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JP7614970B2 - Hydrogen treatment device and method - Google Patents
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Description

本発明の実施形態は、ガス中に含まれる水素を処分する水素処理装置及び水素処理方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a hydrogen treatment device and a hydrogen treatment method for disposing of hydrogen contained in a gas.

過酷事故時の原子炉格納容器内には、高温となった燃料被覆管のジルコニウムと水が反応(Metal-Water反応)して大量の水素が発生する。4vol%以上の水素が含まれる場合には水素爆発の恐れがあるため、酸素を含む空気を原子炉格納容器に直接導入する水素の燃焼処理や、触媒による水素と酸素の反応を促進させることは困難である。特に、沸騰水型軽水炉においては原子炉格納容器内が窒素で満たされており、雰囲気中に酸素がほとんど存在しないため別の手段が必要である。 In the event of a severe accident, the hot zirconium in the fuel cladding reacts with water (metal-water reaction) inside the reactor containment vessel, generating large amounts of hydrogen. If the amount of hydrogen contained is 4 vol% or more, there is a risk of a hydrogen explosion, so it is difficult to burn the hydrogen by directly introducing oxygen-containing air into the reactor containment vessel, or to promote the reaction between hydrogen and oxygen using a catalyst. In particular, in boiling water reactors, the reactor containment vessel is filled with nitrogen, and there is almost no oxygen in the atmosphere, so other measures are necessary.

酸素の導入が困難な系では、金属酸化物により水素を処理する方法が考えられる。水素と金属酸化物の酸素を反応させて水を生成することにより、水素を処理することが可能になる。グローブボックスなど酸素を導入できない系では、同様に、金属酸化物に水素を導入して水素を処理する。過酷事故時のガス組成の特徴としては、酸素がほとんど存在しない点以外にも、水素濃度や水蒸気濃度が高いという点が挙げられる。ここで、原子力発電所向けの水素処理装置に充填される上記金属酸化物は、粉体や成形体の形状で使用される。 In systems where it is difficult to introduce oxygen, a method of treating hydrogen using metal oxides can be considered. Hydrogen can be treated by reacting hydrogen with oxygen from a metal oxide to produce water. In systems where oxygen cannot be introduced, such as glove boxes, hydrogen is similarly treated by introducing hydrogen into metal oxide. Characteristics of the gas composition during a severe accident include the almost complete absence of oxygen, as well as high concentrations of hydrogen and water vapor. The above-mentioned metal oxides that are filled into hydrogen treatment equipment for nuclear power plants are used in the form of powder or compacts.

特開2015-187553号公報JP 2015-187553 A 特開2016-8839号公報JP 2016-8839 A

反応熱が大きな金属酸化物は、反応熱によって温度が上昇し処理速度が上がる点、水蒸気による反応の阻害を受け難い点などの利点がある。しかし、高濃度の水素を処理すると反応熱が大きいため反応器の温度上昇が大きくなり、高温になると水素が自然発火温度を越えて原子炉格納容器内に存在する酸素と水素とが反応する、または金属酸化物の分解温度に到達することにより酸素の放出が発生するなどの懸念が生じる可能性がある。 Metal oxides, which generate a large amount of heat of reaction, have the advantage that the heat of reaction increases the temperature, increasing the processing speed, and that the reaction is less susceptible to inhibition by water vapor. However, when processing high concentrations of hydrogen, the large heat of reaction causes a large increase in temperature in the reactor, and at high temperatures, there is a possibility that the hydrogen will exceed its spontaneous ignition temperature and react with the oxygen present in the reactor containment vessel, or that the decomposition temperature of the metal oxide will be reached, resulting in the release of oxygen.

特許文献1では、処理ガスを温める目的で低発熱処理材の量や長さを決めて上流に配置し、温度を上昇させた処理ガスを高発熱処理材に流通させて水素を処理している。ところが、この手法では、高濃度水素の処理ガスを導入した場合、高発熱処理材が水素自燃温度500℃を超える恐れがあり、このため、水素供給量の制限、及び冷却装置の追加設置が必要となって、処理時間及び装置コストの増大を招く。 In Patent Document 1, a low-heat treating material is placed upstream with a determined amount and length in order to warm the treating gas, and the heated treating gas is then circulated through the high-heat treating material to treat hydrogen. However, with this method, when a treating gas containing high concentration hydrogen is introduced, there is a risk that the high-heat treating material will exceed the hydrogen spontaneous combustion temperature of 500°C, which requires limiting the amount of hydrogen supply and installing additional cooling equipment, resulting in increased treating time and equipment costs.

一方、反応熱が小さな金属酸化物のみの場合には上述のような制約はなくなる。ところが、反応によって温度上昇による処理速度が上がることが期待できないこと、温度が高くならないため低濃度水素ガスの処理速度のさらなる低下、水蒸気による反応の阻害を大きく受ける等の懸念がある。これらは、処理時間を短くしたい場合には課題になる。 On the other hand, when using only metal oxides that generate a small amount of heat of reaction, the above-mentioned constraints do not exist. However, there are concerns that the reaction will not increase the temperature to increase the processing speed, that the processing speed of low-concentration hydrogen gas will further decrease because the temperature does not increase, and that the reaction will be significantly inhibited by water vapor. These become issues when it is desired to shorten the processing time.

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、処理材の温度上昇を抑制でき且つ水素処理時間を短縮することができる水素処理装置及び水素処理方法を提供することを目的とする。 The embodiment of the present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a hydrogen treatment device and a hydrogen treatment method that can suppress the temperature rise of the treatment material and shorten the hydrogen treatment time.

本発明の実施形態における水素処理装置は、反応熱が異なる2種類以上の金属酸化物のそれぞれにより構成された処理材を備え、これらの処理材が混合した状態で1つの反応器に充填して構成され、前記反応器内では、反応熱が小さな低発熱金属酸化物の前記処理材が上流側に、反応熱が大きな高発熱金属酸化物の前記処理材が下流側にそれぞれ配置され、前記金属酸化物のうち反応熱が小さな前記低発熱金属酸化物が高濃度水素ガスに対して水素を処理するよう構成されたことを特徴とするものである。 A hydrogen treatment device in an embodiment of the present invention is characterized in that it comprises treatment materials each composed of two or more types of metal oxides having different reaction heats, and these treatment materials are mixed and filled into a single reactor, and within the reactor, the treatment material made of a low-heat-generating metal oxide having a small reaction heat is arranged on the upstream side, and the treatment material made of a high-heat-generating metal oxide having a large reaction heat is arranged on the downstream side, and the low-heat-generating metal oxide among the metal oxides having a small reaction heat is configured to treat hydrogen with high-concentration hydrogen gas.

本発明の実施形態における水素処理方法は、反応熱が異なる2種類以上の金属酸化物のそれぞれにより構成された処理材を混合した状態で1つの反応器に充填し、反応熱が小さな低発熱金属酸化物の前記処理材を上流側に、反応熱が大きな高発熱金属酸化物の前記処理材を下流側にそれぞれ配置した前記反応器を用い、前記金属酸化物のうち反応熱が小さな前記低発熱金属酸化物が高濃度水素ガスに対して水素を処理することを特徴とするものである。 A hydrogen processing method in an embodiment of the present invention is characterized in that a treatment material composed of two or more types of metal oxides each having a different heat of reaction is mixed and filled into one reactor, and the reactor is used in which the treatment material made of a low-heat-producing metal oxide having a small heat of reaction is arranged upstream and the treatment material made of a high-heat-producing metal oxide having a large heat of reaction is arranged downstream , and the low-heat-producing metal oxide having a small heat of reaction among the metal oxides is used to treat hydrogen with high-concentration hydrogen gas.

本発明の実施形態によれば、処理材の温度上昇を抑制でき且つ水素処理時間を短縮することができる。 According to an embodiment of the present invention, it is possible to suppress the temperature rise of the treatment material and shorten the hydrogen treatment time.

第1実施形態に係る水素処理装置の構成を示す概略図。1 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen treatment device according to a first embodiment. 第2実施形態に係る水素処理装置の構成を示す概略図。FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen treatment device according to a second embodiment. 第3実施形態に係る水素処理装置の構成を示す概略図。FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen treatment device according to a third embodiment. 第4実施形態に係る水素処理装置の構成を示す概略図。FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen treatment device according to a fourth embodiment. 図4における水素処理装置の変形形態の構成を示す概略図。FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a modified example of the hydrotreating device in FIG. 4 . 第5実施形態に係る水素処理装置の構成を示す概略図。FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen treatment device according to a fifth embodiment. 第6実施形態に係る水素処理装置の構成を、水素高濃度時について示す概略図。FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen treatment apparatus according to a sixth embodiment when hydrogen concentration is high. 図7の水素処理装置の構成を、水素低濃度時について示す概略図。FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the hydrogen treatment device in FIG. 7 when the hydrogen concentration is low. 第7実施形態に係る水素処理装置の構成を、水素高濃度時について示す概略図。FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen treatment apparatus according to a seventh embodiment when hydrogen concentration is high. 図9の水素処理装置の構成を、水素低濃度時について示す概略図。FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of the hydrogen treatment device in FIG. 9 when the hydrogen concentration is low.

