DE4221693A1 - Method and device for the thermal recombination of a gas of a gas mixture - Google Patents
Method and device for the thermal recombination of a gas of a gas mixtureInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur thermi schen Rekombination eines Gases eines Gasgemisches, insbe sondere von Wasserstoff oder Sauerstoff in der Containment- Atmosphäre einer Kernreaktoranlage. Sie richtet sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for thermi recombination of a gas of a gas mixture, esp of hydrogen or oxygen in the containment Atmosphere of a nuclear reactor plant. It is also directed on a device for performing the method.
Bei Auftreten eines Störfalls in einer Kernreaktoranlage können sich innerhalb der Sicherheitshülle brennbare Gase bilden. So können z. B. Wasserstoff und Sauerstoff infolge einer Wasser-Zirkonium-Reaktion erzeugt werden. Um eine Zündung eines derartigen zündfähigen Gasgemisches zu ver meiden, muß der Anteil an brennbaren Gasen gering gehalten werden.When an accident occurs in a nuclear reactor plant can cause flammable gases inside the containment form. So z. B. hydrogen and oxygen as a result a water-zirconium reaction. To one Ignition of such an ignitable gas mixture to ver avoid combustible gases become.
Aus der DE-PS 29 22 717 ist ein Verfahren zur katalytischen Rekombination von in der Sicherheitshülle einer Kernreak toranlage eingeschlossenem Wasserstoff bekannt. Dazu wird ein Katalysatorpulver in die Sicherheitshülle eingeblasen, wobei an dem durch die Schwerkraft nach unten sinkenden Katalysatorpulver eine katalytische Oxidation des Wasser stoffs stattfindet. Mit diesem besonders aufwendigen Ver fahren werden häufig, insbesondere bei einem unterstöchio metrischen Sauerstoffanteil in der Gasatmosphäre des den Kernreaktor einschließenden Containments, nur geringe Abbauraten des Wasserstoffs erreicht.From DE-PS 29 22 717 is a process for catalytic Recombination of in the safety case of a nuclear freak included hydrogen. This will a catalyst powder is blown into the safety cover, being the one sinking down by gravity Catalyst powder a catalytic oxidation of the water substance takes place. With this particularly complex Ver Driving is common, especially with a substoechio metric proportion of oxygen in the gas atmosphere of the Containments containing nuclear reactor, only minor Degradation rates of the hydrogen reached.
Die Erfindung geht deshalb von der Aufgabe aus, mit ein fachen Mitteln und unabhängig von den jeweiligen Gemisch anteilen eines Gasgemisches hohe Rekombinationsraten zu erreichen. The invention is therefore based on the task times the means and regardless of the respective mixture share of a gas mixture high recombination rates to reach.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gasgemisch zunächst mit einem Reaktionsgas ver mischt und anschließend einer Reaktionskammer zugeführt wird, wobei das Reaktionsgas den zur Rekombination eines Gases des Gasgemisches erforderlichen Reaktionspartner enthält.According to the invention, the stated object is achieved by that the gas mixture first ver with a reaction gas mixes and then fed to a reaction chamber is, the reaction gas to recombine a Gas of the gas mixture required reactants contains.
Zur thermischen Rekombination wird zweckmäßigerweise ein Katalysator verwendet. Die Rekombination kann aber auch in einer beheizbaren Reaktionskammer stattfinden, in der eine Aufheizung bis an die Zündgrenze des zündfähigen Gas gemisches erfolgt.A is expediently used for thermal recombination Catalyst used. The recombination can also take place in a heatable reaction chamber in which heating up to the ignition limit of the ignitable gas mixture takes place.
Um bei der Rekombination von Wasserstoff in der Sicher heitshülle eines Kernreaktors eine Druckerhöhung zu vermei den, wird in vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens dem Reaktionsgas Dampf zugemischt. Der Dampf kondensiert inner halb der Sicherheitshülle, wobei gleichzeitig das dort ein geschlossene Gasgemisch verdünnt wird.In order to recombine hydrogen in the safe to avoid an increase in pressure of a nuclear reactor the, in an advantageous development of the method Reaction gas mixed with steam. The steam condenses inside half of the security case, at the same time the one there closed gas mixture is diluted.
Zur Erhöhung der Rekombinationseffektivität kann vorteil hafterweise das Reaktionsgas vor der Vermischung mit dem Gasgemisch vorgewärmt werden.To increase the recombination effectiveness can be advantageous the reaction gas before mixing with the Gas mixture to be preheated.
Die genannte Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit einer thermischen Reaktionskammer gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine Mischkammer zum Vermischen des Gasgemisches mit einem für die Rekombination des Gases erforderlichen Reak tionsgas, wobei die Mischkammer in Strömungsrichtung des Gasgemisches vor der Reaktionskammer angeordnet ist.The object is achieved by a device with a thermal reaction chamber solved, which is marked through a mixing chamber for mixing the gas mixture with a reac required to recombine the gas tion gas, the mixing chamber in the flow direction of the Gas mixture is arranged in front of the reaction chamber.
Zur Vermischung des Gasgemisches mit dem Reaktionsgas umfaßt die Mischkammer zweckmäßigerweise eine Treibdüse, die mit einer Gasleitung zum Zuführen des Reaktionsgases verbunden ist. Als Mischkammer eignet sich besonders eine Strahlpumpe. For mixing the gas mixture with the reaction gas the mixing chamber expediently comprises a driving nozzle, that with a gas line for supplying the reaction gas connected is. One is particularly suitable as a mixing chamber Jet pump.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson dere darin, daß durch die Vermischung des Gasgemisches mit einem Reaktionsgas auch in einer inerten Gasatmosphäre, in der ein Reaktionspartner nicht oder nur in unterstöchio metrischer Konzentration vorhanden ist, hohe Abbauraten erzielt werden. Dadurch wird z. B. bei einer durch einen Störfall verursachten Wasserstoff-Freisetzung innerhalb der Sicherheitshülle einer Kernreaktoranlage der Überdruck im Containment abgebaut, so daß ein Folgeunfall praktisch ausgeschlossen ist.The advantages achieved with the invention are in particular the fact that by mixing the gas mixture with a reaction gas even in an inert gas atmosphere, in which a reaction partner does not or only in substoichio metric concentration is present, high degradation rates be achieved. This z. B. in one by one Accident caused hydrogen release within the safety cover of a nuclear reactor plant the overpressure dismantled in the containment, making a secondary accident practical is excluded.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Sie zeigt einen Rekombinator zur thermischen Rekombination von Wasserstoff oder Sauerstoff in der Containment-Atmosphäre einer Kernreaktoranlage.An embodiment of the invention is based on a Drawing explained in more detail. It shows a recombiner thermal recombination of hydrogen or oxygen in the containment atmosphere of a nuclear reactor plant.
Von der Kernreaktoranlage ist nur die Sicherheitshülle 1 im Ausschnitt dargestellt. Der innerhalb der Sicherheits hülle 1 angeordnete Rekombinator 2 ist durch eine Wand 4, z. B. gegen Trümmer- oder Splitterflug, geschützt.Only the safety cover 1 of the nuclear reactor plant is shown in the detail. The arranged within the security case 1 recombiner 2 is through a wall 4 , z. B. protected against debris or splinter flight.
Der Rekombinator 2 umfaßt eine thermische Reaktionskammer 6 und eine Mischkammer 8. Die Reaktionskammer 6 enthält einen mittels einer Heizeinrichtung 9 beheizbaren Kataly sator 10, z. B. auf Platin- oder Palladiumbasis, in Form einer Schüttung oder eines Festkörpers.The recombiner 2 comprises a thermal reaction chamber 6 and a mixing chamber 8 . The reaction chamber 6 contains a heatable by means of a heater 9 catalyst 10 , z. B. based on platinum or palladium, in the form of a bed or a solid.
Die Mischkammer 8 umfaßt eine Treibdüse 12 und ist in der Art einer Strahlpumpe oder eines Injektors ausgebildet. Die Treibdüse 12 ist mit einer Gasleitung 14 verbunden. Die Gasleitung 14 ist über einen Wärmetauscher 16 und eine Durchführung 18 in der Sicherheitshülle 1 mit einem Treib gasbehälter 20 und über einen Zweig 22 mit einem Reaktions gasbehälter 24 verbunden. Der Wärmetauscher 16 sowie ein weiterer Wärmetauscher 26 sind zwischen der Reaktionskammer 6 und der Mischkammer 8 angeordnet. Der Wärmetauscher 26 ist über eine Leitung 28 mit der Reaktionskammer 6 und über eine Leitung 30, die in eine Mischstufe 32 mündet, mit der innerhalb der Sicherheitshülle 1 eingeschlossenen Gasatmo sphäre verbunden.The mixing chamber 8 comprises a drive nozzle 12 and is designed in the manner of a jet pump or an injector. The driving nozzle 12 is connected to a gas line 14 . The gas line 14 is connected via a heat exchanger 16 and a bushing 18 in the safety cover 1 with a propellant gas container 20 and via a branch 22 with a reaction gas container 24 . The heat exchanger 16 and a further heat exchanger 26 are arranged between the reaction chamber 6 and the mixing chamber 8 . The heat exchanger 26 is connected via a line 28 to the reaction chamber 6 and, via a line 30 which opens into a mixing stage 32, with the sphere enclosed within the containment 1 gas atmospheres.
Der Behälter 24 ist mit einem Reaktionsgas, z. B. mit Wasser stoff oder Sauerstoff, gefüllt. Der Treibgasbehälter 20 ist mit Wasser gefüllt, das mittels einer Heizeinrichtung 34 verdampft werden kann.The container 24 is filled with a reaction gas, e.g. B. filled with water or oxygen. The propellant gas container 20 is filled with water, which can be evaporated by means of a heating device 34 .
Bei einer erhöhten Wasserstoff- oder Sauerstoffkonzentration innerhalb der Sicherheitshülle 1 wird der Mischkammer 8 über die Leitung 14 Sauerstoff bzw. Wasserstoff aus dem Be hälter 24 zugeführt, wobei die jeweilige Reaktionsgasmenge mittels eines Ventils 36 eingestellt wird. Das Reaktionsgas enthält somit den für eine Rekombination des in erhöhter Konzentration im Gasgemisch enthaltenen Gases fehlenden oder nur in geringer Konzentration vorhandenen Reaktions partner. Innerhalb der Mischkammer 8 wird das in Richtung der Pfeile 40 in den Rekombinator 2 einströmende Gasge misch mit dem aus der Treibdüse 12 austretenden Reaktions gas vermischt, wobei das Reaktionsgas zunächst im Wärme tauscher 16 vorgewärmt wird. Zusammen mit dem Reaktions gas wird eine mittels eines Ventils 42 einstellbare Dampf menge aus dem Behälter 20 in die Mischkammer 8 geführt. Durch Beimischung von Dampf wird ein Druckaufbau innerhalb der Sicherheitshülle 1 sicher vermieden.With an increased hydrogen or oxygen concentration within the safety cover 1 , the mixing chamber 8 is supplied with oxygen or hydrogen from the container 24 via the line 14 , the respective amount of reaction gas being set by means of a valve 36 . The reaction gas thus contains the reaction partner which is missing for recombination of the gas contained in the gas mixture in an increased concentration or which is present only in a low concentration. Within the mixing chamber 8 , the gas flowing in the direction of the arrows 40 into the recombiner 2 is mixed with the gas emerging from the propellant nozzle 12, the reaction gas being preheated in the heat exchanger 16 first. Together with the reaction gas, a quantity of steam which can be set by means of a valve 42 is guided from the container 20 into the mixing chamber 8 . By adding steam, pressure build-up inside the safety cover 1 is reliably avoided.
Das mit dem Reaktionsgas und dem Dampf angereicherte Gas gemisch strömt über einen Wasserabscheider oder Filter 44 in die Reaktionskammer 6, in der eine katalytische Rekombi nation des in erhöhter Konzentration im Gasgemisch enthal tenen Gases mit dem Reaktionsgas stattfindet. Das Gasge misch strömt anschließend über die Leitung 28 und den Wär metauscher 26 sowie über die Leitung 30 und die Mischstufe 32 in die Containment-Atmosphäre zurück. Dabei bewirkt die Mischstufe 32 eine gute Durchmischung des aus dem Rekombi nator 2 abströmenden Gasgemisches mit der Containment- Atmosphäre.The gas mixture enriched with the reaction gas and the steam flows through a water separator or filter 44 into the reaction chamber 6 , in which a catalytic recombination of the gas contained in increased concentration in the gas mixture takes place with the reaction gas. The gas mixture then flows back via line 28 and heat exchanger 26 and via line 30 and mixing stage 32 into the containment atmosphere. The mixing stage 32 brings about a thorough mixing of the gas mixture flowing out of the recombiner 2 with the containment atmosphere.
Bei einem erhöhten Druck innerhalb der Sicherheitshülle 1 wird das Reaktionsgas vom Gasgemisch angesaugt. Die als Strahlpumpe ausgebildete Mischkammer 8 ist zweckmäßiger weise derart dimensioniert, daß mit einem Massenanteil des Reaktionsgases mehr als fünf Massenanteile, vorzugsweise mehr als zehn Massenanteile, des Gasgemisches innerhalb der Sicherheitshülle 1 gefördert werden. Dadurch werden hohe Umwälzraten erreicht.At an increased pressure within the safety cover 1 , the reaction gas is sucked in by the gas mixture. The mixing chamber 8 designed as a jet pump is expediently dimensioned in such a way that with a mass fraction of the reaction gas more than five mass fractions, preferably more than ten mass fractions, of the gas mixture are conveyed within the safety cover 1 . As a result, high circulation rates are achieved.
Für einen Sauerstoffabbau in einer Gasatmosphäre mit hoher Stickstoffkonzentration wird mittels einer in der Misch kammer 8 angeordneten Fördereinrichtung 46 Wasserstoff aus dem Behälter 24 in die Mischkammer 8 eingespeist.For an oxygen degradation in a gas atmosphere having a high nitrogen concentration, hydrogen 46 is fed from the container 24 into the mixing chamber 8 by means of an arranged in the mixing chamber 8 conveyor.
Das beschriebene Verfahren wird zweckmäßigerweise mittels einer Anzahl von Rekombinatoren 2 durchgeführt, wobei diese auch außerhalb der Sicherheitshülle 1 angeordnet sein können. In diesem Fall ist der Rekombinator 2 in nicht näher dargestellter Art und Weise über Durchführun gen innerhalb der Sicherheitshülle 1 mit der Containment- Atmosphäre verbunden.The described method is expediently carried out by means of a number of recombiners 2 , which can also be arranged outside the security cover 1 . In this case, the recombiner 2 is connected in a manner not shown in more detail to the containment atmosphere via implementations within the security cover 1 .
Das Verfahren kann vorteilhafterweise unabhängig von der Zusammensetzung des Gasgemisches innerhalb der Sicherheits hülle 1 durchgeführt werden. Dabei werden auch in einer inerten Containment-Atmophäre, in der Stickstoff und/oder Kohlendioxid in hoher Konzentration und Wasserstoff und/oder Sauerstoff in nur geringer Konzentration enthalten sind, hohe Rekombinations- oder Abbauraten erreicht.The method can advantageously be carried out independently of the composition of the gas mixture within the safety cover 1 . In this way, high recombination or degradation rates are also achieved in an inert containment atmosphere in which nitrogen and / or carbon dioxide are contained in high concentration and hydrogen and / or oxygen in only low concentration.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |