(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体胴をバッフル板および複数の区画板により軸方向に沿って順次、パージガス室、排ガス処理室、排ガス入口室、排ガス出口室に区画し、上記パージガス室にノズルを備えたパージガス導管を設け、上記排ガス処理室に上記パージガス導管のノズルに臨む案内筒を設け、この案内筒内に同芯的に中空糸膜モジュール集合体を収容し、この中空糸膜モジュール集合体の内側に上記排ガス出口室まで延びる乾燥ガス集合筒を配設するとともに、上記排ガス入口室から上記中空糸膜モジュール集合体に案内されて流動する排ガスに含まれる水蒸気を、上記ノズルから噴出するパージガスの水蒸気分圧差により誘引除去したそのパージガスを一旦集めてパージガス出口に案内する集合口を設ける一方、上記排ガス入口室に排ガス入口を、また上記排ガス出口室に上記乾燥ガス集合筒からの乾燥排ガスを案内する排ガス出口をそれぞれ備え、さらに、案内筒に収容した上記中空糸膜モジュール集合体は、軸方向に延びて両端に結合部を形成し、結合部の一方にハウジング部材を嵌挿して上記排ガス入口室に連通するよう区画板で保持する一方、上記結合部の他方にハウジング部材を嵌挿してキャップで螺着し、このキャップに押圧力を与えて支持する隆起部を上記案内筒に設けたことを特徴とする排ガス乾燥器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス中に含まれる水蒸気を効果的に除去できる排ガス乾燥器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電プラントでは、いわゆるランキンサイクルを採用しており、原子炉で発生した蒸気を蒸気タービンに案内し、ここで膨張仕事をさせて動力を得、膨張仕事後の復水を給水として原子炉に還流させるようになっている。
【０００３】
原子炉から蒸気タービンに案内される蒸気には、燃料の核分裂の際、生成されるＸｅ，Ｋｒ等、炉水の放射線分解により発生するＨ２，Ｏ２等、炉内で放射能化されたＨ３，Ｎ１６，Ｏ１９等が、配管フランジ、弁グランド部を介して炉水への侵入等の気体廃棄物が含まれている。これら放射能化された気体廃棄物（以下排ガスと記す）は、放射性気体廃棄物処理装置により安全に処理されるが、その放射性気体廃棄物処理装置には図５に示す構成のものがある。
【０００４】
原子炉１から蒸気タービン２に案内される蒸気は、膨張仕事をした後、復水器３により凝縮され、復水になる。復水に含まれる排ガスは、空気抽出器４により誘引（抽気）されて水素再結合部５に案内される。水素再結合部５に案内された排ガスは、排ガス乾燥部６、ホールドアップ部７、真空ポンプ８、スタック９を経る間に放射能を取り除き、安全な状態にして大気に放出される。
【０００５】
水素再結合部５は、排ガス予熱器５ａ、排ガス再結合器５ｂ、排ガス復水器５ｃをそれぞれ備え、空気抽出器４から案内された復水を予熱し、予熱後触媒を利用して放射線分解により発生した水素と酸素を再結合させ、再結合後の水蒸気を排ガス復水器５ｃにより凝縮させ、そのヴォリュームを減容させるようになっている。
【０００６】
また、排ガス乾燥部６は、排ガス予冷器６ａ、調節弁６ｂ、排ガス乾燥器６ｃ、調節弁６ｄをそれぞれ備え、排ガス復水器５ｃからの復水を再度冷却してドレン水を少なくし、排ガス乾燥器６ｃの活性炭によりその湿分を吸着させるようになっている。
【０００７】
また、ホールドアップ部７は、前置フィルタ７ａ、活性炭ホールドアップ塔７ｂ、空調機７ｃから構成されており、排ガス乾燥器６ｃから案内されたＸｅ，Ｋｒ等の放射性希ガスに含まれる湿分をさらに除去した後、活性炭ホールドアップ塔７ｂにより希ガスの放射能を時間減衰させて安全な状態にする一方、活性炭ホールドアップ塔７ｂの放射能減衰を高めるために空調機７ｃからダクト７ｄを介してその室内の温度コントロールを行うようになっている。
【０００８】
このように、安全状態に放射能減衰させた排ガスは、真空ポンプ８を介してスタック９から大気に放出される。
【０００９】
ところで、排ガス乾燥部６は、排ガス予冷器６ａから案内された排ガスを充分に乾燥させてホールドアップ部７に供給するため、図６に示すように、直接冷却乾燥方式が採用されている。この直接冷却乾燥方式の排ガス乾燥部６は、調節弁６ｂ、排ガス乾燥器６ｃ、冷凍機１１、調節弁６ｄをそれぞれ備えた除湿系統１３と、調節弁６ｂ、排ガス乾燥器６ｃ、冷凍機１１、調節弁６ｄをそれぞれ備えた除霜系統１４とを並列的に設けており、通常運転時、制御部１２から調節弁６ｂ，６ｄに弁開閉信号が与えられ、排ガスの流量コントロールをしながら排ガス乾燥器６ｃで冷凍機１１の冷媒の潜熱により排ガスの乾燥を行っている。また、除霜系統１４は、排ガスの乾燥の際、排ガス乾燥器６ｃの伝熱管２６に生成された着霜を除去するために使用され、伝熱管２６の着霜除去により排ガスに含まれる水蒸気をより一層除去するよう図られている。
【００１０】
このように、従来の排ガス乾燥部６は、冷凍機１１の冷凍作用により排ガス中の水蒸気を除去して排ガスの負荷を軽くし、ホールドアップに供給していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の排ガス乾燥部６は、直接冷却乾燥方式を採用しているため、その冷凍能力が１０００Kcal／ｈにも及ぶ大容量になっており、負荷調整幅が広いために据付設置時や定期保守点検後の運転調整に多くの時間とコストを費やす等の不都合・不具合があった。
【００１２】
また、原子力発電プラントでは、その定期保守点検期間が１ヶ月以上にも及ぶ長期間であり、この期間、冷凍機の圧縮機や膨張弁等の各機器の保守管理を充分に行っていないと、設計とおりの冷凍能力を出すことができない等の保守管理上、作業員の多くの労苦を必要としていた。
【００１３】
このような不都合、不具合は、原子力発電プラントの運転コストも含めて発電所内の省エネルギ化に逆行するものであり、冷凍機を使用しないで排ガスの乾燥が行える代替技術が斯界から要望されていた。
【００１４】
本発明は、このような背景に基づいてなされたもので、排ガス中の水蒸気除去装置を、冷凍機による直接冷却乾燥処理を行わなくても低コストで行うことができ、排ガス中の水蒸気をより一層効果的に除去できる排ガス乾燥器を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る排ガス乾燥器は、上記目的を達成するため、請求項１に記載したように、本体胴をバッフル板および複数の区画板により軸方向に沿って順次、パージガス室、排ガス処理室、排ガス入口室、排ガス出口室に区画し、上記パージガス室にノズルを備えたパージガス導管を設け、上記排ガス処理室に上記パージガス導管のノズルに臨む案内筒を設け、この案内筒内に同芯的に中空糸膜モジュール集合体を収容し、この中空糸膜モジュール集合体の内側に上記排ガス出口室まで延びる乾燥ガス集合筒を配設するとともに、上記排ガス入口室から上記中空糸膜モジュール集合体に案内されて流動する排ガスに含まれる水蒸気を、上記ノズルから噴出するパージガスの水蒸気分圧差により誘引除去したそのパージガスを一旦集めてパージガス出口に案内する集合口を設ける一方、上記排ガス入口室に排ガス入口を、また上記排ガス出口室に上記乾燥ガス集合筒からの乾燥排ガスを案内する排ガス出口をそれぞれ備え、さらに、案内筒に収容した上記中空糸膜モジュール集合体は、軸方向に延びて両端に結合部を形成し、結合部の一方にハウジング部材を嵌挿して上記排ガス入口室に連通するよう区画板で保持する一方、上記結合部の他方にハウジング部材を嵌挿してキャップで螺着し、このキャップに押圧力を与えて支持する隆起部を上記案内筒に設けたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排ガス乾燥器の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、例えば原子力発電プラントの放射性廃棄物処理装置に適用される排ガス乾燥器の概略縦断面図である。
【００１８】
排ガス乾燥器１５は、脚１６により支持され、多分割可能に密閉された筒状の本体胴１７を備え、この本体胴１７内をバッフル板１８および区画板１９，２０によりパージガス室２１、排ガス処理室２２、排ガス入口室２３、および排ガス出口室２４にそれぞれ区画する。また、排ガス処理室２２、排ガス入口室２３および排ガス出口室２４のそれぞれには、取付フランジ１９ａ，２０ａを備え、組立作業性、保守点検等の労力を軽減するため本体胴１７に対し着脱可能になっている。
【００１９】
パージガス室２１は、ドレン口２５およびパージガス導管２６を備え、このパージガス導管２６には複数のノズル２７が設けられる。
【００２０】