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
[A]第1実施形態(図1)
図1は、第1実施形態に係る水素処理装置の構成を示す概略図である。この図1に示す水素処理装置10は、例えば原子炉の過酷事故時に原子炉格納容器1内で発生した水素を酸化処理して水(水蒸気を含む)に変化させ、水素濃度を低下させるものであり、処理材11が充填された反応器12、ブロア13、加熱器14、冷却器15、ドレインタンク16、上流側開閉弁17及び下流側開閉弁18を有して構成される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[A] First embodiment (FIG. 1)
Fig. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen treatment device according to the first embodiment. The hydrogen treatment device 10 shown in Fig. 1 oxidizes hydrogen generated in a reactor containment vessel 1 during a severe accident of a nuclear reactor, converting it into water (including water vapor) to reduce the hydrogen concentration, and includes a reactor 12 filled with a treatment material 11, a blower 13, a heater 14, a cooler 15, a drain tank 16, an upstream on-off valve 17, and a downstream on-off valve 18.

処理材11は、水素を含むガス中の水素を酸化処理して水(水蒸気を含む)に変化させるものである。この処理材11は、反応熱が異なる2種類以上の金属酸化物、例えば反応熱の小さな低発熱金属酸化物と反応熱の大きな高発熱金属酸化物とが粉末状態で混合され成形されて1つの処理材として構成され、複数個が反応器12内に充填される。 The treatment material 11 oxidizes hydrogen in a hydrogen-containing gas and converts it into water (including water vapor). This treatment material 11 is made by mixing two or more types of metal oxides with different reaction heats, for example, a low-heat-producing metal oxide with a small reaction heat and a high-heat-producing metal oxide with a large reaction heat, in a powder state and molding them into a single treatment material, and multiple pieces are filled into the reactor 12.

ここで、低発熱金属酸化物としては、Co、CoO、NiO、Mn等が挙げられる。また、高発熱金属酸化物としては、CuO、MnO、Mn、MoO、Cr等が挙げられる。低発熱金属酸化物はCo、CoO等の2種類以上を用いてもよい。同様に、高発熱金属酸化物はCuO、MnO等の2種類以上を用いてもよい。更に、低発熱金属酸化物と高発熱金属酸化物とを混合して成形する際には、シリカ、水硬性アルミナ等のバインダを用いてもよい。 Here, examples of low heat generating metal oxides include Co3O4 , CoO, NiO, Mn3O4 , etc. Examples of high heat generating metal oxides include CuO, MnO2 , Mn2O3 , MoO3 , Cr2O3 , etc. The low heat generating metal oxide may be two or more of Co3O4 , CoO, etc. Similarly, the high heat generating metal oxide may be two or more of CuO, MnO2, etc. Furthermore, when mixing and molding the low heat generating metal oxide and the high heat generating metal oxide, a binder such as silica or hydraulic alumina may be used.

高発熱金属酸化物の添加量は、特に制限はないが、発熱抑制の観点から低発熱金属酸化物と同一の重量比程度(50wt%)までを上限とすることが好ましい。更に好ましくは、低発熱金属酸化物の総反応熱量と高発熱金属酸化物の総反応熱量とが等しくなるように、高発熱金属酸化物の分量を調整するのがよい。これにより、低発熱金属酸化物が高発熱金属酸化物よりも分量が多くなり、また、処理材11の総反応熱量が低発熱金属酸化物のみの場合の2倍程度に抑えられるので、発熱を抑制することが可能になる。 There is no particular limit to the amount of high heat generating metal oxide added, but from the viewpoint of suppressing heat generation, it is preferable to set the upper limit at approximately the same weight ratio (50 wt%) as the low heat generating metal oxide. More preferably, the amount of high heat generating metal oxide is adjusted so that the total reaction heat of the low heat generating metal oxide and the total reaction heat of the high heat generating metal oxide are equal. This results in a greater amount of low heat generating metal oxide than the high heat generating metal oxide, and also suppresses the total reaction heat of the treatment material 11 to approximately twice that of the low heat generating metal oxide alone, making it possible to suppress heat generation.

ブロア13は、上流側開閉弁17及び下流側開閉弁18の開動作と共に起動して、原子炉格納容器1内の水素を含むガスを反応器12へ導く。加熱器14は、上記水素を含むガスを加熱して、このガス、処理材11及び反応器12を両金属酸化物が反応する温度に調整する。冷却器15は、反応器12内の処理材11にて水素が処理されて水素濃度が低下したガスを冷却する。この冷却器15により冷却された後のガスは、下流側開閉弁18を経て原子炉格納容器1に戻される。冷却器15により冷却されて生じたガス中の水(水蒸気を含む)はドレインタンク16に排出されるが、ガスと共に原子炉格納容器1に戻されてもよい。 The blower 13 starts up when the upstream on-off valve 17 and downstream on-off valve 18 are opened, and guides the hydrogen-containing gas in the reactor containment vessel 1 to the reactor 12. The heater 14 heats the hydrogen-containing gas and adjusts the temperature of the gas, the treatment material 11, and the reactor 12 to a temperature at which the two metal oxides react. The cooler 15 cools the gas in the reactor 12, in which the hydrogen has been treated by the treatment material 11 and the hydrogen concentration has been reduced. The gas cooled by the cooler 15 is returned to the reactor containment vessel 1 via the downstream on-off valve 18. The water (including water vapor) in the gas cooled by the cooler 15 is discharged to the drain tank 16, but may be returned to the reactor containment vessel 1 together with the gas.

過酷事故時に原子炉格納容器1内で水素が発生した場合、上流側開閉弁17及び下流側開閉弁18を開とし、原子炉格納容器1内の水素を含むガスを、ブロア13等を使用して、処理材11が充填された反応器12に流通させる。水素ガス、処理材11及び反応器12を、両金属酸化物が反応する温度まで加熱器14により加熱し、水素と両金属酸化物を反応させて水(水蒸気)を生成することで、水素を処理する。 If hydrogen is generated inside the reactor containment vessel 1 during a severe accident, the upstream on-off valve 17 and downstream on-off valve 18 are opened, and the gas containing hydrogen inside the reactor containment vessel 1 is circulated to the reactor 12 filled with the treatment material 11 using a blower 13 or the like. The hydrogen gas, treatment material 11, and reactor 12 are heated by a heater 14 to a temperature at which the two metal oxides react, and the hydrogen is treated by reacting with the two metal oxides to generate water (water vapor).

処理されたガスを冷却器15で冷却したのち原子炉格納容器1に戻すことにより、原子炉格納容器1内の水素濃度を低下させる。また、冷却器15の冷却により生じた水を分離してドレインタンク16に排出する。なお、冷却器15により生成された水は原子炉格納容器1に戻してもよい。 The treated gas is cooled in the cooler 15 and then returned to the reactor containment vessel 1, thereby reducing the hydrogen concentration in the reactor containment vessel 1. In addition, the water generated by the cooling in the cooler 15 is separated and discharged to the drain tank 16. The water generated by the cooler 15 may be returned to the reactor containment vessel 1.

以上のように構成されたことから、本第1実施形態によれば、次の効果(1)~(4)を奏する。
(1)処理材11が低発熱金属酸化物と高発熱金属酸化物とが混合して成形されて構成され、更に、高発熱金属酸化物の分量が少なく、大部分が低発熱金属酸化物である。従って、低発熱金属酸化物が、反応器12に導入される水素濃度の高い高濃度水素ガスに対して水素を処理するので、水素ガス、処理材11及び反応器12の温度上昇を抑制することができる。また、水素が高濃度であることで、水素を速やかに短時間に処理することができる。
As configured as above, the first embodiment provides the following advantages (1) to (4).
(1) The treatment material 11 is formed by mixing low heat generating metal oxide and high heat generating metal oxide, and furthermore, the amount of high heat generating metal oxide is small, and the majority is low heat generating metal oxide. Therefore, the low heat generating metal oxide treats hydrogen from the high concentration hydrogen gas introduced into the reactor 12, so that it is possible to suppress the temperature rise of the hydrogen gas, the treatment material 11, and the reactor 12. In addition, because hydrogen is highly concentrated, hydrogen can be quickly treated in a short time.

(2)処理材11が低発熱金属酸化物と高発熱金属酸化物とが混合して成形されて構成されているため、反応器12に導入される水素濃度の低い低濃度水素ガスに対して、高発熱金属酸化物により水素を速やかに短時間に処理することができる。また、処理材11は、高発熱金属酸化物の分量が少なく、大部分が低発熱金属酸化物であることから、水素濃度が低い低濃度水素ガスの高発熱金属酸化物による処理時に、水素ガス、処理材11及び反応器12の温度上昇を抑制することができる。なお、低濃度の水素ガスの場合、水素処理に必要な金属酸化物が多くないので、高発熱金属酸化物の分量が少なくても水素を十分に処理することができる。 (2) Since the treatment material 11 is formed by mixing low heat generating metal oxide and high heat generating metal oxide, the high heat generating metal oxide can quickly treat hydrogen in a short time for low concentration hydrogen gas with a low hydrogen concentration introduced into the reactor 12. In addition, since the treatment material 11 contains a small amount of high heat generating metal oxide and is mostly low heat generating metal oxide, it is possible to suppress the temperature rise of the hydrogen gas, the treatment material 11, and the reactor 12 when treating low concentration hydrogen gas with the high heat generating metal oxide. In addition, in the case of low concentration hydrogen gas, since not much metal oxide is required for hydrogen treatment, hydrogen can be sufficiently treated even with a small amount of high heat generating metal oxide.

(3)処理材11が低発熱金属酸化物と高発熱金属酸化物とが混合して成形されて構成され、この高発熱金属酸化物により生じた反応熱によって低発熱金属酸化物の反応活性が高まる。このため、低発熱金属酸化物による高濃度水素ガスの処理速度を向上させることができる。 (3) The treatment material 11 is formed by mixing low heat generating metal oxide and high heat generating metal oxide, and the reaction activity of the low heat generating metal oxide is increased by the reaction heat generated by the high heat generating metal oxide. This makes it possible to improve the treatment speed of high concentration hydrogen gas by the low heat generating metal oxide.

(4)低発熱金属酸化物による高濃度水素ガスの水素処理時においても、高発熱金属酸化物による低濃度水素ガスの水素処理時においても、上述の(1)及び(2)のように水素ガス、処理材11及び反応器12の温度上昇が抑制される。このため、処理材11等を冷却するための冷却装置が不要になるので、装置コストを低減することができる。 (4) Whether high-concentration hydrogen gas is treated with low-heat-generating metal oxides or low-concentration hydrogen gas is treated with high-heat-generating metal oxides, the temperature rise of the hydrogen gas, treatment material 11, and reactor 12 is suppressed as described above in (1) and (2). This eliminates the need for a cooling device to cool the treatment material 11, etc., thereby reducing equipment costs.

[B]第2実施形態(図2)
図2は、第2実施形態に係る水素処理装置の構成を示す概略図である。この第2実施形態において第1実施形態と同様な部分については、第1実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[B] Second embodiment (FIG. 2)
2 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen treatment device according to a second embodiment. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be simplified or omitted.

本第2実施形態の水素処理装置20が第1実施形態と異なる点は、反応熱が異なる2種類以上の金属酸化物、例えば反応熱の小さな低発熱金属酸化物により成形された処理材21と、反応熱の大きな高発熱金属酸化物により成形された処理材22とが、1つの反応器12内に均等に分散し混合して充填された点である。 The hydrogen treatment device 20 of the second embodiment differs from the first embodiment in that two or more types of metal oxides with different reaction heats, for example, a treatment material 21 formed from a low-heat-producing metal oxide with a small reaction heat and a treatment material 22 formed from a high-heat-producing metal oxide with a large reaction heat, are evenly dispersed, mixed, and filled in one reactor 12.

ここで、低発熱金属酸化物としては、Co、CoO、NiO、Mn等が挙げられる。また、高発熱金属酸化物としては、CuO、MnO、Mn、MoO、Cr等が挙げられる。低発熱金属酸化物はCo、CoO等の2種類以上を用いてもよい。同様に、高発熱金属酸化物はCuO、MnO等の2種類以上を用いてもよい。 Here, examples of low heat generating metal oxides include Co3O4 , CoO, NiO, Mn3O4 , etc. Examples of high heat generating metal oxides include CuO, MnO2 , Mn2O3 , MoO3 , Cr2O3 , etc. Two or more types of low heat generating metal oxides such as Co3O4 and CoO may be used. Similarly, two or more types of high heat generating metal oxides such as CuO and MnO2 may be used.

低発熱金属酸化物の処理材21と高発熱金属酸化物の処理材22との反応器12内での混合割合は、発熱抑制の観点から、反応器12内において高発熱金属酸化物の処理材22の重量を50wt%以下にするのがよい。好ましくは、低発熱金属酸化物の処理材21の総反応熱量と高発熱金属酸化物の処理材22の総反応熱量とが等しくなるように、反応器12内で処理材21と処理材22の分量を調整するのがよい。従って、反応器12内には、処理材21が処理材22よりも多い分量配置されることになる。 The mixing ratio of the low heat generating metal oxide treatment material 21 and the high heat generating metal oxide treatment material 22 in the reactor 12 is preferably set to 50 wt % or less by weight in the reactor 12 from the viewpoint of suppressing heat generation. It is preferable to adjust the amounts of the treatment materials 21 and 22 in the reactor 12 so that the total reaction heat amount of the low heat generating metal oxide treatment material 21 and the total reaction heat amount of the high heat generating metal oxide treatment material 22 are equal. Therefore, a greater amount of treatment material 21 than treatment material 22 is placed in the reactor 12.

過酷事故時に原子炉格納容器1内で水素が発生した場合、上流側開閉弁17及び下流側開閉弁18を開とし、原子炉格納容器1内の水素を含むガスを、ブロア13等を使用して、処理材21及び22が充填された反応器12に流通させる。水素ガス、処理材21、22及び反応器12を、両金属酸化物が反応する温度まで加熱器14により加熱し、水素と両金属酸化物を反応させて水(水蒸気)を生成することで、水素を処理する。 If hydrogen is generated inside the reactor containment vessel 1 during a severe accident, the upstream on-off valve 17 and downstream on-off valve 18 are opened, and the gas containing hydrogen inside the reactor containment vessel 1 is circulated to the reactor 12 filled with treatment materials 21 and 22 using a blower 13 or the like. The hydrogen gas, treatment materials 21, 22, and reactor 12 are heated by a heater 14 to a temperature at which the two metal oxides react, and the hydrogen is treated by reacting with the two metal oxides to generate water (water vapor).

処理されたガスを冷却器15で冷却したのち原子炉格納容器1に戻すことにより、原子炉格納容器1内の水素濃度を低下させる。また、冷却器15の冷却により生じた水を分離してドレインタンク16に排出する。なお、冷却器15により生成された水は原子炉格納容器1に戻してもよい。 The treated gas is cooled in the cooler 15 and then returned to the reactor containment vessel 1, thereby reducing the hydrogen concentration in the reactor containment vessel 1. In addition, the water generated by the cooling in the cooler 15 is separated and discharged to the drain tank 16. The water generated by the cooler 15 may be returned to the reactor containment vessel 1.

以上のように構成されたことから、本第2実施形態によれば、第1実施形態の効果(4)と同様な効果を奏するほか、次の効果(5)及び(6)を奏する。 As configured above, the second embodiment provides the same effect as effect (4) of the first embodiment, as well as the following effects (5) and (6).

(5)反応器12内には、低発熱金属酸化物の処理材21の分量が高発熱金属酸化物の処理材22よりも多く配置されるため、この処理材21が、反応器12に導入される高濃度水素ガスに対して水素を処理する。このとき、処理材21が低発熱金属酸化物で成形されたものであるから、水素ガス、処理材21、22及び反応器12の温度上昇を抑制することができる。また、水素が高濃度であるため、処理材21により水素を速やかに短時間で処理することができる。 (5) A larger amount of the treatment material 21 made of low heat generating metal oxide is placed in the reactor 12 than the treatment material 22 made of high heat generating metal oxide, and this treatment material 21 treats the high concentration hydrogen gas introduced into the reactor 12. At this time, since the treatment material 21 is made of low heat generating metal oxide, it is possible to suppress the temperature rise of the hydrogen gas, the treatment materials 21, 22, and the reactor 12. In addition, since hydrogen is highly concentrated, the treatment material 21 can quickly treat the hydrogen in a short period of time.

(6)反応器12内には、低発熱金属酸化物の処理材21と高発熱金属酸化物の処理材22が充填されており、反応器12に導入される低濃度水素ガスに対して、処理材22が水素を速やかに短時間に処理することができる。このとき、水素が低濃度であり、更に処理材22の分量が処理材21よりも少ないことから、水素ガス、処理材21、22及び反応器12の温度上昇を抑制することができる。なお、低濃度の水素ガスの場合、水素の処理に必要な金属酸化物が多くないので、高発熱金属酸化物の処理材22の分量が少なくても、水素を十分に処理することができる。 (6) The reactor 12 is filled with a treatment material 21 made of a low heat generating metal oxide and a treatment material 22 made of a high heat generating metal oxide, and the treatment material 22 can quickly treat the low concentration hydrogen gas introduced into the reactor 12 in a short time. At this time, since the hydrogen is low in concentration and the amount of the treatment material 22 is smaller than that of the treatment material 21, the temperature rise of the hydrogen gas, the treatment materials 21, 22, and the reactor 12 can be suppressed. In addition, in the case of low concentration hydrogen gas, since not much metal oxide is required to treat the hydrogen, even if the amount of the treatment material 22 made of a high heat generating metal oxide is small, the hydrogen can be sufficiently treated.

[C]第3実施形態(図3)
図3は、第3実施形態に係る水素処理装置の構成を示す概略図である。この第3実施形態において第1実施形態と同様な部分については、第1実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[C] Third embodiment (FIG. 3)
3 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen treatment device according to a third embodiment. In the third embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be simplified or omitted.

本第3実施形態の水素処理装置30が第2実施形態と異なる点は、反応熱の小さな低発熱金属酸化物により成形された処理材21が反応器12の上流側に収容され、反応熱の大きな高発熱金属酸化物により成形された処理材22が反応器12の下流側に収容され、充填されて構成された点である。 The hydrogen treatment device 30 of the third embodiment differs from the second embodiment in that a treatment material 21 made of a low heat generating metal oxide with a small reaction heat is accommodated on the upstream side of the reactor 12, and a treatment material 22 made of a high heat generating metal oxide with a large reaction heat is accommodated and packed on the downstream side of the reactor 12.

ただし、処理材21、22及び反応器12の温度上昇が生じないように、低発熱金属酸化物の処理材21と高発熱金属酸化物の処理材22の層高及び収容量を適切に設計する。例えば、高発熱金属酸化物の処理材22の分量は、この処理材22の総反応熱量を低発熱金属酸化物の処理材21の総反応熱量以下にすることにより、発熱を抑制する。従って、反応器12内には、処理材21が処理材22よりも多い分量収容されることになる。 However, the layer height and amount of the low heat generating metal oxide treatment material 21 and the high heat generating metal oxide treatment material 22 are appropriately designed so that the temperature of the treatment materials 21, 22 and the reactor 12 does not rise. For example, the amount of the high heat generating metal oxide treatment material 22 suppresses heat generation by making the total reaction heat of the treatment material 22 equal to or less than the total reaction heat of the low heat generating metal oxide treatment material 21. Therefore, a larger amount of treatment material 21 than treatment material 22 is accommodated in the reactor 12.

過酷事故時に原子炉格納容器1内で水素が発生した場合、上流側開閉弁17及び下流側開閉弁18を開とし、原子炉格納容器1内の水素を含むガスを、ブロア13等を使用して、処理材21及び22が充填された反応器12に流通させる。水素ガス、処理材21、22及び反応器12を、両金属酸化物が反応する温度まで加熱器14により加熱し、水素と両金属酸化物を反応させて水(水蒸気)を生成することで、水素を処理する。 If hydrogen is generated inside the reactor containment vessel 1 during a severe accident, the upstream on-off valve 17 and downstream on-off valve 18 are opened, and the gas containing hydrogen inside the reactor containment vessel 1 is circulated to the reactor 12 filled with treatment materials 21 and 22 using a blower 13 or the like. The hydrogen gas, treatment materials 21, 22, and reactor 12 are heated by a heater 14 to a temperature at which the two metal oxides react, and the hydrogen is treated by reacting with the two metal oxides to generate water (water vapor).

処理されたガスを冷却器15で冷却したのち原子炉格納容器1に戻すことにより、原子炉格納容器1内の水素濃度を低下させる。また、冷却器15の冷却により生じた水を分離してドレインタンク16に排出する。なお、冷却器15により生成された水は原子炉格納容器1に戻してもよい。 The treated gas is cooled in the cooler 15 and then returned to the reactor containment vessel 1, thereby reducing the hydrogen concentration in the reactor containment vessel 1. In addition, the water generated by the cooling in the cooler 15 is separated and discharged to the drain tank 16. The water generated by the cooler 15 may be returned to the reactor containment vessel 1.

以上のように構成されたことから、本第3実施形態によれば、第1実施形態の効果(4)と同様な効果を奏するほか、次の効果(7)及び(8)を奏する。 As configured above, the third embodiment provides the same effect as effect (4) of the first embodiment, as well as the following effects (7) and (8).

(7)反応器12の上流側に低発熱金属酸化物の処理材21が、下流側に収容された高発熱金属酸化物の処理材22よりも多い分量収容されている。従って、処理材21は活性が低くても、反応器12に導入される高濃度水素ガスに対して、水素濃度が高いことから水素を速やかに短時間に処理することができる。このとき、処理材21の低発熱金属酸化物の発熱量が低いことから、水素ガス、処理材21、22及び反応器12の温度上昇を抑制することができる。 (7) A larger amount of low heat generating metal oxide treatment material 21 is accommodated upstream of the reactor 12 than the high heat generating metal oxide treatment material 22 accommodated downstream. Therefore, even though the treatment material 21 has low activity, it can quickly treat hydrogen in a short time because it has a high hydrogen concentration relative to the high concentration hydrogen gas introduced into the reactor 12. At this time, because the heat value of the low heat generating metal oxide of the treatment material 21 is low, it is possible to suppress the temperature rise of the hydrogen gas, the treatment materials 21, 22, and the reactor 12.

(8)水素ガスが反応器12内で低濃度水素になって低発熱金属酸化物の処理材21では処理速度が低下した水素ガスに対して、または反応器12に導入される低濃度水素ガスに対して、反応器12の下流側の高発熱金属酸化物の処理材22が水素を速やかに短時間に処理することができる。このとき、処理材22の高発熱金属酸化物が低濃度の水素に反応することで発熱量が低いことから、水素ガス、処理材21、22及び反応器12の温度上昇を抑制することができる。 (8) When hydrogen gas becomes low-concentration hydrogen in the reactor 12 and the processing speed is reduced in the low-heat-generating metal oxide processing material 21, or when low-concentration hydrogen gas is introduced into the reactor 12, the high-heat-generating metal oxide processing material 22 downstream of the reactor 12 can quickly process the hydrogen in a short time. At this time, the high-heat-generating metal oxide of the processing material 22 reacts with low-concentration hydrogen to generate a low amount of heat, so that the temperature rise of the hydrogen gas, the processing materials 21, 22, and the reactor 12 can be suppressed.

[D]第4実施形態(図4、図5)
図4は、第4実施形態に係る水素処理装置の構成を示す概略図である。この第4実施形態において第1及び第2実施形態と同様な部分については、第1及び第2実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[D] Fourth embodiment (FIGS. 4 and 5)
4 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen treatment device according to a fourth embodiment. In the fourth embodiment, the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals as those in the first and second embodiments, and the description thereof will be simplified or omitted.

本第4実施形態の水素処理装置40が第2及び第3実施形態と異なる点は、反応熱の小さな低発熱金属酸化物により成形された処理材21と、反応熱の大きな高発熱金属酸化物により成形された処理材22とが反応器12内で、配置割合を、反応器12の上流側から下流側へ向かって徐々に変えて充填された点である。つまり、低発熱金属酸化物の処理材21と高発熱金属酸化物の処理材22との反応器12内での配置割合は、反応器12の上流側で処理材21が高く、反応器12の下流側へ向かうに従って処理材22を徐々に高くしている。 The hydrogen treatment device 40 of the fourth embodiment differs from the second and third embodiments in that the treatment material 21 formed from a low heat generating metal oxide with a small reaction heat and the treatment material 22 formed from a high heat generating metal oxide with a large reaction heat are filled in the reactor 12 with the arrangement ratio gradually changing from the upstream side to the downstream side of the reactor 12. In other words, the arrangement ratio of the treatment material 21 of the low heat generating metal oxide and the treatment material 22 of the high heat generating metal oxide in the reactor 12 is such that the treatment material 21 is high on the upstream side of the reactor 12 and the treatment material 22 gradually increases toward the downstream side of the reactor 12.

ただし、処理材21、22及び反応器12の温度上昇が生じないように、低発熱金属酸化物の処理材21と高発熱金属酸化物の処理材22の層高及び収容量を適切に設計する。例えば、高発熱金属酸化物の処理材22の分量は、この処理材22の総反応熱量を低発熱金属酸化物の処理材21の総反応熱量以下にすることにより、発熱が抑制される。これにより、反応器12内には、処理材21が処理材22よりも多い分量配置されることになる。 However, the layer height and capacity of the low heat generating metal oxide treatment material 21 and the high heat generating metal oxide treatment material 22 are appropriately designed so that the temperature of the treatment materials 21, 22 and the reactor 12 does not rise. For example, the amount of high heat generating metal oxide treatment material 22 is controlled by making the total reaction heat of the treatment material 22 equal to or less than the total reaction heat of the low heat generating metal oxide treatment material 21, thereby suppressing heat generation. As a result, a greater amount of treatment material 21 than treatment material 22 is placed in the reactor 12.

