JP6284926B2 - 移動式ホウ酸水供給システム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、同一発明者による、２０１２年４月１９日に提出された「移動式ホウ酸水供給システム」と題する米国仮特許出願番号第６１／６３５，３１５号に基づく優先権を主張する。

本発明は、商用原子力発電所へのホウ酸水の供給に関する。

近年、日本の福島原子力発電所を襲った津波は、原子炉だけでなく、現地に有意な面積を占める形で常設されている他の多数の供給システムに損害を与えたが、商用原子力発電事業者は、そのような自然災害及び／または人為的災害による損害をなくす及び／または軽減する解決策を探求している。検討されているシステムの１つは給水システムである。給水をホウ酸水に変えることは、原子炉を臨界未満に維持する一助となる液体中性子毒物を供給するために必要であると通常考えられている。

原子炉におけるホウ酸水溶液の有用性は早くから教示されており、例えばＰａｎｓｏｎの米国特許第４，７６４，３３７号明細書では、次のように記載されている。
「原子炉蒸気発生器の２次冷却水システム中の炭素鋼の腐食を防止し、あるいは少なくとも抑制するために、ホウ酸を使用することが以前から知られている。特にホウ酸は、原子炉蒸気発生器内の細管と細管支持板との界面におけるへこみとして知られる現象の発生を最小限に抑えるために用いられてきた。ホウ酸単独でもへこみに帰結するタイプの炭素鋼の腐食を防止するのに大変有用であることが判明しているが、原子力分野に応用するには、システムを改良して信頼性を高めるための継続的な研究が欠かせない。ホウ酸単独よりも更に強酸であるホウ酸ジオール化合物が知られている。・・・ホウ酸とジオール化合物とが反応し、ホウ酸自体よりも更に酸の特質を有するホウ酸ジオール錯体が生成されることによって、ホウ酸を活性化するようである。しかしながら、・・・そのようなホウ酸ジオール錯体が腐食を防止できることは示唆されてない。そして更には、ホウ酸ジオール錯体が原子炉蒸気発生器内の炭素鋼の腐食を抑制するのに有用であることも開示されていない。」

重要なことだが、米国特許第８，２３３，５８１号明細書及び第５，１７１，５１５号明細書(夫々、Ｃｏｎｎｅｒ等、及び、Ｐａｎｓｏｎ等)により教示されるように、中性子束の一部を抑制する減速材としてホウ酸水を使用できることが、後になって分かってきた。別の分野では、Ｂｒｏｗｎ等による米国特許第４，２２５，３９０号明細書において、原子力発電所用のホウ素制御システムの複雑さが示されている。

現在稼働中のホウ酸水供給システムは、原子炉の冷却系内で用いる冷却材中への注入に先立って、ホウ酸と水を所望濃度に混合するために、全部が敷地にあって常設される相当な大きさのバッチタンクを使用し、更にそれを「現地で使える」状態に保つための大規模な補助施設を必要とする。

現在のホウ酸水供給システムの主な欠点は、ホウ酸を混合して水溶液にして比較的高濃度に保つための、常設のモーター駆動攪拌器及び加熱器を含むコンポーネントを付加した、非常に大規模な常設バッチタンクを必要とすることである。このように、現在のホウ酸水供給システムは、広い空間即ち広い設置面積及び大量の電力を必要とする点に問題がある。バッチタンクにこのような要求があると、現在のホウ酸水供給システムを可搬式あるいは移動式にする考えが浮かばないので、システムは現地に常設される。かくして、原子力発電所のホウ酸水供給システムを、設置面積が小さく、運搬が簡単であり、発電所据付機器が作動不能か使用不適な事象が発生するとエネルギーと資源をより効率的に利用するシステムに変える必要がある。

上記問題を解決し、上記要求に応えるのは、現地で成分を混合してホウ酸水を提供することにより、原子炉システムにホウ酸水を冷却材として供給可能な移動式ホウ酸水供給装置であって、該移動式装置はａ）水源または外部の水源との接続部と、ｂ）水溶性ホウ素粉末を貯蔵する水溶性ホウ素粉末源と、ｃ）水源からの水を加熱する加熱器と、ｄ）水を所望の場所に移動させる動力を供給するポンプと、ｅ）水溶性ホウ素粉末源からの流れおよび加熱器からの加熱された水を調量するための調量システムと、ｆ）加熱された水と水溶性ホウ素粉末源からの流れとを混合して、調量された濃度を有するホウ酸スラリーを提供する混合器と、ｇ）上記スラリーを加熱するように構成された更なる加熱器と、ｈ）ホウ酸水溶液の流出口と、ｉ）上記ａ）乃至ｈ）を一緒に搭載し、水溶液を原子炉に輸送することで、現地でのホウ酸水溶液の大規模な貯水庫の必要性をなくす輸送手段とを備える。

自動車、鉄道または船による輸送は切れ目なく行えるので、多種多様な壊滅的事象に晒されることがある原子力施設に隣接して一連の大規模構造物を建築しなくても、かかる輸送手段による供給は完全であり、また、補助的であっても安全である。

本発明を一層明瞭に理解できるよう、添付の図面を参照する例示により、簡便な実施形態について説明する。

図１は輸送手段上のコンポーネントのつながりの一実施形態を示す。

図２は、ホウ酸水溶液を複数の任意の常設水タンクの１つに配送するべく、原子力複合施設に直接運び込める移動式ホウ酸水溶液プラットフォームを提供するための、図１に示した適当な機器コンポーネントを搭載する移動式平台トラック輸送装置の一例を示すが、これらの機器コンポーネントの設置面積の合計は原子力発電所敷地のほんの一部に過ぎない。

本発明のホウ酸水供給システムは、現在のシステムの制約を解消し、商用原子力発電所の損害をなくし及び／または軽減するための解決策を提供する。本発明の一実施形態によれば、例えば燃料交換用水貯水タンクに補給する能力を備えた移動式ホウ酸水供給システムが提供される。かかるシステムは保管も輸送も容易にできるものでなければならない。海運、陸運、または空輸による移動が可能であるため、本発明のホウ酸水供給システムを中央に配備し、近傍にホウ酸水を必要とする現場があればそこに輸送すればよい。これは、原子力発電所におけるホウ酸のバッチ操作に使用される従来技術によるホウ酸水供給システムに対する、設計特性上の非常に大きな改良である。本発明のホウ酸水供給システムは必要最小限の個数の機器により構成され、それら機器の１つ以上はサイズおよび電力消費が最小となるように選択された設計になっている。かくして、このシステムは、トラック、列車、または船による移動式の使用例に理想的である。このシステムのサイズは比較的小さいので、常設する場合にも適している。

図１は本発明の一実施例のホウ酸水供給システム６０を示す。図１から分かるように、このシステムは、調量された流体源を提供するための、流量制御装置を備えた容積式ポンプまたは遠心ポンプ等の水ポンプと、粉末状のホウ酸を直接処理することにより大規模なバッチタンクを不要にする、送りネジ式ホッパーを備えたスラリー用漏斗およびエダクターから成るシステムと、ホウ酸を確実に溶液状態にするために十分な時間をかけて機械的に十分に攪拌することが可能な機械式混合器とを含む。本実施形態においては、機械式混合器は、望ましくない空気が混入する可能性を減らして下流での空気を１体積％未満にする。機械式混合器は、流量分布を調節する任意のオリフィス／バルブを上流に備えることができる。この実施形態では、ホッパーからのＨ_２ＢＯ_３粉末または他の水溶性ホウ素源を調量ネジで受けることにより、比較的高精度（０．５％）で体積流量を制御することができる。混合器は、可能であれば、ネジ回転数とｐｐｍとを相関させてもよい。この実施形態では、Ｈ_２ＢＯ_３粉末の質量流量は約２３ポンド／分（約１０．４３ｋｇ／分）である。

本実施形態において、ホウ酸の水溶液化を促進するのに必要な溶媒温度および化学的作用を提供するために、本発明のホウ酸水供給システムは加熱器と任意の化学添加剤タンクを含む。

図１（および図２）から分かるように、現地の水源が利用可能であれば装置の境界の外にあってもよい任意の水源１０（３２）の水を、任意のポンプ１１（３２）により、熱交換器１２（４１）に圧入する。加熱された水１３（４５）を流し込み漏斗１６またはそれに類するもの４２に通水させ、供給されるＨ_２ＢＯ_３１４の粒状粉末（３６）とともに調量して、水溶性のＨ_２ＢＯ_３スラリーを供給する。ポンプ１１は必須ではない。ポンプは水源、公共水道、河川、湖等の近くにあってもよい。このスラリーを追加の加熱された水１３と共にエダクター１８に吸い込ませて混合することにより均質なスラリーにし、さらに混合器２０（４４）内で加熱する。検知器２２によりホウ素濃度を監視して、所望のホウ素濃度の溶液を供給する。流れ要素２４は溶液の流量を調量する。バルブ２８を介して沈殿したスラリーの一部を収集器２８（３６’）に、そして最終的には任意の原子炉用保留給水タンク３０（５０）に移動させる。スラリーを直接原子炉システムに圧入しもよい。

図２は、図１に完全に基づいており、例えば平台式トラックやその他の輸送手段４０、あるいは鉄道貨車である配送プラットフォームを示している。輸送手段４０には、保留水タンク３２と、粒状粉末タンク／供給源３６、送りネジ式粉末給送器３８、水ポンプ３４、水加熱器４１、水調量システム４２、バルブ４３、混合器４４、廃水スラリータンク３６’、高水溶性スラリー加熱器４６を含めることによって、ホウ酸水溶液４８を任意の貯水タンク５０に給送し、バルブ５２を介してホウ酸水供給ライン５４に通水させる。このホウ酸供給ライン５４はバルブ６９を介して任意の最小量貯水タンク７０に流入する。任意の添加剤タンクが５６として示されている。任意の加熱器／空気調整機５８、電力制御システム６６、追加の監視装置６４、およびトラックカバー構造物６８も示されている。

この供給手段は、ホウ酸水を輸送して概ね一定量で供給する必要がある多くの用途に適しており、脆弱な現地で貯水する方式に比して、極めて安全であるだけでなく、経済的にも健全である。

本発明を好ましい実施形態について説明してきたが、本発明の工程から逸脱することなく、種々の変形、付加、および変更をなすことが可能である。現在の好ましい実施例について説明したが、添付の特許請求の範囲内で、本発明を異なる態様で具現できることが理解されるべきである。

Claims (9)

1. 現地で成分を混合してホウ酸水を提供することにより、原子炉システムにホウ酸水（３０、５０）を冷却材として供給するように構成された移動式ホウ酸水供給装置（６０）であって、
   ａ）水源（１０、３２）または外部の水源との接続部と、
   ｂ）水溶性ホウ素粉末を貯蔵する水溶性ホウ素粉末源（１４、３６）と、
   ｃ）水源からの水を加熱する加熱器（１２、４１）と、
   ｄ）水を所望の場所に移動させる動力を供給するように動作可能なポンプ（１１、３４）と、
   ｅ）水溶性ホウ素粉末源（１４、３６）からの流れおよび加熱器（１２、４１）からの加熱された水を調量するための調量システム（４２）と、
   ｆ）上記加熱された水と水溶性ホウ素粉末源（１４、３６）からの流れとを混合して、調量された濃度を有するホウ酸スラリーを提供する混合器（２０、４４）と、
   ｇ）上記スラリーを加熱するように構成された更なる加熱器（４６）を備え、混合器（２０、４４）による混合と更なる加熱器（４６）による加熱とによってホウ酸水溶液を提供し、
   上記移動式ホウ酸水供給装置（６０）は更に、
   ｈ）ホウ酸水溶液の流出口（５４）と、
   ｉ）上記ａ）乃至ｈ）を一緒に搭載し、ホウ酸水溶液を原子炉に輸送することで、現地での大規模なホウ酸水溶液の貯水の必要性をなくす輸送機構（４０）を備える、移動式ホウ酸水供給装置。
2. 上記ｄ）のポンプ（１１、３４）が、流量計を備えた容積式ポンプおよび遠心ポンプからなる群から選択される、請求項１記載の移動式ホウ酸水供給装置（６０）。
3. 調量システム（４２）が送りネジ式ホッパーである、請求項１記載の移動式ホウ酸水供給装置（６０）。
4. 混合器（２０、４４）は、スラリーを空気が１体積％未満しか混入していない溶液状態に確実になるように十分に攪拌する機械式混合器である、請求項１記載の移動式ホウ酸水供給装置（６０）。
5. ホッパー（３８）の送りネジによる給送によって上記水溶性ホウ素粉末の流量を制御する、請求項３記載の移動式ホウ酸水供給装置（６０）。
6. 上記輸送機構は、トラックトレーラー、平台式鉄道貨車、海上輸送船、あるいは、空中輸送機から選択される、請求項１記載の移動式ホウ酸水供給装置（６０）。
7. ホウ酸の水溶液化を助ける化学添加剤のタンク（５６）をも備える、請求項１記載の移動式ホウ酸水供給装置（６０）。
8. 水源（１０、３２）は輸送機構（４０）上の水のタンクである、請求項１記載の移動式ホウ酸水供給装置（６０）。
9. 上記水溶性ホウ素粉末はＨ_２ＢＯ_３粉末である、請求項１記載の移動式ホウ酸水供給装置（６０）。
   
   

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