(57)【要約】【課題】原子炉圧力容器内に注入する、亜鉛イオンを含む炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度をさらに増加することができ、亜鉛の析出を抑制できる亜鉛注入方法を提供する。【解決手段】炭酸ガス溶解槽２、及び酸化亜鉛を充填した亜鉛溶解槽３を含む閉ループを備えた亜鉛注入装置１が、給水配管への亜鉛注入に用いられる。炭酸ガス供給管１７から炭酸ガス溶解槽２内への炭酸ガスの放出により生成された炭酸水溶液は亜鉛溶解槽２に供給され、亜鉛溶解槽２内の酸化亜鉛中の亜鉛を溶解する。亜鉛を含む炭酸水溶液が上記閉ループ内を循環して亜鉛濃度が高められる。ｐＨ調節装置１４の注入液槽３９では炭酸ガス供給管１７から炭酸ガスの供給により炭酸水溶液が生成される。亜鉛を含む炭酸水溶液が排出される亜鉛注入配管２８に、注入液槽３９内の亜鉛を含まない炭酸水溶液を注入するため、亜鉛注入配管２８内の炭酸水溶液の亜鉛濃度が低下される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１溶解槽内に存在する炭酸水溶液に炭酸ガスを注入して前記炭酸ガスを前記炭酸水溶液に溶解し、
前記第１溶解槽内の前記炭酸水溶液を、前記第１溶解槽、及び亜鉛を含む固体物質が存在する第２溶解槽を含む閉ループ内を循環させ、
前記固体物質に含まれる前記亜鉛を、前記第２溶解槽内において、前記循環によって前記第１溶解槽から前記第２溶解槽に供給される前記炭酸水溶液に溶解し、
前記溶解した亜鉛を含む前記炭酸水溶液を前記循環によって前記第１溶解槽に供給し、
前記第１溶解槽内の前記亜鉛を含む炭酸水溶液を、前記第１溶解槽に連絡された亜鉛注入配管を通して原子炉圧力容器に接続された配管に供給し、
亜鉛を含まない炭酸水溶液を、前記亜鉛注入配管内を流れる前記亜鉛を含む炭酸水溶液に注入すること特徴とする亜鉛注入方法。
【請求項２】
前記亜鉛を含む固体物質から前記炭酸水溶液への前記亜鉛の溶解速度を、前記第２溶解槽に供給する前記炭酸水溶液の流速を変えることによって制御する請求項１に記載の亜鉛注入方法。
【請求項３】
前記閉ループ内を循環した前記亜鉛を含む炭酸水溶液の前記原子炉圧力容器への供給により前記第１溶解槽内の液位が第１下限設定液位に低下したとき、前記第１溶解槽内に水を補給し、前記第１溶解槽内に炭酸ガスを供給する請求項１または２に記載の亜鉛注入方法。
【請求項４】
前記第２溶解槽から前記亜鉛注入配管への前記亜鉛を含まない炭酸水溶液の注入によって前記第２溶解槽内の液位が第２下限設定液位に低下したとき、前記第２溶解槽内に水を補給し、前記第２溶解槽内に炭酸ガスを供給する請求項１または２に記載の亜鉛注入方法。
【請求項５】
第１溶解槽内に存在する炭酸水溶液に炭酸ガスを注入して前記炭酸ガスを前記炭酸水溶液に溶解し、
前記第１溶解槽内の前記炭酸水溶液を、前記第１溶解槽、及び亜鉛を含む固体物質が存在する第２溶解槽を含む閉ループ内を循環させ、
前記固体物質に含まれる前記亜鉛を、前記第２溶解槽内において、前記循環によって前記第１溶解槽から前記第２溶解槽に供給される前記炭酸水溶液に溶解し、
前記溶解した亜鉛を含む前記炭酸水溶液を前記循環によって前記第１溶解槽に供給し、
前記第１溶解槽内の前記亜鉛を含む炭酸水溶液を、前記第１溶解槽に連絡された亜鉛注入配管を通して原子炉圧力容器に接続された配管に供給し、
炭酸ガス、および前記第１溶解槽内の前記炭酸水溶液の炭酸濃度よりも炭酸濃度が高くて亜鉛を含まない炭酸水溶液のいずれかを、前記亜鉛注入配管内を流れる前記亜鉛を含む炭酸水溶液に注入して前記亜鉛注入配管内の前記亜鉛を含む炭酸水溶液のｐＨを低下させること特徴とする亜鉛注入方法。
【請求項６】
前記亜鉛を含む固体物質から前記炭酸水溶液への前記亜鉛の溶解速度を、前記第２溶解槽に供給する前記炭酸水溶液の流速を変えることによって制御する請求項５に記載の亜鉛注入方法。
【請求項７】
前記閉ループ内を循環した前記亜鉛を含む炭酸水溶液の前記原子炉圧力容器への供給により前記第１溶解槽内の液位が第１下限設定液位に低下したとき、前記第１溶解槽内に水を補給し、前記第１溶解槽内に炭酸ガスを供給する請求項５または６に記載の亜鉛注入方法。
【請求項８】
前記第２溶解槽から前記亜鉛注入配管への前記亜鉛を含まない炭酸水溶液の注入によって前記第２溶解槽内の液位が第２下限設定液位に低下したとき、前記第２溶解槽内に水を補給し、前記第２溶解槽内に炭酸ガスを供給する請求項５または６に記載の亜鉛注入方法。
【請求項９】
炭酸水溶液を生成する第１溶解槽と、亜鉛を含む固体物質が内部に充填される第２溶解槽と、前記第１溶解槽及び前記第２溶解槽を含む閉ループと、前記閉ループに設けられ、前記第１溶解槽内の前記炭酸水溶液を前記第２溶解槽に供給するポンプ装置と、前記第１溶解槽内の前記亜鉛を含む前記炭酸水溶液を原子炉圧力容器に接続された配管に注入する亜鉛注入配管と、亜鉛を含まない炭酸水溶液を前記亜鉛注入配管に注入する希釈液注入装置と、前記第１溶解槽に炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給装置とを備えたことを特徴とする亜鉛注入装置。
【請求項１０】
前記希釈液注入装置が、前記亜鉛を含まない炭酸水溶液を生成する注入液槽、および前記注入液槽と前記亜鉛注入配管を接続する炭酸水溶液注入配管を有し、前記炭酸ガス供給装置が前記注入液槽に連絡されている請求項９に記載の亜鉛注入装置。
【請求項１１】
炭酸水溶液を生成する第１溶解槽と、亜鉛を含む固体物質が内部に充填される第２溶解槽と、前記第１溶解槽及び前記第２溶解槽を含む閉ループと、前記閉ループに設けられ、前記第１溶解槽内の前記炭酸水溶液を前記第２溶解槽に供給するポンプ装置と、前記第１溶解槽内の前記亜鉛を含む前記炭酸水溶液を原子炉圧力容器に接続された配管に注入する亜鉛注入配管と、亜鉛を含まない炭酸水溶液を前記亜鉛注入配管に注入する希釈液注入装置と、前記第１溶解槽に炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給装置と、前記炭酸ガス供給装置と前記亜鉛注入配管を接続し、流量調節装置を設けた炭酸ガス注入配管とを備えたことを特徴とする亜鉛注入装置。
【請求項１２】
前記閉ループ内を流れる前記炭酸水溶液の温度が設定温度を超えたとき、前記流量調節装置を制御して前記炭酸ガスを前記炭酸ガス供給装置から前記亜鉛注入配管に注入させる制御装置を備えた請求項９または１１に記載の亜鉛注入装置。
【請求項１３】
炭酸水溶液を生成する第１溶解槽と、亜鉛を含む固体物質が内部に充填される第２溶解槽と、前記第１溶解槽及び前記第２溶解槽を含む閉ループと、前記閉ループに設けられ、前記第１溶解槽内の前記炭酸水溶液を前記第２溶解槽に供給するポンプ装置と、前記第１溶解槽内の前記亜鉛を含む前記炭酸水溶液を原子炉圧力容器に接続された配管に注入する亜鉛注入配管と、亜鉛を含まない炭酸水溶液を前記亜鉛注入配管に注入するｐＨ調節装置と、前記第１溶解槽に炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給装置とを備え、
前記ｐＨ調節装置が、前記炭酸ガス供給装置に接続されて前記亜鉛を含まない炭酸水溶液を生成する注入液槽、および前記注入液槽と前記亜鉛注入配管を接続し流量調節弁を設けた炭酸水溶液注入配管を有し、
