JP2003510580A - 水素と水蒸気とを含有する混合ガスを処理するための装置 - Google Patents
水素と水蒸気とを含有する混合ガスを処理するための装置Info
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- 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
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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、水素と水蒸気とを含有する混合ガスを処理するための装置（３１）であって、実質的に逆Ｕ字形をなすダクト（３３）を形成するケーシング（３２）を具備してなり、混合ガスが、逆Ｕ字形の第１枝（３０１）を通して流入（３６）し、ダクト内を自然的に循環し、さらに、逆Ｕ字形の第２枝（３０２）を通って水素と水蒸気とが実質的に除去された状態で流出（３７）するよう、逆Ｕ字形の第１枝（３０１）の下部に配置されかつ冷却された冷間触媒的水素再結合手段（３８）と、逆Ｕ字形の第２枝（３０２）の上部に配置された水蒸気凝縮手段（３９）と、を具備している装置に関するものである。このような装置は、特に、重大事故発生時に水素と水蒸気とが蓄積されてしまうような原子炉容器内に設置することを意図している。
Description
【０００１】
本発明は、水素と水蒸気とを含有した例えば空気といったような混合ガスを処
理するための装置であって、混合ガス中に含有されている水素と水蒸気との双方
を除去し得るような装置に関するものである。
理するための装置であって、混合ガス中に含有されている水素と水蒸気との双方
を除去し得るような装置に関するものである。
【０００２】
本発明の属する技術分野は、水蒸気を除去する目的でまたは少なくとも水蒸気
濃度を低減するという目的で、かつ、混合ガス中に水素と水蒸気とが存在するこ
とに関連するリスクを除去する目的で、水素と水蒸気とを含有する特に空気とい
ったような混合ガスを処理するための装置という領域として定義することができ
る。
濃度を低減するという目的で、かつ、混合ガス中に水素と水蒸気とが存在するこ
とに関連するリスクを除去する目的で、水素と水蒸気とを含有する特に空気とい
ったような混合ガスを処理するための装置という領域として定義することができ
る。
【０００３】
このような装置は、深刻な事故状況時に水素と水蒸気とが発生したり蓄積した
りする可能性がある原子炉における、ケーシングすなわち原子炉容器といったよ
うな設備内において使用することを、特に意図している。
りする可能性がある原子炉における、ケーシングすなわち原子炉容器といったよ
うな設備内において使用することを、特に意図している。
【０００４】
例えばコア溶融といったような原子炉プラントにおける重大事故として可能な
シナリオを管理するために、現在、主要な２つのタイプの装置すなわち原子炉容
器構成要素が研究されている。
シナリオを管理するために、現在、主要な２つのタイプの装置すなわち原子炉容
器構成要素が研究されている。
【０００５】
第１のものは、いわゆる『容器コンデンサ』であり、第２のものは、いわゆる
『水素再結合器』である。
『水素再結合器』である。
【０００６】
コンデンサは、例えば、以下の文献に紹介されている。すなわち、J. DREIER
氏他による Proceedings of the 7th International Conference on Nuclear
Engineering, TOKYO, Japan, April 19-23, 1999 における“The PANDA tests
for the SWR 1 000 passive containment cooling system”という文献、および
、M. HUGGENBERGER 氏他による Proceedings of the 7th International
Conference on Nuclear Engineering, TOKYO, Japan, April 19-23, 1999 にお
ける“ESBWR related passive decay heat removal test in PANDA”という文献
に紹介されている。
氏他による Proceedings of the 7th International Conference on Nuclear
Engineering, TOKYO, Japan, April 19-23, 1999 における“The PANDA tests
for the SWR 1 000 passive containment cooling system”という文献、および
、M. HUGGENBERGER 氏他による Proceedings of the 7th International
Conference on Nuclear Engineering, TOKYO, Japan, April 19-23, 1999 にお
ける“ESBWR related passive decay heat removal test in PANDA”という文献
に紹介されている。
【０００７】
再結合器は、例えば、以下の文献に紹介されている。すなわち、F. ORIOLO 氏
他による Proceedings of the 7th International Conference on Nuclear
Engineering, TOKYO, Japan, April 19-23, 1999 における“An integrated
approach to the hydrogen challenge in the containment system of advanced
LWRs”という文献、および、W. ZAISS 氏による Proceedings of the 7th
International Conference on Nuclear Engineering, TOKYO, Japan, April 19-
