JP2017146258A

JP2017146258A - 非常用空調システム及び非常用空調方法

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Publication number: JP2017146258A
Application number: JP2016029751A
Authority: JP
Inventors: 裕貴鈴木; Yuki Suzuki; 智柳下; Satoshi Yagishita; 智大菅井; Tomohiro Sugai
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2017-08-24

Abstract

【課題】緊急時対策所等の建屋内に滞在する要員の被曝を低減させる。
【解決手段】建屋３の外壁に設けられ、前記建屋外の外気を取り込む複数の外気取込口４と、前記外気取込口の近傍に設けられた放射線検出部５と、前記建屋内に配置された非常用空調室７及び人員室８と、前記建屋内又は建屋外に配置された空気ボンベ９と、前記各外気取込口から第１の開閉弁６及び前記非常用空調室を介して前記人員室に接続される第１の配管１１、１２と、前記空気ボンベから第２の開閉弁１０を介して前記人員室に接続される第２の配管１７と、前記放射線検出部５からの信号に基づいて前記第１及び第２の開閉弁を開閉制御するとともに前記非常用空調室７内の機器を駆動制御する制御装置２５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明に係る実施形態は、非常用空調システム及び非常用空調方法に関する。

原子力プラントにおいて、炉心に装荷された核燃料が溶融して原子炉圧力容器から流出するシビアアクシデントが発生した場合の対策として、原子炉圧力容器を気密状態で収容する原子炉格納容器を保全する設備が提案されている。

この原子炉格納容器保全設備は、排気配管に放射性物質を除去する除染装置を設け、シビアアクシデント時に原子炉格納容器内の水蒸気等からなる高圧ガスを排気配管から外部に放出することで原子炉格納容器の破損を防止している。

その際、原子炉格納容器の内部の圧力情報、並びに原子炉格納容器周辺の気象情報及び立地情報に基づいて排気配管からの排気のタイミングや排気量を設定する制御部を備えることで、大気中へ放出される放射性物質による被曝量を抑制している。

また、大気中への放射性物質の放出を抑制するとともに、作業員への被曝量を抑制することができる原子力発電所の換気空調設備も提案されている。

この換気空調設備は、原子炉建屋内の使用済み燃料プールを覆うように設置された柱架構と、この柱架溝に取り付けられたカバーの内部に形成された作業スペースとを有し、この作業スペースに清浄な空気を流通させることにより、作業スペース内で作業する作業員の放射線被曝を防止するとともに、大気中への放射性物質の放出を抑制している。

特開２０１３−１８５８２８号公報特開２０１４−５５８２４号公報

近年、原子力プラントのシビアアクシデントに対処するために、原子力プラントの敷地内又は原子力プラントに隣接して緊急時対策所が設けられている。シビアアクシデント時には、この緊急時対策所に対策要員が滞在することとなるが、原子炉格納容器から放射性物質が大気中へ放出された場合には、対策要員の被曝を低減する必要がある。

特に、緊急時対策所の周囲に大量の放射性物質が滞留したり、シビアアクシデントが長期化した場合、緊急時対策所内に滞在する対策要員の被曝を極力低減させる必要がある。

ところで、放射性物質が大気中へ放出された場合、被曝の要因となる代表的な放射性核種として、放射性ヨウ素、放射性セシウム、放射性希ガスがあげられる。このうち、放射性ヨウ素は、活性炭等を用いたヨウ素除去フィルタ装置や粒子除去フィルタ装置による除去が効果的であり、放射性セシウム等の粒子状の放射性物質は粒子除去フィルタ装置による除去が効果的である。

一方、放射性希ガスは化学的に不活性のため、フィルタ装置での除去が困難であり、緊急時対策所周囲の放射性希ガス濃度が高い場合には外気の取込みを中止し、緊急時対策所の内部又は外部に設置された空気ボンベにより、対策要員が滞在する緊急時対策所内の対策室（人員室）へ清浄空気を供給する必要がある。

しかし、空気ボンベだけで清浄空気を長期にわたって対策室に供給し続けるには多数の空気ボンベが必要となる。例えば、４，０００ｍ³の室内に１時間供給するために要する空気ボンベ数は１５０本となる試算がある。仮に、シビアアクシデント発生後から７日間、空気ボンベによって清浄空気を供給し続けることを想定すると、必要となる空気ボンベ数は膨大となり、緊急時対策所の内外に空気ボンベを保管するスペースを確保するのが困難となる。

本発明の実施形態は、上記課題を解決するためになされたもので、例えば緊急時対策所等の建屋内に滞在する要員の被曝を低減させることができる非常用空調システム及び非常用空調方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る非常用空調システムは、建屋外の外気を取り込む複数の外気取込口と、前記外気取込口の近傍に設けられた放射線検出部と、前記建屋内に配置された非常用空調室及び人員室と、前記建屋内又は建屋外に配置された空気ボンベと、前記各外気取込口から第１の開閉弁及び前記非常用空調室を介して前記人員室に接続される第１の配管と、前記空気ボンベから第２の開閉弁を介して前記人員室に接続される第２の配管と、前記放射線検出部からの信号に基づいて前記第１及び第２の開閉弁を開閉制御するとともに前記非常用空調室内の機器を駆動制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係る非常用空調方法は、本件発明に係る非常用空調システムを用いて、外気取込口近傍の放射性核種の種類及び濃度に応じて、第１及び／又は第２の開閉弁を開閉制御するとともに前記非常用空調室内の機器を駆動制御することを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、例えば対策要員が滞在等する室内への放射性物質の流入を効率的に防止することが可能となる。

第１の実施形態に係る非常用空調システムの全体構成図。シビアアクシデント時に放射性核種の放出状況例を示す図。第２の実施形態に係る放射線検出部の構成図。

以下、本発明に係る非常用空調システム及び非常用空調方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る非常用空調システム及び非常用空調方法について、図１及び図２を用いて説明する。

（構成）
図１は第１の実施形態に係る非常用空調システムの全体構成図である。
原子力プラントの敷地内には、原子力プラント建屋１、原子力プラント建屋１に隣接して設けられた排気塔２、原子力プラント建屋１から所定距離離間して設けられた緊急時対策所建屋３（以下、「建屋」ともいう）等が配置されている。なお、緊急時対策所建屋３は原子力プラントの敷地外に設置される場合もある。

運転要員、保守管理要員又は緊急時の対策要員等の人員は、原則、原子力プラント建屋１内の中央操作室（図示せず）や、建屋３内の対策室８（以下、「人員室」ともいう）に滞在することとなる。

本実施形態に係る非常用空調システムは、シビアアクシデント時等の緊急時において、中央操作室や対策室（人員室）８に滞在する人員の安全を図るために設けられるもので、本実施形態では、内部に対策室８を有する建屋３に非常用空調システムを適用した例について説明する。

第１の実施形態に係る非常用空調システムは、図１に示すように、建屋３の外壁に設けられた複数の外気取込口４ａ〜４ｃと、外気取込口４ａ〜４ｃで取込まれた空気がそれぞれ開閉弁６ａ〜６ｃ、配管１１ａ〜１１ｃを介して供給される非常用空調室７と、非常用空調室７で浄化された空気が配管１２を介して供給される対策室８と、建屋３の外部に設けられ配管１７及び開閉弁１０を介して対策室８に清浄空気を供給する複数の空気ボンベ９と、外気取込口４ａ〜４ｃの近傍に設けられた放射線検出部５ａ〜５ｃと、放射線検出部５ａ〜５ｃで測定された放射線核種の種類及び濃度に基づいて開閉弁６ａ〜６ｃ、１０を開閉制御するとともに、非常用空調室７内の各種機器を駆動制御する制御装置２５と、から構成される。

非常用空調室７内には、放射性物質を除染するためのフィルタ、トラップ等からなる除染機器７ａ及びポンプ７ｂ等の機器が設けられている。
また、放射線検出部５ａ〜５ｃで用いられる放射線検出器２１として、例えば、放射性核種のガンマ線スペクトル分布を測定可能な半導体検出器又はシンチレーションカウンタが用いられ、これにより放射性核種の同定と濃度を検出することができる。

制御装置２５は、図１に示すように、演算部２６、検証部２７、制御部２８から構成される。なお、図１では制御装置２５は便宜上建屋３の外部に図示されているが、実際は対策室８の内部に設けられている。

演算部２６では各放射線検出部５ａ〜５ｃから送信された信号に基づいて、ガンマ線強度、スペクトル分布等を解析処理し、各外気取込口４ａ〜４ｃ近傍に存在する放射線核種の同定、濃度測定を行う。検証部２７では演算部２６からの信号を検証し正誤判定を行い、正と判定されれば制御部２８に送信される。制御部２８では、各外気取込口４ａ〜４ｃ近傍の放射線核種の種類、濃度に応じて、各開閉弁６ａ〜６ｃ及び１０を開閉制御するとともに、非常用空調室７内の除染機器７ａ及びポンプ７ｂを駆動制御する。
なお、本実施形態では、複数の空気ボンベ９を建屋３の外部に設ける例について説明したが、建屋３の内部に設けてもよい。

（作用）
原子力プラントでシビアアクシデントが発生し、排気塔２から原子炉格納容器内の放射性物質（放射性希ガス、セシウム、ヨウ素等）を含む雰囲気が外部に放出されたケースを想定する。

図２はシビアアクシデント発生時からの経過時間と各放射性核種の放出量（相対値）との関係を例示する図で、シビアアクシデントの発生時から約５２時間経過後に排気塔２から放射性物質が約１０時間大気中に放出されることを想定した図である。

この例では、各放射性核種の最大放出量を１００としたとき、シビアアクシデントの発生時から約５２時間経過するまで、放射性セシウムは０．００１の割合で推移し、放射性ヨウ素及び放射性希ガスは０．０１の割合で推移する。約５２時間経過後に排気塔２から放射性物質が大気中に放出されると、その期間、放射性セシウムは粒子除去装置が引き続き機能するため０．００１の割合のままで推移するが、放射性ヨウ素及び放射性希ガスの割合は１００となる。そして、約１０時間後大気中への放出が終了すると、各放射性核種の相対値は放出前の状態に戻る。

シビアアクシデント時に、排気塔２から放出された放射性物質は、放射性プルーム（放射性煙流、放射性雲）１８となって外部に流れ出す。放射性プルーム１８の流れや放射線量は、その時点での風向き、風速等の気候条件によって変動するが、気候条件によっては、例えば、図１に示すように、放射性プルーム１８が建屋３の１つの空気取込口４ｃの近傍に到達したり、建屋３の全体を覆うように分布する可能性もある（図示せず）。

本実施形態では、３つの空気取込口４ａ〜４ｃが設けられた建屋３において、各空気取込口４ａ〜４ｃの近傍に到達した放射性プルーム１８に含まれる放射性核種の種類及びその濃度に応じて、各空気取込口４ａ〜４ｂの開閉弁６ａ〜６ｃ及び空気ボンベ９からの清浄空気を供給するための開閉弁９ａを制御する（例１）〜（例３）について説明する。
なお、空気取込口の数は３つに限定されず、適宜増減可能である。

（例１）全ての外気取込口４ａ〜４ｃの近傍の放射性希ガスの濃度が所定値よりも高い場合：
制御装置２５は、開閉弁６ａ〜６ｃを閉とし、各外気取込口４ａ〜４ｃからの外気取込を中止する。そして、開閉弁１０を開とすることにより空気ボンベ９から配管１７を介して清浄空気を対策室８に供給するとともに、対策室８を加圧する。これにより、放射性希ガス及び他の放射性ガスの対策室８への流入を防止し、対策要員の被曝を防止することができる。

（例２）少なくとも一つの外気取込口４の近傍の放射性希ガスの濃度が所定値よりも低く、かつ、放射性ヨウ素及び放射性セシウムの濃度が所定値よりも高い場合：
制御装置２５は、放射性希ガスの濃度が所定値以下の外気取込口４に対応する開閉弁６のみを開とし、配管１１を介して非常用空調室７に導入された外気を除染機器７ａで除染した上で配管１２を介して対策室８に供給する。
これにより、対策室８への放射性希ガス及び他の放射性ガスの流入を防止し、対策要員の被曝を最低限に抑制することができる。

（３）少なくとも一つの外気取込口４の近傍の各放射性核種の濃度が所定値以下の場合：
制御装置２５は、各放射性核種の濃度が所定値以下の外気取込口４に対応する開閉弁６のみを開とし、配管１１、非常用空調室７及び配管１２を介して外気を対策室８に供給する。その際、この外気を、配管１４を介して建屋３の対策室８以外の空間に流入させてもよい。その際、建屋３内に残存している放射性物質を含む雰囲気を、建屋３の外壁に設けられた配管１５を介して外部へ放出することで、建屋３内の換気も効率的に行うことができる。

なお、上記（例１）〜（例３）において、対策室８内の空気を配管１２、１３により非常用空調室７との間で再循環させることで、対策室８内の空気を常時浄化するようにしてもよい。

（効果）
本実施形態によれば、建屋３外部の放射性核種の分布状況に応じて各外気取込口４からの外気の流入を制御するとともに、必要に応じて空気ボンベ９を利用することで、対策室８内への放射性物質の流入を効率的に防止することができる。

