(57)【要約】ガス状媒体に含有される水素を点火する水素点火器であり、前記水素点火器は、ガス状媒体供給開口及びガス状媒体排出開口を有する筐体、並びに筐体の内部に配設した、ビスマス酸化物及び／又は鉛酸化物の形態の充填材を備える。そのような水素点火器を有する、水素を除去しガス状媒体を浄化するシステム、及びそのようなシステムを繰り返し使用する方法であり、点火器及びシステムは、原子炉設備内で使用できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス状媒体に含有される水素を点火する水素点火器であって、前記水素点火器は、ガス状媒体供給開口及びガス状媒体排出開口を有する筐体、並びに前記筐体の内部に配設した、ビスマス酸化物及び／又は鉛酸化物を含有する充填材を備える
ことを特徴とする点火器。
【請求項２】
ビスマス酸化物はＢｉ2О3である
請求項１に記載の点火器。
【請求項３】
前記充填材は粒状形態を有する
請求項１に記載の点火器。
【請求項４】
前記充填材を有する少なくとも１つの反応槽は、前記筐体の内部に配設される
請求項１に記載の点火器。
【請求項５】
前記筐体は、前記ガス状媒体供給開口から前記少なくとも１つの反応槽を通る分配パイプを配設するが、前記分配パイプは、前記反応槽を通る透通箇所で側壁に開口を有する
請求項４に記載の点火器。
【請求項６】
前記少なくとも１つの反応槽は、ガス状媒体供給開口及びガス状媒体排出開口を有する
請求項４に記載の点火器。
【請求項７】
前記筐体は加熱器を備える
請求項１に記載の点火器。
【請求項８】
前記筐体は、ガス状媒体供給開口を有するカバー、ガス状媒体排出開口を有する底部、及び前記加熱器を接して設置した側壁を有する
請求項７に記載の点火器。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の水素点火器か、前記点火器筐体に接続した供給パイプライン、前記水素点火器筐体に接続した一方向パイプライン、前記供給パイプライン上に設置した遮断弁、及び前記一方向パイプライン上に設置した遮断弁を有する、水素を除去しガス状媒体を浄化するシステムであって、前記供給パイプラインは、前記ガス状媒体供給オリフィスに前記ガス媒体を供給することが可能であり、前記一方向パイプラインは、前記ガス媒体除去オリフィスから前記ガス媒体を除去することが可能であり、前記供給パイプライン上に設置した前記遮断弁は、前記水素含有ガス媒体供給の制御を実現し、前記一方向パイプライン上に設置した前記遮断弁は、前記酸素含有ガス媒体供給を制御する
ことを特徴とするシステム。
【請求項１０】
前記供給パイプラインは加熱器を備える
請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ガス状媒体は不活性ガスを含む
請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
冷却器及び凝縮器を更に備え、前記水素点火器筐体及び前記冷却器は、前記一方向パイプラインにより相互接続され、前記ガス媒体を前記ガス状媒体除去オリフィスから除去し前記冷却器及び前記凝縮器に入れることが可能である
請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
前記遮断弁は、前記一方向パイプライン上に設置され、前記ガス状媒体除去の制御を実現する
請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
請求項１ないし８のいずれかに記載の水素点火器、又は請求項ないし１３のいずれかに記載の水素を除去しガス状媒体を浄化するシステムを備える
ことを特徴とする反応炉施設。
【請求項１５】
前記反応炉設備は原子炉設備である
請求項１４に記載の反応炉設備。
【請求項１６】
前記反応炉設備は、冷却材として鉛−ビスマスを使用する
請求項１５に記載の反応炉設備。
【請求項１７】
水素を除去しガス状媒体を浄化するシステムを繰り返し動作させる方法であって、
前記システムは、水素点火器を備え、前記水素点火器は、ガス状媒体供給開口及びガス状媒体除去開口を有する筐体、並びに前記筐体内の酸素含有充填材、前記点火器筐体に接続した供給パイプライン、前記水素点火器筐体に接続した一方向パイプライン、前記供給パイプライン上に設置した遮断弁、及び前記一方向パイプライン上に設置した遮断弁を含み、前記供給パイプラインは、前記ガス状媒体供給オリフィスに前記ガス媒体を供給することが可能であり、前記一方向パイプラインは、前記ガス媒体除去オリフィスから前記ガス媒体を除去することが可能であり、前記供給パイプライン上に設置した前記遮断弁は、前記水素含有ガス媒体供給の制御を実現し、前記一方向パイプライン上に設置した前記遮断弁は、前記酸素含有ガス媒体供給の制御を実現し、
前記方法は、
前記水素含有ガス媒体を前記水素点火器に供給するステップ；
前記水素含有ガス状媒体の前記水素点火器への前記供給を停止するステップ；
前記酸素含有ガス状媒体を前記水素点火器に供給するステップ；
前記酸素含有ガス状媒体の前記水素点火器への前記供給を停止するステップ
を含む
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記水素含有ガス状媒体を前記水素点火器に供給する際、前記ガス状媒体を前記水素点火器から除去する
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記酸素含有ガス状媒体を前記水素点火器に供給する際、前記供給した酸素含有ガス状媒体を前記水素点火器内に保持し、ビスマス及び／又はビスマス酸化物の酸化が完了した後、前記酸素含有ガス状媒体を除去する