前記炭酸ガス供給装置により前記第１溶解槽に供給される前記炭酸ガスの第１流量および前記炭酸ガス供給装置により前記注入液槽に供給される前記炭酸ガスの第２流量をそれぞれ制御し、前記第１溶解槽内で生成される前記炭酸水溶液の炭酸濃度よりも前記注入液槽内で生成される炭酸水溶液の炭酸濃度を高くする制御装置とを備えたことを特徴とする亜鉛注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛注入方法および亜鉛注入装置に係り、特に、沸騰水型原子力発電プラント（以下ＢＷＲプラントと略記する）の原子炉圧力容器内の炉水への亜鉛注入に好適な亜鉛注入方法および亜鉛注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、沸騰水型原子力発電プラント（以下、ＢＷＲプラントと略記する。）は、複数の燃料集合体を装荷している炉心を内部に配置した原子炉圧力容器（ＲＰＶと称する）を有する原子炉を備えている。再循環ポンプ（またはインターナルポンプ）によって炉心に供給された炉水は、炉心に装荷された燃料集合体内の核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱され、一部が蒸気になる。この蒸気は、ＲＰＶからタービンに導かれ、タービンを回転させる。タービンから排出された蒸気は、復水器で凝縮され、水になる。この水は、給水としてＲＰＶに供給される。ＲＰＶ内での放射性腐食生成物の発生を抑制するため、給水に含まれる主として金属不純物が給水配管に設けられたろ過脱塩装置で除去される。
【０００３】
また、放射性腐食生成物の元となる腐食生成物は、ＲＰＶおよび再循環系配管等のＢＷＲプラントの構成部材の接水部から発生するので、ＢＷＲプラントの主要な一次系の構成部材には腐食の少ないステンレス鋼およびニッケル基合金などの不銹鋼が使用されている。また、低合金鋼製のＲＰＶは内面にステンレス鋼の肉盛りが施され、ＲＰＶの低合金鋼が、直接、炉水と接触することを防止している。炉水とは、ＲＰＶ内に存在する冷却水である。さらには、炉水の一部をＲＰＶに接続された原子炉浄化系のろ過脱塩装置によって浄化し、炉水中に僅かに存在する金属不純物を積極的に除去している。
【０００４】
しかし、上述のような腐食対策を講じたとしても、極僅かな金属不純物が炉水に含まれることを避けることができないため、一部の金属不純物が、金属酸化物として、燃料集合体に含まれる燃料棒の表面に付着する。燃料棒表面に付着した不純物（例えば、金属元素）は、燃料棒内の核燃料物質の核分裂により放出される中性子の照射によって原子核反応を起こし、コバルト６０，コバルト５８，クロム５１およびマンガン５４等の放射性核種になる。
【０００５】
これらの放射性核種は、大部分が酸化物の形態で燃料棒表面に付着したままである。しかしながら、一部の放射性核種は、取り込まれている酸化物の溶解度に応じて炉水中にイオンとして溶出したり、クラッドと呼ばれる不溶性固体として炉水中に再放出されたりする。炉水に含まれる放射性物質は、ＲＰＶに接続された原子炉浄化系によって取り除かれる。原子炉浄化系で除去されなかった放射性物質は炉水とともにＲＰＶに接続された再循環系などを循環している間に、ＢＷＲプラントの構成部材（例えば、配管）の炉水と接触する表面に蓄積される。この結果、構成部材の表面から放出される放射線が、ＢＷＲプラントの定期検査においてこの定期検査の作業に従事する従事者の放射線被ばくの原因となる。
【０００６】
その従業者の被ばく線量は、各人毎に規定値を超えないように管理されている。近年この規定値が引き下げられ、各人の被ばく線量を可能な限り低くする必要が生じている。
【０００７】
そこで、配管の炉水と接触する表面への放射性核種の付着を低減する方法、および炉水中の放射性核種の濃度を低減する方法が様々検討されている。
【０００８】
このような方法の一つとして、亜鉛などの金属イオンを炉水中に共存させ、炉水と接触する配管の内面および構造物の表面に、亜鉛を含む緻密な酸化皮膜を形成することによって、この酸化皮膜中へのコバルト６０およびコバルト５８等の放射性核種の取り込みを抑制する方法が特開昭５８−７９６９１号公報に記載されている。
【０００９】
また、特許第３３４４６０８号公報には、亜鉛溶解槽内の水中に酸化亜鉛粉末を供給し、その後、その水中に炭酸ガスを注入して水のｐＨを調節し、これにより、酸化亜鉛粉末が亜鉛溶解槽内で水に溶解し、亜鉛イオンを含む水が生成される。この亜鉛イオンを含む水がＲＰＶ内に供給される。
【００１０】
特開２００３−２８９８５号公報にも亜鉛注入システムが記載されている。この亜鉛注入システムは、スラリータンク、溶解タンクおよび注入水タンクを有する。スラリータンク内の純水（またはホウ酸水溶液）に亜鉛を投入して生じた亜鉛スラリーを溶解タンクに移送する。溶解タンクには高濃度ホウ酸水（通常のホウ酸濃度２０００ｐｐｍ以上）が注入され、溶解タンク内で亜鉛スラリーに含まれる亜鉛を高濃度ホウ酸水により溶解する。溶解した亜鉛を含む高濃度ホウ酸水は、注入タンク内に導かれ、注入タンク内に供給される純水により亜鉛濃度が希釈される。希釈された、亜鉛を含む高濃度ホウ酸水が、補給水ポンプにより加圧水型原子炉のループ水に注入される。
【００１１】
さらに、特開２００３−２８９８５号公報には、特開平８−８６８９９号公報（特許第３３４４６０８号）に記載された炭酸水溶液における亜鉛の溶解度が低いことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭５８−７９１９６号公報
【特許文献２】特許第３３４４６０８号
【特許文献３】特開２００３−２８９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
亜鉛イオンを作製しようとする場合、亜鉛の塩および亜鉛化合物或いは亜鉛金属を酸およびアルカリで溶解する方法がある。いずれの場合も亜鉛イオンと反対の電荷を持つ対アニオン或いは対カチオンも炉水に持ち込まれることになるため、炉水および構成部材への影響が少ない化学形態が望まれる。そのような化学形態の一つとして特許第３３４４６０８号公報では炭酸水を用いて亜鉛化合物（例えば、酸化亜鉛粉末）を溶解して亜鉛イオンを作製している。
【００１４】
特許第３３４４６０８号公報に記載された亜鉛注入方法では、亜鉛溶解槽内で生成された、炭酸ガスで飽和した水溶液に亜鉛を溶解し、亜鉛イオンを含む水溶液を生成しているため、前述したように、その水溶液の亜鉛の濃度が低くなる。亜鉛濃度の低い水溶液をＲＰＶの炉水に注入した場合には、例えば、炉内構造物の表面およびＲＰＶに接続された配管内面への放射性核種の付着を抑制する効果が小さくなる。
【００１５】
特開２００３−２８９８５号公報に記載されているように高濃度ホウ酸水を用いると、亜鉛が溶解し易くなり、高濃度ホウ酸水の亜鉛濃度を高くすることができる。この高濃度ホウ酸水に純水を注入して高濃度ホウ酸水の亜鉛濃度を希釈したとしても、ホウ素が原子炉容器内に注入され、原子炉出力が変化する。特に、制御棒操作および炉心流量制御により原子炉出力を制御している沸騰水型原子炉では、亜鉛を含む高濃度ホウ酸水を原子炉圧力容器に注入することは、注入された高濃度ホウ酸水に含まれるホウ素の濃度を考慮して制御棒操作または炉心流量制御を行う必要があり、原子炉出力の制御が複雑化する。
【００１６】
また、亜鉛濃度を希釈するために水を用いた場合には、高濃度ホウ酸水の亜鉛の飽和溶解度が低下する。このため、高濃度ホウ酸水の亜鉛濃度によっては、高濃度ホウ酸水に含まれている亜鉛が高濃度ホウ酸水の注入配管の内面に析出する。高濃度ホウ酸水の亜鉛濃度、および亜鉛飽和溶解度の低下の度合いによっては、高濃度ホウ酸水の注入配管が析出した亜鉛によって閉塞する危険性もある。
【００１７】
本発明の目的は、原子炉圧力容器内に注入する、亜鉛イオンを含む炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度をさらに増加することができ、亜鉛の析出を抑制できる亜鉛注入方法および亜鉛注入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、第１溶解槽内に存在する炭酸水溶液に炭酸ガスを注入して炭酸ガスを炭酸水溶液に溶解し、
