CN211122655U - 一种质谱计深冷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于质谱分析技术领域，具体涉及一种质谱计深冷装置及其制冷方法，包括：包括：制冷主机和热交换箱，所述制冷主机和热交换箱一体连接；所述制冷主机内包括：冷凝器、压缩机和混合工质储存罐；压缩机上设置有混合工质储存罐，冷凝器设置在压缩机旁边；所述热交换箱内包括：过流管、冷阱、温度传感器、隔热层、电磁阀接口和冷阱连接端；所述过流管设置在冷阱下段外壁；冷阱上段外壁设置有隔热层；电磁阀接口设置在热交换箱内部上端，温度传感器设置在冷阱；冷阱一端与冷阱连接端连接。

Description

一种质谱计深冷装置

技术领域

本实用新型属于质谱分析技术领域，具体涉及一种质谱计深冷装置。

背景技术

铀浓缩工厂使用气体同位素质谱计进行产品质量检测，质谱计的进样系统通常有两个冷阱，一个用于分析过程中储样罐内残余样品的收集，另一个用于标准与待测样品净化过程中样品杂质的收集。一般需将两个冷阱放置于钢制保温容器中，在容器内加入液氮，借助液氮造成的低温环境冷冻收集废气。此外质谱计进样系统在达到高真空后，极低温度的冷阱作为“冷凝泵”进一步提高进样系统的真空度。理论上温度越低真空度越好。因为质谱计消耗液氮量较小，生产液氮的成本较高，且使用与运输过程中存在被液氮“烫伤”的安全风险，因此亟需设计一种使用小型深冷装置，仅使用电力做能源，利用单级压缩制冷，制冷温度接近液氮，可使质谱计在使用深冷装置后各项运行指标正常，以解决现有技术中的问题。

实用新型内容

本实用新型目的是针对上述现有技术的不足设计一种质谱计深冷装置，用于解决现有技术中质谱计采用液氮进行低温环境冷冻收集废气时易造成安全事故且生产成本过高的技术问题。

本实用新型的技术方案是：

一种质谱计深冷装置，包括：制冷主机1和热交换箱2，所述制冷主机1和热交换箱2一体连接；所述制冷主机1内包括：冷凝器8、压缩机9和混合工质储存罐10；压缩机9上设置有混合工质储存罐10，冷凝器8设置在压缩机9旁边；所述热交换箱2内包括：过流管3、冷阱4、温度传感器5、隔热层6、电磁阀接口7和冷阱连接端11；所述过流管3设置在冷阱4下段外壁；冷阱4上段外壁设置有隔热层6；电磁阀接口7设置在热交换箱2内部上端，温度传感器 5设置在冷阱4；冷阱4一端与冷阱连接端11连接。

如上所述热交换箱2内还包括两个筒形冷阱工作室，冷阱工作室内径略大于冷阱4外径；所述冷阱4数量为两个，所述每个冷阱工作室内放置一个冷阱4，所述冷阱工作室外壁焊接制冷盘管；冷阱工作室内设置两只铂金电阻温度计，冷阱工作室整体采用高温硬质聚氨脂发泡保温材料。

如上所述冷阱4的底部有少量特制合成导热油；所述每个冷阱工作室从底部至顶部内部依次化为深冷区、隔热区和伴热区，所述隔热区中使用聚四氟乙烯板，聚四氟乙烯板尺寸与冷阱工作室底部金属筒尺寸相同，聚四氟乙烯板与冷阱工作室底部深冷区通过卡槽安装固定；冷阱工作室上部伴热区采用镍铬合金不锈钢翅片管加热器进行伴热，并与冷阱工作室中部隔热区的聚四氟乙烯筒通过卡槽衔接，防止空气中的水蒸气在表面凝结。

如上所述冷阱4的上还设置有冷阱法兰，冷阱法兰上端缠绕有伴热带，伴热带使用80V电源模块供电，电源模块通过继电器控制；所述热交换箱2还设置有手动除霜与自动除霜两种运行模式，自动运行时随着压缩机9启动制冷，启动伴热装置进行顶部加热，通过热交换箱2内的加热电压控制，有效控制大功率加热器低加热功率输出，到达即稳定的控制效果。

如上所述热交换箱2内部还设置有连锁保护装置，连锁保护装置与温度传感器5相连接，当深冷装置内温度超过设定值时，连锁保护装置自锁切断冷阱与质谱计进样系统的通道；连锁保护装置内采用高真空电磁挡板阀，电磁挡板阀工作范围105～1.0×10-5Pa，连锁保护装置内外部接口与冷阱进出口尺寸一致，连锁保护装置开闭时间小于3S。

如上所述制冷主机1内还包括：能量调节器和压力测试系统；所述制冷主机1通过混合制冷剂在不同温度段起作用的比例分配制冷能力，通过三或四个电磁阀调节装置内压力工况，并在高温段和恒温时将部分冷媒回收至制冷主机1 内能量调节器，减少冷量输出，倍数减少功率消耗，通过制冷主机1内能量调节器和压力测试系统配合作用，实现最高效率运转。

如上所述冷凝器8内供水温度小于25℃，水流量小于2m³/h，冷凝器8内流通管径不小于20mm。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型设计的一种质谱计深冷装置满足质谱计冷阱工作要求，使用单级压缩的一体式主机结构减小了制冷损耗；本实用新型内热交换箱有效防止了质谱计冷阱上端的壁面结冰；通过改造安装循环冷却水管线，实现了水冷散热，保证了实验室环境温湿度控制；针对装置安全设计的电磁阀连锁保护装置，使深冷装置在无人值守的情况下可以安全应用。研制的深冷装置在应用中可 -175℃连续运行，好于设计指标，质谱计的抽样时间小于30S，进样系统记忆效应小于1.003，质谱计测量相对标准偏差和系统相对偏差均小于0.04％，应用效果良好。

附图说明

图1是本实用新型所设计的一种质谱计深冷装置结构示意图；

图2是本实用新型所设计的一种质谱计深冷装置内过流管连接方式示意图；

图3是本实用新型所设计的一种质谱计深冷装置热交换箱结构示意图；

图4是本实用新型所设计的一种质谱计深冷装置内冷阱制冷方式；

图5是本实用新型所设计的一种质谱计深冷装置侧视图。

其中，1、制冷主机；2、热交换箱；3、过流管、4-冷阱、5-温度传感器、6-隔热层、7-电磁阀接口、8-冷凝器、9-压缩机、10-混合工质储存罐、11-冷阱连接端；

具体实施方式

下面对本实用新型的一种质谱计深冷装置进行进一步描述：

如图1至5所示，一种质谱计深冷装置，包括：制冷主机1和热交换箱2，所述制冷主机1和热交换箱2一体连接；所述制冷主机1内包括：冷凝器8、压缩机9和混合工质储存罐10；压缩机9上设置有混合工质储存罐10，冷凝器8 设置在压缩机9旁边；所述热交换箱2内包括：过流管3、冷阱4、温度传感器 5、隔热层6、电磁阀接口7和冷阱连接端11；所述过流管3设置在冷阱4下段外壁；冷阱4上段外壁设置有隔热层6；电磁阀接口7设置在热交换箱2内部上端，温度传感器5设置在冷阱4；冷阱4一端与冷阱连接端11连接。

如上所述热交换箱2内还包括两个筒形冷阱工作室，冷阱工作室内径略大于冷阱4外径；所述冷阱4数量为两个，所述每个冷阱工作室内放置一个冷阱4，所述冷阱工作室外壁焊接制冷盘管；冷阱工作室内设置两只铂金电阻温度计，冷阱工作室整体采用高温硬质聚氨脂发泡保温材料。

冷阱工作室内壁采用不锈钢材质制作，满焊工艺处理，外壳采用优质冷轧钢板，表面经酸洗磷化后静电喷塑处理。

热交换箱2紧邻质谱计进样系统，过流管3与制冷主机组连接通过壁面传热持续保持热交换室处于设定的低温状态。

如上所述冷阱4的底部有少量特制合成导热油；所述每个冷阱工作室从底部至顶部内部依次化为深冷区、隔热区和伴热区，以防止后期运行中结冰结霜的问题；所述隔热区中使用聚四氟乙烯板，聚四氟乙烯板尺寸与冷阱工作室底部金属筒尺寸相同，聚四氟乙烯板与冷阱工作室底部深冷区通过卡槽安装固定；冷阱工作室上部伴热区采用镍铬合金不锈钢翅片管加热器进行伴热，并与冷阱工作室中部隔热区的聚四氟乙烯筒通过卡槽衔接，防止空气中的水蒸气在表面凝结。

如上所述冷阱4的上还设置有冷阱法兰，冷阱法兰上端缠绕有伴热带，伴热带使用80V电源模块供电，电源模块通过继电器控制；所述热交换箱2还设置有手动除霜与自动除霜两种运行模式，自动运行时随着压缩机9启动制冷，启动伴热装置进行顶部加热，通过热交换箱2内的加热电压控制，对于恒温和低温段斜率有较好的调整效果；强制平衡调温通过控制策略优化，避免较长的稳定过程，有效控制大功率加热器低加热功率输出，到达即稳定的控制效果。

如上所述热交换箱2内部还设置有连锁保护装置，连锁保护装置与温度传感器5相连接，当深冷装置内温度超过设定值时，连锁保护装置自锁切断冷阱与质谱计进样系统的通道；连锁保护装置内采用高真空电磁挡板阀，电磁挡板阀工作范围10⁵～1.0×10^-5Pa，连锁保护装置内外部接口与冷阱进出口尺寸一致，连锁保护装置开闭时间小于3S。

如上所述制冷主机1内还包括：能量调节器和压力测试系统；所述制冷主机1通过混合制冷剂在不同温度段起作用的比例分配制冷能力，通过三或四个电磁阀调节装置内压力工况，从而实现在特定温度段的恒冷量输出，整个降温过程制冷能力分配更加均匀，温度曲线更加平滑，并在高温段和恒温时将部分冷媒回收至制冷主机1内能量调节器，减少冷量输出，倍数减少功率消耗，通过制冷主机1内能量调节器和压力测试系统配合作用，实现最高效率运转。

制冷主机中为保障机组持续安全稳定运行采用水冷方式进行散热，如上所述冷凝器8内供水温度小于25℃，水流量小于2m³/h，冷凝器8内流通管径不小于20mm。

如上所述的一种质谱计深冷装置的制冷方法，包括如下步骤：

步骤一：将深冷装置移动至质谱计进样系统冷阱一侧，热交换箱2与冷阱安装台贴合；将质谱计的冷阱4从固定的工作台中卸下，关闭所有手阀，断开连接的管道；将冷阱4放入热交换箱2内冷阱工作室中，使用游标卡尺测量冷阱在圆柱筒中与壁面间的缝隙宽度。取出冷阱4按照缝隙宽在冷阱壁面上均匀缠绕铝箔，使外径变大；在冷阱4底部中加入适量的合成导热油，放入温度检测探头，在冷阱工作室放入冷阱4；第二个冷阱4同样依照上述方法安装。

步骤二：连接深冷装置的供电，检查电气绝缘情况；使用金属软管连接深冷装置上的循环水接口与实验室中预设的冷却水接口，打开接口处的阀门使循环水流通，检查接口无泄漏；将连锁保护装置内电磁阀驱动装置安装至热交换箱2上端电磁阀接口7处，在冷阱的出口处与入口处分别安装电磁阀并连接电线；在电磁阀接口7处使用波纹管与质谱计的进样系统进行连接，不改变原有抽空线路；步骤三：启动深冷装置，设置连锁保护装置的温度值，进行连锁保护功能测试；正常后将深冷装置温度设定值低于设计值以下，使深冷装置极限运行，检测温度变化；当冷阱4温度达到极限值后，打开冷阱手阀，观察进样系统中的真空变化；真空达到设定要求后进行质谱计抽样时间、记忆效应、双标准测量检查，合格后进行生产运行。

上面结合实施例对本实用新型作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。本实用新型中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (7)

1.一种质谱计深冷装置，其特征在于：包括：制冷主机(1)和热交换箱(2)，所述制冷主机(1)和热交换箱(2)一体连接；所述制冷主机(1)内包括：冷凝器(8)、压缩机(9)和混合工质储存罐(10)；压缩机(9)上设置有混合工质储存罐(10)，冷凝器(8)设置在压缩机(9)旁边；所述热交换箱(2)内包括：过流管(3)、冷阱(4)、温度传感器(5)、隔热层(6)、电磁阀接口(7)和冷阱连接端(11)；所述过流管(3)设置在冷阱(4)下段外壁；冷阱(4)上段外壁设置有隔热层(6)；电磁阀接口(7)设置在热交换箱(2)内部上端，温度传感器(5)设置在冷阱(4)；冷阱(4)一端与冷阱连接端(11)连接。

2.如权利要求1所述的一种质谱计深冷装置，其特征在于：所述热交换箱(2)内还包括两个筒形冷阱工作室，冷阱工作室内径略大于冷阱(4)外径；所述冷阱(4)数量为两个，所述每个冷阱工作室内放置一个冷阱(4)，所述冷阱工作室外壁焊接制冷盘管；冷阱工作室内设置两只铂金电阻温度计，冷阱工作室整体采用高温硬质聚氨脂发泡保温材料。

3.如权利要求2所述的一种质谱计深冷装置，其特征在于：所述冷阱(4)的底部有少量特制合成导热油；所述每个冷阱工作室从底部至顶部内部依次化为深冷区、隔热区和伴热区，所述隔热区中使用聚四氟乙烯板，聚四氟乙烯板尺寸与冷阱工作室底部金属筒尺寸相同，聚四氟乙烯板与冷阱工作室底部深冷区通过卡槽安装固定；冷阱工作室上部伴热区采用镍铬合金不锈钢翅片管加热器进行伴热，并与冷阱工作室中部隔热区的聚四氟乙烯筒通过卡槽衔接，防止空气中的水蒸气在表面凝结。

4.如权利要求3所述的一种质谱计深冷装置，其特征在于：所述冷阱(4)的上还设置有冷阱法兰，冷阱法兰上端缠绕有伴热带，伴热带使用80V电源模块供电，电源模块通过继电器控制；所述热交换箱(2)还设置有手动除霜与自动除霜两种运行模式，自动运行时随着压缩机(9)启动制冷，启动伴热装置进行顶部加热，通过热交换箱(2)内的加热电压控制，有效控制大功率加热器低加热功率输出，到达即稳定的控制效果。

5.如权利要求4所述的一种质谱计深冷装置，其特征在于：所述热交换箱(2)内部还设置有连锁保护装置，连锁保护装置与温度传感器(5)相连接，当深冷装置内温度超过设定值时，连锁保护装置自锁切断冷阱与质谱计进样系统的通道；连锁保护装置内采用高真空电磁挡板阀，电磁挡板阀工作范围10⁵～1.0×10^-5Pa，连锁保护装置内外部接口与冷阱进出口尺寸一致，连锁保护装置开闭时间小于3S。

6.如权利要求5所述的一种质谱计深冷装置，其特征在于：所述制冷主机(1)内还包括：能量调节器和压力测试系统；所述制冷主机(1)通过混合制冷剂在不同温度段起作用的比例分配制冷能力，通过三或四个电磁阀调节装置内压力工况，并在高温段和恒温时将部分冷媒回收至制冷主机(1)内能量调节器，减少冷量输出，倍数减少功率消耗，通过制冷主机(1)内能量调节器和压力测试系统配合作用，实现最高效率运转。

7.如权利要求6所述的一种质谱计深冷装置，其特征在于：所述冷凝器(8)内供水温度小于25℃，水流量小于2m³/h，冷凝器(8)内流通管径不小于20mm。

Images