УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАССИВНОЙ ИНЕРТИЗАЦИИ ГАЗОВОЙ СМЕСИ В ЗАЩИТНОМ РЕЗЕРВУАРЕ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Российский патент 1999 года по МПК G21C9/06 

Изобретение относится к устройству для предотвращения возникновения воспламеняющейся смеси из водорода и кислорода в защитном резервуаре атомной электростанции в случае аварии, связанной с высвобождением водорода при одновременном повышении температуры.

Различного рода химические процессы во время возникновения тяжелой аварии на атомной электростанции приводят к образованию водорода. Таким образом, в защитном резервуаре могут образовываться горючие газовые смеси. Более длительное высвобождение и обогащение водородом может приводить к способным взрываться газовым смесям. Это означает повышенную угрозу целостности защитного резервуара, последнего барьера для аккумуляции продуктов распада. (Понятие "защитный резервуар" здесь является родовым понятием для всех объемов, в которых может возникать описанная проблема и где ее нужно решать).

Во избежание опасности, исходящей от такой, способной взрываться газовой смеси, известны меры, которые направлены на устранение водорода в объемах защитного резервуара. Эти меры охватывают использование детонаторов, а также каталитическую рекомбинацию водорода с присутствующим в защитном резервуаре кислородом с образованием воды (например, европейский патент EP-A-0303144).

В частности, использование каталитических рекомбинаторов, которые между тем известны в различных исполнениях (европейский патент EP-A-0416143; патент ФРГ DE-A-3604416; европейский патент EP-A-0303144; патент ФРГ DE-A-4003833), кажется многообещающим, хотя по нижеследующим причинам также недостаточным для предотвращения полностью опасности дефлаграции (сгорания взрывчатых веществ без взрыва) или вообще взрыва.

В зависимости от паросодержания атмосферы внутри объемов защитного резервуара предел дефлаграции может достигаться уже при локальной концентрации водорода выше 4%. Известно, что пар действует инертизирующе, т.е., что при повышенном паросодержании предел дефлаграции достигается лишь при более высоких концентрациях водорода. Из исследований на моделях известно, что с началом аварии за счет расплавления ядра прежде всего высвобождается пар, в то время как водород образуется лишь с известным замедлением. Состав газовой смеси в различных объемах защитного резервуара, однако, может быть очень различен и постоянно меняться во время дальнейшего протекания процесса после начала аварии.

Скорость реакции каталитических рекомбинаторов (катализаторов) экспоненциально увеличивается с температурой. Катализаторы нагреваются вплоть до достижения равновесия между образующимся теплом и отводимым теплом. Лишь при достижении более высоких температур катализатора ускоряется уменьшение количества водорода, и проистекающая от повышения температуры конвекция приводит к смешению с окружающей атмосферой.

Когда подача водорода внутрь пространства протекает быстрее, чем его уничтожение за счет каталитической рекомбинации, то в газовой смеси образуется повышенная концентрация. Имеющееся прежде всего, необязательно в равной мере во всех пространствах защитного резервуара, паросодержание при дальнейшем протекании (процесса) уменьшается за счет конденсации на холодных стенках, вследствие чего также снижается его инертизирующее действие.

Так называемая "ширина камеры (элемента) детонации" {Detonations-Zellenwiete} образует меру прогрессирования детонации (взрыва) и одновременно чувствительности газовой смеси к детонации. Чем меньше "ширина камеры", тем больше взрывная способность газовой смеси. Известно, что разбавление содержащей водород газовой смеси с помощью пара и еще более с помощью CO₂ вызывает увеличение "ширины камеры детонации".

Это имеет значение как для низких, так и также для более высоких температур. Для газовой смеси при 100^oC со стехиометрическим составом за счет добавки 10 или 20 объем. % CO₂ "ширина камеры детонации" увеличивается, например, в 5 или 34 раза (4- или 5-кратно в случае пара), по сравнению с таковой без добавки CO₂ (пар). О воздействии одновременного разбавления газовой смеси как с помощью пара, так и с помощью CO₂, до сих пор нет никаких сведений. Однако можно исходить из того, что влияние по меньшей мере аддитивное.

