JP6339898B2 - 放射性ヨウ素除去装置および原子力プラント - Google Patents
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本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ヨウ素を含有する処理ガスが供給される配管と、前記配管の経路上に配置されたフィルタベントと、前記配管の経路上における前記フィルタベントの下流側に配置され前記処理ガス中の成分と反応して反応熱を発する発熱部材と、前記反応熱によって加熱された前記処理ガスの供給経路に配置されたヨウ素吸着部材とを備えたことを特徴とする。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
図1は、第1実施形態に係るヨウ素除去装置1およびこれを用いた原子力プラント100の構成図の例である。図1に示すヨウ素除去装置1は、原子炉100aを格納した原子炉格納容器100bから排出されるガスを処理ガスとし、この処理ガス中のヨウ素を除去するための装置である。このヨウ素除去装置1は、原子炉100aおよび原子炉格納容器100bと共に、原子力プラント100を構成する要素ともなっている。
原子炉100aは、原子炉格納容器100bおよびヨウ素除去装置1と共に、原子力プラント100を構成するものである。このような原子炉100aは、その型式が限定されることはない。原子炉100aは、沸騰水型(Boiling Water Reactor:BWR)、加圧水型(Pressurized Water Reactor:PWR)、または高速増殖炉(Fast Breeder Reactor:FBR)の何れであってもよい。ここでは一例としてBWR型を図示して原子炉100aの説明を行う。
原子炉格納容器100bは、上述した原子炉100aを格納するものである。格納する原子炉100aがBWR型である場合、この原子炉格納容器100bは、内部に圧力抑制用の冷却水L1が貯留される圧力抑制プールを備えたサプレッションチャンバー113を有し、また内部が窒素ガス(N2)で満たされている。原子炉格納容器100bの限界温度および限界圧力は、それぞれ200℃、0.7MPaであり、設計圧力の2倍程度である。
配管11は、原子炉格納容器100bの上方部分、および原子炉格納容器100bにおけるサプレッションチャンバー113の上部に接続されている。この配管11は、原子炉格納容器100bの内部圧力が上昇した場合に、原子炉格納容器100b内のガスを排出して原子炉格納容器100bの破損を防止するためのものである。したがって、配管11は、原子炉格納容器100bとの接続部が最上流であり、その延設方向が下流側となる。
フィルタベント13は、配管11の経路上において自動開閉弁11eの下流に設けられている。このフィルタベント13は、一般的な構成であってよく、タンク13a、タンク13a内に貯留された薬液L2、タンク13a内に設けられた金属フィルタ13bを有している。
発熱タンク15は、内部に発熱部材15aを収容したものであり、配管11の経路上においてフィルタベント13とヨウ素吸着タンク17との間に配置されている。この発熱タンク15は、フィルタベント13側の接続配管11bとヨウ素吸着タンク17側の接続配管11cとに連通する状態で設けられている。そして、フィルタベント13側の接続配管11bから供給された処理ガスが、発熱タンク15を通過してヨウ素吸着タンク17側の接続配管11cに排出される構成となっている。したがって、発熱タンク15内においての処理ガスの処理効果を高めるためには、接続配管11bと接続配管11cとは、最も遠い位置において発熱タンク15に接続されていることが好ましい。
