CN111048217A - 一种用于增强吸附柱导热性能的多孔导热装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于增强吸附柱导热性能的多孔导热装置及其使用方法，该方案包括有框架体；框架体能够放入吸附柱内；框架体的长度与吸附柱的长度匹配；框架体的截面尺寸与吸附柱的内径匹配；框架体上设置若干个有紧密排布的网格状的孔道结构；孔道结构能够将吸附柱的内部空间隔离成多个独立的子空间。该方案采用带有网格状孔道结构的框架体安装在吸附柱内，将吸附柱的内部空间隔离为多个子空间，再将填料颗粒放入子空间中，能够起到利用框架体对和孔道结构将吸附柱外壁的热量迅速传递至各个子空间中的填料颗粒，解决了吸附柱大柱径导热问题。
Description
技术领域
本发明涉及的是聚变堆和聚变裂变混合堆领域，尤其是一种用于增强吸附柱导热性能的多孔导热装置及其使用方法。
背景技术
化石燃料是目前广泛使用的能源来源。但是，化石燃料为不可再生能源；此外，其引发的环境污染问题也越来越严重。聚变能源作为一种替代方案，引起了广泛的关注。在聚变能源发展的过程中，大量氘氚燃料气体的提纯和分离是必须解决的工程技术问题。低温条件下的微孔材料吸附作为一种有效吸附分离手段，被广泛应用于氢同位素的提取、氢同位素的分离。
在实际的工程应用中，一般使用填充有微孔吸附填料颗粒的吸附柱或吸附塔来进行氢同位素的提取和分离。微孔吸附填料颗粒一般采用沸石分子筛、碳分子筛等吸附材料。吸附填料的装填一般采用球床结构进行装填。由于目前工业使用的吸附材料的导热系数较小，在使用球床结构直接装填的条件下，球床的整体导热性能较差。
当氢同位素混合气体的处理规模为实验室规模(m3/d)时，吸附柱的直径较小，吸附柱在升温和降温的过程中，柱体内部的微孔吸附填料颗粒在径向上的温度梯度较小，填料的温度变化是径向均匀的。此时，吸附柱的氢同位素提取效率高，不同氢同位素组分间分离性能好。但是，随着氢同位素的处理规模的增大(m3/h)，达到工程应用规模时，吸附柱的直径变大，此时，吸附柱在升温和降温的过程中，柱体内部的微孔吸附填料颗粒在径向上的温度梯度很大，填料的温度变化极不均匀。此时，吸附柱的吸附脱附时间周期长，导致氢同位素提取效果很差；氢同位素不同组分的脱附过程中存在严重拖尾和重叠，导致分离效果很差。因此，使用球床结构进行微孔吸附填料颗粒填充的吸附柱的大柱径导热问题，是制约吸附分离技术在大规模氢同位素分离和浓缩的实际工程应用中主要问题。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种用于增强吸附柱导热性能的多孔导热装置及其使用方法，该方案采用带有网格状孔道结构的框架体安装在吸附柱内，将吸附柱的内部空间隔离为多个子空间，再将填料颗粒放入子空间中，能够起到利用框架体对和孔道结构将吸附柱外壁的热量迅速传递至各个子空间中的填料颗粒，解决了吸附柱大柱径导热问题。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种用于增强吸附柱导热性能的多孔导热装置，包括有框架体；框架体能够放入吸附柱内；框架体的长度与吸附柱的长度匹配；框架体的截面尺寸与吸附柱的内径匹配；框架体上设置若干个有紧密排布的网格状的孔道结构；孔道结构能够将吸附柱的内部空间隔离成多个独立的子空间。
作为本方案的优选：孔道结构的横截面形状为连续拼接的三角形或四边形或六边形。
作为本方案的优选：框架体和孔道结构一体成型，且均为高导热率材料。
作为本方案的优选：框架体和孔道结构的表面设置有保护层。
作为本方案的优选：保护层为致密的氧化层或金属合金层。
一种基于权利要求1所述装置的使用方法，包括有以下步骤：
A、将框架体放入吸附柱中，使框架体上的孔道结构将导热住内部孔空间划分为多个独立的空间；
B、将常规吸附填料颗粒放入孔道结构中，直至填满所有孔道结构；
C、将吸附柱用于实验中，吸附柱在升温或者降温过程中，热量的变化能够通过框架体和孔道结构快速均匀地传递至所有吸附填料颗粒。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中采用带有网格状孔道结构的框架体安装在吸附柱内，将吸附柱的内部空间隔离为多个子空间，再将填料颗粒放入子空间中，能够快速实现吸附柱内部填料颗粒的热传递，能够显著改善对于大直径吸附柱内部的导热问题，为氘氚燃料气体的提纯和分离提供了有力的技术支撑。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明与吸附柱配合使用的结构示意图；
图2为框架体孔道结构为正六边形的截面形状结构示意图；
图3位框架体孔道结构为矩形的截面形状结构示意图；
图4位框架体孔道结构为三角形的截面形状结构示意图；
图中，1为框架体，2为孔道结构，3为吸附柱。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例中采用框架体中的孔道结构的截面形状为正六边形，使用常见的导热性良好的6063铝合金作为原谅，将框架体及其孔道结构一体浇筑成形。
使用时，将框架体放入吸附柱内，然后将填料颗粒注入孔道结构中，之后密封吸附柱，吸附柱即可进行正常使用流程。
由于框架体和孔道结构一体成型，且使用的是高导热率材料制成，因此吸附柱的外壁承受的温度变化都能够通过框架体及孔道结构快速传递至所有填料颗粒处，无论是位于吸附柱靠中心区域或靠边缘区域的填料颗粒的热量传递，均能够起到快速高效的效果，能够显著提高填料颗粒的整体温度变化速率，为氘氚燃料气体的提纯和分离提供了有力的技术支持。
实施例2
与实施例1的不同之处在于，如图3所示，本实施例中采用框架体中的孔道结构的截面形状为正方形。
实施例3
与实施例1的不同之处在于，如图4所示，本实施例中采用框架体中的孔道结构的截面形状为正三角形。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (6)
1.一种用于增强吸附柱导热性能的多孔导热装置，其特征是：包括有框架体；所述框架体能够放入吸附柱内；所述框架体的长度与吸附柱的长度匹配；所述框架体的截面尺寸与吸附柱的内径匹配；所述框架体上设置若干个有紧密排布的网格状的孔道结构；所述孔道结构能够将吸附柱的内部空间隔离成多个独立的子空间。
2.根据权利要求1所述的一种用于增强吸附柱导热性能的多孔导热装置，其特征是：所述孔道结构的横截面形状为连续拼接的三角形或四边形或六边形。
3.根据权利要求1所述的一种用于增强吸附柱导热性能的多孔导热装置，其特征是：所述框架体和孔道结构一体成型，且均为高导热率材料。
4.根据权利要求1所述的一种用于增强吸附柱导热性能的多孔导热装置，其特征是：所述框架体和孔道结构的表面设置有保护层。
5.根据权利要求4所述的一种用于增强吸附柱导热性能的多孔导热装置，其特征是：所述保护层为致密的氧化层或金属合金层。
6.一种基于权利要求1所述装置的使用方法，其特征是：包括有以下步骤：
A、将框架体放入吸附柱中，使框架体上的孔道结构将导热住内部孔空间划分为多个独立的空间；
B、将常规吸附填料颗粒放入孔道结构中，直至填满所有孔道结构；
C、将吸附柱用于实验中，吸附柱在升温或者降温过程中，热量的变化能够通过框架体和孔道结构快速均匀地传递至所有吸附填料颗粒。
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