(57)【要約】【課題】水素濃度測定装置において、測定対象ガスの組成である湿度の変化による測定誤差を補正して高精度な水素濃度測定を実現する。【解決手段】原子力発電所の水素と酸素との再結合器の出口から取得したサンプリングガス１を流すサンプリングライン２に水素濃度測定器１２の水素濃度検出器７を設置し、その設置位置の上流側に酸素濃度測定器１１の酸素濃度検出器５と圧力測定器１０の圧力検出器４と湿度測定器９の湿度検出器３とを設置し、各測定器による測定結果が補正演算部１３に入力されるようにし、その補正演算部１３で、酸素濃度と圧力と湿度に対する水素濃度の補正値との相関から各測定結果に対応した水素濃度測定値の補正値を測定した水素濃度測定結果に加減して水素濃度測定の精度を向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象のサンプリングガスが通るサンプリングラインに水素濃度検出器を設置した水素濃度測定装置において、
前記水素濃度検出器の設置位置よりも前記サンプリングガスの流れの上流側にて前記サンプリングラインと同一のラインに設置した前記サンプリングガスの湿度を検出する湿度検出器と、
前記水素濃度検出器による水素濃度測定値を前記湿度検出器による湿度測定値に基づいて補正する補正演算部を備えることを特徴とする湿度補正機能付水素濃度測定装置。
【請求項２】
請求項１において、前記補正演算部は、湿度の影響を補正する前の水素濃度から、水素濃度補正値と湿度との相関から求めた前記湿度測定値に対応した水素濃度補正値を差し引く演算機能を有することを特徴とする湿度補正機能付水素濃度測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、前記水素濃度検出器の設置位置よりも前記サンプリングガスの流れの上流側にて前記サンプリングラインと同一のラインに設置した前記サンプリングガスの酸素濃度と圧力と温度との少なくとも一つを検出する他の検出器を備え、
前記補正演算部は、前記水素濃度検出器による水素濃度測定値を前記湿度測定値と前記他の検出器による測定値とに基づいて補正する演算機能を備えることを特徴とする湿度補正機能付水素濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は湿度が変動するサンプリングガス内の水素濃度を測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所のうち沸騰水型炉を有する原子力発電所において、同発電所内の空気抽出器から発生する排ガスには大量の水素分子及び酸素分子が含まれている。前記水素分子及び酸素分子は再結合器により水分子に結合され、結合により発生した水分は除湿冷却器で除湿される。除湿された排ガスは、活性炭式希ガスホールドアップ塔において適切な処理をされた後に発電所構外に排気される。
【０００３】
再結合器での水素と酸素の結合機能が健全に機能していることを監視することを目的として、再結合器出口から採取したサンプリングガス内の水素濃度を測定するための水素濃度測定装置が設けられている。
【０００４】
水素濃度は、サンプリングガスのプロセス圧力，温度等に依存する。このため、水素濃度測定装置では、水素濃度を検出するための水素濃度検出器と共に、水素濃度検出器で検出した信号を、任意の入力信号で補正することができる補正演算部を設置して、補正された水素濃度値を計測できるようになっている。
【０００５】
従来の技術では、原子炉格納容器内雰囲気モニタにおいてサンプリングガスのプロセス圧力や温度を補正信号として用いる測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
燃料電池システムに係るものであるが、湿度と湿度補正式で規格化出力を補正して湿気を含む大気などと混合した状態の水素などの被検出対象ガスの濃度を求めることは公知である（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
排気ガス測定装置のガスクロマトグラフに係るものであるが、濃度検出装置と湿度検出装置によって検出した値に基づいてガスクロマトグラフでの分析値に補正を行う補正演算部を備えることは公知である（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
水素検出システムにかかわるものであって、取り込んだ気体中の水素成分を水にし、水の生成反応後に水素反応部より排出された気体中の水分量を湿度計により測定し、この測定値に基づいて水素量を検知することが公知である（例えば、特許文献４参照）。
【０００９】
ヒータ内蔵型ガスセンサのヒータ制御装置に係るものであるが、水素ガスセンサの設置位置より上流側に湿度センサを設けて、水素ガスセンサよりも上流側での被検出ガスの湿度（湿度検出値）が所定のヒステリシスを有する閾湿度以上であるか否かの判定結果に応じて水素ガスセンサのヒータへの通電の開始および停止を制御することが公知である（例えば、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−２７８４号公報
【特許文献２】特開２００４−３５４２１０号公報
【特許文献３】特開２００８−２１６０２５号公報
【特許文献４】特開平７−３２５０７５号公報
【特許文献５】特開２００９−１２８２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
水素濃度検出器はサンプリングガスのプロセス圧力や温度だけでなく湿度にも依存する。また、水素濃度測定装置は正確な計測を行うために実際の計測と同じ圧力で校正を行うが、実プロセス時に校正時と異なる圧力となり圧力による測定誤差が生じていた。また、湿度の変動は水素濃度検出器の指示値に大きく変化を与えるため、従来は水素濃度検出器の上流に除湿器を設置してサンプリングガス内の湿分を除去するようにしていた。しかし、実際には完全に湿分を除去することができないため、湿度による測定誤差があった。そのため、特許文献１のように温度を補正信号として校正しても測定誤差が解消できない。
【００１２】
また、特許文献２に記載のものは、発熱素子に流す電流を変化させることでガス検出と湿度検出を一つの素子で実現しているが、この方法では水素濃度を断続的にしか測定できない。ところが、原子力発電所では、気体廃棄物処理系の水素濃度を監視する目的のため水素濃度の連続測定が要求されるため、特許文献２に記載のものでは、前述の要求を満たせない。
【００１３】
また、特許文献３に記載のものは、排気ガスの検出ライン（特許文献３の供給管１３ａ〜ガスクロマトグラフ２のライン）と湿度の検出ライン（特許文献３の排ガス供給管１７ａ〜湿度計４のライン）が分かれている。このように、検出ラインが異なると、ガス状態が異なる可能性があるので、補正精度に難点がある。
【００１４】
また、特許文献４に記載のものは、水素を反応させて水とし、水分量から水素濃度を検出しているので、反応しきれなかった水素を測定することができないことにより水素濃度の計測精度に問題点がある。
【００１５】
また、特許文献５に記載のものは、センサでの結露を防止するヒータを制御する情報を取得するために湿度センサが取り付けられているものであって、湿度指示値を水素濃度計の指示値の補正データとして使用するものではなく、計測精度の向上を達成するものではない。
【００１６】
従って、本発明の目的は、水素濃度の計測を連続的に且つ精度良く行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の目的を達成するための手段は、測定対象のサンプリングガスが通るサンプリングラインに水素濃度検出器を設置した水素濃度測定装置において、前記水素濃度検出器の設置位置よりも前記サンプリングガスの流れの上流側にて前記サンプリングラインと同一のラインに設置した前記サンプリングガスの湿度を検出する湿度検出器と、前記水素濃度検出器による水素濃度測定値を前記湿度検出器による湿度測定値に基づいて補正する補正演算部を備えることを特徴とする湿度補正機能付水素濃度測定装置である。
【発明の効果】
【００１８】
同一のサンプリングラインに水素濃度検出器とその上流側に湿度検出器を設けて、水素濃度検出器から発せられる熱の影響を受けることなく、また共通のサンプリングガスの状態で湿度と水素濃度を測定して、湿度変動により補正演算部で水素濃度測定値を補正し、もって連続且つ高精度な水素濃度計測を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例による水素濃度測定装置の系統図である。
【図２】本発明の実施例による水素濃度測定値の補正処理のフロー図である。
【図３】本発明の実施例での水素濃度補正値の湿度依存性を示すグラフ図である。
【図４】本発明の実施例での水素濃度補正値の酸素濃度依存性を示すグラフ図である。
【図５】本発明の実施例での水素濃度補正値の圧力依存性を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施例では、測定対象のサンプリングガス１が通るサンプリングライン２に水素濃度検出器７を設置した水素濃度測定装置において、水素濃度検出器７の設置位置よりもサンプリングガス１の流れの上流側にてサンプリングライン２と同一のラインに設置したサンプリングガス１の湿度を検出する湿度検出器３と、水素濃度検出器７による水素濃度測定値を湿度検出器３による湿度測定値に基づいて補正する補正演算部１３を備え、補正結果を表示手段である指示部１５に表示すると共に、警報回路１４を通じて記録・警報のための濃度信号を外部へ出力している。
【００２１】
これにより、水素濃度測定値をサンプリングガスの湿度により補正することにより、湿度による測定誤差が少ない水素濃度測定装置を、測定の連続性や補正精度を犠牲にせずに提供できる。
【実施例１】
【００２２】
以下に本発明の実施例を各図に基づいて一層具体的説明する。図１は本発明の実施例１による水素濃度測定装置の系統を示している。
【００２３】
原子力発電所のうち沸騰水型炉を有する原子力発電所において、その発電所内の空気抽出器から発生する排ガスに大量に含まれる水素分子及び酸素分子を再結合器により水分子に結合させ、その結合により発生した水分は除湿冷却器で除湿している。除湿された排ガスは、活性炭式希ガスホールドアップ塔において適切な処理をされた後に発電所構外に排気される。
【００２４】
その再結合器で水素分子と酸素分子の結合機能が健全に機能していることを監視することを目的として、再結合器出口から採取したサンプリングガス１内の水素濃度を測定するための水素濃度測定装置が設けられている。
【００２５】
また、原子力発電所では、気体廃棄物処理系の水素濃度を監視する目的のため、その気体廃棄物処理系出口から採取したサンプリングガス１内の水素濃度を連続測定することが要求されているので、その気体廃棄物処理系出口から採取したサンプリングガス１内の水素濃度を連続測定する水素濃度測定装置が設けられている。
【００２６】
水素濃度測定装置は、図１に示すように、測定対象のガスを排出する機器の出口からその測定対象のガスをサンプリングガス１としてサンプリングライン２に流す。そのサンプリングガス１が流れる方向はサンプリングガス１の矢印の向く方向である。サンプリングライン２はサンプリングガス１が管内を流れる配管にて構成される。
【００２７】
サンプリングライン２には、流量計６と定流量弁８が装備され、その両者の間のサンプリングライン２の部分には、水素濃度測定器１２の水素濃度検出器７がサンプリングライン２を流れるサンプリングガス１内の水素濃度を検出できるように設置されている。
【００２８】
水素濃度検出器７が設置されたサンプリングライン２と同一のサンプリングライン２上には、湿度測定器９の湿度検出器３と圧力測定器１０の圧力検出器４と酸素濃度測定器１１の酸素濃度検出器５とが、サンプリングライン２内を流れるサンプリングガス１を測定対象とするように設ける。
【００２９】
それら各検出器の設置位置は、水素濃度検出器７の設置位置よりもサンプリングガスの流れの上流側に設置される。このような設置位置関係によって、水素濃度検出器７が加温部を備える形式の検出器であっても、その加温部からの熱或いは温度影響を受けない状態で、源流状態での各検出器による検出が行え、その検出結果に基づく水素濃度測定値の校正を行った際の校正精度を維持できるように考慮されている。
【００３０】
湿度測定器９と圧力測定器１０と酸素濃度測定器１１と水素濃度測定器１２とは、補正演算部１３へ測定結果が入力されるように補正演算部１３へ接続されている。その補正演算部１３には、補正演算部による補正結果を表示する指示部１５と、記録や警報するための濃度信号を外部へ出力する警報回路１４とが接続されている。
【００３１】
このような構成の水素濃度測定装置では、以下のような作用を有する。即ち、サンプリングライン２を流れるサンプリングガス１は、定流量弁８と流量計６により圧力および流量を一定に維持され、湿度検出器３および酸素濃度検出器５および水素濃度検出器７および圧力検出器４が動作状態にされる。これで湿度と酸素濃度と水素濃度をそれぞれ検出する。また、圧力検出器４によりサンプリングガス１の圧力も検出する。
【００３２】
湿度測定器９は湿度検出器３からの検出信号を受けて湿度を表す湿度信号を、同じく酸素濃度測定器１１は酸素濃度検出器５からの検出信号を受けて酸素濃度を表す酸素濃度信号を、同じく水素濃度測定器１２は水素濃度検出器７からの検出信号を受けて水素濃度を表す水素濃度信号を、同じく圧力測定器１０は圧力検出器４からの検出信号を受けて圧力を示す圧力信号を、それぞれ補正演算部１３に入力する。
【００３３】
その補正演算部１３は、後述のように水素濃度信号の値に補正を加えて、指示部１５に補正結果を出力して補正後の水素濃度信号を指示部１５に表示し、これと共に、警報回路１４を通して記録・警報のため水素濃度信号を外部に出力する。
【００３４】
これにより、水素濃度検出器７から出力される検出信号がサンプリングガス１の湿度変化により変動した場合でも、補正演算部１３にて水素濃度信号に補正を加えて測定誤差を極小に保つことができ、より高精度な水素濃度測定ができる。
【００３５】
次に補正演算部１３で水素濃度指示値の湿度・圧力・酸素による影響を補正する流れを図２に示す。図２の各ステップＳ１〜Ｓ３を経て湿度と酸素濃度と圧力に関する補正を補正前の測定時の水素濃度に加えて補正後の水素濃度を、湿度と酸素濃度と圧力による影響を補正した濃度として取得する。
【００３６】
その補正を行う前に、原子力発電所で使用する水素濃度計は実際に測定を行うサンプリングラインに水素濃度検出器を取り付け、測定レンジの下限と上限を決定するために、測定レンジの下限・上限に相当する組成が既知のガスを流し、計器の出力を調整する。
【００３７】
即ち、まずは実際に測定を行うサンプリングラインに水素濃度検出器を取り付け、計器の出力を組成が既知のガスで調整する。その調整をする時を校正時という。次に、実際に湿度が未知のサンプリングガスをサンプリングラインに流し、プラント運転時に水素濃度を測定する。その実際の測定を行う時を測定時という。酸素濃度や圧力の計器の出力についても同様な校正時と測定時のデータを取得しておく。
【００３８】
まず、図２のステップＳ１において水素濃度検出器７および水素濃度測定器１２によって計測された水素濃度Ｈ１と湿度から湿度による影響を補正する。
【００３９】
図３に水素濃度補正値の湿度依存性を示す。なお、横軸に湿度を、縦軸に水素濃度補正値を示す。校正時の湿度と測定時の湿度の偏差をａ１、このときの水素濃度計補正値は図３よりｋ１となる。このとき、湿度による補正を行った水素濃度Ｈ２は次の式で表される。
Ｈ２＝Ｈ１−ｋ１          …（１）
【００４０】
この式（１）により湿度による補正が行われる。
【００４１】
ここで具体的な補正の一例について湿度の例で説明すれば、次の通りである。水素濃度の指示値のシフト量、即ち水素濃度補正値をｋ１、湿度をｘとして以下の相関があることが求められた。ただし、湿度１４.４％のときを基準とし、このときｋ１＝０とする。
ｋ１＝０.２２４５ｘ2＋０.２０２１ｘ−０.０３３８
【００４２】
校正時の湿度が１４.４％、測定時の湿度が９０.０％、測定時の水素濃度計指示値が１.０％であるとすると、上記式よりｋ１＝０.３３％となる。また、Ｈ１＝１.０％よって式（１）よりＨ２＝１.０−０.３３＝０.６７％となる。この補正によって湿度による影響を補正した水素濃度を示すこととなる。
【００４３】
次に、図２のステップＳ２において湿度補正された水素濃度と酸素濃度から酸素による影響を補正する。
【００４４】
図４に水素濃度補正値の酸素濃度依存性を示す。なお、横軸に酸素濃度を、縦軸に水素濃度補正値を示す。校正時の酸素濃度と測定時の酸素濃度の偏差をａ２、このときの水素濃度補正値は図４よりｋ２となる。酸素濃度による補正を行った水素濃度Ｈ３は次の式で表される。
Ｈ３＝Ｈ２−ｋ２          …（２）
【００４５】
この式（２）により酸素濃度による補正が行われる。
【００４６】
次に、図２のステップＳ３おいて湿度補正・酸素濃度補正された水素濃度と圧力から圧力による影響を補正する。
【００４７】
図５に水素濃度補正値の圧力依存性を示す。なお、横軸に圧力を、縦軸に水素濃度補正値を示す。校正時の圧力と測定時の圧力の偏差をａ３、このときの水素濃度補正値は図５よりｋ３となる。圧力による補正を行った水素濃度Ｈ４は次の式で表される。
Ｈ４＝Ｈ３−ｋ３          …（３）
【００４８】
この式により圧力による補正が行われる。
【００４９】
また、湿度補正と酸素濃度補正と圧力補正された水素濃度と温度から温度による影響を補正することを、温度変動がある場合など必要な場合に応じて行う。この補正についても、ステップ２，３に関連して説明した補正と同様に、水素濃度計の出力のシフト量と温度の相関をあらかじめ求めておき、実際のプラント運転時に出力のシフト量を差し引くことで補正する。
【００５０】
このような温度による影響を補正する場合には、水素濃度検出器７よりも上流側のサンプリングライン２の途中にサンプリングガス１の温度を検出できるように温度測定器の温度検出器を取り付け、その検出結果を補正演算部１３に入力するように構成する。
【００５１】
このようにして、本来であれば、校正時の圧力・湿度・温度・酸素濃度はプラント運転時と同じになるよう、校正用ガスを選定するが、実際にはプラントの運転状況やサンプリングガスの組成の変化によって校正時と異なる圧力・湿度・温度・酸素濃度となるので、水素濃度計の出力のシフト量と圧力・湿度・温度・酸素濃度の相関をあらかじめ求めておき、実際のプラント運転時に出力のシフト量を差し引くことで補正するようにしている。
【００５２】
以上、図２のステップＳ１からステップＳ３、あるいはそれに温度による影響の補正ステップを加えた各ステップの補正を行うことにより、高精度に水素濃度を計測することが可能になる。なお、各ステップの補正はどの順であってもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、原子力発電所に設置された酸素と水素との再結合器の出口から排出されるガスをサンプリングして、そのガス中の水素濃度を測定する設備に利用可能性がある。
【符号の説明】
【００５４】
１  サンプリングガス
２  サンプリングライン
３  湿度検出器
４  圧力検出器
５  酸素濃度検出器
６  流量計
７  水素濃度検出器
８  定流量弁
９  湿度測定器
１０  圧力測定器
１１  酸素濃度測定器
１２  水素濃度測定器
１３  補正演算部
１４  警報回路
１５  指示部
【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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