RU2012392C1 - Устройство для удаления водорода из газовой смеси - Google Patents

Abstract

Изобретение касается устройства для удаления водорода из газовой смеси, в особенности при авариях ядерных реакторов. Сущность: описано устройство для удаления водорода из газовой смеси, содержащей водород и кислород, наличие которого обусловлено особенностями загрузки ядерного реактора, чтобы поглощать образующийся при авариях реактора водород и тем самым противодействовать опасности образования взрывоопасной водород-кислородной смеси. Устройство содержит множество конструкций катализатора, которые размещены в объеме друг против друга таким образом, что конвекционные потоки, возникающие под влиянием теплоты реакции, способствуют перемешиванию атмосферы внутреннего пространства и благодаря этому возможно разрушают имеющиеся запирающие слои. 7 з. п. ф-лы, 9 ил.

Description

Изобретение касается устройства для удаления водорода из газовой смеси.

Известно устройство, в котором появляется проблема удаления водорода из газовой смеси, в особенности при авариях ядерных реакторов, когда водород выпускают в кислородсодержащую атмосферу предохранительного контейнера или систему снижения давления ядерного реактора и устраняют тем самым опасность взрыва. Для удаления водорода применяют известное устройство из металла с высокой поглотительной способностью относительно водорода, которые обладают высокой поглотительной способностью даже при незначительном парциальном давлении водорода в газовой смеси. Для предотвращения окисления металлы покрывают водородопроницаемым защитным слоем. При этом в качестве защитного слоя можно использовать материал, который действует как катализатор при окислении водорода кислородом с образованием воды.

Металл, поглотивший водород, может быть представлен либо как самонесущий, либо как слой в структуре носителя. Для кнопки-вставки в качестве предохранительного устройства, которое необходимо только в случае повреждения, у известного устройства предусмотрено, чтобы конструкция носителя, имеющая в данном случае катализирующий защитный слой и распределена внутри закрытого контейнера, который открывается только в случае повреждения в зависимости от давления. В одной форме выполнения устройства этот контейнер имеет на своем верхнем и нижнем конце по одной предохранительной мембране, которая отделяется в случае повреждения. Внутри контейнера находится пакет из металлов, имеющих покрытие, поглощающее водород. После отделения предохранительных мембран окружающая газовая смесь попадает в контейнер, причем возникает конвекционный газовый поток от нижней части контейнера к головной. Для усиления этого потока сужается поперечное сечение потока в головной части контейнера.

В другой форме выполнения известного устройства фольга из металла, имеющего покрытие, поглощающее водород, закатывается в контейнере. Контейнер подвешивается к потолку и открывается в случае повреждения, чтобы фольга могла разматываться и возникла большая поверхность контакта с газовой смесью.

Подобное устройство известно из заявки [2] . В брошюре описан материал, особенно хорошо подходящий в качестве катализатора, которым покрыта сетчатая или жестяная конструкция носителя с одной или с обеих сторон. Покрытая слоем конструкция носителя сгибается или закатывается в герметичный контейнер, который открывается только в случае повреждения, так что потом конструкцию носителя можно развернуть или размотать. Материал катализатора или носителя, описанные в этой брошюре, пригодны в пределах предложенного изобретения.

Расчет хода аварии ядерного расплава на примере установки указывает на то, что освобождение водорода происходит с выделением незначительного количества двуокиси и окиси углерода (К. Брехт и М. Тильманн Анализы аварий ядерного расплава вследствие несдерживаемой большой утечки в главной магистрали хладоносителя. ГРС-А-906, дек. 1983). Из подобных сообщений выясняется, что во время аварии освобождается повышенное количество пара. Пар имеется частично в переохлажденном и частично в перегретом состоянии. Благодаря различным весовым соотношениям имеющихся компонентов газа, таких как воздух, водород, пар, СО, СО2, могут образоваться запирающие смеси с опасностью локального повышения концентрации водорода. Проблема, связанная с этим, а именно возможного сжигания смеси водород-воздух позволит устранить высокую локальную концентрацию водорода с помощью описанного вначале известного устройства для удаления водорода.

Цель изобретения состоит в создании устройства для удаления водорода, чтобы при данных условиях появляющиеся запирающие слои и связанные с этим локальные концентрации водорода устранялись.

Известно, что в основном конвекционный поток регулирует теплоту реакции при удалении водорода в известных устройствах. Если большая часть конструкций катализатора устанавливается внутри замкнутого пространства, например контейнера безопасности ядерной установки, попеременно напротив друг друга горизонтально и вертикально, то атмосфера общего пространства перемешивается и разрушает имеющиеся запирающие слои, иначе говоря, водород, распределенный более или менее равномерно, поглощается конструкцией катализатора и тем самым ликвидируется опасность детонации.

На фиг. 1 представлена первая модель исполнения изобретения в готовом виде; на фиг. 2 - то же, в рабочем состоянии; на фиг. 3 - часть второй модели исполнения изобретения в рабочем состоянии; на фиг. 4 и фиг. 5 - детали и пояснения второй модели исполнения изобретения; на фиг. 6 - третья модель исполнения изобретения в готовом виде; на фиг. 7 - то же, в рабочем состоянии; на фиг. 8 - катализатор третьей модели исполнения изобретения; на фиг. 9 - то же, частичный разрез.

На фиг. 1 и 2 описана прежде всего первая модель исполнения устройства согласно изобретению.

Устройство содержит герметичный контейнер в рабочем состоянии в форме ящика. Учитывая размеры и прочие данные, в котором должно быть использовано устройство, предусмотрены один или несколько таких контейнеров 1 с описанным содержимым. В контейнере находятся пластины катализатора 2. Они закреплены при помощи гибкой опоры, преимущественно металлических цепей, прикрепленной к крышке 1а контейнера. Цепи 3 различных пластин катализатора 2 имеют разную длину, как изображено на фиг. 2. В рабочем состоянии пластины катализатора 2 благодаря направляющим 10, прикрепленным к противоположным боковым перегородкам, должны быть на таком расстоянии, чтобы они при сильной вибрации не могли соприкасаться друг с другом и взаимно получать повреждения. Эти направляющие обеспечивают в то же время при открытии днища 7 контейнера 1 контрольное выпадение из контейнера пластин катализатора 2.

Днище 7 контейнера 1 (на фиг. 1 заштриховано) может иметь форму, отклоняющуюся от плоскости, следствие чего может быть то обстоятельство, что в готовом виде пластины катализатора 2 уже находятся на различной высоте и ниже исходного положения. Это может способствовать тому, что при открытии контейнера и выпадении пластин катализатора 2 не появляется обоюдного удара пластин друг о друга с возможным последующим повреждением.

Днище контейнера 7 отделяется преимущественно в зависимости от температуры. У вставки в контейнере безопасности ядерной установки наблюдается в случае повреждения повышение температуры, которое может служить решающим моментом при открытии контейнера 1. Различные виды температурных сенсоров, включая биметаллы, подходят в качестве реле для открытия днища 7 контейнера 1.

На фиг. 2 показано рабочее состояние устройства с вертикально и горизонтально соединенными друг против друга пластинами катализатора 2, висящими на цепях 3. Каталитические пластины состоят преимущественно из жестяной подложки, которая с обеих сторон покрыта слоем вещества-катализатора. В качестве материалов для жестяной подложки и вещества-катализатора подходят известные материалы на уровне современной техники, в особенности указанные в [2] . На основе собранной структуры каталитических пластин появляются конвекционные потоки с вертикальными и горизонтальными компонентами, которые при соответствующем распределении каталитических пластин, расположенных через промежутки друг против друга, способствуют достаточному перемешиванию атмосферы пространства и благодаря этому в данном случае разрушают уже имеющиеся запирающие слои или препятствуют их возникновению. Это действие металлических пластин может еще более усиливаться благодаря просвеpленным отверстием 9, которые горизонтально располагаются по длине каталитических пластин и вызывают образование потока компонентов, перпендикулярного плоскости чертежа на фиг. 2.

