JP2017102010A - ガス検出器および検出器容器 - Google Patents

Abstract

【課題】可燃性ガスを検出するガス検出器の検出器容器を軽量化可能とする。【解決手段】実施形態によるガス検出器１０は、発熱源である電気ヒータ１７を備えて可燃性の目的ガスを検出するガス検出部１１と、ガス検出部１１を収容する検出器容器１２と、を有する。検出器容器１２は、ガス検出部１１を包囲して、目的ガスを透過し火炎伝播を阻止する微細な多数の貫通孔が形成された火炎阻止筒２０を備えた防爆構造である。火炎阻止筒２０は、たとえば、複数の金網が積層された積層金網を備えている。ガス検出器１０は、検出器容器１２を包囲して、ガス検出部１１または検出器容器１２に対して有害な被毒ガスの侵入を阻止して、目的ガスを透過するガスフィルター１３をさらに有してもよい。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、可燃性の目的ガスを検出するガス検出器および、それを収納するための検出器容器に関する。

たとえば、原子力発電所の重大な事故が発生した時に、原子炉格納容器内や原子炉建屋の各所の水素ガス濃度を監視することが重要となり、設計上想定される箇所に水素ガス検出器を設置して、水素濃度レベルを監視する必要がある。

水素ガス濃度を検出する水素ガス検出器として、水素検知素子（たとえばパラジウム合金）が水素を吸着することによって電気抵抗が変化する性質を利用する技術が知られている。かかる水素ガス検出器においては、水素検知素子が水素を吸着した後に、水素ガス濃度の変動に応じて、吸着した水素を水素検知素子から適宜放出する機能を安定化するために、水素検知素子の周りを一定の温度に保つ必要がある。そのために、検出器では、電気ヒータを用いて周囲温度を一定にコントロールする。

一方、この電気ヒータの故障や異常加熱により水素が酸素と反応して爆発的に燃焼する可能性があり、その場合に、水素ガス検出器容器内部爆発が生じても内部爆発に十分耐える強度をもち、水素ガス検知器容器の内部で発生した火炎がその外部に拡散して水素ガス検出器の外側に着火しないことが要求される。そのため、水素ガス検出器の内部で発生した火炎の外部への伝搬を阻止するために防爆構造とするのが一般的である。

上述の水素ガス検出器の検出器容器は、検出対象である水素ガスを透過し、しかも、内部で火炎が発生した場合にその火炎が外部に伝播するのを阻止する必要がある。さらに、内部で火炎が発生した場合に、内部圧力の上昇を抑制するために、内部のガスを外部に放出することも必要である。

そのために、金属製のたとえば直方体の容器の互いに対向する２面に、多孔質焼結金属製の窓部を設ける技術が知られている。これらの窓部は、ガスを透過し、しかも、内部で火炎が発生した場合にその火炎が外部に伝播するのを阻止する程度の、細く、かつ曲がった多数の流路が形成されている。

特開２０１３−１４０１１４号公報

上述の水素ガス検出器の検出器容器は、その内部で爆発が生じた場合に、内圧が高まり内外圧力差が大きくなる。その場合に、検出器容器は、火炎を内部に閉じ込めるための強度が必要であり、そのために、検出器容器が肉厚で重く、取り扱いに不便なものであった。

特に、検出器容器が直方体形状の場合は、内外差圧によって各面の変形が大きくなりやすく、多孔質焼結金属製の窓部の厚さを大きくせざるを得なかった。

本発明の実施形態は、上記課題を解決するものであって、可燃性ガスを検出するガス検出器の検出器容器を軽量化可能とすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の実施形態に係るガス検出器は、発熱源を備えて、可燃性の目的ガスを検出するガス検出部と、前記ガス検出部を収容する検出器容器と、を有するガス検出器であって、前記検出器容器は、前記ガス検出部を包囲して、前記目的ガスを透過し火炎伝播を阻止する微細な多数の貫通孔が形成された火炎阻止筒を備えた防爆構造であること、を特徴とする。

また、本発明の実施形態に係る検出器容器は、発熱源を備えて目的ガスを検出するガス検出部を収容し、防爆構造の検出器容器であって、前記ガス検出部を包囲して、前記目的ガスを透過し火炎伝播を阻止する微細な多数の貫通孔が形成された火炎阻止筒を備えていること、を特徴とする。

