(57)【要約】【課題】全電源喪失時であっても原子力発電施設の水素爆発を防止することができる無電力型水素捕集装置を提供する。【解決手段】無電力型水素捕集装置７は、原子炉格納容器内の水素を捕集する装置であり、水素選択透過性隔膜１と水素を捕集する水素吸蔵材料２とを有し、水素吸蔵材料２は水素選択透過性隔膜１内に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電施設の原子炉格納容器内に設けられて前記原子炉格納容器内の水素を捕集する無電力型水素捕集装置であって、
水素選択透過性隔膜と水素を捕集する水素吸蔵材料とを有し、前記水素吸蔵材料は前記水素選択透過性隔膜内に設けられていることを特徴とする無電力型水素捕集装置。
【請求項２】
前記水素選択透過性隔膜は、シリカを含むシリコーン樹脂系または芳香族炭化水素樹脂系の高分子多孔膜であることを特徴とする請求項１に記載の無電力型水素捕集装置。
【請求項３】
前記水素吸蔵材料が、マグネシウム系金属材料であることを特徴とする請求項１または２に記載の無電力型水素捕集装置。
【請求項４】
前記マグネシウム系金属材料が、水素化マグネシウムとＮｂ２Ｏ５との混合物を、最大加速度が３Ｇ（Ｇは重力加速度）以上、かつ、最大加速度と処理時間との積を処理試料の重量と重力加速度との積で除した値が１１０（時間／ｇ）以上のメカニカルミリング処理によりナノ構造化・組織化してなる材料であることを特徴とする請求項３に記載の無電力型水素捕集装置。
【請求項５】
さらに水素検知器を有し、前記水素検知器は前記水素選択透過性隔膜内に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の無電力型水素捕集装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無電力型水素捕集装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電施設において原子炉炉心に設置された燃料の冷却が不可能となるような事故が発生した場合、原子炉で燃料被覆管を構成するジルコニウム合金と水蒸気とが反応して水素が発生する。原子炉格納器内の雰囲気が可燃組成（水素ガス濃度４％、酸素ガス濃度５％）に達した場合には水素爆発が引き起こされる懸念がある。そこでこれまで水素爆発を防止する技術として、希釈による水素濃度低減、排気・放出による水素濃度低減、触媒による水素低減、吸蔵による水素低減による水素爆発防止技術が提案されている。
【０００３】
希釈による水素濃度低減技術としては、可搬式の窒素ガス発生装置で原子炉格納容器内に窒素ガスを供給し、原子炉格納容器内を不活性化して、原子炉格納容器内の雰囲気が水素爆発を引き起こすような可燃組成に達することを回避することが知られている（特許文献１）。しかしながら、特許文献１の方法は、窒素ガス発生装置で窒素ガスを供給するため、全電源喪失した場合には窒素ガス発生装置が作動せず原子炉格納容器内を不活性化することができない。
【０００４】
排気・放出による水素濃度低減技術としては、建屋内の水素を検知した際に該建屋内に不活性気体を噴出させることにより該建屋内に水素/空気/不活性気体の混合気体を充満せしめ、該混合気体における水素濃度を爆発限界以下の安全濃度に保持するように制御しつつ該混合気体を大気中に放出することが知られている（特許文献２）。特許文献２記載の技術によれば、建屋内への不活性気体の噴出は不活性気体噴出装置によって行われ、混合気体の大気中への放出は排気管の遮蔽板の開放によって行われる。ここで、不活性気体噴出装置は制御盤からの操作信号によって作動し、排気管の遮蔽板の開放は不活性気体噴出装置の作動に連動して、あるいは他の監視装置からの操作によって作動するなど、電源が確保された状態での作動が前提とされている。このため、全電源喪失という事態が発生した場合には不活性気体噴出装置及び排気管の遮蔽板が正常に作動しないことがあり得る。
【０００５】
触媒による水素低減技術としては、酸化触媒により水素を水に変換して水素を低減する方法（特許文献３）や、アンモニア触媒により水素をアンモニアに変換して水素を低減する方法（特許文献４）が知られている。
【０００６】
特許文献３の酸化触媒により水素を水に変換して水素を低減する方法は、水素と酸素を再結合させる加熱式再結合器を用いるが、約７００℃まで加熱して温度を制御する必要がある。しかし、全電源喪失した場合、加熱ができない。特許文献３には、動力や電力を使用せず水素を低減できると記載されている。しかし、水素を低減するための所定濃度の酸素が必要であり、水素が大量に発生した場合、酸素が少ないと水素の低減は不十分であるため、酸素の注入などの対策が必要となる。全電源喪失した場合、十分な水素濃度の低減効果は期待できない。また、７００℃まで温度が上がるため、比較的小さい部屋や電気設備のある部屋で使用した場合に、それらの破損が起こってしまうといった問題点がある。さらに、パラジウム等の高価な金属を用いる必要がある。
【０００７】
特許文献４のアンモニア触媒により水素をアンモニアに変換して水素を低減する方法の場合も、水素を低減するための所定濃度の窒素が必要である。水素が大量に発生した場合、窒素が少ないと水素の低減は不十分であるため、窒素の注入などの対策が必要となる。全電源喪失した場合、十分な水素濃度の低減効果は期待できない。また、発生したアンモニアの処理も問題となる。
水素吸蔵合金を用いて水素を低減する方法として、特許文献５−１１がある。
【０００８】
特許文献５〜８は、水素ガスが発生したとき、水素検知器やコントローラーなどの制御により、バルブの開閉やブロワで送風して水素ガスと水素吸蔵合金を接触させて、水素ガス濃度を低減する方法が提示されている。水素吸蔵合金が発熱するため、冷却する方法も提示されている。しかし、全電源喪失した場合、制御や装置を稼動することできなくなり、水素ガスを低減することができなくなる。
【０００９】
特許文献９〜１１は、電源がなくても、水素を低減することができる方法が提示されている。特許文献９は水素吸蔵合金を薄板状にして吊り下げる方法、特許文献１０は水素吸蔵合金の粉末を多孔質金属に充填して設置する方法、特許文献１１は金属ボックス内に水素吸蔵合金を格納して設置する方法が提示されている。これらの方法では、設置されているときに、水素吸蔵合金が酸化により劣化するため、水素吸蔵能力が低下するという問題がある。
【００１０】
このように、全電源喪失を想定した水素爆発を防止するための対策が依然として確立されていないのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１２−２３３７２８号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２５８２３号公報
【特許文献３】特許第３１５１３０９号公報
【特許文献４】特許第４０７３０６５号公報
【特許文献５】特開昭５９−１１６５８１号公報
【特許文献６】実開昭６２−１１７５９９号公報
【特許文献７】特開平１０−２８８６９４号公報
【特許文献８】特開２０１０−１９０８６８号公報
【特許文献９】特開平４−３４３９５号公報
【特許文献１０】特開平４−１０４０９６号公報
【特許文献１１】特開平１１−１４７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、全電源喪失時であっても原子力発電施設の水素爆発を防止することができる無電力型水素捕集装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、鋭意検討した結果、水素選択透過性隔膜と水素吸蔵材料とを有する無電力型水素捕集装置により、原子力発電施設の原子炉建屋内における原子炉格納容器内の水素を捕集することにより、前記原子炉格納容器から前記原子炉建屋への水素漏洩を防いで前記原子炉建屋内の水素滞留による水素爆発を防止できることを見出した。
【００１４】
本発明の無電力型水素捕集装置は、原子力発電施設の原子炉格納容器内に設けられて前記原子炉格納容器内の水素を捕集する無電力型水素捕集装置であって、水素選択透過性隔膜と水素を捕集する水素吸蔵材料とを有し、前記水素吸蔵材料は前記水素選択透過性隔膜内に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
この無電力型水素捕集装置においては、前記水素選択透過性隔膜がシリカを含むシリコーン樹脂系または芳香族炭化水素樹脂系の高分子多孔膜であることが好ましい。
【００１６】
この無電力型水素捕集装置においては、前記水素吸蔵材料が、マグネシウム系金属材料であることが好ましい。
【００１７】
この無電力型水素捕集装置においては、前記マグネシウム系金属材料が、水素化マグネシウムとＮｂ２Ｏ５との混合物を、最大加速度が３Ｇ（Ｇは重力加速度）以上、かつ、最大加速度と処理時間との積を処理試料の重量と重力加速度との積で除した値が１１０（時間／ｇ）以上のメカニカルミリング処理によりナノ構造化・組織化してなる材料であることが好ましい。
【００１８】
また、この無電力型水素捕集装置においては、さらに水素検知器を有し、前記水素検知器は前記水素選択透過性隔膜内に設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、全電源喪失時であっても原子力発電施設の水素爆発を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態である無電力型水素捕集装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態である無電力型水素捕集装置を備えた原子力発電施設の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の構成を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態である無電力型水素捕集装置の概略構成図である。
【００２２】
無電力型水素捕集装置７は、水素選択透過性隔膜１と水素吸蔵材料２とを有して構成され、水素選択透過性隔膜１で囲われた容器内に水素吸蔵材料２を設置するものである。これによって、水素吸蔵材料２の酸化による活性化度低下の抑制が可能となり、水素吸蔵材料２の活性化度を効果的に保持することができる。
【００２３】
水素選択透過性隔膜１は、無電力型水素捕集装置７内に水素を透過させるものであればよい。水素選択透過性隔膜１としては、水素選択透過性を有し、かつ水素吸蔵材料２の効果を阻害しないものを選定するのが望ましく、シリカを含むシリコーン樹脂系や芳香族炭化水素樹脂系の高分子膜などがあり、その形態としては多孔質膜であることが望ましい。特にカプトン（登録商標）などのポリイミド多孔膜のような水素選択透過性の高いものが好ましい。
【００２４】
水素吸蔵材料２は公知のものを使用することができる。例えば、希土類系、チタン系、バナジウム系、マグネシウム系等の金属材料、金属アラネード（例えば、ＮａＡｌＨ４やＬｉＡｌＨ４）等の軽量無機化合物、カーボン等が挙げられる。
【００２５】
金属マグネシウム（金属Ｍｇ）は資源埋蔵量が豊富で安価であり、軽量で水素貯蔵容量が大きいので、水素吸蔵材料２としてマグネシウム系金属材料を用いることが好ましい。
【００２６】
特に、水素化マグネシウムとＮｂ２Ｏ５との混合物を、最大加速度が３Ｇ（Ｇは重力加速度）以上、かつ、最大加速度と処理時間との積を処理試料の重量と重力加速度との積で除した値が１１０（時間／ｇ）以上のメカニカルミリング処理によりナノ構造化・組織化してなるマグネシウム系金属材料は、室温での水素吸蔵速度が速いため、本実施形態における水素吸蔵材料２として好適である。このマグネシウム系金属材料の具体的な製造方法は特許第４９８６１０１号の特許公報に記載されているので説明を省略する。
【００２７】
水素吸蔵により水素吸蔵材料２の吸蔵能力や活性化度が低下したときには、該水素吸蔵材料２を熱処理や脱気などの処理によって除去することで再活性化することができる。例えば、マグネシウム系金属材料であれば、３００℃程度の温度で真空排気を行うことで再活性化することができる。
【００２８】
また、無電力型水素捕集装置７は、水素吸蔵材料２とともに水素検知器３を水素選択透過性隔膜１内に設けてもよい。この水素検知器３により、水素吸蔵量を確認し、水素吸蔵材料２の交換時期を設定、点検時の交換の判断などをすることができるため、維持管理に効果がある。水素吸蔵材料２の交換の際に、必要に応じて上記した再活性化の処理を施すこともできる。水素検知器３は、市販されているものを用いることができる。
【００２９】
図２に示すように、原子炉格納容器５内に本発明の一実施形態である無電力型水素捕集装置７を設置することにより、原子力発電施設の原子炉建屋４内における原子炉格納容器５内の水素を捕集できるため、原子炉格納容器５から原子炉建屋４への水素漏洩を防いで原子炉建屋４内の水素滞留による水素爆発を防止することができる。
【００３０】
原子炉建屋４内には、原子炉格納容器５が設けられ、原子炉格納容器５の内部には、原子炉圧力容器６や図示しない蒸気発生器等が設けられている。
【００３１】
原子炉格納容器５内には、原子炉圧力容器６の外部に、無電力型水素捕集装置７が設けられている。
【００３２】
無電力型水素捕集装置７内の水素吸蔵材料は受動的に水素を捕集するため、動的な機器によらず、原子炉格納容器５内の水素を捕集することができる。無電力型水素捕集装置７内の水素吸蔵材料による原子炉格納容器５内の水素捕集によって原子炉格納容器５から原子炉建屋４への水素漏洩が抑制されるので、原子炉建屋４内に水素が滞留するという事態を防ぐことができる。したがって、全電源喪失時であっても原子炉建屋４内の水素滞留による水素爆発を防止することができる。
【００３３】
無電力型水素捕集装置７は原子炉格納容器５内に設置されるが、その無電力型水素捕集装置７の水素吸蔵材料の重量、装置の数、形状などは特に限定されない。水素吸蔵材料の重量、装置の数や想定水素最大発生量などを考慮して適宜設定すればよい。無電力型水素捕集装置７は、原子炉格納容器５内に据え置きにする場合、吊るす場合、壁に貼り付ける場合などが考えられ、それぞれに合わせた形状とすることができ、無電力型水素捕集装置７の配置位置も特に限定されない。原子炉格納容器５内の水素混合ガスの浮力乱流、水素の吸蔵初期における吸着律速による反応熱等による誘起対流などを考慮して水素の捕集効率が良好となるような位置に水素捕集装置７を配置すればよい。
【００３４】
以上説明したように、本発明の無電力型水素捕集装置は、原子炉格納容器５内に設けられ、受動的に水素を捕集するので、全電源喪失時であっても原子炉格納容器５から原子炉建屋３への水素漏洩を防いで原子炉建屋４内の水素滞留による水素爆発を防止することができる。
【００３５】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において各種の変形例が採用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  水素選択透過性隔膜
２  水素吸蔵材料
３  水素検知器
４  原子炉建屋
５  原子炉格納容器
６  原子炉圧力容器
７  水素捕集装置
【図１】
2015031570.tif 000003
【図２】
2015031570.tif 000004