[發明專利]一種以超臨界二氧化碳為工質的顆粒脫除器

有效

• 申請號: 201610443006.5
• 申請日: 2016-06-20
• 公開（公告）號: CN105895185B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 周藍宇;周濤;陳杰;劉亮
• 申請（專利權）人: 南華大學;華北電力大學
• 主分類號: G21F9/02
• 分類號: G21F9/02
• 代理公司: 北京康思博達知識產權代理事務所(普通合伙)11426
• 代理人: 劉冬梅,路永斌

技術領域

本發明涉及核能領域，尤其涉及核能領域中的顆粒物脫除裝置，特別地，涉及一種以超臨界二氧化碳為工質的顆粒物脫除裝置。

背景技術

采用超臨界二氧化碳作為第四代高溫氣冷堆的工質，不僅可以避免臨界熱流密度的熱工安全限制，而且還可以容易提升堆芯出口溫度、簡化堆芯系統結構等優勢。

超臨界二氧化碳介質由于其黏度為液體的1％，擴散系數為液體100倍，比液體更快的溶解溶質的速率，比氣體更大的溶質的溶解能力，提高了細小顆粒物的溶解性能，使顆粒物在超臨界二氧化碳介質中分散成更小的顆粒物。而高溫氣冷堆的燃料元件大部分是將全陶瓷型包覆顆粒彌散在石墨球基體中制成，雖然這種材料可以將絕大部分裂變產物阻擋在完整包覆顆粒的陶瓷SiC層內，但是仍然還會有一些細小的雜質以顆粒物的形式存在。這些細小的顆粒物(如石墨粉塵產生顆粒物)一般是具有放射性的顆粒，這些顆粒會引發一系列問題，影響冷卻劑的傳熱性能、出現局部傳熱惡化、影響管道的使用壽命、影響反應堆的正常運行和安全，更為嚴重的還會威脅到核電站周圍工作人員的生命健康。

目前，國內外大部分是常規高效除塵設備，常見的有電除塵器、袋除塵器、靜電顆粒層除塵器、靜電旋風除塵器、電袋復合除塵器等，這些除塵器，對于粒子直徑大于10μm的顆粒物除塵效率高，但是對于細顆粒物(直徑＜2.5μm)除塵效率明顯降低。這些除塵器大多是利用單一的原理對顆粒物進行除塵，效果不明顯。雖然也有專家采用“碳海綿”進行吸附，但是其“碳海綿”吸附層的比表面積小，很容易達到吸附飽和，導致顆粒去除效率逐漸降低。

發明內容

為了克服上述問題，本發明人進行了銳意研究，設計出一種以超臨界二氧化碳為工質的顆粒脫除器，所述顆粒脫除器將熱泳效應、突擴突縮效應與“碳海綿”吸附效應相結合，去除超臨界二氧化碳流體中的顆粒，同時，對工作段的結構進行了特殊設計，增大了“碳海綿”吸附層的比表面積，提高了顆粒脫除效率，從而完成本發明。

本發明一方面提供了一種以超臨界二氧化碳為工質的顆粒脫除器，具體體現在以下方面：

(1)一種以超臨界二氧化碳為工質的顆粒脫除器，所述顆粒脫除器包括工作段1和過度段2，所述工作段1包括流體通道11和冷卻水通道12，其中，

在流體通道11的管道內壁上設置有“碳海綿”吸附層111；

(2)根據上述(1)所述的顆粒脫除器，其中，

所述流體通道11用于含有顆粒的超臨界二氧化碳流體的流通，

所述冷卻水通道用于冷卻水的流通，

流體通道11中的超臨界二氧化碳流體的流向與冷卻水通道12中冷卻水的流向為同方向的順流或反方向的逆流；

(3)根據上述(1)所述的顆粒脫除器，其中，所述“碳海綿”吸附層111為有機高分子氣凝膠；優選地，所述有機高分子氣凝膠由單碳原子鏈的纖維素納米制備而成；更優選地，所述纖維素納米的直徑小于1000nm；

(4)根據上述(1)所述的顆粒脫除器，其中，

所述流體通道11設置于工作段1的管道內，其中，所述流體通道11為多個，優選地，所述流體通道11為圓形柱體或多邊形柱體，例如四方形柱體和六方形柱體，

在工作段1內，除去流體通道11，剩余空間為冷卻水通道12；

(5)根據上述(4)所述的顆粒脫除器，其中，在工作段1的管道內，所述流體通道11為間斷式設置或連續式設置；例如，當流體通道11為圓形柱體時，其在工作段1的管道內為間斷式設置；當流體通道11為多邊形柱體時，其在工作段1的管道內為連續式設置；

(6)根據上述(5)所述的顆粒脫除器，其中，

所述流體通道11的兩端分別與過度段2連接，

所述冷卻水通道12包括進水口和出水口，用于形成循環水冷系統；

(7)根據上述(1)至(6)之一所述的顆粒脫除器，其中，所述過度段2的內徑大于工作段1的內徑；

(8)根據上述(7)所述的顆粒脫除器，其中，

所述工作段1的內徑為15～35mm，長度為250～500mm，優選地，其內徑為20～30mm，長度為300～450mm，更優選地，其內徑為25mm，長度為350～400mm，和/或

所述過度段2的內徑為35～75mm，長度為45～65mm，優選地，其內徑為40～70mm，長度為50～60mm，更優選地，其內徑為50～60mm，長度為55mm，和/或

所述工作段1和過度段2的壁厚均為1.5～3.5mm，優選為2～3mm，更優選為2.5mm；