У контейнера 1 могут быть предусмотрены дополнительно один или несколько контейнеров, которые по мере надобности через вентиль соединяются с внутренней частью контейнера 1. В этих дополнительных контейнерах 4 находятся образцы каталитических пластин из того же материала, что и в контейнере 1. Из таких дополнительных контейнеров можно регулярно брать образцы и проверять, достаточной ли каталитической активностью они еще обладают. При открытии такого дополнительного контейнера автоматически перекрывается вентиль, установленный для соединения с внутренней частью контейнера 1, так что внутри контейнера 1 сохраняются защитная атмосфера под небольшим избыточным давлением. Сохранение данной структуры катализатора в готовом виде в закрытом контейнере, как это описано в предыдущих и последующих примерах исполнения, не обязательно во всех случаях. Обязательно или по меньшей мере целесообразно это тогда, когда данная функция приспособлена, а именно удаление водорода, должна выполняться лишь в случае повреждения, которое может случиться в любой момент, а атмосфера, имеющая в пространстве до самого случая повреждения, может вредно воздействовать на активность каталитических пластин. Если в отдельных случаях можно не опасаться вредного воздействия на активность, то каталитические пластины 2 соответствующей структуру, как изображено на фиг. 2, можно подвешивать прямо к крышке. Это обстоятельство учитывается в последующих моделях исполнения.

На фиг. 3 показаны увеличенные структуры катализатора в готовом виде в закрытом контейнере 1 в соответствии с другими моделями исполнения изобретения. В этой форме исполнения 6 структур катализатора 10 в виде крыльев лопастного колеса звездообразной формы располагаются вокруг центральной оси 12. Каждая структура катализатора собирается на корпусе катализатора 14 и каталитических пластин 16. Корпус катализатора 14 сам может быть изготовлен из каталитических пластин, имеющих покрытие с обеих сторон. Корпус открывается снизу и содержит в готовом виде, как изображено на фиг. 5, некоторое количество каталитических пластин, которые связаны между собой гибкими опорами, преимущественно металлическими цепями 18. Каждая каталитическая пластина соединена через такую металлическую цепь 18 с крышкой катализатора 14. Металлические цепи по мере надобности прикрепляются к верхнему концу каталитических пластин. Металлические цепи, соединяющие две каталитические пластины между собой, немного длиннее, чем сама пластина. Цепи, соединяющие пластины с крышкой корпуса катализатора 14, немного длиннее, чем высота корпуса катализатора. Последняя каталитическая пластина на пути цепи нагружена или несколькими грузами 19, прикрепленными к ее нижнему концу, отвернутому металлической цепью 18. В готовом виде, показанном на фиг. 5, отдельные каталитические пластины лежат на днище корпуса, которое отбрасывается в случае повреждения.

Когда в описанной форме конструкции катализатора контейнер 1 в случае повреждения открывается таким образом, что выпадают вниз каталитические пластины всех конструкций катализатора 10 под действием совместного усилия каталитических пластин 16 и грузов 19, как изображено на фиг. 4. С учетом места крепления и длины металлических цепей 18 подвешивают верхнюю каталитическую пластину 16, присоединяя ее непосредственно к корпусу катализатора 14 с незначительным зазором от нижней его стороны. Другая каталитическая пластина 16 следует по мере надобности с незначительным зазором за первой, так что цепь придает каталитической пластине вертикальное направление. У обычных конструкций катализаторов 10 (фиг. 5) соответствующие каталитические пластины выпадают аналогичным образом. Размеры корпуса 14 и каталитических пластин 16 зависят от соответствующих соотношений рабочего объема. Таким образом, внутри объема можно разместить несколько устройств. Каталитические пластины 16 снабжены несколькими отверстиями 20. Благодаря этим отверстиям происходит формирование поперечных потоков и тем самым в целом пространственной конвекции, которая согласно изобретению разрушает запирающие слои или препятствует их образованию.

К третьему примеру относятся фиг. 6-8. На фиг. 6 показан ряд конструкций катализаторов 30 в готовом виде внутри закрытого контейнера 1. Он снабжен дополнительными контейнерами 4, как и контейнеры обеих предыдущих моделей выполнения, относительно которых можно сослаться на предыдущее описание.

Что касается конструкций катализаторов 30, строение которых поясняют фиг. 8 и 9, то речь идет о структуре, подобной лопастному колесу с центральной осью 32, на которой расположены отдельные каталитические пластины 34, способные вращаться о мере надобности с помощью втулок. Каталитические пластины 34, расположенные по всему объему в захлопнутом состоянии (фиг. 6), могут раскрываться в виде веера, изображенного на фиг. 8. Это позволит компактно расположить пластины в готовом виде и одновременно создать более активную поверхность в их рабочем состоянии.

В случае повреждения открывается днище 7 контейнера 1, в результате чего отдельные конструкции катализатора 30 выпадают из контейнера 1 вниз под действием силы тяжести. Конструкции катализатора 30 крепятся к крышке контейнера 1 с помощью цепей различной длины в соответствии с изображением на фиг. 7 и тем самым после выпадения создают картину лопастного колеса (расположение их представлено на фиг. 7). Выбросу каталитических пластин 34 отдельных конструкций 30 способствуют вращающиеся пружины 38 (фиг. 9), которые предусмотрены между смежными каталитическими пластинами 34. Благодаря принятым мерам можно позаботиться о том, чтобы появившиеся потоки на отдельных лопастных конструкциях создали вращающийся момент для дополнительного механического перемешивания атмосферы. Может быть обеспечено вращение либо металлических цепей, либо каталитических пластин 34, закрепленных на оси 32 и образующих со своей стороны соответствующие оси вращающихся гильз. Могут быть предусмотрены металлические пластины 34 с отверстиями для образования вращающего момента (аналогично отверстиями 20 на фиг. 5), которые приводят к возникновению поперечных потоков, или рассмотрено соответствующее строение или конструкция в наклонном положении.

Благодаря необходимым механическим приспособлениям можно надежно обеспечить, чтобы при выпадении конструкций катализатора 30 из контейнера 1 в случае повреждения сначала падали конструкции 30, подвешенные на самых длинных металлических цепях. Это может произойти, например, за счет различного сопротивления трению у стенок контейнера или соответствующих форм или конструкций в наклонном положении, как представлено на фиг. 1.

Не все конструкции катализатора в готовом виде, предназначенные для размещения в замкнутом пространстве, могут быть помещены в отдельный контейнер 1. Кроме того, они могут располагаться на различных местах с учетом объемных соотношений отдельных контейнеров. Важно то, что в случае повреждения конструкции катализатора по величине превосходят поверхность и высоту пространства, так что возникает желаемая пространственная конвекция, способствующая перемешиванию атмосферы внутри объема.

Далее подчеркивается, что речь идет о некоторых примерах из возможного множества с поясняющими, в большинстве своем схематически представленными моделями исполнения. (56) Заявка ФРГ N 3604416, кл. В 01 D 53/22, 1987.

Заявка ФРГ N 3725290, кл. С 22 С 5/04, 1989.

Claims (8)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ВОДОРОДА ИЗ ГАЗОВОЙ СМЕСИ, содержащей водород и кислород, состоящее из контейнера с крышкой и дном, раскрываемым из состояния готовности, в котором оно герметично закрывает контейнер, который помещен в корпус катализаторного устройства из листов материала-носителя, покрытого каталитическим веществом, отличающееся тем, что каталитические пластины в состоянии готовности располагаются с интервалами в основном параллельно в контейнере, опираясь на дно, и с помощью гибких опорных средств, длина которых больше, чем высота контейнера, закреплены на крышке контейнера и в рабочем состоянии при раскрытом дне висят для удаления локальных зон концентрации водорода под контейнером на опорных средствах.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что соседние каталитические пластины подвешены на различных по длине гибких опорных средствах.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каталитические пластины имеют расположенные в вертикальном направлении на расстоянии друг от друга и проходящие горизонтально в направлении ширины пластины сквозные отверстия.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в контейнере вокруг центральной оси со смещением в окружном направлении относительно друг друга расположено несколько катализаторных устройств, из которых каждое состоит из открытого в зоне его дна корпуса, в котором в состоянии готовности расположены каталитические пластины, из которых одна с помощью гибких опорных средств закреплена на крышке соответствующего корпуса катализатора и которые соединены одна с другой гибкими опорными средствами, в рабочем состоянии при раскрытом дне контейнера каталитические пластины каждого из катализаторных устройств висят одна под другой с образованием цепи каталитических пластин.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что каталитические пластины имеют отверстия, проходящие через них горизонтально в направлении толщины пластины.

6. Устройство по одному из пп. 1 - 3, отличающееся тем, что в контейнер помещено несколько катализаторных устройств, состоящих каждое из каталитических пластин, радиально отстоящих от центральной оси.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что каталитические пластины закреплены на центральной оси с возможностью поворота из состояния готовности, в котором они в основном в одном направлении отстоят от центральной оси, в рабочем состояние, в котором они звездообразно отстоят от центральной оси.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что между отдельными каталитическими пластинами вставлены пружины.

Images