JPH0961589A - 放射性気体廃棄物処理装置用除湿装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷凍機を用いることなく、排ガス中の湿分を連
続的に除去でき、信頼性および経済性のすぐれた除湿装
置を提供する。 【解決手段】除湿装置に水蒸気透過係数の大きい中空糸
膜モジュール23を胴20内のパージガス室24およびその上
方の排ガス出口室22に設ける。つまり、中空糸膜モジュ
ール23の一端は排ガス入口室21に開口にし、他端は排ガ
ス出口室22に開口し、パージガス室24の下部でＵターン
して取り付けられる。中空糸膜モジュール23の二次側に
乾燥された一次側ガスの一部をパージ用として、タービ
ン主復水器の真空圧により二次側を一次側圧力より低い
圧力まで吸引して中空糸膜モジュール23の一次側と二次
側に水蒸気分圧差を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放射性気体廃棄物処
理装置用除湿装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば原子力発電プラント等で発生した
放射性気体廃棄物（以下排ガスと記す）を、タービン主
復水器から蒸気式空気抽出器により抽出し、水素再結合
装置により水素ガスの再結合を行い、排ガス中の水素を
可燃限界以下とすると共に処理流体の減容処理を行った
後、水素再結合装置からの排ガスを除湿冷却器（排ガス
予冷器とも云う）により、一次冷却および一次除湿を行
い、次いでこの排ガスを脱湿塔（排ガス乾燥器とも云
う）によりさらに湿分を除去した後、活性炭式希ガスホ
ールドアップ塔に導いて放射能の減衰を行う放射性気体
廃棄物処理装置が知られている。

【０００３】沸騰水型原子炉の冷却材は、炉心を通過す
る間に中性子照射を受けて、一部が酸素と水素に分解
し、その上、さらに ³Ｈ，¹⁶Ｎ，¹⁹Ｏ等が生じる。ま
た、燃料棒に生じたピンホール等からＫｒやＸｅなどの
放射性の希ガスが漏洩し、これらの希ガスが冷却材に混
入してタービン系に送られている。この他、タービン主
復水器廻りの外気からの漏れ込みがある。

【０００４】これらの排ガスにより、沸騰水型原子力発
電所におけるタービン系施設は原子炉廻りの施設同様に
遮蔽設備を施し、且つ所内および周辺の環境健全性を維
持するため、排ガスを処理する必要がある。

【０００５】ところで、前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で凝縮せ
ずその内部に滞留する。タービン主復水器中の非凝縮性
ガスの存在はタービン主復水器の性能維持の点から好ま
しくない。

【０００６】このため、タービン主復水器内に滞留する
排ガスを蒸気式空気抽出器により抽出し、タービン主復
水器の性能維持を図ると共に、抽出された排ガスは、気
体廃棄物処理装置に導いて処理するようにしている。

【０００７】図５によりこの従来の気体廃棄物処理装置
の一例を説明する。タービン主復水器の内部に滞留した
排ガスは蒸気式空気抽出器１により抽出され、水素再結
合装置２を構成する予熱器３、再結合器４および復水器
５へと導かれて、再結合器４で排ガス中の水素ガスの再
結合を行い、復水器５で排ガス中の水蒸気の減容処理が
なされる。

【０００８】即ち、水素再結合装置２に導かれた排ガス
は、まず排ガス中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、排ガス中の水素と酸素とが再結合反応
により水蒸気となる。

【０００９】さらに、その下流の復水器５では外部冷却
水により、蒸気式空気抽出器１による排ガスの抽出で使
用された水蒸気も併せて凝縮されて、ほとんどが復水と
なり、排ガスから分離され、分離された復水はタービン
主復水器に戻される。

【００１０】一方、水蒸気が分離除去された排ガスは、
除湿冷却器６に導かれて一次冷却および一次除湿がなさ
れ、その後、脱湿塔７（７ａ，７ｂ）により、更に湿分
が除去された後、活性炭式希ガスホールドアップ塔８に
導かれる。

