JPH0788344A - 混合ガス製造装置および雰囲気制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 請求項１に記載の発明は、一定量の水を供給
する水供給手段と、前記水供給手段から供給される水を
気化して水蒸気にする気化手段と、前記気化手段により
得られた水蒸気と水素ガスとを混合する混合手段とを有
することを特徴とする混合ガス製造装置である。 【効果】 請求項１に記載の発明によると、運転中にお
ける条件変更が容易で、高い精度で制御された所望の混
合比を有し、酸素分圧の維持された雰囲気の制御に好適
な、水素ガスと水蒸気とを含有する混合ガスを容易に製
造することができる、小型で便利なかつ実用性に優れる
混合ガス製造装置を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、混合ガス製造装置お
よび雰囲気制御方法に関し、更に詳しくは、運転中にお
ける条件変更が容易で、高い精度で制御された所望の混
合比を有し、酸素分圧の維持された雰囲気の制御に好適
な、水素ガスと水蒸気とを含有する混合ガスを容易に製
造することができる、小型で便利なかつ実用性に優れる
混合ガス製造装置、およびかかる混合ガス製造装置を用
いることにより、容易にかつ簡便に、所望の酸素分圧に
維持される雰囲気を制御することができる雰囲気制御方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】核燃料体
である二酸化ウランの燒結、酸化物の高温における平衡
など、酸素の存在状態に直接影響を受ける物質の物性測
定を行う場合、測定を行う雰囲気中の酸素分圧を制御す
る必要がある。

【０００３】従来、雰囲気中の酸素分圧を制御する方
法、特に低い酸素分圧に維持される雰囲気を制御する方
法として、以下の方法が知られている。すなわち、水素
ガスで水をバブリングした後、これを一定の温度に保温
したオイルバス中に通すことにより、前記温度における
飽和水蒸気圧に相応する混合比を有する、水素ガスと水
蒸気との混合ガスを製造する。そして、この混合ガス
を、低い酸素分圧に維持されることを要する雰囲気中に
導入することにより、前記雰囲気を一定の酸素分圧に制
御する方法である。この場合、前記混合ガスにおける混
合比の変更は、圧力を一定に維持したまま前記オイルバ
スの温度を制御することにより行われていた。

【０００４】しかしながら、かかる従来の方法において
は、以下のような問題がある。即ち、所定の混合比を有
する、水素と水蒸気との混合ガスを製造するのに、圧力
とオイルバスの温度とを一定に制御しなければならない
ので、装置全体が大掛かりになる。しかも、前記混合ガ
スにおける混合比の変更は、前記オイルバスの温度を変
更し、かつ制御することにより行うので容易ではなく、
装置を一旦運転してしまうと、その条件を変更するのは
困難である。その結果、高い精度で制御された所望の混
合比を有する混合ガスを容易に製造することができず、
所望の酸素分圧に維持される雰囲気を容易に制御するこ
とはできないという問題である。

【０００５】この発明は、運転中における条件変更が容
易で、高い精度で制御された所望の混合比を有し、酸素
分圧の維持された雰囲気の制御に好適な、水素ガスと水
蒸気とを含有する混合ガスを容易に製造することができ
る、小型で便利な実用性に優れる混合ガス製造装置、お
よびかかる混合ガス製造装置を用いることにより、容易
にかつ簡便に、所望の酸素分圧に維持される雰囲気を制
御することができる雰囲気制御方法を提供することを目
的とする。

【０００６】

【前記課題を解決するための手段】前記課題を解決する
ための請求項１に記載の発明は、一定量の水を供給する
水供給手段と、前記水供給手段から供給される水を気化
して水蒸気にする気化手段と、前記気化手段により得ら
れた水蒸気と水素ガスとを混合する混合手段とを有する
ことを特徴とする混合ガス製造装置であり、前記請求項
２に記載の発明は、前記気化手段が加熱装置を有してな
る前記請求項１に記載の混合ガス製造装置であり、前記
請求項３に記載の発明は、前記気化手段が超音波発生装
置を有してなる前記請求項１に記載の混合ガス製造装置
であり、前記請求項４に記載の発明は、前記請求項１に
記載の混合ガス製造装置により得られる混合ガスを酸素
分圧制御雰囲気に導入することを特徴とする雰囲気制御
方法である。

【０００７】

【作用】この発明に係る混合ガス製造装置においては、
水供給手段から一定量の水が気化手段に供給される。前
記水は前記気化手段により気化され、水蒸気にされる。
前記気化手段により得られた水蒸気は、混合手段により
水素ガスと共に混合される。水素と水蒸気とを含有する
混合ガスが製造される。

【０００８】

【実施例】以下に、この発明に係る混合ガス製造装置お
よび雰囲気制御方法につき図面を参照しながら説明す
る。前記雰囲気制御方法は、前記混合ガス製造装置を用
いて行なわれる。なお、この発明は以下の実施例に何ら
限定されるものではない。

【０００９】（実施例）図１は、この発明に係る混合ガ
ス製造装置を用いた雰囲気制御方法の一実施例を示す概
略説明図である。

【００１０】この実施例における混合ガス製造装置１
は、水供給手段２と気化手段３と混合手段４とを有す
る。前記混合ガス製造装置１を用いて雰囲気の制御を行
うには、前記混合ガス製造装置１により製造された混合
ガスを酸素分圧制御室５に導入する。この実施例におい
ては、前記混合ガス製造装置１により製造された混合ガ
スを前記酸素分圧制御室５に導入するために、前記混合
手段４と前記酸素分圧制御室５とが接続されている。

【００１１】前記水供給手段２は、一定量の水を気化手
段に供給する。この実施例においては、前記水供給手段
２は定量ポンプである。前記定量ポンプは、一定量の水
を吐出し、その吐出量を適宜に変更することができるよ
うに構成されている。前記吐出量は、通常０．１〜５０
ｃｃ／分である。前記定量ポンプにおける、一端は水源
に接続され、他端は気化手段に水を供給するための水供
給管を介して前記気化手段３に接続される。

【００１２】前記気化手段３は、前記水供給手段２から
供給される水を気化して水蒸気にする。この実施例にお
いては、前記気化手段３は、図２に示すように、水供給
管２ａと流出入可能にかつ直交するように接続される水
蒸気供給管３ｃと、前記水蒸気供給管３ｃにおける前記
水供給管２ａが接続された部分に対向する位置に設けら
れる加熱器３ａと、前記水蒸気供給管３ｃの外周に設け
られたヒーター３ｂとを有する蒸発装置である。前記加
熱器３ａは、接触した水を瞬時に気化させる強制気化用
加熱板を有してなる。前記強制気化用加熱板は、前記水
供給手段２から送られてくる水を瞬時に気化させること
ができる温度に維持される。前記温度が前記水を瞬時に
気化させることができる温度よりも低いと、製造される
混合ガスを希望する酸素分圧に維持することができない
ことがある。前記水蒸気供給管３ｃにおける、一端はキ
ャリアガスのボンベに接続され、他端は混合手段４に接
続される。前記キャリアガスのボンベは、精度よくかつ
簡便に所望の流量を供給することができるように構成さ
れている。この実施例においては、前記キャリアガスは
アルゴンガスである。前記ヒーター３ｂは、前記水蒸気
供給管３ｃ内に生じた水蒸気が凝結、結露しない程度に
前記水蒸気供給管３ｃを加熱することができるように温
度設定される。前記温度が低いと、製造される混合ガス
を未飽和の状態に維持することができず、酸素分圧の変
動を引き起こすことがある。

【００１３】前記混合手段４は、前記気化手段３により
得られた水蒸気と、水素ガスとを混合する。この実施例
においては、前記混合手段４は、前記気化手段３におけ
る水蒸気供給管３ｃと流出入可能にかつ直交するように
接続される混合ガス供給管と、前記混合ガス供給管にお
ける一端に接続される水素ガスのボンベと、前記混合ガ
ス供給管の外周に設けられたヒーターとを有してなる。
前記水素ガスのボンベは、精度よくかつ簡便に所望の流
量を供給することができるように構成されている。な
お、この実施例における前記水素ガスのボンベは、水素
ガスと窒素ガスとを含有するガスのボンベである。前記
ヒーターは、前記混合ガス供給管内に存在する水蒸気が
凝結、結露しない程度に前記混合ガス供給管を加熱する
ことができる温度に設定される。前記温度が低いと、製
造される混合ガスを未飽和の状態に維持することができ
ず、酸素分圧の変動を引き起こすことがある。なお、こ
の実施例においては、前記混合ガス供給管の他端は、酸
素分圧制御室５に接続される。前記混合手段４におい
て、所定の混合比を有する未飽和の混合ガスが製造され
る。

【００１４】前記酸素分圧制御室５は、一定の低い酸素
分圧に維持されることを要する雰囲気の空間である。こ
の実施例においては、前記酸素分圧制御室５は、核燃料
体である二酸化ウランの燒結を行うための燒結炉であ
る。前記燒結炉内の温度は、通常１，５００〜１，８０
０℃である。前記酸素分圧制御室５を制御するには、前
記混合ガス製造装置１により製造された混合ガスを前記
酸素分圧制御室５内に導入することにより行う。

【００１５】この実施例の混合ガス製造装置において
は、先ず前記定量ポンプから一定量の水が前記水供給管
２ａを通して前記蒸発装置における前記水蒸気供給管３
ｃ内に供給される。前記水は、前記水蒸気供給管３ｃ内
に設けられた加熱器における強制気化用加熱板に接触
し、瞬時に気化して水蒸気になる。前記水蒸気は、前記
水蒸気供給管３ｃにおける一端に接続されているキャリ
アガスのボンベから供給され、かつ前記水蒸気供給管３
ｃの外周に設けられたヒーター３ｂにより一定の温度に
加熱される一定量のアルゴンガスと混合される。このア
ルゴンガスと水蒸気との混合気体は、前記混合手段４に
おける混合ガス供給管に送られる。すると、前記混合ガ
ス供給管内で前記混合気体は、前記混合ガス供給管にお
ける一端に接続された水素ガスのボンベから送られてく
る一定量の水素ガスと混合される。一定の混合比を有す
る、未飽和の水蒸気と水素との混合ガスが製造される。
この実施例における雰囲気制御方法においては、前記混
合ガス製造装置により製造された前記混合ガスが、前記
燒結炉に導入される。前記燒結炉内は、一定温度、圧力
下において、前記混合ガスによりその酸素分圧が一定の
状態に制御される。

【００１６】この実施例においては、混合ガス中の水蒸
気と水素ガスとの混合比は、約１×１０^-3〜３×１０^-1
の範囲で容易に変更し、制御することができた。また、
前記混合比を変更する際の、前記混合比の変動誤差は約
３％であった。

【００１７】前記混合ガス製造装置においては、前記混
合ガスの混合比を変更するには、前記定量ポンプの吐出
量、前記キャリアガスの供給量、あるいは前記水素ガス
の供給量を変更するだけでよいので、運転中における条
件変更が容易である。また、装置全体が、小型で簡便に
構成されているので、取扱が便利で実用性に優れる。前
記混合ガス製造装置によると、所望の混合比を有する、
水素ガスと水蒸気とを含有する、未飽和の混合ガスを容
易にかつ簡便に製造することができる。この混合ガス
は、その混合比が高い精度で制御されているので、酸素
分圧の維持された雰囲気の制御に好適に用いることがで
きる。前記混合ガス製造装置を用いる前記雰囲気制御方
法においては、前記混合ガス製造装置を用い、これによ
り製造された所定の混合比を有する混合ガスを酸素分圧
制御雰囲気に導入するので、前記酸素分圧制御雰囲気に
おける酸素分圧を、容易にかつ簡便に、所望の程度に精
度よく制御することができる。

【００１８】（変形例）この発明においては、前記実施
例に何ら限定されず、この発明の目的を害しない範囲で
適宜の変更を加えることができる。

【００１９】例えば、前記水供給手段２は、前記定量ポ
ンプに限られず、一定量の水を前記気化手段３に供給す
ることができれば特に制限はなく、種々の装置を用いる
ことができる。前記装置としては、例えば点滴用のクラ
ンプスクリューや、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポン
プ等のターボポンプ、回転式あるいは非回転式の特殊ポ
ンプ等を挙げることができる。なお、前記定量ポンプと
しては、ギヤポンプ、スクリューポンプ、カムポンプ、
ベーンポンプ等の回転ポンプや、ピストンポンプ、プラ
ンジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ等の往復運動ポン
プなどの容積ポンプを好適に挙げることができる。

【００２０】前記水供給手段２の吐出量としては、特に
制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記吐出量の変更は、手動で行ってもよく、あるいはコ
ンピューター等の制御機器を用いて自動的に行ってもよ
い。前記制御機器は、前記水供給手段２を複数用い、こ
れらの吐出量を同時に設定変更することを要する場合に
好適に用いることができる。

【００２１】前記水供給手段２における他端は、前記水
供給管に接続される場合に限られず、前記気化手段３に
直接接続されていてもよい。

【００２２】前記気化手段３は、前記水供給手段２から
供給される水を気化して水蒸気にすることができれば特
に制限はなく、前記加熱器３ａを有する蒸発装置に限ら
れず、超音波発振器を有する超音波気化装置であっても
よい。前記超音波発振器は、前記水供給管から供給され
る水に超音波を発振し、これを瞬時に水蒸気にする。前
記超音波気化装置においては、前記水供給手段２から供
給される水は、先ず前記超音波発振器に設けられた振動
板に接触し、瞬時に微細で霧状の水滴となり、次に前記
水蒸気供給管３ｃの外周に設けられたヒーター３ｂによ
り加熱されたキャリアガスに接触することにより、水蒸
気になる。

【００２３】前記キャリアガスとしては、前記アルゴン
ガスに限られず、例えばヘリウムガス、ネオンガス等を
用いてもよい。前記キャリアガスの供給量は、適宜選択
することができる。なお、この発明においては、前記キ
ャリアガスのボンベを用いる代わりに水素ガスのボンベ
を用いて、前記気化手段３内において、直接に水素ガス
と水蒸気とを含有する混合ガスを製造してもよい。

【００２４】前記水供給管２ａおよび前記水蒸気供給管
３ｃは、その形状、大きさ等につき特に制限はなく、目
的に応じて適宜選択することができる。前記水供給管２
ａおよび前記水蒸気供給管３ｃの外周に設けられたヒー
ター３ｂとしては、前記水供給管２ａあるいは前記水蒸
気供給管３ｃを、その内部に存在する水蒸気が凝結、結
露しない程度に加熱することができれば特に制限はな
く、例えば電熱線等の種々の手段を用いることができ
る。

【００２５】前記混合手段４は、前記気化手段３により
得られた水蒸気を含有する混合気体に水素ガスを混合す
ることができれば特に制限はなく、種々の装置等を用い
ることできる。前記混合手段４において、前記気化手段
３により得られる水蒸気を含有する混合気体に混合させ
る水素ガスとしては、１００％水素ガスのみならず、水
素と窒素とからなる水素含有ガスを用いてもよい。前記
水素ガス中の水素ガスの含有割合は、目的に応じて適宜
選択することができる。

【００２６】前記酸素分圧制御室５は、前記燃料体であ
る二酸化ウランの燒結を行うための燒結炉に限られず、
一定の低い酸素分圧に維持されることを要する雰囲気で
あれば特に制限はなく、例えば酸化物の高温における平
衡を測定するための雰囲気等を挙げることができる。

【００２７】前記水供給手段２と前記気化手段３との接
続、前記気化手段３と前記混合手段４との接続、前記混
合手段４と前記酸素分圧制御室５との接続は、適宜選択
した部材等を用いて、あるいは溶接により行うことがで
きる。前記部材としては、例えばカプラー、フェルール
等を挙げることができる。

【００２８】この発明の雰囲気制御方法においては、前
記混合ガス製造装置１により製造された混合ガスの前記
酸素分圧制御室５への導入は、この発明の目的を害しな
い限りどのように構成してもよく、特に制限はない。な
お、前記酸素分圧制御室５を所定の酸素分圧に維持する
ために必要な混合ガスの流量と混合比とを予め求めてお
く。そして、前記混合ガス製造装置１を用いて、所望の
混合比を有する混合ガスを所望の流量で前記酸素分圧制
御室５に導入する。その結果、前記酸素分圧制御雰囲気
を、一定の酸素分圧に精度よくかつ容易に制御すること
ができる。

【００２９】以上の変形例においても、前記実施例と同
様の作用乃至効果を奏することができる。

【００３０】

【発明の効果】この発明によると、運転中における条件
変更が容易で、高い精度で制御された所望の混合比を有
し、酸素分圧の維持された雰囲気の制御に好適な、水素
ガスと水蒸気とを含有する混合ガスを容易に製造するこ
とができる、小型で便利なかつ実用性に優れる混合ガス
製造装置、およびかかる混合ガス製造装置を用いること
により、容易にかつ簡便に、所望の酸素分圧に維持され
る雰囲気を制御することができる雰囲気制御方法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明に係る混合ガス製造装置を用
いた雰囲気制御方法の一実施例を示す概略説明図であ
る。

【図２】図２は、この発明における気化手段の一例を示
す概略説明図である。

【符合の説明】

１・・・混合ガス製造装置、２・・・水供給手段、２ａ
・・・水供給管、３・・・気化手段、３ａ・・・加熱
器、３ｂ・・・ヒーター、３ｃ・・・水蒸気供給管、４
・・・混合手段、５・・・酸素分圧制御室、

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定量の水を供給する水供給手段と、前
   記水供給手段から供給される水を気化して水蒸気にする
   気化手段と、前記気化手段により得られた水蒸気と水素
   ガスとを混合する混合手段とを有することを特徴とする
   混合ガス製造装置。
2. 【請求項２】 前記気化手段が加熱装置を有してなる前
   記請求項１に記載の混合ガス製造装置。
3. 【請求項３】 前記気化手段が超音波発生装置を有して
   なる前記請求項１に記載の混合ガス製造装置。
4. 【請求項４】 前記請求項１に記載の混合ガス製造装置
   により得られる混合ガスを酸素分圧制御雰囲気に導入す
   ることを特徴とする雰囲気制御方法。