JPH06222192A - 原子炉 - Google Patents
原子炉Info
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- JPH06222192A JPH06222192A JP5289692A JP28969293A JPH06222192A JP H06222192 A JPH06222192 A JP H06222192A JP 5289692 A JP5289692 A JP 5289692A JP 28969293 A JP28969293 A JP 28969293A JP H06222192 A JPH06222192 A JP H06222192A
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- catalyst
- catalytic
- core
- nuclear reactor
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- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
- G21C17/02—Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator
- G21C17/022—Devices or arrangements for monitoring coolant or moderator for monitoring liquid coolants or moderators
- G21C17/0225—Chemical surface treatment, e.g. corrosion
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
- G21C19/28—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core
- G21C19/30—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps
- G21C19/317—Recombination devices for radiolytic dissociation products
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 沸騰水型原子炉の圧力容器の水相中において
気水分離器の下流側で動作する内部受動触媒装置を提供
する。 【構成】 触媒装置４８は、気水分離器から流出する水
相の（僅かな漏れ水を除く）全部が触媒物質の表面に沿
って流れるように配置された触媒物質を含んでいる。こ
の触媒物質の表面は溶解した過酸化水素を水と酸素とに
分解する。この触媒物質が水再結合用触媒（たとえば貴
金属）を用いて基体にめっきまたは合金化を施したもの
から成る場合、触媒物質の表面は溶解した水素および酸
素分子の再結合によって水を生成する反応をも促進す
る。かかる触媒装置は、それの前後における原子炉冷却
水の圧力降下が極めて小さくなるように構成される。
気水分離器の下流側で動作する内部受動触媒装置を提供
する。 【構成】 触媒装置４８は、気水分離器から流出する水
相の（僅かな漏れ水を除く）全部が触媒物質の表面に沿
って流れるように配置された触媒物質を含んでいる。こ
の触媒物質の表面は溶解した過酸化水素を水と酸素とに
分解する。この触媒物質が水再結合用触媒（たとえば貴
金属）を用いて基体にめっきまたは合金化を施したもの
から成る場合、触媒物質の表面は溶解した水素および酸
素分子の再結合によって水を生成する反応をも促進す
る。かかる触媒装置は、それの前後における原子炉冷却
水の圧力降下が極めて小さくなるように構成される。
Description
【０００１】
【発明の分野】本発明は、高温水に暴露される部品の腐
食電位を低下させることに関するものである。ここで言
う「高温水」とは、約１５０℃以上の温度を有する水、
蒸気、またはそれから生じた復水を意味する。かかる高
温水は、水脱気装置のごとき各種の公知装置、原子炉お
よび蒸気駆動式の集中発電施設において見出すことがで
きる。
食電位を低下させることに関するものである。ここで言
う「高温水」とは、約１５０℃以上の温度を有する水、
蒸気、またはそれから生じた復水を意味する。かかる高
温水は、水脱気装置のごとき各種の公知装置、原子炉お
よび蒸気駆動式の集中発電施設において見出すことがで
きる。
【０００２】
【発明の背景】原子炉は集中発電用途、研究用途および
推進用途のために使用されている。原子炉圧力容器内に
は、炉心から熱を除去するための冷却材（すなわち水）
が含まれている。それぞれの配管系統により、加熱され
た水または蒸気が蒸気発生器またはタービンに運ばれ、
そして再循環水または給水が圧力容器に戻される。圧力
容器内の運転圧力および温度は、沸騰水型原子炉につい
ては約７MPa および２８８℃であり、また加圧水型原子
炉については約１５MPa および３２０℃である。沸騰水
型原子炉および加圧水型原子炉のいずれにおいて使用さ
れる材料も、様々な負荷条件、環境条件および放射線条
件に耐え得るものでなければならない。
推進用途のために使用されている。原子炉圧力容器内に
は、炉心から熱を除去するための冷却材（すなわち水）
が含まれている。それぞれの配管系統により、加熱され
た水または蒸気が蒸気発生器またはタービンに運ばれ、
そして再循環水または給水が圧力容器に戻される。圧力
容器内の運転圧力および温度は、沸騰水型原子炉につい
ては約７MPa および２８８℃であり、また加圧水型原子
炉については約１５MPa および３２０℃である。沸騰水
型原子炉および加圧水型原子炉のいずれにおいて使用さ
れる材料も、様々な負荷条件、環境条件および放射線条
件に耐え得るものでなければならない。
【０００３】高温水に暴露される材料の実例として、炭
素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、ニッケル基合金およびコ
バルト基合金が挙げられる。水冷型原子炉において使用
されるこれらの材料は綿密に選定されかつ処理されるに
もかかわらず、高温水に暴露された材料には腐食が起こ
る。かかる腐食は、応力腐食割れ、圧力逃がし弁の固
着、γ線を放射する60Ｃｏ同位体の蓄積、および浸食腐
食のごとき様々な問題の原因となる。
素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、ニッケル基合金およびコ
バルト基合金が挙げられる。水冷型原子炉において使用
されるこれらの材料は綿密に選定されかつ処理されるに
もかかわらず、高温水に暴露された材料には腐食が起こ
る。かかる腐食は、応力腐食割れ、圧力逃がし弁の固
着、γ線を放射する60Ｃｏ同位体の蓄積、および浸食腐
食のごとき様々な問題の原因となる。
【０００４】応力腐食割れは、高温水に暴露される原子
炉部品（たとえば、構造部材、配管、留め金具および溶
接部）において起こる公知の現象である。ここで言う
「応力腐食割れ」（以後はＳＣＣと略記することがあ
る）とは、静的または動的応力の発生と亀裂先端におけ
る腐食との組合せによって成長する割れを意味する。原
子炉部品は、たとえば熱膨張の差、原子炉冷却水を閉込
めるために必要な運転圧力、並びに溶接、冷間加工およ
びその他の非対称金属処理に由来する残留応力のごとき
その他の原因に関連した様々な応力に暴露される。その
上、水の化学的性質、溶接、熱処理および放射線がＳＣ
Ｃに対する部品材料の感受性を増大させることもある。
炉部品（たとえば、構造部材、配管、留め金具および溶
接部）において起こる公知の現象である。ここで言う
「応力腐食割れ」（以後はＳＣＣと略記することがあ
る）とは、静的または動的応力の発生と亀裂先端におけ
る腐食との組合せによって成長する割れを意味する。原
子炉部品は、たとえば熱膨張の差、原子炉冷却水を閉込
めるために必要な運転圧力、並びに溶接、冷間加工およ
びその他の非対称金属処理に由来する残留応力のごとき
その他の原因に関連した様々な応力に暴露される。その
上、水の化学的性質、溶接、熱処理および放射線がＳＣ
Ｃに対する部品材料の感受性を増大させることもある。
