JPH03505080A - ガススペース内可燃性ガス混合物除去の方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ガススペース内可燃性ガス混合物除去の方法および装置記載 本発明はガススペース内の可燃性ガス混合物を除去するための方法に関する。本 発明はまたこのような方法を実行するための装置に関する。例えば化学的方法の いくつかの処理工程では、可燃性ガス混合物の生成は回避できない。可燃性ガス 混合物の爆発は、これらのガス混合物を含む工場にかなりの損傷を与え得る。

原子力発電所（ＮＦＳ）での炉心溶融事故後の水素／空気混合物の除去は、本発 明を説明するための応用実施例として炉心溶融の場合、大量の水素が金属／水反 応によって短時間内にＮＦＳの収納容器（ＣＶ）内に放出され、ＣＶ内空気中の 水素（Ｈ２）と酸素（ｏ２）との制御されない反応に点火されることがあっては ならないので、その水素はＣｖのガススペースから即座に除去されねばならない ；さもなければ、Ｈ２／　０２の爆燃作用或いは爆轟の場合のようなケースでの 時ならぬＣＶの事故を防止することはできないであろう。

このような可燃性水素／空気混合物を除去するためにむきだしの点火源を使用す ることが提案されてきた。触媒点火装置の電池式スパークギャップ／／シーメン ス（Ｓｉｅｍｅｎｓ　）による１９８８年５月のオーダーＮｏ、Ａ　１９１００ −Ｌｉ８２２−ＡｌＯ２の水素点火装置／／は市販されており、それは例えば炉 心溶融事故の場合に、原子力発電所の収納容器内の点火可能な水素／空気混合物 内で爆燃作用或いは爆轟を誘起する。

長い間にＨ２および０□の再結合のためのいろいろな別の方法がわかってきた。

例えばニ ー　継続的な流れの方法 爆発性混合物はバイブを通って反応室の中へと流通し、例えば熱的に或いは触媒 的にそこで再結合される。ドイツ式軽水炉のＣＶの約７０，０００ｍ　’の自由 空間により、この継続的な流れの方法は非常に長い時間が必要とされるので適切 でないことがわかる；これはスイス国特許第５１４．２１７号明細書に含まれて おり多孔隔離装置によって出口のガスの流れを受は持つライン内の燃焼室の構造 を記載している。

−多重局部再結合方法 主として、触媒再結合器（接触触媒）が提案されてきた。触媒方法は触媒毒の痕 跡に非常に敏感に反応する。

もし触媒表面が再結合器として作用するならば、十分にＨ２１０２が得られる場 合には、それらは爆発性Ｈ２１０２の点火温度よりも高い温度まで加熱され／／ １９８８年５月のシーメンスの引用文／／、そしてＣＶ内で爆燃作用或いは爆轟 を誘起する。

もし点火が収容器内の１つの場所で生じる場合は、収容器内にある可燃性ガス混 合物は爆轟の限界以下で爆燃作用を起こすこともまた知られている。しかし同様 に爆轟の限界以下の可燃性ガス混合物の点火が収容器内の種々の点でほぼ同時に 起こった場合の結果として、他の点ではすべて同じ条件下の収容器内のただ１つ の箇所での局部的な点火の場合には生じない爆轟のような影響が、一種の爆発の 噴射の結果の如く広がる。爆轟のような影響がなくても、ＮＦＳのＣＶ内の水素 爆燃作用は関連する熱エネルギの放出の結果として９．５バールというＣＶの運 転停止圧力を超過する１０バールより大きい、圧力の増加を導く。

例えば炉心溶融事故のような原子力発電所の重大な事故の場合の−たとえ局部的 に限定され得るとしてさえも−もしＣＶが周囲環境に向けた最後の非損傷防御壁 となるのならば、爆轟がＣＶ内で受容できるかどうかという疑問は、ＣＶに対だ 確認されておらず、模擬の事故次第に対するコンピュータ計算手段によってのみ 確認されている。すべてのこのようなコンビエータコードは、原子力発電所が設 計されていない重大な事故を完全に網羅し且つ記載せねばならないと規定された 包括的な条件の決定を要求している。これは、事件の次第に関するこのような模 擬コードの使用者の予め考えられたアイデアから逸脱して起こり得る潜在的な炉 心溶融事故かどうかおよびどの範囲までかという疑問を開示したままである。

