CN108050052B - 密闭气体自驱动循环装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种密闭气体自驱动循环装置，包括：主体，主体具有一腔室，腔室内设有气体抽排部件，气体抽排部件在腔室中往复运动，气体抽排部件与腔室形成第一空间和第二空间；主体上设有与第一空间相导通的气路方向相反的两个介质通道，两个介质通道上分别设有一个单向阀，两个单向阀的开启方向相反。本发明采用单向阀控制气体单向流动，开启压力和关闭压力稳定，成本低廉。

Description

密闭气体自驱动循环装置

技术领域

本公开一般涉及气体驱动领域，尤其涉及一种密闭气体自驱动循环装置。

背景技术

基于高气压³He气体的二维多丝正比室探测器，由于³He气体昂贵，该探测器的工作气体需要在密闭条件下工作若干年时间。

在探测器的工作期间，内部将逐渐出现氧气、水蒸气和有机物等杂质气体，这些杂质气体会降低探测器的增益，以及加快探测器的老化。为了保证探测器的长期稳定工作，需要一套气体净化系统，过滤掉探测器内部的氧气、水蒸气和有机物等杂质气体。这套净化系统除了需要过滤装置，亟需一个驱动气体循环的装置。

目前具有一款驱动密闭气体循环流动的电磁泵，采用带有舌簧片的阀片，在波纹管的伸缩运动中，控制气体的单向流动。但是，由于该电磁泵使用的是阀片，电磁泵的直径较大，也不具备稳定的开启压力和关闭压力，并且成本非常高。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种密闭气体自驱动循环装置。

本发明提供一种密闭气体自驱动循环装置，包括：

主体，所述主体具有一腔室，所述腔室内设有气体抽排部件，所述气体抽排部件在所述腔室中往复运动，所述气体抽排部件与所述腔室形成第一空间和第二空间；所述主体上设有与所述第一空间相导通的气路方向相反的两个介质通道，两个介质通道上分别设有一个单向阀，两个单向阀的开启方向相反。

优选的，所述气体抽排部件包括与所述腔室相连接的波纹管，所述波纹管远离所述腔室的腔壁的一端为具有端面的盲端，所述波纹管将所述腔室分隔为所述第一空间和所述第二空间，所述装置还包括带动所述波纹管沿其轴线方向往复运动的驱动部件；

在其中一介质通道上且在其上的单向阀远离所述主体的一侧设置有旁通口，所述主体上还设置有与所述第二空间相连通的通孔，所述通孔与所述旁通口之间通过旁路通道相连通。

优选的，所述波纹管为无磁性的金属波纹管，所述驱动部件包括设置在所述盲端上的永磁体以及设置在所述主体上的电磁铁吸盘。

优选的，所述盲端上凸出设置有螺杆，所述永磁体上设置有与所述螺杆相适配的螺孔。

优选的，所述主体包括通过紧固件相连的第一法兰和第二法兰，所述波纹管设置在所述第一法兰贴合所述第二法兰的一侧，所述波纹管与所述第一法兰之间形成所述第一空间，所述永磁体设置在所述波纹管远离所述第一法兰的盲端上，两个所述介质通道分别与所述第一法兰相连接；

所述第二法兰贴合所述第一法兰的端面上设置有凹槽，所述波纹管、所述永磁体与所述凹槽之间形成具有一定间隙的所述第二空间，所述电磁铁吸盘设置在所述第二法兰远离所述第一法兰的端面上。

优选的，所述第一法兰为凸法兰，所述第二法兰为凹法兰，所述第一法兰的贴合端面的内缘设置有凸起部分，所述第二法兰的贴合端面的内缘设置有与所述凸起部分相适配的凹陷部分；和/或，

所述第一法兰和所述第二法兰之间通过纯银丝密封。

优选的，所述紧固件采用螺钉或螺栓结构。

优选的，还包括支承部件，其包括：底板和自所述底板的侧面向外延伸的侧板，所述侧板上设置有连接耳朵，所述连接耳朵与所述紧固件相连接；

所述第二法兰连接所述电磁铁吸盘的端面距所述底板内侧面的距离等于所述电磁铁的高度。

优选的，所述第一法兰的外径和所述第二法兰的外径相同，所述第一法兰的外径不大于69mm。

与现有技术相比，本发明通过气路方向相反的两个介质通道以及气体抽排部件，通过单向阀控制气体单向流动，具备稳定的开启压力和关闭压力，且成本低。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的密闭气体自驱动循环装置的结构示意图；

图2为本发明提供的密闭气体自驱动循环装置的立体图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1和图2所示，本发明提供一种密闭气体自驱动循环装置，包括：主体，主体具有一腔室，腔室内设有气体抽排部件，气体抽排部件在腔室中往复运动，气体抽排部件与腔室形成第一空间和第二空间；主体上设有与第一空间相导通的气路方向相反的两个介质通道1，两个介质通道上分别设有一个单向阀2，两个单向阀的开启方向相反。

本发明，通过两个开启方向相反的单向阀实现两个介质通道的气路方向相反，即其中一个介质通道为进气通道，另一个介质通道为出气通道；采用气体抽排部件对气体进行抽入/排出，从一个介质通道进气，从另一个介质通道出气，其中单向阀具备稳定的进气压力和出气压力，使得密闭气体自驱动循环的压力稳定，且使用单向阀使得整个装置的成本低。

进一步地，气体抽排部件包括与腔室相连接的波纹管3，波纹管远离腔室的腔壁的一端为具有端面的盲端，波纹管将腔室分隔为第一空间和第二空间，装置还包括带动波纹管沿其轴线方向往复运动的驱动部件；

在其中一介质通道上且在其上的单向阀远离主体的一侧设置有旁通口，主体上还设置有与第二空间相连通的通孔，通孔与旁通口之间通过旁路通道6相连通。

其中，波纹管与腔室之间形成第一空间，在驱动部件的作用下波纹管沿其轴线方向做伸缩运动，可改变第一空间内的压强；为了保证该装置能实现密闭气体自驱动循环，第二空间与其中一介质通道上的单向阀远离主体的一侧通过旁路通道6相连通，可维持单向阀的外部(即两个介质通道的进气端或出气端)与波纹管的外部气压(第二空间的气压)一致，进而在波纹管的运动下，改变第一空间和第二空间的压强，可实现两个介质通道上的单向阀交替开闭。

进一步地，波纹管为无磁性的金属波纹管，驱动部件包括设置在盲端上的永磁体4以及设置在主体上的电磁铁吸盘5。永磁体固定安装在波纹管的盲端上，电磁铁吸盘安装在主体上，电磁铁吸盘在脉冲方波电源的作用下产生电磁，对永磁体进行机械制动，从而带动波纹管沿其轴线方向做伸缩运动。

进一步地，盲端上凸出设置有螺杆；永磁体上设置有与螺杆相适配的螺孔。本申请中的永磁体可优选为纯铁块。

永磁体与波纹管之间采用螺纹连接，连接方式极其简单，方便永磁体的固定且不影响波纹管的可折叠的皱纹片做伸缩运动；永磁体在电磁铁吸盘的作用下机械制动，进而带动波纹管振动，故先确定出永磁体与波纹管工作时的共振频率和振幅，进而可确定凹槽底部与电磁铁吸盘之间的间隙。如此设置，方便选择具有合适开启压力、关闭压力的单向阀。

本发明中两个介质通道中一根为进气通道，其上的单向阀相应的为进气阀；另一个介质通道为出气通道，其上的单向阀相应的为出气阀。

例如，旁路通道6所连接的气流管道为进气通道。如图1所示，本发明中旁通口可优选为三通管7，即在进气通道上的单向阀远离主体的一侧设置一个三通管，自主体上的通孔引出的旁路通道6经三通管与进气通道相连通。或者，旁通口为进气通道上的侧开口，自进气通道上的单向阀远离主体的一侧的旁通口引出第一旁路通道，自主体上的通孔引出第二旁路通道，第一旁路通道与第二旁路通道之间相对接形成旁路通道。当然，旁通口也可以设置在出气通道上的单向阀远离主体一侧，以维持单向阀的外部气压与波纹管的外部气压一致。

