(57)【要約】【課題】本発明は、触媒式再結合装置が外乱を受けた場合にも、触媒の再結合性能を維持することを目的とする。【解決手段】本発明は、可燃性気体を再結合させる触媒を充填した触媒カートリッジと、前記触媒カートリッジを内部に複数配置したチムニと、前記チムニの上方にフードを備えた原子力プラントの触媒式再結合装置であって、前記触媒の内部に空洞部を設けたことを特徴とする。【効果】本発明によれば、触媒式再結合装置が外乱を受けた場合にも、触媒の再結合性能を維持することが可能とする。【選択図】  図１（ａ）
2011174773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性気体を再結合させる触媒を充填した触媒カートリッジと、
前記触媒カートリッジを内部に複数配置したチムニと、
前記チムニの上方にフードを備えた原子力プラントの触媒式再結合装置であって、
前記触媒の内部に空洞部を設けたことを特徴とする触媒式再結合装置。
【請求項２】
可燃性気体を再結合させる触媒を充填した触媒カートリッジと、
前記触媒カートリッジを内部に複数配置し、下部に前記可燃性気体を流入させる下部開口部を設けたチムニと、
前記チムニの上方に、再結合後の気体を外部に排出する上部開口部を有したフードを備えた原子力プラントの触媒式再結合装置であって、
前記上部開口部及び前記下部開口部に網状構造物又はエアバックを設けたことを特徴とする触媒式再結合装置。
【請求項３】
可燃性気体を再結合させる触媒を充填した触媒カートリッジと、
前記触媒カートリッジを内部に複数配置し、下部に前記可燃性気体を流入させる下部開口部を設けたチムニと、
前記チムニの上方に、再結合後の気体を外部に排出する上部開口部を有したフードを備えた原子力プラントの触媒式再結合装置であって、
円弧形状の脚，おわん形状の脚，移動可能なキャスター，ばね状の脚のいずれか一つを設けることを特徴とする触媒式再結合装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載の触媒式再結合装置であって、
前記触媒の内部に空洞部を設けたことを特徴とする触媒式再結合装置。
【請求項５】
可燃性気体を再結合させる触媒を充填した触媒カートリッジと、
前記触媒カートリッジを内部に複数配置したチムニと、
前記チムニの上方にフードを備えた原子力プラントの触媒式再結合装置に使用する触媒であって、
前記触媒の内部に空洞部を設けたことを特徴とする触媒式再結合装置に使用する触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒式再結合装置及び触媒式再結合装置に使用する触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽水型原子力発電所において、原子炉圧力容器に接続する原子炉一次冷却系配管が破断する冷却材喪失事故が発生した場合、冷却材である水は放射線分解され、水素ガスと酸素ガスが発生する。また、炉心の冷却機能が一時的に損なわれて燃料被覆管の温度が上昇する場合、水蒸気と燃料被覆管のジルコニウムが反応し、水素ガスが発生する。これらの水素ガスは、原子炉一次冷却系配管の破損部などから原子炉格納容器内に放出され、原子炉格納容器内の水素ガス濃度は次第に上昇する。放出される水素ガスの濃度上昇を放置しておくと、水素ガス濃度４vol％以上かつ酸素ガス濃度５vol％以上の雰囲気では可燃状態となるため、水素ガス濃度と酸素ガス濃度を一定値以下に抑制する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、原子炉圧力容器を収納するドライウェルと圧力抑制室を含む原子炉格納容器内部に、水素ガスを酸化する触媒を用いた触媒式再結合装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２２７８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の触媒式再結合装置は、冷却材配管破断時に配管から噴出するジェット流などの外乱により触媒式再結合装置が転倒または破損する可能性を考慮していない。触媒式再結合装置が外乱を受け、装置が転倒又は破損した場合にも、水素ガス濃度と酸素ガス濃度を一定値以下に抑制するために、触媒の再結合性能を維持する必要があった。
【０００６】
そこで本発明は、触媒式再結合装置が外乱を受けた場合にも、触媒の再結合性能を維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、原子力プラントの触媒式再結合装置に使用する触媒の内部に空洞部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、触媒式再結合装置が外乱を受けた場合にも、触媒の再結合性能を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１（ａ）】触媒カートリッジの斜視図を示す。
【図１（ｂ）】触媒カートリッジに充填される触媒（実施例１）の断面図を示す。
【図２】実施例１の触媒式再結合装置の概要を示す。
【図３（ａ）】実施例２の触媒式再結合装置の斜視図を示す。
【図３（ｂ）】実施例２の触媒式再結合装置の断面図を示す。
【図４】実施例３の触媒式再結合装置の断面図を示す。
【図５】実施例４の触媒式再結合装置の斜視図を示す。
【図６】実施例４の触媒式再結合装置の斜視図を示す。
【図７】実施例４の触媒式再結合装置の斜視図を示す。
【図８】実施例４の触媒式再結合装置の斜視図を示す。
【図９】実施例４の触媒式再結合装置の斜視図を示す。
【図１０】原子力プラントの概要図を示す。
【図１１】触媒カートリッジに充填される触媒（実施例２〜４）の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の実施例は、冷却材喪失事故発生時、また、更に厳しい苛酷事故発生時に原子炉格納容器内に漏えいする可燃性ガスを処理するための触媒を有する触媒式再結合装置に関するものである。
【００１１】
以下、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１０は原子力プラントの概要図を示す。本実施例の原子力プラントである沸騰水型原子力プラントは、原子炉圧力容器２，原子炉格納容器３０，原子炉建屋９及び触媒式再結合装置１６を備えている。
【００１３】
原子炉圧力容器２は内部に炉心１を有する。原子炉格納容器３０は、鉄筋コンクリート部３１，鉄筋コンクリート部３１の内表面を覆うライナー３２及びトップヘッド６を有する。ライナー３２は、原子炉格納容器３０の気密性を確保するために用いられ、耐圧機能を有する鉄筋コンクリート部３１の内側に取り付けられている。トップヘッド６は、コンクリート部３１の上端部に設けられたフランジ１５を用い、ボルトにより鉄筋コンクリート部３１に着脱可能に取り付けられている。原子炉圧力容器２は、原子炉格納容器３０内に設けられた筒状のペデスタル３３に据え付けられている。ダイヤフラムフロア３４が原子炉格納容器３０とペデスタル３３に取り付けられている。原子炉格納容器３０の内部空間は、ペデスタル３３及びダイヤフラムフロア３４によって、圧力抑制室であるウェットウェル５及びドライウェルに分離される。ドライウェルは、ダイヤフラムフロア３４より上方に位置する上部ドライウェル３、及び原子炉圧力容器２より下方でペデスタル３３の内部に位置する下部ドライウェル４を含む。ウェットウェル（圧力抑制室）５内には、冷却水が充填されたサプレッションプール３５がある。上部ドライウェル３及び下部ドライウェル４にそれぞれ連通し、ペデスタル３３内に形成された複数のベント通路３６が、ウェットウェル（圧力抑制室）５内のサプレッションプール３５中に開口している。
【００１４】
原子炉格納容器３０は原子炉建屋９内に設置されている。原子炉建屋９内に形成される床は鉄筋コンクリート部３１につながっている。原子炉ウェル７が、原子炉建屋９内で原子炉格納容器３０の上方に形成される。原子炉ウェル天井８が、原子炉ウェル７の上方に配置され、原子炉建屋９に取り外し可能に取り付けられる。なお、図１０では、原子炉ウェル天井８よりも上方における原子炉建屋９の構造が省略されている。原子炉の運転を停止して炉心１内に装荷された燃料集合体（図示せず）を交換するときには、水がドライウェル内に張られ、原子炉ウェル天井８，トップヘッド６及び原子炉の原子炉圧力容器２の蓋がそれぞれ取り外される。燃料交換時には、原子炉ウェル７上方の運転床上を移動する燃料交換機（図示せず）により、炉心１から燃料集合体が取り出され、原子炉ウェル７を介して燃料貯蔵プールまで搬送される。新燃料集合体が、燃料プールから逆のルートをたどり炉心１内に装荷される。
【００１５】
原子炉格納容器３０の外側であり、原子炉建屋９内には様々な部屋が形成されている。配管室１４内には、弁１１を有する配管１０が設置されている。配管室１４内には、原子炉格納容器３０を貫通している配管１０が集中して配置されている。部屋３７内には空調設備（図示せず）の吸込みダクト１３が配置されている。ペデスタル３３，ウェットウェル（圧力抑制室）５及び原子炉格納容器３０を貫通するアクセストンネル３８が設けられる。アクセストンネル３８は、下部ドライウェル４と部屋３９を連絡する。気密性を確保する開閉可能な機器搬入ハッチ１２が、アクセストンネル３８の部屋３９側の端部に設けられる。機器搬入ハッチ１２は部屋３９内に存在している。
【００１６】
触媒式再結合装置１６は、原子炉格納容器３０の内部に配置される。本実施例では、触媒式再結合装置１６がダイヤフラムフロア３４の床面，ウェットウェル５の内壁面に固定されている。
【００１７】
図２は、本実施例の触媒式再結合装置１６の概要を示す。上下に開口した流路であるチムニ４１の内部空間４５は、相互に間隔を保って複数配置された触媒カートリッジ２１を備える。図１（ａ）は、触媒カートリッジの斜視図を示す。触媒カートリッジ２１は、触媒粒子を内部に充填し、側面に多数の穴を設けた箱状の形状となっている。また触媒カートリッジ２１は、その側面から内部に流入した水素と酸素を触媒の作用により結合させる機能をもっている。なお、チムニ４１上方の開口部４２には、格納容器スプレイ５３から噴出する水により触媒が直接濡れないよう、フード４０を設けている。チムニ４１，フード４０、および触媒カートリッジ２１の構造はステンレス鋼の薄板材の曲げ加工により製作され、点検や交換のために触媒カートリッジを取出せるよう点検扉を設けている。
【００１８】
そして、可燃性ガス４３である水素ガス及び酸素ガスは、下方の開口部より触媒式再結合装置１６内に流入し、複数の触媒カートリッジ２１に導かれる。この水素ガス及び酸素ガスは、触媒に含まれる触媒層によって再結合されて水になる。この結果、原子炉格納容器３０内の可燃性ガス濃度は可燃限界未満に制御され、可燃性ガスの燃焼を防ぐことができる。触媒カートリッジ２１の間を流れた気体４４は、開口部４２から上方に向って放出される。
【００１９】
図１（ｂ）は、触媒カートリッジに充填される触媒１７の断面図を示す。この触媒１７は球状物体であり、３層構造を形成する。触媒保持担体２０はアルミナで形成されている。触媒層１９は、触媒保持担体２０の外表面を覆う層であり、パラジウムで形成されている。撥水性コーティング１８は触媒層１９を水から保護するために、触媒層１９の外表面を覆う層である。そして、本実施例の触媒１７は、中心部が空洞４７となっている。
【００２０】
このように、触媒１７の中心部を空洞とすることによる作用効果を説明する。
【００２１】
原子炉圧力容器２に接続された原子炉一次冷却材系配管５０が破断する冷却材喪失事故が発生した場合、原子炉圧力容器２内の高温冷却水が蒸気となってその破断箇所５１から上部ドライウェル３内に噴出する。ここで、破断箇所５１から噴出した蒸気が触媒式再結合装置１６に直接接触した場合、触媒式再結合装置１６は転倒する可能性がある。転倒により触媒カートリッジ２１が破損すると、触媒カートリッジ２１に充填されている触媒１７が装置の開口部４２から漏れ出し、触媒１７がダイヤフロムフロア３４の床面を流れ、ベント通路３６からサプレッションプールに流入する。このとき、触媒の内部に空洞部を設け、水の比重よりも軽い触媒１７としたことにより、触媒がプール水面に浮かんだ状態となり、触媒がプール底面に沈殿することを防ぐことが可能である。
【００２２】
そして、サプレッションプールの水中には、サプレッションプール水を原子炉圧力容器に導くためのＥＣＣＳポンプ５２が設けられている。本実施例の触媒は、サプレッションプールの水中に沈殿せずに水面に浮かぶため、ＥＣＣＳポンプ５２の目詰まりを防ぐことができる。
【００２３】
また、一般的に、触媒は、触媒表面が水に覆われた状態（水没した状態）では可燃性ガスを処理できない。そのため、触媒がサプレッションプール水面に浮かぶことによって、触媒が装置外に漏れた場合も可燃性ガスを処理することができる。このように、触媒式再結合装置が外乱を受けた場合にも、触媒の再結合性能を維持することが可能である。
【実施例２】
【００２４】
図３（ａ）は本実施例の触媒式再結合装置の斜視図を示し、図３（ｂ）は断面図を示す。図２と比較して、本実施例の触媒式再結合装置１６は、水素ガスと酸素ガスが流入する下部開口部、及びフードの上部開口部に網目状の構造物２２を設けている点が異なる。構造物の網目寸法は、触媒粒の直径より小さく形成されている。触媒式再結合装置の開口部を網目状の構造物で覆うことにより、触媒式再結合装置が転倒しても、装置内部から触媒が流出することを防ぐことができる。
【００２５】
図１１は、本実施例の触媒式再結合装置に充填する触媒１７ａである。本実施例の触媒１７ａは、実施例１と比較して空洞が設けられていない。本実施例の触媒式再結合装置は、触媒が外部に流出してしまうことを防いでいるため、図１１の触媒を利用することが可能である。なお、図１（ｂ）のように空洞を設けた触媒を利用すれば、網目状の構造物２２が破損して触媒が外部に流出した場合にも、触媒の再結合性能を維持することが可能である。
【実施例３】
【００２６】
図４は本実施例の触媒式再結合装置の断面図を示す。図２と比較して、本実施例の触媒式再結合装置１６は、水素ガスと酸素ガスが流入する下部開口部、及びフードの上部開口部にエアバック２３を設けている点が異なる。エアバック２３は、触媒式再結合装置が転倒した場合に自動的に膨らみ、開口部を塞ぐ機能を有する。このように、触媒式再結合装置の開口部にエアバックを設けることにより、触媒式再結合装置が転倒しても、装置内部から触媒が流出することを防ぐことができる。
【００２７】
図１１は、本実施例の触媒式再結合装置に充填する触媒１７ａである。触媒１７ａは、実施例１と比較して空洞が設けられていない。本実施例の触媒式再結合装置であれば、触媒が外部に流出してしまうことを防いでいるため、図１１の触媒を利用することが可能である。なお、図１（ｂ）のように空洞を設けた触媒を利用すれば、エアバック２３が破損して触媒が外部に流出した場合にも、触媒の再結合性能を維持することが可能である。
【実施例４】
【００２８】
図５〜図９は本実施例の触媒式再結合装置の斜視図を示す。図２と比較して、図５の触媒式再結合装置１６は、円弧形状の脚２４を設けている点が異なる。図５の触媒式再結合装置は、外乱が加わっても円弧部に沿って装置全体が揺れるため、装置が転倒することを防ぐことができる。
【００２９】
また、図６の触媒式再結合装置１６は、おわん形状の脚２５を設けている点が異なる。図６の触媒式再結合装置は、外乱が加わっても、おわん形状に沿って装置全体が揺れるため、装置が転倒することを防ぐことができる。
【００３０】
図７の触媒式再結合装置１６は、移動可能なキャスター２６を設けている点が異なる。図７の触媒式再結合装置は、外乱が加わってもキャスター２６によって装置全体が水平移動するため、装置が転倒することを防ぐことができる。
【００３１】
図８の触媒式再結合装置１６は、ばね状の脚２７を設けている点が異なる。図８の触媒式再結合装置は、外乱が加わっても、ばねが装置の揺れを吸収するため、装置が転倒することを防ぐことができる。
【００３２】
図９の触媒式再結合装置１６は、脚の下部に耐震マット２８を設け、装置に揺れが伝わることを防止している点が異なる。
【００３３】
このように、図５〜図９の脚を設けることにより、触媒式再結合装置に外乱が生じても、触媒式再結合装置が転倒することを防ぎ、装置内部から触媒が流出することを防ぐことができる。
【００３４】
図１１は、本実施例の触媒式再結合装置に充填する触媒１７ａである。触媒１７ａは、実施例１と比較して空洞が設けられていない。本実施例の触媒式再結合装置であれば、触媒が外部に流出してしまうことを防いでいるため、図１１の触媒を利用することが可能である。なお、図１（ｂ）のように空洞を設けた触媒を利用すれば、触媒が外部に流出した場合にも触媒の再結合性能を維持することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、冷却材喪失事故発生時、また、更に厳しい苛酷事故発生時に原子炉格納容器内に漏えいする可燃性ガスを処理するための触媒を有する触媒式再結合装置に関するものである。装置が破損もしくは転倒した場合に装置内からサプレッションプール水に流出した触媒は水面に浮くため、サプレッションプールを水源とするＥＣＣＳポンプの目詰まりを防ぐことができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  炉心
２  原子炉圧力容器
３  上部ドライウェル
４  下部ドライウェル
５  ウェットウェル
６  トップヘッド
７  原子炉ウェル
８  原子炉ウェル天井
９  原子炉建屋
１０  配管
１１  弁などの動的機器
１２  機器搬入ハッチ
１３  空調設備の吸込みダクト
１４  配管室
１５  フランジ
１６  触媒式再結合装置
１７  触媒
１８  撥水性コーティング
１９  触媒層
２０  触媒保持担体
２１  触媒カートリッジ
２２  網目状の構造物
２３  エアバック
２４  円弧形状の脚
２５  おわん形状の脚
２６  キャスター
２７  ばね状の脚
２８  耐震マット
３０  原子炉格納容器
３１  鉄筋コンリクート部
３２  ライナー
３３  ペデスタル
３４  ダイヤフラムフロア
３５  サプレッションプール
３６  ベント通路
３７，３９  部屋
３８  アクセストンネル
４０  フード
４１  チムニ
４２  開口部
４３  可燃性ガス
４４  気体
４５  内部空間
４７  空洞
５０  原子炉一次冷却材系配管
５１  破断箇所
５２  ＥＣＣＳポンプ
５３  格納容器スプレイ
【図１（ａ）】
2011174773.tif 000003
【図１（ｂ）】
2011174773.tif 000004
【図２】
2011174773.tif 000005
【図３（ａ）】
2011174773.tif 000006
【図３（ｂ）】
2011174773.tif 000007
【図４】
2011174773.tif 000008
【図５】
2011174773.tif 000009
【図６】
2011174773.tif 000010
【図７】
2011174773.tif 000011
【図８】
2011174773.tif 000012
【図９】
2011174773.tif 000013
【図１０】
2011174773.tif 000014
【図１１】
2011174773.tif 000015