WO1998035357A1 - Appareil de traitement d'air contenant de l'hydrogene - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for treating air containing hydrogen gas, and more particularly to an apparatus for safely treating hydrogen gas contained in air in a containment vessel.
  • Background technology If hydrogen gas is contained in the air, hydrogen and oxygen coexist, so the hydrogen will cause a combustion reaction, and will react explosively when the hydrogen concentration exceeds a specified value. Therefore, sufficient consideration must be given to various plants that handle hydrogen gas or generate hydrogen gas. For example, in a nuclear power plant, when a situation is assumed where the core is excessively heated, zirconium of a zirconium-based alloy used for a fuel cladding tube of a reactor fuel and the like react with a large amount of water vapor. Generates hydrogen.
  • the ignition type hydrogen combustor 10 shown in Fig. 5 and Fig. 6 is installed in free space, ignites the hydrogen mixed gas by energizing the heater 13 with a power supply 11 of about 120 V, It burns hydrogen by propagation.
  • the ignition type hydrogen combustor 10 has a protection box 15, a power supply conduit 17 and a protection umbrella 19 in addition to the heater 13. This protective umbrella 19 protects the heater 13 from droplets sprayed from the emergency cooling spray in the containment.
  • the catalytic hydrogen recombiner 20 shown in FIG. 7 includes a detachable catalyst layer 21 in which a plurality of plate-like catalysts to which platinum or palladium is attached as a catalyst are stacked, an intake port 23, and an exhaust port.
  • the ignition type hydrogen combustor directly ignites the hydrogen gas mixture, the seed flame (flame) propagates and can process a large amount of hydrogen in free space in a short period of time. Is about 6% or more, so there is a problem that hydrogen cannot be processed at a hydrogen concentration lower than that.
  • the treatment involves a flame, other equipment in the containment vessel, such as safety equipment, power cables, and instrumentation systems, may be adversely affected, and its use should be limited to emergencies when a large amount of hydrogen is generated. It can be said that.
  • a catalytic hydrogen recombiner can remove hydrogen by processing a mixture of low to high concentrations of hydrogen over a wide range, but the processing speed is low and the generated hydrogen cannot be processed when a large amount of hydrogen is generated. Not tolerate high hydrogen concentrations. Ignition at such high hydrogen concentrations can cause deflagration, detonation, and other problems. Furthermore, in an abnormal state such as when a large amount of hydrogen is generated, the atmosphere in the containment vessel contains various substances, which poisons the catalyst with toxic substances, lowering the activity of the catalyst, There is a problem that hydrogen cannot be processed.
  • a hydrogen gas-containing air processing apparatus comprising: a housing having an intake port and an exhaust port and defining a gas passage therein; and a gas passage therefor. And a heater provided inside or in the vicinity of the catalyst layer.
  • an electric heater as a heater may be provided in penetrating contact with the plate-like catalyst, and when the catalyst layer is formed from a honeycomb-like catalyst, it may be provided in a gas passage. It is preferable to dispose an electric heater close to the honeycomb-shaped catalyst upstream of the honeycomb-shaped catalyst.
  • FIG. 2 is an elevational sectional view showing another embodiment of the present invention
  • Fig. 3 is a plan sectional view taken along the line III-III in Fig. 2,
  • FIG. 4 is an overall perspective view showing an example of a conventional device
  • Fig. 5 is an overall conceptual diagram of another conventional device
  • FIG. 1 is a partially enlarged view of Figure 5, and FIG. 7 is an exploded view of still another conventional device.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
  • the housing or protective box 31 of the hydrogen recombination device 30 for treating the hydrogen gas-containing air in the containment vessel has an intake port 33 at the bottom and an exhaust port at the upper side. It has 35 inside and forms an air passage communicating with these inside.
  • a catalyst layer 37 consisting of a plurality of plate-like catalysts 37a is provided on the intake port 33 side of the air passage, and an air passage is formed between the plate-like catalysts 37a to allow gas to flow. ing.
  • an electric heater 39 is provided through the plate catalyst 37, and a heat generating portion is adjacent to the plate catalyst.
