(57)【要約】【課題】過酷事故の発生後、冷却水の放射線分解により発生した水素及び酸素のガス濃度を、燃焼限界未満に長期間抑制することができる可燃性ガスの処理技術を提供する。【解決手段】可燃性ガスの処理システム１０Ａにおいて、原子炉格納容器２１の内部空間２３（２３ａ，２３ｂ）に配置され水素と酸素を結合して水にする触媒が担持されると共に疎水性官能基が導入されている第１再結合器１１と、共通の内部空間２３に配置され第１再結合器１１よりも低濃度の触媒が担持されると共に疎水性官能基が導入されている第２再結合器１２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉格納容器の内部空間に配置され、水素と酸素を結合して水にする触媒が担持されると共に疎水性官能基が導入されている第１再結合器と、
共通の前記内部空間に配置され、前記第１再結合器よりも低濃度の前記触媒が担持されると共に疎水性官能基が導入されている第２再結合器と、を備える可燃性ガスの処理システム。
【請求項２】
請求項１に記載の可燃性ガスの処理システムにおいて、
前記第２再結合器に収容されている前記触媒の濃度は、水素と酸素の再結合に伴う発熱によっても前記疎水性官能基による撥水作用が維持される濃度に設定されている可燃性ガスの処理システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の可燃性ガスの処理システムにおいて、
前記第１再結合器及び前記第２再結合器とは異なる濃度の前記触媒が担持されると共に疎水性官能基が導入されている第３再結合器を備える可燃性ガスの処理システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の可燃性ガスの処理システムにおいて、
前記触媒は高耐ヨウ素性を有する可燃性ガスの処理システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の可燃性ガスの処理システムを用い、
過酷事故が発生したときに放射線が冷却水を分解して発生した酸素を水素に結合させる可燃性ガスの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、原子炉格納容器内に滞留する可燃性ガスの処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
炉心損傷等の過酷事故が発生し、原子炉圧力容器から核反応生成物が漏洩した場合、この核反応生成物の崩壊時に発生する放射線により、原子炉格納容器内の冷却水が、可燃性ガスである水素及び酸素に分解される。そして、この原子炉格納容器の内部に滞留する可燃性ガス濃度が、水素４％以上かつ酸素５％以上の燃焼限界に到達すると、水素燃焼により原子炉格納容器が破損する可能性が生じる。
【０００３】
このため、可燃性ガス濃度が燃焼限界に到達する前に、ベント管を開放し、原子炉格納容器の内部ガスを大気に排出する仕組みが設けられている。しかし、ベント管を開放すると、そのような可燃性ガスだけでなく、漏洩した放射性物質も同時に大気放出してしまうことが懸念される。
【０００４】
そこで、触媒により水素と酸素を再結合させる触媒式再結合器が原子炉格納容器内に予め設置されている。このように、原子炉格納容器内の可燃性ガス濃度が上昇しても、ベントを開放せずに、燃焼限界に到達させない仕組みも備えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１８３８７４号公報
【特許文献２】特開２０１５−１９２９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで高湿環境の下、触媒の表面に水蒸気が凝縮して水膜が形成されると、触媒の性能が低下してしまう。そこで、触媒式再結合器は、触媒が担持されると共に疎水性官能基を導入することで、水膜形成を防止している。しかし、高濃度の可燃性ガスの下では、水素と酸素の再結合に伴う発熱により触媒が高温になり、疎水性官能基が分解し消滅する可能性があった。
【０００７】
このように疎水性官能基が消滅した場合、その後に触媒の温度が低下し、さらに雰囲気圧力下の露点温度よりも低下すると、触媒表面に水膜が形成されてしまう。この場合、触媒性能の劣化が避けられず、原子炉格納容器内の可燃性ガス濃度の上昇を抑制できなくなるおそれがあった。
【０００８】
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、過酷事故の発生後、冷却水の放射線分解により発生した水素及び酸素のガス濃度を、燃焼限界未満に長期間抑制することができる可燃性ガスの処理技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態に係る可燃性ガスの処理システムにおいて、原子炉格納容器の内部空間に配置され水素と酸素を結合して水にする触媒が担持されると共に疎水性官能基が導入されている第１再結合器と、共通の前記内部空間に配置され前記第１再結合器よりも低濃度の前記触媒が担持されると共に疎水性官能基が導入されている第２再結合器と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態により、過酷事故の発生後、冷却水の放射線分解により発生した水素及び酸素のガス濃度を、燃焼限界未満に長期間抑制することができる可燃性ガスの処理技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る可燃性ガスの処理システムの概要図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る可燃性ガスの処理システムの概要図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る可燃性ガスの処理システム１０Ａ（以下、単に「処理システム１０Ａ」という）の概要図である。このように第１実施形態に係る処理システム１０Ａは、原子炉格納容器２１の内部空間２３（２３ａ，２３ｂ）に配置され水素と酸素を結合して水にする触媒が担持されると共に疎水性官能基が導入されている第１再結合器１１と、共通の内部空間２３（２３ａ，２３ｂ）に配置され第１再結合器１１よりも低濃度の触媒が担持されると共に疎水性官能基が導入されている第２再結合器１２と、を備えている。
【００１３】
沸騰水型軽水炉２０の原子炉格納容器２１は、炉心２２を内蔵する原子炉圧力容器２５を格納する。この原子炉格納容器２１は、原子炉圧力容器２２が収容される上部ドライウェル２３ａ及び下部ドライウェル２３ｃと、貯蔵水を蓄えるサプレッションプールが形成されるウェットウェル２３ｂと、が内部空間２３として構成されている。
【００１４】
過酷事故が発生して炉心２２が溶融するとデブリ２６ａ，２６ｂとなって、原子炉圧力容器２５を突き抜け、下部ドライウェル２３ｃ又はウェットウェル２３ｂに堆積する可能性がある。そして堆積したデブリ２６ａ，２６ｂを冷却するための注水が行われる。
【００１５】
このような状況の下、デブリ２６ａ，２６ｂから放出される放射線により、冷却水が、可燃性ガスである水素及び酸素に分解される。そしてこの可燃性ガスは、上部ドライウェル２３ａ及びウェットウェル２３ｂに滞留し、内部空間２３における可燃性ガス濃度を上昇させる。
【００１６】
なお図示において、上部ドライウェル２３ａ及びウェットウェル２３ｂに、一対の第１再結合器１１及び第２再結合器１２が配置される例を示しているが、それぞれの空間に配置される第１再結合器１１及び第２再結合器１２の数に制限は無く、また互いに同数である必要もない。
【００１７】
第１再結合器１１及び第２再結合器１２に担持される触媒としては、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄが、水素の酸化反応を常温で進行させることができるものとして挙げられる。また、Ｃｏ3Ｏ4，Ａｇ2Ｏ，ＭｎＯ2，ＣｕＯ等の酸化物触媒もしくはＡｇ触媒を用いることもできる。これら酸化物触媒及びＡｇ触媒は、反応開始に予熱を必要とするが、共に担持されるＰｔ触媒又はＰｄ触媒の反応熱を利用して、反応を開始させることができる。
【００１８】
なお炉心溶融時に大量に発生するヨウ素による触媒の活性低下を避けるために、これら触媒に高耐ヨウ素性を具備させることが望ましい。具体的には、ヨウ素と同じハロゲン族である塩素を触媒に一定量含有させることで所望する高耐ヨウ素性を具備させることができる。
【００１９】
これら触媒を担持する担持体としては、アルミナ等のセラミック多孔質担体や、アルミナ等の表面層を有するニッケルクロム合金やステンレス等の金属担体等が挙げられる。さらにこれら担持体には、水に対する親和性が低い疎水性官能基も導入されており、付着しようとする水を撥水する作用を持つ。
【００２０】
相対的に高濃度の触媒が担持されている第１再結合器１１は、炉心損傷が発生した直後で、デブリ２６（２６ａ，２６ｂ）から大量の放射線量が放出され大量の冷却水が分解される段階において、大量に発生した可燃性ガスを高速で処理することができる。これにより、炉心損傷の発生直後に滞留する可燃性ガスの濃度が燃焼限界に到達することを回避できる。
【００２１】
しかし第１再結合器１１は、可燃性ガスの処理速度が速いことに起因して発熱量が多いために、導入されている疎水性官能基が分解し短期間で消滅してしまう場合がある。つまり第１再結合器１１は、炉心損傷の発生から時間が経過しデブリ２６が放出する放射線量が減少し冷却水の分解が少なくなった段階において、発熱が小さくなる。そして、触媒の温度が内部空間２３の圧力における露点温度よりも低下すると、撥水作用が消滅しているので、触媒表面に水膜が形成されることを防ぐことができない。この場合、第１再結合器１１における可燃性ガスの処理能力は低下してしまう。
【００２２】
一方において、相対的に低濃度の触媒が担持されている第２再結合器１２は、炉心損傷が発生した直後で、デブリ２６（２６ａ，２６ｂ）から大量の放射線量が放出され冷却水が大量に分解される段階においても、可燃性ガスを低速で処理する。
【００２３】
しかし第２再結合器１２は、可燃性ガスの処理速度が遅いことに起因して発熱量が少ないために、導入されている疎水性官能基は、分解されにくく長期間にわたり存在し続ける。つまり第２再結合器１２は、炉心損傷の発生から時間が経過し、触媒の温度が内部空間２３の圧力における露点温度よりも低下しても、疎水性官能基による撥水作用が維持されているので、触媒表面に水膜が形成されることを防止できる。これにより、炉心損傷の発生から時間が経過した後であっても、第２再結合器１２が機能しているため、滞留する可燃性ガスの濃度が燃焼限界に到達することを回避できる。
【００２４】
このように、炉心損傷が発生した直後は、大量発生した可燃性ガスを第１再結合器１１が優先的に処理する。そして、炉心損傷の発生から時間が経過した後は、長期にわたり徐々に発生する可燃性ガスを第２再結合器１２が優先的に処理する。
【００２５】
（第２実施形態）
図２は第２実施形態に係る可燃性ガスの処理システム１０Ｂの概要図である。なお、図２において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。このように第２実施形態に係る処理システム１０Ｂは、第１実施形態（図１）の構成に加え、第１再結合器１１及び第２再結合器１２とは異なる濃度の触媒に疎水性官能基が導入されている第３再結合器１３を備えている。
【００２６】
なお図示において、上部ドライウェル２３ａ及びウェットウェル２３ｂに、一組の第１再結合器１１、第２再結合器１２及び第３再結合器１３が配置される例を示しているが、それぞれの空間に配置される第１再結合器１１、第２再結合器１２及び第３再結合器１３の数に制限は無く、また互いに同数である必要もない。さらに、第１再結合器１１、第２再結合器１２及び第３再結合器１３とは異なる濃度の触媒に疎水性官能基が導入されている第４再結合器（図示略）を備える場合もある。
【００２７】
これにより炉心損傷が発生した直後は、担持されている触媒濃度が高い順番で、再結合器１１，１２，１３の各々における可燃性ガスの処理速度が高くなる。そしてこの順番で、導入されている疎水性官能基の分解速度が高くなる。そして、炉心損傷の発生から時間が経過すると、デブリ２６ａ，２６ｂの冷却が進み内部空間２３の温度も低下し、それぞれの再結合器１１，１２，１３における疎水性官能基の分解も収束に向かう。
【００２８】
そして、触媒の温度が内部空間２３の圧力における露点温度よりも低下すると、高濃度の触媒が担持されている第１再結合器１１は、疎水性官能基が確実に分解しているため、触媒に水膜が形成されて機能を喪失する。しかし、低濃度の触媒が担持されている第３再結合器１３は、疎水性官能基が確実に残存しているため、触媒の撥水作用が維持され可燃性ガスの処理機能を持続する。中濃度の触媒が担持されている第２再結合器１２は、可燃性ガスの発生状況に応じて、第１再結合器１１と同じ役割か又は第３再結合器１３と同じ役割か、果たす役割が変化する。
【００２９】
このように、異なる濃度の触媒を担持させた三種類以上の再結合器１１，１２，１３が配置されていることで、事故直後の大量処理能力と、露点温度以下まで触媒温度が低下した後の長期間にわたる処理能力とを、確実に兼ね備えることができる。
【００３０】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の可燃性ガスの処理システムによれば、異なる濃度の触媒が担持されている再結合器を二つ以上配置することで、過酷事故の発生後、冷却水の放射線分解により発生した水素及び酸素のガス濃度を、燃焼限界未満に長期間抑制することが可能となる。
【００３１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３２】
１０（１０Ａ，１０Ｂ）…可燃性ガスの処理システム、１１…第１再結合器、１２…第２再結合器、１３…第３再結合器、２０…沸騰水型軽水炉、２１…原子炉格納容器、２２…炉心、２２…原子炉圧力容器、２３ａ（２３）…上部ドライウェル（内部空間）、２３ｂ（２３）…ウェットウェル（内部空間）、２３ｃ…下部ドライウェル、２５…原子炉圧力容器、２６（２６ａ，２６ｂ）…デブリ。
【図１】
2020176927.tif 000003
【図２】
2020176927.tif 000004