特許 7234040 酸素濃度計測システムおよび酸素濃度計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-27

(45)【発行日】2023-03-07

(54)【発明の名称】酸素濃度計測システムおよび酸素濃度計測方法

(51)【国際特許分類】

   G21C 17/00 20060101AFI20230228BHJP

【ＦＩ】

G21C17/00 040

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019101355

(22)【出願日】2019-05-30

(65)【公開番号】P2020193941

(43)【公開日】2020-12-03

【審査請求日】2022-02-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 愛実

(72)【発明者】

【氏名】羽生 大仁

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 敏明

(72)【発明者】

【氏名】後藤 泰志

(72)【発明者】

【氏名】柳生 基茂

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 幸基

【審査官】牧 隆志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１２５１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－００２６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２０５０４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－１３６６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３４３４５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－２５７７７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｃ １７／００ － １７／１４

Ｇ２１Ｃ ９／００ － ９／０６

Ｈ０２Ｊ １３／

Ｇ０１Ｎ ２７／

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸素イオン伝導性を有する隔膜と、前記隔膜をはさんで対向して前記隔膜に接触して配置された１対の電極とを備えて原子炉格納容器の内部に設置された酸素センサと、
前記原子炉格納容器の外部に設置された制御盤と、
前記酸素センサと前記制御盤とを接続する計測配線と、
前記原子炉格納容器の外部に設置された試験装置と、
を有する酸素濃度計測システムであって、
前記試験装置は、
前記１対の電極にインピーダンス計測用変動電圧を印加可能な変動電圧源と、
前記１対の電極に変動電圧を印加したときに前記酸素センサおよび前記計測配線のインピーダンスを計測するインピーダンス計測器と、
前記インピーダンス計測の結果を保存するインピーダンス計測結果保存部と、
前記インピーダンス計測結果保存部に保存された前記インピーダンス計測の結果と、新たに得られた前記インピーダンス計測の結果とを比較することにより、当該酸素濃度計測システムの健全性を判定するインピーダンス判定部と、
前記１対の電極にステップ状電圧を印加可能なステップ電圧源を有し前記１対の電極にステップ状電圧を印加したときに前記１対の電極に流れる電流を計測可能な直流電流計と、
前記直流電流計の計測結果を保存する電流値計測結果保存部と、
前記電流値計測結果保存部に保存された前記直流電流計の計測結果と、新たに得られた前記直流電流計の計測結果とを比較することにより、当該酸素濃度計測システムの健全性を判定する電流値判定部と、
を有すること、を特徴とする酸素濃度計測システム。

【請求項2】

前記変動電圧源は交流電圧源であって、
前記１対の電極に交流電圧を印加することにより、前記酸素センサ、前記制御盤および前記計測配線のインピーダンス計測を行うことができるように構成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の酸素濃度計測システム。

【請求項3】

前記変動電圧源はパルス電圧源であって、
前記試験装置は、前記試験装置が前記制御盤を介さずに前記計測配線に接続された配線状態において前記１対の電極にパルス状電圧を印加することにより、前記酸素センサおよび前記計測配線のインピーダンス計測を行うことができるように構成されていること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の酸素濃度計測システム。

【請求項4】

前記試験装置は、
前記パルス状電圧を印加することにより得られた前記インピーダンス計測の結果に基づいて、前記計測配線の長さ方向の位置とインピーダンスとの相関を作成して保存する相関関係作成保存部と、
前記パルス状電圧を新たに印加することにより得られた新たな前記インピーダンス計測の結果と、前記相関関係作成保存部に保存されていた前記計測配線の長さ方向の位置とインピーダンスとの相関とが所定の幅を超えて相違する部分の位置を故障位置として特定する故障位置特定部と、
をさらに有すること、を特徴とする請求項３に記載の酸素濃度計測システム。

