JPH01110296A - 高圧液中へのガス注入方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子炉に代表される高圧液ループにおける水
質管理設備に係り、特に該循環水中の溶存ガス濃度の微
調整を行うのに好適な微量ガス注入方法及び設備に関す
る。

〔従来の技術〕

高圧水ループへのガス注入の従来例としては、原子力発
電所の原子炉−次冷却系への酸素注入及び水素注入が上
げられる。これらのガス注入設備の系統構成を第５図に
示す。該注入設備は、注入しようとするガスを封入した
高圧（１５０ｋｇ／ａｆｔｇ）ガスボンベｌａ、ｌｂと
、減圧弁２、及び流量調節弁４から構成される。

一次側となる高圧ガスボンベｌａ、ｌｂの圧力を、二次
側となる原子炉−次冷却系配管７の圧力（７４ｋｇ／ａ
＃ｇ）よりも数ｋｇ／ａ１ｇ程度高い圧力レベルにまで
減圧弁２により減圧し、−次側と二次側との差圧をある
大きさ以下に押える。上記の差圧条件下において、流量
調節弁４により注入量を制御しながら連続注入を行う。

このように、従来の技術では、注入しようとするガスを
、ガス状のまま直接高圧水ループを成す配管７中に注入
する方法をとっている。

なお、この種の装置として関連するものには、例えば特
開昭６０−５３８９６号公報に示されたものがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、高圧水ループへの微量ガス注入という
点については配慮がされていない。

従来の沸騰水型原子力発電所では、復水給水系配管に使
用されている炭素鋼鋼管の全面腐食防止を目的とした酸
素注入、あるいは、再循環系配管に使用されているステ
ンレス鋼鋼管のＳＣＣ防止を目的とした水素注入などの
ように、高圧水ループ中へのガス注入が実施されている
。

これらは、どちらのケースも、注入しようとするガスの
量がかなり多いために、ガス状のままで注入して注入量
制御が可能であった。

しかしながら、原子炉冷却系構造材の腐食防止。

定検作業時の被曝低減等の観点から、近年、原子炉冷却
水の水質管理についてかなり厳しい条件が要求されるよ
うになってきており、このため、ガスの微量注入に対す
る要求が生じてきている。

この要求に対し、ガスをガス状のまま注入する従来の技
術では、注入圧が高１１ことによりガスが圧縮されるた
め、注入しようとするガスの体積が小さくなってしまい
、微量注入時の流量制御が困難になってしまうという問
題点があった。

本発明の目的は、微量のガスを高圧水中に注入するため
の流量制御性の良い注入方法と設備を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、注入しようとするガスを、−担液体中に溶
解させ、該溶解液を高圧液中内に注入する方法及び手段
をとることにより達成され、方法の発明にあっては、高
圧液中内へガスを注入する方法であって、先んず前記ガ
スを液中に溶解して溶解液を作り、次に前記溶解液を前
記高圧液中内に注入することを特徴とした高圧液中への
ガス注入方法であって装置の発明にあっては、高圧液が
流通する流路にガスの供給源を互いに直列の関係に配し
た減圧手段と流量調節手段を介して接続してガス注入装
置において、前記減圧手段で減圧された前記ガスを溶解
液製造タンク内に導く流路と、前記溶解液製造タンク内
から前記高圧液が流通する流路へ前記流量調節手段を介
して前記溶解液製造タンク内の溶解液を導く流路と、前
記溶解液製造タンク内へ供給元弁を介して流路にて接続
された液体供給源とからなることを特徴とした高圧液体
中へのガス注入装置である。

〔作用〕

液体、例えば純水に対するガスの溶解度は、例えば酸素
あるいは水素のような比較的溶けにくいガスに対して一
般にヘンリーの法則が成立する。

この場合、純水中に溶解するガスの量は、ガス分圧に比
例する。

従ってガス分圧を小さくしてやれば、より低濃度の溶解
液を作ることができる。このようにして調整した低濃度
溶解液を高圧水ループの中に注入する手段をとれば、ガ
ス状のまま直接注入する手段に比べて、より微妙かつ微
小な量を制御することが可能になる。

今、高圧水ループ中に、圧力Ｐ　（ａｔｍ）　、温度Ｔ
（°Ｋ）でガス（理想気体とする）をｎ（ｍｏＱ／ｍ１
ｎ）の速度で連続注入しようとする場合を考える。

ガスを直接ガス状のまま注入しようとする場合制御すべ
き体積流量Ｑ（Ｑ／ｍ１ｎ）は以下のように表わされる
。

ＲＴ Ｑ　＝　−（Ｑ　／　ｍｉｎ　）　　　　　　　　　・
・・（１）ここでＲ：分子気体常数０．０８２（Ｑ−ａ
ｔｍ／ｍｏＱ’Ｋ）一方、ガスを一担純水中に溶解させ
、該溶解液を注入する場合を考える。

ガスを純水中に溶解させる際のガス分圧をＰｓ（ａｔｍ
）　、その時純水中に溶存するガスのモル分率をＸとす
ると、両者の関係はヘンリーの法則に従い以下のように
あられされる。

ここでＥ：ヘンリ一定数（ａｔｍ１モル分率）今、上記
溶存ガス濃度（純水中のガスのモル分率が又となる濃度
）の純水を注入することによって、ｎ　（ｍｏ　Ｑ　／
ｍ１ｎ）の速度でガス供給を行おうとした場合、実現す
べき純水注入速度ＱＨ２０（ｍｏＱ／ｍ１ｎ）は次式で
表わせる。

ＱＨ２Ｏ＝−°１０（３） （２）式（３）より 口 ここで純水１（ｍｏＱ）の質量は２０　（ｇ）であるか
ら、 となる。

（１）式及び（５）式よりｎを消去し、ＱとＱＨ２０の
関係を導き出すと以下のようになる。

上式に現実的な数値を代入し、ＱとＱ　Ｈｚｏの大きさ
を比較してみる。

注入しようとするガスとして全酸素を例にとる。

注入時の温度：Ｔ＝２９８（’　Ｋ）（＝２５（’Ｃ）
）溶解時の温度：　Ｔ＝２９８（°Ｋ）（＝２５（’Ｃ
））とすると、 Ｅ＝４．３８　Ｘ　１０番（ａｔ　Ｔ’　　＝　２９８
　　（０Ｋ））より、（６）式は以下のように表おせる
。

上式かられかるように、Ｐ＝Ｐ’としても、ガス状で注
入する場合に比較して溶解液で注入する場合の方が３６
倍の流量を確保できる。言い換えれば、同一性能の流量
制御装置を用いるならば、１／３６小さな値まで微調整
することが可能になる。

特に、高圧水中への注入を考える場合には、Ｐが大きい
ため、溶解時のガス分圧Ｐ′を、Ｐに比べて十分に小さ
くとることが可能である。仮にＰ／Ｐ’を１００にすれ
ば１／３６００小さな値まで微調整することが可能にな
る。

以上の作用は、ガスの種類によって若干程度の差違はあ
るものの、大部分のガスに対して得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の好適な実施例を、図を用いて説明する。

ここでは、原子力発電所の原子炉−次冷却系への水素あ
るいは酸素ガス注入設備における適用例について説明す
る。

第１図に本発明による微量ガス注入設備の第１実施例の
概略系統図を示す。

該微量ガス注入設備は、ガスボンベ１と、該ガスボンベ
１の出口に接続された減圧弁２と、該減圧弁２の下流に
接続された溶解液製造タンク３と、該溶解液製造タンク
３の液層側から導出したラインに接続された流量調節弁
４、そして該溶解液製造タンク３に接続された純水供給
設備５から構成されている。

まず、ガスボンベ１から供給されるガスの圧力を、減圧
弁２により高圧水ループの配管７（原子炉−次冷却系）
よりも若干高い圧力（注入圧力源になる）にまで減圧す
る。減圧された所定の圧力に調整されたガスを、溶解液
製造タンク３に導入する。この際、該タンク３には事前
に純水供給設備５より純水を供給しておき純水供給元弁
を閉に□しておく。該タンク３内において、ガスは純水
中に溶解する。この時、純水中に溶解するガスの濃度は
前述の通りヘンリーの法則に従ってガス圧力に対応して
一義的に決まる。つまり減圧弁２により一定のガス供給
圧力がキープされることにより、純水中の溶存ガス濃度
を一定にキープすることが可能になる。該溶解液を、流
量調節弁４により所定の値に流量制御しながら、ガス圧
により該タンク３から高圧水ループの配管７中に連続的
に注入する。

本実施例によれば、ガスをガス状のまま直接注入する従
来例に比較して、同一性能の流量調節弁を用いて数１０
倍小さなガス供給量の制御を実現することが可能になる
。

第２図に、上記の設備に長時間の連続注入機能を付与し
た本発明の第２実施例の概略系統図を示す。

該設備は、第１実施例の構成要素の内、ガスボンベ（ｌ
ａとｌｂ）及び溶解液製造タンク３（３ａ、３ｂ）を２
式以上並列に有する構成となっている。

ガスボンベｌａ、ｌｂをガス供給元弁１０ａ。

１０ｂにより切換えながら連続的にガスを供給する方法
は従来技術によるものであるので、ここではその下流側
における動作を示す。

まず、純水供給設備５から溶解液製造タンク３ａ、３ｂ
に純水を供給し純水供給元弁６ａ。

６ｂを閉にする。ガス供給元弁８ａ、８ｂを開にし、純
水中にガスを溶解させる。今、該タンク３ａ側から注入
する場合、溶解液切換弁９ａを開にし、該溶解液を、流
量調節弁４により所定の値に流量制御しながら、ガス圧
により該タンク３ａから高圧水ループ７中に連続注入す
る。この際、溶解液切換弁９ｂは閉のままとし、溶解液
製造タンク３ｂ側では一定溶存ガス濃度に調整された溶
解液をキープしておく。溶解液製造タンク３ａが空にな
る時点で溶解液切換弁９ｂを開、溶解液切換弁９ａを閉
にし、タンクを切換える。該タンク３ｂ側から注入を行
っている間、該タンク３ａ側では、ガス供給元弁８ａを
閉にして再度純水を充填し、ガス供給元弁８ａを再度間
にして、液解液を製造しキープしておく。以下同様の手
順でタンク３ａ、３ｂを切換えながら注入を継続する。

本実施例によれば、第１実施例よりも注入を長時間継続
して実施することが可能になる。

次に、第３図に、本発明による微量ガス注入設備の第３
実施例の概略系統図を示す。

該微量ガス注入設備は、第１実施例ま構成要素のうちの
流量調節弁４を、流量調節ポンプ１１に替えたものであ
る。

該構成をとることにより、ガスを純水中に溶解させる際
の圧力源（（６）式（７）式におけるｐ／）と、注入圧
力源（（６）式（７）式におけるＰ）とを、独立させる
ことができる。

これによって、ガスを純水中に溶解させる際のガス圧Ｐ
′を極力低くし、より低溶存ガス濃度の溶解液を製造す
ることが可能になる。該低溶存ガス濃度溶解液を、流量
調節ポンプ１１で再度昇圧し、高圧水ループ７中に注入
するので高圧水中への注入に支障がない。

本実施例によれば、第１実施例と同一レベルの流量調節
機能を有する流量調節ポンプを用いても、第１実施例よ
りもさらに１０倍〜１００倍、従来例と比較すれば数１
００倍〜数１０００倍小さなガス供給量の制御を実現す
ることが可能になる。

第４図に、第４実施例として上記の設備（第３実施例）
に長時間の連続注入機能を付与した改善例の概略系統図
を示す。

該設備は、第２例の構成要素の内、ガスボンベ（ｌａ、
ｌｂ）を２式以上並列に有し、かつ、溶解液製造タンク
３に接続された水位計１３．該水位計１３より信号を受
けて自動開閉する純水供給元弁１４、及び該タンク１３
に接続されたかくはんポンプ１５を加えた構成になって
いる。

注入開始前の溶解液製造過程は第２例と同様であるが、
注入開始後は、水位計１３により溶解液製造タンク３の
水位低下を読みとり、一定量水位が低下した時点で該水
位計１３から純水供給元弁１４に弁開の信号を送り、純
水を供給する。初期の水位まで回復した時点で該水位計
１３から純水供給元弁１４に弁閉の信号を送り、純水供
給を停止させる。なお、純水補充作業は、注入と平行し
て行う必要があるため、純水の補充による溶解液中溶存
ガス濃度の大幅な変動を防止するために、純水の補充を
少量づつ頻繁に行うよう水位計１３を設定する。さらに
、純水中へのガスの液解を促進させる目的で、かくはん
ポンプ１５を設け、常時、あるいは、純水補充作業に合
せてかくはんを行う。

本実施例によれば、第３実施例よりも注入を長時間継続
して実施することが可能になる。

以上は、高圧水ループへのガス注入設備に適用した場合
の実施例であるが、化学プラント等地の液体ループに対
しても、純水の代りに、ループ循環水と同じ液体を用い
ることにより、同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、原子炉に代表される高圧水ループの水
質管理を目的としたガス注入設備において、従来よりも
一層微量注入が行え、且つ微量制御が従来よりもより細
く制御できる微量ガス注入方法及び設備を提供できるの
で、より微妙な溶存ガス濃度の調整を可能にできるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例によるガス注入系統図、第
２図は本発明の第２実施例による長時間の連続注入機能
を付与したガス注入系統図、第３図は本発明の第３実施
例によるガス注入系統図、第４図は本発明の第４実施例
による長時間の連続注入機能を付与したガス注入系統図
、第５図は従来例のガス注入系統図である。 １、ｌａ、ｌｂ・・・ガスボンベ、２・・・減圧弁、３
・・・溶解液製造用タンク、４・・・流量調節弁、５・
・・純水供給設備、６・・・純水供給元弁、７・・・高
圧水ループ、８・・・ガス供給止め弁、９・・・溶解液
切換弁、１０ａ。 １０ｂ・・・ガス供給元弁、１１・・・流量調節ポンプ
、１２・・・注入弁、１３・・・水位計、１４・・・純
水供給元弁（自動開閉機能付）、１５・・・かくはんポ
ンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高圧液中内へガスを注入する方法であつて、先んず
   前記ガスを液中に溶解して溶解液を作り、次に前記溶解
   液を前記高圧液中内に注入することを特徴とした高圧液
   中へのガス注入方法。 ２、特許請求の範囲の第１項において、前記ガスを液中
   に溶解させる際のガス分圧を、前記ガスを高圧液中に注
   入する際の注入圧に比較して相対的に小さくしたことを
   特徴とした高圧液中へのガス注入方法。 ３、高圧液が流通する流路にガスの供給源を互いに直列
   の関係に配した減圧手段と流量調節手段を介して接続し
   たガス注入装置において、前記減圧手段で減圧された前
   記ガスを溶解液製造タンク内に導く流路と、前記溶解液
   製造タンク内から前記高圧液が流通する流路へ前記流量
   調節手段を介して前記溶解液製造タンク内の溶解液を導
   く流路と、前記溶解液製造タンク内へ供給元弁を介して
   流路にて接続された液体供給源とからなることを特徴と
   した高圧液体中へのガス注入装置。 ４、特許請求の範囲の第３項において、前記流量調節手
   段は流量調節ポンプであることを特徴とした高圧液体中
   へのガス注入装置。