Спосіб та пристрій для ініціювання воднево-кисневої реакції в резервуарі безпеки реактора

1 Спосіб ініціювання воднево-кисневої реакції в каталітичному рекомбінаційному чи запальному пристрої в резервуарі безпеки реактора, який має принаймні один каталізаторний елемент із заданою каталітичною поверхнею, зокрема, для атомної електростанції, який відрізняється тим, що температуру незначної частини загальної каталітичної поверхні, переважно менше, ніж 5% поверхні, шляхом підведення енергії постійно утримують рівні, що перевищує температуру оточення 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що енергію одержують від місцевого акумулятора енергії, переважно від акумуляторної батареї 3 Спосіб за п 1 або 2, який відрізняється тим, що підведення енергії здійснюють шляхом безперервного нагрівання електричного нагрівального елемента або каталітично активної зони 4 Спосіб за одним із пп 1 - 3, який відрізняється тим, що рекомбінаційний чи запальний пристрій розміщують в резервуарі безпеки реактора атомної станції 5 Спосіб за одним із пп 1 - 4, який відрізняється тим, що температуру вказаної незначної частини поверхні підтримують на значенні понад 50 °С, переважно понад 80°С 6 Спосіб за одним із пп 2 - 5, який відрізняється тим, що енергію підводять від центрального пристрою електропостачання і лише в разі виходу з ладу цього центрального пристрою електропостачання - від місцевого акумулятора енергії 7 Спосіб за одним із пп 1- 6, який відрізняється тим, що температуру вказаної незначної частини поверхні постійно підтримують на вказаному рівні, підводячи тепло від акумулятора з рідким чи твердим акумулюючим матеріалом через теплопере давальнии елемент, причому, в свою чергу, акумулятор, шляхом підігрівання утримують при підвищеній температурі, зокрема при температурі понад 200 °С 8 Пристрій для ініціювання воднево-кисневої реакції в каталітичному рекомбінаційному чи запальному пристрої в резервуарі безпеки реактора, що містить каталізаторні елементи із заданою каталітичною поверхнею, який відрізняється тим, що він містить пристрій для підведення енергії, за допомогою якого температура незначної частини загальної каталітичної поверхні, переважно менше, ніж 5 % поверхні, шляхом підведення енергії постійно утримується на рівні, що перевищує температуру оточення 9 Пристрій за п 8, який відрізняється тим, що пристрій для підведення енергії містить джерело електричної енергії і електронагрівальний пристрій або, каталітично активну зону 10 Пристрій за п 9, який відрізняється тим, що пристрій для підведення енергії містить місцевий акумулятор енергії, зокрема акумуляторну батарею 11 Пристрій за п 10, який відрізняється тим, що пристрій для підведення енергії містить центральний пристрій електропостачання і перемикач, управління яким здійснюється таким чином, що лише при виході із ладу центрального пристрою електропостачання перемикач здійснює перемикання із центрального пристрою електропостачання на місцевий акумулятор енергії 12 Пристрій за одним із пп 8 - 11, який відрізняється тим, що нагрівальна частина розміщена посередині каталітичної поверхні 13 Пристрій за одним із пп 8 - 12, який відрізняється тим, що він містить щонайменше один виконаний переважно із металу теплопередавальний елемент, яким термічно сполучені вказана незначна частина каталітичної поверхні та ІНШІ частини каталітичної поверхні 14 Пристрій за одним із пп 8 - 13, який відрізняється тим, що пристрій підведення енергії містить акумулятор з рідким чи твердим теплоакумулюючим матеріалом, через теплопередавальний елемент, термічно сполучений із вказаною незначною частиною каталітичної поверхні 15 Пристрій за п 14, який відрізняється тим, що з О (О со 44361 метою нагрівання в акумуляторі встановлений нагрівальний елемент, виконаний переважно у вигляді електричного резистивного нагрівача 16 Пристрій за п 14 або 15, який відрізняється тим, що акумулятор виконаний у вигляді теплоакумулятора, оточеного теплоізоляційним шаром 17 Пристрій за одним із пп 8 - 16, який відрізняється тим, що електронагрівальний пристрій містить нагрівальну спіраль 18 Пристрій за одним із пп 8 - 17, який відрізняється тим, що електронагрівальний пристрій роз міщений між двома сусідніми каталізаторними елементами 19 Пристрій за одним із пп 8 - 18, який відрізняється тим, що електронагрівальний пристрій містить нагрівальну електропровідну доріжку, розміщену паралельно виконаному у вигляді пластини каталізаторному елементу 20 Пристрій за одним із пп 8 - 19, який відрізняється тим, що електронагрівальний пристрій і каталізаторні елементи розміщені в корпусі Винахід стосується способу та пристрою для ініціювання воднево-кисневої реакції в каталітичному рекомбінаційному чи запальному пристрої, що має принаймні один каталізаторний елемент із заданою каталітичною поверхнею Відомий ІЗ європейського патенту № 0 527 968 С1, МПК6 G21C 19/317 пристрій для рекомбінації водню і кисню, вибраний в якості прототипу, в одній із форм здійснення містить велику КІЛЬКІСТЬ паралельних одна ІНШІЙ каталізаторних пластин, встановлених в корпусі В цьому корпусі передбачено вхідний і вихідний отвори, розміщені таким чином, що встановлені паралельно одні ІНШІЙ каталізатори І пластини омиваються паралельним потоком газопарової суміші, що містить водень, який підлягає видаленню в разі аварії Цей пристрій розрахований для використання в разі тяжких аварій, коли температура атмосфери в резервуарі безпеки перевищує 50°С Доцільним було б виконання цього пристрою таким чином, щоб він надійно вводився в дію також і при більш низьких температурах щенням температури, що перевищує температуру оточення, створюються сприятливі умови для воднево-кисневої реакції Завдяки підвищеній температурі, у згаданій вище невеликій частині поверхні в разі аварії ІНІЦІЮЄТЬСЯ початок вказаної реакції За допомогою інших рішень, відображених в додаткових пунктах формули винаходу, створюються умови, завдяки яким реакція, що почалася на незначній площі, може особливо швидко розповсюдитись на всю поверхню Енергію доцільно підводити від локального, тобто розміщеного поблизу каталітичної поверхні, джерела, переважно від акумуляторної батареї Завдяки цьому, навіть в разі зумовленого аварією на електростанції вимкнення енергопостачання, при низькій температурі, наприклад, нижче 10°С, при низькій об'ємній концентрації водню, наприклад, нижче 2%, при забрудненій атмосфері, при вологості і т п можливий повністю пасивний початок каталітичної реакції Завдяки відведенню тепла реакції на сусідні каталітичні поверхні, стає можливою активізація всього каталітичного запального чи рекомбінаційного пристрою Таким чином може здійснюватись своєчасне окислення водню до досягнення критичної концентрації Завдяки цьому, досягається значне підвищення рівня безпеки атомної електростанції Описаний пристрій містить платинові та паладієві пластини Задачею винаходу є розробка способу і пристрою для завчасного ініціювання водневокисневої реакції в каталітичному рекомбінантному чи запальному пристрої, за допомогою яких можливе своєчасне пасивне розкладання водню і, таким чином, підвищення рівня безпеки Зокрема, пристрій має надійно функціонувати у вставлених в резервуар безпеки атомної електростанції каталітичних запальних чи рекомбінаційних пристроях, виконаних переважно із використанням паладію і платини, в тяжких аварійних умовах Стосовно способу вказана задача вирішена тим, що температура незначної частини загальної каталітичної поверхні, переважно менше, ніж 5% поверхні, шляхом підведення енергії постійно утримується на рівні, що перевищує температуру оточення Стосовно пристрою вказана задача вирішена тим, що передбачено пристрій для підведення енергії, за допомогою якого температура незначної частини загальної каталітичної поверхні, переважно менше, ніж 5% поверхні, шляхом підведення енергії може постійно утримуватися на рівні, що перевищує температуру оточення Змінена сторінка Підведенням енергії і пов'язаним із ним підви Іншими словами завдяки постійно нагрітій частині каталітичної поверхні, створюються умови, за яких при виділенні водню внаслідок екзотермічної реакції, що почалася безпосередньо, ця поверхня спонтанно нагрівається далі і дає початок каталітичній реакції, що сама себе підтримує При необхідності ця реакція може бути розповсюджена на сусідні частини каталізатора за допомогою металевого провідника Це робить можливим початок реакції на всій каталітичній поверхні Завдяки частковому нагріванню з використанням незалежної системи енергоживлення і комбінації вказаних рішень, можуть бути компенсовані ефекти старіння, викликані умовами роботи в атмосфері атомних станцій, такими, наприклад, як сорбція вуглеводнів і пари від зварювання, аерозольне навантаження і т п - без виникнення можливої в противному разі після короткого часу перебування в режимі готовності втрати важливої з точки зору безпеки функції самовведення в дію протягом терміну експлуатації в кілька років Цей термін експлуатації може становити п'ять і більше років Таким чином, рівень безпеки значно зрос 44361 тає, і одночасно зменшуються витрати, оскільки стає непотрібною циклічна заміна окремих елементів каталізатора Нижче приклади виконання винаходу детальніше пояснюються з використанням восьми фігур На них зображено фіг 1 фрагмент перетину каталітичного рекомбінаційного пристрою у виді зверху, фіг 2 змінена форма виконання конструкції нагрівального пристрою, фіг 3 форма виконання із використанням теплопровідних елементів, фіг 4 внутрішнє і зовнішнє електроживлення нагрівального пристрою в атомній електростанції, фіг 5 децентралізоване аварійностійке енергопостачання, фіг 6 нагрівання за допомогою теплоакумулятора, фіг 7 каталізаторний елемент з підігрівом, фіг 8теплопровідник, розміщений паралельно каталізаторній пластині На фіг 1 зображено вид зверху на каталітичний рекомбінаційний пристрій Газ, що підлягає рекомбінуванню, походить знизу із площини аркуша з кресленням Це зображено обведеними кружками крапками 4 Між двома середніми каталізаторними пластинами 2 в передній частині розміщений електричний нагрівальний пристрій 6, навколо якого утворюється постійно нагріта каталітичне активна зона Нагрівальним пристроєм 6 може бути невеликий нагрівальний елемент, такий як нагрівальний стержень, нагрівальна нитка і т п Цей електричний нагрівальний пристрій 6 живиться від джерела енергії 8, наприклад, від місцевого акумулятора Нагрівальний пристрій 6 розміщений таким чином, що він віддає тепло обом сусіднім каталізаторним елементам 2 Передача тепла проілюстрована стрілками Т Об'єм і потужність нагрівання розраховані таким чином, що температура лише незначної частини, переважно менше, ніж 5% всієї каталітичної поверхні, підтримується на рівні, що перевищує температуру оточення Постійне нагрівання центральної частини здійснюється таким чином, що всередині цієї зони підтримується температура більша, ніж 50°С, переважно більша, ніж 80°С Таким чином, значною мірою усувається відоме як старіння зменшення каталітичної активності, яке відбувається з часом при підвищених температурах, наприклад, внаслідок поглинання шкідливих речовин із атмосфери резервуару безпеки під час експлуатації атомної електростанції Згідно З фіг 1, рекомбінаційний пристрій містить велику КІЛЬКІСТЬ паралельно розміщених каталізаторних пластин або каталізатори их елементів 2, кожна з яких, як відомо (ЕР 0 527 968С1), складається із несучої пластини із стального листа, на обидва боки якої нанесено каталітичний матеріал, такий як платина і паладій Окремі каталізаторні елементи 2, поверхня яких становить загальну каталітичну поверхню, із силовим і геометричним замиканням вставлені в тримач 10 Відстань між ними становить менше, ніж 2см, переважно близько 1см Дотримання відстані між каталізаторними пластинами у вказаних межах є бажаним, оскільки внаслідок ламінарного характе ру потоку газу між пластиноподібними каталізаторними елементами 2 конвективна передача тепла в пристрої недостатня і тепло первинно передається шляхом випромінювання Завдяки з'єднанню із силовим замиканням зусиллям понад 0,98Н (0,1 кгс) між окремими каталізаторними елементами 2 (товщина близько 0,05мм) і тримачем 10, досягається безпосередня передача тепла в сусідні каталізаторні елементи 2 після введення каталізатора в дію Передача тепла в металевому тримачі 10 позначена горизонтальними стрілками Т(епло) Для зменшення охолоджуючої дії оточення між зовнішньою стінкою 12 і металевим тримачем 10 передбачено ізолюючий повітряний проміжок 14, крізь який потік газу не проходить Він може мати ширину понад 5мм Замість повітряного проміжку 14 може бути використаний суцільний ізолюючий шар Завдяки повітряному проміжку 14, уникається зниження температури рекомбінаційного пристрою, внаслідок чого при небажаному запалюванні і високій концентрації водню, наприклад 8 10%, можлива робота пристрою без запалювання Згідно З фіг 2, між двома каталізаторними елементами 2 каталітичного рекомбінаційного пристрою розміщений нагрівальний елемент 6 з електропідігрівом Цей нагрівальний елемент 6 складається в основному із нагрівальної спіралі 16, що живиться від джерела 8 енергії, і розміщеного навколо неї дротяного тканого матеріалу 18, що є добрим теплопровідником і передає на обидва каталізаторні елементи 2 тепло, що безперервно виділяє нагрівальна спіраль 16 Для цього дротяний тканий матеріал 18 щільно прилягає до поверхонь обох пластинчастих катал ізаторних елементів 2 Замість нього з обох боків до нагрівального елемента 6 можуть прилягати фільтрувальні елементи 20 Ці фільтрувальні елементи складаються із металевого фільтрувального нетканого матеріалу та/або сорбційної речовини, такої як активоване вугілля чи цеоліт Завдяки таким фільтрувальним елементам 20, зменшується КІЛЬКІСТЬ осаджених аерозольних та/або газоподібних шкідливих речовин в цій чутливій зоні На фіг 3 показано, яким чином від розміщеної між двома сусідніми каталізаторними елементами 2, нагрітої нагрівальним елементом 6 зони тепло передається до інших каталізаторних елементів 2 Для цього призначені теплопередавальні елементи 22, виготовлені із металу, зокрема у формі штанг чи пластин Вони можуть простягатися крізь кілька каталізаторних елементів 2 І на цій фігурі передача тепла зображена стрілкою Т На фіг 4 зображено рекомбінаційний пристрій 24, розміщений всередині резервуару 26 безпеки реактора Рекомбінаційний пристрій 24 виконано таким же чином, як зображено і описано в європейському патенті № 0 527 968 С В ньому також встановлено розміщені паралельно одна ІНШІЙ пластини 2 Вхідний отвір має позиційне позначення ЗО, а розміщений вертикально над ним вихідний отвір - позиційне позначення 32 Розміщені паралельно один одному пластинчасті каталізаторні елементи 2 знаходяться в нижньому відсіку 34 Тут розміщений також нагрівальний елемент 6 Він живиться або в разі аварії від внутрішнього блока 44361 38 електроживлення, або при нормальній роботі реактора від зовнішнього блока 42 електроживлення 42 крізь прохідний ізолятор 40 в СТІНЦІ 28, перемикання здійснюється за допомогою перемикача або комутаційного елемента 36 Управління комутаційним елементом здійснюється таким чином, що лише при виході із ладу центрального блока 42 електроживлення відбувається перемикання на місцевий блок 38 електроживлення Із фіг 5 видно, що нагрівальний елемент 6 рекомбінаційного пристрою 24 постійно живиться від стійкої до випромінювання акумуляторної батареї 44, розміщеної в пристрої 24 або безпосередньо поряд з пристроєм 24 Таким чином, в даному разі мова йде про децентралізоване аварійностійке енергозабезпечення, причому, батарея 44 може розглядатися як місцевий накопичувач енергії Стосовно фігур 4, 5 слід додати ще таке завдяки місцевому нагріванню, необхідна потреба в енергії - зокрема в разі аварійних ситуацій - мінімізована настільки, наприклад, менше, ніж ЮОВт, переважно менше, ніж ЮВт, що можливе підведення енергії від внутрішніх джерел живлення 38, 44 в проміжками в кілька один Встановлений всередині резервуару 26 безпеки реактора акумулятор енергії складається - згідно з фіг 5 - із одного чи кількох окремих електричних батарей 44, які в разі виходу з ладу живлення забезпечують через певні інтервали часу понад дві години, переважно понад 24 години, автоматичне вмикання підігріву і підтримання заданої температури активної зони каталізатора Згідно З фіг 6, рекомбінаційний пристрій 24 оснащено теплоакумулятором 50 Він містить рідкий чи твердий теплоакумулюючий матеріал Температура теплоакумулятора 50 за допомогою електричного резисторного підігрівального пристрою (не зображений) постійно утримується понад 200°С, переважно понад 400°С Живлення підігрівального пристрою здійснюється від зовнішнього блока 42 електроживлення Для зменшення втрат тепла теплоакумулятор 50 оточений аварійностійким ІЗОЛЯЦІЙНИМ шаром 52, зокрема , вакуумним або твердотільним теплоізоляційним шаром Підведення тепла із теплоакумулятора 50 до нагрівального елемента 6, розміщеного в пристрої 24, здійснюється шляхом безпосередньої теплопередачі, а саме за допомогою ізолбованого теплопередавального елемента 54, наприклад, металевого стрижня В разі припинення підведення енергії 8 до резисторного підігрівального пристрою, розміщеного в теплоакумулятор і 50, від зовнішнього блока 42 живлення накопиченої теплової енергії достатньо для підтримання підвищеної температури невеликої ділянки каталітичної поверхні протягом кількох годин І в цій конструкції зона каталізатора з пасивним ініціюванням запалювання розміщена в нижній частині чи відсіку 34 пристрою 24 На фіг 7 зображено нагрівальний елемент 6, що містить нагрівальну спіраль 56 або нитку з нанесеним каталітичним матеріалом, а також дротяну сітку 58 або фільтрувальний нетканий матеріал з нанесеним каталітичним матеріалом Останній кріпиться на основу 60 або безпосередньо на плоский каталізаторний елемент 2 Як видно із фіг 8, нагрівальний елемент 6 може бути в більшою чи меншою мірою інтегрованим в каталізаторний елемент 2 або розміщений безпосередньо на ньому Останній теж представлений на фігурі Основа 62 у формі пластини, зокрема, аустенітна металева фольга покрита електроізоляційним шаром 64 В нього вмонтована призначена для електронагрівання зигзагоподібна провідна доріжка 66 На ізоляційному шарі 64 розміщений пластинчастий каталізаторний елемент 2, заради наочності зображений у вигляді фрагменту І в цьому прикладі здійснення каталізаторний елемент 2 виконаний у вигляді тонкої пластинки із благородного металу, покритої катал ізаторним шаром на основі паладію/платини Завдяки порівняно незначній потребі в енергії пристрою, представленого на фігурах 1 - 8, можлива комбінація із аварійним живленням інших вимірювальних пристроїв резервуару безпеки реактора, наприклад, із живленням схеми вимірювання концентрації водню Це також сприяє дотриманню порівняно незначних витрат Для відновлення каталітичної активності можна додатково ініціювати (циклічно або в рамках повторної перевірки вручну) короткочасну високотемпературну фазу понад 200°С, наприклад, за допомогою пускового пристрою 70 на фіг 4 Таким чином досягається ефективне відновлення нагрітої частини каталізатора в зоні нагрівального елемента 6, завдяки чому в поточному режимі стає достатнім нагрівання до значно нижчої температури, оскільки при цьому речовини, що отруюють каталізатор, ефективно поглинаються 44361 10 ФІГ. 6 ФІГ. З 60 •8 S о ФІГ. 4 о ФІГ. 7 32 26 ФІГ. 8 Ц ФІГ, 5 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90