氢复合器的制造方法
【专利摘要】一种氢复合器包括一系列催化剂级,所述一系列催化剂级中的每级均限定随着流动路径而递增的催化剂活性。
【专利说明】氢复合器
[0001]本公开要求于2012年7月24日提交的美国临时专利公开序列号为61/675,155的优先权。
【技术领域】
[0002]本公开涉及一种改进式自动催化氢复合以便在失水(loss of coolant)情况下从核反应堆的安全壳容器(containment vessel)内部非能动地去除氢。
【背景技术】
[0003]核电站有助于非常高效的电力生产。轻水冷却式核反应堆(LWR)被设计成使因失水事故(“L0CA”)而对安全壳的完整性所造成的威胁降至最低。LOCA会导致热水和蒸汽喷射进入安全壳气氛(containment atmosphere)内。除非采用从安全壳散热的系统,否则安全壳内的压力和温度可能会超过设计限制而上升。
[0004]此外,LOCA还可能会导致堆芯暴露并且因而导致燃料温度增加,当锆合金与残余蒸汽起化学反应时就可能会导致锆合金氧化。这种反应是放热的并且产生可随着蒸汽而散逸到安全壳气氛中的氢。氢的质量释放率可以是千克/秒的等级。除非采用使氢活性维持在自燃限制之下的系统,否则就能够在反应堆安全壳内产生潜在可燃性气体混合物。
[0005]当前LWR非常安全并且对失效保护操作提供有对于电力供应、工业用水和操作者行为最小依赖性以便消除LOCA的影响。除了各种能动(active)的冷却选择之外,许多LWR采用从安全壳气氛传递热量的非能动(passive)系统。例如,一些反应堆利用钢制安全壳容器和来自高位罐的外部水冷却来促进传热。来自安全壳气氛的热量通过自然对流被传递到安全壳容器。由于源于破裂处(break)的热蒸汽与空气混合并且上升到安全壳的顶部,然后通过接触冷安全壳而被冷却。冷却剂较稠密的混合物下降从而开始自然循环的过程,其中壁附近的流动向下并且中央区域的流动向上。在最初下吹(blow-down)期间之后,安全壳内的压力和温度增加,直到冷安全壳以及其它冷表面上的蒸汽的冷凝速率等于从破裂处排放的蒸汽速率为止。
[0006]核反应堆也利用各种非能动系统来缓解氢累积。例如,在启动之前或期间预惰化在安全壳内产生贫氧气氛。惰性气体(通常是氮)被喷射到安全壳内以取代空气从而将氧活性降低到氢燃烧所需的水平之下。
[0007]另一非能动系统是氢复合器。氢复合器使得氢和氧复合以产生水从而降低安全壳内的氢活性。相对于热复合器,自动催化复合器是自起动的而且不需要外部动力因而是非能动的。
[0008]为了有效地工作,氢复合器需要相对高的空气流率。常规使用安全壳气氛的自然循环以达到安全壳冷却,通常无法产生足够高的流率来获得有效的非能动氢复合器以处理大的安全壳体积。源于氢和氧之间的反应而在催化复合器内所产生的升高温度促进了局部对流。这可以在复合器内产生比起仅由自然循环所产生的流动更大的对流流动。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]根据所公开的非限制性实施例的下述具体描述,对本领域技术人员而言各种特征将变得显而易见。附随于该具体描述的附图能够被简要地如下描述为:
图1是根据一种公开的非限制性实施例的氢复合器的示意图;
图2是根据另一种公开的非限制性实施例的氢复合器的示意图;
图3是根据另一种公开的非限制性实施例的氢复合器的示意图;
图4是根据另一种公开的非限制性实施例的氢复合器的示意图;
图5是根据另一种公开的非限制性实施例的氢复合器的示意图;并且图6是根据另一种公开的非限制性实施例的氢复合器的示意图。
【具体实施方式】
[0010]图1示意地示出氢复合器30,其通常包括外壳31以及其内的一系列催化剂级(catalyst stage) 32A、32B、32C等。虽然示出了三个,但是应该意识到任意数量均会由此而受益。所述一系列催化剂级32A、32B、32C中的每一级均限定随着从入口 34到出口 36的流动路径(flowpath)而递增的催化剂活性(catalyst activity)。所述一系列催化剂级32A、32B、32C中的每个相继级都降低氢的活性,以致氢复合器30的输出具有大体上较低的氢活性水平。
[0011]再化合反应(H2+202=2H20)在催化剂表面处产生热量。H2活性越大则产生的热量越多,以致可以相对于操作温度(例如低于大约932F(500C)的温度)来限定所述一系列催化剂级32A、32B、32C中的每级内的催化剂活性,以便有效除去氢又避免氢爆燃。
[0012]虽然是在操作上是非能动,不过氢复合器30可以额外地包括风扇38 (示意性示出;图2)以促进流动。就是说,即使没有风扇38,氢复合器30也能有效地运转,不过风扇38可以通过专用于风扇38的不间断电源(UPS)而可操作,或者若外部电源可供使用的话则风扇38也可操作以增加效率。
