JP5843688B2

JP5843688B2 - 水素除去システム

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Publication number: JP5843688B2
Application number: JP2012098678A
Authority: JP
Inventors: 池田　浩; 浩池田; 正室伏; 由樹子楢原; 慶拓石川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2032-04-24
Also published as: JP2013228218A

Description

本発明の実施形態は、原子炉建屋内に蓄積した水素ガスを除去する水素除去システムに関する。

原子力プラントにおいては、水の放射性分解によって微量の水素が発生する他、事故時に金属と反応して水素が発生する可能性がある。水素と酸素が存在する雰囲気下で可燃濃度に達した場合は水素が燃焼する恐れがあり、濃度によっては衝撃波をともなう爆轟のリスクが存在する。そのため、原子炉格納容器内の水素を除去するために水素除去システムが設けられている。

なお、水素除去システムを備えた原子力プラントにおいて、ヒータを用いずに触媒によって水素を反応させて、格納容器内の水素を除去することによって水素爆発を防止できる技術等が開示されている。

特開平１０−２００８４号公報

上述したような水素除去システムにおいては、原子炉格納容器内で発生した少量の水素は除去することができるが、原子炉建屋に蓄積した水素を除去するためのシステムではなかった。また、原子炉格納容器と同様のシステムを原子炉建屋に設置した場合でも、大量の水素を除去することが困難であり、例えば外部電源喪失などの緊急事態により電気エネルギーの供給がなくなると水素除去の動作がさらに困難になるという問題があった。そして、原子炉建屋内には酸素（空気）があるため、このような事態などに原子炉建屋内に可燃下限界を超える水素ガスが蓄積されると、水素爆発を起こす可能性がある。

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、原子炉建屋内に蓄積した水素ガスを除去することができる水素除去システムを提供することである。

