JP2013178188A - Hydrogen treatment equipment of nuclear power plant - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原子力プラントの水素処理設備に係り、特に、沸騰水型原子力プラントの原子炉建屋内に配置するのに好適な原子力プラントの水素処理設備に関する。 The present invention relates to a hydrogen treatment facility for a nuclear power plant, and more particularly to a hydrogen treatment facility for a nuclear power plant suitable for being placed in a reactor building of a boiling water nuclear power plant.
原子炉の安全設計において設計基準事象として考慮している冷却材喪失事故では、原子炉圧力容器内の高温高圧の冷却水が、原子炉圧力容器に接続された配管等の破断箇所から高温の蒸気になって原子炉格納容器内に放出される。原子炉圧力容器内の炉心に装荷されている燃料集合体の燃料棒の温度が上昇し、燃料棒の被覆管のジルコニウムと水が反応して水素ガスが発生する。この水素は、配管破断箇所から蒸気と共に原子炉格納容器内に放出される。また、配管破断箇所から原子炉格納容器内に放出された放射性物質が圧力抑制プールへ流入し、水の放射線分解によって水素ガス及び酸素ガスが発生することが想定されている。 In a loss-of-coolant accident, which is considered as a design standard event in the safety design of a nuclear reactor, high-temperature and high-pressure cooling water in the reactor pressure vessel causes high-temperature steam from breakage points such as piping connected to the reactor pressure vessel. And released into the reactor containment vessel. The temperature of the fuel rod of the fuel assembly loaded in the reactor core in the reactor pressure vessel rises, and the zirconium and water in the cladding of the fuel rod react to generate hydrogen gas. This hydrogen is released into the reactor containment vessel along with steam from the pipe breakage point. In addition, it is assumed that radioactive materials released into the reactor containment from the pipe breakage point flow into the pressure suppression pool, and hydrogen gas and oxygen gas are generated by radiolysis of water.
このような事象への対策として、圧力抑制室を有する原子炉格納容器を採用している沸騰水型原子力プラントでは、運転中、原子炉格納容器内の雰囲気が窒素ガスに置換されている。さらに、万が一の冷却材喪失事故の発生に備えて、原子炉格納容器と配管で接続されている加熱式水素処理設備が設置されている。冷却材喪失事故が発生したときには、ブロアの駆動により原子炉格納容器内の水素及び酸素を含むガスを加熱式水素処理設備に供給し、加熱式水素処理設備の電気ヒーターによる加熱により水素と酸素を再結合させて水蒸気に変換する。 As a countermeasure against such an event, in a boiling water nuclear power plant that employs a reactor containment vessel having a pressure suppression chamber, the atmosphere in the reactor containment vessel is replaced with nitrogen gas during operation. Furthermore, in the event of a loss of coolant accident, a heated hydrogen treatment facility connected to the reactor containment vessel by piping is installed. When a coolant loss accident occurs, the blower is driven to supply gas containing hydrogen and oxygen in the reactor containment vessel to the heated hydrogen treatment facility, and hydrogen and oxygen are heated by the electric heater of the heated hydrogen treatment facility. It is recombined and converted to water vapor.
一方、近年では、受動的安全性に優れ、外部動力を必要としない触媒式の水素処理設備が開発されている。この触媒式水素処理設備の一例が、特開平10−227885号公報に記載されている。触媒式水素処理設備は、水素と酸素を反応させる触媒、及び触媒を収納するチムニーを有し、原子炉格納容器内の、原子炉圧力容器が配置されるドライウェル、及び圧力抑制室に配置される。触媒層の上端からチムニー出口部までの高さが触媒層の高さの2倍以上で、チムニー出口部の流路面積がチムニー入口部の流路面積の25%以上になっている。 On the other hand, in recent years, catalytic-type hydrogen treatment facilities that have excellent passive safety and do not require external power have been developed. An example of this catalytic hydrogen treatment facility is described in JP-A-10-227885. Catalytic hydrogen treatment equipment has a catalyst that reacts hydrogen and oxygen, and a chimney that houses the catalyst, and is placed in a dry well and a pressure suppression chamber in the reactor containment vessel where the reactor pressure vessel is placed. The The height from the upper end of the catalyst layer to the chimney outlet is at least twice the height of the catalyst layer, and the channel area of the chimney outlet is 25% or more of the channel area of the chimney inlet.
原子炉格納容器内において、水素及び酸素を含む、触媒式水素処理設備の周囲に存在するガスが、チムニー入口部からチムニー内の触媒層に流入する。水素及び酸素は、触媒表面で化学反応を生じて再結合され、水になる。この化学反応は発熱反応であって、この発熱により触媒層内のガスが温められ、触媒層内で上昇流が発生する。温められたガスは、触媒層から流出してチムニー出口部から触媒式水素処理設備外に排出される。この結果、チムニー内が負圧になり、新たなガスが下端部のチムニー入口部からチムニー内の触媒層に流入し、触媒層内で水素と酸素が反応する。これらのプロセスを繰り返し、触媒式水素処理設備の周囲に存在するガスが水素及び酸素を含んでいる場合に、触媒式水素処理設備は触媒により水素を処理しながら循環流を形成し、ガスに含まれる水素を連続的に処理する。 In the reactor containment vessel, gas existing around the catalytic hydrogen treatment facility including hydrogen and oxygen flows from the chimney inlet to the catalyst layer in the chimney. Hydrogen and oxygen undergo a chemical reaction on the catalyst surface and recombine into water. This chemical reaction is an exothermic reaction, and the gas in the catalyst layer is warmed by the heat generation, and an upward flow is generated in the catalyst layer. The warmed gas flows out of the catalyst layer and is discharged out of the catalytic hydrogen treatment facility from the chimney outlet. As a result, the pressure in the chimney becomes negative, and a new gas flows from the chimney inlet at the lower end into the catalyst layer in the chimney, where hydrogen and oxygen react. When these processes are repeated and the gas existing around the catalytic hydroprocessing equipment contains hydrogen and oxygen, the catalytic hydroprocessing equipment forms a circulating flow while treating the hydrogen with the catalyst and is contained in the gas. The hydrogen to be treated is continuously treated.
また、触媒式水素処理設備を、原子炉建屋内で原子炉格納容器外に配置した例が、特開2009−69122号公報に記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-69122 discloses an example in which a catalytic hydrogen treatment facility is disposed outside a reactor containment vessel inside a reactor building.
冷却材喪失事故時に放出される水素は、触媒式水素処理設備により電源が喪失した状況においても処理される。しかし、水素を含むガスの一部が原子炉建屋などに流入する場合、それらのガスが部分的に滞留する可能性がある。このような事象に対しては、触媒式水素処理設備を、ガスが滞留する可能性のある、原子炉建屋内の部屋及び空間毎に設置することが有効である(特開2009−69122号公報参照)。 Hydrogen released at the time of the coolant loss accident is treated even in the situation where the power source is lost by the catalytic hydrogen treatment facility. However, when some of the gas containing hydrogen flows into the reactor building or the like, there is a possibility that those gases partially stay. For such an event, it is effective to install a catalytic hydrogen treatment facility in each room and space in the reactor building where gas may stay (JP 2009-69122 A). reference).
但し、触媒式水素処理設備を設置できるスペースが、それらの部屋及び空間内に確保できない場合があり、従来よりも触媒式水素処理設備を小型化する必要がある。しかし、触媒式水素処理設備は、水素再結合反応に伴う発熱によりガスを温め、上昇流を発生させることが必要であり、単純に小型化を進めると、空間的な発熱密度の低下及びガス以外への熱逃げなどによって必要な発熱量が確保できなくなることが懸念される。 However, there are cases where a space where the catalytic hydrogen treatment facility can be installed cannot be secured in those rooms and spaces, and it is necessary to make the catalytic hydrogen treatment facility smaller than before. However, catalytic hydroprocessing equipment needs to warm the gas by the heat generated by the hydrogen recombination reaction and generate an upward flow, and simply downsizing can reduce the spatial heat generation density and other than gas. There is a concern that the necessary amount of heat generation cannot be ensured due to heat escape to the heat source.
