JP3604874B2 - 排ガス乾燥器およびこの排ガス乾燥器を備えた放射性気体廃棄物処理装置 - Google Patents
排ガス乾燥器およびこの排ガス乾燥器を備えた放射性気体廃棄物処理装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電プラントにおいて発生する放射性気体廃棄物（以下、排ガスという。）に含まれる水蒸気を効果的に除去する排ガス乾燥器およびこの排ガス乾燥器を備えた放射性気体廃棄物処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電プラントでは、いわゆるランキンサイクルを採用しており、原子炉で発生した蒸気を蒸気タービンに案内し、ここで膨張仕事をさせて動力を得、膨張仕事後の復水を給水として原子炉に還流させるようにしている。
【０００３】
原子炉から蒸気タービンに案内される蒸気には、燃料の核分裂の際に生成されるＸｅ，Ｋｒなど、炉水の放射線分解により発生するＨ２ ，Ｏ２ など、炉内で放射能化された ３Ｈ，１６Ｎ，１９Ｏなど、配管フランジ、弁グランド部を通して炉水へ侵入する気体廃棄物などが含まれている。これら放射能化された気体廃棄物（排ガス）は、放射性気体廃棄物処理装置により安全に処理されており、その放射性気体廃棄物処理装置には図６に示す構成のものがある。
【０００４】
図６に示すように、原子炉１から蒸気タービン２に案内される蒸気は、膨張仕事をした後、復水器３により凝縮されて復水になる。この復水に含まれる排ガスは、空気抽出器４により誘引（抽気）されて水素再結合部５に導入される。この水素再結合部５に導入された排ガスは、排ガス乾燥部６，ホールドアップ部７を経る間に放射能が取り除かれて安全な状態にされ、さらに真空ポンプ８および排気筒９を経て大気に放出される。
【０００５】
水素再結合部５は、排ガス予熱器５ａ，排ガス再結合器５ｂ，排ガス復水器５ｃをそれぞれ備え、空気抽出器４から導入された復水を排ガス予熱器５ａにより予熱し、その予熱後に触媒を利用して放射線分解により発生した水素と酸素を排ガス再結合器５ｂにて再結合させ、その再結合後の水蒸気を排ガス復水器５ｃにより凝縮させ、そのボリュームを減容させるように構成されている。
【０００６】
また、排ガス乾燥部６は、排ガス予冷器６ａと、この排ガス予冷器６ａに並列に接続された調節弁６ｂ，排ガス乾燥器６ｃ，調節弁６ｄとをそれぞれ備え、排ガス復水器５ｃからの復水を再度冷却してドレン水を少なくし、排ガス乾燥器６ｃの活性炭によりその湿分を吸着させるように構成されている。
【０００７】
さらに、ホールドアップ部７は、前置フィルタ７ａ，活性炭ホールドアップ塔７ｂ，空調機７ｃから構成されており、排ガス乾燥器６ｃから導入されたＸｅ，Ｋｒなどの放射性希ガスに含まれる湿分をさらに除去した後、活性炭ホールドアップ塔７ｂにより希ガスの放射能を時間減衰させて安全な状態にする一方、活性炭ホールドアップ塔７ｂの放射能減衰効果を高めるため、空調機７ｃからダクト７ｄを介してその室内の温度コントロールを行うように構成されている。
【０００８】
このように、安全状態に放射能減衰させた排ガスは、真空ポンプ８を経て排気筒９から大気に放出される。
【０００９】
ところで、排ガス乾燥部６は、排ガス予冷器６ａから導入された排ガスを充分に乾燥させてホールドアップ部７に供給するため、図７に示すように、直接冷却乾燥方式が採用されている。この直接冷却乾燥方式の排ガス乾燥部６は、調節弁６ｂ，排ガス乾燥器６ｃ，冷凍機１１，および調節弁６ｄをそれぞれ備えた除湿系統１３と、調節弁６ｂ，排ガス乾燥器６ｃ，冷凍機１１，および調節弁６ｄをそれぞれ備えた除霜系統１４とが並列的に接続されている。
【００１０】
除湿系統１３は、通常運転時、制御盤１２から調節弁６ｂ，６ｄに弁開閉信号が送出され、排ガスの流量コントロールをしながら排ガス乾燥器６ｃで冷凍機１１の冷媒の潜熱により排ガスの乾燥を行っている。また、除霜系統１４は、排ガスの乾燥の際、排ガス乾燥器６ｃの伝熱管６ｅに生成された着霜を除去するために使用され、伝熱管６ｅの着霜除去により排ガスに含まれる水蒸気をより一層除去する。
【００１１】
このように、従来の排ガス乾燥部６は、冷凍機１１の冷凍作用により排ガス中の水蒸気を除去して排ガスの負荷を軽くし、ホールドアップ部７に供給していた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の排ガス乾燥部６は、直接冷却乾燥方式を採用しているため、その冷凍能力が１０００Ｋｃａｌ／ｈにも及ぶ大容量になっており、負荷調整幅が広いため、据付設置時や定期保守点検後の運転調整に多くの時間とコストを費すなどの不都合，不具合があった。
【００１３】
また、原子力発電プラントでは、その定期保守点検期間が１ヶ月以上にも及ぶ長期間であり、この期間、冷凍機の圧縮機や膨張弁などの各機器の保守管理を充分に行っていないと、設計通りの冷凍能力を発揮することができないなどの保守管理上、作業員の多くの労苦を必要としていた。
【００１４】
このような不都合，不具合は、原子力発電プラントの運転コストも含めて発電所内の省エネルギー化に逆行するものであり、冷凍機を使用しないで排ガスの乾燥が行える代替技術が斯界から要望されていた。
【００１５】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、排ガス中の水蒸気除去装置を、冷凍機による直接冷却乾燥処理を行わなくても低コストで行うことができ、排ガス中の水蒸気をより一層効果的に除去できる排ガス乾燥器およびこの排ガス乾燥器を備えた放射性気体廃棄物処理装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１の排ガス乾燥器は、本体胴の両端にそれぞれ設けられた管板と、これら管板の一方に設けられ排ガス入口ノズルを有する排ガス入口室と、前記管板の他方に設けられ排ガス出口ノズルを有する排ガス出口室と、この排ガス出口室側の管板に設けられたパージガス入口ノズルと、前記本体胴の排ガス入口室側に設けられたパージガス出口ノズルと、前記パージガス入口ノズルおよびパージガス出口ノズルと連通して前記本体胴内に複数設けられた案内筒と、これらの案内筒に同心状に収容された中空糸膜モジュールとを備え、これらの中空糸膜モジュールを前記本体胴に対して着脱自在に構成し、前記排ガス入口室から前記中空糸膜モジュールに導入されて流動する排ガスに含まれる水蒸気を、前記パージガス入口ノズルから導入されたパージガスの水蒸気分圧差により吸引除去することを特徴とする。
【００１７】
請求項２の排ガス乾燥器は、請求項１記載の排ガス乾燥器において、排ガス入口室および排ガス出口室は、管板に対し着脱自在な取付フランジをそれぞれ備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項３の排ガス乾燥器は、請求項１または２記載の排ガス乾燥器において、それぞれ管板に中空糸膜モジュールが貫通して取り付けられたことを特徴とする。
【００１９】
請求項４の排ガス乾燥器は、請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、管板の一方には、パージガス入口ノズルから導入したパージガスを案内筒に導く流路が形成されたことを特徴とする。
【００２０】
