| 【発明の名称】 |
防錆方法およびこれを適用したプラント |
| 【発明者】 |
【氏名】近藤 喜之
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| 【要約】 |
【課題】機器を構成している金属物質の溶出を阻止し、錆の発生量を低減する。
【解決手段】水ループ４１に設けられた各機器（例えば、配管、蒸気発生器４４、高圧タービン４９、湿分分離加熱器５０、低圧タービン５１、復水器４６、脱気器４７）の少なくとも一部分に、光や放射線の照射により電子を発生する光触媒物質が含まれた物質を塗布し、物質が塗布された光触媒物質塗布面に光または放射線を照射し、各機器を帯電させることによって、各機器を構成している金属が水ループ４１内へ溶出することを阻止する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 水ループに設けられた機器の少なくとも一部分に、光または放射線の照射により電子を発生する光触媒物質が含まれた物質を塗布し、前記物質が塗布された塗布面に光または放射線を照射するようにしたことを特徴とする防錆方法。
【請求項２】 水ループに設けられた機器の少なくとも一部分に、光または放射線の照射により電子を発生する光触媒物質が含まれた物質を塗布し、前記物質が塗布された塗布面に光または放射線を照射し、前記機器を負に帯電させることによって、前記機器を構成している金属が前記水ループ内へ溶出することを阻止するようにしたことを特徴とする防錆方法。
【請求項３】 複数の伝熱管を備え、前記伝熱管の内部の第１の流体と、前記伝熱管の外部の第２の流体との熱交換を行う熱交換器の少なくとも一部分に、光または放射線の照射により電子を発生する光触媒物質が含まれた物質を塗布し、前記物質が塗布された塗布面に光または放射線を照射し、前記熱交換器を負に帯電させることによって、前記熱交換器を構成している金属が前記第１の流体および前記第２の流体へ溶出することを阻止するようにしたことを特徴とする防錆方法。
【請求項４】 水ループを形成する配管の少なくとも一部分に、光または放射線の照射により電子を発生する光触媒物質が含まれた物質を塗布し、前記物質が塗布された塗布面に光または放射線を照射し、前記配管を負に帯電させることによって、前記配管を構成している金属が前記水ループ内へ溶出することを阻止するようにしたことを特徴とする防錆方法。
【請求項５】 前記光触媒物質が、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、タンタル酸カリウム（ＫＴａＯ３）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、ケイ素（Ｓｉ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ガリウムリン（ＧａＰ）から選ばれた１種または２種以上の化合物からなることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の防錆方法。
【請求項６】 少なくとも水ループを備えてなり、前記水ループに設けられた機器に、請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の防錆方法を適用したことを特徴とするプラント。
【請求項７】 水ループと前記水ループに設けられた機器とを備えてなるプラントにおいて、光の照射により電子を発生する光触媒物質が表面に塗布され、前記水ループに設けられた機器に電気的に接続された受光パネルを備え、前記受光パネルが太陽光線を受光した場合には、前記受光パネル、および前記受光パネルに電気的に接続された前記機器を負に帯電させることによって、前記機器を構成している金属が前記水ループ内へ溶出することを阻止するようにしたことを特徴とするプラント。
【請求項８】 前記光触媒物質が、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、タンタル酸カリウム（ＫＴａＯ３）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、ケイ素（Ｓｉ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ガリウムリン（ＧａＰ）から選ばれた１種または２種以上の化合物からなることを特徴とする請求項７に記載のプラント。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、防錆方法およびこれを適用したプラントに係り、更に詳しくは、防錆処置を施す対象機器に、光または放射線が照射されると電子を発生する光触媒物質を塗布し、この塗布面に光または放射線を照射することによって対象機器を負に帯電させ、対象機器からの金属の溶出を阻止する防錆方法、およびこの防錆方法を対象機器に適用したプラントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】原子力や火力による発電プラント、熱を発生させている発熱プラント、あるいは化学プラントにおいては、水ループが用いられている。このような水ループは、発電プラントや発熱プラントにおいてはボイラ（原子力プラントの場合、原子炉や蒸気発生器に相当）を冷却するための冷却水の循環ループとして、化学プラントの場合においては化学反応等によって発熱した部位を冷却する冷却水の循環ループとして一般的に用いられている。更にこのような水ループには、水ループ内に水を循環させるためのポンプや、水ループ内を循環する水との熱交換を行う熱交換器等多くの機器が配置されている。
【０００３】図３は、この種の水ループが適用されたプラントの一例を示す図であって、加圧水型原子力プラントに適用されている水ループを示す図である。
【０００４】図３に示すように、加圧水型原子力プラントでは、１次冷却水ループ４０の他に、２次冷却水ループ４１が設けられている。
【０００５】１次冷却水ループ４０は、核分裂連鎖反応が引き起こされている原子炉を収納した原子炉圧力容器４２に冷却水を供給するループであって、このループ内において１次冷却水を循環させるためのポンプ４３が備えられている。このポンプ４３によって、１次冷却水が１次冷却水ループ４０内を循環する。この１次冷却水ループ４０は、原子炉圧力容器４２、蒸気発生器４４に導かれており、これによって、原子炉で発生した熱が、１次冷却水ループ４０を循環する１次冷却水によって除去される。更に、１次冷却水は、原子炉において加熱された後に、蒸気発生器４４に導かれる。そして、蒸気発生器４４において、２次冷却水ループ４１内を循環する２次冷却水によって冷却され、再び原子炉圧力容器４２側に導かれる。
【０００６】一方、２次冷却水ループ４１内の２次冷却水は、蒸気発生器４４を介してからタービン設備４５側に導かれており、これによって、１次冷却水ループ４０内を循環する１次冷却水が、蒸気発生器４４において２次冷却水ループ４１内を循環する２次冷却水によって冷却される一方、２次冷却水ループ４１内を循環する２次冷却水は、蒸気発生器４４において加熱され蒸気となってタービン設備４５に導かれる。
【０００７】タービン設備４５に導かれた蒸気は、高圧タービン４９に導入され、この高圧タービン４９の回転に供される一方、一部の蒸気は高圧タービン４９をバイパスし、湿分分離加熱器５０を介して低圧タービン５１に導入され、この低圧タービン５１の回転に供される。これら高圧タービン４９および低圧タービン５１の回転力が発電機５２に伝達されることによって発電される。
【０００８】高圧タービン４９の回転に供された蒸気は、直接または脱気器４７において脱気された後主給水ポンプ４８によって駆動され再び蒸気発生器４４側に再び導かれることによって２次冷却水ループ４１内を循環する。また、低圧タービン５１の回転に供された蒸気は復水器４６において復水されて水となり、更に脱気器４７において脱気された後に主給水ポンプ４８によって駆動され蒸気発生器４４側に導かれることによって２次冷却水ループ４１内を循環する。
【０００９】上述したような１次冷却水ループ４０を形成する配管や、１次冷却水ループ４０に配置されている原子炉圧力容器４２、ポンプ４３、および２次冷却水ループ４１を形成する配管や、２次冷却水ループ４１に配置されている蒸気発生器４４、高圧タービン４９、湿分分離加熱器５０、低圧タービン５１、復水器４６、脱気器４７は主に炭素鋼が材料として用いられている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような水ループが用いられているプラントでは、上述したように、水ループに配置されている各機器は、主に炭素鋼を材料として製造されているために、錆による腐食の問題が発生する。
【００１１】錆が生じるメカニズムとしては、図４に示すように、炭素鋼でできた配管、タービン設備４５のケーシング、湿分分離加熱器５０、復水器４６、脱気器４７などから、その成分が冷却水にイオン（例えば、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋）として溶け出したものが錆となることや、また配管、タービン設備４５のケーシング、湿分分離加熱器５０、復水器４６、脱気器４７自体が酸化して（例えば、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）錆びる場合がある。
【００１２】冷却水に溶けた錆はループ内を循環するうちに、例えば、図５に示すように、蒸気発生器４４の伝熱管５４や、管支持板５５、あるいは管板５６に付着する。この付着物を以下「スラッジ」と称する。スラッジ５８は、図６に示すように、伝熱管５４からの熱によって濃縮し、濃縮したスラッジ５８のまわりに更に冷却水中の錆が堆積することによって成長する。このようにスラッジ５８が付着して成長することによって、スラッジ５８が付着している面に粒界腐食割れや、応力腐食割れなどが発生するという問題がある。
【００１３】また、スラッジ５８が積層してゆくと、図５に示すように、伝熱管５４と管支持板５５との隙間６０が閉塞され、冷却材の流れが阻害されるという問題がある。
【００１４】上述したようなイオンの溶け出しおよび酸化は、配管、タービン設備４５のケーシング、湿分分離加熱器５０、復水器４６、脱気器４７等といった対象機器自体を負に帯電し、その還元力によって阻止することができることが知られている。
【００１５】本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、水ループに設けられた機器の少なくとも一部分に、光や放射線の照射により電子を発生する光触媒物質が含まれた物質を塗布し、塗布面に光または放射線を照射することによって、機器全体を負に帯電し、もって、機器を構成している金属物質の溶出を阻止することによって錆の発生量を低減することが可能な防錆方法、およびこの防錆方法を適用したプラントを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１７】すなわち、請求項１の発明では、水ループに設けられた機器の少なくとも一部分に、光または放射線の照射により電子を発生する光触媒物質が含まれた物質を塗布し、物質が塗布された塗布面に光または放射線を照射する。
【００１８】請求項２の発明では、水ループに設けられた機器の少なくとも一部分に、光または放射線の照射により電子を発生する光触媒物質が含まれた物質を塗布し、物質が塗布された塗布面に光または放射線を照射し、機器を負に帯電させることによって、機器を構成している金属が水ループ内へ溶出することを阻止する。
【００１９】請求項３の発明では、複数の伝熱管を備え、伝熱管の内部の第１の流体と、伝熱管の外部の第２の流体との熱交換を行う熱交換器の少なくとも一部分に、光または放射線の照射により電子を発生する光触媒物質が含まれた物質を塗布し、物質が塗布された塗布面に光または放射線を照射し、熱交換器を負に帯電させることによって、熱交換器を構成している金属が第１の流体および第２の流体へ溶出することを阻止する。
【００２０】請求項４の発明では、水ループを形成する配管の少なくとも一部分に、光または放射線の照射により電子を発生する光触媒物質が含まれた物質を塗布し、物質が塗布された塗布面に光または放射線を照射し、配管を負に帯電させることによって、配管を構成している金属が水ループ内へ溶出することを阻止する。
【００２１】請求項５の発明では、請求項１乃至４のうちいずれか１項の発明の防錆方法において、光触媒物質が、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、タンタル酸カリウム（ＫＴａＯ３）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、ケイ素（Ｓｉ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ガリウムリン（ＧａＰ）から選ばれた１種または２種以上の化合物からなる。
【００２２】請求項６の発明では、少なくとも水ループを備えてなり、水ループに設けられた機器に、請求項１乃至５のうちいずれか１項の発明の防錆方法を適用する。
【００２３】請求項７の発明では、水ループと水ループに設けられた機器とを備えてなるプラントにおいて、光の照射により電子を発生する光触媒物質が表面に塗布され、水ループに設けられた機器に電気的に接続された受光パネルを備え、受光パネルが太陽光線を受光した場合には、受光パネル、および受光パネルに電気的に接続された機器を負に帯電させることによって、機器を構成している金属が水ループ内へ溶出することを阻止する。
【００２４】請求項８の発明では、請求項７の発明のプラントにおいて、光触媒物質が、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、タンタル酸カリウム（ＫＴａＯ３）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、ケイ素（Ｓｉ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ガリウムリン（ＧａＰ）から選ばれた１種または２種以上の化合物からなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】なお、以下の各実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図３から図６と同一部分については同一符号を付して示すことにする。
【００２７】（第１の実施の形態）第１の実施の形態を図１を用いて説明する。
【００２８】図１は、第１の実施の形態に係る防錆方法を説明するための図であって、この防錆方法を蒸気発生器４４に適用した例である。
【００２９】この蒸気発生器４４は、たとえば加圧水型原子力プラントに用いられるものであって、図５に示すように、内部に多数備えた伝熱管５４を介して、伝熱管５４の内部を流れる１次冷却水から、伝熱管５４の外側を流れる２次冷却水への熱交換を行い、２次冷却水を蒸発させることによって蒸気を発生するものであって、主に炭素鋼で製造されている。
【００３０】このような蒸気発生器４４の任意の表面に光触媒物質を塗布し、光触媒物質塗布面３を設け、さらに光源１を用いて、この光触媒物質塗布面３に可視光または紫外線を照射する。
【００３１】光触媒物質としては、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、タンタル酸カリウム（ＫＴａＯ３）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、ケイ素（Ｓｉ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ガリウムリン（ＧａＰ）から選ばれた１種または２種以上の化合物を用いる。これら光触媒物質は、紫外線や可視光などの光が照射されると、電子を発生することが知られている（日本実業出版社「光触媒のしくみ」藤嶋昭、橋本和仁、渡部俊也著）。
【００３２】したがって、図１に示すように、蒸気発生器４４の任意の表面に光触媒物質塗布面３を設け、光源１から光触媒物質塗布面３に、可視光または紫外線を照射すると、光触媒物資塗布面３に電子が発生する。蒸気発生器４４は、炭素鋼で構成されており導電性であるので、光触媒物質塗布面３で発生した電子は、蒸気発生器４４全体に移動し、蒸気発生器４４全体が負に帯電する。
【００３３】このように蒸気発生器４４全体が負に帯電すると、その還元力によって、蒸気発生器４４を構成している炭素鋼等の金属から、イオンが１次冷却水および２次冷却水に溶出しないようになる。また、伝熱管５４の外表面など２次冷却水と接している部分、および伝熱管５４の内面など１次冷却水と接している部分の酸化も抑制される。
【００３４】これによって、蒸気発生器４４における錆の発生が阻止され、伝熱管５４の粒界腐食割れや、応力腐食割れを防止することができる。また、スラッジ５８の量も低減するので、伝熱管５４と管支持板５５との隙間６０の閉塞による２次冷却材の流れ阻害の発生も阻止することができる。
【００３５】したがって、図３に示すように、蒸気発生器４４のみならず、配管、タービン設備４５の湿分分離加熱器５０、復水器４６、脱気器４７等といった水ループを形成している主な機器を、上述したような方法によって防錆処理することによって、加圧水型原子力プラントの信頼性、安全性および運転効率の向上に資することが可能となる。
【００３６】なお、上述したように、光触媒物質は、紫外線や可視光のみならず、放射線の照射によっても電子を発生する。したがって、たとえば、蒸気発生器４４を原子炉圧力容器４２の内部に備えた場合には、原子炉圧力容器４２内の放射線によって照射され、電子を発生するようになるので、光源１を省略することが可能である。
【００３７】また、上述したような光触媒物質の表面を、銅または銀の被膜でコーティングした場合には、紫外線や可視光、あるいは放射線によって照射されなくても電子を発生するので、この場合にも、光源１を省略することが可能である。
【００３８】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態を図２を用いて説明する。
【００３９】図２は、第２の実施の形態に係るプラントの構成例を示す概念図であって、第１の実施の形態の防錆方法を加圧水型原子力プラントに適用した例である。
【００４０】すなわち、本実施の形態に係る防錆方法を適用した加圧水型原子力プラントは、既存のプラント構成に、光触媒パネル４と、屋内照明５とを付加した構成としている。更に、加圧水型原子力プラントに適用した箇所を例に説明すると、蒸気発生器４４、２次冷却水ループ４１を形成している配管、タービン設備４５といった水ループに設けられた主な機器の任意の表面部分に、第１の実施の形態で説明したような光触媒物質が塗布された光触媒物質塗布面３を設けている。
【００４１】光触媒パネル４は、太陽６から発せられる太陽光を受光するパネルであって、その受光面に第１の実施の形態で説明したような光触媒物質を塗布しており、この受光面は、太陽光を受光すると電子を発生する。
【００４２】更に光触媒パネル４は、電気ケーブル８によって蒸気発生器４４と、電気ケーブル９によって２次冷却水ループ４１の配管と、電気ケーブル１０によってタービン設備４５と、それぞれ電気的に接続している。
【００４３】このような光触媒パネル４は、太陽光を受光可能な日中においては、太陽光を受光して電子を発生し、この電子を、各電気ケーブル８，９，１０を介して、それぞれの電気ケーブル８，９，１０が接続している蒸気発生器４４、２次冷却水ループ４１の配管、タービン設備４５に供給する。
【００４４】屋内照明５は、原子炉格納容器７およびタービン設備４５の内部におのおの設置し、光触媒パネル４が太陽光を受光できない場合には、可視光または紫外線を発して照明する。原子炉格納容器７の内部の屋内照明５（＃１）は、蒸気発生器４４に設けられた光触媒物質塗布面３（＃１，＃２）、および２次冷却水ループ４１の配管に設けられた光触媒物質塗布面３（＃３）に可視光または紫外線を照射する。一方、タービン設備４５の内部の屋内照明５（＃２）は、高圧タービン４９および低圧タービン５１等に設けられた光触媒物質塗布面３（＃４）に可視光または紫外線を照射する。
【００４５】以上のように構成した本実施の形態に係る防錆方法を適用した加圧水型原子力プラントでは、太陽光を受光可能な日中においては、光触媒パネル４によって太陽光が受光される。光触媒パネル４が太陽光を受光すると、電子が発生し、更にこの電子は、各電気ケーブル８，９，１０を介して、それぞれの電気ケーブル８，９，１０が接続している蒸気発生器４４、２次冷却水ループ４１の配管、タービン設備４５の高圧タービン４９および低圧タービン５１、更には湿分分離加熱器５０、復水器４６、脱気器４７等といった水ループを形成している主な機器に供給される。これによって、蒸気発生器４４、２次冷却水ループ４１の配管、高圧タービン４９および低圧タービン５１等は負に帯電する。
【００４６】一方、太陽光を受光できない夜間などにおいては、各屋内照明５が点灯され、各光触媒物質塗布面３が紫外線または可視光で照射される。各光触媒物質塗布面３が紫外線または可視光で照射されると、電子が発生し、この電子によって各光触媒物質塗布面３が設けられている蒸気発生器４４、２次冷却水ループ４１の配管、高圧タービン４９および低圧タービン５１等に供給される。これによって、蒸気発生器４４、２次冷却水ループ４１の配管、高圧タービン４９および低圧タービン５１等は負に帯電する。
【００４７】このように各機器が負に帯電すると、その還元力によって、各機器を構成している金属から冷却水へのイオンの溶出が阻止される。また、各機器において冷却水と接している部分の酸化も抑制される。
【００４８】これによって、各機器における錆の発生が阻止され、粒界腐食割れや、応力腐食割れを防止することができる。また、スラッジ５８の量も低減するので、冷却材の流れ阻害の発生も阻止され、もって、加圧水型原子力プラントの信頼性、安全性および運転効率の向上に資することが可能となる。
【００４９】なお、本実施の形態では、加圧水型原子力プラントに防錆方法を適用した場合を例に説明したが、このような防錆方法を他の工業プラントに適用できることも明らかである。
【００５０】以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、水ループに設けられた機器の少なくとも一部分に、光や放射線の照射により電子を発生する光触媒物質が含まれた物質を塗布し、塗布面に光または放射線を照射することによって、機器全体を負に帯電することができる。
【００５２】以上により、機器を構成している金属物質の溶出を阻止し、もって、錆の発生量を低減することができる防錆方法、およびこの防錆方法を適用したプラントを実現することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年５月１７日（２００１．５．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５８４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外５名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−３４１０８６（Ｐ２００２−３４１０８６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１１月２７日（２００２．１１．２７） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１４８００９（Ｐ２００１−１４８００９） |
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