発明者らは、触媒式水素処理設備の小型化時における水素処理性能の低下を抑制できる対策について検討を行った。その結果、触媒式水素処理設備において、触媒とガス流の接触面積を最大限にするとともに、周囲への熱逃げを最小化することにより、小型化時の水素処理性能を向上できることを見出した。 Inventors examined the countermeasure which can suppress the fall of the hydrogen treatment performance at the time of size reduction of a catalytic type hydrogen treatment facility. As a result, it has been found that in a catalytic hydrogen treatment facility, the contact area between the catalyst and the gas flow can be maximized, and heat escape to the surroundings can be minimized, thereby improving the hydrogen treatment performance during downsizing.
本発明の目的は、小型化できかつ水素処理性能を向上できる原子力プラントの水素処理設備を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a hydrogen treatment facility for a nuclear power plant that can be reduced in size and improved in hydrogen treatment performance.
上記した目的を達成する本発明の特徴は、環状の触媒層と、この環状の触媒層の内側に形成されたガス流路とを有することにある。 A feature of the present invention that achieves the above-described object resides in having an annular catalyst layer and a gas flow path formed inside the annular catalyst layer.
上記の目的は、ガス流路を形成する触媒層と、前記触媒層を取り囲む断熱層とを備えることによっても達成することができる。 The above object can also be achieved by providing a catalyst layer that forms a gas flow path and a heat insulating layer that surrounds the catalyst layer.
本発明によれば、水素処理設備を小型化することができ、かつその水素処理設備における水素処理性能を向上することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a hydrogen treatment facility can be reduced in size and the hydrogen treatment performance in the hydrogen treatment facility can be improved.
発明者らは、触媒式水素処理設備の小型化を行う際に、触媒式水素処理設備の水素処理性能の低下を抑制できる対策について検討を行った。その結果、水素処理性能の低下が、主に、触媒式水素処理設備の触媒層内で発生した熱が触媒層の外部に放出されることによるものであることが判明した。そこで、発明者らは、触媒層を筒状にして触媒層で取り囲まれる中心部の領域を、水素を含むガスが流れるガス流路にすることにより、このガス流路内を流れるそのガスを、周囲の触媒層で発生する熱で効率良く昇温させ、ガス流路内に上昇流を形成できることを見出した。 Inventors examined the countermeasure which can suppress the fall of the hydrogen-treatment performance of a catalyst-type hydrogen treatment facility, when reducing the size of a catalyst-type hydrogen treatment facility. As a result, it has been found that the decrease in the hydrogen treatment performance is mainly due to the heat generated in the catalyst layer of the catalytic hydrogen treatment facility being released to the outside of the catalyst layer. Therefore, the inventors made the gas flowing in the gas flow path by making the catalyst layer cylindrical and making the central region surrounded by the catalyst layer a gas flow path in which a gas containing hydrogen flows. It has been found that the temperature can be efficiently raised by the heat generated in the surrounding catalyst layer to form an upward flow in the gas flow path.
また、触媒層から外部への熱の放出をさらに抑制するためには、触媒層の周囲を断熱層で取り囲むことが好ましいことを、発明者らが見出した。 Further, the inventors have found that in order to further suppress the release of heat from the catalyst layer to the outside, it is preferable to surround the catalyst layer with a heat insulating layer.
さらに、触媒層で取り囲まれたガス流路に流入するガスに含まれる水素の濃度が低い場合など、水素と酸素の再結合反応に必要な発熱が確保できない場合に対応するためには、水素センサを設置し、さらにバッテリーで駆動するファンを設置することが必要であることも、発明者らが見出した。これにより、水素濃度が低い場合でも、より確実に水素処理を行うことができる。 Furthermore, in order to cope with the case where heat generation necessary for the recombination reaction between hydrogen and oxygen cannot be secured, such as when the concentration of hydrogen contained in the gas flowing into the gas flow path surrounded by the catalyst layer is low, a hydrogen sensor The inventors have also found that it is necessary to install a fan driven by a battery and a battery. Thereby, even when the hydrogen concentration is low, the hydrogen treatment can be performed more reliably.