請求項５の排ガス乾燥器は、請求項１ないし４のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、案内筒には、パージガスを導入する多数の導入孔が周方向に穿設された導入リングが設けられたことを特徴とする。
【００２１】
請求項６の排ガス乾燥器は、請求項１ないし５のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、案内筒の導入リング取付端と反対側の端部に、前記導入リングの導入孔に相当するパージガス出口用の噴出口が穿設されたことを特徴とする。
【００２２】
請求項７の排ガス乾燥器は、請求項４または５記載の排ガス乾燥器において、導入リングの導入孔は、管板に形成されたパージガス流路の開口部に対する遠近に基づいて大きさが設定されたことを特徴とする。
【００２３】
請求項８の排ガス乾燥器は、請求項１ないし７のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、案内筒には、中空糸膜モジュールを垂直に取り付けるための取付治具が設けられたことを特徴とする。
【００２４】
請求項９の放射性気体廃棄物処理装置は、請求項１ないし８のいずれかに記載の排ガス乾燥器と、復水器に集まる放射能を含む排ガスを空気抽出器により抽気し、前記排ガス中の水素と酸素を結合させる水素再結合部と、前記排ガス乾燥器の排ガスの放射能を減衰させるホールドアップ部とを備え、このホールドアップ部で放射能減衰後の排ガスを真空ポンプにより吸収して大気に放出させることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、例えば原子力発電プラントの放射性廃棄物処理装置に適用される排ガス乾燥器の一実施形態を示す概略縦断面図、図２は図１の中空糸膜モジュールの取付構造を示す拡大断面図、図３は図１の導入リングを示す斜視図、図４は図１の中空糸膜モジュールを示す断面図である。
【００２７】
図１に示すように、排ガス乾燥器２０は筒状の本体胴２１を有し、この本体胴２１には脚２２が取り付けられ、この脚２２により排ガス乾燥器２０が支持されている。本体胴２１の上下両端には、それぞれ上部管板２３，下部管板２４が設けられ、これら上部管板２３，下部管板２４により複数の中空糸膜モジュール２５が固定されている。
【００２８】
上部管板２３の上部には排ガス入口室２６が設けられる一方、下部管板２４の下部には排ガス出口室２７が設けられており、排ガス入口室２６には排ガス入口ノズル２８が設けられる一方、排ガス出口室２７には排ガス出口ノズル２９が設けられている。また、排ガス入口室２６および排ガス出口室２７は、各管板２３，２４に対し着脱自在な取付フランジ２６ａ，２７ａがそれぞれ設けられ、組立作業性、保守点検などの労力を軽減させている。
【００２９】
本体胴２１の下端近傍である下部管板２４にはパージガス入口ノズル３０が設けられる一方、本体胴２１の上端近傍にはパージガスを次工程に排出するパージガス出口ノズル３１が設けられている。
【００３０】
上部管板２３には、図２に示すように複数の中空糸膜モジュール２５を固定するための固定座３２を複数有するとともに、それら中空糸膜モジュール２５を押え板３３で押え付けるためにボルト３４を取り付けるねじ孔３５、また排ガス入口室２６を取り付けるために取付フランジ２６ａの孔２６ｂと連通してボルト３６を挿通するためのボルト孔３７がそれぞれ穿設されている。したがって、中空糸膜モジュール２５は、排ガス入口室２６を取り外した後、押え板３３を取り外すことにより容易に交換することが可能となる。
【００３１】
下部管板２４には、中空糸膜モジュール２５を貫通させる複数の孔３８が穿設され、パージガス入口ノズル３０からパージガスを導くためのパージガス流路３９が設けられており、このパージガス流路３９は下部管板２４の側面から中心方向に延びて下向きに曲って形成されている。
【００３２】
そして、下部管板２４には中空糸膜モジュール２５にパージガスを導くための凹部４０が形成された子室４１が取り付けられ、この凹部４０と下部管板２４下面とで形成される流路４２がパージガス流路３９と連通している。また、子室４１には、中空糸膜モジュール２５を固定するための下部フランジ４３が取り付けられ、この下部フランジ４３はボルト４４により取り付けられている。
【００３３】
ここで、子室４１には、パージガス流路３９と連通する流路４２を形成したが、これに限らずパージガス流路３９を下部管板２４の側面から中空糸膜モジュール２５まで延長すれば、流路４２が不要になる。
【００３４】
中空糸膜モジュール２５は、中空糸束４５と、この中空糸束４５の上下両端部がエポキシ樹脂などでポッティングされた結合部４６と、この結合部４６および中空糸束４５を纏めて包み込んでいる案内筒４７とから構成されている。この案内筒４７の下部には、パージガスを導くための導入孔４７ａが穿設され、上部にはパージガス出口用の噴出口４７ｂが穿設されている。
【００３５】
中空糸膜モジュール２５上部を上部管板２３に取り付けるため、案内筒４７上端には上部フランジ４８が固着される一方、下部を子室４１と取り付けるため、案内筒４７下端には上記した下部フランジ４３が固着されている。そして、上部フランジ４８と上部管板２３との間には、Ｏリング４９が介装されている。
【００３６】
また、案内筒４７下端における下部フランジ４３の内周側には、中空糸膜モジュール２５が下部管板２４を貫通して中空糸膜モジュール２５を垂直に取り付けるための取付治具としての補強リング５０が嵌着され、この補強リング５０にはパージガスを導くための導入孔５０ａが複数穿設されている。
【００３７】
さらに、下部フランジ４３の上部で補強リング５０の外周側には、図３に示す導入リング５１が嵌着され、この導入リング５１にはパージガスを導入する角形の導入孔５１ａが周方向に多数穿設されている。これらの導入孔５１ａは、必ずしも角形である必要はなく、円孔などのようにその他の形状の孔であってもよい。
【００３８】
この導入孔５１ａは、下部管板２４に形成されたパージガス流路３９を通り流路４２の開口部に対する遠近に基づいて大きさが設定されている。すなわち、流路４２の開口部の近傍の導入孔５１ａは孔の大きさを小さくする一方、流路４２の開口部から離れた導入孔５１ａの孔を大きくして中空糸膜モジュール２５にパージガスを均一に供給するようにしている。この導入孔５１ａに相当して上記した案内筒４７の噴出口４７ｂが設けられている。
【００３９】
また、導入孔５１ａのトータル面積は、図４に示すように案内筒４７と中空糸束４５とで形成された隙間５２の断面積に等しくなるように決められている。
【００４０】
次に、本実施形態の排ガス乾燥器の作用を説明する。
【００４１】
処理される湿潤な排ガス（温度；４０℃，露点；１００％，圧力；０．８ａｔａ ）は、排ガス入口室２６の排ガス入口ノズル２８から入り、押え板３３を通って中空糸膜モジュール２５に導かれる。
【００４２】
この中空糸膜モジュール２５の内部を通過する間に、中空糸束４５よりその一部の水蒸気が吸収される。この吸収された水蒸気は中空糸束４５中を拡散していき外表面に至る。ここで、乾燥状態にあるパージガスによって乾燥されることにより、排ガス中の水蒸気がパージガス中に移行する。
【００４３】
すなわち、パージガスはパージガス入口ノズル３０に入り、下部管板２４のパージガス流路３９，流路４２を通り、導入リング５１に至る。この導入リング５１の導入孔５１ａから、補強リング５０の導入孔５０ａ，案内筒４７の導入孔４７ａを経て中空糸束４５の外表面に導入される。
【００４４】
このパージガスは案内筒４７と中空糸束４５とで形成された隙間５２を経て中空糸膜モジュール２５の中を流れる排ガスと対向流となって流れ、この間パージガスと排ガスとの水蒸気分圧差による溶解，拡散，放散現象で排ガスの水蒸気を吸引し、排ガスの水蒸気をほぼゼロに近い状態にする。そして、排ガスの水蒸気を吸引したパージガスは、案内筒４７の噴出口４７ｂを経てパージガス出口ノズル３１から放出されて排気ラインを通り、次工程のタービン主復水器に送られる。
【００４５】
他方、パージガスにより水蒸気が吸収され、乾燥ガスとなった排ガスは、排ガス出口室２７に入り、排ガス出口ノズル２９から次工程の活性炭希ガスホールドアップ塔７ｂへ送られる。
【００４６】
なお、中空糸膜モジュール２５に供給されるパージガスの流量および圧力は、排ガスの相対湿度に応じてパージガス入口ノズル３０に設置された調節弁（図示せず）により調整される。また、中空糸膜モジュール２５の中空糸束４５は、径４０ｍｍから７０ｍｍまでを選定して使用している。流量が多い時、径の大きいものを選定している。
【００４７】
この実施形態では、排ガスの乾燥度が１時間強で露点で−３０℃のガスが得られ、機能上十分であることが確証できた。また、前述の導入リング５１，補強リング５０などに設けたパージガスを送る穴径を全て同一の径にした場合は１０％弱乾燥度が低下することも判明した。
【００４８】
この実施形態から得た技術的制約を纏めると以下の通りである。すなわち、
１）パージガスノズルの本数は均一性を考慮すると、多い方が望ましいが、２本以上全周に配置する。
２）中空糸束４５の外径の選定は、総面積比で決定してもさほど性能に影響がないいことから面積比とする。
３）パージガス導入用の穴径は、案内筒４７と中空糸束４５間の断面積と同一とする。
４）パージガス量は多い方が乾燥度は良好だが、１０から３０％の間でコントロールする。
【００４９】
このように本実施形態においては、除湿冷却器または脱湿塔の除湿装置として水蒸気透過係数の大きい中空糸膜モジュール２５を内蔵したものが用いられ、排ガスは中空糸膜モジュール２５を通過する。この状態で排ガス乾燥器２０により乾燥された排ガス側ガスの一部、例えば３０％をパージ用として使用し、中空糸膜モジュール２５の外側に供給し、かつタービン主復水器の真空圧などの使用により、排ガス側ガスより低い圧力で吸引する。
【００５０】
これにより、中空糸膜モジュール２５の排ガス側とパージガス側の水蒸気分圧差を大きくすることで、水蒸気透過性能が向上し、排ガス中の水蒸気分を最も効率よく除去することができる。つまり、排ガス中の水蒸気分が中空糸膜モジュール２５を透過して除去され、排ガスの湿度が所要のパーセント以下、例えば０％以下となる。
【００５１】
また、前記除湿装置のパージ用ガスに排ガス乾燥器により乾燥された排ガス側ガスの一部を使用する代りに、プラント内の乾燥された気体、例えば計装用空気などを使用し、除湿装置運転初期時などの除湿運転が安定していない場合でも、運転に支障のないようにすることもできる。
【００５２】
さらに、プラント起動時などパージガス側を真空にするタービン主復水器の運転が十分でない場合などは、パージガス側を真空にするために一次的に真空ポンプを用いることにより、運転に支障のないようにすることもできる。
【００５３】
このように本実施形態の排ガス乾燥器によれば、中空糸膜モジュール２５を本体胴２１に対して着脱自在に構成したことにより、中空糸膜モジュール２５の交換が容易になり、これによりメンテナンスも容易に行うことができる。
【００５４】
また、排ガス入口室２６および排ガス出口室２７は、上部管板２３および下部管板２４に対し着脱自在な取付フランジ２６ａ，２７ａをそれぞれ設けたことにより、組立作業性、保守点検などの労力を軽減することができる。
【００５５】
さらに、上部管板２３および下部管板２４に中空糸膜モジュール２５が貫通して取り付けられたことにより、乾燥ガスとパージガスとが混合することがなくなる。
【００５６】
下部管板２４には、パージガス入口ノズル３０から導入したパージガスを案内筒４７に導くパージガス流路３９が形成されたことにより、パージガスを案内筒４７に導くための配管などが不要になる。
【００５７】
また、案内筒４７には、パージガスを導入する多数の導入孔５１ａが周方向に穿設された導入リング５１が設けられたことにより、中空糸膜モジュール２５にパージガスを有効に導き、水蒸気透過性能を向上させることができる。
【００５８】
さらに、案内筒４７の導入リング５１取付端と反対側の端部に、導入リング５１の導入孔５１ａに相当するパージガス出口用の噴出口４７ｂが穿設されたことにより、排ガスの水蒸気を吸引したパージガスを効率よく排出することができる。
【００５９】
導入リング５１の導入孔５１ａは、下部管板２４に形成されたパージガス流路３９を通り流路４２の開口部に対する遠近に基づいて大きさが設定されたことにより、中空糸膜モジュール２５にパージガスを均一に導入することができる。
【００６０】
また、案内筒４７には、中空糸膜モジュール２５を垂直に取り付けるための取付治具としての補強リング５０が設けられたことにより、中空糸膜モジュール２５の信頼性を維持することができる。
【００６１】
図５は本発明に係る排ガス乾燥器を原子力発電プラントの放射性気体廃棄物処理装置に適用した一実施形態を示す概略系統図である。なお、排ガス乾燥器の実施形態と同一の部分には同一の符号を付して説明する。
【００６２】
排ガス乾燥器２０は、排ガス出口室２７に乾燥ガスをホールドアップ部７の希ガスホールドアップ塔７ｂに供給する乾燥ガス導管５５を接続し、この乾燥ガス導管５５から分岐し、パージ弁５６を介装してパージガス入口ノズル３０に接続するパージガス導管５７をそれぞれ備えている。また、排ガス乾燥器２０は、水素再結合部５の水蒸気を含む排ガスを排ガス入口ノズル２８に接続する排ガス導管５８を備えるとともに、本体胴２１のドレン水を、圧力計５９，調節弁６０を介装してタービン主復水器に供給するドレン導管６１をそれぞれ備えている。
【００６３】
本実施形態は、水素再結合部５から排ガス導管５８を経て排ガス入口室２６に案内された排ガスのうち、水蒸気を、案内筒４７に収容された中空糸膜モジュール２５により除去し、その排ガスを乾燥ガスとして排ガス出口ノズル２９から乾燥ガス導管５５を経て希ガスホールドアップ塔７ｂに供給する。この場合、乾燥ガス導管５５を通過する乾燥ガスは、流量計６２により流量が検出されており、所定流量になると、流量計６２からパージ弁５６に弁開信号が与えられ、その一部をパージガス入口ノズル３０に還流させた後、中空糸膜モジュール２５に供給し、排ガスの水蒸気を除去する。
【００６４】
一方、本体胴２１で除去された水蒸気は、ドレン水としてドレン導管６１に案内され、圧力計５９が所定圧になると、調節弁６０に弁開信号が与えられ、こうしてドレン水はタービン主復水器に供給され、そのエネルギーの回収が図られる。
【００６５】
このように本実施形態は、排ガスの水蒸気を排ガス乾燥器２０で除去して乾燥ガスにし、その乾燥ガスの一部（本実施形態では１０〜３０％）を再度排ガスの水蒸気の除去に活用するので、希ガスホールドアップ塔７ｂに供給される排ガスの放射能減衰に要する負荷を軽減することができる。また、排ガスから除去された水蒸気はドレン水としてタービン主復水器に戻されるので、そのエネルギー回収を図ることができる。
【００６６】
このように本実施形態によれば、除湿冷却器や冷凍機が不要となって、所内調整を省略することができる。また、定期点検時のメンテナンスが容易となり、その期間を１／４程度に短縮することができる。さらに、冷凍機が不要となるので、排ガス乾燥器２０としての設定スペースが半減し、加えて排ガス乾燥器２０自体の大きさも体積比で約１／５程度にすることができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１の排ガス乾燥器によれば、中空糸膜モジュールを本体胴に対して着脱自在に構成したことにより、中空糸膜モジュールの交換が容易になり、これによりメンテナンスも容易に行うことができる。
【００６８】
また、中空糸膜モジュールの特性を利用して水蒸気分圧差により、パージガスで排ガスの水蒸気を吸収する能力を備えているので、排ガスの水蒸気を確実に除去することができる。
【００６９】
請求項２の排ガス乾燥器によれば、請求項１記載の排ガス乾燥器において、排ガス入口室および排ガス出口室は、管板に対し着脱自在な取付フランジをそれぞれ備えたことにより、組立作業性、保守点検などの労力を軽減することができる。
【００７０】
請求項３の排ガス乾燥器によれば、請求項１または２記載の排ガス乾燥器において、それぞれ管板に中空糸膜モジュールが貫通して取り付けられたことにより、乾燥ガスとパージガスとが混合することがなくなる。
【００７１】
請求項４の排ガス乾燥器によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、管板の一方には、パージガス入口ノズルから導入したパージガスを案内筒に導く流路が形成されたことにより、パージガスを案内筒に導くための配管などが不要になり、部品点数を削減し、小型化を図ることができる。
【００７２】
請求項５の排ガス乾燥器によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、案内筒には、パージガスを導入する多数の導入孔が周方向に穿設された導入リングが設けられたことにより、中空糸膜モジュールにパージガスを有効に導き、水蒸気透過性能を向上させることができる。
【００７３】
請求項６の排ガス乾燥器によれば、請求項１ないし５のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、案内筒の導入リング取付端と反対側の端部に、導入リングの導入孔に相当するパージガス出口用の噴出口が穿設されたことにより、排ガスの水蒸気を吸引したパージガスを効率よく排出することができる。
【００７４】
請求項７の排ガス乾燥器によれば、請求項４または５記載の排ガス乾燥器において、導入リングの導入孔は、管板に形成されたパージガス流路の開口部に対する遠近に基づいて大きさが設定されたことにより、中空糸膜モジュールにパージガスを均一に導入することができる。
【００７５】
請求項８の排ガス乾燥器によれば、請求項１ないし７のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、案内筒には、中空糸膜モジュールを垂直に取り付けるための取付治具が設けられたことにより、中空糸膜モジュールの信頼性を維持することができる。
【００７６】
請求項９の放射性気体廃棄物処理装置によれば、請求項１ないし８のいずれかに記載の排ガス乾燥器と、復水器に集まる放射能を含む排ガスを空気抽出器により抽気し、排ガス中の水素と酸素を結合させる水素再結合部と、排ガス乾燥器の排ガスの放射能を減衰させるホールドアップ部とを備え、このホールドアップ部で放射能減衰後の排ガスを真空ポンプにより吸収して大気に放出させることにより、ホールドアップ部での放射能処理を軽減することができ、また排ガスから除去した水蒸気をドレン水として復水器に戻すので、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排ガス乾燥器の一実施形態を示す概略縦断面図。
【図２】図１の中空糸膜モジュールの取付構造を示す拡大断面図。
【図３】図１の導入リングを示す斜視図。
【図４】図１の中空糸膜モジュールを示す断面図。
【図５】本発明に係る排ガス乾燥器を放射性気体廃棄物処理装置に適用した一実施形態を示す概略系統図。
【図６】従来の気体廃棄物処理装置を示す系統図。
【図７】図６における気体廃棄物処理装置用除湿装置廻りを示す系統図。
【符号の説明】
１ 原子炉
２ 蒸気タービン
３ 復水器
４ 空気抽出器
５ 水素再結合部
５ａ 排ガス予熱器
５ｂ 排ガス再結合器
５ｃ 排ガス復水器
６ 排ガス乾燥部
６ａ 排ガス予冷器
６ｂ 調節弁
６ｃ 排ガス乾燥器
６ｄ 調節弁
６ｅ 伝熱管
７ ホールドアップ部
７ａ 前置フィルタ
７ｂ 活性炭ホールドアップ塔
７ｃ 空調機
７ｄ ダクト
８ 真空ポンプ
９ 排気筒
１１ 冷凍機
１２ 制御盤
１３ 除湿系統
１４ 除霜系統
２０ 排ガス乾燥器
２１ 本体胴
２２ 脚
２３ 上部管板
２４ 下部管板
２５ 中空糸膜モジュール
２６ 排ガス入口室
２６ａ 取付フランジ
２７ 排ガス出口室
２７ａ 取付フランジ
２８ 排ガス入口ノズル
２９ 排ガス出口ノズル
３０ パージガス入口ノズル
３１ パージガス出口ノズル
３２ 固定座
３３ 押え板
３４ ボルト
３５ ねじ孔
３６ ボルト
３７ ボルト孔
３８ 孔
３９ パージガス流路
４０ 凹部
４１ 子室
４２ 流路
４３ 下部フランジ
４４ ボルト
４５ 中空糸束
４６ 結合部
４７ 案内筒
４７ａ 導入孔
４７ｂ 噴出口
４８ 上部フランジ
４９ Ｏリング
５０ 補強リング
５０ａ 導入孔
５１ 導入リング
５１ａ 導入孔
５２ 流路
５５ 乾燥ガス導管
５６ パージ弁
５７ パージガス導管
５８ 排ガス導管
５９ 圧力計
６０ 調節弁
６１ ドレン導管
６２ 流量計
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電プラントにおいて発生する放射性気体廃棄物（以下、排ガスという。）に含まれる水蒸気を効果的に除去する排ガス乾燥器およびこの排ガス乾燥器を備えた放射性気体廃棄物処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電プラントでは、いわゆるランキンサイクルを採用しており、原子炉で発生した蒸気を蒸気タービンに案内し、ここで膨張仕事をさせて動力を得、膨張仕事後の復水を給水として原子炉に還流させるようにしている。
【０００３】
原子炉から蒸気タービンに案内される蒸気には、燃料の核分裂の際に生成されるＸｅ，Ｋｒなど、炉水の放射線分解により発生するＨ２ ，Ｏ２ など、炉内で放射能化された ３Ｈ，１６Ｎ，１９Ｏなど、配管フランジ、弁グランド部を通して炉水へ侵入する気体廃棄物などが含まれている。これら放射能化された気体廃棄物（排ガス）は、放射性気体廃棄物処理装置により安全に処理されており、その放射性気体廃棄物処理装置には図６に示す構成のものがある。
【０００４】
図６に示すように、原子炉１から蒸気タービン２に案内される蒸気は、膨張仕事をした後、復水器３により凝縮されて復水になる。この復水に含まれる排ガスは、空気抽出器４により誘引（抽気）されて水素再結合部５に導入される。この水素再結合部５に導入された排ガスは、排ガス乾燥部６，ホールドアップ部７を経る間に放射能が取り除かれて安全な状態にされ、さらに真空ポンプ８および排気筒９を経て大気に放出される。
【０００５】
水素再結合部５は、排ガス予熱器５ａ，排ガス再結合器５ｂ，排ガス復水器５ｃをそれぞれ備え、空気抽出器４から導入された復水を排ガス予熱器５ａにより予熱し、その予熱後に触媒を利用して放射線分解により発生した水素と酸素を排ガス再結合器５ｂにて再結合させ、その再結合後の水蒸気を排ガス復水器５ｃにより凝縮させ、そのボリュームを減容させるように構成されている。
【０００６】
また、排ガス乾燥部６は、排ガス予冷器６ａと、この排ガス予冷器６ａに並列に接続された調節弁６ｂ，排ガス乾燥器６ｃ，調節弁６ｄとをそれぞれ備え、排ガス復水器５ｃからの復水を再度冷却してドレン水を少なくし、排ガス乾燥器６ｃの活性炭によりその湿分を吸着させるように構成されている。
【０００７】
さらに、ホールドアップ部７は、前置フィルタ７ａ，活性炭ホールドアップ塔７ｂ，空調機７ｃから構成されており、排ガス乾燥器６ｃから導入されたＸｅ，Ｋｒなどの放射性希ガスに含まれる湿分をさらに除去した後、活性炭ホールドアップ塔７ｂにより希ガスの放射能を時間減衰させて安全な状態にする一方、活性炭ホールドアップ塔７ｂの放射能減衰効果を高めるため、空調機７ｃからダクト７ｄを介してその室内の温度コントロールを行うように構成されている。
【０００８】
このように、安全状態に放射能減衰させた排ガスは、真空ポンプ８を経て排気筒９から大気に放出される。
【０００９】
ところで、排ガス乾燥部６は、排ガス予冷器６ａから導入された排ガスを充分に乾燥させてホールドアップ部７に供給するため、図７に示すように、直接冷却乾燥方式が採用されている。この直接冷却乾燥方式の排ガス乾燥部６は、調節弁６ｂ，排ガス乾燥器６ｃ，冷凍機１１，および調節弁６ｄをそれぞれ備えた除湿系統１３と、調節弁６ｂ，排ガス乾燥器６ｃ，冷凍機１１，および調節弁６ｄをそれぞれ備えた除霜系統１４とが並列的に接続されている。
【００１０】
除湿系統１３は、通常運転時、制御盤１２から調節弁６ｂ，６ｄに弁開閉信号が送出され、排ガスの流量コントロールをしながら排ガス乾燥器６ｃで冷凍機１１の冷媒の潜熱により排ガスの乾燥を行っている。また、除霜系統１４は、排ガスの乾燥の際、排ガス乾燥器６ｃの伝熱管６ｅに生成された着霜を除去するために使用され、伝熱管６ｅの着霜除去により排ガスに含まれる水蒸気をより一層除去する。
【００１１】
このように、従来の排ガス乾燥部６は、冷凍機１１の冷凍作用により排ガス中の水蒸気を除去して排ガスの負荷を軽くし、ホールドアップ部７に供給していた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の排ガス乾燥部６は、直接冷却乾燥方式を採用しているため、その冷凍能力が１０００Ｋｃａｌ／ｈにも及ぶ大容量になっており、負荷調整幅が広いため、据付設置時や定期保守点検後の運転調整に多くの時間とコストを費すなどの不都合，不具合があった。
【００１３】
また、原子力発電プラントでは、その定期保守点検期間が１ヶ月以上にも及ぶ長期間であり、この期間、冷凍機の圧縮機や膨張弁などの各機器の保守管理を充分に行っていないと、設計通りの冷凍能力を発揮することができないなどの保守管理上、作業員の多くの労苦を必要としていた。
【００１４】
このような不都合，不具合は、原子力発電プラントの運転コストも含めて発電所内の省エネルギー化に逆行するものであり、冷凍機を使用しないで排ガスの乾燥が行える代替技術が斯界から要望されていた。
【００１５】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、排ガス中の水蒸気除去装置を、冷凍機による直接冷却乾燥処理を行わなくても低コストで行うことができ、排ガス中の水蒸気をより一層効果的に除去できる排ガス乾燥器およびこの排ガス乾燥器を備えた放射性気体廃棄物処理装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１の排ガス乾燥器は、本体胴の両端にそれぞれ設けられた管板と、これら管板の一方に設けられ排ガス入口ノズルを有する排ガス入口室と、前記管板の他方に設けられ排ガス出口ノズルを有する排ガス出口室と、この排ガス出口室側の管板に設けられたパージガス入口ノズルと、前記本体胴の排ガス入口室側に設けられたパージガス出口ノズルと、前記パージガス入口ノズルおよびパージガス出口ノズルと連通して前記本体胴内に複数設けられた案内筒と、これらの案内筒に同心状に収容された中空糸膜モジュールとを備え、これらの中空糸膜モジュールを前記本体胴に対して着脱自在に構成し、前記排ガス入口室から前記中空糸膜モジュールに導入されて流動する排ガスに含まれる水蒸気を、前記パージガス入口ノズルから導入されたパージガスの水蒸気分圧差により吸引除去することを特徴とする。
【００１７】
請求項２の排ガス乾燥器は、請求項１記載の排ガス乾燥器において、排ガス入口室および排ガス出口室は、管板に対し着脱自在な取付フランジをそれぞれ備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項３の排ガス乾燥器は、請求項１または２記載の排ガス乾燥器において、それぞれ管板に中空糸膜モジュールが貫通して取り付けられたことを特徴とする。
【００１９】
請求項４の排ガス乾燥器は、請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、管板の一方には、パージガス入口ノズルから導入したパージガスを案内筒に導く流路が形成されたことを特徴とする。
【００２０】
請求項５の排ガス乾燥器は、請求項１ないし４のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、案内筒には、パージガスを導入する多数の導入孔が周方向に穿設された導入リングが設けられたことを特徴とする。
【００２１】
請求項６の排ガス乾燥器は、請求項１ないし５のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、案内筒の導入リング取付端と反対側の端部に、前記導入リングの導入孔に相当するパージガス出口用の噴出口が穿設されたことを特徴とする。
【００２２】
請求項７の排ガス乾燥器は、請求項４または５記載の排ガス乾燥器において、導入リングの導入孔は、管板に形成されたパージガス流路の開口部に対する遠近に基づいて大きさが設定されたことを特徴とする。
【００２３】
請求項８の排ガス乾燥器は、請求項１ないし７のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、案内筒には、中空糸膜モジュールを垂直に取り付けるための取付治具が設けられたことを特徴とする。
【００２４】
請求項９の放射性気体廃棄物処理装置は、請求項１ないし８のいずれかに記載の排ガス乾燥器と、復水器に集まる放射能を含む排ガスを空気抽出器により抽気し、前記排ガス中の水素と酸素を結合させる水素再結合部と、前記排ガス乾燥器の排ガスの放射能を減衰させるホールドアップ部とを備え、このホールドアップ部で放射能減衰後の排ガスを真空ポンプにより吸収して大気に放出させることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、例えば原子力発電プラントの放射性廃棄物処理装置に適用される排ガス乾燥器の一実施形態を示す概略縦断面図、図２は図１の中空糸膜モジュールの取付構造を示す拡大断面図、図３は図１の導入リングを示す斜視図、図４は図１の中空糸膜モジュールを示す断面図である。
【００２７】
図１に示すように、排ガス乾燥器２０は筒状の本体胴２１を有し、この本体胴２１には脚２２が取り付けられ、この脚２２により排ガス乾燥器２０が支持されている。本体胴２１の上下両端には、それぞれ上部管板２３，下部管板２４が設けられ、これら上部管板２３，下部管板２４により複数の中空糸膜モジュール２５が固定されている。
【００２８】
上部管板２３の上部には排ガス入口室２６が設けられる一方、下部管板２４の下部には排ガス出口室２７が設けられており、排ガス入口室２６には排ガス入口ノズル２８が設けられる一方、排ガス出口室２７には排ガス出口ノズル２９が設けられている。また、排ガス入口室２６および排ガス出口室２７は、各管板２３，２４に対し着脱自在な取付フランジ２６ａ，２７ａがそれぞれ設けられ、組立作業性、保守点検などの労力を軽減させている。
【００２９】
本体胴２１の下端近傍である下部管板２４にはパージガス入口ノズル３０が設けられる一方、本体胴２１の上端近傍にはパージガスを次工程に排出するパージガス出口ノズル３１が設けられている。
【００３０】
上部管板２３には、図２に示すように複数の中空糸膜モジュール２５を固定するための固定座３２を複数有するとともに、それら中空糸膜モジュール２５を押え板３３で押え付けるためにボルト３４を取り付けるねじ孔３５、また排ガス入口室２６を取り付けるために取付フランジ２６ａの孔２６ｂと連通してボルト３６を挿通するためのボルト孔３７がそれぞれ穿設されている。したがって、中空糸膜モジュール２５は、排ガス入口室２６を取り外した後、押え板３３を取り外すことにより容易に交換することが可能となる。
【００３１】
下部管板２４には、中空糸膜モジュール２５を貫通させる複数の孔３８が穿設され、パージガス入口ノズル３０からパージガスを導くためのパージガス流路３９が設けられており、このパージガス流路３９は下部管板２４の側面から中心方向に延びて下向きに曲って形成されている。
【００３２】
そして、下部管板２４には中空糸膜モジュール２５にパージガスを導くための凹部４０が形成された子室４１が取り付けられ、この凹部４０と下部管板２４下面とで形成される流路４２がパージガス流路３９と連通している。また、子室４１には、中空糸膜モジュール２５を固定するための下部フランジ４３が取り付けられ、この下部フランジ４３はボルト４４により取り付けられている。
【００３３】
ここで、子室４１には、パージガス流路３９と連通する流路４２を形成したが、これに限らずパージガス流路３９を下部管板２４の側面から中空糸膜モジュール２５まで延長すれば、流路４２が不要になる。
【００３４】
中空糸膜モジュール２５は、中空糸束４５と、この中空糸束４５の上下両端部がエポキシ樹脂などでポッティングされた結合部４６と、この結合部４６および中空糸束４５を纏めて包み込んでいる案内筒４７とから構成されている。この案内筒４７の下部には、パージガスを導くための導入孔４７ａが穿設され、上部にはパージガス出口用の噴出口４７ｂが穿設されている。
【００３５】
中空糸膜モジュール２５上部を上部管板２３に取り付けるため、案内筒４７上端には上部フランジ４８が固着される一方、下部を子室４１と取り付けるため、案内筒４７下端には上記した下部フランジ４３が固着されている。そして、上部フランジ４８と上部管板２３との間には、Ｏリング４９が介装されている。
【００３６】
また、案内筒４７下端における下部フランジ４３の内周側には、中空糸膜モジュール２５が下部管板２４を貫通して中空糸膜モジュール２５を垂直に取り付けるための取付治具としての補強リング５０が嵌着され、この補強リング５０にはパージガスを導くための導入孔５０ａが複数穿設されている。
【００３７】
さらに、下部フランジ４３の上部で補強リング５０の外周側には、図３に示す導入リング５１が嵌着され、この導入リング５１にはパージガスを導入する角形の導入孔５１ａが周方向に多数穿設されている。これらの導入孔５１ａは、必ずしも角形である必要はなく、円孔などのようにその他の形状の孔であってもよい。
【００３８】
この導入孔５１ａは、下部管板２４に形成されたパージガス流路３９を通り流路４２の開口部に対する遠近に基づいて大きさが設定されている。すなわち、流路４２の開口部の近傍の導入孔５１ａは孔の大きさを小さくする一方、流路４２の開口部から離れた導入孔５１ａの孔を大きくして中空糸膜モジュール２５にパージガスを均一に供給するようにしている。この導入孔５１ａに相当して上記した案内筒４７の噴出口４７ｂが設けられている。
【００３９】
また、導入孔５１ａのトータル面積は、図４に示すように案内筒４７と中空糸束４５とで形成された隙間５２の断面積に等しくなるように決められている。
【００４０】
次に、本実施形態の排ガス乾燥器の作用を説明する。
【００４１】
処理される湿潤な排ガス（温度；４０℃，露点；１００％，圧力；０．８ａｔａ ）は、排ガス入口室２６の排ガス入口ノズル２８から入り、押え板３３を通って中空糸膜モジュール２５に導かれる。
【００４２】
この中空糸膜モジュール２５の内部を通過する間に、中空糸束４５よりその一部の水蒸気が吸収される。この吸収された水蒸気は中空糸束４５中を拡散していき外表面に至る。ここで、乾燥状態にあるパージガスによって乾燥されることにより、排ガス中の水蒸気がパージガス中に移行する。
【００４３】
すなわち、パージガスはパージガス入口ノズル３０に入り、下部管板２４のパージガス流路３９，流路４２を通り、導入リング５１に至る。この導入リング５１の導入孔５１ａから、補強リング５０の導入孔５０ａ，案内筒４７の導入孔４７ａを経て中空糸束４５の外表面に導入される。
【００４４】
このパージガスは案内筒４７と中空糸束４５とで形成された隙間５２を経て中空糸膜モジュール２５の中を流れる排ガスと対向流となって流れ、この間パージガスと排ガスとの水蒸気分圧差による溶解，拡散，放散現象で排ガスの水蒸気を吸引し、排ガスの水蒸気をほぼゼロに近い状態にする。そして、排ガスの水蒸気を吸引したパージガスは、案内筒４７の噴出口４７ｂを経てパージガス出口ノズル３１から放出されて排気ラインを通り、次工程のタービン主復水器に送られる。
【００４５】
他方、パージガスにより水蒸気が吸収され、乾燥ガスとなった排ガスは、排ガス出口室２７に入り、排ガス出口ノズル２９から次工程の活性炭希ガスホールドアップ塔７ｂへ送られる。
【００４６】
なお、中空糸膜モジュール２５に供給されるパージガスの流量および圧力は、排ガスの相対湿度に応じてパージガス入口ノズル３０に設置された調節弁（図示せず）により調整される。また、中空糸膜モジュール２５の中空糸束４５は、径４０ｍｍから７０ｍｍまでを選定して使用している。流量が多い時、径の大きいものを選定している。
【００４７】
この実施形態では、排ガスの乾燥度が１時間強で露点で−３０℃のガスが得られ、機能上十分であることが確証できた。また、前述の導入リング５１，補強リング５０などに設けたパージガスを送る穴径を全て同一の径にした場合は１０％弱乾燥度が低下することも判明した。
【００４８】
この実施形態から得た技術的制約を纏めると以下の通りである。すなわち、
１）パージガスノズルの本数は均一性を考慮すると、多い方が望ましいが、２本以上全周に配置する。
２）中空糸束４５の外径の選定は、総面積比で決定してもさほど性能に影響がないいことから面積比とする。
３）パージガス導入用の穴径は、案内筒４７と中空糸束４５間の断面積と同一とする。
４）パージガス量は多い方が乾燥度は良好だが、１０から３０％の間でコントロールする。
【００４９】
このように本実施形態においては、除湿冷却器または脱湿塔の除湿装置として水蒸気透過係数の大きい中空糸膜モジュール２５を内蔵したものが用いられ、排ガスは中空糸膜モジュール２５を通過する。この状態で排ガス乾燥器２０により乾燥された排ガス側ガスの一部、例えば３０％をパージ用として使用し、中空糸膜モジュール２５の外側に供給し、かつタービン主復水器の真空圧などの使用により、排ガス側ガスより低い圧力で吸引する。
【００５０】
これにより、中空糸膜モジュール２５の排ガス側とパージガス側の水蒸気分圧差を大きくすることで、水蒸気透過性能が向上し、排ガス中の水蒸気分を最も効率よく除去することができる。つまり、排ガス中の水蒸気分が中空糸膜モジュール２５を透過して除去され、排ガスの湿度が所要のパーセント以下、例えば０％以下となる。
【００５１】
また、前記除湿装置のパージ用ガスに排ガス乾燥器により乾燥された排ガス側ガスの一部を使用する代りに、プラント内の乾燥された気体、例えば計装用空気などを使用し、除湿装置運転初期時などの除湿運転が安定していない場合でも、運転に支障のないようにすることもできる。
【００５２】
さらに、プラント起動時などパージガス側を真空にするタービン主復水器の運転が十分でない場合などは、パージガス側を真空にするために一次的に真空ポンプを用いることにより、運転に支障のないようにすることもできる。
【００５３】
このように本実施形態の排ガス乾燥器によれば、中空糸膜モジュール２５を本体胴２１に対して着脱自在に構成したことにより、中空糸膜モジュール２５の交換が容易になり、これによりメンテナンスも容易に行うことができる。
【００５４】
また、排ガス入口室２６および排ガス出口室２７は、上部管板２３および下部管板２４に対し着脱自在な取付フランジ２６ａ，２７ａをそれぞれ設けたことにより、組立作業性、保守点検などの労力を軽減することができる。
【００５５】
さらに、上部管板２３および下部管板２４に中空糸膜モジュール２５が貫通して取り付けられたことにより、乾燥ガスとパージガスとが混合することがなくなる。
【００５６】
下部管板２４には、パージガス入口ノズル３０から導入したパージガスを案内筒４７に導くパージガス流路３９が形成されたことにより、パージガスを案内筒４７に導くための配管などが不要になる。
【００５７】
また、案内筒４７には、パージガスを導入する多数の導入孔５１ａが周方向に穿設された導入リング５１が設けられたことにより、中空糸膜モジュール２５にパージガスを有効に導き、水蒸気透過性能を向上させることができる。
【００５８】
さらに、案内筒４７の導入リング５１取付端と反対側の端部に、導入リング５１の導入孔５１ａに相当するパージガス出口用の噴出口４７ｂが穿設されたことにより、排ガスの水蒸気を吸引したパージガスを効率よく排出することができる。
【００５９】
導入リング５１の導入孔５１ａは、下部管板２４に形成されたパージガス流路３９を通り流路４２の開口部に対する遠近に基づいて大きさが設定されたことにより、中空糸膜モジュール２５にパージガスを均一に導入することができる。
【００６０】
また、案内筒４７には、中空糸膜モジュール２５を垂直に取り付けるための取付治具としての補強リング５０が設けられたことにより、中空糸膜モジュール２５の信頼性を維持することができる。
【００６１】
図５は本発明に係る排ガス乾燥器を原子力発電プラントの放射性気体廃棄物処理装置に適用した一実施形態を示す概略系統図である。なお、排ガス乾燥器の実施形態と同一の部分には同一の符号を付して説明する。
【００６２】
排ガス乾燥器２０は、排ガス出口室２７に乾燥ガスをホールドアップ部７の希ガスホールドアップ塔７ｂに供給する乾燥ガス導管５５を接続し、この乾燥ガス導管５５から分岐し、パージ弁５６を介装してパージガス入口ノズル３０に接続するパージガス導管５７をそれぞれ備えている。また、排ガス乾燥器２０は、水素再結合部５の水蒸気を含む排ガスを排ガス入口ノズル２８に接続する排ガス導管５８を備えるとともに、本体胴２１のドレン水を、圧力計５９，調節弁６０を介装してタービン主復水器に供給するドレン導管６１をそれぞれ備えている。
【００６３】
本実施形態は、水素再結合部５から排ガス導管５８を経て排ガス入口室２６に案内された排ガスのうち、水蒸気を、案内筒４７に収容された中空糸膜モジュール２５により除去し、その排ガスを乾燥ガスとして排ガス出口ノズル２９から乾燥ガス導管５５を経て希ガスホールドアップ塔７ｂに供給する。この場合、乾燥ガス導管５５を通過する乾燥ガスは、流量計６２により流量が検出されており、所定流量になると、流量計６２からパージ弁５６に弁開信号が与えられ、その一部をパージガス入口ノズル３０に還流させた後、中空糸膜モジュール２５に供給し、排ガスの水蒸気を除去する。
【００６４】
一方、本体胴２１で除去された水蒸気は、ドレン水としてドレン導管６１に案内され、圧力計５９が所定圧になると、調節弁６０に弁開信号が与えられ、こうしてドレン水はタービン主復水器に供給され、そのエネルギーの回収が図られる。
【００６５】
このように本実施形態は、排ガスの水蒸気を排ガス乾燥器２０で除去して乾燥ガスにし、その乾燥ガスの一部（本実施形態では１０〜３０％）を再度排ガスの水蒸気の除去に活用するので、希ガスホールドアップ塔７ｂに供給される排ガスの放射能減衰に要する負荷を軽減することができる。また、排ガスから除去された水蒸気はドレン水としてタービン主復水器に戻されるので、そのエネルギー回収を図ることができる。
【００６６】
このように本実施形態によれば、除湿冷却器や冷凍機が不要となって、所内調整を省略することができる。また、定期点検時のメンテナンスが容易となり、その期間を１／４程度に短縮することができる。さらに、冷凍機が不要となるので、排ガス乾燥器２０としての設定スペースが半減し、加えて排ガス乾燥器２０自体の大きさも体積比で約１／５程度にすることができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１の排ガス乾燥器によれば、中空糸膜モジュールを本体胴に対して着脱自在に構成したことにより、中空糸膜モジュールの交換が容易になり、これによりメンテナンスも容易に行うことができる。
【００６８】
また、中空糸膜モジュールの特性を利用して水蒸気分圧差により、パージガスで排ガスの水蒸気を吸収する能力を備えているので、排ガスの水蒸気を確実に除去することができる。
【００６９】
請求項２の排ガス乾燥器によれば、請求項１記載の排ガス乾燥器において、排ガス入口室および排ガス出口室は、管板に対し着脱自在な取付フランジをそれぞれ備えたことにより、組立作業性、保守点検などの労力を軽減することができる。
【００７０】
請求項３の排ガス乾燥器によれば、請求項１または２記載の排ガス乾燥器において、それぞれ管板に中空糸膜モジュールが貫通して取り付けられたことにより、乾燥ガスとパージガスとが混合することがなくなる。
【００７１】
請求項４の排ガス乾燥器によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、管板の一方には、パージガス入口ノズルから導入したパージガスを案内筒に導く流路が形成されたことにより、パージガスを案内筒に導くための配管などが不要になり、部品点数を削減し、小型化を図ることができる。
【００７２】
請求項５の排ガス乾燥器によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、案内筒には、パージガスを導入する多数の導入孔が周方向に穿設された導入リングが設けられたことにより、中空糸膜モジュールにパージガスを有効に導き、水蒸気透過性能を向上させることができる。
【００７３】
請求項６の排ガス乾燥器によれば、請求項１ないし５のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、案内筒の導入リング取付端と反対側の端部に、導入リングの導入孔に相当するパージガス出口用の噴出口が穿設されたことにより、排ガスの水蒸気を吸引したパージガスを効率よく排出することができる。
【００７４】
請求項７の排ガス乾燥器によれば、請求項４または５記載の排ガス乾燥器において、導入リングの導入孔は、管板に形成されたパージガス流路の開口部に対する遠近に基づいて大きさが設定されたことにより、中空糸膜モジュールにパージガスを均一に導入することができる。
【００７５】
請求項８の排ガス乾燥器によれば、請求項１ないし７のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、案内筒には、中空糸膜モジュールを垂直に取り付けるための取付治具が設けられたことにより、中空糸膜モジュールの信頼性を維持することができる。
【００７６】
請求項９の放射性気体廃棄物処理装置によれば、請求項１ないし８のいずれかに記載の排ガス乾燥器と、復水器に集まる放射能を含む排ガスを空気抽出器により抽気し、排ガス中の水素と酸素を結合させる水素再結合部と、排ガス乾燥器の排ガスの放射能を減衰させるホールドアップ部とを備え、このホールドアップ部で放射能減衰後の排ガスを真空ポンプにより吸収して大気に放出させることにより、ホールドアップ部での放射能処理を軽減することができ、また排ガスから除去した水蒸気をドレン水として復水器に戻すので、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排ガス乾燥器の一実施形態を示す概略縦断面図。
【図２】図１の中空糸膜モジュールの取付構造を示す拡大断面図。
【図３】図１の導入リングを示す斜視図。
【図４】図１の中空糸膜モジュールを示す断面図。
【図５】本発明に係る排ガス乾燥器を放射性気体廃棄物処理装置に適用した一実施形態を示す概略系統図。
【図６】従来の気体廃棄物処理装置を示す系統図。
【図７】図６における気体廃棄物処理装置用除湿装置廻りを示す系統図。
【符号の説明】
１ 原子炉
２ 蒸気タービン
３ 復水器
４ 空気抽出器
５ 水素再結合部
５ａ 排ガス予熱器
５ｂ 排ガス再結合器
５ｃ 排ガス復水器
６ 排ガス乾燥部
６ａ 排ガス予冷器
６ｂ 調節弁
６ｃ 排ガス乾燥器
６ｄ 調節弁
６ｅ 伝熱管
７ ホールドアップ部
７ａ 前置フィルタ
７ｂ 活性炭ホールドアップ塔
７ｃ 空調機
７ｄ ダクト
８ 真空ポンプ
９ 排気筒
１１ 冷凍機
１２ 制御盤
１３ 除湿系統
１４ 除霜系統
２０ 排ガス乾燥器
２１ 本体胴
２２ 脚
２３ 上部管板
２４ 下部管板
２５ 中空糸膜モジュール
２６ 排ガス入口室
２６ａ 取付フランジ
２７ 排ガス出口室
２７ａ 取付フランジ
２８ 排ガス入口ノズル
２９ 排ガス出口ノズル
３０ パージガス入口ノズル
３１ パージガス出口ノズル
３２ 固定座
３３ 押え板
３４ ボルト
３５ ねじ孔
３６ ボルト
３７ ボルト孔
３８ 孔
３９ パージガス流路
４０ 凹部
４１ 子室
４２ 流路
４３ 下部フランジ
４４ ボルト
４５ 中空糸束
４６ 結合部
４７ 案内筒
４７ａ 導入孔
４７ｂ 噴出口
４８ 上部フランジ
４９ Ｏリング
５０ 補強リング
５０ａ 導入孔
５１ 導入リング
５１ａ 導入孔
５２ 流路
５５ 乾燥ガス導管
５６ パージ弁
５７ パージガス導管
５８ 排ガス導管
５９ 圧力計
６０ 調節弁
６１ ドレン導管
６２ 流量計
Claims (9)
- 本体胴の両端にそれぞれ設けられた管板と、これら管板の一方に設けられ排ガス入口ノズルを有する排ガス入口室と、前記管板の他方に設けられ排ガス出口ノズルを有する排ガス出口室と、この排ガス出口室側の管板に設けられたパージガス入口ノズルと、前記本体胴の排ガス入口室側に設けられたパージガス出口ノズルと、前記パージガス入口ノズルおよびパージガス出口ノズルと連通して前記本体胴内に複数設けられた案内筒と、これらの案内筒に同心状に収容された中空糸膜モジュールとを備え、これらの中空糸膜モジュールを前記本体胴に対して着脱自在に構成し、前記排ガス入口室から前記中空糸膜モジュールに導入されて流動する排ガスに含まれる水蒸気を、前記パージガス入口ノズルから導入されたパージガスの水蒸気分圧差により吸引除去することを特徴とする排ガス乾燥器。
- 請求項１記載の排ガス乾燥器において、排ガス入口室および排ガス出口室は、管板に対し着脱自在な取付フランジをそれぞれ備えたことを特徴とする排ガス乾燥器。
- 請求項１または２記載の排ガス乾燥器において、それぞれ管板に中空糸膜モジュールが貫通して取り付けられたことを特徴とする排ガス乾燥器。
- 請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、管板の一方には、パージガス入口ノズルから導入したパージガスを案内筒に導く流路が形成されたことを特徴とする排ガス乾燥器。
- 請求項１ないし４のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、案内筒には、パージガスを導入する多数の導入孔が周方向に穿設された導入リングが設けられたことを特徴とする排ガス乾燥器。
- 請求項１ないし５のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、案内筒の導入リング取付端と反対側の端部に、前記導入リングの導入孔に相当するパージガス出口用の噴出口が穿設されたことを特徴とする排ガス乾燥器。
- 請求項４または５記載の排ガス乾燥器において、導入リングの導入孔は、管板に形成されたパージガス流路の開口部に対する遠近に基づいて大きさが設定されたことを特徴とする排ガス乾燥器。
- 請求項１ないし７のいずれかに記載の排ガス乾燥器において、案内筒には、中空糸膜モジュールを垂直に取り付けるための取付治具が設けられたことを特徴とする排ガス乾燥器。
- 請求項１ないし８のいずれかに記載の排ガス乾燥器と、復水器に集まる放射能を含む排ガスを空気抽出器により抽気し、前記排ガス中の水素と酸素を結合させる水素再結合部と、前記排ガス乾燥器の排ガスの放射能を減衰させるホールドアップ部とを備え、このホールドアップ部で放射能減衰後の排ガスを真空ポンプにより吸収して大気に放出させることを特徴とする放射性気体廃棄物処理装置。
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- 1997-07-31 JP JP20662797A patent/JP3604874B2/ja not_active Expired - Lifetime
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