CN101892976B - 一种用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵。所述的循环泵为一种微型双腔、双层结构的泵体，包括支架、底座、一级容器、二级容器和电动机。一级容器固定设置于支架上，底座与一级容器连接，二级容器设置在底座上，设置在一级容器中的第一隔膜腔和第二隔膜腔结构左右对称。电动机设置于二级容器中。本发明的真空气体循环泵可以大幅降低循环泵的工作压力，使其满足实验室规模氚的纯化和分离处理，还可缩短氚的回收时间，提高氚的回收效率，降低氚的泄露和贮氢床毒化的危险，增强了氚处理过程的安全性。

Description

一种用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵

技术领域

 本发明属于氚纯化装置技术领域，具体涉及一种用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵。

背景技术

氚是重要的聚变核材料，除了应用于第一代聚变堆之外，还在其它科学研究和军事领域有着极其广泛的应用。由于氚会发生放射性衰变，产生的氦-3不溶于金属氢化物，这就给氚的纯化和分离带来一系列问题。通常条件下，采用金属氢化物作为氚的纯化和分离介质，氚分子只能通过静态扩散到达金属氢化物的表面。但由于氦-3的阻挡和屏蔽，造成氚的回收时间较长，这就增加了系统中氚的泄露和金属氢化物中毒的危险，也大大降低了工作效率。

为保证安全，通常的氚操作都是在负压条件下进行。实验室规模的氚操作量一般为10¹³Bq，其工作压力通常低至10²Pa。但商品化的气体循环泵的工作压力都在10⁴Pa以上，且功率和体积庞大，只能在少数工厂应用。

发明内容

为了缩短氚的回收时间，降低氚的泄露和金属氢化物中毒的危险，本发明提供一种用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵，为实验室条件下小体积真空系统中低压氚气的循环提供动力。

本发明的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵，其特点是，所述循环泵包括支架、一级容器、底座、电动机和二级容器；一级容器为左右对称结构，固定设置在支架上，一级容器的上方设置有底座，底座通过螺杆I与一级容器固定连接；底座的上方设置有二级容器，二级容器通过螺钉压紧设置在底座上表面的O型氟橡胶圈与底座连接；电动机设置于二级容器内，并通过螺杆II固定于底座上；在一级容器中分别对称设置有第一隔膜腔和第二隔膜腔，第一隔膜腔和第二隔膜腔的上端面分别与底座连接；电动机的旋转轴上分别对称设置有第一偏心轮和第二偏心轮，第一偏心轮与第一隔膜腔之间设置有平行于底座的第一隔膜，第一偏心轮与第一隔膜连接，第一隔膜固定设置于第一隔膜腔的正上方，与底座通过螺杆III固定连接；第二偏心轮与第二隔膜腔之间设置有平行于底座的第二隔膜，第二偏心轮与第二隔膜 连接，第二隔膜固定设置于第二隔膜腔的正上方；第一隔膜腔含有左室和右室，在与左室和右室顶端连接的底座上分别设置有用于安装单向阀的小孔，左室的小孔中设置有第一单向阀，右室的小孔中设置有第二单向阀，第一单向阀与第二单向阀之间夹角为180 度；第二隔膜腔含有左室和右室，在与左室和右室顶端连接的底座上分别设置有用于安装单向阀的小孔，左室的小孔中设置有第三单向阀，右室的小孔中设置有第四单向阀，第三单向阀与第四单向阀之间夹角为180度；在一级容器上设置有入口和出口；在二级容器上分别设置有第一阀门、第二阀门、 抽气口、压力表和电极；第一阀门和第二阀门与二级容器分别通过铜垫片I和铜垫片II密封连接；支架下方设置有减震垫。

所述的设置在隔膜腔内的单向阀均采用氟橡胶材料。

所述的第一隔膜和第二隔膜的材料采用弹性橡胶。

所述的电极与二级容器之间的密封材料采用陶瓷。

本发明的工作过程为：利用真空泵从抽气口将二级容器抽至一定负压，使得二级容器内的气体压力略大于一级容器内的气体压力；然后开启电动机，使其带动第一偏心轮和第二偏心轮单向旋转，两个偏心轮分别牵引第一隔膜和第二隔膜进行上下往复式运动，从而引起第一隔膜腔和第二隔膜腔中的左右单向阀交替开闭，使得一级容器中的气体进行单向流动，从而实现了密闭系统中低压气体的单向循环。

本发明的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵的泵体通过设置为双层结构，将二级容器抽至负压，可以突破第一隔膜和第二隔膜内外压差的限制，降低一级容器内气体的工作压力，使循环泵的工作压力低至10²Pa；二级容器在负压条件下，降低了第一隔膜和第二隔膜的内外压差，减小了隔膜的应力，从而降低隔膜疲劳损伤的危险；二级容器具有压力指示，如果第一隔膜或第二隔膜破裂，造成氚的泄漏，这时可通过第一阀门和第二阀门接入氚气净化系统进行净化处理，有效防止氚泄露事故的发生。

通过设置对称结构的双隔膜腔，避免气流的脉冲运动，增强了气流的稳定性。

通过设置隔膜，实现了循环系统的无油化。

本发明的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵能够大幅降低循环泵的工作压力，使其满足实验室规模氚的纯化处理，还可缩短氚的回收时间，提高氚的回收效率，降低氚的泄露和贮氢床毒化的危险，增强了氚处理过程的安全性。

附图说明

图1为本发明的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵实施例结构示意图；

图2为本发明中的一级容器中气体流速与气体压力的关系图；

图3为使用本发明与未使用本发明的实验数据对比效果图。

图中，1.第一阀门    2.铜垫片I    3.一级容器进口端     4.螺钉     5.O形橡胶垫圈     6.螺杆I    7.减震垫     8.单向阀     9.螺杆II    10.第一隔膜     11.第一偏心轮     12.第一隔膜腔     13.第二单向阀     14.螺杆III    15.电动机     16.一级容器     17.底座     18.第三单向阀     19.第二隔膜腔     20.第四单向阀     21.第二偏心轮     22.第二隔膜     23.支架     24.一级容器出口     25.电极     26.二级容器     27.二级容器抽气口     28.第二阀门     29.铜垫片II    30.真空压力表。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例

图1为本发明的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵实施例结构示意图。从图1中可以看出，本发明的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵的泵体设置为双层结构。本发明的循环泵包括支架23、一级容器16、底座17、电动机15和二级容器26。一级容器16为左右对称结构，固定设置在支架23上，一级容器16的上方设置有底座17，底座17通过四个螺杆I与一级容器16固定连接，螺杆I6为其中一个。底座17的上方设置有二级容器26，二级容器26通过二十个螺钉压紧设置在底座17上表面的O型氟橡胶圈5与底座17连接，螺钉4为其中一个。电动机15设置于二级容器26内，并通过螺杆II固定于底座17上，螺杆II14为其中一个。在一级容器16中分别对称设置有第一隔膜腔12和第二隔膜腔19，第一隔膜腔12和第二隔膜腔19的上端面分别与底座17连接。电动机15的旋转轴上分别对称设置有第一偏心轮11和第二偏心轮21，第一偏心轮11与第一隔膜腔12之间设置有平行于底座17的第一隔膜10，第一偏心轮11与第一隔膜10连接。第一隔膜10固定设置于第一隔膜腔12的正上方，并与底座17通过六个螺杆III固定连接，螺杆III9为其中一个。第二偏心轮21与第二隔膜腔19之间设置有平行于底座17的第二隔膜 22 ，第二偏心轮21与第二隔膜22 连接，第二隔膜22固定设置于第二隔膜腔19的正上方。所述的第一隔膜腔12含有左室和右室，在与左室和右室顶端连接的底座17上分别设置有用于安装单向阀的小孔，左室的小孔中设置有第一单向阀8，右室的小孔中设置有第二单向阀13，第一单向阀8与第二单向阀13之间夹角为180度。所述的第二隔膜腔19含有左室和右室，在与左室和右室顶端连接的底座17上分别设置有用于安装单向阀的小孔，左室的小孔中设置有第三单向阀18，右室的小孔中设置有第四单向阀20，第三单向阀18与第四单向阀20之间夹角为180度。在一级容器16上设置有入口3和出口24。在二级容器26上分别设置有第一阀门1、第二阀门28、 抽气口27、压力表30和电极25。第一阀门1通过铜垫片I2与二级容器26密封连接；第二阀门28通过铜垫片II29与二级容器26密封连接。支架23下方设置有四个减震垫，减震垫7为其中一个。

本实施例中设置在第一隔膜腔12和第二隔膜腔19内的单向阀均采用氟橡胶材料。

第一隔膜10和第二隔膜22的材料采用弹性橡胶。 

电极25与二级容器26之间的密封材料采用陶瓷。

本发明的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵设置为双层结构，内层为一级容器，夹层为二级容器，电动机置于二级容器中。利用氦质谱检漏仪对两级容器进行检漏测试：一级容器的漏率为5.8×10^-6Pa.L/s，二级容器的漏率为3.6×10^-5Pa.L/s。采用两级容器防护，完全可以满足氚的操作要求。

将二级容器抽至低真空，降低隔膜的内外压差。这主要有三个优点，一是突破隔膜最大压差（一般约9×10⁴Pa）的限制，使得一级容器的工作压力可低至10²Pa，满足实验室规模氚的纯化和分离处理；二是降低隔膜内外压差以后，减小了隔膜的应力，从而延长其使用寿命；三是二级容器具有压力指示，如果第一隔膜或第二隔膜破裂，造成氚的泄漏，这时可通过第一阀门和第二阀门接入氚气净化系统进行净化处理，有效防止氚泄露事故的发生。

本发明中设置对称结构的双隔膜腔，利用一台电动机带动两个偏心轮，使得气体在循环支路中稳定流动。

图2为本发明的一级容器中气体流速与气体压力的关系图。从图2中可以看出，随着系统中气体压力的增加，气体流速稳定增加，曲线比较平滑，说明采用双隔膜腔的设置，气体没有脉冲运动的现象，气流的稳定性较好。

图3为使用本发明与未使用本发明的实验数据对比图，曲线I为未使用本发明的循环泵的氘气回收曲线，曲线II为使用本发明的循环泵的氘气回收曲线。将本发明的循环泵接入气体循环支路，充入系统约3000Pa氘气和3200Pa氦气的混合气体，利用贮氢床进行混合气体中氘气的回收实验。从图3可以看出，横坐标为回收时间（min），纵坐标为系统中气体的压力（Pa）。可以看出，未采用气体循环技术时，该条件下氘气的回收时间大于90min。而在采用气体循环技术以后，氘气的回收时间缩短至15min左右。

本发明的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵，可以缩短实验室规模氚的回收时间，提高氚的回收效率，降低氚的泄露和贮氢床毒化的危险。

Claims (4)

1.一种用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵，其特征在于：所述循环泵包括支架（23）、一级容器（16）、底座（17）、电动机（15）和二级容器（26）；一级容器（16）为左右对称结构，固定设置在支架（23）上，一级容器（16）的上方设置有底座（17），底座(17)与一级容器（16）固定连接；底座（17）的上方设置有二级容器（26），二级容器（26）通过螺钉压紧设置在底座(17)上表面的O型氟橡胶圈(5)与底座(17)连接；电动机(15)设置于二级容器(26)内，并固定于底座(17)上；在一级容器(16)中分别对称设置有第一隔膜腔(12)和第二隔膜腔(19)，第一隔膜腔(12)和第二隔膜腔(19)的上端面分别与底座(17)固定连接；电动机(15)的旋转轴上分别对称设置有第一偏心轮(11)和第二偏心轮(21)，第一偏心轮(11)与第一隔膜腔(12)之间设置有平行于底座(17)的第一隔膜(10)，第一偏心轮(11)与第一隔膜(10)连接，第一隔膜(10)固定设置于第一隔膜腔(12)的正上方，与底座(17)固定连接；第二偏心轮(21)与第二隔膜腔(19)之间设置有平行于底座(17)的第二隔膜 (22)，第二偏心轮(21)与第二隔膜(22)连接，第二隔膜(22)固定设置于第二隔膜腔(19)的正上方；第一隔膜腔(12)含有左室和右室，在与左室和右室顶端连接的底座(17)上分别设置有用于安装单向阀的小孔，左室的小孔中设置有第一单向阀(8)，右室的小孔中设置有第二单向阀(13)，第一单向阀(8)与第二单向阀(13)之间夹角为180 度；第二隔膜腔（19）含有左室和右室，在与左室和右室顶端连接的底座(17)上分别设置有用于安装单向阀的小孔，左室的小孔中设置有第三单向阀(18)，右室的小孔中设置有第四单向阀(20)，第三单向阀(18)与第四单向阀(20)之间夹角为180度；在一级容器(16)上设置有入口(3)和出口(24)；一级容器（16）上设置的入口（3）与第一隔膜腔(12)的左室相连通，第一隔膜腔(12)的右室与第二隔膜腔（19）的左室相连通，第二隔膜腔（19）右室与一级容器（16）上设置的出口(24)相连通；在二级容器(26)上分别设置有第一阀门(1)、第二阀门(28)、 抽气口（27）、压力表（30）和电极（25）；第一阀门（1）和第二阀门（28）与二级容器（26）分别通过铜垫片I（2）和铜垫片II（29）密封连接；支架（23）下方设置有减震垫（7）。

2.根据权利要求1所述的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵，其特征在于：所述的设置在第一隔膜腔和第二隔膜腔内的单向阀采用氟橡胶材料。

3.根据权利要求1所述的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵，其特征在于：所述的第一隔膜（10）和第二隔膜（22）的材料采用弹性橡胶。

4.根据权利要求1所述的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵，其特征在于：所述的电极（25）与二级容器（26）之间的密封材料采用陶瓷。

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