JP4692929B2

JP4692929B2 - 負圧装置用開口部の密封装置及び方法

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Publication number: JP4692929B2
Application number: JP2006133458A
Authority: JP
Inventors: 秀光原; 晃前田; 光紀松浦
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2026-05-12
Also published as: JP2007303576A

Description

本発明は、運転中の負圧が高い場合であっても、中蓋の損傷を防止し、外蓋を開放した際の汚染物質の漏洩を防止する負圧装置用開口部の密封装置及び方法に関する。

再処理施設など放射性物質を取り扱う設備は、汚染された粉塵やガス（以下、汚染物質という）が外部に漏れるのを防止するため、内部を常に負圧に維持して運転される。しかし、これらの設備で使用される交換部品は、設備の運転を停止し、内外の差圧がない状態において、汚染物質の漏洩を防止しながら交換する必要がある。

このような要望を満たすため、バッグインバッグアウト方式と呼ぶ部品交換方法が既に提案されている（例えば特許文献１）。
また、気密容器等で内外の差圧を緩和する手段として、特許文献２、３が既に開示されている。

特許文献１の交換方法は、図４に示すように、バグフィルターろ布交換作業において作業員５１がクリーンルーム５２に入りリティナー５３を上部に引き抜いた後、クリーンルームに入ったまま汚染したろ布５４をグローブ付きビニール製バッグ５５に取り込み、そのバッグ５５の開口端を密閉した後、搬出するものである。

特許文献２の「防水型屋外設置用筐体」は、図５に示すように、内部圧力と外部圧力の差を調整する圧力調整部６１に気密性を有しかつ弾性物質からなる薄膜６２を用いるものである。

特許文献３の「筐体の圧力緩和装置」は、図６に示すように、筐体７１の一部に、筐体内の圧力変化に応じて容積を可変にすることにより、筐体内の圧力変化を緩和する圧力緩和手段７２を設けたものである。実施例において、圧力緩和手段７２はピストン７３とシリンダ７４からなる。

特開２００２−１０２６３１号公報、「バグフィルターろ布のバッグインバッグアウト方式による交換方法」特開平６−６１６５７号公報、「防水型屋外設置用筐体」特開２００１−２５４８２９号公報、「筐体の圧力緩和装置」

上述したように、再処理施設などで用いられるガス処理装置では、装置の運転を停止し、内外の差圧がない状態において、フィルタエレメントを汚染物質（粉塵やガス）の漏洩を防止しながら交換する必要がある。そのため、ガス処理装置にはフィルタエレメント交換用の開口部が設けられている。
またガス処理装置は、内部を負圧に維持して運転されるため、この開口部には、シール付きのカバー（外蓋）が取り付けられる。この外蓋は、差圧に耐えるように通常金属製である。
さらに、交換作業中に汚染物質（粉塵やガス）の漏洩を防止するために、開口と外蓋の間には、開口部を気密にシールする中蓋が設けられる。この中蓋は、可撓性のあるゴムカバー又はビニールカバーである。

上述した再処理施設における運転中の負圧は、安全性を高めるために１０〜２０ｋＰａ（約１０００〜２０００ｍｍＡｑ）に達する場合がある。この場合、上述した可撓性のゴムカバー又はビニールカバーは、その差圧で内側に弾性変形して内部に引張応力が作用し、この引張応力が弾性限界を超えた場合には、亀裂等を生じるおそれがあった。また、引張応力が弾性限界を超えない場合でも、長期間の弾性変形のため疲労劣化が生じ、同様に亀裂等を生じるおそれがあった。
このような場合、装置の運転を停止し、内外の差圧がない状態において、部品交換のため外蓋を開放した際、亀裂等から汚染された粉塵やガスが外部に漏洩して外部を汚染するおそれがあった。

また、このような装置（この例ではガス処理装置）における負圧は、装置の運転中の長時間にわたり維持されるので、特許文献２、３における圧力調整部６１や圧力緩和手段７２では、差圧は緩和できなかった。

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、運転中の負圧が高い場合であっても（例えば１０〜２０ｋＰａ）、中蓋の弾性変形を最小限に抑えてその損傷を防止でき、これにより外蓋を開放した際の汚染物質の漏洩を実質的になくすことができる負圧装置用開口部の密封装置及び方法を提供することにある。

本発明によれば、内部を所定の負圧に維持して運転される負圧装置用開口部を気密に囲む内側連結部及び外側連結部と、
前記外側連結部に着脱可能であり、外側連結部より内側を気密に閉鎖し、かつ前記負圧による変形をほとんど生じない剛性を有する外蓋と、
前記内側連結部に着脱可能であり、内側連結部より内側を気密に閉鎖し、かつ外蓋の内側に収納可能な可撓性を有する中蓋と、を備え、
前記中蓋は、使用前は外側に突出し使用中は前記負圧により内側に突出する可撓性の圧力調整ポケットを有しており、
前記圧力調整ポケットの容積は、圧力調整ポケットが外側から内側に突出した際の外蓋と中蓋の間に閉じ込められた気体の圧力が、前記所定の負圧とほぼ一致するように設定されている、ことを特徴とする負圧装置用開口部の密封装置が提供される。

また本発明によれば、負圧装置用開口部を気密に囲む内側連結部及び外側連結部と、
前記外側連結部に着脱可能であり、外側連結部より内側を気密に閉鎖し、かつ所定の負圧による変形をほとんど生じない剛性を有する外蓋と、
前記内側連結部に着脱可能であり、内側連結部より内側を気密に閉鎖し、かつ外蓋の内側に収納可能な可撓性を有する中蓋と、を備え、
前記中蓋に、使用前は外側に突出し使用中は前記負圧により内側に突出する可撓性の圧力調整ポケットを設け、
内部を前記負圧に維持する運転中に、圧力調整ポケットを外側から内側に突出させて、外蓋と中蓋の間に閉じ込められた気体の圧力を、前記負圧とほぼ一致させる、ことを特徴とする負圧装置用開口部の密封方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、負圧装置の運転を停止し、内外の差圧がない状態において、前記外蓋を取り外し、内側連結部の外側を取り囲んで可撓性を有するバッグを取り付け、該バッグ内に中蓋及び交換部品を収容し、次いでバッグと開口部との間を少なくとも２箇所で密封してその間を切断する。

上記本発明の装置及び方法によれば、中蓋が、使用前は外側に突出し使用中は差圧により内側に突出する可撓性の圧力調整ポケットを有するので、運転中に負圧を受けて圧力調整ポケットが外側から内側に突出することで外蓋と中蓋の間に閉じ込められた気体の圧力を減圧して、運転中の内圧（負圧）に近づけることができる。

また、その容積が、圧力調整ポケットが外側から内側に突出した際の外蓋と中蓋の間に閉じ込められた気体の圧力が、前記所定の負圧とほぼ一致するように設定されているので、中蓋には差圧がほとんど作用せず、内部に引張応力がほとんど発生しない。
従って、過大な引張応力による亀裂や、長期間の弾性変形のための疲労劣化による亀裂も防止することができる。

また、上記本発明の方法によれば、負圧装置の運転を停止し、内外の差圧がない状態において、前記外蓋を取り外し、内側連結部の外側を取り囲んで可撓性を有するバッグを取り付け、該バッグ内に中蓋及び交換部品を収容し、次いでバッグと開口部との間を少なくとも２箇所で密封してその間を切断することにより、バッグインバッグアウト方式により汚染物質の漏洩を防止しながら部品を交換することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明の密封装置の全体構成図である。この図において、（Ａ）は使用前、（Ｂ）は使用中を示している。
図１において、本発明の密封装置１０は、内部を所定の負圧に維持して運転される負圧装置１２の開口部１１用の密封装置である。
負圧装置１２は、例えば再処理施設などで用いられるガス処理装置であり、開口部１１は、例えばガス処理装置のフィルタエレメント交換用の開口部である。なお、本発明はこれらの装置および開口部に限定されず、内部を所定の負圧に維持して運転されるその他の任意の装置であってもよい。

以下、負圧装置１２が、運転中の負圧が例えば２０ｋＰａ（約２０００ｍｍＡｑ）に設定されているガス処理装置である場合について説明する。
ガス処理装置（負圧装置１２）の内部には、上部が開口した底のある中空円筒形のフィルタエレメント１が、上端外周部を負圧装置１２の内面に固定して取り付けられている。
負圧装置１２の上部には、汚染された粉塵を含むガス２が流入し、フィルタエレメント１の内側に流入する。ガス２がフィルタエレメント１を内側から外側に通過する際に汚染された粉塵がフィルタエレメント１で捕獲され、粉塵が除去されたガス３が負圧装置１２の下部から下流側の処理装置に排出されるようになっている。
汚染された粉塵を捕獲したフィルタエレメント１は、後述する交換方法により、汚染物質の漏洩を防止しながら交換する。

本発明の密封装置１０は、開口部１１を気密に囲む内側連結部１３ａ及び外側連結部１３ｂを備える。
この例において、負圧装置１２の開口部１１は、中空円筒形の管状部材１２ａの内面である。また、内側連結部１３ａは、管状部材１２ａの円筒形外面であり、中蓋１６（後述する）を気密に被せられる寸法に設定されている。気密に被せる手段として、中蓋自体の弾性により円筒形外面との間をシールしてもよく、或いはゴムバンド等を用いた中蓋の外周部を円筒形外面に締め付けてもよい。
さらに外側連結部１３ｂは、内側連結部１３ａより管状部材１２ａの根元側に設けられたフランジであり、シール部材１５（例えばＯリング）を介して外蓋１４（後述する）を気密に固定できるようになっている。
なお、内側連結部１３ａ及び外側連結部１３ｂは、内側連結部１３ａが外側連結部１３ｂより内側（開口部１１近く）に位置する限りで、その他の連結構造であってもよい。

本発明の密封装置１０は、さらに、外蓋１４と中蓋１６を備える。
外蓋１４は、好ましくは金属製であり、負圧装置１２の運転中の負圧（例えば２０ｋＰａ）による変形をほとんど生じない剛性を有する。この外蓋１４は、外周部に外側連結部１３ｂに着脱可能なフランジ１４ａを有し、ボルト・ナット等による連結により、外側連結部１３ｂより内側を気密に閉鎖できるようになっている。

中蓋１６は、気体の不透過性を有する可撓性材料（例えばシリコンゴム）からなり、外蓋１４の内側に収納可能な可撓性を有する。この中蓋１６は、内側連結部１３ａに着脱可能であり、内側連結部１３ａより内側を気密に閉鎖できるようになっている。

さらに中蓋１６は、可撓性の圧力調整ポケット１６ａを有する。圧力調整ポケット１６ａは、負圧装置１２の使用前（例えば取付け時）には外側に突出し（図１（Ａ））、使用中は負圧装置１２の差圧（外側から内側に作用する）により内側に突出する（図１（Ｂ））ようになっている。
圧力調整ポケット１６ａの形状は、この例では、蓋のない容器形状であり、その縁部が中蓋に一体的に連結している。なお圧力調整ポケット１６ａの形状は、使用前後の変形により部材内に大きな内部応力が発生しない限りで自由な形状（例えば、袋状、蛇腹状）であってもよい。

また、圧力調整ポケット１６ａの容積は、圧力調整ポケット１６ａが外側から内側に突出した際の外蓋１４と中蓋１６の間に閉じ込められた気体の圧力が、負圧装置１２の所定の負圧とほぼ一致するように設定されている。
なお、ここで「ほぼ一致する」とは、外蓋１４と中蓋１６の間に閉じ込められた気体の圧力と負圧装置１２の運転圧力との差圧が０またはこれに近い値であり、中蓋１６に差圧がほとんど作用せず、中蓋１６の内部に引張応力がほとんど発生しない程度をいう。

また、負圧装置１２の所定の負圧が一定ではなく、変動する場合（例えば１０〜２０ｋＰａ）には、最大負圧において「ほぼ一致する」ように設定するのがよい。この場合、最大負圧より小さい負圧の場合には、中蓋１６に作用する差圧が０またはこれに近い値になるように中蓋１６が変形するので、中蓋１６の内部に発生する引張応力を十分小さい値に抑えることができる。

また、中蓋１６には、必要に応じて、交換部品等を収容する収納ポケットや、内部を作業員が操作するための気密性のあるグローブ等を備えるのがよい。さらに、これらの収納ポケットやグローブ等に圧力調整ポケット１６ａと同様の機能を付加してもよい。

図２は、本発明の密封装置の原理説明図である。この図において、（Ａ）は分解状態、（Ｂ）は使用前、（Ｃ）は使用中を示している。
図２（Ａ）は、本発明の密封装置１０の構造を示すための分解図である。この図において、図１におけるフィルタエレメント１とガス２は省略して示している。
また、この図では、構造の明瞭化のため、開口部１１を開放して示しているが、実際の使用では、開口部１１は常に外部と仕切られており、常にバウンダリを確保するようになっている。

使用前（図２（Ｂ））における外蓋１４と中蓋１６の間に閉じ込められた気体４（例えば空気）の圧力と容積をＰ_１，Ｖ_１、使用中（図２（Ｃ））における外蓋１４と中蓋１６の間に閉じ込められた気体４の圧力と容積をＰ_２，Ｖ_２、圧力調整ポケット１６ａの容積をΔＶとする。また、この装置の使用前及び使用中において、気体４の温度変化は無視できるものとする。

圧力調整ポケット１６ａが、負圧装置１２の使用前（例えば取付時）には外側に突出し（図２（Ｂ））、使用中に負圧装置１２の差圧（外側から内側に作用する）により内側に突出する（図２（Ｃ））と、ボイル・シャルルの法則により以下の式（１）（２）が成り立つ。
Ｐ_１Ｖ_１＝Ｐ_２Ｖ_２・・・（１）
Ｖ_２−ΔＶ＝Ｖ_１＋ΔＶ・・・（２）
（１）（２）式から
Ｐ_１Ｖ_１＝Ｐ_２（Ｖ_１＋２×ΔＶ）・・・（３）
ΔＶ＝（Ｐ_１−Ｐ_２）Ｖ_１／（２Ｐ_２）＝ΔＰ・Ｖ_１／（２Ｐ_２）・・・（４）
なお、式（４）において、ΔＰ＝Ｐ_１−Ｐ_２は、負圧装置１２の運転による内部の所定の負圧である。

本発明では、圧力調整ポケット１６ａの容積ΔＶは、圧力調整ポケット１６ａが外側から内側に突出した際の外蓋１４と中蓋１６の間に閉じ込められた気体の圧力が、負圧装置１２の所定の負圧とほぼ一致するように設定されている。
すなわち、運転中の負圧装置１２の内部の負圧ΔＰ（例えば−２０ｋＰａ）、使用前（図２Ｂ）における気体４の容積Ｖ_１、使用中（図２Ｃ）における気体４の圧力Ｐ_２（すなわち負圧装置１２の運転圧力）から、式（４）により圧力調整ポケット１６ａの容積ΔＶを予め設定することができる。

上述した本発明の構成によれば、中蓋１６が、使用前は外側に突出し使用中は前記差圧により内側に突出する可撓性の圧力調整ポケット１６ａを有するので、運転中に負圧を受けて圧力調整ポケット１６ａが外側から内側に突出することで外蓋１４と中蓋１６の間に閉じ込められた気体の圧力を減圧して、運転中の内圧（負圧）に近づけることができる。

また、その容積ΔＶが、圧力調整ポケット１６ａが外側から内側に突出した際の外蓋と中蓋の間に閉じ込められた気体４の圧力Ｐ_２が、前記所定の負圧とほぼ一致するように設定されているので、中蓋１６には差圧がほとんど作用せず、内部に引張応力がほとんど発生しない。
従って、過大な引張応力による亀裂や、長期間の弾性変形のための疲労劣化による亀裂も防止することができる。

図３は、本発明の密封方法の説明図である。この図において、（Ａ）は外蓋１４を取り外した状態、（Ｂ）はバッグ内に中蓋及び交換部品を収容した状態を示している。
本発明の密封方法では、負圧装置の運転中は、上述した密封装置１０を用いて、図１（Ｂ），図２（Ｃ）に示すように、圧力調整ポケット１６ａを外側から内側に突出させて、外蓋１４と中蓋１６の間に閉じ込められた気体の圧力Ｐ_２を、負圧装置１２の所定の負圧とほぼ一致させて、過大な引張応力による亀裂や、長期間の弾性変形のための疲労劣化による亀裂を防止する。

また、負圧装置の運転を停止し、内外の差圧がない状態において、図３（Ａ）に示すように、外蓋１４を取り外す。この状態では、中蓋１６により、内側連結部１３ａより内側が気密に閉鎖されている。

次いで、図３（Ｂ）に示すように、内側連結部１３ａの外側を取り囲んで可撓性を有するバッグ５を取り付け（この際ゴムバンド等を用いてもよい）、このバッグ５内に中蓋１６及び交換部品１（フィルタエレメント１）を図示しないグローブ等を用いて収容する。
次いで、二点鎖線で示すように、バッグ５と開口部１１との間を細く絞り、例えば溶着等で少なくとも２箇所でバッグ５を密封し、溶着箇所の間を切断する。
その後の、交換部品１の交換手順は、従来のバッグインバッグアウト方式と同様にして行い、汚染物質の漏洩を防止しながら部品１を交換することができる。

上述したように、本発明によれば、生じるであろう圧力差に対し、圧力差が生じないために必要な圧力調整ポケット１６ａの容量を計算し、その容積分に見合った圧力調整ポケット１６ａを、隔壁（中蓋１６）に取り付ける。
この構造により、ポケット１６ａの内側と外側とで圧力差が生じた場合、ポケット１６ａは圧力の低い側に膨らみ（変位し）、その容積変化によって圧力差を緩和（吸収）する。従って、隔壁の弾性変形による疲労劣化、破壊のおそれがない。

また、装置の運転条件（圧力差）に対応して、意図的に必要な容積の圧力調整ポケット１６ａを取り付け、圧力を緩和することができる。すなわち、圧力差を緩和するために必要な容積に対して、圧力調整ポケットの形状を種々変えて対応することが可能なので、設計上のフレキシビリティが増大する。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。例えば、気体の温度変化が無視できない場合には、温度を含むボイル・シャルルの法則を適用して式（４）と同様の関係を求めることができる。

本発明の密封装置の全体構成図である。本発明の密封装置の原理説明図である。本発明の密封方法の説明図である。特許文献１の交換方法の模式図である。特許文献２の筐体の模式図である。特許文献３の装置の模式図である。

符号の説明

１フィルタエレメント（交換部品）、２粉塵を含むガス、
３粉塵が除去されたガス、４気体（空気）、５バッグ、
１０密封装置、１１開口部、
１２負圧装置（ガス処理装置）、１２ａ管状部材、
１３ａ内側連結部（円筒形外面）、
１３ｂ外側連結部（フランジ）、
１４外蓋、１４ａフランジ、
１５シール部材（Ｏリング）、
１６中蓋、１６ａ圧力調整ポケット

Claims

内部を所定の負圧に維持して運転される負圧装置用開口部を気密に囲む内側連結部及び外側連結部と、
前記外側連結部に着脱可能であり、外側連結部より内側を気密に閉鎖し、かつ前記負圧による変形をほとんど生じない剛性を有する外蓋と、
前記内側連結部に着脱可能であり、内側連結部より内側を気密に閉鎖し、かつ外蓋の内側に収納可能な可撓性を有する中蓋と、を備え、
前記中蓋は、使用前は外側に突出し使用中は前記負圧により内側に突出する可撓性の圧力調整ポケットを有しており、
前記圧力調整ポケットの容積は、圧力調整ポケットが外側から内側に突出した際の外蓋と中蓋の間に閉じ込められた気体の圧力が、前記所定の負圧とほぼ一致するように設定されている、ことを特徴とする負圧装置用開口部の密封装置。
負圧装置用開口部を気密に囲む内側連結部及び外側連結部と、
前記外側連結部に着脱可能であり、外側連結部より内側を気密に閉鎖し、かつ所定の負圧による変形をほとんど生じない剛性を有する外蓋と、
前記内側連結部に着脱可能であり、内側連結部より内側を気密に閉鎖し、かつ外蓋の内側に収納可能な可撓性を有する中蓋と、を備え、
前記中蓋に、使用前は外側に突出し使用中は前記負圧により内側に突出する可撓性の圧力調整ポケットを設け、
内部を前記負圧に維持する運転中に、圧力調整ポケットを外側から内側に突出させて、外蓋と中蓋の間に閉じ込められた気体の圧力を、前記負圧とほぼ一致させる、ことを特徴とする負圧装置用開口部の密封方法。
負圧装置の運転を停止し、内外の差圧がない状態において、前記外蓋を取り外し、内側連結部の外側を取り囲んで可撓性を有するバッグを取り付け、該バッグ内に中蓋及び交換部品を収容し、次いでバッグと開口部との間を少なくとも２箇所で密封してその間を切断する、ことを特徴とする請求項２に記載の負圧装置用開口部の密封方法。