JP7331030B2 - 原子炉格納容器ベントシステム - Google Patents

Description

本発明は、原子力発電プラントに設けられる原子炉格納容器ベントシステムに関する。

原子力プラントでは、原子炉圧力容器内に配置された炉心が溶融するような事態（以下、過酷事故という）が発生しても原子炉格納容器が冷却され、過酷事故が収束されるように設計されている。しかし、何らかの理由により原子炉格納容器が十分に冷却できない場合、水蒸気及び水素ガスが継続して生成され、原子炉格納容器内の圧力が上昇してしまう。

原子炉格納容器内の圧力が過度に上昇した場合、原子炉格納容器内の気体を大気中（外部）に排出して原子炉格納容器内を減圧する場合がある。この減圧のための操作をベント操作という。

沸騰水型原子炉におけるベント操作は、原子炉格納容器内の気体（ベントガス）のうちドライウェル内のベントガスをウェットウェルのサプレッションプールの水中に放出し、ベントガス中に含まれている放射性物質を水のスクラビング効果によって除去する。

しかし、水のスクラビング効果では放射性希ガスは除去できない。そのため、放射性希ガスをベントガスから取り除く原子炉格納容器ベントシステムが開示されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１８－１５１３５５号公報

特許文献１に記載の原子炉格納容器ベントシステムでは、希ガスフィルタによって放射性希ガスを捕集し、放射性希ガスの排出を防いでいる。ところで、原子炉格納容器内は冷却水の放射線分解によって水素ガスと酸素ガスが継続的に発生している。

酸素ガスは、水素ガスと反応して燃焼するだけでなく、材料の応力腐食割れを促進してしまうという性質を備える。そのため、酸素ガスを原子炉格納容器内から外部へ排出できることが好ましい。

しかし、酸素ガスは放射性希ガスのクリプトンとほぼ同じ分子サイズであるため、特許文献１の希ガスフィルタでは、クリプトンとともに酸素ガスも捕集されてしまう。

本発明の目的は、原子炉格納容器のベント操作において、放射性希ガスの排出を抑えつつ酸素ガスを排出できる原子炉格納容器ベントシステムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、原子炉格納容器と排気塔とを接続し、前記原子炉格納容器の内部の気体を前記排気塔を介して外部に排出するベントラインと、前記ベントライン上に並列に配置された第１中間容器及び第２中間容器と、キセノンとクリプトンを捕集し蒸気と水素ガスを透過し得る第１希ガスフィルタであって、前記第１中間容器内を前記原子炉格納容器側の第１上流空間と前記排気塔側の第１下流空間とに区画する第１希ガスフィルタと、キセノンを捕集し蒸気と水素ガスと酸素ガスを透過し得る第２希ガスフィルタであって、前記第２中間容器内を前記原子炉格納容器側の第２上流空間と前記排気塔側の第２下流空間とに区画する第２希ガスフィルタと、前記第１上流空間及び前記第２上流空間を前記原子炉格納容器と接続し、前記第１上流空間及び前記第２上流空間内の気体を前記原子炉格納容器に戻す戻りラインとを備え、前記原子炉格納容器からの気体に含まれるクリプトンの放射線量に応じて、前記原子炉格納容器から前記ベントラインを流通する気体は前記第１上流空間と前記第２上流空間のいずれか一方に放出される。

本発明によれば、原子炉格納容器のベント操作において、放射希ガスの排出を抑えつつ水蒸気と水素ガスだけでなく酸素ガスも排出できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態による原子炉格納容器ベントシステムの構成と当該システムを用いる原子炉格納容器の構成とを示した模式図である。 本発明の第２の実施形態による原子炉格納容器ベントシステムの構成と当該システムを用いる原子炉格納容器の構成とを示した模式図である。 本発明の第３の実施形態による原子炉格納容器ベントシステムの構成と当該システムを用いる原子炉格納容器の構成とを示した模式図である。 本発明の第４の実施形態による原子炉格納容器ベントシステムの構成と当該システムを用いる原子炉格納容器の構成とを示した模式図である。 本発明の第４の実施形態による原子炉格納容器ベントシステムの冷却器の構造を示した模式図である。

以下、図面を用いて、本発明の第１～第４の実施形態による原子炉格納容器ベントシステムの構成及び動作について説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る原子炉格納容器ベントシステム１００（以下、ベントシステム１００という）の構成と当該システムを用いる原子炉格納容器１の構成とを示した模式図である。

本発明の第１の実施形態に係るベントシステム１００を備える原子炉格納容器１は、改良型沸騰水型軽水炉（ＡＢＷＲ）の原子炉格納容器である。

原子炉格納容器１は、図示しない原子炉建屋によって覆われ、炉心２を内包する原子炉圧力容器３を格納し、放射性物質の放出を抑制する。原子炉圧力容器３には主蒸気管４が接続され、原子炉圧力容器３内で発生した水蒸気（以下、蒸気という）は主蒸気管４により図示しないタービンに送られ、タービンを回転させる。

原子炉格納容器１の内部にはペデスタル５とダイヤフラムフロア６が設けられている。ペデスタル５は、原子炉圧力容器３を格納容器本体１０の底部から支える筒状の構造物である。ダイヤフラムフロア６は、ペデスタル５の上端からペデスタル５の外径方向に伸び、格納容器本体１０の周壁に接続する環状の構造物である。ペデスタル５とダイヤフラムフロア６により原子炉格納容器１の内部はドライウェル１１とウェットウェル１２に区画されている。

ドライウェル１１は、格納容器本体１０の天井面と底面と内周面と、ペデスタル５の内面とダイヤフラムフロア６の上面とにより囲まれたスペースで、原子炉圧力容器３と各種配管が配置される。

ウェットウェル１２は、格納容器本体１０の底面と内周面と、ペデスタル５の外周面とダイヤフラムフロア６の下面により囲まれたスペースである。ウェットウェル１２には、冷却水を貯留するサプレッションプール１３（液相部）とサプレッションプール１３の上方に形成された気相部１４が設けられている。

ドライウェル１１とウェットウェル１２とは、ベント管１５を介して相互に連通している。ベント管１５は、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）等の発生によりドライウェル１１内に放出された蒸気を含む気体をサプレッションプール１３へ導く配管である。

原子炉格納容器１には、原子炉圧力容器３または主蒸気管４内の圧力が異常に上昇した場合に当該圧力を減少させる減圧機構が設けられている。減圧機構は、主蒸気逃し安全弁７と、蒸気逃し安全弁排気管８と、クエンチャ９とを有している。

主蒸気逃し安全弁７は、主蒸気管４に設けられ、弁を開けることにより主蒸気管４から蒸気の一部を逃がすものである。主蒸気逃し安全弁排気管８は、主蒸気管４内を流れる蒸気を主蒸気逃し安全弁７を介してサプレッションプール１３中に導くものである。

主蒸気逃し安全弁排気管８は、一方の端部が主蒸気逃し安全弁７に接続し、他方の端部がサプレッションプール１３内（プール水の水面下）に位置する。クエンチャ９は、主蒸気逃し安全弁排気管８の他方側端部に設けられ、主蒸気逃し安全弁排気管８内を流れる蒸気をサプレッションプール１３中に拡散させるものである。

主蒸気管４などの配管類の一部が損傷し、原子炉格納容器１のドライウェル１１内に蒸気や水素ガスなどの気体が流出した場合、ドライウェル１１内の圧力は配管から流入した気体によって上昇する。

ドライウェル１１内の圧力上昇によりドライウェル１１内の気体は、ベント管１５を通ってウェットウェル１２内のサプレッションプール１３中に導かれる。サプレッションプール１３中に導かれた蒸気は、サプレッションプール１３のプール水によって凝縮する。これにより、原子炉格納容器１は圧力上昇がその分抑制される。

また、原子炉圧力容器３や主蒸気管４の圧力が異常に上昇した場合、主蒸気逃し安全弁７を開き、主蒸気管４を流れる蒸気の一部を主蒸気逃し安全弁排気管８を介してクエンチャ９からサプレッションプール１３中に放出する。

主蒸気管４からサプレッションプール１３中へ放出された蒸気は、サプレッションプール１３のプール水によってその多くが凝縮される。それにより、原子炉圧力容器３や主蒸気管４はその分減圧される。このようにして、原子炉圧力容器３や主蒸気管４などの損傷が防止されている。

