[發明專利]一種氫同位素低溫精餾低滯留再沸器

在審

• 申請號: 202110843397.0
• 申請日: 2021-07-26
• 公開（公告）號: CN113559544A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 陳超;王鑫;王和義;彭述明;錢達志;黃洪文;肖成建;李佳懋;侯京偉;趙林杰;岳磊;付小龍;冉光明;陳曉軍;夏修龍;楊茂
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院核物理與化學研究所
• 主分類號: B01D3/32
• 分類號: B01D3/32;B01D59/04;C01B4/00
• 代理公司: 成都帝鵬知識產權代理事務所(普通合伙) 51265
• 代理人: 黎照西

本發明提供了一種氫同位素低溫精餾低滯留再沸器，包括穩定液氫液位的豎直設置的中心管、液氫氣化部件和氣液分離管；所述中心管直徑10?50mm，中心管上端頭設有作為再沸器與低溫精餾柱的接口的法蘭；中心管上下兩端均設有用于測量再沸器內的液氫液位微壓差的液位計接口；液氫氣化部件包括液氣轉換腔室和加熱器，液氫氣化部件上端與中心管上端通過氣液分離管連通，液氫氣化部件下部與中心管下部通過液氫導管連通；中心管下端設有液氫采出管。該再沸器在使用過程中，小直徑中心管內無氣流擾動，液位平穩便于測量和控制，該再沸器內液氫滯留量顯著減少，可提高氫同位素低溫精餾技術的操作安全性，在氚工廠生產中有利于氚自持。

技術領域

本發明涉及一種氫同位素低溫精餾低滯留再沸器，屬于氫低溫精餾再沸器設備領域。

背景技術

氫同位素低溫精餾技術因具有分離因子大、處理量大、相對小的能耗以及低溫下氚滲透可忽略等優點被公認為聚變反應堆氘氚燃料循環領域氫同位素分離的最有效方法之一。由于氫同位素易燃易爆并且氚具有放射性，為提高氫同位素低溫精餾技術的安全性需要盡量減少氫同位素在低溫精餾系統中的滯留量。聚變反應堆能否持續運行下去的關鍵在于氚是否能自持。減少氘氚燃料循環過程中氚的滯留量是實現氚自持的一項重要工作。氫同位素低溫精餾技術用于燃料級氚的生產時，在其塔釜再沸器中滯留大量高純液態氚。減少低溫精餾裝置塔釜的滯留量對于減少氚滯留具有重要意義。

由于氫同位素低溫精餾處理量相對其他精餾工藝小很多，并且液氫輸送困難，常見的外置再沸器，如強制循環再沸器、熱虹吸再沸器以及降膜式再沸器等很難應用于氫同位素低溫精餾工藝。氫同位素低溫精餾工藝目前使用的再沸器主要是電加熱的釜式再沸器。常規釜式再沸器為保證充足的氣液分離空間并維持液位穩定，其容量通常較大。這將導致低溫精餾系統液氫滯留量以及氚滯留量較大，不利于操作安全性和氚自持。

現有工業再沸器中鮮有針對氕氘氚低溫精餾的再沸器，無法適應氕氘氚低溫精餾的使用場景，針對核聚變技術的不斷取得突破，有必要提出一種氫同位素低溫精餾低滯留再沸器。

發明內容

本發明為了解決上述問題提供了一種氫同位素低溫精餾低滯留再沸器，目的在于：該再沸器將小直徑中心管與液氣轉化腔室分隔為獨立工作部件，使小直徑中心管內無氣流擾動，再沸器內少量液氫即可保證正常操作，使氫同位素低溫精餾的操作安全性大幅提高，氫同位素滯留量顯著減少，有利于聚變堆氘氚燃料循環氚自持。

本發明為實現上述目的提供了一種氫同位素低溫精餾低滯留再沸器，包括穩定液氫液位的豎直設置的中心管、液氫氣化部件和氣液分離管；所述中心管直徑10-50mm，中心管上端頭設有作為再沸器與低溫精餾柱的接口的法蘭；中心管上下兩端均設有用于測量再沸器內的液氫液位微壓差的液位計接口；液氫氣化部件包括液氣轉換腔室和加熱器，液氫氣化部件上端與中心管上端通過氣液分離管連通，液氫氣化部件下部與中心管下部通過液氫導管連通；中心管下端設有液氫采出管；小直徑中心管收集來自低溫精餾柱底部的少量液氫即可形成較高的穩定液位便于準確測量，根據連通器原理，液氫氣化部件內液位始終與小直徑中心管內液位一致。

進一步的是，為了使該再沸器設計更緊湊，占用空間小，所述液氫氣化部件為環形，并套設在所述中心管外。

進一步的是，為了滿足生產需要，適應液氫同位素低溫精餾生產環境，所述液氫氣化部件外徑50-200mm，環內外面間距10-30mm。

進一步的是，為了使氣相氫同位素更易流出液氫氣化部件，所述氣液分離管設置四個并均勻環繞分布在所述中心管上。

進一步的是，為了減少加熱器漏熱，所述再沸器上包裹多層打孔鍍鋁滌綸薄膜。

進一步的是，為了能夠實時控制加熱器功率，控制液氫氣化過程平穩，所述加熱器為可編程控制功率的電加熱器。

進一步的是，為了了解加熱器溫度變化情況，更好的控制加熱器功率，達到理想液氫氣化目的，所述加熱器加熱面上設置低溫溫度傳感器。