請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記酸素含有充填材は、金属酸化物を含有する
請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記金属酸化物は、ビスマス酸化物ＢｉＯ及び／又はＢｉ2Ｏ3及び／又は鉛酸化物である
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記酸素含有充填材は粒状である
請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記酸素含有充填材を有する少なくとも１つの反応槽は、前記筐体の内部に設置される
請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記点火器筐体は、前記ガス状媒体供給開口から前記少なくとも１つの反応槽を通る分配パイプを配設するが、前記分配パイプは、前記反応槽を通る透通箇所で側壁に開口を有する
請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの反応槽は、ガス状媒体供給開口及びガス状媒体排出開口を有する
請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記筐体は加熱器を備える
請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
前記筐体は、ガス状媒体供給開口を有するカバー、ガス状媒体排出開口を有する底部、及び前記加熱器を接して設置した側壁を有する
請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記供給パイプラインは加熱器を備える
請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ガス状媒体は不活性ガスを含む
請求項１７に記載の方法。
【請求項３０】
前記システムは、冷却器及び凝縮器を更に備え、前記水素点火器筐体は、前記一方向パイプラインにより前記冷却器に接続され、前記ガス状媒体を前記ガス状媒体除去オリフィスから除去し前記冷却器及び前記凝縮器に入れることが可能である
請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
前記遮断弁は、前記システム内の前記一方向パイプライン上に設置され、前記ガス状媒体除去の制御を実現する
請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を除去しガス状媒体を浄化するシステム及び装置に関し、詳細には、水素点火器に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉の安全動作の実現に関する問題の１つは、原子炉のガス回路からガス状水素を除去することである。というのは、ガス状水素が蓄積すると、ガス回路内に危険な濃度のガス状水素が生じるおそれがあるためであり、これにより、水素と構成材料との不都合な相互作用が生じることがあり、そのような材料の劣化（主に回路構成要素の外側面上の保護酸化物フィルムの劣化）がもたらされる。更に、ガス回路内に水素が蓄積することは、爆発しやすい濃度のガス状水素が蓄積することの前提条件となる。
【０００３】
ガス状水素をガス回路から除去するには、様々な手段を使用できる。
【０００４】
特許文献１は、水素含有ガス状混合気から水素を除去する装置を開示している。開示する装置の動作は、透過性ダイアフラムを通じた水素拡散に基づく。したがって、純粋な水素がダイアフラムの背後の空洞内に収集され、水素含量が低下した残りの媒体は、出口ノズルに供給される。このことは、ガス状水素を水素含量の低いガス混合気から除去する必要がある場合、効率の低い方式である。というのは、ダイアフラムを通じた水素拡散には、長い時間期間及び大きな面積の透過性ダイアフラムを必要とするためである。
【０００５】
水素含有ガス混合気からガス状水素を除去する装置は、公知であり、特許文献２に記載されている。この公知の装置では、ガス状水素を含有するガス混合気は、ガス状水素を水にする低温酸化が行われる触媒床に通され、処理済みガス混合気を装置から除去する。水素を酸化し水（水蒸気）にすると、ガス回路から水素を迅速で効果的に除去することを可能にする。というのは、酸化水素（水、水蒸気）は、十分に実証済みのガス状媒体乾燥技術の適用によって、ガス回路から容易に除去できるからである。
【０００６】
しかし、この装置は、酸素含有ガス媒体にのみ適用できる。無酸素ガス状媒体を処理する際、装置は、ガス状水素を除去し水素含有無酸素ガス状媒体を浄化することはできない。
【０００７】
無酸素ガス状媒体は、液体金属冷却材を用いる反応炉のガス回路内で使用されており、ガス回路の無酸素ガス状媒体から水素及び同様のガスを除去する効果的な手段が必要とされる。
【０００８】
典型的には不活性ガスである保護ガス（ガス状媒体）に必要な不純物の組成を維持するために、原子炉施設の動作中、保護ガスから水素を除去することがやはり必要である。保護ガスは、水素点火器の使用により、水素を除去し浄化できる。
【０００９】
特許文献３は、鉛酸化物を収容し、水素含有不活性ガス（ガス状媒体）の流れを保持できる水素点火器を開示している。鉛酸化物が含む水素を酸化して水にし、流入する不活性ガスに同伴させる。
【００１０】
前記点火器を使用して水素を除去しガス状媒体（保護ガス）を浄化する際、保護ガスは、鉛又は鉛酸化物の不純物で汚染されることがある。そのような不純物は、反応炉設備の構造構成要素を汚染することによって、構造構成要素、例えば冷却材に悪影響を与えることがある。
【００１１】
鉛酸化物上の水素の酸化から得られた水は、流入するガス状媒体から除去されないので、生成された保護ガス状媒体は、水蒸気で飽和され、その濃度は、許容可能なレベルを超える可能性がある。
【００１２】
更に、銅酸化物を還元し銅にする反応の過程で水素の後燃焼を発生させる場合、水素点火器の動作中、全て又は有用な銅酸化物を還元し銅にした後、点火器からそのような銅を除去し、新たな分の銅酸化物を点火器に入れる必要がある。
【００１３】
更に、鉛酸化物に対する水素点火器の効率は、比較的低いことに留意されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】ＲＵ特許第２４３０８７６号
【特許文献２】米国特許第６３５６６１３号
【特許文献３】ＲＵ特許第２２５３９１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、反応炉設備の構造構成要素及び／又は冷却材、特に鉛−ビスマス冷却材に有害な不純物でガス状媒体（例えば保護ガス）を汚染しない水素点火器を作製することである。本発明の別の目的は、水素点火器の効率を向上させることである。本発明の更なる目的は、本発明に従ってガス状媒体を点火器に通すことにより水素点火から得られた水蒸気を除去することである。
【００１６】
更に、本発明の目的は、後燃焼によって、水素を除去しガス状媒体を浄化するシステムを提供することであり、この後燃焼では、反応炉施設の構造構成要素及び／又は冷却材、特に鉛−ビスマス冷却材に悪影響を与える不純物によってガス媒体（例えば保護ガス）を汚染することがない。本発明の別の目的は、水素の後燃焼に使用する物質の取換え／補給の必要がない、長期間の動作システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のこの目的の解決策は、ガス状媒体に含有される水素を点火する水素点火器であり、水素点火器は、ガス状媒体供給開口及びガス状媒体排出開口を有する筐体、並びに筐体の内部に配設した、ビスマス酸化物及び／又は鉛酸化物を含有する充填材を備える。実施形態の１つでは、ビスマス酸化物は、Ｂｉ2Ｏ3として出現し、好ましい充填材は、粒状である。
【００１８】
充填材を有する少なくとも１つの反応槽は、点火器筐体上に設置できる。好ましい実施形態の筐体は、ガス状媒体供給開口から少なくとも１つの反応槽を通る分配パイプを配設するが、そのような分配パイプの側壁は、反応槽を通る透通箇所で開口を有することを条件とする。更に、少なくとも１つの反応槽は、好ましくはガス状媒体供給開口及びガス状媒体排出開口を有するものとする。
【００１９】
点火器筐体は、加熱器を備えることができる。好ましい実施形態の筐体は、ガス状媒体供給開口を有するカバー、底部内のガス状媒体除去開口を有する底部、及び筐体の側壁上に設置した加熱器を有する。
【００２０】
本発明の課題は、水素を除去しガス状媒体を浄化するシステムの使用によっても解決され、このシステムは、上記水素点火器の実施形態のうちいずれか、点火器筐体に接続した供給パイプライン、水素点火器筐体に接続した一方向パイプライン、供給パイプライン上に設置した遮断弁、及び一方向パイプライン上に設置した遮断弁を備え、供給パイプラインは、ガス状媒体供給オリフィスにガス媒体を供給することが可能であり、一方向パイプラインは、ガス媒体除去オリフィスからガス媒体を除去することが可能であり、供給パイプライン上に設置した遮断弁は、水素含有ガス媒体供給の制御を実現し、一方向パイプライン上に設置した遮断弁は、酸素含有ガス媒体供給の制御を実現する。
【００２１】
供給パイプラインは、加熱器を備えることができる。点火器を通って流れるガス状媒体は、大部分は不活性ガスを含む。
【００２２】
好ましい実施形態では、システムは、冷却器及び凝縮器も備え、水素点火器筐体及び冷却器は、一方向パイプラインにより相互接続され、ガス媒体をガス状媒体除去オリフィスから除去し冷却器及び凝縮器に入れることが可能である。
【００２３】
システムは、一方向パイプライン上に設置した遮断弁を備えることができ、ガス状媒体除去の制御を実現する。
【００２４】
本発明の解決策として、上記水素点火器の実施形態のいずれかを備える反応炉施設、又は上記実施形態のいずれかに記載の、水素を除去しガス状媒体を浄化するシステムを提供する。反応炉設備の好ましい実施形態は、原子炉設備であり、好ましくは、鉛−ビスマス冷却材を使用する。
【００２５】
本発明の解決策として、水素を除去しガス状媒体を浄化するシステムを繰り返し動作させる方法を提供し、このシステムは、水素点火器を有し、水素点火器は、ガス状媒体供給オリフィス及びガス状媒体除去オリフィスを有する筐体、並びに筐体内に配置した酸素含有充填材、点火器筐体に接続した供給パイプライン、水素点火器筐体に接続した一方向パイプライン、供給パイプライン上に設置した遮断弁、及び一方向パイプライン上に設置した遮断弁から構成され、供給パイプラインは、ガス状媒体供給オリフィスにガス媒体を供給することが可能であり、一方向パイプラインは、ガス媒体除去オリフィスからガス媒体を除去することが可能であり、供給パイプライン上に設置した遮断弁は、水素含有ガス媒体供給の制御を実現し、一方向パイプライン上に設置した遮断弁は、酸素含有ガス媒体供給の制御を実現する。
