CN201681636U - 一种带壳体夹层的自启动消氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带壳体夹层的自启动消氢装置，包括壳体、反应床；壳体为长方体结构，壳体的外壁与内壁之间具有保温夹层结构；壳体上开有进气口和出气口，以及检修口并分别设有封板，壳体与封板A及封板B的重合部分之间还分别设有一个或多个弹性元件；反应床为带有拉手的可抽拉的长方形盒体结构，在靠近反应床拉手一端的壳体上开设有检修口，并设有封板C。在进气口和出气口封板上设置透气孔并采用选择性透过的物质覆盖，在保护催化活性物质的同时能够使氢气、洁净空气等物质透过。壳体保温夹层使得装置内外温差加大，增大气流循环推动力，壳体上的进气口出气口结构使装置上部气流速度加快，气压减小，促进气流的循环。

Description

一种带壳体夹层的自启动消氢装置

技术领域

本实用新型涉及一种自启动消氢装置，属于核安全技术领域。

背景技术

在专利“一种无需外部提供能源的氢与氧复合装置”专利号为200620116543.0中，介绍一种网板状结构的催化活性物质放置在开放式的烟囱状矩形壳体内，该壳体出风口装有金属网。

在专利号为98802068.8的专利中介绍一种使一气体混合物中氢气复合的装置。该装置特别要避免气体混合物被无意点燃，设置了一火焰阻挡装置和沉积物捕集器；在专利号为00805770.9中介绍了一种使其体混合物中氢气和/或一氧化碳与氧气催化复合的复合装置和方法。主要要求了催化活性物质载板上分区布置阻挡层一种多孔覆盖层。使第一分区的反应温度低于第二分区的反应温度。

在专利号为CA 19912082627中介绍了一种应用于核电站的氢气与氧气复合的装置。主要介绍了一种含有氧化铝层的催化活性物质制备方法，及在一种开放式长方形盒体内安装方式。该装置中的催化活性物质长时间接触空气，影响催化活性物质使用寿命。具有同样问题的还有专利97195401.1，所涉及的一种氢与氧复合的催化系统和复合装置主要要求了催化活性物质系统，及催化活性物质在复合装置中的安装结构。

在专利CA 2061430中介绍了一种用于复合氢气和氧气的装置。该装置是气密的，内部充填10⁵Pa的惰性气体。当温度达到100℃时打开一级保护结构，气体通过过滤层进入装置与催化活性物质接触，这时气流较弱。当温度达到160℃时打开二级保护结构，催化活性物质的反应正式开始。该装置没有透气孔，导致催化活性物质无法进行预先反应，例如温度未达到开启反应空间的快熔合金的熔点，但该工况下已有氢气，无法及时利用催化活性物质处理氢气。

在专利US5130079中介绍了一种能够消除含有氢气、氧气、水蒸气及气溶胶等混合气体中的氢气的装置，其采用催化活性物质进行氢气和氧气的催化并放出热空间不具有烟囱结构，因此无法促进利用催化活性物质加快氢氧反应，消氢处理量小。装置采用一种保护装置，当达到设定温度时装置自动打开。

由于在核电站正常工况下，消氢装置处于备用状态，其内部的催化活性物质不工作，需要保护，这样催化活性物质的寿命可延长。当核电站发生事故时，本实用新型可自行启动不需要外部能源供应及人为的干预。本实用新型用于核电站事故后安全壳内氢气的消除。本实用新型可以在备用时密封保护催化活性物质，而在核电站事故工况下，保护结构自行开启，催化活性物质接触外界氢气和氧气后，启动消除氢气。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种装置能够实现使消除氢气的催化活性物质在备用状态下处于良好的保护环境中，保护催化活性物质的正常性能，而在工作状态下，保护结构可自行开启。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

一一种带壳体夹层的自启动消氢装置，包括壳体、反应床；

所述装置竖直放置并且使壳体底部处于悬空状态；

其中，反应床位于壳体内，壳体为长方体结构，壳体的外壁与内壁之间具有保温夹层结构，所述保温夹层可以是一层或多层；夹层内部可填充保温材料，也可以不填充或者抽真空；

壳体上开有进气口和出气口，以及检修口；

其中出气口的开口位置设置于靠近壳体上端的侧壁上，进气口的开口位置设置于壳体底部，其上方为反应床；进气口和出气口分别设置有封板A和封板B，封板A和封板B与壳体的外部连有不锈钢锁链；封板A和封板B通过与壳体外侧贴合的方式遮挡住壳体的进气口和出气口，封板A和封板B的外沿均分别大于出气口和进气口的外沿，所述封板采用快熔合金以环焊缝的方式封闭出气口；也可以点焊的方式将封板固定于出气口，并采用选择性透气物质填充封口的缝隙；并且使用快熔合金封闭出气口时，快熔合金的焊接位置位于封板和壳体的重合部分；

壳体与封板A及封板B的重合部分之间还分别设有一个或多个弹性元件，当安全壳内环境温度未达到快熔合金的熔点时，弹性元件处于压缩状态，对封板A和封板B，每块封板与壳体重合处的所有弹性元件的弹力之和应小于凝固状态下该封板上全部快熔合金对壳体的拉应力；

当安全壳内环境温度达到快熔合金的熔点时，快熔合金熔化导致封板A和封板B脱落，并且封板A和封板B通过不锈钢锁链与壳体外部连接，使其脱落后不遮挡进气口和出气口，同时防止脱落的封板坠至其他设备上；

封板A和封板B上设有透气孔，所述透气孔采用具有选择性透过功能的材料覆盖，所述材料具有微米级颗粒过滤功能，包括但不限于多孔纤维和聚四氟乙烯；

反应床为带有拉手的可抽拉的长方形盒体结构，该盒体无上板和底板，通过反应床定位滑轨与壳体连接；反应床内竖直悬挂放置片状的催化板，插于反应床边框上的催化板定位插板上，催化板用于附着氢氧反应的催化活性物质；

在靠近反应床拉手一端的壳体上开设有检修口，检修口设有封板C，封板C具有内壁保温夹层，封板C采用螺钉固定于壳体上以封闭检修口，当检修口封闭时，反应床的催化活性物质处于存储状态，可保证催化活性物质不受外界气氛影响而失效，长时间保持其活性；当需要进行检修时，拆下封板C后，反应床盒体可抽拉至检修口之外进行催化板更换和反应床检修；

壳体、反应床所采用的材料可耐高温耐腐蚀耐辐照；

下面对本实用新型进行解释：

催化活性物质安放于具有可抽拉盒体结构的反应床内，在温度未达到快熔合金熔点设定值但已经有氢气出现的情况下，封板上的透气孔作为氢气的备用开启通道使含氢空气先期进入壳体内，在催化活性物质表面反应，从而及时利用催化活性物质处理氢气，同时由于氢氧反应会产生热量，使得壳体内温度上升，反应热与外界热量共同作用于低熔点合金，促进其熔融，同时由于壳体具有保温夹层，进一步加快在催化活性物质的作用下的氢氧反应，消除氢气；利用透气孔还可以避免核电站发生事故时，安全壳环境内污染物质进入，影响催化活性物质的启动活性，使催化活性物质预先工作，开始消氢放热反应，使催化活性物质处于高温工作状态110～130℃，能够保护催化活性物质处于良好的工作状态。

在备用工况下，催化活性物质是密封在装置内部里的，催化活性物质不与外界空气接触，有利于保护催化活性物质，因此减少了催化活性物质维护的工作量。当核电站发生事故后，环境气温会相应上升，当上升到低熔点合金(含铋、镍等金属元素的合金)的熔点温度时，如60℃、65℃、70℃等(根据设计要求进行选取)，低熔点合金熔化，封板A和封板B依靠自身重力及弹性元件预储弹力坠落，上下通道打开，外部气流进入与催化活性物质接触，氢气与氧气在催化活性物质的作用下复合生成水。设计中考虑使用低熔点合金的物理性能作为开启的原动力，并且由于封板A和B的外沿分别大于进气口和出气口的外沿，因此两封板靠自身的重力下落。利用低熔点金属的熔点及重力，确保装置的自动开启的可靠性。

当装置开启后，由于氢气与氧气的反应为放热反应，与外界形成温度梯度，形成气体的对流循环，并且装置本身为较高的壳体，在装置的出气口和进气口之间形成一定的压差，促进对流循环。同时整个装置的壳体具有保温夹层结构，在壳体高度下，本结构使得在装置出气口处气温高，气压低，从而促进装置的气流循环。

对比现有技术，本技术方案有益效果在于，本实用新型采用低熔点合金封存保护催化活性物质的正常性能，利用低熔点合金的低温熔点性能，确保其能够在设定温度下熔化，开启装置，使催化活性物质暴露在含有氢气的环境气氛中，氢气和氧气在催化活性物质的作用下生成水从而消除氢气，排除危险；本实用新型设有壳体保温夹层，使得装置内外温差加大，增大气流循环推动力，利用壳体和进气口出气口所设置的结构使装置上部气流速度加快，气压减小，促进气流的循环；此外利用自然力如重力，保证当低熔点合金熔化后，装置能够自然开启，不存在卡死、失效等问题。进气口和出气口的封板设置弹性元件，预储弹力，实现开启功能冗余，确保装置的自然开启，利于装置工作。在进气口和出气口封板上设置透气孔并采用多孔纤维和聚四氟乙烯等选择性透过的物质覆盖，在保护催化活性物质的同时能够使氢气、洁净空气等物质透过，使装置具备多种自开启方式。

附图说明

图1-一种带壳体夹层的自启动消氢装置实施例的示意图；

(a)A-A剖视图；(b)正视图；

其中1-封板A；2-出气口；3-壳体；4-保温夹层结构；5-检修口；6-反应床；7-封板C；8-进气口；9-弹性元件；10-透气孔；11-封板B；12-壳体内部的气流通道；13-装置安装固定梁；14-锁链；15-防脱螺钉；

图2-实施例的局部结构剖视图；

其中1-壳体；2-夹层结构；3-检修口；4-反应床护板；5-开槽螺钉；6-防脱螺钉；7-封板C；8-反应床拉手；9-催化板；10-催化板定位插板；11-弹性元件；12-进气口；13-封板B；14-透气孔；15-反应床定位滑轨。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型方法的优选实施方式做详细说明。

带壳体夹层的自启动消氢装置实例，包括壳体、反应床；

本实施例中采用长方形壳体，见附图1。

所述装置利用挂环竖直悬挂于墙面上，其底部处于悬空状态，因此封板A和封板B可利用重力自然脱落；

其中，壳体的外壁与内壁之间具有保温夹层结构，所述保温夹层可以是一层或多层；夹层内部可填充保温材料，也可以不填充或者抽真空，这些热量可以加快壳体内的氢氧反应速度，同时还可以减小本装置处于消氢工作状态时向周围空间散发热量，避免引起安全壳事故；

壳体上开有进气口和出气口，以及检修口；

其中出气口的开口位置设置于靠近壳体上端的侧壁上，以防止安全壳事故状态下喷淋液滴入壳体内反应床；进气口的开口位置设置于壳体底部，其上方为反应床；进气口和出气口分别设置有封板A和封板B，封板A和封板B与壳体的外部连有不锈钢锁链；封板A和封板B通过与壳体外侧贴合的方式遮挡住壳体的进气口和出气口，封板A和封板B的外沿均分别大于出气口和进气口的外沿，(方便脱落)，并且使用快熔合金封闭出气口时，快熔合金的焊接位置位于封板和壳体的重合部分；本实施例中采用铋镍合金(熔点温度60℃)，所述封板采用快熔合金以环焊缝的方式封闭出气口，也可以点焊的方式将封板固定于出气口，并采用选择性透气物质填充封口的缝隙；

壳体与封板A及封板B的重合部分还分别设有一个或多个弹性元件，当安全壳内环境温度未达到快熔合金的熔点时，弹性元件处于压缩状态，对封板A和封板B，每块封板与壳体重合处的所有弹性元件的弹力之和应小于凝固状态下该封板上全部快熔合金对壳体的拉应力；本实施例中弹性元件采用不锈钢弹簧；

当安全壳内环境温度达到快熔合金的熔点时，快熔合金熔化导致封板A和封板B脱落，并且封板A和封板B通过不锈钢锁链与壳体外部连接，使其脱落后不遮挡进气口和出气口，同时防止脱落的封板坠至其他设备上；

封板A和封板B上设有透气孔，所述透气孔采用具有选择性透过功能的材料覆盖，所述材料具有微米级颗粒过滤功能，包括但不限于多孔纤维和聚四氟乙烯；

反应床位于壳体内部，壳体内部由于设有进气口和出气口因而形成连通的气流通道，见附图1中12；

反应床为带有拉手的可抽拉的盒体结构，见附图2，该盒体无上板和底板，通过反应床定位滑轨与壳体连接，反应床内竖直悬挂放置片状的催化板，插于反应床边框上的催化板定位插板上(见附图2)，催化板上附着有用于氢氧反应的催化活性物质，每片催化板可独立更换；

在靠近反应床拉手一端的壳体上开设有检修口，检修口设有封板C，封板C具有内壁夹层，封板3采用开槽螺钉固定于壳体上以封闭检修口，当检修口封闭时，反应床的催化活性物质处于存储状态，可保证催化活性物质不受外界气氛影响而失效，长时间保持其活性；当需要进行检修时，拆下封板C后，反应床盒体可抽拉至检修口之外进行催化板更换和反应床检修；

壳体、反应床所采用的材料可耐高温耐腐蚀耐辐照。

下面结合实施例进行解释：

催化活性物质安放于具有可抽拉盒体结构的反应床内，在温度未达到快熔合金熔点设定值但已经有氢气出现的情况下，封板上的透气孔作为氢气的备用开启通道使含氢空气先期进入壳体内，在催化活性物质表面反应，从而及时利用催化活性物质处理氢气，同时由于氢氧反应会产生热量，使得壳体内温度上升，反应热与外界热量共同作用于低熔点合金，促进其熔融导致封板脱落，启动在催化活性物质的作用下的氢氧反应，消除氢气；利用透气孔还可以避免核电站发生事故时，安全壳环境内污染物质进入，影响催化活性物质的启动活性，使催化活性物质预先工作，开始消氢放热反应，使催化活性物质处于高温工作状态110～130℃，能够保护催化活性物质处于良好的工作状态。

在备用工况下，催化活性物质是密封在装置内部里的，催化活性物质不与外界空气接触，有利于保护催化活性物质，因此减少了催化活性物质维护的工作量。当核电站发生事故后，环境气温会相应上升，当上升到铋镍合金熔点温度60℃时，铋镍合金熔化，封板依靠自身重力及弹性元件预储弹力坠落，上下通道打开，外部气流进入与催化活性物质接触，氢气与氧气在催化活性物质的作用下复合生成水。设计中考虑使用低熔点合金的物理性能作为开启的原动力，并且封板靠自身的重力下落。

当装置开启后，由于氢气与氧气的反应为放热反应，与外界形成温度梯度，形成气体的对流循环，并且装置本身为较高的长方形壳体，高度为1～1.5米，在装置的出口和入口处形成一定的压差，促进对流循环，此外长方形壳体比圆柱形壳体的通风面积大。同时整个装置的内层为双层夹壁结构，在壳体高度下，本结构使得在装置出口处气温高，气压低，从而促进装置的气流循环。

以上所述的具体描述，对实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带壳体夹层的自启动消氢装置，包括壳体、反应床，其特征在于；

其中，反应床位于壳体内，壳体为长方体结构，壳体的外壁与内壁之间具有保温夹层结构；

壳体上开有进气口和出气口，以及检修口；

其中出气口的开口位置设置于靠近壳体上端的侧壁上；

进气口的开口位置设置于壳体底部，其上方为反应床；

进气口和出气口分别设置有封板A和封板B，封板A和封板B与壳体的外部连有不锈钢锁链；封板A和封板B通过与壳体外侧贴合的方式遮挡住壳体的进气口和出气口，封板A和封板B的外沿均分别大于出气口和进气口的外沿；壳体与封板A及封板B的重合部分之间还分别设有一个或多个弹性元件；封板A和封板B上均设有透气孔，所述透气孔采用多孔纤维或聚四氟乙烯覆盖；

反应床为带有拉手的可抽拉的长方形盒体结构，该盒体无上板和底板，通过反应床定位滑轨与壳体连接；反应床内竖直悬挂放置片状的催化板，插于反应床边框上的催化板定位插板上，催化板用于附着氢氧反应的催化活性物质；

在靠近反应床拉手一端的壳体上开设有检修口，检修口设有封板C，封板C具有内壁保温夹层，封板C采用螺钉固定于壳体上以封闭检修口。

2.根据权利要求1所述一种带壳体夹层的自启动消氢装置，其特征在于，所述封板A和封板B采用快熔合金以环焊缝的方式封闭进气口和出气口，快熔合金的焊接位置位于封板和壳体的重合部分。

3.根据权利要求1所述一种带壳体夹层的自启动消氢装置，其特征在于，所述装置竖直放置并且使壳体底部处于悬空状态。

4.根据权利要求1所述一种带壳体夹层的自启动消氢装置，其特征在于，当反应床需要进行检修时，拆下封板C后，反应床盒体可抽拉至检修口之外进行催化板更换和反应床检修。

5.根据权利要求1所述一种带壳体夹层的自启动消氢装置，其特征在于，所述壳体的外壁与内壁之间具有保温夹层结构可以是一层或多层，保温夹层内是真空或保温材料层。

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