JP2007130548A - Desalinating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原水を脱塩するための脱塩装置に関する。 The present invention relates to a desalting apparatus for desalting raw water.
一般に、従来の原子力発電プラントでは、原子炉の信頼性の高い運転を行うために、一次冷却水の水中に含まれる不純物を除去し、純度の高い給水に処理して原子炉内構造物の健全性を保つようにしている。
このため、原子力発電プラントにおいては、復水および給水の浄化作用が行われている。
このような復水および給水を浄化する手段として従来より脱塩装置が用いられている。
In general, in a conventional nuclear power plant, in order to operate the reactor with high reliability, impurities contained in the primary cooling water are removed and treated with high-purity water to ensure the soundness of the reactor internals. I try to keep sex.
For this reason, in the nuclear power plant, the condensate and feed water purifying actions are performed.
Conventionally, a desalinator has been used as means for purifying such condensate and feed water.
この脱塩装置は、有機材料にイオン交換基を付加した正および負のイオン交換膜を原水と接するように配置し、原水中に含まれる正あるいは負のイオンがその帯電荷のイオン交換基を持つイオン交換膜を透過させるような極性方向の電場を原水に与えることにより、原水がイオン交換膜を透過する間に原水から正あるいは負のイオンを分離するものである。 In this desalination apparatus, positive and negative ion exchange membranes in which an ion exchange group is added to an organic material are placed in contact with the raw water, and positive or negative ions contained in the raw water are charged with ion exchange groups of the charged charge. A positive or negative ion is separated from the raw water while the raw water passes through the ion exchange membrane by applying an electric field in the polarity direction that allows the ion exchange membrane to pass through the raw water.
これによって、原水はイオンが除かれた浄化水となり、その一方、原水から除かれたイオンはイオン交換膜を介して移動し、濃縮されることになる。 As a result, the raw water becomes purified water from which ions have been removed, while the ions removed from the raw water move through the ion exchange membrane and are concentrated.
このような脱塩装置を大型化するためには、原水と正および負のイオン交換膜とが接する面積を大きくすることや、一対の電極およびイオン交換膜とで構成されるユニットを最小としてこれを積層化すること、印加する電圧あるいは電流を増大すること、反応系を乱流とする構造として原水とイオン交換膜との接触を増長すること、原水が通過するイオン交換膜間のイオンの移動距離を小さくすることなどが考えられる。
前記の大型化のための改良によって、最大で1m2程度の原水とイオン交換膜の接触面積、数100個程度の積層化されたユニット、30A/dm2程度の電流密度、網目状スペーサあるいは蛇行状の流路である構造、最小で0.2mm程度のイオン交換膜間の距離といった実機大モデルの脱塩装置が考えられている。 Due to the above-mentioned improvement for the enlargement, the maximum contact area of raw water and ion exchange membrane of about 1 m 2 , several hundreds of stacked units, current density of about 30 A / dm 2 , mesh spacer or meandering An actual large-scale model desalination apparatus, such as a structure having a channel-like flow path and a distance between ion exchange membranes of about 0.2 mm at the minimum, is considered.
このような脱塩装置は、通常、四角形の平板を積層したタイプであって、これは内側を空洞としたパッキンを兼ねた絶縁性の樹脂材料を用い、その空洞をそのまま反応面とする反応室枠とそれを挟む形で配置される電極およびイオン交換膜によって構成されるもので、この反応室枠には反応面への流水が可能となる溝があり、原水が流通するイオン交換膜間の反応室枠とイオンが濃縮される電極とイオン交換膜の間の反応室枠にそれぞれ通水される構造となっている。
これを最小ユニットとして複数個のユニットを積層し、全体をプレスすることによって電気式脱塩装置が構成される。
Such a desalinator is usually a type in which rectangular flat plates are laminated, and this is a reaction chamber that uses an insulating resin material that also serves as a packing with a hollow inside, and the hollow as a reaction surface. The reaction chamber frame has a groove that allows water to flow to the reaction surface between the ion exchange membrane through which the raw water circulates. Water is passed through the reaction chamber frame and the reaction chamber frame between the ion concentrating electrode and the ion exchange membrane.
An electric desalination apparatus is configured by stacking a plurality of units with this as a minimum unit and pressing the entire unit.
ここで問題となるのは、最大で原水とイオン交換膜の接触面積だけで1m2程度で、それ以外の付属的な部位を合わせると1.5m2程度となる大きさのものを、最小で0.2mm程度の微小なイオン交換膜間の距離で配置し、これを数100個程度にまで積層化するという点検交換作業である。 The problem here is that the maximum contact area between the raw water and the ion exchange membrane is about 1 m 2 , and the other ancillary parts are about 1.5 m 2. This is an inspection / replacement operation in which the ion exchange membranes are arranged at a distance of about 0.2 mm and stacked up to about several hundreds.
