JPH05508012A - 水素の酸化方法及び装置 - 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】 水素の酸化方法及び装置 この発明は、細かく分布した触媒粒子によって原子炉設備の安全容器内における 水素を酸化する方法に関する。この発明は更にこの方法を実施するのに遺した装 置に関する。　ドイツ連邦共和国特許出願公開第２９２２７１７号により公知の 上述の方法においては、できるだけ乾燥して保持される触媒粉末が不活性ガスと ともに安全容器の上部に吹き込まれ、この触媒粉末が重力によって落下して全空 間を占めるようになっている。かかる方法では乾燥状態時触媒粉末内に支配する 高い粘着力により高価な分散装置をもってしても比較的大きな、例えば３〜１０ μｍの凝集体が作られる。このような凝集体は早く沈降し、浮遊時間が短いので 水素の捕捉率が悪い、＃集体を解き放つには大きな流れ速度を必要とするが、こ のような流れ速度は湿度のある雰囲気中で＃集体を分離することができても触媒 を不活性化してしまう。

この発明は、それ故、簡単な手段で長い浮遊時間を持つ高効率の微細粒子雰囲気 を作り出すという課題から出発する。この雰囲気は安全容器の酸化すべき雰囲気 中で触媒作用をなおを効ならしむように発展させようとするものである。

このｉｏはこの発明によれば次のようにして解決される。即ち、溶液或いは懸濁 液の形の触媒粒子を安全容器の内部或いは外部で噴霧化し、安全容器の内部或い は外部でＷＲ霧化されたｉ液酸いは懸濁液を加熱により乾燥させてエーロゾルを 発生させ、安全容器の外部で生じたエーロゾルは安全容器内に導入する。

このエーロゾルは好ましくは安全容器の内部において上昇するようにされる。

これは連続運転で行うことができる。溶液或いは懸濁液のための液体及び温度を 選択することによりまた場合゛によってはエーロゾル雰囲気を付加的に乾燥させ ることにより広い限界であらゆる状況に適合させることができる。

溶液或いは懸濁液は、始めから細かな滴に配分するように、複数個のノズルを通 して安全容器内に導入される。特に２物質ノズルを使用する場合には３乃至３０ μの懸濁液滴集合体が得られ、この集合体は０．１乃至１０％の懸濁液の固体金 を量に応して１μ或いはそれ以下の範囲の移動度の高い微細エーロゾルに乾燥す る。熔ｆＩ＋！５２いは懸濁液は！霧化前に加熱することもできる。

実験用格納容器におけるエーロゾル沈降プロセスの広範囲の計重及び実際の実験 によれば、この発明により生成され分布されたエーロゾルは種々の異なる雰囲気 中で１時間当たり平均０５の捕捉率で沈降することが実証されている。５ｍ／Ｓ 以下の速度で解放することにより特に過熱された雰囲気においては安全容器中に 存在する他の液滴の沈降並びにエーロゾルの回りの水包の形成も大幅に回避され る。このようにエーロゾル（０，５ｕより小さい直径を持つ白金粒子）の浮遊時 間が長いので、この発明による方法においては例えば半時間運転しただけで安全 容器内のエーロゾル濃度は、連続して例えば２４時間以上大きな触媒面積及び短 い水素拡散路で運転したときに算出される１時間当たり１ｋｇまでの水素捕捉率 に達することができ、従って事故の抑制に著しく貢献する。さらに触媒毒による 触媒の不活性化は絶えずエーロゾルを生成することにより大幅に補償することが できる。

さらに溶液或いは懸濁液は安全容器に導入する直前に初めて、特に予備加熱した 後に生成することも可能である。この場合溶液或いは＠濁液を長時間保持する必 要がないので、それだけ望ましくない化学的或いは物理的変化の危険が避けられ る。同様にまた溶液或いは懸ｆｌ液が安全容器の外部で、即ち補給や保守が一般 により簡単である所で作られる場合にも上記のような危険が少ない。

この発明のを利な実施態様では、溶液或いは懸濁液の生成が噴霧化された懸濁液 或いは溶液の量或いは触媒粒子の濃度に関して安全容器内の水素含有量に応して 調整或いは制御される。これにより材料及びエネルギーの消費が最小化される。

このことは特に長時間運転において重要なことである。

前記の課題はまた次の特徴を持つ装置によって解決される。Ｓち、この装置は− ｙ＠液酸いは！！！濁液の形の触媒粒子を収容する容器と、−この溶液或いは懸 濁液を安全容器の内部或いは外部でｗＲ霧化するための分配装置と、 一噴霧化されたｆｉＩ！４！或いは懸濁液をこれらが安全容器内に解放される前 に乾燥するための加執装胃と、 を備えることを特徴とする。

