具有風(fēng)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風(fēng)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)控制越來越受到重視，對(duì)氫安全設(shè) 備的要求也越來越高，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圍的氣流上升提供推動(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)流過復(fù)合器的氣體，從而提高復(fù)合器的消氫能力，這個(gè)過程就是煙道效應(yīng)。最 后，反應(yīng)后的氣體經(jīng)過復(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，產(chǎn)生了明顯的煙道氣流循環(huán)。通過一臺(tái) 復(fù)合器的氣體總流量約l〇〇〇m3/h，平均線速度在2m/s以上。氫復(fù)合器消氫過程這些氣體循 環(huán)的動(dòng)能是被浪費(fèi)掉了，沒有得到有效利用。
[0007] 此外，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)，無法為安全設(shè)備提供充足 的工作電源。
[0008] 因此，如何將氫復(fù)合器浪費(fèi)的氣流循環(huán)動(dòng)能有效地利用起來，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)需要解決的問題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009] 針對(duì)上述技術(shù)不足，本實(shí)用新型提供了一種具有風(fēng)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)，將煙道氣流循環(huán)的氣體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，然后 供其他安全設(shè)備使用。
[0010] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型解決問題的技術(shù)方案如下：
[0011] 具有風(fēng)電轉(zhuǎn)換功能的非能動(dòng)氫復(fù)合器，包括氫復(fù)合器本體，還包括風(fēng)電轉(zhuǎn)換模塊 和儲(chǔ)能模塊；所述氫復(fù)合器本體上方側(cè)壁設(shè)有開口，所述風(fēng)電轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置在開口處；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；所述風(fēng)電轉(zhuǎn)換模塊通過導(dǎo)線與蓄電池連接。
[0012] 具體地說，所述風(fēng)電轉(zhuǎn)換模塊為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
[0013] 進(jìn)一步地，所述氫復(fù)合器本體的高度為1. 2米~2米。
[0014] 作為優(yōu)選，所述蓄電池為鉛酸電池。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：
[0016] (1)本實(shí)用新型在充分考慮到安全的基礎(chǔ)上，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，巧妙地將風(fēng)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)煙道氣流循環(huán)的大 量動(dòng)能可以有效地轉(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，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。
[0017] (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。
[0018] (3)本實(shí)用新型使用消氫時(shí)煙道氣流循環(huán)的氣體動(dòng)能作為能源，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)，也不需要打開安全殼就可以給安全殼內(nèi)的設(shè) 備提供能源，并且有效地阻止了放射性物質(zhì)的外泄，進(jìn)一步提高了核電站的安全性。
[0019] (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。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2為本實(shí)用新型中儲(chǔ)能模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖3為本實(shí)用新型消氫時(shí)的氣體流速CFD模擬結(jié)果示意圖。
[0023] 其中，附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的名稱為：
[0024]1-氫復(fù)合器本體，2-風(fēng)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】
[0025] 下面結(jié)合【附圖說明】和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，本實(shí)用新型的方式包括 但不僅限于以下實(shí)施例。
[0026] 如圖1所示，本實(shí)用新型提供了一種具有風(fēng)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、風(fēng)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)與中國專利【申請(qǐng)?zhí)枴?01510293745. 6公開的氫復(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。
[0027] 所述氫復(fù)合器本體1上方側(cè)壁設(shè)有開口，而所述風(fēng)電轉(zhuǎn)換模塊2設(shè)置在該開口處， 并且高度為氫復(fù)合器本體1煙道出口的1/2~1/3。本實(shí)施例中，該風(fēng)電轉(zhuǎn)換模塊2選用風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組，其啟動(dòng)風(fēng)速小于2m/s，轉(zhuǎn)換效率在40%以上，能較好地實(shí)現(xiàn)風(fēng)電轉(zhuǎn)換功能。
[0028] 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 ;所述風(fēng)電轉(zhuǎn)換模塊2通過導(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)簡單、使用壽命長、質(zhì)量穩(wěn)定、 可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
[0029] 本實(shí)用新型在安全殼嚴(yán)重事故時(shí)，可以在消氫時(shí)將煙道氣流循環(huán)的氣體動(dòng)能，通 過風(fēng)電轉(zhuǎn)換模塊2轉(zhuǎn)化為電能。典型的氫復(fù)合器流場(chǎng)CFD模擬結(jié)果如圖3所示，在通入4 % 的氫氣時(shí)，在復(fù)合器出口位置流速能達(dá)到2. 2m/s，該動(dòng)能可用來進(jìn)行風(fēng)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。
[0030] 本實(shí)用新型通過巧妙的結(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)?煙道氣流循環(huán)的氣體動(dòng)能轉(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，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。
[0031]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實(shí)質(zhì)意義的改動(dòng)或潤色， 其所解決的技術(shù)問題仍然與本實(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. 具有風(fēng)電轉(zhuǎn)換功能的非能動(dòng)氫復(fù)合器，包括氫復(fù)合器本體（1 )，其特征在于，還包括 風(fēng)電轉(zhuǎn)換模塊（2 )和儲(chǔ)能模塊（3 );所述氫復(fù)合器本體（1)上方側(cè)壁設(shè)有開口，所述風(fēng)電轉(zhuǎn) 換模塊（2)設(shè)置在開口處；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);所述風(fēng)電 轉(zhuǎn)換模塊通過導(dǎo)線與蓄電池連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有風(fēng)電轉(zhuǎn)換功能的非能動(dòng)氫復(fù)合器，其特征在于，所述風(fēng) 電轉(zhuǎn)換模塊（2)為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有風(fēng)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所述的具有風(fēng)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)用新型公開了一種具有風(fēng)電轉(zhuǎn)換功能的非能動(dòng)氫復(fù)合器，包括氫復(fù)合器本體、風(fēng)電轉(zhuǎn)換模塊和儲(chǔ)能模塊；所述氫復(fù)合器本體上方側(cè)壁設(shè)有開口，所述風(fēng)電轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置在開口處；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；所述風(fēng)電轉(zhuǎn)換模塊通過導(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)，有效地將煙道氣流循環(huán)的動(dòng)能轉(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)于核電安全來說有著重要的意義。
【IPC分類】G21C9/06
【公開號(hào)】CN205104240
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520846127
【發(fā)明人】高博, 賴新春, 張鵬程, 朱宏志, 陳治江, 唐俊, 鄭振華, 李嶸, 唐濤
【申請(qǐng)人】中國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
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年10月28日