專利名稱：一種用于氚純化的真空氣體隔膜循環(huán)泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氚純化裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于氚純化的真空氣體隔膜循 環(huán)泵。
背景技術(shù)：
氚是重要的聚變核材料，除了應(yīng)用于第一代聚變堆之外，還在其它科學(xué)研究和軍 事領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。由于氚會發(fā)生放射性衰變，產(chǎn)生的氦_3不溶于金屬氫化物， 這就給氚的純化和分離帶來一系列問題。通常條件下，采用金屬氫化物作為氚的純化和分 離介質(zhì)，氚分子只能通過靜態(tài)擴散到達(dá)金屬氫化物的表面。但由于氦_3的阻擋和屏蔽，造 成氚的回收時間較長，這就增加了系統(tǒng)中氚的泄露和金屬氫化物中毒的危險，也大大降低 了工作效率。為保證安全，通常的氚操作都是在負(fù)壓條件下進行。實驗室規(guī)模的氚操作量一般 為IO13Bq,其工作壓力通常低至102Pa。但商品化的氣體循環(huán)泵的工作壓力都在IO4Pa以上， 且功率和體積龐大，只能在少數(shù)工廠應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了縮短氚的回收時間，降低氚的泄露和金屬氫化物中毒的危險，本發(fā)明提供一 種用于氚純化的真空氣體隔膜循環(huán)泵，為實驗室條件下小體積真空系統(tǒng)中低壓氚氣的循環(huán) 提供動力。本發(fā)明的用于氚純化的真空氣體隔膜循環(huán)泵，其特點是，所述循環(huán)泵包括支架、一 級容器、底座、電動機和二級容器；一級容器為左右對稱結(jié)構(gòu)，固定設(shè)置在支架上，一級容器 的上方設(shè)置有底座，底座通過螺桿I與一級容器固定連接；底座的上方設(shè)置有二級容器，二 級容器通過螺釘壓緊設(shè)置在底座上表面的0型氟橡膠圈與底座連接；電動機設(shè)置于二級容 器內(nèi)，并通過螺桿II固定于底座上；在一級容器中分別對稱設(shè)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別與底座連接；電動機的旋轉(zhuǎn)軸上分別對稱設(shè) 置有第一偏心輪和第二偏心輪，第一偏心輪與第一隔膜腔之間設(shè)置有平行于底座的第一隔 膜，第一偏心輪與第一隔膜連接，第一隔膜固定設(shè)置于第一隔膜腔的正上方，與底座通過螺 桿III固定連接；第二偏心輪與第二隔膜腔之間設(shè)置有平行于底座的第二隔膜，第二偏心 輪與第二隔膜連接，第二隔膜固定設(shè)置于第二隔膜腔的正上方；第一隔膜腔含有左室和右 室，在與左室和右室頂端連接的底座上分別設(shè)置有用于安裝單向閥的小孔，左室的小孔中 設(shè)置有第一單向閥，右室的小孔中設(shè)置有第二單向閥，第一單向閥與第二單向閥之間夾角 為180度；第二隔膜腔含有左室和右室，在與左室和右室頂端連接的底座上分別設(shè)置有用 于安裝單向閥的小孔，左室的小孔中設(shè)置有第三單向閥，右室的小孔中設(shè)置有第四單向閥， 第三單向閥與第四單向閥之間夾角為180度；在一級容器上設(shè)置有入口和出口 ；在二級容 器上分別設(shè)置有第一閥門、第二閥門、抽氣口、壓力表和電極；第一閥門和第二閥門與二級 容器分別通過銅墊片I和銅墊片II密封連接；支架下方設(shè)置有減震墊。
所述的設(shè)置在隔膜腔內(nèi)的單向閥均采用氟橡膠材料。所述的第一隔膜和第二隔膜的材料采用彈性橡膠。所述的電極與二級容器之間的密封材料采用陶瓷。本發(fā)明的工作過程為利用真空泵從抽氣口將二級容器抽至一定負(fù)壓，使得二級 容器內(nèi)的氣體壓力略大于一級容器內(nèi)的氣體壓力；然后開啟電動機，使其帶動第一偏心輪 和第二偏心輪單向旋轉(zhuǎn)，兩個偏心輪分別牽引第一隔膜和第二隔膜進行上下往復(fù)式運動， 從而引起第一隔膜腔和第二隔膜腔中的左右單向閥交替開閉，使得一級容器中的氣體進行 單向流動，從而實現(xiàn)了密閉系統(tǒng)中低壓氣體的單向循環(huán)。本發(fā)明的用于氚純化的真空氣體隔膜循環(huán)泵的泵體通過設(shè)置為雙層結(jié)構(gòu)，將二級 容器抽至負(fù)壓，可以突破第一隔膜和第二隔膜內(nèi)外壓差的限制，降低一級容器內(nèi)氣體的工 作壓力，使循環(huán)泵的工作壓力低至IO2Pa ；二級容器在負(fù)壓條件下，降低了第一隔膜和第二 隔膜的內(nèi)外壓差，減小了隔膜的應(yīng)力，從而降低隔膜疲勞損傷的危險；二級容器具有壓力指 示，如果第一隔膜或第二隔膜破裂，造成氚的泄漏，這時可通過第一閥門和第二閥門接入氚 氣凈化系統(tǒng)進行凈化處理，有效防止氚泄露事故的發(fā)生。通過設(shè)置對稱結(jié)構(gòu)的雙隔膜腔，避免氣流的脈沖運動，增強了氣流的穩(wěn)定性。通過設(shè)置隔膜，實現(xiàn)了循環(huán)系統(tǒng)的無油化。本發(fā)明的用于氚純化的真空氣體隔膜循環(huán)泵能夠大幅降低循環(huán)泵的工作壓力，使 其滿足實驗室規(guī)模氚的純化處理，還可縮短氚的回收時間，提高氚的回收效率，降低氚的泄 露和貯氫床毒化的危險，增強了氚處理過程的安全性。


圖1為本發(fā)明的用于氚純化的真空氣體隔膜循環(huán)泵實施例結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明中的一級容器中氣體流速與氣體壓力的關(guān)系圖3為使用本發(fā)明與未使用本發(fā)明的實驗數(shù)據(jù)對比效果圖。圖中，1.第一閥門 2.銅墊片I 3. —級容器進口端 4螺釘 6.螺桿I 7.減震墊 8.單向閥 9.螺桿II 10.第一隔膜 12.第一隔膜腔 13.第二單向閥 14.螺桿III 15.電動機 17.底座 18.第三單向閥 19.第二隔膜腔 20.第四單向閥 22.第二隔膜 23.支架 24. —級容器出口 25.電極 26
&0形橡膠墊圈 11.第一偏心輪 16. 一級容器 21.第二偏心輪
二級容器
27. 二級容器抽氣口 28.第二閥門 29.銅墊片II 30.真空壓力表。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例 圖1為本發(fā)明的用于氚純化的真空氣體隔膜循環(huán)泵實施例結(jié)構(gòu)示意圖。從圖1中 可以看出，本發(fā)明的用于氚純化的真空氣體隔膜循環(huán)泵的泵體設(shè)置為雙層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的 循環(huán)泵包括支架23、一級容器16、底座17、電動機15和二級容器26。一級容器16為左右對 稱結(jié)構(gòu)，固定設(shè)置在支架23上，一級容器16的上方設(shè)置有底座17，底座17通過四個螺桿I與一級容器16固定連接，螺桿16為其中一個。底座17的上方設(shè)置有二級容器26，二級容 器26通過二十個螺釘壓緊設(shè)置在底座17上表面的0型氟橡膠圈5與底座17連接，螺釘4 為其中一個。電動機15設(shè)置于二級容器26內(nèi)，并通過螺桿II固定于底座17上，螺桿1114 為其中一個。在一級容器16中分別對稱設(shè)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的上端面分別與底座17連接。電動機15的旋轉(zhuǎn)軸上分別對稱設(shè)置 有第一偏心輪11和第二偏心輪21，第一偏心輪11與第一隔膜腔12之間設(shè)置有平行于底座 17的第一隔膜10，第一偏心輪11與第一隔膜10連接。第一隔膜10固定設(shè)置于第一隔膜腔 12的正上方，并與底座17通過六個螺桿III固定連接，螺桿III9為其中一個。第二偏心輪 21與第二隔膜腔19之間設(shè)置有平行于底座17的第二隔膜22，第二偏心輪21與第二隔膜 22連接，第二隔膜22固定設(shè)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，在與左室和右室頂端連接的底座17上分別設(shè)置有用于安裝單向閥的小孔，左室 的小孔中設(shè)置有第一單向閥8，右室的小孔中設(shè)置有第二單向閥13，第一單向閥8與第二單 向閥13之間夾角為180度。所述的第二隔膜腔19含有左室和右室，在與左室和右室頂端 連接的底座17上分別設(shè)置有用于安裝單向閥的小孔，左室的小孔中設(shè)置有第三單向閥18， 右室的小孔中設(shè)置有第四單向閥20，第三單向閥18與第四單向閥20之間夾角為180度。 在一級容器16上設(shè)置有入口 3和出口 24。在二級容器26上分別設(shè)置有第一閥門1、第二 閥門28、抽氣口 27、壓力表30和電極25。第一閥門1通過銅墊片12與二級容器26密封 連接；第二閥門28通過銅墊片1129與二級容器26密封連接。支架23下方設(shè)置有四個減 震墊，減震墊7為其中一個。本實施例中設(shè)置在第一隔膜腔12和第二隔膜腔19內(nèi)的單向閥均采用氟橡膠材 料。第一隔膜10和第二隔膜22的材料采用彈性橡膠。電極25與二級容器26之間的密封材料采用陶瓷。本發(fā)明的用于氚純化的真空氣體隔膜循環(huán)泵設(shè)置為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為一級容器， 夾層為二級容器，電動機置于二級容器中。利用氦質(zhì)譜檢漏儀對兩級容器進行檢漏測試一 級容器的漏率為5. 8X10_6Pa. L/s，二級容器的漏率為3. 6X 10_5Pa. L/s。采用兩級容器防 護，完全可以滿足氚的操作要求。將二級容器抽至低真空，降低隔膜的內(nèi)外壓差。這主要有三個優(yōu)點，一是突破隔膜 最大壓差(一般約9X IO4Pa)的限制，使得一級容器的工作壓力可低至IO2Pa,滿足實驗室規(guī) 模氚的純化和分離處理；二是降低隔膜內(nèi)外壓差以后，減小了隔膜的應(yīng)力，從而延長其使用 壽命；三是二級容器具有壓力指示，如果第一隔膜或第二隔膜破裂，造成氚的泄漏，這時可 通過第一閥門和第二閥門接入氚氣凈化系統(tǒng)進行凈化處理，有效防止氚泄露事故的發(fā)生。本發(fā)明中設(shè)置對稱結(jié)構(gòu)的雙隔膜腔，利用一臺電動機帶動兩個偏心輪，使得氣體 在循環(huán)支路中穩(wěn)定流動。圖2為本發(fā)明的一級容器中氣體流速與氣體壓力的關(guān)系圖。從圖2中可以看出，隨 著系統(tǒng)中氣體壓力的增加，氣體流速穩(wěn)定增加，曲線比較平滑，說明采用雙隔膜腔的設(shè)置， 氣體沒有脈沖運動的現(xiàn)象，氣流的穩(wěn)定性較好。圖3為使用本發(fā)明與未使用本發(fā)明的實驗數(shù)據(jù)對比圖，曲線I為未使用本發(fā)明的 循環(huán)泵的氘氣回收曲線，曲線II為使用本發(fā)明的循環(huán)泵的氘氣回收曲線。將本發(fā)明的循環(huán)泵接入氣體循環(huán)支路，充入系統(tǒng)約3000Pa氘氣和3200Pa氦氣的混合氣體，利用貯氫床 進行混合氣體中氘氣的回收實驗。從圖3可以看出，橫坐標(biāo)為回收時間(min)，縱坐標(biāo)為系 統(tǒng)中氣體的壓力(Pa)?？梢钥闯觯床捎脷怏w循環(huán)技術(shù)時，該條件下氘氣的回收時間大于 90min。而在采用氣體循環(huán)技術(shù)以后，氘氣的回收時間縮短至15min左右。
本發(fā)明的用于氚純化的真空氣體隔膜循環(huán)泵，可以縮短實驗室規(guī)模氚的回收時 間，提高氚的回收效率，降低氚的泄露和貯氫床毒化的危險。
權(quán)利要求
一種用于氚純化的真空氣體隔膜循環(huán)泵，其特征在于所述循環(huán)泵包括支架(23)、一級容器(16)、底座(17)、電動機(15)和二級容器(26)；一級容器(16)為左右對稱結(jié)構(gòu)，固定設(shè)置在支架(23)上，一級容器(16)的上方設(shè)置有底座(17)，底座(17)與一級容器(16)固定連接；底座(17)的上方設(shè)置有二級容器(26)，二級容器(26)通過螺釘壓緊設(shè)置在底座(17)上表面的O型氟橡膠圈(5)與底座(17)連接；電動機(15)設(shè)置于二級容器(26)內(nèi)，并固定于底座(17)上；在一級容器(16)中分別對稱設(shè)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)的上端面分別與底座(17)固定連接；電動機(15)的旋轉(zhuǎn)軸上分別對稱設(shè)置有第一偏心輪(11)和第二偏心輪(21)，第一偏心輪(11)與第一隔膜腔(12)之間設(shè)置有平行于底座(17)的第一隔膜(10)，第一偏心輪(11)與第一隔膜(10)連接，第一隔膜(10)固定設(shè)置于第一隔膜腔(12)的正上方，與底座(17)固定連接；第二偏心輪(21)與第二隔膜腔(19)之間設(shè)置有平行于底座(17)的第二隔膜 (22)，第二偏心輪(21)與第二隔膜(22)連接，第二隔膜(22)固定設(shè)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，在與左室和右室頂端連接的底座(17)上分別設(shè)置有用于安裝單向閥的小孔，左室的小孔中設(shè)置有第一單向閥(8)，右室的小孔中設(shè)置有第二單向閥(13)，第一單向閥(8)與第二單向閥(13)之間夾角為180 度；第二隔膜腔(19)含有左室和右室，在與左室和右室頂端連接的底座(17)上分別設(shè)置有用于安裝單向閥的小孔，左室的小孔中設(shè)置有第三單向閥(18)，右室的小孔中設(shè)置有第四單向閥(20)，第三單向閥(18)與第四單向閥(20)之間夾角為180度；在一級容器(16)上設(shè)置有入口(3)和出口(24)；在二級容器(26)上分別設(shè)置有第一閥門(1)、第二閥門(28)、 抽氣口(27)、壓力表(30)和電極(25)；第一閥門(1)和第二閥門(28)與二級容器(26)分別通過銅墊片I(2)和銅墊片II(29)密封連接；支架(23)下方設(shè)置有減震墊(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氚純化的真空氣體隔膜循環(huán)泵，其特征在于所述的設(shè) 置在第一隔膜腔和第二隔膜腔內(nèi)的單向閥采用氟橡膠材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氚純化的真空氣體隔膜循環(huán)泵，其特征在于所述的第 一隔膜(10)和第二隔膜(22)的材料采用彈性橡膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氚純化的真空氣體隔膜循環(huán)泵，其特征在于所述的電 極(25)與二級容器(26)之間的密封材料采用陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于氚純化的真空氣體隔膜循環(huán)泵。所述的循環(huán)泵為一種微型雙腔、雙層結(jié)構(gòu)的泵體，包括支架、底座、一級容器、二級容器和電動機。一級容器固定設(shè)置于支架上，底座與一級容器連接，二級容器設(shè)置在底座上，設(shè)置在一級容器中的第一隔膜腔和第二隔膜腔結(jié)構(gòu)左右對稱。電動機設(shè)置于二級容器中。本發(fā)明的真空氣體循環(huán)泵可以大幅降低循環(huán)泵的工作壓力，使其滿足實驗室規(guī)模氚的純化和分離處理，還可縮短氚的回收時間，提高氚的回收效率，降低氚的泄露和貯氫床毒化的危險，增強了氚處理過程的安全性。
文檔編號C01B4/00GK101892976SQ20101025438
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者周曉松, 孫洪偉, 席治國, 彭述明, 曹小華, 楊本福, 梁建華, 牟方明, 王維篤, 程貴鈞, 鄧云偉, 黃剛, 龍興貴 申請人:中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所