WO2017061903A1 - Recombiner and method for recombining hydrogen or methane and oxygen in a gas mixture - Google Patents

Recombiner and method for recombining hydrogen or methane and oxygen in a gas mixture Download PDF

Info

Publication number
WO2017061903A1
WO2017061903A1 PCT/RU2016/000598 RU2016000598W WO2017061903A1 WO 2017061903 A1 WO2017061903 A1 WO 2017061903A1 RU 2016000598 W RU2016000598 W RU 2016000598W WO 2017061903 A1 WO2017061903 A1 WO 2017061903A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
catalytic
channel
hydrogen
gas mixture
recombiner
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/000598
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Денис Геннадьевич ЗАРЮГИН
Александр Владимирович АВДЕЕНКОВ
Сергей Леонидович СОЛОВЬЁВ
Дмитрий Георгиевич БЕССАРАБОВ
Original Assignee
Денис Геннадьевич ЗАРЮГИН
Александр Владимирович АВДЕЕНКОВ
Сергей Леонидович СОЛОВЬЁВ
Дмитрий Георгиевич БЕССАРАБОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Денис Геннадьевич ЗАРЮГИН, Александр Владимирович АВДЕЕНКОВ, Сергей Леонидович СОЛОВЬЁВ, Дмитрий Георгиевич БЕССАРАБОВ filed Critical Денис Геннадьевич ЗАРЮГИН
Publication of WO2017061903A1 publication Critical patent/WO2017061903A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C9/00—Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
    • G21C9/04—Means for suppressing fires ; Earthquake protection
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C9/00—Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
    • G21C9/04—Means for suppressing fires ; Earthquake protection
    • G21C9/06—Means for preventing accumulation of explosives gases, e.g. recombiners
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the claimed group of inventions relates to means and methods for preventing the formation of explosive gas mixtures with hydrogen or methane in rooms, in particular, in the protective shell of nuclear power plant reactors.
  • the primary source of hydrogen entering the rooms of the containment of a nuclear power plant is primary water.
  • the entry mechanism is as follows:
  • an emergency hydrogen removal system uses equipment whose operating principle is based on flameless, catalytic recombination of hydrogen with oxygen contained in the atmosphere under a protective envelope.
  • a flameless, catalytic hydrogen recombination method is implemented by passive catalytic hydrogen recombiners (PCRV).
  • PCRVs are known, described in patents RU 2360734, G21C9 / 06, 2009, RU 2461900, G21C9 / 06, 2012, RU 2499305, G21C9 / 06, 2013, RU 2537956, G21C9 / 06, 2015.
  • the catalytic system comprises a metal carrier sheet, which is well heat-conducting.
  • the sheet is coated in the first zone with a layer of a first catalytic noble metal, and in the second zone with a layer of a second catalytic noble metal.
  • the first and second zones are preferably located on the same side of the sheet.
  • the noble metals preferably used platinum and palladium.
  • the carrier sheet is made of stainless steel and provided with an additional catalytic layer.
  • the noted recombination device comprises a plurality of catalyst systems that are held in holders.
  • the gas stream is first brought into contact in the second zone with the noble metal, and then in the first zone with the first noble metal.
  • a recombination device and method for the catalytic recombination of hydrogen and / or carbon monoxide with oxygen in a gas mixture are known, as described in patent RU 2222060, G21C9 / 06, publ. 2004. This patent is selected as a prototype.
  • At least one catalyst structure is located in a chamber through which the gas mixture passes during operation.
  • the catalytic structure in the direction of flow of the gas mixture has several sections.
  • the first section contains a catalytic body with a surrounding throttle layer to prevent diffusion of reaction gases flowing to the catalytic body, and the second section following the first section contains at least one catalytic body directly accessible to gases.
  • a known method for the catalytic recombination of hydrogen and / or carbon monoxide with oxygen in a gas mixture is that for introducing into the recombination reaction the gas mixture is supplied to the catalytic body.
  • the catalytic body in the first section in the direction of flow is loaded only with the partial flow of the gas mixture and completely unloaded from the gas mixture only in the second section.
  • the threshold for jigging the hydrogen mixture is 8-12% vol.
  • Such a low threshold for ignition of a hydrogen-containing mixture of existing RCCs is due to design features in which, based on the requirements of the passivity of the system’s mode of action, the hydrogen-containing mixture is pumped through natural circulation. This is characterized by low costs of the pumped hydrogen-containing mixture, which reduces the performance of the PCRV and reduces the heat dissipation generated by catalytic reactions. Thus, there is a significant heating of the active element to temperatures that can cause ignition of a hydrogen-containing mixture.
  • the technical result of the proposed group of inventions is to expand the arsenal of technical means and methods to prevent the formation of explosive gas spaces in rooms mixtures involving hydrogen or methane by increasing the ignition threshold of the mixture to at least 60% vol.
  • the technical result is to increase the productivity of the recombiner and lower the temperature of the catalytic elements by replacing the natural circulation of the air mixture with a forced one while ensuring the passivity of the system’s way of working (ie, without an external source and control action).
  • the recombiner of hydrogen or methane and oxygen in the gas mixture includes a housing with inlet and outlet sections and at least one catalytic unit with at least one catalytic unit an element.
  • the catalytic unit comprises a channel with input and output zones.
  • the catalytic element is made in the form of a fuel cell placed in the channel so that its anode is located in the input part of the channel, and the cathode is located in the output part of the channel.
  • the fuel cell may operate on hydrogen, methane or other explosive gas.
  • the recombiner is equipped with a device for moving the gaseous medium.
  • the device for moving the gaseous medium is powered from the fuel element (s).
  • the number of catalytic units and catalytic elements is determined by the design and electrical characteristics of the fuel elements, the required flow rate of the gas mixture through the recombiner, the characteristics of the device for moving the gas medium, etc. [0022] In order to provide the required current, the fuel cells of the catalytic units can be connected in parallel.
  • a compressor is used as a device for moving the gaseous medium.
  • the compressor is installed upstream of the catalytic blocks in a gas stream.
  • the catalyst unit may be provided with at least one radiator located in the inlet zone and / or outlet zone of the channel.
  • a method for recombining hydrogen or methane and oxygen in a gas mixture is as follows: for introducing into the recombination reaction, the gas mixture is supplied to at least one catalytic element.
  • a catalytic element a fuel element is used, which is placed in the channel with input and output zones so that the anode of the fuel element is located in the input zone of the channel, and the cathode is located in the output zone of the channel.
  • the gas mixture is supplied to the fuel cell by means of a device for moving the gaseous medium powered from the fuel cell.
  • a compressor is used as a device for moving the gaseous medium.
  • the natural circulation of the hydrogen-containing mixture through the catalytic unit is replaced by forced, the flow rate of the mixture is directly proportional to the amount of hydrogen supplied.
  • the PCRV productivity significantly increases and the heat removal from the catalytic unit increases (the temperature of the catalytic elements is lowered), which leads to an increase in the threshold concentration ignition of a hydrogen mixture up to 60% vol. and increase the performance of PCRV in recombinant hydrogen.
  • the principle of operation of the PCRV remains passive (without controlling influence), which meets the requirements of the IAEA regulatory documents and domestic legislation.
  • Figure 1 shows a generalized recombinant circuit.
  • Figure 2 shows a diagram of a catalytic unit.
  • the hydrogen recombiner includes a stainless steel housing 1, configured as a vertically oriented housing having an inlet 2 and an outlet 3 sections.
  • the housing 1 is designed to direct the flow of the gas mixture through the device from the bottom up.
  • Catalytic units 4 and compressor 5 are located inside the housing 1.
  • Compressor 5 is downstream of the catalytic units 4.
  • the catalytic unit 4 comprises a channel 6 having an input 7 and an output zone 8. Inside the channel 6 there is a hydrogen fuel cell 9.
  • the hydrogen fuel cell 9 is installed in such a way that its anode 10 is located in the input zone 7 of the channel, and the cathode is located in the output zone 8 of the channel. As shown in FIG. 1, fuel cells 9 are connected in parallel to provide compressor power
  • Radiators 12 are located in channel 6, providing heat removal of the exothermic reaction of hydrogen and oxygen recombination.
  • the gas mixture of the environment enters the catalytic unit 3 through the inlet section 2 of the housing 1 and exits through the outlet section 3.
  • the ambient oxygen is present.
  • the fuel cell does not generate electric current and the compressor 5 does not work.
  • the fuel cell begins to generate an electric current, as a result of which the compressor 5 is turned on, providing pumping the gas mixture containing the recombined gas through the PCRV in forced circulation mode.
  • the present invention can also be used to remove methane from coal mines. In this case, while ensuring safety and preventing explosions, the cost of electricity for ventilation of mines is significantly reduced, since it is obtained from recombined methane.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

The invention relates to means and methods for preventing explosive gas mixtures containing hydrogen or methane from forming in enclosed spaces, and more particularly in a nuclear power plant reactor containment vessel. To initiate a recombination reaction, a gas mixture is supplied to at least one catalytic body. A fuel cell is used as the catalytic body, said fuel cell being placed in a channel with an entry area and an exit area in such a way that the anode of the fuel cell is disposed in the entry area of the channel, and the cathode is disposed in the exit area of the channel. The supply of the gas mixture to the fuel cell is carried out using a compressor, which is powered by the fuel cells.

Description

РЕКОМБИНАТОР И СПОСОБ РЕКОМБИНАЦИИ ВОДОРОДА ИЛИ МЕТАНА И КИСЛОРОДА В ГАЗОВОЙ СМЕСИ.  RECOMBINATOR AND METHOD FOR RECOMBINING HYDROGEN OR METHANE AND OXYGEN IN A GAS MIXTURE.
[0001] Заявляемая группа изобретений относится к средствам и методам предотвращения образования в помещениях взрывоопасных газовых смесей с участием водорода или метана, в частности, в защитной оболочке реакторов атомных электростанций. [0001] The claimed group of inventions relates to means and methods for preventing the formation of explosive gas mixtures with hydrogen or methane in rooms, in particular, in the protective shell of nuclear power plant reactors.
[0002] Основным источником поступления водорода в помещения защитной оболочки АЭС является вода первого контура. Механизм поступления следующий:  [0002] The primary source of hydrogen entering the rooms of the containment of a nuclear power plant is primary water. The entry mechanism is as follows:
- радиолиз воды под действием ионизирующего излучения в режимах нормальной эксплуатации реакторной установки;  - radiolysis of water under the action of ionizing radiation in the normal operation of the reactor installation;
- паро-циркониевые реакции в режимах проектных и запроектных аварий при кризисе теплообмена 1-го и 2-го рода и при плавлении активной зоны;  - steam-zirconium reactions in the modes of design and beyond design basis accidents during a heat exchange crisis of the 1st and 2nd kind and during core melting;
- взаимодействие кориума с бетоном при запроектной аварии с проплавлением корпуса реактора.  - the interaction of corium with concrete in a beyond design basis accident with the fusion of the reactor vessel.
[0003] Выход значительного количества водорода из первого конура в помещения герметичной защитной оболочки может привести к образованию взрывоопасной среды и спровоцировать процессы дефлаграции и детонации водорода. Данные процессы сопровождаются разрушениями оборудования 1-го контура реактора, систем безопасности и т.д. На АЭС ФУКУ СИМА- 1 произошла детонация водорода на 1-3 блоках, образовавшегося в результате пароциркониевой реакции при осушении и плавлении активной зоны, что привело к значительным разрушениям конструкционных элементов АЭС и нарушению целостности защитной оболочки. [0003] The release of a significant amount of hydrogen from the first kennel into the premises of a sealed containment can lead to the formation of an explosive atmosphere and provoke processes of hydrogen deflagration and detonation. These processes are accompanied by destruction of the equipment of the primary reactor loop, safety systems, etc. At the FUKU SIMA-1 NPP, detonation of hydrogen occurred on blocks 1-3, which was formed as a result of the steam-zirconium reaction during drainage and core melting, which led to significant destruction of structural elements of nuclear power plants and violation of the integrity of the containment.
[0004] В соответствии с концепцией обеспечения водородной взрывобезопасности и требованиями, изложенными в нормативных документах, в системе аварийного удаления водорода используется оборудование, принцип действия которого основан на беспламенной, каталитической рекомбинации водорода с кислородом, содержащемся в атмосфере под защитной оболочкой.  [0004] In accordance with the concept of ensuring hydrogen explosion safety and the requirements set forth in regulatory documents, an emergency hydrogen removal system uses equipment whose operating principle is based on flameless, catalytic recombination of hydrogen with oxygen contained in the atmosphere under a protective envelope.
[0005] Способ беспламенной, каталитической рекомбинации водорода реализуется посредством пассивных каталитических рекомбинаторов водорода (ПКРВ). Так, в частности, известны ПКРВ, описанные в патентах RU 2360734, G21C9/06, 2009, RU 2461900, G21C9/06, 2012, RU 2499305, G21C9/06, 2013, RU 2537956, G21C9/06, 2015.  [0005] A flameless, catalytic hydrogen recombination method is implemented by passive catalytic hydrogen recombiners (PCRV). So, in particular, PCRVs are known, described in patents RU 2360734, G21C9 / 06, 2009, RU 2461900, G21C9 / 06, 2012, RU 2499305, G21C9 / 06, 2013, RU 2537956, G21C9 / 06, 2015.
[0006] Конструкции всех ПКРВ практически идентичны и представляют собой корпус из нержавеющей стали, в который помещён каталитический блок, и воздуховоды для отвода газовой смеси. Разница, в основном, состоит в конструкции и размещении каталитического блока, а также в конструкции корпуса. [0006] The designs of all RCCs are almost identical and comprise a stainless steel housing in which the catalytic unit is placed, and air ducts for discharging the gas mixture. The difference mainly lies in the design and placement of the catalytic unit, as well as in the design of the housing.
[0007] Также известны каталитическая система и рекомбинационное устройство для рекомбинации водорода и кислорода, описанные в патенте RU 2179758, G21C9/06, опубл. 2002.  [0007] Also known are a catalytic system and a recombination device for the recombination of hydrogen and oxygen, described in patent RU 2179758, G21C9 / 06, publ. 2002.
[0008] Каталитическая система содержит металлический несущий лист, который выполнен хорошо теплопроводящим. Лист покрыт в первой зоне слоем первого каталитического благородного металла, а во второй зоне - слоем второго каталитического благородного металла. При этом первая и вторая зоны расположены предпочтительно на одной и той же стороне листа. В качестве благородных металлов предпочтительно используют платину и палладий. Несущий лист выполнен из нержавеющей стали и снабжен дополнительным каталитическим слоем. [0008] The catalytic system comprises a metal carrier sheet, which is well heat-conducting. The sheet is coated in the first zone with a layer of a first catalytic noble metal, and in the second zone with a layer of a second catalytic noble metal. In this case, the first and second zones are preferably located on the same side of the sheet. As the noble metals, preferably used platinum and palladium. The carrier sheet is made of stainless steel and provided with an additional catalytic layer.
[0009] Отмеченное рекомбинационное устройство содержит множество каталитических систем, которые удерживаются в держателях. Поток газа сперва приводят в контакт во второй зоне с благородным металлом, а затем в первой зоне с первым благородным металлом.  [0009] The noted recombination device comprises a plurality of catalyst systems that are held in holders. The gas stream is first brought into contact in the second zone with the noble metal, and then in the first zone with the first noble metal.
[0010] Известны рекомбинационное устройство и способ каталитической рекомбинации водорода и/или монооксида углерода с кислородом в газовой смеси, описанные в патенте RU 2222060, G21C9/06, опубл. 2004. Данный патент выбран в качестве прототипа. [0010] A recombination device and method for the catalytic recombination of hydrogen and / or carbon monoxide with oxygen in a gas mixture are known, as described in patent RU 2222060, G21C9 / 06, publ. 2004. This patent is selected as a prototype.
[ООП] В указанном рекомбинационном устройстве по меньшей мере одна каталитическая структура расположена в камере, через которую при функционировании проходит газовая смесь. Каталитическая структура в направлении потока газовой смеси имеет несколько участков. В направлении набегающего потока первый участок содержит каталитическое тело с окружающим дроссельным слоем для предотвращения диффузии притекающих к каталитическому телу реакционных газов, и следующий за первым участком второй участок содержит по меньшей мере одно каталитическое тело, непосредственно доступное газам.  [OOP] In said recombination device, at least one catalyst structure is located in a chamber through which the gas mixture passes during operation. The catalytic structure in the direction of flow of the gas mixture has several sections. In the direction of the oncoming flow, the first section contains a catalytic body with a surrounding throttle layer to prevent diffusion of reaction gases flowing to the catalytic body, and the second section following the first section contains at least one catalytic body directly accessible to gases.
[0012] Известный способ каталитической рекомбинации водорода и/или монооксида углерода с кислородом в газовой смеси заключается в том, что для введения в реакцию рекомбинации газовую смесь подводят к каталитическому телу. При этом каталитическое тело на первом в направлении потока участке нагружают лишь парциальным потоком газовой смеси и полностью разгружают от газовой смеси лишь на втором участке. 8 [0012] A known method for the catalytic recombination of hydrogen and / or carbon monoxide with oxygen in a gas mixture is that for introducing into the recombination reaction the gas mixture is supplied to the catalytic body. In this case, the catalytic body in the first section in the direction of flow is loaded only with the partial flow of the gas mixture and completely unloaded from the gas mixture only in the second section. 8
4 four
[0013] Для разных типов современных ПКРВ, порог по джига водородной смеси составляет 8-12% об. Столь низкий порог поджига водородосодержащей смеси имеющихся ПКРВ обусловлен особенностями конструкции, при которых, исходя из требований пассивности образа действия системы, прокачка водородосодержащей смеси осуществляется посредством естественной циркуляции. Это характеризуется малыми расходами прокачиваемой водородосодержащей смеси, что понижает производительность ПКРВ и снижает отвод тепла, выделяемого при каталитических реакциях. Таким образом, происходит значительный разогрев активного элемента до температур, способных вызвать поджиг водородосодержащей смеси. [0013] For different types of modern PCRV, the threshold for jigging the hydrogen mixture is 8-12% vol. Such a low threshold for ignition of a hydrogen-containing mixture of existing RCCs is due to design features in which, based on the requirements of the passivity of the system’s mode of action, the hydrogen-containing mixture is pumped through natural circulation. This is characterized by low costs of the pumped hydrogen-containing mixture, which reduces the performance of the PCRV and reduces the heat dissipation generated by catalytic reactions. Thus, there is a significant heating of the active element to temperatures that can cause ignition of a hydrogen-containing mixture.
[0014] По результатам исследований, проведённых ГНЦ РФ ФЭИ для некоторых типов запроектных аварий, сопровождаемых осушением, но не плавлением активной зоны (пароциркониевые реакции), объёмная концентрация водорода в среднем по объёму под защитной оболочкой может превысить 14%», в то время как в отдельных помещениях может доходить до 20%.  [0014] According to the results of research conducted by the SSC RF IPPE for some types of beyond design basis accidents, accompanied by drainage, but not melting of the core (steam zirconium reactions), the average volumetric concentration of hydrogen in volume under the containment can exceed 14%, "while in individual rooms can reach up to 20%.
[0015] Таким образом, даже для ограниченного набора исследуемых запроектных аварий, существующие системы не способны обеспечить водородную безопасность энергоблока. Более того, использование подобных систем может привести к детонации водородосодержащей смеси, поскольку нижний концентрационный предел детонации составляет 18% об., а верхний концентрационный предел детонации составляет 58% об.  [0015] Thus, even for a limited set of investigated beyond design basis accidents, existing systems are not able to ensure the hydrogen safety of the power unit. Moreover, the use of such systems can lead to detonation of a hydrogen-containing mixture, since the lower concentration limit of detonation is 18% vol., And the upper concentration limit of detonation is 58% vol.
[0016] Технический результат предлагаемой группы изобретений заключается в расширении арсенала технических средств и методов предотвращения образования в помещениях взрывоопасных газовых смесей с участием водорода или метана за счет повышения порога поджига смеси минимум до 60% об. [0016] The technical result of the proposed group of inventions is to expand the arsenal of technical means and methods to prevent the formation of explosive gas spaces in rooms mixtures involving hydrogen or methane by increasing the ignition threshold of the mixture to at least 60% vol.
