JP6414719B2 - 対流性乾式格納容器フィルタベント系 - Google Patents

Description

本願は、２０１４年７月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／０２４，３４８号の基づく利益を主張し、当該出願は参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は概して格納容器フィルタベント系に関し、より具体的には金属繊維フィルタおよび分子篩を有する乾式格納容器フィルタベント系に関する。

原子力発電所における設計基準事象を超えた、または重大事故といった思いもよらない仮定的な状況においては、原子炉格納容器建屋内の圧力が増大し得、潜在的な漏えいまたは格納容器の閉じ込め欠陥といったものすら生じさせ得る。格納容器フィルタベント系（ＦＣＶＳ）は、核分裂生成物を保持しつつ、過度の圧力の放出を可能にする。

ＦＣＶＳは従来、湿式および乾式という大まかな２つのカテゴリで提供されてきた。湿式ＦＣＶＳは放射能を捕捉する主な方法として水溶液を使用する。乾式ＦＣＶＳでは、放射能の捕捉に水を必要としない。乾式ＦＣＶＳは、湿式ＦＣＶＳより、簡易な設計を有し、圧力降下が低い。しかしながら、乾式ＦＣＶＳは従来から崩壊熱の制約および潜在的な詰まりという課題を有する。

原子炉格納容器のための乾式ＦＣＶＳが提供される。上記乾式ＦＣＶＳはハウジングと、上記格納容器のベント中に上記ハウジングを通過するガスから汚染物質のエアロゾルを除去するための上記ハウジング内の円形および／または細長いエアロゾルフィルタと、を備える。上記ハウジングは上記格納容器の上記ベント中にガスを上記エアロゾルフィルタ内に方向付けるために構成された少なくとも１つの入口部と、上記格納容器の上記ベント中に上記エアロゾルフィルタによってフィルタされたガスのための出口部とを含む。上記出口部を通るガスフローが閉鎖された場合に、対流性、放射性および熱伝導性の伝熱のうちの少なくとも１つが上記エアロゾルフィルタ内で捕捉されたエアロゾルの崩壊熱を除去するように、上記乾式格納容器フィルタベント系は配置および構成されてよい。

本発明の一態様により、格納容器の外部で使用される上記ＦＣＶＳは入口部と出口部とを備えてよい。上記入口部は、入口パイプと対向する側に管板を備えた椀状構造に拡大する管またはパイプを含む。上記出口部は類似の設計を有する。上記管板は、より良好な熱除去を可能にするための内部煙突を有することができる。代替的に、複数の管板の代わりに複数のヘッダが使用されてよい。複数の管が上記複数の入口管板／ヘッダと、上記複数の出口管板／ヘッダとの間に延在する。これらの圧力管の各々はエアロゾルフィルタ、好ましくは金属繊維フィルタ（ＭＦＦ）と、ヨウ素フィルタ、好ましくは分子篩（ＭＳ）と、を含んでよい。複数の圧力管は、圧力管の間のエアフローを可能にするように、離間された構成で配置される。これにより、放射性、熱伝導性および／または対流性の伝熱が、崩壊熱を除去し、ＭＦＦおよびＭＳが安全でない温度に達することを防止することを可能にする。さらに、上記フィルタの外側と上記圧力管の内側表面との間にエアギャップが設けられてよい。上記エアギャップは、上記フィルタに入るプロセスフローがサブクールされないことを保証するのに十分な大きさであると共に、最適な伝熱が実現されることを保証すべくサイズ設定される。上記エアギャップが上記ＭＦＦの直径の３分の１に等しいことに加え、本設計は、高温表面（熱を排出する）の面積が低温表面（熱を受ける）の面積より小さくなるように施されている。

本発明の別の態様により、格納容器の内部で使用される上記ＦＣＶＳは、エアロゾルフィルタを通過するガスから汚染物質を除去するためのエアロゾルフィルタと、上記格納容器の上記ベント中に上記エアロゾルフィルタの下セクション内へガスを上向きに方向付けるための下入口部と、上記格納容器の上記ベント中に上記エアロゾルフィルタの上セクション内へガスを下向きに方向付けるための上入口部と、上記格納容器の上記ベント中に上記エアロゾルフィルタによってフィルタされたガスのための出口部と、を備えてよい。上記出口部を通るガスフローが閉鎖されている場合に煙突効果により、上記エアロゾルフィルタ内で捕捉されたエアロゾルの崩壊熱の強制的な対流冷却を可能にするように、ガスが上記下入口部から上向きに流入し、上記エアロゾルフィルタの下セクションと上セクションとを通過して、上記上入口部を通過して出るように、前記下入口部および前記上入口部は配置されている。

