JP2905705B2 - 原子炉水の酸素濃度制御装置 - Google Patents
原子炉水の酸素濃度制御装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉の一次冷却水並
びに二次冷却水中の酸素濃度を制御するための制御装置
に関する。
びに二次冷却水中の酸素濃度を制御するための制御装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、軽水型原子炉の沸騰水型原子炉
における、原子炉容器内から、タービン、復水器を通過
して原子炉容器へと循環する一次冷却水（図１参照）、
又は、加圧水型原子炉における、原子炉容器から加圧
器、蒸気発生器を介して原子炉容器に環流する一次冷却
水（図６参照）は、原子炉の運転中に、放射線の作用に
よって、水素と酸素に分解されることが知られている。
この場合、一次冷却水中には、この分解酸素が、溶存酸
素の形態で存在している。
における、原子炉容器内から、タービン、復水器を通過
して原子炉容器へと循環する一次冷却水（図１参照）、
又は、加圧水型原子炉における、原子炉容器から加圧
器、蒸気発生器を介して原子炉容器に環流する一次冷却
水（図６参照）は、原子炉の運転中に、放射線の作用に
よって、水素と酸素に分解されることが知られている。
この場合、一次冷却水中には、この分解酸素が、溶存酸
素の形態で存在している。
【０００３】ところで、この一次冷却水中の溶存酸素
は、一次冷却水に接するタービン、復水器、冷却配管な
どの各種機器の構成部材に応力腐食割れが生じる原因と
なり、好ましくないものである。
は、一次冷却水に接するタービン、復水器、冷却配管な
どの各種機器の構成部材に応力腐食割れが生じる原因と
なり、好ましくないものである。
【０００４】このため、従来より、特開昭52-11397号に
開示されているように、復水器から排ガス処理装置を介
して分離回収した水素を貯蔵するためのタンクを設け
て、このタンクから一次冷却水中に水素ガスを直接注入
するようにした方法が開示されている。
開示されているように、復水器から排ガス処理装置を介
して分離回収した水素を貯蔵するためのタンクを設け
て、このタンクから一次冷却水中に水素ガスを直接注入
するようにした方法が開示されている。
【０００５】しかしながら、この方法では、水素ガスを
高圧で貯蔵するタンクを原子力発電所内に設ける必要が
あるので、地震、火災などの不慮の災害時に危険が伴
い、安全対策上好ましくないという問題があった。
高圧で貯蔵するタンクを原子力発電所内に設ける必要が
あるので、地震、火災などの不慮の災害時に危険が伴
い、安全対策上好ましくないという問題があった。
【０００６】そのため、特開昭58-105097 号において
は、固体電解質よりなる隔膜の両面に陽極および陰極の
両電極をそれぞれ接触させて構成された膜状電極を有す
る水の電解装置により製造された溶存水素富化水を原子
炉給水配管に注入して、一次冷却水の溶存酸素濃度を制
御する方法が開示されている。
は、固体電解質よりなる隔膜の両面に陽極および陰極の
両電極をそれぞれ接触させて構成された膜状電極を有す
る水の電解装置により製造された溶存水素富化水を原子
炉給水配管に注入して、一次冷却水の溶存酸素濃度を制
御する方法が開示されている。
【０００７】また、このような溶存水素富化水を注入す
る方法では、溶存水素富化水を生成するために、水と水
素を高圧、高温条件にするための複雑な装置と制御が必
要であるという問題があるために、特開平2-116795号に
おいては、固体電解質を備えた電解装置から発生された
水素を原子炉水に対して高圧で供給して、一次冷却水の
溶存酸素濃度を制御する方法が開示されている。そし
て、この固体電解質を備えた電解装置として、イオン交
換膜の両面に貴金属が物理的に接触した状態の電極を備
えたものが開示されている。
る方法では、溶存水素富化水を生成するために、水と水
素を高圧、高温条件にするための複雑な装置と制御が必
要であるという問題があるために、特開平2-116795号に
おいては、固体電解質を備えた電解装置から発生された
水素を原子炉水に対して高圧で供給して、一次冷却水の
溶存酸素濃度を制御する方法が開示されている。そし
て、この固体電解質を備えた電解装置として、イオン交
換膜の両面に貴金属が物理的に接触した状態の電極を備
えたものが開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来は、こ
の種の水電解装置では、主としてKOH を電解質とし使用
した水電解装置を用いていたので、発生した酸素ガス、
水素ガスは、KOH などの電解質を不純物として含んでお
り、そのため、原子炉の炉心を通過すると放射化し、循
環冷却水の放射能レベルが高くなり、被爆のおそれがあ
り好ましくなかった。
の種の水電解装置では、主としてKOH を電解質とし使用
した水電解装置を用いていたので、発生した酸素ガス、
水素ガスは、KOH などの電解質を不純物として含んでお
り、そのため、原子炉の炉心を通過すると放射化し、循
環冷却水の放射能レベルが高くなり、被爆のおそれがあ
り好ましくなかった。
【０００９】従って、これを防止するために、水電解装
置で発生した水素ガスからKOH などの電解質不純物を除
去するために、スクラバー等の付帯設備が必要で、且つ
スクラバーからKOH を含んだ排水が生じるために、排水
処理設備も必要となり、複雑な装置構成となり、好まし
くなかった。
置で発生した水素ガスからKOH などの電解質不純物を除
去するために、スクラバー等の付帯設備が必要で、且つ
スクラバーからKOH を含んだ排水が生じるために、排水
処理設備も必要となり、複雑な装置構成となり、好まし
くなかった。
【００１０】また、前述した特開平2-116795号において
は、固体電解質を備えた電解装置が、図5 に示したよう
に、イオン交換膜100 の両面に数mmの厚さの貴金属から
なる電極101 、 102 を物理的に接触した状態であるの
で、イオン交換膜100 と電極101 、 102 の間の微少な間
隙103 、 104 に水が存在することとなるので、全体の電
気抵抗が大きく、電流量が少なくなり、その結果、陰極
側からの水素ガス発生量が少なくなり、ひいては、一次
冷却水の溶存酸素低減効果が低下することとなってい
た。また、この場合、高電流密度や高温で水電解した場
合には、水の存在により、電極上の電流分布が不均一と
なり、その結果、膜の一部に電流が集中して発熱によっ
て膜が破損する原因ともなっていた。
は、固体電解質を備えた電解装置が、図5 に示したよう
に、イオン交換膜100 の両面に数mmの厚さの貴金属から
なる電極101 、 102 を物理的に接触した状態であるの
で、イオン交換膜100 と電極101 、 102 の間の微少な間
隙103 、 104 に水が存在することとなるので、全体の電
気抵抗が大きく、電流量が少なくなり、その結果、陰極
側からの水素ガス発生量が少なくなり、ひいては、一次
冷却水の溶存酸素低減効果が低下することとなってい
た。また、この場合、高電流密度や高温で水電解した場
合には、水の存在により、電極上の電流分布が不均一と
なり、その結果、膜の一部に電流が集中して発熱によっ
て膜が破損する原因ともなっていた。
【００１１】また、特開平2-116795号においては、電解
装置から発生する水素ガスを直接コンプレッサーなどで
昇圧して原子炉冷却水に供給しているために、コンプレ
ッサーのオイルなどの不純物が混入したり、水素ガスに
水分が含まれているために、コンプレッサーのシール部
分の耐久性が短くなり、また、コンプレッサーの構成材
料が腐食するなどの影響を及ぼすことがあって問題があ
った。
装置から発生する水素ガスを直接コンプレッサーなどで
昇圧して原子炉冷却水に供給しているために、コンプレ
ッサーのオイルなどの不純物が混入したり、水素ガスに
水分が含まれているために、コンプレッサーのシール部
分の耐久性が短くなり、また、コンプレッサーの構成材
料が腐食するなどの影響を及ぼすことがあって問題があ
った。
【００１２】ところで、図６に示したような、加圧水型
原子炉においては、一次冷却水循環経路の蒸気発生器を
経由して、タービン、復水器を通過して、蒸気発生器に
環流する二次冷却水循環経路があるが、この二次冷却水
循環経路を構成する機器材料においても腐食が発生する
ことから、従来では、還元性雰囲気を強化するために、
ヒドラジン注入による脱酸素化、アンモニア注入による
pHコントロールが行われているが、この場合、薬液注入
であるので、薬液が漏れるおそれがある他、そのコント
ロールが非常に複雑であった。
原子炉においては、一次冷却水循環経路の蒸気発生器を
経由して、タービン、復水器を通過して、蒸気発生器に
環流する二次冷却水循環経路があるが、この二次冷却水
循環経路を構成する機器材料においても腐食が発生する
ことから、従来では、還元性雰囲気を強化するために、
ヒドラジン注入による脱酸素化、アンモニア注入による
pHコントロールが行われているが、この場合、薬液注入
であるので、薬液が漏れるおそれがある他、そのコント
ロールが非常に複雑であった。
【００１３】本発明は、このような従来技術を考慮し
て、高純度で且つ効率良く発生した水素ガスを、原子炉
一次冷却水に対して供給して、冷却水中の溶存酸素濃度
を低減することによって、冷却水系の配管、各種機器な
どの構成部材の応力腐食割れを低減するための装置を提
供することを目的とする。
て、高純度で且つ効率良く発生した水素ガスを、原子炉
一次冷却水に対して供給して、冷却水中の溶存酸素濃度
を低減することによって、冷却水系の配管、各種機器な
どの構成部材の応力腐食割れを低減するための装置を提
供することを目的とする。
【００１４】また、本発明は、このような従来技術を考
慮して、高純度で且つ効率良く発生した水素ガスを、加
圧水型原子炉の二次冷却水循環経路に還元剤として供給
して、二次冷却水系の配管、各種機器などの構成部材の
腐食を低減するための装置をも提供することを目的とす
る。
慮して、高純度で且つ効率良く発生した水素ガスを、加
圧水型原子炉の二次冷却水循環経路に還元剤として供給
して、二次冷却水系の配管、各種機器などの構成部材の
腐食を低減するための装置をも提供することを目的とす
る。
【００１５】さらに、本発明は、電解装置から発生する
水素ガスに含まれる水分を除去可能で昇圧装置のシール
部分の耐久性が長くなり、また、昇圧装置の構成材料が
腐食するなどの影響を受けることが少なく、かつ昇圧装
置のオイルなどの不純物の混入が極めてすくない原子炉
水の酸素濃度制御装置を提供することを目的とする。
水素ガスに含まれる水分を除去可能で昇圧装置のシール
部分の耐久性が長くなり、また、昇圧装置の構成材料が
腐食するなどの影響を受けることが少なく、かつ昇圧装
置のオイルなどの不純物の混入が極めてすくない原子炉
水の酸素濃度制御装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述したよう
な従来技術における課題及び目的を達成するために発明
なされたものであって、下記の構成をその要旨とするも
のである。
な従来技術における課題及び目的を達成するために発明
なされたものであって、下記の構成をその要旨とするも
のである。
【００１７】すなわち、本発明は、イオン交換膜の両面
に白金族金属又はその合金２種類以上を化学的にかつ多
層構造にメッキした電極を有する固体高分子電解質膜を
隔膜として用いて、陽極室と陰極室とから構成され、純
水を電気分解することによってその陰極側から水素を発
生するように構成した固体高分子電解質膜からなる水電
解セルを、原子炉の原子炉容器内の炉心を通過して循環
する一次冷却水循環経路に接続して、水電解セルの陰極
側から発生する水素を原子炉の一次冷却水循環経路に導
入するように構成し、前記一次冷却水循環経路を流れる
一次冷却原子炉水中の溶存酸素濃度を制御するように構
成した原子炉水の酸素濃度制御装置である。
に白金族金属又はその合金２種類以上を化学的にかつ多
層構造にメッキした電極を有する固体高分子電解質膜を
隔膜として用いて、陽極室と陰極室とから構成され、純
水を電気分解することによってその陰極側から水素を発
生するように構成した固体高分子電解質膜からなる水電
解セルを、原子炉の原子炉容器内の炉心を通過して循環
する一次冷却水循環経路に接続して、水電解セルの陰極
側から発生する水素を原子炉の一次冷却水循環経路に導
入するように構成し、前記一次冷却水循環経路を流れる
一次冷却原子炉水中の溶存酸素濃度を制御するように構
成した原子炉水の酸素濃度制御装置である。
【００１８】また、本発明は、イオン交換膜の両面に白
金族金属又はその合金２種類以上を化学的にかつ多層構
造にメッキした電極を有する固体高分子電解質膜を隔膜
として用いて、陽極室と陰極室とから構成され、純水を
電気分解することによってその陰極側から水素を発生す
るように構成した固体高分子電解質膜からなる水電解セ
ルを、前記一次冷却水循環経路と熱交換するように配設
された二次冷却水循環経路に接続して、水電解セルの陰
極側から発生する水素を原子炉の二次冷却水循環経路に
導入するように構成し、前記二次冷却水循環経路を流れ
る二次冷却原子炉水中の溶存酸素濃度を制御するように
構成した原子炉水の酸素濃度制御装置である。
金族金属又はその合金２種類以上を化学的にかつ多層構
造にメッキした電極を有する固体高分子電解質膜を隔膜
として用いて、陽極室と陰極室とから構成され、純水を
電気分解することによってその陰極側から水素を発生す
るように構成した固体高分子電解質膜からなる水電解セ
ルを、前記一次冷却水循環経路と熱交換するように配設
された二次冷却水循環経路に接続して、水電解セルの陰
極側から発生する水素を原子炉の二次冷却水循環経路に
導入するように構成し、前記二次冷却水循環経路を流れ
る二次冷却原子炉水中の溶存酸素濃度を制御するように
構成した原子炉水の酸素濃度制御装置である。
【００１９】さらに、本発明は、イオン交換膜の両面に
金属を化学的にメッキした電極を有する固体高分子電解
質膜を隔膜として用いて、陽極室と陰極室とから構成さ
れ、純水を電気分解することによってその陰極側から水
素を発生するように構成した固体高分子電解質膜からな
る水電解セルを、原子炉の原子炉容器内の炉心を通過し
て循環する一次冷却水循環経路に接続して、水電解セル
の陰極側から発生する水素を原子炉の一次冷却水循環経
路に導入するように構成し、前記一次冷却水循環経路を
流れる一次冷却原子炉水中の溶存酸素濃度を制御するよ
うに構成するとともに、前記水電解セルの陰極側に、フ
ッ素系中空糸膜を介して乾燥空気と水電解セルの陰極側
から発生する水素とが反対方向に流れるように構成した
膜除湿モジュールを接続して、水電解セルの陰極側から
発生する水素中の水分を除去した後、前記原子炉の冷却
水循環経路に水素を導入するようにした原子炉水の酸素
濃度制御装置である。
金属を化学的にメッキした電極を有する固体高分子電解
質膜を隔膜として用いて、陽極室と陰極室とから構成さ
れ、純水を電気分解することによってその陰極側から水
素を発生するように構成した固体高分子電解質膜からな
る水電解セルを、原子炉の原子炉容器内の炉心を通過し
て循環する一次冷却水循環経路に接続して、水電解セル
の陰極側から発生する水素を原子炉の一次冷却水循環経
路に導入するように構成し、前記一次冷却水循環経路を
流れる一次冷却原子炉水中の溶存酸素濃度を制御するよ
うに構成するとともに、前記水電解セルの陰極側に、フ
ッ素系中空糸膜を介して乾燥空気と水電解セルの陰極側
から発生する水素とが反対方向に流れるように構成した
膜除湿モジュールを接続して、水電解セルの陰極側から
発生する水素中の水分を除去した後、前記原子炉の冷却
水循環経路に水素を導入するようにした原子炉水の酸素
濃度制御装置である。
【００２０】また、本発明は、イオン交換膜の両面に金
属を化学的にメッキした電極を有する固体高分子電解質
膜を隔膜として用いて、陽極室と陰極室とから構成さ
れ、純水を電気分解することによってその陰極側から水
素を発生するように構成した固体高分子電解質膜からな
る水電解セルを、前記一次冷却水循環経路と熱交換する
