RU2234973C2 - Apparatus for feeding of hydrogen isotopes into receptacle (versions) - Google Patents

Apparatus for feeding of hydrogen isotopes into receptacle (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2234973C2
RU2234973C2 RU2002119337/15A RU2002119337A RU2234973C2 RU 2234973 C2 RU2234973 C2 RU 2234973C2 RU 2002119337/15 A RU2002119337/15 A RU 2002119337/15A RU 2002119337 A RU2002119337 A RU 2002119337A RU 2234973 C2 RU2234973 C2 RU 2234973C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heater
hydrogen
membrane
metal hydride
isotopes
Prior art date
Application number
RU2002119337/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002119337A (en
Inventor
А.А. Юхимчук (RU)
А.А. Юхимчук
А.Н. Голубков (RU)
А.Н. Голубков
С.В. Златоустовский (RU)
С.В. Златоустовский
В.Г. Клевцов (RU)
В.Г. Клевцов
ев Р.К. Мус (RU)
Р.К. Мусяев
В.И. Пустовой (RU)
В.И. Пустовой
В.В. Перевозчиков (RU)
В.В. Перевозчиков
Original Assignee
Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики filed Critical Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики
Priority to RU2002119337/15A priority Critical patent/RU2234973C2/en
Publication of RU2002119337A publication Critical patent/RU2002119337A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2234973C2 publication Critical patent/RU2234973C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: nucleonics.
SUBSTANCE: apparatus has casing 1 incorporating part 2 from metal hydride, heater 3, electrodes 4, discharge branch pipe 5, enclosure 6, and branch pipe 7 with stopper 8. Part 2 is hydrogen isotopes carrier and is located in enclosure 6 made porous, from, for example, stainless steel. According to one version, apparatus is further equipped with membrane 9 having selective hydrogen isotope permeability. Heater 3 is positioned between membrane 9 and part 2. According to other version, heater 3 is made in the form of tube manufactured from material with selective hydrogen permeability and serves as selectively permeable membrane. One end of heater 3 is sealed and other end is hermetically connected with discharge branch pipe 5. Part 2 may be made in the form of hollow cylinder and positioned coaxially with respect to heater 3 or may be made flat, for example, in the form of pellet, and heater 3 is arranged above part 2. Hydrogen isotopes are desorbed from part 2 owing to heating thereof by current flowing through electrodes 4. Membrane 9 or heater 3 selectively transmits target hydrogen isotope, which is discharged through branch pipe 5. Apparatus of such construction allows purity of hydrogen isotope supplied into receptacle to be at least 99.99999%.
EFFECT: provision for producing of pure hydrogen isotope supplied into receptacle and fine regulation of flow.
5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области получения водорода высокой чистоты методом диффузионной очистки и может быть использовано для подачи его в приемник с возможностью тонкой регулировки величин подаваемых потоков.The invention relates to the field of producing high-purity hydrogen by diffusion cleaning and can be used to supply it to the receiver with the ability to fine-tune the values of the supplied flows.

В области подачи изотопов водорода в приемник известно устройство для абсорбции и выделения водорода [1]. Оно содержит корпус, в котором установлена деталь из сплава, способного поглощать водород, и вещества, электросопротивление которого выше, чем у сплава. К детали подсоединены электроды, при подаче тока по которым она нагревается, в результате чего регулируется протекание реакций поглощения и выделения водорода. Это устройство может быть использовано для подачи в приемник водорода, выделившегося при нагреве сплава.In the field of supplying hydrogen isotopes to a receiver, a device is known for absorption and evolution of hydrogen [1]. It contains a housing in which a part of an alloy capable of absorbing hydrogen and a substance whose electrical resistance is higher than that of the alloy are installed. Electrodes are connected to the part, when a current is supplied through which it is heated, as a result of which the flow of hydrogen absorption and evolution reactions is regulated. This device can be used to supply hydrogen released during heating of the alloy to the receiver.

Известное устройство имеет следующие недостатки. Оно не обеспечивает очистки водорода от газовых примесей. В случае выделения радиоактивного изотопа водорода - трития вместе с ним неизбежен выход и продукта его распада - Не3. Кроме того, в результате выделения водорода из сплава его электрическое сопротивление меняется, т.к. происходит реакция превращения гидрида сплава в сплав. Для получения постоянной скорости выделения водорода протекающий через сплав ток должен постоянно корректироваться.The known device has the following disadvantages. It does not provide purification of hydrogen from gas impurities. In the case of the release of the radioactive isotope of hydrogen - tritium, the yield of its decay product, He 3, is also inevitable. In addition, as a result of the evolution of hydrogen from the alloy, its electrical resistance changes, because the reaction of converting the alloy hydride into alloy occurs. To obtain a constant rate of hydrogen evolution, the current flowing through the alloy must be constantly adjusted.