本発明は以下の添付図面を参照して以下に記載される。

本発明の一実施形態による、乾式ＦＣＶＳの断面図を示す。

図１に示される圧力管の詳細図を示す。 図１に示される圧力管の詳細図を示す。 図１に示される圧力管の詳細図を示す。 図１に示される圧力管の詳細図を示す。

本発明の別の実施形態による、乾式ＦＣＶＳの入口部の部分的な断面図を示す。

本発明の別の実施形態による、乾式ＦＣＶＳを示す。 本発明の別の実施形態による、乾式ＦＣＶＳを示す。 本発明の別の実施形態による、乾式ＦＣＶＳを示す。

本発明の別の実施形態による、乾式ＦＣＶＳを示す。 本発明の別の実施形態による、乾式ＦＣＶＳを示す。

本発明の別の実施形態による、乾式ＦＣＶＳの側面断面図を示す。 本発明の別の実施形態による、乾式ＦＣＶＳの側面断面図を示す。

図６ａ中のＡ‐Ａで切り出した断面図を示す。

本発明の実施形態による、複数のＦＣＶＳの配置を示す、原子炉格納容器の一例を示す。 本発明の実施形態による、複数のＦＣＶＳの配置を示す、原子炉格納容器の一例を示す。

本発明のいくつかの実施形態は、圧力管設計を有する乾式ＦＣＶＳを対象とする。通常、乾式ＦＣＶＳが回収された放射能に起因する温度上昇に到達すると、「崩壊熱」と呼ばれる熱を生成する。この崩壊熱はフィルタの表面温度を２７０℃以上に昇温させる可能性があり、これはＣｓＯＨの融点より高く、重大事故の中でエアロゾルが生成される。結果的に、溶解したエアロゾルがフィルタの表面を覆い、流れを遮断（フィルタケーキ溶解と呼ばれる）する可能性がある。さらに、通常の乾式ＦＣＶＳが到達し得る温度は水素自動発火温度よりはるかに高い５５０℃もの高温であり、火災またはデトネーションをもたらし得る。

さらに、通常の乾式ＦＣＶＳ設計は、排出ガスフロー内に冷却パイプを配置する。これはガスをサブクールする可能性があり、ガスを湿らせ、フィルタおよび分子篩の効率を犠牲にする。

通常の乾式ＦＣＶＳの別の懸念事項としては、フィルタを洗浄する方法が配備されていないことがある。故に、これらの既知のＦＣＶＳはエアロゾル負荷に対する制限を有する。

本発明の複数の実施形態は、これらの欠点のうちの１または複数を受けない改良された乾式ＦＣＶＳを提供してよい。いくつかの実施形態において、ＦＣＶＳは熱をより効率よく除去可能な圧力管設計を有する。さらに、圧力管設計の複数の実施形態は、フロー経路内で冷却しなくてよいので、フィルタ効率が犠牲にされない。さらに、パッシブ圧力脈動がＭＦＦに追加可能であり、これによりＭＦＦが詰まるのを防止し得、煤塵負荷が非常に高い場合に動作が溶融コンクリートコリウム相互作用に入るのを可能にし得る。別の実施形態において、ＦＣＶＳは、ＦＣＶＳがベントされていない場合、崩壊熱を対流的に除去するための煙突設計を含む。

図１は、本発明の一実施形態による、乾式ＦＣＶＳ １０の断面図を示す。ＦＣＶＳ １０は、入口部１２と、出口部１４と、複数の圧力管２８とを有するハウジング１１を含む。入口部１２は、椀状マニホールド１８に拡大する入口管またはパイプ１６を有し、椀状マニホールド１８は入口パイプ１６と対向する側に管板２０を保持する。出口部１４は類似の設計を有し、椀状マニホールド２４に拡大する出口管またはパイプ２２を有し、椀状マニホールド２４は出口パイプ２２と対向する側に管板２６を保持する。複数の圧力管２８が入口管板２０と出口管板２６との間を延在し、それらは共に、入口管板２０と出口管板２６との間に軸方向に挟まれた円筒形状を画する。これらの圧力管２８の各々は、円筒状ＭＦＦ ３０の形態である円形の細長いエアロゾルフィルタおよびＭＳ ３２の形態であるヨウ素フィルタを収容する。好ましい実施形態において、ＭＦＦ ３０は各圧力管２８の入口側３４に配置され、ＭＳ ３２は各圧力管２８の出口側３６に配置される。複数の圧力管２８は離間された構成で配置され、複数の圧力管２８間のエアフローのための空間３８および外気３９を用いる対流性の伝熱を可能にする。当該離間された構成により、放射性および対流性の伝熱が崩壊熱５０を除去し、ＭＦＦ ３０およびＭＳ ３２が安全でない温度に達することを防止するのを可能にする。

ＦＣＶＳ １０はまた、概略的に示されるエア源６０を含み、エア源６０は例えば出口パイプ２２内に設けられた制御可能な弁６２により、出口部１４を通るガスフローが閉鎖された場合に、ＭＦＦ ３０からの崩壊熱を除去するための空気を供給するためのものである。エア源６０は、ＭＦＦ ３０内で捕捉された放射性エアロゾルの崩壊熱を除去するための対流エアフローを複数の圧力管２８を通して供給する。エア源６０は冷却入口ポート６４に接続されてよく、冷却入口ポート６４はマニホールド１８の入口部１２に形成された制御可能な弁６６によって開閉されてよい。出口部１４はまた冷却出口ポート６８を含んでよく、冷却出口ポート６８はマニホールド２４に設けられた制御可能な弁７０によって開閉されてよい。パイプ２２の出口が弁６２によって閉じられている場合、ポート６４、６８はそれぞれ弁６６、７０によって開かれてよく、その結果、エア源６０からの冷却用空気が入口部１２に流入し、圧力管２８を通り、冷却出口ポート６８を介し、出口部１４から出る。

