JPS6054783A - 軽水炉用高温コバルト除去フイルタ− - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は軽水炉用高温コバル）　（Ｃｏ）除去フィルタ
ーに関し、更に詳しくは、軽水炉の一次冷却系に微量に
含まれるコバルトイオンに対する吸着除去能力が優れた
軽水炉用高温コバルト除去フィルターに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近時、軽水炉の運転年数の増大とともに、−次冷却水系
配管の各所に放射性核種が沈積し、炉停止時の放射線線
量率が次第に増大している。この□ような放射能蓄積は
定期検査などのために炉停止した時の定期検査委員の被
曝線量の増大を招き、ひいては稼動率の低下などの悪影
響を与える。このような放射能蓄積による炉停止時の線
量率の増大は、炉の形式、維持管理方法によって千差万
別である。例えば、ＥＰＲＩ　（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｂ
ｏｗｅｒ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ、：＋Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ
　、　ＵＳＡ）のまとめによれば、米国ノイくつかの沸
騰水型謡水炉（ＢＷＲ）の再循環ラインの表面線量率は
実効有効運転期間１年（ＩＦＰＹ：ＩＦｕｌｌ　Ｐｏｗ
ｅｒ　Ｙｅａｒ　）当り１００−１５０ｍＲ／　ｈｒの
上昇を見せている。

この放射能蓄積を招く放射性核種の大部分は、半減期の
長いＩ！Ｏｃｏ、　５ｇ　ｃｏ　であることが知られて
おシ、これら放射性核種は軽水炉の構造材からの腐食生
成物に起因することが明らかとなっている。

すなわち、軽水炉の構造材の腐食によって水中に放出さ
れる腐食生成物は、水に可溶な各種のイオンと水中に分
散する各種の金属酸化物とから構成されている。ここで
、放射能蓄積の主因をなすｌ０ｃｏ、　６１１０Ｏは次
のような経緯で生成する。すなわち、まず、構造材の構
成元素であるＣＯが該構造材の腐食によって冷却水系に
溶出してイオン化する。該イオン化したＣｏが金属酸化
物に吸着したシ又はイオン交換反応を起こして該金属酸
化物に取シ込まれる。そして該金属酸化物が炉心に運び
込まれることによって取シ込まれているＣｏが放射化さ
れるものである。

したがって、冷却水系のイオンとしてのＣＯを減少せし
めれば、炉心に運び込まれて放射化されるＣＯの相対量
を減少させることができ、ひいては放射能蓄積を抑制す
ることが可能となる。

このような観点に立って、従来から炉水中のコバルト濃
度を低減する方法が試みられされている。

例えば構造材料としてＣＯ含有量の少ない材料を用いる
ことや炉水浄化系の容量を増大することなどの対策が講
じられている。すなわち■代替材料の採用■高性能のＣ
Ｏ除去フィルターの採用等が行なわれている。このうち
■のコバルト除去フィルターはいずれも室温、大気圧下
でイオン交換樹脂を用いるイオン交換法であって、炉水
環境のような高温（２７０〜２９０℃）、高圧（５６〜
７６ａｔｎ）の条件でのコバルト除去法として直接適用
するには有効なものではない。また、最近では耐熱度の
高イ無機質イオン交換生が注目を集めている。これは、
酸化アルミニウムや酸化ジルコニウム等のコバルトイオ
ン交換能を有する金属酸化物の粉末を炉水の流通路に通
水可能な状態で充填して用いられているものである。し
かしながら、この場合、該粉末の保持が重要な問題とな
る。

すなわち、炉水との接触面積を増大してイオン交換能を
高めるためには、その粒径を小さくすることが必要とな
る。しかし、その場合、炉水の流速が規定値以上に増大
したり又は脈流等の流速変動が生じると該粉末が流出す
るおそれが生ずる。

そのため、炉の運転において、炉水の流速を指標とする
処理能力（単位時間当りの通水可能量）を制限すること
が必要となり、また流速変動を防止するための厳重な運
転管理が必要となるために操作が煩雑になる。

これに対処するために、各種の無機質イオン交換体粉末
の保持法の１つとして、該粉末に金属パイ、ンダーを加
えて混合し、圧縮形成して高温下で焼結する。いわゆる
粉末冶金焼結法で作製する焼結体をフィルタ要素とし用
いた場合、優れたコバルト除去能力を発揮し、かつ流出
のおそれがない多孔質性焼結体タイプの高温フィルタ要
素が考案されている。

しかしこの場合でも一般に金属−金属の焼結に比べ金属
−酸化物の焼結は困難であり、また無機質イオン交換体
の酸化物粉末の粉末の性質（例えばその種類、純度、粒
形、粒度、粒度分布等）およびバインダーとして使用す
る金属の金属粉末の性質（前記と同じ）によって、その
混合法（混合時間、方法等）、加圧形成（プレス方式、
形状。

成形圧力等）、焼結（温度２時間、雰囲気等）の製造工
程が著しく異なシ、同一条件、工程では各種無機酸化物
粉を含む焼結フィルタ要素を作製することは困難である
。さらに多孔質であり通気性の良好なものを作るには多
大な労力と設備費等の増大を伴ない操業の安定化や均質
なフィルター製品の製造は容易ではない。

このようにコバルト吸着除去能を持つ前記酸化物を焼結
し、除去能力に必要な気孔および孔径を持つ高性能なフ
ィルターの製造は困難であった。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、軽水炉の炉
水中に含まれる微量コバルトイオンに対する吸着能力が
優れ、しかも炉水の流速変動があっても流出のおそれの
ない高温コバルト除去フィルターの提供を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明者らは、各種の無機質イオン交換体の粉末のコバ
ルト吸着除去能力を調査した結果、酸化第二スズ（８ｎ
Ｏ雪）　、四三酸化鉄（Ｆｅ、０４）　、二酸化マンガ
ｙ　（Ｍｎ０１　）　、酸化アルミニラＡ　（Ａ１１０
Ｂ　）二酸化タングステン（ＷＯｇ　）　、二酸化チタ
ン（Ｔｉｎｇ）酸化ジルコニウム（ＺｒＯ，）　、五酸
化タンタル（Ｔａ意Ｏｓ　）及び五酸化ニオブ（Ｎｂｘ
Ｏｓ　）等は、そのコバルト吸着除去能力が大きいこと
を見出した。

これらの金属酸化物の粉末はいずれもそのままの状態で
の充填では炉水中に流出しフィルターとして使用できな
い。またバインダーを用いないでそれ自体を粉末冶金焼
結法で多孔質な酸化物ブロックを得ることは容易ではな
く、たとえ多孔質なブロックとなってもその機械的強度
が小さく、外部からの振動等によって一部が崩壊して粉
末になシ炉水中に流出するおそれが生じるなど、前記金
属酸化物粉末の保持法が問題となる。

このようなことから、本発明者らは上述の無機金属酸化
物粉末のコバルト吸着除去能力を低減することなく、粉
末の流出を生じないフィルターの構造に関し、鋭意研究
を重ねた結果、無機質イオン交換体の金属酸化物粉末を
、機械的強度を有する多孔質金属および多孔質セラミッ
クス材料等で作製した容器に前記粉末を挿入保持したも
のをブロックとして使用することで、コバルト除去フィ
ルターとして有効であるとの着想を得た。

すなわち、本発明の軽水炉用高温コバルト除去フィルタ
・−は８ｎＯ１、に’ｅＢＯ４、Ｍｎ０１　、Ａｌ２０
ｇ　、Ｖｉ０３　。

ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２０ｚ及びＮｂｊＯ，から成
る群より選ばれた少なくとも１種の金属酸化物を、多孔
質な金属もしくはセラミックスのうち少なくとも１種以
上を含む材料で作った容器に挿入保持した構造を持つこ
とを特徴とする高温コバルト除去フィルターである。

本発明にかかるフィルターにおいて、フィルターの構成
の１つである多孔質材料は既製のものでよく、また次の
ような構造を成してもよい。

例えば、前記金属酸化物粉末を気孔率（径）の小さい多
孔質材料容器に入れ、さらにその容器に密着した形で、
順々に気孔率の高い多孔質材料容器を入れる２層以上の
多層にしてもよく、またその逆でもよい。すなわち気孔
率（径）の異なる層を持つ容器を用いても可能である。

このような多孔質材料の構造によってＣＯ吸着除去能力
の優れた金属酸化物粉末の粒径等が異なるものも使用で
きる。また粉末は小さいものほど粉自体の有効表面積が
大きくなり、それだけコノくルト吸着除去能力が高くな
る点から粉末はできるだけ小さいものを使用することに
なり、その粉末の流出を防ぐため前記の２重以上の多層
構造が挙げられる。

しかし多孔質材料容器の孔径が１μｍ以下であると、コ
バルトイオンを含む水溶液等の通気性が悪くなり、フィ
ルタとしての役目を果さなくなることからそれは１μｍ
以上であることが好ましい。

なお以上では第１図に断面的に示す如く多孔質材料容器
（１）内にコバルトイオン吸着能力の大きい無機質イオ
ン交換体粉末（２）を挿入した場合について述べたが、
他に第２図に断面的に示す如く配管（３）等の内側に前
記無機質イオン交換体粉末（２）を多孔質材料容器°（
１）により内張すする如き構造とする事もできる。

〔発明の実施例〕

先ス、ＳＵＳ　３１６ステンレス鋼の多孔質材料容器を
作製した。その作製は常温押型成形法により粒径的４０
μｍの８ＵＳ３１６素原料粉末を用い、６．０ｔＯｎ／
ｃｄの成形圧で、外径３０ｍ、内径２５Ｍ。

高さ３５　ａｍ　（厚さ２．５　ａ＋ｍ　）の片封じ同
筒状に加圧成形した後、真空中で温度１１００℃におい
て１時間の加熱保持することによって焼結した。その結
果、はぼ均一な気孔径（３〜６μｍ）を有する多孔質５
ＵＳ３１６焼結体の容器を得た。

このようにして得られた片封じ同筒状の多孔質８ＵＳ３
１５容器に、コバルトイオン吸着能力の優れた酸化第２
スズ（８ｎＯｚ）（市販材２粒径２〜５μｍ）粉末２ｇ
を入れ、同じ材料である多孔質５ＵＳ３１６円板を用い
銀ろう伺けによってふたをし密封したものを作製した。

前記酸化物入り多孔質同筒状ブロックをフィルターとし
て、実炉を模擬した条件下に浸漬しＣｏイオンに吸着試
験した。

その試験はテフロン製小型容器（容量２５０ｍ１ふた付
）ニコバルトイオン１００ｐｐｒｎ　を含む試験水浴液
を１５０ｍ１注入し、その中に上記酸化物ムシ多孔質同
筒状ブロックフィルターを浸漬した。

これは前記テフロン容器を純水を入れた静置型オートク
レーブ（内容積５Ａ）で温度２９０℃、圧力フ５＃／ｄ
の免件で脱気後、２４時間加熱保持する隔離試験である
。

すなわち、初期コバルトイオン濃度１００　ｐｐｍの試
験水溶液１５０ｍ１　中に前記酸化物入り多孔質同筒状
ブロックフィルターを浸漬し、実炉模擬環境下で２４時
間加熱保持した。その結果、前記酸化物入り多孔質問筒
状ブロックフィルターを取り出した後、試験水溶液のコ
バルト濃度を分析したところ、試験水溶液のコバルトイ
オン濃度は５４ｐｐｍであった。比較のため、同様なコ
バルト吸着試験を８ｎ０２　粉末２ｇを粉末のままの状
態で浸漬を行なったところ、残留コバルト濃度は４６ｐ
ｐｍであった。

このように酸化物入り多孔質体フィルターと粉末のまま
とでは同等のコバルト吸着除去能力であった。

〔発明の効果〕

以上の実施例から明白であるように１本発明にかかる軽
水炉用高温コバルト除去フィルターは粉末そのままのも
のと比較してほぼ同等のコバルト吸着除去能力を発揮す
る。

また多孔質な材料で覆われているため粉末の流出のおそ
れは全くなくなる。さらに本フィルターの構成の１つで
ある多孔質材料容器は機械的強度を具備し、使用時の破
損などのおそれもない、、−！また該多孔質材料容器の
気孔の構造がある程度規則性であり、付着物等で表面が
汚れても逆圧をかけて流せば容易に再生でき、新らたな
イオン交換体粉末を入れて使うこともできるなどの利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は多孔質材料容器をブロック状として使用する場
合の断面図、第２図は配管材等の内側に内張すして使用
する場合の断面図である。 １・・・多孔質材料容器 ２・・・無機質イオン交換体粉末 ３・・・配管材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　多孔質材料容器を使用し、その中にコバルトイ
   オン吸着能力の大きい無機質イオン交換体を挿入保持し
   た構造を持つことを特徴とする軽水炉用高温・コバルト
   除去フィルタ。
2. （２）前記多孔質材料が金属、もしくはセラミックスの
   うち少なくとも１種を含む材料から成り、且つ、気孔径
   が１μｍ以上である特許請求の範囲第１項記載の軽水炉
   用高温コバルト除去フィルター。