[0013]一般而言,所述一系列催化剂级中的第一级32A被特制成用于相对低的催化活性,因为所述一系列催化剂级中的第一级32A暴露于相对高的氢含量。换句话说,所述一系列催化剂级中的第一级32A具有相对低的催化剂活性,以致表面温度保持在预定温度之下。对于这种低活性的催化剂,可以利用比贵金属廉价的材料。中间的催化剂级32B提供相对中等的催化剂活性。最后的催化剂级32C提供相对高的催化剂活性以便除去处于低活性的氢,以致表面温度维持在预定温度之下。
[0014]所述一系列催化剂级32A、32B、32C中的每一级内的催化剂活性例如可以通过导热基体上的部分催化剂覆盖来进行控制,以致该基体将热量从催化剂表面传走,并且对流将从该基体散热。在另一公开的非限制性实施例中,金属合金网可以被置于催化剂表面上或者被嵌入其内以便增强传热。可以替代性地或额外地提供各种催化剂布置或其组合。
[0015]此外,在所述一系列催化剂级32A、32B、32C中的每一级内可以单独地或组合地使用各种催化剂几何构型和取向(geometries and orientat1ns)。在一种公开的非限制性实施例中,在所述一系列催化剂级32A、32B、32C中的每一级内利用竖直定向的催化剂板40(图3)。在另一公开的非限制性实施例中,在所述一系列催化剂级32A、32B、32C中的每一级内利用竖直定向的杆或管50(图4)。在又一公开的非限制性实施例中,在所述一系列催化剂级32A、32B、32C中的每一级内利用球体阵列60 (图5)。在再一公开的非限制性实施例中,在所述一系列催化剂级32A、32B、32C中的每一级内利用竖直定向的带状薄板(卷绕板材;coiled sheet) 70 (图6)。同样,应该意识到各种其它布置和组合将由此受益。
[0016]因而,氢复合器30在各级中容易地散热以便在没有动力和紧急动力可用两种情况下均可防止过热和失效。此外,由于与常规的氢复合器相比容易地去除了十倍以上的氢容量,所以氢复合器30可以减少所需的氢复合器数量,从而可以降低投资成本。
[0017]在说明书的上下文(尤其是在所附权利要求的上下文)中术语“一”和“一个”和“所述”和类似代词的使用应被解释成涵盖单个和复数个,除非在文中另外说明或者具体地根据上下文自相矛盾。结合数量使用形容词“大约”包括所列值并且具有由上下文决定的含义(例如其包括与具体数量的测量有关的误差程度)。这里公开的所有范围均包括端点,并且端点可独立地彼此结合。应该意识到,相对位置术语,例如“前”、“后”、“上”、“下”、“之上”、“之下”等等参考工具(vehicle)的正常工作姿态并且不应被看作另外的限制。
[0018]虽然不同的非限制性实施例具有被具体图示出的部件,不过本发明的实施例不限于这些特有的组合。可能使用来自任何非限制性实施例中任意实施例的一些部件或特征与来自其它非限制性实施例中任意实施例的特征或部件的组合。
[0019]应该意识到贯穿所示的多幅图,类似附图标记指代对应或类似元件。也应该意识到,虽然在所图示实施例中公开了特有的部件设置,不过其它设置也将由此受益。
[0020]虽然示出、描述和要求了特有的步骤顺序,不过应该理解的是,除非明确指出,否则步骤可以以任意次序、单独地或结合地被执行,并且将从本公开中受益。
[0021]前面的描述是示例性而不是被限定在其内。这里公开了各种非限制性实施例,不过本领域一个普通熟练人员将认识到,根据上述教导的各种改进和变型将应列入所附权利要求的范围内。因此,应该意识到,在所附权利要求的范围内,可以以特有地描述之外的方式实现本公开。为此,应该研宄所附权利要求来确定真实范围和内容。
【权利要求】
1.一种氢复合器,包括: 一系列催化剂级,所述一系列催化剂级中的每级均限定随着流动路径而递增的催化剂活性。
2.根据权利要求1所述的氢复合器,其特征在于,所述催化剂活性从入口到出口而递增。
3.根据权利要求2所述的氢复合器,其特征在于,还包括邻近所述入口的风扇。
4.根据权利要求1所述的氢复合器,其特征在于,相对于操作温度来限定所述催化剂活性。
5.根据权利要求4所述的氢复合器,其特征在于,所述操作温度小于氢爆燃温度。
6.一种从核反应堆的安全壳容器内部非能动地去除氢的方法,包括: 将一系列催化剂级放置在所述安全壳容器内,所述一系列催化剂级限定随着流动路径而递增的催化剂活性。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,还包括在所述一系列催化剂级中的每级内维持操作温度小于氢爆燃温度。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,还包括将风扇放置在所述一系列催化剂级的上游。
【文档编号】B01J19/24GK104470848SQ201380039211
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年3月28日 优先权日:2012年7月24日
【发明者】M. 阿兹兹 S., 格里梅特 D. 申请人:特拉华空气喷射火箭达因公司