JPH0218128B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、一般的にはエーロゾルのスクラバに
関し、更に詳しくはスクラビング液体と多孔性床
とを組合せて用いたエーロゾルのスクラバに関す
るものである。 本発明は、原子炉の格納容器や施設に関連して
使用するための空気浄化システムの研究から開発
されたものである。この特別な空気浄化システム
の目的は仮想される事故に際して、放射性物質等
のエーロゾル粒子や吸着ガス類が格納施設から流
出するのを抑制することであつた。開発されたシ
ステムは、エネルギを必要とせずに受動状態で作
動し、浄化されるべきガス流の加圧以外にはエネ
ルギを必要としないものであつた。受動状態にあ
つても、このシステムは直ちに使用可能の状態に
なる。 本発明のシステムは、プール型スクラバと砂ま
たは砂利フイルタの両者が有する望ましい特徴を
組合せてハイブリツド型スクラバとしたものであ
る。 プール型スクラバは、下方の液体プール内へ突
出しているガス入口管からなつている。ガスはこ
の入口管から液体プール中へ流れ、気泡になつて
プール内を上方へ流れる。種々の力によつて気泡
内のガスからエーロゾルが除去されるが、これら
の力は一般的に気泡径に依存している。気泡の大
きさを小さくするための装置をガス導入管の出口
に取付けることができるが、これらのシステムは
特質上比較的大きい気泡を生成し、かつ、エーロ
ゾル沈着による目詰りを起しやすい。従つて、エ
ーロゾルの除去効果は低いものである。しかしな
がら、プール型スクラバは、ガス流から除去され
捕集された物質を大量に取扱うことができるとい
う望ましい特徴を有している。 砂または砂利フイルタは、分級した粒状物質の
複数層を用いて構成される。このとき、最も大き
い粒状物質はフイルタ床の底部に通常は置かれ、
粒径の小さい物質の層は底部層の上方へ順次配置
される。エーロゾルを含有するガスは床の底部か
ら頂部へと通過する。エーロゾルは慣性力、拡
散、遮断および重力によつて除去される。かよう
な床の上部にある細かい粒状物質の層によつて、
砂または砂利フイルタは高いエーロゾル除去効果
を示す。しかしながら、かような床は限定された
空隙を含むために、フイルタはその単位容量当り
少量の捕集物質しか処理することができず、ま
た、取替えたり、フラツシングしたり、あるいは
浄化操作を施す必要がある。 本発明のハイブリツド型スクラバは液体のプー
ル内に少なくとも一部が浸漬された多孔性床から
なる。この多孔性床は、砂または砂利のごとき粒
状物質を含むことができる。液体は水でもよい。
エーロゾルを含有する空気または他のガスの加圧
流は前記床の底部へ導かれる。このガス加圧流は
それ自身で床の中に分散して行き、床のすき間に
形成された不規則な流路を通つて上方へ流れる。
エーロゾルは、遮断、拡散、慣性力、粒子成長お
よび沈降によつてガスから除去される。多孔性床
自身は、ガスと共に流れる液体によつて連続的に
浄化される。浄化されたガスは多孔性床頂部から
出てくる。 加圧ガス流から微粒子を除去するための本発明
の受動的自己浄化型エーロゾル・スクラバは、液
密容器を利用するものであり、この容器は内部を
部分的に満たす液体を含んでいる。この容器内に
１つのコンテナが配置されている。このコンテナ
は、液体に浸漬されている下方端から上方端へと
延びるガス不透過性側壁を有している。コンテナ
上方端およびその内部の多孔性床は、液体表面の
下方、同一高さあるいは上方に配置することがで
きる。多孔性床はコンテナのガス不透過性側壁に
よつて囲まれている。この多孔性床は、コンテナ
側壁下方端の上方にこの下方端と間隔を置いて位
置する浸漬底部から上方に垂直に延びている。ガ
ス導入管が容器内に延びていて多孔性床下方の浸
漬位置において排出口を有しており、このガス導
入管によつて加圧ガスと微粒子とを多孔性床の底
部へ導びく。多孔性床の頂部は開放されていて、
ガス流と共に流れる液体がコンテナ内から容器内
の液体プールへ還流できるようになつている。浄
