(57)【要約】【課題】非常時における原子炉冷却水の循環系に防錆剤の注入系とリサイクル系を設けることにより、炉内構造物および格納容器材料の耐食性を長期にわたって健全に維持する。【解決手段】原子炉炉心の冷却水循環系と、前記冷却水循環系に接続された防錆剤注入系３０と、前記冷却水循環系３０に接続されこの冷却水循環系の冷却水から防錆剤分離装置１５により分離された防錆剤を前記防錆剤注入系３０に供給するリサイクル系３１と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉炉心の冷却水循環系と、前記冷却水循環系に接続された防錆剤注入系と、前記冷却水循環系に接続されこの冷却水循環系の冷却水から防錆剤分離装置により分離された防錆剤を前記防錆剤注入系に供給するリサイクル系と、を有することを特徴とする原子力プラントの防食システム。
【請求項２】
前記リサイクル系は、さらに前記冷却水から油分を分離する油分分離装置、前記冷却水中のＣｓを吸着および沈殿させて分離させる沈殿分離装置及び前記冷却水中のＮａイオンとＣｌイオンを分離させる脱塩装置を有することを特徴とする請求項１記載の原子力プラントの防食システム。
【請求項３】
前記脱塩装置で脱塩された冷却水を前記冷却水循環系に戻すことを特徴とする請求項１又は２記載の原子力プラントの防食システム。
【請求項４】
前記防錆剤は五ほう酸ナトリウム、モリブデン酸塩、タングステン酸塩のいずれか一つ、又はそれらの２種以上の混合物であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の原子力プラントの防食システム。
【請求項５】
五ほう酸ナトリウムの添加量は０．００１〜０．０１ｍｏｌ／ｌであり、モリブデン酸塩及びタングステン酸塩の添加量は０．０１ｍｏｌ／ｌ以下であることを特徴とする請求項４記載の原子力プラントの防食システム。
【請求項６】
前記冷却水循環系は残留熱除去系、高圧炉心注入系、原子炉隔離時冷却系又は原子炉浄化系であり、前記防錆剤注入系及びリサイクル系を前記残留熱除去系、高圧炉心注入系、原子炉隔離時冷却系又は原子炉浄化系の少なくとも一つに接続したことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の原子力プラントの防食システム。
【請求項７】
前記冷却水循環系は廃液処理循環系であることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の原子力プラントの防食システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子力プラントを構成する各種構造材の防食システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の原子力プラントでは、原子炉の停止時や冷却材喪失事故時等の安全防護手段として、残留熱除去系、高圧及び低圧炉心注入系、原子炉隔離時冷却系等からなる非常時用の炉心冷却系が設けられている（特許文献１）。このような非常時用の炉心冷却系の冷却水としては一般に純水が用いられている。  
また、原子力プラントの補記冷却系に当該系統機器の耐食性を高めるために防錆剤を注入することが知られている（特許文献２）。
【０００３】
ところで、原子力プラントにおいて電源喪失事故等の過酷事故が長期化する場合、炉心を冷却するための冷却水が十分に確保されないケースが生じる可能性があり、その場合には外部から海水又は淡水を導入することで、原子力プラントの安全性を確保することとしてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３１０７９号公報
【特許文献２】特開平５−１７２９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、過酷事故時に外部の海水又は淡水を冷却材として用いる場合があるが、海水又は淡水に含まれる各種イオンや有機物等は、圧力容器、炉内構造物、配管及び格納容器などを構成する各種構造材料の健全性に対して悪影響を及ぼすものも含まれている。特に、海水及び淡水に含まれる塩化物イオンは、原子力プラントの主要な構造材である炭素鋼及びステンレス鋼の耐食性を低下させる要因となる。
【０００６】
過酷事故時に海水又は淡水を導入したプラントを、冷温停止期間を経て燃料を取出し廃炉にする場合、それに要する期間は通常１０年以上必要となる。この間、原子力プラントは可能な限りその健全性を維持し、安全な状態で廃炉に至らせる必要があるが、海水又は淡水に含まれる各種イオン及び有機物は構造材の健全性を低下させるため、廃炉までの間、原子力プラントの構造材の健全性を維持することが困難となる。そのため、十分な材料健全性を維持できる防食システムが必要となるが、現在の原子力プラントにはそのような防食システムは設けられていない。
【０００７】
一方、原子炉から排出された海水又は淡水の冷却水は、可能な限り外部に排出せず、浄化しながら循環させて炉内に戻す必要があるが、この循環システムに特許文献２に示されたような防錆剤等を使用した場合、防錆材は浄化装置で除去されてしまうため、防錆材を常時注入しなければならず、防錆剤の必要量は無限となるためコスト及び廃液処理の点で課題があった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、過酷事故時において炉心の冷却水として海水又は淡水を注入した場合、あるいは起動、運転又は停止中に意図せずに海水又は淡水が流入した場合、圧力容器、炉内機器及び格納容器等の原子力プラントの各種構造材の耐食性を長期にわたって健全に維持することが可能な原子力プラントの防食システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る原子力プラントの防食システムは、原子炉炉心の冷却水循環系と、前記冷却水循環系に接続された防錆剤注入系と、前記冷却水循環系に接続されこの冷却水循環系の冷却水から防錆剤分離装置により分離された防錆剤を前記防錆剤注入系に供給するリサイクル系と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、非常時における原子炉冷却水の循環系に防錆剤の注入系とリサイクル系を設けることにより、炉内構造物及び格納容器等の原子力プラントの各種構造材の耐食性を長期にわたって健全に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る防食システムの全体構成図。
【図２】第１の実施形態に係る防錆剤分離装置の概念図。
【図３】第１の実施形態に係る五ほう酸ナトリウムの炭素鋼に対する腐食量比を示す図。
【図４】第１の実施形態に係るモリブデン酸ナトリウム又はタングステン酸ナトリウムの炭素鋼に対する腐食量比を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る五ほう酸ナトリウムにモリブデン酸ナトリウム又はタングステン酸ナトリウムを混合した防錆材の炭素鋼に対する腐食量比を示す図。
【図６】第２の実施形態に係る防食システムの全体構成図。
【図７】第３の実施形態に係る防食システムの全体構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る原子力プラントの防食システムの実施形態について、図面を参照して説明する。  
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る原子力プラントの防食システムを図１乃至５により説明する。
【００１３】
（構成）
本実施形態の防食システムが適用される原子力プラントは、圧力容器１、格納容器２、燃料プール３、圧力容器１内の炉心で発生した蒸気をタービンに導く主蒸気配管４、復水器で凝縮された復水を昇温・昇圧させて給水として圧力容器１内に導く給水系配管５等から構成され、これらの機器の周りを、原子炉が停止した時の崩壊熱、残留熱を除去、冷却させる残留熱除去系（ＲＨＲ）６、非常時に圧力制御室８のプール水を炉心に注水する高圧炉心注入系（ＨＦＣＦ）７、圧力容器１内の冷却水を浄化させる冷却材浄化系９及び原子炉停止後に復水、給水が停止した場合に圧力制御室８のプール水を炉心に供給する原子炉隔離時冷却系１２等からなる原子炉炉心の冷却水循環系が配置されている。これらの系統には循環水を冷却するための熱交換器１１が配設されている。
【００１４】
本実施形態に係る防食システムは、給水系配管５に接続されている残留熱除去系６、原子炉隔離時冷却系１２又は冷却材浄化系９のいずれかひとつ以上に接続されるが、ここでは図１に示すように、防食システムを原子炉隔離時冷却系１２に接続した例を説明する。
【００１５】
本実施形態に係る防食システムは、濃度調整した防錆剤を直接注入する防錆剤注入系３０と、防錆剤をリサイクルするために油分、放射性核種および塩素等を除去する装置を含むリサイクル系３１の２系統から構成される。
【００１６】
注入系３０では、導電率又はイオンクロマトグラフィーによって濃度コントロールされた防錆剤が防錆剤注入装置１８から原子炉隔離時冷却系１２に注入される。一方、リサイクル系３１では、圧力制御室８から原子炉隔離時冷却系１２を介して流入した循環水は、油分分離装置１３、Ｃｓ吸着および沈殿分離装置１４、防錆剤分離装置１５及び脱塩装置１６を経て、再度、原子炉隔離時冷却系１２に戻される。
【００１７】
防錆剤分離装置１５で分離された防錆剤は、防錆剤注入装置１８に供給され、再度濃度をコントロールした上で原子炉隔離時冷却系１２に注入される。また、脱塩装置１６では、循環水中のＮａ又はＣｌイオンが分離され高濃度廃液となり廃液槽１７に導かれる。  
なお、循環水の浄化が進んでいる場合には、循環水を油分分離装置１３及びＣｓ吸着・沈殿分離装置１４をバイパスさせるようにしてもよい。
【００１８】
（防錆剤分離装置）
図２に防錆剤分離装置１５の概念図を示す。防錆剤分離装置１５は、中にＮａイオン又はＣｌイオンのイオン径程度の孔が開いている透過膜等からなるフィルター２１が設けられており、このフィルターの孔を２Ｎａイオン又はＣｌイオン２０が透過することで、防錆剤１９とＮａイオン又はＣｌイオン２０を分離することができる。なお、フィルター２１として中空糸膜又は逆浸透膜を用いることができる。
【００１９】
（防錆剤）
防錆剤１９は、五ほう酸ナトリウム（ＮａＢ5Ｏ８）、モリブデン酸塩、タングステン酸塩のいずれかひとつ以上が用いられる。五ほう酸ナトリウムについては、ほう酸と四ほう酸ナトリウムを混合して五ほう酸ナトリウムとして注入してもよい。また、本実施形態ではモリブデン酸塩、タングステン酸塩としてモリブデン酸ナトリウム（Ｎａ2ＭｏＯ4）、タングステン酸ナトリウム（Ｎａ2ＷＯ4）が用いられる。  
これらの防錆剤１９は、水中においてＮａイオン又はＣｌイオン２０よりも大きいイオンまたは分子となるため、フィルター２１を透過せず防錆材注入装置１８に導かれる。
【００２０】
（作用）
上記防錆剤による耐腐食効果を図３乃至図５により説明する。  
図３は海水中における五ほう酸ナトリウム添加時と無添加時の炭素鋼の腐食量比、図４は海水中におけるモリブデン酸ナトリウム（Ｎａ2ＭｏＯ4）及びタングステン酸ナトリウム（Ｎａ2ＷＯ4）添加時と無添加時の炭素鋼の腐食量比、図５は海水中に０．００５ｍｏｌ／ｌの五ほう酸ナトリウムを添加した状態でモリブデン酸ナトリウム又はタングステン酸ナトリウムを添加した場合と無添加時の炭素鋼の腐食量比を示す図である。これらは、温度８０℃の人工海水中において試験した結果を示したものである。
【００２１】
図３及び図４から、五ほう酸ナトリウム、モリブデン酸ナトリウム又はタングステン酸ナトリウムを適量添加すると耐腐食効果が大幅に向上するのがわかる。  
なお、図３及び図４では、五ほう酸ナトリウムを０．００５ｍｏｌ／ｌ、０．０１ｍｏｌ／ｌを添加した例、モリブデン酸ナトリウム及びタングステン酸ナトリウムを０．０１ｍｏｌ／ｌを添加した例を示している。図３及び図４から、五ほう酸ナトリウム、モリブデン酸ナトリウム又はタングステン酸ナトリウムを０．０１ｍｏｌ／ｌ程度添加すれば十分な耐食性が得られることがわかる。なお、これらの添加量は単なる例であり、これに限定されず腐食量比が改善される範囲で適宜増減してもよい。
【００２２】
また、図５から五ほう酸ナトリウムにモリブデン酸ナトリウム又はタングステン酸ナトリウムを添加した防錆剤を用いても腐食量が減り耐食性が向上していることが分かる。この組合せ以外にも、五ほう酸ナトリウム、モリブデン酸ナトリウム及びタングステン酸ナトリウムのいずれか２種類以上を混合した防錆剤を用いても同様な作用効果が得られることが確認されている。
【００２３】
五ほう酸ナトリウム、モリブデン酸ナトリウム又はタングステン酸ナトリウムの添加量は防錆剤注入装置１８により制御される。また、これらの防錆剤をリサイクル可能としているため、原子力プラントの構造材の防食効果を長期にわたって維持することができる。
【００２４】
以上説明したように本実施形態によれば、非常時における原子炉冷却水の循環系に防錆剤の注入系とリサイクル系を設けることにより、炉内構造物及び格納容器の構成材料の耐食性を健全に維持することが可能となる。また、防錆剤として五ほう酸ナトリウム、モリブデン酸ナトリウム又はタングステン酸ナトリウムを用いることで防錆剤のリサイクルが可能となり、原子力プラントの各種構造材を長期にわたって冷却及び防食を行うことが可能となる。
【００２５】
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る原子力プラントの防食システムを図６により説明する。  
上記第１の実施形態では、防錆剤の注入系３０とリサイクル系３１は給水配管５に接続された残留熱除去系６、原子炉隔離時冷却系１２又は冷却材浄化系９のいずれかひとつ以上に接続されるが、本第２の実施形態では、防錆剤の注入系３０とリサイクル系３１を圧力容器1に直接接続されている残留熱除去系６、原子炉隔離時冷却系１２、冷却材浄化系９、高圧炉心注入系７のいずれか一つ以上に接続することを特徴としている。  
本第２の実施形態によれば、原子炉内の各種構造材の腐食をより効率的に抑制することが可能となる。
【００２６】
［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る原子力プラントの防食システムを図７により説明する。  
原子力プラントの過酷事故時において、原子炉や燃料プール３を冷却するために外部から淡水又は海水を注入する可能性があるが、これらの冷却水は格納容器内又はタービン建屋の下部に廃液として貯溜する場合がある。
【００２７】
本第３の実施形態では、これらの廃液を処理後に冷却水として原子炉に再注入する廃液処理循環系３２に防錆剤の注入系３０とリサイクル系３１を設置することを特徴としている。
【００２８】
図７において、注入系３０では防錆剤が防錆剤注入装置１８から廃液処理循環系に注入される。リサイクル系３１では、圧力容器１を収容する格納容器２内及びタービン、復水器２４を収容するタービン建屋３５の下部に貯溜した廃液を、油分分離装置１３、Ｃｓ吸着・沈殿分離装置１４を経て、防錆剤分離装置１５に導入し、防錆剤を分離した後、脱塩装置１６において塩を除去し、高濃度廃液１７と高圧炉心注入系７に戻す冷却水と分岐する。そして、防錆剤分離装置１５で分離された防錆剤は防錆剤注入装置１８に再供給さる。  
なお、防錆剤が注入された廃液処理後の冷却材は、給水系配管５、残留熱除去系６、原子炉隔離時冷却系１２又は冷却材浄化系９に戻してもよい。
【００２９】
本第３の実施形態によれば、廃液を浄化処理しながら、防錆剤の注入及びリサイクルを行うことが可能となり、原子力プラントの各種構造材の健全性を長期にわたって維持することができる。
【００３０】
なお、上述した第１乃至第３の実施形態に係る防錆システムを、起動、運転又は停止中に意図せずに海水又は淡水が流入した場合にも稼働させてもよく、これにより、原子力プラントの構造材の健全性を維持することができる。
【００３１】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３２】
１…圧力容器、２…格納容器、３…燃料プール、４…主蒸気配管、５…給水系配管、６…残留熱除去系、７…高圧炉心注入系、８…圧力制御室、９…冷却材浄化系、１０…復水貯蔵塔ライン、１１…熱交換器、１２…原子炉隔離時冷却系、１３…油分分離装置、１４…Ｃｓ吸着・沈殿分離装置、１５…防錆剤分離装置、１６…脱塩装置、１７…廃液槽、１８…防錆剤注入装置、１９…防錆剤、２０…Ｎａ又はＣｌイオン、２１…フィルター、２４…タービン、復水器、３０…注入系、３１…リサイクル系、３２…廃液処理循環系、３５…タービン建屋。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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