CN115253926A - 一种氢氧复合器 - Google Patents

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Abstract

为解决现有技术需要增加额外的加热设备对混合气体加热导致的成本增加和设备复杂的技术问题，本发明实施例提供一种氢氧复合器，包括：反应容器，反应容器内设有内筒体；内筒体，设于所述反应容器内，内筒体内设有催化装置，内筒体与反应容器的侧壁之间具有间隙；以及换热器，设于所述反应容器内，换热器的一个通道用于与混合气体进口以及通过所述间隙与催化装置的气体进口连通，换热器的另一个通道用于与催化装置的反应后气体出口连通，以实现反应后气体和混合气体换热。本发明实施例充分利用了反应产生的热量预热从氢氧复合器入口进入的反应前混合气体，从而，简化了氢氧复合器，节约了成本。

Description

一种氢氧复合器
技术领域
本发明涉及一种氢氧复合器。
背景技术
在核反应堆运行中，在事故及常规状况都会产生氢气，因此在很多情况下存在氢爆的风险，故除氢或氢气复合是核反应堆需要考虑的重要内容。而氢复合器是最常用采用的除氢手段，是核电厂或研究堆中的重要安全设备。
然而，现有的氢氧复合器混合气体进气温度较低，混合气体进入氢氧复合器的催化剂中需要一段时间才能达到反应温度，因此，一般现有的氢氧复合器往往会增加额外的加热设备对混合气体加热，从而，增加了设备的成本和复杂性。
发明内容
为解决现有技术需要增加额外的加热设备对混合气体加热导致的成本增加和设备复杂的技术问题，本发明实施例提供一种氢氧复合器。
本发明实施例的目的通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明实施例提供一种氢氧复合器，包括：
反应容器，反应容器内设有内筒体；
内筒体，设于所述反应容器内，内筒体内设有催化装置，内筒体与反应容器的侧壁之间具有间隙；以及
换热器，设于所述反应容器内，换热器的一个通道用于与混合气体进口以及通过所述间隙与催化装置的气体进口连通，换热器的另一个通道用于与催化装置的反应后气体出口连通，以实现反应后气体和混合气体换热。
进一步的，所述反应容器包括：
反应腔室，设有内筒体；
内筒体，内筒体内设有催化装置，内筒体与反应腔室的侧壁之间具有间隙，内筒体的一端的开口与所述间隙连通；以及
换热腔室，换热腔室内设有换热器，换热腔室与所述间隙连通；换热腔室与内筒体的另一端的开口连接。
进一步的，所述催化装置包括至少一催化单元；所述催化单元包括：
催化剂腔室，设于内筒体内，催化剂腔室的两端具有开口，催化剂腔室一端的开口与通过所述间隙与换热器的一个通道连通；
催化剂，设于所述催化腔室内，催化剂通过催化剂腔室另一端的开口与换热器的另一个通道连通。
进一步的，所述催化剂为蜂窝状催化剂。
进一步的，所述换热器为管程式换热器；所述管程式换热器的壳程与混合气体进口连通；所述管程式换热器的壳程通过所述间隙与所述内筒体的一端的开口连通；所述管程式换热器的管程进口与内筒体的催化剂腔室的另一端的开口连通。
进一步的，所述换热器为错流板翅式换热器。
进一步的，所述换热腔室包括：
换热器顶板，换热器顶板的第一通孔用于与催化剂腔室的另一端的开口连通，换热器顶板的周向边缘设有若干用于换热器壳程的混合气体进入所述间隙的气孔；
换热器底板，换热器底板的第二通孔与出口接管连接；
换热器筒体，换热器筒体内用于放置换热器，换热器筒体的两端分别连接换热器顶板和换热器底板；
扇形腔室，设于换热腔室内，用于连通混合气体进口和换热器筒体内换热器的壳程，以使混合气体通过混合气体进口进入换热器的壳程。
进一步的，扇形腔室设于换热腔室面向混合气体进口的位置；所述扇形腔室包括：第一隔板，弧形板和第二隔板；第一隔板和第二隔板用于设于换热腔室的内壁与换热器筒体的外侧壁之间，以使第一隔板、第二隔板、换热器顶板、换热器底板和弧形板围成扇形腔室；弧形板设于换热腔室面向混合气体进口的侧壁并与入口接管连通。
进一步的，各个气孔均通过换热器的壳程与扇形腔室连通。
