JP3470921B2 - 水素及び酸素を含有したガス混合物から遊離水素を除去するための装置 - Google Patents
水素及び酸素を含有したガス混合物から遊離水素を除去するための装置Info
- Publication number
- JP3470921B2 JP3470921B2 JP30768294A JP30768294A JP3470921B2 JP 3470921 B2 JP3470921 B2 JP 3470921B2 JP 30768294 A JP30768294 A JP 30768294A JP 30768294 A JP30768294 A JP 30768294A JP 3470921 B2 JP3470921 B2 JP 3470921B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen
- hydrogen storage
- catalyst
- substance
- container
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/8671—Removing components of defined structure not provided for in B01D53/8603 - B01D53/8668
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/0005—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
- C01B3/001—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes characterised by the uptaking medium; Treatment thereof
- C01B3/0031—Intermetallic compounds; Metal alloys; Treatment thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B5/00—Water
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S420/00—Alloys or metallic compositions
- Y10S420/90—Hydrogen storage
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主として水素、酸素及
びスチーム（蒸気）を含有したガス混合物から遊離水素
を除去するための装置に関する。
びスチーム（蒸気）を含有したガス混合物から遊離水素
を除去するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子力発電所において重大な事故が発生
すると、いろいろな種類の化学プロセスによって水素が
発生する。そのために、原子炉格納容器内に可燃性ガス
混合物が発生することがある。長時間にわたって水素が
放出され、蓄積すると、爆発性の混合物の発生につなが
ることがある。このことは、原子炉格納容器の保全性、
即ち核分裂生成物を保持するための最後の遮壁が危険に
さらされる可能性が増大することを意味する。（ここ
で、「原子炉格納容器」という用語は、上述した問題が
発生する可能性があり、従ってその解決を計らなければ
ならないすべてのスペースの総称として用いられてい
る。）そのようなガス混合物は、また、重水減速型原子
炉においても発生することがある。更に、使用済み燃料
棒の中間貯蔵所及び最終貯蔵所においても、水素及びそ
の同位体が酸素含有大気中へ放出され、ある種の危険性
を内包している。
すると、いろいろな種類の化学プロセスによって水素が
発生する。そのために、原子炉格納容器内に可燃性ガス
混合物が発生することがある。長時間にわたって水素が
放出され、蓄積すると、爆発性の混合物の発生につなが
ることがある。このことは、原子炉格納容器の保全性、
即ち核分裂生成物を保持するための最後の遮壁が危険に
さらされる可能性が増大することを意味する。（ここ
で、「原子炉格納容器」という用語は、上述した問題が
発生する可能性があり、従ってその解決を計らなければ
ならないすべてのスペースの総称として用いられてい
る。）そのようなガス混合物は、また、重水減速型原子
炉においても発生することがある。更に、使用済み燃料
棒の中間貯蔵所及び最終貯蔵所においても、水素及びそ
の同位体が酸素含有大気中へ放出され、ある種の危険性
を内包している。
【０００３】そのような爆発性ガス混合物に基因する危
険を回避するために、そのガス混合物中の水素を除去す
ることに向けられたいろいろな対策が知られている。そ
れらの対策には、爆発性ガス混合物中に同時に存在する
酸素と水素を触媒作用により再結合して水に変換する方
法や、イグナイター（点火器）を用いる方法などがある
（例えば、発行されたヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−０
３０３ １４４を参照）。特に有望なのは、いろいろ
な形態で知られている触媒再結合材（触媒）を使用する
方法である（例えば、ヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−０
４１６ １４３、ドイツ特許出願ＤＥ−Ａ−３６ ０
４ ４１６、ヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−０ ３０３
１４４、及びドイツ特許出願ＤＥ−Ａ−４０ ０３
８３３を参照）。発行されたドイツ特許出願ＤＥ−Ａ−
３７ ２５ ２９０は、ＰｄＮｉＣｕのような三元パラ
ジウム合金を上記目的のための触媒として用いることの
適性を開示している。そのような触媒は、触媒合金を被
覆したキャリア（担体）の形で使用することができ、或
いは、スポンジ状物質の形で、或いは顆粒として使用す
ることができる。
険を回避するために、そのガス混合物中の水素を除去す
ることに向けられたいろいろな対策が知られている。そ
れらの対策には、爆発性ガス混合物中に同時に存在する
酸素と水素を触媒作用により再結合して水に変換する方
法や、イグナイター（点火器）を用いる方法などがある
（例えば、発行されたヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−０
３０３ １４４を参照）。特に有望なのは、いろいろ
な形態で知られている触媒再結合材（触媒）を使用する
方法である（例えば、ヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−０
４１６ １４３、ドイツ特許出願ＤＥ−Ａ−３６ ０
４ ４１６、ヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−０ ３０３
１４４、及びドイツ特許出願ＤＥ−Ａ−４０ ０３
８３３を参照）。発行されたドイツ特許出願ＤＥ−Ａ−
３７ ２５ ２９０は、ＰｄＮｉＣｕのような三元パラ
ジウム合金を上記目的のための触媒として用いることの
適性を開示している。そのような触媒は、触媒合金を被
覆したキャリア（担体）の形で使用することができ、或
いは、スポンジ状物質の形で、或いは顆粒として使用す
ることができる。
【０００４】触媒作用によって酸化される単位時間当り
の水素の量は、触媒の温度とともに指数関数的に増大す
る。触媒は、発熱反応によって高温になり、その温度
は、発生する熱と放散される熱とが均衡に達するまで上
昇する。触媒が比較的高い温度に達したとき始めて水素
の除去が加速されるのであり、その時に始めて温度上昇
によって惹起される対流が周囲雰囲気の混合をもたら
す。
の水素の量は、触媒の温度とともに指数関数的に増大す
る。触媒は、発熱反応によって高温になり、その温度
は、発生する熱と放散される熱とが均衡に達するまで上
昇する。触媒が比較的高い温度に達したとき始めて水素
の除去が加速されるのであり、その時に始めて温度上昇
によって惹起される対流が周囲雰囲気の混合をもたら
す。
【０００５】図１及び２は、それぞれ、上記のような触
媒を有する反応チャンバー内における温度変化と水素濃
度変化を示すグラフである。これらのグラフに示された
測定結果は、以下の条件下で得られたものである。触媒
は、０．８ｍ2 の表面積を有するオーステナイト鋼のキ
ャリアプレートと、その両面に被覆されたＰｄ合金とか
らなり、そのＰｄ合金は、９５重量％のＰｄと、４重量
％のＮｉと、１重量％のＣｕからなるものであった。ま
ず最初に、１０ｍ3 の球状の反応チャンバーをスチーム
雰囲気中で加熱し、１００°Ｃの温度に達した後、スチ
ームを反応チャンバーからポンプで排出し、次いで、５
０容積％のスチームと、４０容積％の空気と、１０容積
％の水素を順次に反応チャンバー内に導入した。
媒を有する反応チャンバー内における温度変化と水素濃
度変化を示すグラフである。これらのグラフに示された
測定結果は、以下の条件下で得られたものである。触媒
は、０．８ｍ2 の表面積を有するオーステナイト鋼のキ
ャリアプレートと、その両面に被覆されたＰｄ合金とか