【０００５】原子炉冷却水中に酸素が約５ppb 以上の濃
度で存在する場合、ＳＣＣがより高い頻度で起こること
は公知である。原子炉冷却水の放射線分解によって酸
素、過酸化水素および短寿命のラジカルのごとき酸化性
物質を生成させる高放射線束の存在下では、ＳＣＣが更
に増加する。かかる酸化性物質は金属の電気化学的腐食
電位を上昇させる。電気化学的腐食は、金属表面上のア
ノードおよびカソード領域から電子が流れることによっ
て引起こされる。腐食電位は腐食現象が起こり易い熱力
学的傾向の尺度であって、たとえばＳＣＣ、腐食疲労、
腐食被膜の肥厚および全体腐食の速度を決定する際の基
本パラメータである。
度で存在する場合、ＳＣＣがより高い頻度で起こること
は公知である。原子炉冷却水の放射線分解によって酸
素、過酸化水素および短寿命のラジカルのごとき酸化性
物質を生成させる高放射線束の存在下では、ＳＣＣが更
に増加する。かかる酸化性物質は金属の電気化学的腐食
電位を上昇させる。電気化学的腐食は、金属表面上のア
ノードおよびカソード領域から電子が流れることによっ
て引起こされる。腐食電位は腐食現象が起こり易い熱力
学的傾向の尺度であって、たとえばＳＣＣ、腐食疲労、
腐食被膜の肥厚および全体腐食の速度を決定する際の基
本パラメータである。
【０００６】沸騰水型原子炉およびそれに付随する水循
環系における応力腐食割れは、歴史的には、循環する水
の中に水素を注入することによって低減されてきた。注
入された水素は水中の酸化性物質（たとえば溶存酸素）
を減少させ、その結果として水中における金属の腐食電
位を低下させる。とは言え、水の流量および中性子線や
γ線に対する暴露時間や暴露強度の変動のごとき要因の
ため、酸化性物質は原子炉毎に異なったレベルで生成さ
れる。それ故、高温水中におけるＳＣＣの防止のために
必要な臨界電位以下に腐食電位を維持するのに十分な程
度にまで酸化性物質のレベルを低減させるために必要な
水素の量は一定しなかった。ここで言う「臨界電位」と
は、純粋な水に関して述べれば、標準水素電極（ｓｈ
ｅ）を基準として約−２３０〜−３００mVの範囲内もし
くはそれ以下の電気化学ポテンシャルを意味する。応力
腐食割れは、腐食電位が臨界電位より高い系内において
はより早い速度で進行し、また腐食電位が臨界電位より
低い系内においては実質的に遅い速度で進行する。酸素
のごとき酸化性物質を含有する水はそれに暴露された金
属の腐食電位を臨界電位よりも高く上昇させるのに対
し、酸化性物質をほとんどもしくは全く含有しない水は
臨界電位よりも低い腐食電位をもたらす。
環系における応力腐食割れは、歴史的には、循環する水
の中に水素を注入することによって低減されてきた。注
入された水素は水中の酸化性物質（たとえば溶存酸素）
を減少させ、その結果として水中における金属の腐食電
位を低下させる。とは言え、水の流量および中性子線や
γ線に対する暴露時間や暴露強度の変動のごとき要因の
ため、酸化性物質は原子炉毎に異なったレベルで生成さ
れる。それ故、高温水中におけるＳＣＣの防止のために
必要な臨界電位以下に腐食電位を維持するのに十分な程
度にまで酸化性物質のレベルを低減させるために必要な
水素の量は一定しなかった。ここで言う「臨界電位」と
は、純粋な水に関して述べれば、標準水素電極（ｓｈ
ｅ）を基準として約−２３０〜−３００mVの範囲内もし
くはそれ以下の電気化学ポテンシャルを意味する。応力
腐食割れは、腐食電位が臨界電位より高い系内において
はより早い速度で進行し、また腐食電位が臨界電位より
低い系内においては実質的に遅い速度で進行する。酸素
のごとき酸化性物質を含有する水はそれに暴露された金
属の腐食電位を臨界電位よりも高く上昇させるのに対
し、酸化性物質をほとんどもしくは全く含有しない水は
臨界電位よりも低い腐食電位をもたらす。
【０００７】沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）においては、炉
心内における一次冷却水の放射線分解の結果、少量の水
が分解してＨ2 、Ｈ2 Ｏ2 およびＯ2 を生成する。定常
運転条件の下では、再循環する水およびタービンに送ら
れる蒸気の中に存在するＯ2、Ｈ2 Ｏ2 およびＨ2 の濃
度は平衡に達する。このような濃度のＯ2 、Ｈ2 Ｏ2お
よびＨ2 は酸化性を示すのであって、その結果として感
受性を有する構造材料のＳＣＣを促進する条件が生じる
ことがある。感受性材料のＳＣＣを軽減するために使用
される方法の１つは水素水化学（ＨＷＣ）技術と呼ばれ
るものであって、それによればＢＷＲ環境の酸化性がよ
り還元性の状態に変化する。このような効果は、原子炉
への給水に水素ガスを添加することによって達成され
る。かかる水素が圧力容器に到達すると、それは放射線
分解によって生成された酸化性物質と反応して水を再生
し、それによって水中に溶解した酸化性物質の濃度を低
下させるのである。このような再結合反応の速度は局部
的な放射線の場、流量およびその他の変量に依存する。
心内における一次冷却水の放射線分解の結果、少量の水
が分解してＨ2 、Ｈ2 Ｏ2 およびＯ2 を生成する。定常
運転条件の下では、再循環する水およびタービンに送ら
れる蒸気の中に存在するＯ2、Ｈ2 Ｏ2 およびＨ2 の濃
度は平衡に達する。このような濃度のＯ2 、Ｈ2 Ｏ2お
よびＨ2 は酸化性を示すのであって、その結果として感
受性を有する構造材料のＳＣＣを促進する条件が生じる
ことがある。感受性材料のＳＣＣを軽減するために使用
される方法の１つは水素水化学（ＨＷＣ）技術と呼ばれ
るものであって、それによればＢＷＲ環境の酸化性がよ
り還元性の状態に変化する。このような効果は、原子炉
への給水に水素ガスを添加することによって達成され
る。かかる水素が圧力容器に到達すると、それは放射線
分解によって生成された酸化性物質と反応して水を再生
し、それによって水中に溶解した酸化性物質の濃度を低
下させるのである。このような再結合反応の速度は局部
的な放射線の場、流量およびその他の変量に依存する。
【０００８】酸化性物質を含有する原子炉冷却水に接触
したステンレス鋼の腐食電位は、約５０〜１００ppb も
しくはそれ以上の濃度で水中に水素を注入することによ
って臨界電位以下に低下させることができる。給水に十
分な量の水素を添加すれば、原子炉系内の特定の部位に
おいてＳＣＣを防止するために必要な条件を達成するこ
とができる。かかる条件とは−０．２３０Ｖshe 以下の
電気化学ポテンシャルである。図２に示されるごとく、
所要の水素添加量は原子炉系内の部位によって異なる。
炉心の高放射線束中において腐食電位を低下させるた
め、あるいは酸化性の陽イオン不純物（たとえば、第二
銅イオン）が存在する場合において腐食電位を低下させ
るためには、遥かに多量の水素を添加することが必要で
ある。
したステンレス鋼の腐食電位は、約５０〜１００ppb も
しくはそれ以上の濃度で水中に水素を注入することによ
って臨界電位以下に低下させることができる。給水に十
分な量の水素を添加すれば、原子炉系内の特定の部位に
おいてＳＣＣを防止するために必要な条件を達成するこ
とができる。かかる条件とは−０．２３０Ｖshe 以下の
電気化学ポテンシャルである。図２に示されるごとく、
所要の水素添加量は原子炉系内の部位によって異なる。
炉心の高放射線束中において腐食電位を低下させるた
め、あるいは酸化性の陽イオン不純物（たとえば、第二
銅イオン）が存在する場合において腐食電位を低下させ
るためには、遥かに多量の水素を添加することが必要で
ある。
【０００９】ところで、腐食電位を臨界電位以下に低下
させるような給水への水素添加量（たとえば、約２００
ppb 以上の水素添加量）は、図３に示されるごとく、短
寿命の16Ｎ同位体が取込まれる結果として蒸気駆動ター
ビン区域内に高い放射線レベルをもたらすことがある。
多くのＢＷＲについて述べれば、圧力容器の内部部品の
ＳＣＣを軽減するために必要な水素添加量は主蒸気管路
放射線モニタ（ＭＳＬＲＭ）の測定値を約４倍以上に増
加させる。このような主蒸気管路の放射線レベルの増加
は時には許容し得ないほどに高い環境線量率をもたら
し、従って遮蔽および放射線被曝防御のために多大の投
資を必要とすることがある。
させるような給水への水素添加量（たとえば、約２００
ppb 以上の水素添加量）は、図３に示されるごとく、短
