JP2930446B2 - 核融合炉室内雰囲気浄化装置 - Google Patents

核融合炉室内雰囲気浄化装置

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JP2930446B2
JP2930446B2 JP3127523A JP12752391A JP2930446B2 JP 2930446 B2 JP2930446 B2 JP 2930446B2 JP 3127523 A JP3127523 A JP 3127523A JP 12752391 A JP12752391 A JP 12752391A JP 2930446 B2 JP2930446 B2 JP 2930446B2
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fusion reactor
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adsorbent
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】[発明の目的]
【0002】
【産業上の利用分野】本発明は核融合炉における建屋内
雰囲気あるいはグローブボックス等の第二次格納内部の
雰囲気を浄化する核融合炉室内雰囲気浄化装置に関す
る。
【0003】
【従来の技術】現在開発過程にあり最も実現性の高い核
融合炉は、燃料として重水素(D)と三重水素(T)を
ほぼ同量ずつ混合して使用する方式である。D,Tは水
素の同位体であり、他の元素に比較して材料の透過性が
高く、しかもTは半減期12,26年でβ崩壊する放射性物
質であるので、核融合炉施設では建屋室内あるいはグロ
ーブボックス等の二次格納系内の雰囲気の管理が大切で
ある。
【0004】核融合炉施設では建屋が非常に大きく、現
在設計が進められている実験炉クラスでもその雰囲気の
処理風量が非常に大きくなっている。その大きさは小さ
く見積っても5000m3 /hr、大きなものでは7〜8万m
3 /hr程度になる。この数字は実用炉クラスになればさ
らに数倍から数十倍になると考えられる。これほどの大
風量ではあるが一括処理する必要はなく、系統を分割し
て運用するが、一系統当りの風量は決して小さくはな
い。
【0005】図3に現在一般的に設計されている核融合
実験炉各部屋、またはグローブボックス等の二次格納系
および雰囲気浄化系のブロック構成を示す。図3におい
て、符号1は常用雰囲気浄化系で、2は分解修理時用雰
囲気浄化系、3は第1の非常用雰囲気浄化系、4は第2
の非常用雰囲気浄化系、5は各部屋または二次格納装置
を示している。図3から明らかなように、通常運転時,
事故時,分解修理時という運転状態に応じて系統が分け
られている。なお、建屋内の室あるいはグローブボック
スのような二次格納系等の処理対象によって系統を分割
する場合もある。
【0006】図4において、現在一般的に設計されてい
る核融合炉用雰囲気浄化系の機器構成と処理手順を説明
する。換気空調系は空調対象となる各部屋5と一連の換
気空調装置の間を循環用配管8で連絡し、送・排風機7
により給・排気を行う。空調対象室5から排気された雰
囲気空気は加湿器17,空調機ユニット9,送・排風機7
の順序で流され調整される。空調機ユニット9は、粗フ
ィルタa,冷却コイルb,加熱コイルc等から構成され
ている。
【0007】すなわち、送・排風機7により空調対象室
5から排出された雰囲気空気は加湿器17により加湿され
た後、空調機ユニット9に組み込まれている粗フィルタ
aにより微粒子等の塵埃除去され、冷却コイルbで冷
却または除湿がなされ、加熱コイルで加温される。
【0008】雰囲気トリチウム浄化系6は対象となる各
部屋5との間を配管でつながれ、ブロワ10によって給・
排気される。すなわち、対象室5から排気された汚染空
気はブロワ10,予熱器11,触媒塔12,冷却器13,吸着塔
14,フィルタ15を経てトリチウム処理される。ここで、
触媒塔12は単体トリチウム(T2 ,TD,TH)を酸化
物に変化させるためのもので、適温に保つために図示を
省略したヒータで調整すると共に予熱器11で予め排気さ
れた汚染空気を加熱しておく。
【0009】また、吸着塔14は酸化されたトリチウム水
蒸気を吸着除去するためのものであるが、その際トリチ
