JPS6149638B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉の炉水中に含まれる微量のコ
バルトイオン等の金属イオン、塩素イオン等の陰
イオン、及び酸化鉄などの微粒状金属塩を除去す
る方法及び同装置に関するものである。

原子炉の炉水には、炉心で放射化された腐食生
成物が蓄積されるので、これを除去しなければな
らない。従来一般に第１図に示すような炉水浄化
装置が設けられている。

同図において１は原子炉であり、ここで発生し
た高温高圧の蒸気は主蒸気管２４を経てタービン
２に送られ、復水器３で液化した後給水加熱器８
を経て原子炉１に還流する。この復水流路の中に
過脱塩器６および脱塩器７よりなる炉水系浄化
系統４が構成され、これによりコバルト、鉄、マ
ンガン等の金属イオン、鉄化合物などの金属塩
類、および塩素イオン等の陰イオンを除去するよ
うになつている。上記の炉水系浄化系統４と別系
統として、原子炉１内の炉水を再循環配管１１を
介して再循環ポンプ１３に吸入・圧送し、その流
路中に再熱交換器５、冷却器９および過脱塩器
１０よりなる炉水系浄化系統２５が設けられてい
る。

上記の過脱塩器１０は前述の過脱塩器６と
同じ方式のもので、イオン交換樹脂を用いたもの
である。このイオン交換樹脂は耐熱性に問題があ
るので、過脱塩器１０の上流側に冷却器９を設
けて炉水を冷却した後に過脱塩器１０に流通さ
せる構造が用いられる。そして炉過脱塩器１０を
通過した炉水により、再生熱交換器５を介して、
冷却器９に流入する炉水を予冷している。

上述のような従来形の炉水浄化装置は、冷却器
９によつて炉水を冷却するために多大の熱損失を
生じ、この熱損失を軽減するために再熱交換器５
を設けねばならないという欠点がありその上、こ
の装置は陽イオン及び陰イオンの除去はできるが
微粒状の金属塩類の除去効果が充分でない。

本発明は上述の事情に鑑みて為され、高温高圧
状態において炉水を浄化し得る方法およびその装
置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る炉水
浄化方法は、液体が流通し得る構造の一対の電極
の間に多孔質の導電性充填材と多孔質の電気絶縁
性部材とを交互に介装し、上記一対の電極間に、
該電極の極面と交わる方向に原子炉の炉水を流通
せしめながら通電することにより、上記電極間で
複極電解を行わしめて炉水中の金属イオン、陰イ
オンを複極化した充填材に吸蔵せしめるとともに
炉水中の微粒状金属塩を複極化した充填材によつ
て荷電を中和して付着させることを特徴とする。

そして、本発明に係る炉水浄化装置は、通液性
を有する構造の同心円筒状の一対の電極の間に多
孔質の導電性充填材と、多孔質の導電性部材とを
交互に介装することによつて複極電解ユニツトを
構成し、複数個の上記複極電解ユニツトを配列し
てなる複極電解槽に、前記電極の極面に交わらし
め炉水を流通せしめる手段を設けるとともに各電
極を直流電極に導通せしめる手段を設けたことを
特徴とする。

次に、本発明装置の概要を第２図について説明
する。本図において従来装置（第１図）と同一の
図面参照番号を附した部材は従来装置におけると
同様の構成部材である。Ａ部は本発明に係る複極
電解部であつて、第３図および第４図について後
述する複極電解槽１２と、この複極電解槽１２に
炉水を流通させるための浄化循環ポンプ３０及び
配管類により構成する。Ｂ部は後述するところの
複極電解槽洗浄部である。

上記の複極電解槽１２の詳細断面図を第３図に
示す。

複極電解槽１２は高温高圧の炉水を通過させる
ため、これに耐え得る圧力容器タイプのケース１
２ａを設け、その両端に炉水流入管１２ｂ、同流
出管１２ｃを連通固着するとともに、その内部に
２個の支持体１５ａ，１５ｂを仕切板状に固設す
る。

上記２個の支持体１５ａ，１５ｂの間に多数個
の複極電解ユニツト１４，１４…を介装する。

第４図は上記複極電解ユニツト１４の拡大断面
図である。複極電解ユニツト１４は、多孔質の金
属で作つた内筒１９と、管壁に多数の透孔を穿つ
た外筒２０とを同心状に配設し、その一端にそれ
ぞれ電気絶縁性部材２２，２２′を介してフラン
ジ１７を取りつけ、その他端にそれぞれ電気絶縁
性部材２２，２２′を介して底板１８を取りつけ
る。

上記の内筒１９および外筒２０にそれぞれ直流
外部電源１６を導通させるよう電気配線１６ａ，
１６ｂを接続する。１６ｃは上記の電気配線１６
ａ，１６ｂの途中に設けた極性切換スイツチであ
る。このスイツチは炉水の浄化作用を行う際は図
示の上方に投入して外筒２０を陽極に、内筒１９
を陰極にそれぞれ導通させる。

前記の支持体１５ａ，１５ｂにそれぞれ通水孔
１５ａ−１，１５ｂ−１を穿つ。複極電解ユニツ
ト１４のフランジ１７を支持体の通水孔１５ｂ−
１に合わせて支持体１５ｂに固着し、複極電解ユ
ニツト１４の底板１８は支持体の通水孔１５ａ−
１を塞がないように支持体１５ａに固着する。こ
れにより、炉水は矢印Ｃのように外筒２０の外面
に流動し、外筒２０と内筒１９を矢印Ｅのように
流通し、矢印Ｄのように支持体１５ｂの通水孔１
５ｂ−１を通り抜けて流れる。

前記の内筒１９と外筒２０との間に充填材２１
を介装する。この充填材は、多孔質の導電性充填
材と多孔質の電気絶縁性部材とを交互に積層して
構成する。

本実施例においては、多孔質の電気絶縁性部材
としてナイロン網を用い、多孔質の導電性充填材
として活性炭素繊維を用いた。

本発明に係る前述の充填材２１は、粒状乃至微
粒状の導電性部材と、粒状乃至微粒状の電気絶縁
性部材とを混合することによつても構成すること
ができる。

以上のようにして本実施例の装置は同心円筒状
の一対の電極の間に多孔質の電気絶縁性部材と、
多孔質の導電性の充填材とを交互に介装すること
によつて複極電解ユニツトを構成し、複数個の複
極電解ユニツトを配列して複極電解槽を構成し、
この複極電解槽に炉水を流通せしめる手段を設け
るとともに、前記の複極電解ユニツトを構成する
各電極を直流電源に導通せしめる手段を設けてあ
る。

前述のように、外筒２０の壁面、充填物２１及
び内筒１９の壁面を通つて矢印Ｅのように水を
流動させる構造であるから、内筒１９は通水性の
ある多孔質の金属管で作り、その通水流路は充填
材２１を構成する繊維や粒子などを通さない程度
に狭いものとする。

また、外筒２０は前述のように直流電源１６の
陽極に導通させて電解の陽極として作用させるた
め、いわゆる陽極酸化を受けて水溶性化合物を作
ることの無い材質のものとする。

次に第２図に示した複極電解槽洗浄部Ｂについ
て説明する。

これは、炉水から除去した不純物が複極電解槽
１２の中に蓄積されたとき、これを洗浄再生する
ために設けるもので、イオン回収装置３１を主要
構成部材とし、この回収装置３１の中へ洗浄用純
水を供給するための純水タンク４０を備えるとと
もに、上記回収装置内の洗浄用純水を複極電解槽
１２に循環流通させるためのポンプ３２、循環配
管３３，３４、およびバルブ３５，３６によつて
構成する。そして、上記の構成を用いて洗浄用純
水を複極電解槽１２に循環させる間、複極電解槽
１２を原子炉浄化系配管２５から遮断するために
バルブ３７，３８を設ける。

