(57)【要約】【課題】原子炉格納容器ベント装置において、放射性エアロゾルを効率的に捕集して設備の小型化を図る。【解決手段】炉心３７を内包する原子炉圧力容器３１を包囲する原子炉格納容器３２と、この原子炉格納容器３２の外部に設置される主排気筒４０と、前記原子炉格納容器３２および前記主排気筒４０を連通させ放射性物質除去装置が接続されたフィルターベント配管１と、このフィルターベント配管１内に配置され事故時に内部を流通する放射性エアロゾルを帯電させてエアロゾル粒子を増大させる帯電付与材９，１０とを有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心を内包する原子炉圧力容器を包囲する原子炉格納容器と、この原子炉格納容器の外部に設置される主排気筒と、前記原子炉格納容器および前記主排気筒を連通させ放射性物質除去装置が接続されたフィルターベント配管と、このフィルターベント配管内に配置され事故時に内部を流通する放射性エアロゾルを帯電させてエアロゾル粒子を増大させる帯電付与材とを有することを特徴とする原子炉格納容器ベント装置。
【請求項２】
前記帯電付与材は、前記フィルターベント配管内でマイナスに帯電しやすい物質とプラスに帯電しやすい物質が対向する位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の原子炉格納容器ベント装置。
【請求項３】
前記帯電付与材は、前記フィルターベント配管内で二重管構造として配置され、この二重管構造の内管と外管の一方をマイナスに帯電しやすい物質とし、他方をプラスに帯電しやすい物質としてお互い対向する位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の原子炉格納容器ベント装置。
【請求項４】
前記帯電付与材は、前記フィルターベント配管内で網またはフィルタ構造として配置され、この網またはフィルタ構造はマイナスに帯電しやすい物質と、プラスに帯電しやすい物質とを交互に配置されることを特徴とする請求項１記載の原子炉格納容器ベント装置。
【請求項５】
前記帯電付与材は、前記フィルターベント配管内でマイナスに帯電しやすい物質とプラスに帯電しやすい物質が対向する位置に、前記フィルターベント配管の中心軸に対して斜め方向に配置されることを特徴とする請求項１記載の原子炉格納容器ベント装置。
【請求項６】
前記フィルターベント配管は分岐部が設けられ、この分岐部の一方には前記フィルターベント配管内でマイナスに帯電しやすい物質が配置され、前記分岐部の他方には前記フィルターベント配管内でプラスに帯電しやすい物質が配置され、この分岐部の下流側はお互いの配管が合流していることを特徴とする請求項１記載の原子炉格納容器ベント装置。
【請求項７】
炉心を内包する原子炉圧力容器を包囲する原子炉格納容器からフィルターベント配管を介して主排気筒から事故時に前記格納容器内雰囲気中の放射性エアロゾルを放出する原子炉格納容器ベント方法において、この放射性エアロゾルを前記フィルターベント配管内で帯電付与材によって帯電させてエアロゾル粒子を増大させ、放射性物質除去装置によって吸着させることを特徴とする原子炉格納容器ベント方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、原子炉格納容器の事故時の安全性を向上させる原子炉格納容器ベント装置および原子炉格納容器ベント方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、図６を参照して従来の原子炉格納容器および原子炉格納容器ベント装置を説明する。図６において、原子炉炉心３７は原子炉圧力容器３１内に内蔵され、この原子炉圧力容器３１は原子炉格納容器３２内に格納されている。この原子炉格納容器３２は、原子炉圧力容器３１を包囲する上部ドライウェル３３及び下部ドライウェル３４と、上部ドライウェル３３とベント管３６を介して接続し内部にサプレッションプール３５ａを備えたウェットウェル３５とから構成されている。また、原子炉圧力容器３１を包囲して生体遮蔽壁３８が設置されている。
【０００３】
原子炉圧力容器３１に接続する主蒸気管３９等の原子炉一次冷却系配管が万が一破断した場合、原子炉格納容器３２内の上部ドライウェル３３に高温・高圧の原子炉一次冷却材が放出され、上部ドライウェル３３内の圧力・温度が急激に上昇する。この上部ドライウェル３３に放出された高温・高圧の冷却材は、上部ドライウェル３３内の気体と混合して、ベント管３６を介してサプレッションプール水３５ａ中に放出されて冷却される。こうして原子炉圧力容器３１から放出される熱エネルギーの多くはこのサプレッションプール３５ａにおいて吸収される。
【０００４】
原子炉圧力容器３１内には図示しない非常用炉心冷却系によりサプレッションプール水３５ａが注入されて原子炉炉心３７が冷却されるが、この冷却水は長期的には原子炉炉心３７から崩壊熱を吸収し、破断した配管の破断口からドライウェルへ流出される。このため、このとき上部ドライウェル３３内の圧力・温度は常にウェットウェル３５よりも高い状態となる。このような長期的事象下で軽水炉型原子力発電所の原子炉内では冷却材である水が放射線分解され、水素ガスと酸素ガスが発生する。さらに、原子炉炉心３７を構成する図示しない燃料集合体の燃料被覆管の温度が上昇する場合には、水蒸気と燃料被覆管材料のジルコニウムとの間で反応（Metal-Water反応と呼ぶ。）が起こり、短時間で水素ガスが発生する。こうして発生する水素ガスが破断した配管の破断口等から原子炉格納容器３２内に放出され、原子炉格納容器３２内の水素ガス濃度は次第に上昇する。また、水素ガスは非凝縮性であるから水素ガスの増加によって、原子炉格納容器３２内の圧力も上昇する。
【０００５】
この状態に対し何等有効な対策を行うことができずに、水素ガス濃度が４vol％かつ酸素濃度が５vol%以上に上昇する、すなわち可燃性ガス濃度が可燃限界を越えたときには、気体は可燃状態となる。さらに前記したようにＭetal-Water反応等で水素ガス濃度が上昇すると過剰な反応が起きる可能性がある。
【０００６】
こうした事態への有効な対策として、従来の沸騰水型原子力発電設備等の軽水炉の場合には、圧力抑制式の原子炉格納容器内を窒素ガスで置換し酸素濃度を低く維持することにより、Metal-Water反応により短時間で大量に発生する水素ガスに対しても原子炉格納容器内が可燃性雰囲気となることを厳に防止し、固有の安全性を達成している。また、水素ガスを除去するため原子炉格納容器外に設置され再結合器及びブロアを有する図示しない可燃性ガス濃度制御装置により、原子炉格納容器内の気体を原子炉格納容器外に吸引し、昇温させて水素ガスと酸素ガスを再結合させて水に戻し、残りの気体を冷却してから原子炉格納容器へ戻すことで、可燃性ガス濃度の上昇を抑制している。
【０００７】
苛酷事故時の場合に、外部電源を必要とせず、静的に可燃性ガス濃度を制御する方法として、水素の酸化触媒を用いて再結合反応を促進させる触媒式再結合装置を原子炉格納容器内に複数配置する方法が開発されている。
【０００８】
しかし、炉心溶融を伴う事故の場合には、前記した可燃性ガスの発生と共に大量の水蒸気も発生し、原子炉格納容器圧力を上昇させる。原子炉格納容器圧力が設計圧力を超える場合には、ウェットウェル水１０５ａに通水して多少の放射性物質を除去した後、フィルターベント配管４１から図示しない放射性物質除去装置を介して主排気筒４０から格納容器内ガスを排出し、原子炉格納容器圧力を低下させる原子炉格納容器ベント装置を採用しているが、大量の放射性物質の放出を伴う排気となる可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−１８８１９６号公報
【特許文献２】特開平６−２０７９９９号公報
【特許文献３】特開平９−６１５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
苛酷事故時において、Metal-Water反応によって大量に発生する水素と、水蒸気による原子炉格納容器圧力上昇を防止するための放出は、放射性物質放出を伴うため原子炉格納容器ベント装置などによる放出放射能低減するための装置が必要となる。放出放射能で大きな割合を占めるものとして放射性エアロゾルがある。放射性エアロゾルは極微細な固体粒子であるため、専用の捕集装置を要し、欧州などで採用されている方法では、システムが非常に大きいため、原子炉建屋に納めることは困難で、別に建屋から製作する必要があった。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、苛酷事故時において原子炉格納容器を保護することを目的とした原子炉格納容器ベント装置において、放射性エアロゾルを効率的に捕集する原子炉格納容器ベント装置および原子炉格納容器ベント方法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】
【００１２】
上記実施形態に係る原子炉格納容器ベント装置は、炉心を内包する原子炉圧力容器を包囲する原子炉格納容器と、この原子炉格納容器の外部に設置される主排気筒と、前記原子炉格納容器および前記主排気筒を連通させ放射性物質除去装置が接続されたフィルターベント配管と、このフィルターベント配管内に配置され事故時に内部を流通する放射性エアロゾルを帯電させてエアロゾル粒子を増大させる帯電付与材とを有することを特徴とする。
