JP2012127915A

JP2012127915A - 非常用ガス処理装置及びその処理方法

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Publication number: JP2012127915A
Application number: JP2010281853A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Yoshizu; 達郎吉津
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: JP5603222B2

Abstract

【課題】
本発明は、２系列同時起動運転時に加熱ヒータの故障による原子力発電所からの放射性物質の放出の増加を防止できる非常用ガス処理装置及びその運転方法を提供する。
【解決手段】
本発明は、ファンと、原子炉棟内からの処理空気を処理する湿分除去装置及び加熱ヒータを具備する乾燥装置とを有する前段系列を２系列と、高性能粒子フィルタ及びよう素用チャコールフィルタを具備するフィルタ装置の後段系列を少なくとも1系列とを有する非常用ガス処理装置において、前記２系列の２系列同時起動運転時に、前記加熱ヒータの故障による非常用ガス処理装置の性能低下の抑制を第１の特徴とする。また、非常用ガス処理装置またはその運転方法において、前記２系列同時起動運転時に、前記加熱ヒータの故障を検知し、前記検知の結果に基づいて故障した前記加熱ヒータの前記系列のファンの稼動を停止することを第２の特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力発電所で使用される非常用ガス処理装置とその運転方法に係わり、原子力発電所から放出される放射性物質の低減に有効な非常用ガス処理装置とその運転方法に関する。

原子力発電所においては、万一の原子力事故の際に、原子力格納容器から漏洩した放射性物質を除去するとともに、原子力格納容器を有する原子力棟内を負圧に保ち原子力棟が配置されている原子炉建屋からの放射性物質の漏洩を防ぐ目的で非常用ガス処理装置が設けられている(特許文献１)。

図５は、従来の非常用ガス処理装置２０の構成を示す図である。原子炉事故の際に、ファン１が起動し原子炉棟内と連通する配管１２を介して原子炉棟内空気を湿分除去装置２及び加熱ヒータ３から構成される乾燥装置２３に導く。乾燥装置２３で乾燥加熱された原子炉棟内空気は、高性能粒子フィルタ４や放射性物質を捕集するよう素用チャコールフィルタ(以下、単にチャコールフィルタという)５を有するフィルタ装置４５を通り、放射性物質が除去され大気に放出される。これら構成用要素のうちファン１と加熱ヒータ３は駆動部によって機能を発揮する動的機器であるために、装置機能維持上の観点からそれぞれ１００％の能力を有する系列を２系列が設置され、うち１系列を予備としている。特許文献１には、ファン1及び乾燥装置２３が直列に接続された系列を2系列、そしてその後段にフィルタ装置４５の相当する系列が1系列有する非常用ガス処理装置が開示されている。

非常用ガス処理装置は原子力発電所での事故時に使用されるため、非常用ガス処理装置で処理すべき原子炉棟内の雰囲気は、相対湿度100％であると想定されている。一方、原子炉棟の雰囲気中に含まれる放射性よう素を捕捉するよう素用チャコールフィルタ５は、相対湿度が高いと性能が低下する。このため、処理空気の相対湿度を低下させる目的で、非常用ガス処理装置２０では湿分除去装置２及び加熱ヒータ３から構成される乾燥装置２３を有している。

また、特許文献１には１系列から構成される非常用ガス処理装置乾燥装置に１００％能力を有する加熱ヒータを２台設けることが開示される。

特開２００６−９０７７８号公報

従来の２系列を有している非常用ガス処理装置(特許文献１)２０では、原子炉事故の際に、起動時運転において所定時間(以下、２系列同時起動運転時という)、例えば１５分間は２系列とも運転され、その後２系列のうち正常に動作する系列が選ばれて運転が継続される。従って、２系列同時起動運転時には、動的機器である加熱ヒータ３が正常に動作しなくてもファンが動作し、処理空気はその相対湿度が高い状態でチャコールフィルタに供給される。即ち、チャコールフィルタの性能が発揮できる環境であるかどうかがファンの運転条件にはなっていない。

その結果、非常用ガス処理装置起動時の２系列同時起動運転時に1系列の加熱ヒータが故障した場合、加熱ヒータが故障した系列のチャコールフィルタへ相対湿度が高い処理空気がファンによって送られ、非常用ガス処理装置が性能が発揮できない恐れがある。
動的機器のうちファン１が故障した場合には処理空気がチャコールフィルタに供給されないために上記のような問題は発生しない。

また、特許文献２の開示された非常用ガス処理装置は、動的機器であるファン、加熱ヒータのうち、加熱ヒータをフィルタ装置を直列に１系列に設ける装置であって、予備機器として１００％能力を有する加熱ヒータを２台設けている。このような、１系列の非常用ガス処理装置では上記のような課題もなく、また、開示内容全体において前記課題の示唆もない。従って、課題に基づく解決手段の示唆もない。