【００２６】
本方法は、水素含有ガス媒体を水素点火器に供給するステップ；酸素含有ガス状媒体の水素点火器への供給を停止するステップ；酸素含有ガス媒体を水素点火器に供給するステップ；酸素含有ガス状媒体の水素点火器への供給を停止するステップを含む。水素含有ガス状媒体を水素点火器に供給する際、ガス状媒体を水素点火器から除去できる。酸素含有ガス状媒体を水素点火器に供給する際、供給した酸素含有ガス状媒体を水素点火器内に保持でき、ビスマス及び／又はビスマス酸化物の酸化が完了した後、酸素含有ガス状媒体を除去できる。
【００２７】
好ましい実施形態では、酸素含有充填材は、金属酸化物を含有する。そのような金属酸化物は、ビスマス酸化物ＢｉＯ及び／又はＢｉ2Ｏ3及び／又は鉛酸化物として出現できる。好ましくは、酸素含有充填材は、粒状である。
【００２８】
好ましくは、酸素含有充填材を有する少なくとも１つの反応槽は、点火器筐体に設置される。更に、分配パイプは、ガス状媒体供給オリフィスから少なくとも１つの反応槽を通る筐体内に設置でき、分配パイプは、反応槽を通る透通箇所で側壁に開口を有することができる。少なくとも１つの反応槽は、ガス状媒体供給オリフィス及びガス状媒体除去オリフィスを有することができる。
【００２９】
筐体は、加熱器を備えることができる。好ましい実施形態の筐体は、ガス状媒体供給開口を有するカバー、ガス状媒体排出開口を有する底部、及び加熱器を接して設置した側壁を有する。供給パイプラインは、加熱器を備えることができる。好ましい実施形態では、ガス状媒体は、不活性ガスを含有する。
【００３０】
更に、システムは、冷却器及び凝縮器を備えることができ、水素点火器筐体及び冷却器は、一方向パイプラインにより相互接続でき、ガス媒体をガス状媒体除去オリフィスから除去し冷却器及び凝縮器に入れることが可能である。
【００３１】
好ましい実施形態では、システムは、一方向パイプライン上に設置した遮断弁を有し、ガス状媒体除去の制御を実現する。
【００３２】
本発明の結果は、水素点火器、及びガス状媒体を浄化するシステムであり、これらにより、反応炉設備の構造構成要素及び／又は冷却材、特に鉛−ビスマス冷却材に有害な不純物によるガス状媒体の汚染がゼロである技術結果が保証される。このことにより、そのような水素点火器及び／又はガス浄化システムを使用する反応炉設計の信頼性、並びにそのような反応炉の動作安全性を向上させることが可能になる。
【００３３】
更に、本発明は、水素点火器の効率を向上させる技術的結果をもたらし、これにより、水素点火器及び水素点火器を構成する機器の重量及び寸法を低減し、こうした費用を減らす。
【００３４】
また、本発明は、ガス状媒体浄化システムの動作期間を増大させ、水素の後燃焼に使用する物質の取換え／補給の必要性がないという技術的結果をもたらし、これにより、水素の後燃焼に必要な物質の消費を低減し、物質の取換え／補給動作をなくし、人件費及び財務費用の両方で全体的な運転費用を低減する。
【００３５】
本発明は、本発明に従ってガス状媒体を水素点火器に通すことにより、水素点火から得られた水蒸気を除去するという技術的結果ももたらす。このことにより、ガス状媒体を使用するデバイスの動作信頼性の向上、及びガス状媒体自体の有効寿命の向上を可能にし、したがって、ガス状媒体の取換えに関する人件費を低減し、ガス状媒体の取換え費用の明らかな低減により財務指標を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による水素点火器の説明図であり、この水素点火器は、ガス状媒体供給パイプライン及びガス状媒体排出パイプライン並びにガス状媒体供給の制御機器及びガス状媒体排出の制御機器を有する。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明は、ガス状媒体内に含有される水素を点火する水素点火器を開示し、ガス状媒体は、好ましくは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン及び／又はラドン等の不活性ガスを使用して設計する。ガス状媒体の主成分として不活性ガスを使用すると、点火器の動作効率を向上し、充填材消費の費用を低減するのに役立つ。というのは、点火器は、（水素を含む）不純物のみを燃焼し、そのようなガスの不活性化学特性のために不活性ガスと相互作用しないからである。不活性ガスを使用すると、筐体等の点火器構造構成要素への影響を低減するのにも役立ち、したがって、有効寿命を増加させ、整備費用を低減する。
【００３８】
水素点火器は、ガス状媒体供給開口及びガス状媒体排出開口を有する筐体、並びに筐体内部に配設した、ビスマス酸化物及び／又は鉛酸化物を含有する充填材から構成される。筐体内のビスマス及び／又は鉛が酸化物の形態ではなく、例えば金属である場合、そのような実施形態も本発明の実施形態のうち１つであると考慮できる。というのは、ビスマス酸化物は、金属ビスマスから容易に得ることができ、鉛酸化物は、点火器の酸素又は酸素含有ガス状媒体に鉛を供給することによって鉛から得ることができるためである。金属を適用するために、充填材は、濃縮形態で留まることができ、ガス状媒体中に蒸発しない。所定条件下、酸化還元反応を保証する異なる金属、例えば銅を金属酸化物の一部を形成する金属として使用できる。しかし、水素点火器を鉛−ビスマス充填材を用いる原子炉施設の一部として使用する場合、ビスマス又は鉛を金属（即ち酸化物Вｉ2О3、ВｉＯ又はРｂО）として使用するのが好ましい。
【００３９】