23, 1999 における“Hydrogen-management in beyond design accident
conditions in NPP NECKER 2”という文献に紹介されている。
他による Proceedings of the 7th International Conference on Nuclear
Engineering, TOKYO, Japan, April 19-23, 1999 における“An integrated
approach to the hydrogen challenge in the containment system of advanced
LWRs”という文献、および、W. ZAISS 氏による Proceedings of the 7th
International Conference on Nuclear Engineering, TOKYO, Japan, April 19-
23, 1999 における“Hydrogen-management in beyond design accident
conditions in NPP NECKER 2”という文献に紹介されている。
【０００８】
容器コンデンサは、容器チャンバの圧力上昇を制限する目的で、空気と水素と
の存在下において、水蒸気を凝縮することを意図したものである。
の存在下において、水蒸気を凝縮することを意図したものである。
【０００９】
容器コンデンサの原理は、図１に示されている。
【００１０】
容器コンデンサは、通常、煙突またはケーシング（１）を備えている。ケーシ
ング内には複数のチューブ（２）が配置されている。冷却水が、チューブ（２）
内を循環している。
ング内には複数のチューブ（２）が配置されている。冷却水が、チューブ（２）
内を循環している。
【００１１】
複数のチューブを収容しているケーシング（１）は、原子炉容器の内部に配置
され、冷却水は、原子炉容器の外部に配置されたユニットから導入される。冷却
水は、ポンプによって強制的に循環することができる。あるいは、冷却水は、自
然対流によって循環することができる。
され、冷却水は、原子炉容器の外部に配置されたユニットから導入される。冷却
水は、ポンプによって強制的に循環することができる。あるいは、冷却水は、自
然対流によって循環することができる。
【００１２】
コンデンサに対しては、水蒸気リッチとされている空気と水蒸気と水素との混
合ガス（３）が供給される。凝縮現象が、冷却壁と入口部分との間における分圧
差を誘起し、冷却壁のところにおいて水蒸気を凝縮させて除去する。この分圧差
は、コンデンサ内に収容された混合ガスの自然循環移動（上から下に向けての移
動）の駆動現象である。この自然循環移動は、図１においては、矢印（３，４）
によって示されている。
合ガス（３）が供給される。凝縮現象が、冷却壁と入口部分との間における分圧
差を誘起し、冷却壁のところにおいて水蒸気を凝縮させて除去する。この分圧差
は、コンデンサ内に収容された混合ガスの自然循環移動（上から下に向けての移
動）の駆動現象である。この自然循環移動は、図１においては、矢印（３，４）
によって示されている。
【００１３】
水素再結合器は、原子炉容器チャンバ内に配置され、水素を除去して燃焼リス
クを低減するために、例えば白金といったような触媒の存在下において、水素と
空気中の酸素とを再結合させることを意図したものである。
クを低減するために、例えば白金といったような触媒の存在下において、水素と
空気中の酸素とを再結合させることを意図したものである。
【００１４】
この触媒反応は、実際、大いに発熱性の酸化反応（水素１ｋｇあたりにつき、
ｄｑ＝１．２１×１０8 Ｊ）であって、以下の式によって表される。 Ｈ2 ＋ １／２Ｏ2 → Ｈ2Ｏ ＋ ｄｑ
ｄｑ＝１．２１×１０8 Ｊ）であって、以下の式によって表される。 Ｈ2 ＋ １／２Ｏ2 → Ｈ2Ｏ ＋ ｄｑ
【００１５】
SIEMENS（登録商標） 社によるタイプの再結合器は、G. AVAKIAN 氏他による
Proceedings of 4th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid
Mechanics and Thermodynamics, EXHFT 4, Brussels, June 2-6, 1997 における
“Validation of a catalytic recombiner model for KALI experiments” とい
う文献に、より詳細に記載されている。
Proceedings of 4th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid
Mechanics and Thermodynamics, EXHFT 4, Brussels, June 2-6, 1997 における
“Validation of a catalytic recombiner model for KALI experiments” とい
う文献に、より詳細に記載されている。
【００１６】
図２に示されているこの再結合器は、鉛直方向ケーシングすなわち煙突（２１
）を備えている。ケーシング（２１）の底部には、複数のプレート（２２）が配
置されており、各プレートの両面は、触媒（白金合金）でもってコーティングさ
れている。
）を備えている。ケーシング（２１）の底部には、複数のプレート（２２）が配
置されており、各プレートの両面は、触媒（白金合金）でもってコーティングさ
れている。
【００１７】
発熱性触媒反応時には、プレート（２２）が加熱され、内部対流移動（２４）
（下から上に向けての内部対流移動）を自然的に誘起する。この内部対流移動に
より、再結合器に対して、水素リッチとされている空気と水蒸気と水素との混合
ガス（２３）が供給され、プレート（２２）が冷却される。
（下から上に向けての内部対流移動）を自然的に誘起する。この内部対流移動に
より、再結合器に対して、水素リッチとされている空気と水蒸気と水素との混合