本発明では、上記の課題を解決するためになされたもので、２系列同時起動運転時に加熱ヒータの故障による非常用ガス処理装置の性能低下を防止できる非常用ガス処理装置及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、少なくとも以下の特徴とする。
本発明は、ファンと、原子炉棟内からの処理空気を処理する湿分除去装置及び加熱ヒータを具備する乾燥装置とを有し、前記処理空気の放射性物質を１００％処理する能力を具備する前段系列を２系列と、高性能粒子フィルタ及びよう素用チャコールフィルタを具備するフィルタ装置の後段系列を少なくとも1系列とを有する非常用ガス処理装置において、前記前段系列の２系列が同時に起動される２系列同時起動運転時に、前記加熱ヒータの故障による非常用ガス処理装置の性能低下を防止する手段を有することを第１の特徴とする。即ち、本発明は、２系列同時起動運転時に、加熱ヒータにより加熱されない入熱量がない状態でファンが起動し、処理空気の相対湿度が高い状態では性能を発揮できないチャコールフィルタへ空気が送り込まれないことを特徴とする。

また、本発明は、前記抑制手段は前記１００％能力を有する前記加熱ヒータを前記１００％以下の能力を有する複数の加熱ヒータで構成することを第２の特徴とする
さらに、本発明は、前記複数の加熱ヒータを５０％能力を有する２台の加熱コイルで構成したことを第３の特徴とする。
また、本発明は、前記複数の加熱ヒータを異なる種類の加熱ヒータで構成することを第４の特徴とする。

さらに、本発明は、前記抑制手段は、前記加熱ヒータの故障を検知する検知手段と前記検知手段の検出結果に基づいて故障した前記加熱ヒータの前記系列のファンの稼動を停止する制御手段とを有することを第５の特徴とする。
また、本発明は、前記検知手段は、前記加熱ヒータの上流側に設けられ前記処理空気の加熱前の温度と前記加熱ヒータの下流側に設けられ前記処理空気の加熱後の温度との温度差を検出することを第６の特徴とする。

さらに、本発明は、ファンと、原子炉棟内からの処理空気を処理する湿分除去装置及び加熱ヒータを具備する乾燥装置とを有する前段系列を２系列と、高性能粒子フィルタ及びよう素用チャコールフィルタを具備するフィルタ装置の後段系列を少なくとも1系列とを有する非常用ガス処理装置の運転方法において、前記前段系列の２系列が同時に起動される２系列同時起動運転時に、前記加熱ヒータの故障を検知し、前記検知の結果に基づいて故障した前記加熱ヒータの前記系列のファンの稼動を停止することを第７の特徴とする。

本発明によれば、２系列同時起動運転時に加熱ヒータの故障による性能低下を防止できる非常用ガス処理装置及びその運転方法を提供できる。

本発明の第１の実施形態である非常用ガス処理装置の構成を示す図である。本発明の第１の実施形態である非常用ガス処理装置の処理フローを示す図である。本発明の第２の実施形態である非常用ガス処理装置の構成を示す図である。本発明の第３の実施形態である非常用ガス処理装置の構成を示す図である。従来の非常用ガス処理装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態である非常用ガス処理装置２０Ａの構成を示す図である。非常用ガス処理装置２０Ａは、ファン１、湿分除去装置２及び加熱ヒータとして加熱コイル３を具備する乾燥装置２３及び放射性物質を捕集するチャコールフィルタ５とチャコールフィルタ５の両側に高性能粒子フィルタ４ａ、４ｂを具備するフィルタ装置４５を備え、原子炉棟内からの処理空気を１００％の能力を有する１系列を並行に２系列有する。また、原子炉棟内と連通する配管１２とファン１との各系列の接続部には処理空気の温度を測る上流側温度センサ９uが、乾燥装置２３側の高性能粒子フィルタ４ａとチャコールフィルタ５の間にも処理空気の温度を測る下流側温度センサ９ｄが設けられている。さらに、非常用ガス処理装置２０Ａは上流側温度センサ９u及び下流側温度センサ９ｄからの信号をそれぞれの計測ライン１０u、１０ｄから取り込み、これら取込信号や上位制御装置(図示せず)からの指令によって両系列のファン1のファン動力部１１及び両系列の加熱コイル３のヒータ動力部３１を制御する制御装置８を有する。

万が一原子力事故が発生すると、制御装置８は両系列のファン１を及び加熱コイル３を稼動、即ち２系列同時起動運転を開始する(Ｓｔｅｐ１)。上流側温度センサ９u及び下流側温度センサ９ｄによって非常用ガス処理装置２０Ａに流入する処理空気の温度Ｔu及びチャコールフィルタ５に流入する前の処理空気の温度Tdを測定する(Ｓｔｅｐ２)。加熱コイルが正常に動作していれば処理空気は加熱され、下流側温度センサ９ｄは上昇する。そして、所定時間後、例えば１５秒後には所定の温度ΔＴ以上に昇温されており、両者の温度差は式(１)に示す条件を満たす。逆に、加熱コイルが故障していれば処理空気は加熱されず両者の温度は略同じであり、式(２)に示す条件となる。
Ｔｄ−Ｔｕ ≧ ΔＴ (１)
Ｔｄ−Ｔｕ＜ ΔＴ (２)
従って、式(１)、式(２)により加熱コイル３の故障の有無を判断し(Ｓｔｅｐ３)、故障していれば故障している系列のファンを停止し(Ｓｔｅｐ４)、残りの系列による非常用ガス処理運転を継続する(Ｓｔｅｐ５)。故障していなければ、そのまま２系列同時起動運転を継続し(Ｓｔｅｐ６)、２系列同時起動運転が終了(Ｓｔｅｐ７)しても、所定系列による運転を継続する(Ｓｔｅｐ８）。

この結果、どちらかの系列の加熱コイル３が故障していればそのファン１を停止することにより、例えば２系列同時起動運転時間１５分の１５秒間のみ非常用ガス処理装置の性能が低下するが、その後は性能が低下した状態での非常用ガス処理装置の使用を防ぐことができる。即ち、加熱コイルが正常に運転中であることをファンの運転条件としているため、加熱コイル故障時にはファンが運転せず、性能が発揮できないチャコールフィルタへ原子炉棟内の空気が送り込まれることはなく、性能が低下した状態での非常用ガス処理装置の使用を防ぐことができる。

上記の第１の実施形態においては、上流側温度センサ９u及び下流側温度センサ９ｄの設置位置をそれぞれ原子炉棟内と連通する配管１２のファン１との接続部と乾燥装置２３側の高性能粒子フィルタ４ａとチャコールフィルタ５の間に設けたが、上流側温度センサ９uの設置位置としては、加熱コイル３の上流側にあって加熱コイル３の加熱前の処理空気の温度が測れる位置であればよく、下流側温度センサ９ｄの設置位置としては加熱コイル３の下流側にあって加熱コイル３の加熱後の処理空気の温度が系列毎に測れる位置であればよい。

次に、本発明の第２の実施形態である非常用ガス処理装置２０Ｂの構成を図３を用いて説明する。
第２の実施形態である非常用ガス処理装置２０Ｂの構成が第１の実施形態である非常用ガス処理装置２０Ａと異なる点は、ファン１が乾燥装置２３の下流にあり、さらにその下流に２つの系列に共通のフィルタ装置４５が１系列設けられている点である。なお、ファン１は乾燥装置２３の上流にそれぞれ系列毎に設けてもよい。

本発明の観点からすれば、加熱コイル３による加熱後の処理空気の温度を系列毎に別に計測でするために、下流側温度センサ９ｄが両者の処理空気が合流する前の設ける必要がある。そのために、本実施形態では下流側温度センサ９ｄをファン１の挿入側の配管に設けている。
上流側温度センサ９uの設置位置は第１の実施形態と同様である。また、制御装置８による処理は図２に示す処理フローと基本的には第１の実施形態と同様である。

以上、第２の実施形態においても第１の実施形態同様に、上流側温度センサ９u及び下流側温度センサ９ｄの温度差により加熱コイル３が故障を検出し、故障した系列のファン１を停止することにより、例えば２系列同時起動運転時間１５分の１５秒間のみ非常用ガス処理装置の性能が低下するが、その後は性能が低下した状態での非常用ガス処理装置の使用を防ぐことができる。

次に、本発明の第３、４の実施形態である非常用ガス処理装置２０Ｃ、２０ｄの構成を図４を用いて説明する。図４は、図１及び図3に置ける乾燥装置２３の他の実施例２３Ｅを示し、非常用ガス処理装置の実施形態としては図１及び図３の乾燥装置２３を乾燥装置２３Ｅに変えることで非常用ガス処理装置２０Ｃ、２０Ｄを構成する。

本実施形態では、５０％の能力を有する加熱コイル３ａ、３ｂを並列に設けられ、ヒータ動力部３１により別々に駆動することができる。

前述したように、加熱コイルの故障により非常用ガス処理装置の性能が低下する可能性があるのは２系列同時起動２系列同時起動運転時のみである。起動運転時は、まだ事故の初期状態であるため、処理空気である原子炉棟の雰囲気の相対湿度は100%ではないと推測できる。また、チャコールフィルタは待機時に加熱されているため、処理空気よりも温度が高い。これらのことから、非常用ガス処理装置に要求される設計条件と比較して、起動時に要求される加熱コイルの昇温能力は小さくて済む。以上のことから、加熱コイルを分割して少しでも処理空気を加熱することによって相対湿度を下げ、チャコールフィルタの性能を発揮させることができる。

この結果、両方の加熱コイル３ａ、３ｂが共に故障する確率が低いために、加熱コイル３ａ、３ｂの一方が故障しても、非常用ガス処理装置の性能低下を防ぐことができる。なお、実施形態３、４では2分割ではなく3以上の多分割にしてもよい。

本実施形態では、上記に説明したように、非常用ガス処理装置２０Ｃ、２０Ｄでは上流側温度センサ９u及び下流側温度センサ９ｄを必ずしもの設ける必要がなく。また特に、温度差によるファンの停止制御を行なう必要はない。

以上、第３、第4の実施形態においても、第１の実施形態同様に、加熱コイル３の一部が故障しても他の加熱コイルで処理空気を昇温できるので、例えば２系列同時起動運転時間１５分において非常用ガス処理装置の性能低下を確実に防ぐことができる。

以上の第１及び第４の実施形態において、加熱ヒータとして加熱コイルを用いたがパネルヒータ等を用いてもよく。また、第３、第４の実施形態では、異なる加熱ヒータで１００％の能力の加熱ヒータを構成してもよい。

１：ファン２；湿分除去装置
３、３ａ、３ｂ：加熱コイル(加熱ヒータ）
４、４ａ、４ｂ：高性能粒子フィルタ
５：よう素用チャコールフィルタ８：制御装置
９ｕ：上流側温度センサ９ｄ：下流側温度センサ
１１：ファン動力部１2：原子炉棟内と連通する配管
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ：非常用ガス処理装置
２３：乾燥装置３１：ヒータ動力部
４５：フィルタ装置。

Claims

ファンと、原子炉棟内からの処理空気を処理する湿分除去装置及び加熱ヒータを具備する乾燥装置とを有し、前記処理空気の放射性物質を１００％処理する能力を具備する前段系列を２系列と、高性能粒子フィルタ及びよう素用チャコールフィルタを具備するフィルタ装置の後段系列を少なくとも1系列とを有する非常用ガス処理装置において、
前記前段系列の２系列が同時に起動される２系列同時起動運転時に、前記加熱ヒータの故障により非常用ガス処理装置の性能低下を抑制する手段を有することを特徴とする非常用ガス処理装置。
前記抑制手段は前記１００％能力を有する前記加熱ヒータを前記１００％以下の能力を有する複数の加熱ヒータで構成することを特徴とする請求項１に記載の非常用ガス処理装置。
前記複数の加熱ヒータを５０％能力を有する２台の加熱コイルで構成したことを特徴とする請求項２に記載の非常用ガス処理装置。
前記複数の加熱ヒータを異なる種類の加熱ヒータで構成することを特徴とする請求項２に記載の非常用ガス処理装置。
前記抑制手段は、前記加熱ヒータの故障を検知する検知手段と前記検知手段の検出結果に基づいて故障した前記加熱ヒータの系列の前記ファンの稼動を停止する制御手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の非常用ガス処理装置。
前記検知手段は、前記加熱ヒータの上流側に設けられ前記処理空気の加熱前の温度と前記加熱ヒータの下流側に設けられ前記処理空気の加熱後の温度との温度差を検出することを特徴とする請求項５に記載の非常用ガス処理装置。
前記ファンを前記乾燥装置の下流側に設けたことを特徴とする請求項２または５に記載の非常用ガス処理装置。
前記後段系列を２系列を設け、前記後段系列をそれぞれ前記前段系列に直列に設けたことを特徴とする請求項２または５に記載の非常用ガス処理装置。
ファンと、原子炉棟内からの処理空気を処理する湿分除去装置及び加熱ヒータを具備する乾燥装置とを有する前段系列を２系列と、高性能粒子フィルタ及びよう素用チャコールフィルタを具備するフィルタ装置の後段系列を少なくとも1系列とを有する非常用ガス処理装置の運転方法において、
前記前段系列の２系列が同時に起動される２系列同時起動運転時に、前記加熱ヒータの故障を検知し、前記検知の結果に基づいて故障した前記加熱ヒータの前記系列のファンの稼動を停止することを特徴とする非常用ガス処理装置の運転方法。
前記検知は、前記加熱ヒータの上流側に設けられ前記処理空気の加熱前の温度と前記加熱ヒータの下流側に設けられ前記処理空気の加熱後の温度との温度差を検出することを特徴とする請求項９に記載の非常用ガス処理装置の運転方法。