За счет повышения температуры, а также давления уменьшается "ширина камеры детонации" газовой смеси одинакового состава. Во время аварийной ситуации в объемах защитного резервуара преобладает температура около 100^oC. В противоположность этому, в непосредственной близости от холодной бетонной стенки может быть отчетливо более низкая температура газовой смеси. Это вызывает увеличение "ширины камеры детонации". Одновременно, однако, за счет снижения паросодержания на основании конденсации имеет место склонность к уменьшению "ширины камеры детонации" газовой смеси. В качестве прототипа рассматривается публикация "Nuclear Safety", 32, N 3, июль-сентябрь 1991, стр. 380-386, из которой известно использование инертизирующего действия CO₂ для избежания опасности взрыва во время аварийной ситуации в защитном резервуаре. При этом проводят различие между так называемой прединертизацией и так называемой послеинертизацией. При прединертизации пространства защитного резервуара атомной электростанции сначала заполняются азотом (N₂), так что при наступлении аварии не существует никакого кислорода, образующего с выделяющимся затем водородом способную взрываться смесь. Такая прединертизация, однако, связана с такими практическими проблемами, что ей нельзя придавать никакого реального значения. Следует упомянуть только проблематику доступности содержащего чистую азотную атмосферу защитного резервуара во время нормального функционирования.

Под "послеинертизацией" понимают создаваемую лишь при наступлении аварии подачу жидкого CO₂ в защитный резервуар. Эта послеинертизация представляет собой активную меру защиты, которая уже поэтому малореалистичная. "Активная" означает, что должно быть устройство, которое распознает факт аварии и активирует введение CO₂. Каждая активная мера страдает тем, что никогда на 100% нельзя полагаться на то, что эта мера в случае реальной опасности будет функционировать также на самом деле.

Сверх того, с подачей холодного CO₂ с температурой -78^oC также связаны значительные проблемы. Эта подача холодного газа вызывает, во-первых, значительно усиленную конденсацию находящегося в защитном резервуаре пара и снижает его инертизирующее действие. Сверх того, эта подача в силу необходимости связана с более поздним повышением давления, которое, как указывалось выше, понижает "ширину камеры детонации". Наконец, очень не небезопасно, как сказываются связанные с подачей холодного газа низкие температуры на зависящих от техники безопасности компонентах в защитном резервуаре.

Если, следовательно, каталитические рекомбинаторы, в случае которых речь идет о пассивных предохранительных устройствах, непременно представляют собой устройства, которые за счет уменьшения количества водорода могут существенно способствовать обезвреживанию описанной аварийной ситуации, однако, без по возможности полного устранения опасности, то принимаемые в расчет до сих пор возможности пред- и послеинертизации являются непригодными для использования на практике.

Задачей настоящего изобретения является разработка устройства указанного вначале рода, которое в аварийном случае вызывает инертизацию атмосферы в защитном резервуаре, не имеющую проблем описанных пред- и послеинертизации.

Эта задача согласно изобретению решается с помощью устройства по п. 1 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты исполнения изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.

С помощью изобретения найдена возможность пассивной, без всякой вспомогательной энергии, инертизации. Для этой пассивной инертизации используются химические вещества в качестве инертизирующих веществ, которые, инициируя за счет наступающего при аварии повышения температуры, выделяют в защитный резервуар инертизирующий газ или газовую смесь, например, CO₂ и/или водяной пар. При этом речь может идти о двух различного рода химических веществах, которые при достижении определенной температуры (реакционной температуры) можно вводить во взаимодействие друг с другом, или о веществах, которые при достижении определенной реакционной температуры разлагаются с выделением инертизирующего газа или газовой смеси.

Первый из вышеуказанных случаев включает вещества, которые, когда они вступают в контакт друг с другом, могут реагировать друг с другом также уже при температурах, которые намного ниже, чем температуры, рассматриваемые в настоящем случае как реакционная температура. Такие вещества, естественно, могут вступать в контакт друг с другом лишь при наступлении аварии. Также это может осуществляться, однако, пассивным образом, например, с помощью разделяющей вещества друг от друга мембраны, которая при достижении желательной температуры реакции разжижается или другим образом высвобождает прямой контакт реагирующих друг с другом химических веществ.

В качестве примеров веществ, которые при достижении определенной температуры могут вступать во взаимодействие друг с другом, чтобы высвободить инертизирующей газ или газовую смесь (здесь CO₂ и водяной пар), следует назвать бикарбонат кальция в сочетании с соляной кислотой и перманганат калия в сочетании со смесью щавелевой и небольшого количества серной кислоты.

В качестве инертизирующих веществ, которые при достижении определенных температур разлагаются с выделением CO₂ и/или водяного пара и могут применяться для целей настоящего изобретения, пригодны, например, следующие соединения:
Цинковый шпат (ZnCO₃) существует в форме белого порошка с плотностью примерно 4 г/см³. Соединение имеет температуру разложения 300^oC, при которой выделяется газообразный CO₂. Доля CO₂, в расчете на молекулярный на молекулярный вес этого соединения, составляет 49%. После реакции остается оксид цинка (ZnO) в качестве продукта реакции, который имеет высокую температуру плавления, равную 1260^oC.

Оксалат железа - (II) (FeC₂O₄ • 2H₂O) существует в виде желтоватых кристаллов с плотностью примерно 2 г/см³. При температуре 190^oC это соединение разлагается на FeO + CO₂ + CO + 2H₂O. В расчете на молекулярный вес этого соединения доля CO₂ составляет 25% и доля кристаллизационной воды составляет 20%. Это означает, что из 100 г этого соединения при 190^oC могут выделиться 25 г CO₂ и 20 г пара для инертизации. Остающийся после разложения FeO реагирует с имеющимся кислородом воздуха и переходит в более высокую форму окисления. Это имеет дополнительное преимущество для снижения парциального давления кислорода внутри защитного резервуара, что, со своей стороны, способствует инертизации.

Карбонат железа - (II) (FeCO₃), который находится в природе в виде сидерита, разлагается примерно при 300^oC на оксид железа-(II) (FeO) и диоксид углерода (CO₂). Доля CO₂ в расчете на молекулярный вес соединения, составляет 38% Также в этом случае образующийся при разложении оксид железа реагирует с имеющимся кислородом из атмосферы защитного резервуара.

Бура (Na₂B₄O₇ • 10H₂O) в природе встречается под название тинкал. В чистом состоянии бура образует крупные, бесцветные, прозрачные, выветривающиеся на поверхности сухим воздухом кристаллы, которые при нагревании при 350-400^oC переходят в безводный Na₂B₄O₇ с температурой плавления 878^oC. Доля кристаллизационной воды, в расчете на молекулярный вес, составляет 47%.

Калиевые квасцы (KAl(SO₄)₂ • 12H₂O) встречаются в природе. Из двенадцати молекул воды шесть находятся в рыхлой связи с калием, другие шесть в жесткой связи с алюминием. Это означает, что при достижении, температуры 100^oC прежде всего половина и позднее при более высоких температурах остальная часть кристаллизационной воды высвобождается в виде пара. Доля кристаллизационной воды, в расчете на молекулярный вес, составляет 45,5%.

Соединение [Mg(MgCO₃)₄] (OH)₂ • 5H₂O существует в виде белого порошка и известно в промышленности как "Magnesia alba" или "Magnesia karbonika".

Доля CO₂ и H₂O, в расчете на молекулярный вес этого соединения, составляет 51% или, соответственно, 23%.

Использование согласно изобретению инертизирующих элементов помимо прочих дает следующие существенные преимущества:
- инертизация полностью пассивна, т.е. не нужен никакой источник дополнительной энергии, который по возможности может приниматься в расчет в случае аварии;
- инертизация происходит лишь тогда, когда она необходима, т.е. во время нормального функционирования реактора никоим образом на ограничивается доступ в защищенное согласно изобретению пространство;
- путем выбора количества и рода инертизирующих веществ с соответствующей им реакционной температурой, в зависимости от ожидаемого количества выделяющегося водорода, можно достигать инертизации непосредственно в том размере, который необходим для избежания дефлаграции или детонации;
- соответственно необходимости управляемая инертизация не вызывает никакого чрезмерного повышения давления;
- после первоначальной инертизации одновременно могут работать имеющиеся каталитические рекомбинаторы при более высоких температурах и таким образом эффективнее, причем эта высокая температура не представляет опасности.

Предлагаемая согласно изобретению пассивная инертизация используется, как правило, дополнительно, к применению каталитических рекомбинаторов. Согласно предпочтительному варианту осуществления, путем использования взаимного влияния обеих мер достигаются дополнительные преимущества.

Как уже упоминалось вначале, используемые в качестве каталитических рекомбинаторов катализаторы нагреваются по причине экзотермической реакции. Если используемые согласно изобретению химические вещества расположены вблизи места расположения катализатора, то выделяющаяся от последнего теплота может использоваться для осуществления желательной реакции, соответственно, разложения, т. е. при выборе химических веществ не ограничиваются такими, температура реакции которых для реакции или разложения лежит в области 100^oC. В особенности также можно использовать различные, вещества с различными реакционными температурами, чтобы таким образом достигать пассивного инертизирующего действия, протекающего ступенчато во времени соответственно повышению температуры.

Расположение веществ вблизи катализаторов имеет дальнейшее преимущество быстрого смешения выделяющегося CO₂ и/или пара с окружающей атмосферой, а именно на основании конвекционных потоков, вызываемых нагретыv катализатором.

Выделяющееся катализаторами тепло, следовательно, с большим преимуществом может использоваться для пассивной инертизации. С другой стороны, связанный с этим отвод тепла предотвращает слишком высокое повышение температуры катализаторов, которое в противном случае может приводить к воспламенению газовой смеси.

Примеры осуществления изобретения поясняются подробнее ниже, руководствуясь прилагаемыми схематическими рисунками. На них показано:
фиг. 1a: вид спереди пластины-канализатора, оснащенной дополнительно инертизирующими элементами согласно изобретению;
фиг. 1b: вид сбоку на пластину-катализатор в направлении стрелки B на фиг. 1a;
фиг. 1c: часть вида сбоку на пластину-катализатор в направлении стрелки C на фиг. 1a;
фиг. 2: увеличенное подробное изображение участка маркированной фиг. 1c с помощью символа "П" части пластины-катализатора;
фиг. 3: соответствующий фиг. 2 вид для пояснения измененной формы осуществления;
фиг. 4: другая форма выполнения катализаторного устройства с инертизирующим элементом;
фиг. 5 и фиг. 6: диаграммы для пояснения инертизирующего действия различных, используемых в рамках изобретения веществ; и
фиг. 7: чисто схематическое изображение другой формы выполнения изобретения.

Изобретение описывается ниже с помощью примеров осуществления, в которых инертизирующие элементы скомбинированы с катализаторным устройством в блок защиты. Здесь следует еще раз подчеркнуть, что это соединение катализаторного устройства и инертизирующих элементов вызывает дополнительные синергистические действия; однако, несмотря на тот факт, что в дальнейшем описываются только относящиеся к этому примеры осуществления, предлагаемые согласно изобретению инертизирующие элементы можно использовать вполне независимо от катализатора.

Фиг. 1 и 2 показывают первый пример осуществления изобретения в форме блока 1 защиты, который составляется из пластины-катализатора 2 и нанесенных на нее инертизирующих элементов 3. В случае пластины-катализатора 2 речь идет, например, о пластине-носителе из нержавеющей стали, которая предпочтительно с обеих сторон покрыта материалом катализатора, как, например, описывается в патенте ФРГ DE-A-3725290.

Вместо этого пластина-катализатор 2 также может состоять полностью из материала катализатора. Инертизирующие элементы 3 охватывают, соответственно, коробчато-образный резервуар 4 из решетчатого материала из нержавеющей стальной проволоки, который в области своего дна снабжен отстоящим от боковой стенки фланцем 5 для крепления на пластине-катализаторе 2.

Короб, как видно на фиг. 2 с частичным разрезом, заполнен инертизирующим веществом 9, например, в форме порошка, гранулята, кристаллитов или тому подобного. Резервуар 4 инертизирующего элемента 3, как указано на фиг. 2, с помощью болта 7 и гайки или другим пригодным образом может соединяться с пластиной-катализатором.

Как видно из фиг. 2, на представленном примере осуществления дно резервуара 4 открыто, однако, между поверхностью пластины-катализатора 2 и инертизирующим веществом находится фильтрующий слой толщиной примерно 1 мм. Такой же фильтрующий слой предусмотрен между стенками резервуара 4, с одной стороны, и находящимся в нем инертизирующим веществом. В случае фильтрующего слоя речь идет о так называемом HEPA-фильтре (High Efficiency Particulate Air). Это - фильтры из стекловаты и связующего средства, которые очень термостойки (примерно вплоть до 850^oC). Эти фильтры проницаемы для водорода, кислорода, водяного пара и CO₂, однако, они удерживают аэрозоли и твердые частицы от инертизирующего вещества и, кроме того, предотвращают по возможности прямой контакт между пластиной-катализатором и инертизирующим материалом, ведущий к самым нежелательным реакциям. Когда инертизирующее вещество до и/или после своего разложения частицеобразное, тогда фильтры одновременно предотвращают осаждение через решетчатые стенки резервуара 4.

Один или несколько этих инертизирующих элементов (на фиг. 1 в качестве примера показаны 4) на пластине-катализаторе 2 закреплены таким образом, что еще остается свободная поверхность катализатора для каталитической реакции. Доля свободной поверхности, а также число и размер инертизирующих элементов определяются в зависимости от места использования блока защиты, точнее, в зависимости от ожидаемого подвода водорода и ожидаемой необходимой степени инертизации на соответствующем месте использования.

Путем увеличения высоты "H" инертизирующих элементов при соответствующем уменьшении их ширины "B" можно увеличить долю свободной поверхности катализатора. При таком выборе размеров нужно учитывать, что при достаточной пористости инертизирующего вещества покрытая инертизирующими элементами поверхность пластины-катализатора совершенно не пропадает для каталитической реакции, так как также через инертизирующие элементы водород и кислород могут попадать на эту поверхность. В еще более сильной степени это имеет значение для состояния после разложения инертизирующего вещества, так как пористость остающегося после разложения продукта реакции в случае большинства принимаемых во внимание инертизирующих веществ намного больше, чем таковая перед разложением.

Как только водород выделяется в атмосферу пространства, которое содержит один или несколько такого рода блоков защиты 1, начинается каталитическое взаимодействие водорода с кислородом с образованием воды, и пластина-катализатор 2 нагревается. Благодаря хорошей теплопроводности пластины-катализатора 2 этот нагрев происходит равномерно также на частях площадей, покрытых инертизирующими элементами, несмотря на то, участвуют ли они сами или нет в каталитической реакции.

Выделяющееся тепло нагревает инертизирующее вещество в резервуарах 4 инертизирующих элементов 3 до тех пор, пока при достижении характерной для соответственно используемого инертизирующего вещества температуры реакции не начнется разложение инертизирующего вещества и вместе с тем инертизация за счет выделения CO₂ и/или водяного пара. Конвекционный поток, возникающий в области имеющей более высокую температуру, чем окружающая среда пластины-катализатора, уносит с собой образующиеся инертизационные газы и смешивает их с окружающей атмосферой.

Здесь следует подчеркнуть, что хотя в случае описанного примера осуществления инертизирующие элементы 3 расположены только на одной стороне пластины-катализатора 2, соответствующее расположение других инертизирующих элементов можно предусматривать на другой стороне пластины-катализатора. При этом рекомендуется располагать инертизирующие элементы на обеих противоположных сторонах пластин-катализаторов со смещением друг по отношению к другу, чтобы обеспечивать равномерное распределение тепла и реакционноспособность пластины-катализатора.

Для достижения ступенчатого по времени выделения инертизирующих газов либо можно предусматривать внутри каждого отдельного инертизирующего элемента инертизирующие вещества с различными реакционными температурами, либо различные инертизирующие элементы могут содержать инертизирующие вещества с различными реакционными температурами.

В первом случае различные инертизирующие вещества наносят предпочтительно параллельно пластине-катализатору так, что инертизирующее вещество с самой высокой реакционной температурой лежит ближе всего к поверхности катализатора, а таковое с самой низкой реакционной температурой находится дальше всего от этой поверхности. При этом образующиеся при разложении непосредственно соседнего к поверхности катализатора инертизирующего вещества и проникающие наружу газы вызывают нагревание лежащих далее веществ и вызывают из разложение, если оно еще не произошло. Реакционная температура находящегося в непосредственной близости от катализатора инертизирующего вещества должна составлять 200-450^oC, предпочтительно 300-350^oC, чтобы было оптимальным взаимодействие между этими обоими видами защитных устройства.

Так как, как упоминалось выше, инертизирующие вещества, реакционная температура которых лежит в области 100^oC, доступны, то их использование может вызывать начальное высвобождение инертизирующих газов еще прежде, чем произойдет значительное нагревание пластины-катализатора 2. Когда затем пластина-катализатор 2 нагревается и часть этого тепла поступает далее на инертизирующие элементы, то при достижении соответствующих температур инертизирующие вещества с более высокими реакционными температурами проявляют свое действие.

Теплоотдача от пластины-катализатора 2 к инертизирующим элементам 3 имеет следствием полезный побочный эффект ограничения повышения температуры пластины-катализатора. Таким образом предотвращается то, что по меньшей мере до тех пор, пока еще не наступила полная инертизация благодаря инертизирующим элементам, пластина-катализатор не достигает температуры, которая со своей стороны может вызывать воспламенение.

Когда внутри пространства, защищенного устройством согласно изобретению, нужно рассчитывать на выделение особенно большого количества водорода, то предпочтительно применяют по меньшей мере для части используемых инертизирующих веществ вещество с реакционной температурой в области 100^oC. Таким образом, в начальной фазе аварии немедленно наступает желательное инертизирующее действие, которое исключает опасность распространения пламени и детонации. Благодаря наступающему затем каталитическому взаимодействию водорода избыток водорода выше концентрации дефлаграции быстро уменьшается.

На фиг. 3 представлен соответствующий фиг. 2 вид измененного примера осуществления, который отличается от вышепоясненного вида тем, что инертизирующие элементы закреплены под прокладкой дна 10 и промежуточной шайбой 11 на пластине-катализаторе 2 таким образом, что образуется промежуточное пространство 12 между инертизирующим элементом и поверхностью пластины-катализатора. Через это промежуточное пространство окружающая атмосфера имеет свободный доступ к поверхности катализатора, что еще способствует начинающемуся при возрастающем нагревании пластины-катализатора конвенционному потоку. Опорная плита 10 и промежуточные шайбы 11 выполнены предпочтительно из хорошо теплопроводящего металла, чтобы обеспечить желательную теплопередачу от пластины-катализатора на инертизирующий элемент. В опорной плите 10 могут быть предусмотрены отверстия, через которые образующиеся инертизирующие газы могут выходить в области дна инертизирующего элемента 3.

На фиг. 4 дано перспективное представление другого примера осуществления изобретения, при котором катализатор и инертизирующие элементы расположены в виде концентрических цилиндров. В центре находится первый инертизирующий элемент 14 с содержащим инертизирующее вещество полым цилиндром 15 из решетчатого материала.

Инертизирующий элемент 14 концентрически окружен катализатором 16 в форме цилиндрической оболочки из покрытого материалом катализатора стального листа из нержавеющей стали. Катализатор 16 окружен вторым инертизирующим элементом 17 с наружной цилиндрической оболочкой 18 из решетчатого материала. Последняя на своей наружной стороне покрыта фильтрующим слоем 19 из вышеупомянутого HEPA-фильтрующего материала. Если цилиндрическая оболочка катализатора 16 только с внутренней стороны покрыта материалом катализатора, ее наружная поверхность одновременно может образовывать внутреннюю ограничивающую поверхность второго инертизирующего элемента, как представлено на фиг. 4.

Если цилиндр-катализатор, напротив, в зависимости от желательной каталитической поверхности также покрыт с наружной стороны, то второй инертизирующий элемент целесообразно расположен на не представленной на фиг. 4 внутренней цилиндрической оболочке из решетчатого материала, которая расположена на позволяющем проходить достаточному газовому потоку расстоянии от цилиндрической оболочки катализатора.

Дно 20, также из решетчатого материала, снизу завершает второй инертизирующий элемент и служит в качестве опоры для инертизирующего вещества. Соответствующие связующие средства для механического соединения отдельных частей устройства согласно фиг. 4 ради простоты не представлены.

Шахтообразная структура устройства согласно фиг. 4 за счет эффекта дымовой трубы вызывает усиленный конвекционный поток в дальнейшем с быстрым распределением образующихся инертизирующих газов. Хотя на фиг. 4 не представлено, здесь между инертизирующим материалом и в случае необходимости включающей его решеткой можно предусматривать фильтрующие слои подобно фильтрующим слоям 8 фиг. 2 и 3.

На фиг. 5 представлена диаграмма, которая с учетам размера пространства 50 м³ показывает для четырех различных инертизирующих веществ расчетное достигаемое содержание пара по массе инертизирующих веществ. Фиг. 6 представляет собой соответствующую диаграмму, которая показывает для четырех различных инертизирующих веществ расчетное достигаемое содержание CO₂ по массе.

Прежде всего следует сослаться на фиг. 5. Принимаемые здесь во внимание в качестве примера инертизирующие вещества выделяют пар при различных реакционных температурах (температуры разложения). Так, реакционная температура KAl(SO₄)₂ • 12H₂O составляет величину чуть более 100^oC, тогда как Na₂B₄O₇ • 10H₂O нужно доводить до реакционной температуры 350^oC. Комбинация различных инертизирующих веществ с различными реакционными температурами внутри различных инертизирующих элементов приводит, как уже упоминалось выше, к прогрессирующему во времени в соответствии с повышением температуры высвобождению пара.

Когда самая низкая из различных реакционных температур различных инертизирующих веществ составляет 100^oC, следовательно, при температуре, которая достигается также еще без нагревания на основе каталитической реакции, тогда относящееся к этой температуре инертизирующее вещество не отнимает тепла у пластины-катализатора.

Пластина-катализатор поэтому быстро достигает существенно усиливающей каталитическую реакцию более высокой температуры. Чем больше водорода в единицу времени каталитически превращается, тем сильнее снижается концентрация водорода, тем больше достигается инертизация, однако, также благодаря образующемуся на основании каталитической реакции пару.

Для паровой инертизации безразлично, образуется ли пар как результат каталитического превращения водорода или производится от инертизирующего вещества. Пар требует известного времени, чтобы достичь холодной стенки, на которой он конденсируется. Благодаря постоянному образованию пара из каталитической реакции, а также благодаря инертизирующим элементам устанавливается высокая концентрация пара несмотря на постоянную конденсацию пара на холодных стенках. Конденсация способствует тому, что избегают слишком сильного повышения давления за счет высвобождающегося пара. По окончании каталитической реакции, обусловленной ликвидацией водорода, достигается по возможности глобальная разгрузка давления, благодаря которой можно избежать при известных условиях активной разгрузки давления атмосферы защитного резервуара.

Из фиг. 5 следует, что уже 10 кг описанных инертизирующих веществ способствуют доле пара, в объемных процентах равной 12-15% (в расчете на величину пространства 50 м³). Из фиг. 6 для генерирования CO₂ получаются подобные результаты. Здесь следует указать на то, что указанные в качестве примера в качестве инертизирующих веществ химические вещества содержат составляющую 40-60% кристаллизационной воды или CO₂. Когда используются инертизирующие вещества с повышенным содержанием кристаллизационной воды или CO₂, тогда можно предусмотреть соответственно меньшие массы.

Фиг. 7 наглядно показывает вариант осуществления изобретения, при котором для высвобождения инертизирующего газа или газовой смеси различные вещества вводят во взаимодействие друг с другом. Представленный вариант осуществления пригоден для случаев, при которых должны реагировать друг с другом твердое вещество и жидкость.

В нижней области рамки 20 расположена ванна 21 из подходящего материала, в которой находится, например, соляная кислота. Выше ванны 21 подвешен проволочный короб 22 из нержавеющей стали. В проволочном коробе находится (в предлагаемом примере) бикарбонат кальция. Подвеска 23 для проволочного короба выполнена так, что она при достижении заданной температуры отделяется, вследствие чего проволочный короб падает в ванну 21 с соляной кислотой.

Размер отверстия проволочного короба 22 выбирается так, чтобы бикарбонат кальция, которым его заполняют, не мог выпадать, чтобы, однако, после попадания в ванну соляная кислота беспрепятственно проникала в проволочный короб и бикарбонат кальция вступал в желательную реакцию. Подвеска, например, содержит место спайки с припоем, температура плавления которого равна желательной температуре, при которой должно происходить высвобождение инертизирующей газовой смеси.

Также вышеуказанную форму осуществления, что необязательно может быть представлено, можно предпочтительным образом комбинировать с катализатором. Для этой цели лишь необходимо создать теплопроводящее соединение между расположенным вблизи катализатором и подвеской 23.

Вышеописанные примеры осуществления изобретения являются примерами из большого многообразия возможных форм реализации изобретения. Существенным является то, что используемое (используемые) согласно изобретению для пассивной инертизации химическое вещество (химические вещества) расположено (расположены) таким образом, что допускается свободный газообмен с атмосферой соответственно защищаемого пространства в этом пространстве.

Камера с газопроницаемыми стенками может удерживать вещество перед разложением или реакцией, однако также и продукт реакции, остающийся после разложения или реакции. Там, где используется предлагаемый согласно изобретению инертизирующий элемент в сочетании с катализатором, это нужно осуществлять таким образом, чтобы, с одной стороны, не мешать каталитической рекомбинации, а с другой стороны, чтобы могла происходить желательная подача тепла к инертизирующему элементу. Далее, должно быть обеспечено, чтобы после высвобождения инертизирующего газа за счет инертизирующего элемента остающийся в нем продукт реакции (который поэтому по возможности не должен быть жидким) удалялся от катализатора, чтобы не препятствовать его действию.

Предлагается устройство для пассивной инертизации газовой смеси, появляющейся в защитном резервуаре атомной электростанции при аварийной ситуации, основанное на использовании химических веществ, которые при достижении определенной реакционной температуры реагируют или разлагаются с выделением инертизирующего газа или газовой смеси. Устройство особенно пригодно для использования в сочетании с каталитическими рекомбинаторами для удаления водорода за счет окисления с помощью имеющегося кислорода. Выделяющееся при этой протекающей экзотермической рекомбинации тепло может использоваться для подогрева таких химических веществ до необходимой температуры, реакционная температура которых выше температуры (примерно 100^oС), которая устанавливается в защитном резервуаре при аварийной ситуации. Изобретением обеспечивается надежная пассивная инертизация атмосферы в защитном резервуаре, предотвращающая возникновение воспламеняющейся смеси из водорода и кислорода. 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство для пассивной инертизации газовой смеси в защитном резервуаре атомной электростанции в случае аварии, связанной с высвобождением водорода при одновременном повышении температуры, содержащее устройство для выделения газа, инертизирующего атмосферу в защитном резервуаре, отличающееся тем, что устройство включает по меньшей мере один, расположенный в защитном резервуаре, инертизирующий элемент, который содержит по меньшей мере одно химическое вещество, выделяющее при превышении определенной реакционной температуры за счет разложения и/или химической реакции инертизирующий газ или газовую смесь в защитный резервуар. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что инертизирующий газ или газовая смесь является CO₂ и/или водяным паром. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно включает по меньшей мере один, расположенный в защитном резервуаре, катализатор для окисления водорода, причем по меньшей мере один инертизирующий элемент расположен вблизи катализатора так, что он нагревается от нагревающегося за счет каталитической реакции катализатора благодаря теплопроводности, теплоте излучения и/или конвекционной теплоте. 4. Устройство по пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что предусмотрено несколько инертизирующих элементов соответственно с различной реакционной температурой. 5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что инертизирующий элемент содержит резервуар, содержащий химическое вещество или химические вещества, с газо- и паропроницаемыми стенками. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что резервуар состоит из проволочной решетки из нержавеющей стали. 7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что на внутренней стороне стенок резервуара находится фильтрующий слой из НЕРА-фильтрующего материала. 8. Устройство по любому из пп.3 - 7, отличающееся тем, что катализатор содержит пластину-катализатор, с которым соединены с хорошей теплопроводностью инертизирующий элемент или несколько находящихся на расстоянии друг от друга инертизирующих элементов. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что инертизирующий элемент или инертизирующие элементы закреплен или закреплены под прокладкой промежуточными держателями на допускающем свободный доступ окружающей атмосферы к поверхности пластины-катализатора расстоянии от этой поверхности и пластины-катализатора. 10. Устройство по любому из пп.8 и 9, отличающееся тем, что инертизирующий элемент содержит множество химических веществ с различной реакционной температурой, расположенных слоями, причем вещество с самой высокой реакционной температурой расположено ближе всего к пластине-катализатору. 11. Устройство по любому из пп.8 - 10, отличающееся тем, что реакционная температура лежащего в непосредственной близости к пластине-катализатору или контактирующего с ней вещества составляет 200 - 450^oC, предпочтительно 300 - 350^oC. 12. Устройство по любому из пп. 8 - 11, отличающееся тем, что в качестве инертизирующего вещества или инертизирующих веществ применяется такое или такие вещества, которое или которые после разложения или реакции не оставляют жидкого продукта реакции. 13. Устройство по любому из пп.1 - 12, отличающееся тем, что в качестве инертизирующего вещества или инертизирующих веществ применяется такое или такие вещества, продукт реакции которого или которых, остающийся после разложения или реакции, выводит из окружающей атмосферы кислород за счет окисления газовой смеси. 14. Устройство по любому из пп.2 - 13, отличающееся тем, что в качестве инертизирующего вещества или веществ применяется такое или такие вещества, доля в котором или в которых CO₂ и/или кристаллизационной воды в расчете на молекулярный вес составляет по меньшей мере 45%, предпочтительно более.