JPS62150199A - 放射性気体廃棄物の処理装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 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
装置に関する。

〔従来の技術〕

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、加圧木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処理装置である
。

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Ｊｂ　１′Ｎ、　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Ｋ
ｒ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
よっ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。よっ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７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６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、排ガスは冷却器６および乾燥器７ａまたは７
ｂ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、残った放射能（
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、粒子フィルタ９によ
って、排ガス中に含まれる放射性の固体の粒子が除去さ
れ、こののち真空ポンプ１０を経て排気筒１１から大気
へ放出される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、冷却器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１２ａ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によって交互運転を行っている。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塔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７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８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７図および
第８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
させる方法によっ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
ろであった・ 本発明の目的は、活性炭式希ガスホー、ルドアップ塔に
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装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による放射性気体廃棄物の処理装置は、放射性気
体廃棄物を再結合器、予冷器、活性炭式希ガスホールド
アツプ塔およびフィルタを通して処理する系を備え、前
記予冷器をその出口での放射性気体廃棄物の温度を０℃
以下とならない温度まで冷却できるよう構成し、前記活
性炭式希ガスホールドアツプ塔を空調設備によって放射
性気体廃棄物の相対湿度が４０％以下でかつ１００℃以
下の湿度に維持される室内に設置し、さらに前記フィル
タを前記活性炭式希ガスホールドアツプ塔用の空調設備
によって温度調整される室内に設置したことを特徴とす
るものである。

〔作用〕

本発明による放射性気体廃棄物の処理装置は、排ガスを
予冷器で０℃以上の凍結しない程度の温度まで冷却し、
この冷却に排ガスを次段の活性炭式希ガスホールドアツ
プ塔に導く。この活性炭式希ガスホールドアツプ塔は空
調設備によって排ガスの相対湿度が４０％以下でかつ１
００℃以下の温度に維持されている室内に設置されてい
るため、相対湿度４０％以下の排ガスを連続的に流すこ
とが可能となる。そしてフィルタも同じ温度しこ維持さ
れている室に設置されているため、フィルタエレメント
の目すまりが生じない。

〔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％以下にした例について説明する。なお
、第１図中第６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図に示す本
発明の第１実施例におい５では、復水ｆＩ５の下流に予
冷器１３を設け、この予冷器１３を流出した排ガスは、
配Ｉ′ｒ！１４を通っ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。

一方、粒子フィルタ９は、同じく気密あるいは気密に準
じた状態の室２５内に設置されている。室２５には空調
設備２２に接続した吸込ダクト２６および吐出ダクト２
７が設置されている。

また予冷器１３は、たとえばシェルアンドチューブ型の
熱交換器で、冷却水として、空調設備用冷却水系から配
管２８．２９から供給される。この冷却水系からの配管
２８．２９は、空調設備２２にも分岐の上、接続されて
る。

次に本発明による放射性気体廃棄物の処理装置の作用を
説明する。この空調設備用冷却水は、冷却装置、ポンプ
なと冷却水系統全体のバランスの点から、５℃〜８℃程
度の温度とされている。従って、この冷却水を用いて排
ガスの冷却を行えば。

従来の予冷器６の場合のように５℃まで温度を下げるこ
とはできないが、本発明では従来の乾燥器７によって絶
対湿度を下げるという処理を行わないので、排ガスがＯ
’Ｃ以下とならない。つまり、凍結しない範囲でできる
だけ排ガスの温度を下げて除湿をしなければならないと
いう必要がない。

本発明では、予冷器１３をたとえばシェルアンドチュー
ブ型の熱交換器とすることで、従来の予冷器６のように
フロン冷却装置（図示していない）のような動的機器を
廃止することができる。排ガスは、予冷器１３にて、た
とえば１０℃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２
１内が空調設備２２によって４０℃に加熱維持されるこ
とにより、同じ＜４０℃に間接的に加熱されている。排
ガスは配管１４を流れている間に加熱されて室２１内の
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１４は必要によっては、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っている。こ
のような系統とすることで、従来の第７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。

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って、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、Ｘ
ｅ、にｒ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［ｃｉ／ｇｌ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ｆｔＦ［ａ７／ｈｒｌと活性炭の所要ｆ！
　Ｍ　［ｔｏｎ　］とホールドアツプ時間Ｔ　［ｈｒｌ
の間に次の関係式を有する。

Ｔ＝に−Ｍ／Ｆ したがって動的吸着係数（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、経済ピｔ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
のコストアップを十分に補い、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、５６
［ｃｄ／ｇｌから４２［ｃｄ／ｇ］へ、またＸｓに対し
ては、８９０　［ｄ／　ｇ　］から６８０　［ｃｄ／ｇ
］へと低下し、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トンであったものが、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１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っている。これは、
活性炭を使用した燃焼ガス脱硫装置などで、　　ｉｏ。

℃〜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。

一方、粒子フィルタ９には、活性炭式希ガスホールドア
ツプ塔８にて、十分減衰された排ガスが流入するが、排
ガスの露点は、先に予冷器１３にて冷却された１０℃で
あるため、従来例の様に、建屋内の一般空調の室内に設
置されると、冬期には室温が１０℃まで低下するため、
粒子フィルタ内で結露することが考える。粒子フィルタ
は、高性能粒子フィルタ（ＨＥ！ＰＡフィルタ）で０．
５μ以上の粒子をも除去することができるようなフィル
タエレメントを装着しているため、このフィルタエレメ
ントに結露した水滴などが付着することは、フィルタの
目づまりひいては圧損の増大をひきおこし、系統が運転
停止に至る可能性があり何らかの結露防止策をたてる必
要があった。

