具有風電轉換功能的非能動氫復合器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種核電氫安全設備，具體涉及的是一種具有風電轉換功能的非 能動氫復合器。
【背景技術】
[0002] 日本福島核事故以后，核電安全殼內的氫風險控制越來越受到重視，對氫安全設 備的要求也越來越高，特別是在嚴重事故工況下，氫安全設備是否仍然能發(fā)揮氫氣控制或 消除的功能便成了設備的重要考核依據(jù)。尤其是作為主要消氫手段的非能動氫復合器 (PARs)，更是要考核其在各種嚴重事故工況的運行性能。
[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：
[0004]
[0005] 該反應為強放熱自由基反應。當使用活性組分為鉑或鈀的催化劑后，該反應活化 能會大大地減小，從而能夠在低溫條件下開始反應。反應遵循Langmuir-Hinchelwood兩 步法機理：首先是反應物向催化劑表面的擴散，然后是吸附在催化劑上的反應物發(fā)生反應。 反應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 區(qū)出口的高溫低密度氣體將在復合器上部形成煙肉效應，提高復合器自然對流能力，增加 單位時間內流過復合器的氣體，從而提高復合器的消氫能力，這個過程就是煙道效應。最 后，反應后的氣體經過復合器頂部排出。PARs與安全殼大氣環(huán)境的自然對流循環(huán)有效地促 進了易燃氣體混合，避免了氫氣的累積。
[0006] 從以上描述可知，非能動氫復合器通過催化氧化的方式降低了安全殼氫爆的風 險，但同時也消耗了大量氫氣，釋放出大量的熱量，產生了明顯的煙道氣流循環(huán)。通過一臺 復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。氫復合器消氫過程這些氣體循 環(huán)的動能是被浪費掉了，沒有得到有效利用。
[0007] 此外，在安全殼嚴重事故狀態(tài)時，噴淋、測氫裝置等許多安全設備的使用均需要能 源，福島事故發(fā)生的一個重要原因即是備用發(fā)電機未正常啟動，無法為安全設備提供充足 的工作電源。
[0008] 因此，如何將氫復合器浪費的氣流循環(huán)動能有效地利用起來，并進一步提高核電 安全殼內的氫風險控制能力，是一個需要解決的問題。 【實用新型內容】
[0009] 針對上述技術不足，本實用新型提供了一種具有風電轉換功能的非能動氫復合 器，其能夠在實現(xiàn)氫復合器消氫功能的同時，將煙道氣流循環(huán)的氣體動能轉化為電能，然后 供其他安全設備使用。
[0010] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型解決問題的技術方案如下：
[0011] 具有風電轉換功能的非能動氫復合器，包括氫復合器本體，還包括風電轉換模塊 和儲能模塊；所述氫復合器本體上方側壁設有開口，所述風電轉換模塊設置在開口處；所 述儲能模塊包括保護殼，內置在該保護殼中的蓄電池，以及設置在保護殼內壁與蓄電池之 間、用于隔熱的石棉層；所述風電轉換模塊通過導線與蓄電池連接。
[0012] 具體地說，所述風電轉換模塊為風力發(fā)電機組。
[0013] 進一步地，所述氫復合器本體的高度為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)有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：
[0016] (1)本實用新型在充分考慮到安全的基礎上，通過合理的結構設計，巧妙地將風電 轉換模塊和儲能模塊應用到了非能動氫復合器上，使得氫復合器消氫時煙道氣流循環(huán)的大 量動能可以有效地轉化為電能并進行存儲，從而供其它安全設備使用。如此一來，本實用新 型既可以用作核電安全殼內的消氫設備，又可以在消氫的同時成為支持其它安全設備工作 的電源，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 術與安全、成本之間的平衡。
[0017] (2)本實用新型采用了現(xiàn)有的氫復合器作為主體結構設計，只需通過合理的結構 改動就能實現(xiàn)熱電轉換，改動小，對現(xiàn)有設備的力學結構可靠性和熱學可靠性影響非常小。
[0018] (3)本實用新型使用消氫時煙道氣流循環(huán)的氣體動能作為能源，可以完全安裝在 安全殼內，不需要貫穿件，在發(fā)生事故狀態(tài)時，也不需要打開安全殼就可以給安全殼內的設 備提供能源，并且有效地阻止了放射性物質的外泄，進一步提高了核電站的安全性。
[0019] (4)本實用新型設計嚴謹、安全性高、改造成本低廉，其有效地拓寬了非能動氫復 合器的應用范圍，使其更加適用于核電事故狀態(tài)下的消氫，因此，本實用新型為非能動氫復 合器的設計能夠達到相應實際工況的技術標準提供了非常有價值的參考，其很好地順應了 科技的發(fā)展潮流，因而具有非常良好的應用前景和推廣前景。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0021] 圖2為本實用新型中儲能模塊的結構示意圖。
[0022] 圖3為本實用新型消氫時的氣體流速CFD模擬結果示意圖。
[0023] 其中，附圖標記對應的名稱為：
[0024]1-氫復合器本體，2-風電轉換模塊，3-儲能模塊，301-保護殼，302-石棉層， 303-蓄電池。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合【附圖說明】和實施例對本實用新型作進一步說明，本實用新型的方式包括 但不僅限于以下實施例。
[0026] 如圖1所示，本實用新型提供了一種具有風電轉換功能的非能動氫復合器，其包 括氫復合器本體1、風電轉換模塊2以及儲能模塊3。本實用新型中的氫復合器本體1，其 結構與中國專利【申請?zhí)枴?01510293745. 6公開的氫復合器結構一致，并且高度為1. 2米~2 米，該氫復合器本體1在安全殼嚴重事故時，可以消除鋯水分解產生的氫氣，本實施例在此 不再詳細介紹。
[0027] 所述氫復合器本體1上方側壁設有開口，而所述風電轉換模塊2設置在該開口處， 并且高度為氫復合器本體1煙道出口的1/2~1/3。本實施例中，該風電轉換模塊2選用風 力發(fā)電機組，其啟動風速小于2m/s，轉換效率在40%以上，能較好地實現(xiàn)風電轉換功能。
[0028] 所述儲能模塊3設置在氫復合器本體1的側壁，如圖2所述，該儲能模塊3包括保 護殼301，內置在該保護殼301中的蓄電池303,以及設置在保護殼301內壁與蓄電池303之 間、用于隔熱的石棉層302 ;所述風電轉換模塊2通過導線與蓄電池303連接。保護殼301 采用不銹鋼制成，用于起到抗壓、抗沖擊的功能，石棉層302可以防止氫復合器工作時的高 溫損傷蓄電池。而蓄電池303則優(yōu)選采用鉛酸電池，具有維護簡單、使用壽命長、質量穩(wěn)定、 可靠性高的優(yōu)點。
[0029] 本實用新型在安全殼嚴重事故時，可以在消氫時將煙道氣流循環(huán)的氣體動能，通 過風電轉換模塊2轉化為電能。典型的氫復合器流場CFD模擬結果如圖3所示，在通入4 % 的氫氣時，在復合器出口位置流速能達到2. 2m/s，該動能可用來進行風電轉換。轉換的電能 被儲存至儲能模塊3中，然后可以提供給諸如氫濃度檢測、噴淋等應急安全設備使用。
[0030] 本實用新型通過巧妙的結構設計，使得氫復合器在實現(xiàn)消氫功能的同時，能夠將 煙道氣流循環(huán)的氣體動能轉化為電能，然后供其他安全設備使用，從而實現(xiàn)能量最大化的 利用，避免了能源的浪費。另外，本實用新型的系統(tǒng)結構如果稍加改動后，同樣也能夠用在 其他核電氫安全設備的研制和性能檢測上。由此可見，本實用新型能夠很好地實現(xiàn)非能動 氫氣復合器的消氫和能源的綜合利用，進而為復合器的研究和設計能夠達到相應的技術標 準提供有意義、有價值的參考。因此，本實用新型與現(xiàn)有技術相比，技術進步明顯，具有實質 性的特點和進步。
[0031]上述實施例僅為本實用新型的優(yōu)選實施方式之一，不應當用于限制本實用新型的 保護范圍，凡在本實用新型的主體設計思想和精神上作出的毫無實質意義的改動或潤色， 其所解決的技術問題仍然與本實用新型一致的，均應當包含在本實用新型的保護范圍之 內。
【主權項】
1. 具有風電轉換功能的非能動氫復合器，包括氫復合器本體（1 )，其特征在于，還包括 風電轉換模塊（2 )和儲能模塊（3 );所述氫復合器本體（1)上方側壁設有開口，所述風電轉 換模塊（2)設置在開口處；所述儲能模塊（3)包括保護殼（301)，內置在該保護殼（301)中 的蓄電池（303)，以及設置在保護殼內壁與蓄電池之間、用于隔熱的石棉層（302);所述風電 轉換模塊通過導線與蓄電池連接。2. 根據(jù)權利要求1所述的具有風電轉換功能的非能動氫復合器，其特征在于，所述風 電轉換模塊（2)為風力發(fā)電機組。3. 根據(jù)權利要求2所述的具有風電轉換功能的非能動氫復合器，其特征在于，所述氫 復合器本體（1)的高度為1. 2米~2米。4. 根據(jù)權利要求2或3所述的具有風電轉換功能的非能動氫復合器，其特征在于，所述 蓄電池（303)為鉛酸電池。
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有風電轉換功能的非能動氫復合器，包括氫復合器本體、風電轉換模塊和儲能模塊；所述氫復合器本體上方側壁設有開口，所述風電轉換模塊設置在開口處；所述儲能模塊包括保護殼，內置在該保護殼中的蓄電池，以及設置在保護殼內壁與蓄電池之間、用于隔熱的石棉層；所述風電轉換模塊通過導線與蓄電池連接。本實用新型能同時在事故狀態(tài)下消除氫氣和產生電能供其他應急設備使用，緩解了事故狀態(tài)應急能源緊張的狀況，因此，本實用新型在保障安全殼氫安全的同時，有效地將煙道氣流循環(huán)的動能轉化為了電能，實現(xiàn)了能源的綜合利用，并提高了核電安全殼的安全性，這對于核電安全來說有著重要的意義。
【IPC分類】G21C9/06
【公開號】CN205104240
【申請?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
【申請人】中國工程物理研究院材料研究所, 四川聚能核技術工程有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年10月28日