JPS6091293A - 加圧水型原子炉の冷却水の限外濾過方法および限外濾過装置 - 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】 本発明は加圧水型原子炉の冷却水の限外濾過方法および
その限外濾過装置に関する。

加圧水型原子炉は、水が約／　３；　、５−４−ルの圧
力および３θＯ朋に近い温度で循環して炉心を冷却し、
かつこの炉心によって生じた熱を蒸気発生器に伝えるた
めの一次回路を有している。原子炉の一次回路では、加
圧水が非常に速い流速で循環し、この水は炉心の反応度
を和らげるために用いられる硼酸を含有しているので、
その腐蝕力は大きい。

原子炉の運転中、高温かつ腐蝕力の強い加圧水は一次回
路の構成要素と接触している間に、（鉄、ニッケル又は
コバルトの〕酸化物粒子を生じさせ、そして非常に速い
速度でこれらの粒子を同伴する。

主として酸化物からなるこれらの粒子のかなりの部分は
コロイドの形態をなしており、これらの粒子を除去する
操作を益々困難にしている。

そのうえ、原子炉は連続的に作動し、通常保守作業およ
び原子炉燃料の再充填作業のために年に一回だけ止めら
れる。このような長期間では、−欠本に存在する粒子の
量はあまりにも高いレベルに達し、そして−次流体の放
射能を減少させるために、原子炉の運転中これらの粒子
を除去する必要がある。実際、酸化物粒子は炉心の燃料
集合体を通過中、放射作用により放射性の高い同位元素
を生じさせる。放射性腐蝕生成物が回路のある特定箇所
に堆積して放射能の高い場所をつくり出すことによって
、これらの現象の有害性はさらに増している。

従って、−火水中の懸濁状の固形成分の含有社の上限は
約／ｐｐｍ（１０）の値に定められた。

従って、原子炉の運転中、−次回路の水を浄化する方法
および装置が発明された。一般に浄化装置は、炉の容積
・化学監視用回路に、この回路の一部を構成するイオン
交換樹脂脱塩ユニットに流体が流入する前に設置される
。容積・化学監視用回路の一般的機能は一次回路の水の
駄とこの水の化学組成とを調製することである。

この目的で、特に、−欠本の脱塩が行なわれ、佃々の調
整剤がこの水の中に注入される。

−炭水浄化装置ならびに脱塩ユニットは、容積・化学監
視用回路に、−欠本をｓｏ’ｃ程度の適度な温度にしか
つその圧力をｊパールに減圧する一つ又はそれ以上の熱
交換器の下流に配置される。

−次流体から酸化物粒子分除去するようにした浄化装置
は、ｊ−２３ミクロンの濾過力を有する製型の機械的フ
ィルターを備えているう特に、濾過壁のいずれかの側に
がなりの圧力差を伴って作動が起るとき、これらのフィ
ルターは目詰まりしテシまい、その結果しばしばこｎら
のフィルターを交換しなければならない。

濾過された放射性粒子がフィルターの壁に溜まり、かっ
こ汎らのフィルターは原子炉の安全格納容器の外側に位
置しているので、フィルターのまわりに生物保論セルを
設ける必要がある。

そのうえ、機械的フィルターの可能性は限定され、そし
て一般に加圧水型原子炉の一次水に存在する粒子の濾過
には不適当である。実際には、−欠本に存在する不純物
の粒子の大きさのヌ被りトルはほぼθ、／−４ミクロン
に及び、粒子の最大の大きさはＯ，Ｓミクロンの範囲で
ある。

結局、機械的フィルターは０，７ミクロンに近い直径を
もつコロイド粒子を除去することができない。これらの
粒子は限外濾過法を使用することによってのみ除去する
ことができる。

しかしながら、先行技術の公知限外ｐ違法は加圧水型原
子炉の冷却水の浄化には適していない。

従って、本発明の目的はフィルターに放射性生成物が堆
積するのｆ：、禁止することなく、良好な歩留りで冷却
水中に生成された粒子の大部分を除去することができる
、加圧水型原子炉の運転中、この原子炉の冷却水を限外
沖過する方法を提供することである。

