原子力発電プラント内の不燃性ガスを管理する装置および方法
【課題】原子力発電プラント内のＨ2およびＯ2などの滞留した非凝縮性ガスが燃焼することにより損傷を受けやすい設備から非凝縮性ガスを静的に除去するシステムを提供する。
【解決手段】システムは、静的格納容器冷却系（ＰＣＣＳ）コンデンサの下部ヘッダに設置した触媒プレート１０５と、ＰＣＣＳコンデンサの凝縮チューブまたはＰＣＣＳコンデンサの環状出口の内面の触媒充填部材および／または触媒コーティングとを含む。構造は、水の形成を抑制すると共に非凝縮性ガスとの接触を促進する表面または疎水性要素を有してもよい。原子力発電プラント内の非凝縮性ガスは、このシステムを個々にまたは組み合わせて設置および使用することによって除去される。内部で非凝縮性ガスの再結合を容易にするために、ＰＣＣＳコンデンサの運転圧力を増大させてもよい。
【解決手段】システムは、静的格納容器冷却系（ＰＣＣＳ）コンデンサの下部ヘッダに設置した触媒プレート１０５と、ＰＣＣＳコンデンサの凝縮チューブまたはＰＣＣＳコンデンサの環状出口の内面の触媒充填部材および／または触媒コーティングとを含む。構造は、水の形成を抑制すると共に非凝縮性ガスとの接触を促進する表面または疎水性要素を有してもよい。原子力発電プラント内の非凝縮性ガスは、このシステムを個々にまたは組み合わせて設置および使用することによって除去される。内部で非凝縮性ガスの再結合を容易にするために、ＰＣＣＳコンデンサの運転圧力を増大させてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電プラント内の不燃性ガスを管理する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の格納容器建屋１０の断面の断面概略図である。高経済型単純化沸騰水型原子炉（ＥＳＢＷＲ）の構成要素および特徴を有する格納容器１０を図１に示すが、本明細書に記載の構成要素は、他のプラント構成で使用することもできると理解されよう。図１に示すように、格納容器１０は、重力落下式注水系（ＧＤＣＳ）１５を含むことができ、このＧＤＣＳ１５は、一次冷却材喪失の場合に原子炉容器を冷却するために使用する水で満たされた大型のタンクであり得る。圧力抑制プール１６は、格納容器１０内にあってもよく、事故の場合には原子炉容器からの蒸気を凝縮し、圧力を緩和するために使用される。いくつかの静的格納容器冷却系（ＰＣＣＳ）コンデンサ５０が、格納容器１０の外側にあるＰＣＣＳプール２０内に配置されている。格納容器１０内での冷却材喪失事故時に、ＰＣＣＳコンデンサ５０は、余熱を取り除き、格納容器１０内の蒸気を凝縮する。
【０００３】
ＰＣＣＳコンデンサ５０は、過酷事故時に格納容器１０内に放出され得る蒸気および非凝縮性ガスを受け入れる入口５１を格納容器１０内に備える。蒸気は、炉内で沸騰している冷却材から発生し、放射線および化学物質の放出により、Ｏ2およびＨ2などの非凝縮性ガスが、原子力プラントの運転中に炉および格納容器１０内に蓄積する。蒸気および非凝縮性ガスは、ＰＣＣＳコンデンサ５０の入口５１を通過し、ＰＣＣＳプール２０に没している枝分れパイプおよび垂直チューブ５２の中に入る。蒸気および非凝縮性ガスからの熱は、垂直チューブ５２からＰＣＣＳプール２０へ伝達され、垂直チューブ５２内の蒸気は、凝縮して水になる。下部ヘッダ５３は、ＰＣＣＳコンデンサ５０中の凝縮水および非凝縮性ガスを集める。
【０００４】
凝縮水は、重力および圧力差によって、環状ダクト５４内に内側通路および外側通路を与える同心二重パイプを備える環状ダクト５４を通じて、下部ヘッダ５３から下方へ押し流される。凝縮水は、環状ダクト５４の外側パイプを通じて共用のドレイン管路５７に流れ込み、このドレイン管路５７は、凝縮水をＧＤＣＳプール１５の中に排出する。非凝縮性ガスは、下部ヘッダ５３から環状ダクト５４内の内側通路５４ａ（図２）を通じて下方に向かって流れ、圧力抑制プール１６内のスパージャ５９で終点となるベント管路５８に流れ込む。ファン３０をベント管路５８に接続することにより、ＰＣＣＳコンデンサ５０からの非凝縮性の流れを増強することができる。
【０００５】
下部ヘッダ５３は、凝縮水および非凝縮性ガスを環状ダクト５４の外側通路および内側通路にそれぞれ分けるドレインマニホルド５５を含む。図２は、従来のドレインマニホルド５５の説明図である。図２に示すように、ドレインマニホルド５５は、ベントフード／ドリップフード７５を含み、このベントフード／ドリップフード７５は、下方に向かってドリップフード７５上へ流れる凝縮水をドレインマニホルド５５のいずれかの側へ分流させる。いくつかの圧縮波バッフル６５が、下部ヘッダ５３内でドレインマニホルド５５を補強および固定する。非凝縮性ガスは、上に向かってドリップフード７５に流れ込み、そして環状ダクト５４の内側通路５４ａへ流れ込むことができ、一方、分流された凝縮水は、環状ダクト５４の縁部の周囲の外側通路に流れ込む。このようにして、水は、非凝縮性ガスによる流れの閉塞または逆流を引き起こすことなく、原子炉冷却材として使用するためにＧＤＣＳプール１５の中に流れ戻ることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
例示の実施形態は、外部電源および／または可動部品を必要とすることなく、原子力発電プラント内のＨ2およびＯ2などの滞留した非凝縮性ガスが燃焼することにより損傷を受けやすい設備から非凝縮性ガスを静的に除去するシステムに関する。例示のシステムは、非凝縮性ガス暴露を受ける領域内に設置した触媒材料を含み、この触媒材料は、非凝縮性ガスの不活性副生成物への反応を触媒する。例示のシステムは、静的格納容器冷却系（ＰＣＣＳ）コンデンサの下部ヘッダに設置した触媒プレートと、ＰＣＣＳコンデンサの凝縮チューブまたはＰＣＣＳコンデンサの環状出口の内面の触媒充填部材および／または触媒コーティングとを含んでもよい。例示のシステムは、水の形成を抑制すると共に非凝縮性ガスとの接触を促進する表面または疎水性要素を有する構造を含んでもよい。
【０００７】
例示の方法は、例示の実施形態の触媒システムを個々にまたは組み合わせて設置および使用することによって原子力発電プラント内の非凝縮性ガスを静的に除去することに関する。例示の方法は、内部で非凝縮性ガスの再結合を容易にするために、ＰＣＣＳコンデンサの運転圧力を増大させることをさらに含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来のＥＳＢＷＲ格納容器の概略図である。
【図２】従来のドレインマニホルドの説明図である。
【図３】例示の一実施形態の触媒システムの説明図である。
【図４】別の例示の一実施形態の触媒システムの説明図である。
【図５】さらなる例示の一実施形態の触媒システムの説明図である。
【図６Ａ】ベント管路で用いる追加の例示の一実施形態の触媒システムの説明図である。
【図６Ｂ】明確化のためにキャップを取り除いた、図６Ａの追加の例示の実施形態の触媒システムの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、例示の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。しかしながら、本明細書に開示した特定の構造および機能の詳細は、例示の実施形態を説明するための典型に過ぎない。例示の実施形態は、多くの代替形態で具体化されてもよく、本明細書に記載の例示の実施形態だけに限定されるものと解釈されるべきではない。
【００１０】
第１、第２などの用語が、本明細書中で様々な要素を説明するために使用され得るが、これら要素は、それら用語によって限定されるべきではないと理解されよう。これら用語は、ある要素を別の要素と区別するために使用するものに過ぎない。例えば、例示の実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素は、第２の要素と呼ばれてもよく、同様に、第２の要素は、第１の要素と呼ばれてもよい。本明細書で使用する場合、用語「および／または」は、関連して列挙した１つまたは複数の項目の組合せのうち任意および全部のものを含む。
【００１１】
