JP4070209B2 - 高温高流速ガス中の金属元素の除去電磁フィルター - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力分野又は一般産業分野で使用される高温高流速ガス中から金属元素を除去する電磁フィルターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
200℃以下の低温で利用できるポリマー又は紙でできたFP(Fission Product:核分裂生成物)集塵除去用のフィルターは、現行の原子力発電プラントで使用実績がある。
【0003】
又、高温ガス炉高温発電システムにおけるターボ機器のメンテナンスを困難にする炉心からの黒鉛粒子や核分裂生成物によるブレークアウトに対し、高温高圧で使用できるハステロイX合金製(W%で、Cr:16〜45,Mo:5〜28、W:2.5〜4,Fe:5〜20、残りNi)のフィルタを使用し、その基本性能を試験したことが行われている(例えば、非特許文献1)。
【0004】
【非特許文献1】
日本原子力学和文論文誌、Vol. 1,No. 2, pp. 164-176, 2002年6月
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
高温ガス炉炉心燃料から発生する110mAg(放射性同位体),137Cs,131IのFPが、原子炉外配管、熱交換器又はガスタービン機器に沈着することにより、補修点検作業中の作業員への被曝が考えられ、これらの機器、構造物の補修点検作業の支障をきたしていた。そのため、高温ガス炉の運転中高温ガス炉冷却材ヘリウム中に浮遊するこれらFPをin−situ(その場で)で除去する技術が必要であるが、従来型のガスフィルターでは、次の問題点がある。
【0006】
(1)原子炉出口温度が900℃近いので、かかる高温に耐えるフィルター材料がない。
【0007】
(2)超微粒子がガス化して希薄ガスとして浮遊するFPの捕獲効率が高くなく、特に、原子炉出口側にガスタービン発電機を設ける場合、その捕獲効率が高くない。
【0008】
(3)そのフィルターによる圧力損失が高く発電効率を高くできない。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、図1に示すNi基耐熱合金製の陽電極棒と耐高温フィルターを陰極として用い、900℃のヘリウム中で電離ガス化しているAg及びCsの希薄ガスを含む高温ヘリウム流れに対して直角に電場を負荷することにより、圧力損失をほとんど起こさずにAg+及びCs+全量の捕獲をin−situ(その場で)で実施できる。
【0010】
本発明の電磁フィルターを、図2に示す原子炉と動力変換容器(ガスタービン、圧縮機、発電機等を収容した容器)の接続配管内に取付けることにより、高温ガス炉タービンシステム内のFPを除去することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1に示されるうように、本発明のFP電磁フィルターは、耐熱合金製の棒状陽極、その陽極の周囲に設けられたハステロイ粉末焼結合金製の円筒状多孔質フィルターからなる陰極、及びその両極間の間隙を保持するために挿入された絶縁体で構成される。電離ガス化したAg及びCsを含有する高温ヘリウムガスが、円筒状多孔質フィルターの外周から内部に流入し、そのフィルター陰極と棒状陽極との間を通過する際に両電極間に高電圧が印加され、そのガス流に対して直角方向に電場が負荷される。
【0012】
その結果、電離されたAg+,Cs+が円筒状多孔質フィルターの内外周に沈着除去される。即ち、850℃程度の高温ガス中では融点及びイオン化温度の低いCsはイオン化して存在し、同様にAgの一部もイオン化しているので、この混合ガスに電場を掛けることによりこれらのイオン種はすべて捕捉することが可能である。
【0013】
図2に示されるように、原子炉圧力容器から取出されるFP含有冷却材ヘリウム(He)ガスは、二重管システムを経て動力変換圧力容器に導入され、ガスタービン発電プラントの動力源として使用される。このヘリウムガスは、二重管システムを経て動力変換圧力容器に導入される際に、本発明の図1に示されるFP電磁フィルターによりガス中からFPが除去され、動力源として使用された後、二重管システムの外周管を経て原子炉圧力容器に戻される。
【0014】
図3に示されるように、N2ガスが、N2リンダーからヒーター1に供給されて加熱された後、ヒーター2により加熱されているAg蒸発器(2)の外管中に導入される。Ag蒸発器の内管に設けられたAgメッシュにN2ガスが供給され、Ag蒸気を発生させる。これらの2方向からのN2ガスが混合されて得られたAg含有N2ガスは、高電圧が付与されるFPフィルター要素電極及び棒状電極を備えた電気集塵装置(3)の入口で60Co源からガンマ線源が照射された後、集塵装置に導入されて集塵処理され、水冷却器(4)を経てN2ガス出口から取り出される。
【0015】
【実施例】
図3に示す1000℃に加熱した高温加熱窒素ガス中でAgを蒸発させてN2+Ag混合ガス化させた流体に対して、図1に示す電磁フィルター(陽極:ハステロイ丸棒、陰極:ハステロイ粉末焼結フィルター)両極間に印加電圧を0.07〜1.5kVとしてラン(RUN)1〜6の条件で試験を行った結果を表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】
その結果、蒸発銀ガス(Agガス)は、図4に示す各試験装置部内▲1▼〜▲4▼に沈着し、全蒸発Agに対して▲4▼(蒸発部)及び▲3▼(出口配管部)への沈着を除き、これら下流方向からの蒸発Ag濃度に対する電磁フィルター部▲2▼での沈着(集塵)効率は、表1の最下欄のろ過効率に示されるように、99%に到達する試験条件があることが分かった。
この試験は、放射線の影響も同時に調べた。即ち、高温ガス中に浮遊するFPガスのイオン化を促進するためにγ線を照射しながら捕集試験を行った。
【0018】
その結果、表1及び図4に示されるように、N2ガス温度(ヘリウム代替ガス)の温度変化及びAg蒸発温度におけるガス中のAg蒸発濃度変化によるフィルター捕集率の依存性、並びにフィルター捕集条件(電圧、電流)によるAg捕集効率の依存性が解明された。
【0019】
【発明の効果】
本発明により高温ガス炉ガスタービン発電プラントにおいてガスタービン又は熱交換器への沈着を防止でき、補修点検作業が容易、安全に行われる。
【0020】
即ち、表1及び図4に示されるように、本発明の電磁フィルターを使用すれば、その操作条件により99%のろ過効果が達成できるので、上記表及び図の冷却器に相当する上記タービン又は熱交換器への沈着が防止できるという、本発明に特有の顕著な効果を生ずる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 FP電磁フィルターの概念図である。
【図2】 FP電磁フィルターを高温ガス炉ガスタービンシステムに利用した場合の取り付け位置及び取り付け方を示す図である。
【図3】 FP電磁フィルター要素の試験装置レイアウトを示す図である。
【図4】 FP電磁フィルター要素試験装置内に沈着・捕集された銀蒸気沈着率分布を示す図である。
Claims (5)
- Cr:16〜45重量%、Mo:5〜28重量%、W:2.5〜4重量%、Fe:5〜20重量%及びNi:残部の組成からなる陽極棒と、当該陽極棒の周囲に設けられ、当該陽極棒と同じ組成からなる多孔質フィルター耐熱陰極集塵部分とから構成される
ことを特徴とする核分裂生成物除去用電磁フィルター。 - 前記核分裂生成物が、ヘリウムガス中で電離ガス化された 110m Ag及び/又は 137 Csを含むものであることを特徴とする請求項1記載の核分裂生成物除去用電磁フィルター。
- 前記ヘリウムガスが、原子炉圧力容器内の炉心燃料の冷却用ヘリウムガスであることを特徴とする請求項2記載の核分裂生成物除去用電磁フィルター。
- 前記多孔質フィルター耐熱陰極集塵部分が、Cr:16〜45重量%、Mo:5〜28重量%、W:2.5〜4重量%、Fe:5〜20重量%及びNi:残部の組成からなる粉末を焼成して得られたものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の核分裂生成物除去用電磁フィルター。
- Cr:16〜45重量%、Mo:5〜28重量%、W:2.5〜4重量%、Fe:5〜20重量%及びNi:残部の組成からなる粉末の焼結材製の棒状陽極、その陽極の周囲に設けられた、前記棒状陽極と同じ組成からなる粉末の焼結材製の円筒状多孔質フィルターからなる陰極、及びその両極間の間隙を保持するために挿入された絶縁体で構成され、電離ガス化したAg及びCsを含有する高温ヘリウムガスが、円筒状多孔質フィルターの外周から内部に流入し、そのフィルター陰極と棒状陽極との間を通過する際に両電極間高電圧が印加され、そのガス流に対して直角方向に電場が負荷されることにより、電離されたAg+、Cs+が円筒状多孔質フィルターの内外周に沈着除去されることからなる核分裂生成物除去用電磁フィルター。
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