点火器筐体は、本発明によるビスマス酸化物及び／又は鉛酸化物である充填材を配設する。ビスマス及び鉛は、銅よりも比重が大きい金属であり、ビスマス酸化物及び／又は鉛酸化物を通るガス状媒体の汚染を低減できる。というのは、より比重の大きい原子及びそれらの化合物は、ガス状媒体が運び去る可能性が低いためである。更に、点火器を、例えば鉛−ビスマス冷却材を用いる原子炉において、加えられた水素を除去しガス状媒体を浄化するシステム内で使用する場合、例えば、カバー・ガスとして使用するガス状媒体中のビスマス又は鉛は、冷却材を汚染するとみなされない。更に、ガス状媒体を通す冷却材は、点火器充填材を汚染しない。この全てにより、点火器の冷却材及び充填材両方の有効寿命を増加させることが可能になる。
【００４０】
点火器の動作原理は、主に、水蒸気の生成を伴うビスマス酸化物Ｂｉ2Ｏ3のＢｉＯへの部分還元：
Ｂｉ2Ｏ3＋Ｈ2→２ВｉＯ＋Н2Ｏ
による化学反応に基づく。
【００４１】
鉛酸化物の代わりにビスマス酸化物を使用すると、点火効率が向上するが、ビスマス酸化物の部分還元反応は、点火効率の更なる向上を可能にする。したがって、点火器をビスマス酸化物ＢｉＯではなくビスマス酸化物Ｂｉ2Ｏ3で充填するのが好ましい。というのは、ビスマス酸化物Ｂｉ2Ｏ3の存在により、部分還元反応が可能になり、ビスマス酸化物ＢｉＯは、金属形態のビスマスを形成した完全還元反応を保証するからである。
【００４２】
反応充填材を取り換えずに水素点火器を使用可能にするには、水素は、点火器の酸素メイクアップガスによって反応
２ВｉＯ＋０，５О2→Ｂｉ2Ｏ3
により酸化できる。
【００４３】
このことは、実用的な工程可逆性をもたらし、したがって酸化充填材を取り換えずに点火器に長い有効寿命をもたらす。純粋なビスマスＢｉを生成する場合、酸素との反応でまずＢｉＯを生成し、次にＢｉ2Ｏ3を生成する。
【００４４】
本発明によれば、水素を除去しガス状媒体を浄化するシステムは、主に、以下のサイクルで繰り返し動作させる：
−水素含有ガス状媒体を点火器に供給する（充填材と反応した、水素点火器からの水蒸気を含有するガス状媒体を除去するのが好ましい。これにより、長期又は連続ベースのガス状媒体の供給が可能になるので、水素を有するガス状媒体の交互の供給・除去モードと比較して、後燃焼の効率及び速度が向上する）；
−水素含有ガス状媒体の水素点火器への供給を停止する。このことは、例えば水素の後燃焼効率の低下が特定されたとき、又は点火器調整作業のスケジュールによって行うことができる；
−充填材調整、即ち充填材酸化のために、酸素含有ガス状媒体を水素点火器に供給する；
−酸素含有ガス状媒体の水素点火器への供給を停止する。
【００４５】
好ましい実施形態では、供給した酸素含有ガス状媒体は、点火器内で保持し、即ち除去せず、これにより酸素含有ガス状媒体の消費を低減し、その効率を向上させ、遮断弁（９）下流の機器、例えば冷却器及び／又は凝縮器に対する酸素の影響を低減又は防止する。ビスマス及び／又はビスマス酸化物の形態の充填材が酸化した後、酸素含有ガス状媒体の大部分は除去され、これにより、ガス状媒体中の酸素残留物と、新たに供給されたガス状媒体内の水素との直接反応で爆発し得るという危険性を減らすことが可能になる。
【００４６】
上記のサイクル動作は、かなりの回数で繰り返すことができ、これにより１つの同じ充填材の繰り返し使用が可能になり、こうして、組立て／分解作業がなくなることで、点火器の有効寿命を増加させ、充填材の取換えに関する人件費及び財務費用を低減する。
【００４７】
また、そのようなサイクルを適用すると、点火器内でより効果的な部分還元反応を促進する。というのは、上記したように、充填材中のビスマス酸化物ＢｉＯの濃度が所定値に達すると、最初の酸化物Ｂｉ2Ｏ3の酸化を行うことができ、酸化物ＢｉＯをＢｉ金属形態のビスマスに完全還元させる作業を回避させる。
【００４８】
粒状充填材（例えばボール）の適用は、部分還元反応の維持を意図し、したがってより高い効率を保証する。このことにより、充填材の焼結が防止され、したがって充填材の有効寿命の増加を可能にする。粒状充填材の形状は、充填材の容易な生産、並びに点火器筐体内への取換え段階及び点火器筐体からの除去段階での容易な取扱いを保証し、これにより必要労働量及び点火器全般の費用を低減し、点火器の有用性が向上する。更に、粒状充填材の適用は、ビスマス酸化物と水素（酸素）とのより大きな反応面積、したがって、より効率の高い工程を保証する。というのは、そのような粒状充填材は、粒の間にすき間を有し、ガス状媒体がそのすき間を流れることができるからである。粒が球形である場合、そのようなすき間は最大の保証サイズを有することになる。
【００４９】
図１は、水素点火器を備える、水素を除去しガス状媒体を浄化する本発明によるシステムの好ましい実施形態を示し、この水素点火器は、ガス状媒体供給パイプライン及びガス状媒体供給除去パイプライン、並びにガス状媒体供給制御弁及びガス状媒体除去制御弁を有する。
【００５０】
図１に示す水素点火器筐体は、１つの側壁（１）、底部（２）及び蓋（３）から構成される。図１に示す点火器実施形態の筐体は、製品としての機能の実行のために特別に設計されているが、点火器筐体は、例えば水素を除去しガス状媒体を浄化するシステム又は原子炉設備の一部を形成するデバイスの筐体の間に充填材を設置する場合、他のデバイスの構成要素を収容することによって提示できる。
【００５１】