第１溶解槽内の炭酸水溶液を、第１溶解槽、及び亜鉛を含む固体物質が存在する第２溶解槽を含む閉ループ内を循環させ、
固体物質に含まれる亜鉛を、第２溶解槽内において、循環によって第１溶解槽から第２溶解槽に供給される炭酸水溶液に溶解し、
溶解した亜鉛を含む炭酸水溶液を前記循環によって第１溶解槽に供給し、
第１溶解槽内の亜鉛を含む炭酸水溶液を、第１溶解槽に連絡された亜鉛注入配管を通して原子炉圧力容器に接続された配管に供給し、
亜鉛を含まない炭酸水溶液を、亜鉛注入配管内を流れる亜鉛を含む炭酸水溶液に注入することにある。
【００１９】
亜鉛を含む炭酸水溶液を、第１溶解槽及び第２溶解槽を含む閉ループ内を循環させるため、第２溶解槽を通過するたびに、固体物質に含まれる亜鉛が炭酸水溶液に溶解し、炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度をさらに増加させることができる。このため、原子炉圧力容器内の炉水の亜鉛イオン濃度も、より短時間で増加させることができる。
【００２０】
また、亜鉛注入配管内を流れる炭酸水溶液に亜鉛を含まない炭酸水溶液を注入するので、亜鉛注入配管内を流れる炭酸水溶液の亜鉛濃度を低下させることができ、炭酸水溶液に含まれる亜鉛が亜鉛注入配管の内面に析出することを抑制することができる。
【００２１】
第１溶解槽内に存在する炭酸水溶液に炭酸ガスを注入して炭酸ガスを炭酸水溶液に溶解し、
第１溶解槽内の炭酸水溶液を、第１溶解槽、及び亜鉛を含む固体物質が存在する第２溶解槽を含む閉ループ内を循環させ、
固体物質に含まれる亜鉛を、第２溶解槽内において、循環によって第１溶解槽から第２溶解槽に供給される炭酸水溶液に溶解し、
溶解した亜鉛を含む炭酸水溶液を前記循環によって第１溶解槽に供給し、
第１溶解槽内の亜鉛を含む炭酸水溶液を、第１溶解槽に連絡された亜鉛注入配管を通して原子炉圧力容器に接続された配管に供給し、
炭酸ガス、および第１溶解槽内の炭酸水溶液の炭酸濃度よりも炭酸濃度が高くて亜鉛を含まない炭酸水溶液のいずれかを、亜鉛注入配管内を流れる亜鉛を含む炭酸水溶液に注入して亜鉛注入配管内の亜鉛を含む炭酸水溶液のｐＨを低下させることによっても、上記した本発明の目的を達成することができる。
【００２２】
亜鉛を含む炭酸水溶液を、第１溶解槽及び第２溶解槽を含む閉ループ内を循環させるため、上記したように、炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度をさらに増加させることができる。さらに、炭酸ガス、および第１溶解槽内の炭酸水溶液の炭酸濃度よりも炭酸濃度が高くて亜鉛を含まない炭酸水溶液のいずれかを、亜鉛注入配管内を流れる亜鉛を含む炭酸水溶液に注入して亜鉛注入配管内の亜鉛を含む炭酸水溶液のｐＨを低下させるので、亜鉛注入配管内を流れる亜鉛を含む炭酸水溶液の亜鉛の溶解を促進させることができる。このため、炭酸水溶液に含まれる亜鉛が亜鉛注入配管の内面に析出することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、原子炉圧力容器内に注入する、亜鉛イオンを含む炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度をさらに増加することができ、亜鉛注入配管の内面への亜鉛の析出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の亜鉛注入方法に用いられる亜鉛注入装置の構成図である。
【図２】図１に示す亜鉛注入装置を用いた、沸騰水型原子力プラントにおける原子炉圧力容器内への亜鉛イオン注入方法の説明図である。
【図３】酸化亜鉛の溶解度の温度依存性を示す説明図である。
【図４】本発明の他の好適な実施例である実施例３の亜鉛注入方法に用いられる亜鉛注入装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
特許第３３４４６０８号公報では、炭酸ガスを溶解槽底部から溶解槽内の水中にバブリングして炭酸水を生成し、この溶解槽内の炭酸水に亜鉛化合物を添加して撹拌することで亜鉛化合物を溶解し、亜鉛イオンを生成している。ただし、この方法では、連続注入を行うためには、溶解槽内の水量に合わせて定期的に適切な量の亜鉛を溶解槽内に供給して亜鉛濃度を管理する必要がある。このため、運転中の定期的な管理および調節等のメンテナンスが必要となる。
【００２６】
発明者らは、特願２０１２−２５８４００号「亜鉛注入方法および亜鉛注入装置」において、炭酸水溶液が存在する炭酸ガス溶解領域を内部に形成する第１溶解槽、および亜鉛を含む固体物質が存在する亜鉛溶解領域を内部に形成する第２溶解槽を含む閉ループを形成し、この閉ループ内で亜鉛イオンを含む炭酸水溶液を循環させることによって炭酸水溶液の亜鉛濃度を高め、亜鉛濃度が高められた炭酸水溶液を原子炉圧力容器内の炉水中に注入することを提案している。炭酸水溶液の亜鉛濃度は、第２溶解槽内を流れる炭酸水溶液の流速（炭酸水溶液の流量）を調節することによって所定濃度に制御されている。
【００２７】
第１溶解槽および第２溶解槽が設置される建屋内の温度は、夏季で高くなり、冬季で低くなる。このような温度変化の影響を受けて炭酸水溶液の亜鉛の飽和溶解度がどのように変化するかを調べた。炭酸水溶液の亜鉛の飽和溶解度は、図３に示すように、炭酸水溶液の温度が高くなると低下する。このため、温度上昇により、炭酸水溶液に溶解している亜鉛が、亜鉛注入配管の内面に析出し易くなる。例えば、亜鉛濃度が飽和溶解度になっている２０℃の炭酸水溶液が３０℃に上昇すると、炭酸水溶液に溶解している亜鉛が、３０℃の飽和溶解度に低下するまで、亜鉛注入配管の内面に析出する。また、亜鉛注入配管が接続される、原子炉圧力容器に接続された配管内を流れる水の温度が、亜鉛注入配管から注入される亜鉛を含む炭酸水溶液に比べて高い場合、その接続箇所付近での水の温度が高くなるため、炭酸水溶液に溶解している亜鉛が析出し易くなる。その他、万が一、第１溶解槽内に供給される炭酸ガスが炭酸ガス供給配管から漏れた場合には、炭酸水溶液のｐＨが上昇し、溶解している亜鉛が化合物として配管内に析出し易くなる。
【００２８】
発明者らは、このような問題点、すなわち、亜鉛の亜鉛注入配管の内面への析出を防止するために、炭酸水溶液の亜鉛濃度を低下させるために亜鉛イオンを含む炭酸水溶液に水を注入したのでは、前述したように、炭酸水溶液の亜鉛の飽和溶解度が低下し、炭酸水溶液に溶解している亜鉛が亜鉛注入配管の内面に析出する恐れがある。発明者らは、炭酸水溶液に水を注入してこの炭酸水溶液の亜鉛濃度を減少させるのではなく、亜鉛注入配管内を流れる炭酸水溶液に炭酸水溶液または炭酸ガスを注入することにより、亜鉛注入配管内を流れる炭酸水溶液の亜鉛飽和溶解を保持しつつ、この炭酸水溶液のｐＨを減少させることにした。炭酸水溶液のｐＨが減少すると、炭酸水溶液に亜鉛が溶けやすくなり、亜鉛の析出を防ぐことができる。
【００２９】
発明者らは、このような検討結果に基づいて、本発明を創生した。
【００３０】
上記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。
【実施例１】
【００３１】
本発明の好適な一実施例である実施例１の亜鉛注入方法を、図１および図２を用いて説明する。本実施例の亜鉛注入方法は、沸騰水型原子力プラント（以下、ＢＷＲプラントという）に適用される。
【００３２】
