專利名稱:一種帶透氣孔和殼體夾層的自啟動消氫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種自啟動消氫裝置，屬于核安全技術(shù)領(lǐng)域：
。
技術(shù)背景
在專利“一種無需外部提供能源的氫與氧復(fù)合裝置”專利號為200620116543.0 中，介紹一種網(wǎng)板狀結(jié)構(gòu)的催化活性物質(zhì)放置在開放式的煙囪狀矩形殼體內(nèi)，該殼體出風(fēng) 口裝有金屬網(wǎng)。
在專利號為98802068. 8的專利中介紹一種使一氣體混合物中氫氣復(fù)合的裝置。 該裝置特別要避免氣體混合物被無意點(diǎn)燃，設(shè)置了一火焰阻擋裝置和沉積物捕集器；在專 利號為00805770. 9中介紹了一種使其體混合物中氫氣和/或一氧化碳與氧氣催化復(fù)合的 復(fù)合裝置和方法。主要要求了催化活性物質(zhì)載板上分區(qū)布置阻擋層一種多孔覆蓋層。使第 一分區(qū)的反應(yīng)溫度低于第二分區(qū)的反應(yīng)溫度。
在專利號為CA19912082627中介紹了一種應(yīng)用于核電站的氫氣與氧氣復(fù)合的裝 置。主要介紹了一種含有氧化鋁層的催化活性物質(zhì)制備方法，及在一種開放式長方形盒體 內(nèi)安裝方式。該裝置中的催化活性物質(zhì)長時間接觸空氣，影響催化活性物質(zhì)使用壽命。具 有同樣問題的還有專利97195401. 1，所涉及的一種氫與氧復(fù)合的催化系統(tǒng)和復(fù)合裝置主要 要求了催化活性物質(zhì)系統(tǒng)，及催化活性物質(zhì)在復(fù)合裝置中的安裝結(jié)構(gòu)。
在專利CA 2061430中介紹了一種用于復(fù)合氫氣和氧氣的裝置。該裝置是氣密的， 內(nèi)部充填I(lǐng)O5Pa的惰性氣體。當(dāng)溫度達(dá)到100°C時打開一級保護(hù)結(jié)構(gòu)，氣體通過過濾層進(jìn)入 裝置與催化活性物質(zhì)接觸，這時氣流較弱。當(dāng)溫度達(dá)到160°C時打開二級保護(hù)結(jié)構(gòu)，催化活 性物質(zhì)的反應(yīng)正式開始。該裝置沒有透氣孔，導(dǎo)致催化活性物質(zhì)無法進(jìn)行預(yù)先反應(yīng)，例如溫 度未達(dá)到開啟反應(yīng)空間的快熔合金的熔點(diǎn)，但該工況下已有氫氣，無法及時利用催化活性 物質(zhì)處理氫氣。
在專利US5130079中介紹了一種能夠消除含有氫氣、氧氣、水蒸氣及氣溶膠等混 合氣體中的氫氣的裝置，其采用催化活性物質(zhì)進(jìn)行氫氣和氧氣的催化并放出熱空間不具有 煙囪結(jié)構(gòu)，因此無法促進(jìn)利用催化活性物質(zhì)加快氫氧反應(yīng)，消氫處理量小。裝置采用一種保 護(hù)裝置，當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度時裝置自動打開。
由于在核電站正常工況下，消氫裝置處于備用狀態(tài)，其內(nèi)部的催化活性物質(zhì)不工 作，需要保護(hù)，這樣催化活性物質(zhì)的壽命可延長。當(dāng)核電站發(fā)生事故時，本實(shí)用新型可自行 啟動不需要外部能源供應(yīng)及人為的干預(yù)。本實(shí)用新型用于核電站事故后安全殼內(nèi)氫氣的消 除。本實(shí)用新型可以在備用時密封保護(hù)催化活性物質(zhì)，而在核電站事故工況下，保護(hù)結(jié)構(gòu)自 行開啟，催化活性物質(zhì)接觸外界氫氣和氧氣后，啟動消除氫氣。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種裝置能夠?qū)崿F(xiàn)使消除氫 氣的催化活性物質(zhì)在備用狀態(tài)下處于良好的保護(hù)環(huán)境中，保護(hù)催化活性物質(zhì)的正常性能，而在工作狀態(tài)下，保護(hù)結(jié)構(gòu)可自行開啟。
