(57)【要約】【課題】デードスペースになり易い場所の銀吸着材をも有効に使用するか、またはデッドスペースとなり易い部分の吸着材を省略することにより、銀吸着材の有効利用を図り、コストを低減し、かつ装置寿命を延命することができるヨウ素除去装置を提供すること。【解決手段】使用済み核燃料再処理施設からの廃ガス１をカートリッジ３１に充填した吸着材と接触させ、吸着材で廃ガス３１に含まれるヨウ素成分を吸着、分離するヨウ素除去装置において、カートリッジ３１内で発生する圧力損失差を緩和するようにカートリッジ３１の吸着材充填場所に応じて異なる粒径の吸着材２４、２５を充填したこと。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済み核燃料再処理施設からの廃ガスをカートリッジに充填した吸着材と接触させ、該吸着材で前記廃ガスに含まれるヨウ素成分を吸着、分離するヨウ素除去装置において、前記カートリッジ内で発生する圧力損失差を緩和するように、前記カートリッジの吸着材充填場所に応じて異なる粒径の吸着材を充填したことを特徴とするヨウ素除去装置。
【請求項２】
容器本体と、該容器本体内に設けられた円筒状のカートリッジと、該カートリッジに充填された吸着材と、前記カートリッジの一端から流入して他端に流出するガス流路とを有する、使用済み核燃料再処理施設からの廃ガスに含まれるヨウ素成分を吸着、分離するヨウ素除去装置において、前記円筒状カートリッジの外周部の吸着材の粒径を中心部の吸着材の粒径よりも大きくしたことを特徴とするヨウ素除去装置。
【請求項３】
前記円筒状カートリッジの外周部の吸着材の粒径を中心部の吸着材の粒径よりも大きくすることに代えて、前記円筒状カートリッジの内壁に、ガス流れ方向に沿って順次縮径する偏流防止管を設け、前記カートリッジに充填する吸着材量を減少させたことを特徴とする請求項２に記載のヨウ素除去装置。
【請求項４】
被処理ガスの入口管および出口管を有する容器本体と、該容器本体内に設けられた中空円筒状のカートリッジと、該カートリッジに充填された吸着材と、前記入口管から流入し、カートリッジの一端から該カートリッジの中空部に流入し、円筒部を放射状に流通して外周面から流出し、前記出口管を経て容器本体から流出するガス流路とを有する、使用済み核燃料再処理施設からの廃ガスに含まれるヨウ素成分を吸着、分離するヨウ素除去装置において、前記中空円筒状のカートリッジを、該カートリッジの中空円筒状の中心軸に沿った面で２分割し、前記ガス出口管と離隔する部分に充填した吸着材の粒径を、前記出口管に近接する部分に充填した吸着材の粒径よりも大きくしたことを特徴とするヨウ素除去装置。
【請求項５】
前記中空円筒状のカートリッジを２分割し、前記ガス出口管と離隔する部分に充填した吸着材の粒径を、ガス出口管に近接する部分に充填した吸着材の粒径よりも大きくすることに代えて、前記カートリッジの外周面とは所定の空間を隔てて該カートリッジと同心かつ円筒状の偏流防止管を設け、該偏流防止管と前記カートリッジの外周面との間に、前記カートリッジの外周面に沿って該カートリッジの他端に向かうガス流路を形成したことを特徴とする請求項４に記載のヨウ素除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヨウ素除去装置に係り、特に、使用済み核燃料再処理施設の廃ガスに含まれるヨウ素成分を吸着、分離するヨウ素除去装置であって、吸着材の利用効率を高めることができるヨウ素除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
使用済み核燃料再処理施設から発生する廃ガスの処理設備としては、例えば図１１に示したようなものが挙げられる。図１１において、この処理設備は、使用済み核燃料再処理施設から発生する廃ガスの煙道に順次設けられた溶解装置１０１、凝縮装置１０２、洗浄装置１０３、ミスト除去装置１０４、加熱装置１０５、粒子除去装置１０６、ヨウ素除去装置１０７、冷却装置１０８および排気装置１０９とから主として構成されており、廃ガス中の放射性ヨウ素は、ヨウ素除去装置１０７に充填された、例えば銀吸着材より、下記（１）式または（２）式に示す化学吸着反応によってＡｇＩまたはＡｇＩＯ３の形で吸着、分離される。
【０００３】
４ＡｇＮＯ３＋２Ｉ２→
３ＡｇＩ＋ＡｇＩＯ３＋４ＮＯ３＋１／２Ｏ２・・・（１）