【００１１】そして、排ガス中に残った放射性ガス（主
体はＸｅ，Ｋｒ等の希ガス）を活性炭に吸着させ、長時
間のホールドアップによる放射性の減衰の後、真空ポン
プ９により排気筒10から大気へ放出される。

【００１２】これらの機器は、単独若しくは複数の機器
毎に各室に分離装置され、空調が行なわれている。特
に、活性炭式希ガスホールドアップ塔室11は、他の室の
一般空調とは別に、専用空調設備12からダクト13，14を
介して空調がなされ、活性炭の吸着性能維持のため、活
性炭式希ガスホールドアップ塔８全体を低い温度に保つ
ことができるようになっている。

【００１３】図６は、従来の脱湿塔７（７ａ，７ｂ）廻
りの詳細構成を示すもので、各脱湿塔７（７ａ，７ｂ）
は１台で、例えば40Nm³ ／ｈの排ガス処理能力、即ち、
排ガスを−20℃以下に冷却することで排ガス中の水分を
除去し、低露点を維持する能力を有している。

【００１４】これらは制御盤15に電気的に接続する入口
弁16ａ，16ｂ、および出口弁17ａ，17ｂを介して並列に
配設され、通常運転時はいずれか一系統のみが処理運転
（除湿運転）を行い、他方の系統は、除湿により脱湿塔
（排ガス乾燥器）内に着霜した霜の除霜運転を行うよう
になっている。

【００１５】即ち、前記各脱湿塔７（７ａ，７ｂ）は、
冷凍機18ａ，18ｂにより冷却される。また、この冷凍機
18ａ，18ｂは、フロン等の冷媒を用いた冷凍サイクルに
よって、脱湿塔７内で冷媒を蒸発させ、そのときの潜熱
移動により排ガスを冷却し、脱湿塔７内にある冷媒が流
れるフィン付き冷却管19ａ，19ｂにより着霜させ、排ガ
ス中の水蒸気分を除去するようになっている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来の放射性気体廃棄
物処理装置においては、脱湿塔７（７ａ，７ｂ）におけ
る排ガスからの湿分除去方法として、冷凍機18ａ，18ｂ
を用いた直接冷凍方式を採っているため、負荷制御範囲
が０〜1000kcal／ｈと大きく、冷凍機18ａ，18ｂの所内
調整試験に多大な時間を要するという課題がある。

【００１７】また、定期点検時のメンテナンス等に起因
するランニングコストが高く、従来の原子力発電プラン
トでは定期点検毎に冷凍機18ａ，18ｂのメンテナンスに
少なくとも１ヶ月を要している。また、冷凍機18ａ，18
ｂは圧縮機、膨張弁等を有する動的機器であることによ
る継続的長期運転に対する信頼性の課題もある。

【００１８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、冷凍機を用いることなく、排ガス中の湿分を
連続的に除去することができ、高い信頼性および経済性
が得られる放射性気体廃棄物処理装置用除湿装置を提供
することにある。

【００１９】

【課題を解決するめの手段】請求項１の発明は、原子力
発電プラント等で発生した放射性気体廃棄物をタービン
主復水器から蒸気式空気抽出器により抽出し、水素再結
合装置に導いて水素ガスの再結合を行い、この水素再結
合装置からの排ガスを除湿冷却器により一次冷却および
一次除湿を行い、脱湿塔によりさらに湿分を除去した
後、活性炭式希ガスホールドアップ塔に導いて、放射能
の減衰を行う放射性気体廃棄物処理装置用除湿装置にお
いて、前記除湿冷却器または前記脱湿塔の湿分分離手段
としての除湿装置は内部をパージガス室とする有底胴
と、この有底胴の上部に排ガス出口室を設け、この排ガ
ス出口室の上部に排ガス入口室を設け、前記パージガス
室内に水蒸気透過係数の大きい中空糸膜モジュールを設
け、前記中空糸膜モジュールの二次側に乾燥された一次
側ガスの一部をパージ用として、前記タービン主復水器
の真空圧により前記二次側を前記一次側圧力より低い圧
力まで吸引して前記中空糸膜モジュールの一次側と二次
側に水蒸気分圧差を設けてなることを特徴とする。