前記のイオン回収装置３１としては、水中の金
属イオン及び陰イオンを除去する機能を有する機
器を適宜に選定して使用することができるが、活
性炭を用いた過装置を用いると好都合である。
本実施例においてはオキシン添着活性炭と陰イオ
ン交換樹脂とを混合してプリコートした過脱塩
器を用いてある。

このようにして、本実施例の炉水浄化系配管２
５は複極電解槽１２を一時的に炉水の浄化系から
遮断するためのバルブを備え、かつ、前記のポン
プ３２によつて複極電解槽１２に洗浄用純水を流
通させる方向は、通常稼動時における炉水流通方
向と逆向きとなるようにする。

以上のように構成された炉水浄化装置によつて
炉水の浄化を行うには、第２図に示したバルブ３
７，３８を開きバルブ３５，３６を閉じ、浄化循
環ポンプ３０を運転して複極電解槽１２に炉水を
循環流通せしめ、第４図に示した極性切換スイツ
チ１６ｃを同図の上方に投入して外筒２０を陽極
に、内筒１９を陰極にそれぞれ導通させ、炉水を
外筒の外側から内筒の内側へ、矢印Ｅ、矢印
E′のように流通させる。

これにより、陽極である外筒２０と陰極である
内筒１９との間に電位差を生じるが、両極の間に
導電性充填材である活性炭素繊維と電気絶縁性部
材であるナイロン網とが交互に積層されているの
で、充填材である活性炭素繊維が複極化してＮ個
の電解槽を直列に設けたのと同様の状態となる。
ただし、Ｎはナイロン網の積層枚数である。これ
により、電極の有効面積が約Ｎ倍になるので狭い
電解極板間隔の間であつても炉水中のイオンの電
解除去が活発に行われる。複極電解槽１２は上述
のように作用する複極電解ユニツト１４を複数個
配列してあるので大きい実効電極板面積を有し、
小型の複極電解槽でも大容量の電解能力を発揮し
得る。

コバルトイオン等の金属イオンや、塩素イオン
などの陰イオンはこれにより複極化した充填材
（活性炭素繊維）に吸蔵されて炉水から除去され
る。

また、酸化鉄などの不溶性塩類の微粒子は炉水
内で帯電しているため、反対極性の電極に向けて
電気泳動し、反対電極に触れて荷電を中和されて
付着する。

本実施例においては前述のように外筒を陽極、
内筒を陰極としているため、陽イオンである金属
イオン、及び陽に帯電している金属塩微粒子は陰
極である内筒１９に向けて矢印Ｅの方向に、即ち
炉水の流動方向と同方向に電気力を受けて泳動す
る。このため、前述した炉水中不純物の除去が円
滑に行われる。

以上説明したように、本発明に係る炉水浄化方
法は、一対の電極の間に多孔質の導電性充填材と
多孔質の電気絶縁性部材とを交互に介装し、上記
一対の電極間に炉水を流通せしめながら通電する
ことにより、上記電極間で複極電解を行わせて炉
水中の金属イオン及び陰イオンを充填材に吸蔵さ
せると共に、炉水中の微粒状金属塩の荷電を中和
して充填材に付着させることができる。そして、
上述の除去作用はイオン交換反応を用いていない
ので炉水の一般的条件、たとえば285℃、80atoの
高温高圧においても行うことができる。

上述のようにして炉水中の不純物を除去すると
複極電解槽１２内に不純物が蓄積される。これを
清浄するには第２図に示すバルブ３７，３８を閉
じ、回収装置３１及び循環配管３３，３４の中へ
純水タンク４０から純水を注入した後、バルブ３
５，３６を開くとともにポンプ３２を運転して純
水を複極電解槽１２の中へ循環流通させる。この
流通方向は炉水浄化の際の炉水流通方向と逆にな
るので、蓄積された不純物が洗い流され易い。こ
のとき、極性切換スイツチ１６ｃを操作して内筒
１９を陽極に、外筒２０を陰極にそれぞれ導通せ
しめると充填材に吸蔵されていた金属イオンや塩
素イオンが洗浄液である純水の中へ溶出すること
が促進される。洗い出された金属イオン、陰イオ
ン、及び金属塩類は回収装置３１で別除去され
る。

以上のようにして複極電解槽１２の洗浄を行つ
た後、ポンプ３２を停止し、バルブ３５，３６を
閉じ、バルブ３７，３８を開き浄化循環ポンプ３
０を運転するとともに外筒２０に直流電源の陽極
を、内筒１９に陰極をそれぞれ導通させるように
極性切換スイツチ１６ｃを操作すると炉水の浄化
を再開することができる。

本実施例のように、複極電解槽の炉水の通水を
一時的に遮断し得るようにし、かつ、上記の通水
と逆方向に洗浄水を流通せしめ得るようにする
と、複極電解槽内に蓄積された不純物を洗浄除去
して該複極電解槽を繰返し使用できるので経済的
である。

次に、本発明に適用した複極電解による炉水不
純物除去効果を確認するために行つた実験を説明
する。

第５図は実験用複極電解槽の断面図である。

４１は陰極、４２は陽極で、共に100mm×100mm
×5tのフエライト板である。

電解槽４３は上記の両極板を35mm隔てて収納し
得るように作り、更にその下方に撹拌部４４を設
けて電解液の撹拌手段（図示せず）を設けてあ
る。

上記の両極板の間に６枚のナイロン網４５，４
５…と５層の活性炭素繊維層４６，４６…を積層
して介装してある。

実験は上記の複極電解槽４３内に粒径２〜５μ
ｍの酸化鉄を含有せしめた塩化コバルト水溶液を
入れて通電し、10分間ごとに原子吸光分析装置に
よつてコバルトイオン濃度と鉄濃度とを定量する
とともに硝酸第２水銀法によつて塩素イオン濃度
を定量した。

第６図は残留コバルトイオン濃度と残留塩素イ
オン濃度の変化を示す図表であり、2.2mg／の
塩化コバルト液200mlを用い、電流0.1Aで通電し
た結果である。

通電開始時におけるコバルトイオン濃度は1.0
mg／、塩素イオン濃度1.2mg／であつたが、
図示のように顕著に減少し、30分後にはコバルト
イオン濃度0.1mg／、塩素イオン濃度0.3mg／
に減少した。

第７図は酸化鉄微粒子濃度の時間的変化を示す
図表であり、第５図の複極電解槽に1.0mg／の
酸化鉄微粒子（粒径２〜５μｍ）を懸濁させた蒸
留水を入れて実験した結果を示す。

同図の黒丸印のカーブは通電せずに撹拌だけ行
つた場合で、当初若干の減少が認められるが、そ
の減少曲線は次第に水平に近づく、同図の白丸印
のカーブは通電した場合を示し、著しい減少が認
められる。これは帯電して浮遊している酸化鉄微
粒子が電気力に引かれて泳動し、複極化した電極
に触れて帯電電荷を中和されて活性炭素繊維に付
着するものと考えられる。

以上の実験によつて、炉水中のコバルトイオ
ン、塩素イオン及び酸化鉄微粒子の除去清浄につ
いて複極電解処理が極めて有効であることがわか
る。この実験は常温常圧の下で行つたが、炉水の
一般条件である高温高圧の下でも同様の作用効果
が期待される。

以上詳述したように、本発明に係る炉水浄化方
法は、通液性を有する一対の電極の間に多孔質の
導電性充填材（上記の実施例においては活性炭素
繊維）と、多孔質の電気絶縁性部材（上例におい
てはナイロン網）とを交互に介装し、前記一対の
電極間にその電極面と交わる方向に、炉水を流通
せしめながら通電することにより、上記電極間で
複極電解を行わしめて炉水中の金属イオン及び陰
イオンを充填材に吸蔵させるとともに、炉水中の
微粒状金属塩の荷電を中和し付着させることがで
き、この方法は水を高温高圧の状態で浄化でき
るので熱経済的に有利である。

また、本発明に係る装置は、通液性を有する同
心円筒状の一対の電極間に多孔質の電気絶縁性部
材と、多孔質の導電性充填材とを交互介装して複
極電解ユニツトを構成し、複数個の上記複極電解
ユニツトを配列してなる複極電解槽に、前記電極
の極面に交わらしめて炉水を流通せしめる手段を
設けるとともに、各電極を直流電源に導通せしめ
る手段を設けることにより、上記の本発明方法を
容易に実施してその効果を充分に発揮させること
ができる。

その上、上記の複極電解槽は適宜の洗浄装置を
付設することにより、炉水から除去して複極電解
槽内に蓄積した炉水不純物を洗浄して浄化機能を
再生させることができるので経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来一般に用いられている原子炉炉水
の浄化装置の配管図、第２図乃至第４図は本発明
に係る浄化装置を示し、第２図は配管図、第３図
は複極電解槽の断面図に電気配線を付記した図、
第４図は複極電解ユニツトの断面図に電気配線を
付記した図である。第５図乃至第７図は本発明の
効果確認実験を示し、第５図は実験用複極電解槽
の断面図、第６図はコバルトイオン及び塩素イオ
ンの除去効果を示す図表、第７図は酸化鉄の除去
効果を示す図表である。 １２……複極電解槽、１２ａ……同ケース、１
２ｂ……同炉水流入管、１２ｃ……同炉水流出
管、１４……複極電解ユニツト、１６……直流電
源、１６ａ，１６ｂ……同電気配線、１６ｃ……
同極性切換スイツチ、１９……同心円筒状電極の
内筒、２０……同外筒、２２，２２′……電気絶
縁性部材、３０……浄化循環ポンプ、３２……洗
浄水ポンプ、３５，３６，３７，３８……バル
ブ、４１……実験用複極電解槽の陰極、４２……
同陽極、４３……同電槽、４４……４同撹拌部、
４５……多孔質の電気絶縁部材としてのナイロン
網、４６……多孔質の導電性充填材としての活性
炭素繊維。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表裏の間を液体が流通し得る構造の一対の電
   極の間に多孔質の導電性充填材と、多孔質の電気
   絶縁性材料とを光互に充填し、上記一対の電極の
   極面と交わる方向に原子炉の炉水を流通せしめな
   がら通電することにより、上記電極間で複極電解
   を行わしめて、炉水中の金属イオン及び陰イオン
   を複極化した充填材に吸蔵させて除去するととも
   に、微粒状金属塩を複極化した充填材により荷電
   中和して付着させることを特徴とする原子炉炉水
   浄化方法。 ２ 筒壁を貫いて液体が流通し得る構造の、大
   径，小径一対の円筒状電極を同心状に配列すると
   ともに、該一対の電極の間に多孔質の導電性充填
   材と多孔質の電気絶縁性部材とを交互に介装する
   ことによつて複極電解ユニツトを構成し、複数個
   の上記複極電解ユニツトを配列してなる複極電解
   槽に、前記同心円筒状電極の筒壁面に交わらしめ
   て炉水を流通せしめる主段を設けるとともに各電
   極を各電極を直流電源に導通せしめる手段を設け
   たことを特徴とする原子炉炉水の浄化装置。 ３ 前記の同心円筒状電極は、外筒を陽極とし、
   内筒を陰極とし、かつ、前記の炉水を流通せしめ
   る手段は外筒側から内筒に向けて炉水を流通せし
   めるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第２項に記載の原子炉炉水浄化装置。 ４ 前記の炉水を流通せしめる手段は、一時的に
   炉水の流通を遮断し得るものとし、かつ、上記の
   複極電解槽は上記の炉水流通方向と逆方向に洗浄
   水を流通せしめる手段を備えたものとすることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項又は同第３項に
   記載の原子炉炉水浄化装置。 ５ 前記の洗浄水を流通せしめる手段は、洗浄液
   を再生処理するための活性炭充填電解処理装置を
   備えたものとすることを特徴とする特許請求の範
   囲第４項に記載の原子炉炉水浄化装置。