【請求項5】

酸素イオン伝導性を有する隔膜と前記隔膜をはさんで対向するように前記隔膜上に配置された１対の電極を備えて原子炉格納容器の内部に設置された酸素センサと、
前記原子炉格納容器の外部に設置された制御盤と、
前記酸素センサと前記制御盤とを接続する計測配線と、
前記原子炉格納容器の外部に設置されて変動電圧源およびインピーダンス計測器と、ステップ電圧源と、を備えた試験装置と、
を用いる酸素濃度計測方法であって、
前記変動電圧源により前記１対の電極に変動電圧を印加するとともに、前記インピーダンス計測器により、前記酸素センサおよび前記計測配線のインピーダンス計測を行うインピーダンス計測工程と、
前記インピーダンス計測の結果をインピーダンス計測結果保存部に保存するインピーダンス計測結果保存工程と、
前記インピーダンス計測結果保存工程の後に、前記１対の電極に変動電圧を印加することにより、前記酸素センサおよび前記計測配線のインピーダンス計測を行うインピーダンス再計測工程と、
前記インピーダンス計測結果保存部に保存された前記インピーダンス計測の結果と前記インピーダンス再計測工程の結果として得られた新たな前記インピーダンス計測の結果とを比較することにより、当該酸素濃度計測システムの健全性を判定するインピーダンス判定工程と、
前記ステップ電圧源により前記１対の電極にステップ状電圧を印加して、そのときの前記１対の電極に流れる出力電流値を取得する電流値計測工程と、
前記電流値計測の結果を電流値計測結果保存部に保存する電流値計測結果保存工程と、
前記電流値計測結果保存工程の後に、前記ステップ電圧源により前記１対の電極にステップ状電圧を印加して、そのときの前記１対の電極に流れる出力電流値を取得する電流値再計測工程と、
前記電流値計測結果保存部に保存された前記電流値計測の結果と、新たに得られた前記電流値再計測の結果とを比較することにより当該酸素濃度計測システムの健全性を判定する電流値判定工程と、
を有することを特徴とする酸素濃度計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明の実施形態は、原子炉格納容器内の酸素濃度を計測する酸素濃度計測システムおよび酸素濃度計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に沸騰水型原子炉プラントは、原子炉格納容器内へ窒素を封入して、窒素雰囲気で原子炉格納容器内を不活性化している。この原子炉格納容器不活性状態を監視する目的で、原子炉格納容器内の酸素濃度を計測するためのシステムとしてサンプリング式の酸素濃度計測システムが設置されている。この酸素濃度計測システムは、一般に、原子炉格納容器内のガスを原子炉格納容器外へ吸引した後に原子炉格納容器内へ戻すプロセスの中で酸素濃度を計測する仕組みとなっている。つまり、原子炉格納容器外に引き出したサンプリングガスを原子炉格納容器外に設置した酸素濃度計で計測するシステムとなっている。この方式を取るために、サンプリングガスを冷却器で冷却することと除湿器で除湿することが必要となる。

【0003】

なお、このサンプリング式の原子炉格納容器内酸素濃度計測システムは、原子炉格納容器内が設計基準事故および過酷事故環境となった場合であっても酸素濃度の計測が可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第３６９９８０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のサンプリング式の原子炉格納容器内酸素濃度計測システムは、原子炉格納容器内のガスを原子炉格納容器外へサンプリングするサンプリング装置と、サンプリングガスを冷却するための冷却器と、サンプリングガスを除湿するための除湿器とを具備する。このようなシステム構成をとるため、新規でシステムを構築するためには、原子炉格納容器外の広い機器設置スペースが必要となる。また、冷却器のための冷却水供給ラインの新規構築が必要となる等、施工上の制約が大きい。さらに、システム構成が複雑で、多くの動的機器を使用する必要があるため、いずれかの機器でトラブルが発生する確率が高くなる。そして、万一トラブルが発生すると、原子炉格納容器内酸素濃度の計測が困難になるというリスクがある。

