JP2016224059A - 原子力発電用容器類との反応性のない冷却材とその適用方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 原子力発電構造における冷却系ナトリウム漏曵問題の解決。
【解決手段】冷却系浴として、溶融塩浴を主成分とし、金属成分の添加,電気的処理を付加することにより各種腐食を防止する。
【効果】 冷却材としてナトリウムを使用することによる危険性が除去される。

Description

高速増殖炉型原子力発電用の2次冷却材としては、現在Naが使われているが、蒸気発生器における水との接触事故が懸念されている。溶融塩型もあるが、融点が高く、使用しにくいものとなっている。そのためにこれに代わる冷却材とその適用方法を提案する。
原子力発電用容器、配管系の冷却材として、溶融塩型NaF−NaBF系があるが、使用されてない。
発明が解決しようとする課題
安全な溶融塩系の融点が低く、水との反応性がない安定な冷却材とその適用法を提案する。
課題を解決するための手段
溶融塩型冷却材として成分系を検討した結果、成分系とともに金属系成分および電気的処理の組み合わせが、有効なことを知見し、これにより本発明は構成されている。
主成分としての溶融塩浴としては、弗化物系がよく、LiF−SnF系、NaF−SnF系、またはKF−SnF系とこれらの混合系が良い。
NaF−SnF系には4つの共晶点があり、最も共晶温度の低いものは、18mol%NaF,82mol%SnF(共晶温度191℃)である。これは最もSnF側に位置しており、SnFの低融点215℃の効果でもある。
KF、NaF、LiFの融点は、それぞれ860℃、993℃、848℃であるから、これらの効果はそれほど大きくはない。これらは塩浴の安定剤の効果を発揮しているといえる。ただLiFは最も融点が低いので、共晶温度も低いと考えられる。またNaF−NaBF系には、低温度共晶点の存在が認められているので、NaBF等のアルカリ金属テトラフルオロ硼酸塩の添加も低融点化に有効とみなされる。
よって成分系としては、溶融塩量に対して18mol%NaF、82%mol%SnF系を基本とし、LiBF、NaBF、KBF等のアルカリ金属テトラフルオロ硼酸塩の添加等を選定する。成分的にはLiF、NaF、KFの1種以上を80%以下とし、残部はSnFとアルカリ金属テトラフルオロ硼酸塩とする。当然のことながら、不可避不純物の存在はありうる。
なおSnFは酸化により4価になりやすく、SnFになった場合には塩浴がコロイド化するので、浴を正極、容器を負極とする通電を行うのである。この場合には、Snの電解精錬回路として還元的に作用することになる。なお浴中正極は炭素系の電極を浴中浸漬し、陰極は容器類に溶接等で接合する。
又通電に代えて、浴中のSnFのSnF化防止用として、浴全量の2/3以下、好ましくは50mol%以下のSn、Zn、Al、Mg、その他浴成分に還元性に働く金属の1種以上を含む低融点金属単体又はその合金を添加し、塩浴を複合化してもよい。その場合溶融塩相と金属相との運転温度域での密度差を少なくし、かつSnF生成防止効果が出るように、低融点金属相成分組成を調整する。
さらにこれらSn、Zn、Al、Mgその他の浴成分還元性金属の単体又は合金の皮膜を予め容器内面に形成しておくことも、SnF生成防止の効果がある。
又溶融金属腐食防止の点から、特願2015−119765の先願と同様に浴を正極、容器を負極とする通電を行えば、同様に陰極防食的通電となり、これら金属によるはんだ脆性型腐食を心配しなくてもよく、かつSnF生成防止の効果がある事になる。すなわち溶融塩還元も金属浴による腐食防止も同時に行う事になるのである。
ここで浴の正電位と容器類の負電位差を検出し、その電圧変動により、付加電圧を適正電圧に自動制御すれば、運転中の成分変動を抑止し定常状態に保つことが可能で、浴の成分安定化ができる。
よってこれらSnF成分系の使用、還元性金属の添加、通電防食の適用の3法を複合適用する場合も、本発明の範囲である。
さらには1次冷却系では、運転温度が高く、SnFの分解がおこるとみられるが、SnFの含有量を少なくするとか、金属浴と溶融塩浴の混合型冷却材とすれば、本法の効果はありうると考える。よって1次冷却系でも、金属浴、塩浴混合型冷却液での通電法による成分安定化をはかる場合も本発明に含むものである。
なおここでは4価Snとして、SnFとしたが、フルオロ錯体中に組み込まれておる場合もある。
また溶融塩型冷却剤のみの場合にも、高温ではイオン化解離現象のため電導性が現れてくるが、冷却系での放電腐食の悪影響を取り除くためにも、本通電法の効果が有効であろう。
原子力発電構造におけるNaの使用を代え、Na使用上の問題が解決される。また溶融塩型冷却系の問題を電気的処理により除去できるので、安全な原子力発電システムの実用化に貢献する。

Claims (3)

  1. 原子力発電構造における冷却系機器の腐食防止技術構成として、冷却系の少なくとも一部に、熱媒体溶融塩を用い、その化学成分は、対溶融塩分mol%で、弗化リチウム(LiF)、弗化ナトリウム(NaF)、弗化カリウム(KF)の1種以上を80%以下含有し、残部は弗化錫(SnF)、アルカリ金属テトラフルオロ硼酸塩その他不可避不純物であって、その溶融塩はLiF−SnF系、NaF−SnF系、KF−SnF系とNaBF系等の混合系である融点が低い成分系を用い、浴容器等を負極とし、浴を正極とする浴成分安定化通電を行う事を特徴とする溶融塩浴型冷却系を構成する冷却材およびこれを適用する冷却方法。
  2. 通電に代えて、溶融塩浴中でのSnFの生成防止用に全容量に対し50mol%以下のSn、Zn、Al、Mgその他の浴成分還元性金属の1種以上を添加するか、容器内面に金属皮膜としてこれら金属層を形成しておき、浴成分の安定化をはかることを特徴とする請求項1の冷却材およびこれを適用する冷却方法。
  3. 請求項1及び2を組み合わせて適用し、浴成分の安定化をはかることを特徴とする冷却材およびこれを適用する冷却方法。
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JP2013250056A (ja) * 2012-05-30 2013-12-12 Takashi Kamei 溶融塩原子炉
JP2014119429A (ja) * 2012-12-19 2014-06-30 Toshiba Corp 熔融塩炉

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