【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于核能工業部門的氫氣安全，特別是涉及一種催化元件、氫氣復合器以及氫氣復合器的工作方法。
技術介紹
1、在壓水堆發生嚴重事故(loca事故)時，核燃料組件包殼的鋯合金會與水蒸氣之間發生鋯水反應，產生并釋放大量的氫氣到安全殼中。
2、鋯合金會與水蒸氣之間發生鋯水反應的反應式：zr+2h2o→zro2+2h2↑。
3、氫氣與水蒸氣、空氣混合形成可燃性混合氣體。當氫氣濃度達到可燃性極限后，可能發生擴散燃燒、爆燃或爆轟等現象，進而破壞安全殼的完整性，并造成放射性物質釋放到環境中，對外部公眾與環境造成不可逆的損害。
4、目前世界各國高度重視核電廠嚴重事故工況下安全殼內的氫氣行為。作為主要的研究熱點，氫氣緩解措施作為應對潛在的氫氣風險的直接技術手段，非能動消氫技術也成為了核電廠氫氣風險控制技術的研究熱點其中，非能動氫氣復合器由于具有無需外部能源、能夠在常溫低濃度氫氣條件下快速啟動、無運動部件、非能動持續消氫等優點，成為了世界各國廣泛采用的核電廠嚴重事故消氫設備。非能動氫氣復合器利用覆蓋在催化元件表面的貴金屬催化劑使氫氣和氧氣在其表面發生催化氧化反應產生水，并利用反應所產生的熱量使氣體流動，在氫氣復合器裝置內部產生“煙囪效應”，進而形成自然循環來維持裝置的持續運行。然而，現有技術中的非能動氫氣復合器中的催化元件的結構設計在減小氣體流動阻力以及提高消氫能力方面還有待提高。
技術實現思路
1、有鑒于此，為了解決現有技術中的非能動氫氣復合器中的催化元件的結
2、為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、一種催化元件，所述催化元件呈水滴形，所述催化元件的三維流線型實體結構能由二維流線以中軸線為軸旋轉360°得到，所述催化元件的底部的面積大于頂部的面積。
4、作為上述催化元件的一種優選方案，所述催化元件的外表面流暢平滑。
5、作為上述催化元件的一種優選方案，所述催化元件最大厚度為中軸線的長度的0.2～3.0倍。
6、作為上述催化元件的一種優選方案，所述催化元件最大厚度的位置處與最下端之間的距離為中軸線長度的10％～85％。
7、作為上述催化元件的一種優選方案，所述二維流線的頂部與中軸線之間的夾角為后緣角，所述后緣角為5°～85°。
8、本專利技術還提供了一種氫氣復合器，包括上述的催化元件，還包括催化通道，所述催化通道具有依次分布的入口、高反應速率段、煙囪段和出口，所述催化元件位于所述高反應速率段。
9、作為上述氫氣復合器的一種優選方案，所述催化元件的底部相對頂部靠近催化通道的入口。
10、作為上述氫氣復合器的一種優選方案，所述催化元件周圍的氣體流動穩定平滑，流場分布均勻，不會出現劇烈的邊界層分離現象。
11、本專利技術又提供了一種氫氣復合器的工作方法，采用上述的氫氣復合器，包括：
12、s1：氫氣和空氣從入口進入到高反應速率段，在催化元件的外表面發生催化反應，生成水蒸氣，同時放出熱量；
13、s2：在煙囪段形成自然對流；
14、s3：水蒸氣從出口流出。
15、作為上述氫氣復合器的工作方法的一種優選方案，在s1之前還包括s0，s0：根據所需的消氫能力和流動阻力的變化，確定催化元件在高反應速率段的布置角度和布置方式。
16、與現有技術相比，本專利技術提供的一種催化元件、氫氣復合器以及氫氣復合器的工作方法的有益效果是：
17、1、本專利技術提供的一種催化元件、氫氣復合器以及氫氣復合器的工作方法，該催化元件中，基于氫氣催化氧化反應的化學特性和非能動氫氣復合器的結構特點，高催化反應區域主要集中在催化元件的迎流區域，即催化元件的底部，氫氣進入催化通道后先與催化元件的底部接觸。該催化元件呈水滴形，水滴形的催化元件的底部的面積大于頂部的面積，在有限空間內增大催化元件底部的迎流面積能夠有效提高催化元件的消氫能力，相比其他傳統的催化元件結構能夠充分利用催化劑的活性點位，提高催化劑的利用率。
18、2、本專利技術提供的一種催化元件、氫氣復合器以及氫氣復合器的工作方法，該催化元件中，該催化元件呈水滴形，能夠保證來流氣體進行平滑流動，周圍流場分布穩定均勻，不出現邊界層分離和渦流等現象，水滴形的催化元件的流動阻力遠小于傳統結構催化元件的流動阻力。
19、3、本專利技術提供的一種催化元件、氫氣復合器以及氫氣復合器的工作方法，該催化元件中，該催化元件的三維流線型實體結構是基于二維流線旋轉而來，是通過二維流線繞中軸線旋轉360°而形成的。在設計該催化元件時先設計二維流線，二維流線的形狀直接影響著水滴形的催化元件的結構。二維流線的形狀可以通過調整最大厚度、最大厚度的位置、前緣半徑和后緣角等相應的參數而不斷變化，進而選擇更為理想的水滴形結構。
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1.一種催化元件，其特征在于：所述催化元件(3)呈水滴形，所述催化元件(3)的三維流線型實體結構能由二維流線(1)以中軸線(2)為軸旋轉360°得到，所述催化元件(3)的底部的面積大于頂部的面積。
2.根據權利要求1所述的催化元件，其特征在于：所述催化元件(3)的外表面流暢平滑。
3.根據權利要求1所述的催化元件，其特征在于：所述催化元件(3)最大厚度為中軸線(2)的長度的0.2～3.0倍。
4.根據權利要求1所述的催化元件，其特征在于：所述催化元件(3)最大厚度的位置處與最下端之間的距離為中軸線(2)長度的10％～85％。
5.根據權利要求1所述的催化元件，其特征在于：所述二維流線(1)的頂部與中軸線(2)之間的夾角為后緣角，所述后緣角為5°～85°。
6.一種氫氣復合器，其特征在于：包括權利要求1-5任一項所述的催化元件(3)，還包括催化通道，所述催化通道具有依次分布的入口(4)、高反應速率段(5)、煙囪段(6)和出口(7)，所述催化元件(3)位于所述高反應速率段(5)。
7.根據權利要求6所述的氫氣復合
8.根據權利要求6所述的氫氣復合器，其特征在于：所述催化元件(3)周圍的氣體流動穩定平滑，流場分布均勻，不會出現邊界層分離現象。
9.一種氫氣復合器的工作方法，其特征在于，采用權利要求6-8任一項所述的氫氣復合器，包括：
10.根據權利要求9所述的氫氣復合器的工作方法，其特征在于：在S1之前還包括S0，S0：根據所需的消氫能力和流動阻力的變化，確定催化元件(3)在高反應速率段(5)的布置角度和布置方式。
...【技術特征摘要】
1.一種催化元件，其特征在于：所述催化元件(3)呈水滴形，所述催化元件(3)的三維流線型實體結構能由二維流線(1)以中軸線(2)為軸旋轉360°得到，所述催化元件(3)的底部的面積大于頂部的面積。
2.根據權利要求1所述的催化元件，其特征在于：所述催化元件(3)的外表面流暢平滑。
3.根據權利要求1所述的催化元件，其特征在于：所述催化元件(3)最大厚度為中軸線(2)的長度的0.2～3.0倍。
4.根據權利要求1所述的催化元件，其特征在于：所述催化元件(3)最大厚度的位置處與最下端之間的距離為中軸線(2)長度的10％～85％。
5.根據權利要求1所述的催化元件，其特征在于：所述二維流線(1)的頂部與中軸線(2)之間的夾角為后緣角，所述后緣角為5°～85°。
6.一種氫氣復合器，其特征在于：...
【專利技術屬性】
技術研發人員：丁銘，滿天明，封有財，郭澤華，曹夏昕，邊浩志，孟兆明，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發明
國別省市：
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