ある要素が、別の要素に「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「連結される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「対合される（ｍａｔｅｄ）」、「取り付けられる（ａｔｔａｃｈｅｄ）」、または「固定される（ｆｉｘｅｄ）」と呼ばれるとき、上記のある要素は、他の要素に直接接続もしくは直接連結されてもよく、または介在要素が存在してもよいことが理解されよう。対照的に、ある要素が、別の要素に「直接接続される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」または「直接連結される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」と呼ばれるときは、介在要素は存在しない。要素間の関係を記述するために使用される他の語句（例えば、「間に（ｂｅｔｗｅｅｎ）」と「直接間に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｂｅｔｗｅｅｎ）」、「隣接した（ａｄｊａｃｅｎｔ）」と「直接隣接した（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｄｊａｃｅｎｔ）」など）も同様に解釈すべきである。
【００１２】
本明細書で使用する場合、単数形「１つ、一（ａ、ａｎ）、この（ｔｈｅ）」は、分脈上他の意味を明らかに示さない限り、複数形も含むものとする。用語「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている／含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「備える／含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、および／または「備えている／含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、本明細書で使用される場合、提示した特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／または構成要素の存在を示すが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素および／またはそれらのグループの存在もしくは追加を除外するものではないことがさらに理解されよう。
【００１３】
いくつかの代替の実施では、記載した機能／作用は、図に記載または明細書に説明した順序以外の順序で生じてもよいことにも留意されたい。例えば、連続して示した２枚の図または２つのステップは、伴う機能／作用に応じて、実際には、ほぼ同時に実行されてもよく、または場合によっては逆の順序でもしくは繰り返し実行されてもよい。
【００１４】
本出願の発明者らは、冷却材喪失を伴う事故時に、大量の非凝縮性ガスが、原子力発電プラント内の静的な冷却材の特徴に直接入り得ることを認識した。そのような非凝縮性ガスは、特に高温高圧環境においてよく反応し得る。静的な冷却材の特徴で見出される非凝縮性ガスなどの非凝縮性ガスが密閉構造内で発火すると、静的な冷却材の特徴および周囲の構造に特に損傷を与え得る。この損傷は、事故のシナリオをさらに悪化させる可能性がある。以下に述べる例示の実施形態および方法は、静的な冷却材の特徴に認められる事前には正体の分からないこれらの危険性に独自に対処し、例えば、事故のシナリオの際のリスク増加を緩和することを含め、いくつかの利点をもたらす。
【００１５】
例示の実施形態は、非凝縮性ガスに暴露される可能性または非凝縮性ガスを含有する可能性がある構造内に配置／設置した触媒材料と、非凝縮性ガスの発火により損傷を受けやすい特徴とを含む。この触媒材料は、非凝縮性ガスが、連続的で非破壊的なやり方で、不活性で有用な生成物に反応することを可能にすることができ、それによって爆発のリスクを低減し、気密格納容器構造内のガス圧を下げる。触媒は、通常運転時または事故のシナリオ時に爆発的損傷の影響を最も受けやすい、非凝縮性ガスに最も暴露される、および／または非凝縮性ガスの再結合による熱エネルギーを除去するための静的熱伝達に最も利用しやすい領域に特に対処するように置かれ構成され得る。
【００１６】
図３は、従来からＰＣＣＳコンデンサ５０（図１）に見かけるドレインマニホルド５５に使用可能な例示の一実施形態の触媒システム１００の説明図である。例示の実施形態のシステム１００は、ドリップフード７５の底部に設置した１つまたは複数の支持メッシュ１１０を含むことができる。支持メッシュ１１０は、支持メッシュ１１０を通じて流体が流れることを可能にする任意の支持構造であってよく、支持メッシュ１１０には、格子状ワイヤ、多孔板、固体フィルタなどが含まれる。各支持メッシュ１１０は、ドリップフード７５内で部分的または完全な区画を形成するように２つの圧縮波バッフル６５の間に位置することができる。
【００１７】
１つまたは複数の触媒プレート１０５が、ドレインマニホルド５５のドリップフード７５内に配置される。触媒プレート１０５は、１つまたは複数の支持メッシュ１１０上に位置してもよく、またはドリップフード７５内に他の方法で取り付けられてもよい。触媒プレートは、ドレインマニホルド５５内に嵌る大きさに作製されると共に、例えば、ドレインマニホルド５５の全長に延びてもよく、または２つの圧縮波バッフル６５の間の個々の区画内に嵌る大きさに作製されてもよい。図３に示すように、触媒プレート１０５が、圧縮波バッフル６５同士の間の単一の区画内に嵌る場合、１つまたは複数のセットの触媒プレート１０５が、異なる区画にあってもよい。触媒プレート１０５は、ドリップフード７５内に複数の触媒プレート１０５を収容し、触媒プレート１０５の表面積を増大させるように薄くてもよい。触媒プレート１０５は、分離していても、または交差していてもよい。触媒プレート１０５は、表面積を増大させ、触媒プレート１０５からの排水を促進し、非凝縮性ガスが内部で触媒材料と接触および相互作用するのを促進する波状または波形の表面を備えてもよい。あるいは、例えば、触媒プレート１０５は、平坦表面、多孔状表面、凸凹表面、スパイク状表面、タブ付き表面、縞のある表面、および／または他の任意のタイプの所望の表面を有してもよい。
【００１８】
触媒プレート１０５、および場合によって支持メッシュ１１０は、非凝縮性ガスの非爆発性反応または再結合を促す触媒材料を含む。例えば、触媒材料は、水素（Ｈ2）および／または酸素（Ｏ2）などの可燃性非凝縮性ガスが、水または他の無害な酸化物および／もしくは水素化物に反応するのを促進するパラジウム（Ｐｄ）またはパラジウム合金であってもよい。白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、有機化合物などが含まれる他の知られた触媒が、例示のシステム１００において触媒材料として使用可能である。触媒プレート１０５および／または支持メッシュ１１０は、全体的に触媒材料で製造されてもよく、または触媒材料の表面積を最大にしつつ、必要な触媒材料の量を保つように触媒材料で被覆、マトリックス化、埋め込み等されてもよい。
【００１９】
図４は、別の例示の一実施形態の触媒システム２００の説明図である。図４に示すように、１つまたは複数の触媒充填部材２０５が、ＰＣＣＳコンデンサ５０（図１）内のパイプ／チューブ内に置かれる。例えば、触媒充填部材２０５は、コンデンサ入口５１、枝分れ垂直チューブ５２、および／または環状ダクト５４に置かれてもよく、それぞれが、コンデンサ５０（図１）内の非凝縮性ガスを送受する。触媒充填部材２０５は、締結、溶接、摩擦などによってＰＣＣＳコンデンサ構造に保持することができる。
【００２０】
触媒充填部材２０５は、図４に示すように、触媒充填部材２０５が内部に置かれる構造の断面を満たす２枚以上の交差プレートを有する十字形であってもよい。代替として、触媒充填部材２０５は、構造５１、５２、５４などの内部で分離され、任意の向きに平行であってもよい。触媒充填部材２０５は、構造５１、５２、５４などの内部に複数の触媒充填部材２０５を収容し、触媒充填部材２０５の表面積を増大させるように薄くてもよい。
