JP5061090B2 - ろ過装置及び加圧水型原子力発電所の１次系冷却水の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、ろ過処理技術に関し、特に、加圧水型原子力発電所の１次系冷却水のろ過処理に適するろ過装置及び加圧水型原子力発電所の１次系冷却水の処理方法に関する。

加圧水型原子力発電所の１次系冷却水ろ過装置は、１次系冷却水中の微粒子成分を捕捉し、系統の線量上昇抑制、１次系冷却水ポンプの軸封水の浄化、１次系構成部材表面への腐食生成物の付着防止等を図ることを目的に運用されている。そして、上記ろ過装置に装填されるろ過フィルタは、系統水中の微粒子成分を捕捉することにより次第にろ過圧力損失が上昇し、予め設定された差圧に到達した時点で交換され、使用済みのろ過フィルタは、放射性廃棄物として廃棄される。かかるろ過フィルタとしては、例えば、特許文献１、特許文献２に開示されたろ過フィルタに類似したものが用いられている。
特開昭５２−３７２７２号公報 特開平８−７１３１６号公報

特許文献１に示された２重筒式のろ過フィルタは、外筒と内筒を構成する金属製多孔板の間にろ過膜構造体を充填し、外側から内側へと原水を通過させることによりろ過するもので、圧力損失が上昇した場合には、外筒と内筒を分解し、ろ過膜構造体を洗浄し、再度、組み立てて使用するのが通常である。しかしながら、分解するには、ろ過フィルタ全体をろ過塔より取り出して作業を行う必要がある。従って、分解可能なろ過フィルタを用いた場合であっても、分解するには、ろ過フィルタを構成する外筒等への接触が不可欠であり、また、分解作業時間も相当要する。このため、加圧水型原子力発電所の１次系冷却水ろ過装置のろ過塔に使用した場合には、たとえ、このような分解可能なろ過フィルタであっても、作業者や周辺環境の放射能汚染を防ぐ必要があるため、分解せずにろ過フィルタ自体をそのまま廃棄処分せざるを得ないのが現状である。このため、加圧水型原子力発電所においては、廃棄処分されるろ過フィルタの減容化が問題となっている。
特許文献２に開示されたろ過フィルタは、円筒型のろ材（ろ過膜構造体）を支持枠体に対してリング状部材を介して固定し、該リング状部材を取り外すことにより該ろ材を交換可能な構成としている。しかしながら、リング状部材はろ材に連結されているわけではなく、独立した部材であり、該リング状部材をろ過塔内で取り外したのでは、ろ材の抜き出し作業が困難となる。従って、特許文献２においても、ろ材の交換作業は、ろ材、支持枠体及びリング状部材を含むろ過フィルタ全体をろ過塔から引き抜いた後、分解して行うことが前提となっている。このため、上記特許文献１の場合と同様に、分解、交換作業の迅速性の点で課題があり、加圧水型原子力発電所の１次系冷却水ろ過装置のろ過フィルタにおいて、ろ材のみを交換可能にする構造として用いるには不十分である。

また、ろ過フィルタの交換作業や廃棄作業を行う際には、ろ過膜構造体に捕捉された放射性微粒子による周辺環境汚染の防止や作業者の安全性確保などに十分な注意を払う必要があり、放射線防護のための作業準備に多大な労力を要し、作業効率の低下を招く要因となっている。

本発明は上記した点に鑑みなされたものであり、ろ過フィルタの交換作業や廃棄作業中における周辺環境や作業環境の汚染を低減し、放射線防護のための作業準備を簡素化でき、作業効率の向上が期待できるろ過装置及び加圧水型原子力発電所の１次系冷却水の処理方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載の本発明では、支持枠体により保持される円筒型のろ過膜構造体を備え、内周中空部の下端開口部が閉塞されてろ過塔内に配設されるろ過フィルタと、
前記ろ過フィルタの外周とろ過塔内周との間に、ろ過フィルタの外周を取り囲んで固定配設され、ろ過塔内に導入される被処理水を、前記ろ過膜構造体の上部に位置し、前記支持枠体を構成する上部支持部材に形成した流入口へ案内し、該流入口を経てろ過膜構造体の内周中空部へ導入し、ろ過膜構造体の内側から外側へと被処理水を通過させてろ過し、ろ過膜構造体の外周との間に形成された処理水通過間隙を経て処理水を排出部へと案内する隔壁部材と
を具備することを特徴とするろ過装置を提供する。
請求項２記載の本発明では、前記隔壁部材は、
略筒状に形成されると共に、
底壁から上方に突出し、ろ過フィルタの内周中空部の下端開口部を閉塞する端壁部と、処理水の排出部に連通する開口部が形成された周壁部とを備えた内筒部を有することを特徴とする請求項１記載のろ過装置を提供する。
請求項３記載の本発明では、加圧水型原子力発電所の１次系冷却水のろ過処理に用いられることを特徴とする請求項１又は２記載のろ過装置を提供する。
請求項４記載の本発明では、ろ過塔内に、内周中空部の下端開口部が閉塞され、支持枠体により保持された円筒型のろ過膜構造体を備えたろ過フィルタを配設し、ろ過塔内に配設したガイド部材により、前記ろ過膜構造体の内周中空部へ加圧水型原子力発電所の１次系冷却水を導入し、ろ過膜構造体の内側から外側へ該１次系冷却水を通過させてろ過処理し、排出部へと案内する加圧水型原子力発電所の１次系冷却水の処理方法であって、
前記ガイド部材として、前記ろ過フィルタの外周とろ過塔内周との間に、ろ過フィルタの外周を取り囲んで固定配設され、ろ過塔内に導入される前記１次系冷却水を、前記ろ過膜構造体の上部に位置し、前記支持枠体を構成する上部支持部材に形成した流入口へ案内し、該流入口を経てろ過膜構造体の内周中空部へ導入し、ろ過膜構造体の内側から外側へと該１次系冷却水を通過させてろ過し、ろ過膜構造体の外周との間に形成された処理水通過間隙を経て処理水を排出部へと案内する隔壁部材を用いることを特徴とする加圧水型原子力発電所の１次系冷却水の処理方法を提供する。

本発明のろ過装置又は加圧水型原子力発電所の１次系冷却水の処理方法は、被処理水をろ過膜構造体の内周中空部へ導入し、ろ過膜構造体の内側から外側へと通過させてろ過する構成である。このため、放射性微粒子がろ過膜構造体の内面側に多く捕捉されることになり、交換作業時、廃棄作業時における周辺環境、作業環境への放射能汚染を低減できる。従って、これら周辺環境等への汚染を防止するための準備作業の簡素化が図れ、作業効率が向上する。

この場合、ろ過フィルタとして、ろ過膜構造体が支持枠体の上部支持部材のみに連結されたものを用いると、格子状内筒部材、格子状外筒部材及び下部支持部材をろ過塔内に固定した状態で、ろ過膜構造体をこれらから分離して着脱でき、ろ過フィルタのコストの低減、放射性廃棄物容量の低減等を図る効果も期待できる。

以下、図面に示した実施形態に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。図１及び図２は、ろ過フィルタ１０を用いたろ過装置１００を示す図である。ろ過装置１００は、略円筒型の胴部１２０と、該胴部１２０の上部開口を開閉する上蓋１３０とを備えたろ過塔１１０を有して構成される。胴部１２０には、被処理水の導入部１２１とろ過処理された処理水の排出部１２２が設けられている。排出部１２２は、胴部１２０の底壁部１２３に断面略Ｌ字状に形成されると共に、底壁部１２３の上面から上方に突出する排出管部１２２ａを備えている。なお、導入部１２１や排出部１２２の形成位置や構造はあくまで一例であり、図示した態様に限定されるものではない。

ろ過フィルタ１０は、ろ過塔１１０内に、下端開口部が排出部１２２の排出管部１２２ａに嵌合連結するように配設される。より具体的には、ろ過塔１１０の上蓋１３０を開口し、ろ過フィルタ１０を挿入してその下端開口部を排出管部１２２ａに嵌合させ、上蓋１３０を閉じて配設する。この際、ろ過フィルタ１０の上部支持部材３３と上蓋１３０との間にコイルスプリング等の弾性部材１４０を介在させて配設する。これにより、弾性部材１４０の押圧力が機能し、ろ過フィルタ１０がろ過塔１１０内に押圧固定される。また、後述のように、本発明においては、ろ過フィルタ１０を構成するろ過膜構造体２０と支持枠体３０の上部支持部材３３とを格子状内筒部材３１等から分離可能な構造としているため、かかる弾性部材１４０を配設することにより、ろ過膜構造体２０が格子状内筒部材３１と格子状外筒部材３２との間に確実に装填される。弾性部材１４０は、かかる機能を果たすものであればよく、コイルスプリングのほか、他の金属スプリングあるいはゴム等を用いることもできる。また、配設時の作業時間の短縮、作業の容易化のため、弾性部材１４０は、予め上蓋１３０の内面に一方の端部を固定しておくこともできる。また、弾性部材１４０に代えて、ボルト等を用いて、例えば、ろ過塔１１０に、内側に向かって突出するフランジ部（図示せず）を設け、該フランジ部に固定する構成とすることも可能であるが、配設時の作業時間とを考慮すると、上記のような弾性部材１４０を用いることが好ましい。

ろ過フィルタ１０は、ろ過膜構造体２０と支持枠体３０とを備えて構成される。ろ過膜構造体２０は、膜状に形成されたろ材であり、プリーツ状などに加工され、円筒型に形成されている。材質は限定されるものではなく、例えば、シリカ系材料から形成されるものや、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド等の有機高分子材料から形成されるものを用いることができる。但し、廃棄時の更なる減容化のためには有機高分子材料などの可燃性材料を用いることが好ましい。また、ろ過膜構造体２０は、図１（ａ），（ｃ）に示したように、その下端に、環状のシール部材２１が固定されていることが好ましい。これにより、後述の格子状内筒部材３１及び格子状外筒部材３２間にろ過膜構造体２０を挿入するだけで、該シール部材２１が下部支持部材３４に密着し、装着作業を容易化できる。

支持枠体３０は、上記ろ過膜構造体２０の形状を維持する機能を果たすものであり、円筒型に形成されたろ過膜構造体２０の内側に位置する格子状内筒部材３１、外側に位置する格子状外筒部材３２、上側に位置する上部支持部材３３及び下側に位置する下部支持部材３４を有してなる。すなわち、ろ過膜構造体２０は、格子状内筒部材３１及び格子状外筒部材３２の間に装填され、支持枠体３０によって保持される。支持枠体３０は、ろ過膜構造体２０の形状、特に長さ方向の寸法維持の機能を果たすことから、少なくとも格子状内筒部材３１及び格子状外筒部材３２は、金属材料などから形成される。もちろん、所定の強度を有する限り、金属材料に限定されるものではない。

格子状内筒部材３１及び格子状外筒部材３２は、被処理水が、ろ過膜構造体２０を外周から内周に向かって厚み方向に通過可能な多数の孔部を備えて形成される。なお、「格子状」といっても、孔部形状を限定する意味ではなく、液体が通過可能である限り、種々の形状、大きさの孔部を含む意味であることはもちろんであり、格子状のほか、例えば、網目状、スリット（長孔）状、多孔状等とすることができる。網目状とした場合の目付け、多孔状とした場合の孔形状ももちろん限定されるものではない。

上部支持部材３３は、図１（ａ），（ｂ）に示すように略円盤状に形成され、下面に環状に形成された溝部３３ａに、ろ過膜構造体２０の上部が連結される。また、上面の略中央部には、コイルスプリング等の弾性部材１４０を受けるバネ受け部３３ｂが形成されている。上部支持部材３３は、このようにろ過膜構造体２０と連結されて一体化されるため、図２に示したように、上部支持部材３３を格子状内筒部材３１の上縁３１ａ及び格子状外筒部材３２の上縁３２ａから引き離すことにより、ろ過膜構造体２０を抜き取ることができる。上部支持部材３３は、取り外した後、ろ過膜構造体２０から分離して再使用することも可能であるが、交換作業、廃棄作業を速やかに行うためには、上部支持部材３３もそのまま廃棄処分することが好ましい。また、上部支持部材３３は、ろ過膜構造体２０と同じ材質から形成すると、廃棄処分の際に、ろ過膜構造体２０と一緒に廃棄できる。例えば、上部支持部材３３とろ過膜構造体２０とを共に可燃性材料から形成すると、一緒に焼却処理することもできる。

下部支持部材３４は、例えば、金属製材料等から形成され、格子状内筒部材３１及び格子状外筒部材３２間の環状下端部を閉塞する。なお、下部支持部材３４は、格子状内筒部材３１又は格子状外筒部材３２のいずれか一方と、あるいは両方と一体に成形することもできる。また、下部支持部材３４の下面には、処理水の排出部１２２を構成する排出管部１２２ａの外面に密接させるためのＯリングなどのシール部材３４ａが設けられている。シール部材３４ａは、被処理水が排出部１２２にろ過されずに直接浸入することを防止するものであり、ろ過塔１１０の内径、ろ過フィルタ１０の外径との関係等によっては、例えば、ろ過塔１１０の胴部１２０の内面とろ過フィルタ１０の格子状外筒部材３２の外面との間に、Ｏリングなどのシール部材（図示せず）を配設するようにしてもよい。

次に、ろ過装置１００の作用を説明する。このろ過装置１００は、加圧水型原子力発電所の１次系冷却水のろ過用として配設される。被処理水である１次系冷却水が導入部１２１からろ過塔１１０内に導入されると、ろ過膜構造体２０の外面から内面へと貫通し、ろ過処理される。ろ過された処理水は、ろ過フィルタ１０の内周中空部を通過し、排出管部１２２ａを経て排出部１２２から排出される。通常のろ過処理はかかる工程が繰り返されるが、所定の差圧に至った場合には、ろ過膜構造体２０を交換する。

交換作業は、まず、ろ過塔１１０の上蓋１３０を開放する。これにより、支持枠体３０の上部支持部材３３及び上蓋１３０間に配設された弾性部材１４０の押圧力が解除される。次いで、支持枠体３０の上部支持部材３３を引き抜く。上部支持部材３３にはろ過膜構造体２０が連結されているため、上部支持部材３３を引き抜くことにより、ろ過膜構造体２０が、支持枠体３０の格子状内筒部材３１、格子状外筒部材３２及び下部支持部材３４をろ過塔１１０内に残したまま引き抜かれる。上部支持部材３３と共に引き抜いたろ過膜構造体２０はそのまま廃棄する。この際、従来のように、ろ過膜構造体と支持枠体とからなるろ過フィルタ全体を廃棄するものではないため、廃棄物容量の減容化を図ることができる。また、交換する部材は、上部支持部材３３とこれに一体化されたろ過膜構造体２０のみであるため、交換コスト、運用コストを低減することができる。交換用の新たなろ過膜構造体２０は、ろ過塔１１０内に固定されたままの格子状内筒部材３１及び格子状外筒部材３２間に挿入し、上蓋１３０を閉じれば、該ろ過膜構造体２０に連結された上部支持部材３３と上蓋１３０との間に介在された弾性部材１４０によりろ過塔１１０内に再び固定配設される。

図３は、ろ過フィルタ１０に対する被処理水の流路を変更した本発明の実施形態にかかるろ過装置１００を示す図である。なお、図１及び図２に示した態様と同じ部材については同じ符号で示す。

本実施形態においては、ろ過フィルタ１０の外周とろ過塔１１０の内周との間に、隔壁部材２００を配設している。この隔壁部材２００は、ろ過フィルタ１０の外周を取り囲むと共に、ろ過フィルタ１０の外周との間に処理水通過間隙２１０を形成できる長さ及び直径を備えた略筒状に形成されている。また、本実施形態の隔壁部材２００は、下端縁に、内側にフランジ状に突出する底壁２２０を備えていると共に、該底壁２２０の内周縁から上方に立ち上がる内筒部２３０を備えている。内筒部２３０は、ろ過フィルタ１０の内周中空部の下端開口部を閉塞できる直径を備えた端壁部２３１を有し、その周壁部２３２には、排出管部１２２ａに連通する開口部２３２ａが形成されている（図３（ｃ）参照）。

かかる構成からなる隔壁部材２００は、内筒部２３０を排出管部１２２ａに嵌合させて配設され、上端部２４０をろ過フィルタ１０の上部支持部材３３にシール部材２４０ａを介して密接させて配設される（図３（ｂ），（ｃ）参照）。また、被処理水が排出管部１２２ａに未処理のまま直接浸入することを防止する必要があり、本実施形態では、隔壁部材２００の底壁２２０とろ過塔１１０の底壁部１２３の上面との間にシール部材２２０ａを装填している。なお、このシール部材２２０ａの配設位置は限定されるものではなく、例えば、内筒部２３０の周壁部２３２と排出管部１２２ａとの間に設けることもできる。

ろ過フィルタ１０の構成は、図１及び図２に示した態様とほぼ同様であるが、該ろ過フィルタ１０の内周中空部に被処理水を導入するため、上部支持部材３３としては、例えば、その略中央部に、流入口３３ｃが形成されたものを用いる。

本実施形態によれば、被処理水である加圧水型原子力発電所における１次系冷却水が導入部１２１からろ過塔１１０内に導入されると、図３の矢印で示したように、隔壁部材２００の外面に接触し、ろ過塔１１０内で上方に案内される。上方に案内された被処理水は、上部支持部材３３に設けた流入口３３ｃからろ過フィルタ１０の内周中空部に導入され、ろ過膜構造体２０の内面から外面へと通水し、ろ過処理される。ろ過フィルタ１０の外面に流出した処理水は、隔壁部材２００の内面に接触し、処理水通過間隙２１０を経て下方へ向かい、隔壁部材２００の内筒部２３０の周壁部２３２に形成された開口部２３２ａから排出管部１２２ａへ排出される。

このようにしてろ過処理を繰り返すことにより、所定の差圧に至った場合には、図１及び図２に示した態様と全く同様に、上部支持部材３３及びろ過膜構造体２０を、格子状内筒部材３１及び格子状外筒部材３２等をろ過塔１１０内に残したまま引き抜き、交換作業を実施する。この際、本実施形態によれば、被処理水である１次系冷却水がろ過膜構造体２０の内面から外面へと通水して処理されるため、捕捉された放射性微粒子は、ろ過膜構造体２０の内面側に集中する。このため、ろ過膜構造体２０の外面から内面へと被処理水を貫通させる場合と比較して、交換作業時における周辺環境、作業環境への放射能汚染の広がりを低減でき、汚染防止のための準備作業の簡素化、作業効率の向上に資する。

本実施形態においても、ろ過フィルタ１０は、上部支持部材３３と共にろ過膜構造体２０のみを交換可能な構成とすることが廃棄物の減容化のために好ましい。しかしながら、従来と同様のろ過フィルタ、すなわち、ろ過膜構造体を、支持枠体を構成する格子状内筒部材及び格子状外筒部材と分離できないろ過フィルタを用いた場合でも、隔壁部材２００を用いることにより、交換作業時における放射能汚染の低減を図ることは可能である。

また、本実施形態においては、被処理水である加圧水型原子力発電所における１次系冷却水の流路を隔壁部材２００を用いてろ過フィルタ１０の内周中空部へ導入するガイド部材として用いているが、被処理水をろ過フィルタ１０の内面から外面へと貫通するように案内できる限り、ガイド部材として他の構造を採用することもできる。但し、既設のろ過塔１１０に極めて容易に取り付けられると共に、ろ過膜構造体２０の引き抜き作業を妨げることもないことから、本実施形態のように、ろ過フィルタ１０を取り囲む略筒状の構造の隔壁部材２００を用いることが好ましい。

図１（ａ）は、本発明の実施形態に適用されるろ過フィルタを用いたろ過装置の全体構造を示す図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部拡大図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ部拡大図である。 図２は、上記態様に係るろ過フィルタの交換作業工程を説明するための図である。 図３（ａ）は、本発明の実施形態に係るろ過装置の全体構造を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ部拡大図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＤ部拡大図である。

符号の説明

１０ ろ過フィルタ
２０ ろ過膜構造体
３０ 支持枠体
３１ 格子状内筒部材
３２ 格子状外筒部材
３３ 上部支持部材
３３ｃ 流入口
３４ 下部支持部材
１００ ろ過装置
１１０ ろ過塔
１２０ 胴部
１２１ 導入部
１２２ 排出部
１２３ 底壁部
２００ 隔壁部材
２３０ 内筒部
２３１ 端壁部
２３２ 周壁部

Claims (4)

1. 支持枠体により保持される円筒型のろ過膜構造体を備え、内周中空部の下端開口部が閉塞されてろ過塔内に配設されるろ過フィルタと、
   前記ろ過フィルタの外周とろ過塔内周との間に、ろ過フィルタの外周を取り囲んで固定配設され、ろ過塔内に導入される被処理水を、前記ろ過膜構造体の上部に位置し、前記支持枠体を構成する上部支持部材に形成した流入口へ案内し、該流入口を経てろ過膜構造体の内周中空部へ導入し、ろ過膜構造体の内側から外側へと被処理水を通過させてろ過し、ろ過膜構造体の外周との間に形成された処理水通過間隙を経て処理水を排出部へと案内する隔壁部材と
   を具備することを特徴とするろ過装置。
2. 前記隔壁部材は、
   略筒状に形成されると共に、
   底壁から上方に突出し、ろ過フィルタの内周中空部の下端開口部を閉塞する端壁部と、処理水の排出部に連通する開口部が形成された周壁部とを備えた内筒部を有することを特徴とする請求項１記載のろ過装置。
3. 加圧水型原子力発電所の１次系冷却水のろ過処理に用いられることを特徴とする請求項１又は２記載のろ過装置。
4. ろ過塔内に、内周中空部の下端開口部が閉塞され、支持枠体により保持された円筒型のろ過膜構造体を備えたろ過フィルタを配設し、ろ過塔内に配設したガイド部材により、前記ろ過膜構造体の内周中空部へ加圧水型原子力発電所の１次系冷却水を導入し、ろ過膜構造体の内側から外側へ該１次系冷却水を通過させてろ過処理し、排出部へと案内する加圧水型原子力発電所の１次系冷却水の処理方法であって、
   前記ガイド部材として、前記ろ過フィルタの外周とろ過塔内周との間に、ろ過フィルタの外周を取り囲んで固定配設され、ろ過塔内に導入される前記１次系冷却水を、前記ろ過膜構造体の上部に位置し、前記支持枠体を構成する上部支持部材に形成した流入口へ案内し、該流入口を経てろ過膜構造体の内周中空部へ導入し、ろ過膜構造体の内側から外側へと該１次系冷却水を通過させてろ過し、ろ過膜構造体の外周との間に形成された処理水通過間隙を経て処理水を排出部へと案内する隔壁部材を用いることを特徴とする加圧水型原子力発電所の１次系冷却水の処理方法。

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