JP2013185968A - Hydrogen removal device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen removal device capable of removing a large amount of hydrogen generated in a facility having a reactor pressure vessel.SOLUTION: A hydrogen removal device 100 which is provided in a facility having a reactor pressure vessel 1 and removes hydrogen generated in the facility in an accident includes a device main body 10 having a nitrogen storage alloy 11 discharging nitrogen into the facility by heating in the accident. A heating device capable of heating the nitrogen storage alloy can be provided in the device main body 10.

Description

本発明は、原子炉圧力容器を有する設備内に設けられ、例えば事故時にｍｅｔａｌ−ｗａｔｅｒ反応により設備内に発生した水素を除去する水素除去装置に関する。   The present invention relates to a hydrogen removal apparatus that is provided in a facility having a reactor pressure vessel and removes hydrogen generated in the facility by a metal-water reaction at the time of an accident, for example.

原子力発電所等に設置される原子炉では、原子炉圧力容器内部で発生した熱を排熱して、該排熱を電力に変換するため、冷却水等の冷却材が用いられている。
加圧水型原子炉では、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電している。 In a nuclear reactor installed in a nuclear power plant or the like, a coolant such as cooling water is used in order to exhaust heat generated inside the reactor pressure vessel and convert the exhaust heat into electric power.
In pressurized water reactors, light water is used as a reactor coolant and neutron moderator, and high-temperature and high-pressure water that does not boil throughout the primary system is sent to a steam generator to generate steam by heat exchange. This steam is sent to a turbine generator to generate electricity.

このように構成された原子力発電プラントにて、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）または過渡事象（トランジェント）が発生した場合、非常用炉心冷却装置（ＥＣＣＳ）が作動し、原子炉容器の内部の炉心を冷却することで発生する熱を十分に除去するようにしている。更に外部電源喪失時も、隔離時冷却系による炉心冷却が行なわれる。
ところが、事故や災害の発生時には、長期の電源の喪失等により、隔離時冷却系停止後も緊急炉心冷却装置が稼動できず、冷却材による冷却機能が喪失する可能性がある。 When a loss of coolant accident (LOCA) or a transient event (transient) occurs in a nuclear power plant configured in this way, an emergency core cooling system (ECCS) is activated, and the core inside the reactor vessel is Heat generated by cooling is sufficiently removed. Furthermore, even when the external power supply is lost, the core is cooled by the isolation cooling system.
However, when an accident or disaster occurs, the emergency core cooling device cannot be operated even after the cooling system is shut down due to a long-term loss of the power supply, and the cooling function by the coolant may be lost.

冷却機能の喪失により、圧力容器内部の、燃料集合体燃料被覆管の温度が上昇すると、水蒸気と燃料被覆管の材料であるジルコニウムとが反応し（Ｍｅｔａｌ−Ｗａｔｅｒ反応）、短時間で水素が発生する。また、冷却材として水を用いていた場合、水が放射線によって放射線分解されることで水素及び酸素が発生する。こうして発生した水素は、原子炉圧力容器内の圧力上昇を抑制し、圧力容器の損傷を抑えるためにベントを行った場合や、原子炉圧力容器の壁面に損傷があった場合に、原子炉圧力容器から外部の設備、例えば原子炉格納容器等の内部に流出してしまう。   When the temperature of the fuel assembly fuel cladding tube inside the pressure vessel rises due to the loss of the cooling function, the water vapor reacts with zirconium which is the material of the fuel cladding tube (Metal-Water reaction), and hydrogen is generated in a short time. To do. Further, when water is used as the coolant, hydrogen and oxygen are generated by the radiolysis of the water by radiation. The hydrogen generated in this way suppresses the pressure rise in the reactor pressure vessel, and when venting is performed to suppress damage to the pressure vessel or when the reactor pressure vessel wall is damaged, It will flow out of the vessel to the inside of the external equipment such as a reactor containment vessel.

この状態が継続し、水素濃度が４％以上かつ酸素濃度が５％以上となると、水素が発火しやすい状態となり、水素爆発を引き起こす可能性がある。水素爆発が起こると、格納容器が破損し、放射性物質が外部に広範に拡散されてしまう可能性がある。また更に水素濃度が１８％以上となると、より大きな破壊力を伴う水素爆轟を生じ、圧力容器をも含めた、広範な破壊を生じる可能性がある。   If this state continues and the hydrogen concentration is 4% or more and the oxygen concentration is 5% or more, hydrogen is likely to ignite, which may cause a hydrogen explosion. When a hydrogen explosion occurs, the containment vessel may be damaged, and radioactive materials may diffuse widely to the outside. Further, when the hydrogen concentration is 18% or more, hydrogen detonation with a greater destructive force is generated, and there is a possibility of causing a wide range of destruction including the pressure vessel.

ここで、格納容器内の水素除去装置として、触媒により、格納容器内雰囲気中に存在する窒素と発生した水素を反応させてアンモニアを生成することで、格納容器内の水素を除去する技術が知られている。（例えば、特許文献１参照）。   Here, as a hydrogen removing device in the containment vessel, a technology for removing hydrogen in the containment vessel by generating ammonia by reacting nitrogen generated in the atmosphere in the containment vessel with generated hydrogen by a catalyst is known. It has been. (For example, refer to Patent Document 1).

特開２０１１−１０６９１７号公報JP 2011-106917 A

しかしながら、特許文献１の水素除去装置では、格納容器内雰囲気中に存在する窒素を利用しているため、水素と反応させることができる窒素の量に制限があった。そのため、水素が多量に発生した場合、格納容器内雰囲気中の窒素が不足してしまうおそれがある。   However, since the hydrogen removing apparatus of Patent Document 1 uses nitrogen present in the atmosphere in the containment vessel, there is a limit to the amount of nitrogen that can be reacted with hydrogen. Therefore, when a large amount of hydrogen is generated, there is a possibility that nitrogen in the atmosphere in the containment vessel is insufficient.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、原子炉圧力容器を有する設備内に多量に発生した水素を除去することが可能な水素除去装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a hydrogen removal apparatus capable of removing a large amount of hydrogen generated in equipment having a reactor pressure vessel. .