本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種帶透氣孔和殼體夾層的自啟動消氫裝置，包括殼體、反應(yīng)床； 所述裝置豎直放置并且使殼體底部處于懸空狀態(tài)；
其中，反應(yīng)床位于殼體內(nèi)，殼體為長方體結(jié)構(gòu)，殼體的外壁與內(nèi)壁之間具有保溫夾 層結(jié)構(gòu)，所述保溫夾層可以是一層或多層；夾層內(nèi)部可填充保溫材料，也可以不填充或者抽
真空；
殼體上開有進(jìn)氣口和出氣口，以及檢修口；
其中出氣口的開口位置設(shè)置于靠近殼體上端的側(cè)壁上，進(jìn)氣口的開口位置設(shè)置于 殼體底板，其上方為反應(yīng)床；進(jìn)氣口和出氣口分別設(shè)置有封板A和封板B，封板A和封板B與 殼體的外部連有不銹鋼鎖鏈；封板A和封板B通過與殼體外側(cè)貼合的方式遮擋住殼體的進(jìn) 氣口和出氣口，封板A和封板B的外沿均分別大于出氣口和進(jìn)氣口的外沿，所述封板采用快 熔合金以環(huán)焊縫的方式封閉出氣口 ；并且使用快熔合金封閉出氣口時，快熔合金的焊接位 置位于封板和殼體的重合部分；
當(dāng)安全殼內(nèi)環(huán)境溫度達(dá)到快熔合金的熔點(diǎn)時，快熔合金熔化導(dǎo)致封板A和封板B 脫落，并且封板A和封板B通過不銹鋼鎖鏈與殼體外部連接，使其脫落后不遮擋進(jìn)氣口和出 氣口，同時防止脫落的封板墜至其他設(shè)備上；
封板A和封板B上設(shè)有透氣孔，所述透氣孔采用具有選擇性透過功能的材料覆蓋， 所述材料具有微米級顆粒過濾功能，包括但不限于多孔纖維和聚四氟乙烯；
反應(yīng)床為帶有拉手的可抽拉的長方形盒體結(jié)構(gòu)，該盒體無上板和底板，通過反應(yīng) 床定位滑軌與殼體連接；反應(yīng)床內(nèi)豎直懸掛放置片狀的催化板，插于反應(yīng)床邊框上的催化 板定位插板上，催化板用于附著氫氧反應(yīng)的催化活性物質(zhì)；
在靠近反應(yīng)床拉手一端的殼體上開設(shè)有檢修口，檢修口設(shè)有封板C，封板C具有內(nèi) 壁保溫夾層，封板C采用螺釘固定于殼體上以封閉檢修口，當(dāng)檢修口封閉時，反應(yīng)床的催化 活性物質(zhì)處于存儲狀態(tài)，可保證催化活性物質(zhì)不受外界氣氛影響而失效，長時間保持其活 性；當(dāng)需要進(jìn)行檢修時，拆下封板C后，反應(yīng)床盒體可抽拉至檢修口之外進(jìn)行催化板更換和 反應(yīng)床檢修；
殼體、反應(yīng)床所采用的材料可耐高溫耐腐蝕耐輻照；
下面對本實(shí)用新型進(jìn)行解釋
催化活性物質(zhì)安放于具有可抽拉盒體結(jié)構(gòu)的反應(yīng)床內(nèi)，在溫度未達(dá)到快熔合金熔 點(diǎn)設(shè)定值但已經(jīng)有氫氣出現(xiàn)的情況下，封板上的透氣孔作為氫氣的備用開啟通道使含氫空 氣先期進(jìn)入殼體內(nèi)，在催化活性物質(zhì)表面反應(yīng)，從而及時利用催化活性物質(zhì)處理氫氣，同時 由于氫氧反應(yīng)會產(chǎn)生熱量，使得殼體內(nèi)溫度上升，反應(yīng)熱與外界熱量共同作用于低熔點(diǎn)合 金，促進(jìn)其熔融，同時由于殼體具有保溫夾層，進(jìn)一步加快在催化活性物質(zhì)的作用下的氫氧 反應(yīng)，消除氫氣；利用透氣孔還可以避免核電站發(fā)生事故時，安全殼環(huán)境內(nèi)污染物質(zhì)進(jìn)入， 影響催化活性物質(zhì)的啟動活性，使催化活性物質(zhì)預(yù)先工作，開始消氫放熱反應(yīng)，使催化活性 物質(zhì)處于高溫工作狀態(tài)110 130°c，能夠保護(hù)催化活性物質(zhì)處于良好的工作狀態(tài)。