この発明による方法を実施するために特に好適な装置は、縦型の管の下端に少な くとも１つの触媒装置を備えた人口が設けられ、その上に７８液或いは懸濁液が 供給されるノズルが設置され、さらに管の上端の上蓋の下に出口が設けられたも のである。　この縦型管は配管を介して子方容器に接続され、この圧力容器は上 部に圧力ガス溜まりと触媒粒子とを有し、一方破裂膜或いは破裂板により区分さ れた下側の部分には液体が納められ、また配管が接続されているようにするのが よい。圧力ガス溜まりはこの場合、例えば弁を開くことによって出口が解放され るや否や触媒粒子を液体とともに管内に押し出す。

特に起動の際のように、エーロゾルを急速に生成するためには触媒装置或いは加 勢器の上側に少量の＠層液酸いは７８＠を収容する予備加熱容器を配置すること もできる。

以下に図面を参照してこの発明の詳細な説明する８図面において、図１は原子炉 設備の安全容器の概略縦断面図、図２は安全容器の一部縦断面図、 図３は酸化装！の一実施例を示す拡大縦断面図、図４は図３の実施例の変形例を 示す縦断面図、図５は溶液或いはＭ濁液に使用される液体のタンクと触媒粒子の タンクとを別置した実施例、 図６は安全容器の外部に設！される７ｊＩ熱器付工−ロゾル発生装置を示す。

図１による安全容器１はスチール或いはプレストコンクリートからなり、加圧水 型炉を有する原子炉設備の一部である０図には加圧水型原子炉の一次系のうち原 子炉圧力容器２だけが示されている。この原子炉圧力容器２は安全容器１を上下 に隔てる隔壁３の下側に設！され、この隔壁３には安全容器１の下側部分５と上 側部分６とを連通ずる溢流開口４が設けられてる。

安全容器１の上側部分６には煮火装置１０が空間的に分布して配置され、この装 置は局部的な水素濃度が４％の点火限界を越えると水素を燃焼するようになって いる。この占火装置１０は安全容器１の下側部分５にも設置することができる。

短時的に増加する水素量は、この装置における熱による或いは触媒による反応作 用により除去される。

安全容器１の下側部分５及び上側部分６には複数個のエーロゾル発生器１１が分 布して配置され、これにより溶液、特に水の中にある触媒粒子、例えば白金及び ／或いはパラジウムからなる触媒粒子が細かく分布される。この溶液には、場合 によっては、添加物、例えば乳化剤或いは室温において粘性を高める材料等を添 加することができる。ノズル噴霧した後滴の形で存在する＠濁液酸いはｆＪ液は 加熱によって乾燥され安全容器の内部で上昇させられる６分布すべき懸濁液或い は溶液は、安全容器１の外部に設置された共通のタンク１３から配管１２を通し てエーロゾル発生器１１に供給される。

タンク１３はその下側部分に懸濁液】５と均質化のための攪拌器１６を有してい る。懸濁液の液面１７の上には加圧空気管１８が接続されているので、圧力ガス 溜まり１９が形成されている。タンク１３のＩＩ！２０には、触媒粒子は透過す るが大きな＃集体は阻止するフィルタ２１が設けられている。フィルタ２１は出 口管２２の前に置かれる。タンク１３は外部に２３で示す熱絶縁層を持つ。タン クはまた加熱することもできる。

エーロゾル発生器１１に懸濁液を供給するため安全容器１の外部の配管１２の途 中に配置された弁２５が開かれる。その場合タンク１３へのバイパス管２６は弁 ２７で閉しられている。それ故圧力ガス溜まり１９の過圧は懸濁液１５を配管１ ２に押し出す。

セ濁液酸いはＷｌ液は配管１２を介して例えば隔壁の開口４の範囲に配置された ２列のノズル３０及び３１に達し、容器１の下側部分５から上側部分６に上昇し 、矢３２及び３３で示される加熱された場合によっては水素を含む苗気流に直接 懸濁液が当たる、懸濁液がノズル列３０．３１から開口４を通過する著気流に連 行されて上昇する間、エーロゾル発生器１１で部分的加勢により上方に向かう分 配流が得られる。これについては後でなお詳しく説明する。懸濁液の量はその場 合全体として及びその時間的経過で弁２５の適当な制御により調整或いは制御さ れる。さらに圧力空気管或いは１気配管をノズル列３０．３１にまで別々に導く ことによりエーロゾルの発生は有利に微細化される。これについては後で図４及 び図６で示す。

図２にはエーロゾル発生器１１が例えば側部に配置された懸濁液容器を有し、安 全容器１内において矢３５に応じた水素を含む蓼気雰囲気を吸引している状態を 概略的に示す、加熱されたエーロゾル雰囲気が上昇している状態は矢３６で示さ れている。安全容器ｌにはこれにより過熱帯域３７とその下にある霧帯域３８が 生ずる。破線で示される境界３９は実際には移行帯域である。矢４０は、加熱帯 域３７によってエーロゾル発生器１１の外部にも上昇流が発生し得ることを示し ている。従って同時に点火装置１０には水素に冨んだ１気が当たる。

図３に縦断面で示したエーロゾル発生器１１はその断面が段階状に形成された縦 型の管４５をケーシングとして有している。その下部開口端４６は人口部４７を 形成している６その中に前！フィルタ４８及び過＃！！或いは触媒装置４９が斜 めに傾いて、回転対称構成で円錐形に配置されている。なおそこに同じ構成でさ らに加熱器を設けることもできる。

その上にある筒状部５０は断面が約半分に狭められている。そこにはリブ５２を 持つ熱管５１が設けられている。この上にノズル５５が配！され、これに制御弁 ５６を介して懸濁液が供給される。供給管５７は開閉素子５日につながっている 。この開閉素子は例えば温度に関係して或いは触媒により溶融する素子或いは圧 力に関係して破裂する素子を備えている。特に起動の際のようにセ速にエーロゾ ルを作るために少量の懸濁液を満たした予備加勢器７８が直接乾燥領域６１に配 置される。

断面の狭い部分５０の上にある管４５の広がった部分６０はその幅の２倍の長さ 或いはそれ以上に形成されている。この部分はエーロゾルを担持する蒸気雰囲気 を上昇させる部分としてまた乾＠領域６１として作用している。上端は下向きの 風に対する保護としての蓋６２で閉鎖されている。その下に横方向の出口６３が あり、これを通してエーロゾル雰囲気は矢６４の方向に管４５から離れる。蓋６ ２の下の領域６５はやや広がっている。そこで入口６６を通して矢６７で示され るように吸引された周囲雰囲気が混合される。入口６６の大きさは調整可能とす るのがよい、既に生じたエーロゾルの部分的な戻りによりまたエーロゾル発生器 １１の全体の領域への堆積により過熱触媒装置４９の駆動効果の連続的な再生産 が行われる。

図３の実施例では安全容器の内部に配！されたエーロゾル発生器１１は、懸濁液 及び加圧運気管に供給するタンク７０と直接結合されている。タンク７０はその 底７１に出口管７２の上に粗フィルタ７３を、外側に熱絶縁部７４を備えている 。ｅ体７５の中には例えば局所的な加熱及び場合によっては冷却により矢７６で 示されるような循環が生ずる。

タンク７０の下側部分７７は破裂板８０によって閉塞されている。その上に触媒 粉末８１がある。この触媒粉末は例えば統計的平均値で０．２乃至１．５μの直 径を持つ微粉末であり、これに数ナノメータの流動側を混合することもできる。

上側部分７９は、喋苦剖８２、例えば分子ふるいの上に、圧力ガス８３、例えば ５乃至２０バールの窒素を内蔵している。タンク７０の上端には圧力測定装置８ ５及び充填配管８６を備えた接続管８４が取り付けられている。

必要な場合には、即ち、水素の発生を伴う事故の発生時に、開閉素子５８は自動 的に開かれる。これにより圧力ガス溜まり８３の過圧が破裂板８０に作用しこれ を破砕する。触媒粉末８１は液体７５の中に達し、これとともにノズル５５を通 して運び出される。管４５の断面の狭い部分５０には触媒粒子の直径が０．　１ 乃至２μで、そのｆｉ滴が３０μ以下の直径を持つ霧状エーロゾルが生ずる。キ ャリアガスを周囲温度より高い５０°Ｃにまで加熱することにより懸濁液の液滴 は１時間以内に乾燥して微細エーロゾルとなる。この中に含まれる触媒粒子は安 全容器１の内部にわたってゆっくりかつ連続的に上昇するように細か（分布され る。

この場合液の供給は水素の含有量に合わせ、またかなりの長時間、例えば２４時 間以上続けられる。或いはまた触媒粉末を液体中に添加物を持つ懸濁液として、 上述のように、押し出される前に貯えておくこともできる。

図４に示されるエーロゾル発生器１１は散布器として形成された管９０を有して いる。そのやや狭くなった下側部分９１には入口部９２の他に補助送風機９３が 設置されている。これは特にエーロゾルの発生出力を上げるのに有利である。

その上には隔壁９４に熱的再結合器或いは加熱器９５、例えば電気加熱器が設け られているので、これらの装置をそれぞれ別々に設置する必要がない、管の狭い 部分９６には逆流防止袋Ｗ９７の上に予備加熱器７８が配置されている。この加 熱器にはタンク７０に接続された配管９９を介して触媒溶液或いは懸濁液が供給 される。予備加熱器７８の上には一連のノズル９８が管断面にわたって配置され 、これらのノズルは配管９９の分岐管９９ａを介して触媒溶液或いは懸濁液が供 給されている。エーロゾルを急速に発生させるために予備加熱器７８の容器中に は少量の懸？ｌ１ｆ１．が納められており、この懸濁液は、矢３５のように吸入 されて加熱器９５を通過して約３００°Ｃ乃至５００″Ｃに加熱された原気雰囲 気によって短時間で加熱され、ノズル９８ａを通して押し出される。

図５による実施例では触媒粒子１０３及び溶液１０４を準備するための２つのタ ンク１０１及び１０２がそれぞれ設けられている。タンク１０１は、矢１０５で 示されるように、熱管によって周囲温度以上例えば２０°Ｃに保持されている。

過熱保護として上に過圧弁１０７が接続されている液体外套管１０６が設けられ ている。タンクの熱絶縁は１０８で示されている。前置された粗フィルタ１０９ を備えた出口１１０は隔膜スイッチ１１１を介して図示されてないエーロゾル発 生器につながれている。

タンク１０１の上端から開閉素子１１６を備えた配管１１５がタンク１０２の下 端に接続されている。このタンク１０２も膜或いは箔１１７で分割されている。

液体１０４の上には吸着荊溶媒として例えば分子ふるい１１９を内蔵した圧力ガ ス室１１８が形成されている。

必要な場合には自動的に開閉素子１１６が開かれる。これにより圧力ガス室１１ ８にある圧力ガスの過圧が箔或いはｌ１１１１７に作用しこれを破る。同時に隔 膜スイッチ１１１が開く、液体１０４は配管１１５を介してタンク１０１に達し 、そこで触媒粒子１０３と混合されて溶液或いは懸濁液を作る。溶液或いは懸濁 液は配管１１０を介して図示されてないエーロゾル発生器に達する。

図６の実施例では安全容器ｌの外部にエーロゾル発生器１２０が配置されている 。この場合蓄熱器１２１には常に充分な熱量が電気加熱装置１２２により準備さ れている。蓄熱器１２１並びに溶液或いは懸濁液容器１２３及び水貯蔵容器１２ ４は共通の熱絶縁されたケース１２５内に配置されている。このケース１２５の 蓄熱器１２１の部分には水平に配！された熱絶縁管１２６が接続されている。

この管１２６の内部は通路１２７を形成しており、これはケース１２５の開口１ ２８を介して蓄熱器１２１に連通している。管１２６に接続された配管１２９は 貫通部１３０を通して安全容器１に導入されている。配管１２９には直列接続さ れた２つの弁１３１及び１３２が挿入され、これらに並列に破裂板１３３が接続 されている。

必要な場合には弁１３１及び１３２が開かれる。駆動ガスを生成するときは水貯 蔵容器＋２４から配管１３４を介して蓄熱器１２１に水を噴霧する。この始動及 び駆動ガスの安全容器ｌへの導入は莫気生成の際生ずる圧力によっても行うこと ができる。過熱された蒸気流に、通路１２７に配置され２つの垂直管１３６及び １３７を介して懸濁液容器１２３に接続されている２物質ノズル１３５により懸 濁液が混入され、この懸濁液は配管１２９を介して安全容器１に導入される。

そこで通路１２７にて乾燥された触媒エーロゾルがノズル状の散布装置１３８に より散布される。この散布されたエーロゾルは安全容器１内にて上昇し、酸化の 際に有効な浮遊触媒霧を形成する。

要約書 この発明は、細かく分布した触媒粒子を使用して原子炉設備の安全容器（１）内 における水素を酸化させる方法及びこの方法を実施するための装置に関する。

エーロゾル発生器（１１）には溶液或いは懸濁液の形の触媒粒子がノズルを通し て導入される。乾燥によって生したニー噌グルは安全容器（１）において好まし くは上昇させられる。

