JPH0777600A - ガス中に含まれるナトリウムの回収装置およびその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ナトリウム冷却高速増殖炉の使用済燃料に付
着したナトリウムを洗浄槽内でアルゴンガス（不活性ガ
ス）を吹き付けて除去する乾式洗浄設備等において、ナ
トリウム蒸気を含む広範囲の流量を有するアルゴンガス
中からナトリウムを凝縮回収する装置およびその使用方
法を提供する。 【構成】 内部に焼結金属或いはセラミック等からなる
不活性ガス透過膜を有する少なくとも１台以上のフィル
タエレメントを有し、通過するガスの温度を入口部から
出口部にかけてナトリウムの融点よりも高く２００℃よ
りも低い領域の温度に保持する手段を設けたウォームフ
ィルタと、前記ウォームフィルタと一体にして接続され
た後段回収器とによって構成し、ウォームフィルタを通
過する不活性ガスの温度をナトリウムの融点よりも高く
２００℃よりも低い領域の温度に保持し、ウォームフィ
ルタ内において捕捉し得なかった残りのナトリウムは全
量ミストの状態で不活性ガス中に浮遊させてサイクロン
セパレータまたはカスケードインパクタからなる後段回
収器に送入して捕捉する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ナトリウム冷却高速増
殖炉の使用済燃料に付着したナトリウムを洗浄槽内で、
例えばアルゴンガス等の不活性ガス（以下本明細書では
アルゴンガスを使用した場合について説明する）を吹き
付けて除去する乾式洗浄設備等において、ナトリウム蒸
気を含む広範囲の流量を有するアルゴンガス中からナト
リウムを凝縮回収する方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４および図５は第１の従来技術の例
で、特公平３−６５８７７号公報に記載された高速増殖
炉カバーガス系のナトリウム除去方法を示す図で、図４
はその系統図、図５は冷却装置或いは加熱装置を用いて
制御する回収装置各部の保持すべき温度を示す図であ
る。

【０００３】該従来の技術は、原子炉容器５１内におい
て、炉心５２で発生する熱を除熱するため満たしたナト
リウム５３の上部空間にカバーガスとして封入されてい
るアルゴンガス中からナトリウム５３を除去する方法を
提案しているもので、その要旨は原子炉容器５１内のア
ルゴンガスをまず原子炉容器５１内のナトリウム５３の
温度よりも低い温度、例えば２００℃に予熱保持した通
路５４内を通過させ、ナトリウム５３をミスト化したの
ちミスト捕集型除去装置５５に導き、ミストの大部分を
充填材５６への接触捕集によって除去し、次いで約３０
０℃に予熱保持した通路５７を通じてアルゴンガスを昇
温したのち、ミスト捕集局部凝固型除去装置５８に導き
充填材５９への接触捕集および凝固したナトリウム５３
の微小粒子の捕集除去を行うものである。

【０００４】図６は第２の従来技術の例で、特開平４−
３１５０９７号公報に記載された不活性ガス中のナトリ
ウム蒸気回収装置の図である。該従来技術においては、
高速増殖炉の高温カバーガス等の不活性ガス（例えばア
ルゴンガス）中に蒸発したナトリウム蒸気を回収する装
置を、不活性ガスを冷却する多管式熱交換器７１と、内
部に不活性ガスを透過する焼結金属等の有底パイプ７３
からなるミストフィルタ７４を有し、底部にナトリウム
排出口７５を設け、上部側壁に不活性ガス排出口７６を
設けたミストトラップ７７とによって構成し、ミストト
ラップ７７は多管式熱交換器７１の不活性ガス出口７２
に接続している。図６において、７８は冷媒入口、７９
は冷媒出口、８０はナトリウム蒸気を含む不活性ガス入
口、８１はナトリウム排出口、８２は容器である。

【０００５】このように構成した装置において、多管式
熱交換器７１の冷媒入口７８から熱媒体を流入し、伝熱
管内を流通させ、冷媒出口７９から流出することを連続
させる。この状態でナトリウム蒸気を含む高温不活性ガ
スを不活性ガス入口８０から流入し、不活性ガスを冷却
し、ナトリウム蒸気をミスト化する。

【０００６】ミスト化したナトリウムを含む不活性ガス
はミストトラップ７７内に流入し、有底パイプ７３を配
列したミストフィルタ７４によりナトリウムミストが捕
捉されて有底パイプ７３の底に流下し貯えられる。この
時ナトリウムが固化しないようにミストトラップ７７の
容器８２がヒータにより加熱され、有底パイプ７３の底
のナトリウムは徐々にミストトラップ７７の底に滴下
し、図示しないナトリウムドレンタンクに排出されると
いうものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように上記従来の
技術においても、高速増殖炉の再循環式カバーガス系等
において、処理する不活性ガスの量が比較的少量である
場合はカバーガスとしての不活性ガス中に移行したナト
リウムベーパーやミストを除去し、清浄化した不活性ガ
スを再びカバーガスとして循環使用することが容易であ
った。

