JP2002509262A - 水素を触媒変換する装置 - Google Patents
水素を触媒変換する装置Info
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Classifications
-
- 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
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、水素を触媒変換する装置に関する。この装置は事故により生じた水素を除去するために使用される。水素はバックファイアなしに効果的に除去される。この装置の目的は、再結合器の作用を改良して、格納容器雰囲気の加熱を抑制することである。この目的のために、多数の触媒作用する触媒素子（８ａ）を有する再結合器（８）が、ガス混合物を内包する格納容器内に配置されており、再結合器（８）の下流に冷却装置（１０）が配置されており、さらに再結合器（８）の上流に冷却装置（４）が配置されている。
Description
【０００１】 本発明は、水素を触媒的に変換する装置に関するものであって、その装置によ
り不活性化されない空間においても、不活性化された空間においても、たとえば
加圧水型炉および沸騰水型炉の安全容器内で、あるいは他の水素使用において、
事故によって生じた水素が効果的かつバックファイアなしで除去される。
り不活性化されない空間においても、不活性化された空間においても、たとえば
加圧水型炉および沸騰水型炉の安全容器内で、あるいは他の水素使用において、
事故によって生じた水素が効果的かつバックファイアなしで除去される。
【０００２】 水素は、加圧水型炉の場合には、容器内に存在する空気酸素の存在において、
たとえば触媒再結合器により装置内部で直接除去され、沸騰水型炉の場合には反
応に必要な酸素は、外部から装置内へ供給される。
たとえば触媒再結合器により装置内部で直接除去され、沸騰水型炉の場合には反
応に必要な酸素は、外部から装置内へ供給される。
【０００３】 水冷される原子炉内の重大な事故の場合には、水蒸気と水素が安全容器内へ達
する。最大の水素量は、加圧水型炉の場合でも沸騰水型炉の場合でも、約２０、
０００ｍ3 となることがある。加圧水型炉の場合には、安全容器（原子炉格納容
器）内に存在する空気酸素によって、コントロールできない発火とそれに続く爆
燃並びに原子炉格納容器が付加的に動的な圧力負荷を受ける危険がある。沸騰水
型炉の幾つかの原子炉格納容器内には、不活性化するために、窒素が存在してい
る。さらに、事故発生後に、水素と空気酸素との爆発的な反応を防止するために
、後から不活性化することも討論されている。
する。最大の水素量は、加圧水型炉の場合でも沸騰水型炉の場合でも、約２０、
０００ｍ3 となることがある。加圧水型炉の場合には、安全容器（原子炉格納容
器）内に存在する空気酸素によって、コントロールできない発火とそれに続く爆
燃並びに原子炉格納容器が付加的に動的な圧力負荷を受ける危険がある。沸騰水
型炉の幾つかの原子炉格納容器内には、不活性化するために、窒素が存在してい
る。さらに、事故発生後に、水素と空気酸素との爆発的な反応を防止するために
、後から不活性化することも討論されている。
【０００４】 しかし水蒸気と水素は、常に、事故雰囲気内に圧力及び温度上昇をもたらす。
相対的な圧力上昇は、沸騰水型炉においては、その容器の容積が加圧水型炉の場
合の７０、０００ｍ3 に比較して、約２０、０００ｍ3 しかないことにより、大
きくなる。圧力及び温度上昇によって、原子炉格納容器壁の負荷の増大がもたら
される。さらに、過圧により漏れた場合には、放射性毒性物質の漏洩の危険があ
る。
相対的な圧力上昇は、沸騰水型炉においては、その容器の容積が加圧水型炉の場
合の７０、０００ｍ3 に比較して、約２０、０００ｍ3 しかないことにより、大
きくなる。圧力及び温度上昇によって、原子炉格納容器壁の負荷の増大がもたら
される。さらに、過圧により漏れた場合には、放射性毒性物質の漏洩の危険があ
る。
【０００５】 特に、加圧水型炉内の不活性化されない原子炉格納容器においては、水素はさ
らに爆発を防止するために触媒的に変換され、その場合に自由な対流によって貫
流される再結合器の能力は、特に出口またはハウジング表面における越えてはな
らない発火温度によって、制限されている。
らに爆発を防止するために触媒的に変換され、その場合に自由な対流によって貫
流される再結合器の能力は、特に出口またはハウジング表面における越えてはな
らない発火温度によって、制限されている。
【０００６】 再結合器の有効性は、格納容器の上方部分内の層の形成、いわゆる成層により
、著しく損なわれる可能性がある。これは特に、凝縮できないガスと浮遊可能な
物質（エアロゾル）が再結合器プレートの表面に堆積して、その効果を阻止する
場合に、当てはまる。
、著しく損なわれる可能性がある。これは特に、凝縮できないガスと浮遊可能な
物質（エアロゾル）が再結合器プレートの表面に堆積して、その効果を阻止する
場合に、当てはまる。
【０００７】 従来技術においては、凝縮できないガス状物質の堆積の問題に、フィンを備え
た適当な冷却管により対処し、冷却された凝縮できないガスをその比較的高い濃
度によって流出させる試みがなされている。しかし、この方法は、軽い凝縮不可
能なガス、たとえば水素、または、凝縮できないガスと水素の混合物の場合、及
び成層の場合には、役に立たない。
た適当な冷却管により対処し、冷却された凝縮できないガスをその比較的高い濃