図１ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．細かく分布した触媒粒子を使用して原子炉設備の安全容器内における水素を 酸化させる方法であって、 −溶液或いは懸濁液の形の触媒粒子を安全容器（１）の内部或いは外部で噴霧化 し、 −次にこの噴霧化された溶液或いは懸濁液を安全容器（１）の内部或いは外部で 加熱して乾燥させてエーロゾルを発生させ、容器外部で発生したエーロゾルを安 全容器（１）に導入する、ことを特徴とする水素の酸化方法。 ２．エーロゾルは安全容器（１）の内部において上昇させられることを特徴とす る請求の範囲１記載の方法。 ３．懸濁液或いは溶液は配管（１２）により供給され、少なくとも１つのノズル （３０、３１）を介して安全容器（１）内に導入され、噴霧化されることを特徴 とする請求の範囲１又は２記載の方法。 ４．懸濁液或いは溶液は噴霧化の前に加熱されることを特徴とする請求の範囲１ 、２又は３記載の方法。 ５．統計的平均で３乃至３０μの直径を持つ懸濁液滴並びに触媒粒子を含む０． １乃至２μの固体エーロゾルが生成されることを特徴とする請求の範囲１乃至４ の１つに記載の方法。 ６．エーロゾルは過熱状態で５ｍ／ｓより小さい速度で安全容器（１）内に解き 放たれることを特徴とする請求の範囲１乃至５の１つに記載の方法。 ７．過熱は触媒により行われることを特徴とする請求の範囲７記載の方法。 ８．加熱は熱的再結合器（９５）により行われることを特徴とする請求の範囲１ 乃至７の１つに記載の方法。 ９．エーロゾル生成のため触媒粒子を含むエーロゾルが供給される過熱触媒装置 （４９）が設けられ、この触媒装置がこの触媒性エーロゾルの付加によって再生 されることを特徴とする請求の範囲１乃至８の１つに記載の方法。 １０．溶液或いは懸濁液は安全容器（１）内にノズル噴霧する直前に安全容器（ １）の内部で生成されることを特徴とする請求の範囲１乃至９の１つに記載の方 法。 １１．溶液或いは懸濁液は予熱化された液体で制御されることを特徴とする請求 の範囲１０記載の方法。 １２．溶液或いは懸濁液は安全容器（１）の外部で生成されることを特徴とする 請求の範囲１乃至１１の１つに記載の方法。 １３．溶液或いは懸濁液を安全容器（１）内に噴霧化する際に加熱のため熱的点 火装置（１０）が使用されることを特徴とする請求の範囲１乃至１２の１つに記 載の方法。 １４．溶液或いは懸濁液を生成する際に使用される液体の量或いはその際使用さ れる触媒粒子の濃度は安全容器（１）内の水素含有量に関係して制御されること を特徴とする請求の範囲１乃至１３の１つに記載の方法。 １５．細かく分布した触媒粒子を使用して原子炉設備の安全容器（１）内におけ る水素を酸化させる、特に請求の範囲１乃至１４の方法を実施するための装置で あって、 −溶液或いは懸濁液の形の触媒粒子を収容する容器（１３、７０、１２３）と、 −この溶液或いは懸濁液を安全容器（１）の内部或いは外部で噴霧化するための 散布装置（３０、３１、５５、９８、１３５）と、−噴霧化された溶液或いは懸 濁液をこれらが安全容器（１）内に解き放たれる前に乾燥するための加熱装置（ ４９、９５、１２１）と、を備えることを特徴とする水素の酸化装置。 １６．縦型の管（４５）の下端（４６）において入口（４７）が少なくとも１つ の触媒装置（４９）或いは１つの加熱装置（９５）を備えており、その上に溶液 或いは懸濁液（７５）が供給されるノズル（５５）が配置され、さらに管（４５ ）の上端で上蓋（６２）の下に横方向に向かう出口（６３）が段けられているこ とを特徴とする請求の範囲１５記載の装置。 １７．管（４５）は配置（５７）を介して圧力容器（７０）に接続され、この圧 力容器は上例部分（７９）に圧力ガス或いは蒸気溜まり（８３）を内蔵し、破裂 膜或いは破裂板（８０）により区分された下側部分（７７）に溶液或いは懸濁液 （７５）が収容され、配管（５７）が接続されていることを特徴とする請求の範 囲１６記載の装置。 １８．触媒装置（４９）或いは加熱装置（９５）の上側に少量の懸濁液或いは溶 液を収容する予備加熱容器（７８）が配置されていること特徴とする請求の範囲 １６又は１７記載の装置。 １９．噴霧化された溶液或いは懸濁液は平均で０．１ないし２μの直径を持つ固 体エーロゾルを有することを特徴とする請求の範囲１５乃至１８の１つに記載の 装置。