寿命の16Ｎ同位体が取込まれる結果として蒸気駆動ター
ビン区域内に高い放射線レベルをもたらすことがある。
多くのＢＷＲについて述べれば、圧力容器の内部部品の
ＳＣＣを軽減するために必要な水素添加量は主蒸気管路
放射線モニタ（ＭＳＬＲＭ）の測定値を約４倍以上に増
加させる。このような主蒸気管路の放射線レベルの増加
は時には許容し得ないほどに高い環境線量率をもたら
し、従って遮蔽および放射線被曝防御のために多大の投
資を必要とすることがある。
【００１０】それ故、水素の添加が原子炉冷却水中にお
ける腐食電位を低下させるとは言え、腐食電位を臨界電
位以下に維持しながら原子炉冷却水中における水素の量
を制限することが望ましいのである。炉心内における水
の放射線分解によって生じる主な生成物は、Ｈ2 、Ｈ2
Ｏ2、ＯＨ、Ｈおよび水和電子である。照射を受けた水
中においては、Ｏ2 およびＨ 2 Ｏ2 は動的平衡状態にあ
る。ＨＷＣ技術の実施中には、ダウンカマ区域内におけ
るＨ2 Ｏ2 とＯ2 との計算比は大きい。ウォーター・ケ
ミストリー・フォー・ニュークリアー・リアクター・シ
ステムズ(Water Chemistry for Nuclear Reactor Syste
ms) 第４巻（ＢＮＥＳ、ロンドン、１９８７年）の６７
〜７３頁に収載されたエム・ウルバーグ(M. Ullberg)等
の論文「ＢＷＲにおける過酸化水素」中に報告された理
由は、ＨＷＣ技術の実施に際して添加されるＨ2 は先ず
Ｈ2 Ｏ2からＯ2 への酸化を抑制し、Ｏ2 からＨ2 Ｏ2
への還元を促進し、かつＨ2 Ｏ2からＨ2 Ｏへの還元に
はほとんど影響を及ぼさないというものである。それ
故、過酸化水素はＢＷＲの再循環水中において比較的安
定である。
ける腐食電位を低下させるとは言え、腐食電位を臨界電
位以下に維持しながら原子炉冷却水中における水素の量
を制限することが望ましいのである。炉心内における水
の放射線分解によって生じる主な生成物は、Ｈ2 、Ｈ2
Ｏ2、ＯＨ、Ｈおよび水和電子である。照射を受けた水
中においては、Ｏ2 およびＨ 2 Ｏ2 は動的平衡状態にあ
る。ＨＷＣ技術の実施中には、ダウンカマ区域内におけ
るＨ2 Ｏ2 とＯ2 との計算比は大きい。ウォーター・ケ
ミストリー・フォー・ニュークリアー・リアクター・シ
ステムズ(Water Chemistry for Nuclear Reactor Syste
ms) 第４巻（ＢＮＥＳ、ロンドン、１９８７年）の６７
〜７３頁に収載されたエム・ウルバーグ(M. Ullberg)等
の論文「ＢＷＲにおける過酸化水素」中に報告された理
由は、ＨＷＣ技術の実施に際して添加されるＨ2 は先ず
Ｈ2 Ｏ2からＯ2 への酸化を抑制し、Ｏ2 からＨ2 Ｏ2
への還元を促進し、かつＨ2 Ｏ2からＨ2 Ｏへの還元に
はほとんど影響を及ぼさないというものである。それ
故、過酸化水素はＢＷＲの再循環水中において比較的安
定である。
【００１１】更にまた、やはりウルバーグ等の論文から
わかる通り、水中のＨ2 Ｏ2 は高温下では異相の固体表
面において下記のごとくに分解する。 ２Ｈ2 Ｏ2 ＋表面 → ２Ｈ2 Ｏ＋Ｏ2 このようなＨ2 Ｏ2 の分解反応は不均一系分解と呼ばれ
る。分解速度は分解触媒の使用によって増大させること
ができるが、それはまた温度および表面積／体積比にも
依存する。
わかる通り、水中のＨ2 Ｏ2 は高温下では異相の固体表
面において下記のごとくに分解する。 ２Ｈ2 Ｏ2 ＋表面 → ２Ｈ2 Ｏ＋Ｏ2 このようなＨ2 Ｏ2 の分解反応は不均一系分解と呼ばれ
る。分解速度は分解触媒の使用によって増大させること
ができるが、それはまた温度および表面積／体積比にも
依存する。
【００１２】
【発明の概要】本発明は、過酸化水素の分解のみを促進
するか、あるいは過酸化水素の分解および水の再結合を
共に促進する受動触媒装置を気水分離器の直ぐ下流側に
組込むことにより、ＨＷＣ技術に従って運転される従来
のＢＷＲに改良を加えるものである。それぞれの触媒装
置の構造に関する唯一の相違点は、水の再結合を行う触
媒装置が貴金属のごとき水再結合用触媒を含むのに対
し、水の再結合を行うことなしに過酸化水素の分解を行
う触媒装置は水再結合用触媒を含まないことである。
するか、あるいは過酸化水素の分解および水の再結合を
共に促進する受動触媒装置を気水分離器の直ぐ下流側に
組込むことにより、ＨＷＣ技術に従って運転される従来
のＢＷＲに改良を加えるものである。それぞれの触媒装
置の構造に関する唯一の相違点は、水の再結合を行う触
媒装置が貴金属のごとき水再結合用触媒を含むのに対
し、水の再結合を行うことなしに過酸化水素の分解を行
う触媒装置は水再結合用触媒を含まないことである。
【００１３】本発明はまた、給水に比較的低いレベルの
水素を添加しながら原子炉系内の主要部位において所定
の条件を達成することにより、公知のＨＷＣ技術に改良
を加えるものでもある。その結果、主蒸気管路における
放射線レベルが大幅に増加するという悪影響は回避する
ことができる。その上、水素の所要量およびそれに伴う
費用も顕著に減少するのである。
水素を添加しながら原子炉系内の主要部位において所定
の条件を達成することにより、公知のＨＷＣ技術に改良
を加えるものでもある。その結果、主蒸気管路における
放射線レベルが大幅に増加するという悪影響は回避する
ことができる。その上、水素の所要量およびそれに伴う
費用も顕著に減少するのである。
【００１４】本発明の第１の側面に従えば、ＢＷＲの圧
力容器の水相中において気水分離器の直ぐ下流側で動作
する受動再結合器が提供される。かかる再結合器は大き
い表面積／体積比を有する触媒物質を開放構造物中に配
置したものから成る結果、気水分離器から流出する水相
の（僅かな漏れ水を除く）全部が触媒物質の表面に沿っ
て流れる。そして、たとえば下記のごとき反応式に従
い、触媒物質の表面が水相中に存在する水の放射線分解
生成物Ｈ2 、Ｏ2 およびＨ2 Ｏ2 と反応することによっ
て水が再生される。
力容器の水相中において気水分離器の直ぐ下流側で動作
する受動再結合器が提供される。かかる再結合器は大き
い表面積／体積比を有する触媒物質を開放構造物中に配
置したものから成る結果、気水分離器から流出する水相
の（僅かな漏れ水を除く）全部が触媒物質の表面に沿っ
て流れる。そして、たとえば下記のごとき反応式に従
い、触媒物質の表面が水相中に存在する水の放射線分解
生成物Ｈ2 、Ｏ2 およびＨ2 Ｏ2 と反応することによっ
て水が再生される。
【００１５】
【化１】
【００１６】なお、反応(3) の後には反応(1) が起こっ
て水が生成される。本発明の受動再結合器は、それの前
後における原子炉冷却水の圧力降下が極めて小さく（５
psi 未満）なるように構成される。また、触媒物質はＢ
ＷＲ条件下にある純粋な水中において耐食性を示すと共
に、原子炉温度下で構造強度を有することが必要であ
る。かかる再結合器はステンレス鋼製の流通型ハウジン
グ内に再結合器用触媒物質を充填したものから成るが、
この再結合器用触媒物質はもつれた線または箔片（スト
リップ）、ひだを付けたリボン、多孔質の焼結金属複合
体、蜂の巣状構造物、あるいは大きい表面積／体積比を
有するその他任意の構造物として形成されていればよ
い。好適な再結合用触媒物質は、貴金属を用いてステン
レス鋼にめっきまたは合金化を施したものである。
て水が生成される。本発明の受動再結合器は、それの前
後における原子炉冷却水の圧力降下が極めて小さく（５
psi 未満）なるように構成される。また、触媒物質はＢ
ＷＲ条件下にある純粋な水中において耐食性を示すと共
に、原子炉温度下で構造強度を有することが必要であ
る。かかる再結合器はステンレス鋼製の流通型ハウジン
グ内に再結合器用触媒物質を充填したものから成るが、
この再結合器用触媒物質はもつれた線または箔片（スト
リップ）、ひだを付けたリボン、多孔質の焼結金属複合
体、蜂の巣状構造物、あるいは大きい表面積／体積比を
有するその他任意の構造物として形成されていればよ
い。好適な再結合用触媒物質は、貴金属を用いてステン
レス鋼にめっきまたは合金化を施したものである。
【００１７】本発明の第２の側面に従えば、従来のＢＷ
Ｒ内に設置された受動分解器が提供される。かかる分解
器は上記のごとき再結合器と同様な流通型装置から成る
が、大きい表面積／体積比を有する触媒物質が水再結合
