專利名稱:燃燒含氫氣體及冷卻燃?xì)獾难b置的制作方法
本發(fā)明與一種方法及實(shí)施該方法的裝置有關(guān)。其要點(diǎn)是從核反應(yīng)堆中流出的、包含氫氣和空氣的混合體氣，在一個(gè)氫復(fù)合器中被加熱到其燃點(diǎn)溫度，然后把溫度明顯地高于該燃點(diǎn)溫度的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物，冷卻到上述燃點(diǎn)溫度之下，最后冷卻了的氣態(tài)產(chǎn)物從上述的氫復(fù)合器中排出。
混合保護(hù)氣(包容在核反應(yīng)堆保護(hù)殼體內(nèi)的氣體)中包含來自核反應(yīng)堆的氫氣及空氣。通常是使上述混合氣流入一個(gè)氫復(fù)合器，并在其中把它加熱到它的燃點(diǎn)溫度，使之燃燒。從而在反應(yīng)后的氣體從氫復(fù)合器排出之前，混合氣中的氫已氧化轉(zhuǎn)變成水。當(dāng)保護(hù)氣中的氫的含量較少時(shí)，例如當(dāng)氫的容積比約4%時(shí)，氫轉(zhuǎn)化成水的反應(yīng)能使反應(yīng)后的氣體的溫度進(jìn)一步上升到保護(hù)氣的燃點(diǎn)溫度之上;然而，當(dāng)反應(yīng)后的氣體從氫復(fù)合器中排出時(shí)，該氣體的溫度通常已降至保護(hù)氣的燃點(diǎn)溫度之下。所以，從氫復(fù)合器流中出的反應(yīng)后的氣體，不會(huì)在氫復(fù)合器之外使保護(hù)氣自燃。然而，如果保護(hù)氣中的氫的含量繼續(xù)增加到容積比高于4%，例如增加到8%-10%，則保護(hù)氣中的氫氣在氫復(fù)合器中全部轉(zhuǎn)化為水蒸氣的燃燒過程，將使反應(yīng)后的氣體的溫度大大高于保護(hù)氣的燃點(diǎn)溫度。即使此反應(yīng)后的氣體在排出氫復(fù)合器之前也經(jīng)過某種程度的冷卻，它的溫度將仍然高于保護(hù)氣的燃點(diǎn)溫度。所以，當(dāng)反應(yīng)后的氣體從氫復(fù)合器中排出時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致氫復(fù)合器之外的保護(hù)氣自燃。同時(shí)在復(fù)合器中加給保護(hù)氣的熱量白白耗散掉了，必須把它從保護(hù)殼中取出。
所以，本發(fā)明的基本目標(biāo)是提供這樣一種裝置，它使反應(yīng)堆保護(hù)殼氣體中所含的氫重新轉(zhuǎn)變成水，而需要提供給保護(hù)氣的能量較少，且從該裝置中排出的氣體較冷。
根據(jù)這一目標(biāo)，本發(fā)明提供一種氫復(fù)合器，它包括一個(gè)殼體，在殼體中有一些電加熱器，用于加熱從核反應(yīng)堆殼體中引出來的包含氫氣的保護(hù)氣，上述加熱器被設(shè)置在一條含氫氣體流經(jīng)的通道中。當(dāng)含氫氣體順著該通道流過加熱器時(shí)被加熱，致使氫被氧化生成水蒸汽，反應(yīng)后的氣體混合物的溫度高于氫的燃點(diǎn)溫度。該裝置的特點(diǎn)在于在上述殼體中，且在上述的加熱器之上，裝有一個(gè)冷卻設(shè)備，該設(shè)備使經(jīng)歷了上述的加熱過程的反應(yīng)后的混合氣，在排出氫復(fù)合器之前被冷卻到上述的燃點(diǎn)溫度之下;而且該設(shè)備能將從排氣中吸收的至少一部分熱量提供給自保護(hù)殼中出來的還未流過上述加熱器的保護(hù)氣體，以使其加熱。
為了把本發(fā)明闡述得更加明白，下面對只是作為本發(fā)明優(yōu)先考慮的實(shí)施例的附圖加以說明圖1是一種本發(fā)明提出前已有的氫復(fù)合器的局部透視圖。