Известно устройство для выделения водорода и/или его изотопов из потоков жидкости или газа [2], содержащее проницаемую для водорода трубчатую подложку из пористого керамического материала, центральная наружная часть которой покрыта пленкой из металла или сплава, характеризующейся каталитической активностью и селективной проницаемостью для водорода. При этом наружная поверхность обоих концов трубки покрыта газонепроницаемым материалом. Концы трубки с помощью уплотнений плотно прикреплены к оболочке реактора, при этом образуется полость, в которую поступает исходный поток, содержащий изотопы водорода. Через пленку, обладающую селективной проницаемостью по изотопам водорода, они выделяются из потока, поступают в трубку и отводятся через нее.A device is known for separating hydrogen and / or its isotopes from liquid or gas flows [2], containing a hydrogen-permeable tubular substrate of porous ceramic material, the central outer part of which is coated with a film of a metal or alloy, characterized by catalytic activity and selective permeability to hydrogen. In this case, the outer surface of both ends of the tube is covered with a gas-tight material. The ends of the tube with seals are tightly attached to the reactor shell, and a cavity is formed in which an initial stream containing hydrogen isotopes enters. Through a film with selective permeability along hydrogen isotopes, they are released from the stream, enter the tube, and are removed through it.

Данное устройство позволяет выделять изотопы водорода из потоков жидкости и газов, и поэтому недостатком устройства является его сложность из-за необходимости во внешнем источнике изотопов водорода с изменяемым параметром.This device allows you to select hydrogen isotopes from the flows of liquid and gases, and therefore the disadvantage of the device is its complexity due to the need for an external source of hydrogen isotopes with a variable parameter.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для ввода и отбора изотопов водорода [3]. Оно содержит вакуумированную рабочую камеру с выходным патрубком, установленные в ней деталь из гидрида металла и блок с нагревателем, выполненным в виде проволочной спирали. Деталь из гидрида металла расположена коаксиально вокруг нагревателя, при этом равновесное давление водорода над гидридом металла составляет: <0,1мм рт.ст. при 30°С и ≥1атм при 350°С. В рабочей камере размещена экранирующая тепло оболочка, которая разделяет рабочую камеру на два объема, в одном из которых находятся деталь из гидрида металла и нагреватель, а другой соединен с выходным патрубком. При подаче напряжения проволочная спираль нагревается и под действием тепла происходит десорбция изотопов водорода из гидрида металла. При этом давление изотопов водорода в рабочей камере равно равновесному давлению над применяемым гидридом при температуре нагрева. Выделившийся в рабочую камеру газ через патрубок подается в приемник.The closest in technical essence to the claimed device is a device for input and selection of hydrogen isotopes [3]. It contains an evacuated working chamber with an outlet pipe, a metal hydride part installed in it, and a unit with a heater made in the form of a wire spiral. The metal hydride part is located coaxially around the heater, while the equilibrium pressure of hydrogen above the metal hydride is: <0.1 mm Hg at 30 ° С and ≥1 atm at 350 ° С. A heat-shielding shell is placed in the working chamber, which divides the working chamber into two volumes, one of which contains a metal hydride component and a heater, and the other is connected to the outlet pipe. When voltage is applied, the wire spiral heats up and under the influence of heat, hydrogen isotopes are desorbed from the metal hydride. The pressure of hydrogen isotopes in the working chamber is equal to the equilibrium pressure above the hydride used at the heating temperature. The gas released into the working chamber is supplied through the pipe to the receiver.

Такое устройство обеспечивает подачу в приемник газа с чистотой, реализуемой при нагреве гидрида металла. В частности, для тритида металла это означает наличие примеси радиогенного гелия и других примесей органического и неорганического происхождения, адсорбированных на поверхности тритида и выделяющихся в газовую фазу при нагреве, что не всегда приемлемо для условий работы приемника. В качестве примесей могут выделяться газы, изначально находящиеся в конструкционных материалах устройства. Кроме того, при такой конструкции устройства трудно обеспечить тонкую регулировку потока газа в широком диапазоне величин потоков (при их отличии в крайних значениях на 3-4 порядка). Давление изотопов водорода в камере будет равно равновесному давлению над применяемым гидридом при температуре нагрева, и без всякой регулировки этот поток изотопов водорода будет через патрубок поступать в приемник.Such a device provides a gas supply to the receiver with a purity realized by heating the metal hydride. In particular, for metal tritide, this means the presence of impurities of radiogenic helium and other impurities of organic and inorganic origin adsorbed on the surface of tritide and released into the gas phase upon heating, which is not always acceptable for the operating conditions of the receiver. As impurities, gases that are initially found in the structural materials of the device can be released. In addition, with such a design of the device it is difficult to provide fine adjustment of the gas flow in a wide range of flow values (when they differ in extreme values by 3-4 orders of magnitude). The pressure of hydrogen isotopes in the chamber will be equal to the equilibrium pressure above the hydride used at the heating temperature, and without any adjustment, this flow of hydrogen isotopes will pass through the nozzle to the receiver.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства, обеспечивающего тонкую регулировку потоков газа, подаваемого в приемник, в широком диапазоне потоков (до 3-4 порядков величины) при обеспечении диффузионной чистоты подаваемых в приемник изотопов водорода.The present invention is to provide a device that provides fine adjustment of the gas flows supplied to the receiver in a wide range of flows (up to 3-4 orders of magnitude) while ensuring the diffusion purity of the isotopes of hydrogen supplied to the receiver.

При использовании настоящего изобретения достигаются следующие технические результаты:When using the present invention, the following technical results are achieved:

- чистота подаваемого в приемник газа повышается как минимум на 2 порядка и составляет не менее 99,99999%;- the purity of the gas supplied to the receiver increases by at least 2 orders of magnitude and is at least 99.99999%;

- расширяется диапазон потоков за счет суммирования температурных эффектов равновесного давления Р(Т) над гидридом и коэффициента селективной проницаемости мембраны Кр(Т), которые можно регулировать при помощи изменения температуры рабочих поверхностей устройства. При этом поток рассчитывается следующим образом:- expanding the range of flows by summing the temperature effects of the equilibrium pressure P (T) over the hydride and the coefficient of selective membrane permeability K p (T), which can be controlled by changing the temperature of the working surfaces of the device. In this case, the flow is calculated as follows:

J(mol/s)=Kp(T)·S/(L·NA)·√P(T),J (mol / s) = K p (T) · S / (L · N A ) · √P (T),

где S - площадь селективной мембраны, L - толщина мембраны, NA - число Авогадро. При изменении температуры мембраны толщиной 0.2 мм из никеля от 400 до 1000К и при равновесном давлении водорода 1 атм проникающий поток изменится на 4 порядка;where S is the area of the selective membrane, L is the thickness of the membrane, N A is the Avogadro number. When the temperature of the 0.2 mm thick membrane from nickel changes from 400 to 1000 K and at an equilibrium hydrogen pressure of 1 atm, the penetrating flow will change by 4 orders of magnitude;

- установленный поток поступающего из устройства газа поддерживается с точностью ±0,5% в диапазоне изменения потоков до 4 порядков величины.- the established flow of gas coming from the device is maintained with an accuracy of ± 0.5% in the range of flow changes up to 4 orders of magnitude.

Указанная задача решается тем, что известное устройство для подачи изотопов водорода, содержащее вакуумированную рабочую камеру с выходным патрубком, установленные в ней деталь из гидрида металла, нагреватель и элемент, разделяющий рабочую камеру на два объема, в одном из которых находится деталь из гидрида металла, а другой соединен с выходным патрубком, согласно изобретению указанный элемент выполнен в виде мембраны с селективной проницаемостью по изотопам водорода. Нагреватель установлен между деталью из гидрида металла и мембраной. Деталь из гидрида металла размещена в оболочке, причем, по меньшей мере, одна из стенок оболочки выполнена пористой.This problem is solved by the fact that the known device for supplying hydrogen isotopes containing an evacuated working chamber with an outlet pipe, a metal hydride part installed in it, a heater and an element dividing the working chamber into two volumes, one of which contains a metal hydride part, and the other is connected to the outlet pipe, according to the invention, said element is made in the form of a membrane with selective permeability along hydrogen isotopes. A heater is installed between the metal hydride part and the membrane. The metal hydride part is housed in a shell, wherein at least one of the walls of the shell is made porous.

Вариантом является устройство для подачи изотопов водорода в приемник, содержащее рабочую камеру с выходным патрубком, установленные в ней деталь из гидрида металла и нагреватель, отличающееся тем, что нагреватель выполнен в виде трубки из материала с селективной проницаемостью по изотопам водорода, при этом один конец трубки наглухо закрыт, а второй - герметично соединен с выходным патрубком с возможностью отделения полости трубки от объема рабочей камеры. Деталь из гидрида металла может быть выполнена плоской, например, в виде таблетки, а трубчатый нагреватель в виде плоской спирали, установленной над ее поверхностью. Деталь из гидрида металла размещена в оболочке, причем, по меньшей мере, одна из стенок оболочки выполнена пористой.An option is a device for supplying hydrogen isotopes to a receiver, comprising a working chamber with an outlet pipe, a metal hydride component installed in it, and a heater, characterized in that the heater is made in the form of a tube made of a material with selective permeability along hydrogen isotopes, with one end of the tube it is tightly closed, and the second is hermetically connected to the outlet pipe with the possibility of separating the tube cavity from the volume of the working chamber. The metal hydride part can be made flat, for example, in the form of a tablet, and the tubular heater in the form of a flat spiral mounted above its surface. The metal hydride part is housed in a shell, wherein at least one of the walls of the shell is made porous.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что элемент, разделяющий рабочую камеру на два объема, в одном из которых находится деталь из гидрида металла, а другой соединен с выходным патрубком, выполнен в виде мембраны с селективной проницаемостью по изотопам водорода, при этом нагреватель установлен между деталью из гидрида металла и мембраной. В другом варианте заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что нагреватель выполнен в виде трубки из материала с селективной проницаемостью по изотопам водорода, при этом один конец трубки наглухо закрыт, а второй - герметично соединен с выходным патрубком с возможностью отделения полости трубки от объема рабочей камеры. Таким образом, заявляемые устройства соответствуют критерию изобретения "новизна".A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the claimed device differs from the prototype in that the element dividing the working chamber into two volumes, one of which is a metal hydride part, and the other is connected to the outlet pipe, is made in the form of a membrane with selective permeability according to hydrogen isotopes, while the heater is installed between the metal hydride part and the membrane. In another embodiment, the claimed device differs from the prototype in that the heater is made in the form of a tube made of a material with selective permeability along hydrogen isotopes, while one end of the tube is tightly closed and the other is hermetically connected to the outlet pipe with the possibility of separating the cavity of the tube from the volume of the working chamber . Thus, the claimed device meets the criteria of the invention of "novelty."

При анализе известных технических решений не выявлено устройств, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемых устройств, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".When analyzing the known technical solutions, no devices were found that have features that match the distinguishing features of the claimed devices, which allows us to conclude that it meets the criterion of "inventive step".

В заявленном устройстве под действием тепла от нагревателя происходит десорбция изотопов водорода из гидрида металла. Под действием тепла от этого же нагревателя происходит разогрев мембраны. Мембрана выполнена из материала с селективной проницаемостью к водороду, например, Pd или Ni. При разогреве мембрана становится проницаемой для изотопов водорода. За счет разогрева от одного нагревателя гидрида металла и мембраны не только упрощается конструкция, но и улучшаются условия регулировки потока. При этом происходит суммирование результатов двух физических явлений. Известно, что равновесное давление изотопов водорода над гидридами металлов пропорционально их температуре. Также известно, что проницаемость металлов изотопами водорода является функцией температуры и давления. Увеличение температуры нагревателя путем увеличения проходящего через него тока, с целью увеличения потока водорода, приводит к увеличению давления водорода в рабочей камере и увеличению проницаемости мембраны. Т.е. поток возрастет за счет суммирования эффектов. Точно так же при уменьшении проходящего через нагреватель тока уменьшается и давление изотопов водорода в рабочей камере, и проницаемость мембраны. Это ведет к уменьшению потока водорода из устройства.In the claimed device, under the action of heat from the heater, hydrogen isotopes are desorbed from the metal hydride. Under the action of heat from the same heater, the membrane heats up. The membrane is made of a material with selective permeability to hydrogen, for example, Pd or Ni. When heated, the membrane becomes permeable to hydrogen isotopes. Due to the heating of a metal hydride and membrane from a single heater, not only the design is simplified, but the flow control conditions are also improved. In this case, the summation of the results of two physical phenomena occurs. It is known that the equilibrium pressure of hydrogen isotopes over metal hydrides is proportional to their temperature. It is also known that the permeability of metals with hydrogen isotopes is a function of temperature and pressure. Increasing the temperature of the heater by increasing the current passing through it, in order to increase the flow of hydrogen, leads to an increase in the pressure of hydrogen in the working chamber and an increase in the permeability of the membrane. Those. the flow will increase due to the summation of effects. In the same way, with a decrease in the current passing through the heater, the pressure of hydrogen isotopes in the working chamber and the membrane permeability decrease. This leads to a decrease in the flow of hydrogen from the device.

В варианте устройства, когда нагреватель выполнен в виде трубчатой спирали из материала с селективной проницаемостью по изотопам водорода (при этом он выполняет и функцию мембраны), наблюдается точно такое же суммирование двух эффектов - при увеличении проходящего через нагреватель тока его проницаемость увеличивается и увеличивается давление изотопов водорода в рабочей камере за счет повышения температуры гидрида. Изотопы водорода диффундируют во внутреннюю полость трубки через ее стенку. Герметизация трубчатой мембраны с одной стороны и герметичное соединение другого ее конца с выходным патрубком позволяет отделить внутреннюю полость трубчатой мембраны от полости рабочей камеры. Т.о., изотопы водорода, поступившие в полость трубчатой мембраны, полностью изолированы от газовой среды, находящейся в рабочей камере. Т.к. полость трубчатой мембраны герметично соединена с выходным патрубком, то в приемник поступают диффузионно-чистые изотопы водорода.In the embodiment of the device, when the heater is made in the form of a tubular spiral made of a material with selective permeability along hydrogen isotopes (it also acts as a membrane), the same summation of two effects is observed - with an increase in the current passing through the heater, its permeability increases and the isotope pressure hydrogen in the working chamber by increasing the temperature of the hydride. Hydrogen isotopes diffuse into the internal cavity of the tube through its wall. The sealing of the tubular membrane on one side and the tight connection of its other end with the outlet pipe allows you to separate the inner cavity of the tubular membrane from the cavity of the working chamber. Thus, the hydrogen isotopes entering the cavity of the tubular membrane are completely isolated from the gas medium in the working chamber. Because Since the cavity of the tubular membrane is hermetically connected to the outlet pipe, diffusion-pure hydrogen isotopes enter the receiver.

Для сокращения габаритных характеристик устройства деталь из гидрида металла может быть выполнена в виде таблетки, а трубчатый нагреватель, исполняющий роль мембраны, устанавливают над поверхностью таблетки.To reduce the overall characteristics of the device, the metal hydride part can be made in the form of a tablet, and a tubular heater acting as a membrane is installed above the surface of the tablet.

Размещение детали из гидрида металла в оболочке, по меньшей мере, одна из стенок которой выполнена пористой, позволяет решить технологическую проблему удержания порошка гидридообразующего материала в одном геометрическом месте, предотвратить его миграцию по объему устройства, а соответственно и попадание на материал мембраны, что может привести к выходу ее из строя вследствие растворения металла гидрида в металле мембраны. Пористая стенка одновременно позволяет решить вопрос о выходе изотопов водорода из оболочки, а при полном удалении газа из металла - носителя через пористую стенку он вновь заполняется изотопами водорода.Placing a metal hydride part in a shell, at least one of the walls of which is made porous, allows us to solve the technological problem of holding the powder of the hydride-forming material in one geometric place, to prevent its migration through the device’s volume, and, accordingly, to the membrane’s material, which can lead to its failure due to dissolution of the metal hydride in the metal of the membrane. At the same time, the porous wall allows one to solve the problem of the escape of hydrogen isotopes from the shell, and when gas is completely removed from the carrier metal through the porous wall, it is again filled with hydrogen isotopes.

На фиг.1 представлено устройство для подачи изотопов водорода - вариант по п.1 формулы изобретения (с цилиндрическим носителем газа, мембраной и нагревателем).Figure 1 shows a device for supplying hydrogen isotopes - a variant according to claim 1 of the claims (with a cylindrical gas carrier, a membrane and a heater).

На фиг.2 представлено устройство для подачи изотопов водорода - вариант по п.3 формулы изобретения (с объединенными нагревателем и мембраной и цилиндрическим носителем газа).Figure 2 presents a device for supplying hydrogen isotopes - an option according to claim 3 of the claims (with a combined heater and membrane and a cylindrical gas carrier).

На фиг.3 представлен частный случай устройства для подачи изотопов водорода - вариант по п.4 формулы изобретения (с объединенными нагревателем и мембраной и плоским носителем газа) и вид сверху в разрезе.Figure 3 presents a special case of a device for supplying isotopes of hydrogen - an option according to claim 4 of the claims (with a combined heater and membrane and a flat gas carrier) and a top view in section.

Устройство на фиг.1 содержит корпус 1, в котором установлены деталь 2, выполненная из гидрида металла, являющегося носителем газа - изотопа водорода (либо смесей изотопов водорода), нагреватель 3 в виде спирали, электроды 4, выходной патрубок 5. Деталь 2 заключена в оболочку 6, которая, как минимум, с одной стороны выполнена пористой, например, из пористой нержавеющей стали. В случае полного удаления газа из детали 2 для заполнения носителя в корпусе предусмотрен патрубок 7 с заглушкой 8. В корпусе 1 также содержится мембрана 9 с селективной проницаемостью по водороду, отделяющая объем с гидридом металла от объема, в котором установлен выходной патрубок. Нагреватель 3 расположен между мембраной 9 и деталью из гидрида металла 2.The device in figure 1 contains a housing 1, in which a part 2 is installed, made of a metal hydride, which is a carrier of gas - a hydrogen isotope (or mixtures of hydrogen isotopes), a heater 3 in the form of a spiral, electrodes 4, an outlet pipe 5. Detail 2 is enclosed in the shell 6, which, at least on one side is made porous, for example, of porous stainless steel. In the case of complete removal of gas from the part 2, a nozzle 7 with a plug 8 is provided in the housing for filling the carrier. The housing 1 also contains a membrane 9 with selective hydrogen permeability separating the metal hydride volume from the volume in which the outlet nozzle is installed. The heater 3 is located between the membrane 9 and the metal hydride part 2.

Устройство на фиг.2 и фиг.3 содержит корпус 1, в котором установлены деталь 2, выполненная из гидрида металла, являющегося носителем газа - изотопа водорода (либо смесей изотопов водорода), нагреватель 3 в виде трубки из материала с селективной проницаемостью по водороду, выполняющий и функцию диффузионной мембраны. Один конец трубки герметичен соединен с электродом 4, а другой ее конец герметично установлен в выходном патрубке 5. Деталь 2 из гидрида металла может быть выполнена в виде полого цилиндра и установлена коаксиально относительно нагревателя-мембраны 3 (как показано на фиг.2). Возможен и другой вариант, когда деталь 2 из гидрида металла выполнена плоской, например, в виде таблетки, а трубчатый нагреватель - мембрана 3 выполнена в виде плоской спирали и расположена над поверхностью таблетки (как показано на фиг.3). Деталь 2 заключена в оболочку 6, которая, как минимум, с одной стороны выполнена пористой, например, из пористой нержавеющей стали. В случае полного удаления газа из детали 2 для заполнения носителя в корпусе предусмотрен патрубок 7 с заглушкой 8.The device of FIG. 2 and FIG. 3 comprises a housing 1 in which a part 2 is mounted made of a metal hydride that is a carrier of a gas — a hydrogen isotope (or mixtures of hydrogen isotopes), a heater 3 in the form of a tube made of a material with selective hydrogen permeability, performing the function of a diffusion membrane. One end of the tube is hermetically connected to the electrode 4, and the other end is hermetically installed in the outlet 5. The metal hydride part 2 can be made in the form of a hollow cylinder and mounted coaxially with respect to the heater membrane 3 (as shown in FIG. 2). Another option is also possible when the metal hydride part 2 is made flat, for example, in the form of a tablet, and the tubular heater - membrane 3 is made in the form of a flat spiral and is located above the surface of the tablet (as shown in Fig. 3). Part 2 is enclosed in a shell 6, which, at least on one side, is made porous, for example, of porous stainless steel. In the case of complete removal of gas from the part 2, a nozzle 7 with a plug 8 is provided in the housing to fill the carrier.

Устройство по фиг.1 для подачи изотопов водорода в приемник работает следующим образом.The device of figure 1 for supplying isotopes of hydrogen to the receiver operates as follows.

При подаче напряжения на электроды 4 и корпус рабочей камеры 1 происходит разогрев нагревателя 3, под действием тепла от которого происходит разогрев детали 2 из гидрида металла и мембраны 9. Это приводит к десорбции водорода из детали 2 и появлению проницаемости мембраны 9. Выделившийся водород заполняет рабочую камеру 1 и направляется к мембране 9, отделяющей часть рабочей камеры с гидридом металла от другой ее части, в которой находится выходной патрубок 5. Газ проходит через мембрану и поступает в выходной патрубок. Таким образом осуществляется очистка выходящего из устройства водорода.When voltage is applied to the electrodes 4 and the housing of the working chamber 1, the heater 3 is heated, under the action of heat from which the part 2 of the metal hydride and the membrane 9 are heated. This leads to hydrogen desorption from the part 2 and the membrane permeability 9. The released hydrogen fills the working chamber 1 and is directed to the membrane 9, which separates part of the working chamber with metal hydride from its other part, in which the outlet pipe 5 is located. Gas passes through the membrane and enters the outlet pipe. Thus, the hydrogen leaving the device is cleaned.

Изменяя величину прикладываемого напряжения между корпусом 1 и электродом 4, можно в широком диапазоне параметров варьировать потоком изотопов водорода, направляемым в приемник.By changing the magnitude of the applied voltage between the housing 1 and the electrode 4, it is possible to vary the flow of hydrogen isotopes directed to the receiver over a wide range of parameters.

Устройство по фиг.2 и 3 для подачи изотопов водорода в приемник работает следующим образом.The device according to figure 2 and 3 for supplying isotopes of hydrogen to the receiver operates as follows.

При приложении напряжения к электроду 4 и корпусу рабочей камеры 1 происходит разогрев трубки нагревателя 3, под действием тепла от которого происходит разогрев детали 2 из гидрида металла и десорбция водорода. Выделившийся водород диффундирует через стенку трубки 3, выполняющей одновременно и функцию мембраны, во внутреннюю полость трубки. Т.к. один конец трубки герметичен, а другой - герметично установлен в выходном патрубке 5 рабочей камеры 1, то находящиеся в трубке изотопы водорода изолируются от полости рабочей камеры и в приемник поступают чистые изотопы водорода.When voltage is applied to the electrode 4 and the housing of the working chamber 1, the heater tube 3 is heated, under the action of heat from which the part 2 of the metal hydride is heated and hydrogen is desorbed. The released hydrogen diffuses through the wall of the tube 3, which simultaneously performs the function of the membrane, into the internal cavity of the tube. Because one end of the tube is sealed, and the other is hermetically installed in the outlet pipe 5 of the working chamber 1, then the hydrogen isotopes located in the tube are isolated from the cavity of the working chamber and pure hydrogen isotopes enter the receiver.

Изменяя величину прикладываемого напряжения между корпусом 1 и электродом 4, можно в широком диапазоне параметров варьировать потоком изотопов водорода, направляемым в приемник.By changing the magnitude of the applied voltage between the housing 1 and the electrode 4, it is possible to vary the flow of hydrogen isotopes directed to the receiver over a wide range of parameters.

Предлагаемое устройство для подачи изотопов водорода в приемник реализовано в виде варианта по п.3 формулы изобретения с гидридом ZrCO2 и селективной трубкой из никеля. После насыщения гидрида металла водородом при давлении 1 атм на электроды устройства подавался ток от 0 до 5А, при этом поток натекания изменялся от величины ~0.1 см3бар/час до величины 2500 см3бар/час.The proposed device for supplying hydrogen isotopes to the receiver is implemented as a variant according to claim 3 of the claims with ZrCO 2 hydride and a selective nickel tube. After the metal hydride was saturated with hydrogen at a pressure of 1 atm, a current from 0 to 5 A was applied to the electrodes of the device, while the leakage flux changed from ~ 0.1 cm 3 bar / h to 2500 cm 3 bar / h.

Источники информацииSources of information

1. Устройство для абсорбции и выделения водорода с применением сплава, поглощающего водород. Патент Японии №6092241 В4 (заявка №61-230375 с приоритетом от 29.09.86), опубл. 16.11.94, МПК6 С 01 В 3/00, журнал "ИСМ", выпуск 37, №4, 1998, стр.9.1. Device for the absorption and evolution of hydrogen using an alloy that absorbs hydrogen. Japan patent No. 6092241 B4 (application No. 61-230375 with priority of 09/29/86), publ. 11.16.94, IPC 6 C 01 B 3/00, ISM Magazine, Issue 37, No. 4, 1998, p. 9.

2. Керамический каталитический мембранный реактор для отделения водорода и/или его изотопов от исходных потоков. Патент США №5366712, опубл. 22.11.94, МПК6 С 01 В 3/00.2. Ceramic catalytic membrane reactor for separating hydrogen and / or its isotopes from the feed streams. US patent No. 5366712, publ. 11.22.94, IPC 6 C 01 B 3/00.

3. Устройство для ввода и отбора изотопа водорода сверхвысокой чистоты. Заявка Японии № 59137301, опубл. 07.08.84, МПК6 С 01 В 4/00.3. Device for input and selection of hydrogen isotope of ultrahigh purity. Japanese Application No. 59137301, publ. 08/07/84, IPC 6 C 01 B 4/00.

Claims (5)

1. Устройство для подачи изотопов водорода в приемник, содержащее вакуумированную рабочую камеру с выходным патрубком, установленные в ней деталь из гидрида металла, нагреватель и элемент, разделяющий рабочую камеру на два объема, в одном из которых находится деталь из гидрида металла, а другой соединен с выходным патрубком, отличающееся тем, что указанный элемент выполнен в виде мембраны с селективной проницаемостью по изотопам водорода, при этом нагреватель установлен между деталью из гидрида металла и мембраной.1. A device for feeding hydrogen isotopes to a receiver containing a vacuum chamber with an outlet pipe, a metal hydride part installed in it, a heater and an element dividing the working chamber into two volumes, one of which contains a metal hydride part, and the other is connected with an outlet pipe, characterized in that said element is made in the form of a membrane with selective permeability along hydrogen isotopes, wherein the heater is installed between the metal hydride part and the membrane. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что деталь из гидрида металла размещена в оболочке, причем, по меньшей мере, одна из ее стенок выполнена пористой.2. The device according to claim 1, characterized in that the part of the metal hydride is placed in the shell, and at least one of its walls is made porous. 3. Устройство для подачи изотопов водорода в приемник, содержащее рабочую камеру с выходным патрубком, установленные в ней деталь из гидрида металла и нагреватель, отличающееся тем, что нагреватель выполнен в виде трубки из материала с селективной проницаемостью по изотопам водорода, при этом один конец трубки загерметизирован, а второй герметично соединен с выходным патрубком с возможностью отделения полости трубки от объема рабочей камеры.3. A device for supplying hydrogen isotopes to a receiver containing a working chamber with an outlet pipe, a metal hydride part installed in it and a heater, characterized in that the heater is made in the form of a tube made of a material with selective permeability along hydrogen isotopes, with one end of the tube it is sealed, and the second is hermetically connected to the outlet pipe with the possibility of separating the tube cavity from the volume of the working chamber. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что деталь из гидрида металла выполнена плоской, например, в виде таблетки, а трубчатый нагреватель выполнен в виде плоской спирали и установлен с одной стороны от нее.4. The device according to claim 3, characterized in that the metal hydride part is made flat, for example, in the form of a tablet, and the tubular heater is made in the form of a flat spiral and is installed on one side of it. 5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что деталь из гидрида металла размещена в оболочке, причем, по меньшей мере, одна из ее стенок выполнена пористой.5. The device according to claim 3 or 4, characterized in that the part of the metal hydride is placed in the shell, and at least one of its walls is made porous.
RU2002119337/15A 2002-07-17 2002-07-17 Apparatus for feeding of hydrogen isotopes into receptacle (versions) RU2234973C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002119337/15A RU2234973C2 (en) 2002-07-17 2002-07-17 Apparatus for feeding of hydrogen isotopes into receptacle (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002119337/15A RU2234973C2 (en) 2002-07-17 2002-07-17 Apparatus for feeding of hydrogen isotopes into receptacle (versions)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002119337A RU2002119337A (en) 2004-01-27
RU2234973C2 true RU2234973C2 (en) 2004-08-27

Family

ID=33412668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002119337/15A RU2234973C2 (en) 2002-07-17 2002-07-17 Apparatus for feeding of hydrogen isotopes into receptacle (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2234973C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2556110C2 (en) * 2013-09-13 2015-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" Method of storing and extracting hydrogen isotopes and apparatus therefor
RU2624312C2 (en) * 2015-10-14 2017-07-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) Device for pumping isotopes of hydrogen from vacuum volume of thermonuclear installation

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
US 5931987 а, 03.08.1999. *
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ. / Под ред. И.И. Артоболевского – М.: Советская энциклопедия, 1977, с.108. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2556110C2 (en) * 2013-09-13 2015-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" Method of storing and extracting hydrogen isotopes and apparatus therefor
RU2624312C2 (en) * 2015-10-14 2017-07-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) Device for pumping isotopes of hydrogen from vacuum volume of thermonuclear installation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002119337A (en) 2004-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2623245B2 (en) Active metal bead
AU2021257972B2 (en) Heat generating system
US5895519A (en) Method and apparatus for purifying hydrogen gas
US3683589A (en) Helium purifier
RU2234973C2 (en) Apparatus for feeding of hydrogen isotopes into receptacle (versions)
CA1083979A (en) Storage of gas
JPH03165810A (en) Device for and method of removing gas impurities from hermetically sealed vacuum state
US4942019A (en) Gas purifier
JP2003506207A (en) Recoverable room temperature purifier
AU1907895A (en) Method for producing heat
FR2601181A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR THE DECONTAMINATION OF REJECTED FUEL CYCLE GAS OF A FUSION NUCLEAR REACTOR GAS REJECTED CONTAMINATED BY COMPONENTS CONTAINING TRITIUM AND / OR DEUTERIUM IN COMBINED CHEMICALLY COMBINED FORM
JP2007197238A (en) Apparatus for storing/supplying hydrogen
Betteridge et al. The separation of hydrogen from gas mixtures
ITMI20091439A1 (en) IMPROVED PYROLYSIS REACTOR FOR HIGH-TEMPERATURE CONVERSION
RU46254U1 (en) DEVICE FOR HYDROGEN ISOTOPES CLEANING
JP2948263B2 (en) Gas purification equipment
JPS621566B2 (en)
JPS604697A (en) Method and apparatus for generating high-purity hydrogen gas
Heung et al. Tritium stripping by a catalytic exchange stripper
IT201800003185A1 (en) PROCESS WITH POROUS SUPPORT FOR THE EXTRACTION OF HYDROGEN AND ISOTOPES FROM LIQUID METALS, AND RELATIVE APPARATUS
JPS5953202B2 (en) Hydrogen gas purification equipment
KR0135749B1 (en) Gas purifier
RU2273070C2 (en) Aqueous solution irradiating device
US20100195780A1 (en) Apparatus and process for thermal gradient-driven metal catalyzed fusion reactor
Ogino et al. Application of hydrogen storage alloy for the determination of trace impurities in high-purity hydrogen by gas chromatography

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170718