(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスと酸素ガスの再結合を促進させる触媒をペレットタイプにしたものをカートリッジにまとめ、前記カートリッジに前記触媒上に付着したヨウ素を脱離させることができる温度に昇温できる発熱体を備えた触媒式再結合器を内蔵している原子炉格納容器。
【請求項２】
水素ガスと酸素ガスの再結合を促進させる触媒を複数の各プレートの表面に張り付け、前記各プレート間を前記水素ガスと前記酸素ガスの流路として構成し、前記プレートに前記触媒に付着したヨウ素を脱離させることができる温度に昇温できる発熱体を備えた触媒式再結合器を内蔵している原子炉格納容器。
【請求項３】
水素ガスと酸素ガスを再結合を促進させる触媒をペレットタイプにしたものを複数の各カートリッジにまとめ、前記各カートリッジ間を前記水素ガスと酸素ガスの流路にして、前記各カートリッジ間に、前記触媒に付着したヨウ素を脱離させることができる温度に前記触媒を昇温できる発熱体を配置した触媒式再結合器を内蔵している原子炉格納容器。
【請求項４】
水素ガスと酸素ガスを再結合を促進させる触媒を複数の各プレートの表面に張り付け、前記各プレート間を前記水素ガスと前記酸素ガスの流路として構成し、前記各プレート間に、前記触媒に付着したヨウ素を脱離させることができる温度に前記触媒を昇温できる発熱体を配置した触媒式再結合器を内蔵している原子炉格納容器。
【請求項５】
請求項１または請求項２において、発熱体は電源から供給された電気エネルギーを熱に変換する物であって、前記電源は原子炉格納容器の外に置かれていることを特徴とする触媒式再結合器を備えた原子炉格納容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒反応を利用した可燃性ガス処理設備を備えた原子炉格納容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電プラントにおいて、万一、原子炉一次系配管が破損した場合、原子炉を冷却するための冷却材は配管破断箇所から原子炉格納容器内に蒸気として放出され、原子炉圧力容器内の冷却材が減少する。また、これにより、原子炉格納容器内の圧力・温度が上昇する。
【０００３】
上記のような冷却材喪失事故（以下、ＬＯＣＡという。）時においては、非常用炉心冷却系（以下、ＥＣＣＳという。）の自動起動により、ＥＣＣＳの単一故障を想定しても、原子炉は冷却され、燃料破損には至らないが、原子炉圧力容器および原子炉格納容器では、高放射線場による水の放射線分解により発生した水素ガスと酸素ガスが発生する。これらのガスは配管破断箇所より格納容器内に放出される。
【０００４】
このままの状態が続いて水素ガス濃度が４vol％かつ酸素ガス濃度が５vol％を越えた場合は、可燃限界となり燃焼の可能性が大きくなる。
【０００５】
このような事象に対処するため、軽水炉型原子力発電所のうち、圧力抑制型格納容器を採用している沸騰水型原子炉（以下、ＢＷＲという。）では、その対策として、通常時の原子炉格納容器内雰囲気を窒素ガスで置換するとともに、万一の事故時には、ブロアで格納容器内雰囲気を取り出し電気ヒータで昇温させて水素と酸素を再結合させて水にし、残りの気体とともにクーラで冷却してから格納容器に戻す加熱式再結合器を用いた可燃性ガス濃度制御系（以下、ＦＣＳという。）を設置している。
【０００６】
このＦＣＳでは主にＬＯＣＡ後長期にわたり放射線の水分解により発生する水素ガス及び酸素ガスを再結合させ水にすることに対応している。設計基準を越えた苛酷事故時に想定される水−金属反応による大量の水素ガスの発生に対しては、原子炉格納容器内の雰囲気の窒素ガス置換により低酸素ガス濃度雰囲気が維持できることから可燃領域に至ることはない。
【０００７】
大型の格納容器を有する原子炉発電所では、設計基準事故において、その大容量の原子炉格納容器雰囲気に希釈されるため、事故後の水素ガス濃度上昇は緩慢であることから、特段の設備対応は不要としている。設計基準事故を越えた苛酷事故時に想定される水−金属反応による大量の水素ガスの発生に対しては、イグナイタと呼ばれる強制点火方式のＦＣＳの採用計画がある。
【０００８】
以上に述べた従来型では、ブロアやヒータ等の強制駆動力およびその駆動に必要な電源を使用するが、近時、駆動動力源を必要としない静的な装置として触媒式の再結合器が開発されている。この装置は鋼製の箱の中に触媒型水素反応材をペレットタイプにしたものをカートリッジにまとめ、カートリッジ間を気体の流路にして水素と酸素を再結合させるもの、あるいは、触媒型水素反応材をプレート表面に張り付け、プレート間を気体の流路にして水素と酸素を再結合させるものである。Proceedings of 2nd ASME／JSME Nuclear Engineering JointConference (ICONE2) Vol.1 (1993) p435−438等（プロシーディング  オブ  ２nd ASME／JSME  ニュークリア  エンジニアリング  カンファレンス  (ICONE2）Vol.1 (1993) p435−438）に記載のように、可燃性ガスをパラジウム等の触媒により再結合させる触媒式可燃性ガス処理設備を原子炉格納容器に設置する例もある。特開昭58−135991号公報には格納容器内に水素の酸化触媒を配置する例が開示され、特開平6−130170 号公報には格納容器内に触媒型水素反応材からなる水素濃度低減材を配置する例が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
圧力抑制型原子炉格納容器を持つＢＷＲにおいて、触媒式の可燃性ガス処理設備を使用する場合、事故時のＢＷＲ原子炉格納容器内部の条件下で発生した水素ガスと酸素ガスを可燃性ガス処理設備に内蔵されている触媒表面において再結合しなければならない。
【００１０】
しかし、事故時のＢＷＲ原子炉格納容器内部の条件の中には、事故後初期の段階や可燃性ガス処理設備が作動後において、水素ガス濃度および酸素ガス濃度がいずれも低い状態となる条件もある。この低水素ガス濃度かつ低酸素ガス濃度の状態から可燃領域へと推移する間に触媒式の可燃性ガス処理設備が確実に始動することが要求される。上記条件に加え、ＬＯＣＡを想定した場合、原子炉冷却材中に存在する核分裂生成生物および燃料棒から放出される核分裂生成物が、破断口から原子炉格納容器に放出される。原子炉格納容器内の気相中に放出された核分裂生成物のうち、ヨウ素は、触媒上での水素と酸素の反応熱で形成される格納容器内の流れによって、触媒に付着することが考えられ、触媒上での可燃性ガスの反応を疎外する可能性がある。触媒上にて可燃性ガスの反応熱により触媒からヨウ素が脱離する温度は沸点の１８４℃以上で、触媒がその温度に保たれている場合はヨウ素が可燃性ガスの反応を疎外する可能性は低くなると考えられる。しかし、水素ガス濃度，酸素ガス濃度がともに低い条件では触媒の温度が１８４℃以上に保てなくなる場合があり、触媒上にヨウ素が付着し触媒上での可燃性ガスの反応の始動が妨げられる可能性が考えられる。
【００１１】
ＢＷＲでのＬＯＣＡ時には、ＦＣＳに対しては長期にわたって可燃性ガスの制御が要求されている。そのため、一旦、水素ガスと酸素ガスを再結合させて濃度が減少し触媒による再結合反応が停止し触媒上にヨウ素が付着した状態でも、再び原子炉格納容器内の可燃性ガスの濃度が上昇した場合にはＦＣＳは確実に起動しなければならない。
【００１２】
本発明の目的は、触媒を用いた可燃ガス処理設備を備えた原子炉格納容器において、事故時に格納容器内に放出されるヨウ素の付着により触媒の反応が疎外されることを防止し、低水素濃度かつ低酸素濃度かつヨウ素が付着した状態でも確実に触媒反応を始動させ、事故後の格納容器内雰囲気ガスに含まれる水素ガス及び酸素ガスを再結合させることにより可燃性領域にいたらしめないことが可能で、ヨウ素付着防止の機能を備えても可燃性ガス処理設備のメンテナンス性を悪化させず、信頼性の高い、可燃性ガス処理設備を備えた原子炉格納容器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、以下の装置を提供することにより解決できる。
【００１４】
請求項１または２に示したように、原子炉圧力容器を内包する原子炉格納容器に備えられた水素ガスと酸素ガスを再結合を促進させる触媒を用いた可燃ガス処理設備で、触媒をペレットタイプにしたものをカートリッジにまとめ、カートリッジ間を気体の流路にして酸素ガスと水素ガスを再結合させるタイプの触媒式再結合器と、または、触媒をプレート表面に張り付け、プレート間を気体の流路にして水素ガスと酸素ガスを再結合させるタイプの触媒式再結合器において、触媒の性能を低下させるヨウ素付着防止のために、カートリッジ，プレートに、ヨウ素を離脱させるためヨウ素の沸点である約１８４℃以上に触媒を昇温できる機能を持たせている。
【００１５】
従って、請求項１または２に対応する発明によって、昇温機能が付いていない触媒式の可燃性ガス処理設備にくらべ、ヨウ素離脱が確実に行え触媒の性能低下を防止でき、かつメンテナンス性を悪化させることはない。
【００１６】
請求項３または４に示したように、原子炉圧力容器を内包する原子炉格納容器に備えられた水素ガスと酸素ガスを再結合を促進させる触媒を用いた可燃ガス処理設備で、触媒をペレットタイプにしたものをカートリッジにまとめ、カートリッジ間を気体の流路にして酸素ガスと水素ガスを再結合させるタイプの触媒式の可燃性ガス処理設備と、または、触媒をプレート表面に張り付け、プレート間を気体の流路にして水素ガスと酸素ガスを再結合させるタイプの触媒式の可燃性ガス処理設備において、カートリッジの間およびプレートの間に、触媒上に付着したヨウ素を離脱させることができる温度である約１８４℃以上に触媒を昇温させる発熱体を配置している。
【００１７】
従って、請求項３または４に対応する発明によって、昇温機能が付いていない触媒式の可燃性ガス処理設備のカートリッジやプレートの設計・加工を変更する必要がなく、ヨウ素を確実に離脱させ、触媒の性能低下を防止でき、メンテナンス性の悪化も防止することができる。
【００１８】
さらに、請求項５に示したように、請求項１または２において、電気エネルギーによる昇温機能を備えたカートリッジやプレートの電源を原子炉格納容器の外へ置く。
【００１９】
したがって、請求項５に対応する発明によって、請求項１または２による効果に加えて可燃性ガス処理設備の電源のメンテナンスが容易に行える。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の具体的実施例を図１，図２，図３，図４及び図５を用いて以下に説明する。
【００２１】
図１は圧力抑制プールを持つ原子炉格納容器の内部に水素ガスと酸素ガスを促進させる触媒を用いた可燃性ガス処理設備を設置した実施例の一例を示す。触媒としては、白金属の金属を用い、具体的には白金又はパラジウムが採用される。ＬＯＣＡ時などには、原子炉圧力容器５内部から原子炉冷却材が破断口６を介して原子炉格納容器１内部に流出する。このとき原子炉冷却材とともに原子炉圧力容器５内部で水が放射線分解することにより発生した水素ガスおよび酸素ガスも原子炉格納容器１内部のドライウェル（以下、Ｄ／Ｗという。）２およびサプレッションチェンバ（以下、Ｓ／Ｃという。）３に放出される。水素ガス及び酸素ガスがＤ／Ｗ２およびＳ／Ｃ３内部に蓄積するが、触媒式再結合器８内部に取り付けられた水素ガスと酸素ガスの再結合を促進する触媒７によって水素ガス及び酸素ガスを再結合させる。
【００２２】
さらに原子炉冷却材中に存在する核分裂生成物および燃料棒から放出される核分裂生成物が、破断口６から原子炉格納容器１に放出される。原子炉格納容器１内の気相中に放出された核分裂生成物のうち、ヨウ素は、触媒７上での水素と酸素の反応熱で形成される格納容器内の流れにのるが、ヨウ素を触媒上から離散させるために触媒７の表面を加熱・昇温させるため機能を触媒式の可燃性ガス処理設備に備える。触媒式再結合器８への電気供給は、原子炉格納容器１の外に設置された電源（例えばバッテリ）１１より電気が供給される。可燃性ガス処理設備には温度計１０が設置され、触媒７の温度が水素ガスと酸素ガスの再結合反応により、触媒上よりヨウ素を脱離させることができる温度約１８４℃以上に上昇し、触媒上での再結合反応が安定に行われていることを温度計１０により検知し、その検知信号に基づいてスイッチ１３を駆動してスイッチ１３で電源１１より触媒側への給電を遮断することができる。
【００２３】
図２は、触媒をペレットタイプ２０にしたものをカートリッジ２３にまとめたものを示す。ペレットタイプ２０に加工された触媒は、金網２１により支持されている。昇温機能が付いているカートリッジ２３は、電気を受電するためのソケット２２が備えられている。昇温機能付きのカートリッジ２３に電気が供給されると、金網２１が発熱し、ペレットタイプの触媒２０の表面が触媒上よりヨウ素を脱離させることができる温度約１８４℃以上に上昇し昇温される。電気の受電方法は、カートリッジの脱着を容易にし、かつ漏電を防止するために、ソケット方式としている。ソケット２２で受電した電気はソケット２２から金網２１に配電されて、金網２１が発熱する。この様にして昇温機能付きのカートリッジ２３とされる。
【００２４】
図３は、触媒３２をプレート３３表面に張り付けた触媒プレート３０を示す。昇温機能が付いている触媒プレート３０には、電気を受電するためのソケット  ３１が備えられている。昇温付きの触媒プレート３０に電気が供給されるとプレート３３が発熱し、触媒上よりヨウ素を脱離させることができる温度約１８４℃以上に触媒を昇温させる。また、昇温機能が付いている触媒プレート３０の触媒３２の表面の凹凸を小さくし（具体的には、白金またはパラジウムをメッキしたもの）、ヨウ素の離脱を容易に行えるようにするタイプもある。プレート３３自体はニクロム線などの発熱線をプレート３３内に埋設設置してソケット３１で受電した電気をニクロム線に与えて発熱させ、プレート３３が発熱する構成で、昇温機能が付いている触媒プレート３０が構成される。
【００２５】
図４のように、触媒式再結合器内に図２，図３の昇温機能が付いているカートリッジ２３または昇温機能が付いている触媒プレート３０が、保持体４４によって保持されている。
【００２６】
昇温機能が付いているカートリッジ２３または昇温機能が付いている触媒プレート３０の保持体４４への設置される個所には、図２，図３のソケット２２，３１を装着し電気を供給するためのコンセント４３が備えられている。
【００２７】
ソケット２２，３１が接続されるコンセント４３には、漏電防止のために、防水加工を行う。複数のカートリッジ２３または触媒プレート３０は、複数体毎に保持体４２によりまとめられ、雰囲気の流れと平行して設置されている。
【００２８】
昇温機能が付いているカートリッジ２３または昇温機能が付いている触媒プレート３０の間には、昇温機能が付いていないカートリッジ４１，４２、または昇温機能が付いていない触媒プレート４１，４２がある一定の等間隔で、複数枚設置されている。
【００２９】
昇温機能が付いているカートリッジ２３または昇温機能が付いている触媒プレート３０に近接している昇温機能が付いていないカートリッジ４１、または昇温機能が付いていない触媒プレート４１の触媒は、昇温機能を備えているカートリッジ２３またはプレート３０からの輻射熱を受けて触媒上よりヨウ素を脱離させることができる温度約１８４℃以上に昇温される。
【００３０】
昇温機能が付いているカートリッジ２３または昇温機能が付いている触媒プレート３０に近接していない昇温機能が付いていないカートリッジ４２、または昇温機能が付いていない触媒プレート４２の触媒は、カートリッジ４１または触媒プレート４１からの輻射熱を受けて昇温するため、その輻射熱により触媒上よりヨウ素を脱離させることができる温度約１８４℃以上に昇温される。
【００３１】
図５は、触媒を備えたカートリッジまたは触媒プレート自身に昇温機能を持たせず、昇温機能が付いていないカートリッジまたは昇温機能が付いていない触媒プレート５２を等間隔で平行に保持体５１に保持し、電源１１からの電気で発熱を起こすニクロム線などの発熱体５０を、昇温機能が付いていないカートリッジまたは昇温機能が付いていない触媒プレート５２の間隔間に、複数箇所設置した場合の実施例を示す。
【００３２】
昇温機能が付いていないカートリッジまたは昇温機能が付いていない触媒プレート５２の触媒は発熱体５０からの熱を受けて触媒上よりヨウ素を脱離させることができる温度約１８４℃以上に昇温されるので、ヨウ素による触媒の機能低下が抑制できる。
【００３３】
この実施例によりカートリッジまたは触媒プレートに昇温機能をつけ加える加工を行う必要が無くなり、かつカートリッジまたはプレートの脱着が容易であるため、触媒式再結合器のメンテナンス性がよい。
【００３４】
【発明の効果】
触媒を用いた可燃ガス処理設備を備えた原子炉格納容器において、事故時に格納容器内に放出されるヨウ素の付着により触媒の反応が疎外されることを防止し、低水素濃度かつ低酸素濃度かつヨウ素が付着した状態でも確実に触媒反応を始動させ、事故後の格納容器内雰囲気ガスに含まれる水素ガス及び酸素ガスを再結合させることにより可燃性領域にいたらしめないことが可能で、ヨウ素付着防止の機能を備えても可燃性ガス処理設備のメンテナンス性を悪化させず、信頼性の高い、可燃性ガス処理設備を備えた原子炉格納容器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による可燃性ガス処理設備を備えた原子炉格納容器の概略縦断面図）である。
【図２】本発明の実施例による触媒昇温機能付きのカートリッジタイプの触媒の斜視図である。
【図３】本発明の実施例による触媒昇温機能付きのプレートタイプの触媒の斜視図である。
【図４】本発明の実施例による触媒式再結合器内にカートリッジタイプおよびプレートタイプの触媒が保持されている構造を一部切り欠いて表した斜視図である。
【図５】本発明の実施例による触媒式再結合器内にカートリッジタイプおよびプレートタイプの触媒とそれらの間に発熱体が備えられている保持体の構造を一部切り欠いて表した斜視図である。
【符号の説明】
１…原子炉格納容器、８…触媒式再結合器、１１…電源、２０…触媒ペレット、２１…金網、２２，３１…ソケット、２３…カートリッジ、３０…触媒プレート、３２…触媒、３３…基盤、４３…コンセント、４４，５１…保持体、５０…発熱体。
【図１】
0003721269.tif 000002
【図２】
0003721269.tif 000003
【図３】
0003721269.tif 000004
【図４】
0003721269.tif 000005
【図５】
0003721269.tif 000006