発明の実施形態によれば、可燃性ガスを検出するガス検出器を収納する検出器容器を軽量化できる。

本発明の実施形態に係るガス検出器の模式的な立断面図であり、図２のＩ−Ｉ線矢視断面図である。 図１のガス検出器のＩＩ−ＩＩ線矢視側断面図である。 図１のガス検出器の模式的な立断面図であって、密閉蓋を取り付けた状態を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るガス検出器について説明する。ここでは、原子炉格納容器内などに設置するのに適し、測定対象ガス（目的ガス）を水素ガスとする水素検出器を例にとって説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るガス検出器の模式的な立断面図であり、図２のＩ−Ｉ線矢視断面図である。図２は、図１のガス検出器のＩＩ−ＩＩ線矢視側断面図である。

ガス検出器１０は、ガス検出部１１と、ガス検出部１１を収納する検出器容器１２と、検出器容器１２の外側に着脱可能に取り付けられたガスフィルター１３とを有する。

ガス検出部１１は、絶縁材料からなる巻芯１４と、この巻芯１４の外側に互いに絶縁を保ちながらソレノイド状に巻きつけられた水素検知素子（たとえばパラジウム合金からなる抵抗線）１５および温度補償用素子（たとえば白金抵抗線）１６と、水素検知素子１５および温度補償用素子１６を囲むように配置された電気ヒータ１７と、水素検知素子１５、温度補償用素子１６および電気ヒータ１７の外側を覆うように配置された円筒状の保温材１８とを有する。巻芯１４は、たとえば、酸化アルミニウムなどの絶縁材料からなる中実または中空の円柱状のものである。

検出器容器１２は、ほぼ円筒状の容器であって、その円筒状側壁は火炎阻止筒２０を構成している。火炎阻止筒２０は、ガスを透過し、しかも火炎伝播を阻止できる構造とする。そのため、火炎阻止筒２０は、微細な多数の貫通孔が形成された構造とする。各貫通孔は途中で曲がり部が存在することが好ましい。

火炎阻止筒２０としては、たとえば、複数の金網が積層された積層金網を円筒状に曲げて用いることができる。積層金網は、たとえば、厚さ１ｍｍ以上、孔径１５０μｍ以下のものを用いることができる。さらに、市販の積層金網を円筒状に曲げたものを複数枚、同軸の筒状に重ねて配置してもよい。図示の例では、２枚の円筒状に曲げた積層金網を同軸状に重ねて配置している。このような構成とすることにより、通気性がよくしかも火炎伝播を阻止できる構造を実現できる。

検出器容器１２の両端部は、円形の平板状の、第１の端部板２１および第２の端部板２２によって閉鎖されている。

火炎阻止筒２０および端部板２１、２２は、構造強度および耐食性が高い材料、たとえばステンレス鋼製であることが望ましい。

第１の端部板２１には、貫通孔が設けられており、その貫通孔を塞ぐようにして電線取り出し口コネクタ２３が取り付けられている。電線取り出し口コネクタ２３に、ケーブル２４が接続されている。水素検知素子１５、温度補償用素子１６、電気ヒータ１７は、電線取り出し口コネクタ２３に電気的に接続され、さらに、ケーブル２４を介して、外部の計装盤４１に電気的に接続されている。計装盤４１には、電源や電気回路、データ処理装置など（図示せず）が含まれる。

第２の端部板２２には貫通孔が形成され、この貫通孔に校正用ガス供給配管２５が接続されている。校正用ガス供給配管２５には、校正用ガスボンベなどの校正用ガス供給源４０が接続され、途中に、校正用ガス供給弁２６が接続されている。

検出器容器１２内の温度および圧力それぞれを測定するための温度計３０、圧力計３１が取り付けられている。温度計３０および圧力計３１は、電線取り出し口コネクタ２３、ケーブル２４を介して、計装盤４１に電気的に接続されている。

第１の端部板２１または第２の端部板２２の一方または両方、またはそれらの一部が、火炎阻止筒２０から取り外し可能になっており、上述の水素検知素子１５、温度補償用素子１６、電気ヒータ１７、温度計３０、圧力計３１などの保守・点検や交換などを行うことができるようになっている。

ガスフィルター１３は、火炎阻止筒２０を取り囲むように配置されている。ガスフィルター１３は、雰囲気ガス中に含まれる腐食性の被毒ガスを吸着して、火炎阻止筒２０やガス検出部１１の腐食を防ぐためのものである。たとえば、被毒ガスがヨウ素ガスである場合、ガスフィルター１３は、ゼオライトなどのヨウ素吸着剤を用いることができる。

なお、ガスフィルター１３は、通常、定期的に新品と交換したり、また、取り外して洗浄などの再生を行ったりする必要があるので、ガスフィルター１３は、着脱可能なものであるのが好ましい。これにより、ガス検出器１０の設置環境に合わせて、適当なガスフィルター１３を選択して取り付けることができる。被毒ガスが存在しない環境に検出器容器１２を設置する場合などにはガスフィルター１３が不要な場合もあるので、そのような場合は、ガスフィルター１３を取り外した状態にしておけばよい。

図示の例では、ガス検出器１０は、たとえば原子炉格納容器の側壁３４（図２）の内側に固定具３５によって固定されている。固定具３５は、たとえば、検出器容器１２の第１および第２の端部板２１、２２に固定される。

さらに、検出器容器１２の上方を覆うように、液滴除け３６が側壁３４の内側に固定されている。これは、たとえば検出器容器１２を原子炉格納容器内に配置する場合、原子炉格納容器内の冷却のための格納容器スプレイ（図示せず）によるスプレイ水が検出器容器１２にかかるのを防止または抑制するためのものである。

また、検出器容器１２の表面に腐食防止用のコーティングを施すことが好ましい。さらに、ガスフィルター１３、固定具３５、液滴除け３６などの表面にも腐食防止用のコーティングを施すことがさらに好ましい。このようなコーティングにより、ヨウ素などの環境ガスによる腐食を防止または抑制することができる。コーティングは、たとえば、酸化ケイ素のコーティングを１００ｎｍ以上の厚さとする。コーティングの方法としては、ＣＶＤ（化学蒸着）やＰＶＤ（物理蒸着）などが利用できる。また、硫化水素や塩素による腐食に特に対処する必要がある場合には、防食材を検出器容器１２の外面に溶着させることもできる。

つぎに、ガス検出器１０の動作について説明する。

ガス検出器１０によってガス濃度を検出する通常動作時において、水素検知素子１５および温度補償用素子１６に電流が流されている。検出器容器１２の外側の環境ガス中の目的ガス（水素ガス）は、ガスフィルター１３および火炎阻止筒２０を通じて水素検知素子１５および温度補償用素子１６に接する位置まで流入する。このとき、校正用ガス供給弁２６は閉じている。

検出器容器１２内の水素を水素検知素子１５が吸蔵することにより、水素濃度の変化に応じて、水素検知素子１５の電気抵抗が変化する。この水素検知素子１５の電気抵抗の変化を、温度補償用素子１６の抵抗と比較することによって水素濃度を検出することができる。

また、このとき、電気ヒータ１７に電流が流されて発熱し、水素検知素子１５の温度は約３００℃に保持される。水素検知素子１５は、約３００℃に保持されることにより、水素の吸着および放出を可逆的に継続することができる。保温材１８の存在により、電気ヒータ１７で発生した熱の無駄な放出が抑制され、また、水素検知素子１５をほぼ均一に保温することができる。

また、このとき、温度計３０および圧力計３１により、検出器容器１２内の温度および圧力が計測できる。

水素検知素子１５および温度補償用素子１６の電圧および電流を測定し、さらに、検出器容器１２内の温度および圧力を測定した結果に基づいて、水素濃度を計測することができる。

つぎに、このガス検出器１０の校正方法について説明する。

図３は、図１のガス検出器の模式的な立断面図であって、密閉蓋を取り付けた状態を示す図である。

ガス検出器１０の校正に当たっては、図３に示すように、ガスフィルター１３の外側を密閉蓋５０で覆い、ガス検出部１１の雰囲気を外部から隔離する。そして、校正用ガス供給弁２６を開き、校正用ガス供給源４０から校正用ガス供給配管２５を通じて校正用ガスを検出器容器１２内に導入する。これにより、校正用ガス供給源４０から供給された目的ガスを含む既知の雰囲気の中でガス検出部１１を動作させ、ガス検出部１１の校正を行うことができる。しかも、ガス検出器１０を設置した状態で、簡単に校正できる。

以上説明した本発明の実施形態に係るガス検出器１０によれば、可燃性ガスを検出するガス検出器の検出器容器において、目的ガスを透過し火炎伝播を阻止する微細な多数の貫通孔が形成された火炎阻止筒を備えた防爆構造とすることにより、検出器容器を軽量化できる。

上記説明では検出器容器１２はほぼ円筒状としたが、必ずしも円筒状でなくてもよい。内外圧力差による力を均等に受けやすい形状であれば、横断面の形状が楕円形や五角形以上の多角形の筒状であってもよい。

上記説明では、火炎阻止筒２０の構成材料として積層金網を用いるものとしたが、変形例として、たとえば、火炎阻止筒２０の構成材料に、従来の火炎伝播阻止窓と同様の多孔質の焼結金属を用いることもできる。

