本發(fā)明涉及核技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種置換色譜氫同位素分離裝置。

背景技術(shù)：

核聚變反應(yīng)堆以氘氚為核燃料，因此氕(H)氘(D)氚(T)氫同位素分離是聚變反應(yīng)堆核燃料循環(huán)的核心技術(shù)之一，通過同位素分離，不僅可使反應(yīng)堆運行中大量未燃燒的氘氚氣體得到重新利用，還可實現(xiàn)對聚變反應(yīng)堆運行過程中氚的環(huán)境釋放量的有效控制，還可運用于氚的增殖提取，等離子體排出與處理等。

為滿足聚變反應(yīng)堆運行對大量氫同位素分離的需求，目前已經(jīng)發(fā)展了一系列的氫同位素分離技術(shù)，包括：

低溫精餾法(LHD)，氫同位素混合氣體中存在H₂、HD、HT、D₂、DT和T₂六種分子，該方法利用氫同位素H、D、T的沸點差異，利用經(jīng)典的蒸餾方法，在16-25K溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)氕氘氚的分離；但是其能耗高，溫度控制精度要求高，技術(shù)復(fù)雜，系統(tǒng)建設(shè)和運行成本高；

低溫色譜氫同位素分離法(GC)，該方法運用分子篩在低溫下對氫同位素混合氣體中不同組分的吸附能力不同；以熱氦氣作為載氣與氫氣形成混合氣體，即將氦氣作為動力源，在低溫通過分子篩分離柱，依次帶出H₂、HD、HT、D₂、DT和T₂六種完全分開的氫同位素分子，即分離時優(yōu)先釋放H、其次是D、最后是T；但是該方法需要設(shè)置儲存氦氣、加熱氦氣的裝置，氕氘氚分離后還需要將每種組分與氦氣分離的裝置，操作流程復(fù)雜，設(shè)備成本高；

鈀熱置換色譜氫同位素分離法，該方法利用鈀材料在形成氫化物時的同位素效應(yīng)進行氫同位素分離，即H比D、T更容易與鈀反應(yīng)生成更穩(wěn)定的固態(tài)鈀氫化物，且溫度越低分離效應(yīng)越大；利用這種同位素效應(yīng)，將氕氘混合氣充入色譜柱形成混合吸附段，然后通入純氫作為置換氣體，其中的重同位素T被優(yōu)先置換并被推向出口端，隨著吸附-置換過程的不斷發(fā)展，在色譜柱內(nèi)逐漸形成純的同位素色譜，最容易被吸附的H在最后端，而D或T則位于最前端，即分離時優(yōu)先釋放T、其次是D、最后是H，從而實現(xiàn)H與D、T的分離；該方法原理清晰，操作流程簡單，分離效率高，適用于中小規(guī)模的氫同位素分離，但是其需要通入H₂作為置換氣體，會產(chǎn)生部分含少量重同位素組分的尾氣；

熱循環(huán)吸附法(TCAP)，該方法使用的分離柱包括一根填充了載鈀分離材料的色譜柱和一根回流空柱；分離時，載鈀柱不斷處于半周高溫、半周低溫的冷熱循環(huán)中，熱半周溫度約150℃，冷半周溫度小于0℃；分離運行時先向空柱送入一定量氫氣，然后分離柱進入初始循環(huán)；經(jīng)過數(shù)百個循環(huán)周期后，系統(tǒng)內(nèi)達到循環(huán)穩(wěn)態(tài)，在分離柱內(nèi)建立起氫同位素的分布；但是該方法高強度冷熱循環(huán)會使載鈀分離材料粉化，鈀與載鈀材料間相互作用改變鈀吸氫特性等，分離柱有效壽命短，冷熱反復(fù)能耗高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的低溫精餾裝置能耗高，溫度控制精度要求高，技術(shù)復(fù)雜，系統(tǒng)建設(shè)和運行成本高；低溫色譜氫同位素分離裝置需要設(shè)置儲存氦氣、加熱氦氣的裝置，氕氘氚分離后還需要將每種組分與氦氣分離的裝置，操作流程復(fù)雜，設(shè)備成本高；鈀熱置換色譜氫同位素分離裝置需要通入H₂作為置換氣體，會產(chǎn)生部分含少量重同位素組分的尾氣；熱循環(huán)吸附裝置的高強度冷熱循環(huán)會使載鈀分離材料粉化，鈀與載鈀材料間相互作用改變鈀吸氫特性等，分離柱有效壽命短，冷熱反復(fù)能耗高的上述不足，提供一種置換色譜氫同位素分離裝置。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種置換色譜氫同位素分離裝置，包括機架，還包括：