点火器筐体は、金属、複合材料又はポリマー材料製とすることができ、十分な機械的強度、熱安定性、ガス状媒体及び充填材（ビスマス酸化物）の化学物質に対する耐性、ガス状媒体を汚染するおそれのある排出物がないこと又はその排出物が問題とならないことを保証する。好ましい実施形態の筐体は、鋼鉄を使用して製造する。筐体設計は、供給開口を通じて供給するガス状媒体がガス状媒体排出開口からのみ排出されるように、ほとんどの部品に関して防漏性である。この場合、ガス状媒体と充填材との相互作用はより完全で、水素点火はより効率的で、更に環境への漏れを防止するので、点火器の動作安全性の向上を保証し、環境汚染を低減する。
【００５２】
カバー（３）は、ガス状媒体供給開口を有し、前記開口は、供給パイプライン（７）からのガス状媒体を点火器内に供給するために使用し、供給パイプライン（７）は、水素点火器の筐体に接続され、ガス状媒体供給開口にガス状媒体を供給し、点火工程の実施を可能にする。底部（２）は、ガス状媒体排出開口を有し、前記開口は、点火器排出パイプライン（８）からガス状媒体を排出するために使用し、この点火器排出パイプライン（８）は、水素点火器筐体に接続され、ガス状媒体排出開口からガス状媒体を排出し、流入したガス状媒体中での点火工程の実施を可能にする。
【００５３】
図１に示す開口は、筐体のカバー及び底部内に作製され、比較的小さい断面領域を有するが、他の実施形態の開口サイズは、点火器がカバー及び底部を備えなければ、ガス状媒体を筐体の断面全体を通して供給、排出する程度にかなり大きめである可能性がある。この筐体の実施形態も、本発明の保護の範囲内に含める。特定の実施形態は、排出開口を有さないことがあるが、この場合、点火器動作の効率は、低減することになる。というのは、排出開口は、流入するガス状媒体に点火器のより効率的な動作をもたらすためである。他の実施形態は、供給開口の近くに排出開口を有する、又は開口のいくつかの同じ部品をガス状媒体の供給、排出のために使用できる。そのような開口も本発明の保護の範囲内に含める。
【００５４】
供給パイプライン及び排出パイプラインは、筐体に溶接するか又はあらゆる他の公知の最新方法によって接続でき、十分な機械的強度、熱安定性、並びに化学物質及び穏やかなガス状媒体又は充填材への耐性を実現する。パイプラインが筐体に十分に防漏接続されることで、ガス状媒体を損失なく点火器に供給することが可能になる。パイプラインは、筐体の製造段階で、例えばパイプライン接続用オリフィスからのパイプ区分として部分的又は全体的に点火器筐体と統合できる。これらの実施形態は、点火器のパイプラインへの取付けを促進可能にするものであり、本発明の保護の範囲内に含める。
【００５５】
図１に示すように、好ましい実施形態では、水素含有ガス状媒体供給を制御する遮断弁（１０）、及び酸素含有ガス状媒体供給を制御する遮断弁（１１）を一方向パイプライン（７）上に設置する。ガス状媒体除去を制御する遮断弁（９）は、一方向パイプライン８上に設置できる。遮断弁（９〜１１）は、例えばガス逆止め弁として設計でき、上記水素点火器サイクル方法の実施に使用できる。供給パイプラインは、Ｔ字形部品（マニホルド）を含むことができ、このＴ字形部品に、水素含有ガス状媒体供給パイプライン及び酸素含有ガス状媒体供給パイプラインを接続する（Ｔ字形部品が供給パイプラインに入れ込まれることも考慮できる）。遮断弁（１０）及び（１１）は、水素含有ガス状媒体供給パイプライン及び酸素含有ガス状媒体供給パイプラインのそれぞれに設置できる。
【００５６】
水素含有ガス状媒体を供給するためには、弁（１０）を開放しなければならず、ガス状媒体流通過モードの実施では、弁（９）も開放しなければならない。水素含有ガス状媒体の供給を停止するには、弁（１０）を閉鎖する。一方向パイプラインを通じたガス状媒体の除去は、弁（１０）を通じたガス状媒体の供給を遮断弁（９）の閉鎖により停止する際又はその後、停止できる。酸素含有ガス状媒体は、好ましくは、この目的で開放しなければならない遮断弁（１１）を通じて供給、除去される。遮断弁（９）は、この時に閉鎖されるが、酸素含有ガス状媒体通過流で充填材を酸化させることが可能であり、この目的では弁（９）は、開放しなければならない。酸素含有ガス状媒体の供給又は除去を停止した後、弁（１１）を閉鎖できる。
【００５７】
酸素含有充填材（５）は、酸素化合物、例えば酸、酸化物、過酸化物、オゾン化物等を好ましくは固体又は液体形態で含むことができる。好ましい実施形態では、酸素含有充填材は、酸素含有材料が主に固体形状であるような金属酸化物であり、水素の後燃焼で酸素が消費されると（金属酸化物の還元）、反応生成物も、気体や液体ではなく主に固体であり、このことは、次に充填材を酸素で飽和させる（金属酸化物の場合、金属酸化）といった余分な対策をせずに、充填材を筐体内に保持することを可能にする。更に、固体充填材は、その取扱いが単純であり、固体が粒の形態である場合、容易に搬送、保持でき、ガス状媒体の通過を可能にする。同時に、酸素含有充填材は、液状であってもよい。この場合、ガス状媒体と充填材との間の反応を保証するための余分な対策、例えばガス状媒体を酸素含有充填材に通すことが必要になる。
【００５８】
ビスマス酸化物の形態の充填材（５）は、水素点火器の筐体内部、例えば底部（２）に位置できるが、本発明の好ましい実施形態では、ビスマス酸化物（５）を例えば粒状形態で１つ又は複数の反応槽（バスケット）（４）内に分配する。これにより、点火器の容易な製造及び整備の向上が可能になる。というのは、充填材（５）を反応容器（４）内に最初に設置でき、次に、容器（４）を点火器筐体内に設置できるので、点火器筐体内に直に充填材を設置するといったより複雑な操作がなくなる。更に、反応槽は、いくつかのレベルで充填材（１５）を分配し、実装することによって筐体の利用効率の向上を可能にする。
【００５９】
図１に示すように、好ましい点火器実施形態の筐体は、カバー（３）内のガス状媒体供給開口から少なくとも１つの反応槽（４）を通じて通る分配パイプ（１２）を配設する。分配パイプは、ガス状媒体が例えば管端部から通り供給される容器の後に設置した反応槽にガス状媒体を供給できるが、好ましい実施形態では、分配パイプは、反応槽を通る透通箇所で側壁に開口を有し、これにより、あらゆる反応槽の間へ分配することによってガス状媒体供給の効率向上を可能にする。
【００６０】
図１に示すように、いくつかの反応槽のレベルが利用可能である場合、分配パイプは、開放オリフィスを有することができ、この開放オリフィスを通じて、ガス状媒体を下側反応槽に直接供給し、下側反応槽の底部に到達させる。下側反応槽は、容器の底部又は特別な栓によって栓をすることができ、この場合、ガス状媒体は、分配パイプの側部オリフィスを通じて下側反応槽に供給できる。このことにより、反応槽及び充填材を通るガス状媒体のより完全な流れがもたらされ、水素点火器の向上した効率が得られる。というのは、ガス状媒体は、充填材と反応せずにガス状媒体除去オリフィスに供給されることがないためである。
【００６１】
反応槽（４）は、ガス状媒体供給開口及びガス状媒体排出開口を有する。槽（４）がいくつかの層で例えば中央に配置される場合、分配パイプ（１２）は、図１に示すようにこれらの層を通り、充填材を通るガス状媒体流は、より効率的となる。前記充填材は、底部槽構成要素間に位置することになり（上側槽の充填材は、槽底部と点火器カバーとの間に位置することになる）、図１に示すように、槽の側壁、例えば槽（４）の周縁を通って筐体壁（１）に至り、次に下降して、底部（２）のガス状媒体排出開口まで流れることになる。図１に示す点火器構造は、充填材上のガス状媒体流が水素の後燃焼の効率を向上させる構成の観点、及び最大限可能な均一性をもつ、最初に供給した金属の変換を実現することから最適化され、ビスマスを酸化物中金属として使用する場合、点火器の構造は、ＢｉＯから金属Ｂｉへの変換を低減又はなくし、Ｂｉ2Ｏ3からＢｉＯへの部分還元反応に維持することを可能にする。
【００６２】
更に、水素点火効率は、ガス状媒体及び／又は充填材及び／又は反応槽及び／又は筐体の温度を最大５００℃まで増大することによって向上できる。このことは、図１に示すように、筐体上、例えば筐体の側壁（１）に接して１つ又は複数の区分を備える加熱器（６）を設置することにより実施できる。加熱器は、電気式であっても他の形式であってもよい。加熱された筐体は、ガス状媒体を加熱することになり、充填材は、加熱されたガス状媒体並びに／又は分配パイプ及び反応槽を通じて加熱されることになる。
【００６３】
場合によっては、点火器筐体内に供給するガス状媒体を予め加熱するために、供給パイプライン上への加熱器の設置が有用であることがある。このことは、既に加熱されたガス状媒体を供給し、筐体内部のガスを加熱する必要性をなくすことを可能にし、これにより、水素点火は、ガス状媒体を筐体内の充填材に供給した直後に開始でき、したがって点火器の効率を向上させる。
【００６４】
水素点火は、水蒸気の生成をもたらすが、この水蒸気は、ガス状媒体の一部として点火器から除去される。一定のケースでは、水蒸気は、望ましくない不純物として扱われる場合があり、ガス状媒体は浄化を必要とすることになる。この目的で、水素点火器に加えて、水素を除去しガス状媒体を浄化するシステムは、冷却器、凝縮器及び一方向パイプラインを備えることができ、この一方向パイプラインは、水素点火器筐体及び冷却器に接続され、ガス状媒体除去オリフィスからガス状媒体を除去し冷却器及び凝縮器に入れることが可能である。ガス状媒体は、冷却器内で冷却され、水蒸気は、凝縮器内で凝縮される。ガス状媒体は、冷却材及び凝縮器から自由に流れ、浄化した形態で意図した目的に再利用できる。冷却器の設計は、凝縮器、又は２つの連続して設置したデバイスを含むことができ、これらのデバイスは、排出パイプラインの一部を形成するとみなすことができるパイプラインを使用して相互接続するか、又はパイプラインを使用せずに相互接続する。水蒸気を除去しガス状媒体を浄化することに加えて、冷却器の適用により、例えば、点火器内でガス状媒体を加熱した後、ガス状媒体の温度を動作温度まで下げることを可能にする。
【００６５】
前記水素点火器、及び水素点火器を有する、水素を除去しガス状媒体を浄化する本発明によるシステムを使用して、例えば反応炉設備内で水素を除去しガス状媒体を浄化できる。この反応炉設備は、原子炉設備とすることができ、鉛−ビスマス冷却材を使用する。ビスマス酸化物及び／又は鉛酸化物を充填材として収容する水素点火器を適用すると、そのような原子炉設備内の最小の鉛−ビスマス冷却材汚染が保証されることになる。
【００６６】
本発明は、無酸素ガス状媒体から水素を除去する装置としても提示でき、この装置は、水素を酸化し水にする化学反応により、ガス状水素を効率的に除去することができ、その後、水蒸気は、水蒸気−ガス混合気の一部として、透過性ダイアフラムを使用せずに除去され、装置を分解せずにその特性を回復させる。
【００６７】
ガス状水素を無酸素ガス状媒体から除去する装置は、防漏加熱筐体、この筐体内部に設置し、酸素含有材料製充填材を充填した反応室、水素含有ガス状媒体を反応室に供給するシステム、処理済みガス状媒体を反応室から除去するシステム、酸化特性をもつ酸素含有材料を還元するシステム、及びモード切替えシステムを備える。筐体の内部には、分配パイプラインの形態の分配普及管寄せを設置でき、反応室は、この分配パイプラインを包含する。
【００６８】
反応室は、酸素含有材料を有する少なくとも１つの有孔区分を有し、開口は、隣接する有孔区分を隔てる仕切り内に作製される。好ましくは、反応室は、互いに上下に設置したいくつかの有孔区分を有し、これらの有孔区分に、好ましくはビスマス酸化物である酸素含有材料粒を充填する。反応室は、筐体の側壁、蓋及び／又は底部との間に間隙を設けて筐体内に設置される。
【００６９】
開口は、酸素含有材料を有する有孔区分を筐体空洞に接続するために、反応室側壁内に設けることができる。孔のサイズは、好ましくは固体ビスマス酸化物の粒が反応室区分から自由に通過しないようなものである。
【００７０】
処理済み水素含有無酸素ガス状媒体を反応室に供給するシステムは、普及分配管寄せを一端に接続した供給ノズル、及び処理済み水素含有無酸素ガス状媒体を反対端部上の装置に供給するパイプラインを含む。
【００７１】
普及分配管寄せは、分配パイプラインとして製造し、反応室は、分配パイプを包含する。
【００７２】
反応室内に浸漬される（反応室に包含される）分配パイプライン区分は、有孔側壁を有し、即ち、酸素含有材料を有する反応室有孔区分の内側空洞に分配パイプライン空洞を接続する開口を有する。栓は、分配パイプラインの底端部上に設け、この栓は、処理済みガス状媒体が反応室を飛び出るのを防止する。反応室の側壁は、有孔である。孔は、筐体空洞を反応室区分の内側空洞に接続する。反応室区分は、やはり有孔である仕切りによって分割される。孔は、反応室にガス状媒体の流れをもたらす。
【００７３】
処理済みガス状媒体を装置に供給する入口ノズルは、上部で分配パイプラインに接続される。水素含有無酸素ガス状媒体供給パイプライン及び酸素含有ガス状媒体供給パイプラインは、筐体外部の入口ノズルに接続できる。
【００７４】
処理済みガス状媒体を反応室から除去するシステムは、処理済みガス状媒体を除去する一方向パイプラインから構成でき、この一方向パイプラインは、装置筐体に接続し、反応済みガス状媒体を装置から除去する。このガス状媒体は、ガス状水素（メタン及び同様のガス）と酸素含有充填材粒内の酸素との相互作用により反応室内に生成された水蒸気を含むものである。
【００７５】
装置の動作は、遮断弁、及び加熱筐体の温度変動により制御され、温度変動を目的として、電気加熱器が筐体の外側面上に設置される。
【００７６】
装置は、３つの遮断弁を含む動作制御手段を備える。１つの遮断弁は、水素含有無酸素ガス状媒体供給パイプライン内に設置される。別の遮断弁は、酸素含有ガス状媒体供給パイプライン内に設置される。第３の遮断弁は、一方向パイプライン内に設置される。
【００７７】
無酸素ガス状媒体から水素を除去するモードでは、遮断弁１１は、閉鎖され、遮断弁（１０）及び（９）を開放する。開放された遮断弁（１０）を通るパイプライン（７）からの水素含有ガス状媒体の流れは、分配パイプラインに供給され、ガス流は、分配パイプライン壁の孔を通じて反応室区分に供給される。反応室では、水素含有ガス流は、好ましくはビスマス酸化物製の酸素含有材料粒のそばを通り、水素は、ビスマス酸化物中の酸素と反応し、ほぼ完全に酸化され、水蒸気を生成する。反応室内で処理されたガス状媒体は、反応室壁の孔を通じて反応室と筐体壁との間の間隙に供給される。次に、処理済みガス状媒体は、開放された遮断弁（９）を通じて装置から水蒸気と共に除去される。水蒸気は、水蒸気をガスから除去するのに使用する様々な手段によって処理済みガス状媒体から容易に除去できる。
【００７８】
反応室内の酸素含有材料がその活性を失っていることがわかった場合、酸素含有材料粒の酸化能力は、酸素含有ガス状媒体により反応室区分内で回復させる。酸素含有ガス状媒体粒を酸化させるモードでは、遮断弁（１０）及び（９）は、閉鎖され、遮断弁（１１）を開放する。酸素含有ガス状媒体は、無酸素ガス状媒体から水素を除去するパイプラインを通じて装置に供給され、反応室及び筐体体積部は、酸素含有ガス状媒体で充填され、ガス混合気は、ガス混合気中の酸素が反応するまで筐体及び反応室内に保持される。酸素は、好ましくはビスマスである粒材料と反応し、粒材料を酸化し、ビスマス酸化物を生成する。ビスマスの酸化能力を回復させた後、残りの酸素含有ガス状媒体を除去し、装置は、無酸素ガス状媒体から水素を除去するモードに切り替えられ、水素除去を再開する。
【００７９】
酸素含有材料には、ビスマス酸化物（Ｂｉ2Ｏ3）粒を使用するのが好ましい。
【００８０】
粒状酸素含有材料製充填材を適用すると、粒表面上のガス状水素の直接的な化学酸化を通じて無酸素ガス状媒体から水素を除去することが可能になる。この粒表面では、ガス状水素と酸素含有材料との間の大きな接触面積が保証され、これによりガス状媒体中に酸素がない場合でさえガス状媒体から水素を迅速で効果的に除去することが保証される。装置は、酸素含有ガス状媒体を装置に対し定期的に影響を与えることによって、粒の酸化特性の回復を保証する。水素を酸化し水蒸気にすることは、あらゆる公知の手段によって制御でき、そのような制御は、本出願の範囲内であるとみなさない。
【００８１】
ビスマス酸化物粒を使用すると、ビスマスは原子炉の液体金属冷却材内に含まれているため、外的要素によるガス状媒体の汚染がなくなる。
【符号の説明】
【００８２】
１  側壁
２  底部
３  蓋
４  反応槽
５  酸素含有充填材
６  加熱器
７  供給パイプライン
８  排出パイプライン
９  遮断弁
１０  遮断弁
１１  遮断弁
１２  分配パイプ
【図１】
2016540236.tif 000003
【国際調査報告】
2016540236.tif 000004
2016540236.tif 000005