また、火炎阻止筒２０の構成材料として、孔開け加工した金属や陶器を用いることもできる。たとえば、厚さ１ｍｍのステンレス鋼製の平板に直径１μｍの多数の貫通孔を一定間隔で開け、その後、この平板を円筒状に曲げて火炎阻止筒２０とすることもできる。

上記説明では、第１の端部板２１に電線取り出し口コネクタ２３を取り付け、第２の端部板２２に校正用ガス供給配管２５を取り付けるものとしたが、変形例として、一方の端部板に電線取り出し口コネクタ２３および校正用ガス供給配管２５の両方を取り付けることもできる。また、複数の電線取り出し口コネクタ２３のうちの一部を第１の端部板２１に取り付け、残りを第２の端部板２２に取り付けることもできる。

以上、原子炉格納容器内などに設置するのに適した水素検出器を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。設置する場所は原子炉格納容器内以外でもよい。

検出対象は、水素ガスに限らず、可燃性のガスであれば適用可能である。また、上記説明では、ガスの着火源（発熱源）として電気ヒータを想定したが、ヒータがなくても、たとえば電気品の放電なども着火源（発熱源）となりうる。したがって、そのような状況においても本発明を適用できる。

以上、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。

１０：ガス検出器、１１：ガス検出部、１２：検出器容器、１３：ガスフィルター、１４：巻芯、１５：水素検知素子、１６：温度補償用素子、１７：電気ヒータ（ヒータ、発熱源）、１８：保温材、２０：火炎阻止筒、２１：第１の端部板、２２：第２の端部板、２３：電線取り出し口コネクタ、２４：ケーブル、２５：校正用ガス供給配管、２６：校正用ガス供給弁、３０：温度計、３１：圧力計、３４：側壁、３５：固定具、３６：液滴除け、４０：校正用ガス供給源、４１：計装盤、５０：密閉蓋

Claims (11)

1. 発熱源を備えて、可燃性の目的ガスを検出するガス検出部と、
   前記ガス検出部を収容する検出器容器と、
   を有するガス検出器であって、
   前記検出器容器は、
   前記ガス検出部を包囲して、前記目的ガスを透過し火炎伝播を阻止する微細な多数の貫通孔が形成された火炎阻止筒を備えた防爆構造であること、
   を特徴とするガス検出器。
2. 前記火炎阻止筒は、複数の金網が積層された積層金網を備えていることを特徴とする請求項１に記載のガス検出器。
3. 前記火炎阻止筒は、焼結金属を含むことを特徴とする請求項１に記載のガス検出器。
4. 前記検出器容器を包囲して、前記ガス検出部または前記検出器容器に対して有害な被毒ガスの侵入を阻止して、前記目的ガスを透過するガスフィルター、
   をさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のガス検出器。
5. 前記ガスフィルターは前記検出器容器に対して着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載のガス検出器。
6. 前記検出器容器は、前記火炎阻止筒の両端を閉鎖する２枚の平板状の端部板を備え、
   前記端部板の少なくとも一方側には、電線取り出し口コネクタと、前記電線取り出し口コネクタを介して前記ガス検出部と電気的に接続されたケーブルと、
   を有し、
   前記端部板の他方側には、貫通して延びて、前記ガス検出部の校正時に当該ガス検出部に外部から校正用ガスを供給可能な校正用ガス供給配管を有すること、
   を特徴とする請求項５に記載のガス検出器。
7. 前記ガス検出部の校正時に前記火炎阻止筒全体を外側から気密に囲むことができるように開閉可能に構成された密閉蓋をさらに有すること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のガス検出器。
8. 前記検出器容器の外側に配置されて前記検出器容器に外側からの液滴がかかるのを抑制する液滴除けをさらに有すること、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のガス検出器。
9. 前記検出器容器の外面に腐食防止用のコーティングが施されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のガス検出器。
10. 前記目的ガスは水素ガスを含み、
    前記ガス検出部は、
    水素ガスを吸蔵することによって電気抵抗値が変化する水素検知素子と、
    前記発熱源として前記水素検知素子を加熱するヒータと、
    を含むこと、を特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載のガス検出器。
11. 発熱源を備えて目的ガスを検出するガス検出部を収容し、防爆構造の検出器容器であって、
    前記ガス検出部を包囲して、前記目的ガスを透過し火炎伝播を阻止する微細な多数の貫通孔が形成された火炎阻止筒を備えていること、
    を特徴とする検出器容器。

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