【０００８】しかしながら本願発明が解決しようとして
いる乾式洗浄設備においては、高速増殖炉の使用済燃料
に付着したナトリウムの除去に際して、廃棄物量を低減
するために前記使用済燃料に大量のアルゴンガスを吹き
付けることによって付着ナトリウムを蒸発・飛散させ、
ナトリウム回収装置でナトリウムのみを凝縮回収し、不
活性のアルゴンガスは洗浄用に再利用するものであり、
運転条件はガス流量が約１４Ｎｍ³ ／ｍｉｎまでと従来
の約１０倍までの量であり、回収ナトリウム量も約７２
ｋｇ／１交換期間という大容量のものを短時間で回収さ
せるものであり、ナトリウム濃度は１０００〜１５００
ｗｐｐｍと極めて希薄である。

【０００９】更に生成するミストの粒径は極めて小さい
（１０μｍ以下が大部分）うえ、洗浄設備の性質上間歇
運転されるためにナトリウム捕集部の表面が乾燥状態と
なるため、上記従来の技術によってこれを処理するため
には、大きな物量の設備を必要とするほか、その運転に
必要な装置および方法も複雑であった。

【００１０】本願発明は、このような現状に鑑みてなさ
れたもので、ナトリウムの蒸発凝縮現象の分析に基づい
て簡潔な構成と低い稼動費或いは容易な運転操作とによ
って、前記のナトリウム回収量およびアルゴンガス流量
に対してナトリウム回収効率９９％以上という高効率の
もとで、ガス中に含まれる液体金属の回収を行う装置お
よびその使用方法を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的は前記特許請
求の範囲に記載されたガス中に含まれるナトリウムの回
収装置およびその使用方法によって達成される。すなわ
ち、 内部に焼結金属或いはセラミック等からなる不活性
ガス透過膜を有する少なくとも１台以上のフィルタエレ
メントと、底部にナトリウム排出口と、上部に不活性ガ
スと再飛散ナトリウムとの排出口を有し、通過するガス
の温度を入口部から出口部にかけてナトリウムの融点よ
りも高く２００℃よりも低い領域の温度に保持する手段
を設けたウォームフィルタと、不活性ガスと再飛散ナト
リウムとの排出口部に前記ウォームフィルタと一体にし
て接続された後段回収器とによって構成されたガス中に
含まれるナトリウムの回収装置。

【００１２】 後段回収器がサイクロンセパレータで
ある記載のガス中に含まれるナトリウムの回収装置。 後段回収器がカスケードインパクタである記載の
ガス中に含まれるナトリウムの回収装置。

【００１３】 ウォームフィルタを通過する不活性ガ
スの温度を入口部から出口部にわたって、不活性ガス中
に含まれるナトリウムの融点よりも高く２００℃よりも
低い領域の温度に保持し、ウォームフィルタ内において
不活性ガス中のナトリウムの半分以上を捕捉して滴下さ
せ、残りのナトリウムは全量ミストの状態で不活性ガス
中に浮遊させてサイクロンセパレータまたはカスケード
インパクタからなる後段回収器に送入して捕捉するガス
中に含まれるナトリウムの回収装置の使用方法である。
以下本発明の作用等について実施例に基づいて説明す
る。

【００１４】

【実施例】図１〜２は、本願発明に基づくガス中に含ま
れるナトリウムの回収装置の図で、図１は後段回収器を
サイクロンセパレータとした場合、図２は後段回収器を
カスケードインパクタとした場合の図である。図３はナ
トリウムミスト回収装置のフローシートである。図１〜
３において、１はウォームフィルタ、２はフィルタエレ
メント、３，５はアルゴンガス入口、４，６はアルゴン
ガス出口、７はサイクロンセパレータ、８，９，１３は
ミスト回収口、１０はカスケードインパクタ、１１は滴
下ミスト、１２はフィルタ、２０は後段回収器、２１は
燃料集合体、２２は洗浄槽、２３はヒータ、２４は熱交
換器、２５はナトリウムドレンタンク、２６はコールド
フィルタ、２７はブロアである。

【００１５】高速増殖炉における使用済燃料は再処理設
備へ輸送されるまでの間、通常水プール内に貯蔵され
る。その際、高速増殖炉から取り出された状態の使用済
燃料には１集合体当たり約４００ｇのナトリウムが付着
しており、そのままでは水と激しく反応するため予め十
分にナトリウムを除去する必要がある。その除去方法と
して使用済燃料に大量の高温アルゴンガスを高速で吹き
付けて付着しているナトリウムを蒸発・飛散させ、その
あとナトリウムを回収させる乾式燃料洗浄方式の採用が
計画されている。

【００１６】高速増殖炉の１交換期間に取り出される使
用済燃料体数はプラントによって異なるが、仮に１８０
体とすると付着ナトリウム総量は７２ｋｇ／１交換期間
に達し、その除去に必要なアルゴンガスの流量は８〜１
４Ｎｍ³／ｍｉｎという大容量になり、更にナトリウム
濃度が極めて希薄である上、生成するミストの粒径も極
めて小さいことから、これをフィルタ或いはサイクロン
等の単体で処理しようとする場合、装置が大型化する。

【００１７】図３において洗浄槽２２内に載置させた燃
料集合体２１に約５００℃に加熱したアルゴンガスを高
速で吹き付け、燃料集合体２１外面に付着したナトリウ
ムを蒸発・飛散させる。

【００１８】使用済燃料から除去したナトリウムを含有
したアルゴンガスは洗浄槽２２から約５００℃の温度を
保持して排出され、下流側に配設された熱交換器２４に
送入される。

【００１９】熱交換器２４に流入したアルゴンガスは熱
交換器２４においてナトリウムの融点（約９８℃）より
も高く２００℃よりも低い温度の領域まで冷却され、ア
ルゴンガス中のナトリウムの一部を捕捉されたのちウォ
ームフィルタ１内に送入される。

【００２０】ウォームフィルタ１は図１〜２に示すよう
に、内部に焼結金属或いはセラミック等からなるアルゴ
ンガス透過膜を有するフィルタエレメント２が複数配設
されている。該フィルタエレメント２は透過させるアル
ゴンガスの圧力損失が過大になるのを防止できるポアサ
イズを採用している。

【００２１】ウォームフィルタ１を使用する際に最も重
要なことはウォームフィルタ１のアルゴンガス入口３か
らアルゴンガス出口４に至る間のアルゴンガスの温度
を、ナトリウムの融点よりも高く２００℃よりも低い領
域内において、アルゴンガス中のナトリウムをミストの
状態に保つことである。

【００２２】本願発明者等はナトリウムの蒸発凝縮現象
を実験し、その分析を行った結果、ウォームフィルタ１
内を通過するアルゴンガスの温度を、ナトリウムの融点
（９８℃）よりも高く２００℃よりも低い領域の温度に
保持した場合に最も高い捕集効率が得られ、それよりも
高い場合にはナトリウムはベーパーの状態でアルゴンガ
スとともに排出され、それよりも低い場合にはナトリウ
ムの一部が固化することにより、フィルタエレメント２
が閉塞し、圧力損失が増大する可能性がある。

【００２３】ウォームフィルタ１内を通過するアルゴン
ガスの温度を上記の最適な条件に保持させることによ
り、ウォームフィルタ１内に流入したアルゴンガス中の
ナトリウムの約７０〜９５％はフィルタエレメント２に
よって捕捉され、下部のミスト回収口８から排出され
る。ウォームフィルタ１内で捕捉し得なかった残りのナ
トリウムは、その全量をミストの状態でアルゴンガス中
に浮遊させ、下流側にウォームフィルタ１と一体に形成
された後段回収器２０内に送入される。

【００２４】後段回収器２０は図１に示すサイクロンセ
パレータ７或いは図２に示すカスケードインパクタ１０
等からなり、アルゴンガス中のミスト状のナトリウムは
サイクロン効果によって又フィルタ１２に捕捉されて下
部のミスト回収口９から排出され、或いはカスケードイ
ンパクタ１０内において衝突によって又フィルタ１２に
捕捉されて滴下し、ミスト回収口１３から排出される。
サイクロンセパレータ７又はカスケードインパクタ１０
で大部分のミストが捕捉されるので、フィルタ１２に捕
捉される量は極めて少ない。

【００２５】熱交換器２４、ウォームフィルタ１および
後段回収器２０で捕捉されたナトリウムは図３に示すナ
トリウムドレンタンク２５内に集められる。本願発明に
おいてはウォームフィルタ１と後段回収器２０とを一体
に形成することにより装置のコンパクト化を図ってい
る。

【００２６】後段回収器２０から排出されたアルゴンガ
スは当初洗浄槽２２から排出された時の含有ナトリウム
量の９９％以上を除去され、極めて清浄な状態で下流側
のコールドフィルタ２６において約６０℃程度に冷却さ
れ、ブロア２７において所定の圧力まで昇圧されたの
ち、ヒータ２３を通じて約５００℃の高温に加熱された
のち、再び乾式洗浄用不活性ガスとして循環使用され
る。

【００２７】

【発明の効果】本願発明によれば、上記実施例から明ら
かなように、蒸発させたナトリウムを含有したアルゴン
ガス等の不活性ガスを、ナトリウムの融点よりも高く２
００℃よりも低い領域の温度に保持させた状態でウォー
ムフィルタを通過させ、更に一体に形成した後段回収器
を通過させることにより、下記に示す効果を奏する。 ウォームフィルタ内の空塔速度を高くして装置の小
型化を図り得る。 設備をコンパクト化して製作費を低減させ得る。 ウォームフィルタのポアサイズを適切な値に設定す
ることによってフィルタエレメントから再飛散するミス
トは後段回収器によって高い回収効率で回収できる。 ９９％以上という極めて高い回収効率が得られる。 ウォームフィルタにおける制御ガス温度をガスの流
れ方向に傾斜させる必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】後段回収器をサイクロンセパレータとした本願
発明のガス中に含まれるナトリウムの回収装置の断面図
である。

【図２】後段回収器をカスケードインパクタとした本願
発明のガス中に含まれるナトリウムの回収装置の断面図
である。

【図３】ナトリウムミスト回収装置のフローシートであ
る。

【図４】第１の従来技術の例における系統図である。

【図５】第１の従来技術の例における冷却装置或いは加
熱装置を用いて制御する回収装置各部の保持すべき温度
を示す図である。

【図６】第２の従来技術の例における不活性ガス中のナ
トリウム蒸気回収装置の図である。

【符合の説明】

１ ウォームフィルタ ２ フィルタエレメント ３，５ アルゴンガス入口 ４，６ アルゴンガス出口 ７ サイクロンセパレータ ８，９，１３ ミスト回収口 １０ カスケードインパクタ １１ 滴下ミスト １２ フィルタ ２０ 後段回収器 ２１ 燃料集合体 ２２ 洗浄槽 ２３ ヒータ ２４ 熱交換器 ２５ ナトリウムドレンタンク ２６ コールドフィルタ ２７ ブロア ５１ 原子炉容器 ５２ 炉心 ５３ ナトリウム ５４，５７ 通路 ５５ ミスト捕集型除去装置 ５６，５９ 充填材 ５８ ミスト捕集局部凝固型除去装置 ６０，６１ 冷却装置 ６２ 圧縮機 ７１ 多管式熱交換器 ７２ 不活性ガス出口 ７３ 有底パイプ ７４ ミストフィルタ ７５ ナトリウム排出口 ７６ 不活性ガス排出口 ７７ ミストトラップ ７８ 冷媒入口 ７９ 冷媒出口 ８０ ナトリウム蒸気を含む不活性ガス入口 ８１ ナトリウム排出口 ８２ 容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森下 秀昭 東京都江東区南砂２丁目４番25号 川崎重 工業株式会社東京設計事務所内 (72)発明者 藤井 貞夫 東京都江東区南砂２丁目４番25号 川崎重 工業株式会社東京設計事務所内 (72)発明者 太田 邦弘 大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電 力株式会社内 (72)発明者 梅岡 利弘 大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電 力株式会社内 (72)発明者 加畑 保美 大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電 力株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に焼結金属或いはセラミック等から
   なる不活性ガス透過膜を有する少なくとも１台以上のフ
   ィルタエレメントと、底部にナトリウム排出口と、上部
   に不活性ガスと再飛散ナトリウムとの排出口を有し、通
   過するガスの温度を入口部から出口部にかけてナトリウ
   ムの融点よりも高く２００℃よりも低い領域の温度に保
   持する手段を設けたウォームフィルタと、不活性ガスと
   再飛散ナトリウムとの排出口部に前記ウォームフィルタ
   と一体にして接続された後段回収器とによって構成され
   たことを特徴とするガス中に含まれるナトリウムの回収
   装置。
2. 【請求項２】 後段回収器がサイクロンセパレータであ
   る請求項１記載のガス中に含まれるナトリウムの回収装
   置。
3. 【請求項３】 後段回収器がカスケードインパクタであ
   る請求項１記載のガス中に含まれるナトリウムの回収装
   置。
4. 【請求項４】ウォームフィルタを通過する不活性ガスの
   温度を入口部から出口部にわたって、不活性ガス中に含
   まれるナトリウムの融点よりも高く２００℃よりも低い
   領域の温度に保持し、ウォームフィルタ内において不活
   性ガス中のナトリウムの半分以上を捕捉して滴下させ、
   残りのナトリウムは全量ミストの状態で不活性ガス中に
   浮遊させてサイクロンセパレータまたはカスケードイン
   パクタからなる後段回収器に送入して捕捉することを特
   徴とするガス中に含まれるナトリウムの回収装置の使用
   方法。