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明は、原子炉圧力容器を有する設備内に設けられ、事故時に前記設備内に生成される水素を除去する水素除去装置であって、前記事故時に加熱されることにより、前記設備内に窒素を放出する窒素吸蔵合金を有する装置本体を備えることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The present invention is a hydrogen removal apparatus that is provided in a facility having a reactor pressure vessel and removes hydrogen generated in the facility at the time of an accident. An apparatus main body having a nitrogen storage alloy that releases oxygen is provided.

このような水素除去装置によれば、窒素吸蔵合金により、設備内雰囲気中に存在する窒素よりも多量の窒素を、設備内に放出させることができる。このため、設備内に多量の水素が発生した場合でも、アンモニア生成反応を十分に行うことができる。
なお、窒素吸蔵合金から放出された窒素が、活性の高い単原子である場合は、触媒がなくとも水素と化合するため、アンモニア生成反応を十分に行う事ができる。 According to such a hydrogen removing apparatus, a larger amount of nitrogen than nitrogen existing in the facility atmosphere can be released into the facility by the nitrogen storage alloy. For this reason, even when a large amount of hydrogen is generated in the facility, the ammonia generation reaction can be sufficiently performed.
In addition, when the nitrogen released from the nitrogen storage alloy is a highly active single atom, it combines with hydrogen without a catalyst, so that the ammonia generation reaction can be sufficiently performed.

上記水素除去装置において、上記装置本体が、前記窒素吸蔵合金を加熱可能な加熱装置を備えることを特徴としている。   In the hydrogen removal apparatus, the apparatus main body includes a heating device capable of heating the nitrogen storage alloy.

この構成によれば、加熱装置により窒素吸蔵合金を加熱することで、さらに多量の窒素を、設備内に放出することができる。   According to this configuration, a larger amount of nitrogen can be released into the facility by heating the nitrogen storage alloy with the heating device.

上記の水素除去装置において、前記加熱装置は、前記設備の外部に設けられた電源と接続可能なケーブルを有し、前記装置本体が、前記設備の内壁面近傍に設けられていることを特徴としている。   In the hydrogen removal apparatus, the heating device has a cable that can be connected to a power source provided outside the equipment, and the device main body is provided in the vicinity of an inner wall surface of the equipment. Yes.

この構成によれば、外部電源により加熱装置を制御することにより、窒素の放出量を制御することができる。   According to this configuration, the amount of nitrogen released can be controlled by controlling the heating device with an external power source.

上記の水素除去装置において、前記加熱装置は、前記設備の外部に設けられた電源と接続可能なケーブルを有し、前記装置本体が、前記設備の天井面近傍に設けられていることを特徴としている。   In the hydrogen removal apparatus, the heating device includes a cable that can be connected to a power source provided outside the facility, and the device body is provided in the vicinity of a ceiling surface of the facility. Yes.

この構成によれば、格納容器内に発生し、格納容器内の上部に向かう水素と、効率的にアンモニア生成反応を行うことができる。   According to this configuration, it is possible to efficiently perform an ammonia generation reaction with hydrogen generated in the containment vessel and directed to the upper portion of the containment vessel.

また、上記の水素除去装置においては、前記装置本体が、前記窒素吸蔵合金の表面に対流を起こさせる送風部を有することを特徴としている。   In the hydrogen removal apparatus, the apparatus main body includes a blower that causes convection on the surface of the nitrogen storage alloy.

この構成によれば、送風部による窒素吸蔵合金表面における対流により、窒素吸蔵合金表面の物質交換を促進し、より速くより多くの水素と窒素を反応させることができる。   According to this configuration, mass exchange on the surface of the nitrogen storage alloy can be promoted by convection on the surface of the nitrogen storage alloy by the blower, and more hydrogen and nitrogen can be reacted more quickly.

上記の水素除去装置において、前記装置本体が、前記水素の濃度を検出する水素検出器と、前記水素検出器が検出する水素の濃度に基づいて前記加熱装置への電力の給電量を制御するコントローラを有するバッテリ装置と備えることを特徴としている。   In the hydrogen removal apparatus, the apparatus main body detects a hydrogen detector that detects the hydrogen concentration, and a controller that controls the amount of power supplied to the heating device based on the hydrogen concentration detected by the hydrogen detector. And a battery device having the above.

この構成によれば、バッテリ装置により加熱装置を作動し、水素検出器の検出値に基づいてコントローラが加熱装置への給電量を制御することにより、窒素吸蔵合金の加熱量を制御し、窒素の放出量を調整することができる。   According to this configuration, the heating device is operated by the battery device, and the controller controls the amount of power supplied to the heating device based on the detection value of the hydrogen detector, thereby controlling the heating amount of the nitrogen storage alloy. The amount of release can be adjusted.

上記の水素除去装置において、前記装置本体が、前記窒素吸蔵合金を冷却する冷却装置を有していることを特徴としている。   Said hydrogen removal apparatus WHEREIN: The said apparatus main body has the cooling device which cools the said nitrogen storage alloy, It is characterized by the above-mentioned.

この構成によれば、通常時は、窒素吸蔵合金を冷却装置によって冷却しておくことで、窒素の放出を抑制することができる。   According to this configuration, the release of nitrogen can be suppressed by cooling the nitrogen storage alloy with the cooling device in normal times.

上記の水素除去装置において、前記装置本体が、窒素と水素との反応を促進する触媒を有していることを特徴としている。   In the hydrogen removal apparatus, the apparatus main body includes a catalyst that promotes a reaction between nitrogen and hydrogen.

この構成によれば、触媒により、さらに多量の水素を窒素と化合させることができ、より効率的に水素を除去することが可能となる。   According to this structure, a larger amount of hydrogen can be combined with nitrogen by the catalyst, and hydrogen can be removed more efficiently.

