(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、冷却水中の微生物を小さな規模の設備で簡単に除去するとともに、新たな微生物の発生を抑制することが可能なプラント設備を提供することにある。【解決手段】  使用済み燃料棒を冷却保管する使用済燃料プールと、この使用済燃料プール内に貯留された被処理液と、この被処理液を熱交換器で冷却しながら前記使用済燃料プール内に供給する主配管とを有する微生物除去装置を備えたプラント設備において、前記熱交換器の上流側に位置する前記主配管にバイパス配管を設け、このバイパス配管の上流側に加熱装置と、この加熱装置の下流側にクーラーを設けたもの。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済み燃料棒を冷却保管する使用済燃料プールと、この使用済燃料プール内に貯留された被処理液と、この被処理液を熱交換器で冷却しながら前記使用済燃料プール内に供給する主配管とを有する微生物除去装置を備えたプラント設備において、
前記熱交換器の上流側に位置する前記主配管にバイパス配管を設け、このバイパス配管の上流側に加熱装置と、この加熱装置の下流側にクーラーとを設けたことを特徴とする微生物除去装置を備えたプラント設備。
【請求項２】
請求項１記載の微生物除去装置を備えたプラント設備において、
前記加熱装置は前記バイパス配管の外周に電気ヒータを巻いて形成されていることを特徴とする微生物除去装置を備えたプラント設備。
【請求項３】
請求項２記載の微生物除去装置を備えたプラント設備において、
前記電気ヒータの外周に断熱材が巻かれていることを特徴とする微生物除去装置を備えたプラント設備。
【請求項４】
請求項３記載の微生物除去装置を備えたプラント設備において、
前記ヒータの下流側の前記バイパス配管に断熱材を巻いた温度保持部を設けたことを特徴とする微生物除去装置を備えたプラント設備。
【請求項５】
請求項１記載の微生物除去装置を備えたプラント設備において、
前記クーラーは前記バイパス配管の外周に冷却配管を巻いて形成されていることを特徴とする微生物除去装置を備えたプラント設備。
【請求項６】
請求項４記載の微生物除去装置を備えたプラント設備において、
前記冷却配管の外周に断熱材が巻かれていることを特徴とする微生物除去装置を備えたプラント設備。
【請求項７】
請求項１記載の微生物除去装置を備えたプラント設備において、
前記バイパス配管と並列の第２のバイパス配管を設け、この第２のバイパス配管に設けられた第２の熱交換器で前記バイパス配管の加熱装置の熱と熱交換し、この熱交換した熱を第２の加熱装置の熱源としたことを特徴とする微生物除去装置を備えたプラント設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物除去装置を備えたプラント設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力のプラント設備で使用する燃料棒は約4年を経過すると使用済み燃料棒として冷却水が蓄えられたプールで保管している。この使用済み燃料棒は発熱するため、冷却が必要となる。このプールの水を循環し途中熱交換器にて冷却する系統が設置されている一方で、このプールは大気環境に触れているため、大気中の微生物が系統内に取り込まれてしまう可能性がある。このプールの水温は微生物の生息可能な温度であり、その微生物の種類によっては時間の経過とともに微生物が増殖してしまう可能性がある。これらの結果、例えばプールの水を循環するための系統が微生物の異常な増加により正常な機能を果たせなくなる、または系統を構成する構造材に腐食などの悪影響を及ぼす恐れがある。
【０００３】
このように、微生物が発生した水の処理技術として例えば、特開２００５−２１８６４号公報（特許文献１）がある。
【０００４】
この従来技術は、微生物を含む被処理水を収集可能なろ過材を通過させた上で、ろ過材上の微生物の周囲環境のpHをアルカリ性又は酸性に調節し、さらに微生物の周囲環境を＋40℃以上＋100℃以下に加熱するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さて、大型のＢＷＲプラント設備における冷却水としては、上水や地下水或いは浄化された排水などの淡水を使用している。このような淡水を循環させるための循環系統を構成するポンプや熱交換機等の機器（以下、機器という）および配管においては、機器や配管を循環する淡水に発生しうる微生物の活動が、しばしばＢＷＲプラントの運転に悪影響を及ぼすことが知られている。
【０００７】
微生物に起因する機器や配管への影響としては、スライム（微生物の集合体）の生成による流路の閉塞もしくはそれに伴う圧力流量の低下がある。さらには、硫酸塩還元細菌や硫黄酸化細菌に代表されるいくつかの微生物の生態活動により発生する配管の腐食減肉による機械的強度の低下や折損、もしくは貫通による水の漏洩などがある。
【０００８】
これら微生物に起因する悪影響から機器や配管が有する機能を維持することを目的として、さまざまな微生物除去手段が適用されている。微生物の除去の具体的な手段については、殺作用のある薬剤を用いるものや放射線照射を用いるものなどが挙げられる、その中の一つとして上述の特許文献１のように熱的作用による除去手段がある。
【０００９】
特許文献１では、微生物を含む被処理水から微生物を除去するに当たり、処理槽に貯留された被処理水に対しろ過材を通して別の水槽に被処理水を導き、処理水の中で被処理水を加熱することで微生物を殺処理した上で元の処理槽に導いている。これを循環させることで微生物の処理を図っている。
【００１０】
しかしながら特許文献１で提案されている除去手段では、被処理水が処理槽に貯留されたもののみに限られるため、大量の被処理水を処理することは困難である。  
特に取り扱う被処理水量が非常に膨大なＢＷＲプラント施設に当該の除去手段を適用する場合には、微生物が存在する非処理水全てを一度に除去処理するために設備容量が非常に大きなものとなり実現困難である。
【００１１】
また処理槽に貯留されていない淡水は処理の対象とならないため、そこでは微生物の増殖に対する抑止が働かないことになる。
【００１２】
本発明の目的は、冷却水中の微生物を小さな規模の設備で簡単に除去するとともに、新たな微生物の発生を抑制することが可能なプラント設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を解決するために本発明は、使用済み燃料棒を冷却保管する使用済燃料プールと、この使用済燃料プール内に貯留された被処理液と、この被処理液を熱交換器で冷却しながら前記使用済燃料プール内に供給する主配管とを有する微生物除去装置を備えたプラント設備において、前記熱交換器の上流側に位置する前記主配管にバイパス配管を設け、このバイパス配管の上流側に加熱装置と、この加熱装置の下流側にクーラーとを設けたものである。
【００１４】
また上記目的を解決するために本発明は好ましくは、前記加熱装置は前記バイパス配管の外周に電気ヒータを巻いて形成すると良い。
【００１５】
また上記目的を解決するために本発明は好ましくは、前記電気ヒータの外周に断熱材を巻くと良い。
【００１６】
また上記目的を解決するために本発明は好ましくは、前記ヒータの下流側の前記バイパス配管に断熱材を巻いた温度保持部を設けると良い。
【００１７】
また上記目的を解決するために本発明は好ましくは、前記クーラーは前記バイパス配管の外周に冷却配管を巻いて形成すると良い。
【００１８】
また上記目的を解決するために本発明は好ましくは、前記冷却配管の外周に断熱材を巻くと良い。
【００１９】
また上記目的を解決するために本発明は好ましくは、前記バイパス配管と並列の第２のバイパス配管を設け、この第２のバイパス配管に設けられた第２の熱交換器で前記バイパス配管の加熱装置の熱と熱交換し、この熱交換した熱を第２の加熱装置の熱源とすると良い。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、冷却水中の微生物を小さな規模の設備で簡単に除去するとともに、新たな微生物の発生を抑制することが可能なプラント設備を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る原子力プラントの概略構成図である。
【図２】本発明に係る使用済燃料プールの拡大図である。
【図３】本発明の実施例に係る水処理装置の概略構成図である。
【図４】本発明の実施例に係る水処理装置の部分拡大図である。
【図５】本発明の実施例に係る水処理装置の部分拡大図である。
【図６】本発明の他の実施例に係る水処理装置の部分拡大図である。
【図７】本発明の実施例による水処理装置の各部位の温度分布を表すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、淡水系統からの微生物除去法を実施するための例を図１を用いて説明する。
【００２３】
図１は本発明に係る原子力プラントの概略構成図である。
【実施例１】
【００２４】
図１において、原子力プラントである沸騰水型原子力プラント（以下、ＢＷＲプラントという）１は大きくは原子炉建屋２とタービン建屋３から構成されている。原子炉建屋２の内部には原子力圧力容器４（以下、圧力容器４という）が中心部に存在し、この圧力容器４は原子炉格納容器５（以下、格納容器５という）で覆われている。
【００２５】
タービン建屋３の内部にはタービン６が設けられ、このタービン６の回転により発電機７が回転するようになっている。タービン６の下方には復水器８が設けられている。
【００２６】
圧力容器４とタービン６の近傍とは主蒸気管９とで連結されている。また圧力容器４と復水器８とは戻り配管１０で連結されている。復水器８には海水を循環するために海水循環配管１１が取り付けられており、取水口１１ａから海水が取り込まれて復水器８を循環した後、散水口１１ｂから海に戻される。使用済み燃料貯蔵プール１２は原子炉格納容器５の上方脇に設けられている。
【００２７】
つまり、ＢＷＲプラントは格納容器５内でウラン燃料が核分裂する際に発生する高温度を利用して水を沸騰させ、この沸騰によって発生する蒸気を主蒸気管１０でタービン建屋３内のタービン６に送り込んでタービンを回転させる。回転するタービン６によって発電機７が回転して発電させるものである。
【００２８】
タービン６の回転に使用した蒸気は復水器８で冷却されることによって凝縮されて水に戻り、戻り配管９によって再び圧力容器４内にもどされて蒸気として使用される。
【００２９】
さて、圧力容器４で使用したウラン燃料は約４年で使用済み燃料として交換することになる。しかしウラン燃料は再生することで再びウラン燃料として使用することができる。そのため、使用済みとなったウラン燃料棒（以下、使用済み燃料棒という）は使用済プール１２内に２年〜５年ほど保管されることになる。
【００３０】
この使用済燃料プール１２の詳細を図２を使って説明する。
【００３１】
図２は使用済燃料プールの拡大図である。
【００３２】
図２において、使用済燃料プール１２の内部には淡水１２ａが貯留されており、多数の使用済み燃料棒１３が淡水１２内に浸漬れて冷却保存されている。この使用済燃料プール１２には、淡水１２ａを冷却するための冷却装置１４が取り付けられている。
【００３３】
この冷却装置１４は主配管１５で構成され、配管１５の経路中にはポンプ１６と熱交換器１７とが接続されている。このポンプ１６により使用済燃料プール１２内の淡水１２ａが常に循環するようになっている。ポンプ１６によって循環される淡水１２ａは熱交換器１７を通過することによって冷却される（熱交換器１７での冷却手段はファンによる強制空冷や海水或いは淡水等の循環による水冷などが考えられる）。なお、使用済燃料プールでは最低温度が３５℃であり、最高温度は５２℃となっている。
【００３４】