本发明提供的密闭气体自驱动循环装置，单向阀安装在法兰外部，采用正反安装的单向阀控制气体单向流动，相比于阀片，具有稳定的开启压力和关闭压力，例如采用Swagelok的C系列单向阀，开启压力可稳定在0.03bar～0.21bar，关闭压力可稳定在0.42bar以下；目前市场上单向阀5的单价约500元/个，整个装置的造价可低于2000元，而阀片的单价约2000元/个，本申请提供的密闭气体自驱动循环装置的成本低、驱动气体单向流动的压力稳定。

进一步地，主体包括通过紧固件10相连的第一法兰8和第二法兰9，波纹管3设置在第一法兰8贴合第二法兰9的一侧，波纹管3与第一法兰8之间形成第一空间，永磁体4设置在波纹管3远离第一法兰的盲端上，两个介质通道1分别与第一法兰8相连接；

第二法兰9贴合第一法兰8的端面上设置有凹槽，波纹管、永磁体与凹槽之间形成具有一定间隙的第二空间，电磁铁吸盘5设置在第二法兰远离第一法兰的端面上。

通过紧固件紧固连接的第一法兰和第二法兰形成主体，波纹管的内侧与第一法兰之间形成第一空间，波纹管的外侧与第二法兰之间形成第二空间。

进一步地，第一法兰为凸法兰，第二法兰为凹法兰，第一法兰的贴合端面的内缘设置有凸起部分，第二法兰的贴合端面的内缘设置有与凸起部分相适配的凹陷部分，通过凸起部分与凹陷部分使得第一法兰和第二法兰之间连接面紧密贴合；和/或，

第一法兰和第二法兰之间通过纯银丝密封。

本申请中第一法兰、第二法兰的材质优选不锈钢材质，银丝的硬度小于不锈钢的硬度，通过第一法兰、第二法兰的挤压，银丝产生形变，可达到良好的密封效果。例如纯银丝的纯度为99.9％、直径为1mm，通过采用密度高的纯银丝进行密封，使得密封效果更好。

进一步地，紧固件采用螺钉或螺栓结构，用来将第一法兰和第二法兰固定连接。

进一步地，密闭气体自驱动循环装置还包括支承部件，其包括：

底板11和自底板11的侧面向外延伸的侧板12，侧板12上设置有与紧固件10相连接的连接耳朵13；第二法兰9连接电磁铁吸盘的端面距底板内侧面的距离等于电磁铁的高度。

电磁铁吸盘的一侧固定在第二法兰远离第一法兰的端面上，电磁铁吸盘的另一侧由底板抵接，通过连接耳朵将支承部件与紧固件相连接。本发明中紧固件将第一法兰、第二法兰以及支承部件相连接，通过合理布置支承部件的连接方式，使得整个装置的结构简单且稳固。

其中，侧板优选包括关于底板对称设置的第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板上分别设置一个连接耳朵。通过对称设置的两个侧板以及两个侧板的连接耳朵，固定支承部件，进而可将电磁铁吸盘固定在第二法兰远离第一法兰的端面上。如此设置，在将电磁铁吸盘固定在第二法兰远离第一法兰的端面的同时，尽可能的减少支承部件的用料。

进一步地，第一法兰的外径和第二法兰的外径相同，第一法兰的外径不大于69mm。现有技术中使用阀片控制气流单向流动的电磁泵中法兰的直径基本不低于113mm，然而本发明提供的密闭气体自驱动循环装置中法兰的直径不大于69mm，例如第一法兰和第二法兰的直径优选为69mm，本发明提供的密闭气体自驱动循环装置的结构简单、体积减小，且兼顾稳定的开启压力、关闭压力以循环输送气体。

本发明中，由于纯铁块至第二法兰的凹槽底部的距离要求与波纹管的弹性系数以及纯铁块的质量有关，若距离偏大，波纹管的振幅不够打开单向阀；若距离偏小，纯铁块容易与第二法兰碰撞。本发明所提供的密闭气体自驱动循环装置，在合理兼顾波纹管的弹性系数和纯铁块的质量的情况下，优选设定波纹管与纯铁块的共振频率为62Hz，纯铁块至凹槽底部的距离为1.34mm，可使得气流速度达到2L/min，进而使得整个装置具备高工作效率。

本申请提供的密闭气体自驱动循环装置，可安装于气体净化装置内驱动气体的循环，两个介质通道远离本体的端部(即各自上的单向阀远离本体的一侧)的压强相等，也与第二空间的压强相等。本申请中永磁体优选为纯铁块，电磁铁吸盘紧贴在第二法兰的外壁上，在螺杆的方向上与纯铁块相对。当电磁铁吸盘输入脉冲方波电源工作，则对第一法兰和第二法兰之间的纯铁块机械制动，从而带动波纹管振动，当波纹管向第二法兰所在的一侧振动时，波纹管内部(即第一空间)的压强降低，从而打开进气的单向阀，使气体从进气阀进入波纹管内；当波纹管向第一法兰所在的一侧振动时，波纹管内部的气压升高，从而打开出气的单向阀，使气体从出气的单向阀流出。

本发明提供的密闭气体自驱动循环装置，采用两个单向阀，一个为进气阀、另一个为出气阀以控制气体的单向流动，整个装置具备稳定的开启压力、关闭压力以控制气体的流动，本发明提供的装置可在常压至高压(10atm)条件下驱动气体单向流动，气流速度快、工作效率高，装置的体积小、成本低。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (7)

1.一种密闭气体自驱动循环装置，其特征在于，包括：

主体，所述主体具有一腔室，所述腔室内设有气体抽排部件，所述气体抽排部件在所述腔室中往复运动，所述气体抽排部件与所述腔室形成第一空间和第二空间；所述主体上设有与所述第一空间相导通的气路方向相反的两个介质通道，两个介质通道上分别设有一个单向阀，两个单向阀的开启方向相反；

所述气体抽排部件包括与所述腔室相连接的波纹管，所述波纹管远离所述腔室的腔壁的一端为具有端面的盲端，所述波纹管将所述腔室分隔为所述第一空间和所述第二空间，所述装置还包括带动所述波纹管沿其轴线方向往复运动的驱动部件；

在其中一介质通道上且在其上的单向阀远离所述主体的一侧设置有旁通口，所述主体上还设置有与所述第二空间相连通的通孔，所述通孔与所述旁通口之间通过旁路通道相连通；

所述波纹管为无磁性的金属波纹管，所述驱动部件包括设置在所述盲端上的永磁体以及设置在所述主体上的电磁铁吸盘。

2.根据权利要求1所述的密闭气体自驱动循环装置，其特征在于，

所述盲端上凸出设置有螺杆，所述永磁体上设置有与所述螺杆相适配的螺孔。

3.根据权利要求2所述的密闭气体自驱动循环装置，其特征在于，

所述主体包括通过紧固件相连的第一法兰和第二法兰，所述波纹管设置在所述第一法兰贴合所述第二法兰的一侧，所述波纹管与所述第一法兰之间形成所述第一空间，所述永磁体设置在所述波纹管远离所述第一法兰的盲端上，两个所述介质通道分别与所述第一法兰相连接；

所述第二法兰贴合所述第一法兰的端面上设置有凹槽，所述波纹管、所述永磁体与所述凹槽之间形成具有一定间隙的所述第二空间，所述电磁铁吸盘设置在所述第二法兰远离所述第一法兰的端面上。

4.根据权利要求3所述的密闭气体自驱动循环装置，其特征在于，

所述第一法兰为凸法兰，所述第二法兰为凹法兰，所述第一法兰的贴合端面的内缘设置有凸起部分，所述第二法兰的贴合端面的内缘设置有与所述凸起部分相适配的凹陷部分；和/或，

所述第一法兰和所述第二法兰之间通过纯银丝密封。

5.根据权利要求3所述的密闭气体自驱动循环装置，其特征在于，

所述紧固件采用螺钉或螺栓结构。

6.根据权利要求3所述的密闭气体自驱动循环装置，其特征在于，

还包括支承部件，其包括：底板和自所述底板的侧面向外延伸的侧板，所述侧板上设置有连接耳朵，所述连接耳朵与所述紧固件相连接；

所述第二法兰连接所述电磁铁吸盘的端面距所述底板内侧面的距离等于所述电磁铁的高度。

7.根据权利要求3所述的密闭气体自驱动循环装置，其特征在于，

所述第一法兰的外径和所述第二法兰的外径相同，所述第一法兰的外径不大于69mm。