[发明专利]氢复合器

说明书

 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

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

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(“LOCA”)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。

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。

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。

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。

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。

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。

附图说明

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

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。

再化合反应(H2+2O2=2H2O)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。