ＡｇＮＯ３＋ＲＩ→（ＮＯ３・ＲＩ・Ａｇ）→ＲＮＯ３＋ＡｇＩ　　　　・・・（２）
ここで、Ｉ２：ヨウ素単体、ＲＩ：有機ヨウ素化合物
上記ヨウ素の吸着反応は化学吸着であるために、廃ガス処理が進行し、ヨウ素の吸着量が増大してもヨウ素除去装置の圧力損失（以下、圧損ともいう）はほとんど変化しない。従って、放射性ヨウ素を含む廃ガスはヨウ素除去装置内を常に同じ流路を流れることになる。
【０００４】
ところで、使用済み核燃料再処理施設（以下、単に再処理施設という）のせん断処理設備、溶解設備等から発生するせん断・溶解廃ガスのように、排ガス量としては比較的少ないが高濃度のヨウ素１２９を含む廃ガスの処理設備として、例えば図７および図８に示したものがある。すなわち、図７は、せん断・溶解廃ガス処理設備のフローを示す説明図であり、図８は、図７のヨウ素分離装置を示す断面図である。図７において、この処理設備は、廃ガス１の煙道に順次設けられた凝縮装置２、洗浄装置３、ミスト除去装置４、加熱装置５、粒子除去装置６、ヨウ素除去装置８、８、粒子除去装置６、冷却装置９、ミスト除去装置４、排気装置１０および排気筒１１とから主とし構成されている。１２は、ヨウ素追い出し装置である。
【０００５】
図８において、このヨウ素除去装置は、カートリッジ内の廃ガスの滞留時間を確保する必要があることから、円筒状のカートリッジを採用したものであり、入口管台２１および出口管台２２を有する容器本体２３と、該容器本体２３内に設けられた円筒状のカートリッジ３１と、該カートリッジ３１に充填された銀吸着材２４と、前記カートリッジ３１を支持するスペーサ２６およびカートリッジ押え２７とから主として構成されている。２８は上蓋、２９は、上蓋取付けボルト、３０は、フランジである。
【０００６】
このような処理設備において、廃ガス１は、加熱装置５で銀吸着材の最適処理温度まで昇温されたのち、２段シリーズで設置されたヨウ素除去装置８に、その入口管台２１から流入し、カートリッジ３１の上部から下部に向かって流通し、銀吸着材２４と接触して放射性ヨウ素が化学的に吸着、分離されたのち、出口管台２２を経て流出する。このとき、例えばカートリッジ３１出口ガス中のヨウ素濃度が測定され、ヨウ素濃度が所定値よりも高くなってヨウ素吸着量が飽和に達した場合には、前記カートリッジ３１内の銀吸着材２４が新しい吸着材と交換される。
【０００７】
一方、再処理施設の塔槽類内の廃液移送や攪拌運転に伴って発生する塔槽類廃ガスのように、ヨウ素濃度が比較的低いが、廃ガス量が比較的多い廃ガスを処理する処理設備として、例えば図９および図１０に示したものが挙げられる。すなわち、図９は、塔槽類廃ガスの処理設備のフローを示す説明図であり、図１０は、図９のヨウ素除去装置を示す断面図である。図９において、この処理施設は、廃ガスを洗浄する洗浄装置３と、該洗浄装置３の後流の排ガス煙道に順次設けられた凝縮装置２、ミスト除去装置４、加熱装置５、粒子除去装置６、加熱装置５、ヨウ素除去装置８、冷却装置９、粒子除去装置６、排気装置１０および排気筒１１とから主として構成されている。
【０００８】
図１０において、このヨウ素除去装置は、ろ過面積を確保する必要があることから、円環状（中空円筒状）のカートリッジを採用したものであり、図８のヨウ素除去装置と異なるところは、カートリッジ３１を中空円筒状とした点である。
【０００９】
このような処理設備において、廃ガス１は、加熱装置５で銀吸着材の最適処理温度まで昇温されたのち、ヨウ素除去装置８の入口管台２１から容器本体２３内に流入したのち、カートリッジ３１の上部中空部からカートリッジ３１内に流入し、該カートッジ３１の外周部に向かって放射状に流れ、放射性ヨウ素成分が銀吸着材２４に化学吸着して分離されたのち、該カートリッジ３１の外周面および出口管台２２を経て容器本体２３から流出する。このとき、カートリッジ３１の出口ガス中のヨウ素濃度が測定され、出口ガス中のヨウ素濃度が所定値よりも高くなった場合、すなわちヨウ素の吸着量が飽和に達した場合には、銀吸着材２４が新品と交換される。
【００１０】
銀吸着材は、例えば直径１〜２ｍｍφ程度のシリカゲル、アルミナ等の担体に硝酸銀または銀を貼着させたものであり、ヨウ素除去装置１基当たり、例えば数百ｋｇの銀吸着材が使用される。従って、運転コストを低減するために、できる限りヨウ素吸着量が飽和に達するまで銀吸着材を有効使用する必要がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８のヨウ素除去装置においては、カートリッジ３１内の外周部分に廃ガスが流れにくく、外周部がデッドスペースとなり易いという問題があった。また、図１０のヨウ素除去装置においては、カートリッジ３１の外周面から流出した廃ガスは出口管台２２を経て装置外へ流出することから、カートリッジ３１の前記出口管台２２とは離隔した反対側部分には廃ガスが流れにくく、デッドスペースとなり易いという問題があった。
【００１２】
すなわち、上記従来技術には、カートリッジ内における廃ガスの偏流が生じ易く、該廃ガスの偏流に伴って生じるデッドスペースにおける吸着材は、ヨウ素吸着に使用されることなく、未反応のまま新品と交換される場合が多いので、銀吸着材が有効に利用されていないという問題があった。
【００１３】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、デードスペースになり易い場所の銀吸着材をも有効に使用するか、またはデッドスペースとなり易い部分の吸着材を省略することにより、銀吸着材の有効利用を図り、コストを低減し、かつ装置寿命を延命することができるヨウ素除去装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願で特許請求する発明は以下のとおりである。
（１）使用済み核燃料再処理施設からの廃ガスをカートリッジに充填した吸着材と接触させ、該吸着材で前記廃ガスに含まれるヨウ素成分を吸着、分離するヨウ素除去装置において、前記カートリッジ内で発生する圧力損失差を緩和するように、前記カートリッジの吸着材充填場所に応じて異なる粒径の吸着材を充填したことを特徴とするヨウ素除去装置。
【００１５】
（２）容器本体と、該容器本体内に設けられた円筒状のカートリッジと、該カートリッジに充填された吸着材と、前記カートリッジの一端から流入して他端に流出するガス流路とを有する、使用済み核燃料再処理施設からの廃ガスに含まれるヨウ素成分を吸着、分離するヨウ素除去装置において、前記円筒状カートリッジの外周部の吸着材の粒径を中心部の吸着材の粒径よりも大きくしたことを特徴とするヨウ素除去装置。
（３）前記円筒状カートリッジの外周部の吸着材の粒径を中心部の吸着材の粒径よりも大きくすることに代えて、前記円筒状カートリッジの内壁に、ガス流れ方向に沿って順次縮径する偏流防止管を設け、前記カートリッジに充填する吸着材量を減少させたことを特徴とする上記（２）に記載のヨウ素除去装置。
【００１６】
（４）被処理ガスの入口管および出口管を有する容器本体と、該容器本体内に設けられた中空円筒状のカートリッジと、該カートリッジに充填された吸着材と、前記入口管から流入し、カートリッジの一端から該カートリッジの中空部に流入し、円筒部を放射状に流通して外周面から流出し、前記出口管を経て容器本体から流出するガス流路とを有する、使用済み核燃料再処理施設からの廃ガスに含まれるヨウ素成分を吸着、分離するヨウ素除去装置において、前記中空円筒状のカートリッジを、該カートリッジの中空円筒状の中心軸に沿った面で２分割し、前記ガス出口管と離隔する部分に充填した吸着材の粒径を、前記出口管に近接する部分に充填した吸着材の粒径よりも大きくしたことを特徴とするヨウ素除去装置。
（５）前記中空円筒状のカートリッジを２分割し、前記ガス出口管と離隔する部分に充填した吸着材の粒径を、ガス出口管に近接する部分に充填した吸着材の粒径よりも大きくすることに代えて、前記カートリッジの外周面とは所定の空間を隔てて該カートリッジと同心、かつ円筒状の偏流防止管を設け、該偏流防止管と前記カートリッジの外周面との間に、前記カートリッジの外周面に沿って該カートリッジの他端に向かうガス流路を形成したことを特徴とする上記（４）に記載のヨウ素除去装置。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例１
図１は、本発明の一実施例であるヨウ素除去装置の断面を示す説明図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図である。図において、この装置は、カートリッジ内で発生する圧力損失差を緩和するように、該カートリッジの吸着材充填場所に応じて異なる粒径の吸着材を充填し、これによってガスの偏流をなくしたものであり、容器本体２３と、該容器本体２３内に設けられた円筒状のカートリッジ３１と、該カートリッジ３１に充填された銀吸着材２４および２５と、前記カートリッジ３１の一端から流入して他端に流出するガス流路とを有するヨウ素除去装置であって、前記円筒状カートリッジ３１の外周部の吸着材２５の粒径を中心部の吸着材２４の粒径よりも大きくしたものである。２１および２２は、それぞれ入口管台および出口管台、２６は、スペーサ、２７は、カートリッジ押え、２８は上蓋、２９は、上蓋取付けボルト、３０は、フランジ、３４は、カートリッジの外周部と中心部とを隔てるワイヤメッシュである。
【００１８】
このような構成において、入口管台２１から容器本体２３に流入した廃ガス１は、カートリッジ３１の一端である上側端からカートリッジ３１内に流入し、該カートリッジに充填された銀吸着材２４および大径の銀吸着材２５からなる吸着材層を流通し、放射性ヨウ素が前記銀吸着材２４および２５に吸着、分離されたのち、他端である下側端から流出し、出口管台２２を経て装置外へ流出する。
【００１９】
本実施例によれば、円筒状カートリッジ３１のうち、廃ガスが流れにくく、デッドスペースとなり易い外周部に、中心部の銀吸着材２４よりも粒径の大きい銀吸着材２５を充填したことにより、外周部の圧力損失と中心部の圧力損失との差が緩和されて廃ガス１が外周部にも流れ易くなり、全吸着材２４および２５と廃ガスが有効に接触するので、全吸着材を有効利用することができる。従って、未飽和のまま交換される吸着材がなくなるので、吸着材利用効率が向上し、吸着材の交換頻度が減少して装置寿命を延ばすことができる。
【００２０】
実施例２
図３は、本発明の他の実施例を示す説明図である。図３において、この装置は、図１の装置と同様、円筒状のカートリッジ３１を有するものであり、図１と異なるところは、カートリッジ３１の外周部の吸着材の粒径を中心部の粒径よりも大きくすることに代えて、前記円筒状のカートリッジ３１の内壁に、ガス流れ方向に沿って順次縮径する偏流防止管３３を設け、カートリッジ３１に充填される吸着材量を減少させた点である。
【００２１】
本実施例によれば、廃ガス１が流れにくく、デッドスペースとなり易いガス流出側端の外周部を順次小径にしたことにより、ガスが流れ難く、デッドスペースとなり易い外周部における吸着材層の一部なくし、吸着材使用量を低減して、全体として吸着材の有効利用を図ることができる。
【００２２】
実施例３
図４は、本発明の別の実施例の断面を示す説明図、図５は、図４のＶ−Ｖ線矢視方向断面図である。図４および５において、この装置は、被処理ガスの入口管台２１および出口管台２２を有する容器本体２３と、該容器本体２３内に設けられた中空円筒状のカートリッジ３１と、該カートリッジ３１に充填された吸着材２４および２５と、前記入口管台２１から流入し、カートリッジ３１の一端から該カートリッジの中空部に流入し、円筒部を放射状に流通して外周面から流出し、前記出口管台２２を経て容器本体２３から流出するガス流路とを有するヨウ素除去装置において、前記中空円筒状のカートリッジ３１を、該カートリッジの中空円筒状の中心軸に沿った面で２分割し、前記ガス出口管台２２と離隔する部分に充填した吸着材２５の粒径を、前記出口管台２２に近接する部分に充填した銀吸着材２４の粒径よりも大きくしたものである（図５参照）。
【００２３】
このような構成において、入口管台２１から容器本体２３に流入した廃ガス１は、カートリッジ３１の一端である上端の中空部からカートリッジ３１内に流入し、該中空部から円筒部を放射状に流通して銀吸着材２４または大径の銀吸着材２５と接触し、放射性ヨウ素が銀吸着材２４および２５に化学吸着して分離されたのち、外周面から流出し、出口管台２２を経て装置外へ流出する。
【００２４】
本実施例によれば、デッドスペースとなり易い、カートリッジ３１の、出口管台２２とは反対側の吸着材充填部に、出口管台２２に近接する吸着材充填部に充填された銀吸着材２４よりも大径の銀吸着材２５を充填したことにより、カートリッジ内に生じやすい圧力損失差が緩和され、廃ガス１の偏流がなくなるので、未飽和のまま交換される吸着材がなくなり、吸着材の有効利用が図れるとともに、吸着材を交換する間隔を延ばすことができる。
【００２５】
実施例４
図６は、本発明のさらに別の実施例を示す説明図である。図において、この装置は、図４の装置と同様、中空円筒状のカートリッジ３１を有するものであり、図４と異なるところは、前記中空円筒状のカートリッジ３１を２分割し、ガス出口管台２２と離隔する部分に充填した吸着材２５の粒径を、ガス出口管台２２に近接する部分に充填した銀吸着材２４の粒径よりも大きくすることに代えて、前記カートリッジ３１の外周面とは所定の空間を隔てて該カートリッジと同心、かつ円筒状の偏流防止管３３を設け、該偏流防止管３３と前記カートリッジ３１の外周面との間に、前記カートリッジ３１の外周面に沿って該カートリッジの他端（図中下方端）に向かうガス流路を形成した点である。
【００２６】
本実施例によれば、カートリッジ３１に流入した廃ガス１の、該カートリッジ３１の出口方向に流れずに入口近傍の外周部を放射状に流れようとする際の圧力損失が相対的に高くなるので、廃ガス１がカートリッジ３１内を均一に流れ易くなり、ガス偏流がなくなる。従って、全銀吸着材を吸着量が飽和に達するまで使い切ることができるので、吸着材の交換頻度が減少し、装置寿命を延ばすことができる。
【００２７】
本発明において、大径の銀吸着材としては、例えば直径５ｍｍφの吸着材が好適に使用され、小径の銀吸着材としては、例えば直径１〜２ｍｍφの吸着材が好適に使用される。
【００２８】
【発明の効果】
本願の請求項１に記載の発明によれば、カートリッジ内で発生する圧損が緩和され、従来デッドスペースとなっていた部分にも廃ガスが流通するようになるので、全吸着材に廃ガス中のヨウ素成分が均一に吸着し、これによって吸着材の有効利用が図れ、吸着材交換頻度が減少し、装置寿命を延ばすことができる。
【００２９】
本願の請求項２に記載の発明によれば、円筒状カートリッジのデッドスペースとなり易い外周部に、中心部よりも粒径の大きい吸着材を充填したことにより、カートリッジ内の圧力損失差が緩和され、全吸着材と廃ガスとが良好に接触して吸着材の有効利用が図れる。
【００３０】
本願の請求項３に記載の発明によれば、ヨウ素の吸着に使用されないデッドスペースの吸着材を節約し、必要吸着材量を減少させることによって吸着材の有効利用を図ることができる。
【００３１】
本願の請求項４に記載の発明によれば、中空円筒状カートリッジのデッドスペースとなり易い、ガス出口管と離隔した部分の圧力損失を低減し、これによってガス流の偏流をなくすことができるので、上記発明と同様、吸着材の有効利用が図れ、装置寿命を延ばすことができる。
【００３２】
本願の請求項５に記載の発明によれば、上記発明と同様、吸着材を有効利用して吸着材交換頻度を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す断面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図。
【図３】本発明の他の実施例を示す断面図。
【図４】本発明の別の実施例を示す断面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線矢視方向断面図。
【図６】本発明のさらに別の実施例を示す断面図。
【図７】従来技術を示す説明図。
【図８】従来のヨウ素除去装置を示す図。
【図９】従来技術を示す説明図。
【図１０】従来のヨウ素除去装置を示す図。
【図１１】従来技術を示す説明図。
【符号の説明】
１…廃ガス、２…凝縮装置、３…洗浄装置、４…ミスト除去装置、５…加熱装置、６…粒子除去装置、８…ヨウ素除去装置、９…冷却装置、１０…排気装置、１１…排気筒、１２…ヨウ素追い出し装置、２１…入口管台、２２…出口管台、２３…容器本体、２４…銀吸着材、２５…大径の銀吸着材、２６…スペーサ、２７…カートリッジ押え、２８…上蓋、２９…上蓋取付けボルト、３０…フランジ、３１…カートリッジ、３２…カートリッジ取付けボルト、３３…偏流防止管、３４…ワイヤメッシュ、１０１…溶解装置、１０２…凝縮装置、１０３…洗浄装置、１０４…ミスト除去装置、１０５…加熱装置、１０６…粒子除去装置、１０７…ヨウ素除去装置、１０８…冷却装置、１０９…排気装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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