进一步的，所述催化剂腔室以及催化剂内穿设有第一热电偶，所述间隙内穿设有第二热电偶。
本发明实施例与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明实施例的一种氢氧复合器，通过反应容器、内筒体、催化装置、内筒体与反应容器的侧壁之间的间隙以及换热器，实现了反应后气体和反应前的混合气体换热，从而，解决了现有技术需要增加额外的加热设备对混合气体加热导致的成本增加和设备复杂的技术问题，本发明实施例的氢氧复合器通过反应后气体和反应前的混合气体在换热器中充分换热，充分利用了反应产生的热量预热从氢氧复合器入口进入的反应前混合气体，从而，简化了氢氧复合器，节约了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为氢氧复合器的结构示意图。
图2为换热腔室的结构示意图。
图3为氢氧复合器中混合气体以及反应后气体走向示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-上封头，2-反应腔室，3-热电偶，4-换热器，5-下封头，6-出口接管，7-换热器底板，8-入口接管，9-换热器顶板，10-内筒体，11-催化剂底板，12-催化剂压板，13-催化单元，14-气孔，15-扇形腔室，16-第一隔板，17-弧形板，18-错流板翅式换热器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例
为解决现有技术需要增加额外的加热设备对混合气体加热导致的成本增加和设备复杂的技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种氢氧复合器，参考图1-3所示，包括：反应容器，反应容器内设有内筒体；内筒体，设于所述反应容器内，内筒体内设有催化装置，内筒体与反应容器的侧壁之间具有间隙；以及换热器，设于所述反应容器内，换热器的一个通道用于与混合气体进口以及通过所述间隙与催化装置的气体进口连通，换热器的另一个通道用于与催化装置的反应后气体出口连通，以实现反应后气体和混合气体换热。
参考图3所示，混合气体通过换热器的一个通道，比如壳程进入到反应容器与内筒体之间的间隙，而后进入到内筒体内的催化装置进行反应，反应后产生的热的反应后气体从催化装置的下方进入到换热的另一个通道，比如管程中；从而，实现了对混合气体的错流预热过程，从而实现了利用反应后气体携带的热量对反应前混合气体的预热。
从而，本发明实施例通过反应容器、内筒体、催化装置、内筒体与反应容器的侧壁之间的间隙以及换热器，实现了反应后气体和反应前的混合气体换热，从而，解决了现有技术需要增加额外的加热设备对混合气体加热导致的成本增加和设备复杂的技术问题，本发明实施例的氢氧复合器通过反应后气体和反应前的混合气体在换热器中充分换热，充分利用了反应产生的热量预热从氢氧复合器入口进入的反应前混合气体，从而，简化了氢氧复合器，节约了成本。
进一步的，所述反应容器包括：反应腔室，设有内筒体；
内筒体，内筒体内设有催化装置，内筒体与反应腔室的侧壁之间具有间隙，内筒体的一端的开口与所述间隙连通；以及
换热腔室，换热腔室内设有换热器，换热腔室与所述间隙连通；换热腔室与内筒体的另一端的开口连接。
参考图1所示，可选地，反应容器的上方设有上封头1，反应容器的下方设有下封头5。反应容器包括反应腔室2、内筒体10和换热腔室；内筒体10设于反应腔室2内，内筒体10内设有催化装置，内筒体10的外壁与反应腔室的内壁之间具有间隙；换热腔室设于反应腔室的下方；换热腔室内设有换热器4；换热腔室与间隙连通；换热腔室的上端与内筒体的下端的开口连通，从而，使换热腔体内的换热器的一个通道比如壳程与间隙连通；使换热腔体内的换热器的另一个通道比如管程与内筒体10的下端连通。
进一步的，所述催化装置包括至少一催化单元；所述催化单元包括：
催化剂腔室，设于内筒体内，催化剂腔室的两端具有开口，催化剂腔室一端的开口与通过所述间隙与换热器的一个通道连通；
催化剂，设于所述催化腔室内，催化剂通过催化剂腔室另一端的开口与换热器的另一个通道连通。
参考图1所示，催化装置中设有两个催化单元13；两个催化单元上下依次设置连通；催化单元包括：催化剂腔室，催化剂腔室包括催化剂压板12和催化剂底板11，催化剂压板、催化剂底板和内筒的内壁围成催化剂腔室；催化剂压板和催化剂底板之间的催化剂腔室放置有催化剂；催化腔室的下端的开口与换热器的另一个通道，比如管程相通。
可选地，所述催化剂为蜂窝状催化剂。进一步的，催化剂采用蜂窝状的陶瓷结构。
示例性的，所述换热器为管程式换热器；所述管程式换热器的壳程与混合气体进口连通；所述管程式换热器的壳程通过所述间隙与所述内筒体的一端的开口连通；所述管程式换热器的管程进口与内筒体的催化剂腔室的另一端的开口连通。
参考图1所示，混合气体进口的入口接管8与换热腔室的左侧连通至管程式换热器的壳程，混合气体在管式换热器的壳程预热后进入间隙，从间隙的上口进入到内筒体的上口，从而与内筒体内的催化剂腔室连通；预热后的混合气体在催化剂腔室反应后，从反应腔室的下端进入到管式换热器的管程中去预热混合气体。
可选地，所述换热器为错流板翅式换热器18。
进一步的，所述换热腔室包括：换热器顶板9，换热器顶板的第一通孔用于与催化剂腔室的另一端的开口连通，换热器顶板的周向边缘设有若干用于换热器壳程的混合气体进入所述间隙的气孔；换热器底板7，换热器底板的第二通孔与出口接管6连接；换热器筒体，换热器筒体内用于放置换热器，换热器筒体的两端分别连接换热器顶板和换热器底板；扇形腔室15，设于换热腔室内，用于连通混合气体进口和换热器筒体内换热器的壳程，以使混合气体通过混合气体进口进入换热器的壳程。
参考图2所示，可选地，换热腔室采用换热器底板、换热器顶板和反应容器的内侧壁围成；换热腔室的左侧为扇形腔室，扇形腔室与入口接管连通，扇形腔室与换热腔室的其它空间部分呈隔开状态，即混合气体只能从扇形腔室进入到换热器的壳程内；若干个气孔14设置在与扇形腔室不连通的换热器顶板上，可选地，若干个气孔14按照对应扇形腔室剩下的弧形部分均匀设置在换热器顶板的周向上。
参考图2所示，扇形腔室设于换热腔室面向混合气体进口的位置；所述扇形腔室包括：第一隔板16，弧形板和第二隔板；第一隔板和第二隔板用于设于换热腔室的内壁与换热器筒体的外侧壁之间，以使第一隔板、第二隔板、换热器顶板、换热器底板和弧形板17围成扇形腔室；弧形板设于换热腔室面向混合气体进口的侧壁并与入口接管8连通。
扇形腔室由第一隔板、第二隔板、换热器顶板、换热器底板和弧形板围成；第一隔板和第二隔板从换热腔室内隔出扇形的空间；弧形板通过通孔与入口接管连通。
进一步的，各个气孔均通过换热器的壳程与扇形腔室连通。
即可选地，各个气孔仅仅可以通过换热器的壳程与扇形腔室连通，而不能使气孔直接与扇形腔室连通；从而，保证所有的混合气体均经过预热后才能进入到反应腔室内反应。
进一步的，所述催化剂腔室以及催化剂内穿设有第一热电偶，所述间隙内穿设有第二热电偶。
为了对反应腔室内温度进行监控，在反应腔室内设置了热电偶3，其中，所述催化剂腔室以及催化剂内穿设有第一热电偶，所述间隙内穿设有第二热电偶。
示例性的，参考图1-3所示氢氧复合器，可以为立式设备。上封头上安装有数根热电偶，热电偶与上封头焊接连接。催化单元的催化剂底板用来放置蜂窝状催化剂，催化剂压板用来固定催化剂。催化剂单元形式为整体陶瓷蜂窝。
在入口接管8设置有错流换热器。错流换热器上焊接有换热器顶板和换热器底板。换热器顶板与内筒体之间通过焊接连接。在上换热器顶板和换热器底板之间安装有错流换热器，错流换热器采用板翅式结构，错流形排列。在错流换热器进气口附近有扇形腔室，扇形腔室由换热器顶板、换热器底板及两块隔板及一块弧形板组焊而成，弧形板与进气口接管进行焊接。
在换热器顶板上开有数个的气孔，这些气孔与上面的筒体连通，气体通过气孔进入内筒体外侧的间隙，再进入内筒体与催化单元接触使氢和氧气进行化学反应实现消氢的目的。
本发明实施例在混合气体入口附近通过错流换热器及流道设计，使得从入口进入的含氢气和氧气的混合气体，在流经错流换热器时被经过高温反应后气体加热到较高温度。并设置特殊的流道，使得被加热的反应前混合气体混合较均匀后，通过气孔和间隙到达内筒体内进行反应。混合气体在催化剂作用下发生化学反应，氢气和氧气反应生成水的同时，放出热量，从而使得混合气体温度升高。高温的反应后气体进入换热器，对反应前混合气体进行预热。
从而，本发明实施例充分使用氢气和氧气发生化学反应产生的热量，通过采用特殊的换热结构，使用反应后的高温气体预热反应前的混合气体，使进入的混合气体在到催化剂时达到发生反应的较高温度，实现氢氧复合器的持续发生，而不需要额外的加热设备对混合气体进行加热。简化了系统，节约成本。
在反应区布置有多组热电偶，检测反应区各部位的温度，通过温度判断氢气和氧气的反应程度，并通过温度控制入口流量，从而实现对反应的有效控制，防止出现温度过低或过高的情况。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氢氧复合器，其特征在于，包括：
反应容器，反应容器内设有内筒体；
内筒体，设于所述反应容器内，内筒体内设有催化装置，内筒体与反应容器的侧壁之间具有间隙；以及
换热器，设于所述反应容器内，换热器的一个通道用于与混合气体进口以及通过所述间隙与催化装置的气体进口连通，换热器的另一个通道用于与催化装置的反应后气体出口连通，以实现反应后气体和混合气体换热。
2.如权利要求1所述氢氧复合器，其特征在于，所述反应容器包括：
反应腔室，设有内筒体；
内筒体，内筒体内设有催化装置，内筒体与反应腔室的侧壁之间具有间隙，内筒体的一端的开口与所述间隙连通；以及
换热腔室，换热腔室内设有换热器，换热腔室与所述间隙连通；换热腔室与内筒体的另一端的开口连接。
3.如权利要求1或2所述氢氧复合器，其特征在于，所述催化装置包括至少一催化单元；所述催化单元包括：
催化剂腔室，设于内筒体内，催化剂腔室的两端具有开口，催化剂腔室一端的开口与通过所述间隙与换热器的一个通道连通；
催化剂，设于所述催化腔室内，催化剂通过催化剂腔室另一端的开口与换热器的另一个通道连通。
4.如权利要求3所述氢氧复合器，其特征在于，所述催化剂为蜂窝状催化剂。
5.如权利要求3所述氢氧复合器，其特征在于，所述换热器为管程式换热器；所述管程式换热器的壳程与混合气体进口连通；所述管程式换热器的壳程通过所述间隙与所述内筒体的一端的开口连通；所述管程式换热器的管程进口与内筒体的催化剂腔室的另一端的开口连通。
6.如权利要求5所述氢氧复合器，其特征在于，所述换热器为错流板翅式换热器。
7.如权利要求5或6所述氢氧复合器，其特征在于，所述换热腔室包括：
换热器顶板，换热器顶板的第一通孔用于与催化剂腔室的另一端的开口连通，换热器顶板的周向边缘设有若干用于换热器壳程的混合气体进入所述间隙的气孔；
换热器底板，换热器底板的第二通孔与出口接管连接；
换热器筒体，换热器筒体内用于放置换热器，换热器筒体的两端分别连接换热器顶板和换热器底板；
扇形腔室，设于换热腔室内，用于连通混合气体进口和换热器筒体内换热器的壳程，以使混合气体通过混合气体进口进入换热器的壳程。
8.如权利要求7所述氢氧复合器，其特征在于，扇形腔室设于换热腔室面向混合气体进口的位置；所述扇形腔室包括：第一隔板，弧形板和第二隔板；第一隔板和第二隔板用于设于换热腔室的内壁与换热器筒体的外侧壁之间，以使第一隔板、第二隔板、换热器顶板、换热器底板和弧形板围成扇形腔室；弧形板设于换热腔室面向混合气体进口的侧壁并与入口接管连通。
9.如权利要求8所述氢氧复合器，其特征在于，各个气孔均通过换热器的壳程与扇形腔室连通。
10.如权利要求1所述氢氧复合器，其特征在于，所述催化剂腔室以及催化剂内穿设有第一热电偶，所述间隙内穿设有第二热电偶。
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CN1742187A (zh) * 2002-12-31 2006-03-01 达纳加拿大公司 燃料转换反应器
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