JPH0531758B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の技術分野］ 本発明は原子力発電所における放射性気体廃棄
物の処理方法およびその装置に関する。 ［発明の技術分野］ 沸騰水型原子力発電所のタービン主復水器から
抽気されるガスや、加圧水型原子力発電所の一次
冷却材から脱気されたガスなどは、希ガスなどの
放射性物質を含んでいるため、これらを安全に処
理するための装置を設ける必要がある。 この装置が放射性気体廃棄物装置である。 以下、軽水型原子炉のうち沸騰水型原子炉プラ
ントを例として、放射性気体廃棄物の処理方法に
ついて詳細な説明を行なう。 沸騰水型原子炉の冷却材は高中性子束の炉心を
通過する間に中性子照射を受けて、一部が酸素と
水素とに分解した上に、さらに³H、¹⁶N、¹⁹Oなど
が生じる。また燃料棒に生じたピンホールなどか
らKrやXeなどの放射性の希ガスが漏洩し、これ
らが蒸気に混入してタービン系に送られている。
また、この他に、タービン主復水器への外気の漏
入がある。 これらの放射性気体廃棄物（以下単に排ガスと
記す）によつて沸騰水型原子力発電所におけるタ
ービン系は、原子炉なみに遮蔽設備を施して所内
および周辺の健全性を維持する必要がある。 しかし上記排ガスは、一般に非凝縮性であるの
で、蒸気系統内、特にタービン主復水器の内部に
滞留する。 よつて前記タービン主復水器の内部に空気抽出
器を連結して、ここに滞留する排ガスを活性炭式
希ガスホールドアツプ塔に導いて処理している。 この処理装置は以下のように構成されている。 すなわち、第５図に示したように、タービン主
復水器１の内部に滞留した排ガスを空気抽出器２
でタービン系外に抽気する。系外に抽気した排ガ
スは、その内に含まれる酸素と水素が効率よく再
結合する温度まで予熱器３で予熱されたのち、下
流の再結合器４に導かれてこの再結合器４で排ガ
ス中に含まれる水素と酸素の再結合反応により水
蒸気となる。さらに、その下流の復水器５では、
外部冷却水による冷却作用により排ガス中の水蒸
気のほとんどは水となり、排ガスが分離され、そ
の水はタービン主復水器１に戻される。 こののち、排ガスは予冷器６および乾燥器７ａ
または７ｂを経て、湿分が十分除去されたのち、
活性炭式希ガスホールドアツプ塔８，８，８に導
かれ、残つた放射（主体はXe，Krなどの希ガ
ス）を活性炭に吸着させ、長時間のホールドアツ
プののち、真空ポンプ９を経て排気筒１０から大
気へ放出される。 ［背景技術の問題点］ ところで、予冷器６に流入した排ガスは、10℃
以下でかつ０℃以上の凍結しない温度、たとえば
５℃程度まで冷却され、配管１１ａを経て乾燥器
７（７ａで示す）に至る。乾燥器７ａは、除湿剤
による場合、または冷凍乾燥器による場合とも、
再生運転を行なう際に予備として他に１台の乾燥
器７ｂを設置し、常に２台の乾燥器７ａ，７ｂに
よつて交互運転を行つている。この乾燥器７ａ，
７ｂからは、露点−20℃以下に乾燥した排ガスが
活性炭式希ガスホールドアツプ８へ流れる。活性
炭式希ガスホールドアツプ塔８は、活性炭におけ
る希ガスの減衰に伴う崩壊熱の除去のため、たと
えば冬期で10℃、夏期で30℃程度となるよう、温
度調整が行なわれている。 ここで活性炭式希ガスホールドアツプ塔８へ流
入する排ガスの温度を30℃とした場合、排ガスの
相対湿度は約２％となる。 第６図は活性炭の含水率と処理ガスの相対湿度
の関係を示しており、この図から明らかなよう
に、処理ガスの相対湿度が40％を越えたあたりか
ら急速に活性炭の含水率が増加し、20％以上とな
ることが読みとれる。 含水率の増加は、活性炭の希ガスに対する吸着
能力を低下させることが知られている。 第７図は活性炭の含水率とXeに対する動的吸
着係数の関係を示す特性図である。この図から含
水率が20％近くなると動的吸着係数が急激に低下
するのが読みとれる。排ガスを相対湿度40％以下
とすれば、第６図および第７図から活性炭の希ガ
スに対する動的吸着係数を低下せしめずに用いる
ことができるということがわかる。 従来は、すでに述べたように排ガス中の絶対湿
度を減少させる方法によつてこの目的を達成して
いたので、乾燥器７において交互運転を行なうこ
とが避けられないのであるが、一方で原子力発電
所における機器は高い信頼性を要求されるため、
交互運転を行なうことはできるだけ避けることが
望ましく、何らかの改良の余地のあるところであ
つた。 ［発明の目的］ 本発明は、上記問題点を解決するためになされ
たもので、活性炭式希ガスホールドアツプ塔に相
対湿度40％以下の排ガスを連続的に流すことが可
能な放射性気体廃棄物の処理方法およびその処理
装置を提供することにある。 ［発明の概要］ 本発明では、排ガスを10℃から０℃の凍結しな
い温度まで冷却し、除湿冷却する予冷器の下流
に、ただちに活性炭式希ガスホールドアツプ塔を
設け、排ガスの実質湿度、すなわち10℃において
7.63g／Kgの含水量の空気が相対湿度40％となる
25℃以上の温度に排ガスを加熱してから活性炭式
希ガスホールドアツプ塔に流すことによつて、排
ガスの連続的処理を行なうことを特徴とする放射
性気体廃棄物の処理方法およびその処理装置であ
る。 排ガスは活性炭式希ガスホールドアツプ塔が設
置された室内の空気を温度調整することで、活性
炭式希ガスホールドアツプ塔およびその入口配管
が加熱されることによつて間接的に加熱される。 ［発明の実施例］ 以下、第１図および第２図を参照しながら本発
明の第１の実施例を説明する。ここでは、相対湿
度を、多少の余裕を見込んで20％以下とした例に
ついて説明する。なお、第１図中第５図と同一部
分に同一符号を付して重複する部分の説明を省略
する。 すなわち、第１図において、予冷器６を流出し
た排ガスは、配管１３を通つて活性炭式希ガスホ
ールドアツプ塔８に流入する。活性炭式希ガスホ
ールドアツプ塔８は、気密あるいは気密に準じた
状態の室２１内に設置されている。室２１には空
調設備２２に接続した吸込ダクト２３および吐出
ダクト２４が設置されている。 排ガスは、予冷器６で10〜０℃（凍結しない）
まで冷却される。一方、活性炭式希ガスホールド
アツプ塔８は、その室２１内が空調設備２２によ
つて40℃に加熱維持されることにより、同じく40
℃に間接的に加熱されている。排ガスは配管１３
を流れている間に加熱されて40℃となり、活性炭
式希ガスホールドアツプ塔８へと流れる。配管１
３は必要によつては、室２１内に、内部の排ガス
が制御温度まで上昇するのに十分な長さを有する
ように設置されている。 排ガスの相対湿度に注目すると、温度40℃にお
ける露点10℃の排ガス（希ガスなどを微量に含む
空気）の相対湿度は、15.6％となり、活性炭の希
ガスに対する動的吸着係数に悪影響を与えない程
度となつている。このような系統とすることで、
第５図に示した乾燥器７ａ，７ｂのように交互運
転を行なうことなく、排ガスの相対湿度を活性炭
に何ら影響を与えない程度まで低下させることが
できるのである。 なお、上記実施例において活性炭式希ガスホー
ルドアツプ塔の室内の温度を40℃としたのは、下
表の手順によるものである。

【表】

【表】 上記で得た温度以上に排ガスの温度を上昇させ
れば相対湿度20％以下となるわけである。 活性炭は使用される温度によつて、第２図に示
したように異なる性質を有する。その温度が低温
であるほど、Xe，Krなどの希ガスに対する動的
吸着係数は向上する。ここで用いる動的吸着係数
Ｋ［cm³／ｇ］は活性炭の所要量を計算するために
一般的に使用されている数値で、排ガスの流量Ｆ
（mm³／hr）と活性炭の所要量Ｍ［ton］とホールド
アツプ時間Ｔ（hr）の間に次の関係式を有する。 Ｔ＝Ｋ・Ｍ／Ｆ したがつて動的吸着係数（Ｋ）が高い状態で用
いる方が活性炭の所要量が少なくてすみ、経済性
の点で有利である。 本発明では、従来例の乾燥器において切換運転
が不要となるので運転信頼性の向上が計れ、また
乾燥器およびその周辺機器の削減によるコストダ
ウン効果が大きく、活性炭の性能の低下に伴う活
性炭所要量の増加による多少のコストアツプを十
分に補い、従来よりも安価な装置を提供すること
ができる。 具体的な数値で説明すると、従来最高30℃（夏
期）に維持されていた活性炭式希ガスホールドア
ツプ塔が先に述べたように、40℃に加熱維持され
ると、Krに対する動的吸着係数は、ある銘柄の
活性炭において、56cm³／ｇから42cm³／ｇへ、また
Xeに対しては、890cm³／ｇから680cm³／ｇと低下
し、これに反比例して活性炭量が増加する。活性
炭量は、たとえば110万kWタイプの原子力発電
所の場合、74トンであつたものが、98トンに増量
する必要が生じる。活性炭はたしかに高価な材料
ではあるが、これに伴う容器（活性炭式希ガスホ
ールドアツプ塔）や加熱のための装置を加えて
も、十分に従来装置より安価な装置を提供するこ
とができるのである。 活性炭は高温で乾溜および賦活されているた
め、含有する揮発成分も少なく、着火温度も350
℃以上と高いが、近年、低温における酸化反応が
問題となつている。これは、活性炭を使用した燃
焼ガス脱硫装置などで、100〜150℃の運転温度で
使用した場合に、活性炭がわずかな酸化反応を起
し、生じた熱が活性炭層に蓄積してついには活性
炭の燃焼をひきおこす現象である。本発明ではこ
の点も考慮し、排ガスの温度を100℃以下に加熱
することとした。 つぎに第３図によつて本発明の第２の実施例に
ついて説明する。なお、第３図中、第１図および
第５図と同一部分には同一符号を付して重複する
部分の説明は省略する。 第３図においては、予冷器６の出口側配管３７
にはT₁で示す温度計が設けられている。温度計
３１はケーブル３４で、温度調整器３３と接続さ
れており、さらに温度調整器３３は活性炭式希ガ
スホールドアツプ塔８に接続される直前の入口側
配管３８に設けられたT₂で示す温度計３２とケ
ーブル３５を介して接続されている。一方、温度
調整器３３は、ケーブル３６を介して空調設備２
２とも接続されている。 しかして、予冷器６を流出した排ガスの温度
は、常時、温度計３１で測定される。この温度は
ケーブル３４で温度調整器３３に伝えられる。こ
こで、この排ガスを何度まで温度上昇させたら、
相対湿度が20％以下となるかが計算される。 一方、活性炭式希ガスホールドアツプ塔８に入
る直前での排ガスの温度が温度計32で測定され、
ケーブル３５で温度調整器３３に伝えられる。こ
の温度に応じ、温度調整器３３からケーブル３５
で空調設備２２へ温度調整の信号が送られる。 以上のように、予冷器６の温度に応じて常に活
性炭式希ガスホールドアツプ塔８に流入する排ガ
スの温度を調整することができるため、前記第１
の実施例と同様な効果を極めて経済的に得ること
ができる。これは、室２１内の温度を必要な最低
限度の温度にまで加熱することで、無駄な熱エネ
ルギーの消費を削減するとともに、活性炭の性能
を高温とすることで無意味に低下させるのを防ぐ
ことによつて達成できる効果がある。 つぎに第４図を参照しながら本発明の第３の実
施例を説明する。なお、第４図中、第１図、第３
図および第５図と同一部分には同一符号を付して
重複する部分の説明を省略する。 予冷器６の出口側配管３７には電気ヒータ３９
が設けられ、活性炭式希ガスホールドアツプ塔８
に入る直前の配管３８には、温度計３２が設けら
れている。温度計３２は温度調整器３３を介して
電気ヒータ３４とケーブル３５，４０によつて接
続されている。 第１および第２の実施例では室２１内に適当な
長さの配管を設置することで配管内を通る排ガス
が所定の温度以上となることによつて、排ガスの
相対湿度を調整しようとするものであつたが、こ
の第３の実施例では予冷器６の下流側配管３７を
活性炭式希ガスホールドアツプ塔８の上流側の加
熱ヒータたとえば電気ヒータ３９で排ガスを加熱
し、排ガスの相対湿度を調整するものである。 電気ヒータ３９の出力は、温度計３２での測定
結果によつて温度調整器３３によつて調整され
る。たとえば、予冷器６の出口での温度が10℃〜
０℃（凍結しない）に調整されているとすると、
排ガスを40℃程度に加熱することになる。 さらに、この方法によれば放射性気体廃棄物処
理装置の起動運転時に、装置内に清浄な空気を上
流から流し、電気ヒータ３９で加熱して活性炭式
希ガスホールドアツプ塔８に流すことにより、活
性炭層の全体を直接加熱することができ、装置の
起動に要する時間を大幅短縮することができ、効
果は大きい。活性炭における希ガスの減衰は発熱
を伴なう現象であり、本発明による装置の運転に
は、何ら問題を生じないものである。したがつて
加熱電気ヒータの下流の活性炭式希ガスホールド
アツプ塔は特に加熱装置を設けなくともともよ
い。 以上、軽水型原子炉のうち沸騰水型原子炉プラ
ントを例として本発明の実施例を説明した。先に
述べたように加圧水型原子炉の一次冷却材から脱
気されたガスにも放射性の希ガスが含まれるが、
この処理方法として活性炭を用いた場合について
は、本発明を適用することができる。この場合に
は、一次冷却水からの脱ガスを行なつた下流に本
発明による予冷器・活性炭式希ガスホールドアツ
プ塔を設ける。 また、このほかの炉型においても放射性気体廃
棄物の処理に本発明は適用できる。たとえば、新
型転換炉にては、沸騰水型原子炉プラントと同様
にタービン主復水器から抽気した排ガスについて
適用可能である。 さらに、特に炉本体からの排ガスのみでなく、
それに付随して発生する排ガスの処理においても
本発明が適用できる。たとえば、高速増殖炉にお
いての一次アルゴンガス系・燃料取扱及び貯蔵
系・炉上部搭載機器などからの排ガスがこれに相
当する。この他、放射性液体廃棄物処理系の廃液
タンクからのベントガスについても同様である。 ［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、活性炭式
希ガスホールドアツプ塔を空調設備を有する室内
に設置することによつて相対湿度が40％以下の排
ガスを連続的に流すことができる。 また、従来のように乾燥器の切換運転が不要と
なるため装置全体の運転信頼性を著しく向上させ
ることができ、ひいては原子力発電所の信頼性を
も向上させることができる。 さらに運転温度の上昇により活性炭の所要量が
多少増加するが、乾燥器およびその周辺機器を削
減できるので装置を大幅に簡略化でき、コストダ
ウンできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る放射性気体廃棄物処理装
置の第１の実施例を示す系統図、第２図は第１図
における活性炭の希ガス（KrおよびXe）に対す
る動的吸着係数と温度の関係を示す特性図、第３
図および第４図はそれぞれ本発明に係る処理装置
の第２および第３の実施例を示す系統図、第５図
は、従来の放射性気体廃棄物処理装置を示す系統
図、第６図は、処理ガスの相対湿度と活性炭の含
水率の関係を示す特性図、第７図は、活性炭の含
水率と希ガス（Xe）に対する動的吸着係数の関
係を示す特性図である。 １…タービン主復水器、２…空気抽出器、３…
予熱器、４…再結合器、５…復水器、６…予冷
器、７ａ，７ｂ…乾燥器、８…活性炭式希ガスホ
ールドアツプ塔、９…真空ポンプ、１０…排気
筒、１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３…配
管、２１…室、２２…空調設備、３１，３２…温
度計、３３…温度調整器、３９…電気ヒータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子力プラントから発生した放射性気体廃棄
   物を、予冷器および活性炭式希ガスホールドアツ
   プ塔を順次通過させて処理する放射性気体廃棄物
   の処理方法において、前記放射性気体廃棄物を前
   記予冷器で０℃から10℃の温度に冷却し、つぎに
   その冷却された放射性気体廃棄物を相対湿度が40
   ％以下でかつ100℃以下の温度に加熱したのち、
   前記活性炭式希ガスホールドアツプ塔で減衰させ
   ることを特徴とする放射性気体廃棄物の処理方
   法。 ２ 原子力プラントから発生した放射性気体廃棄
   物を０℃から10℃の温度に冷却する予冷器と、前
   記予冷器に連結された希ガスホールドアツプ塔
   と、前記予冷器の出口側配管に設けられた加熱手
   段と、前記加熱手段を該加熱手段を設けた出口側
   配管を通過する放射性気体廃棄物が相対湿度が40
   ％以下でかつ100℃以下の温度となるよう温度制
   御する温度調整手段とを設けたことを特徴とする
   放射性気体廃棄物処理装置。 ３ 前記温度調整手段が、前記予冷器により冷却
   された放射性気体廃棄物の温度を測定する温度計
   を有し、この温度計の示す温度に応じて前記加熱
   手段を該加熱手段を設けた出口側配管を通過する
   放射性気体廃棄物が相対湿度が40％以下でかつ
   100℃以下の温度となるよう温度制御することを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の放射性気
   体廃棄物処理装置。