JPH031634B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は原子炉の炉水浄化に係り、コバルトイ
オン、塩化物イオン並びに鉄酸化物等を、複極電
解部体にプリコートした充填材により高い効率で
除去する装置に関する。

〔発明の背景〕

原子炉の炉水はコバルトなどの金属イオン、塩
化物イオン、鉄酸化物の粒子等が極く微量含まれ
た純水である。

この炉水の浄化のための現状技術はイオン交換
樹脂法である。この方法はイオン交換樹脂の耐熱
性が低いため炉水循環水を冷却する必要があるの
で熱損失が大きくなること、システム構成が複雑
になること、鉄酸化物の除去率が低いこと等の欠
点がある。他に、耐熱性のある方法としてステン
レスチツプを充填した浄化器を用いる方法がある
が、鉄酸化物の除去率が低いという欠点があり、
再生操作に問題が残る。研究開発中の方法として
は耐熱性に優れる無機吸着剤を充填した浄化器を
用いる方法があるが、コバルトイオン吸着量が低
く、再生操作に問題が残る。

また、充填材複極化を利用した炉水浄化手段と
した先行出願があるが、これは充填材を固定した
複極電解槽で構成されているため充填材の再生処
理に問題があり、他の先行出願では充填材を直径
１〜５mmの金属球としているため鉄酸化物の除去
率に問題がある。

本発明は以上の点に鑑み、これら問題点を解決
するためになされたものである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、充填材の複極化作用および物
理的過作用を利用して原子炉炉水中のコバルト
イオン、塩化物イオンおよび鉄酸化物等を高温高
圧下で効果的に除去することができ、さらに充填
材の再生・再利用の容易な原子炉炉水浄化装置を
提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の原子炉炉水浄化装置は、それぞれ多数
の貫通孔を有する一対の対向する電極の間に非樹
脂質の充填材を介在させ、上記電極のうちの一方
の電極の貫通孔は充填材を通過させる大きさと
し、他方の電極の貫通孔は充填材を通過させない
大きさとし、原子炉炉水の浄化時に上記一方の電
極側から上記他方の電極側へ該炉水を通過させる
と共に、両電極間に直流電圧を印加するようにし
たことを特徴とするものである。

充填材としては、直流電解によつて溶解せず且
つイオンを吸蔵ないし電析させる多孔質金属粒
末、活性炭粒末、活性炭素繊維または多孔質黒鉛
粒末を用いることができる。

上記両電極間への直流電圧の印加により、それ
ら電極間に介在する充填材は複極化する。複極化
とは、充填剤の個々の粒子または繊維が夫々陽極
部と陰極部とを持つように分極することである。

炉水中のコバルトなどの金属イオン、塩化物イ
オン、鉄酸化物等の微量成分はこの直流通電によ
り複極化した充填材で除去される。すなわちコバ
ルト等の金属イオンは個々の充填材の陰極部で電
析し、塩化物イオン等は同じく個々の充填材の陽
極部で吸蔵される。鉄酸化物は表面電荷の中和に
よる付着と物理的過により除去される。

浄化の進行につれ付着物の量が多くなつて充填
材の浄化能力が低下したときには、浄化時と逆向
きの水流を流すことにより、充填材を、電解槽構
造の再生タンクに移送し、ここで直流電解に超音
波印加等の物理的手段を組み合わせて再生するこ
とができる。

〔発明の実施例〕

本発明に係る炉水浄化装置の一実施例の概略構
造を第１図に示す。装置は全体として耐圧容器１
の形をなし、この中に円筒形の複極電解部体２が
上下の支持板３，４で固定されている。浄化さる
べき炉水は下部より供給されて各複極電解部体を
その外側から内側へ通過することにより浄化さ
れ、上部より排出される。浄化に必要な直流電流
は、複極電解部体２の陽極と陰極をそれぞれ並列
に接続し、これらに外部電源５を接続することに
より与えられる。

各々の複極電解部体２の縦断面図および横断面
図を第２図に示す。円筒形の複極電解部体２は上
下の金属製フランジ６，７に固定されている。円
筒部の内筒８は金属などで作られた多孔質円筒
（例えば多数の孔のあいた円筒）であり、陰極と
なるものである。外筒９は不溶性材（例えば白
金、活性炭素繊維）などで作られた網状の円筒で
あり、陽極となるものである。これらの内外筒の
間（その間隔は約１cmである）に多孔質導電性の
充填材１０が充填され、通水により内筒８の表面
にプリコートされる。充填材１０としては、直流
電解によつて溶解せず且つイオンを吸蔵または電
析させる多孔質の金属粒子、金属酸化物粒子、活
性炭粒子、活性炭素繊維、多孔質黒鉛粒子などを
用いる。内筒８の多数の孔はこれら充填材を通過
させずプリコートが可能な程度の大きさであり、
また外筒９の網のメツシユはこれら充填材が通過
し得る大きさである。外筒９とフランジ６，７と
の間には電気的絶縁材１９が介在している。また
内筒と外筒が接触しないよう、電気的絶縁材のス
ペーサ１１を幾つか介在させてある。

次に作用について説明する。フランジ６，７を
経て内筒をに、外筒をにして直流通電する
と、充填材の各素子（各粒子または各繊維）は陽
極と陰極に複極化し、それらの夫々の陰極部で円
筒部を外から内へ通過する炉水中のコバルトイオ
ン等の陽イオンを、夫々の陽極部で塩化物イオン
等の陰イオンをそれぞれ電気的に吸蔵する。鉄酸
化物はその表面電荷の荷電中和による充填材への
付着と、充填材の物理的過作用により捕捉され
る。このようにして炉水中の不純物を除去するこ
とができる。

上記の充填材は、浄化力が或る程度下つて来た
ときは、第３図に概略構造を示す再生タンク１２
で再生される。再生タンク１２は陽極１３、陰極
１４、撹拌機１５、超音波振動子１６を有する。
第１図および第２図における使用済み充填材１０
は、炉水浄化時と逆方向の水流により内筒８から
離れ外筒の網目を通過して再生タンク１２に移送
される。再生タンク内で水中に充填材の懸濁した
スラリーに錯化剤であるEDTA水溶液を加え、
撹拌し超音波を印加しながら直流電解することに
より、充填材に含まれていた不純物を溶解させ
る。再生後、この不純物を含んだ溶液は、フイル
ターを通して充填材と分離した後、活性炭または
イオン交換樹脂で処理し、他方、充填剤は純水で
洗浄後再び容器１内に水流で運ばれ、内筒に再び
プリコートされて炉水浄化のために再利用され
る。

上記の原子炉炉水浄化装置を沸騰水型原子力発
電プラントへ適用した一例を第４図に示す。原子
炉１７、タービン１８、復水器１９、復水浄化装
置である過脱塩器２０、脱塩器２１、給水ヒー
タ２２からなる主系統と、原子炉炉水の再循環系
統２３が示されている。前記した本発明実施例に
係る浄化装置１は再循環系統７のバイパスに設け
たものとして示されており、再循環水の一部を高
温高圧下で浄化する。なお１２は充填剤の前記再
生タンクである。再循環炉水は温度約285℃、圧
力約80atmであるが、本発明による炉水浄化装置
はこのような高温高圧で十分に機能することがで
きる。

なお前記実施例は複極電解部体が円筒形状であ
るものとして説明したが、これに限ることなく、
一対の電極を内筒、外筒のような円筒形でなく多
孔性の平形その他の形状とし、それらの間に一方
の電極にプリコートされた充填剤を配置して、炉
水を一方の側から他方の側へ通過させるような構
成の実施例も可能である。

本発明の効果を実証するために行なつた実験に
ついて以下に述べる。実際の沸騰水型原子炉プラ
ントの再循環炉水は285℃、80atmの高温高圧水
で、含有しているイオン及び鉄酸化物は共にppb
オーダーの超純水である。これを模擬することは
困難であるので、複極化した充填材によるコバル
トイオン、塩化物イオン、酸化鉄（）の除去特
性について室温で実験した。

使用した充填電解槽を第５図に示す。電解槽の
大きさは80mm×100mm×40mmで、その内部には上
部に電解部２５、下部に撹拌部２６を設けてい
る。電解部２５には陽極２７及び陰極２８を設
け、これらはともにフエライト板（100mm×100mm
×５mm）を使用し、この間に充填剤として導電性
でかつ多孔質な活性炭素繊維２９をナイロン網袋
３０に詰めて５層に計５ｇ配置した。実験は炉水
に似せた所定濃度の塩化コバルト含有水と酸化鉄
（）（平均粒径3μｍ）含有水を夫々用い、一定
電流の下でそれぞれのイオンの濃度および鉄の濃
度の変化を測定した。濃度分布はコバルトイオン
と鉄については原子吸光分析法で、塩化物イオン
については硝酸第二水銀法で定量した。

まずコバルトイオンと塩化物イオンの除去特性
実験した。結果を第６図に示す。実験例は両該両
イオン共に2.2mg／含む塩化コバルト水溶液200
ml用い、電流0.1Aでの通電時間に対する減少度
合をみた。通電により充填材である活性炭素繊維
は複極化して、それらの夫々の電極部と逆荷電の
イオンを細孔に吸蔵する。特にコバルトは還元電
位が低いので、細孔部に電析し吸蔵されるものと
考えられる。

次に酸化鉄（）粒子の除去特性を実験した結
果を第７図に示す。実験は、コバルトイオンの時
と同様に、純水に酸化鉄（）を分散させ、電流
0.1Aでの通電時間に対する減少度合をみた。純
水中の酸化鉄（）は表面電荷が正なので複極化
した充填材の陰極部に付着して除去されるものと
考えられる。酸化鉄粒子に関しては、本装置では
この電気的付着の他に物理的過が起こるので、
除去率、除去量共にさらに向上することが期待で
きる。

以上の実験結果から、陽、陰の各イオン並びに
酸化鉄（）の帯電粒子を除去できることがわか
る。実機プラントでは高温、極低濃度域の稼働に
なるが、充填材を含め装置の構成部品の耐熱性に
問題があるものはなく、高温になればコバルトイ
オン、塩化物イオン、鉄酸化物等の除去速度が向
上することから、上述の作用効果が期待できる。

〔発明の効果〕 本発明によれば、原子炉炉水中のコバルトイオ
ンおよび塩化物イオンを充填材の複極化により効
果的に除去し、且つ充填材の複極化および過作
用により酸化鉄粒子を効果的に除去することがで
きると共に、充填材の再生操作および再プリコー
トが容易であり、また高温高圧の炉水浄化が可能
となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の全体概要断面図、第
２図イ，ロは第１図中の複極電解部体の縦断面図
および横断面図、第３図は充填剤の再生用タンク
の例を示す概要断面図、第４図は本発明を実施し
た沸騰型原子力発電プラントの概要系統図、第５
図は本発明の実験に用いた浄化装置の例を示す概
要断面図、第６図および第７図はその実験成績を
示すグラフである。 １……装置耐圧容器、２……複極電解部体、５
……直流電源、６，７……フランジ、８……内
筒、９……外筒、１０……充填材、１１……スペ
ーサ、１２……充填材再生タンク、１３……陽
極、１４……陰極、１６……超音波振動子、１７
……原子炉、２３……再循環系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ それぞれ多数の貫通孔を有する一対の対向す
   る電極の間に非樹脂質の充填材を介在させ、上記
   電極のうちの一方の電極の貫通孔は充填材を通過
   させる大きさとし、他方の電極の貫通孔は充填材
   を通過させない大きさとし、原子炉炉水の浄化時
   に上記一方の電極側から上記他方の電極側へ該炉
   水を通過させると共に、両電極間に直流電圧を印
   加するようにしたことを特徴とする原子炉炉水浄
   化装置。 ２ 充填材は、直流電解によつて溶解せず且つイ
   オンを吸蔵ないし電析させる多孔質金属粒末、活
   性炭粒末、活性炭素繊維または多孔質黒鉛粒末よ
   りなる特許請求の範囲第１項に記載の原子炉炉水
   浄化装置。