上記課題を解決するために、一つの実施形態の水素除去システムは、原子炉格納容器を収容する原子炉建屋に蓄積した水素ガスを除去する水素除去システムである。当該水素除去システムは、開口を有した容器と、前記容器内に前記原子炉建屋内の天井に蓄積した水素ガスを取り込む集風配管部と、前記容器内に雰囲気中の空気を取り込む空気取込部と、前記集風配管部を介して取り込まれた水素ガスおよび前記空気取込部を介して取り込まれた酸素ガスの反応を促進させる触媒と、前記容器に前記集風配管部の延端が接続されて前記集風配管部を介して水素ガスを取り込み可能で、前記容器に前記空気取込部の延端が接続されて前記空気取込部を介して空気を取り込み可能に形成され、前記触媒を前記容器に収容する再結合器と、を備え、前記集風配管部は、前記原子炉建屋内の天井に蓄積した水素ガスを取り込み可能に前記天井に沿って、一端に集風入口が設けられ、他端に集風出口が設けられて配置された配管であり、前記空気取込部は、雰囲気中の空気を取り込み可能に空気取込口が設けられ、前記取り込んだ空気を排気可能な空気排気口が設けられた配管であり、前記再結合器は、前記容器に前記集風出口の延端が接続されて前記集風出口を介して前記再結合器が水素ガスを取り込み可能で、前記容器に前記空気排気口の延端が接続されて前記空気排気口を介して前記再結合器が空気を取り込み可能に形成され、前記集風配管部に取り込まれる水素ガスの流路方向に対して垂直な断面が、前記集風配管部の途中または前記集風出口から前記集風入口に近くなるに従って大きくなるように形成されたことを特徴とする。
また、他の一つの実施形態の水素除去システムは、原子炉格納容器を収容する原子炉建屋に蓄積した水素ガスを除去する水素除去システムであって、開口を有した容器と、前記容器内に前記原子炉建屋内の天井に蓄積した水素ガスを取り込む集風配管部と、前記容器内に雰囲気中の空気を取り込む空気取込部と、前記集風配管部を介して取り込まれた水素ガスおよび前記空気取込部を介して取り込まれた酸素ガスの反応を促進させる触媒と、前記容器に前記集風配管部の延端が接続されて前記集風配管部を介して水素ガスを取り込み可能で、前記容器に前記空気取込部の延端が接続されて前記空気取込部を介して空気を取り込み可能に形成され、前記触媒を前記容器に収容する再結合器と、を備え、前記集風配管部は、前記原子炉建屋内の天井に蓄積した水素ガスを取り込み可能に前記天井に沿って、一端に集風入口が設けられ、他端に集風出口が設けられて配置された配管であり、前記空気取込部は、雰囲気中の空気を取り込み可能に空気取込口が設けられ、前記取り込んだ空気を排気可能な空気排気口が設けられた配管であり、前記再結合器は、前記容器に前記集風出口の延端が接続されて前記集風出口を介して前記再結合器が水素ガスを取り込み可能で、前記容器に前記空気排気口の延端が接続されて前記空気排気口を介して前記再結合器が空気を取り込み可能に形成され、かつ、前記集風入口の近傍の水素ガスを検知する水素ガスセンサと、一端が前記再結合器に接続され、他端が前記原子炉建屋の側壁を貫通して前記原子炉建屋外に突出して、放射線を除去する放射線除去フィルタと、前記水素ガスセンサの検知信号に応じて開閉可能な弁とを有する排気配管部と、をさらに備え、前記水素ガスセンサにより前記水素ガスが検知されると、前記排気配管部を介して前記弁の開閉によって前記排気配管部から前記再結合器に取り込まれたガスの一部または全部を前記原子炉建屋外に排出することを特徴とする。
また、さらに他の一つの実施形態の水素除去システムは、原子炉格納容器を収容する原子炉建屋に蓄積した水素ガスを除去する水素除去システムであって、開口を有した容器と、前記容器内に前記原子炉建屋内の天井に蓄積した水素ガスを取り込む集風配管部と、前記容器内に雰囲気中の空気を取り込む空気取込部と、前記集風配管部を介して取り込まれた水素ガスおよび前記空気取込部を介して取り込まれた酸素ガスの反応を促進させる触媒と、前記容器に前記集風配管部の延端が接続されて前記集風配管部を介して水素ガスを取り込み可能で、前記容器に前記空気取込部の延端が接続されて前記空気取込部を介して空気を取り込み可能に形成され、前記触媒を前記容器に収容する再結合器と、を備え、前記集風配管部は、前記原子炉建屋内の天井に蓄積した水素ガスを取り込み可能に前記天井に沿って、一端に集風入口が設けられ、他端に集風出口が設けられて配置された配管であり、前記空気取込部は、雰囲気中の空気を取り込み可能に空気取込口が設けられ、前記取り込んだ空気を排気可能な空気排気口が設けられた配管であり、前記再結合器は、前記容器に前記集風出口の延端が接続されて前記集風出口を介して前記再結合器が水素ガスを取り込み可能で、前記容器に前記空気排気口の延端が接続されて前記空気排気口を介して前記再結合器が空気を取り込み可能に形成され、前記集風配管部と連結し、前記集風入口に前記原子炉建屋内の雰囲気中のガスを吸い込むファンと、少なくとも前記ファンを駆動する補助電源としての燃料電池と、をさらに備え、前記集風入口から取り入れたガスを前記燃料電池に送る燃料電池配管が設けられたことを特徴とする。
また、さらに他の一つの実施形態の水素除去システムは、原子炉格納容器を収容する原子炉建屋に蓄積した水素ガスを除去する水素除去システムであって、開口を有した容器と、前記容器内に前記原子炉建屋内の天井に蓄積した水素ガスを取り込む集風配管部と、前記容器内に雰囲気中の空気を取り込む空気取込部と、前記集風配管部を介して取り込まれた水素ガスおよび前記空気取込部を介して取り込まれた酸素ガスの反応を促進させる触媒と、前記容器に前記集風配管部の延端が接続されて前記集風配管部を介して水素ガスを取り込み可能で、前記容器に前記空気取込部の延端が接続されて前記空気取込部を介して空気を取り込み可能に形成され、前記触媒を前記容器に収容する再結合器と、を備え、前記原子炉建屋が複数の階に区分された複数の天井を有する構造であり、前記空気取込部と前記集風配管部とが前記複数の天井のいずれかの天井で隔てられ、前記空気取込部は前記天井の上の階の床面近くに設置され、前記集風配管部は前記天井付近に設置されたことを特徴とする。

本発明に係る実施形態の水素除去システムによれば、原子炉建屋内に蓄積した水素ガスを除去することができる。

本発明に係る水素除去システムを原子炉建屋に適用する第１の実施形態の全体構成を示す立断面図。図１に示す水素除去システムの構造の一例を示す斜視図。本発明に係る水素除去システムを原子炉建屋に適用する第２の実施形態の全体構成を示す立断面図。本発明に係る水素除去システムを原子炉建屋に適用する第３の実施形態の全体構成を示す立断面図。本発明に係る水素除去システムを原子炉建屋に適用する第４の実施形態の全体構成を示す立断面図。本発明に係る水素除去システムを原子炉建屋に適用する第５の実施形態の全体構成を示す立断面図。本発明に係る水素除去システムを原子炉建屋に適用する第６の実施形態の全体構成を示す立断面図。本発明に係る水素除去システムを原子炉建屋に適用する第７の実施形態の全体構成を示す立断面図。

以下、本発明に係る実施形態の水素除去システムについて、図面を参照して具体的に説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。ここで説明する下記の実施形態はいずれも、水素除去システムを、原子炉格納容器を収容する原子炉建屋に適用する場合の例について説明する。

［第１の実施形態］
以下、本発明に係る水素除去システムを原子炉建屋に適用する第１の実施形態について、図１ないし図２を参照して説明する。図１は第１の実施形態の水素除去システムの全体構成を示す立断面図であり、図２は図１に示す水素除去システムの構造の一例を示す斜視図である。

第１の実施形態の水素除去システムにおいて、図１に示すように、例えば当該システムが対象とする原子炉建屋１には圧力容器３を格納する原子炉格納容器２が設置され、原子炉格納容器２には圧力抑制室５が設けられている。本実施形態の水素除去システムは、例えばこのような原子炉建屋１に蓄積した水素ガス２０を除去する水素除去システムである。なお、原子炉建屋１は、図１に示すように、例えば６階建ての建屋であり、最上階の天井１０１、次の階の天井１０２〜最も低い階の天井１０６を有している。

第１の実施形態の水素除去システムは、図１に示すように、再結合器８、集風配管部１０、冷却ジャケット１８、および空気取込配管部１９を備えている。

図２に、図１に示す再結合器８、集風配管部１０、冷却ジャケット１８、および空気取込配管部１９の構造の一例を示す。

集風配管部１０は、図１に示すように、原子炉建屋１内の天井に滞留（蓄積）した水素ガス２０を取り込み可能に天井に沿って配管されている。すなわち、集風配管部１０は、天井を沿う方向（水平方向）に長くされている。集風配管部１０は、例えば原子炉建屋１内の最上階の天井１０１に隣接して配置されている。

さらに、集風配管部１０には、図２に示すように、この集風配管部１０の一端に集風入口１１０が設けられている。また、集風配管部１０の他端に集風出口１１１が設けられている。

図２では、集風配管部１０において、取り込まれる水素ガスの流路方向に対する断面が例えば水平方向に長い長方形状とされている。集風配管部１０の断面において、集風入口１１０よりの断面積が集風出口１１１よりの断面積に比べて大きくされている。例えば、集風配管部１０の断面積が集風入口１１０側から集風出口１１１側付近もしくはその途中までの集風配管部１０を移動するに従って、小さくなるように形成される。

このような構造により、水素ガス（Ｈ_２）が集風入口１１０から取り込まれてその勢いを増して集風出口１１１から排出される。これにより、集風配管部１０において、原子炉建屋１内の天井に滞留した水素ガス２０の取り込みを効率よく行うことができる。

空気取込配管部１９は、図１に示すように、原子炉建屋１内の雰囲気中の酸素ガス（Ｏ_２）を含む空気を取り込み可能に、例えば最上階の天井１０１に配置された集風配管部１０よりも下方の位置に配管される。

さらに、空気取込配管部１９には、図２に示すように、空気取込配管部１９の一端に原子炉建屋１内の雰囲気中の空気（酸素ガスを含む）を取り込み可能な空気取込口１９０、および、空気取込配管部１９の他端に取り込んだ空気を排気可能な空気排気口１９１が設けられている。

再結合器８は、開口を有した容器に形成されている。例えば、再結合器８は、図１に示すように、原子炉建屋１内の側壁または側壁付近に取り付けられる。図２に示すように、この再結合器８の一端側で冷却ジャケット１８の開口部１８１と連結され、再結合器８の他端側で天井１０１に配置された集風配管部１０および空気取込配管部１９と連結される。

第１の実施形態の水素除去システムでは、図２に示すように、例えば再結合器８には集風配管部１０の集風出口１１１の延端、および、空気取込配管部１９の空気排気口１９１の延端の各々に連結されている。

再結合器８は、図２に示すように、連結された集風配管部１０の集風出口１１１を介して主に取り込まれた水素ガスＹＡおよび連結された空気取込配管部１９の空気排気口１９１を介して主に取り込まれた酸素ガスＹＢの反応を促進させる触媒８１を、収容する。

前述した図２で示す構造の例が、図１に示すように、原子炉建屋１の最上階の天井１０１には集風配管部１０が取り付けられ（配置され）、再結合器８に接続（連結）されている。同様に、再結合器８には、酸素ガスを取り込むために空気取込配管部１９が接続されている。また、再結合器８の下方に冷却ジャケット１８が設置されている。

冷却ジャケット１８は、再結合器８の開口された一端を覆うように開口部１８１を有した保水性のある容器から形成されている。冷却ジャケット１８は、図２に示すように、その開口部１８１から再結合器８において水素ガスＹＡおよび酸素ガスＹＢの結合により生成された水ＹＣを取り入れて、保水する。

冷却ジャケット１８には、水などの冷却媒体１８２が予め収容されている。この冷却ジャケット１８の開口部１８１は、再結合器８で生成された水を取り込むために、再結合器８の一端側の開口された部分を覆うか、または連結等されている。

このように構成された第１の実施形態において、密度の小さい水素ガス２０は原子炉建屋１の最上階の天井１０１付近に蓄積しやすいため、図１に示すように、天井１０１に設置された集風配管部１０を通って再結合器８の上方から流入する。

そして、集風配管部１０よりも下方に位置する空気取込配管部１９から主に取り入れられた空気中の酸素ガスと、集風配管部１０から主に取り入れられた水素ガスとが、再結合器８において界面を形成する。

