JPH10221490A - 水素ガス含有空気の処理装置 - Google Patents
水素ガス含有空気の処理装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 原子炉格納容器内の空気中に異常時に含まれ
る水素を広い濃度範囲で迅速に処理する。 【解決手段】 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３０は、吸気口３３及び排気口
３５を具備し内部に空気通路を画成した保護箱３１、そ
の空気通路内に設けられた触媒層３７並びに触媒層３７
の板状触媒３７ａを貫通する電気ヒータ３９から構成さ
れる。
る水素を広い濃度範囲で迅速に処理する。 【解決手段】 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３０は、吸気口３３及び排気口
３５を具備し内部に空気通路を画成した保護箱３１、そ
の空気通路内に設けられた触媒層３７並びに触媒層３７
の板状触媒３７ａを貫通する電気ヒータ３９から構成さ
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】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。
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。
【０００２】
【従来の技術】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
やすくなり、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ト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１０％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。
素が共存することになるから、水素が燃焼反応を起こし
やすくなり、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ト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１０％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。
【０００３】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１０は、自由
空間中に設置され、約１２０Ｖの電源１１によりヒータ
１３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１０は、ヒータ１３の他に保護箱１５、
電源用コンジット１７及び保護傘１９を有する。この保
護傘１９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１３を保護する。更に図７に示さ
れる触媒式水素再結合器２０は、触媒として白金又はパ
ラジウ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２１、吸気口２３、排気口２５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２３から触媒層２１に流入す
る。触媒層２１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２１は加熱され、触媒層２１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２５から放出され
る。このようにして水素の処理が行われる。
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１０は、自由
空間中に設置され、約１２０Ｖの電源１１によりヒータ
１３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１０は、ヒータ１３の他に保護箱１５、
電源用コンジット１７及び保護傘１９を有する。この保
護傘１９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１３を保護する。更に図７に示さ
れる触媒式水素再結合器２０は、触媒として白金又はパ
ラジウ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２１、吸気口２３、排気口２５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２３から触媒層２１に流入す
る。触媒層２１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２１は加熱され、触媒層２１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２５から放出され
る。このようにして水素の処理が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】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。
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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】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
て設けたてもよく、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。
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
て設けたてもよく、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。
【０００６】
【発明の実施の形態】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３１は、下部に吸気口３３及
び上部側部に排気口３５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３７ａからなる触媒層３７が設け
られ、板状触媒３７ａの間には空気通路が形成され、気
体が流れるようになっている。更に、板状触媒３７には
電気ヒータ３９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３０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含有空気が吸気
口３３から保護箱３１内の気体通路に流入し、板状触媒
３７ａ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３９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
活性化する。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３５から放出されるが、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３７ａの全体が活性化す
る。このような板状触媒３７ａの活性化促進現象が触媒
層３７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。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３３から流入し、触媒層３７に接
触するが、電気ヒータ３９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３９が
着火源となり、吸気口３３又は排気口３５から装置外へ
の燃焼伝播により大量の水素を処理する。
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３１は、下部に吸気口３３及
び上部側部に排気口３５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３７ａからなる触媒層３７が設け
られ、板状触媒３７ａの間には空気通路が形成され、気
体が流れるようになっている。更に、板状触媒３７には
電気ヒータ３９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３０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含有空気が吸気
口３３から保護箱３１内の気体通路に流入し、板状触媒
３７ａ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３９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
活性化する。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３５から放出されるが、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３７ａの全体が活性化す
る。このような板状触媒３７ａの活性化促進現象が触媒
層３７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。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３３から流入し、触媒層３７に接
触するが、電気ヒータ３９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３９が
着火源となり、吸気口３３又は排気口３５から装置外へ
の燃焼伝播により大量の水素を処理する。
【０００７】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含有空気を処理する水素再
結合装置４０のハウジング即ち容器４１は、下部に吸気
口４３及び上部に出口４４を備え、内部にこれらに連絡
した空気通路４２が形成されている。容器４１の出口４
４は、保護カバー４６により離れて覆われ、側部に環状
の排気口４５が形成されている。そして容器内部の空気
通路４２内にハニカム状触媒からなる触媒層４７が設け
られ、触媒層４７より下方の空気通路４２内に電気ヒー
タ４９が設けられている。その電気ヒータ４９の発熱部
は触媒層４７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４０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
合ガス即ち水素含有空気が吸気口４３から容器４１内の
気体通路４２に流入し、触媒層４７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４９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４７の下部を加熱
し活性化する。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４２を流れて排気口４５か
ら放出されるが、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４７の
触媒が順次加熱され活性化促進現象が触媒層４７全体に
生じ、水素と酸素の結合が促進される。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４３から流入し、触媒
層４７に接触するが、電気ヒータ４９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４９が着火源となり、燃焼伝播により大量の水素を
処理する。
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含有空気を処理する水素再
結合装置４０のハウジング即ち容器４１は、下部に吸気
口４３及び上部に出口４４を備え、内部にこれらに連絡
した空気通路４２が形成されている。容器４１の出口４
４は、保護カバー４６により離れて覆われ、側部に環状
の排気口４５が形成されている。そして容器内部の空気
通路４２内にハニカム状触媒からなる触媒層４７が設け
られ、触媒層４７より下方の空気通路４２内に電気ヒー
タ４９が設けられている。その電気ヒータ４９の発熱部
は触媒層４７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４０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
合ガス即ち水素含有空気が吸気口４３から容器４１内の
気体通路４２に流入し、触媒層４７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４９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４７の下部を加熱
し活性化する。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４２を流れて排気口４５か
ら放出されるが、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４７の
触媒が順次加熱され活性化促進現象が触媒層４７全体に
生じ、水素と酸素の結合が促進される。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４３から流入し、触媒
層４７に接触するが、電気ヒータ４９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４９が着火源となり、燃焼伝播により大量の水素を
処理する。
【０００８】
【発明の効果】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。
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。
【図１】本発明の実施形態の全体構造を示す概念図であ
る。
る。
【図２】本発明の別の実施形態を示す立断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿う平断面図である。
【図４】従来装置の一例を示す全体斜視図である。
【図５】別の従来装置の全体概念図である。
【図６】図５の部分拡大図である。
【図７】更に別の従来装置の分解図である。
３０ 水素再結合装置（水素含有空気の処理装置） ３１ 保護箱 ３３ 吸気口 ３５ 排気口 ３７ 触媒層 ３７ａ 板状触媒 ３９ 電気ヒータ ４０ 水素再結合装置 ４１ 容器 ４２ 空気通路 ４３ 吸気口 ４４ 出口 ４５ 排気口 ４７ 触媒層 ４９ 電気ヒータ
Claims (3)
- 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。
Priority Applications (8)
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|---|---|---|---|
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