JP2014181943A - 触媒式可燃性ガス再結合装置 - Google Patents

Abstract

【目的】
触媒カートリッジを強固に固定したことで地震力に対して強くなり、触媒カートリッジからの粒子飛散や損傷を防止することが可能な触媒式可燃性ガス再結合装置を提供することにある。
【構成】
原子力発電設備の原子炉格納容器内に設置され、前記原子炉格納容器内の高濃度水素を通過させることによって濃度を低下させる可燃性ガス再結合装置において、ハウジング内に複数枚の触媒カートリッジを等間隔に収納するための支持部材と、前記触媒カートリッジの上部を拘束する固定具とを前記ハウジングの内部に取付けたことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、原子力発電設備に設置される触媒式可燃性ガス再結合装置に関する。

原子力発電設備には、事故等によって格納容器内の水素濃度が上昇した場合、高濃度の水素の増加を抑制するために、格納容器内に触媒式可燃性ガス再結合装置を複数台設置する場合がある。この触媒式可燃性ガス再結合装置は水素と酸素を触媒を通過させることによって水素の濃度を低下させるものである。

この触媒式可燃性ガス再結合装置は一般的な構造として、可燃性ガスである水素と酸素が触媒カートリッジの作用によって再結合し、水になる過程で発生する反応熱による自然対流を駆動源とするものである。

また、触媒式の可燃性ガス再結合装置は、ステンレス薄板を板金加工もしくはリベット等で矩形のダクト状に組み立てた流路構造の内部に、触媒カートリッジを複数枚設置するものが知られている。

また、この触媒式可燃性ガス再結合装置は触媒カートリッジを備えている。この触媒カートリッジの上下方向は拘束されておらず、水平方向も十分な隙間を有した板金構造の支持部材で拘束された構造となっているのが知られている。

なお、触媒式可燃性ガス濃度制御系で、水素の反応熱によって生じる原子炉格納容器内の循環流を促進して可燃性ガスを効率的に処理する手段として特許文献１がある。また可燃性ガス反応熱によって形成される原子炉格納容器内の循環流を利用して、触媒の反応を制御する物質を捕獲・除去して、可燃性ガスを効率的に処理する手段として特許文献２がある。

特開平１０−２２７８８５号公報 特開平１１−９４９９２号公報

従来、触媒式の可燃性ガス再結合装置は、触媒カートリッジの上下方向が拘束されていないため、ジェット力や地震力を受けた際の挙動の予測が難しい。また地震力による非対称な運動により局所的に高い応力が発生した場合、触媒カートリッジが損傷し内部粒子が飛散するという欠点があった。

さらに触媒式の可燃性ガス再結合装置は、触媒カートリッジの水平方向を薄板板金構造の支持部材（或いはスペーサ）で固定していたため、地震力により支持部材が変形し触媒カートリッジ間隙が不均一になり想定する性能が発揮できないという欠点があった。

さらに、触媒式の可燃性ガス再結合装置は、触媒カートリッジの水平方向を十分な隙間を有した支持部材で固定していたため、数値解析における境界条件の設定が煩雑になるという欠点があった。つまり、触媒カートリッジが隙間間で動いてしまうため、触媒カートリッジの振動を数値による解析を行うことが困難となる。

なお、上記特許文献１，２には触媒カートリッジの支持については何ら言及されていない。

そこで本発明の目的は、触媒カートリッジを強固に固定したことで地震力に対して強くなり、触媒カートリッジからの粒子飛散や損傷を防止することが可能な触媒式可燃性ガス再結合装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、原子力発電設備の原子炉格納容器内に設置され、前記原子炉格納容器内の高濃度水素を通過させることによって濃度を低下させる可燃性ガス再結合装置において、ハウジング内に複数枚の触媒カートリッジを等間隔に収納するための支持部材と、前記触媒カートリッジの上部を拘束する固定具とを前記ハウジングの内部に取付けたことを特徴とする。

本発明によれば、触媒カートリッジを強固に固定したことで地震力に対して強くなり、触媒カートリッジからの粒子飛散や損傷を防止することが可能な触媒式可燃性ガス再結合装置を提供できる。

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。

本発明に係わる一般的な可燃性ガス結合装置の斜視図である。 本発明の実施例１に係る可燃性ガス再結合装置の縦断面図である。 本発明の実施例１に係る図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施例１に係る可燃性ガス再結合装置の斜視図である。 本発明の実施例２に係る可燃性ガス再結合装置の拡大図である。 本発明の実施例３に係る可燃性ガス再結合装置の拡大図である。 本発明の実施例４に係る可燃性ガス再結合装置の拡大図である。 本発明の実施例５に係る可燃性ガス再結合装置に使用される蓋の斜視図である。 本発明の実施例５に係る可燃性ガス再結合装置に使用される蓋を取り付けた状態の断面図である。 本発明の実施例６に係る可燃性ガス再結合装置の斜視図である。 本発明の実施例７に係る可燃性ガス再結合装置の斜視図である。 本発明の実施例８に係る可燃性ガス再結合装置の斜視図である。

本発明の一実施例を説明する前に、本発明に係わる一般的な可燃性ガス再結合装置について図１を使って説明する。

図１は本発明に係わる一般的な可燃性ガス再結合装置の斜視図である。

図１において、可燃性ガス再結合装置１はハウジング２によって外郭が形成されている。このハウジング２は取付板３上にリブ４を介して固定されている。取付板３はベース板（図示せず）にボルト（図示せず）によって固定されるため、取付板３には複数のボルト用穴５が設けられている。

ハウジング２は図1に示すように内部は矩形のダクト状となっており、矢印で示すように高濃度となった水素と酸素が通過するようになっている。ハウジング２の内部には触媒カートリッジ６が等間隔で複数枚収納されている。等間隔の触媒カートリッジ６は等間隔の支持部材７（或いはスペーサともいう）によって位置決めされている。触媒カートリッジ６の上部には濃度が低下した水素ガスが吐出する吐出口２ａが設けられている。触媒カートリッジ６の下方には高濃度の水素ガスが流入する吸込み口（図示せず）が設けられている。

図１に示すように、取付板３の下面にある流入口から流入した高濃度の水素と酸素は触媒カートリッジ６間の隙間を通過することによって触媒と反応し、水素の濃度が低下することになる。

ところで、一般的な可燃性ガス再結合装置１は等間隔の支持部材７によって水平方向は支持されているものの、上下方向は支持されていない。そのため、例えば地震等による振動が発生した場合には触媒カートリッジ６が上下動してしまうことになる。触媒カートリッジが上下動してしまった場合には触媒の粒子が原子炉内で飛散してしまい、ストレーナの目詰まりが発生して原子炉自体の性能低下を招いてしまう可能性があった。

そこで本発明の発明者らは触媒カートリッジ６の上下動を防止することについて種々検討した結果、以下のごとき実施例を得た。

以下に本発明の実施例を図にしたがって説明する。

図２は本発明の実施例1に係わる可燃性ガス再結合装置の縦断面図である。

図３は図１に示すＡ−Ａ断面図である。

図４は本発明に実施例に係わる可燃性ガス再結合装置の斜視図である。
（構成の説明）
図２において、触媒式可燃性ガス再結合装置１の主構造をなすハウジング２は地震力もしくはジェット力に耐える得る板厚の鋼板にて形成されている。このハウジング２の底面には据付板３がリブ４を介して接続されている。ハウジング２の前面には蓋９が着脱自在に取付られている。この蓋９にはハンドル１０が取付られている。ハウジング２の内部には触媒カートリッジ６が等間隔に複数枚収納されている。支持部材７はハウジング２を等間隔に収納し支持するためのものである。矢印で示すように、高濃度の水素と酸素はハウジング２の底面に設けられた吸込み口２ｂから流入し、触媒カートリッジ６を通過した後、吐出口２ａからハウジング２外に排出される。

固定具８は触媒カートリッジ６の上部を拘束するための部材であり、触媒カートリッジ６の奥側と手前側で、全ての触媒カートリッジ６を押えるようにして２本取付られている。

図３において、取付板３の外周には複数個のボルト用穴５が形成されている。この取付板３とハウジング２とはリブ４を介して接続されている。取付板３はベース板（図示せず）にボルト（図示せず）によって固定されるため、取付板３には複数個のボルト用穴５が形成されている。支持部材７は図３に示すように、触媒カートリジ６の両端を支持するものであり、触媒カートリッジ６の枚数に対応する個数にてハウジング２の内壁に取付られている。

この支持部材７は、触媒カートリッジ６の着脱時に引っ掛かりをなくすため、および地震などで振動を受けた際に共振などによる変形・流路閉塞を防止するために従来の板金構造ではなく、無垢材から削り出す機械加工品となっている。

さらに、支持部材７は触媒カートリッジ６の熱膨張を考慮した支持部材７の寸法とし、触媒式可燃性ガス再結合装置１が作動している高温時に触媒カートリッジ６が損傷し内包する触媒が飛散し格納容器内のデブリ（ゴミ）になることを防止する構造となっている。

触媒カートリッジ６の固定具８は、下方からのジェット力や鉛直の地震力によって触媒カートリッジ６を持ち上げる荷重を十分に支えることができる棒状の部品であり、触媒カートリッジ６装填後にハウジング２の内面に固定する構造となっている。

図４において、蓋９には複数のボルト用穴９ａが設けられている。この蓋９と対向するハウジング２の面にはフランジ２ｃが設けられている。このフランジ２ｃには蓋９のボルト用穴９ａと対向する位置にやはりボルト用穴２ｄが設けられている。この両穴９ａ、２ｄにボルト（図示せず）を挿入して締め付けることによって蓋９がハウジング２に固定されることになる。固定具８は図４に示すように、ハウジング２の内壁に対し取外し自在に取付られている。
（動作の説明）
格納容器内において、主蒸気配管の破断事故等によって格納容器内の水素濃度が上昇する事故が発生した場合、触媒カートリッジ６内に内包された触媒の作用により水素と酸素を再結合する。この水素と酸素の結合の際に発生する反応熱により周囲のガスが温められて自然対流が始まり、ある程度安定した上昇気流を生じハウジング２の内部を流れ、水素および酸素濃度が低減されたガスがハウジング２上部から排気される。

また、地震力や主蒸気配管破断事故時のジェット力により触媒カートリッジ６が下方から荷重を受けた場合、触媒カートリッジ６を固定具８で支える。

一方、定期検査等においてハウジング２内部や触媒カートリッジ６の点検を実施する場合は、図２に示すようにハンドル１０を持って蓋９を開け、固定具８を外すことによって触媒カートリッジ６を取り出すことができる。
（実施例の効果）
本発明の実施例１においては、地震力や主蒸気配管破断事故で発生するジェット力に曝されても触媒カートリッジ６を損傷させることなくジェット後の水素濃度上昇に対応可能である。また、図２に示すように、ハンドル１０を持って蓋９を開け、固定具８を取外すことで内部点検および触媒カートリッジ６の点検が容易に行える。

図５は本発明の実施例２に係る可燃性ガス再結合装置の拡大図である。
（構成の説明）
図５において、固定具１１はハウジング２の内壁に対して取外し自在に取付られている。この固定具１１は固定具ベース１２と触媒カートリッジ押え板１３との間にコイルスプリング１４を備えている。このコイルスプリング１４は触媒カートリッジ６を上から押し付ける方向のバネ性を備えている。矢印は地震やジェット力が発生した場合の触媒カートリッジ６に対する荷重１９である。
（動作の説明）
地震やジェット力によって触媒カートリッジ６が荷重１９を受けた場合、コイルスプリング１４が均等に収縮し、受けた荷重とバランスすることで、触媒カートリッジ１０を水平のまま支える。また、触媒カートリッジ６が水素、酸素と反応し発熱した作動状態では、荷重１９の方向に生じる熱膨張をコイルスプリング１４で吸収することができる。
（実施例の効果）
事故前後の地震やジェット力などの過渡的荷重に対して、触媒カートリッジ６を均等に固定することで局所的な高応力発生を防止し、触媒カートリッジ６の破損を防止できる。また、コイルスプリング１４のばね定数を適切に選定し、初期荷重をかけて装着することにより、地震力に対して触媒カートリッジ６が移動しないように固定することが可能であり、触媒カートリッジ６の破損防止および耐震性評価の容易化が可能になる。

また、触媒式可燃性ガス再結合装置１の作動時には触媒カートリッジ６の熱膨張をコイルスプリング１４の収縮で吸収し、触媒カートリッジ６の破損が防止できる。

図６は本発明の実施例３に係る可燃性ガス再結合装置の拡大図である。
（構成の説明）
図６において、固定具１５はハウジング２の内壁に対して取外し自在に取付られている。この固定具１５は固定具ベース１６と触媒カートリッジ押え板１７との間にプレートスプリング１８を備えている。このプレートスプリング１８は触媒カートリッジ６を上から押し付ける方向のバネ性を備えている。矢印は地震やジェット力が発生した場合の触媒カートリッジ６に対する荷重１９である。
（動作の説明）
本実施例は実施例２と同様に、地震やジェット力を荷重１９の方向に受けた場合、プレートスプリング１７が均等に収縮し、受けた荷重とバランスすることで、触媒カートリッジ６を水平のまま支える。また、触媒カートリッジ６が水素、酸素と反応し発熱した作動状態では、荷重１９の方向に生じる熱膨張をプレートスプリング１８で吸収する。
（実施例の効果）
実施例２と同様に、事故前後の地震やジェット力などの過渡的荷重に対して、触媒カートリッジ６を均等に固定することで局所的な高応力発生を防止し、触媒カートリッジ６の破損を防止できる。また、プレートスプリング１８のばね定数を適切に選定し、初期荷重をかけて装着することにより、地震力に対して触媒カートリッジ６が移動しないように固定することが可能であり、触媒カートリッジ６の破損防止および耐震性評価の容易化が可能になる。

また、触媒式可燃性ガス再結合装置１の作動時には触媒カートリッジ６の熱膨張をプレートスプリング１８の収縮で吸収し、触媒カートリッジ６の破損が防止できる。

図７は本発明の実施例４に係る可燃性ガス再結合装置の拡大図である。
（構成の説明）
図７において、支持部材２０はハウジング２の内壁に対して取外し自在に取付られている。この支持部材２０は支持部材ベース２１に複数本の波状プレートスプリング２２が等間隔に取付られている。この波状プレートスプリング２２は触媒カートリッジ６の両端を両隣りの波状プレートスプリング２２で挟み込む方向のバネ性を備えている。このバネ性は波状のスプリングによって形成されている。
（動作の説明）
触媒カートリッジ６をハウジング２に装填する際、波状プレートスプリング２２が収縮し触媒カートリッジ６の厚み方向の個体差を吸収する。また、水平の地震力が加わった際に触媒カートリッジ６を隙間なく保持し、触媒カートリッジ６が支持部材２０の隙間を摺動することを防止する。また、触媒カートリッジ６が水素、酸素と反応し発熱した作動状態では、熱膨張を波状プレートスプリング２２で吸収することができる。
（実施例の効果）
水平の地震力が加わった際に触媒カートリッジ６を隙間なく保持し、触媒カートリッジ６が支持部材２０の隙間を摺動することを防止することで、触媒カートリッジ６への衝撃防止および耐震性評価の容易化が可能になる。

また、触媒式可燃性ガス再結合装置１の作動時には触媒カートリッジ６の熱膨張を波状プレートスプリング２２の収縮で吸収し、触媒カートリッジ６の破損が防止できる。

図８は本発明の実施例５に係る可燃性ガス再結合装置に使用される蓋の斜視図である。

図９は本発明の実施例５に係る可燃性ガス再結合装置に使用される蓋を取り付けた状態の断面図である。
（構成の説明）
図８において、蓋９の表面には2個のハンドル１０が取付られている。この表面の裏側にはコの字状に折り曲げて形成した固定具８ａ、８ｂが取付られている。固定具８ａは触媒カートリッジ６の奥側を押える角度となっている蓋９に取付られている。固定具８ｂは触媒カートリッジ６の手前側を押える角度で蓋９に取付られている。
（動作の説明）
図９において、２個のハンドル１０を持って蓋９でハウジング２の開口を閉塞すると、触媒カートリッジ６の奥側と手前側を固定具８ａと８ｂが押し付けることになる。
（実施例の効果）
このように、本実施例によれば蓋９を閉めるだけで簡単に触媒カートリッジ６を押え付けることができ、極めて簡単に地震力やジェット力などの過渡的な変動応力を受けても触媒カートリッジ６を損傷させることなく機能を果たすことが可能となる。

図１０は本発明の実施例６に係る可燃性ガス再結合装置の斜視図である。
（構成の説明）
図１０において、スライド式免震架台２３は触媒式可燃性ガス再結合装置１の据付に必要な架台で、レールベース２４および直交した４本のスライドレール２５から構成されている。スライドレール２５は、触媒式可燃性ガス再結合装置１をスライド式免震架台２３に取り付けた場合に、想定する地震動の主要な周波数帯と共振しないような低い固有値になるように、スムースな摺動機構を有する。
（動作の説明）
水平の地震を受けた場合に、直交した４本のスライドレール２５が水平方向に摺動する。
（実施例の効果）
スライドレール２５が水平方向に摺動することで、地震力を逃がし触媒式可燃性ガス再結合装置１に大きい加速度が加わらないようにでき、触媒式可燃性ガス再結合装置１の構造を簡素化することができる。

図１１は本発明の実施例７に係る可燃性ガス再結合装置の斜視図である。
（構成の説明）
図１１において、積層ゴム免震架台２６は、触媒式可燃性ガス再結合装置１の据付に必要な架台で、ベース２７および積層ゴム２８から構成されている。
（動作の説明）
水平の地震を受けた場合に、積層ゴム２８が変形し水平方向の地震動を吸収する。
（実施例の効果）
積層ゴム２８が変形し水平方向の地震動を吸収することで、地震力を逃がし触媒式可燃性ガス再結合装置１に大きい加速度が加わらないようにでき、触媒式可燃性ガス再結合装置１の構造を簡素化することができる。

図１２は本発明の実施例８に係る可燃性ガス再結合装置の斜視図である。
（構成の説明）
図１２において、触媒式可燃性ガス再結合装置１の主構造となす下部ハウジング２９は下部ハウジング取付フランジ３０を備えている。上部ハウジング３１はハウジング取付フランジ３２を備えている。

上部ハウジング３１はジェット力に耐える板厚の鋼板からできており、下部ハウジング２９と上部ハウジング３１を取付フランジ３０、３２で接続することによって外形をなす。

この触媒式可燃性ガス再結合装置１の内側の流路には実施例１に示す構成と同様に触媒カートリッジ６を固定するための固定具８および支持部材７を取付けており、触媒カートリッジ６を確実に固定する構造としている。

なお、支持部材７および固定具８は、実施例２〜４に示すのと同様に、コイルスプリング付き固定具１１、プレートスプリング付きの固定具１５、スプリング付きの支持部材２０と交換もしくは組み合わせて使用することができる。
（動作の説明）
主蒸気配管破断事故時等の格納容器内の水素濃度が上昇する事故が発生する前後に、地震力やジェット力によって損傷もしくは二次飛来物やデブリにならずに実施例１〜４と同様に作動する。

一方、定期検査等において下部ハウジング２９、上部ハウジング３１の内部や触媒カートリッジ６の点検は、図１２に示すように下部ハウジング取付フランジ３０、上部ハウジング取付フランジ３２の部分でハウジングを上下に切り離し、触媒カートリッジ６を取り出し点検を実施することになる。
（実施例の効果）
本発明の実施例８においては、地震力やジェット力に曝されても損傷せず水素濃度上昇に対応可能である。

また、図１２の示すように、上部ハウジング３１を取外すことで内部点検および触媒カートリッジ６の点検が容易に実施できる。

以上のごとく本発明によれば、主蒸気配管破断事故時等の格納容器内の水素濃度が上昇する事故前後に、地震力やジェット力を受けても損傷せず機能を果たすことができる。

さらに本発明は、以上の設備構成とすることで、地震力やジェット力など過渡的な変動応力を受けても損傷せず機能を果たすことが可能な可燃性ガス再結合装置を提供できる。

さらに本発明は、以上の設備構成とすることで、解析の境界条件設定が容易になり、健全性の評価が効率的に実施できる。

さらに本発明は、以上の設備構成とすることで、地震力に対する耐震性を維持したまま、構造を簡素化することができる。

さらに本発明は、以上の設備構成とすることで、触媒カートリッジへのアクセス性がよく触媒カートリッジの点検や交換などの保守性がよい。
さらに本発明は、以上の設備構成とすることで、従来技術と同等の性能を確保することができる。

さらに、地震力や主蒸気配管破断事故で発生するジェット力に曝されても触媒カートリッジの損傷を防止し水素濃度上昇に対応可能である。また、フタを取外すことで内部点検および触媒カートリッジ点検が容易に実施できる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されたものではない。またある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、またある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…触媒式可燃性ガス濃度制御装置、 ２…ハウジング、
２ａ…吐出口、 ２ｂ…吸込み口、
２ｃ…フランジ、 ２ｄ…ボルト用穴、
３…取付板、 ４…リブ、
５…ボルト用穴、 ６…触媒カートリッジ、
７…支持部材、 ８…固定具、
８ａ、８ｂ…固定具、 ９…蓋、
９ａ…ボルト用穴、 １０…ハンドル、
１１…固定具、 １２…固定ベース、
１３…触媒カートリッジ押え板、 １４…コイルスプリング、
１５…固定具、 １６…固定具ベース、
１７…荷重、 １８…プレートスプリング、
１９…荷重、 ２０…支持部材、
２１…支持部材ベース、 ２２…波状プレートスプリング、
２３…スライド式免震架台、 ２４…レールベース、
２５…スライドレール、 ２６…積層ゴム免震架台、
２７…ベース、 ２８…積層ゴム、
２９…下部ハウジング、 ３０…下部ハウジング取付フランジ、
３１…上部ハウジング、 ３２…上部ハウジング取付フランジ。

Claims (7)

1. 原子力発電設備の原子炉格納容器内に設置され、前記原子炉格納容器内の高濃度水素を通過させることによって濃度を低下させる触媒式可燃性ガス再結合装置において、
   ハウジング内に複数枚の触媒カートリッジを等間隔に収納するための支持部材と、前記触媒カートリッジの上部を拘束する固定具とを前記ハウジングの内部に取付けたことを特徴とする触媒式可燃性ガス再結合装置。
2. 請求項１記載の触媒式可燃性ガス再結合装置において、
   前記固定具は固定ベースと押え板との間に介在されたコイルスプリングとから構成されていることを特徴とする触媒式可燃性ガス再結合装置。
3. 請求項１記載の触媒式可燃性ガス再結合装置において、
   前記固定具は固定ベースと押え板との間に介在されたプレートスプリングとから構成されていることを特徴とする触媒式可燃性ガス再結合装置。
4. 請求項１記載の触媒式可燃性ガス再結合装置において、
   前記ハウジングの前面を開閉可能に設けられた蓋と、この蓋の内壁面で、かつ前記蓋を閉塞することで前記触媒カートリッジの上部を拘束することが可能な前記固定具を設けたことを特徴とする触媒式可燃性ガス再結合装置。
5. 請求項１記載の触媒式可燃性ガス再結合装置において、
   前記ハウジングはレールベース及び直交する4本のスライドレールから構成されたスライド式免震架台上に搭載されていることを特徴とする触媒式可燃性ガス再結合装置。
6. 請求項１記載の触媒式可燃性ガス再結合装置において、
   前記ハウジングはベースと積層ゴムから構成された積層ゴム免震架台上に搭載されていることを特徴とする触媒式可燃性ガス再結合装置。
7. 請求項１記載の触媒式可燃性ガス再結合装置において、
   前記ハウジングを上下に分割するとともに、分割された前記ハウジングは着脱自在としたことを特徴とした触媒式可燃性ガス再結合装置。

Images