JP2023137261A - 原子炉格納容器の水素処理装置および水素処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】原子炉格納容器の水素処理装置において、再結合後の蒸気の温度上昇を抑制させることにある。【解決手段】原子炉格納容器１内の雰囲気ガスを抽出して再結合器１０で加熱反応させて水素を処理し、処理済ガスとして前記原子炉格納容器内に戻す原子炉格納容器の水素処理装置３０において、前記原子炉格納容器内の雰囲気ガスの水素濃度を測定する水素濃度検出器２０と、前記原子炉格納容器から雰囲気ガス抽出配管７を介して抽出した雰囲気ガスに前記水素濃度検出器にて測定された前記原子炉格納容器内の雰囲気ガスの水素濃度に応じて前記雰囲気ガス抽出配管内に酸素を供給する酸素供給装置１９と、前記再結合器の上流側に配置され、前記原子炉格納容器内の前記雰囲気ガスと前記酸素供給装置から供給された酸素を前記雰囲気ガス抽出配管を介して導き、この雰囲気ガスに含まれる水素と酸素を再結合させる触媒５を充填した触媒充填シリンダ６と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
Description
本発明の実施形態は、原子炉格納容器内での設計基準を超える重大事故等が発生した場合における原子炉格納容器内の水素を処理する水素処理装置および水素処理方法に関する。
原子力発電プラントの冷却材喪失事故が発生すると、水―ジルコニウム反応によって多量の水素が発生する。水素を処理せずに長時間が経過した場合、原子炉格納容器内には多量の水素ガスが充満し、原子炉格納容器内ガスの原子炉格納容器外への漏えい量が増加すると、発電所周辺の放射線が増加するおそれがあった。
原子炉格納容器内の水素と放出配管内の酸素が急激に反応して配管が損傷するといったおそれがあり、これを未然に防ぐ目的で従来の原子炉格納容器の内圧低減装置が考案されている。この原子炉格納容器の内圧低減装置は、冷却材喪失事故後に原子炉格納容器内に充満する水素ガスをブロワによって外部へ抽出し、かつ、ブロワの吸込側には酸素を供給して水素と酸素の混合ガスを作り、これを加熱反応装置で加熱反応させて蒸気とし、さらに冷却器を通して液化し、冷却材として原子炉格納容器内へ流入させるように構成されている。
重大事故等発生時は原子炉格納容器の代替循環冷却設備を用いることによって、原子炉格納容器内の雰囲気ガスを大気に放出しなくても、原子炉格納容器の熱を最終ヒートシンクに移送することが可能である。一方で、重大事故等発生時に原子炉格納容器内に発生する水素に関しては、ベントによる原子炉格納容器外への排出か、原子炉格納容器内での長期保管が必要であり、原子炉格納容器から原子炉建屋に水素が漏れる等の可能性がある。
従来の装置では重大事故時等の使用を想定しておらず、重大事故時等に加熱反応装置で加熱反応させた蒸気を冷却器で液化する際に、冷却材としてサプレッションチェンバ水を使用した場合はサプレッションチェンバ内の異物により冷却ノズルの目詰まりの懸念があり、外部注水を使用した場合は原子炉格納容器内のサプレッションチェンバ水量が増加し、原子炉格納容器の耐震性が低下するという課題があった。
上記実施形態に係る原子炉格納容器の水素処理装置は、原子炉格納容器内の雰囲気ガスを抽出して再結合器で加熱反応させて水素を処理し、処理済ガスとして前記原子炉格納容器内に戻す原子炉格納容器の水素処理装置において、前記原子炉格納容器内の雰囲気ガスの水素濃度を測定する水素濃度検出器と、前記原子炉格納容器から雰囲気ガス抽出配管を介して抽出した雰囲気ガスに前記水素濃度検出器にて測定された前記原子炉格納容器内の雰囲気ガスの水素濃度に応じて前記雰囲気ガス抽出配管内に酸素を供給する酸素供給装置と、前記再結合器の上流側に配置され、前記原子炉格納容器内の前記雰囲気ガスと前記酸素供給装置から供給された酸素を前記混合ガス送出配管を介して導き、この雰囲気ガスに含まれる水素と酸素を再結合させる触媒を充填した触媒充填シリンダを有することを特徴とする。
