CN104138668A - 电磁式熔盐蒸发方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电磁式熔盐蒸发方法，应用电磁式熔盐蒸发器，该电磁式熔盐蒸发器包括一蒸发腔体、一熔盐蒸发体和一电磁感应线圈，电磁感应线圈环绕于该熔盐蒸发体，该熔盐蒸发体内具有一熔盐蒸发管，该电磁式熔盐蒸发方法包括以下步骤：S1：开启该气体压缩制冷机，以使得制冷气体循环于该气体流道；S2：使用该电磁感应线圈为该熔盐蒸发管预热至温度大于1000℃；S3：向该熔盐蒸发管的熔盐进液口注入熔盐，并且从该熔盐出液口回收液态熔盐。在制冷步骤S1中，通过使用带有气体流道的电磁感应线圈和气体压缩制冷机，该电磁式熔盐蒸发方法具有制冷效果稳定，且不会沉积污垢的优点。

Description

电磁式熔盐蒸发方法

技术领域

本发明涉及熔盐蒸馏领域，特别涉及一种电磁式熔盐蒸发方法。

背景技术

目前熔盐或熔盐炉的加热主要是应用于工业中的传热系统，所需要的温度条件比较温和，一般在几百摄氏度左右，加热手段可以通过燃煤加热、电阻炉加热等。其中燃煤加热能耗高，电阻炉加热升温缓慢，加热效率低。

熔盐反应堆中的熔盐载体通常为氟盐，本身具有很强的腐蚀性，遇水后腐蚀性则更强，很容易腐蚀设备。对于核电工业，安全性要求苛刻，有必要杜绝一切隐患，所以要求涉及熔盐的设备环境为无水环境。

蒸馏技术是回收载体熔盐的有效手段之一。蒸馏熔盐需要很高的温度，甚至上千度，而且需要真空环境。由于真空条件下，热传导效率降低，这样电阻加热的方式热效率进一步降低。为了解决电阻加热方式低效率的问题，人们研发出了大功率和高效率的电磁感应加热方法。然而，现有的电磁感应加热方法存在以下技术问题：第一、水冷管道长时间使用后会形成水垢，粘附于水冷管道的内壁上，不仅难以清除，而且影响制冷效果，工作时电磁线圈温度较高，影响线圈使用寿命；第二、存在放电现象，真空条件下(约100Pa)蒸发腔体内存在电弧放电现象，容易导致线圈被击穿而损坏仪器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的电磁感应加热方法因水冷管道容易沉积水垢而影响制冷效果的缺陷，提供一种电磁式熔盐蒸发方法，该电磁式熔盐蒸发方法具有制冷效果稳定，且不会产生水垢的优点，并且能够制备纯度较高的熔盐。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种电磁式熔盐蒸发方法，应用电磁式熔盐蒸发器，该电磁式熔盐蒸发器包括一蒸发腔体、一熔盐蒸发体和一电磁感应线圈，电磁感应线圈环绕于该熔盐蒸发体，该熔盐蒸发体内具有一熔盐蒸发管，其特点在于，该电磁感应线圈为金属空心管，该金属空心管内部形成气体流道，该电磁式熔盐蒸发器还包括一个气体压缩制冷机，该气体压缩制冷机与该些气体流道相互连通，该电磁式熔盐蒸发方法包括以下步骤：

S1：开启该气体压缩制冷机，以使得制冷气体循环于该气体流道；

S2：使用该电磁感应线圈为该熔盐蒸发管预热至温度大于1000℃；

S3：向该熔盐蒸发管的熔盐进液口注入熔盐，并且从该熔盐出液口回收液态熔盐。该气体压缩制冷机气体流量可以为1～5L/min。

较佳地，该电磁式熔盐蒸发器包括至少一陶瓷材质的保护支架，该些保护支架套设于该熔盐蒸发体外，该电磁感应线圈环绕且固定于该些保护支架上。市面上保护支架的材质为有机橡胶，在高温、真空环境下容易挥发，造成熔盐污染，本发明通过选用陶瓷材料制作保护支架避免了高温挥发和熔盐污染。另外，熔盐蒸发体为电磁感应材料，如石墨或金属镍，在1～200Pa的真空中通过电磁感应加热蒸发体，蒸发体通过接触传热加热熔盐，蒸发温度最高为1200℃。

较佳地，该电磁式熔盐蒸发器包括两个电磁感应线圈，该些电磁感应线圈的气体流道的进气口均与该气体压缩制冷机的排气口相互连通，该些电磁感应线圈的气体流道的出气口均与该气体压缩制冷机的回气口相互连通。电磁感应线圈环绕于熔盐蒸发体，加热时线圈工作电压为50～100V，工作电流为100～500A。

较佳地，从该些气体流道的进气口到该些气体流道的出气口，该些气体流道的内径逐渐减小。

较佳地，该气体流道内设置有绝缘导热网，该气体压缩制冷机与该些气体流道内循环有氮气或氦气。绝缘导热网能够将电磁感应线圈内的热量导出，并增加与低温氮气或低温氦气的接触面积，以便充分回收热量。

较佳地，该蒸发腔体包括一个主腔体和位于该主腔体两端的两个密封端盖，该些密封端盖和该主腔体通过法兰密封连接。

较佳地，该些密封端盖、该主腔体的两侧和该法兰之间的密封处均设置有金属密封圈，该电磁感应线圈与该主腔体的接触处均设置有聚四氟乙烯材质的密封圈。通过采用金属密封圈和法兰密封紧固密封，能够将主腔体抽取至真空度低于0.1托(torr)，增加了熔盐蒸发速率，为了防止电磁式熔盐蒸发器的线圈被击穿，降低放电概率，加热器采用低电压、大电流的工作模式，工作电压在100V以内，工作电流可达500A，为了达到如此大的电流，连接导线改用大截面而且长度短的金属板。

较佳地，该电磁式熔盐蒸发器还包括一个压力探测器和一个真空泵，该真空泵用于为该蒸发腔体抽真空，该压力探测器用于检测该蒸发腔体的真空度，该步骤S1、该步骤S2和该步骤S3均是在抽真空的状态下进行的。由于针对的熔盐体系是氟盐或者氯盐，遇水后腐蚀性大大增强，尤其是在高温条件下，所以万一腔体内的线圈漏水，遇盐蒸汽后将严重腐蚀设备，是一个安全隐患，因此有必要使用气体冷却线圈。

较佳地，该电磁感应线圈和该熔盐蒸发体之间设置有一热屏蔽层，该热屏蔽层的材质为陶瓷材料，该熔盐蒸发体的材质为石墨、钼或镍。陶瓷材料不仅绝热性能好，而且也不会影响涡旋电磁场对熔盐蒸发体的加热。

较佳地，该熔盐蒸发体内设置有至少一个热电偶。

本发明的积极进步效果在于：在制冷步骤S1中，通过使用带有气体流道的电磁感应线圈和气体压缩制冷机，该电磁式熔盐蒸发方法具有制冷效果稳定，且不会沉积污垢的优点。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的电磁式熔盐蒸发器的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例的电磁式熔盐蒸发器的层状结构示意图。

附图标记说明：

蒸发腔体：1   电磁感应线圈：2

热屏蔽层：3   熔盐蒸发体：4

热电偶：5     压力探测器：6

保护支架：7   熔盐蒸发管：8

熔盐进液口：9 熔盐出液口：10

真空泵：11    法兰：12

变频电源：13  气体压缩制冷机：14

气体流道：15  密封端盖：16

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

本实施例的电磁式熔盐蒸发器的结构如下：

请结合图1-2予以理解，本实施例提供一种电磁式熔盐蒸发器，包括一蒸发腔体1、两个电磁感应线圈2、一熔盐蒸发体4和至少一陶瓷材质的保护支架7。该些保护支架7套设于该熔盐蒸发体4外，该熔盐蒸发体4内具有一熔盐蒸发管8，该电磁感应线圈2环绕且固定于该些保护支架7上。该电磁感应线圈2为金属空心管，该金属空心管内部形成气体流道15，该电磁式熔盐蒸发器还包括一个气体压缩制冷机14，该些电磁感应线圈2的气体流道15的进气口均与该气体压缩制冷机14的排气口相互连通，该些电磁感应线圈2的气体流道15的出气口均与该气体压缩制冷机14的回气口相互连通。

该气体流道15内设置有绝缘导热网，研发人员可以根据具体需要选择绝缘导热网，例如市售陶瓷导热网、高分子导热网，一方面可以实现过滤液体中的细微颗粒，另一方面可以将该电磁感应线圈2内的热量导出，以便被低温氮气或低温氦气充分吸收。该气体压缩制冷机14与该些气体流道15内循环有氮气或氦气。该些气体流道15可以制作成特殊的结构形式，即从该些气体流道15的进气口到该些气体流道15的出气口，该些气体流道15的内径逐渐减小。

该蒸发腔体1包括一个主腔体和位于该主腔体两端的两个密封端盖16，该些密封端盖16和该主腔体通过法兰12密封连接。

该些密封端盖16、该主腔体的两侧和该法兰12之间的密封处均设置有金属密封圈，该电磁感应线圈2与该主腔体的接触处均设置有聚四氟乙烯材质的密封圈。

该电磁式熔盐蒸发器还包括一个压力探测器6和一个真空泵11，该真空泵11用于为该蒸发腔体1抽真空，该压力探测器6用于检测该蒸发腔体1的真空度。

该电磁感应线圈2和该熔盐蒸发体4之间设置有一热屏蔽层3，该热屏蔽层3的材质为陶瓷材料，陶瓷材料不仅绝热性能好，而且也不会影响涡旋电磁场对熔盐蒸发体4的加热。该熔盐蒸发体4的材质可以为石墨、钼或镍。为了测量加热温度，该熔盐蒸发体4内设置有至少一个热电偶5。

本实施例的电磁式熔盐蒸发方法应用如上所述的电磁式熔盐蒸发器，该方法包括以下步骤：

S1：开启该气体压缩制冷机14，以使得制冷气体循环于该气体流道；

S2：使用该电磁感应线圈2为该熔盐蒸发管8预热至温度大于1000℃；

S3：向该熔盐蒸发管8的熔盐进液口9注入熔盐，并且从该熔盐出液口10回收液态熔盐。

该步骤S1、该步骤S2和该步骤S3均是在抽真空的状态下进行的，即开启真空泵11为该蒸发腔体1抽真空。

具体工作时，开启该真空泵11为该蒸发腔体1抽真空，并且通过该压力探测器6检测该蒸发腔体1的真空度，在该蒸发腔体1的真空度低于0.1托(torr)时，开启变频电源13，调节输出功率为40kW，输出电压为50V，电磁感应线圈2产生涡旋电磁场，将熔盐蒸发体4在20分钟内迅速升温至1000℃以上，具体温度可以通过热电偶5进行检测，同时通过该熔盐进液口9输入熔盐，熔盐在熔盐蒸发管8内受热蒸发，并经过熔盐出液口10流出。

在蒸馏熔盐的过程中，开启该气体压缩制冷机14将氮气或氦气压缩冷凝，氮气或氦气在该些气体流道15和该气体压缩制冷机14之间循环，以便将电磁感应线圈2产生的热量迅速吸收。从该些气体流道15的进气口到该些气体流道15的出气口，该些气体流道15的内径逐渐减小，因此氮气或氦气的循环速度是逐渐加快的，最终将热流经过气体流道15的出气口循环卷出。另外，由于该气体流道内设置有绝缘导热网，绝缘导热网能够将该电磁感应线圈2内的热量导出，并增加与低温氮气或低温氦气的接触面积，以便充分回收热量。因此，即便熔盐蒸发体4在20分钟内迅速升温至1000℃以上，氮气或氦气依然能够将电磁感应线圈2的温度保持在200℃以下。

由于电磁感应线圈2和熔盐蒸发体4之间温度差距较大，因此在两者之间设置有陶瓷材料的热屏蔽层3进行绝热，陶瓷材料不仅绝热性能好，而且也不会影响涡旋电磁场对熔盐蒸发体4的加热。

本实施例的电磁式熔盐蒸发方法具有如下技术效果：

第一、不会沉积污垢且制冷效果稳定，由于使用气体流道和气体压缩制冷机循环冷凝氮气(或氦气)制冷，氮气较为纯净，因此水冷管道的内壁不会沉积污垢(尤其水垢)而影响热传导，即便长期使用制冷效果依然稳定。同时，使用金属密封圈密封腔体，使用陶瓷支架代替橡胶支架，提高了熔盐制备的纯度，使用低电压、大电流的加热方法，降低了放电概率，提高了设备安全性。

第二、大大降低了真空放电现象且安全性高，通过采用橡胶密封圈和法兰密封紧固密封，且配合低电压、大电流的工作模式，在保证输出功率不变的前提下，降低了工作电压从而降低了真空放电概率。

第三、制冷效果高且绝热性好，通过气体流道的内径渐变式的设计和气体流道内设置有绝缘导热网的设计，极大地提高了热传导的速率，气流能够迅速吸热量并将热流循环卷出，另外，陶瓷材料的热屏蔽层能够隔绝电磁感应线圈和熔盐蒸发体之间热传导。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电磁式熔盐蒸发方法，应用电磁式熔盐蒸发器，该电磁式熔盐蒸发器包括一蒸发腔体、一熔盐蒸发体和一电磁感应线圈，电磁感应线圈环绕于该熔盐蒸发体，该熔盐蒸发体内具有一熔盐蒸发管，其特征在于，该电磁感应线圈为金属空心管，该金属空心管内部形成气体流道，该电磁式熔盐蒸发器还包括一个气体压缩制冷机，该气体压缩制冷机与该些气体流道相互连通，该电磁式熔盐蒸发方法包括以下步骤：

S1：开启该气体压缩制冷机，以使得制冷气体循环于该气体流道；

S2：使用该电磁感应线圈为该熔盐蒸发管预热至温度大于1000℃；

S3：向该熔盐蒸发管的熔盐进液口注入熔盐，并且从该熔盐出液口回收液态熔盐。

2.如权利要求1所述的电磁式熔盐蒸发方法，其特征在于，该电磁式熔盐蒸发器包括至少一陶瓷材质的保护支架，该些保护支架套设于该熔盐蒸发体外，该电磁感应线圈环绕且固定于该些保护支架上。

3.如权利要求1所述的电磁式熔盐蒸发方法，其特征在于，该电磁式熔盐蒸发器包括两个电磁感应线圈，该些电磁感应线圈的气体流道的进气口均与该气体压缩制冷机的排气口相互连通，该些电磁感应线圈的气体流道的出气口均与该气体压缩制冷机的回气口相互连通。

4.如权利要求1所述的电磁式熔盐蒸发方法，其特征在于，从该些气体流道的进气口到该些气体流道的出气口，该些气体流道的内径逐渐减小。

5.如权利要求1所述的电磁式熔盐蒸发方法，其特征在于，该气体流道内设置有绝缘导热网，该气体压缩制冷机与该些气体流道内循环有氮气或氦气。

6.如权利要求1所述的电磁式熔盐蒸发方法，其特征在于，该蒸发腔体包括一个主腔体和位于该主腔体两端的两个密封端盖，该些密封端盖和该主腔体通过法兰密封连接。

7.如权利要求6所述的电磁式熔盐蒸发方法，其特征在于，该些密封端盖、该主腔体的两侧和该法兰之间的密封处均设置有金属密封圈，该电磁感应线圈与该主腔体的接触处均设置有聚四氟乙烯材质的密封圈。

8.如权利要求2所述的电磁式熔盐蒸发方法，其特征在于，该电磁式熔盐蒸发器还包括一个压力探测器和一个真空泵，该真空泵用于为该蒸发腔体抽真空，该压力探测器用于检测该蒸发腔体的真空度，该步骤S1、该步骤S2和该步骤S3均是在抽真空的状态下进行的。

9.如权利要求1-8中任意一项所述的电磁式熔盐蒸发方法，其特征在于，该电磁感应线圈和该熔盐蒸发体之间设置有一热屏蔽层，该热屏蔽层的材质为陶瓷材料，该熔盐蒸发体的材质为石墨、钼或镍。

10.如权利要求1所述的电磁式熔盐蒸发方法，其特征在于，该熔盐蒸发体内设置有至少一个热电偶。