КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ВОДОРОДА И ЕГО ИЗОТОПОВ

Контейнер для водорода и его изотопов
Изобретение относится к средствам для очистки, хранения и подачи газов, преимущественно водорода и его изотопов, а также гелия, аргона и других. Изобретение может быть использовано в лазерной технике, в микроэлектронике, системах очистки гелиевого теплоносителя высокотемпературных газовых реакторов, в ядерной и термоядерной технологии, а также в автомобильном транспорте.
Развитие многих современных технологий выдвигает проблему создания совершенных технических средств очистки, хранения, транспортировки и дозирования различных газов, например, водорода и его изотопов, гелия, аргона и других. К такому оборудованию в ряде случаев предъявляются весьма жесткие требования по надежности, взрыво-пожаро-безопасности, ядерной безопасности, геометрическим размерам, кинетическим характеристикам поглощения и выделения газа и другим параметрам.
Известен контейнер для хранения и дозированной подачи водорода и его изотопов, который состоит из корпуса с двумя фланцами, формирующих герметичную цилиндрическую емкость, внутри которой размещен стакан с порошком урана 1. В верхней части корпус выполнен водоохлаждаемым, а в нижней его части размещен наружный нагреватель, верхний фланец соединен
z  6 021 О  i 1 7 i
г/у L
трубопроводом с запорным вентилем. Недостатком этого контейнера является его низкая безопасность, обусловленная отсутствием защитной оболочки, высокими рабочими температурами сорбента (температура полного разложения тритида урана около 700°С) и пирофорными свойствами порошка урана, а также значительными термическими напряжениями в материале корпуса, возникающими в результате большого перепада температур по его высоте.
Наиболее близким к заявляемому решению, выбранный авторами за прототип, является контейнер для водорода и его изотопов, описанный в отчете 2. Общий вид этого контейнера приведен в приложении 1 .Контейнер выполнен в виде горизонтально расположенной цилиндрической вакуумированной емкости, герметизированной по торцам фланцевыми соединениями. Внутри емкости на двух трубопроводах, смонтированных на одном из наружных фланцев, размещена герметичная камера, образованная расположенными концентрично наружной и внутренней цилиндрическими обечайками. Наружная обечайка с одного торца соединена с помощью кольцевой заглушки с внутренней обечайкой, а с другого торца герметизирована заглушкой дисковой формы. Внутренняя обечайка также заглушена с другого торца дисковой заглушкой, размещенной с некоторым зазором с дисковой
заглушкой наружной обечайкой. Соединенные как описано выше обечайки и заглушки формируют герметичную камеру U-образной формы. Камера разделена на несколько зон радиальными пластинами, которые приварены к внутренней обечайке. К каждой зоне подведен трубчатый фильтр, вокруг которого размеш;ен порошок сорбента для газов, например, образующий гидрид материал для поглош;ения водорода или его изотопов. Со стороны одного из фланцевых соединений в полость, образованную внутренней обечайкой, введен электрический нагреватель. Сорбент для поглош;ения водорода изготовлен из образующего гидрид материала - металлического урана и представляет собой порошок, размещенный вокруг трубчатых фильтров по зонам рабочей камеры, которые сформированы в зазоре между наружной и внутренней обечайками никелевыми пластинами.
Контейнер работает следующим образом. Подлежащий сорбции газ поступает в предварительно вак)умированную камеру контейнера, образованную внутренней обечайкой, через входной патрубок и затем через трубчатые фильтры в отсеки, заполненные образующим гидрид материалом, где происходит поглощение изотопов водорода. Отвод выделяющегося при поглощении изотопов водорода тепла осуществляется потоком охлаждающего газа (азота), подаваемого в центральную часть контейнера. По
завершении сорбции изотопов водорода примеси, если они присутствовали в исходном газе, могут быть удалены через выходной патрубок. Для десорбции ранее поглощенного газа производится нагрев образующего гидрид материала посредством внутреннего электрического нагревателя. При этом теплопередача осуществляется преимущественно излучением. Выделяющийся газ выводится из контейнера через выходной патрубок.
Недостатком контейнера является отсутствие возможности полной или частичной замены материала сорбента и возможности варьировать количество сорбента.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение , является существенное упрощение сборки-разборки контейнера, что позволит производить полную или частичную замену сорбента и варьировать общее количество сорбента в контейнере без разрушения последнего, исключив при этом возможность попадания дисперсного порошка сорбента в атмосферу рабочего помещения, что в значительной степени повысит радиационную безопасность помещения при эксплуатации контейнера персоналом.
Для решения поставленной задачи в контейнере для водорода и его изотопов, (включающем цилиндрический корпус, содержащий герметичную рабочую камеру U - образной формы.
размещенный в камере сорбент для газов и систему защиты от поступления газов в окружающую среду), герметичная рабочая камера сформирована верхним и нижним фланцами и цилиндрическими концентрично расположенными наружной, средней и внутренней обечайками, причем средняя обечайка выполнена съемной и закреплена на верхнем фланце, а сорбент для газов помещен в картриджи, объединенные в съемный модуль, размещенный на поверхности средней обечайки.
В частном варианте средняя обечайка закреплена с возможностью разъема на штифтах выступающей части верхнего фланца посредством выполненных в ней сквозных пазов.
В другом частном варианте картриджи, объединенные в съемный модуль, закреплены с возможностью разъема в верхней и нижней части средней обечайки с помощью колец, в пазах которых размещены штифты, выполненные на поверхности средней обечайки.
В другом частном варианте картриджи, объединенные в съемный модуль, размещены на наружной поверхности средней обечайки.
Изобретение иллюстрируется следующими рисунками.
На фиг. 1 приведен продольный разрез контейнера.
,
На фиг. 3 приведена схема поперечного сечения картриджа.
На фиг.4 приведен продольный разрез крепления средней обечайки с верхним фланцем.
На фиг. 5 приведен продольный разрез крепления картриджа к средней обечайке.
Контейнер (см. фиг.1) включает цилиндрический корпус (1), содержащий герметичную камеру, сформированную тремя цилиндрическими концентрично расположенными обечайками: наружной (2), средней (3) и внутренней (4). Наружная обечайка соединена одним торцом с нижним фланцем (5), другой торец наружной обечайки соединен с помощью кольцевой заглушки (6) с торцом внутренней обечайки, которая заглушена на противоположенном торце дисковой заглушкой (7). Средняя обечайка закреплена на верхнем фланце (8), и размещена в зазоре между наружной и внутренней обечайками и делит рабочую камеру U-образной формы на две полости (9) и (10).
На средней обечайке выполнены продольные пазы (И) и перфорация (12), в пазах установлены картриджи (13) (см. фиг. 2 и фиг. 3).
Картриджи размещены в зоне (9) между средней и наружной обечайками и закреплены в верхней и нижней части средней обечайки с помощью разъемных соединений, каждое из которых
включает кольцо (14) с пазом (15) и штифтом (16), выполненным на средней обечайке. Средняя обечайка прикреплена к верхнему фланцу с помощью разъемного соединения, которое состоит из паза (17), выполненного на средней обечайке и штифта (18), расположенного на выступающей части верхнего фланца (см. фиг. 4 и фиг. 5).
Сборку контейнера осуществ.11яют следующим образом.
Картриджи (13) вставляют в продольные пазы (11) средней обечайки (3). На верхнюю и нижнюю часть средней обечайки одевают кольца (14) таким образом, чтобы штифт (16) вошел в открытую часть паза (15), после чего кольца поворачивают таким образом, чтобы штифт оказался в глухой части продольного паза.
Среднюю обечайку, снаряженную картриджами, надевают на выступаюшую часть верхнего фланца таким образом, чтобы штифт (18) вошел в открытую часть паза (17), а затем среднюю обечайку (3) поворачивают так, чтобы штифт (18) оказался в глухой части паза (17).
Контейнер работает следующим образом.
Сорбируемый газ , например, водород и его изотопы, поступает через патрубок в предварительно вакуумированную полость (10) контейнера и через перфорацию (12) в средней обечайке (3) внутрь картриджа (13), где поглощается слоем
сорбента. По завершении сорбции газа (например, водорода или его изотопов) газообразные примеси (если они присутствовали в исходном газе) удаляются через выходной патрубок. Для десорбции ранее поглощенного газа производят нагрев картриджа с сорбентом.
После завершения процесса осуществляют разборку контейнера в порядке, обратном сборке, описанной ранее.
Предлагаемый контейнер может найти применение при очистке, хранении и подачи газов, преимущественно водорода и его изотопов, а также гелия, аргона и других. Изобретение может быть использовано в лазерной технике, в микроэлектронике, системах очистки гелиевого теплоносителя высокотемпературных газовых реакторов, в ядерной и термоядерной технологии, а также в автомобильном транспорте.
Перечень использованных источников информации
1.ТУ 95 2168-90 «Тритий на уране. Приложение 1 (справочное), с. 12.
2.Tritium, Report Kemforschungszentrum Karlsruhe, No. 5055, July 1992.
jl // -f/7y