JP5632272B2 - Hydrogen treatment facility for reactor containment vessel - Google Patents
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Description
本発明は、原子炉格納容器の水素処理設備に係り、特に、沸騰水型原子力プラントに適用するのに好適な原子炉格納容器の水素処理設備に関する。 The present invention relates to a hydrogen treatment facility for a reactor containment vessel, and more particularly to a hydrogen treatment facility for a reactor containment vessel suitable for application to a boiling water nuclear power plant.
原子炉の安全設計において設計基準事象として考慮している冷却材喪失事故では、原子炉圧力容器内の高温高圧の冷却水が、原子炉圧力容器に接続された配管等の破断箇所から高温の蒸気になって原子炉格納容器内に放出される。原子炉圧力容器内の炉心に装荷されている燃料集合体の燃料棒の温度が上昇し、燃料棒の被覆管のジルコニウムと水が反応して水素ガスが発生する。この水素は、配管破断箇所から蒸気と共に原子炉格納容器内に放出される。また、配管破断箇所から原子炉格納容器内に放出された放射性物質が圧力抑制プールへ流入し、水の放射線分解によって水素ガスおよび酸素ガスが発生することが想定されている。 In a loss-of-coolant accident, which is considered as a design standard event in the safety design of a nuclear reactor, high-temperature and high-pressure cooling water in the reactor pressure vessel causes high-temperature steam from breakage points such as piping connected to the reactor pressure vessel. And released into the reactor containment vessel. The temperature of the fuel rod of the fuel assembly loaded in the reactor core in the reactor pressure vessel rises, and the zirconium and water in the cladding of the fuel rod react to generate hydrogen gas. This hydrogen is released into the reactor containment vessel along with steam from the pipe breakage point. In addition, it is assumed that radioactive materials released into the reactor containment from the pipe breakage point flow into the pressure suppression pool, and hydrogen gas and oxygen gas are generated by radiolysis of water.
このような事象への対策として、圧力抑制室を有する原子炉格納容器を採用している沸騰水型原子力プラントでは、運転中、原子炉格納容器内の雰囲気が窒素ガスに置換されている。さらに、万が一の冷却材喪失事故の発生に備えて、原子炉格納容器と配管で接続されている加熱式水素処理設備が設置されている。冷却材喪失事故が発生したときには、ブロアの駆動により原子炉格納容器内の水素および酸素を含むガスを加熱式水素処理設備に供給し、加熱式水素処理設備の電気ヒーターによる加熱により水素と酸素を再結合させて水蒸気に変換する。 As a countermeasure against such an event, in a boiling water nuclear power plant that employs a reactor containment vessel having a pressure suppression chamber, the atmosphere in the reactor containment vessel is replaced with nitrogen gas during operation. Furthermore, in the event of a loss of coolant accident, a heated hydrogen treatment facility connected to the reactor containment vessel by piping is installed. When a coolant loss accident occurs, the blower is driven to supply gas containing hydrogen and oxygen in the reactor containment vessel to the heated hydrogen treatment facility, and hydrogen and oxygen are heated by the electric heater of the heated hydrogen treatment facility. It is recombined and converted to water vapor.
一方、近年では、受動的安全性に優れ、外部動力を必要としない触媒式の水素処理設備が開発されている。この触媒式水素処理設備の一例が、特開平10−227885号公報に記載されている。触媒式水素処理設備は、水素と酸素を反応させる触媒、および触媒を収納するチムニを有し、原子炉格納容器内の、原子炉圧力容器が配置されるドライウェル、および圧力抑制室に配置される。触媒層の上端からチムニ出口部までの高さが触媒層の高さの2倍以上で、チムニ出口部の流路面積がチムニ入口部の流路面積の25%以上になっている。 On the other hand, in recent years, catalytic-type hydrogen treatment facilities that have excellent passive safety and do not require external power have been developed. An example of this catalytic hydrogen treatment facility is described in JP-A-10-227885. The catalytic hydrogen treatment facility has a catalyst that reacts hydrogen and oxygen, and a chimney that houses the catalyst, and is disposed in a dry well and a pressure suppression chamber in the reactor containment vessel where the reactor pressure vessel is disposed. The The height from the upper end of the catalyst layer to the chimney outlet is at least twice the height of the catalyst layer, and the channel area of the chimney outlet is 25% or more of the channel area of the chimney inlet.
原子炉格納容器内において、水素および酸素を含む、触媒式水素処理設備の周囲に存在するガスが、チムニ入口部からチムニ内の触媒層に流入する。水素および酸素は、触媒表面で化学反応を生じて再結合され、水になる。この化学反応は発熱反応であって、この発熱により触媒層内のガスが温められ、触媒層内で上昇流が発生する。温められたガスは、触媒層から流出してチムニ出口部から触媒式水素処理設備外に排出される。この結果、チムニ内が負圧になり、新たなガスが下端部のチムニ入口部からチムニ内の触媒層に流入し、触媒層内で水素と酸素が反応する。これらのプロセスを繰り返し、触媒式水素処理設備の周囲に存在するガスが水素および酸素を含んでいる場合に、触媒式水素処理設備は触媒により水素を処理しながら循環流を形成し、ガスに含まれる水素を連続的に処理する。 In the reactor containment vessel, gas existing around the catalytic hydrogen treatment facility including hydrogen and oxygen flows from the chimney inlet to the catalyst layer in the chimney. Hydrogen and oxygen undergo a chemical reaction on the catalyst surface and recombine into water. This chemical reaction is an exothermic reaction, and the gas in the catalyst layer is warmed by the heat generation, and an upward flow is generated in the catalyst layer. The warmed gas flows out of the catalyst layer and is discharged out of the catalytic hydrogen treatment facility from the chimney outlet. As a result, the pressure in the chimney becomes negative, and a new gas flows from the chimney inlet at the lower end into the catalyst layer in the chimney, where hydrogen and oxygen react. When these processes are repeated and the gas existing around the catalytic hydroprocessing facility contains hydrogen and oxygen, the catalytic hydroprocessing facility forms a circulating flow while treating the hydrogen with the catalyst and is contained in the gas. The hydrogen to be treated is continuously treated.
