JPS636838B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一次冷却水中に水素を注入する水素注
入装置を備えた原子力発電設備に関する。

一般にたとえば沸騰水形原子炉を備えた原子力
発電設備では原子炉圧力容器内を流通する冷却水
すなわち一次冷却水の一部が放射線分解されて酸
素と水素が生成される。そして、この酸素は溶存
酸素や過酸化水素の形で一次冷却水中に存在し、
炉内機器等に使用されているステンレス鋼材料に
応力腐食割れを発生させる原因となる。このた
め、一次冷却水中に水素を注入して一次冷却水中
に存在している酸素と結合させて水に戻し、この
酸素濃度を所定の値以下に維持してステンレス鋼
材料の応力腐食割れを防止することがなされてい
る。しかし、このように水素注入をおこなうと一
次冷却水から脱気された排ガス中に含まれる酸素
と水素との比が変化してしまう不具合を生じる。
すなわち、一次冷却水の放射線分解によつて生じ
た酸素と水素はモル比で１：２であるから最終的
に排ガス中に含まれる酸素と水素との比はモル比
で１：２に近くなる。しかし、上述の如く一次冷
却水に水素を注入するとその分だけ水素の割合が
増える。このため排ガス処理系に設けられている
再結合器の効率が低下し、また酸素と結合されな
かつた余分の水素が再結合器より後流側の排ガス
処理系に流れるため引火の危険が生じ、この危険
を解消するための対策を溝じなければならない等
の不具合を生じるものであつた。また、このよう
に一次冷却水中に水素を注入して酸素濃度を制御
するには多量の水素を必要とするため、原子力発
電設備の運転コストが上昇する等の不具合があつ
た。

本発明は以上の事情にもとづいてなされたもの
で、その目的とするところは一次冷却水中に水素
を注入した場合、排ガス中に含まれる水素の一部
を吸着して酸素と水素との割合を再結合に適した
割合とし、再結合器の効率を向上させることがで
きるとともに再結合器から出た排ガス中に水素が
含まれることを防止し、引火の危険を解消すると
ともに吸着された水素を再度一次冷却水中に注入
して外部からの水素の供給を不要とし、運転コス
トを低減することができる原子力発電設備を得る
ことにある。

以下本発明を図面に示す一実施例にしたがつて
説明する。図中１は沸騰水形原子炉の原子炉圧力
容器であつて、この原子炉圧力容器１内には炉心
その他炉内機器が収容されている。そして、この
原子炉圧力容器１内を流通する冷却水すなわち一
次冷却水は炉心で加熱されて高温高圧の蒸気とな
り、主蒸気管２を介してタービン３に送られ、発
電機４を駆動するように構成されている。そし
て、このタービン３を出た蒸気は復水器５に送ら
れ、この復水器５で凝縮されて復水となるように
構成されている。そして、この復水器５で凝縮さ
れた一次冷却水は復水ポンプ６によつて復水脱塩
装置７に送られ、溶解している不純物がイオン交
換によつて除去されるように構成されている。そ
して、この復水脱塩装置７を通つた一次冷却水は
給水ポンプ８によつて給水加熱器９に送られ、こ
の給水加熱器９で加熱されて原子炉圧力容器１内
に送られるように構成されている。なお、１０…
は原子炉再循環管路、１１は炉水浄化系である。
また、１２は水素注入装置であつて、この水素注
入装置１２はたとえば復水脱塩装置７と給水ポン
プ８との間の一次系配管内を流れる一次冷却水中
に適量の水素を注入し、この水素を一次冷却水中
の酸素と結合させて水に戻し、酸素濃度を制御し
て炉内機器等に使用されているステンレス鋼材料
の応力腐食割れを防止するものである。また、１
３は真空ポンプであつて原子炉の始動時に復水器
５内を真空に排気して一次冷却水の脱気をなすよ
うに構成されている。また、上記復水器５には排
ガス処理系１４が接続されており、この原子力発
電設備の運転中に復水器５で一次冷却水から脱気
された排ガスを処理するように構成されている。
１５はその空気抽出器、１６は排ガス予熱器、１
７は再結合器、１８は乾燥器、１９はチヤコール
フイルタ、２０は微粒子フイルタ、２１は真空ポ
ンプ２２はスタツクで、これらは排ガス管２３で
接続されている。そして復水器５中の排ガスは空
気抽出器１５で抽出され、排ガス予熱器１６で加
熱されて再結合器１７に送られ、この再結合器１
７で排ガス中の酸素と水素が結合して水に戻さ
れ、乾燥器１８で乾燥されたのちチヤコールフイ
ルタ１９および微粒子フイルタ２０で不純ガスお
よび粒子が除去され、スタツク２２から排出され
るように構成されている。そして、上記排ガス予
熱器１６と再結合器１７との間には水素吸着装置
２４が設けられている。そして、この水素吸着装
置２４は第２図に示す如く構成されている。２
５，２５は水素吸蔵器であつて、一対のものが設
けられている。これらの水素吸蔵器２５，２５は
容器２６，２６内に水素吸蔵器２７…を収容した
ものである。これらの水素吸蔵材２７…はたとえ
ばチタン、ジルコニウム、トリウム等水素吸蔵能
力の大きな材料から形成され、水素との接触面積
を大きくするため微粒子状あるいは多孔質に形成
されている。そして、これらの水素吸蔵材２７…
は第３図に示す如き特性を有しており、温度の上
昇によつて水素の吸蔵能力が低下するもので、た
とえば作動温度を低温状態とすることによつて水
素を吸着し、水素を吸着したのち作動温度を高温
状態とすることによつて吸着した水素を放出する
ものである。なお、上記水素吸蔵器２５，２５に
はこれら水素吸蔵材２７…の作動温度を制御して
水素の吸着および放出をなす機構が設けられてい
ることはもちろんである。そして、これら水素吸
蔵器２５，２５は排ガス流入管２８および排ガス
流出管２９に互に並列に接続されている。そし
て、これら水素流入管２８および水素流出管２９
は上記排ガス処理系１４の排ガス管２３にそれぞ
れ分岐接続されている。そして上記排ガス管２３
内を流通する排ガスの一部は排ガス流入管２８を
介して水素吸蔵器２５，２５内に導入され、これ
らの水素吸蔵器２５，２５内を流通して排ガス流
出管２９を介して上記排ガス管２３内に戻される
ように構成されている。また、これら排ガス流入
管２８および排ガス流出管２９の途中には切換弁
機構３０が設けられている。この切換弁機構３０
はたとえば排ガス流入管２８および排ガス流出管
２９にそれぞれ水素吸蔵器２５，２５に対応して
設けられた切換弁３１…から構成され、これらの
切換弁３１…を選択的に開閉することによつてい
ずれか一方の水素吸蔵器２５のみに排ガスが選択
的に流通されるように設けられている。また、上
記排ガス流出管２９の途中には吸引ポンプ３２が
設けられており、この吸引ポンプ３２によつて水
素吸蔵器２５，２５内を排ガスが流通するように
構成されている。なお、３３は止め弁である。ま
た、３４は水素吸着量制御機構である。３５はそ
の酸素濃度検出器、３６は水素濃度検出器であつ
ていずれも排ガス管２３内に設けられ、この排ガ
ス管２３内を流通する排ガス中の酸素濃度および
水素濃度を検出するように構成されている。そし
て、これら酸素濃度検出器３５および水素濃度検
出器３６からの信号は制御回路３７に送られるよ
うに構成されている。また、３８は流量調整弁で
あつて、上記排ガス流出管２９の途中に設けられ
ている。そして、上記制御回路３７は上記酸素濃
度検出器３５および水素濃度検出器３６からの信
号をもとに排ガス中の酸素量と水素量との比を算
出し、この比が再結合器１７で酸素と水素を結合
させるに最適な値となるように流量調整弁３８の
開度を調整し、水素吸蔵器２５，２５内を流通す
る排ガスの流量を制御するように構成されてい
る。また、３９は水素供給機構であつて、この水
素供給機構３９は上記水素吸蔵器２５，２５にそ
れぞれ接続された水素供給管４０，４０とこれら
水素供給管４０，４０の途中に設けられた除塵フ
イルタ４１，４１および開閉弁４２…とから構成
され、上記水素供給管４０，４０は前記水素注入
装置１２に接続されている。そして、上記水素吸
蔵器２５，２５から吸着されている水素が放出さ
れた場合には、この水素は水素供給管４０，４０
を通つて除塵フイルタ４１，４１に送られ、この
除塵フイルタ４１，４１で混入している粒子が除
去されて水素注入装置１２に送られ、この水素注
入装置１２から一次冷却水中に注入されるように
構成されている。

以上の如く構成された本発明の一実施例は、一
次冷却水は原子炉圧力容器１、タービン３、復水
器５、復水ポンプ６、復水脱塩器７、給水ポンプ
８、給水加熱器９の径路を循環する。そして、こ
の一次冷却水は炉心からの放射線によつて分解さ
れ、酸素と水素が発生する。そして、水素注入装
置１２ではこの一次冷却水の溶存酸素濃度等を測
定し、これに対応して適当量の水素を一次冷却水
中に注入し、この水素を酸素と結合させて水に戻
し、一次冷却水の酸素濃度を規制して炉内機器等
に使用されているステンレス鋼材料の応力腐食割
れを防止する。そして、一次冷却水中に溶解して
いる酸素、水素その他のガスは復水器で凝縮され
る際に脱気され、この排ガスは抽出されて排ガス
処理系１４に送られる。そして、この排ガスは排
ガス処理系１４の排ガス予熱器１６で加熱されて
再結合器１７に送られ、排ガス中の酸素と水素が
結合されて水に戻される。そして、この再結合器
１７で酸素と水素が除去された排ガスは乾燥器１
８に送られて水分が除去され、さらにチヤコール
フイルタ１９および微粒子フイルタ２０を通つて
その他の不純ガスおよび粒子が除去され、スタツ
ク２２から排出される。そして、上記一次冷却水
中には水素注入装置１２から水素が注入されるの
で排ガス中の酸素と水素の割合は結合して水とな
る割合である１：２とはならず水素が多くなつて
いる。そして、この排ガス中の水素の一部は水素
吸着装置２４によつて吸着され、この排ガス中の
酸素と水素の割合は再結合器で結合するに最適の
割合となつて再結合器１７に送られる。次にその
作用を説明する。まず、この水素吸着装置２４の
切換弁機構３０の切換弁３１…のうち、一方の水
素吸蔵器２５に対応した切換弁３１，３１を開弁
し、他方の水素吸蔵器２５に対応した切換弁３
１，３１を閉弁しておき、吸引ポンプ３２を運転
する。したがつて排ガス管２３内を流れる排ガス
の一部は排ガス流入管２８を介して一方の水素吸
蔵器２５内に流入し、この排ガス中の水素が水素
吸蔵材２７…に吸着されて除去される。そして、
水素が吸着除去された排ガスは排ガス流出管２９
を介して排ガス管２３に戻される。したがつて、
この排ガス流出管２９の下流側では水素吸蔵材２
７…に吸着された分だけ水素の割合が減少する。
そして、この排ガス中の酸素濃度および水素濃度
はそれぞれ酸素濃度検出器３５および水素濃度検
出器３６で検出され、この結果は制御回路３７に
送られる。そして、この制御回路３７では酸素と
水素の比を算出し、これに対応して流量調整弁３
８を調整し、たとえば水素の割合が所定の割合よ
り多い場合には流量調整弁３８の開度を大にして
水素吸蔵器２５を流通する排ガスの流量を増大さ
せ、水素吸蔵材２７に…に吸着される水素の量を
増大させ、また逆に水素の割合が少なくなつた場
合には流量調整弁３８の開度を小として水素吸着
量を減少させ、排ガス中の酸素と水素の比を再結
合器１７で結合させるに最適な値に維持する。し
がつて再結合器１７は最良の効率で作動し、また
結合し切れなかつた水素がこの再結合器１７から
出る排ガス中に含まれるようなことはない。そし
て、一方の水素吸蔵器２５の水素吸蔵材２７…の
水素吸着量が飽和に達したらこの一方の水素吸蔵
器２５に対応した切換弁３１，３１を開弁し、他
方の水素吸蔵器２５に対応した切換弁３１，３１
を開弁する。したがつて排ガスはこの他方の水素
吸蔵器２５に流れ、上記と同様に水素の吸着が続
行される。そして、この他方の水素吸蔵器２５で
水素の吸着をおこなつている間に一方の水素吸蔵
器２５では吸着した水素を放出させ、この放出さ
れた水素は水素供給管４０を通り、除塵フイルタ
４１で粒子が除去されて前記水素注入装置１２に
供給され、この水素注入装置１２から一次冷却水
中に再注入される。そして以下同様に水素吸蔵器
２５，２５に交互に排ガスを流通させ、水素の吸
着、放出を交互におこなう。したがつて排ガス中
の余分の水素は回収されて一次冷却水中に再注入
されることになるから外部からの水素の供給はほ
とんど不要となり、原子力発電設備の運転コスト
が低減される。また、この一実施例のものは一対
の水素吸蔵器２５，２５を設けてこれらに交互に
排ガスを流通させ、交互に水素の吸着、放出をお
こなわせるものであるから操作が簡単でかつ連続
的な運転をおこなえるものである。

なお、本発明は上記の一実施例には限定されな
い。

たとえば水素吸着器は必ずしも複数個設けて交
互に水素の吸着、放出をおこなわせる必要はな
く、水素の吸素が飽和したらこれを取外して次の
水素吸着器と交換し、取外した水素吸着器を水素
供給機構に装着して水素を放出させるいわゆるバ
ツチ形のものであつてもよい。

上述の如く本発明は一次冷却水に水素を注入す
る水素注入装置を備えたものにおいて、一次冷却
水から脱気された排ガス中の水素の一部を吸着す
る水素吸蔵器と、この水素吸蔵器の水素吸着量を
規制して排ガス中の酸素と水素の割合を所定の値
に維持する水素吸着量制御機構と、水素を吸着し
た水素吸蔵器から放出される水素を上記水素注入
装置に供給する水素供給機構とを備えたものであ
る。したがつて、排ガス中に含まれる余分の水素
は吸着除去され、酸素と水素の割合が最適に維持
されるので再結合器の効率が向上し、また酸素と
水素が高い効率で結合し、排ガス中に残りの水素
が含まれるようなことがなく、安全性が高くな
る。また吸着した水素は放出して水素注入装置に
供給し、一次冷却水中に再注入するので外部から
の水素の供給はほとんど不要となり、原子力発設
備の運転コストが低減する等その効果は大であ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は全体
の系統図、第２図は要部の系統図、第３図は各種
の水素吸蔵材の特性を示す線図である。 １…原子炉圧力容器、５…復水器、１２…水素
注入装置、１４…排ガス処理系、１７…再結合
器、２３…排ガス管、２４…水素吸着装置、２５
…水素吸蔵器、２７…水素吸蔵材、３０…切換弁
機構、３１…切換弁、３４…水素吸着量制御機
構、３５…酸素濃度検出器、３６…水素濃度検出
器、３７…制御回路、３８…流量調整弁、３９…
水素供給機構、４０…水素供給管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉の一次冷却水中に水素を注入する水素
   注入装置を備えたものにおいて、上記一次冷却水
   から脱気された排ガス中の水素と酸素とを結合し
   て水に戻す再結合器の上流側に設けられ水素を吸
   着しかつ吸着した水素を放出できる水素吸蔵材を
   収容し上記排ガス中の水素の一部を吸着する水素
   吸蔵器と、この水素吸蔵器の水素吸着量を制御し
   て上記排ガス中の水素量と酸素量との比を所定の
   値に維持する水素吸着量制御機構と、水素を吸着
   した上記水素吸蔵器から放出される水素を上記水
   素注入装置に供給する水素供給機構とを具備した
   ことを特徴とする原子力発電設備。 ２ 前記水素吸蔵器は複数個設けられているとと
   もにこれらの水素吸蔵器に前記排ガスを選択的に
   流通させる切換弁機構が設けられていることを特
   徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の原子力
   発電設備。