一种双柱型气体纯化器的制作方法

本发明涉及一种双柱型气体纯化器，属于气体纯化技术领域。

背景技术：

气体纯化器是去除气体中杂质的一种装置，在工业生产及科研活动中应用广泛，例如在半导体制造工业中的等离子体刻蚀、发光二极管制造工业中外延片金属有机化学气相沉积工艺等，都需要采用气体纯化器用以提供、确保高纯度气体，且对于纯度的要求越来越高。当前大部分相关工艺要求气体中杂质含量不超过1ppm，在集成电路的生产工艺中要求纯度达到7n～8n，个别要求杂质含量低于1ppb。

高纯度的气体纯化器通常采用活性金属为化学吸附剂，当原料气通过活性金属纯化床时，气体中杂质，如惰性气体中的o2、h2o、co、co2、ch4等气体与活性金属发生化学吸附反应，从而得到99.9999％以上的超高纯气体。

当前市场上常规的合金吸附型气体纯化器，通常为单合金柱，处理流量可达数十立方米每小时，但往往功能不够完备，需要增加额外的附属机构才能保证正常使用。例如，赛斯纯净气体公司发明的具有氢气吸附和过滤集成式装置的气体净化系统(专利文献cn1361709)，为了解决惰性气体或氮气纯化时，不锈钢容器加热到200℃以上会释放出大量氢气的问题，在纯化柱出气端又增加了氢气吸附装置，即同一柱体不能同时去除常规杂质和氢气，这增加了气体纯化器的复杂程度、体积和成本；而且单柱纯化器使用风险较大，一旦出现故障则整个纯化器无法使用，会造成较为重大的损失，通常的做法是配制两台或以上的纯化器一用一备，但这极大的增加了费用投入。

因此，开发一种装备一体化的可同时去除全部常规杂质纯化柱的气体纯化器，并且结构简单、易于维护、高效、长寿命、灵活调节的双柱型纯化器，对于纯化器的安全、高效、大规模应用具有重要意义。

技术实现要素：

针对现有技术中气体纯化装置的不足之处，本发明的目的在于提供一种双柱型气体纯化器，该装置具有兼容性强、结构简单、易于维护、稳定性高、纯化效果好、处理量大、经久耐用、功能调节灵活等特点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种双柱型气体纯化器，包括纯化器机箱、两个纯化柱、加热器、保温层、支撑固定机构、控制电路、触摸屏，其中，纯化柱、加热器、保温层由支撑固定机构固定在纯化器机箱内部；所述纯化柱内部装填纯化合金，两端安装过滤片，并焊接导气管；两个纯化柱并联；每个纯化柱出气端安装翅片结构散热器；所述加热器套装在纯化柱外表面，保温层套装在加热器外层；所述控制电路及触摸屏可控制纯化器自动或手动运行。

其中，所述纯化柱为金属材质的直线型圆柱体，纯化合金为zr、fe、y、mn和ni中的两种或两种以上的元素熔炼而成的一种或多种合金。

其中，所述纯化柱的柱体外径为50-200mm、内径为40-190mm、高度为200-1500mm。

其中，所述纯化柱与机箱内部管路之间采用焊接或vcr等方式连接。

其中，所述纯化柱单柱纯化流量在1-50nm³/h之间，双柱最大纯化流量可达100nm³/h，工作压力0.5-25mpa。

其中，所述加热器可以是加热棒、电阻丝加热器、陶瓷加热器、电阻圈加热器等，套装在纯化柱外表面，单组加热功率在400-2500w之间，根据纯化柱长度，可单组或多组加热器并联使用，每组加热器均配置独立热电偶。

其中，所述控制电路可采用plc或组态王等程序控制纯化器的加热、冷却、气动阀门开闭等功能，同时还具有工作寿命计时和提醒、温度/压力异常系统保护与反馈等功能，并通过触摸屏操作，触摸屏可以是plc人机界面或工业平板电脑。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)功能完备、单柱杂质去除种类多。通过开发新型合金及不同合金组合，实现了单个纯化柱即可同时除去惰性气体、氮气、氢气等气体中的o2、n2、h2、co、co2、h2o等多种杂质，而无需其他附加装置，提高了工作效率。