【００２１】
図４の細部Ａおよび細部Ｂに示すように、特に、触媒充填部２０５が、入口５１またはチューブ５２に置かれＰＣＣＳコンデンサ５０（図１）に流れ込む蒸気および復水に直接接触する場合、触媒充填部材２０５は、表面積を増大させ、および／または触媒充填部材２０５からの排水を促進するいくつかの異なる表面を備えてもよい。細部Ａは、タブからの排水であって、触媒充填部材２０５の表面から離れる排水を促進できるタブ付き表面２０６を示す。細部Ｂは、表面積を増大させ、触媒充填部材２０５からのチャネル内の液体の流れを促進し、非凝縮性ガスが内部で触媒材料と接触および相互作用するのを促進する縞のある表面または畝のある表面２０７を示す。あるいは、例えば、構造５１、５２、５４内の一部の流路が、触媒充填部材２０５の表面によって維持され完全閉塞されないという理解の下で、触媒充填部材２０５は、平坦表面、多孔状表面、凸凹表面、スパイク状表面、および／または他の任意のタイプの所望の表面を有してもよい。
【００２２】
触媒充填部材２０５は、非凝縮性ガスの非爆発性反応を促す触媒材料を含む。例えば、触媒材料は、水素（Ｈ2）および／または酸素（Ｏ2）などの可燃性非凝縮性ガスが、水または他の無害な酸化物および／もしくは水素化物に反応するのを促進するパラジウム（Ｐｄ）またはパラジウム合金であってもよい。白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、有機化合物などが含まれる他の知られた触媒が、例示のシステム２００において触媒材料として使用可能である。触媒充填部材２０５は、全体的に触媒材料で製造されてもよく、または触媒材料の表面積を最大にしつつ、必要な触媒材料の量を保つように触媒材料で被覆、マトリックス化、埋め込み等されてもよい。
【００２３】
図５は、別の例示の一実施形態の触媒システム３００の説明図である。図５に示すように、触媒コーティングまたはライナ３０５が、ＰＣＣＳコンデンサ５０（図１）内のパイプ／チューブの表面にコーティングされ／置かれている。例えば、触媒コーティング３０５は、コンデンサ入口５１、枝分れ垂直チューブ５２、および／または環状ダクト５４に置かれてもよく、それぞれが、コンデンサ５０（図１）内の非凝縮性ガスを送受する。加えて、触媒コーティング３０５は、下部ヘッダ５３（図１）などの他のＰＣＣＳ構造の内面、あるいは非凝縮性ガス流を受ける他の原子炉構造および／または非凝縮性ガスによる爆発的損傷に対して特に脆弱な他の原子炉構造に置かれてもよい。
【００２４】
触媒コーティング３０５は、構造５１、５２、５４などに取り付けたライナ、またはそれら構造に摩擦により位置するライナの形態であってもよく、あるいは、例えば、構造５１、５２、５４などの表面に付着した化学コーティングであってもよい。触媒コーティング３０５は、構造５１、５２、５４などを貫く流れを収容するように薄くすることができる。特に、触媒コーティング３０５が、入口５１またはチューブ５２に置かれＰＣＣＳコンデンサ５０（図１）に流れ込む蒸気および復水に直接接触する場合、触媒コーティング３０５は、表面積を増大させ、および／または触媒コーティング３０５からの排水を促進するいくつかの異なる表面を備えてもよい。例えば、構造５１、５２、５４内の一部の流路が、触媒コーティング３０５によって維持され完全閉塞されないという理解の下で、触媒充填部材２０５は、平坦表面、多孔状表面、凸凹表面、スパイク状表面、タブ付き表面、縞のある表面、および／または他の任意のタイプの所望の表面を有してもよい。触媒コーティング３０５は、蒸気をはじき、および／または触媒コーティング３０５から凝縮水を取り除くのを容易にし、非凝縮性ガスが内部で触媒材料と接触および相互作用するのを促進する疎水性要素を含むこともできる。例えば、静電的に施されるフッ素重合体、例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）が、触媒コーティング３０５を有する領域へ施されてもよい。
【００２５】
触媒コーティング３０５は、非凝縮性ガスの非爆発性反応を促す触媒材料を含む。例えば、触媒材料は、水素（Ｈ2）および／または酸素（Ｏ2）などの可燃性非凝縮性ガスが、水または他の無害な酸化物および／もしくは水素化物に反応するのを促進するパラジウム（Ｐｄ）またはパラジウム合金であってもよい。白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、有機化合物などが含まれる他の知られた触媒が、例示のシステム３００において触媒材料として使用可能である。触媒コーティング３０５は、全体的に触媒材料で製造されてもよく、または触媒材料の表面積を最大にしつつ、必要な触媒材料の量を保つように触媒材料で被覆、マトリックス化、埋め込み等されてもよい。
【００２６】
図６Ａおよび図６Ｂは、ベント管路５４で用いるのに適した追加の例示の一実施形態の触媒システム４００の説明図である。触媒システム４００をベント管路内に配置することにより、ベント管路５４内の復水の存在または閉塞のリスクを最小にしつつ、触媒材料と非凝縮性ガスの間の直接的接触を可能にすることができる。さらに、ベント管路５４内に配置することにより、下部ヘッダ５３において非凝縮性ガスの発火が生じた場合に触媒システム４００に損傷を与えるリスクのない、非凝縮性ガスを安定して利用可能な例示の実施形態のシステム４００を提供する。
【００２７】
図６Ａおよび６Ｂに示すように、例示の実施形態の触媒システム４００は、フランジ４０４上で、ベント管路５４の入口に間隔をおいて配置した複数の触媒プレート４０５を備えており、このベント管路５４は、下部ヘッダ５３の外側に延びている。触媒プレート４０５は、一定の間隔で配置され、フレーム４０６内の一定の位置に保持することができ、それによって触媒プレートは、ベント管路５４の上部に容易に挿入される。触媒プレート４０５は、ベント管路５４内に複数の触媒プレート４０５を収容し、触媒プレート４０５の表面積を増大させるように薄くてもよい。触媒プレート４０５は、表面積を増大させ、触媒プレート４０５からの排水を促進し、非凝縮性ガスが内部で触媒材料と接触および相互作用するのを促進する波状または波形の表面を備えてもよい。あるいは、例えば、触媒プレート４０５は、平坦表面、多孔状表面、凸凹表面、スパイク状表面、タブ付き表面、縞のある表面、および／または他の任意のタイプの所望の表面を有してもよい。
【００２８】
触媒プレート４０５は、非凝縮性ガスの非爆発性反応または再結合を促す触媒材料を含む。例えば、触媒材料は、水素（Ｈ2）および／または酸素（Ｏ2）などの可燃性非凝縮性ガスが、水または他の無害な酸化物および／もしくは水素化物に反応するのを促進するパラジウム（Ｐｄ）またはパラジウム合金であってもよい。白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、有機化合物などが含まれる他の知られた触媒が、例示のシステム１００において触媒材料として使用可能である。触媒プレート４０５は、全体的に触媒材料で製造されてもよく、または触媒材料の表面積を最大にしつつ、必要な触媒材料の量を保つように触媒材料で被覆、マトリックス化、埋め込み等されてもよい。
【００２９】
例示の実施形態の触媒システム４００は、液体または復水が、下部ヘッダ５３から例示の実施形態のシステム４００に入るのを防ぐのに役立つフードまたはキャップ４１０をさらに備えてもよく、これによって触媒プレート４０５は、実質的に乾いたままとなると共に、これらプレートを越えて流れる非凝縮性ガスとの接触を保つ。図６Ａに示すように、キャップ４１０は、ベント管路５４の上面に接合することができるが、ガスが、ベント管路に流れ込むことを可能にする。キャップ４１０は、ガスが下部ヘッダ５３内またはＰＣＣＳコンデンサ５０（図１）の他の部分内で発火した場合に、ベント管路５４内に整列した触媒プレート４０５に対する損傷をさらに防ぐことができる。モジュールフレーム４０６内のキャップ４１０および触媒プレート４０５は、設置／修理／検査／などのためにベント管路５４から共に容易に取り外し可能であり得る。例えば、キャップ４１０は、フランジ４０４上へねじ留めされてもよく、触媒プレート４０５および任意のフレーム４０６は、キャップ４１０の下でベント管路５４の上部の内側に位置してもよい。
【００３０】
例示の実施形態のシステムは、原子力プラントのＰＣＣＳコンデンサ５０（図１）内に触媒材料を配置するが、従来のプラントまたは将来開発されるプラントの他の位置が、例示のシステムで使用できることが理解されよう。ＰＣＣＳコンデンサを含めてそのような位置は、制御されていない非凝縮性ガス反応によって損傷を受け、特有の形で非凝縮性ガスの流れまたは滞留に暴露され、および／または非凝縮性ガスの再結合による熱エネルギーを安全に除去するように配置される可能性が特にあり得る。ＰＣＣＳコンデンサ５０は、原子力発電プラント内に放出した非凝縮性ガスを受け入れるその位置および機能のため、これらの特徴のいくつかを保有してもよく、ＰＣＣＳコンデンサ内の例示の実施形態の触媒システムは、原子力プラントに放出した非凝縮性ガスの大部分を再結合し、爆発の可能性および格納容器内のガス圧を下げることができるようになっている。例示の実施形態のシステムにおける再結合を通じて放出した熱は、ＰＣＣＳコンデンサ５０からＰＣＣＳプール２０へ容易に伝達することができる。加えて、例示の実施形態のシステムは、さらなる外部電源または強制ガス流がなくても、放出した非凝縮性ガスの大部分を受け取り、再結合することができる。
【００３１】
例示の方法は、１つまたは複数の例示の実施形態の触媒システムをＰＣＣＳコンデンサ、または静的な非凝縮性の再結合および除去から利益を受け得るＥＳＢＷＲなどの既知の設備または将来の設備内の機器の他の適当な部分に設置することを含む。例示の実施形態１００、２００および／または３００は、ある特定のプラントの設計の要求に基づいて、個々におよび様々な組合せで設置されてもよい。そのような設置は、プラント建設中、機器の建設または引き渡し中、および／または運転中、例えば燃料供給停止中の建設の後に行うことができる。
【００３２】
これらを用いる例示の実施形態のシステムおよび方法は、非凝縮性ガスの除去を強化するので、プラントの運転は、強化した除去を利用するように修正することができる。例示の方法は、内部に設置した１つまたは複数の例示の実施形態の触媒システム１００、２００および／または３００を有するＰＣＣＳコンデンサ５０を増加した圧力で運転することを含む。圧力の増加を例示の実施形態と組み合わせることにより、非凝縮性の再結合およびＰＣＣＳコンデンサ５０からの熱伝達をさらに促すことができる。例えば、圧力の増加は、格納容器１０の圧力を増加させること、および／またはＰＣＣＳコンデンサ５０内のパイプ５２、５４などを狭くすることによって実現することができる。
【００３３】
かくして、例示の実施形態および方法を説明しているが、例示の実施形態は、さらなる発明行為がなくても日常の実験を通じて変更できることが、当業者によって理解されよう。変更形態は、例示の実施形態の趣旨および範囲から逸脱するものとみなされず、当業者に自明であろうそのような修正形態の全ては、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 格納容器建屋；格納容器
１５ 重力落下式注水系
１６ 圧力抑制プール
２０ ＰＣＣＳプール
３０ ファン
５０ ＰＣＣＳコンデンサ
５１ コンデンサ入口
５２ 垂直チューブ
５３ 下部ヘッダ
５４ 環状ダクト
５４Ａ 内側通路
５５ ドレインマニホルド
５７ 共用のドレイン管路
５８ ベント管路
５９ スパージャ
６５ 圧縮波バッフル
７５ ベントフード；ドリップフード
１００ 例示の実施形態の触媒システム
１０５ 触媒プレート
１１０ 支持メッシュ
２００ 例示の実施形態の触媒システム
２０５ 触媒充填部材
２０６ タブ付き表面
３００ 例示の実施形態の触媒システム
３０５ 触媒コーティングまたはライナ
４００ 例示の実施形態の触媒システム
４０４ フランジ
４０５ 触媒プレート
４０６ フレーム
４１０ キャップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電プラント内の不燃性ガスを管理する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の格納容器建屋１０の断面の断面概略図である。高経済型単純化沸騰水型原子炉（ＥＳＢＷＲ）の構成要素および特徴を有する格納容器１０を図１に示すが、本明細書に記載の構成要素は、他のプラント構成で使用することもできると理解されよう。図１に示すように、格納容器１０は、重力落下式注水系（ＧＤＣＳ）１５を含むことができ、このＧＤＣＳ１５は、一次冷却材喪失の場合に原子炉容器を冷却するために使用する水で満たされた大型のタンクであり得る。圧力抑制プール１６は、格納容器１０内にあってもよく、事故の場合には原子炉容器からの蒸気を凝縮し、圧力を緩和するために使用される。いくつかの静的格納容器冷却系（ＰＣＣＳ）コンデンサ５０が、格納容器１０の外側にあるＰＣＣＳプール２０内に配置されている。格納容器１０内での冷却材喪失事故時に、ＰＣＣＳコンデンサ５０は、余熱を取り除き、格納容器１０内の蒸気を凝縮する。
【０００３】
ＰＣＣＳコンデンサ５０は、過酷事故時に格納容器１０内に放出され得る蒸気および非凝縮性ガスを受け入れる入口５１を格納容器１０内に備える。蒸気は、炉内で沸騰している冷却材から発生し、放射線および化学物質の放出により、Ｏ2およびＨ2などの非凝縮性ガスが、原子力プラントの運転中に炉および格納容器１０内に蓄積する。蒸気および非凝縮性ガスは、ＰＣＣＳコンデンサ５０の入口５１を通過し、ＰＣＣＳプール２０に没している枝分れパイプおよび垂直チューブ５２の中に入る。蒸気および非凝縮性ガスからの熱は、垂直チューブ５２からＰＣＣＳプール２０へ伝達され、垂直チューブ５２内の蒸気は、凝縮して水になる。下部ヘッダ５３は、ＰＣＣＳコンデンサ５０中の凝縮水および非凝縮性ガスを集める。
【０００４】
凝縮水は、重力および圧力差によって、環状ダクト５４内に内側通路および外側通路を与える同心二重パイプを備える環状ダクト５４を通じて、下部ヘッダ５３から下方へ押し流される。凝縮水は、環状ダクト５４の外側パイプを通じて共用のドレイン管路５７に流れ込み、このドレイン管路５７は、凝縮水をＧＤＣＳプール１５の中に排出する。非凝縮性ガスは、下部ヘッダ５３から環状ダクト５４内の内側通路５４ａ（図２）を通じて下方に向かって流れ、圧力抑制プール１６内のスパージャ５９で終点となるベント管路５８に流れ込む。ファン３０をベント管路５８に接続することにより、ＰＣＣＳコンデンサ５０からの非凝縮性の流れを増強することができる。
【０００５】
下部ヘッダ５３は、凝縮水および非凝縮性ガスを環状ダクト５４の外側通路および内側通路にそれぞれ分けるドレインマニホルド５５を含む。図２は、従来のドレインマニホルド５５の説明図である。図２に示すように、ドレインマニホルド５５は、ベントフード／ドリップフード７５を含み、このベントフード／ドリップフード７５は、下方に向かってドリップフード７５上へ流れる凝縮水をドレインマニホルド５５のいずれかの側へ分流させる。いくつかの圧縮波バッフル６５が、下部ヘッダ５３内でドレインマニホルド５５を補強および固定する。非凝縮性ガスは、上に向かってドリップフード７５に流れ込み、そして環状ダクト５４の内側通路５４ａへ流れ込むことができ、一方、分流された凝縮水は、環状ダクト５４の縁部の周囲の外側通路に流れ込む。このようにして、水は、非凝縮性ガスによる流れの閉塞または逆流を引き起こすことなく、原子炉冷却材として使用するためにＧＤＣＳプール１５の中に流れ戻ることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
例示の実施形態は、外部電源および／または可動部品を必要とすることなく、原子力発電プラント内のＨ2およびＯ2などの滞留した非凝縮性ガスが燃焼することにより損傷を受けやすい設備から非凝縮性ガスを静的に除去するシステムに関する。例示のシステムは、非凝縮性ガス暴露を受ける領域内に設置した触媒材料を含み、この触媒材料は、非凝縮性ガスの不活性副生成物への反応を触媒する。例示のシステムは、静的格納容器冷却系（ＰＣＣＳ）コンデンサの下部ヘッダに設置した触媒プレートと、ＰＣＣＳコンデンサの凝縮チューブまたはＰＣＣＳコンデンサの環状出口の内面の触媒充填部材および／または触媒コーティングとを含んでもよい。例示のシステムは、水の形成を抑制すると共に非凝縮性ガスとの接触を促進する表面または疎水性要素を有する構造を含んでもよい。
