专利名称：一种用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵的制作方法
技术领域：
本发明属于氚纯化装置技术领域，具体涉及一种用于氚纯化的真空气体隔膜循 环泵。
背景技术：
氚是重要的聚变核材料，除了应用于第一代聚变堆之外，还在其它科学研究和军 事领域有着极其广泛的应用。由于氚会发生放射性衰变，产生的氦_3不溶于金属氢化物， 这就给氚的纯化和分离带来一系列问题。通常条件下，采用金属氢化物作为氚的纯化和分 离介质，氚分子只能通过静态扩散到达金属氢化物的表面。但由于氦_3的阻挡和屏蔽，造 成氚的回收时间较长，这就增加了系统中氚的泄露和金属氢化物中毒的危险，也大大降低 了工作效率。为保证安全，通常的氚操作都是在负压条件下进行。实验室规模的氚操作量一般 为IO13Bq,其工作压力通常低至102Pa。但商品化的气体循环泵的工作压力都在IO4Pa以上， 且功率和体积庞大，只能在少数工厂应用。
发明内容
为了缩短氚的回收时间，降低氚的泄露和金属氢化物中毒的危险，本发明提供一 种用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵，为实验室条件下小体积真空系统中低压氚气的循环 提供动力。本发明的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵，其特点是，所述循环泵包括支架、一 级容器、底座、电动机和二级容器；一级容器为左右对称结构，固定设置在支架上，一级容器 的上方设置有底座，底座通过螺杆I与一级容器固定连接；底座的上方设置有二级容器，二 级容器通过螺钉压紧设置在底座上表面的0型氟橡胶圈与底座连接；电动机设置于二级容 器内，并通过螺杆II固定于底座上；在一级容器中分别对称设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别与底座连接；电动机的旋转轴上分别对称设 置有第一偏心轮和第二偏心轮，第一偏心轮与第一隔膜腔之间设置有平行于底座的第一隔 膜，第一偏心轮与第一隔膜连接，第一隔膜固定设置于第一隔膜腔的正上方，与底座通过螺 杆III固定连接；第二偏心轮与第二隔膜腔之间设置有平行于底座的第二隔膜，第二偏心 轮与第二隔膜连接，第二隔膜固定设置于第二隔膜腔的正上方；第一隔膜腔含有左室和右 室，在与左室和右室顶端连接的底座上分别设置有用于安装单向阀的小孔，左室的小孔中 设置有第一单向阀，右室的小孔中设置有第二单向阀，第一单向阀与第二单向阀之间夹角 为180度；第二隔膜腔含有左室和右室，在与左室和右室顶端连接的底座上分别设置有用 于安装单向阀的小孔，左室的小孔中设置有第三单向阀，右室的小孔中设置有第四单向阀， 第三单向阀与第四单向阀之间夹角为180度；在一级容器上设置有入口和出口 ；在二级容 器上分别设置有第一阀门、第二阀门、抽气口、压力表和电极；第一阀门和第二阀门与二级 容器分别通过铜垫片I和铜垫片II密封连接；支架下方设置有减震垫。
所述的设置在隔膜腔内的单向阀均采用氟橡胶材料。所述的第一隔膜和第二隔膜的材料采用弹性橡胶。所述的电极与二级容器之间的密封材料采用陶瓷。本发明的工作过程为利用真空泵从抽气口将二级容器抽至一定负压，使得二级 容器内的气体压力略大于一级容器内的气体压力；然后开启电动机，使其带动第一偏心轮 和第二偏心轮单向旋转，两个偏心轮分别牵引第一隔膜和第二隔膜进行上下往复式运动， 从而引起第一隔膜腔和第二隔膜腔中的左右单向阀交替开闭，使得一级容器中的气体进行 单向流动，从而实现了密闭系统中低压气体的单向循环。本发明的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵的泵体通过设置为双层结构，将二级 容器抽至负压，可以突破第一隔膜和第二隔膜内外压差的限制，降低一级容器内气体的工 作压力，使循环泵的工作压力低至IO2Pa ；二级容器在负压条件下，降低了第一隔膜和第二 隔膜的内外压差，减小了隔膜的应力，从而降低隔膜疲劳损伤的危险；二级容器具有压力指 示，如果第一隔膜或第二隔膜破裂，造成氚的泄漏，这时可通过第一阀门和第二阀门接入氚 气净化系统进行净化处理，有效防止氚泄露事故的发生。通过设置对称结构的双隔膜腔，避免气流的脉冲运动，增强了气流的稳定性。通过设置隔膜，实现了循环系统的无油化。本发明的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵能够大幅降低循环泵的工作压力，使 其满足实验室规模氚的纯化处理，还可缩短氚的回收时间，提高氚的回收效率，降低氚的泄 露和贮氢床毒化的危险，增强了氚处理过程的安全性。
图1为本发明的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵实施例结构示意图； 图2为本发明中的一级容器中气体流速与气体压力的关系图3为使用本发明与未使用本发明的实验数据对比效果图。图中，1.第一阀门 2.铜垫片I 3. —级容器进口端 4螺钉 6.螺杆I 7.减震垫 8.单向阀 9.螺杆II 10.第一隔膜 12.第一隔膜腔 13.第二单向阀 14.螺杆III 15.电动机 17.底座 18.第三单向阀 19.第二隔膜腔 20.第四单向阀 22.第二隔膜 23.支架 24. —级容器出口 25.电极 26
&0形橡胶垫圈 11.第一偏心轮 16. 一级容器 21.第二偏心轮
二级容器
27. 二级容器抽气口 28.第二阀门 29.铜垫片II 30.真空压力表。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例 图1为本发明的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵实施例结构示意图。从图1中 可以看出，本发明的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵的泵体设置为双层结构。本发明的 循环泵包括支架23、一级容器16、底座17、电动机15和二级容器26。一级容器16为左右对 称结构，固定设置在支架23上，一级容器16的上方设置有底座17，底座17通过四个螺杆I与一级容器16固定连接，螺杆16为其中一个。底座17的上方设置有二级容器26，二级容 器26通过二十个螺钉压紧设置在底座17上表面的0型氟橡胶圈5与底座17连接，螺钉4 为其中一个。电动机15设置于二级容器26内，并通过螺杆II固定于底座17上，螺杆1114 为其中一个。在一级容器16中分别对称设置有第一隔膜腔12和第二隔膜腔19，第一隔膜 腔12和第二隔膜腔19的上端面分别与底座17连接。电动机15的旋转轴上分别对称设置 有第一偏心轮11和第二偏心轮21，第一偏心轮11与第一隔膜腔12之间设置有平行于底座 17的第一隔膜10，第一偏心轮11与第一隔膜10连接。第一隔膜10固定设置于第一隔膜腔 12的正上方，并与底座17通过六个螺杆III固定连接，螺杆III9为其中一个。第二偏心轮 21与第二隔膜腔19之间设置有平行于底座17的第二隔膜22，第二偏心轮21与第二隔膜 22连接，第二隔膜22固定设置于第二隔膜腔19的正上方。所述的第一隔膜腔12含有左 室和右室，在与左室和右室顶端连接的底座17上分别设置有用于安装单向阀的小孔，左室 的小孔中设置有第一单向阀8，右室的小孔中设置有第二单向阀13，第一单向阀8与第二单 向阀13之间夹角为180度。所述的第二隔膜腔19含有左室和右室，在与左室和右室顶端 连接的底座17上分别设置有用于安装单向阀的小孔，左室的小孔中设置有第三单向阀18， 右室的小孔中设置有第四单向阀20，第三单向阀18与第四单向阀20之间夹角为180度。 在一级容器16上设置有入口 3和出口 24。在二级容器26上分别设置有第一阀门1、第二 阀门28、抽气口 27、压力表30和电极25。第一阀门1通过铜垫片12与二级容器26密封 连接；第二阀门28通过铜垫片1129与二级容器26密封连接。支架23下方设置有四个减 震垫，减震垫7为其中一个。本实施例中设置在第一隔膜腔12和第二隔膜腔19内的单向阀均采用氟橡胶材 料。第一隔膜10和第二隔膜22的材料采用弹性橡胶。电极25与二级容器26之间的密封材料采用陶瓷。本发明的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵设置为双层结构，内层为一级容器， 夹层为二级容器，电动机置于二级容器中。利用氦质谱检漏仪对两级容器进行检漏测试一 级容器的漏率为5. 8X10_6Pa. L/s，二级容器的漏率为3. 6X 10_5Pa. L/s。采用两级容器防 护，完全可以满足氚的操作要求。将二级容器抽至低真空，降低隔膜的内外压差。这主要有三个优点，一是突破隔膜 最大压差(一般约9X IO4Pa)的限制，使得一级容器的工作压力可低至IO2Pa,满足实验室规 模氚的纯化和分离处理；二是降低隔膜内外压差以后，减小了隔膜的应力，从而延长其使用 寿命；三是二级容器具有压力指示，如果第一隔膜或第二隔膜破裂，造成氚的泄漏，这时可 通过第一阀门和第二阀门接入氚气净化系统进行净化处理，有效防止氚泄露事故的发生。本发明中设置对称结构的双隔膜腔，利用一台电动机带动两个偏心轮，使得气体 在循环支路中稳定流动。图2为本发明的一级容器中气体流速与气体压力的关系图。从图2中可以看出，随 着系统中气体压力的增加，气体流速稳定增加，曲线比较平滑，说明采用双隔膜腔的设置， 气体没有脉冲运动的现象，气流的稳定性较好。图3为使用本发明与未使用本发明的实验数据对比图，曲线I为未使用本发明的 循环泵的氘气回收曲线，曲线II为使用本发明的循环泵的氘气回收曲线。将本发明的循环泵接入气体循环支路，充入系统约3000Pa氘气和3200Pa氦气的混合气体，利用贮氢床 进行混合气体中氘气的回收实验。从图3可以看出，横坐标为回收时间(min)，纵坐标为系 统中气体的压力(Pa)。可以看出，未采用气体循环技术时，该条件下氘气的回收时间大于 90min。而在采用气体循环技术以后，氘气的回收时间缩短至15min左右。