【0006】

本発明の実施形態は、上述した課題を解決するためのものであり、原子炉格納容器外から原子炉格納容器内の酸素濃度を計測でき、酸素濃度計測システムの健全性を容易に確認できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、実施形態に係る酸素濃度計測システムは、酸素イオン伝導性を有する隔膜と、前記隔膜をはさんで対向して前記隔膜に接触して配置された１対の電極とを備えて原子炉格納容器の内部に設置された酸素センサと、前記原子炉格納容器の外部に設置された制御盤と、前記酸素センサと前記制御盤とを接続する計測配線と、前記原子炉格納容器の外部に設置された試験装置と、を有する酸素濃度計測システムであって、前記試験装置は、前記１対の電極にインピーダンス計測用変動電圧を印加可能な変動電圧源と、前記１対の電極に変動電圧を印加したときに前記酸素センサおよび前記計測配線のインピーダンスを計測するインピーダンス計測器と、前記インピーダンス計測の結果を保存するインピーダンス計測結果保存部と、前記インピーダンス計測結果保存部に保存された前記インピーダンス計測の結果と、新たに得られた前記インピーダンス計測の結果とを比較することにより、当該酸素濃度計測システムの健全性を判定するインピーダンス判定部と、前記１対の電極にステップ状電圧を印加可能なステップ電圧源を有し前記１対の電極にステップ状電圧を印加したときに前記１対の電極に流れる電流を計測可能な直流電流計と、前記直流電流計の計測結果を保存する電流値計測結果保存部と、前記電流値計測結果保存部に保存された前記直流電流計の計測結果と、新たに得られた前記直流電流計の計測結果とを比較することにより、当該酸素濃度計測システムの健全性を判定する電流値判定部と、を有すること、を特徴とする。

【0008】

また、実施形態に係る酸素濃度計測方法は、酸素イオン伝導性を有する隔膜と前記隔膜をはさんで対向するように前記隔膜上に配置された１対の電極を備えて原子炉格納容器の内部に設置された酸素センサと、前記原子炉格納容器の外部に設置された制御盤と、前記酸素センサと前記制御盤とを接続する計測配線と、前記原子炉格納容器の外部に設置されて変動電圧源およびインピーダンス計測器と、ステップ電圧源と、を備えた試験装置と、を用いる酸素濃度計測方法であって、前記変動電圧源により前記１対の電極に変動電圧を印加するとともに、前記インピーダンス計測器により、前記酸素センサおよび前記計測配線のインピーダンス計測を行うインピーダンス計測工程と、前記インピーダンス計測の結果をインピーダンス計測結果保存部に保存するインピーダンス計測結果保存工程と、前記インピーダンス計測結果保存工程の後に、前記１対の電極に変動電圧を印加することにより、前記酸素センサおよび前記計測配線のインピーダンス計測を行うインピーダンス再計測工程と、前記インピーダンス計測結果保存部に保存された前記インピーダンス計測の結果と前記インピーダンス再計測工程の結果として得られた新たな前記インピーダンス計測の結果とを比較することにより、当該酸素濃度計測システムの健全性を判定するインピーダンス判定工程と、前記ステップ電圧源により前記１対の電極にステップ状電圧を印加して、そのときの前記１対の電極に流れる出力電流値を取得する電流値計測工程と、前記電流値計測の結果を電流値計測結果保存部に保存する電流値計測結果保存工程と、前記電流値計測結果保存工程の後に、前記ステップ電圧源により前記１対の電極にステップ状電圧を印加して、そのときの前記１対の電極に流れる出力電流値を取得する電流値再計測工程と、前記電流値計測結果保存部に保存された前記電流値計測の結果と、新たに得られた前記電流値再計測の結果とを比較することにより当該酸素濃度計測システムの健全性を判定する電流値判定工程と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

この発明の実施形態によれば、原子炉格納容器外から原子炉格納容器内の酸素濃度を計測でき、酸素濃度計測システムの健全性を容易に確認できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムの接続状況（第１の配線状態）を示す模式図。

【図2】第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける限界電流式酸素濃度計の構成を示す模式的回路図。

【図3】第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける試験装置の構成を示すブロック図。

【図4】第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける試験装置からステップ状電圧を印加する場合の印加電圧の時間変化を示すグラフ。

【図5】第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムで試験装置からステップ状電圧を印加した場合の酸素濃度計の出力電流値と電圧の関係を示すグラフ。

【図6】第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける交流インピーダンス計測時の構成を示す模式的回路図。

【図7】第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける交流インピーダンス計測時の印加電圧の時間変化を示すグラフ。

【図8】第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける交流インピーダンス計測によって得られるインピーダンスとリアクタンスの関係を表すグラフ。

【図9】第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける健全性試験の手順を示すフロー図。

【図10】第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムの健全性試験における電流値判定工程、インピーダンス判定工程および総合判定工程の具体的内容を示すフロー図。

【図11】本発明の第２の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける試験装置の構成を示すブロック図。