在備用工況下，催化活性物質(zhì)是密封在裝置內(nèi)部里的，催化活性物質(zhì)不與外界空 氣接觸，有利于保護(hù)催化活性物質(zhì)，因此減少了催化活性物質(zhì)維護(hù)的工作量。當(dāng)核電站發(fā)生事故后，環(huán)境氣溫會相應(yīng)上升，當(dāng)上升到低熔點(diǎn)合金(含鉍、鎳等金屬元素的合金)的熔點(diǎn) 溫度時，如60°C、65°C、70°C等(根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行選取)，低熔點(diǎn)合金熔化，封板A和封板 B依靠自身重力墜落，上下通道打開，外部氣流進(jìn)入與催化活性物質(zhì)接觸，氫氣與氧氣在催 化活性物質(zhì)的作用下復(fù)合生成水。設(shè)計中考慮使用低熔點(diǎn)合金的物理性能作為開啟的原動 力，并且由于封板A和B的外沿分別大于進(jìn)氣口和出氣口的外沿，因此兩封板靠自身的重力 下落。利用低熔點(diǎn)金屬的熔點(diǎn)及重力，確保裝置的自動開啟的可靠性。
當(dāng)裝置開啟后，由于氫氣與氧氣的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，與外界形成溫度梯度，形成氣 體的對流循環(huán)，并且裝置本身為較高的殼體，在裝置的出氣口和進(jìn)氣口之間形成一定的壓 差，促進(jìn)對流循環(huán)。同時整個裝置的殼體具有保溫夾層結(jié)構(gòu)，在殼體高度下，本結(jié)構(gòu)使得在 裝置出氣口處氣溫高，氣壓低，從而促進(jìn)裝置的氣流循環(huán)。
對比現(xiàn)有技術(shù)，本技術(shù)方案有益效果在于，本實(shí)用新型采用低熔點(diǎn)合金封存保護(hù) 催化活性物質(zhì)的正常性能，利用低熔點(diǎn)合金的低溫熔點(diǎn)性能，確保其能夠在設(shè)定溫度下熔 化，開啟裝置，使催化活性物質(zhì)暴露在含有氫氣的環(huán)境氣氛中，氫氣和氧氣在催化活性物質(zhì) 的作用下生成水從而消除氫氣，排除危險；本實(shí)用新型設(shè)有殼體保溫夾層，使得裝置內(nèi)外溫 差加大，增大氣流循環(huán)推動力，利用殼體和進(jìn)氣口出氣口所設(shè)置的結(jié)構(gòu)使裝置上部氣流速 度加快，氣壓減小，促進(jìn)氣流的循環(huán)；此外利用自然力如重力，保證當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)合金熔化后，裝 置能夠自然開啟，不存在卡死、失效等問題。在進(jìn)氣口和出氣口封板上設(shè)置透氣孔并采用多 孔纖維和聚四氟乙烯等選擇性透過的物質(zhì)覆蓋，在保護(hù)催化活性物質(zhì)的同時能夠使氫氣、 潔凈空氣等物質(zhì)透過，使裝置具備多種自開啟方式。


圖1- 一種帶透氣孔和殼體夾層的自啟動消氫裝置實(shí)施例的示意圖；
(a) A-A剖視圖；(b)正視圖；
其中1-封板A ；2-出氣口 ；3-殼體；4-保溫夾層結(jié)構(gòu)；5_檢修口 ；6_反應(yīng)床；7-封 板C ；8-進(jìn)氣口 ；9-封板焊接處；10-透氣孔；11-封板B ；12-殼體內(nèi)部的氣流通道；13-裝 置安裝固定梁；14-鎖鏈；15-防脫螺釘；