本发明的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵，可以缩短实验室规模氚的回收时 间，提高氚的回收效率，降低氚的泄露和贮氢床毒化的危险。
权利要求
一种用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵，其特征在于所述循环泵包括支架(23)、一级容器(16)、底座(17)、电动机(15)和二级容器(26)；一级容器(16)为左右对称结构，固定设置在支架(23)上，一级容器(16)的上方设置有底座(17)，底座(17)与一级容器(16)固定连接；底座(17)的上方设置有二级容器(26)，二级容器(26)通过螺钉压紧设置在底座(17)上表面的O型氟橡胶圈(5)与底座(17)连接；电动机(15)设置于二级容器(26)内，并固定于底座(17)上；在一级容器(16)中分别对称设置有第一隔膜腔(12)和第二隔膜腔(19)，第一隔膜腔(12)和第二隔膜腔(19)的上端面分别与底座(17)固定连接；电动机(15)的旋转轴上分别对称设置有第一偏心轮(11)和第二偏心轮(21)，第一偏心轮(11)与第一隔膜腔(12)之间设置有平行于底座(17)的第一隔膜(10)，第一偏心轮(11)与第一隔膜(10)连接，第一隔膜(10)固定设置于第一隔膜腔(12)的正上方，与底座(17)固定连接；第二偏心轮(21)与第二隔膜腔(19)之间设置有平行于底座(17)的第二隔膜 (22)，第二偏心轮(21)与第二隔膜(22)连接，第二隔膜(22)固定设置于第二隔膜腔(19)的正上方；第一隔膜腔(12)含有左室和右室，在与左室和右室顶端连接的底座(17)上分别设置有用于安装单向阀的小孔，左室的小孔中设置有第一单向阀(8)，右室的小孔中设置有第二单向阀(13)，第一单向阀(8)与第二单向阀(13)之间夹角为180 度；第二隔膜腔(19)含有左室和右室，在与左室和右室顶端连接的底座(17)上分别设置有用于安装单向阀的小孔，左室的小孔中设置有第三单向阀(18)，右室的小孔中设置有第四单向阀(20)，第三单向阀(18)与第四单向阀(20)之间夹角为180度；在一级容器(16)上设置有入口(3)和出口(24)；在二级容器(26)上分别设置有第一阀门(1)、第二阀门(28)、 抽气口(27)、压力表(30)和电极(25)；第一阀门(1)和第二阀门(28)与二级容器(26)分别通过铜垫片I(2)和铜垫片II(29)密封连接；支架(23)下方设置有减震垫(7)。
2.根据权利要求1所述的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵，其特征在于所述的设 置在第一隔膜腔和第二隔膜腔内的单向阀采用氟橡胶材料。
3.根据权利要求1所述的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵，其特征在于所述的第 一隔膜(10)和第二隔膜(22)的材料采用弹性橡胶。
4.根据权利要求1所述的用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵，其特征在于所述的电 极(25)与二级容器(26)之间的密封材料采用陶瓷。
全文摘要
本发明公开了一种用于氚纯化的真空气体隔膜循环泵。所述的循环泵为一种微型双腔、双层结构的泵体，包括支架、底座、一级容器、二级容器和电动机。一级容器固定设置于支架上，底座与一级容器连接，二级容器设置在底座上，设置在一级容器中的第一隔膜腔和第二隔膜腔结构左右对称。电动机设置于二级容器中。本发明的真空气体循环泵可以大幅降低循环泵的工作压力，使其满足实验室规模氚的纯化和分离处理，还可缩短氚的回收时间，提高氚的回收效率，降低氚的泄露和贮氢床毒化的危险，增强了氚处理过程的安全性。
文档编号C01B4/00GK101892976SQ20101025438
公开日2010年11月24日 申请日期2010年8月17日 优先权日2010年8月17日
发明者周晓松, 孙洪伟, 席治国, 彭述明, 曹小华, 杨本福, 梁建华, 牟方明, 王维笃, 程贵钧, 邓云伟, 黄刚, 龙兴贵 申请人:中国工程物理研究院核物理与化学研究所