また、上記実施形態に係る原子炉格納容器の水素処理方法は、原子炉格納容器内の雰囲気ガスを抽出して再結合器で加熱反応させて水素を処理し、処理済ガスとして前記原子炉格納容器内に戻す原子炉格納容器の水素処理方法において、抽出された前記雰囲気ガスを前記再結合器で加熱反応させて水素を処理する前に、前記雰囲気ガスの水素濃度に応じた酸素を注入し、触媒を介して雰囲気ガスに含まれる水素と酸素を再結合させることを特徴とする。
本発明の実施形態は、上述した課題を解決するためになされたものであり、原子炉格納容器の水素処理装置内に触媒式再結合器を設けることによって、原子炉格納容器内から抽出したガスに酸素を注入して水素と混合させ、触媒作用によって水素と酸素を再結合させることで、再結合後の蒸気の温度上昇を抑制してかつ確実に水素と酸素を再結合させることができる。
以下、本発明の実施形態に係る原子炉格納容器の水素処理装置３０について、図面を参照して説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る原子炉格納容器の水素処理装置３０の系統構成図である。
図１は、本発明の実施例１に係る原子炉格納容器の水素処理装置３０の系統構成図である。
図１において原子炉圧力容器１を格納した原子炉格納容器２には、原子炉格納容器２内の雰囲気ガス抽出配管３の一端が接続され、この雰囲気ガス抽出配管３の他端はブロワ４の吸込側に接続されている。またブロワ４の吐出側はプラチナ-パラジウムからなる触媒５を充填した触媒充填シリンダ６を設けた混合ガス送出配管７を介して加熱器８の吸込側に接続されている。
この加熱器８の吐出側は混合ガス送出配管９を介してこの混合ガスを加熱反応させる再結合器１０に接続され、再結合器１０の吐出側は蒸気配管１１を介して所定の温度に冷却する貯水タンク２４または残留熱除去系等の系統からの冷却水を噴霧する冷却器１２に接続されている。また、冷却器１２の吐出側は混合ガス送出配管１３を介して気水分離器１４に接続され、戻り配管１５を介して原子炉格納容器２に戻るように接続されている。
気水分離器１４で水滴を除いた処理済ガスの一部はブロワ４の上流側へ再循環できるように再循環制御弁１６を含む再循環配管１７が設けられている。そしてブロワ４の吸込側において、原子炉格納容器内雰囲気抽出配管３には酸素ガス供給配管１８を介して酸素供給装置１９が接続されている。また、原子炉格納容器２内には雰囲気ガスの水素濃度を測定する水素濃度検出器２０が設けられている。
このように構成された本実施の形態に係る原子炉格納容器の水素処理装置３０において、原子炉格納容器２に設けられた水素濃度検出器２０によって原子炉格納容器２内における雰囲気ガスの水素濃度が測定される。この測定された雰囲気ガスの水素濃度によって、酸素供給装置１９から供給される酸素量が決定される。
原子炉格納容器２から抽出された重大事故時に発生した水素を多分に含んだ雰囲気ガスを酸素供給装置１９から供給された酸素と混合し触媒５を充填した触媒充填シリンダ６を含んだ混合ガス送出配管７に導くことで、触媒作用により混合ガス中の水素と酸素が再結合し水蒸気となる。
さらに、再結合処理された処理済ガスに含まれる水蒸気は気水分離器１４および戻り配管１５によって処理済ガス内の水滴が原子炉格納容器２に戻される。また反応せずに混合ガス中に残った酸素は再循環配管１７を介してブロワ４の上流に導かれ、再度触媒５によって水素と再結合し処理される。
本実施の形態によれば、原子炉格納容器２から抽出した雰囲気ガス内に酸素が不足している場合においても酸素供給装置１９から酸素を供給することで、水素と酸素を再結合させ水素を確実に処理することができる。水素濃度検出器２０によって原子炉格納容器２内の水素濃度が確認できることから、注入する酸素は可燃限界未満のガス組成となるように調節することができる。
また触媒５によって水素を酸素と再結合させるため、熱反応式での再結合のように混合ガスを高温状態で維持する必要がなく、冷却器１２に冷却水を供給する必要がない。また、ブロワ４の吐出側の混合ガス送出配管７を一部分解し、触媒５を充填させた触媒充填シリンダを設置するのみで改造が完了するため、工事物量を低減させることができる。
（実施例２）
次に図２を用いて実施例２を説明する。なお実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