以上の検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に説明する。 Examples of the present invention reflecting the above examination results will be described below.
本発明の好適な一実施例である実施例1の原子力プラントの水素処理設備を、図1を用いて説明する。
A hydrogen treatment facility for a nuclear power plant according to
本実施例の原子力プラントの水素処理設備1は、触媒式水素処理設備であり、環状の触媒層2、及び断熱層3を有する。触媒層2は円筒状の容器(図示せず)内に配置されている。ガス流路4が、円筒状の触媒層2の内側に形成され、触媒層2によって取り囲まれている。断熱層3が触媒層2を内部に配置している容器の外面を取り囲んでいる。
The
触媒層2内に充填される触媒は、粒状をしており、多孔質の金属担体の表面に無機酸化物(例えば、酸化アルミナ)を担持し、担持された無機酸化物(例えば酸化アルミナ)の表面に触媒金属である白金を添着して構成される金属触媒である。金属触媒の替りに、多孔質の無機酸化物(例えば、多孔質の酸化アルミナ)の担体の表面に金属触媒(例えば、白金)を添着して構成される無機酸化物触媒を用いてもよい。触媒金属としては、白金の替りに、パラジウムを用いてもよい。
The catalyst filled in the
断熱層3を構成する断熱材として、グラスウールが本実施例で用いられる。グラスウール以外に、ロックウール、及びセルロースファイバーなどの繊維系断熱材、または発泡系断熱材を用いても良い。グラスウールは繊維系断熱材の一種である。
Glass wool is used in this embodiment as a heat insulating material constituting the
本実施例の水素処理設備1は、例えば、沸騰水型原子力プラントの原子炉格納容器内に配置される。また、原子炉格納容器が設置される原子炉建屋内で原子炉格納容器の外側領域に、水素処理設備1を設置しても良い。
The
内部に複数の燃料集合体が装荷された炉心を配置している原子炉圧力容器が、原子炉格納容器内に配置されている。原子炉圧力容器に接続された主蒸気配管は、原子炉格納容器を貫通して原子炉建屋に隣接して配置されたタービン建屋まで伸びており、タービン建屋内に設置されたタービンに接続される。主蒸気配管の原子炉格納容器の貫通部付近で、原子炉格納容器の内外でそれぞれ隔離弁が主蒸気配管に設けられる。沸騰水型原子力プラントの運転中には、原子炉格納容器内は窒素ガス雰囲気になっている。 A reactor pressure vessel in which a core loaded with a plurality of fuel assemblies is disposed is disposed in the reactor containment vessel. The main steam pipe connected to the reactor pressure vessel extends through the reactor containment vessel to the turbine building located adjacent to the reactor building, and is connected to the turbine installed in the turbine building. . Isolation valves are provided in the main steam pipe in and out of the reactor containment near the penetration of the main containment in the main containment. During operation of the boiling water nuclear power plant, the reactor containment vessel is in a nitrogen gas atmosphere.
