[發(fā)明專利]一種核設施事故環(huán)境條件下使用的吸氫材料

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• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111540484A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設計）人: 劉鑫;陳曉;鄭琪;胡川;路璐;廖亮;湯智超
• 申請（專利權）人: 上海申核能源工程技術有限公司
• 主分類號: G21C9/02
• 分類號: G21C9/02
• 代理公司: 上海精晟知識產(chǎn)權代理有限公司 31253
• 代理人: 安曼

本發(fā)明公開了一種核設施事故環(huán)境條件下使用的吸氫材料，所述吸氫材料由鈀鉑銅合金膜包覆的鋯釩鐵合金構成，其中，鈀鉑銅合金膜的成分為：鈀質(zhì)量分數(shù)50～90％、鉑質(zhì)量分數(shù)5～25％、銅質(zhì)量分數(shù)5～25％；鋯釩鐵合金的成分為：鋯質(zhì)量分數(shù)60～73％，釩質(zhì)量分數(shù)22～35％，鐵質(zhì)量分數(shù)5～18％。本發(fā)明的吸氫材料同時具備吸氫和消氫的功能。吸氫材料可顯著降低安全殼內(nèi)氫氣風險，提高安全性。

技術領域

本發(fā)明涉及核設施安全殼氫氣控制領域，特別是核設施安全殼吸氫材料領域。

背景技術

核電站嚴重事故條件下，堆芯冷卻裝置遭到嚴重損壞，堆芯產(chǎn)生大量余熱并使得核燃料元件鋯包殼不斷升溫并與水反應，從而生成氫氣并進入安全殼內(nèi)與空氣混合，當氫氣達到一定濃度時，即使外界點火源的能量較弱，被點燃的可燃混合氣也會逐漸由緩慢的層流擴散燃燒逐漸發(fā)展為爆燃甚至爆轟，壓力載荷可達初始壓力的幾倍甚至十幾倍，將直接威脅安全殼的完整性，給反應堆廠房甚至整個核電廠帶來嚴重的安全隱患。因此，必須采用可靠的方法嚴格控制安全殼內(nèi)的氫氣含量，以消除安全威脅。

傳統(tǒng)安全殼氫氣控制模式有氫氣消除和氣氛惰化兩種方式：1)氫氣消除是利用消氫設備通過燃燒或者氫氧催化復合的方式進行消氫，典型的消氫設備：如燃燒方式的有氫點火器，催化復合方式有非能動氫復合器；2)氣氛惰化是通過事先處理，將安全殼內(nèi)氣氛中的氧氣消除或降低到一定濃度，即使在事故后有大量的氫氣釋放，也無法燃燒。由于艦船類、海上浮動平臺等小型核設施的空間非常小，在此類核設施中采用消氫方式或惰化方式都存在較大困難，如：非能動氫復合器需要較為寬敞的空氣流通區(qū)域形成煙囪效應，如氫點火器消氫則會產(chǎn)生火焰沖擊、壓力沖擊和高溫，對周圍設備造成巨大影響；如惰化方式則需要一套復雜的惰化處理系統(tǒng)，空氣置換系統(tǒng)、氧氣消除設備等，相關設備空間需求和電源供應都將給小型核設施增加不小的負擔。因此，亟需研究一種新型的處理措施，來解決緊湊空間下事故后氫氣風險的控制和消除。

貯氫(吸氫或儲氫)技術在氫能利用行業(yè)中是一種成熟技術，貯氫材料具有貯氫密度高、吸放氫速度快、操作條件可控、壽命長等特點，廣泛應用于氫高效貯存、氫燃料電池相關領域，但是在核領域卻未見有成熟的應用。利用吸氫材料的吸氫速率快、吸氫容量大的特性，可在核設施事故后特殊環(huán)境下迅速降低氫氣濃度，同時吸氫材料體積較小，具有存放方便、易操作等特點。為確保貯氫材料在復雜環(huán)境氣氛中的優(yōu)良吸氫性能，本發(fā)明的材料表面包覆鈀合金膜。鈀合金膜不僅能隔絕水、氧及其它復雜氣氛對吸氫材料的影響，還能作為氫氧反應催化劑，使得吸氫材料同時具備吸氫和消氫的功能。吸氫材料可顯著降低安全殼內(nèi)氫氣風險，提高安全性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種核設施事故環(huán)境條件下使用的吸氫材料，該吸氫材料由鈀鉑銅合金膜包覆的鋯釩鐵合金構成，用于核設施安全殼氫氣控制系統(tǒng)，同時具備吸氫和消氫作用，可以有效控制和消除核設施氫氣風險。

本發(fā)明公開了一種核設施事故環(huán)境條件下使用的吸氫材料，具體為：該吸氫材料包括鋯釩鐵合金及表面覆蓋鈀鉑銅合金膜；所述鋯釩鐵合金組分為：鋯質(zhì)量分數(shù)60～73％(數(shù)值范圍請發(fā)明人確認)，釩質(zhì)量分數(shù)22～35％，鐵質(zhì)量分數(shù)5～18％；所述鈀鉑銅合金膜組分為：鈀質(zhì)量分數(shù)50～90％、鉑質(zhì)量分數(shù)5～25％、銅質(zhì)量分數(shù)5～25％。

優(yōu)選的，所述吸氫材料的工作溫度范圍為0～600℃，工作壓力范圍為0～5MPa。

本發(fā)明的有益之處在于：鋯釩鐵合金具備優(yōu)良的吸氫性能，吸氫量大，吸氫工作溫度、工作壓力范圍寬，通過表面包覆鈀鉑銅合金膜，可以保護鋯釩鐵合金免受核設施事故后的復雜環(huán)境氣氛的不良影響。鈀鉑銅合金膜不僅不影響鋯釩鐵合金的吸氫性能，還對氫氧反應具有催化作用，可作為消氫反應催化劑。本發(fā)明公開的吸氫材料吸氫性能優(yōu)良，同時具備吸氫和消氫作用，可應用于核設施安全殼氫氣控制系統(tǒng)，可以有效控制和消除核設施氫氣風險。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。