ように配設された二次冷却水循環経路に接続して、水電
解セルの陰極側から発生する水素を原子炉の二次冷却水
循環経路に導入するように構成し、前記二次冷却水循環
経路を流れる二次冷却原子炉水中の溶存酸素濃度を制御
するように構成するとともに、前記水電解セルの陰極側
に、フッ素系中空糸膜を介して乾燥空気と水電解セルの
陰極側から発生する水素とが反対方向に流れるように構
成した膜除湿モジュールを接続して、水電解セルの陰極
側から発生する水素中の水分を除去した後、前記原子炉
の冷却水循環経路に水素を導入するようにした原子炉水
の酸素濃度制御装置である。
属を化学的にメッキした電極を有する固体高分子電解質
膜を隔膜として用いて、陽極室と陰極室とから構成さ
れ、純水を電気分解することによってその陰極側から水
素を発生するように構成した固体高分子電解質膜からな
る水電解セルを、前記一次冷却水循環経路と熱交換する
ように配設された二次冷却水循環経路に接続して、水電
解セルの陰極側から発生する水素を原子炉の二次冷却水
循環経路に導入するように構成し、前記二次冷却水循環
経路を流れる二次冷却原子炉水中の溶存酸素濃度を制御
するように構成するとともに、前記水電解セルの陰極側
に、フッ素系中空糸膜を介して乾燥空気と水電解セルの
陰極側から発生する水素とが反対方向に流れるように構
成した膜除湿モジュールを接続して、水電解セルの陰極
側から発生する水素中の水分を除去した後、前記原子炉
の冷却水循環経路に水素を導入するようにした原子炉水
の酸素濃度制御装置である。
【００２１】また、本発明は、イオン交換膜の両面に金
属を化学的にメッキした電極を有する固体高分子電解質
膜を隔膜として用いて、陽極室と陰極室とから構成さ
れ、純水を電気分解することによってその陰極側から水
素を発生するように構成した固体高分子電解質膜からな
る水電解セルを、原子炉の原子炉容器内の炉心を通過し
て循環する一次冷却水循環経路に接続して、水電解セル
の陰極側から発生する水素を原子炉の一次冷却水循環経
路に導入するように構成し、前記一次冷却水循環経路を
流れる一次冷却原子炉水中の溶存酸素濃度を制御するよ
うに構成するとともに、前記水電解セルの陰極側に膜除
湿モジュールを接続して水電解セルの陰極側から発生す
る水素中の水分を除去した後、前記膜除湿モジュールに
オイルフリー型の昇圧装置を接続して前記原子炉の冷却
水循環経路に水素を導入するようにした原子炉水の酸素
濃度制御装置である。
属を化学的にメッキした電極を有する固体高分子電解質
膜を隔膜として用いて、陽極室と陰極室とから構成さ
れ、純水を電気分解することによってその陰極側から水
素を発生するように構成した固体高分子電解質膜からな
る水電解セルを、原子炉の原子炉容器内の炉心を通過し
て循環する一次冷却水循環経路に接続して、水電解セル
の陰極側から発生する水素を原子炉の一次冷却水循環経
路に導入するように構成し、前記一次冷却水循環経路を
流れる一次冷却原子炉水中の溶存酸素濃度を制御するよ
うに構成するとともに、前記水電解セルの陰極側に膜除
湿モジュールを接続して水電解セルの陰極側から発生す
る水素中の水分を除去した後、前記膜除湿モジュールに
オイルフリー型の昇圧装置を接続して前記原子炉の冷却
水循環経路に水素を導入するようにした原子炉水の酸素
濃度制御装置である。
【００２２】さらに、本発明は、イオン交換膜の両面に
金属を化学的にメッキした電極を有する固体高分子電解
質膜を隔膜として用いて、陽極室と陰極室とから構成さ
れ、純水を電気分解することによってその陰極側から水
素を発生するように構成した固体高分子電解質膜からな
る水電解セルを、前記一次冷却水循環経路と熱交換する
ように配設された二次冷却水循環経路に接続して、水電
解セルの陰極側から発生する水素を原子炉の二次冷却水
循環経路に導入するように構成し、前記二次冷却水循環
経路を流れる二次冷却原子炉水中の溶存酸素濃度を制御
するように構成するとともに、前記水電解セルの陰極側
に膜除湿モジュールを接続して水電解セルの陰極側から
発生する水素中の水分を除去した後、前記膜除湿モジュ
ールにオイルフリー型の昇圧装置を接続して前記原子炉
の冷却水循環経路に水素を導入するようにした原子炉水
の酸素濃度制御装置である。
金属を化学的にメッキした電極を有する固体高分子電解
質膜を隔膜として用いて、陽極室と陰極室とから構成さ
れ、純水を電気分解することによってその陰極側から水
素を発生するように構成した固体高分子電解質膜からな
る水電解セルを、前記一次冷却水循環経路と熱交換する
ように配設された二次冷却水循環経路に接続して、水電
解セルの陰極側から発生する水素を原子炉の二次冷却水
循環経路に導入するように構成し、前記二次冷却水循環
経路を流れる二次冷却原子炉水中の溶存酸素濃度を制御
するように構成するとともに、前記水電解セルの陰極側
に膜除湿モジュールを接続して水電解セルの陰極側から
発生する水素中の水分を除去した後、前記膜除湿モジュ
ールにオイルフリー型の昇圧装置を接続して前記原子炉
の冷却水循環経路に水素を導入するようにした原子炉水
の酸素濃度制御装置である。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいてより
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００２４】図１は、本発明の原子炉水の酸素濃度制御
装置全体を示す概略図である。図１において、1 は全体
で本発明の原子炉水の酸素濃度制御装置（以下、単に
「制御装置」と言う）を示している。なお、本実施例の
場合、制御装置1 は、沸騰水型の原子炉設備に適用した
場合を図示しているが、これに限られるものではなく、
例えば、後述するように、加圧水型原子炉などにも適用
可能である。
装置全体を示す概略図である。図１において、1 は全体
で本発明の原子炉水の酸素濃度制御装置（以下、単に
「制御装置」と言う）を示している。なお、本実施例の
場合、制御装置1 は、沸騰水型の原子炉設備に適用した
場合を図示しているが、これに限られるものではなく、
例えば、後述するように、加圧水型原子炉などにも適用
可能である。
【００２５】沸騰水型の原子炉容器2 は、その内部に配
設した燃料棒2aと制御棒2bなどによって核反応が制御さ
れており、核反応によって発生する高熱により、原子炉
容器2 内を流れる一次冷却水が加熱されて高温高圧の水
蒸気を発生するようになっている。そして、原子炉容器
2 内で発生した水蒸気は、原子炉容器2 に接続されたタ
ービン3 に送られ、タービン3 の回転子を回転駆動する
ことにより、タービン3 に接続された発電機4 を駆動し
て発電が行われるようになっている。
設した燃料棒2aと制御棒2bなどによって核反応が制御さ
れており、核反応によって発生する高熱により、原子炉
容器2 内を流れる一次冷却水が加熱されて高温高圧の水
蒸気を発生するようになっている。そして、原子炉容器
2 内で発生した水蒸気は、原子炉容器2 に接続されたタ
ービン3 に送られ、タービン3 の回転子を回転駆動する
ことにより、タービン3 に接続された発電機4 を駆動し
て発電が行われるようになっている。
【００２６】一方、タービン3 を駆動した水蒸気は、タ
ービン3 に接続された復水器5 に送られ、復水器5 内に
配設された冷却管5aを流れる海水などの二次冷却水によ
り冷却・凝縮されて復水となるように構成されている。
そして、この復水器5 で復水となった一次冷却水は、給
水ポンプ6 を通過した後、浄化装置7 などにより金属不
純物などがイオン交換などで浄化された後に、原子炉容
器2 内に環流されるようになっている（図１の一次冷却
水経路Ａ参照）。
ービン3 に接続された復水器5 に送られ、復水器5 内に
配設された冷却管5aを流れる海水などの二次冷却水によ
り冷却・凝縮されて復水となるように構成されている。
そして、この復水器5 で復水となった一次冷却水は、給
水ポンプ6 を通過した後、浄化装置7 などにより金属不
純物などがイオン交換などで浄化された後に、原子炉容
器2 内に環流されるようになっている（図１の一次冷却
水経路Ａ参照）。
【００２７】また、この復水器5 で脱気された排ガス中
