JPH11202091A - 放射性気体廃棄物処理系の水分除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射性気体廃棄物処理系の除湿システムにお
いて、蒸気透過膜の二次側の汚染を軽減もしくは防止
し、 原子力プラントの安全性・ 信頼性を向上させる。 【解決手段】 除湿装置に蒸気透過膜を適用し、 蒸気透
過膜の一次系と二次系に媒質の温度差を設け、 その温度
差に対応した蒸気圧差により、 蒸気が蒸気透過膜内を選
択的に移動することで達成する。 【効果】 放射性気体廃棄物処理系の除湿システムにお
いて、処理設備の安全性及び信頼性を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、 蒸気透過膜を適用
した除湿装置の水分除去方法の改良に係り、特に放射性
気体廃棄物処理系の水分除去方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平５−２００２３０号公報には、気
体は透過させるが液体は透過させない疎水性多孔質膜を
用いて、蒸気を透過させる技術すなわち膜蒸留の技術が
開示されている。一方、特開平４−２９０５９７号公報
にも疎水性多孔質膜を使用した除湿装置の公知例が開示
されている。後者の公知例では、疎水性多孔質膜を介し
て吸収液と接触させ、蒸気を吸収液中に移動させる技術
と、蒸気を含むガスを冷却して蒸気を凝縮させ、水滴と
ガスの混合流とし、ガスだけを疎水性多孔質膜を通す技
術の２つの例が開示されている。

【０００３】一方、沸騰水型原子力プラントの原子炉冷
却材である水は、 炉内にて中性子の照射を受けるために
放射線分解が生じ、 その一部が水素と酸素に分離する。
さらに放射性気体廃棄物処理系には、 Ｋｒ、 Ｘｅ等の希
ガスが燃料から漏洩し混入する。

【０００４】このように放射性気体廃棄物処理系に混入
するガスは、非凝縮性ガスであるため、 主復水器内に滞
留する。

【０００５】そこで、これらの排ガスを主復水器から抽
気し、 排ガス予熱器にて排ガス温度を再結合反応領域ま
で高め、 排ガス再結合器にて水素と酸素を再結合反応さ
せて蒸気に変換した後、 排ガス復水器にて蒸気を一次除
去し、 除湿冷却器にて排ガスを冷却することにより蒸気
の二次除去を実施後、 脱湿塔にて排ガスを乾燥処理した
上で希ガスホールドアップ塔に導き、 排ガス中の放射性
気体廃棄物を所定の時間保持し、 放射能を減衰させるシ
ステム構成としている。

【０００６】前記したシステムにおいて、 原子力発電プ
ラントの放射性気体廃棄物処理系に水蒸気透過係数の大
きい中空糸膜を内蔵した除湿装置を用いた公知例が特開
平６−３４７５９３号公報に開示されている。 この公知
例では蒸気透過率を向上させるために、 膜の一次側( 排
ガス側) 系統内を加圧空気とエゼクタによって加圧する
と共に、 膜の二次側を主復水器の真空圧を駆動源として
減圧し、 膜の前後に強制的に圧力差を形成させて蒸気透
過膜内で蒸気を移動させ除湿する構成としている。

【０００７】この公知例では前述したように、 主復水器
の真空圧を駆動源として蒸気透過膜の二次側を減圧する
構成とするため、 除湿装置から主復水器への戻りライン
を設けている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】特開平５−２００２３
０号公報に開示の技術は、膜蒸留法で純水を製造するも
のであるが、蒸発した蒸気と共に疎水性多孔質膜を非凝
縮性ガスも透過する。特開平４−２９０５９７号公報に
開示の技術は、蒸気を吸って薄くなる吸収液の再生系が
必要となりシステムが複雑になる。一方、後者のもう一
つの技術では凝縮機を前段に必要としあまりメリットが
ない。吸収液を利用する場合を除き、いずれの技術もガ
ス中の蒸気だけ蒸気透過膜を透過させるという発想はな
い。

【０００９】前記除湿装置に中空糸膜を適用した従来技
術では、 排ガスに含まれる蒸気を除去することは可能で
あるが、 蒸気と共に放射性希ガスであるＸｅやＫｒも蒸
気透過膜二次側に移動する。

【００１０】したがって蒸気透過膜の二次側が汚染さ
れ、 この二次側ラインを主復水器まで戻すため、 放射性
物質を輸送するラインの増設が必要となり、 処理設備の
安全上望ましくない。 そこで、 蒸気透過膜の二次側の汚
染を軽減もしくは防止し、 原子力プラントの安全性・ 信
頼性の向上を図らねばならないという課題があった。