一方、原子力プラントにおいて、例えば、原子炉格納容器内に冷却材を放出する冷却材喪失事故が発生した場合、配管等の破断箇所から原子炉格納容器内に蒸気と共に核分裂生成物であるヨウ素が放出される可能性がある。触媒式水素処理設備で水素を処理するとき、触媒層に流入したガスに含まれるヨウ素は、触媒表面に存在する貴金属であるパラジウム(または白金)と化合物を形成し、触媒機能を低下させる。ヨウ素による触媒機能の低下を抑制するために、触媒層の上流にヨウ素フィルタを配置した触媒式水素処理設備が提案されている(特開平11−94992号公報)。 On the other hand, in a nuclear power plant, for example, when a coolant loss accident that discharges coolant into the reactor containment vessel occurs, iodine, which is a fission product, is released along with steam into the reactor containment vessel from a breakage point such as a pipe. There is a possibility that. When hydrogen is treated in a catalytic hydrogen treatment facility, iodine contained in the gas flowing into the catalyst layer forms a compound with palladium (or platinum), which is a noble metal present on the catalyst surface, and lowers the catalytic function. In order to suppress a decrease in catalytic function due to iodine, a catalytic hydrogen treatment facility in which an iodine filter is disposed upstream of the catalyst layer has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 11-94992).
また、触媒式水素処理設備の他の例が、特表平5−507553号公報に記載されている。この触媒式水素処理設備は、原子力プラントの原子炉格納容器内に配置され、ケーシング内に触媒層および案内装置を設置している。触媒層は表面を白金(またはパラジウム)で覆った平板状の複数の触媒担体を有する。平板状の触媒担体は波形をしており、複数の触媒担体が触媒担体相互間に煙突状ガス通路を形成するように配置されている。案内装置は、ケーシング内において、触媒層の上流(下方)に配置されており、ケーシング内に流入して触媒層に導かれるガス流を整流する機能を有している。 Another example of the catalytic hydrogen treatment facility is described in JP-T-5-507553. This catalytic hydrogen treatment facility is arranged in a nuclear reactor containment vessel of a nuclear power plant, and a catalyst layer and a guide device are installed in a casing. The catalyst layer has a plurality of plate-like catalyst carriers whose surfaces are covered with platinum (or palladium). The flat catalyst carrier is corrugated, and a plurality of catalyst carriers are disposed so as to form a chimney-like gas passage between the catalyst carriers. The guide device is disposed upstream (downward) of the catalyst layer in the casing, and has a function of rectifying a gas flow that flows into the casing and is guided to the catalyst layer.
ディーゼルエンジンを備えた自動車の排ガスを浄化する排ガス浄化装置が、特開2004−100659号公報に記載されている。この排ガス浄化装置は、触媒層および排ガス整流構造体を有する。触媒層は、排ガス整流構造体の下流に配置され、耐火性多孔質無機酸化物担体に、貴金属(白金およびパラジウム等)または遷移金属(ニッケルおよび銅等)を担持した酸化触媒により形成される。排ガス整流構造体は、ハニカム構造体であって、触媒層に供給される排ガスを整流する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-1000065 discloses an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas from an automobile equipped with a diesel engine. This exhaust gas purification apparatus has a catalyst layer and an exhaust gas rectifying structure. The catalyst layer is disposed downstream of the exhaust gas rectifying structure and is formed by an oxidation catalyst in which a noble metal (platinum and palladium or the like) or a transition metal (nickel and copper or the like) is supported on a refractory porous inorganic oxide support. The exhaust gas rectification structure is a honeycomb structure, and rectifies the exhaust gas supplied to the catalyst layer.
冷却材喪失事故時に配管等の破断箇所から放出される蒸気に、水素および酸素以外にヨウ素が含まれている場合には、触媒式水素処理設備内に水素および酸素と共にヨウ素が流入し、触媒式水素処理設備内に配置された触媒の水素処理性能が、ヨウ素の影響により低下することが懸念される。 If iodine is contained in the steam released from the broken part of the piping, etc. in the event of a loss of coolant, in addition to hydrogen and oxygen, iodine will flow into the catalytic hydrogen treatment facility along with hydrogen and oxygen. There is a concern that the hydrogen treatment performance of the catalyst disposed in the hydrogen treatment facility is deteriorated due to the influence of iodine.