圖2是本發(fā)明裝置的一種應(yīng)用實(shí)例的示意圖，它示出了一個(gè)冷卻排氣的換熱設(shè)備。
圖3是新型裝置的另一種應(yīng)用實(shí)例的示意圖，它示出了另一種冷卻排氣設(shè)備。
圖4是本發(fā)明的裝置的第三種應(yīng)用實(shí)例的示意圖，它示出了又一種冷卻排氣的換熱設(shè)備。
圖1上示出了一種先有技術(shù)的氫復(fù)合器，該復(fù)合器包括一個(gè)外殼4，一個(gè)以未在圖上示出的方式固定在外殼4的底板8上的內(nèi)殼6，以及電加熱器10，后者也以圖上未示出的方式裝在內(nèi)殼6內(nèi)。在內(nèi)殼6的底板上設(shè)有一些相互分隔散布的孔道14。在外殼4的側(cè)壁16上，及在圖1上未示出的與壁16平行的對邊側(cè)壁上，均設(shè)有通風(fēng)窗18。保護(hù)氣通過風(fēng)窗18進(jìn)入氫復(fù)合器2，并在其中燃燒。在外殼4的另一對側(cè)壁上，即在側(cè)壁20及在圖上未示出的，與壁20平行的側(cè)壁上，還設(shè)有下通風(fēng)窗22及上通窗24。這些通風(fēng)窗分別與相似的兩個(gè)閉腔26連通，閉腔26與氫復(fù)合器的其它部分隔絕，但它靠近于電加熱器10。在氫復(fù)合器的上部，即在壁28處及其平行的，圖1上未示出的對應(yīng)壁面上，設(shè)有通風(fēng)窗30。在電加熱器10的上方，設(shè)有導(dǎo)流板32及分流板34。
在工作狀況下，電加熱器常開，它的功率足以使包含氫和氧的混合氣的溫度上升至它的燃點(diǎn)溫度。在而電加熱器10中對流傳出的熱的作用下，不管氣體包含氫與否，氣體均不斷地通過通風(fēng)窗18流入外殼體4，隨后又流經(jīng)孔道14向上達(dá)到電加熱器10處，并與電加熱器直接接觸。已加熱的氣體向上運(yùn)動(dòng)，通過導(dǎo)流板32集流于分流板34處，然后被分流板34均勻地導(dǎo)向通風(fēng)窗30，從而排出氫復(fù)合器。當(dāng)流入的氣體中包含氫氣時(shí)，流動(dòng)狀況大致相同。但電加熱器10將混合氣的溫度加熱至其燃點(diǎn)溫度，致使氫氣與氧化合成水蒸汽，然后反應(yīng)后的氣體按上述方式排出氫復(fù)合器。在氫復(fù)合器2的工作期間，處于環(huán)境溫度下的空氣，不斷地以對流方式，通過下面通風(fēng)窗22被吸入閉腔26，然后又通過上通風(fēng)窗24排出。這會(huì)使鄰近的電加熱器10受到一些冷卻。當(dāng)含氫量約為4%(容積比)的保護(hù)氣正常燃燒時(shí)，反應(yīng)后的氣體在圖1所示的氫復(fù)合器上部受到冷卻，足以使保護(hù)氣在通過通風(fēng)窗30流入保護(hù)區(qū)之前，氣溫下降到燃點(diǎn)溫度以下。
本發(fā)明提出的新型裝置與上述氫復(fù)合器2相似，但在上端與它有所不同，新裝置在該處設(shè)有一個(gè)冷卻氣體的換熱部件。在氣體被電加熱器10加熱到其燃點(diǎn)溫度，發(fā)生了氫的氧化反應(yīng)生成水蒸汽之后，反應(yīng)后的混合氣的溫度高于上述燃點(diǎn)溫度，新設(shè)置的換熱部件將冷卻反應(yīng)后的氣體，使它在排出之前，氣溫下降至上述的燃點(diǎn)溫度之下。