ところで、この使用済み燃料プール１２に貯留された淡水１２ａは上述したように、時間の経過とともに微生物が発生してしまう。微生物が大量に発生すると、微生物から排出される硫酸塩や硫黄酸によって配管の流路を閉塞してしまったり、配管の腐食による折損や配管壁の穴開きによる淡水の漏洩などが発生してしまったりする問題に繋がる。
【００３５】
そこで、本発明の発明者らは冷却装置１４の配管経にバイパス経路を設けて淡水を加熱し、冷却することで微生物の除去と抑制を行うことを考えた結果、以下のごとき実施例を得た。
【００３６】
以下、本発明の実施例を図３を使って説明する。
【００３７】
図３は本発明の実施例に係る微生物除去装置の概略構成図である。
【００３８】
図３において、冷却装置１４（ＳＦＰ（燃料プール浄化系統）のことを言う）の主配管１５にはバイパス配管１５ａが取り付けられている。このバイパス配管１５ａは、たとえば大型のＢＷＲプラント設備における冷却系の配管などの一部となっている。したがって、バイパス配管１５ａを循環する淡水は他の淡水循環系統および他の機器もしくは配管との間でも熱交換されることになる。バイパス配管１５ａは微生物を殺処理するための系統を示しており、主に配管や弁で構成される。
【００３９】
冷却装置１４の配管１５とバイパス配管１５ａは分岐管（図示せず）もしくは配管に設けられた弁（図示せず）で接続される。バイパス配管１５ａの系統の途中には加熱装置１５ｂとクーラー１５ｃが設置されている。クーラー１５ｃについて後述するが、海水或いは淡水の循環するもので良く、場合によっては空調機器に使用される冷媒液を循環させるものでも良い。
【００４０】
なお、本実施例では熱交換器１５ｂの入り口温度は46.1〜34.7℃とし、出口温度を35〜28.5℃となるように設定した結果、本実施例で使用可能な温度域は35〜46℃となる。
【００４１】
配管１４からバイパス配管１５ａ側に引き込まれは淡水１２ａ（バイパス配管１５ａに引き込まれた淡水１２ａを被処理液とここでは呼ぶ）はその後バイパス配管１５ａの配管内部を流れて、加熱装置１５ｂの設置区間とクーラー１５ｃの設置区間を通った後にもとの配管１５に戻る。
【００４２】
加熱装置１５ｂについて図４を用いて説明する。
【００４３】
図４は図３に示したＡ部の拡大図である。
【００４４】
図４において、バイパス配管１５ａの内部には淡水１２ａが矢印方向に流れている。図４に示す淡水１２ａの下流側に位置する配管１５ａの一部には電気ヒータ１８が巻かれている。この電気ヒータ１８はコイル状のヒータであってもシート状のヒータであってもどちらでも構わない。この電気ヒータ１８の外周には断熱材１９が巻き付けられ、電気ヒータ１８の熱を外気と遮断するためのものである。この電気ヒータ部１８が設置されている部分が加温（熱）部２１となる。
【００４５】
図４に示す淡水１２ａの下流側に位置する配管１５ａの一部には断熱材２０が巻き付けられた区間がある。この区間は電気ヒータ１８で加熱された淡水２１ａの温度を断熱材２０で保持する部分であり、温度保持部２２となる。
【００４６】
このように、本実施例による加熱装置１５ｂは、バイパス配管１５ａに電気ヒータ１８などを巻きつけた加温（熱）部２１によって構成されている。この加温（熱）部２１の下流側のバイパス配管１５ａは断熱材２０を巻きつけた温度保持部２２から構成される。
【００４７】
加温（熱）部２１と温度保持部２２では、バイパス配管１５ａの系統の内部を流れる淡水１２ａの温度が微生物を殺処理するために必要な温度に保持されるようになっている。そのため、バイパス配管１５ａの系統入口には流量計（図示せず）が設けられ、配管内を流れる淡水１２ａの熱量が常時計測するようになっている。この流量計によってバイパス配管１５ｂの内部を流れる淡水１２ａの流量が検知され、この検知結果が加熱装置１５ｂによる投入熱量としてフィードバックさせるようになっている。
【００４８】
次に、クーラー１５ｃについて図５を用いて説明する。
【００４９】
図５は図３に示したＢ部の拡大図である。
【００５０】
図５において、加熱装置１５ｂの下流側にはクーラー１５ｃが設置されている。このクーラー１５ｃは配管１５ｂの一部に冷却パイプ２３を巻き付けて構成したものである。冷却パイプ２３の外周には断熱材２４が巻かれ、冷却パイプ２３によって冷却された淡水１２ａの熱を外気から遮断するようにしたものである。このクーラー１５ｃの領域を冷却区間２５となる。
【００５１】
冷却区間２５では、バイパス配管１５ａの内部を流れる被処理水の温度が配管１５からバイパス配管１５ａに引き込まれる際の温度よりも低い温度まで下げることとする。
【００５２】
この冷却区間２５冷却されてバイパス配管１５ａの内部を流れる非処理水は配管１５に流入する際、配管１５からバイパス配管１５ａに引き込まれた被処理水以外の淡水と混ざり合い、被処理水以外の淡水の温度を下げることになる。これによりバイパス配管１５ａの配管系統に引き込まれなかった淡水内に存在している微生物に対して成長・増殖を抑制することができる。
【００５３】
なお、上述したが、冷却パイプ２３は淡水或いは海水を循環させるものであっても良く、場合によっては空調等に使用される冷媒液を循環させるものであっても良い。
【００５４】
このように、本実施例では、加熱装置とクーラーを熱交換器の入り口よりも前の部分に設置することでバイパス配管の一部を35〜46℃の温度域を超える部分まで加熱して微生物を殺処理し、かつ被処理水の温度を基の配管の温度より下げることができるので微生物の発生を抑制できる。
【００５５】
なお、本実施例では一つのバイパス配管に対して１個の加熱装置と１個のクーラーを取り付けたが、微生物の種類に応じて加熱温度は異なる。そのため、加熱装置とクーラーの数は微生物の種類に応じて適宜増やす必要がある。またクーラーはバイパス配管に冷却パイプを巻き付けるようにしたが、必ずしも冷却パイプである必要はなく省スペースを配慮してヒートパイプとの組み合わせでも構わない。
【００５６】
ところで、本実施例ではバイパス配管を燃料プールの冷却装置（ＳＦＰ（燃料プール浄化系統）のことを言う）の主配管にあたかも固定したように説明したが仮設構造とすることも可能である。つまり、冷却装置が停止した場合に本実施例のバイパス配管を代替浄化装置として採用することが可能である。これは既存の冷却装置がフィルタによる異物除去も兼ねた構造となっているため、異物（微生物）除去であれば本実施例のバイパス配管でも十分に異物除去という目的を達成することができるからである。
【００５７】
また本実施例では燃料プールの冷却装置（ＳＦＰ）にバイパス配管を取り付ける構成で説明したが、これは必ずしも燃料プールの冷却装置に限ったものではない。つまり、冷却装置にはＲＣＷ（原子炉補機冷却系統）もあり、このＲＣＷにバイパス配管を取り付けることも可能である。
【００５８】
その場合、ＲＣＷでは水の浄化に薬剤を使用していたが、本実施例のバイパス配管では薬剤を使用しないので、液体廃棄物の低減を図ることが可能となる。
【実施例２】
【００５９】
他の実施例を図６で説明する。
【００６０】
図６は他の実施例に係るバイパス配管の構成図である。
【００６１】
図６において、主配管１５からバイパス配管１５ａの系統を並列化して設置し、その並列化されたうちのある一つの系統の加温（熱）区間２１と冷却区間２５との間に第２の熱交換器１５ｄを設置し、この第２の熱交換器１５ｄの部分にて他の一つの系統において加温（熱）区間に流入する直前の被処理水と熱交換をさせることで、エネルギー効率を高めることも可能である。
【００６２】
換言すると、図３で説明した加熱装置１５ｂとクーラー１５ｃを並列に設置（図６に示すように、バイパス配管１５ａと第２のバイパス配管２６）し、互いの熱の間で第２の熱交換器１５ｄで熱交換するようにしたものである。これにより、バイパス配管１５ａで不要となった熱を第２のバイパス配管２６で第２の加熱装置１５ｅの加熱熱源に用いることが可能となり、全体としての熱効率を高めることができるものである。第２の加熱装置１５ｅの下流側には第２のクーラー１５ｆが取り付けられている。
【００６３】
このように、本実施例によれば簡単構造で熱効率の高いバイパス配管を提供でき、結果的に省電力に大きく貢献することができる。
【００６４】
図７は水処理装置の通る処理水の温度変化を表すグラフ図である。
【００６５】
図７において、上述した温度持続区間２２では、微生物の加熱による殺処理を行うことになる。この殺処理においては、微生物の周囲環境温度だけではなく、その環境にさらされる時間も影響する。そのため、除去の対象とする微生物の熱殺菌に必要な条件をＡ℃Ｂ分と仮に決定したとすると、加熱装置出口での温度がＡ℃、温度持続区間を通過する時間がＢ分となるように、温度保持部での温度降下量をα℃として加熱部ではＡ＋α℃まで温度を上昇させられるように加熱することになる。
【００６６】
つまり、本発明では使用済燃料プールの主配管から流れてきた冷却水の一部をバイパス配管に取り込んだときの温度が約６０℃とすると、６０℃の温度の冷却水を加熱装置（加温（熱）部と温度保持部を含む）で約９０℃になった区間を約１０分間通過する。この通過区間でバイパス配管内の微生物は死滅する。この加熱温度の９０℃は、微生物の死滅条件を満たす温度（例、８０℃で１０分間）に加熱装置の通過時間１０分を加えて設定している。冷却水はその後クーラー（冷却区間）を通過することによって約３０℃下げられて使用済燃料プールの主配管に戻される。これにより、冷却水中の微生物は繁殖が抑えられることになる。
【００６７】
このように本発明によれば、既存の原子力プラントに極めてシンプルな加熱装置とクーラーとが取り付けられたバイパス配管を取り付けだけで、微生物の殺菌と微生物の増殖を抑えることができるものである。
【００６８】
以上、本発明をまとめると以下の通りとなる。
１．使用済み燃料棒を冷却保管する使用済燃料プールと、この使用済燃料プール内に貯留された被処理液と、この被処理液を熱交換器で冷却しながら前記使用済燃料プール内に供給する主配管とを有する微生物除去装置を備えたプラント設備において、前記熱交換器の上流側に位置する前記主配管にバイパス配管を設け、このバイパス配管の上流側に加熱装置と、この加熱装置の下流側にクーラーを設けたものである。
２．前記加熱装置は前記バイパス配管の外周に電気ヒータを巻いて形成したものである。
３．前記電気ヒータの外周に断熱材を巻いたものである。
４．前記ヒータの下流側の前記バイパス配管に断熱材を巻いた温度保持部を設けたものである。
５．前記クーラーは前記バイパス配管の外周に冷却配管を巻いて形成したものである。
６．前記冷却配管の外周に断熱材を巻いたものである。
７．前記バイパス配管と並列の第２のバイパス配管を設け、この第２のバイパス配管に設けられた第２の熱交換器で前記バイパス配管の加熱装置の熱と熱交換し、この熱交換した熱を第２の加熱装置の熱源としたものである。
【符号の説明】
【００６９】
１…沸騰水型原子力プラント、
２…原子炉建屋、
３…タービン建屋、
４…原子力圧力容器、
５…原子炉格納容器、
６…タービン、
７…発電機、
８…復水器、
９…主蒸気管、
１０…配管、
１１…海水循環配管、
１１ａ…取水口、
１１ｂ…散水口、
１２…使用済燃料プール、
１２ａ…淡水、
１３…使用済み燃料棒、
１４…冷却装置、
１５…主配管、
１５ａ…バイパス配管、
１５ｂ…加熱装置、
１５ｃ…クーラー、
１５ｄ…第２の熱交換器、
１５ｅ…第２の加熱装置、
１５ｆ…第２のクーラー、
１６…ポンプ、
１７…熱交換器、
１８…電気ヒータ、
１９…断熱材、
２０…断熱材、
２１…加温（熱）部、
２２…温度保持部、
２３…冷却パイプ、
２４…断熱材、
２５…冷却区間、
２６…第２のバイパス配管。
【図１】
2013234870.tif 000003
【図２】
2013234870.tif 000004
【図３】
2013234870.tif 000005
【図４】
2013234870.tif 000006
【図５】
2013234870.tif 000007
【図６】
2013234870.tif 000008
【図７】
2013234870.tif 000009