発明者らは、ヨウ素が存在する場合でも、触媒式水素処理設備における水素処理性能の低下を抑制できる対策について検討を行った。冷却材喪失事故時では、原子炉格納容器内に蒸気が存在し、ヨウ素は、後述するように、ガス成分(ガスの状態)およびミスト成分として原子炉格納容器内に存在するため、発明者らは、ヨウ素のガス成分およびミスト成分と触媒の接触を抑制することによって、触媒式水素処理設備における水素処理性能の低下を抑制できることを見出した。 Inventors examined the countermeasure which can suppress the fall of the hydrogen treatment performance in a catalytic-type hydrogen treatment facility, even when iodine exists. At the time of the loss of coolant accident, steam exists in the reactor containment vessel, and iodine exists in the reactor containment vessel as a gas component (gas state) and mist component as described later. Discovered that the reduction of the hydrogen treatment performance in the catalytic hydrotreating facility can be suppressed by suppressing the contact of the catalyst with the gas component and mist component of iodine.
本発明の目的は、水素処理性能の低下をさらに抑制できる原子炉格納容器の水素処理設備を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a hydrogen treatment facility for a reactor containment vessel that can further suppress a decrease in hydrogen treatment performance.
上記した目的を達成する本発明の特徴は、ガス流入口を下端部に形成してガス排出口を上端部に形成したケーシングと、ケーシング内に設置されて水素と酸素を反応させる触媒が充填され、相互間にガス排出口に連絡される第2ガス通路を形成した複数の触媒カートリッジと、ケーシング内でそれぞれの触媒カートリッジの真下に配置され、ヨウ素吸着剤が充填されて相互間にガス流入口に第1ガス通路を形成した複数のヨウ素吸着材カートリッジとを備え、
触媒カートリッジがヨウ素吸着材カートリッジと連続して配置され、
ヨウ素吸着材カートリッジは、第1ガス通路内を流れるガスの流れを整流する整流機能を有し、
第1ガス通路が第2ガス通路に連絡され、触媒カートリッジの横断面の形状がヨウ素吸着材カートリッジの横断面の形状と同じであることにある。
A feature of the present invention that achieves the above-described object is that a gas inlet is formed at the lower end and a gas outlet is formed at the upper end, and a catalyst that is installed in the casing and reacts with hydrogen and oxygen is filled. A plurality of catalyst cartridges forming a second gas passage communicated with each other and a gas exhaust port, and disposed in the casing directly below each of the catalyst cartridges and filled with iodine adsorbent to provide a gas inlet between them. A plurality of iodine adsorbent cartridges having a first gas passage formed therein,
The catalyst cartridge is arranged in succession with the iodine adsorbent cartridge,
Iodine adsorbent cartridge, have a rectifying function for rectifying a flow of gas flowing through the first gas passage,
The first gas passage is connected to the second gas passage, and the shape of the cross section of the catalyst cartridge is the same as the shape of the cross section of the iodine adsorbent cartridge .
原子炉内の冷却材が破断箇所から原子炉格納容器内に放出される事故が発生したとき、原子炉格納容器には、水素、酸素およびヨウ素を含むガスが存在する。このガスは、原子炉格納容器内に配置した水素処理設備内の複数のヨウ素吸着材カートリッジ相互間に形成された第1通路に流入する。第1ガス通路の下部では、水素、酸素およびヨウ素を含むガスの、第1通路内での流れが乱れているので、ヨウ素のガス成分およびミスト成分が、ヨウ素吸着材カートリッジ内のヨウ素吸着材に吸着される。ヨウ素吸着材カートリッジの作用によってガスの流れが整流されるため、第1ガス通路の出口側では、ガスの流れの乱れがなくなり、ガス成分よりも拡散性の低いミスト成分はガス成分に比べてヨウ素吸着材に吸着されにくくなる。整流されたガスが、複数の触媒カートリッジの相互間に形成された第2ガス通路内に流入するため、拡散性の低いミスト成分の、触媒カートリッジ内の触媒の表面への付着が著しく抑制される。このように、触媒表面へのヨウ素の付着が著しく抑制されるため、水素処理設備における水素処理性能の低下をさらに抑制することができる。 When an accident occurs in which the coolant in the nuclear reactor is released from the breakage point into the reactor containment vessel, gas containing hydrogen, oxygen, and iodine exists in the reactor containment vessel. This gas flows into a first passage formed between a plurality of iodine adsorbent cartridges in the hydrogen treatment facility disposed in the reactor containment vessel. In the lower part of the first gas passage, the flow of the gas containing hydrogen, oxygen and iodine in the first passage is disturbed, so that the iodine gas component and mist component are transferred to the iodine adsorbent in the iodine adsorbent cartridge. Adsorbed. Since the gas flow is rectified by the action of the iodine adsorbent cartridge, the gas flow is not disturbed at the outlet side of the first gas passage, and the mist component having a lower diffusibility than the gas component is iodine compared to the gas component. It becomes difficult to be adsorbed by the adsorbent. Since the rectified gas flows into the second gas passage formed between the plurality of catalyst cartridges, adhesion of the mist component having low diffusibility to the surface of the catalyst in the catalyst cartridge is remarkably suppressed. . Thus, since the adhesion of iodine to the catalyst surface is remarkably suppressed, it is possible to further suppress the decrease in the hydrogen treatment performance in the hydrogen treatment facility.
本発明によれば、水素処理設備において、水素処理性能の低下をさらに抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fall of hydrogen treatment performance can be further suppressed in a hydrogen treatment facility.