用の触媒を含まない点で異なっている。すなわち、かか
る分解器は過酸化水素の不均一系分解を生起させるが水
の再結合は生起させないような表面を有する固体物質を
含んでいる。好適な分解器用触媒物質は、ＢＷＲ環境中
において予測可能な性能を示すという点から見てステン
レス鋼である。とは言え、不均一系分解を生起させると
共に、ＢＷＲ環境中において使用するのに適した構造強
度および耐食性を有するものであれば、その他の固体物
質を使用することもできる。かかる分解器内の触媒物質
の表面は反応(3) に従って水相中に存在する水の放射線
分解生成物Ｈ2 Ｏ2 と反応してそれを分解する。
Ｒ内に設置された受動分解器が提供される。かかる分解
器は上記のごとき再結合器と同様な流通型装置から成る
が、大きい表面積／体積比を有する触媒物質が水再結合
用の触媒を含まない点で異なっている。すなわち、かか
る分解器は過酸化水素の不均一系分解を生起させるが水
の再結合は生起させないような表面を有する固体物質を
含んでいる。好適な分解器用触媒物質は、ＢＷＲ環境中
において予測可能な性能を示すという点から見てステン
レス鋼である。とは言え、不均一系分解を生起させると
共に、ＢＷＲ環境中において使用するのに適した構造強
度および耐食性を有するものであれば、その他の固体物
質を使用することもできる。かかる分解器内の触媒物質
の表面は反応(3) に従って水相中に存在する水の放射線
分解生成物Ｈ2 Ｏ2 と反応してそれを分解する。
【００１８】以下、添付の図面を参照しながら本発明の
好適な実施の態様を詳しく説明しよう。
好適な実施の態様を詳しく説明しよう。
【００１９】
【好適な実施の態様の詳細な説明】先ず最初に、図１を
参照しながら沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）内における流体
の流れを一般的に説明することとする。原子炉圧力容器
（ＲＰＶ）内には、給水入口１２を通して給水が供給さ
れる。給水入口１２は給水スパージャ１４に連結されて
いるが、これはＲＰＶの内部に給水を分配するために役
立つ適当な開口を有するリング状の管である。
参照しながら沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）内における流体
の流れを一般的に説明することとする。原子炉圧力容器
（ＲＰＶ）内には、給水入口１２を通して給水が供給さ
れる。給水入口１２は給水スパージャ１４に連結されて
いるが、これはＲＰＶの内部に給水を分配するために役
立つ適当な開口を有するリング状の管である。
【００２０】給水スパージャ１４からの水は環状のダウ
ンカマ区域１６を通って下方に流れるが、これはＲＰＶ
と炉心シュラウド１８との間に設けられた環状の区域で
ある。炉心シュラウド１８は、炉心２０を包囲すると共
に、炉心２０を通る冷却材の上向きの流れとダウンカマ
区域１６内における下向きの流れとを隔離するステンレ
ス鋼製の円筒である。なお、図１中には炉心２０を構成
するただ１個の燃料集合体２２のみが示されている。
ンカマ区域１６を通って下方に流れるが、これはＲＰＶ
と炉心シュラウド１８との間に設けられた環状の区域で
ある。炉心シュラウド１８は、炉心２０を包囲すると共
に、炉心２０を通る冷却材の上向きの流れとダウンカマ
区域１６内における下向きの流れとを隔離するステンレ
ス鋼製の円筒である。なお、図１中には炉心２０を構成
するただ１個の燃料集合体２２のみが示されている。
【００２１】ダウンカマ区域１６を通って流れる水は、
次いで下部プレナム２４に到達する。続いて、かかる水
は炉心２０内に配置された燃料集合体２２中に入る。そ
こにおいて沸騰境界層（図示せず）が形成される結果、
燃料集合体２２中には下方の非沸騰領域と上方の沸騰領
域とが生み出される。次に、シュラウドヘッド２８の内
部に形成されかつ炉心２０の上方に配置された上部プレ
ナム２６内に水と蒸気との混合物が流入する。かかる上
部プレナム２６は、炉心２０から出る蒸気−水混合物と
直立したスタンドパイプ３０に入る蒸気−水混合物との
間に隔離空間を生み出すために役立つ。なお、スタンド
パイプ３０はシュラウドヘッド２８上に配置されてお
り、かつ上部プレナム２６と連通している。
次いで下部プレナム２４に到達する。続いて、かかる水
は炉心２０内に配置された燃料集合体２２中に入る。そ
こにおいて沸騰境界層（図示せず）が形成される結果、
燃料集合体２２中には下方の非沸騰領域と上方の沸騰領
域とが生み出される。次に、シュラウドヘッド２８の内
部に形成されかつ炉心２０の上方に配置された上部プレ
ナム２６内に水と蒸気との混合物が流入する。かかる上
部プレナム２６は、炉心２０から出る蒸気−水混合物と
直立したスタンドパイプ３０に入る蒸気−水混合物との
間に隔離空間を生み出すために役立つ。なお、スタンド
パイプ３０はシュラウドヘッド２８上に配置されてお
り、かつ上部プレナム２６と連通している。
【００２２】各々のスタンドパイプ３０は、それの上部
に取付けられた気水分離器３２に連通している。スタン
ドパイプ３０を通って流れる蒸気−水混合物は、軸流遠
心分離型の気水分離器３２に入る。これらの気水分離器
３２は、旋回運動を利用して水滴をそれの外壁側に移行
させることによって液体の水を蒸気から分離する。分離
された液体の水は混合プレナム３３内において給水と混
合され、次いでかかる混合物がダウンカマ区域１６を通
って炉心２０内に流入する。ＢＷＲの定常運転時におい
てＲＰＶ内に形成される液体の水の表面は、図４中に５
０として示されている。他方、蒸気は蒸気乾燥器３４を
通過して蒸気ドーム３６に入る。かかる蒸気は蒸気出口
３８を通してＲＰＶから排出される。
に取付けられた気水分離器３２に連通している。スタン
ドパイプ３０を通って流れる蒸気−水混合物は、軸流遠
心分離型の気水分離器３２に入る。これらの気水分離器
３２は、旋回運動を利用して水滴をそれの外壁側に移行
させることによって液体の水を蒸気から分離する。分離
された液体の水は混合プレナム３３内において給水と混
合され、次いでかかる混合物がダウンカマ区域１６を通
って炉心２０内に流入する。ＢＷＲの定常運転時におい
てＲＰＶ内に形成される液体の水の表面は、図４中に５
０として示されている。他方、蒸気は蒸気乾燥器３４を
通過して蒸気ドーム３６に入る。かかる蒸気は蒸気出口
３８を通してＲＰＶから排出される。
【００２３】ＢＷＲはまた、所要の出力密度を達成する
ために必要な炉心内の強制対流を生み出す冷却材再循環
系をも含んでいる。（全部ではないが）一部のＢＷＲに
おいては、出口４３を通してダウンカマ区域１６の下端
から水の一部分が抜取られ、そして遠心再循環ポンプ４
０（図４参照）により入口４５を通してジェットポンプ
アセンブリ４２内に供給される。なお、このタイプのＢ
ＷＲは２台の再循環ポンプを有していて、それらの各々
が複数のジェットポンプアセンブリに駆動水流を供給す
る。図１中に最も良く示されているごとく、加圧された
駆動水は立上り吸込管４６からエルボ４８を通してジェ
ットポンプノズル４４に供給される。
ために必要な炉心内の強制対流を生み出す冷却材再循環
系をも含んでいる。（全部ではないが）一部のＢＷＲに
おいては、出口４３を通してダウンカマ区域１６の下端
から水の一部分が抜取られ、そして遠心再循環ポンプ４
０（図４参照）により入口４５を通してジェットポンプ
アセンブリ４２内に供給される。なお、このタイプのＢ
ＷＲは２台の再循環ポンプを有していて、それらの各々
が複数のジェットポンプアセンブリに駆動水流を供給す
る。図１中に最も良く示されているごとく、加圧された
駆動水は立上り吸込管４６からエルボ４８を通してジェ
ットポンプノズル４４に供給される。
【００２４】本発明の第１の側面に基づく受動再結合器
は、水素に富む区域内に設置されなければならない。水
素の注入は給水スパージャを通して行われる。それ故、
再結合器は気水分離器とジェットポンプとの間に設置し
なければならないのであって、とりわけ図１に示された
ＢＷＲの気水分離器アセンブリの直ぐ下流側に設置する
ことが好ましい。２つの位置が検討された。第１の位置
はシュラウドヘッド上に取付けるというものであって、
そうすれば再結合器はシュラウドヘッドを取外す際に取
外されることになる。第２の位置はジェットポンプの上