また、排ガス処理室２２は、パージガス室２１のノズル２７に臨む案内筒２８を備え、この案内筒２８に中空糸膜モジュール集合体２９を収容させる一方、パージガス室２１のノズル２７から噴出するパージガスと中空糸膜モジュール集合体２９の中を流れる排ガスとの水蒸気分圧差により排ガスの水蒸気を引き寄せ吸収したパージガスを、噴出口３０を経てパージガス出口３２に案内する集合口３１をそれぞれ備える。
【００２１】
また、排ガス入口室２３は、排ガス入口３３から流入する排ガスを、排ガス処理室２２の中空糸膜モジュール集合体２９に案内する案内口３５を備え、かつ中空糸膜モジュール集合体２９を支持する保持板３４を備える。
【００２２】
また、排ガス出口室２４は、排ガス処理室２２の中空糸膜モジュール集合体２９の中央に設置され、排ガス処理室２２から排ガス入口室２３を経て排ガス出口室２４まで延びる乾燥ガス集合筒３６を保持する筒保持部３７を備える。
【００２３】
一方、排ガス処理室２２に設置される案内筒２８、中空糸膜モジュール集合体２９および乾燥ガス集合筒３６は、図２に示すように取り付けられる。
【００２４】
案内筒２８は、一側に噴出口３０を備え、両端を開口し、開口端の一方を区画板１９に、この他端をバッフル１８に固設される。
【００２５】
また、案内筒２８に収容された中空糸膜モジュール集合体２９は、両端をエポキシ樹脂等によりポッティングされた結合部３９ａ，３９ｂに形成し、これら結合部３９ａ，３９ｂを乾燥ガス集合筒３６の周に沿って配設される。
【００２６】
中空糸膜モジュール集合体２９の一端部における結合部３９ａは、ハウジング部材４０ａに嵌挿され、このハウジング部材４０ａにシール部材４１、Ｏリング４２を介装して保持板３４および区画板１９に装着される。また、中空糸膜モジュール集合体２９の他端部における結合部３９ｂは、ハウジング部材４０ｂに嵌挿され、このハウジング部材４０ｂにキャップ４３を螺着する。
【００２７】
キャップ４３は、図３（ａ）に示すように、案内筒２８の隆起部４４により押圧保持され、隆起部４４間にパージガスが中空糸膜モジュール集合体２９に向って流れるよう通路４５を形成する。
【００２８】
また、中空糸膜モジュール集合体２９の中央に設置された乾燥ガス集合筒３６は、両端を開口し、開口端の一方が中空糸膜モジュール集合体２９の結合部２９ｂに支持され、中間部が図３（ｂ）に示すように、中空糸膜モジュール集合体２９を同芯的に配設し、開口端が筒保持部３７に保持される。
【００２９】
筒保持部３７は、スペーサ４６を備え、このスペーサ４６からシール材４１、Ｏリング４２を介して乾燥ガス集合筒３６に押圧力を加え、排ガス入口室２３の排ガスの漏洩を封止する。
【００３０】
次に作用を説明する。
【００３１】
排ガス入口３３から排ガス入口室２３を経て案内口３５に流入した水蒸気を含む排ガスは、中空糸膜モジュール集合体２９の中を流れる間に、ポリイミド製の中空糸膜４７によりその一部の水蒸気が吸収される。吸収された水蒸気は中空糸膜４７中を拡散してゆき外表面に至る。ここで乾燥状態にあるパージガスによって乾燥されることにより排ガス中の水蒸気がパージガス中に移行する。
【００３２】
すなわち、パージガス導管２６からノズル２７を経て案内筒２８に供給されたパージガスは、キャップ４３の隆起部４４に設けた通路４５を経て中空糸膜モジュール集合体２９の中を流れる排ガスと対向流となって流れ、この間パージガスと排ガスとの水蒸気分圧差により排ガスの水蒸気を引き寄せ、吸収し、排ガスの水蒸気をほぼゼロに近い状態にする。
【００３３】
排ガスの水蒸気を吸収したパージガスは、案内筒２８の噴出口３０を経て集合口３１に集められ、ここからパージガス出口３２を経て外部の供給に放出される。
【００３４】
他方、パージガスにより水蒸気が吸収され、乾燥ガスとなった排ガスは、キャップ４３内を経て乾燥ガス集合筒３６に集められ、ここから排ガス出口室２４を経て排ガス出口３８から他の機器に供給される。なお、中空糸膜モジュール集合体２９に供給されるパージガスの流量および圧力は、排ガスの相対湿度に応じてパージガス導管２６の入口側の調節弁（図示せず）で調整される。
【００３５】
図４は、本発明に係る排ガス乾燥器を、原子力発電プラントの放射性気体廃棄物処理装置に適用した第２実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部品と同一部分には同一符号を付す。
【００３６】
排ガス乾燥器１５は、排ガス出口室２４に乾燥ガスをホールドアップ部に供給する乾燥ガス導入管４９を接続し、この乾燥ガス導入管４９から分岐し、調節弁５０を介装してパージガス室２１に接続するパージガス導管５１をそれぞれ備える。また、排ガス乾燥器１５は、水素再結合部の水蒸気を含む排ガスを排ガス入口室２３に接続する排ガス導管５２を備えるとともに、排ガス処理室２２のドレン水を、圧力計５３、調節弁５４を介装して復水器に供給するドレン導管５５をそれぞれ備える。
【００３７】
本実施形態は、水素再結合部から排ガス導管５２を経て排ガス入口室２３に案内された排ガスのうち、水蒸気を、案内筒２８に収容された中空糸膜モジュール集合体２９により除去し、その排ガスを乾燥ガスとして乾燥ガス集合筒３６から乾燥ガス導管４９を経てホールドアップ部に供給する。この場合、乾燥ガス導管４９を通過する乾燥ガスは、流量計５６により流量が検出されており、所定流量になると、流量計５６から調節弁５０に弁開信号が与えられ、その一部をパージガス室２１に還流し、中空糸膜モジュール集合体２９に供給し、排ガスの水蒸気を除去する。
【００３８】
一方、排ガス処理室２２で除去された水蒸気は、ドレン水としてドレン導管５５に案内され、圧力計５３が所定圧になると、調節弁５４に弁開信号が与えられ、こうしてドレン水は復水器に供給され、そのエネルギの回収が図られる。
【００３９】
このように、本実施形態は、排ガスの水蒸気を排ガス乾燥器１５で除去して乾燥ガスにし、その乾燥ガスの一部を再度排ガスの水蒸気の除去に活用するので、ホールドアップ部に供給される排ガスの放射能減衰に要する負荷を軽減することができる。また、排ガスから除去された水蒸気はドレン水として復水器に戻されるので、そのエネルギ回収を図ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上、説明したとおり、本発明に係る排ガス乾燥器は、中空糸膜モジュール集合体の特性を利用して水蒸気分圧差によって、パージガスにより排ガスの水蒸気を吸収する吸収能力を備えているので、排ガスの水蒸気を確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る排ガス乾燥器の構造を示す概略縦断面図。
【図２】  図１に示す案内筒、中空糸膜モジュール集合体、乾燥ガス集合筒の取付構造を示す部分拡大図。
【図３】  （ａ）は図２のＡ−Ａ矢視方向切断断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ矢視方向切断断面図。
【図４】  本発明に係る排ガス乾燥器を備えた原子力発電プラントの放射性気体廃棄物処理装置の概略系統図。
【図５】  従来の原子力発電プラントの放射性気体廃棄物処理装置の概略系統図。
【図６】  従来の原子力発電プラントにおける除湿系統を示す概略図。
【符号の説明】
１  原子炉
２  蒸気タービン
３  復水器
４  空気抽出器
５  水素再結合部
５ａ  排ガス予熱器
５ｂ  排ガス再結合器
５ｃ  排ガス復水器
６  排ガス乾燥部
６ａ  排ガス予冷器
６ｂ  調節弁
７  ホールドアップ部
７ａ  前置フィルタ
７ｂ  活性炭ホールドアップ塔
７ｃ  空調機
７ｄ  タクト
８  真空ポンプ
９  スタック
１０  冷却管
１１  冷凍機
１２  制御部
１３  除湿系統
１４  除霜系統
１５  排ガス乾燥器
１６  脚部
１７  本体胴
１８  バッフル板
１９，２０  区画板
１９ａ，２０ａ  フランジ
２１  パージガス室
２２  排ガス処理室
２３  排ガス入口室
２４  排ガス出口室
２５  ドレン口
２６  パージガス導入管
２７  ノズル
２８  案内筒
２９  中空糸膜モジュール集合体
３０  噴出口
３１  集合口
３２  パージガス出口
３３  排ガス入口
３４  保持板
３５  案内口
３６  乾燥ガス集合筒
３７  筒保持部
３８  排ガス出口
３９ａ，３９ｂ  結合部
４０ａ，４０ｂ  ハウジング部材
４１  シール材
４２  Ｏリング
４３  キャップ
４４  隆起部
４５  通路
４６  スペーサ
４７  中空糸膜
４８  ボア
４９  乾燥ガス導管
５０  調節弁
５１  パージガス導管
５２  排ガス導管
５３  圧力計
５４  調節弁
５５  ドレン導管
５６  流量計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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