また、反応器12内における処理材21と処理材22との配置割合を、反応器12の上流側から下流側へ向かって徐々に変える際には、処理材21と処理材22との境界に、図5に示すようなグラデーションを施して、処理材21及び22を反応器12内に収容して充填してもよい。 In addition, when the arrangement ratio of the treatment material 21 and the treatment material 22 in the reactor 12 is gradually changed from the upstream side to the downstream side of the reactor 12, the treatment materials 21 and 22 may be accommodated and filled in the reactor 12 with a gradation as shown in Figure 5 applied to the boundary between the treatment material 21 and the treatment material 22.

過酷事故時に原子炉格納容器1内で水素が発生した場合、上流側開閉弁17及び下流側開閉弁18を開とし、原子炉格納容器1内の水素を含むガスを、ブロア13等を使用して、処理材21及び22が充填された反応器12に流通させる。水素ガス、処理材21、22及び反応器12を、両金属酸化物が反応する温度まで加熱器14により加熱し、水素と両金属酸化物を反応させて水(水蒸気)を生成することで、水素を処理する。 If hydrogen is generated inside the reactor containment vessel 1 during a severe accident, the upstream on-off valve 17 and downstream on-off valve 18 are opened, and the gas containing hydrogen inside the reactor containment vessel 1 is circulated to the reactor 12 filled with treatment materials 21 and 22 using a blower 13 or the like. The hydrogen gas, treatment materials 21, 22, and reactor 12 are heated by a heater 14 to a temperature at which the two metal oxides react, and the hydrogen is treated by reacting with the two metal oxides to generate water (water vapor).

処理されたガスを冷却器15で冷却したのち原子炉格納容器1に戻すことにより、原子炉格納容器1内の水素濃度を低下させる。また、冷却器15の冷却により生じた水を分離してドレインタンク16に排出する。なお、冷却器15により生成された水は原子炉格納容器1に戻してもよい。 The treated gas is cooled in the cooler 15 and then returned to the reactor containment vessel 1, thereby reducing the hydrogen concentration in the reactor containment vessel 1. In addition, the water generated by the cooling in the cooler 15 is separated and discharged to the drain tank 16. The water generated by the cooler 15 may be returned to the reactor containment vessel 1.

以上のように構成されたことから、本第4実施形態によれば、第1実施形態の効果(4)、並びに第3実施形態の効果(7)及び(8)と同様な効果を奏するほか、次の効果(9)を奏する。 As configured as described above, the fourth embodiment provides the same effects as the effect (4) of the first embodiment and the effects (7) and (8) of the third embodiment, as well as the following effect (9).

(9)低発熱金属酸化物の処理材21と高発熱金属酸化物の処理材22とが反応器12内で、上流側に処理材21を多く配置し、上流側から下流側へ向かって処理材22を徐々に多くするように、処理材21と処理材22の配置割合を変えて充填されている。このため、処理材21の低発熱金属酸化物が高濃度水素ガスに対して水素を処理する際に、処理材22の高発熱金属酸化物の反応熱により低発熱金属酸化物の活性が高まるので、この低発熱金属酸化物の処理材21による高濃度水素ガスの水素処理を、より速やかに短時間に実施することができる。 (9) The low heat generating metal oxide treatment material 21 and the high heat generating metal oxide treatment material 22 are filled in the reactor 12 with the treatment material 21 being placed more on the upstream side and the treatment material 22 being gradually increased from the upstream side to the downstream side, with the ratio of the treatment material 21 to the treatment material 22 being changed. Therefore, when the low heat generating metal oxide of the treatment material 21 treats hydrogen from high concentration hydrogen gas, the activity of the low heat generating metal oxide is increased by the reaction heat of the high heat generating metal oxide of the treatment material 22, so that the hydrogen treatment of high concentration hydrogen gas by the treatment material 21 of the low heat generating metal oxide can be carried out more quickly in a short time.

[E]第5実施形態(図6)
図6は、第5実施形態に係る水素処理装置の構成を示す概略図である。この第5実施形態において第1及び第2実施形態と同様な部分については、第1及び第2実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[E] Fifth embodiment (FIG. 6)
6 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen treatment device according to a fifth embodiment. In the fifth embodiment, the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals as those in the first and second embodiments, and the description thereof will be simplified or omitted.

本第5実施形態の水素処理装置50が第2~第4実施形態と異なる点は、反応熱の小さな低発熱金属酸化物により成形された処理材21が第1反応器51に充填され、反応熱の大きな高発熱金属酸化物により成形された処理材22が第2反応器52に充填され、第1反応器51が第2反応器52の前段(即ち水素ガスの流れの上流側)に直列に接続されて構成された点である。 The hydrogen treatment device 50 of the fifth embodiment differs from the second to fourth embodiments in that a first reactor 51 is filled with a treatment material 21 formed from a low heat generating metal oxide with a small reaction heat, a second reactor 52 is filled with a treatment material 22 formed from a high heat generating metal oxide with a large reaction heat, and the first reactor 51 is connected in series to the front stage of the second reactor 52 (i.e., the upstream side of the hydrogen gas flow).

ただし、処理材22及び第2反応器52で温度上昇が生じないように、高濃度水素ガスを低濃度水素ガスに処理できる量の低発熱金属酸化物の処理材21が第1反応器51に充填されることにより、処理材21による未処理の高濃度水素ガスが第2反応器52に導入されないようにする。また、処理材22の高発熱金属酸化物の反応活性が処理材21の低発熱金属酸化物よりも高いため、第2反応器52には、水素ガスの温度を高めて導入する必要はない。更に、処理材22及び第2反応器52の温度抑制のためには、高発熱金属酸化物の処理材22の温度を低発熱金属酸化物の処理材21の温度よりも低い温度にすることが望ましい。そのために、第2反応器52の加温温度を下げる、または放熱を大きくする手段を設けることが好ましい。 However, in order to prevent a temperature rise in the treatment material 22 and the second reactor 52, the first reactor 51 is filled with a treatment material 21 of low heat generating metal oxide in an amount capable of treating high concentration hydrogen gas to low concentration hydrogen gas, thereby preventing untreated high concentration hydrogen gas by the treatment material 21 from being introduced into the second reactor 52. In addition, since the reaction activity of the high heat generating metal oxide of the treatment material 22 is higher than that of the low heat generating metal oxide of the treatment material 21, it is not necessary to increase the temperature of the hydrogen gas to be introduced into the second reactor 52. Furthermore, in order to suppress the temperatures of the treatment material 22 and the second reactor 52, it is desirable to set the temperature of the treatment material 22 of high heat generating metal oxide to a lower temperature than that of the treatment material 21 of low heat generating metal oxide. For this purpose, it is preferable to provide a means for lowering the heating temperature of the second reactor 52 or increasing heat dissipation.

過酷事故時に原子炉格納容器1内で水素が発生した場合、上流側開閉弁17及び下流側開閉弁18を開とし、原子炉格納容器1内の水素を含むガスを、ブロア13等を使用して、処理材21、22がそれぞれ充填された第1反応器51、第2反応器52に順次流通させる。水素ガス、処理材21及び第1反応器51を、低発熱金属酸化物が反応する温度まで加熱器14により加熱し、水素と第1反応器51内の処理材21とを反応させ、更に水素と第2反応器52内の処理材22とを反応させて水(水蒸気)を生成することで、水素を処理する。 If hydrogen is generated in the reactor containment vessel 1 during a severe accident, the upstream on-off valve 17 and downstream on-off valve 18 are opened, and the gas containing hydrogen in the reactor containment vessel 1 is sequentially circulated using a blower 13 or the like to the first reactor 51 and the second reactor 52, which are filled with the treatment materials 21 and 22, respectively. The hydrogen gas, the treatment material 21, and the first reactor 51 are heated by the heater 14 to a temperature at which the low heat generating metal oxide reacts, and the hydrogen is reacted with the treatment material 21 in the first reactor 51, and further reacted with the treatment material 22 in the second reactor 52 to generate water (water vapor), thereby treating the hydrogen.

処理されたガスを冷却器15で冷却したのち原子炉格納容器1に戻すことにより、原子炉格納容器1内の水素濃度を低下させる。また、冷却器15の冷却により生じた水を分離してドレインタンク16に排出する。なお、冷却器15により生成された水は原子炉格納容器1に戻してもよい。 The treated gas is cooled in the cooler 15 and then returned to the reactor containment vessel 1, thereby reducing the hydrogen concentration in the reactor containment vessel 1. In addition, the water generated by the cooling in the cooler 15 is separated and discharged to the drain tank 16. The water generated by the cooler 15 may be returned to the reactor containment vessel 1.

以上のように構成されたこから、本第5実施形態によれば、第1実施形態の効果(4)と同様な効果を奏するほか、次の効果(10)及び(11)を奏する。 As configured above, the fifth embodiment provides the same effect as effect (4) of the first embodiment, as well as the following effects (10) and (11).