の水素は、白金等の触媒によって酸素と結合させ水に戻
すように構成した再結合器8 に供給されるようになって
いる。
の水素は、白金等の触媒によって酸素と結合させ水に戻
すように構成した再結合器8 に供給されるようになって
いる。
【００２８】ところで、この復水器5 から給水ポンプ6
にいたる配管の途中には、酸素・水素供給装置10からの
純度の高い高圧の水素ガスが供給され、一次冷却水中の
溶存酸素濃度を低減して、一次冷却水系の配管、タービ
ン3 、復水器5 などの各種機器の構成部材の応力腐食割
れを防止するようになっている。
にいたる配管の途中には、酸素・水素供給装置10からの
純度の高い高圧の水素ガスが供給され、一次冷却水中の
溶存酸素濃度を低減して、一次冷却水系の配管、タービ
ン3 、復水器5 などの各種機器の構成部材の応力腐食割
れを防止するようになっている。
【００２９】詳細には、この酸素・水素供給装置10は、
市水を純水にするための、例えば、ミクロンフィルター
などから構成される一次純水装置11と、一次純水装置11
によりある純水となった一次純水を、超純水にするため
の、例えば、逆浸透膜(RO)装置及びイオン交換樹脂塔な
どから構成される二次純水装置12とを備える。この二次
純水装置12で生成した超純水は、固体高分子電解質膜か
らなる水電解セル20に供給されて、水電解セル20内でそ
の陽極に供給された純水を電気分解するようになってい
る。
市水を純水にするための、例えば、ミクロンフィルター
などから構成される一次純水装置11と、一次純水装置11
によりある純水となった一次純水を、超純水にするため
の、例えば、逆浸透膜(RO)装置及びイオン交換樹脂塔な
どから構成される二次純水装置12とを備える。この二次
純水装置12で生成した超純水は、固体高分子電解質膜か
らなる水電解セル20に供給されて、水電解セル20内でそ
の陽極に供給された純水を電気分解するようになってい
る。
【００３０】そして、水電解セル20の陰極側で発生した
水素ガスは、水素ガス用の気液分離装置31を介して、水
素ガスとなり、膜除湿モジュールからなる除湿装置40を
介して、水素ガス中の水分が除去された後、昇圧装置50
を介して、例えば、50Nm3 /hr で、一次冷却水中の溶存
酸素濃度20ppb 以下、伝導性0.3 μS 以下、腐食電流密
度-230mV(SHE) 以下となるように原子炉冷却水に注入す
るようになっている。
水素ガスは、水素ガス用の気液分離装置31を介して、水
素ガスとなり、膜除湿モジュールからなる除湿装置40を
介して、水素ガス中の水分が除去された後、昇圧装置50
を介して、例えば、50Nm3 /hr で、一次冷却水中の溶存
酸素濃度20ppb 以下、伝導性0.3 μS 以下、腐食電流密
度-230mV(SHE) 以下となるように原子炉冷却水に注入す
るようになっている。
【００３１】なお、この場合、昇圧装置50としては、オ
イルフリー型の圧縮機が使用可能であり、例えば、ダイ
ヤフラム型圧縮機や摺動部が全てオイルフリーで、シリ
ンダー内の内圧を高くし、ピストンロッドパッキンから
漏れたガスをN 2 パージするタイプの、例えば、モータ
ー駆動式、エアー駆動式、油圧駆動式のレシプロ型圧縮
機が使用できる。また、この昇圧装置50によって昇圧す
るのは、一次冷却水中の水素ガスの溶存濃度の向上と、
水素ガスを一次冷却水配管内に注入するために、一次冷
却水圧より高くする必要があるためで、具体的には、４
kg/cm 2 以下の水素ガスを、高圧ガス取締法の規制を考
慮すれば、10kg/cm 2 未満に昇圧するのが好ましいが、
基本的にはこれ以上であってもかまわないことは勿論で
ある。
イルフリー型の圧縮機が使用可能であり、例えば、ダイ
ヤフラム型圧縮機や摺動部が全てオイルフリーで、シリ
ンダー内の内圧を高くし、ピストンロッドパッキンから
漏れたガスをN 2 パージするタイプの、例えば、モータ
ー駆動式、エアー駆動式、油圧駆動式のレシプロ型圧縮
機が使用できる。また、この昇圧装置50によって昇圧す
るのは、一次冷却水中の水素ガスの溶存濃度の向上と、
水素ガスを一次冷却水配管内に注入するために、一次冷
却水圧より高くする必要があるためで、具体的には、４
kg/cm 2 以下の水素ガスを、高圧ガス取締法の規制を考
慮すれば、10kg/cm 2 未満に昇圧するのが好ましいが、
基本的にはこれ以上であってもかまわないことは勿論で
ある。
【００３２】一方、水電解セル20の陽極側で発生した酸
素ガスは、酸素ガス用の気液分離装置31を介して、酸素
ガスとなり、除湿装置41を介して、酸素ガス中の水分が
除去された後、コンプレッサーなどの昇圧装置51を介し
て、例えば、25Nm3 /hr で、再結合器8 に供給されて、
復水器5 で脱気された排ガス中の水素は電気分解によっ
て発生した酸素と燃焼させるように構成されている。な
お、両気液分離装置31、 32で生じた水は、二次純水装置
12に環流されるようになっている。
素ガスは、酸素ガス用の気液分離装置31を介して、酸素
ガスとなり、除湿装置41を介して、酸素ガス中の水分が
除去された後、コンプレッサーなどの昇圧装置51を介し
て、例えば、25Nm3 /hr で、再結合器8 に供給されて、
復水器5 で脱気された排ガス中の水素は電気分解によっ
て発生した酸素と燃焼させるように構成されている。な
お、両気液分離装置31、 32で生じた水は、二次純水装置
12に環流されるようになっている。
【００３３】ところで、前述した水電解装置の構成とし
ては、図2 に示したように、ポーラスな固体高分子電解
質28、例えば、カチオン交換膜（フッ素樹脂系スルフォ
ン酸カチオン交換膜、例えば、デュポン社製「ナフィオ
ン117 」）の両面に白金族金属等からなる多孔質の陽極
22及び陰極23を化学的に無電解メッキで接合した構造の
固体高分子電解質膜21を隔膜として用い、陽極室24と陰
極室25とに分離した構造の水電解セル20を用いて、陽極
室24に純水を供給しながら電気分解して、陽極室24から
酸素ガスを、陰極室25から水素ガスをそれぞれ発生する
ように構成したものである。また、この場合、両電極2
2、 23としては、白金であるのが好ましく、特に、白金
とイリジウムの２層の構造とした場合には、高電流密
度、例えば、従来の物理的に電極をイオン交換膜に接触
させた構造の固体電解質では、50〜70A/dm2 であるのに
対して、80℃、200A/dm 2 において約4 年間の長期間電
気分解することが可能となる。なお、この場合、前記イ
リジウムの他にも、２種類以上の白金族金属をメッキし
た多層構造の固体高分子電解質膜も使用可能であり、よ
り高電流密度化が可能となる。さらに、前記両電極22、
23の外側に、チタンなどの金属メッシュ、カーボン多孔
質板、導電性セラミック多孔質板などからなる給電板
（給電体）26、 27を接するように配設するのが好まし
い。
ては、図2 に示したように、ポーラスな固体高分子電解
質28、例えば、カチオン交換膜（フッ素樹脂系スルフォ
ン酸カチオン交換膜、例えば、デュポン社製「ナフィオ
ン117 」）の両面に白金族金属等からなる多孔質の陽極
22及び陰極23を化学的に無電解メッキで接合した構造の
固体高分子電解質膜21を隔膜として用い、陽極室24と陰
極室25とに分離した構造の水電解セル20を用いて、陽極
室24に純水を供給しながら電気分解して、陽極室24から
酸素ガスを、陰極室25から水素ガスをそれぞれ発生する
ように構成したものである。また、この場合、両電極2
2、 23としては、白金であるのが好ましく、特に、白金
とイリジウムの２層の構造とした場合には、高電流密
度、例えば、従来の物理的に電極をイオン交換膜に接触
させた構造の固体電解質では、50〜70A/dm2 であるのに
対して、80℃、200A/dm 2 において約4 年間の長期間電
気分解することが可能となる。なお、この場合、前記イ
リジウムの他にも、２種類以上の白金族金属をメッキし
た多層構造の固体高分子電解質膜も使用可能であり、よ
り高電流密度化が可能となる。さらに、前記両電極22、
23の外側に、チタンなどの金属メッシュ、カーボン多孔
