JP7080202B2

JP7080202B2 - ｐＨ制御装置

Info

Publication number: JP7080202B2
Application number: JP2019116996A
Authority: JP
Inventors: 聡中込; 俊樹矢持
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2022-06-03
Anticipated expiration: 2039-06-25
Also published as: JP2021004730A

Description

本発明は、原子力プラントにおいて放射性ヨウ素の放出量を低減するためのｐＨ制御装置に関する。

原子力プラントでは、炉心損傷を伴う重大事故等時において、放射性物質が原子炉格納容器内に放出されると、その大部分がサプレッションプールに移行する。放射性物質のヨウ素は、サプレッションプールの水に捕集される。そこで、水中に捕集されたヨウ素が揮発することを抑制するために、サプレッションプール水ｐＨ制御系が設けられている。水のｐＨをアルカリ性に維持すると、水中に溶解したヨウ素が揮発するのを抑制できる。サプレッションプール水ｐＨ制御系は、サプレッションプールの水をアルカリ性に維持する機能を持ち、格納容器フィルタベント系の使用時における放射性ヨウ素の大気への放出量を低減する。

サプレッションプール水ｐＨ制御系の例は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のｐＨ制御システムは、加圧用空気を貯留する加圧用空気ボンベと、アルカリ性の水溶液であるｐＨ調整剤を貯留するｐＨ調整剤タンクとを備え、加圧用空気によりｐＨ調整剤をサプレッションプールに供給する。

特開２０１７－２１９４３６号公報

放射性物質が原子炉格納容器内に放出された際には、サプレッションプールのみではなく、ペデスタルの内側にも放射性物質の一部が混入する。原子炉格納容器内に蒸気が充満した際に原子炉格納容器内の圧力が過大になるのを防ぐためにドライウェルに放水した水がペデスタル内側に溜まる。また、高温の燃料がペデスタル内側に溶け落ちた際にペデスタルの内側に注水する。ペデスタルの内側に存在する放射性ヨウ素は、これらの注水によってペデスタル内側に溜まった水に捕集される。

ペデスタルへの注水時にペデスタルの内側に溜まる水をアルカリ性にすることができなければ、サプレッションプールと同様に、ペデスタルの内側に溜まった水から放射性ヨウ素が揮発し、格納容器フィルタベント系の使用時における放射性ヨウ素の放出量が多くなるという課題がある。従って、ペデスタルの内側での放射性ヨウ素の放出量を低減するためには、ペデスタルへの注水時にペデスタルの内側に溜まる水をアルカリ性にする必要がある。

本発明は、ペデスタルへの注水時にペデスタルの内側に溜まる水をアルカリ性にすることができるｐＨ制御装置を提供することを目的とする。

本発明によるｐＨ制御装置は、原子炉格納容器内のペデスタルの内側に設置され、上部に開口部を有する箱部と、前記箱部の上部に載置され前記開口部を覆う蓋部とを備える。前記箱部は、水に溶解して前記水をアルカリ性にするｐＨ調整剤を内部に備え、底面部が前記ペデスタルの内側の床よりも上方に位置し、前記底面部が穴を備える。前記蓋部は、前記水の浮力によって上方に移動可能な構成を備える。

本発明によると、ペデスタルへの注水時にペデスタルの内側に溜まる水をアルカリ性にすることができるｐＨ制御装置を提供することができる。

原子炉格納容器の断面図。本発明の実施例１によるｐＨ制御装置の正面図。実施例１によるｐＨ制御装置の蓋部の平面図。実施例１によるｐＨ制御装置の箱部の平面図。実施例１によるｐＨ制御装置の蓋部と箱部の斜視図。実施例１によるｐＨ制御装置の蓋部と箱部の正面図。実施例１によるｐＨ制御装置の蓋部の下面（裏面）を示す図。複数の突出部と空間を備える蓋部の下面（裏面）を示す図。蓋部が載置された箱部の斜視図。本発明の実施例２によるｐＨ制御装置の蓋部と箱部の正面図。実施例２によるｐＨ制御装置の蓋部の下面（裏面）を示す図。実施例２によるｐＨ制御装置の別の蓋部と箱部の正面図。

本発明によるｐＨ制御装置は、原子力プラントにおいて、原子炉格納容器内のペデスタルの内側に設置され、原子炉格納容器内に放出されペデスタル内側に移行してペデスタルの内側に溜まった水に溶解した放射性ヨウ素が、この水から揮発するのを防ぐことができる。より具体的には、本発明によるｐＨ制御装置は、内部に薬剤を備え、ペデスタルへの注水によりペデスタルの内側に水が溜まると、装置内にこの水が浸入して薬剤が溶け、水と薬剤の混合液が装置から流出することで、ペデスタルの内側の水をアルカリ性にし、ペデスタルの内側に溜まった水に溶けた放射性ヨウ素の揮発を抑制する。