この目的で以下の操作を行う。すなわち、−一次回路の
少なくとも一つの冷分岐路に圧力下で循環している水の
流れの一部を連続的に取出し、 −この取り出された水を一次回路の温度および圧力を保
ちながら、限外濾過壁の人口面と接触状態で循湖場せ、 ｍ−欠本の圧力よりも低い／ｊパール以Ｔ（ＤＦＥ力で
Ｆｆｉを限外濾過壁の出口面の（１１１７がら取出ｊい
そして 一濃縮物を限外ｅ退壁の人口面に関して循環させ続ける
。

第１図は一゛次回路２を取り囲む加圧水型原子炉の安全
格納８２口の一部を示してＪｊす、−次回路２の一つの
分が（路は主＋１？ンプ３と、蒸気発生器４と、加圧器
５とを有することを示している。炉心と接触して加熱さ
れた水ｄ、８器６がら出て熱分航路７を通り、〃”４発
生器４で冷却された水は冷分岐路８全通って容器６にＰ
ｉび入る。

加圧水型原子炉の一次回路は一般に三つ又は四つの同じ
ループを有しており、これらのループは大々、蒸気発生
器を有する。

一次回路の冷分１肢路８がら分岐して配置された原子炉
の８積・化学回路が第７図でわかる。

この容積・化学回路は一次水を取り出すための管路１０
と、処理後、−取り出された水を再循環させるための管
路１１と、加圧器に連結された管路１２とを有している
。

弁１４．１５により１容積・化学監視回路の一部又は池
の部分を作動させることができる。

取出し用旨路１０Ｖｉ古生型交換器１７の二次部分に連
結され、管路１１によってμｉ循環された水が１ｑ生型
交換器１７の〜・次部分を通過する。

再生型交換器１７の下流では、管路１０は減圧装置１８
と連通し、次いでこの減圧装置１８の下流で安全格納容
器の壁１を貫通している。安全格納容器の外側で、管路
１０は交換器１９および脱塩ユニット２０と順次連通し
ている。

促って、取出された一次水は、／ｇ−ｊ却されて減圧さ
れるので、脱塩ユニット２０の前では、この水は温度３
−θ℃および圧力ｊバールである。

先行技術による機械的フィルター２４が破線で示されて
おり、この機械的フィルターは安全格納容器のり）側に
かつ１１＜２．１＝ユニツト２０の上流に配置されてい
る。従って、先行技術の場合、機械的フィルターは水を
ｆｌＪｊの温度および低い圧力で受け人九る。

一次流体は、その浄化、脱塩および調整剤の添加よりな
る種々の池の処理の後、貯蔵タンク２５に移送され、こ
の貯蔵タンクから噴射ポンプ２６により管路１１を通っ
て一次回路を再循環することができる。

酊循環された一次水は、冷分岐路８ｆ循環している水の
圧力および温度に近い圧力および温度で冷分岐路８に再
び合流する。

かくして、−欠本の流れの一部を取出して安全格納容器
の外側で処理することができる。

をこの操作の低い歩留りの原因となる温度で１１口行っ
ているという不都合がある。実際には、−次流体に生じ
た腐蝕性粒子は温度に反比例する溶解性を有している。

従って、低い流体温度は、低い歩留りのｒ過操作を伴う
。そのうえ、フィルターは放射性粒子を収集し、その帖
果ｔｇｔ子炉をしばらく運転しているうちに安全格納容
器の外側に配置されたこのフィルターはひどく汚染され
ることがわかる。

従って、本発明による方法を使用するためには、第２図
を参照して説明するようにｍ成された限外濾過ユニット
２８が容積・化学監視用回路の取出し管路１０に安全格
納容器１の内側でかつ再生型交換器１７の上流に配置さ
れる。

第２図＃′ｊ：参照番号２８で全体的に示された限外濾
過器を示している。

この限外１戸ｌ、５〕器は垂直方向軸線をもったエンク
ロージュア３０を備え、このエンクロージュアは二つの
皿形端部３２，３３によって閉鎖されている。

弁３５を取付けた管路３４が上端部３２？ｉｌ−貫通し
ている。管路３４によって、浄化すべき水を限外沖過器
に流入させる。

二つの管板３６，３８が限外濾過器の円筒形エンクロー
ジュア３０に対して横方向に配置され、’ｔ′Ｆ板３６
．３８）ｊ、それらの周囲がエンクロージュア３０の局
でで決まる間隔でこのエンクロージュア３０の内面にｄ
接されている。　。

