水素除去装置及び方法
【課題】雰囲気に存在する水素に対し、化学量論的に過不足なく酸素を供給し、水に化学変化させる水素除去技術を提供する。
【解決手段】水素除去装置１０において、水素含有ガスに外側が晒されるとともに内側に供給される酸化性ガスにより前記水素含有ガス中の水素を酸化する反応媒体２０と、前記酸化性ガスを反応媒体２０の内側に供給するガス供給体３０と、を備える構成とした。
【解決手段】水素除去装置１０において、水素含有ガスに外側が晒されるとともに内側に供給される酸化性ガスにより前記水素含有ガス中の水素を酸化する反応媒体２０と、前記酸化性ガスを反応媒体２０の内側に供給するガス供給体３０と、を備える構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雰囲気に存在する水素を除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所における原子炉格納容器は、原子炉の万が一の事故に備えて、その内部に可燃性ガスの濃度制御システムを有している。仮に、主蒸気管等の一次冷却系配管が破断したとすると、高温・高圧の一次冷却材が放出され、原子炉格納容器内部の圧力・温度が急激に上昇することになる。
このような事象の下において、原子炉内で冷却材として使用される水は、放射線により水素ガスと酸素ガスに分解される。さらに、原子炉内の燃料被覆管の温度が上昇する場合には、水蒸気と燃料被覆管材料のジルコニウムとの間で反応が起こり（以下、Metal−Water反応という）、短時間で水素ガスが大量に発生する。
【０００３】
このようにして発生した水素ガスは、破断した配管の破断口等から冷却材と共に原子炉格納容器内に放出され、水素ガス濃度を上昇させるとともに内部圧力も上昇させる。このような状態を放置して、水素ガス濃度が４ｖｏｌ％かつ酸素濃度が５ｖｏｌ％以上に到達すると、可燃限界濃度を越えて、原子炉格納容器の内部は可燃状態となる。さらに、水素ガス濃度が上昇すると過剰反応の発生する可能性が高まる。
【０００４】
このような水素ガス濃度の上昇に対して原子力発電設備では、原子炉格納容器内の雰囲気を窒素ガスで置換して酸素濃度を低く維持する対策をとっている。これによれば、原子炉格納容器の内部雰囲気が可燃性になることを防止して安全性が確保される。
このように、原子炉格納容器内は窒素により不活性化されているため、Metal-Water反応によって水素が大量に発生した場合であっても、その内部雰囲気が直ちに可燃限界に達することはない。
【０００５】
しかし、大量の水素が発生したときには、原子炉格納容器の過圧要因になり得る。さらに、復旧作業によって事故が収束に向かった場合であっても、原子炉格納容器内に大量の水素が依然として残留することになり、内部雰囲気を外部環境に放出する以外、この大量水素を処理する手立てがない。
従って、苛酷事故が発生した場合、原子炉格納容器の内部雰囲気が可燃限界に到達することを防止することに加え、さらに過圧防護又は事故後の内部雰囲気を制御するために発生水素を除去する必要がある。
【０００６】
ところで、水素ガス濃度の上昇の抑制又は濃度を低下させる従来技術として、内部雰囲気に存在する水素ガスと酸素ガスを昇温操作や触媒作用により反応させて水に戻す技術がある。しかし、この技術ではMetal-Water反応によって酸素よりも化学量論的に過剰に発生した水素を除去することができない。
【０００７】
そこで、Metal-Water反応で発生した過剰の水素を効率的に除去するシステムとして、アンモニア合成手段によって窒素と水素を反応させて水素を除去する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、原子炉格納容器内の雰囲気を吸引し、化学量論的に不足している酸素を酸素ボンベ等によって補充して水素ガスを水に化学変化させ、残余ガスを原子炉格納容器内に戻す方法も提案されている（例えば、特許文献２，３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１６６９９６号公報
【特許文献２】特開平１０−２９３１９６号公報
【特許文献３】特開２００７−３３２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１の発明において、水素と窒素の反応触媒として典型的なＲｕ系触媒は、水蒸気によって活性が低下することが知られている。このため苛酷事故時に、原子炉格納容器の内部に存在する大量の水蒸気が、Ｒｕ系触媒層に直接導かれ、触媒活性が著しく損なわれるといった課題があった。
【００１０】
また、特許文献２，３の発明のように、化学量論的に不足する酸素を外部から酸素ボンベを用いて供給する場合は、水素濃度に見合う酸素量を水生成に過不足無く供給する必要があった。つまり、酸素の供給量が不足すると充分な水素濃度の低減効果が得られず、過剰であると未反応酸素が内部雰囲気に滞留し可燃性限界に到達する恐れがある。
このために、事故条件によって相違する水素濃度に応じて、雰囲気に供給する酸素量を調整しなければならない課題があった。
【００１１】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、雰囲気に存在する水素に対し、化学量論的に過不足なく酸素を供給し、水に化学変化させる水素除去技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
水素除去装置において、水素含有ガスに外側が晒されるとともに内側に供給される酸化性ガスにより前記水素含有ガス中の水素を酸化させる反応媒体と、前記酸化性ガスを前記反応媒体の内側に供給するガス供給体と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、雰囲気に存在する水素に対し、化学量論的に過不足なく酸素を供給し、水に化学変化させる水素除去技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用される沸騰水型原子炉の断面図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る水素除去装置の（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ断面図。
【図３】第１実施形態に係る水素除去装置に適用される反応媒体の断面図。
【図４】第１実施形態で適用される反応媒体の他の実施例を示す側面図。
【図５】第２実施形態に係る水素除去装置の（Ａ）斜視図、（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図６】第３実施形態に係る水素除去装置の（Ａ）斜視図、（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ（Ｂ´）−Ｂ（Ｂ´）概略断面図。
【図７】第４実施形態に係る水素除去装置の（Ａ）一部切欠斜視図、（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図８】第５実施形態に係る水素除去装置の（Ａ）一部切欠斜視図、（Ｂ）は図８（Ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図９】各実施形態に適用される酸化性ガス制御部のブロック図。
【図１０】酸化性ガス制御部と反応媒体との配線図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
図１を参照して、本発明に係る水素除去装置１０が適用される沸騰水型原子炉１を説明する。
原子炉格納容器２は、炉心３を内蔵する原子炉圧力容器４を格納する。この原子炉格納容器２は、原子炉圧力容器４を包囲する上部ドライウェルＵ、下部ドライウェルＬ及びウェットウェルＷより構成される。
【００１６】
このウェットウェルＷは、ベント管５を介して上部ドライウェルＵに連絡し、貯蔵水を蓄えるサプレッションプールＰが形成されている。また、原子炉圧力容器４の外側面は、生体遮蔽壁６により包囲されている。
さらに、上部ドライウェルＵとウェットウェルＷにそれぞれ１台ずつ水素除去装置１０が配置され、各水素除去装置１０は制御弁８を介して酸化性ガス導入手段（ボンベ、又はブロア；図示略）と配管で接続されている。
【００１７】
この原子炉圧力容器４に接続する主蒸気管７等の一次冷却系配管が万が一破断した場合、上部ドライウェルＵに高温・高圧の冷却材（水、水蒸気）が放出され、上部ドライウェルＵの圧力・温度が急激に上昇する。そして、この圧力・温度の上昇を抑制するために格納容器スプレイ９が動作する。
この上部ドライウェルＵに放出された高温・高圧の冷却材は、上部ドライウェルＵの気体と混合して、ベント管５を経由してサプレッションプールＰに蓄えられる貯蔵水で冷却される。このように、苛酷事故が発生して、原子炉圧力容器４から放出された熱エネルギーの多くは、このサプレッションプールＰ内の貯蔵水に吸収される。
【００１８】
そして、サプレッションプールＰに蓄積される貯蔵水が、非常用炉心冷却系（図示略）により原子炉圧力容器４に注入され、炉心３を冷却する。この注入された貯蔵水は、長期的には炉心３から崩壊熱を吸収し、破断した配管の破断口から上部ドライウェルＵに流出する。
このように、一次冷却系配管が破断するといった苛酷事故が万が一発生した場合は、上部ドライウェルＵの圧力・温度は常にウェットウェルＷよりも高い状態となり、ベント管５を経由して水蒸気とガスがウェットウェルＷに移動する。
【００１９】
そして、一次冷却材として使用される水は、放射線により水素ガスと酸素ガスに分解される。さらに、炉心３の燃料被覆管の温度が上昇する場合には、水蒸気と燃料被覆管材料のジルコニウムとの間でMetal−Water反応が起こり、短時間で水素ガスが大量に発生する。
このようにして発生した水素ガスは、破断した配管の破断口等から冷却材と共に原子炉格納容器２の内部に放出され、上部ドライウェルＵ及びウェットウェルＷにおける水素ガス濃度を上昇させるとともに内部圧力も上昇させる。すると、制御弁８が開放状態となり、酸化性ガスを水素除去装置１０に供給し、上昇した水素ガス濃度及び内部圧力を低下させる。
【００２０】
水素除去装置１０は、図２（Ａ）に示すように、水素含有ガスに外側が晒されるとともに内側に供給される酸化性ガスにより前記水素含有ガス中の水素を酸化する反応媒体２０と、前記酸化性ガスを反応媒体２０の内側に供給するガス供給体３０と、を備える。
これにより、水素含有ガスと酸化性ガスとは、反応媒体２０により隔離され、両者が直接接触することはない。そして、原子炉格納容器２の内部雰囲気に存在する水素を酸化するのに必要な酸素が、化学量論的に過不足なく供給される。なお、この場合、酸化性ガスは、純酸素を用いるのが好ましい。
【００２１】
さらに、水素除去装置１０には、酸化される前の水素含有ガスを下側から導いて、酸化した後の反応ガスを側方の排気口１２に導くカバー１１を備えている。
このカバー１１は、格納容器スプレイ９（図１）が動作したときに、反応媒体２０がスプレイ水を浴びて、その反応効率が低下することを防止する。さらに、反応媒体２０の反応熱により、上昇気流をカバー１１の内部に生じさせ、下側から新たな水素含有ガスを誘導する作用を発揮する。
【００２２】
図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面である図２（Ｂ）に示すように、反応媒体２０Ａは、筒状に構成される一端がガス供給体３０の一方の面に開口接続し、他端が封止されている。そして、ガス供給体３０の給入口３１から導入された酸化性ガスは、静圧状態で、反応媒体２０Ａの内側に供給される。
図２（Ａ）のＣ−Ｃ断面である図２（Ｃ）に示すように、ガス供給体３０は、反応媒体２０が配置される一方の面とその反対面とを貫通させた貫通孔３２が設けられている。この貫通孔３２は、水素含有ガスをガス供給体３０の下面側から反応媒体２０の外側に導くものである。
【００２３】
図３に示すように反応媒体２０は、酸素イオンを内側から外側に向かって伝導させる固体電解質２１から構成され、金属材質からなるガス供給体３０に対し、熱膨張緩衝部材２４を介して接続されている。
固体電解質２１の内側表面には酸素極２２が設けられ、外側表面には水素極２３が設けられている。反応媒体２０の内側に導入された酸化性ガスは、酸素ガスが選択的に酸素極２２を透過し、酸素イオンとなって固体電解質２１を外側に向かって伝導する。そして、この酸素イオンが水素極２３に到達すると雰囲気の水素含有ガスに含まれる水素と化学反応し、反応媒体２０の外側に水を生成する。
そして、この化学反応に伴い酸素極２２及び水素極２３のそれぞれに集積した異極の電荷は、導電性を有する熱膨張緩衝部材２４を経由して中和される。
【００２４】
ここで、固体電解質２１としては、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）等、ジルコニア(ＺｒＯ2)に種々の金属元素を添加して安定化させた材料が好適に用いられる。その他、ランタンガレート系、セリア添加サマリウム酸化物（ＳＤＣ）等も適用することができる。
また、酸素極２２としては、ランタン・ストロンチウム・マンガン酸化物（ＬＳＭ）、ランタン・ストロンチウム・コバルト酸化物（ＬＳＣ）といった金属酸化物、もしくは白金単体を適用することができる。
また、水素極２３としては、Ｎｉ＋ＹＳＺ、Ｎｉ＋ＳｃＳＺ、Ｎi＋ＳＤＣといったニッケル＋電解質材料の混合物、もしくはニッケルに代えて白金＋電解質材料の混合物を適用することができる。
【００２５】
他の実施例として図４に示される反応媒体２０は、その外側に、水素含有ガスに含まれる水素に反応して発熱する発熱媒体２５が設けられている。
この発熱媒体２５は、水素によって還元される酸化物に、この化学反応を促進させる触媒を担持させたもので構成される。
【００２６】
これによれば、雰囲気における水素含有ガスの水素濃度が上昇すると、触媒の働きによって発熱媒体２５に含まれる酸化物が水素含有ガス中の水素と反応し、そのときの反応熱によって固体電解質２１が昇温する。
【００２７】
例えば発熱媒体２５を構成する酸化物にＭｎＯ2を用いた場合、触媒としてＡｇ2Ｏ、Ａｇ−Ｍｎ、ＰｄＯ等を用いることができ、水素との化学反応は次式（１）のような発熱反応となる。
ＭｎＯ2＋Ｈ2→ ＭｎＯ＋Ｈ2Ｏ＋１０６．７ｋＪ／ｍｏｌ （１）
【００２８】
このように、固体電解質２１が昇温することによって、酸素イオンの伝導性が向上し、反応媒体２０の外側における水素酸化反応が活性化する。なお、発熱媒体２５に含まれる酸化物が全て消費されても、水素含有ガスの水素濃度が高いうちは、水素酸化反応が維持されて発熱反応が継続するために、反応媒体２０の活性が失われることがない。
【００２９】
つまり、図１に示される原子炉１が通常運転しているときは、原子炉格納容器２の内部雰囲気が低温であるために反応媒体２０は不活性状態にある。しかし、一旦、苛酷事故が発生して内部雰囲気の水素濃度が上昇すると、内部雰囲気に全く酸素が含まれていない場合であっても発熱媒体２５に含まれる酸化物が水素と反応して発熱する。この発熱をきっかけにして、反応媒体２０が活性化して、内部雰囲気の水素ガス濃度を低下させる水素酸化反応が開始される。
そして、内部雰囲気の水素ガス濃度が充分に低下すれば、水素酸化反応も停止して、反応媒体２０の内側に供給される酸素の消費も停止する。
【００３０】
（第２実施形態）
図５（Ａ）に示すように第２実施形態の水素除去装置１０は、ガス供給体３０において、櫛刃状に酸化性ガスの流路３３が形成され、この流路３３上に反応媒体２０Ａが配置されている。
なお、これ以降に説明する図面において既に説明した図面と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、詳細な説明を省略する。
図５（Ａ）のＢ−Ｂ断面である図５（Ｂ）に示すように、互いに隣接する流路３３の隙間３４が、反応媒体２０が配置される一方の面とその反対面とを貫通し、水素含有ガスが反応媒体２０の方向に導かれるようになっている。
【００３１】
（第３実施形態）
図６（Ａ）に示すように第３実施形態の水素除去装置１０は、反応媒体２０の内側に酸化性ガスの誘導管２６が配置されている。そして、図６（Ａ）の給入口３１及び排出口３７を通る概略縦断面である図６（Ｂ）に示すように、ガス供給体３０は、酸化性ガスを給入口３１から反応媒体２０の内側に導く往路３５と、反応媒体２０の内側から酸化性ガスを排出口３７に導く復路３６とを有する。
【００３２】
第３実施形態における酸化性ガスは、エア等のように酸素ガスを含む混合ガスを適用することができる。この酸化性ガスは、往路３５から誘導管２６を上昇してその先端に到達した後、折り返して反応媒体２０Ａの内側に沿って下降して復路３６を流れる。
【００３３】
このように、第３実施形態では、酸化性ガスは、反応媒体２０Ａの内側を流動しながら消費され、水素の酸化反応に関与しなかった残余ガスは、排出口３７から排出されることになる。これにより、酸化性ガスが、反応媒体２０Ａの内部に滞留することが無くなるために、経年使用に伴う水素処理能力の低下が防止される。
【００３４】
（第４実施形態）
図７（Ａ）に示すように第４実施形態の水素除去装置１０は、筒状の反応媒体２０Ｂの両端が、別体に構成されるガス供給体３０Ａ，３０Ｂのそれぞれに開口接続されている。そして、図７（Ａ）のＢ−Ｂ断面である図７（Ｂ）に示すように、反応媒体２０Ｂの一端が連通する往路３５と、その他端が連通する復路３６とが、それぞれ別体で構成されるガス供給体３０Ａ，３０Ｂに形成されている。
【００３５】
第４実施形態における酸化性ガスも、エア等のように酸素ガスを含む混合ガスを適用することができる。この酸化性ガスは、往路３５から反応媒体２０Ｂの一端に進入し、他端から復路３６に流れる。このように、酸化性ガスは、反応媒体２０Ｂを流動しながら消費され、水素の酸化反応に関与しなかった残余ガスは、排出口３７から排出されることになる。これにより、酸化性ガスが、反応媒体２０Ａの内部に滞留することが無くなるために、経年使用に伴う水素処理速度の低下が防止される。
【００３６】
（第５実施形態）
図８（Ａ）に示すように第５実施形態の水素除去装置１０は、反応媒体２０Ｃが、天地方向に延びた扁平断面を有している。つまり、中空薄板状の反応媒体２０Ｃの両端が、別体に構成されるガス供給体３０Ａ，３０Ｂのそれぞれに開口接続されている。そして、図８（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す図８（Ｂ）は、図７（Ｂ）と同じ態様となる。
【００３７】
第５実施形態のように薄板状の反応媒体２０Ｃが平行配置されることにより、天地方向におけるガス流動に対する圧力損失が低く設定される。このため反応媒体２０Ｃの表面において水素の酸化反応による発熱が生じると、熱浮力を駆動力とする自然対流が促進されることになる。
【００３８】
図９及び図１０を参照して、各実施形態に適用される酸化性ガス制御部４０の説明を行う。酸化性ガス制御部４０は、反応媒体２０の温度を計測する温度計測部４４と、反応媒体２０の計測温度が閾値に対し高くなったところで制御弁８を開放して酸化性ガスを供給し、閾値に対し低くなったところで制御弁８を閉止して前記供給を停止する弁制御部４６と、を備えている。
【００３９】
これにより、原子炉において苛酷事故が発生し、原子炉格納容器２の内部に水素が放出されると、格納容器２の内部に僅かながら初期に存在していた酸素や、水の放射線分解で生じた酸素が、固体電解質２１に担持されている水素酸化触媒の作用によって、水素と反応する。すると、反応熱によって反応媒体２０の温度が上昇したことを温度計測部４４で検知して、制御弁８が開放される。
【００４０】
そして、制御弁８が開放されると、酸化性ガスが水素除去装置１０に供給され、酸素極２２において選択的に酸素がイオン化され、固体電解質２１の内部を移動し、水素極２３に到達すると水素と反応し、水蒸気となって表面から脱離する。
水素との反応の際に、酸素イオンから電子が放出されるが、この電子は導電性の熱膨張緩衝部材２４を通って酸素極２２に戻され、酸素のイオン化に使用される。水素と酸素の反応により、反応熱が生じ、反応媒体２０及びガス供給体３０がそれぞれ熱膨張するが、熱膨張緩衝部材２４が熱膨張による変形を吸収する。
【００４１】
反応熱によって、カバー１１（図２）内に上昇流が形成され、反応後のガスは上部の排気口１２から自然に排出され、新たな水素含有ガスが下部の貫通孔３２から自然に供給される。そして、内部雰囲気の水素濃度が低下すると、反応媒体２０において反応熱が生じなくなるために、反応媒体２０の温度が低下して制御弁８が閉止されて、酸化性ガスの供給が停止する。
【００４２】
さらに酸化性ガス制御部４０は、水素含有ガスの水素濃度を検出する水素濃度検出部４３と、検出された水素濃度が閾値を超えたところで反応媒体２０の外側とその内側との間に電圧を付与する電圧付与部４１と、を備えている。
【００４３】
これにより、水素濃度検出部４３において雰囲気中の水素濃度の上昇を直接検出することによって、原子炉における苛酷事故の発生をいち早く検知する。そして、電圧付与部４１により反応媒体２０の外側とその内側との間に電圧を付与すると、ジュール熱により反応媒体２０の温度が上昇し触媒機能が活性化する。これにより、内部雰囲気中の水素の除去処理が即座に開始されるとともに水素の酸化反応が促進される。
【００４４】
さらに酸化性ガス制御部４０は、反応媒体２０の外側とその内側との電位差を検出する電圧検出部４５を備えている。そして、検出された電位差が閾値に対し低くなったところで弁制御部４６は、酸化性ガスの供給を停止する。
【００４５】
これにより、原子炉格納容器２の内部雰囲気の水素の除去処理が進行し、その水素濃度が低下すると水素酸化反応が低下し、反応媒体２０の外側と内側の電位差が小さくなる。この電位差の低下をトリガにして酸化性ガスの供給を停止することができる。なお、酸化性ガスの供給を停止しない場合であっても、水素濃度が低下すると反応媒体２０の活性が低下して酸素の透過は遮断されるので、内部雰囲気に供給酸素が混入することはない。
【００４６】
さらに酸化性ガス制御部４０は、反応媒体２０の外側とその内側との間に流れる電流値を一定に保持する定電流保持部４２を備えている。そして、反応媒体２０の外側とその内側との電位差が閾値に対し高くなったところで弁制御部４６は、酸化性ガスの供給を停止する。
【００４７】
つまり、格納容器２の内部雰囲気中の水素濃度が低下すると水素の酸化反応が低下し、反応媒体２０の温度が下がりイオン伝導性が低下して抵抗が増加する。このため、その外側と内側との間に一定電流を流すのに必要な電圧値が上昇し、検出された電位差の増加をトリガにして酸化性ガスの供給を停止することができる。
【００４８】
以上の説明のように、実施形態における水素除去装置１０においては、雰囲気中の水素濃度上昇を検知してから水素の除去処理を開始することができる。そして、雰囲気中の水素を酸化処理するのに必要な、酸化性ガスは、化学量論的に過不足なく供給されることになるので、内部雰囲気の酸素濃度を上昇させることがない。また、内部雰囲気における水素含有ガスは、反応熱を利用した自然対流で水素除去装置１０に送られるため、送気ファンなどの動的機器を必要としない。
【００４９】
本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、共通する技術思想の範囲内において、適宜変形して実施することができる。
例えば、実施形態において適用された酸化性ガスは、純酸素又はエアであるとしたが、イオン化して反応媒体２０を移動し、内部雰囲気中の水素に結合してこれを安定化させるガスであれば適宜使用できる。また、ガス供給体３０における貫通孔３２もしくは隙間３４又はカバー１１は必須の構成要素でなく、これらが無い構成であっても、水素含有ガスの反応媒体２０への誘導は可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１…原子炉、２…原子炉格納容器、３…炉心、４…原子炉圧力容器、５…ベント管、６…生体遮蔽壁、７…主蒸気管、８…制御弁、９…格納容器スプレイ、１０…水素除去装置、１１…カバー、１２…排気口、２０（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）…反応媒体、２１…固体電解質、２２…酸素極、２３…水素極、２４…熱膨張緩衝部材、２５…発熱媒体、２６…誘導管、３０（３０Ａ，３０Ｂ）…ガス供給体、３１…給入口、３２…貫通孔、３３…酸化性ガスの流路、３４…隙間、３５…往路、３６…復路、３７…排出口、４０…酸化性ガス制御部、４１…電圧付与部、４２…定電流保持部、４３…水素濃度検出部、４４…温度計測部、４５…電圧検出部、４６…弁制御部、Ｐ…サプレッションプール、Ｕ…上部ドライウェル、Ｗ…ウェットウェル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雰囲気に存在する水素を除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所における原子炉格納容器は、原子炉の万が一の事故に備えて、その内部に可燃性ガスの濃度制御システムを有している。仮に、主蒸気管等の一次冷却系配管が破断したとすると、高温・高圧の一次冷却材が放出され、原子炉格納容器内部の圧力・温度が急激に上昇することになる。
このような事象の下において、原子炉内で冷却材として使用される水は、放射線により水素ガスと酸素ガスに分解される。さらに、原子炉内の燃料被覆管の温度が上昇する場合には、水蒸気と燃料被覆管材料のジルコニウムとの間で反応が起こり（以下、Metal−Water反応という）、短時間で水素ガスが大量に発生する。
【０００３】
このようにして発生した水素ガスは、破断した配管の破断口等から冷却材と共に原子炉格納容器内に放出され、水素ガス濃度を上昇させるとともに内部圧力も上昇させる。このような状態を放置して、水素ガス濃度が４ｖｏｌ％かつ酸素濃度が５ｖｏｌ％以上に到達すると、可燃限界濃度を越えて、原子炉格納容器の内部は可燃状態となる。さらに、水素ガス濃度が上昇すると過剰反応の発生する可能性が高まる。
【０００４】
このような水素ガス濃度の上昇に対して原子力発電設備では、原子炉格納容器内の雰囲気を窒素ガスで置換して酸素濃度を低く維持する対策をとっている。これによれば、原子炉格納容器の内部雰囲気が可燃性になることを防止して安全性が確保される。
このように、原子炉格納容器内は窒素により不活性化されているため、Metal-Water反応によって水素が大量に発生した場合であっても、その内部雰囲気が直ちに可燃限界に達することはない。
【０００５】
しかし、大量の水素が発生したときには、原子炉格納容器の過圧要因になり得る。さらに、復旧作業によって事故が収束に向かった場合であっても、原子炉格納容器内に大量の水素が依然として残留することになり、内部雰囲気を外部環境に放出する以外、この大量水素を処理する手立てがない。
従って、苛酷事故が発生した場合、原子炉格納容器の内部雰囲気が可燃限界に到達することを防止することに加え、さらに過圧防護又は事故後の内部雰囲気を制御するために発生水素を除去する必要がある。
【０００６】
ところで、水素ガス濃度の上昇の抑制又は濃度を低下させる従来技術として、内部雰囲気に存在する水素ガスと酸素ガスを昇温操作や触媒作用により反応させて水に戻す技術がある。しかし、この技術ではMetal-Water反応によって酸素よりも化学量論的に過剰に発生した水素を除去することができない。
【０００７】
そこで、Metal-Water反応で発生した過剰の水素を効率的に除去するシステムとして、アンモニア合成手段によって窒素と水素を反応させて水素を除去する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、原子炉格納容器内の雰囲気を吸引し、化学量論的に不足している酸素を酸素ボンベ等によって補充して水素ガスを水に化学変化させ、残余ガスを原子炉格納容器内に戻す方法も提案されている（例えば、特許文献２，３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１６６９９６号公報
【特許文献２】特開平１０−２９３１９６号公報
【特許文献３】特開２００７−３３２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１の発明において、水素と窒素の反応触媒として典型的なＲｕ系触媒は、水蒸気によって活性が低下することが知られている。このため苛酷事故時に、原子炉格納容器の内部に存在する大量の水蒸気が、Ｒｕ系触媒層に直接導かれ、触媒活性が著しく損なわれるといった課題があった。
【００１０】
また、特許文献２，３の発明のように、化学量論的に不足する酸素を外部から酸素ボンベを用いて供給する場合は、水素濃度に見合う酸素量を水生成に過不足無く供給する必要があった。つまり、酸素の供給量が不足すると充分な水素濃度の低減効果が得られず、過剰であると未反応酸素が内部雰囲気に滞留し可燃性限界に到達する恐れがある。
このために、事故条件によって相違する水素濃度に応じて、雰囲気に供給する酸素量を調整しなければならない課題があった。
【００１１】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、雰囲気に存在する水素に対し、化学量論的に過不足なく酸素を供給し、水に化学変化させる水素除去技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
水素除去装置において、水素含有ガスに外側が晒されるとともに内側に供給される酸化性ガスにより前記水素含有ガス中の水素を酸化させる反応媒体と、前記酸化性ガスを前記反応媒体の内側に供給するガス供給体と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、雰囲気に存在する水素に対し、化学量論的に過不足なく酸素を供給し、水に化学変化させる水素除去技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用される沸騰水型原子炉の断面図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る水素除去装置の（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ断面図。
【図３】第１実施形態に係る水素除去装置に適用される反応媒体の断面図。
【図４】第１実施形態で適用される反応媒体の他の実施例を示す側面図。
【図５】第２実施形態に係る水素除去装置の（Ａ）斜視図、（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図６】第３実施形態に係る水素除去装置の（Ａ）斜視図、（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ（Ｂ´）−Ｂ（Ｂ´）概略断面図。
【図７】第４実施形態に係る水素除去装置の（Ａ）一部切欠斜視図、（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図８】第５実施形態に係る水素除去装置の（Ａ）一部切欠斜視図、（Ｂ）は図８（Ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図９】各実施形態に適用される酸化性ガス制御部のブロック図。
【図１０】酸化性ガス制御部と反応媒体との配線図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
図１を参照して、本発明に係る水素除去装置１０が適用される沸騰水型原子炉１を説明する。
原子炉格納容器２は、炉心３を内蔵する原子炉圧力容器４を格納する。この原子炉格納容器２は、原子炉圧力容器４を包囲する上部ドライウェルＵ、下部ドライウェルＬ及びウェットウェルＷより構成される。
【００１６】
このウェットウェルＷは、ベント管５を介して上部ドライウェルＵに連絡し、貯蔵水を蓄えるサプレッションプールＰが形成されている。また、原子炉圧力容器４の外側面は、生体遮蔽壁６により包囲されている。
さらに、上部ドライウェルＵとウェットウェルＷにそれぞれ１台ずつ水素除去装置１０が配置され、各水素除去装置１０は制御弁８を介して酸化性ガス導入手段（ボンベ、又はブロア；図示略）と配管で接続されている。
【００１７】
この原子炉圧力容器４に接続する主蒸気管７等の一次冷却系配管が万が一破断した場合、上部ドライウェルＵに高温・高圧の冷却材（水、水蒸気）が放出され、上部ドライウェルＵの圧力・温度が急激に上昇する。そして、この圧力・温度の上昇を抑制するために格納容器スプレイ９が動作する。
この上部ドライウェルＵに放出された高温・高圧の冷却材は、上部ドライウェルＵの気体と混合して、ベント管５を経由してサプレッションプールＰに蓄えられる貯蔵水で冷却される。このように、苛酷事故が発生して、原子炉圧力容器４から放出された熱エネルギーの多くは、このサプレッションプールＰ内の貯蔵水に吸収される。
【００１８】
そして、サプレッションプールＰに蓄積される貯蔵水が、非常用炉心冷却系（図示略）により原子炉圧力容器４に注入され、炉心３を冷却する。この注入された貯蔵水は、長期的には炉心３から崩壊熱を吸収し、破断した配管の破断口から上部ドライウェルＵに流出する。
このように、一次冷却系配管が破断するといった苛酷事故が万が一発生した場合は、上部ドライウェルＵの圧力・温度は常にウェットウェルＷよりも高い状態となり、ベント管５を経由して水蒸気とガスがウェットウェルＷに移動する。
【００１９】
そして、一次冷却材として使用される水は、放射線により水素ガスと酸素ガスに分解される。さらに、炉心３の燃料被覆管の温度が上昇する場合には、水蒸気と燃料被覆管材料のジルコニウムとの間でMetal−Water反応が起こり、短時間で水素ガスが大量に発生する。
このようにして発生した水素ガスは、破断した配管の破断口等から冷却材と共に原子炉格納容器２の内部に放出され、上部ドライウェルＵ及びウェットウェルＷにおける水素ガス濃度を上昇させるとともに内部圧力も上昇させる。すると、制御弁８が開放状態となり、酸化性ガスを水素除去装置１０に供給し、上昇した水素ガス濃度及び内部圧力を低下させる。
【００２０】
水素除去装置１０は、図２（Ａ）に示すように、水素含有ガスに外側が晒されるとともに内側に供給される酸化性ガスにより前記水素含有ガス中の水素を酸化する反応媒体２０と、前記酸化性ガスを反応媒体２０の内側に供給するガス供給体３０と、を備える。
これにより、水素含有ガスと酸化性ガスとは、反応媒体２０により隔離され、両者が直接接触することはない。そして、原子炉格納容器２の内部雰囲気に存在する水素を酸化するのに必要な酸素が、化学量論的に過不足なく供給される。なお、この場合、酸化性ガスは、純酸素を用いるのが好ましい。
【００２１】
さらに、水素除去装置１０には、酸化される前の水素含有ガスを下側から導いて、酸化した後の反応ガスを側方の排気口１２に導くカバー１１を備えている。
このカバー１１は、格納容器スプレイ９（図１）が動作したときに、反応媒体２０がスプレイ水を浴びて、その反応効率が低下することを防止する。さらに、反応媒体２０の反応熱により、上昇気流をカバー１１の内部に生じさせ、下側から新たな水素含有ガスを誘導する作用を発揮する。
【００２２】
図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面である図２（Ｂ）に示すように、反応媒体２０Ａは、筒状に構成される一端がガス供給体３０の一方の面に開口接続し、他端が封止されている。そして、ガス供給体３０の給入口３１から導入された酸化性ガスは、静圧状態で、反応媒体２０Ａの内側に供給される。
図２（Ａ）のＣ−Ｃ断面である図２（Ｃ）に示すように、ガス供給体３０は、反応媒体２０が配置される一方の面とその反対面とを貫通させた貫通孔３２が設けられている。この貫通孔３２は、水素含有ガスをガス供給体３０の下面側から反応媒体２０の外側に導くものである。
【００２３】
図３に示すように反応媒体２０は、酸素イオンを内側から外側に向かって伝導させる固体電解質２１から構成され、金属材質からなるガス供給体３０に対し、熱膨張緩衝部材２４を介して接続されている。
固体電解質２１の内側表面には酸素極２２が設けられ、外側表面には水素極２３が設けられている。反応媒体２０の内側に導入された酸化性ガスは、酸素ガスが選択的に酸素極２２を透過し、酸素イオンとなって固体電解質２１を外側に向かって伝導する。そして、この酸素イオンが水素極２３に到達すると雰囲気の水素含有ガスに含まれる水素と化学反応し、反応媒体２０の外側に水を生成する。
そして、この化学反応に伴い酸素極２２及び水素極２３のそれぞれに集積した異極の電荷は、導電性を有する熱膨張緩衝部材２４を経由して中和される。
【００２４】
ここで、固体電解質２１としては、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）等、ジルコニア(ＺｒＯ2)に種々の金属元素を添加して安定化させた材料が好適に用いられる。その他、ランタンガレート系、セリア添加サマリウム酸化物（ＳＤＣ）等も適用することができる。
また、酸素極２２としては、ランタン・ストロンチウム・マンガン酸化物（ＬＳＭ）、ランタン・ストロンチウム・コバルト酸化物（ＬＳＣ）といった金属酸化物、もしくは白金単体を適用することができる。
また、水素極２３としては、Ｎｉ＋ＹＳＺ、Ｎｉ＋ＳｃＳＺ、Ｎi＋ＳＤＣといったニッケル＋電解質材料の混合物、もしくはニッケルに代えて白金＋電解質材料の混合物を適用することができる。
【００２５】
他の実施例として図４に示される反応媒体２０は、その外側に、水素含有ガスに含まれる水素に反応して発熱する発熱媒体２５が設けられている。
この発熱媒体２５は、水素によって還元される酸化物に、この化学反応を促進させる触媒を担持させたもので構成される。
【００２６】
これによれば、雰囲気における水素含有ガスの水素濃度が上昇すると、触媒の働きによって発熱媒体２５に含まれる酸化物が水素含有ガス中の水素と反応し、そのときの反応熱によって固体電解質２１が昇温する。
【００２７】
例えば発熱媒体２５を構成する酸化物にＭｎＯ2を用いた場合、触媒としてＡｇ2Ｏ、Ａｇ−Ｍｎ、ＰｄＯ等を用いることができ、水素との化学反応は次式（１）のような発熱反応となる。
ＭｎＯ2＋Ｈ2→ ＭｎＯ＋Ｈ2Ｏ＋１０６．７ｋＪ／ｍｏｌ （１）
【００２８】
このように、固体電解質２１が昇温することによって、酸素イオンの伝導性が向上し、反応媒体２０の外側における水素酸化反応が活性化する。なお、発熱媒体２５に含まれる酸化物が全て消費されても、水素含有ガスの水素濃度が高いうちは、水素酸化反応が維持されて発熱反応が継続するために、反応媒体２０の活性が失われることがない。
【００２９】
つまり、図１に示される原子炉１が通常運転しているときは、原子炉格納容器２の内部雰囲気が低温であるために反応媒体２０は不活性状態にある。しかし、一旦、苛酷事故が発生して内部雰囲気の水素濃度が上昇すると、内部雰囲気に全く酸素が含まれていない場合であっても発熱媒体２５に含まれる酸化物が水素と反応して発熱する。この発熱をきっかけにして、反応媒体２０が活性化して、内部雰囲気の水素ガス濃度を低下させる水素酸化反応が開始される。
そして、内部雰囲気の水素ガス濃度が充分に低下すれば、水素酸化反応も停止して、反応媒体２０の内側に供給される酸素の消費も停止する。
【００３０】
（第２実施形態）
図５（Ａ）に示すように第２実施形態の水素除去装置１０は、ガス供給体３０において、櫛刃状に酸化性ガスの流路３３が形成され、この流路３３上に反応媒体２０Ａが配置されている。
なお、これ以降に説明する図面において既に説明した図面と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、詳細な説明を省略する。
図５（Ａ）のＢ−Ｂ断面である図５（Ｂ）に示すように、互いに隣接する流路３３の隙間３４が、反応媒体２０が配置される一方の面とその反対面とを貫通し、水素含有ガスが反応媒体２０の方向に導かれるようになっている。
【００３１】
（第３実施形態）
図６（Ａ）に示すように第３実施形態の水素除去装置１０は、反応媒体２０の内側に酸化性ガスの誘導管２６が配置されている。そして、図６（Ａ）の給入口３１及び排出口３７を通る概略縦断面である図６（Ｂ）に示すように、ガス供給体３０は、酸化性ガスを給入口３１から反応媒体２０の内側に導く往路３５と、反応媒体２０の内側から酸化性ガスを排出口３７に導く復路３６とを有する。
【００３２】
第３実施形態における酸化性ガスは、エア等のように酸素ガスを含む混合ガスを適用することができる。この酸化性ガスは、往路３５から誘導管２６を上昇してその先端に到達した後、折り返して反応媒体２０Ａの内側に沿って下降して復路３６を流れる。
【００３３】
このように、第３実施形態では、酸化性ガスは、反応媒体２０Ａの内側を流動しながら消費され、水素の酸化反応に関与しなかった残余ガスは、排出口３７から排出されることになる。これにより、酸化性ガスが、反応媒体２０Ａの内部に滞留することが無くなるために、経年使用に伴う水素処理能力の低下が防止される。
【００３４】
（第４実施形態）
図７（Ａ）に示すように第４実施形態の水素除去装置１０は、筒状の反応媒体２０Ｂの両端が、別体に構成されるガス供給体３０Ａ，３０Ｂのそれぞれに開口接続されている。そして、図７（Ａ）のＢ−Ｂ断面である図７（Ｂ）に示すように、反応媒体２０Ｂの一端が連通する往路３５と、その他端が連通する復路３６とが、それぞれ別体で構成されるガス供給体３０Ａ，３０Ｂに形成されている。
【００３５】
第４実施形態における酸化性ガスも、エア等のように酸素ガスを含む混合ガスを適用することができる。この酸化性ガスは、往路３５から反応媒体２０Ｂの一端に進入し、他端から復路３６に流れる。このように、酸化性ガスは、反応媒体２０Ｂを流動しながら消費され、水素の酸化反応に関与しなかった残余ガスは、排出口３７から排出されることになる。これにより、酸化性ガスが、反応媒体２０Ａの内部に滞留することが無くなるために、経年使用に伴う水素処理速度の低下が防止される。
【００３６】
（第５実施形態）
図８（Ａ）に示すように第５実施形態の水素除去装置１０は、反応媒体２０Ｃが、天地方向に延びた扁平断面を有している。つまり、中空薄板状の反応媒体２０Ｃの両端が、別体に構成されるガス供給体３０Ａ，３０Ｂのそれぞれに開口接続されている。そして、図８（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す図８（Ｂ）は、図７（Ｂ）と同じ態様となる。
【００３７】
第５実施形態のように薄板状の反応媒体２０Ｃが平行配置されることにより、天地方向におけるガス流動に対する圧力損失が低く設定される。このため反応媒体２０Ｃの表面において水素の酸化反応による発熱が生じると、熱浮力を駆動力とする自然対流が促進されることになる。
【００３８】
図９及び図１０を参照して、各実施形態に適用される酸化性ガス制御部４０の説明を行う。酸化性ガス制御部４０は、反応媒体２０の温度を計測する温度計測部４４と、反応媒体２０の計測温度が閾値に対し高くなったところで制御弁８を開放して酸化性ガスを供給し、閾値に対し低くなったところで制御弁８を閉止して前記供給を停止する弁制御部４６と、を備えている。
【００３９】
これにより、原子炉において苛酷事故が発生し、原子炉格納容器２の内部に水素が放出されると、格納容器２の内部に僅かながら初期に存在していた酸素や、水の放射線分解で生じた酸素が、固体電解質２１に担持されている水素酸化触媒の作用によって、水素と反応する。すると、反応熱によって反応媒体２０の温度が上昇したことを温度計測部４４で検知して、制御弁８が開放される。
【００４０】
そして、制御弁８が開放されると、酸化性ガスが水素除去装置１０に供給され、酸素極２２において選択的に酸素がイオン化され、固体電解質２１の内部を移動し、水素極２３に到達すると水素と反応し、水蒸気となって表面から脱離する。
水素との反応の際に、酸素イオンから電子が放出されるが、この電子は導電性の熱膨張緩衝部材２４を通って酸素極２２に戻され、酸素のイオン化に使用される。水素と酸素の反応により、反応熱が生じ、反応媒体２０及びガス供給体３０がそれぞれ熱膨張するが、熱膨張緩衝部材２４が熱膨張による変形を吸収する。
【００４１】
反応熱によって、カバー１１（図２）内に上昇流が形成され、反応後のガスは上部の排気口１２から自然に排出され、新たな水素含有ガスが下部の貫通孔３２から自然に供給される。そして、内部雰囲気の水素濃度が低下すると、反応媒体２０において反応熱が生じなくなるために、反応媒体２０の温度が低下して制御弁８が閉止されて、酸化性ガスの供給が停止する。
【００４２】
さらに酸化性ガス制御部４０は、水素含有ガスの水素濃度を検出する水素濃度検出部４３と、検出された水素濃度が閾値を超えたところで反応媒体２０の外側とその内側との間に電圧を付与する電圧付与部４１と、を備えている。
【００４３】
これにより、水素濃度検出部４３において雰囲気中の水素濃度の上昇を直接検出することによって、原子炉における苛酷事故の発生をいち早く検知する。そして、電圧付与部４１により反応媒体２０の外側とその内側との間に電圧を付与すると、ジュール熱により反応媒体２０の温度が上昇し触媒機能が活性化する。これにより、内部雰囲気中の水素の除去処理が即座に開始されるとともに水素の酸化反応が促進される。
【００４４】
さらに酸化性ガス制御部４０は、反応媒体２０の外側とその内側との電位差を検出する電圧検出部４５を備えている。そして、検出された電位差が閾値に対し低くなったところで弁制御部４６は、酸化性ガスの供給を停止する。
【００４５】
これにより、原子炉格納容器２の内部雰囲気の水素の除去処理が進行し、その水素濃度が低下すると水素酸化反応が低下し、反応媒体２０の外側と内側の電位差が小さくなる。この電位差の低下をトリガにして酸化性ガスの供給を停止することができる。なお、酸化性ガスの供給を停止しない場合であっても、水素濃度が低下すると反応媒体２０の活性が低下して酸素の透過は遮断されるので、内部雰囲気に供給酸素が混入することはない。
【００４６】
さらに酸化性ガス制御部４０は、反応媒体２０の外側とその内側との間に流れる電流値を一定に保持する定電流保持部４２を備えている。そして、反応媒体２０の外側とその内側との電位差が閾値に対し高くなったところで弁制御部４６は、酸化性ガスの供給を停止する。
【００４７】
つまり、格納容器２の内部雰囲気中の水素濃度が低下すると水素の酸化反応が低下し、反応媒体２０の温度が下がりイオン伝導性が低下して抵抗が増加する。このため、その外側と内側との間に一定電流を流すのに必要な電圧値が上昇し、検出された電位差の増加をトリガにして酸化性ガスの供給を停止することができる。
【００４８】
以上の説明のように、実施形態における水素除去装置１０においては、雰囲気中の水素濃度上昇を検知してから水素の除去処理を開始することができる。そして、雰囲気中の水素を酸化処理するのに必要な、酸化性ガスは、化学量論的に過不足なく供給されることになるので、内部雰囲気の酸素濃度を上昇させることがない。また、内部雰囲気における水素含有ガスは、反応熱を利用した自然対流で水素除去装置１０に送られるため、送気ファンなどの動的機器を必要としない。
【００４９】
本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、共通する技術思想の範囲内において、適宜変形して実施することができる。
例えば、実施形態において適用された酸化性ガスは、純酸素又はエアであるとしたが、イオン化して反応媒体２０を移動し、内部雰囲気中の水素に結合してこれを安定化させるガスであれば適宜使用できる。また、ガス供給体３０における貫通孔３２もしくは隙間３４又はカバー１１は必須の構成要素でなく、これらが無い構成であっても、水素含有ガスの反応媒体２０への誘導は可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１…原子炉、２…原子炉格納容器、３…炉心、４…原子炉圧力容器、５…ベント管、６…生体遮蔽壁、７…主蒸気管、８…制御弁、９…格納容器スプレイ、１０…水素除去装置、１１…カバー、１２…排気口、２０（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）…反応媒体、２１…固体電解質、２２…酸素極、２３…水素極、２４…熱膨張緩衝部材、２５…発熱媒体、２６…誘導管、３０（３０Ａ，３０Ｂ）…ガス供給体、３１…給入口、３２…貫通孔、３３…酸化性ガスの流路、３４…隙間、３５…往路、３６…復路、３７…排出口、４０…酸化性ガス制御部、４１…電圧付与部、４２…定電流保持部、４３…水素濃度検出部、４４…温度計測部、４５…電圧検出部、４６…弁制御部、Ｐ…サプレッションプール、Ｕ…上部ドライウェル、Ｗ…ウェットウェル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素含有ガスに外側が晒されるとともに内側に供給される酸化性ガスにより前記水素含有ガス中の水素を酸化させる反応媒体と、
前記酸化性ガスを前記反応媒体の内側に供給するガス供給体と、を備えることを特徴とする水素除去装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水素除去装置において、
原子炉格納容器に内部配置されるとともに、前記酸化される前の前記水素含有ガスを下側から導いて、前記酸化した後の反応ガスを側方に導くカバーを備えることを特徴とする水素除去装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の水素除去装置において、
前記反応媒体は、筒状に構成される一端が前記ガス供給体の一方の面に開口接続することを特徴とする水素除去装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
前記反応媒体は、酸素イオンを内側から外側に向かって伝導させる固体電解質から構成され、金属材質からなる前記ガス供給体に対し、熱膨張緩衝部材を介して接続されることを特徴とする水素除去装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
前記ガス供給体は、前記反応媒体が配置される一方の面とその反対面とが貫通し、前記水素含有ガスが前記反対面から前記反応媒体の外側に導かれることを特徴とする水素除去装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
前記反応媒体の外側には、前記水素含有ガスに含まれる水素に反応して発熱する発熱媒体が設けられていることを特徴とする水素除去装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
前記ガス供給体は、櫛刃状に前記酸化性ガスの流路が形成され、この流路上に前記反応媒体が配置されることを特徴とする水素除去装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
前記ガス供給体は、前記酸化性ガスを給入口から前記反応媒体の内側に導く往路と、前記反応媒体の内側から前記酸化性ガスを排出口に導く復路とを有することを特徴とする水素除去装置。
【請求項９】
請求項８に記載の水素除去装置において、
前記ガス供給体は、筒状の前記反応媒体の一端が連通する前記往路と、その他端が連通する前記復路とが、それぞれ別体で構成されることを特徴とする水素除去装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の水素除去装置において、
前記筒状の前記反応媒体は、天地方向に延びた扁平断面を有することを特徴とする水素除去装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
前記反応媒体の温度を計測する温度計測部と、
前記反応媒体の計測温度が閾値に対し高くなったところで前記酸化性ガスを供給し、閾値に対し低くなったところで前記供給を停止する制御弁と、を備えることを特徴とする水素除去装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
水素含有ガスの水素濃度を検出する水素濃度検出部と、
前記検出された水素濃度が閾値を超えたところで前記反応媒体の外側とその内側との間に電圧を付与する電圧付与部と、を備えることを特徴とする水素除去装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
前記反応媒体の外側とその内側との電位差を検出する電圧検出部と、
前記電位差が閾値に対し低くなったところで前記酸化性ガスの供給を停止する制御弁と、を備えることを特徴とする水素除去装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
前記反応媒体の外側とその内側との間に流れる電流値を一定に保持する定電流保持部と、
前記反応媒体の外側とその内側との電位差が閾値に対し高くなったところで前記酸化性ガスの供給を停止する制御弁と、を備えることを特徴とする水素除去装置。
【請求項１５】
水素含有ガスに反応媒体の外側が晒されるステップと、
前記反応媒体の内側に前記酸化性ガスが供給されるステップと、
前記酸化性ガスにより前記水素含有ガス中の水素が酸化されるステップと、を含むことを特徴とする水素除去方法。
【請求項１】
水素含有ガスに外側が晒されるとともに内側に供給される酸化性ガスにより前記水素含有ガス中の水素を酸化させる反応媒体と、
前記酸化性ガスを前記反応媒体の内側に供給するガス供給体と、を備えることを特徴とする水素除去装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水素除去装置において、
原子炉格納容器に内部配置されるとともに、前記酸化される前の前記水素含有ガスを下側から導いて、前記酸化した後の反応ガスを側方に導くカバーを備えることを特徴とする水素除去装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の水素除去装置において、
前記反応媒体は、筒状に構成される一端が前記ガス供給体の一方の面に開口接続することを特徴とする水素除去装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
前記反応媒体は、酸素イオンを内側から外側に向かって伝導させる固体電解質から構成され、金属材質からなる前記ガス供給体に対し、熱膨張緩衝部材を介して接続されることを特徴とする水素除去装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
前記ガス供給体は、前記反応媒体が配置される一方の面とその反対面とが貫通し、前記水素含有ガスが前記反対面から前記反応媒体の外側に導かれることを特徴とする水素除去装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
前記反応媒体の外側には、前記水素含有ガスに含まれる水素に反応して発熱する発熱媒体が設けられていることを特徴とする水素除去装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
前記ガス供給体は、櫛刃状に前記酸化性ガスの流路が形成され、この流路上に前記反応媒体が配置されることを特徴とする水素除去装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
前記ガス供給体は、前記酸化性ガスを給入口から前記反応媒体の内側に導く往路と、前記反応媒体の内側から前記酸化性ガスを排出口に導く復路とを有することを特徴とする水素除去装置。
【請求項９】
請求項８に記載の水素除去装置において、
前記ガス供給体は、筒状の前記反応媒体の一端が連通する前記往路と、その他端が連通する前記復路とが、それぞれ別体で構成されることを特徴とする水素除去装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の水素除去装置において、
前記筒状の前記反応媒体は、天地方向に延びた扁平断面を有することを特徴とする水素除去装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
前記反応媒体の温度を計測する温度計測部と、
前記反応媒体の計測温度が閾値に対し高くなったところで前記酸化性ガスを供給し、閾値に対し低くなったところで前記供給を停止する制御弁と、を備えることを特徴とする水素除去装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
水素含有ガスの水素濃度を検出する水素濃度検出部と、
前記検出された水素濃度が閾値を超えたところで前記反応媒体の外側とその内側との間に電圧を付与する電圧付与部と、を備えることを特徴とする水素除去装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
前記反応媒体の外側とその内側との電位差を検出する電圧検出部と、
前記電位差が閾値に対し低くなったところで前記酸化性ガスの供給を停止する制御弁と、を備えることを特徴とする水素除去装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の水素除去装置において、
前記反応媒体の外側とその内側との間に流れる電流値を一定に保持する定電流保持部と、
前記反応媒体の外側とその内側との電位差が閾値に対し高くなったところで前記酸化性ガスの供給を停止する制御弁と、を備えることを特徴とする水素除去装置。
【請求項１５】
水素含有ガスに反応媒体の外側が晒されるステップと、
前記反応媒体の内側に前記酸化性ガスが供給されるステップと、
前記酸化性ガスにより前記水素含有ガス中の水素が酸化されるステップと、を含むことを特徴とする水素除去方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−８３２２６（Ｐ２０１２−８３２２６Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２９９４４（Ｐ２０１０−２２９９４４）
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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