收集装置

1.本发明涉及化工技术领域，特别是涉及一种收集装置。


背景技术：

2.在核燃料后处理领域，需要对硝酸盐灼烧转型成氧化物，以便后续进行水泥固化、玻璃固化或合成铯榴石等放射性废物暂存或处置。硝酸铯在灼烧时形成铯的氧化物以及氮氧化物气体，铯的氧化物具有升华特性，易随氮氧化物气体混合排出。而铯的氧化物具有强放射性，因此对铯的氧化物的回收至关重要。
3.现有的回收方式是在灼烧装备上放置一个冷凝件，使得铯的氧化物被冷凝件凝华。一方面，冷凝件的凝华能力有限；另一方面，凝华后的氧化物容易堵塞冷凝件，因此回收效率较低。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对传统的收集装置存在回收效率较低的问题，提供一种解决上述问题的收集装置。
5.一种收集装置，包括：
6.换热器，包括壳体和置于所述壳体内的换热件，所述壳体具有进料口，所述进料口用于供气态产物流入；
7.温度控制器，连接于所述换热器，所述温度控制器用于与所述换热器内的冷却剂发生热交换，以使所述冷却剂的温度处于预设温度；处于所述预设温度的所述冷却剂用于将流入所述壳体内的所述气态产物冷却为固态产物；所述壳体具有出料口，所述出料口用于供所述固态产物流出；
8.收集器，与所述出料口连通，用于收集所述固态产物。
9.在其中一个实施例中，所述气态产物的流动方向与所述冷却剂的流动方向相反。
10.在其中一个实施例中，所述换热件为换热管，所述换热管形成液体通道，用于供所述冷却剂流动；所述换热管的管壁与所述壳体之间的间隙形成气体通道，用于供所述气态产物流动。
11.在其中一个实施例中，所述换热管的进液口和所述换热管的出液口分别位于所述壳体的上端和下端。
12.在其中一个实施例中，所述进料口位于所述换热件的下方，所述出料口位于所述进料口的下方。
13.在其中一个实施例中，所述壳体的底部设置有出料通道，所述出料口设置于所述出料通道上，自所述壳体朝向所述收集器的方向，所述出料通道的流通面积逐渐减小。
14.在其中一个实施例中，所述壳体设置有出气口，所述出气口位于所述换热件的上方；所述收集装置还包括尾气回收器，所述尾气回收器与所述出气口连通。
15.在其中一个实施例中，所述收集装置包括吹扫通道和设置于所述吹扫通道的吹扫
阀门，所述吹扫通道连接于所述进料口；所述吹扫阀门处于开启状态时，高压空气通过所述吹扫通道进入所述壳体内，以将所述壳体内的其他气体经所述出气口排出。
16.在其中一个实施例中，所述换热器、所述收集器和所述温度控制器的数量为多组，所述吹扫通道设置于相邻的所述换热器之间。
17.在其中一个实施例中，所述壳体上连接有振动件，用于将振动传递至所述壳体，以将所述壳体上附着的固态产物振落至所述收集器。
18.本技术方案具有以下有益效果：上述收集装置，包括换热器、温度控制器和收集器。其中，换热器包括壳体，壳体具有进料口和出料口，进料口用于供气态产物流入。壳体内安装有换热件，换热件具有用于供冷却剂流入的进液口。温度控制器用于与换热器内的冷却剂发生热交换，使得冷却剂保持在预设温度，从而能够将气态产物冷却为固态产物。冷却后的固态产物经过出料口到达收集器，从而将固态产物进行收集。通过温度控制器控制冷却剂的温度，以保证气态产物凝华所需的温度要求，保证收集装置的凝华能力，使得气态产物在壳体内凝华。通过与出料口连通的收集器对产物进行收集，降低固态产物堵塞壳体的风险，进而保证换热器的凝华效率，提升气态产物的回收效率。
附图说明
19.图1为本发明一实施例提供的收集装置的结构示意图。
20.附图标记：10-收集装置；100-换热器；110-壳体；111-进料口；112-出料口；113-出气口；114-出料通道；120-换热件；121-进液口；122-出液口；200-温度控制器；300-收集器；400-振动件；510-尾气回收器；520-回收通道；530-进料通道；531-进料阀门；532-总阀门；540-吹扫通道；541-吹扫阀门。
