自供电氢气处理设备和具有其的核电站安全壳的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的一个实施例涉及氢气处理设备，尤其是处理大型容器中氢气的氢气处理 设备。
【背景技术】
[0002] 核电站在发生失水事故及熔堆事故后，由于锆水反应、水的辐照分解及堆芯熔融 物与混凝土的反应，将产生大量氢气，并且产氢速率快，氢气浓度高（氢气的浓度将达到 10%甚至18%，在发生事故的前7h内可产生约1350kg的氢气，最高的产氢速率达2kg/s)， 同时安全壳内温度和压力相应升高。
[0003] 由于严重事故进程很漫长，从福岛事故中氢气爆炸的时间点来看，氢气爆炸有可 能在事故三天以后发生，此时蓄电池等电源很可能已经耗尽，使得氢气点火器无法行使其 正常功能。
[0004] 进一步的评价结果表明：由于地震和海啸的双重破坏以及事故后未能及时恢复厂 外供电，导致长达七、八天的全厂断电，因此安全壳内氢气风险控制系统要具备实现全时段 处置能力。
[0005] 在氢气风险控制方面，氢气点火器和复合器已经得到了较为广泛的应用。就技术 本身而言，由于氢气复合器的效率较点火器低，为控制安全壳内氢气浓度快速升高，复合器 需要布置的数量较多，这为工程实施带来了很多的困难。在氢气点火器方面，目前都采用能 动手段，具体形式有火花塞型、电击发型、螺旋线圈型。专利CN102878578提出了一种核电 站用氢气点火器，当供电电压为120V或220V交流电时，点火部件选用耐高温的螺旋线圈型 加热元件；当供电电压为9-12V电源时，点火部件选用耐高温的封闭型电热塞。在其它类型 的点火器方面，专利200420036681. 9进行了激光点火器的探讨，但该部件虽然可以有效缓 解点火端的消耗和老化，但是需要外界电源支持，在失电情况下无法行使正常功能。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的提供一种自供电的氢气处理设备，其可以非能动氢气点火，进一步 降低氢气风险控制对电源的依赖。具体地，利用氢气催化复合作用面作为热源、例如安全壳 大气环境的大气环境作为冷源，通过热电转换装置产生电源，继而通过无源放大电路产生 高压电源，利用该高压电源触发氢气点火装置工作，从根本上解决事故情况下对外界电源 的依赖，实现安全壳内氢气风险的非能动控制。
[0007] 根据本发明的一个实施例，提出了一种自供电氢气处理设备，包括：热电转换装 置，具有低温侧和高温侧，低温侧与高温侧之间限定容纳腔室，热电转换模块设置在所述容 纳腔室内；催化复合装置，用于催化流过其的氢气和氧气发生复合反应以生成水和热量，产 生热量的催化复合装置设置在所述高温侧作为热源；高压电源产生电路，与所述热电转换 装置电连接以将热电转换装置产生的低压电转换为高压电；以及氢气点火装置，由所述高 压电源产生电路产生的高压电被供给到所述氢气点火装置以执行氢气点火。
[0008] 可选地，所述催化复合装置包括筒状催化体，所述筒状催化体内部限定催化反应 空间，氢气和氧气在所述催化反应空间内发生复合反应，所述筒状催化体为导热体以将所 述热量从筒状催化体的内部传递到筒状催化体的外侧；所述自供电氢气处理设备还包括导 热的筒状壳体，所述低温侧与所述壳体内侧形状相匹配而与所述壳体内侧热接触，所述壳 体包覆所述热电转换装置；所述高温侧与筒状催化体的外侧形状匹配且与筒状催化体的外 侧热接触；且壳体外侧的大气环境作为冷源吸收来自所述低温侧的热量。
[0009] 进一步地，所述催化反应空间和容纳腔室坚向布置，且包含氢气和氧气的混合气 体自下而上流过所述催化反应空间。
[0010] 所述筒状催化体的上方可设置有挡板，用于阻止喷淋水或凝结水进入到所述催化 反应空间内。
[0011] 所述热电转换装置可为圆筒状。
[0012] 所述壳体的外侧可设置有散热片。
[0013] 多个氢气点火装置可彼此间隔开地设置在所述壳体的周向方向上。
[0014] 所述筒状催化体可为横截面为圆形、正方形或正六边形的中空筒体，所述中空筒 体形成所述催化反应空间；且所述筒状催化体的内侧可包含氢气和氧气复合催化剂。
[0015] 可选地，所述筒状催化体包括可筒状热导体，所述筒状热导体限定中空腔室，所述 筒状催化体还包括催化芯体，所述催化芯体布置在所述中空腔室内，所述催化芯体具有沿 坚向方向延伸的多个孔，所述孔构成包含氢气和氧气的混合气体的流动通道，所述多个孔 形成为蜂窝结构，所述多个孔形成所述催化反应空间。进一步地，所述中空腔室为横截面为 圆筒形、正方形或正六边形；所述催化芯体具有与所述中空腔室的形状配合的外部形状。进 一步地，所述多个孔中的每一个的横截面为正方形、正六边形或圆形。
[0016] 为了防止热电转换模块过热，可选地，所述容纳腔室下侧设置有气体入口，所述容 纳腔室的上侧设置有气体出口。进一步地，所述气体出口设置有防水进入装置。或者可选 地，所述容纳腔室被抽真空；且所述热电转换模块的暴露到容纳腔室的外表面涂敷有热反 射面。
[0017] 为了增加该氢气处理设备的可靠性，自供电氢气处理设备还可包括外部电源连接 端口，该连接端口用于将外部电源供给到所述氢气点火装置。
[0018] 上述的催化复合装置布置为筒状，不过，在一个可选的实施例中，所述催化复合装 置包括彼此平行相对的第一催化复合板和第二催化复合板，所述第一、第二催化复合板的 彼此相对的第一侧之间的空间为催化反应空间；所述热电转换装置包括板状的第一热电转 换装置和板状的第二热电转换装置，其中第一热电转换装置的高温侧设置在第一催化复合 板的第二侧，第二热电转换装置的高温侧设置在第二催化复合板的第二侧。进一步地，所述 第一热电转换装置的高温侧外部还设置有第一壳体板，所述第二热电转换装置的高温侧外 部还设置有第二壳体板，所述第一壳体板和所述第二壳体板均为导热板。
[0019] 可选地，在上述的自供电氢气处理设备中，核电站安全壳内的大气环境作为冷源 吸收来自所述低温侧的热量。
[0020] 本发明还涉及一种核电站安全壳，包括上述的利用核电站安全壳内的大气环境作 为冷源吸收来自所述低温侧的热量的自供电氢气处理设备。
【附图说明】
[0021] 图1为根据本发明的一个示例性实施例的自供电氢气处理设备的结构示意图。
[0022] 图2为根据本发明的一个示例性实施例的催化复合装置的结构示意图，其中示出 了方形中空结构。
[0023] 图3为根据本发明的又一个示例性实施例的催化复合装置的结构示意图，其中示 出了圆形中空结构。
[0024] 图4为根据本发明的再一个示例性实施例的催化复合装置的结构示意图，其中示 出了方孔方蜂窝状结构。
[0025] 图5为根据本发明的还一个示例性实施例的催化复合装置的结构示意图，其中示 出了圆孔方蜂窝状结构。
[0026] 图6为根据本发明的另一个示例性实施例的催化复合装置的结构示意图，其中示 出了圆孔圆蜂窝状结构。
【具体实施方式】
[0027] 下面详细描述本发明的实例性的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中相同 或相似的标号表示相同或相似的元件。下面参考附图描述的实施例是示例性的，旨在解释 本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0028] 另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露 实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以 被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
[0029] 在贵金属的催化剂用下，氢气和氧气可以在较低浓度和温度下发生复合反应