【図12】第２の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける健全性試験の手順を示すフロー図。

【図13】第２の実施形態に係る酸素濃度計測システムの健全性試験におけるインピーダンス判定工程の具体的内容を示すフロー図。

【図14】本発明の第３の実施形態に係る酸素濃度計測システムでパルス状電圧印加時の接続状況（第２の配線状態）を示す模式図。

【図15】第３の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおけるパルスインピーダンス計測時の印加電圧の時間変化を示すグラフ。

【図16】第３の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおけるパルスインピーダンス計測によって得られるインピーダンスの時間変化を示すグラフ。

【図17】本発明の第４の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける試験装置の構成を示すブロック図。

【図18】第４の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける故障個所を特定する手順を示すフロー図。

【図19】本発明の第５の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける濃淡電池式酸素濃度計の構成を示す模式的回路図。

【図20】第５の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける交流インピーダンス計測時の構成を示す模式的回路図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明に係る酸素濃度計測システムの実施形態について、図面を参照して説明する。

【0012】

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムの接続状況（第１の配線状態）を示す模式図である。図１に示すように、酸素濃度計測システム１０は、原子炉格納容器１００の内部に設置された酸素センサ１２と、原子炉格納容器１００の外部に設置された制御盤１３と、原子炉格納容器１００の外部に設置された試験装置１４とを有する。酸素センサ１２と制御盤１３は計測配線１１によって接続される。計測配線１１は、貫通部１０１で原子炉格納容器１００の壁を貫通して延びている。原子炉格納容器１００の内部には、炉心（図示せず）を収容する原子炉圧力容器１０２が配置されている。

【0013】

図２は、第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける限界電流式酸素濃度計の構成を示す模式的回路図である。この限界電流式酸素濃度計は、一般的に知られている酸素ポンピングを利用した酸素計測装置である。酸素センサ１２は、酸素イオン伝導性の固体電解質からなる隔膜１５と、隔膜１５をはさんで隔膜１５に接して配置された正電極（電極）１６および負電極（電極）１７と、負電極１７を覆うように配置された検査室カバー１８とを有する。

【0014】

検査室カバー１８は、隔膜１５および負電極１７とともにガス検査室２０を形成する。正電極１６は、ガス検査室２０の外側にあって原子炉格納容器１００内にある。検査室カバー１８には、拡散孔２１が形成されている。拡散孔２１は、原子炉格納容器１００の内部の測定対象ガスＧが拡散によりガス検査室２０内へ流入するようにするものであり、直径の小さな孔や多孔質材料が用いられる。

【0015】

制御盤１３は、電圧調整可能な直流電源２５と、電流計２６と、電圧計２７とを含む。直流電源２５の正側は計測配線１１によって正電極１６に接続され、直流電源２５の負側は計測配線１１によって負電極１７に接続されている。電圧計２７は、正電極１６と負電極１７との間に印加される電圧を計測できるように接続されている。また、電流計２６は、正電極１６および負電極１７を流れる電流、すなわち直流電源２５から供給される電流を計測できるように接続されている。正電極１６と負電極１７との間に印加される電圧が所定の値に維持されるように、電圧計２７の出力に基づいて、直流電源２５の電圧を制御することができる。

【0016】

負電極１７にガス検査室２０内の酸素ガスが接触することで、酸素ガスが酸素イオンに変化し、その酸素イオンが隔膜１５を図２に示す矢印ａの方向に移動し、正電極１６で酸素イオンから酸素ガスに再度変化する。このときの正電極１６と負電極１７との間の電圧を適切に設定し、隔膜１５に十分な酸素イオンが流れるようにすることにより、対象ガスＧの流れは、拡散孔２１の拡散過程が律速となる。この際に生じる電気信号（電流）を電流計２６によって測定することで、酸素濃度もしくは酸素分圧を測定することが可能である。

【0017】

図３は、第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける試験装置の構成を示すブロック図である。試験装置１４は、ステップ電圧源３１と、直流電流計３２と、インピーダンスアナライザ５０と、データ保存部３７と、演算処理部３８と、表示部３９とを有する。インピーダンスアナライザ５０は、変動電圧源３３と、インピーダンス計測器３４とを含む。

【0018】

ステップ電圧源３１は、酸素センサ１２の電極１６，１７に、ステップ状に変化する直流電圧を印加できるように接続される。また、直流電流計３２は、電極１６，１７にステップ状電圧を印加したときに電極１６，１７に流れる電流を計測できるように接続される。