設(shè)于所述機架上的冷卻部件，以及：

至少一個豎向設(shè)置的分離柱，每個所述分離柱包括中空管，所述中空管下端管口封閉設(shè)置，上端管口連接多通閥門，其內(nèi)部設(shè)有分離材料，所述分離材料用于吸附或者解吸氫氣；

供氣部件，分別連通每個所述多通閥門，用于向所有所述分離柱中通入氫氣；

集氣部件，分別連通每個所述多通閥門，用于分別收集經(jīng)所有所述分離柱分離后的氕、氘或氚氣體；

升降部件，設(shè)于所述機架上，連接所有所述分離柱，用于分別將每個所述分離柱降入至所述冷卻部件內(nèi)或者從所述冷卻部件中升離出來；

驅(qū)動部件，連接并驅(qū)動所述升降部件工作。

采用本發(fā)明所述的一種置換色譜氫同位素分離裝置，能夠應(yīng)用所述分離材料置換分離對氫及其同位素的不同吸附作用，通過所述驅(qū)動部件驅(qū)動所述升降部件來精確控制所述分離柱的升降位置，使所述分離柱降入或者升離所述冷卻部件，實現(xiàn)所述分離材料在不同溫度條件下對氫同位素的吸附或者解吸，保證氘氚同位素在所述分離材料中停留的高比率，最終分離選擇后得到的氘氚同位素氣體純凈度較高；相較現(xiàn)有低溫精餾法裝置，該裝置節(jié)約能耗，溫度控制的精度要求低，相較現(xiàn)有低溫色譜氫同位素分離裝置，該裝置不需要設(shè)置通氦和分離氦氣的部件，簡化分離流程，提高工作效率，相較現(xiàn)有鈀熱置換色譜氫同位素分離裝置，該裝置在所述分離材料飽和吸附氫氣后不需要后續(xù)通入氫氣來置換氘氚，不存在多余尾氣，相較現(xiàn)有熱循環(huán)吸附裝置，該裝置節(jié)約能耗，所述分離材料有效使用壽命長，同時該裝置結(jié)構(gòu)簡單，能耗比低，流程簡單，成本低廉。

優(yōu)選地，每個所述分離柱為螺旋管柱體，其螺距等于所述中空管外徑。

采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，能夠使更長的所述分離柱管體盤繞進入所述冷卻部件內(nèi)部，增加所述分離材料的填裝數(shù)量，增加其飽和吸附氫氣的質(zhì)量，使一次分離氫同位素的量更大，同時其螺距等于所述中空管外徑，使相鄰兩盤圓環(huán)緊密排布，進一步增加進入所述冷卻部件內(nèi)部的所述分離柱管體的直線長度。

優(yōu)選地，每個所述螺旋管柱體的柱徑均不相同，每個所述分離柱按柱徑由小到大依次套設(shè)于相鄰所述分離柱。

采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，有效增加進入所述冷卻部件內(nèi)部的所述螺旋管柱體的排列密度，進一步增加所述分離材料的填裝數(shù)量，增加其飽和吸附氫氣的質(zhì)量，使一次分離氫同位素的量更大。

優(yōu)選地，相鄰兩個所述分離柱的所述多通閥門相互連通，位于內(nèi)側(cè)的所述分離柱的所述多通閥門連通所述供氣部件、位于外側(cè)所述分離柱的所述多通閥門連通所述集氣部件，或者位于內(nèi)側(cè)的所述分離柱的所述多通閥門連通所述集氣部件、位于外側(cè)所述分離柱的所述多通閥門連通所述供氣部件，形成單一串聯(lián)通氣回路。

采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，所述升降部件能夠由內(nèi)而外或者由外而內(nèi)依次提升相鄰的分離柱，所述供氣部件提供氫氣飽和吸附于所有分離柱后，關(guān)閉所述供氣部件及與其相連的那個分離柱間的閥門，然后所述升降部件先緩慢提升升溫的該分離柱使其中的氫同位素分離，并進入相鄰的下一個分離柱，待第一個分離柱提升離開所述冷卻部件后，所述升降部件提升該相鄰的下一個分離柱，使其中的氫同位素分離，該下一個分離柱同時作為前面分離柱的純化吸附柱，以此依次提升分離柱，最終先后分離的氕氘氚氣體被所述集氣部件分別收集，得到高純度的氘氚氣體。

優(yōu)選地，所述螺旋管柱體由316不銹鋼管繞制。

優(yōu)選地，所述升降部件包括導(dǎo)向輪組件、牽引繩和掛架，每個所述分離柱對應(yīng)連接一個所述掛架，每個所述掛架由對應(yīng)的所述牽引繩連接所述導(dǎo)向輪組件，所述導(dǎo)向輪組件連接所述驅(qū)動部件。

優(yōu)選地，所述驅(qū)動部件為步進電機。

采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，可以通過控制所述步進電機的脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而帶動所述升降部件給所述分離柱準確定位，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。

優(yōu)選地，該分離裝置還包括限位部件，連接于所述機架，所述限位部件包括與每個所述螺旋管柱體對應(yīng)的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管的內(nèi)徑適配所述螺旋管柱體的外徑，每個所述分離柱由對應(yīng)的所述牽引繩帶動在對應(yīng)的所述導(dǎo)管中上下運動。

采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，能夠使所述分離柱在所述導(dǎo)管內(nèi)部升降，阻擋所述分離柱升降時的偏移，防止相互碰撞。

優(yōu)選地，所述冷卻部件包括容器，所述容器用于盛放液氮，液氮的沸點為-196.26℃，能夠作為良好的冷卻劑，使所述分離柱在低溫下飽和吸附氫氣，所述容器上設(shè)有開關(guān)，所述開關(guān)用于控制液氮進出所述容器。

優(yōu)選地，所述分離材料為分子篩。

優(yōu)選地，所述分子篩為5A分子篩，

其分子式為3/4CaO·1/4Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·9/2H₂O。

優(yōu)選地，該分離裝置還包括加熱部件，所述加熱部件設(shè)于所述機架上，位于所述冷卻部件上方，用于對所述分離柱加熱。

優(yōu)選地，所述加熱部件為中頻加熱系統(tǒng)，包括電源和中頻感應(yīng)線圈，其加熱速度快，效率高。

優(yōu)選地，所述分離材料為載鈀氧化鋁，其分子式為Pd/Al₂O₃。

優(yōu)選地，所述載鈀氧化鋁中Pd的含量5％-50％w.t。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

1、運用本發(fā)明所述的一種置換色譜氫同位素分離裝置，能夠應(yīng)用所述分離材料置換分離對氫及其同位素的不同吸附作用，通過所述驅(qū)動部件驅(qū)動所述升降部件來精確控制所述分離柱的升降位置，使所述分離柱降入或者升離所述冷卻部件，實現(xiàn)所述分離材料在不同溫度條件下對氫同位素的吸附或者解吸，保證氘氚同位素在所述分離材料中停留的高比率，最終分離選擇后得到的氘氚同位素氣體純凈度較高；相較現(xiàn)有低溫精餾法裝置，該裝置節(jié)約能耗，溫度控制的精度要求低，相較現(xiàn)有低溫色譜氫同位素分離裝置，該裝置不需要設(shè)置通氦和分離氦氣的部件，簡化分離流程，提高工作效率，相較現(xiàn)有鈀熱置換色譜氫同位素分離裝置，該裝置在所述分離材料飽和吸附氫氣后不需要后續(xù)通入氫氣來置換氘氚，不存在多余尾氣，相較現(xiàn)有熱循環(huán)吸附裝置，該裝置節(jié)約能耗，所述分離材料有效使用壽命長，同時該裝置結(jié)構(gòu)簡單，能耗比低，流程簡單，成本低廉；

2、運用本發(fā)明所述的一種置換色譜氫同位素分離裝置，每個所述分離柱為螺旋管柱體，其螺距等于所述中空管外徑，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，能夠使更長的所述分離柱管體盤繞進入所述冷卻部件內(nèi)部，增加所述分離材料的填裝數(shù)量，增加其飽和吸附氫氣的質(zhì)量，使一次分離氫同位素的量更大，同時其螺距等于所述中空管外徑，使相鄰兩盤圓環(huán)緊密排布，進一步增加進入所述冷卻部件內(nèi)部的所述分離柱管體的直線長度；

3、運用本發(fā)明所述的一種置換色譜氫同位素分離裝置，每個所述螺旋管柱體的柱徑均不一致，每個所述分離柱依次套設(shè)，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，有效增加進入所述冷卻部件內(nèi)部的所述螺旋管柱體的排列密度，進一步增加所述分離材料的填裝數(shù)量，增加其飽和吸附氫氣的質(zhì)量，使一次分離氫同位素的量更大；

4、運用本發(fā)明所述的一種置換色譜氫同位素分離裝置，相鄰兩個所述分離柱的所述多通閥門相互連通，位于內(nèi)側(cè)的所述分離柱的所述多通閥門連通所述供氣部件、位于外側(cè)所述分離柱的所述多通閥門連通所述集氣部件，或者位于內(nèi)側(cè)的所述分離柱的所述多通閥門連通所述集氣部件、位于外側(cè)所述分離柱的所述多通閥門連通所述供氣部件，形成單一串聯(lián)通氣回路，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，所述升降部件能夠由內(nèi)而外或者由外而內(nèi)依次提升相鄰的分離柱，所述供氣部件提供氫氣飽和吸附于所有分離柱后，關(guān)閉所述供氣部件及與其相連的那個分離柱間的閥門，然后所述升降部件先緩慢提升升溫的該分離柱使其中的氫同位素分離，并進入相鄰的下一個分離柱，待第一個分離柱提升離開所述冷卻部件后，所述升降部件提升該相鄰的下一個分離柱，使其中的氫同位素分離，該下一個分離柱同時作為前面分離柱的純化吸附柱，以此依次提升分離柱，最終先后分離的氕氘氚氣體被所述集氣部件分別收集，得到高純度的氘氚氣體；

5、運用本發(fā)明所述的一種置換色譜氫同位素分離裝置，所述驅(qū)動部件為步進電機，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，可以通過控制所述步進電機的脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而帶動所述升降部件給所述分離柱準確定位，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的；

6、運用本發(fā)明所述的一種置換色譜氫同位素分離裝置，該分離裝置還包括限位部件，連接于所述機架，所述限位部件包括與每個所述螺旋管柱體對應(yīng)的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管的內(nèi)徑適配所述螺旋管柱體的外徑，每個所述分離柱由對應(yīng)的所述牽引繩帶動在對應(yīng)的所述導(dǎo)管中上下運動，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，能夠使所述分離柱在所述導(dǎo)管內(nèi)部升降，阻擋所述分離柱升降時的偏移，防止相互碰撞。

附圖說明

圖1為實施例1中所述的置換色譜氫同位素分離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的左視圖；

圖3為圖1的俯視圖；

圖4為圖1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為實施例2中所述的置換色譜氫同位素分離裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記：1-機架，2-冷卻部件，3-分離柱，4-升降部件，5-驅(qū)動部件，6-限位部件，7-加熱部件。

具體實施方式

下面結(jié)合試驗例及具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

實施例1

如圖1-4所示，本發(fā)明所述的一種置換色譜氫同位素分離裝置，包括機架1、冷卻部件2、六個分離柱3、供氣部件、集氣部件、升降部件4、驅(qū)動部件5和限位部件6。

所述冷卻部件2設(shè)于所述機架1上，包括容器，所述容器用于盛放液氮，所述容器上設(shè)有開關(guān)，所述開關(guān)用于控制液氮進出所述容器；

每個所述分離柱3豎向設(shè)置，每個所述分離柱3包括中空管，所述中空管下端管口封閉設(shè)置，上端管口連接多通閥門，其內(nèi)部設(shè)有5A分子篩，所述5A分子篩用于每個所述分離柱3浸入液氮中時吸附氫氣，并在大于或者等于-100℃時解吸氕、氘或氚氣體；

所述供氣部件分別連通每個所述多通閥門，用于向所有所述分離柱3中通入氫氣；

所述集氣部件分別連通每個所述多通閥門，用于分別收集經(jīng)所有所述分離柱3分離后的氕、氘、氚氣體；

所述升降部件4設(shè)于所述機架1上，連接所有所述分離柱3，用于分別將每個所述分離柱3浸入液氮或者從液氮中升離出來；

所述驅(qū)動部件5連接并驅(qū)動所述升降部件4工作；

所述限位部件6連接于所述機架1，用于阻擋所述分離柱3升降時的偏移，防止相互碰撞。

作為本實施例的一個優(yōu)選方案，如圖4所示，每個所述分離柱3為螺旋管柱體，其由內(nèi)徑12mm的316不銹鋼管繞制，內(nèi)部裝載3-4kg所述5A分子篩，每個所述螺旋管柱體的螺距等于所述不銹鋼管外徑，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，能夠使更長的所述分離柱3管體盤繞進入所述冷卻部件2內(nèi)部，增加所述分離材料的填裝數(shù)量，增加其飽和吸附氫氣的質(zhì)量，使一次分離氫同位素的量更大，同時其螺距等于所述中空管外徑，使相鄰兩盤圓環(huán)緊密排布，進一步增加進入所述冷卻部件2內(nèi)部的所述分離柱3管體的直線長度；每個所述螺旋管柱體的柱徑均不相同，每個所述分離柱3按柱徑由小到大依次套設(shè)于相鄰所述分離柱3，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，有效增加進入所述冷卻部件2內(nèi)部的所述螺旋管柱體的排列密度，進一步增加所述分離材料的填裝數(shù)量，增加其飽和吸附氫氣的質(zhì)量，使一次分離氫同位素的量更大。

如圖4所示，相鄰兩個所述分離柱3的所述多通閥門相互連通，位于內(nèi)側(cè)的所述分離柱3的所述多通閥門連通所述供氣部件、位于外側(cè)所述分離柱3的所述多通閥門連通所述集氣部件，或者位于內(nèi)側(cè)的所述分離柱3的所述多通閥門連通所述集氣部件、位于外側(cè)所述分離柱3的所述多通閥門連通所述供氣部件，形成單一串聯(lián)通氣回路，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，所述升降部件4能夠由內(nèi)而外或者由外而內(nèi)依次提升相鄰的分離柱3，由環(huán)境溫度對所有所述分離柱3加熱，所述供氣部件提供氫氣飽和吸附于所有分離柱3后，關(guān)閉所述供氣部件及與其相連的那個分離柱3間的閥門，然后所述升降部件4按照1-2cm/min的速度進行提升該分離柱3使其中的氫同位素分離，并進入相鄰的下一個分離柱3，待第一個分離柱3提升離開所述冷卻部件2后，所述升降部件4提升該相鄰的下一個分離柱3，使其中的氫同位素分離，該下一個分離柱3同時作為前面分離柱3的純化吸附柱，以此依次提升分離柱3，最終優(yōu)先分離釋放的氕、其次分離釋放的氘、最后分離釋放的氚被所述集氣部件按照順序收集，分別得到氕氘氚氣體的純化段。

如圖4所示，所述升降部件4包括導(dǎo)向輪組件、牽引繩和掛架，每個所述分離柱3對應(yīng)連接一個所述掛架，每個所述掛架由對應(yīng)的所述牽引繩連接所述導(dǎo)向輪組件，所述導(dǎo)向輪組件連接所述驅(qū)動部件5，所述驅(qū)動部件5為步進電機，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，可以通過控制所述步進電機的脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而帶動所述升降部件4給所述分離柱3準確定位，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的；所述限位部件6包括與每個所述螺旋管柱體對應(yīng)的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管的內(nèi)徑適配所述螺旋管柱體的外徑，每個所述分離柱3由對應(yīng)的所述牽引繩帶動在對應(yīng)的所述導(dǎo)管中上下運動，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，能夠使所述分離柱3在所述導(dǎo)管內(nèi)部升降，阻擋所述分離柱3升降時的偏移，防止相互碰撞。

運用本發(fā)明所述的一種置換色譜氫同位素分離裝置，能夠應(yīng)用所述分離材料置換分離對氫及其同位素的不同吸附作用，通過所述驅(qū)動部件5驅(qū)動所述升降部件4來精確控制所述分離柱3的升降位置，使所述分離柱3降入或者升離所述冷卻部件2，實現(xiàn)所述分離材料在不同溫度條件下對氫同位素的吸附或者解吸，保證氘氚同位素在所述分離材料中停留的高比率，最終分離選擇后得到的氘氚同位素氣體純凈度較高；相較現(xiàn)有低溫精餾法裝置，該裝置節(jié)約能耗，溫度控制的精度要求低，相較現(xiàn)有低溫色譜氫同位素分離裝置，該裝置不需要設(shè)置通氦和分離氦氣的部件，簡化分離流程，提高工作效率，極大的簡化工序和降低成本，相較現(xiàn)有鈀熱置換色譜氫同位素分離裝置，該裝置在所述分離材料飽和吸附氫氣后不需要后續(xù)通入氫氣來置換氘氚，不存在多余尾氣，相較現(xiàn)有熱循環(huán)吸附裝置，該裝置節(jié)約能耗，所述分離材料有效使用壽命長，同時該裝置結(jié)構(gòu)簡單，能耗比低，流程簡單，成本低廉。

實施例2

如圖5所示，本發(fā)明所述的一種置換色譜氫同位素分離裝置，包括機架1、冷卻部件2、六個分離柱3、供氣部件、集氣部件、升降部件4、驅(qū)動部件5和限位部件6，與實施例1的不同之處在于，還包括加熱部件7。

所述冷卻部件2設(shè)于所述機架1上，包括容器，所述容器用于盛放液氮，所述容器上設(shè)有開關(guān)，所述開關(guān)用于控制液氮進出所述容器；

每個所述分離柱3豎向設(shè)置，每個所述分離柱3包括中空管，所述中空管下端管口封閉設(shè)置，上端管口連接多通閥門，其內(nèi)部設(shè)有載鈀氧化鋁，所述載鈀氧化鋁中Pd的含量30％w.t，其顆粒直徑5mm，所述載鈀氧化鋁用于每個所述分離柱3浸入液氮中時吸附氫氣，并在250-350℃時解吸氕、氘或氚氣體；

所述供氣部件分別連通每個所述多通閥門，用于向所有所述分離柱3中通入氫氣；

所述集氣部件分別連通每個所述多通閥門，用于分別收集經(jīng)所有所述分離柱3分離后的氕、氘、氚氣體；

所述升降部件4設(shè)于所述機架1上，連接所有所述分離柱3，用于分別將每個所述分離柱3浸入液氮或者從液氮中升離出來；

所述驅(qū)動部件5連接并驅(qū)動所述升降部件4工作；

所述限位部件6連接于所述機架1，用于阻擋所述分離柱3升降時的偏移，防止相互碰撞；

所述加熱部件7為中頻加熱系統(tǒng)，包括電源和中頻感應(yīng)線圈，所述中頻加熱系統(tǒng)設(shè)于所述機架1上，所述中頻感應(yīng)線圈位于所述容器上方，用于將所述分離柱3加熱至300℃。

作為本實施例的一個優(yōu)選方案，如圖5所示，每個所述分離柱3為螺旋管柱體，其由內(nèi)徑12mm的316不銹鋼管繞制，內(nèi)部裝載3.5-4.5kg所述載鈀氧化鋁，每個所述螺旋管柱體的螺距等于所述不銹鋼管外徑，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，能夠使更長的所述分離柱3管體盤繞進入所述冷卻部件2內(nèi)部，增加所述分離材料的填裝數(shù)量，增加其飽和吸附氫氣的質(zhì)量，使一次分離氫同位素的量更大，同時其螺距等于所述中空管外徑，使相鄰兩盤圓環(huán)緊密排布，進一步增加進入所述冷卻部件2內(nèi)部的所述分離柱3管體的直線長度；每個所述螺旋管柱體的柱徑均不相同，每個所述分離柱3按柱徑由小到大依次套設(shè)于相鄰所述分離柱3，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，有效增加進入所述冷卻部件2內(nèi)部的所述螺旋管柱體的排列密度，進一步增加所述分離材料的填裝數(shù)量，增加其飽和吸附氫氣的質(zhì)量，使一次分離氫同位素的量更大。

如圖5所示，相鄰兩個所述分離柱3的所述多通閥門相互連通，位于內(nèi)側(cè)的所述分離柱3的所述多通閥門連通所述供氣部件、位于外側(cè)所述分離柱3的所述多通閥門連通所述集氣部件，或者位于內(nèi)側(cè)的所述分離柱3的所述多通閥門連通所述集氣部件、位于外側(cè)所述分離柱3的所述多通閥門連通所述供氣部件，形成單一串聯(lián)通氣回路，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，所述升降部件4能夠由內(nèi)而外或者由外而內(nèi)依次提升相鄰的分離柱3，所述供氣部件提供氫氣飽和吸附于所有分離柱3后，關(guān)閉所述供氣部件及與其相連的那個分離柱3間的閥門，然后所述升降部件4按照1-2cm/min的速度進行提升該分離柱3使其中的氫同位素分離，并進入相鄰的下一個分離柱3，待第一個分離柱3提升離開所述冷卻部件2后，所述升降部件4提升該相鄰的下一個分離柱3，使其中的氫同位素分離，該下一個分離柱3同時作為前面分離柱3的純化吸附柱，以此依次提升分離柱3，最終優(yōu)先分離釋放的氚、其次分離釋放的氘、最后分離釋放的氕被所述集氣部件按照順序收集，分別得到氕氘氚氣體的純化段。

如圖5所示，所述升降部件4包括導(dǎo)向輪組件、牽引繩和掛架，每個所述分離柱3對應(yīng)連接一個所述掛架，每個所述掛架由對應(yīng)的所述牽引繩連接所述導(dǎo)向輪組件，所述導(dǎo)向輪組件連接所述驅(qū)動部件5，所述驅(qū)動部件5為步進電機，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，可以通過控制所述步進電機的脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而帶動所述升降部件4給所述分離柱3準確定位，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的；所述限位部件6包括與每個所述螺旋管柱體對應(yīng)的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管的內(nèi)徑適配所述螺旋管柱體的外徑，每個所述分離柱3由對應(yīng)的所述牽引繩帶動在對應(yīng)的所述導(dǎo)管中上下運動，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，能夠使所述分離柱3在所述導(dǎo)管內(nèi)部升降，阻擋所述分離柱3升降時的偏移，防止相互碰撞。

運用本發(fā)明所述的一種置換色譜氫同位素分離裝置，能夠應(yīng)用所述分離材料置換分離對氫及其同位素的不同吸附作用，通過所述驅(qū)動部件5驅(qū)動所述升降部件4來精確控制所述分離柱3的升降位置，使所述分離柱3降入或者升離所述冷卻部件2，實現(xiàn)所述分離材料在不同溫度條件下對氫同位素的吸附或者解吸，保證氘氚同位素在所述分離材料中停留的高比率，最終分離選擇后得到的氘氚同位素氣體純凈度較高；相較現(xiàn)有低溫精餾法裝置，該裝置節(jié)約能耗，溫度控制的精度要求低，相較現(xiàn)有低溫色譜氫同位素分離裝置，該裝置不需要設(shè)置通氦和分離氦氣的部件，簡化分離流程，提高工作效率，極大的簡化工序和降低成本，相較現(xiàn)有鈀熱置換色譜氫同位素分離裝置，該裝置在所述分離材料飽和吸附氫氣后不需要后續(xù)通入氫氣來置換氘氚，不存在多余尾氣，相較現(xiàn)有熱循環(huán)吸附裝置，該裝置節(jié)約能耗，所述分離材料有效使用壽命長，同時該裝置結(jié)構(gòu)簡單，能耗比低，流程簡單，成本低廉。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。