JP2001228289A

JP2001228289A - 原子力発電プラントおよびその運転方法

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Publication number: JP2001228289A
Application number: JP2000037130A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Yotsuyanagi; 端四柳; Junichi Takagi; 純一高木; Kenji Yamazaki; 健治山崎; Tetsuo Osato; 哲夫大里; Nagayoshi Ichikawa; 長佳市川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-02-15
Filing date: 2000-02-15
Publication date: 2001-08-24
Anticipated expiration: 2020-02-15
Also published as: JP4220091B2

Abstract

(57)【要約】【課題】原子炉構造材料表面に腐食を抑制する物質を付
与して水質制御により腐食電位を低減して原子炉構造材
料の長寿命化を図るとともに、腐食環境緩和の難しい炉
心上部においても腐食電位を低減し、炉内構造材料全体
の腐食低減を図れる原子力発電プラントおよびその運転
方法を得る。【解決手段】原子炉設備２と発電設備３とを備える原子
力発電プラント１において、原子炉設備２の原子炉内表
面、炉内構造物表面、一次系配管内表面および一次系機
器の内表面に光半導体および助剤が付着されたことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉設備の原子
炉内表面、炉内構造物表面、一次系配管内表面などの原
子炉構造部材の腐食を低減した原子力発電プラントおよ
びその運転方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、原子力発電プラントでは、主た
る構成材料としてステンレス鋼またはニッケル基合金を
用い、原子炉冷却材として水（原子炉水）を使用してい
る。

【０００３】原子炉特有の放射線場においては、冷却材
としての水が放射線分解して、酸素や過酸化水素などの
酸化性化学種が生成する。生成した酸化性化学種は、原
子炉運転中の高温において原子炉水中に溶存し、原子炉
の構成材料であるステンレス鋼やニッケル基合金のＩＧ
ＳＣＣ（粒界応力腐食割れ）などの応力腐食割れを引き
起こす一因となっている。

【０００４】原子炉構成材料の応力腐食割れを予防する
ための方策の一つとして、原子炉水中に水素を注入し
て、原子炉水中の酸化性化学種生成を抑制し、材料の電
気化学的腐食電位を低減して応力腐食割れの発生および
進展を抑制する技術が実用化されている。

【０００５】しかしながら、応力腐食割れを抑制するた
めには、多量の水素を原子炉水中に注入することが要求
される。一般に、高温水中でのステンレス鋼の応力腐食
割れを抑制するためには、腐食電位を−２３０ｍＶ（Ｓ
ＨＥ）まで低減する必要があるが、このために原子炉水
中に多量の水素を注入する必要がある。

【０００６】一方、原子炉水中に多量の水素を注入する
と、腐食電位の低減を図れるものの、原子炉からタービ
ン発電機までの配管及び機器の放射線量が上昇するとい
う事象があり、原子力発電プラントでの従事者の被ばく
量増加を招いてしまうという恐れがあった。このため、
現状の水素注入を実施している国内プラントでは、水素
注入量を少量にとどめており、応力腐食割れが完全には
抑制できなかった。

【０００７】そこで、近年、水素注入による弊害を極力
少なくし、かつ構造材の腐食電位を低下させるため、原
子炉水へ貴金属を添加して構造材に貴金属を付着させ
て、腐食電位を低下させる方法が提案されている。すな
わち、この方法は、白金等の貴金属が電位の低い水素の
可逆反応を選択的に捕らえる性質を利用したものであ
り、貴金属を構造材に付着させて少量の水素注入により
腐食電位の低減を図るものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原子炉
水に貴金属を注入する方法を実プラントで実施する場合
には、貴金属が燃料のジルコニウム酸化皮膜上にも付着
するため、燃料材料の酸化および水素化が増大してしま
うなどの問題があった。

【０００９】貴金属注入による燃料材料の酸化および水
素化は、燃料の燃焼度を高めることに負の作用を及ぼ
し、原子力発電プラント自体の運転効率を低下させてし
まうという問題を有していた。

【００１０】また、白金などの高価な貴金属を注入した
場合であっても、従来においては、原子炉圧力容器内の
上部構造材の電位低減効果は小さく、腐食環境を緩和す
ることは難しいという問題を有していた。

【００１１】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、原子炉水中への貴金属注入を低
減して大幅なタービン系への放射能移行の増大を防止す
るとともに、貴金属にかわる物質を腐食抑制する原子炉
構造材料表面に付与して水質制御により腐食電位を低減
して原子炉構造材料の長寿命化を図った原子力発電プラ
ントおよびその運転方法を提供することを目的とする。

【００１２】また、既存の水素注入または貴金属注入で
腐食環境緩和の難しい炉心上部においても腐食電位を低
減でき、炉内構造材料全体の腐食低減を図れる原子力発
電プラントおよびその運転方法を提供することを目的と
する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な知見に基づき、高価な貴金属の使用量低減を図り、あ
るいは貴金属に替わる物質について検討した。貴金属に
替わる物質の条件として、高温、高圧および放射線環境
で安定であり、タービン系への放射能移行の増大を防止
する物質であることが要求される。また、燃料材料の酸
化および水素化の影響が少ない物質で、水質制御により
原子炉一次系材料の腐食電位を制御する物質であること
が要求され、さらには、燃料材料や物質そのものによる
放射化により生成する放射能が少ない物質であることが
条件となる。このような知見に基づき、本発明者らは本
願発明を完成させたものである。

【００１４】すなわち、請求項１記載の発明は、原子炉
設備と発電設備とを備える原子力発電プラントにおい
て、前記原子炉設備の原子炉内表面、炉内構造物表面、
一次系配管内表面および一次系機器の内表面に光半導体
および助剤が付着されたことを特徴とする。

【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の原
子力発電プラントにおいて、光半導体は、ＴｉＯ_２、Ｐ
ｂＯ、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＺｒＯ_２、ＷＯ_３、Ｆｅ_２
Ｏ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、ＦｅＴｉＯ_３、Ｍ
ｎＴｉＯ_３、ＫＴａＯ_３、ＳｎＯ_２からなる化合物群の
１つまたは複数であることを特徴とする。

【００１６】請求項３記載の発明は、請求項１記載の原
子力発電プラントにおいて、助剤は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐ
ｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓからなる元素群を含む化合物の１
つまたは複数であることを特徴とする。

【００１７】請求項４記載の発明は、請求項１ないし３
のいずれかに記載の原子力発電プラントにおいて、光半
導体または高温高圧条件下で光半導体に変性する化合物
のいずれか、および助剤の添加を行う化合物添加装置
が、一次系配管に接続されたことを特徴とする。

【００１８】請求項５記載の発明は、請求項４記載の原
子力発電プラントにおいて、化合物添加装置が接続され
る一次系配管は、原子炉冷却材浄化系配管及びその枝
管、再循環系配管及びその枝管、残留熱除去系配管及び
その枝管、原子炉冷却材浄化系出口水サンプリングライ
ン、給水系配管及びその枝管、復水系配管及びその枝
管、給水サンプリングライン、復水浄化系出口水サンプ
リングライン、制御棒駆動水系配管、非常用炉心冷却系
配管のいずれかまたは複数であることを特徴とする。

【００１９】請求項６記載の発明は、請求項１ないし３
のいずれかに記載の原子力発電プラントにおいて、原子
炉圧力容器内を自由に移動可能であり、光半導体または
高温高圧条件下で光半導体に変性する化合物のいずれ
か、および助剤の添加を行うロボットと、このロボット
に接続された駆動用ケーブルを介して前記ロボットを遠
隔操作するロボット制御装置とを原子炉圧力容器内に設
けたことを特徴とする。

【００２０】請求項７記載の発明は、請求項４、５また
は６のいずれかに記載の原子力発電プラントにおいて、
一次系構造材料の腐食環境を観測する腐食環境モニタリ
ング装置と、この腐食環境モニタリング装置により得ら
れた情報に基づき、光半導体または高温高圧条件下で光
半導体に変性する化合物のいずれか、および助剤の添加
量を制御する制御装置とを設けたことを特徴とする。

【００２１】請求項８記載の発明は、請求項７記載の原
子力発電プラントにおいて、一次系構造材料の腐食環境
モニタリング装置は、腐食電位センサ、亀裂進展セン
サ、導電率計、光センサ、放射能付着量測定試験片のい
ずれか、または複数からなることを特徴とする。

【００２２】請求項９記載の発明は、原子力発電プラン
トの運転方法において、原子炉水抜き時、原子炉水張り
時、または原子炉水抜き時および原子炉水張り時の両時
期に、原子炉設備の原子炉内表面、炉内構造物表面、一
次系配管内表面および一次系機器の内表面に光半導体お
よび助剤を付着させることを特徴とする。

【００２３】請求項１０記載の発明は、請求項９記載の
原子力発電プラントの運転方法において、光半導体また
は高温高圧条件下で光半導体に変性する化合物のいずれ
か、および助剤を、一次系配管から添加して、光半導体
および助剤を付着させることを特徴とする。

【００２４】請求項１１記載の発明は、請求項９記載の
原子力発電プラントの運転方法において、原子炉水抜き
時に、ミスト乾燥処理、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ
溶射、レーザー溶射、高温焼き付け、スプレー塗布、刷
毛塗りのいずれか、または複数を用いて光半導体および
助剤を付着させることを特徴とする。

【００２５】請求項１２記載の発明は、請求項９記載の
原子力発電プラントの運転方法において、原子炉水張り
時に、プラズマ溶射、レーザー溶射、非常用炉心冷却系
配管からの化合物添加、炉内化学除染後洗浄時の化合物
添加のいずれか、または複数を用いて光半導体および助
剤を付着させることを特徴とする。

【００２６】請求項１３記載の発明は、請求項９記載の
原子力発電プラントの運転方法において、原子炉水張り
時に、遠隔操作可能なロボットの使用により光半導体お
よび助剤を付着させることを特徴とする。

【００２７】請求項１４記載の発明は、請求１１ないし
１３のいずれかに記載の原子力発電プラントの運転方法
において、原子炉冷温停止時の化合物添加、原子炉起動
時の化合物添加、原子炉高温待機時の化合物添加、原子
炉出力運転時の化合物添加、炉内取り替え部品表面に付
着させた化合物の原子炉水への放出、原子炉水浄化系ろ
過脱塩装置内に付着させた化合物の原子炉水への放出の
いずれかあるいは複数を用いて、光半導体および助剤を
付着させることを特徴とする。

【００２８】本発明において、貴金属にかわる物質とし
てＴｉＯ_２光半導体を選定した。また、２８５℃、７０
ａｔｍの高圧水条件下でＴｉＯ_２およびＴｉＯ_２表面に
一部貴金属と付着させたＴｉＯ_２になるＴｉ水和物、Ｔ
ｉ金属、Ｔｉ金属表面に部分的にＰｔ、ＲｕおよびＰｄ
のうち、少なくとも１つの貴金属を付着させたＴｉ金属
を用いても良い。このような物質を選定することで、水
素注入の停止や水素注入量の低減を図ることができる。

【００２９】これらの光半導体物質を腐食抑制対象とす
る材料部位に安定に付与させる方法としては、定格運転
中、起動時、停止操作時、燃料は装荷されているがプラ
ントの熱出力をともなわない停止時または燃料をとりだ
した場合などに冷却水中に導入し冷却水を循環させるこ
とで、光半導体物質を付与することができる。また、定
期検査時などに燃料を取り出し除染を実施した後、ロボ
ットなどにより光半導体またはこれらの物質を材料表面
に吹きかけ付着させることができる。これらの物質を含
む液体の噴霧乾燥、溶射、物理蒸着法（ＰＶＤ：ｐｈｙ
ｓｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）およ
び化学蒸着法（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒ
ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のいずれかを用いることによ
り所定の厚みを持つ光半導体を材料表面に生成できる。
なお、ＴｉＯ_２酸化物およびＴｉ金属の表面を親水化な
いしＴｉＯ_２にバインダ物質を混合させることで、材料
の酸化膜への初期的な付着親和性を高めると良い。

【００３０】ＢＷＲプラントの炉底部には、腐食上重要
なＮｉ基合金の溶接金属が使用されている。炉底部より
最大５．３ｍの水深があるが、光触媒となるチェレンコ
フ光の大部分の紫外線は、１０％程度到達する。従っ
て、炉心部を臨める材料では光触媒である光半導体の励
起に必要な光子は充分供給される。

【００３１】また、炉水中には水分子の（ｎ、ｐ）反応
で生成するＮ−１６が存在するため、Ｎ−１６崩壊時に
放出される高エネルギーのγ線からチェレンコフ光が放
射され、このチェレンコフ光が光源となり、炉心部が臨
めない部分でも光触媒励起に必要な光子は供給される。

【００３２】ｎ型半導体であるＴｉＯ_２光触媒の水中で
の電気化学的性質は、ＺｒＯ_２同様光触媒効果によりア
ノード反応を増加させて、その浸漬電位は低下すること
が知られている（参考文献ＪＡＥＲＩ−ｍｅｍｏ８８
５８）。一方、Ｎｉ基合金の溶接金属表面上に形成され
る腐食酸化膜であるＣｒ_２Ｏ_３およびＮｉＯは、ｐ型半
導体ではその浸漬電位は上昇することが知られている。
ＩＧＳＣＣ腐食抑制を行う場合には材料の電位を下げる
必要があるが、Ｎｉ基合金の溶接金属表面の腐食酸化膜
にｎ型半導体であるＴｉＯ_２光触媒を付与することで、
ｐ型半導体である腐食酸化膜のチェレンコフ光から被覆
し電位の上昇を抑制するとともに、ｎ型半導体であるＴ
ｉＯ_２光触媒自身の浸漬電位の低下効果によりＮｉ基合
金の電位を低減できる。また、一般にステンレス鋼のよ
うに外層にｎ型半導体であるＦｅ _２Ｏ_３が形成される鉄
基合金の場合であっても、光触媒効果はＴｉＯ_２光触媒
の方が大きいことより浸漬電位は低下に有効である。

【００３３】また、ステンレス鋼のように内層であるｐ
型半導体の外層にｎ型半導体の酸化物を形成する鉄基合
金の場合でも、水中の水素濃度を高めることで外層のｎ
型半導体の酸化物を不安定化し、ｐ型半導体酸化物を接
触界面に露出させることができる。また、除染により外
層のｎ型半導体の酸化物を取り除くことができる。この
ように、ｐ型半導体の酸化物と強力な光触媒であるｎ型
半導体のＴｉＯ_２を接触させることにより材料の浸漬電
位をより下げることが可能となる。

【００３４】ＴｉＯ_２光触媒による鉄基およびＮｉ基合
金の腐食電位を低減しＩＧＳＣＣを抑制する場合でも炉
水中の水素濃度を高めると効果的である。この理由は、
溶存酸素の方が水素イオンより電子を受け取りやすいた
めで、水中の水素濃度を高めて溶存酸素を低減する必要
がある。なお、この場合においても通常の水素注入の場
合と同様に、蒸気系以降に水素注入量のモル数の約２分
の１に相当する量の酸素を注入して、過剰な水素を反応
させる必要がある。

【００３５】実プラントの水質制御模擬条件において、
Ｎｉ基合金の溶接金属に、１μｍの表面一部にＰｔを付
着させたＴｉＯ_２およびＴｉＯ_２の光触媒を付与した場
合それぞれ０．２ｐｐｍおよび０．４ｐｐｍの給水水素
濃度で、それぞれＩＧＳＣＣを抑制できる−２３０ｍＶ
にできることがわかった。また、この水素濃度の範囲で
は、タービン系への放射能の移行増大は起きない。

【００３６】光触媒を腐食抑制対象とする原子炉構造材
料部位に付与する場合、燃料材料に付着させないこと、
および光触媒の厚みの制御および材料への熱影響を極力
抑制することが重要である。このため、適応時期として
は、燃料は装荷されているがプラントの熱出力をともな
わない停止時や燃料をとりだした場合に冷却水中に導入
し、冷却水を循環させ付与すると良い。また、定期検査
時などに燃料を取り出し除染を実施した後、ロボットな
どを用いて光触媒またはこれらの物質を材料表面に吹き
かけて付着すると良い。さらには、これらの物質を含む
液体の噴霧乾燥、溶射、ＣＶＤ、ミスト乾燥処理、刷毛
塗りのいずれかを用いることにより、所定の厚みを持つ
光半導体を材料に熱影響を与えることがなく材料表面に
生成することができる。また、ＴｉＯ_２光半導体の親水
化およびＳｉＯ_２をバインダとして添加すると材料表面
への初期付着性を増すことができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の原子力発電プラン
トおよびその運転方法について、沸騰水系原子力発電プ
ラント（以下、ＢＷＲプラントとする。）を例として、
図１および図６を用いて説明する。なお、以下に示す実
施形態においては、光半導体としてＴｉＯ_２を、助剤と
してＰｔを使用した。

【００３８】第１実施形態（図１）本実施形態は、ＢＷＲプラントにおける原子力設備の原
子炉圧力容器内の水抜き時に、炉内構造物全面にＴｉＯ
_２およびＰｔを付着させたものである。

【００３９】図１は、ＢＷＲプラントの構成を概略的に
示す図である。

【００４０】図１に示すように、ＢＷＲプラント１は原
子炉設備２および発電設備３を備える。なお、以下の実
施形態においては、発電設備３の説明は省略する。

【００４１】原子炉設備２は、原子炉圧力容器４と、こ
の原子炉圧力容器４の周囲に設けられた図示しない原子
炉補助系と、非常用炉心冷却系とを有する。

【００４２】原子炉圧力容器４内には、核燃料が配列さ
れた炉心を囲む円筒状の炉心シュラウド５を備え、この
炉心シュラウド５上部に、図示しないシュラウドヘッド
に取り付けられた多数の気水分離器６を備える。炉心シ
ュラウド５と原子力圧力容器４内壁との間の環状部分
（ダウンカマ部）にはジェットポンプ７が複数基設置さ
れ、２基１組として対称的に配置される。

【００４３】また、原子炉圧力容器４内の上部位置に
は、非常用炉心冷却系の配管８が挿入され、この非常用
冷却配管８には、冷却水を導入するノズルと同時にＴｉ
Ｏ_２およびＰｔの化合物からなるミストａを散布する化
合物ミスト散布ノズル９と、原子炉圧力容器４内に暖気
ｂを供給する暖気供給ノズル１０とを有する。

【００４４】発電設備３は、原子炉設備２と主蒸気系の
主蒸気配管１１を介して接続された低圧タービンおよび
高圧タービン（高低圧タービン）１２と、この高低圧タ
ービン１２に接続された発電機１３と、高低圧タービン
１２の後流側に設けられた復水器１４と、この復水器１
４に接続された復水ポンプ１５とを備える。発電設備３
には、原子炉設備２の炉心で生成した蒸気ｃが主蒸気系
の主蒸気配管１６を介して導入され、この蒸気ｃは高低
圧タービン１２にて仕事をした後復水器１４に導かれ、
冷却凝縮され水に戻る。そして、この復水ｄは復水ポン
プ１５、また腹水ポンプ１５の後段に設けられた図示し
ない給水加熱器および給水ポンプによって昇温加圧さ
れ、給水配管１７を介して原子炉圧力容器４に戻され原
子炉設備２で再使用される。

【００４５】原子力発電プラント１の運転方法は、ま
ず、原子力炉圧力容器４内の水を抜いた後、炉水の完全
なドレンまたは脱気運転等により、原子炉内構造部内表
面に付着している水分を可能な限り除去した。次に、原
子炉圧力容器４内上部に設置された非常用炉心冷却配管
８の化合物ミスト散布ノズル９からＴｉＯ_２およびＰｔ
からなる化合物のミストａを散布した。ミストａ散布
後、非常用炉心冷却配管８の暖気供給ノズル１０から暖
気ｂを原子炉圧力容器４内に導入して乾燥処理を行い、
原子炉圧力容器４の内面、炉心シュラウド５、ジェット
ポンプ７、気水分離器６等の炉内構造物表面にＴｉＯ_２
およびＰｔを気中処理で付着させた。