度によって流出させる試みがなされている。しかし、この方法は、軽い凝縮不可
能なガス、たとえば水素、または、凝縮できないガスと水素の混合物の場合、及
び成層の場合には、役に立たない。
【０００８】 事故雰囲気内に含まれる水蒸気の凝縮は、圧力及び温度低下という所望の目標
と、それに伴って漏れとそれに続く放射性毒性物質の漏洩の危険の低下をもたら
す。しかし、凝縮可能なガスと凝縮不可能なガスの分圧は、冷却及び再結合効果
によってしか影響を受けない。従ってそれは長期的には放射能毒性物質の漏れを
推進する力であって、できるだけ短い時間内に雰囲気圧力の近傍へ低下させなけ
ればならない。
と、それに伴って漏れとそれに続く放射性毒性物質の漏洩の危険の低下をもたら
す。しかし、凝縮可能なガスと凝縮不可能なガスの分圧は、冷却及び再結合効果
によってしか影響を受けない。従ってそれは長期的には放射能毒性物質の漏れを
推進する力であって、できるだけ短い時間内に雰囲気圧力の近傍へ低下させなけ
ればならない。
【０００９】 本発明の基になっている西独特許出願公開第４２２１６９３号（ＤＥ４２２１
６９３Ａ１）は、ガスまたは、特に水素と酸素の、ガス混合物を、原子核反応装
置の格納容器雰囲気内で熱的に再結合する方法と装置を開示しており、そこでは
反応ガスはまず混合されて、続いて反応室へ供給される。その場合に再結合効果
を高めるために、反応ガスはガス混合物と混合する前に、従って反応室へ流入す
る前に、予熱される。
６９３Ａ１）は、ガスまたは、特に水素と酸素の、ガス混合物を、原子核反応装
置の格納容器雰囲気内で熱的に再結合する方法と装置を開示しており、そこでは
反応ガスはまず混合されて、続いて反応室へ供給される。その場合に再結合効果
を高めるために、反応ガスはガス混合物と混合する前に、従って反応室へ流入す
る前に、予熱される。
【００１０】 その後反応室内で、水素の再結合が行われる。反応室を出たガス混合物は、次
に熱交換器へ案内され、その熱交換器は反応室へ流入する前の流れ領域内に配置
されているので、この熱交換器は一方では反応室内へ流入するガス混合物を加熱
するため、そして他方では反応室から流出するガス混合物を冷却するために用い
られる。
に熱交換器へ案内され、その熱交換器は反応室へ流入する前の流れ領域内に配置
されているので、この熱交換器は一方では反応室内へ流入するガス混合物を加熱
するため、そして他方では反応室から流出するガス混合物を冷却するために用い
られる。
【００１１】 西独特許出願公開第２８５２０１９号（ＤＥ２８５２０１９Ａ）からはさらに
、水素と酸素を触媒的に再結合する方法と装置が知られており、その場合に再結
合器から流出する蒸気−ガス混合物は蒸気クーラーへ案内されて、それによって
ガス混合物の冷却が達成される。触媒材料を加熱するために、まず電気的な発熱
素子が提案され、他方では特に始動時において触媒をさらに暖めるために、熱蒸
気がガス混合物へ供給される。
、水素と酸素を触媒的に再結合する方法と装置が知られており、その場合に再結
合器から流出する蒸気−ガス混合物は蒸気クーラーへ案内されて、それによって
ガス混合物の冷却が達成される。触媒材料を加熱するために、まず電気的な発熱
素子が提案され、他方では特に始動時において触媒をさらに暖めるために、熱蒸
気がガス混合物へ供給される。
【００１２】 従って従来技術から知られている、水素を触媒的に変換するための上述した２
つの装置は、触媒材料自体を加熱するため、あるいは流入するガス混合物を加熱
するために用いられる手段を有する。それによって再結合器の内部で再結合に必
要な、触媒材料の温度は達成されるが、ガス混合物内の水素の割合は著しく、そ
れが反応器の内部で触媒的に作用する面の不活性化をもたらす。さらに、再結合
器を付加的に加熱することによって、発火温度を上回る危険とそれに続くガス混
合物のバックファイアの問題が発生する。
つの装置は、触媒材料自体を加熱するため、あるいは流入するガス混合物を加熱
するために用いられる手段を有する。それによって再結合器の内部で再結合に必
要な、触媒材料の温度は達成されるが、ガス混合物内の水素の割合は著しく、そ
れが反応器の内部で触媒的に作用する面の不活性化をもたらす。さらに、再結合
器を付加的に加熱することによって、発火温度を上回る危険とそれに続くガス混
合物のバックファイアの問題が発生する。
【００１３】 従って本発明の技術的問題は、再結合器の作用を改良し、再結合の間に発生し
た熱による格納容器雰囲気の加熱を抑制し、全体として事故雰囲気の冷却に寄与
し、かつ結果としてのバックファイアを伴う再結合器の過熱を防止することであ
る。
た熱による格納容器雰囲気の加熱を抑制し、全体として事故雰囲気の冷却に寄与
し、かつ結果としてのバックファイアを伴う再結合器の過熱を防止することであ
る。
【００１４】 上述した技術的問題は、本発明によれば、請求項１の特徴を有する装置によっ
て解決される。本発明によれば、水素を触媒変換する装置において、再結合器を
冷却装置と組み合わせることが認識されており、その冷却装置は再結合器の下流
後方かつその再結合器に隣接して配置されている。それによって触媒的に再結合
する際に発生する反応熱が効果的に冷却されて、事故雰囲気から逃がされる。事
故雰囲気内の温度は、触媒的な再結合によってそれ以上加熱されず、それによっ
て水素を触媒変換する装置の出口において発火温度を上回ることが防止される。
て解決される。本発明によれば、水素を触媒変換する装置において、再結合器を
冷却装置と組み合わせることが認識されており、その冷却装置は再結合器の下流
後方かつその再結合器に隣接して配置されている。それによって触媒的に再結合
する際に発生する反応熱が効果的に冷却されて、事故雰囲気から逃がされる。事
故雰囲気内の温度は、触媒的な再結合によってそれ以上加熱されず、それによっ
て水素を触媒変換する装置の出口において発火温度を上回ることが防止される。
【００１５】 さらに、水素を触媒変換する装置の効率は、上流に、従ってガス混合物流が再
結合器へ流入する前に、冷却装置が配置されていることによって、改良される。
それによって水蒸気による再結合器の不活性化が減少されて、再結合器の始動が
改良される。というのは、水蒸気は、それが再結合器へ流入することができる前
に、液化されるからである。
結合器へ流入する前に、冷却装置が配置されていることによって、改良される。
それによって水蒸気による再結合器の不活性化が減少されて、再結合器の始動が
改良される。というのは、水蒸気は、それが再結合器へ流入することができる前
に、液化されるからである。
【００１６】 好ましくは、流れ方向において第１の冷却装置と再結合器との間に、滴を分離
することによってガス流を乾燥させる装置が配置されている。この装置内には、
好ましくは多重方向変換を有する金属薄板が配置されており、それが引き剥がさ
れた水滴又はクーラー内で発生した水滴を、付着しているエアロゾルと共にさら
に分離して、再結合器へ流入するガス混合物をさらに予備乾燥させる、というの
は水蒸気は触媒的な再結合プロセスを妨げるように作用するからである。ガス流
を乾燥させる装置の構成は、さらに、水素含有量が低い場合に再結合器によって
吸い込まれなかった、冷却された凝縮可能でないガス及び分離された水滴とエア
ロゾルが、余り抵抗を受けずに下方へ流出することを可能にする。
することによってガス流を乾燥させる装置が配置されている。この装置内には、
好ましくは多重方向変換を有する金属薄板が配置されており、それが引き剥がさ
れた水滴又はクーラー内で発生した水滴を、付着しているエアロゾルと共にさら
に分離して、再結合器へ流入するガス混合物をさらに予備乾燥させる、というの
は水蒸気は触媒的な再結合プロセスを妨げるように作用するからである。ガス流
を乾燥させる装置の構成は、さらに、水素含有量が低い場合に再結合器によって
吸い込まれなかった、冷却された凝縮可能でないガス及び分離された水滴とエア
ロゾルが、余り抵抗を受けずに下方へ流出することを可能にする。
【００１７】 本発明の好ましい実施形態においては、再結合器の前に配置された冷却装置は
、斜め下方へ延びる冷却管からなり、その冷却管は予め設定された間隔でフィン
を有している。従ってガス混合物内に含まれている水蒸気は、大部分液化される
。その場合に冷却装置の冷却管に付着している水分は、冷却装置の斜め位置によ
って下方へ流れるので、付着している凝縮できないガスと堆積しているエアロゾ
ルは、復水によって繰返し洗い流される。従って凝縮できないガスとエアロゾル
の堆積により低下した熱伝達も、触媒表面への有害な反作用も減少されるか、あ
るいは完全に防止される。従って水蒸気の一部が液化されることにより、冷却装
置を介して水素と他の物質の乾燥が行われる。
、斜め下方へ延びる冷却管からなり、その冷却管は予め設定された間隔でフィン
を有している。従ってガス混合物内に含まれている水蒸気は、大部分液化される
。その場合に冷却装置の冷却管に付着している水分は、冷却装置の斜め位置によ
って下方へ流れるので、付着している凝縮できないガスと堆積しているエアロゾ
ルは、復水によって繰返し洗い流される。従って凝縮できないガスとエアロゾル
の堆積により低下した熱伝達も、触媒表面への有害な反作用も減少されるか、あ
るいは完全に防止される。従って水蒸気の一部が液化されることにより、冷却装
置を介して水素と他の物質の乾燥が行われる。
【００１８】 流れ方向に対して平行に整合された、触媒素子の配置によって、さらに、流れ
は問題になるほどは阻止されないので、後段に配置された冷却装置の貫流に必要
な流れが維持されることが保証される。従ってさらに好ましくは、冷却装置は大
体において、再結合器の上方に配置されている。さらに好ましくは冷却装置はガ
ス混合物の流れ方向に下方へ向って配列されているので、最初は熱いガスは、冷
却によっても下方へ運ばれる。従って全体としてほぼ垂直の方向付けにより、浮
力も負の浮力も流量を増大させるために利用される。
は問題になるほどは阻止されないので、後段に配置された冷却装置の貫流に必要
な流れが維持されることが保証される。従ってさらに好ましくは、冷却装置は大
体において、再結合器の上方に配置されている。さらに好ましくは冷却装置はガ
ス混合物の流れ方向に下方へ向って配列されているので、最初は熱いガスは、冷
却によっても下方へ運ばれる。従って全体としてほぼ垂直の方向付けにより、浮
力も負の浮力も流量を増大させるために利用される。
【００１９】 さらに好ましくは、水素を触媒変換する装置の再結合器は、冷却装置に対して
、かつ流れを乾燥させる装置に対してほぼ平行に配置されている。それによって
、冷却され、浄化されて予備乾燥されたガス混合物流は、水素濃度が低い場合に
は問題なく流れ去ることができ、従って装置がクーラーとして作用するか、ある
いはほぼ完全に再結合器を通して貫流することが保証される。ガス混合物流はそ
の後、−上述したように−他の冷却装置を通して流れてゆく。しかしまた、従来
技術に記載されている再結合器に準拠して、他の幾何学配置の、たとえば垂直の
ハウジング内の水平の触媒装置を、前段に接続されたクーラー及び流れ方向変換
装置と組み合わせることも可能である。
、かつ流れを乾燥させる装置に対してほぼ平行に配置されている。それによって
、冷却され、浄化されて予備乾燥されたガス混合物流は、水素濃度が低い場合に
は問題なく流れ去ることができ、従って装置がクーラーとして作用するか、ある
いはほぼ完全に再結合器を通して貫流することが保証される。ガス混合物流はそ
の後、−上述したように−他の冷却装置を通して流れてゆく。しかしまた、従来
技術に記載されている再結合器に準拠して、他の幾何学配置の、たとえば垂直の
ハウジング内の水平の触媒装置を、前段に接続されたクーラー及び流れ方向変換
装置と組み合わせることも可能である。
【００２０】 上述した実施形態とは異なる、本発明の他の実施形態は、ハウジングを備えた
上部構造を有し、その中に冷却装置、流れを乾燥させる装置、再結合器及び後段
に接続された冷却装置が配置されている。入口を介して流入するガス混合物流は
、いくつかのタービン段と圧縮器段によってハウジング内部の流れ通路を通して
給送される。従って流れは第１の冷却装置と流れを乾燥させる装置を次々と通過
し、その後ガス混合物は再結合器とそれに連続する冷却装置を通る。
上部構造を有し、その中に冷却装置、流れを乾燥させる装置、再結合器及び後段
に接続された冷却装置が配置されている。入口を介して流入するガス混合物流は
、いくつかのタービン段と圧縮器段によってハウジング内部の流れ通路を通して
給送される。従って流れは第１の冷却装置と流れを乾燥させる装置を次々と通過
し、その後ガス混合物は再結合器とそれに連続する冷却装置を通る。
【００２１】 ハウジングの出口の前において、最後の圧縮器段によりガス混合物流がハウジ
ングから出るように移送されて、従って格納容器内の雰囲気がさらに混合される
ので、さらに格納容器内の成層が減少される。好ましくはこの実施形態において
、第２の冷却装置の後段に、流れを乾燥させる付加的な装置が接続されているの
で、水とエアロゾルがさらに分離される。
ングから出るように移送されて、従って格納容器内の雰囲気がさらに混合される
ので、さらに格納容器内の成層が減少される。好ましくはこの実施形態において
、第２の冷却装置の後段に、流れを乾燥させる付加的な装置が接続されているの
で、水とエアロゾルがさらに分離される。
【００２２】 本発明の上述した実施形態については、できるだけ上述した安全装置が受動的
安全性の原理を満足させるよう、すなわち外部のエネルギ供給装置と駆動装置な
しで作動するようにすべきである。これは、たとえば冷却管内の自然対流を支援
するための、冷却管の斜め配置によって達成される。しかしまた原則的に、コン
パクトな構造あるいは使用できる空間を考慮して、他の角度位置で配置すること
も実施可能である。
安全性の原理を満足させるよう、すなわち外部のエネルギ供給装置と駆動装置な
しで作動するようにすべきである。これは、たとえば冷却管内の自然対流を支援
するための、冷却管の斜め配置によって達成される。しかしまた原則的に、コン
パクトな構造あるいは使用できる空間を考慮して、他の角度位置で配置すること
も実施可能である。
【００２３】 沸騰水型炉の場合に水素を触媒的に除去するために必要な酸素は、さらに、装
置内の水素濃度が十分である場合にのみ、酸素の過剰によって格納容器内に発火
可能な混合気が形成されることのないように、所望にかつコントロールして外部
から供給される。
置内の水素濃度が十分である場合にのみ、酸素の過剰によって格納容器内に発火
可能な混合気が形成されることのないように、所望にかつコントロールして外部
から供給される。
【００２４】 次に、実施例を用いて本発明を詳細に説明し、その場合に図面を参照する。 図１、２及び３には、それぞれ原子炉装置の一部が図示されている。加圧水型
又は沸騰水型炉の格納容器内部で水素を触媒変換する装置の種々の実施例の配置
が、概略的に例示されている。その場合に格納容器は、壁１と２を有し、それら
は外側の境界を表している。水素が遊離する際に、水蒸気、水素及び場合によっ
ては空気並びにエアロゾルからなる、矢印３で示されるガス混合物が、浮力によ
って装置へ流入する。
又は沸騰水型炉の格納容器内部で水素を触媒変換する装置の種々の実施例の配置
が、概略的に例示されている。その場合に格納容器は、壁１と２を有し、それら
は外側の境界を表している。水素が遊離する際に、水蒸気、水素及び場合によっ
ては空気並びにエアロゾルからなる、矢印３で示されるガス混合物が、浮力によ
って装置へ流入する。
【００２５】 図１に示すように、水素を触媒変換する本発明に基づく装置の第１の実施例は
、再結合器８と冷却装置１０を有する。その場合に再結合器８は、触媒作用する
多数のプレート８ａを有する。プレート８ａの代わりに、箔を使用することも可
能である。さらに、再結合器８は、格納容器内に直接配置されており、その格納
容器はガス混合物を有している。冷却装置１０は、再結合器８の下流後方に配置
されており、かつこの再結合器に隣接して位置決めされている。
、再結合器８と冷却装置１０を有する。その場合に再結合器８は、触媒作用する
多数のプレート８ａを有する。プレート８ａの代わりに、箔を使用することも可
能である。さらに、再結合器８は、格納容器内に直接配置されており、その格納
容器はガス混合物を有している。冷却装置１０は、再結合器８の下流後方に配置
されており、かつこの再結合器に隣接して位置決めされている。
【００２６】 水素と酸素を含む、供給されたガス混合物は、プレート８ａの表面で発火し、
そのプレートはたとえば貴金属のような、触媒作用する物質でコーティングされ
ている。図１に示すプレート再結合器８の代わりに、小さな流体抵抗を有する他
の再結合器も使用することができる。再結合に基づく加熱されたガス混合物と燃
焼生成物は、発熱反応によって上方の間隙内へ上昇し、その間隙は再結合器８と
後段に接続された冷却装置の下方の壁との間に設けられている。熱応力によって
、冷却装置１０の下方の壁は再結合器８に対して熱的に絶縁されることが可能で
、それによってこの壁を介しての熱伝達が減少される。
そのプレートはたとえば貴金属のような、触媒作用する物質でコーティングされ
ている。図１に示すプレート再結合器８の代わりに、小さな流体抵抗を有する他
の再結合器も使用することができる。再結合に基づく加熱されたガス混合物と燃
焼生成物は、発熱反応によって上方の間隙内へ上昇し、その間隙は再結合器８と
後段に接続された冷却装置の下方の壁との間に設けられている。熱応力によって
、冷却装置１０の下方の壁は再結合器８に対して熱的に絶縁されることが可能で
、それによってこの壁を介しての熱伝達が減少される。
【００２７】 矢印９で示される熱いガス混合物は、上方へ方向変換されて、冷却装置１０へ
導入される。その場合に冷却装置１０は、好ましくは向流装置として形成されて
おり、その向流装置においてはガス混合物流の流れ方向と冷媒導管１１内の冷媒
の流れの流れ方向は、逆に向けられている。もちろん、ガス混合物流と冷媒流を
同方向にすることも可能である。冷媒（この場合には冷却水である）は、導管７
を介して冷媒導管１１へ供給される。暖かい水は、導管５を介して受水器２０へ
供給され、その受水器は−図１に示すように−水素を触媒変換する装置の上方で
、かつ格納容器の外部に配置されている。
導入される。その場合に冷却装置１０は、好ましくは向流装置として形成されて
おり、その向流装置においてはガス混合物流の流れ方向と冷媒導管１１内の冷媒
の流れの流れ方向は、逆に向けられている。もちろん、ガス混合物流と冷媒流を
同方向にすることも可能である。冷媒（この場合には冷却水である）は、導管７
を介して冷媒導管１１へ供給される。暖かい水は、導管５を介して受水器２０へ
供給され、その受水器は−図１に示すように−水素を触媒変換する装置の上方で
、かつ格納容器の外部に配置されている。
【００２８】 熱いガス混合物が、冷却装置を矢印１２で示す方向に貫流する間に、ガス混合
物は有している反応熱の大部分を放出し、従って付加的な負の浮力を受ける。さ
らに、水素の触媒変換の際に発生した水蒸気の一部が液化される。復水は冷却さ
れたガス混合物流と共に、矢印１４で示すように、冷却装置１０から下方へ導出
される。この復水は、必要な場合には他の冷却目的に使用することができる。混
合物のガス状の成分−窒素とわずかな量の変換されない水素と酸素及び液化でき
ない水蒸気−は、矢印１５で示されている。そして、装置全体は、側方が閉鎖さ
れたハウジング内に配置されており、そのハウジングは概略的に示すホルダ１６
によって、たとえば格納容器の壁に固定されている。
物は有している反応熱の大部分を放出し、従って付加的な負の浮力を受ける。さ
らに、水素の触媒変換の際に発生した水蒸気の一部が液化される。復水は冷却さ
れたガス混合物流と共に、矢印１４で示すように、冷却装置１０から下方へ導出
される。この復水は、必要な場合には他の冷却目的に使用することができる。混
合物のガス状の成分−窒素とわずかな量の変換されない水素と酸素及び液化でき
ない水蒸気−は、矢印１５で示されている。そして、装置全体は、側方が閉鎖さ
れたハウジング内に配置されており、そのハウジングは概略的に示すホルダ１６
によって、たとえば格納容器の壁に固定されている。
【００２９】 再結合器８と冷却装置１０の他に、図１に示す実施例は、ガス混合物流を冷却
する冷却装置４と流れを乾燥させる装置６とを有している。 冷却装置４は、熱い上昇するガス混合物を冷却し、その場合にガス混合物に含
まれる水蒸気は大部分が液化される。図１には、建築物クーラーとして示される
冷却装置４の管束のうちの１本の管のみが図示されている。熱伝達係数を改良す
るために、管表面には、堆積されたエアロゾルが復水によって繰返し洗い流され
、ないしは復水芽晶として作用して沈殿するように、フィンが設けられている。
する冷却装置４と流れを乾燥させる装置６とを有している。 冷却装置４は、熱い上昇するガス混合物を冷却し、その場合にガス混合物に含
まれる水蒸気は大部分が液化される。図１には、建築物クーラーとして示される
冷却装置４の管束のうちの１本の管のみが図示されている。熱伝達係数を改良す
るために、管表面には、堆積されたエアロゾルが復水によって繰返し洗い流され
、ないしは復水芽晶として作用して沈殿するように、フィンが設けられている。
【００３０】 図１にさらに示すように、冷却装置４ないしは冷却管は、浮力と負の浮力の利
用に関して、混合物のため及び冷却管の内側貫流のために最適化されている。そ
のために冷却管は傾斜を有し、それによって堆積する凝縮物が必然的に流出する
。従って混合物流の効率的な冷却が保証される。冷却装置４は、冷媒、好ましく
は冷却水によって貫流され、その冷却水は導管７を介して供給されて、導管５を
介して搬出される。その場合に、水素を触媒変換する装置の上方かつ格納容器の
外部に配置されている、すでに述べた受水器２０は、冷媒のための貯蔵容器とし
て用いられる。
用に関して、混合物のため及び冷却管の内側貫流のために最適化されている。そ
のために冷却管は傾斜を有し、それによって堆積する凝縮物が必然的に流出する
。従って混合物流の効率的な冷却が保証される。冷却装置４は、冷媒、好ましく
は冷却水によって貫流され、その冷却水は導管７を介して供給されて、導管５を
介して搬出される。その場合に、水素を触媒変換する装置の上方かつ格納容器の
外部に配置されている、すでに述べた受水器２０は、冷媒のための貯蔵容器とし
て用いられる。
【００３１】 冷却装置４内で冷却水によって吸収される熱は、熱的な浮力によって導管５を
介して上方に配置された受水器２０へ搬出されるので、常に導管７を介して新し
い冷却水がさらに引き出される。炉内に受水器２０を設けないようにする場合に
は、図１に示唆するように、熱エネルギを外部の上方に位置する冷却水タンクま
たは冷却装置２０’へ搬出することも可能である。
介して上方に配置された受水器２０へ搬出されるので、常に導管７を介して新し
い冷却水がさらに引き出される。炉内に受水器２０を設けないようにする場合に
は、図１に示唆するように、熱エネルギを外部の上方に位置する冷却水タンクま
たは冷却装置２０’へ搬出することも可能である。
【００３２】 クーラー装置４、すなわち建築物クーラーにおいて冷却されたガス混合物は、
その後図４に示すように、ガス流を乾燥させる装置６を貫流する。装置６は、公
知の方法で流れの一部がたとえば境界層の調節によって制動され、あるいは遠心
力により残留している水滴が方向変換部内に分離されることにより、水滴とエア
ロゾルを分離するために用いられる。
その後図４に示すように、ガス流を乾燥させる装置６を貫流する。装置６は、公
知の方法で流れの一部がたとえば境界層の調節によって制動され、あるいは遠心
力により残留している水滴が方向変換部内に分離されることにより、水滴とエア
ロゾルを分離するために用いられる。
【００３３】 そのために、図４に示すように、ガス流を乾燥させる装置６は、互いに対して
平行に配置された多数の壁２８を有し、それらが平行な流れ通路２９を形成する
。壁２８の湾曲された、ないしは角度を有する延びによって、流れは何回も方向
変換を強いられるので、渦巻きが発生する。さらに、突出部３０が設けられてお
り、その突出部において矢印３１で示すガス流が堰き止められるので、壁２８に
おいて水蒸気と存在しているエアロゾルが分離される。従って装置６内でガス流
の乾燥と浄化がもたらされる。
平行に配置された多数の壁２８を有し、それらが平行な流れ通路２９を形成する
。壁２８の湾曲された、ないしは角度を有する延びによって、流れは何回も方向
変換を強いられるので、渦巻きが発生する。さらに、突出部３０が設けられてお
り、その突出部において矢印３１で示すガス流が堰き止められるので、壁２８に
おいて水蒸気と存在しているエアロゾルが分離される。従って装置６内でガス流
の乾燥と浄化がもたらされる。
【００３４】 水素濃度が少ない場合には、水素を触媒変換する装置は、大体において建築物
クーラーとして作用し、水素量が比較的多い場合には、このようにして冷却され
、浄化されて乾燥されたガス混合物１２ａは、その後再結合器８内へ達する。互
いに対してほぼ平行に配置されたプレート８ａを備えた再結合器８の図示の実施
形態は、そのプレート８ａの方位と配置において、冷却装置４と流れを乾燥させ
る装置６の傾斜に適合されている。それによって上述した流出プロセスは阻止さ
れないので、軽いガスはほぼ阻止されずに上方へ流れ去ることができ、それによ
って続くガス流路のサーモサイフォン効果が克服される。前段に接続されている
冷却装置は、さらに、バックファイアを阻止するように作用する。というのは、
再結合器のより高い表面温度が事故雰囲気に対して遮蔽されるからである。
クーラーとして作用し、水素量が比較的多い場合には、このようにして冷却され
、浄化されて乾燥されたガス混合物１２ａは、その後再結合器８内へ達する。互
いに対してほぼ平行に配置されたプレート８ａを備えた再結合器８の図示の実施
形態は、そのプレート８ａの方位と配置において、冷却装置４と流れを乾燥させ
る装置６の傾斜に適合されている。それによって上述した流出プロセスは阻止さ
れないので、軽いガスはほぼ阻止されずに上方へ流れ去ることができ、それによ
って続くガス流路のサーモサイフォン効果が克服される。前段に接続されている
冷却装置は、さらに、バックファイアを阻止するように作用する。というのは、
再結合器のより高い表面温度が事故雰囲気に対して遮蔽されるからである。
【００３５】 図２においては、図１を参照して上述した装置は、その雰囲気が不活性化され
ている、沸騰水型炉格納容器内に、ないしは復水室内に配置されている。酸素は
存在しないので、格納容器内の水素を触媒的に崩壊させようとする場合には、酸
素を外部から所望のように供給しなければならない。従って水素濃度の正確なコ
ントロールが必要である。水素センサ１７は、図示のように、滴分離器６の後方
に配置されている。酸素は、所望のように外部から導管１８を介して再結合ユニ
ットの前へ細かく分配して供給される。格納容器雰囲気の付加的な圧力上昇を防
止するために、純粋な酸素が供給されなければならない。その配量は、弁１９を
用いて行われる。量の決定は、装置内部で過剰な水素において酸素が完全に変換
されて、従って格納容器内には発火可能な混合物が形成されることがないように
、行われる。
ている、沸騰水型炉格納容器内に、ないしは復水室内に配置されている。酸素は
存在しないので、格納容器内の水素を触媒的に崩壊させようとする場合には、酸
素を外部から所望のように供給しなければならない。従って水素濃度の正確なコ
ントロールが必要である。水素センサ１７は、図示のように、滴分離器６の後方
に配置されている。酸素は、所望のように外部から導管１８を介して再結合ユニ
ットの前へ細かく分配して供給される。格納容器雰囲気の付加的な圧力上昇を防
止するために、純粋な酸素が供給されなければならない。その配量は、弁１９を
用いて行われる。量の決定は、装置内部で過剰な水素において酸素が完全に変換
されて、従って格納容器内には発火可能な混合物が形成されることがないように
、行われる。
【００３６】 図３には、水素を触媒変換する装置の他の実施形態が図示されており、装置は
多段のターボ圧縮器ユニット２１を有し、そのターボ圧縮器ユニットは浮力と負
の浮力の代わりに、凝縮の場合には圧力低下によって、そして再結合の場合には
圧力上昇によって駆動される。この実施形態は、高い蒸気含有量及び／又は水素
含有量において流量がより多いという利点を有するので、この種のターボ圧縮器
２１は、成層を効果的に阻止するのに適している。
多段のターボ圧縮器ユニット２１を有し、そのターボ圧縮器ユニットは浮力と負
の浮力の代わりに、凝縮の場合には圧力低下によって、そして再結合の場合には
圧力上昇によって駆動される。この実施形態は、高い蒸気含有量及び／又は水素
含有量において流量がより多いという利点を有するので、この種のターボ圧縮器
２１は、成層を効果的に阻止するのに適している。
【００３７】 入口３１を通り、かつタービン段２２ａを介して流入する混合物は、クーラー
へ供給されて、そのクーラーは上述した圧力降下をもたらし、また滴分離器６と
共にエアロゾルの乾燥と分離をもたらす。凝縮できないガスは、圧縮器段２３ａ
を介して触媒再結合器８へ供給される。不活性化された格納容器においては、こ
こで、ターボ駆動装置の燃焼室と同様に、酸素も噴射される。再結合後に発生す
る熱い水蒸気は、−許容される最大温度に従って−圧力上昇をもたらす。
へ供給されて、そのクーラーは上述した圧力降下をもたらし、また滴分離器６と
共にエアロゾルの乾燥と分離をもたらす。凝縮できないガスは、圧縮器段２３ａ
を介して触媒再結合器８へ供給される。不活性化された格納容器においては、こ
こで、ターボ駆動装置の燃焼室と同様に、酸素も噴射される。再結合後に発生す
る熱い水蒸気は、−許容される最大温度に従って−圧力上昇をもたらす。
【００３８】 それに続くタービン段２２ｂを介して、温度と圧力を低下させるために排ガス
が再度クーラー１０へ供給される。冷たい凝縮できないガスは、最終的な圧縮器
段２３ｂと出口３２を介して放出される。これによってバックファイアの危険な
しに、事故雰囲気の旋回がもたらされる。その場合にターボ圧縮器２２ａ、２２
ｂと圧縮器段２３ａ、２３ｂは、共通の軸２４上に固定されている。
が再度クーラー１０へ供給される。冷たい凝縮できないガスは、最終的な圧縮器
段２３ｂと出口３２を介して放出される。これによってバックファイアの危険な
しに、事故雰囲気の旋回がもたらされる。その場合にターボ圧縮器２２ａ、２２
ｂと圧縮器段２３ａ、２３ｂは、共通の軸２４上に固定されている。
【００３９】 単位当たりの効率は、本実施例においては、上述した実施形態の場合よりも高
い。軸２４の軸受２５の動きがスムーズであって、かつ始動時において浮力と負
の浮力を利用できる場合には、自動的な始動が可能である。しかし始動プロセス
を、軸２４と結合された、ここには図示されていない駆動モータによって支援す
ることも可能である。復水とエアロゾルは、その中に逆流を防止するために逆流
防止フラップ２７が取り付けられている降水管２６内へ案内される。復水とエア
ロゾルは、そこからここには図示されていない水槽へ達する。
い。軸２４の軸受２５の動きがスムーズであって、かつ始動時において浮力と負
の浮力を利用できる場合には、自動的な始動が可能である。しかし始動プロセス
を、軸２４と結合された、ここには図示されていない駆動モータによって支援す
ることも可能である。復水とエアロゾルは、その中に逆流を防止するために逆流
防止フラップ２７が取り付けられている降水管２６内へ案内される。復水とエア
ロゾルは、そこからここには図示されていない水槽へ達する。
【図１】 加圧水型炉内で使用するための、前段に接続された冷却装置と流れを乾燥させ
る装置とを備えた、水素を触媒変換する装置の第１の実施例を示す図である。
る装置とを備えた、水素を触媒変換する装置の第１の実施例を示す図である。
【図２】 沸騰水型炉内で使用するための、水素を触媒変換する装置の第２の実施例を示
す図である。
す図である。
【図３】 加圧水型炉と沸騰水型炉内で使用するための、流量を増加させるため多段のタ
ーボ圧縮器と組み合わせた、水素を触媒変換する装置の第３の実施例を示す図で
ある。
ーボ圧縮器と組み合わせた、水素を触媒変換する装置の第３の実施例を示す図で
ある。
【図４】 水素を触媒変換するために、図１から４に示す装置において使用される、ガス
流を乾燥させる装置の実施例を示す図である。
流を乾燥させる装置の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１…壁 ２…壁 ３…格納容器雰囲気 ４…冷却装置 ５…冷却水流出 ５’…冷却水流出 ６…滴分離器 ７…冷却水流入 ７’…冷却水流入 ８…触媒再結合器 ８ａ…プレート ９…反応ガス（熱い） １０…冷却装置 １１…冷媒導管 １２…反応ガス（冷却された） １２ａ…格納容器雰囲気（冷却されて乾燥された） １３…復水とエアロゾル １４…復水 １５…ガス状の物質 １６…ホルダ １７…水素センサ １８…酸素導管 １９…制御弁 ２０…内部の冷却水槽 ２０’…外部に配置された冷却水槽 ２１…ターボ圧縮器ユニット ２２ａ…第１のタービン段 ２２ｂ…第２のタービン段 ２３ａ…第１の圧縮器段 ２３ｂ…第２の圧縮器段 ２４…軸 ２５…軸受 ２６…降水管 ２７…逆流防止フラップ ２８…壁 ２９…流れ通路 ３０…突出部 ３１…入口 ３２…出口
１…壁 ２…壁 ３…格納容器雰囲気 ４…冷却装置 ５…冷却水流出 ５’…冷却水流出 ６…滴分離器 ７…冷却水流入 ７’…冷却水流入 ８…触媒再結合器 ８ａ…プレート ９…反応ガス（熱い） １０…冷却装置 １１…冷媒導管 １２…反応ガス（冷却された） １２ａ…格納容器雰囲気（冷却されて乾燥された） １３…復水とエアロゾル １４…復水 １５…ガス状の物質 １６…ホルダ １７…水素センサ １８…酸素導管 １９…制御弁 ２０…内部の冷却水槽 ２０’…外部に配置された冷却水槽 ２１…ターボ圧縮器ユニット ２２ａ…第１のタービン段 ２２ｂ…第２のタービン段 ２３ａ…第１の圧縮器段 ２３ｂ…第２の圧縮器段 ２４…軸 ２５…軸受 ２６…降水管 ２７…逆流防止フラップ ２８…壁 ２９…流れ通路 ３０…突出部 ３１…入口 ３２…出口
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１１年１２月２３日（１９９９．１２．２３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ライネッケ，エルンスト−アーント ドイツ連邦共和国，デー−52064 アーヘ ン，リュッティヒャー シュトラーセ 23 (72)発明者 フォスビンケル，モリッツ ドイツ連邦共和国，デー−52062 アーヘ ン，アンヌンティアテンバッハ 29 Ｆターム(参考） 2G002 AA01 AA04 BA01 CA10 DA05 EA10
Claims (12)
- 【請求項１】 多数の触媒的に作用する触媒素子（８ａ）を備え、かつガス
混合物を内包する格納容器内に配置されている、再結合器（８）と、 再結合器（８）の下流後方に配置されている、冷却装置（１０）と、 を有する、水素を触媒変換する装置において、 再結合器（８）の上流に、ガス混合物流を冷却する冷却装置（４）が配置され
ていることを特徴とする水素を触媒変換する装置。 - 【請求項２】 冷却装置（４）と再結合器（８）との間に、流れを乾燥させ
る装置（６）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 流れを乾燥させる装置（６）は、屈曲され、あるいは湾曲さ
れて形成された、互いに対して平行に配置された金属薄板からなることを特徴と
する請求項２に記載の装置。 - 【請求項４】 冷却装置（１０）は、大体において再結合器（８）の上方に
配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項５】 冷却装置（１０）の少なくとも１つの分離壁と再結合器（８
）が、互いに対して熱的に絶縁して配置されていることを特徴とする請求項１か
ら４のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項６】 冷却装置（１０）は、ガス混合物の流れ方向に下方へ向けて
配列されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項７】 冷却装置（４）と流れを乾燥させる装置（６）は、ガス混合
物流内で斜め下方へ向けて配置されていることを特徴とする請求項２から６のい
ずれか１項に記載の装置。 - 【請求項８】 再結合器（８）は、冷却装置（４）と流れを乾燥させる装置
（６）に対してほぼ平行に配置されていることを特徴とする請求項２から７のい
ずれか１項に記載の装置。 - 【請求項９】 ハウジング（２１ａ）が設けられており、その中に冷却装置
（４）、流れを乾燥させる装置（６）、再結合器（８）及び冷却装置（１０）が
配置されており、かつ前記ハウジングは入口（３１）と出口（３２）を有し、 冷却装置（４）と装置（６）の上流に、第１のタービン段（２２ａ）が配置さ
れており、 装置（６）と再結合器（８）との間に、第１の圧縮器段（２３ａ）が配置され
ており、 再結合器（８）と冷却装置（１０）との間に、第２のタービン段（２２ｂ）が
配置されており、かつ、 冷却装置（１０）の下流に、第２の圧縮器段（２３ｂ）が配置されている、 ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項１０】 冷却装置（１０）と第２の圧縮器段（２３ｂ）との間に、
流れを乾燥させる他の装置（６）が配置されていることを特徴とする請求項９に
記載の装置。 - 【請求項１１】 水素濃度を測定する少なくとも１つのセンサ（１７）が、
流れ方向において再結合器（８）の前に配置されていることを特徴とする請求項
１から１０のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項１２】 酸素を供給する装置（１８）が設けられており、その装置
はガス混合物に再結合器（８）へ流入する前に酸素を供給することを特徴とする
請求項１から１１のいずれか１項に記載の装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19801618.2 | 1998-01-17 | ||
| DE19801618A DE19801618C2 (de) | 1998-01-17 | 1998-01-17 | Vorrichtung zur katalytischen Umsetzung von Wasserstoff |
| PCT/EP1999/000107 WO1999036923A1 (de) | 1998-01-17 | 1999-01-11 | Vorrichtung zur katalytischen umsetzung von wasserstoff |
Publications (2)
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