JP3486661B2 - 不活性ガスの発生方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、容器、特に原子力発電所の格納容器に供給
するための不活性ガスを発生する方法とその装置に関す
る。

雰囲気中に可燃性、発火性並びに爆発性の物質を含ん
でいる工業設備の容器に対して、雰囲気を不活性化する
ために不活性ガスを供給することがしばしば行われてい
る。特に原子力発電所において事故あるいは故障が起き
た場合に、炉心を包囲する格納容器の雰囲気が、ジルコ
ニウムの酸化を伴う炉心加熱によって水素ガスを生ずる
ことがある。格納容器の雰囲気を不活性化するために、
特に例えば反応成分として水素を有する爆発性の混合ガ
スの発生を回避するために、格納容器の中に不活性ガス
を供給することが行われている。

原子力発電所の格納容器内におけるこのような爆発性
混合ガスの形成を回避するために、種々の方法および装
置が既に提案されている。これには例えば触媒式再結合
器、触媒式あるいは電気式点火装置のような装置、これ
らの両装置の複合体、雰囲気を永久的にあるいは後から
不活性化する方法、および雰囲気を後から不活性化する
と共に格納容器を同時に減圧する方法がある。

不活性化のために、油燃焼形あるいはガス燃焼形の蒸
発設備が一体化されている分岐形ノズル系統あるいは通
常のガス供給系統を介して液体ガスの供給が行われる方
法も知られている。他の方式は液体ガスの供給を基礎と
しており、その場合原子力発電所の雰囲気において蒸発
エネルギーが不足するために、格納容器の内部における
水溜まりに供給することも考慮されている。しかしこれ
は、事故の経過次第では水溜まりが全く存在しなくなる
ことも考えられ、格納容器の深い範囲における不活性ガ
スの発生によって激しい温度層の形成が生じ、およびそ
れにより不活性ガスの不利な層状分布が生ずる原因とな
る。

ドイツ特許出願公開第3927958号明細書に、格納容器
の雰囲気から酸素を抽出して内燃機関に導入する能動作
動式装置が記載されている。そこで発生した燃焼ガスは
雰囲気に再び戻され、これによって酸素濃度の低減並び
に雰囲気の不活性化を達成しようとしている。もっとも
この装置の場合事故中において、内燃機関が機能し、十
分な量の内燃機関燃料が存在し、手に負えない望ましく
ない燃焼から防護されることが保証されなければなら
ず、このためにその装置は実現および制御に高い経費が
かかる。

本発明の課題は、特に原子力発電所の格納容器に供給
して不活性化するのに適している多量の不活性ガスが受
動的な方式で製造できるような方法および装置を提供す
ることにある。

この課題は本発明に基づいて、容器、特に原子力発電
所の格納容器に供給するための不活性ガス発生方法にお
いて、不活性ガスが液化あるいは凝固された形で第１の
タンクに貯蔵され、第２のタンクの中に液化あるいは凝
固された形の不活性ガスを蒸発するのに十分な熱量が熱
担体で用意され、熱担体および液化あるいは凝固された
形の不活性ガスが互いに熱的に接触され、その際第２の
タンク内の温度を100℃以上にし、液状熱担体の場合に
は温度を特に150℃〜250℃にし、固形物状熱担体の場合
には温度を特に300℃〜800℃にすることによって解決さ
れる。

本発明の方法によれば受動的な方式で大量の不活性ガ
スを発生することが保証される。これによって液化ある
いは凝固された形の不活性ガスの蒸発によって、外部エ
ネルギーの導入と無関係な格納容器の雰囲気の迅速な不
活性化が達成される。その場合不活性ガスは加圧状態で
格納容器の雰囲気に注入される。従って保守点検作業に
支障を来すような雰囲気の永久的な不活性化は行われな
くても良い。不活性化は短時間で行われ、格納容器の内
部で得られる熱エネルギーが少ない場合でも確実に行わ
れる。本発明の方法によって発生される不活性ガスは構
成要素の冷却衝撃の危険、小さな配管の凍結並びに破壊
の問題を減少し、格納容器の内部における不活性ガスの
不均一な温度層の形成を確実に阻止する。ガス温度を適
度なものにすることによって不活性ガスを供給するため
に格納容器における既存のブッシングおよび配管を利用
することもできる。

本発明による不活性ガスの発生方法によれば、エネル
ギーの供給が完全に失われた事故の場合でも十分な不活
性ガスを用立てることができるので、格納容器の雰囲気
は短時間内に好適には２時間以内に例えば15〜30容積％
を炭酸ガスで充填され、これによって部分的不活性化あ
るいは急激な突燃を避ける希釈化あるいは完全不活性化
が達成される。蒸発する不活性ガスの量は10000kg/h以
上である。不活性ガスとして炭酸ガスを利用する場合、
酸素含有量は部分不活性化の場合には17容積％以下に、
完全不活性化の場合には８容積％以下に、窒素を利用す
る場合には６容積％以下に下げられるので、水素ガスの
量および水素ガスの発生場所に無関係に、爆発の危険を
著しく減少するか排除することができる。第２のタンク
例えば高温タンクと組み合わせて第１のタンク内の不活
性化媒体を液体あるいは固体で貯蔵することによって、
格納容器の常時行うことができ経済的でコンパクトな不
活性化方法が実現できる。不活性ガスを迅速に大量に発
生できることによって、格納容器の雰囲気は一様にかつ
事故に無関係に不活性化されるので、格納容器の損傷を
招くおそれのある高乱流の突燃あるいは爆発のような急
激な燃焼反応が完全に回避される。

熱担体から液体あるいは凝固された不活性ガスへの熱
伝達は好適には両媒体の直接接触によって行われ、これ
によって不活性ガスの直接蒸発が達成される。熱伝達は
例えば管形あるいは板形熱交換器、二重管などのような
能動的な熱伝達器を介しても行うことができる。熱伝達
器は第１のタンクの内部に配置されるかこれに接続さ
れ、また通常状態において例えば空にするか排気するこ
とによって第１のタンクから熱的に絶縁されている。事
故が生じた際にそのような能動的な熱伝達器が熱担体で
充填される。熱伝達器は破断個所付きの真空絶縁体とし
てあるいは熱流供給体として実施できる。不活性ガスと
熱担体との熱的接触は格納容器の雰囲気の組成に関して
例えば所定の水素濃度から行われるか、あるいは原子炉
の炉心温度や原子炉の冷却水の水位のような格納容器の
他の物理的特性値に基づいて行われる。

好適には不活性ガスとして炭酸ガスおよび／又は窒素
が使用される。これらのガスは例えば公知の冷凍機によ
って大量に簡単に液化ないし凝固させられ、特に水素お
よび酸素を含む雰囲気の不活性化に特に適している。

熱担体としては特に水あるいは油、特に加熱油のよう
な液状媒体が適している。これらの媒体は簡単に高温特
に100℃以上になり、この高温を維持することができ
る。第２のタンクはこのために中間接続された熱伝達回
路および永久加熱装置を有する。永久加熱は特に電気式
で100℃〜300℃以上の高温で行われる。出力を高めるた
めおよび不活性ガスのプロセス技術的に所望の過熱を行
うために、第２のタンクは300℃〜800℃の温度の高温固
形物タンクとしても実施できる。このタンクは、エネル
ギーが喪失した際特に永久加熱が失われた際に、24時間
以内に熱担体に貯えられた熱エネルギーの10％以下の減
少を生ずる熱損失が発生するように寸法づけられ熱絶縁
される。液状熱担体特に水に対して、例えば150℃から
０℃〜−10℃の水の氷結範囲までの温度範囲においてエ
ネルギーの利用が保証されるとき、第２のタンクは特に
小さくできる。

同様に、凝固した不活性ガスを細かく分散された形で
液状熱担体に導入することも可能である。凝固した不活
性ガスは例えば細かく分散された氷結晶あるいは氷片か
ら成る粒子ビームの形で液状熱担体の中に入れられる。

熱担体として同様に固形物も使用できる。このために
例えば鋳鉄あるいはアルミニウムのような金属並びにマ
グネサイトのようなセラミックスが適している。固形物
状の熱担体は常に高温に維持され、球、ペレットあるい
は他の大きな熱交換面積を有する小片から成る固定床と
して形成され、耐圧性の囲みの内部に配置される。固形
物状の熱担体を例えば熱を伝達するための通路がその内
部を貫通して延びている唯一のブロックとして形成する
こともできる。固形物状の熱担体の加熱は好適には電気
式で約300℃〜800℃の温度で行われる。これによって固
形物状の熱担体の質量並びに第２のタンクの大きさを小
さくすることができる。第２のタンク内における温度の
均一化は例えば循環送風機によって行われる。

好適には第２のタンクの内部においてばら積みの固形
物状の熱担体が使用される。熱担体は特にばら積み材の
形あるいは球堆積物として存在し、これによって第１の
タンクの液状不活性剤の中に固形物状の熱担体を供給す
ることもできる。液体不活性ガスと固形物状の熱担体と
の直接接触によって、小さな容積の固形物状の熱担体に
おいて高い熱伝達係数が得られる。固形物状の熱担体と
液体不活性ガスとが直接接触する際に、特にこの過程の
始めに蒸発した不活性ガスに対して高い出口温度が生
じ、不活性ガスはそれに応じて過熱される。このように
過熱された不活性ガスの中に更に液体不活性ガスが導入
され、これによって蒸発率が著しく増大する。液体不活
性ガスの供給は高められた速度で細かく拡散されて行わ
れるので、大きな熱交換面積および迅速な蒸発作用を伴
う細片化が生ずる。