【０００７】
例示の方法は、例示の実施形態の触媒システムを個々にまたは組み合わせて設置および使用することによって原子力発電プラント内の非凝縮性ガスを静的に除去することに関する。例示の方法は、内部で非凝縮性ガスの再結合を容易にするために、ＰＣＣＳコンデンサの運転圧力を増大させることをさらに含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来のＥＳＢＷＲ格納容器の概略図である。
【図２】従来のドレインマニホルドの説明図である。
【図３】例示の一実施形態の触媒システムの説明図である。
【図４】別の例示の一実施形態の触媒システムの説明図である。
【図５】さらなる例示の一実施形態の触媒システムの説明図である。
【図６Ａ】ベント管路で用いる追加の例示の一実施形態の触媒システムの説明図である。
【図６Ｂ】明確化のためにキャップを取り除いた、図６Ａの追加の例示の実施形態の触媒システムの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、例示の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。しかしながら、本明細書に開示した特定の構造および機能の詳細は、例示の実施形態を説明するための典型に過ぎない。例示の実施形態は、多くの代替形態で具体化されてもよく、本明細書に記載の例示の実施形態だけに限定されるものと解釈されるべきではない。
【００１０】
第１、第２などの用語が、本明細書中で様々な要素を説明するために使用され得るが、これら要素は、それら用語によって限定されるべきではないと理解されよう。これら用語は、ある要素を別の要素と区別するために使用するものに過ぎない。例えば、例示の実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素は、第２の要素と呼ばれてもよく、同様に、第２の要素は、第１の要素と呼ばれてもよい。本明細書で使用する場合、用語「および／または」は、関連して列挙した１つまたは複数の項目の組合せのうち任意および全部のものを含む。
【００１１】
ある要素が、別の要素に「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「連結される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「対合される（ｍａｔｅｄ）」、「取り付けられる（ａｔｔａｃｈｅｄ）」、または「固定される（ｆｉｘｅｄ）」と呼ばれるとき、上記のある要素は、他の要素に直接接続もしくは直接連結されてもよく、または介在要素が存在してもよいことが理解されよう。対照的に、ある要素が、別の要素に「直接接続される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」または「直接連結される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」と呼ばれるときは、介在要素は存在しない。要素間の関係を記述するために使用される他の語句（例えば、「間に（ｂｅｔｗｅｅｎ）」と「直接間に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｂｅｔｗｅｅｎ）」、「隣接した（ａｄｊａｃｅｎｔ）」と「直接隣接した（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｄｊａｃｅｎｔ）」など）も同様に解釈すべきである。
【００１２】
本明細書で使用する場合、単数形「１つ、一（ａ、ａｎ）、この（ｔｈｅ）」は、分脈上他の意味を明らかに示さない限り、複数形も含むものとする。用語「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている／含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「備える／含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、および／または「備えている／含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、本明細書で使用される場合、提示した特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／または構成要素の存在を示すが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素および／またはそれらのグループの存在もしくは追加を除外するものではないことがさらに理解されよう。
【００１３】
いくつかの代替の実施では、記載した機能／作用は、図に記載または明細書に説明した順序以外の順序で生じてもよいことにも留意されたい。例えば、連続して示した２枚の図または２つのステップは、伴う機能／作用に応じて、実際には、ほぼ同時に実行されてもよく、または場合によっては逆の順序でもしくは繰り返し実行されてもよい。
【００１４】
本出願の発明者らは、冷却材喪失を伴う事故時に、大量の非凝縮性ガスが、原子力発電プラント内の静的な冷却材の特徴に直接入り得ることを認識した。そのような非凝縮性ガスは、特に高温高圧環境においてよく反応し得る。静的な冷却材の特徴で見出される非凝縮性ガスなどの非凝縮性ガスが密閉構造内で発火すると、静的な冷却材の特徴および周囲の構造に特に損傷を与え得る。この損傷は、事故のシナリオをさらに悪化させる可能性がある。以下に述べる例示の実施形態および方法は、静的な冷却材の特徴に認められる事前には正体の分からないこれらの危険性に独自に対処し、例えば、事故のシナリオの際のリスク増加を緩和することを含め、いくつかの利点をもたらす。
【００１５】
例示の実施形態は、非凝縮性ガスに暴露される可能性または非凝縮性ガスを含有する可能性がある構造内に配置／設置した触媒材料と、非凝縮性ガスの発火により損傷を受けやすい特徴とを含む。この触媒材料は、非凝縮性ガスが、連続的で非破壊的なやり方で、不活性で有用な生成物に反応することを可能にすることができ、それによって爆発のリスクを低減し、気密格納容器構造内のガス圧を下げる。触媒は、通常運転時または事故のシナリオ時に爆発的損傷の影響を最も受けやすい、非凝縮性ガスに最も暴露される、および／または非凝縮性ガスの再結合による熱エネルギーを除去するための静的熱伝達に最も利用しやすい領域に特に対処するように置かれ構成され得る。
【００１６】
図３は、従来からＰＣＣＳコンデンサ５０（図１）に見かけるドレインマニホルド５５に使用可能な例示の一実施形態の触媒システム１００の説明図である。例示の実施形態のシステム１００は、ドリップフード７５の底部に設置した１つまたは複数の支持メッシュ１１０を含むことができる。支持メッシュ１１０は、支持メッシュ１１０を通じて流体が流れることを可能にする任意の支持構造であってよく、支持メッシュ１１０には、格子状ワイヤ、多孔板、固体フィルタなどが含まれる。各支持メッシュ１１０は、ドリップフード７５内で部分的または完全な区画を形成するように２つの圧縮波バッフル６５の間に位置することができる。
【００１７】
１つまたは複数の触媒プレート１０５が、ドレインマニホルド５５のドリップフード７５内に配置される。触媒プレート１０５は、１つまたは複数の支持メッシュ１１０上に位置してもよく、またはドリップフード７５内に他の方法で取り付けられてもよい。触媒プレートは、ドレインマニホルド５５内に嵌る大きさに作製されると共に、例えば、ドレインマニホルド５５の全長に延びてもよく、または２つの圧縮波バッフル６５の間の個々の区画内に嵌る大きさに作製されてもよい。図３に示すように、触媒プレート１０５が、圧縮波バッフル６５同士の間の単一の区画内に嵌る場合、１つまたは複数のセットの触媒プレート１０５が、異なる区画にあってもよい。触媒プレート１０５は、ドリップフード７５内に複数の触媒プレート１０５を収容し、触媒プレート１０５の表面積を増大させるように薄くてもよい。触媒プレート１０５は、分離していても、または交差していてもよい。触媒プレート１０５は、表面積を増大させ、触媒プレート１０５からの排水を促進し、非凝縮性ガスが内部で触媒材料と接触および相互作用するのを促進する波状または波形の表面を備えてもよい。あるいは、例えば、触媒プレート１０５は、平坦表面、多孔状表面、凸凹表面、スパイク状表面、タブ付き表面、縞のある表面、および／または他の任意のタイプの所望の表面を有してもよい。
