用于处理含氢空气的装置 本发明涉及用于处理含氢空气的装置，尤其是涉及用于安全地清除核反应堆密封壳中空气所含氢气的装置。
当空气中含有氢气时，氢气与氧气共存，这样所述氢气易于引发燃烧反应。而且，因为当氢气浓度上升超过某个值时，氢与氧猛烈反应，所以必须为处理氢气或产生氢气的设备提供充分的防范措施。例如，在核电厂中，如果核反应堆的堆芯受到过分加热，那么用于核反应堆燃料的包封管等处的锆基合金中的锆与水蒸汽反应生成大量氢气。此外，在事故发生时，流入所述核反应堆密封壳中集水箱的放射性材料所造成的水的辐射分解，就缓慢地产生大量的氢气而经过很长时间会蓄积在所述反应堆的密封壳中。当所述密封壳中的氢气浓度上升到4％以上，尤其是6％以上时，所述氢气就可能燃烧，并且当氢气浓度超过10％时，所述氢气会发生爆炸性燃烧。因此，为保证安全性，必须在氢气浓度低时就对所述氢气进行处理和清除，并且必须防止氢气浓度上升到较高水平。
为满足上述需求，已经提出了电致氢再化合装置(electrichydrogen recombining unit)、点燃式氢燃烧器(ignition typehydrogen burner)、催化式氢再化合装置(catalytic hydrogenrecombining unit)以及类似的装置，这些装置目前正处于研制开发或使用之中。为了简要描述这些装置，在图4中显示了所述电致氢再化合装置，主要用于氢气产生缓慢并且氢气浓度小于4％的场合，其处理氢气地过程是通过吸口3将氢气与空气的混合气体吸入所述再化合装置，并利用电加热器5使氢与氧化合后从排气口7排出废气。
示于图5和6的所述点燃式氢燃烧器10安装在任意空间，电源11以大约120V向加热器13提供能量用于点燃含氢混合气体，并通过火焰的传播烧掉其中的氢气组分。此外，所述点燃式氢燃烧器10含有防护性外壳15，用于供电的导管，以及保护罩19，还有所述加热器13。所述保护罩19用于保护所述加热器13以防所述密封壳中紧急冷却喷管喷出的液滴的损害。
此外，示于图7中的所述催化式氢再化合装置20由可拆式催化剂床21、进气口23、排气口25和防护性外壳27构成，其中所述催化剂床21由一叠片式催化剂组成，在该片式催化剂上沉积了用作催化物质的铂和钯。当氢气在安装了所述装置的密封壳中产生时，含有氢和氧的混合气体在自然循环下从所述进气口23通入所述催化剂床21。氢与氧在所述催化剂床21的催化表面上进行再化合反应，反应产生的热加热了该催化剂床21，并且所述空气通过所述催化剂床21时呈热的状态。由于受热所述催化剂被活化从而更加活化了所述的反应。以后，加热了的热排放气体从所述排气口25排出，从而完成了对所述氢气的处理过程。
前述电致氢再化合装置存在许多问题，所述处理过程很慢，因为在再化合反应中进行的氢气去除过程不存在燃烧的传播，而且又由于为了保护所述装置以免遭受可能发生的剧烈燃烧，所述装置不能实际用于处理氢气浓度高于4％的混合气体。
此外，虽然由于所述含氢混合气体是直接点燃的并且有引火(火焰)在其中传播，所述点燃式氢燃烧器可以在任意空间内短时间内处理大量氢气，但是还有一个问题是当氢浓度低于约6％时，就不能处理氢了，因为氢浓度高于6％时，火焰才能通过燃烧传播。尽管所述燃烧器有一定的优点，但是可以说其应用应该限于紧急情况，即产生了大量氢气的时候，因为所述的处理使用了火焰，并且也担心其它设备如安全系统部件、供电电缆和核仪器系统受到有害影响。
而且，虽然所述催化式氢再化合装置可在氢浓度从低到高的宽范围内清除氢从而处理含氢混合气体，但是其处理速度太慢，从而使当短时间内产生大量氢气时所产生的氢气得不到全部处理，因而会造成氢气浓度高。在那些情况下点燃高浓度的氢会造成爆燃或爆炸等问题。此外，在紧急情况下，如产生大量氢气的情形，一个问题是在所述密封壳内的空气中含有各种物质，而所述催化剂可能受所含物质中的毒化物质的毒化，从而降低所述催化剂的活性，不可能对氢气进行处理。
因此，本发明的目的在于提供一种处理含氢空气的装置，该装置能够可靠、安全地清除含氢混合气体中的氢，即使其中含有任意浓度的氢气或者所述混合气体含有各种毒化物质。
为了解决上述问题，根据本发明，用于处理含氢气空气的装置包含：一个带有进气口和排气口、并在其中界定了气路的外壳，一个置于所述气路中的催化剂床以及一个置于该催化剂床中或邻侧的加热器。在一个实施方案中上述的催化剂床由片式催化剂构成，可以设置一个电加热器将其伸出穿过所述催化剂床并与之相接触；在另一个实施方案中，所述催化剂由蜂窝式催化剂构成，优选使电加热器置于所述气路中位于所述蜂窝式催化剂上游的附近位置。
图1是显示本发明所述实施方案的总构造图；
图2是显示本发明另一个实施方案的立面剖视图；
图3是沿图1的Ⅲ-Ⅲ线截得的水平截面图；
图4是显示一个现有技术装置实施例的总立体图；
图5是另一个现有技术装置的总立体图；
图6是一个显示图5中局部的放大图；
图7是另一个现有技术装置的分解图。
