(57)【要約】【課題】特別な装置を設けることなく、トリチウムを凍結させることなく回収することができ、装置を小型化することができるトリチウムサンプラを提供する。【解決手段】トリチウムを含む放射性放出ガスからトリチウムを液体として回収するためのトリチウムサンプラ１であって、トリチウムサンプラ１が、放射性放出ガスを冷却する冷却装置１０を備えており、冷却装置１０が、放射性放出ガスに接触し、放射性放出ガスを冷却する冷却部１１と、冷却部１１において放射性放出ガスから吸収した熱を放出する放熱部１２と、放熱部１２と冷却部１１との間に設けられた熱電変換素子２０とからなる。放射性放出ガスに含まれているトリチウムを冷却部１１の表面に水滴として付着させることができ、その水滴を回収することができる。冷却装置１０の構造を簡単かつコンパクトにすることができ、トリチウムサンプラ１を持ち運びできる程度の大きさに構成することができる。【選択図】図１
2006046927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トリチウムを含む放射性放出ガスからトリチウムを液体として回収するためのトリチウムサンプラであって、
該トリチウムサンプラが、放射性放出ガスを冷却する冷却装置を備えており、
該冷却装置が、
前記放射性放出ガスに接触し、該放射性放出ガスを冷却する冷却部と、
該冷却部において前記放射性放出ガスから吸収した熱を放出する放熱部と、
該放熱部と前記冷却部との間に設けられた熱電変換素子とからなる
ことを特徴とするトリチウムサンプラ。
【請求項２】
前記冷却部が、
裏面が、前記熱電変換素子に取り付けられる基板部材と、
該基板部材の表面に立設された複数本の針状部材とからなる
ことを特徴とする請求項１記載のトリチウムサンプラ。
【請求項３】
前記放射性放出ガスが導入される冷却室を備えており、
該冷却室内と、前記熱電変換素子との間を液密に分離する遮断材が設けられている
ことを特徴とする請求項１または２記載のトリチウムサンプラ。
【請求項４】
前記熱電変換素子と前記冷却部および前記放熱部の間に、シリコングリースが塗布されている
ことを特徴とする請求項１、２または３記載のトリチウムサンプラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トリチウムサンプラに関する。原子力発電施設から排出されるガスには放射性物質を含まれており、この放射性物質を含むガス（以下、放射性放出ガスという）は、そのガス自体から放出される放射線量を許容値以下に抑えなければならない。とくに、放射性放出ガスに含まれるトリチウム（３Ｈ：β崩壊する放射性核種）は、半減期が12.3年と長いので、その排出量を連続的に測定することが義務付けられている。
本発明は、原子力発電施設から排出される放射性放出ガスに含まれるトリチウムを測定するためのトリチウムサンプラに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電施設から排出される放射性放出ガス中において、トリチウムは蒸気の状態で存在することから、トリチウムを水蒸気などともに液体の状態にしてから回収し、その液体中のトリチウムの量を測定することによって、全放射性放出ガス中に含まれるトリチウムの量が推定されていた。
従来、トリチウムを液体にする場合、原子力発電施設から排出されるガスをサンプリングし、そのガスを−６０℃以下に冷却してトリチウムを凍らせた後で溶解する方法が採用されていた（例えば、特許文献１〜３）
しかるに、上記の方法は、蒸気の状態のトリチウムを、一旦凍らせた後に溶解する必要があり、基本的に間欠的な捕集システムとなる。しかし、トリチウムの測定は、原則的に連続計測を行わなければならないため、従来は、水分を凍結・溶解させる系統を少なくとも２系統用意しなければならず、また、交互に凍結・溶解を繰り返す複雑な間欠運転を行わなければならなかった。
【０００３】
かかる方法の問題を解決する技術として、トリチウムを凍らせずに、液体のままで採取する方法が開示されている（従来例１：特許文献４）。この方法は、除湿ユニットを設けて、放射性放出ガスからトリチウムや水蒸気などの水分を分離するものであり、放射性放出ガスに含まれるトリチウムを凍結させずに回収することができるので、一系統のシステムであっても連続して液体状のトリチウムを回収することができる。
【０００４】
しかるに、従来例１の方法では、除湿ユニットによって放射性放出ガスから水分を分離することができるものの、分離された水分は、蒸気相と液体相の２相を有する状態で存在している。このため、従来例１の方法には、蒸気相の水分を冷却凝集して液体に戻すための冷却手段が必要であるから、除湿ユニットを設けた分だけ装置が大型化するし、構成が複雑になるという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１‐３３０６９５
【特許文献３】特開平１１‐０６４５３２
【特許文献２】特開平０６‐３３１７９１
【特許文献４】特開平１１‐２４８８８２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、特別な装置を設けることなく、トリチウムを凍結させることなく回収することができ、装置を小型化することができるトリチウムサンプラ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】
【０００７】
第１発明のトリチウムサンプラは、トリチウムを含む放射性放出ガスからトリチウムを液体として回収するためのトリチウムサンプラであって、該トリチウムサンプラが、放射性放出ガスを冷却する冷却装置を備えており、該冷却装置が、前記放射性放出ガスに接触し、該放射性放出ガスを冷却する冷却部と、該冷却部において前記放射性放出ガスから吸収した熱を放出する放熱部と、該放熱部と前記冷却部との間に設けられた熱電変換素子とからなることを特徴とする。
第２発明のトリチウムサンプラは、第１発明において、前記冷却部が、裏面が、前記熱電変換素子に取り付けられる基板部材と、該基板部材の表面に立設された複数本の針状部材とからなることを特徴とする。
第３発明のトリチウムサンプラは、第１または第２発明において、前記放射性放出ガスが導入される冷却室を備えており、該冷却室内と、前記熱電変換素子との間を液密に分離する遮断材が設けられていることを特徴とする。
第４発明のトリチウムサンプラは、第１、２または第３発明において、前記熱電変換素子と前記冷却部および前記放熱部の間に、シリコングリースが塗布されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１発明によれば、熱電変換素子に電圧を加えれば、冷却部の熱を吸収して、放熱部に伝達することができるから、冷却部の温度を低下させることができる。すると、冷却部によって放射性放出ガスを冷却することができるから、放射性放出ガスに含まれているトリチウムを冷却部の表面に水滴として付着させることができ、その水滴を回収することができる。しかも、熱電変換素子と電源があれば冷却部を作動させることができるから、冷却装置の構造を簡単かつコンパクトにすることができる。よって、トリチウムサンプラ自体の構造も簡単かつコンパクトにすることができるから、トリチウムサンプラを持ち運びできる程度の大きさに構成することができる。
第２発明によれば、冷却部が複数本の針状部材を備えているので、放射性放出ガスと冷却部の接触面積を大きくすることができる。しかも、放射性放出ガスが冷却部を通過するときの抵抗が大きくなるので、冷却部における放射性放出ガスの滞留時間を長くすることができる。よって、冷却装置による放射性放出ガスの冷却効率を向上させることができ、トリチウムを含む水分の回収効率も向上させることができる。また、針状部材の先端を鉛直下方に向けておけば、針状部材に付着した水分は針状部材の先端に向って流れ、先端まで流れると水滴がそれほど大きくならなくても落下するので、水分の回収時間を短くすることができる。
第３発明によれば、熱電変換素子が、遮断材によって放射性放出ガスが供給される冷却室から液密に隔離されているので、放射性放出ガスに含まれる水分の影響で、熱電変換素子が損傷することを防ぐことができる。しかも、作業終了後、冷却室内および冷却部に水などを吹付けて表面に付着している物質を簡単に洗い流すことができるし、また、冷却室内および冷却部に水などを吹付けても熱電変換素子が損傷することがないので、メンテナンスが容易になる。
第４発明によれば、シリコングリースを配置したことによって、冷却部から熱電変換素子、および、熱電変換素子から放熱部への熱伝導性を向上させることができる。よって、冷却装置による放射性放出ガスの冷却効率を向上させることができ、トリチウムを含む水分の回収効率も向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明のトリチウムサンプラは、原子力発電施設から排出される放射性放出ガスに含まれるトリチウムを液体として回収するために使用されるものであり、放射性排出ガスを冷却する冷却装置の冷却源として、熱電変換素子を利用したことによって、冷却装置をコンパクトな構成としたことに特徴を有するものである。
【００１０】
まず、本発明のトリチウムサンプラによるトリチウム回収作業の概略を説明する。
図２は本実施形態のトリチウムサンプラ１の概略ブロック図である。同図において、符号ＥＰは原子力施設の排気手段を示している。また符号５は、例えば真空ポンプ等の公知のポンプを示している。このポンプ５を作動させると、排気手段ＥＰから、電磁弁等のサンプリング手段２を介してトリチウムサンプラ１内に放射性排出ガスが取り込まれる。
トリチウムサンプラ１内に取り込まれた放射性排出ガスは、粉塵等を除去するためのフィルタ３を通してから、トリチウムを液体として回収する回収手段４の冷却室４ａ内に供給される。
回収手段４の冷却室４ａ内に供給された放射性排出ガスは、冷却室４ａ内に設けられている冷却装置１０の冷却部１１によって冷却される。すると、冷却装置１０の冷却部１１の表面に、トリチウムや水蒸気、水溶性物質等を結露として付着させることができる。そして、付着した結露がある程度の大きさまで成長した段階で、冷却装置１０を逆転運転させれば、結露は冷却部１１の表面から離れて落下するから、落下した水滴を集水タンク７集めれば、トリチウムを液体として回収できる。
そして、トリチウムが除去されたガスは電磁弁等の排出手段６から排出される。
【００１１】
つぎに、本発明の特徴である冷却装置１０を説明する。
図１（Ａ）は本実施形態のトリチウムサンプラ１における冷却装置１０の概略説明図であり、（Ｂ）は熱電変換素子２０の概略説明図である。図３は本実施形態のトリチウムサンプラ１における冷却装置１０の冷却室４ａの概略説明図であって、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は側面図である。図１および図３において、符号１１は、前記回収手段４の冷却室４ａ内に配置される冷却部を示している。この冷却部１１は、例えばアルミ等の熱伝導性に優れた素材によって形成された部材であり、板状の基板部材11aと、この基板部材11aの表面に立設された複数本の針状部材11bとから構成されている。この針状部材11bは、その先端が、鉛直下方に向くように配設されており、かつ、その先端が、冷却室４ａ内に放射性排出ガスを導入する導入口４ｈよりも下方に位置するように配設されている。
このため、導入口４ｈより冷却室４ａ内に導入された放射性排出ガスは、冷却部１１の針状部材11bに確実に接触して冷却されるのである。
【００１２】
また、符号１２は、前記冷却部１１が放射性放出ガスから吸収した熱を外部に放出するための放熱部を示している。この放熱部１２は、例えばアルミやステンレス等の素材によって形成された板状の部材である。
【００１３】
図１（Ａ）に示すように、前記冷却部１１と前記放熱部１２との間には、熱電変換素子２０が配置されている。図１（Ｂ）に示すように、熱電変換素子２０は、いわゆるペルチェ素子であり、ｎ型半導体２１とｐ型半導体２２とが電極23aによって連結された複数の熱電変換部材ＰＢが連結電極23bによって直列に連結されて熱電変換モジュールを形成しており、この熱電変換モジュールが、電極23aに接触する放熱側絶縁体24aと連結電極23bに接触する吸熱側絶縁体24bによって挟まれた状態で固定された構造を有するものである。そして、この熱電変換素子２０は、前記冷却部１１と前記放熱部１２との間に、放熱側絶縁体24aが放熱部１２に接触し、吸熱側絶縁体24bが冷却部１１に接触するように配設されており、電極23aと連結電極23bが、図示しない直流電源に連結されている。
【００１４】
このため、直流電源によって熱電変換素子２０に電圧を加えれば、熱電変換素子２０は、吸熱側絶縁体24bを介して冷却部１１の熱を吸収して、放熱側絶縁体24aを介して放熱部１２その熱を伝達して、放熱部１２から外部に熱を放出することができる。すると、冷却部１１の温度を、例えば、通常運転時は外気の温度に対して最大では４５度以上低い温度まで下げることができるから、冷却部１１によって回収手段４の冷却室４ａ内に供給された放射性放出ガスを冷却することができ、放射性放出ガスに含まれている、トリチウムの水蒸気や水溶性物質等の水蒸気を冷却部１１の表面に水滴として付着させることができる。
しかも、熱電変換素子２０と直流電源があれば冷却部１１を冷却することができ、一般的な冷凍機等のように液体や気体の冷却媒体を必要としないから、冷却装置１０の構造を簡単かつコンパクトにすることができる。そして、冷却装置１０の構造が簡単かつコンパクトな構成となるから、トリチウムサンプラ１自体の構造も簡単かつコンパクトにすることができ、トリチウムサンプラ１を持ち運びできる程度の大きさに構成することができる。
【００１５】
さらに、冷却部１１が複数本の針状部材11bを備えているので、放射性放出ガスと冷却部１１との接触面積を大きくすることができる。しかも、放射性放出ガスは、冷却部１１の針状部材11b同士の間を通過することになるが、そのときの流動抵抗が大きくなるので、冷却部１１における放射性放出ガスの滞留時間を長くすることができる。よって、冷却装置１１による放射性放出ガスの冷却効率を向上させることができ、トリチウムを含む水分の回収効率も向上させることができる。そして、針状部材11bの先端が鉛直下方に向いているから、針状部材11bに付着した水分はその先端に向かって流れる。すると、針状部材11bの先端では、水滴と針状部材11bの接触面積が小さくなるので、水滴がそれほど大きくならなくいうちに落下するから、水分の回収時間を短くすることができる。
【００１６】
なお、各熱電変換部材ＰＢの各半導体２１，２２を、隣接する半導体同士の間に隙間ができるように構成しておけば、熱電変換素子２０全体としての耐熱衝撃性を高くすることができる。そして、柔軟性を有する素材、例えば、柔軟性プラスチック等によって形成されたセパレータ２５に各半導体２１，２２を固定するようにしておけば、熱電変換素子２０に柔軟性を付与することができ、その耐衝撃性を高めることができる。
【００１７】
さらになお、放熱部１２の外面にヒートシンク15bと放熱用のファン15aを備えた放熱手段１５を設けておけば、放熱部１２における放熱性能を高くすることができ、放熱部１２の温度を低く保つことができるから、熱電変換素子２０による冷却部１１の熱吸収効率を高くすることができ、冷却部１１の温度をより低く保つことができる。
【００１８】
また、熱電変換素子２０の吸熱側絶縁体24bと冷却部１１の間、および熱電変換素子２０の吸熱側絶縁体24bと冷却部１１の間にシリコングリース１３を配置しておけば、冷却部１１から熱電変換素子２０、および、熱電変換素子２０から放熱部１２への熱伝導性を向上させることができるから、冷却装置１０による冷却部１１の冷却効率、つまり冷却装置１０による放射性放出ガスの冷却効率を向上させることができ、放射性放出ガスに含まれるトリチウムを含む水分の回収効率も向上させることができる。
なお、熱電変換素子２０と冷却部１１および放熱部１２の間に設ける材料は、シリコングリースに限られず、熱電変換素子２０と冷却部１１および放熱部１２の間の熱伝導性を向上させることができるものであればアルミやステンレス鋼などの熱伝導性の高い素材によって形成された部材を設けてもよく、とくに限定はない。
【００１９】
また、冷却装置１０は、冷却室４の上壁４ｂに設けられた貫通孔４ｈに液密に取り付けられており、その冷却部１１のみが冷却室４ａ内に配設されている。そして、熱電変換素子２０および放熱部１２は、冷却室４ａを形成する上壁４ｂによって冷却室４ａから液密に隔離されている。冷却室４ａは、その内部が上壁４ｂおよび下壁４ｃによって液密に密封された空間となっており、放射性放出ガスが導入される導入口４ｈと結露した水分を集水タンク７に排出する排出口４ｄとだけで外部と連通している。
このため、冷却室４ａに放射性放出ガスが導入されても、放射性放出ガスに含まれる水分の影響で、熱電変換素子２０が損傷することを防ぐことができる。
しかも、冷却室４ａ内は、液密に密封された空間となっているので、作業終了後、冷却室４ａ内および冷却室４ａ内に配設されている冷却部１１に、導入口４ｈや排出口４ｄから水などを吹付ければ、冷却部１１の表面に付着している物質を簡単に洗い流すことができるし、また、冷却室４ａ内および冷却部１１に水などを吹付けても熱電変換素子２０が損傷することがないので、メンテナンスが容易になる。
上記の上壁４ｂが、特許請求の範囲にいう遮断材である。
【００２０】
なお、冷却部１１および放熱部１２の間に、熱電変換素子２０の周囲を囲むように、例えばシリコンゴムやプラスティック等の遮断部材１４を設け、遮断部材１４の端部を冷却部１１および放熱部１２に液密に取り付けてもよい。この場合、熱電変換素子２０を外部から液密に隔離できるから、熱電変換素子２０を冷却室４ａ内に配置しても、冷却部１１によって冷却された水分が、熱電変換素子２０に付着することを防ぐことができる。すると、放射性放出ガスに含まれる水分の影響で、熱電変換素子２０が損傷することを防ぐことができるし、冷却室４ａ外に配置されている部分が小さくなるので、装置をより一層コンパクトにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明のトリチウムサンプラは、トリチウムの回収だけでなく、腐食性ガス以外の全ての気体を結露させて回収する装置として使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（Ａ）は本実施形態のトリチウムサンプラ１における冷却装置１０の概略説明図であり、（Ｂ）は熱電変換素子２０の概略説明図である。
【図２】本実施形態のトリチウムサンプラ１の概略ブロック図である。
【図３】本実施形態のトリチウムサンプラ１における冷却装置１０の冷却室４ａの概略説明図であって、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１        トリチウムサンプラ
１０        冷却装置
１１        冷却部
１２        放熱部
１３        シリコングリース
１４        遮断部材
２０        熱電変換素子
【図１】
2006046927.tif 000003
【図２】
2006046927.tif 000004
【図３】
2006046927.tif 000005