再結合器８内には、前述したように、水素と酸素との反応を活性化させるための触媒８１が充填されており、この触媒８１の反応を促進させる効果によって、この界面での結合反応により水または水蒸気が生成される。水蒸気は冷却ジャケット１８によって凝縮されて水となって、これらの水は冷却ジャケット１８内で保水される。

触媒８１は、例えば白金や、パラジウムなどである。この触媒８１において、表面積をできるだけ大きくとれるように、再結合器８は例えばビー玉のような球状に形成された触媒を多数充填して収容している。

以上説明したように、第１の実施形態の水素除去システムによれば、原子炉建屋１内の天井１０１に沿って集風配管部１０を配置し、再結合器８で集風配管部１０から主に取り入れた水素ガス２０と空気取込配管部１９から主に取り入れた雰囲気中の酸素ガスを触媒８１によって反応させ、水（または水蒸気）を生成する。

したがって、第１の実施形態によれば、原子炉建屋１の天井１０１付近に蓄積した水素ガス２０を除去することができるため、原子炉建屋１内での水素爆発を抑制する効果を有する。

また、第１の実施形態によれば、ファン等の電源を必要とする強制循環機器を備えなくとも、水素ガスを除去することができる。

なお、第１の実施形態では、図１に示すような原子炉建屋１内において、原子炉建屋１の天井１０１付近に蓄積した水素ガス２０を除去する例で示したが、天井１０２〜天井１０６付近に蓄積した水素ガスを除去するために、同様にそれらの付近に一又は複数の箇所に設置してもよい。

［第２の実施形態］
次に、本発明に係る水素除去システムを原子炉建屋に適用する第２の実施形態について、図３を用いて説明する。図３は第２の実施形態の水素除去システムの全体構成を示す立断面図である。なお、図３では第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、また、以下では重複する説明は省略する。

第２の実施形態の水素除去システムは、第１の実施形態と比べて、原子炉建屋１の天井１０１付近に蓄積した水素ガス２０を再結合器８内に、さらに効率よく吸い込む手段としてファン６が接続されている。ファン６の駆動には電気エネルギーが必要であるが、例えば外部電源が喪失するような事態でもファン６が動作するように、原子炉建屋１の屋上に設置された再生可能エネルギーなどを供給源とする補助電源１２で動作する構成とする。

補助電源１２は、例えば太陽光発電および蓄電池などからなる電源であり、発電した直流電力を交流電力に変換するためにインバータ１７に接続される。また、集風配管部１０近傍には水素ガスセンサ１１を設置し、ファン６への電気供給のスイッチに信号を送れるように接続されている。

ファン６と再結合器８との間には、配管６１が接続されている。この配管６１を介して、ファン６により再結合器８内のガスが強制的に吐き出されるため、天井１０１付近に蓄積した水素ガス２０を集風配管部１０に強制的に取り込む流れを作ることができる。

第２の実施形態の水素除去システムでは、原子炉建屋１内で水素ガス２０が天井１０１付近に蓄積してくると、所定の濃度で水素ガスセンサ１１が水素ガス２０を感知し、ファン６に電気を供給するように信号を送ることによってファン６が駆動される。この所定の濃度は、水素ガスが爆発に至らない濃度で十分感知される。

所定の濃度は、例えば、可燃下限界の濃度を４ｖｏｌ％濃度とした場合に、検出濃度としてそれよりも十分低い値である１〜２ｖｏｌ％濃度等である。なお、所定の濃度は、水素ガスの可燃下限界の濃度、水素ガスセンサ１１の検出精度等の条件を考慮して定めてもよい。

補助電源１２によって駆動されたファン６により、集風配管部１０からさらに水素ガス２０が吸い込まれ、再結合器８内で空気取込配管部１９から取り込まれた酸素ガスと反応するので、再結合器８内に充填された触媒８１によって水素と酸素が反応して水蒸気または水が生成される。この水蒸気または水は、ファン６と冷却ジャケット１８との間に接続された配管６２を通り、冷却ジャケット１８に流入する。なお、水蒸気は冷却ジャケット１８の水によって凝縮されて水になり、これらを含めた水は冷却ジャケット１８に保水される。

以上説明したように、水素ガス２０が急激に発生した場合でも、再生可能エネルギーなどの補助電源１２によってファン６を駆動させて、強制的に水素ガス２０を集風配管部１０に吸い込むことができる。これにより、効率的に水素ガス２０を除去することができ、原子炉建屋１内での水素爆発を抑制する効果を有する。

なお、第２の実施形態では、図３に示すような原子炉建屋１内において、原子炉建屋１の天井１０１付近に蓄積した水素ガス２０を除去する例で示したが、天井１０２〜天井１０６付近に蓄積した水素ガスを除去するために、補助電源１２など以外を同様にそれらの付近に一又は複数の箇所に設置してもよい。

また、仮にファン６が駆動されなくとも、水素ガス２０を除去できなくなるわけではない。

［第３の実施形態］
次に、本発明に係る水素除去システムを原子炉建屋に適用する第３の実施形態について、図４を用いて説明する。図４は第３の実施形態の水素除去システムの全体構成を示す立断面図であり、図４の例では原子炉建屋１の最上階より２階下のフロアの下面に相当する天井１０３付近に水素ガス２０が蓄積しているものとする。

原子炉建屋１内において密度の小さい水素ガスは浮力で上昇するので、原子炉建屋１の最上階への移動経路があれば最上階に向かうが、例えば原子炉建屋１内のフロアにそのフロアより下の天井段差などによる滞留部があると最上階以外のフロアにも水素ガス蓄積の可能性がある。

第３の実施形態では、図４に示すように、この原子炉建屋１内の最上階以外の天井１０３に集風配管部１０を設置し、この天井１０３を挟んだ１つ上の階に再結合器８、同じく空気取込配管部１９および冷却ジャケット１８を設置している。天井１０３の付近に蓄積した水素ガス２０を取り込み可能なように、再結合器８の下部には、集風配管部１０が連結されている。

再結合器８は、例えば両端部が緩やかに湾曲した形状で、その両端部以外の部分が円筒状に形成された容器である。再結合器８の上方から酸素ガスを取り込み可能なように、その再結合器８の上部には、空気取込配管部１９が連結されている。これにより、空気取込配管部１９から取り込まれた酸素ガスは再結合器８に流入する。

また、この原子炉建屋１内の天井１０３に設置された集風配管部１０とその上階にある再結合器８とは、天井１０３を貫通して上方に延びる配管８２を介して再結合器８の下部で連結されている。これにより、集風配管部１０から取り込まれた水素ガス２０は、この配管８２を介して再結合器８に流入する。

再結合器８には、前述したような、酸素ガスと水素ガスの反応を活性化させる触媒８１が充填されている。また、再結合器８の一端の開口部から延びる配管８３が冷却ジャケット１８に連結されている。例えば、この配管８３を介して、酸素ガスと水素ガスの反応によって生成された水が再結合器８から冷却ジャケット１８に流入可能なように、配管８３の勾配や向きなどが決められる。

第３の実施形態によれば、最上階から２階下のフロア下面に相当する天井１０３の付近に蓄積された水素ガス２０は、集風配管部１０に流入すると浮力によって再結合器８の下方から流入してくる。再結合器８には原子炉建屋１内の雰囲気中の酸素が空気取込配管部１９から流入してくるので、再結合器８内において酸素と水素の界面で反応が起こり、水または水蒸気が発生する。なお、発生した水蒸気は冷却ジャケット１８によって凝縮して水になる。これらの水は、冷却ジャケット１８内に保水される。

図４に示すような原子炉建屋１内において、各階の水素濃度は天井に近いほど高く、床に近いほど低くなると考えられる。第３の実施形態では、例えば図４に示すように、空気取込配管部１９と集風配管部１０とが天井１０３で隔てられていて、空気取込配管部１９は天井１０３の上の階の水素濃度の低い床面近くに設置され、集風配管部１０は天井１０３の付近に設置される。なお、図４の例では、前述したように、天井１０３を隔てて設置されている場合を示したが、天井１０２、天井１０４〜天井１０６を隔てて設置されてもよく、これらの中の複数の天井を隔てて設置されてもよい。

以上説明したように、原子炉建屋１の最上階以外の天井（例えば図４に示す天井１０２〜１０６）で水素ガス２０が蓄積した場合には、上階のフロアなどに設置された再結合器８にその天井から水素ガス２０が浮力により流入してくるため、外部電源なしに水素ガス２０を除去することができ、原子炉建屋１内での水素爆発を抑制することができる。

さらに、第３の実施形態では、集風配管部１０を取り付けた天井１０３の１つ上の階に再結合器８を設置したが、その他の実施形態として、さらにその上の階がある場合には再結合器８をそこに（例えば天井１０２の上の階）設置し、その設置箇所まで上昇配管のみで集風配管部１０と再結合器８とを接続すれば同様の効果が得られる。

［第４の実施形態］
次に、本発明に係る水素除去システムを原子炉建屋に適用する第４の実施形態について、図５を用いて説明する。図５は第４の実施形態の水素除去システムの全体構成を示す立断面図である。なお、図５では第３の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、また、以下では重複する説明は省略する。

第４の実施形態の水素除去システムは、第３の実施形態と比べて、再結合器８の上部に原子炉建屋１の側壁を貫通する排気配管１４を連結している。また、集風配管部１０近傍に水素ガスセンサ１１を設置している。

排気配管１４は、水素ガス２０が所定の濃度より小さい通常時において、弁１３によって閉じられている。また、排気配管１４は、水素ガスセンサ１１によって水素ガス２０が所定の濃度以上になると感知されて弁１３が開くようになっている。弁１３が開いた場合に、再結合器８内のガスが、排気配管１４を介して原子炉建屋１外に排出される。

以上により、第４の実施形態の水素除去システムでは、原子炉建屋１内の天井１０３付近で水素ガス２０が急激に発生または増加し、再結合器８内に多量に水素ガス２０が流入することを水素ガスセンサ１１が感知した場合に、弁１３を開き、再結合器８内から排気配管１４を介して、原子炉建屋１内の蓄積した水素ガス２０を建屋外に排出させることができる。なお、原子炉建屋１外への排気配管１４には、放射線除去などガス浄化のための放射線除去フィルタが取り付けられる。

以上説明したように、第４の実施形態の水素除去システムは、前述した実施形態の除去手段とともにさらに原子炉建屋１外への排出手段を備える。これにより、再結合器８内が水素ガスで満たされて、蓄積した水素ガス２０が原子炉建屋１内の天井１０３付近に停滞し、酸素ガスとの反応が鈍くなるような場合にも、前述した実施形態の除去手段とともにさらに原子炉建屋１外への排出手段を備えているため、原子炉建屋１内に水素ガスが蓄積するのをさらに抑制することができる。よって、さらに原子炉建屋１内での水素爆発を抑制する効果を有する。

なお、第４の実施形態においても、第３の実施形態と同様に、他の天井１０２、天井１０４〜天井１０６付近に蓄積した水素ガスを除去する構成とできることは言うまでもない。

［第５の実施形態］
次に、本発明に係る水素除去システムを原子炉建屋に適用する第５の実施形態について、図６を用いて説明する。図６は第５の実施形態の水素除去システムの全体構成を示す立断面図である。なお、図６では第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、また、以下では重複する説明は省略する。

第５の実施形態の水素除去システムは、第１の実施形態と比べて、再結合器８の上部に原子炉建屋１の屋上を貫通する排気配管１４を連結して、集風配管部１０近傍に水素ガスセンサ１１を設置している。

原子炉建屋１外への排気配管１４には、例えば放射線除去などガス浄化のための放射線除去フィルタが取り付けられる。

第５の実施形態によれば、例えば天井１０１付近に水素ガス２０が急激に発生または増加し、再結合器８内に水素ガス２０が多量に流入することを水素ガスセンサ１１が感知した場合に、この検出信号を受けた弁１３が開き、再結合器８内から排気配管１４を介して、原子炉建屋１内の水素ガス２０が建屋外に排出される。

以上のように、第４の実施形態と同様に、蓄積した水素ガス２０が原子炉建屋１内に停滞し、酸素ガスとの反応が鈍くなるような場合にも、前述した実施形態の除去手段とともにさらに原子炉建屋１外への排出手段を備えているため、原子炉建屋１内に水素ガス２０が蓄積するのをさらに抑制することができる。よって、さらに原子炉建屋１内での水素爆発を抑制する効果を有する。

［第６の実施形態］
次に、本発明に係る水素除去システムを原子炉建屋に適用する第６の実施形態について、図７を用いて説明する。図７は第６の実施形態の水素除去システムの全体構成を示す立断面図である。なお、図７では第４の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、また、以下では重複する説明は省略する。

第６の実施形態の水素除去システムは、図７に示すように、再結合器８、集風配管部１０、水素ガスセンサ１１、弁１３、排気配管１４、煙突１５、冷却ジャケット１８、および空気取込配管部１９を備えている。

第６の実施形態の水素除去システムでは、第４の実施形態と比べて、原子炉建屋１の側面または側面付近に設けられた排気配管１４が側壁を貫通して、原子炉建屋１外の上方に延びる煙突１５と繋がっている。

第６の実施形態によれば、排気配管１４から放出された水素ガスは密度が小さいので、煙突１５の高さに相当する自然通風ヘッドによって、原子炉建屋１外へ水素ガスの排出が促進される。

また、空気取込配管部１９から酸素（空気）も再結合器８内に取り込みやすくなるため、再結合器８内での触媒８１による水素と酸素の反応も促進される。再結合器８内の酸素が増加してくると煙突１５による自然通風ヘッドは小さくなり、原子炉建屋１外への放出が再び少なくなる。

以上のように、第４および第５の実施形態と同様に、再結合器８内の過剰な水素ガスを原子炉建屋１外への排出手段と水素反応による除去手段を多重化してもつことで、さらに水素爆発を抑制する効果を有する。

［第７の実施形態］
次に、本発明に係る水素除去システムを原子炉建屋に適用する第７の実施形態について、図８を用いて説明する。図８は第７の実施形態の水素除去システムの全体構成を示す立断面図である。

第７の実施形態の水素除去システムでは、原子炉建屋１の最上階の天井１０１に集風配管部１０が設けられ、燃料電池１６が例えば原子炉建屋１の屋上に設置されている。この燃料電池１６には、大気中の酸素（空気）を吸い込むための屋外に設けられた空気取込配管部１９が接続されている。また、燃料電池１６には、原子炉建屋１の最上階の天井１０１に配置された集風配管部１０に連結されている配管１６１が接続されている。

配管１６１は、例えば天井１０１を貫通して原子炉建屋１の屋上に設置されている燃料電池１６に接続される。また、ファン６の吸込側には配管１６２が接続されて、その配管１６２は天井１０１を貫通して燃料電池１６に接続される。

燃料電池１６とインバータ１７とが電気的に接続され、インバータ１７とファン６とが電気的に接続されている。

すなわち、以上の構成によって、天井１０１付近に水素ガス２０が蓄積してきた場合に、この水素ガス２０の浮力によって配管１６１を介して燃料電池１６に水素が供給され、屋外に設けられた空気取込配管部１９から酸素ガスが取り込まれて、水素と酸素との化学反応から電気エネルギーが発生する。この発生した電気エネルギーが、燃料電池１６からインバータ１７に供給される。

この発生した電気エネルギーによる直流電力は、インバータ１７によって交流電力に変換されて、ファン６などの駆動に用いられる。水素が燃料電池１６に流入しないと電力を生じないが、水素ガス２０が蓄積した場合に、水素ガス２０が燃料電池１６に流入することによりファン６が駆動される。なお、直流電力で駆動可能なファン６が用いられる構成であってよい。

以上のように、第７の実施形態によれば、水素ガス２０が蓄積された場合のみ、補助電源（燃料電池１６）からファン６に電力が供給できるため、さらに効率よく水素ガス２０を除去することができる。これにより、さらに水素爆発を抑制する効果を有する。

なお、第７の実施形態では、図８に示すような原子炉建屋１内において、原子炉建屋１の天井１０１付近に蓄積した水素ガス２０を除去する例で示したが、天井１０２〜天井１０６付近に蓄積した水素ガスを除去するために、燃料電池１６など以外を同様にそれらの付近に一又は複数の箇所に設置してもよい。

［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、発電所などのプラント以外でも同様の原子炉建屋を有するプラントに適用できる。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形には、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…原子炉建屋、２…原子炉格納容器、３…圧力容器、５…圧力抑制室、６…ファン、８…再結合器、１０…集風配管部、１１…水素ガスセンサ、１２…補助電源、１３…弁、１４…排気配管、１５…煙突、１６…燃料電池、１７…インバータ、１８…冷却ジャケット、１９…空気取込配管部、２０…水素ガス、６１、６２、８２、８３、１６１、１６２…配管、８１…触媒、１１０…集風入口、１１１…集風出口、１８１…開口部、１８２…冷却媒体、１９０…空気取込口、１９１…空気排気口、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６…天井

Claims

原子炉格納容器を収容する原子炉建屋に蓄積した水素ガスを除去する水素除去システムであって、
開口を有した容器と、
前記容器内に前記原子炉建屋内の天井に蓄積した水素ガスを取り込む集風配管部と、
前記容器内に雰囲気中の空気を取り込む空気取込部と、
前記集風配管部を介して取り込まれた水素ガスおよび前記空気取込部を介して取り込まれた酸素ガスの反応を促進させる触媒と、
前記容器に前記集風配管部の延端が接続されて前記集風配管部を介して水素ガスを取り込み可能で、前記容器に前記空気取込部の延端が接続されて前記空気取込部を介して空気を取り込み可能に形成され、前記触媒を前記容器に収容する再結合器と、
を備え、
前記集風配管部は、前記原子炉建屋内の天井に蓄積した水素ガスを取り込み可能に前記天井に沿って、一端に集風入口が設けられ、他端に集風出口が設けられて配置された配管であり、
前記空気取込部は、雰囲気中の空気を取り込み可能に空気取込口が設けられ、前記取り込んだ空気を排気可能な空気排気口が設けられた配管であり、
前記再結合器は、前記容器に前記集風出口の延端が接続されて前記集風出口を介して前記再結合器が水素ガスを取り込み可能で、前記容器に前記空気排気口の延端が接続されて前記空気排気口を介して前記再結合器が空気を取り込み可能に形成され、
前記集風配管部に取り込まれる水素ガスの流路方向に対して垂直な断面が、前記集風配管部の途中または前記集風出口から前記集風入口に近くなるに従って大きくなるように形成された
ことを特徴とする水素除去システム。
原子炉格納容器を収容する原子炉建屋に蓄積した水素ガスを除去する水素除去システムであって、
開口を有した容器と、
前記容器内に前記原子炉建屋内の天井に蓄積した水素ガスを取り込む集風配管部と、
前記容器内に雰囲気中の空気を取り込む空気取込部と、
前記集風配管部を介して取り込まれた水素ガスおよび前記空気取込部を介して取り込まれた酸素ガスの反応を促進させる触媒と、
前記容器に前記集風配管部の延端が接続されて前記集風配管部を介して水素ガスを取り込み可能で、前記容器に前記空気取込部の延端が接続されて前記空気取込部を介して空気を取り込み可能に形成され、前記触媒を前記容器に収容する再結合器と、
を備え、
前記集風配管部は、前記原子炉建屋内の天井に蓄積した水素ガスを取り込み可能に前記天井に沿って、一端に集風入口が設けられ、他端に集風出口が設けられて配置された配管であり、
前記空気取込部は、雰囲気中の空気を取り込み可能に空気取込口が設けられ、前記取り込んだ空気を排気可能な空気排気口が設けられた配管であり、
前記再結合器は、前記容器に前記集風出口の延端が接続されて前記集風出口を介して前記再結合器が水素ガスを取り込み可能で、前記容器に前記空気排気口の延端が接続されて前記空気排気口を介して前記再結合器が空気を取り込み可能に形成され、かつ、
前記集風入口の近傍の水素ガスを検知する水素ガスセンサと、
一端が前記再結合器に接続され、他端が前記原子炉建屋の側壁を貫通して前記原子炉建屋外に突出して、放射線を除去する放射線除去フィルタと、前記水素ガスセンサの検知信号に応じて開閉可能な弁とを有する排気配管部と、をさらに備え、
前記水素ガスセンサにより前記水素ガスが検知されると、前記排気配管部を介して前記弁の開閉によって前記排気配管部から前記再結合器に取り込まれたガスの一部または全部を前記原子炉建屋外に排出する
ことを特徴とする水素除去システム。
前記原子炉建屋の側面に設けられた前記排気配管部と連結され、前記原子炉建屋外に上方に延びる煙突が設けられた
ことを特徴とする請求項２に記載の水素除去システム。
前記集風配管部と連結し、前記集風入口に前記原子炉建屋内の雰囲気中のガスを吸い込むファンと、
少なくとも前記ファンを駆動する補助電源と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の水素除去システム。
前記再結合器で前記水素ガスと酸素ガスの結合により生成された水を前記再結合器から取り入れ可能に開口されて、前記取り入れた水を保水する冷却ジャケットをさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の水素除去システム。
原子炉格納容器を収容する原子炉建屋に蓄積した水素ガスを除去する水素除去システムであって、
開口を有した容器と、
前記容器内に前記原子炉建屋内の天井に蓄積した水素ガスを取り込む集風配管部と、
前記容器内に雰囲気中の空気を取り込む空気取込部と、
前記集風配管部を介して取り込まれた水素ガスおよび前記空気取込部を介して取り込まれた酸素ガスの反応を促進させる触媒と、
前記容器に前記集風配管部の延端が接続されて前記集風配管部を介して水素ガスを取り込み可能で、前記容器に前記空気取込部の延端が接続されて前記空気取込部を介して空気を取り込み可能に形成され、前記触媒を前記容器に収容する再結合器と、
を備え、
前記集風配管部は、前記原子炉建屋内の天井に蓄積した水素ガスを取り込み可能に前記天井に沿って、一端に集風入口が設けられ、他端に集風出口が設けられて配置された配管であり、
前記空気取込部は、雰囲気中の空気を取り込み可能に空気取込口が設けられ、前記取り込んだ空気を排気可能な空気排気口が設けられた配管であり、
前記再結合器は、前記容器に前記集風出口の延端が接続されて前記集風出口を介して前記再結合器が水素ガスを取り込み可能で、前記容器に前記空気排気口の延端が接続されて前記空気排気口を介して前記再結合器が空気を取り込み可能に形成され、
前記集風配管部と連結し、前記集風入口に前記原子炉建屋内の雰囲気中のガスを吸い込むファンと、少なくとも前記ファンを駆動する補助電源としての燃料電池と、をさらに備え、
前記集風入口から取り入れたガスを前記燃料電池に送る燃料電池配管が設けられた
ことを特徴とする水素除去システム。
前記再結合器で前記水素ガスと酸素ガスの結合により生成された水を前記再結合器から取り入れ可能に開口されて、前記取り入れた水を保水する冷却ジャケットをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の水素除去システム。
原子炉格納容器を収容する原子炉建屋に蓄積した水素ガスを除去する水素除去システムであって、
開口を有した容器と、
前記容器内に前記原子炉建屋内の天井に蓄積した水素ガスを取り込む集風配管部と、
前記容器内に雰囲気中の空気を取り込む空気取込部と、
前記集風配管部を介して取り込まれた水素ガスおよび前記空気取込部を介して取り込まれた酸素ガスの反応を促進させる触媒と、
前記容器に前記集風配管部の延端が接続されて前記集風配管部を介して水素ガスを取り込み可能で、前記容器に前記空気取込部の延端が接続されて前記空気取込部を介して空気を取り込み可能に形成され、前記触媒を前記容器に収容する再結合器と、
を備え、
前記原子炉建屋が複数の階に区分された複数の天井を有する構造であり、
前記空気取込部と前記集風配管部とが前記複数の天井のいずれかの天井で隔てられ、前記空気取込部は前記天井の上の階の床面近くに設置され、前記集風配管部は前記天井付近に設置された
ことを特徴とする水素除去システム。
前記集風配管部は、前記原子炉建屋内の最上階の天井に設置された
ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の水素除去システム。