JPS5988644A - 水素検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は不活性ガスおよび溶融金属中に含まれる水素濃
度を連続的に測定する水素検出器に関する。

［発明の技術的青用］ 例えば、液体金属ナトリウム冷却プラントにお【プるナ
トリウム蒸気発生器に少量の水がナトリウム側に漏洩し
た場合、ナトリウム−水の激しい化学反応が生じる。

この化学反応は初めは微少なものであるが急速に大規模
なものに生長する可能性が十分にある。

このため、予め化学反応の初規段階で、この化学反応を
迅速に検出して、大規模な化学反応事故を未然に防止し
なければならない。

水素検出器はこのようなナトリウム−水の化学反応を検
出づるために使用される。

すなわち、ナトリウム冷却材中に少量の水が混入した場
合、水は水素と酸素とに分解する。

そのためナトリウム中およびカバーガス中の水素ｍ度を
連続的に検出することにより、ナトリウム−水の化学反
応の検出が可能となり、その結果、ナトリウム加熱蒸気
発生器を安全に運転することが加用能となる。

以下水素検出器の従来例を第１図を参照しながら説明す
る。

例λば、冷却材である液体ナトリウム１が流通するハウ
ジング２内には水素拡散膜３が収容されている。水素拡
散膜３としＴは一般にニッケルが使用されている。以下
、ニッケル拡散膜について説明する。

このニッケル拡散膜３の片面（ここでは外側の而）は液
体ナトリウム１と接触し、もう一方の他面（ここでは内
側の面）は真空室４となつ（いる。

この真空室４は真空バイブ５を介し−ＣイＡンボンブ６
に接続され、イオンポンプ６によつ−Ｃ真空室４内は真
空状態に常時保持されるようになつＣいる。

そして、この真空バイブ５とイオンポンプ６との間には
真空計７および真空バルブ８が設（〕られ−Ｃいる。

前記ニッケル拡散膜３に液体ナトリウム１が接触すると
、液体す］−リウム１中に含まれる水素はニッケル拡散
ｆｆ！Ｊ３を透過して、真空室４内に流入し、流入した
水素は、真空バイブ５、真空計７、真空バルブ８を通り
、イオンポンプ６に４１１気される。

例えば、ニッケル拡散膜を透過して真空室４内に流入す
る水素量をＱ、イオンポンプ６の排気速度をし、真空室
４・内の圧力をＰｌとづると、定常状態では、 Ｑ＝Ｐ＋　　・　Ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　
　（１）となる。

１〕１の圧力を、動的平衡圧力と称している。

また、ニッケル拡散膜３の水素に対する透過係数ヲ１＜
、ニッケル拡散膜の厚さをＤ、ナトリウム中の水素分圧
をＰｌとすると、ニッケル拡散膜を透過する水表端Ｑは
、 Ｃも表わずことができる。

イして、ナ１−リウム中の水素濃度Ｓは、Ｓ−詫・７　
　　　　　（３） で示される。

／はシーベル１〜定数である。

結局、ナ１−リウム中の水素濃度Ｓは、（１）、（２）
、（３）式より、 となる。

従って、上記く４）式中のく　）内は一定であると仮定
づると、ナトリウム中の水素濃度Ｓと水素検出器の真空
室内の圧力Ｐ＋は比例関係にあり、真空室内の圧力［〕
１を常時測定することによりす１ヘリウム中に含まれる
水素濃度を常時監視づることが可能となる。

しかし、」−記（４）式中のＫ　８３よびＬ値の値の予
測は難しいため、ナトリウム中の水素濃度Ｓと水素検出
器内の圧力Ｐ１との関係をあらかじめ次のような較正に
より求めておく必要がある。

つまり、ある一定濃度の水素を含むす１ヘリウムをハウ
ジング２内に流しておき、イオンポンプの放電電流値が
一定どなったならば真空バルブ８を閉じる。なお、この
放電電流値は圧力に対して１：１の関係で変化するため
、圧力計として代用されている。

この状態である時間放置しておくと、ナトリウム中に含
まれる水素がニッケル拡散膜３を透過し−Ｃ真空室４内
に流入し、真空室４内の圧力はやがＣナトリウム側の水
素分圧と等しくなる。

この圧力を静的平衡圧力と称している。

この静０り平衡圧力を真空ｉｔ　”ｔ　ｒ−測定し、（
３）式より水素ｍ度Ｓを求める。

上記操作をナトリウム中の水素ｍ度を変化させＣ繰り返
し行ない、ナトリウム中の水素濃度とイオンポンプの放
電電流値の較正図を作成しておく。

そうづれば、動的平衝状態におけるイオンポンプの放電
電流値から直ぐさま、ナトリウム中の水素ｍ度を求める
ことができる。

［費用技術の問題点］ しかしながら、上記従来の水素検出器にＪ５いては、以
下に述べるような問題点があった。

１ｊなわち、真空排気装置および圧力計として使用され
でいるイオンポンプの排気能力には限弄があるため、成
る所定期間使用した後は新しいものと交換する必要があ
る。

このイオンポンプが寿命に近づくと、イオンポンプの排
気能力が著しく低下または不安定どなり、精度のよい水
素検出を行なうことが不可能どなる。

これは原子炉の安全上からいっても大きな問題である。

そのため、イオンポンプが寿命となったら直ちに交換づ
る心髄がある。

しかし、従来の水素検出器におい−Ｃは、イオンポンプ
のか命を定量的に求めることができるような手段が施さ
れてＬ１３らず、イオンポンプの交Ｉ！ｌ！！は経験に
よるところが大であった。

［発明の目的］ 本発明は以」−の小情に鑑みＣなされたしのＣあり、イ
オンポンプの寿命が定量的に把握できる信頼性の高い水
素検出器を提供することを目的ど覆る。

［発明の概要］ りなわち本発明の水素検出器は、イオンポンプが水素を
排気する時に発生される放電電流値を積算させるための
電流積分計をイオンポンプに設置することにより、従来
の水素検出器での問題点を解決した水素検出器で・ある
。

［発明の実施例］ 以下本発明に係る水素検出器の一実施例について第２図
を参照しながら説明する。

なお、第２図において第１と同一要素に一ついては同一
符号で示し既に説明したものについでは説明を省略づる
。

この−実施例は、液体金属ノー１−リウム冷却形高速増
殖炉の冷却材である液体す１〜リウム中の水素製電を検
出づるための装置である。

本発明の水素検出器が従来のものと異なる点は、イオン
ポンプにイオンポンプの放電電流値を積算Ｍ゛るための
電流積分計１１を設けた点にある。

イオンポンプの寿命は、イオンポンプ６が設置され（い
る真空室４内の圧力に依存しＣ変化するく例えば、１’
　Ａンポンプ部の圧力が１０倍高くなるＬ、イオンポン
プの寿命は１／１０となる）が、寿命までにＪＪＩ気す
る積算水素Ｍは、ある一定値である。

例えば、バリアン社より市販され−Ｃいるバックイオン
ポンプ（型式９１１−５００５）は、圧力１　ｘ　１０
−６１’ｃｙｒｒで４０，０００時間使用することがで
きる。

これはイオンポンプが上記使用期間中に排気する積算水
素量は、１．１５０Ｔｏｒｒ　−１１ｒある。

イオンポンプの放電電流値は前にも述べたように圧力と
１：１の対応を示すので、イオンボン１部の圧力がＩ　
Ｘ　１０＝Ｔｏｒｒの時の、イオンポンゾ電流を較正図
より求め、その値に上記時間を掛りれば、容易にイオン
ポンプが寿命となるまでの偵ｎ電流値を知ることができ
る。

そのため、本発明ではイオンポンプ６に設置した電流積
分削１１によりイオンポンプ６の放電電流値を常時積算
させるようにした。

これにより、イオンポンプの寿命を定量的に把握づるこ
とがＣきる。

［発明の効果］ かくして本発明の水素検出器によれば、イオンポンプの
寿命の定量化が可能となり、イオンポンプの寿命の定量
化が可能となり、イオンポンプの交換をできかくに行な
うことができる。

これにより、水素計の信頼性向上はむろん、原子炉の安
全性向上も大きな効果を期待づることがＣきる。

なお、本発明は被測定流体とイオンポンプが水素拡散膜
を介り、て構成される水素検出器であれば成Ｘｊづるも
のである。

本発明の水素検出器の実施例には主とじて、液体金属す
］〜リウム中の水素濃度を検出する検出器について述べ
たが、同様にカバーガス中に含まれる水素濃度を検出タ
ーるカバーガス中水素検出器についても同様に適用でき
る。

なお、液体金属もす１−リウムに限ることなく、カリウ
ム、ビスマス、亜鉛などの金属についても同様に適用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は彷来の水素検出器を示づ構成図、第２図は本発
明（こ係る水素検出器の一実施例を示１構成図Ｃ゛ある
。 １・・・・・・・・・・・・液体ナトリウム２・・・・
・・・・・・・・ハウジング３・・・・・・・・・・・
・水素拡散膜４・・・・・・・・・・・・真空室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物質中に挿入される水素拡散膜と、この水
   素拡散膜によって前記被測定物質から区画された真空室
   と、この真空室内の真空を保持するためのイオンポンプ
   と、前記真空室内の圧力を測定づるための真空計と、前
   記イオンポンプの放電電流値を積算するための電流梢分
   削とを具備したことを特徴とする水素検出器。