化されたガスは多孔性床の頂部を通つて流出でき
る。 本発明の第一の目的は、プール型スクラバの粒
子捕集能力と湿潤多孔性フイルタの除去効果とを
組合せることである。 本発明のもう一つの目的は、数ケ月または数年
にわたつて受動状態のままにしておくことができ
かつ必要なときに直ちに使用できる、高能力エー
ロゾル・スクラバを提供することである。 別な目的は、受動状態で作動時にエネルギを必
要としないスクラバを提供することである。完全
密封したときには、この装置を使用するときまで
メインテナンスを必要としない。 もう一つの目的は、使用に低エネルギしか必要
としないスクラバを提供することである。このス
クラバは、浄化されるガスの加圧流だけで作動
し、外部ポンプや制御を必要としない。 以下に本発明の好ましい態様を示す図面を参照
して本発明をさらに説明する。 本発明のスクラバは、基本的には、液体プール
中に少なくとも一部分が浸漬された多孔性床から
構成される。ガスの導入流はこの床の底部へ向け
られる。ガス流は、装置の頂部にある出口管から
ガスを排出することによつて上方へ誘導される。
エーロゾルを含んだ入口管を下降し、床中の不規
則多孔流路を通つて上昇する。床外部の液体の密
度と床内部気−液混合物の有効密度との差によつ
て、床内の液体はパージングされる。このパージ
ング作用は多孔性床に捕集されたエーロゾルを連
続的に洗浄して浄化する。 第１図に示した本発明の実施例の装置は、底壁
１１とこれと接続して垂直に延びる側壁１２とを
有する液密容器１０からなり、これら底壁と側壁
によつて液体タンクが形成される。このタンクは
頂壁１３によつて完全に包囲することが望ましい
が、後述するように上方は開放しておいてもよ
い。 液体１４が容器１０内に含まれている。この液
体は水でもよく、あるいは物理的に安定でかつフ
イルタの構造や使用に適合しうるいかなる液体で
もよい。この液体は容器１０で表わした液体タン
ク内を部分的に満たし、１５で示される液面高さ
を与える。 この容器１０内部に末端が開放したコンテナ１
６が置かれる。コンテナは下方端１８から上方端
２０まで延びるガス不透過性垂直側壁１７を有し
ている。コンテナ１６の下方端は液体１４中に浸
漬されている。上方端２０は液面高さ１５付近の
液面上または液面下のどちらでもよい。 砂利またはその他の材からなる多孔性床２１
はコンテナ１６のガス不透過性側壁１７によつて
包囲されている。この床２１は、コンテナ１６の
ガス不透過性垂直側壁１７の下方端の上方にこの
下方端と間隔を置いて配設した床底から、コンテ
ナ内を垂直に上方へ延びている。この床底位置
は、側壁１７を横切つて延びる横方向の多孔質板
または多孔板２２によつて定められる。図示した
好ましい実施例においては、多孔性床２１の垂直
方向高さのほぼ半分が液面１５の高さより下に位
置しており、従つて液体１４内に浸漬している。 入口管２３によつて、加圧ガスと微粒子すなわ
ちエーロゾルとの流れは多孔性床２１の垂直方向
下方の浸漬位置へ導かれる。この入口管２３はガ
ス不透過性物質からなる垂直管として示されてお
り、多孔性床２１の中心を通つて延びている。入
口管２３は、多孔性床２１の底とコンテナのガス
不透過性側壁１７の下方端との間に位置する開放
底端２４で終つている。 多孔性床２１の頂部端は、横方向多孔質板また
は多孔板２５によつて覆われている。かような板
２５を配置することが望ましいが、必ずしも床２
１を閉じ込めておく必要はない。床２１の頂部端
は液体流に対してこれを横切る方向に解放してお
り、これによつてガス流と共に流れる液体がコン
テナ１６の側部を越えて、重力により容器１０の
液体タンク内の液体１４へと還流することができ
る。 各種の物質を多孔性床２１内で使用することが
できる。多孔性物質は液体１４に不溶性とすべき
である。天然または合成の砂または砂利、繊維質
物質、あるいは乾式または湿式フイルタで通常使
用されている他の充填材料で床を構成することが
できる。 出口管２６が液面１５の上方位置で容器１０を
通つて開口している。この出口管２６は多孔性床
２１を通つてきたガス流を排出する。 多孔性床２１を包囲するコンテナ１６内部にガ
スが存在することによつて、床内部の液体１４の
見掛密度が小さくなる。従つて、ガス流が床２１
を通つて上昇するにつれて、液体は容器１０内か
ら床底部へと流れ込み、床内を上方へ流れ、床頂
部から流出する。多孔性床２１内に捕捉されたエ
ーロゾルはこれによつて連続的に洗浄される。こ
の受動的な多孔性床２１の自己浄化作用は本発明
の新規な特徴の一つである。 図示した装置はガス流からエーロゾルを効果的
に除去するものである。エーロゾル除去効率は、
多孔性床２１の深さ、床２１を構成する充填材料
の大きさ、および入口管２３と床２１を通るガス
流の速度を変えることによつて調整することがで
きる。この装置に適応させることができる捕集物
質の量に関する唯一の制限は、液体１４のプール
の容量と除去されたエーロゾル物質の液体に対す
る溶解度である。もう一つの制限は、容器１０内
に収容させることができる不溶性粒子の容量であ
る。 このスクラバは、三相液体スクラバである。床
２１内の多孔性物質からなる固体相は固定されて
いる。気体と液体相は床２１内を並流的に流れ
る。かようなシステムの複雑性のため、概念の解
明とスクラバ性能の測定の両方のために試験を行
なつた。 実質的に第１図に示したようなスクラバ原型を
組立てた。床の直径を0.30ｍ、深さを0.61ｍと
し、＋0.95cm〜−1.27cmに篩つた玄武岩を充填し
た。ガス流に利用しうる断面積は0.069m²であつ
た。床のボイド・フラクシヨンは0.45＋0.050で
あつた。 これらの試験に使用した粒状玄武岩は平滑側面
を有していないという特徴をもつ。これを３区分
に手で篩い分け、コンテナ側壁１７内の水平板２
２と２５の間に保持した。試験に用いた板２２と
２５は固体の平板で作製し、食い違い配列で多数
の孔が開けられており、入口管２３を貫通させる
１つの中心孔が開けられている。適当なスクリー
ン物質から作製したものも、この装置の支持板２
２，２５として使用できる。 コンテナ側壁１７の下方端１８には複数の開口
２７が設けられていることに留意すべきである。
これらの開口２７は容器１０の底壁１１の上方に
底壁から間隔をもたせて配設されており、多孔性
床２１内へ流れ込む液体とガスの流れの中に不溶
性固体が再侵入するのを防止する。開口２７によ
つて液体１４が多孔性床２１の下へ流れ込むこと
ができる。開口２７と床２１の底との間の部分は
包囲スカートが形成されており、導入ガスが多孔
性床２１内を上昇する前にこの包囲スカート内に
蓄積される。 第１図からわかるように、コンテナ１６の水平
方向断面積は、容器１０内の水平方向内側断面積
よりも実質的に小さい。コンテナ１６の断面積
は、床２１内を上昇するガスの容量に関係する。
容器１０内の液体１４の断面積と深さは、ガス流
から除去されたエーロゾルの処理に要する貯蔵能
力に関係する。 容器１０の直立側壁１２は、コンテナ１６の側
壁１７の横方向外方にこの側壁１７と間隔をもた
せて配置されている。このことによつて、複数の
開口２７を通してすべての方向から液体をコンテ
ナ１６内へ流れ込ませることができ、また、コン
テナ１６から出てくる液体をコンテナの全周縁か
ら流出させることができる。 図示した実施例のスクラバは、コンテナ１６の
周囲に円筒状側壁を設け、入口管２３の内部垂直
中心軸の周囲に垂直に配置されている。入口管２
３は、コンテナの軸に沿つて床２１内に同心的に
配された真すぐな垂直管で構成されている。 各種のナトリウム化合物エーロゾルを用いて一
連の試験を行ないエーロゾル除去効率を測定し
た。容器１０内の洗浄液としては水を用いた。床
断面積0.069m²に基づくガス速度を示す試験パラ
メータを第１表に掲げる。ガス流の流速は各試験
中に変化し、エーロゾル試料は周期的に入口管２
３と出口管２６の両方から取除いた。慣用的な乾
式フイルタを出口管２６内のスクラバ上流に置
き、ナトリウムを過して各試験後にナトリウム
を分析した。 試験結果を第２表に要約する。総体効率は、ス
クラバ液体中に捕集されたナトリウムと繊維質フ
イルタ上に捕集されたナトリウムとの合計量を用
いて計算した。平均効率は瞬間的ガス濃度測定か
ら調べた個々の効率の算術平均によつて計算し
た。このデータは、床２１内の粒状充填物サイズ
を変えても捕集効果に影響しないことを示してい
る。床高さを1/2に減少させると、エーロゾル透
過は７倍に増加した。

【表】

【表】 第１表および第２表に示した最後の試験では、
ポリプロピレン繊維要素をスクラバに追加して、
ミストの侵入をなくし、微小粒子の捕集を向上す
るようにした。繊維ユニツトの寸法は外径0.61
ｍ、内径0.46ｍ、長さ0.61ｍであつた。この繊維
ユニツトを多孔性床２１の上部に直接載置した。
床２１から出たガスはこの繊維ユニツトの中心域
を上昇して流れ、次いで水平方向に繊維質材料を
通して流れた。多孔性床２１を出たガス中に含ま
れる水滴は捕集されたエーロゾルを繊維ユニツト
から連続的に洗浄する。第１表および第２表で報
告したこの特定の試験はNaOHエーロゾルを用
いて行なつた。繊維ユニツトを介する圧力低下は
試験の全期間中一定に保たれた。このことは、ス
クラバ中の繊維ユニツトがガスと共に流れる水に
よつて効果的に洗浄されたことを示している。こ
れによつて、本発明のハイブリツド・スクラバと
繊維質フイルタとの組合せにより優れた除去効率
が得られることがわかる。かような変形スクラバ
の模式図を第２図に示す。繊維ユニツトは２８に
より示される。第２図の装置のその他の要素はす
べて第１図のものと同じであり、第１図と同じ番
号で示してある。 各種の床構造についてエーロゾルを用いずに水
圧試験を行ない、圧力低下、水循環速度、および
水レベル効果を調べた。多孔性床２１を通る際の
圧力低下は、ガス表面速度0.002〜0.507ｍ／ｓの
範囲でのガス流速には依存しないことが判明し
た。本発明装置を介する圧力低下は、入口管２３
の浸漬された開放底部端２４における静止水頭に
主として起因することが判明した。内部水循環速
度は、ガス流速、床深さ、粒状物サイズおよび入
口管浸漬度合に関係することが判明した。粒状岩
床を用いた各種の床パラメータに対する水流速対
ガス流速の測定においては、水レベルが床深さの
約1/2まで低下すると揚水速度は低減することが
判明した。水流速に最も大きく影響する試験パラ
メータは、入口管２３の浸漬深さであつた。 本発明の装置は圧力10〜50psiのガス流を扱う
ことができる。この圧力範囲は、原子炉設備に用
いられる代表的な格納容器圧力である。かような
格納容器から出るガス流は、特定のスクラバ装置
の流速限度に合うように必要に応じて減速しても
よい。ガス流のその他のポンピング操作は必要と
しないから、本発明のスクラバを作動させるため
のエネルギは必要でなくなる。 実験モデルについて行なつた試験の結果は、受
動自己浄化エーロゾル・スクラバは0.507ｍ／ｓ
の表面ガス速度と0.608ｍの床深さに基づいて設
計できることを示している。原子力設備において
考えられるエーロゾルに対しては、99％以上のエ
ーロゾル除去効率が得られることが予測される。
第２図に示したような受動繊維質フイルタを用い
る場合には、予測しうるすべての粒子分布に対し
て99.9％以上のエーロゾル除去効率が得られるで
あろう。 この装置においては、多孔性床２１内の充填物
を通して洗浄液体を循環させるために空気揚力が
用いられる。スクラバ使用中は充填物を清浄な状
態に保つことができ、この際、外部液体ポンプす
なわち外部エネルギ源を使用する必要がない。こ
のことは、電力が利用できない条件において、極
めて重要なことである。 スクラバの除去効率は、あらゆる応用に対して
要求される値になるように設計することができ
る。微小な粒子に対する高い除去効率も得ること
ができる。このことは、大きな気泡のために比較
的微小な粒子に対しては低い除去効率しか得られ
ない従来の浸漬管に比較して、優れた利点であ
る。 多孔性床２１は絶えず湿潤されているために、
捕捉された塵は溶解するか、あるいは床物質から
洗われることになる。従つて、空気中の大きい粒
子が捕捉されても多孔性床２１を目詰りさせるこ
とはない。 簡単な浸漬管と比較して、本発明装置は、同程
度の除去効率を得るために設計された装置におい
てもより小さい圧力低下しか示さない。これは、
ガス流が多孔性床２１に流れ込むと微小な気泡に
分解される結果もたらされる。 多孔性床２１内のすべての流路は小さいもので
あるが、これらの流路は液体によつて洗われるた
め目詰りしない。入口管は洗われないが、できる
だけ大きくして閉塞しないようにできる。この点
は、例えば小径の浸漬管を用いるような他の気泡
分散装置に比して大きく改良された点である。 本発明装置は、簡単に、かつ入手容易な部材で
組立てることができ、また比較的安価に製作でき
る。 本発明装置は高い信頼性をもち、数年にわたつ
て使用しなかつた後にも設計通りの性能を得るこ
とができる。単に液体レベルを周期的に調べるだ
けでよい。このスクラバの作動に際しては、複雑
な部品や制御は必要とせず、予備電力も不要であ
る。従つて、本発明装置は操作上の失敗も少な
く、信頼性の極めて高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例を示す断面図であ
り、第２図は本発明装置の他の実施例を示す断面
図である。 １０……液密容器、１４……容器内液体、１５
……容器内液面高さ、１６……コンテナ、１７…
…ガス不透過性側壁、１８……側壁下方端、２０
……側壁上方端、２１……多孔性床、２２，２５
……多孔板、２３……ガス入口管、２４……ガス
入口管の開放底端、２６……ガス出口管、２７…
…開口、２８……繊維質フイルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液密容器と該容器内を部分的に満たして液面
   高さを与える所定量の液体とからなる微粒子を含
   む加圧ガス流から微粒子を除去するためのガス・
   スクラバにおいて、該液体に浸漬された下方端と
   該下方端から上方に延びるガス不透過性垂直側壁
   とを有する末端の開放したコンテナが前記容器内
   に配置されており、該コンテナの垂直側壁に沿つ
   てその内部に多孔性床が設けられており、該多孔
   性床は該液体中に開放的に浸漬されかつコンテナ
   の前記垂直側壁下方端の上方に該下方端と間隔を
   もたせて設けられた底部端と頂部端とを備えてお
   り、微粒子を含む加圧ガス流を前記多孔性床の底
   部へ導入するための排出開口を該多孔性床下方の
   液体浸漬部分に有しているガス入口管が前記容器
   内に挿入されており、多孔性床の前記頂部端は開
   放していて多孔性床内部液体と外部液体との見掛
   密度の差によつて液体が前記開放頂部端から流れ
   出るようになつており、これによつて該多孔性床
   頂部端からガス流と共に流れ出る液体は重力によ
   つて該容器内の液体部分へ還流しかつ該多孔性床
   の自己浄化を行なうことができるようになつてお
   り、該多孔性床を通過したガス流を該容器外へ排
   出するためのガス出口管が該容器内の液面高さよ
   り上方に配設されていることを特徴とするガス・
   スクラバ。 ２ 前記コンテナの水平方向断面積は前記容器の
   内部水平方向断面積よりも小さい特許請求の範囲
   第１項記載のガス・スクラバ。 ３ 前記容器は、前記コンテナの垂直側壁の横方
   向外方に該コンテナ垂直壁と間隔をもたせて配置
   された直立固体側壁を有している特許請求の範囲
   第１項記載のガス・スクラバ。 ４ 前記ガス入口管は前記多孔性床を貫通して延
   びる垂直管からなり、ガス入口管の前記排出開口
   は前記多孔性床底部端と前記コンテナ垂直側壁下
   方端との間に位置している特許請求の範囲第１項
   記載のガス・スクラバ。 ５ 前記多孔性床は、前記液体に不溶性の粒状物
   質の充填床から構成されている特許請求の範囲第
   １項記載のガス・スクラバ。