沸騰水炉内の水素を除去するために、流出ガス（なかんず＜Ｈ２および０２）を 運ぶライン内に第１の多孔隔離要素、点火源および第２の多孔隔離要素を配置し てＨ２を燃焼することが提案されている。

ラインを横断して配置される多孔隔離要素は可燃性ガス混合物の流れに対してか なりの流れ抵抗を生じ、その抵抗は対応する差圧によって克服される。第１と第 ２の多孔隔離要素の間に形成された燃焼室内での１回の点火の後可燃性ガス混合 物か継続して燃焼させられる。というのは第１の多孔隔離要素がガスバーナのよ うに作用するからであり、その燃焼室は可燃性ガスの爆発性点火によって生じ得 る損傷を回避するために十分狭く選択される；実際、多孔隔離要素を通しての迅 速な圧力の軽減は細孔の性質故に不可能である。

本発明は、比較的大きなガススペースの場合でも可燃性ガス混合物の爆発を防ぎ 短時間の除去を可能にするという目的に基く。この目的は、格子によって残留ガ スのスペースを分割してできる多数の部分容積内で可燃性ガス混合物を燃焼成い は再結合することによって達成される。

部分容積の内部での燃焼は、 −　スパークギャップを介しての電気スパーク−グロ一点火装置（グロープラグ ）上の熱い表面−むきだしの炎および／または −　触媒表面 のような点火源によってもたらされる。

本発明はずっと前から既知である装置の適切な組み合わせを利用するニ ー　　Ｄａｖｙによるむきだしの炎を備えた坑内保安ランプむきたしの炎を備え た光源としての坑内保安ランプは長い間、爆発性のメタンガス／空気混合物の場 合でさえも坑内の防爆性（保護された）光源として知られてきた。

もし１％以上のメタンが坑内の空気中に存在するならば、メタン含有量の増加に つれて広がる青炎が輝炎の上に現れる。坑内保安ランプはむきだしの炎を備えた 光源として設計される；それが可燃性ガスの除去に適さないのは例えば爆発状燃 焼工程は坑内保安ランプの内部では起こり得ないからであり、何故なら炎と壁と の間の距離が非常に小さいからである。

−内燃機関内のスパークプラグ或いはグロープラグスパークプラグ或いはグロー プラグは数１０年の間、内燃機関内の爆発性ガス混合物のための適切な点火源で あることを示してきた。電気スパークは、容積で４から７５％までの水素を含有 する水素／空気混合物に点火する。

−触媒点火装置 プラチナ表面は水素のための点火装置であることを示してきた。

−むきだしの炎 むきだしの炎は長い間、ガスバーナ内の点火装置として知られてきた。

長い間鉱内および内燃機関で主流としてテストされてきた装置を用いるここに提 案する方法は、記載例を参照して記述される：格子は残留ガスのスペースから一 部分の容積を分割する。格子はガスおよび蒸発気体に対しほんのわずかな流れ抵 抗を示す。可燃性ガス混合物は、部分容積内に残留ガスのスペース内と同じ濃度 で差圧なしで存在する。爆発状燃焼を伴う点火が部分容積内で生じた場合、もし グリルのメ・ソシニ幅が存在する可燃性ガス混合物に応じて十分に小さく選択さ れるならば、格子は爆発状燃焼が残留ガスのスペースの中へ広がることを防ぐ。

−水素／空気混合物に対しては０．０釦ｍ以上０．２ｎ＋Ｉ１１以下の格子のメ ツシュ幅が適切とされている。−爆発状燃焼が生じた後で、蒸気気体状或いはガ ス状燃焼生成物はほとんど妨害なくほぼ完全に部分容積から流出できる。発生し た燃焼の熱のせいで、燃焼生成物は可燃性ガス混合物の周囲の大気よりも熱くそ して熱的上昇気流を発生させるので、さらにより冷たい燃焼していないガス混合 物は部分容積の中へ流入しそして再度点火され得る。その結果として、大きな表 面面積と低い高さを有する部分容積の幾何学的形状を選択することが有利である ことがわかる。しかしながら点火箇所と格子の最も近い箇所との間の距離がはな はだしく短いケースでは、部分容積内の爆発状燃焼は発生せず部分容積の内部で の継続的な燃焼が起こる。このケースでは、例えばスイス国特許第５１４．２１ ７号明細書に記載されるように部分容積は連続する燃焼の燃焼室として作用する 。そこに記載された出口ガスライン内の燃焼室を分割するための多孔隔離要素が 爆発状燃焼に対して適切でないのは、燃焼生成物が隔離要素の細孔を通って十分 に早く流出できないからである。そしてそのことはその中の６頁２６行目以下に 述べられている：　“炎が一時的に消えそして再度点火されねばならないような ケースでは、隔離要素５２と５３との間のスペースは、隔離要素の間のガスの爆 発性点火によって引き起こされ得る損傷を回避するのに十分な程に狭い。”そこ で提案されている多孔隔離要素とは対照的に、残留ガスのスペースを分割するも のとしての適切なメッシユ幅の格子は、部分容積内のガス混合物の爆発状燃焼を 可能にし、それは多孔隔離要素によって達成できるものより十分に大きい。

それ故に本発明によると、点火の箇所と格子との間の最も小さい距離は爆発状燃 焼のみが部分８積内て生じ得るように選択される。連続燃焼は外側からは制御さ れることができないてあろうし、そして格子の過度の加熱を起こし、それ故に残 留ガスのスペース内の点火を起こし得る；これは部分容積の外側での爆発を引き 起こすことがあり得、それは絶対に防止されねばならないものである。

本発明は以下の図面によって示された例を参照することによってより詳細に説明 されるであろう。

第１図は可燃性ガス混合物の除去のための新しい装置の縮小断面図を示し、 第２図は第１図の装置のライン２−２に沿った断面を示す。

第１図に示された装置では、可燃性ガス混合物はスパークプラグ（２０）によっ て内側格子（１９）の間で点火される。爆発状燃焼は内側格子（１９）の間のス ペースに限定されて残る。

熱い燃焼生成物は格子（１８，１９）を通ってほとんど制約されない一優先的に は上向きに流出することができる。バッファ（２２）は煙突効果を生成し、そし て対流を促進する。加えて、熱エネルギは冷却媒体を通している冷却ライン（２ １）によって排出される。新鮮な未燃焼ガス混合物は内側格子（１９）の間のス ペースの中に流入し、そして再度点火される。明瞭にするために、例えばセンサ 、スイッチ、リード線、遅延装置およびファンのような電気装置は図示されてい ない。

−例としての部分容積内の点火源であるスパークプラグおよびグロープラグの配 置は、外側からの燃焼の制御に特に適していることがわかる。

残留ガスのスペースの中に形成された開口部を通して爆発の点火が゛伝播し、格 子に対する機械的損傷のケースを信頼性高く予防するために、互いに電気的に隔 離された２つの格子が部分容積の周囲に共通の間隔で配置される。もし外側格子 上に外部（例えば機械的）作用が生じるならば、内側格子および外側格子は導電 接触できるようになる。これは、スパークプラグおよびグロープラグへのエネル ギ供給を遮るセンサを起動させる。２つのワイヤ格子の導電接触が本質的に安全 でそしていかなるスパークをも起こさないのは、格子間の電位差と接触上を流れ る電流とがスパーク形成には十分でないように選択されるからである。

過度に加熱された格子による残留ガスのスペース内の爆発性点火を高い信頼度で 予防するため、以下の処置が採られるニー　格子の中の１つ、効果的には内側格 子上に配置された温度センサの対応する出力信号による、スパークプラグおよび グロープラグへのリード線の遮断。

−温度センサの対応する出力信号による点火続発頻度の制御。

熱い表面上の℃て表した可燃性ガス混合物の点火温度の約２／３である内側格子 の最大温度は適切である。

個々の温度センサの故障が二の熱い表面による外側格子の過度の加熱およびそれ 故に残留ガスのスペース内の爆発に影響を及はすことができないのは、受動的な 安全要素としての可溶性の安全器が、ガス混合物が点火する℃で表された表面温 度の３／４でエネルギ供給を最終的に遮断するからである；例として、以下にＨ ２のＣｖＯ中への放出によるＮＦＳの事故後の熱の除去に関して述べる： 装置内の高いＨ２転換の後温度を下げるための付加的な処置が必要とされ、それ は本発明によって以下のように提供されるニ ー　　Ｈ２燃焼中に結果として生じる部分容積を通る自然対流は、例えばファン および／または煙突効果を冑する電流の増加に伴い、単位時間当りにより多い熱 エネルギが除去されることができ且つより大量のＨ２／空気混合物が供給される ことができるニ ー　内側および／または外側格子の冷却は例えば冷却媒体の流れを担っている冷 却ラインによって有効に行われ、そして熱バイブは部分容積の内部での燃焼によ って残留ガスのスペースの中へと放出された熱エネルギを搬送するのに特に適切 であることを示す。

点火の下方限界付近のＨ２／空気混合物のケースでは、グロープラグの熱表面は 、スパークプラグからの点火スパークよりも燃焼するガス混合物を除去するため には適切であるとされる。様々なＨ２濃度が予想されるケースでは、本発明によ って装置内のグロープラグとスパークプラグとの組み合わせが好ましく、点火の 下方限界付近ではグロープラグか優先的に使用されることができ、スパークプラ グはより高いＨ２濃度で、またさらに高い範囲まで使用されることができる。

装置内の可燃性ガス混合物の除去は以下のようにしてモニタされることができる ニ ー　１つ以上の装置の上下に配置されてガス雰囲気の温度の比較を可能にするセ ンサによって、 −燃焼反応中に発生された電磁気放射を検知するセンサによって、 −燃焼生成物によって吸収される電磁気放射の吸収を検知するセンサによって。

局部範囲において、所望されない局部的な圧力上昇が複数の多重部分容積内の同 時の点火の結果として生じ得るのは、燃焼生成物−例えば水蒸気−が非常に熱い からである。これらの部分容積内の異なった点火時間はこのような局部的圧力上 昇を防ぐ；適切には、これは装置の上流のリード線のブランチ内の遅延装置によ って防がれることができる。

以下の利点は本発明に付随している： 好ましくは提案された本発明による電気スパークおよび／または熱い表面によっ て例えば原子力発電所の事故後の雰囲気からの水素の燃焼においてニ ー　この方法は事故後の雰囲気からのすべての物’Ｅｔ（不純物）に鈍感である とされニ ー　付加的な開口部がＣＶ壁内には必要とされず；有効な規則にしたがって十分 な数の貫通電気リード線があり：−装置の工程および機能のために機械的に動く 部品はＣＶ内で必要とされずニ ー　もし格子が単に損傷されないならば、ガス混合物の燃焼の点火が行われ； −格子の強められた冷却は増加されたＨ２変換を可能にしニ ー　高度な多重設備の故に、１つの装置の故障は何の問題をも引き起こさす； −爆轟可能なＨ２／空気混合物は防爆性方法で除去されることができニ ー　格子の故障或いは過度の加熱は、点火スパークおよび／または熱い表面の加 熱のスイッチを切ることと、それ故に特定の装置での水素燃焼の遮断とを導くの で、ＣＶの残留物の中の水素の制御されない爆発或いは爆轟からの信頼できる予 防が確実にされ； −発熱を伴う水素燃焼は、事故後の大気内の増加した対流と、それ故に部分容積 を通る水素／空気混合物の増加した通過量とを導き； −装置はメンテナンス−フリーであり、そして長期間でさえもガススペース内の 化学的不純物によってそれらの運転性が損なわれることはない。

幅が０．１ｍｍのメツシュを有する格子の使用は、水素の除去にとって有利であ ることを示している。

提示された方法およびそれに対する装置は、核の分野内のＨ２の燃焼に限定され ない。化学工場では可燃性ガス混合物は燃焼され且つ均一に信頼できるように除 去される二とかでき、そのようなケースでは、もし必要ならば適切な熱スィッチ が可燃性ガス混合物に特定である温度に応答する。可燃性ガス混合物に特定であ る幅のメツシュを有する格子は同様に選択されねばならない。装置の機能的な立 証は、ブタンおよびメタンに対して実験的に実行された。０．７１の幅のメツシ ュを有する格子の使用は、ブタンおよびメタンの除去に対して有利であることを 示している。

Ｆｉｇ、１ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成２年１２月１４日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ガススペースの部分範囲が格子によって分離されそして燃焼はその部分範囲 で実行されることを特徴とする、ガススペース内の可燃性ガス混合物の除去のた めの方法。 ２．部分範囲内の燃焼がスパークによって開始されることを特徴とする請求項１ 記載の方法。 ３．部分範囲内の燃焼が触媒によって有効に行われることを特徴とする請求項１ 記載の方法。 ４．部分範囲内の燃焼が熱い表面或いはむきだしの炎によって開始される請求項 １記載の方法。 ５．点火の箇所と格子との間の最短距離が、ガス混合物の不連続的な爆発状燃焼 が部分容積内で生じるような大きさになるように選択されることを特徴とする請 求項１記載の方法。 ６．低い腐食傾向を有する金属の格子（１８）が可燃性ガス混合物を含むスペー スの部分容積を分割することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の 方法を実行するための装置。 ７．スパークブラグ（２０）および／またはグローブラグが部分容積の内部に配 置されることを特徴とする請求項６記載の装置。 ８．格子（１８）からある距離で、同じ材料（１９）の第２の電気伝導性のグリ ルが絶縁されて配置されることと、第１の格子（１８）と第２の格子（１９）と の間の本質的に安全な接触を検知し、スパークブラグ（２０）および／またはグ ローブラグヘのリード線が遮断されることができるようにスイッチを制御するセ ンサが設けられることとを特徴とする請求項６或いは７のいずれか１項記載の装 置。 ９．格子（１８，１９）の内の１つの上に、好ましくは内側格子（１９）の上に 、その出力信号がスパークブラグ（２０）および／またはグローブラグヘのリー ド線を遮断するためのスイッチを制御する温度センサが配置されることを特徴と する請求項６乃至８のいずれか１項記載の装置。 １０．点火続発頻度が格子（１８，１９）上の温度センサの出力信号によって制 御されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項記載の装置。 １１．格子（１８，１９）に熱伝導的に接続され、その融解温度は可燃性ガス混 合物の℃で表された点火温度の約３／４である可溶性の安全器が、スパークブラ グ（２０）および／またはグローブラグヘのリード線の中に配置されることを特 徴とする請求項６乃至１０のいずれか１記載の装置。 １２．スパークブラグ（２０）および／またはグローブラグに加えて或いはその 代わりに、温度センサの信号によって開く或いは閉じるように制御される制御可 能なむきだしの炎が部分容積の内部に配置されることを特徴とする請求項６乃至 １１のいずれか１項記載の装置。 １３．部分容積を通るガス混合物の流れを生成するためのバッファ（２２）およ び／またはファンが部分容積の外側に配置されることを特徴とする請求項６乃至 １２のいずれか１項記載の装置。 １４．煙突効果によって部分容積を通るガス混合物の流れが生じるような方法で バッファ（２２）が設計されて配置されることを特徴とする請求項６乃至１３の いずれか１項記載の装置。 １５．内側および／または外側格子（１８，１９）には熱を除去するための装置 （２１）が設けられていることを特徴とする請求項６乃至１４のいずれか１項記 載の装置。 １６．熱を除去するための装置（２１）が熱パイプを具備することを特徴とする 請求項６乃至１５のいずれか１項記載の装置。 １７．格子（１８，１９）が０．０５ｍｍ以上の幅のメッシュを有するワイヤの 網状結合している金属から作成されることを特徴とする請求項６乃至１６のいず れか１記載の装置。 １８．ワイヤの網状結合（１８，１９）がステンレススチールで構成される請求 項６乃至１７のいずれか１項記載の装置。 １９．幾何学的形状の部分容積が大きな表面面積と低い高さを有することを特徴 とする請求項６乃至１８のいずれか１記載の装置。 ２０．装置内のガスの燃焼が、装置の上下でガスの温度を比較することができる センサによって検知されることを特徴とする請求項６乃至１９のいずれか１項記 載の装置。 ２１．装置内のガスの燃焼を検知するために、燃焼反応中に放射されるおよび／ または反応生成物によって吸収される電磁気放射を確かめるセンサが設けられる ことを特徴とする請求項６乃至２０のいずれか１項記載の装置。 ２２．１本の共通の電気リード線を介して供給されている多重装置が、電子遅延 装置が個々の装置のその電気リード線の上流のブランチ内配置されており異なる 時間にスパーク放電を示すことを特徴とする請求項６乃至２１のいずれか１項記 載の装置。