以下、本発明の実施例によるｐＨ制御装置を、図面を用いて説明する。なお、本明細書において「ｐＨ」とは、水素イオン濃度指数をいう。

本発明の実施例１によるｐＨ制御装置を説明する。初めに、本実施例によるｐＨ制御装置の設置場所を説明する。

図１は、原子炉格納容器２０の断面図である。図１には、一例として、改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）の原子炉格納容器２０の概略を示している。原子炉格納容器２０は、燃料集合体を収納する原子炉圧力容器１と、原子炉圧力容器１を支持するペデスタル２と、水を貯えたサプレッションプール３を備える。

本実施例によるｐＨ制御装置５は、箱部８と蓋部６を備え、ペデスタル２の内側の下部に設置される。ｐＨ制御装置５は、例えば炉心損傷を伴う重大事故等時においてペデスタル２に注水したときに、水中に捕集された放射性ヨウ素が揮発するのを抑制するための装置である。ｐＨ制御装置５は、ペデスタル２の内側の下部であって、ペデスタル２への注水時に水が溜まる箇所であれば、任意の位置に設置できる。例えば、ｐＨ制御装置５は、ペデスタル２の内側の床４、ペデスタル２の内側の壁面、または床４よりも上方にあるコリウムシールド上に設置できる。図１には、一例として、コリウムシールドのないＡＢＷＲプラントにおいて、ペデスタル２の内側の床４に設置されたｐＨ制御装置５を示している。

次に、ｐＨ制御装置５の概要を説明する。ｐＨ制御装置５は、水をアルカリ性にする薬剤を箱部８に収納した容器である。

図２は、ｐＨ制御装置５の正面図である。図３は、ｐＨ制御装置５の蓋部６の平面図である。図４は、ｐＨ制御装置５の箱部８の平面図である。

ｐＨ制御装置５は、容器の胴部である箱部８と、箱部８の上部に載置された蓋部６と、箱部８の内部に設置された薬剤１３と、箱部８と蓋部６を接続する接続部材９を備える。

箱部８は、底面部１０と側面部１１で構成され、上部に開口部８ａを有する。この開口部８ａにより、箱部８の上部の全体が開放されている（すなわち、箱部８が上面部を備えない）のが好ましい。箱部８は、底面部１０と側面部１１で囲まれた空間に、ｐＨ制御のための薬剤１３を備える。

箱部８は、底面部１０がペデスタル２の内側の床４よりも上方に位置する。ｐＨ制御装置５がペデスタル２の内側の床４に設置される場合には、箱部８は、底面部１０に脚部１５を備え、脚部１５がペデスタル２の内側の床４に接することにより、底面部１０がペデスタル２の内側の床４よりも上方に位置する。ｐＨ制御装置５が床４よりも上方にあるコリウムシールド上に設置される場合には、箱部８は、底面部１０に脚部１５を備え、脚部１５がコリウムシールドに接することにより、底面部１０がコリウムシールドよりも上方に位置する。

箱部８の形状と大きさは、任意に定めることができる。本実施例では、一例として、箱部８の形状は、直方体である。なお、箱部８は、水に浮かないものとし、ペデスタル２の内側の床４やコリウムシールドに固定されても固定されなくてもよい。但し、箱部８は、ペデスタル２の内側の壁面に設けられた場合には、この壁面に固定されている。

蓋部６は、箱部８の上部に載置され、箱部８の上部の開口部８ａを覆って開口部８ａを塞ぐ。蓋部６は、後述するように、水の浮力によって上方に移動可能な構成を備える。蓋部６の形状と大きさは、任意に定めることができる。本実施例では、一例として、蓋部６は、形状が長方形であり、箱部８よりも大きい縦幅と横幅を持つ。

薬剤１３は、箱部８の底面部１０と側面部１１に囲まれた空間に設置され、箱部８の内部に浸入した水に溶解し、この水をアルカリ性にする性質を持つｐＨ調整剤である。薬剤１３は、液体であると蒸発したり質が低下したりする恐れがあるので、固体であるのが望ましく、例えば粉末状である。薬剤１３は、湿分などによる変質を防ぐため、水溶性のフィルムで覆われて設置されるのが望ましい。薬剤１３には、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、または四ホウ酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７）等を用いることができる。

接続部材９は、蓋部６を箱部８に接続でき、蓋部６が水に流されないようにできれば、任意の構成を備えることができる。例えば、接続部材９には、鎖状の部材、紐状の部材、帯状の部材、ばね状の部材、磁力で接続する部材、粘着力で接続する部材、またはこれらを複合的に組み合わせた部材などで構成することができる。本実施例では、一例として、接続部材９は、鎖状の部材で構成されている。

原子力プラントの通常運転時には、箱部８の内部に設置された薬剤１３は、蓋部６が箱部８の上部の開口部８ａを覆うことにより、変質が抑制される。

ペデスタル２への注水によりペデスタル２の内側に水が溜まると、箱部８の内部にこの水が浸入して薬剤１３が溶け、蓋部６が水の浮力で上方に移動して箱部８から離れる。蓋部６が箱部８から離れることによって、薬剤１３が溶けた水が箱部８の開口部８ａから流出し、ペデスタル２の内側の水をアルカリ性にする。

蓋部６は、接続部材９を設置するための接続部材取り付け部７を備えてもよい。接続部材取り付け部７は、接続部材９に応じて任意の構成を備えることができる。本実施例では、一例として、接続部材取り付け部７は、鎖状の接続部材９を取り付けるための穴である。

箱部８は、接続部材９を設置するための接続部材取り付け部１４を備えてもよい。接続部材取り付け部１４は、接続部材９に応じて任意の構成を備えることができる。本実施例では、一例として、接続部材取り付け部１４は、鎖状の接続部材９を取り付けるための穴を有する突起（ブラケット）である。

箱部８は、内部に仕切り板１２を備えてもよい。仕切り板１２は、箱部８の内部を複数の空間に分ける。薬剤１３は、これらの空間に配置される。

ここで、蓋部６と箱部８の構成について、詳しく説明する。箱部８の上部に載置された蓋部６は、箱部８の内部に水が浸入すると、水に浮いて上方に移動して箱部８から離れ、箱部８の上部の開口部８ａを開放する。

図５Ａは、蓋部６と箱部８の斜視図である。図５Ｂは、蓋部６と箱部８の正面図である。図５Ｃは、蓋部６の下面（裏面）を示す図である。図５Ａ～図５Ｃは、蓋部６と箱部８を模式的に示している。

蓋部６は、水の浮力によって上方に移動可能な構成として、下面（裏面）に、下方に向かって（すなわち、箱部８の内部に向かって）突出する環状の突出部６ａを備える。突出部６ａは、蓋部６が箱部８の上部に載置されたときには箱部８の内部に位置し、例えば複数の板材で構成することができる。本実施例では、一例として、突出部６ａは、長方形の環状である。蓋部６は、下部に、蓋部６の下面と環状の突出部６ａとで囲まれた空間６ｂを備える。蓋部６は、環状の突出部６ａと空間６ｂを複数備えることができる。

図５Ｄは、複数の突出部６ａと空間６ｂを備える蓋部６の下面（裏面）を示す図である。図５Ｄには、一例として、２つの突出部６ａと２つの空間６ｂを備える蓋部６を示している。

図６は、蓋部６が載置された箱部８の斜視図であり、蓋部６と箱部８を模式的に示している。

箱部８は、底面部１０が穴１０ａを備える。穴１０ａの数と大きさと形状は、任意である。本実施例では、一例として、底面部１０は、円形の穴１０ａを８個備える。

箱部８は、ペデスタル２への注水によりペデスタル２の内側に水が溜まっていくと、底面部１０の穴１０ａから内部に水が浸入する（図６の矢印Ａ）。蓋部６は、下部の空間６ｂに空気が入っているため、実質の密度が水の密度より小さくなって、箱部８の内部に浸入した水に浮き、水面とともに上昇する。蓋部６は、このようにして、箱部８の内部の水から浮力を受けて上方に移動し（図６の矢印Ｂ）、箱部８から離れ、箱部８の上部の開口部８ａ（図５Ａ、５Ｂ）を開放する。なお、蓋部６の実質の密度とは、等価密度（空気を考慮した密度）のことであり、等価密度＝（蓋部６の材料密度×蓋部６の体積＋空間６ｂの空気の密度×空間６ｂの体積）÷（蓋部６の体積＋空間６ｂの体積）と求められる。

なお、蓋部６は、接続部材９により箱部８に接続されているので、接続部材９によって定められた高さで上昇が止まる。

ここで、本実施例によるｐＨ制御装置５によって、ペデスタル２の内側の水をアルカリ性にするまでの一連の流れについて説明する。

例えば炉心損傷を伴う重大事故等時において、ペデスタル２に注水すると、ペデスタル２の内側に水が溜まっていく。すると、ｐＨ制御装置５の箱部８の内部には、ペデスタル２の内側に溜まった水が、底面部１０の穴１０ａから浸入していく。箱部８の内部に設置された薬剤１３は、箱部８の内部に浸入した水に溶解する。ｐＨ制御装置５の蓋部６は、ペデスタル２に注水された水が箱部８の内部に浸入すると、下部の空間６ｂで水の浮力を受けて上方に移動し、箱部８から離れ、箱部８の上部の開口部８ａを開放する。薬剤１３が溶けた水は、箱部８の開口部８ａを通って箱部８から流出し、ペデスタル２の内側の水をアルカリ性にする。

本実施例によるｐＨ制御装置５は、以上のようにして、ペデスタル２への注水時にペデスタル２の内側に溜まる水をアルカリ性にすることができ、ペデスタル２の内側に溜まった水に溶けた放射性ヨウ素の揮発を抑制する。

本発明の実施例２によるｐＨ制御装置５を説明する。以下では、本実施例によるｐＨ制御装置５について、実施例１によるｐＨ制御装置５と異なる点について主に説明する。本実施例によるｐＨ制御装置５は、蓋部６が実施例１によるｐＨ制御装置５と異なる。

図７Ａは、蓋部６と箱部８の正面図である。図７Ｂは、蓋部６の下面（裏面）を示す図である。蓋部６は、水の浮力によって上方に移動可能な構成として、下面（裏面）に気体貯蔵容器１６を備える。気体貯蔵容器１６は、気体を貯蔵する容器であり、例えば空気や窒素やヘリウムなどの、水に浮く気体を密閉して貯蔵している。

図８は、本実施例によるｐＨ制御装置５の別の蓋部６と箱部８の正面図である。蓋部６は、図８に示すように、上面（表面）に気体貯蔵容器１６を備えてもよい。

気体貯蔵容器１６は、任意の形状と大きさを備えることができる。本実施例では、一例として、気体貯蔵容器１６は、直方体である。但し、蓋部６の下面に設置された気体貯蔵容器１６は、蓋部６が箱部８の上部に載置されたときに箱部８の内部に位置する。

蓋部６は、気体貯蔵容器１６を複数備えることができる。また、気体貯蔵容器１６は、蓋部６の下面と上面のうち、一方または両方に設置することができる。

箱部８は、ペデスタル２への注水によりペデスタル２の内側に水が溜まっていくと、底面部１０の穴１０ａから内部に水が浸入する。蓋部６は、気体貯蔵容器１６が水に浮く気体を貯蔵しているため、箱部８の内部の水から浮力を受けて上方に移動し、箱部８から離れ、箱部８の上部の開口部８ａを開放する。薬剤１３が溶けた水は、箱部８の開口部８ａを通って箱部８から流出し、ペデスタル２の内側の水をアルカリ性にする。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

１…原子炉圧力容器、２…ペデスタル、３…サプレッションプール、４…ペデスタルの内側の床、５…ｐＨ制御装置、６…蓋部、６ａ…突出部、６ｂ…空間、７…接続部材取り付け部、８…箱部、８ａ…開口部、９…接続部材、１０…底面部、１０ａ…穴、１１…側面部、１２…仕切り板、１３…薬剤、１４…接続部材取り付け部、１５…脚部、１６…気体貯蔵容器、２０…原子炉格納容器。

Claims

原子炉格納容器内のペデスタルの内側に設置され、
上部に開口部を有する箱部と、
前記箱部の上部に載置され前記開口部を覆う蓋部と、
を備え、
前記箱部は、水に溶解して前記水をアルカリ性にするｐＨ調整剤を内部に備え、底面部が前記ペデスタルの内側の床よりも上方に位置し、前記底面部が穴を備え、
前記蓋部は、前記水の浮力によって上方に移動可能な構成を備える、
ことを特徴とするｐＨ制御装置。
前記蓋部は、前記水の浮力によって上方に移動可能な前記構成として、下方に向かって突出する環状の突出部を下面に備える、
請求項１に記載のｐＨ制御装置。
前記蓋部は、前記水の浮力によって上方に移動可能な前記構成として、前記水に浮く気体を貯蔵している気体貯蔵容器を備える、
請求項１に記載のｐＨ制御装置。
前記ｐＨ調整剤は、固体である、
請求項１に記載のｐＨ制御装置。
前記箱部と前記蓋部を接続する接続部材を備える、
請求項１に記載のｐＨ制御装置。
前記蓋部は、前記水の浮力によって上方に移動すると、前記箱部から離れて前記箱部の前記開口部を開放する、
請求項１に記載のｐＨ制御装置。