二つの骨板３’６．３８の間に＆−１、限外濾過器のｒ
過酸を構成する多数の什４ｏが配置されている、骨４０
は均質な多孔質材料の上層で形成さｉ″ＬｆＣ。

複合壁を有する。限ＩＡ濾過器の分離膜として作用する
鎖孔質層は管状形の目視孔質で無機質の支持体によって
支持されている。これらの支持層は管４０に戸好な機械
的性質′ｆｔ与える。

ｌｊ・常にｊ＋’＋’い微孔質ＩＸＪ・Ｊ外ｒ過Ｎ１は
化学的安定性および熱交２′Ｉ！件の高い金属酸化物か
らなる。この金属１・１着化物の像化７！！組織はｈ土
ないし数千オングストロームの厚さで（５る。

［７視孔質支持Ｂσは代素才たはアルミナのようなセラ
ミック林産Ｉで作られている。

′曝−ｆ４０は完全に削性であるセラミック／金属型の
溶接接合部に止って上部Ｉｒ板３６に接合されている。

叱方、管４ｏの下半分は漏れないようにしかもＭ　前方
向にＫｇ　！Ｔｉｌ＋自在にインジウムシール４１に牟
に挿入されている。

管４Ｍ　３６　、３８および臂４ｏは１９シ外ｐ過器の
工ンクロージュアの内容Ｍを二つの部分、すなわち、工
／クローノユアの上方帯域４２と下方帯域４３および’
ｃ１４０の内容積からなる一次部分と、管４０の外側で
ある管板３６と３８との間のエンクロージュアの容積か
らなる二次部分とに分割している０ 限外ＦＪＩＪＪ器の二次部分は弁４５を取付けた管路４
４に接続されている。弁４７を有する管路４６が弁４５
の上流で管路４４から分岐して配置されている。

回路５０によって、液体を限外濾過器の一次部分の下方
区画室４３からこの一次部分の上方区画室４２に再循環
させる。この回路５０は循環ポンプ５１と、再循環を開
始したり停止したりする弁５２とを有している。

また、弁５４を配置した管路５３が循環ポンプ５１と止
め弁５２との間の回路５０から分岐して配置されている
。

第１図に示すように限外濾過器２８全谷桔・化学監視用
回路に取付ける場合、限外−過器の人口管路３４および
出０管路４４は容積・化学監視用回路の取出し管路に接
続され、従って、取出された水は実線矢印５５で示す方
向に限外濾過器を横切る。

加圧水の流量と、限外濾過器２８を入れた容積・化学回
路の一部分は管路３４に入る流体と管路４４を出る流体
との間にｊパールの圧力差が存在するように設計されて
いる。

従って、／ｊパールまでの圧力差に耐えることができる
営４０で構成された限外濾過壁は圧力北限からかなり離
れて用いられる。

／、３００ＭＷの電力を有する加圧水型原子炉の場合に
は、第２図に示すような二つの限外濾過器２８は並列に
配置して用いられる。二つの濾過器は各々原子炉の公称
流量を処理することができ、特に、両濾過器は一方の濾
過器が作動したままでｆ１２方の濾過器の保守を可能に
するために最大流量を処理することができる。これらの
装置は各々直径１．　ｍｍの管をほぼ１ｇＯ本備えてい
る。これらの管は内側が、ｂ’ｌ孔質酸化物層で被覆さ
れたアルミナでつくられる。

これらの廿を配置した限外濾過器の金属構造ユニットハ
ステンレス鋼でつくられる。

管がそれらの両端部のうち一端でのみ管板３６にしっか
りと固定され、かつ管板３８には固定されていないため
に軸線方向に自由に膨張することができることにより、
装置が高温で作動するとき、これらの管に有害な応力が
発生する危険を取り除いている。それにもかかわらず、
管板３８を貫通する管の通路はインジウムシール４１に
よって漏れ止めされている。

濾過器構造は防振スペーサ板（図示せず）で強化されて
いる。

次に、原子炉の一次水を浄化するだめの第２図に示した
装置の作動について説明する。装置２８を入れた容４ａ
・化学監視用回路から管路ｌＯによって水が取出される
。

濾過装置の作動中、限外濾過器２８を容積・化学監視用
回路の管路１０に接続した′ｄ路の弁３５゜４５は開放
している。浄化すべき一次水は濾過装置の一次部分の上
方区画室４２に入る。限外濾過器２８の位置を容積・化
学監視用回路に定めれば、水は約／　ｊ　、３’−’−
ルの圧力および３００度に近い温度で装置２８に入る。

この水は管板３６の領域内で管４０に分配され、そして
水が管４０を通過するとき、限外濾過器の二次部分と一
次部分との間にｊパールの圧力降下が生じることにより
、−次水の大部分は旨の内壁ｆｃＸ５おっている微孔質
層を通過し、次いでこれらの管の壁を通って濾過器の二
次部分に流出し、そこでＰ液金つくる浄化水が管路４４
から取出される。次に、浄化水は一次回路に戻る前に容
積・化学監視用回路を通る。

−次水の一部と、微孔質層によって保持されたこの水の
中に存在するすべての不純物粒子とが管４０の出口に運
ばれて濾過器の一次部分の下方区画室４３に入る。−次
水の濾過が行なわれているとき、回路５０の弁５２は開
放しており、ポンプ５１は作動する。これに反してこの
回路の分岐路５３の弁５４は閉じている。濾過器によっ
て取り除かれる＋！！！縮物をつくる不純物を含有しか
つ区画′う歪４３に流入する水はポンプ５１によって取
り出され、ノ」？ンプ５１はこの水を回路５０を通過さ
せてこの濃縮物＜一過器の部分（すなわち上方区画室）
４２へＩＪ循環させる。

ｒｆｉｔ体の、’＃を量および速度を適切な値に調節す
ることによって、ｊパールのわずかな過圧が一過器の−
６（部分に与えらｎれば、粒子ｐｃよる（たとえ最も前
：１かいλ立−子によっても）これらの管のつまり全回
避するのに十分な管壁の洗浄作用が得られる。

先に示した状態では、り０ｍ３７時の主ｐ液ＭＥ址につ
いて、濃縮物はほぼ５ｍ１秒の速度で回路５０を循環タ
ーる。

′？ｆｉ過にｌｔ４作中、−組物中の不純物の４ｆ’ｌ
１合は、１１３わシ的に増加する。というのは、この濃
縮物が区画室４２の中−１連続的に再循環し、又浄化す
べき水がフィルターの一次部分に留っている不純物全官
有する濃ＪＪ７物を放出するからである。

操作がしばらくの間続いた援では、ゐ組物中の不純物の
、！＋ＩＩ台は非常に高いので、フィルターは良好ｆｚ
　＜ｔ；　感では作ｔノ＋することができない。そこで
、不純物がこの禁止的濃度に達する前にフィルターの一
次部分を水抜きする必要がある。

フィルターの水扱き金行うためには、弁４５゜４７．５
２を閉じ、弁３５，５４を開ける。ポンプ５１は作動さ
せ続ける。

管路５４は管路によって液体流出物の処理プラントに連
結される。限外濾過器２８の水抜き中、濃縮物はこの液
体流出物の処理用プラントに向って排出される。限外濾
過器内でこの濃縮物は一次水によって置き換えられ、こ
の−火水は濾過器の壁と管４０の内面とをゆすぎ洗う。

濃縮物およびゆすぎ水中に存在する放射性成分は流出液
処理プラントで分離されて除去される。

また、弁５９を有する管路５８により、浄化水を蒸気発
生器４と主ポンプ３との間にある一次回路の中間分岐路
８ａ（Ｃｖ５過器２８の出口から直接再び注入させる。

この中間分岐路８ａと冷分岐路８との間の圧力差（これ
は回路中の圧力降下に相当する）は７バールである。従
って、一過器の圧力降下がｊバールに過ぎないので、濾
過器の出口における水は中間分岐路８ａの圧力よりも高
い圧力である。従って、濾過器２８中の圧力降下が７−
ぐ−ル以下で７らるとき、弁５９を開けることによって
浄化水を中間分岐路８ａに阿び注入させることができる
。減圧されず、かつ中間分岐路８ａ中の１（ユカよりわ
ずかに高い圧力の浄化水は、自然語Ｍによりこの中間分
岐路８ａに）〈る。発電所の停止中、濃縮物が一過器に
溜ったままであるとき、粒子は管４０の壁に付滑してこ
れらの管をふさいでしまう。

そこで、弁３５，４５．５４を閉じ、弁４７゜５２を開
ＩすることＶこよって、濾過器がつまらない４とうにす
ることができる。管路４４から分＋ｌｉ’ｉ　Ｌだｔ′
を路４６は一次回路に留っている液体のＩＥ力よりも高
い圧力のＩｌｉΔ塩水の供給源に連結され、その結果、
この水はｖ５過と反対方向に管壁４０を通向する。これ
によって、賃４０の内壁に留っている粒子を落す。

次に、不純物を同伴した水Ｉ′ｆ、Ｐ渦器と液体流出物
処理プラントとを連結している管路５３の弁５４を開け
ることによって、前述のように水抜きにより除去される
。

本発明による方法および装置の主な利点は、どんな大き
さの粒子をも非常に良好な状態で濾過することと（この
場合、−炭水中のこれら不純物の溶解性は低い）、限外
濾過器の壁のつまりとこれらのＰａ表面に放射性生成物
が堆積するのを回避することお上び濾過器の保守操作を
すべて非常にＰａ１単に行えることであることがわかる
。

本発明は今説明した実施態様に限宇されず、反対にあら
ゆる変形態を含む。

かくして、限外濾過器の一次部分と二次部分との間の圧
力降下はｊパールより大きくてもよく、例えば管の機械
的応力を禁止することなく、かつこれらの管の内壁をふ
さぐことなしに、／２パールに達してもよい。しかしな
がら、出力降下Ｆｉ濾過器の満足な操作を得るために、
かつ管の極端に高い応力を回避するために／ｊパールを
越えてはならない。

濾過器に採用される流量値は与えられた流量値と異なっ
てもよい。説明したような限外濾過器は、尚い流量、例
えば、１００〜．２００ｍ３／時の一次水を処理するこ
とができる。また、必要に応じて、二つの限外濾過器を
並列に組合せることにより、２倍の流址を処理できる。

Ｐｉ器Ｆｉ説明したものと興なる形状のものであっても
よく、この限外濾過器の種々の区画室の構造は説明した
ものと反対であってもよい。

セラミック管は、異なる方法で限外濾過器のせ板に固定
してもよく、例えば、これらの管の両端を７−ルによっ
てこれらの管板に固定してもよい。

あらゆる場合にこれらの管の軸線方向への膨張の自由が
４ｉｔＭ保されなければ〃らない。管４０の端部に配置
されたシールはインジウム以外の金属、例えば、銀で作
ってもよい。

最後に、本発明による方法および装置は、圧力下の水で
冷却される任意の型式の原子炉の一次水を浄化するため
に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は加１１：、水型原子炉の一次回路および各１ｔ
Ｉ・化学監視用回路の回路図；第２図は本発明による方
法を行うために用いられる限外濾過器のｌｆ！断面図で
ある。 １・・・安全ｊ６納各器箋２・・・−次回路−３・・・
主Ｉンプ、４・・・蒸気発生器、５・・・）Ｊｎ　ＥＪ
Ｅ　Ｍｙ　、６・・・ｎ　器、７・・・熱分岐路、８・
・・冷分岐路、１　（’Ｉ　、　１１　、１２・−＠管
　路、１７・・・再生型交換器、１８・・・減圧装置、
１９・・・交換器、２ｏ・・・脱ｊμユニット、２８・
・・限外濾過ユニット、３４・・・人口管路、３６．３
８・・・管　板、４ｏ・・・管、４１・・・７−ル、４
２・・・上方区画室、４３・・・下方区画室、４４・・
・出口管路、５０．５５・・・回　路、５１・・・循環
ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／、　加圧水型原子炉の運転中、この原子炉の冷却水を
   限外濾過するための方法において、−次回路の少なくと
   も一つの冷分岐路８にＩＥ方力下循環している水の流れ
   の一部を連続的に取出し、 この取り出された水を、−次回路の温度および圧力を保
   ちながら、限外濾過壁４０の人口面と接触状態で循環さ
   せ、 ｐ′に！ｉ？ニー次水の圧力よりも低い／ｊパール以下
   の圧力で限外濾過壁の叱方の側から取出し、濃縮物を限
   外濾過壁４０の人口面に関して循環させ続けることを特
   徴とする方法。 ！、　所定の時間間隔で、炉液の取出し全中断し、循環
   している濃縮物を取り出して液体流出物の処理グランド
   に送ることを特徴とする特許請求の範囲第１坦記載の限
   外濾過方法。 ３、　原子炉の停止後、浄化すべき加圧水の取り出しと
   、Ｐ液の！佼り出しとを中断し、限外濾過壁のつまりを
   除去するだめのカ旧五水をｐ液の循環と反対方向にこの
   壁を通過させることを特徴とする特許請求の４さ囲第１
   項記載の限外濾過方法。 １１ｔ、限外濾過壁４ｏの出口面ｆｉｌでのＥ液をつく
   る水の圧力が冷分岐路８中の一次水の圧力よりも低く７
   バール以下であり、Ｐ液を限外濾過器２８の出口から直
   接、−次回路の中間分岐路８ａに再び注入させ、このＰ
   液のＩＥカは中間分岐路８ａの圧力よりゎずかに１ｖ６
   いことを特徴とする特許請求の範囲第１　ｒｒＩｚ載の
   限外濾過方法。 よ　限外濾過壁４ｏの出口面側の水の圧力は冷分岐路の
   一次水の圧力によりほぼｊパール低いことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の限外濾過方法。 乙　濃縮物の循環速度が約５ｍ７秒であることを特徴と
   する特許請Ｒの範囲第１項記載の限外Ｅ過方法。 ２　外部エンクａ−シュア３ｏを備え、この包囲体の内
   側には、エンクロージュアの一方向に沿って間隔をへだ
   てた二つの管板３６．３８が横方向に配置され、これら
   の管板の間には、この方向に限外濾過壁を構成する多孔
   質セラミック材の管４０が配置され、エンクロージュア
   ３０の内容積は人口区画室４２と、出口区画室４３と、
   管４０の内部空間とからなる一次部分と、管板３Ｇと３
   ８との間に構成された二次部分とに分ｈ１され、そして
   管４０の外側で一次部分の第一区画室４２は浄化すべき
   流体の人口管路３４に連結され、二次部分は、出口管路
   ４５に連結され、かつ、濃縮物を回路５０に配置された
   循環ポンプ５１によって出口区画室４３から人口区画室
   ４２に再循環させるためにフィルターの第一部分の出目
   区画室４３とこの第一部分の入口区画室４２とを連結し
   た回路５０に連結されていることを特徴とする限外濾過
   装置。 と　止め弁３５け、人口管路３４に、止め弁４５は出口
   管路４４に、止め弁５２はフィルター回路５０に夫々配
   貨されていることを特徴とする特許請求の範囲第７項記
   載の限外濾過装置。 ２　圧力下の脱塩水を供給するための管路４６がフィル
   ターの出口・［ｆ路４４で分岐して配置ｄされているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の限外濾過装
   置。 １０、排水管路５３が再循環回路５０で分岐して配置さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の
   限外濾過装置。 ／／、管４０は各々、その両端のうち一端が管板のうち
   一方の管板３６にしっかりと固定され、この管の池端が
   能力の管板３８にシール４１の内側で固定され、このシ
   ールによって管４０と管板３８との漏れ止め１！口結と
   、管とフィルターのエンクロージュアとの間の熱膨張差
   による管４０の軸線方向移動とを同時に行なうようにす
   ることを特徴とする特許ｉｉ１ポのａ間第７項記載の限
   外ｐ過装置。 ／、２．管４０は管４０の内面が鍜孔質酸化物層で被覆
   されたア・レミナのような目視孔質セラミック材料で作
   られていることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載
   の限外ｐ過装置。