JPH0664185B2 - 原子炉水質制御システム - Google Patents
原子炉水質制御システムInfo
- Publication number
- JPH0664185B2 JPH0664185B2 JP60264904A JP26490485A JPH0664185B2 JP H0664185 B2 JPH0664185 B2 JP H0664185B2 JP 60264904 A JP60264904 A JP 60264904A JP 26490485 A JP26490485 A JP 26490485A JP H0664185 B2 JPH0664185 B2 JP H0664185B2
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- JP
- Japan
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- hydrogen
- hydrogen peroxide
- reactor
- reactor water
- concentration
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は軽水炉の水質制御に係り、特に軽水炉炉心の液
相中の溶存酸素濃度制御に好適な水質制御システムに関
する。
相中の溶存酸素濃度制御に好適な水質制御システムに関
する。
従来のシステムは特開昭57-3086号公報に記載のよう
に、再循環系配管より分岐した配管に溶存酸素，水素濃
度測定装置,SUS304鋼の腐食電位測定系を設け、その測
定値により水素注入量を制御して溶存酸素濃度、腐食電
位を一定の幅におさめる構成となつていた。しかし、こ
の手法は一定の酸素，水素の濃度分布を持つ軽水炉の一
次冷却系全体に対し、計測点のみでの水質を保証するの
にすぎなかつた。
に、再循環系配管より分岐した配管に溶存酸素，水素濃
度測定装置,SUS304鋼の腐食電位測定系を設け、その測
定値により水素注入量を制御して溶存酸素濃度、腐食電
位を一定の幅におさめる構成となつていた。しかし、こ
の手法は一定の酸素，水素の濃度分布を持つ軽水炉の一
次冷却系全体に対し、計測点のみでの水質を保証するの
にすぎなかつた。
特に、建設してから数年を経た海外の先行炉では、特に
厳しい条件におかれる炉心材料に対する水質環境を制御
することが望まれている。従来の手法ではこのような必
要性まで満たすことはできない。
厳しい条件におかれる炉心材料に対する水質環境を制御
することが望まれている。従来の手法ではこのような必
要性まで満たすことはできない。
本発明は、原子炉炉心の水質をモニタする手段を提供
し、そのモニタ値に基づいて水素注入率を精度良く定
め、炉心の水質を最適に制御することを目的とする。
し、そのモニタ値に基づいて水素注入率を精度良く定
め、炉心の水質を最適に制御することを目的とする。
原子炉炉水中の溶存酸素、溶存水素は、炉心の放射線に
より水分子が分解した結果生じる。発明者らは、原子炉
炉水中の水の放射線分解生物13成分についての40の高速
化学反応を数値的に解析し、系統内の各成分の定常濃度
分布を求める技術を開発してきた。本発明はその技術開
発の過程で見出された水素注入下の過酸化水素と酸素濃
度の関連に関する新しい知見に基づく、すなわち、過酸
化水素濃度の減少は、酸素濃度が極めて低くなつてから
生ずる、との知見に基づきなされたものである。
より水分子が分解した結果生じる。発明者らは、原子炉
炉水中の水の放射線分解生物13成分についての40の高速
化学反応を数値的に解析し、系統内の各成分の定常濃度
分布を求める技術を開発してきた。本発明はその技術開
発の過程で見出された水素注入下の過酸化水素と酸素濃
度の関連に関する新しい知見に基づく、すなわち、過酸
化水素濃度の減少は、酸素濃度が極めて低くなつてから
生ずる、との知見に基づきなされたものである。
本発明は、原子炉、前記原子炉炉心の過酸化水素濃度を
測定する過酸化水素センサー、前記過酸化水素センサー
の出力に基づいて水素注入率を決定する制御装置及び前
記制御装置で決められた水素注入率で前記原子炉に水素
を注入する水素注入装置を有することを特徴とする。
測定する過酸化水素センサー、前記過酸化水素センサー
の出力に基づいて水素注入率を決定する制御装置及び前
記制御装置で決められた水素注入率で前記原子炉に水素
を注入する水素注入装置を有することを特徴とする。
水は炉心の放射線により分解し、水素，酸素，過酸化水
素が生成する。発明者らは、原子炉炉心における水の放
射線分解生成物の濃度を炉心入口から距離をパラメータ
として数値的に解析した。その結果を第２図に示す。水
素，酸素は沸騰が始まると蒸気相に抜け液相の濃度が減
少するが、過酸化水素濃度は沸騰に左右されないことが
わかる。
素が生成する。発明者らは、原子炉炉心における水の放
射線分解生成物の濃度を炉心入口から距離をパラメータ
として数値的に解析した。その結果を第２図に示す。水
素，酸素は沸騰が始まると蒸気相に抜け液相の濃度が減
少するが、過酸化水素濃度は沸騰に左右されないことが
わかる。
水の放射線分解による酸素の生成は、水素の存在下で抑
えられる。水素注入下における原子炉炉心での液相にお
ける酸素濃度と過酸化水素濃度の数値的解析結果を第３
図に示す。
えられる。水素注入下における原子炉炉心での液相にお
ける酸素濃度と過酸化水素濃度の数値的解析結果を第３
図に示す。
水素注入下においては、酸素濃度は水素注入率を高める
と共になめらかに減少する。一方、過酸化水素濃度はあ
る範囲でほとんど変化しないが、水素注入率増加ととも
に一旦増加し、それから急激に減少する傾向をもつ。も
う少し詳しく見ると、過酸化水素の急激な減少は酸素濃
度が極めて低くなつてからであることがわかる。これは
次の様に理解することができる。すなわち、注入した水
素は、注入率が低いうちは、 Ｈ２＋OH→Ｈ２Ｏ＋Ｈ (1) Ｈ＋Ｏ２→HO２ (2) HO２＋HO２→Ｈ２Ｏ２＋Ｏ２ (3) ２×（(1)＋(2)）＋(3)より 2H２＋Ｏ２＋2OH→2H２Ｏ＋Ｈ２Ｏ２ (4) のように炉心で生成した酸素が水素と再結合する過程で
過酸化水素を生成する。過酸化水素自身も Ｈ＋Ｈ２Ｏ２→Ｈ２Ｏ＋OH (5) (1)＋(5)により Ｈ２＋Ｈ２Ｏ２→2H２Ｏ (6) の反応により減衰するが、反応(5)の速度定数が、反応
(2)の速度に比べて遅いため結局正味の反応としては(4)
の反応が(6)の反応に比べ支配的になるため、水素注入
率の低い側で過酸化水素濃度は変わらないか、増加す
る。一方、水素注入率が高くなり、酸素濃度が低くなる
と(2)に代わつて(5)が支配的となり、正味の反応として
は専ら(6)が進行する。酸素が消滅してから過酸化水素
が急激に減少する現象は以上のように理解できる。
と共になめらかに減少する。一方、過酸化水素濃度はあ
る範囲でほとんど変化しないが、水素注入率増加ととも
に一旦増加し、それから急激に減少する傾向をもつ。も
う少し詳しく見ると、過酸化水素の急激な減少は酸素濃
度が極めて低くなつてからであることがわかる。これは
次の様に理解することができる。すなわち、注入した水
素は、注入率が低いうちは、 Ｈ２＋OH→Ｈ２Ｏ＋Ｈ (1) Ｈ＋Ｏ２→HO２ (2) HO２＋HO２→Ｈ２Ｏ２＋Ｏ２ (3) ２×（(1)＋(2)）＋(3)より 2H２＋Ｏ２＋2OH→2H２Ｏ＋Ｈ２Ｏ２ (4) のように炉心で生成した酸素が水素と再結合する過程で
過酸化水素を生成する。過酸化水素自身も Ｈ＋Ｈ２Ｏ２→Ｈ２Ｏ＋OH (5) (1)＋(5)により Ｈ２＋Ｈ２Ｏ２→2H２Ｏ (6) の反応により減衰するが、反応(5)の速度定数が、反応
(2)の速度に比べて遅いため結局正味の反応としては(4)
の反応が(6)の反応に比べ支配的になるため、水素注入
率の低い側で過酸化水素濃度は変わらないか、増加す
る。一方、水素注入率が高くなり、酸素濃度が低くなる
と(2)に代わつて(5)が支配的となり、正味の反応として
は専ら(6)が進行する。酸素が消滅してから過酸化水素
が急激に減少する現象は以上のように理解できる。
炉水中の酸素濃度を直接モニタすることは以下の理由で
困難である。
困難である。
１ 第２図で示したように、酸素は沸騰下で蒸気相と液
相とに分布するため、両相を分離して測定することは難
しい。
相とに分布するため、両相を分離して測定することは難
しい。
２ 数十ppb以下の溶存酸素濃度を正確に測定すること
は難しい。
は難しい。
本発明は、過酸化水素の以上の性質を利用して酸度濃度
を直接モニタするのではなく、過酸化水素濃度をモニタ
して酸素濃度を制御するもので、具体的には、第３図か
ら分かるように、過酸化水素濃度が、水素注入をしない
通常運転時より低くなる程度の水素を注入するもので、
このように水素注入率を定めることにより、SCC（応力
腐食割れ）が発生しないとされている溶存酸素濃度５〜
10ppbが自動的に保証される。
を直接モニタするのではなく、過酸化水素濃度をモニタ
して酸素濃度を制御するもので、具体的には、第３図か
ら分かるように、過酸化水素濃度が、水素注入をしない
通常運転時より低くなる程度の水素を注入するもので、
このように水素注入率を定めることにより、SCC（応力
腐食割れ）が発生しないとされている溶存酸素濃度５〜
10ppbが自動的に保証される。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図では過酸化水素センサ５を例えば中性子計装管等を介
して炉心に設け、信号処理装置６に接続した制御装置７
により水素注入装置８からの水素注入率を制御する。
図では過酸化水素センサ５を例えば中性子計装管等を介
して炉心に設け、信号処理装置６に接続した制御装置７
により水素注入装置８からの水素注入率を制御する。
過酸化水素センサとしては、紫外吸光度モニタによるも
のが次の点で有効である。
のが次の点で有効である。
１ 波長を190〜250nm程度にすれば、同時に存在する水
素，酸素の妨害をうけない。
素，酸素の妨害をうけない。
２ 水の放射線分解生成物は、第４図に示すように波長
を190〜300nmの紫外領域に吸収を持つことはよく知られ
ているが、第２図に示すように実炉環境では過酸化水素
の吸光度測定に妨害となりうる成分は極めて低濃度であ
り、問題にならない。
を190〜300nmの紫外領域に吸収を持つことはよく知られ
ているが、第２図に示すように実炉環境では過酸化水素
の吸光度測定に妨害となりうる成分は極めて低濃度であ
り、問題にならない。
３ 過酸化水素は、液相のみに存在するので、気液二相
流の中で液相のみの情報をとり出せばよい。
流の中で液相のみの情報をとり出せばよい。
センサー構造を第５図に示す。吸光部18は炉水中に浸漬
し、入射紫外パルスを石英窓21を介し吸光部18に入射す
る。光パルスはミラー19により反射され、ハーフミラー
12を介して他方の窓より、減衰光パルス量を計測し、吸
光度を求める。石英窓20,15、13のように３段以上の構
造とし、窓20,15の間にガス（190〜250nmの波長範囲に
吸収をもたないもの、例えばＮ２）を詰め、ベローズ17
にり炉水の微少な圧力変動を吸収する。石英窓15と13の
間隙は、炉水圧力と同じになるようにガスを詰める。最
終段の窓13は、冷却フイン14により十分低温に保つ。こ
のようにすることにより、窓20のシール材として、高温
には強いもの（例えば、メタライズ加工など機械的な応
力が加わつた時シール性が悪くてもよい）、窓13のシー
ル材として機械的変形には強いもの（例えば四フツ化エ
チレンなど、耐熱性が悪くてもよい）を用いることがで
き信頼性が向上する。この過酸化水素センサー５によっ
て、過酸化水素濃度は次のように測定される。炉水は、
吸光部18に入る。石英窓21から入射された光パルス石英
窓13、15間を減衰なく透過し、吸光部18に入射される。
吸光部18では、光パルスは過酸化水素水濃度に応じて吸
収される。従って、ミラー19に反射して、ハーフミラー
12を介して得られる光パルスの減衰量は、過酸化水素水
の濃度を表すことになる。なお、22は原子炉圧力容器壁
を示す。
し、入射紫外パルスを石英窓21を介し吸光部18に入射す
る。光パルスはミラー19により反射され、ハーフミラー
12を介して他方の窓より、減衰光パルス量を計測し、吸
光度を求める。石英窓20,15、13のように３段以上の構
造とし、窓20,15の間にガス（190〜250nmの波長範囲に
吸収をもたないもの、例えばＮ２）を詰め、ベローズ17
にり炉水の微少な圧力変動を吸収する。石英窓15と13の
間隙は、炉水圧力と同じになるようにガスを詰める。最
終段の窓13は、冷却フイン14により十分低温に保つ。こ
のようにすることにより、窓20のシール材として、高温
には強いもの（例えば、メタライズ加工など機械的な応
力が加わつた時シール性が悪くてもよい）、窓13のシー
ル材として機械的変形には強いもの（例えば四フツ化エ
チレンなど、耐熱性が悪くてもよい）を用いることがで
き信頼性が向上する。この過酸化水素センサー５によっ
て、過酸化水素濃度は次のように測定される。炉水は、
吸光部18に入る。石英窓21から入射された光パルス石英
窓13、15間を減衰なく透過し、吸光部18に入射される。
吸光部18では、光パルスは過酸化水素水濃度に応じて吸
収される。従って、ミラー19に反射して、ハーフミラー
12を介して得られる光パルスの減衰量は、過酸化水素水
の濃度を表すことになる。なお、22は原子炉圧力容器壁
を示す。
本実施例によれば、過酸化水素濃度を監視し水素注入し
ない通常運転時より低く保つよう水素注入率を選定する
ことにより、炉水中の溶存酸素濃度は５〜10ppbのレベ
ルに抑えることができSCC抑制に有効な炉水環境を実現
できる。
ない通常運転時より低く保つよう水素注入率を選定する
ことにより、炉水中の溶存酸素濃度は５〜10ppbのレベ
ルに抑えることができSCC抑制に有効な炉水環境を実現
できる。
第６図は、本実施例の別な実施例を示す。第６図では、
再循環系配管２の溶存酸素濃度をさらに効率よく下げる
ために、過酸化水素注入装置11が設けてある。再循環系
配管２に溶存酸素計９を設け、過酸化水素注入装置11か
らの注入量を不必要に大きくしないよう制御装置10によ
り制御することができる。
再循環系配管２の溶存酸素濃度をさらに効率よく下げる
ために、過酸化水素注入装置11が設けてある。再循環系
配管２に溶存酸素計９を設け、過酸化水素注入装置11か
らの注入量を不必要に大きくしないよう制御装置10によ
り制御することができる。
過酸化水素注入により溶存酸素濃度が減少するのは、過
酸化水素の熱分解によりOH基が生成しこのOH基が次の反
応を促進する。すなわち、 Ｈ２Ｏ２→2OH (7) Ｈ２＋OH→Ｈ２Ｏ＋Ｈ (1) Ｈ＋Ｏ２→HO２ (2) HO２＋HO２→Ｈ２Ｏ２＋Ｏ２ (3) となり、(7)＋２（(1)＋(2)）＋(3)より 2H２＋Ｏ２→2H２Ｏ (8) のように過酸化水素が触媒的な役割を果して注入した水
素と炉水中の溶存酸素の再結合を促進し、その結果、溶
存酸素濃度を低下させる。
酸化水素の熱分解によりOH基が生成しこのOH基が次の反
応を促進する。すなわち、 Ｈ２Ｏ２→2OH (7) Ｈ２＋OH→Ｈ２Ｏ＋Ｈ (1) Ｈ＋Ｏ２→HO２ (2) HO２＋HO２→Ｈ２Ｏ２＋Ｏ２ (3) となり、(7)＋２（(1)＋(2)）＋(3)より 2H２＋Ｏ２→2H２Ｏ (8) のように過酸化水素が触媒的な役割を果して注入した水
素と炉水中の溶存酸素の再結合を促進し、その結果、溶
存酸素濃度を低下させる。
本実施例によれば、炉心のみならず再循環系配管の溶存
酸素濃度もSCC抑制に有効な十分に低い値に維持するこ
とが可能となる。
酸素濃度もSCC抑制に有効な十分に低い値に維持するこ
とが可能となる。
以上のように本発明によれば、原子炉炉心の溶存酸素濃
度５〜10ppbの制御が可能となり、原子炉の安全性、稼
働率向上の大きな効果がある。
度５〜10ppbの制御が可能となり、原子炉の安全性、稼
働率向上の大きな効果がある。
第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は、炉心の
蒸気相と液相における水の放射線分解生成物の濃度の計
算値を示す線図、第３図は炉心出口における水素、酸
素、過酸化水素の濃度の計算値の線図、第４図は水の放
射線分解生成物の吸光度のグラフ、第５図は本発明のセ
ンサの実施例の構成図、第６図は本発明の他の実施例の
構成図である。 １……原子炉圧力容器、２……再循環配管、３……給水
配管、４……主蒸気系配管、５……過酸化水素センサ、
６……信号処理部、７……制御部、８……水素注入装
置、９……溶存酸素計、12……ハーフミラー、13……石
英窓、14……冷却フイン、15……石英窓、18……吸光
部、19……ミラー、20……石英窓、23……炉水。
蒸気相と液相における水の放射線分解生成物の濃度の計
算値を示す線図、第３図は炉心出口における水素、酸
素、過酸化水素の濃度の計算値の線図、第４図は水の放
射線分解生成物の吸光度のグラフ、第５図は本発明のセ
ンサの実施例の構成図、第６図は本発明の他の実施例の
構成図である。 １……原子炉圧力容器、２……再循環配管、３……給水
配管、４……主蒸気系配管、５……過酸化水素センサ、
６……信号処理部、７……制御部、８……水素注入装
置、９……溶存酸素計、12……ハーフミラー、13……石
英窓、14……冷却フイン、15……石英窓、18……吸光
部、19……ミラー、20……石英窓、23……炉水。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 唐沢 英年 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 長瀬 誠 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−220898（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】原子炉、前記原子炉炉水の過酸化水素濃度
を測定する過酸化水素センサー、前記過酸化水素センサ
ーの出力に基づいて、前記炉水の過酸化水素濃度が水素
注入前の炉水の過酸化水素濃度と概ね等しくなるように
水素注入率を決定する制御装置、及び前記制御装置で決
められた水素注入率で前記原子炉に水素を注入する水素
注入装置を有することを特徴とする原子炉水質制御シス
テム。 - 【請求項２】前記制御装置は、前記炉水の過酸化水素濃
度が水素注入前の炉水の過酸化水素濃度に比べて高いと
きは水素注入率を増加させ、低いときは水素注入率を減
少させることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の原子炉水質制御システム。 - 【請求項３】前記過酸化水素センサーは波長が190〜250
nmの検出光を有する紫外吸光度モニタであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の原子炉水質制御シ
ステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60264904A JPH0664185B2 (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 原子炉水質制御システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60264904A JPH0664185B2 (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 原子炉水質制御システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62126398A JPS62126398A (ja) | 1987-06-08 |
| JPH0664185B2 true JPH0664185B2 (ja) | 1994-08-22 |
Family
ID=17409828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60264904A Expired - Lifetime JPH0664185B2 (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 原子炉水質制御システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0664185B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2024104185A (ja) * | 2023-01-23 | 2024-08-02 | 株式会社サニープレイス | ヘアーアイロン |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60220898A (ja) * | 1984-04-17 | 1985-11-05 | 株式会社日立製作所 | 原子炉水質制御方法及び装置 |
-
1985
- 1985-11-27 JP JP60264904A patent/JPH0664185B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62126398A (ja) | 1987-06-08 |
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