェ素子２８を第１温度設定部３３または第２温度設定部３４のいずれか一方に切替可能に接続する切替スイッチ３５と、を備える。なお、切替スイッチ３５は、温度切替部３２により制御される。
【００４４】
また、温度切替部３２には、周囲温度検出器２６から出力される周囲温度信号Ｃ７が入力される。さらに、第１温度設定部３３および第２温度設定部３４には、出口温度検出器２７から出力される出口温度信号Ｃ８が入力される。
【００４５】
また、温度切替部３２には、周囲温度の判定の対象となる特定温度が予め設定される。例えば、特定温度として４０℃が設定される。また、第１温度設定部３３には、平常時のサンプリングガスＧの冷却の目標温度（設定温度）として第１温度が予め設定される。例えば、第１温度として５℃が設定される。また、第２温度設定部３４には、過酷事故時のサンプリングガスＧの冷却の目標温度（設定温度）として第２温度が予め設定される。例えば、第２温度として３０℃が設定される。
【００４６】
なお、第１温度設定部３３は、除湿部５の出口温度が第１温度未満の場合にペルチェ素子２８をＯＦＦ状態にし、除湿部５の出口温度が第１温度以上の場合にペルチェ素子２８をＯＮ状態にする。また、第２温度設定部３４は、除湿部５の出口温度が第２温度未満の場合にペルチェ素子２８をＯＦＦ状態にし、除湿部５の出口温度が第２温度以上の場合にペルチェ素子２８をＯＮ状態にする。
【００４７】
なお、温度切替部３２は、放熱部２９の周囲温度が特定温度未満の場合に、切替スイッチ３５を制御することで、第１温度設定部３３をペルチェ素子２８に接続する。また、温度切替部３２は、放熱部２９の周囲温度が特定温度以上の場合に、切替スイッチ３５を制御することで、第２温度設定部３４をペルチェ素子２８に接続する。つまり、温度切替部３２は、放熱部２９の周囲温度が特定温度未満の場合に、サンプリングガスＧの冷却の目標温度（設定温度）を第１温度に設定し、放熱部２９の周囲温度が特定温度以上の場合に、サンプリングガスＧの冷却の目標温度（設定温度）を第１温度よりも高い第２温度に設定する。
【００４８】
このようにすれば、冷却機器の冷却能力に応じて雰囲気の温度を一定に制御するための目標となる設定温度を切り替えることができる。また、温度切替部３２、第１温度設定部３３および第２温度設定部３４を用いることで、サンプリングガスＧの冷却の目標温度を切り替える回路構成を簡素化することができる。
【００４９】
なお、演算制御部１５、温度切替部３２、第１温度設定部３３および第２温度設定部３４は、プロセッサおよびメモリなどのハードウェア資源を有し、ＣＰＵが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されるコンピュータで構成される。さらに、本実施形態の設備内雰囲気監視方法およびその他の各処理は、プログラムをコンピュータに実行させることで実現される。
【００５０】
次に、第１実施形態の設備内雰囲気監視方法について図２のフローチャートを用いて説明する。なお、フローチャートの各ステップの説明にて、例えば「ステップＳ１１」と記載する箇所を「Ｓ１１」と略記する。
【００５１】
まず、演算制御部１５は、吸気ポンプ６および排気ポンプ１１を駆動し、原子炉格納容器２の内部の雰囲気の一部をサンプリングガスＧとして抽出し、このサンプリングガスＧをサンプリング配管３に流通させる（Ｓ１１：抽出ステップ）。次に、原子炉格納容器２から導出されたサンプリングガスＧは、冷却部４を通過することで冷却される（Ｓ１２）。なお、冷却部４において、サンプリングガスＧの温度が冷却部４の周囲の温度まで低下される。
【００５２】
次に、冷却部４を通過したサンプリングガスＧは、除湿部５を通過することで除湿される（Ｓ１３：除湿ステップ）。なお、除湿部５では、冷却機器２５（ペルチェ素子２８）を用いることで、サンプリングガスＧの温度が設定温度まで低下される。次に、温度制御部３１は、設定温度切替処理を実行する（Ｓ１４：温度制御ステップ）。
【００５３】
次に、除湿部５よりも下流側に設けられた酸素ガス検出器８および水素ガス検出器９を用いて、サンプリングガスＧに含まれる酸素ガスおよび水素ガスが検出される。そして、これらの検出に基づいて、酸素測定器１３および水素測定器１４が酸素濃度および水素濃度を測定し（Ｓ１５：検出ステップ）、これらの検出値（測定値）を演算制御部１５に出力し、設備内雰囲気監視方法を終了する。
【００５４】
次に、第１温度設定部３３が実行する第１温度設定処理（第１態様の制御）について図３（Ａ）のフローチャートを用いて説明する。
【００５５】
まず、出口温度検出器２７が除湿部５の出口温度を検出し、この出口温度を示す出口温度信号Ｃ８が第１温度設定部３３に入力される（Ｓ２１）。次に、第１温度設定部３３は、出口温度が第１温度（例えば、５℃）以上か否かを判定する（Ｓ２２）。
【００５６】
ここで、出口温度が第１温度未満である場合は、ペルチェ素子２８をＯＦＦ状態にし（Ｓ２３）、第１温度設定処理を終了する。一方、出口温度が第１温度以上である場合は、ペルチェ素子２８をＯＮ状態にし（Ｓ２４：冷却ステップ）、第１温度設定処理を終了する。
【００５７】
この第１温度設定処理を第１温度設定部３３が実行することで、サンプリングガスＧの温度が第１温度に保たれる。なお、第１温度設定処理は、切替スイッチ３５により第１温度設定部３３がペルチェ素子２８に接続されているか否かに関わらず実行される。
【００５８】
次に、第２温度設定部３４が実行する第２温度設定処理（第２態様の制御）について図３（Ｂ）のフローチャートを用いて説明する。
【００５９】
まず、出口温度検出器２７が除湿部５の出口温度を検出し、この出口温度を示す出口温度信号Ｃ８が第２温度設定部３４に入力される（Ｓ２５）。次に、第２温度設定部３４は、出口温度が第２温度（例えば、３０℃）以上か否かを判定する（Ｓ２６）。
【００６０】
ここで、出口温度が第２温度未満である場合は、ペルチェ素子２８をＯＦＦ状態にし（Ｓ２７）、第２温度設定処理を終了する。一方、出口温度が第２温度以上である場合は、ペルチェ素子２８をＯＮ状態にし（Ｓ２８：冷却ステップ）、第２温度設定処理を終了する。
【００６１】
この第２温度設定処理を第２温度設定部３４が実行することで、サンプリングガスＧの温度が第２温度に保たれる。なお、第２温度設定処理は、切替スイッチ３５により第２温度設定部３４がペルチェ素子２８に接続されているか否かに関わらず実行される。
【００６２】
次に、温度切替部３２が実行する設定温度切替処理について図４のフローチャートを用いて説明する。
【００６３】
まず、周囲温度検出器２６が放熱部２９の周囲温度を検出し、この周囲温度を示す周囲温度信号Ｃ７が温度切替部３２に入力される（Ｓ３１：周囲温度検出ステップ）。次に、温度切替部３２は、周囲温度が特定温度（例えば、４０℃）以上か否かを判定する（Ｓ３２）。
【００６４】
ここで、周囲温度が特定温度未満である場合は、切替スイッチ３５を用いてペルチェ素子２８を第１温度設定部３３に接続し（Ｓ２３）、設定温度切替処理を終了する。一方、周囲温度が特定温度以上である場合は、切替スイッチ３５を用いてペルチェ素子２８を第２温度設定部３４に接続し（Ｓ２４）、設定温度切替処理を終了する。
【００６５】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態の設備内雰囲気監視装置１Ａについて図５から図６を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００６６】
前述したように、平常時にサンプリングガスＧが第１温度（例えば、５℃）に冷却され、過酷事故時にサンプリングガスＧが第２温度（例えば、３０℃）に冷却される。ここで、第１温度に低下したサンプリングガスＧに含まれる水分量（湿度）は、ほぼ０％になるが、第２温度に低下したサンプリングガスＧには、若干の水分が残される。この水分が残された状態で、サンプリングガスＧに含まれる各ガスを検出しようとすると、その検出値に若干の誤差が生じる。そこで、第２実施形態では、過酷事故時にサンプリングガスＧが第２温度に冷却される場合に、サンプリングガスＧに含まれる各ガスの検出値を補正する。
【００６７】
図５に示すように、第２実施形態の設備内雰囲気監視装置１Ａは、前述の第１実施形態の各種装置に加えて、サンプリングガスＧに含まれる湿分量を算出する湿分算出部３６と、酸素ガスおよび水素ガスの濃度の検出値を補正する濃度補正部３７と、をさらに備える。
【００６８】
また、湿分算出部３６は、温度切替部３２と流量検出器１０とが信号線を介して接続される。なお、温度切替部３２は、切替スイッチ３５の状態を示す信号であって、ペルチェ素子２８が第１温度設定部３３または第２温度設定部３４のいずれに接続されているかを示す状態信号Ｃ９を出力する。この状態信号Ｃ９が湿分算出部３６に入力される。
【００６９】
ここで、第１温度設定部３３および第２温度設定部３４の第１温度（例えば、５℃）および第２温度（例えば、３０℃）は、予め設定されている。これらの設定温度が、酸素ガス検出器８および水素ガス検出器９で検出の対象となるサンプリングガスＧの温度であると想定することができる。つまり、湿分算出部３６は、状態信号Ｃ９に基づいて、サンプリングガスＧの温度を取得することができる。
【００７０】
また、流量検出器１０は、サンプリングガスＧの流量を示す流量信号Ｃ１０を出力する。この流量信号Ｃ１０が湿分算出部３６に入力される。なお、サンプリングガスＧの圧力は、ガス減圧弁７により一定に保たれるので、サンプリングガスＧの流量から体積を算出することができる。つまり、湿分算出部３６は、流量信号Ｃ１０に基づいて、サンプリングガスＧの体積を取得することができる。
【００７１】
そして、過酷事故時において、ペルチェ素子２８が第２温度設定部３４に接続されるので、サンプリングガスＧの温度が第２温度に維持される。そして、湿分算出部３６は、第２温度と流量とに基づいて、サンプリングガスＧに含まれる湿分量（水蒸気濃度）を算出することができる。
【００７２】
仮に、ペルチェ素子２８で冷却されたサンプリングガスＧの温度が、酸素ガス検出器８および水素ガス検出器９に到達されるまでの間に上昇しても、湿分量は不変であるため、第２温度設定部３４に設定された第２温度に基づいて、湿分量を求めることができる。
【００７３】
なお、平常時において、ペルチェ素子２８が第１温度設定部３３に接続される場合は、サンプリングガスＧに含まれる湿分量（水蒸気濃度）がほぼ０％になり、既知であるので、湿分算出部３６が湿分量の算出を行う必要はない。
【００７４】
また、湿分算出部３６は、信号線を介して濃度補正部３７に接続される。この湿分算出部３６は、算出した水蒸気濃度（湿分量）を示す水蒸気濃度信号Ｃ１１を濃度補正部３７に入力する。そして、濃度補正部３７は、酸素測定器１３から取得した酸素濃度信号Ｃ３および水素測定器１４から取得した水素濃度信号Ｃ４を、濃度補正部３７から取得した水蒸気濃度に基づいて補正する。さらに、濃度補正部３７は、補正後の酸素濃度信号Ｃ３および水素濃度信号Ｃ４を演算制御部１５に出力する。
【００７５】
このようにすれば、過酷事故時に除湿部５にてサンプリングガスＧを除湿しきれずに、湿分が残ってしまって酸素ガス検出器８および水素ガス検出器９の検出値に誤差が生じても、湿分算出部３６で算出された湿分量に基づいて検出値を補正することで正確な検出値を得ることができる。つまり、酸素ガスの濃度および水素ガスの濃度の検出精度を高められる。
【００７６】
次に、湿分量算出方法の一例を以下に示す。
飽和蒸気圧（ｈＰａ）は、ｔｅｔｅｎｓの式より、下式にて求めることができる。
Ｅ（ｔ）＝６．１１×１０＾（７．５ｔ÷（ｔ＋２３７．３））
t：ガス温度
除湿部５の内部において、サンプリングガスＧの温度＝冷却温度であるため、例えば、ｔ＝３０℃とすると、
Ｅ＝４２．４（ｈＰａ）
となる。
【００７７】
また、除湿部５の出口側では、サンプリングガスＧが冷却されることで水分が除去され、かつ露点温度にまで冷却される。そのため、サンプリングガスＧの温度＝冷却温度において、相対湿度は、１００％と考えることができる。
【００７８】
また、
絶対湿度（ｇ／ｍ３）＝２１７（定数）×（Ｅ（ｔ）÷（ｔ＋２７３．１５））×（相対湿度÷１００）
であるため、
絶対湿度（ｇ／ｍ３）＝２１７×（４２．４÷（３０＋２７３．１５））×１
となり、
絶対湿度（ｇ／ｍ３）＝３０．４（ｇ／ｍ３）
となる。
【００７９】
また、水蒸気体積（Ｌ／ｍ３）は、水１ｍｏｌ当たりの質量１８ｇに対して、標準状態の体積２２．４Ｌであり、温度による体積変化を考慮すると、
水蒸気体積（Ｌ／ｍ３）＝絶対湿度（ｇ／ｍ３）×（２２．４÷１８）×（（２７３．１５＋ｔ）÷２７３．１５）
であるため、
水蒸気体積（Ｌ／ｍ３）＝３０．４×（２２．４÷１８）×（（２７３．１５＋３０）÷２７３．１５）
となり、
水蒸気体積（Ｌ／ｍ３）＝４２．０（Ｌ／ｍ３）
となる。
【００８０】
また、１ｍ３＝１０００Ｌより、１Ｌ中の水蒸気濃度（ｖｏｌ％）は、
水蒸気濃度（ｖｏｌ％）＝水蒸気体積（Ｌ／ｍ３）÷１０００×１００
となり、
水蒸気濃度（ｖｏｌ％）＝４．２（ｖｏｌ％）
となる。
【００８１】
このように、第２実施形態では、過酷事故時にペルチェ素子２８が第２温度設定部３４に接続されている場合に、湿分算出部３６が水蒸気濃度（湿分量）を算出する。さらに、濃度補正部３７は、算出された水蒸気濃度（湿分量）に基づいて、酸素ガスおよび水素ガスの濃度の検出値（測定値）を補正する。そして、濃度補正部３７は、補正された検出値を示す各濃度信号Ｃ３，Ｃ４を出力する。
【００８２】
また、ペルチェ素子２８が第１温度設定部３３に接続されている場合に、濃度補正部３７は、酸素ガスおよび水素ガスの濃度の検出値（測定値）を補正せずに各濃度信号Ｃ３，Ｃ４を出力する。なお、湿分算出部３６は、ペルチェ素子２８が第１温度設定部３３に接続されている場合に、水蒸気濃度が０％であることを示す水蒸気濃度信号Ｃ１１を出力しても良い。そして、濃度補正部３７は、ペルチェ素子２８が第１温度設定部３３または第２温度設定部３４のどちらに接続されていても、同一の処理を実行しても良い。
【００８３】
次に、第２実施形態の設備内雰囲気監視方法について図６のフローチャートを用いて説明する。なお、第２実施形態の設備内雰囲気監視方法において、Ｓ１１〜Ｓ１５までのステップは、前述した第１実施形態の設備内雰囲気監視方法と同じステップである。
【００８４】
第２実施形態では、Ｓ１５の後に、以下のステップを実行する。まず、湿分算出部３６は、温度切替部３２から取得した状態信号Ｃ９に基づいて、ペルチェ素子２８が第２温度設定部３４に接続されているか否かを判定する（Ｓ１６）。
【００８５】
ここで、ペルチェ素子２８が第２温度設定部３４に接続されていない場合、つまり、ペルチェ素子２８が第１温度設定部３３に接続されている場合に、湿分算出部３６は、サンプリングガスＧに含まれる湿分量（水蒸気濃度）を算出しない。なお、濃度補正部３７は、酸素ガスおよび水素ガスの濃度の検出値（測定値）を補正せずに各濃度信号Ｃ３，Ｃ４を演算制御部１５に出力し、設備内雰囲気監視方法を終了する。
【００８６】
一方、ペルチェ素子２８が第２温度設定部３４に接続されている場合に、湿分算出部３６は、流量検出器１０から取得した流量信号Ｃ１０に基づいて、サンプリングガスＧの流量を検出する（Ｓ１７）。次に、湿分算出部３６は、サンプリングガスＧの流量と第２温度設定部３４に設定された第２温度とに基づいて、サンプリングガスＧに含まれる湿分量（水蒸気濃度）を算出する（Ｓ１８）。
【００８７】
次に、湿分算出部３６は、算出した湿分量（水蒸気濃度）を示す水蒸気濃度信号Ｃ１１を濃度補正部３７に入力する。そして、濃度補正部３７は、湿分算出部３６から取得した水蒸気濃度信号Ｃ１１に基づいて、酸素ガスおよび水素ガスの濃度の補正を行う（Ｓ１９）。なお、濃度補正部３７は、補正後の酸素濃度信号Ｃ３および水素濃度信号Ｃ４を演算制御部１５に出力し、設備内雰囲気監視方法を終了する。
【００８８】
本実施形態に係る設備内雰囲気監視装置を第１実施形態から第２実施形態に基づいて説明したが、いずれか１の実施形態において適用された構成を他の実施形態に適用しても良いし、各実施形態において適用された構成を組み合わせても良い。
【００８９】
なお、本実施形態の所定の値（出口温度、周囲温度）と判定値（第１温度、第２温度、特定温度）との判定において「判定値以上か否か」の判定をしているが、この判定は、「判定値を超えているか否か」の判定でも良いし、「判定値以下か否か」の判定でも良いし、「判定値未満か否か」の判定でも良い。
【００９０】
なお、本実施形態のフローチャートにおいて、各ステップが直列に実行される形態を例示しているが、必ずしも各ステップの前後関係が固定されるものでなく、一部のステップの前後関係が入れ替わっても良い。また、一部のステップが他のステップと並列に実行されても良い。
【００９１】
なお、冷却機器２５と周囲温度検出器２６と温度制御部３１とで設備内雰囲気監視装置１に用いる部品セットを構成しても良い。このようにすれば、既設の設備内雰囲気監視装置を更新するときに、この部品セットを用いることで、本発明が適用された設備内雰囲気監視装置１に改良することができる。
【００９２】
なお、本実施形態では、原子炉格納容器２の内部の雰囲気の監視を行うために、設備内雰囲気監視装置１を用いているが、この設備内雰囲気監視装置１を用いて、フィルタベント装置の内部の雰囲気の監視を行っても良い。例えば、フィルタベント装置のフィルタの下流側の位置にサンプリング配管３を接続し、このサンプリング配管３を介して抽出したサンプリングガスの水素ガスまたは酸素ガスの検出を行っても良い。このようにすれば、フィルタベント装置において、水素爆発などが生じるか否かを事前に察知するができる。
【００９３】
なお、本実施形態では、温度制御部３１で切り替えられる設定温度が、第１温度と第２温度の２段階のみとなっているが、温度制御部３１を用いて３段階以上の設定温度を切り替えられるようにしても良い。
【００９４】
なお、本実施形態では、サンプリングガスＧに含まれる酸素ガスまたは水素ガスを酸素ガス検出器８または水素ガス検出器９を用いて検出しているが、その他のガスを検出しても良い。例えば、サンプリングガスＧに含まれるヨウ素などの物質をガス検出器で検出しても良い。
【００９５】
なお、本実施形態では、温度制御部３１により制御される冷却機器２５がペルチェ素子２８を備えているが、この冷却機器は、ペルチェ素子２８を用いるものでなくても良い。例えば、冷却機器がコンプレッサまたはファンを備え、コンプレッサまたはファンの動作態様を温度制御部３１により制御しても良い。このようにすれば、コンプレッサまたはファンの延命化を図ることができる。
【００９６】
なお、本実施形態で例示する原子力プラントは、沸騰水型原子炉を有する原子力発電所であっても良いし、加圧水型原子炉を有する原子力発電所であっても良い。
【００９７】
なお、本実施形態では、冷却部４および除湿部５が空冷式となっているが、冷却部４および除湿部５を液冷式（水冷式）にしても良い。例えば、除湿部５において、ペルチェ素子２８から放熱部２９までの移動を液体の冷媒によって行っても良い。
【００９８】
以上説明した実施形態によれば、周囲温度が特定温度未満の場合に冷却機器を第１態様で制御し、周囲温度が特定温度以上の場合に冷却機器を第１態様とは異なる第２態様で制御する温度制御部を備えることにより、過酷事故時に冷却機器の周囲の温度が高くなっても、サンプリング配管で抽出された雰囲気の温度を一定に制御することができる。
【００９９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１００】
１（１Ａ）…設備内雰囲気監視装置、２…原子炉格納容器、３…サンプリング配管、４…冷却部、５…除湿部、６…吸気ポンプ、７…ガス減圧弁、８…酸素ガス検出器、９…水素ガス検出器、１０…流量検出器、１１…排気ポンプ、１２…ドレン貯留部、１３…酸素測定器、１４…水素測定器、１５…演算制御部、１６…第１ドレン配管、１７…第２ドレン配管、１８…接続配管、１９…第１バルブ、２０…第２バルブ、２１…第３バルブ、２２…第４バルブ、２３…第５バルブ、２４…液位検出器、２５…冷却機器、２６…周囲温度検出器、２７…出口温度検出器、２８…ペルチェ素子、２９…放熱部、３０…ファン、３１…温度制御部、３２…温度切替部、３３…第１温度設定部、３４…第２温度設定部、３５…切替スイッチ、３６…湿分算出部、３７…濃度補正部、Ｃ１…酸素検出信号、Ｃ２…水素検出信号、Ｃ３…酸素濃度信号、Ｃ４…水素濃度信号、Ｃ５…液位信号、Ｃ６…制御信号、Ｃ７…周囲温度信号、Ｃ８…出口温度信号、Ｃ９…状態信号、Ｃ１０…流量信号、Ｃ１１…水蒸気濃度信号、Ｇ…サンプリングガス、Ｗ…ドレン水。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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