上記の水素除去装置において、前記装置本体が、前記原子炉圧力容器を中心として、隣り合う水素除去装置と一定の間隔を有して、放射状に複数設けられていることを特徴としている。   In the hydrogen removal apparatus described above, the apparatus main body is characterized in that a plurality of the apparatus main bodies are provided radially with a certain distance from the adjacent hydrogen removal apparatus centering on the reactor pressure vessel.

この構成によれば、事故時の冷却機能喪失により、原子炉圧力容器の温度が上昇した場合、温度上昇に合わせて段階的に窒素吸蔵触媒を加熱することができる。これにより、温度の上昇状態に合わせ、段階的に窒素の放出ができる。   According to this configuration, when the temperature of the reactor pressure vessel rises due to the loss of the cooling function at the time of the accident, the nitrogen storage catalyst can be heated step by step as the temperature rises. Thus, nitrogen can be released stepwise in accordance with the temperature rise state.

本発明の水素除去装置によれば、上記のとおり、原子炉圧力容器を有する設備内に多量に発生した水素を除去することができる。   According to the hydrogen removal apparatus of the present invention, as described above, a large amount of hydrogen generated in the facility having the reactor pressure vessel can be removed.

本発明の第１実施形態に係る水素除去装置の構成図である。It is a block diagram of the hydrogen removal apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態に係る水素除去装置の構成図である。It is a block diagram of the hydrogen removal apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態に係る水素除去装置の変形例の構成図である。It is a block diagram of the modification of the hydrogen removal apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態に係る水素除去装置の変形例の構成図である。It is a block diagram of the modification of the hydrogen removal apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る水素除去装置の構成図である。It is a block diagram of the hydrogen removal apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態に係る水素除去装置の構成図である。It is a block diagram of the hydrogen removal apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５実施形態に係る水素除去装置の構成図である。It is a block diagram of the hydrogen removal apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第５実施形態に係る水素除去装置の配置の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of arrangement | positioning of the hydrogen removal apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention.

以下、本発明に係る第１実施形態について図面を参照して説明する。
第１実施形態の水素除去装置１００は、図１に示すように、原子炉格納容器（設備）２内に、原子炉圧力容器１とともに設けられている。 Hereinafter, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The hydrogen removal apparatus 100 of 1st Embodiment is provided with the reactor pressure vessel 1 in the nuclear reactor containment vessel (equipment) 2, as shown in FIG.

原子炉格納容器２は、岩盤等の堅固な地盤９上に外部と圧力境界を形成する鋼板ライナ３を介して立設されている。この原子炉格納容器２内部には、鉄筋コンクリート等により内部に複数のコンパートメント、例えば、上部コンパートメント４ａ及び蒸気発生器ループ室４ｂが区画されている。原子炉格納容器２内の中央部に、蒸気発生器ループ室４ｂを画成する筒形状をなすコンクリート構造物５が形成されており、このコンクリート構造物５により原子炉圧力容器１が支持されている。そして、蒸気発生器ループ室４ｂには蒸気発生器６が配置され、冷却水配管７により連結されている。   The reactor containment vessel 2 is erected through a steel plate liner 3 that forms a pressure boundary with the outside on a solid ground 9 such as a rock. A plurality of compartments such as an upper compartment 4a and a steam generator loop chamber 4b are defined inside the reactor containment vessel 2 by reinforced concrete or the like. A cylindrical concrete structure 5 that defines a steam generator loop chamber 4b is formed in the central portion of the reactor containment vessel 2, and the reactor pressure vessel 1 is supported by the concrete structure 5. Yes. A steam generator 6 is disposed in the steam generator loop chamber 4 b and is connected by a cooling water pipe 7.

また、原子炉格納容器２内には、コンクリート構造物５により、原子炉圧力容器１の下方に位置するキャビティ４ｃが画成されている。このキャビティ４ｃは、ドレンライン４ｄを介して蒸気発生器ループ室４ｂに連通している。そして、原子炉格納容器２には、燃料取替用水ピット８が設けられ、非常時にこの燃料取替用水ピット８の冷却水を原子炉圧力容器１に供給して冷却する原子炉冷却経路８ａと、冷却水を原子炉格納容器１に散布して冷却する原子炉格納容器冷却経路８ｂが設けられている。そして、原子炉格納容器２内に散布された冷却水は、蒸気発生器ループ室４ｂからドレンライン４ｄを介してキャビティ４ｃに貯留される。   Further, in the reactor containment vessel 2, a cavity 4 c located below the reactor pressure vessel 1 is defined by the concrete structure 5. The cavity 4c communicates with the steam generator loop chamber 4b through a drain line 4d. The reactor containment vessel 2 is provided with a fuel replacement water pit 8, and a reactor cooling path 8 a for cooling the fuel replacement water pit 8 by supplying cooling water to the reactor pressure vessel 1 in an emergency. A reactor containment vessel cooling path 8b is provided for cooling the reactor containment vessel 1 by spraying cooling water. And the cooling water sprayed in the nuclear reactor containment vessel 2 is stored by the cavity 4c through the drain line 4d from the steam generator loop chamber 4b.

本実施形態の水素除去装置１００は、窒素吸蔵合金１１を有する装置本体１０を備えている。ここで、窒素吸蔵合金１１とは、窒素を可逆的に吸蔵・放出できる合金を意味している。窒素吸蔵合金１１は、窒素を合金内に吸蔵する際には発熱し、窒素を外部へ放出する際には吸熱するという特徴を有している。   The hydrogen removal apparatus 100 of this embodiment includes an apparatus main body 10 having a nitrogen storage alloy 11. Here, the nitrogen storage alloy 11 means an alloy capable of reversibly storing and releasing nitrogen. The nitrogen storage alloy 11 is characterized in that it generates heat when storing nitrogen in the alloy and absorbs heat when releasing nitrogen to the outside.