ウム水蒸気の温度は低いほど効率がよくなるので、前段
階として触媒塔12を出たトリチウム水蒸気を冷却器13で
室温程度まで下げておく。吸着塔14は時間経過と共にト
リチウム水蒸気で飽和に達するので、そのときは予備機
の吸着塔に切換え、飽和に達した吸着塔は再生設備16に
よって再生される。このとき吸着塔内に吸着していた水
蒸気は蒸発し、再生設備内でドレン化し回収される。こ
のようにトリチウム浄化系6を換気空調系と併用するこ
とによってトリチウムが発生した場合でもこれを浄化処
理することができる。なお、加湿器17と空調機9の順序
を入れ替えた例もある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た核融合炉用雰囲気浄化装置では、触媒塔12や吸着塔14
が各々別置の竪置円筒型充填層方式であり、技術的に10
00〜2000m3 /hrの風量のものが限界といわれている。
これは大風量の場合、その圧力損失を低減しようとすれ
ば塔径を大きくする必要があり、その場合、触媒や吸着
剤を充填している塔内で、処理ガスが偏流して機能的に
も効率が低下する。これを防ぐためには偏流の起こらな
い範囲まで塔径を小さくし、多塔並列にすることが考え
られるが、全体として設備が大掛りになり、配置のスペ
ースを多く必要とし、建設費も高くつく。
【0011】また、この竪置円筒型充填層方式に代るも
のとして、1つのダクト内にほぼシステム一式を一括組
み込んだことを特徴とするダクトケーシング型フィルタ
システムが考えられるが、この方式はかなりの大風量に
持ち堪える。しかし、この方式は吸着剤等再生を必要と
する要素を含んでいると、切替えて予備系統で継続処理
するとしても、他のシステム要素がほぼ一括して組み込
まれているため、再生が非常にやりにくいという課題が
ある。
【0012】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、多塔並列等の方法によることなく、大風量雰
囲気を確実に処理でき、且つ設置スペースも極力小さく
でき、しかも吸着剤の再生運転が容易な核融合炉室内雰
囲気浄化装置を提供することを目的とする。 [発明の構成]
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、核融
合炉施設の室内雰囲気浄化系に設けられた室内雰囲気の
流入口および排出口を有するダクトと、前記ダクト内に
設けらたれ前記流入口から前記ダクト内に流入する室内
雰囲気を予熱する第1の加熱手段と、この第1の加熱手
段の下流側に設けたフィルタと、このフィルタの下流側
に第2の加熱手段を介して設けられた触媒充填層と、こ
の触媒充填層と前記排出口の間に設けられた吸着剤充填
と、前記触媒充填層と前記吸着剤充填層の間に設けら
れた冷却手段とを具備することを特徴とする。請求項2
の発明は、前記吸着剤充填層と前記排出口の間に設けら
れた第3の加熱手段と、この第3の加熱手段に吸着剤の
再生を行う再生ガスを流入させ前記冷却手段からこのガ
スを排出させる再生ガス循環系統を具備することを特徴
とする。 請求項3の発明は、前記第3の加熱手段と前記
排出口の間と、前記冷却手段と前記触媒層の間にそれぞ
れ設けられ、前記吸着剤の再生を行う際に前記再生ガス
循環系統を前記ダクト内を流通する雰囲気から隔離する
隔離手段を具備することを特徴とする。 請求項4の発明
は、前記隔離手段は、ボックス内の開口に一方から他方
に向けてシートが送り出され、このシートにより前記ボ
ックスの開口を塞ぎ、前記ボックスと前記シートとのシ
ール部の面圧を前記ボックスに取付けた接続用枠のねじ
孔にねじ込む形状記憶合金製ボルトの復元力を利用して
行う構造を有する巻取式隔離弁からなることを特徴とす
る。
【0014】
【作用】請求項1の発明によれば、ダクトケーシング内
に前述の雰囲気トリチウム浄化系のコンポーネントのう
ち、予熱器,触媒塔,冷却器,フィルタ等を一式組み込
むことにより、大風量が処理でき且つ偏流の影響も少な
くできる。また、吸着剤の再生も効率よくできる。請求
項2の発明によれば、吸着剤の昇温再生が可能となる。
請求項3の発明によれば、吸着剤充填層の隔離および開
放を行うことで、吸着剤の再生の効率を向上できる。請
求項4の発明によれば、隔離手段の信頼性および継続性
が増強され、簡易な取扱いができる。
【0015】
【実施例】図1および図2を参照しながら、本発明に係
る核融合炉室内雰囲気浄化装置の一実施例を説明する。
なお、図1は図面上の都合で縦型で示しているが、実際
には横型に配置されている。本実施例では図1に示した
ようにダクトケーシング20内に湿分除去器22,第1の加
熱手段としての加熱コイル23,プレフィルタ24,第1の
高性能粒子フィルタ25,第2の加熱手段としての加熱コ
イル26,触媒充填層27,第1の巻取式隔離弁28,冷却コ
イル29,吸着剤充填層30,第3の加熱手段としての加熱
コイル31,第2の巻取式隔離弁32,第2の高性能粒子フ
ィルタ33をこの順序で内装している。ダクトケーシング
20内には下(左)側入口から室内の雰囲気ガス21が流
入する。また、ダクトケーシング20の上(右)側出口
からは排気がファンに向って排出する。
【0016】ダクトケーシング20の下(左)側入口から
室内の雰囲気がケーシング内に流入する。核融合炉施設
の場合の室内雰囲気ガスには空気のほか、湿分,浮遊微
粉(ダスト含む)、それに微量のトリチウムガスが含ま
れていると考える。トリチウムはガス状の形をとるほ
か、酸化物水蒸気にもなっている。従って、湿分の中に
はこの酸化物水蒸気も含まれている。
【0017】流入したガスは湿分除去器22によって含ん
でいる湿分が除去される。なお、残る湿分を次のフィル
タ等で凝縮させないために加熱コイル23でガス全体を暖
める。こうして湿度を下げ、プレフィルタ24,高性能粒
子フィルタ25を通過させることにより、微粉等を除去し
て下流にある他のコンポーネント類の機能に影響を与え
ないようにする。
【0018】次に触媒によってトリチウムガスを酸化し
て水蒸気化するが、触媒は 100℃以上に加温する必要が
あるので、まず加熱コイル26を通してガスを昇温してか
ら触媒充填層27に流入させる。次に、酸化され湿分の一
部に変わったトリチウム水蒸気を吸着剤で除去するが、
今度は温度は室温並がよいので冷却コイル29によって温
度を下げてから吸着剤充填層30に流入させ、高性能粒子
フィルタ33を通して右(上)側出口から排気ファンに導
く。
【0019】ところで、吸着剤の吸着量には限度があっ
て、飽和になったら予備系に切替え、それまで使ってい
た系統は吸着剤を昇温し、再生する必要がある。そこ
で、吸着剤充填層30の両サイドに隔離手段として第1お
よび第2の巻取式隔離弁28および32を設け、再生運転時
に冷却コイル29から第3の加熱コイル31を隔離してしま
う。そして、再生ガス流入ライン36から再生用ガスを流
入させ第3の加熱コイル31を通過させ、 200℃以上に暖
めて吸着剤充填層30を通せば吸着していた湿分が蒸発し
て出てくる。再生ガスは再生ガス戻しライン35から戻し
てやり、循環させて使用する。一方、吸着材充填層30か
ら出てくる湿分は、冷却コイル29に触れて凝縮し、同様
に再生ガス戻しライン35から出て行き、排水系統に導か
れる。なお、この場合の第1の巻取式隔離弁28は例えば
形状記憶合金を利用して構成されたコンパクトタイプの
ゲート弁と同様のものを使用する。
【0020】すなわち、図2に示したように、巻取式隔
離弁28はボックス37の左側に送り出しロール38と右側に
巻取ロール39が設けられ、送り出しロール38からアルミ
ニウム製シート40を送り出してボックス37の開口41を塞
ぎ、右側の巻取ロール39でシート40を巻取る構造になっ
ている。シート40を写真機のフィルムのように巻取るこ
とにより弁の開閉を行う。シール部の面圧は形状記憶合
金製ボルト42の回復力を利用して行う。ボルト42はボッ
クス37の周面に取付けた接続用枠43のねじ孔44にねじ込
まれる。
【0021】従って、本実施例によれば、ダクトケーシ
ング内に前述の雰囲気トリチウム浄化系のコンポーネン
トのうち、予熱器,触媒塔,冷却器,吸着塔,フィルタ
等を一式組み込むことにより、大風量が処理でき且つ偏
流の影響も少なくでき、しかも吸着剤の再生も効率よく
できる。また、巻取式隔離弁の使用によりダクトケーシ
ングの断面積を途中で小さく狭くする必要がなく、偏流
防止上よい結果をもたらし、再生ガスが不要のコンポー
ネントに触れずに済むので故障のポテンシャルも下が
る。さらに、この巻取式隔離弁形状記憶合金によりシ
ール部の面圧調整を行うコンパクトゲート弁タイプの巻
取式遮断弁を用いることにより、巻取式遮断弁の信頼
性,継続性が増強され、簡易な取扱いができる。
【0022】本発明の実施態様は次の通りである。 (1)核融合炉施設の室内雰囲気系において、触媒充填層
または吸着剤充填層を含み、単一のダクト内に予熱器,
触媒塔,冷却器,吸着塔およびフィルタを一括組み込む
こと。 (2)吸着剤充填層と排出口との間に加熱手段を設けて、
この加熱手段に再生ガスを流入し冷却手段から排出させ
て循環させることにより、吸着剤の昇温再生が可能であ
ること。 (3)吸着剤充填層の両サイドに隔離弁を取付けて吸着剤
充填層部の隔離および開放、またその繰返しが可能とし
て吸着剤の再生効率を向上させること。 (4)隔離弁として形状記憶合金によりシートをボックス
とのシール部の面圧の調整を行うコンパクトゲート弁タ
イプの巻取式遮断弁を用いること。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、ダクトケーシング内に
前述の雰囲気トリチウム浄化系のコンポーネントのう
ち、予熱器,触媒塔,冷却器,吸着塔,フィルタ等を一
式組み込むことにより、大風量が処理でき且つ偏流の影
響も少なくできる。また、吸着剤の再生も効率よくでき
る。また、巻取式隔離弁の使用によりダクトケーシング
の断面積を途中で小さく狭くする必要がなく、偏流防止
上よい結果をもたらし、再生ガスが不要のコンポーネン
トに触れずに済むので故障のポテンシャルが低下する。
さらに、巻取式隔離弁に形状記憶合金を使ったコンパク
トゲート弁タイプの巻取式遮断弁を用いることにより、
巻取式遮断弁の信頼性,継続性が増強され、簡易な取扱
いができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る核融合炉室内雰囲気浄化装置の一
実施例の要部を示す系統図。
【図2】図1におけるゲート弁を示す斜視図。
【図3】従来の核融合炉室内の二次格納系および雰囲気
浄化系を示すブロック図。
【図4】図3における雰囲気浄化系を示す系統図。
【符号の説明】
20…ダクトケーシング、22…湿分除去器、23…加熱コイ
ル、24…プレフィルタ、25…高性能粒子フィルタ、26…
加熱コイル、27…触媒充填層、28…巻取式隔離弁、29…
冷却コイル、30…吸着剤充填層、31…加熱コイル、32…
巻取式隔離弁、33…高性能粒子フィルタ、34…ドレンラ
イン、35…再生ガス戻しライン。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 核融合炉施設の室内雰囲気浄化系に設け
    られた室内雰囲気の流入口および排出口を有するダクト
    と、前記ダクト内に設けらたれ前記流入口から前記ダク
    ト内に流入する室内雰囲気を予熱する第1の加熱手段
    と、この第1の加熱手段の下流側に設けたフィルタと、
    このフィルタの下流側に第2の加熱手段を介して設けら
    れた触媒充填層と、この触媒充填層と前記排出口の間に
    設けられた吸着剤充填層と、前記触媒充填層と前記吸着
    剤充填層の間に設けられた冷却手段とを具備することを
    特徴とする核融合炉室内雰囲気浄化装置。
  2. 【請求項2】 前記吸着剤充填層と前記排出口の間に設
    けられた第3の加熱手段と、この第3の加熱手段に吸着
    剤の再生を行う再生ガスを流入させ前記冷却手段からこ
    のガスを排出させる再生ガス循環系統を具備することを
    特徴とする請求項1記載の核融合炉室内雰囲気浄化装
    置。
  3. 【請求項3】 前記第3の加熱手段と前記排出口の間
    と、前記冷却手段と前記触媒層の間にそれぞれ設けら
    れ、前記吸着剤の再生を行う際に前記再生ガス循環系統
    を前記ダクト内を流通する雰囲気から隔離する隔離手段
    を具備することを特徴とする請求項2記載の核融合炉室
    内雰囲気浄化装置。
  4. 【請求項4】 前記隔離手段は、ボックス内の開口に一
    方から他方に向けてシートが送り出され、このシートに
    より前記ボックスの開口を塞ぎ、前記ボックスと前記シ
    ートとのシール部の面圧を前記ボックスに取付けた接続
    用枠のねじ孔にねじ込む形状記憶合金製ボルトの復元力
    を利用して行う構造を有する巻取式隔離弁からなること
    を特徴とする請求項3記載の核融合炉室内雰囲気浄化装
    置。
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