原子炉格納容器内で主蒸気配管に貫通するき裂が生じて冷却材喪失事故が発生した場合を例に挙げて、水素処理設備1の機能を説明する。冷却材喪失事故が発生したとき、主蒸気配管に設けられた各隔離弁が全閉状態になる。
The function of the
冷却材喪失事故の発生によって、原子炉圧力容器内の高温高圧の冷却水が、主蒸気配管に生じたき裂を通して原子炉格納容器内のドライウェルに高温の蒸気となって放出される。この蒸気と共に原子炉圧力容器内で発生した水素ガス及び酸素ガスが、ドライウェルに放出される。水素、酸素及び蒸気を含むドライウェル内の窒素ガスが、ドライウェルに配置された水素処理設備1に流入する。具体的には、水素等を含むこの窒素ガスは、ガス流入口から、触媒層2によって取り囲まれたガス流路4内に流入し、また、この窒素ガスの一部は触媒層2内を上昇する。ガス流入口はガス流路4の下端に形成され、ガス流出口はガス流路3の上端に形成されている。
Due to the occurrence of the coolant loss accident, the high-temperature and high-pressure cooling water in the reactor pressure vessel is released as high-temperature steam to the dry well in the reactor containment vessel through a crack generated in the main steam pipe. Hydrogen gas and oxygen gas generated in the reactor pressure vessel together with this steam are released into the dry well. Nitrogen gas in the dry well containing hydrogen, oxygen, and steam flows into the
水素及び酸素を含む窒素ガスが触媒層2およびガス流路4内を上昇している間に、窒素ガスに含まれる水素が、触媒層2に存在する触媒金属である白金の作用によってその窒素ガスに含まれる酸素と反応して水になる。触媒金属の作用による水素と酸素の再結合反応は、発熱反応である(図2のS1参照)。この再結合反応で生じる熱によって、ガス流路4内に流入した窒素ガスは加熱されて温度が上昇するため、ガス流路4内で窒素ガスの上昇流が形成される(図2のS2参照)。ガス流路4内に流入した窒素ガスに含まれる水素が触媒金属の作用により酸素と再結合されて水になる。このため、ガス流路4のガス流入口からドライウェルに流出する窒素ガスの水素濃度は、ガス流入口からガス流路4に流入する窒素ガスの水素濃度よりも低下する。
While the nitrogen gas containing hydrogen and oxygen is rising in the
ガス流路4内に上昇流が形成されるため、ドライウェル内の水素を含む新たな窒素ガスがガス流入口からガス流路4内に流入する(図2のS3参照)。ドライウェル内の窒素ガスが水素及び酸素を含んでいる間、窒素ガスのガス流路4への流入が継続して行われる。水素処理設備1による水素処理により、原子炉格納容器内の水素濃度が著しく低下する。
Since an upward flow is formed in the
本実施例では、ガス流路4を環状の触媒層2が取り囲んでいるため、ガス流路内4の窒素ガスへの触媒層2からの加熱量が、特開平10−227885号公報に記載された触媒式水素処理設備における窒素ガスへの触媒からの加熱量よりも大きくなる。すなわち、特開平10−227885号公報に記載された触媒式水素処理設備で用いられる長方形の平板型の触媒カートリッジでは、万遍なく、広い場所で発熱が起こるため、温度上昇は小さくなる。これに対して、本実施例のように環状の触媒層2を用いた場合には、触媒層2に取り囲まれるガス流路4内に水素及び酸素を含む窒素ガスが流入すると、ガス流路4の集中的に発熱が生じ、また、環状の即売2に取り囲まれたガス流路4に熱がこもりやすいので、特開平10−227885号公報に記載された触媒式水素処理設備よりも温度が上昇する。このため、ガス流路内4を上昇する窒素ガスの温度が高くなり、本実施例における水素の処理効率が、特開平10−227885号公報に記載された触媒式水素処理設備における水素の処理効率よりも増大する。
In the present embodiment, since the
また、本実施例の水素処理設備1では、窒素ガスへの加熱量の増加により、ガス流路4内の窒素ガスの上昇流の速度が増加するため、チムニー無しでも、ガス流路4内に流入する窒素ガスの流量が増加する。本実施例の水素処理設備1は、チムニーが不要であり、小型化される。
Further, in the
触媒層2の周囲を断熱層3で取り囲んでいるため、本実施例は、触媒層2が断熱層3により保温され、触媒層2の外面から外部への熱の放出が抑制される。この結果、水素と酸素の再結合反応で生じる熱量のうち、ガス流路4内の窒素ガスの加熱に使用される熱量の割合が増加し、水素と酸素の再結合反応がさらに促進される。すなわち、水素処理設備1における水素の処理効率がさらに向上する。
Since the periphery of the
本実施例の水素処理設備1における触媒層2の半径方向の厚みに対する断熱層3の半径方向の厚みの比と、水素処理速度との関係を相対的に評価した結果の一例を、図3に示す。断熱層3の厚みを、触媒層2の厚みで規格化した際の水素処理速度は、触媒層2の厚みに対する断熱層3の厚みの比の増大と共に増加する。しかし、その比が或る値以上になると、水素処理速度の増加割合が飽和する。
FIG. 3 shows an example of the result of relatively evaluating the relationship between the ratio of the radial thickness of the
以上に述べたように、本実施例の水素処理設備1は、小型化され、かつ水素処理性能を向上させることができる。小型化された本実施例の水素処理設備1は、ガスが滞留する可能性のある、原子炉格納容器内の狭い空間及び原子炉建屋内の狭い部屋及び狭い空間に設置することができる。
As described above, the
外径が異なる複数の環状の触媒層2を同心円状に配置し、最も内側に位置する触媒層2の内側及び触媒層2の相互間に、水素を含む窒素ガスが流入するガス流路を形成し、最も外側に位置する環状の触媒層2の外面を断熱材層3で取り囲んで、水素処理設備を構成しても良い。このような水素処理設備も、水素処理設備1で生じる各効果を得ることができる。複数の環状の触媒層2を同心円状に配置することにより、最も外側に位置する触媒層2よりも内側に位置する触媒層2から外側に向かって放出される熱は、この触媒層2の外面に接触するガス流路内を上昇する窒素ガスの加熱に使用される。
A plurality of annular catalyst layers 2 having different outer diameters are arranged concentrically, and a gas flow path into which nitrogen gas containing hydrogen flows is formed between the
本発明の他の実施例である実施例2の原子力プラントの水素処理設備を、図4を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの水素処理設備1Aは触媒式水素処理設備である。
A hydrogen treatment facility for a nuclear power plant according to
水素処理設備1Aは、実施例1の水素処理設備1に、ファン(送風装置)5、バッテリー6及び温度センサ7を追加した構成を有する。水素処理設備1Aの他の構成は水素処理設備1と同じである。
The
ファン5がガス流路4のガス流出口の真上に配置される。ファン5のモータ(図示せず)がケーブル8によってバッテリー6に接続され、温度センサ7もバッテリー6に接続される。図示されていないが、ファン5及びセンサ7には所内電源または外部電源も接続されている。温度センサ7は、ドライウェル内に設置され、ドライウェル内の温度を測定する。温度センサ7は冷却材喪失事故を検出するセンサであり、温度センサ7の替りに、ドライウェル内の水素濃度を検出する水素センサ、またはドライウェル内の圧力を検出する圧力センサを、冷却材喪失事故を検出するセンサとして使用し、ドライウェル内に設置しても良い。
A
冷却材喪失事故が発生したときにおいて所内電源または外部電源が正常である場合には、ファン5及び温度センサ7は所内電源または外部電源から供給される電流により動作する。温度センサ7で測定されたドライウェル内の温度が制御装置(図示せず)に入力される。この制御装置は、入力した測定温度が、冷却材喪失事故の発生を示す設定温度以上になっているかを判定する。冷却材喪失事故が発生したとき、前述したように、配管に生じたき裂から高温の蒸気がドライウェル内に放出されるため、ドライウェル内の温度が急激に上昇する。ドライウェル内の温度を測定することによって、冷却材喪失事故の発生を把握することができる。制御装置は、温度センサ7で測定された温度が上記の設定温度以上になったと判定したとき、ファン5と所内電源または外部電源を接続している電源ケーブルに設けられた開閉器(図示せず)を閉じる。この電源ケーブルを通して電流がファン5のモータに供給されるため、ファン5が回転する。
If the in-house power supply or the external power supply is normal when the coolant loss accident occurs, the
冷却材喪失事故が発生したとき、水素処理設備1Aでは、実施例1と同様に、ガス流路4内に水素を含む窒素ガスが流入し、触媒層2の金属触媒(例えば、白金)の作用により、流入した窒素ガスに含まれる水素と酸素の再結合反応が生じている。このような状態で、ファン5が回転されるので、ガス流路4内を流れる窒素ガスの流量が増加する。このため、冷却材喪失事故が発生して時間が経過し、水素処理設備1Aによる水素処理によりドライウェル内に存在する窒素ガスに含まれる水素の濃度が低下して水素処理設備1Aの触媒層2での発熱量が低下しても、窒素ガスに含まれる低濃度の水素を処理することができる。