  • a mixed gas containing hydrogen and oxygen that is, hydrogen gas-containing air is supplied from the intake port 33 to the protective box 3.
  • the gas flows into the gas passage inside 1, and hydrogen and oxygen are combined on the catalyst surface of the plate catalyst 37a to generate heat.
  • electricity is supplied to the electric heater 39, which generates electric resistance heat and heats and activates the adjacent catalyst to accelerate the bonding reaction.
  • the catalyst adjacent to the portion where the binding reaction is occurring is heated by conduction of heat of the exothermic reaction, and the binding reaction is promoted also in that portion, thus activating the entire plate-like catalyst 37a.
  • Such an activation promoting phenomenon of the plate-like catalyst 37a occurs in the entire catalyst layer 37, and the bonding between hydrogen and oxygen is promoted, so that the hydrogen is rapidly processed.
  • the air heated by the heat generated by the binding reaction further flows through the gas passage and is discharged from the exhaust port 35.
  • the housing or vessel 41 of the hydrogen recombination apparatus 40 for treating the hydrogen-containing air in the containment vessel has an intake port 43 at the bottom and an outlet 4 at the top. 4 and an air passageway 42 connected to them is formed inside.
  • the outlet 44 of the container 41 is covered with a protective cover 46 at a distance, and an annular exhaust port 45 is formed on the side.
  • a catalyst layer 47 made of a honeycomb catalyst is provided in an air passage 42 inside the container, and an electric heater 49 is provided in an air passage 42 below the catalyst layer 47.
  • the heat generating portion of the electric heater 49 is not adjacent but close to the catalyst layer 47.
  • the electric heater 49 is also energized and generates electric resistance heat, which heats and activates the lower part of the adjacent catalyst layer 47 to promote the recombination reaction.
  • the catalyst adjacent to the part where the binding reaction is occurring is heated by conduction of heat of the exothermic reaction, and the binding reaction is promoted also in that part, and thus the catalyst of the catalyst layer 47 is sequentially heated and activated.