圖2-實(shí)施例的局部結(jié)構(gòu)剖視圖；
其中1-殼體；2-夾層結(jié)構(gòu)；3-檢修口 ；4-反應(yīng)床護(hù)板；5-開槽螺釘；6_防脫螺釘； 7-封板C ；8-反應(yīng)床拉手；9-催化板；10-催化板定位插板；11-封板焊接處；12-進(jìn)氣口 ； 13-封板B ； 14-透氣孔；15-反應(yīng)床定位滑軌。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型方法的優(yōu)選實(shí)施方式做詳細(xì)說明。
帶透氣孔和殼體夾層的自啟動消氫裝置實(shí)例，包括殼體、反應(yīng)床；
本實(shí)施例中采用長方形殼體，見附圖1。
所述裝置利用掛環(huán)豎直懸掛于墻面上，其底部處于懸空狀態(tài)，因此封板A和封板B 可利用重力自然脫落；
其中，殼體的外壁與內(nèi)壁之間具有保溫夾層結(jié)構(gòu)，所述保溫夾層可以是一層或多 層；夾層內(nèi)部可填充保溫材料，也可以不填充或者抽真空，這些熱量可以加快殼體內(nèi)的氫氧反應(yīng)速度，同時還可以減小本裝置處于消氫工作狀態(tài)時向周圍空間散發(fā)熱量，避免引起安 全殼事故；
殼體上開有進(jìn)氣口和出氣口，以及檢修口；
其中出氣口的開口位置設(shè)置于靠近殼體上端的側(cè)壁上，以防止安全殼事故狀態(tài)下 噴淋液滴入殼體內(nèi)反應(yīng)床；進(jìn)氣口的開口位置設(shè)置于殼體底板，其上方為反應(yīng)床；進(jìn)氣口 和出氣口分別設(shè)置有封板A和封板B，封板A和封板B與殼體的外部連有不銹鋼鎖鏈；封板 A和封板B通過與殼體外側(cè)貼合的方式遮擋住殼體的進(jìn)氣口和出氣口，封板A和封板B的 外沿均分別大于出氣口和進(jìn)氣口的外沿，(方便脫落)，并且使用快熔合金封閉出氣口時， 快熔合金的焊接位置位于封板和殼體的重合部分；本實(shí)施例中采用鉍鎳合金(熔點(diǎn)溫度 60°C )，所述封板采用快熔合金以環(huán)焊縫的方式封閉出氣口 ；
當(dāng)安全殼內(nèi)環(huán)境溫度達(dá)到快熔合金的熔點(diǎn)時，快熔合金熔化導(dǎo)致封板A和封板B 脫落，并且封板A和封板B通過不銹鋼鎖鏈與殼體外部連接，使其脫落后不遮擋進(jìn)氣口和出 氣口，同時防止脫落的封板墜至其他設(shè)備上；
封板A和封板B上設(shè)有透氣孔，所述透氣孔采用具有選擇性透過功能的材料覆蓋， 所述材料具有微米級顆粒過濾功能，包括但不限于多孔纖維和聚四氟乙烯；
反應(yīng)床位于殼體內(nèi)部，殼體內(nèi)部由于設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口因而形成連通的氣流通 道，見附圖1中12;
反應(yīng)床為帶有拉手的可抽拉的盒體結(jié)構(gòu)，見附圖2，該盒體無上板和底板，通過反 應(yīng)床定位滑軌與殼體連接，反應(yīng)床內(nèi)豎直懸掛放置片狀的催化板，插于反應(yīng)床邊框上的催 化板定位插板上(見附圖2)，催化板上附著有用于氫氧反應(yīng)的催化活性物質(zhì)，每片催化板 可獨(dú)立更換；
在靠近反應(yīng)床拉手一端的殼體上開設(shè)有檢修口，檢修口設(shè)有封板C，封板C具有內(nèi) 壁夾層，封板3采用開槽螺釘固定于殼體上以封閉檢修口，當(dāng)檢修口封閉時，反應(yīng)床的催化 活性物質(zhì)處于存儲狀態(tài)，可保證催化活性物質(zhì)不受外界氣氛影響而失效，長時間保持其活 性；當(dāng)需要進(jìn)行檢修時，拆下封板C后，反應(yīng)床盒體可抽拉至檢修口之外進(jìn)行催化板更換和 反應(yīng)床檢修；
殼體、反應(yīng)床所采用的材料可耐高溫耐腐蝕耐輻照。
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)行解釋
催化活性物質(zhì)安放于具有可抽拉盒體結(jié)構(gòu)的反應(yīng)床內(nèi)，在溫度未達(dá)到快熔合金熔 點(diǎn)設(shè)定值但已經(jīng)有氫氣出現(xiàn)的情況下，封板上的透氣孔作為氫氣的備用開啟通道使含氫空 氣先期進(jìn)入殼體內(nèi)，在催化活性物質(zhì)表面反應(yīng)，從而及時利用催化活性物質(zhì)處理氫氣，同時 由于氫氧反應(yīng)會產(chǎn)生熱量，使得殼體內(nèi)溫度上升，反應(yīng)熱與外界熱量共同作用于低熔點(diǎn)合 金，促進(jìn)其熔融導(dǎo)致封板脫落，啟動在催化活性物質(zhì)的作用下的氫氧反應(yīng)，消除氫氣；利用 透氣孔還可以避免核電站發(fā)生事故時，安全殼環(huán)境內(nèi)污染物質(zhì)進(jìn)入，影響催化活性物質(zhì)的 啟動活性，使催化活性物質(zhì)預(yù)先工作，開始消氫放熱反應(yīng)，使催化活性物質(zhì)處于高溫工作狀 態(tài)110 130°C，能夠保護(hù)催化活性物質(zhì)處于良好的工作狀態(tài)。
在備用工況下，催化活性物質(zhì)是密封在裝置內(nèi)部里的，催化活性物質(zhì)不與外界空 氣接觸，有利于保護(hù)催化活性物質(zhì)，因此減少了催化活性物質(zhì)維護(hù)的工作量。當(dāng)核電站發(fā)生 事故后，環(huán)境氣溫會相應(yīng)上升，當(dāng)上升到鉍鎳合金熔點(diǎn)溫度60°C時，鉍鎳合金熔化，封板依靠自身重力墜落，上下通道打開，外部氣流進(jìn)入與催化活性物質(zhì)接觸，氫氣與氧氣在催化活 性物質(zhì)的作用下復(fù)合生成水。設(shè)計中考慮使用低熔點(diǎn)合金的物理性能作為開啟的原動力， 并且封板靠自身的重力下落。
當(dāng)裝置開啟后，由于氫氣與氧氣的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，與外界形成溫度梯度，形成氣 體的對流循環(huán)，并且裝置本身為較高的長方形殼體，高度為1 1. 5米，在裝置的出口和入 口處形成一定的壓差，促進(jìn)對流循環(huán)，此外長方形殼體比圓柱形殼體的通風(fēng)面積大。同時整 個裝置的內(nèi)層為雙層夾壁結(jié)構(gòu)，在殼體高度下，本結(jié)構(gòu)使得在裝置出口處氣溫高，氣壓低， 從而促進(jìn)裝置的氣流循環(huán)。
以上所述的具體描述，對實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本實(shí)用 新型的保護(hù)范圍，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等， 均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種帶透氣孔和殼體夾層的自啟動消氫裝置，包括殼體、反應(yīng)床，其特征在于；反應(yīng)床位于殼體內(nèi)，殼體為長方體結(jié)構(gòu)，殼體的外壁與內(nèi)壁之間具有保溫夾層結(jié)構(gòu)；殼體上開有進(jìn)氣口和出氣口，以及檢修口；其中出氣口的開口位置設(shè)置于靠近殼體上端的側(cè)壁上；進(jìn)氣口的開口位置設(shè)置于殼體底板，其上方為反應(yīng)床；進(jìn)氣口和出氣口分別設(shè)置有封板A和封板B，封板A和封板B與殼體的外部連有不銹鋼鎖鏈；封板A和封板B通過與殼體外側(cè)貼合的方式遮擋住殼體的進(jìn)氣口和出氣口，封板A和封板B的外沿均分別大于出氣口和進(jìn)氣口的外沿；封板A和封板B上均設(shè)有透氣孔，所述透氣孔采用多孔纖維或聚四氟乙烯覆蓋；反應(yīng)床為帶有拉手的可抽拉的長方形盒體結(jié)構(gòu)，該盒體無上板和底板，通過反應(yīng)床定位滑軌與殼體連接；反應(yīng)床內(nèi)豎直懸掛放置片狀的催化板，插于反應(yīng)床邊框上的催化板定位插板上，催化板用于附著氫氧反應(yīng)的催化活性物質(zhì)；在靠近反應(yīng)床拉手一端的殼體上開設(shè)有檢修口，檢修口設(shè)有封板C，封板C具有內(nèi)壁保溫夾層，封板C采用螺釘固定于殼體上以封閉檢修口。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述一種帶透氣孔和殼體夾層的自啟動消氫裝置，其特征在于，所 述封板A和封板B采用快熔合金以環(huán)焊縫的方式封閉進(jìn)氣口和出氣口，快熔合金的焊接位 置位于封板和殼體的重合部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述一種帶透氣孔和殼體夾層的自啟動消氫裝置，其特征在于，所 述裝置豎直放置并且使殼體底部處于懸空狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述一種帶透氣孔和殼體夾層的自啟動消氫裝置，其特征在于，當(dāng) 反應(yīng)床需要進(jìn)行檢修時，拆下封板C后，反應(yīng)床盒體可抽拉至檢修口之外進(jìn)行催化板更換 和反應(yīng)床檢修。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述一種帶透氣孔和殼體夾層的自啟動消氫裝置，其特征在于，所 述殼體的外壁與內(nèi)壁之間具有保溫夾層結(jié)構(gòu)可以是一層或多層，保溫夾層內(nèi)是真空或保溫 材料層。
專利摘要
本實(shí)用新型公開了一種帶透氣孔和殼體夾層的自啟動消氫裝置，包括殼體、反應(yīng)床；殼體為長方體結(jié)構(gòu)，殼體的外壁與內(nèi)壁之間具有保溫夾層結(jié)構(gòu)；殼體上開有進(jìn)氣口和出氣口，以及檢修口并分別設(shè)有封板，反應(yīng)床為帶有拉手的可抽拉的長方形盒體結(jié)構(gòu)，在靠近反應(yīng)床拉手一端的殼體上開設(shè)有檢修口，并設(shè)有封板C。在進(jìn)氣口和出氣口封板上設(shè)置透氣孔并采用選擇性透過的物質(zhì)覆蓋，在保護(hù)催化活性物質(zhì)的同時能夠使氫氣、潔凈空氣等物質(zhì)透過，使裝置具備多種自開啟方式。殼體保溫夾層使得裝置內(nèi)外溫差加大，增大氣流循環(huán)推動力，殼體上的進(jìn)氣口出氣口結(jié)構(gòu)使裝置上部氣流速度加快，氣壓減小，促進(jìn)氣流的循環(huán)；利用重力保證當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)合金熔化后，裝置能夠自然開啟。
文檔編號G21C9/06GKCN201681634SQ201020134495
公開日2010年12月22日 申請日期2010年3月18日
發(fā)明者朱敏, 董強(qiáng), 陶志勇 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan