JPS59166898A - 放射性気体廃棄物処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野１ 本発明は放射性気体廃棄物処理装置に係り、とくに原子
力発電プラントにおける主復水器からの放射性排ガスを
処理するに際して負荷が大きく変動りる冷凍サイクルで
負荷全域に亘つ−で１安定した制御が得られかつ小形お
よび一体化し得るようにした放射性気体廃棄物処理装置
に関する。

し発明の技術的背景とその問題点］ 原子力発電プラントおける放射性気体廃棄物処理装置に
使用する排ガス予冷器および排ガス除湿器は以下のよう
な役割を果している。すなわち、原子炉で発生した蒸気
には、水の放射性分解で生成された水素ガス、およびＫ
ｒ、Ｘｅ等の放射性元素を含んでいるが、それらは主復
水器で凝縮されないで非凝縮性ガスとして残留する。

そのガスを安全な放射能濃度まで低下させ、スタックを
通して大気へ放出するものである。

つまり、第１図に示したように主復水器１から蒸気式空
気抽出器２で放射性排ガスを引き、前述の水素ガスを酸
水素再結合反応により除去するためその排ガスを再結合
反応開始に必要な温ｉに予熱する予熱器３と酸水素再結
合反応を促進する触媒を充填した再結合器４を設けてい
る。

再結合器４を流出したカスは高温の過熱蒸気であるため
、下流側の機器への影響を考慮して復水器５で水蒸気を
凝縮するとともに約５０℃位まで温度を低下させる。

それより下流側は、ｌ（ｒ、Ｘｅの放射能濃度を低下さ
せる工程である。この工程はＫｒ、＞（ｅを活性炭の吸
着能により、ある所定時間保持し、放射能を低減する工
程であるが、活性炭の吸着能を高めるため、その前段で
露点を一２０℃位に低下させ充分除湿処理を行う必要が
ある。

すなわち、まず予冷器６で排ガスを１０℃位の飽和空気
とし、大部分の湿分を除去しついで除湿器７で一３０℃
位に冷部（除湿）し、活性炭吸着塔８で１（ｒ、ｘｅを
ある所定時間保持して安全な放射能濃度にしたのち、ス
タック９から人気放出する。ここで、気体廃棄物処理系
はシステムの信頼性向上のため、予熱器３、再結合器４
、復水器５、予冷器６は予備機を設け２系列としている
。

一方、除湿器７は排ガスをＯ′Ｃ以下に冷却するのぐ、
霜が伝熱管に付着するため、定期的に２機の運転と除霜
を交互に繰り返す切換運転を行っており、予備機を含め
て３系列設置されている。

ところで、予冷器６と除湿器７と分離しＣいるのは、予
冷器６により除湿器７の能力をカバーし、除湿器７の熱
負荷を小さくすること、および予冷器６で大部分の湿分
を除去することにより、除湿器７Ｃ発生する霜を低減し
、除湿器７の運転時間を長くするためである。

第２図は第１図の予冷器６及び除湿器７に接続されてい
る冷部器１０、および冷凍機１１の冷凍サイクルを示す
系統図である。

第２図において、圧縮機１２で冷媒ガスを圧縮し高温・
高圧のガスとして、凝縮器１３へ送る。

凝縮器１３では高圧ガスを凝縮液化し液冷媒とし１（ て５、膨張弁１４に送る。

この膨張弁１４では、その絞り作用で液冷媒を断熱膨張
させることにより、低温・低圧の冷媒として蒸発器１５
に送る。

蒸発器１５では冷媒が入口空気ａから熱を奪って蒸発し
ガス状になり冷媒配管１６を通って再び圧縮機１２へ戻
る。

また蒸発器１５を流出した空気すは所定の下流側に供給
される。

なお膨張弁１４は、蒸発器１５の出口側の冷媒配管１６
の冷媒の温度を検知し、冷媒量を制御する自動膨張弁で
ある。

以上のような冷凍サイクルを有する冷Ｅｌ１機１０およ
び冷凍機１１を具備した予冷器６および除湿器７はそれ
ぞれ１台毎に対で設置している。

ところで、予冷器６は、約５０℃の空気をＯ℃〜１０℃
の飽和空気にするため出力１１００ＭＷｅの沸ｆｆ！！
水、型原子カプラントの場合で約３０００Ｋｃａｌ／ｈ
の冷７１１熱容量を持っており、中温用として冷媒には
中温用フロンを使用している。

一方、除湿器７は、予冷器６を流出した空気が途中の配
管で湿度上昇して約２０〜２５℃（露点は１０℃）とな
った空気を一３０℃まで低下し、熱量とし−では約１０
００　Ｋｃａｌ　／ｂを採っている。この途中配管０の
温度上昇による熱的ロスは１１００ＭＷＯの原子カプラ
ントで約４００Ｋｃａｌ／ｈに相当する。また冷媒には
低温用フロンを使用しＣいる。

以上のように従来の冷却除湿システムでは、予冷器６を
２台、除湿器７を３台、冷却機および冷凍機の冷凍装置
を５台要していた。

したがって、従来の装置では、原子力発電所内の設置面
積の有効活用、およびメンテナンス機種の削減ならびに
省エネルギーという社会的なニーズの観点から考察した
場合、逆行する問題点がある。

［発明の目的コ 本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、
設置面積を縮少でき、メンテナンスが容易Ｃ冷凍装置の
台数を減少し得る省エネルギタイプの放射性気体廃棄物
処理装置を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明の放射性気体廃棄物処理装置は、主復水器から蒸
気式空気抽出器で抽出された放射性排ガスを再結合処理
し、復水器で温度を低下させて蒸気を除き、かつ冷却に
よる予冷処理および冷凍による除湿処理したのち、活性
炭吸着塔で放射性排ガスを放射能低減化処理してスタッ
クから大気放出する放射性気体廃棄物処理装置において
、前記予冷処理および除湿処理を機能が単一の容器内に
一体化して組込まれた予冷・除湿器で行い、この予冷・
除湿器に流入する放射性排ガスの温度または流量が変動
してｂ予冷処理部の冷却容量を追随させることによって
予冷処理部と除湿処理部の間で放射性排ガスの温度を０
℃から１０℃に選択保持することを特徴とする。

［発明の実施例］ 以下本発明の詳細をその一実施例を示す第３図を参照し
ながら説明する。図中、第１図と同一部分は同一符号で
示す。

第３図において、主復水器１には蒸気式空気抽出器２が
接続し、空気抽出器２の下流側には予熱器３、再結合器
４および復水器５が接続されている。

復水器５の下流側には予冷および除湿部が一体化した２
台以上の予冷・除湿器２０が接続しＣいる。

各々の予冷・除湿器２０には各々冷凍機２１が接続され
Ｃいる。

予冷・除湿器２０の下流側は活性炭吸着塔８に接続され
、活性炭吸着塔８はスタック９に接続されＣいる。

予冷・除湿器２０は第４図から第６図に示したように気
密容器２２内の下方に予冷部２３とこの予冷部２３の上
方に除湿部２４とが配置したものから構成されでいる。

そして、容器２２内には下方から上方へ向けて冷媒配管
２５か設けられており、冷媒配管２５の先端は分配器２
６に接続されている。

その分配器２６には複数のチューブ２７が分岐して接続
されている。

容器２２は胴体２２ａと、この胴体２２ａの上下両端を
閉塞する上下一対の！２２ｂ　、２２Ｃとがらなってい
る。

また、容器２２内には胴体２２ａに位置して角筒状仕切
体２２ｄが配設され、かつ下方から上方へ向け“Ｃホッ
トガス配管２８が設けられ、このホットガス配管２８は
予冷部２３の上端部に設けられたボットガス分配器２９
に接続され【いる。ホットガス分配器２９からは複数の
ホットガスチューブ３０が分岐し、予冷部２３において
前記冷媒用チューブ２７の間に均等に分布するよう配置
され−（いる。

また、予冷部２３の上端にはミスト分離のために絞り機
構を有する気水分離装置３１が設けられており、容器２
２の下端にはドレン排出のためのトレン管３２が接続さ
れている。

前記予冷部２３及び除湿部２４には空気流路を蛇行状に
形成するためのバッフル３３、及び第６図に示しｌ〔よ
うにチューブ２７内を流れる冷媒とチューブ２７外を流
れる空気との熱交換効率を増すためのフィン３４が設け
られている。除湿部２４では低温による湿分の着霜を考
慮しで、バッフル３３及びフィン３４の間隔を予冷部２
３よりも大きくしである。

容器２２には下部及び上部に各々空気の流入管３５及び
流出管３６が設けられている。尚、符＠３７は胴体２２
ａの上下両端に設けた空気をバイパスさせないための仕
切板である。

予冷・除湿器２０には前述の如く、冷凍機２１が接続さ
れ、第７図に示すように閉ループの冷凍サイクルが構成
されている。即ち、圧縮１１２出口で高温・高圧ガスと
なった冷媒を凝縮器１３で液化し、膨張弁１４で断熱膨
張さゼることにより低温・低圧の冷媒とじＣ予冷・除湿
器２０に送り込む冷媒配管２５の他に、圧縮機１２の出
口で冷媒配管２５から分岐したホットカス配管２８を設
け、予冷・除湿器２０の予冷部２３に高温のホットガス
を導くように構成されている。ホットカス配管２８の予
冷・除湿器２０人口側には流ｍ調整弁３８が設けられＣ
いる。

ホットガス配管２８の先端はボットガスが予冷・除湿器
２０内を通って流出した後冷媒出口配管３９と合流する
ように接続されている。また、予冷・除湿器２０上流に
は、ホットガス配管２８と冷媒配管２５とを接続する接
続管４０が設けられ、その接続管４０の途中には弁４１
が設けられている。

また符号４２は冷媒出口配管３９を流れる冷媒の温度を
検知して膨張弁１４及び流量調整弁３８を制ｍｒｔ−る
検出装置である。

しかし−Ｃ１前記第３図から第７図に示した装置におい
て、約５０℃の飽和空気が流入管３５より容器２２内に
流入し、仕切板３７で周囲から空気が逃げないよう塞い
でいるため、空気は予冷部２３に導かれ、バッフル３３
によって形成された流路を上方へ流れながら、チューブ
２７内を流れる冷媒と熱交換して一冷却され、空気中に
含まれる湿分は凝縮して水滴となり、容器２２下部のド
レン＠３２から排出される。また、凝縮した水滴が空気
とともに除湿部２４へ流入して除湿部２４での熱負荷や
着霜量をいたずらに増加させないために、予冷部２３上
端に設けられた気水分離装置３１によって気水分離され
る。

もし、気水分離装置３１を設けないと、予冷部２３で凝
縮水滴の２０％が除湿部２４に流入−すると仮定した場
合、除湿部２４の熱負荷は約１０％、着霜量は３．５倍
となる。

予冷部２３を通過した空気゛は除湿部２４にて更に冷却
され、冷凍除湿されて流出管３６から下流へ供給される
。

除湿部２４の上端において、空気の温度は下流の活性炭
吸着塔の性能維持のため一２０℃以下に制御される。一
方、予冷部２３上端にお（）る好ましい空気の温度はＯ
〜１０’Ｃである。なぜなら、除霜部２４への湿分流人
量が少い捏持機械への切替えインターバルが長くなり、
又、伝熱効率のよい予冷部２３での熱交換量を多くした
方が装置もコンパクトになるため、予冷部２３ではでき
るだけ空気を低温まで冷却しＩＣ方がよい。一方、予冷
部２３は伝熱効率を向上させるため、バッフル３３及び
フィン３４０間隔をせばめており、万一着霜した場合、
短時間に圧損が増大して待機械への切替えが必要となっ
てしまうため、水分の氷結しない０℃より高い温度を維
持する必要があるからである。

前記の温度条件を満たずためには、予冷部２３及び除湿
部２４における熱交換量の比はおよそ５：１であり、１
１００ＭＷｅクラスの沸騰水型原子カプラントの場合、
定格空気流量時の熱負荷は予冷部２３で約３０００Ｋｃ
ａｌ　／ｈ　、除湿部２４で約６００）（ｃａｌ／ｈと
なる。しかしながら、空気流ｍは運転状態によっておよ
そ１０〜１００％９の範囲で変動するため、熱負荷も定
格に対して最小１０％程度まで変化する。

第７図における膨張弁１４は、予冷・除湿器２゜出口の
冷媒温度を検出装置４２によって検知し、適正な冷媒の
スーパーヒートが得られるように開度調整されるが、予
冷・除湿器２０の熱負荷が小さい場合、前記検出装置４
２にて検知される戻り冷媒の温度が低くなり、膨張弁１
４が閉じて冷媒流量を減らず一方、流量制御弁３８が開
き、予冷部２３のホットガスチューブ３０に高温のホッ
トガスを流すことにより、予冷部２３における熱負荷を
高め、予冷部２３において空気が冷え過ぎ０℃以下とな
って水分が氷結するのを防止する。また、予冷・除湿器
２０の熱負荷が大きい場合、逆に膨張弁１４が開いて冷
媒流量を増やし、流量制御弁３８は閉じてボットガスの
流れを止める。

この場合、温度制御は、膨張弁１４による冷媒流量コン
トロールのみでもかなりの程度可能ではあるが、小負荷
時には冷媒流間が少くなり、系が不安定となっＣ制御が
困難になる。そのため、小負荷時には膨張弁１４による
よりも、主に流量制御弁３８によるホットガス流船コン
トロールで温度制御を行い、冷媒はやや過剰気味に流す
方が制御が容易である。

冷媒流間による温度制御の方法としては、伯に、膨張弁
１４下流に容量制御弁でバイパス量を制御されたホット
ガスをバイパスさせる、ホットガス・バイパス方式があ
り、小負荷時の冷媒循環量をある程度確保できるが、こ
の方払でも全負荷範囲にねたつ′Ｃ適正に制御するのは
困難であり、やはり小負荷時には主にホットガス量を調
整することにより温度制御を行うのがよい。

適正に制御された冷凍サイクルでは、冷媒温度は予冷・
除湿器２０の入口で約−３０℃、予冷部２３の上端で約
−１５℃、予冷・除湿器２０の出口で約０℃となる。

このようにして除湿運転を一定時間継続覆ると、除湿部
２４に着霜する霜の量が増え、伝熱が妨げられるため、
除湿運転を待機中の他の予冷・除湿器に引き継いで、除
霜運転にはいる。除霜運転は、空気の流入を止め、膨張
弁１４、流量調整弁３８を共に閉じ、弁４１を開にして
冷媒配管２５にホットガスを導くことにより行う。

以上述べｌＣように本発明に係る装置を作用させた場合
、放射性気体廃棄物処理装置の構成機器を減少せしめる
ことができ、また、予冷機能と除湿機能を直結したこと
により途中配管での温度上昇がなくなるため、交換熱量
が約１０％減少する。この場合、単に予冷部と除湿部を
単一容器′丙に設置しただけでは、予冷部で凝縮しｌ〔
水分が除湿部に流入して冷却性能及び運転効率を低下せ
しめるため、気水分離装置を設け、冷却性能及び運転効
率を向上せしめている。更に小負荷時にはホットガスが
擬似負荷として作用し、負荷の減少を補うため、負荷変
動に対する冷媒流量調整範囲が小くなり、冷凍サイクル
の制御が容易になる。

第８図から第１１図は本発明の弛の実施例を示す冷凍サ
イクルの概略系統図である。第８図の実施例では膨張弁
１４の開度調整を除湿部上端の空気温度を検知する検出
装置４３によって行い、流量調整弁３８の開度調整は予
冷部上端の空気温度を検知する検出装置４４によつＣ行
う。本発明をこのように構成した場合、空気温度の調整
を更に正確に行うことができる。

第９図の実施例では、除湿部と予冷部の間に混合器４５
を設け、予冷部を流れる冷媒にホットガスを混合させる
ことにより冷媒温度を調整し、それによって温度制御を
行うようにしたものである。この場合、膨張弁１４及び
流量制御弁３８の開度調整は、空気の温度又は戻り冷媒
の温度によって行うことｈ＼Ｃき、擬似負荷のホットガ
スを直接冷媒に混合することにより予冷部の温度分布を
均一にでき、また、予冷・除湿器の内部構造も簡略にで
きる。

第１０図の実施例では、除湿部と予冷部に各々独立した
冷媒回路を並列に設け、各々の回路に適した、特性の異
なる膨張弁４６及び４７を設けて、各々の回路の予冷・
除湿器２０出口の冷媒温度を検知する検出器４８及び４
９によって膨張弁４６及び４７の開度調整を行う。本発
明の冷凍サイクルをこのように構成した場合、除湿部及
び予冷部の温度制御が各々独立して行なえるため、制御
が容易となる。

第１１図の実施例では、除、湿部と予冷部の間においＣ
１冷媒配管２５を予冷・除湿器２０の外部に設けられた
加熱装置５０内に導き、冷媒過剰分に相当する熱負荷を
与えることにより小負荷時の熱バランスをとφようにし
たものである。加熱装置５０には熱交換器、電気ヒータ
等が適用できる。本発明の冷凍サイクルをこのように構
成した場合には、熱負荷の制御が独立して行なえるため
、冷凍サイクルの制御が容易Ｃ１正確な湿度制御が可能
となる。

なお、第９図から第１１図において膨張弁１４の開度調
整を行う検出装置は、設置位置が各種考えられるため、
図示しＣない。

［発明の効果］ 本発明は上記したように、従来予冷器、除湿器の２つの
機器によつＣいた除湿機能を予冷・除湿器の単一構成に
よるようにしたことにある。

従って、放射性気体廃棄物処理装置の構成機器を減少せ
しめることが°Ｃき、製品ロス１〜運転保守コスト及び
原子力発電所の配置面積を減じる効果が得られる。

また、予冷部と除湿部を直結しその間に気水分離装置を
設けたことにより、熱のロスがなくなり、冷却効率を向
上せしめることができ、機器をコンパクトにする効果が
ある。

さらに、熱負荷の変動に対しても、制御性の良い、安定
した冷凍サイクルを得ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の放射性気体廃棄物処理装置を示す系統図
、第２図は従来の放射性気体廃棄物処理装置の予冷器及
び除湿器を冷却する冷凍サイクルを示す系統図、第３図
は本発明に係る放射性気体廃棄物処理装置の一実施例を
示す系統図、第４図は第３図における予冷・除湿器の構
成の一実施例を示す縦断面図、第５図は第４図のＡ−Ａ
線断面を示す横断面図、第６図は第４図のＢ部を拡大し
て示づ斜視図、第７図は第４図に示した予冷・除湿器を
含む冷凍サイクルを示す系統図、第８図から第１１図は
それぞれ第３図の放射性廃棄物処理装置に適用される冷
凍サイクルの他の実施例を示す系統図である。 １・・・・・・・・・・・・主復水器 ２・・・・・・・・・・・・蒸気式空気抽出器３・・・
・・・・・・・・・予熱器 ４・・・・・・・・・・・・再結合器 ５・・・・・・・・・・・・復水器 ６・・・・・・・・・・・・予冷器 ７・・・・・・・・・・・・除湿器 ８・・・・・・・・・・・・活性炭吸盾塔９・・・・・
・・・・・・・スタック １０・・・・・・・・・・・・冷却機 １１・・・・・・・・・・・・冷凍機 １２・・・・・・・・・・・・圧縮機 １３・・・・・・・・・・・・凝縮機 １４・・・・・・・・・・・・膨張弁 １５・・・・・・・・・・・・蒸発器 １６・・・・・・・・・・・・冷媒配管２０・・・・・
・・・・・・・予冷・除湿器２１・・・・・・・・・・
・・冷凍機 ２２・・・・・・・・・・・・容器 ２３・・・・・・・・・・・・予冷部 ２４・・・・・・・・・・・・除湿部 ２５・・・・・・・・・・・・冷媒配管２６・・・・・
・・・・・・・分配器 ２７・・・・・・・・・・・・チューブ２８・・・・・
・・・・・・・ホットカス配筐２９・・・・・・・・・
・・・ホットガス分配器３０・・・・・・・・・・・・
ホットガスチューブ３１・・・・・・・・・・・・気水
分離装置３２・・・・・・・・・・・・ドレン管３３・
・・・・・・・・・・・バッフル３４・・・・・・・・
・・・・フィン ３５・・・・・・・・・・・・流入管 ３６・・・・・・・・・・・・流出管 ３７・・・・・・・・・・・・仕切板 ３８・・・・・・・・・・・・流量調整弁３９・・・・
・・・・・・・・冷媒出口配管４０・・・・・・・・・
・・・接続管 ４１・・・・・・・・・・・・弁 ４２．４３．４４・・・検出装置 ４５・・・・・・・・・・・・混合器 ４６．４７・・・膨張弁 ４８．４９・・・検出装置 ５０・・・・・・・・・・・・加熱器 代理人弁理士　　　須　山　佐　− 第１図 第２図 ９ｈ　　３　　ｔ＝ｑ 第　４図 第５図 ３１ 第６図 第７図 第８図 第０図 第１０図 第１１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）主復水器から蒸気式空気抽出器で抽出された放射
   性排ガスを再結合処理し、復水器で温度を低下させて蒸
   気を除き、かつ冷却による予冷処理および冷凍による除
   湿処理したのち、活性炭吸着塔で放射性排ガスを放射能
   低減化処理してスタックから大気放出する放射性気体廃
   棄物処理装置において、前記予冷処理および除湿処理を
   機能が単一の容器内に一体化して組込まれた予冷・除湿
   器で行い、この予冷・除湿器に流入する放射性排ガスの
   温度または流量が変動しても予冷処理部の冷却容量を追
   随させることによって：亭゛怜処理部と除湿処理部の間
   で放射性排ガスの温度を０℃から１０℃に選択保持する
   ことを−特徴とする放射性気体廃棄物処理装置。
2. （２）予冷・除湿器の予冷処理部と除湿処理部の間には
   気水分離手段が設けられていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の放射性気体廃棄物処理装置。
3. （３）予冷・除湿器の予冷処理部と除湿処理部とは一つ
   の冷凍装置からの共通冷媒を用いて構成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の放射性気体廃
   棄物処理装置。