らなり、そのＰｄ合金は、９５重量％のＰｄと、４重量
％のＮｉと、１重量％のＣｕからなるものであった。ま
ず最初に、１０ｍ3 の球状の反応チャンバーをスチーム
雰囲気中で加熱し、１００°Ｃの温度に達した後、スチ
ームを反応チャンバーからポンプで排出し、次いで、５
０容積％のスチームと、４０容積％の空気と、１０容積
％の水素を順次に反応チャンバー内に導入した。
【０００６】図１に示された温度変化パターンに見られ
るように、時点ｔ0 で水素を導入した後間もなくして触
媒酸化過程が始まった。この酸化過程により約７分以内
に触媒温度は８０°Ｃから５６０°Ｃに上昇した。温度
がこの５６０°Ｃの最高温度に達し、最高１０容積％の
水素濃度（図２参照）が持続した後、水素の触媒酸化反
応がより高い温度で加速されるので、温度も、水素濃度
も減少し始めた。図１及び２のグラフは、温度が約１６
０°Ｃに達し、水素濃度が約２．８容積％に達した後
は、ガス混合物中の水素濃度のそれ以上の減少はみられ
なかったことを示している。
るように、時点ｔ0 で水素を導入した後間もなくして触
媒酸化過程が始まった。この酸化過程により約７分以内
に触媒温度は８０°Ｃから５６０°Ｃに上昇した。温度
がこの５６０°Ｃの最高温度に達し、最高１０容積％の
水素濃度（図２参照）が持続した後、水素の触媒酸化反
応がより高い温度で加速されるので、温度も、水素濃度
も減少し始めた。図１及び２のグラフは、温度が約１６
０°Ｃに達し、水素濃度が約２．８容積％に達した後
は、ガス混合物中の水素濃度のそれ以上の減少はみられ
なかったことを示している。
【０００７】水素化物生成の可逆過程によって水素を吸
収することができる（そして再度放出することができ
る）金属、金属合金又は金属間化合物等のいわゆる水素
貯蔵物質は従来周知である（例えば、ジー・サンドロッ
ク(G. Sandrock) 著「金属水素化物技術の基礎と応用」
シュツットガルト大学１９９１年水素エネルギー源年次
会議講演録、１９９１年デュッセルドルフのＶＤＩ出版
社発行、１４３−１７０頁参照）。従来は、このような
水素貯蔵物質は、主として、水素をエネルギー源として
貯蔵するために使用されてきた。日本特許出願ＪＰ−Ａ
−６３−０７２８５１号には、水素吸収合金として機能
することができるジルコニウムとチタン、ニオブ、モリ
ブデン、鉄及びバナジウムとの合金が開示されている。
この物質は、水素の貯蔵、搬送、分離及び精製のためば
かりでなく、熱貯留物質又は温度センサとしても使用さ
れる。
収することができる（そして再度放出することができ
る）金属、金属合金又は金属間化合物等のいわゆる水素
貯蔵物質は従来周知である（例えば、ジー・サンドロッ
ク(G. Sandrock) 著「金属水素化物技術の基礎と応用」
シュツットガルト大学１９９１年水素エネルギー源年次
会議講演録、１９９１年デュッセルドルフのＶＤＩ出版
社発行、１４３−１７０頁参照）。従来は、このような
水素貯蔵物質は、主として、水素をエネルギー源として
貯蔵するために使用されてきた。日本特許出願ＪＰ−Ａ
−６３−０７２８５１号には、水素吸収合金として機能
することができるジルコニウムとチタン、ニオブ、モリ
ブデン、鉄及びバナジウムとの合金が開示されている。
この物質は、水素の貯蔵、搬送、分離及び精製のためば
かりでなく、熱貯留物質又は温度センサとしても使用さ
れる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、主と
して水素、酸素及びスチームを含有したガス混合物から
遊離水素を比較的低い温度で、より完全に除去するため
の装置を提供することである。
して水素、酸素及びスチームを含有したガス混合物から
遊離水素を比較的低い温度で、より完全に除去するため
の装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、主
として水素、酸素及びスチームを含有したガス混合物か
ら遊離水素を除去するための装置であって、水素の酸化
を触媒作用によって維持するための触媒物質を有する触
媒構成体と、この触媒構成体に対して熱伝導関係に結合
された水素貯蔵デバイスとを具備し、この水素貯蔵デバ
イスは、上記触媒構成体の有効反応温度より低い温度下
では、水素化物の生成によって水素を結合して熱を発生
するようになされている装置によって解決される。
として水素、酸素及びスチームを含有したガス混合物か
ら遊離水素を除去するための装置であって、水素の酸化
を触媒作用によって維持するための触媒物質を有する触
媒構成体と、この触媒構成体に対して熱伝導関係に結合
された水素貯蔵デバイスとを具備し、この水素貯蔵デバ
イスは、上記触媒構成体の有効反応温度より低い温度下
では、水素化物の生成によって水素を結合して熱を発生
するようになされている装置によって解決される。
【００１０】また、本発明の他の面によれば、主として
水素、酸素及びスチームを含有したガス混合物から遊離
水素を除去するための装置であって、水素の酸化を触媒
作用によって維持するための顆粒、チップ又は粉末の形
の触媒物質と、この触媒物質の有効反応温度より低い温
度下では、水素化物の生成によって水素を結合して熱を
発生する顆粒、チップ又は粉末の形の水素貯蔵物質と、
上記触媒物質と水素貯蔵物質との混合物を収容した、網
状材料で形成された容器とからなる装置が提供される。
水素、酸素及びスチームを含有したガス混合物から遊離
水素を除去するための装置であって、水素の酸化を触媒
作用によって維持するための顆粒、チップ又は粉末の形
の触媒物質と、この触媒物質の有効反応温度より低い温
度下では、水素化物の生成によって水素を結合して熱を
発生する顆粒、チップ又は粉末の形の水素貯蔵物質と、
上記触媒物質と水素貯蔵物質との混合物を収容した、網
状材料で形成された容器とからなる装置が提供される。
【００１１】本発明のさらに他の面によれば、主として
水素、酸素及びスチームを含有したガス混合物から遊離
水素を除去するための装置であって、水素酸化作用を有
する触媒物質で被覆されたプレートと、このプレートに
結合されており、水素貯蔵物質を収容した網状容器とか
らなる装置が提供される。
水素、酸素及びスチームを含有したガス混合物から遊離
水素を除去するための装置であって、水素酸化作用を有
する触媒物質で被覆されたプレートと、このプレートに
結合されており、水素貯蔵物質を収容した網状容器とか
らなる装置が提供される。
【００１２】
【作用】本発明は、水素化物の生成による水素の結合
は、温度及び水素の部分圧の関数として、触媒再結合に
反比例して変化するという事実を見出したことに基づい
ており、その事実を利用することに依存している。水素
化の過程は、図３に示される理論図に基づいて説明する
ことができる。図３は、温度をパラメータとして、水素
／水素貯蔵金属の金属比（水素貯蔵金属の金属に対する
水素の比）に対する水素圧又は水素部分圧を示すグラフ
である。水素の圧力が増大するにつれて、少量の水素が
金属によって吸収されて固溶体を形成する。点Ａから点
Ｂまでの一定圧力（いわゆる高原圧力）下で水素化物の
生成が継続する間、相当な量の水素が吸収される。この
「高原」は、水素飽和金属相と水素化物との２相混合物
に対応する。点Ｂにおいて、金属は完全に水素化物に変
換されており、水素圧力がそれ以上増大しても、それ以
上水素化物相の溶液内へ吸収される水素は僅かである。
は、温度及び水素の部分圧の関数として、触媒再結合に
反比例して変化するという事実を見出したことに基づい
ており、その事実を利用することに依存している。水素
化の過程は、図３に示される理論図に基づいて説明する
ことができる。図３は、温度をパラメータとして、水素
／水素貯蔵金属の金属比（水素貯蔵金属の金属に対する
水素の比）に対する水素圧又は水素部分圧を示すグラフ
である。水素の圧力が増大するにつれて、少量の水素が
金属によって吸収されて固溶体を形成する。点Ａから点
Ｂまでの一定圧力（いわゆる高原圧力）下で水素化物の
生成が継続する間、相当な量の水素が吸収される。この
「高原」は、水素飽和金属相と水素化物との２相混合物
に対応する。点Ｂにおいて、金属は完全に水素化物に変
換されており、水素圧力がそれ以上増大しても、それ以
上水素化物相の溶液内へ吸収される水素は僅かである。
【００１３】図３にみられるように、温度が増大するに
つれて、「高原」はより高く、狭くなる。このことは、
低い温度では、水素貯蔵金属はより低い圧力でより多く
の水素を吸収することを意味する。事故発生時の原子力
発電所の原子炉格納容器内の雰囲気条件と温度を考慮す
れば、触媒と、適正に選択された水素貯蔵物質とを組み
合わせて使用すると、理想的な協同作用体（相乗作用を
発揮する構成体）が得られる。
つれて、「高原」はより高く、狭くなる。このことは、
低い温度では、水素貯蔵金属はより低い圧力でより多く
の水素を吸収することを意味する。事故発生時の原子力
発電所の原子炉格納容器内の雰囲気条件と温度を考慮す
れば、触媒と、適正に選択された水素貯蔵物質とを組み
合わせて使用すると、理想的な協同作用体（相乗作用を
発揮する構成体）が得られる。
【００１４】１）触媒の表面積が水素貯蔵物質のそれよ
り相当に大きいとすると、周囲雰囲気中に包含されたＨ
2 分子の大部分が触媒の表面に接触する。 ２）Ｈ2 分子の初期流入量が多く、Ｈ2 分子の存在量が
多いとすると、その高いＨ2 部分圧が急激な触媒変換を
惹起し、それに付随して、図２に示されるように触媒の
温度が急激に上昇する。
り相当に大きいとすると、周囲雰囲気中に包含されたＨ
2 分子の大部分が触媒の表面に接触する。 ２）Ｈ2 分子の初期流入量が多く、Ｈ2 分子の存在量が
多いとすると、その高いＨ2 部分圧が急激な触媒変換を
惹起し、それに付随して、図２に示されるように触媒の
温度が急激に上昇する。
【００１５】３）触媒表面の温度が上昇するにつれて、
その触媒の作用が増大し、触媒に衝突するＨ2 分子のう
ち触媒反応のための活性化エネルギーを必要とするＨ2
分子の割合が多くなる。 ４）発熱反応であるために、触媒表面の温度は、発生す
る熱と、熱放射と対流によって周囲へ放散される熱とが
均衡に達するまで上昇し続ける。比較的高温での触媒反
応が、Ｈ2 を除去する最も効率的な方法の１つである。
従って、ガス混合物中のＨ2 濃度が比較的高い場合、そ
の水素の多くが除去される。
その触媒の作用が増大し、触媒に衝突するＨ2 分子のう
ち触媒反応のための活性化エネルギーを必要とするＨ2
分子の割合が多くなる。 ４）発熱反応であるために、触媒表面の温度は、発生す
る熱と、熱放射と対流によって周囲へ放散される熱とが
均衡に達するまで上昇し続ける。比較的高温での触媒反
応が、Ｈ2 を除去する最も効率的な方法の１つである。
従って、ガス混合物中のＨ2 濃度が比較的高い場合、そ
の水素の多くが除去される。
【００１６】５）水素の大部分が除去された後、その結
果として水素の部分圧が低下することにより触媒反応が
弱まり、従って、熱の発生が減少し、それによって触媒
の温度が低下する。 ６）触媒の温度が低下すると、触媒作用が弱まり、その
結果、触媒表面に接触する水素のうちの微少のものが酸
化され、それが連鎖反応のような形で温度低下を加速す
る。
果として水素の部分圧が低下することにより触媒反応が
弱まり、従って、熱の発生が減少し、それによって触媒
の温度が低下する。 ６）触媒の温度が低下すると、触媒作用が弱まり、その
結果、触媒表面に接触する水素のうちの微少のものが酸
化され、それが連鎖反応のような形で温度低下を加速す
る。
【００１７】７）以上に述べた触媒反応に比べて、水素
貯蔵物質の水素化物化は、初期状況下の高い水素分圧及
び高い温度下での水素の除去にはほとんど貢献しない。
しかしながら、水素貯蔵物質を適正に選択しておけば、
触媒反応が著しく減少し始めたときに、発熱水素化物の
生成が水素の除去に貢献し始める可能性がある。本発明
によれば、熱の交換を促進するために水素貯蔵デバイス
（素子又は装置）が触媒構成体と熱的に結合される。上
述した連鎖反応は、この水素貯蔵デバイスから触媒構成
体への熱の流れによって減速される。この水素化物の生
成は、それ自体で水素を除去する作用をするばかりでな
く、触媒表面をより長い時間より高い温度に留めること
ができ、水素貯蔵デバイスからの熱の流れがない場合に
比べて触媒作用を増大する。
貯蔵物質の水素化物化は、初期状況下の高い水素分圧及
び高い温度下での水素の除去にはほとんど貢献しない。
しかしながら、水素貯蔵物質を適正に選択しておけば、
触媒反応が著しく減少し始めたときに、発熱水素化物の
生成が水素の除去に貢献し始める可能性がある。本発明
によれば、熱の交換を促進するために水素貯蔵デバイス
（素子又は装置）が触媒構成体と熱的に結合される。上
述した連鎖反応は、この水素貯蔵デバイスから触媒構成
体への熱の流れによって減速される。この水素化物の生
成は、それ自体で水素を除去する作用をするばかりでな
く、触媒表面をより長い時間より高い温度に留めること
ができ、水素貯蔵デバイスからの熱の流れがない場合に
比べて触媒作用を増大する。
【００１８】Ｎｂ−Ｖ合金の固溶体に関する包括的研究
（エイ・ジェイ・メランド(A. J.Maeland)、ジイ・ジイ
・リボビッツ(G. G. Libowitz)、エフ・ジェイ・リンチ
(F. J. Lynch) 及びジイ・ラック(G. Rak)著「希有金属
ジャーナル」１０４（１９８４年）、１３３−１３９頁
参照）から、これらの合金（Ｎｂ−Ｖ合金）のうちのあ
る種のものは、何らかの種類の活性化処理の必要なし
に、低い水素分圧下で室温下で極めて迅速に反応するこ
とが判明している。より高い温度での反応時間は、ニオ
ブ単独の場合の反応時間に比べて１０の数乗倍も短いこ
とが測定によって判明している。ニオブの固溶体とタン
タルの固溶体の両方に関する研究から、その反応は、そ
の固溶体中の追加の金属（ニオブ固溶体の場合はニオブ
に組み合わせる他の金属、タンタル固溶体の場合はタン
タルに組み合わせる他の金属）が、ニオブ及びタンタル
よりそれぞれ５％小さい原子半径を有するものである場
合に、非常に迅速に進行するということを結論づけるこ
とができる。水素化物の生成が始まるまでの応答時間が
比較的長い固溶体が多数存在する。
（エイ・ジェイ・メランド(A. J.Maeland)、ジイ・ジイ
・リボビッツ(G. G. Libowitz)、エフ・ジェイ・リンチ
(F. J. Lynch) 及びジイ・ラック(G. Rak)著「希有金属
ジャーナル」１０４（１９８４年）、１３３−１３９頁
参照）から、これらの合金（Ｎｂ−Ｖ合金）のうちのあ
る種のものは、何らかの種類の活性化処理の必要なし
に、低い水素分圧下で室温下で極めて迅速に反応するこ
とが判明している。より高い温度での反応時間は、ニオ
ブ単独の場合の反応時間に比べて１０の数乗倍も短いこ
とが測定によって判明している。ニオブの固溶体とタン
タルの固溶体の両方に関する研究から、その反応は、そ
の固溶体中の追加の金属（ニオブ固溶体の場合はニオブ
に組み合わせる他の金属、タンタル固溶体の場合はタン
タルに組み合わせる他の金属）が、ニオブ及びタンタル
よりそれぞれ５％小さい原子半径を有するものである場
合に、非常に迅速に進行するということを結論づけるこ
とができる。水素化物の生成が始まるまでの応答時間が
比較的長い固溶体が多数存在する。
【００１９】表１は、いろいろな合金と、水素化物生成
の終了までの時間、及びＨ2 対金属の最終比を示す。多
くの場合、この比率は、０．８より大きく、そのこと
は、それらの侵入型固溶体は水素に対する極めて大きな
結合能力を有することを示す。例えば、１００ｇのこの
種の固溶体は、室温、常圧下での約９７．２リットルの
水素に相当する約８．７ｇの水素を結合することができ
る。
の終了までの時間、及びＨ2 対金属の最終比を示す。多
くの場合、この比率は、０．８より大きく、そのこと
は、それらの侵入型固溶体は水素に対する極めて大きな
結合能力を有することを示す。例えば、１００ｇのこの
種の固溶体は、室温、常圧下での約９７．２リットルの
水素に相当する約８．７ｇの水素を結合することができ
る。
【００２０】また、水素化物の生成中、破砕、初期容積
の増大及び粉末化に伴って非常に多量の熱の放出が測定
された。
の増大及び粉末化に伴って非常に多量の熱の放出が測定
された。
【００２１】
【表１】
本発明に基づく装置においては、水素貯蔵物質は、水素
放出直後の初期段階においては酸化による水素の除去が
主として触媒作用によって行われるように選択される。
それによって、水素の多部分を急速に水に変換する。そ
の結果、選択された水素貯蔵物質は、意図された熱交換
によって水素貯蔵物質に付与された温度では僅かにしか
反応せず、従って、この段階では水素貯蔵物質は有意の
作用を及ぼさない。初期段階における温度上昇は、急激
に生じるので、比較的低い温度の領域が、水素貯蔵物質
の応答時間より短い時間（選択された水素貯蔵物質の種
類によって異なる）内に移動される。触媒作用が鎮静化
し、温度と水素分圧が共に低下すると、水素貯蔵物質に
よる水素化物化が始まり、反応熱が、触媒作用のそれ以
上の低下を防止する。この水素化物化の過程は、触媒再
結合を一時的に増大することさえできる。図１は、本発
明の目的に使用するための水素貯蔵物質として適した、
８０重量％のＮｂと２０重量％のＶからなる合金の場合
に水素化物化が生じる温度領域を示す。この温度領域
は、他の合金又は金属を選択することによって上下に変
位させることができる。図示の温度領域より上では、水
素化物化はたとえ起るとしてもごく僅かである。何故な
ら、高められた温度では合金からの水素の解離の方が優
勢になるからである。本発明による装置を原子力発電所
に適用する場合には、事故の際に予測される原子炉格納
容器内の温度及び周囲雰囲気の組成及びそれらの経時変
化を考慮して、特に好適な水素貯蔵物質は、各種のニオ
ブ合金、及び、例えば、ＣａＮｉ5 、ＬａＮｉ6 、Ｌａ
Ｎｉ4.7 のような合金である。これらの水素貯蔵物質の
場合は、反応温度は約８５°Ｃであり、水素部分圧は０
〜２メガパスカルである。
放出直後の初期段階においては酸化による水素の除去が
主として触媒作用によって行われるように選択される。
それによって、水素の多部分を急速に水に変換する。そ
の結果、選択された水素貯蔵物質は、意図された熱交換
によって水素貯蔵物質に付与された温度では僅かにしか
反応せず、従って、この段階では水素貯蔵物質は有意の
作用を及ぼさない。初期段階における温度上昇は、急激
に生じるので、比較的低い温度の領域が、水素貯蔵物質