(2)结构简单、有效提高纯化器稳定性。纯化器内采用双柱结构，在提高使用寿命和纯化性能的同时，具有灵活调节的优点。即可一用一备，则无需配置另一台纯化器以备用；也可双柱同时工作，增加纯化器最大处理量及使用寿命；还可两个纯化柱装填不同成分合金以同时实现多种纯化功能。

(3)大幅降低生产制造及使用成本。为保证纯化器持续稳定供应超高纯气体，通常做法为配置2台以上纯化器一用一备，采用本发明的双柱型纯化器，单一纯化器即可实现一用一备，减少了一台纯化器的投入，而双柱集成于同一台纯化器内，相比2台纯化器使用的阀门、控制仪表灯部件更少更加简化，体积也大为缩小，因此更加便于制造和维护，成本也几乎下降一半。

附图说明

图1是实施例1的气体纯化器的工作流程示意图。

图2是实施例1的气体纯化器对含有多种杂质的he混合气纯化前(a)、纯化后(b)的色谱谱图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，但本发明的实施方式不仅限于此。

本发明的双柱型气体纯化器包括纯化器机箱、两个纯化柱、加热器、保温层、控制电路、支撑固定机构，纯化柱、加热器、保温层由支撑固定机构固定在纯化器机箱内部；纯化柱内部装填纯化合金，两端安装过滤片，并焊接导气管；两个纯化柱并联；每个纯化柱出气端安装翅片结构散热器；加热器套装在纯化柱外表面，由控制电路程序控制，所述保温层套装在加热器外层。

如图1所示，为本发明的一种典型的双柱型气体纯化器的工作流程示意图。该双柱型气体纯化器包括2个直径为130mm的纯化柱a、b，双柱可根据流量需要并联使用或一用一备，并联使用时最大处理流量为60nm³/h。原料气经过颗粒过滤器后由纯化柱下端通入纯化柱，从上端流出并经过空气散热片降温至80℃以下，随后经过单向阀后输出超高纯气体。纯化器通过程序控制加热器及气动隔膜阀自动运行，气动阀由压缩空气或其它瓶装气驱动，当程序控制电磁阀通电时压缩空气驱动气动阀打开，当程序控制电磁阀断电时气动阀处于常闭状态。

通常的纯化器操作过程如下：

(1)打开纯化器电源开关，打开控制压缩空气或其它瓶装气的手动阀，用于驱动气动隔膜阀。

(2)打开气动阀v3，使气路处于旁通气路状态，持续吹扫一定时间，随后关闭气动阀v3。

(3)启动温度控制器，打开气动阀v1，待纯化器进入工作状态后打开气动阀v2，纯化器开始输出高纯气体。

实施例1

本发明实施例1的具体测试如下：

装有2个tizrmn合金纯化柱(其中ti＝27％，mn＝40％，zr＝33％，)的氦气纯化器，纯化柱直径90mm，长度700mm，选用功率1kw的电阻圈加热器，运行程序由一台平板电脑控制。将he中含有o2(18.6ppm)、co(20.11ppm)、co2(20.13ppm)、n2(18.7ppm)的原料气通入该纯化器中进行杂质吸附能力测试，纯化前(a)、纯化后(b)的色谱谱图如图2所示。纯化后产品气x(o2)＜10ppb，x(co)＜10ppb，x(co2)＜5ppb，x(n2)＜10ppb，表明该纯化器性能优异，杂质吸附深度大(从～20ppm下降到10ppb以下)，尤其是对不易去除的n2有良好的吸附效果。

实施例1中纯化器测试是在流量为10nm³/h，采用一用一备、交替工作8小时工作模式下进行的，该条件下工作寿命不低于20000个小时。易于想到的是，该双柱型纯化器可根据需要增加并联纯化柱的数量。