JP2016102792A

JP2016102792A - 原子力発電所のためのフィルタ付き格納容器ベントシステム

Info

Publication number: JP2016102792A
Application number: JP2015227353A
Authority: JP
Inventors: マーティン　バウアー; Martin Bauer; バウアーマーティン; フリングスマルテ; Frings Malte; ハーンハンス−ウルリヒ; Hahn Hans-Ulrich; ランソネティボー; Rensonnet Thibaut
Original assignee: Westinghouse Electric Germany GmbH
Current assignee: Westinghouse Electric Germany GmbH
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2016-06-02
Also published as: TW201629984A; EP3023992A1

Abstract

【課題】フィルタ付き格納容器ベントシステム内での可燃性混合物の形成を静的に阻止するための手段を、所要の空間設置面積をできるだけ縮小しつう、いかなる補助システムにも頼ることなく提供する。【解決手段】格納容器の外側へと通じている、ろ過すべきガス流のための導流管と、前記上流吸気口と前記下流排気口との間に配置されたエアロゾルフィルタ４０とを有し、エアロゾルフィルタ４０は、デミスタユニット４２と、少なくとも２つの連続したフィルタユニット４４，４６，４８とを含み、ろ過すべきガス流５２中の水素と一酸化炭素とを再結合させるために、少なくとも１つのＰＡＲ（静的自動触媒式再結合器）カートリッジがエアロゾルフィルタ４０に設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、原子力発電所のためのフィルタ付き格納容器ベントシステムであって、格納容器の内側に設けられた上流吸気口と、前記格納容器の縁部に設けられた下流排気口とを備え、前記格納容器の外側へと通じている、ろ過すべきガス流のための導流管と、前記上流吸気口と前記下流排気口との間に配置されたエアロゾルフィルタと、を有し、前記エアロゾルフィルタは、デミスタユニットと、少なくとも２つの連続したフィルタユニットとを含む、フィルタ付き格納容器ベントシステムに関する。

原子力発電所には、事故発生時に環境や大気に対するいかなる危険をも最小限に抑えるために、多数の安全機能が設けられていることが知られている。対処すべき１つの危険な状況は、重大な事故中における原子炉を包囲する格納容器内での緩慢な過圧の発生である。

このような過圧状況に対処するために、原子力発電所にフィルタ付き格納容器ベントシステム（ＦＣＶＳ）を設置することができる。このようなフィルタ付き格納容器ベントシステム（ＦＣＶＳ）に関しては、幾つかの技術が存在する。そのうちの１つは乾式フィルタ法（ＤＦＭ）であり、この乾式フィルタ法は、格納容器の内側から外側へと通じる導流管内に配置されたエアロゾルフィルタ及びヨウ素フィルタの使用に基づいている。エアロゾルフィルタは、格納容器の内側又は外側に配置することができる。

原子力発電所の通常運転時には、この導流管は、格納容器の縁部に設けられた隔離弁によって閉鎖されている。これらの弁は、格納容器内で過圧状況が発生した場合にのみ開弁され、これによってガス流が格納容器の外に流出し、これに伴って内部圧力が減少する。放射性粒子の量を低減するために、ベントされるガス流は、エアロゾルフィルタ及びヨウ素フィルタによってろ過される。例えば国際公開第２０１３／１３５３７４号には、それぞれのフィルタ付きベントシステムが記載されている。

重大な事故中にベントされたガス流は、可燃性のガス、特に水素を含んでいる可能性があるが、一般的にベント時には、格納容器の雰囲気の水蒸気含有物に基づいて不活性化されている。

主にベントサイクルの開始時における、フィルタ付き格納容器ベントシステム（ＦＣＶＳ）内での凝縮の結果、ベントガス中にて可燃性混合物が形成される可能性がある（蒸気が凝縮されるにつれて酸素濃度が増加し、水素の可燃限界を超過するおそれがある）。フィルタ付き格納容器ベントシステム（ＦＣＶＳ）内での可燃性混合物の形成は、システムの完全な保全性を保証するために回避すべきである。

フィルタ付き格納容器ベントシステム（ＦＣＶＳ）の内側での可燃性混合物の形成を阻止するためには、種々の方法が公知である。そのうちの１つは、
・例えば独国実用新案第２０２００９００９４０５号明細書に記載されているように、格納容器内に静的自動触媒式再結合器（ＰＡＲ）を設置し、
・点火装置を設置し、及び／又は、
・その他の重大な事故を緩和する手段を実現すること
によって、格納容器の内側での可燃性混合物の形成を回避することである。

また別の方法は、能動的な補助システムに基づくものであり、例えばフィルタ付き格納容器ベントシステム（ＦＣＶＳ）内での凝縮を阻止するための加熱システム、及び／又は、凝縮効果を打ち消すための窒素注入システム（凝縮された蒸気を補償するシステムへと窒素を注入し、これによって水素濃度を爆発限界未満に抑える）のようなものがある。

従来技術における欠点は、これらのシステムが、凝縮を回避するために加熱システムのような能動的な構成要素を必要とすること、及び／又は、この能動的な構成要素が、無視できない空間設置面積を必要とすることである。

国際公開第２０１３／１３５３７４号独国実用新案第２０２００９００９４０５号明細書

このような従来技術に基づき、本発明の課題は、フィルタ付き格納容器ベントシステム内での可燃性混合物の形成を静的に阻止するための手段を、いかなる補助システムにも頼ることなく提供することであり、この際に、所要の空間設置面積をできるだけ縮小すべきである。

本発明の課題は、上述した形式のフィルタ付き格納容器ベントシステムによって解決される。本発明は、ろ過すべきガス流中の水素と一酸化炭素とを再結合させるために、前記導流管の前記上流吸気口と前記下流排気口との間に、少なくとも１つのＰＡＲ（静的自動触媒式再結合器）カートリッジが設けられていることを特徴とする。

静的自動触媒式再結合器（ＰＡＲ）は、水素（Ｈ_２）又は一酸化炭素（ＣＯ）のような可燃性ガスと酸素（Ｏ_２）との混合気が、ＰＡＲカートリッジが取り付けられた管状のケーシングの下側端部へと供給されるという機能原理に基づいている。ＰＡＲカートリッジは、比較的低温で炎なしにＯ_２によるＨ_２／ＣＯの発熱酸化を可能にする触媒物質を含む。このプロセス中に発生する熱エネルギは、上方へ流れるガス流を加熱し、このガス流は、管状のケーシングの頂部から排出される。ケーシングの管状の形状は、ＰＡＲカートリッジの周囲に充分な空気循環を提供する煙突効果を発生させるために重要である。

本発明の基礎となる着想は、ベントシステムの導流管の中に直接的に、追加的なＰＡＲカートリッジを組み込むことにある。従って、これらのＰＡＲカートリッジのための別個の管状のケーシングは必要なくなり、これによって有利にも、格納容器内の所要スペースが縮小される。本発明によれば、ＰＡＲカートリッジは、フィルタ付き格納容器ベントシステム（ＦＣＶＳ）に流入する水素と一酸化炭素とを再結合させるために、エアロゾルフィルタの内側又は外側にあるベント流路内に直接配置される。

本発明の利点は、本システムが完全に静的（受動的）であり、能動的な要素を必要としないことである。従って、これによって信頼性が向上する。これに加えて、ＰＡＲカートリッジは、既存のフィルタ格納容器ベントシステム（ＦＣＶＳ）に格別の労力なく容易に設置することが可能である。特にエアロゾルフィルタによる重量増加は無視できる程度であり、設置面積の増加量も非常に小さい（長さ約１００ｍｍ）。

本発明のさらなる実施形態によれば、前記ろ過すべきガス流のための前記導流管の前記下流排気口に、格納容器隔離弁が設けられている。下流排気口は、格納容器の縁部に配置されている。このようにして、原子力発電所の通常運転中に格納容器からガス流が流出しないことが保証される。

本発明のさらなる実施形態によれば、前記少なくとも１つのＰＡＲカートリッジは、前記エアロゾルフィルタ内に配置されている。エアロゾルフィルタは、典型的には複数の連続したフィルタユニットを含み、これらのフィルタユニットは、残りの導流管よりも大きい断面積を有する。エアロゾルフィルタは、１．５ｍ×１．５ｍ×１．５ｍの寸法部分を有することができ、ＰＡＲカートリッジの寸法は、例えば４ｃｍ×２ｃｍ×１ｃｍである。

本発明の別の実施形態によれば、前記少なくとも１つのＰＡＲカートリッジは、前記エアロゾルフィルタの前記デミスタユニット内に配置されている。このデミスタユニットは、エアロゾルフィルタの上流吸気口であり、簡単にアクセス可能である。これによって、既存のエアロゾルフィルタへのＰＡＲカートリッジの後付けが特に簡単になる。

本発明の別の実施形態によれば、前記少なくとも１つのＰＡＲカートリッジは、前記エアロゾルフィルタの最下流のフィルタユニット内に配置されており、好ましくは最下流のフィルタユニットの下流側に配置されている。この最下流のフィルタユニットは、エアロゾルフィルタの下流出力部であり、簡単にアクセス可能である。この場合にも、これによって、既存のエアロゾルフィルタへのＰＡＲカートリッジの後付けが特に簡単になる。

本発明のフィルタ付き格納容器ベントシステムの別の実施形態によれば、複数のＰＡＲカートリッジが、一列に又はマトリクス状に配置されている。本発明のさらなる特別な実施形態によれば、前記複数のＰＡＲカートリッジは、前記エアロゾルフィルタの少なくとも１つのユニットの断面を覆っている。従って、エアロゾルフィルタのフィルタユニットの断面全体にＰＡＲカートリッジが均一に取り付けられ、これによって各ＰＡＲカートリッジを通るガス流がほぼ均等になる。

本発明の別の実施形態によれば、前記少なくとも１つのＰＡＲカートリッジは、前記エアロゾルフィルタの下流に設けられた別個のハウジング内に配置されている。原子力発電所内の現場の構造フレームの状況によっては、このことが有利な解決方法となり得る。ＰＡＲカートリッジは、好ましくは格納容器隔離弁の上流に設けるべきである。

本発明のさらなる実施形態によれば、前記ＰＡＲカートリッジは、触媒活性面が直接通過されるように、前記ろ過すべきガス流の流れ方向に対して垂直な向きに配置されている。このことは、ＰＡＲカートリッジの最も面積が大きい面が、ガス流の流れ方向に対して垂直な向きに配置されるということを意味しており、これによって触媒効果が最大になる。

本発明の別の実施形態によれば、前記ＰＡＲカートリッジは、流れ断面の著しい閉塞が生じないように、前記ろ過すべきガス流の流れ方向に対して平行な向きに配置されている。このことは、ＰＡＲカートリッジの最も面積が大きい面ではない面が、流れ方向に対して垂直な向きに配置されているということを意味する。

本発明の別の実施形態によれば、前記ＰＡＲカートリッジの個数は、最悪の場合を考慮して、前記ＰＡＲカートリッジの下流における水素濃度が爆発限界未満に保たれるように決定されている。このようにして、水素火災又は水素爆発の危険性が排除される。

本発明のさらに有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

以下、本発明を、実施例に基づいて添付図面を参照しながら説明する。

原子力発電所内のフィルタ付き格納容器ベントシステムを示す図である。１つの実施例によるエアロゾルフィルタを示す図である。１つの実施例による垂直のＰＡＲカートリッジを備える導流管を示す図である。１つの実施例による平行なＰＡＲカートリッジを備える導流管を示す図である。１つの実施例によるＰＡＲカートリッジを示す図である。

図１は、原子力発電所内のフィルタ付き格納容器ベントシステム１０の概略図を示す。格納容器１８の中心には原子炉３２が設けられている。格納容器１８の内部にはさらに、フィルタ付き格納容器ベントシステムの以下の要素が配置されている。すなわち、上流吸気口１４から、格納容器１８の縁部にある下流排気口１６へとガス流を導くための導流管１２が配置されている。上流吸気口１４と下流排気口１６との間には、プレフィルタ２０とエアロゾルフィルタ２２とが設けられており、これらにおいて導流管１２が貫通している。エアロゾルフィルタ２２内には多数のＰＡＲカートリッジが配置されているが、この概略図では見ることができない。これによって、ガス流中の水素と一酸化炭素とが、エアロゾルフィルタを通過する際に再結合される。

導流管１２は、格納容器１８の壁部を通って建屋３４へと通じる貫通孔２４で終端している。ここでは導流管がさらに続いており、上流吸気口１４から導流管１２に流入したガス流３０がろ過済みのガス流として環境へ排出される前に、隔離弁２６とヨウ素フィルタ２８とが設けられている。

図２は、１つの実施例によるエアロゾルフィルタ４０を示す。エアロゾルフィルタの出力導流管５０の２つの相対する側には、３つのフィルタユニット４４，４６，４８と、デミスタユニット４２とが連続して配置されている。流入ガス流５２は、デミスタユニット４２を通ってエアロゾルフィルタに流入し、フィルタユニット４４，４６，４８を通過した後、出力導流管５０に流入し、そして、ろ過済みのガス流６２としてエアロゾルフィルタから排出される。外側に位置する要素であるデミスタユニット４２は、良好にアクセス可能であり、従って、既存のエアロゾルフィルタにＰＡＲカートリッジを後付けするために適したユニットである。従って、それぞれデミスタユニット４２の上流位置５４及び下流位置５６は、ＰＡＲカートリッジを配置するために適している。同じ理由で、最下流のフィルタユニット４８の上流位置５８及び下流位置６０も適している。なぜなら、この最下流のフィルタユニット４８もまた、良好にアクセス可能だからである。

図３は、１つの実施例による垂直のＰＡＲカートリッジを備える導流管の概略図７０を示す。周壁７４によって形成された導流管の管状部分７２の内部には、幾つかのＰＡＲカートリッジ７６，７８，８０が、流入ガス流８２の流れ方向に対して垂直な向きに配置されている。このようにすると、ＰＡＲカートリッジ７６，７８，８０の触媒活性面が直接通過される。

図４は、１つの実施例による、ガス流の流れ方向に対して平行な向きに配置されたＰＡＲカートリッジ９２，９４，９６を備える導流管の概略図９０を示す。

図５は、１つの実施例によるＰＡＲカートリッジの断面図１００を示す。透過性の中空のカートリッジ１０２のホルダの内部には、パラジウムで被覆された幾つかのペレット１０４が配置されている。

１０原子力発電所内のフィルタ付き格納容器ベントシステム
１２ガス流のための導流管
１４上流吸気口
１６下流排気口
１８格納容器
２０プレフィルタ
２２エアロゾルフィルタ
２４貫通孔
２６隔離弁
２８ヨウ素フィルタ
３０流入ガス流
３２排出ガス流
３４建屋
４０１つの実施例によるエアロゾルフィルタ
４２デミスタユニット
４４エアロゾルフィルタの第１のフィルタユニット
４６エアロゾルフィルタの第２のフィルタユニット
４８エアロゾルフィルタの最下流のフィルタユニット
５０エアロゾルフィルタの出力導流管
５２ろ過すべき流入ガス流
５４デミスタユニットの上流における、ＰＡＲカートリッジのための第１の位置
５６デミスタユニットの下流における、ＰＡＲカートリッジのための第２の位置
５８最下流のフィルタユニットの上流における、ＰＡＲカートリッジのための第３の位置
６０最下流のフィルタユニットの下流における、ＰＡＲカートリッジのための第４の位置
６２ろ過済みの排出ガス流
７０１つの実施例による垂直のＰＡＲカートリッジを備える導流管
７２導流管の一部分
７４導流管の壁
７６第１の垂直のＰＡＲカートリッジ
７８第２の垂直のＰＡＲカートリッジ
８０第３の垂直のＰＡＲカートリッジ
８２流入ガス流
９０１つの実施例による平行なＰＡＲカートリッジを備える導流管
９２第１の平行のＰＡＲカートリッジ
９４第２の平行のＰＡＲカートリッジ
９６第３の平行のＰＡＲカートリッジ
１００１つの実施例によるＰＡＲカートリッジ
１０２カートリッジホルダ
１０４パラジウムで被覆されたペレット

Claims

原子力発電所のためのフィルタ付き格納容器ベントシステムであって、
・格納容器（１８）の内側に設けられた上流吸気口（１４）と、前記格納容器（１８）の縁部に設けられた下流排気口（１６）とを備え、前記格納容器の外側へと通じている、ろ過すべきガス流（３０，８２）のための導流管（１２，５０，７２）と、
・前記上流吸気口（１４）と前記下流排気口（１６）との間に配置されたエアロゾルフィルタ（２２，４０）と、
を有し、
前記エアロゾルフィルタ（２２，４０）は、デミスタユニット（４２）と、少なくとも２つの連続したフィルタユニット（４４，４６，４８）とを含む、
フィルタ付き格納容器ベントシステムにおいて、
前記ろ過すべきガス流（３０，８２）中の水素と一酸化炭素とを再結合させるために、前記導流管（１２，５０，７２）の前記上流吸気口（１４）と前記下流排気口（１６）との間に、少なくとも１つのＰＡＲ（静的自動触媒式再結合器）カートリッジ（７６，７８，８０，９２，９４，９６，１００）が設けられている
ことを特徴とする、フィルタ付き格納容器ベントシステム。
前記ろ過すべきガス流（３０，８２）のための前記導流管（１２，５０，７２）の前記下流排気口（１６）に、格納容器隔離弁（２６）が設けられている
請求項１記載のフィルタ付き格納容器ベントシステム。
前記少なくとも１つのＰＡＲカートリッジ（７６，７８，８０，９２，９４，９６，１００）は、前記エアロゾルフィルタ（２２，４０）内に配置されている
請求項１又は２記載のフィルタ付き格納容器ベントシステム。
前記少なくとも１つのＰＡＲカートリッジ（７６，７８，８０，９２，９４，９６，１００）は、前記エアロゾルフィルタ（２２，４０）のデミスタユニット（４２）内に配置されている
請求項３記載のフィルタ付き格納容器ベントシステム。
前記少なくとも１つのＰＡＲカートリッジ（７６，７８，８０，９２，９４，９６，１００）は、前記エアロゾルフィルタ（２２，４０）の最下流のフィルタユニット（４８）内に配置されており、好ましくは最下流のフィルタユニット（４８）の下流側に配置されている
請求項３又は４記載のフィルタ付き格納容器ベントシステム。
複数のＰＡＲカートリッジ（７６，７８，８０，９２，９４，９６，１００）が、一列に又はマトリクス状に配置されている
請求項３から５のいずれか一項記載のフィルタ付き格納容器ベントシステム。
前記複数のＰＡＲカートリッジ（７６，７８，８０，９２，９４，９６，１００）は、前記エアロゾルフィルタ（２２，４０）の少なくとも１つのユニット（４２，４４，４６，４８）の断面を覆っている
請求項６記載のフィルタ付き格納容器ベントシステム。
前記少なくとも１つのＰＡＲカートリッジ（７６，７８，８０，９２，９４，９６，１００）は、前記エアロゾルフィルタ（２２，４０）の下流に設けられた別個のハウジング内に配置されている
請求項１から７のいずれか一項記載のフィルタ付き格納容器ベントシステム。
前記ＰＡＲカートリッジ（７６，７８，８０，９２，９４，９６，１００）は、触媒活性面が直接通過されるように、前記ろ過すべきガス流（３０，８２）の流れ方向に対して垂直な向きに配置されている
請求項１から８のいずれか一項記載のフィルタ付き格納容器ベントシステム。
前記ＰＡＲカートリッジ（７６，７８，８０，９２，９４，９６，１００）は、流れ断面の著しい閉塞が生じないように、前記ろ過すべきガス流（３０，８２）の流れ方向に対して平行な向きに配置されている
請求項１から９のいずれか一項記載のフィルタ付き格納容器ベントシステム。
前記ＰＡＲカートリッジ（７６，７８，８０，９２，９４，９６，１００）の個数は、最悪の場合を考慮して、前記ＰＡＲカートリッジの下流における水素濃度が爆発限界未満に保たれるように決定されている
請求項１から１０のいずれか一項記載のフィルタ付き格納容器ベントシステム。