の応答時間より短い時間（選択された水素貯蔵物質の種
類によって異なる）内に移動される。触媒作用が鎮静化
し、温度と水素分圧が共に低下すると、水素貯蔵物質に
よる水素化物化が始まり、反応熱が、触媒作用のそれ以
上の低下を防止する。この水素化物化の過程は、触媒再
結合を一時的に増大することさえできる。図１は、本発
明の目的に使用するための水素貯蔵物質として適した、
８０重量％のＮｂと２０重量％のＶからなる合金の場合
に水素化物化が生じる温度領域を示す。この温度領域
は、他の合金又は金属を選択することによって上下に変
位させることができる。図示の温度領域より上では、水
素化物化はたとえ起るとしてもごく僅かである。何故な
ら、高められた温度では合金からの水素の解離の方が優
勢になるからである。本発明による装置を原子力発電所
に適用する場合には、事故の際に予測される原子炉格納
容器内の温度及び周囲雰囲気の組成及びそれらの経時変
化を考慮して、特に好適な水素貯蔵物質は、各種のニオ
ブ合金、及び、例えば、ＣａＮｉ5 、ＬａＮｉ6 、Ｌａ
Ｎｉ4.7 のような合金である。これらの水素貯蔵物質の
場合は、反応温度は約８５°Ｃであり、水素部分圧は０
〜２メガパスカルである。
【００２２】水素化物の生成において発生した熱を触媒
構成体へ伝導する最も簡単な方法は、水素貯蔵デバイス
と触媒構成体とを良好な熱伝導を達成するように機械的
態様に結合することである。水素貯蔵デバイスの水素貯
蔵物質は、１つ又はそれ以上のプレートの形で、或いは
チップ（小片）又は顆粒として、或いはスポンジの形で
用いることができる。反応は表面積が大きければ大きい
ほど速くなる。水素貯蔵物質が使用される形態がその表
面積の大きさに影響するので、装置を特定の用途に適合
させるために反応速度を制御することができる。
構成体へ伝導する最も簡単な方法は、水素貯蔵デバイス
と触媒構成体とを良好な熱伝導を達成するように機械的
態様に結合することである。水素貯蔵デバイスの水素貯
蔵物質は、１つ又はそれ以上のプレートの形で、或いは
チップ（小片）又は顆粒として、或いはスポンジの形で
用いることができる。反応は表面積が大きければ大きい
ほど速くなる。水素貯蔵物質が使用される形態がその表
面積の大きさに影響するので、装置を特定の用途に適合
させるために反応速度を制御することができる。
【００２３】例えば、チップのような遊離したばらの水
素貯蔵物質を、触媒物質で被覆されたキャリアプレート
に取り付けるための１つの有利な方法は、キャリアプレ
ートの一部分に１つ又はそれ以上のキャップを取り付
け、キャップとキャリアプレートの間に画定されたスペ
ースに水素貯蔵物質を注ぎ入れること、或いは、キャリ
アプレートと格子状の、従ってガス透過性材料で形成さ
れた容器を取り付け、その容器内へ水素貯蔵物質を注ぎ
入れることである。キャリアプレートに対する容器の締
着態様は、両者の間に良好な熱伝導が設定され、容器の
底部の大部分と、キャリアプレートの触媒被覆表面（触
媒で被覆された表面）との間に中間スペースが残され、
触媒表面への周囲ガス混合物の直接アクセスを可能にす
るような態様とする。
素貯蔵物質を、触媒物質で被覆されたキャリアプレート
に取り付けるための１つの有利な方法は、キャリアプレ
ートの一部分に１つ又はそれ以上のキャップを取り付
け、キャップとキャリアプレートの間に画定されたスペ
ースに水素貯蔵物質を注ぎ入れること、或いは、キャリ
アプレートと格子状の、従ってガス透過性材料で形成さ
れた容器を取り付け、その容器内へ水素貯蔵物質を注ぎ
入れることである。キャリアプレートに対する容器の締
着態様は、両者の間に良好な熱伝導が設定され、容器の
底部の大部分と、キャリアプレートの触媒被覆表面（触
媒で被覆された表面）との間に中間スペースが残され、
触媒表面への周囲ガス混合物の直接アクセスを可能にす
るような態様とする。
【００２４】触媒の表面積を大きくするために触媒物質
を顆粒状とし、網状材料で形成された容器内に収容した
触媒構成体は周知である。その場合、触媒物質と、やは
り顆粒状とした水素貯蔵物質を混ぜ合わせて容器内に収
容することができる。また、水素貯蔵物質が水素に露出
された後水素化物化過程が始まるまでの経過時間、即ち
応答時間は、水素貯蔵物質の種類によって異なることも
周知である。本発明の別の側面によれば、１つの水素貯
蔵デバイス又はいろいろな水素貯蔵デバイス内に応答時
間の異なるいろいろな水素貯蔵物質を収容することによ
ってこの事実を（水素貯蔵物質の種類によって応答時間
が異なること）を利用する。かくして、本発明による装
置は、水素の放出が時差をもって生じることが予想され
る状況下で使用することができる。
を顆粒状とし、網状材料で形成された容器内に収容した
触媒構成体は周知である。その場合、触媒物質と、やは
り顆粒状とした水素貯蔵物質を混ぜ合わせて容器内に収
容することができる。また、水素貯蔵物質が水素に露出
された後水素化物化過程が始まるまでの経過時間、即ち
応答時間は、水素貯蔵物質の種類によって異なることも
周知である。本発明の別の側面によれば、１つの水素貯
蔵デバイス又はいろいろな水素貯蔵デバイス内に応答時
間の異なるいろいろな水素貯蔵物質を収容することによ
ってこの事実を（水素貯蔵物質の種類によって応答時間
が異なること）を利用する。かくして、本発明による装
置は、水素の放出が時差をもって生じることが予想され
る状況下で使用することができる。
【００２５】
【実施例】以下に、添付図を参照して本発明の実施例を
詳しく説明する。図４及び５に示された本発明の一実施
例による遊離水素除去装置は、触媒プレート１と、触媒
プレート１にその長手方向両側縁に沿って取り付けられ
た２つの水素貯蔵デバイス２とからなる。触媒プレート
１は、詳細には示されていないが、ステンレス鋼製のキ
ャリアプレートと、その両面に被覆された、上記諸先行
特許出願に開示されているような触媒物質とからなる。
２つの水素貯蔵デバイス２は、いずれも、図示の実施例
では例として半円形の断面形状を有するものとして示さ
れたキャップ３を有する。キャップ３は、触媒プレート
１との間に良好な熱伝導を設定するように、ボルト、リ
ベット又はその他の適当な手段によってこのキャップを
触媒プレート１に固定するための周縁フランジ４を有し
ている。キャップ３は、その周縁フランジ４の内側で
は、ステンレス鋼又は銅で網状又は格子状に形成されて
いる。（キャップ３は、また、例えば図６に示されるよ
うに、全体を格子状材料で形成し、周縁部をエルボ状に
折り曲げ、その上に周縁フランジ４、或いは、単にワッ
シャを載せてボルト又はリベット等で締着してもよ
い。）キャップ３内に水素貯蔵物質６が収容されてい
る。水素貯蔵物質６は、図ではブロックとして概略的に
示されている。キャップ３のメッシュサイズ（格子の開
口又は網目の大きさ）は、キャップ３と触媒プレート１
との間のスペース５へのガスの自由なアクセスを可能に
するように十分に大きいが、ばらの水素貯蔵物質６を保
持するのに十分小さい大きさに選定されている。
詳しく説明する。図４及び５に示された本発明の一実施
例による遊離水素除去装置は、触媒プレート１と、触媒
プレート１にその長手方向両側縁に沿って取り付けられ
た２つの水素貯蔵デバイス２とからなる。触媒プレート
１は、詳細には示されていないが、ステンレス鋼製のキ
ャリアプレートと、その両面に被覆された、上記諸先行
特許出願に開示されているような触媒物質とからなる。
２つの水素貯蔵デバイス２は、いずれも、図示の実施例
では例として半円形の断面形状を有するものとして示さ
れたキャップ３を有する。キャップ３は、触媒プレート
１との間に良好な熱伝導を設定するように、ボルト、リ
ベット又はその他の適当な手段によってこのキャップを
触媒プレート１に固定するための周縁フランジ４を有し
ている。キャップ３は、その周縁フランジ４の内側で
は、ステンレス鋼又は銅で網状又は格子状に形成されて
いる。（キャップ３は、また、例えば図６に示されるよ
うに、全体を格子状材料で形成し、周縁部をエルボ状に
折り曲げ、その上に周縁フランジ４、或いは、単にワッ
シャを載せてボルト又はリベット等で締着してもよ
い。）キャップ３内に水素貯蔵物質６が収容されてい
る。水素貯蔵物質６は、図ではブロックとして概略的に
示されている。キャップ３のメッシュサイズ（格子の開
口又は網目の大きさ）は、キャップ３と触媒プレート１
との間のスペース５へのガスの自由なアクセスを可能に
するように十分に大きいが、ばらの水素貯蔵物質６を保
持するのに十分小さい大きさに選定されている。
【００２６】水素化物の生成は、著しい容積膨脹を伴っ
て生じる。水素化物の生成の終了時までに、水素貯蔵物
質６の破砕、又は粉末化さえも生じる。従って、キャッ
プ３と触媒プレート１との間のスペース５は、水素貯蔵
物質６の初期容積より３０〜４０％大きい容積を有する
ものとすべきである。図６は、本発明の別の実施例の部
分断面図を示す。この実施例は、周囲環境に含有されて
いる場合があり、水素貯蔵物質６の働きを阻害する恐れ
のあるエアゾールが水素貯蔵物質６に付着するのを防止
するためにフィルタ７をキャップ３の内壁に配置した点
で先の実施例と異なる。この防護フィルタ７は、水素貯
蔵物質６を即時利用し得る状態で、作動可能な状態で水
