JP4673808B2 - 原子炉冷却材浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、沸騰水型原子炉における、原子炉冷却材（炉水）の浄化装置に関する。

原子炉冷却材（炉水）中には、原子炉構造物から生成される腐食生成物や放射線分解生成物、混入物として鉄、コバルト、塩素等の化合物やイオン、金属酸化物等の固形分が微量に含まれている。これらの不純物を常時除去することによって、原子炉冷却材の浄化運用が行われている。

現在の大部分の原子力発電所では、溶解性不純物を除去するための脱塩処理にイオン交換樹脂を用いている。しかし、原子炉冷却材の炉水温度が約２８０℃であるのに対し、例えば特許文献１に記載のように、イオン交換樹脂の耐熱温度が６０℃以下と低いため、脱塩処理の前に原子炉冷却材を冷却する工程が必要となる。これに伴う熱エネルギーの損失は膨大で、１００ＭＷの原子力発電プラントで約４．１ＭＷの熱エネルギーが損失されてしまう。

このように、大部分の原子炉冷却材の浄化運用設備においては、その運用温度域に合せて、原子炉冷却材の浄化前の冷却工程と、原子炉冷却材の浄化後の加熱工程が必要であり、このような温度操作は、原子力発電プラントの熱効率を低下させる一因となっている。このことから、原子炉冷却材の浄化運用においては、原子炉冷却材の原子炉内での温度により近い温度域での運用が望まれる。このため、例えば特許文献２に記載のように、耐熱性の高いイオン交換樹脂の開発等が行われている。

また、原子炉冷却材の浄化運用設備で使用されるイオン交換樹脂は、一定期間毎に交換されるが、高放射線環境である原子炉冷却材の浄化に使用されるため放射性廃棄物となる。従って、廃棄物発生量の減容の観点からも、イオン交換樹脂は、長期間運用可能な材料にて構成されることが求められている。この観点から、例えば特許文献３に記載のような「廃棄イオン交換樹脂の減容化方法」が提案されている。

ところで、上記イオン交換樹脂を使用しない脱塩方法として、例えば電気透析法を用いたものがある。一般に、この電気透析法は、被処理水をイオン交換膜で隔てた電場中で透過させる際に、そのイオン交換膜と電場の極性とに応じてイオンの移動を促進させることで、被処理水中のイオン成分(溶解性不純物)を除去するものである。原子力発電プラントの脱塩処理工程に電気透析法を適用した技術に関して、例えば特許文献４等に記載がある。

この電気透析法を原子力発電プラントに適用したときの課題として、使用されるイオン交換膜が一般に有機高分子膜であり、高温環境での耐久性が低いことから、イオン交換膜の交換頻度が高くなって、イオン交換膜の交換に伴う廃棄物発生量の低減が困難になってしまうことがある。この電気透析法を高温環境下で運用する原子力発電プラントでの脱塩処理に関して、導電性セラミックスフィルタを両極に用いて電気透析法による脱塩処理を行う技術が、例えば特許文献５に記載されている。
特開平７−２８９９２３号公報 特開２００３−８８８１５号公報 特開平１０−２７９７２６号公報 特開平１１−２３７４９５号公報 特開平３−２３２５２１号公報

上述のように、溶解性不純物を除去する脱塩処理については、耐熱性の高いイオン交換樹脂が開発されたり（特許文献２）、また、電気透析法を採用するものにあっては耐熱性に優れた導電性セラミックスフィルタを用いるものが開発されて（特許文献５）、原子炉内温度付近の温度領域での運用が可能となり、熱エネルギーの損失回避が図られている。

ところが一般に、電気透析法による脱塩処理の前には、被処理水中に含有する固形不純物(非溶解性不純物)を除去する必要がある。従って、熱エネルギーの損失を回避させるべく、原子炉内での温度に近い高温下で原子炉冷却材の浄化を確立するためには、脱塩工程の他に、固形不純物の除去工程においても高温化に対処する必要がある。更に、溶解性不純物（イオン成分）の除去に伴って発生するイオン濃縮水の排出に関しても、高温化に対処した浄化装置が嘱望されている。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、原子炉冷却材の浄化を、熱エネルギーを損失させることなく確実に実施できる原子炉冷却材浄化装置を提供することにある。

本発明は、原子炉冷却材を浄化する原子炉冷却材浄化装置において、上記原子炉冷却材である被処理水中の固形不純物をろ過して除去し、ろ過処理水とする複数台のろ過器が浄化処理経路に並列に設置され、このろ過器を構成するろ過フィルタは、原子炉内の温度付近の温度に対して耐熱性を有するフッ素樹脂膜または無機金属系膜材料から作製され、これらのろ過器の少なくとも一台が常時ろ過処理運転可能に設けられ、上記浄化処理経路における上記ろ過器の下流側に、上記ろ過処理水中の溶解性不純物を脱塩して除去し脱塩処理水とする複数台の脱塩器が並列に設置され、これらの脱塩器の少なくとも一台が常時脱塩処理運転可能に設けられ、前記脱塩器は、ろ過処理水を導入する脱塩室と、この脱塩室の両側に一対の隔膜を介して配置され、上記ろ過処理水中のイオン成分を濃縮する濃縮室と、これらの濃縮室の外側に設置された一対の電極とを有し、上記一対の隔膜及び電極が、上記脱塩室内の上記ろ過処理水の流れ方向と平行に配置されると共に、上記一対の隔膜、上記一対の電極、これらの隔膜と電極が、それぞれ電気的に絶縁されて構成され、上記隔膜及び上記電極が、上記原子炉内の温度付近の温度に対して耐熱性を有する材料にて構成され、上記隔膜は金属、合金系の素材または無機金属系膜材料にて構成され、上記脱塩器では、脱塩室にろ過処理水を導入しない洗浄時に、一対の電極の極性が、脱塩処理の場合と逆になるように当該電極に電圧が印加されることを特徴とするものである。

本発明によれば、浄化処理経路に並列に複数台設置されたろ過器の少なくとも一台が常時ろ過処理運転可能に設けられ、上記浄化処理経路における上記ろ過器の下流側に複数台並列に設置された脱塩器の少なくとも一台が常時脱塩処理運転可能に設けられたことから、原子炉冷却材である被処理水のろ過・脱塩を、滞ることなく確実に実施できる。

また、ろ過器のろ過フィルタ並びに脱塩器の隔膜及び電極が、原子炉内の温度付近の温度に対して耐熱性を有する材料にて構成されたことから、原子炉冷却材を冷却させることなくろ過脱塩を実施できるので、熱エネルギーの損失を回避できる。
さらに、脱塩器では、脱塩室にろ過処理水を導入しない洗浄時に、一対の電極の極性が、脱塩処理の場合と逆になるように当該電極に電圧が印加される構成としたので、脱塩処理時に電極に付着した析出物が濃縮室内のイオン濃縮水中に溶出し、濃縮室内のイオン濃縮水中に溶出した上記析出物が、脱塩器外へ排出され、この脱塩室の脱塩性能を良好に維持することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。

［Ａ］第１の実施の形態（図１、図２）
図１は、本発明に係る原子炉冷却材浄化装置の第１の実施の形態を示す系統図である。図２は、図１の脱塩器の構造と、この脱塩器周囲の配管経路とを模式的に示す図である。

図１に示す原子炉冷却材浄化装置１０は、図示しない沸騰水型原子炉（ＢＷＲ，ＡＢＷＲ）における原子炉冷却材（炉水）中に存在する固形不純物（非溶解性不純物）及び溶解性不純物を除去して、原子炉冷却材の水質を維持するものであり、原子炉復水・給水系や原子炉冷却材浄化系の浄化処理経路１１の上流側に複数台のろ過器１２が、下流側に複数台の脱塩器１３がそれぞれ設置されて構成される。

複数台のろ過器１２はそれぞれ同一構造を有し、浄化処理経路１１に並列に設置される。各ろ過器１２の上流側へ浄化処理経路１１から原子炉冷却材である被処理水が導入される。各ろ過器１２は、この被処理水中の固形不純物を、ろ過フィルタを用いてろ過して除去し、ろ過処理水を下流側から浄化処理経路１１へ流出させるろ過処理運転を実施する。

このろ過器１２については、原子炉冷却材中の固形不純物を除去可能な技術を適用できればよく、適用技術の運用温度範囲に応じて熱交換器等を適宜設置し、ろ過器１２へ導入される原子炉冷却材の温度を調整すればよい。但し、原子力発電プラントの熱効率向上の観点から、原子炉内の温度付近の温度（例えば約２８０℃）で運用可能なろ過器１２を採用することが望ましい。例えば、ろ過器１２のろ過フィルタは、フッ素樹脂膜や、特開２００５‐２１４１２３号公報に記載の無機金属系膜（ニッケル基合金製繊維焼結シート）等のように、原子炉内の温度付近の温度で耐熱性を有する材料から作製されることが好ましい。

また、複数台の各ろ過器１２には、下流側に逆洗水導入経路１４が接続され、上流側に逆洗水排出経路１５及び薬液注入経路１６が接続される。逆洗水導入経路１４からろ過器１２内へ逆洗水を導入し、ろ過処理運転時とは逆向きに逆洗水を流すことで、ろ過フィルタに付着した固形不純物を除去し、この固形不純物を逆洗水と共に逆洗水排出経路１５から排出する。この逆洗処理においてもろ過フィルタの洗浄が不十分な場合に、薬液注入経路１６から酸等の薬液をろ過器１２内へ注入し、酸化鉄などの金属を溶解させて、再度逆洗処理を実施する。

浄化処理経路１１に並列に設置された複数台のろ過器１２は、少なくとも１台が常時ろ過処理運転可能に設けられる。つまり、複数台のろ過器１２のうち、１台のろ過器１２で逆洗処理が行われてろ過処理を実施していないときであっても、他の１台または複数台のろ過器１２がろ過処理運転を実施して被処理水をろ過する。これにより、原子炉冷却材浄化装置１０のろ過器１２によって、原子炉冷却材中の固形不純物が、滞ることなく連続的に除去されることになる。

複数台の脱塩器１３はそれぞれ同一構造を有し、浄化処理経路１１に並列に配置される。各脱塩器１３の上流側へ浄化処理経路１１から、ろ過器１２にて固形不純物が除去されたろ過処理水が導入される。このろ過処理水中の溶解性不純物を各脱塩器１３が脱塩処理して除去し、脱塩処理水を下流側から浄化処理経路１１へ流出させる脱塩処理運転を実施する。この脱塩処理水は、図示しない復水・給水経路を介して原子炉へ供給される。

脱塩器１３は、図２に示すように、ろ過処理水を導入する脱塩室１７と、この脱塩室１７の両側に一対の隔膜１８または筒状隔膜を介して配置され、上記ろ過処理水中のイオン成分（即ち溶解性不純物）を濃縮する濃縮室１９と、これらの濃縮室１９の外側（あるいは外周側）に設置された一対（または筒状）の電極２０とを有し、これらの脱塩室１７、濃縮室１９、隔膜１８及び電極２０が筐体２１内に収容されて構成される。脱塩室１７は、筐体２１及び隔膜１８に囲まれて構成される。また、濃縮室１９は、筐体２１、隔膜１８及び電極２０に囲まれて構成される。更に、脱塩器１３の筐体２１と一対の隔膜１８、一対の電極２０および隔膜１８と電極２０とは、それぞれ電気的に絶縁されている。

この脱塩器１３による脱塩処理に際しては、電極２０に直流電圧が印加されて両電極２０間あるいは電極内に電場が形成され、脱塩室１７及び濃縮室１９に電位勾配が形成される。脱塩室１７にろ過処理水が導入されると、このろ過処理水が脱塩室１７内を流れる間に、ろ過処理水中に含まれるイオン成分は、脱塩室１７及び濃縮室１９内での電位勾配により、その極性に従って隔膜１８を透過し、いずれか一方の濃縮室１９内へ電気泳動して濃縮される。ろ過処理水からイオン成分が除去されて脱塩処理された脱塩処理水は、脱塩室１７からろ過処理経路１１へ流出し、原子炉へ導かれる。

脱塩器１３の各濃縮室１９内で濃縮されたイオン成分を含むイオン濃縮水は、濃縮室１９に接続された濃縮水排出経路２２を経て脱塩器１３外へ、常時または適宜排出される。このイオン濃縮水の排出に連動して、濃縮室１９に接続された濃縮室洗浄水導入経路２３から洗浄水が、イオン濃縮水の排出量に相当する量だけ濃縮室１９内へ導入される。なお、この濃縮水排出経路２２を経て排出されるイオン濃縮水の排水量は、浄化処理経路１１を流れるろ過処理水量に比べて格段に少なく、例えば（ろ過処理水量）：（イオン濃縮水排水量）＝１００：１程度である。

脱塩器１３は、原子力発電プラントの熱効率向上の観点から、原子炉内の炉水温度付近の温度（例えば約２８０℃）で運用可能に構成されていることが望ましく、これにより原子炉冷却材の浄化における熱損失の低減が図られる。例えば、隔膜１８は、金属、合金系等の素材で作製され、脱塩処理環境下で溶出せず、腐食しないものが選定され、更に、原子炉内の炉水温度付近の温度で安定な耐熱性を有するものが好ましい。具体的には、隔膜１８は、前記ろ過フィルタと同等の材質（ニッケル基合金製繊維焼結シートなど）が好ましい。また、電極２０も、脱塩処理時に濃縮室１９内のイオン濃縮水に溶出せず、腐食しない素材で、且つ脱塩器１３の運用温度、電流電圧域で安定して使用可能なものが選定される。

更に、隔膜１８は平板形状あるいは筒形状に形成される。そして、隔膜１８及び電極２０は、脱塩室１７内を流れるろ過処理水の流れ方向に平行に配置される（この構造に関しては、例えば特開２００５‐１８１１９０号公報にも記載されている）。この流路構造により、濃縮室１９及び脱塩室１７に電圧が均一に作用して、脱塩室１７内を流れるろ過処理水の脱塩処理が良好に実施される。

なお、隔膜１８が円筒形状で同心円状に配置され、内側の円筒状隔膜の内側に一方の電極が、外側の円筒状隔膜の外側に他方の電極がそれぞれ設置された脱塩器や円筒状隔膜１８の内側に筒状の電極を同心円状に配置して脱塩器を用いてもよい。この脱塩器では、両隔膜間あるいは隔膜内に脱塩室が形成され、内側隔膜と一方の電極との間、外側隔膜と他方の電極との間に濃縮室がそれぞれ形成される。この円筒形状の脱塩器の場合には、例えば絶縁部材を両端面に配置すればよいなど、部品点数を減少することができる利点がある。このため、運用環境に応じた形態の脱塩器を適宜選択すればよい。

図２に示す脱塩器１３では、脱塩処理時に電極２０に付着した析出物を除去するために、洗浄処理が実施される。この洗浄処理の際には、浄化処理経路１１から脱塩室１７内へのろ過処理水の導入が停止される。次に、電極２０の極性が脱塩処理時の極性と逆になるように電極２０に直流電圧が一時的に印加される。これにより、脱塩処理時に電極２０に付着した析出物が濃縮室１９内のイオン濃縮水中に溶出する。前記電圧印加に前後して、濃縮室洗浄水導入経路２３から濃縮室１９内へ洗浄水を導入することで、濃縮室１９内のイオン濃縮水中に溶出した上記析出物が、イオン濃縮水と共に、濃縮水排出経路２２を経て脱塩器１３外へ排出され、この脱塩室１３の脱塩性能が良好に維持される。

図１に示すように、浄化処理経路１１に並列に設置された複数台の脱塩器１３は、少なくとも１台が常時脱塩処理可能に設けられる。つまり、複数台の脱塩器１３のうち、１台の脱塩器１３に洗浄処理が行われて脱塩処理を実施していないときでも、他の１台または複数台の脱塩器１３が脱塩処理を実施してろ過処理水を脱塩処理する。これにより、原子炉冷却材浄化装置１０の脱塩器１３によって、原子炉冷却材中のイオン成分（溶解性不純物）が、滞ることなく連続的に除去されることになる。

以上のことから、第１の実施の形態によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。

（１）浄化処理経路１１に並列に複数台設置されたろ過器１２の少なくとも１台が常時ろ過処理運転可能に設けられ、更に、浄化処理経路１１におけるろ過器１２の下流側に複数台並列に設置された脱塩器１３の少なくとも１台が常時脱塩処理運転可能に設けられたことから、原子炉冷却材である被処理水のろ過・脱塩を、滞ることなく確実に実施できる。

（２）ろ過器１２及び脱塩器１３、特にろ過器１２のろ過フィルタ、脱塩器１３の隔膜１８及び電極２０等が、原子炉内の温度付近の温度に対し耐熱性を有する材料にて構成されたことから、原子炉冷却材を冷却させることなくろ過・脱塩を実施できるので、熱エネルギーの損失を回避できる。この結果、原子力発電プラントを、熱効率を低下させることなく適切に運用することができる。

［Ｂ］第２の実施の形態（図３）
図３は、本発明に係る原子炉冷却材浄化装置の第２の実施の形態における脱塩器の構造と、この脱塩器周囲の配管経路とを模式的に示す図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

この第２の実施の形態の原子炉冷却材浄化装置３０が第１の実施の形態の原子炉冷却材浄化装置１０と異なる点は、脱塩器３１の筐体２１内に脱塩室１７が平行に複数設置され、これらの脱塩室１７の外側に配置される一対あるいは筒状の濃縮室１９がバイポーラ電極３２により隔てられて、脱塩器３１内に脱塩室１７が集積された点である。この集積化は、隔膜１８が平板形状に形成されたことで実現可能となっている。また、バイポーラ電極３２は２つの極性を有する電極であり、例えば図３中の上側の電極２０が＋極、下側の電極２０が−極であるときには、バイポーラ電極３２の上半分が−極、下半分が＋極となる。

この原子炉冷却材浄化装置３０では、複数台の脱塩器３１のそれぞれの脱塩室１７へ浄化処理経路１１を経てろ過処理水が導入され、これらの脱塩室１７の外側の濃縮室１９へろ過処理水中のイオン成分が移動して濃縮され、このイオン成分が除去された脱塩処理水が、各脱塩室１７から浄化処理経路１１を経て原子炉へ供給される。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏する他、さらに次の効果（３）を奏する。

（３）原子炉冷却材浄化装置３０において脱塩処理を常時実施するためには、脱塩器３１は２台以上必要であるが、上述のように脱塩器３１内に脱塩室１７が集積されたことで、原子炉冷却材浄化装置３０における脱塩器３１の必要台数を、２台以上の範囲で減少させることが可能となり、原子炉冷却材浄化装置３０における体積効率を向上させることができる。また、脱塩器３１の必要台数を減少できるので、脱塩器３１周りの配管本数が減少されて、原子炉冷却材浄化装置３０における脱塩器３１の設備容積を低減できると共に、原子力発電プラントの構成機器の廃棄時に廃棄物量を低減できる。

［Ｃ］第３の実施の形態（図４）
図４は、本発明に係る原子炉冷却材浄化装置の第３の実施の形態における脱塩器の構造と、この脱塩器周囲の配管経路とを模式的に示す図である。この第３の実施の形態において、第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより重複説明を省略する。

この第３の実施の形態の原子炉冷却材浄化装置３５が第１の実施の形態の原子炉冷却材浄化装置１０と異なる点は、脱塩器１３の２つの濃縮室１９（つまり濃縮室１９Ａ、１９Ｂ）に接続される濃縮水排出経路と濃縮室洗浄水導入経路とが、濃縮室１９Ａ、１９Ｂ毎独立して設置された点である。つまり、濃縮室１９Ａに濃縮水排出経路３６及び濃縮室洗浄水導入経路３８が接続され、濃縮室１９Ｂに濃縮水排出経路３７及び濃縮室洗浄水導入経路３９が接続されている。

脱塩処理時には、ろ過処理水中のイオン成分は、その極性（陽イオン、陰イオン）毎別々に、電極２０の極性（＋極、−極）に従って濃縮室１９Ａ、１９Ｂのそれぞれへ移動し濃縮される。濃縮室１９Ａにて濃縮されたイオン成分が濃縮水排出経路３６を経て、また、濃縮室１９Ｂにて濃縮されたイオン成分が濃縮水排出経路３７を経て、それぞれ分別して回収される。

第３の実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏する他、次の効果（４）を奏する。

（４）脱塩器１３の濃縮室１９Ａにてイオン成分が濃縮されたイオン濃縮水を濃縮水排出経路３６により、また、脱塩器１３の濃縮室１９Ｂにてイオン成分が濃縮されたイオン濃縮水を濃縮水排出経路３７により、分別して回収できる。このことから、脱塩器１３にて除去されたろ過処理水中のイオン成分を最終的に処分する際に、イオン成分の極性毎に適切に処分することが可能となる。

［Ｄ］第４の実施の形態（図５）
図５は、本発明に係る原子炉冷却材浄化装置の第４の実施の形態における脱塩器の構造と、この脱塩器周囲の配管経路とを模式的に示す図である。この第４の実施の形態において第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

この第４の実施の形態の原子炉冷却材浄化装置４０が第１の実施の形態の原子炉冷却材浄化装置１０と異なる点は、濃縮水排出経路２２と濃縮室洗浄水導入経路２３とが連結されて濃縮水循環経路４１が形成され、この濃縮水循環経路４１に循環ポンプ４２が設置されて、脱塩器１３の濃縮室１９と上記濃縮水循環経路４１との間で、イオン濃縮水を濃縮循環水として循環させるようにした点である。更に、この濃縮水循環経路４１には、濃縮循環水排出経路４３及び水補給経路４４が接続されている。

濃縮水循環経路４１を循環する濃縮循環水（イオンの濃縮水）は、常時または適宜濃縮循環水排出経路４３を経て排出され、この濃縮循環水の排出に連動して、水補給経路４４から濃縮水循環経路４１内へ、濃縮循環水の排出量に相当する量の補給水が補給される。また、脱塩器１３の洗浄時には、濃縮室１９内のイオン濃縮水中に溶出した電極２０への析出物が、イオン濃縮水（濃縮循環水）と共に濃縮循環水排出経路４３を経て排出され、この排出された量に相当する量の補給水が、水補給経路４４を経て濃縮水循環経路４１内へ供給される。

第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏する他、次の効果（５）を奏する。

（５）脱塩器１３の濃縮室１９と濃縮水循環経路４１との間でイオン濃縮水が濃縮循環水として循環することから、濃縮室１９内に液流れを常に確保できる。このため、濃縮室１９に接する電極２０や隔膜１８の界面付近に生ずるイオン成分の濃度分極が抑制されて、濃縮室１９内での電位勾配を均一に保持できる。この結果、この濃縮室１９内での電位勾配によってイオン成分を除去する脱塩器１３の脱塩機能を安定して維持できる。

更に、濃縮室１９に接する電極２０や隔膜１８の界面付近に生ずるイオン成分の濃度分極が抑制されるので、この濃縮室１９から排出されるイオン濃縮水の急激な濃度変動を抑制できる。

［Ｅ］第５の実施の形態（図６）
図６は、本発明に係る原子炉冷却材浄化装置の第５の実施の形態における脱塩器の構造と、この脱塩器周囲の配管経路とを模式的に示す図である。この第５の実施の形態において、第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより重複説明を省略する。

この第５の実施の形態の原子炉冷却材浄化装置５０が第１の実施の形態の原子炉冷却材浄化装置１０と異なる点は、濃縮水排出経路２２と濃縮室洗浄水導入経路２３との間に熱交換器５１が設置され、この熱交換器５１によって、脱塩器１３の濃縮室１９から排出されたイオン濃縮水の熱を、当該脱塩器１３の濃縮室１９へ供給される濃縮室洗浄水の加熱に用いた点である。これにより、イオン濃縮水は冷却された後に、図示しない排水系へ導かれることになり、また、濃縮室洗浄水は加熱された後に、高温状態（原子炉内の温度付近の温度）で運用される脱塩器１３へ供給されることになる。

第５の実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏する他、次の効果（６）を奏する。

（６）濃縮水排出経路２２と濃縮室洗浄水導入経路２３との間に設置された熱交換器５１によって、脱塩器１３から濃縮水排出経路２２を経て排出されるイオン濃縮水の熱エネルギーを、濃縮室洗浄水導入経路２３を経て当該脱塩器１３へ供給される濃縮室洗浄水の加熱に有効利用できるので、熱損失の少ない脱塩処理を実施できる。

［Ｆ］第６の実施の形態（図７）
図７は、本発明に係る原子炉冷却材浄化装置の第６の実施の形態における脱塩器の構造と、この脱塩器周囲の配管経路とを模式的に示す図である。この第６の実施の形態が、第１及び第４の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより重複説明を省略する。

この第６の実施の形態の原子炉冷却材浄化装置６０が、第４の実施の形態の原子炉冷却材浄化装置４０と異なる点は、濃縮水循環経路４１に熱交換器６１及び水質監視装置６２が設置され、更に濃縮水循環経路４１と濃縮循環水排出経路４３の少なくとも一つに、脱塩器６３が別途設置された点である。

熱交換器６１は、脱塩器１３の濃縮室１９から流出する濃縮循環水としてのイオン濃縮水の熱を吸熱して、上記濃縮室１９へ流入する濃縮循環水としてのイオン濃縮水の加熱に用いるものである。濃縮水循環経路４１のうち、熱交換器６１により吸熱されて冷却された濃縮循環水が流れる経路に水質監視装置６２及び脱塩器６３が設置される。また、濃縮循環水排出経路４３及び水補給経路４４も、濃縮水循環経路４１のうち、熱交換器６１により吸熱されて冷却された濃縮循環水が流れる経路に接続される。

水質監視装置６２は、熱交換器６１により冷却された濃縮循環水の電気伝導度やイオン濃度、放射線量や水素イオン濃度、酸化還元電位などの水質を監視する。この水質監視装置６２により得られる濃縮循環水中のイオン成分に関する状況に応じて、濃縮循環水排出経路４３を経ての濃縮循環水の排出や、水補給経路４４を経ての補給水の補給が運用される。例えば、濃縮循環水の電気伝導度が高く、この濃縮循環水中にイオン成分が多い場合には、濃縮循環水排出経路４３を経て濃縮循環水が排出され、この排水量に相当する量の補給水が水補給経路４４から濃縮水循環経路４１内に補給される。これにより、濃縮水循環経路４１内を循環する濃縮循環水中に含まれるイオン成分が適正量に維持されて、脱塩器１３の脱塩性能が良好に確保される。

また、水質監視装置６２は、濃縮循環水の水質を常温で監視するものが安価であることから、脱塩器１３の濃縮室１９から流出して水質監視装置６２へ流入する濃縮循環水を冷却する必要があり、このため、濃縮水循環経路４１に上記熱交換器６１が設置されている。そして、この熱交換器６１が、濃縮循環水を冷却する際に吸熱した熱エネルギーを、脱塩器１３の濃縮室１９へ供給される濃縮循環水の加熱に有効利用することで、熱損失が回避され、原子力発電プラントの熱効率の向上が図られる。

脱塩器６３は、濃縮水循環経路４１、濃縮循環水排出経路４３を流れる濃縮循環水から更にイオン成分を除去し、このイオン成分が除去された脱塩液を濃縮水循環経路４１へ直接、または水補給経路４４を経て濃縮水循環経路４１へ戻し回収させることで、排水系への廃棄水量を減容化するものである。この際、濃縮水循環経路４１を流れる濃縮循環水の水量が、浄化処理経路１１を流れるろ過処理水量に比べて約１／１００と格段に少ないため、脱塩器６３は小規模で足り、また熱損失が低減される。更に、脱塩器６３は熱交換器６１により常温程度まで冷却された濃縮循環水を脱塩するものであるため、脱塩器１３の如く耐熱性を有する必要はなく、公知の脱塩技術を用いたものであればよい。

従って、脱塩器１３の濃縮室１９から流出した濃縮循環水は、濃縮水循環経路４１を流れる間に熱交換器６１により吸熱されて冷却された後、水質監視装置６２によりその水質が監視され、脱塩器６３により脱塩処理され、その後循環ポンプ４２にて昇圧されて熱交換器６１により加熱され、脱塩器１３の濃縮室１９へ戻される。水質監視装置６２による監視結果に基づき、濃縮水循環経路４１を流れる濃縮循環水は、濃縮循環水排出経路４３を経て排水系へ排出され、この濃縮循環水排出経路４３を流れる間に脱塩器６３により脱塩処理される。

第６の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果（１）及び（２）、並びに第４の実施の形態の効果（５）と同様な効果を奏する他、次の効果（７）及び（８）を奏する。

（７）熱交換器６１により冷却された濃縮循環水の水質を水質監視装置６２が監視することから、この水質監視装置６２を低コスト化できると共に、脱塩器１３の脱塩性能を良好に確保できる。更に、水質監視装置６２への導入に際し濃縮循環水を冷却するために放出された熱エネルギーが、この冷却された濃縮循環水の加熱に利用されることで、熱損失を低減できる。

（８）濃縮水循環経路４１と濃縮循環水排出経路４３との少なくとも一つに脱塩器６３が別途設置されたことから、この脱塩器６３により濃縮循環水を脱塩処理することで、排水系への廃棄水量の減容化を実現できる。

以上、本発明を各実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、第４の実施の形態（図５）において、濃縮循環水排出経路４３と水補給経路４４との間に熱交換器４５を設置し、濃縮水循環経路４１から濃縮循環水排出経路４３を経て排出される濃縮循環水の熱を、水補給経路４４を経て上記濃縮水循環経路４１へ供給される補給水の加熱に利用してもよい。これにより、第５の実施の形態の場合と同様に、熱損失の少ない脱塩処理を実現できる。

また、第６の実施の形態（図７）において別途設置された脱塩器６３と同様な脱塩器６４を、例えば第１の実施の形態（図２）の濃縮水排出経路２２、または第４の実施の形態（図５）の濃縮水循環経路４１に設置してもよい。但し、この脱塩器６４には、原子炉内の温度付近の温度（例えば２８０℃）のイオン濃縮水、濃縮循環水が導入されるので、当該脱塩器６４は脱塩器６３とは異なり、上記温度に対して耐熱性を有する材料で構成される必要がある。この脱塩器６４の設置によって、イオン濃縮水、濃縮循環水中のイオン成分を更に除去することが可能となり、排水系への廃棄水量を減容化できる。

更に、原子力発電プラント以外の発電プラントにおいて高温水をろ過・脱塩処理する技術に、本発明を適用してもよい。

本発明に係る原子炉冷却材浄化装置の第１の実施の形態を示す系統図。 図１の脱塩器の構造と、この脱塩器周囲の配管経路とを模式的に示す図。 本発明に係る原子炉冷却材浄化装置の第２の実施の形態における脱塩器の構造と、この脱塩器周囲の配管経路とを模式的に示す図。 本発明に係る原子炉冷却材浄化装置の第３の実施の形態における脱塩器の構造と、この脱塩器周囲の配管経路とを模式的に示す図。 本発明に係る原子炉冷却材浄化装置の第４の実施の形態における脱塩器の構造と、この脱塩器周囲の配管経路とを模式的に示す図。 本発明に係る原子炉冷却材浄化装置の第５の実施の形態における脱塩器の構造と、この脱塩器周囲の配管経路とを模式的に示す図。 本発明に係る原子炉冷却材浄化装置の第６の実施の形態における脱塩器の構造と、この脱塩器周囲の配管経路とを模式的に示す図。

符号の説明

１０ 原子炉冷却材浄化装置
１１ 浄化処理経路
１２ ろ過器
１３ 脱塩器
１７ 脱塩室
１８ 隔膜
１９、１９Ａ、１９Ｂ 濃縮室
２０ 電極
２２ 濃縮水排出経路
２３ 濃縮室洗浄水導入経路
３０ 原子炉冷却材浄化装置
３１ 脱塩器
３２ バイポーラ電極
３５ 原子炉冷却材浄化装置
３６、３７ 濃縮水排出経路
４０ 原子炉冷却材浄化装置
４１ 濃縮水循環経路
４３ 濃縮循環水排出経路
４５ 熱交換器
５０ 原子炉冷却材浄化装置
５１ 熱交換器
６０ 原子炉冷却材浄化装置
６１ 熱交換器
６２ 水質監視装置
６３、６４ 脱塩器

Claims (7)

1. 原子炉冷却材を浄化する原子炉冷却材浄化装置において、
   上記原子炉冷却材である被処理水中の固形不純物をろ過して除去し、ろ過処理水とする複数台のろ過器が浄化処理経路に並列に設置され、このろ過器を構成するろ過フィルタは、原子炉内の温度付近の温度に対して耐熱性を有するフッ素樹脂膜または無機金属系膜材料から作製され、これらのろ過器の少なくとも一台が常時ろ過処理運転可能に設けられ、 上記浄化処理経路における上記ろ過器の下流側に、上記ろ過処理水中の溶解性不純物を脱塩して除去し脱塩処理水とする複数台の脱塩器が並列に設置され、これらの脱塩器の少なくとも一台が常時脱塩処理運転可能に設けられ、
   前記脱塩器は、ろ過処理水を導入する脱塩室と、この脱塩室の両側に一対の隔膜を介して配置され、上記ろ過処理水中のイオン成分を濃縮する濃縮室と、これらの濃縮室の外側に設置された一対の電極とを有し、
   上記一対の隔膜及び電極が、上記脱塩室内の上記ろ過処理水の流れ方向と平行に配置されると共に、
   上記一対の隔膜、上記一対の電極、これらの隔膜と電極が、それぞれ電気的に絶縁されて構成され、
   上記隔膜及び上記電極が、上記原子炉内の温度付近の温度に対して耐熱性を有する材料にて構成され、上記隔膜は金属、合金系の素材または無機金属系膜材料にて構成され、
   上記脱塩器では、脱塩室にろ過処理水を導入しない洗浄時に、一対の電極の極性が、脱塩処理の場合と逆になるように当該電極に電圧が印加されることを特徴とする原子炉冷却材浄化装置。
2. 上記脱塩器は複数の脱塩室を備え、これらの脱塩室の外側に配置される濃縮室が２つの極性を有するパイポーラ電極により隔てられて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の原子炉冷却材浄化装置。
3. 上記脱塩器には、濃縮室からの濃縮水を排出する濃縮水排出経路と、上記濃縮室へ洗浄水を導入する濃縮室洗浄水導入経路とが、上記濃縮室毎に独立して設置されたことを特徴とする請求項１または２に記載の原子炉冷却材浄化装置。
4. 上記脱塩器には、濃縮室からの濃縮水を排出する濃縮水排出経路と、上記濃縮室へ洗浄水を導入する濃縮室洗浄水導入経路とが連結されて濃縮水循環経路が設けられ、この濃縮水循環経路と上記濃縮室との間で濃縮水が循環水として循環することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の原子炉冷却材浄化装置。
5. 上記脱塩器と濃縮水循環経路の少なくとも一つからの排出水が有する熱を、上記脱塩器と上記濃縮水循環経路の少なくとも一つへ供給される供給水の加熱に用いる熱交換器が設置されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の原子炉冷却材浄化装置。
6. 上記濃縮水循環経路には、脱塩器の濃縮室から流出する循環水の熱を上記濃縮室へ流入する循環水の加熱に用いる熱交換器が設置されると共に、当該熱交換器により冷却された循環水の水質を監視する水質監視装置が設置されたことを特徴とする請求項４に記載の原子炉冷却材浄化装置。
7. 上記濃縮水排出経路と、濃縮水循環経路と、当該濃縮水循環経路に接続されて循環水を排出する濃縮循環水排出経路との少なくとも一つに脱塩器が設置されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の原子炉冷却材浄化装置。

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