【0019】

なお、試験装置１４の直流電流計３２は、試験装置１４に備えられていなくても、制御盤１３の電流計２６（図２）で代用することも可能である。

【0020】

変動電圧源３３は、この実施形態では交流電圧源であって、酸素センサ１２の電極１６，１７に、試験装置１４から交流電圧を印加できるように接続される。また、インピーダンス計測器３４は、試験装置１４から電極１６，１７に交流電圧を印加したときのインピーダンス計測を行えるように接続される。

【0021】

データ保存部３７は、電流値計測結果保存部４２と、インピーダンス計測結果保存部４３とを含む。データ保存部３７は、たとえば電子計算機の記憶装置により実現できる。

【0022】

演算処理部３８は、電流値判定部４５と、インピーダンス判定部４６と総合判定部４７とを含む。演算処理部３８は、たとえば電子計算機の演算処理装置により実現できる。

【0023】

つぎに、第１の実施形態に係る酸素濃度計測システム１０の試験装置１４を用いて酸素濃度計測システム１０の健全性を試験する方法について説明する。

【0024】

図４は、第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける試験装置からステップ状電圧を印加する場合の印加電圧の時間変化を示すグラフである。また、図５は、図４に示すステップ状電圧を印加した場合の酸素濃度計の出力電流値と電圧の関係を示すグラフである。

【0025】

ステップ電圧源３１により、ステップ状に変化する電圧を電極１６、１７に印加し、そのときの電極１６、１７に流れる電流値を直流電流計３２により取得する（電流値計測工程）。この電流値計測結果は、電流値計測結果保存部４２に保存される。

【0026】

つぎに、酸素濃度計測システム１０を用いて交流インピーダンス計測を行う。図６は、第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける交流インピーダンス計測時の構成を示す模式的回路図である。図７は、交流インピーダンス計測時の印加電圧の時間変化を示すグラフである。図８は、交流インピーダンス計測によって得られるインピーダンスとリアクタンスの関係を表すグラフである。このインピーダンスおよびリアクタンスには、酸素センサ１２、計測配線１１および制御盤１３の寄与分が含まれている。

【0027】

交流インピーダンス計測時には、変動電圧源（交流電圧源）３３を用いて、電極１６、１７に交流電圧を印加する。このとき、インピーダンスアナライザ５０により、図８に示すインピーダンスとリアクタンスの関係を得ることができる（インピーダンス計測工程）。こうして得られたインピーダンスとリアクタンスの関係は、インピーダンス計測結果保存部４３に保存される。

【0028】

つぎに、以上述べた電流値計測と交流インピーダンス計測の結果に基づいて、酸素濃度計測システム１０の健全性を判定する方法について説明する。

【0029】

図９は、第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける健全性試験の手順を示すフロー図である。

【0030】

初めに、酸素濃度計測システム１０を新規に設置した時に、前述の電流値計測工程（初期電流値計測工程Ｓ１１）およびインピーダンス計測工程（初期インピーダンス計測工程Ｓ２１）を行う。そして、これらの計測結果を、それぞれ、電流値計測結果保存部４２およびインピーダンス計測結果保存部４３に保存する（初期電流値計測結果保存工程Ｓ１２、初期インピーダンス計測結果保存工程Ｓ２２)。

【0031】

つぎに、原子炉を所定時間運転した後に、電流値計測工程（電流値再計測工程Ｓ１３）およびインピーダンス計測工程（インピーダンス再計測工程Ｓ２３）を行う。これらの再計測工程は、原子炉運転中であってもよいし、原子炉定期点検中などの原子炉停止中であってもよい。

【0032】

つぎに、電流値判定部４５は、電流値再計測工程Ｓ１３の電流値再計測結果と、電流値計測結果保存部４２に保存された初期データとを比較し、電流値計測が正常に行われているかを判定する（電流値判定工程Ｓ１４）。同様に、インピーダンス判定部４６は、インピーダンス再計測工程Ｓ２３のインピーダンス再計測結果と、インピーダンス計測結果保存部４３に保存された初期データとを比較し、インピーダンス計測が正常に行われているかを判定する（インピーダンス判定工程Ｓ２４）。そして、最後に、総合判定部４７は、電流値判定工程Ｓ１４の結果とインピーダンス判定工程Ｓ２４の結果とに基づいて、酸素濃度計測システム１０が正常に動作しているかどうかの判定を行う（総合判定工程Ｓ３０）。