  • a promotion phenomenon occurs throughout the catalyst layer 47, and the bond between hydrogen and oxygen is promoted.
  • the air heated by the heat generated by the recombination reaction becomes exhaust gas, flows through the gas passage 42, and is discharged from the exhaust port 45.
  • the electric heater 49 becomes the ignition source and processes a large amount of hydrogen by combustion propagation.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, when the concentration of hydrogen in air is low, hydrogen gas is produced by the action of a catalyst whose activation is promoted by a heater. When a large amount of hydrogen is generated and the hydrogen concentration rises significantly, the heater becomes the ignition source and the combustion reaction takes place, causing a rapid reaction of hydrogen. Can be processed.

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Description

明 細 書 水素ガス含有空気の処理装置
技 術 分 野 本発明は、 水素ガスを含む空気の処理装置に関し、 特に原子炉格納容器内で空 気中に含まれる水素ガスを安全に処理する装置に関する。 背 景 技 術 空気中に水素ガスが含まれると水素と酸素が共存することになるから、 水素が 燃焼反応を起こしゃすくなり、 更に水素濃度が所定値以上に達すると爆発的に反 応するので、 水素ガスを取り扱ったり或いは水素ガスが発生する各種プラン卜に おいては十分な配慮が必要である。 例えば、 原子力発電プラントにおいては、 炉 心が過度に加熱されるような状況を想定した場合、 原子炉燃料の燃料被覆管等に 使用されているジルコニウム基合金のジルコニウムと水蒸気とが反応して大量の 水素を発生する。 又事故時に原子炉格納容器内のサンプに流入した放射性物質に よる放射線水分解により緩慢ではあるが、 長期的に大量の水素が発生し、 原子炉 格納容器内に蓄積される。 格納容器内空気の水素濃度が 4 %を越え、 特に 6 %を 越えると水素が燃焼し、 更に濃度が 1 0 %を越えると水素が爆発的に燃焼する虞 れがある。 このため安全確保上、 低濃度の状態で水素ガスを処理して除去し、 高 濃度にならないようにする必要がある。 以上のようなニーズに応えて、 電気式水素再結合器、 点火式水素燃焼器、 触媒 式水素再結合器等が提案され、 開発、 使用されつつある。 それらを概説すると、 図 4に示す電気式水素再結合器 1は、 専ら水素発生が緩慢で且つ水素濃度が 4 % 未満の状態で使用するもので、 水素と空気の混合ガスを吸気口 3より装置内に取 り込み、 電気ヒータ 5により水素/酸素結合を行った後、 排ガスを排気口 7から 放出することにより水素を処理する。
図 5及び図 6に示す点火式水素燃焼器 1 0は、 自由空間中に設置され、 約 1 2 0 Vの電源 1 1によりヒータ 1 3に通電することにより水素混合ガスに着火し、 火炎の伝播により水素を燃焼させるものである。 そして、 点火式水素燃焼器 1 0 は、 ヒータ 1 3の他に保護箱 1 5、 電源用コンジッ ト 1 7及び保護傘 1 9を有す る。 この保護傘 1 9は、 格納容器内の非常冷却用スプレイから散布される液滴か らヒータ 1 3を保護する。 更に図 7に示される触媒式水素再結合器 2 0は、 触媒として白金又はパラジゥ ムを添着した板状の触媒を幾層にも重ねた脱着自在な触媒層 2 1、 吸気口 2 3、 排気口 2 5及び保護箱 2 7から構成されている。 そして、 設置されている格納容 器内に水素ガスが発生すると、 水素と酸素を含む混合ガスは自然循環により吸気 口 2 3から触媒層 2 1に流入する。 触媒層 2 1の触媒表面では水素と酸素が結合 し、 その反応熱により触媒層 2 1は加熱され、 触媒層 2 1を通過する過程でガス は高温状態になる。 触媒は、 加熱されることにより活性化し、 反応は更に活発と なる。 そして、 加熱された高温の排ガスは排気口 2 5から放出される。 このよう にして水素の処理が行われる。 上述の電気式水素再結合器は、 燃焼伝播を伴わない再結合反応による処理のた め、 処理が緩慢であると共に 4 %を上回る水素濃度混合気に対しては、 装置内で 激しく燃焼するので、 装置を保護するため使用できないという問題がある。
又、 点火式水素燃焼器は、 水素混合ガスを直接着火させることからその種火 （ 火炎） が伝播し、 自由空間中の水素を短期間に大量に処理できるが、 火炎が燃焼 伝播する水素濃度は約 6 %以上であることから、 それ以下の水素濃度では水素を 処理できないという問題がある。 反面、 処理が火炎を伴うことから、 格納容器内 の他の機器、 例えば安全系機器、 電源ケーブル、 計装系への悪影響も懸念され、 使用は水素大量発生時の緊急時に限定されるべきものといえる。 更に又、 触媒式水素再結合器は、 低水素濃度から高水素濃度の混合気を幅広く 処理して水素を除去できるのであるが、 処理速度が小さく、 水素の大量発生時に は発生水素を処理しきれず、 高水素濃度状態を許すことになる。 このような高水 素濃度状態での着火は、 爆燃、 爆轟を生じ、 別の問題を生ずる。 更に、 水素大量 発生時のような異常状態においては、 原子炉格納容器中の雰囲気には種々の物質 が含まれ、 その中の被毒性物質により触媒を被毒し、 触媒の活性を低下させ、 水 素の処理ができなくなるという問題を有する。
従って、 本発明は如何なる水素濃度の水素混合気においても、 或いはその混合 気の中に種々の毒物質が含まれていても、 水素混合気中の水素を確実且つ安全に 処理できる水素ガス含有空気の処理装置を提供することを課題とする。 発 明 の 開 示 如上の課題を解決するため、 本発明によれば、 水素ガス含有空気の処理装置は 、 吸気口及び排気口を具備し内部に気体通路を画成したハウジング、 その気体通 路内に設けられた触媒層並びにその触媒層の内部又は近傍に設けられた加熱器を 有して構成される。 前記触媒層を板状触媒から形成した場合は、 加熱器として電 気ヒータを前記板状触媒に貫通接触させて設けてもよく、 前記触媒層をハニカム 状触媒から形成した場合は、 気体通路内のハニカム状触媒の上流側に該ハニカム 状触媒に接近して電気ヒータを配設すると好適である。 図 面 の 簡 単 な 説 明 図 1は本発明の実施形態の全体構造を示す概念図、
図 2は本発明の別の実施形態を示す立断面図、
図 3は図 2の III一 III線に沿う平断面図、
図 4は従来装置の一例を示す全体斜視図、
図 5は別の従来装置の全体概念図、
図 6は図 5の部分拡大図、 及び 図 7は更に別の従来装置の分解図である。 発明を実施するための最良の形態 以下添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 先ず図 1を参照する に、 原子炉格納容器内の水素ガス含有空気を処理する水素再結合装置 3 0のハウ ジング即ち保護箱 3 1は、 下部に吸気口 3 3及び上部側部に排気口 3 5を備え、 内部にこれらに連絡した空気通路を形成している。 そして空気通路の吸気口 3 3 側に複数の板状触媒 3 7 aからなる触媒層 3 7が設けられ、 板状触媒 3 7 aの間 には空気通路が形成され、 気体が流れるようになつている。 更に、 板状触媒 3 7 には電気ヒータ 3 9が貫設され、 発熱部が板状触媒に隣接している。 以上のような構成の水素再結合装置 3 0において、 原子炉格納容器内の異常に より水素ガスが発生すると、 水素と酸素を含む混合ガス即ち水素ガス含有空気が 吸気口 3 3から保護箱 3 1内の気体通路に流入し、 板状触媒 3 7 aの触媒表面で 水素と酸素が結合し、 熱を発生する。 水素発生の異常時には電気ヒータ 3 9に通 電されていて、 電気抵抗熱を発生し、 隣接している触媒を加熱して活性化し、 結 合反応を促進する。 結合反応が生じている部分に隣接した触媒は、 発熱反応の熱 の伝導により加熱され、 その部分でも結合反応が促進され、 このようにして板状 触媒 3 7 aの全体が活性化する。 このような板状触媒 3 7 aの活性化促進現象が 触媒層 3 7全体に生じ、 水素と酸素の結合が促進されて、 水素の処理が迅速に行 われる。 結合反応の発熱により昇温した空気は、 更に気体通路を流れて排気口 3 5から放出される。 水素発生の異常時には、 高温高圧の冷却材の流出により発生する水蒸気や被毒 物質を含む混合気が給気口 3 3から流入し、 触媒層 3 7に接触するが、 電気ヒー タ 3 9の加熱による触媒活性化により水素処理が迅速に進められる。
又、 水素の大量発生により水素濃度が 4 %を越えたときは、 電気ヒータ 3 9が 着火源となり、 吸気口 3 3又は排気口 3 5から装置外への燃焼伝播により大量の 水素を処理する。 次に触媒としてハニカム状触媒を使用した水素再結合装置を説明する。 図 2及 び図 3を参照するに、 原子炉格納容器内の水素ガス含有空気を処理する水素再結 合装置 4 0のハウジング即ち容器 4 1は、 下部に吸気口 4 3及び上部に出口 4 4 を備え、 内部にこれらに連絡した空気通路 4 2が形成されている。 容器 4 1の出 口 4 4は、 保護カバ一 4 6により離れて覆われ、 側部に環状の排気口 4 5が形成 されている。 そして容器内部の空気通路 4 2内にハニカム状触媒からなる触媒層 4 7が設けられ、 触媒層 4 7より下方の空気通路 4 2内に電気ヒータ 4 9が設け られている。 その電気ヒータ 4 9の発熱部は触媒層 4 7に隣接はしないが接近し ている。 以上のような水素再結合装置 4 0において、 原子炉格納容器内の異常により水 素ガスが発生すると、 水素と酸素を含む混合ガス即ち水素ガス含有空気が吸気口 4 3から容器 4 1内の気体通路 4 2に流入し、 触媒層 4 7に接触する。 そして触 媒表面で水素と酸素が結合し、 熱を発生する。 水素発生の異常時には電気ヒータ 4 9にも通電されていて電気抵抗熱を発生し、 近接している触媒層 4 7の下部を 加熱し活性化し、 再結合反応が促進される。 結合反応が生じている部分に隣接し た触媒は、 発熱反応の熱の伝導により加熱され、 その部分でも結合反応が促進さ れ、 このようにして触媒層 4 7の触媒が順次加熱され活性化促進現象が触媒層 4 7全体に生じ、 水素と酸素の結合が促進される。 再結合反応の発熱により昇温し た空気は、 排ガスとなって気体通路 4 2を流れて排気口 4 5から放出される。 水素発生の異常時には、 高温高圧の冷却材の流出により発生する水蒸気や被毒 物質を含む混合気が給気口 4 3から流入し、 触媒層 4 7に接触するが、 電気ヒー タ 4 9の加熱による触媒活性化により水素処理が迅速に進められる。
又、 水素の大量発生により水素濃度が 4 %を越えたときは、 電気ヒータ 4 9が 着火源となり、 燃焼伝播により大量の水素を処理する。 産 業 上 の 利 用 の 可 能 性 以上説明したように、 本発明によれば、 空気中の水素濃度が低いときの水素ガ スは、 加熱器により活性化が促進される触媒の作用により水素の再結合反応が迅 速に行われて処理され、 一方水素が大量に発生して水素濃度が大幅に上昇したと きは、 加熱器が着火源となり、 燃焼反応を起こして速やかに水素を処理すること ができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 吸気口及び排気口を具備し内部に気体通路を画成したハウジング、 前記気 体通路内に設けられた触媒層並びに前記触媒層内又は近傍に設けられた加熱器を 有してなることを特徴とする水素ガス含有空気の処理装置。
2. 前記触媒層を板状触媒から形成し、 前記加熱器としての電気ヒータを前記 板状触媒に貫通して設けたことを特徴とする請求項 1記載の水素ガス含有空気の 処理装置。
3. 前記触媒層をハニカム状触媒から形成し、 前記気体通路内の前記ハニカム 状触媒の上流側に該ハニカム状触媒に接近して前記加熱器としての電気ヒータを 配設したことを特徴とする請求項 1記載の水素ガス含有空気の処理装置。
補正書の請求の範囲
[ 1 9 9 8年 6月 2日 （0 2 · 0 6 . 9 8 ) 国際事務局受理：出願当初の請求の範囲 1は補正され た；他の請求の範囲は変更なし。 （ 1頁） ]
1 . (補正後） 吸気口及び排気口を具備し内部に気体通路を画成 1
グ、 前記気体通路内に設けられた触媒層並びに前記触媒層内又は近傍に設けられ た加熱器を有し、 前記加熱器により部分的に加熱された前記触媒層による水素の 再結合反応に伴う発熱が前記触媒層全体に伝搬し該触媒層全体が活性化されるこ とを特徴とする水素ガス含有空気の処理装置。
2 . 前記触媒層を板状触媒から形成し、 前記加熱器としての電気ヒー夕を前記 板状触媒に貫通して設けたことを特徴とする請求項 1記載の水素ガス含有空気の
3 . 前記触媒層をハニカム状触媒から形成し、 前記気体通路内の前記ハニカム 状触媒の上流側に該ハニカム状触媒に接近して前記加熱器としての電気ヒー夕を 配設したことを特徴とする請求項 1記載の水素ガス含有空気の処理装置。
-8-
補正された用紙 （条約第 19条） 特許協力条約第 19条（ 1 ) に基づく説明 請求の範囲第 1項は、 JP, 59- 119297, A との差異を明確にすべく 加熱器と触媒層との関係がより明確になるように補正された。
PCT/JP1998/000485 1997-02-06 1998-02-05 Appareil de traitement d'air contenant de l'hydrogene Ceased WO1998035357A1 (fr)

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