発明者らは、ヨウ素が存在する場合でも、触媒式水素処理設備における水素処理性能の低下を抑制できる対策について検討を行った。 Inventors examined the countermeasure which can suppress the fall of the hydrogen treatment performance in a catalytic-type hydrogen treatment facility, even when iodine exists.
冷却材喪失事故時に、原子炉格納容器内に蒸気と共に放出された水素、酸素およびヨウ素は、原子炉格納容器内に元々存在する窒素ガスおよび蒸気と共に、原子炉格納容器内に設置された触媒式水素処理設備内に流入する。原子炉格納容器内に蒸気が存在するため、原子炉格納容器内に放出されたヨウ素は、ガス成分、およびヨウ素が水蒸気と反応して微細な粒子状になったミスト成分として原子炉格納容器内に存在する。このため、触媒式水素処理設備内に流入するガスは、ヨウ素のガス成分およびミスト成分をそれぞれ含んでいる。 Hydrogen, oxygen, and iodine released together with steam into the reactor containment at the time of the loss of coolant accident are the catalytic type installed in the reactor containment together with the nitrogen gas and steam originally present in the reactor containment. It flows into the hydrogen treatment facility. Since steam is present in the reactor containment vessel, iodine released into the reactor containment vessel is a gas component and mist component in which fine particles are formed by the reaction of iodine with water vapor. Exists. For this reason, the gas flowing into the catalytic hydrogen treatment facility includes an iodine gas component and a mist component, respectively.
触媒を充填した板状の複数の触媒カートリッジが、相互間に所定の間隔を置いて触媒式水素処理設備のケーシング内に配置される。触媒カートリッジの相互間は、触媒水素処理設備内に流入したガスが流れる通路となる。 A plurality of plate-shaped catalyst cartridges filled with a catalyst are arranged in a casing of a catalytic hydroprocessing facility with a predetermined interval therebetween. Between the catalyst cartridges is a passage through which the gas flowing into the catalytic hydrogen treatment facility flows.
発明者らは、ヨウ素のガス成分およびミスト成分を含むガスが触媒式水素処理設備内で流動している状態を検討した。図4を用いて、その検討結果を説明する。上記した複数の触媒カートリッジ3が触媒式水素処理設備のケーシング2内に相互間に間隔を置いて配置され、隣り合う触媒カートリッジ3間にガス通路5が形成される。冷却材喪失事故発生後において、原子炉格納容器内に存在する水素、酸素、およびヨウ素のガス成分およびミスト成分をそれぞれ含んでいるガスが、触媒式水素処理設備のケーシング2の下端に形成されたガス流入口から、触媒カートリッジ3の相互間に形成された各ガス通路5に流入する。
The inventors examined the state in which the gas containing the gas component and the mist component of iodine is flowing in the catalytic hydrogen treatment facility. The examination result will be described with reference to FIG. The plurality of
ミスト成分の粒径は、通常、0.1μm以上の大きさであり、ガス成分に比べ拡散性が著しく低下する。このような場合、ガス通路5内でのヨウ素の移行経路は周囲のガスの流れに支配される。ガス通路5の下部では流入したガスの流れが乱れており、ヨウ素のガス成分およびミスト成分が共に触媒カートリッジ3内の触媒に接触して触媒の表面に付着する。触媒の表面積のうちヨウ素が付着する表面積が増加するほど、触媒による水素処理性能が低下する。
The particle size of the mist component is usually 0.1 μm or more, and the diffusibility is significantly reduced as compared with the gas component. In such a case, the iodine transfer path in the
そこで、発明者らは、触媒カートリッジ3相互間に形成されたガス通路5内のガスの流れを整流することによって、触媒へのヨウ素の付着が抑制できることを見出した。特表平5−507553号公報および特開2004−100659号公報に記載されたように、触媒カートリッジ3の上流に整流板を配置することが考えられる。しかしながら、上流に整流板を配置して触媒カートリッジ3相互間のガス通路5に流入するガスの流れを整流したとしても、ヨウ素のガス成分は、ミスト成分に比べて拡散性が高いので、触媒カートリッジ3の触媒の表面に付着しやすい。
Therefore, the inventors have found that the adhesion of iodine to the catalyst can be suppressed by rectifying the gas flow in the
発明者らは、ミスト成分の触媒カートリッジの触媒への付着を抑制するために、触媒カートリッジの上流に配置する整流板をヨウ素吸着材で構成すれば良いことに気付いた。ヨウ素吸着材を充填したヨウ素吸着材カートリッジを触媒カートリッジの上流に配置した場合には、ヨウ素吸着材カートリッジ相互間にもガス通路(便宜的に、第1ガス通路という)が形成される。このガス通路に流入したガスの流れが乱されているため、そのガスに含まれたヨウ素のガス成分およびミスト成分がヨウ素吸着材カートリッジ内のヨウ素吸着材に吸着される。ミスト成分よりも拡散しやすいガス成分のヨウ素吸着材に吸着される量は、ミスト成分よりも多くなり、大部分のヨウ素のガス成分がヨウ素吸着材に吸着される。ヨウ素吸着材カートリッジ相互間のガス通路に流入したヨウ素のミスト成分の一部は、触媒カートリッジ相互間のガス通路(便宜的に、第2ガス通路という)に流入する。 The inventors have realized that in order to suppress the adhesion of mist components to the catalyst of the catalyst cartridge, the rectifying plate disposed upstream of the catalyst cartridge may be composed of an iodine adsorbing material. When the iodine adsorbent cartridge filled with the iodine adsorbent is disposed upstream of the catalyst cartridge, a gas passage (referred to as a first gas passage for convenience) is also formed between the iodine adsorbent cartridges. Since the flow of the gas flowing into the gas passage is disturbed, the iodine gas component and mist component contained in the gas are adsorbed by the iodine adsorbent in the iodine adsorbent cartridge. The amount adsorbed by the iodine adsorbent of the gas component that is easier to diffuse than the mist component is larger than that of the mist component, and most of the gas component of iodine is adsorbed by the iodine adsorbent. Part of the mist component of iodine that has flowed into the gas passage between the iodine adsorbent cartridges flows into the gas passage between the catalyst cartridges (referred to as a second gas passage for convenience).