ガス（２３）が供給され、プレート（２２）が冷却される。
【００１８】
水素含有量の少ない高温混合ガス（２５）が、上部から流出し、チャンバ内に
おいて混合される。
おいて混合される。
【００１９】
第１のものが水蒸気を除去するためのものとされ第２のものが水素を除去する
ためのものとされている上記２つの装置は、いくつかの利点を有している。すな
わち、共に受動的である、可動部を有していないことによりメンテナンスコスト
が低い、および、水蒸気を除去して水素との高圧共存というリスクを除去し燃焼
リスクを除去することができる、という利点を有している。
ためのものとされている上記２つの装置は、いくつかの利点を有している。すな
わち、共に受動的である、可動部を有していないことによりメンテナンスコスト
が低い、および、水蒸気を除去して水素との高圧共存というリスクを除去し燃焼
リスクを除去することができる、という利点を有している。
【００２０】
しかしながら、水素と水蒸気とを含有した例えば空気といったような混合ガス
を完全に処理するためには、原子炉容器チャンバ内の別々の場所においてこれら
２つの装置を個別的に使用する必要があり、多くのスペースを要するという問題
点がある。
を完全に処理するためには、原子炉容器チャンバ内の別々の場所においてこれら
２つの装置を個別的に使用する必要があり、多くのスペースを要するという問題
点がある。
【００２１】
加えて、水素結合器は、触媒反応が発熱性であることのために、自己点火によ
って容易に燃焼を開始してしまいかねないことにより、安全ではない。
って容易に燃焼を開始してしまいかねないことにより、安全ではない。
【００２２】
１９９８年６月に発行された T.K. BLANCHAT氏および A. MALLIAKOS 氏による
NUREG/CR - 6 580, SAND 97- 2 632, Sandia National Laboratoriesにおける“
Performance testing of passive autocatalytic recombiners”という文献には
、再結合器によって誘起された炎が観測され、この炎が、自己点火が再結合器の
入口において起こったかあるいは出口において起こったかに応じて、上向きにま
たは下向きに移動することが、記載されている。
NUREG/CR - 6 580, SAND 97- 2 632, Sandia National Laboratoriesにおける“
Performance testing of passive autocatalytic recombiners”という文献には
、再結合器によって誘起された炎が観測され、この炎が、自己点火が再結合器の
入口において起こったかあるいは出口において起こったかに応じて、上向きにま
たは下向きに移動することが、記載されている。
【００２３】
さらに、水素再結合器は、周囲のガス媒体を加熱し、触媒から放出されるエネ
ルギーは、原子炉容器チャンバ内に留まる。再結合器から放出されるガスは、非
常に高温であり、局所的な高温高圧をもたらす。
ルギーは、原子炉容器チャンバ内に留まる。再結合器から放出されるガスは、非
常に高温であり、局所的な高温高圧をもたらす。
【００２４】
最後に、水素の再結合は、時間的に遅いものである。G. AVAKIAN 氏他による
Proceedings of 7th International Conference on Nuclear Engineering,
TOKYO, Japan, April 19-23, 1999 における“Theoretical model of hydrogen
recombiner for a nuclear power plant”という文献には、触媒反応が、触媒部
分に向けて移動してくる水素の分子拡散によって制限されることが示されている
。このことは、触媒要素に対してのゆっくりとした水素供給をもたらし、触媒反
応を制限する。
Proceedings of 7th International Conference on Nuclear Engineering,
TOKYO, Japan, April 19-23, 1999 における“Theoretical model of hydrogen
recombiner for a nuclear power plant”という文献には、触媒反応が、触媒部
分に向けて移動してくる水素の分子拡散によって制限されることが示されている
。このことは、触媒要素に対してのゆっくりとした水素供給をもたらし、触媒反
応を制限する。
【００２５】
上記のことから、水素と水蒸気とを含有した混合ガスを処理するための装置で
あって、大きなスペースを必要とせず、また、チャンバ内において他の水素点火
や加熱を引き起こすことがなく、さらに、特に再結合反応に関して大いに効率的
な処理を行い得るような、装置が要望される。
あって、大きなスペースを必要とせず、また、チャンバ内において他の水素点火
や加熱を引き起こすことがなく、さらに、特に再結合反応に関して大いに効率的
な処理を行い得るような、装置が要望される。
【００２６】
また、水素の迅速な除去と水蒸気の確実な除去との双方を同時的に行い得るよ
うな装置が要望されている。
うな装置が要望されている。
【００２７】
本発明の目的は、水素と水蒸気とを含有した混合ガスを処理するための装置で
あって、とりわけ、上記要望を満たすとともに、従来技術の装置における不利益
や制限や欠陥や欠点を有しておらず、さらに、従来装置における問題点を解決し
得るような、装置を提供することである。
あって、とりわけ、上記要望を満たすとともに、従来技術の装置における不利益
や制限や欠陥や欠点を有しておらず、さらに、従来装置における問題点を解決し
得るような、装置を提供することである。
【００２８】
上記目的および他の目的は、本発明に基づいた、水素と水蒸気とを含有する混
合ガスを処理するための装置であって、実質的に逆Ｕ字形をなすダクトを形成す
るケーシングを具備してなり、混合ガスが、逆Ｕ字形の第１枝を通して流入し、
ダクト内を自然的に循環し、さらに、逆Ｕ字形の第２枝を通って水素と水蒸気と
が実質的に除去された状態で流出するよう、逆Ｕ字形の第１枝の下部に配置され
かつ冷却された冷間触媒的水素再結合手段と、逆Ｕ字形の第２枝の上部に配置さ
れた水蒸気凝縮手段と、を具備している装置によって得られる。
合ガスを処理するための装置であって、実質的に逆Ｕ字形をなすダクトを形成す
るケーシングを具備してなり、混合ガスが、逆Ｕ字形の第１枝を通して流入し、
ダクト内を自然的に循環し、さらに、逆Ｕ字形の第２枝を通って水素と水蒸気と
が実質的に除去された状態で流出するよう、逆Ｕ字形の第１枝の下部に配置され
かつ冷却された冷間触媒的水素再結合手段と、逆Ｕ字形の第２枝の上部に配置さ
れた水蒸気凝縮手段と、を具備している装置によって得られる。
【００２９】
本発明による装置は、上述したような従来装置の欠点を克服する。
【００３０】
本発明による装置は、水素再結合器とコンデンサとの双方が同一ケーシング内
に収容された極度にコンパクトなアセンブリを形成する。したがって、本発明に
よる装置は、水素と水蒸気とを含有した混合ガスの完全な処理のためには個別の
２つの部材が必要であってこれら２つの部材が互いに別々に配置され結果的に大
きなスペースが必要とされる従来技術と比較して、サイズが大いに低減される。
に収容された極度にコンパクトなアセンブリを形成する。したがって、本発明に
よる装置は、水素と水蒸気とを含有した混合ガスの完全な処理のためには個別の
２つの部材が必要であってこれら２つの部材が互いに別々に配置され結果的に大
きなスペースが必要とされる従来技術と比較して、サイズが大いに低減される。
【００３１】
混合ガスを処理するために必要とされる従来技術による２つの部材を単純な態
様でもって単一装置内において組み合わせることにより、従来技術における各部
材の欠点を排除できるとともに、後述するような多くの理由によって非自明であ
るような予期でない利点がもたらされる。
様でもって単一装置内において組み合わせることにより、従来技術における各部
材の欠点を排除できるとともに、後述するような多くの理由によって非自明であ
るような予期でない利点がもたらされる。
【００３２】
本発明による装置は、また、冷間触媒的水素再結合手段を冷却することによっ
て得られる冷間触媒作用という、従来技術とは逆のまた従来技術では予期し得な
いような使用方法を採用することにより、例えば自己点火リスクといったような
触媒部分の加熱に基づく問題点も、解決する。
て得られる冷間触媒作用という、従来技術とは逆のまた従来技術では予期し得な
いような使用方法を採用することにより、例えば自己点火リスクといったような
触媒部分の加熱に基づく問題点も、解決する。
【００３３】
本発明においては、驚くべきことに、冷間触媒の使用は、再結合器の効率を悪
くするものではない。逆に、本発明による装置においては、再結合器の動作安全
性が、大いに向上する。
くするものではない。逆に、本発明による装置においては、再結合器の動作安全
性が、大いに向上する。
【００３４】
従来装置においては触媒部分が高温であることのために自然対流によって水素
供給が確保されることにより触媒部分を冷却した場合には再結合器に対して水素
が供給されなくなると思われることにより、触媒部分を冷却することと、同時に
再結合器の効率を向上させることとは、一見、矛盾しているように思われるかも
しれない。本発明者らは、再結合のために冷間触媒を使用した場合でも、当該技
術分野における常識に反し予期される結果を覆す。これは、水素再結合器とコン
デンサとを同一ケーシング内において直列的に使用することによって、触媒作用
現象と自然対流による再結合器への供給とを別々に行うことを実質的にベースと
した原理に基づいた、本発明による装置の特定構造によって得られる。
供給が確保されることにより触媒部分を冷却した場合には再結合器に対して水素
が供給されなくなると思われることにより、触媒部分を冷却することと、同時に
再結合器の効率を向上させることとは、一見、矛盾しているように思われるかも
しれない。本発明者らは、再結合のために冷間触媒を使用した場合でも、当該技
術分野における常識に反し予期される結果を覆す。これは、水素再結合器とコン
デンサとを同一ケーシング内において直列的に使用することによって、触媒作用
現象と自然対流による再結合器への供給とを別々に行うことを実質的にベースと
した原理に基づいた、本発明による装置の特定構造によって得られる。
【００３５】
同一ケーシング内に２つの部材を共存させた場合、本発明において特定の配置
関係とされた２つの部材の一方をなすコンデンサが、対流移動を誘起する。これ
により、再結合器に対して水素リッチの混合ガスを供給することができる。すな
わち、再結合器を冷却したままであっても、触媒による水素再結合を効率よく行
うことができる。
関係とされた２つの部材の一方をなすコンデンサが、対流移動を誘起する。これ
により、再結合器に対して水素リッチの混合ガスを供給することができる。すな
わち、再結合器を冷却したままであっても、触媒による水素再結合を効率よく行
うことができる。
【００３６】
言い換えれば、本発明の基本的特徴点においては、本発明による装置の内部に
おける循環は、全体的に自然的なものであって、コンデンサの水蒸気凝縮作用に
よってもたらされる。
おける循環は、全体的に自然的なものであって、コンデンサの水蒸気凝縮作用に
よってもたらされる。
【００３７】
また、本発明による装置の特定構造によれば、本発明による装置のケーシング
内において発生するエネルギーを容易に除去できることにより、本発明による装
置が収容される原子炉容器チャンバの過度の加熱というリスクを排除することが
できる。
内において発生するエネルギーを容易に除去できることにより、本発明による装
置が収容される原子炉容器チャンバの過度の加熱というリスクを排除することが
できる。
【００３８】
言い換えれば、本発明による装置はコンパクトであり、全体的に受動的なもの
とすることができ、冷却状態で完全に安全な状態での触媒による迅速な水素再結
合と、水蒸気の凝縮と、の双方を行うことができ、好ましい一応用例においては
、原子炉容器の加圧を避けることができる。
とすることができ、冷却状態で完全に安全な状態での触媒による迅速な水素再結
合と、水蒸気の凝縮と、の双方を行うことができ、好ましい一応用例においては
、原子炉容器の加圧を避けることができる。
【００３９】
有利には、本発明においては、冷間触媒的水素再結合手段と水蒸気凝縮手段と
は、自然対流によって受動的に冷却される。
は、自然対流によって受動的に冷却される。
【００４０】
そのため、本発明による装置は、有利には、完全に受動的な態様で動作させる
ことができ、可動部材も外部供給手段も一切使用しなくても良い。
ことができ、可動部材も外部供給手段も一切使用しなくても良い。
【００４１】
有利には、本発明においては、冷間触媒的水素再結合手段は、片面だけに触媒
が適用されている平面プレートから形成され、これらプレートは、鉛直方向を向
いて配置されるあるいは傾斜して配置される。
が適用されている平面プレートから形成され、これらプレートは、鉛直方向を向
いて配置されるあるいは傾斜して配置される。
【００４２】
プレートの非触媒面が、平滑とすることができる。あるいは、プレートの非触
媒面には、熱交換機能を向上させる部材を付設することができる。すなわち、非
触媒面の効率の良い冷却を可能とする部材を付設することができる。
媒面には、熱交換機能を向上させる部材を付設することができる。すなわち、非
触媒面の効率の良い冷却を可能とする部材を付設することができる。
【００４３】
熱交換機能を向上させる部材は、ベーンや、この目的のために好適であること
が当業者に公知であるような任意の他の部材、とすることができる。
が当業者に公知であるような任意の他の部材、とすることができる。
【００４４】
本発明の他の実施形態においては、冷間触媒的水素再結合手段は、例えば水と
いったような冷却材が内部を循環するチューブから形成することができる。
いったような冷却材が内部を循環するチューブから形成することができる。
【００４５】
好ましくは、本発明においては、冷間触媒的水素再結合手段は、再結合効率を
向上させ得るよう、小さなサイズのものとされる。
向上させ得るよう、小さなサイズのものとされる。
【００４６】
小さなサイズという用語は、特に、冷間触媒的水素再結合手段のサイズが、ダ
クトのサイズと比較して小さいことを意味している。そのため、冷間触媒的水素
再結合手段が平面プレートまたは傾斜プレートから形成されている場合には、プ
レートの特徴的サイズ、すなわち、プレートの高さが、できるだけ小さいものと
される。これにより、触媒部分の底部作用エッジにおける再結合効率が、最大と
される。例えば、プレートの高さは、１ｃｍ〜３ｃｍとすることができる。
クトのサイズと比較して小さいことを意味している。そのため、冷間触媒的水素
再結合手段が平面プレートまたは傾斜プレートから形成されている場合には、プ
レートの特徴的サイズ、すなわち、プレートの高さが、できるだけ小さいものと
される。これにより、触媒部分の底部作用エッジにおける再結合効率が、最大と
される。例えば、プレートの高さは、１ｃｍ〜３ｃｍとすることができる。
【００４７】
本発明においては、水蒸気凝縮手段は、有利には、例えば水といったような冷
却材が内部を循環するチューブから形成される。
却材が内部を循環するチューブから形成される。
【００４８】
好ましくは、チューブは、水平面に対して傾斜したチューブとされ、冷却材が
、自然対流によって受動的に循環するものとされる。この場合、冷却液体の循環
は、いわゆる『開放回路型』のものとすることができる。あるいは、冷却材の循
環は、閉塞回路内において行うこともでき、その場合には、閉塞回路内に、熱交
換手段が設けられる。
、自然対流によって受動的に循環するものとされる。この場合、冷却液体の循環
は、いわゆる『開放回路型』のものとすることができる。あるいは、冷却材の循
環は、閉塞回路内において行うこともでき、その場合には、閉塞回路内に、熱交
換手段が設けられる。
【００４９】
しかしながら、強制循環を行うために例えばポンプといったような手段が容易
に利用可能である場合には、冷却材を、強制循環によってチューブ内にわたって
循環させることができる。
に利用可能である場合には、冷却材を、強制循環によってチューブ内にわたって
循環させることができる。
【００５０】
本発明による装置は、水素と水蒸気とを含有した混合ガスの処理のために使用
することができる。
することができる。
【００５１】
好ましくは、混合ガスは、水素と水蒸気とを含有した空気とされ、例えば、２
〜１０％の水素と１０〜９０％の水蒸気（湿潤分子濃度）とを含有した空気とさ
れる。
〜１０％の水素と１０〜９０％の水蒸気（湿潤分子濃度）とを含有した空気とさ
れる。
【００５２】
混合ガスは、特に、産業用施設や他の施設内の閉塞チャンバの内部の雰囲気を
なす空気とされる。
なす空気とされる。
【００５３】
本発明による装置は、重大事故発生時に水素と水蒸気とが生成して蓄積される
可能性がある原子炉のチャンバまたは容器ケーシングといったような設備内にお
いて使用することを、特に意図している。
可能性がある原子炉のチャンバまたは容器ケーシングといったような設備内にお
いて使用することを、特に意図している。
【００５４】
本発明による装置は、水蒸気を凝縮し、これにより、容器内圧力の上昇を制限
する。これと同時に、水素を除去して、爆発リスクを排除する。
する。これと同時に、水素を除去して、爆発リスクを排除する。
【００５５】
本発明の他の特徴点および利点は、添付図面を参照しつつ、本発明を制限する
ものではなく本発明の例示のための以下の説明を読むことにより、明瞭となるで
あろう。
ものではなく本発明の例示のための以下の説明を読むことにより、明瞭となるで
あろう。
【００５６】
図３は、本発明による装置を示している。この装置（３１）は、ケーシング（
３２）を備えている。ケーシング（３２）は、入口（３４）および出口（３５）
を有したダクトまたはコンジット（３３）を形成している。このようなダクト（
３３）は、実質的に逆Ｕ字形状とされており、逆Ｕ字形状における各枝（３０１
，３０２）が、実質的に鉛直方向を向いて配置され、混合ガスに対するチャネル
となっている。
３２）を備えている。ケーシング（３２）は、入口（３４）および出口（３５）
を有したダクトまたはコンジット（３３）を形成している。このようなダクト（
３３）は、実質的に逆Ｕ字形状とされており、逆Ｕ字形状における各枝（３０１
，３０２）が、実質的に鉛直方向を向いて配置され、混合ガスに対するチャネル
となっている。
【００５７】
ダクト（３３）は、さらに、逆Ｕ字形状におけるバー部分（３０３）を有して
おり、このバー部分は、実質的に水平方向を向いて配置され、逆Ｕ字形状におけ
る２つの枝（３０１，３０２）を連結している。
おり、このバー部分は、実質的に水平方向を向いて配置され、逆Ｕ字形状におけ
る２つの枝（３０１，３０２）を連結している。
【００５８】
水素と水蒸気とを含有した例えば空気といったような、処理対象をなす混合ガ
スは、ダクト（３３）がなす逆Ｕ字形状における第１枝（３０１）を通って装置
内を流通し（矢印３６）、ダクト内を自然に循環し、そして、ダクト（３３）が
なす逆Ｕ字形状における第２枝（３０２）を通り、水素と水蒸気とが実質的に存
在しない状態で流出する（矢印３７）。
スは、ダクト（３３）がなす逆Ｕ字形状における第１枝（３０１）を通って装置
内を流通し（矢印３６）、ダクト内を自然に循環し、そして、ダクト（３３）が
なす逆Ｕ字形状における第２枝（３０２）を通り、水素と水蒸気とが実質的に存
在しない状態で流出する（矢印３７）。
【００５９】
例示するならば、処理対象をなす混合ガスは、２〜１０％の水素と、１０〜９
０％の水蒸気（湿潤分子濃度）と、を含有している。
０％の水蒸気（湿潤分子濃度）と、を含有している。
【００６０】
触媒部分（３８）によって形成された冷間触媒的水素再結合手段が、逆Ｕ字形
の第１枝（３０１）の下部に配置されている。この手段は、受動システムによっ
て冷却されることが好ましい。『下部』という用語は、触媒部分（３８）が、（
装置が鉛直方向に配置されている場合に）逆Ｕ字形の第１枝（３０１）の高さ方
向の中点を超えないような高さ位置に配置されることを意味している。例えばコ
ンデンサ（３９）といったような水蒸気凝縮手段が、逆Ｕ字形の第２枝（３０２
）（出口側の枝）の上部に配置されている。このコンデンサは、後述のような自
然対流によって冷却される部材によって構成されることが好ましい。
の第１枝（３０１）の下部に配置されている。この手段は、受動システムによっ
て冷却されることが好ましい。『下部』という用語は、触媒部分（３８）が、（
装置が鉛直方向に配置されている場合に）逆Ｕ字形の第１枝（３０１）の高さ方
向の中点を超えないような高さ位置に配置されることを意味している。例えばコ
ンデンサ（３９）といったような水蒸気凝縮手段が、逆Ｕ字形の第２枝（３０２
）（出口側の枝）の上部に配置されている。このコンデンサは、後述のような自
然対流によって冷却される部材によって構成されることが好ましい。
【００６１】
『上部』という用語は、コンデンサ（３９）が、逆Ｕ字形の第２枝（３０２）
の高さ方向の中点を超えた高さ位置に配置されることを意味している。
の高さ方向の中点を超えた高さ位置に配置されることを意味している。
【００６２】
コンデンサは、好ましくは、傾斜した冷却チューブから構成することができる
。傾斜した冷却チューブ内においては、好ましくは冷水（すなわち、例えば２０
〜１００℃という温度の水）といったような冷却材が、自然対流によって好まし
くは受動的な態様でもって、循環する。
。傾斜した冷却チューブ内においては、好ましくは冷水（すなわち、例えば２０
〜１００℃という温度の水）といったような冷却材が、自然対流によって好まし
くは受動的な態様でもって、循環する。
【００６３】
図４は、本発明による装置におけるコンデンサをなす複数の傾斜チューブの中
の１本（４１）を示している。
の１本（４１）を示している。
【００６４】
この傾斜チューブ（４１）は、水平面に対して、全体的に１０〜３０°といっ
たような角度（α）を有している。この傾斜チューブ内においては、自然対流に
よって、矢印（４２）によって示された向きにすなわち下から上に向けて、冷却
材が循環している。
たような角度（α）を有している。この傾斜チューブ内においては、自然対流に
よって、矢印（４２）によって示された向きにすなわち下から上に向けて、冷却
材が循環している。
【００６５】
図５は、本発明による装置におけるコンデンサの第１実施形態を示しており、
水平面に対して傾斜している（図４参照）とともに自然対流によって受動的な態
様でもって内部を冷却材が循環している複数のチューブを備えている。
水平面に対して傾斜している（図４参照）とともに自然対流によって受動的な態
様でもって内部を冷却材が循環している複数のチューブを備えている。
【００６６】
この第１実施形態においては、冷却材の循環は、『開放回路型』循環である。
【００６７】
より詳細には、コンデンサ（５１）は、傾斜チューブ（５２，５３，５４）を
備えており、これらチューブの外部を、空気と水蒸気と水素との混合ガスが循環
するものとされている（矢印５５）。図５においては、３つのチューブが図示さ
れているけれども、コンデンサは、実質的に任意数のチューブを有することがで
きる。コンデンサのチューブに対しては、単に重力の作用によって、例えば水と
いったような冷却材が供給される。冷却材は、例えば原子炉プラントの容器内に
配置された本発明による装置のケーシングをなす上壁よりも高い位置に配置され
た例えばプール（５８）といったような大容量リザーバから派生するチューブ（
５６）によって、供給される（矢印５７）。
備えており、これらチューブの外部を、空気と水蒸気と水素との混合ガスが循環
するものとされている（矢印５５）。図５においては、３つのチューブが図示さ
れているけれども、コンデンサは、実質的に任意数のチューブを有することがで
きる。コンデンサのチューブに対しては、単に重力の作用によって、例えば水と
いったような冷却材が供給される。冷却材は、例えば原子炉プラントの容器内に
配置された本発明による装置のケーシングをなす上壁よりも高い位置に配置され
た例えばプール（５８）といったような大容量リザーバから派生するチューブ（
５６）によって、供給される（矢印５７）。
【００６８】
例えば水といったような冷却流体は、傾斜チューブ（５２，５３，５４）を通
って流通するにつれて加熱され、自然対流によってチューブ（５９）を通って上
昇する（矢印５１０）。そして、リザーバまたはプール（５８）内の大量の液体
（５１１）に混合され、冷却される。
って流通するにつれて加熱され、自然対流によってチューブ（５９）を通って上
昇する（矢印５１０）。そして、リザーバまたはプール（５８）内の大量の液体
（５１１）に混合され、冷却される。
【００６９】
図６は、本発明による装置におけるコンデンサの第２実施形態を示しており、
水平面に対して傾斜している（図４参照）とともに自然対流によって受動的な態
様でもって内部を冷却材が循環している複数のチューブを備えている。
水平面に対して傾斜している（図４参照）とともに自然対流によって受動的な態
様でもって内部を冷却材が循環している複数のチューブを備えている。
【００７０】
この第２実施形態においては、冷却材の循環は、『閉塞回路型』システムを形
成している。この実施形態（同一の参照符号が使用されている）は、図５の実施
形態と比較して、リザーバまたはプール（５８）のところにまでチューブ（５９
）を通って上昇した冷却材が、リザーバまたはプール内に収容されている大量の
液体（５１１）内へと直接的に混合されるのではなく、例えば液体（５１１）内
に浸漬されている熱交換器（６１）へと連通している点のみにおいて相違してい
る。冷却材は、熱交換器（６１）の内部において冷却された後、ダクト（５６）
を通してコンデンサへと再循環される。
成している。この実施形態（同一の参照符号が使用されている）は、図５の実施
形態と比較して、リザーバまたはプール（５８）のところにまでチューブ（５９
）を通って上昇した冷却材が、リザーバまたはプール内に収容されている大量の
液体（５１１）内へと直接的に混合されるのではなく、例えば液体（５１１）内
に浸漬されている熱交換器（６１）へと連通している点のみにおいて相違してい
る。冷却材は、熱交換器（６１）の内部において冷却された後、ダクト（５６）
を通してコンデンサへと再循環される。
【００７１】
第３実施形態として、例えばポンプといったような循環手段が容易に利用可能
であるために自然循環が利点をもたらさない場合においては、例えば水といった
ような冷却材を、例えばポンプといったような循環手段の作用による強制循環に
よって、コンデンサチューブ内を循環させることができる。この場合には、チュ
ーブは、必ずしも傾斜させる必要はない。この実施形態は、図６の実施形態に循
環ポンプを付加した実施形態に実質的に対応している。
であるために自然循環が利点をもたらさない場合においては、例えば水といった
ような冷却材を、例えばポンプといったような循環手段の作用による強制循環に
よって、コンデンサチューブ内を循環させることができる。この場合には、チュ
ーブは、必ずしも傾斜させる必要はない。この実施形態は、図６の実施形態に循
環ポンプを付加した実施形態に実質的に対応している。
【００７２】
図２に示されたものと実質的に同様の構造とされる水素再結合器は、片面だけ
に触媒が適用された平面状鉛直方向プレートから形成することができる。
に触媒が適用された平面状鉛直方向プレートから形成することができる。
【００７３】
これらプレートの非触媒面は、図７に示すように、平滑なものとすることがで
きる。図７に図示されたタイプのプレートの片面は、触媒成膜体（７１）を有し
ており、他の面は、平滑な非触媒面（７２）とされている。
きる。図７に図示されたタイプのプレートの片面は、触媒成膜体（７１）を有し
ており、他の面は、平滑な非触媒面（７２）とされている。
【００７４】
また、プレートの非触媒面には、図８に示すように、例えば鉛直方向ベーンと
いったような熱交換機能を補強する部材を付設することができる。図８に図示さ
れたタイプのプレートの片面は、触媒成膜体（８１）を有しており、他の面は、
ベーン（８２）を有したベーン付き非触媒面とされている。
いったような熱交換機能を補強する部材を付設することができる。図８に図示さ
れたタイプのプレートの片面は、触媒成膜体（８１）を有しており、他の面は、
ベーン（８２）を有したベーン付き非触媒面とされている。
【００７５】
いずれにしても、プレートの高さは、再結合効率を最大化し得るよう、できる
だけ低いものでなければならない。例えば、１ｃｍ〜３ｃｍという高さが提案さ
れる。
だけ低いものでなければならない。例えば、１ｃｍ〜３ｃｍという高さが提案さ
れる。
【００７６】
水素再結合器は、コンデンサチューブの場合と同じ原理に従って冷水が内部を
循環しているようなチューブから形成することができる。この場合のチューブは
、傾斜しているものでも傾斜していないものでも構わない。コンデンサチューブ
の原理については、図４およびそれに関連する説明を参照することができる。
循環しているようなチューブから形成することができる。この場合のチューブは
、傾斜しているものでも傾斜していないものでも構わない。コンデンサチューブ
の原理については、図４およびそれに関連する説明を参照することができる。
【００７７】
このタイプのチューブは、図９に示されている。冷水がチューブの内部を矢印
（９１）の向きに循環しているとともに、チューブの外面（９２）には、触媒が
適用されている。
（９１）の向きに循環しているとともに、チューブの外面（９２）には、触媒が
適用されている。
【図１】 従来技術による原子炉容器コンデンサを示す斜視図である。
【図２】 従来技術による水素再結合器を示す斜視図である。
【図３】 本発明による装置を示す斜視図である。
【図４】 本発明による装置における水蒸気コンデンサのチューブを示す斜
視図である。
視図である。
【図５】 本発明による装置におけるコンデンサ形成部分の第１実施形態（
開放回路型）を示す鉛直方向断面図である。
開放回路型）を示す鉛直方向断面図である。
【図６】 本発明による装置におけるコンデンサ形成部分の第２実施形態（
閉塞回路型）を示す鉛直方向断面図である。
閉塞回路型）を示す鉛直方向断面図である。
【図７】 水素再結合器におけるプレートであって非触媒面が平滑とされた
プレートを示す斜視図である。
プレートを示す斜視図である。
【図８】 水素再結合器におけるプレートであって非触媒面にベーンが形成
されているプレートを示す斜視図である。
されているプレートを示す斜視図である。
【図９】 本発明による装置における水素再結合器形成部分のチューブを示
す斜視図である。
す斜視図である。
３１ 装置
３２ ケーシング
３３ ダクト
３８ 触媒部分（冷間触媒的水素再結合手段）
３９ コンデンサ（水蒸気凝縮手段）
４１ チューブ
５２ チューブ
５３ チューブ
５４ チューブ
６１ 熱交換器（熱交換手段）
７２ 非触媒面
８２ ベーン（熱交換機能を向上させる部材）
３０１ 第１枝
３０２ 第２枝
Claims (14)
- 【請求項１】 水素と水蒸気とを含有する混合ガスを処理するための装置（
３１）であって、 実質的に逆Ｕ字形をなすダクト（３３）を形成するケーシング（３２）を具備
してなり、 前記混合ガスが、前記逆Ｕ字形の第１枝（３０１）を通して流入（３６）し、
前記ダクト内を自然的に循環し、さらに、前記逆Ｕ字形の第２枝（３０２）を通
って水素と水蒸気とが実質的に除去された状態で流出（３７）するよう、前記装
置は、前記逆Ｕ字形の前記第１枝（３０１）の下部に配置されかつ冷却された冷
間触媒的水素再結合手段（３８）と、前記逆Ｕ字形の前記第２枝（３０２）の上
部に配置された水蒸気凝縮手段（３９）と、を具備していることを特徴とする装
置。 - 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記冷間触媒的水素再結合手段（３８）と前記水蒸気凝縮手段（３９）とが、
自然対流によって受動的に冷却されていることを特徴とする装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の装置において、 前記冷間触媒的水素再結合手段（３８）が、片面だけに触媒が適用されている
平面プレートから形成され、該プレートは、鉛直方向を向いて配置されているあ
るいは傾斜して配置されていることを特徴とする装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の装置において、 前記プレートの非触媒面が、平滑とされていることを特徴とする装置。
- 【請求項５】 請求項３記載の装置において、 前記プレートの非触媒面が、熱交換機能を向上させる部材を有していることを
特徴とする装置。 - 【請求項６】 請求項５記載の装置において、 前記熱交換機能を向上させる部材が、ベーンであることを特徴とする装置。
- 【請求項７】 請求項１記載の装置において、 前記冷間触媒的水素再結合手段が、前記ダクトのサイズと比較して小さなサイ
ズのものとされていることを特徴とする装置。 - 【請求項８】 請求項１記載の装置において、 前記冷間触媒的水素再結合手段が、例えば水といったような冷却材が内部を循
環するチューブから形成されていることを特徴とする装置。 - 【請求項９】 請求項１記載の装置において、 前記水蒸気凝縮手段が、例えば水といったような冷却材が内部を循環するチュ
ーブから形成されていることを特徴とする装置。 - 【請求項１０】 請求項９記載の装置において、 前記チューブが、水平面に対して傾斜したチューブであり、 前記冷却材が、自然対流によって受動的に循環するものとされていることを特
徴とする装置。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の装置において、 前記冷却材の循環が、開放回路型であることを特徴とする装置。
- 【請求項１２】 請求項１０記載の装置において、 前記冷却材の循環が、閉塞回路型であり、 該閉塞回路が、熱交換手段を有していることを特徴とする装置。
- 【請求項１３】 請求項９記載の装置において、 前記冷却材が、強制循環によって前記チューブ内を循環するものとされている
ことを特徴とする装置。 - 【請求項１４】 請求項１〜１３のいずれかに記載の装置において、 前記混合ガスが、水素と水蒸気とを含有した空気であることを特徴とする装置
。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9911647A FR2798600B1 (fr) | 1999-09-17 | 1999-09-17 | Appareil de traitement d'un melange gazeux contenant de l'hydrogene et de la vapeur d'eau |
| FR99/11647 | 1999-09-17 | ||
| PCT/FR2000/002561 WO2001022427A1 (fr) | 1999-09-17 | 2000-09-15 | Appareil de traitement d'un melange gazeux contenant de l'hydrogene et de la vapeur d'eau |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003510580A true JP2003510580A (ja) | 2003-03-18 |
Family
ID=9549963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001525709A Withdrawn JP2003510580A (ja) | 1999-09-17 | 2000-09-15 | 水素と水蒸気とを含有する混合ガスを処理するための装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003510580A (ja) |
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