ＦＣＶＳ １０は、出口部１４を通るガスフローが閉鎖される場合に、対流性、放射性および熱伝導性の伝熱が複数のＭＦＦ３０内で捕捉されたエアロゾルの崩壊熱を除去するように配置および構成される。対流性の伝熱は、複数の圧力管２８の外部表面および周囲空気により生じ、放射性の伝熱は複数のＭＦＦ ３０と複数の圧力管２８との間で生じ、熱伝導性の伝熱は、複数のＭＦＦ ３０から複数の圧力管２８へ崩壊熱を伝導することによって生じる。放射性の伝熱については、従来の系とは対照的に、複数の圧力管２８の各々の圧力管２８の内部表面によって形成される低温の表面積は、複数の圧力管２８の各々のＭＦＦ ３０の外部表面によって形成される高温の表面積より大きく、その結果、崩壊熱はＭＦＦ ３０から複数の圧力管２８へ放射する。換言すれば、ＦＣＶＳ １０の設計は、伝熱のために、高温表面に対する低温表面の表面積の比は１より大きいように施されている。ＦＣＶＳ １１０、２１０、３１０の他の圧力管の実施形態は同様に設計されてよい。

図２ａから図２ｄは、図１に示される圧力管２８の詳細図を示す。図２ａは、図１に示される複数の圧力管２８のうちの１つの拡大断面図を示し、当該圧力管２８を通るガスフローを示している。図２ｂは図２ａと同一の断面に沿った圧力管２８の図を示している。図２ｃは図２ｂのＡ‐Ａに沿って切断した圧力管２８の断面図を示している。図２ｄは圧力管２８の入口側３４の斜視図を示している。複数のエアギャップ４０がＭＦＦ ３０の外部表面４２と、圧力管２８の内部表面４４との間に設けられてよい。複数のエアギャップ４０は複数のスペーサ４３間で周囲を区切られ、スペーサ４３はＭＦＦ ３０の外部表面４２と圧力管２８の内部表面４４との間を放射状に延び、スペーサ４３は、ＭＦＦ ３０に入るプロセスフローがサブクールされないことを保証できないほど大きすぎることなく、追加の熱伝導性の伝熱が実現されることを保証すべくサイズ設定される。複数のスペーサ４３は、複数のＭＭＦ ３０から複数の圧力管２８へ崩壊熱を伝導することによる熱伝導性の伝熱のために、金属で形成されてよい。図２ａ中に概略的に示される通り、汚染された入口ガス４６は圧力管２８の入口側３４に入り、複数のエアギャップ４０に入り、エアロゾルフィルタのためのＭＦＦ ３０内へと放射状に通過してよい。ＭＦＦ ３０を出たエアロゾルフィルタされたガスはその後、ＭＦＦ ３０とＭＳ ３２とを分離する障壁４６内の穴４５を通過した後、ヨウ素フィルタのためのＭＳ ３２に入る。エアロゾルフィルタされ、ヨウ素フィルタされた出口ガス４８はその後、ＭＳ ３２および圧力管２８の出口側３６を出て、マニホールド２４内に入り、他の管４８から出てくるエアロゾルフィルタされ、ヨウ素フィルタされた出口ガスと合流する。次に、エアロゾルフィルタされ、ヨウ素フィルタされた出口ガス４８は出口パイプ２２を出て、原子炉格納容器の外部に放出される。図２ａに概略的に図示される通り、崩壊熱５０は対流性の伝熱のために、間隔３８および外気３９へと放出される。

ＭＦＦ ３０は、さもなければ格納容器建屋の外部でベントされることになるであろう核分裂生成物を捕捉する。ＭＦＦ ３０はステンレス鋼焼結金属繊維で形成されてよい。好ましい一実施形態において、コストを低減し、容易に設置および除去できるようにＭＦＦ ３０は市販のカートリッジである。例えば、Ｐｏｒｖａｉｒ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ＧｒｏｕｐのＳＩＮＴＥＲＦＬＯ焼結ステンレス鋼フィルタカートリッジが使用されてよい。カートリッジタイプのフィルタの代替材料も利用されてよい。

ＭＳ ３２はヨウ素を吸収する媒体で充填されたカートリッジであってよい。例えば、媒体は銀で被覆されたゼオライトであってよい。銀はベントガス内に存在するヨウ素と反応して、ヨウ素を捕捉し、ヨウ素が格納容器建屋の外部に排出されるのを防止する。市販の篩媒体を使用すると、フィルタリングハードウェアの低コスト化を可能にする。ヨウ素捕捉がエンドユーザにより必要とされない場合、分子篩部分は除去されてよい。

それぞれの圧力管２８内の各々にＭＦＦ ３０／ＭＳ ３２の複数のセットを使用することにより、個々のＭＦＦ ３０／３２セットは、圧力管２８で区切られたその独自の圧力境界を有し、当該独自の圧力境界は外気にさらされる。このようにして、崩壊熱に対処するために、伝熱は従来の乾式ＦＣＶＳ設計のように、圧力容器の内部（表面積の割合が低い）を通過する必要がない。複数の圧力管２８はそれぞれ、必要な熱を排出するのに十分な表面積を有する。いくつかの比較的より小さい管を提供することにより、複数の圧力管２８は有利に薄型であり、さらに、より厚みのある同じような圧力容器と同一の圧力を処理できる。複数の圧力管２８は、プラント構成に基づき、かつ、所望の伝熱に対応すべく、サイズ設定可能である。圧力管２８の好ましい内径サイズは約２インチ（５．０８センチメートル）から約１０インチ（２５．４センチメートル）であり、４インチ（１０．１６センチメートル）の公称内径がより好ましい。圧力管２８の壁の厚みは、直径と圧力の関数である。４インチ（１０．１６センチメートル）の公称内径の場合、１／１６インチ（０．１５８７５センチメートル）が好ましい公称の壁の厚みであろう。

ＦＣＶＳ １０はＨＶＡＣタイプのエンクロージャを使用する他の乾式系よりも、高い圧力操業を可能にしてよい。通常のＨＶＡＣ ＦＣＶＳは正方形のケーシングを使用し、圧力を大気圧に低下させるオリフィス板を系の前に有し、水蒸気／空気の混合物は体積が膨張するので、より大きなフィルタ面積を要求する。圧力管ＦＣＶＳ １０の小さな直径の圧力管２８は薄型にでき、さらに、複数の圧力管２８にわたり拡散する圧力を処理可能にできる。さらに、水素燃焼圧力スパイクの場合に、ＦＣＶＳ １０は当該圧力スパイクを容易に処理可能であるのに対し、ＨＶＡＣタイプのエンクロージャは失敗する可能性がある。

各圧力管２８内の一体のＭＦＦ ３０およびＭＳ ３２は、他の乾式ＦＣＶＳ設計の１つはＭＦＦ用で、もう１つはＭＳ用といった２つの別個の容器／エンクロージャの必要性をなくす。

ＦＣＶＳ １０の圧力管設計は、マルチユニット発電所の高崩壊熱負荷を含むパッシブな崩壊熱除去を可能にする。崩壊熱は、捕捉されたエアロゾルおよびヨウ素の放射性崩壊によるものである。各ＭＦＦ ３０はそれぞれの圧力管２８に近接しており、圧力管２８は周囲環境と間接的に連通し、その結果、伝熱のための経路は短い。既知の乾式ＦＣＶＳの圧力容器設計では、熱は圧力容器表面まで到達する必要があり、表面積が限定されている。既知のＨＶＡＣタイプの設計では、要求されるエンクロージャは比較的小さな有効表面積を持つ大型である一方、複数の冷却管がプロセスフロー内に配置され、当該冷却管はフローをサブクールする可能性がある。

故に、ＦＣＶＳ １０は水または化学物質を追加する必要がなく、完全にパッシブである。ＭＦＦ １０の表面積の増加および脈圧技術の潜在的な使用によって、詰まりの可能性が大きく低減される。崩壊熱除去能力は、温度を水素の自己発火温度未満、およびまたハイドロスコピックエアロゾルの融点未満に保持する。エアギャップおよび形状は、正常動作中、熱損失が性能に影響を与えないことを保証すべく設計されているが、アイドルベント期間中、崩壊熱から蓄積された熱は、より高い温度に起因する放射熱と、停滞した管（すなわち、アイドル期間中に使用されていない複数の圧力管）内に生成される自然対流セルと、スペーサ４３による熱伝導性の除去との組み合わせにより、放出可能である。

比較的小サイズの圧力管２８は、定位置でのＭＦＦ ３０およびＭＳ ３２の洗浄の可能性を実現する。複数の圧力管２８をバックパージするための窒素ボトル系を０．５秒未満の脈圧で追加して、フィルタを逆洗浄可能である。

図３は、本発明の別の実施形態による、乾式ＦＣＶＳ １１０の入口部１１２の部分的な断面図を示す。ＦＣＶＳ １１０は管板２０の下流側のＦＣＶＳ １０と同一の態様で構成されてよい。入口部１１２は、脈圧逆洗プロセスからエアロゾルを回収するための水だめ１１４を含み、脈圧逆洗プロセスは、各圧力管２８の出口側内へガスを脈動させることで生じる。

図４ａ〜図４ｃは、本発明の別の実施形態による、乾式ＦＣＶＳ ２１０を示す。図４ａはＦＣＶＳ ２１０の断面図を示し、図４ｂはＦＣＶＳ ２１０の斜視図を示し、図４ｃはＦＣＶＳ ２１０の斜視図を切り取ったものを示す。ＦＣＶＳ ２１０は、ＦＣＶＳ ２１０が内部管ネスト冷却用に設計されている点を除き、ＦＣＶＳ １０と同一の態様で形成されている。より具体的には、ＦＣＶＳ ２１０は、入口部２１２と、出口部２１４と、複数の圧力管２８とを有するハウジング２１１を含む。入口部２１２は、環状マニホールド２１８に拡大する入口管またはパイプ２１６を有し、環状マニホールド２１８は入口パイプ２１６と対向する側に環状管板２２０を保持する。入口冷却管２１９が入口部２１２に埋め込まれており、マニホールド２１８および管板２２０を貫通する。出口部２１４は類似の設計を有し、環状マニホールド２２４に拡大する出口管またはパイプ２２２を有し、環状マニホールド２２４は出口パイプ２２２と対向する側に環状管板２２６を保持する。内部煙突を形成する出口冷却管２２７が出口部２１４に埋め込まれ、マニホールド２２４および管板２２６を貫通する。外気３９が入口冷却管２１９内に入り、ＦＣＶＳ ２１０内に形成された内部空隙２４０にＦＣＶＳ ２１０の重心軸ＣＡに沿って、入る。また外気フロー２４２が、重心ＣＡに向かい放射状に入り、崩壊熱を対流除去する。その後、冷却用空気が出口冷却管２２７から出る。

図４ｂおよび図４ｃでは省略されているが、図４ａに図示される通り、ＦＣＶＳ ２１０はまたＦＣＶＳ １０と同様に、概略的に示されるエア源２６０を含み、エア源２６０は、例えば出口パイプ２２２内に設けられる制御可能な弁２６２により出口部２１４を通るガスフローが閉鎖される場合、ＭＦＦ ３０からの崩壊熱を除去するための空気を供給するためのものである。エア源２６０は、ＭＦＦ ３０内で捕捉された放射性エアロゾルの崩壊熱を除去するための対流エアフローを複数の圧力管２８を通して供給する。エア源２６０は冷却入口ポート２６４に接続されてよく、冷却入口ポート２６４はマニホールド２１８の入口部２１２に形成された制御可能な弁２６６によって開閉されてよい。出口部２１４はまた、冷却出口ポート２６８を含んでよく、冷却出口ポート２６８はマニホールド２２４に設けられた制御可能な弁２７０によって開閉されてよい。出口パイプ２２２の出口が弁２６２によって閉じられている場合、ポート２６４、２６８はそれぞれ弁２６６、２７０によって開かれてよく、その結果、エア源２６０からの冷却用空気が入口部２１２に流入し、複数の圧力管２８を通り、冷却出口ポート２６８を介し、出口部２１４から出る。

図５ａおよび図５ｂは本発明の別の実施形態による、乾式ＦＣＶＳ ３１０を示す。図５ａは、乾式ＦＣＶＳ ３１０の入口部３１２の部分的な断面図を示し、図５ｂはＦＣＶＳ ３１０の斜視図を示す。複数の圧力管２８は図５ａに図示の通り横方向に配置されてよく、または図５ｂに図示の通り縦方向に配置されてよい。ＦＣＶＳ １０とは対照的に、ＦＣＶＳ ３１０は入口部３１２に管板２０の代わりに入口ヘッダ３２０を、出口部３１４に管板２６の代わりに出口ヘッダ３２６を含む。ヘッダ３２０、３２６はそれぞれ入口パイプ３１６、出口パイプ３２２に接続されており、ヘッダ３２０、３２６は円筒形状である。ヘッダ３２０、３２６の実質的な全長に沿って、複数の圧力管２８が各ヘッダ３２０、３２６の一側方から延在する。ヘッダ３２０、３２６は方向３５０の長手方向に延在し、方向３５０は複数の圧力管２８がその長手方向に延在する方向３５２に対し垂直である。複数のヘッダがＦＣＶＳ １０、ＦＣＶＳ １１０、ＦＣＶＳ ２１０における複数の管板の代わりに使用されてもよく、そのような実施形態において複数の圧力管は、縦方向の代わりに横方向に配置されてもよい。ＦＣＶＳ １０、ＦＣＶＳ ２１０と同様、好ましい実施形態においてＦＣＶＳ ３１０は複数の冷却ポート、複数の弁およびエア源で追加的に構成され、これらは、出口部３１４を通るガスフローが閉鎖される場合にＭＦＦ ３０からの崩壊熱を除去するための複数の圧力管２８を通る対流エアフローを供給するためのものである。

例えば図７ａ、７ｂに関し後述される通り、ＦＣＶＳ １０、１１０、２１０、３１０は格納容器建屋の外部で、または格納容器の内部空間内で使用するために構成される。ＦＣＶＳ １０、１１０、２１０、３１０は、１つはフィルタ用および１つは篩用の２つの重い圧力容器を必要とし得る他の（湿式または乾式）圧力容器設計より、軽い構造を可能にしてよい。ＦＣＶＳ １０、１１０、２１０、３１０はまた、必要なフローを得るためのより多くのチャネルを追加すること、並びに／または複数の管板および／またはヘッダごとに複数の圧力管２８から構成されるいくつかのグループを形成することによって、より簡単なモジュール化を可能にしてよい。

図６ａおよび図６ｂは本発明の別の実施形態による、乾式ＦＣＶＳ ４１０の断面図を示す。図６ｃは図６ａ中のＡ‐Ａラインで切断した断面図を示す。ＦＣＶＳ １０、１１０、２１０、３１０の圧力管設計を利用する代わりに、ＦＣＶＳ ４１０は崩壊熱を対流伝達するための煙突設計を有し、格納容器４２０の内部で使用するために構成されている。ＦＣＶＳ ４１０は二重入口ハウジング４１１を有し、二重入口ハウジング４１１はこの実施形態において金属で形成され、２つの入口部４１２、４１３および１つの出口部４１４を有する。下入口部４１２は、マニホールド４１８に拡大する入口管またはパイプ４１６を含み、上入口部４１３はマニホールド４１９に拡大する入口管またはパイプ４１７を含む。入口部４１２は出口部４１４の下方に縦方向に配置される。出口部４１４は横方向に配置された出口管またはパイプ４２２を含み、出口管またはパイプ４２２は出口マニホールド４２４からのエアロゾルフィルタガスおよびヨウ素フィルタガスを受け、格納容器４２０からガスを排出するためのものである。複数の円形の細長いエアロゾルフィルタが、その長手方向に横に延在する円筒状ＭＦＦ ４３０の形態でハウジング４１１内に、入口４１２と入口４１３との縦方向の間に、すなわち、下入口部４１２の上方および上入口部４１３の下方に配置されている。ＭＳ ４３２の形態のヨウ素フィルタもまた、ハウジング４１１内にＭＦＦ ４３０と出口部４１４との横方向の間に配置されている。図６ａ〜図６ｃに示される例示的な実施形態において、図６ｃに図示の通り、ＦＣＶＳ ４１０は、複数のＭＦＦ ４３０が間隔４３５の距離をもって互いに配置されるように、５列、５行の正方形の構成に離間されて配置された２５個のＭＦＦ ４３０を含む。他の実施形態においては、異なる数のＭＦＦ ４３０が使用されてよく、複数のＭＦＦ ４３０は異なる形状に配置されてよい。

格納容器４２０の正常ベント中のＦＣＶＳ ４１０を通るガスフローが図６ａに示されている。格納容器４２０のベント中、２つの汚染された入口ガスストリーム４３４、４３６がＦＣＶＳ ４１０に同時に入り、複数のＭＦＦ ４３０およびＭＳ ４３２を流れた後、格納容器４２０の外部のＦＣＶＳ ４１０を出てよい。第１の入口ガスストリーム４３４は下入口部４１２へ上向きに流入し、第２の入口ガスストリーム４３６は上入口部４１３へ下向きに流入する。格納容器４２０の外部の外気４４０と比べて格納容器４２０の内部の外気４３８のより高い温度および圧力が、入口ガスストリーム４３４、４３６をＦＣＶＳ ４１０に流入させ、ＦＣＶＳ ４１０の出口部４１４において格納容器４２０の外部にある外気４４０へ出るようにさせる。下入口部４１２は、格納容器４２０のベント中に、汚染されたガスストリーム４３４を複数のＭＦＦ ４３０の下セクション４４２内へ上向きに方向付けるために配置されており、上入口部４１３は、格納容器４２０のベント中に、汚染されたガスストリーム４３６を複数のＭＦＦ ４３０の上セクション４４４内へ下向きに方向付けるために配置されている。ガスストリーム４３４は入口パイプ４１６からマニホールド４１８へ上向きに流入し、複数のＭＦＦ ４３０のうちの最下部または底面４４６を通るのに対し、ガスストリーム４３６は入口パイプ４１７からマニホールド４１９へ下向きに流入し、複数のＭＦＦ ４３０のうちの最上部または上面４４８を通る。

複数のＭＦＦ ４３０に入る汚染されたガスは、複数のＭＦＦ ４３０の円筒状外部表面４５０を通過する。フィルタ４５０は汚染されたガスストリームからエアロゾル粒子を除去し、エアロゾルフィルタされたガス４５４のフローのためのフィルタ４５０内のチャネル４５２を画する。その後、エアロゾルフィルタされたガス４５４は複数のチャネル４５２の長手方向に流れ、複数のチャネル４５２から直接隣接するＭＳ ４３２へと横方向に出る。ＭＳ ４３２に隣接する複数のＭＦＦ ４３０の長手方向の複数の端部４３３で、複数のＭＦＦ ４３０は管板４３１内に埋め込まれており、管板４３１はＭＳ ４３２に入るエアフローをエアロゾルフィルタされたガス４５４に限定する。ＭＳ ４３２を横方向に流れるエアロゾルフィルタされたガスはヨウ素フィルタされた後、マニホールド４２４および出口パイプ４２２を横方向に流れ、格納容器４２０の外部の外気４４０と合流する。

図６ｂは、ＦＣＶＳ ４１０がベントしていない場合、すなわち、出口部４１４を通るガスフローが閉鎖されている場合のＦＣＶＳ ４１０を通るガスフローを示している。ＦＣＶＳ ４１０がベントしていない場合、外気４３８と外気４４０との間の圧力差は存在せず、ガスは入口部４１３からハウジング４１１内に下向きに吸い込まれない。しかしながら、入口部４１２と入口部４１３との間の温度差に起因し、ガスストリーム４３４は入口部４１２に入り、複数のＭＦＦ ４３０間の複数の間隔４３５を通過し、入口部４１３を出る。ガスストリーム４３４は、下セクション４４２から複数のＭＦＦ ４３０間を上向きに入り、上セクション４４４から出る。より具体的には、ガスストリーム４３４は入口パイプ４１６内へ上向きに入り、マニホールド４１８を通り、複数のＭＦＦ ４３０のうちの底面４４６を通過した後、ＭＦＦ ４３０間の複数の間隔４３５を通り、上面４４８を過ぎて、マニホールド４１９へ入り、出口パイプ４１７から出る。出口部４１４を通るガスフローが閉鎖されている場合に、ＭＦＦ ４３０で捕捉されたエアロゾルの崩壊熱の強制的な対流冷却を可能にするように、ガスが下入口部４１２から上向きに流入し、複数のＭＦＦ ４３０の下セクション４４２および上セクション４４４を過ぎて、上入口部４１３から出るように、下入口部４１２および上入口部４１３は適切に配置されている。

ＦＣＶＳ ４１０は、出口部１４を通るガスフローが閉鎖される場合に、対流性および放射性の伝熱が複数のＭＦＦ ４３０内で捕捉されたエアロゾルの崩壊熱を除去するように配置および構成される。対流性の伝熱は複数のＭＦＦ ４３０の外部表面によって生じ、空気は煙突効果によりハウジング４１１を上向きに通過し、放射性の伝熱は複数のＭＦＦ ３０とハウジング４１１との間で生じる。

ＦＣＶＳ ４１０は、二重入口ハウジング４１１内の１または複数のＭＦＦ ４３０およびＭＳ ４３２を使用することによって、重大事故の場合の格納容器４２０の過圧状態に対処する。二重入口ハウジング４１１はベント中、２つの入口経路を可能にするが、非ベント中は二重入口の煙突効果により崩壊熱を除去するための自然の対流性の伝熱経路を形成する。二重入口ハウジング４１１は、一方の入口が他方の入口よりも高い位置にある状態で煙突効果を生じさせ、その結果、非ベント期間中、格納容器の大気が、対流性の伝熱により崩壊熱を実際に冷却させ、大きな熱負荷に対処可能な有意な能力をもって、あらゆるタイプの原子炉設計に対応できる。ＦＣＶＳ ４１０の対流設計は水または化学物質の追加を必要とせず、パッシブな崩壊熱除去を可能にする。ＦＣＶＳ ４１０は、マルチユニットＣＡＮＤＵ並びにＢＷＲおよびＰＷＲの原子力発電所における高崩壊熱負荷の除去を処理してよい。

二重入口ハウジング４１１はまた格納容器４２０内部に設置することもでき、これにより放射能全体を格納容器４２０内部に保持する非圧力容器エンクロージャを可能にし、外部の建屋の必要性を一切なくす。代案的な実施形態においては、異なる高さで格納容器に２か所貫通した状態で、圧力容器設計を利用して、ＦＣＶＳ ４１０はまた格納容器４２０の外部に設置できる。

好ましい実施形態においては、例えばＰｏｒｖａｉｒ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ＧｒｏｕｐのＳＩＮＴＥＲＦＬＯ焼結ステンレス鋼フィルタカートリッジ等の市販のカートリッジＭＦＦおよび市販のＭＳ媒体をＦＣＶＳ ４１０内で使用すると、フィルタリングハードウェアのコスト低減が可能になる。

温度制約の中で煙突効果を設計することにより、ＦＣＶＳ ４１０の対流性の崩壊熱除去能力は、水素の自己発火温度未満、およびまたハイドロスコピックエアロゾルの融点未満に温度を維持できるようにする。伝熱は対流性なので、他の乾式ＦＣＶＳ技術の有効性を制限する放射伝熱放射率に関連するエアロゾルファウリングは、ＦＣＶＳ ４１０で問題とならない。

図７ａおよび図７ｂは、ＦＣＶＳ ２１０とＦＣＶＳ ３１０の配置を示す、原子炉格納容器５００の一例を示す。これらの実施形態において、原子炉格納容器５００は、格納容器５００の内部５０４および格納容器５００の外部５０６から封鎖された内部空間５０２を含む。図７ａに示される実施形態において、内部空間５０２は４つのＦＣＶＳ ２１０を含む。複数のＦＣＶＳ ２１０の複数の入口５０８は格納容器の内部５０４に接続され、複数のＦＣＶＳ ２１０の複数の出口５１０は格納容器の外部５０６に接続される。図７ｂに示される実施形態においては、入口５１２が格納容器の内部５０４に接続され、ＦＣＶＳ ３１０の出口５１４が格納容器５００の外部５０６に接続された、１つのＦＣＶＳ ３１０が内部空間５０２内に示されている。

上記明細書において、本発明は具体的な例示の実施形態および当該実施形態の例に関して記載されている。しかしながら、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の広範な精神および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更を本発明に加え得ることは自明であろう。従って、明細書および添付図面は限定的な意味ではなく、例示的なものとしてみなされるべきである。

Claims (19)

1. ハウジングと、
   格納容器のベント中に前記ハウジングを通過するガスから汚染物質のエアロゾルを除去するための前記ハウジング内の円形および細長のうちの少なくとも一方の複数のエアロゾルフィルタと、を備える原子炉格納容器のための乾式格納容器フィルタベント系であって、
   前記ハウジングは前記格納容器の前記ベント中にガスを前記複数のエアロゾルフィルタ内に方向付けるために構成された少なくとも１つの入口部と、前記格納容器の前記ベント中に前記複数のエアロゾルフィルタによってフィルタされたガスのための出口部とを含み、
   前記出口部を通るガスフローが閉鎖された場合に、対流性、放射性および熱伝導性の伝熱のうちの少なくとも１つが前記複数のエアロゾルフィルタ内で捕捉されたエアロゾルの崩壊熱を除去するように、前記乾式格納容器フィルタベント系は配置および構成され、
   前記出口部を通るガスフローが閉鎖された場合に、前記少なくとも１つの入口部を通じてガスが流れて前記複数のエアロゾルフィルタ内で捕捉された前記エアロゾルの崩壊熱が除去されるように、前記少なくとも１つの入口部が前記複数のエアロゾルフィルタに対して配置される、
   乾式格納容器フィルタベント系。
2. 前記少なくとも１つの入口部は入口パイプと入口管板とを含み、
   前記出口部は出口パイプと出口管板とを含み、
   前記乾式格納容器フィルタベント系は、前記入口管板と前記出口管板との間を延在する複数の管をさらに備え、
   前記複数の管の各々は、前記複数の管に配置された前記系を通過するエアフロー内の汚染物質を捕捉するための前記複数のエアロゾルフィルタのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
3. 前記複数の管の各々は、前記複数の管に配置された前記系を通過するエアフロー内の汚染物質を捕捉するための篩をさらに含む、請求項２に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
4. 前記複数の管は約１０インチ（２５．４センチメートル）から約２インチ（５．０８センチメートル）の範囲内の公称直径を有する、請求項２に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
5. 前記エアロゾルフィルタの外部表面と前記複数の管の少なくとも１つの管の内部表面との間に間隙が形成され、伝熱のために高温表面に対する低温表面の表面積の比が１より大きくなるように、前記複数の管のうちの少なくとも１つにおける前記複数のエアロゾルフィルタは前記複数の管の前記少なくとも１つの管に対し離間された関係で配置される、請求項２に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
6. 前記複数のエアロゾルフィルタとガスフロー方向における前記出口部との間に配置されたヨウ素フィルタをさらに備える、請求項２に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
7. 前記乾式格納容器フィルタベント系は前記原子炉格納容器の外部または格納容器の内部空間に配置するために構成された一体構造である、請求項６に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
8. 前記少なくとも１つの入口部は入口パイプと入口ヘッダとを含み、
   前記出口部は出口パイプと出口ヘッダとを含み、
   前記乾式格納容器フィルタベント系は、前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとの間を延在する複数の管をさらに備え、
   前記複数の管の各々は、前記複数の管に配置された前記系を通過するエアフロー内の汚染物質を捕捉するための前記複数のエアロゾルフィルタのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
9. 前記複数の管の各々は、前記複数の管に配置された前記系を通過するエアフロー内の汚染物質を捕捉するための篩をさらに含む、請求項８に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
10. 前記複数の管は約１０インチ（２５．４センチメートル）から約２インチ（５．０８センチメートル）の範囲内の公称直径を有する、請求項８に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
11. 前記エアロゾルフィルタの外部表面と前記複数の管の少なくとも１つの管の内部表面との間に間隙が形成され、伝熱のために高温表面に対する低温表面の表面積の比が１より大きくなるように、前記複数の管のうちの少なくとも１つにおける前記エアロゾルフィルタは前記複数の管の前記少なくとも１つの管に対し離間された関係で配置される、請求項８に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
12. 前記少なくとも１つの入口部は下入口部と上入口部とを含み、
    前記下入口部は前記格納容器の前記ベント中に、前記複数のエアロゾルフィルタの下セクション内へ上向きにガスを方向付けるために配置されており、
    前記上入口部は前記格納容器の前記ベント中に、前記複数のエアロゾルフィルタの上セクション内へ下向きにガスを方向付けるために配置されており、
    前記出口部を通るガスフローが閉鎖されている場合に前記複数のエアロゾルフィルタで捕捉されたエアロゾルの前記崩壊熱の強制的な対流冷却を可能にするように、ガスが前記下入口部から上向きに流入し、前記エアロゾルフィルタの下セクションと上セクションとを通過して、前記上入口部を通過して出るように、前記下入口部および前記上入口部は配置されている、請求項１に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
13. 前記複数のエアロゾルフィルタはそれぞれ、前記エアロゾルフィルタ内に横方向に延在するチャネルを画する、請求項１２に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
14. 前記格納容器のベント中に、複数のガスストリームが前記下入口部および前記上入口部の両方に入り、前記複数のエアロゾルフィルタへ流入して、複数の前記チャネルの中に入り、その後、前記出口部から横方向に出るように、前記複数のエアロゾルフィルタは前記下入口部および前記上入口部に対し構成されている、請求項１３に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
15. 前記複数のエアロゾルフィルタと前記出口部との横方向の間にヨウ素フィルタをさらに備え、前記ガスは複数の前記チャネルに流入し、前記ヨウ素フィルタを通過した後、前記出口部から横方向に流出する、請求項１４に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
16. 前記ヨウ素フィルタは分子篩である、請求項１５に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
17. 前記乾式格納容器フィルタベント系は前記原子炉格納容器内に配置されるために構成された一体構造である、請求項１５に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
18. 前記出口部を通るガスフローが閉鎖されている場合に、ガスストリームが前記下入口部に入り、前記複数のエアロゾルフィルタを通過し、前記上入口部から上向きに出るように、前記複数のエアロゾルフィルタは前記下入口部および前記上入口部に対し構成されている、請求項１３に記載の乾式格納容器フィルタベント系。
19. 前記エアロゾルフィルタは円形の金属繊維フィルタである、請求項１から１８のいずれか一項に記載の乾式格納容器フィルタベント系。

Images