JP6901285B2 - 水素除去装置 - Google Patents

Description

本発明は、水素除去装置に関する。

原子力プラントでは、放射性物質の外部放出を防ぐ多重保護の観点から、原子炉炉心を収容する原子炉圧力容器を原子炉格納容器に格納している。原子炉格納容器には、原子炉圧力容器を包囲する上部ドライウェルと下部ドライウェル、および、上部ドライウェルとベント管を介して接続され内部に水を貯蔵したサプレッションプールを備えたウェットウェルが形成されている。また、原子炉圧力容器を包囲して生体遮蔽壁が設置されている。

上記のような構成の原子炉格納容器において、原子炉事故が発生すると、軽水炉型原子力発電所の原子炉内では冷却材である水は放射線分解され、水素ガスと酸素ガスが発生する可能性がある。

水素ガス濃度が４ｖｏｌ％かつ酸素濃度が５ｖｏｌ％以上に上昇、すなわち、可燃性ガス濃度が可燃限界を超えた場合には、気体は可燃状態となる。さらに、水素ガス濃度が上昇すると過剰な反応が発生する可能性が生じる。

上述した水素ガス濃度が上昇する事態への有効な対策としては、例えば、原子炉格納容器の内部を窒素ガスで置換して酸素濃度を低く維持する対策や原子炉格納容器の外部に原子炉格納容器雰囲気中の水素ガス等の可燃性ガスを除去してから原子炉格納容器内部へ戻すことによって原子炉格納容器内の可燃性ガス濃度の上昇を防ぐ対策がある。

また、後者の対策に関して、可燃性ガスである水素ガスを除去する技術としては、例えば、酸化銅などの金属酸化物を用いて水素を酸化して水を生成する化学反応（再結合反応）を生じさせることによって、処理対象ガス中に含まれる水素を除去する技術がある。

特開２０１１−０１２９７３号公報

過酷事故により原子炉内で大量の水素が発生する場合、事故時に発生するガスの温度や水蒸気組成は変動し、これらは従来の水素除去反応を低下させることがある。

例えば、格納容器内に共存する水蒸気量が多い場合、水素を除去する金属酸化物の表面を被覆することがある。すると、水素と酸素の再結合反応が生じにくくなり、水素除去性能が低下することが生じ得る。また、発生するガスの温度が２００℃以下になると、一般的に酸素と水素の再結合反応が生じにくくなる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、発生するガスの温度や水蒸気組成の変動が生じても必要な水素除去性能を確保可能な水素除去装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る水素除去装置は、上述した課題を解決するため、処理対象ガスに含有される水素ガスを酸化させ、処理済ガスとして処理対象ガス外部へ排気する水素除去装置であって、処理対象ガスが通気する容器と、前記容器内に設けられ、複数の酸化数を取り得る高次の酸化数を持つ金属酸化物を反応材として収容する反応器と、前記容器及び前記反応器に前記処理対象ガスを導入し、前記反応器から前記水素除去装置の外部に前記処理済ガスを排気する水素除去手段と、水素除去促進手段とを有し、前記水素除去促進手段は、前記処理対象ガスが通気する方向を基準として、前記水素除去手段よりも上流に配置され、前記処理対象ガスの湿分を除去する除湿手段を備え、前記除湿手段は、前記処理対象ガスを導入し、前記処理対象ガスの通気経路に、慣性力を利用して前記処理対象ガスに含まれる湿分を除去する第１の湿分除去部を備え、前記除湿手段は、前記処理対象ガスを導入し、通気する前記処理対象ガスの通気経路に、前記処理対象ガスに含まれる湿分を凝縮させて除去する第２の湿分除去部を備え、前記第２の湿分除去部は、前記処理対象ガスが接触する接触部に設けられ、冷却水が通水する熱交換器と、前記冷却水を前記熱交換器に供給するポンプとを有する。

本発明の実施形態によれば、発生するガスの温度や水蒸気組成の変動が生じても、必要な水素除去性能を確保することができる。

本実施形態に係る水素除去装置の適用例を示す概略図。 第１の実施形態に係る水素除去装置の構成を示す概略図。 第２の実施形態に係る水素除去装置の構成を示す概略図。

以下、本発明の実施形態に係る水素除去装置を添付図面に基づいて説明する。なお、以下の説明においては、上、下、左、右等の方向を示す言葉は、図示した状態または通常の使用状態を基準とする。また、上流（または前段）および下流（または後段）は、処理対象ガス１５または水素除去済みガス１６の流れ方向を基準とする。

本発明の実施形態に係る水素処理装置では、水素を除去するために、過酸化物イオン（Ｏ_２ ^２−）および金属で構成される塩である金属過酸化物や、金属酸化物を反応材として用いる。特に、複数の酸化数を取り得る金属酸化物中の高次の酸化数を持つ金属酸化物や金属過酸化物を反応材として用い、水素ガスを酸化させることによって水素ガスを消費（除去）する。

金属過酸化物や金属酸化物を反応材として用いる場合、処理対象ガスに含まれる水素ガスは、金属過酸化物または金属酸化物に含まれる酸素によって酸化されるため、必ずしも外部から酸素を供給する必要がない。

一般的には、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブテン（Ｍｏ）ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）等から選択される金属過酸化物が反応材として有効である。

続いて、本発明の実施形態に係る水素処理装置について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る水素除去装置の水素除去装置３０（３０Ａ〜３０Ｂ）の適用例を示す概略図である。

また、図１に示される各構成は、それぞれ、原子炉格納容器１、炉心２、原子炉圧力容器３、生体遮蔽壁４、上部ドライウェル５、下部ドライウェル６、ウェットウェル７、ベント管８、サプレッションプール９、主蒸気管１１、安全弁１２、および真空破壊弁１３である。

水素処理装置３０（３０Ａ〜３０Ｂ）は原子炉格納容器１内の雰囲気から水素を除去する。
水素除去装置３０は、例えば、原子炉格納容器１と供給配管３１および戻り配管３２を介して連結される。また、供給配管３１には水素除去処理される雰囲気ガス（以下、「処理対象ガス」とする。）１５を水素除去装置３０内に導くと共に水素除去装置３０内で水素除去処理後の雰囲気ガス（以下、「水素除去済みガス」とする。）１６を水素除去装置３０外へ送出するポンプ３３が設けられる。

さらに、供給配管３１および戻り配管３２には、それぞれ、流路の開閉状態を切り替える開閉弁３４が設けられる。開閉弁３４は、水素除去が不要な場合、すなわち、原子炉が通常に運用されている場合には閉じており、例えばＭｅｔａｌ−Ｗａｔｅｒ反応によって大量の水素が発生する事象が生じた場合等、水素除去装置３０を稼動させる必要が生じた場合に開かれる。

水素処理装置３０は、処理対象ガス１５を導入して処理対象ガス１５に含まれる水素ガスを酸化させて除去し、水素ガス除去後の水素除去済みガス１６を外部へ排気する。水素処理装置３０は、水素ガスを酸化させる水素除去手段と、水素除去促進手段とを具備する。水素除去促進手段は、処理対象ガス１５が通気する方向を基準として、水素除去手段よりも上流側に配置され、水素除去手段における水素と酸素との結合反応を促進させる。

続いて、各実施形態に係る水素処理装置および当該水素処理装置を適用した水素除去方法について説明する。

[第１の実施形態]
図２は、第１の実施形態に係る水素除去装置である水素除去装置３０Ａの構成を示す概略図である。

水素除去装置３０Ａは、水素除去手段５０と、処理対象ガス処理対象ガス水素除去促進手段として加熱手段６０Ａおよび除湿手段７０Ａと、加熱手段６０Ａを制御する加熱制御手段８０と、除湿手段７０Ａを制御する除湿制御手段９０とを具備して構成される。

加熱制御手段８０および除湿制御手段９０には、非常時に使用される電源（以下、「非常用電源」とする。）１００が接続されている。非常用電源１００は、電源車や空冷式ガスタービン発電機車等であり、常用系統とは独立した電源である。

水素除去装置３０Ａを稼動させる場合、加熱手段６０Ａおよび除湿手段７０Ａは電力を必要とする。加熱手段６０Ａおよび除湿手段７０Ａが必要とする電力は、常用系統からの電力供給が停止する事態に陥った場合、非常用電源１００から直接的に、または加熱制御手段８０および除湿制御手段９０を介して供給される。

水素除去手段５０は、ガスが通気可能な容器５１を備え、容器５１の内部に、反応材を収容している反応器５２が通気可能に配置されている。反応器５２は、上流側領域５４から処理対象ガス１５が反応器５２を通気せずに下流側領域５５に漏れることのないように、気密性をもって配置されることが好ましい。

ここで、上流側領域５４とは、容器５１内であって反応器５２よりも上流側に位置する領域をいい、下流側領域５５とは、容器５１内であって反応器５２よりも下流側に位置する領域をいう。上流側領域５４および下流側領域５５は、それぞれ、水素除去手段５０の入口部および出口部を形成する。

容器５１は、水素除去手段５０における流路を形成する。容器５１の幅は、少なくとも供給配管３１や戻り配管３２の管径よりも大きくなるように設計される。そのため、水素除去手段５０における面流速は供給配管３１や戻り配管３２における面流速よりも遅く、水素除去手段５０における処理対象ガス１５の滞留時間は増加する。

また、容器５１は、加熱手段６０Ａよりも下流側に配設される。容器５１と加熱手段６０Ａは、下流側流路６６によって通気可能に接続されている。加熱手段６０Ａを通気して昇温された処理対象ガス１５は、下流側流路６６を通って上流側領域５４に流入する。

さらに、容器５１は、下流側領域５５において戻り配管３２と通気可能に接続されている。戻り配管３２は水素除去装置３０Ａの外部と通気可能に設けられている。反応器５２を通気した後の処理対象ガスである水素除去済みガス１６は、下流側領域５５から戻り配管３２を通って水素除去装置３０Ａの外部へ排気される。

なお、水素除去手段５０において、反応器５２の温度低下を避ける観点から、図２等に例示されるように、容器５１の容器壁５３に断熱機能を有する断熱部５７を設けてもよい。

断熱部５７は、例えば、内壁５３ａおよび外壁５３ｂの間を真空にする等して内壁５３ａおよび外壁５３ｂの間に断熱層を形成した二重壁等の多重壁を用いて形成される。また、断熱部５７の他の例としては、容器壁５３の外表面、すなわち処理対象ガス１５が通気する際に通気する処理対象ガス１５と非接触な面を被覆可能な、グラスウールやロックウール等の材料中で熱伝導率が相対的に低い低熱伝導率材料（いわゆる断熱材として適用される材料）、上記低熱伝導率材料を溶射等によるコーティングによって形成される断熱膜等を用いて形成することもできる。

また、断熱部５７は、上記多重壁、上記断熱材および上記断熱膜から選択される二つ以上を組み合わせて形成されていてもよい。例えば、内壁５３ａおよび外壁５３ｂの間に断熱層を形成した二重壁構造の容器壁５３を設け、さらに容器壁５３の壁面、すなわち内壁５３ａおよび外壁５３ｂの表面のうち、少なくとも一面に断熱膜を設けることによって、断熱効果をより高めた断熱部５７を形成してもよい。

加熱手段６０Ａは、水素除去手段５０における水素の除去効率を高める処理（以下、「水素除去促進処理」とする。）を行う。加熱手段６０Ａが行う水素除去促進処理は、反応器５２に収容される反応材を所定の温度（以下、「所定反応材温度」とする。）以上に保つように加温する処理（以下、「反応器加温処理」とする。）、および処理対象ガス１５の温度を所定の温度（以下、「所定ガス温度」とする。）以上に昇温する処理（以下、「処理対象ガス昇温処理」とする。）の少なくとも一方を含む処理を施す。

所定反応材温度は、所定ガス温度に昇温された処理対象ガス１５が反応器５２に収容される反応材と接した際に熱を奪われ、水素除去反応の反応速度が低下しない程度の温度である。すなわち、所定反応材温度は、所定ガス温度と同程度かそれ以上であることが好ましい。所定反応材温度は、反応材の種類等によって異なるものの、一般的に約２００度（℃）以上であれば十分な速度で水素除去反応が進行すると考えられるため、約２００℃以上である。

所定ガス温度は、約２００℃以上とすれば十分な速度で水素除去反応が進行すると考えられるため、約２００℃以上とするのが好ましい。一方で、所定ガス温度は、反応器５２の構造部材への熱影響等を考慮した場合、高ければ良いというものではなく過剰な高温は耐用期間の低下等を招き得る。そのため所定ガス温度は、２００℃〜４００℃程度の範囲に設定することが好ましい。

なお、所定反応材温度および所定ガス温度の好ましい範囲は、使用する反応材の種類に応じて変動し得る。例えば、２００℃よりも低い温度域であっても他の金属酸化物と比べて水素との反応が良好なマンガン（Ｍｎ）系の金属酸化物を反応材として適用する場合には、下限値をさらに下に設定することができる。一方、Ｍｎ系の酸化物は、約２８０℃になると酸素の遊離が生じる性質があるため、構造上は十分なマージンがあるとしても、酸素を遊離させないように、上限値を酸素の遊離が生じる酸素遊離温度（約２８０℃）未満に設定することが好ましいといえる。

加熱手段６０Ａは、反応器加温手段６１と、ガス昇温手段６２Ａとを備える。反応器加温手段６１は、反応器５２に収容される反応材を、所定反応材温度以上に保つために反応器５２の入口側部分を加温する。ガス昇温手段６２Ａは、水素除去手段５０に導入される前に処理対象ガス１５の温度を所定ガス温度以上に昇温する。すなわち、反応器加温手段６１が反応器加温処理を行い、ガス昇温手段６２Ａが処理対象ガス昇温処理を行う。

反応器加温手段６１は、反応器５２の入口側（上流側）に配置されるヒータ（図示を省略）を有し、反応器５２内の反応材を所定反応材温度以上に維持するために必要な熱量を供給する。反応器５２内の反応材の温度は、反応器５２の入口側部分が最も低くなると考えられる。そのため、反応器５２の入口側部分を所定反応材温度以上に加温可能な構成を採用することで反応器５２内の反応材の温度を所定反応材温度以上に維持できる。

また、水素除去手段５０における上流側領域５４の流路断面積は、その直前に配設される下流側（出口側）連絡流路６６の流路断面積に対して通常大きく設計されるため、上流側領域５４に流入する処理対象ガス１５が膨張してガス温度が低下することも想定される。反応器加温手段６１を反応器５２の入口側（上流側）に配置しておくことで、反応器加温手段６１が単に反応器５２内の反応材を加温するだけでなく、上流側領域５４に流入する処理対象ガス１５に温熱を供給することができる。

反応器加温手段６１が有するヒータは、水素除去装置３０Ａが稼動している間は常時入となるように構成してもよい。また、反応器５２に収容される反応材の温度を温度検出可能なセンサを有する温度検出部６７を設け、温度検出部６７から検出される温度に基づいて加熱状態、すなわち発熱量を調整するように構成してもよい。

なお、反応器加温手段６１におけるヒータの加熱状態の調整は、手動か自動かを問わない。例えば、反応器加温手段６１を制御する機能を有する加熱制御手段８０が設けられている場合、すなわち後述する反応器加熱制御部８１が設けられている場合、反応器加熱制御部８１からの制御指令に従って反応器加温手段６１におけるヒータの加熱状態を制御することによって、当該ヒータの加熱状態を自動的に調整することができる。

ガス昇温手段６２Ａは、処理対象ガス１５が通気可能な管状体であるヒータ収容部６３Ａにヒータ６４を収容して構成される。ヒータ収容部６３の上流側は上流側連絡流路６５を介して除湿手段７０Ａと通気可能に接続されている。ヒータ収容部６３の下流側は下流側連絡流路６６を介して水素除去手段５０と通気可能に接続されている。

ヒータ６４は、反応器５２の上流側の反応材を所定ガス温度以上に維持するために必要な熱量を供給する。ヒータ６４は、水素除去装置３０Ａが稼動している間は常時入となるように構成してもよい。または、ヒータ６４は、処理対象ガス１５の温度検出可能なセンサを有する温度検出部６８を少なくとも１箇所に設置し、温度検出部６８から検出される温度に基づいてヒータ６４の加熱状態、すなわち発熱量を調整するように構成してもよい。

なお、処理対象ガス１５の温度を検出する観点からすれば、温度検出部６８は、流路内の少なくとも１箇所に設置すれば最低限の要求を満足できるが、より適切に処理対象ガス１５の温度を昇温する観点からすれば、当該流路内に３，４箇所程度設置した方が好ましい。より好ましくは、当該流路の軸（中心）から壁に向かう方向に対して、中心側の領域である中央部に１箇所、当該流路の内壁近傍の領域、すなわち中央部を取り囲む周囲部に少なくとも１箇所設置する。さらに好ましくは、中央部に１箇所、周囲部に、位相（中心と温度検出部６８とを結ぶ直線の方向）を変えて複数箇所に設置することである。

また、ヒータ６４を制御する機能を有する加熱制御手段８０が設けられている場合、すなわち後述する処理対象ガス加熱制御部８２が設けられている場合、処理対象ガス加熱制御部８２からの制御指令に従ってヒータ６４の加熱状態を制御することによって、ヒータ６４の加熱状態を自動的に調整することができる。

ガス昇温手段６２Ａにおいて、ガス昇温手段６２Ａを通気して昇温された処理対象ガス１５の温度低下を避ける観点から、ガス昇温手段６２Ａを構成する流路のうち、少なくともヒータ収容部６３および下流側連絡流路６６に断熱部６９を設けてもよい。断熱部６９は、断熱部５７と同様にして形成することができる。

除湿手段７０Ａは、水素除去手段５０における水素の除去効率を高める処理として、処理対象ガス１５の湿分を除去する処理を施す。除湿手段７０Ａは、加熱手段６０Ａより上流に配設されており、容器７１の上流側が供給配管３１と通気可能に接続される。また、容器７１の下流側が上流側連絡流路６５を介して加熱手段６０Ａと通気可能に接続される。

除湿手段７０Ａは、ガスが通気可能な容器７１の内部に、エリミネータ７２と、熱交換部７３とを備える。エリミネータ７２は、慣性力を利用して処理対象ガス１５に含まれる湿分を除去する第１の湿分除去部である。熱交換部７３は、処理対象ガス１５に含まれる湿分を凝縮させて除去する第２の湿分除去部である。また、容器７１の底部には、凝縮水等の液体を貯留可能な液溜部７４が設けられている。

また、除湿手段７０Ａには、例えば、熱交換部７３と液溜部７４とを循環可能に連絡する循環水流路７５が設けられている。循環水流路７５は、冷熱を供給する冷媒を、熱交換部７３と液溜部７４との間で循環させる流路である。除湿手段７０Ａでは、例えば、冷媒として水（冷却水）が使用されている。

循環水流路７５には、冷却水を循環させるポンプ７６と、冷却水を冷却する冷却器７７とが設けられる。ポンプ７６を稼動させると、冷却水が、ポンプ７６、冷却器７７、熱交換部７３、液溜部７４を経由してポンプ７６に戻って循環水流路７５を循環する。

循環水流路７５に配設される熱交換部７３では、循環水流路７５を循環する冷却水と処理対象ガス１５との間で熱交換される。当該熱交換の結果、循環水は温度が上昇する一方、処理対象ガス１５は冷却され、その湿分が凝縮して凝縮水が発生する。発生した凝縮水は液溜部７４に捕集される。

循環水流路７５に配設される冷却器７７は、必要に応じて、処理対象ガス１５から温熱を受け取る循環水を冷却して熱交換部７３へ供給する。冷却器７７は、例えば、冷熱発生源（図示省略）と、この冷熱発生源を含み冷媒が循環する低温側循環系（図示省略）と高温側循環系を形成する循環水流路７５とを熱的に接続する熱交換部（図示省略）とを有する。

冷却器７７において、上記低温側循環系を循環する冷媒は、上記冷熱発生源から上記熱交換部へ送られる。上記熱交換部では、循環水流路７５を通水する循環水に冷熱を供給する一方、自身は温熱を受け取り温められる。上記熱交換部で温熱を受け取った冷媒は、上記熱交換部から冷熱発生源に戻り、再度冷却されて上記熱交換部へ送られる。

上流側湿度検出部７８は、例えば容器７１の入口近傍の除湿手段７０Ａの上流側に設けられており、除湿制御手段９０と無線または有線を介して、検出結果（湿度）を伝送可能に接続される。上流側湿度検出部７８は、除湿手段７０Ａに導入される処理対象ガス１５の湿度を検出し、検出結果を除湿制御手段９０へ伝送する。

湿度検出部７９（以下、「下流側（出口側）湿度検出部」とする。）は、例えば容器７１の出口（上流側連絡流路６５の入口）近傍等の除湿手段７０Ａの下流側（出口側）に設けられ、除湿制御手段９０と無線または有線を介して、検出結果（湿度）を伝送可能に接続される。下流側湿度検出部７９は、除湿手段７０Ａから排気される処理対象ガス１５の湿度を検出し、検出結果を除湿制御手段９０へ伝送する。

上流側湿度検出部７８および下流側湿度検出部７９の検出結果は、ポンプ７６および冷却器７７の何れを稼動するか否かを切り替える必要性の有無を判断する際に用いることができる。

例えば、上流側湿度検出部７８の検出結果は、除湿手段７０Ａの入口部において処理対象ガス１５の湿度が低くエリミネータ７２による処理対象ガス１５の湿分除去で十分に処理対象ガス１５の湿分が除去できる、すなわち除湿能力が最小でも十分に処理対象ガス１５の湿分が除去できるか否かを判断する判断材料として用いることができる。

例えば、下流側湿度検出部７９の検出結果は、除湿手段７０Ａの出口部においても処理対象ガス１５の湿度が所望するレベルまで低下しない場合等のような除湿手段７０Ａの除湿能力をさらに高める必要がある場合において、ポンプ７６および冷却器７７を停止したままでよいか、冷却器７７は停止したままポンプ７６を稼動させるか、またはポンプ７６および冷却器７７を稼動させるかを判断する判断材料として用いることができる。

従って、下流側湿度検出部７９の検出結果だけでなく、上流側湿度検出部７８の検出結果をさらに用いることで、ポンプ７６および冷却器７７の好ましい入切状態をより適切に判断することができる。

なお、図２に示される除湿手段７０Ａは、第１の湿分除去部としてのエリミネータ７２と、第２の湿分除去部としての熱交換部７３とを備える例であるが、必ずしも第２の湿分除去部を備える必要はなく熱交換部７３を省略して除湿手段７０Ａを構成してもよい。

また、図２に示される除湿手段７０Ａでは、熱交換部７３に冷熱を供給する冷却水を循環水流路７５に通水して（循環させて）利用しているが、例えば、外部から十分な量の冷却水を供給可能であれば、冷却水を通水する流路は必ずしも冷却水が循環可能な流路でなくてもよい。

さらに、図２に示される除湿手段７０Ａでは、熱交換部７３に冷熱を供給する冷却水の通水経路として液溜部７４を含む循環水流路７５が形成されているが、循環水流路７５から液溜部７４を切り離し、循環水が液溜部７４を通水しない循環水流路７５が形成されてもよい。液溜部７４に集められる水分は、原子炉格納容器１由来の水であるため、再利用が困難な場合も想定され得るためである。

加熱制御手段８０は、反応器加温手段６１およびガス昇温手段６２Ａを個別に制御する機能を有し、反応器加温手段６１を制御する反応器加熱制御部８１と、ガス昇温手段６２Ａを制御する処理対象ガス加熱制御部８２とを備える。

反応器加熱制御部８１は、温度検出部６７から検出される反応器５２内の反応材の温度に基づいて制御指令を生成し、制御対象となる反応器加温手段６１に与える。反応器加熱制御部８１からの制御指令を受けた反応器加温手段６１では、当該制御指令に従って加熱状態、すなわち発熱量が制御される。

処理対象ガス加熱制御部８２は、温度検出部６８から検出される処理対象ガス１５の温度に基づいて制御指令を生成し、制御対象となるガス昇温手段６２Ａに与える。処理対象ガス加熱制御部８２からの制御指令を受けたガス昇温手段６２Ａでは、当該制御指令に従ってヒータ６４の加熱状態、すなわち発熱量が制御される。

除湿制御手段９０は、ポンプ７６と冷却器７７とを個別に制御する機能を有し、冷却器７７を制御する冷却器制御部９１と、ポンプ７６を制御するポンプ制御部９２とを備える。

冷却器制御部９１は、湿度検出部７９から検出される除湿手段７０Ａの出口部を通気する処理対象ガス１５の湿度に基づいて制御指令を生成し、制御対象となる冷却器７７に制御指令を与える。冷却器制御部９１からの制御指令を受けた冷却器７７は、当該制御指令に従って循環水の冷却状態を、少なくとも冷却無しまたは冷却有りに切り替える。

ポンプ制御部９２は、例えば、湿度検出部７８から検出される除湿手段７０Ａの入口部を通気する処理対象ガス１５の湿度に基づいて制御指令を生成し、制御対象となるポンプ７６に与える。ポンプ制御部９２からの制御指令を受けたポンプ７６は、当該制御指令に従ってポンプ７６の動作状態を、稼動または停止に切り替える。

なお、除湿手段７０Ａにおいて、第２の湿分除去部を構成する熱交換部７３に冷熱を供給するための循環水流路７５にポンプ７６および冷却器７７が設けられている場合、除湿制御手段９０は、ポンプ７６と冷却器７７とを個別に制御する機能を有しているので、除湿手段７０Ａの除湿レベルを２段階に切り替えて制御することができる。

より具体的には、ポンプ７６を稼動とする一方、冷却器７７を停止とすることによって、除湿能力が相対的に低い低除湿運転が可能となる。また、ポンプ７６を稼動させ、かつ冷却器７７を稼動させることによって、除湿能力が相対的に高い高除湿運転が可能となる。従って、除湿制御手段９０は、必要とする除湿レベルに応じて除湿手段７０Ａを稼動させることができる。

このように、水素除去装置３０Ａでは、水素除去手段５０の上流側に、水素の除去を促進させる水素除去促進手段として、加熱手段６０Ａおよび除湿手段７０Ａの少なくとも一方を具備している。加熱手段６０Ａは、反応器５２に導入される処理対象ガス１５の温度を水素除去に好適な温度まで昇温することができ、除湿手段７０Ａは処理対象ガス１５の湿分を水素除去に好適な湿度まで除湿することができる。

なお、図２に例示される水素除去装置３０Ａは、水素除去手段５０の上流側に、水素除去促進手段として加熱手段６０Ａおよび除湿手段７０Ａの両方を具備しているが、必ずしも加熱手段６０Ａおよび除湿手段７０Ａの両方を具備している必要はない。何れか一方を省略することができ、水素除去手段５０の上流側に加熱手段６０Ａを設置した水素除去装置３０Ａや水素除去手段５０の上流側に除湿手段７０Ａを設置した水素除去装置３０Ａを構成することができる。

また、図２に例示される水素除去装置３０Ａは、加熱手段６０Ａとして、反応器加温手段６１およびガス昇温手段６２Ａの両方を備えているが、必ずしも反応器加温手段６１およびガス昇温手段６２Ａの両方を備えている必要はない。すなわち、反応器加温手段６１を備える加熱手段６０Ａやガス昇温手段６２Ａを備える加熱手段６０Ａを構成することができる。

続いて、加熱手段６０Ａ等の水素除去促進手段を具備する水素除去装置３０Ａの消費電力と非常用電源１００の供給能力との関係について説明する。

図１に例示される適用例の場合、水素除去装置３０Ａを稼動させる必要がある場合、発電所外部の電力系統に接続される電源を発電所内に引き込んで使用できない事態も想定される。発電所では非常用電源１００のような、非常時に一定時間電力を供給可能な電源を準備している。非常用電源１００が水素除去装置３０Ａを稼動させるのに必要な電力を供給可能であれば、水素除去装置３０Ａを無理なく運用することができるといえる。

非常用電源１００として、例えば、電源車や発電機車が準備されている場合、電源車であれば１０００〜３０００［ｋＷ］程度、発電機車であれば４０００［ｋＷ］程度の電力を供給することができる。

一方、水素除去装置３０Ａを適用する場合、最大では加熱手段６０Ａおよび除湿手段７０Ａの両方を稼動させることになる。ここで、加熱手段６０Ａおよび除湿手段７０Ａの消費電力について考察する。

加熱手段６０Ａでは、反応器加温手段６１およびガス昇温手段６２Ａにおける発熱のために電力が消費される。ヒータ６４等の発熱要素が必要とする消費電力、ガス昇温手段６２Ａを通気する処理対象ガス１５を昇温するための電力、およびガス昇温手段６２Ａにおける流路を昇温するための電力は、それぞれ、下記式（１）、（２）および（３）を用いて算出することができる。

必要電力［ｋＷ］＝反応材の比熱［Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ）］÷反応材のモル質量［ｋｇ／ｋｍｏｌ］×反応材の密度［ｋｇ／ｍ^３］×反応材の体積［ｍ^３］×１秒当たりの上昇温度［Ｋ／ｓｅｃ］ ……（１）
必要電力［ｋＷ］＝ガスの比熱［Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ）］÷気体のモル体積（＝２２．４）［ｍ^３／ｋｍｏｌ］×ガス密度［ｋｇ／ｍ^３］×ガスの１秒当たりの流量［ｍ^３／ｓｅｃ］×上昇温度［Ｋ］ ……（２）
必要電力［ｋＷ］＝流路材料の比熱［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］×流路材料の密度［ｋｇ／ｍ^３］×流路材料の体積［ｍ^３］×１秒当たりの上昇温度［Ｋ／ｓｅｃ］ ……（３）

また、反応器加温手段６１での消費電力を計算するにあたり、設計の一例として、反応器５２（図２）に収容する反応材としての金属酸化物を酸化銅（II）とし、酸化銅（II）の体積を１０［ｍ^３］とし、上昇温度させる温度幅を２００［℃］（［Ｋ］）とし、温度上昇に要する時間を３時間（＝３×３６００［ｓｅｃ］）とする。なお、反応材としての酸化銅（II）の比熱および密度については、公知の文献に記載される数値、具体的には、比熱４２．３［Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ）］および密度６．３１［ｋｇ／ｄｍ^３］を用いた。

さらに、ガス昇温手段６２Ａでの消費電力を計算するにあたり、設計の一例として、処理対象ガス１５が通気する流路であるヒータ収容部６３を形成する部材をＳＵＳ３０４製の管状体とし、当該部材の体積を４０［ｍ^３］とし、流路内を処理対象ガス１５が単位時間（ここでは１時間）当たりに通気する流量を２５０［ｍ^３］（＝［ｍ^３／ｈｏｕｒ］）とし、処理対象ガス１５の組成については、水素が２０［ｖｏｌ％］、水素以外の他のガス（主成分が窒素ガス）が８０［ｖｏｌ％］とした。

なお、水素および窒素の比熱、モル質量および密度については、それぞれ、公知の文献に記載される数値を用いた。具体的に説明すれば、水素については、比熱２８．８３［Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ）］、窒素については、比熱２９．１２［Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ）］を用い、気体のモル体積は２２．４［ｍ^３／ｍｏｌ］を用いた。

また、ＳＵＳ３０４の比熱および密度については、公知の文献に記載される数値、具体的には、０．５９［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］および密度７．９３［ｋｇ／ｍ^３］を用い、上昇温度させる温度幅を２００［℃］（［Ｋ］）とし、温度上昇に要する時間を１時間（＝３６００［ｓｅｃ］）とした。

上記式（１）とこれらの数値とを用いて、反応器加温手段６１での消費電力［ｋＷ］を計算すると、得られる必要電力［ｋＷ］は、約３０［ｋＷ］となる。実際には、電圧変動や制御誤差などの影響や放熱の影響があるため、その分を考慮すると、約２倍程度、すなわち６０［ｋＷ］程度の電力が必要であることが推察される。

一方、上記式（２）と前記数値とを用いて、ガス昇温手段６２Ａを通気する処理対象ガス１５を昇温するために必要な電力［ｋＷ］を計算すると、水素については約３．６［ｋＷ］、水素以外の他のガス（主成分が窒素ガス）については約１４．５［ｋＷ］となる。また、上記式（３）と前記数値とを用いて、ヒータ収容部６３を処理対象ガス１５と同じ温度に昇温するために必要な電力［ｋＷ］を計算すると、約１０．４［ｋＷ］となる。

従って、ガス昇温手段６２Ａでは全体として約２８．５［ｋＷ］となり、実際には、電圧変動や制御誤差などの影響や放熱の影響があるため、その分を考慮すると、約２倍程度、すなわち５７．０［ｋＷ］程度の電力が必要であることが推察される。

故に、加熱手段６０Ａ全体では、１１７［ｋＷ］程度の電力が必要であることが推察される。

なお、除湿手段７０Ａにて消費される電力に関しては、最大でも冷却水を循環させるためのポンプ７６での消費電力と冷却器７７での消費電力である。

例えば、除湿手段７０Ａで必要となる冷却能力は、除湿手段７０Ａ内に流入する処理対象ガス１５は常温と考えられるため、凝縮させるために低下させる処理対象ガス１５の温度幅は多く見積もっても２０℃程度であり、ガス昇温手段６２Ａが昇温させる温度幅（２００℃（Ｋ））の約１０％と考えられる。従って、除湿手段７０Ａで必要となる消費電力は、設計余裕を多めに見込んで冷却能力を見積もってもガス昇温手段６２Ａが必要とする５７．０［ｋＷ］と同程度あれば十分と考えられる。

ここで、ポンプ７６および冷却器７７に相当する要素を備える水冷式の冷却装置（チラー）の消費電力を参考にすると、例えば、メーカから公表されている消費電力（［ｋＷ］）の値は、メーカ間で多少の相違はあるもののいずれも冷却能力（［ｋＷ］）の値よりも小さいことから、消費電力としては冷却能力と同等の５７．０［ｋＷ］を見込んでおけば十分と考えられる。

そうすると、水素除去装置３０Ａを適用する際に加熱手段６０Ａおよび除湿手段７０Ａの両方を稼動させたとしても、推定される最大消費電力はせいぜい２００［ｋＷ］程度であり、電源車等を非常用電源１００として確保すれば、加熱手段６０Ａおよび除湿手段７０Ａの両方を稼動させた状態で水素除去装置３０Ａを稼動させたとしてもその電力を十分に賄うことができる。

従って、例えば、原子炉隔離時冷却系などによる注水が２４時間行われた後に炉心が落下してＭｅｔаｌ−Ｗаｔｅｒ反応が発生する場合等、水素除去装置３０Ａ周辺が低温度にある状況下においても、非常用電源１００からの電力供給を受けてポンプ７６および冷却器７７の少なくとも一方を稼動させて処理対象ガス１５に含まれる水蒸気を凝縮させてより多くの湿分を除去したり、非常用電源１００からの電力供給を受けて加熱手段６０Ａが処理対象ガス１５を約２００℃昇温させることができる。

次に、図２に示される水素除去装置３０Ａを原子炉格納容器１（図１）の雰囲気から水素を除去する際に適用する場合を例に、当該水素除去装置３０Ａを用いた水素除去方法について説明する。

原子炉格納容器１の内部は常時不活性な窒素ガスが充填されている。従って、原子炉事故に起因してＭｅｔａｌ−Ｗａｔｅｒ反応が生じている場合、蒸発した冷却水に由来する水蒸気が主に発生するので、処理対象ガス１５に含まれるガスの主成分は窒素、水素および水蒸気の３種となる。

なお、厳密にいえば、燃料デブリ由来の核反応生成物のうち気体成分であるハロゲンが処理対象ガス１５に混在する可能性も考えられるが、本実施形態で用いる反応材が、複数の酸化数を取り得る金属酸化物中の高次の酸化数を持つ材料であり、ハロゲンとの反応には不活性な金属酸化物である点を考慮すれば、燃料デブリ由来のハロゲンの影響は無視できる程度に小さいと考えられる。

まず、水素除去装置３０Ａを用いた水素除去方法では、窒素、水素および水蒸気を主成分とする原子炉格納容器１の内部の雰囲気（処理対象ガス１５）から水素を除去するため、開閉弁３４（図１）を開放する（閉→開）。一般的には、原子炉格納容器１の内部と水素除去装置３０Ａとの圧力差が駆動力となって処理対象ガス１５が原子炉格納容器１側から水素除去装置３０Ａ側へ流動すると考えられるが、十分でない場合も考慮してポンプ３３（図１）を駆動してもよい。

続いて、処理対象ガス１５が水素除去装置３０Ａに流入すると、まず、除湿手段７０Ａ（容器７１Ａ）に流入する。除湿手段７０Ａでは、第１の湿分除去部としてのエリミネータ７２と、第２の湿分除去部としての熱交換部７３とが処理対象ガス１５に含まれる湿分を除去する。

除湿手段７０Ａに流入する処理対象ガス１５には、水蒸気が数十パーセント［％］程度含まれ得るが、除湿手段７０Ａを通気する過程で大部分の水蒸気が除去される。従って、除湿手段７０Ａ（容器７１Ａ）から流出する処理対象ガス１５の成分は、処理対象ガス１５から水蒸気がほとんど除去される。この結果、処理対象ガス１５の成分は、主に窒素と水素とが占める状態になっていると考えられる。

除湿手段７０Ａにおいて、湿分が除去された処理対象ガス１５は、除湿手段７０Ａ（容器７１Ａ）から流出し、続いて加熱手段６０Ａに流入する。

加熱手段６０Ａでは、ガス昇温手段６２Ａが湿分除去後の処理対象ガス１５を昇温して金属酸化物との再結合反応がより速く進行する約２００℃以上まで昇温する。昇温された処理対象ガス１５は、ガス昇温手段６２Ａから流出し、続いて水素除去手段５０（容器５１）に流入する。

水素除去手段５０では、容器５１内の上流側領域５４に配設される反応器加温手段６１が反応器５２の入口側部分を所定反応材温度以上に加温し、反応器５２の入口側部分が所定反応材温度以上に保たれている。

処理対象ガス１５は、容器５１内の上流側領域５４に流入すると、反応器５２を通気して下流側領域５５へと流動する。処理対象ガス１５は、反応器５２を通気する過程で、含まれている水素が反応器５２に収容されている反応材としての金属酸化物に含まれる酸素と反応して除去される。

また、水素除去手段５０では、反応器５２の入口側部分が所定反応材温度以上に保たれている。そのため、処理対象ガス１５が反応材と接する際に、処理対象ガス１５の大幅な温度低下が抑制される。従って、水素除去手段５０では、十分な速度で安定的に水素除去反応が進行する。

続いて、反応器５２を通気して水素ガスが除去された水素除去済みガス１６は、下流側領域５５へと流出する。そして、下流側領域５５と通気可能に接続される戻り配管３２を通って水素除去装置３０Ａの外部へ排気される。

このような水素除去装置３０Ａおよび水素除去装置３０Ａを用いた水素除去方法では、非常用電源１００が確保できる状況下にあれば、水素除去促進手段としての加熱手段６０Ａおよび除湿手段７０Ａの少なくとも一方を稼動させて、水素除去に適切なガス温度や湿分に処理対象ガス１５を調整することができる。

従って、水素除去装置３０Ａおよび水素除去装置３０Ａを用いた水素除去方法では、水素除去に適切なガス温度や湿分に処理対象ガス１５を調整し、水素除去手段５０に導入することができ、安定的に水素を除去することができる。すなわち、発生するガスの温度や水蒸気組成の変動が生じても、水素除去に適切なガス温度や湿分の処理対象ガス１５を水素除去手段５０に導入することができ、水素除性能を低下させることなく必要な水素除去性能を確保することができる。

水素除去装置３０Ａおよび水素除去装置３０Ａを用いた水素除去方法によれば、水素除去装置３０Ａが水素除去促進手段として、反応器加温手段６１を備える加熱手段６０Ａを具備する場合、反応器５２内の反応材が所定反応材温度以上になるように加温することができるので、処理対象ガス１５が反応材と接触した際に処理対象ガス１５の温度が低下することを防ぎ、反応温度低下に伴う水素除去量の低下を防ぐことができる。

また、水素除去装置３０Ａが水素除去促進手段として、ガス昇温手段６２Ａを備える加熱手段６０Ａを具備する場合、処理対象ガス１５の温度を水素除去処理反応（再結合反応）が十分な速度をもって開始するために必要な温度まで昇温することができるので、十分な速度をもって水素除去処理反応（再結合反応）が進行し、安定的に水素を除去することができる。

さらに、水素除去装置３０Ａが水素除去促進手段として、湿分除去手段７０Ａを具備する場合、水素除去処理反応（再結合反応）の進行を妨げ得る湿分（水蒸気）を処理対象ガス１５から除去することができるため、水素除去性能の低下を防止することができる。

また、図２に例示される除湿手段７０Ａのように、除湿手段７０Ａが第１の湿分除去部としてのエリミネータ７２と、第２の湿分除去部としての熱交換部７３とを備える場合、除湿手段７０Ａの除湿能力を段階的に切り替えて運用することができる。

さらに、水素除去促進手段として加熱手段６０Ａおよび除湿手段７０Ａを具備し、加熱手段６０Ａが除湿手段７０Ａの下流側（後段）であって、水素除去手段５０の上流側（前段）に配置される場合、処理対象ガス１５が昇温前の常温に近い温度帯、すなわち相対湿度が高くなる温度帯で除湿を行うことができるので、処理対象ガス１５の除湿をより効率的に行うことができる。

なお、上述した水素除去装置３０Ａでは、水素除去の必要性が生じてから稼働する場合を説明しているが、加熱手段６０Ａ等の処理対象ガス１５や反応器５２内の反応材に熱を供給する一部構成について常時または定期的に稼動させてもよい。

水素除去の必要性が生じるのに先立って処理対象ガス１５や反応器５２内の反応材に熱を供給しておくことで、水素除去装置３０Ａを稼働してからより短時間で水素除去反応を十分な速度で安定的に進行する状態に移行させることができる。また、常用系統からの電力供給があるうちに、常時または定期的に稼動させておくことで、熱量発生に必要な電力を節約できるため、非常用電源１００が必要とする電力を節減することができる。

[第２の実施形態]
図３は、第２の実施形態に係る水素除去装置の一例である水素除去装置３０Ｂの構成を示す概略図である。なお、図３では、図の煩雑化を防ぐ観点から、図２に示される温度検出部６７および６８と湿度検出部７８および７９との図示を省略している。

第２の実施形態に係る水素除去装置は、第１の実施形態に係る水素除去装置に対して、水素除去促進手段の構成、すなわち加熱手段および除湿手段の少なくとも一方の構成が異なる点で相違するが、その他の点は実質的に相違しない。そこで、本実施形態の説明では、第１の実施形態に対する相違点を中心に説明し、第１の実施形態に係る水素除去装置と実質的に相違しない構成要素については、同じ符号を付して重複する説明を省略する。

水素除去装置３０Ｂは、水素除去装置３０Ａに対して、水素除去促進手段としての加熱手段６０Ａおよび除湿手段７０Ａの構成が異なる一方、その他の構成要素については実質的に異ならない。水素除去装置３０Ｂは、加熱手段６０Ａの代わりに加熱手段６０Ｂを、除湿手段７０Ａの代わりに除湿手段７０Ｂを、または加熱手段６０Ａおよび除湿手段７０Ａの代わりに加熱手段６０Ｂおよび除湿手段７０Ｂを具備して構成される。また、加熱手段６０Ｂは、加熱手段６０Ａに対して、ガス昇温手段６２Ａの代わりにガス昇温手段６２Ｂを備えて構成される。

図３に示される水素除去装置３０Ｂは、図２に示される水素除去装置３０Ａに対して、加熱手段６０Ａおよび除湿手段７０Ａの代わりに、加熱手段６０Ｂおよび除湿手段７０Ｂを具備する。すなわち、図３に示される水素除去装置３０Ｂは、水素除去手段５０と、加熱手段６０Ｂと、除湿手段７０Ｂと、加熱制御手段８０と、除湿制御手段９０とを具備して構成される。

加熱手段６０Ｂでは、ガス昇温手段６２Ｂにおいて処理対象ガス１５が通気する流路を構成するヒータ収容部６３Ｂの流路断面積が、ガス昇温手段６２Ａにおけるヒータ収容部６３Ａの流路断面積に対して相対的に大きく構成されている点で相違するが、その他の点は実質的に相違しない。

除湿手段７０Ｂでは、除湿手段７０Ｂにおいて処理対象ガス１５が通気する流路を構成する容器７１Ｂの流路断面積が、容器７１Ａの流路断面積に対して相対的に大きく構成されている点で相違するが、その他の点は実質的に相違しない。

このように構成される水素除去装置３０Ｂでは、水素除去装置３０Ａと同様に、発生するガスの温度や水蒸気組成の変動が生じても、水素除去に適切なガス温度や湿分の処理対象ガス１５を水素除去手段５０に導入することができ、水素除性能を低下させることなく必要な水素除去性能を確保することができる。

また、加熱手段６０Ｂを具備する水素除去装置３０Ｂでは、ガス昇温手段６２Ｂにおける流路断面積が、ガス昇温手段６２Ａの流路断面積に対して相対的に大きくなるので、面流速を相対的に遅くすることができる。従って、ガス昇温手段６２Ｂにおける処理対象ガス１５の滞留時間をガス昇温手段６２Ａよりも相対的に長くすることができる。

故に、加熱手段６０Ｂを具備する水素除去装置３０Ｂでは、処理対象ガス１５の滞留時間がガス昇温手段６２Ａよりも増加するため、ガス昇温手段６２Ｂの消費電力がガス昇温手段６２Ａと同じであれば、処理対象ガス１５をよりも高い温度に昇温することができる。一方、所定ガス温度まで昇温するために必要な熱量が同じであれば、ガス昇温手段６２Ｂの消費電力をガス昇温手段６２Ａの消費電力よりも小さく抑えることができる。

また、除湿手段７０Ｂを具備する水素除去装置３０Ｂでは、除湿手段７０Ｂにおける流路断面積が、除湿手段７０Ａの流路断面積に対して相対的に大きくなるので、面流速を相対的に遅くすることができる。従って、除湿手段７０Ｂにおける処理対象ガス１５の滞留時間を除湿手段７０Ａよりも相対的に長くすることができる。

故に、除湿手段７０Ｂを具備する水素除去装置３０Ｂでは、除湿手段７０Ｂにおいて湿分除去部との接触時間が除湿手段７０Ａよりも増加するので、当該湿分除去部における除湿効率を向上させることができる。

なお、上述した本実施形態の説明は、水素除去促進手段を構成する加熱手段６０Ｂおよび除湿手段７０Ｂについて流路断面積をより大きくすることおよびその作用および効果について説明した内容であるが、流路断面積をより大きくする概念の適用対象は水素除去促進手段に限定されない。上記概念は、例えば、水素除去手段５０に対しても適用できる。水素除去手段５０に対して適用した場合、水素除去手段５０における面流速が相対的に遅くなるので、反応器５２における処理対象ガス１５の滞留時間が増え、反応効率が同じであれば水素除去量をより増やすことができる。

以上、水素除去装置３０および水素除去装置３０を用いた水素除去方法によれば、水素除去装置３０が水素除去促進手段を具備しているので、発生するガスの温度や水蒸気組成の変動が生じていても、水素除去促進手段が水素除去に適切なガス温度や湿分に調整した処理対象ガス１５を水素除去手段５０に導入することができ、安定的に水素を除去することができる。

また、上述した水素除去装置３０Ｂ等のように、供給配管３１や戻り配管３２によって構成される水素除去装置３０と処理対象ガス１５の供給源としての原子炉格納容器１とを連絡する流路の断面積に対して、水素除去促進手段や水素除去手段５０における流路の断面積を大きく構成することで、面流速が相対的に遅くなるので、水素除去促進手段や水素除去手段５０における処理対象ガス１５の滞留時間を増やすことができる。この結果、水素除去効率を高める処理の効果をより高めたり、水素除去量をより増やしたりすることができる。

なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することができる。本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…原子炉格納容器、２…炉心、３…原子炉圧力容器、４…生体遮蔽壁、５…上部ドライウェル、６…下部ドライウェル、７…ウェットウェル、８…ベント管、９…サプレッションプール、１１…主蒸気管、１２…安全弁、１３…真空破壊弁、１５…処理対象ガス、１６…水素除去済みガス、３０（３０Ａ，３０Ｂ）…水素除去装置、３１…供給配管、３２…戻り配管、３３…ポンプ、３４…開閉弁、５０…水素除去手段、５１…容器、５２…反応器、５３…容器壁、５３ａ…内壁、５３ｂ…外壁、５４…断熱部、５７…上流側領域（入口部）、５８…下流側領域（出口部）、６０Ａ，６０Ｂ…加熱手段、６１…反応材加温手段、６２Ａ，６２Ｂ…ガス昇温手段、６３Ａ，６３Ｂ…ヒータ収容部、６４…ヒータ、６５…上流側（入口側）連絡流路、６６…下流側（出口側）連絡流路、６７，６８…温度検出部、６９…断熱部、７０（７０Ａ，７０Ｂ）…除湿手段、７１Ａ，７１Ｂ…容器、７２…エリミネータ、７３…熱交換部、７４…液溜部、７５…循環水流路、７６…ポンプ、７７…冷却器、７８…上流側（入口側）湿度検出部、７９…下流側（出口側）湿度検出部、８０…加熱制御手段、８１…反応器加熱制御部、８２…処理対象ガス加熱制御部、９０…除湿制御手段、９１…冷却器制御部、９２…ポンプ制御部、１００…非常用電源。

Claims (10)

1. 処理対象ガスに含有される水素ガスを酸化させ、処理済ガスとして処理対象ガス外部へ排気する水素除去装置であって、
   処理対象ガスが通気する容器と、
   前記容器内に設けられ、複数の酸化数を取り得る高次の酸化数を持つ金属酸化物を反応材として収容する反応器と、
   前記容器及び前記反応器に前記処理対象ガスを導入し、前記反応器から前記水素除去装置の外部に前記処理済ガスを排気する水素除去手段と、
   水素除去促進手段とを有し、
   前記水素除去促進手段は、
   前記処理対象ガスが通気する方向を基準として、前記水素除去手段よりも上流に配置され、
   前記処理対象ガスの湿分を除去する除湿手段を備え、
   前記除湿手段は、前記処理対象ガスを導入し、前記処理対象ガスの通気経路に、慣性力を利用して前記処理対象ガスに含まれる湿分を除去する第１の湿分除去部を備え、
   前記除湿手段は、前記処理対象ガスを導入し、通気する前記処理対象ガスの通気経路に、前記処理対象ガスに含まれる湿分を凝縮させて除去する第２の湿分除去部を備え、
   前記第２の湿分除去部は、前記処理対象ガスが接触する接触部に設けられ、冷却水が通水する熱交換器と、前記冷却水を前記熱交換器に供給するポンプとを有する水素除去装置。
2. 前記第２の湿分除去部は、前記冷却水を冷却する冷却器を有する請求項１記載の水素除去装置。
3. 前記ポンプおよび前記冷却器の入切状態を、それぞれ個別に切り替え可能な湿分除去制御手段をさらに具備し、
   前記湿分除去制御手段は、前記処理対象ガスが通気する方向を基準として、前記第１の湿分除去部よりも下流側で検出される湿度に応じて、前記ポンプおよび前記冷却器を切状態から入状態に切り替えるように構成される請求項２記載の水素除去装置。
4. 前記ポンプおよび前記冷却器の入切状態を、それぞれ個別に切り替え可能な湿分除去制御手段をさらに具備し、
   前記湿分除去制御手段は、前記処理対象ガスが通気する方向を基準として、前記第１の湿分除去部よりも上流側で検出される湿度に応じて、前記ポンプおよび前記冷却器を入状態から切状態に切り替えるように構成される請求項２乃至３のいずれか一項に記載の水素除去装置。
5. 断熱部を前記容器に設けた請求項１乃至４の何れか一項に記載の水素除去装置。
6. 前記処理対象ガスを所定温度以上に維持するガス昇温手段の前記処理対象ガスが通気する流路に断熱部を設けた請求項１乃至５の何れか一項に記載の水素除去装置。
7. 処理対象ガスに含有される水素ガスを酸化させ、処理済ガスとして処理対象ガス外部へ排気する水素除去装置であって、
   処理対象ガスが通気する容器と、
   前記容器内に設けられ、複数の酸化数を取り得る高次の酸化数を持つ金属酸化物を反応材として収容する反応器と、
   前記容器及び前記反応器に前記処理対象ガスを導入し、前記反応器から前記水素除去装置の外部に前記処理済ガスを排気する水素除去手段と、
   水素除去促進手段とを有し、
   前記水素除去促進手段は、
   前記処理対象ガスが通気する方向を基準として、前記水素除去手段よりも上流に配置され、前記処理対象ガスを所定温度以上に維持するガス昇温手段を備え、
   前記ガス昇温手段の前記処理対象ガスが通気する流路に断熱部を設けた水素除去装置。
8. 前記ガス昇温手段が発生させる熱量を制御する加熱制御手段をさらに具備する請求項７に記載の水素除去装置。
9. 前記水素除去促進手段は、常用時に使用されない非常用電源からの電力を受電可能に構成される請求項１乃至８の何れか一項に記載の水素除去装置。
10. 前記水素除去手段よりも上流に前記処理対象ガスの湿分を除去する除湿手段が配置され、
    前記ガス昇温手段は、前記除湿手段よりも前記処理対象ガスの流れ方向に対する下流側であって、前記水素除去手段よりも前記処理対象ガスの流れ方向に対する上流側に配置される少なくとも請求項７が引用される請求項７乃至９の何れか一項に記載の水素除去装置。
    

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