タービンケーシングの耐食コーティング処理方法
【課題】タービンケーシング内の広い接液面に対し、比較的簡便で安価な手法により薄膜コーティングを施して耐食性を向上させるタービンケーシングの耐食コーティング処理方法を提供する。
【解決手段】タービンケーシングの耐食コーティング処理方法は、タービンケーシングの内表面に金属を分散させた溶液を塗布する塗布工程Ｓ２と、この塗布した金属を乾燥し加熱安定化させてタービンケーシングの内表面にセラミックスの薄膜を形成する焼付け工程Ｓ３と、を有する。
【解決手段】タービンケーシングの耐食コーティング処理方法は、タービンケーシングの内表面に金属を分散させた溶液を塗布する塗布工程Ｓ２と、この塗布した金属を乾燥し加熱安定化させてタービンケーシングの内表面にセラミックスの薄膜を形成する焼付け工程Ｓ３と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電タービンケーシングの内壁に耐食コーティングを施すタービンケーシングの耐食コーティング処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉（Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＢＷＲ）及び加圧水型原子炉（Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＰＷＲ）の発電用蒸気タービンのケーシング材として、一般に、炭素鋼又は低合金鋼が用いられていることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ＢＷＲでは純水を蒸発させタービンを回転し、ＰＷＲではｐＨを９以上に調整したアルカリ性の水を蒸発させタービンを回転している。いずれの環境も腐食性は低く、腐食によりケーシングの健全性が損なわれる可能性は低い。
【特許文献１】特開２０００−６５９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来のタービンケーシングにおいては、ＢＷＲ及びＰＷＲのいずれの環境も腐食性は低いので、腐食によりケーシングの健全性が損なわれる可能性は低い。
【０００５】
しかし、タービンのケーシング材として、炭素鋼又は低合金鋼が用いられているので、この合金成分が僅かに溶出する可能性があるという課題があった。
【０００６】
この溶出量は微量であるが、伝熱部、例えばＰＷＲにおいては、蒸気発生器伝熱管の表面で濃縮し酸化物として析出する可能性がある。これら酸化物は伝熱特性を損なうばかりでなく、付着した酸化物により燃料被覆管や伝熱管の腐食が促進される可能性があるという課題があった。
【０００７】
ＢＷＲでは凝縮後に復水脱塩装置のイオン交換樹脂にて除去するため、燃料被覆管表面に析出する可能性は低いが、溶出量が大きいと樹脂に対する負荷が大きくなり再生頻度を増さなければならないという課題があった。
【０００８】
特に、運転初期においては、ケーシング表面に保護皮膜が生成していないので、溶出が比較的大きくなる可能性があるという課題があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、タービンケーシング内の広い接液面に対し、比較的簡便で安価な手法により薄膜コーティングを施して耐食性を向上させるタービンケーシングの耐食コーティング処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の耐食コーティング処理方法においては、タービンケーシングの内表面に金属を分散させた溶液を塗布する塗布工程と、この塗布した前記金属を乾燥し加熱安定化させて前記タービンケーシングの内表面にセラミックスの薄膜を形成する焼付け工程と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法によれば、金属を分散させた溶液を対象物表面に塗布し、乾燥させ、加熱安定化させることにより、タービンケーシング表面にセラミックスの薄膜を形成し、タービンケーシングの耐食性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係るタービンケーシングの耐食コーティング処理方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法の手順を示す説明図で、（ａ）はその全体のフロー図、（ｂ）はその焼付け工程の詳細を示すフロー図である。
【００１４】
まず、耐食コーティング処理方法の基本的な手順について、図１（ａ）を用いて説明する。
【００１５】
本図に示すように、洗浄工程Ｓ１において、タービンケーシングの内表面を洗浄する。
【００１６】
次に、塗布工程Ｓ２において、金属を分散させた溶液を対象となるタービンケーシングの内表面に塗布する。
【００１７】
この塗布工程Ｓ２においてタービンケーシングの内表面に塗布した、金属を分散させた溶液を、焼付け工程Ｓ３において、大気中放置又は温風を流すことによりゲル化し乾燥させる。さらに、この焼付け工程Ｓ３において、熱風吹付けによりゲルを酸化させ、タービンケーシングの内表面に薄膜酸化物セラミックスをコーティングすることができる。
【００１８】
ここで、塗布工程Ｓ２において、対象となるタービンケーシングの内表面に塗布する、溶液に分散させる金属について説明する。
【００１９】
この溶液中に分散させる金属として、ジルコニウム、チタン、シリコン、タングステン、クロム、マグネシウム、ハフニウム及びアルミニウム等から選択された少なくとも1種が用いられる。これらのいずれか単体又は２種類以上の複合物を塗布することにより、最終的には酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）単体又はこれらの複合酸化物の薄膜コーティングを形成することができる。
【００２０】
上述の金属を分散させる溶液として、アルコキシド溶液、錯体溶液又はコロイド溶液等が用いられる。このアルコキシド溶液は、アルコール分子の水酸基の水素を金属原子で置換した化合物（金属アルコキシド）を水と反応させて加水分解させ、金属酸化物の微粒子を水溶液中に分散させたものである。
【００２１】
錯体溶液中の金属錯体とは、分子の中心に金属、金属イオンが存在し、これ等を取り囲むように非共有電子対を持つ配位子と称されるものからなる化合物である。
【００２２】
コロイド溶液は、溶液中に微小粒子を分散させたものの総称であり、ここでは、水酸化物又は酸化物を微粒子として水溶液中に分散させたものが用いられる。
【００２３】
このように構成された本実施の形態におけるタービンケーシングの耐食コーティング処理方法に係る施工法について説明する。
【００２４】
基本的な工程は、図１（ａ）に示すように、タービンケーシングの内表面を洗浄する洗浄工程（Ｓ１）、金属を分散させた溶液を塗布する塗布工程（Ｓ２）、この塗布した金属を乾燥し加熱安定化させてタービンケーシングの内表面にセラミックスの薄膜を形成する焼付け工程（Ｓ３）から構成される。
【００２５】
この洗浄工程（Ｓ１）は、新設機器への薄膜酸化物セラミックスをコーティングに係る施工をする場合は、この施工前に油分等を取り除く脱脂洗浄工程からなる。既設機器の施工の場合には錆等を除去する除錆工程等から構成される。この洗浄工程（Ｓ１）を経由して、より堅固なコーティング皮膜を得ることができる。なお、脱脂が不要の場合は、この洗浄工程（Ｓ１）を省略することができる。
【００２６】
また、金属を分散させた溶液を塗布する塗布工程（Ｓ２）においては、広い面積に対し効率的に施工するため、図２に示す噴霧装置２０６を用いた噴霧法が有効である。
【００２７】
図２は、図１で使用される噴霧装置２０６の概略構成を示す構成図である。
【００２８】
本図に示すように、噴霧装置２０６は、ノズルを備えた噴霧ガン２０４と、架台２０５に載置したコンプレッサ２０１、蓄圧タンク２０２、溶液タンク２０３を備えている。この噴霧ガン２０４と蓄圧タンク２０２及び溶液タンク２０３とは、ホース２０７により接続されている。
【００２９】
この蓄圧タンク２０２より圧縮気体を供給し、溶液タンク２０３より金属を分散した溶液を供給することができる。塗布溶液の粘度や面積に応じ噴霧ガン２０４のノズル径と気体圧力とを調整して、この金属を分散した溶液に関し最適な噴霧条件を設定する。
【００３０】
上記焼付け工程（Ｓ３）は、図１（ｂ）に示すように、大気中放置又は温風を流すことにより金属の活動性を失った状態にするゲル化・乾燥工程（Ｓ３ａ）、熱風吹付けによりゲルを酸化させ、タービンケーシングの内表面に薄膜酸化物セラミックスをコーティングする酸化・セラミックスコーティング工程（Ｓ３ｂ）から構成される。
【００３１】
この焼付け工程（Ｓ３）を介して、乾燥した金属に熱風吹付けによりゲルを酸化させ、タービンケーシングの内表面に薄膜酸化物セラミックスをコーティングしている。
【００３２】
本実施の形態によれば、金属を分散させた溶液を対象物表面であるタービンケーシングの表面に噴霧装置２０６を用いた噴霧法により塗布し、乾燥させ、加熱安定化させることにより、タービンケーシング表面に薄膜酸化物セラミックスを形成し、タービンケーシングの耐食性を向上させることができる。
【００３３】
ここで、本実施の形態に係るタービンケーシング１２０の耐食コーティング方法を加圧水型原子炉（ＰＷＲ）システムに適用した実施例について図３を用いて説明する。
【００３４】
図３は、ＰＷＲ冷却水循環システムの構成を示す説明図で、（ａ）はその全体図、（ｂ）はそのIIIｂ部を拡大して示す構成図である。
【００３５】
まず、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）システムの概略構成について説明する。
【００３６】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、原子炉格納容器１０２内のＰＷＲの１次系においては、原子炉１０１で発生した蒸気は、蒸気発生器１０５に導入され、１次冷却材ポンプ１０４を介して原子炉１０１に戻される。この１次系は、加圧器１０３により加圧されている。
【００３７】
ＰＷＲの２次系では、蒸気発生器１０５で発生した蒸気は、主蒸気隔離弁１０９を介して高圧タービン１１０に導入される。この高圧タービン１１０を導出した蒸気は、湿分分離加熱器１１１を介して低圧タービン１１２に導入される。この低圧タービン１１２において温度・圧力が減少した蒸気は、復水器１１６に導入され凝縮されて水となる。この凝縮された水は、脱気器１０８、主給水ポンプ１０７、高圧給水加熱器１０６を経由して蒸気発生器１０５に戻される。なお、符号１１３は、発電機を示している。
【００３８】
ＰＷＲでは、通常、２次系冷却水にアンモニアを混入し、ｐＨ９以上にて運用するため、腐食量は低減される。しかし、イオン交換樹脂による恒常的な浄化を行わないために、タービン系における腐食溶出物は全て蒸気発生器１０５に持ち込まれる。この腐食溶出物の濃度は極めて希薄であるが、蒸気発生器１０５の伝熱管の表面で濃縮し酸化物として析出する可能性がある。溶出金属イオンのうち、鉄及び銅は、酸化物として伝熱管表面に析出することにより伝熱管の腐食を促進する可能性がある。特に、高圧タービン１１０おいては、強度を高めるために極微量の銅を混入した材料を用いるときがある。
【００３９】
ここでは、この銅の溶出を抑制するために高圧タービン１１０のタービンケーシング１２０に対し、本実施の形態に係るタービンケーシングの耐食コーティング方法による薄膜酸化物セラミックスをコーティングすることとする。
【００４０】