When a coolant loss accident occurs, in the
冷却材喪失事故が発生したときにおいて所内電源及び外部電源がいずれも喪失している場合には、バッテリー6から制御装置に電流が供給される。この制御装置はバッテリー6によって作動する。温度センサ7もバッテリー6から供給される電流によって温度の測定が可能になる。その制御装置は、温度センサ7で測定した温度が設定温度以上になりさらに所内電源及び外部電源がいずれも喪失していると判定したとき、ケーブル8に設けられた開閉器(図示せず)を閉じる。ケーブル8を通してバッテリー6から電流がファン5のモータに供給され、ファン5が回転される。ファン5の回転により、前述したように、ガス流路4内を流れる窒素ガスの流量が増加する。冷却材喪失事故が発生したときにおいて所内電源及び外部電源がいずれも喪失している場合でも、水素処理設備1Aは、ドライウェル内の窒素ガスに含まれている水素を処理することができる。
When both the in-house power supply and the external power supply are lost when the coolant loss accident occurs, current is supplied from the
本実施例は、実施例1で生じる各効果を得ることができる。ファン5を備えているので、本実施例は、水素処理設備1Aに流入するガス(例えば、窒素ガス)に含まれる水素の濃度が少なくなっても、この水素を処理することができる。
In the present embodiment, each effect produced in the first embodiment can be obtained. Since the
本実施例で用いられる構成であるファン5、バッテリー6及び温度センサ7は、後述の実施例3の水素処理設備1Bに適用しても良い。
The
本発明の他の実施例である実施例3の原子力プラントの水素処理設備を、図5を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの水素処理設備1Bは触媒式水素処理設備である。
A hydrogen treatment facility for a nuclear power plant according to
水素処理設備1Bは、実施例1の水素処理設備1において断熱層3を削除した構成を有する。水素処理設備1Bの他の構成は水素処理設備1と同じである。
The
水素処理設備1Bも、水素処理設備1と同様に、ガス流路4内に流入した窒素ガスに含まれている水素を触媒層2内の触媒金属(例えば、白金)の作用によって酸素と再結合させて処理している。このような水素処理設備1Bは、断熱層3を有していない関係上、実施例1で生じる効果のうち断熱層3によってもたらされる効果を除いた他の各効果を得ることができる。水素処理設備1Bは、小型化され、かつ水素処理性能を向上させることができる。
Similarly to the
本実施例においても、外径が異なる複数の環状の触媒層2を同心円状に配置し、最も内側に位置する触媒層2の内側及び触媒層2の相互間に、水素を含む窒素ガスが流入するガス流路を形成しても良い。
Also in this embodiment, a plurality of annular catalyst layers 2 having different outer diameters are concentrically arranged, and nitrogen gas containing hydrogen flows between the
本発明の他の実施例である実施例4の原子力プラントの水素処理設備を、図6を用いて説明する。本実施例の原子力プラントの水素処理設備1Cは触媒式水素処理設備である。
A hydrogen treatment facility for a nuclear power plant according to
水素処理設備1Cは、前述した水素処理設備1A及び1Bのように、環状の触媒層2ではなく、複数の板状の触媒カートリッジ2Aを有する。水素処理設備1Cは、さらに、断熱層3A及びケーシング10を有する。複数の板状の触媒カートリッジ2Aが、ケーシング10の下部でケーシング10内に平行に並んで配置されている。ケーシング10内には、複数の板状の触媒カートリッジ2Aで仕切られた複数のガス流路13が形成されている。これらのガス通路13は、ケーシング10の下端に形成されたガス流入口11に連絡される。ケーシング10の上端部で一つの側壁部分に形成されたガス流出口12も、各ガス流路13に連絡される。断熱層3Aは、ケーシング10の外面に設置され、ガス流入口11及びガス流出口12を除いてケーシングの外面を覆っている。
The hydrogen treatment facility 1C includes a plurality of plate-
水素処理設備1Cでは、ケーシング10内の複数の触媒カートリッジ2Aによって、ガス流路を形成している触媒層が形成され、断熱層3Aがガス流路を形成するこの触媒層の周囲を取り囲んでいる。
In the hydrogen treatment facility 1C, a catalyst layer forming a gas flow path is formed by the plurality of
原子炉格納容器内で主蒸気配管に貫通するき裂が生じて冷却材喪失事故が発生したとき、ドライウェル内の水素及び酸素を含む窒素ガスが、ガス流入口11よりガス流路13内に流入する。この窒素ガスがガス流路13内を上昇している間に、窒素ガスに含まれる水素が、触媒カートリッジ2Aの触媒金属(例えば、白金)の作用によってその窒素ガスに含まれる酸素と反応して水になる。酸素との反応により水素濃度が低下した窒素ガスが、ガス流路13から排出され、さらに、ガス流出口12を通って水素処理設備1Cの外部、すなわち、原子炉格納容器内のドライウェルに排出される。水素と酸素の反応は発熱反応であるため、ガス流路13内で温度が上昇した窒素ガスが上昇流となってガス流出口12から排出されると共に、水素処理設備1C外のドライウェル内の窒素ガスが新たにガス流入口11を通してガス流路13内に供給される。
When a crack that penetrates the main steam pipe occurs in the reactor containment vessel and a coolant loss accident occurs, nitrogen gas containing hydrogen and oxygen in the dry well enters the
断熱層3Aがケーシング10の外面を取り囲んでいるので、ケーシング10内からケーシング10の側壁を通して外部に放出される熱量が低減される。ケーシング10内で水素と酸素の再結合反応で生じる熱量のうち、ガス流路13内を上昇する窒素ガスの加熱に使用される熱量の割合が増加する。このため、ガス流路13内の窒素ガスの温度がさらに上昇して水素と酸素の再結合反応が促進され、水素処理設備1Cにおける水素の処理効率がさらに向上する。
Since the heat insulating layer 3A surrounds the outer surface of the
ガス流路13内の窒素ガスの温度がさらに上昇するため、ケーシング10のチムニー部分、すなわち、触媒カートリッジ2Aの上端からガス流出口12までの高さを低くすることができる。これにより、水素処理設備1Cは小型化される。
Since the temperature of the nitrogen gas in the
本実施例の水素処理設備1Cは、環状の触媒層2を有していない関係上、実施例1で生じる効果のうち環状の触媒層2によってもたらされる効果を除いた他の各効果を得ることができる。本実施例の水素処理設備1Cは、小型化され、かつ水素処理性能を向上させることができる。
The
前述した実施例1ないし4の各実施例は、原子力プラントである沸騰水型原子力プラント及び加圧水型原子力プラントに適用することができる。 Each of the first to fourth embodiments described above can be applied to a boiling water nuclear plant and a pressurized water nuclear plant which are nuclear plants.
1,1A,1B,1C…水素処理設備、2…触媒層、2A…触媒カートリッジ、3,3A…断熱層、4,13…ガス流路、5…ファン、6…バッテリー、7…温度センサ(事故検知センサ)、10…ケーシング。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012042843A JP2013178188A (en) | 2012-02-29 | 2012-02-29 | Hydrogen treatment equipment of nuclear power plant |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101443042B1 (en) * | 2014-01-16 | 2014-09-22 | 한국기계연구원 | Passive hydrogen remove imitate device for loss of heat of filtration test chamber |
| JP2015230267A (en) * | 2014-06-06 | 2015-12-21 | 株式会社東芝 | Hydrogen removal device |
-
2012
- 2012-02-29 JP JP2012042843A patent/JP2013178188A/en active Pending
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