方においてシュラウド上に取付けるというものであっ
て、この場合にはジェットポンプへの接近を可能にする
ために再結合器を定期的に取外すことが可能でなければ
ならない。なお、燃料交換のための運転停止のほぼ２回
毎にジェットポンプへの接近が必要になると推定され
る。
は、水素に富む区域内に設置されなければならない。水
素の注入は給水スパージャを通して行われる。それ故、
再結合器は気水分離器とジェットポンプとの間に設置し
なければならないのであって、とりわけ図１に示された
ＢＷＲの気水分離器アセンブリの直ぐ下流側に設置する
ことが好ましい。２つの位置が検討された。第１の位置
はシュラウドヘッド上に取付けるというものであって、
そうすれば再結合器はシュラウドヘッドを取外す際に取
外されることになる。第２の位置はジェットポンプの上
方においてシュラウド上に取付けるというものであっ
て、この場合にはジェットポンプへの接近を可能にする
ために再結合器を定期的に取外すことが可能でなければ
ならない。なお、燃料交換のための運転停止のほぼ２回
毎にジェットポンプへの接近が必要になると推定され
る。
【００２５】本発明の第１の好適な実施の態様に従え
ば、図４中に４８として示されたような概して環状の再
結合器がシュラウドヘッド２８上に取付けられる。ま
た、本発明の第２の好適な実施の態様に従えば、図６中
に４８’として示されたような再結合器がシュラウド１
８上に取付けられ、そして（ジェットポンプを有するＢ
ＷＲの場合にはそれらの上方において）ダウンカマ区域
１６内に配置される。図４および６は、かかる概して環
状の再結合器の断面図を示している。蜂の巣状のハッチ
ングは、補強された金網製のハウジング内に再結合器用
触媒物質が充填されかつ保持された構成を表わすもので
ある。かかるハウジング内に充填された再結合器用触媒
物質は大きい表面積／体積比を有するものであって、も
つれた線または箔片、ひだを付けたリボン、多結晶質の
焼結金属複合体、蜂の巣状構造物、あるいは大きい表面
積／体積比を有するその他任意の構造物として形成され
ていればよい。また、その他の幾何学的形状を有するも
のであっても差支えない。
ば、図４中に４８として示されたような概して環状の再
結合器がシュラウドヘッド２８上に取付けられる。ま
た、本発明の第２の好適な実施の態様に従えば、図６中
に４８’として示されたような再結合器がシュラウド１
８上に取付けられ、そして（ジェットポンプを有するＢ
ＷＲの場合にはそれらの上方において）ダウンカマ区域
１６内に配置される。図４および６は、かかる概して環
状の再結合器の断面図を示している。蜂の巣状のハッチ
ングは、補強された金網製のハウジング内に再結合器用
触媒物質が充填されかつ保持された構成を表わすもので
ある。かかるハウジング内に充填された再結合器用触媒
物質は大きい表面積／体積比を有するものであって、も
つれた線または箔片、ひだを付けたリボン、多結晶質の
焼結金属複合体、蜂の巣状構造物、あるいは大きい表面
積／体積比を有するその他任意の構造物として形成され
ていればよい。また、その他の幾何学的形状を有するも
のであっても差支えない。
【００２６】再結合器用触媒物質の実例としては、ステ
ンレス鋼基体上に付着させた白金またはパラジウム、ス
テンレス鋼に貴金属を添加して成る合金（または貴金属
を添加したその他公知の原子炉構造材料）、および商業
的に入手可能な貴金属触媒が挙げられる。かかる触媒物
質は基体上に被膜として配置することもできるし、ある
いは基体として形成された合金中に溶質として混入する
こともできる。このような被膜または溶質は、基体の表
面における酸化性物質と還元物性質との再結合を促進す
るのに十分な量で使用される。好適な触媒物質は白金、
パラジウム、オスミウム、ルテニウム、イリジウム、ロ
ジウムおよびそれらの混合物であり、また好適な基体は
ステンレス鋼である。
ンレス鋼基体上に付着させた白金またはパラジウム、ス
テンレス鋼に貴金属を添加して成る合金（または貴金属
を添加したその他公知の原子炉構造材料）、および商業
的に入手可能な貴金属触媒が挙げられる。かかる触媒物
質は基体上に被膜として配置することもできるし、ある
いは基体として形成された合金中に溶質として混入する
こともできる。このような被膜または溶質は、基体の表
面における酸化性物質と還元物性質との再結合を促進す
るのに十分な量で使用される。好適な触媒物質は白金、
パラジウム、オスミウム、ルテニウム、イリジウム、ロ
ジウムおよびそれらの混合物であり、また好適な基体は
ステンレス鋼である。
【００２７】合金上に貴金属の触媒層を形成すれば、Ｂ
ＷＲの水中に存在する還元性物質（たとえば、水素）と
酸化性物質（たとえば、酸素または過酸化水素）との再
結合が促進される。再結合器の構造物表面もまた、本
来、不均一系分解によって過酸化水素の分解を促進す
る。合金の表面におけるこのような触媒作用は、合金の
腐食電位をＳＣＣが最小となる臨界電位よりも低くす
る。その結果、かかる合金から製造されかつ水素注入さ
れた水に暴露される部品の電気化学ポテンシャルを低下
させるため高温水に添加される水素の効果が数倍に高め
られる。触媒物質に関する重要な要求条件は、それが２
８８℃の原子炉運転温度下にある水相中において機能す
ることである。
ＷＲの水中に存在する還元性物質（たとえば、水素）と
酸化性物質（たとえば、酸素または過酸化水素）との再
結合が促進される。再結合器の構造物表面もまた、本
来、不均一系分解によって過酸化水素の分解を促進す
る。合金の表面におけるこのような触媒作用は、合金の
腐食電位をＳＣＣが最小となる臨界電位よりも低くす
る。その結果、かかる合金から製造されかつ水素注入さ
れた水に暴露される部品の電気化学ポテンシャルを低下
させるため高温水に添加される水素の効果が数倍に高め
られる。触媒物質に関する重要な要求条件は、それが２
８８℃の原子炉運転温度下にある水相中において機能す
ることである。
【００２８】現在入手し得る実験データによれば、Ｈ2
とＯ2 との接触再結合およびＨ2 とＨ2 Ｏ2 との接触再
結合は化学量論的に過剰の水素が存在する場合にのみ効
果的に起こることが示唆されている。炉心内において生
成されたＨ2 Ｏ2 は一般に不揮発性である。Ｈ2 および
Ｏ2 は気水分離器内において分離されて蒸気中に入るの
に対し、Ｈ2 Ｏ2 は液体の水中に留まって再循環する。
Ｈ2 およびＨ2 Ｏ2 についてはヘンリーの法則に違いが
あるため、気水分離器を出た水中におけるＨ2と（Ｏ2
＋Ｈ2 Ｏ2 ）とのモル比は化学量論比よりも低くなるこ
とがある。このような効果のため、気水分離器を出た水
が再結合器に入る前に、かかる水に水素を含有する給水
の一部を混合することが必要である。そのためには、図
６に示されるごとく、給水が圧力容器内に流入する位置
よりも下流側に再結合器を配置するか、あるいは再結合
器の上方、周囲または内部に給水を注入すればよい。
とＯ2 との接触再結合およびＨ2 とＨ2 Ｏ2 との接触再
結合は化学量論的に過剰の水素が存在する場合にのみ効
果的に起こることが示唆されている。炉心内において生
成されたＨ2 Ｏ2 は一般に不揮発性である。Ｈ2 および
Ｏ2 は気水分離器内において分離されて蒸気中に入るの
に対し、Ｈ2 Ｏ2 は液体の水中に留まって再循環する。
Ｈ2 およびＨ2 Ｏ2 についてはヘンリーの法則に違いが
あるため、気水分離器を出た水中におけるＨ2と（Ｏ2
＋Ｈ2 Ｏ2 ）とのモル比は化学量論比よりも低くなるこ
とがある。このような効果のため、気水分離器を出た水
が再結合器に入る前に、かかる水に水素を含有する給水
の一部を混合することが必要である。そのためには、図
６に示されるごとく、給水が圧力容器内に流入する位置
よりも下流側に再結合器を配置するか、あるいは再結合
器の上方、周囲または内部に給水を注入すればよい。
【００２９】再結合器を通過する水の滞留時間は、通例
数秒以下である。放射線分解モデルを用いた受動再結合
器の効果の計算例を図５に示す。かかる計算例によれ
ば、ＳＣＣを防止するための条件［すなわち、（Ｏ2 ＋
Ｈ2 Ｏ2 ）＜２ppb ］は、主蒸気管路中における放射線
レベルの顕著な増加をもたらす値よりも低い給水中への
水素注入速度（すなわち、約０．４ppm ）を用いて達成
し得ることが予測される。
数秒以下である。放射線分解モデルを用いた受動再結合
器の効果の計算例を図５に示す。かかる計算例によれ
ば、ＳＣＣを防止するための条件［すなわち、（Ｏ2 ＋
Ｈ2 Ｏ2 ）＜２ppb ］は、主蒸気管路中における放射線
レベルの顕著な増加をもたらす値よりも低い給水中への
水素注入速度（すなわち、約０．４ppm ）を用いて達成
し得ることが予測される。
【００３０】シュラウドヘッド上に取付ける技術の主た
る利点は、再結合器を気水分離器プール内に設置し得る
こと、および燃料交換時に再結合器がシュラウドヘッド
と共に取外されることである。また、シュラウド上への
取付けはダウンカマ区域の横断面積を満たすために多数
の個別部品を必要とするという欠点を有している。それ
故、多くのＢＷＲにとってシュラウドヘッド上への取付
けが好適である。とは言え、幾何学的形状や設計上の違
いから、一部のＢＷＲにとってはシュラウド上への取付
けが好適な場合もある。
る利点は、再結合器を気水分離器プール内に設置し得る
こと、および燃料交換時に再結合器がシュラウドヘッド
と共に取外されることである。また、シュラウド上への
取付けはダウンカマ区域の横断面積を満たすために多数
の個別部品を必要とするという欠点を有している。それ
故、多くのＢＷＲにとってシュラウドヘッド上への取付
けが好適である。とは言え、幾何学的形状や設計上の違
いから、一部のＢＷＲにとってはシュラウド上への取付
けが好適な場合もある。
【００３１】触媒物質の最小構成片は、厚さ０．０１２
インチかつ長さ１２．０インチの箔片状のものでなけれ
ばならない。ＲＰＶ内において現在使用されている部品
の最小厚さは、燃料スペーサの一部分における０．０１
２インチである。それ故、触媒物質の構成片についても
この厚さが選定された。厚さが小さいことが問題となる
のは、構成片が破断して燃料集合体中に留まり、そこに
局部的なホットスポットを生じることがあるからであ
る。１２インチの最小長さは、構成片が制御棒案内管か
ら制御棒への経路を通過することがないように選定され
た。
インチかつ長さ１２．０インチの箔片状のものでなけれ
ばならない。ＲＰＶ内において現在使用されている部品
の最小厚さは、燃料スペーサの一部分における０．０１
２インチである。それ故、触媒物質の構成片についても
この厚さが選定された。厚さが小さいことが問題となる
のは、構成片が破断して燃料集合体中に留まり、そこに
局部的なホットスポットを生じることがあるからであ
る。１２インチの最小長さは、構成片が制御棒案内管か
ら制御棒への経路を通過することがないように選定され
た。
【００３２】幅に関する要求条件はより主観的なもので
ある。製造上の都合から、０．２５インチという適度な
最小幅が選定された。かかる寸法の構成片は、充填を容
易にするために必要な任意の形状に成形することができ
るのである。シュラウドヘッド上に取付けられる再結合
器の全重量は約１２０００〜２００００ポンドである。
２５１インチのＲＰＶのシュラウドヘッドの重量は約１
２５０００ポンドである。再結合器の重量は、それの体
積の９０％が空所から成りかつ１０％が固体金属から成
るという仮定に基づいて推定された。従って、再結合器
の重量はそれの体積１立法フィート当り約５０ポンドの
重量と支持構造物の重量との和に等しい。なお、支持構
造物の重量は約５０００ポンドであると予想される。
ある。製造上の都合から、０．２５インチという適度な
最小幅が選定された。かかる寸法の構成片は、充填を容
易にするために必要な任意の形状に成形することができ
るのである。シュラウドヘッド上に取付けられる再結合
器の全重量は約１２０００〜２００００ポンドである。
２５１インチのＲＰＶのシュラウドヘッドの重量は約１
２５０００ポンドである。再結合器の重量は、それの体
積の９０％が空所から成りかつ１０％が固体金属から成
るという仮定に基づいて推定された。従って、再結合器
の重量はそれの体積１立法フィート当り約５０ポンドの
重量と支持構造物の重量との和に等しい。なお、支持構
造物の重量は約５０００ポンドであると予想される。
【００３３】シュラウドヘッド上に取付けられる再結合
器の特定の設計例を図７〜９に示す。かかる再結合器４
８の内側高さは約７２．９インチである。かかる再結合
器４８は、シュラウドヘッドフランジ５４の上部に載っ
たリング５２によって支持されている。このリング５２
は、ブラケットおよびボルトによってシュラウドヘッド
フランジ５４に固定されている。なお、再結合器４８の
下端の内側へりを通って少量の水が漏れ出ることがあ
る。また、適正な設計を行えば、給水の作用下で蒸気乾
燥器の排水流路５６からの全ての流れを気水分離器列の
間に導き、そして再結合器４８を通過させることができ
る。
器の特定の設計例を図７〜９に示す。かかる再結合器４
８の内側高さは約７２．９インチである。かかる再結合
器４８は、シュラウドヘッドフランジ５４の上部に載っ
たリング５２によって支持されている。このリング５２
は、ブラケットおよびボルトによってシュラウドヘッド
フランジ５４に固定されている。なお、再結合器４８の
下端の内側へりを通って少量の水が漏れ出ることがあ
る。また、適正な設計を行えば、給水の作用下で蒸気乾
燥器の排水流路５６からの全ての流れを気水分離器列の
間に導き、そして再結合器４８を通過させることができ
る。
【００３４】再結合器４８はステンレス鋼製の流通型ハ
ウジング内に充填された触媒物質を含むが、この触媒物
質はもつれた線または箔片、ひだを付けたリボン、多孔
質の焼結金属複合体、蜂の巣状構造物、あるいは大きい
表面積／体積比を有するその他任意の構造物として形成
されていればよい。図８に示されるごとく、再結合器４
８は概して環状の形状を成すと共に、複雑な形状の内壁
および外壁を有している。これらの内壁および外壁は、
水の通過を許すような小さい開口を有している。
ウジング内に充填された触媒物質を含むが、この触媒物
質はもつれた線または箔片、ひだを付けたリボン、多孔
質の焼結金属複合体、蜂の巣状構造物、あるいは大きい
表面積／体積比を有するその他任意の構造物として形成
されていればよい。図８に示されるごとく、再結合器４
８は概して環状の形状を成すと共に、複雑な形状の内壁
および外壁を有している。これらの内壁および外壁は、
水の通過を許すような小さい開口を有している。
【００３５】図８には、再結合器４８がスタンドパイプ
３０の外側およびシュラウドヘッドボルト６０の周囲に
嵌合している様子が示されている。再結合器４８を通る
最小流路長は、それの外周に沿って約６インチから約１
３インチにまで変化している。外壁の特定部分には開口
が設けられていないことにより、水流がそれよりも短い
流路を通過することは防止される。図８に示された再結
合器４８は４個の主要部品から成っていて、それらは４
本のシュラウドヘッド吊上げ棒６２の後方においてボル
ト留めされている。これら４つの区域を通って水は流れ
ない。再結合器４８の上端は、ブラケットおよびボルト
（図示せず）によってシュラウドヘッドの下部ボルトリ
ング５８に固定すればよい。なお、再結合器４８と原子
炉の任意の静止部分との間には最小２インチの間隙が存
在している。
３０の外側およびシュラウドヘッドボルト６０の周囲に
嵌合している様子が示されている。再結合器４８を通る
最小流路長は、それの外周に沿って約６インチから約１
３インチにまで変化している。外壁の特定部分には開口
が設けられていないことにより、水流がそれよりも短い
流路を通過することは防止される。図８に示された再結
合器４８は４個の主要部品から成っていて、それらは４
本のシュラウドヘッド吊上げ棒６２の後方においてボル
ト留めされている。これら４つの区域を通って水は流れ
ない。再結合器４８の上端は、ブラケットおよびボルト
（図示せず）によってシュラウドヘッドの下部ボルトリ
ング５８に固定すればよい。なお、再結合器４８と原子
炉の任意の静止部分との間には最小２インチの間隙が存
在している。
【００３６】図８に示された再結合器４８の内容積は約
２０６立方フィートである。再結合器４８を通る流路面
積は約３２０平方フィートである。再結合器４８内にお
ける水の平均滞留時間は、流路長が６インチであると仮
定すれば約1/4 秒である。図９は再結合器４８のハウジ
ング６４の幾何学的形状を示す斜視図である。ハウジン
グ６４の内壁を構成する全ての平面パネルは、パネル６
４ａについて示されているごとく、気水分離器からの水
相を通過させるために役立つ多数の小さい開口を有して
いる。完全には示されていないが、外側のパネルにも同
様な開口が設けられている。これらの開口は、ハウジン
グ６４の内部に充填された触媒物質の脱出を許さない程
度に小さいものである。なお、前述のごとく、ハウジン
グ６４は補強された金網から成り、そしてそれの内部に
再結合器用触媒物質が充填されていればよい。かかる再
結合器用触媒物質は、貴金属をめっきした金属線をもつ
れさせたもの、貴金属を添加した合金から成る箔片をも
つれさせたもの、あるいは貴金属を添加した合金から成
るリボンに波形を付けたものであることが好ましい。
２０６立方フィートである。再結合器４８を通る流路面
積は約３２０平方フィートである。再結合器４８内にお
ける水の平均滞留時間は、流路長が６インチであると仮
定すれば約1/4 秒である。図９は再結合器４８のハウジ
ング６４の幾何学的形状を示す斜視図である。ハウジン
グ６４の内壁を構成する全ての平面パネルは、パネル６
４ａについて示されているごとく、気水分離器からの水
相を通過させるために役立つ多数の小さい開口を有して
いる。完全には示されていないが、外側のパネルにも同
様な開口が設けられている。これらの開口は、ハウジン
グ６４の内部に充填された触媒物質の脱出を許さない程
度に小さいものである。なお、前述のごとく、ハウジン
グ６４は補強された金網から成り、そしてそれの内部に
再結合器用触媒物質が充填されていればよい。かかる再
結合器用触媒物質は、貴金属をめっきした金属線をもつ
れさせたもの、貴金属を添加した合金から成る箔片をも
つれさせたもの、あるいは貴金属を添加した合金から成
るリボンに波形を付けたものであることが好ましい。
【００３７】本発明の第２の側面に基づく過酸化水素分
解器は、図４および６〜９に示された再結合器と同じ構
造を有している。唯一の相違点は、大きい表面積／体積
比を有する触媒物質が水再結合用触媒の添加または被覆
を受けていないことである。好適な分解器用触媒物質
は、ＢＷＲ環境中において予測可能な性能を示すという
点から見てステンレス鋼である。とは言え、不均一系分
解を生起させると共に、ＢＷＲ環境中において使用する
のに適した構造強度および耐食性を有するものであれ
ば、その他の固体物質を使用することもできる。ただ
し、本発明の分解器用の触媒物質の中には、白金または
パラジウムでめっきされたステンレス鋼、ステンレス鋼
に貴金属を添加して成る合金（または貴金属を添加した
その他公知の原子炉構造材料）、および商業的に入手可
能な貴金属触媒は含まれない。上記のごとく、これらの
触媒物質は再結合器用の触媒物質を成すからである。分
解器用の触媒物質に関する重要な要求条件は、それが２
８８℃の原子炉運転温度下にある水相中において機能す
ることである。
解器は、図４および６〜９に示された再結合器と同じ構
造を有している。唯一の相違点は、大きい表面積／体積
比を有する触媒物質が水再結合用触媒の添加または被覆
を受けていないことである。好適な分解器用触媒物質
は、ＢＷＲ環境中において予測可能な性能を示すという
点から見てステンレス鋼である。とは言え、不均一系分
解を生起させると共に、ＢＷＲ環境中において使用する
のに適した構造強度および耐食性を有するものであれ
ば、その他の固体物質を使用することもできる。ただ
し、本発明の分解器用の触媒物質の中には、白金または
パラジウムでめっきされたステンレス鋼、ステンレス鋼
に貴金属を添加して成る合金（または貴金属を添加した
その他公知の原子炉構造材料）、および商業的に入手可
能な貴金属触媒は含まれない。上記のごとく、これらの
触媒物質は再結合器用の触媒物質を成すからである。分
解器用の触媒物質に関する重要な要求条件は、それが２
８８℃の原子炉運転温度下にある水相中において機能す
ることである。
【００３８】炉心内において生成されたＨ2 Ｏ2 は一般
に不揮発性である。Ｈ2 およびＯ2は気水分離器内にお
いて分離されて蒸気中に入るのに対し、Ｈ2 Ｏ2 は液体
の水中に留まり、そして分解器を通って再循環する。分
解器を通過する水の滞留時間は、通例数秒以下である。
かかる水が本発明の分解器を通過する際、過酸化水素は
分解される。
に不揮発性である。Ｈ2 およびＯ2は気水分離器内にお
いて分離されて蒸気中に入るのに対し、Ｈ2 Ｏ2 は液体
の水中に留まり、そして分解器を通って再循環する。分
解器を通過する水の滞留時間は、通例数秒以下である。
かかる水が本発明の分解器を通過する際、過酸化水素は
分解される。
【００３９】その結果、ダウンカマ区域に流入する水中
のＨ2 Ｏ2 濃度は分解器を使用しない場合に比べて非常
に低くなる。このようなＨ2 Ｏ2 濃度の低下がもたらす
最終的な効果は、（Ｏ2 ＋Ｈ2 Ｏ2 ）濃度を低下させて
腐食電位を臨界電位以下に維持し、それによってＳＣＣ
を防止するため給水に添加しなければならない水素の量
が減少することである。
のＨ2 Ｏ2 濃度は分解器を使用しない場合に比べて非常
に低くなる。このようなＨ2 Ｏ2 濃度の低下がもたらす
最終的な効果は、（Ｏ2 ＋Ｈ2 Ｏ2 ）濃度を低下させて
腐食電位を臨界電位以下に維持し、それによってＳＣＣ
を防止するため給水に添加しなければならない水素の量
が減少することである。
【００４０】以上、図７〜９に示された特定の実施の態
様をもっぱら例示目的のために詳しく説明した。本発明
に基づく触媒装置の幾何学的形状および位置が個々のＢ
ＷＲの構造に依存することは、原子力分野の技術者にと
って自明であろう。なお、所定のＢＷＲに対して本発明
の触媒装置（すなわち、再結合器または分解器）を使用
する場合には、気水分離器から流出する水相の実質的に
全部が触媒物質の表面に沿って流れるように該装置を設
計することが必要である。
様をもっぱら例示目的のために詳しく説明した。本発明
に基づく触媒装置の幾何学的形状および位置が個々のＢ
ＷＲの構造に依存することは、原子力分野の技術者にと
って自明であろう。なお、所定のＢＷＲに対して本発明
の触媒装置（すなわち、再結合器または分解器）を使用
する場合には、気水分離器から流出する水相の実質的に
全部が触媒物質の表面に沿って流れるように該装置を設
計することが必要である。
【図１】従来のＢＷＲの部分切欠き斜視図である。
【図２】従来のＢＷＲ内の様々な部位について計算され
たＯ2 およびＨ2 Ｏ2 濃度を給水に添加されたＨ2 の濃
度に対して示すグラフである。
たＯ2 およびＨ2 Ｏ2 濃度を給水に添加されたＨ2 の濃
度に対して示すグラフである。
【図３】従来のＢＷＲにおける運転時の線量率を給水中
の水素濃度に対してプロットしたグラフである。
の水素濃度に対してプロットしたグラフである。
【図４】本発明の第１の好適な実施の態様に従ってＢＷ
Ｒ内に設置された触媒装置を示す概略構成図である。
Ｒ内に設置された触媒装置を示す概略構成図である。
【図５】ＢＷＲ内の様々な部位について計算された（Ｏ
2 ＋Ｈ2 Ｏ2 ）濃度を給水に添加されたＨ2 の濃度およ
び本発明に基づく再結合器の有無に対して示すグラフで
ある。
2 ＋Ｈ2 Ｏ2 ）濃度を給水に添加されたＨ2 の濃度およ
び本発明に基づく再結合器の有無に対して示すグラフで
ある。
【図６】本発明の第２の好適な実施の態様に従ってＢＷ
Ｒ内に設置された触媒装置を示す概略構成図である。
Ｒ内に設置された触媒装置を示す概略構成図である。
【図７】図４の好適な実施の態様に従ってシュラウドヘ
ッド上に取付けられた触媒装置を一層詳細に示す断面図
である。
ッド上に取付けられた触媒装置を一層詳細に示す断面図
である。
【図８】図７に部分的に示された触媒装置の平面図であ
る。
る。
【図９】図７に部分的に示された触媒装置の主要部分の
斜視図である。
斜視図である。
１０ 原子炉圧力容器 １２ 給水入口 １４ 給水スパージャ １６ ダウンカマ区域 １８ 炉心シュラウド ２０ 炉心 ２２ 燃料集合体 ２４ 下部プレナム ２６ 上部プレナム ２８ シュラウドヘッド ３０ スタンドパイプ ３２ 気水分離器 ３３ 混合プレナム ３４ 蒸気乾燥器 ３６ 蒸気ドーム ３８ 蒸気出口 ４０ 再循環ポンプ ４２ ジェットポンプアセンブリ ４８ 再結合器 ６４ 再結合器ハウジング
フロントページの続き (72)発明者 ロバート・ジェームズ・ロー アメリカ合衆国、カリフォルニア州、リバ ーモア、ヘルシンキ・ウエイ、1925番 (72)発明者 ジェームズ・エドワード・チャーンレイ アメリカ合衆国、カリフォルニア州、ギル ロイ、ハイド・パーク、6360番 (72)発明者 ロバート・ジョセフ・ブランドン アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サン ホゼ、ルックアウト・ベンド、6728番
Claims (20)
- 【請求項１】 燃料要素から成る炉心、圧力容器と前記
炉心との間に設けられた環状のダウンカマ区域、前記圧
力容器内に給水を供給するための手段、前記炉心を通し
て前記給水を流すことによって前記燃料要素を冷却する
ための手段、および前記炉心から流出する混合物中の蒸
気と水相とを分離するための気水分離手段を含んでい
て、前記水相は前記気水分離手段から前記ダウンカマ区
域に流れるような原子炉において、前記気水分離手段の
下流側に触媒装置が設置され、前記触媒装置は水相を通
過させる開放構造物内に触媒物質を配置したものから成
り、前記触媒装置は前記気水分離手段から流出する前記
水相の実質的に全部が前記触媒装置を通過するように配
置され、かつ前記触媒物質は大きい表面積／体積比を有
し、これにより前記触媒装置を通過する前記水相の実質
的に全部が前記触媒物質の表面近くを流れて、前記気水
分離手段から流出する前記水相中に溶解した過酸化水素
分子を水分子と酸素分子とに分解する反応が前記触媒物
質によって促進されることを特徴とする原子炉。 - 【請求項２】 前記触媒物質が、前記気水分離手段から
流出する前記水相中に溶解した水素分子および酸素分子
を水に再結合させる反応を促進する水再結合用触媒から
成る請求項１記載の原子炉。 - 【請求項３】 前記触媒装置が前記触媒物質を内部に充
填した概して環状の収納手段から成ると共に、前記収納
手段は水相の通過を許すが前記触媒物質の脱出は許さな
いような大きさの開口を有する請求項１記載の原子炉。 - 【請求項４】 炉心シュラウドおよびシュラウドヘッド
が更に含まれていて、前記触媒装置が前記シュラウドヘ
ッド上に取付けられかつ前記気水分離手段を円周方向に
沿って包囲している請求項３記載の原子炉。 - 【請求項５】 炉心シュラウドおよびシュラウドヘッド
が更に含まれていて、前記触媒装置が前記炉心シュラウ
ド上に取付けられかつ前記ダウンカマ区域を横切って存
在している請求項３記載の原子炉。 - 【請求項６】 前記触媒物質がもつれた線または箔片あ
るいはひだを付けたリボンとして形成された金属から成
る請求項１記載の原子炉。 - 【請求項７】 前記金属が貴金属を用いてめっきまたは
合金化を施したステンレス鋼である請求項６記載の原子
炉。 - 【請求項８】 前記触媒物質が貴金属を用いて合金化さ
れた多孔質の焼結金属複合体から成る請求項１記載の原
子炉。 - 【請求項９】 燃料要素から成る炉心、圧力容器と前記
炉心との間に設けられた環状のダウンカマ区域、前記圧
力容器内に給水を供給するための手段、前記炉心を通し
て前記給水を流すことによって前記燃料要素を冷却する
ための手段、および前記炉心から流出する混合物中の蒸
気と水相とを分離するための気水分離手段を含んでい
て、前記水相は前記気水分離手段から前記ダウンカマ区
域に流れるような原子炉において、前記気水分離手段か
ら流出する前記水相中に溶解した水素分子および酸素分
子を水に再結合させる反応を促進するための水再結合用
触媒装置が前記気水分離手段の下流側に設置され、前記
水再結合用触媒装置は水相を通過させる開放構造物内に
触媒物質を配置したものから成り、かつ前記水再結合用
触媒装置は前記気水分離手段から流出する水相の実質的
に全部が前記水再結合用触媒装置を通過するように配置
されていることを特徴とする原子炉。 - 【請求項１０】 前記水再結合用触媒装置が前記触媒物
質を内部に充填した収納手段から成ると共に、前記収納
手段は水相の通過を許すが前記触媒物質の脱出は許さな
いような大きさの開口を有する請求項１記載の原子炉。 - 【請求項１１】 前記水再結合用触媒装置が概して環状
の構造を有する請求項９記載の原子炉。 - 【請求項１２】 炉心シュラウドおよびシュラウドヘッ
ドが更に含まれていて、前記水再結合用触媒装置が前記
シュラウドヘッド上に取付けられかつ前記気水分離手段
を円周方向に沿って包囲している請求項１１記載の原子
炉。 - 【請求項１３】 炉心シュラウドおよびシュラウドヘッ
ドが更に含まれていて、前記水再結合用触媒装置が前記
炉心シュラウド上に取付けられかつ前記ダウンカマ区域
を横切って存在している請求項１１記載の原子炉。 - 【請求項１４】 前記触媒物質がもつれた線または箔片
あるいはひだを付けたリボンとして形成された金属から
成り、かつ前記金属が貴金属を用いてめっきまたは合金
化を施したステンレス鋼である請求項１０記載の原子
炉。 - 【請求項１５】 原子炉内に設置するための触媒装置に
おいて、前記触媒装置は水相中に溶解した過酸化水素分
子を水分子と酸素分子とに分解する反応を促進し得る触
媒物質および前記触媒物質を閉込めるために役立つ概し
て環状の収納手段から成り、前記触媒物質は水相を通過
させる開放構造物を成す前記収納手段内に充填され、前
記収納手段は水相の通過を許すが前記触媒物質の脱出は
許さないような大きさの開口を有し、かつ前記触媒物質
は大きい表面積／体積比を有し、これにより前記触媒装
置を通過する前記水相の実質的に全部が前記触媒物質の
表面近くを流れて、前記水相中に溶解した過酸化水素分
子を水分子と酸素分子とに分解する反応が前記触媒物質
によって促進されることを特徴とする触媒装置。 - 【請求項１６】 前記触媒物質が、前記水相中に溶解し
た水素分子および酸素分子を水に再結合させる反応を促
進する水再結合用触媒から成る請求項１５記載の触媒装
置。 - 【請求項１７】 前記触媒物質がもつれた線または箔片
あるいはひだを付けたリボンとして形成された金属から
成る請求項１６記載の触媒装置。 - 【請求項１８】 前記金属が貴金属を用いてめっきまた
は合金化を施したステンレス鋼である請求項１７記載の
触媒装置。 - 【請求項１９】 前記触媒物質が貴金属を用いて合金化
された多孔質の焼結金属複合体から成る請求項１６記載
の触媒装置。 - 【請求項２０】 前記触媒物質が過酸化水素の分解を促
進する表面特性を持った金属から成る請求項１５記載の
触媒装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US981667 | 1992-11-25 | ||
| US07/981,667 US5287392A (en) | 1992-11-25 | 1992-11-25 | Internal passive water recombiner/hydrogen peroxide decomposer for a boiling water reactor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06222192A true JPH06222192A (ja) | 1994-08-12 |
Family
ID=25528564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5289692A Withdrawn JPH06222192A (ja) | 1992-11-25 | 1993-11-19 | 原子炉 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5287392A (ja) |
| EP (1) | EP0599618A1 (ja) |
| JP (1) | JPH06222192A (ja) |
| TW (2) | TW227060B (ja) |
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| JP2017067034A (ja) * | 2015-10-01 | 2017-04-06 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 配管部材、一酸化窒素分解装置、発電システム |
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