電磁式熔鹽蒸發方法
2023-05-08 20:19:41
電磁式熔鹽蒸發方法
【專利摘要】本發明提供一種電磁式熔鹽蒸發方法，應用電磁式熔鹽蒸發器，該電磁式熔鹽蒸發器包括一蒸發腔體、一熔鹽蒸發體和一電磁感應線圈，電磁感應線圈環繞於該熔鹽蒸發體，該熔鹽蒸發體內具有一熔鹽蒸發管，該電磁式熔鹽蒸發方法包括以下步驟：S1：開啟該氣體壓縮制冷機，以使得製冷氣體循環於該氣體流道；S2：使用該電磁感應線圈為該熔鹽蒸發管預熱至溫度大於1000℃；S3：向該熔鹽蒸發管的熔鹽進液口注入熔鹽，並且從該熔鹽出液口回收液態熔鹽。在製冷步驟S1中，通過使用帶有氣體流道的電磁感應線圈和氣體壓縮制冷機，該電磁式熔鹽蒸發方法具有製冷效果穩定，且不會沉積汙垢的優點。
【專利說明】電磁式熔鹽蒸發方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及熔鹽蒸餾領域，特別涉及一種電磁式熔鹽蒸發方法。
【背景技術】
[0002]目前熔鹽或熔鹽爐的加熱主要是應用於工業中的傳熱系統，所需要的溫度條件比較溫和，一般在幾百攝氏度左右，加熱手段可以通過燃煤加熱、電阻爐加熱等。其中燃煤加熱能耗高，電阻爐加熱升溫緩慢，加熱效率低。
[0003]熔鹽反應堆中的熔鹽載體通常為氟鹽，本身具有很強的腐蝕性，遇水後腐蝕性則更強，很容易腐蝕設備。對於核電工業，安全性要求苛刻，有必要杜絕一切隱患，所以要求涉及熔鹽的設備環境為無水環境。
[0004]蒸餾技術是回收載體熔鹽的有效手段之一。蒸餾熔鹽需要很高的溫度，甚至上千度，而且需要真空環境。由於真空條件下，熱傳導效率降低，這樣電阻加熱的方式熱效率進一步降低。為了解決電阻加熱方式低效率的問題，人們研發出了大功率和高效率的電磁感應加熱方法。然而，現有的電磁感應加熱方法存在以下技術問題:第一、水冷管道長時間使用後會形成水垢，粘附於水冷管道的內壁上，不僅難以清除，而且影響製冷效果，工作時電磁線圈溫度較高，影響線圈使用壽命；第二、存在放電現象，真空條件下(約10Pa)蒸發腔體內存在電弧放電現象，容易導致線圈被擊穿而損壞儀器。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中的電磁感應加熱方法因水冷管道容易沉積水垢而影響製冷效果的缺陷，提供一種電磁式熔鹽蒸發方法，該電磁式熔鹽蒸發方法具有製冷效果穩定，且不會產生水垢的優點，並且能夠製備純度較高的熔鹽。
[0006]本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題:
[0007]—種電磁式熔鹽蒸發方法，應用電磁式熔鹽蒸發器，該電磁式熔鹽蒸發器包括一蒸發腔體、一熔鹽蒸發體和一電磁感應線圈，電磁感應線圈環繞於該熔鹽蒸發體，該熔鹽蒸發體內具有一熔鹽蒸發管，其特點在於，該電磁感應線圈為金屬空心管，該金屬空心管內部形成氣體流道，該電磁式熔鹽蒸發器還包括一個氣體壓縮制冷機，該氣體壓縮制冷機與該些氣體流道相互連通，該電磁式熔鹽蒸發方法包括以下步驟:
[0008]S1:開啟該氣體壓縮制冷機，以使得製冷氣體循環於該氣體流道；
[0009]S2:使用該電磁感應線圈為該熔鹽蒸發管預熱至溫度大於1000°C ；
[0010]S3:向該熔鹽蒸發管的熔鹽進液口注入熔鹽，並且從該熔鹽出液口回收液態熔鹽。該氣體壓縮制冷機氣體流量可以為I?5L/min。
[0011]較佳地，該電磁式熔鹽蒸發器包括至少一陶瓷材質的保護支架，該些保護支架套設於該熔鹽蒸發體外，該電磁感應線圈環繞且固定於該些保護支架上。市面上保護支架的材質為有機橡膠，在高溫、真空環境下容易揮發，造成熔鹽汙染，本發明通過選用陶瓷材料製作保護支架避免了高溫揮發和熔鹽汙染。另外，熔鹽蒸發體為電磁感應材料，如石墨或金屬鎳，在I?200Pa的真空中通過電磁感應加熱蒸發體，蒸發體通過接觸傳熱加熱熔鹽，蒸發溫度最高為1200°C。
[0012]較佳地，該電磁式熔鹽蒸發器包括兩個電磁感應線圈，該些電磁感應線圈的氣體流道的進氣口均與該氣體壓縮制冷機的排氣口相互連通，該些電磁感應線圈的氣體流道的出氣口均與該氣體壓縮制冷機的回氣口相互連通。電磁感應線圈環繞於熔鹽蒸發體，加熱時線圈工作電壓為50?100V，工作電流為100?500A。
[0013]較佳地，從該些氣體流道的進氣口到該些氣體流道的出氣口，該些氣體流道的內徑逐漸減小。
[0014]較佳地，該氣體流道內設置有絕緣導熱網，該氣體壓縮制冷機與該些氣體流道內循環有氮氣或氦氣。絕緣導熱網能夠將電磁感應線圈內的熱量導出，並增加與低溫氮氣或低溫氦氣的接觸面積，以便充分回收熱量。
[0015]較佳地，該蒸發腔體包括一個主腔體和位於該主腔體兩端的兩個密封端蓋，該些密封端蓋和該主腔體通過法蘭密封連接。
[0016]較佳地，該些密封端蓋、該主腔體的兩側和該法蘭之間的密封處均設置有金屬密封圈，該電磁感應線圈與該主腔體的接觸處均設置有聚四氟乙烯材質的密封圈。通過採用金屬密封圈和法蘭密封緊固密封，能夠將主腔體抽取至真空度低於0.1託(torr)，增加了熔鹽蒸發速率，為了防止電磁式熔鹽蒸發器的線圈被擊穿，降低放電概率，加熱器採用低電壓、大電流的工作模式，工作電壓在100V以內，工作電流可達500A，為了達到如此大的電流，連接導線改用大截面而且長度短的金屬板。
[0017]較佳地，該電磁式熔鹽蒸發器還包括一個壓力探測器和一個真空泵，該真空泵用於為該蒸發腔體抽真空，該壓力探測器用於檢測該蒸發腔體的真空度，該步驟S1、該步驟S2和該步驟S3均是在抽真空的狀態下進行的。由於針對的熔鹽體系是氟鹽或者氯鹽，遇水後腐蝕性大大增強，尤其是在高溫條件下，所以萬一腔體內的線圈漏水，遇鹽蒸汽後將嚴重腐蝕設備，是一個安全隱患，因此有必要使用氣體冷卻線圈。
[0018]較佳地，該電磁感應線圈和該熔鹽蒸發體之間設置有一熱屏蔽層，該熱屏蔽層的材質為陶瓷材料，該熔鹽蒸發體的材質為石墨、鑰或鎳。陶瓷材料不僅絕熱性能好，而且也不會影響渦旋電磁場對熔鹽蒸發體的加熱。
[0019]較佳地，該熔鹽蒸發體內設置有至少一個熱電偶。
[0020]本發明的積極進步效果在於:在製冷步驟SI中，通過使用帶有氣體流道的電磁感應線圈和氣體壓縮制冷機，該電磁式熔鹽蒸發方法具有製冷效果穩定，且不會沉積汙垢的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明較佳實施例的電磁式熔鹽蒸發器的結構示意圖。
[0022]圖2為本發明較佳實施例的電磁式熔鹽蒸發器的層狀結構示意圖。
[0023]附圖標記說明:
[0024]蒸發腔體:1 電磁感應線圈:2
[0025]熱屏蔽層:3 熔鹽蒸發體:4
[0026]熱電偶:5 壓力探測器:6
[0027]保護支架:7 熔鹽蒸發管:8
[0028]熔鹽進液口:9熔鹽出液口:10
[0029]真空泵:11 法蘭:12
[0030]變頻電源:13氣體壓縮制冷機:14
[0031]氣體流道:15密封端蓋:16
【具體實施方式】
[0032]下面舉個較佳實施例，並結合附圖來更清楚完整地說明本發明。
[0033]本實施例的電磁式熔鹽蒸發器的結構如下:
[0034]請結合圖1-2予以理解，本實施例提供一種電磁式熔鹽蒸發器，包括一蒸發腔體
1、兩個電磁感應線圈2、一熔鹽蒸發體4和至少一陶瓷材質的保護支架7。該些保護支架7套設於該熔鹽蒸發體4外，該熔鹽蒸發體4內具有一熔鹽蒸發管8，該電磁感應線圈2環繞且固定於該些保護支架7上。該電磁感應線圈2為金屬空心管，該金屬空心管內部形成氣體流道15，該電磁式熔鹽蒸發器還包括一個氣體壓縮制冷機14，該些電磁感應線圈2的氣體流道15的進氣口均與該氣體壓縮制冷機14的排氣口相互連通，該些電磁感應線圈2的氣體流道15的出氣口均與該氣體壓縮制冷機14的回氣口相互連通。
[0035]該氣體流道15內設置有絕緣導熱網，研發人員可以根據具體需要選擇絕緣導熱網，例如市售陶瓷導熱網、高分子導熱網，一方面可以實現過濾液體中的細微顆粒，另一方面可以將該電磁感應線圈2內的熱量導出，以便被低溫氮氣或低溫氦氣充分吸收。該氣體壓縮制冷機14與該些氣體流道15內循環有氮氣或氦氣。該些氣體流道15可以製作成特殊的結構形式，即從該些氣體流道15的進氣口到該些氣體流道15的出氣口，該些氣體流道15的內徑逐漸減小。
[0036]該蒸發腔體I包括一個主腔體和位於該主腔體兩端的兩個密封端蓋16，該些密封端蓋16和該主腔體通過法蘭12密封連接。
[0037]該些密封端蓋16、該主腔體的兩側和該法蘭12之間的密封處均設置有金屬密封圈，該電磁感應線圈2與該主腔體的接觸處均設置有聚四氟乙烯材質的密封圈。
[0038]該電磁式熔鹽蒸發器還包括一個壓力探測器6和一個真空泵11，該真空泵11用於為該蒸發腔體I抽真空，該壓力探測器6用於檢測該蒸發腔體I的真空度。
[0039]該電磁感應線圈2和該熔鹽蒸發體4之間設置有一熱屏蔽層3，該熱屏蔽層3的材質為陶瓷材料，陶瓷材料不僅絕熱性能好，而且也不會影響渦旋電磁場對熔鹽蒸發體4的加熱。該熔鹽蒸發體4的材質可以為石墨、鑰或鎳。為了測量加熱溫度，該熔鹽蒸發體4內設置有至少一個熱電偶5。
[0040]本實施例的電磁式熔鹽蒸發方法應用如上所述的電磁式熔鹽蒸發器，該方法包括以下步驟:
[0041]S1:開啟該氣體壓縮制冷機14，以使得製冷氣體循環於該氣體流道；
[0042]S2:使用該電磁感應線圈2為該熔鹽蒸發管8預熱至溫度大於1000°C ；
[0043]S3:向該熔鹽蒸發管8的熔鹽進液口 9注入熔鹽，並且從該熔鹽出液口 10回收液態熔鹽。
[0044]該步驟S1、該步驟S2和該步驟S3均是在抽真空的狀態下進行的，即開啟真空泵11為該蒸發腔體I抽真空。
[0045]具體工作時，開啟該真空泵11為該蒸發腔體I抽真空，並且通過該壓力探測器6檢測該蒸發腔體I的真空度，在該蒸發腔體I的真空度低於0.1託(torr)時，開啟變頻電源13，調節輸出功率為40kW，輸出電壓為50V，電磁感應線圈2產生渦旋電磁場，將熔鹽蒸發體4在20分鐘內迅速升溫至1000°C以上，具體溫度可以通過熱電偶5進行檢測，同時通過該熔鹽進液口 9輸入熔鹽，熔鹽在熔鹽蒸發管8內受熱蒸發，並經過熔鹽出液口 10流出。
[0046]在蒸餾熔鹽的過程中，開啟該氣體壓縮制冷機14將氮氣或氦氣壓縮冷凝，氮氣或氦氣在該些氣體流道15和該氣體壓縮制冷機14之間循環，以便將電磁感應線圈2產生的熱量迅速吸收。從該些氣體流道15的進氣口到該些氣體流道15的出氣口，該些氣體流道15的內徑逐漸減小，因此氮氣或氦氣的循環速度是逐漸加快的，最終將熱流經過氣體流道15的出氣口循環卷出。另外，由於該氣體流道內設置有絕緣導熱網，絕緣導熱網能夠將該電磁感應線圈2內的熱量導出，並增加與低溫氮氣或低溫氦氣的接觸面積，以便充分回收熱量。因此，即便熔鹽蒸發體4在20分鐘內迅速升溫至1000°C以上，氮氣或氦氣依然能夠將電磁感應線圈2的溫度保持在200°C以下。
[0047]由於電磁感應線圈2和熔鹽蒸發體4之間溫度差距較大，因此在兩者之間設置有陶瓷材料的熱屏蔽層3進行絕熱，陶瓷材料不僅絕熱性能好，而且也不會影響渦旋電磁場對熔鹽蒸發體4的加熱。
[0048]本實施例的電磁式熔鹽蒸發方法具有如下技術效果:
[0049]第一、不會沉積汙垢且製冷效果穩定，由於使用氣體流道和氣體壓縮制冷機循環冷凝氮氣(或氦氣)製冷，氮氣較為純淨，因此水冷管道的內壁不會沉積汙垢(尤其水垢)而影響熱傳導，即便長期使用製冷效果依然穩定。同時，使用金屬密封圈密封腔體，使用陶瓷支架代替橡膠支架，提高了熔鹽製備的純度，使用低電壓、大電流的加熱方法，降低了放電概率，提高了設備安全性。
[0050]第二、大大降低了真空放電現象且安全性高，通過採用橡膠密封圈和法蘭密封緊固密封，且配合低電壓、大電流的工作模式，在保證輸出功率不變的前提下，降低了工作電壓從而降低了真空放電概率。
[0051]第三、製冷效果高且絕熱性好，通過氣體流道的內徑漸變式的設計和氣體流道內設置有絕緣導熱網的設計，極大地提高了熱傳導的速率，氣流能夠迅速吸熱量並將熱流循環卷出，另外，陶瓷材料的熱屏蔽層能夠隔絕電磁感應線圈和熔鹽蒸發體之間熱傳導。
[0052]雖然以上描述了本發明的【具體實施方式】，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發明的保護範圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種電磁式熔鹽蒸發方法，應用電磁式熔鹽蒸發器，該電磁式熔鹽蒸發器包括一蒸發腔體、一熔鹽蒸發體和一電磁感應線圈，電磁感應線圈環繞於該熔鹽蒸發體，該熔鹽蒸發體內具有一熔鹽蒸發管，其特徵在於，該電磁感應線圈為金屬空心管，該金屬空心管內部形成氣體流道，該電磁式熔鹽蒸發器還包括一個氣體壓縮制冷機，該氣體壓縮制冷機與該些氣體流道相互連通，該電磁式熔鹽蒸發方法包括以下步驟: S1:開啟該氣體壓縮制冷機，以使得製冷氣體循環於該氣體流道； S2:使用該電磁感應線圈為該熔鹽蒸發管預熱至溫度大於1000°C ； S3:向該熔鹽蒸發管的熔鹽進液口注入熔鹽，並且從該熔鹽出液口回收液態熔鹽。
2.如權利要求1所述的電磁式熔鹽蒸發方法，其特徵在於，該電磁式熔鹽蒸發器包括至少一陶瓷材質的保護支架，該些保護支架套設於該熔鹽蒸發體外，該電磁感應線圈環繞且固定於該些保護支架上。
3.如權利要求1所述的電磁式熔鹽蒸發方法，其特徵在於，該電磁式熔鹽蒸發器包括兩個電磁感應線圈，該些電磁感應線圈的氣體流道的進氣口均與該氣體壓縮制冷機的排氣口相互連通，該些電磁感應線圈的氣體流道的出氣口均與該氣體壓縮制冷機的回氣口相互連通。
4.如權利要求1所述的電磁式熔鹽蒸發方法，其特徵在於，從該些氣體流道的進氣口到該些氣體流道的出氣口，該些氣體流道的內徑逐漸減小。
5.如權利要求1所述的電磁式熔鹽蒸發方法，其特徵在於，該氣體流道內設置有絕緣導熱網，該氣體壓縮制冷機與該些氣體流道內循環有氮氣或氦氣。
6.如權利要求1所述的電磁式熔鹽蒸發方法，其特徵在於，該蒸發腔體包括一個主腔體和位於該主腔體兩端的兩個密封端蓋，該些密封端蓋和該主腔體通過法蘭密封連接。
7.如權利要求6所述的電磁式熔鹽蒸發方法，其特徵在於，該些密封端蓋、該主腔體的兩側和該法蘭之間的密封處均設置有金屬密封圈，該電磁感應線圈與該主腔體的接觸處均設置有聚四氟乙烯材質的密封圈。
8.如權利要求2所述的電磁式熔鹽蒸發方法，其特徵在於，該電磁式熔鹽蒸發器還包括一個壓力探測器和一個真空泵，該真空泵用於為該蒸發腔體抽真空，該壓力探測器用於檢測該蒸發腔體的真空度，該步驟S1、該步驟S2和該步驟S3均是在抽真空的狀態下進行的。
9.如權利要求1-8中任意一項所述的電磁式熔鹽蒸發方法，其特徵在於，該電磁感應線圈和該熔鹽蒸發體之間設置有一熱屏蔽層，該熱屏蔽層的材質為陶瓷材料，該熔鹽蒸發體的材質為石墨、鑰或鎳。
10.如權利要求1所述的電磁式熔鹽蒸發方法，其特徵在於，該熔鹽蒸發體內設置有至少一個熱電偶。
【文檔編號】B01D3/10GK104138668SQ201410339236
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月16日 優先權日:2014年7月16日
【發明者】楊洋, 竇強, 付海英, 耿俊霞, 王子豪, 李晴暖 申請人:中國科學院上海應用物理研究所