[發(fā)明專利]具有風(fēng)電、熱電轉(zhuǎn)換功能的非能動氫復(fù)合器及其用途

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510714339.2
• 申請日: 2015-10-28
• 公開（公告）號: CN105225705A
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高博;賴新春;史偉;邵正鋒;唐俊;江婷;鄭振華;李嶸;唐濤
• 申請（專利權(quán)）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
• 主分類號: G21C9/06
• 分類號: G21C9/06
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51228
• 代理人: 王育信

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明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、熱電轉(zhuǎn)換功能的非能動氫復(fù)合器。

背景技術(shù)

日本福島核事故以后，核電安全殼內(nèi)的氫風(fēng)險控制越來越受到重視，對氫安全設(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氫復(fù)合器(PARs)，更是要考核其在各種嚴(yán)重事故工況的運行性能。

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)：

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力：氣體溫度升高，密度降低，在浮力驅(qū)動下向上流動，同時從PARs下方吸入低溫高濃度混合氣，如此形成自然對流。催化反應(yīng)區(qū)出口的高溫低密度氣體將在復(fù)合器上部形成煙囪效應(yīng)，提高復(fù)合器自然對流能力，增加單位時間內(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。

從以上描述可知，非能動氫復(fù)合器通過催化氧化的方式降低了安全殼氫爆的風(fēng)險，但同時也消耗了大量氫氣，釋放出大量的熱量。一臺氫復(fù)合器的消氫容量是2.4kg/h，按放熱238KJ/mol計算，一臺氫復(fù)合器滿負(fù)荷工作一小時放出熱量為285.6MJ。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)計不夠合理，在氫復(fù)合器消氫的過程中，這些熱能被白白浪費，并沒有得到有效的利用。同時，通過一臺復(fù)合器的氣體總流量約1000m³/h，平均線速度在2m/s以上。氫復(fù)合器消氫過程這些熱能和氣體循環(huán)的動能同樣被浪費掉了，也沒有得到有效利用。

另外，在安全殼嚴(yán)重事故狀態(tài)時，噴淋、測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)生的一個重要原因即是備用發(fā)電機(jī)未正常啟動，無法為安全設(shè)備提供充足的工作電源。

因此，如何將氫復(fù)合器浪費的氫能源和氣流循環(huán)動能均有效地利用起來，并進(jìn)一步提高核電安全殼內(nèi)的氫風(fēng)險控制能力，是一個需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種具有風(fēng)電、熱電轉(zhuǎn)換功能的非能動氫復(fù)合器，其能夠在實現(xiàn)氫復(fù)合器消氫功能的同時，將釋放的熱量以及氣流循環(huán)的動能均轉(zhuǎn)化為電能，然后供其他安全設(shè)備使用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決問題的技術(shù)方案如下：

具有風(fēng)電、熱電轉(zhuǎn)換功能的非能動氫復(fù)合器，包括頂部設(shè)有煙道出口的氫復(fù)合器本體，還包括風(fēng)電轉(zhuǎn)換模塊、熱電轉(zhuǎn)換模塊和儲能模塊；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；所述熱電轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置在煙道出口處；所述儲能模塊包括保護(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)換模塊和熱電轉(zhuǎn)換模塊均通過導(dǎo)線與蓄電池連接。

進(jìn)一步地，所述熱電轉(zhuǎn)換模塊與煙道出口尺寸相同。

具體地說，所述風(fēng)電轉(zhuǎn)換模塊為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

作為優(yōu)選，所述蓄電池為鉛酸電池。

再進(jìn)一步地，所述氫復(fù)合器本體的高度為1.2米～2米。

基于上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還提供了該非能動氫復(fù)合器的用途，具體為：在安全殼嚴(yán)重事故時，將消除氫氣產(chǎn)生的熱量以及氣流循環(huán)的動能均轉(zhuǎn)化為電能并儲存、以便提供給核電安全殼應(yīng)急安全設(shè)備使用的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明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，巧妙地將風(fēng)電轉(zhuǎn)換模塊、熱電轉(zhuǎn)換模塊和儲能模塊應(yīng)用到了非能動氫復(fù)合器上，使得氫復(fù)合器消氫時釋放的大量熱量以及煙道氣流循環(huán)的動能均可以有效地轉(zhuǎn)化為電能并進(jìn)行存儲，從而供其它安全設(shè)備使用。如此一來，本發(fā)明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成為支持其它安全設(shè)備工作的電源，并且電能十分充足，因而不僅實現(xiàn)了能源的綜合利用，減輕了核電事故狀態(tài)時對備用能源的依賴，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。