CN113113159A - 一种组件结构氢气复合器的优化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种组件结构氢气复合器的优化装置，包括一系列不同高度同时具有不同催化能力的催化组件单元，按照一定方式进行分区域排列的催化装置本体，所述催化组件单元为消氢反应的催化剂载体，所述组件单元外部几何结构形式相同但是内部所填充的催化剂活性、催化剂形式不同从而造成单元作为一个整体的反应活性不同，所述催化装置本体分成多个区域，每个区域按照需求选择不同反应活性以及不同高度的单元，从而优化整个装置的反应速率及催化性能。本发明上述的组件单元按照一定的方式规则排列将整个催化装置分成多个区域，按照不同区域的催化需求选择不同反应活性的单元，从而优化整个装置的反应速率。
Description
技术领域
本发明属于氢气催化复合器技术领域，公开了一种组件结构氢气复合器的优化装置，是涉及一种在核反应堆发生失水事故时能够高效消氢的优化装置。
背景技术
日本福岛第一核电站发生事故，事故系由地震引起的***与核泄漏造成的，此次事故也被评定为6级核事故。其中，事故发生造成堆芯熔毁从而导致放射性物质泄漏，同时由于温度过高超过燃料棒锆锡合金的熔点而使核燃料泄漏。
温度升高致使水沸腾后所形成的高温水蒸气与锆锡合金接触时，会分解出氢气：
Zr+2H2O→ZrO2+2H2↑
若氢气无法排出而累积，与空气混合后，则可能会发生氢气***而损坏压力容器及围阻体，严重情况下，对邻近土地的长期污染很有可能远超过核武器***。
为了防止出现因氢气泄漏而造成***的严重事故出现，需要在氢气产生后及时有效地处理。现有的核电站消氢方式有两种，一种是利用点火装置(igniter)直接将氢气燃烧消耗，第二种是非能动氢复合器(PAR)利用氢氧复合反应将氢气浓度降到安全值以下。其中，非能动氢复合器的原理为：
H2+0.5O2→H2O↑+240KJ/mol
利用反应放出的热量和装置形成的“烟囱效应”作为气流循环的动力，使含H2
空气在安全壳与氢复合器间形成对流循环，实现了氢复合器的“非能动”要求。
在福岛第一核电站发生事故后，这成为继美国三里岛事故和切尔诺贝利事故之后的第三大核电事故，二代核电***也亟待升级，在三代核电安全***中，大多数国家都采用了非能动氢复合器(PAR)，其具有在事故发生后，不需要人为干预，无需外接能源设备，而是在感受到某种参数，如压力、温度、流量的变化后完成自启动，可以有效降低人为失误的风险，提高了安全性。
从反应堆的堆芯排布形式中获得设计灵感，通过组件型排列方式来解决消氢问题。与其思路相似，分析流体流动特性设置不同特性的组件模式达到更好的消氢效率。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足而提供一种一种组件结构氢气复合器的优化装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种组件结构氢气复合器的优化装置，包括一系列不同高度同时具有不同催化能力的催化组件单元(1)按照一定方式进行分区域排列的催化装置本体(2)。
所述催化组件单元为消氢反应的催化剂载体。
所述组件单元(1)外部几何结构形式相同但是内部所填充的催化剂活性、催化剂形式不同从而造成单元作为一个整体的反应活性不同。
所述催化装置本体(2)分成多个区域，每个区域按照需求选择不同反应活性以及不同高度的单元，从而优化整个装置的反应速率及催化性能。
组件单元，所述组件高度以及催化能力由具体布置位置的氢气浓度决定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明上述的每个组件单元外部几何结构形式相似但是内部所填充的催化剂活性、催化剂形式不同从而造成单元作为一个整体的反应活性不同。同时，采用不同高度的组件单元来优化装置本体的整体催化性能。
本发明上述的组件单元按照一定的方式规则排列将整个催化装置分成多个区域，按照不同区域的催化需求选择不同反应活性的单元，从而优化整个装置的反应速率。
附图说明
图1是根据一种公开的非限制性实施例的组件型排列方式；1-一种组件型排列方式。
图2是根据另一种公开的非限制性实施例的组件型排列方式；
图3是根据另一种公开的非限制性实施例的组件型排列方式；
图4是根据另一种公开的非限制性实施例的组件型排列方式。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
下面结合图1到图4所示，本发明包括不同高度与不同催化能力的组件，根据氢气浓度确定其高度，同时考虑到流体在管道内流动时二次曲线型流速分布，为合理布置催化剂，设置催化能力较强的组件放在流速高处，催化能力较弱的组件放在流速低处。而且，图1到图4中的组件单元不同颜色用于示意催化能力的不同。
图1示出了氢复合器，通常包括外壳及内部催化组件，虽然示出了有限个组件数目，但是应该意识到，其他任意数目都会因此受益。通常，复合器入口处中部氢气浓度较高，本发明中的组件高度由进入氢复合器中的氢气浓度分布确定，进而调整催化单元的高度，使反应速率得到调整。应该理解的是，实际操作过程中，应根据计算模拟得出的氢气浓度和流速分布来确定分区域该处的组件高度和催化能力。
氢氧化和反应在组件表面进行，产生热量。氢气浓度越大则产生的热量越多，可以通过调整组件高度进而调整催化单元的催化能力，以致控制温度在安全阈值以下，同时尽可能多的消除氢气。
一般而言，所述组件被制成中部较高的形式(图3)，进而催化元件也同时具有较大的催化面积。通过调整催化组件和催化元件的高度来调整反应速率。在另一种公开的非限制性实施例中(图4)，将其倒立放置，其余各部份不做较大变化，改变了气体流动形式，也能达到较好的效果。
所述一系列组件采用圆柱形(图2)，提供一种阻力较小的流动通道，在这种实施例中，可以改变其几何构型，其内部催化元件将由此改变。
此外，在所述的一系列组件(图1)中，改变每一截面上组件的高度，每一截面层级上仍然根据氢气浓度调整高度，这样将每一截面做一细分，使得消氢效率提升，对氢气的消除更加有针对性。同样，各种调整方式都将由此获益。
应该理解的是，以上优化设计都是通过调整组件和催化元件的高度来改变反应速率，从而提高了组件的可靠性以及消氢效率。
需要理解的是，以上改变组件催化能力的方法包括且不仅限于：直接改变催化层活性，改变组件表面积上催化层面积的实际占比，温度变化催化活性等。
本发明提出了一种组件结构形式的氢气复合器优化分布设计。该设计采用一系列不同高度同时具有不同催化能力的催化组件单元，可根据消氢反应在复合器催化装置中的氢气分布情况进行相应组合，从而优化装置中不同位置的反应速率。
以上说明和实施例只针对本优化设计的技术思想举例，对于本领域专业人员，在不超出本优化设计的实际范围内，可以做出一定的变化和改进，各种结构形式及取向都能使之获益。因此，与本优化设计相同的范围的所有技术思想都应被解释成包含在本优化方案的权利范围内。
Claims (4)
1.一种组件结构氢气复合器的优化装置，包括一系列不同高度同时具有不同催化能力的催化组件单元(1)按照一定方式进行分区域排列的催化装置本体(2)。
2.根据权利要求1所述一种组件结构氢气复合器的优化装置，其特征在于，所述催化组件单元为消氢反应的催化剂载体。
3.根据权利要求1所述的一种组件结构氢气复合器的优化装置，其特征在于，所述组件单元(1)外部几何结构形式相同但是内部所填充的催化剂活性、催化剂形式不同从而造成单元作为一个整体的反应活性不同。
4.根据权利要求1所述的一种组件结构氢气复合器的优化装置，其特征在于，所述催化装置本体(2)分成多个区域，每个区域按照需求选择不同反应活性以及不同高度的单元，从而优化整个装置的反应速率及催化性能。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210713 |