窒素吸蔵合金１１として用いられる物質としては、窒素との親和性が高い希土類金属（Ｒ）と、窒素を解離する作用を有する鉄（Ｆｅ）を、溶融状態で混ざり合わせて得られる希土類−鉄系金属間化合物（Ｒ２Ｆｅ１７、ＲＦｅ７）や、遷移金属−鉄系のラーベス相型化合物が知られている。ここで、ＣａとＦｅのように、溶融状態にて混ざり合わず、金属化合物を形成しない物質については、メカニカルアロイング法により合金化する。
これらは、アンモニアガスや窒素ガス雰囲気中で加熱処理を行うことにより、窒素を結晶格子間に吸蔵することができる。また、水素ガス雰囲気中で放出処理することで、吸蔵された窒素を放出することができる。 As a material used as the nitrogen storage alloy 11, a rare earth-iron system obtained by mixing a rare earth metal (R) having high affinity with nitrogen and iron (Fe) having an action of dissociating nitrogen in a molten state. Intermetallic compounds (R 2 Fe 17 , RFe 7 ) and transition metal-iron Laves phase type compounds are known. Here, materials such as Ca and Fe that do not mix in a molten state and do not form a metal compound are alloyed by a mechanical alloying method.
These can occlude nitrogen between crystal lattices by performing heat treatment in an atmosphere of ammonia gas or nitrogen gas. Further, the stored nitrogen can be released by performing the release treatment in a hydrogen gas atmosphere.

窒素吸蔵合金１１からなる装置本体１０は、原子炉格納容器２内の、原子炉圧力容器１の近傍に配置されており、本実施形態では、コンクリート構造物５に固定されるように配置されている。   The apparatus main body 10 made of the nitrogen storage alloy 11 is disposed in the reactor containment vessel 2 in the vicinity of the reactor pressure vessel 1. In this embodiment, the device main body 10 is disposed so as to be fixed to the concrete structure 5. Yes.

次いで、この水素除去装置１００の作用について説明する。
事故等の発生により、原子炉内の冷却機能が喪失した場合、原子炉圧力容器１内では、Ｍｅｔａｌ−Ｗａｔｅｒ反応等により、水素が発生する。原子炉圧力容器１内の圧力を下げるためにベントを行った場合や、原子炉圧力容器１に損傷があった場合、原子炉圧力容器１内で発生した水素は、原子炉圧力容器１から放出され、原子炉圧力容器１の外側の原子炉格納容器２内に流出する。ここで、冷却機能の喪失により、原子炉圧力容器１は温度が上昇する。水素除去装置１００は、原子炉圧力容器１の近傍に配置されているため、原子炉圧力容器１の温度上昇に伴って、水素除去装置１における窒素吸蔵合金１１の温度も上昇する。加熱された窒素吸蔵合金１１は、吸蔵されていた窒素を、原子炉格納容器２内の雰囲気中に放出する。原子炉格納容器２内に発生した水素は、窒素吸蔵合金１１から放出された窒素や、元々原子炉格納容器２内の雰囲気中に存在していた窒素と反応し、アンモニアを生成する（式１）。 Next, the operation of the hydrogen removal apparatus 100 will be described.
When the cooling function in the reactor is lost due to an accident or the like, hydrogen is generated in the reactor pressure vessel 1 due to a metal-water reaction or the like. When venting is performed to reduce the pressure in the reactor pressure vessel 1 or when the reactor pressure vessel 1 is damaged, hydrogen generated in the reactor pressure vessel 1 is released from the reactor pressure vessel 1. And flows out into the reactor containment vessel 2 outside the reactor pressure vessel 1. Here, the temperature of the reactor pressure vessel 1 rises due to the loss of the cooling function. Since the hydrogen removal device 100 is disposed in the vicinity of the reactor pressure vessel 1, the temperature of the nitrogen storage alloy 11 in the hydrogen removal device 1 also rises as the temperature of the reactor pressure vessel 1 rises. The heated nitrogen storage alloy 11 releases the stored nitrogen into the atmosphere in the reactor containment vessel 2. Hydrogen generated in the reactor containment vessel 2 reacts with nitrogen released from the nitrogen storage alloy 11 and nitrogen originally present in the atmosphere in the reactor containment vessel 2 to generate ammonia (Formula 1). ).

Ｎ２＋３Ｈ２→２ＮＨ３ ・・・（１） N 2 + 3H 2 → 2NH 3 (1)

以上のように、本実施形態の水素除去装置１００は、装置本体１０に窒素吸蔵合金１１を備えることにより、窒素吸蔵合金１１から放出される窒素と水素を反応させてアンモニアを生成することができる。これにより、原子炉格納容器２内の水素濃度を低減させることが可能となる。また、水素除去装置１００を原子炉圧力容器１の近傍に配置することで、冷却機能喪失による原子炉圧力容器１の温度上昇を利用して、窒素の放出を行うことができる。これにより、事故等の異常時に速やかに、原子炉格納容器２内の水素の除去を行うことが可能となる。   As described above, the hydrogen removing apparatus 100 according to the present embodiment includes the nitrogen storage alloy 11 in the apparatus main body 10, so that ammonia released from the nitrogen storage alloy 11 can be reacted to generate ammonia. . Thereby, the hydrogen concentration in the reactor containment vessel 2 can be reduced. Further, by disposing the hydrogen removing device 100 in the vicinity of the reactor pressure vessel 1, it is possible to release nitrogen by utilizing the temperature rise of the reactor pressure vessel 1 due to the loss of the cooling function. As a result, it becomes possible to quickly remove hydrogen in the reactor containment vessel 2 when an abnormality such as an accident occurs.

また、窒素吸蔵合金１１による窒素の放出反応は、吸熱反応であるため、原子炉圧力容器１や原子炉格納容器２内の温度を低減することができる。これにより、温度の上昇に伴う内部圧力の増加を抑制することができる。   Further, since the nitrogen release reaction by the nitrogen storage alloy 11 is an endothermic reaction, the temperature in the reactor pressure vessel 1 and the reactor containment vessel 2 can be reduced. Thereby, the increase in the internal pressure accompanying a rise in temperature can be suppressed.

さらに、水素と窒素によるアンモニア生成反応は、上記式１に表されるよう、水素３ｍｏｌに対し、アンモニア２ｍｏｌが生成されるため、気体体積を反応前後で減少させることができる。これにより、原子炉格納容器２の内部圧力の増加を抑制でき、原子炉格納容器２の損傷を防止することが可能となる。   Furthermore, in the ammonia generation reaction by hydrogen and nitrogen, as represented by the above formula 1, 2 mol of ammonia is generated with respect to 3 mol of hydrogen, so that the gas volume can be reduced before and after the reaction. Thereby, an increase in the internal pressure of the reactor containment vessel 2 can be suppressed, and damage to the reactor containment vessel 2 can be prevented.

次に、第２実施形態の水素除去装置２００について、図２を用いて説明する。この第２実施形態については、第１実施形態と同様の構成要素については同様の符号を付して詳細な説明を省略する。以下の実施形態でも同様である。
本実施形態に係る水素除去装置２００において、装置本体１０は、図２に示すように、原子炉圧力容器１を包囲する設備である原子炉格納容器２の内壁面近傍に設けられている。ここで、内壁面近傍とは、装置本体１０が内壁面に接するように設けられている場合も含まれる。
また、装置本体１０は、窒素吸蔵合金１１と、加熱装置２０、ケーブル２１と、送風部２２とからなる。 Next, the hydrogen removal apparatus 200 of 2nd Embodiment is demonstrated using FIG. About this 2nd Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the component similar to 1st Embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted. The same applies to the following embodiments.
In the hydrogen removal apparatus 200 according to the present embodiment, the apparatus main body 10 is provided in the vicinity of the inner wall surface of the reactor containment vessel 2 which is a facility that surrounds the reactor pressure vessel 1 as shown in FIG. Here, the vicinity of the inner wall surface includes a case where the apparatus main body 10 is provided so as to be in contact with the inner wall surface.
The apparatus main body 10 includes a nitrogen storage alloy 11, a heating device 20, a cable 21, and a blower 22.

加熱装置２０は、窒素吸蔵合金１１の下部（床面側）に窒素吸蔵合金１１と接するように配置されている。また、加熱装置２０には図示しない外部に設けられた電源（以下、外部電源）と接続可能なケーブル２１を有しており、原子炉格納容器２を介して、ケーブル２１によって、外部電源と接続されている。ここで、外部電源とは、電源車等の可動式電源や、ポータブル電源等の可搬式電源が含まれる。   The heating device 20 is disposed at the lower part (floor surface side) of the nitrogen storage alloy 11 so as to be in contact with the nitrogen storage alloy 11. Further, the heating device 20 has a cable 21 that can be connected to an external power source (not shown) (hereinafter referred to as an external power source), and is connected to an external power source via the reactor containment vessel 2 by the cable 21. Has been. Here, the external power source includes a movable power source such as a power source vehicle and a portable power source such as a portable power source.

送風部２２は、窒素吸蔵合金１１に送風可能な例えばファン等の送風機であって、窒素吸蔵合金１１の表面に空気の対流を起こさせる役割を有している。この送風部２２は加熱装置２０と同様、ケーブル２１を介しての電力供給により作動するように構成されている。   The blower 22 is a blower such as a fan that can blow air to the nitrogen storage alloy 11, and has a role of causing air convection on the surface of the nitrogen storage alloy 11. As with the heating device 20, the air blowing unit 22 is configured to operate by supplying power via the cable 21.

第２実施形態の作用について説明する。加熱装置２０は、原子炉格納容器２の内側近傍に設けられており、かつ、外部電源と接続可能なケーブル２１を有しているため、原子炉格納容器２を介してケーブル２１によって外部電源と接続できる。これにより、外部電源から加熱装置に電気を供給することが可能となる。したがって、加熱装置２０により窒素吸蔵合金１１を加熱することができる。また、外部電源を制御することにより、加熱装置による窒素吸蔵合金１１の加熱量を制御することができ、窒素吸蔵合金１１を加熱することによる放出される窒素の量を調整することが可能となる。これによって、過剰な窒素の発生による原子炉格納容器２内の圧力増加によって、原子炉格納容器２の破損等を防止することができる。   The operation of the second embodiment will be described. The heating device 20 is provided in the vicinity of the inside of the reactor containment vessel 2 and has a cable 21 that can be connected to an external power supply. Therefore, the heating device 20 is connected to the external power supply by the cable 21 via the reactor containment vessel 2. Can connect. Thereby, it becomes possible to supply electricity to the heating device from an external power source. Therefore, the nitrogen storage alloy 11 can be heated by the heating device 20. In addition, by controlling the external power source, the heating amount of the nitrogen storage alloy 11 by the heating device can be controlled, and the amount of nitrogen released by heating the nitrogen storage alloy 11 can be adjusted. . As a result, it is possible to prevent damage to the reactor containment vessel 2 due to an increase in pressure in the reactor containment vessel 2 due to generation of excessive nitrogen.

また、送風部２２による窒素吸蔵合金１１表面における対流により、窒素吸蔵合金１１表面の物質交換を促進し、より速くより多くの水素と窒素を反応させることができる。   Further, the convection on the surface of the nitrogen storage alloy 11 by the blower 22 can promote the material exchange on the surface of the nitrogen storage alloy 11 and allow more hydrogen and nitrogen to react more quickly.

なお、本実施形態では、図３に示すように、装置本体１０は、原子炉格納容器２の天井面近傍に設けられ、窒素吸蔵合金１１の表面側が原子炉圧力容器１側を向くように配置されても良い。ここで、天井面近傍とは、装置本体１０が天井面に接するように設けられている場合も含まれる。
原子炉圧力容器１より流出した水素は、原子炉格納容器２内の他の気体に比べ軽いため、原子炉格納容器２上方に移動し、集まる。そのため、上記構成を有することによって、窒素吸蔵合金１１と水素を効率的に接触させることができ、水素の除去を効率的に行うことができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the apparatus main body 10 is provided in the vicinity of the ceiling surface of the reactor containment vessel 2 and is arranged so that the surface side of the nitrogen storage alloy 11 faces the reactor pressure vessel 1 side. May be. Here, the vicinity of the ceiling surface includes the case where the apparatus main body 10 is provided so as to be in contact with the ceiling surface.
Since the hydrogen flowing out from the reactor pressure vessel 1 is lighter than the other gases in the reactor containment vessel 2, it moves to the upper portion of the reactor containment vessel 2 and gathers. Therefore, by having the said structure, the nitrogen storage alloy 11 and hydrogen can be made to contact efficiently, and removal of hydrogen can be performed efficiently.

また、本実施形態では、図４に示すように、装置本体１０は、原子炉格納容器２を内部に収容する原子炉建屋６０（設備）の内壁面近傍に設けられても良い。これにより、原子炉格納容器２内に設けられた原子炉圧力容器１及び原子炉格納容器２の破損等によって原子炉建屋６０内に発生した水素の除去を行うことができる。したがって、原子炉建屋６０内での水素爆発を防止することができる。   Moreover, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the apparatus main body 10 may be provided in the inner wall surface vicinity of the reactor building 60 (equipment) which accommodates the reactor containment vessel 2 inside. Thereby, the hydrogen generated in the reactor building 60 due to the damage of the reactor pressure vessel 1 and the reactor containment vessel 2 provided in the reactor containment vessel 2 can be removed. Therefore, hydrogen explosion in the reactor building 60 can be prevented.

次に、第３実施形態の水素除去装置３００について、図５を用いて説明する。本実施形態に係る水素除去装置３００において、装置本体１０は、窒素吸蔵合金１１と、加熱装置２０と、加熱装置２０に取り付けられたバッテリ装置５１と、水素検出器５２とを有する。   Next, the hydrogen removal apparatus 300 of 3rd Embodiment is demonstrated using FIG. In the hydrogen removal apparatus 300 according to the present embodiment, the apparatus main body 10 includes a nitrogen storage alloy 11, a heating apparatus 20, a battery apparatus 51 attached to the heating apparatus 20, and a hydrogen detector 52.

水素検出器５２は、設備内の雰囲気中の水素の濃度を検出するものである。   The hydrogen detector 52 detects the concentration of hydrogen in the atmosphere in the facility.

加熱装置２０は、窒素吸蔵合金１１を加熱するために窒素吸蔵合金１１に接するように設けられるものである。加熱装置２０にはバッテリ装置５１が取り付けられており、バッテリ装置５１は、加熱装置２０に給電する。そのため、外部に設けられた電源に接続するためのケーブル２１は不要となる。なお、バッテリ装置５１は、加熱装置２０に供給可能な電力を貯蔵しており、水素検出器５２が検出する水素の濃度に基づいて加熱装置２０への給電量を制御するコントローラを備えている。   The heating device 20 is provided in contact with the nitrogen storage alloy 11 in order to heat the nitrogen storage alloy 11. A battery device 51 is attached to the heating device 20, and the battery device 51 supplies power to the heating device 20. Therefore, the cable 21 for connecting to an external power source is not necessary. The battery device 51 stores electric power that can be supplied to the heating device 20 and includes a controller that controls the amount of power supplied to the heating device 20 based on the concentration of hydrogen detected by the hydrogen detector 52.

第３実施形態の作用について、説明する。原子炉圧力容器１の破損等により設備内の雰囲気中に水素が発生すると、水素検出器５２が、水素の濃度を検出する。検出した水素濃度に応じてバッテリ装置５１のコントローラにより、加熱装置２０への給電量を制御・調整することができる。これにより、加熱装置２０による加熱量が制御され、水素濃度に対して適切な量の窒素を放出でき、過大な窒素の供給による圧力増加、ひいては設備の破損等を防ぐことができる。また、水素が発生すると、その濃度を自動的に検出し、適切な量の窒素を放出できるため、水素濃度の監視の手間を省くことができる。また、水素の発生に対して迅速に、水素の除去を行うことが可能となる。   The operation of the third embodiment will be described. When hydrogen is generated in the atmosphere in the facility due to damage of the reactor pressure vessel 1 or the like, the hydrogen detector 52 detects the concentration of hydrogen. The amount of power supplied to the heating device 20 can be controlled and adjusted by the controller of the battery device 51 in accordance with the detected hydrogen concentration. As a result, the amount of heating by the heating device 20 is controlled, and an appropriate amount of nitrogen can be released with respect to the hydrogen concentration, thereby preventing an increase in pressure due to excessive supply of nitrogen, and thus damage to equipment. Further, when hydrogen is generated, its concentration can be automatically detected and an appropriate amount of nitrogen can be released, so that the labor of monitoring the hydrogen concentration can be saved. Moreover, it becomes possible to remove hydrogen rapidly with respect to the generation of hydrogen.

なお、本実施形態においても第２実施形態同様、装置本体１０が送風部２２を備えた構成であってもよい。   In the present embodiment, as in the second embodiment, the apparatus main body 10 may be configured to include the blower unit 22.

次に、第４実施形態の水素除去装置４００について、図６を用いて説明する。本実施形態では、水素除去装置４００において、装置本体１０は、原子炉圧力容器１近傍に設けられ、窒素吸蔵合金１１と、窒素吸蔵合金１１を冷却するための冷却装置３０とからなる。冷却装置３０と窒素吸蔵合金は接するように設けられている。ここで、原子炉圧力容器１近傍とは、装置本体１０が、原子炉圧力容器１近傍に接するように設けられている場合が含まれる。   Next, the hydrogen removal apparatus 400 of 4th Embodiment is demonstrated using FIG. In the present embodiment, in the hydrogen removal apparatus 400, the apparatus main body 10 is provided in the vicinity of the reactor pressure vessel 1 and includes a nitrogen storage alloy 11 and a cooling device 30 for cooling the nitrogen storage alloy 11. The cooling device 30 and the nitrogen storage alloy are provided in contact with each other. Here, the vicinity of the reactor pressure vessel 1 includes a case where the apparatus main body 10 is provided in contact with the vicinity of the reactor pressure vessel 1.

第４実施形態の作用について説明する。窒素吸蔵合金１１は、通常時、冷却装置３０によって冷却されており、窒素を放出しない。ここで、事故や災害等の発生時には、電源の喪失により原子炉圧力容器１の冷却機能が喪失し、原子炉圧力容器１の温度上昇や、原子炉圧力容器１の破損による原子炉格納容器２内への水素の流出が起こる。すると、装置本体１０における冷却装置３０も、電源喪失により自動的に窒素吸蔵合金１１の冷却を止める。窒素吸蔵合金１１は、冷却装置３０により冷却されることなく、原子炉圧力容器１の温度上昇に伴い、自らの温度も上昇する。そして、窒素を放出し、水素を除去することが可能となる。これにより、装置本体１０は、通常時は冷却装置３０により冷却されているため、窒素を供給することがなく、不要な窒素の供給を行うことがない。原子炉格納容器２内に水素が発生した際に、吸蔵した窒素が不足してしまい、十分な窒素を放出することができないという事態を防止することができる。また、電源の喪失及び原子炉圧力容器１の温度上昇により、自動的に窒素の放出を行うことができるので、原子炉格納容器２内への水素の流出という事故に迅速に対応することができ、対応の遅れによる設備の破損等の被害の深刻化を防ぐことができる。   The operation of the fourth embodiment will be described. The nitrogen storage alloy 11 is normally cooled by the cooling device 30 and does not release nitrogen. Here, when an accident or disaster occurs, the cooling function of the reactor pressure vessel 1 is lost due to the loss of the power source, and the reactor containment vessel 2 due to the temperature rise of the reactor pressure vessel 1 or the damage of the reactor pressure vessel 1 is lost. Hydrogen flows into the inside. Then, the cooling device 30 in the apparatus main body 10 also automatically stops cooling the nitrogen storage alloy 11 due to loss of power. The nitrogen storage alloy 11 is not cooled by the cooling device 30, and its temperature rises as the temperature of the reactor pressure vessel 1 rises. Then, nitrogen can be released and hydrogen can be removed. Thereby, since the apparatus main body 10 is normally cooled by the cooling device 30, it does not supply nitrogen and does not supply unnecessary nitrogen. When hydrogen is generated in the reactor containment vessel 2, it is possible to prevent a situation where the stored nitrogen is insufficient and sufficient nitrogen cannot be released. Moreover, since nitrogen can be automatically released due to the loss of power and the temperature rise of the reactor pressure vessel 1, it is possible to respond quickly to an accident of hydrogen spilling into the reactor containment vessel 2. Therefore, it is possible to prevent serious damage such as equipment damage due to delay in response.

次に、第５実施形態の水素除去装置５００について、図７を用いて説明する。本実施形態の水素除去装置５００において、装置本体１０は、原子炉圧力容器１を中心として、隣り合う水素除去装置と一定の間隔を有して、放射状に複数設けられている。本実施形態では、蒸気発生器ループ質４ｂにおけるコンクリート構造物５上に配置されている。このような配置の一例として、例えば図８に示すように、円形断面の原子炉圧力容器１を中心として、周方向に間隔をあけて放射状に装置本体１０を複数設けてもよい。また、複数の装置本体１０を周方向に間隔を有して放射状に配置されれば、角度及び方向の数は特に限られない。   Next, the hydrogen removal apparatus 500 of 5th Embodiment is demonstrated using FIG. In the hydrogen removal apparatus 500 of the present embodiment, a plurality of apparatus main bodies 10 are provided radially with a certain distance from adjacent hydrogen removal apparatuses with the reactor pressure vessel 1 as the center. In this embodiment, it arrange | positions on the concrete structure 5 in the steam generator loop quality 4b. As an example of such an arrangement, for example, as shown in FIG. 8, a plurality of apparatus main bodies 10 may be provided radially at intervals in the circumferential direction around the reactor pressure vessel 1 having a circular cross section. Further, the number of angles and directions is not particularly limited as long as the plurality of apparatus main bodies 10 are arranged radially with a gap in the circumferential direction.

第５実施形態の作用について説明する。事故時等に、原子炉圧力容器１内部で熱が発生し温度が上昇すると、原子炉圧力容器１内部で発生した熱は、原子炉圧力容器１を伝わって、原子炉圧力容器１外部に放射状に伝達されると考えられる。ここで、本実施形態の水素除去装置では、原子炉圧力容器１を中心として放射状に複数の装置本体１０が配置されている。そのため、原子炉圧力容器１に最も近い位置に配置された装置本体１０から序々に、原子炉圧力容器１からの熱の伝達とともに温度が上昇し、窒素を放出する。装置本体１０は、原子炉圧力容器１から離れるにしたがって、温度上昇しにくく、窒素が発生しにくくなる。したがって、原子炉圧力容器１の温度が高いほど、より離れた位置に配置された装置本体１０を加熱することができるため、窒素吸蔵合金１１からの窒素の放出量を増やすことができる。これにより、原子炉圧力容器１の温度上昇に応じて、自動的に窒素の放出量を調整することができるため、適切な量の窒素を放出することが可能となる。   The operation of the fifth embodiment will be described. In the event of an accident, when heat is generated inside the reactor pressure vessel 1 and the temperature rises, the heat generated inside the reactor pressure vessel 1 travels through the reactor pressure vessel 1 and radiates outside the reactor pressure vessel 1. It is thought that it is transmitted to. Here, in the hydrogen removal apparatus of the present embodiment, a plurality of apparatus main bodies 10 are arranged radially around the reactor pressure vessel 1. For this reason, the temperature rises gradually with the transfer of heat from the reactor pressure vessel 1 from the apparatus main body 10 arranged at the position closest to the reactor pressure vessel 1 and releases nitrogen. As the apparatus main body 10 moves away from the reactor pressure vessel 1, the temperature is less likely to rise and nitrogen is less likely to be generated. Therefore, as the temperature of the reactor pressure vessel 1 is higher, the apparatus main body 10 disposed at a more distant position can be heated, so that the amount of nitrogen released from the nitrogen storage alloy 11 can be increased. As a result, the amount of nitrogen released can be automatically adjusted in accordance with the temperature rise of the reactor pressure vessel 1, so that an appropriate amount of nitrogen can be released.

なお、本実施形態の装置本体１０には、窒素吸蔵合金１１を加熱可能な加熱装置２０を備えていても良い。また、窒素吸蔵合金１１を冷却する冷却装置３０を備えていても良い。これにより、窒素の放出量の制御、調整を行うことができる。   In addition, the apparatus main body 10 of the present embodiment may include a heating device 20 that can heat the nitrogen storage alloy 11. Further, a cooling device 30 for cooling the nitrogen storage alloy 11 may be provided. Thereby, control and adjustment of the nitrogen release amount can be performed.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、装置本体１０が、窒素と水素との反応を促進する触媒を有する構成であってもよい。この触媒としては、例えば鉄系の触媒を用いることができる。これにより、触媒によってさらに多量の水素を窒素と化合させることができるため、より効率的に水素を除去することが可能となる。
なお、窒素吸蔵合金１１から放出された窒素が、活性の高い単原子である場合は、触媒がなくとも水素と化合するため、アンモニア生成反応を十分に行う事ができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
For example, the apparatus main body 10 may be configured to have a catalyst that promotes the reaction between nitrogen and hydrogen. As this catalyst, for example, an iron-based catalyst can be used. Thereby, since a larger amount of hydrogen can be combined with nitrogen by the catalyst, it becomes possible to remove hydrogen more efficiently.
Note that when the nitrogen released from the nitrogen storage alloy 11 is a highly active single atom, it combines with hydrogen without a catalyst, so that the ammonia generation reaction can be sufficiently performed.

１ 原子炉圧力容器
２ 原子炉格納容器
１０ 装置本体
１１ 窒素吸蔵合金
２０ 加熱装置
２１ ケーブル
２２ 送風部
３０ 冷却装置
５１ バッテリ
５２ 水素検出器
６０ 原子炉建屋
１００、２００、３００、４００、５００ 水素除去装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reactor pressure vessel 2 Reactor containment vessel 10 Apparatus main body 11 Nitrogen storage alloy 20 Heating device 21 Cable 22 Air blower 30 Cooling device 51 Battery 52 Hydrogen detector 60 Reactor building 100, 200, 300, 400, 500 Hydrogen removal device

Claims (9)

原子炉圧力容器を有する設備内に設けられ、事故時に前記設備内に生成される水素を除去する水素除去装置であって、
前記事故時に加熱されることにより、前記設備内に窒素を放出する窒素吸蔵合金を有する装置本体を備えることを特徴とする水素除去装置。 A hydrogen removal apparatus that is provided in a facility having a reactor pressure vessel and removes hydrogen generated in the facility at the time of an accident,
A hydrogen removing apparatus comprising an apparatus main body having a nitrogen storage alloy that releases nitrogen in the facility by being heated at the time of the accident. 前記装置本体が、前記窒素吸蔵合金を加熱可能な加熱装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の水素除去装置。   The hydrogen removing apparatus according to claim 1, wherein the apparatus main body includes a heating device capable of heating the nitrogen storage alloy. 前記加熱装置は、前記設備の外部に設けられた電源と接続可能なケーブルを有し、
前記装置本体が、前記設備の内壁面近傍に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の水素除去装置。 The heating device has a cable that can be connected to a power source provided outside the facility,
The hydrogen removing apparatus according to claim 2, wherein the apparatus main body is provided in the vicinity of an inner wall surface of the facility. 前記加熱装置は、前記設備の外部に設けられた電源と接続可能なケーブルを有し、
前記装置本体が、前記設備の天井面近傍に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の水素除去装置。 The heating device has a cable that can be connected to a power source provided outside the facility,
The hydrogen removing apparatus according to claim 3, wherein the apparatus main body is provided near a ceiling surface of the facility. 前記装置本体が、前記窒素吸蔵合金の表面に対流を起こさせる送風部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の水素除去装置。   5. The hydrogen removal apparatus according to claim 1, wherein the apparatus main body includes a blower that causes convection on a surface of the nitrogen storage alloy. 前記装置本体が、
前記水素の濃度を検出する水素検出器と、
前記水素検出器が検出する水素の濃度に基づいて前記加熱装置への電力の給電量を制御するコントローラを有するバッテリ装置を備えることを特徴とする請求項２に記載の水素除去装置。 The device body is
A hydrogen detector for detecting the concentration of the hydrogen;
The hydrogen removal apparatus according to claim 2, further comprising a battery device having a controller that controls a power supply amount to the heating device based on a concentration of hydrogen detected by the hydrogen detector. 前記装置本体が、前記窒素吸蔵合金を冷却する冷却装置を有していることを特徴とする請求項１に記載の水素除去装置。   The hydrogen removing apparatus according to claim 1, wherein the apparatus main body includes a cooling device that cools the nitrogen storage alloy. 前記装置本体が、窒素と水素との反応を促進する触媒を有していることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の水素除去装置。   The hydrogen removal apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the apparatus main body includes a catalyst that promotes a reaction between nitrogen and hydrogen. 前記装置本体が、前記原子炉圧力容器を中心として、隣り合う水素除去装置と一定の間隔を有して、放射状に複数設けられていることを特徴とする請求項１、２及び７のいずれか一項に記載の水素除去装置。   8. The apparatus according to any one of claims 1, 2, and 7, wherein a plurality of the apparatus main bodies are provided radially with a certain distance from adjacent hydrogen removal apparatuses centering on the reactor pressure vessel. The hydrogen removing device according to one item.
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