第1通路を通過して第2通路に流入したガスの流れは、ヨウ素吸着材カートリッジによって整流されており、ミスト成分の拡散性が低いので、第2通路内をガスが流れている間に、触媒カートリッジの触媒に付着するミスト成分が極めて少なくなる。ヨウ素のガス成分の大部分がヨウ素吸着材カートリッジ内のヨウ素吸着材に吸着されるので、そのガス成分の触媒に付着する量も、極めて少なくなる。したがって、ヨウ素による触媒性能の低下がさらに抑制される。ヨウ素吸着材カートリッジは、ヨウ素吸着機能とガスの整流機能を有する。 The flow of the gas that has flowed into the second passage through the first passage is rectified by the iodine adsorbent cartridge, and since the diffusibility of the mist component is low, while the gas flows in the second passage, Mist components adhering to the catalyst of the catalyst cartridge are extremely reduced. Since most of the gas component of iodine is adsorbed by the iodine adsorbent in the iodine adsorbent cartridge, the amount of the gas component adhering to the catalyst is extremely small. Accordingly, a decrease in catalyst performance due to iodine is further suppressed. The iodine adsorbent cartridge has an iodine adsorption function and a gas rectification function.
以上の検討結果を反映した本発明の実施例を以下に説明する。 Examples of the present invention reflecting the above examination results will be described below.
本発明の好適な一実施例である原子炉格納容器の水素処理設備を、図1および図2を用いて説明する。 A hydrogen treatment facility for a reactor containment vessel which is a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
まず、本実施例の水素処理設備が設置される原子力プラントの一例である沸騰水型原子力プラントを、説明する。沸騰水型原子力プラントは、特開平11−94992号公報の図6に示すように、原子炉圧力容器を有する原子炉、および原子炉を取り囲む原子炉格納容器を備えている。原子炉格納容器内は、ドライウェルと圧力抑制室に隔離される。原子炉は、ドライウェルに配置され、原子炉格納容器内に設置されたペデスタルに据え付けられている。圧力抑制室内には、冷却水を充填した圧力抑制プールが存在する。ペデスタル内に形成されてドライウェルに一端が開放された複数のベント通路の他端が、圧力抑制プールの冷却水中に開口している。環状のγ線遮蔽体が、ペデスタルに設置され、原子炉圧力容器を取り囲む。主蒸気配管が、原子炉圧力容器に接続され、原子炉格納容器を貫通してタービンまで達している。 First, a boiling water nuclear power plant that is an example of a nuclear power plant in which the hydrogen treatment facility of this embodiment is installed will be described. As shown in FIG. 6 of JP-A-11-94992, the boiling water nuclear power plant includes a nuclear reactor having a reactor pressure vessel and a reactor containment vessel surrounding the nuclear reactor. The reactor containment vessel is isolated by a dry well and a pressure suppression chamber. The nuclear reactor is placed in a dry well and is installed on a pedestal installed in the reactor containment vessel. In the pressure suppression chamber, there is a pressure suppression pool filled with cooling water. The other ends of the plurality of vent passages formed in the pedestal and having one end opened to the dry well are open to the cooling water of the pressure suppression pool. An annular gamma ray shield is installed on the pedestal and surrounds the reactor pressure vessel. A main steam line is connected to the reactor pressure vessel and passes through the reactor containment to reach the turbine.
