[发明专利]一种用于热循环吸附分离装置的升降温方法

说明书

本发明涉及热核聚变领域，特别涉及氢同位素分离技术，具体涉及一种氢同位素热循环吸附分离装置的升降温方法。该方法将分离柱浸入到液体介质中，在液体介质和分离柱进行热交换时，液体介质处于流动状态。通过流动的介质于分离柱之间进行热交换，一方面液体介质的温度更为均匀，使得分离柱各部分受热均匀；另一方面，流动的介质保持在一个稳定的高温或者低温状态并保持，使得分离柱升降温速度更快。

技术领域

本发明涉及热核聚变领域，特别涉及氢同位素分离技术，具体涉及一种氢同位素热循环吸附分离装置的升降温方法。

背景技术

热循环吸附法(Thermal Cycling Absorption Process，TCAP)是由萨凡纳河实验室的M.W.Lee首先从理论概念上提出的，并于1994年正式建成并投入运行。TCAP的系统主要由两部分组成，一是填充了载钯材料的色谱分离柱，另一是空柱（回流柱），两柱的上端用阀门连通；分离时载钯柱处于半周高温、半周低温的冷热循环中。TCAP除了能够容易地分离氢氘和氢氚外，还能够分离氘氚，而且分离速度快、效率高；因此，TCAP工艺在很多国家的氚实验室里都受到了重视，并且一直在研究发展之中。

在TCAP实施过程中，采用电炉或加热板加热会存在分离柱内温度分布不均匀的问题，影响分离柱内氢同位素的吸附和脱附的均匀性，效果较差。

另一种方式是在分离柱周围填充导热填料的方式，通过对导热填料进行加热或者冷却，间接实现对分离柱的加热和冷却。这样的方式虽然可以提升分离柱温度分布的均匀性，但是其整体的热容较大，升降温的速度慢；且在升降温切换时，需要消耗大量的热量或者冷却介质，损耗较大，升降温切换速度慢。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的在TCAP实施过程中，分离柱内温度分布不均匀，升降温速度慢的问题，提供一种用于热循环吸附分离装置的升降温方法。该方法通过使用流动的介质与分离柱进行冷热交换，使得整个分离柱的温度分布更均匀、加热速度更快。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于热循环吸附分离装置的升降温方法，将分离柱浸入到液体介质中，在液体介质和分离柱进行热交换时，液体介质处于流动状态。

通过流动的介质于分离柱之间进行热交换，一方面液体介质的温度更为均匀，使得分离柱各部分受热均匀；另一方面，流动的介质保持在一个稳定的高温或者低温状态并保持，使得分离柱升降温速度更快。

升温速度更快是指，分离柱从低温状态升温到高温状态并达到平衡时，需要的时间更短；分离柱从低温到高温的升温过程中，温度的变化呈非线性增加，其升温速率是逐渐降低的，但是整个升温过程需要的时间更短。

同样的，降温速度更快是指，分离柱从高温状态到低温状态并达到平衡时，需要的时间更短；分离柱从高温到低温的降温过程中，温度的变化呈非线性降低，其降温速率是逐渐降低的，但是整个降温过程需要的时间更短。

作为本发明的优选方案，所述液体介质包括热液体介质和冷液体介质；在分离柱升温时，所述热液体介质与所述分离柱进行热交换；在分离柱降温时，所述冷液体介质与所述分离柱进行热交换。

在升降温切换时，停止热液体介质与分离柱接触，将分离柱与冷液体介质接触。即通过热液体介质实现升温，通过冷液体介质实现降温，避免了对液体介质反复的升降温，处于最高温度时的分离柱可以迅速的与冷液体介质接触，而不需要将热液体介质缓慢的降温，使得升降温切换速度更快。提升了分离效率。

作为本发明的优选方案，所述热液体介质通过外部的加热装置持续加热，经过加热的热液体介质和分离柱进行热交换，实现分离柱升温；所述冷液体介质通过外部的冷却装置持续降温，经过冷却的冷液体介质和分离柱进行热交换，实现分离柱降温。