具有熱電轉(zhuǎn)換功能的非能動(dòng)氫復(fù)合器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種核電氫安全設(shè)備，具體涉及的是一種具有熱電轉(zhuǎn)換功能的非 能動(dòng)氫復(fù)合器。
【背景技術(shù)】
[0002] 日本福島核事故以后，核電安全殼內(nèi)的氫風(fēng)險(xiǎn)控制越來(lái)越受到重視，對(duì)氫安全設(shè) 備的要求也越來(lái)越高，特別是在嚴(yán)重事故工況下，氫安全設(shè)備是否仍然能發(fā)揮氫氣控制或 消除的功能便成了設(shè)備的重要考核依據(jù)。尤其是作為主要消氫手段的非能動(dòng)氫復(fù)合器 (PARs)，更是要考核其在各種嚴(yán)重事故工況的運(yùn)行性能。
[0003] 一般地，PARS可描述為底部裝填催化劑的豎直通道（俗稱"煙道")。事故發(fā)生后， 氫分子和空氣中的氧分子在催化劑表面接觸，發(fā)生如下反應(yīng)：
[0004]
[0005]該反應(yīng)為強(qiáng)放熱自由基反應(yīng)。當(dāng)使用活性組分為鉑或鈀的催化劑后，該反應(yīng)活化 能會(huì)大大地減小，從而能夠在低溫條件下開(kāi)始反應(yīng)。反應(yīng)遵循Langmuir-Hinchelwood兩 步法機(jī)理：首先是反應(yīng)物向催化劑表面的擴(kuò)散，然后是吸附在催化劑上的反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)。 反應(yīng)放出的熱量為催化元件周?chē)臍饬魃仙峁┩苿?dòng)力：氣體溫度升高，密度降低，在浮力 驅(qū)動(dòng)下向上流動(dòng)，同時(shí)從PARs下方吸入低溫高濃度混合氣，如此形成自然對(duì)流。催化反應(yīng) 區(qū)出口的高溫低密度氣體將在復(fù)合器上部形成煙肉效應(yīng)，提高復(fù)合器自然對(duì)流能力，增加 單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)復(fù)合器的氣體，從而提高復(fù)合器的消氫能力。最后，反應(yīng)后的氣體經(jīng)過(guò)復(fù)合 器頂部排出。PARs與安全殼大氣環(huán)境的自然對(duì)流循環(huán)有效地促進(jìn)了易燃?xì)怏w混合，避免了 氫氣的累積。
[0006]從以上描述可知，非能動(dòng)氫復(fù)合器通過(guò)催化氧化的方式降低了安全殼氫爆的風(fēng) 險(xiǎn)，但同時(shí)也消耗了大量氫氣，釋放出大量的熱量。一臺(tái)氫復(fù)合器的消氫容量是2. 4kg/h，按 放熱238KJ/mol計(jì)算，一臺(tái)氫復(fù)合器滿負(fù)荷工作一小時(shí)放出熱量為285. 6MJ。
[0007]-方面，氫氣本身是一種清潔能源，其單位質(zhì)量燃燒釋放出的熱量是所有燃料中 最高的。但由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠合理，在氫復(fù)合器消氫的過(guò)程中，這些熱能被白白浪費(fèi)，并沒(méi) 有得到有效的利用。
[0008]另一方面，在安全殼嚴(yán)重事故狀態(tài)時(shí)，噴淋、測(cè)氫裝置等許多安全設(shè)備的使用均需 要能源，福島事故發(fā)生的一個(gè)重要原因即是備用發(fā)電機(jī)未正常啟動(dòng)，無(wú)法為安全設(shè)備提供 充足的工作電源。
[0009] 因此，如何將氫復(fù)合器浪費(fèi)的氫能源有效地利用起來(lái)，并進(jìn)一步提高核電安全殼 內(nèi)的氫風(fēng)險(xiǎn)控制能力，是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010] 針對(duì)上述技術(shù)不足，本實(shí)用新型提供了一種具有熱電轉(zhuǎn)換功能的非能動(dòng)氫復(fù)合 器，其能夠在實(shí)現(xiàn)氫復(fù)合器消氫功能的同時(shí)，將釋放的熱量轉(zhuǎn)化為電能，然后供其他安全設(shè) 備使用。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型解決問(wèn)題的技術(shù)方案如下：
[0012] 具有熱電轉(zhuǎn)換功能的非能動(dòng)氫復(fù)合器，包括頂部設(shè)有煙道出口的氫復(fù)合器本體， 還包括熱電轉(zhuǎn)換模塊和儲(chǔ)能模塊；所述熱電轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置在煙道出口處；所述儲(chǔ)能模塊包 括保護(hù)殼，內(nèi)置在該保護(hù)殼中的蓄電池，以及設(shè)置在保護(hù)殼內(nèi)壁與蓄電池之間、用于隔熱的 石棉層；所述熱電轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)導(dǎo)線與蓄電池連接。
[0013] 進(jìn)一步地，所述熱電轉(zhuǎn)換模塊與煙道出口尺寸相同。
[0014] 再進(jìn)一步地，所述氫復(fù)合器本體的高度為1. 2米~2米。
[0015] 作為優(yōu)選，所述蓄電池為鉛酸電池。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：
[0017] (1)本實(shí)用新型在充分考慮到安全的基礎(chǔ)上，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，巧妙地將熱電 轉(zhuǎn)換模塊和儲(chǔ)能模塊應(yīng)用到了非能動(dòng)氫復(fù)合器上，使得氫復(fù)合器消氫時(shí)釋放的大量熱量可 以有效地轉(zhuǎn)化為電能并進(jìn)行存儲(chǔ)，從而供其它安全設(shè)備使用。如此一來(lái)，本實(shí)用新型既可以 用作核電安全殼內(nèi)的消氫設(shè)備，又可以在消氫的同時(shí)成為支持其它安全設(shè)備工作的電源， 因而不僅實(shí)現(xiàn)了能源的綜合利用，減輕了核電事故狀態(tài)時(shí)對(duì)備用能源的依賴，緩解了事故 狀態(tài)應(yīng)急能源緊張的狀況，提高了核電站的安全性，而且節(jié)約了成本，真正做到了技術(shù)與安 全、成本之間的平衡。
[0018] (2)本實(shí)用新型采用了現(xiàn)有的氫復(fù)合器作為主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，只需通過(guò)合理的結(jié)構(gòu) 改動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換，改動(dòng)小，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的力學(xué)結(jié)構(gòu)可靠性和熱學(xué)可靠性影響非常小。
[0019] (3)本實(shí)用新型使用消氫釋放的熱量作為能源，可以完全安裝在安全殼內(nèi)，不需要 貫穿件，在發(fā)生事故狀態(tài)時(shí)，也不需要打開(kāi)安全殼就可以給安全殼內(nèi)的設(shè)備提供能源，并且 熱電轉(zhuǎn)換模塊與煙道出口尺寸相同，因而有效阻止了放射性物質(zhì)的外泄，進(jìn)一步提高了核 電站的安全性。
[0020] (4)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)、安全性高、改造成本低廉，其有效地拓寬了非能動(dòng)氫復(fù) 合器的應(yīng)用范圍，使其更加適用于核電事故狀態(tài)下的消氫，因此，本實(shí)用新型為非能動(dòng)氫復(fù) 合器的設(shè)計(jì)能夠達(dá)到相應(yīng)實(shí)際工況的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提供了非常有價(jià)值的參考，其很好地順應(yīng)了 科技的發(fā)展潮流，因而具有非常良好的應(yīng)用前景和推廣前景。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖2為本實(shí)用新型中儲(chǔ)能模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖3為本實(shí)用新型進(jìn)行低氫濃度消氫啟動(dòng)試驗(yàn)時(shí)的實(shí)際氫濃度與溫度測(cè)量曲線 圖。
[0024] 其中，附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的名稱為：
[0025] 1-氫復(fù)合器本體，2-熱電轉(zhuǎn)換模塊，3-儲(chǔ)能模塊，301-保護(hù)殼，302-石棉層， 303-蓄電池。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合【附圖說(shuō)明】和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)用新型的方式包括 但不僅限于以下實(shí)施例。
[0027] 如圖1所示，本實(shí)用新型提供了一種具有熱電轉(zhuǎn)換功能的非能動(dòng)氫復(fù)合器，其包 括氫復(fù)合器本體1、熱電轉(zhuǎn)換模塊2以及儲(chǔ)能模塊3。本實(shí)用新型中的氫復(fù)合器本體1，其 結(jié)構(gòu)與中國(guó)專利【申請(qǐng)?zhí)枴?01510293745. 6公開(kāi)的氫復(fù)合器結(jié)構(gòu)一致，并且高度為1. 2米~2 米，該氫復(fù)合器本體1在安全殼嚴(yán)重事故時(shí)，可以消除鋯水分解產(chǎn)生的氫氣，本實(shí)施例在此 不再詳細(xì)介紹。
[0028] 所述熱電轉(zhuǎn)換模塊2設(shè)置在氫復(fù)合器本體1的煙道出口上，并且其尺寸與煙道出 口尺寸相同。
[0029] 所述儲(chǔ)能模塊3設(shè)置在氫復(fù)合器本體1的側(cè)壁，如圖2所述，該儲(chǔ)能模塊3包括保 護(hù)殼301，內(nèi)置在該保護(hù)殼301中的蓄電池303,以及設(shè)置在保護(hù)殼301內(nèi)壁與蓄電池303之 間、用于隔熱的石棉層302 ;所述熱電轉(zhuǎn)換模塊2通過(guò)導(dǎo)線與蓄電池303連接。保護(hù)殼301 采用不銹鋼制成，用于起到抗壓、抗沖擊的功能，石棉層302可以防止氫復(fù)合器工作時(shí)的高 溫?fù)p傷蓄電池。而蓄電池303則優(yōu)選采用鉛酸電池，具有維護(hù)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、質(zhì)量穩(wěn)定、 可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
[0030] 本實(shí)用新型在安全殼嚴(yán)重事故時(shí)，可以將消除氫氣產(chǎn)生的大量熱量通過(guò)熱電轉(zhuǎn)換 模塊2轉(zhuǎn)化為電能。典型的氫復(fù)合器試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，只通入2%的氫氣時(shí)，氫復(fù)合器 就能在15分鐘內(nèi)啟動(dòng)消氫反應(yīng)，溫度最高超過(guò)300°C(煙道出口處），該熱量即可用來(lái)進(jìn)行 熱電轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換的電能被儲(chǔ)存至儲(chǔ)能模塊3中，然后可以提供給諸如氫濃度檢測(cè)、噴淋等應(yīng) 急安全設(shè)備使用。
[0031] 本實(shí)用新型通過(guò)巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得氫復(fù)合器在實(shí)現(xiàn)消氫功能的同時(shí)，能夠?qū)?釋放的熱量轉(zhuǎn)化為電能，然后供其他安全設(shè)備使用，從而實(shí)現(xiàn)能量最大化的利用，避免了能 源的浪費(fèi)。另外，本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如果稍加改動(dòng)后，同樣也能夠用在其他核電氫安全 設(shè)備的研制和性能檢測(cè)上。由此可見(jiàn)，本實(shí)用新型能夠很好地實(shí)現(xiàn)非能動(dòng)氫氣復(fù)合器的消 氫和能源的綜合利用，進(jìn)而為復(fù)合器的研究和設(shè)計(jì)能夠達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提供有意義、 有價(jià)值的參考。因此，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，技術(shù)進(jìn)步明顯，具有實(shí)質(zhì)性的特點(diǎn)和進(jìn) 步。
[0032] 上述實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式之一，不應(yīng)當(dāng)用于限制本實(shí)用新型的 保護(hù)范圍，凡在本實(shí)用新型的主體設(shè)計(jì)思想和精神上作出的毫無(wú)實(shí)質(zhì)意義的改動(dòng)或潤(rùn)色， 其所解決的技術(shù)問(wèn)題仍然與本實(shí)用新型一致的，均應(yīng)當(dāng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 具有熱電轉(zhuǎn)換功能的非能動(dòng)氫復(fù)合器，包括頂部設(shè)有煙道出口的氫復(fù)合器本體 (1) ，其特征在于，還包括熱電轉(zhuǎn)換模塊（2)和儲(chǔ)能模塊（3);所述熱電轉(zhuǎn)換模塊（2)設(shè)置 在煙道出口處；所述儲(chǔ)能模塊（3)包括保護(hù)殼（301)，內(nèi)置在該保護(hù)殼（301)中的蓄電池 (303)，以及設(shè)置在保護(hù)殼內(nèi)壁與蓄電池之間、用于隔熱的石棉層（302);所述熱電轉(zhuǎn)換模塊 (2) 通過(guò)導(dǎo)線與蓄電池（303)連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有熱電轉(zhuǎn)換功能的非能動(dòng)氫復(fù)合器，其特征在于，所述熱 電轉(zhuǎn)換模塊（2 )與煙道出口尺寸相同。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有熱電轉(zhuǎn)換功能的非能動(dòng)氫復(fù)合器，其特征在于，所述氫 復(fù)合器本體（1)的高度為1. 2米~2米。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的具有熱電轉(zhuǎn)換功能的非能動(dòng)氫復(fù)合器，其特征在于，所述 蓄電池（303)為鉛酸電池。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種具有熱電轉(zhuǎn)換功能的非能動(dòng)氫復(fù)合器，包括頂部設(shè)有煙道出口的氫復(fù)合器本體、熱電轉(zhuǎn)換模塊和儲(chǔ)能模塊；所述熱電轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置在煙道出口處；所述儲(chǔ)能模塊包括保護(hù)殼，內(nèi)置在該保護(hù)殼中的蓄電池，以及設(shè)置在保護(hù)殼內(nèi)壁與蓄電池之間、用于隔熱的石棉層；所述熱電轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)導(dǎo)線與蓄電池連接。本實(shí)用新型能同時(shí)在事故狀態(tài)下消除氫氣和產(chǎn)生電能供其他應(yīng)急設(shè)備使用，緩解了事故狀態(tài)應(yīng)急能源緊張的狀況，因此，本實(shí)用新型在保障安全殼氫安全的同時(shí)，有效地將危險(xiǎn)的氫氣轉(zhuǎn)化為了電能，實(shí)現(xiàn)了能源的綜合利用，并提高了核電安全殼的安全性，這對(duì)于核電安全來(lái)說(shuō)有著重要的意義。
【IPC分類】G21C9/06
【公開(kāi)號(hào)】CN205069136
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520849796
【發(fā)明人】高博, 賴新春, 唐俊, 朱宏志, 江婷, 鄭振華, 李嶸, 唐濤, 陳杰
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院材料研究所, 四川聚能核技術(shù)工程有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年10月28日