具体实施方式
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
23.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
24.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内
部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
26.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
27.如图1所示，本发明一实施例提供了一种收集装置10，包括换热器100、温度控制器200和收集器300。其中，换热器100包括壳体110和置于壳体110内的换热件120，壳体110具有进料口111，进料口111用于供气态产物流入；温度控制器200连接于换热器100，温度控制器200用于与换热器100内的冷却剂发生热交换，以使冷却剂的温度处于预设温度；处于预设温度的冷却剂用于将流入壳体110内的气态产物冷却为固态产物；壳体110具有出料口112，出料口112用于供固态产物流出；收集器300与出料口112连通，用于收集固态产物。
28.其中，换热件120具有进液口121和出液口122，进液口121用于供冷却剂流入，出液口122用于供冷却剂流出。流入换热件120内的冷却剂将气态产物凝华为固态产物，便于后续收集。通过温度控制器200控制冷却剂的温度，以保证气态产物凝华所需的温度要求，保证收集装置10的凝华能力，使得气态产物在壳体110内凝华。通过与出料口112连通的收集器300对产物进行收集，降低固态产物堵塞壳体110的风险，进而保证换热器100的凝华效率，提升产物的回收效率。收集器300的罐口与壳体110卡接，便于二者的连接和分离，进而便于固态产物从收集器300内取出。进一步地，收集器300的外壳设置有把手，便于机械手或人手等抓取收集器300，使其与换热器100分离，从而转移固态产物。收集器300可以为圆柱罐。
29.在一实际的应用场景中，气态产物为灼烧硝酸盐后形成的混合气体，包括铯的氧化物以及氮氧化物气体等，混合气体的温度较高，例如800℃-1000℃。温度控制器可以为加热器。当灼烧后的热混合气的温度太低时，铯的氧化物会重新与氮氧化合物结合成盐，不便于单独收集。因此通过加热器对冷却剂进行加热，使得换热器内的气体保持在预设温度，例如300℃-400℃，使得铯的氧化物凝华为固态。冷却剂可以为熔盐和液态金属例如锡合金、铅合金、铝合金等，以保持在液态形态，与气态产物换热。
30.如图1所示，在其中一个实施例中，壳体110上连接有振动件400，振动件400用于将振动传递至壳体110和换热件120，以将壳体110和换热件120上附着的固态产物振落至收集器300。振动件400具体为超声波振子。具体地，通过超声波发生器(图未示)发生高频振动信号，传递给超声波振动子内的超声波换能器，超声波换能器将高频电能转化为机械能，改变振幅后由超声波振动子产生振动。通过超声波强声场的作用使得壳体110或者换热器100上粘附的固态产物脱落，并掉落至收集器300内。
31.在其中一个实施例中，气态产物的流动方向与冷却剂的流动方向相反。也就是说，当气态产物从下往上流动时，冷却剂可以是从上往下流动，使得气态产物和冷却剂能够充分接触，并发生换热，从而对气态产物冷却凝华，便于后续收集。在其他实施方式中，当冷却剂充入换热件后，冷却剂也可以不循环流动，通过温度控制器控制冷却剂的温度，使得冷却剂与气态产物的温差保持在较大值内，从而发生热交换。由于在冷却凝华过程中，冷却剂不发生循环流动，因此能够减少循环流动所消耗的冷却剂，节约成本。当需要更换冷却剂时，打开进液口和出液口以将换热件内的冷却剂排出。
32.如图1所示，在其中一个实施例中，换热件120为换热管，换热管形成液体通道，用于供冷却剂流动；换热管的管壁与壳体110之间的间隙形成气体通道，用于供气态产物流动，使得壳体内的气态产物与换热管内的冷却剂发生热量交换，从而冷却凝华。换热管可以为波节管、螺纹管或光滑的圆柱管，波节管是一种带有横向波纹的呈波节状的圆柱形薄壁弹性管，螺纹管是一种带螺纹状的圆柱形薄壁弹性管。采用波节管或螺纹管增加了换热管的换热面积，提高换热器100的整体换热效率。
33.在一实施例中，换热件包括沿径向相向设置的第一侧壁和第二侧壁。第一侧壁和第二侧壁上均设置有多个导流板，第一侧壁上的导流板自第一侧壁朝向第二侧壁伸出；第二侧壁上的导流板自第二侧壁朝向第一侧壁伸出；第一侧壁上和第二侧壁上的导流板沿冷却剂的流动方向交替设置，多个导流板在换热件内形成s形的液体通道。相较于一字型的液体通道，设置为s形的液体通道，能够使得流入换热件内的冷却剂的流动路径增加，从而能够延长冷却剂与气态产物的换热时间，即二者之间的换热效果更为充分，提高换热件对气态产物的冷却效果。同时，通过设置s形的液体通道，使得冷却剂的流向不断发生改变，因此冷却剂在换热件内流动时不会形成层流，进而使换热件各个位置处的冷却剂的温度均匀一致，从而提高换热效率，获得良好的换热效果。
34.如图1所示，在一可选的实施例中，换热件120为换热管，换热管的进液口121和出液口122分别位于壳体110的上端和下端，使得冷却剂能够在重力的作用下自发的向下流动，并与向上流动的气态产物发生热交换，无需设置压力泵之类的驱动部件驱使冷却剂流动，结构简单，且降低加工成本。其中，换热管的末端沿水平方向延伸，即出液口122所在的位置相对壳体110水平布置，降低固态产物落入出液口122的可能。
35.如图1所示，在又一实施例中，进料口111位于换热件120的下方，出料口112位于进料口111的下方。通过将进料口111设置在换热件120的下方，出料口112设置在换热件120的上方，由于分子的扩散运动，使得壳体内的气态产物自发的向上流动，经过气体通道并与换热件120内处于预设温度的冷却剂发生热交换，从而凝华为固态，在重力的作用下掉落至收集器300或者是附着在换热件120的外壁上，便于后续的收集。
36.如图1所示，在其中一个实施例中，壳体110的底部设置有出料通道114，出料口112设置于出料通道114上。自壳体110朝向收集器300的方向，出料通道114的流通面积逐渐减小。具体地，出料通道114沿竖直方向的横截面为锥形，在锥形面的引导下，便于固态产物从壳体110内滑落至收集器300。
37.如图1所示，在其中一个实施例中，壳体110设置有出气口113，出气口113位于换热件120的上方。收集装置10还包括尾气回收器510，尾气回收器510与出气口113连通。如此，当气态产物为混合气体时，混合气体通过进料口111进入壳体后向上流动，待回收的气态产
物与冷却剂发生热交换并凝华为固态产物，其他残余气体从出气口113流出，并经过尾气回收器510回收。一方面能够降低后处理厂尾气处理系统的负担，另一方面能够降低直接排出对大气环境的污染。
38.请参阅图1，进一步地，出气口113和尾气回收器510之间设置有回收通道520，尾气回收器510通过回收通道520与出气口113连通，通过设置回收通道520，将多组换热器出料的气体汇集到尾气回收器510。
39.如图1所示，收集装置10包括进料通道530和设置于进料通道530上的进料阀门531，进料通道530与进料口111连通，进料阀门531用于控制进料通道530的导通和断开。当进料阀门531打开时，气态产物源源不断的通过进料通道530通入壳体110内，不断的与换热件120发生热交换，以被冷却凝华，并落入收集器300内，提高气态产物的处理效率。当收集器300内满料时即固态产物堆积的较多时，进料阀门531关闭，更换收集器300。
40.如图1所示，在一实施例中，收集装置10包括吹扫通道540和设置于吹扫通道540的吹扫阀门541，吹扫通道540连接于进料口111；吹扫阀门541处于开启状态时，高压空气通过吹扫通道540进入壳体110内，以将壳体110内的其他气体经出气口113排出。在清理过程中，吹扫阀门541打开，使得高压空气能够通过吹扫通道540进入壳体110内，从而能够将壳体110内的残余气体例如氮氧化合物排出；保证下一次使用时，壳体110具有较高的清洁度，无较多的杂物。
41.如图1所示，在其中一个实施例中，换热器100、收集器300和温度控制器200的数量为多组，吹扫通道540设置于相邻的换热器100之间。通过设置多组相同结构的换热器100和收集器300，一方面，能够实现批量操作；另一方面，当某一组换热器100故障或者是粘附了较多的固态产物需要更换时，则可以通过其他组的换热器继续与气态产物发生热交换，实现不停机回收，提高回收效率。在本实施例中，换热器100、收集器300和温度控制器200的数量为两组，分别布置在左右两侧，两组换热器100共用一个吹扫通道540和吹扫阀门541。例如，当左侧的换热件120的壁面附着较多固态产物时，为了保证气态产物和冷却剂的热交换效果，可以停止使用左侧的换热器100，切换到右侧的换热器进行收集。
42.进一步地，进料通道530设置在两组换热器100之间，且进料通道530上设置有总阀门532，当总阀门532和进料阀门531均开启时，气态产物方能通过进料通道530进入换热器100内，降低停机时忘记关闭进料阀门531导致气态产物不断进入壳体110的可能，保证气态产物通入壳体110内的可靠性。其中，相关的阀门例如进料阀门、吹扫阀门和总阀门等均为远程控制的电动阀、气动阀或液压阀，有的气态产物例如铯的氧化物具有强放射性，通过设置远程控制的阀门，降低对操作人员的伤害。
43.上述收集装置，通过打开总阀门532和进料阀门531，从而将气态产物通过进料通道530通入壳体110内；温度控制器200用于使得冷却剂保持在预设温度；当气态产物上升的过程中，与换热件120内的冷却剂发生热交换，使得气态产物被冷却凝华至壳体110内壁或者是换热件120的外壁上，其他残余气体通过回收通道520排至尾气回收器510。通过振动件400将振动传递至换热器100，使得附着在壁面上的固态产物脱落，并滑落至收集器300内，从而完成回收。当需要对换热器100进行清理时，打开吹扫阀门541，吹走壳体110内的残余气体例如氮氧化合物。排除完毕后，关闭吹扫阀门541，开启振动件400，使得换热器100发生振动，使得固态产物从壳体110的内壁脱落，滑落至收集器300内，保证换热器100的清洁度，
便于下次使用。
44.以冷却剂为熔盐，气态产物为灼烧硝酸盐后生成的铯的氧化物为例进行说明，换热器可以为列管式换热器，采用不锈钢定制加工；振动件采用超声波振子，超声波振子为富科达25khz/100w振子，超声波发生器选用富科达25khz/3000w超声波高频电源；熔盐选用hts熔盐；温度控制器采用电恒温加热器，电恒温加热器配备了pid控温的220v玻纤伴热带；收集器为圆柱罐，且为304不锈钢定制加工；相关的阀门选用220v高温电磁阀。将包含了氮氧化合物和铯的氧化物的混合气体通过进料阀门和进料通道通入列管式换热器内，列管式换热器内有熔盐作为冷却液，对铯的氧化物冷却降温，铯的氧化物凝华到列管式换热器的壁面上，其它氮氧化合物气体排至尾气回收器。硝酸盐事先称量了组成和质量，待灼烧完毕，冷却后称量收集器内的铯的氧化物的总质量。按铯元素计，总回收率超过了98％，回收效率较高。
45.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
46.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。