[0017] Кроме того, техническим результатом является повышение производительности рекомбинатора и понижение температуры каталитических элементов за счет замены естественной циркуляции воздушной смеси на принудительную при обеспечении требования пассивности образа работы системы (т.е. без внешнего источника и управляющего воздействия).  [0017] In addition, the technical result is to increase the productivity of the recombiner and lower the temperature of the catalytic elements by replacing the natural circulation of the air mixture with a forced one while ensuring the passivity of the system’s way of working (ie, without an external source and control action).
[0018] Указанный технический результат достигается за счет того, что рекомбинатор водорода или метана и кислорода в газовой смеси включает в себя корпус с входным и выходным участками и размещенный в корпусе, по крайней мере, один каталитический блок с, по крайней мере, одним каталитическим элементом.  [0018] The indicated technical result is achieved due to the fact that the recombiner of hydrogen or methane and oxygen in the gas mixture includes a housing with inlet and outlet sections and at least one catalytic unit with at least one catalytic unit an element.
[0019] Каталитический блок содержит канал с входной и выходной зонами. Каталитическое элемент выполнено в виде топливного элемента, размещенного в канале таким образом, что его анод расположен во входной части канала, а катод расположен в выходной части канала. В конкретном применении изобретения топливный элемент может работать на водороде, метане или другом взрывоопасном газе.  [0019] The catalytic unit comprises a channel with input and output zones. The catalytic element is made in the form of a fuel cell placed in the channel so that its anode is located in the input part of the channel, and the cathode is located in the output part of the channel. In a specific application of the invention, the fuel cell may operate on hydrogen, methane or other explosive gas.
[0020] Для принудительной циркуляции водородосодержащей смеси через каталитический блок рекомбинатор снабжен устройством для перемещения газовой среды. Питание устройства для перемещения газовой среды осуществляется от топливного(ых) элемента(ов). [0020] For forced circulation of the hydrogen-containing mixture through the catalytic unit, the recombiner is equipped with a device for moving the gaseous medium. The device for moving the gaseous medium is powered from the fuel element (s).
[0021] Количество каталитических блоков и каталитических элементов определяется конструкцией и электрическими характеристиками топливных элементов, потребным расходом газовой смеси через рекомбинатор, характеристиками устройства для перемещения газовой среды и т.п. [0022] Для обеспечения необходимого тока топливные элементы каталитических блоков могут быть соединены параллельно. [0021] The number of catalytic units and catalytic elements is determined by the design and electrical characteristics of the fuel elements, the required flow rate of the gas mixture through the recombiner, the characteristics of the device for moving the gas medium, etc. [0022] In order to provide the required current, the fuel cells of the catalytic units can be connected in parallel.
[0023] Предпочтительно, чтобы в качестве устройства для перемещения газовой среды был применен компрессор. [0023] Preferably, a compressor is used as a device for moving the gaseous medium.
[0024] Предпочтительно, чтобы компрессор был установлен по потоку газовой среды выше каталитических блоков.  [0024] Preferably, the compressor is installed upstream of the catalytic blocks in a gas stream.
[0025] Для улучшения теплового режима работы рекомбинатора катализаторный блок может быть снабжен, по крайней мере, одним радиатором, расположенным во входной зоне и/или выходной зоне канала.  [0025] To improve the thermal operating mode of the recombiner, the catalyst unit may be provided with at least one radiator located in the inlet zone and / or outlet zone of the channel.
[0026] Способ рекомбинации водорода или метана и кислорода в газовой смеси заключается в следующем: для введения в реакцию рекомбинации газовую смесь подводят к, по крайней мере, одному каталитическому элементу. В качестве каталитического элемента используют топливный элемент, который помещают в канал с входной и выходной зонами таким образом, что анод топливного элемента расположен во входной зоне канала, а катод расположен в выходной зоне канала. Подвод газовой смеси к топливному элементу осуществляют при помощи устройства для перемещения газовой среды, запитанного от топливного элемента.  [0026] A method for recombining hydrogen or methane and oxygen in a gas mixture is as follows: for introducing into the recombination reaction, the gas mixture is supplied to at least one catalytic element. As a catalytic element, a fuel element is used, which is placed in the channel with input and output zones so that the anode of the fuel element is located in the input zone of the channel, and the cathode is located in the output zone of the channel. The gas mixture is supplied to the fuel cell by means of a device for moving the gaseous medium powered from the fuel cell.
[0027] Предпочтительно, чтобы в качестве устройства для перемещения газовой среды был использован компрессор. [0027] Preferably, a compressor is used as a device for moving the gaseous medium.
[0028] В предлагаемом техническом решении естественная циркуляция водородосодержащей смеси через каталитический блок заменяется на принудительную, расход циркуляции смеси прямо пропорционален количеству поступаемого водорода. Таким образом, значительно повышается производительность ПКРВ и увеличивается теплоотвод от каталитического блока (понижена температура каталитических элементов), что приводит к увеличению пороговой концентрации поджига водородной смеси до 60% об. и увеличению производительности ПКРВ по рекомбинируемому водороду. При этом принцип работы ПКРВ остаётся пассивным (без управляющего воздействия), что соответствует требованиям нормативных документов МАГАТЭ и внутрироссийского законодательства. [0028] In the proposed technical solution, the natural circulation of the hydrogen-containing mixture through the catalytic unit is replaced by forced, the flow rate of the mixture is directly proportional to the amount of hydrogen supplied. Thus, the PCRV productivity significantly increases and the heat removal from the catalytic unit increases (the temperature of the catalytic elements is lowered), which leads to an increase in the threshold concentration ignition of a hydrogen mixture up to 60% vol. and increase the performance of PCRV in recombinant hydrogen. At the same time, the principle of operation of the PCRV remains passive (without controlling influence), which meets the requirements of the IAEA regulatory documents and domestic legislation.
[0029] Вышеизложенное представляет собой краткое изложение сущности изобретения и, таким образом, может содержать упрощения, обобщения, включения и/или исключения подробностей; следовательно, специалистам в данной области техники следует принять во внимание, что данное краткое изложение сущности изобретения является только иллюстративным и не подразумевает какое-либо ограничение.  [0029] The foregoing is a summary of the invention and, thus, may include simplifications, generalizations, inclusion and / or exclusion of details; therefore, those skilled in the art should take into account that this summary of the invention is illustrative only and does not imply any limitation.
[0030] Для лучшего понимания сути предлагаемого технического решения ниже приводится описание конкретного примера выполнения изобретения, не являющееся ограничительным примером практической реализации рекомбинатора и способа рекомбинации водорода или метана и кислорода в газовой смеси в соответствии с данным изобретением со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее. [0030] For a better understanding of the essence of the proposed technical solution, a specific embodiment of the invention is described below, which is not a restrictive example of the practical implementation of the recombiner and method of recombination of hydrogen or methane and oxygen in a gas mixture in accordance with this invention with reference to the drawings, which show the following .
[0031 ] На фиг.1 изображена обобщенная схема рекомбинатора. [0031] Figure 1 shows a generalized recombinant circuit.
[0032] На фиг.2 изображена схема каталитического блока. [0032] Figure 2 shows a diagram of a catalytic unit.
[0033] Следует учесть, что на чертежах представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа предложения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, на чертежах не представлено. [0033] It should be noted that the drawings show only those details that are necessary for understanding the essence of the proposal, and related equipment, well known to specialists in this field, is not shown in the drawings.
[0034] Как показано на фиг.1 рекомбинатор водорода включает корпус 1 из нержавеющей стали, вьшолненньш в виде вертикально ориентированного кожуха, имеющего входной 2 и выходной 3 участки. Корпус 1 предназначен для направления потока газовой смеси через устройство снизу вверх. [0035] Внутри корпуса 1 расположены каталитические блоки 4 и компрессор 5. Компрессор 5 по потоку установлен за каталитическими блоками 4. Как показано на фиг.2 каталитический блок 4 содержит канал 6, имеющий входную 7 и выходную зоны 8. Внутри канала 6 находится водородный топливный элемент 9. [0034] As shown in FIG. 1, the hydrogen recombiner includes a stainless steel housing 1, configured as a vertically oriented housing having an inlet 2 and an outlet 3 sections. The housing 1 is designed to direct the flow of the gas mixture through the device from the bottom up. [0035] Catalytic units 4 and compressor 5 are located inside the housing 1. Compressor 5 is downstream of the catalytic units 4. As shown in FIG. 2, the catalytic unit 4 comprises a channel 6 having an input 7 and an output zone 8. Inside the channel 6 there is a hydrogen fuel cell 9.
[0036] Водородный топливный элемент 9 установлен таким образом, что его анод 10 находится во входной зоне 7 канала, а катод находится в выходной зоне 8 канала. Как показано на фиг.1 для обеспечения питания компрессора топливные элементы 9 соединены параллельно  [0036] The hydrogen fuel cell 9 is installed in such a way that its anode 10 is located in the input zone 7 of the channel, and the cathode is located in the output zone 8 of the channel. As shown in FIG. 1, fuel cells 9 are connected in parallel to provide compressor power
[0037] В канале 6 расположены радиаторы 12, обеспечивающие отвод тепла экзотермической реакции рекомбинации водорода и кислорода. [0037] Radiators 12 are located in channel 6, providing heat removal of the exothermic reaction of hydrogen and oxygen recombination.
[0038] Способ рекомбинации водорода и кислорода в газовой смеси будет показан на примере работы рекомбинатора. [0038] A method of recombining hydrogen and oxygen in a gas mixture will be shown by the example of the operation of the recombiner.
[0039] Газовая смесь окружающей среды поступает к каталитическому блоку 3 через входной участок 2 корпуса 1 и выходит наружу через выходной участок 3. При отсутствии водорода в помещении с ПКРВ во входной 7 и выходной 8 зонах присутствует находящийся в окружающей среде кислород. Топливный элемент не вырабатывает электрический ток и компрессор 5 не работает.  [0039] The gas mixture of the environment enters the catalytic unit 3 through the inlet section 2 of the housing 1 and exits through the outlet section 3. In the absence of hydrogen in the room with RCC in the inlet 7 and outlet 8 zones, the ambient oxygen is present. The fuel cell does not generate electric current and the compressor 5 does not work.
[0040] При появлении водорода в помещении с ПКРВ он первым делом попадает во входную зону 7 канала 6. На катализаторе анода 10 топливного элемента 9 молекулярный водород диссоциирует и теряет электроны. Катионы водорода проводятся через мембрану к катоду, а электроны отдаются во внешнюю цепь, так как мембрана не пропускает электроны.  [0040] When hydrogen appears in the room with the RCC, it first enters the input zone 7 of channel 6. On the anode catalyst 10 of the fuel cell 9, molecular hydrogen dissociates and loses electrons. Hydrogen cations are passed through the membrane to the cathode, and electrons are given to the external circuit, since the membrane does not pass electrons.
[0041] Топливный элемент начинает вырабатывать электрический ток вследствие чего в работу включается компрессор 5, обеспечивающий прокачку газовой смеси, содержащей рекомбинируемый газ, через ПКРВ в режиме принудительной циркуляции. [0041] The fuel cell begins to generate an electric current, as a result of which the compressor 5 is turned on, providing pumping the gas mixture containing the recombined gas through the PCRV in forced circulation mode.
[0042] Предлагаемое изобретение также может быть использовано для удаления метана из угольных шахт. В этом случае, при обеспечении безопасности и предотвращении взрывов, значительно сокращаются затраты электроэнергии на вентиляцию шахт, поскольку она получается из рекомбинируемого метана.  [0042] The present invention can also be used to remove methane from coal mines. In this case, while ensuring safety and preventing explosions, the cost of electricity for ventilation of mines is significantly reduced, since it is obtained from recombined methane.
[0043] Хотя в данном документе были описаны различные стороны осуществления заявленного изобретения, специалистам в данной области техники понятно, что возможны другие подходы к осуществлению данного изобретения. Различные стороны и реализация данного изобретения изложены в настоящем описании в иллюстративных целях и не подразумевают ограничения, причем объем защиты настоящего изобретения указан в нижеследующей формуле изобретения.  [0043] Although various aspects of the practice of the claimed invention have been described herein, those skilled in the art will appreciate that other approaches to practicing the invention are possible. The various aspects and implementation of the present invention are set forth herein for illustrative purposes and are not meant to be limiting, the scope of protection of the present invention being indicated in the following claims.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Рекомбинатор водорода или метана и кислорода в газовой смеси, включающий корпус с входным и выходным участками и размещенный в корпусе, по крайней мере, один каталитический блок с, по крайней мере, одним каталитическим элементом, отличающийся тем, что рекомбинатор снабжен устройством для перемещения газовой среды, каталитический блок содержит канал с входной и выходной зонами, каталитический элемент выполнен в виде топливного элемента, размещенного в канале таким образом, что его анод расположен во входной зоне канала, катод расположен в выходной зоне канала, а устройство для перемещения газовой среды запитано от топливных элементов. 1. The recombiner of hydrogen or methane and oxygen in the gas mixture, comprising a housing with inlet and outlet sections and placed in the housing, at least one catalytic unit with at least one catalytic element, characterized in that the recombiner is equipped with a device for moving gaseous medium, the catalytic unit contains a channel with inlet and outlet zones, the catalytic element is made in the form of a fuel element placed in the channel so that its anode is located in the inlet zone of the channel, the cathode is located in the outlet zone of the channel, and the device for moving the gaseous medium is powered by fuel cells.
2. Рекомбинатор по п. 1, отличающийся тем, что топливные элементы каталитических блоков соединены параллельно.  2. The recombiner according to claim 1, characterized in that the fuel elements of the catalytic blocks are connected in parallel.
3. Рекомбинатор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве устройства для перемещения газовой среды применен компрессор.  3. The recombinator according to claim 1, characterized in that a compressor is used as a device for moving the gaseous medium.
4. Рекомбинатор по п. 2, отличающийся тем, что компрессор установлен по потоку газовой среды выше каталитических блоков.  4. The recombiner according to claim 2, characterized in that the compressor is installed upstream of the catalytic blocks in the gas medium flow.
5. Рекомбинатор по п. 1, отличающийся тем, что катализаторный блок снабжен, по крайней мере, одним радиатором, расположенным во входной части и/или выходной части канала.  5. The recombiner according to claim 1, characterized in that the catalyst unit is provided with at least one radiator located in the inlet and / or outlet of the channel.
6. Способ рекомбинации водорода или метана и кислорода в газовой смеси, согласно которому для введения в реакцию рекомбинации газовую смесь подводят к, по крайней мере, одному каталитическому телу, отличающийся тем, что в качестве каталитического тела используют топливный элемент, который помещают в канал с входной и выходной зонами таким образом, что анод топливного элемента расположен во входной зоне канала, катод расположен в выходной зоне канала, а подвод газовой смеси к топливному элементу осуществляют при помощи устройства для перемещения газовой среды, запитанного от топливного элемента. 6. A method of recombination of hydrogen or methane and oxygen in a gas mixture, according to which, for introducing into the recombination reaction, the gas mixture is supplied to at least one catalytic body, characterized in that a fuel cell is used as a catalytic body, which is placed in a channel with input and output zones so that the anode of the fuel cell is located in the inlet zone of the channel, the cathode is located in the outlet zone of the channel, and the gas mixture is supplied to the fuel element by means of a device for moving the gaseous medium powered from the fuel element.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве устройства для перемещения газовой среды используют компрессор.  7. The method according to p. 1, characterized in that a compressor is used as a device for moving the gaseous medium.
PCT/RU2016/000598 2015-10-06 2016-09-01 Recombiner and method for recombining hydrogen or methane and oxygen in a gas mixture WO2017061903A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015142420 2015-10-06
RU2015142420/07A RU2599145C1 (en) 2015-10-06 2015-10-06 Recombiner and method for recombination of hydrogen or methane and oxygen in gas mixture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017061903A1 true WO2017061903A1 (en) 2017-04-13

Family

ID=57127418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000598 WO2017061903A1 (en) 2015-10-06 2016-09-01 Recombiner and method for recombining hydrogen or methane and oxygen in a gas mixture

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2599145C1 (en)
WO (1) WO2017061903A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109887621A (en) * 2019-01-28 2019-06-14 中广核工程有限公司 A kind of passive hydrogen oxygen recombination device of nuclear power plant and its gas processing method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5301217A (en) * 1990-05-11 1994-04-05 Siemens Aktiengesellschaft Device for the recombination of hydrogen and oxygen and nuclear power plant using the device
US20030161786A1 (en) * 2002-02-04 2003-08-28 Bernd Eckardt Method for the catalytic oxidation of a gas, recombination device for carrying out the method, and system which includes the recombination device
RU2222060C2 (en) * 1999-03-31 2004-01-20 Фраматоме Анп Гмбх Recombination device and method for catalytic recombination of hydrogen and/or carbon monoxide with oxygen in gas mixture
RU2537956C1 (en) * 2013-07-19 2015-01-10 Владимир Андреевич Шепелин Passive autocatalytic hydrogen and oxygen recombiner with lateral intake of hydrogen-air mixture

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5301217A (en) * 1990-05-11 1994-04-05 Siemens Aktiengesellschaft Device for the recombination of hydrogen and oxygen and nuclear power plant using the device
RU2222060C2 (en) * 1999-03-31 2004-01-20 Фраматоме Анп Гмбх Recombination device and method for catalytic recombination of hydrogen and/or carbon monoxide with oxygen in gas mixture
US20030161786A1 (en) * 2002-02-04 2003-08-28 Bernd Eckardt Method for the catalytic oxidation of a gas, recombination device for carrying out the method, and system which includes the recombination device
RU2537956C1 (en) * 2013-07-19 2015-01-10 Владимир Андреевич Шепелин Passive autocatalytic hydrogen and oxygen recombiner with lateral intake of hydrogen-air mixture

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109887621A (en) * 2019-01-28 2019-06-14 中广核工程有限公司 A kind of passive hydrogen oxygen recombination device of nuclear power plant and its gas processing method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2599145C1 (en) 2016-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104470848A (en) Hydrogen recombiner
CA2878121C (en) Nuclear plant with a containment shell and with a pressure relief system
EP2704153A2 (en) Gas treatment equipment of nuclear power plant
JP2009216707A (en) Method for catalytic recombining hydrogen carried together in gas flow with oxygen and recombination system for implementing the method
EP2518732A1 (en) Nuclear power plant and method of operating it
SE409849B (en) COMBUSTION DEVICE FOR COMBUSTING TO WATER ENGAGE IN A CONNECTION FOR A NUCLEAR REACTOR OPERATING VETGAS WITH ACID GAS
RU2599145C1 (en) Recombiner and method for recombination of hydrogen or methane and oxygen in gas mixture
US20210082588A1 (en) Vortex driven passive hydrogen recombiner and igniter
WO2014025446A1 (en) Contained flare system for post loss-of-coolant accident mitigation
US20220051813A1 (en) Organic iodine trapping apparatus and organic iodine trapping method
Heck et al. Hydrogen reduction following severe accidents using the dual recombiner—igniter concept
CN205050566U (en) Active hydrogen recombiner of non - with wind -powered electricity generation, Thermoelectric conversion function
EP3410525B1 (en) Heated catalytic oxidizer for an enclosed humid environment
RU77488U1 (en) PASSIVE AUTOCATALYTIC RECOMBINATOR OF HYDROGEN AND OXYGEN FOR OPERATION IN A MEDIUM WITH A HIGH HYDROGEN CONTENT
Kirillov et al. Harmonization of Approaches to Evaluation of the Efficiency and Safe Operating Limits of Passive Catalytic Recombiners: System Model
JP7304470B2 (en) Organic iodine collection device and organic iodine collection method
US3740313A (en) Burner-flame arrester for burning offgas from a boiling water reactorpower plant
Reinecke et al. Design of catalytic recombiners for safe removal of hydrogen from flammable gas mixtures
Avdeenkov et al. Passive electrochemical hydrogen recombiner for hydrogen safety systems: prospects
Wolff et al. Passive autocatalytic recombiners for combustible gas control in advanced light water reactors
JP2012247331A (en) Nuclear power plant and method of operating the same
CN105225705A (en) There is the non-active hydrogen recombiner and uses thereof of wind-powered electricity generation, thermoelectricity translation function
JP2012127716A (en) Hydrogen treatment equipment of reactor container
JP2003513252A (en) Apparatus for removing hydrogen from a gas mixture flowing through a conduit
Toshinskii et al. Lead-bismuth cooled fast reactor for regional power generation

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16853981

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16853981

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1