本実施例では空調装置２２によって、排ガスフィルタ室
２５を活性炭式希ガスホールドアツプ塔室２１と同じ温
度に維持させることによって、この問題を解消するもの
である。なお、この際、活性炭式希ガスホールドアツプ
塔８と粒子フィルタ９が隣りあった室でなく、離れた室
に設置された場合、この途中の配管やバルブの設置され
る室を、同じく空調装置２２で温度、５Ｗ整をすること
も本実施例の範囲である。

次に第３図に示す第２の実施例について説明する。先の
実施例では、フィルタ９を活性炭式希ガスホールドアツ
プ塔８の下流側に設けた例を述べたが、予冷器１３の下
流に設置されたフィルタ３１については、活性炭式希ガ
スホールドアツプ塔８の上流にある場合も本発明が適用
できる。第３図の場合は、予冷器１３と活性炭式希ガス
ホールドアツプ塔８の間に、サンドフィルタ３１を設け
た例である。この場合も先に述べた粒子フィルタと同様
に濾材（サンド）が水分を含むと圧損が増大し、系統の
運転上問題があるため、その室内３２を空？１Ｍ設＠２
２と、吸気ダグｌ−３３，吐出ダクト３４で接続し。

その室内３２の温度調整を行うものである。

さらに、最下流の真空ポンプ１０についても、空調の行
なわれる室に設置すれば、途中配管でのドレン防止を行
なうことができるという効果があるので、合せて図中に
記載した。本実施例においても、先の実施例と同様に、
各機器の設置された室３２、２１が隣り合った位置でな
い場合、それぞれの室の間を連絡する配管及びバルブな
どが設けられた室内などを、空間段＠２２で温度調整す
ることも本実施例の範囲とする。

次に第４図に示す第３の実施例について説明する。以上
述へた例では、機器がそれぞれ別々の室に設置される例
を述べたが、同じ空調設備２２にて温度調整されれば、
同じ室内に設置されている場合も本発明の範囲に含まれ
るものとする。第４図の実施例では活性炭式希ガスホー
ルドアツプ塔８と粒子フィルタ９を同じ室内にｉｆｆし
た例を示しである。

次に第５図に示す第４の実施例について説明する。予冷
器１３として、空調設備用の冷却水系によって冷却され
るシェルアンドチューブ型熱交換器を用いた例について
説明を行ってきたが、従来の予冷器をそのまま用いた場
合においても、本発明の効果は十分に発揮される。予冷
器１３としては、先に、従来例として第６図で説明した
フロン冷却装置を用いる直接冷却式のものと、エチレン
グリコールなどのブラインを用いた間接冷却式の２つの
方法が一般によく用いられる。これらの予冷器を用いた
例として、たとえば間接冷却式の予冷器を用いた本発明
の実施例を、第５図に示しているが、その予冷器１３は
先に述べた実施例と同様に、シェルアンドチューブ型熱
交換器である。予冷器１３と冷却送置３５の間には、ブ
ライン配管が設けられている。

以上、軽水型原子炉のうち沸騰水型原子炉プラントを例
として本発明の詳細な説明した。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
３この場合には、−次冷却水からの脱ガスを行った下流
に本発明による予冷器・活性炭式希ガスホールドアツプ
塔及び粒子フィルタを設ける。

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。

このほか、特に炉本体からの排ガスのみでな（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
排ガスがこれに当る。

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
によって相対湿度が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。

さらに排ガス中の水分が結露して粒子フィルタのフィル
タエレメントに目づまりを起こすことを経済的な方法で
防止し、運転の信頼性を向上させることができる。また
、予冷器出口の排ガス温度を設定するときに、排ガス中
の水分の結露を心配する必要がないので、予冷器を空調
設備用冷却水系などを用いて冷却することができ、予冷
器の周辺機器を削減できるのでコストダウンができ、ま
た動的機器を削減したことによる運転の信頼性向上が計
れる。

【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及びＸＱ）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。 第４図および第５図はそれぞれ本発明に係る処理装置の
第２．第３および第４の実施例をぞれぞれ示す系統図、
第６図は従来の放射性気体廃棄物処理装置を示す系統図
、第７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８図は活性炭の含水率と希ガス（ＸＱ
）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 ８・・・活性炭式希ガスホールドアツプ塔９・・・粒子
フィルタ　　　　１１・・・排気筒１３・・・予冷器　
　　　　　　１４・・・配管２１・・・室　　　　　　
　　　２２・・・空調設備２３、２４．２６．２７・・
・ダクト　２５・・・室３１・・・サンドフィルタ　　
　３２・・・室（８７３３）代理人　弁理士　猪　股　
祥　晃（ほか１名）吸１係敷＜ｃｎＴｔｒ＞ ２８　　　　〜２２ 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）放射性気体廃棄物を再結合器、予冷器、活性炭式
   希ガスホールドアップ塔およびフィルタを通して処理す
   る系を備え、前記予冷器をその出口での放射性気体廃棄
   物の温度を０℃以下とならない温度まで冷却できるよう
   構成し、前記活性炭式希ガスホールドアップ塔を空調設
   備によって放射性気体廃棄物の相対湿度が４０％以下で
   かつ１００℃以下の温度に維持される室内に設置し、さ
   らに前記フィルタを前記活性炭式希ガスホールドアップ
   塔用の空調設備によって温度調整される室内に設置した
   ことを特徴とする放射性気体廃棄物の処理装置。
2. （２）活性炭式希ガスホールドアップ塔とフィルタを同
   一の室内に設置した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の処理装置。
3. （３）予冷器の冷却水を活性炭式希ガスホールドアップ
   塔を設置した室の空調設備の冷却水系統から導くように
   構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   放射性気体廃棄物の処理装置。