一種用于氫同位素分離的大面積鈀膜裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于氫同位素分離的大面積鈀膜裝置。所述裝置將兩張相同尺寸的鈀合金膜重疊，焊接左右兩側(cè)成為雙層鈀膜，取一根長度小于鈀合金膜的中心支撐體，將雙層鈀膜的上端與中心支撐體平齊，下端凸出中心支撐體，緊貼中心支撐體纏繞若干圈形成圓筒狀的鈀膜組件，鈀膜組件的平齊一端朝上，將鈀膜組件豎直插入配裝的法蘭上，焊接平齊一端的雙層鈀膜形成焊縫Ⅰ，焊接插入在法蘭上的雙層鈀膜與法蘭之間的縫隙形成焊縫Ⅱ，在雙層鈀膜內(nèi)外兩側(cè)填充多孔支撐體，形成環(huán)狀支撐體，制成用于氫同位素分離的大面積鈀膜裝置。該裝置的卷曲型鈀膜組件，可增大滲氫面積，提升單位時(shí)間的純化量，降低材料成本，適用于聚變堆中氫同位素的分離回收等場(chǎng)合。
【專利說明】
-種用于氨同位素分離的大面積組膜裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于氣體分離純化領(lǐng)域，具體一種用于氨同位素分離的大面積鈕膜裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 國際上一般采用鈕膜分離技術(shù)分離排灰氣中的氨同位素，W達(dá)到回收気氣的目 的。鈕合金管擴(kuò)散法凈化気氣利用了氨同位素氣體在一定的溫度下能選擇地透過鈕合金膜 的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了氨同位素氣體與其它雜質(zhì)氣體分離。利用此方法，可W獲得純度大于 99.9999 %的高純気氣氣體。
[0003] 鈕合金管擴(kuò)散法中的關(guān)鍵部件是気氣凈化器，由于気氣凈化器需要直接與氣接 觸，為了減少氣的滯留量W及氣污染，所設(shè)計(jì)的気氣凈化器體積要求盡量小。目前國際上通 用的気氣凈化器采用并列分布式鈕束管為膜組件，滲氨面積有限，無法在較小的凈化器上 實(shí)現(xiàn)較大的排灰氣處理量。德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院的單個(gè)鈕管凈化器包含53根中空鈕管 (Pd/Ag，Ag含量23 %)，鈕管長為530 mm，直徑為2.5 mm，厚度為100皿，鈕合金膜面積僅為 0.22 m2,滲氨速率為80 mol .h-i .Hf2,每小時(shí)僅能滲透17.6 mol的氨同位素。因而迫切需 要設(shè)計(jì)一種滲氨面積大，滲透速率高的鈕膜組件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于氨同位素分離的大面積鈕膜裝置。
[0005] 本發(fā)明的用于氨同位素分離的大面積鈕膜裝置，其特點(diǎn)是，所述的裝置包括環(huán)狀 支撐體、鈕合金膜、中屯、支撐體和法蘭;兩張相同尺寸的鈕合金膜重疊，焊接左右兩側(cè)形成 雙層鈕膜；中屯、支撐體為圓柱體，材料為多孔支撐材料，中屯、支撐體的長度小于鈕合金膜的 長度，中屯、支撐體的頂端與雙層鈕膜的頂端平齊，中屯、支撐體的底端包裹在鈕合金膜的內(nèi) 部，雙層鈕膜繞中屯、支撐體環(huán)繞形成圓筒狀的鈕膜組件，鈕膜組件的底端為空屯、部分;鈕膜 組件的空屯、部分豎直插入適配的法蘭，焊接鈕膜組件與法蘭之間的縫隙形成焊縫n;焊接 鈕膜組件頂端的雙層鈕膜形成焊縫I;在鈕膜組件的縫隙中填充多孔支撐材料，形成環(huán)狀支 撐體。
[0006] 多孔支撐材料為不誘鋼纖維。環(huán)狀支撐體的厚度范圍為1~2 mm。中屯、支撐體的直 徑范圍為qp 10 mm~qp20 mm。
[0007] 鈕合金膜為鈕銀合金或鈕錠合金，鈕銀合金的質(zhì)量比為鈕:銀=77:23，鈕錠合金的 質(zhì)量比為鈕：錠=93.4:6.6。
[000引純化時(shí)，將待純化氣體從卷曲型鈕膜組件的上端開口處進(jìn)入，純化后的氨同位素 氣體從卷曲型鈕膜組件的下端開口處滲出。
[0009]本發(fā)明的用于氨同位素分離的大面積鈕膜裝置中的鈕膜組件是卷曲型鈕膜組件， 可在不改變鈕膜組件體積的前提下，增大滲氨面積，提升單位時(shí)間的氨純化量，降低材料的 成本。本發(fā)明的用于氨同位素分離的大面積鈕膜裝置適用于聚變堆中氨同位素的分離回 收、制氨工業(yè)中的氨收集等氨處理量大的應(yīng)用場(chǎng)合。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的用于氨同位素分離的大面積鈕膜裝置的鈕膜組件加工流程； 圖2為本發(fā)明的用于氨同位素分離的大面積鈕膜裝置結(jié)構(gòu)圖（正視圖）； 圖3為本發(fā)明的用于氨同位素分離的大面積鈕膜裝置結(jié)構(gòu)圖(A-A剖面圖）。
[00川圖中，1.焊縫I 2.環(huán)狀支撐體3.鈕合金膜4.中屯、支撐體5.焊縫n 6.法蘭； I.單層鈕膜；n.雙層鈕膜;虹.鈕膜組件。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0013] 如圖1-圖3所示，本發(fā)明的用于氨同位素分離的大面積鈕膜裝置，所述的裝置包括 環(huán)狀支撐體2、鈕合金膜3、中屯、支撐體4和法蘭6;兩張相同尺寸的鈕合金膜3重疊，焊接左右 兩側(cè)形成雙層鈕膜；中屯、支撐體4為圓柱體，材料為多孔支撐材料，中屯、支撐體4的長度小于 鈕合金膜3的長度，中屯、支撐體4的頂端與雙層鈕膜的頂端平齊，中屯、支撐體4的底端包裹在 鈕合金膜3的內(nèi)部，雙層鈕膜繞中屯、支撐體4環(huán)繞形成圓筒狀的鈕膜組件，鈕膜組件的底端 為空屯、部分;鈕膜組件的空屯、部分豎直插入適配的法蘭6,焊接鈕膜組件與法蘭6之間的縫 隙形成焊縫n 5;焊接鈕膜組件頂端的雙層鈕膜形成焊縫11;在鈕膜組件的縫隙中填充多孔 支撐材料，形成環(huán)狀支撐體2。
[0014] 多孔支撐材料為不誘鋼纖維。環(huán)狀支撐體2的厚度范圍為0.5~2 mm。中屯、支撐體4 的直徑范圍為cplO mm~cp2〇 mm。
[0015] 鈕合金膜3的長度小于等于5000 mm，寬度等于500 mm，厚度等于25 ym。
[0016] 鈕合金膜3為鈕銀合金或鈕錠合金，鈕銀合金的質(zhì)量比為鈕:銀=77 : 23，鈕錠合金 的質(zhì)量比為鈕：錠=93.4:6.6。
[0017] 為比較本發(fā)明中的卷曲型鈕膜組件與分布式鈕束管鈕膜組件的鈕膜面積差異，做 W下計(jì)算。由于鈕束管的管壁厚度僅為管直徑的1/20,因此下面計(jì)算鈕束管鈕膜面積過程 均忽略管壁厚度。
[0018] 分布式鈕束管鈕膜組件的鈕管長為500 mm，直徑2 mm，間隔一般為管徑2倍，即4 mm，經(jīng)過排布，可在60 mm范圍內(nèi)分布式排列100根鈕管。鈕束管鈕膜組件的滲氨面積可通 過公式計(jì)算為0.31 m2。
[0019] W下實(shí)施例的卷曲型鈕膜組件尺寸與鈕束管鈕膜組件的外觀尺寸相同，圓筒直徑 為60 mm，長度為500 mm，下面通過實(shí)施例計(jì)算卷曲型鈕膜組件的滲氨面積。
[0020] 實(shí)施例1 中屯、支撐體4的直徑為10 mm，環(huán)狀支撐體2的厚度為1 mm。卷曲型鈕膜組件從內(nèi)向外排 布，第1層鈕膜直徑為10 mm，第2層鈕膜直徑為12 mm，第3層鈕膜直徑為14 mm，相鄰兩層直 徑相差2 mm，至第26層時(shí)，鈕膜組件直徑為為60 mm;鈕膜組件長度為500 mm。卷曲型鈕膜組 件的膜面積可通過公式（
）計(jì)算得到，卷曲型鈕膜組件的膜面積為1.43 m2， 是分布式鈕束管鈕膜組件的4.6倍。
[0021] 實(shí)施例2 中屯、支撐體4的直徑為10 mm，環(huán)狀支撐體2的厚度為2 mm。卷曲型鈕膜組件從內(nèi)向外排 布，第1層鈕膜直徑為10 mm，第2層鈕膜直徑為14 mm，第3層鈕膜直徑為18 mm，相鄰兩層直 徑相差4 mm，至第13層時(shí)，鈕膜組件直徑為為58 mm;鈕膜組件長度為500 mm。本實(shí)施例的卷 曲型鈕膜組件的整體尺寸略小于100根分布式鈕束管鈕膜組件。卷曲型鈕膜組件的膜面積 可通過公式
計(jì)算得到，卷曲型鈕膜組件的膜面積為0.69 m2，是分布式鈕 束管鈕膜組件的2.2倍。
[0022] 實(shí)施例3
中屯、支撐體4的直徑為15 mm，環(huán)狀支撐體2的厚度為1 mm。卷曲型鈕膜組件從內(nèi)向外排 布，第1層鈕膜直徑為15 mm，第2層鈕膜直徑為17 mm，第3層鈕膜直徑為19 mm，相鄰兩層直 徑相差2 mm，至第23層時(shí)，鈕膜組件直徑為為59 mm;鈕膜組件長度為500 mm。本實(shí)施例的卷 曲型鈕膜組化敕化^&/^干1〇〇根分布式鈕束管鈕膜組件。卷曲型鈕膜組件的膜面積 可通過公式I h算得到，卷曲型鈕膜組件的膜面積為1.34 m2,是分布式鈕 束管鈕膜組件的4.3倍。
[0023] 實(shí)施例4 中屯、支撐體4的直徑為15 mm，環(huán)狀支撐體2的厚度為2 mm。卷曲型鈕膜組件從內(nèi)向外排 布，第1層鈕膜直徑為15 mm，第2層鈕膜直徑為19 mm，第3層鈕膜直徑為23 mm，相鄰兩層直 徑相差4 mm，至第12層時(shí)，鈕膜組件直徑為為59 mm;鈕膜組件長度為500 mm。本實(shí)施例的卷 曲型鈕膜組件的整體尺寸略小于100根分布式鈕束管鈕膜組件。卷曲型鈕膜組件的膜面積 可通過公式
I計(jì)算得到，卷曲型鈕膜組件的膜面積為0.70 m2，是分布式鈕 束管鈕膜組件的2.2倍。
[0024] 實(shí)施例5 中屯、支撐體4的直徑為20 mm，環(huán)狀支撐體2的厚度為0.5 mm。卷曲型鈕膜組件從內(nèi)向外 排布，第1層鈕膜直徑為20 mm，第2層鈕膜直徑為21 mm，第3層鈕膜直徑為22 mm，相鄰兩層 直徑相差1 mm，至第41層時(shí)，鉛膜組件直徑為為60 mm;鈕膜組件長度為500 mm。卷曲型鈕膜 組件的膜面積可通過公式（
>計(jì)算得到，卷曲型鈕膜組件的膜面積為2.57 m2，是分布式鈕束管鈕膜組件的8.3倍。
[0025] 實(shí)施例6 中屯、支撐體4的直徑為20 mm，環(huán)狀支撐體2的厚度為2 mm。卷曲型鈕膜組件從內(nèi)向外排 布，第1層鈕膜直徑為20 mm，第2層鈕膜直徑為24 mm，第3層鈕膜直徑為28 mm，相鄰兩層直 徑相差4 mm，至第11層時(shí)，鈕膜組件直徑為為60 mm;鈕膜組件長度為500 mm。卷曲型鈕膜組 件的膜面積可通過公式（
計(jì)算得到，卷曲型鈕膜組件的膜面積為0.69 m2， 是分布式鈕束管鈕膜組件的2.2倍。
[0026]本發(fā)明不局限于上述【具體實(shí)施方式】，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員從上述構(gòu)思出發(fā)， 不經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)，所作出的種種變換，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于氫同位素分離的大面積鈀膜裝置，其特征在于:所述的裝置包括環(huán)狀支撐 體(2)、鈀合金膜(3)、中心支撐體(4)和法蘭(6);兩張相同尺寸的鈀合金膜(3)重疊，焊接左 右兩側(cè)形成雙層鈀膜；中心支撐體(4)為圓柱體，材料為多孔支撐材料，中心支撐體(4)的長 度小于鈀合金膜(3)的長度，中心支撐體(4)的頂端與雙層鈀膜的頂端平齊，中心支撐體(4) 的底端包裹在鈀合金膜(3)的內(nèi)部，雙層鈀膜繞中心支撐體(4)環(huán)繞形成圓筒狀的鈀膜組 件，鈀膜組件的底端為空心部分;鈀膜組件的空心部分豎直插入適配的法蘭(6)，焊接鈀膜 組件與法蘭(6)之間的縫隙形成焊縫Π (5);焊接鈀膜組件頂端的雙層鈀膜形成焊縫1(1); 在鈀膜組件的縫隙中填充多孔支撐材料，形成環(huán)狀支撐體(2)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于氫同位素分離的大面積鈀膜裝置，其特征在于:多孔 支撐材料為不銹鋼纖維。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于氫同位素分離的大面積鈀膜裝置，其特征在于:環(huán)狀 支撐體(2)的厚度范圍為1~2 mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于氫同位素分離的大面積鈀膜裝置，其特征在于：中心 支撐體(4)的直徑范圍為10 mm~20 mm〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于氫同位素分離的大面積鈀膜裝置，其特征在于:鈀合 金膜(3)為鈀銀合金或鈀釔合金，鈀銀合金的質(zhì)量比為鈀:銀=77: 23,鈀釔合金的質(zhì)量比為 鈀：釔=93.4:6.6。
【文檔編號(hào)】C01B3/50GK105903349SQ201610398103
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】岳磊, 王和義, 肖成建, 熊亮萍, 龔宇, 侯京偉, 陳曉軍
【申請(qǐng)人】中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所