對所用的換熱部件并無嚴(yán)格的限制，只要求它能使反應(yīng)后的混合氣在排出氫復(fù)合器之前，氣溫下降至燃點(diǎn)溫度之下。圖2上示出了一種可實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的實(shí)用裝置。該裝置上裝有換熱器36，換熱器36由連續(xù)的管路系統(tǒng)或多重螺旋管38組成，而螺旋管38又與進(jìn)口管40及出口管42相連。在上述管系中，充滿了適當(dāng)?shù)膿Q熱介質(zhì)，例如水。當(dāng)反應(yīng)后的混合氣流過氫復(fù)合器2的出口37時(shí)，通過管40進(jìn)入換熱器36的冷水，使反應(yīng)后的混合氣的溫度冷卻到燃點(diǎn)溫度以下。在上述過程中被加熱了的水，通過出口管42流出換熱器36，并可借助于任何合適的設(shè)備使它冷卻。如可采用水冷卻器44，用風(fēng)扇46使冷空氣吹過冷卻器44，把熱量帶走。此后，已冷卻的液體通過泵48繼續(xù)進(jìn)行冷卻循環(huán)。
在圖3上所示的實(shí)例中，在氫復(fù)合器2的出口通道54的周圍，由環(huán)狀壁板52構(gòu)成了一個(gè)冷卻通道50。多組密封的熱管56裝在冷卻通道50中，并伸入到出口通道54及氫復(fù)合器2的上部空間中。在熱管56中充填有多孔的、可流動(dòng)的物質(zhì)，它能吸收熱量，并能將所吸收的熱量放出。冷卻通道50的下端與氫復(fù)合器2的外部大氣相通。這樣，對流的結(jié)果，氫復(fù)合器2周圍的混合氣向上流過冷卻通道50，并將從氫復(fù)合器壁傳出的熱量帶走，通過熱管56傳出的熱量也將借對流被上述混合布帶走。所以，當(dāng)混合氣從冷卻通道50排出時(shí)，它已從反應(yīng)后的氣體處吸收了相當(dāng)?shù)臒崃?，從而使反?yīng)后的氣體的溫度下降至燃點(diǎn)溫度以下。
圖4上所示的應(yīng)用實(shí)例與圖3上的有些相似，但沒有采用熱管，而采用了許多管道58。管道58從氫復(fù)合器2的外部伸入氫復(fù)合器的出口通道中，并向上通過出口通道60。管道58的每一端均與氫復(fù)合器之外的大氣連通，向上流過管道58的氣體，會(huì)吸收來自反應(yīng)后的氣體的熱量，從而使反應(yīng)后的氣體的溫度下降至燃點(diǎn)溫度之下。
只要核反應(yīng)堆在工作，本文所述的氫復(fù)合器便在工作，而保護(hù)氣則不斷地流經(jīng)它。通常的保護(hù)氣是環(huán)境大氣，它所包含的氫的重量含量為百分之一到百分之二千(100～2000ppm)。當(dāng)出現(xiàn)故障的情況下，保護(hù)氣中氫的體積含量上升到約占4%時(shí)，氫復(fù)合器能容易地使保護(hù)氣中的氧與幾乎全部的氫化合成水，并使反應(yīng)后的氣體的溫度冷卻至燃點(diǎn)溫度以下。從而使流出氫復(fù)合器的排氣不可能使外部保護(hù)氣自燃，因而在排出的過程中不會(huì)出現(xiàn)問題。
然而，在保護(hù)氣的含氫量高于4%容積比的情況下，例如在高于5%，特別是在高達(dá)8%-10%(容積比)的情況下，氫復(fù)合器就很難使排氣有效地冷卻。因?yàn)榕艢獾臏囟瓤赡芨哂谌键c(diǎn)溫度，所以在氫復(fù)合器的外邊，保護(hù)氣會(huì)自燃，這很明顯地會(huì)在保護(hù)區(qū)中引起嚴(yán)重的問題。通過采用本文說明的新型裝置，并遵循本文確定的新的方法，我們能安全有效地處理含氫量高達(dá)8%-10%(容積比)的保護(hù)氣，而不會(huì)發(fā)生任何事故。
所要處理的保護(hù)氣中通常含有百分之一百到百萬分之二千(100-2000ppm)的氫，而在積聚的情況下，氫的體積含量可達(dá)8%-10%。保護(hù)氣的溫度可處在環(huán)境溫度與80℃之間，而通常處在環(huán)境溫度與55℃之間;保護(hù)氣的壓力處在環(huán)境壓力與10kg/Cm2之間。在電加熱器10所發(fā)出的熱的作用下，保護(hù)氣以對流的方式，通過通風(fēng)窗18，不斷地流入氫復(fù)合器2，在流過孔道14之后，又向上流過電加熱器10，并在該處被加熱到它的燃點(diǎn)溫度。流經(jīng)電熱器10的混合氣的流量，可在很寬的范圍內(nèi)變化，但通常在1.4-4.2米3/分的范圍內(nèi)。當(dāng)混合氣流經(jīng)電加熱器10時(shí)，它的溫度被提高到燃點(diǎn)溫度之上，該燃點(diǎn)溫度約為570℃-590℃，通常為575℃-580℃，于是保護(hù)氣中的氫與氧就發(fā)生反應(yīng)，生成水蒸汽。其結(jié)果是由含氫量為8%-10%容積比的保護(hù)氣所生成的反應(yīng)后氣體的溫度，可能高于上述的燃點(diǎn)溫度，例如可達(dá)610℃-640℃。
根據(jù)本文描述的發(fā)明，反應(yīng)后的氣體可以用任何合適的設(shè)備來冷卻，但采用本文所說明的設(shè)備效果尤佳，特別值得采用的是圖2上所示的實(shí)例。在圖2所示的實(shí)例中，冷卻液在換熱器中流過，反應(yīng)后氣體與換熱器接觸，并被冷卻到570℃以下，通常冷卻后的溫度處在480℃-540℃之間，這一溫度低于上述的燃點(diǎn)溫度。因?yàn)橐牙鋮s的反應(yīng)后氣體的溫度低于其燃點(diǎn)溫度，所以它能安全的排出氫復(fù)合器，而在復(fù)合器之外不會(huì)引起保護(hù)氣的自燃。
權(quán)利要求
1.一種氫復(fù)合裝置，它包括一個(gè)殼體，在殼體中有一些用于加熱來自核反應(yīng)堆保護(hù)殼中的含氫氣體的電加熱器，這些加熱器被設(shè)置在一條通道中，含氫氣體沿著該通道流過加熱器，并被加熱，致使氫氧化成水蒸汽，由此而得反應(yīng)后氣態(tài)混合物的溫度高于氫的燃點(diǎn)溫度，該裝置的特點(diǎn)在于在上述氫復(fù)合器殼體中，加熱器上方裝有一套冷卻設(shè)備，該設(shè)備使經(jīng)歷了上述加熱過程的反應(yīng)后混合氣，在排出氫復(fù)合器之前被冷卻到上述的燃點(diǎn)溫度之下，還裝有一套設(shè)備，以利用至少一部分排氣的熱量來加熱來自保護(hù)殼而還未流過上述加熱器的氣體。
2.一種如權(quán)利要求
1所提出的裝置，其特點(diǎn)在于在上述的加熱及冷卻設(shè)備中，有一個(gè)設(shè)置于上述的排氣通道中的第一換熱器(36)，和一個(gè)設(shè)置于保護(hù)殼中氣體的流出路徑中的第二換熱器(44)，上述的第一換熱器及第二換熱器之間由一條傳熱介質(zhì)循環(huán)管線連接，從而使被上述的第一換熱器從上述排氣中吸收的熱量，經(jīng)過該循環(huán)管線傳給上述的第二換熱器，而第二換熱器又將上述熱量傳給來自保護(hù)殼的氣體。
專利摘要
一種加熱及冷卻裝置。該裝置使來自核反應(yīng)堆保護(hù)殼中的包含氫氣及空氣的混合氣加熱到其燃點(diǎn)溫度，從而使氫氧化成水蒸汽；然后在與排氣發(fā)生熱交換的第一換熱器(36)中，使反應(yīng)后的混合氣冷卻到其燃點(diǎn)溫度之下。第一換熱器(36)與第二換熱器(44)連通。第二換熱器能與自反應(yīng)堆保護(hù)殼中吸入的混合氣發(fā)生熱交換，把熱量傳給該混合氣。
文檔編號G21C19/317GK86106640SQ86106640
公開日1987年5月27日 申請日期1986年9月27日
發(fā)明者埃岡·阿萊克斯·迪蘇貝, 菲利普·扎克森·拉英 申請人:西屋電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan