RU2623459C1 - Passive autocatalic hydrogen and oxygen recombinator by organization of environmental air additional flow to catalytic elements assembly in direction of transverse to main - Google Patents
Passive autocatalic hydrogen and oxygen recombinator by organization of environmental air additional flow to catalytic elements assembly in direction of transverse to main Download PDFInfo
- Publication number
- RU2623459C1 RU2623459C1 RU2016127496A RU2016127496A RU2623459C1 RU 2623459 C1 RU2623459 C1 RU 2623459C1 RU 2016127496 A RU2016127496 A RU 2016127496A RU 2016127496 A RU2016127496 A RU 2016127496A RU 2623459 C1 RU2623459 C1 RU 2623459C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- assembly
- hydrogen
- housing
- catalytic elements
- specified
- Prior art date
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 44
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 43
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 43
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 21
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 230000008520 organization Effects 0.000 title description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 title 1
- 239000003570 air Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 14
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 14
- 238000013021 overheating Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 102200052313 rs9282831 Human genes 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical group C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000003608 radiolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C9/00—Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
- G21C9/04—Means for suppressing fires ; Earthquake protection
- G21C9/06—Means for preventing accumulation of explosives gases, e.g. recombiners
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано при авариях на атомных электростанциях (АЭС) для предотвращения накопления в аварийных помещениях водорода, при захоронении ядерных отходов (где водород образуется в результате радиолиза воды и органических веществ). Кроме того, оно может быть использовано при утечках водорода в производственных помещениях на предприятиях химической индустрии, из установок с применением водорода (например, из системы охлаждения генераторов электростанций всех типов), в хранилищах водородных баллонов, на испытательных стендах с применением водорода, в учебных лабораториях, при коррозии оборудования и др.The invention relates to the field of nuclear energy and can be used in accidents at nuclear power plants (NPPs) to prevent the accumulation of hydrogen in emergency rooms, during the disposal of nuclear waste (where hydrogen is formed as a result of radiolysis of water and organic substances). In addition, it can be used for hydrogen leaks in industrial premises at chemical enterprises, from plants using hydrogen (for example, from the cooling system of generators of power plants of all types), in hydrogen storage tanks, on test benches using hydrogen, in educational laboratories , corrosion of equipment, etc.
Уровень техникиState of the art
Одним из основных способов обеспечения водородной безопасности в случае аварии на современных АЭС с выделением большого количества водорода является каталитическая рекомбинация водорода с кислородом воздуха:One of the main ways to ensure hydrogen safety in the event of an accident at modern nuclear power plants with the release of a large amount of hydrogen is the catalytic recombination of hydrogen with atmospheric oxygen:
В качестве катализаторов используются металлы платиновой группы, чаще сама платина. Реакция на них протекает в диффузионном режиме, т.е. ее скорость лимитируется стадией подвода газовых реагентов к поверхности катализатора. Процесс удаления водорода (т.е. превращение его в безопасный водяной пар) протекает в автокаталитическом (пассивном) режиме, т.е. без энергозатрат и управления извне, что позволяет поддерживать достаточно низкое (безопасное) содержание водорода в помещениях АЭС в течении всего аварийного периода. Устройство, в котором осуществляется реакция (1), получило название пассивный автокаталитический рекомбинатор (ПАР). Обычно он представляет собой вертикально расположенный полый корпус прямоугольного или круглого поперечного сечения со свободно открытыми в окружающую среду нижним и верхним торцами с помещенной в нижней части указанного корпуса по его высоте по меньшей мере одной сборкой каталитических элементов.Metals of the platinum group are used as catalysts, more often platinum itself. The reaction to them proceeds in a diffusion mode, i.e. its speed is limited by the stage of supply of gas reagents to the surface of the catalyst. The process of hydrogen removal (i.e., converting it to safe water vapor) proceeds in an autocatalytic (passive) mode, i.e. without energy consumption and external control, which allows you to maintain a fairly low (safe) hydrogen content in the premises of the nuclear power plant during the entire emergency period. The device in which reaction (1) is carried out is called a passive autocatalytic recombiner (PAR). Usually it is a vertically located hollow body of rectangular or circular cross-section with lower and upper ends freely open to the environment with at least one assembly of catalytic elements placed in the lower part of the said body along its height.
Дисперсный металл-катализатор в каталитическом элементе обычно наносится на каталитическую основу, в качестве которой, как правило, используются пористые керамические композиты (чаще всего из оксида алюминия) в виде пластин, труб и др. Каталитические элементы закрепляются в жестком каркасе (картридже) из термо- и коррозионно-стойкого материала, обычно из нержавеющей стали.A dispersed metal catalyst in a catalytic element is usually deposited on a catalytic base, as a rule, porous ceramic composites (most often aluminum oxide) are used in the form of plates, pipes, etc. The catalytic elements are fixed in a rigid frame (cartridge) made of thermo - and corrosion-resistant material, usually stainless steel.
Автокаталитический режим экзотермических реакций (к этому классу относится и рассматриваемая реакция) обусловлен тепловыделением, благодаря которому испаряется образующаяся вода, своевременно освобождая по мере испарения рабочую поверхность катализатора. Нагретый пар и воздух формируют в корпусе ПАР восходящий конвективный поток. В результате естественного газообмена ПАР в стационарном пассивном режиме освобождает окружающую среду от водорода. С конца прошлого века пассивные рекомбинаторы кислорода и водорода описанной выше конструкции являются обязательной составной частью современных систем водородной безопасности АЭС.The autocatalytic mode of exothermic reactions (the reaction in question belongs to this class) is caused by heat release, due to which the water formed evaporates, timely releasing the working surface of the catalyst as it evaporates. Heated steam and air form an upward convective flow in the steam vessel. As a result of natural gas exchange, steam in a stationary passive mode frees the environment from hydrogen. Since the end of the last century, passive oxygen and hydrogen recombiners of the design described above have been an obligatory component of modern nuclear safety systems for nuclear power plants.
Модернизация ПАР происходит в направлениях повышения их производительности, улучшения надежности функционирования, сокращения стартового периода включения в работу, снижения стоимости, увеличения ресурса и безопасности.Modernization of steam generators takes place in the directions of increasing their productivity, improving the reliability of operation, reducing the starting period of commissioning, reducing costs, increasing resources and safety.
Последнее связано с возможным «перегревом» катализатора при работе в атмосфере с высоким содержанием водорода (более 6-8% об.), что может инициировать поджиг и даже взрыв водород-воздушной среды. В свою очередь, уровень концентрации водорода в помещении, в которое постоянно поступает водород, находится в прямой зависимости от производительности отдельных ПАР (скорости каталитического процесса и создаваемой конвективным потоком тяги в корпусе рекомбинатора). «Перегрев» катализатора обусловлен тем, что его работа происходит в пространстве, ограниченном стенками корпуса ПАР, т.е. в условиях, близких к адиабатическим. Чем больше мощность ПАР и эффективнее происходит теплоотвод от зоны каталитической сборки, тем меньшее количество этих устройств и финансовых затрат требуется для оснащения данного помещения. В целях увеличить производительность ПАР в последние 10-15 лет предлагались: различные катализаторы, структуры и картриджи сборок каталитических элементов и конструкции корпусов ПАР.The latter is associated with a possible “overheating” of the catalyst when operating in an atmosphere with a high hydrogen content (more than 6–8% vol.), Which can initiate ignition and even explosion of a hydrogen-air medium. In turn, the level of hydrogen concentration in the room, into which hydrogen is constantly supplied, is directly dependent on the performance of individual PAHs (the speed of the catalytic process and the convection flow generated by the traction in the recombiner body). The “overheating” of the catalyst is due to the fact that its operation occurs in a space bounded by the walls of the PAIR housing, i.e. in conditions close to adiabatic. The greater the power of the steam generator and the more efficient the heat removal from the catalytic assembly zone, the lesser number of these devices and financial costs are required to equip this room. In order to increase the performance of the steam generators in the last 10-15 years, the following were proposed: various catalysts, structures and cartridges for assemblies of catalytic elements and structures for the steam vessel housings.
Известен ПАР (RU 2499305, G21C 9/06, 2013 [1]), содержащий вертикально расположенный полый корпус прямоугольного или круглого поперечного сечения со свободно открытыми в окружающую воздушную среду нижним и верхним торцами и помещенную в нижней части указанного корпуса по его высоте по меньшей мере одну сборку каталитических элементов, расположенных по поперечному сечению корпуса соответственно его форме параллельными или концентричными горизонтальными рядами.Known PAR (RU 2499305, G21C 9/06, 2013 [1]) containing a vertically arranged hollow body of rectangular or circular cross-section with lower and upper ends freely open in the surrounding air environment and placed at the lower height of the specified body at least at least one assembly of catalytic elements located along the cross section of the housing according to its shape in parallel or concentric horizontal rows.
Согласно [1] каждую каталитическую пластину размещают между двумя, более короткими, металлическими пластинами, что создает более равномерное распределение газового потока и снижение термической нагрузки на нижнюю часть каталитической пластины. При содержании водорода в окружающей воздушной среде, равном 2% об., удельная скорость рекомбинации водорода и кислорода в данном ПАР достигает 45 н.мл/(мин см2).According to [1], each catalytic plate is placed between two shorter metal plates, which creates a more uniform distribution of the gas flow and a decrease in thermal load on the lower part of the catalytic plate. When the hydrogen content in the ambient air is equal to 2% vol., The specific rate of recombination of hydrogen and oxygen in this PAR reaches 45 nml / (min cm 2 ).
Известен ПАР (RU 2461900, G21C 9/06, 2012 [2]), в котором с целью предотвращения перегрева катализатора в нижней части корпуса помещены по меньшей мере два расположенных по высоте сборки пластинчатых каталитических элемента с уменьшающимися поперечным сечением и высотой, которые обеспечивают ступенчатое возрастание скорости реакции и, одновременно, делокализацию выделяющегося тепла реакции и распределение его по высоте сборки указанных элементов. Подобная структура позволяет при 2% об. содержания водорода в окружающей среде получать скорости рекомбинации водорода и кислорода до 55 н.мл/(мин см2).Known PAR (RU 2461900, G21C 9/06, 2012 [2]), in which, in order to prevent overheating of the catalyst, at least two plate-type catalytic elements located along the assembly height with decreasing cross-section and height, which provide stepwise an increase in the reaction rate and, at the same time, delocalization of the released reaction heat and its distribution over the height of the assembly of these elements. A similar structure allows for 2% vol. the hydrogen content in the environment to obtain the recombination rate of hydrogen and oxygen up to 55 nml / (min cm 2 ).
Известен ПАР (RU 2537956, G21C 9/06, 2014 [3]), содержащий, кроме центральной стволовой части корпуса, присоединенные к ней боковые рукава со сборками каталитических элементов, расположенные наклонно под углом к указанной стволовой части корпуса. Этим достигается дополнительное поступление водород-воздушной смеси в стволовую часть корпуса, с соответствующим увеличением скорости рекомбинации водорода и кислорода при 2% об. содержания водорода в окружающей среде до 70 н.мл /(мин⋅см2).Known PAR (RU 2537956, G21C 9/06, 2014 [3]), containing, in addition to the Central stem of the housing, attached to it side sleeves with assemblies of catalytic elements located obliquely at an angle to the specified stem of the housing. This achieves an additional intake of hydrogen-air mixture in the barrel of the body, with a corresponding increase in the rate of recombination of hydrogen and oxygen at 2% vol. the hydrogen content in the environment is up to 70 nml / (min⋅cm 2 ).
Общим недостатком всех трех перечисленных аналогов является наличие риска локального перегрева каталитических элементов, вызываемого увеличением скорости рекомбинации водорода и кислорода.A common drawback of all three of these analogues is the risk of local overheating of the catalytic elements caused by an increase in the rate of recombination of hydrogen and oxygen.
Из перечисленных выше трех аналогов патентуемого изобретения в качестве ближайшего (прототипа) выбран аналог [1], несмотря на наименьшее для указанных трех аналогов в достигнутое значение величины скорости рекомбинации водорода при заданном значении его объемного содержания в окружающей среде. Это связано с тем, что аналог [1] наиболее близок к патентуемому изобретению по своему конструктивному выполнению.Of the above three analogues of the patented invention, the analogue [1] was selected as the closest (prototype), despite the lowest value for the recombination rate of hydrogen for the specified three analogues at a given value of its volumetric content in the environment. This is due to the fact that the analogue [1] is closest to the patented invention in its constructive implementation.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Техническими результатами патентуемого изобретения являются дальнейшее по сравнению с достигнутым уровнем техники увеличение скорости рекомбинации водорода и кислорода в окружающей воздушной среде, а также устранение риска локального перегрева каталитических элементов при увеличенной скорости рекомбинации водорода и кислорода.The technical results of the patented invention are a further increase in the rate of recombination of hydrogen and oxygen in the surrounding air compared with the state of the art, as well as eliminating the risk of local overheating of the catalytic elements with an increased rate of recombination of hydrogen and oxygen.
Указанные технические результаты обеспечиваются тем, что ПАР, содержащий вертикально расположенный полый корпус прямоугольного или круглого поперечного сечения со свободно открытыми в окружающую воздушную среду нижним и верхним торцами и помещенную в нижней части указанного корпуса по его высоте по меньшей мере одну сборку каталитических элементов, расположенных по поперечному сечению корпуса соответственно его форме параллельными или концентричными горизонтальными рядами, согласно изобретению дополнительно содержит средства организации дополнительного потока окружающей воздушной среды по меньшей мере через часть по меньшей мере нижней каталитической сборки в поперечном направлении по отношению к оси корпуса, а каждый последующий от периферии к центру ряд каталитических элементов указанной сборки расположен ниже предыдущего.The indicated technical results are ensured by the fact that the PAIR containing a vertically located hollow body of rectangular or circular cross section with lower and upper ends freely open in the surrounding air environment and at least one assembly of catalytic elements located along the cross section of the housing according to its shape in parallel or concentric horizontal rows, according to the invention further comprises means or anizatsii additional ambient air flow through at least a portion of at least the bottom of the catalyst assembly in the transverse direction with respect to the housing axis, and each subsequent from the periphery to the center of a number of catalyst elements of said assembly is situated below the previous one.
Величина снижения каждого последующего горизонтального ряда каталитических элементов от периферии до центра корпуса предпочтительно составляет:The amount of reduction of each subsequent horizontal row of catalytic elements from the periphery to the center of the housing is preferably:
Δh=k⋅h/n, Δh = k⋅h / n,
гдеWhere
k - численный коэффициент,k is a numerical coefficient,
h - высота каталитического элемента,h is the height of the catalytic element,
n - число горизонтальных рядов сборки от периферии до центра корпуса;n is the number of horizontal rows of the assembly from the periphery to the center of the housing;
величина k предпочтительно лежит в пределах 0,1…1,0, расстояние между смежными рядами каталитических элементов в сборке предпочтительно составляет δ=(0,1…0,4)h, величина h предпочтительно лежит в пределах (10…150) мм, а расстояние в свету между смежными каталитическими элементами одного горизонтального ряда сборки предпочтительно составляет s=(0…150) мм.the value of k is preferably in the range 0.1 ... 1.0, the distance between adjacent rows of catalytic elements in the assembly is preferably δ = (0.1 ... 0.4) h, the value of h is preferably in the range (10 ... 150) mm, and the distance in the light between adjacent catalytic elements of one horizontal row of the assembly is preferably s = (0 ... 150) mm.
Для организации поперечного потока окружающей воздушной среды через выделенную часть выделенной сборки в стенках указанного корпуса в местах, ограничивающих зоны подвода указанного поперечного потока, могут быть предусмотрены равномерно распределенные по соответствующей части стенок корпуса сквозные отверстияFor organizing the transverse flow of the surrounding air through the allocated part of the selected assembly in the walls of the specified housing in places that limit the supply zone of the specified transverse flow, through holes evenly distributed over the corresponding part of the walls of the housing can be provided
илиor
стенки указанного корпуса в местах, ограничивающих зоны подвода указанного поперечного потока, могут быть выполнены в виде металлической сетки.the walls of the specified housing in places that limit the supply zone of the specified transverse flow can be made in the form of a metal mesh.
Для организации поперечного потока окружающей воздушной среды через по меньшей мере нижнюю часть нижней сборки указанная часть указанной сборки может быть выведена вовне за пределы нижнего торца указанного корпуса.To organize the transverse flow of ambient air through at least the lower part of the lower assembly, the specified part of the specified assembly can be brought out outside the lower end of the specified body.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков патентуемого изобретения и его техническими результатами заключается в следующем.The causal relationship between the set of essential features of the patented invention and its technical results is as follows.
При работе ПАР согласно патентуемому изобретению в рабочие зоны выделенных каталитических сборок поступает водород-воздушная смесь не только снизу, в восходящем конвективном потоке, но и по периферии корпуса с поперечным по отношению к восходящему потоком. При этом за счет существенного увеличения площади контакта водород-воздушной смеси с каталитическими элементами соответственно возрастает скорость рекомбинации водорода и кислорода. Интенсивное функционирование катализатора сопровождается ростом теплообмена (в частности, теплового излучения), что снижает риск локального перегрева каталитических элементов.During operation of the PAR according to the patented invention, the hydrogen-air mixture enters the working zones of the separated catalytic assemblies not only from below, in an upward convective flow, but also along the periphery of the casing with a transverse relative to the upward flow. In this case, due to a substantial increase in the contact area of the hydrogen-air mixture with catalytic elements, the recombination rate of hydrogen and oxygen increases accordingly. The intensive functioning of the catalyst is accompanied by an increase in heat transfer (in particular, thermal radiation), which reduces the risk of local overheating of the catalytic elements.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 схематически изображен корпус ПАР (вид спереди) прямоугольного сечения, в стенках которого предусмотрены отверстия для поперечного подвода водород-воздушной смеси к каталитическим элементам выделенной сборки; на фиг. 2 - вид спереди на корпус ПАР, стенки которого в месте расположения выделенной сборки каталитических элементов выполнены в виде металлической сетки; фиг. 3 - корпус ПАР (вид спереди) прямоугольного сечения с нижней сборкой каталитических элементов пластинчатой формы, часть которой выдвинута вовне за пределы нижнего торца корпуса; на фиг. 4 - то же в виде сбоку на указанную сборку; на фиг. 5 - то же в виде спереди для корпуса круглого сечения со сборкой каталитических элементов трубчатой формы; на фиг. 6 - то же в виде снизу.In FIG. 1 schematically depicts a PAH case (front view) of rectangular cross section, in the walls of which holes are provided for the transverse supply of hydrogen-air mixture to the catalytic elements of the selected assembly; in FIG. 2 is a front view of the steam vessel, the walls of which at the location of the selected assembly of the catalytic elements are made in the form of a metal mesh; FIG. 3 - a PAIR case (front view) of a rectangular cross-section with a lower assembly of plate-shaped catalytic elements, a part of which is pulled outward outside the lower end of the housing; in FIG. 4 - the same in side view of the specified assembly; in FIG. 5 is the same in front view for a circular housing with an assembly of tubular-shaped catalytic elements; in FIG. 6 - the same in the form of the bottom.
Условные обозначенияLegend
КЭ - каталитический элемент;CE - catalytic element;
ПАР - пассивный автокаталитический рекомбинатор водорода и кислорода;PAR - passive autocatalytic recombinant of hydrogen and oxygen;
Перечень позиций List of items
10 - корпус ПАР; 11 - сквозные отверстия в стенке корпуса; 12 - металлическая сетка в качестве части стенки корпуса; 20 - нижняя сборка КЭ; 31 - параллельные горизонтальные ряды КЭ; 32 - концентричные горизонтальные ряды КЭ; 41, 42 - КЭ; 41 - прямоугольные КЭ; 42 - трубчатые КЭ.10 - PAIR case; 11 - through holes in the wall of the housing; 12 - metal mesh as part of the wall of the housing; 20 - lower assembly of FE; 31 - parallel horizontal rows of FE; 32 - concentric horizontal rows of FE; 41, 42 - FE; 41 - rectangular FE; 42 - tubular FE.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
ПАР согласно патентуемому изобретению содержит вертикально расположенный полый корпус 10 (фиг. 1-6) прямоугольного (фиг. 1-4) или круглого (фиг. 5, 6) сечения со свободно открытыми в окружающую воздушную среду нижним и верхним торцами.The PAIR according to the patented invention contains a vertically arranged hollow body 10 (Figs. 1-6) of rectangular (Figs. 1-4) or round (Figs. 5, 6) sections with lower and upper ends freely open into the surrounding air.
В нижней части корпуса 10 по его высоте установлена по меньшей мере одна сборка (в данном примере одна сборка 20) каталитических элементов (КЭ) 41, 42, расположенных по поперечному сечению корпуса соответственно его форме параллельными рядами 31 (фиг. 4) или концентричными рядами 32 (фиг. 6).At least one assembly (in this example, one assembly 20) of catalytic elements (FE) 41, 42 located along the cross section of the housing according to its shape in parallel rows 31 (Fig. 4) or concentric rows is installed in the lower part of the
ПАР согласно изобретению дополнительно содержит средства организации дополнительного потока окружающей воздушной среды в данном примере к нижней сборке 20 КЭ 41, 42 в поперечном направлении по отношению к оси корпуса 10. При этом каждый последующий от периферии к центру ряд 31 или 32 КЭ 41, 42 сборки 20, в которой организован поперечный поток окружающей воздушной среды, расположен ниже предыдущего фиг. 4, 5.The PAR according to the invention further comprises means for organizing an additional flow of ambient air in this example to the
Величина снижения каждого последующего горизонтального ряда 31 или 32 КЭ 41, 42 от периферии до центра корпуса 10 составляет:The magnitude of the reduction of each subsequent
Δh=k⋅h/n, Δh = k⋅h / n,
гдеWhere
k - численный коэффициент,k is a numerical coefficient,
h - высота КЭ 41, 42,h is the height of the
n - число горизонтальных рядов до центра корпуса 31 или 32 сборки,n is the number of horizontal rows to the center of the
при этом k равно (0,1…1,0), h равна (10…150) мм.wherein k is (0.1 ... 1.0), h is (10 ... 150) mm.
Пример: при выбранных значениях: k=0,5, h=100 мм, n=4Example: for selected values: k = 0.5, h = 100 mm, n = 4
Δh=0,5⋅100/4=12,5 ммΔh = 0.5⋅100 / 4 = 12.5 mm
Организация поперечного потока окружающей воздушной среды через КЭ 41, 42 может быть осуществлена следующими равноэффективными конструктивными средствами:The organization of the transverse flow of the surrounding air through
а) в стенках корпуса 10 в местах, ограничивающих зоны подвода поперечного потока окружающей воздушной среды, могут быть предусмотрены равномерно распределенные по соответствующей части стенок корпуса 10 сквозные отверстия 11;a) in the walls of the
б) стенки корпуса 10 в местах, ограничивающих зоны подвода поперечного потока окружающей воздушной среды, могут быть выполнены в виде металлической сетки 12;b) the walls of the
в) по меньшей мере часть нижней сборки 20 может быть выведена вовне за пределы нижнего торца корпуса 10.c) at least a portion of the
Следует заметить, что варианты а) и б) могут быть использованы применительно к сборке КЭ, расположенной в любом месте по высоте нижней части корпуса 10, а вариант в) только для нижней сборки.It should be noted that options a) and b) can be used with respect to the assembly of FE located anywhere along the height of the lower part of the
ПАР согласно патентуемому изобретению работает следующем образом.PAR according to the patented invention operates as follows.
С появлением в окружающей воздушной среде водорода на поверхностях катализатора каталитических элементов КЭ 41, 42 начинается экзотермическая реакция рекомбинации водорода и кислорода (1). Автокаталитический режим этой реакции обусловлен так называемым стефановским потоком, направленным к поверхности катализатора и представляющим собой поток массы по направлению нормали к поверхности раздела фаз, обусловленный разностью давлений в газовой смеси с неоднородным распределением концентраций ее компонентов. Кроме того, на развитие каталитического процесса влияет возникновение восходящего конвективного газового потока вследствие появления градиентов температуры и давления по высоте корпуса ПАР 10. При этом, если стефановский поток к поверхности катализатора, находящегося внутри корпуса 10 со сплошными стенками, осуществляется только за счет восходящего (одномерного) газового потока внутри ограниченного пространства, то внутри корпуса 10 с несплошными стенками (наличие отверстий 11 или металлической сетки 12) или вне того же корпуса для переноса газовых реагентов стефановским потоком, т.е. в поперечном (горизонтальном) направлении по отношению к катализатору, этого ограничения нет. В результате находящаяся внутри корпуса 10 с несплошными стенками или вне того же корпуса соответствующая часть катализатора сборки 20 использует повышенный газообмен с окружающей водородсодержащей воздушной средой и, следовательно, способна рекомбинировать водород с большей скоростью.With the appearance of hydrogen in the ambient air on the catalyst surfaces of the
Проведенные экспериментальные исследования работы ПАР согласно патентуемому изобретению с использованием описанных выше средств организации дополнительного поперечного потока окружающей водород-содержащей воздушной среды через нижнюю сборку 20 КЭ 41, 42 различной формы показали, что степень возрастания скорости рекомбинации водорода и кислорода при атмосферном давлении и С(Н2)=2% об., по сравнению с достигнутой в ПАР [1] скоростью 45 н.мл/мин⋅см2, составляет в среднем 1,9. Таким образом, абсолютное значение скорости рекомбинации водорода и кислорода в ПАР патентуемого изобретения при указанной выше концентрации водорода в окружающей воздушной среде составляет примерно 86 н.мл/мин⋅см2, что превышает эффективность работы в данном отношении всех известных из современного уровня техники ПАР.The experimental studies of the operation of the PAIR according to the patented invention using the above-described means of organizing an additional transverse flow of surrounding hydrogen-containing air through the
Кроме того, как показали проведенные эксперименты при работе ПАР согласно патентуемому изобретению, по сравнению с [1] наблюдалось значительное снижение степени саморазогрева катализатора. Например, при удельной скорости рекомбинации 80 н.мл/(мин⋅см2) указанная температура снизилась с 360°С до 195°С, т.е. в 1,85 раза.In addition, as shown by the experiments performed during the operation of the PAR according to the patented invention, in comparison with [1], a significant decrease in the degree of self-heating of the catalyst was observed. For example, at a specific recombination rate of 80 nml / (min · cm 2 ), the indicated temperature decreased from 360 ° C to 195 ° C, i.e. 1.85 times.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
ПАР согласно изобретению отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертежах достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами на основании современного уровня техники в области атомной энергетики и других приведенных выше отраслей.The steam according to the invention meets the condition of "industrial applicability". The essence of the technical solution is disclosed in the formula, description and drawings clearly enough for understanding and industrial implementation by appropriate specialists based on the current level of technology in the field of nuclear energy and other above industries.
Claims (20)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016127496A RU2623459C1 (en) | 2016-07-08 | 2016-07-08 | Passive autocatalic hydrogen and oxygen recombinator by organization of environmental air additional flow to catalytic elements assembly in direction of transverse to main |
| PCT/RU2016/000723 WO2018009092A1 (en) | 2016-07-08 | 2016-10-24 | Passive autocatalytic hydrogen and oxygen recombiner |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016127496A RU2623459C1 (en) | 2016-07-08 | 2016-07-08 | Passive autocatalic hydrogen and oxygen recombinator by organization of environmental air additional flow to catalytic elements assembly in direction of transverse to main |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2623459C1 true RU2623459C1 (en) | 2017-06-26 |
Family
ID=59241506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016127496A RU2623459C1 (en) | 2016-07-08 | 2016-07-08 | Passive autocatalic hydrogen and oxygen recombinator by organization of environmental air additional flow to catalytic elements assembly in direction of transverse to main |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2623459C1 (en) |
| WO (1) | WO2018009092A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2761989C1 (en) * | 2021-01-26 | 2021-12-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" | Passive catalytic hydrogen and oxygen recombiner |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113380431A (en) * | 2021-06-03 | 2021-09-10 | 哈尔滨工程大学 | Hydrogen recombiner catalytic unit |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4911879A (en) * | 1987-08-14 | 1990-03-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus for the recombination of hydrogen and oxygen |
| US5167908A (en) * | 1990-01-08 | 1992-12-01 | Gesellschaft Fur Reaktorsicherheit (Grs) | Device for recombination of hydrogen and oxygen |
| RU113404U1 (en) * | 2011-10-17 | 2012-02-10 | Закрытое Акционерное Общество Инвестиционная Научно-Производственная Компания РУССКИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ | PASSIVE MULTI-TIRE AUTOCATALYTIC RECOMBINATOR OF HYDROGEN AND OXYGEN WITH A SEPARATE METHOD OF THE PROCESSED GAS ENVIRONMENT FOR EACH TIER |
| RU2499305C1 (en) * | 2012-10-11 | 2013-11-20 | Владимир Андреевич Шепелин | Passive autocatalytic hydrogen and oxygen recombiner with uniform load per area of catalyst element |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2537956C1 (en) * | 2013-07-19 | 2015-01-10 | Владимир Андреевич Шепелин | Passive autocatalytic hydrogen and oxygen recombiner with lateral intake of hydrogen-air mixture |
-
2016
- 2016-07-08 RU RU2016127496A patent/RU2623459C1/en active
- 2016-10-24 WO PCT/RU2016/000723 patent/WO2018009092A1/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4911879A (en) * | 1987-08-14 | 1990-03-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus for the recombination of hydrogen and oxygen |
| US5167908A (en) * | 1990-01-08 | 1992-12-01 | Gesellschaft Fur Reaktorsicherheit (Grs) | Device for recombination of hydrogen and oxygen |
| RU113404U1 (en) * | 2011-10-17 | 2012-02-10 | Закрытое Акционерное Общество Инвестиционная Научно-Производственная Компания РУССКИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ | PASSIVE MULTI-TIRE AUTOCATALYTIC RECOMBINATOR OF HYDROGEN AND OXYGEN WITH A SEPARATE METHOD OF THE PROCESSED GAS ENVIRONMENT FOR EACH TIER |
| RU2499305C1 (en) * | 2012-10-11 | 2013-11-20 | Владимир Андреевич Шепелин | Passive autocatalytic hydrogen and oxygen recombiner with uniform load per area of catalyst element |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2761989C1 (en) * | 2021-01-26 | 2021-12-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" | Passive catalytic hydrogen and oxygen recombiner |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018009092A1 (en) | 2018-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2878121C (en) | Nuclear plant with a containment shell and with a pressure relief system | |
| KR200464123Y1 (en) | Passive Auto-catalytic Recombiner | |
| WO2015085241A1 (en) | Slimm-scalable liquid metal cooled small modular reactor | |
| RU2461900C1 (en) | Passive autocatalytic hydrogen and oxygen recombiner with rate of catalytic reaction increasing stepwise in direction of gas flow | |
| EP2704153B1 (en) | Gas treatment equipment of nuclear power plant | |
| US20120063560A1 (en) | Devices and methods for managing noncombustible gasses in nuclear power plants | |
| RU2623459C1 (en) | Passive autocatalic hydrogen and oxygen recombinator by organization of environmental air additional flow to catalytic elements assembly in direction of transverse to main | |
| KR20150046005A (en) | Hydrogen recombiner | |
| CN108140433B (en) | Nuclear reactor | |
| KR101478738B1 (en) | Passive auto-catalytic recombiner having steam reducing part | |
| RU2537956C1 (en) | Passive autocatalytic hydrogen and oxygen recombiner with lateral intake of hydrogen-air mixture | |
| Fu et al. | Superhydrophilic metal-organic frameworks film modified surface for tritium removal from tritiated heavy water | |
| Yanhua et al. | Analysis of diffusion process and influence factors in the air ingress accident of the HTR-PM | |
| US5285486A (en) | Internal passive hydrogen peroxide decomposer for a boiling water reactor | |
| JP5687440B2 (en) | Reactor containment heat removal apparatus and heat removal method | |
| RU2499305C1 (en) | Passive autocatalytic hydrogen and oxygen recombiner with uniform load per area of catalyst element | |
| RU2761989C1 (en) | Passive catalytic hydrogen and oxygen recombiner | |
| Magomedbekov et al. | Current state of research in the field of detritiation of technological water flows: A review | |
| RU77488U1 (en) | PASSIVE AUTOCATALYTIC RECOMBINATOR OF HYDROGEN AND OXYGEN FOR OPERATION IN A MEDIUM WITH A HIGH HYDROGEN CONTENT | |
| RU2599145C1 (en) | Recombiner and method for recombination of hydrogen or methane and oxygen in gas mixture | |
| Kozlov et al. | Influence of a Bulk Layer of a Catalyst on the Passage of a Hydrogen–Air Flame in a Restricted Space | |
| US8774342B2 (en) | Boiling water nuclear plant and steam dryer | |
| Nakano et al. | Conceptual reactor design study of very high temperature reactor (VHTR) with prismatic-type core | |
| EP1224668A1 (en) | Device for the removal of hydrogen from gas mixtures flowing through pipes pipes | |
| Iwai et al. | Hydrophobic Platinum Honeycomb Catalyst to Be Used for Tritium Oxidation Reactors |