专利摘要

本发明公开了一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置，该脱除器装置包括：流体输送机构，其一端与流体入口管道相连通，流体输送机构另一端通过前端阀门与热泳涂层段相连通；热泳涂层段，其包括内管和内管外部的外管，其内管的内壁上设有碳海绵层，其中，内管的一端与前端阀门相连通；内管的另一端与过渡过滤段相连通；过渡过滤段，其内部两侧设有碳海绵滤网，过渡过滤段远离热泳涂层段的一端通过后端阀门与流体出口管道相连通；其中，流体依次经由流体入口管道、流体输送机构、前端阀门、热泳涂层段的内管、过渡过滤段、后端阀门和流体出口管道完成对颗粒物的去除工作。

权利要求

1.一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置，其特征在于：该脱除器装置包括：

流体输送机构（2），其一端与流体入口管道（1）相连通，流体输送机构（2）另一端通过前端阀门（3a）与热泳涂层段（4）相连通；

热泳涂层段（4），其包括：

内管（12），其内壁上设有碳海绵层（10），内管的一端与前端阀门（3a）相连通；内管的另一端与过渡过滤段（6）相连通，其中，在内管（12）的外壁上设置入水管道（16）和出水管道（17），所述入水管道和出水管道相连通，和

外管（11），其套于内管（12）、入水管道和出水管道的外部；

和

过渡过滤段（6），其内部两侧设有碳海绵滤网（13），过渡过滤段远离热泳涂层段（4）的一端通过后端阀门（3b）与流体出口管道（7）相连通；

其中，流体依次经由流体入口管道（1）、流体输送机构（2）、前端阀门（3a）、热泳涂层段（4）的内管、过渡过滤段（6）、后端阀门（7）和流体出口管道完成对颗粒物的去除工作；

冷却水依次经由入水管道和出水管道完成对内管的冷却。

2.如权利要求1所述的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置，其特征在于：流体输送机构（2）为泵或风机。

3.如权利要求1所述的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置，其特征在于：流体为带有颗粒物的气体或带有颗粒物的液体。

4.如权利要求1所述的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置，其特征在于：热泳涂层段（4）内管（12）内部的两侧设置碳海绵滤网（13）。

5.如权利要求1所述的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置，其特征在于：碳海绵层设置于内管内壁上的方式包括溶剂粘接、喷涂或电火花沉积。

6.如权利要求1所述的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置，其特征在于：热泳涂层段（4）内管内径为20～30mm，热泳涂层段（4）长度为300～450mm。

7.如权利要求1所述的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置，其特征在于：一回路中冷却剂内混有细颗粒物，该装置可以用于除去所述一回路中冷却剂内的细颗粒物。

说明书

技术领域

本发明公开了属于机械设备和核能安全领域，特别涉及用于去除流体内部细粒子的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置。

背景技术

细颗粒物又称为细粒，是指存在于大气中粒径小于2.5μm的颗粒物，简称PM2.5。虽然细颗粒只是地球大气成分中的很少的组成部分，但其对空气质量和能见度等有严重的影响。细颗粒物粒径小，富含大量的有毒有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量有着严重的影响。主要成分包括无机成分、有机成分、微量金属元素、元素碳（EC）、生物物质（细菌、病菌、霉菌等）等。由于人体吸入颗粒物的危害程度与吸入的距离有关，粒径10μm以上的颗粒物通常沉积在呼吸道，2μm以下的颗粒物则可以深入到细支气管和肺泡。吸入后直接影响肺的通气功能，使机体容易处在缺氧状态。而且这种细颗粒一旦进入肺泡，吸附在肺泡上很难掉落，这种吸附是不可逆的。而细颗粒物的去除是现今面临的一个巨大难题。

一回路作为压水堆核电站的动力来源，其安全性在整个核电站中显得尤其重要，在反应堆运行时，燃料棒、堆内构件等部件会受到冷却剂的腐蚀冲刷、磨蚀-腐蚀、FAC（管道流体加速腐蚀）效应等的影响。会产生许多细小的颗粒物。这些颗粒物随着冷却剂在一回路中流动形成固液两相流。会对一回路的传热性能产生影响，出现局部传热恶化等现象，影响管道的使用寿命。另外，这些固体颗粒物还会对一路路产生物理磨损、化学腐蚀等，影响一回路管路的性能，甚至破坏一回路的完整性。

热泳是由于温度梯度而产生的对细颗粒有较强作用的一种短程力，1985年Batchelor和Shen提出了对于层流和湍流同时实用的热泳沉积效率公式。2002年台湾新竹交通大学环境工程研究所的Chuen-Jinn Tsia和Jyh-Shyan Lin提出了适用于层流的热泳沉积效率公式，2004年又指出该公式同样适用于湍流。德国科学家在2012年底制造的一种名为“石墨气凝胶”的材料，密度为每立方厘米0.18毫克。“全碳气凝胶”又称为“碳海绵”。

华北电力大学核热工安全与标准化研究所对颗粒物的热泳沉积做了大量深入研究。申请人之一的周涛曾设计了直通道步进式短管可吸入颗粒物热泳脱除器（申请号为200410101817.4），但是对于该类装置其存在以下缺点：

第一、该类装置适用的流体范围不广，该类装置只能去除气体中的细颗粒物，不能完成其他流体中的细颗粒物；

第二、该类装置的对颗粒物的去除效果不好，对细粒径的粒子尤其是超细粒子的脱除效果不好；

第三、该类装置中使用了大量的“过渡流动段”，而在该装置中“过渡流动段”并无任何作用，这样使得该类装置结构冗余。

由于上述问题的存在，本发明人对现有的热泳技术进行研究，并对现有的颗粒去除装置进行研究，以便能制作出适用多种流体的颗粒物的去除工作、脱除效果高、结构简单、结构精简和使用方便的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：设置依次相连通的流体入口管道、流体输送机构、前端阀门、热泳涂层段内管、过渡过滤段、后端阀门和流体出口管道；其中，热泳涂层段内管内壁上涂有碳海绵层，过渡过滤段内部两侧设有碳海绵滤网；其中，流体依次经由流体入口管道、流体输送机构、前端阀门、热泳涂层段的内管、过渡过滤段、后端阀门和流体出口管道完成对颗粒物的去除工作；冷却水依次经由入水管道和出水管道完成对内管的冷却。从而完成本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

（1）一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置，其特征在于：该脱除器装置包括：

流体输送机构2，其一端与流体入口管道1相连通，流体输送机构2另一端通过前端阀门3a与热泳涂层段4相连通；

热泳涂层段4，其包括：

内管12，其内壁上设有碳海绵层10，内管的一端与前端阀门3a相连通；内管的另一端与过渡过滤段6相连通，其中，在内管12的外壁上设置入水管道16和出水管道17，所述入水管道和出水管道相连通，和

外管11，其套于内管12、入水管道和出水管道的外部；

和

过渡过滤段6，其内部两侧设有碳海绵滤网13，过渡过滤段远离热泳涂层段4的一端通过后端阀门3b与流体出口管道7相连通；

其中，流体依次经由流体入口管道1、流体输送机构2、前端阀门3a、热泳涂层段4的内管、过渡过滤段6、后端阀门7和流体出口管道完成过滤工作；

冷却水依次经由入水管道和出水管道完成对内管的冷却。

（2）如上述（1）所述的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置，其特征在于：流体输送机构2为泵或风机。

（3）如上述（1）所述的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置，其特征在于：流体为带有颗粒物的气体或带有颗粒物的液体。

（4）如上述（1）所述的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置，其特征在于：热泳涂层段4内管的两侧设置碳海绵滤网。

（5）如上述（1）所述的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置，其特征在于：碳海绵层设置于内管内壁上的方式包括通过溶剂粘接、喷涂或电火花沉积。

（6）如上述（1）所述的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置，其特征在于：热泳涂层段4内管内径为20～30mm，热泳涂层段4长度为300～450mm。

（7）如上述（1）所述的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置，其特征在于：一回路中冷却剂内混有细颗粒物，该装置可以用于除去所述一回路中冷却剂内的细颗粒物。

根据本发明提供的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置具有结构简单、操作方便和对颗粒物的去除效果好等特点，具体具有如下有益效果：

第一、该脱除器装置适用的流体范围广，该脱除器装置使用流体输送机构使得该脱除器装置既可以用于除去对气体中细颗粒物，同时也可以用于去除液体中存在的细颗粒物；同时该装置也适用于铅铋合金等任何不被“碳海绵”吸收的流体；

第二、该脱除器装置对颗粒物的去除效果好，该脱除器装置使用碳海绵滤网和碳海绵层，使得该脱除器装置具有热泳沉积和碳海绵过滤的双重作用，进而使得该脱除器装置的对颗粒物的去除效果明显提高，吸收流体中细颗粒物的能力增强；

第三、该脱除器装置对现有技术中使用的“过渡流动段”进行改进，使其成为内部具有碳海绵滤网的过渡过滤段，进而避免了该段的冗余，间接的提高了该脱除器装置吸附细颗粒物能力。

附图说明

图1示出根据本发明一种优选实施方式的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置的结构示意图；

图2a示出根据本发明一种优选实施方式的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置中热泳涂层段的侧视图；

图2b示出根据本发明一种优选实施方式的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置中热泳涂层段的左视图；

图3示出根据本发明一种优选实施方式的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置中碳海绵滤网的结构示意图；

图4示出根据本发明一种优选实施方式的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置中热泳涂层段的剖面图；

图5示出根据本发明一种优选实施方式的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置中加热装置的横截面示意图。

附图标号说明：

1-流体入口管道

2-流体输送机构

3a-前端阀门

3b-后端阀门

4-热泳涂层段

5-法兰

6-过渡过滤段

7-流体出口管道

10-碳海绵层

11-外管

12-内管

13-碳海绵滤网

15-碳海绵滤网安装槽

16-入水管道

17-出水管道

18-加热管道

19-电加热丝

20-保温层

21-保温层保护管

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在根据本发明的一个优选的实施方式中，如图1-3中所示，提供一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置，该脱除器装置包括：

流体输送机构2，其一端与流体入口管道1相连通，流体输送机构2另一端通过前端阀门3a与热泳涂层段4相连通；

热泳涂层段4，其包括：

内管12，其内壁上设有碳海绵层10，内管的一端与前端阀门3a相连通；内管的另一端与过渡过滤段6相连通，其中，在内管12的外壁上设置入水管道16和出水管道17，所述入水管道和出水管道相连通，和

外管11，其套于内管12外部；

和

过渡过滤段6，其内部两侧设有碳海绵滤网13，过渡过滤段远离热泳涂层段4的一端通过后端阀门3b与流体出口管道7相连通；

其中，流体依次经由流体入口管道1、流体输送机构2、前端阀门3a、热泳涂层段4的内管、过渡过滤段6、后端阀门7和流体出口管道完成对颗粒物的去除工作；

冷却水依次经由入水管道和出水管道完成对内管的冷却。

在一个优选的实施方式中，如图1中所示，流体输送机构2用于将流体入口管道1中的流体输送到该脱除器装置中，其中，在本发明中所述流体输送机构为泵或风机均可，当需要除去液体内部细颗粒物时所述流体输送机构选用泵；当需要除去气体内部细颗粒物时所述流体输送机构选用风机。

在一个优选的实施方式中，如图1中所示，所述热泳涂层段4用于去除流体中的细颗粒物，所述热泳涂层段4通过热泳沉积和碳海绵层吸附两种方式去除流体中的细颗粒物，使得该脱除器装置吸附效果显著提高，在本发明中，由于内管内部流动的流体的温度高于内管外部的冷却水，进而流体产生热泳现象，流体中的细颗粒物由温度高的地方流向温度低的地方，进而流体中的细颗粒物沉积到内管内壁上；于此同时，内管内壁上设置的碳海绵层对流经内管的流体中的细颗粒物进行吸附。

其中，在常规情况下，流体的温度本身就是很高的，并不用进行加热就可以在热泳涂层段的内管中产生热泳现象。

在进一步优选的实施方式中，为了使得该装置可以对低温流体进行颗粒物的去除工作，在该装置的基础上增加了加热装置。加热装置的结构如图5所示；所述加热装置包括加热管道18，其外管壁上包有一层电加热丝19，电加热丝19的外部包有一层保温层20，保温层20的外部包有保温层保护管21。其中流体经由加热管道18内部，通过电加热丝19完成对流体的加热工作，经过加热后的流体进入到流体入口管道1，通过本发明提供的脱除器装置完成对颗粒物的去除工作。所述电加热丝为常规电加热丝，其具体来源为：江苏环亚电热仪表有限公司，电加热丝产品编号为：617151832165，电加热丝规格为：热轧合金带材，厚度3.0-6.0mm；所述保温层的来源为：北京申安保温材料有限公司，保温层的材质为：硅酸钙保温材料，无石棉硅酸钙管材。

在一个优选的实施方式中，碳海绵层设置于内管内壁上的方式包括通过溶剂粘接、喷涂或电火花沉积；本发明中优选溶剂粘接。

其中，本发明中所述碳海绵滤网和碳海绵层所用的碳海绵为浙江大学高分子系高超教授的课题组制备出的全碳气凝胶；

全碳气凝胶具体的制作可以根据以下文献完成：(Haiyan Sun,Zhen Xu,Chao Gao.Aerogels:Multifunctional.Ultra-Flyweight,synergistically Assembled Carbon Aerogels[J].Advanced Materials,2013,25(18):2632.)或者(Han Hu,Zongbin Zhao,Wubo Wan.Ultralight and Highly Compressible Graphene Aerogels.Advanced Materials.2013,25(15):2219-2223.)

所述碳海绵层的制备方法：利用已经制得的碳海绵的制作只与容器的形状有关这一特性，将碳海绵制成长方体，宽等于内管内壁周长；长等于两个碳海绵滤网之间长度，其厚度为2mm。

在进一步优选的实施方式中，如图4中所示，在热泳涂层段4内管内部两侧分别设置碳海绵滤网安装槽15，在碳海绵滤网安装槽15上安装碳海绵滤网，通过此种设置可以提高该脱除器装置吸附细颗粒物的能力。

在一个优选的实施方式中，过渡过滤段为直管，其内部两侧设置碳海绵滤网，这样使得该脱除器装置对颗粒物的去除效果提高，本发明中在过渡过滤段6内部侧设置滤网是对现有技术的改进，使得现有技术中冗余的部分变成对颗粒物的去除工作有益的过渡过滤段。

其中，碳海绵滤网的制作方式具有如下两种方式：

一、把碳海绵薄片固定在不锈钢圈或框内可以形成碳海绵滤网；其中，碳海绵薄片的制备方法：将碳海绵制成厚度1mm的圆片。

二、在网状不锈钢网格中粘结碳海绵，也可形成碳海绵滤网。

其中，为了方便维护，在过渡过滤段与热泳涂层段4内管之间设置法兰5，这样方便该装置的拆卸。

在一个优选的实施方式中，所述热泳涂层段4和过渡过滤段6为一个过滤单元，当需要对流体进行深度过滤时，可以安装多个热泳涂层段4和过渡过滤段6组成的过滤单元；在本发明中热泳涂层段4和过渡过滤段6总和优选6～20；即热泳涂层段4和过渡过滤段6交替连接，二者个数总和共6～20即可。

实施例1

该装置包括：

流体入口管道1，

流体输送机构2，

前端阀门，

热泳涂层段4，其内管内壁设有碳海绵层，

过渡过滤段6，其内部两侧设有碳海绵滤网，

后端阀门，

流体出口管道。

其中，该装置由以上部件依次相连通组成。

实施例1对2μm以上的颗粒吸收效率能够达到100%。对2μm以下的颗粒，在流体与壁面温差为200K时，流体如果是气体，其吸收效率为88.73%，如果是液体，吸收效率为88.30%。流体与壁面温差达到300K时，对气体中的颗粒吸收率能够达到90.45%，对液体中颗粒的吸收率能够达到88.48%。

实施例2

该装置包括：

流体入口管道1，

流体输送机构2，

前端阀门，

热泳涂层段4，其内管内壁设有碳海绵层，内管内部两侧设有碳海绵滤网，

过渡过滤段6，其内部两侧设有碳海绵滤网，

后端阀门，

流体出口管道。

其中，该装置由以上部件依次相连通组成。

实施例2对2μm以上的颗粒吸收效率能够达到100%。对2μm以下的颗粒，在流体与壁面温差为200K时，流体如果是气体，其吸收效率为98.68%，如果是液体，吸收效率为98.57%。流体与壁面温差达到300K时，对气体中的颗粒吸收率能够达到98.83%，对液体中颗粒的吸收率能够达到98.59%。

根据本发明提供的一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置具有结构简单、操作方便和对颗粒物的去除效果好特点，具体具有如下有益效果：

第一、该脱除器装置适用的流体范围广，该脱除器装置使用流体输送机构使得该脱除器装置既可以用于除去对气体中细颗粒物，同时也可以用于去除液体中存在的细颗粒物；同时该装置也适用于铅铋合金等任何不被“碳海绵”吸收的流体；

第二、该脱除器装置对颗粒物的去除效果好，该脱除器装置使用碳海绵滤网和碳海绵层，使得该脱除器装置具有热泳沉积和碳海绵过滤的双重作用，进而使得该脱除器装置的对颗粒物的去除效果明显提高，吸收流体中细颗粒物的能力增强；

第三、该脱除器装置对现有技术中使用的“过渡流动段”进行改进，使其成为内部具有碳海绵滤网的过渡过滤段，进而避免了该段的冗余，间接的提高了该脱除器装置吸附细颗粒物能力。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

一种碳海绵热泳细粒子多用脱除器装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。