本發(fā)明涉及氦-3提純，尤其涉及一種氦-3富集系統(tǒng)。

背景技術：

1、he-3(氦-3)由于其特殊的性質(zhì)被廣泛應用在了各個領域，尤其在低溫領域，he-3可以用于減壓制冷實現(xiàn)1k的低溫環(huán)境，它可以用在稀釋制冷機實現(xiàn)mk級的低溫環(huán)境，he-3可以用于核磁成像等等。

2、目前獲取he-3可能的渠道有三種：天然氣中提取he-3，核廢氣中提取he-3和月壤中提取he-3.天然氣中he-3的含量約為1e-6～1e-8，在如此低濃度下實現(xiàn)富集，經(jīng)濟效益是非常低的。月壤上he-3含量較多，但是它的開采運輸難度非常大，目前還沒有相關的證明表明這種方法的可行性。從核廢氣中提取he-3是目前絕大部分he-3的來源。

3、核廢氣中除了he-3之外，還有he-4和其他雜質(zhì)氣體。對于其他雜質(zhì)氣體而言，實現(xiàn)它們的去除是非常成熟的。然而，實現(xiàn)he-3和he-4的高效分離目前仍然是最大的難點，本專利旨在介紹一種新型的用于富集he-3的系統(tǒng)。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種氦-3富集系統(tǒng)，可以減少氦-4在原料腔中的存量，使得氦-4被提純至收集腔中，使得氦-3在原料腔中的含量提高，使得氦-3被富集在原料腔中，實現(xiàn)氦-3與氦-4的分離。

2、根據(jù)本發(fā)明實施例的氦-3富集系統(tǒng)，包括：原料缸，具有原料腔；收集缸，具有收集腔；熵過濾器，包括：連通管、主腔體和密封件，所述主腔體內(nèi)限定出過濾腔，所述過濾腔通過連通管分別與所述原料腔及所述收集腔連通，所述密封件填充于所述過濾腔內(nèi)且具有適于超流體通過的超流孔隙。

3、根據(jù)本發(fā)明的氦-3富集系統(tǒng)，通過設置具有超流孔隙的密封件填充過濾腔，可以使得氦-4超流體通過超流孔隙從原料腔流動至收集腔，使得氦-3正常流體可以在自身的粘性作用下被阻隔在原料腔中，減少氦-4在原料腔中的存量，使得氦-4被提純至收集腔中，使得氦-3在原料腔中的含量提高，使得氦-3被富集在原料腔中，實現(xiàn)氦-3與氦-4的分離。

4、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述密封件由粉末壓制成型。

5、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述收集腔中的溫度大于所述原料腔中的溫度。

6、在本發(fā)明的一些實施例中，所述收集腔中的溫度小于等于2.17k。

7、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，氦-3富集系統(tǒng)還包括：制冷裝置，所述制冷裝置用于為所述原料缸和所述收集腔提供冷量。

8、在本發(fā)明的一些實施例中，所述制冷裝置包括：前置冷卻缸，所述前置冷卻缸具有超流氦腔，所述超流氦腔用于為含有氦-3和氦-4的混合氣體提供液化空間，所述超流氦腔與所述原料腔連通，所述原料缸與所述前置冷卻缸相連，所述收集缸與所述前置冷卻缸相連。

9、在本發(fā)明的一些實施例中，所述原料缸與所述前置冷卻缸之間夾設有第一導熱件，所述收集缸與所述前置冷卻缸之間夾設有第二導熱件，所述第一導熱件的導熱系數(shù)大于所述第二導熱件的導熱系數(shù)。

10、在本發(fā)明的一些實施例中，所述原料缸為金屬件；和/或，所述收集缸為金屬件。

11、在本發(fā)明的一些實施例中，所述前置冷卻缸包括筒形主體和板狀封板，所述板狀封板封蓋于所述筒形主體軸向兩個開口處，在所述筒形主體的徑向上，所述板狀封板凸出所述筒形主體的徑向外表面，所述板狀封板凸出所述筒形主體的徑向外表面部分為冷卻凸緣；所述原料缸與所述冷卻凸緣相連，和/或，所述收集缸與所述冷卻凸緣相連。

12、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述氦-3富集系統(tǒng)各部件連接點之間的漏率小于等于1e-8pa·m3/s。

13、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

技術特征：

1.一種氦-3富集系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的氦-3富集系統(tǒng)，其特征在于，所述密封件由粉末壓制成型。

3.根據(jù)權利要求1所述的氦-3富集系統(tǒng)，其特征在于，所述收集腔中的溫度大于所述原料腔中的溫度。

4.根據(jù)權利要求3所述的氦-3富集系統(tǒng)，其特征在于，所述收集腔中的溫度小于等于2.17k。

5.根據(jù)權利要求1所述的氦-3富集系統(tǒng)，其特征在于，還包括：制冷裝置，所述制冷裝置用于為所述原料缸和所述收集腔提供冷量。

6.根據(jù)權利要求5所述的氦-3富集系統(tǒng)，其特征在于，所述制冷裝置包括：前置冷卻缸，所述前置冷卻缸具有超流氦腔，所述超流氦腔用于為含有氦-3和氦-4的混合氣體提供液化空間，所述超流氦腔與所述原料腔連通，所述原料缸與所述前置冷卻缸相連，所述收集缸與所述前置冷卻缸相連。

7.根據(jù)權利要求6所述的氦-3富集系統(tǒng)，其特征在于，所述原料缸與所述前置冷卻缸之間夾設有第一導熱件，所述收集缸與所述前置冷卻缸之間夾設有第二導熱件，所述第一導熱件的導熱系數(shù)大于所述第二導熱件的導熱系數(shù)。

8.根據(jù)權利要求6所述的氦-3富集系統(tǒng)，其特征在于，所述原料缸為金屬件；和/或，所述收集缸為金屬件。

9.根據(jù)權利要求6所述的氦-3富集系統(tǒng)，其特征在于，所述前置冷卻缸包括筒形主體和板狀封板，所述板狀封板封蓋于所述筒形主體軸向上的兩個開口處，在所述筒形主體的徑向上，所述板狀封板凸出所述筒形主體的徑向外表面，所述板狀封板凸出所述筒形主體的徑向外表面部分為冷卻凸緣；

10.根據(jù)權利要求1所述的氦-3富集系統(tǒng)，其特征在于，所述氦-3富集系統(tǒng)各部件連接點之間的漏率小于等于1e-8pa·m3/s。

技術總結
本發(fā)明公開了一種氦?3富集系統(tǒng)，包括：原料缸，具有原料腔；收集缸，具有收集腔；熵過濾器，包括：連通管、主腔體和密封件，主腔體內(nèi)限定出過濾腔，過濾腔通過連通管分別與原料腔及收集腔連通，密封件填充于過濾腔內(nèi)且具有適于超流體通過的超流孔隙。根據(jù)本發(fā)明的氦?3富集系統(tǒng)，通過設置具有超流孔隙的密封件填充過濾腔，可以使得氦?4超流體通過超流孔隙從原料腔流動至收集腔，使得氦?3正常流體可以在自身的粘性作用下被阻隔在原料腔中，減少氦?4在原料腔中的存量，使得氦?4被提純至收集腔中，使得氦?3在原料腔中的含量提高，使得氦?3被富集在原料腔中，實現(xiàn)氦?3與氦?4的分離。

技術研發(fā)人員：王利國,屈千喜,陳歡,代念念,趙婉吟,賈朋,徐冬,李來風
受保護的技術使用者：中國科學院理化技術研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/10