一种用于氢同位素分离的大面积钯膜装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于氢同位素分离的大面积钯膜装置。所述装置将两张相同尺寸的钯合金膜重叠，焊接左右两侧成为双层钯膜，取一根长度小于钯合金膜的中心支撑体，将双层钯膜的上端与中心支撑体平齐，下端凸出中心支撑体，紧贴中心支撑体缠绕若干圈形成圆筒状的钯膜组件，钯膜组件的平齐一端朝上，将钯膜组件竖直插入配装的法兰上，焊接平齐一端的双层钯膜形成焊缝Ⅰ，焊接插入在法兰上的双层钯膜与法兰之间的缝隙形成焊缝Ⅱ，在双层钯膜内外两侧填充多孔支撑体，形成环状支撑体，制成用于氢同位素分离的大面积钯膜装置。该装置的卷曲型钯膜组件，可增大渗氢面积，提升单位时间的纯化量，降低材料成本，适用于聚变堆中氢同位素的分离回收等场合。
【专利说明】
-种用于氨同位素分离的大面积組膜装置
技术领域
[0001] 本发明属于气体分离纯化领域，具体一种用于氨同位素分离的大面积钮膜装置。
【背景技术】
[0002] 国际上一般采用钮膜分离技术分离排灰气中的氨同位素，W达到回收気氣的目 的。钮合金管扩散法净化気氣利用了氨同位素气体在一定的溫度下能选择地透过钮合金膜 的特点，实现了氨同位素气体与其它杂质气体分离。利用此方法，可W获得纯度大于 99.9999 %的高纯気氣气体。
[0003] 钮合金管扩散法中的关键部件是気氣净化器，由于気氣净化器需要直接与氣接 触，为了减少氣的滞留量W及氣污染，所设计的気氣净化器体积要求尽量小。目前国际上通 用的気氣净化器采用并列分布式钮束管为膜组件，渗氨面积有限，无法在较小的净化器上 实现较大的排灰气处理量。德国卡尔斯鲁厄理工学院的单个钮管净化器包含53根中空钮管 (Pd/Ag，Ag含量23 %)，钮管长为530 mm，直径为2.5 mm，厚度为100皿，钮合金膜面积仅为 0.22 m2,渗氨速率为80 mol .h-i .Hf2,每小时仅能渗透17.6 mol的氨同位素。因而迫切需 要设计一种渗氨面积大，渗透速率高的钮膜组件。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种用于氨同位素分离的大面积钮膜装置。
[0005] 本发明的用于氨同位素分离的大面积钮膜装置，其特点是，所述的装置包括环状 支撑体、钮合金膜、中屯、支撑体和法兰;两张相同尺寸的钮合金膜重叠，焊接左右两侧形成 双层钮膜；中屯、支撑体为圆柱体，材料为多孔支撑材料，中屯、支撑体的长度小于钮合金膜的 长度，中屯、支撑体的顶端与双层钮膜的顶端平齐，中屯、支撑体的底端包裹在钮合金膜的内 部，双层钮膜绕中屯、支撑体环绕形成圆筒状的钮膜组件，钮膜组件的底端为空屯、部分;钮膜 组件的空屯、部分竖直插入适配的法兰，焊接钮膜组件与法兰之间的缝隙形成焊缝n;焊接 钮膜组件顶端的双层钮膜形成焊缝I;在钮膜组件的缝隙中填充多孔支撑材料，形成环状支 撑体。
[0006] 多孔支撑材料为不诱钢纤维。环状支撑体的厚度范围为1~2 mm。中屯、支撑体的直 径范围为qp 10 mm~qp20 mm。
[0007] 钮合金膜为钮银合金或钮锭合金，钮银合金的质量比为钮:银=77:23，钮锭合金的 质量比为钮：锭=93.4:6.6。
[000引纯化时，将待纯化气体从卷曲型钮膜组件的上端开口处进入，纯化后的氨同位素 气体从卷曲型钮膜组件的下端开口处渗出。
[0009]本发明的用于氨同位素分离的大面积钮膜装置中的钮膜组件是卷曲型钮膜组件， 可在不改变钮膜组件体积的前提下，增大渗氨面积，提升单位时间的氨纯化量，降低材料的 成本。本发明的用于氨同位素分离的大面积钮膜装置适用于聚变堆中氨同位素的分离回 收、制氨工业中的氨收集等氨处理量大的应用场合。
【附图说明】
[0010]图1为本发明的用于氨同位素分离的大面积钮膜装置的钮膜组件加工流程； 图2为本发明的用于氨同位素分离的大面积钮膜装置结构图（正视图）； 图3为本发明的用于氨同位素分离的大面积钮膜装置结构图(A-A剖面图）。
[00川图中，1.焊缝I 2.环状支撑体3.钮合金膜4.中屯、支撑体5.焊缝n 6.法兰； I.单层钮膜；n.双层钮膜;虹.钮膜组件。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和实施例详细说明本发明。
[0013] 如图1-图3所示，本发明的用于氨同位素分离的大面积钮膜装置，所述的装置包括 环状支撑体2、钮合金膜3、中屯、支撑体4和法兰6;两张相同尺寸的钮合金膜3重叠，焊接左右 两侧形成双层钮膜；中屯、支撑体4为圆柱体，材料为多孔支撑材料，中屯、支撑体4的长度小于 钮合金膜3的长度，中屯、支撑体4的顶端与双层钮膜的顶端平齐，中屯、支撑体4的底端包裹在 钮合金膜3的内部，双层钮膜绕中屯、支撑体4环绕形成圆筒状的钮膜组件，钮膜组件的底端 为空屯、部分;钮膜组件的空屯、部分竖直插入适配的法兰6,焊接钮膜组件与法兰6之间的缝 隙形成焊缝n 5;焊接钮膜组件顶端的双层钮膜形成焊缝11;在钮膜组件的缝隙中填充多孔 支撑材料，形成环状支撑体2。
[0014] 多孔支撑材料为不诱钢纤维。环状支撑体2的厚度范围为0.5~2 mm。中屯、支撑体4 的直径范围为cplO mm~cp2〇 mm。
[0015] 钮合金膜3的长度小于等于5000 mm，宽度等于500 mm，厚度等于25 ym。
[0016] 钮合金膜3为钮银合金或钮锭合金，钮银合金的质量比为钮:银=77 : 23，钮锭合金 的质量比为钮：锭=93.4:6.6。
[0017] 为比较本发明中的卷曲型钮膜组件与分布式钮束管钮膜组件的钮膜面积差异，做 W下计算。由于钮束管的管壁厚度仅为管直径的1/20,因此下面计算钮束管钮膜面积过程 均忽略管壁厚度。
[0018] 分布式钮束管钮膜组件的钮管长为500 mm，直径2 mm，间隔一般为管径2倍，即4 mm，经过排布，可在60 mm范围内分布式排列100根钮管。钮束管钮膜组件的渗氨面积可通 过公式计算为0.31 m2。
[0019] W下实施例的卷曲型钮膜组件尺寸与钮束管钮膜组件的外观尺寸相同，圆筒直径 为60 mm，长度为500 mm，下面通过实施例计算卷曲型钮膜组件的渗氨面积。
[0020] 实施例1 中屯、支撑体4的直径为10 mm，环状支撑体2的厚度为1 mm。卷曲型钮膜组件从内向外排 布，第1层钮膜直径为10 mm，第2层钮膜直径为12 mm，第3层钮膜直径为14 mm，相邻两层直 径相差2 mm，至第26层时，钮膜组件直径为为60 mm;钮膜组件长度为500 mm。卷曲型钮膜组 件的膜面积可通过公式（
）计算得到，卷曲型钮膜组件的膜面积为1.43 m2， 是分布式钮束管钮膜组件的4.6倍。
[0021] 实施例2 中屯、支撑体4的直径为10 mm，环状支撑体2的厚度为2 mm。卷曲型钮膜组件从内向外排 布，第1层钮膜直径为10 mm，第2层钮膜直径为14 mm，第3层钮膜直径为18 mm，相邻两层直 径相差4 mm，至第13层时，钮膜组件直径为为58 mm;钮膜组件长度为500 mm。本实施例的卷 曲型钮膜组件的整体尺寸略小于100根分布式钮束管钮膜组件。卷曲型钮膜组件的膜面积 可通过公式
计算得到，卷曲型钮膜组件的膜面积为0.69 m2，是分布式钮 束管钮膜组件的2.2倍。
[0022] 实施例3
中屯、支撑体4的直径为15 mm，环状支撑体2的厚度为1 mm。卷曲型钮膜组件从内向外排 布，第1层钮膜直径为15 mm，第2层钮膜直径为17 mm，第3层钮膜直径为19 mm，相邻两层直 径相差2 mm，至第23层时，钮膜组件直径为为59 mm;钮膜组件长度为500 mm。本实施例的卷 曲型钮膜组化敕化^&/^干1〇〇根分布式钮束管钮膜组件。卷曲型钮膜组件的膜面积 可通过公式I h算得到，卷曲型钮膜组件的膜面积为1.34 m2,是分布式钮 束管钮膜组件的4.3倍。
[0023] 实施例4 中屯、支撑体4的直径为15 mm，环状支撑体2的厚度为2 mm。卷曲型钮膜组件从内向外排 布，第1层钮膜直径为15 mm，第2层钮膜直径为19 mm，第3层钮膜直径为23 mm，相邻两层直 径相差4 mm，至第12层时，钮膜组件直径为为59 mm;钮膜组件长度为500 mm。本实施例的卷 曲型钮膜组件的整体尺寸略小于100根分布式钮束管钮膜组件。卷曲型钮膜组件的膜面积 可通过公式
I计算得到，卷曲型钮膜组件的膜面积为0.70 m2，是分布式钮 束管钮膜组件的2.2倍。
[0024] 实施例5 中屯、支撑体4的直径为20 mm，环状支撑体2的厚度为0.5 mm。卷曲型钮膜组件从内向外 排布，第1层钮膜直径为20 mm，第2层钮膜直径为21 mm，第3层钮膜直径为22 mm，相邻两层 直径相差1 mm，至第41层时，铅膜组件直径为为60 mm;钮膜组件长度为500 mm。卷曲型钮膜 组件的膜面积可通过公式（
>计算得到，卷曲型钮膜组件的膜面积为2.57 m2，是分布式钮束管钮膜组件的8.3倍。
[0025] 实施例6 中屯、支撑体4的直径为20 mm，环状支撑体2的厚度为2 mm。卷曲型钮膜组件从内向外排 布，第1层钮膜直径为20 mm，第2层钮膜直径为24 mm，第3层钮膜直径为28 mm，相邻两层直 径相差4 mm，至第11层时，钮膜组件直径为为60 mm;钮膜组件长度为500 mm。卷曲型钮膜组 件的膜面积可通过公式（
计算得到，卷曲型钮膜组件的膜面积为0.69 m2， 是分布式钮束管钮膜组件的2.2倍。
[0026]本发明不局限于上述【具体实施方式】，所属技术领域的技术人员从上述构思出发， 不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于氢同位素分离的大面积钯膜装置，其特征在于:所述的装置包括环状支撑 体(2)、钯合金膜(3)、中心支撑体(4)和法兰(6);两张相同尺寸的钯合金膜(3)重叠，焊接左 右两侧形成双层钯膜；中心支撑体(4)为圆柱体，材料为多孔支撑材料，中心支撑体(4)的长 度小于钯合金膜(3)的长度，中心支撑体(4)的顶端与双层钯膜的顶端平齐，中心支撑体(4) 的底端包裹在钯合金膜(3)的内部，双层钯膜绕中心支撑体(4)环绕形成圆筒状的钯膜组 件，钯膜组件的底端为空心部分;钯膜组件的空心部分竖直插入适配的法兰(6)，焊接钯膜 组件与法兰(6)之间的缝隙形成焊缝Π (5);焊接钯膜组件顶端的双层钯膜形成焊缝1(1); 在钯膜组件的缝隙中填充多孔支撑材料，形成环状支撑体(2)。2. 根据权利要求1所述的一种用于氢同位素分离的大面积钯膜装置，其特征在于:多孔 支撑材料为不锈钢纤维。3. 根据权利要求1所述的一种用于氢同位素分离的大面积钯膜装置，其特征在于:环状 支撑体(2)的厚度范围为1~2 mm。4. 根据权利要求1所述的一种用于氢同位素分离的大面积钯膜装置，其特征在于：中心 支撑体(4)的直径范围为10 mm~20 mm〇5. 根据权利要求1所述的一种用于氢同位素分离的大面积钯膜装置，其特征在于:钯合 金膜(3)为钯银合金或钯钇合金，钯银合金的质量比为钯:银=77: 23,钯钇合金的质量比为 钯：钇=93.4:6.6。
【文档编号】C01B3/50GK105903349SQ201610398103
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】岳磊, 王和义, 肖成建, 熊亮萍, 龚宇, 侯京伟, 陈晓军
【申请人】中国工程物理研究院核物理与化学研究所