JP6089434B2 - Pure water conductivity reduction device - Google Patents
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Description
この発明は、純水に溶解している二酸化炭素を、不活性ガスを利用して除去する純水の導電率低減方法および装置に関し、とくに短時間で純水の導電率を低減することが可能な純水の導電率低減装置に関する。
The present invention, carbon dioxide dissolved in the pure water, relates reduced conductivity method and apparatus of the pure water to be removed by using an inert gas, can be reduced the conductivity of pure water, especially in a short time a related conductivity low GenSo location of pure water.
発電用プラントなどで使用される純水は、配管の腐食などを防止するため導電率の管理基準値を設けて管理されている。特に原子力発電用プラントにおいては、原子炉圧力容器、炉内構造物の応力腐食割れを抑制するために、純水の導電率は厳しく管理されている。 Pure water used in a power generation plant or the like is managed with a management reference value for conductivity in order to prevent corrosion of piping and the like. In particular, in a nuclear power plant, the conductivity of pure water is strictly controlled in order to suppress stress corrosion cracking of the reactor pressure vessel and the reactor internal structure.
図6は、従来の原子力発電用プラントにおける純水の供給経路の一例を示している。図6に示すように、純水製造装置(図示略)で製造された純水Wは、矢印F1方向から上流側配管2およびバルブ3を介して貯蔵タンク10に供給され、一時的に貯蔵タンク10に
貯留される。貯蔵タンク10は純水Wを貯留するタンク本体11を有しており、タンク本体11の上部にはフィルタ11bが設けられている。タンク本体11の側面部には、オーバーフロー配管11cが取付けられている。貯蔵タンク10に貯留された純水Wは、バルブ4および下流側配管5を介して原子力発電用プラント側に供給され、一次冷却水として使用される。導電率の管理は、純水製造装置出口および貯蔵タンクにおける純水Wに基づき行われている。
FIG. 6 shows an example of a pure water supply path in a conventional nuclear power plant. As shown in FIG. 6, pure water W produced by a pure water production apparatus (not shown) is supplied from the direction of arrow F1 to the
従来から純水の製造方法に関する技術が知られている(例えば、特許文献1、2参照。)。この特許文献1の純水製造方法は、原水の水質変動に応じて導電率の低い純水を製造するものである。特許文献2の純水製造方法は、原水流入ラインに水のPHを調整するPH調整槽と窒素ガスバブリング塔を設け、再生廃液排出量を削減するようにしている。
2. Description of the Related Art Conventionally, techniques related to a method for producing pure water are known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). The pure water production method of Patent Document 1 is for producing pure water with low electrical conductivity in accordance with fluctuations in the quality of raw water. In the pure water production method of
しかし、図6に示す従来の原子力発電用プラントにおける純水の供給経路では、純水製造装置により製造された純水Wは、貯蔵タンク10に一時的に貯留され、その後、原子力発電用プラント側の系統に供給されるため、貯蔵タンク10で貯留する過程において、純水WにCO2が溶解し、導電率が管理基準値を超えてしまう場合があるという問題がある。すなわち、純水Wの導電率は、純水製造装置により製造された純水Wでは数十μS/mであるが、貯蔵タンク10での貯留する過程において数百μS/mに増加してしまうという問題がある。
However, in the pure water supply path in the conventional nuclear power plant shown in FIG. 6, the pure water W produced by the pure water production apparatus is temporarily stored in the
この場合の対策として、現状では導電率の高い純水の廃棄(純水の入替え)または脱塩装置での純水の浄化などといった処理を行っているが、これらは迅速な対応を必要とすることから、常に状況監視、水の確保、対応時間を考慮する必要があり、運用管理面での負荷が大きくなるという問題がある。 As countermeasures in this case, at present, treatments such as disposal of pure water with high conductivity (replacement of pure water) or purification of pure water with a desalting apparatus are performed, but these require prompt action. Therefore, it is necessary to always consider situation monitoring, securing of water, and response time, and there is a problem that the load on operation management becomes large.
そこで本発明は、製造された純水を一時的に貯留して使用する場合でも、短時間で純水の導電率を低減することが可能な純水の導電率低減装置を提供することを目的とする。
The present invention, even when used in temporarily storing the pure water produced, to provide a conductivity lower GenSo location of pure water which can reduce the conductivity of pure water in a short time With the goal.
上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、純水製造装置の下流側の貯蔵タンクに設置される純水の導電率低減装置であって、前記純水の導電率を検知する導電率検知手段と、前記貯蔵タンクのオーバーフロー配管を介し当該タンクの底部近傍まで延びる供給流路に複数の噴出穴を備えて、前記貯蔵タンクに貯留されている純水中に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段と、前記導電率検知手段からの情報に基づき前記純水の導電率が許容範囲にあるか否かを判定し、前記純水の導電率が許容範囲を超えている場合は前記不活性ガス供給手段から前記純水中への不活性ガスの供給を指令する導電率判定手段と、前記導電率判定手段からの指令に基づき前記不活性ガスの前記供給流路を開閉する制御弁と、を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 1 in order to achieve the above object, a conductivity reducing device of the pure water is installed in the storage tank of the downstream side of the pure water production device, senses the conductivity of the pure water Supplying inert gas to the pure water stored in the storage tank with a plurality of ejection holes in the supply flow path extending to the vicinity of the bottom of the tank via the overflow pipe of the storage tank through the conductivity detection means And determining whether or not the conductivity of the pure water is within an allowable range based on information from the inert gas supply means and the conductivity detection means, and the conductivity of the pure water exceeds the allowable range If there is a conductivity determination means for commanding the supply of the inert gas from the inert gas supply means to the pure water, and the supply flow path for the inert gas based on a command from the conductivity determination means And a control valve that opens and closes. To.
この発明によれば、不活性ガスと純水が接触することにより、純水に溶解している二酸化炭素が不活性ガスに吸着され、純水の導電率が低減される。 According to this invention, when the inert gas and pure water come into contact, carbon dioxide dissolved in the pure water is adsorbed by the inert gas, and the conductivity of pure water is reduced.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の純水の導電率低減装置において、前記純水の温度を検出する温度検出手段を備え、前記導電率判定手段は、前記導電率検知手段で検知した導電率を前記温度検出手段で検出した温度で補正し、該補正した導電率に基づき前記純水の導電率が許容範囲にあるか否かを判定することを特徴とする。
The invention described in
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の純水の導電率低減装置において、前記不活性ガスは、窒素ガスであることを特徴とする。
The invention described in
請求項1に記載の発明によれば、不活性ガスを純水と接触させることにより、純水に溶解している二酸化炭素を除去するようにしたので、純水の一時的な貯留により純水の導電率が上昇した場合であっても、純水の導電率を短時間で低減させることができる。これにより、短時間で導電率を管理基準値内の純水に戻すことが可能となり、従来に比べて迅速な対応をとることができる。また、従来のような純水の廃棄や脱塩装置などによる純水の浄化が不要となるので、コストの抑制、純水の運用管理の容易化が可能となる。とくに、導電率判定手段からの指令に基づき不活性ガスの供給流路の制御弁を開閉するようにしたので、導電率を低減させるための作業を自動化することができる。さらに、不活性ガスは、大気中に多く含まれているので、不活性ガスを純水の導電率低減のために使用しても環境への影響はなく、運用管理上の安全性を確保できる。
According to the first aspect of the present invention, the carbon dioxide dissolved in the pure water is removed by bringing the inert gas into contact with the pure water. Even when the conductivity of the pure water increases, the conductivity of pure water can be reduced in a short time. As a result, the conductivity can be returned to the pure water within the management reference value in a short time, and a quick response can be taken compared to the conventional case. Further, since it is not necessary to dispose of pure water by conventional disposal of pure water or a desalinator, it is possible to reduce costs and facilitate the operation management of pure water. In particular, since the control valve of the inert gas supply flow path is opened and closed based on a command from the conductivity determining means, the work for reducing the conductivity can be automated. Furthermore, since inert gas is contained in the atmosphere in a large amount, even if inert gas is used to reduce the conductivity of pure water, there is no environmental impact and safety in operation management can be ensured. .
請求項2に記載の発明によれば、純水の温度を検出する温度検出手段を備えているので、気温の変化に伴い純水の温度が変化した場合でも、導電率検知手段によって検知された導電率を温度補正することができ、純水の導電率を精度よく把握することができる。これにより、純水の導電率を低減するための不活性ガスの使用量を抑制すること可能となる。
According to the second aspect of the present invention, since the temperature detecting means for detecting the temperature of the pure water is provided, even when the temperature of the pure water is changed with the change of the air temperature, it is detected by the conductivity detecting means. The conductivity can be temperature-corrected, and the conductivity of pure water can be accurately grasped. Thus, that it can and Do to suppress the amount of the pure water conductivity inert gas for reducing the.
請求項3に記載の発明によれば、不活性ガスとして安価な窒素ガスを用いているので、純水の導電率を低減させるためのコストを抑制することができる。
According to the invention of
つぎに、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1ないし図3は、本発明の実施の形態を示しており、とくに原子力発電用プラントに適用した場合を示している。図1に示すように、原子力発電所の施設には、純水製造装置1が設けられている。純水製造装置1は、原子力発電所の各系統に供給する純水Wを製造するものである。純水製造装置1によって製造された純水Wは、矢印F1に示すように、上流側配管2および第1のバルブ3を介して貯蔵タンク10に供給されるようになっている。第1のバルブ3は、貯蔵タンク10への純水Wの供給および停止を行う機能を有している。
1 to 3 show an embodiment of the present invention, and particularly show a case where it is applied to a nuclear power plant. As shown in FIG. 1, a pure water production apparatus 1 is provided in a facility of a nuclear power plant. The pure water manufacturing apparatus 1 manufactures pure water W to be supplied to each system of a nuclear power plant. The pure water W produced by the pure water production apparatus 1 is supplied to the
貯蔵タンク10は、純水製造装置1から供給された純水Wを一時的に貯留する機能を有している。貯蔵タンク10は、タンク本体11と、フィルタ11bと、オーバーフロー配管11cとを有している。タンク本体11は、本実施の形態では円筒状に形成されており、例えば1000m3の容積を有している。タンク本体11は、内側上部が空間部11aに形成されている。タンク本体11の上部空間部11aは、フィルタ11bを介して外部と連通している。オーバーフロー配管11cは、タンク本体11の側面部に取付けられている。オーバーフロー配管11cの上流端は、空間部11aに開口している。オーバーフロー配管11cは、タンク本体11内の純水Wが所定量を超えた場合に、タンク本体11内の純水Wの一部を外部に排出する機能を有している。
The
タンク本体11の側面下部には、下流側配管5が接続されている。貯蔵タンク10に一時的に貯留された純水Wは、矢印F2に示すように第2のバルブ4および下流側配管5を介してプラント6側に供給されるようになっている。第2のバルブ4は、貯蔵タンク10からプラント6側への純水Wの供給および停止を行う機能を有している。
A
純水製造装置1によって製造された純水Wは、貯蔵タンク10に一時的に貯留され、その後、プラント6側の各系統に供給されるため、貯留される過程において純水WにCO2が溶解し、純水Wの導電率が高くなる。そこで、本発明では、純水Wの導電率が管理基準値を超えるのを防止するため、純水製造装置1の下流側に導電率低減装置12を設けている。導電率低減装置12は、不活性ガス供給手段としての窒素ガス供給ライン14と、不活性ガス供給流路としての窒素ガス供給配管15と、制御弁16と、導電率検知手段17と、温度検出手段18と、導電率判定手段19とを有している。
Since the pure water W produced by the pure water production apparatus 1 is temporarily stored in the
導電率低減装置12は、貯蔵タンク10に貯留された純水Wに向けて不活性ガスとしての窒素ガスN2が供給することで、純水Wの導電率を低減することが可能となっている。この実施の形態においては、窒素ガスN2は、原子力発電所内に敷設された窒素ガス供給ライン14から供給されるようになっているが、後述するように、不活性ガス供給手段を窒素ガスN2を貯蔵するガスボンベから構成してもよい。窒素ガス供給ライン14には、窒素ガス供給配管15が接続されている。窒素ガス供給配管15は、オーバーフロー配管11c内を通り、上流部15aはタンク本体11の底部まで延びている。窒素ガス供給配管15の上流部15aには、タンク本体11内に貯留された純水Wに向けて窒素ガスN2を噴出させる複数の噴出穴(図示略)が形成されている。窒素ガス供給配管15の途中には、電気信号で動作する制御弁16が設けられている。
The
貯蔵タンク10のタンク本体11には、純水Wの導電率を検知する導電率検知手段17が取付けられている。導電率検知手段17は、検知した純水Wの導電率を電気信号に変換する機能を有している。貯蔵タンク10のタンク本体11には、純水Wの温度を検出する温度検出手段18が取付けられている。温度検出手段18は、検知した純水Wの温度を電気信号に変換する機能を有している。導電率検知手段17からの信号K1および温度検出手段18からの信号K2は、それぞれ導電率判定手段19に入力されるようになっている。
Conductivity detection means 17 for detecting the conductivity of pure water W is attached to the
導電率判定手段19は、図2に示すように、温度補正部19aと判定部19bを有している。純水Wは、温度の高低によって導電率が変化することから、温度補正部19aは、導電率検知手段17によって検知された導電率を温度検出手段18からの温度情報に基づき補正する機能を有している。判定部19bは、温度補正部19aによって補正された導電率に基づき、貯蔵タンク10の純水Wの導電率が許容範囲にあるか否かを判定し、純水Wの導電率が許容範囲を超えている場合は、窒素ガス供給ライン14から純水W中への窒素ガスN2の供給を指令する機能を有している。すなわち、導電率判定手段19は、純水Wの導電率が許容範囲を超えている場合は、制御弁16に供給信号K3を出力し、制御弁16の開弁動作によって、貯蔵タンク10の純水W中に窒素ガスN2を供給する機能を有している。
As shown in FIG. 2, the
つぎに、上述の導電率低減装置12を用いた純水の導電率低減方法および作用について説明する。
Next, a method and an effect of reducing the conductivity of pure water using the above-described
図3は、純水Wの導電率低減方法の手順を示している。図3のステップ51で処理が開始され、ステップ52では、導電率検知手段17によって貯蔵タンク10内の純水Wの導電率が検知される。つぎに、ステップ53に進み、温度検出手段18によって貯蔵タンク10内の純水Wの温度が検知される。つぎに、ステップ54に進み、導電率検知手段17および温度検出手段18からの情報に基づき、導電率判定手段19によって純水Wの導電率が許容範囲にあるか否かが判定される。すなわち、導電率判定手段19は、温度補正部19aで導電率検知手段17によって検知された導電率を温度検出手段18からの温度に基づき補正し、判定部19bは、補正された導電率に基づき貯蔵タンク10の純水Wの導電率が許容範囲にあるか否かを判定する。
FIG. 3 shows a procedure of a method for reducing the conductivity of pure water W. The process is started in
ステップ54において、純水Wの導電率が許容範囲にあると判定された場合は、ステップ55に進み、制御弁16は閉じたままとされ、貯蔵タンク10には窒素ガスN2は供給されない。その後、ステップ52に戻り、上述の処理が繰り返される。
In
ステップ54において、純水Wの導電率が許容範囲を超えていると判定された場合は、ステップ56に進み、制御弁16は導電率判定手段19からの供給信号K3に基づき開とされる。そして、ステップ57に示すように、窒素ガス供給ライン14からの窒素ガスN2が窒素ガス供給配管15を介して貯蔵タンク10内に供給され、窒素ガス供給配管15の上流部15aから貯留された純水Wに向けて窒素ガスN2を噴出させる。これにより、貯蔵タンク10内の純水Wは、窒素ガスN2と接触することにより、純水Wに溶解しているCO2が窒素ガスN2に吸着され、純水Wの導電率が低減される。すなわち、窒素ガス供給配管15の上流部15aには、窒素ガスN2を噴出させる複数の噴出穴(図示略)が形成されているので、貯蔵タンク10内の純水W中には窒素ガスN2の無数の気泡が生成され、純水Wと窒素ガスN2との接触は十分に行われる。これにより、純水Wに溶解しているCO2が除去され、純水Wの導電率は短時間で低下する。純水W中の窒素ガスN2およびCO2は、時間の経過とともに純水Wの液面まで浮上し、その後、貯蔵タンク10の空間11aに流入する。貯蔵タンク10の空間11aに流入した窒素ガスN2およびCO2は、矢印F3に示すように、オーバーフロー配管11cを介して外部に排出される。
If it is determined in
つぎに、ステップ52に戻り、上述の処理が繰り返され、純水Wの導電率が許容範囲内となった場合は、貯蔵タンク10内への窒素ガスN2の供給は停止される。そして、導電率低減装置12の点検時などによって、純水Wのプラント6側への供給が停止される場合は、ステップ58に進んで処理を終了させる。
Next, returning to step 52, the above process is repeated, and when the conductivity of the pure water W falls within the allowable range, the supply of the nitrogen gas N 2 into the
このように、この実施の形態においては、窒素ガスN2を純水Wと接触させることにより純水Wに溶解しているCO2を除去するようにしたので、製造された純水Wの一時的な貯留によって純水Wの導電率が上昇した場合であっても、純水Wの導電率を短時間で低減させることができる。これにより、短時間で導電率を管理基準値内の純水Wに戻すことが可能となり、従来に比べて迅速な対応をとることができる。また、従来のような純水の廃棄や脱塩装置などによる純水の浄化が不要となるので、コストの抑制、純水Wの運用管理の容易化が可能となる。さらに、不活性ガスである窒素ガスN2は、大気中に多く含まれているので、窒素ガスN2を純水Wの導電率低減のために使用しても環境への影響はなく、運用管理上の安全性を確保できる。 Thus, in this embodiment, since the CO 2 dissolved in the pure water W is removed by bringing the nitrogen gas N 2 into contact with the pure water W, the temporary water of the produced pure water W is temporarily removed. Even if the electrical conductivity of the pure water W is increased by the effective storage, the electrical conductivity of the pure water W can be reduced in a short time. As a result, the conductivity can be returned to the pure water W within the management reference value in a short time, and a quick response can be taken compared to the conventional case. In addition, since it is not necessary to dispose of pure water by conventional disposal of pure water or a desalinator, it is possible to reduce costs and facilitate operation management of pure water W. Furthermore, since nitrogen gas N 2 that is an inert gas is contained in the atmosphere in a large amount, even if nitrogen gas N 2 is used to reduce the conductivity of pure water W, there is no environmental impact and operation. Management safety can be secured.
また、不活性ガスとして安価な窒素ガスN2を用いているので、純水Wの導電率を低減させるためのコストを抑制することができる。さらに、純水Wの温度を検出する温度検出手段18を備えているので、気温の変化に伴い純水Wの温度が変化した場合でも、導電率検知手段17によって検知された導電率を温度補正することができ、純水Wの導電率を精度よく把握することができる。これにより、純水Wの導電率を低減するための窒素ガスN2の使用量を抑制すること可能となる。 Moreover, because of the use of inexpensive nitrogen gas N 2 as an inert gas, it is possible to suppress the cost for reducing the conductivity of the pure water W. Further, since the temperature detection means 18 for detecting the temperature of the pure water W is provided, even when the temperature of the pure water W changes with the change in the air temperature, the conductivity detected by the conductivity detection means 17 is temperature-corrected. The conductivity of the pure water W can be grasped with high accuracy. This makes it possible to suppress the amount of the nitrogen gas N 2 to reduce the conductivity of the pure water W.
つぎに、窒素ガスN2による曝気におけるCO2除去の仕組みとCO2除去量について説明する。ここで、曝気とは、液体中に気体を供給し、気体と液体とを接触させることを意味する。 Next, the mechanism of CO 2 removal and the amount of CO 2 removal in aeration with nitrogen gas N 2 will be described. Here, aeration means that a gas is supplied into the liquid and the gas and the liquid are brought into contact with each other.
窒素ガスN2による曝気について、純水1.0m3に対する窒素ガスN2を1.0リットル(標準状態)供給する場合を考える。このとき、1.0リットル=1000cm3=1.0×10−3m3である。図4に示すように、供給した窒素ガス1.0リットルが純水W中で一つの気泡と考える。このとき、標準状態の気体1molは0℃、1atmで22.4リットルである。したがって、25℃のとき、1.0×298/273=1.091575リットルとなる。また、標準状態1リットルの気体は1/22.4=0.0446428molである。 For aeration by nitrogen gas N 2, nitrogen gas N 2 for pure water 1.0 m 3 1.0 liters (standard conditions) Consider the case of supplying. At this time, 1.0 liter = 1000 cm 3 = 1.0 × 10 −3 m 3 . As shown in FIG. 4, 1.0 liter of supplied nitrogen gas is considered as one bubble in the pure water W. At this time, 1 mol of gas in a standard state is 22.4 liters at 0 ° C. and 1 atm. Therefore, at 25 ° C., 1.0 × 298/273 = 1.091575 liters. In addition, 1 liter of gas in a standard state is 1 / 22.4 = 0.0446428 mol.
ヘンリーの法則によれば、溶液中には各気体の分圧に比例した量の気体が溶解している。しかし、窒素ガスの気泡中には二酸化炭素が存在しないため、二酸化炭素分圧と気泡中の二酸化炭素分圧の比から、純水中の二酸化炭素は窒素ガス気泡へ吸い出される。水面からの二酸化炭素分圧は、大気の組成比より、0.0003×1.0atmである。ここで、純水W中への滞留が十分長い時間であることから、二酸化炭素は大気圧の分圧に等しくなるほど十分に気泡中へ吸い出される。ただし、供給される窒素ガスN2は、標準状態なので、大気中の分圧0.781×1.0atmと1.0×1.0atmの差分だけ純水W中に溶解する。温度を25℃として、溶解する窒素ガス容量ΔVN2は、以下の通りとなる。
ΔVN2=0.0190×(1.0−0.781)×293/298=0.00040911g=0.000409/28=0.14611×10−3mol
圧力が一定のままであれば、この分だけ気泡の体積は減少する。したがって、溶解した後の窒素ガス気泡の体積V´N2は、以下の通りとなる。
V´N2=(0.0446428−0.14611×10−3)÷(0.0044628)×1091.575=1088.0026cm3
According to Henry's law, an amount of gas in proportion to the partial pressure of each gas is dissolved in the solution. However, since no carbon dioxide is present in the nitrogen gas bubbles, carbon dioxide in pure water is sucked into the nitrogen gas bubbles from the ratio of the carbon dioxide partial pressure and the carbon dioxide partial pressure in the bubbles. The partial pressure of carbon dioxide from the water surface is 0.0003 × 1.0 atm from the composition ratio of the atmosphere. Here, since the residence in the pure water W is a sufficiently long time, the carbon dioxide is sufficiently sucked into the bubbles so as to be equal to the partial pressure of the atmospheric pressure. However, since the supplied nitrogen gas N 2 is in a standard state, it is dissolved in the pure water W by the difference between the atmospheric partial pressures of 0.781 × 1.0 atm and 1.0 × 1.0 atm. Assuming that the temperature is 25 ° C., the dissolved nitrogen gas capacity ΔV N2 is as follows.
ΔV N2 = 0.0190 × (1.0−0.781) × 293/298 = 0.00040911 g = 0.000409 / 28 = 0.14611 × 10 −3 mol
If the pressure remains constant, the bubble volume decreases by this amount. Therefore, the volume V ′ N2 of the nitrogen gas bubbles after being dissolved is as follows.
V ′ N2 = (0.0446428−0.14611 × 10 −3 ) ÷ (0.0044628) × 1091.575 = 10888.0026 cm 3
ここで、窒素ガス気泡中へ吸い出される二酸化炭素の体積V´CO2とすると、以下の式が成り立つ。
V´CO2÷(V´CO2+V´N2)=0.0003/0.781→
V´CO2=(0.0003/0.781)×V´N2=0.4179267cm3
よって気泡中に存在する二酸化炭素のモル数M´CO2は、以下の通りとなる。
M´CO2=(0.4179296)÷(22.4×103)×(273÷298)=0.0170922×10−3mol=17.0922×10−6mol
つまり、1.0リットルの窒素ガスN2を供給した場合、その気泡には17.0922×10−6molの二酸化炭素が吸着されて大気へ除去されるということになる。ここで、飽和状態の純水へ溶解している二酸化炭素の濃度は、CO2(aq)=KHPCO2=10.2×10−6mol/リットルであるので、純水1.0m3中には二酸化炭素は10.2×10−3mol存在する。したがって、すべての二酸化炭素を除去するために必要な窒素ガス容量VN2(B)は、以下の通りとなる。
VN2(B)=10200×10−6/17.0922×10−6=596.76343=596.8リットル
Here, when the volume of carbon dioxide sucked into the nitrogen gas bubbles is V ′ CO2 , the following equation is established.
V ′ CO2 ÷ (V ′ CO2 + V ′ N2 ) = 0.0003 / 0.781 →
V ′ CO2 = (0.0003 / 0.781) × V ′ N2 = 0.4179267 cm 3
Therefore, the number of moles M ′ CO2 of carbon dioxide present in the bubbles is as follows.
M ′ CO 2 = (0.4179296) ÷ (22.4 × 10 3 ) × (273 ÷ 298) = 0.0170922 × 10 −3 mol = 17.0922 × 10 −6 mol
That is, when 1.0 liter of nitrogen gas N 2 is supplied, 17.0922 × 10 −6 mol of carbon dioxide is adsorbed to the bubbles and removed to the atmosphere. Here, the concentration of carbon dioxide dissolved into pure water saturation is the CO 2 (aq) = K H P CO2 = 10.2 × 10 -6 mol / l of pure water 1.0 m 3 Carbon dioxide is present at 10.2 × 10 −3 mol. Therefore, the nitrogen gas capacity V N2 (B) necessary for removing all carbon dioxide is as follows.
V N2 (B) = 10200 × 10 −6 /17.0922×10 −6 = 596.76343 = 596.8 liters
つぎに、実際のタンクモデルにおける飽和溶解しているCO2全量除去に必要な窒素ガス量を求めてみる。 Next, the amount of nitrogen gas required for removing all the saturated dissolved CO 2 in an actual tank model is determined.
純水1.0m3に対し窒素ガス596.8リットルが必要となるので、実際のタンク容量1000m3に対しては、596800リットル=596.8m3が必要となる。ただし、これはすべての二酸化炭素の除去を考えた場合である。 Since to pure water 1.0 m 3 is needed nitrogen gas 596.8 liters for the actual tank capacity 1000 m 3, it is necessary to 596,800 liters = 596.8m 3. However, this is a case where removal of all carbon dioxide is considered.
つぎに、連続通気に必要な窒素ガス流量を求めてみる。二酸化炭素の溶解による導電率の上昇傾向は、気体と液体の接触の様子に影響され、各種文献を考慮すると、例えばビーカーの水が1時間で飽和する程度に導電率が上昇するケースもあると考えられる。そこで、ビーカーの高さを10cm程度と考え、図5に示すように、貯蔵タンク10に純水Wを貯留した後にタンク上部の気相部からCO2が溶解し1時間後に上部から10cmの範囲にて200μS/m、さらに10cm下部で100μS/mとなった場合を考える。
Next, the flow rate of nitrogen gas necessary for continuous ventilation is determined. The increasing tendency of conductivity due to dissolution of carbon dioxide is influenced by the state of contact between gas and liquid, and considering various literatures, for example, the conductivity may increase to the extent that water in a beaker is saturated in one hour. Conceivable. Therefore, the height of the beaker is considered to be about 10 cm, and as shown in FIG. 5, the pure water W is stored in the
ここで、200μS/mに対してCO2濃度は、10.2×106mol/リットル=10.2×103mol/リットル、100μS/mに対してCO2濃度は5.1×10−6mol=5.1×10−3molと考えると、除去すべきCO2濃度は、以下の通りとなる。 Here, CO 2 concentration against 200 [mu] S / m is, 10.2 × 10 6 mol / l = 10.2 × 10 3 mol / l, CO 2 concentration against 100 .mu.S / m is 5.1 × 10 - Considering 6 mol = 5.1 × 10 −3 mol, the CO 2 concentration to be removed is as follows.
除去すべきCO2の量=100×0.1×10.2×10−3+100×01.×5.1×10−3=15.3×10−2mol Amount of CO 2 to be removed = 100 × 0.1 × 10.2 × 10 −3 + 100 × 01. × 5.1 × 10 −3 = 15.3 × 10 −2 mol
窒素ガスN2での1リットルの通気によるCO2の除去量は、17.0922×10−6molであるため、153000×10−6mol/17.0922×10−6mol=8951.4515リットルの通気が必要となる。したがって、1時間以内に除去することを考えると、8951.4515リットル/3600秒=2.4865143リットル/秒となる。タンクの底面積を100m2とすると、1m2あたり0.0248651リットル/秒の少ない通気量で良いことがわかる。 Since the removal amount of CO 2 by aeration with 1 liter of nitrogen gas N 2 is 17.0922 × 10 −6 mol, 153000 × 10 −6 mol / 17.0922 × 10 −6 mol = 8951.4515 liters Ventilation is required. Therefore, considering removal within one hour, 8951.4515 liters / 3600 seconds = 2.4865143 liters / second. When the bottom area of the tank is 100 m 2 , it can be seen that a small air flow rate of 0.0248651 liters / second per 1 m 2 is sufficient.
また、CO2の溶解は貯留された純水Wの上部水面で起こることを考慮すると、曝気により通気された窒素ガスN2は純水W中を浮上し、タンク上部の気相に滞留することになる。すると、あたかも窒素ガスN2が封入された状態となり、水面からのCO2溶解を抑制することとなる。さらに、水面においては窒素ガスN2が支配的となるため、CO2の分圧が減り、水面からもCO2を除去する効果があると考えられる。以上のことを考慮すると、実際には上記計算で求めた流量より少ない流量にて窒素ガスN2による曝気を行うことが可能となる。 Further, considering that the dissolution of CO 2 occurs on the upper water surface of the stored pure water W, the nitrogen gas N 2 vented by aeration floats in the pure water W and stays in the gas phase above the tank. become. Then, as if a state where the nitrogen gas N 2 is sealed, and to suppress the CO 2 dissolved from the water surface. Furthermore, since the nitrogen gas N 2 is dominant on the water surface, the partial pressure of CO 2 is reduced, and it is considered that there is an effect of removing CO 2 from the water surface. Considering the above, it is possible to actually perform aeration with nitrogen gas N 2 at a flow rate smaller than the flow rate obtained by the above calculation.
また、このモデルでは窒素ガスN2を一つの気泡のモデルと考えたが、実際はいくつかの気泡に分裂するし、多数の微細気泡として供給することも可能である。同じ体積の気泡が微細化されいくつかの小さな気泡になった場合、もとの一つの気泡に比べて表面積は大きくなる。1.0リットルの体積の気泡が多数の気泡となった場合に表面積は9倍に、1.0mm3の多数の気泡となった場合に表面積は99倍になる。このように、微細気泡によって表面積が大きくなることで、窒素ガスN2が純水に接触する面積が増えることから、曝気効率の改善につながる。また、微細気泡となった場合には、気泡一つにかかる浮力が小さくなり、気泡が純水中に滞留する時間が長くなることから、曝気効率の改善につながる。さらに、微細化されることで、貯蔵タンク10内の広範囲に窒素ガスN2の気泡を分布させることができ、これも曝気効率の改善につながる。
In this model, the nitrogen gas N 2 is considered as a model of one bubble. However, in reality, the gas can be divided into several bubbles and supplied as a large number of fine bubbles. When bubbles of the same volume are refined into several small bubbles, the surface area becomes larger than the original one bubble. The surface area becomes 9 times when a bubble having a volume of 1.0 liter becomes many bubbles, and the surface area becomes 99 times when many bubbles of 1.0 mm 3 are formed. As described above, since the surface area is increased by the fine bubbles, the area where the nitrogen gas N 2 comes into contact with the pure water is increased, which leads to improvement in aeration efficiency. Moreover, when it becomes a fine bubble, since the buoyancy concerning one bubble becomes small and the time for a bubble to stay in a pure water becomes long, it leads to the improvement of aeration efficiency. Furthermore, by being miniaturized, the bubbles of nitrogen gas N 2 can be distributed over a wide range in the
実際の運用を考えると、容量1000m3のタンクに貯蔵されCO2の溶解が飽和状態にある純水Wにおいて、純水W中のすべてのCO2を除去するために、窒素ガスN2を流量2.4865143リットル/秒にて通気すると、596800/2.4865=240016.08秒=66.6711時間=2.7日で純水1000m3中のCO2をすべて除去することができる。 Considering the actual operation, in pure water W stored in a tank having a capacity of 1000 m 3 and in which the dissolution of CO 2 is saturated, nitrogen gas N 2 is flowed in order to remove all CO 2 in pure water W. When venting at 2.486543 liters / second , all the CO 2 in 1000 m 3 of pure water can be removed in 596800 / 2.4865 = 240016.08 seconds = 66.6711 hours = 2.7 days.
実際の貯蔵タンク10では、100μS/m付近で導電率が飽和しており、気温の上昇などにより一時的に導電率が上昇した場合などに、管理目標値100μS/mに対し、導電率としては数十μS/m下げれば十分である。したがって、100μS/mから75μS/mへ導電率を低下させる場合には、窒素ガスN2流量2.4865143リットル/秒にて596800/4/2.4865=60004.021秒=16.667783時間=0.6944日だけ曝気すれば良いことになる。
In the
上記考察では、溶解したCO2の拡散の様子を考慮しておらず、実際の導電率上昇傾向とは異なると考えられる。実際の貯蔵タンク10では、純水製造装置1から50μS/mの純水を12m3/時間で供給している状態で、導電率は約80μS/mで飽和している。現状持ちうるデータとして、この供給を止めたときに、36時間で導電率が83μS/mから91μS/mに上昇したという実績がある。
In the above consideration, the state of diffusion of dissolved CO 2 is not taken into consideration, and it is considered that the actual conductivity increasing tendency is different. In the
CO2溶解による導電率上昇は、溶解の飽和を考えると、A(1−e−at)+αという公式にしたがって上昇する。厳密には、上述のデータ等から導電率の上昇曲線を求め、飽和時間より必要な通気流量を求めるのがよいが、簡単にするため以下のような必要流量を推定する。 The increase in conductivity due to the dissolution of CO 2 increases according to the formula of A (1-e −at ) + α, considering the saturation of dissolution. Strictly speaking, it is preferable to obtain an increase curve of conductivity from the above-mentioned data and the like, and to obtain a necessary air flow rate from the saturation time, but for the sake of simplicity, the following necessary flow rate is estimated.
導電率の83μS/mから91μS/mへの上昇が線形に上昇すると仮定すると、このときCO2濃度は36時間で4.07×106mol/リットルから4.46×10−6mol/リットルへ上昇したことになる。よって、これを除去するためには以下の流量にて通気すればよいことになる。 Assuming that the increase in conductivity from 83 μS / m to 91 μS / m is linear, the CO 2 concentration will increase from 4.07 × 10 6 mol / liter to 4.46 × 10 −6 mol / liter in 36 hours. It will be done. Therefore, in order to remove this, it is sufficient to ventilate at the following flow rate.
0.46×10−6×106mol/17.0922×10−6mol/(36×3600秒)=0.2077リットル/秒
これは、上述したように、実際には窒素ガスN2の微細化および封入効果が期待できることから、さらに少ない流量で窒素ガスN2による曝気が可能になる。
0.46 × 10 −6 × 10 6 mol / 17.0922 × 10 −6 mol / (36 × 3600 seconds) = 0.2077 liters / second As described above, this is actually the nitrogen gas N 2 Since the miniaturization and the sealing effect can be expected, aeration with nitrogen gas N 2 becomes possible with a smaller flow rate.
また、窒素ガスN2の供給をガスボンベ(一本あたりの容量:7000リットル)で考えた場合、7000リットル÷0.277リットル/秒=9.36時間であることから、ボンベ1本で9.36時間の供給が可能となり、24時間の曝気はボンベ3本あれば十分な量となる。 Further, when the supply of nitrogen gas N 2 is considered as a gas cylinder (capacity per cylinder: 7000 liters), it is 7000 liters / 0.277 liters / second = 9.36 hours. Supply for 36 hours is possible, and a 24-hour aeration is sufficient if three cylinders are used.
上述したように、貯蔵タンク10の容量を1000m3とし、この貯蔵タンク10に貯留された純水WにCO2が飽和状態で溶解しているとした場合は、純水W中のすべてのCO2を除去するためには、596.8m3(596800リットル)の窒素ガスN2による曝気が必要となる。また、連続通気によりCO2溶解による導電率の上昇を抑えるためには、1000m3の貯蔵タンク10に対して2.49リットル/秒の流量で曝気すればよい。ただし、必要な流量はタンク容量に比例して大きくなっているため、1m3当たりには0.025リットル/秒の微量な通気量でよい。さらに、窒素ガスN2による封入効果により必要な通気量は少なく済むと推定され、上述の流量2.49リットル/秒は保守の観点から余裕をもった大きな値としている。
As described above, when the
また、CO2が飽和状態で溶解した1000m3の貯蔵タンク10に、窒素ガスN2を仮に流量2.49リットル/秒で通気し続けると、67時間(2.7日)ですべてのCO2を除去することができる。現状、100μS/mで飽和しているときに、pH、温度変化などによるわずかな上昇を低減するには、導電率を数十μS/m低下させるために、2.49リットル/秒の通気量で17時間(0.7日)通気すればよい。ただし、実際の導電率の上昇の様子は上述の仮定より緩やかであり、これよりもさらに少ない通気流量(0.21リットル/秒)で運用できる。
Further, the
以上、この発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、この実施の形態においては、不活性ガスの一例として窒素ガスN2を用いたが、CO2を吸着することが可能なガスであれば、窒素ガスN2に限定されない。さらに、この実施の形態においては、貯蔵タンク10内の純水W中に窒素ガスN2を供給するようにしているが、上流側配管2または下流側配管5を流れる純水W中に窒素ガスN2を供給する構成としてもよい。さらに、窒素ガスN2の供給は、原子力発電所内に敷設された窒素ガス供給ライン14によって行うようにしているが、上述したようにボンベに貯蔵された窒素ガスN2を供給する構成としてもよい。
The embodiment of the present invention has been described in detail above, but the specific configuration is not limited to the above-described embodiment, and even if there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention, It is included in this invention. For example, in this embodiment, nitrogen gas N 2 is used as an example of an inert gas, but the gas is not limited to nitrogen gas N 2 as long as it is a gas capable of adsorbing CO 2 . Further, in this embodiment, the nitrogen gas N 2 is supplied into the pure water W in the
1 純水製造装置
10 貯蔵タンク
11 タンク本体
11b フィルタ
11c オーバーフロー配管
12 導電率低減装置
14 窒素ガス供給ライン(不活性ガス供給手段)
15 窒素ガス供給配管(不活性ガス供給流路)
16 制御弁
17 導電率検知手段
18 温度検出手段
19 導電率判定手段
W 純水
N2 窒素ガス(不活性ガス)
CO2 二酸化炭素
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pure
15 Nitrogen gas supply piping (inert gas supply flow path)
16
CO 2 carbon dioxide
Claims (3)
前記純水の導電率を検知する導電率検知手段と、
前記貯蔵タンクのオーバーフロー配管を介し当該タンクの底部近傍まで延びる供給流路に複数の噴出穴を備えて、前記貯蔵タンクに貯留されている純水中に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段と、
前記導電率検知手段からの情報に基づき前記純水の導電率が許容範囲にあるか否かを判定し、前記純水の導電率が許容範囲を超えている場合は前記不活性ガス供給手段から前記純水中への不活性ガスの供給を指令する導電率判定手段と、
前記導電率判定手段からの指令に基づき前記不活性ガスの前記供給流路を開閉する制御弁と、
を備えていることを特徴とする純水の導電率低減装置。 A reduced conductivity device of the pure water is installed in the storage tank of the downstream side of the water purifying apparatus,
Conductivity detecting means for detecting the conductivity of the pure water;
An inert gas for supplying an inert gas into pure water stored in the storage tank, having a plurality of ejection holes in a supply flow path extending to the vicinity of the bottom of the tank via an overflow pipe of the storage tank Supply means;
Based on the information from the conductivity detection means, it is determined whether the conductivity of the pure water is within an allowable range. If the conductivity of the pure water exceeds the allowable range, the inert gas supply means Conductivity determining means for commanding supply of inert gas into the pure water;
A control valve for opening and closing the supply flow path of the inert gas based on a command from the conductivity determining means;
A device for reducing the conductivity of pure water.
前記導電率判定手段は、前記導電率検知手段で検知した導電率を前記温度検出手段で検出した温度で補正し、該補正した導電率に基づき前記純水の導電率が許容範囲にあるか否かを判定することを特徴とする請求項1に記載の純水の導電率低減装置。 Temperature detecting means for detecting the temperature of the pure water;
The conductivity determination means corrects the conductivity detected by the conductivity detection means with the temperature detected by the temperature detection means, and based on the corrected conductivity, the conductivity of the pure water is within an allowable range. The apparatus for reducing conductivity of pure water according to claim 1, wherein:
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