質板、導電性セラミック多孔質板などからなる給電板
（給電体）26、 27を接するように配設するのが好まし
い。
【００３４】このような構成の水電解装置20を用いた場
合には、図2 に示したように、陽極側では下記の式の
ような反応が起こり酸素ガスが発生する。
合には、図2 に示したように、陽極側では下記の式の
ような反応が起こり酸素ガスが発生する。
【００３５】
【化１】
【００３６】一方、陰極23では、下記の式の反応が起
こり水素ガスが発生する。
こり水素ガスが発生する。
【００３７】
【化２】
【００３８】また、万一、陰極23で発生した水素ガスが
膜を透過した時に、陽極22で下記の式のような反応が
起こる。
膜を透過した時に、陽極22で下記の式のような反応が
起こる。
【００３９】
【化３】
【００４０】さらに、万一、陽極22で発生した酸素ガス
が膜を透過した時に、陰極23で下記の式のような反応
が起こる。
が膜を透過した時に、陰極23で下記の式のような反応
が起こる。
【００４１】
【化４】
【００４２】ところで、本実施例のような構成の固体高
分子電解質膜21を有する水電解セル20では、固体高分子
膜21と金属メッキ層である電極22、 23の界面において、
上記式、式の反応が起こるために、水素ガス中の酸
素濃度、酸素ガス中の水素濃度が低くなって高純度の酸
素ガスと水素ガスを発生することができる。例えば、従
来の物理的に電極をイオン交換膜に接触させた構造の固
体電解質では、100A/dm 2 の時に、水素ガス純度99.68
％、酸素ガス純度99.95 ％であるのに対して、本願の固
体高分子電解質膜では、水素ガス純度99.999％以上、酸
素ガス純度99.999％以上であった。
分子電解質膜21を有する水電解セル20では、固体高分子
膜21と金属メッキ層である電極22、 23の界面において、
上記式、式の反応が起こるために、水素ガス中の酸
素濃度、酸素ガス中の水素濃度が低くなって高純度の酸
素ガスと水素ガスを発生することができる。例えば、従
来の物理的に電極をイオン交換膜に接触させた構造の固
体電解質では、100A/dm 2 の時に、水素ガス純度99.68
％、酸素ガス純度99.95 ％であるのに対して、本願の固
体高分子電解質膜では、水素ガス純度99.999％以上、酸
素ガス純度99.999％以上であった。
【００４３】また、本願の固体高分子電解質膜21では、
固体高分子電解質28の両面に貴金属からなる電極22、 23
を化学的に無電解メッキで接合した構造であるので、固
体高分子電解質28と両電極22、 23の間に水が存在しない
ので、溶液抵抗、ガス抵抗がないので、固体高分子電解
質28と両電極22、 23の間の接触抵抗が低く、電圧が低
く、電流分布が均一となり、高電流密度化、高温水電
解、高圧水電解が可能となり、高純度の酸素、水素ガス
を効率良く得ることが可能である。
固体高分子電解質28の両面に貴金属からなる電極22、 23
を化学的に無電解メッキで接合した構造であるので、固
体高分子電解質28と両電極22、 23の間に水が存在しない
ので、溶液抵抗、ガス抵抗がないので、固体高分子電解
質28と両電極22、 23の間の接触抵抗が低く、電圧が低
く、電流分布が均一となり、高電流密度化、高温水電
解、高圧水電解が可能となり、高純度の酸素、水素ガス
を効率良く得ることが可能である。
【００４４】さらに、前述したように、水電解セル20の
陰極側で発生した水素ガスは、水素ガス用の気液分離装
置31を介して、水素ガスとなり、膜除湿モジュールから
なる除湿装置40を介して、水素ガス中の水分が除去され
た後、コンプレッサーなどの昇圧装置50を介して、原子
炉冷却水に注入するようになっているが、本願の場合、
除湿装置40の構造としては、下記のような構造のものを
用いている。
陰極側で発生した水素ガスは、水素ガス用の気液分離装
置31を介して、水素ガスとなり、膜除湿モジュールから
なる除湿装置40を介して、水素ガス中の水分が除去され
た後、コンプレッサーなどの昇圧装置50を介して、原子
炉冷却水に注入するようになっているが、本願の場合、
除湿装置40の構造としては、下記のような構造のものを
用いている。
【００４５】すなわち、除湿装置40として、図3 に示し
たような、膜除湿モジュールを用いている。これは、円
筒状のケーシング41' 内にフッ素樹脂系の中空糸膜42を
配設し、ケーシング41' の一端に開口した入口45から水
電解セル20の陰極側から発生する水素を導入して、中空
糸膜42の中空部分を、水素が流れるようにして、ケーシ
ング41' の他端に開口した出口46から排出するようにし
ている。そして、ケーシング41' の一端側部に開口した
入口43からフッ素系中空糸膜の外側を乾燥空気が、前記
水素の流れと反対方向に流れるようにして、ケーシング
41' の他端側部に開口した出口44から排出するように構
成したものである。この場合、中空糸膜42が、水分は移
動するが、水以外のガスをほとんど透過せず、しかも水
との親和性によって、水分を含んだ水素ガス中の水分
が、イオン水和という強い力を受けて、乾燥空気側に移
動して除湿されるようになっている。このような、除湿
装置としては、例えば、旭ガラス（株）製の「SUNSEP-W
（商標）」などが使用可能である。
たような、膜除湿モジュールを用いている。これは、円
筒状のケーシング41' 内にフッ素樹脂系の中空糸膜42を
配設し、ケーシング41' の一端に開口した入口45から水
電解セル20の陰極側から発生する水素を導入して、中空
糸膜42の中空部分を、水素が流れるようにして、ケーシ
ング41' の他端に開口した出口46から排出するようにし
ている。そして、ケーシング41' の一端側部に開口した
入口43からフッ素系中空糸膜の外側を乾燥空気が、前記
水素の流れと反対方向に流れるようにして、ケーシング
41' の他端側部に開口した出口44から排出するように構
成したものである。この場合、中空糸膜42が、水分は移
動するが、水以外のガスをほとんど透過せず、しかも水
との親和性によって、水分を含んだ水素ガス中の水分
が、イオン水和という強い力を受けて、乾燥空気側に移
動して除湿されるようになっている。このような、除湿
装置としては、例えば、旭ガラス（株）製の「SUNSEP-W
（商標）」などが使用可能である。
【００４６】従って、このような、除湿装置40を用いた
場合には、モレキュラーシーブを用いた除湿装置などに
比較して、構造が簡単であり、除湿装置の再生などの複
雑なメンテナンスも不要で、しかも、アルミナなどの不
純物パーティクルが混入するおそれもなく、高純度の除
湿された水素ガスを得ることができる。それ故、昇圧装
置50のコンプレッサが、昇圧装置のシール部分の耐久性
が長くなり、また、昇圧装置の構成材料が腐食されるこ
ともない。
場合には、モレキュラーシーブを用いた除湿装置などに
比較して、構造が簡単であり、除湿装置の再生などの複
雑なメンテナンスも不要で、しかも、アルミナなどの不
純物パーティクルが混入するおそれもなく、高純度の除
湿された水素ガスを得ることができる。それ故、昇圧装
置50のコンプレッサが、昇圧装置のシール部分の耐久性
が長くなり、また、昇圧装置の構成材料が腐食されるこ
ともない。
【００４７】図4 は、この除湿装置40の別の実施例であ
り、前述したような構成の膜除湿モジュール２個を直列
的に配設した構造である。すなわち、一次膜除湿モジュ
ール47によって圧縮空気を乾燥させ、その乾燥させた空
気を二次膜除湿モジュール４８の除湿用ガスとして用い
て、二次膜除湿モジュール４８で水素ガスを除湿するよ
うに構成したものである。これにより、より乾燥した空
気を水素ガス除湿用として用いることができるので、よ
り除湿効果が増大することとなる。
り、前述したような構成の膜除湿モジュール２個を直列
的に配設した構造である。すなわち、一次膜除湿モジュ
ール47によって圧縮空気を乾燥させ、その乾燥させた空
気を二次膜除湿モジュール４８の除湿用ガスとして用い
て、二次膜除湿モジュール４８で水素ガスを除湿するよ
うに構成したものである。これにより、より乾燥した空
気を水素ガス除湿用として用いることができるので、よ
り除湿効果が増大することとなる。
【００４８】なお、水電解セル20の陽極側に接続した除
湿装置41も、上記除湿装置40と同様な構成とすることが
できることは勿論である。
湿装置41も、上記除湿装置40と同様な構成とすることが
できることは勿論である。
【００４９】図６は、本発明の原子炉水の酸素濃度制御
装置の別の実施例であり、これは、加圧水型原子炉に適
用した例である。
装置の別の実施例であり、これは、加圧水型原子炉に適
用した例である。
【００５０】このような加圧水型原子炉には、格納容器
61内において、原子炉容器62から加圧器68、蒸気発生器
69、浄化装置67を介して原子炉容器62に環流する一次冷
却水経路60が設けられている。この一次冷却水循環経路
60の浄化装置67から原子炉容器62に至る配管の途中に、
前述の実施例と同様な、水電解セル、気液分離タンク、
除湿装置、昇圧装置などから構成される酸素・水素供給
装置80の陰極の水素ガス発生側が接続されて、水素ガス
を供給することによって、一次冷却水循環経路60内を流
れる原子炉一次冷却水の溶存酸素濃度を低減して、一次
冷却水循環経路60の加圧器68、蒸気発生器69などの各種
機器、配管の構成部材の応力腐食割れが防止できるよう
に構成されている。
61内において、原子炉容器62から加圧器68、蒸気発生器
69、浄化装置67を介して原子炉容器62に環流する一次冷
却水経路60が設けられている。この一次冷却水循環経路
60の浄化装置67から原子炉容器62に至る配管の途中に、
前述の実施例と同様な、水電解セル、気液分離タンク、
除湿装置、昇圧装置などから構成される酸素・水素供給
装置80の陰極の水素ガス発生側が接続されて、水素ガス
を供給することによって、一次冷却水循環経路60内を流
れる原子炉一次冷却水の溶存酸素濃度を低減して、一次
冷却水循環経路60の加圧器68、蒸気発生器69などの各種
機器、配管の構成部材の応力腐食割れが防止できるよう
に構成されている。
【００５１】この場合、水素ガスの注入量としては、前
述した応力腐食割れの防止、ならびに燃料被覆管の構成
部材であるジルコニウム合金の水素吸収による水素脆化
を最小限に抑える必要から、例えば、一次冷却水の溶存
水素濃度が、15〜50cc・ STP/kg・ H 2 O とするのが好ま
しい。
述した応力腐食割れの防止、ならびに燃料被覆管の構成
部材であるジルコニウム合金の水素吸収による水素脆化
を最小限に抑える必要から、例えば、一次冷却水の溶存
水素濃度が、15〜50cc・ STP/kg・ H 2 O とするのが好ま
しい。
【００５２】一方、加圧水型原子炉には、一次冷却水循
環経路60の蒸気発生器69を経由して、タービン63、復水
器65を通過して、給水ポンプ66を介して蒸気発生器69に
環流して一次冷却水と熱交換するように二次冷却水循環
経路70が配設されている。このうち、復水器65と給水ポ
ンプ66との間の配管途中に、前述の実施例と同様な構造
の酸素・水素供給装置81の陰極の水素ガス発生側が接続
されて、水素ガスを供給することによって、還元剤を注
入するのと同じ作用により、二次冷却水循環経路70内を
流れる原子炉二次冷却水の溶存酸素濃度を低減して、蒸
気発生器69、タービン63、復水器65等の構成機器の腐食
を抑制するように構成されている。
環経路60の蒸気発生器69を経由して、タービン63、復水
器65を通過して、給水ポンプ66を介して蒸気発生器69に
環流して一次冷却水と熱交換するように二次冷却水循環
経路70が配設されている。このうち、復水器65と給水ポ
ンプ66との間の配管途中に、前述の実施例と同様な構造
の酸素・水素供給装置81の陰極の水素ガス発生側が接続
されて、水素ガスを供給することによって、還元剤を注
入するのと同じ作用により、二次冷却水循環経路70内を
流れる原子炉二次冷却水の溶存酸素濃度を低減して、蒸
気発生器69、タービン63、復水器65等の構成機器の腐食
を抑制するように構成されている。
【００５３】この場合、水素ガスの注入量としては、二
次冷却水の溶存酸素濃度を、0.005ppm以下となるように
注入するのが好ましい。
次冷却水の溶存酸素濃度を、0.005ppm以下となるように
注入するのが好ましい。
【００５４】
【発明の作用効果】本発明の原子炉水の酸素濃度制御装
置によれば、下記に示したような顕著で特有な作用効果
を奏する極めて優れた発明である。
置によれば、下記に示したような顕著で特有な作用効果
を奏する極めて優れた発明である。
【００５５】（１）固体高分子電解質膜からなる水電解
セルを用いて、純水を電気分解することによってその陰
極側から発生する水素を、前記原子炉の炉心を通過して
循環する一次冷却水循環経路に導入し、該一次冷却水循
環経路を流れる原子炉一次冷却水中の溶存酸素濃度を低
減できるので、一次冷却水に接する一次冷却水循環経路
を構成する各種機器、配管などの構成部材に応力腐食割
れが防止できる。
セルを用いて、純水を電気分解することによってその陰
極側から発生する水素を、前記原子炉の炉心を通過して
循環する一次冷却水循環経路に導入し、該一次冷却水循
環経路を流れる原子炉一次冷却水中の溶存酸素濃度を低
減できるので、一次冷却水に接する一次冷却水循環経路
を構成する各種機器、配管などの構成部材に応力腐食割
れが防止できる。
【００５６】（２）特に、前記水電解セルが、イオン交
換膜の両面にそれぞれ、金属を化学的にメッキしてなる
電極を有する固体高分子電解質膜を隔膜として、陽極室
と陰極室とから構成してあるので、固体高分子電解質と
両電極の間に水が存在しないので、溶液抵抗、ガス抵抗
がないので、固体高分子電解質と両電極の間の接触抵抗
が低く、電圧が低く、電流分布が均一となり、高純度の
酸素、水素ガスを効率良く得ることができ、これを一次
冷却水に供給できるので、より一次冷却水中の溶存酸素
濃度、すなわち機器類の応力腐食割れを防止できる。
換膜の両面にそれぞれ、金属を化学的にメッキしてなる
電極を有する固体高分子電解質膜を隔膜として、陽極室
と陰極室とから構成してあるので、固体高分子電解質と
両電極の間に水が存在しないので、溶液抵抗、ガス抵抗
がないので、固体高分子電解質と両電極の間の接触抵抗
が低く、電圧が低く、電流分布が均一となり、高純度の
酸素、水素ガスを効率良く得ることができ、これを一次
冷却水に供給できるので、より一次冷却水中の溶存酸素
濃度、すなわち機器類の応力腐食割れを防止できる。
【００５７】（３）前記電極を構成するメッキ金属が、
白金とイリジウムなどの白金族金属のの２層以上の多層
構造である固体高分子電解膜を用いた水電解セルを用い
たので、より長期間、高電流密度化、高温水電解、高圧
水電解が可能であるので、より効率良く水素ガスを発生
することができ、より一次冷却水中の溶存酸素濃度の低
減、すなわち機器類の応力腐食割れを防止できる。
白金とイリジウムなどの白金族金属のの２層以上の多層
構造である固体高分子電解膜を用いた水電解セルを用い
たので、より長期間、高電流密度化、高温水電解、高圧
水電解が可能であるので、より効率良く水素ガスを発生
することができ、より一次冷却水中の溶存酸素濃度の低
減、すなわち機器類の応力腐食割れを防止できる。
【００５８】（４）水電解セルの陰極側に膜除湿モジュ
ールを接続して、水電解セルの陰極側から発生する水素
中の水分を除去した後、原子炉の環流経路に水素を導入
するようにしたので、モレキュラーシーブを用いた除湿
装置などに比較して、構造が簡単であり、除湿装置の再
生などの複雑なメンテナンスも不要で、しかも、アルミ
ナなどの不純物パーティクルが混入するおそれもなく、
高純度の除湿された水素ガスを得ることができ、より純
粋な水素ガスを原子炉水に供給でき、溶存酸素低減効
率、すなわち、冷却配管、機器類の応力腐食割れを防止
できるとともに、昇圧装置のシール部分の耐久性が長く
なり、また、昇圧装置の構成材料が腐食されることもな
い。
ールを接続して、水電解セルの陰極側から発生する水素
中の水分を除去した後、原子炉の環流経路に水素を導入
するようにしたので、モレキュラーシーブを用いた除湿
装置などに比較して、構造が簡単であり、除湿装置の再
生などの複雑なメンテナンスも不要で、しかも、アルミ
ナなどの不純物パーティクルが混入するおそれもなく、
高純度の除湿された水素ガスを得ることができ、より純
粋な水素ガスを原子炉水に供給でき、溶存酸素低減効
率、すなわち、冷却配管、機器類の応力腐食割れを防止
できるとともに、昇圧装置のシール部分の耐久性が長く
なり、また、昇圧装置の構成材料が腐食されることもな
い。
【００５９】（５）加圧水型原子炉において、一次冷却
水循環経路の蒸気発生器を経由して、タービン、復水器
を通過して、蒸気発生器に環流して一次冷却水と熱交換
するようにするように配設された二次冷却水に、酸素・
水素供給装置の陰極の水素ガス発生側が接続されて、水
素ガスを供給するように構成されているので、還元剤を
注入するのと同じ作用により、二次冷却水循環経路内を
流れる原子炉二次冷却水の溶存酸素濃度を低減して、蒸
気発生器、タービン、復水器等の各種構成機器の腐食を
抑制できる。
水循環経路の蒸気発生器を経由して、タービン、復水器
を通過して、蒸気発生器に環流して一次冷却水と熱交換
するようにするように配設された二次冷却水に、酸素・
水素供給装置の陰極の水素ガス発生側が接続されて、水
素ガスを供給するように構成されているので、還元剤を
注入するのと同じ作用により、二次冷却水循環経路内を
流れる原子炉二次冷却水の溶存酸素濃度を低減して、蒸
気発生器、タービン、復水器等の各種構成機器の腐食を
抑制できる。
【図１】 図１は、本発明の原子炉水の酸素濃度制御装
置全体を示す概略図である。
置全体を示す概略図である。
【図２】 図２は、本発明の原子炉水の酸素濃度制御装
置の水電解セルの構造を示す概略図である。
置の水電解セルの構造を示す概略図である。
【図３】 図３は、本発明の原子炉水の酸素濃度制御装
置の除湿装置の構造を示す断面図である。
置の除湿装置の構造を示す断面図である。
【図４】 図４は、本発明の原子炉水の酸素濃度制御装
置の除湿装置の他の実施例を示す断面図である。
置の除湿装置の他の実施例を示す断面図である。
【図５】 図５は、従来の固体電解質膜を有する電解装
置の概略図である。
置の概略図である。
【図６】 図６は、本発明の原子炉水の別の実施例の酸
素濃度制御装置全体を示す概略図である。
素濃度制御装置全体を示す概略図である。
１…制御装置 ２…原子炉容器 2a…燃料棒 2b…制御棒 ３…タービン ４…発電機 ５…復水器 5a…冷却管 ６…給水ポンプ ７…浄化装置 ８…再結合器 10…酸素・水素供給装置 11…一次純水装置 12…二次純水装置 20…水電解セル 28…固体高分子電解質 21…固体高分子電解質膜 22…陽極 23…陰極 24…陽極室 25…陰極室 26、 27…給電板 31、 32…気液分離装置 40、 41…除湿装置 41' …ケーシング 42…中空糸膜 43、 45…入口 44、 46…出口 47…一次膜除湿モジュール 48…二次膜除湿モジュール 50、 51…昇圧装置 60…一次冷却水循環経路 61…格納容器 62…原子炉容器 63…タービン 65…復水器 66…給水ポンプ 67…浄化装置 68…加圧器 69…蒸気発生器 70…二次冷却水循環経路 80,81 …酸素・水素供給装置 100 …イオン交換膜 101 、 102 …電極 103 、 104 …微少な間隙
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安井 信一 兵庫県加古郡播磨町野添４丁目108 タ ウニーＳ Ａ202 (72)発明者 長尾 衛 兵庫県神戸市須磨区南落合１丁目13−７ アプリーレ北須磨 (72)発明者 原田 宙幸 東京都練馬区西大泉２−25−43 (56)参考文献 特開 昭61−216714（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−175596（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−95355（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−287570（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G21D 3/08 G21D 1/00 C25B 9/00
Claims (6)
- 【請求項１】 イオン交換膜の両面に白金族金属又はそ
の合金２種類以上を化学的にかつ多層構造にメッキした
電極を有する固体高分子電解質膜を隔膜として用いて、
陽極室と陰極室とから構成され、純水を電気分解するこ
とによってその陰極側から水素を発生するように構成し
た固体高分子電解質膜からなる水電解セルを、原子炉の
原子炉容器内の炉心を通過して循環する一次冷却水循環
経路に接続して、水電解セルの陰極側から発生する水素
を原子炉の一次冷却水循環経路に導入するように構成
し、 前記一次冷却水循環経路を流れる一次冷却原子炉水中の
溶存酸素濃度を制御するように構成した原子炉水の酸素
濃度制御装置。 - 【請求項２】 イオン交換膜の両面に白金族金属又はそ
の合金２種類以上を化学的にかつ多層構造にメッキした
電極を有する固体高分子電解質膜を隔膜として用いて、
陽極室と陰極室とから構成され、純水を電気分解するこ
とによってその陰極側から水素を発生するように構成し
た固体高分子電解質膜からなる水電解セルを、前記一次
冷却水循環経路と熱交換するように配設された二次冷却
水循環経路に接続して、水電解セルの陰極側から発生す
る水素を原子炉の二次冷却水循環経路に導入するように
構成し、 前記二次冷却水循環経路を流れる二次冷却原子炉水中の
溶存酸素濃度を制御するように構成した原子炉水の酸素
濃度制御装置。 - 【請求項３】 イオン交換膜の両面に金属を化学的にメ
ッキした電極を有する固体高分子電解質膜を隔膜として
用いて、陽極室と陰極室とから構成され、純水を電気分
解することによってその陰極側から水素を発生するよう
に構成した固体高分子電解質膜からなる水電解セルを、
原子炉の原子炉容器内の炉心を通過して循環する一次冷
却水循環経路に接続して、水電解セルの陰極側から発生
する水素を原子炉の一次冷却水循環経路に導入するよう
に構成し、 前記一次冷却水循環経路を流れる一次冷却原子炉水中の
溶存酸素濃度を制御するように構成するとともに、 前記水電解セルの陰極側に、フッ素系中空糸膜を介して
乾燥空気と水電解セルの陰極側から発生する水素とが反
対方向に流れるように構成した膜除湿モジュー ルを接続
して、水電解セルの陰極側から発生する水素中の水分を
除去した後、前記原子炉の冷却水循環経路に水素を導入
するようにした原子炉水の酸素濃度制御装置。 - 【請求項４】 イオン交換膜の両面に金属を化学的にメ
ッキした電極を有する固体高分子電解質膜を隔膜として
用いて、陽極室と陰極室とから構成され、純水を電気分
解することによってその陰極側から水素を発生するよう
に構成した固体高分子電解質膜からなる水電解セルを、
前記一次冷却水循環経路と熱交換するように配設された
二次冷却水循環経路に接続して、水電解セルの陰極側か
ら発生する水素を原子炉の二次冷却水循環経路に導入す
るように構成し、 前記二次冷却水循環経路を流れる二次冷却原子炉水中の
溶存酸素濃度を制御するように構成するとともに、 前記水電解セルの陰極側に、フッ素系中空糸膜を介して
乾燥空気と水電解セルの陰極側から発生する水素とが反
対方向に流れるように構成した膜除湿モジュールを接続
して、水電解セルの陰極側から発生する水素中の水分を
除去した後、前記原子炉の冷却水循環経路に水素を導入
するようにした原子炉水の酸素濃度制御装置。 - 【請求項５】 イオン交換膜の両面に金属を化学的にメ
ッキした電極を有する固体高分子電解質膜を隔膜として
用いて、陽極室と陰極室とから構成され、純水を電気分
解することによってその陰極側から水素を発生するよう
に構成した固体高分子電解質膜からなる水電解セルを、
原子炉の原子炉容器内の炉心を通過して循環する一次冷
却水循環経路に接続して、水電解セルの陰極側から発生
する水素を原子炉の一次冷却水循環経路に導入するよう
に構成し、 前記一次冷却水循環経路を流れる一次冷却原子炉水中の
溶存酸素濃度を制御するように構成するとともに、 前記水電解セルの陰極側に膜除湿モジュールを接続して
水電解セルの陰極側から発生する水素中の水分を除去し
た後、前記膜除湿モジュールにオイルフリー型の昇圧装
置を接続して前記原子炉の冷却水循環経路に水素を導入
するようにした原子炉水の酸素濃度制御装置。 - 【請求項６】 イオン交換膜の両面に金属を化学的にメ
ッキした電極を有する 固体高分子電解質膜を隔膜として
用いて、陽極室と陰極室とから構成され、純水を電気分
解することによってその陰極側から水素を発生するよう
に構成した固体高分子電解質膜からなる水電解セルを、
前記一次冷却水循環経路と熱交換するように配設された
二次冷却水循環経路に接続して、水電解セルの陰極側か
ら発生する水素を原子炉の二次冷却水循環経路に導入す
るように構成し、 前記二次冷却水循環経路を流れる二次冷却原子炉水中の
溶存酸素濃度を制御するように構成するとともに、 前記水電解セルの陰極側に膜除湿モジュールを接続して
水電解セルの陰極側から発生する水素中の水分を除去し
た後、前記膜除湿モジュールにオイルフリー型の昇圧装
置を接続して前記原子炉の冷却水循環経路に水素を導入
するようにした原子炉水の酸素濃度制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6260024A JP2905705B2 (ja) | 1994-10-25 | 1994-10-25 | 原子炉水の酸素濃度制御装置 |
| US08/548,091 US5796799A (en) | 1994-10-25 | 1995-10-25 | Control apparatus for oxygen concentration of water in atomic reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6260024A JP2905705B2 (ja) | 1994-10-25 | 1994-10-25 | 原子炉水の酸素濃度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08122491A JPH08122491A (ja) | 1996-05-17 |
| JP2905705B2 true JP2905705B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=17342250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6260024A Expired - Fee Related JP2905705B2 (ja) | 1994-10-25 | 1994-10-25 | 原子炉水の酸素濃度制御装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| CH692299A5 (de) * | 1996-12-19 | 2002-04-30 | Dirk Schulze | Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff bzw. Ozon-Sauerstoffgemisch. |
| DE19810963C1 (de) * | 1998-03-13 | 1999-11-04 | Siemens Ag | Nukleare Kraftwerksanlage mit einer Begasungsvorrichtung für ein Kühlmedium |
| DE19842930A1 (de) * | 1998-09-18 | 2000-03-30 | Siemens Ag | Aufbereitungssystem und Verfahren zur Verminderung des Sauerstoffgehalts von in einem Teilsystem einer technischen Anlage geführtem Wasser |
| JP4583530B2 (ja) * | 1999-03-19 | 2010-11-17 | オルガノ株式会社 | 熱交換用水及びその供給装置 |
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| US9415363B2 (en) | 2009-02-20 | 2016-08-16 | Marine Power Products Corporation | Method and apparatus for efficient on-demand production of H2 and O2 from water using waste heat and environmentally safe metals |
| AU2010231766B2 (en) | 2009-03-30 | 2013-09-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Corrosion-resistant member and method for producing same |
| TWI553158B (zh) | 2011-02-09 | 2016-10-11 | 海運動力產品股份有限公司 | 氫氣發電系統穩定性控制及方法 |
| JP2012180554A (ja) * | 2011-03-01 | 2012-09-20 | Honda Motor Co Ltd | 高圧水素製造装置 |
| WO2013138349A1 (en) | 2012-03-13 | 2013-09-19 | Marine Power Products Incorporated | System for and method of using on-site excess heat to convert c02 emissions into hydrocarbons |
| CN104428450B (zh) * | 2012-06-25 | 2017-05-24 | 日产自动车株式会社 | 水电解系统 |
| US10229761B2 (en) | 2012-12-21 | 2019-03-12 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | Startup/shutdown hydrogen injection system for boiling water reactors (BWRS), and method thereof |
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| SE461818B (sv) * | 1988-09-23 | 1990-03-26 | Asea Atom Ab | Saett att tillfoera vaetgas till reaktorvattnet under drift av en kokvattenreaktor |
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| JP3080820B2 (ja) * | 1993-09-09 | 2000-08-28 | 株式会社東芝 | 原子力発電プラントのガス注入装置 |
-
1994
- 1994-10-25 JP JP6260024A patent/JP2905705B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-10-25 US US08/548,091 patent/US5796799A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08122491A (ja) | 1996-05-17 |
| US5796799A (en) | 1998-08-18 |
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