【００１１】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、 除湿装置に蒸気透過膜を適用して、 蒸
気透過膜の二次側の汚染を防止し、 原子力プラントの安
全性・ 信頼性を向上させた放射性気体廃棄物処理系の水
分除去方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による放射性廃棄物処理系の水分除去方法
は、特許請求の範囲の各請求項に記載の特徴を有する。
特に、独立項としての請求項１に係る発明の放射性気体
廃棄物処理系の水分除去方法は、原子力発電プラントで
発生した放射性気体廃棄物を主復水器から抽気し、 排ガ
ス予熱器にて排ガス温度を再結合反応温度領域に設定
し、 排ガス再結合器にて水素と酸素とを再結合反応させ
て蒸気に変換した後、 排ガス復水器にて蒸気を凝縮除去
し、 除湿・脱湿処理を施し、希ガスホールドアップ塔に
て排ガス中の放射性気体廃棄物を所定の時間保持し、 放
射能を減衰させる放射性気体廃棄物処理系の水分除去方
法において、 前記除湿・脱湿処理として、蒸気透過膜を
適用した除湿装置を採用し、 該蒸気透過膜の蒸気透過側
媒質温度を排ガス側温度よりも低く、かつ０℃より高く
通常の年平均室温程度以下に設定し、蒸気を選択的に透
過させることを特徴とするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例を図
面を用いて説明する。図１は、本発明の最も基本となる
除湿システムの構成を示している。 排ガス中の水素及び
酸素は、 除湿装置１の前処理装置である排ガス予熱器、
排ガス再結合器により蒸気の状態に再結合される。 その
後、 排ガス復水器２内で熱交換により約５０℃の飽和湿
り空気状態とされて除湿装置１に導かれる。

【００１４】ここで除湿装置１内の蒸気透過膜１１近傍
における水蒸気の挙動を図３を用いて説明する。 図３の
蒸気透過膜１１の左側は一次側( 排ガス３０と称す)
を、 右側は二次側( 循環水３１と称す) を示している。

【００１５】排ガス３０のガス温度は、 復水器出口温度
である約５０℃であり、 この温度における水の飽和蒸気
圧は９２. ５ｍｍＨｇである。 一方、 循環水３１の水温
を例えば２０℃に設定すると、 この温度での水の飽和蒸
気圧は１７. ５ｍｍＨｇであるため、 排ガス３０側と循
環水３１側の蒸気圧差は、 ７５ｍｍＨｇとなる。

【００１６】この蒸気圧差が蒸気透過膜１１の細孔３２
内において、 蒸気に対する圧力勾配となり、蒸気を排ガ
ス３０側から循環水３１側へ移動させる駆動力となる。
また、 循環水３１側の温度を排ガス３０側の温度よりも
低く設定しているため、 蒸気透過膜１１の排ガス３０側
表面温度も排ガス３０の温度より低くなり、 したがっ
て、 排ガス３０中の水蒸気が膜表面に凝縮し、 凝縮水が
生成する。

【００１７】循環水３１側の設定温度は、 必ずしも前述
した２０℃とする必要は無く、 排ガス３０側よりも低
く、 かつ冷媒である水の凝固点０℃より高く、通常の年
平均室温程度以下であればよい。 また蒸気透過効率は、
排ガス３０側と循環水３１側の蒸気圧差に依存するた
め、 蒸気圧差すなわち温度差が大きい程透過率は向上す
る。 このために、 排ガス復水器出口温度を現在の５０℃
よりも高く設定する、 あるいは循環水31側に凝固点が低
い冷媒を適用することにより蒸気透過率を向上すること
も考えられる。

【００１８】一方、Ｘｅ, Ｋｒ等の放射性希ガスは、蒸
気圧差だけでは空孔を通過する前に空孔の内壁にぶつか
り、循環水３１側へは殆ど到達できず、したがって循環
水３１側の汚染を防止することができる。

【００１９】ここで図１に戻り、 本実施例の装置の説明
を継続する。 除湿装置１内には、 蒸気透過膜１１が設置
されており、 蒸気透過膜１１の循環水側温度を排ガス側
の温度よりも低く設定するための循環水ラインが形成さ
れている。

【００２０】循環水ラインは、 循環水受タンク１２、 循
環水冷却器１３、 循環水ポンプ１４で構成される。 除湿
装置１を出た循環水は、 循環水受タンク１２内に一時貯
蔵され、 後段の循環水冷却器１３にて循環水ライン及び
除湿装置１内を移動する間に温度上昇した循環水を冷却
した後、 循環水ポンプ１４により再び除湿装置１へと導
かれる閉ループを構成している。

【００２１】また、 循環水受タンク１２にはドレン弁２
１が設けられており、 循環水が排ガス側３０から除去し
た蒸気による循環水の増加分をドレンへ排出する機能を
有している。 除湿装置１にもドレンラインが設けられて
おり、 蒸気透過膜１１の排ガス側表面温度が排ガスより
も低いために発生する凝縮水をドレンに排出する構成と
している。

【００２２】本実施例によれば、 除湿装置１に蒸気透過
膜１１を適用しながら、 蒸気透過膜１１の二次側へのＸ
ｅ, Ｋｒ等の放射性気体廃棄物の混入を防止できる。 さ
らに、 冷媒による冷却ラインを必要とする除湿冷却器
や、 複雑な再生系を必要とする脱湿塔が不要となるた
め、 合理的な除湿装置１を構築することができる。

【００２３】次に除湿装置１の概念を図２を用いて説明
する。図２は除湿装置１の基本構成要素を示しており、
該除湿装置１は、排ガス入口４、排ガス出口５、循環水
入口６、循環水出口７、上部水室８、下部水室９及び凝
縮水出口１０を備えている。

【００２４】図１に示す排ガス復水器２から除湿装置１
に導かれた一次側流体である排ガス３０は、排ガス入口
４のノズルを経て除湿装置１の胴側内部に入る。一方、
二次側流体である循環水３１は、循環水入口６のノズル
を経て、除湿装置１の上部水室８に導かれる。

【００２５】上部水室８の胴側との境界面は、循環水３
１と排ガス３０が隔離される様に管板構造と成ってお
り、かつ、上部水室８の管板面で蒸気透過膜１１と接続
され、除湿装置１の下方にある下部水室９に向かって配
置されている。

【００２６】下部水室９の胴側との境界面も上部水室８
と同様に管板構造を採用し、循環水３１と排ガス３０が
隔離される構造としている。循環水３１はこの蒸気透過
膜１１の内部を下方に向かって流れ、下部水室９に到達
し、循環水出口７のノズルを経て除湿装置１の外部に導
かれる。

【００２７】したがって排ガス３０中の蒸気は、循環水
３１が除湿装置１内の上部水室８から下部水室９に至る
過程で除去される。また、蒸気透過膜１１の排ガス３０
側に凝縮した水は、重力によって下部水室９の上部まで
移動する。下部水室９の上面には勾配を設けておき、凝
縮水出口１０のノズルに凝縮水が導かれる構造とし、凝
縮水は除湿装置１の外部に排出される。

【００２８】次に、第２の実施例を図４を用いて説明す
る。 図４の装置構成は図１と基本的には同様である。 但
し、 循環水冷却器１３に原子力プラントで用いられてい
る系統ユーティリティーである換気空調補機冷却水（Ｈ
ＮＣＷ）系を流用し、 ＨＮＣＷ冷凍装置１６で冷却され
た水の一部を循環水冷却器１３に導き、循環水冷却器１
３の効率向上を図ったものである。

【００２９】前記した様に排ガス復水器出口温度が５０
℃の場合、 循環水３１の温度は０℃から通常の年平均室
温程度で設定すれば良く、 この温度条件に該当するユー
ティリティーとしては、 水温約２５℃のタービン補機冷
却水( ＴＣＷ) 系, 水温約５℃のＨＮＣＷ系等の流用が
考えられる。

【００３０】これらのユーティリティー系統は、通常各
系統の冷却対象建屋に導かれているが、その一部を、 循
環水冷却器１３内部に導き、 循環水を一次側、 ユーティ
リティーを二次側とした熱交換により、 循環水を冷却し
てもよく、 またこれらのユーティリティーを直接除湿装
置１に導いてもよい。

【００３１】後者の場合は、 循環水受タンク１２や循環
水ポンプ１４などの循環水ラインを削減でき、 装置のさ
らなる簡素化が図れる。

【００３２】次に、第３の実施例を図５を用いて説明す
る。 図５に示される装置構成は、図１に示されるものと
基本的には同様であるが、 循環水ラインから循環水冷却
器１３を撤去し、 その代わりに循環水冷却管１５を吸着
塔室１７に付設する。

【００３３】吸着塔室１７は他の室とは異なり、 吸着塔
３内部の活性炭性能を良好に保つため、 独立した換気空
調システムを設置し、 室温を約２５℃に制御している。
したがって、 吸着塔室１７内に循環水ラインの配管を循
環水冷却管１５として付設し、 所要の温度まで循環水を
冷却する様に循環水冷却管１５長さを設定することによ
り、 循環水冷却器１３を必要としない循環水ラインを形
成できる。

【００３４】循環水冷却管１５の形状にフィン付きの伝
熱管等を採用することにより、 循環水の冷却効率を向上
でき、 循環水冷却管１５の長さを短縮できる。 本実施例
では、 循環水ラインから熱交換器である循環水冷却器１
３を削除できるため、 循環水ラインの簡素化が図れる。

【００３５】以上に示した第１ないし第３の実施例にお
いて、 蒸気透過膜１１の形状に、 中空糸膜を用いた場
合、 蒸気透過膜１１の表面積が飛躍的に向上するため、
蒸気透過量も大きく向上し、 除湿装置１本体を小型化で
きる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、 放射性気
体廃棄物処理系にて処理する排ガスから蒸気を選択的に
分離・ 除去できる除湿システムを提供できる。 これによ
り、 蒸気透過膜の循環水側に放射性廃棄物が混入するこ
とを防止できるため、 放射性気体廃棄物処理設備の安全
性及び信頼性を向上できる。

【００３７】請求項２に係る発明によれば、安定した除
湿システムを提供できる。

【００３８】請求項３に係る発明によれば、蒸気透過側
媒質温度を任意に設定でき、除湿システムを確実に運転
することが可能となる。

【００３９】請求項４に係る発明によれば、循環水冷却
器の一部の機器又は循環水ラインを削減でき、装置の簡
素化が図れる。

【００４０】請求項５に係る発明によれば、循環水冷却
器の大部分を削減でき、循環水ラインの簡素化が図れ
る。

【００４１】請求項６に係る発明によれば、蒸気透過膜
の表面積を飛躍的に大きくすることができ、蒸気透過率
を向上し、除湿装置を小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の除湿システムの基本構成を示す第一の
実施例。

【図２】本発明の除湿装置の基本構成。

【図３】蒸気透過膜による蒸気分離の模式図。

【図４】本発明の循環水ラインに既設の冷却系を適用し
た第二の実施例。

【図５】本発明の循環水ラインに循環水冷却管を適用し
た第三の実施例。

【符号の説明】

１…除湿装置 ２…排ガス復水
器 ３…吸着塔 ４…排ガス入口 ５…排ガス出口 ６…循環水入口 ７…循環水出口 ８…上部水室 ９…下部水室 １０…凝縮水出
口 １１…蒸気透過膜 １２…循環水受
タンク １３…循環水冷却器 １４…循環水ポ
ンプ １５…循環水冷却管 １６…ＨＮＣＷ
冷凍装置 １７…吸着塔室 ２１…ドレン弁 ３０…排ガス ３１…循環水 ３２…空孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近野 正伸 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 熊坂 政喜 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 沢 俊雄 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子力発電プラントで発生した放射性気
   体廃棄物を主復水器から抽気し、 排ガス予熱器にて排ガ
   ス温度を再結合反応温度領域に設定し、 排ガス再結合器
   にて水素と酸素とを再結合反応させて蒸気に変換した
   後、 排ガス復水器にて蒸気を凝縮除去し、 除湿・脱湿処
   理を施し、希ガスホールドアップ塔にて排ガス中の放射
   性気体廃棄物を所定の時間保持し、 放射能を減衰させる
   放射性気体廃棄物処理系の水分除去方法において、前記
   除湿・脱湿処理として、蒸気透過膜を適用した除湿装置
   を採用し、 該蒸気透過膜の蒸気透過側媒質温度を排ガス
   側温度よりも低く、かつ０℃より高く通常の年平均室温
   程度以下に設定し、蒸気を選択的に透過させることを特
   徴とする放射性気体廃棄物処理系の水分除去方法。
2. 【請求項２】 前記除湿装置の一次側媒質である前記排
   ガスを吸引移送すると共に、二次側媒質である前記蒸気
   透過側媒質を循環させてなることを特徴とする請求項１
   に記載の放射性気体廃棄物処理系の水分除去方法。
3. 【請求項３】 前記除湿装置は、 前記蒸気透過膜の前記
   蒸気透過側媒質温度を前記排ガス側温度よりも低く、か
   つ０℃より高く通常の年平均室温程度以下に設定するた
   めに、前記蒸気透過側に循環水受タンクと、 循環水冷却
   器と、 循環水ポンプと、から構成される循環水ラインを
   設けたものであることを特徴とする請求項１または２に
   記載の放射性気体廃棄物処理系の水分除去方法。
4. 【請求項４】 前記除湿装置に付設した前記循環水ライ
   ンにおいて、前記循環水冷却器の二次側または循環水ラ
   インに、 原子力発電プラントの既設の冷却系統を利用し
   たことを特徴とする請求項１、２または３のいずれかに
   記載の放射性気体廃棄物処理系の水分除去方法。
5. 【請求項５】 前記除湿装置に付設した前記循環水ライ
   ンにおいて、 前記循環水冷却器に代えて、原子力発電プラントの既設
   の冷却室内に循環水冷却管を設置することを特徴とする
   請求項１、２または３のいずれかに記載の放射性気体廃
   棄物処理系の水分除去方法。
6. 【請求項６】 前記除湿装置において、蒸気透過膜に中
   空糸膜を適用したことを特徴とする請求項１ないし５の
   いずれかに記載の放射性気体廃棄物処理系の水分除去方
   法。