例えば、数100個程度に積層化された脱塩装置の各最小のユニットは、陽極、陰イオン濃縮反応室枠、陰イオン交換膜、原水反応室枠、陽イオン交換膜、陽イオン濃縮反応室枠、陰極の順となる配置で構成されるが、これが1ユニットでも間違った配置となると装置全体としての効率を大きく低減してしまう要因となる。 For example, each of the smallest units of the desalination apparatus stacked in the order of several hundred pieces includes an anode, an anion concentration reaction chamber frame, an anion exchange membrane, a raw water reaction chamber frame, a cation exchange membrane, and a cation concentration reaction chamber. Although the arrangement is in the order of the frame and the cathode, if one unit is wrongly arranged, the efficiency of the entire apparatus is greatly reduced.
あるいは、ユニット全体は強力な圧縮プレスにより1装置を構成するわけであるが、1.5m2程度のユニットを数100個程度も積層するのであれば破損、変形等の故障が起こる可能性は当然高くなる。 Alternatively, the entire unit constitutes one apparatus by a powerful compression press, but if several hundred units of about 1.5 m 2 are stacked, it is natural that failure such as breakage and deformation may occur. Get higher.
本発明は以上の問題点に鑑みて、高温高圧条件の基においても確実に脱塩処理を行うことのできる脱塩装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a desalting apparatus that can reliably perform desalting even under high temperature and high pressure conditions.
以上の課題を解決するために請求項1記載の脱塩装置は、原水の入口水管、出口水管および電極水管を備えた有底の金属製の管体と、前記管体の開口を液密に閉塞し、管体の内部に密閉された空間を形成するフランジと、前記管体の密閉空間において、管体の内周面を被うように配置され、原水の入口水孔、出口水孔および電極水孔を備え、内周面に任意の間隔で複数個の溝が形成された中空の絶縁材と、前記絶縁材の溝に填め込まれた陰極と陽極とから成る少なくとも一対の電極と、前記陰極と陽極との間において、絶縁材の溝に填め込まれた陰極と陽極に対向するセパレータとからなることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a desalination apparatus according to claim 1 includes a bottomed metal tube including an inlet water pipe, an outlet water pipe, and an electrode water pipe of raw water, and a liquid-tight opening of the pipe body. A flange that closes and forms a sealed space inside the tubular body, and is disposed so as to cover the inner peripheral surface of the tubular body in the sealed space of the tubular body; A hollow insulating material provided with electrode water holes and having a plurality of grooves formed at arbitrary intervals on the inner peripheral surface, and at least a pair of electrodes comprising a cathode and an anode embedded in the grooves of the insulating material; It is characterized by comprising a cathode and a separator opposed to the anode, which are embedded in a groove of an insulating material between the cathode and the anode.
以上のように本発明によれば、高温高圧条件の基においても確実に脱塩処理を行うことのできる脱塩装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a desalting apparatus that can reliably perform desalting treatment even under high temperature and high pressure conditions.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施の形態)
図1乃至図3は本発明の第1の実施の形態を示す図で、図1は脱塩装置の最小ユニットを示す断面斜視図、図2は脱塩装置を構成する管体およびフランジを示す分解斜視図、図3は同じく脱塩装置を構成する絶縁体の分解斜視図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIGS. 1 to 3 are views showing a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a cross-sectional perspective view showing a minimum unit of a desalting apparatus, and FIG. 2 shows a tube body and a flange constituting the desalting apparatus. FIG. 3 is an exploded perspective view of an insulator constituting the desalination apparatus.
本実施の形態による脱塩装置は、図1に示すように、有底の金属製の管体1と、この管体1の開口を液密に閉塞し、管体1の内部に密閉された空間を形成するするフランジ2と、管体1の内周面を被うように配置され、さらにそれ自体の内周面に任意の間隔で複数個の溝3が形成された中空の絶縁材4と、陰極5aおよび陽極5bとから成り、前記絶縁材4の溝3に填め込まれた一対の電極5と、この2枚一対の電極5a、5b間に配置され、前記絶縁材4の溝3に填め込まれ、前記陰極5a、陽極5bに対向する位置に配置された2枚のセパレータ6a、6bとからなるセパレータ6とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the desalinating apparatus according to the present embodiment has a bottomed metal tube body 1 and an opening of the tube body 1 closed in a liquid-tight manner and sealed inside the tube body 1. A hollow
絶縁材4内周面に形成された溝3には前記一方の電極である陰極5a、セパレータ6a、6b、他方の電極である陽極5bの順で填め込まれ、配置されている。
ここで金属製の管体1の底には原水の入口水管7と電極リード線管8aが形成され、他方フランジ2には原水の出口水管9、電極水の出口水管10、電極リード線管8bが形成されている。
In the
Here, the raw water inlet
原水Wは入口水管7から管体1内に流入され、電極5a、5bにより電場が印加されたセパレータ6a、6b間に通水された後、出口水管9から流出する。
セパレータ6a、6b間では電極5による電場の印加によって原水に含まれる正および負のイオンがそれぞれ極性にしたがって電極方向に隔膜を介して移動し、正および負の電極水に含まれて出口水管9から流出する。
The raw water W flows into the pipe body 1 from the
Between the
金属製の管体1とフランジ2とは図2に示すように、フランジ2に形成されたボルト孔11にボルト12を通して、管体1の開口端部に形成されたネジ孔13にねじ込むことによって締結される。
As shown in FIG. 2, the metal pipe body 1 and the
電極リード線管8a、8bには電極5a、5bと電気的に接続された電極リード線14a、14bが挿入され、電極リード線14a、14bの外周には絶縁材が被覆され、端部にリード線用の絶縁性パッキン15a、15bを介在して、ナット16a、16bにより締め付け固定されている。
The
絶縁性パッキン15a、15bは電極リード線管8a、8bにおいて空冷されるが、原水が100℃以上の高温の場合、フッ化物系材料やシリカ系材料、ジルコニア系やアルミナ系の無機材料が適用できる。
The
フランジ2の外縁にはパッキン用の溝17が形成されていて、フッ化物系材料あるいは金属材料のパッキン18を用いることが管体1の開口を水密に封止しているが、原水温度が230℃を超える高温の場合には耐熱温度の観点からフッ化物材料は望ましくない。
A
管体1およびフランジ2の材質としてはステンレス鋼(SUS)、ハステロイ、インコネル、チタン等の金属材料から要求仕様に合わせたものを選択し、内面には絶縁を考慮して絶縁材4と同様な絶縁材料で被覆するようにしてもよい。
The material of the tube 1 and the
絶縁材4は図3に示すように、管体1の内周面に配置され、管体1の軸方向に沿って二つか、それ以上に分割され、溝3内に電極5およびセパレータ6を填め込んだ後、組立てられる構造となっている。
溝の幅は電極あるいはセパレータの厚さに対応する。
As shown in FIG. 3, the
The width of the groove corresponds to the thickness of the electrode or separator.
絶縁材4には原水Wと電極水の流通路も備えてあり、管体1の入口水管7から流入した原水Wは絶縁材1の入口水孔19からセパレータ間の溝でない部分にある孔からセパレータ間を流通し、絶縁材1の入口水孔19の対向する位置にある出口水孔20からフランジ12の出口水管9を経て流出する。
The
他方、電極5とセパレータ間の溝でない部分にある電極水孔21からは原水Wの一部が電極水として流通し、フランジ2の電極水の出口管10から流出する。なお、図3中、孔21は陽極5b側のみに記載されているが、陽極5a側も同様に孔が明いた構成となっている。
On the other hand, a part of the raw water W circulates as electrode water from the
絶縁材4の材質は原水Wが100℃以上の場合、フッ化物材料やシリカ系材料あるいはアルミナ等の無機材料を単独あるいは金属材料等に被覆して用いることが望ましい。
さらに原水が200℃以上となるとフッ化物材料では軟化が著しく、シリカ系材料では耐熱温度以上となるため、実用的にはアルミナ等の無機材料が適する。
As the material of the
Further, when the raw water is 200 ° C. or higher, the fluoride material is significantly softened, and the silica-based material is higher than the heat resistant temperature. Therefore, an inorganic material such as alumina is suitable for practical use.
電極5は絶縁材4の溝に合わせた形状が必要であるが、ここでは板状であって管体1あるいはフランジ2側の面に電極リード線14a、14bが付けられ、厚さは薄い方がコスト的に有利である。
材質はチタンを基材として白金や白金族元素を被覆したものが一般的である。
The electrode 5 needs to have a shape that matches the groove of the
The material is generally a titanium base material coated with platinum or a platinum group element.
セパレータ6も電極同様に絶縁材の溝3に合わせた形状が必要であり、ここでは板状となる。
セパレータ6に必要な機能は拡散の抑制効果であるが、これは一般的なフィルターを用いることができる。
Similarly to the electrode, the separator 6 needs to have a shape that matches the
A function necessary for the separator 6 is a diffusion suppressing effect, and a general filter can be used.
セパレータ6の厚さは拡散の抑制効果によって異なるが、基本的には孔径が小さいほど薄くできると言える。材質は原水Wが100℃以上の場合、フッ化物材料、アルミナ等の無機材料、チタン等の金属材料、繊維状活性炭素が適用できる。さらに原水Wが200℃以上となるとフッ化物材料では軟化が著しく取り扱いが難しくなる。 Although the thickness of the separator 6 varies depending on the diffusion suppressing effect, it can be said that the separator 6 can basically be made thinner as the hole diameter is smaller. When the raw water W is 100 ° C. or higher, a material such as a fluoride material, an inorganic material such as alumina, a metal material such as titanium, or fibrous activated carbon can be applied. Further, when the raw water W is 200 ° C. or higher, the fluoride material is remarkably softened and becomes difficult to handle.
このような電気式の脱塩装置によれば、原水の温度が100℃以上の圧縮水であっても原水から正あるいは負の電荷を持つ不純物を電場によって分離することが可能であり、かつ、メンテナンス作業においても短時間で容易に行うことがとなる。 According to such an electric desalination apparatus, it is possible to separate impurities having positive or negative charges from the raw water by an electric field even if the temperature of the raw water is compressed water of 100 ° C. or higher, and Maintenance work can be easily performed in a short time.
あるいは、実施の形態に示した材料の適用によっては処理温度および圧力の範囲を大きく拡大でき、例えば、温度285℃、圧力80気圧の原子炉水のような高温高圧水であっても電気式の脱塩処理を行うことが可能となる。 Alternatively, depending on the application of the materials shown in the embodiment, the processing temperature and pressure range can be greatly expanded. For example, even high-temperature high-pressure water such as reactor water at a temperature of 285 ° C. and a pressure of 80 atm It is possible to perform desalting.
(第2の実施の形態)
次に本発明の第2の実施の形態について図4及び図5を参照して説明する。なお、以下の第2の実施の形態の説明において、前記第1の実施の形態と同一部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description of the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施の形態は、図4、図5に示すように、絶縁材4の内周面に形成された複数個の溝3に対して一方の端に形成された溝から前記一方の電極5a、セパレータ6a、6b、他方の電極5bの順序で填め込まれ、更にこれに続いて電極5bを共通にして次のユニットのセパレータ6b、6aが埋め込まれ他方の電極5aが埋め込まれ、同様にして複数ユニットの電極とセパレータが填め込まれている。
その他の構成は図1に示す前記第1の実施の形態と同様である。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the one
Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
このように本実施の形態による脱塩装置であると、電極とセパレータのユニットが管体1内に複数個多層に設けられているので、多層となったユニットの数だけ大きな脱塩処理量を得ることができ、特に高温高圧下では設計強度の観点から高コストとなる管体あるいはフランジの数を低減できる。 As described above, in the desalination apparatus according to the present embodiment, since a plurality of electrode and separator units are provided in the tube body 1 in multiple layers, a large amount of desalting treatment can be achieved by the number of multilayer units. In particular, it is possible to reduce the number of pipes or flanges that are expensive from the viewpoint of design strength under high temperature and high pressure.
なお、前記実施の形態の説明においては、発電プラントに設置される脱塩装置について説明したが、本発明は発電プラントに限定されるものではなく、その他一般の各種プラントの脱塩装置において実施し得るものである。 In the above description of the embodiment, the desalination apparatus installed in the power plant has been described. However, the present invention is not limited to the power plant, and is implemented in the desalination apparatus of other general plants. To get.
1…管体、2…フランジ、3…溝、4…絶縁材、5…電極、5a…陰極、5b…陽極、6、6a、6b…セパレータ、7…原水の入口水管、8a、8b…電極リード線管、9…原水の出口水管、10…電極水の出口水管、11…ボルト孔、12…ボルト、13…ネジ孔、14a、14b…電極リード線、15a、15b…絶縁性パッキン、16a、16b…ナット、17…パッキン用の溝、18…パッキン、19…入口水孔、20…出口水孔、21…電極水孔。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Tube, 2 ... Flange, 3 ... Groove, 4 ... Insulation material, 5 ... Electrode, 5a ... Cathode, 5b ... Anode, 6, 6a, 6b ... Separator, 7 ... Raw water inlet water pipe, 8a, 8b ... Electrode Lead wire tube, 9 ... Raw water outlet water tube, 10 ... Electrode water outlet water tube, 11 ... Bolt hole, 12 ... Bolt, 13 ... Screw hole, 14a, 14b ... Electrode lead wire, 15a, 15b ... Insulating packing, 16a , 16b ... nut, 17 ... packing groove, 18 ... packing, 19 ... inlet water hole, 20 ... outlet water hole, 21 ... electrode water hole.
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JP4516000B2 (en) | 2010-08-04 |
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