これにより対策要員の安全を長期的に確保することができるとともに、空気ボンベの消費を最小限に抑制することが可能となる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る非常用空調システム及び非常用空調方法について、図３を用いて説明する。
本実施形態では、放射性核種を高精度で同定することができる放射線検出部５の構成例を説明する。

（構成）
本実施形態に係る放射線検出部５は、放射線検出部５の内部に設けられたサンプリングタンク２０と、サンプリングタンク２０に近接して設けられた放射線検出器２１と、外気取込口４内の外気を、開閉弁２４ａを介してサンプリングタンク２０に導入する配管２３ａと、検出終了後の外気を、開閉弁２４ｂを介して外気取込口４へ排出する配管２３ｂとから構成される。
放射線検出部２１は、高いガンマ線のエネルギー分解能を有するゲルマニウム半導体検出器又はシンチレーション検出器が用いられる。

（作用）
このように構成された本実施形態において、開閉弁２４ａを開として外気取込口４内の外気を、配管２３ａを介してサンプリングタンク２０に導入し、その後、開閉弁２４ａを閉として、サンプリングタンク２０に貯留された外気に含まれる放射性核種のガンマ線スペクトル強度及び分布等を放射線検出器２１により所定期間測定する。測定後、サンプリングタンク２０内の外気は配管２３ｂ、開閉弁２４ｂを介して外気取込口４へ排出される。

放射線検出器２１は、サンプリングタンク２０に貯留された外気を所定時間継続して測定することで、外気に含まれる放射性核種の種類及び濃度を高精度で解析することが可能となる。

（効果）
本実施形態によれば、サンプリングタンク２０に貯留された外気に含まれる放射性核種の放射線強度を所定期間継続して測定することで、各放射性核種のガンマ線スペクトル分布や強度を高精度で測定解析することが可能となるので、放射性核種の同定及び濃度の検出精度を向上させることができる。
なお、上記実施形態では外気取込口４内の外気をサンプリングタンク２０に導入する例について説明したが、外気取込口４の近傍の外気を導入するようにしてもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…原子力プラント建屋、２…排気塔、３…緊急時対策所建屋（建屋）、４、４ａ〜４ｃ…外気取込口、５、５ａ〜５ｃ…放射線検出部、６、６ａ〜６ｃ…開閉弁、７…非常用空調室、８…対策室（人員室）、９…空気ボンベ、１０…開閉弁、１１、１１ａ〜１１ｃ、１２…配管（第１の配管）、１３…配管（第３の配管）、１４…配管（第４の配管）、１５…配管（第５の配管）、１７…配管（第２の配管）、１８…放射性プルーム、２０…サンプリングタンク、２１…放射線検出器、２２ａ、２２ｂ…開閉弁、２３ａ、２３ｂ…配管、２５…制御装置、２６…演算部、２７…検証部、２８…制御部

Claims

建屋外の外気を取り込む複数の外気取込口と、前記外気取込口の近傍に設けられた放射線検出部と、前記建屋内に配置された非常用空調室及び人員室と、前記建屋内又は建屋外に配置された空気ボンベと、前記各外気取込口から第１の開閉弁及び前記非常用空調室を介して前記人員室に接続される第１の配管と、前記空気ボンベから第２の開閉弁を介して前記人員室に接続される第２の配管と、前記放射線検出部からの信号に基づいて前記第１及び第２の開閉弁を開閉制御するとともに前記非常用空調室内の機器を駆動制御する制御装置と、を備えることを特徴とする非常用空調システム。
前記人員室と前記非常用空調室を接続する第３の配管を設けたことを特徴とする請求項１記載の非常用空調システム。
前記第１の配管に外気を前記建屋内に放出するための第４の配管を設け、前記建屋の外壁に前記建屋内の雰囲気を外部に放出するための第５の配管を設けたことを特徴する請求項１又は２記載の非常用空調システム。
前記放射線検出部で用いられる放射線検出器は、放射性核種を同定可能に構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の非常用空調システム。
前記放射線検出部の内部に外気を貯留するサンプリングタンクを設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の非常用空調システム。
請求項１乃至５のいずれかに記載の非常用空調システムを用いて、外気取込口近傍の放射性核種の種類及び濃度に応じて、第１及び／又は第２の開閉弁を開閉制御するとともに前記非常用空調室内の機器を駆動制御することを特徴とする非常用空調方法。