(10)上流側の第1反応器51に低発熱金属酸化物の処理材21が、下流側の第2反応器52に高発熱金属酸化物の処理材22がそれぞれ充填されている。従って、処理材21は活性が低くても、第1反応器51に導入される高濃度水素ガスに対して、水素濃度が高いことから水素を速やかに短時間に処理することができる。このとき、第1反応器51内の処理材21の低発熱金属酸化物の発熱量が低いことから、水素ガス、処理材21及び第1反応器51の温度上昇を抑制することができる。 (10) The first reactor 51 on the upstream side is filled with a treatment material 21 made of a low heat generating metal oxide, and the second reactor 52 on the downstream side is filled with a treatment material 22 made of a high heat generating metal oxide. Therefore, even if the treatment material 21 has low activity, it can quickly treat hydrogen in a short time because it has a high hydrogen concentration relative to the high concentration hydrogen gas introduced into the first reactor 51. At this time, since the heat value of the low heat generating metal oxide of the treatment material 21 in the first reactor 51 is low, the temperature rise of the hydrogen gas, the treatment material 21, and the first reactor 51 can be suppressed.

(11)水素ガスが第1反応器51内で低濃度水素ガスになって低発熱金属酸化物の処理材21では処理速度が低下した水素ガスに対して、または第1反応器51に導入される低濃度水素ガスに対して、第2反応器52内の高発熱金属酸化物の処理材22が水素を速やかに短時間に処理することができる。このとき、第2反応器52内の処理材22の高発熱金属酸化物が低濃度の水素に反応することで発熱量が低いことから、水素ガス、処理材21、22、第1反応器51及び第2反応器52の温度上昇を抑制することができる。 (11) When hydrogen gas becomes low-concentration hydrogen gas in the first reactor 51 and the processing speed is reduced in the low-heat-generating metal oxide processing material 21, or when low-concentration hydrogen gas is introduced into the first reactor 51, the high-heat-generating metal oxide processing material 22 in the second reactor 52 can quickly process the hydrogen in a short time. At this time, the high-heat-generating metal oxide of the processing material 22 in the second reactor 52 reacts with low-concentration hydrogen and generates a low amount of heat, so that the temperature rise of the hydrogen gas, the processing materials 21, 22, the first reactor 51, and the second reactor 52 can be suppressed.

[F]第6実施形態(図7、図8)
図7は、第6実施形態に係る水素処理装置の構成を、水素高濃度時について示す概略図である。この第6実施形態において第1、第2及び第5実施形態と同様な部分については、これら第1、第2及び第6実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[F] Sixth embodiment (FIGS. 7 and 8)
7 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen treatment apparatus according to the sixth embodiment when the hydrogen concentration is high. In the sixth embodiment, the same parts as those in the first, second and fifth embodiments are denoted by the same reference numerals as those in the first, second and sixth embodiments, and the description thereof will be simplified or omitted.

本第6実施形態の水素処理装置60が第5実施形態と異なる点は、第1反応器51の下流側に、第1切替弁61が配設されて冷却器15に接続される戻し配管64を備え、更に、第1反応器51と第2反応器52との接続配管に第2切替弁62を、第2反応器52と冷却器15との接続配管に第3切替弁63をそれぞれ備え、水素ガスを、第1反応器51と第1反応器51及び第2反応器52とに選択して流通させるよう構成された点である。 The hydrogen treatment device 60 of the sixth embodiment differs from the fifth embodiment in that it is provided with a return pipe 64 in which a first switching valve 61 is disposed downstream of the first reactor 51 and connected to the cooler 15, and further includes a second switching valve 62 in the connecting pipe between the first reactor 51 and the second reactor 52, and a third switching valve 63 in the connecting pipe between the second reactor 52 and the cooler 15, so that hydrogen gas is selectively circulated through the first reactor 51, the first reactor 51 and the second reactor 52.

過酷事故時に原子炉格納容器1内に水素が発生し、高濃度水素ガスであることが水素濃度計65により計測された場合、図7に示すように、第2切替弁62及び第3切替弁63を閉とし、上流側開閉弁17、下流側開閉弁18及び第1切替弁61を開として、原子炉格納容器1内の水素を含むガスをブロア13等を使用して、処理材21が充填された第1反応器51に流通させる。水素ガス、処理材21及び第1反応器51を低発熱金属酸化物が反応する温度まで加熱器14により加熱して、第1反応器51内の処理材21と水素とを反応させて水(水蒸気)を生成することで水素を処理する。 When hydrogen is generated in the reactor containment vessel 1 during a severe accident and a high concentration of hydrogen gas is measured by the hydrogen concentration meter 65, as shown in FIG. 7, the second changeover valve 62 and the third changeover valve 63 are closed, and the upstream opening/closing valve 17, the downstream opening/closing valve 18, and the first changeover valve 61 are opened, and the gas containing hydrogen in the reactor containment vessel 1 is circulated to the first reactor 51 filled with the treatment material 21 using the blower 13 or the like. The hydrogen gas, the treatment material 21, and the first reactor 51 are heated by the heater 14 to a temperature at which the low heat generating metal oxide reacts, and the treatment material 21 in the first reactor 51 reacts with the hydrogen to generate water (water vapor), thereby treating the hydrogen.

過酷事故時に原子炉格納容器1内で発生した水素を含むガスが水素濃度計65により低濃度水素ガスであると計測された場合、図8に示すように第1切替弁61を閉とし、上流側開閉弁17、下流側開閉弁18、第2切替弁62及び第3切替弁63を開として、原子炉格納容器1内の水素を含むガスをブロア13等を使用して、処理材21が充填された第1反応器51、及び処理材22が充填された第2反応器52に流通させる。低濃度水素ガスでは、第1反応器51内の処理材21は活性が低くほとんど反応せず、第2反応器52内の高発熱金属酸化物の処理材22が水素と反応して水(水蒸気)を生成させることで、水素を処理する。また、第1反応器51及び第2反応器52に流入する低濃度水素ガスに対しては、必要であれば加熱器14が温度調整する。 When the hydrogen-containing gas generated in the reactor containment vessel 1 during a severe accident is measured as low-concentration hydrogen gas by the hydrogen concentration meter 65, as shown in FIG. 8, the first switching valve 61 is closed, and the upstream opening/closing valve 17, the downstream opening/closing valve 18, the second switching valve 62, and the third switching valve 63 are opened, and the hydrogen-containing gas in the reactor containment vessel 1 is circulated to the first reactor 51 filled with the treatment material 21 and the second reactor 52 filled with the treatment material 22 using the blower 13 or the like. With low-concentration hydrogen gas, the treatment material 21 in the first reactor 51 is low in activity and hardly reacts, while the treatment material 22 of the high heat generating metal oxide in the second reactor 52 reacts with hydrogen to generate water (water vapor), thereby treating the hydrogen. In addition, the heater 14 adjusts the temperature of the low-concentration hydrogen gas flowing into the first reactor 51 and the second reactor 52 if necessary.

処理されたガスを冷却器15で冷却したのち原子炉格納容器1に戻すことにより、原子炉格納容器1内の水素濃度を低下させる。また、冷却器15の冷却により生じた水を分離してドレインタンク16に排出する。なお、冷却器15により生成された水は原子炉格納容器1に戻してもよい。 The treated gas is cooled in the cooler 15 and then returned to the reactor containment vessel 1, thereby reducing the hydrogen concentration in the reactor containment vessel 1. In addition, the water generated by the cooling in the cooler 15 is separated and discharged to the drain tank 16. The water generated by the cooler 15 may be returned to the reactor containment vessel 1.

以上のように構成されたことから、本第6実施形態によれば、第1実施形態の効果(4)と同様な効果を奏するほか、次の効果(12)及び(13)を奏する。 As configured above, the sixth embodiment provides the same effect as effect (4) of the first embodiment, as well as the following effects (12) and (13).

(12)原子炉格納容器1からの水素ガスが高濃度水素ガスであると水素濃度計65により計測された場合、この水素ガスは、図7に示すように、処理材21が充填された第1反応器51のみに導入される。従って、低発熱金属酸化物の処理材21は活性が低くても、第1反応器51に導入される高濃度水素ガスに対して、水素濃度が高いことから水素を速やかに短時間に処理することができる。このとき、第1反応器51内の処理材21の低発熱金属酸化物の発熱量が低いことから、水素ガス、処理材21及び第1反応器51の温度上昇を抑制することができる。 (12) When the hydrogen gas from the reactor containment vessel 1 is measured as high-concentration hydrogen gas by the hydrogen concentration meter 65, this hydrogen gas is introduced only into the first reactor 51 filled with the treatment material 21, as shown in FIG. 7. Therefore, even if the treatment material 21 made of low-heat-generating metal oxide has low activity, it can quickly treat hydrogen in a short time because it has a high hydrogen concentration compared to the high-concentration hydrogen gas introduced into the first reactor 51. At this time, since the heat value of the low-heat-generating metal oxide of the treatment material 21 in the first reactor 51 is low, the temperature rise of the hydrogen gas, the treatment material 21, and the first reactor 51 can be suppressed.

(13)第1反応器51内の処理材21による処理が進み原子炉格納容器1からの水素ガスが低濃度水素ガスになって水素濃度計65により計測された場合、または原子炉格納容器1からの水素ガスが低濃度水素ガスであると水素濃度計65により計測された場合、水素ガスは、図8に示すように、第1反応器51及び第2反応器52に導入される。この場合には、低濃度水素ガスに対して、第2反応器52内の高発熱金属酸化物の処理材22が水素を速やかに短時間に処理することができる。このとき、第2反応器52内の処理材22の高発熱金属酸化物が低濃度の水素に反応することで発熱量が低いことから、水素ガス、処理材21、22、第1反応器51及び第2反応器52の温度上昇を抑制することができる。 (13) When the hydrogen gas from the containment vessel 1 becomes low-concentration hydrogen gas as a result of the processing by the processing material 21 in the first reactor 51 and is measured by the hydrogen concentration meter 65, or when the hydrogen gas from the containment vessel 1 is measured by the hydrogen concentration meter 65 as being low-concentration hydrogen gas, the hydrogen gas is introduced into the first reactor 51 and the second reactor 52 as shown in FIG. 8. In this case, the processing material 22 of the high heat generating metal oxide in the second reactor 52 can quickly process the hydrogen from the low-concentration hydrogen gas in a short time. At this time, the high heat generating metal oxide of the processing material 22 in the second reactor 52 reacts with the low-concentration hydrogen to generate a low amount of heat, so that the temperature rise of the hydrogen gas, the processing materials 21, 22, the first reactor 51, and the second reactor 52 can be suppressed.

[G]第7実施形態(図9、図10)
図9は、第7実施形態に係る水素処理装置の構成を、水素高濃度時について示す概略図である。この第7実施形態において第1、第2及び第5実施形態と同様な部分については、これら第1、第2及び第5実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[G] Seventh embodiment (FIGS. 9 and 10)
9 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen treatment apparatus according to the seventh embodiment when the hydrogen concentration is high. In the seventh embodiment, the same parts as those in the first, second and fifth embodiments are denoted by the same reference numerals as those in the first, second and fifth embodiments, and the description thereof will be simplified or omitted.

本第7実施形態の水素処理装置70が第5実施形態と異なる点は、反応熱の小さな低発熱金属酸化物の処理材21が充填された第1反応器51と、反応熱の大きな高発熱金属酸化物の処理材22が充填された第2反応器52とのそれぞれには、水素ガスの水素濃度に応じて水素ガスが切り替えて導入されるよう構成された点である。 The seventh embodiment of the hydrogen treatment device 70 differs from the fifth embodiment in that the hydrogen gas is introduced into the first reactor 51, which is filled with a treatment material 21 of a low heat generating metal oxide that generates a small amount of reaction heat, and the second reactor 52, which is filled with a treatment material 22 of a high heat generating metal oxide that generates a large amount of reaction heat, in a switched manner depending on the hydrogen concentration of the hydrogen gas.

つまり、加熱器14と冷却器15との間に、直列接続された低発熱側第1切替弁71、第1反応器51及び低発熱側第2切替弁72と、直列接続された高発熱側第1切替弁73、第2反応器52及び高発熱側第2切替弁74とが並列に配置され、水素濃度計65により計測された水素ガスの水素濃度に応じて、水素ガスが第1反応器51または第2反応器52に選択して導入されるよう構成されている。 In other words, between the heater 14 and the cooler 15, a first low heat generation side switching valve 71, a first reactor 51, and a second low heat generation side switching valve 72 are connected in series, and a first high heat generation side switching valve 73, a second reactor 52, and a second high heat generation side switching valve 74 are connected in series, and are arranged in parallel, so that hydrogen gas is selectively introduced into the first reactor 51 or the second reactor 52 depending on the hydrogen concentration of the hydrogen gas measured by the hydrogen concentration meter 65.

過酷事故時に原子炉格納容器1内に水素が発生し、予め定められた値以上の高濃度水素ガスであることが水素濃度計65により計測された場合、図9に示すように、高発熱側第1切替弁73及び高発熱側第2切替弁74を閉とし、低発熱側第1切替弁71及び低発熱側第2切替弁72を開として、原子炉格納容器1内の水素を含むガスをブロア13等を使用して、処理材21が充填された第1反応器51に流通させる。水素ガス、処理材21及び第1反応器51を低発熱金属酸化物が反応する温度まで加熱器14により加熱して、第1反応器51内の処理材21と水素とを反応させて水(水蒸気)を生成させることで水素を処理する。 When hydrogen is generated in the reactor containment vessel 1 during a severe accident, and the hydrogen concentration meter 65 measures that the hydrogen gas has a high concentration equal to or greater than a predetermined value, as shown in FIG. 9, the high heat-generating side first switching valve 73 and the high heat-generating side second switching valve 74 are closed, and the low heat-generating side first switching valve 71 and the low heat-generating side second switching valve 72 are opened, and the gas containing hydrogen in the reactor containment vessel 1 is circulated to the first reactor 51 filled with the treatment material 21 using a blower 13 or the like. The hydrogen gas, the treatment material 21, and the first reactor 51 are heated by the heater 14 to a temperature at which the low heat-generating metal oxide reacts, and the treatment material 21 in the first reactor 51 reacts with the hydrogen to generate water (water vapor), thereby treating the hydrogen.

過酷事故時に原子炉格納容器1内で発生した水素を含むガスが水素濃度計65により予め定められた値未満の低濃度水素ガスであると計測された場合、図10に示すように低発熱側第1切替弁71及び低発熱側第2切替弁72を閉とし、高発熱側第1切替弁73及び高発熱側第2切替弁74を開とし、原子炉格納容器1内の水素を含むガスをブロア13等を使用して、処理材22が充填された第2反応器52に流通させる。低濃度水素ガスでは、第2反応器52内の高発熱金属酸化物の処理材22が水素と反応して水(水蒸気)を生成することで、水素を処理する。また、第2反応器52に流入する低濃度水素ガスに対しては、必要であれば加熱器14が温度調整する。 When the hydrogen-containing gas generated in the reactor containment vessel 1 during a severe accident is measured by the hydrogen concentration meter 65 as low-concentration hydrogen gas below a predetermined value, the low-heat-side first switching valve 71 and the low-heat-side second switching valve 72 are closed, and the high-heat-side first switching valve 73 and the high-heat-side second switching valve 74 are opened, as shown in FIG. 10, and the hydrogen-containing gas in the reactor containment vessel 1 is circulated to the second reactor 52 filled with the treatment material 22 using a blower 13 or the like. In the case of low-concentration hydrogen gas, the treatment material 22 of the high-heat-generating metal oxide in the second reactor 52 reacts with hydrogen to generate water (water vapor), thereby treating the hydrogen. In addition, the heater 14 adjusts the temperature of the low-concentration hydrogen gas flowing into the second reactor 52 if necessary.

処理されたガスを冷却器15で冷却したのち原子炉格納容器1に戻すことにより、原子炉格納容器1内の水素濃度を低下させる。また、冷却器15の冷却により生じた水を分離してドレインタンク16に排出する。なお、冷却器15により生成された水は原子炉格納容器1に戻してもよい。 The treated gas is cooled in the cooler 15 and then returned to the reactor containment vessel 1, thereby reducing the hydrogen concentration in the reactor containment vessel 1. In addition, the water generated by the cooling in the cooler 15 is separated and discharged to the drain tank 16. The water generated by the cooler 15 may be returned to the reactor containment vessel 1.

以上のように構成されたことから、本第7実施形態によれば、第1実施形態の効果(4)と同様な効果を奏するほか、次の効果(14)及び(15)を奏する。 As configured as described above, the seventh embodiment provides the same effect as effect (4) of the first embodiment, as well as the following effects (14) and (15).

(14)原子炉格納容器1からの水素ガスが高濃度水素ガスであると水素濃度計65により計測された場合、この水素ガスは、図9に示すように、処理材21が充填された第1反応器51のみに導入される。従って、低発熱金属酸化物の処理材21は活性が低くても、第1反応器51に導入される高濃度水素ガスに対して、水素濃度が高いことから水素を速やかに短時間に処理することができる。このとき、第1反応器51内の処理材21の低発熱金属酸化物の発熱量が低いことから、水素ガス、処理材21及び第1反応器51の温度上昇を抑制することができる。 (14) When the hydrogen gas from the reactor containment vessel 1 is measured as high-concentration hydrogen gas by the hydrogen concentration meter 65, this hydrogen gas is introduced only into the first reactor 51 filled with the treatment material 21, as shown in FIG. 9. Therefore, even if the treatment material 21 made of low-heat-generating metal oxide has low activity, it can quickly treat hydrogen in a short time because it has a high hydrogen concentration compared to the high-concentration hydrogen gas introduced into the first reactor 51. At this time, since the amount of heat generated by the low-heat-generating metal oxide of the treatment material 21 in the first reactor 51 is low, the temperature rise of the hydrogen gas, the treatment material 21, and the first reactor 51 can be suppressed.

(15)原子炉格納容器1からの水素ガスが低濃度水素ガスであると水素濃度計65により計測された場合、水素ガスは、図10に示すように第2反応器52に導入される。この場合には、低濃度水素ガスに対して、第2反応器52内の高発熱金属酸化物の処理材22が水素を速やかに短時間に処理することができる。このとき、第2反応器52内の処理材22の高発熱金属酸化物が低濃度の水素に反応することで発熱量が低いことから、水素ガス、処理材22及び第2反応器52の温度上昇を抑制することができる。 (15) When the hydrogen gas from the reactor containment vessel 1 is measured as low-concentration hydrogen gas by the hydrogen concentration meter 65, the hydrogen gas is introduced into the second reactor 52 as shown in FIG. 10. In this case, the treatment material 22 of high heat generating metal oxide in the second reactor 52 can quickly treat the low-concentration hydrogen gas in a short time. At this time, the high heat generating metal oxide of the treatment material 22 in the second reactor 52 reacts with the low-concentration hydrogen, and thus the amount of heat generated is low, so that the temperature rise of the hydrogen gas, the treatment material 22, and the second reactor 52 can be suppressed.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. Furthermore, such substitutions and modifications are included in the scope and gist of the invention, as well as in the scope of the invention and its equivalents as described in the claims.

例えば、第5、第6及び第7実施形態の第1反応器51内には、低発熱金属酸化物の処理材21と少量の高発熱金属酸化物の処理材22とが混合されたもの、低発熱金属酸化物と少量の高発熱金属酸化物とが粉末状態で混合され成形されて低発熱混合処理材とされたもの、または低発熱金属酸化物の処理材21と上記低発熱混合処理材とが組み合わされたものが、それぞれ処理材21として充填されてもよい。 For example, the first reactor 51 of the fifth, sixth and seventh embodiments may be filled with the treatment material 21, which is a mixture of a low heat generating metal oxide treatment material 21 and a small amount of a high heat generating metal oxide treatment material 22, a low heat generating metal oxide and a small amount of a high heat generating metal oxide mixed in powder form and molded into a low heat generating mixed treatment material, or a combination of the low heat generating metal oxide treatment material 21 and the above low heat generating mixed treatment material.

また、第5、第6、第7実施形態の第2反応器52内には、高発熱金属酸化物の処理材22と少量の低発熱金属酸化物の処理材21とが混合されたもの、高発熱金属酸化物と少量の低発熱金属酸化物とが粉末状態で混合され成形されて高発熱混合処理材とされたもの、または高発熱金属酸化物の処理材22と上記高発熱混合処理材とが組み合わされたものが、それぞれ処理材22として充填されてもよい。 In addition, the second reactor 52 in the fifth, sixth and seventh embodiments may be filled with the treatment material 22, which is a mixture of a high heat generating metal oxide treatment material 22 and a small amount of a low heat generating metal oxide treatment material 21, a high heat generating metal oxide and a small amount of a low heat generating metal oxide mixed in powder form and molded into a high heat generating mixed treatment material, or a combination of the high heat generating metal oxide treatment material 22 and the above-mentioned high heat generating mixed treatment material.

更に、第1~第7実施形態はあくまで一例であり、水素を含むガスを採取する場所は原子炉格納容器1に限定されない。また、ガスを送る手段もブロア13に限らない。更に、水素濃度を測定する手段も水素濃度計65に限らず、可燃性ガス濃度検知器等を使用してもよい。 Furthermore, the first to seventh embodiments are merely examples, and the location where the hydrogen-containing gas is collected is not limited to the reactor containment vessel 1. Furthermore, the means for sending the gas is not limited to the blower 13. Furthermore, the means for measuring the hydrogen concentration is not limited to the hydrogen concentration meter 65, and a combustible gas concentration detector or the like may be used.

10…水素処理装置、11…処理材、12…反応器、20…水素処理装置、21…処理材、22…処理材、30、40…水素処理装置、50…水素処理装置、51…第1反応器、52…第2反応器、60、70…水素処理装置 10...hydrogen treatment device, 11...treatment material, 12...reactor, 20...hydrogen treatment device, 21...treatment material, 22...treatment material, 30, 40...hydrogen treatment device, 50...hydrogen treatment device, 51...first reactor, 52...second reactor, 60, 70...hydrogen treatment device

Claims (5)

反応熱が異なる2種類以上の金属酸化物のそれぞれにより構成された処理材を備え、これらの処理材が混合した状態で1つの反応器に充填して構成され、
前記反応器内では、反応熱が小さな低発熱金属酸化物の前記処理材が上流側に、反応熱が大きな高発熱金属酸化物の前記処理材が下流側にそれぞれ配置され、
前記金属酸化物のうち反応熱が小さな前記低発熱金属酸化物が高濃度水素ガスに対して水素を処理するよう構成されたことを特徴とする水素処理装置。
The present invention is configured by providing a treatment material composed of two or more types of metal oxides each having a different reaction heat, and filling one reactor with the treatment materials in a mixed state;
In the reactor, the treatment material of a low heat generating metal oxide having a small reaction heat is arranged on the upstream side, and the treatment material of a high heat generating metal oxide having a large reaction heat is arranged on the downstream side,
The hydrogen treatment device is characterized in that the low-heat-generating metal oxide, which has a small reaction heat among the metal oxides, is configured to treat hydrogen from high-concentration hydrogen gas.
前記反応器内では、低発熱金属酸化物の処理材と高発熱金属酸化物の処理材とが、配置割合を上流側から下流側へ向って徐々に変えて充填されたことを特徴とする請求項に記載の水素処理装置。 2. The hydrogen treatment device according to claim 1, wherein the reactor is filled with a low heat-generating metal oxide treatment material and a high heat-generating metal oxide treatment material with a ratio gradually changing from the upstream side to the downstream side. 反応熱が異なる2種類以上の金属酸化物のそれぞれにより構成された処理材を備え、これらの処理材が別々の反応器に充填され、
反応熱が小さな低発熱金属酸化物の前記処理材を含む前記反応器が、反応熱が大きな高発熱金属酸化物の前記処理材を含む前記反応器の前段に直列に配置され
前記金属酸化物のうち反応熱が小さな前記低発熱金属酸化物が高濃度水素ガスに対して水素を処理するよう構成されたことを特徴とする水素処理装置。
The present invention provides a method for producing a fuel cell using a fuel cell system comprising the steps of: providing a fuel cell system including: a fuel cell that is provided with a fuel cell having ...
The reactor containing the treatment material of a low heat-producing metal oxide having a small reaction heat is arranged in series in a stage preceding the reactor containing the treatment material of a high heat-producing metal oxide having a large reaction heat ;
The hydrogen treatment device is characterized in that the low-heat-generating metal oxide, which has a small reaction heat among the metal oxides, is configured to treat hydrogen from high-concentration hydrogen gas .
反応熱が異なる2種類以上の金属酸化物のそれぞれにより構成された処理材を備え、これらの処理材が別々の反応器に充填され、
反応熱が小さな低発熱金属酸化物の前記処理材を含む前記反応器と、反応熱が大きな高発熱金属酸化物の前記処理材を含む前記反応器とのそれぞれには、水素ガスの水素濃度に応じて切り替えて前記水素ガスが導入されるよう構成され
前記金属酸化物のうち反応熱が小さな前記低発熱金属酸化物が高濃度水素ガスに対して水素を処理するよう構成されたことを特徴とする水素処理装置。
The present invention provides a method for producing a fuel cell using a fuel cell system comprising the steps of: providing a fuel cell system including: a fuel cell that is provided with a fuel cell having ...
The reactor containing the treatment material of a low heat generating metal oxide having a small reaction heat and the reactor containing the treatment material of a high heat generating metal oxide having a large reaction heat are configured to be switched in accordance with the hydrogen concentration of the hydrogen gas ,
The hydrogen treatment device is characterized in that the low-heat-generating metal oxide, which has a small reaction heat among the metal oxides, is configured to treat hydrogen from high-concentration hydrogen gas .
反応熱が異なる2種類以上の金属酸化物のそれぞれにより構成された処理材を混合した状態で1つの反応器に充填し、反応熱が小さな低発熱金属酸化物の前記処理材を上流側に、反応熱が大きな高発熱金属酸化物の前記処理材を下流側にそれぞれ配置した前記反応器を用い、前記金属酸化物のうち反応熱が小さな前記低発熱金属酸化物が高濃度水素ガスに対して水素を処理することを特徴とする水素処理方法。 A hydrogen processing method comprising: filling a single reactor with a mixture of processing materials each composed of two or more types of metal oxides each having a different heat of reaction; arranging the processing material of the low-heat-producing metal oxide having a small heat of reaction on the upstream side of the reactor and the processing material of the high-heat-producing metal oxide having a large heat of reaction on the downstream side of the reactor ; and using the low-heat-producing metal oxide having a small heat of reaction among the metal oxides to process hydrogen in a high-concentration hydrogen gas.
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