(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉と、前記炉内に配置される冷却材と、前記炉の冷却材に近い空間への出口を有するガスシステムと、前記冷却材内に取り付けられ、冷却材の固相酸化物を含有しかつ前記冷却材が通って流れるように設けられる質量交換装置と、一部が前記冷却材内に、かつ一部が前記冷却材に近い空間に取り付けられ、前記冷却材に近い空間から前記冷却材へガスを供給するように設けられるガス分散機と、前記冷却材内の酸素濃度センサと、を含む炉プラントの前記冷却材内の酸素濃度を制御するための方法であって、前記方法は、
−  前記冷却材内の酸素濃度を、前記冷却材内の前記酸素濃度センサからのデータに基づいて推定するステップと、
−  前記推定された前記冷却材内の酸素濃度を許容値と比較するステップと、
−  前記冷却材内の酸素濃度の変化を推定するステップと、
−  前記推定された前記冷却材内の酸素濃度変化が濃度減少を示していれば、減少値および／または減少速度を対応するしきい値と比較するステップと、
−  前記推定された前記冷却材内の酸素濃度が前記許容値を下回り、かつ酸素濃度の前記推定された減少値および／または減少速度が前記対応するしきい値を下回れば、前記質量交換装置を起動するステップと、
−  前記推定された前記冷却材内の酸素濃度が前記許容値を下回り、かつ酸素濃度の前記推定された減少値および／または減少速度が前記対応するしきい値を上回れば、前記ガスシステムから前記冷却材に近い空間へ酸素含有ガスを供給し、かつ／または前記ガス分散機を起動するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記質量交換装置の起動、または酸素含有ガスの供給、および前記ガス分散機の起動の後に、前記冷却材内の前記推定された酸素濃度が前記許容値を保ち、またはこれを超えれば、前記質量交換装置またはガス分散機が非活性化され、かつ／または前記ガスシステムから前記冷却材に近い空間への酸素含有ガスの供給が停止される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ガスシステムから前記冷却材に近い空間への酸素含有ガスの供給停止に加えて、前記ガスシステムから前記冷却材に近い空間へ無酸素ガスが供給される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
炉と、前記炉内に配置される冷却材と、前記炉の冷却材に近い空間への出口を有するガスシステムと、前記冷却材内に取り付けられ、冷却材の固相酸化物を含有しかつ前記冷却材が通って流れるように設けられる質量交換装置と、一部が前記冷却材内に、かつ一部が前記冷却材に近い空間に取り付けられ、前記冷却材に近い空間から前記冷却材へガスを供給するように設けられるガス分散機と、前記冷却材内の酸素濃度センサと、を含む炉プラントの前記冷却材内の酸素濃度を制御するシステムであって、前記システムは、
前記冷却材内の前記酸素濃度センサからデータを得て、前記得られたデータに基づいて前記冷却材内の酸素濃度を推定し、かつ前記冷却材内の前記推定された酸素濃度を、前記冷却材内の前記推定された酸素濃度を許容値と比較するためのモジュールへ送るように設けられる、前記冷却材内の酸素濃度を推定するためのモジュールと、
前記冷却材内の酸素濃度を推定するためのモジュールから前記冷却材内の推定された酸素濃度を得て、かつこれを前記許容値と比較するように設けられ、前記冷却材内の前記推定された酸素濃度を前記許容値と比較するためのモジュールと、
前記冷却材内の酸素濃度の減少値および／または減少速度を推定するだけでなく、前記冷却材内の前記推定された酸素濃度の減少値および／または減少速度を前記冷却材内の前記推定された酸素濃度の減少を比較するためのモジュールへ送るように設けられる、前記冷却材内の酸素濃度の減少を推定するためのモジュールと、
前記冷却材内の前記推定された酸素濃度の減少値および／または減少速度を得て、かつこれを対応するしきい値と比較するように設けられ、前記冷却材内の前記推定された酸素濃度の減少を比較するためのモジュールと、
前記冷却材内の前記推定された酸素濃度が前記許容値を下回り、かつ前記推定された酸素濃度の減少値および／または減少速度が前記対応するしきい値を下回れば、前記質量交換装置を起動させる、前記質量交換装置を制御するためのモジュールと、
前記冷却材内の前記推定された酸素濃度が前記許容値を下回り、かつ前記推定された酸素濃度の変化値および／または変化速度が前記対応するしきい値を上回れば、前記冷却材に近い空間への酸素含有ガスの供給により前記ガスシステムを起動させ、かつ／または前記ガス分散機を起動するよう設けられる、前記ガスシステムおよび／または前記ガス分散機を制御するためのモジュールと、を含むシステム。
【請求項５】
前記冷却材内の酸素濃度の減少を推定するための前記モジュールは、前記冷却材内の酸素濃度の前記減少値および／または減少速度を、前記冷却材内の酸素濃度を推定するための前記モジュールから得られる前記冷却材内の前記推定された酸素濃度に基づいて推定するように設けられる、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記冷却材内の酸素濃度の減少を推定するための前記モジュールは、前記冷却材内の酸素濃度の減少を決定し、かつ情報を、前記冷却材内の前記推定された酸素濃度の減少を比較するための前記モジュールおよび／または前記質量交換装置を制御するための前記モジュールおよび前記ガスシステムおよび／またはガス分散機を制御するための前記モジュールへ送るように設けられる、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記冷却材内の前記推定された酸素濃度が前記許容値と等しい、またはこれを超えるものであれば、前記質量交換装置を制御するための前記モジュールは、前記質量交換装置を非活性化させるように設けられ、および、前記ガスシステムおよびガス分散機を制御するための前記モジュールは、前記ガス分散機を非活性化させおよび／または前記ガスシステムから前記冷却材に近い空間への酸素含有ガスの供給を停止させるように設けられる、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記ガスシステムおよびガス分散機を制御するための前記モジュールは、前記ガスシステムから前記冷却材に近い空間へ無酸素ガスを供給するように設けられる、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
原子炉プラントであって、
炉と、
炉内に配置される冷却材と、
前記炉の冷却材に近い空間への出口を有するガスシステムと、
前記冷却材内に取り付けられ、冷却材の固相酸化物を含有しかつ前記冷却材が通って流れるように設けられる質量交換装置と、
一部が前記冷却材内に、かつ一部が前記冷却材に近い空間に取り付けられ、前記冷却材に近い空間から前記冷却材へガスを供給するように設けられるガス分散機と、
前記冷却材内の酸素濃度センサと、を含み、
前記原子炉プラントは、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法および／または請求項４から請求項８までのいずれか一項に記載のシステムを用いて、冷却材内の酸素濃度を制御するように設けられる、原子炉プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力産業および原子炉プラントに関し、より具体的には、液体金属冷却材を用いる原子炉プラントに関する。本発明は、同時に、様々な非原子炉プラントに適用され得る。
【背景技術】
【０００２】
液体金属冷却材を用いる非原子炉プラントにおける主たる問題点の１つは、炉構造材料の腐食である。腐食を防止するためには、保護酸化物被膜の形成技術が使用される。炉構造材料、例えば鋼の耐食性は、これらの被膜の完全性に依存する。
【０００３】
上述の問題点が、非液体金属冷却材を用いる原子炉プラントおよび非原子炉プラントの双方において生じ得ることは留意されるべきである。本発明の記述は、液体金属冷却材を用いる原子炉プラントに関連するものであるが、本発明は、非液体金属冷却材を用いる原子炉プラントおよび非原子炉プラントの双方に使用することができる。
【０００４】
酸化物被覆の形成には、伝統的に、酸素が使用される。炉プラントの稼働中、鉄、クロム、他等の構造材料成分は、冷却材内へ拡散する。上述の構造材料成分が、例えば酸素である酸化剤に対してより高い化学親和力を有するという事実に起因して、冷却材における鉄、クロムおよび他の構造材料成分の濃度の増加は、酸素等の酸化剤の濃度を減少させる。これが、保護酸化物被覆の溶解に繋がる場合があり、これにより、腐食速度が著しく上昇する。その結果、腐食速度を、炉プラントの安全モードでの長期的稼働を保証する最低レベルにまで下げるためには、酸化剤を冷却材へ供給して、保護酸化物被覆が冷却材内で溶解されない場合のレベルまでその濃度を上げることが必要とされる。この点に関しては、異なる材料、例えば冷却材の製造材料、のガスまたは酸化物の形態で冷却材へ供給され得るという理由で、酸素が極めて適切な酸化剤である。
【０００５】
上記に鑑みれば、冷却材と接触する炉内面上の保護酸化物被覆が冷却材内で溶解されず、これにより炉材料の腐食が防止されるように、必要とされる冷却材内の酸化剤の濃度、具体的には酸素の濃度、を制御しかつ保持することが重要である。酸素は、冷却材内へ拡散する鉄、クロムおよび他の構造材料成分を酸化するために絶えず消費されることから、酸素濃度を炉材料の最低限の腐食を保証する指定範囲内に保持するために、例えばこの指定範囲の下限に達したとき、または酸素濃度が許容レベルより下がった場合に、酸素は冷却材へ供給される。
【０００６】
露国特許第２１００４８０号明細書（１９９７年１２月２７日発行）は、不活性ガスと混合された酸素を冷却材表面上の保護ガスへ、または冷却材へ直に注入する、ならびに冷却材内で冷却材成分の酸化物を溶解させるような、冷却材内の酸素濃度を高める方法を開示している。
【０００７】
しかしながら、上述の特許に記述されている方法は、冷却材内への酸素注入（冷却材内の酸素濃度の増加）の制御、即ち、酸素供給および冷却材酸化物の溶解の開始／終了、冷却材内の酸素濃度の測定速度、即ち供給されるべき酸素および溶解されるべき冷却材酸化物の量、の制御が不可能であるといった欠点を有する。加えて、不活性ガスと混合された酸素を冷却材表面上の保護ガスの量へ供給する場合、冷却材内への酸素の拡散速度が比較的遅く、よって、不活性ガスと混合された酸素の割合の上昇に伴って、冷却材表面に酸化物膜（クラスト）が形成される危険性が高まる。
【０００８】
露国特許第２２４６５６１号明細書（２００５年２月２０日発行）は、冷却材内で冷却材酸化物を制御して溶解させる方法およびデバイスを開示しているが、冷却材へのガス形態による酸素注入を制御する可能性に関するデータを含んでいない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】露国特許第２１００４８０号明細書
【特許文献２】露国特許第２２４６５６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、炉プラントにおける、より具体的には、原子炉プラントの冷却材における、ガス形態で供給される酸素の濃度を制御するための方法およびデバイスを提供することにある。さらに、本発明の目的は、炉の構造材料の不動態化モード、正常稼働モード、保護酸化物被覆破壊の間の異常モード、他等の様々なモードにおける原子炉プラントの効率的かつ安全な作成および稼働を保証することにもある。上記に鑑みて、本発明の他の目的は、冷却材内の酸素濃度の制御（増加）方法を切り替え、酸素濃度制御に使用される機器の安全性を高め、全モードにおける原子炉プラントの安全な作製および稼働を保証する機器制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、炉と、炉内に位置決めされる冷却材と、炉の冷却材に近い空間への出口を有するガスシステムと、冷却材内に据え付けられる、冷却材の固相酸化物を保持しかつ冷却材が流れるように適合化される質量交換装置と、一部が冷却材内に、かつ一部が冷却材に近い空間に据え付けられる、冷却材に近い空間から冷却材へガスを供給するように適合化される分散機と、冷却材内の酸素センサと、を含む炉プラントの冷却材内の酸素濃度を制御するための方法を用いることによって達成される。
【００１２】
本方法の使用は、次のように進行する。即ち、冷却材内の酸素センサから受信されるデータを基礎として、冷却材内の酸素濃度を推定し、酸素濃度の推定値を許容値と比較し、冷却材内の酸素濃度の推定される変化が濃度の減少を示していれば、減少値および／または減少速度を対応するしきい値と比較し、冷却材内の酸素濃度推定値が許容値を下回りかつ推定された酸素濃度の減少値および／または速度が対応するしきい値を下回れば、質量交換装置を起動し、冷却材内の酸素濃度推定値が許容値を下回りかつ推定された酸素濃度の減少値および／または速度が対応するしきい値を上回れば、システムから冷却材に近い空間へ酸素含有ガスを供給し、かつ／または分散機を起動する。
【００１３】
質量交換装置または酸素含有ガスの供給が起動され、かつ分散機が起動した後に、冷却材内の酸素濃度推定値が許容値に達する、またはこれを超えれば、本方法による好ましいオプションは、質量交換装置または分散機の非活性化および／またはガスシステムから冷却材に近い空間への酸素含有ガスの供給停止を提案する。また、ガスシステムから冷却材に近い空間への酸素含有ガスの供給停止に加えて、ガスシステムから冷却材に近い空間へ無酸素ガスを供給することができる。
【００１４】
また、本発明の目的は、炉と、炉内に位置決めされる冷却材と、炉の冷却材に近い空間への出口を有するガスシステムと、冷却材内に据え付けられる、冷却材の固相酸化物を保持しかつ冷却材が流れるように適合化される質量交換装置と、一部が冷却材内に、かつ一部が冷却材に近い空間に据え付けられる、冷却材に近い空間から冷却材へガスを供給するように適合化される分散機と、冷却材内の酸素センサと、を含む炉プラントの冷却材内酸素濃度の制御システムを用いることによっても達成される。
【００１５】
制御システムは、冷却材内の酸素センサからデータを受信し、冷却材内の酸素濃度に関する受信されたデータを基礎として酸素濃度を推定し、この推定値を、冷却材内の酸素濃度推定値を許容値と比較するためのモジュールへ送信するように設計される、冷却材内の酸素濃度を推定するためのモジュールと、酸素濃度推定モジュールから冷却材内の酸素濃度推定値を捕捉しかつこれを許容値と比較するように適合化される、冷却材内の酸素濃度推定値を許容値と比較するためのモジュールと、冷却材内の酸素濃度の減少値および／または減少速度を推定し、ならびに冷却材内の酸素濃度の推定された減少値および／または減少速度を冷却材内の酸素濃度の推定された減少値と比較するためのモジュールへ送信するように適合化される、冷却材内の酸素濃度の減少を推定するためのモジュールと、冷却材内の酸素濃度の推定された減少値および／または減少速度および対応するしきい値とのその比較を受信するように適合化される、冷却材内の酸素濃度の減少推定値を比較するためのモジュールと、冷却材内の酸素濃度推定値が許容値を下回り、かつ酸素濃度の推定された変化値および／または変化速度が対応するしきい値を下回る場合に質量交換装置を起動するように構成される、質量交換装置を制御するためのモジュールと、冷却材内の酸素濃度推定値が許容値を下回り、かつ酸素濃度の推定された変化値および／または変化速度が対応するしきい値を上回る場合に、冷却材に近い空間への酸素含有ガスの供給によってガスシステムを起動しかつ／または分散機を起動するように構成される、ガスシステムおよび／または分散機を制御するためのモジュールと、を含む。
【００１６】
その適合化のうちの１つにおいて、冷却材内の酸素濃度の減少を推定するためのモジュールは、冷却材内の酸素濃度の減少値および／または減少速度を、冷却材内の酸素濃度を推定するためのモジュールから受信される冷却材内の酸素濃度推定値を基礎として推定するように構成されることが可能である。加えて、冷却材内の酸素濃度の減少推定値を比較するためのモジュールの一部のバージョンは、冷却材内の酸素濃度の減少を決定し、かつ情報を、冷却材内の酸素濃度の減少推定値を比較するためのモジュールおよび／または質量交換装置を制御するためのモジュール、ならびにガスシステムおよび／または分散機を制御するためのモジュールへ送信するように適合化されることが可能である。
【００１７】
その好適な実施形態において、質量交換装置を制御するためのモジュールは、冷却材内の酸素濃度推定値が許容値を想定するものでるか、またはこれを超えるものであれば、質量交換装置、ならびにガスシステムおよび分散機を制御するためのモジュールおよび／またはガスシステムから冷却材に近い空間への酸素含有ガスの供給を停止するためのモジュールを非活性化するように適合化される。加えて、ガスシステムおよび分散機を制御するためのモジュールは、ガスシステムから冷却材に近い空間へ無酸素ガスを供給するように適合化されることが可能である。
【００１８】
また、本発明の目的は、炉と、炉内に位置決めされる冷却材と、炉の冷却材に近い空間への出口を有するガスシステムと、冷却材内に据え付けられる、冷却材の固相酸化物を保持しかつ冷却材が流れるように適合化される質量交換装置と、一部が冷却材内に、かつ一部が冷却材に近い空間に据え付けられる、冷却材に近い空間から冷却材へガスを供給するように適合化される分散機と、冷却材内の酸素センサと、を含む原子炉プラントを用いることによっても達成される。上述の炉プラントは、上述の何れかのオプションによる方法またはシステムに従って冷却材内の水素濃度を制御するように適合化される。
【００１９】
本発明は、炉プラントにおける、具体的には、原子炉プラントの冷却材における、ガス形態で供給される酸素濃度を制御するための方法およびデバイスの提供といった技術的結果の達成を可能にする。加えて、本発明は、炉の構造材料の不動態化モード、正常稼働モード、保護酸化物被覆破壊の間の異常モード、他等の異なるモードにおける原子炉プラントの効率的かつ安全な作製および稼働の提供といった技術的結果の達成を可能にする。上記とは別に、次のような技術的結果、即ち、冷却材内の酸素濃度を制御（増加）するための方法間の切り替え、酸素濃度の制御に使用される機器の安全性、信頼性の向上、および稼働寿命の延長、ならびに全モードにおける原子炉プラントの安全な作製および稼働を保証する機器制御システムの提供、が達成されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による炉プラントを示す略図である。
【図２】質量交換装置の一実施形態を示す。
【図３】分散機の一実施形態を示す。
【図４】冷却材内の酸素濃度センサの一実施形態を示す。
【図５】本発明による、冷却材内の酸素濃度を制御するための方法を示すブロックスキームである。
【図６】本発明による、冷却材内の酸素濃度を制御するためのデバイスの一実施形態を示す構造図である。
【図７】本発明による、冷却材内の酸素濃度を制御するためのデバイスの別の実施形態を示す構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、図１のように、炉１０１と、冷却材１０４と、ガスシステム１０８と、質量交換装置１１４と、分散機１１２と、冷却材１０４内の酸素濃度センサ１１０とを含む炉プラント（例えば、原子炉プラント）に適用される。
【００２２】
炉１０１はタンクであって、その壁１０２は、炉プラントの安全な稼働に必要である十分な機械的、熱的、放射的および他のタイプの耐久性を有する、鋼等の材料で製造されるタンクである。炉プラントの安全な稼働は、炉心１０３が放射性核分裂の過程でエネルギーを放出する放射性物質を含むという事実に起因して、特に重要である。熱形態であるこのエネルギーの所定量は、炉内に位置決めされかつ炉心と接触する冷却材１０４へ移送され（即ち、放射性物質は冷却材内へ位置決めされる）、さらに、放射線源から一定の距離を隔てて、熱エネルギーが他の物質（例えば、水、蒸気および他の吸熱物質）へ移送される熱交換器１０７へ輸送される。本発明の幾つかの実施形態において、熱交換器は、他の媒体の加熱またはタービンの起動に使用可能な蒸気を発生するように設計される蒸気発生器であることが可能である。熱交換器１０７の後、熱エネルギーは、ユーティリティシステムを介して、放射線汚染の危険性なしに炉を越えて移送され、よって、放射線汚染は、炉内に集中される。これに関連して、放射線汚染による周辺エリアへの激烈で望ましくない長期的効果により、特に、炉の強度および安全稼働が重視される。熱を炉の炉心１０３から熱交換器１０７へ長期的かつ効率的に移送するためには、炉心および熱交換器を含む回路において、炉１０１内の冷却材を循環させることが好ましい。循環には、ポンプ（図１には示されていない）の使用が可能である。
【００２３】
炉の強度を長期的に保持するための重要な要素の１つは、炉壁１０２、その補強材、固定具、強度および他のエレメントの構造材料の腐食を防止する、または許容レベルまで減じることである。また、上述の要素は、冷却材１０４として、ナトリウム、リチウム、鉛、ビスマス、他等の液体金属から作られる冷却材が使用される場合にも考慮される。重金属（鉛、ビスマス）は、特に低い火災危険関連でのその増大された安全性に起因して、軽金属より優位点を有する。
【００２４】
加えて、重金属製の冷却材は、水侵入の場合の特性安定性といった優位点を有する。当然ながら、このような冷却材の物理的および化学的性質は、水侵入の場合に変化するが、このような変化は、微々たるものであって、さらなる稼働が許容される。水が存在する、または液体形態または蒸気の形態で流れる機器、例えば熱交換器または蒸気発生器、の事故または漏れの可能性を考慮すると、これは、炉プラントの安全性を高めるために有益であり得る。熱交換器または蒸気発生器に欠陥がある（漏れがある）としても、炉プラントは、欠陥（漏れ）機器を修繕または交換するまで稼働されることが可能であるが、その理由は、重金属製の冷却材が、その物理的および化学的性質の液体または水蒸気の注入に対する微々たる（重要でない）依存性に起因してこうした稼働モードを許容することにある。
【００２５】
炉の構造材料に対する腐食効果を減らすためには、冷却材と構造材料との境界に、例えば冷却材へ酸素または酸素含有物質を供給することによって、酸化物被覆を生成することが効果的であると考察され、この場合、このような酸素含有物質は、冷却材により炉壁へ向かって移送されることが可能であり、炉壁において、酸素は、構造材料（例えば、鋼）と反応して酸化物膜形態の酸化物を形成することができる。このような防食保護のさらなる優位点は、酸化物の低い熱伝導率に起因する冷却材と炉壁との間の熱交換量の低減にある。
【００２６】
酸素は、幾つかの方法で冷却材へ注入されることが可能である。これらの方法のうちの１つを実装するために、炉プラントは、炉１０１の冷却材１０４に近い（図１に示されている好適な実施形態では、冷却材の上の）空間１０６への出口を有するガスシステム１０８を含む。冷却材１０４は、加熱中の冷却材の熱膨張に起因する炉の減圧の危険性を減らすために、単に炉タンクの一部を占有する。冷却材１０４の表面１０５（「レベル」）より上に位置決めされる炉タンクの上側部分１０６は、腐食および望ましくない化学反応を防止するために、不活性ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ）または不活性ガスの混合体で充填される。ガスシステム１０８は、冷却材より上または冷却材に近い空間へガスを供給するために設けられるが、この空間は、他の実施形態では、冷却材リザーバから分離された空間であってもよい。
【００２７】
ガスシステム１０８は、管路（パイプ）と、遮断バルブ１０９と、フィルタと、ポンプと、ガスシステムに一般的に使用されかつ本発明の背景技術から知られる他の機器とを含む。ガスシステムは、不活性ガスおよび酸素のソースへ接続され、かつこれらを混合するように構成される。したがって、ガスシステムは、不活性ガスまたは不活性ガスの混合体を供給できるだけではない。防食のために、炉の冷却材に近い空間へは、酸素含有ガス、例えば不活性ガスと酸素との混合体（純酸素は、炉の構造材料および液体金属冷却材にとって重大な危険である）を供給することができる。ガス状混合物は、１／５以下の酸素を含み得るが、このような割合は、構造材料および冷却材に対する望ましくない危険性のない、ガスに含まれる酸素の十分な活動を実証するものである。
【００２８】
具体的には、不活性ガスおよび酸素は、相互接続する管路／パイプ上の遮断バルブの関係する状態下で加圧ガスが入ったタンクからガスシステムの管路または混合タンクへ、遮断バルブ（例えば、電気または液圧アクチュエータを有するバルブ）を調整すること、またはこれらのガスを貯蔵タンクから必要とされる混合タンクまたは管路へ送り込む推進ポンプを起動することによって供給されることが可能である。これらのガスまたはその混合体は、貯蔵または混合タンクから管路により炉の冷却材に近い空間へ、遮断バルブおよび／またはポンプの適切な制御によって供給されることが可能である（ポンプを起動できなければ、ガスは、対応するタンクにおいて保たれるその増大された圧力によって供給されてもよい）。
【００２９】
酸素含有ガスが炉の冷却材に近い空間へ供給されれば、酸素は、冷却材内へ拡散するか、冷却材の成分、例えばビスマスおよび鉛を酸化することができ、かつ冷却材酸化物は、対流または循環によって炉の内部全体へ運ばれることが可能であり、ここで冷却材酸化物は、上述の成分を、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、他等の構造材料成分と接触した時点で酸化することができる。これは、これらの成分が、酸素に対して、ビスマスおよび鉛より高い化学親和力を有する（例えば、これにより、これらの冷却材成分が回復される）という事実に起因して発生する。防食のために構造材料の表面に酸化物膜を持続させるこのような方法は、例えば、構造材料成分を酸化するための酸素消費量が冷却材に近い空間から冷却材表面を介して送出される酸素流量に適合する場合、定常状態モードで使用可能である（また、この冷却材内の酸素濃度を制御するための方法の実装は、炉プラントの制御システムによって説明が可能である）。しかしながら、冷却材において防食保護に必要な酸素濃度を持続するためのこの方法は、ガスから液体冷却材への受動浸透の効率が低いこと、ならびに、炉の冷却材に近い空間内の構造材料に対する酸素の高い悪影響および冷却材表面に酸化物膜を形成する危険性の増大に起因してガス内の酸素の割合が増加し、よって冷却材における酸素濃度の増加が不可能であること、から結果的に生じるプロセスの動作遅延および低い制御性といった欠点を有する。
【００３０】
したがって、冷却材表面を介する拡散による冷却材内への酸素注入は、ほぼ無限の酸素ソースを提供する。しかしながら、冷却材内の酸素濃度を増加するためのこのような方法は、さほど正確ではなく、遅速かつ制御不能である。構造材料の耐食性は、冷却材内の酸素濃度を増加するための制御された、高速かつ正確な方法を必要とする。このような方法は、冷却材１０４内に設置される質量交換装置１１４を用いることによって提供されることが可能である。
【００３１】
質量交換装置は、冷却材の固相酸化物を入れるための容器であってもよい。例えば、冷却材が鉛および／またはビスマスより成れば、質量交換装置は、鉛および／またはビスマスの固相酸化物を小粒子形態で含んでもよい。固相酸化物は、冷却材内で溶解されることが可能であり、かつ、固相酸化物が冷却材成分の酸化物であるという事実に起因して、その効果は、ある程度ガス媒体からの酸素浸透および上述の成分の酸化に類似するが、この場合は、プロセスの強度を制御する可能性がある。冷却材は、質量交換装置を通って流れ、冷却材における冷却材成分の固相酸化物を溶解させる。この目的に沿って、冷却材成分の酸化物を、例えば粒状形態で含む質量交換装置のハウジングは、冷却材が通って流れる孔を有する。
【００３２】
冷却材における冷却材成分の固相酸化物の溶解効率（速度）は、具体的には、質量交換装置を通る冷却材の流速に依存する。質量交換装置を通る冷却材の流速を制御するために、質量交換装置内、または炉タンクの、質量交換装置が位置決めされる部分に、ポンプを設けることができる。このポンプは、冷却材を異なる速度でポンピングし、かつこのポンプの動作は、外的（遠隔的）に制御されることが可能である。質量交換装置を通る冷却材の流速は、冷却材を加熱するヒータによって制御されることが可能であり、よって、その対流が発生する。ヒータの動作は、外的（遠隔的）に制御されることが可能である。ヒータの使用には、ヒータが可動エレメントを装備しないという事実に起因してポンプを凌ぐ優位点があるが、質量交換装置（延ては、ヒータまたはポンプ）は、高温の冷却材において高い放射線活動の下で動作することから、これは、質量交換装置の稼働寿命の延長および炉安全性の一般的向上にとって極めて重要である。
【００３３】
冷却材における冷却材成分の固相酸化物の溶解効率（速度）は、冷却材が接触する成分の固相酸化物の体積および表面積にも依存する。（例えば、小粒子の形態である）酸化物が含まれかつ冷却材が通って流れるタンクの容積は、バルブを用いて制御されることが可能であり、バルブは、例えば、電気アクチュエータを用いて遠隔制御されることが可能である。
【００３４】
さらに、冷却材における固相成分の溶解効率（速度）は、相互作用する冷却材および／または冷却材の固相成分の温度にも依存する。この温度も、その動作を外的（遠隔的）に制御できるヒータによって制御されることが可能である。
【００３５】
したがって、冷却材における冷却材固相成分の溶解効率（速度）を制御する多くの異なる方法が存在し、そのうちの幾つかを先に述べた。本発明では、これら全ての方法を、冷却材の固相成分の過剰な溶解に関連することから集合的に質量交換装置の「起動」（「起動する」）と称する。「非起動」（「非活性化」）状態において、即ち、例えば質量交換装置を通る冷却材の流れを増大させるポンプまたはヒータがオフに切換される場合、または、バルブが、冷却材が最低量の冷却材固相成分の周りを流れる、またはその周りを全く流れないような位置に設定される場合、または、相互作用効率を高めるべく冷却材および／またはその固相成分の温度を上げるために使用されるヒータがオフに切換される場合（例は、冷却材における固相成分の溶解効率（速度）を高めるための上述の方法に従って挙げられている。他の方法を用いる場合、冷却材における冷却材固相成分の対応する最低の分解効率（速度）に従って非起動または非活性化状態が決定される）、冷却材における冷却材固相成分の溶解効率（速度）は、最低またはゼロに等しい（一般的な事例において、これは、冷却材が、炉内の共通的循環に起因して（但し、先に述べた追加的方法の使用による流れの誘発に起因せず）質量交換装置を通過することができ、かつ相互作用の現行温度は（追加的な加熱に起因せず）それ自体で溶解を引き起こし得ることから、幾分かの値を有する可能性がある）。
【００３６】
従って、「質量交換装置を起動する」という言い回しが使用される場合、それは、冷却材における冷却材固相成分の溶解効率（速度）を高めるデバイスがオンに切換されることを意味する。これに対して、「質量交換装置を非活性化する」という言い回しは、冷却材における冷却材固相成分の溶解効率（速度）を高めるデバイスがオフに切換される、または効率（速度）が可能な最低値を有する際の位置に切換されることを意味する。
【００３７】
起動／非活性化は、機器の２つ以上の活動状態を保証することができる。質量交換装置が最低限（または、ゼロ）の活動および最大の活動を有し得る２つの状態の場合、冷却材へ送出される酸素は、質量交換装置が最大の活動状態にある時間によって制御が可能である。質量交換装置に関してこれより多い状態が確立されれば、冷却材への酸素注入速度（即ち、冷却材内に溶解される固相成分の単位時間当たりの量）も制御可能である。ある限定的な事例においては、離散的で非類似である、値制御が連続的な質量交換装置活動を提供することができ、これにより、冷却材における冷却材固相成分の溶解効率（速度）を制御する可能性が拡大され、よって、制御確度が向上する。
【００３８】
図２は、質量交換装置の可能な実施形態のうちの１つを示す。質量交換装置は、底部２０２およびカバー２０３により限定されるとともに、そのハウジング２０１で形成されるタンクを含む。タンクは、タンク内部の冷却材レベルより下に位置決めされかつ上部を多孔グリル２０４で限定される流通反応区画室２１０を含む。限定グリル２０４は、粒状の固相オキシダント２０６が浮力によって出現することを防止する。酸素を豊富に含む冷却材は、質量交換装置から、限定グリル２０４および限定グリル２０４より上でハウジング壁２０１の上側部分に位置決めされるハウジング壁２０１内の孔２０７を通って到来し、炉プラント一次回路の冷却材と混合する。
【００３９】
グリル２０４の下に位置決めされる固相オキシダント２０６（具体的には、冷却材成分の固相酸化物）は、冷却材と相互作用して溶解し、冷却材に酸素を混入する。反応室２１０内に位置決めされかつ多孔グリル２０４を貫通するヒータ２０５は、反応室２１０内の冷却材を加熱するように設計される。質量交換装置の稼働中に、冷却材が、ハウジング２０１と電気ヒータ２０５との間の隙間において反応室２１０内に配置される固相オキシダントの層を通って移動するように、ハウジング２０１の壁の電気ヒータ２０５の下側のエンドプレートの高さに、吸込孔２０８が位置決めされる。吐出孔２０７、吸込孔２０８およびグリル２０４内の孔は、好ましくは、固相オキシダントの粒子よりサイズが小さい狭いスロット形態で製造される。
【００４０】
稼働されると、質量交換装置は、吐出孔２０７が冷却材内に存在するように冷却材内へ浸漬される。質量交換装置は、冷却材が設置場所を通って流れるように炉内に位置決めされる。冷却材層の高さが質量交換装置の浸漬にとって不十分であれば、設置場所に質量交換装置のハウジングを沈めるポケットが装備される。冷却材は、電気ヒータ２０５が稼働する間の反応室を通る液体金属冷却材の対流性の流れにより、ポケットを通って流れることができる。
【００４１】
図２に示されている質量交換装置は、次のように動作する。自然対流によって電気ヒータ２０５がオンに切換されると、冷却材は、ハウジング２０１と電気ヒータ２０５との間の隙間における流通反応室２１０内に配置される粒状の固相オキシダント２０６を通って流れる。冷却材１０４（好ましくは、液体金属冷却材）は、周囲空間から吸込孔２０８を通って質量交換装置に到来し、底部から上へ（矢印が示す通りに）反応室２１０内に置かれる粒状の固相オキシダント２０６を通って移動する。固相オキシダントの小粒子は、冷却材内で冷却材と相互作用して溶解し、冷却材に酸素を富加する。酸素富加の冷却材は、吐出孔２０７を通って質量交換装置から吐出され、炉の一次回路の冷却材と混合する。容量値、即ち質量交換装置から供給される単位時間当たりの酸素量、は、電気ヒータの出力を変更することによって制御される。固相オキシダントの溶解速度は、高温で高まる。固相オキシダント（例えば、鉛酸化物）の密度は、冷却材（鉛または鉛ビスマス）の密度より低いことから、冷却材成分の固相酸化物は、上昇して、冷却材が通って流れることを許容するグリル２０４により冷却材本体内に保持される。
【００４２】
加熱エレメント２０５の上側部分には、加熱エレメント２０５へ電圧を供給するために使用されるワイヤ１１５が存在する。質量交換装置を起動するには、冷却材をヒータ２０５で加熱するだけでよいという事実に起因して、（図１に示されている）質量交換装置１１４の正常稼働は、炉容器１０２を介する配線（ケーブル１１５）を必要とする。ワイヤは、質量交換装置の電気ヒータ２０５へ電流を供給し、これにより電気ヒータ２０５を起動する。このような設計は、炉容器内の孔の数およびサイズを最低限に抑え、かつ冷却材内の酸素濃度を制御するために炉容器内へ貫入する、または炉を減圧する必要性をなくすることから、これは、質量交換装置の稼働（延ては、冷却材内の酸素濃度の制御）の安全な遠隔制御を提供し、これにより、炉容器の高度な耐漏洩性および強度が保証され、炉プラントの稼働寿命および安全な稼働にとってプラス効果がある。
【００４３】
質量交換装置は、冷却材内の酸素濃度を充分に制御するが、これは、酸素濃度上昇の不十分な速度／効率によって特徴づけられる場合がある。加えて、消耗品である冷却材成分の固相酸化物の予備は、限定的である。容量が増加した質量交換装置の中には、炉内への据付けが可能であるものもあるが、炉の容積および炉プラントの他の機器に必要な空間に関しては、制約がある場合もある。したがって、これには、高い濃度上昇速度／効率および冷却材内へ注入される高（無限）容量の酸素を有するような、酸素濃度を高めるための方法が必要である。
【００４４】
このような冷却材内の酸素濃度を高めるための方法を提供するために、炉１０１は、酸素を含み得るガスを冷却材１０４の表面１０５より上の空間１０６から冷却材１０４内へ注入することによって同じく冷却材１０４内の酸素濃度を高めるための制御された方法を提供する分散機１１２を含む。この目的に沿って、分散機１１２は、一部が冷却材１０４内に、かつ一部が冷却材１０４に近い空間内に据え付けられる。酸素含有ガスは、ガスシステムの管路から冷却材内へ直に注入されることが可能であるが、この場合、管路は、冷却材内へ沈められ、これにより、管路が塞がれて詰まることになる場合があり、よって、安全性に影響し、かつ炉プラントの稼働寿命が短縮される。
【００４５】
図１に示されている好適なオプションでは、分散機１１２は、この場合、冷却材１０４より上の空間１０６が冷却材に近い空間として使用され得る（したがって、ガス用に分離された空間を配置する追加的措置が不要である）ことから垂直に据え付けられ、かつ分散機１１２は、冷却材および固相酸化物が分散機に貫入せず、またはその目詰まりを引き起こさず、その稼働寿命を延ばすことから、その稼働寿命を延ばす位置に設定される。分散機は、冷却材に近い空間から冷却材へガスを供給できることから、ある具体的な事例では冷却材上の空間に位置決めされる分散機の上側部分における孔を介して引き込まれるガスは、分散機内（例えば、シャフト内）のチャネルを通って下方へ進み、冷却材内に位置決めされるその下側部分から出る（他の配置の分散機では、方向性の名称が適宜変わる）。
【００４６】
冷却材内へガスを注入するために、冷却材に近い空間に増大された圧力が生成されてもよく、この圧力により、ガスは、分散機より少ない内圧を有する冷却材内へ貫入される。圧力値は、この空間内または隣接する空間内のガスシステム管路を有する圧力センサによって、または、この空間へポンピングされる、流量計を用いて決定され得るガス量に従って決定することができる。分散機の吐出孔は、目詰まりしないように、主として冷却材に、例えば回転式分散機の下端に据え付けられる分散機の可動エレメント上に作られる。
【００４７】
冷却材に近い空間に増大されたガス圧を生成することとは別に、ガスは、冷却材内の例えば分散機の近くに低圧の局部ゾーンを生成することによって冷却材内へ注入されることが可能である（冷却材によるガスの引き込み）。これは、分散機の下側部分における、ブレードを有し得る円板を用いて達成することができる。円板は、回転すると、遠心力の作用により冷却材内に低圧エリアを生成する。冷却材上の空間から長手方向チャネルを介して円板に近い下側の孔へ進むガスは、上述の低圧エリアに至る。分散機近くの、具体的には円板近くの冷却材速度の勾配に起因して、即ち、分散機に近い冷却材が分散機から離れたエリアより速く移動すると、気泡形態で冷却材に進入するガスは、より小さい気泡に壊され、これにより、精細に分割されたガス−冷却材の２成分懸濁が生成される。ガスが酸素を含んでいれば、冷却材内の酸素濃度を効果的に高めるための条件が提供される。分散機が可動（回転）エレメントを有するという事実に起因して、冷却材は、分散機表面の近くを移動し（その上を流れ）、これにより、分散機から固体粒子および膜が洗われ、よって、その自動的な自己浄化が保証される。この性質は、分散機の稼働寿命を延ばすだけでなく、概して、炉プラントの稼働寿命および稼働安全性を高める。
【００４８】
図３に示されている好適なオプションにおいて、分散機は、一方が回転し、もう一方は回転しない２つの円板を有することが可能である。このような組合せにより、円板間に冷却材の低圧エリアが生成され、ガスは、シャフト内または一方または双方の円板内の孔からこのエリアに至り得る。両円板間には充分に短い距離を提供することが可能であり、一方の円板が他方の円板と相対的に回転することから、双方の円板が回転する場合に比べて圧力降下が速い。その結果、冷却材内へのガスの注入効率が高まり、かつガスの気泡がますます小さくなり、即ち、冷却材におけるガス、具体的には酸素、の溶解効率が高まり、よって、酸素濃度が高まる。
【００４９】
冷却材への酸素含有ガスの注入および冷却材内の酸素濃度は、冷却材に近い空間内に増大した圧力を生成できるガスシステム稼働の制御能力に起因して、かつ受動的状態（円板の回転なし）では冷却材上の空間から冷却材へガスを注入せず、活性態（円板の回転あり）において冷却材上の空間から冷却材へ酸素含有ガスを注入する分散機稼働の制御能力に起因して調整され、冷却材へのガス注入速度（効率）は、円板の回転速度に依存することが可能である。回転する円板を有する分散機の適用は、冷却材に近い空間から冷却材へガスを注入するための増大された圧力を生成する必要がなく、分散機を作動（「起動」）すれば足りることからより合理的であり、これにより、制御システムの動作が単純化され、よってその信頼性が高まる。
【００５０】
分散機を作動（「起動」）するためには、シャフトおよび円板（または、一方のシャフトおよび一方の円板）を回転させることが必要である。これは、例えば電気モータを用いて行われてもよい。冷却材の高い温度および蒸気が電気モータに与える破壊的効果を減じ、かつ結果的に、その稼働寿命を延ばすために、モータは、炉の外側に位置決めされる（しかしながら、一部の実施形態において、これは、内部に位置決めされることが可能である）。分散機の部分を回転させるために、電気モータから炉壁を介してシャフトが通されてもよい。この目的に沿って、壁には、開口があってもよい。しかしながら、炉の構造強度、延いてはその稼働安全性を高めるために、この好適な実施形態は、そのパーツが炉壁の異なる側面に互いに反対向きに据え付けられる磁気カップリングを用いて、回転を電気モータから分散機エレメントへ伝達できるようにする。磁気ハーフカップリングにより形成される磁場は、炉壁の反対側に位置決めされるもう一方のハーフカップリングへ回転力を伝達することができる。分散機モータが炉の外側に位置決めされていれば、これは、電圧を供給すること、または供給しないこと、もしくはそのパラメータを変更することによって電気モータへ電力を供給するように設計される、図１に示されているワイヤ（ケーブル）１１３を介して制御されることが可能である。
【００５１】
本発明では、電気モータによる分散機の作動を分散機の「起動」として示し、かつ分散機が稼働を停止する際の電気モータの運転停止をその「非活性化」として示す。電気モータの回転速度は、異なる方法で、即ち、バイナリ方法（カットオフ／カットイン）で、異なる回転速度で、または指定範囲内に任意の回転速度を設定する可能性を用いて、制御されることが可能である。結果的に、回転速度が高いほど、冷却材内で溶解されるガス量（酸素を含む）が増し、かつ生成されるガス気泡は小さくなる。
【００５２】
図３に示されている固体電解質酸素センサは、次のような主要エレメント、即ち、上側の静止円板を有する分散機ハウジング３０１と、下側の回転円板３０３へ接続される中空シャフト３０２と、分散機を炉容器へ締め付けるフランジ３０４と、被駆動磁気ハーフカップリング３０５を用いて回転を中空シャフト３０２へ伝達する、駆動磁気ハーフカップリング３０６を有する電気モータ３０７とから成る。ハーフカップリング３０６を有する電気モータ３０７は、炉壁１０２の外側に据え付けられ、ハーフカップリング３０５は、炉壁１０２の内側に据え付けられる。
【００５３】
図３に示されている好適なオプションにおいて、分散機の上側円板（ステータ）は、分散機ハウジング３０１へ剛体的に接続される。下側の回転円板３０３は、回転シャフト３０２へ接続される。下側円板およびシャフトは、中空であり、これらの空胴は、相互接続される。上側部分において、シャフトの空胴は、孔を通ってガス回路へ接続される。下側円板の表面には、（少なくとも１２個の）小径の孔が穿たれて隙間を形成し、これらの孔は、周方向に位置決めされる。上側円板も、円板間の空胴内へ液体金属を注入するための小孔を有することが可能である。上側部分において、回転シャフトは、周波数変換器から給電される密閉式電気モータ３０７のシャフトへ、磁気ハーフカップリング３０５および３０６によって接続される。
【００５４】
分散機は、シャフトの上側部分における孔が液面より上にあり、かつ上側および下側円板が液面より下になるように、冷却材内に浸漬される。密閉式電気モータが動作されると、下側円板は、所定の角速度で回転する。冷却材が下側円板と相対的に移動する結果、隙間内に低圧エリアが形成され、これにより、下側円板の空胴からその上側部分における孔を通って隙間内へのガスの注入が誘発される。冷却材の速度勾配に起因して、隙間内の気泡は壊され、細かく分割された気相が冷却材と共に隙間から冷却材の本流へ至る。
【００５５】
分散機の他の実施形態において、下側円板は静止円板であることが可能であり、かつ上側円板は、回転円板であることが可能である。加えて、冷却材に近い空間と円板内の孔とを接続する空胴は、シャフト内およびハウジング内の双方に置かれることが可能である。孔は、回転円板内および静止円板内の双方に製造されることが可能である。
【００５６】
先に述べたように、ガス分散機の動作原理は、高い速度勾配を有する流れに注入された時点で液体内のガス気泡が破砕することを基礎とする。表面エレメントに加えられるＱ力の不規則性に起因して、このような流れにおける大きい気泡は、小さい気泡に砕かれる。分散機のこの好適なオプションにおいて、ガス分散機における高勾配の液体流は、回転円板と静止円板との間の隙間に形成される。他の条件が全て同じである場合の気相の分散度は、流れにおける速度勾配に依存する。速度勾配は、円板間の隙間を減らすことにより、または円板の相対運動の線速度を高めることにより増大される。
【００５７】
炉１０１は、冷却材１０４内に酸素センサ１１０も装備している。好適なオプションにおいて、これは、酸素熱力学的活動センサの形式で製造され、そのオプションの１つが図４に示されている。図４に示されている固体電解質酸素センサは、炉容器４０５内に密閉されるセラミック感知素子４０１と、参照電極４０２と、センサ空胴内に位置決めされる下側部分４０６および上側部分１１１の２つの部分から成る中心電極とを含む。
【００５８】
セラミック感知素子４０１は、固体電解質により、球の一部と連結される管状素子の形式で製造される。素子４０１の製造には、部分安定化二酸化ジルコニウム、完全安定化二酸化ジルコニウムまたは酸化ハフニウムを用いることができる。管状エレメントの側面は、炉容器４０５の内側面へ、ガラスセラミックまたは加圧黒鉛化炭素繊維であり得る接合材４０４によって接続される。
【００５９】
センサは、金属酸化物製、例えばアルミニウム製のプラグ４０３を装備している。プラグは、孔を有し、かつセラミック感知素子４０１の空胴の断面を覆う。プラグは、参照電極４０２をセラミック感知素子４０１の内部空胴内に取り付けるように設計される。参照電極４０２は、空胴内でセラミック感知素子４０１の内面とプラグ４０３の表面との間に位置決めされ、かつ少なくとも空胴の一部を占有する。参照電極４０２は、ビスマス、鉛、インジウムまたはガリウムで製造されることが可能である。
【００６０】
球形エレメントの一部に面して、中心電極の下側部分４０６の自由端は、プラグ４０３内の孔を通って参照電極４０２へと引き出される。これは、参照電極４０２と中心電極の下側部分４０６との間の電気接点を有効化する。セラミック感知素子球４０１の少なくとも一部は、例えば鋼製である炉容器４０５を越えて突き出す。センサが稼働する間、この突出部は、酸素活動が決定される溶融金属内に浸漬される。
【００６１】
炉容器４０５、セラミック感知素子４０１および接合材４０４の材料は、等しい熱膨張係数を有し、かつ６５０℃以下の温度で溶融する鉛等の動作環境に対して化学的耐性がある。これは、３００−６５０℃の温度範囲内でセンサを液体金属における１００℃／秒までの温度変化率（熱衝撃）で動作可能に保つことを可能にする。
【００６２】
炉容器４０５の自由部分には、ブッシング４０８が溶接される。図１においてケーブルまたはワイヤとして示されている中心電極の上側部分１１１は、ブッシング４０８の空胴から出て、炉容器の壁１０２を通って進む。ブッシング４０８と中心電極の上側部分１１１との間のリング形の空胴は、誘電体４１０、好ましくはガラスセラミックで満たされる。物質４１０は、センサ内側空胴の耐漏洩性を保証する。空気からセンサの内側空胴への酸素進入、および参照電極の特性変化を防止することが必要である。炉容器４０５の内側空胴内に位置決めされる中心電極の下側部分４０６は、好ましくは酸化アルミニウム製であるアイソレータ４０７へ挿入される。
【００６３】
酸素熱力学的活動センサの動作原理は、選択的な酸素およびイオン伝導性を有する固体電解質によって分離される２電極間の電位差の測定（例えば、ＺｒＯ２÷Ｙ２Ｏ３）を基礎とする。２電極間の電位差の値は、制御媒体と事前に知られる酸素電位を有する媒体（参照電極）との間の酸素電位差によって形成される。参照電極としては、｛Ｂｉ｝−＜Ｂｉ２Ｏ３＞のような「液体金属−固体酸化物」系を用いることができる。センサから受信される電位差の値は、酸素熱力学的活動の値、その濃度または他の便利な値に変換されることが可能である。別の実施形態において、酸素濃度を高める手段は、センサから受信される電位差値に依存して（例えば、コンプライアンス表に従って、または経験による方法または理論的方法により確立される定式の一致性に従って）制御されることが可能である。
【００６４】
酸素センサの直接的または変換された読取り値（例えば、酸素熱力学的活動）は、しきい値と比較されることが可能であり、かつ比較結果に従って、質量交換装置または分散機の起動についての判断を下すことができる。例えば、酸素濃度がしきい値より低いことが明示される可能性があり、次いで、酸素濃度を高めるべく（例えば、その熱力学的活動）上述のデバイスのうちの１つの起動に関して決定が下される。
【００６５】
本発明によれば、上述の技術的結果を達成できるようにする酸素濃度を制御するための方法は、図５に示されている下記のステップを含む。
【００６６】
まず、酸素センサの読取り値を取得し（ステップ５０１）、冷却材内の酸素センサから受信されるデータを基礎として冷却材内の酸素濃度を推定し（ステップ５０２）、推定された冷却材内の酸素濃度を許容値と比較する（ステップ５０３）ことが必要である。酸素濃度が許容値を下回れば（許容最低値より下、即ち許容値の範囲を超える）、冷却材内酸素濃度の変化が推定され（ステップ５０４）、その結果、濃度変化のタイプ（前のレベルの増加、低下または維持）、変化速度、変化値、他を決定することができる。
【００６７】
濃度変化およびこのような変化の特性は、異なる時点でセンサ１１０から受信される推定された冷却材内の酸素濃度を比較することによって評価されることが可能であり、または、このような評価は、異なるデバイスを用いて導関数形式で（例えば、ハードウェアによる導出は、容量素子、誘導素子、他を用いて実行可能である）、または本発明の背景技術の記載から知られるいずれかの方法を用いて受信されることが可能である。この方法は、酸素濃度の決定に使用されるのと同じセンサの読取り値を基礎として濃度変化を推定できるようにし、よって、炉内に位置決めされる機器の数が低減される。これにより、冷却材内の酸素センサおよび炉プラント全体の設計、製造および据付けが単純化され、かつ経費が下がる。加えて、単一型センサの使用は、他のタイプのセンサが炉内の空間を占有せず、よって、単一型センサを追加するための余地が保たれることから、炉プラントの安全性を保証しかつその稼働寿命を延ばすための冗長性を有効化する。単一型センサの冗長性の間に、機器が一体化されることは留意されるべきである。これは、炉プラントの設計、製造および組立ての単純化および経費低減に繋がる。
【００６８】
別の実施形態では、冷却材内の酸素濃度の変化特性に対応する値を提供する酸素濃度センサを用いることが可能である。このようなセンサは、差動式と呼ばれることがある。結果的に、（その読取り値が冷却材内酸素濃度の推定を可能にするセンサを考慮すれば）二種以上のセンサが使用されてもよい。上述のセンサは、同じ値（酸素濃度）について異なる特性を決定するように設計されることから、異なるタイプのセンサの読取り値の共通適用により、これらの特性および値のより精確な推定を受信できるようにするだけでなく、何れかのセンサが故障した場合に、あるタイプのセンサの読取り値を適正に処理された他のセンサの読取り値で置換できるようにし、これにより、炉プラントの安全性の向上および稼働寿命の延長を可能にする。
【００６９】
好適な実施形態において、質量交換装置または分散機の起動を決定するためには、酸素濃度および酸素濃度変化の双方の評価が必要であるが、これは、上述のデバイスを、酸素濃度が酸素濃度を反映する読取り値に従って推定され得る許容値（しきい値）（または値範囲）より下のレベルまで低減された後に起動することが好ましいという理由による。質量交換装置を起動するか、分散機を起動するかの決定は、酸素濃度変化の評価が基礎となる。
【００７０】
次には、推定された冷却材内の酸素濃度変化が濃度減少を示しているかどうかを決定する必要があり（ステップ５０５）、減少していれば、減少値および／または速度を対応するしきい値と比較する（ステップ５０６）。
【００７１】
濃度の減少は、異なる方法によって決定されることが可能である。例えば、酸素濃度推定の１つまたは複数の後続値が１つまたは複数の先行値を下回れば、酸素濃度が減少していると推定することができる。別の実施形態において、差動酸素センサが使用されていれば、このセンサの読取り値が濃度減少に対応する値を有することによって酸素濃度の減少を決定することができる。加えて、酸素濃度の減少は、酸素濃度の変化値および／または速度の評価に従って決定することができる。これらの推定がマイナス値を有していれば、冷却材内の酸素濃度の減少を認識することができる。酸素濃度変化の類似する推定値とは符号が反対である、酸素濃度の変化値および／または速度の推定値が使用される場合、これらの推定値がプラス値を有していれば、冷却材内の酸素濃度の減少を認識することができる。冷却材内酸素濃度の変化（減少）値および／または速度は、冷却材内の酸素センサ（例えば、冷却材内の酸素熱力学的活動センサ）の読取り値を基礎として、または酸素濃度変化を反映する差動センサを基礎として決定することができる。
【００７２】
冷却材内の酸素濃度推定値が許容値を下回り、酸素濃度の減少が観察され、かつ推定された酸素濃度の減少値および／または速度が対応するしきい値を下回れば、質量交換装置が起動される（ステップ５０７）。その他、推定された冷却材内の酸素濃度が許容値を下回り、酸素濃度の減少が観察され、かつ推定された酸素濃度の減少値および／または速度が対応するしきい値を上回れば、ガスシステムから酸素含有ガス（ガス状混合物）が冷却材に近い空間へ供給され、かつ／または分散機が起動される。
【００７３】
後者の場合、ステップ５０８において５つの代替方法が可能である。これらの代替方法は、冷却材内の酸素濃度の上昇という必要な結果の達成に繋がる。代替方法の１つは、ガスシステムから冷却材に近い空間へ酸素含有ガスを、例えば圧力増加を引き起こさずに無酸素ガスを（例えば、ガスシステムの第２の管路を介して）変位させる量で供給することを示唆する。冷却材へ酸素を注入するために、分散機は、活性態になる。したがって、この代替方法は、酸素含有ガスの供給より前に分散機が、例えば冷却材への無酸素ガス（例えば、水素気体混合物）の注入に使用される活性態にある場合に使用される。第２の代替方法は、冷却材に近い空間が分散機の起動より前に既に酸素含有ガスを含んでいた可能性があり、よって、結果、即ち冷却材への酸素含有ガスの注入およびこれによる酸素濃度の増加、を達成するためには、分散機を起動すれば足りることを規定する。第３の代替方法は、必要な結果を達成する前に、冷却材に近い空間におけるガスが酸素を含有せず、かつ分散機がオフに切換されており、よって、酸素濃度を高めるためには、冷却材に近い空間へ酸素含有ガス（この限定的な事例において、これは、上述の量でガスと混合するための純酸素であり得る）を供給するだけでなく、分散機を起動する必要もあることを示唆する。第４の代替方法では、分散機が起動されず、ガスシステムから冷却材に近い空間へ酸素含有ガスが、冷却材に近い空間内に不活性の分散機を介してでも冷却材にガスを浸透させるような圧力を生成するに足る量（容積）または圧力下で供給される。第５の代替方法では、ガスシステムから冷却材に近い空間へ酸素含有ガスが、冷却材に近い空間内に分散機を介して冷却材にガスを浸透させるような圧力を生成するに足る量（容積）または圧力下で供給され、分散機が起動される。これにより、分散機の稼働寿命を延長することができる。
【００７４】
これら全ての代替方法に共通するものは、結果、即ち酸素濃度の増加が、冷却材に近い空間に酸素含有ガスが分散機の吐出孔（孔）が位置決めされる冷却材内の内圧を超える圧力下で存在することのみによって達成される点である。これらの代替方法の相違点は、単に、必要な圧力差を生成する方法、および初期条件、即ち分散機が起動されているか、非活性化されているか、および冷却材に近い空間における酸素含有ガスの存在およびその圧力、である。この観点から、上述の対策の何れかが実行されかつ冷却材に近い空間から分散機を介する（または分散機による）冷却材への酸素含有ガスの供給に至れば、本発明が使用されたものと考えられる。
【００７５】
先に述べたように、ガス（酸素含有ガスを含む）は、冷却材に近い空間内に増加されたガス圧が生成されて分散機が起動されない場合でも、冷却材内へ注入されてもよい。しかしながらこの場合、分散機の吐出孔（孔）が目詰まりすることがある。したがって、本発明の結果、即ち（安全性向上および炉プラントの稼働寿命の延長に繋がる）炉機器の信頼性向上および稼働寿命の延長、を達成するために、（冷却材に近い空間内で増加されるガス圧により）冷却材内へガスを供給する本方法の適用に際して、分散機は、何れの場合も、冷却材内に浸漬される下端における吐出孔（孔）が冷却材により周りに流れて酸化物、堆積物、皮膜、他がその内外に集積することを防止するように起動される。これは、ステップ５０８において、ガスシステムから冷却材に近い空間へ酸素含有ガスが、分散機を起動することなく冷却材に近い空間内にガス（酸素含有）の冷却材への注入をもたらすガス圧の増加を生じさせる量で供給される場合でも、好ましくは、分散機が起動されることを意味する（しかしながら、分散機を起動しない事例も本発明に含まれる）。
【００７６】
加えて、分散機を起動しない場合でもガスがそれ自体で分散機を通って冷却材に貫入するようにして冷却材に近い空間内のガス圧を制御するこの方法は、大型の気泡が形成されるために望ましくない場合があり、また、ガスシステムにおける圧力制御の精度が分散機回転速度の制御より低く、必然的に冷却材における分散機回転端部（円板）の近くで局所的に圧力が低下することに起因して確度が劣り、よって、冷却材内の酸素濃度は、起動された分散機を用いて制御することが好ましい。
【００７７】
冷却材内の酸素濃度が起動された分散機を伴う方法を用いて制御される場合、記述した本発明のステップ５０８の代替方法のうちの最初の３方法のみが使用される。これらの代替方法に共通するものは、結果、即ち酸素濃度の増加、が、冷却材に近い空間内に酸素含有ガスが存在し、かつ冷却材に近い空間から冷却材へガスを注入する分散機が起動される場合にのみ達成されることである。これらの代替方法の相違点は、単に、初期条件、即ち分散機が起動されているか、非活性化されているか、および冷却材に近い空間における酸素含有ガスの存在、である。この観点から、上述の対策の何れかが実行され、分散機により冷却材に近い空間から冷却材へ酸素含有ガスが供給されることになれば、本発明が使用されたものと考えられる。しかしながら、冷却材に近い空間への酸素含有ガスの供給は、この空間内（分散機近くの局所だけでなく空間全体も）の冷却材の内圧を超える圧力の生成によるもの、およびこのような圧力生成のないものの双方が、あらゆる事例において、冷却材に近い空間へ酸素含有ガスを供給するという結果とみなされ、よって、本発明の実施形態のうちの１つとなり、本発明の範囲および特許請求項保護の範囲に含まれる点を考慮する必要がある。
【００７８】
質量交換装置を起動（ステップ５０７）した後、または酸素含有ガスを供給しかつ／または分散機を起動（ステップ５０８）した後、酸素濃度が、例えば先と同じ方法を用いて、即ち明示された濃度を推定することによってチェックされる。図５に示されているように、これは、ステップ５０１へ戻ることによって実行可能である。ステップ５０２で推定されかつステップ５０３で比較された冷却材内の酸素濃度が許容値を想定する、またはこれを超える（他の実施形態では、許容範囲の上限に近づく／を超える）と、質量交換装置が非活性化され（ステップ５０９）、または、分散機が非活性化され、かつ／またはガスシステムから冷却材に近い空間への酸素含有ガスの供給が停止される（冷却材に近い空間における、例えば拡散プロセスに起因する酸素の自然消耗がさほど迅速に終わらなければ、または、この空間から酸素を完全に取り除く必要があれば、ガスシステムから冷却材に近い空間へ無酸素ガスが供給されてもよく、加えて、無酸素ガスは、ガスシステムから冷却材に近い空間へ即座に供給されてもよいが、これは、供給されるガスが酸素を含まないことから、酸素含有ガスの供給が終わったことを意味する）。これは、冷却材内の酸素濃度を許容範囲内に保持すること、即ち、冷却材内の酸素濃度が許容範囲の上限を超えないことを可能にする。「冷却材内の酸素濃度が許容値に等しいかこれを超える」状態の監視は、本発明の目的が酸素濃度の減少を防止することにあり、質量交換装置および分散機は、単に冷却材内の酸素濃度を増加し得るのみという事実に関連づけられる。したがって、本発明の目的を達成するためには、質量交換装置または分散機を用いて許容値に等しい、または許容値を超える冷却材内の酸素濃度を提供するだけでよく、次に、酸素濃度は、構造材料成分が酸化されるため、冷却材内の酸素の自然消耗により減少し始めて、酸素濃度が許容値より下がると質量交換装置または分散機が再起動される。
【００７９】
冷却材への酸素注入が停止された後は、冷却材内の酸素濃度が許容値範囲の下限まで減少され、よって冷却材内の酸素濃度（推定値）が許容値（好ましくは、許容値範囲の下限）を下回ると、本方法が再度適用され、即ち、質量交換装置が起動され、酸素含有ガスが供給され、かつ／または分散機が起動される。本発明による方法を循環的に再使用するために、ステップ５０７、ステップ５０８およびステップ５０９が実装された後は、ステップ５０１に進む。提示している実施形態では、ステップ５０５によって濃度に減少はなく増加していることが決定されているとしても、このステップに進む。こうした場合は、（例えば、冷却材に近い空間内に酸素含有ガスが存在し、かつガスから冷却材へ酸素が、冷却材内の酸素濃度を増加させるに足る量で貫入すれば）酸素濃度の増加は独自的であることから、ステップ５０７またはステップ５０８は不要であると考察することができる。
【００８０】
本方法の反復可能性に起因して、冷却材内酸素濃度の本方法による反復的かつ自動的な制御を保証することができ、これにより、有資格要員が介入する必要性を減じ、ある程度まで、炉プラント運転制御への要員参加を排除することができる。しかしながら、この方法が本発明に従って繰り返されない場合のオプションが存在する。例えば、ステップ５０９は、許容できる酸素濃度の回復状態の続きでなく実装されることが可能であり、質量交換装置または分散機の所定の運転時間の後にタイマが起動される。次に、制御システムは、本方法をステップ５０１から実行する、または本方法をこのステップから自動的に実行するスタンバイモードに入ってもよく、これにより、運転の反復性および自動性が保証される。これは、酸素濃度の推定が異なる要素による影響のないものでなければならず、質量交換装置または分散機が非活性化され、結果的に、読取りの瞬間にセンサ読取り値に影響を与えないことを必要とする場合に有益であり得る。
【００８１】
冷却材内の酸素濃度の、速度、値、他等の変化特性のしきい値、ならびに冷却材内の酸素濃度の許容値の変量（範囲）は、予備的な理論値または計算値を基礎として決定することができ、または、スタートアップの間の実験および調整手順またはチェック作業（またはこれらの組み合わせ）によって取得することができる。具体的なしきい値および許容値は、炉プラントの設計およびその製造フィーチャに依存し、１つの炉タイプ内であっても、動作モードまたは炉プラントの運転準備に依存して炉プラント毎に変わってもよい。炉構造材料の腐食安定性、その安全性、および炉の腐食安定性、安全性および長期運転のための十分な酸素濃度またはその増加特性の保証は、所定のしきい値および許容値を決定するための基準となり得る。
【００８２】
例えば、可能な実施形態のうちの１つにおいて、冷却材内に溶解される酸素の濃度のしきい（許容）値は、計算および実験方法を用いて決定することができ、次式：
ｌｇＣ＝−０．３３−２７９０／Ｔ＋ｌｇＣｓ＋ｌｇｊＣＰｂ，
によって計算される値を有する。ここで、Ｃは、冷却材内に溶解される酸素の濃度、単位：重量％であり、
Ｔは、回路内の冷却材の最高温度、単位：Ｋであり、
Ｃｓは、温度Ｔにおける、飽和の間に冷却材内に溶解される酸素の濃度、単位：重量％であり、
ｊは、冷却材における鉛の熱力学的活動係数、単位：逆重量％であり、
ＣＰｂは、冷却材内の鉛濃度、単位：重量％であり、
ｌｇは、常用対数（即ち、１０を底とする対数）の数学演算子である。
【００８３】
例えば、原子炉容器がＫＨ１８Ｎ１０Ｔステンレス鋼で製造され、かつビスマスを有する鉛の共融合金が冷却材として使用されれば、実行可能な最低酸素濃度は、（例えば、炉心または炉壁付近における）炉内の最高温度６２３Ｋで２．６・１０−１０重量％である可能性がある（この値は、明示されたデータ、および所定の炉プラント設計用の実験または計算方法を用いて取得されるデータを基礎として決定される）。実行可能な最低酸素濃度が炉プラントの運転に許容され、しきい（許容）値として使用され得るという事実にも関わらず、例えば、測定された酸素濃度が、実行可能な最低酸素濃度値より下に低減された、またはこの値に接近した後に遅延時間なく酸素濃度が急速に増加するとすれば、このような状況は、炉の稼働の安全性向上にとって望ましくない。
【００８４】
これに関連して、実行可能な最低酸素濃度を超えるしきい値または許容値を想定することができる。例えば、酸素濃度を６・１０−８〜６・１０−７重量％の範囲内に保つという目標を設定することができる。溶解された酸素の濃度が６・１０−８重量％のレベルまで下がれば、低い方のしきい値が達成され、よって、本発明に記述されている方法のうちの１つを用いて冷却材内の酸素濃度を増加する決定を下すことができる。この決定が下された後、冷却材内に溶解される酸素の濃度は増加し、６・１０−７重量％の値が達成されると、上側のしきい値が達成されたと決定することができ、よってその結果、冷却材内の酸素濃度の増加を停止する決定を下すことができる。実施形態によっては、上側のしきい値は使用されなくてもよく、酸素濃度の十分な増加は、酸素濃度増加プロセスの時間または他の特性を基礎として決定することができる（例えば、酸素濃度の増加は、このプロセスの開始からの持続時間が目標値を達成した後に停止されることが可能である）。
【００８５】
冷却材内の酸素濃度増加の速度、定量的および／または他の特性のしきい値は、上述の方法に等しい方法および／または本発明の背景技術から知られる他の方法を用いて決定することができる。
【００８６】
方法ステップは、好ましくは、示されかつ記述された順序で実装されるが、実施形態によっては、可能であればいつでも、これらのステップを異なる順序で、または同時に実行することができる。
【００８７】
冷却材内の酸素濃度を制御するための本方法の優位点は、下記、即ち、質量交換装置および分散機が、酸素濃度の増加速度、即ち、単位時間当たりの体積で表される酸素増分として決定され得る異なる効率（生産性）を有すること、を基礎とする。質量交換装置は、（分散機に対して）低い速度または効率の酸素濃度増加を有し、よって例えば、補正されるべき酸素濃度のしきい値からの偏差および減少速度が低い正常な動作条件下で使用されることが可能である。しかしながら、分散機は、（質量交換装置に対して）高い速度の酸素濃度増加を有し、よって例えば、異常モード（例えば、地震、他等の機械的効果の結果として酸化物膜が損傷した場合）で、または、補償されるべき酸素濃度の減少速度に一致する酸素消耗速度が高い、稼働開始における炉壁の不動態化（炉壁表面における酸化物膜形成）の間に使用されることが可能である。
【００８８】
このような分離は、一方で、質量交換装置を用いる場合の正常状態下での冷却材内酸素濃度の精密制御を可能にし、他方で、異常モードまたは他の動作モードにおいて分散機により酸素濃度を増加（または、酸素濃度の急落を補償）する機会を与える。これらの機会、即ち酸素濃度の精密制御およびその急成長（急落の補償）の双方は、炉の安全性にとって不可欠である。
【００８９】
加えて、酸素濃度を増加するためのデバイスの、要求される酸素濃度増加速度（冷却材への酸素注入効率）に依存するこのような分離は、冷却材成分酸化物を補充することなく質量交換装置の耐用寿命の延長を可能にする。これは、質量交換装置における冷却材成分酸化物の保存が、その限定的なサイズに起因して、かつ質量交換装置へのアクセスまたはその復元可能性が、炉容器を密閉する必要性から炉プラントの安全運転を保証するために限定されるという事実にも起因して限定されることから、極めて重要な指針である。したがって、冷却材内の酸素量（濃度）を増加するために異なる２つのデバイスを適用することは、消耗材料（冷却材成分の固相酸化物）の消耗による質量交換装置の故障を防止することによって炉の安全性も高め、かつ、質量交換装置における消耗材料の保存は、補償されるべき酸素濃度の減少速度が低い正常状態下でしか消耗されないことから、（炉を減圧することなく）炉プラントの安全な稼働時間を延長する。
【００９０】
炉機器を制御する上述の方法を実装するために、制御システムは、本発明に従って使用されることが可能である。図６および図７にその２つの実施形態が示されているこのような制御システムは、冷却材内の酸素濃度を推定するためのモジュール６０１と、冷却材内の酸素濃度を許容値と比較するためのモジュール６０２と、冷却材内酸素濃度の減少を推定するためのモジュール６０３と、冷却材内酸素濃度の推定された減少を比較するためのモジュール６０４と、質量交換装置を制御するためのモジュール６０５と、ガスシステムおよび／または分散機を制御するためのモジュール６０６とを含む。
【００９１】
冷却材内の酸素濃度を推定するためのモジュール６０１は、冷却材における酸素センサ１１０からデータを受信し、受信したデータを基礎として冷却材内の酸素濃度を推定し、かつ冷却材内酸素濃度の推定された値を、推定された冷却材内の酸素濃度を許容値と比較するためのモジュール６０２へ送信するように適合化される。
【００９２】
推定された冷却材内の酸素濃度を許容値と比較するためのモジュール６０２は、冷却材内の酸素濃度を推定するためのモジュール６０１から推定された冷却材内の酸素濃度を受信し、かつこれを許容値と比較するように適合化される。
【００９３】
冷却材内酸素濃度の減少を推定するためのモジュール６０３は、冷却材内酸素濃度の減少値および／または減少速度を推定するだけでなく、冷却材内酸素濃度の推定された減少値および／または減少速度を冷却材内酸素濃度の推定された減少を比較するためのモジュール６０４へ送信するように適合化される。
【００９４】
実施形態のうちの１つにおいて、冷却材内酸素濃度の減少を推定するためのモジュール６０３は、冷却材内の酸素濃度の減少を決定するように適合化されることが可能である。この場合、冷却材内酸素濃度の推定された減少値および／または減少速度は、冷却材内酸素濃度の減少を推定するためのモジュール６０３が冷却材内酸素濃度の低減を決定しているという条件で、冷却材内酸素濃度の推定された減少を比較するためのモジュール６０４へ送信されることが可能である。この時点で、冷却材内の酸素濃度の減少に関するデータを冷却材内酸素濃度の推定された減少を比較するためのモジュール６０４へ送信する必要はなく、よって冷却材内酸素濃度の推定された減少を比較するためのモジュール６０４は、仕事を開始し、モジュール６０３から冷却材内の酸素濃度の減少に関する明示されたデータを受信すると同時に質量交換装置を制御するためのモジュール６０５およびガスシステムおよび／または分散機を制御する（またはデータ処理の結果を送信する）ためのモジュール６０６の動作を制御することができる。
【００９５】
別の実施形態において、冷却材内酸素濃度の推定された減少値および／または減少速度は、冷却材内酸素濃度の推定された減少を比較するためのモジュール６０４へ常に送信されることが可能である。この場合、冷却材内酸素濃度の推定された減少を比較するためのモジュール６０４は、冷却材内酸素濃度の推定された減少値および／または減少速度の値を基礎として、酸素濃度の減少が対応する範囲内であると決定することができる（例えば、冷却材内酸素濃度の減少を特徴づける値が送信されれば、これらの特性のプラス値は、濃度減少に対応し、かつマイナス値は、濃度増加に対応する。酸素濃度の変化を特徴づける値が送信されれば、これらの特性のプラス値は、濃度増加に対応し、かつマイナス値は、濃度減少に対応する。送信される特性の選択および対応する範囲は、このシステムの主要な目的、即ち冷却材内の酸素濃度が減少する状況の改善、に適合する）。冷却材内酸素濃度の推定された減少を比較するためのモジュール６０４は、仕事を開始し、取得した値が酸素濃度の減少に対応する範囲内にあることが決定されていれば、質量交換装置を制御するためのモジュールおよびガスシステムおよび／または分散機を制御するためのモジュールの動作を制御する（または、データ処理の結果を送信する）ことができる。
【００９６】
別の実施形態において、冷却材内酸素濃度の推定された減少値および／または減少速度は、冷却材内酸素濃度の推定された減少を比較するためのモジュール６０４へ常に送信されることが可能であり、一方で、冷却材内酸素濃度の減少を推定するためのモジュール６０３は、さらに、冷却材内の酸素濃度の減少を決定し、かつ冷却材内の酸素濃度の減少の決定に関する信号を冷却材内酸素濃度の推定された減少を比較するためのモジュール６０４へ送信するように適合化される。次に、冷却材内酸素濃度の推定された減少を比較するためのモジュール６０４は、冷却材内酸素濃度の減少を推定するためのモジュール６０３からこのような信号を受信した時点で起動される（その機能を実行する）ことが可能である。
【００９７】
冷却材内酸素濃度の減少を推定するためのモジュール６０３は、詳細なデータ形式で読取り値を産出しかつ諸図に示されている差動センサの読取り値を基礎として、冷却材内の酸素濃度の減少およびこの減少の特性を決定できるようにする。しかしながら、この好適な実施形態において、冷却材内酸素濃度の減少を推定するためのモジュール６０３は、冷却材内の酸素濃度を推定するためのモジュール６０１から受信される冷却材内酸素濃度の推定値を基礎として、冷却材内の酸素濃度の減少値および／または減少速度を推定（し、規定にあれば、冷却材内の酸素濃度の減少を決定）するように適合化される。その結果、炉内に据え付けられるセンサの数が低減される。この最終的な実施形態において、冷却材内酸素濃度の推定値は、図７に示されているように、モジュール６０１からモジュール６０３へ直に、または、図６に示されているように、推定された冷却材内の酸素濃度を許容値と比較するためのモジュール６０２を介して送信されることが可能である。図６に示されているモジュール６０２とモジュール６０３との接続は、主として酸素濃度評価と許容値との比較結果をモジュール６０３へ送信するように設計されていて、（例えば、モジュール６０３が別個のセンサから冷却材内酸素濃度の変化に関するデータを受信する、またはセンサ１１０の読取り値を基礎として推定を実行する場合）冷却材内酸素濃度の推定値が送信されなくてもよいことは留意されるべきである。
【００９８】
冷却材内酸素濃度の推定された減少値を比較するためのモジュール６０４は、冷却材内酸素濃度の推定された減少値および／または減少速度を対応するしきい値と比較して、比較結果を、質量交換装置を制御するためのモジュール６０５およびガスシステムおよび／または分散機を制御するためのモジュール６０６へ送信する。冷却材内酸素濃度の推定された減少値および／または減少速度は、対応するしきい値と比較され、即ち、冷却材内酸素濃度の減少値は、冷却材内酸素濃度の減少値のしきい値と比較され、冷却材内酸素濃度の減少速度は、冷却材内酸素濃度の減少速度のしきい値と比較される。
【００９９】
推定された冷却材内の酸素濃度が許容値を下回り、かつ酸素濃度の推定された変化値および／または変化速度が対応するしきい値を下回れば、質量交換装置を制御するためのモジュール６０５は、質量交換装置１１４を起動することができる。
【０１００】
推定された冷却材内の酸素濃度が許容値を下回り、かつ酸素濃度の推定された変化値および／または変化速度が対応するしきい値を上回れば、ガスシステムおよび／または分散機を制御するためのモジュール６０６は、（酸素含有ガスが冷却材への注入を開始するためには何が必要かに依存して）冷却材に近い空間への酸素含有ガスの供給によりガスシステムを起動することができ、かつ／または分散機を起動することができる。ガスシステムを起動するために、モジュール６０６は、ガスシステムに包含される遮断バルブおよびポンプを制御することができる。
【０１０１】
加えて、推定された冷却材内の酸素濃度が許容値を想定する、またはこれを超えるという条件で、質量交換装置を制御するためのモジュール６０５は、質量交換装置を非活性化することができ、かつガスシステムおよび分散機を制御するためのモジュール６０６は、分散機を非活性化しかつ／またはガスシステムから冷却材に近い空間への酸素含有ガスの供給を停止する（または、ガスシステムから冷却材に近い空間へ無酸素ガスを供給する）ことができる。
【０１０２】
図６は、信号およびデータが１つのモジュールから次のモジュールへ、次のモジュールからその次のモジュールへ、等々と（質量交換装置１１４、ならびにガスシステムおよび／または分散機１１２へ直に接続されてその動作を制御するモジュール６０５およびモジュール６０６を除く）送信される、炉プラント機器を制御するためのデバイスの線形構造を示す。この場合、データを処理するモジュール６０１−６０４は、先行するモジュールまたはセンサから受信されるデータを基礎として、その固有の処理の結果のみを送信することができ、または、先行するモジュールまたはセンサから受信される全てのデータをその固有の処理の結果と共に次のモジュールへ送信することができる。このような実施形態において、モジュール６０５および６０６は、モジュール６０４から、対応するデバイスの起動／非活性化に関する信号、対応するデバイスの起動／非活性化を有効化／無効化する（例えば、バイナリ形式の）信号、または対応するデバイスの要求される起動の程度または範囲を示す、ゼロから最大値までの値を有し得る信号を受信することができる。
【０１０３】
図７は、モジュール６０１および６０３がその固有の処理の結果を所定のしきい値と比較するためのモジュール６０２および６０４へ送信し（図７に示されているように、モジュール６０１は、その固有の処理の結果をモジュール６０３へも送信し得るが、これは不要である）、かつモジュール６０２および６０４の処理結果が、さらに比較されて対応するデバイスの起動／非活性化を有効化すべくモジュール６０５および６０６へ送信される場合の、制御デバイスの並列構造を示す。対応するデバイスを起動／非活性化するためには、許容値を下回る冷却材内酸素濃度の減少に関するデータ（このデータは、モジュール６０２から送信される）、ならびに冷却材内酸素濃度の減少値／減少速度に関するデータ（このデータは、モジュール６０４から送信される）が要求される。
【０１０４】
加えて、本発明による制御デバイス（システム）の適切な動作は、冷却材内の酸素濃度の減少およびモジュール６０５および６０６のケイパビリティに関するデータを、このデータをモジュール６０４から受信される冷却材内酸素濃度の減少値／減少速度に関するデータから引き出し、モジュール６０４から、冷却材内の酸素濃度の減少に関する情報をこのような減少の特性と共に受信し、または、モジュール６０３から、冷却材内の酸素濃度の減少に関するデータを受信するために要求する（後者の実施形態は、図７に示されている）。図７に示されている制御デバイスの実施形態において、モジュール６０５および６０６は、作動デバイス（質量交換装置、ガスシステム（具体的には、そのバルブおよびポンプ）、分散機）を制御するだけでなく、着信するデータも分析し、かつこのデータを基礎として決定を下す。
【０１０５】
本発明による制御デバイス（制御システム）の構造は、上述の暫定オプションまたは受信されるオプションを除外または置換によって組み合わせ得る他の構成を有してもよい。図６および図７に示されている構造図、ならびに図５に示されている制御方法のブロックスキーム、図１〜図４に示されている炉プラントおよびデバイスの実施形態は、単に例示を目的とするものであり、本発明の特許主張範囲を限定することができる。単数形で示されている活動、物体、モジュール、エレメント、機器および他の属性は、プラントまたは方法においては複数でもあるように使用されていると考慮することができ、また反対に、複数形で示されていても、このような属性の使用には１つの物体または活動で足りる場合もある。
【０１０６】
制御システムは、自動式であることが可能であり、即ち、本システムは、独自に、システムが受信しかつ処理するデータを基礎として全ての決定を下しかつ実装することができる。このような自動動作は、酸素含有冷却材、酸素センサ、処理および意志決定モジュール、冷却材に影響する作動デバイスを制御するモジュールを含む閉サイクルを生成し、この効果の結果が酸素センサを用いて推定し直され、冷却材内の酸素濃度の制御に関する決定が再び下される。
【０１０７】
冷却材内酸素濃度のこのような自動制御の優位点は、有資格要員が炉プラント制御に関与する必要性をなくし得ることにある。しかしながら、これにより、正帰還が無制限である場合、制御サイクルの閉鎖性に起因して炉プラントの機能状態が許容限度を超える危険性が生じることがあり、パラメータの望ましくない偏差を制御する試みによって、望ましくない方向でパラメータの偏差がさらに大きくなる（これは、処理アルゴリズムの不完全性および機器の故障によって生じ得る）。
【０１０８】
別の実施形態において、冷却材内酸素濃度の制御システムは、データ処理および／または意志決定に関与する要員によって実装されることが可能である。このオプションは、能力の高い専門家の関与を必要とする。これは、自動デバイスとは対照的に、人間が現行状況を順応して推定し、かつ安全性および長期稼働の問題を考慮して行動計画を変更できることによって、可能な全パラメータの考慮を保証し、かつ炉プラントの危険な、または臨界的な動作モードへの切換を排除する。
【０１０９】
要員がデータを受信しかつ制御システムと相互作用できるように、炉プラントは、光インジケータ（光パネル、ディスプレイ、情報板、他）、オーディオインジケータ（スピーカ、ブザー、警報システム、他）と、その他、触覚ディスプレイ等の指示手段を装備した制御盤を有してもよい。さらに、制御盤は、必要な情報を要求し、試験しかつ制御コマンドを入力するための入力デバイスを装備することができる。入力デバイスは、ボタン、トグルスイッチ、レバー、キーボード、センサ、タッチパッド、トラックボール、マウス、センサパネルおよび本発明の背景技術から知られる他の入力デバイスであることが可能である。情報機器の多様性を考慮して、制御盤は、要員が制御盤をより便利に用いるように伸長されることが可能である。機器には、操作上の快適さとは別に、制御盤の遠隔部分への迅速かつ容易なアクセスを保証する車椅子が含まれてもよく、オペレータは、椅子が回転する前進運動によって容易に現行位置を離れて、所望される位置へ迅速に達することができる。
【０１１０】
しかしながら、制御システムには、自動的な実施形態および要員が関与する実施形態の双方に所定の欠点があることは留意されるべきである。手動制御には、炉プラントの要件に比べて要員によるデータ処理および意志決定が遅いといった欠点があり得る。他方で、完全に自動化された制御システムは、データ処理に故障があり、またはそのアルゴリズムが不完全であれば、安全でないことがある。その結果、組み合わされた制御システムの実施形態が実装されてもよく、即ち、データの処理および制御は自動モードで実行されるが、データ表示には指示手段が使用され、何れかのパラメータが許容限度を超えれば（または、許容限度に接近すれば）、または何らかの必要性が生じれば、有資格要員が自動制御システムの動作を調整し、またはこれを手動で制御することができる。
【０１１１】
制御システムのモジュールは、ハードウェアにおいて、個別の電子コンポーネント、マイクロ集積回路、プロセッサ、アッセンブリ、ラック、他を基礎として実行することができる。制御システムは、アナログ、デジタルまたはこれらの組み合わせであることが可能である。炉内に、または制御盤内に位置決めされる機器へ電気接続されてその動作を制御する、またはデータを処理するモジュールは、電圧、電流、周波数、アナログ信号からデジタル信号へ、およびその逆、の変換器と、ドライバと、電流または電圧源と、制御エレメントとを含んでもよい。これらのエレメントおよびモジュールは全て、１つまたは幾つかの取付け板上に位置決めされることが可能であり、１つのボードまたはコンポーネントを共有する、または適宜分離されることが可能であり、または、取付け板を用いることなく実行されかつ据え付けられることが可能である。
【０１１２】
制御システムのモジュールは、ソフトウェアでも実行されてもよい。この目的に沿って、プログラム可能論理を有するマイクロ集積回路、コントローラ、プロセッサおよびコンピュータをハードウェアとして用いることができ、一方で、ソフトウェアには、炉のデバイスおよび機器へ接続される指示されたマイクロ回路、コントローラ、プロセッサ、コンピュータ、他によって実行されるコマンドおよびコードを有するプログラムが含まれる。プログラムは、本発明の背景技術から知られる様々な形式で製作されることが可能な、かつコンピュータにより読み取られるデータキャリア、即ち読取り専用メモリ、ハードドライブおよびフロッピーディスク、光ディスク、フラッシュドライブ、フレームメモリ、他であることが可能なメモリユニットに記憶される。プログラムは、本発明による方法およびアルゴリズムの全体または一部を実装するためのコードまたはコマンドのチェーンを含んでもよい。マイクロ回路、コントローラ、プロセッサおよびコンピュータは、別個に位置決めされ得る、または制御盤へと包含され得る入力／出力デバイスへ接続されることが可能である。制御システムの別々のモジュールは、ソフトウェアモジュールであること、または１つまたは幾つかのプログラムへ、ならびに１つまたは幾つかのソフトウェアパッケージまたはエレメントへと組み合わされることが可能である。
【０１１３】
制御システムおよびそのモジュールは、ハードウェアおよびソフトウェアの双方として作製されてもよく、即ち、一部のモジュールまたは全てのモジュールがハードウェアにおいて実行されてもよく、かつ一部のモジュールまたは制御デバイスは、ソフトウェアとして作製されてもよい。この好適な実施形態において、炉機器（質量交換装置、ガスシステム、分散機）の制御モジュールおよびセンサを転換するためのモジュールは、ハードウェアで作製されることが可能であり、かつデータおよびコマンドを処理するため、情報を表示するため、および処理パラメータ（しきい値および許容値等）を制御するためのモジュールは、コンピュータ、プロセッサまたはコントローラを基礎とするソフトウェアとして作製されることが可能である。さらに、特殊化された集積回路を製造することもできる。このような回路は、これらの回路にダウンロードされるべきデータ処理のプログラムまたはパラメータを有する全ての必要なハードウェアエレメントを包含する。
【０１１４】
この好適な実施形態において、全ての電子エレメントおよび他のエレメントおよびコンポーネントは、電離放射線のソースであり得る原子炉プラントの一部としてのコンポーネントの稼働およびシステム全体の実施可能性を見込み、かつ事故状態においても炉の稼働制御のケイパビリティを保持しかつ悪影響を防止するために、耐放射線性にされるものとし、これにより、強化された安全性および長期的稼働寿命が保証される。
【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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【図７】
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