一種微流量氘、氦氣體分離的裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種微流量氘、氦氣體分離的裝置，其特征在于：它包括殼體（2），殼體（2）為雙開(kāi)口的T字通道結(jié)構(gòu)，殼體（2）內(nèi)T字型的垂直方向封裝有制冷機(jī)（1），殼體（2）內(nèi)T字型的水平方向內(nèi)設(shè)有冷凝板（4），端口設(shè)有障板（5），上端設(shè)有上輻射屏（6），障板（5）與制冷機(jī)（1）的一級(jí)冷頭連接，冷凝板（4）與二級(jí)冷頭連接，下輻射屏（3）套裝在制冷機(jī)（1）上。所述的冷凝板（4）采用多片非直線(xiàn)流導(dǎo)結(jié)構(gòu)，冷凝板（4）上設(shè)有控溫組件（7）。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是，由低溫冷凝板把所通過(guò)微流量殘余氣體中的氘氣冷凝，而對(duì)氦氣又不產(chǎn)生吸附作用以達(dá)到氘、氦混合氣體分離的目的。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種微流量氘、氦氣體分離的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種微流量氣體分離的裝置，具體涉及一種核聚變裝置真空檢漏【技術(shù)領(lǐng)域】氘、氦混合氣體分離的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代托卡馬克聚變裝置運(yùn)行中要求嚴(yán)格的實(shí)時(shí)泄漏檢測(cè)，由于真空檢漏所使用的示蹤氣體氦與實(shí)驗(yàn)工作氣體氘的質(zhì)量數(shù)十分接近，通用的氦質(zhì)譜檢漏儀不能分辨兩者。托卡馬克裝置真空室的殘余氣體中的氘流量一般為KT5-1O-8Pa^3S-1,在這樣的本底下用氦檢漏儀檢測(cè)裝置的微小真空泄漏將極為困難。為提高檢漏系統(tǒng)的靈敏度，需采用選擇性抽氣和壓縮采樣技術(shù)來(lái)抑制托卡馬克裝置殘余氣體中的氫同位素本底。低溫抽氣是一種可能的選擇性抽氣方法。目前，商用低溫泵主要采用涂敷吸附劑的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)低質(zhì)量數(shù)氣體(H2, He)的抽除，這種泵對(duì)氦氣也具有一定抽速，不能實(shí)現(xiàn)氘氣和氦氣的分離?；谝陨显颍O(shè)計(jì)一種不帶吸附劑的低溫冷凝裝置，利用氦氣和氘氣具有不同的沸點(diǎn)(氘:23.6K，氦:
4.2K)的特性，控制裝置處于某一溫度使氘氣凝結(jié)而氦氣不冷凝，實(shí)現(xiàn)氘、氦混合氣體的分離來(lái)提高托卡馬克裝置真空檢漏系統(tǒng)的靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種微流量氘、氦氣體分離的裝置，它能夠提高托卡馬克裝置氘氣本底下的氦質(zhì)譜檢漏靈敏度。
[0004]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種微流量氘、氦氣體分離的裝置，它包括殼體，殼體為雙開(kāi)口的T字通道結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)T字型的垂直方向封裝有制冷機(jī)，殼體內(nèi)T字型的水平方向內(nèi)設(shè)有冷凝板，端口設(shè)有障板，上端設(shè)有上輻射屏，障板與制冷機(jī)的一級(jí)冷頭連接，冷凝板與二級(jí)冷頭連接，下輻射屏套裝在制冷機(jī)上。
[0005]所述的冷凝板采用多片非直線(xiàn)流導(dǎo)結(jié)構(gòu)，冷凝板上設(shè)有控溫組件。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，由低溫冷凝板把所通過(guò)微流量殘余氣體中的氘氣冷凝，而對(duì)氦氣又不產(chǎn)生吸附作用以達(dá)到氘、氦混合氣體分離的目的。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為本發(fā)明所提供的一種微流量氘、氦氣體分離的裝置示意圖；
[0008]圖2為冷凝板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖中:1制冷機(jī)，2殼體，3下輻射屏，4冷凝板，5障板，6上輻射屏，7控溫組件。【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹: [0011]如圖1和圖2所示，一種微流量氘、氦氣體分離的裝置包括殼體2，制冷機(jī)1，輻射屏，障板5，冷凝板4，控溫組件7等部件；殼體2為雙開(kāi)口的T字通道結(jié)構(gòu)，氣流從進(jìn)氣口端引入，它的通徑為0 150的雙開(kāi)口 T字型通道結(jié)構(gòu)殼體2，水平方向?yàn)檫M(jìn)、出氣口，可以與其他管道或真空系統(tǒng)串聯(lián)。依次通過(guò)障板5、冷凝板4，從出氣口端流出。障板5與制冷機(jī)I的一級(jí)冷頭連接，冷凝板4與二級(jí)冷頭連接。冷凝4板采用多片非直線(xiàn)流導(dǎo)結(jié)構(gòu)，氣體流既可以通過(guò)也能被冷凝。冷凝板4上安裝溫度控制點(diǎn)，配置加熱組件，冷凝板溫度可以精確控制。冷凝板4上不涂敷吸附劑，在6K-16K范圍，所通過(guò)氣體流中的氘氣被凝結(jié)，而氦氣不被凝結(jié)。
[0012]采用冷源采用4.2K制冷機(jī)I，冷頭封裝在殼體2內(nèi)T字型的垂直方向，其一級(jí)作為下輻射屏3、上輻射屏6和障板5的冷源，提供77K溫度，二級(jí)作為低溫冷凝板4的冷源，最低溫度5K。
[0013]冷凝板4由5片平行的直徑為C 120、厚度2毫米的鍍亮鎳無(wú)氧銅板組成，并列安裝在傳熱板上，總面積為1130cm2。傳熱板位于T型水平中平面，與二級(jí)冷頭直接接觸。銅板上開(kāi)若干C 3的通氣孔，且每?jī)善宓耐饪族e(cuò)位排列，以形成非直線(xiàn)型流導(dǎo)結(jié)構(gòu)。由于氣體為微流量，不考慮流導(dǎo)對(duì)氣流的影響。多片錯(cuò)孔的設(shè)計(jì)用來(lái)增大氘氣與冷凝板的接觸幾率，提高冷凝效率。
[0014]為避免冷凝板不受外界的直接熱輻射，冷凝板用輻射屏包圍起來(lái)，在進(jìn)氣口端輻射屏前加上障板5。障板采用百葉窗結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以對(duì)被抽氣體進(jìn)行預(yù)冷。
[0015]為了裝配的方便，輻射屏采用兩級(jí)連接方式設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)為上下輻射屏，上輻射屏6裝入后與下輻射屏3通過(guò)螺釘固定。
[0016]在第一片冷凝板邊緣(最靠近冷頭)安裝一個(gè)溫度控制點(diǎn)(溫度傳感器和加熱組件)，采用溫控儀精確采集并控制低溫冷凝板4的溫度。溫度傳感器精度為0.1K，最近和最遠(yuǎn)端的冷凝板溫度差小于1K。對(duì)冷凝板設(shè)定某一溫度后，溫控儀通過(guò)調(diào)節(jié)加熱組件的輸出功率，可維持冷凝板溫度穩(wěn)定。冷凝板溫度調(diào)節(jié)范圍為:5K-30K，而氘氣有效凝結(jié)而氦氣不凝結(jié)的溫度范圍為:6Κ-16Κ?！?br> [0017]在一個(gè)具體實(shí)施例中，微流量氘、氦氣體分離的裝置的進(jìn)、出口端分別與同口徑真空腔室串聯(lián)，真空腔室上安裝有真空計(jì)、高分辨四極質(zhì)譜儀和流量計(jì)等測(cè)量工具。出口端真空腔室連接分子泵輔助抽氣。
[0018]將冷凝板溫度設(shè)定為10Κ，一個(gè)氘氦比例為10:1的混合氣體樣品從進(jìn)口端的真空腔室中引入，先通過(guò)障板氣體樣品被預(yù)冷，然后再通過(guò)冷凝板。每通過(guò)一片冷凝板，將有部分氘氣被凝結(jié)。由于出口端的真空腔室由分子泵抽氣，通過(guò)冷凝板的氣體樣本將向出口端的真空腔室運(yùn)動(dòng)。測(cè)量結(jié)果表明通過(guò)裝置后，該樣品氘氦比例變?yōu)榧s1:1，其中氦氣流量并沒(méi)有減小，實(shí)現(xiàn)了混合氣體中氘氣的有效凝結(jié)。
[0019]在另一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)口端的真空腔室與托卡馬克裝置真空室連接，出口端分子泵的前級(jí)連接了氦檢漏儀。將冷凝板溫度設(shè)定為10Κ，從托卡馬克裝置所引入殘余氣體中質(zhì)量數(shù)為4 (氘、氦混合氣體)的檢漏儀本底信號(hào)，由2.7X 10?.Hi3S-1降低為2.2X 10_8Pa.Hi3S-1,既氦檢漏儀的靈敏度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。
【權(quán)利要求】
1.一種微流量氘、氦氣體分離的裝置，其特征在于:它包括殼體(2)，殼體(2)為雙開(kāi)口的T字通道結(jié)構(gòu)，殼體(2)內(nèi)T字型的垂直方向封裝有制冷機(jī)(I)，殼體(2)內(nèi)T字型的水平方向內(nèi)設(shè)有冷凝板(4)，端口設(shè)有障板(5)，上端設(shè)有上輻射屏(6)，障板(5)與制冷機(jī)(I)的一級(jí)冷頭連接，冷凝板(4)與二級(jí)冷頭連接，下輻射屏(3)套裝在制冷機(jī)(I)上。
2.如權(quán)利要求1所述的一種微流量氘、氦氣體分離的裝置，其特征在于:所述的冷凝板(4)采用多片非直線(xiàn)流導(dǎo)結(jié)構(gòu)，冷凝板(4)上設(shè)有控溫組件(7)。
【文檔編號(hào)】C01B4/00GK203498075SQ201320620518
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】曹曾, 黃向玫, 許正華, 蔡瀟 申請(qǐng)人:核工業(yè)西南物理研究院