【0033】

図１０は、第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムの健全性試験における電流値判定工程Ｓ１４）、インピーダンス判定工程Ｓ２４および総合判定工程Ｓ３０の具体的内容を示すフロー図である。

【0034】

電流値判定工程Ｓ１４では、電流値計測結果保存部４２に保存された初期電流値計測結果と、電流値再計測工程Ｓ１３での電流値再計測結果とを比較し、これらが所定の精度範囲内にあるか否かを判定する。同様に、インピーダンス判定工程Ｓ２４では、インピーダンス計測結果保存部４３に保存された初期インピーダンス計測結果と、インピーダンス再計測工程Ｓ２３でのインピーダンス再計測結果とを比較し、これらが所定の精度範囲内にあるか否かを判定する。

【0035】

そして、総合判定工程Ｓ３０では、電流値再計測結果およびインピーダンス再計測結果の両方がそれぞれの所定精度範囲内にあるかどうかが判定される。その両方がそれぞれの所定精度範囲内にある場合、すなわち総合判定工程Ｓ３０でＹＥＳの場合にこの酸素濃度計測システムが健全であると判定される。電流値判定工程Ｓ１４またはインピーダンス判定工程Ｓ２４のいずれか一方でもＮＯの場合は、この酸素濃度計測システムが健全でないと判定され、何らかの補修が必要であることがわかる。

【0036】

上記各判定工程Ｓ１４、Ｓ２４、Ｓ３０は演算処理部３８によって自動的に実行され、その結果は表示部３９に表示される。これにより、作業員は酸素濃度計測システムの健全性を確認し、必要な補修を行うことができる。

【0037】

以上説明した第１の実施形態に係る酸素濃度計測システムよれば、原子炉格納容器内の酸素濃度を、校正ガスを使用せずに測定することができる。しかも、その酸素濃度計測システムの健全性を、原子炉の運転中でも停止中でも容易に確認することができる。

【0038】

特に、インピーダンス計測およびそれに基づくインピーダンス判定を行うことにより、酸素センサ１２および計測配線１１を含めた各部での異常を検出することができる。

【0039】

［第２の実施形態］
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける試験装置の構成を示すブロック図である。図１２は、第２の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける健全性試験の手順を示すフロー図である。図１３は、第２の実施形態に係る酸素濃度計測システムの健全性試験におけるインピーダンス判定工程の具体的内容を示すフロー図である。

【0040】

第２の実施形態は第１の実施形態の変形である。第２の実施形態における試験装置１４では、インピーダンスアナライザ５０およびそれに関連する部分のみで、酸素濃度計測システムの健全性を判定できる構成になっている。すなわち、図１１に示すように、第１の実施形態における試験装置１４（図３）のうちのステップ電圧源３１、直流電流計３２、電流値計測結果保存部４２、電流値判定部４５、総合判定部４７が省略されている。

【0041】

図１２に示すように、第２の実施形態における健全性試験では、酸素濃度計測システムの健全性試験がインピーダンス計測のみに基づいて行われ、第１の実施形態における電流値計測に係る工程Ｓ１１～Ｓ１４および総合判定工程Ｓ３０（図９）が省略されている。インピーダンス判定部４６は、インピーダンス再計測工程Ｓ２３の結果と、インピーダンス計測結果保存部４３に保存された初期データとを比較し、インピーダンス計測が正常に行われているかを判定する（インピーダンス判定工程Ｓ２４）。

【0042】

より具体的には、図１３に示すように、第２の実施形態における健全性試験では、インピーダンス判定工程Ｓ２４で、インピーダンス計測結果保存部４３に保存された初期インピーダンス計測結果と、インピーダンス再計測工程Ｓ２３でのインピーダンス再計測結果とを比較し、これらが所定の精度範囲内にあるか否かを判定する。これにより、酸素濃度計測システムの健全性が確認できる。

【0043】

上記以外の部分は第１の実施形態と同様である。

【0044】

この第２の実施形態によれば、第１の実施形態に比べて、より簡便に酸素濃度計測システムの健全性を確認することができる。

【0045】

［第３の実施形態］
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る酸素濃度計測システムでパルス状電圧印加時の接続状況（第２の配線状態）を示す模式図である。この第３の実施形態は第１の実施形態の変形であって、試験装置１４の構成は、第１の実施形態の場合（図３）と同様である。ただし、変動電圧源３３は、第１の実施形態では交流電圧源であるとしたが、この第３の実施形態ではパルス電圧源とする。

【0046】

第１の実施形態では交流電圧源を用いたインピーダンス計測を行うが、この第３の実施形態では、パルス電圧源を用いたインピーダンス計測を行う。

【0047】

ステップ電圧源３１を用いた電流値計測工程は、第１の実施形態と同様に、図１に示す第１の配線状態で行う。

【0048】

変動電圧源３３としてパルス電圧源を用いるインピーダンス計測工程においては、試験装置１４は、図１４に示すように、制御盤１３を介さずに計測配線１１を介して酸素センサ１２に接続される（第２の配線状態）。

【0049】

図１５は、第３の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおけるパルスインピーダンス計測時の印加電圧の時間変化を示すグラフである。図１６は、第３の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおけるパルスインピーダンス計測によって得られるインピーダンスの時間変化を示すグラフである。このインピーダンスには、酸素センサ１２および計測配線１１の寄与分が含まれている。

【0050】

上記以外の部分は第１の実施形態と同様である。

【0051】

第３の実施形態に係る酸素濃度計測システムよれば、第１の実施形態と同様に、原子炉格納容器内の酸素濃度を、校正ガスを使用せずに測定することができる。しかも、その酸素濃度計測システムの健全性を、原子炉の運転中でも停止中でも容易に確認することができる。また、特に、インピーダンス計測およびそれに基づくインピーダンス判定を行うことにより、酸素センサ１２および計測配線１１を含めた各部での異常を検出することができる。

【0052】

［第４の実施形態］
図１７は、本発明の第４の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける試験装置の構成を示すブロック図である。この第４の実施形態は第３の実施形態の変形であって、第３の実施形態と同様に、変動電圧源としてパルス電圧源を用い、パルス電圧によるインピーダンス計測を行う。

【0053】

図１７に示すように、第４の実施形態に係る酸素濃度計測システム１０ａにおける試験装置１４ａは、ステップ電圧源３１と、直流電流計３２と、インピーダンスアナライザ５０ａと、データ保存部３７ａと、演算処理部３８ａと、表示部３９とを有する。インピーダンスアナライザ５０ａは、パルス電圧源（変動電圧源）５５と、インピーダンス計測器３４とを含む。

【0054】

データ保存部３７ａは、電流値計測結果保存部４２と、インピーダンス計測結果保存部４３と、相関関係保存部５６と、を含む。データ保存部３７ａは、たとえば電子計算機の記憶装置により実現できる。

【0055】

演算処理部３８ａは、電流値判定部４５と、インピーダンス判定部４６と総合判定部４７と、相関関係作成部５７と、故障位置特定部５８とを含む。演算処理部３８ａは、たとえば電子計算機の演算処理装置により実現できる。

【0056】

なお、相関関係保存部５６と相関関係作成部５７の機能を合わせて、「相関関係作成保存部」とも呼ぶ。

【0057】

この第４の実施形態で、酸素濃度計測システムの健全性を判定する手順は、第３の実施形態と同様である。この第４の実施形態ではさらに、酸素濃度計測システムにおける故障個所を特定することができる。

【0058】

図１８は、第４の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける故障個所を特定する手順を示すフロー図である。

【0059】

相関関係作成部５７は、酸素濃度計測システム１０ａの設置時の構成機器間の距離情報と、初期のインピーダンス計測結果とに基づいて、距離とインピーダンスの相関を作成する（ステップＳ４０）。また、相関関係保存部５６は、相関関係作成部５７で生成された相関を保存する（ステップＳ４１）。

【0060】

また、故障位置特定部５８は、設置時から所定時間経過後のシステム試験時のインピーダンス再計測結果と、相関関係保存部５６に保存されているインピーダンスの相関とに基づいて、その時のインピーダンス計測結果が所定の幅（精度）を超えている部分を抽出し、その部分の距離情報を算出する（ステップＳ４２）。故障位置特定部５８はさらに、ステップＳ４２で得られた距離情報に基づいてシステム上の故障個所を特定する（ステップＳ４３）。ここで特定された故障個所は表示部３９に表示される。

【0061】

この第４の実施形態によれば、第３の実施形態と同様の効果を得られるほか、故障位置を特定して表示することもできる。

【0062】

［第５の実施形態］
図１９は、本発明の第５の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける濃淡電池式酸素濃度計の構成を示す模式的回路図である。

【0063】

この第５の実施形態は、第１の実施形態の変形である。第１の実施形態では、酸素センサ１２として限界電流式酸素濃度計を用いるものとしたが、この第５の実施形態では、酸素センサ１２として濃淡式酸素濃度計を用いる。

【0064】

この酸素センサ１２では、隔膜１５の第１の面１５ａに接して第１の電極１６が取り付けられ、隔膜１５の第１の面１５ａの反対側の第２の面１５ｂに接して第１の電極１６に対向する位置に、第２の電極１７が配置されている。

【0065】

隔膜１５の第１の面１５ａおよび第１の電極１６に接する部分には基準ガス室７０が形成されている。基準ガス室７０には酸素濃度が既知の基準ガスが常時供給され、その酸素濃度が一定に保たれている。隔膜１５の第２の面１５ｂおよび第２の電極１７は、原子炉格納容器１００内部のガスが直接接触するように配置されている。

【0066】

制御盤１３には電圧計７１が配置され、第１および第２の電極１６、１７と電圧計７１は計測配線１１によって接続されている。

【0067】

基準ガス室７０内の酸素濃度と原子炉格納容器１００内の酸素濃度との相違により隔膜１５内を酸素イオンが透過し、それによって第１の電極１６と第２の電極１７との間に電位差が生じる。電圧計７１によってこの電位差を測定することにより、原子炉格納容器１００内の酸素濃度を測定することができる。

【0068】

図２０は、第５の実施形態に係る酸素濃度計測システムにおける交流インピーダンス計測時の構成を示す模式的回路図である。交流インピーダンス計測の仕方は第１の実施形態と同様である。

【0069】

酸素センサ１２として濃淡式酸素濃度計を用いた場合であっても、第１の実施形態の酸素濃度計測システムと同様に、試験装置１４を用いて健全性の確認を行うことができる。

【0070】

［他の実施形態］
上記複数の実施形態の複数の特徴を適宜組み合わせることも可能である。

【0071】

たとえば、第５の実施形態は、第１の実施形態の酸素センサを濃淡電池式酸素濃度計に置き換える場合について説明したが、第２ないし第４の実施形態の酸素センサを濃淡電池式酸素濃度計に置き換えることもできる。

【0072】

また、上記説明ではインピーダンス測定を行う際の電圧源として交流電圧源またはパルス電圧源の一方を用いる場合について説明したが、両方の測定を組み合わせることによって測定精度を高めることも可能である。

【0073】

本発明のいくつかの実施形態について説明したが、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。これら新規な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ともに、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。

【符号の説明】

【0074】

１０，１０ａ…酸素濃度計測システム、 １１…計測配線、 １２…酸素センサ、 １３…制御盤、 １４，１４ａ…試験装置、 １５…隔膜、 １６…正電極（電極）、 １７…負電極（電極）、 １８…検査室カバー、 ２０…ガス検査室、 ２１…拡散孔、 ２５…直流電源、 ２６…電流計、 ２７…電圧計、 ３１…ステップ電圧源、 ３２…直流電流計、 ３３…変動電圧源、 ３４…インピーダンス計測器、 ３７，３７ａ…データ保存部、 ３８，３８ａ…演算処理部、 ３９…表示部、 ４２…電流値計測結果保存部、 ４３…インピーダンス計測結果保存部、 ４５…電流値判定部、 ４６…インピーダンス判定部、 ４７…総合判定部、 ５０，５０ａ…インピーダンスアナライザ、 ５５…パルス電圧源（変動電圧源）、 ５６…相関関係保存部、 ５７…相関関係作成部、 ５８…故障位置特定部、 ７０…基準ガス室、 ７１…電圧計、 １００…原子炉格納容器、 １０１…貫通部、 １０２…原子炉圧力容器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】