次に図２を用いて実施例２を説明する。なお実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図２に示す原子炉格納容器の水素処理装置３１においては、再結合器１０の吐出側に触媒５による反応後のガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出器２１を設けたことを特徴としている。
このように構成された本実施の形態において、酸素濃度の検出器２１を設置することで、触媒５を通過後の処理済ガス中の酸素濃度を測定する。測定された酸素濃度が予め定められた値よりも高い場合には酸素供給装置１９からの酸素の供給を中止または検出酸素濃度に応じて供給量を縮小させ、処理済ガスを再循環配管１７を介してブロワ４の上流側から触媒充填シリンダ６に再循環させることで原子炉格納容器２内の雰囲気ガスを可燃性限界未満に維持させる。
本実施の形態によれば、上述した実施例１と同様の効果に加え、触媒５を通過後の処理ガスの濃度に基づいて酸素供給装置１９から供給する酸素を制御して原子炉格納容器２内の雰囲気ガスを可燃性限界未満に維持させることを確実に行うことができる。
（実施例３）
次に図３を用いて実施例３を説明する。なお実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
次に図３を用いて実施例３を説明する。なお実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図３に示す原子炉格納容器の水素処理装置３２においては、ブロワ４の吐出側の混合ガス送出配管７に加え、再結合器１０の吐出側の蒸気配管１１に触媒５aを充填した触媒充填シリンダ６aを設置したことを特徴としている。
このように構成された本実施の形態において、混合ガス送出配管７に設けられた触媒５によって水素と酸素を再結合させ、再結合器１０の吐出側で反応せずに残った酸素を蒸気配管１１に設けられた触媒５aによって水素と再結合させ処理する。
本実施の形態によれば、上述した実施例１と同様の効果に加え、再結合器１０の吐出側に設置した触媒５aによって、再結合する酸素の量を増やし、処理する水素の量を増やすことができる。
（実施例４）
次に図４を用いて実施例３を説明する。なお実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
次に図４を用いて実施例３を説明する。なお実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図４に示す原子炉格納容器の水素処理装置３３においては、ブロワ４の吐出側の混合ガス送出配管７に触媒５ｂを充填した触媒充填シリンダ６ｂを含んだ混合ガス送出配管２２の一端が接続され、この混合ガス送出配管２２の他端は冷却器１２の吸込側の蒸気配管１１に接続されている。
この混合ガス送出配管２２の入口側には加熱器８側と触媒５側の送出先流路を切り替えることができる流路切替弁２３を設けている。そして、重大事故発生後の酸素注入時は触媒５ｂ側の流路切替弁２３を開にすることで配管２２に設けられた触媒５ｂによって水素と酸素を再結合させ水素を処理し、重大事故時以外は加熱器８側の制御弁２３を開にすることで既存の再結合器１０を有する可燃性ガス濃度制御装置の機能で水素処理を行う。
本実施の形態によれば、上述した実施例１と同様の効果に加え、加熱器８および再結合器１０の内部に蒸気が凝縮してドレン溜まりが発生することを防止することができる。
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、置き換え、変更、組み合わせ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同様に、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ものである。
１…原子炉圧力容器、２…原子炉格納容器、３…雰囲気ガス抽出配管、４…ブロワ、５、５a、５ｂ…触媒、６、６a、６ｂ…触媒充填シリンダ、７、９、１３、２２…雰囲気ガス抽出配管、８…加熱器、１０…再結合器、１１…蒸気配管、１２…冷却器、１４…気水分離器、１５…戻り配管、１６…再循環制御弁、１７…再循環配管、１８…酸素ガス供給配管、１９…酸素供給装置、２０…水素濃度検出器、２１…酸素濃度検出器、２３…流路切替弁、２４…貯水タンク、３０、３１、３２、３３…原子炉格納容器の水素処理装置。
Claims (8)
- 原子炉格納容器内の雰囲気ガスを抽出して再結合器で加熱反応させて水素を処理し、処理済ガスとして前記原子炉格納容器内に戻す原子炉格納容器の水素処理装置において、
前記原子炉格納容器内の雰囲気ガスの水素濃度を測定する水素濃度検出器と、
前記原子炉格納容器から雰囲気ガス抽出配管を介して抽出した雰囲気ガスに前記水素濃度検出器にて測定された前記原子炉格納容器内の雰囲気ガスの水素濃度に応じて前記雰囲気ガス抽出配管内に酸素を供給する酸素供給装置と、
前記再結合器の上流側に配置され、前記原子炉格納容器内の前記雰囲気ガスと前記酸素供給装置から供給された酸素を前記雰囲気ガス抽出配管を介して導き、この雰囲気ガスに含まれる水素と酸素を再結合させる触媒を充填した触媒充填シリンダと、
を有することを特徴とする原子炉格納容器の水素処理装置。 - 前記触媒充填シリンダで再結合された水蒸気を含む前記処理済ガスは、冷却器で冷却され、気水分離器で分離された水滴は戻り配管を介して前記原子炉格納容器内に戻されることを特徴とする請求項１記載の原子炉格納容器の水素処理装置。
- 前記気水分離器で水滴を分離した前記処理済ガスを制御弁を介して再度触媒充填シリンダの上流側に導く再循環配管を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の原子炉格納容器の水素処理装置。
- 前記再結合器から排出される処理済ガス内の酸素濃度を測定する酸素濃度検出器を備え、この酸素濃度検出器で測定された酸素濃度に応じて前記酸素供給装置から供給される酸素の供給量を制御することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項記載の原子炉格納容器の水素処理装置。
- 前記酸素濃度検出器で測定された酸素濃度が予め定められた値よりも高い場合には、前記処理済ガスを前記再循環配管を介して前記触媒充填シリンダの上流に導き再循環させることを特徴とする請求項４記載の原子炉格納容器の水素処理装置。
- 前記再結合器の下流側に触媒を充填した第２触媒充填シリンダを備えたことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項記載の原子炉格納容器の水素処理装置。
- 原子炉格納容器内の雰囲気ガスを抽出して再結合器で加熱反応させて水素を処理し、処理済ガスとして前記原子炉格納容器内に戻す原子炉格納容器の水素処理装置において、
前記原子炉格納容器内の雰囲気ガスの水素濃度を測定する水素濃度検出器と、
前記原子炉格納容器から雰囲気ガス抽出配管を介して抽出した雰囲気ガスに前記水素濃度検出器にて測定された前記原子炉格納容器内の雰囲気ガスの水素濃度に応じて前記雰囲気ガス抽出配管内に酸素を供給する酸素供給装置と、
前記再結合器に並列に配置され、前記原子炉格納容器内の前記雰囲気ガスと前記酸素供給装置から供給された酸素を前記雰囲気ガス抽出配管を介して導き、この雰囲気ガスに含まれる水素と酸素を再結合させる触媒を充填した触媒充填シリンダと、
を有し、重大事故発生時には前記触媒充填シリンダに前記原子炉格納容器内の前記雰囲気ガスを流通させることを特徴とする原子炉格納容器の水素処理装置。 - 原子炉格納容器内の雰囲気ガスを抽出して再結合器で加熱反応させて水素を処理し、処理済ガスとして前記原子炉格納容器内に戻す原子炉格納容器の水素処理方法において、
抽出された前記雰囲気ガスを前記再結合器で加熱反応させて水素を処理する前に、前記雰囲気ガスの水素濃度に応じた酸素を注入し、触媒を介して雰囲気ガスに含まれる水素と酸素を再結合させることを特徴とする原子炉格納容器の水素処理方法。
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