高圧タービン１１０の温度と圧力を考慮して、タービンケーシング１２０の内表面に形成するセラミックスの薄膜として、酸化チタン（ＴｉＯ２）コーティングを選定する。
【００４１】
塗布方法としては、図２に示すような噴霧装置２０６を用いた噴霧法により塗布することとし、溶液としてはチタンアルコキシド溶液を用いることとする。
【００４２】
乾燥は大気中自然乾燥とし、噴霧塗布を２回繰り返し、塗膜厚さを調整することとする。
【００４３】
焼付け工程（Ｓ３）においては、塗布膜に熱風を吹きつけ、表面を約１５０℃まで加熱し、ゲルを酸化させ、薄膜酸化物セラミックスをコーティングする。
【００４４】
この焼付け工程（Ｓ３）における加熱温度は、実用的には１００℃以上であることが望ましい。加熱温度が１００℃未満の場合は、酸化チタン（ＴｉＯ２）からなるセラミックスの薄膜がタービンケーシング１２０の内表面に形成され難く、形成されたとしても剥離し易いからである。
【００４５】
試験片を用いた予備試験では、上述の条件の下における塗膜厚さは１μｍ以下であることが確認された。
【００４６】
このセラミックスの薄膜の厚さは、実用的には１０μｍ以下の範囲に制御することが望ましい。１０μｍを超える場合は、薄膜酸化物セラミックスがタービンケーシング１２０の内表面から剥離する傾向があるからである。
【００４７】
実機条件での腐食抑制効果を測定するのは不可能であるが、同様の材料からなる試験片を用いた浸漬試験では、薄膜酸化物セラミックスをコーティングすることにより、有意な腐食抑制効果を確認できた。試験条件によっては、腐食速度を最大約１／５に抑制できることが判明した。
【００４８】
次に、タービンケーシング材からの腐食溶出物を低減することにより、蒸気発生器１０５の伝熱管の損傷を低減できる効果について説明する。
【００４９】
蒸気発生器１０５の伝熱管は、外表面で沸騰濃縮が起こり、酸化物等の析出が発生し易い。このために、伝熱管は、高温材料としてインコネル６００合金（Ｉｃｏｎｅｌ ６００：商品名）等により作製されている。
【００５０】
タービンケーシング１２０からの金属成分の溶出を抑制することにより、蒸気発生器１０５に持ち込まれる腐食生成物の量の低減について図４を用いて説明する。
【００５１】
図４は、２８０℃・４０％ＮａＯＨ 溶液中のインコネル６００合金の腐食電位に及ぼす各種酸化物の影響を示す特性図である。
【００５２】
本図は、２８０℃・４０％ＮａＯＨ溶液中のインコネル６００合金の腐食電位に及ぼす各種酸化物の影響を示す。銅や鉄の酸化物（＋Ｃｕ２Ｏ、＋ＣｕＯ、＋α-Ｆｅ２Ｏ３）は、インコネル６００合金の腐食電位を高めるので、粒界腐食等の損傷を誘発する可能性がある。薄膜酸化物セラミックスをコーティングすることにより、タービンケーシング材からの腐食溶出物を低減することにより、蒸気発生器１０５の伝熱管への酸化物の析出を低減できる。この結果、蒸気発生器１０５の伝熱管の損傷を大幅に低減することができる。
【００５３】
本実施例のタービンケーシングの耐食コーティング方法によれば、金属を分散させた溶液を加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の対象物であるタービンケーシング１２０の表面に塗布し、乾燥、加熱安定化させることにより、タービンケーシング１２０の内表面に酸化チタン（ＴｉＯ２）等からなる薄膜酸化物セラミックスをコーティングし耐食性を向上させることができる。
【００５４】
次に、本実施の形態に係るタービンケーシングの耐食コーティング方法を沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）システムに適用した実施例について図５を用いて説明する。
【００５５】
図５は、ＢＷＲ冷却水循環システムの全体を示す構成図である。
【００５６】
まず、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）システムの概略構成について説明する。
【００５７】
図５に示すように、原子炉１０１で発生した蒸気は、主蒸気隔離弁１０９を介して高圧タービン１１０に導入される。この高圧タービン１１０を導出した蒸気は、湿分分離加熱器１１１を介して低圧タービン１１２に導入される。この低圧タービン１１２において温度・圧力を減少した蒸気は、復水器１１６に導入され凝縮されて水となる。ＢＷＲでは、冷却水を純水に保つために、中空糸膜復水ろ過装置１２５及び復水脱塩装置１１９により浄化を行なっている。この浄化された水は、低圧給水加熱器１２４、主給水ポンプ１０７、高圧給水加熱器１０６を経由して原子炉１０１に戻される。なお、符号１１３は発電機、符号１２１は高圧ろ過脱塩器、符号１２２は熱交換器、符号１２３は再循環ポンプを示している。
【００５８】
ここでは、中空糸膜復水ろ過装置１２５及び復水脱塩装置１１９等の浄化系装置の負荷を低減するために、高圧タービン１１０及び低圧タービン１１２のタービンケーシング１２０内表面に対し、本実施の形態に係るタービンケーシングの耐食コーティング方法による薄膜酸化物セラミックスをコーティングすることとする。
【００５９】
温度及び圧力を考慮し、高圧タービン１１０及び低圧タービン１１２のタービンケーシング１２０のコーティング材料としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）コーティングを選定する。
【００６０】
塗布方法は、図２に示すような噴霧装置２０６を用いた噴霧法により塗布することとし、溶液としてはチタンアルコキシド溶液を用いることとする。乾燥は大気中自然乾燥とし、噴霧塗布を２回繰り返し塗膜厚さを調整することとする。
【００６１】
焼付け工程（Ｓ３）においては、酸化工程（Ｓ２）で塗布した塗布膜に熱風を吹きつけ、表面を約１５０℃まで過熱し、ゲルを酸化させ、薄膜酸化物セラミックスコーティングを得る。試験片を用いた予備試験ではこの条件での塗膜厚さは１μｍ以下であることが確認されている。
【００６２】
このセラミックスの薄膜の厚さは、実用的には１０μｍ以下の範囲に制御することが望ましい。１０μｍを超える場合は、薄膜酸化物セラミックスがタービンケーシング１２０の内表面から剥離する傾向があるからである。
【００６３】
実機条件での腐食抑制効果を測定するのは不可能であるが、同様の材料からなる試験片を用いた浸漬試験では、酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる薄膜酸化物セラミックスのコーティングにより有意な腐食抑制効果を確認できた。試験条件によっては、腐食速度を最大約１／５に抑制できることが判明した。
【００６４】
本実施例によれば、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のタービンケーシング１２０からの腐食溶出物の発生を抑制することにより、中空糸膜復水ろ過装置１２５及び復水脱塩装置１１９の負荷を低減できる。この中空糸膜復水ろ過装置１２５は、不溶性固形分の除去に用いられるが、定期的に逆染等の処理により装置の性能を保たなければならない。また、復水脱塩装置１１９は、水中のイオン性不純物の除去に用いられるが、定期的に酸又はアルカリ溶液によりイオン交換樹脂の再生処理が必要である。沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のタービンケーシング１２０の内面に酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる薄膜酸化物セラミックスをコーティングすることにより、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のタービンケーシング１２０からの腐食が抑制され、中空糸膜復水ろ過装置１２５及び復水脱塩装置１１９の再生処理回数が低減され、廃棄物発生量を抑制することができる。
【００６５】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、各実施の形態の構成を組み合わせて、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法の手順を示す説明図で、（ａ）はその全体のフロー図、（ｂ）はその焼付け工程の詳細を示すフロー図。
【図２】図１で使用される噴霧装置の概略構成を示す構成図。
【図３】ＰＷＲ冷却水循環システムの構成を示す説明図で、（ａ）はその全体図、（ｂ）はそのIIIｂ部を拡大して示す構成図。
【図４】２８０℃・４０％ＮａＯＨ 溶液中のインコネル６００合金の腐食電位に及ぼす各種酸化物の影響を示す特性図。
【図５】ＢＷＲ冷却水循環システムの全体を示す構成図。
【符号の説明】
【００６７】
１０１…原子炉、１０２…原子炉格納容器、１０３…加圧器、１０４…１次冷却材ポンプ、１０５…蒸気発生器、１０６…高圧給水加熱器、１０７…主給水ポンプ、１０８…脱気器、１０９…主蒸気隔離弁、１１０…高圧タービン、１１１…湿分分離加熱器、１１２…低圧タービン、１１６…復水器、１１７…循環水ポンプ、１１９…復水脱塩装置、１２０…タービンケーシング、１２１…高圧ろ過脱塩器、１２２…熱交換器、１２３…再循環ポンプ、１２４…低圧給水加熱器、１２５…中空糸膜復水ろ過装置、２０１…コンプレッサ、２０２…蓄圧タンク、２０３…溶液タンク、２０４…噴霧ガン、２０５…架台、２０６…噴霧装置、２０７…ホース、Ｓ１…洗浄工程、Ｓ２…塗布工程、Ｓ３…焼付け工程、Ｓ３ａ…ゲル化・乾燥工程、Ｓ３ｂ…酸化・セラミックスコーティング工程。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電タービンケーシングの内壁に耐食コーティングを施すタービンケーシングの耐食コーティング処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉（Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＢＷＲ）及び加圧水型原子炉（Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＰＷＲ）の発電用蒸気タービンのケーシング材として、一般に、炭素鋼又は低合金鋼が用いられていることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ＢＷＲでは純水を蒸発させタービンを回転し、ＰＷＲではｐＨを９以上に調整したアルカリ性の水を蒸発させタービンを回転している。いずれの環境も腐食性は低く、腐食によりケーシングの健全性が損なわれる可能性は低い。
【特許文献１】特開２０００−６５９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来のタービンケーシングにおいては、ＢＷＲ及びＰＷＲのいずれの環境も腐食性は低いので、腐食によりケーシングの健全性が損なわれる可能性は低い。
【０００５】
しかし、タービンのケーシング材として、炭素鋼又は低合金鋼が用いられているので、この合金成分が僅かに溶出する可能性があるという課題があった。
【０００６】
この溶出量は微量であるが、伝熱部、例えばＰＷＲにおいては、蒸気発生器伝熱管の表面で濃縮し酸化物として析出する可能性がある。これら酸化物は伝熱特性を損なうばかりでなく、付着した酸化物により燃料被覆管や伝熱管の腐食が促進される可能性があるという課題があった。
【０００７】
ＢＷＲでは凝縮後に復水脱塩装置のイオン交換樹脂にて除去するため、燃料被覆管表面に析出する可能性は低いが、溶出量が大きいと樹脂に対する負荷が大きくなり再生頻度を増さなければならないという課題があった。
【０００８】
特に、運転初期においては、ケーシング表面に保護皮膜が生成していないので、溶出が比較的大きくなる可能性があるという課題があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、タービンケーシング内の広い接液面に対し、比較的簡便で安価な手法により薄膜コーティングを施して耐食性を向上させるタービンケーシングの耐食コーティング処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の耐食コーティング処理方法においては、タービンケーシングの内表面に金属を分散させた溶液を塗布する塗布工程と、この塗布した前記金属を乾燥し加熱安定化させて前記タービンケーシングの内表面にセラミックスの薄膜を形成する焼付け工程と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法によれば、金属を分散させた溶液を対象物表面に塗布し、乾燥させ、加熱安定化させることにより、タービンケーシング表面にセラミックスの薄膜を形成し、タービンケーシングの耐食性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係るタービンケーシングの耐食コーティング処理方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法の手順を示す説明図で、（ａ）はその全体のフロー図、（ｂ）はその焼付け工程の詳細を示すフロー図である。
【００１４】
まず、耐食コーティング処理方法の基本的な手順について、図１（ａ）を用いて説明する。
【００１５】
本図に示すように、洗浄工程Ｓ１において、タービンケーシングの内表面を洗浄する。
【００１６】
次に、塗布工程Ｓ２において、金属を分散させた溶液を対象となるタービンケーシングの内表面に塗布する。
【００１７】
この塗布工程Ｓ２においてタービンケーシングの内表面に塗布した、金属を分散させた溶液を、焼付け工程Ｓ３において、大気中放置又は温風を流すことによりゲル化し乾燥させる。さらに、この焼付け工程Ｓ３において、熱風吹付けによりゲルを酸化させ、タービンケーシングの内表面に薄膜酸化物セラミックスをコーティングすることができる。
【００１８】
ここで、塗布工程Ｓ２において、対象となるタービンケーシングの内表面に塗布する、溶液に分散させる金属について説明する。
【００１９】
この溶液中に分散させる金属として、ジルコニウム、チタン、シリコン、タングステン、クロム、マグネシウム、ハフニウム及びアルミニウム等から選択された少なくとも1種が用いられる。これらのいずれか単体又は２種類以上の複合物を塗布することにより、最終的には酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）単体又はこれらの複合酸化物の薄膜コーティングを形成することができる。
【００２０】
上述の金属を分散させる溶液として、アルコキシド溶液、錯体溶液又はコロイド溶液等が用いられる。このアルコキシド溶液は、アルコール分子の水酸基の水素を金属原子で置換した化合物（金属アルコキシド）を水と反応させて加水分解させ、金属酸化物の微粒子を水溶液中に分散させたものである。
【００２１】
錯体溶液中の金属錯体とは、分子の中心に金属、金属イオンが存在し、これ等を取り囲むように非共有電子対を持つ配位子と称されるものからなる化合物である。
【００２２】
コロイド溶液は、溶液中に微小粒子を分散させたものの総称であり、ここでは、水酸化物又は酸化物を微粒子として水溶液中に分散させたものが用いられる。
【００２３】
このように構成された本実施の形態におけるタービンケーシングの耐食コーティング処理方法に係る施工法について説明する。
【００２４】
基本的な工程は、図１（ａ）に示すように、タービンケーシングの内表面を洗浄する洗浄工程（Ｓ１）、金属を分散させた溶液を塗布する塗布工程（Ｓ２）、この塗布した金属を乾燥し加熱安定化させてタービンケーシングの内表面にセラミックスの薄膜を形成する焼付け工程（Ｓ３）から構成される。
【００２５】
この洗浄工程（Ｓ１）は、新設機器への薄膜酸化物セラミックスをコーティングに係る施工をする場合は、この施工前に油分等を取り除く脱脂洗浄工程からなる。既設機器の施工の場合には錆等を除去する除錆工程等から構成される。この洗浄工程（Ｓ１）を経由して、より堅固なコーティング皮膜を得ることができる。なお、脱脂が不要の場合は、この洗浄工程（Ｓ１）を省略することができる。
【００２６】
また、金属を分散させた溶液を塗布する塗布工程（Ｓ２）においては、広い面積に対し効率的に施工するため、図２に示す噴霧装置２０６を用いた噴霧法が有効である。
【００２７】
図２は、図１で使用される噴霧装置２０６の概略構成を示す構成図である。
【００２８】
本図に示すように、噴霧装置２０６は、ノズルを備えた噴霧ガン２０４と、架台２０５に載置したコンプレッサ２０１、蓄圧タンク２０２、溶液タンク２０３を備えている。この噴霧ガン２０４と蓄圧タンク２０２及び溶液タンク２０３とは、ホース２０７により接続されている。
【００２９】
この蓄圧タンク２０２より圧縮気体を供給し、溶液タンク２０３より金属を分散した溶液を供給することができる。塗布溶液の粘度や面積に応じ噴霧ガン２０４のノズル径と気体圧力とを調整して、この金属を分散した溶液に関し最適な噴霧条件を設定する。
【００３０】
上記焼付け工程（Ｓ３）は、図１（ｂ）に示すように、大気中放置又は温風を流すことにより金属の活動性を失った状態にするゲル化・乾燥工程（Ｓ３ａ）、熱風吹付けによりゲルを酸化させ、タービンケーシングの内表面に薄膜酸化物セラミックスをコーティングする酸化・セラミックスコーティング工程（Ｓ３ｂ）から構成される。
【００３１】
この焼付け工程（Ｓ３）を介して、乾燥した金属に熱風吹付けによりゲルを酸化させ、タービンケーシングの内表面に薄膜酸化物セラミックスをコーティングしている。
【００３２】
本実施の形態によれば、金属を分散させた溶液を対象物表面であるタービンケーシングの表面に噴霧装置２０６を用いた噴霧法により塗布し、乾燥させ、加熱安定化させることにより、タービンケーシング表面に薄膜酸化物セラミックスを形成し、タービンケーシングの耐食性を向上させることができる。
【００３３】
ここで、本実施の形態に係るタービンケーシング１２０の耐食コーティング方法を加圧水型原子炉（ＰＷＲ）システムに適用した実施例について図３を用いて説明する。
【００３４】
図３は、ＰＷＲ冷却水循環システムの構成を示す説明図で、（ａ）はその全体図、（ｂ）はそのIIIｂ部を拡大して示す構成図である。
【００３５】
まず、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）システムの概略構成について説明する。
【００３６】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、原子炉格納容器１０２内のＰＷＲの１次系においては、原子炉１０１で発生した蒸気は、蒸気発生器１０５に導入され、１次冷却材ポンプ１０４を介して原子炉１０１に戻される。この１次系は、加圧器１０３により加圧されている。
【００３７】
ＰＷＲの２次系では、蒸気発生器１０５で発生した蒸気は、主蒸気隔離弁１０９を介して高圧タービン１１０に導入される。この高圧タービン１１０を導出した蒸気は、湿分分離加熱器１１１を介して低圧タービン１１２に導入される。この低圧タービン１１２において温度・圧力が減少した蒸気は、復水器１１６に導入され凝縮されて水となる。この凝縮された水は、脱気器１０８、主給水ポンプ１０７、高圧給水加熱器１０６を経由して蒸気発生器１０５に戻される。なお、符号１１３は、発電機を示している。
【００３８】
ＰＷＲでは、通常、２次系冷却水にアンモニアを混入し、ｐＨ９以上にて運用するため、腐食量は低減される。しかし、イオン交換樹脂による恒常的な浄化を行わないために、タービン系における腐食溶出物は全て蒸気発生器１０５に持ち込まれる。この腐食溶出物の濃度は極めて希薄であるが、蒸気発生器１０５の伝熱管の表面で濃縮し酸化物として析出する可能性がある。溶出金属イオンのうち、鉄及び銅は、酸化物として伝熱管表面に析出することにより伝熱管の腐食を促進する可能性がある。特に、高圧タービン１１０おいては、強度を高めるために極微量の銅を混入した材料を用いるときがある。
【００３９】
ここでは、この銅の溶出を抑制するために高圧タービン１１０のタービンケーシング１２０に対し、本実施の形態に係るタービンケーシングの耐食コーティング方法による薄膜酸化物セラミックスをコーティングすることとする。
【００４０】
高圧タービン１１０の温度と圧力を考慮して、タービンケーシング１２０の内表面に形成するセラミックスの薄膜として、酸化チタン（ＴｉＯ２）コーティングを選定する。
【００４１】
塗布方法としては、図２に示すような噴霧装置２０６を用いた噴霧法により塗布することとし、溶液としてはチタンアルコキシド溶液を用いることとする。
【００４２】
乾燥は大気中自然乾燥とし、噴霧塗布を２回繰り返し、塗膜厚さを調整することとする。
【００４３】
焼付け工程（Ｓ３）においては、塗布膜に熱風を吹きつけ、表面を約１５０℃まで加熱し、ゲルを酸化させ、薄膜酸化物セラミックスをコーティングする。
【００４４】
この焼付け工程（Ｓ３）における加熱温度は、実用的には１００℃以上であることが望ましい。加熱温度が１００℃未満の場合は、酸化チタン（ＴｉＯ２）からなるセラミックスの薄膜がタービンケーシング１２０の内表面に形成され難く、形成されたとしても剥離し易いからである。
【００４５】
試験片を用いた予備試験では、上述の条件の下における塗膜厚さは１μｍ以下であることが確認された。
【００４６】
このセラミックスの薄膜の厚さは、実用的には１０μｍ以下の範囲に制御することが望ましい。１０μｍを超える場合は、薄膜酸化物セラミックスがタービンケーシング１２０の内表面から剥離する傾向があるからである。
【００４７】
実機条件での腐食抑制効果を測定するのは不可能であるが、同様の材料からなる試験片を用いた浸漬試験では、薄膜酸化物セラミックスをコーティングすることにより、有意な腐食抑制効果を確認できた。試験条件によっては、腐食速度を最大約１／５に抑制できることが判明した。
【００４８】
次に、タービンケーシング材からの腐食溶出物を低減することにより、蒸気発生器１０５の伝熱管の損傷を低減できる効果について説明する。
【００４９】
蒸気発生器１０５の伝熱管は、外表面で沸騰濃縮が起こり、酸化物等の析出が発生し易い。このために、伝熱管は、高温材料としてインコネル６００合金（Ｉｃｏｎｅｌ ６００：商品名）等により作製されている。
【００５０】
タービンケーシング１２０からの金属成分の溶出を抑制することにより、蒸気発生器１０５に持ち込まれる腐食生成物の量の低減について図４を用いて説明する。
【００５１】
図４は、２８０℃・４０％ＮａＯＨ 溶液中のインコネル６００合金の腐食電位に及ぼす各種酸化物の影響を示す特性図である。
【００５２】
本図は、２８０℃・４０％ＮａＯＨ溶液中のインコネル６００合金の腐食電位に及ぼす各種酸化物の影響を示す。銅や鉄の酸化物（＋Ｃｕ２Ｏ、＋ＣｕＯ、＋α-Ｆｅ２Ｏ３）は、インコネル６００合金の腐食電位を高めるので、粒界腐食等の損傷を誘発する可能性がある。薄膜酸化物セラミックスをコーティングすることにより、タービンケーシング材からの腐食溶出物を低減することにより、蒸気発生器１０５の伝熱管への酸化物の析出を低減できる。この結果、蒸気発生器１０５の伝熱管の損傷を大幅に低減することができる。
【００５３】
本実施例のタービンケーシングの耐食コーティング方法によれば、金属を分散させた溶液を加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の対象物であるタービンケーシング１２０の表面に塗布し、乾燥、加熱安定化させることにより、タービンケーシング１２０の内表面に酸化チタン（ＴｉＯ２）等からなる薄膜酸化物セラミックスをコーティングし耐食性を向上させることができる。
【００５４】
次に、本実施の形態に係るタービンケーシングの耐食コーティング方法を沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）システムに適用した実施例について図５を用いて説明する。
【００５５】
図５は、ＢＷＲ冷却水循環システムの全体を示す構成図である。
【００５６】
まず、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）システムの概略構成について説明する。
【００５７】
図５に示すように、原子炉１０１で発生した蒸気は、主蒸気隔離弁１０９を介して高圧タービン１１０に導入される。この高圧タービン１１０を導出した蒸気は、湿分分離加熱器１１１を介して低圧タービン１１２に導入される。この低圧タービン１１２において温度・圧力を減少した蒸気は、復水器１１６に導入され凝縮されて水となる。ＢＷＲでは、冷却水を純水に保つために、中空糸膜復水ろ過装置１２５及び復水脱塩装置１１９により浄化を行なっている。この浄化された水は、低圧給水加熱器１２４、主給水ポンプ１０７、高圧給水加熱器１０６を経由して原子炉１０１に戻される。なお、符号１１３は発電機、符号１２１は高圧ろ過脱塩器、符号１２２は熱交換器、符号１２３は再循環ポンプを示している。
【００５８】
ここでは、中空糸膜復水ろ過装置１２５及び復水脱塩装置１１９等の浄化系装置の負荷を低減するために、高圧タービン１１０及び低圧タービン１１２のタービンケーシング１２０内表面に対し、本実施の形態に係るタービンケーシングの耐食コーティング方法による薄膜酸化物セラミックスをコーティングすることとする。
【００５９】
温度及び圧力を考慮し、高圧タービン１１０及び低圧タービン１１２のタービンケーシング１２０のコーティング材料としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）コーティングを選定する。
【００６０】
塗布方法は、図２に示すような噴霧装置２０６を用いた噴霧法により塗布することとし、溶液としてはチタンアルコキシド溶液を用いることとする。乾燥は大気中自然乾燥とし、噴霧塗布を２回繰り返し塗膜厚さを調整することとする。
【００６１】
焼付け工程（Ｓ３）においては、酸化工程（Ｓ２）で塗布した塗布膜に熱風を吹きつけ、表面を約１５０℃まで過熱し、ゲルを酸化させ、薄膜酸化物セラミックスコーティングを得る。試験片を用いた予備試験ではこの条件での塗膜厚さは１μｍ以下であることが確認されている。
【００６２】
このセラミックスの薄膜の厚さは、実用的には１０μｍ以下の範囲に制御することが望ましい。１０μｍを超える場合は、薄膜酸化物セラミックスがタービンケーシング１２０の内表面から剥離する傾向があるからである。
【００６３】
実機条件での腐食抑制効果を測定するのは不可能であるが、同様の材料からなる試験片を用いた浸漬試験では、酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる薄膜酸化物セラミックスのコーティングにより有意な腐食抑制効果を確認できた。試験条件によっては、腐食速度を最大約１／５に抑制できることが判明した。
【００６４】
本実施例によれば、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のタービンケーシング１２０からの腐食溶出物の発生を抑制することにより、中空糸膜復水ろ過装置１２５及び復水脱塩装置１１９の負荷を低減できる。この中空糸膜復水ろ過装置１２５は、不溶性固形分の除去に用いられるが、定期的に逆染等の処理により装置の性能を保たなければならない。また、復水脱塩装置１１９は、水中のイオン性不純物の除去に用いられるが、定期的に酸又はアルカリ溶液によりイオン交換樹脂の再生処理が必要である。沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のタービンケーシング１２０の内面に酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる薄膜酸化物セラミックスをコーティングすることにより、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のタービンケーシング１２０からの腐食が抑制され、中空糸膜復水ろ過装置１２５及び復水脱塩装置１１９の再生処理回数が低減され、廃棄物発生量を抑制することができる。
【００６５】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、各実施の形態の構成を組み合わせて、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法の手順を示す説明図で、（ａ）はその全体のフロー図、（ｂ）はその焼付け工程の詳細を示すフロー図。
【図２】図１で使用される噴霧装置の概略構成を示す構成図。
【図３】ＰＷＲ冷却水循環システムの構成を示す説明図で、（ａ）はその全体図、（ｂ）はそのIIIｂ部を拡大して示す構成図。
【図４】２８０℃・４０％ＮａＯＨ 溶液中のインコネル６００合金の腐食電位に及ぼす各種酸化物の影響を示す特性図。
【図５】ＢＷＲ冷却水循環システムの全体を示す構成図。
【符号の説明】
【００６７】
１０１…原子炉、１０２…原子炉格納容器、１０３…加圧器、１０４…１次冷却材ポンプ、１０５…蒸気発生器、１０６…高圧給水加熱器、１０７…主給水ポンプ、１０８…脱気器、１０９…主蒸気隔離弁、１１０…高圧タービン、１１１…湿分分離加熱器、１１２…低圧タービン、１１６…復水器、１１７…循環水ポンプ、１１９…復水脱塩装置、１２０…タービンケーシング、１２１…高圧ろ過脱塩器、１２２…熱交換器、１２３…再循環ポンプ、１２４…低圧給水加熱器、１２５…中空糸膜復水ろ過装置、２０１…コンプレッサ、２０２…蓄圧タンク、２０３…溶液タンク、２０４…噴霧ガン、２０５…架台、２０６…噴霧装置、２０７…ホース、Ｓ１…洗浄工程、Ｓ２…塗布工程、Ｓ３…焼付け工程、Ｓ３ａ…ゲル化・乾燥工程、Ｓ３ｂ…酸化・セラミックスコーティング工程。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンケーシングの内表面に金属を分散させた溶液を塗布する塗布工程と、
この塗布した前記金属を乾燥し加熱安定化させて前記タービンケーシングの内表面にセラミックスの薄膜を形成する焼付け工程と、
を有することを特徴とするタービンケーシングの耐食コーティング処理方法。
【請求項２】
前記金属を分散させた溶液が、アルコキシド溶液であること、を特徴とする請求項１記載のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法。
【請求項３】
前記金属を分散させた溶液が、錯体溶液であること、を特徴とする請求項１記載のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法。
【請求項４】
前記金属を分散させた溶液が、コロイド溶液であること、を特徴とする請求項１記載のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法。
【請求項５】
前記金属が、ジルコニウム、チタン、シリコン、タングステン、クロム、マグネシウム、ハフニウム及びアルミニウムから選択された少なくとも１種であること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法。
【請求項６】
前記塗布工程において、前記金属が噴霧法を用いて塗布されること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法。
【請求項７】
前記焼付け工程において、１００℃以上の熱風を吹き付けて乾燥させること、を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法。
【請求項８】
前記焼付け工程において、生成された前記セラミックスの薄膜の厚さが１０μｍ以下であること、を特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法。
【請求項１】
タービンケーシングの内表面に金属を分散させた溶液を塗布する塗布工程と、
この塗布した前記金属を乾燥し加熱安定化させて前記タービンケーシングの内表面にセラミックスの薄膜を形成する焼付け工程と、
を有することを特徴とするタービンケーシングの耐食コーティング処理方法。
【請求項２】
前記金属を分散させた溶液が、アルコキシド溶液であること、を特徴とする請求項１記載のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法。
【請求項３】
前記金属を分散させた溶液が、錯体溶液であること、を特徴とする請求項１記載のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法。
【請求項４】
前記金属を分散させた溶液が、コロイド溶液であること、を特徴とする請求項１記載のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法。
【請求項５】
前記金属が、ジルコニウム、チタン、シリコン、タングステン、クロム、マグネシウム、ハフニウム及びアルミニウムから選択された少なくとも１種であること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法。
【請求項６】
前記塗布工程において、前記金属が噴霧法を用いて塗布されること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法。
【請求項７】
前記焼付け工程において、１００℃以上の熱風を吹き付けて乾燥させること、を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法。
【請求項８】
前記焼付け工程において、生成された前記セラミックスの薄膜の厚さが１０μｍ以下であること、を特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のタービンケーシングの耐食コーティング処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２８０８４０（Ｐ２００９−２８０８４０Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３１６８６（Ｐ２００８−１３１６８６）
【出願日】平成２０年５月２０日（２００８．５．２０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３９５００９９３８）東芝アイテック株式会社 (82)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２０日（２００８．５．２０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３９５００９９３８）東芝アイテック株式会社 (82)
【Ｆターム（参考）】
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