発熱タンク15内に収容された発熱部材15aは、原子炉格納容器100bから排出された処理ガス中の成分と反応して発熱する。ここでは特に処理ガス中の水素と反応して反応熱を発するものであることとする。このような発熱部材15aは、例えば、水素再結合触媒、金属酸化物触媒、アンモニア合成触媒、および水素吸蔵合金のうちの少なくとも1種を用いて構成される。
ヨウ素吸着タンク17は、内部にヨウ素吸着部材17aを収容したものであり、配管11の経路上において発熱タンク15の下流側に配置されている。このヨウ素吸着タンク17は、発熱タンク15側の接続配管11cとガス排出管11dとに連通する状態で設けられている。これにより、発熱タンク15内において発生した反応熱によって加熱された処理ガスの供給経路に、ヨウ素吸着部材17aが配置される構成となっている。また、発熱タンク15側の接続配管11cから供給された処理ガスが、ヨウ素吸着タンク17を通過してガス排出管11dに排出される構成となっている。したがって、ヨウ素吸着タンク17内においての処理ガスの処理効果を高めるためには、接続配管11cとガス排出管11dとは、最も遠い位置においてヨウ素吸着タンク17に接続されていることが好ましい。
ヨウ素吸着タンク17内に収容されたヨウ素吸着部材17aは、原子炉格納容器100bから排出された処理ガス中のヨウ素を吸着する。ここで用いるヨウ素吸着部材17aは、固形吸着剤であり、ゼオライト、セラミックス、シリカ、アルミナなどの無機担体に銀または銀塩を添着したものが用いられる。この他にも、活性炭にヨウ化カリウム(KI)を添着したKI添着活性炭や、活性炭にトリエチレンジアミン(TEDA;Triethylene Diamine)を添着したTEDA炭などが用いられる。
次に、発熱タンク15内における発熱部材15aの充填量と、ヨウ素吸着タンク17内におけるヨウ素吸着部材17aの充填量の設計について述べる。
例えば、ヨウ素吸着部材17aとして、銀が添着されたゼオライト(銀ゼオライト)を用いた場合を想定する。銀ゼオライトの代表的な仕様は、ヨウ素吸着のための操作適正温度80〜200℃、活性点の安定性400℃以下、ゼオライト構造の安定性900℃以下、銀含有率12重量%以上、ペレット形状、嵩密度720±30kg/m3である。
原子力プラント100の事故事象によってフィルタベント13の下流に排出される処理ガスの条件は様々であるが、代表的な条件下において、圧力は1気圧、温度は90℃以下とされている。また、フィルタベント13から排出される処理ガスは水蒸気を含むガスであるため、そのままヨウ素吸着タンク17に流入することで、ヨウ素吸着タンク17内において水蒸気が結露してしまう可能性がある。そのため、ヨウ素吸着タンク17の内部には、発熱部材15aによって加熱された処理ガスによって、100℃以上に保たれるようにすることが好ましい。
ΔH:エンタルピー変化
なお、ここで例示したBWR(沸騰水型)の原子炉100aは、原子炉格納容器100b内が窒素(N2)ガスで置換されている。このため、原子炉格納容器100bから配管11に供給される処理ガスは、酸素濃度が著しく少ないものとなる。したがって、発熱部材15aに水素再結合触媒を用いている場合であれば、発熱部材15aにおける再結合反応を促進するために、配管11に酸素供給装置19を接続することが好ましい。ただし、原子炉がPWRまたはFBRである場合、または発熱部材15aが金属酸化物、アンモニア合成触媒、および水素吸蔵合金の何れかを用いたものである場合には、酸素供給装置19を設ける必要はない。
以上説明したように第1実施形態のヨウ素除去装置1は、フィルタベント13とヨウ素吸着タンク17との間の配管11の経路上に、処理ガス中の成分(水素)との反応によって反応熱を発する発熱部材15aを配置した構成である。これにより、発熱部材15aによって加熱された処理ガスをヨウ素吸着部材17aが充填されたヨウ素吸着タンク17に供給し、さらにこの加熱された処理ガスによってヨウ素吸着部材17aを直接的に効率よく加熱することができる。
図2は、第1実施形態に係るヨウ素除去装置の変形例1の構成図である。図2に示す変形例1のヨウ素除去装置1aが、図1を用いて説明した構成と異なるところは、発熱部材15aとヨウ素吸着部材17aとが、配管11の経路上に設けられた1つの処理タンク21内において接触させて収容された構成にある。他の構成は図1を用いて説明した構成と同様である。
処理タンク21は、配管11の経路上において、フィルタベント13から延設された接続配管11bと、ガス排出管11dとの間に配置されている。また発熱部材15aは、処理タンク21内における接続配管11b側、すなわち上流側に収容されている。一方、ヨウ素吸着部材17aは、処理タンク21内におけるガス排出管11d側、すなわち下流側に収容されている。
図3は、第1実施形態に係るヨウ素除去装置の変形例2の構成図である。図3に示す変形例2のヨウ素除去装置1bが、図1を用いて説明した構成と異なるところは、発熱タンク15とヨウ素吸着タンク17とを、複数に分けて配管11の経路上に交互に配置したところにある。他の構成は図1を用いて説明した構成と同様である。
図4は、第1実施形態に係るヨウ素除去装置の変形例3の構成図である。図4に示す変形例3のヨウ素除去装置1cが、図1を用いて説明した構成と異なるところは、配管11を複数の分岐管11-1,11-2,11-3に分岐し、それぞれの経路上に発熱部材15aとヨウ素吸着部材17aを収容した処理タンク21’を配置したところにある。他の構成は図1を用いて説明した構成と同様である。
分岐管11-1,11-2,11-3は、例えばフィルタベント13から延設された接続配管11bにおいて分岐されている。これらの分岐管11-1,11-2,11-3の経路上には、処理タンク21’が配置され、各処理タンク21’に対してガス排出管11dが接続されている。
各処理タンク21’内には配管11の上流側から順に発熱部材15a、ヨウ素吸着部材17aが交互に収容されている。各処理タンク21’は、隣接する処理タンク21’における発熱部材15aの収容部分とヨウ素吸着部材17aの収容部分とを隣接させて設置されることが好ましい。これにより、処理タンク21’間において発熱部材15aの熱がヨウ素吸着部材17aに伝わり易くする。
図5は、第1実施形態に係るヨウ素除去装置の変形例4の構成図である。図5に示す変形例4のヨウ素除去装置1dが、図1を用いて説明した構成と異なるところは、配管11の経路上に設けられた1つの処理タンク21”内に、発熱部材15aとヨウ素吸着部材17aとを混在した状態で収容したところにある。他の構成は、図1を用いて説明した構成と同様である。
処理タンク21”は、配管11の経路上において、フィルタベント13から延設された接続配管11bと、ガス排出管11dとの間に配置されている。この処理タンク21”内には、発熱部材15aとヨウ素吸着部材17aとが混在した状態で収容されている。これにより発熱部材15aにおいて発生した反応熱が、処理ガスを加熱すると共に、ヨウ素吸着部材17aに供給される構成となっている。
図6は、第2実施形態に係るヨウ素除去装置2の構成図の例である。図6に示すヨウ素除去装置2は、図2を用いて説明した第1実施形態の変形例1の構成において、発熱部材15aおよびヨウ素吸着部材17aを収容した処理タンク21に、配管11の一部で構成された伝熱管23を敷設した構成である。
伝熱管23は、配管11における自動開閉弁11eとフィルタベント13との間の供給配管11a部分を用いて構成されている。この伝熱管23は、処理タンク21の内部および外部の少なくとも一方に敷設され、配管11に供給された処理ガスによって処理タンク21を内側または外側から加熱する構成となっている。
以上説明したように、第2実施形態のヨウ素除去装置2は、自動開閉弁11eとフィルタベント13との間の供給配管11aを伝熱管23として、処理タンク21に敷設した構成である。これにより、原子炉格納容器100bから放出された高温の処理ガスは、処理タンク21に敷設された伝熱管23を通過した後にフィルタベント13に供給されることになる。
図7は、第3実施形態に係るヨウ素除去装置3の構成図の例である。図7に示すヨウ素除去装置3は、図2を用いて説明した第1実施形態の変形例1の構成において、発熱部材15aおよびヨウ素吸着部材17aを収容した処理タンク21に、配管11の一部を分岐させた分岐伝熱管31を敷設した構成である。
分岐伝熱管31は、配管11における自動開閉弁11eとフィルタベント13との間の何れかの位置において、供給配管11a部分から分岐し、供給配管11aと並列に設けられている。分岐伝熱管31における供給配管11aとの分岐部分には、ガス流量調整弁33が設けられ、供給配管11aからフィルタベント13に供給される処理ガスの流量と、分岐伝熱管31からフィルタベント13に供給される処理ガスの流量とが調整される。
以上説明したように、第3実施形態のヨウ素除去装置3は、原子炉格納容器100bに接続された供給配管11aから分岐させた分岐伝熱管31を、処理タンク21に敷設し、内部に発熱部材15a’を充填した構成である。これにより、原子炉格納容器100bから放出された高温の処理ガスの一部は分岐伝熱管31内に供給され、分岐伝熱管31内に充填された発熱部材15a’は処理ガス中の成分(水素)との反応によって反応熱を発生する。
図8は、第4実施形態に係るヨウ素除去装置4の構成図の例である。図8に示すヨウ素除去装置4は、図2を用いて説明した第1実施形態の変形例1の構成において、発熱部材15aおよびヨウ素吸着部材17aを収容した処理タンク21に、配管11の一部である接続配管11bで構成された接続部伝熱管41を敷設した構成である。
接続部伝熱管41は、配管11におけるフィルタベント13と処理タンク21との間の接続配管11b部分を用いて構成されている。この接続部伝熱管41内には、発熱部材15a’が収容されている。接続部伝熱管41内の発熱部材15a’は、第1実施形態において説明した発熱部材15aの中から適宜に選択された構成のものを用いることができる。接続部伝熱管41内の発熱部材15a’は、処理タンク21内に収容される発熱部材15aと同様のものであってもよいし、異なるものであってもよい。
以上説明したように、第4実施形態のヨウ素除去装置4は、フィルタベント13と処理タンク21との間の接続配管11bを、接続部伝熱管41として処理タンク21に敷設し、内部に発熱部材15a’を充填した構成である。これにより、フィルタベント13から放出された処理ガスは、接続部伝熱管41内に供給され、接続部伝熱管41内の発熱部材15a’が処理ガス中の成分(水素)との反応によって反応熱を発生する。
図9は、第5実施形態に係るヨウ素除去装置の構成図の例である。図9に示すヨウ素除去装置5は、図2を用いて説明した第1実施形態の変形例1の構成において、発熱部材15aおよびヨウ素吸着部材17aを収容した処理タンク21に、ガス循環伝熱管51を敷設した構成である。
ガス循環伝熱管51は、先に図1を用いて説明した原子炉格納容器100bとの間で処理ガスを循環させる構成であって、両端が原子炉格納容器100bに連通された状態で設けられている。ガス循環伝熱管51の一端側の経路上には、自動開閉弁53を介して送気ポンプ55が設けられている。この送気ポンプ55の作動によって、原子炉格納容器100b内の処理ガスは、ガス循環伝熱管51の一端側から導入されて他端側から再び原子炉格納容器100b内に戻される構成となっている。なお、送気ポンプ55の電源は、ここでの図示を省略した非常用直流電源を使用するものとする。
以上説明したように、第5実施形態のヨウ素除去装置5は、原子炉格納容器100bとの間で処理ガスを循環させるガス循環伝熱管51を処理タンク21に敷設した構成である。これにより、原子炉格納容器100bとの間で高温の処理ガスが循環供給されるガス循環伝熱管51との間の熱交換により、処理タンク21内の発熱部材15aおよびヨウ素吸着部材17aを、効果的に予熱することができる。この結果、処理タンク21の上流側に設けられた発熱部材15aは、上記効果的な予熱によって反応性が高められ、効率的な発熱を得ることができる。そして、処理タンク21の下流側に設けられたヨウ素吸着部材17aを、短時間で操作適正温度まで加熱することが可能になると共に、放射性ヨウ素の吸着効率を高めることが可能になる。
図10は、第6実施形態に係るヨウ素除去装置6およびこれを用いた原子力プラント106の構成図の例である。図10に示すヨウ素除去装置6は、図9を用いて説明した第5実施形態の構成において、ガス循環伝熱管51に対して、給水配管61および循環排水管63を接続した構成である。
給水配管61は、ガス循環伝熱管51における送気ポンプ55と自動開閉弁57との間における上流側に、バルブ61aを介して一端を接続させて設けられている。また給水配管61の他端は、二股に分岐している。二股に分岐した一方の他端は、バルブ61bを介して、原子炉格納容器100bの圧力抑制プールにおける冷却水L1の貯留部分に接続されている。二股に分岐した他方の他端は、バルブ61bを介して、非常用復水器Sにおける外部冷却水L3の貯留部に接続されている。なお、外部冷却水L3は、海水であってもよい。
循環排水管63は、ガス循環伝熱管51における送気ポンプ55と自動開閉弁57との間における下流側に、バルブ63aを介して一端が接続されている。また循環排水管63の他端は、二股に分岐している。二股に分岐した一方の他端は、バルブ63bを介して、原子炉格納容器100bに接続されている。二股に分岐した他方の他端は、バルブ63bを介して非常用復水器Sに接続されている。
この様な構成の第6実施形態のヨウ素除去装置6は、処理タンク21に敷設したガス循環伝熱管51に対して、給水配管61および循環排水管63を接続させた構成である。これにより、ガス循環伝熱管51内に、原子炉格納容器100bの冷却水L1または非常用復水器Sにおける外部冷却水L3を循環させることができる。この場合、先ず、ガス循環伝熱管51の自動開閉弁53,57を閉じる共に、送気ポンプ55を停止する。その後、給水配管61のバルブ61a,61bおよび循環排水管63のバルブ63a,63bを開くと共に、給水配管61の給水ポンプ61cを作動させる。
Claims (5)
- 放射性ヨウ素を含有する処理ガスが供給される配管と、
前記配管の経路上に配置されたフィルタベントと、
前記配管の経路上における前記フィルタベントの下流側に配置され前記処理ガス中の成分と反応して反応熱を発する発熱部材と、
前記反応熱によって加熱された前記処理ガスの供給経路に配置されたヨウ素吸着部材とを備え、
前記配管の経路上において前記ヨウ素吸着部材が配置された部分に、前記処理ガスが供給される伝熱管が敷設され、
前記伝熱管は、前記配管の一部によって構成され、
前記伝熱管内に、前記処理ガス中の成分と反応して反応熱を発する発熱部材が収容された
放射性ヨウ素除去装置。 - 前記ヨウ素吸着部材は、前記配管の経路上において前記発熱部材の下流側に配置され、
前記発熱部材と前記ヨウ素吸着部材とは、前記配管の経路に沿って交互に配置された
請求項1に記載の放射性ヨウ素除去装置。 - 前記発熱部材と前記ヨウ素吸着部材とは、隣接した状態で配置された
請求項1または2に記載の放射性ヨウ素除去装置。 - 前記発熱部材は、水素再結合触媒、金属酸化物触媒、アンモニア合成触媒、および水素吸蔵合金の何れかを用いて構成された
請求項1〜3の何れか一項に記載の放射性ヨウ素除去装置。 - 請求項1〜4の何れか一項に記載の放射性ヨウ素除去装置と、
原子炉と、
前記原子炉を格納した原子炉格納容器とを備え、
前記原子炉格納容器と前記放射性ヨウ素除去装置の配管とが接続され、前記原子炉格納容器から前記放射性ヨウ素除去装置の配管に前記処理ガスが供給される
原子力プラント。
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