一种氦气纯化装置的制作方法

本实用新型涉及一种氦气纯化装置。

背景技术：

氦气在工业、科研、医疗等行业得到广泛的应用，甚至在军事国防上起到重要的作用，一度被美国列为战略储备资源，而国内的氦气几乎完全依赖进口；工业、科研、医疗等对氦气的应用都需要较高的纯度，因此氦气的提纯在氦气应用领域是非常重要的工作。

现有的氦气纯化装置均采用低温冷凝的方式来提纯氦气，采用的冷源为低温制冷机或低温液体，冷却温区单一，只能提供单级或者两级分离，提纯效果较差，且无法处理杂质成分复杂的污氦气，适用范围较小，有待于进一步改进。

技术实现要素：

针对上述现有技术的现状，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种实现了多级分离以扩大了适用范围并提高了提纯效果的氦气纯化装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种氦气纯化装置，其特征在于，包括真空罩和设于真空罩内的主体，所述主体包括一级换热器、二级换热器、三级换热器、一级分液器、二级分液器、三级分液器、污氦进气管路和纯氦排气管路；所述污氦进气管路的一端连接在一级换热器的第一接口上，所述一级换热器的第二接口通过一级分液器与二级换热器的第一接口相连，所述二级换热器的第二接口通过二级分液器与三级换热器的第一接口相连，所述三级换热器的第二接口通过三级分液器与三级换热器的第三接口相连，所述三级换热器的第四接口与二级换热器的第三接口相连，所述二级换热器的第四接口与一级换热器的第三接口相连，所述纯氦排气管路的一端连接在一级换热器的第四接口上。

优选地，所述主体还包括制冷单元，所述制冷单元包括第一管道、第二管道、第三管道、第四管道、第五管道、第六管道、冷源、循环泵和换热器；所述第一管道的一端与一级换热器的第五接口相连，所述第二管道的一端与二级换热器的第五接口相连，所述第三管道的一端与三级换热器的第五接口相连，所述第一管道的另一端、所述第二管道的另一端和所述第三管道的另一端均并联接入到循环泵的进液口，所述循环泵的出液口与换热器的气体进口相连；所述第四管道的一端与一级换热器的第六接口相连，所述第五管道的一端与二级换热器的第六接口相连，所述第六管道的一端与三级换热器的第六接口相连，所述第四管道的另一端、所述第五管道的另一端和所述第六管道的另一端均并联接入到换热器的气体出口相连；所述冷源的制冷剂出口与换热器的制冷剂进口相连，所述换热器的制冷剂出口与冷源的制冷剂进口相连。

优选地，所述制冷单元还包括第一调节阀门、第二调节阀门和第三调节阀门；所述第一调节阀门、第二调节阀门和第三调节阀门分别设于第三管道、第二管道和第一管道上。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型能提供至少三个以上的不同温区的冷量实现了多级分离，进而能对杂质成分复杂的污氦气进行有效提纯，从而扩大了适用范围并提高了提纯效果。

附图说明

图1为本实用新型的剖面结构图。

具体实施方式

除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

为了保持本实用新型实施例的以下说明清楚且简明，本实用新型省略了已知功能和已知部件的详细说明。

如图1所示，一种氦气纯化装置，包括真空罩12和设于真空罩12内的主体，主体包括一级换热器1、二级换热器2、三级换热器3、一级分液器4、二级分液器5、三级分液器6、污氦进气管路14和纯氦排气管路15；污氦进气管路14的一端连接在一级换热器1的第一接口1a上，一级换热器1的第二接口1b通过一级分液器4与二级换热器2的第一接口2a相连，二级换热器2的第二接口2b通过二级分液器5与三级换热器3的第一接口3a相连，三级换热器3的第二接口3b通过三级分液器6与三级换热器3的第三接口3d相连，三级换热器3的第四接口3c与二级换热器2的第三接口2d相连，二级换热器2的第四接口2c与一级换热器1的第三接口1d相连，纯氦排气管路15的一端连接在一级换热器1的第四接口1c上。

主体还包括制冷单元，制冷单元包括第一管道16、第二管道17、第三管道18、第四管道19、第五管道20、第六管道21、冷源10、循环泵11和换热器13；第一管道16的一端与一级换热器1的第五接口1e相连，第二管道17的一端与二级换热器2的第五接口2e相连，第三管道18的一端与三级换热器3的第五接口3e相连，第一管道16的另一端、第二管道17的另一端和第三管道18的另一端均并联接入到循环泵11的进液口，循环泵11的出液口与换热器13的气体进口相连；第四管道19的一端与一级换热器1的第六接口1f相连，第五管道20的一端与二级换热器2的第六接口2f相连，第六管道21的一端与三级换热器3的第六接口3f相连，第四管道19的另一端、第五管道20的另一端和第六管道21的另一端均并联接入到换热器13的气体出口相连；冷源10的制冷剂出口与换热器13的制冷剂进口相连，换热器13的制冷剂出口与冷源10的制冷剂进口相连。

制冷单元还包括第一调节阀门7、第二调节阀门8和第三调节阀门9；第一调节阀门7、第二调节阀门8和第三调节阀门9分别设于第三管道18、第二管道17和第一管道16上。

工作原理：

氦气纯化的工作流程：

污氦气通过污氦进气管路14的另一端并经由一级换热器1的第一接口1a进入到一级换热器1中并与循环气体换热以将第一种杂质气体液化，再经由一级换热器1的第二接口1b、一级分液器4和二级换热器2的第一接口2a进入到二级换热器2中以将第二种杂质气体液化，再经由二级换热器2的第二接口2b、二级分液器5和三级换热器3的第一接口3a进入到三级换热器3中以将第三种杂质气体液化，再经由三级换热器3的第二接口3b、第三接口3d和第四接口3c再次流经三级换热器3以回收氦气的冷量，再经由二级换热器2的第三接口2d和第四接口2c再次流经二级换热器2以回收氦气的冷量，再经由一级换热器1的第三接口1d和第四接口1c再次流经一级换热器1以回收氦气的冷量，最后形成了纯度较高的氦气并经由纯氦排气管路15向外排出；第一种被液化的杂质气体在流经一级分液器4时向外排出，第二种被液化的杂质气体在流经二级分液器5时向外排出，第三种被液化的杂质气体在流经三级分液器6时向外排出。

制冷单元的工作流程：

气体与换热器13换热后获得较低的温度并分别经由第四管道19、第五管道20和第六管道21进入到一级换热器1的第六接口1f、二级换热器2的第六接口2f和三级换热器3的第六接口3f中，进而分别进入到一级换热器1、二级换热器2和三级换热器3中并对分别位于一级换热器1、二级换热器2和三级换热器3内的氦气进行降温，接着，气体升温后分别经由一级换热器1的第五接口1e、二级换热器2的第五接口2e和三级换热器3的第五接口3e进入到第一管道16、第二管道17和第三管道18中，最后回到换热器13中再次降温以形成循环，循环泵11为气体的流动提供循环动力；通过调节第一调节阀门7、第二调节阀门8和第三调节阀门9的开度可以分别控制第三管道18、第二管道17和第一管道16中的气体循环气量，从而控制三级换热器3的第二接口3b、二级换热器2的第二接口2b和一级换热器1的第二接口1b的出口温度，从而利用不同杂质气体的三相点的不同来实现对杂质的液化和固化以实现氦气的纯化。

本实用新型能提供至少三个以上的不同温区的冷量实现了多级分离，进而能对杂质成分复杂的污氦气进行有效提纯，从而扩大了适用范围并提高了提纯效果。

最后应说明的是：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；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神与范围。