(57)【要約】      （修正有）【課題】浮遊粒子と構成部品表面とが相互作用して該構成部品表面の汚損を排除又は最少化するように該表面に対して１つ又はそれ以上の貴金属を施工することによって、高温／高流量水内の様々な構成部品上への金属又は金属酸化粒子の堆積を軽減、最少化又は排除する方法に関する。【解決手段】  原子炉１０の水循環システム内のジェットポンプのような構成部品壁表面上への冷却材によって運ばれる荷電粒子の静電堆積を最少化、低減又は排除するために、構成部品表面（例えばミキサ２３）は、貴金属又は貴金属合金の１つで被覆される。得られた構成部品表面のジータ電位符号は、冷却材流内の荷電粒子と同じジータ電位符号となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温／高流量水に曝される構成部品の金属表面上への荷電粒子の堆積を低減、最少化又は排除する方法であって、
前記金属表面に対して少なくとも１つの貴金属又はその合金を施工する段階、
を含む方法。
【請求項２】
前記貴金属が、白金、ロジウム、イリジウム、パラジウム、銀、金又はそれらの金属合金の１つである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記貴金属が白金である、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記貴金属が、１つ又はそれ以上の貴金属を含有した化学物質の１つである、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記貴金属が、プラズマ溶射、ＨＶＯＦ、ＣＶＤ、ＰＶＤ、電気めっき及び無電解めっきから成る群から選択された方法を使用して施工される、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記貴金属が、約１０μｍの量の厚さで被着される、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記水流内の粒子が負の電荷を有し、該方法が、前記貴金属表面と協働して該表面上に同一の電荷を形成して該表面上への粒子物質の堆積を低減、最少化又は排除する水素添加水を供給する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記水流内の粒子が所定の電荷を有し、該方法が、前記表面上に同一の所定の電荷を有するジータ電位を形成する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
原子炉用のジェットポンプ内に冷却材流路を形成する内部金属壁表面上への荷電粒子の堆積を低減、最少化又は排除する方法であって、
前記原子炉の放射能環境内に配置するようになった前記ジェットポンプ１８の入口ミキサ２３の一部を形成するノズル２４及び混合セクション２５の１つの内部金属壁表面上に貴金属又は貴金属合金の１つを被着させて前記金属壁表面と荷電粒子との間の電位を低減、最少化又は排除する段階、
を含む方法。
【請求項１０】
前記貴金属又は貴金属合金の表面被着或いは貴金属化学物質の注入と協働して前記表面上に前記水流内の荷電粒子の符号と同じ符号の電荷を形成する水素添加水化学作用を前記冷却材流路内で行わせる段階を含む、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮遊粒子と構成部品表面とが相互作用して該構成部品表面の汚損を排除又は最少化するように該表面に対して１つ又はそれ以上の貴金属を施工することによって、高温／高流量水内の様々な構成部品上への金属又は金属酸化粒子の堆積を軽減、最少化又は排除する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、酸素及び過酸化水素のような高酸化種を含有する標準水化学作用条件下での沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の運転時において、例えば鋭敏化３０４ステンレス鋼のような原子炉構成部品の粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）が、大きな環境関連材料性能問題であることが知られている。また、不純付着物（大部分は、金属酸化物）の厚くかつ緻密な層が、ＢＷＲ用のジェットポンプ入口ミキサ組立体のような高温／高流量水に曝される構成部品上に堆積する。こうした不純付着物の堆積は、水速度を著しく低下させ、炉心流量性能の低下を引き起こし、従って燃料交換停止時に、不純付着物が堆積した表面は一般的に、清浄化する必要がある。
【０００３】
具体的には、また代表的な実例として、ＢＷＲの再循環ポンプは、炉心シュラウドと原子炉圧力容器壁との間の環状空間内に冷却材の下向きの流れを発生させる。冷却材は、高圧にポンプ加圧され、マニホルドを介してジェットポンプに分配され、ジェットポンプにおいて、冷却材はジェットポンプ昇水管を通って上向き方向に流れる。冷却材は次に、ジェットポンプの移行部品内で分割され、その方向を変え、ノズルを通ってミキサセクション内に下向きに加速される。ノズルにより、炉心流の約１／３である高速冷却材流が生じ、この高速冷却材流は、入口ミキサのスロートセクション内に吐出される。
【０００４】
時間の経過と共に、酸化物層が、ジェットポンプノズルを含む入口ミキサの内面上に堆積され、不純付着物の層を形成する。また、これらの表面に沿って応力腐食割れの可能性もある。不純付着物の堆積は、表面上の摩擦静電電荷（帯電）を含む入口ミキサの金属内側表面と相互作用する冷却材内に浮遊する荷電金属／金属酸化物粒子によって引き起こされると思われる。この帯電は、冷却材内の浮遊粒子を金属表面に引きつける静電電位を発生して、金属表面において粒子が層を形成する。不純付着物の最大堆積は、最大流速が生じる領域において観察される。
【０００５】
不純付着物層が過大になるにつれて、再循環システムの性能が低下することになる。このような性能の低下は、炉心流量を維持するために再循環ポンプをより高速で運転しなければならないので、プラントの効率にも悪影響を与えることになる。ジェットポンプ性能の低下はさらに、極度の振動を生じ、ジェットポンプ構成部品に対して損傷を与えるおそれがある。最終的には、入口ミキサは、定期的保守及び燃料交換停止時において機械的に又は化学的に清浄化するか或いは交換しなければならず、これらの作業は、費用がかかりかつ時間を消費することになる。
【特許文献１】米国特許第第６６３３６２３号  ２００３年１０月１４日登録
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、不純付着物層を排除するか、実質的に最少化するか又はその堆積速度を遅くすることが重要である。この目的を達成するための１つのそのような方法が、本発明と同一出願人の２００３年１０月１４日に登録された米国特許第６６３３６２３号に開示されている。標準水化学作用条件の下では、またその特許によると、構成部品表面上の金属酸化物の汚損は、該表面に対してセラミック皮膜を施工することによって低減することができる。例えば、Ｔｉ２Ｏ或いはＴａ２Ｏ５、ＳｉＯ２又はイットリア安定化ジルコニアで形成した皮膜を、構成部品表面に対して施工することができる。このような誘電体皮膜は、例えば入口ミキサのような構成部品の表面の金属と水内の荷電金属粒子との間の電位を低減して、入口ミキサの表面上への不純付着物の堆積を最少化又は排除する。この誘電体皮膜は、構成部品表面上への不純付着物の堆積を満足いくほど低減することを実証したが、水素添加水内において構成部品表面上に使用した場合には殆ど効果がないことが判明した。従って、水素添加水化学作用（ＨＷＣ）としての構成部品表面上への高温／高流量水内の金属又は金属酸化物粒子の堆積を軽減、低減又は排除する装置及び方法を提供する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の好ましい実施形態では、高温／高流量水に曝される構成部品の金属表面上への荷電粒子の堆積を低減、最少化又は排除する方法を提供し、本方法は、金属表面に対して少なくとも１つの貴金属又はその合金を施工する段階を含む。
【０００８】
本発明の別の好ましい実施形態では、原子炉用のジェットポンプ内に冷却材流路を形成する内部金属壁表面上への荷電粒子の堆積を低減、最少化又は排除する方法を提供し、本方法は、原子炉の放射能環境内に配置するようになったジェットポンプの入口ミキサの一部を形成するノズル及び混合セクションの１つの内部金属壁表面上に貴金属又は貴金属合金の１つを被着させて金属壁表面と荷電粒子との間の電位を低減、最少化又は排除する段階を含む。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態では、原子炉用のジェットポンプ内に冷却材水流路を形成する内部金属壁表面を保護する方法を提供し、本方法は、ジェットポンプの入口ミキサの一部を形成するノズル及び混合セクションの１つの内部金属壁表面上に貴金属又は貴金属合金を被着し、それによって金属壁表面と荷電粒子との間のあらゆる電位を低減、最少化又は排除することによって、金属壁表面上へのジェットポンプを通って流れる冷却材水内の荷電粒子の堆積を低減、最少化又は排除する段階を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に図面、特に図１を参照すると、全体を符号１０で表した原子炉圧力容器を示しており、この原子炉圧力容器は、それらの間にほぼ環状の空間１６を形成する原子炉圧力容器壁１２と内部炉心シュラウド１４とを有する。環状空間１６は、冷却材を収容する。典型的な沸騰水型原子炉におけるのと同様に、その１つを全体として符号１８で示した複数のジェットポンプが、圧力容器壁１２と炉心シュラウド１４との間で環状空間１６内に圧力容器の周りで円周方向に間隔をおいた位置に配置される。各ジェットポンプ１８は一般的に、入口昇水管２０と、該入口昇水管２０の上端部に隣接した移行部品２８と、一対のエルボ２２と、その各々がノズル２４及び混合セクション２５を含む入口ミキサ２３と、ディフューザ２６とを含む。多数のブレース及び拘束具と共に、ジェットポンプ１８の上部に隣接した締め具組立体が、炉心シュラウド１４と圧力容器壁１２との間の環状空間１６内の固定位置に各ジェットポンプを保持する。熱スリーブ３２が、圧力容器壁１２を貫通しかつその接合部において入口エルボと溶接される。入口エルボの反対側端部は、入口昇水管２０の下端部に固定される。前述のジェットポンプ１８は、その構造が従来型のものであることが分かるであろう。従って、冷却材は、熱スリーブ３２に流入し、エルボを通って入口昇水管２０内を上向きに流れ、入口エルボ２２を通りノズル２４を通り、混合セクション２５及びディフューザ２６を通って下向き方向に流れてプレナム４０内に流入し、原子炉心を通って上向きに流れるようになる。従来と同様に、ジェットポンプノズル２４は、環状空間１６から混合セクション２５内への冷却材の吸込流を誘起し、この吸込流は、ジェットポンプノズル２３を通って流れる冷却材流と混合される。
【００１１】
より具体的には図２を参照すると、５つのノズル２４に隣接した入口エルボ２２を有するジェットポンプ１８の一部分を示している。ノズル２４は、混合セクション２５の上方に支持され、混合セクション２５と共にノズル２４と該混合セクション２５への入口との間にほぼ環状の吸込流路２９を形成する。混合セクション２５は、その下端部においてディフューザ２６への入口で終端する円筒管であることが分かるであろう。従って、ノズル２４を通る冷却材流は、環状空間１６を通り混合セクション２５内に流入するような冷却材の吸込流を誘起する。これらのノズル流及び吸込流の混合流は、混合セクション２５及びディフューザ２６を通ってプレナム４０内に流れる。
【００１２】
次に図３を参照すると、２つのノズル２４を示している。ノズル２４を通る内部通路は、その形状が流体流の経路に沿って減少する直径を有し、それによって混合セクション２５への流速が増大するような円錐形である。この増大した速度により、図２の矢印で示すようにノズル２４とミキサスリーブ入口との間の環状開口部２９を通ってスリーブ内に流れる付加的流体が生じる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によると、入口ミキサ２３には、「不純付着物（ｃｒｕｄ）」の堆積を防止又は排除する皮膜が設けられる。それを達成するために、例えば入口／ミキサ２３の表面のような構成部品表面に対して貴金属の１つが施工される。白金は、この用途で使用する好ましい貴金属であるが、ロジウム、イリジウム、パラジウム、銀及び金のようなその他の貴金属又は金属合金、或いはそれらの貴金属を含有する化学物質も構成部品表面に対して施工することができる。プラズマ溶射、化学蒸着、物理蒸着、ＨＶＯＦ、電気めっき又は無電解めっきのような様々な方法を利用して、表面に対して貴金属又は貴金属合金を施工することができる。標準水化学作用及び水素添加水化学作用として、高温／高流量水内の金属酸化物は負の電位を有することが分かるであろう。
【００１４】
上に特定した特許に記載されている誘電体皮膜は、ある一定量の酸素を含有する水内において適度に良好に機能する。しかしながら、セラミック皮膜は、主として未知の水化学作用に起因して構成部品表面上への汚損すなわち不純付着物の堆積を完全には軽減又は排除しない。水素添加水を使用するこれらＢＷＲにおける低い酸素含有量は、配管及び原子炉内部の寿命を改善することを含む多くの観点で有益である。しかしながら、水素添加水を使用するＢＷＲにおける不純付着物の堆積及び汚損は、依然として問題を有している。構成部品表面に対して貴金属又は貴金属合金、例えば白金を約１０μｍの厚さまで施工することによって、得られた皮膜は、特に低い酸素又は水素添加水の化学作用を使用するＢＷＲにおいて不純付着物堆積すなわち汚損を軽減、低減又は排除する。貴金属表面皮膜を施工することによって、金属表面上の電荷の符号が水素添加水内の浮遊金属又は金属酸化物粒子と同一の符号に変化し、浮遊金属又は金属酸化物粒子は、貴金属又は貴金属合金皮膜を有する構成部品表面に殆ど引きつけられないか又は該構成部品表面によってはね返されるかの何れかになると考えられる。
【００１５】
代表的な実例として、溶液内の典型的な汚損物質には、Ｆｅ２Ｏ３及びＦｅ３Ｏ４が含まれ、この両方とも表面電荷を成長させる可能性がある。荷電汚損物質とバルク溶液との間の電位差は、ジータ電位として特定される。このジータ電位は、固体基材／電解質溶液系の特性である。従って、構成部品表面における荷電汚損物質のジータ電位は、発生する汚損又は不純付着物の堆積の場合にはその符号が逆でなければならない。金属酸化物又は水酸化物の所定の粒子のジータ電位は、金属元素、酸化状態、酸化物水和の程度及びＨ＋／ＯＨ濃度に応じて決まる。表面電荷が消滅するｐＨは、電荷のゼロ点（ＺＰＣ）と呼ばれる。これは、表面の等電点に相当し、そこでは表面が正及び負のイオンを放出する等しい傾向を有する。標準水化学作用における金属酸化物は、７を超えたＩＥＰＳを有すると正の表面電荷を形成し、一方、同一の水内での金属酸化物は、７よりも小さいＩＥＰＳを有すると負の表面電荷を形成する。水内に分散した酸化物粒子の表面は、水分子と配位結合して水酸化表面を形成する傾向がある。この表面は、ｐＨに応じて正又は負の荷電状態になることができる。酸化物粒子の安定性は、酸化物粒子のジータ電位に関連する。このジータ電位は、低いｐＨでは正となり、高いｐＨでは負となる。従って、構成部品表面に対して貴金属又はその合金の表面皮膜を施工することによりジータ電位を制御することによって、中性又は負の表面電荷が得られる。その結果、皮膜材料すなわち貴金属又は貴金属合金は、構成部品表面上では溶液内の金属酸化物粒子の符号と同一の符号を有するか又は同一の符号に近くなることが分かるであろう。別の言い方をすると、皮膜材料は、粒子電荷の逆の符号を抑制する。
従って、構成部品表面に対して貴金属又は貴金属合金を施工した場合には、構成部品表面上への汚損又は不純付着物の堆積が軽減又は排除され、それにより、構成部品を清浄化する必要性が排除又は最少化される。さらに、この皮膜は、高流量環境において耐久性があり、配管を剥離させず、かつ配管を侵食又は腐食させない。この皮膜はまた、システム及びその費用効果に悪影響を与えない。
【００１６】
現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明が開示した実施形態に限定されるものではなく、むしろ特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】原子炉の内部シュラウドと圧力容器壁との間の環状空間内におけるジェットポンプの破断した部分の部分斜視図。
【図２】説明を分かり易くするために一部を断面にした、ポンプの頂部に隣接した移行部品、入口ミキサ及びディフューザの拡大正面図。
【図３】入口ミキサのノズル吐出口の拡大部分断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
10：  原子炉圧力容器
12：  原子炉圧力容器壁
14：  内部炉心シュラウド
16：  環状空間
18：  複数のジェットポンプ20：  入口昇水管22：  一対のエルボ23：  入口ミキサ
24：  ノズル25：  混合セクション26：  ディフューザ28：  移行部品29：  環状吸込流路32：  熱スリーブ40：  プレナム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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