本実施例の水素処理設備1は、特開平11−94992号公報に記載されるように、ドライウェル、および圧力抑制室内で圧力抑制プールの冷却水液面より上方の空間内で複数の位置に設置される。この水素処理設備1の構成を具体的に説明する。
As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-94992, the
水素処理設備1は、ケーシング2、複数の触媒カートリッジ3およびヨウ素吸着材カートリッジ4を有する。触媒カートリッジ3は、内部に触媒を充填しており、板状になっている。複数の触媒カートリッジ3が、ケーシング2内に設置され、ケーシング2の1つの側面からこの側面と対向する他の側面に向って、平行に並んで配置されている。触媒カートリッジ3の相互間には、図2に示すように、所定幅のガス通路5が形成される。触媒は、粒状であり、多孔質の金属担体の表面に無機酸化物、例えば酸化アルミナを担持し、酸化アルミナの表面に触媒金属である白金を添着して構成される金属触媒である。金属触媒の替りに、多孔質の無機酸化物、例えば、多孔質のアルミナの担体の表面に金属触媒を添着して構成される無機酸化物触媒を用いてもよい。触媒金属としては、白金の替りに、パラジウムを用いてもよい。
The
ヨウ素吸着材カートリッジ4は、ヨウ素吸着材を内部に充填して、板状になっている。ヨウ素吸着材としては、比表面積の大きな粒状の活性炭が用いられる。活性炭以外に、ヨウ素吸着材として、一部に銅や銅合金を含む吸着材、またはパラジウムおよび白金などの貴金属を含む吸着材を用いてもよい。複数のヨウ素吸着材カートリッジ4が、触媒カートリッジ3と同様に、ケーシング2内に設置され、ケーシング2の1つの側面からこの側面と対向する他の側面に向って、平行に並んで配置されている。各々のヨウ素吸着材カートリッジ4は、触媒カートリッジ3の上流側で各触媒カートリッジ3の真下にそれぞれ配置されており(図2参照)、ヨウ素吸着材カートリッジ4の横断面積および横断面形状は、触媒カートリッジ3のそれらと同じである。ヨウ素吸着材カートリッジ4の相互間には、図2に示すように、所定幅を有するガス通路5が形成される。ヨウ素吸着材カートリッジ4の相互間に形成されたガス通路5の幅は、触媒カートリッジ3の相互間に形成されたガス通路5の幅と同じある。
The iodine adsorbent cartridge 4 is plate-shaped with an iodine adsorbent filled therein. As the iodine adsorbent, granular activated carbon having a large specific surface area is used. In addition to activated carbon, as an iodine adsorbent, an adsorbent partially containing copper or a copper alloy, or an adsorbent containing a noble metal such as palladium and platinum may be used. Similar to the
ケーシング2の底部にはガス流入口7が形成され、このガス流入口7はヨウ素吸着材カートリッジ4の相互間に形成されたガス通路5に連絡される。ケーシング2の上端部の側面に、ガス流出口8が形成されている。触媒カートリッジ3の相互間に形成されたガス通路5は、ケーシング2内で触媒カートリッジ3の上方に形成される内部空間6に連絡され、この内部空間6はガス流出口8に連絡される。
A
原子炉格納容器内の複数箇所に本実施例の水素処理設備1を配置した沸騰水型原子力プラントにおいて、プラントの運転中に、例えば、原子炉格納容器内の主蒸気配管が破断して原子炉圧力容器内の冷却材が原子炉格納容器内に噴出する冷却材喪失事故が発生したことを想定する。原子炉圧力容器内の高温高圧の冷却水が、主蒸気配管の破断箇所から高温の蒸気となって原子炉格納容器のドライウェル内に噴出する。噴出する蒸気は、水素、酸素およびヨウ素を含んでいる。
In a boiling water nuclear power plant in which the
ドライウェルに噴出された蒸気は、ペデスタルの内部に形成されたベント通路を通って圧力抑制プールの冷却水中に噴出されて、凝縮される。このような蒸気の凝縮によって、冷却材喪失事故時に、原子炉格納容器内の圧力上昇が抑制される。 The steam ejected to the dry well is ejected into the cooling water of the pressure suppression pool through the vent passage formed inside the pedestal and condensed. Such steam condensation suppresses the pressure increase in the containment vessel in the event of a coolant loss accident.
水素および酸素は、原子炉圧力容器内で冷却水の放射線分解によって生成される。さらに、冷却材喪失事故時において、燃料集合体の燃料棒の温度が上昇し、燃料棒の被覆管のジルコニウムと水が反応して水素ガスが発生する。このようにして生成された水素および酸素が、主蒸気配管の破断箇所からドライウェル内に放出される蒸気に含まれている。なお、冷却材喪失事故が生じたときには、非常用炉心冷却系の作動により原子炉圧力容器内の炉心に冷却水が注水されて、炉心内の燃料集合体に含まれる複数の燃料棒の冷却が行われ、燃料棒の溶融を防いでいる。 Hydrogen and oxygen are produced by radiolysis of cooling water in the reactor pressure vessel. Further, at the time of the coolant loss accident, the temperature of the fuel rod of the fuel assembly rises, and zirconium and water in the cladding tube of the fuel rod react to generate hydrogen gas. The hydrogen and oxygen generated in this way are contained in the steam released into the dry well from the broken portion of the main steam pipe. When a coolant loss accident occurs, cooling water is injected into the core in the reactor pressure vessel by the operation of the emergency core cooling system, and cooling of the plurality of fuel rods included in the fuel assembly in the core is performed. This is done to prevent the fuel rod from melting.
水素、酸素、ヨウ素および蒸気を含むドライウェル内の窒素ガスが、ドライウェルに配置された水素処理設備1に流入する。具体的には、このガスは、ガス流入口7からヨウ素吸着材カートリッジ4の相互間に形成されたそれぞれのガス通路5に流入する。ガスは、ヨウ素のガス成分およびミスト成分を含んでいる。
Nitrogen gas in the dry well containing hydrogen, oxygen, iodine and steam flows into the
水素処理設備1内の各ガス通路5におけるガスの流動状態を、図2を用いて説明する。ヨウ素吸着材カートリッジ4の下端の位置I0からヨウ素吸着材カートリッジ4の上端の位置(触媒カートリッジ3の下端の位置)I1の間で、ヨウ素吸着材カートリッジ4の相互間に形成されたガス通路5(第1ガス通路という)に流入したガスに含まれた、ヨウ素の、拡散性が高いガス成分、およびヨウ素の、拡散性の低いミスト成分は、第1ガス通路の下部ではガスの流れが乱れている関係上、共に、ヨウ素吸着カートリッジ4に充填されたヨウ素吸着材に吸着され、ガスから除去される。第1ガス通路の上部では、ヨウ素吸着カートリッジ4の作用によって整流されたガスが流れるため、拡散性の高い、ヨウ素のガス成分はヨウ素吸着カートリッジ4内のヨウ素吸着材に吸着されて除去される。しかしながら、第1ガス通路の上部を流れるガスに含まれた、拡散性の低い、ヨウ素のミスト成分は、整流されたガスと共に流れて、拡散によりヨウ素吸着材表面に到達しずらくなり、ヨウ素吸着材に吸着されにくくなる。
A gas flow state in each
このため、ヨウ素吸着材に吸着されなかった、ヨウ素のミスト成分が、位置I1から触媒カートリッジ3の上端の位置I2の間で、触媒カートリッジ3の相互間に形成されたガス通路5(第2ガス通路という)内に流入する。第2ガス通路内を流れるガスが各ヨウ素吸着カートリッジ4の作用によって整流されており、ヨウ素のミスト成分の拡散性が低いので、第2ガス通路内を流れているガスに含まれたそのミスト成分が、触媒カートリッジ3内の触媒表面に接触する確率が非常に小さくなる。このため、触媒表面に付着するヨウ素が著しく少なくなる。
For this reason, the mist component of iodine, which has not been adsorbed by the iodine adsorbent, is formed between the
第2通路内を流れているガスに含まれた水素および酸素は、触媒カートリッジ3内の触媒の作用により再結合反応を生じて水になる。水素処理設備1内に流入したガスがヨウ素を含んでいる場合でも、水素処理設備1では、第2ガス通路を確定する触媒カートリッジ3内の触媒へのヨウ素の付着が著しく抑制されるので、触媒による水素の処理性能の低下を著しく抑制することができる。第2通路から内部空間6に排出された、水素濃度およびヨウ素濃度が低下したガスは、ガス流出口8から水素処理設備1の外部のドライウェル内に排出される。ドライウェル内のガスは、水素処理設備1内のガス通路5とドライウェルの間を循環するので、ドライウェル内の水素および酸素の濃度が低下する。
Hydrogen and oxygen contained in the gas flowing in the second passage cause water to be recombined by the action of the catalyst in the
圧力抑制室内に配置された水素処理設備1も、圧力抑制プールの冷却水の液面上方の空間に存在している水素を処理する。この空間に存在するガスがヨウ素を含んでいる場合には、このヨウ素のガス成分は、ヨウ素吸着カートリッジ4内のヨウ素吸着材に吸着される。ベント通路から圧力抑制プールの冷却水中に放出される蒸気は、窒素ガス、水素および酸素の非凝縮性ガスを含んでおり、この非凝縮性ガスは、圧力抑制室内の、冷却水液面上方の空間に蓄積される。非凝縮性ガスに含まれた水素は、圧力抑制室内に配置された水素処理設備1によって上記したように処理される。
The
本実施例の水素処理設備1におけるヨウ素の触媒への付着状況を、発明者らは、実験によって確認した。この実験結果を、図3に示す。実験に用いた水素処理設備1のガス流入口に、水素、酸素およびヨウ素を含む試験用ガスを供給し、ヨウ素吸着材カートリッジ相互間に形成されたそれぞれの第1ガス通路に供給した。試験用ガスに含まれるヨウ素は、ガス成分およびミスト成分を含んでいる。図3では、位置I0でのガス中におけるヨウ素のガス成分およびミスト成分のそれぞれの濃度を100%にしており、位置I0との位置I2の間の各位置でのガス濃度およびミスト濃度は、位置I0でのそれぞれの濃度に対する相対濃度で示している。
The inventors confirmed the state of adhesion of iodine to the catalyst in the
ヨウ素吸着カートリッジ4相互間に形成される第1ガス通路内を流れる試験用ガスに含まれるヨウ素のミスト成分の濃度が、ヨウ素吸着カートリッジ4と触媒カートリッジ3の境界の位置である位置I1で約40%に低減されるのに対して、ヨウ素のガス成分の濃度は位置I1で約18%まで低下する。ヨウ素吸着カートリッジ4の設置により、第1ガス通路内に流入したガスに含まれるヨウ素のガス成分は、触媒カートリッジ3の相互間に形成される第2ガス通路に流入する時点で約82%低減される。第1ガス通路内に流入したガスに含まれるヨウ素のミスト成分は、第2ガス通路に流入する時点で約60%低減される。
The concentration of the mist component of iodine contained in the test gas flowing in the first gas passage formed between the iodine adsorption cartridges 4 is approximately at a position I 1 that is the position of the boundary between the iodine adsorption cartridge 4 and the
第2ガス通路に流入する時点においてガスに含まれるミスト成分の相対濃度はガス成分のその濃度よりも大きくなっているが、ガスが第2通路内を流れる間に触媒カートリッジ3の触媒表面に付着するヨウ素のミスト成分の濃度は、僅か8.3%である。ガスが第2通路内を流れる間に触媒カートリッジ3の触媒表面に付着するヨウ素のガス成分の濃度は、11.4%である。このように、触媒表面に付着するヨウ素が著しく抑制される。このため、触媒の水素処理性能をより長く保持することができる。なお、本実施例において、例えば、第2ガス通路に流入するヨウ素の濃度のうちガス成分の濃度が50%、ミスト成分の濃度が50%であるとしたとき、触媒カートリッジ3の触媒表面に付着するガス成分の絶対濃度は約4%であり、ミスト成分の絶対濃度は約6%になる。
When the gas flows into the second gas passage, the relative concentration of the mist component contained in the gas is higher than the concentration of the gas component, but it adheres to the catalyst surface of the
本発明の他の実施例である原子炉格納容器の水素処理設備を、図5を用いて説明する。本実施例の水素処理設備1Aは、実施例1の水素処理設備1と実質的に同じ構成、すなわち、ケーシング2、複数の触媒カートリッジ3およびヨウ素吸着材カートリッジ4を有する。本実施例の水素処理設備1Aは、実施例1の水素処理設備1よりも、ヨウ素による触媒の水素処理性能の劣化をより有効に抑制することができる。これは、整流板であるヨウ素吸着カートリッジ4の相互間の幅(第2ガス通路の幅)dに対する上下方向におけるヨウ素吸着カートリッジ4の高さLの比(L/d)を、適切に設定することによって可能になった。
A hydrogen treatment facility for a reactor containment vessel according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
発明者らは、比L/dと、触媒カートリッジ部(触媒カートリッジ3)におけるヨウ素吸着率の関係を実験により確認した。この実験結果を図6に示す。この実験結果により、発明者らは、比L/dが0以上で5未満の範囲ではヨウ素吸着率が低下するが、比L/dが5以上の領域では、触媒カートリッジ部(触媒カートリッジ3)におけるヨウ素吸着率は、ほぼ一定になることを新たに見出した。このため、比L/dを5以上に設定すると良い。また、水素処理設備を原子炉格納容器内に設置することを考慮すれば、比L/dは200以下にすると良い。したがって、比L/dは、5〜200の範囲内の値にすれば良い。 The inventors confirmed the relationship between the ratio L / d and the iodine adsorption rate in the catalyst cartridge part (catalyst cartridge 3) by experiments. The result of this experiment is shown in FIG. From this experimental result, the inventors have found that the iodine adsorption rate decreases when the ratio L / d is 0 or more and less than 5, but in the region where the ratio L / d is 5 or more, the catalyst cartridge portion (catalyst cartridge 3). It was newly found that the iodine adsorption rate in the sample was almost constant. For this reason, the ratio L / d is preferably set to 5 or more. In consideration of installing the hydrogen treatment facility in the reactor containment vessel, the ratio L / d is preferably 200 or less. Therefore, the ratio L / d may be a value within the range of 5 to 200.
本実施例では、比L/dが、例えば、20であり、dは1cm、Lは20cmである。このとき、触媒カートリッジ3の触媒のヨウ素吸着率は約20%に低減される。
In this embodiment, the ratio L / d is 20, for example, d is 1 cm, and L is 20 cm. At this time, the iodine adsorption rate of the catalyst of the
本実施例は、実施例1で生じる各効果を得ることができる。さらに、比L/dが20であるので、ヨウ素による触媒の水素処理性能の低下を抑制することができる。 In the present embodiment, each effect produced in the first embodiment can be obtained. Furthermore, since the ratio L / d is 20, it is possible to suppress a decrease in the hydrogen treatment performance of the catalyst due to iodine.
前述の各実施例の水素処理設備は、加圧水型原子力プラントの原子炉格納容器内に設置してもよい。 The hydrogen treatment facility of each of the above-described embodiments may be installed in a reactor containment vessel of a pressurized water nuclear plant.
1,1A…水素処理設備、2…ケーシング、3…触媒カートリッジ、4…ヨウ素吸着材カートリッジ、5…ガス通路、7…ガス流入口、8…ガス排出口。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記触媒カートリッジが前記ヨウ素吸着材カートリッジと連続して配置され、
前記ヨウ素吸着材カートリッジは、前記第1ガス通路内に流れるガスの流れを整流する整流機能を有し、
前記第1ガス通路が前記第2ガス通路に連絡され、前記触媒カートリッジの横断面の形状が前記ヨウ素吸着材カートリッジの横断面の形状と同じであることを特徴とする原子炉格納容器の水素処理設備。 A casing in which a gas inlet is formed at the lower end and a gas outlet is formed at the upper end, and a catalyst that is installed in the casing and reacts with hydrogen and oxygen are filled and communicated with the gas outlet. A plurality of catalyst cartridges having a second gas passage formed therein, and disposed immediately below each of the catalyst cartridges in the casing, and filled with iodine adsorbent to form a first gas passage at the gas inlet between them. A plurality of iodine adsorbent cartridges,
The catalyst cartridge is disposed continuously with the iodine adsorbent cartridge;
The iodine adsorbent cartridge, have a rectifying function for rectifying a flow of gas flowing through the first gas passage,
The hydrogen treatment of a reactor containment vessel, wherein the first gas passage is connected to the second gas passage, and the shape of the cross section of the catalyst cartridge is the same as the shape of the cross section of the iodine adsorbent cartridge Facility.
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