JP6581791B2 - 水素再結合装置及び原子力プラント - Google Patents

Description

本発明は、触媒反応により水素と酸素とを結合する水素再結合装置及び原子力プラントに関するものである。

従来、高速増殖炉等の原子力プラントにおいて取り扱われるナトリウムが漏えいして燃焼することにより発生するナトリウムエアロゾルを除去するナトリウムエアロゾル除去装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１２４８９３号公報

ところで、高速炉等の原子力プラントのシビアアクシデントの発生を想定した場合、ナトリウムエアロゾルと共に、水素が発生する可能性がある。このため、このような原子力プラントには、水素を処理する装置を設置することが望ましい。このような装置としては、触媒表面において水素及び酸素を吸着し、吸着した水素及び酸素を触媒反応により結合して、水蒸気として放出するような水素再結合装置が考えられる。しかしながら、ナトリウムエアロゾルが発生すると、触媒表面にナトリウムエアロゾルが付着し、水素及び酸素の吸着を妨げることから、触媒反応が阻害されて、水素の処理を行うことが困難となる。

ここで、触媒の一部において触媒反応が発生すれば、触媒反応が生じた部位から他の部位へ熱が伝達し、ナトリウムエアロゾルが付着した触媒部が加熱されると、ナトリウムエアロゾルが溶融、または、揮発して、触媒表面を露出させることができるため、装置を適切に作動させるためには、少なくとも触媒の所定の部位において初期の触媒反応を発生させればよい。

そこで、本発明は、初期の触媒反応を好適に発生させることができる水素再結合装置及び原子力プラントを提供することを課題とする。

本発明の水素再結合装置は、冷却材として液体金属が使用される原子力プラントに設けられる水素再結合装置において、前記原子力プラント内の雰囲気が流通する雰囲気流路と、前記雰囲気流路に設けられ、前記雰囲気中に含まれる水素及び酸素を触媒反応により結合させて水蒸気を発生させる触媒部と、前記雰囲気の流通方向において、前記触媒部の上流側の前記雰囲気流路に設けられ、少なくとも前記触媒部の一部を覆って設けられる上流側被覆部と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、少なくとも触媒部の上流側の一部を、上流側被覆部によって覆うことができるため、上流側被覆部は、エアロゾルの触媒部への付着を抑制することができる。このため、上流側被覆部によって覆われた触媒部の少なくとも一部において、初期の触媒反応を発生させることができる。よって、上流側被覆部に覆われていない触媒部にエアロゾルが付着する場合であっても、初期の触媒反応が発生した触媒部の一部から熱が伝達されることで、エアロゾルを溶融させ、触媒部を露出させることができる。これにより、エアロゾルが発生しても、触媒部を露出させることで、触媒部の触媒反応を好適に発生させることができるため、水素を好適に処理することができる。なお、上流側被覆部は、少なくとも触媒部の一部を覆えばよく、触媒部の全部を覆ってもよい。また、雰囲気流路は、雰囲気の流入口及び流出口が形成された筐体を用いて形成してもよいし、ダクトを用いて形成してもよい。さらに、液体金属としては、例えば、ナトリウムが用いられ、この場合、発生するエアロゾルは、ナトリウムエアロゾルである。

また、前記雰囲気の流通方向において、前記触媒部の下流側の前記雰囲気流路に設けられ、少なくとも前記触媒部の一部を覆って設けられる下流側被覆部を、さらに備えることが好ましい。

この構成によれば、触媒部の下流側においても、少なくとも触媒部の一部を、下流側被覆部によって覆うことができる。このため、雰囲気流路の下流側から入り込むエアロゾルが、触媒部に付着することを抑制することができる。

また、前記上流側被覆部及び前記下流側被覆部は、フィルタ部材であることが好ましい。

この構成によれば、フィルタ部材を用いることで、エアロゾルの浸入を抑制しつつ、水素、酸素及び水蒸気を含む雰囲気（気体）の流通を許容することができる。なお、フィルタ部材としては、例えば、エアロゾルの浸入を抑制可能なメッシュとなる金属フィルタが適用される。また、フィルタ部材は、触媒部に隣接して設けられてもよいし、触媒部から離して設けられてもよい。

また、前記上流側被覆部は、複数の羽根を有すると共に回転軸を中心に回転するロータであることが好ましい。

この構成によれば、雰囲気流路の上流側からエアロゾルが入り込み、ロータに付着しても、回転するロータの遠心力及び回転振動によってエアロゾルを落とすことができる。このため、エアロゾルが、触媒部に付着することを抑制することができる。なお、ロータは、触媒反応の熱によって生じる上昇気流により、受動的に回転する構成であってもよいし、駆動源からの動力によって回転する構成であってもよい。

また、前記回転軸は、その軸方向が、前記雰囲気の流通方向に沿って設けられ、前記複数の羽根は、前記回転軸の軸方向から見て、前記雰囲気流路を塞ぐように、相互に重複する配置となっていることが好ましい。

この構成によれば、羽根間を流通する雰囲気に含まれるエアロゾルは、複数の羽根に衝突し易くなることから、ロータを通過し難い。このため、エアロゾルが、触媒部に付着することを抑制することができる。

また、前記複数の羽根の各々は、少なくとも表面に、前記雰囲気中に含まれる水素及び酸素を触媒反応により結合させて水蒸気を発生させる触媒層が形成されていることが好ましい。

この構成によれば、複数の羽根にエアロゾルが付着する場合であっても、触媒反応の熱によりエアロゾルを溶融させて、エアロゾルを落とすことができる。

また、前記複数の羽根の各々の表面には、撥水性を有するコーティング膜が形成されていることが好ましい。

この構成によれば、複数の羽根にエアロゾルが付着する場合であっても、コーティング膜がエアロゾルを弾いて、エアロゾルを落とすことができる。

また、前記上流側被覆部は、洗浄機能付フィルタユニットであり、前記洗浄機能付フィルタユニットは、前記雰囲気中に含まれるエアロゾルを除去する除去位置に配置されるフィルタ部材と、前記フィルタ部材を洗浄位置において洗浄する洗浄部と、前記フィルタ部材を前記除去位置と前記洗浄位置との間で移動させる移動部と、を有することが好ましい。

この構成によれば、移動部により、エアロゾルが付着したフィルタ部材を洗浄位置に移動させて、フィルタ部材を洗浄することができ、また、洗浄後のフィルタ部材を除去位置に移動させることができる。

また、前記洗浄部は、洗浄液を溜めた洗浄プールであり、前記移動部は、前記洗浄プールの前記洗浄液に没する前記洗浄位置に、前記フィルタ部材を移動させることが好ましい。

この構成によれば、フィルタ部材を洗浄プールに没して洗浄することができる。

また、前記移動部は、一対のプーリと、前記一対のプーリに架け渡される環状のベルト部材と、を含み、前記フィルタ部材は、前記ベルト部材に複数取り付けられることが好ましい。

この構成によれば、移動部は、ベルト部材を一対のプーリの間で周回させることで、複数のフィルタ部材を、順次、除去位置及び洗浄位置に移動させることができる。

また、前記移動部は、一対のプーリを含み、前記フィルタ部材は、前記一対のプーリに架け渡される環状のベルトに形成されることが好ましい。

この構成によれば、移動部は、フィルタ部材を一対のプーリの間で周回させることで、フィルタ部材を、連続的に除去位置及び洗浄位置に移動させることができる。

また、前記移動部は、前記フィルタ部材に付着したエアロゾルの自重によって、前記フィルタ部材を移動させることが好ましい。

この構成によれば、移動部は、エアロゾルの自重を利用して、フィルタ部材を受動的に移動させることができる。このため、移動部は、駆動源からの動力を必要としないことから、動力の確保が困難な状況であっても、フィルタ部材を、除去位置と洗浄位置との間で移動させることができる。

また、前記移動部は、駆動源からの動力によって、前記フィルタ部材を移動させることが好ましい。

この構成によれば、移動部は、駆動源からの動力によって、フィルタ部材を確実に移動させることができる。

また、前記上流側被覆部は、フィルタユニットであり、前記フィルタユニットは、厚さ方向に重ねて積層した複数のフィルタ部材と、前記エアロゾルが付着した前記フィルタ部材を剥落させて、新たな前記フィルタ部材を露出させるフィルタ剥落機構と、を有することが好ましい。

この構成によれば、エアロゾルが付着したフィルタ部材を剥落させることで、新たなフィルタ部材を露出させることができる。このため、エアロゾルが、触媒部に付着することを抑制することができる。

また、本発明の原子力プラントは、一次冷却材として液体金属が使用される原子炉容器と、前記原子炉容器を内部に格納する原子炉格納容器と、前記原子炉格納容器の内部に設けられる、上記の水素再結合装置と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、原子炉格納容器の内部でエアロゾル及び水素が発生しても、水素再結合装置を用いて水素を好適に処理することができる。

また、本発明の原子力プラントは、一次冷却材として液体金属が使用される原子炉容器と、前記原子炉容器を内部に格納する原子炉格納容器と、前記一次冷却材と熱交換される二次冷却材として液体金属が使用される二次系設備と、前記二次系設備を内部に収容する建屋と、前記建屋の内部に設けられる、上記の水素再結合装置と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、建屋の内部でエアロゾル及び水素が発生しても、水素再結合装置を用いて水素を好適に処理することができる。

図１は、実施形態１に係る水素再結合装置が設けられる原子力プラントを模式的に表した概略構成図である。 図２は、実施形態１に係る水素再結合装置を模式的に表した断面図である。 図３は、実施形態２に係る水素再結合装置を模式的に表した断面図である。 図４は、実施形態３に係る水素再結合装置を模式的に表した断面図である。 図５は、実施形態４に係る水素再結合装置を模式的に表した断面図である。 図６は、図５のＡ−Ａ断面図である。 図７は、実施形態５に係る水素再結合装置を模式的に表した断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る水素再結合装置が設けられる原子力プラントを模式的に表した概略構成図である。図２は、実施形態１に係る水素再結合装置を模式的に表した断面図である。

実施形態１に係る水素再結合装置３０は、原子力プラント１０内に発生する水素を処理するものである。先ず、水素再結合装置３０の説明に先立ち、原子力プラント１０について説明する。

図１に示すように、原子力プラント１０は、中性子により核分裂反応を発生させる原子炉を含む発電プラントであり、原子炉としては、例えば、高速増殖炉１２が適用されている。この高速増殖炉１２は、冷却材として液体金属を使用しており、実施形態１では、ナトリウムを使用している。なお、液体金属としては、ナトリウム以外に、例えば、鉛、ビスマス、鉛とビスマスの合金、水銀、カリウム、ＮａＫ（ナトリウムカリウム合金）などがある。

この原子力プラント１０において、原子炉格納容器１１は、内部に高速増殖炉１２、一次主冷却系中間熱交換器１３、一次主冷却系循環ポンプ１４が格納されている。この高速増殖炉１２と一次主冷却系中間熱交換器１３と一次主冷却系循環ポンプ１４とは、一次主冷却系配管１５ａ，１５ｂ，１５ｃにより連結されている。従って、この高速増殖炉１２、一次主冷却系中間熱交換器１３、一次主冷却系循環ポンプ１４、各一次主冷却系配管１５ａ，１５ｂ，１５ｃにより一次系ナトリウムループが形成されている。そのため、高速増殖炉１２の炉心で原子燃料が核分裂を起こして熱が発生すると、一次主冷却系循環ポンプ１４によりナトリウムが循環することで、この発生した熱がナトリウムにより吸収されて冷却される。

原子炉格納容器１１の外部には、建屋２０が設けられ、建屋２０の内部には、蒸気発生器としての過熱器１６及び蒸発器１７、二次主冷却系循環ポンプ１８が配置されている。そして、この過熱器１６と蒸発器１７と二次主冷却系循環ポンプ１８とは、二次主冷却系配管１９ａ，１９ｂ，１９ｃにより連結されており、二次主冷却系配管１９ａが原子炉格納容器１１内に浸入し、一部が一次主冷却系中間熱交換器１３内に配設されている。従って、この過熱器１６、蒸発器１７、二次主冷却系循環ポンプ１８、各二次主冷却系配管１９ａ，１９ｂ，１９ｃにより二次系ナトリウムループ（二次系設備）が形成されており、二次主冷却系循環ポンプ１８によりナトリウムが循環することで、一次主冷却系中間熱交換器１３で一次系のナトリウムの熱が二次系のナトリウムにより吸収されて冷却される。

三次冷却系配管２２は、過熱器１６及び蒸発器１７内を挿通するように配置されている。この三次冷却系配管２２は、一端部が蒸気タービン２３と連結されており、この蒸気タービン２３には、発電機２４が接続されている。また、蒸気タービン２３は、復水器２５を有しており、この復水器２５には、冷却水（例えば、海水）を給排する取水管２６及び排水管２７が連結されている。この取水管２６は、循環水ポンプ２８を有し、排水管２７と共に他端部が海中に配置されている。そして、この復水器２５は、三次冷却系配管２２の他端部に連結されており、この三次冷却系配管２２に給水ポンプ２９が設けられている。従って、この三次冷却系配管２２、蒸気タービン２３、復水器２５により三次系水ループが形成されており、給水ポンプ２９により水が循環することで、過熱器１６及び蒸発器１７で二次系のナトリウムの熱が水により吸収されて冷却される。

即ち、過熱器１６及び蒸発器１７にて、二次系の高温ナトリウムと熱交換を行って生成された蒸気は、三次冷却系配管２２を通して蒸気タービン２３に送られ、この蒸気により蒸気タービン２３を駆動して発電機２４により発電を行う。そして、蒸気タービン２３を駆動した蒸気は、復水器２５で海水を用いて冷却されて復水となり、給水ポンプ２９により過熱器１６及び蒸発器１７に戻される。

ここで、冷却材としてナトリウムを使用する原子力プラント１０では、シビアアクシデントの発生時において発生する水素を処理するための水素再結合装置３０が設けられている。このとき、水素再結合装置３０は、シビアアクシデントの発生時において、ナトリウムが漏えいすることでナトリウムエアロゾルが発生する場合であっても、水素を処理することが可能な構成となっている。

具体的に、図２を参照して、水素再結合装置３０について説明する。水素再結合装置３０は、原子炉格納容器１１の内部、または建屋２０の内部に適宜配置されている。水素再結合装置３０は、原子炉格納容器１１または建屋２０の内部で発生した水素を処理している。水素再結合装置３０は、筐体３１と、触媒部３２と、上流側フィルタ部材（上流側被覆部）３３と、下流側フィルタ部材（下流側被覆部）３４と、を備える。

筐体３１は、鉛直方向に長い箱状に形成されている。筐体３１には、原子力プラント１０内（原子炉格納容器１１内または建屋２０内）の雰囲気が筐体３１内に流入する流入口４１と、筐体３１内の雰囲気が原子力プラント１０内に流出する流出口４２とが形成されている。流入口４１は、筐体３１の鉛直方向の下方側に形成されている。流出口４２は、筐体３１の鉛直方向の上方側の側面に形成されている。このため、雰囲気は、筐体３１の流入口４１から筐体３１の内部に流入し、筐体３１の内部を通過して、筐体３１の流出口４２から流出する。よって、筐体３１の内部には、原子力プラント１０内の雰囲気が流通する雰囲気流路４３が形成され、この雰囲気流路４３は、鉛直方向に沿って形成されている。

触媒部３２は、流入口４１と流出口４２との間の筐体３１の内部に設けられ、筐体３１内における雰囲気の流通を許容している。触媒部３２は、流通する雰囲気に含まれる酸素及び水素を吸着する。筐体３１内の雰囲気は、鉛直方向の下方側から上方側に向かって流れる。このため、水素再結合装置３０は、筐体３１の流入口４１から原子力プラント１０内の雰囲気を吸い込み、筐体３１の流入口４１から水蒸気を含む雰囲気を流出させる。

なお、触媒部３２は、上記の触媒反応を発生させると共に、雰囲気の流通を許容する構成であればよい。このため、触媒部３２は、触媒を塗布したプレートである触媒プレートを複数並べた構成であってもよいし、触媒を塗布した粒状体を充填した構成であってもよく、触媒の表面積が触媒反応を発生可能な表面積となる形状であれば、特に限定されない。

上流側フィルタ部材３３は、流入口４１と触媒部３２との間の筐体３１の内部に設けられており、雰囲気流路４３において触媒部３２の上流側に配置されている。上流側フィルタ部材３３は、触媒部３２の下面の一部を覆うように、触媒部３２に隣接して配置されている。また、上流側フィルタ部材３３は、筐体３１の内面に寄せて配置されている。上流側フィルタ部材３３は、例えば、金属フィルタを用いて構成され、流入口４１から流入するナトリウムエアロゾルの触媒部３２への浸入を抑制する一方で、雰囲気の流通を許容するメッシュとなっている。このため、上流側フィルタ部材３３は、流入口４１から雰囲気と共にナトリウムエアロゾルが流入する場合であっても、ナトリウムエアロゾルの触媒部３２の下方側からの浸入を抑制することができる。

下流側フィルタ部材３４は、上流側フィルタ部材３３と同様の構成となっており、流出口４２と触媒部３２との間の筐体３１の内部に設けられ、雰囲気流路４３において触媒部３２の下流側に配置されている。下流側フィルタ部材３４は、触媒部３２の上面の一部を覆うように、触媒部３２に隣接して配置されている。このとき、下流側フィルタ部材３４は、鉛直方向において、上流側フィルタ部材３３と対向して配置されている。また、下流側フィルタ部材３４は、筐体３１の内面に寄せて配置されている。下流側フィルタ部材３４は、例えば、金属フィルタを用いて構成され、流出口４２から流入するナトリウムエアロゾルの触媒部３２への浸入を抑制する一方で、雰囲気の流通を許容するメッシュとなっている。このため、下流側フィルタ部材３４は、流出口４２から雰囲気と共にナトリウムエアロゾルが流入する場合であっても、ナトリウムエアロゾルの触媒部３２の上方側からの浸入を抑制することができる。

このように構成される水素再結合装置３０において、筐体３１の内部に、水素及びナトリウムエアロゾルを含む雰囲気が流入すると、上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４は、ナトリウムエアロゾルの触媒部３２の一部への浸入を抑制する。一方で、上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４は、水素を含む雰囲気の触媒部３２の一部への流通を許容することから、触媒部３２の一部は、雰囲気に含まれる水素及び酸素によって、初期の触媒反応を発生させる。初期の触媒反応によって発生する熱は、上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４が覆われていない部位の触媒部３２に伝達される。このため、上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４が覆われていない触媒部３２の部位に、ナトリウムエアロゾルが付着しても、初期の触媒反応によって触媒部３２の全体が加熱されるため、ナトリウムエアロゾルが溶融、または、揮発して、触媒部３２が露出する。

以上のように、実施形態１によれば、触媒部３２の上流側及び下流側の一部を、上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４によって覆うことができる。このため、上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４は、ナトリウムエアロゾルの触媒部３２への付着を抑制することができる。これにより、上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４によって覆われた触媒部３２の一部において、初期の触媒反応を発生させることができる。よって、水素再結合装置３０は、ナトリウムエアロゾルが発生しても、触媒部３２を露出させることができ、触媒部３２の触媒反応を好適に発生させることができるため、水素を好適に処理することができる。

また、実施形態１によれば、上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４を用いることで、ナトリウムエアロゾルの浸入を抑制しつつ、水素、酸素及び水蒸気を含む雰囲気（気体）の流通を許容することができる。

また、実施形態１によれば、原子炉格納容器１１の内部または建屋２０で、ナトリウムエアロゾル及び水素が発生しても、水素再結合装置３０を用いて水素を好適に処理することができる。

なお、実施形態１において、上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４は、触媒部３２の一部を覆うように設けたが、触媒部３２の全面を覆うように設けてもよい。この場合、触媒部３２は、上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４がナトリウムエアロゾルの付着によって閉塞してしまう前に、原子力プラント１０内の雰囲気に含まれ、水素燃焼の要因となる酸素を処理することが求められる。

また、実施形態１では、上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４は、触媒部３２に隣接して設けたが、触媒部３２から離して設けてもよく、特に限定されない。つまり、上流側フィルタ部材３３は、流入口４１と触媒部３２との間の雰囲気流路４３に設けられればよく、また、下流側フィルタ部材３４は、流出口４２と触媒部３２との間の雰囲気流路４３に設けられればよい。

また、実施形態１では、上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４を配置したが、少なくとも上流側フィルタ部材３３を配置すればよく、下流側フィルタ部材３４を省いてもよい。

また、実施形態１では、筐体３１を用いて雰囲気流路４３を形成したが、雰囲気流路４３は、ダクトを用いて形成してもよい。

［実施形態２］
次に、図３を参照して、実施形態２に係る水素再結合装置５０について説明する。図３は、実施形態２に係る水素再結合装置を模式的に表した断面図である。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。

実施形態２の水素再結合装置５０は、実施形態１の水素再結合装置３０に設けられる上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４に代えて、ロータ５１が設けられている。

ロータ５１は、筐体３１の流入口４１に設けられており、複数の羽根５３を有すると共に、回転軸５５を中心に自由回転可能となっている。ロータ５１の回転軸５５は、その軸方向が、雰囲気流路４３に沿って流通する雰囲気の流通方向、すなわち、鉛直方向となっている。複数の羽根５３は、回転軸５５の周囲に所定の間隔を空けて配置されている。このため、流入口４１から流入する雰囲気は、羽根５３間を通過して、筐体３１内に入り込む。また、複数の羽根５３は、回転軸５５の軸方向から見て、流入口４１（つまり、雰囲気流路４３）を塞ぐように、相互に重複する配置となっている。このため、回転軸５５の軸方向から見た流入口４１は、軸方向に連通する開口が形成されないことから、雰囲気に含まれるナトリウムエアロゾルは、各羽根５３に衝突し易くなる。

また、ロータ５１は、自由回転可能な構成となっていることから、触媒部３２の触媒反応の熱によって上昇気流が発生すると、雰囲気流路４３の上流側から下流側に向かって雰囲気が流通することで、受動的に回転する。回転するロータ５１は、各羽根５３に付着したナトリウムエアロゾルを、遠心力または回転による振動によって払い飛ばす。ここで、ロータ５１の周囲には、囲い部材５６が設けられている。このため、遠心力によって払い飛ばされたナトリウムエアロゾルは、囲い部材５６に付着し、囲い部材５６をつたって落下する。

以上のように、実施形態２によれば、雰囲気流路４３の下流側からエアロゾルが入り込み、ロータ５１に付着しても、回転するロータ５１の遠心力及び回転振動によってエアロゾルを落とすことができる。このため、エアロゾルが、触媒部３２に付着することを抑制することができる。

また、実施形態２によれば、羽根５３間を流通する雰囲気に含まれるナトリウムエアロゾルは、複数の羽根５３に衝突し易くなることから、ロータ５１を通過し難い。このため、ナトリウムエアロゾルが、触媒部３２に付着することを抑制することができる。

なお、実施形態２のロータ５１は、触媒反応の熱によって生じる上昇気流によって受動的に回転する構成としたが、図示しない駆動源からの動力によって回転する構成であってもよい。

また、実施形態２のロータ５１に設けられる複数の羽根５３の表面に、触媒部３２と同じ触媒となる触媒層を形成してもよい。この場合、触媒層は、複数の羽根５３の表面において触媒反応が発生することで、触媒反応の熱により、ナトリウムエアロゾルを溶融させ、ナトリウムエアロゾルをロータ５１から落とす。

また、実施形態２のロータ５１に設けられる複数の羽根５３の表面に、撥水性を有するコーティング膜を形成してもよい。この場合、コーティング膜は、複数の羽根５３に付着したナトリウムエアロゾルを弾いて、ロータ５１から落とす。

［実施形態３］
次に、図４を参照して、実施形態３に係る水素再結合装置６０について説明する。図４は、実施形態３に係る水素再結合装置を模式的に表した断面図である。なお、実施形態３でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。

実施形態３の水素再結合装置６０は、実施形態１の水素再結合装置３０に設けられる上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４に代えて、洗浄機能付フィルタユニット６１が設けられている。

洗浄機能付フィルタユニット６１は、筐体３１の流入口４１に接続されており、ユニットケース６５と、複数のフィルタ部材６６と、無限軌道部（移動部）６７と、洗浄プール６８と、を有している。

ユニットケース６５は、箱状に形成され、原子力プラント１０内の雰囲気がユニットケース６５内に流入するガス流入口７１と、ユニットケース６５内の雰囲気が筐体３１内に流出するガス流出口７２とが形成されている。ガス流入口７１は、ユニットケース６５の鉛直方向の下方側に形成され、水平方向の一方側に寄せて形成されている。ガス流出口７２は、ユニットケース６５の鉛直方向の上方側に形成され、水平方向の一方側に寄せて形成されている。そして、ガス流出口７２は、鉛直方向において、ガス流入口７１と対向する位置に形成されている。このガス流出口７２は、筐体３１の流入口４１に接続される。このため、雰囲気は、ユニットケース６５のガス流入口７１からユニットケース６５の内部に流入し、ユニットケース６５の内部を通過して、ユニットケース６５のガス流出口７２から流出する。ユニットケース６５から流出した雰囲気は、筐体３１の流入口４１に流入し、筐体３１の内部（触媒部３２）を通過して、筐体３１の流出口４２から流出する。よって、雰囲気流路４３は、ユニットケース６５及び筐体３１の内部において、鉛直方向に沿って形成されている。

無限軌道部６７は、一対のプーリ７５と、ベルト部材７６と、を含んで構成されている。一対のプーリ７５は、水平方向に並んで配置されており、各プーリ７５は、自由回転可能となっている。ベルト部材７６は、各プーリ７５の軸方向において所定の幅を有すると共に、環状に形成され、一対のプーリ７５に架け渡されている。このため、ベルト部材７６は、一対のプーリ７５の周りを周回する。この無限軌道部６７は、ユニットケース６５の内部に形成される雰囲気流路４３に隣接して配置される。

複数のフィルタ部材６６は、無限軌道部６７のベルト部材７６に所定の間隔を空けて並べて取り付けられている。各フィルタ部材６６は、ベルト部材７６の周面に対して突出するように取り付けられる。このフィルタ部材６６は、実施形態１の上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４と同様に、金属フィルタを用いて構成されている。フィルタ部材６６は、無限軌道部６７のベルト部材７６が周回することで、複数のフィルタ部材６６が周回移動する。このとき、複数のフィルタ部材６６は、少なくとも１つのフィルタ部材６６が、ユニットケース６５の内部の雰囲気流路４３を遮るように、無限軌道部６７によって移動させられる。そして、雰囲気流路４３を遮る位置が、ナトリウムエアロゾルを除去する除去位置となっている。よって、各フィルタ部材６６は、無限軌道部６７の移動によって、除去位置に順次位置することとなる。

洗浄プール６８は、ナトリウムエアロゾルが付着したフィルタ部材６６を洗浄するものである。洗浄プール６８は、その内部に洗浄液を溜めている。洗浄液としては、例えば、アルコール系の溶剤が用いられている。洗浄プール６８は、無限軌道部６７の下方側に配置され、無限軌道部６７の下方側を周回する複数のフィルタ部材６６が洗浄液中に没するように配置されている。

このように構成される水素再結合装置６０において、ユニットケース６５の内部に、水素及びナトリウムエアロゾルを含む雰囲気が流入する。すると、雰囲気中のナトリウムエアロゾルは、除去位置に位置するフィルタ部材６６に付着し、これにより、ナトリウムエアロゾルが除去された雰囲気は、ユニットケース６５の内部を通過して、筐体３１に流入する。そして、筐体３１内の触媒部３２は、雰囲気に含まれる水素及び酸素によって触媒反応が発生することで、水素を処理する。ここで、無限軌道部６７は、除去位置にあるフィルタ部材６６に付着するナトリウムエアロゾルの付着量が多くなると、ナトリウムエアロゾルの自重によって、ナトリウムエアロゾルが付着したフィルタ部材６６を下方側に移動させると共に、新たなフィルタ部材６６を除去位置に移動させる。下方側に移動したフィルタ部材６６は、洗浄プール６８の洗浄液に没する洗浄位置において洗浄される。そして、無限軌道部６７は、除去位置においてナトリウムエアロゾルが付着したフィルタ部材６６を、順次、下方側に移動させることで、複数のフィルタ部材６６を、除去位置及び洗浄位置に、順次移動させることができる。このように、無限軌道部６７は、付着したナトリウムエアロゾルの自重によって、受動的に複数のフィルタ部材６６を移動させることができる。

以上のように、実施形態３によれば、無限軌道部６７により、ナトリウムエアロゾルが付着したフィルタ部材６６を洗浄位置に移動させて、フィルタ部材６６を洗浄することができ、また、洗浄後のフィルタ部材６６を除去位置に移動させて、ナトリウムエアロゾルの除去を行うことができる。

また、実施形態３によれば、フィルタ部材６６を洗浄プール６８に没することで、簡単に洗浄することができる。

また、実施形態３によれば、無限軌道部６７は、ベルト部材７６を一対のプーリ７５の間で周回させることで、複数のフィルタ部材６６を、順次、除去位置及び洗浄位置に移動させることができる。

また、実施形態３によれば、無限軌道部６７は、フィルタ部材６６に付着したナトリウムエアロゾルの自重によって、フィルタ部材６６を受動的に移動させることができる。このため、無限軌道部６７は、駆動源からの動力を必要としないことから、動力の確保が困難な状況であっても、フィルタ部材６６を、除去位置と洗浄位置との間で移動させることができる。

なお、実施形態３の無限軌道部６７は、エアロゾルの自重によって、フィルタ部材６６を受動的に移動させる構成としたが、図示しない駆動源からの動力によって移動させる構成であってもよい。この場合、無限軌道部６７は、駆動源からの動力によって、フィルタ部材６６を確実に移動させることができる。

［実施形態４］
次に、図５及び図６を参照して、実施形態４に係る水素再結合装置８０について説明する。図５は、実施形態４に係る水素再結合装置を模式的に表した断面図である。図６は、図５のＡ−Ａ断面図である。なお、実施形態４でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１から３と異なる部分について説明し、実施形態１から３と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。

実施形態４の水素再結合装置８０は、実施形態１の水素再結合装置３０に設けられる上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４に代えて、洗浄機能付フィルタユニット８１が設けられている。

洗浄機能付フィルタユニット８１は、筐体３１の流入口４１に接続されており、ユニットケース８５と、フィルタ部材８６と、一対のプーリ８７と、洗浄プール８８と、を有している。

ユニットケース８５は、箱状に形成され、原子力プラント１０内の雰囲気がユニットケース８５内に流入するガス流入口９１と、ユニットケース８５内の雰囲気が筐体３１内に流出するガス流出口９２とが形成されている。ガス流入口９１は、ユニットケース８５の側面に形成され、ユニットケース８５の鉛直方向において中央部に形成されている。ガス流出口９２は、ユニットケース８５の側面に形成され、ユニットケース８５の鉛直方向において中央部に形成されている。このとき、図６に示すように、ガス流出口９２の開口面は、ガス流入口９１の開口面と直交するように形成されている。このガス流出口９２には、接続管８９の一端側が接続され、接続管８９の他端側は、筐体３１の流入口４１に接続される。このため、雰囲気は、ユニットケース８５のガス流入口９１からユニットケース８５の内部に流入し、ユニットケース８５の内部を通過して、ユニットケース８５のガス流出口９２から流出する。ユニットケース８５から流出した雰囲気は、筐体３１の流入口４１に流入し、筐体３１の内部（触媒部３２）を通過して、筐体３１の流出口４２から流出する。よって、雰囲気流路４３は、ユニットケース８５の内部において、ガス流入口９１からガス流出口９２に向かって形成され、筐体３１の内部において、鉛直方向に沿って形成されている。

一対のプーリ８７は、鉛直方向に並んで配置されており、各プーリ８７は、自由回転可能となっている。また、各プーリ８７は、その回転軸が、ガス流出口９２の開口面に対して直交するように配置され、ガス流出口９２の鉛直方向の両側に、一対のプーリ８７が位置するように設けられる。

フィルタ部材８６は、各プーリ８７の軸方向における長さと同じ長さの幅を有すると共に、環状に形成され、一対のプーリ８７に架け渡されている。このため、環状となるフィルタ部材８６の内側には、ガス流出口９２が位置する。また、フィルタ部材８６は、実施形態１の上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４と同様に、金属フィルタを用いて構成されている。そして、フィルタ部材８６は、一対のプーリ８７の周りを周回する。このフィルタ部材８６は、その周面が、ガス流入口９１の開口面と対向するように配置される。このため、フィルタ部材８６のガス流入口９１に対向する一部は、ユニットケース８５の内部の雰囲気流路４３を遮るように配置される。そして、雰囲気流路４３を遮る位置が、ナトリウムエアロゾルを除去する除去位置となっている。

洗浄プール８８は、実施形態３と同様に、ナトリウムエアロゾルが付着したフィルタ部材８６を洗浄するものである。洗浄プール８８は、その内部に洗浄液を溜めており、フィルタ部材８６の下方側の一部が洗浄液中に没するように配置されている。

また、ユニットケース８５の内部には、環状のフィルタ部材８６の外側に配置される外側閉塞板９４と、環状のフィルタ部材８６の内側に配置される内側閉塞板９５とが設けられている。外側閉塞板９４は、フィルタ部材８６の上方側に設けられ、フィルタ部材８６の外周面とユニットケース８５の内周面との間を閉塞するように設けられる。このため、外側閉塞板９４は、ガス流入口９１からユニットケース８５の内部に流入した雰囲気が、フィルタ部材８６を挟んだガス流入口９１の反対側に流入することを抑制する。内側閉塞板９５は、一対のプーリ８７の間に設けられると共に、ガス流出口９２を挟んで、ガス流入口９１の反対側のフィルタ部材８６の一部に沿って設けられる。このため、内側閉塞板９５は、フィルタ部材８６を通過した雰囲気が、再びフィルタ部材８６を通過して、フィルタ部材８６の外側に流出することを抑制する。

このように構成される水素再結合装置８０において、ユニットケース８５の内部に、水素及びナトリウムエアロゾルを含む雰囲気が流入する。すると、雰囲気中のナトリウムエアロゾルは、除去位置に位置するフィルタ部材８６の一部に付着し、これにより、ナトリウムエアロゾルが除去された雰囲気は、フィルタ部材８６の内側を通過して、ガス流出口９２から流出する。ガス流出口９２から流出した雰囲気は、接続管８９を流通して、筐体３１に流入する。そして、筐体３１内の触媒部３２は、雰囲気に含まれる水素及び酸素によって触媒反応が発生することで、水素を処理する。ここで、一対のプーリ８７は、除去位置にあるフィルタ部材８６の一部に付着するナトリウムエアロゾルの付着量が多くなると、ナトリウムエアロゾルの自重によって、ナトリウムエアロゾルが付着したフィルタ部材８６の一部を下方側に移動させる。これにより、フィルタ部材８６は、一対のプーリ８７を周回することで、ナトリウムエアロゾルが付着していないフィルタ部材８６の一部を除去位置に移動させる。ナトリウムエアロゾルが付着したフィルタ部材８６の一部は、洗浄プール８８の洗浄液に没する洗浄位置において洗浄される。そして、一対のプーリ８７は、除去位置においてナトリウムエアロゾルが付着したフィルタ部材８６の一部を、順次、下方側に移動させることで、フィルタ部材８６を、除去位置及び洗浄位置に、連続的移動させることができる。このように、一対のプーリ８７は、付着したナトリウムエアロゾルの自重によって、受動的にフィルタ部材８６を周回移動させることができる。

以上のように、実施形態４によれば、フィルタ部材８６を一対のプーリ８７の間で周回させることができるため、フィルタ部材８６を、連続的に除去位置及び洗浄位置に移動させることができる。

なお、実施形態４の一対のプーリ８７は、ナトリウムエアロゾルの自重によって、フィルタ部材８６を受動的に周回移動させる構成としたが、図示しない駆動源からの動力によって移動させる構成であってもよい。この場合、一対のプーリ８７は、駆動源からの動力によって、フィルタ部材８６を確実に移動させることができる。

［実施形態５］
次に、図７を参照して、実施形態５に係る水素再結合装置１００について説明する。図７は、実施形態５に係る水素再結合装置を模式的に表した断面図である。なお、実施形態５でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１から４と異なる部分について説明し、実施形態１から４と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。

実施形態５の水素再結合装置１００は、実施形態１の水素再結合装置３０に設けられる上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４に代えて、フィルタユニット１０１が設けられている。

フィルタユニット１０１は、筐体３１の流入口４１に設けられており、複数のフィルタ部材１０５と、フィルタ剥落機構１０６と、を有している。

複数のフィルタ部材１０５は、厚さ方向に重ねて積層されており、各フィルタ部材１０５は、実施形態１の上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４と同様に、金属フィルタを用いて構成されている。このフィルタ部材１０５は、筐体３１の流入口４１の全面を覆うように設けられている。

フィルタ剥落機構１０６は、ナトリウムエアロゾルが付着していない各フィルタ部材１０５を、積層状態となるように保持する。一方で、フィルタ剥落機構１０６は、ナトリウムエアロゾルが付着したフィルタ部材１０５を、フィルタ部材１０５の一端部を中心として、フィルタ部材１０５の他端部が鉛直方向の下方側に展開するように、フィルタ部材１０５を剥落させる。

以上のように、実施形態５によれば、ナトリウムエアロゾルが付着したフィルタ部材１０５を剥落させることで、新たなフィルタ部材１０５を露出させることができる。このため、ナトリウムエアロゾルが、触媒部３２に付着することを抑制することができる。

なお、実施形態１から５は、適宜組み合わせてもよく、例えば、実施形態１の上流側フィルタ部材３３及び下流側フィルタ部材３４を、実施形態２から５の水素再結合装置５０，６０，８０，１００に適用してもよい。

１０ 原子力プラント
１１ 原子炉格納容器
１２ 高速増殖炉
２０ 建屋
２３ 蒸気タービン
２４ 発電機
２５ 復水器
３０ 水素再結合装置
３１ 筐体
３２ 触媒部
３３ 上流側フィルタ部材
３４ 下流側フィルタ部材
４１ 流入口
４２ 流出口
４３ 雰囲気流路
５０ 水素再結合装置（実施形態２）
５１ ロータ
５３ 羽根
５５ 回転軸
５６ 囲い部材
６０ 水素再結合装置（実施形態３）
６１ 洗浄機能付フィルタユニット
６５ ユニットケース
６６ フィルタ部材
６７ 無限軌道部
６８ 洗浄プール
７１ ガス流入口
７２ ガス流出口
７５ プーリ
７６ ベルト部材
８０ 水素再結合装置（実施形態４）
８１ 洗浄機能付フィルタユニット
８５ ユニットケース
８６ フィルタ部材
８７ プーリ
８８ 洗浄プール
８９ 接続管
９１ ガス流入口
９２ ガス流出口
１００ 水素再結合装置（実施形態５）
１０１ フィルタユニット
１０５ フィルタ部材
１０６ フィルタ剥落機構

Claims (14)

1. 冷却材として液体金属が使用される原子力プラントに設けられる水素再結合装置において、
   前記原子力プラント内の雰囲気が流通する雰囲気流路と、
   前記雰囲気流路に設けられ、前記雰囲気中に含まれる水素及び酸素を触媒反応により結合させて水蒸気を発生させる触媒部と、
   前記雰囲気の流通方向において、前記触媒部の上流側の前記雰囲気流路に設けられ、前記触媒部の一部を覆って設けられる上流側被覆部と、を備え、
   前記上流側被覆部は、前記原子力プラント内において発生するエアロゾルの侵入を抑制する一方で、前記雰囲気の流通を許容するフィルタ部材であることを特徴とする水素再結合装置。
2. 冷却材として液体金属が使用される原子力プラントに設けられる水素再結合装置において、
   前記原子力プラント内の雰囲気が流通する雰囲気流路と、
   前記雰囲気流路に設けられ、前記雰囲気中に含まれる水素及び酸素を触媒反応により結合させて水蒸気を発生させる触媒部と、
   前記雰囲気の流通方向において、前記触媒部の上流側の前記雰囲気流路に設けられ、前記触媒部を覆って設けられる上流側被覆部と、を備え、
   前記上流側被覆部は、複数の羽根を有すると共に回転軸を中心に回転するロータであり、
   前記回転軸は、その軸方向が、前記雰囲気の流通方向に沿って設けられ、
   前記複数の羽根は、前記回転軸の軸方向から見て、前記雰囲気流路を塞ぐように、相互に重複する配置となっていることを特徴とする水素再結合装置。
3. 前記複数の羽根の各々は、少なくとも表面に、前記雰囲気中に含まれる水素及び酸素を触媒反応により結合させて水蒸気を発生させる触媒層が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の水素再結合装置。
4. 前記複数の羽根の各々の表面には、撥水性を有するコーティング膜が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の水素再結合装置。
5. 冷却材として液体金属が使用される原子力プラントに設けられる水素再結合装置において、
   前記原子力プラント内の雰囲気が流通する雰囲気流路と、
   前記雰囲気流路に設けられ、前記雰囲気中に含まれる水素及び酸素を触媒反応により結合させて水蒸気を発生させる触媒部と、
   前記雰囲気の流通方向において、前記触媒部の上流側の前記雰囲気流路に設けられ、少なくとも前記触媒部の一部を覆って設けられる上流側被覆部と、を備え、
   前記上流側被覆部は、洗浄機能付フィルタユニットであり、
   前記洗浄機能付フィルタユニットは、
   前記雰囲気中に含まれるエアロゾルを除去する除去位置に配置されるフィルタ部材と、
   前記フィルタ部材を洗浄位置において洗浄する洗浄部と、
   前記フィルタ部材を前記除去位置と前記洗浄位置との間で移動させる移動部と、を有することを特徴とする水素再結合装置。
6. 前記洗浄部は、洗浄液を溜めた洗浄プールであり、
   前記移動部は、前記洗浄プールの前記洗浄液に没する前記洗浄位置に、前記フィルタ部材を移動させることを特徴とする請求項５に記載の水素再結合装置。
7. 前記移動部は、一対のプーリと、前記一対のプーリに架け渡される環状のベルト部材と、を含み、
   前記フィルタ部材は、前記ベルト部材に複数取り付けられることを特徴とする請求項５または６に記載の水素再結合装置。
8. 前記移動部は、一対のプーリを含み、
   前記フィルタ部材は、前記一対のプーリに架け渡される環状のベルトに形成されることを特徴とする請求項５または６に記載の水素再結合装置。
9. 前記移動部は、前記フィルタ部材に付着したエアロゾルの自重によって、前記フィルタ部材を移動させることを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の水素再結合装置。
10. 前記移動部は、駆動源からの動力によって、前記フィルタ部材を移動させることを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の水素再結合装置。
11. 冷却材として液体金属が使用される原子力プラントに設けられる水素再結合装置において、
    前記原子力プラント内の雰囲気が流通する雰囲気流路と、
    前記雰囲気流路に設けられ、前記雰囲気中に含まれる水素及び酸素を触媒反応により結合させて水蒸気を発生させる触媒部と、
    前記雰囲気の流通方向において、前記触媒部の上流側の前記雰囲気流路に設けられ、少なくとも前記触媒部の一部を覆って設けられる上流側被覆部と、を備え、
    前記上流側被覆部は、フィルタユニットであり、
    前記フィルタユニットは、
    厚さ方向に重ねて積層した複数のフィルタ部材と、
    エアロゾルが付着した前記フィルタ部材を剥落させて、新たな前記フィルタ部材を露出させるフィルタ剥落機構と、を有することを特徴とする水素再結合装置。
12. 前記雰囲気の流通方向において、前記触媒部の下流側の前記雰囲気流路に設けられ、少なくとも前記触媒部の一部を覆って設けられる下流側被覆部を、さらに備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の水素再結合装置。
13. 一次冷却材として液体金属が使用される原子炉容器と、
    前記原子炉容器を内部に格納する原子炉格納容器と、
    前記原子炉格納容器の内部に設けられる、請求項１から１２のいずれか１項に記載の水素再結合装置と、を備えることを特徴とする原子力プラント。
14. 一次冷却材として液体金属が使用される原子炉容器と、
    前記原子炉容器を内部に格納する原子炉格納容器と、
    前記一次冷却材と熱交換される二次冷却材として液体金属が使用される二次系設備と、
    前記二次系設備を内部に収容する建屋と、
    前記建屋の内部に設けられる、請求項１から１２のいずれか１項に記載の水素再結合装置と、を備えることを特徴とする原子力プラント。

Images