素貯蔵物質６に対する防護を与える。従って、そのよう
な目的のためには、いわゆるＨＥＰＡ（高効率空気粒
子）フィルタが特に適している。ＨＥＰＡフィルタは、
エアゾールに対する高い分離効率を有し、水素及び酸素
ガスに対しては良好な透過性を有するからである。その
ようなフィルタは、結合剤で結合したグラスウールで形
成され、高温（最高約７５０°Ｃ）に対して高い安定性
（耐性）を有する。このようなフィルタの層は、キャッ
プ３の内壁に取り付けられる。
て生じる。水素化物の生成の終了時までに、水素貯蔵物
質６の破砕、又は粉末化さえも生じる。従って、キャッ
プ３と触媒プレート１との間のスペース５は、水素貯蔵
物質６の初期容積より３０〜４０％大きい容積を有する
ものとすべきである。図６は、本発明の別の実施例の部
分断面図を示す。この実施例は、周囲環境に含有されて
いる場合があり、水素貯蔵物質６の働きを阻害する恐れ
のあるエアゾールが水素貯蔵物質６に付着するのを防止
するためにフィルタ７をキャップ３の内壁に配置した点
で先の実施例と異なる。この防護フィルタ７は、水素貯
蔵物質６を即時利用し得る状態で、作動可能な状態で水
素貯蔵物質６に対する防護を与える。従って、そのよう
な目的のためには、いわゆるＨＥＰＡ（高効率空気粒
子）フィルタが特に適している。ＨＥＰＡフィルタは、
エアゾールに対する高い分離効率を有し、水素及び酸素
ガスに対しては良好な透過性を有するからである。その
ようなフィルタは、結合剤で結合したグラスウールで形
成され、高温（最高約７５０°Ｃ）に対して高い安定性
（耐性）を有する。このようなフィルタの層は、キャッ
プ３の内壁に取り付けられる。
【００２７】水素貯蔵物質が水素化物の生成を開始する
までの応答時間は、水素貯蔵物質の種類によって異なる
ことは、周知であり、応答時間が相当に長いものもあ
る。例えば、Ｎｂ−Ｔｉ及びＮｂ−Ｔａ並びにＮｂ−Ｚ
ｒの応答時間は、約２４時間である。原子力発電所の事
故の際原子炉の一次冷却水ループから原子炉格納容器内
への水素の放出の経時変化は、事故がたどる経過によっ
て異なる。コンピュータのシミュレーションによれば、
原子炉格納容器内へのエネルギー及び質量の流れがガス
の空間的分布に影響を与えること、及び、水素の最高濃
度部分は、原子炉格納容器内へ水素が放出された後最初
の何時間かのうちに水素放出場所の直ぐ近傍に生じるこ
とが判明している。反対に、長時間にわたっての水素の
発生及び原子炉格納容器内への水素の侵入が、より遅い
ペースで進行する。このような差異に、応答時間の異な
るいろいろな水素貯蔵物質を用いることによって対処す
ることができる。例えば、水素の初期多量流入の終了時
に水素化物の生成を開始する応答時間の短い水素貯蔵物
質と、効力を後で発揮することができる応答時間の長い
別の水素貯蔵物質とを設けることができる。反応過程の
後段においては水素の濃度は比較的低いが、応答時間の
長い水素貯蔵物質は、触媒温度を高めることによって触
媒作用と水素貯蔵物質の作用の両方の持続時間を長くす
ることができる。
までの応答時間は、水素貯蔵物質の種類によって異なる
ことは、周知であり、応答時間が相当に長いものもあ
る。例えば、Ｎｂ−Ｔｉ及びＮｂ−Ｔａ並びにＮｂ−Ｚ
ｒの応答時間は、約２４時間である。原子力発電所の事
故の際原子炉の一次冷却水ループから原子炉格納容器内
への水素の放出の経時変化は、事故がたどる経過によっ
て異なる。コンピュータのシミュレーションによれば、
原子炉格納容器内へのエネルギー及び質量の流れがガス
の空間的分布に影響を与えること、及び、水素の最高濃
度部分は、原子炉格納容器内へ水素が放出された後最初
の何時間かのうちに水素放出場所の直ぐ近傍に生じるこ
とが判明している。反対に、長時間にわたっての水素の
発生及び原子炉格納容器内への水素の侵入が、より遅い
ペースで進行する。このような差異に、応答時間の異な
るいろいろな水素貯蔵物質を用いることによって対処す
ることができる。例えば、水素の初期多量流入の終了時
に水素化物の生成を開始する応答時間の短い水素貯蔵物
質と、効力を後で発揮することができる応答時間の長い
別の水素貯蔵物質とを設けることができる。反応過程の
後段においては水素の濃度は比較的低いが、応答時間の
長い水素貯蔵物質は、触媒温度を高めることによって触
媒作用と水素貯蔵物質の作用の両方の持続時間を長くす
ることができる。
【００２８】応答時間の異なるいろいろな水素貯蔵物質
を選択する場合は、格子状キャップの少くとも底部に
は、反応前の水素貯蔵物質の粒子サイズより小さい粒子
サイズの水素化物の粒子を通過させて落下させることが
できるようなメッシュを設けることが望ましい。図６の
実施例に従ってフィルタを用いる場合、一定の温度上昇
の後もろくなり、砕けてキャップ３のメッシュサイズの
大きい底部を通して落下させることができる底部フィル
タを選択することができる。それによって、水素化物の
生成においてそれまでに生じた小さい粒子又は粉末を重
力によってキャップ３から落下させることができる。か
くして、後に触媒プレートの温度が上昇したとき、水素
化物とされた水素の脱水素が起るのを防止することがで
きる。
を選択する場合は、格子状キャップの少くとも底部に
は、反応前の水素貯蔵物質の粒子サイズより小さい粒子
サイズの水素化物の粒子を通過させて落下させることが
できるようなメッシュを設けることが望ましい。図６の
実施例に従ってフィルタを用いる場合、一定の温度上昇
の後もろくなり、砕けてキャップ３のメッシュサイズの
大きい底部を通して落下させることができる底部フィル
タを選択することができる。それによって、水素化物の
生成においてそれまでに生じた小さい粒子又は粉末を重
力によってキャップ３から落下させることができる。か
くして、後に触媒プレートの温度が上昇したとき、水素
化物とされた水素の脱水素が起るのを防止することがで
きる。
【００２９】事故発生時にはまた、水素と共に多量のス
チームも放出される。例えばモリブデンやパラジウムの
ような、ニオブと共に合金成分の形にある水素貯蔵物質
として適する多くの金属は、後に発生する温度下でスチ
ームと反応して酸化物を生成するのにも適合する。応答
時間の短い水素貯蔵物質の場合は、スチームとのそのよ
うな反応（酸化物生成反応）は、重大な問題を提起しな
いが、応答時間が長く、それだけスチームに露出される
時間が長くなる水素貯蔵物質の場合には問題が生じる。
従って、ニオブとの合金を形成すべき金属のような物質
としては、約３００°Ｃの温度下でスチームと僅かにし
か反応しないような金属を選択するのが有利である。例
えば、ジルコニウムやチタンは、この要件を満足するも
のであり、ニオブとの合金とされた場合は、比較的長い
応答時間の間に消滅される。
チームも放出される。例えばモリブデンやパラジウムの
ような、ニオブと共に合金成分の形にある水素貯蔵物質
として適する多くの金属は、後に発生する温度下でスチ
ームと反応して酸化物を生成するのにも適合する。応答
時間の短い水素貯蔵物質の場合は、スチームとのそのよ
うな反応（酸化物生成反応）は、重大な問題を提起しな
いが、応答時間が長く、それだけスチームに露出される
時間が長くなる水素貯蔵物質の場合には問題が生じる。
従って、ニオブとの合金を形成すべき金属のような物質
としては、約３００°Ｃの温度下でスチームと僅かにし
か反応しないような金属を選択するのが有利である。例
えば、ジルコニウムやチタンは、この要件を満足するも
のであり、ニオブとの合金とされた場合は、比較的長い
応答時間の間に消滅される。
【００３０】実際の装置に必要とされる触媒構成体の表
面積は、防護すべきスペースの容積に応じて決定され
る。触媒構成体と、勿論、水素貯蔵デバイスは、通常、
その作用が事故のときにのみ発揮されるように意図され
た安全装置である。従って、その装置は、永年にわたっ
ていつでも作動することができる準備状態に保持されて
いなければならない。一方では原子炉格納容器内のスペ
ースの点から、他方では触媒構成体を防護するために、
触媒構成体を、事故が発生したときにのみ放出すべき不
活性ガスを充填した気密容器内にいつでも作動すること
ができる準備状態に保持する方法は周知である。それに
よって、触媒構成体が、触媒ポイズンをたとえ僅かな濃
度ででも含有している雰囲気に長時間露出された場合に
受ける恐れのある触媒作用の阻害を防止する。さらに、
触媒構成体を幾つかの個別素子、例えばプレートに分割
すること、及びそれらのプレートを積重体として気密容
器内にいつでも作動することができる準備状態に収納す
ることも周知である。本発明の教示を適用する場合、気
密容器の内部容積を不必要に大きくする必要がないよう
にするために、積重体中の各隣接する２つの触媒プレー
トの間の間隔が触媒プレートの上に突出した水素貯蔵デ
バイスの高さより大きくならないように積重体として上
下に重ねた触媒プレート上の水素貯蔵デバイスを互い違
いに配置することが有利である。
面積は、防護すべきスペースの容積に応じて決定され
る。触媒構成体と、勿論、水素貯蔵デバイスは、通常、
その作用が事故のときにのみ発揮されるように意図され
た安全装置である。従って、その装置は、永年にわたっ
ていつでも作動することができる準備状態に保持されて
いなければならない。一方では原子炉格納容器内のスペ
ースの点から、他方では触媒構成体を防護するために、
触媒構成体を、事故が発生したときにのみ放出すべき不
活性ガスを充填した気密容器内にいつでも作動すること
ができる準備状態に保持する方法は周知である。それに
よって、触媒構成体が、触媒ポイズンをたとえ僅かな濃
度ででも含有している雰囲気に長時間露出された場合に
受ける恐れのある触媒作用の阻害を防止する。さらに、
触媒構成体を幾つかの個別素子、例えばプレートに分割
すること、及びそれらのプレートを積重体として気密容
器内にいつでも作動することができる準備状態に収納す
ることも周知である。本発明の教示を適用する場合、気
密容器の内部容積を不必要に大きくする必要がないよう
にするために、積重体中の各隣接する２つの触媒プレー
トの間の間隔が触媒プレートの上に突出した水素貯蔵デ
バイスの高さより大きくならないように積重体として上
下に重ねた触媒プレート上の水素貯蔵デバイスを互い違
いに配置することが有利である。
【００３１】図示の実施例においては、水素貯蔵物質と
触媒プレートとの直接接触が、水素化物の生成において
発生した熱の、触媒プレートへの良好な熱伝達を保証す
る。しかしながら、その代わりに、周囲雰囲気に露呈さ
れる触媒プレートの表面積がそれだけ小さくなる。水素
貯蔵物質が例えばペレット又はチップのような顆粒状で
ある場合は、水素貯蔵物質がガス透過性であるから触媒
プレートの表面の、水素貯蔵デバイスによって覆われた
部分も、触媒作用のために利用し得るものとして完全に
は失われない。それにもかかわらず、触媒プレートの表
面の、水素貯蔵デバイスによって覆われた部分の触媒作
用は、ガスの流入が阻害されることによって弱められ
る。
触媒プレートとの直接接触が、水素化物の生成において
発生した熱の、触媒プレートへの良好な熱伝達を保証す
る。しかしながら、その代わりに、周囲雰囲気に露呈さ
れる触媒プレートの表面積がそれだけ小さくなる。水素
貯蔵物質が例えばペレット又はチップのような顆粒状で
ある場合は、水素貯蔵物質がガス透過性であるから触媒
プレートの表面の、水素貯蔵デバイスによって覆われた
部分も、触媒作用のために利用し得るものとして完全に
は失われない。それにもかかわらず、触媒プレートの表
面の、水素貯蔵デバイスによって覆われた部分の触媒作
用は、ガスの流入が阻害されることによって弱められ
る。
【００３２】この事態は、図７に示される本発明の変形
実施例による水素貯蔵デバイス２'を用いることによっ
て解決することができる。図７の実施例では、水素貯蔵
デバイス２' は、先に説明した実施例のキャップ３にで
はなく、底壁３ａを有するハウジング３' 内に収容され
ている。ハウジング３' の底壁３ａは、触媒プレート１
に近接して配置され、スペーサ８によって触媒プレート
１の上方に一定の距離９離隔されて固定されている。さ
らに、ハウジング３' の周縁フランジの各リベット止め
又はねじ止めの領域にも別体のワッシャーの形でスペー
サを設ければ、周縁フランジの下に中間の間隙が形成さ
れるので、周囲ガス混合物が触媒プレート１の表面の、
ハウジング３' の下に位置する部分へ直接アクセスする
ことができる。以上の相違は別として、先の実施例に加
えた変形のすべてを図７の実施例にも適用することがで
きる。図７の実施例は、フィルタ７を備えたものとして
示されているが、必ずしもフィルタの使用を要件とする
ものではない。
実施例による水素貯蔵デバイス２'を用いることによっ
て解決することができる。図７の実施例では、水素貯蔵
デバイス２' は、先に説明した実施例のキャップ３にで
はなく、底壁３ａを有するハウジング３' 内に収容され
ている。ハウジング３' の底壁３ａは、触媒プレート１
に近接して配置され、スペーサ８によって触媒プレート
１の上方に一定の距離９離隔されて固定されている。さ
らに、ハウジング３' の周縁フランジの各リベット止め
又はねじ止めの領域にも別体のワッシャーの形でスペー
サを設ければ、周縁フランジの下に中間の間隙が形成さ
れるので、周囲ガス混合物が触媒プレート１の表面の、
ハウジング３' の下に位置する部分へ直接アクセスする
ことができる。以上の相違は別として、先の実施例に加
えた変形のすべてを図７の実施例にも適用することがで
きる。図７の実施例は、フィルタ７を備えたものとして
示されているが、必ずしもフィルタの使用を要件とする
ものではない。
【図１】触媒作用によって水素の酸化を維持するための
温度の経時変化を示すグラフであり、水素貯蔵デバイス
の作動領域をも示す。
温度の経時変化を示すグラフであり、水素貯蔵デバイス
の作動領域をも示す。
【図２】触媒作用によって水素の酸化を維持するための
水素濃度の経時変化を示すグラフである。
水素濃度の経時変化を示すグラフである。
【図３】金属水素化物の生成による水素貯蔵に関する仮
想グラフであり、３つの異なる温度をパラメータとし、
水素対金属比に対して水素圧力をプロットしたグラフで
ある。
想グラフであり、３つの異なる温度をパラメータとし、
水素対金属比に対して水素圧力をプロットしたグラフで
ある。
【図４】本発明の一実施例による遊離水素除去装置の上
からみた概略端面図である。
からみた概略端面図である。
【図５】図４の遊離水素除去装置の正面図である。
【図６】本発明の他の実施例による遊離水素除去装置の
一部断面による概略図であり、水素貯蔵体の１つと、そ
れに対応する触媒構成体の部分を示す。
一部断面による概略図であり、水素貯蔵体の１つと、そ
れに対応する触媒構成体の部分を示す。
【図７】本発明のさらに他の実施例による遊離水素除去
装置の一部分を拡大した概略断面図である。
装置の一部分を拡大した概略断面図である。
１：触媒プレート
２：水素貯蔵デバイス
３：キャップ
４：周縁フランジ
５：スペース
６：水素貯蔵物質
７：フィルタ
２' ：水素貯蔵デバイス
３' ：ハウジング
３ａ：底壁
８：スペーサ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｇ２１Ｆ 9/02 ５４１ Ｂ０１Ｄ 53/34 １２０Ａ
５６１ 53/36 Ａ
(72)発明者 アミヤ クマール チャクラボルティ
ドイツ連邦共和国 ディー−50374 エ
ルフトスタット タネンヴェグ ９ エ
イ
(56)参考文献 特開 昭59−116581（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−113098（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−72851（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−176045（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−83037（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−125931（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−164892（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−188196（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−182225（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−151888（ＪＰ，Ａ)
米国特許5130079（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G21D 3/08
B01D 53/46
B01D 53/86
C01B 3/00
C01B 5/00
G21F 9/02
Claims (15)
- 【請求項１】 主として水素、酸素及びスチームを含有
したガス混合物から遊離水素を除去するための装置であ
って、 前記水素の酸化を触媒作用によって維持するための触媒
物質を有する触媒構成体と、 該触媒構成体に対して熱伝導関係に結合された水素貯蔵
デバイスと、 を具備し、 前記水素貯蔵デバイスは、前記触媒構成体の有効反応温
度より低い温度においては、水素化物の生成によって水
素を結合して熱を発生するようになされていることを特
徴とする装置。 - 【請求項２】 前記水素貯蔵デバイスは、前記触媒構成
体に機械的に結合されている請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記触媒構成体は、前記触媒物質で被覆
されたキャリアプレートを有し、前記水素貯蔵デバイス
は、プレート、顆粒、チップ又はスポンジの形の１種類
又はそれ以上の種類の水素貯蔵物質を収容した、網状材
料で形成された容器を備えている請求項２に記載の装
置。 - 【請求項４】 網状材料で形成された前記容器は、前記
キャリアプレートに接触し、それによって前記容器及び
キャリアプレートは前記１種類又はそれ以上の種類の水
素貯蔵物質を囲っている請求項３に記載の装置。 - 【請求項５】 網状材料で形成された前記容器は、前記
１種類又はそれ以上の種類の水素貯蔵物質を囲っている
請求項３に記載の装置。 - 【請求項６】 前記水素貯蔵デバイスは、１種類又はそ
れ以上の種類の水素貯蔵物質を有しており、前記触媒構
成体は、前記触媒物質と前記１種類又はそれ以上の種類
の水素貯蔵物質との混合物を収容した、網状材料で形成
された容器を備えており、前記触媒物質は、顆粒、チッ
プ又は粉末の形であり、前記１種類又はそれ以上の種類
の水素貯蔵物質は、顆粒、チップ又は粉末の形である請
求項１に記載の装置。 - 【請求項７】 前記水素貯蔵デバイスは、水素化物の生
成に必要とされる温度に達した後水素化物の生成を開始
するまでの時間である応答時間がそれぞれ異なる少くと
も２種類の水素貯蔵物質を有しており、それらの水素貯
蔵物質のうち応答時間が最も短い水素貯蔵物質は、水素
化物の生成中比較的細かい粒子サイズに砕け、前記網状
材料のうち、前記容器の底部を構成している部分は、前
記比較的細かい粒子サイズより大きいメッシュサイズを
有する請求項３又は６に記載の装置。 - 【請求項８】 前記水素貯蔵デバイスは、水素化物の生
成に必要とされる温度に達した後水素化物の生成を開始
するまでの時間である応答時間がそれぞれ異なる少くと
も２種類の水素貯蔵物質を有する請求項１、２、３又は
６のいずれかに記載の装置。 - 【請求項９】 前記水素貯蔵物質は、ニオブの合金であ
る請求項８に記載の装置。 - 【請求項１０】 前記水素貯蔵物質は、ニオブとジルコ
ニウム又はチタンとの合金である請求項９に記載の装
置。 - 【請求項１１】 前記水素貯蔵物質は、ニオブの合金で
ある請求項１〜６のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１２】 前記水素貯蔵物質は、ニオブとジルコ
ニウム又はチタンとの合金である請求項１１に記載の装
置。 - 【請求項１３】 主として水素、酸素及びスチームを含
有したガス混合物から遊離水素を除去するための装置で
あって、 前記水素の酸化を触媒作用によって維持するための顆
粒、チップ又は粉末の形の触媒物質と、 該触媒物質の有効反応温度より低い温度においては、水
素化物の生成によって水素を結合して熱を発生する顆
粒、チップ又は粉末の形の水素貯蔵物質と、 前記触媒物質と前記水素貯蔵物質との混合物を収容し
た、網状材料で形成された容器と、 とを具備することを特徴とする装置。 - 【請求項１４】 主として水素、酸素及びスチームを含
有したガス混合物から遊離水素を除去するための装置で
あって、 水素を酸化する触媒物質で被覆されたプレートと、 該プレートに結合されており、水素貯蔵物質を収容した
網状容器と、 を具備することを特徴とする装置。 - 【請求項１５】 前記水素貯蔵物質は、プレート、顆
粒、チップ又はスポンジの形である請求項１４に記載の
装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE931200869 | 1993-12-13 | ||
| EP93120086A EP0670575B1 (de) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | Vorrichtung zur Entfernung von freiem Wasserstoff aus einem Wasserstoff und Sauerstoff enthaltenden Gasgemisch |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07244193A JPH07244193A (ja) | 1995-09-19 |
| JP3470921B2 true JP3470921B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=8213487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30768294A Expired - Fee Related JP3470921B2 (ja) | 1993-12-13 | 1994-12-12 | 水素及び酸素を含有したガス混合物から遊離水素を除去するための装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5499279A (ja) |
| EP (1) | EP0670575B1 (ja) |
| JP (1) | JP3470921B2 (ja) |
| CA (1) | CA2136391C (ja) |
| DE (1) | DE59300692D1 (ja) |
| ES (1) | ES2079939T3 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09180715A (ja) * | 1995-12-21 | 1997-07-11 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 水素吸蔵合金の水蒸気による表面処理方法と得られた合金 |
| DE19610977C1 (de) * | 1996-03-20 | 1997-04-10 | Siemens Ag | Kernreaktor mit Katalysatormaterial zum Beseitigen von Oxidationsmitteln |
| SE521992C2 (sv) * | 1999-10-12 | 2003-12-23 | Volvo Personvagnar Ab | Anordning för lagring av bränsle |
| US6305442B1 (en) * | 1999-11-06 | 2001-10-23 | Energy Conversion Devices, Inc. | Hydrogen-based ecosystem |
| US7169489B2 (en) * | 2002-03-15 | 2007-01-30 | Fuelsell Technologies, Inc. | Hydrogen storage, distribution, and recovery system |
| US20040065171A1 (en) * | 2002-10-02 | 2004-04-08 | Hearley Andrew K. | Soild-state hydrogen storage systems |
| DE102005061985A1 (de) * | 2005-12-23 | 2007-07-05 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Katalysator für die Rekombination von Wasserstoff mit Sauerstoff |
| ES2313838B1 (es) * | 2007-06-08 | 2009-12-29 | Marine Instruments, S.A. | Sistema para la eliminacion de hidrogeno del interior de boyas estancas evitando la formacion de atmosferas explosivas. |
| GB201100504D0 (en) | 2011-01-12 | 2011-02-23 | Mallinckrodt Inc | Process |
| FR2971614A1 (fr) | 2011-02-11 | 2012-08-17 | Tn Int | Dispositif de piegeage de gaz inflammables produits par radiolyse ou thermolyse dans une enceinte de confinement |
| CN102208216B (zh) * | 2011-05-18 | 2013-06-05 | 华北电力大学 | 一种防止氢爆的缓解核电严重事故装置及缓解方法 |
| JP2015031570A (ja) * | 2013-08-01 | 2015-02-16 | 国立大学法人北海道大学 | 無電力型水素捕集装置 |
| DE102016222597A1 (de) * | 2016-11-16 | 2018-05-17 | Hydrogenious Technologies Gmbh | Verfahren zum Speichern von Wasserstoffgas, Hydrier-Reaktor und Transport-Container |
| GB202111877D0 (en) * | 2021-08-18 | 2021-09-29 | Clean Power Hydrogen Group Ltd | Method and apparatus for producing hydrogen from water |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2633113C2 (de) * | 1976-07-23 | 1984-08-30 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh, 7500 Karlsruhe | Verfahren zur Vermeidung von Gefahren, die bei Störfällen an wassergekühlten Kernreaktoren entstehen |
| DE3604416A1 (de) * | 1986-02-12 | 1987-08-13 | Grs Ges Fuer Reaktorsicherheit | Vorrichtung zur beseitigung von wasserstoff |
| DE3725290A1 (de) * | 1987-07-30 | 1989-02-16 | Kernforschungsanlage Juelich | Palladiumlegierung als katalysator zur oxidation von wasserstoff in wasserstoff und sauerstoff enthaltender atmosphaere |
| JPS6372851A (ja) * | 1987-07-30 | 1988-04-02 | Nippon Yakin Kogyo Co Ltd | ジルコニウム系水素吸蔵用合金 |
| DE3816012A1 (de) * | 1987-08-14 | 1989-11-16 | Siemens Ag | Vorrichtung zur rekombination von wasserstoff und sauerstoff |
| US4996033A (en) * | 1988-03-31 | 1991-02-26 | Molecular Technology Corporation | Catalytic method for concentrating isotopes |
| DE3826503A1 (de) * | 1988-08-04 | 1990-02-08 | Kernforschungsanlage Juelich | Metallschichtsystem zur beseitigung von wasserstoff aus einem gasgemisch |
| DE58908947D1 (de) * | 1989-09-04 | 1995-03-09 | Grs Ges Reaktorsicherheit | Vorrichtung zur Entfernung von Wasserstoff und Auflösung von Sperrschichten. |
| DE4003833A1 (de) * | 1990-01-08 | 1991-07-11 | Grs Ges Fuer Reaktorsicherheit | Vorrichtung zur entfernung von wasserstoff aus einem wasserstoff, sauerstoff, dampf und aerosole enthaltenden gasgemisch |
| DE4236271C2 (de) * | 1991-10-28 | 1994-09-22 | Toyota Motor Co Ltd | Abgasemissionssteuervorrichtung unter Einsatz eines katalytischen Konverters mit einem Kohlenwasserstoffadsorptionsmittel |
-
1993
- 1993-12-13 DE DE59300692T patent/DE59300692D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-12-13 EP EP93120086A patent/EP0670575B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1993-12-13 ES ES93120086T patent/ES2079939T3/es not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-11-22 CA CA002136391A patent/CA2136391C/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-12-05 US US08/349,616 patent/US5499279A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-12-12 JP JP30768294A patent/JP3470921B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07244193A (ja) | 1995-09-19 |
| CA2136391C (en) | 1999-02-09 |
| ES2079939T3 (es) | 1996-01-16 |
| CA2136391A1 (en) | 1995-06-14 |
| EP0670575B1 (de) | 1995-09-27 |
| DE59300692D1 (de) | 1995-11-16 |
| US5499279A (en) | 1996-03-12 |
| EP0670575A1 (de) | 1995-09-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3470921B2 (ja) | 水素及び酸素を含有したガス混合物から遊離水素を除去するための装置 | |
| FI92575C (fi) | Laite vedyn poistamiseksi vetyä, happea ja aerosoleja sisältävästä kaasuseoksesta | |
| US5473646A (en) | Device for the recombination of hydrogen and oxygen and nuclear power plant using the device | |
| JP3486663B2 (ja) | 水素と酸素とを再結合するための特に原子力発電所用の触媒系および再結合装置 | |
| JP3607868B2 (ja) | 水素及び／又は一酸化炭素を酸素と再結合させる装置と方法 | |
| JP2534249B2 (ja) | 水素を除去する装置 | |
| WO1996023906A1 (en) | NANOCRYSTALLINE Mg-BASED MATERIALS AND USE THEREOF FOR THE TRANSPORTATION AND STORAGE OF HYDROGEN | |
| JP2723544B2 (ja) | 触媒としてのパラジウム合金及びそれを用いた安全装置 | |
| CA2129774C (en) | Device for passively inerting the gas mixture in the reactor containment of a nuclear power plant | |
| CN105568110B (zh) | 一种用于贮存氚的ab型储氢合金及其制备方法 | |
| JP4925465B2 (ja) | 閉鎖チャンバー中の可燃ガスの除去方法および装置ならびにこのような装置を備えたチャンバー | |
| EP0069555B1 (en) | Hydridable pellets | |
| NL8000613A (nl) | Niet-verdampbare ternaire getter-legering. | |
| CN100486694C (zh) | 一种轴向非均布整体催化剂及制法和应用 | |
| US4082834A (en) | Process for gettering moisture and reactive gases | |
| JP6000614B2 (ja) | 原子炉格納容器のベント装置及びベント方法 | |
| DE60027503T2 (de) | Vorrichtung zur Entfernung von Wasserstoff | |
| JP2001056391A (ja) | 水素除去装置 | |
| JPH0371361B2 (ja) | ||
| JPS5938293B2 (ja) | チタン−クロム−バナジウム系水素吸蔵用合金 | |
| JPS62167201A (ja) | 水素貯蔵合金の活性化処理方法 | |
| DE19636555C1 (de) | Verfahren und Einrichtung zur Einleitung einer Wasserstoff-Sauerstoff-Reaktion in einem Reaktor-Sicherheitsbehälter | |
| EP0016576B1 (en) | Modular hydride container | |
| Baranowski | Disintegration of nickel hydride under high pressure | |
| JP2002131459A (ja) | 原子炉用金属燃料要素 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |