JP6358444B2 - 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

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_４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_２系、ＮａＦ−ＳｎＦ_２系、またはＫＦ−ＳｎＦ_２系とこれらの混合系が良い。

ＮａＦ−ＳｎＦ_２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_２（共晶温度１９１℃）である。これは最もＳｎＦ_２側に位置しており、ＳｎＦ_２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_４系には、低温度共晶点の存在が認められているので、ＮａＢＦ_４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_２系を基本とし、ＬｉＢＦ_４、ＮａＢＦ_４、ＫＢＦ_４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_２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_２は酸化により４価になりやすく、ＳｎＦ_４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_２のＳｎＦ_４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_４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_４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_４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_２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_２の分解がおこるとみられるが、ＳｎＦ_２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_４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 (2)

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、全溶融塩分に対し、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_２）、アルカリ金属テトラフルオロホウ酸塩、及びその他の不可避不純物であって、その溶融塩はＬｉＦ−ＳｎＦ_２系、ＮａＦ−ＳｎＦ_２系、ＫＦ−ＳｎＦ_２系、ＬＩＦ−ＮａＦ−ＳｎＦ_２系、ＬｉＦ−ＫＦ−ＳｎＦ_２系、ＮａＦ−ＫＦ−ＳｎＦ_２系、ＬｉＦ−ＮａＦ−ＫＦ−ＳｎＦ_２系の何れかを主成分とする融点の低い成分系を用い、アルカリ金属テトラフルオロホウ酸塩としてはＮａＢＦ_４、ＬｉＢＦ_４、ＫＢＦ_４の１種以上を用い、かつ浴容器類を負極とし、冷却材浴を正極とする溶融塩型冷却系を構成し、供用運転中の浴成分の安定化通電を行う事を特徴とする原子力発電用冷却系の冷却方法。
2. 熱媒体溶融塩として、請求項１の溶融塩を用い、溶融塩浴中のＳｎＦ _４ 生成防止用に、塩浴全量に対し５０ｍｏｌ％以下の金属のＳｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇの１種以上を浴成分酸化防止の観点から添加するか、容器類の少なくとも１部に、塩浴全量に対し５０ｍｏｌ％以下の範囲で被膜を形成しておき、かつ浴容器類を負極とし、冷却材浴を正極とする溶融塩と金属相との混成融合型冷却系を構成し、供用運転中の浴成分の安定化と金属成分による容器類腐食を防止するための通電を行う事を特徴とする原子力発電用冷却系の冷却方法。