また例えば管形あるいは板形熱交換器のような能動的
な熱伝達器を介して熱伝達することもできる。この場
合、固形物ブロックとして形成された固形物状の熱担体
の囲みあるいは絶縁体は非耐圧部品として簡単に作れ
る。この種の熱伝達体は固形物状の熱担体と直接一体化
され、確実な分離によって液体不活性ガスから分離され
る。通常状態において排気され過程の始めに液体不活性
ガスで充填される中間接続された熱伝達回路によっても
本発明の方法は実施できる。

第１のタンクおよび／又は第２のタンクが５〜50バー
ル、特に20バールの圧力で運転されると有利である。タ
ンクの内部における圧力発生および制限は例えば固有媒
体作動形の調節弁、圧力の液圧式調整あるいは加熱面に
よる熱伝達の液圧式調整、並びに流量制御によって特に
約20バールに制限される。液体不活性ガス例えば炭酸ガ
スは、約10〜50バールの圧力範囲に冷凍機回路による冷
却によって維持されるか、格納容器の内部に第１のタン
クを設置する際にほぼ無圧でも貯蔵できる。無圧貯蔵に
よって更に格納容器の中に貯えられた熱エネルギーが利
用できる。好適には第１のタンクは−10℃以下の温度に
維持される。不活性ガスが熱担体特に水と熱的に接触す
る際に特に大きな熱伝達が行われる。付加的な熱伝達は
凍結エンタルピーの利用によって達成される。

第２のタンクにかかる100℃以上の温度、例えば液状
熱担体の場合には150℃〜250℃の温度および固形物状の
熱担体の場合には300℃〜800℃の温度によって、熱担体
が液化あるいは凝固された不活性ガスと熱的に接触する
際に大きな熱伝達が保証され、これによって多量の不活
性ガスの発生が保証される。

不活性ガスは好適には−20℃以上、特に−10℃以上の
温度に加熱される。これによって不活性ガスにおける水
蒸気の分量が小さくされ、凍結の危険並びにこれによる
配管やノズルの閉塞のおそれが確実に回避される。

好適には液体不活性ガスの中に導入される液状の熱担
体が利用される。液状の熱担体は特に細かく分散された
形でおよび／又は10m/secs以上の速度で液体不活性ガス
の中に吹き込まれる。液体不活性ガス中への熱担体特に
加熱水の吹き込みは不活性ガスを自発的に生じさせ、並
びに場合によっては熱担体を直接凍結させる。同時に少
量の窒素を供給することによって、供給ノズルの範囲に
おける直接的な凍結が確実に回避される。例えば窒素の
ような非凝縮性ガスの分量によって、例えば水蒸気の瞬
間的な凝縮の際に生ずるような凝縮衝撃が回避される。
液体不活性ガスと熱担体、特に水との混合並びにそれと
同時の不活性ガスの蒸発はジェットポンプ装置によって
実施される。これによって生ずる熱担体と不活性ガスと
の速度差に基づいて、迅速な分散および混合が行われ
る。ジェットポンプ装置は好適には両液体の一方の中に
沈められている。液体不活性ガスへの熱担体の供給によ
って同時に第１のタンクの内部における不活性ガスの圧
縮が達成される。不活性ガスの蒸発量の相応した調整に
よって並びに過圧の調整によって、発生した不活性ガス
は純粋にガス状に、あるいは特に0.5％以下の少ない液
体分量を含んで第１のタンクから導出される。第１のタ
ンク内で加圧状態にある無速度の不活性ガスは相応した
配管特にノズルによって加速され、高速で格納容器の中
に導入される。これは液体不活性ガスが熱担体に吹き込
まれる方法に対しても適用される。

液体不活性ガスが熱担体に吹き込まれる方法において
は、不活性ガスは特に10m/sec以上の速度を有し、細か
く分散された形をしている。例えば−10℃〜−50℃の温
度で液体不活性ガスを供給することによって、例えば水
の氷点範囲までの冷却および従って凍結エンタルピの部
分的な利用が行われるので、熱担体の熱エネルギーの有
効利用が保証される。吹き込みによる分散により、凝集
して第２のタンクの完全性を阻害する大きな氷片を形成
することなしに、凍結の際の氷片化が達成される。対向
流式熱交換器を使用することによって、液体不活性ガス
の入口範囲において既に相応した添加剤において例えば
−10℃以下でも凍結が行われ、不活性ガスの第２のタン
クからの出口範囲において不活性ガスの高温レベルへの
加熱が行われるので、熱担体の熱エネルギーの更に大き
な利用が生ずる。

発生した不活性ガスに好適には触媒エーロゾルが懸濁
液あるいは粉末として混合される。触媒エーロゾルは特
に室温で水素ガスの酸化を引き起こすために好適であ
る。触媒エーロゾルは格納容器の内部において浮遊し且
つ堆積物として水素を効果的に酸化し、これによって短
時間並びに長時間にわたって有効である。

不活性ガスは好適にはその蒸発に続いて、不活性ガス
として水素ガスを有する容器の中に導入されるので、容
器を完全に不活性化するためにあるいは制御して水素ガ
スを転換するために水素ガス濃度が減少される。不活性
ガスによって酸素濃度も減少されるので、水素および酸
素から成る爆発性混合ガスの形成の危険が有効に防止さ
れる。部分的な不活性化の場合、例えば再結合器を介し
て水素の安全な触媒転換が生ずる。容器に不活性ガスを
供給する前に、不活性ガスを乾燥するため並びに圧力を
調整するために絞りあるいは弁によって圧力膨張が行わ
れる。

装置に向けられた課題は本発明に基づいて、液化ある
いは凝固された不活性ガスを貯蔵するための第１のタン
クと、100℃以上の温度の熱担体を用意するための第２
のタンクと、通常状態では閉じられて液化あるいは凝固
された不活性ガスを熱担体から熱絶縁し、必要な場合に
開かれて不活性ガスを熱担体と熱的に接触する接続部と
を有していることを特徴とする容器、特に原子力発電所
の格納容器に供給するための不活性ガスを発生する装置
によって解決される。この装置は特にコンパクトに作ら
れ、その第２のタンクの容積は第１のタンクの容積の約
50％まで減少できる。これは特に熱担体としての水で充
填されている第２のタンクの場合に当てはまり、その第
２のタンクから水が第１のタンクに吹きつけられ、これ
によって液化あるいは凝固された不活性ガスの直接蒸発
が行われる。その場合、水の氷結点以下の温度でも同様
に不活性ガスを蒸発するために凍結エンタルピの部分的
な利用が寄与する。この装置は従って特に大量の不活性
ガスを発生するためおよび従って追加的な不活性化のた
めに特に原子力発電所の格納容器の部分不活性化並びに
完全不活性化のために適している。これは僅かな技術的
経費並びに資金的経費で追加的に設置できる。

本発明の装置によって必要とされる所要空間の一層の
減少は、第１のタンクおよび第２のタンクが互いに垂直
方向に上下に配置されていることによって達成される。
これによって追加的な配管が不要となり、第１のタンク
と第２のタンクとの間の接続が特に短くなり、第１のタ
ンクおよび第２のタンクが、両タンクを水平方向に互い
に絶縁する唯一の絶縁体で包囲されている。

有利には第２のタンクへの液体不活性ガスの流体の流
れないし第１のタンクへの液状熱担体の流体の流れは、
第１のタンクないし第２のタンクにおける高い圧力によ
り行われる。不活性ガスないし熱担体はこれによって第
１のタンクと第２のタンクとの間の差圧によりそれぞれ
他方のタンクに導入される。例えば第１のタンクは20バ
ールの圧力を有し、第２のタンクは40バールの圧力を有
している。両タンク間の差圧は特に２バール〜10バール
である。不活性ガスと熱担体との混合はノズルを介して
10m/sec以上の注入速度、特に約30m/sec〜50m/secの注
入速度で行われる。蒸発した不活性ガスによって生ずる
圧力の調整は例えば両タンク間の接続部にある絞りある
いは調整弁を介して行われる。接続部を通る最大の流体
流れは絞りによって制限され、これによって爆発性ガス
の形成は確実に阻止される。追加的な圧力の付与によっ
て例えば加圧状態にある窒素の導入によって、両タンク
間の差圧は、液化あるいは凝固された不活性ガスが十分
に蒸発されるまで維持される。液化あるいは凝固された
不活性ガスの蒸発によって発生された不活性ガスは好適
には５バール〜10バールの圧力で格納容器の中に導入さ
れる。これによって例えば原子力発電所の格納容器の既
存の配管およびブッシングが不活性ガスの供給のために
利用できる。

第２のタンクは好適には蒸発した不活性ガスを追加的
に加熱する過熱器を有している。このために蒸発した不
活性ガスは第２のタンクから出て別個の配管を通って過
熱器に導かれ、そこから不活性ガスは熱担体のレベルの
上側に存在する蒸気範囲に導かれる。蒸発した不活性ガ
スで充填されている蒸気範囲はこれによって一層加熱さ
れ、不活性ガスが追加的な圧力上昇を生ずる。

好適には例えば懸濁液あるいは粉末の形をした触媒エ
ーロゾルを蒸発した不活性ガスの中に供給するための装
置が設けられている。この装置は有利にはタンクの外側
で特に不活性ガスを案内するために設けられた配管に接
続されている。不活性ガスのガス流へのエーロゾルの供
給は適当なノズル、特にベンチュリ管を介して行われ
る。

第２のタンクは特別な実施態様においては原子力発電
所の通風装置の加熱容器である。第２のタンクは従って
例えば90℃以上の温度の通風・洗浄液に対する高温エネ
ルギー蓄積器となっている。この高温エネルギー蓄積器
は追加装備において注入ノズル装置を簡単に備えること
ができるので、液化あるいは凝固された不活性ガスはこ
の注入ノズル装置を介して高温エネルギー蓄積器に導入
できる。高温エネルギー蓄積器の上部に特別に配置され
た補助的な排出装置によって、事故の際に蒸発した不活
性ガスが既存の配管ないし配管系統を通して原子力発電
所の格納容器の中に導かれる。僅かな構築的処置並びに
液化あるいは凝固された不活性ガスを備えた第１のタン
クの準備によって、安価な費用で多量の不活性ガスを発
生する装置が作られる。この装置は特に原子力発電所の
既存の通風装置への補充として適しており、これによっ
て格納容器の雰囲気の不活性化並びに通風が可能とな
る。

不活性ガスの発生装置は同様に大きな技術的費用なし
に原子力発電所の格納容器の内部に配置できる。これに
よって公知の不活性ガスの発生装置と異なり、この装置
を運転するために特に可燃性物質が全く不要であるの
で、格納容器の安全性は阻害されない。また格納容器は
密閉されたままである。

以下において本発明の方法並びに装置を図面を参照し
て詳細に説明する。

図１は本発明の装置の第１の実施例であり、液化不活
性ガスに熱担体を供給することが行われている装置の概
略図、 図２は図１の注入ノズルの縦断面図、 図３は本発明の装置の第２の実施例であり、通風装置
の高温エネルギー蓄積器を備えた装置の概略図、 図４は本発明の装置の第３の実施例であり、熱担体に
液化不活性ガスを供給することが行われている装置の概
略図、 図５は本発明の装置の第４の実施例であり、固形状の
熱担体を備えた装置の概略図、 図６は本発明の装置の第５の実施例であり、貫通路が
貫通している固形物状の熱担体を備えた装置の概略図で
ある。

各図において装置の説明に必要な部材だけが概略的に
示されている。

図１は熱担体２、特に水が充填されている第２のタン
ク５を示している。第２のタンク５は加熱器20を有し、
熱絶縁体17で包囲されている。第２のタンク５の下部６
の中に過熱器21が配置されている。過熱器21は液体不活
性ガス１が部分的に充填されている第１のタンク４に過
熱器配管９を介して接続されている。更に過熱器21はこ
こでは図示されていない容器に通じているガス配管22に
接続されている。ガス配管22は更に第１のタンク４に接
続されている。第２のタンク５は第１のタンク４に第２
のタンク５の水を第１のタンク４に導く接続配管８を介
して接続されている。接続配管８は弁26、特にモータ作
動形あるいは外部媒体作動形の弁を介して閉鎖できる。
更にこの配管に流体を絞るための絞り23が配置されてい
る。第１のタンク４も熱絶縁体17で包囲され、圧縮機付
きの冷凍機19を有している。接続配管８は第１のタンク
４の内部で種々の供給装置に開口している。これらの供
給装置は液体不活性ガスの上側のガス室７内に配置され
ているスプレーノズル12、混合ノズル16、液体不活性ガ
ス１の内部に配置されている混合要素18および同様に液
体不活性ガス１の内部に位置している供給ノズル14であ
る。混合ノズル16は液体不活性ガス１の中にまで突出し
ている導入配管を有している。更に保護ガス例えば窒素
ガスのボンベ25が示されている。このボンベ25は窒素ガ
ス導入配管13を介して第１のタンク４および第２のタン
ク５に接続されている。例えば図示されていない容器内
における事故のために弁26が開く際、例えば150℃の熱
水が第１のタンク４に流入する。熱水の流れ過程は第２
のタンク５の内圧が第１のタンク４の内圧に比べて高い
ことにより圧力作動方式で行われる。その両タンク４、
５間の差圧は例えば２バール〜10バールである。水を十
分完全に第１のタンク４に導入するためにその差圧を維
持するために、保護ガスボンベ25から導入配管13を介し
て保護ガスを供給することが行われている。第１のタン
ク４への熱水の流入は、液体不活性ガス１の過大な蒸発
特に蒸気爆発が避けられるように絞り23を介して制御さ
れる。熱水は供給ノズル14並びに混合要素18を介して直
接液化不活性ガス１の中に導入され、これによって液体
不活性ガス１の直接蒸発により気泡15が生じ、この気泡
15はガス室７の中に上昇する。凍結した水も氷片24とし
てガス室７の方向に上昇する。混合ノズル16において熱
水と液体不活性ガス１との混合従って液体不活性ガス１
の直接蒸発並びにガス室７の内部における圧力形成が直
接行われる。ここでは図示されていない容器にガス配管
22を介して高速で導かれる蒸発した不活性ガス１の圧縮
および圧力増大がガス室７において行われる。−10℃以
下の温度の液体不活性ガスを含んでいる第１のタンク４
に熱水を供給することによって、不活性ガスの大量の蒸
発例えば約10000kg/hの蒸発が保証され、従って不活性
ガスの大量発生が保証される。

図２には図１における混合ノズル16（“X"部分）が拡
大して示されている。混合ノズル16は液体不活性ガス１
の導入配管30を有している。導入配管30に二重管29が開
口し、その内側管に熱担体即ち熱水が案内される。二重
管29の外側管には保護ガス特に窒素ガスが案内される。
二重管29の開口34に熱水、保護ガス28並びに液体不活性
ガス１が順次到達する。これによって液体不活性ガス１
の直接的な蒸発によって不活性ガスが生じ、且つ水の凍
結により多数の氷片24が生ずる。保護ガス28によって開
口34は凍結から防護されている。開口34の下流における
混合ノズルの16の円錐状の拡大は液体不活性ガス１と熱
水との高速混合および分配を生じさせる。これによって
特に有効に液体不活性ガスの蒸発が達成される。

図３は、第１のタンク４と第２のタンク５とエーロゾ
ル供給装置10とを備えた不活性ガスの発生装置および原
子力発電所の格納容器３を概略的に示している。第２の
タンク５は格納容器３の雰囲気を循環するための通風装
置の高温エネルギー蓄積器11である。高温エネルギー蓄
積器11は加熱器20を有し、温度が約100℃、圧力が10バ
ール以下の熱担体２、特に水で部分的に充填されてい
る。第１のタンク４の中に液体不活性ガス１が存在して
いる。これは冷凍機19を介して例えば−10℃以下の温度
に冷却されている。第１のタンク４の内部における圧力
を維持するためないし高めるために、このタンクは導入
配管13を介して保護ガス、特に窒素のボンベ25に接続さ
れている。第１のタンク４は接続配管８を介して高温エ
ネルギー蓄積器11に接続されている。接続配管８は高温
エネルギー蓄積器11の内部において供給ノズル14並びに
スプレーノズル12を含んでいる。蒸発した不活性ガス１
はガス配管22を介して高温エネルギー蓄積器11から導出
され、格納容器３に導かれる。その場合ガス配管22は高
温エネルギー蓄積器11の既存の配管を利用して格納容器
３に導かれる。ガス配管22並びに接続配管８にそれぞれ
固有媒体作動形の弁33が配置されており、これによって
高温エネルギー蓄積器11への液体不活性ガス１の供給お
よび高温エネルギー蓄積器11から格納容器３への供給が
調節される。ガス配管22にエーロゾル供給装置10が組み
込まれている。この装置10はエーロゾル懸濁液用タンク
31および蒸発した不活性ガスにエーロゾルを供給するノ
ズル32を有している。大きな構築的処置なしに多量の不
活性ガスを発生するために既存の通風装置を結びつける
ことができ、これによって通風装置を介して格納容器３
に直接不活性ガスを供給することができる。

図４には、第１のタンク４の中に−10℃以下の温度の
液体炭酸ガスが貯えられ、この液体炭酸ガスが100℃以
上の熱水を含んでいる第２のタンク５に接続配管８を介
して供給されるような不活性ガスの発生装置が示されて
いる。第１のタンク４と第２のタンク５との差圧を維持
するために、図１に類似して保護ガス用のボンベ25が導
入配管13と共に示されている。第２のタンク５は蒸発し
た不活性ガス１を排出するためのガス配管22を有してお
り、この中に図３に類似してエーロゾル供給装置10が示
されている。液体不活性ガス１はスプレーノズル12並び
に熱水内に配置されている供給ノズル14を介して第２の
タンク５の中に供給される。蒸発した不活性ガス１を一
層加熱し圧力を高めるために、第２のタンク５はガス配
管22に接続されている過熱器９を含んでいる。この装置
によって同様に、凝固した不活性ガスを例えば細かく分
散された氷片から成る粒子ビームの形で熱水の中に入れ
ることができる。これによって同様に直接蒸発によって
不活性ガスが生ずる。他の特色並びに符号は図１および
図２のものと一致している。

図５は本発明に基づく装置の第４の実施例を概略的に
示しており、これは液体不活性ガス１、例えば炭酸ガス
あるいは窒素を含んでいる第１のタンク４と固形物状熱
担体２を含んでいる第２のタンク５を備えている。格納
容器３、エーロゾル供給装置10、冷凍機19並びに液体供
給装置のような図５の詳述しない詳細は図１から図４に
おけるものに相応している。このために符号は図１から
図４のものと一致している。第１のタンク４は第２のタ
ンク５に接続配管８を介して接続されている。接続配管
８は三つの分岐管に分けられ、その一つの分岐管は第２
のタンク５の内部で液体不活性ガス１を直接固形物状熱
担体２に吹きかけるスプレーノズル12で終っている。こ
の固形状熱担体２は約300℃〜800℃の温度を有してい
る。液体不活性ガス１と固形物状熱担体２との間の大き
な温度差に基づいて、直接蒸発によって生ずる第２のタ
ンク５の下部６における不活性ガスも同様に高い温度を
有している。この不活性ガスの中に接続配管８の別の分
岐管を介して追加的に液体不活性ガス１がスプレーノズ
ル12を介して供給され、これによって不活性ガス１の一
層の蒸発が行われる。更に液体不活性ガス１のこの追加
的な供給によって蒸発率が高められる。導入される液体
不活性ガス１の量の調節は接続配管８の分岐管にある弁
26を介して行われる。この弁26は圧力測定器36ないし温
度測定器37を介して制御される。第２のタンク５は原子
力発電所の格納容器３にガス配管22を介して接続されて
いる。第２のタンク５から流出する約50℃の温度を有す
る不活性ガスはガス配管22を通って導かれる。接続配管
８の補助的な分岐管を介してガス配管22への液体不活性
ガスの補助的な供給が行われ、これによって蒸発率の一
層の増大が達成される。第２のタンク５はその内側面に
第２のタンクの壁温を減少するために使用される熱絶縁
体35を有し、これによって第２のタンクの機械的負荷が
減少され、このタンクは小さな壁厚で作ることができ
る。

図６には本発明に基づく装置の第５の実施例が示され
ており、これは図５に類似して固形物状熱担体２を持っ
ている。符号並びに詳述していない詳細は図１から図５
におけるものと一致している。第２のタンク５は図５に
示されているように、第２のタンク５の内部における温
度の均一化を保証する加熱器20を含んでいる。固形物状
熱担体２は複数の貫通路30が開けられている一体構造の
ブロックとして作られている。液体不活性ガスは気密に
供給ノズル14を通って特にベンチュリ管の様式でそれら
の貫通路30に吹き込まれる。貫通路30の通過後に蒸発し
た不活性ガスは気密にブロックからガス配管22内に集め
られ、原子力発電所の格納容器３に導入される。接続配
管８を通る液体不活性ガス１の流量は、第２のタンク５
の内部に配置されている圧力測定器36を介して制御され
る弁26によって調節される。装置10によって触媒エーロ
ゾルの供給あるいは補助的な液体不活性ガス１の供給が
行われる。追加的にガス配管22に供給される液体不活性
ガス１はこの中で蒸発し、蒸発率の向上に寄与する。

この方法は受動的な作用並びに多量の不活性ガスの発
生によって特色づけられるので、特に加圧水形原子炉を
備えた原子力発電所の格納容器の雰囲気を短時間内に完
全にあるいは部分的に不活性化できる。部分的な不活性
化の場合に再結合器の採用によって、格納容器の雰囲気
内に含まれる水素の触媒転換が安全に実施される。従っ
てどんな場合でも事故の際に格納容器の追加的な不活性
化が保証されるので、水素と酸素から成る爆発性混合物
の形成は確実に避けられる。この本発明の装置はその特
にコンパクトな構成によって特色づけられ、その場合例
えば高温エネルギー蓄積器並びに配管を備えた通風装置
のような原子力発電所の既存の装置が一体化される。こ
の本発明の装置は大きな構築的処置なしに簡単に追加し
て敷設することができる。この装置は同様に原子力発電
所の格納容器の内部に配置することも可能である。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21C 9/00 G21D 3/04 B01J 7/00 A62C 3/00

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】不活性ガス（１）が液化あるいは凝固され
   た形で第１のタンク（４）に貯蔵され、第２のタンク
   （５）の中に液化あるいは凝固された形の不活性ガス
   （１）を蒸発するのに十分な熱量が熱担体（２）で用意
   され、熱担体（２）および液化あるいは凝固された形の
   不活性ガス（１）が互いに熱的に接触され、その際第２
   のタンク（５）内の温度を100℃以上にし、液状熱担体
   （２）の場合には特に温度を150℃〜250℃にし、固形物
   状熱担体（２）の場合には特に300℃〜800℃にすること
   を特徴とする容器（３）、特に原子力発電所の格納容器
   に供給するための不活性ガスの発生方法。
2. 【請求項２】不活性ガス（１）として炭酸ガスおよび／
   又は窒素が使用されることを特徴とする請求項１記載の
   方法。
3. 【請求項３】水あるいは油のような液状熱担体（２）が
   使用されることを特徴とする請求項１又は２記載の方
   法。
4. 【請求項４】凝固された不活性ガス（１）が細かく分散
   された形で液状熱担体（２）に導入されることを特徴と
   する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
5. 【請求項５】特に金属あるいはセラミックスから成る固
   形物状熱担体（２）が使用されることを特徴とする請求
   項１又は２記載の方法。
6. 【請求項６】固形物状熱担体（２）が積み重ねられ、特
   に積層物あるいは球状堆積物の形で存在していることを
   特徴とする請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】第１のタンクおよび／又は第２のタンク内
   の圧力を〜50バール、特に20バールにすることを特徴と
   する請求項１ないし６のいずれか１つに記載の方法。
8. 【請求項８】第１のタンクの温度を−10℃以下にするこ
   とを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載
   の方法。
9. 【請求項９】不活性ガス（１）が−20℃以上、特に−10
   ℃以上の温度に加熱されることを特徴とする請求項１な
   いし８のいずれか１つに記載の方法。
10. 【請求項１０】熱担体（２）が液体であり、液体不活性
    ガスの中に導入され、特に細かく分散された形でおよび
    ／又は10m/s以上の速度で導入されることを特徴とする
    請求項１ないし９のいずれか１つに記載の方法。
11. 【請求項１１】液体不活性ガス（１）が熱担体（２）の
    中に吹き込まれ、特に細かく分散された形でおよび／又
    は10m/s以上の速度で吹き込まれることを特徴とする請
    求項１ないし10のいずれか１つに記載の方法。
12. 【請求項１２】不活性ガス（１）にその蒸発に続いて、
    室温において水素ガスの酸化を引き起こすのに適してい
    る触媒エーロゾルが懸濁液あるいは粉末として混合され
    ることを特徴とする請求項１ないし11のいずれか１つに
    記載の方法。
13. 【請求項１３】不活性ガス（１）がその蒸発に続いて水
    素を有している容器（３）に導入され、容器（３）を完
    全に不活性化するためにあるいは制御して水素ガスを転
    換するために水素ガス濃度の減少が行われることを特徴
    とする請求項１ないし12のいずれか１つに記載の方法。
14. 【請求項１４】ａ）液化あるいは凝固された不活性ガス
    （１）を貯蔵するための第１のタンク（４）と、 ｂ）100℃以上の温度の熱担体（２）を用意するための
    第２のタンク（５）と、 ｃ）通常状態では閉じられて液化あるいは凝固された不
    活性ガス（１）を熱担体（２）から熱絶縁し、必要な場
    合に開かれて不活性ガス（１）を熱担体（２）と熱的に
    接触する接続部（８）と を有していることを特徴とする容器（３）、特に原子力
    発電所の格納容器に供給するための不活性ガスの発生装
    置。
15. 【請求項１５】接続部（８）が開かれた場合に、特に第
    １のタンク（４）が第２のタンク（５）より高い圧力が
    かかっているかその逆となっている状態で、液体不活性
    ガス（１）あるいは液状熱担体（２）の流れが圧力作動
    式に生じさせられることを特徴とする請求項14記載の装
    置。
16. 【請求項１６】第２のタンク（５）が蒸発した不活性ガ
    ス（１）を追加的に加熱する過熱器（20）を有している
    ことを特徴とする請求項14又は15記載の装置。
17. 【請求項１７】例えば懸濁液あるいは粉末の形をした触
    媒エーロゾルを蒸発した不活性ガス（１）の中に供給す
    るための装置が設けられていることを特徴とする請求項
    14ないし16のいずれか１つに記載の装置。
18. 【請求項１８】第２のタンク（５）が原子力発電所の通
    風装置の加熱容器（11）であることを特徴とする請求項
    14ないし17のいずれか１つに記載の装置。
19. 【請求項１９】原子力発電所の格納容器（３）の内部に
    配置されていることを特徴とする請求項14ないし18のい
    ずれか１つに記載の装置。