このように、配管破断事故（例えば、ＬＯＣＡ）や原子炉圧力容器３の圧力の異常上昇が発生した場合には、ドライウェル１１や主蒸気管４の蒸気をサプレッションプール１３のプール水によって凝縮させる。

また、サプレッションプール１３のプール水は残留熱除去系（図示せず）によって冷却されている。したがって、ベントシステム１００は、主蒸気管４などからドライウェル１１への蒸気の流出事故が発生しても、原子炉格納容器１内の圧力及び温度の上昇が防止され、当該事故を収束できるようになっている。

しかしながら、残留熱除去系の機能が喪失した場合、サプレッションプール１３のプール水の温度が上昇してしまう。プール水の温度上昇に伴って、原子炉格納容器１内の蒸気の分圧はプール水の温度の飽和蒸気圧まで上昇する。したがって、上記のような設備を備えていても原子炉格納容器１内の圧力が上昇してしまう場合がある。

このように原子炉格納容器１の圧力上昇が生じた場合、スプレイ冷却系（図示せず）によって原子炉格納容器１内に冷却水を散布し、原子炉格納容器１内の圧力上昇を抑制できるようになっている。なお、スプレイ冷却系は、消防ポンプなどを接続して外部から作動させることで、冷却水の散布を行うことも可能である。

しかし、スプレイによる注水によりプール水位が真空破壊弁の高さまで上昇した場合、スプレイによる注水を停止させなければならない。この場合、原子炉格納容器１内の圧力は継続して上昇してしまう。

このように原子炉格納容器１内の圧力上昇が続くようになった場合には、原子炉格納容器１の損傷を防ぐため、原子炉格納容器１内の気体を外部へ排出させ、原子炉格納容器１を減圧させなければならない。この操作をベント操作と呼ぶ。

原子力プラントには、原子炉格納容器１からベントガスを排出させ原子炉格納容器１を減圧させるベント操作を行うためのシステムとしてベントシステム１００が設けられている。

本実施形態に係るベントシステム１００は、原子炉格納容器１内のベントガスをウェットウェル１２のサプレッションプール１３を介して気相部１４内に流入させてから外部へ排出させる。

具体的には、原子炉格納容器１内のベントガスは、ベント管１５や主蒸気逃し安全弁７及び安全弁排気管８を介してサプレッションプール１３中へ放出され、ウェットウェル１２の気相部１４に流入される。このとき、ベントガス中に含まれている放射性物質の多くは、サプレッションプール１３のプール水に備わるスクラビング効果によりベントガスから除去される。

上記の原子炉格納容器１に備わるベントシステム１００の構成について図１を用いて以下に説明する。

本実施形態に係るベントシステム１００は、原子炉格納容器１内のベントガスを外部へ排出させるベントライン２０と、ベントライン２０上に配置され希ガスを捕集する希ガス捕集ユニット３０と、希ガス捕集ユニット３０で捕集された希ガスを原子炉格納容器１のドライウェル１１に戻す戻りライン４０とを備えている。

ベントライン２０は、原子炉格納容器１からベントガスが流入する流入ライン２１と、流入ライン２１から希ガス捕集ユニット３０にベントガスを放出する放出ライン２２と、希ガス捕集ユニット３０からベントガスを排気塔５０を介して排出する排気ライン２３とを備える。

希ガス捕集ユニット３０は、異なる希ガスフィルタが設けられた第１中間容器３１と第２中間容器３２とを備える。第１中間容器３１と第２中間容器３２とは、ベントライン２０上に並列に配置されている。

流入ライン２１は、原子炉格納容器１内のベントガスが流入する配管である。流入ライン２１の気体流通方向における上流側は、原子炉格納容器１のウェットウェル１２の気相部１４と連通する第１流入ライン２１ａと、原子炉格納容器１のドライウェル１１と連通する第２流入ライン２１ｂとに分岐している。

第１流入ライン２１ａには、遠隔または静的に開動作可能な常時閉の第１隔離弁２１ｃが設けられ、第２流入ライン２１ｂには、遠隔または静的に開動作可能な常時閉の第２隔離弁２１ｄが設けられている。なお、第１隔離弁２１ｃと第２隔離弁２１ｄは、バッテリや圧力源の高圧気体により開弁操作が可能であり、外部電源が不要である。

また、第１流入ライン２１ａと第２流入ライン２１ｂは、それぞれの下流側で第１継手（結合部）２１ｅにおいて第３流入ライン２１ｆと結合されている。第３流入ライン２１ｆの気体流通方向における下流側には切替弁２２ｃが接続されている。

放出ライン２２は、第３流入ライン２１ｆから導入されたベントガスを希ガス捕集ユニット３０に放出する配管であり、切替弁２２ｃと第１中間容器３１（第１上流空間３１ｂ）とを接続する第１放出ライン２２ａと、切替弁２２ｃと第２中間容器３２（第２上流空間３２ｂ）とを接続する第２放出ライン２２ｂとを備える。

切替弁２２ｃは、第１放出ライン２２ａ及び第２放出ライン２２ｂのいずれか一方と流入ライン２１（第３流入ライン２１ｆ）との連通を切り替え可能な弁であり、例えば２位置方向切替弁が利用できる。

第１放出ライン２２ａは、第１中間容器３１の後述する第１上流空間３１ｂと連通し、第３流入ライン２１ｆから導入されたベントガスを、切替弁２２ｃを介して第１上流空間３１ｂ内に放出する配管である。

第２放出ライン２２ｂは、第２中間容器３２の後述する第２上流空間３２ｂと連通し、第３流入ライン２１ｆから導入されたベントガスを、切替弁２２ｃを介して第２上流空間３２ｂ内に放出する配管である。

切替弁２２ｃは、第３流入ライン２１ｆと第１放出ライン２２ａと第２放出ライン２２ｂとの結合部に設けられており、第１放出ライン２２ａと第２放出ライン２２ｂのいずれか一方と第３流入ライン２１ｆとの連通を切り替え可能な弁である。

切替弁２２ｃを操作することで、第３流入ライン２１ｆに導かれたベントガスは、第１放出ライン２２ａと第２放出ライン２２ｂのいずれか一方に導かれる。なお、切替弁２２ｃは、第１隔離弁２１ｃ及び第２隔離弁２１ｄと同様に外部電源不要で開閉可能とすることが好ましく、例えばバッテリや圧力源の高圧気体により開弁操作が可能となる。

第１中間容器３１は、放射性希ガスのキセノンとクリプトンを捕集する容器である。第１中間容器３１は、第１希ガスフィルタ３１ａにより第１上流空間３１ｂと第１下流空間３１ｃに区画されている。

第１希ガスフィルタ３１ａは分子径により透過させる物質をふるい分けるフィルタで、分子径が０．２８９ｎｍの蒸気と分子径が０．２６５ｎｍの水素ガスを透過させる一方、分子径が０．３６０ｎｍのクリプトンと分子径が０．３９６ｎｍのキセノンを透過させにくい特性を備えている。

第１希ガスフィルタ３１ａには、窒化ケイ素、酸化ケイ素または炭素を主成分とするセラミック膜や、ポリイミドを主成分とする高分子膜が用いられている。セラミック膜には、例えば、外径が１０ｍｍ、厚みが１ｍｍのシリカ膜を用いることができる。高分子膜には、例えば、外径が４８０～４８５μｍ、厚みが７０μｍのポリイミド膜を用いることができる。

なお、第１希ガスフィルタ３１ａを透過するキセノンとクリプトンの体積流量が、第１希ガスフィルタ３１ａを透過する蒸気と水素ガスの体積流量に対して１／１０以下であれば、大気中に放出されるキセノンとクリプトンによる放射線量は、被ばく防護上問題とはならないと考えられる。

そこで、第１希ガスフィルタ３１ａは、出口側（第１下流空間３１ｃ側）を大気に開放した状態で、入り口側（第１上流空間３１ｂ側）に一定の圧力をかけ、クリプトン及びキセノンの体積流量が、蒸気及び水素ガスの体積流量と比べて１／１０以下となるように構成することが好ましい。

第１上流空間３１ｂは、第１中間容器３１のベントライン２０における第１希ガスフィルタ３１ａより上流側の空間である。第１上流空間３１ｂには、第１放出ライン２２ａと後述する第１戻りライン４１とが連通する。また、第１上流空間３１ｂ内には、第１線量計３１ｄと第１圧力計３１ｅが設置されている。

第１線量計３１ｄは、シンチレーション検出器やゲルマニウム検出器などの放射線のエネルギー選別が可能な測定装置で、放射性希ガスであるクリプトンの存在量を算出するための基礎となる放射線量（クリプトンが有する特有のエネルギーの放射線の量）を計測する。

第１圧力計３１ｅは、第１上流空間３１ｂ内の圧力を測定する測定器である。第１圧力計３１ｅは、測定する第１上流空間３１ｂ内の圧力値の変化により、第１希ガスフィルタ３１ａの破損を検知することに用いられる。

第１下流空間３１ｃは、第１中間容器３１のベントライン２０における第１希ガスフィルタ３１ａより下流側の空間である。第１下流空間３１ｃには、後述する第１排気ライン２３ａが連通する。

第２中間容器３２は、放射性希ガスのキセノンを捕集する容器である。第２中間容器３２は、第２希ガスフィルタ３２ａにより第２上流空間３２ｂと第２下流空間３２ｃに区画されている。

第２希ガスフィルタ３２ａは、第１希ガスフィルタ３１ａと同じように、分子径により透過させる物質をふるい分けるフィルタで、分子径が０．２８９ｎｍの蒸気と、分子径が０．２６５ｎｍの水素ガスと、分子径が０．３４６ｎｍの酸素ガスを透過させる一方、分子径が０．３９６ｎｍのキセノンを透過させにくい特性を備えている。

第２希ガスフィルタ３２ａには、第１希ガスフィルタ３１ａと同じように、窒化ケイ素、酸化ケイ素または炭素を主成分とするセラミック膜や、ポリイミドを主成分とする高分子膜が用いられている。セラミック膜には、例えば、外径が１０ｍｍ、厚みが１ｍｍのシリカ膜を用いることができる。高分子膜には、例えば、外径が４８０～４８５μｍ、厚みが７０μｍのポリイミド膜を用いることができる。

なお、第２希ガスフィルタ３２ａを透過するキセノンの体積流量が、第２希ガスフィルタ３２ａを透過する蒸気と水素ガスと酸素ガスの体積流量に対して１／１０以下であれば、大気中に排出されるキセノンによる放射線量は、被ばく防護上問題とはならないと考えられる。

そこで、第２希ガスフィルタ３２ａは、出口側（第２下流空間３２ｃ側）を大気に開放した状態で、入り口側（第２上流空間３２ｂ側）に一定の圧力をかけ、キセノンの体積流量が、蒸気及び水素ガスと酸素ガスの体積流量と比べて１／１０以下となるように構成することが好ましい。

第２上流空間３２ｂは、第２中間容器３２のベントライン２０における第２希ガスフィルタ３２ａより上流側の空間である。第２上流空間３２ｂには、第２放出ライン２２ｂと後述する第２戻りライン４２とが連通する。また、第２上流空間３２ｂ内には、第２線量計３２ｄと第２圧力計３２ｅが設置されている。

第２線量計３２ｄは、シンチレーション検出器やゲルマニウム検出器などの放射線のエネルギー選別が可能な測定装置で、放射性希ガスであるクリプトンの存在量を算出するための基礎となる放射線量（クリプトンが有する特有のエネルギーの放射線の量）を計測する。

第２圧力計３２ｅは、第２上流空間３２ｂ内の圧力を測定する測定器である。第２圧力計３２ｅは、測定する第２上流空間３２ｂ内の圧力値の変化により、第２希ガスフィルタ３２ａの破損を検知することに用いられる。

第２下流空間３２ｃは、第２中間容器３２のベントライン２０における第２希ガスフィルタ３２ａより下流側の空間である。第２下流空間３２ｃには、後述する第２排気ライン２３ｂが連通する。

排気ライン２３は、第１希ガスフィルタ３１ａ又は第２希ガスフィルタ３２ａを透過したベントガスを、排気塔５０を介して排出する配管である。排気ライン２３は、第１中間容器３１の第１下流空間３１ｃと第２継手２３ｄとを接続する第１排気ライン２３ａと、第２中間容器３２の第２下流空間３２ｃと第２継手２３ｄとを接続する第２排気ライン２３ｂと、第２継手２３ｄと排気塔５０とを接続する第３排気ライン２３ｃとを備える。

第１排気ライン２３ａと第２排気ライン２３ｂとは、下流に設けられた第２継手２３ｄにより合流する。また、第１排気ライン２３ａ上には、第２排気ライン２３ｂから排気されるベントガスが第１下流空間３１ｃ内に逆流することを防止する第１逆止弁２３ｅが設けられている。また、第２排気ライン２３ｂ上には、第１排気ライン２３ａから排気されるベントガスが第２下流空間３２ｃ内に逆流することを防止する第２逆止弁２３ｆが設けられている。

戻りライン４０は、希ガス捕集ユニット３０で第１希ガスフィルタ３１ａまたは第２希ガスフィルタ３２ａを透過できなかったベントガスを原子炉格納容器１に戻す配管である。戻りライン４０は、第１中間容器３１の第１上流空間３１ｂと第３継手４４とを接続する第１戻りライン４１と、第２中間容器３２の第２上流空間３２ｂと第３継手４４とを接続する第２戻りライン４２と、第３継手４４とドライウェル１１とを接続する第３戻りライン４３とを備える。

第１戻りライン４１上には、遠隔または静的に開動作可能な常時閉の第３隔離弁４１ａが設けられている。第３隔離弁４１ａは、第３継手４４側のベントガスが第１上流空間３１ｂ内に逆流することを防止する逆止弁であってもよい。

また、第２戻りライン４２上には、遠隔または静的に開動作可能な常時閉の第４隔離弁４２ａが設けられている。第４隔離弁４２ａは、第３継手４４側のベントガスが第２上流空間３２ｂ内に逆流することを防止する逆止弁であってもよい。

第３戻りライン４３上には、ドライウェル１１内の気体が第３戻りライン４３に逆流することを防止する第３逆止弁４３ａが設けられている。

また、第３戻りライン４３上における第３継手４４と第３逆止弁４３ａとの間には送出ポンプ４３ｂが設けられている。送出ポンプ４３ｂは、第１中間容器３１の第１上流空間３１ｂまたは第２中間容器３２の第２上流空間３２ｂに滞留しているベントガスをドライウェル１１へ強制的に送出するポンプ（例えば、ロータリーポンプ）である。送出ポンプ４３ｂには電源（図示せず）から電力が供給されている。

また、第３戻りライン４３には、第３戻りライン４３の上流側と下流側を接続して送出ポンプ４３ｂを迂回するバイパスライン４３ｃが設けられている。バイパスライン４３ｃ上には、逃し弁４３ｄが設置されている。

逃し弁４３ｄは、バイパスライン４３ｃの上流側と下流側の圧力差により開閉する弁である。バイパスライン４３ｃの上流側と下流側の圧力差が第１設定圧Ｐ１を超えると逃し弁４３ｄは開きベントガスを流す。一方、バイパスライン４３ｃの上流側と下流側の圧力差が第２設定圧Ｐ２（ただし、Ｐ２＜Ｐ１）以下だと逃し弁４３ｄは閉じベントガスを流さない。逃し弁４３ｄには、例えば、ダイアフラム方式の弁が用いられる。

［動作］
次に、本実施形態に係るベントシステム１００の動作について図１を用いて説明する。図１中、白抜き矢印はベントガスの流れの方向を、丸囲みの数字はベントガスを構成する気体のおおよその種類を示している。

炉心２が溶融するような過酷事故において、原子炉格納容器１の冷却を十分に行うことができなくなった場合、蒸気及び水素ガスの生成が継続するので、原子炉格納容器１内の圧力が異常に上昇する。原子炉格納容器１内の圧力が異常に上昇した場合、原子炉格納容器１の損傷を防ぐため、本実施形態に係るベントシステム１００を用いてベント操作を行う。

まず、第１隔離弁２１ｃを開き、ウェットウェル１２の気相部１４内のベントガスを第１流入ライン２１ａに流入させる。これにより、ウェットウェル１２の気相部１４の圧力が下がるため、ドライウェル１１に充満する高温高圧の蒸気及び水素ガスを含む気体は、ベント管１５を介してサプレッションプール１３に放出された後、ウェットウェル１２の気相部１４へ導入される。

このとき、気体中に含まれている放射性物質の多くは、サプレッションプール１３のプール水に備わるスクラビング効果により気体から除去される。しかし、非凝縮性の放射性希ガスはプール水のスクラビング効果により除去できず、凝縮しなかった蒸気及び水素ガスと共にウェットウェル１２の気相部１４に流入する。

ウェットウェル１２の気相部１４内のベントガスは、第１流入ライン２１ａから、解放された第１隔離弁２１ｃと、第１継手２１ｅと、第３流入ライン２１ｆとを通過して、切替弁２２ｃへと導かれる。

事故直後における切替弁２２ｃは、第３流入ライン２１ｆと第１放出ライン２２ａとを連通させる。これにより、切替弁２２ｃへと導かれたベントガスは、第１放出ライン２２ａを介して第１中間容器３１の第１上流空間３１ｂに導かれる。

第１上流空間３１ｂに導かれたベントガスは、第１希ガスフィルタ３１ａに導入される。第１希ガスフィルタ３１ａでは、蒸気と水素ガスが透過する一方、放射性希ガスのクリプトン及びキセノンの大部分が透過できずに捕集される。

第１希ガスフィルタ３１ａを透過した蒸気及び水素ガス等からなるベントガスは第１下流空間３１ｃに流入する。第１下流空間３１ｃに流入した蒸気及び水素ガス等からなるベントガスは、排気ライン２３により外部へ排出される。

具体的には、第１下流空間３１ｃに流入した蒸気及び水素ガス等からなるベントガスは、第１排気ライン２３ａに流入し、第１逆止弁２３ｅと第２継手２３ｄを通過し、第３排気ライン２３ｃを介して排気塔５０から外部へ排出される。

第１希ガスフィルタ３１ａにより捕集されたクリプトンとキセノン等からなるベントガスは、戻りライン４０により原子炉格納容器１に戻される。

具体的には、まず、第３隔離弁４１ａを開放し、捕集されたクリプトンとキセノン等からなるベントガスが第１戻りライン４１を流れるようにする。なお、第４隔離弁４２ａは、第１戻りライン４１を流れるクリプトンとキセノン等からなるベントガスが第３継手４４から第２戻りライン４２へ逆流しないように閉鎖が維持される。

そして、捕集されたクリプトンとキセノン等からなるベントガスは、電源から電力が供給され駆動する送出ポンプ４３ｂにより強制的に、第１戻りライン４１と第３継手４４と第３戻りライン４３と第３逆止弁４３ａとを通過し、ドライウェル１１内に戻される。

なお、送出ポンプ４３ｂが電源の消失により駆動しない場合、第１希ガスフィルタ３１ａを透過できなかったクリプトンとキセノン等からなるベントガスが第１中間容器３１の第１上流空間３１ｂに滞留し、第１上流空間３１ｂ内のクリプトンとキセノン等からなるベントガスの分圧が徐々に上昇する。

クリプトンとキセノン等からなるベントガスの分圧が過度に上昇すると蒸気と水素ガスの分圧が下がって、第１希ガスフィルタ３１ａを透過する蒸気及び水素ガスの流量が低下する場合がある。

この場合、逃し弁４３ｄにより閉じられたバイパスライン４３ｃの上流側と下流側の圧力差Ｐが上昇する。そして、圧力差Ｐが第１設定圧Ｐ１を超えると逃し弁４３ｄが開き、ベントガスは逃し弁４３ｄの上流側から下流側に流れる。

これにより、第１上流空間３１ｂ内に滞留していたベントガスは、第１戻りライン４１と第３継手４４と第３戻りライン４３とバイパスライン４３ｃと第３逆止弁４３ａとを通過し、ドライウェル１１内に流入する。これにより、第１上流空間３１ｂ内の圧力上昇は抑制される。

一方、圧力差Ｐが第２設定圧Ｐ２を下回ると逃し弁４３ｄは閉じられ、バイパスライン４３ｃをベントガスが流れないようにされる。

また、第１圧力計３１ｅの測定値が急激に低下した場合、第１希ガスフィルタ３１ａの破損が疑われる。この場合には、直ちに切替弁２２ｃを操作し、第３流入ライン２１ｆとする連通する配管を第１放出ライン２２ａから第２放出ライン２２ｂに切り替える。同時に、第３隔離弁４１ａを閉鎖しベントガスが第１戻りライン４１から第１中間容器３１に逆流することを防止する。また、第４隔離弁４２ａを開放し、ベントガスが第２中間容器３２から第２戻りライン４２に流れるようにする。

一方、事故後所定時間（例えば、クリプトン（８８Ｋｒ）の半減期（２．８時間）より十分長い時間）経過後、第１線量計３１ｄの測定値によりクリプトンの放射性希ガスの量を算出する。そして、クリプトンの放射性希ガスの量の減少が確認できた場合には、切替弁２２ｃを操作し、第３流入ライン２１ｆと連通する配管を第１放出ライン２２ａから第２放出ライン２２ｂに切り替える。これにより、切替弁２２ｃへと導かれたベントガスは、第２放出ライン２２ｂを介して第２中間容器３２の第２上流空間３２ｂに導かれる。

なお、事故後所定時間（例えば、クリプトン（８８Ｋｒ）の半減期（２．８時間）より十分長い時間）が経過し、放射線量の低下したクリプトンを外部に排出することは、被ばく防護上問題とはならない。

しかし、キセノン（１３３Ｘｅ）の半減期（５．２７日）は、クリプトン（８８Ｋｒ）の半減期（２．８時間）より長い。そのため、クリプトンが十分減衰した後でもキセノンが十分減衰する前に、キセノンを含むベントガスを外部に排出することは被ばく防護上望ましくない。

一方、酸素ガスは、原子炉格納容器内は冷却水の放射線分解によって継続的に発生している。そのため、酸素ガスが原子炉格納容器内に蓄積されないよう排出することが好ましい。しかし、酸素の分子サイズがクリプトンとほぼ同じであるため、酸素ガスを透過するフィルタはクリプトンも透過させてしまう。そのため、事故直後に酸素ガスを外部に排出させると放射線量の高いクリプトンも外部に排出され、被ばく防護上望ましくない。しかし、事故後所定時間が経過し、クリプトンの放射線量が低下すれば、酸素ガスとともにクリプトンが外部に排出されても被ばく防護上問題とならない。

そこで、本実施形態に係るベントシステム１００では、事故後所定時間経過後に切替弁２２ｃを操作することで、ベントガスに含まれる希ガスを捕集する希ガス捕集ユニット３０のフィルタを第１希ガスフィルタ３１ａから第２希ガスフィルタ３２ａに切り替える。

第２上流空間３２ｂに導かれたベントガスは、第２希ガスフィルタ３２ａに導入される。第２希ガスフィルタ３２ａでは、放射性希ガスのキセノンの大部分が透過できずに捕集される。一方、原子炉格納容器１の圧力上昇の原因である蒸気及び水素ガスに加えて、水の放射線分解で生じる酸素ガスと放射線量の低下したクリプトンとが第２希ガスフィルタ３２ａを透過する。

第２希ガスフィルタ３２ａを透過した蒸気と水素ガスと酸素ガス等からなるベントガスは第２下流空間３２ｃに流入する。第２下流空間３２ｃに流入した蒸気と水素ガスと酸素ガス等からなるベントガスは、排気ライン２３により外部へ排出される。

具体的には、第２下流空間３２ｃに流入した蒸気と水素ガスと酸素ガス等からなるベントガスは、第２排気ライン２３ｂに流入し、第２逆止弁２３ｆと第２継手２３ｄを通過し、第３排気ライン２３ｃを介して排気塔５０から外部へ排出される。

第２希ガスフィルタ３２ａに捕集されたキセノン等からなるベントガスは、戻りライン４０により原子炉格納容器１に戻される。具体的には、まず、第４隔離弁４２ａを開放し、捕集されたキセノン等からなるベントガスが第２戻りライン４２を流れるようにする。なお、第３隔離弁４１ａは、第２戻りライン４２を流れるキセノン等からなるベントガスが第３継手４４から第１戻りライン４１へ逆流しないように閉鎖される。

そして、捕集されたキセノン等からなるベントガスは、電源から電力が供給され駆動する送出ポンプ４３ｂにより強制的に、第２戻りライン４２と第３継手４４と第３戻りライン４３と第３逆止弁４３ａとを通過し、ドライウェル１１内に戻される。

なお、送出ポンプ４３ｂが電源の消失により駆動できない場合、第２希ガスフィルタ３２ａを透過できなかったキセノン等からなるベントガスが第２中間容器３２の第２上流空間３２ｂに滞留し、第２上流空間３２ｂ内のキセノン等からなるベントガスの分圧が徐々に上昇する。

キセノン等からなるベントガスの分圧が過度に上昇すると蒸気と水素ガスと酸素ガスの分圧が下がって、第２希ガスフィルタ３２ａを透過する蒸気と水素ガスと酸素ガス等の流量が低下する場合がある。この場合、逃し弁４３ｄにより閉じられたバイパスライン４３ｃの上流側と下流側の圧力差Ｐが上昇する。そして、圧力差Ｐが第１設定圧Ｐ１を超えると逃し弁４３ｄが開き、逃し弁４３ｄの上流側のベントガスが下流側に流れる。

これにより、第２上流空間３２ｂ内に滞留していたベントガスは、第２戻りライン４２と第３継手４４と第３戻りライン４３とバイパスライン４３ｃと第３逆止弁４３ａとを通過し、ドライウェル１１内に流入する。そのため、第２上流空間３２ｂ内の圧力上昇が抑制される。

一方、圧力差Ｐが第２設定圧Ｐ２を下回ると逃し弁４３ｄは閉じられ、バイパスライン４３ｃをベントガスが流れないようにされる。

また、第２圧力計３２ｅの値が急激に低下した場合、第２希ガスフィルタ３２ａの破損が疑われる。この場合には、直ちに切替弁２２ｃを操作し、第３流入ライン２１ｆとする連通する配管を第２放出ライン２２ｂからに第１放出ライン２２ａ切り替える。同時に、第４隔離弁４２ａを閉鎖しベントガスが第２戻りライン４２から第２中間容器３２の第２上流空間３２ｂ内に逆流することを防止する。また、第３隔離弁４１ａを開放し、ベントガスが第１中間容器３１の第１上流空間３１ｂから第１戻りライン４１に流れるようにする。

また、第２線量計３２ｄでクリプトンの放射性希ガスの量の増加が確認された場合、切替弁２２ｃを操作し、第３流入ライン２１ｆと連通する配管を第２放出ライン２２ｂから第１放出ライン２２ａに切り替える。これにより、ベントガスは第１中間容器３１の第１上流空間３１ｂに導入され、第１希ガスフィルタ３１ａによりクリプトンの放射性希ガスが捕集される。

一方、ドライウェル１１内の圧力が急速に異常上昇し、早急にベントガスを排出させなければ原子炉格納容器１が損傷してしまうことが想定される場合がある。また、上記のベント操作によるベントガスの排出だけではベントガスの排出が不十分でドライウェル１１内の圧力上昇が継続し、このまま圧力上昇すると原子炉格納容器１が損傷してしまうことが想定される場合もある。

これらの場合には、第２隔離弁２１ｄを開き、ドライウェル１１内のベントガスを、サプレッションプール１３を介することなく直接ベントライン２０の第２流入ライン２１ｂに流入させる。

なお、分子径がクリプトン（０．３６０ｎｍ）より大きい窒素ガス（０．３７８ｎｍ）は第１希ガスフィルタ３１ａ及び第２希ガスフィルタ３２ａを透過しない可能性がある。

しかし、原子炉格納容器１内の圧力上昇は、継続的に生成される蒸気や水素ガスに起因する。そのため、原子炉格納容器１内のドライウェル１１やウェットウェル１２に窒素ガスが充満することになっても、原子炉格納容器１の圧力は上昇しない。

したがって、第１希ガスフィルタ３１ａ及び第２希ガスフィルタ３２ａが、窒素ガスを透過させないことは問題とならない。

［効果］
本実施形態によるベントシステム１００は、原子炉格納容器１と排気塔５０とを接続し、原子炉格納容器１の内部の気体（ベントガス）を排気塔５０を介して外部に排出するベントライン２０と、ベントライン２０上に並列に配置された第１中間容器３１及び第２中間容器３２と、キセノンとクリプトンを捕集し蒸気と水素ガスを透過し得る第１希ガスフィルタ３１ａであって、第１中間容器３１内を原子炉格納容器１側の第１上流空間３１ｂと排気塔５０側の第１下流空間３１ｃに区画する第１希ガスフィルタ３１ａと、キセノンを捕集し蒸気と水素ガスと酸素ガスを透過し得る第２希ガスフィルタ３２ａであって、第２中間容器３２内を原子炉格納容器１側の第２上流空間３２ｂと排気塔５０側の第２下流空間３２ｃに区画する第２希ガスフィルタ３２ａと、第１上流空間３１ｂ及び第２上流空間３２ｂを原子炉格納容器１と接続し、第１上流空間３１ｂ及び第２上流空間３２ｂ内の気体を原子炉格納容器１に戻す戻りライン４０とを備え、原子炉格納容器１からの気体に含まれるクリプトンの放射線量に応じて、原子炉格納容器１からベントライン２０を流通する気体は第１上流空間３１ｂと第２上流空間３２ｂのいずれか一方に放出される。

具体的には、原子炉格納容器１からの気体に含まれるクリプトンの放射線量が所定値を超えるときには原子炉格納容器１からの気体がベントライン２０を介して第１上流空間３１ｂに放出され、原子炉格納容器１からの気体に含まれるクリプトンの放射線量が所定値以下のときには原子炉格納容器１からの気体がベントライン２０を介して第２上流空間３２ｂに放出される。

そのため、本実施形態によるベントシステム１００は、クリプトンの放射線量が所定値を超えるときには、放射性希ガスのキセノンとクリプトンを捕集して蒸気と水素ガスを外部に排出でき、クリプトンの放射線量が所定値以下のときには、放射性希ガスのキセノンを捕集し蒸気と水素ガスと酸素ガス等を外部に排出できる。

これにより、ベント操作時に、放射性希ガスの排出を抑えつつ水蒸気と水素ガスを外部に排出できるだけでなく、酸素ガスも排出できる。

また、本実施形態によるベントシステム１００においてベントライン２０は、原子炉格納容器１と切替弁２２ｃとを接続する流入ライン２１と、切替弁２２ｃと第１上流空間３１ｂとを接続し原子炉格納容器１の内部の気体を第１上流空間３１ｂ内に放出する第１放出ライン２２ａと、切替弁２２ｃと第２上流空間３２ｂとを接続し原子炉格納容器１の内部の気体を第２上流空間３２ｂ内に放出する第２放出ライン２２ｂとを備え、切替弁２２ｃは第１放出ライン２２ａ及び第２放出ライン２２ｂのいずれか一方と流入ライン２１との連通を切り替え可能である。

そのため、本実施形態によるベントシステム１００は、切替弁２２ｃにより、原子炉格納容器１からベントガスが流入する流入ライン２１と連通する放出ライン２２を、ベントガスを第１上流空間３１ｂ内に放出する第１放出ライン２２ａと、ベントガスを第２上流空間３２ｂ内に放出する第２放出ライン２２ｂのいずれか一方に切り替えることができる。

これにより、ベント操作時に切替弁２２ｃを操作することにより、クリプトンの放射線量が所定値を超えるときには、放射性希ガスのキセノンとクリプトンを捕集して蒸気と水素ガスを外部に排出でき、クリプトンの放射線量が所定値以下のときには、放射性希ガスのキセノンを捕集し蒸気と水素ガスと酸素ガス等を外部に排出できる。

したがって、ベント操作時に、放射性希ガスの排出を抑えつつ水蒸気と水素ガスを外部に排出できるだけでなく、酸素ガスも排出できる。

また、本実施形態によるベントシステム１００において流入ライン２１における上流側は、原子炉格納容器１のウェットウェル１２の気相部１４と連通する第１流入ライン２１ａと、原子炉格納容器１のドライウェル１１と連通する第２流入ライン２１ｂとに分岐しており、第１流入ライン２１ａと第２流入ライン２１ｂの各々には開閉可能な隔離弁２１ｃ，２１ｄが設けられている。

そのため、本実施形態によるベントシステム１００は、ベント操作時に、第２隔離弁２１ｄを閉じたまま第１隔離弁２１ｃを開き、ドライウェル１１のベントガスをサプレッションプール１３内に導きスクラビング効果によって放射性物質の多くを除去した後に、ベントライン２０に流入させることができる。

一方、緊急時には、第２隔離弁２１ｄを開き、ドライウェル１１内のベントガスを、サプレッションプール１３を介することなく直接ベントライン２０の第２流入ライン２１ｂに流入させ、原子炉格納容器１内の圧力上昇をただちに抑制することもできる。

また、本実施形態によるベントシステム１００において切替弁２２ｃは、原子炉格納容器１の内部の気体のベントライン２０を介した外部への排出を開始してから所定時間が経過するまで、第１放出ライン２２ａと流入ライン２１を連通させ、原子炉格納容器１からの気体を第１上流空間３１ｂに流し、前記所定時間経過後は、第２放出ライン２２ｂと流入ライン２１を連通させ、原子炉格納容器１からの気体を第２上流空間３２ｂに流す。

これにより、クリプトンの放射性希ガスの量が少なくなった後に、酸素ガスとともに外部に排出されるクリプトンの放射性希ガスの量を抑制することができる。

また、本実施形態によるベントシステム１００において第１希ガスフィルタ３１ａは、第１希ガスフィルタ３１ａを所定条件下（出口側を大気に開放した状態で、入り口側に一定の圧力をかけた状態）で透過するクリプトンとキセノンの体積流量が、第１希ガスフィルタ３１ａを同一条件下で透過する水蒸気と水素ガスの体積流量に対して１０分の１以下になるように構成することが好ましい。

また、本実施形態によるベントシステム１００において第２希ガスフィルタ３２ａは、第２希ガスフィルタ３２ａを所定条件下（出口側を大気に開放した状態で、入り口側に一定の圧力をかけた状態）で透過するキセノンの体積流量が、前記第２希ガスフィルタを同一条件下で透過する水蒸気と水素ガスと酸素ガスの体積流量に対して１０分の１以下になるように構成することが好ましい。

第１希ガスフィルタ３１ａを透過する放射性希ガス（キセノンとクリプトン）の体積流量が、第１希ガスフィルタ３１ａを透過する蒸気と水素ガスの体積流量に対して１／１０以下であれば、外部に排出される放射性希ガス（キセノンとクリプトン）による放射線量は、被ばく防護上問題とはならないと考えられる。

また、第２希ガスフィルタ３２ａを透過する放射性希ガス（キセノン）の体積流量が、第２希ガスフィルタ３２ａを透過する蒸気と水素ガスと酸素ガスの体積流量に対して１／１０以下であれば、外部に排出される放射性希ガス（キセノン）による放射線量は、被ばく防護上問題とはならないと考えられる。

このようなフィルタはすでに開発されている。そのため、コストを抑制できる。

また、本実施形態によるベントシステム１００は、ベントライン２０における第１希ガスフィルタ３１ａの上流にクリプトンの放射線量を測定する線量計３１ｄが設けられ、切替弁２２ｃは、線量計３１ｄの測定値が閾値より大きいときには、第１放出ライン２２ａと流入ライン２１とを連通させ、原子炉格納容器１からの気体を第１中間容器３１に流し、線量計３１ｄの測定値が閾値以下のときには、第２放出ライン２２ｂと流入ライン２１とを連通させ、原子炉格納容器１からの気体を第２中間容器３２に流す。

これにより、ベントライン２０における第１希ガスフィルタ３１ａの上流のベントガスに含有するクリプトンの放射性希ガスの量の測定値に基づいて、原子炉格納容器１からベントガスが流入する流入ライン２１と連通する放出ライン２２（第１放出ライン２２ａと第２放出ライン２２ｂ）を選択することができる。

したがって、外部に排出される放射性希ガス（クリプトン）の量を抑制して酸素ガスを外部に排出できる。

なお、原子炉格納容器１内や流入ライン２１内は、半減期の短い様々な放射性物質によるバックグラウンドが多いため、第１線量計３１ｄは第１上流空間３１ｂ内のできるだけ原子炉格納容器１や流入ライン２１から離れた位置に設置することが好ましい。

また、本実施形態によるベントシステム１００は、第１上流空間３１ｂにクリプトンの放射線量を測定する第１線量計３１ｄが設けられ、第２上流空間３２ｂにクリプトンの放射線量を測定する第２線量計３２ｄが設けられ、切替弁２２ｃは、第１線量計３１ｄの測定値が閾値を下回ると、第２放出ライン２２ｂと流入ライン２１を連通させ、原子炉格納容器１からの気体を第２上流空間３２ｂに流し、第２線量計３２ｄの測定値が閾値を上回ると、第１放出ライン２２ａと流入ライン２１を連通させ、原子炉格納容器１からの気体を第１上流空間３１ｂに流す。

これにより、第１上流空間３１ｂ内と第２上流空間３２ｂ内のベントガスに含まれるクリプトンの放射性希ガスの量の測定値により、原子炉格納容器１からベントガスが流入する流入ライン２１と連通する放出ライン２２（第１放出ライン２２ａと第２放出ライン２２ｂ）を選択できる。

そのため、ベントガスに含まれるクリプトンの放射性希ガスの量が少なくなり、第２放出ライン２２ｂと流入ライン２１を連通させ、原子炉格納容器１からの気体を第２上流空間３２ｂに流した後に、クリプトンの放射性希ガスの量が多くなった場合でも、第１放出ライン２２ａと流入ライン２１を連通させ、原子炉格納容器１からの気体を第１上流空間３１ｂに流すことができる。

したがって、外部に排出される放射性希ガス（クリプトン）の量をさらに抑制することができる。

また、本実施形態によるベントシステム１００における第１希ガスフィルタ３１ａ及び第２希ガスフィルタ３２ａは、セラミック膜及び高分子膜のいずれかに一方によって形成されている。

ここで、セラミック膜は強度と耐熱性に優れる。一方、高分子膜は柔軟性と延性に優れる。したがって、用途に適した材料を選択し用いることができる。

また、本実施形態によるベントシステム１００おいて第１希ガスフィルタ３１ａ及び第２希ガスフィルタ３２ａを形成するセラミック膜は、窒化ケイ素、酸化ケイ素または炭素を主成分とする。そのため、容易に作製できコストを抑制できる。

また、本実施形態によるベントシステム１００おいて第１希ガスフィルタ３１ａ及び第２希ガスフィルタ３２ａを形成する高分子膜は、ポリイミドを主成分とする。ポリイミドを主成分とした高分子膜は極性分子が透過しやすいという特性がある。

水蒸気はＨ－Ｏ結合間に電子的な偏りが大きく。即ち、水蒸気の水素結合は、まっすぐに分子が並んでおらず極性が大きくなっている。そのため、水蒸気は、ポリイミドを主成分とした高分子膜を積極的に透過する。しかし、希ガスは単原子分子のため極性がないため、ポリイミドを主成分とした高分子膜を透過しにくい。

したがって、ポリイミドを主成分とした高分子膜によって形成された第１希ガスフィルタ３１ａ及び第２希ガスフィルタ３２ａは、気体中から希ガスを分離させ、水蒸気を透過することができる。

また、本実施形態によるベントシステム１００は、戻りライン４０上に設けられ第１上流空間３１ｂ内及び第２上流空間３２ｂ内の気体を原子炉格納容器１内に送出する送出ポンプ４３ｂと、戻りライン４０の送出ポンプ４３ｂにおける上流側と下流側を接続し送出ポンプ４３ｂを迂回するバイパスライン４３ｃと、バイパスライン４３ｃ上に設けられ、バイパスライン４３ｃの上流側と下流側の圧力差Ｐが、第１設定圧Ｐ１を超えると開き、第２設定圧Ｐ２を下回ると閉る逃し弁４３ｄとを備えている。

そのため、送出ポンプ４３ｂを駆動させることにより、第１中間容器３１の第１上流空間３１ｂまたは第２中間容器３２の第２上流空間３２ｂに滞留しているベントガスをドライウェル１１へ強制的に送出することができる。

一方、外部電源の消失等により送出ポンプ４３ｂが駆動しない場合でも、バイパスライン４３ｃの上流側と下流側の圧力差Ｐが第１設定圧Ｐ１を超えると逃し弁４３ｄが開き、バイパスライン４３ｃを介して、第１中間容器３１の第１上流空間３１ｂまたは第２中間容器３２の第２上流空間３２ｂに滞留しているベントガスをドライウェル１１へ流すことができる。これにより、第１上流空間３１ｂ内と第２上流空間３２ｂ内の放射性希ガスの分圧の上昇を抑制し、蒸気及び水素ガス等の透過流量の低下を抑制できる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態による原子炉格納容器ベントシステム２００の構成と当該システムを用いる原子炉格納容器１の構成とを示した模式図である。

本実施形態に係る原子炉格納容器ベントシステム２００が第１実施形態に係る原子炉格納容器ベントシステム１００と異なる点は、第３流入ライン２１ｆ上にフィルタベント装置６０を備える点である。

フィルタベント装置６０は、エアロゾル状の放射性物質、及び、放射性ヨウ素を含むガス状の放射性物質を捕集するための装置で、第３流入ライン２１ｆの下流側ライン２１ｆａと上流側ライン２１ｆｂとに連通される。

具体的には、フィルタベント装置６０は、エアロゾル状の放射性物質を捕集するスクラビング水６１と、スクラビング水６１を貯留したフィルタベント容器６２と、金属フィルタ６３と、ヨウ素フィルタ６４とを備えている。

金属フィルタ６３は、スクラビング水６１では捕集しきれなかったエアロゾル状の放射性物質を捕集するフィルタで、フィルタベント容器６２内におけるスクラビング水６１の上部に形成された気相部６２ａ内に配置され、上流側ライン２１ｆｂの端部に取り付けられている。

ヨウ素フィルタ６４は、化学反応や吸着作用によってガス状の放射性物質を捕集するフィルタで、フィルタベント容器６２の外部に配置されている。

フィルタベント容器６２（金属フィルタ６３を含む）と、ヨウ素フィルタ６４とは、遮蔽壁６５によって覆われている。遮蔽壁６５は、スクラビング水６１、金属フィルタ６３、ヨウ素フィルタ６４に蓄積した放射性物質による放射線の周辺環境への影響を軽減するための構造物である。

第３流入ライン２１ｆの下流側ライン２１ｆａの端部２１ｆｃは、遮蔽壁６５を貫通してフィルタベント容器６２内のスクラビング水６１中に開口している。第３流入ライン２１ｆの上流側ライン２１ｆｂは、金属フィルタ６３が取り付けられた端部から、遮蔽壁６５を貫通して遮蔽壁６５外へ延びて、切替弁２２ｃに接続している。

［効果］
本実施形態に係る原子炉格納容器ベントシステム２００は、フィルタベント装置６０により、第１希ガスフィルタ３１ａと第２希ガスフィルタ３２ａ汚染する物質が取り除かれるため、第１希ガスフィルタ３１ａと第２希ガスフィルタ３２ａの透過性能や寿命の向上が期待できる。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態による原子炉格納容器ベントシステム３００の構成と当該システムを用いる原子炉格納容器１の構成とを示した模式図である。

本実施形態に係る原子炉格納容器ベントシステム３００が第１実施形態に係る原子炉格納容器ベントシステム１００と異なる点は、第１中間容器３１内の第１下流空間３１ｃを第１上流空間３１ｂ側と排気塔５０側に区画する第２希ガスフィルタ３２ａが設けられている点である。

［効果］
上記のとおり第１の実施形態に係るベントシステム１００（図１参照）は、第１圧力計３１ｅの測定値の急激な低下により第１希ガスフィルタ３１ａの破損を検出し、第１希ガスフィルタ３１ａの破損を検出した場合、切替弁２２ｃを操作し、第３流入ライン２１ｆとする連通する配管を第１放出ライン２２ａから第２放出ライン２２ｂに切り替え、ベントガスの透過するフィルタを第１希ガスフィルタ３１ａから第２希ガスフィルタ３２ａへと切り替える。

しかし、切り替え操作をしている間、破損した第１希ガスフィルタ３１ａをキセノンが通過して外部に排出されてしまう。また、第１希ガスフィルタ３１ａに微小な破損が生じ、第１圧力計３１ｅの測定値により第１希ガスフィルタ３１ａの破損を検出できない場合も、破損した第１希ガスフィルタ３１ａをキセノンが通過して外部に排出されてしまう。

そこで、本実施形態に係る原子炉格納容器ベントシステム３００は、第１中間容器３１内の第１下流空間３１ｃを第１上流空間３１ｂ側と排気塔５０側とに区画する第２希ガスフィルタ３２ａを更に設け、万が一、第１希ガスフィルタ３１ａが破損した場合でも、第２希ガスフィルタ３２ａによりキセノンの外部への放出を抑制する。

（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態による原子炉格納容器ベントシステム４００の構成と当該システムを用いる原子炉格納容器１の構成とを示した模式図である。

本実施形態に係る原子炉格納容器ベントシステム４００が第１実施形態に係る原子炉格納容器ベントシステム１００と異なる点は、第３流入ライン２１ｆに冷却器７０が設けられている点である。

図５は、本発明の第４の実施形態による原子炉格納容器ベントシステム４００の冷却器７０の構造を示した模式図である。

冷却器７０は、第３流入ライン２１ｆを通過するベントガスを、電源などの外部動力を用いずに冷却する部品で、例えば、自然対流により流れる空気や水を用いてベントガスが流れる配管を冷却する部品である。

具体的には、冷却器７０は、図５に示すように、第３流入ライン２１ｆにおいて上下方向に延在する縦配管２１ｆｄの外周を、所定の間隔をあけて囲う筒状のカバー７１を備えている。

縦配管２１ｆｄとカバー７１との間には空気が流通可能な環状の冷却流路Ｐが形成される。また、縦配管２１ｆｄの下部には、冷却器７０による凝縮水Ｗを回収するための回収ライン７２が設けられている。

［作用］
次に、実施形態に係る原子炉格納容器ベントシステム４００における冷却器の作用を図４及び図５を用いて説明する。なお、図４、５の中の、白抜き矢印はベントガスの流れの方向を、丸囲みの数字はベントガスを構成する気体のおおよその種類を示している。また、図５の中の矢印Ｃは空気の流れの方向を示している。

図４に示すように、高温の蒸気を含むベントガスはベントライン２０の第３流入ライン２１ｆを流れる。このとき、図５に示すように、冷却流路Ｐにある空気は、ベントガスの蒸気により熱せられた縦配管２１ｆｄにより温められ、カバー７１を煙突とする煙突効果により、冷却流路Ｐの下部の冷たい空気を冷却流路Ｐに引き入れながら上昇する。

これにより、縦配管２１ｆｄは冷却され、ベントガスを冷却することができる。なお、カバー７１をより長くすることにより煙突効果は高まり、冷却性能を向上させることができる。

冷却流路Ｐを流れる上昇気流の空気Ｃによって、縦配管２１ｆｄを流れる蒸気を含むベントガスは冷却される。このとき、ベントガスの温度が蒸気の露点以下にまで降下した場合、ベントガス中に含まれている蒸気が凝縮する。

蒸気の凝縮により生じた凝縮水Ｗは、自重によって縦配管２１ｆｄの下方の回収ライン７２に流下する。なお、凝縮水Ｗは図示しない箇所の回収ライン７２により、サプレッションプール１３や復水貯蔵タンク（図示せず）等へ回収される。

このように本実施形態に係る原子炉格納容器ベントシステム４００では、冷却器７０によりベントガス中の蒸気が凝縮するので、冷却器７０を通過したベントガスは、主に、水素ガスや酸素ガス、窒素ガス、放射性希ガスなどの非凝縮性ガスで占められている。したがって、中間容器３１、３２には、冷却された非凝縮性ガスが流入する。

［効果］
第１希ガスフィルタ３１ａ及び第２希ガスフィルタ３２ａは種類によって耐熱性能が異なり、中間容器３１、３２に流入するベントガスが高温だと寿命が低下するものがある。

そこで、本実施形態に係る原子炉格納容器ベントシステム４００は、第３流入ライン２１ｆに冷却器７０を設け、ベントガスを第１希ガスフィルタ３１ａと第２希ガスフィルタ３２ａに導入される前に冷却する。

これにより、第１希ガスフィルタ３１ａと第２希ガスフィルタ３２ａの寿命の低下を抑制することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態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、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

なお、本発明の実施形態は、以下の態様でもよい。即ち、第１希ガスフィルタ３１ａは、蒸気と水素ガスが透過する一方、放射性希ガスのクリプトン及びキセノンの大部分が透過せず、捕集できるフィルタであれば、どのようなフィルタでもよい。

また、第２希ガスフィルタ３２ａは、蒸気と水素ガスと酸素ガスが透過する一方、放射性希ガスのキセノンの大部分が透過せず、捕集できるフィルタであれば、どのようなフィルタでもよい。

１…原子炉格納容器、１１…ドライウェル、１２…ウェットウェル、１４…気相部、２０…ベントライン、２１…流入ライン、２１ａ…第１流入ライン、２１ｂ…第２流入ライン、２１ｃ…第１隔離弁、２１ｄ…第２隔離弁、２２…放出ライン、２２ｃ…切替弁、２３…排気ライン、３１…第１中間容器、３１ａ…第１希ガスフィルタ、３１ｂ…第１上流空間、３１ｃ…第１下流空間、３１ｄ…第１線量計、３１ｅ…第１圧力計、３２…第２中間容器、３２ａ…第２希ガスフィルタ、３２ｂ…第２上流空間、３２ｃ…第２下流空間、３２ｄ…第２線量計、３２ｅ…第２圧力計、４０…戻りライン、４３ｂ…送出ポンプ、４３ｃ…バイパスライン、４３ｄ…逃し弁、５０…排気塔、６０…フィルタベント装置、６３…金属フィルタ、６４…ヨウ素フィルタ、７０…冷却器

Claims (15)

1. 原子炉格納容器と排気塔とを接続し、前記原子炉格納容器の内部の気体を前記排気塔を介して外部に排出するベントラインと、
   前記ベントライン上に並列に配置された第１中間容器及び第２中間容器と、
   キセノンとクリプトンを捕集し蒸気と水素ガスを透過し得る第１希ガスフィルタであって、前記第１中間容器内を前記原子炉格納容器側の第１上流空間と前記排気塔側の第１下流空間とに区画する第１希ガスフィルタと、
   キセノンを捕集し蒸気と水素ガスと酸素ガスを透過し得る第２希ガスフィルタであって、前記第２中間容器内を前記原子炉格納容器側の第２上流空間と前記排気塔側の第２下流空間とに区画する第２希ガスフィルタと、
   前記第１上流空間及び前記第２上流空間を前記原子炉格納容器と接続し、前記第１上流空間及び前記第２上流空間内の気体を前記原子炉格納容器に戻す戻りラインとを備え、
   前記原子炉格納容器からの気体に含まれるクリプトンの放射線量に応じて、前記原子炉格納容器から前記ベントラインを流通する気体は前記第１上流空間と前記第２上流空間のいずれか一方に放出されることを特徴とする原子炉格納容器ベントシステム。
2. 請求項１に記載の原子炉格納容器ベントシステムにおいて、
   前記原子炉格納容器からの気体に含まれるクリプトンの放射線量が所定値を超えるときには前記原子炉格納容器からの気体が前記ベントラインを介して前記第１上流空間に放出され、
   前記原子炉格納容器からの気体に含まれるクリプトンの放射線量が前記所定値以下のときには前記原子炉格納容器からの気体が前記ベントラインを介して前記第２上流空間に放出されることを特徴とする原子炉格納容器ベントシステム。
3. 請求項１に記載の原子炉格納容器ベントシステムにおいて、
   前記ベントラインは、
   前記原子炉格納容器と切替弁とを接続する流入ラインと、
   前記切替弁と前記第１上流空間とを接続する第１放出ラインと、
   前記切替弁と前記第２上流空間とを接続する第２放出ラインとを備え、
   前記切替弁は、前記第１放出ライン及び前記第２放出ラインのいずれか一方と前記流入ラインとの連通を切り替え可能であることを特徴とする原子炉格納容器ベントシステム。
4. 請求項３に記載の原子炉格納容器ベントシステムにおいて、
   前記流入ラインにおける上流側は、前記原子炉格納容器のウェットウェルの気相部と連通する第１流入ラインと、前記原子炉格納容器のドライウェルと連通する第２流入ラインとに分岐しており、
   前記第１流入ラインと前記第２流入ラインの各々には隔離弁が設けられていることを特徴とする原子炉格納容器ベントシステム。
5. 請求項３に記載の原子炉格納容器ベントシステムにおいて、
   前記切替弁は、
   前記原子炉格納容器の内部の気体の前記ベントラインを介した外部への排出を開始してから所定時間が経過するまで、前記第１放出ラインと前記流入ラインとを連通させ、
   前記所定時間経過後は、前記第２放出ラインと前記流入ラインとを連通させることを特徴とする原子炉格納容器ベントシステム。
6. 請求項１に記載の原子炉格納容器ベントシステムにおいて、
   前記第１希ガスフィルタは、前記第１希ガスフィルタを所定条件下で透過するクリプトンとキセノンの体積流量が、前記第１希ガスフィルタを同一条件下で透過する水蒸気と水素ガスの体積流量に対して１０分の１以下になるように構成されており、
   前記第２希ガスフィルタは、前記第２希ガスフィルタを所定条件下で透過するキセノンの体積流量が、前記第２希ガスフィルタを同一条件下で透過する水蒸気と水素ガスと酸素ガスの体積流量に対して１０分の１以下になるように構成されていることを特徴とする原子炉格納容器ベントシステム。
7. 請求項３に記載の原子炉格納容器ベントシステムにおいて、
   前記ベントラインにおける前記第１希ガスフィルタの上流にクリプトンの放射線量を測定する線量計が設けられ、
   前記切替弁は、
   前記線量計の測定値が閾値より大きいときには、前記第１放出ラインと前記流入ラインとを連通させ、
   前記線量計の測定値が前記閾値以下のときには、前記第２放出ラインと前記流入ラインとを連通させることを特徴とする原子炉格納容器ベントシステム。
8. 請求項３に記載の原子炉格納容器ベントシステムにおいて、
   前記第１上流空間にはクリプトンの放射線量を測定する第１線量計が設けられ、
   前記第２上流空間にはクリプトンの放射線量を測定する第２線量計が設けられ、
   前記切替弁は、
   前記第１線量計の測定値が閾値を下回ると、前記第２放出ラインと前記流入ラインとを連通させ、
   前記第２線量計の測定値が前記閾値を上回ると、前記第１放出ラインと前記流入ラインとを連通させることを特徴とする原子炉格納容器ベントシステム。
9. 請求項１に記載の原子炉格納容器ベントシステムにおいて、
   前記第１希ガスフィルタ及び前記第２希ガスフィルタは、セラミック膜及び高分子膜のいずれかに一方によって形成されていることを特徴とする原子炉格納容器ベントシステム。
10. 請求項９に記載の原子炉格納容器ベントシステムにおいて、
    前記セラミック膜は、窒化ケイ素、酸化ケイ素または炭素が主成分であることを特徴とする原子炉格納容器ベントシステム。
11. 請求項９に記載の原子炉格納容器ベントシステムにおいて、
    前記高分子膜は、ポリイミドが主成分であることを特徴とする原子炉格納容器ベントシステム。
12. 請求項１に記載の原子炉格納容器ベントシステムにおいて、
    前記戻りライン上に設けられ、前記第１上流空間内及び前記第２上流空間内の気体を前記原子炉格納容器内に送出する送出ポンプと、
    前記戻りラインの前記送出ポンプにおける上流側と下流側を接続し、前記送出ポンプを迂回するバイパスラインと、
    前記バイパスライン上に設けられ、前記バイパスラインの上流側と下流側の圧力差が、第１設定圧を超えると開き、第２設定圧を下回ると閉る逃し弁とを備えていることを特徴とする原子炉格納容器ベントシステム。
13. 請求項１に記載の原子炉格納容器ベントシステムにおいて、
    前記ベントラインにおける前記第１中間容器及び前記第２中間容器の上流に、金属フィルタ及びヨウ素フィルタを有するフィルタベント装置を備えることを特徴とする原子炉格納容器ベントシステム。
14. 請求項１に記載の原子炉格納容器ベントシステムにおいて、
    前記第１中間容器内の前記第１下流空間を前記第１上流空間側と前記排気塔側とに区画する前記第２希ガスフィルタが設けられていることを特徴とする原子炉格納容器ベントシステム。
15. 請求項１に記載の原子炉格納容器ベントシステムにおいて、
    前記ベントラインにおける前記第１希ガスフィルタ及び前記第２希ガスフィルタの上流に設けられ、前記原子炉格納容器からの気体を冷却する冷却器をさらに備えることを特徴とする原子炉格納容器ベントシステム。

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