[发明专利]具有热电转换功能的非能动氢复合器及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种核电氢安全设备，具体涉及的是一种具有热电转换功能的非能动氢复合器。

背景技术

日本福岛核事故以后，核电安全壳内的氢风险控制越来越受到重视，对氢安全设备的要求也越来越高，特别是在严重事故工况下，氢安全设备是否仍然能发挥氢气控制或消除的功能便成了设备的重要考核依据。尤其是作为主要消氢手段的非能动氢复合器(PARs)，更是要考核其在各种严重事故工况的运行性能。

一般地，PARs可描述为底部装填催化剂的竖直通道(俗称“烟道”)。事故发生后，氢分子和空气中的氧分子在催化剂表面接触，发生如下反应：

该反应为强放热自由基反应。当使用活性组分为铂或钯的催化剂后，该反应活化能会大大地减小，从而能够在低温条件下开始反应。反应遵循Langmuir–Hinchelwood两步法机理：首先是反应物向催化剂表面的扩散，然后是吸附在催化剂上的反应物发生反应。反应放出的热量为催化元件周围的气流上升提供推动力：气体温度升高，密度降低，在浮力驱动下向上流动，同时从PARs下方吸入低温高浓度混合气，如此形成自然对流。催化反应区出口的高温低密度气体将在复合器上部形成烟囱效应，提高复合器自然对流能力，增加单位时间内流过复合器的气体，从而提高复合器的消氢能力。最后，反应后的气体经过复合器顶部排出。PARs与安全壳大气环境的自然对流循环有效地促进了易燃气体混合，避免了氢气的累积。

从以上描述可知，非能动氢复合器通过催化氧化的方式降低了安全壳氢爆的风险，但同时也消耗了大量氢气，释放出大量的热量。一台氢复合器的消氢容量是2.4kg/h，按放热238KJ/mol计算，一台氢复合器满负荷工作一小时放出热量为285.6MJ。

一方面，氢气本身是一种清洁能源，其单位质量燃烧释放出的热量是所有燃料中最高的。但由于结构设计不够合理，在氢复合器消氢的过程中，这些热能被白白浪费，并没有得到有效的利用。

另一方面，在安全壳严重事故状态时，喷淋、测氢装置等许多安全设备的使用均需要能源，福岛事故发生的一个重要原因即是备用发电机未正常启动，无法为安全设备提供充足的工作电源。

因此，如何将氢复合器浪费的氢能源有效地利用起来，并进一步提高核电安全壳内的氢风险控制能力，是一个需要解决的问题。

发明内容

针对上述技术不足，本发明提供了一种具有热电转换功能的非能动氢复合器，其能够在实现氢复合器消氢功能的同时，将释放的热量转化为电能，然后供其他安全设备使用。

为实现上述目的，本发明解决问题的技术方案如下：

具有热电转换功能的非能动氢复合器，包括顶部设有烟道出口的氢复合器本体，还包括热电转换模块和储能模块；所述热电转换模块设置在烟道出口处；所述储能模块包括保护壳，内置在该保护壳中的蓄电池，以及设置在保护壳内壁与蓄电池之间、用于隔热的石棉层；所述热电转换模块通过导线与蓄电池连接。

进一步地，所述热电转换模块与烟道出口尺寸相同。

再进一步地，所述氢复合器本体的高度为1.2米～2米。

作为优选，所述蓄电池为铅酸电池。

基于上述结构，本发明还提供了该非能动氢复合器的用途，具体为：在安全壳严重事故时，将消除氢气产生的热量转化为电能并储存、以便提供给核电安全壳应急安全设备使用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明在充分考虑到安全的基础上，通过合理的结构设计，巧妙地将热电转换模块和储能模块应用到了非能动氢复合器上，使得氢复合器消氢时释放的大量热量可以有效地转化为电能并进行存储，从而供其它安全设备使用。如此一来，本发明既可以用作核电安全壳内的消氢设备，又可以在消氢的同时成为支持其它安全设备工作的电源，因而不仅实现了能源的综合利用，减轻了核电事故状态时对备用能源的依赖，缓解了事故状态应急能源紧张的状况，提高了核电站的安全性，而且节约了成本，真正做到了技术与安全、成本之间的平衡。

(2)本发明采用了现有的氢复合器作为主体结构设计，只需通过合理的结构改动就能实现热电转换，改动小，对现有设备的力学结构可靠性和热学可靠性影响非常小。

(3)本发明使用消氢释放的热量作为能源，可以完全安装在安全壳内，不需要贯穿件，在发生事故状态时，也不需要打开安全壳就可以给安全壳内的设备提供能源，并且热电转换模块与烟道出口尺寸相同，因而有效阻止了放射性物质的外泄，进一步提高了核电站的安全性。