以下参照附图描述本发明的一个实施方案。首先参考图1，提供了氢再化合装置30的防护性外壳或盖子31，分别在其下部带有进气口33而在其上侧部带有排气口35，并且由此界定了通向进气口和排气口的空气气路，其中所述装置30用于处理在核反应堆密封壳中的含氢气体。此外，包含多个片式催化剂37a的催化剂床37设置在所述气路中并靠近所述进气口33，而在所述片式催化剂37之间界定了气路并容许所述空气从中流过。并且，设置电加热器39延伸穿过所述片式催化剂37并且其加热区与所述片式催化剂相邻。
在如上述构造的氢再化合装置30中，当由于所述核反应堆密封壳中发生事故而产生氢气时，含氢和氧的混合气体即含氢空气从所述进气口33流入所述盖子31中的气路中，并在所述片式催化剂37a的催化表面上氢与氧化合并产生热量。在出现事故发生所述氢气生成过程时，所述电加热器39通电以产生电阻热籍此加热相邻的催化剂，使其活化以促进再化合反应。与发生再化合反应的区域相邻的催化剂被传导来的所产生的热量加热，因而促进了所述的再化合反应，籍此活化了所述片式催化剂37a的整个表面。在整个催化剂床37上都产生了在片式催化剂37a上发生的这个活化促进现象，因此促进了氢与氧的再化合反应，从而加快了所述氢气的清除。由于在所述再化合反应产生的热量而升高了温度的空气进一步流经所述气路后从所述排气口35排出。
在产生氢气的异常情况下，虽然含有因高温高压下冷却剂泄漏产生的水蒸汽和毒化物质的混合物从所述进气口33流入，并与所述的催化剂床37相接触，但是借助于所述电加热器39产生的催化剂的活化作用，所述的氢气清除过程可迅速进行。
此外，由于氢气大量产生使氢浓度上升到4％以上时，所述的电加热器39成为点燃的火源，并且经所述进气口33或排气口35将燃烧过程传播到所述装置之外以清除大量的氢气。
以下将描述使用蜂窝式催化剂的氢再化合装置。参照图2和3，提供了氢再化合装置40的外壳或容器41，分别在其下部带有进气口43而在其上部带有排气口44，并且由此界定了通向所述进气口和排气口的空气气路42，其中所述装置40用于处理在核反应堆密封壳中的含氢空气。所述容器41的排气口44罩有从所述容器分开的防护性盖子46，环状排气口45则安装在所述容器的侧缘。由蜂窝式催化剂构成的催化剂床47置于所述容器内的气路42中，而电加热器49置于所述催化剂床47下的气路42中。所述电加热器49的加热区在所述催化剂床47的附近，但是并不与其相邻。
在如上述的氢再化合装置40中，当由于所述核反应堆密封壳中发生事故而产生氢气时，含氢和氧的混合气体或含氢空气从所述进气口43流入所述容器41内的气路42中，并与所述催化剂床47相接触。此后，氢和氧在所述催化剂的表面上化合并籍此产生热量。在发生事故产生氢气时，给所述的电加热器49通电，产生电阻热籍此加热并活化其附近的下部催化剂。因而促进了所述的再化合反应。发生再化合反应的相邻区域的催化剂为传导来的放热反应所产生的热量加热，因而促进了该处的再化合反应。这样，所述催化剂层47的催化剂随后被加热，籍此在整个催化剂层47上都产生了所述的活化促进现象，因此促进了氢与氧的再化合反应。由于在所述再化合反应产生的热量而升高了温度的空气流经所述气路42后从所述排气口45排出。
在产生氢气的异常情况下，虽然含有因高温高压下冷却剂泄漏而产生的水蒸汽和毒化物质的混合物从所述进气口43流入，并与所述的催化剂层47相接触，但是借助于所述电加热器49的加热所产生的催化剂的活化作用，所述的氢气清除过程可快速进行。
此外，由于氢气大量产生使氢浓度上升到4％以上时，所述的电加热器49充当点燃的火源，并且通过燃烧的传播清除大量的氢气。
如上所述，根据本发明，当所述空气中氢气的浓度低时，所述的氢气可借助于由所述加热器提高的催化剂的活化作用，通过进行氢再化合反应得以快速清除；而当所述氢气因大量产生，而其浓度大大升高时，所述的加热器用作点燃的火源并引发燃烧反应以快速清除所述氢气。
按照条约第19条的修改
1．一种用于处理含氢空气的装置，该装置包括带有进气口和排气口的外壳，该外壳界定了在其中的气路；以及设置在在所述气路中的催化剂床和设置在所述催化剂床中或附近的加热器，特征在于由所述的催化剂床促进的氢的再化合反应所产生的热，传播遍及整个所述催化剂床并籍此完全活化所述的催化剂床，其中所述的催化剂床是由所述的加热器部分地加热了的。
2．如权利要求1的用于处理含氢空气的装置，特征在于所述的催化剂床由片式催化剂构成，并设置一个用作所述加热器的电加热器延伸穿过所述片式催化剂。
3．如权利要求1的用于处理含氢空气的装置，特征在于所述的催化剂床由蜂窝式催化剂构成，并设置一个用作所述加热器的电加热器位于所述气路中的蜂窝式催化剂上游一侧靠近所述催化剂的位置。
根据专利合作条约第19(1)条的简要声明
修改了权利要求1以明确所述的加热器和所述的催化剂床之间的关系，从而区分本发明与JP,59-119297,A之间的差异。