【００１３】
また、上記実施形態に係る原子炉格納容器ベント方法は、炉心を内包する原子炉圧力容器を包囲する原子炉格納容器からフィルターベント配管を介して主排気筒から事故時に前記格納容器内雰囲気中の放射性エアロゾルを放出する原子炉格納容器ベント方法において、この放射性エアロゾルを前記フィルターベント配管内で帯電付与材によって帯電させてエアロゾル粒子を増大させ、放射性物質除去装置によって吸着させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施形態によれば、プラスとマイナスに帯電した放射性エアロゾルはお互い吸着し、エアロゾル同士の物理吸着となるミセル化が生じてその粒子径自体が大きくなるため、放射性物質除去装置の吸着性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１に係る原子炉格納容器ベント装置の要部を示す概略縦断面図。
【図２】本発明の実施例２に係る原子炉格納容器ベント装置の要部を示す概略縦断面図。
【図３】本発明の実施例３に係る原子炉格納容器ベント装置の要部を示す概略縦断面図。
【図４】本発明の実施例４に係る原子炉格納容器ベント装置の要部を示す概略縦断面図。
【図５】本発明の実施例５に係る原子炉格納容器ベント装置の要部を示す概略縦断面図。
【図６】原子炉格納容器の従来例を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係る原子炉格納容器ベント装置および原子炉格納容器ベント方法について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態において図６と同一部分には同一符号を付してその構成の説明は省略する。
【００１７】
(実施例１) 
図１は本発明の実施形態に係る原子炉格納容器３２に設置する原子炉格納容器ベント装置２０の要部を示す概略縦断面図である。
【００１８】
図６に示す原子炉格納容器ベント装置２０を構成するフィルターベント配管１には、図１に示すように例えば上半分にマイナス（−）に帯電しやすい物質を設置したマイナス帯電内壁２と、この内壁２の対向する下半分の位置にプラス（＋）に帯電しやすい物質を設置したプラス帯電内壁３が配置され、そのフィルターベント配管１内を事故時に通気ガス４が流通するように構成されている。
【００１９】
ここで、プラスに帯電しやすい物質とマイナスに帯電しやすい物質について説明する。
【００２０】
２つの物体を摩擦したときプラスに帯電しやすい物質でできたものと，マイナスに帯電しやすい物質でできたものとがある。この順番を示したものを帯電列という。たとえばこの帯電列は明細書において左の物ほどプラスに，右のものほどマイナスに帯電しやすい。
【００２１】
帯電列
（＋）ガラス←頭髪←ナイロン←羊毛←木綿←金属←ゴム←ポリプロピレン←ポリエチレン←（−）ポリ塩化ビニル
以上の構成において、事故時に原子炉格納容器ベント装置２０が起動してフィルターベントが行われる時にフィルターベント配管１中に流れる通気ガス４は蒸気を大量に含む気体であり、この気体をマイナスに帯電しやすい物質を設置した内壁２とプラスに帯電しやすい物質を設置した内壁３が配置されたフィルターベント配管１内に通すことで静電気が起こり、流路を帯電させることができる。この帯電した流路に通気ガス４に含まれる図示しないエアロゾルが接触することでエアロゾルも帯電する。
【００２２】
図１に示す様に上下または左右などに対向した位置に配置した帯電場がマイナス、プラスである場合に、エアロゾルも上または左の帯電場ではマイナスに帯電し、下または右の帯電場ではプラスに帯電する。プラスとマイナスに帯電したエアロゾルは吸着し、エアロゾル同士の物理吸着となるミセル化が生じる。ミセル化したエアロゾルはその粒子径自体が大きくなるため、壁などへの衝突、プールスクラビンング、金属メッシュワイヤーなどの放射性物質除去装置を通過させることにより捕獲され、高い吸着性能をもたらすこととなる。このため、原子炉格納容器ベント装置を小型化させることができる。
【００２３】
一例として、原子炉格納容器ベント装置２０に使用するフィルターベント配管１において、エアロゾルを含む気体の接触する部分の一方、たとえば上にポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどのマイナス帯電物質を被膜形成させ、対向する位置である他方として下にガラスなどのプラス帯電物質を被膜形成させることにより、静電気が起きやすい状態を作り、この静電気によりエアロゾルの粒子径を増大化させて図示しない放射性物質除去装置によってエアロゾルの捕集効率を向上させることができる。なお、上記実施例ではマイナスまたはプラス帯電物質を配置した内壁２，３を一定方向のみに配置した例で示したが、所定長さごとに位置を入れ替えて、または上下の位置を所定長さで左右方向に変更して配置しても良く、また所定の角度ごとにプラスまたはマイナス帯電物質を配置しても良いのはもちろんである。
【００２４】
(実施例2)
以下、図２を参照して本発明の実施例2について説明する。図２は本発明の実施形態に係る原子炉格納容器３２に設置する原子炉格納容器ベント装置の要部を示す概略縦断面図である。なお、図２において図１と同一部分には同一符号を付してその構成の説明は省略する。
【００２５】
図２においてフィルターベント配管１には、そのフィルターベント配管１の中心軸方向にマイナスに帯電しやすい物質を設置したマイナス帯電内管５、配管内面にプラスに帯電しやすい物質を設置したプラス帯電外管６を配置する二重管構造で構成されている。
【００２６】
原子炉格納容器ベント装置２０が動作する事故時にフィルターベント配管１中に流れる気体は蒸気を大量に含む気体であり、この気体をマイナスに帯電させる材料としてポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルの一部材を採用し、プラスに帯電させる材料としてガラスを代表とした材料で被覆した流路に通すことで静電気が起こり、流路を帯電させる。帯電した流路にエアロゾルが接触することでエアロゾルも帯電する。
【００２７】
図２に示す様に、二重管構造などに配置した帯電場がマイナス、プラスである場合に、エアロゾルもマイナス帯電内管５の帯電場ではマイナスに帯電し、プラス帯電外管６側の帯電場ではプラスに帯電する。二重管構造から通常は配管へ移行したプラスとマイナスに帯電したエアロゾルは吸着し、エアロゾル同士の物理吸着となるミセル化が生じる。この二重管構造と通常配管構造を複数連続して繰り返すことで更なる粒子増大が見込める。
【００２８】
ミセル化したエアロゾルはその粒子径自体が大きくなるため、壁などへの衝突、プールスクラビンング、金属メッシュワイヤーなどの放射性物質除去装置を通過させることにより捕獲され、高い吸着性能をもたらすこととなる。このため、原子炉格納容器ベント装置を小型化させることができる。
【００２９】
(実施例３)
以下、図３を参照して本発明の実施例３について説明する。図３は本発明の実施例３に係る原子炉格納容器ベント装置の要部を示す概略縦断面図である。なお、図３において図１と同一部分には同一符号を付してその構成の説明は省略する。
【００３０】
図３において、フィルターベント配管１には、フィルターベント配管１内を、マイナスに帯電しやすい物質を通気抵抗の少ない網またはフィルタ等として設置したマイナス帯電体７と、プラスに帯電しやすい物質を通気抵抗の少ない網またはフィルタ等として設置したプラス帯電体８が交互に設置されている。
【００３１】
原子炉格納容器ベント装置２０が動作する事故時にフィルターベント配管１中に流れる気体は蒸気を大量に含む気体であり、この気体をマイナスに帯電させる材料としてポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルの一部材を採用し、プラスに帯電させる材料としてガラスを代表とした材料で流路を通すことで静電気が起こり、流路を帯電させる。帯電した流路にエアロゾルが接触することでエアロゾルも帯電する。このマイナス帯電体７およびプラス帯電体８はマイナスまたはプラスに帯電させる材料から構成されるか金属材料にコーティングして形成しても良い。
【００３２】
図３に示す様に、マイナス、プラスの交互の帯電場で、エアロゾルもマイナス帯電場でマイナス帯電し、プラス帯電場でプラス帯電する。マイナスとプラスに帯電したエアロゾルは吸着し、エアロゾル同士の物理吸着となるミセル化が生じる。この二重管構造と通常配管構造を繰り返すことで更なる粒子増大が見込める。
【００３３】
ミセル化したエアロゾルはその粒子径自体が大きくなるため、壁などへの衝突、プールスクラビンング、金属メッシュワイヤーなどの放射性物質除去装置を通過させることにより捕獲され、高い吸着性能をもたらすこととなる。このため、原子炉格納容器ベント装置を小型化させることができる。
【００３４】
(実施例４)
以下、図４を参照して本発明の実施例４について説明する。図４は本発明の実施例４に係る原子炉格納容器ベント装置の要部を示す概略縦断面図である。なお、図４において図１と同一部分には同一符号を付してその構成の説明は省略する。
【００３５】
図４において、フィルターベント配管１には、フィルターベント配管１内を、マイナスに帯電しやすい物質を通気抵抗の少ないフィルターベント配管１の中心軸に対して斜め方向にまたは円錐状に設置したマイナス帯電体９と、プラスに帯電しやすい物質を通気抵抗の少ないフィルターベント配管１の中心軸に対して斜め方向にまたは円錐状に設置したプラス帯電体１０を交互に設置した構造で構成されている。
【００３６】
原子炉格納容器ベント装置２０が動作する事故時にフィルターベント配管１中に流れる気体は蒸気を大量に含む気体であり、この気体をマイナスに帯電させる材料としてポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルの一部材を採用し、プラスに帯電させる材料としてガラスを代表とした材料で被覆したい流路に通すことで静電気が起こり、流路を帯電させる。帯電した流路にエアロゾルが接触することでエアロゾルも帯電する。
【００３７】
図４に示す様に、帯電した流路にエアロゾルが接触することでエアロゾルも帯電する。図４に示す様にプラス、マイナス交互に帯電場が設置されている場合に、エアロゾルもマイナス帯電場でマイナスに帯電し、プラス帯電場でプラスに帯電する。プラスとマイナスに帯電したエアロゾルは吸着し、エアロゾル同士の物理吸着となるミセル化が生じる。この帯電場を斜めにしかつ、交互にプラスとマイナスの帯電場の設置を繰り返すことで更なる粒子増大が見込める。
【００３８】
ミセル化したエアロゾルはその粒子径自体が大きくなるため、壁などへの衝突、プールスクラビンング、金属メッシュワイヤーなどの放射性物質除去装置を通過させることにより高い吸着性能をもたらすこととなる。このため、原子炉格納容器ベント装置の小型化を図ることができる。
【００３９】
(実施例５）
以下、図５を参照して本発明の実施例５について説明する。図５は本発明の実施例５に係る原子炉格納容器ベント装置の要部を示す概略縦断面図である。なお、図５において図１と同一部分には同一符号を付してその構成の説明は省略する。
【００４０】
図５においてフィルターベント配管１を一部分岐させ、分岐させた一方のフィルターベント配管１の内側に、マイナスに帯電しやすいマイナス帯電体１１を設置し、分岐させた他方のフィルターベント配管１の内側に、プラスに帯電しやすいプラス帯電体１２を設置した構造で構成されている。そして当該分岐させたフィルターベント配管１は下流側で合流させている。
【００４１】
原子炉格納容器ベント装置２０が動作する事故時にフィルターベント配管１中に流れる気体は蒸気を大量に含む気体であり、この気体をマイナスに帯電させる材料としてポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルの一部材を採用し、プラスに帯電させる材料としてガラスを代表とした材料で被覆したい流路に通すことで静電気が起こり、流路を帯電させる。帯電した流路にエアロゾルが接触することでエアロゾルも帯電する。
【００４２】
図５に示す様に分岐させたフィルターベント配管の各々にマイナスおよびプラスに帯電場が設置されている場合に、エアロゾルもマイナス帯電場でマイナスに帯電し、プラス帯電場でプラスに帯電する。プラスとマイナスに帯電したエアロゾルは合流した後に吸着し、エアロゾル同士の物理吸着となるミセル化が生じる。
【００４３】
ミセル化したエアロゾルはその粒子径自体が大きくなるため、壁などへの衝突、プールスクラビンング、金属メッシュワイヤーなどの放射性物質除去装置を通過させることにより高い吸着性能をもたらすこととなる。このため、原子炉格納容器ベント装置の小型化を図ることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１…フィルターベント配管、２…マイナス帯電内壁、３…プラス帯電内壁、４…通気ガス、５…マイナス帯電内管、６…プラス帯電外管、７…マイナス帯電体、８…プラス帯電体、９…マイナス帯電体、１０…プラス帯電体、１１…マイナス帯電体、１２…プラス帯電体、２０…原子炉格納容器ベント装置、３１…原子炉圧力容器、３２…原子炉格納容器、３３…上部ドライウェル、３４…下部ドライウェル、３５…ウェットウェル、３５ａ…サプレッションプール、３６…ベント管、３７…原子炉炉心、３８…生体遮蔽壁、３９…主蒸気管、４０…主排気筒、４１…フィルターベント配管。
【図１】
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【図２】
2015203651.tif 000004
【図３】
2015203651.tif 000005
【図４】
2015203651.tif 000006
【図５】
2015203651.tif 000007
【図６】
2015203651.tif 000008