超纯氦纯化装置的制作方法

本实用新型涉及一种超纯氦纯化装置。
背景技术：
：电子级超纯氦在半导体制造中用作清洗气、加压气，也用作载气和保护气。广泛应用于半导体集成电路IC、液晶显示器LCD、半导体发光器件LED以及太阳能电池PV等行业。近年来，随着全球石油等能源资源逐渐减少和环境污染，温室效应对气候的影响，世界各国大力发展清洁能源以及节能技术，重点关注低碳经济。在此背景之下，我国的太阳能电池和半导体发光器件及相关产业得到了迅猛发展，电子级超纯氦市场非常广阔。5N氦气指的是纯度为99.999%的氦气，6N氦气指的是纯度为99.9999%的氦气，现有的超纯氦纯化装置结构设计不合理，具有很大的局限性。技术实现要素：鉴于现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种超纯氦纯化装置，不仅结构设计合理，而且高效便捷。为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种超纯氦纯化装置，包括纯化器，所述纯化器的内腔设置有抛光管，所述抛光管内填充有吸气剂，所述抛光管的外壁缠绕有电加热管，所述抛光管的一端设置有用以5N氦气进入的第一进气口，所述抛光管的另一端设置有用以6N氦气排出的第一出气口。进一步的，所述纯化器通过出气管顺序经过换热器、冷却器与膜压机相连接。进一步的，所述换热器内设置有5N氦气换热通道与6N氦气换热通道，所述5N氦气换热通道上设置有第二进气口与第二出气口，所述第二进气口经进气管与5N氦气原料瓶相连接，所述第二出气口经出气管与第一进气口相连接，所述6N氦气换热通道上设置有第三进气口与第三出气口，所述第三进气口经进气管与第一出气口相连接，所述第三出气口经出气管与冷却器相连接。进一步的，所述电加热管外设置有保温层，所述保温层外设置有封闭铝板。进一步的，所述膜压机经出气管与6N氦气瓶相连接。进一步的，连接所述冷却器与膜压机之间的出气管、连接膜压机与6N氦气瓶之间的出气管上均设置有分析阀与放空阀。进一步的，连接所述5N氦气原料瓶与5N氦气换热通道之间的进气管上设置有减压阀。进一步的，所述吸气剂采用锆钒铁吸气剂。与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型结构设计简单、合理，利用吸气剂将纯度为5N氦气纯化为6N氦气，高效便捷，节能环保，具有广阔的应用前景。下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。附图说明图1为本实用新型实施例的构造示意图。图2为本实用新型实施例纯化器的构造示意图。图3为本实用新型实施例换热器的构造示意图。图4为本实用新型实施例图3A-A方向的剖视示意图。图中：1-纯化器，101-抛光管，102-吸气剂，103-电加热管，104-第一进气口，105-第一出气口，106-保温层，107-封闭铝板，108-固定架，109-热电偶，2-换热器，201-第二进气口，202-第二出气口，203-第三进气口，204-第三出气口，3-冷却器，4-膜压机，5-5N氦气原料瓶，6-6N氦气瓶，7-分析阀，8-放空阀，9-减压阀。具体实施方式为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。如图1~4所示，一种超纯氦纯化装置，包括纯化器1，所述纯化器1的内腔设置有抛光管101，所述抛光管101内填充有吸气剂102，所述抛光管101的外壁缠绕有电加热管103，所述抛光管101的一端设置有用以5N氦气进入的第一进气口104，所述抛光管101的另一端设置有用以6N氦气排出的第一出气口105；所述电加热管103对吸气剂102进行加热，对吸气剂进行激活，直到吸气剂全部饱和，从而提高超纯氦纯化效率。在本实用新型实施例中，所述纯化器1通过出气管顺序经过换热器2、冷却器3与膜压机4相连接。在本实用新型实施例中，所述换热器2内设置有5N氦气换热通道与6N氦气换热通道，所述5N氦气换热通道上设置有第二进气口201与第二出气口202，所述第二进气口201经进气管与5N氦气原料瓶5相连接，所述第二出气口202经出气管与第一进气口104相连接，所述6N氦气换热通道上设置有第三进气口203与第三出气口204，所述第三进气口203经进气管与第一出气口105相连接，所述第三出气口204经出气管与冷却器3相连接；5N氦气自5N氦气原料瓶5、进气管、第二进气口201、5N氦气换热通道、第一进气口104进入吸气剂102进行吸附式纯化，得到6N氦气经第一出气口105、出气管、第三进气口203、6N氦气换热通道、第三出气口204、冷却器3进入膜压机4，在检测合格后进行利用6N氦气瓶6进行装瓶；所述换热器2对高温的6N氦气进行第一次降温，所述冷却器3对高温的6N氦气进行第二次降温，所述换热器2降低了冷气器的能耗，同时所述换热器2将6N氦气的热量传递至5N氦气，提高了5N氦气的温度，从而降低了电加热管103的能耗，节能环保。在本实用新型实施例中，所述换热器2内采用列管式换热器，附图3中A-A为上下两端的孔板，孔板之间距离为1.5米，用长1.5米的1/4不锈钢EP管插入孔板上分布的17个孔内并焊接，共17根；上下两端的孔板圆周与¢89×4.5不锈钢抛光管101内壁焊接，形成1/4不锈钢EP管内和管外两个通道；1/4不锈钢EP管内通6N氦气形成6N氦气换热通道，管外通5N氦气形成5N氦气换热通道，两股气通过管壁进行热量交换。在本实用新型实施例中，所述电加热管103外设置有保温层106，所述保温层106外设置有封闭铝板107；所述纯化器1内还设置有固定架108与热电偶109。在本实用新型实施例中，所述膜压机4经出气管与6N氦气瓶6相连接。在本实用新型实施例中，连接所述冷却器3与膜压机4之间的出气管、连接膜压机4与6N氦气瓶6之间的出气管上均设置有分析阀7与放空阀8；入口分析点的作用是监测纯化器1的纯化效果，当纯度合格后再进膜压机4压缩充瓶，出口分析点的作用是监测通过膜压机4的气体是否被污染，以便纯度异常的判断分析。在本实用新型实施例中，所述冷却器3上设置有第四进气口与第四出气口，所述膜压机4上设置有第五进气口与第五出气口，所述第四进气口经出气管与第三出气口204相连接，所述第四出气口经出气管与第五进气口相连接，所述第五出气口经出气管与6N氦气瓶6相连接。在本实用新型实施例中，连接所述5N氦气原料瓶5与5N氦气换热通道之间的进气管上设置有减压阀9。在本实用新型实施例中，所述吸气剂102采用锆钒铁吸气剂。在本实用新型实施例中，锆钒铁吸气剂的吸气机理如下：锆钒铁吸气剂吸气过程分为三个步骤：首先是活性气体分子进到锆钒铁吸气剂表面并分解，然后活性气体与锆钒铁吸气剂表面产生化学吸附，最后是在一定温度下活性气体分子向锆钒铁吸气剂颗粒内部扩散；当锆钒铁吸气剂工作一段时间或暴露大气后，活性气体分子停止向锆钒铁吸气剂体内扩散，在锆钒铁吸气剂颗粒表面形成了一层由氧化物和碳化物组成的钝化层；为了恢复锆钒铁吸气剂的吸气功能，通过加热方式提高扩散过程的动能，使锆钒铁吸气剂颗粒表面的气体分子向体内扩散，从而消除钝化层，恢复锆钒铁吸气剂的吸气能力；这个过程叫做锆钒铁吸气剂的激活，锆钒铁吸气剂可以反复激活数次，直到全部饱和为止。锆钒铁吸气剂能在温度为500℃左右被激活，所以在气体纯化中得到应用；锆钒铁吸气剂被激活后，当活性气体碰到清洁的锆钒铁吸气剂合金颗粒表面时，与合金颗粒表面形成稳定的化合物，即氦中的各种杂质气体在锆钒铁吸气剂合金颗粒表面形成稳定的各种化合物，并滞留在合金颗粒表面，不被带出纯化器1，从而达到纯化气体的目的。在本实用新型实施例中，计算所需锆钒铁吸气剂的体积：根据气体处理量和锆钒铁吸气剂允许的空速计算锆钒铁吸气剂的体积：Vk＝V/w0式中：Vk——所需锆钒铁吸气剂的体积（m3）；V——处理的气体量（Nm3/h）；w0——锆钒铁吸气剂允许的空速（h-1）锆钒铁吸气剂空速按2500h-1考虑，处理气量为15Nm3/h；即：Vk＝V/w0＝15÷2500＝0.006m3。在本实用新型实施例中，计算纯化器1的尺寸：采用不锈钢抛光管101的内径为0.08m，按下式计算纯化器1的锆钒铁吸气剂装填高度H；Vk＝3.14R2H；式中：Vk——所需锆钒铁吸气剂的体积（m3）；R——不锈钢抛光管101的半径为（m）；H——锆钒铁吸气剂装填高度（m）；即：H＝Vk/3.14R2则：H＝0.006m3/3.14×0.042＝1.2m。在本实用新型实施例中，计算电加热器所需功率：因锆钒铁吸气剂激活温度为500℃，在整个激活过程需通入5N氦气，假设氦气进口温度为10℃，出口温度为500℃；反应器所需热量按下式计算：Q＝VCp△T式中：Q——反应器所需热量千卡/h；V——处理气量15Nm3/h；Cp——氦气比热0.22千卡/m3℃；△T——氦气进出口温差℃；即：Q＝15×0.22×（500-10）＝1617千卡/h。电加热器所需功率按下式计算：N＝1.1Q/860即：N＝1.1×1617/860＝2.07千瓦在本实用新型实施例中，本实用新型采用5N瓶装氦气作为原料，经减压阀9减压至1.5MPa进入换热器2，由流量计控制进气流量为15Nm3/h，5N氦气进入换热器2的5N氦气换热通道后与6N氦气换热通道中从纯化器1排出的6N氦气换热，吸收6N氦气的热量再进入纯化器1，回收排出的热量，节约能耗。5N氦气在纯化器1中，因锆钒铁吸气剂在高温350℃的作用下，5N氦气中的杂质被清除，纯化后的6N氦气进入换热器2将热量传给原料5N氦气，再进入冷却器3被空气却至常温，然后通过膜压机4压缩充入6N氦气钢瓶，根据用户的需要，压力为15或20MPa。1、技术参数（1）纯化处理流量：15Nm3/h（2）纯化器1工作压力：1.5MPa（3）锆钒铁吸气剂激活温度：500℃（4）纯化器1工作温度：350℃（5）原料气纯度：99.999%（6）净化后纯度：99.9999%（7）杂质含量：（GB/T16943—2009）杂质COCO2N2O2CH2H2O含量（ppm）＜0.1＜0.1＜0.5＜0.2＜0.1＜0.22、操作前准备（1）检查所有的阀门均处于关闭状态；（2）检查电源正常，所有电器开关处于关闭状态；（3）检查流量计、温控仪表正常；（4）检查系统管道无泄漏；（5）确认分析仪器已做好准备；（6）确认原料氦气纯度为99.999%。3、操作步骤（1）接通温控箱电源开关，温控仪表箱投入工作；（2）将原料气压力减压至0.1～0.2MPa，向净化装置通入少量原料氦气；（3）启动膜压机4，将激活过程送入净化装置的5N氦气充入钢瓶回收；（4）设定操作温度，按每100℃为一梯度，每梯度温度稳定后1小时后再进行升温操作；（5）当纯化器1温度升到500℃时，稳定2小时，使锆钒铁吸气剂激活；（6）当纯化器1温度升到500℃并稳定2小时后，将温度控制设为350℃，纯化器1即可投入正常工作；（7）将原料气压力缓慢调至1.5MPa，逐步提高原料气流量达到15Nm3/h，注意维持纯化器1温度为350℃，工作压力为1.5Mpa；（8）在膜压机4入口分析点取样分析，根据纯化器1的净化效果调整进气流量和工作温度，找到最佳工作参数。4、6N超纯氦气充瓶当膜压机4入口分析点取样分析氦中杂质含量合格后，在膜压机4出口分析点取样分析氦中杂质含量，并做好以下准备：（1）在充装排架装好6N氦气钢瓶，接好瓶阀接头，但不要上紧；（2）当膜压机4出口分析点取样分析氦中杂质含量合格后，稍开充瓶支管阀，气体从钢瓶接头与瓶阀出排放，吹除充瓶支管；（3）确认充瓶支管吹除干净后，拧紧瓶阀接头，关闭5N氦气瓶阀（回收钢瓶），打开6N氦气瓶阀，气体充入6N氦气钢瓶；（4）当钢瓶压力达到15或20MPa时，进行充装倒换操作，6N氦气充入另一支钢瓶，以此类推。上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。当前第1页1 2 3