【００４６】本実施形態によれば、化合物のミストａを
散布するミスト散布ノズル９と暖気供給ノズル１０との
両者を非常用炉心冷却系配管８に設けることで、効率的
に炉内構造物表面に酸化物を付着することができる。な
お、本実施形態において、暖気の供給は非常用炉心冷却
系配管８から行ったが、本発明はこのような形態に限定
されるものではなく、図１に示す主蒸気配管１１に設置
されたノズルから暖気ｂを供給しても良い。

【００４７】また、化合物ミストａ供給前に原子炉内構
造部内表面に付着している水分を可能な限り除去するこ
とで、暖気供給時の原子炉内の湿度を抑制でき、効率的
にＴｉＯ_２およびＰｔを炉内構造物内表面に付着でき
る。一方、化合物ミストａ供給後に、速やかに暖気ｂを
供給することで、炉内構造物表面での付着反応が加速さ
れ、その後のプラント水張りおよび昇温工程において、
炉内構造物表面にＴｉＯ _２およびＰｔを一層密着させて
付着できる。

【００４８】第２実施形態（図２）本実施形態においては、原子力発電プラントの熱出力を
伴わない原子炉停止時に、原子炉内の化学除染および洗
浄を行い、この炉内化学除染後の洗浄工程時に、ＴｉＯ
_２およびＰｔを炉内構造物全面に付着させた。

【００４９】図２は、原子力発電プラント１における原
子炉圧力容器４の構造を概略的に示す図である。なお、
第１実施形態における図１と同一箇所については同一の
符号を用い、その説明については省略する。

【００５０】図２に示すように、原子炉圧力容器４に
は、原子炉補助系としての原子炉再循環系１８と、この
原子炉再循環系１８に分岐して接続された残留熱除去系
１９とを備える。

【００５１】原子炉再循環系１８は、原子炉圧力容器４
内に設置されたジェットポンプ７と、図示しない格納容
器内に配置された外部ループとにより構成され、外部ル
ープは、原子炉圧力容器４に接続されて炉水ｅを循環さ
せる再循環配管２０と、この再循環配管２０に設けられ
た再循環ポンプ２１とを備える。

【００５２】再循環配管２０から分岐して接続された残
留熱除去系１９は、原子炉圧力容器４内の上部位置に接
続された残留熱除去系配管２２を備え、残留熱除去系配
管２２の先端部、すなわち、圧力容器４内への導入部に
炉内スプレーノズル２３を有する。また、残留熱除去系
配管２２には、図示しない残留熱除去ポンプおよび残留
熱除去熱交換器を備え、また、ＴｉＯ_２およびＰｔの化
合物を添加する化合物添加装置２４と、この化合物添加
装置２４に接続された供給ポンプ２５とを備える。さら
に、この配管２２には、原子炉内の化学除洗時に除洗液
を供給する除洗液供給槽２６と、この系統１９内の循環
液を昇温するためのヒータ２７とが接続される。

【００５３】このような構成を有する原子力発電プラン
ト１の運転方法は、まず、除染液供給槽２６から残留熱
除去系配管２２に除洗液ｆを添加し、原子炉圧力容器４
内を除染液ｆで満たした。添加された除染液ｆは再循環
系配管２０および残留熱除去系配管２２を介して循環さ
れ、除洗液ｆはヒータ２７により昇温されている。

【００５４】化学除染工程終了後、原子炉圧力容器４内
から除洗液ｆをドレンした後、純水により炉内を洗浄し
た。この炉内洗浄工程にて、化合物添加装置２４に接続
された供給ポンプ２５の駆動により、ＴｉＯ_２およびＰ
ｔの化合物が残留熱除去系統２９内に導入され、この化
合物が、原子炉圧力容器４内上部の炉内スプレーノズル
２３から炉内に導入される。

【００５５】本実施形態によれば、燃料は装荷されてい
るがプラントの熱出力を伴わない原子炉停止時や燃料を
とりだした場合に、炉水ｅ中に化合物を導入し、炉水ｅ
を循環させて炉内構造物の応力腐食を低減できる。

【００５６】また、本実施形態では、ヒータ２７により
循環水を昇温しているため、化合物と炉内構造物との付
着反応を活性化し、効率良く付着工程を行える。なお、
ヒータ２７の設置以外に、再循環ポンプ２１を起動して
ジュール熱により昇温を行い、付着反応を活性化しても
良い。

【００５７】第３実施形態（図３）本実施形態においては、原子力発電プラントの水張りさ
れている原子炉で水中ロボットを用い、レーザー溶射に
よりＴｉＯ_２およびＰｔを目標とする炉内構造物表面に
付着させた。

【００５８】図３は、原子力発電プラントの原子炉圧力
容器内の構造を示す図である。なお、図１と同一箇所に
は同一の符号を用いて、その説明は省略する。

【００５９】図３に示すように、原子炉圧力容器４内に
は、水中ロボット２８が設けられ、この水中ロボット２
８は、ロボット駆動用ケーブル２９を介して、原子炉圧
力容器４内上部に設置された水中ロボット制御装置３０
に接続され、水中ロボット制御装置３０の遠隔操作によ
り、水中ロボット２８は自由に移動できる。水中ロボッ
ト２８の先端部には、ＴｉＯ_２およびＰｔの化合物ｇを
噴射する化合物供給ノズル３１と、レーザー光ｇを照射
するレーザー光照射ノズル３２が設けられる。化合物供
給ノズル３１は、原子炉圧力容器４の上部に配置された
化合物供給槽３３に化合物供給ライン３４を介して接続
され、レーザー光照射ノズル３２は、水中ロボット制御
装置３０にレーザー光電送ケーブル３５を介して接続さ
れる。

【００６０】なお、本実施形態では、化合物であるＴｉ
Ｏ_２の原料液として、チタニウムアルコキシドを用い
た。チタニウムアルコキシドは、加水分解により水酸化
物を経て加熱されＴｉＯ_２に変性する化合物である。ま
た、光触媒作用を有する結晶性のＴｉＯ_２は原子炉起動
後の炉水温度条件で成長することが期待される。

【００６１】このような構成の原子炉発電プラントで
は、まず、化合物供給ノズル３１を炉内構造物材料表面
に近づけて化合物を噴射する。化合物を噴射しながら、
レーザー光照射ノズル３２からレーザー光ｇを照射し、
光半導体および助剤を原子炉内構造材料表面に付着させ
た。

【００６２】本実施形態によれば、原子炉圧力容器４内
に水張りされている場合においても、原子炉内構造材料
表面に光半導体および助剤を添加できることから、定期
検査時などに燃料を取り出して除洗を実施した後、光触
媒膜および助剤を炉内構造物に付着でき、炉内構造材料
の応力腐食を低減できる。

【００６３】第４実施形態（図４、図５、図６）本実施形態においては、ＴｉＯ_２およびＰｔの化合物を
添加する化合物添加装置とともに、炉内構造物または一
次配管機器などの腐食状況を観測する腐食環境モニタリ
ング装置を設け、腐食環境に応じて化合物の添加を行う
原子力発電プラントおよびその連続運転方法について説
明する。

【００６４】図４は、腐食環境モニタリング装置および
化合物添加装置を設けた原子力発電プラントの構成を示
す。なお、図２と同一箇所には同一の符号を用いて、そ
の説明は省略する。

【００６５】図４に示すように、原子炉圧力容器４に
は、原子炉水ｅを強制循環させる原子炉再循環系１８を
備え、この原子炉再循環系１８に分岐して原子炉水浄化
系３６が接続される。原子炉水浄化系３６では、炉心で
発生した核分裂生成物および原子炉内の腐食生成物が除
去される。

【００６６】原子炉水浄化系３６には、再循環系配管２
０のバイパスにより原子炉水浄化系配管３７が接続さ
れ、この原子炉水浄化系３６は、図示しない濾過脱塩装
置および再生熱交換器を備える。原子炉圧力容器４の底
部には、原子炉水ｅを排出するボトムドレンライン３８
を有し、ボトムドレンライン３８は原子炉水浄化系配管
３７に接続される。原子炉水浄化系配管３７の後流側に
は、ＴｉＯ_２およびＰｔの化合物を添加する化合物添加
装置３９と、供給ポンプ４０とが接続される。

【００６７】また、原子炉再循環系配管２０の除染座４
１、原子炉水浄化系３６のサンプリングライン４２、ボ
トムドレンライン３８、炉内出力モニタハウジング４３
内には、それぞれセンサ４４が設置され、各センサ４４
は信号ケーブル４５を介して、腐食環境モニタリング制
御装置４６に接続される。この腐食環境モニタリング制
御装置４６には、さらに信号ケーブルを介して制御装置
４７が接続され、制御装置４７に接続された信号ケーブ
ル４８は化合物を供給する供給ポンプ４０に接続されて
いる。

【００６８】なお、腐食環境をモニタリングする方法と
しては、腐食電位測定、亀裂進展速度測定、導電率測
定、放射能付着量測定、照度測定または金属濃度測定等
を用いることができる。原子炉設備２に設置された各セ
ンサ４４からの信号は、信号ケーブル４５を介して腐食
環境モニタリング制御装置４６に送られ、収集、解析さ
れた後、信号ケーブルを介して制御装置４７に信号が送
られる。この信号に基づき供給ポンプ４０が制御され化
合物の添加量が調整される。

【００６９】例えば、モニタリング方法として、腐食電
位の測定を行い、腐食環境モニタリング制御装置４６で
腐食電位を観測しながら、化合物の添加量を制御する方
法を説明する。

【００７０】図５は、腐食環境モニタリング制御装置で
観測される腐食電位と、化合物添加装置による化合物添
加量と、原子炉圧力容器内の炉水濃度との関係を示す図
である。

【００７１】図５に示すように、化合物添加量４９を初
期の添加量で維持している期間に炉水中金属濃度５０が
低下する、あるいは測定している腐食電位５１が上昇傾
向を見せた場合には、腐食電位５１が事前に設定した腐
食電位設定値５２レベルを超えた時点において、化合物
添加量４９を増やし炉水中金属濃度を上昇させて腐食電
位５１を低下させる。そして、化合物添加により腐食電
位５１が腐食電位設定値５２のレベルを下回った時点
で、化合物添加量４９を低下させる。このように腐食電
位５１の測定を行い、腐食環境モニタリング制御装置４
６で腐食電位５１を観測しながら、化合物添加量５０を
制御することで、腐食環境緩和効果を維持できる。

【００７２】また、原子力発電プラント起動時にＴｉＯ
_２およびＰｔを炉内構造物全面に付着させる際には、炉
水温度の変化に応じて、光半導体および助剤の付着状況
が異なる。これを図６により説明する。

【００７３】プラント起動時には、炉水温度は４０℃付
近から定格出力運転時温度の２８８℃まで昇温される。
その過程で８０℃、１８０℃または２４０℃付近で一定
温度を維持することにより、温度一定条件での化合物添
加が可能となる。８０℃の状態では炉水は高溶存酸素濃
度にあるため、ＴｉＯ_２およびＰｔが付着しやすい皮膜
成長を得ることができる。また、ＴｉＯ_２の原材料とな
るチタンアルコキシドの多くは２００℃近傍までは安定
な液体状で存在し、炉水温度に昇温する過程でＴｉＯ_２
に加水分解されるため、１８０℃、２４０℃といった一
定温度維持期間にチタンアルコキシドとＰｔ錯体を添加
する運転方法が効果的である。

【００７４】また、起動時の化合物添加を行う注入点と
しては、原子炉水浄化系出口、原子炉水浄化系サンプリ
ングライン等が好適である。

【００７５】本実施形態によれば、原子炉構造材料の腐
食環境を観測しながら化合物の添加を行うことにより、
原子炉水抜き時、原子炉水張り時などの時期に応じて腐
食環境に見合った化合物添加をプラント運転中に連続し
て行える。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の原子力発
電プラントおよびその運転方法によれば、原子炉水中へ
の貴金属の注入の低減により燃料材料表面への貴金属の
付着を低減し、プラントの運転効率を向上させるととも
に、水素注入を実施することなく、または少量の水素注
入量であっても原子炉構造材の腐食電位の低下が可能
で、応力腐食を防止し原子炉構造材の長寿命化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を説明する図で、ＴｉＯ
_２およびＰｔからなる化合物のミスト散布後の乾燥処理
を行う原子力発電プラントの概要を示す図。

【図２】本発明の第２実施形態を説明する図で、原子炉
内化学除染後の付着を行う原子力発電プラントの発電設
備を概略的に示す図。

【図３】本発明の第３実施形態を説明する図で、原子炉
圧力容器内に水中ロボットを備えた原子炉圧力容器内の
構造を示す図。

【図４】本発明の第４実施形態を説明する図で、腐食環
境モニタリング制御装置と化合物添加装置を設置した原
子力発電プラントの発電設備を概略的に示す図。

【図５】本発明の第４実施形態を説明する図で、腐食環
境モニタリング装置と化合物添加装置を用いた連続運転
方法の原理を説明する図。

【図６】本発明の第４実施形態を説明する図で、原子炉
起動時に化合物を添加する運転方法の原理を説明する
図。

【符号の説明】

１沸騰水系原子力発電プラント２原子炉設備３発電設備４原子炉圧力容器５炉心シュラウド６気水分離器７ジェットポンプ８非常用炉心冷却系配管９化合物ミスト散布ノズル１０暖気供給ノズル１１主蒸気配管１２高圧・低圧タービン１３発電機１４復水器１５復水ポンプ１６主蒸気配管１７給水配管１８原子炉再循環系１９残留熱除去系２０再循環配管２１再循環ポンプ２２残留熱除去系配管２３炉内スプレーノズル２４化合物添加装置２５供給ポンプ２６除洗液供給配管２７ヒータ２８水中ロボット２９ロボット駆動用ケーブル３０水中ロボット制御装置３１化合物供給ノズル３２レーザー光照射ノズル３３化合物供給槽３４化合物供給ライン３５レーザー光電送ケーブル３６原子炉水浄化系３７原子炉水浄化系配管３８ボトムドレンライン３９化合物添加装置４０供給ポンプ４１除洗座４２サンプリングライン４３炉内出力モニタリングハウジング４４センサ４５信号ケーブル４６腐食環境モニタリング制御装置４７制御装置４８信号ケーブル４９化合物添加装置５０炉水濃度５１腐食電位５２腐食電位設定値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山崎健治神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者大里哲夫神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号株式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者市川長佳神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号株式会社東芝浜川崎工場内Ｆターム(参考） 2G075 AA03 BA03 CA40 DA02 DA08 FA11 GA37

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉設備と発電設備とを備える原子力
発電プラントにおいて、前記原子炉設備の原子炉内表
面、炉内構造物表面、一次系配管内表面および一次系機
器の内表面に光半導体および助剤が付着されたことを特
徴とする原子力発電プラント。
【請求項２】請求項１記載の原子力発電プラントにお
いて、光半導体は、ＴｉＯ_２、ＰｂＯ、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｚ
ｎＯ、ＺｒＯ_２、ＷＯ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＳｒＴｉＯ_３、
ＢａＴｉＯ_３、ＦｅＴｉＯ_３、ＭｎＴｉＯ_３、ＫＴａＯ
_３、ＳｎＯ_２からなる化合物群の１つまたは複数である
ことを特徴とする原子力発電プラント。
【請求項３】請求項１記載の原子力発電プラントにお
いて、助剤は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓか
らなる元素群を含む化合物の１つまたは複数であること
を特徴とする原子力発電プラント。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の原
子力発電プラントにおいて、光半導体または高温高圧条
件下で光半導体に変性する化合物のいずれか、および助
剤の添加を行う化合物添加装置が、一次系配管に接続さ
れたことを特徴とする原子力発電プラント。
【請求項５】請求項４記載の原子力発電プラントにお
いて、化合物添加装置が接続される一次系配管は、原子
炉冷却材浄化系配管及びその枝管、再循環系配管及びそ
の枝管、残留熱除去系配管及びその枝管、原子炉冷却材
浄化系出口水サンプリングライン、給水系配管及びその
枝管、復水系配管及びその枝管、給水サンプリングライ
ン、復水浄化系出口水サンプリングライン、制御棒駆動
水系配管、非常用炉心冷却系配管のいずれかまたは複数
であることを特徴とする原子力発電プラント。
【請求項６】請求項１ないし３のいずれかに記載の原
子力発電プラントにおいて、原子炉圧力容器内を自由に
移動可能であり、光半導体または高温高圧条件下で光半
導体に変性する化合物のいずれか、および助剤の添加を
行うロボットと、このロボットに接続された駆動用ケー
ブルを介して前記ロボットを遠隔操作するロボット制御
装置とを原子炉圧力容器内に設けたことを特徴とする原
子力発電プラント。
【請求項７】請求項４、５または６のいずれかに記載
の原子力発電プラントにおいて、一次系構造材料の腐食
環境を観測する腐食環境モニタリング装置と、この腐食
環境モニタリング装置により得られた情報に基づき、光
半導体または高温高圧条件下で光半導体に変性する化合
物のいずれか、および助剤の添加量を制御する制御装置
とを設けたことを特徴とする原子力発電プラント。
【請求項８】請求項７記載の原子力発電プラントにお
いて、一次系構造材料の腐食環境モニタリング装置は、
腐食電位センサ、亀裂進展センサ、導電率計、光セン
サ、放射能付着量測定試験片のいずれか、または複数か
らなることを特徴とする原子力発電プラント。
【請求項９】原子力発電プラントの運転方法におい
て、原子炉水抜き時、原子炉水張り時、または原子炉水
抜き時および原子炉水張り時の両時期に、原子炉設備の
原子炉内表面、炉内構造物表面、一次系配管内表面およ
び一次系機器の内表面に光半導体および助剤を付着させ
ることを特徴とする原子力発電プラントの運転方法。
【請求項１０】請求項９記載の原子力発電プラントの
運転方法において、光半導体または高温高圧条件下で光
半導体に変性する化合物のいずれか、および助剤を、一
次系配管から添加して、光半導体および助剤を付着させ
ることを特徴とする原子力発電プラントの運転方法。
【請求項１１】請求項９記載の原子力発電プラントの
運転方法において、原子炉水抜き時に、ミスト乾燥処
理、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ溶射、レーザー溶
射、高温焼き付け、スプレー塗布、刷毛塗りのいずれ
か、または複数を用いて光半導体および助剤を付着させ
ることを特徴とする原子力発電プラントの運転方法。
【請求項１２】請求項９記載の原子力発電プラントの
運転方法において、原子炉水張り時に、プラズマ溶射、
レーザー溶射、非常用炉心冷却系配管からの化合物添
加、炉内化学除染後洗浄時の化合物添加のいずれか、ま
たは複数を用いて光半導体および助剤を付着させること
を特徴とする原子力発電プラントの運転方法。
【請求項１３】請求項９記載の原子力発電プラントの
運転方法において、原子炉水張り時に、遠隔操作可能な
ロボットの使用により光半導体および助剤を付着させる
ことを特徴とする原子力発電プラントの運転方法。
【請求項１４】請求１１ないし１３のいずれかに記載
の原子力発電プラントの運転方法において、原子炉冷温
停止時の化合物添加、原子炉起動時の化合物添加、原子
炉高温待機時の化合物添加、原子炉出力運転時の化合物
添加、炉内取り替え部品表面に付着させた化合物の原子
炉水への放出、原子炉水浄化系ろ過脱塩装置内に付着さ
せた化合物の原子炉水への放出のいずれかあるいは複数
を用いて、光半導体および助剤を付着させることを特徴
とする原子力発電プラントの運転方法。