【００１８】
触媒プレート１０５、および場合によって支持メッシュ１１０は、非凝縮性ガスの非爆発性反応または再結合を促す触媒材料を含む。例えば、触媒材料は、水素（Ｈ2）および／または酸素（Ｏ2）などの可燃性非凝縮性ガスが、水または他の無害な酸化物および／もしくは水素化物に反応するのを促進するパラジウム（Ｐｄ）またはパラジウム合金であってもよい。白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、有機化合物などが含まれる他の知られた触媒が、例示のシステム１００において触媒材料として使用可能である。触媒プレート１０５および／または支持メッシュ１１０は、全体的に触媒材料で製造されてもよく、または触媒材料の表面積を最大にしつつ、必要な触媒材料の量を保つように触媒材料で被覆、マトリックス化、埋め込み等されてもよい。
【００１９】
図４は、別の例示の一実施形態の触媒システム２００の説明図である。図４に示すように、１つまたは複数の触媒充填部材２０５が、ＰＣＣＳコンデンサ５０（図１）内のパイプ／チューブ内に置かれる。例えば、触媒充填部材２０５は、コンデンサ入口５１、枝分れ垂直チューブ５２、および／または環状ダクト５４に置かれてもよく、それぞれが、コンデンサ５０（図１）内の非凝縮性ガスを送受する。触媒充填部材２０５は、締結、溶接、摩擦などによってＰＣＣＳコンデンサ構造に保持することができる。
【００２０】
触媒充填部材２０５は、図４に示すように、触媒充填部材２０５が内部に置かれる構造の断面を満たす２枚以上の交差プレートを有する十字形であってもよい。代替として、触媒充填部材２０５は、構造５１、５２、５４などの内部で分離され、任意の向きに平行であってもよい。触媒充填部材２０５は、構造５１、５２、５４などの内部に複数の触媒充填部材２０５を収容し、触媒充填部材２０５の表面積を増大させるように薄くてもよい。
【００２１】
図４の細部Ａおよび細部Ｂに示すように、特に、触媒充填部２０５が、入口５１またはチューブ５２に置かれＰＣＣＳコンデンサ５０（図１）に流れ込む蒸気および復水に直接接触する場合、触媒充填部材２０５は、表面積を増大させ、および／または触媒充填部材２０５からの排水を促進するいくつかの異なる表面を備えてもよい。細部Ａは、タブからの排水であって、触媒充填部材２０５の表面から離れる排水を促進できるタブ付き表面２０６を示す。細部Ｂは、表面積を増大させ、触媒充填部材２０５からのチャネル内の液体の流れを促進し、非凝縮性ガスが内部で触媒材料と接触および相互作用するのを促進する縞のある表面または畝のある表面２０７を示す。あるいは、例えば、構造５１、５２、５４内の一部の流路が、触媒充填部材２０５の表面によって維持され完全閉塞されないという理解の下で、触媒充填部材２０５は、平坦表面、多孔状表面、凸凹表面、スパイク状表面、および／または他の任意のタイプの所望の表面を有してもよい。
【００２２】
触媒充填部材２０５は、非凝縮性ガスの非爆発性反応を促す触媒材料を含む。例えば、触媒材料は、水素（Ｈ2）および／または酸素（Ｏ2）などの可燃性非凝縮性ガスが、水または他の無害な酸化物および／もしくは水素化物に反応するのを促進するパラジウム（Ｐｄ）またはパラジウム合金であってもよい。白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、有機化合物などが含まれる他の知られた触媒が、例示のシステム２００において触媒材料として使用可能である。触媒充填部材２０５は、全体的に触媒材料で製造されてもよく、または触媒材料の表面積を最大にしつつ、必要な触媒材料の量を保つように触媒材料で被覆、マトリックス化、埋め込み等されてもよい。
【００２３】
図５は、別の例示の一実施形態の触媒システム３００の説明図である。図５に示すように、触媒コーティングまたはライナ３０５が、ＰＣＣＳコンデンサ５０（図１）内のパイプ／チューブの表面にコーティングされ／置かれている。例えば、触媒コーティング３０５は、コンデンサ入口５１、枝分れ垂直チューブ５２、および／または環状ダクト５４に置かれてもよく、それぞれが、コンデンサ５０（図１）内の非凝縮性ガスを送受する。加えて、触媒コーティング３０５は、下部ヘッダ５３（図１）などの他のＰＣＣＳ構造の内面、あるいは非凝縮性ガス流を受ける他の原子炉構造および／または非凝縮性ガスによる爆発的損傷に対して特に脆弱な他の原子炉構造に置かれてもよい。
【００２４】
触媒コーティング３０５は、構造５１、５２、５４などに取り付けたライナ、またはそれら構造に摩擦により位置するライナの形態であってもよく、あるいは、例えば、構造５１、５２、５４などの表面に付着した化学コーティングであってもよい。触媒コーティング３０５は、構造５１、５２、５４などを貫く流れを収容するように薄くすることができる。特に、触媒コーティング３０５が、入口５１またはチューブ５２に置かれＰＣＣＳコンデンサ５０（図１）に流れ込む蒸気および復水に直接接触する場合、触媒コーティング３０５は、表面積を増大させ、および／または触媒コーティング３０５からの排水を促進するいくつかの異なる表面を備えてもよい。例えば、構造５１、５２、５４内の一部の流路が、触媒コーティング３０５によって維持され完全閉塞されないという理解の下で、触媒充填部材２０５は、平坦表面、多孔状表面、凸凹表面、スパイク状表面、タブ付き表面、縞のある表面、および／または他の任意のタイプの所望の表面を有してもよい。触媒コーティング３０５は、蒸気をはじき、および／または触媒コーティング３０５から凝縮水を取り除くのを容易にし、非凝縮性ガスが内部で触媒材料と接触および相互作用するのを促進する疎水性要素を含むこともできる。例えば、静電的に施されるフッ素重合体、例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）が、触媒コーティング３０５を有する領域へ施されてもよい。
【００２５】
触媒コーティング３０５は、非凝縮性ガスの非爆発性反応を促す触媒材料を含む。例えば、触媒材料は、水素（Ｈ2）および／または酸素（Ｏ2）などの可燃性非凝縮性ガスが、水または他の無害な酸化物および／もしくは水素化物に反応するのを促進するパラジウム（Ｐｄ）またはパラジウム合金であってもよい。白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、有機化合物などが含まれる他の知られた触媒が、例示のシステム３００において触媒材料として使用可能である。触媒コーティング３０５は、全体的に触媒材料で製造されてもよく、または触媒材料の表面積を最大にしつつ、必要な触媒材料の量を保つように触媒材料で被覆、マトリックス化、埋め込み等されてもよい。
【００２６】
図６Ａおよび図６Ｂは、ベント管路５４で用いるのに適した追加の例示の一実施形態の触媒システム４００の説明図である。触媒システム４００をベント管路内に配置することにより、ベント管路５４内の復水の存在または閉塞のリスクを最小にしつつ、触媒材料と非凝縮性ガスの間の直接的接触を可能にすることができる。さらに、ベント管路５４内に配置することにより、下部ヘッダ５３において非凝縮性ガスの発火が生じた場合に触媒システム４００に損傷を与えるリスクのない、非凝縮性ガスを安定して利用可能な例示の実施形態のシステム４００を提供する。
【００２７】
図６Ａおよび６Ｂに示すように、例示の実施形態の触媒システム４００は、フランジ４０４上で、ベント管路５４の入口に間隔をおいて配置した複数の触媒プレート４０５を備えており、このベント管路５４は、下部ヘッダ５３の外側に延びている。触媒プレート４０５は、一定の間隔で配置され、フレーム４０６内の一定の位置に保持することができ、それによって触媒プレートは、ベント管路５４の上部に容易に挿入される。触媒プレート４０５は、ベント管路５４内に複数の触媒プレート４０５を収容し、触媒プレート４０５の表面積を増大させるように薄くてもよい。触媒プレート４０５は、表面積を増大させ、触媒プレート４０５からの排水を促進し、非凝縮性ガスが内部で触媒材料と接触および相互作用するのを促進する波状または波形の表面を備えてもよい。あるいは、例えば、触媒プレート４０５は、平坦表面、多孔状表面、凸凹表面、スパイク状表面、タブ付き表面、縞のある表面、および／または他の任意のタイプの所望の表面を有してもよい。
【００２８】
触媒プレート４０５は、非凝縮性ガスの非爆発性反応または再結合を促す触媒材料を含む。例えば、触媒材料は、水素（Ｈ2）および／または酸素（Ｏ2）などの可燃性非凝縮性ガスが、水または他の無害な酸化物および／もしくは水素化物に反応するのを促進するパラジウム（Ｐｄ）またはパラジウム合金であってもよい。白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、有機化合物などが含まれる他の知られた触媒が、例示のシステム１００において触媒材料として使用可能である。触媒プレート４０５は、全体的に触媒材料で製造されてもよく、または触媒材料の表面積を最大にしつつ、必要な触媒材料の量を保つように触媒材料で被覆、マトリックス化、埋め込み等されてもよい。
【００２９】
例示の実施形態の触媒システム４００は、液体または復水が、下部ヘッダ５３から例示の実施形態のシステム４００に入るのを防ぐのに役立つフードまたはキャップ４１０をさらに備えてもよく、これによって触媒プレート４０５は、実質的に乾いたままとなると共に、これらプレートを越えて流れる非凝縮性ガスとの接触を保つ。図６Ａに示すように、キャップ４１０は、ベント管路５４の上面に接合することができるが、ガスが、ベント管路に流れ込むことを可能にする。キャップ４１０は、ガスが下部ヘッダ５３内またはＰＣＣＳコンデンサ５０（図１）の他の部分内で発火した場合に、ベント管路５４内に整列した触媒プレート４０５に対する損傷をさらに防ぐことができる。モジュールフレーム４０６内のキャップ４１０および触媒プレート４０５は、設置／修理／検査／などのためにベント管路５４から共に容易に取り外し可能であり得る。例えば、キャップ４１０は、フランジ４０４上へねじ留めされてもよく、触媒プレート４０５および任意のフレーム４０６は、キャップ４１０の下でベント管路５４の上部の内側に位置してもよい。
【００３０】
例示の実施形態のシステムは、原子力プラントのＰＣＣＳコンデンサ５０（図１）内に触媒材料を配置するが、従来のプラントまたは将来開発されるプラントの他の位置が、例示のシステムで使用できることが理解されよう。ＰＣＣＳコンデンサを含めてそのような位置は、制御されていない非凝縮性ガス反応によって損傷を受け、特有の形で非凝縮性ガスの流れまたは滞留に暴露され、および／または非凝縮性ガスの再結合による熱エネルギーを安全に除去するように配置される可能性が特にあり得る。ＰＣＣＳコンデンサ５０は、原子力発電プラント内に放出した非凝縮性ガスを受け入れるその位置および機能のため、これらの特徴のいくつかを保有してもよく、ＰＣＣＳコンデンサ内の例示の実施形態の触媒システムは、原子力プラントに放出した非凝縮性ガスの大部分を再結合し、爆発の可能性および格納容器内のガス圧を下げることができるようになっている。例示の実施形態のシステムにおける再結合を通じて放出した熱は、ＰＣＣＳコンデンサ５０からＰＣＣＳプール２０へ容易に伝達することができる。加えて、例示の実施形態のシステムは、さらなる外部電源または強制ガス流がなくても、放出した非凝縮性ガスの大部分を受け取り、再結合することができる。
【００３１】
例示の方法は、１つまたは複数の例示の実施形態の触媒システムをＰＣＣＳコンデンサ、または静的な非凝縮性の再結合および除去から利益を受け得るＥＳＢＷＲなどの既知の設備または将来の設備内の機器の他の適当な部分に設置することを含む。例示の実施形態１００、２００および／または３００は、ある特定のプラントの設計の要求に基づいて、個々におよび様々な組合せで設置されてもよい。そのような設置は、プラント建設中、機器の建設または引き渡し中、および／または運転中、例えば燃料供給停止中の建設の後に行うことができる。
【００３２】
これらを用いる例示の実施形態のシステムおよび方法は、非凝縮性ガスの除去を強化するので、プラントの運転は、強化した除去を利用するように修正することができる。例示の方法は、内部に設置した１つまたは複数の例示の実施形態の触媒システム１００、２００および／または３００を有するＰＣＣＳコンデンサ５０を増加した圧力で運転することを含む。圧力の増加を例示の実施形態と組み合わせることにより、非凝縮性の再結合およびＰＣＣＳコンデンサ５０からの熱伝達をさらに促すことができる。例えば、圧力の増加は、格納容器１０の圧力を増加させること、および／またはＰＣＣＳコンデンサ５０内のパイプ５２、５４などを狭くすることによって実現することができる。
【００３３】
かくして、例示の実施形態および方法を説明しているが、例示の実施形態は、さらなる発明行為がなくても日常の実験を通じて変更できることが、当業者によって理解されよう。変更形態は、例示の実施形態の趣旨および範囲から逸脱するものとみなされず、当業者に自明であろうそのような修正形態の全ては、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 格納容器建屋；格納容器
１５ 重力落下式注水系
１６ 圧力抑制プール
２０ ＰＣＣＳプール
３０ ファン
５０ ＰＣＣＳコンデンサ
５１ コンデンサ入口
５２ 垂直チューブ
５３ 下部ヘッダ
５４ 環状ダクト
５４Ａ 内側通路
５５ ドレインマニホルド
５７ 共用のドレイン管路
５８ ベント管路
５９ スパージャ
６５ 圧縮波バッフル
７５ ベントフード；ドリップフード
１００ 例示の実施形態の触媒システム
１０５ 触媒プレート
１１０ 支持メッシュ
２００ 例示の実施形態の触媒システム
２０５ 触媒充填部材
２０６ タブ付き表面
３００ 例示の実施形態の触媒システム
３０５ 触媒コーティングまたはライナ
４００ 例示の実施形態の触媒システム
４０４ フランジ
４０５ 触媒プレート
４０６ フレーム
４１０ キャップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電プラント内の非凝縮性ガスを静的に除去するシステム（１００、２００、３００、４００）であって、
非凝縮性ガス暴露を受ける領域内に触媒材料（１０５、２０５、３０５、４０５）を備え、前記触媒材料（１０５、２０５、３０５、４０５）が、前記非凝縮性ガスの不活性副生成物への反応を触媒するように構成される、システム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２】
前記領域が、前記原子力発電プラント内の静的格納容器冷却系（ＰＣＣＳ）コンデンサ（５０）内にある、請求項１記載のシステム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項３】
前記領域が、前記ＰＣＣＳコンデンサ（５０）の下部ヘッダ（５３）であり、前記システム（１００）が、
前記下部ヘッダ（５３）内のドレインマニホルド（５５）のドリップフード（７５）の下に配置した少なくとも１つの触媒プレート（１０５）をさらに備え、前記触媒プレート（１０５）が、前記触媒材料を含む、請求項２記載のシステム（１００）。
【請求項４】
前記ドリップフード（７５）に少なくとも１つの支持メッシュ（１１０）をさらに備え、前記支持メッシュ（１１０）は、前記ドリップフード（７５）の下で前記触媒プレート（１０５）を支持するように配置され、前記支持メッシュ（１１０）は、前記支持メッシュ（１１０）を通じて前記非凝縮性ガスを流すことが可能であり、前記少なくとも１つの触媒プレート（１０５）が、前記非凝縮性ガスとの接触を促進する波形表面を含む、請求項３記載のシステム（１００）。
【請求項５】
前記領域が、前記ＰＣＣＳコンデンサ（５０）の凝縮チューブ（５２）、および前記ＰＣＣＳコンデンサ（５０）の環状出口（５４）のうちの少なくとも１つであり、前記システム（２００、３００）が、
前記領域内に配置した触媒充填部材（２０５）、および前記領域の内面の触媒コーティング（３０５）のうちの少なくとも１つをさらに備え、前記触媒充填部材（２０５）および前記触媒コーティング（３０５）のうちの前記少なくとも１つが、前記触媒材料を含む、請求項２記載のシステム（２００、３００）。
【請求項６】
前記領域が、前記ＰＣＣＳコンデンサ（５０）の環状出口（５４）におけるベント管路（５８）であり、前記システム（４００）が、
前記ベント管路（５８）内に配置した、前記触媒材料を含む少なくとも１つの触媒プレート（４０５）と、
前記少なくとも１つの触媒プレート（４０５）上で、前記ベント管路（５８）にあるキャップ（４１０）とをさらに備え、前記キャップ（４１０）は、凝縮流体が、前記触媒プレート（４０５）上へ流れるのを防ぐが、非凝縮性ガスが、前記触媒プレート（４０５）上へ流れることを可能にする、請求項２記載のシステム（４００）。
【請求項７】
前記触媒材料（１０５、２０５、３０５、４０５）が、Ｏ2およびＨ2を結合させるようになされるパラジウムである、請求項１記載のシステム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項８】
前記システムが、静的であるようにいずれの電動構成要素も除外している、請求項１記載のシステム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項９】
原子力発電プラント内の非凝縮性ガスを静的に除去する方法であって、
前記原子力発電プラント内の静的格納容器冷却系（ＰＣＣＳ）コンデンサ（５０）内にあるドリップフード（７５）の下に少なくとも１つの触媒プレート（１０５）を設置するステップと、
前記ＰＣＣＳコンデンサ（５０）の凝縮チューブ（５２）および前記ＰＣＣＳコンデンサ（５０）の環状出口（５４）のうちの少なくとも１つの内に少なくとも１つの触媒充填部材（２０５）を設置するステップ、ならびに
前記凝縮チューブ（５２）および前記環状出口（５４）のうちの少なくとも１つの内面を触媒コーティング（３０５）でコーティングするステップ
のうちの少なくとも１つのステップと
を含み、前記触媒プレート（１０５）、前記触媒充填部材（２０５）、および前記触媒コーティング（３０５）が、前記非凝縮性ガスの反応を触媒する触媒材料を含む、方法。
【請求項１０】
前記ＰＣＣＳコンデンサ（５０）の運転圧力を増大させるステップ
をさらに含む、請求項９記載の方法。
【請求項１】
原子力発電プラント内の非凝縮性ガスを静的に除去するシステム（１００、２００、３００、４００）であって、
非凝縮性ガス暴露を受ける領域内に触媒材料（１０５、２０５、３０５、４０５）を備え、前記触媒材料（１０５、２０５、３０５、４０５）が、前記非凝縮性ガスの不活性副生成物への反応を触媒するように構成される、システム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２】
前記領域が、前記原子力発電プラント内の静的格納容器冷却系（ＰＣＣＳ）コンデンサ（５０）内にある、請求項１記載のシステム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項３】
前記領域が、前記ＰＣＣＳコンデンサ（５０）の下部ヘッダ（５３）であり、前記システム（１００）が、
前記下部ヘッダ（５３）内のドレインマニホルド（５５）のドリップフード（７５）の下に配置した少なくとも１つの触媒プレート（１０５）をさらに備え、前記触媒プレート（１０５）が、前記触媒材料を含む、請求項２記載のシステム（１００）。
【請求項４】
前記ドリップフード（７５）に少なくとも１つの支持メッシュ（１１０）をさらに備え、前記支持メッシュ（１１０）は、前記ドリップフード（７５）の下で前記触媒プレート（１０５）を支持するように配置され、前記支持メッシュ（１１０）は、前記支持メッシュ（１１０）を通じて前記非凝縮性ガスを流すことが可能であり、前記少なくとも１つの触媒プレート（１０５）が、前記非凝縮性ガスとの接触を促進する波形表面を含む、請求項３記載のシステム（１００）。
【請求項５】
前記領域が、前記ＰＣＣＳコンデンサ（５０）の凝縮チューブ（５２）、および前記ＰＣＣＳコンデンサ（５０）の環状出口（５４）のうちの少なくとも１つであり、前記システム（２００、３００）が、
前記領域内に配置した触媒充填部材（２０５）、および前記領域の内面の触媒コーティング（３０５）のうちの少なくとも１つをさらに備え、前記触媒充填部材（２０５）および前記触媒コーティング（３０５）のうちの前記少なくとも１つが、前記触媒材料を含む、請求項２記載のシステム（２００、３００）。
【請求項６】
前記領域が、前記ＰＣＣＳコンデンサ（５０）の環状出口（５４）におけるベント管路（５８）であり、前記システム（４００）が、
前記ベント管路（５８）内に配置した、前記触媒材料を含む少なくとも１つの触媒プレート（４０５）と、
前記少なくとも１つの触媒プレート（４０５）上で、前記ベント管路（５８）にあるキャップ（４１０）とをさらに備え、前記キャップ（４１０）は、凝縮流体が、前記触媒プレート（４０５）上へ流れるのを防ぐが、非凝縮性ガスが、前記触媒プレート（４０５）上へ流れることを可能にする、請求項２記載のシステム（４００）。
【請求項７】
前記触媒材料（１０５、２０５、３０５、４０５）が、Ｏ2およびＨ2を結合させるようになされるパラジウムである、請求項１記載のシステム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項８】
前記システムが、静的であるようにいずれの電動構成要素も除外している、請求項１記載のシステム（１００、２００、３００、４００）。
【請求項９】
原子力発電プラント内の非凝縮性ガスを静的に除去する方法であって、
前記原子力発電プラント内の静的格納容器冷却系（ＰＣＣＳ）コンデンサ（５０）内にあるドリップフード（７５）の下に少なくとも１つの触媒プレート（１０５）を設置するステップと、
前記ＰＣＣＳコンデンサ（５０）の凝縮チューブ（５２）および前記ＰＣＣＳコンデンサ（５０）の環状出口（５４）のうちの少なくとも１つの内に少なくとも１つの触媒充填部材（２０５）を設置するステップ、ならびに
前記凝縮チューブ（５２）および前記環状出口（５４）のうちの少なくとも１つの内面を触媒コーティング（３０５）でコーティングするステップ
のうちの少なくとも１つのステップと
を含み、前記触媒プレート（１０５）、前記触媒充填部材（２０５）、および前記触媒コーティング（３０５）が、前記非凝縮性ガスの反応を触媒する触媒材料を含む、方法。
【請求項１０】
前記ＰＣＣＳコンデンサ（５０）の運転圧力を増大させるステップ
をさらに含む、請求項９記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−５８２３６（Ｐ２０１２−５８２３６Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９２４７１（Ｐ２０１１−１９２４７１）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（５０８１７７０４６）ジーイー−ヒタチ・ニュークリア・エナジー・アメリカズ・エルエルシー (101)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥ−ＨＩＴＡＣＨＩ ＮＵＣＬＥＡＲ ＥＮＥＲＧＹ ＡＭＥＲＩＣＡＳ， ＬＬＣ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（５０８１７７０４６）ジーイー−ヒタチ・ニュークリア・エナジー・アメリカズ・エルエルシー (101)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥ−ＨＩＴＡＣＨＩ ＮＵＣＬＥＡＲ ＥＮＥＲＧＹ ＡＭＥＲＩＣＡＳ， ＬＬＣ
【Ｆターム（参考）】
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