【００２０】請求項２の発明は、前記除湿装置は有底胴
内をパージガス室とし、前記有底胴の上方に平板を介し
て排ガス出口室を設け、この排ガス出口室の上方に平板
を介して排ガス入口ノズルを有する排ガス入口室を設
け、この排ガス入口室に一端が開口して前記パージガス
室の下部まで延在しＵターンして他端が前記排ガス出口
室に開口する複数の中空糸膜モジュールを設け、前記パ
ージガス室の下部側面を貫通してパージガス入口ノズル
を設け、前記パージガス室の上部側面を貫通してパージ
ガス出口を設けてなることを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１に示したように本発明は胴20
内に中空糸膜モジュール23を設け、この中空糸膜モジュ
ール23に排ガスを通過させ、パージガス室24内において
二次側に、例えば除湿装置により乾燥された一次側ガス
（排ガス側）の一部をパージ用とし、水蒸気透過性能を
向上させるため、前記タービン主復水器の真空圧により
二次側を一次側より低い圧力に吸引することにより、排
ガスの湿度が所用のパーセント、例えば40％以下にでき
るように構成したことを特徴とする。

【００２２】すなわち、図１において有底胴20内をパー
ジガス室24とし、この胴20の上端に下部平板32を設けて
密閉する。この下部平板32に気密に中間フランジ28を接
続する。この中間フランジ28には上部平板29が接続し、
中間フランジ28との間に排ガス出口室22が形成される。
上部平板29にはドーム状上部フランジ26が接続し、この
上部フランジ26内に排ガス入口室21が形成される。ドー
ム状上部フランジ26の上端に排ガス入口ノズル25を接続
する。

【００２３】この有底胴20内には排ガス入口室21に一端
が開口し、パージガス室24の下部まで延在しＵターンし
て排ガス出口室22に他端が開口する複数の中空糸膜モジ
ュール23が設けられている。

【００２４】この中空糸膜モジュール23は胴20内で複数
枚のバッフル板33により保持されており、バッフル板33
は下部平板32から吊り下げられたロッド34により固定さ
れている。胴20の下部側面にはパージガス入口ノズル30
が貫通して設けられており、また胴20の上部側面にはパ
ージガス出口ノズル31が接続しており、排ガス出口室22
からは排ガス出口ノズル27が接続している。

【００２５】中空糸膜モジュール23の構造および取付状
態については図２および図３により詳述するが、排ガス
入口室21側の上端部はモジュール押え板36により固定さ
れ、パージガス室24内の各中空糸膜モジュール23はモジ
ュール案内筒35内に挿入されている。モジュール案内筒
35には多数の切り欠き孔35ａが設けられている。

【００２６】本発明においては、除湿冷却器または脱湿
塔の除湿装置として水蒸気透過係数の大きい中空糸膜を
内蔵する除湿装置が用いられ、排ガスは中空糸膜を通過
する。この状態で除湿装置により乾燥された一次側ガス
の一部、例えば20％をバージ用として使用し、中空糸膜
の外側に供給し、且つタービン主復水器の真空圧等の利
用により、一次側ガスより低い圧力で吸引する。

【００２７】これにより、中空糸膜の一次側と二次側の
水蒸気分圧差を大きくすることで水蒸気透過性能が向上
し、排ガス中の水蒸気分を最も効率よく除去する。つま
り、排ガス中の水蒸気分が中空糸膜を透過して除去さ
れ、排ガスの湿度が所要のパーセント以下、例えば40％
以下となる。

【００２８】また、前記除湿装置のパージ用ガスに除湿
装置により乾燥された一次側ガスの一部を使用する代わ
りに、プラント内の乾燥された気体、例えば計装用空気
などを使用し、除湿装置運転初期時等の運転が安定して
ない場合でも運転に支障のないようにすることもでき
る。

【００２９】

【実施例】本発明に係る放射性気体廃棄物処理装置用除
湿装置の一実施例を図１から３を参照して説明する。本
実施例に係る除湿装置は、大きく分けて、胴20と、胴20
の上方から順に設けた排ガス入口室21，排ガス出口室2
2，これらの間の排ガスの流路を兼ねた複数の中空糸膜
モジュール23および胴20内のパージガス室24とから構成
される。排ガス入口室21には図５に示した水素再結合装
置25から導かれた排ガスの入口となる排ガス入口ノズル
25，上部フランジ26等で構成され、排ガス出口室22は、
排ガス出口ノズル27，中間フランジ28および排ガス入口
室21と排ガス出口室22を分室構成とする上部平板29とか
ら構成されている。

【００３０】一方、パージガス室24は、パージガスの入
口、出口となる各パージガス入口ノズル30，パージガス
出口ノズル31および排ガス出口室22とパージガス室24を
分室構成とする下部平板32，パージガスの流路形成のた
めのバッフル板33およびこれを下部平板32に固定するロ
ッド34および中空糸膜モジュール23の個々の干渉防止の
ための、モジュール案内筒35で構成される。

【００３１】このモジュール案内筒35には多数の切り欠
き孔35ａが設けられている。また、各中空糸膜モジュー
ル23は固定のため、モジュール押え板36で全中空糸膜モ
ジュール23を固定する構成とし、このモジュール押え板
36は、上部フランジ26と上部平板29により挟み込まれ固
定される構成となっている。

【００３２】また、中空糸膜モジュール23は、図２に示
したように、途中分岐型端部段差付き固定Ｕ字構成、即
ち、モジュール上部ハウジング37とモジュール下部ハウ
ジング38とハウジング連結部39により一体化構成され、
中空糸膜40は前記モジュール上部ハウジング37および下
部ハウジング38の内部およびハウジング連結部39を貫通
し、その上端部はモジュール上部ハウジング37内でエポ
キシ等で充填気密化されている。

【００３３】一方の端部は所定の長さでＵ字型に複数に
分岐し、その端部は、各々モジュール下部ハウジング38
で同様にエポキシ等で充填気密化される。また、中空糸
膜40は、モジュール下部ハウジング38から固定された分
岐式スパイラル状のＵ字型形成フレーム41によりガイド
された構成となっている。

【００３４】また、各モジュール上部、下部ハウジング
37，38はともに上部平板29および下部平板32にシール材
42（Ｏリング等）で、シールされている。図３（ａ）は
排ガス出口室22における中空糸膜40の束の断面を示し、
図３（ｂ）はパージガス室24内における中空糸膜40の束
の断面を示している。

【００３５】つぎに上記構成の除湿装置の作用を説明す
る。中空糸膜モジュール23により水素再結合装置から導
かれた排ガスは、排ガス入口室２１に流入し、ここから
各中空糸膜モジュール23の各モジュール上部ハウジング
３７から中空糸膜40内に流入する。

【００３６】パージガス室24内を通過する間に中空糸膜
モジュール23のＵ字型部において排ガス中の水蒸気が排
ガスとパージガスとの間の水蒸気分圧差によりパージガ
ス側に移行し、結果として排ガス中の水蒸気が除去さ
れ、排ガスの相対湿度が下流側の機器の所用パーセン
ト、例えば40％以下となる。

【００３７】また、相対湿度の調整は、基本的には前記
中空糸膜モジュール23の構成にもよるが、パージガスの
流量および圧力を調整することにより排ガスの流入条件
等の変動に対して調整可能である。

【００３８】また、排ガスは、中空糸膜モジュール23の
Ｕ字部で流路方向を変えられ、モジュール下部ハウジン
グ38部に至り、排ガス出口室22内へ流入する。さらに、
排ガスは排ガス出口ノズル27から気体廃棄物処理装置の
下流側機器（活性炭式希ガスホールドアップ塔）へと向
かう。

【００３９】また、パージガス室24内ではパージガス入
口ノズル30から流入したパージガスは、中空糸膜モジュ
ール23と平行に流れるか若しくはバッフル板33により偏
向された流れとなり、効率良く排ガス中の水蒸気を吸収
し、パージガス出口ノズル31から流出する。

【００４０】本実施例に係る除湿装置を使用した気体廃
棄物処理装置の系統の構成図を図４に示す。パージガス
としては、除湿装置により乾燥された一次側ガスの一部
（例えば15〜20％）をパージガスとして、排ガス系統流
量の流量計43によりパージ弁44を調整することで確保
し、一次側系統の圧力より低い圧力に保持するために、
タービン主復水器の真空度を利用し、パージガス圧力計
45の設定値によりパージガス圧力調整弁46により圧力調
整する。

【００４１】これにより適切な真空引きを実施するの
で、中空糸膜40を流れる排ガス中の水蒸気分は排ガス側
とパージガス側の水蒸気分圧差により、中空糸膜40を透
過してパージガス側に移行し、タービン主復水器へ排出
される。

【００４２】本実施例によれば、除湿冷却器（排ガス予
冷器）または脱湿塔（排ガス乾燥器）の湿分分離方法と
して、排ガスの入口、出口部の構造を分室構造とし、水
蒸気透過係数の大きい中空糸膜をモジュール化して単数
若しくは複数内蔵し、且つ中空糸膜の二次側に除湿装置
により乾燥された一次側（排ガス側）ガスの一部をパー
ジ用とする。

【００４３】前記タービン主復水器の真空圧により二次
側を一次側圧力より低い圧力まで吸引することにより、
中空糸膜の一次側と二次側に水蒸気分圧差を設けること
ができるので排ガスの混流を防ぎ、排ガスの除湿効果を
高めることができる。

【００４４】また、複数本の中空糸膜モジュール23に対
しても、上下部にハウジング37，38つまり取扱用フック
を有する途中分岐型端部段差付き固定Ｕ字構成の中空糸
膜モジュールで構成することにより、各々単独に上部よ
り挿入固定でき、上部からのアクセスのみで取扱いでき
るため、メンテナンス性が向上する効果がある。即ち、
中空糸膜モジュール23を一般に使用されるＩ型若しく
は、これを単純にＵ字型にする方法に比べ格段の優位性
がある。

【００４５】下部平板32に連結する中空糸膜モジュール
案内筒35を設置したことで、中空糸膜モジュール23の挿
入性確保および他モジュール23との干渉防止の効果があ
り、このモジュール案内筒35は、切り欠き孔35ａを設け
たことによりパージガスの有効な流路形成が可能とな
る。

【００４６】パージガス室24内にバッフル板33を設けた
ことによりパージガスと前記中空糸膜モジュール23の除
湿効果が高まり、且つパージガス出口ノズル31部のある
前記バッフル板との範囲には、前記モジュール案内筒35
に切り欠き孔を設けないことによりパージガスのショー
トバイパス防止の効果がある。

【００４７】スパイラル形状のフレームをもつことによ
り前記中空糸膜モジュール23を構成する中空糸膜のたる
み、もつれ等の防止効果およびモジュールに過負荷を与
えないで基本形状を構成できる効果がある 前記中空糸膜モジュール23の固定に際して、個々の固定
は行わず、モジュール押え板36で一括して固定し、且つ
この押え板36は上部フランジ26と上部平板29で嵌合され
ることにより、個々の部品の加工工数の削減および取扱
性の向上の効果がある。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、除湿冷却器や冷凍機が
不要となって、所内調整を省略することができる。ま
た、定期点検時のメンテナンスが容易となり、その期間
を 1/4程度に短縮することができる。さらに、冷凍機が
不要となるので除湿装置としての設定スペースが半減
し、加えて除湿装置自体の大きさも体積比で約 1/5程度
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放射性気体廃棄物処理装置用除湿
装置の一実施例を一部側面で示す縦断面図。

【図２】図１における除湿装置の中空糸膜モジュール部
近傍を拡大して一部側面で示す縦断面図。

【図３】（ａ）は図２における排ガス出口室の中空糸膜
近傍を切断して上方から見た横断面図、（ｂ）は同じく
パージガス室のモジュール案内管を切断して示す横断面
図。

【図４】図１における除湿装置廻りを示す系統図。

【図５】従来の気体廃棄物処理装置を示す系統図。

【図６】図５における気体廃棄物処理装置用除湿装置廻
りを示す系統図。

【符号の説明】

１…蒸気式空気抽出器、２…水素再結合装置、３…予熱
器、４…再結合器、５…復水器、６…除湿冷却器（排ガ
ス予冷器）、７…脱湿塔（排ガス乾燥器）、８…活性炭
式希ガスホールドアップ塔、９…真空ポンプ、10…排気
筒、11…活性炭式希ガスホールドアップ塔室、12…専用
空調設備、13，14…ダクト、15…制御盤、16ａ，16ｂ…
入口弁、17ａ，17ｂ…出口弁、18ａ，18ｂ…冷凍機、19
ａ，19ｂ…フィン付き冷却管、20…胴、21…排ガス入口
室、22…排ガス出口室、23…中空糸膜モジュール、24…
パージガス室、25…排ガス入口ノズル、26…上部フラン
ジ、27…排ガス出口ノズル、28…中間フランジ、29…上
部平板、30…パージガス入口ノズル、31…パージガス出
口ノズル、32…下部平板、33…バッフル板、34…ロッ
ド、35…モジュール案内筒、35ａ…切り欠き孔、36…モ
ジュール押え板、37…モジュール上部ハウジング、38…
モジュール下部ハウジング、39…ハウジング連結部、40
…中空糸膜、41…Ｕ字型形成フレーム、42…シール材、
43…流量計、44…パージ弁、45…圧力計、46…パージガ
ス圧力調整弁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子力発電プラント等で発生した放射性
   気体廃棄物をタービン主復水器から蒸気式空気抽出器に
   より抽出し、水素再結合装置に導いて水素ガスの再結合
   を行い、この水素再結合装置からの排ガスを除湿冷却器
   により一次冷却および一次除湿を行い、脱湿塔によりさ
   らに湿分を除去した後、活性炭式希ガスホールドアップ
   塔に導いて、放射能の減衰を行う放射性気体廃棄物処理
   装置用除湿装置において、前記除湿冷却器または前記脱
   湿塔の湿分分離手段としての除湿装置は内部をパージガ
   ス室とする有底胴と、この有底胴の上部に排ガス出口室
   を設け、この排ガス出口室の上部に排ガス入口室を設
   け、前記パージガス室内に水蒸気透過係数の大きい中空
   糸膜モジュールを設け、前記中空糸膜モジュールの二次
   側に乾燥された一次側ガスの一部をパージ用として、前
   記タービン主復水器の真空圧により前記二次側を前記一
   次側圧力より低い圧力まで吸引して前記中空糸膜モジュ
   ールの一次側と二次側に水蒸気分圧差を設けてなること
   を特徴とする放射性気体廃棄物処理装置用除湿装置。
2. 【請求項２】 前記除湿装置は有底胴内をパージガス室
   とし、前記有底胴の上方に平板を介して排ガス出口室を
   設け、この排ガス出口室の上方に平板を介して排ガス入
   口ノズルを有する排ガス入口室を設け、この排ガス入口
   室に一端が開口して前記パージガス室の下部まで延在し
   Ｕターンして他端が前記排ガス出口室に開口する複数の
   中空糸膜モジュールを設け、前記パージガス室の下部側
   面を貫通してパージガス入口ノズルを設け、前記パージ
   ガス室の上部側面を貫通してパージガス出口を設けてな
   ることを特徴とする請求項１記載の放射性気体廃棄物処
   理装置用除湿装置。