固体高分子電解質水電解法による溶存水素濃度制御装置の開発

Development of dissolved hydrogen concentration control apparatus by solid polymer electrolyte water electrolysis method

中野 寛子  ; 冬島 拓実 ; 津口 明*; 中村 和*; 武内 伴照   ; 竹本 紀之 ; 井手 広史  

Nakano, Hiroko; Fuyushima, Takumi; Tsuguchi, Akira*; Nakamura, Mutsumi*; Takeuchi, Tomoaki; Takemoto, Noriyuki; Ide, Hiroshi

軽水炉高温高圧水を模擬した環境における構造材料の応力腐食割れ(SCC)等の現象を把握するため、水質を管理することが重要である。一般的に、材料試験を行うための高温高圧水試験装置の循環水中溶存水素濃度は、純水素ガスや高水素濃度の標準ガスのバブリングにより制御している。しかしながら、この方法では試験装置の設置場所に大掛かりな防爆設備等が必要である。一般的に、水素災害防止のためには、爆発に至る前に漏えい量の制限、水素の排除、電源の遮断、燃焼の抑制等の対策を講じることが求められている。このため、水の電気分解を利用し、循環水中溶存水素濃度を制御できる固体高分子電解質膜を有する溶存水素濃度制御装置の開発に着手した。本開発にあたっては、小型基本実験装置を組立て、固体高分子電解質膜の単体性能及び循環状態における溶存水素濃度変化に関する基本データを取得した。この基本データに基づき、実機の高温高圧水ループ試験装置に設置する溶存水素濃度制御装置を設計した。本報告書は、小型基本実験装置による性能試験結果と溶存水素濃度制御装置の基本設計についてまとめたものである。

In order to investigate the phenomenon of stress corrosion cracking (SCC) for structural materials at the light water reactor (LWR), it is important to manage a water quality for simulating high-temperature and high-pressure water. Generally, dissolved hydrogen (DH) concentration in water loop has been controlled by the bubbling method of pure hydrogen gas or standard gas with high hydrogen concentration. However, it is necessary to equip the preventing hydrogen explosion in the area installed experimental apparatus. In general, in order to prevent accident by hydrogen, it is required to take measures such as limiting the amount of leakage, eliminating hydrogen, shutting off the power supply, and suppressing combustion before an explosion occurs. Thus, the dissolved hydrogen concentration control apparatus by electrolysis method has been developed which has two electrolysis cells to control DH concentration by electrolyzing water loop. In this study, small basic experimental devices were set up. The preliminary data were acquired regarding the simple performance of two electrolysis cells and the change of DH concentration in circulation. Based on the preliminary data, the dissolved hydrogen concentration control apparatus was designed to be connected to the high-temperature and high-pressure water loop test equipment. This report describes the test results with the small basic experimental devices for the design of the dissolved hydrogen concentration control apparatus.