(57)【要約】【課題】原子力発電所における水素を金属触媒によって除去する水素酸素再結合器において、ヨウ素による金属触媒の性能劣化を防ぐ。【解決手段】水素とヨウ素を含む気体を、ヨウ素を吸着するフィルターに通してから、水素と酸素の再結合を促進する金属触媒に通す。ヨウ素を吸着するフィルターとして、ゼオライトを一方向に揃った多数の穴を有するハニカム形状としたものを用いる。気体は水素酸素再結合反応によって発生する熱による対流によって自然循環する。【選択図】  図１
2004157022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨウ素を吸着するフィルターと、
前記フィルターを通過した気体に含まれる水素と前記気体に含まれる酸素との結合を促進する触媒層とを具備する、
水素酸素再結合器。
【請求項２】
請求項１において、
前記フィルターの材質はゼオライトを含む、
水素酸素再結合器。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記フィルターは、一方向に揃った複数の穴を有するハニカム形状をしており、前記気体は前記穴を通る、
水素酸素再結合器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかにおいて、
前記フィルターの形状は、波の凹部の底線または凸部の頂線がロールの中心軸と平行になるように波型板がロール状に巻きつけられた形状である、
水素酸素再結合器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかにおいて、
前記触媒層は、前記フィルターよりも上側に設けられ、
前記気体は、前記結合において発生する熱による対流によって、前記フィルターから前記触媒層に向かって流れる、
水素酸素再結合器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかにおいて、
更に、前記気体を前記フィルターに送り込むファンを備えた、
水素酸素再結合器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電プラントの原子炉格納容器の内部における水素を除去する水素酸素再結合器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所において事故が発生した場合、水−金属反応あるいは水の放射線分解によって水素が発生する可能性がある。発生した水素は、処理されて水蒸気に戻される。
【０００３】
水素を処理するための技術として、白金やパラジウム等の金属触媒を用いて水素と酸素の再結合を促進する方法が知られている。
【０００４】
原子力発電所で事故が発生した場合、ヨウ素が発生する可能性がある。金属触媒の性能を安定的に保つためには、金属触媒が触れる気体に含まれるヨウ素は少ないことが望ましい。金属触媒に触れる気体中のヨウ素を低減する技術として、水素とヨウ素を含む気体を原子炉格納容器の外に引き出し、水槽に通してヨウ素を水に吸収させてから金属触媒で水素を水に戻す技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１７１４９７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ヨウ素による触媒の性能劣化が少なく抑えられる触媒式の水素酸素再結合器を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、ヨウ素による触媒の性能劣化が少なく抑えられ、構造が簡単な触媒式の水素酸素再結合器を提供することである。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、設置が容易な水素酸素再結合器を提供することである。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、機械的な動作部分を有しないことにより信頼性が高い水素酸素再結合器を提供することである。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、メンテナンスの手間が少ない水素酸素再結合器を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１２】
本発明における水素酸素再結合器（３５）は、ヨウ素を吸着するフィルター（３、１５）と、フィルター（３、１５）を通過した水素と酸素の結合を促進する触媒層（４、１６）とを備えている。フィルター（３、１５）の材質は、ゼオライトを含んでいる。
【００１３】
このような構成の水素酸素再結合器（３５）は、ヨウ素による触媒層（４、１６）の性能の劣化を少なく抑える。
【００１４】
更に、気体を取り込み、ヨウ素を除去し、水素を除去してから気体を排出するまでの過程が、すべて原子炉格納容器（３１）の内部に設置された水素酸素再結合器（３５）において行われる。そのため、原子炉格納容器（３１）の内部と外部を結ぶ配管を敷設する必要が無く、容易に設置される。
【００１５】
フィルター（３、１５）は、一方向に揃った複数の穴を有するハニカム形状をしており、それらの穴が気体の流路となる。穴の方向は、フィルターを挟む上流と下流において気体が流れる方向と実質的に同じである。
【００１６】
このような形状のフィルター（３、１５）は、気体と接触する接触面の表面積が広いためヨウ素を効率的に除去する。更に、穴の方向がフィルターを挟む上流と下流において気体が流れる方向と実質的に同じ一方向に揃っているフィルターは圧損が少ないため、フィルターを設置することによる気体の流量の低下が少なく抑えられ、ヨウ素を除去する効率がさらに高くなる。
【００１７】
フィルター（３、１５）は、波の凹部の底線または凸部の頂線がロールの中心軸と平行になるように波型板がロール状に巻きつけられた形状をしている。巻きつけられた波形板の凹凸が、一方向に揃った多数の不定形の穴を形成し、それらの穴が気体の流路となる。このような形状のフィルター（３、１５）は、構造が簡単である。
【００１８】
触媒層（４、１６）は、フィルター（３、１５）よりも上側に設けられる。気体は触媒層（４、１６）における反応で熱を発生し、その熱によって下側から上側に向かって対流が発生する。気体は、対流によってフィルター（３、１５）から触媒層（４、１６）に向かって流れる。
【００１９】
このような構成の水素酸素再結合器（３５）は、気体の循環に対流という物理的な法則を利用しているため、構造が簡単で、故障の発生原因となりうる部分が少なく、信頼性が高い。
【００２０】
更に、モータやポンプ等の駆動部分や配管が無く構造が簡単なため、設置が容易で、信頼性が高く、メンテナンスの手間が少ない。
【００２１】
更に本発明における水素酸素再結合器（３５）は、気体をフィルター（３、１５）に送り込むファン（１３）を備えていることがある。ファンによって気体がフィルター（３、１５）に送り込まれることで、水素酸素再結合器（３５）が一定時間内に処理する気体の流量が大きくなる。
【００２２】
このようにファン（１３）を備えた水素酸素再結合器（３５）は、ファン（１３）を備えていない場合と比較してフィルター（３、１５）における圧損が大きくても気体の循環流量を確保できる。そのため、フィルター（３、１５）の穴をより小さくし、あるいは穴の形状を変えることによって、よりヨウ素を除去する能力が高い設計にすることができる。
【００２３】
気体の循環がファン（１３）によって行われると、水素酸素再結合器（３５）を任意の向きで設置することができるため、設置できる場所に関する制限が少なくなり、設置が容易になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
［実施の第１形態］
図３を参照して、本発明における水素酸素再結合器が設置される場所について説明する。原子力発電所は、炉心を格納する原子炉容器３２を備えている。原子炉容器３２は蒸気発生器３３に接続されている。原子炉容器３２と蒸気発生器３３は、原子炉格納容器３１に格納されている。蒸気発生器３３で発生した蒸気は、主蒸気管３４を通って原子炉格納容器３１の外に導かれる。
【００２５】
原子炉容器３２の外部であり、かつ原子炉格納容器３１の内部に、水素酸素再結合器３５が設置される。水素を効率良く処理するために、水素酸素再結合器３５は原子炉格納容器３１の内部の空間に散在して複数設置されるのが好ましい。
【００２６】
図１を参照して、実施の第１形態における水素酸素再結合器は、ケース１を備えている。ケース１は、図面の下側が鉛直方向の下側となるように設置される。ケース１の鉛直方向下側の面には、吸気口２が設けられている。
【００２７】
ケース１の内部には、ゼオライトフィルター３が設置されている。ゼオライトフィルター３は、一方向に揃った多数の穴を有するハニカム形状をしている。ゼオライトフィルター３は、穴の方向が鉛直方向を向くように設置される。これらの穴が、気体の通り道となる。各々の穴の断面の形状は、どのような形状でもよい。
【００２８】
ゼオライトフィルター３は、波形板が、波の凹部の底線または凸部の頂線がロールの中心軸と平行になるようにロール状に巻きつけられた形状をしている。このような形状のゼオライトフィルター３は、ロールの中心軸と同じ方向を向いた多数の不定形の穴を有するハニカム形状をしている。このような形状のゼオライトフィルター３は、ロールの中心軸が鉛直方向と実質的に一致するように設置される。
【００２９】
ゼオライトフィルター３の上部には、水素酸素触媒層４が設置されている。水素酸素触媒層４は、パラジウムや白金に例示される金属を含む多孔質の物質である。
【００３０】
ケース１の水素酸素触媒層４よりも上の部分には、排気口５が設けられている。排気口５は、埃の付着を低減するために、あるいは原子炉格納容器スプレイ系による散布液滴の付着を低減するために、側面に設けられることが好ましい。
【００３１】
以上の構成を備えた水素酸素再結合器は、次のように動作する。
【００３２】
水素を含む気体が、吸気口２から流入する。吸気口２から流入した気体は、ゼオライトフィルター３を通過する。気体に含まれるヨウ素は、ゼオライトフィルター３に吸着される。
【００３３】
ゼオライトフィルター３を通過した気体は、水素酸素触媒層４を通過する。水素酸素触媒層４において、気体に含まれる水素と酸素が再結合して水蒸気になる。この再結合の際、熱が発生する。ケース１の内部の気体は、水素酸素触媒層４で発生した熱によって、下の方から上の方へと自然循環する。
【００３４】
水素酸素触媒層４を通過した後の気体は、水素濃度が低減している。水素濃度が低減した気体は、排気口５をとおってケース１の外に出る。
【００３５】
こうした水素酸素再結合器において、ゼオライトフィルター３は、鉛直方向に多くの細長い穴を備えた形状をしている。このような形状をしたゼオライトフィルター３は、気体と接触する面積が大きく、ヨウ素を効率良く除去する。更に、ケース１の内部では気体は下から上へ向かう方向で流れる傾向にあるのに対し、ゼオライトフィルター３の穴はその方向と平行に空いている。そのためゼオライトフィルター３は圧損が少なく、気体の自然循環が効率良く行われる。
【００３６】
水素酸素触媒層４を通る気体は、ゼオライトフィルター３によってヨウ素の濃度を低くされている。そのため、水素酸素触媒層４は性能が長期にわたって維持され、水素酸素再結合器の信頼性が高くなる。
【００３７】
このような水素酸素再結合器は、配管、駆動機構、電気系統を用いずに動作するため、構造が簡単であり、設置が容易で、信頼性が高く、メンテナンスの手間が少ない。
【００３８】
［実施の第２形態］
図２を参照して、実施の第２形態における水素酸素再結合器は、ファン１３を備えている。ファン１３は、気体を取り込むファン吸気口１２を備えている。ファン１３の排気側は、ケース１１に設けられた吸気口１４に接続されている。
【００３９】
ケース１１の内部には、ゼオライトフィルター１５が設置されている。ゼオライトフィルター１５は、ファン１３から送り出される気体の流れ方向と平行に空いている多数の穴を有するハニカム形状をしている。
【００４０】
ファン１３をゼオライトフィルター１５の上流側として、ゼオライトフィルター１５の下流側には、水素酸素触媒層１６が設置されている。水素酸素触媒層１６よりも下流側におけるケース１１の側面には、排気口１７が設けられている。
【００４１】
こうした構成を持つ水素酸素再結合器は、次のように動作する。
【００４２】
ファン１３によって流速をつけられた気体は、吸気口１４からケース１１の内部に流入する。
【００４３】
気体は、ゼオライトフィルター１５を通過する。気体に含まれるヨウ素は、ゼオライトフィルター１５を通過する過程で吸着される。
【００４４】
ゼオライトフィルター１５を通過した気体は、水素酸素触媒層１６を通過する。水素酸素触媒層１６において、気体に含まれる水素と酸素が再結合して水蒸気になる。
【００４５】
水素酸素触媒層１６を通過した後の気体は、水素濃度が低減している。水素濃度が低減した気体は、排気口１７をとおってケース１１の外に出る。
【００４６】
こうした水素酸素再結合器は、気体の流れがファン１３によって生み出されるために、任意の姿勢で設置される。そのために、設置される場所を選択する自由度が大きく、設置が容易である。
【００４７】
こうした水素酸素再結合器が、吸気口１４が鉛直方向下側になる姿勢で設置されることは、水素酸素触媒層１６で発生する熱による自然循環と、ファン１３による強制循環の向きが一致し、気体の整流性の面から好ましい。
【００４８】
こうした水素酸素再結合器において、気体の流れはファン１３によって強制的に生み出されるため、単位時間あたりに処理される気体の量が大きい。
【００４９】
更に、気体の流れがファン１３によって強制的に生み出されるため、ゼオライトフィルター１５における圧損は実施の第１形態よりも大きく設計でき、設計の自由度が増す。そのため、ゼオライトフィルター１５は、穴をより細くより多くして気体との接触面を大きくし、あるいは穴の形状を変更することで、ヨウ素を除去する能力が高くなるように設計される。
【００５０】
本実施の形態におけるファン１３が吸気口１４に取り付けられる構成に代えて、ファン１３が吸気側を水素酸素触媒層１６に向けて水素酸素触媒層１６と排気口１７の間に設置される構成を備えた水素酸素再結合器は、上述の動作と同じ動作をし、好適に用いられる。
【００５１】
本実施の形態におけるファン１３が吸気口１４に取り付けられる構成に代えて、ファン１３が排気側をケース１１の外側に向けて排気口１７に設置される構成を備えた水素酸素再結合器は、上述の動作と同じ動作をし、好適に用いられる。
【００５２】
図４は、ゼオライトフィルターのヨウ素除去性能を実験した結果を示している。グラフの横軸は実験開始から経過した時間を示している。グラフの縦軸は実験装置のヨウ素透過率、すなわち実験装置の入口におけるヨウ素濃度に対する出口におけるヨウ素濃度の比を示している。
【００５３】
白い丸は、実験装置にゼオライトフィルターが取り付けられていない場合のデータを示している。ヨウ素は、フィルターが取り付けられていない配管を素通りするのではなく配管の内壁などにある程度吸着するため、ヨウ素透過率は１ではなく０．３〜０．４程度になっている。
【００５４】
黒い丸は、実験装置にゼオライトフィルターを設置した場合のデータを示している。ヨウ素透過率は０．１を大きく下回り、ゼオライトフィルターを使用しない場合と比較して顕著なヨウ素除去効果を確認することができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、ヨウ素による触媒の性能劣化が少なく抑えられる触媒式の水素酸素再結合器が提供される。
【００５６】
更に本発明によれば、ヨウ素による触媒の性能劣化が少なく抑えられ、構造が簡単な触媒式の水素酸素再結合器が提供される。
【００５７】
更に本発明によれば、設置が容易な水素酸素再結合器が提供される。
【００５８】
更に本発明によれば、機械的な動作部分を有しないことにより信頼性が高い水素酸素再結合器が提供される。
【００５９】
更に本発明によれば、メンテナンスの手間が少ない水素酸素再結合器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態を示す部分破断斜視図である。
【図２】図２は、本発明の他の実施の形態を示す部分破断斜視図である。
【図３】図３は、水素酸素再結合器が設置される場所を示す。
【図４】図４は、ゼオライトフィルターを用いた実験の結果を示す。
【符号の説明】
１…ケース
２…吸気口
３…ゼオライトフィルター
４…水素酸素触媒層
５…排気口
１１…ケース
１２…ファン吸気口
１３…ファン
１４…吸気口
１５…ゼオライトフィルター
１６…水素酸素触媒層
１７…排気口
３１…原子炉格納容器
３２…原子炉容器
３３…蒸気発生器
３４…主蒸気管
３５…水素酸素再結合器
【図１】
2004157022.tif 000003
【図２】
2004157022.tif 000004
【図３】
2004157022.tif 000005
【図４】
2004157022.tif 000006