まず、本実施例の亜鉛注入方法が適用されるこのＢＷＲプラントの概略構成を、図２を用いて説明する。ＢＷＲプラントは、原子炉４０、タービン４８、復水器４９、再循環系、および給水系等を備えている。原子炉格納容器４６内に設置された原子炉４０は、炉心４２を内蔵する原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶという）４１を有し、ＲＰＶ４１内にジェットポンプ４３を設置している。炉心４２には複数の燃料集合体（図示せず）が装荷されている。各燃料集合体は、核燃料物質で製造された複数の燃料ペレットを充填した複数の燃料棒を含んでいる。再循環系は再循環ポンプ４４およびステンレス鋼製の再循環系配管４５を有し、再循環ポンプ４４が再循環系配管４５に設置されている。給水系は、復水器４９とＲＰＶ４１を連絡する給水配管５０に、復水器４９からＲＰＶ４１７に向かって、復水ポンプ５１、復水浄化装置５２、低圧給水加熱器５４、給水ポンプ５３および高圧給水加熱器５５をこの順に設置して構成される。
【００３３】
ＲＰＶ４１内の冷却水（以下、炉水という）は、再循環ポンプ４４で昇圧され、再循環系配管４５を通ってジェットポンプ４３のノズル（図示せず）からジェットポンプ４３のベルマウス（図示せず）内に噴出される。ノズルの周囲に存在する炉水も、ノズルから噴出される噴出流の作用により、ベルマウス内に吸引される。ジェットポンプ４３から吐出された炉水は、炉心４２に供給され、燃料棒内の核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱される。加熱された炉水の一部が蒸気になる。この蒸気は、ＲＰＶ４１から主蒸気配管４７を通ってタービン４８に導かれ、タービン４８を回転させる。タービン４８に連結された発電機（図示せず）が回転され、電力が発生する。タービン４８から排出された蒸気は、復水器４９で凝縮され、水になる。
【００３４】
この水は、給水として、給水配管５０を通りＲＰＶ４１内に供給される。給水配管５０内を流れる給水は、復水ポンプ５７で昇圧され、復水浄化装置５２で不純物が除去され、給水ポンプ５３でさらに昇圧され、低圧給水加熱器５４および高圧給水加熱器５５で加熱される。抽気配管５６で主蒸気配管４７，タービン４８から抽気された抽気蒸気が、低圧給水加熱器５４および高圧給水加熱器５５にそれぞれ供給され、給水の加熱源となる。
【００３５】
本実施例の亜鉛注入方法に用いられる亜鉛注入装置１は、復水浄化装置５２と低圧給水加熱器５４の間の給水配管５０に亜鉛注入配管２８を介して接続される。亜鉛注入装置１の詳細を、図１を用いて説明する。亜鉛注入装置１は、内部に炭酸ガス溶解領域を形成する炭酸ガス溶解槽（第１溶解槽）２、内部に亜鉛溶解領域を形成する亜鉛溶解槽（第２溶解槽）３、希釈液注入装置１４および炭酸ガス供給装置１６を有する。炭酸ガス溶解槽２の底部に一端部が接続される配管４の他端部が、亜鉛溶解槽３の底部に接続される。配管５の一端部が亜鉛溶解槽３の頂部に接続され、配管５の他端部が炭酸ガス溶解槽２の頂部に接続される。炭酸ガス溶解槽２、配管４、亜鉛溶解槽３および配管５によって、閉ループが形成される。循環ポンプ６、開閉弁７、温度計８および流量計９が配管４に設けられる。導電率計（またはｐＨ計）１０が配管５に設けられる。液位計１３が炭酸ガス溶解槽２に設けられる。
【００３６】
ＢＷＲプラントの一つの運転サイクルでの消費量以上、例えば、３０ｋｇ以上の酸化亜鉛ペレット（亜鉛を含む固体物質）が、亜鉛溶解槽３内に予め充填されている。酸化亜鉛ペレットの亜鉛溶解槽３内への充填は、或る運転サイクルでのＢＷＲプラントの運転が停止された後に行われる燃料交換の期間で実施される。酸化亜鉛の替わりとして炭酸亜鉛、塩基性炭酸亜鉛、および金属亜鉛のいずれかを用いることも可能である。酸化亜鉛ペレットは、亜鉛溶解槽３内で上昇する炭酸水溶液の流速では浮遊しない程度の大きさ、例えば、粒径５ｍｍ以上とする。
【００３７】
炭酸ガス供給装置１６は、炭酸ガス供給管１７、流量調節弁１８および流量計１９を有する。炭酸ガス供給管１７は、炭酸ガス供給源（例えば、炭酸ガスボンベ）（図示せず）と炭酸ガス溶解槽２の底部を接続する。補給水供給装置２３は、開閉弁２５を設けた補給水供給管２４を有する。炭酸ガス溶解槽４の頂部に接続された補給水供給管２４は、水源（図示せず）に接続される。
【００３８】
亜鉛注入配管２８が、炭酸ガス溶解槽４の底部に接続され、前述したように給水配管５０に接続される。注入ポンプ２９、開閉弁３０および圧力計３１が亜鉛注入配管２８に設けられる。
【００３９】
希釈液注入装置１４は、注入液槽３９、流量調節弁２１を設けた炭酸ガス注入管２０、開閉弁２７を設けた注水配管２６、および炭酸水注入配管３２を有する。液位計１５が注入液槽３９に設けられる。炭酸ガス注入配管２０は炭酸ガス供給管１７と注入液槽３９の底部を接続している。流量計２２が炭酸ガス注入配管２０に設けられる。注入液槽３９の頂部に接続された注水配管２６が補給水供給管２４に接続される。注入液槽３９の底部に接続された炭酸水注入配管３２が亜鉛注入配管２８に接続される。ポンプ３３、開閉弁３４および流量計３５が炭酸水注入配管３２に設けられる。
【００４０】
制御装置（図示せず）が、信号線（図示せず）により、開閉弁７，３０，３４、温度計８、流量調節弁１８，２１、流量計９，１９，２２，２５，２７，３５、導電率計１０、液位計１３，１５および圧力計３１接続される。
【００４１】
亜鉛注入装置１を用いた本実施例の亜鉛注入方法を、以下に具体的に説明する。
【００４２】
制御装置から出力される制御指令に基づいて、開閉弁２５，２６が開き、補給水供給管２４に設けられたポンプ（図示せず）が駆動され、補給水が補給水源（図示せず）から補給水配管２４を通して炭酸ガス溶解槽２に供給される。この補給水は注水配管２６を通して注入液槽３９に供給される。液位計１３で計測された液位信号および液位計１５で計測された液位信号が制御装置に入力される。制御装置は、液位計１３からの液位信号に基づいて炭酸ガス溶解槽２が満水になったと判定したとき、開閉弁２５を閉じる。これにより、炭酸ガス溶解槽２への補給水の供給が停止される。制御装置は、液位計１５からの液位信号に基づいて注入液槽３９が満水になったと判定したとき、ポンプの駆動を停止して開閉弁２７を閉じる。これにより、注入液槽３９への補給水の供給が停止される。
【００４３】
炭酸ガス溶解槽２が満水になった後、制御装置は流量調節弁１８を開いて炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液のｐＨが設定ｐＨ（ｐＨが、例えば、３．９１）になるように流量調節弁１８の開度を所定の開度に調節する。炭酸ガス供給源の炭酸ガスが、炭酸ガス供給配管１７を通って炭酸ガス溶解槽２の水中に放出される。放出された炭酸ガスは炭酸ガス溶解槽２内の水に溶解する。この水に溶解しなかった炭酸ガスは、炭酸ガス溶解槽２内を上昇して炭酸ガス溶解槽２に接続されたベント配管５７に放出される。注入液槽３９が満水になった後、制御装置は流量調節弁２１を開いて注入液槽３９内の炭酸水溶液のｐＨが設定ｐＨ（ｐＨが、例えば、３．９１）になるように流量調節弁２１の開度を上記の所定の開度に調節する。流量調節弁２１の開度は、給水配管５０に亜鉛イオンを含む炭酸水を注入している間、その所定開度に保持される。炭酸ガス供給配管１７内を流れる炭酸ガスの一部が、炭酸ガス注入配管２０を通って注入液槽３９の水中に放出される。放出された炭酸ガスは注入液槽３９内の水に溶解する。この水に溶解しなかった炭酸ガスは、注入液槽３９内を上昇して注入液槽３９に接続されたベント配管５８に放出される。
【００４４】
炭酸ガスが注入された炭酸ガス溶解槽２および注入液槽３９において、それぞれの内部に炭酸水溶液が生成される。炭酸ガスの水への溶解が平衡に達したときには炭酸水溶液のｐＨが飽和炭酸水溶液のｐＨである４前後になる。炭酸ガス溶解槽２および注入液槽３９への炭酸ガスの供給は、給水配管５０に亜鉛イオンを含む炭酸水を注入している間、継続して行われる。
【００４５】
制御装置は、炭酸ガス溶解槽２に設けられた導電率計（図示せず）の計測値に基づいて炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液のｐＨが上記設定ｐＨ（例えば、３．９１）になったと判定したとき、循環ポンプ６に駆動開始信号を出力する。換言すれば、炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液の炭酸濃度は注入液槽３９内の炭酸水溶液の炭酸濃度と同じである。循環ポンプ６が駆動され、炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液が、配管４を通って亜鉛溶解槽３に供給される。
【００４６】
亜鉛溶解槽３に供給された炭酸水溶液は、亜鉛溶解槽３内で、充填された多数の酸化亜鉛ペレットの相互間を酸化亜鉛ペレットに接触しながら上昇する。上昇する低いｐＨの炭酸水溶液が酸化亜鉛ペレットを溶解し、酸化亜鉛ペレットに含まれる亜鉛がイオンとなって炭酸水溶液内に溶出する。この結果、亜鉛イオンを含む炭酸水溶液（亜鉛イオンを含む注入水）が亜鉛溶解槽３内で生成される。
【００４７】
亜鉛溶解槽３内における亜鉛の溶出によって亜鉛溶解槽３内の炭酸水溶液のｐＨが、中性側に変化し、炭酸水溶液への亜鉛の溶出度合いが抑制される。亜鉛イオンを含む炭酸水溶液は、亜鉛溶解槽の頂部から配管５に排出され、配管５を通って炭酸ガス溶解槽２に供給される。炭酸ガス溶解槽２に供給された亜鉛イオンを含む炭酸水溶液は、炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液と混合され、循環ポンプ６で昇圧されて配管４を通して亜鉛溶解槽３に導入される。この亜鉛イオンを含む炭酸水溶液は、亜鉛溶解槽３内で酸化亜鉛ペレットに接触し、前述したように、酸化亜鉛ペレットに含まれる亜鉛がイオンとなってその炭酸水溶液に溶出する。このため、亜鉛イオンを含む炭酸水溶液の亜鉛イオンの濃度が増加する。
【００４８】
亜鉛溶解槽３内の亜鉛イオンを含む炭酸水溶液は、炭酸ガス溶解槽２、配管４、亜鉛溶解槽３および配管５によって形成される閉ループ内を循環する。このような亜鉛イオンを含む炭酸水溶液の循環により、この炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度は、酸化亜鉛ペレットが充填された亜鉛溶解槽３内を炭酸水溶液が通過するたびに、増加する。閉ループ内を循環する炭酸水溶液の亜鉛イオンの濃度は、やがて、飽和濃度に到達する。炭酸水溶液を、酸化亜鉛ペレットを充填した亜鉛溶解槽３を含む上記の閉ループ内で循環させることによって、亜鉛イオンの濃度が飽和濃度付近まで上昇した炭酸水溶液を容易に得ることができる。
【００４９】
制御装置は、導電率計１０で計測した炭酸水溶液の導電率を用いてその炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度を求め、この亜鉛イオン濃度が例えば３５０ｐｐｍ（設定亜鉛濃度）に到達するまでは循環ポンプ６の回転速度を増加して亜鉛溶解槽３を流れる炭酸水溶液２４の流速を速くする。その亜鉛イオン濃度が３５０ｐｐｍに到達したときに、循環ポンプ６の回転速度を低下させて亜鉛溶解槽３を流れる炭酸水溶液の流速を低下させる。亜鉛溶解槽３内での亜鉛の溶解初期では亜鉛を早く炭酸水溶液に溶解した方が、ＲＰＶ４１内への亜鉛注入が早期にできるので好ましい。しかし、一旦、炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度が飽和溶解度になるとその後は線流速を下げて亜鉛の溶解速度を落として、循環ポンプ６の駆動電力を節約することが望ましい。
【００５０】
制御装置は、導電率計１０の計測値に基づいて炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度が３５０ｐｐｍに到達したと判定したとき、注入ポンプ２９の起動信号を出力する。注入ポンプ２９は、この起動信号により起動される。注入ポンプ２９が起動すると、炭酸ガス溶解槽２から排出された、亜鉛イオン濃度が３５０ｐｐｍである炭酸水溶液が、亜鉛注入配管２８を通して給水配管５０に注入される。亜鉛イオン濃度３５０ｐｐｍの炭酸水溶液は、給水配管５０内を流れる給水に混入される。制御装置は、圧力計３１の計測値を入力して開閉弁３０の開度を制御し、給水配管５０に注入する亜鉛イオンを含む炭酸水溶液の圧力を調節する。更に、制御装置は、注入ポンプ２９の回転速度を調節し、注入する炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度および給水配管５０内を流れる給水の流量（給水流量）に基づいてＲＰＶ４１に供給される給水の亜鉛イオン濃度が所定の値、例えば０．２ｐｐｂ（設定亜鉛濃度）になるように、給水配管５０への炭酸水溶液の注入量を制御する。
【００５１】
冬から夏に向かう時期では、炭酸ガス溶解槽２および亜鉛溶解槽３が設置されている建屋内の雰囲気、および給水配管５０の、亜鉛注入配管２８との接続箇所付近の給水の各温度は徐々に上昇する。この温度上昇に伴って給水配管５０に注入される炭酸水溶液の温度も上昇し、給水配管５０に注入される炭酸水溶液に含まれた亜鉛が亜鉛注入配管２８の内面、および亜鉛注入配管２８との接続箇所付近での給水配管５０の内面に析出する恐れがある。
【００５２】
温度計８で計測された、配管４内を流れる炭酸水溶液の温度が制御装置に入力される。温度計８で計測された温度が、上記したように炭酸ガス溶解槽２および亜鉛溶解槽３の水位の温度の影響により、設定温度よりも上昇したとき、制御装置は、開閉弁３４を開いてポンプ３３の回転速度を調節し、注入液槽３９から亜鉛注入配管２８に注入する炭酸水溶液（亜鉛を含まない炭酸水溶液）の流量を調節する。配管４内を流れる炭酸水溶液の温度上昇によるその炭酸水溶液の亜鉛の飽和溶解度の低下分を補償するように、炭酸ガス溶解槽２内の炭酸濃度と同じ炭酸濃度である注入液槽３９内の炭酸水溶液の、炭酸水注入配管３２により亜鉛注入配管２８に注入される流量が調節される。注入液槽３９から亜鉛注入配管２８への炭酸水溶液の注入により、亜鉛注入配管２８内を流れる亜鉛イオンを含む炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度が希釈されて２００ｐｐｍまで低下する。このため、亜鉛注入配管２８内面への亜鉛の析出が防止される。制御装置は流量計３５の計測値を入力し、注入液槽３９から亜鉛注入配管２８に注入される炭酸水溶液の注入量が必要量になったかを監視する。
【００５３】
なお、夏から冬に向かうときのように閉ループ内の炭酸水溶液の温度が低下する場合でも、温度計８で計測された炭酸水溶液の温度が制御装置に入力されるが、温度計８で計測された温度が設定温度以下である場合には、制御装置は開閉弁３４を開けずポンプ３３を駆動しない。このため、注入液槽３９から亜鉛注入配管２８への炭酸水溶液の注入は基本的に行われない。ただし、万が一、炭酸ガス溶解槽２に供給される炭酸ガスが炭酸ガス供給配管１７から漏れた場合には、炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液のｐＨが上昇し、溶解している亜鉛が化合物として亜鉛注入配管２８の内面に析出する。このため、万全を期すために、注入液槽３９から亜鉛注入配管２８への炭酸水溶液の注入を、常時、行うことが望ましい。
【００５４】
炭酸ガス溶解槽２から給水配管５０への亜鉛イオンを含む炭酸水溶液の注入により、炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液の液位が低下する。このため、補給水源から炭酸ガス溶解槽２内に水が補給される。例えば、液位計１３で計測された、炭酸ガス溶解槽２の液位を入力した制御装置は、この水位に基づいて、炭酸ガス溶解槽２の液位が炭酸ガス溶解槽２の保有水量（例えば、２００ｋｇ）のうち一割が亜鉛注入配管２８を通して給水配管５０に注入された状態における炭酸ガス溶解槽２の第１下限設定液位まで低下したと判定したとき、開閉弁２５を開いて補給水供給管２４に設けられたポンプを駆動する。補給水源の水が補給水供給管２４を通して炭酸ガス溶解槽２に供給される。制御装置は、補給水の供給により、液位計１３で計測された液位が満水状態を示す第１上限設定液位に達したと判定したとき、そのポンプの駆動を停止する。
【００５５】
補給水の炭酸ガス溶解槽２への供給により、炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液の炭酸濃度が低下し、炭酸水溶液の導電率も低下しようとするが、前述したように、炭酸ガス供給管１７から炭酸ガス溶解槽２への炭酸ガスの供給が継続して行われているため、その炭酸濃度の低下が抑制され、亜鉛溶解槽３内での亜鉛の溶解速度の低下も抑制される。もし、補給水の炭酸ガス溶解槽２への供給により循環する炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度が低下した場合には、循環ポンプ６の回転速度が増加される。すなわち、制御装置は、導電率計１０で計測した導電率に基づいて求めた、炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度が、亜鉛の飽和濃度の、例えば、２０％減の２８０ｐｐｍを下回ったと判定したとき、循環ポンプ６の回転速度を増加させる。亜鉛溶解槽３内を上昇する炭酸水溶液の線流速が速められ、炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度が亜鉛の飽和濃度に到達するまでに要する時間が短縮される。このように、炭酸ガス溶解槽２に補給水が供給されて亜鉛イオン濃度が低下した場合でも、炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度を高めることができる。
【００５６】
また、炭酸ガス溶解槽２への補給水の供給による炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度の低下は、炭酸ガス溶解槽２への補給水の供給開始と供給停止の間隔を狭くすることによって炭酸ガス溶解槽２内における水位の変動を小さくすることにより、抑制することができる。炭酸ガス溶解槽２への補給水の供給および停止は、開閉弁２５の開閉または補給水供給管２４に設けられたポンプの起動および停止により制御することができる。実用的には、ポンプの起動、停止の負担が少ない開閉弁２５の開閉が望ましい。注入液槽３９のへの補給水の供給による炭酸水溶液の炭酸濃度の低下は、注入液槽３９への補給水の供給開始と供給停止の間隔を狭くすることによって注入液槽３９内における水位の変動を小さくすることにより、抑制することができる。この注入液槽３９への補給水の供給および停止は、開閉弁２７の開閉または補給水供給管２４に設けられたポンプの起動および停止により制御することができる。
【００５７】
なお、流量計９で計測された、亜鉛溶解槽３に供給される炭酸水溶液の流量は、制御装置に入力される。制御装置は、炭酸水溶液の亜鉛の飽和濃度に対応した、亜鉛溶解槽３に供給される炭酸水溶液の流量（設定流量）を記憶しており、流量計９から入力した流量に基づいて亜鉛溶解槽３に供給される炭酸水溶液の流量が設定流量になったかを確認する。
【００５８】
また、注入液槽３９から亜鉛注入配管２８への炭酸水溶液の注入により、注入液槽３９内の炭酸水溶液の液位が低下する。制御装置は、液位計１５で計測された、注入液槽３９の液位が注入液槽３９の第２下限設定液位まで低下したと判定したとき、開閉弁２７を開き、補給水供給管２４に設けられたポンプの駆動により、補給水が補給水供給管２４を通して注入液槽３９に供給される。制御装置は、補給水の供給により、液位計１５で計測された液位が満水状態を示す第２上限設定液位に達したと判定したとき、そのポンプの駆動を停止する。注入液槽３９の補給水の供給によって注入液槽３９の炭酸水溶液のｐＨが増加する。制御装置は、注入液槽３９に設けられた導電率計の計測値に基づいて流量調節弁２１の開度を調節し、炭酸ガス供給管１７から炭酸ガス注入管２０を通して注入液槽３９に炭酸ガスを注入する。これにより、注入液槽３９の炭酸水溶液のｐＨが例えば３．９１まで低下する。
【００５９】
本実施例によれば、炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液を、酸化亜鉛ペレットを充填した亜鉛溶解槽３および炭酸ガス溶解槽２を含む閉ループ内で循環させるので、亜鉛イオンを含みＲＰＶ４１に注入される炭酸水溶液（注入水）の亜鉛イオン濃度を高くすることができる。このため、ＲＰＶ４１内の炉水の亜鉛イオン濃度をより短時間で増加させることができる。
【００６０】
上記の閉ループ内で炭酸水溶液を循環させて炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度を増加させるので、特開２００３−２８９８５号公報に記載されたように高濃度ホウ酸水を用いて亜鉛イオン濃度を高める必要がない。このため、高濃度ホウ酸水がＲＰＶ４１内に注入されないので、ＢＷＲプラントにおける原子炉出力の制御が単純化される。
【００６１】
本実施例では、炭酸ガス溶解槽２から配管４を通して亜鉛溶解槽３に供給する炭酸水溶液の流速を調節することができるので、炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度を設定亜鉛イオン濃度まで高めるのに要する時間を短くすることができる。また、炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度が設定亜鉛イオン濃度に増加した後では、亜鉛溶解槽３内の炭酸水溶液の流速が遅くなるように調節することができる。これによって、炭酸ガス溶解槽２から亜鉛溶解槽３に炭酸水溶液を供給する循環ポンプ６の負荷を低減することができ、循環ポンプ６で消費する電力を少なくすることができる。
【００６２】
本実施例では、炭酸ガスの溶解と亜鉛の溶解を別々の溶解槽で行っているので、すなわち、炭酸ガス溶解槽２において炭酸ガスの溶解により炭酸水溶液を生成し、亜鉛溶解槽３においてこの炭酸水溶液を用いて亜鉛を溶解するので、炭酸ガスの溶解により生成される炭酸水溶液の炭酸濃度の調節を容易に行うことができ、所定濃度の亜鉛イオンを含む炭酸水溶液の生成を容易に行うことができる。
【００６３】
本実施例によれば、炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液の温度が周囲の雰囲気温度の上昇の影響を受けて上昇し、炭酸水溶液の亜鉛の飽和溶解度が減少した場合には、注入液槽３９内の亜鉛を含まない炭酸水溶液を炭酸水注入配管３２から亜鉛注入配管２８に注入するので、亜鉛注入配管２８内を流れる亜鉛イオンを含む炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度を減少させることができ、亜鉛注入配管２８内面への亜鉛の析出を防止できる。また、常時注入槽３９から亜鉛注入配管２８に亜鉛を含まない炭酸水溶液を常時供給することにより、亜鉛注入配管２８と給水配管５０の接続箇所付近で給水配管５０の内面への亜鉛、および万が一、炭酸ガス供給管１７から炭酸ガスが漏れた場合における炭酸水溶液のｐＨ増加に伴う亜鉛の析出を防止することができる。本実施例では、炭酸水溶液（亜鉛を含まない炭酸水溶液）を、亜鉛注入配管２８内を流れる亜鉛イオンを含む炭酸水溶液に注入するため、純水を注入する際に生じる問題点を解消することができる。すなわち、亜鉛イオンを含む炭酸水溶液に純水を注入した場合には、前述したように、炭酸水溶液の亜鉛の飽和溶解度が低下するため、飽和溶解度の低下の度合いによっては亜鉛が亜鉛注入配管２８の内面に析出する恐れがある。本実施例では、炭酸水溶液を亜鉛注入配管２８に注入するので、この炭酸水溶液の注入によって亜鉛注入配管２８内を流れる亜鉛イオンを含む炭酸水溶液の亜鉛の飽和溶解度の低下がみられない。このため、本実施例では、注入液槽３９内の亜鉛を含まない炭酸水溶液を亜鉛注入配管２８に注入することに起因して、亜鉛注入配管２８の内面に亜鉛が析出することがない。亜鉛注入配管２８における、析出した亜鉛による閉塞のリスクを著しく低下させることができ、亜鉛注入装置１を安定な状態で運転することができる。
【００６４】
本実施例では、３５０ｐｐｍの亜鉛イオンを含む炭酸水溶液を３．５ｋｇ／ｈで給水に注入しているが、これは１．２ｇ／ｈの亜鉛イオンの供給速度に相当する。１つの運転サイクルを１００００ｈとすると、亜鉛を含む固体物質の消費量は、亜鉛で１２ｋｇ、酸化亜鉛では１５ｋｇとなる。本実施例では３０ｋｇの酸化亜鉛ペレットがＢＷＲプラント起動前の定期検査中に亜鉛溶解槽３内に充填されるので、プラント運転中は亜鉛イオンの原料を補給する必要はなく、プラント運転中は亜鉛注入装置１を連続して運転することが可能である。
【００６５】
本実施例は、亜鉛注入装置１で上記したように生成された亜鉛イオンを含む炭酸水溶液を給水配管５０に注入し、亜鉛イオンを含む給水をＲＰＶ４１内の炉水に供給するので、再循環系配管４５、および原子炉浄化系の浄化系配管（図示せず）等のＲＰＶ４１に連絡されて炉水が流れる配管の内面への放射性コバルトの付着量を低減することができる。このため、原子力プラントの保守点検の作業時における従事者の放射線被ばくを低減することができる。
【００６６】
所定濃度の亜鉛イオンを含む炭酸水溶液を給水に注水しながら、炭酸ガス溶解槽２に補給水を供給して炭酸水溶液を亜鉛溶解槽３に供給するので、亜鉛イオンを含む炭酸水溶液の給水への注水を、継続して行いことができる。また、注入液槽３９内への補給水の供給も可能であるため、
本実施例では、炭酸ガスの炭酸ガス溶解槽２および注入液槽３９への注入および停止の判定、炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度の判定、亜鉛溶解槽３に供給される炭酸水溶液の流速の調節、および給水配管５０への亜鉛イオンを含む炭酸水溶液の注入量の制御、炭酸ガスの炭酸ガス溶解槽２および注入液槽３９への補給水の供給および停止の制御、およびバ注入液槽３９から亜鉛注入配管２８への炭酸水溶液の注入及び停止の制御を制御装置で行っていたが、これらの制御操作の一部または全てを運転員が行うことも可能である。しかし、運転員の負担軽減の観点からはできるだけ制御装置を用いて行うことが望ましい。
【実施例２】
【００６７】
本発明の他の好適な実施例である実施例２の亜鉛注入方法を以下に説明する。本実施例の亜鉛注入方法は、沸騰水型原子力プラント（以下、ＢＷＲプラントという）に適用される。
【００６８】
本実施例の亜鉛注入方法には、実施例１で用いた亜鉛注入装置１が用いられる。ただし、本実施例では、亜鉛注入装置１の希釈液注入装置１４をｐＨ調節装置として用いている。実施例１の亜鉛注入方法では炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液の炭酸濃度および注入液槽３９内の炭酸の濃度を炭酸の飽和濃度（炭酸水溶液のｐＨが例えば３．９１）にしているのに対し、本実施例の亜鉛注入方法では、注入液槽３９内の炭酸の濃度を炭酸の飽和濃度にし、炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液の炭酸濃度を炭酸の飽和濃度よりも低くしている。この点以外では、本実施例の亜鉛注入方法は、実施例１の亜鉛注入方法と同じことが実施される。亜鉛注入装置１の希釈液注入装置１４がｐＨ調節装置として機能するためには、実施例１の制御装置が、炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液の炭酸濃度を注入液槽３９内の炭酸の濃度よりも低くなるように制御する、換言すれば、注入液槽３９内の炭酸の濃度が炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液の炭酸濃度よりも高くなるように制御する機能が必要になる。
【００６９】
実施例１と同様に、炭酸ガス溶解槽２、およびｐＨ調節装置（希釈液注入装置１４に相当）の注入液槽３９のそれぞれが満水になったとき、制御装置は、流量調節弁１８，２０を開いて流量調節弁１８，２０の各開度を調節し、炭酸ガス供給配管１７から、炭酸ガス溶解槽２およびｐＨ調節装置（希釈液注入装置１４に相当）の注入液槽３９に供給する炭酸ガスのそれぞれの流量を調節する。このとき、制御装置は炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液の炭酸濃度が第１初期設定炭酸濃度（例えばｐＨ４．５に相当する炭酸濃度）になるように流量調節弁１８の開度を所定の第１開度に調節する。また、制御装置は流量調節弁２１を開いて注入液槽３９内の炭酸水溶液の炭酸濃度が第２初期設定炭酸濃度（例えばｐＨ３．９１に相当する炭酸濃度）になるように流量調節弁２１の開度を所定の第２開度に調節する。所定の第２開度は所定の第１開度よりも大きい。亜鉛イオンを含む炭酸水溶液が給水配管５０に注入される間、量調節弁１８の開度が所定の第１開度に、流量調節弁２１の開度を所定の第２開度にそれぞれ保持される。前述の制御装置による流量調節弁１８及び２０の各開度の制御により、注入液槽３９内の炭酸水溶液の炭酸濃度が炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液の炭酸濃度よりも高くなる。
【００７０】
制御装置は、炭酸ガス溶解槽２に設けた導電率計の計測値に基づいて炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液の炭酸濃度が第１設定炭酸濃度になったと判定したとき、循環ポンプ６を駆動する。循環ポンプ６の駆動により、炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液が、配管４を通って亜鉛溶解槽３に供給される。炭酸水溶液が、炭酸ガス溶解槽２および亜鉛溶解槽３を含む閉ループ内を循環しながら亜鉛溶解槽３内の酸化亜鉛ペレットに接触しながら酸化亜鉛ペレットに含まれる亜鉛を溶解し、循環する炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度が増加される。閉ループ内の炭酸水溶液に含まれる亜鉛イオンの濃度が設定亜鉛濃度である３５０ｐｐｍになったとき、制御装置は注入ポンプ２９を駆動し、これにより、炭酸ガス溶解槽２から亜鉛注入配管２８を通しての給水配管５０への亜鉛イオンを含む炭酸水の注入が開始される。
【００７１】
温度計８で計測された温度が、上記したように炭酸ガス溶解槽２および亜鉛溶解槽３の周囲の温度の影響により、設定温度よりも上昇したとき、制御装置は、実施例１と同様に、開閉弁３４を開いてポンプ３３を駆動する。注入液槽３９内の炭酸水溶液（亜鉛を含まない炭酸水溶液）が、炭酸水注入配管３２を通して、炭酸ガス溶解槽２から亜鉛注入配管２８に排出された炭酸水溶液に注入される。注入液槽３９内の炭酸水溶液の炭酸濃度が炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液の炭酸濃度よりも高いので、注入液槽３９から亜鉛注入配管２８への炭酸水溶液の注入により、亜鉛注入配管２８内を流れる亜鉛イオンを含む炭酸水溶液の炭酸濃度が増加し、この炭酸水溶液のｐＨが低下する。このため、亜鉛注入配管２８内を流れる炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度が注入液槽３９から注入される炭酸水溶液によって希釈されるだけでなく、そのｐＨの低下により亜鉛注入配管２８内を流れる炭酸水溶液に含まれる亜鉛の溶解が進むことによっても、亜鉛注入配管２８内面への亜鉛の析出が防止される。
【００７２】
前述の制御装置は、循環ポンプ６の回転速度を制御する第１制御装置、流量調節弁１８及び２０の各開度の制御により注入液槽３９内の炭酸水溶液の炭酸濃度が炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液の炭酸濃度よりも高くする第２制御装置、および温度計８で計測された温度が設定温度よりも上昇したとき、開閉弁３４を開いてポンプ３３を駆動して注入液槽３９内の炭酸水溶液（亜鉛を含まない炭酸水溶液）を亜鉛注入配管２８に注入させる第３制御装置を含んでいる。
【００７３】
炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液を給水配管５０に注入することによって炭酸ガス溶解槽２内の炭酸水溶液の液位が第１下限設定液位まで低下したとき、実施例１と同様に、補給水が炭酸ガス溶解槽２内に供給される。注入液槽３９内の炭酸水溶液を亜鉛注入配管２８に注入することによって注入液槽３９内の炭酸水溶液の液位が第２下限設定液位まで低下したとき、実施例１と同様に、補給水が注入液槽３９内に供給される。その後、注入液槽３９内に炭酸ガスが供給され、注入液槽３９内に第２設定炭酸濃度の炭酸水が生成される。
【００７４】
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。
【実施例３】
【００７５】
本発明の他の好適な実施例である実施例３の亜鉛注入方法を、図４を用いて説明する。本実施例の亜鉛注入方法は、沸騰水型原子力プラント（以下、ＢＷＲプラントという）に適用される。
【００７６】
本実施例の亜鉛注入方法に用いられる亜鉛注入装置１Ａは、復水浄化装置５２と低圧給水加熱器５４の間の給水配管５０に亜鉛注入配管２８を介して接続される。亜鉛注入装置１Ａは亜鉛注入装置１の希釈液注入装置１４をｐＨ調節装置５９に替えた構成を有する。亜鉛注入装置１Ａの他の構成は亜鉛注入装置１と同じである。
【００７７】
亜鉛注入装置１ＡのｐＨ調節装置５９は、炭酸ガス注入配管３６及び流量調節弁３７を有する。流量計３８が炭酸ガス注入配管３６に設けられる。炭酸ガス注入配管３６は炭酸ガス供給管１７および亜鉛注入配管２８に接続される。
【００７８】
本実施例では、実施例１と同様に亜鉛イオンを含む炭酸水溶液が生成され、この炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度は炭酸ガス溶解槽２および亜鉛溶解槽３を含む閉ループ内で炭酸水溶液を循環させることによって所定の亜鉛イオン濃度まで増大される。本実施例においても、実施例２と同様に、炭酸ガス溶解槽２内への炭酸ガスの注入により生成される炭酸水溶液の炭酸濃度が炭酸の飽和濃度よりも低くなっている。炭酸ガス溶解槽２内では、補給水の供給、炭酸ガスの供給及び亜鉛溶解槽３内での亜鉛の溶解により、炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度および炭酸濃度は、飽和には達していない平衡状態になっている。
【００７９】
ＢＷＲプラントの運転時において炭酸ガス溶解槽２内の亜鉛イオンを含む炭酸水溶液を亜鉛注入配管２８を通して給水配管５０に注入しているとき、炭酸ガス溶解槽２および亜鉛溶解槽３の周囲の温度が上昇して亜鉛の飽和溶解度が低下したとする。温度計８で計測された温度が制御装置に入力され、制御装置は流量調節弁３７を開いて炭酸ガス供給管１７から亜鉛注入配管２８に炭酸ガスを注入する。注入された炭酸ガスは亜鉛注入配管２８内を流れる亜鉛イオンを含む炭酸水溶液に溶解し、この炭酸水溶液の炭酸濃度を高め、炭酸水溶液のｐＨを低下させる。このため、亜鉛注入配管２８内で亜鉛が炭酸水溶液に溶解されるため、亜鉛注入配管２８の内面に亜鉛が析出することを防止できる。また、万が一、炭酸ガス供給管１７から炭酸ガスが漏れた場合における炭酸水溶液のｐＨ増加に伴う亜鉛の析出を防止することができる。
【００８０】
本実施例は実施例２で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例ではｐＨ調節装置５９は希釈液注入装置１４よりも構成を単純化することができ、亜鉛注入装置１Ａをコンパクト化することができる。ｐＨ調節装置５９では、希釈液注入装置１４に設けられる注入液槽３９、炭酸水注入配管３２およびポンプ３３が不要になる。
【実施例４】
【００８１】
本発明の他の好適な実施例である実施例４の亜鉛注入方法を以下に説明する。本実施例の亜鉛注入方法は、沸騰水型原子力プラント（以下、ＢＷＲプラントという）に適用される。
【００８２】
本実施例の亜鉛注入方法には、実施例１で用いた亜鉛注入装置１が用いられる。本実施例では、温度計が、亜鉛注入配管２８と給水配管５０の接続部付近で給水配管５０に設置し、この温度計で計測された給水温度が、温度計８で計測された温度が入力される制御装置に入力される。
【００８３】
本実施例では、実施例１と同様に、亜鉛注入配管２８から給水配管５０に亜鉛イオンを含む炭酸水溶液が注入される。本実施例で、実施例１と異なる点は、注入液槽３９から亜鉛注入配管２８への亜鉛を含まない炭酸水溶液の注入である。
【００８４】
温度計８で計測された、配管４内を流れる炭酸水溶液の温度、および給水配管に設けられた前述の温度計で計測された給水温度が、上記の制御装置にそれぞれ入力される。制御装置は、温度計８で計測された温度及び給水温度のいずれかが設定温度を超えたとき、開閉弁３４を開いてポンプ３３を駆動する。注入液槽３９内の亜鉛を含まない炭酸水溶液が、炭酸水注入配管３２を通して亜鉛注入配管２８に注入される。これにより、実施例１と同様に、亜鉛イオン注入配管内を流れる亜鉛イオンを含む炭酸水溶液の亜鉛イオン濃度が希釈され、亜鉛イオン注入配管２８、および亜鉛注入配管２８と給水配管５０の接続部付近での給水配管５０のそれぞれの内面への亜鉛の析出が防止される。
【００８５】
本実施例における給水温度を考慮した制御装置による開閉弁３４およびポンプ３３の制御は、実施例２及び３に適用することができる。
【００８６】
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。さらに、給水温度を考慮して亜鉛注入配管２８内への亜鉛を含まない炭酸水溶液の注入を行うので、給水温度が注ｙ縫うされる亜鉛イオンを含む炭酸水溶液の温度よりも高い場合において、亜鉛注入配管２８と給水配管５０の接続部付近での給水配管５０の内面における亜鉛の析出を防止することができる。
【００８７】
実施例１〜４のそれぞれの亜鉛注入方法は、加圧水型源力プラントにおいて原子炉内に亜鉛を注入するときに適用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１，１Ａ…亜鉛注入装置、２…炭酸ガス溶解槽、３…亜鉛溶解槽、４，５…配管、６…循環ポンプ、８…温度計、１３，１５…液位計、１４…希釈液注入装置、１６…炭酸ガス供給装置、１７…炭酸ガス供給管、１８，２１，３７…流量調節弁、２０…炭酸ガス注入配管、２３…補給水供給装置、２４…補給水供給管、２６…注水配管、２８…亜鉛注入配管、２９…注入ポンプ、３２…炭酸水注入配管、３６…炭酸ガス注入配管、３９…注入液槽、４０…原子炉、４１…原子炉圧力容器、４２…炉心、４５…再循環系配管、４７…主蒸気配管、４８…タービン、４９…復水器、５０…給水配管、５９…ｐＨ調節装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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