一种高纯度氦三气体净化与氢提取装置及方法制造方法及图纸

本申请公开了一种高纯度氦三气体净化与氢提取装置及方法，其中，该高纯度氦三气体净化与氢提取装置包括真空腔装置、净化部件、除氢部件以及制冷装置，净化部件通过制冷装置制冷至第一预设温度，除氢部件通过制冷装置制冷至第二预设温度，在第一预设温度下，高纯度氦三气体进入净化部件进行过滤，之后，在第二预设温度下，高纯度氦三气体进入除氢部件进行去除氢气。本申请中在第一预设温度下通过净化部件对高纯度氦三气体进行过滤，之后在第二预设温度下通过除氢部件对高纯度氦三气体进行去除氢气，用以实现对高纯度氦三气体进行去氢提纯的效果，结构简单，容易实现，能够保证氦三气体在超低温设备中正常使用。体在超低温设备中正常使用。体在超低温设备中正常使用。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯度氦三气体净化与氢提取装置及方法


[0001]本申请涉及氦三气体净化提纯
，更具体地说，是涉及一种高纯度氦三气体净化与氢提取装置及方法。

技术介绍

[0002]氦三气体是超低温领域非常重要的制冷工作介质，另外，氦三气体除了在超低温仪器与设备中有重要的作用，在中子散射，国土安全检查等等方面，也都有广泛的应用。氦三是氦的同位素，氦三在自然界中的含量很稀少，我们目前使用的氦三，一般都是人工核反应的产物。
[0003]现在我们经常用到的大部分是氦四气体或液体。目前，我国还不能大量生产氦三气体，低温和超低温领域所用的氦三，几乎都是从国外进口的，其购置价格也是极其昂贵的。例如高纯度(99.999％及以上)的氦三气体，在我国目前市场上售价达到每升2.5万
‑
3.5万元人民币(在标准大气压条件下)。
[0004]氦三气体资源的节约和合理利用，对于我国氦资源匮乏的国家来说，显得非常重要。我国超低温领域所使用的氦三气体，绝大部分都是从国外直接进口的，原则上应该符合国际上的氦三商业指标要求，要求纯度也是相当高的。但由于运输、传输管路和不同使用环境等因素的影响，高纯度的氦三经常会受到污染。
[0005]而我国目前还不具备检测高纯度氦三指标的能力，只有在使用过程中出现了问题，才意识到高纯度的氦三混入了杂质。在超低温设备中使用含有杂质的氦三气体的主要问题是，在低温条件下会出现如氢固化、堵塞管路等问题。出现了管路堵塞，超低温设备(系统)就要停止工作，重新回到室温，有时甚至还要拆卸部分管路进行维护，不仅浪费了大量的时间，经常拆卸管路，也会造成昂贵氦三气体的泄漏与损失。
[0006]如果在氦三气体进入到达超低温设备(系统)之前就对氦三气体进行净化，去除极少量的氢，再进入超低温系统中，这对于氦三气体能在超低温设备中可靠地工作，提供了有力的保障。
[0007]因此，现有技术有待改进。

技术实现思路

[0008]本申请的目的在于提供一种高纯度氦三气体净化与氢提取装置及方法，旨在解决现有技术中高纯度氦三气体难以在超低温设备正常使用的技术问题。
[0009]为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：
[0010]一方面，本申请提供了一种高纯度氦三气体净化与氢提取装置，其中，包括：
[0011]真空腔装置；
[0012]净化部件，所述净化部件设置于所述真空腔装置内；
[0013]除氢部件，所述除氢部件设置于所述真空腔装置内且与所述净化部件连通；
[0014]制冷装置，所述制冷装置分别与所述净化部件以及所述除氢部件连接，所述净化
部件通过所述制冷装置制冷至第一预设温度，所述除氢部件通过所述制冷装置制冷至第二预设温度；
[0015]所述净化部件用于在第一预设温度下对高纯度氦三气体进行过滤，所述去氢部件用于在第二预设温度下对高纯度氦三气体进行去除氢气。
[0016]在一种实施方式中，所述制冷装置包括：
[0017]GM制冷机；
[0018]与所述GM制冷机连接的一级制冷组件，所述一级制冷组件位于所述真空腔装置内，且所述一级制冷组件与所述净化部件连接，所述净化部件通过所述一级制冷组件制冷至第一预设温度；
[0019]与所述GM制冷机连接的二级制冷组件，所述二级制冷组件位于所述真空腔装置内，且所述二级制冷组件与所述除氢部件连接，所述除氢部件通过所述二级制冷组件制冷至第二预设温度。
[0020]在一种实施方式中，所述净化部件包括第一过滤冷阱组件，所述第一过滤冷阱组件与所述一级制冷组件连接，所述第一过滤冷阱组件通过所述一级制冷组件制冷至第一预设温度。
[0021]在一种实施方式中，所述除氢部件包括第二过滤冷阱组件，所述第二过滤冷阱组件与所述二级制冷组件连接，所述第二过滤冷阱组件通过所述二级制冷组件制冷至第二预设温度；
[0022]其中，所述第二过滤冷阱组件包括：
[0023]第二过滤冷阱；
[0024]多孔金属烧结块，所述多孔金属烧结块设置于所述第二过滤冷阱的腔体内。
[0025]在一种实施方式中，所述制冷装置还包括与所述GM制冷机连接的预冷组件，所述预冷组件设置于所述真空腔装置内，且所述预冷组件位于所述一级制冷组件与所述二级制冷组件之间，所述预冷组件用于所述净化部件与所述除氢部件之间的高纯度氦三气体进行预冷。
[0026]在一种实施方式中，所述预冷组件包括预冷热交换器，所述净化部件与所述除氢部件之间连接设置有预冷管道，所述预冷管道绕设在所述预冷热交换器上。
[0027]在一种实施方式中，所述高纯度氦三气体净化与氢提取装置还包括：
[0028]输入部件，包括输入管道以及稳压罐，所述输入管道经过所述稳压罐与所述净化部件连通；
[0029]输出部件，包括输出管道、氦三收集件以及氢气收集件，所述输出管道一端与所述除氢部件远离所述净化部件一侧连通，另一端与所述氦三收集件连通；所述氢气收集件包括氢气回收罐以及氢气收集管，所述氢气回收罐经过所述氢气收集管与所述输出管道连通；
[0030]回流部件，所述回流部件一端分别与所述稳压罐以及所述净化部件连通，另一端与所述输出管道连通。
[0031]另一方面，本申请还提供了一种高纯度氦三气体净化与氢提取方法其中，所述方法包括以下步骤：
[0032]高纯度氦三气体通入净化部件内，净化部件在第一预设温度下对高纯度氦三气体
进行过滤；
[0033]过滤之后的高纯度氦三气体通入除氢部件内，除氢部件在第二预设温度下对高纯度氦三气体进行去除氢气。
[0034]在一种实施方式中，所述过滤之后的高纯度氦三气体通入除氢部件内，除氢部件在第二预设温度下对高纯度氦三气体进行去除氢气的步骤之前还包括：
[0035]对过滤之后的高纯度氦三气体进行预冷。
[0036]在一种实施方式中，所述过滤之后的高纯度氦三气体通入除氢部件内，除氢部件在第二预设温度下对高纯度氦三气体进行去除氢气的步骤之后还包括：
[0037]对去除氢气之后的高纯度氦三气体进行收集；
[0038]收集高纯度氦三气体之后，加热升温，使得固化在多孔金属烧结块的孔洞中的氢变成氢气，并通过氢气回收罐对氢气进行提取。
[0039]本申请提供的一种高纯度氦三气体净化与氢提取装置及方法的有益效果至少在于：
[0040]本申请公开了一种高纯度氦三气体净化与氢提取装置及方法，其中，该高纯度氦三气体净化与氢提取装置包括真空腔装置、净化部件、除氢部件以及制冷装置，所述净化部件设置于所述真空腔内，所述除氢部件设置于所述真空腔内且与所述净化部件连通，所述制冷装置分别与所述净化部件以及所述除氢部件连接，所述净化部件通过所述制冷装置制冷至第一预设温度，所述除氢部件通过所述制冷装置制冷至第二预设温度，所述净化部件用于在第一预设温度下对高纯度氦三气体进行过滤，所述去氢部件用于在第二预设温度下对高纯度氦三气体进行去除氢气。本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高纯度氦三气体净化与氢提取装置，其特征在于，包括：真空腔装置；净化部件，所述净化部件设置于所述真空腔装置内；除氢部件，所述除氢部件设置于所述真空腔装置内且与所述净化部件连通；制冷装置，所述制冷装置分别与所述净化部件以及所述除氢部件连接，所述净化部件通过所述制冷装置制冷至第一预设温度，所述除氢部件通过所述制冷装置制冷至第二预设温度；所述净化部件用于在第一预设温度下对高纯度氦三气体进行过滤，所述去氢部件用于在第二预设温度下对高纯度氦三气体进行去除氢气。2.如权利要求1所述的高纯度氦三气体净化与氢提取装置，其特征在于，所述制冷装置包括：GM制冷机；与所述GM制冷机连接的一级制冷组件，所述一级制冷组件位于所述真空腔装置内，且所述一级制冷组件与所述净化部件连接，所述净化部件通过所述一级制冷组件制冷至第一预设温度；与所述GM制冷机连接的二级制冷组件，所述二级制冷组件位于所述真空腔装置内，且所述二级制冷组件与所述除氢部件连接，所述除氢部件通过所述二级制冷组件制冷至第二预设温度。3.如权利要求2所述的高纯度氦三气体净化与氢提取装置，其特征在于，所述净化部件包括第一过滤冷阱组件，所述第一过滤冷阱组件与所述一级制冷组件连接，所述第一过滤冷阱组件通过所述一级制冷组件制冷至第一预设温度。4.如权利要求2所述的高纯度氦三气体净化与氢提取装置，其特征在于，所述除氢部件包括第二过滤冷阱组件，所述第二过滤冷阱组件与所述二级制冷组件连接，所述第二过滤冷阱组件通过所述二级制冷组件制冷至第二预设温度；其中，所述第二过滤冷阱组件包括：第二过滤冷阱；多孔金属烧结块，所述多孔金属烧结块设置于所述第二过滤冷阱的腔体内。5.如权利要求2所述的高纯度氦三气体净化与氢提取装置，其特征在于，所述制冷装置还包括与所述GM制冷机连接的预冷组件，所述预冷组件设置于所述真空腔装置内，且所述预冷组件位于所述一级制冷组件与所述二级制...

【专利技术属性】
技术研发人员：付柏山，韩旭东，俞大鹏，潘娟，牛冉，李雨萌，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：