CN214182453U - 一种惰性气体纯化的撬块装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种惰性气体纯化的撬块装置，包括底座，安装在底座上的换热器、冷却器、吸附单元以及收集单元；换热器具有至少两组进气口和出气口，其中一个进气口与惰性气体进气端连通，其中一个出气口和另一个进气口分别与吸附单元的进口和出口相连通，另一个出气口与冷却器相连通。本实用新型提供的一种惰性气体纯化的撬块装置，采用撬块设计，设备简单，解决了设备冗余、占地面积大的问题，同时具有纯化成本低的优点。

Description

一种惰性气体纯化的撬块装置

技术领域

本实用新型涉及一种气体纯化的装置，具体涉及一种惰性气体纯化的装置。

背景技术

惰性气体，例如氦气、氩气、氮气等，由于其不活跃的化学特性，在航空航天、电子芯片、化工工业等行业得到广泛应用。这些行业多对于气体纯度要求较高，惰性气体的质量浓度要达到99.999%以上。使用的惰性气体多由对空气进行低温深冷分离生产出的，其中掺杂了微量的杂质气体，如氧、氢、一氧化碳、二氧化碳、烃类等，使得惰性气体的纯度达不到要求，需要对其进行纯化；另外，惰性气体在使用过程中也会掺进微量杂质使其纯度降低，使用过后达不到纯度要求，直接排放至大气造成资源浪费、成本增加，也需要对其进行回收纯化。

这些生产或使用过后的惰性气体虽然掺杂了多种微量气体，但其纯度依旧较高，质量浓度普遍在99.99%以上，所以其纯化工艺装置技术门槛要求较高。目前使用的纯化装置，工艺复杂，需要的设备数量大、体积大，对场地、环境等要求较高，且回收纯化的成本大，这些限制使得国内惰性气体回收纯化发展缓慢。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对惰性气体纯化工艺复杂、设备冗余、纯化成本高的问题，提供一种工艺简单、设备占地小、纯化成本低的惰性气体纯化的撬块装置。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型一方面提供一种惰性气体纯化工艺的撬块装置，包括底座，安装在所述底座上的换热器、冷却器、吸附单元以及收集单元；所述换热器具有至少两组进气口和出气口，其中一个所述进气口与惰性气体进气端连通，其中一个出气口和另一个进气口分别与所述吸附单元的进口和出口相连通，另一个出气口与所述冷却器相连通。

优选地，所述吸附单元包括内部加热组件、套设在所述内部加热组件外的外部加热组件、套设在所述外部加热组件外的保温组件、装填在所述内部加热组件和所述外部加热组件形成的容纳空间内的吸气剂、插入所述容纳空间底部的进气管、与所述容纳空间顶部相连通的出气管。

优选地，所述换热器包含两组进气口和出气口。本实用新型将待纯化的惰性气体通入换热器进行初步升温后通入吸附单元，吸附单元进行加热过滤后将纯化后的高热气体再通入换热器进行降温，纯化后的高热气体通过换热器将一部分能量传输给未纯化的惰性气体，同时实现纯化后的高热气体的降温和未纯化的惰性气体的升温，有效进行热能的二次利用，避免了能源浪费，更加省电、经济。

优选地，所述吸气剂为ZrAl吸气剂、ZrVFe吸气剂、BaTi吸气剂、BaAl吸气剂中的一种或多种。

进一步优选地，所述ZrAl吸气剂包括但不限于ZrAl16型ZrAl吸气剂。

优选地，所述内部加热组件包括一个或多个加热器，所述外部加热组件包括一个或多个加热器。

进一步优选地，所述加热器为U型管加热器。

进一步优选地，所述外部加热器的数量大于所述内部加热器的数量。本实用新型中的加热器可随着吸附单元的大小进行增减，加热器为U型管加热器时，外部的加热器均匀分布包围住均匀分布的内部加热器。

具体且优选地，所述内部加热器的数量为4~8个，所述外部加热器的数量为24~30个。

进一步优选地，所述内部加热器均匀排布成圆柱形并插入到所述吸附单元的中心。

优选地，所述内部加热组件的外侧、所述外部加热组件的内侧分别设有隔离所述内部加热组件、所述吸气剂及所述吸气剂、所述外部加热组件的隔离板；所述吸附单元内还设有底板、顶板，所述底板、所述顶板与所述隔离板共同围设成所述容纳空间。吸气剂装填在容纳空间内，外部加热组件、内部加热组件与吸气剂不直接接触，通过热辐射、热传导对吸气剂进行加热。

优选地，所述吸附单元还包括套设在所述保温组件外的外壳，所述外壳设有能够打开和闭合的顶壳、能够打开或闭合的底壳；所述保温组件包括能够打开和闭合的顶保温层、能够打开和闭合的底保温层和侧保温层。由于吸气剂长期在高温下使用，会粘结到一起无法分割，影响惰性气体的纯化效果，并且吸气剂的连续使用会出现饱和状态，需要定期对吸气剂进行更换，本实用新型中的外壳和保温组件可以根据实际需要打开对吸气剂进行更换。

进一步优选地，所述侧保温层、所述顶保温层、所述底保温层围设成密闭容器，所述外部加热组件、所述吸气剂及所述内部加热组件设置在所述密闭容器内，所述进气管穿过所述顶保温层与所述换热器的一个出口连通，所述出气管穿过所述顶保温层与所述换热器的另一个进气口连通。

进一步优选地，所述保温组件由多个圆弧块拼接而成，

进一步优选地，所述侧保温层由三个120°的环形圆弧柱体拼接而成。

优选地，所述收集单元包括分别与所述冷却器连接的缓冲罐和真空泵，所述缓冲罐和所述真空泵上设有出气口。

优选地，所述撬块装置还包括安装在所述底座上的电控箱，所述电控箱分别与所述换热器、所述吸附单元、所述冷却器连接。

进一步优选地，所述换热器、所述吸附单元、所述冷却器上均设有压力表和温度计，所述压力表和所述温度计分别与所述电控箱连接。

优选地，所述换热器与所述惰性气体连通的进气端设有第一阀门，所述第一阀门与所述电控箱连接。

优选地，所述真空泵的进气端设有第二阀门，所述第二阀门与所述电控箱连接。

优选地，所述缓冲罐的进气端设有第三阀门，所述第三阀门与所述电控箱连接。

进一步优选地，所述缓冲罐的出气端设有第四阀门，所述第四阀门与所述电控箱连接。

优选地，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门为气动阀。

优选地，所述冷却器的出口端还设有取样单元，所述取样单元包括球阀、减压阀、纯度测量仪，所述球阀、所述减压阀、所述纯度测量仪分别与所述电控箱连接。

进一步优选地，所述取样单元设置在所述第二阀门和所述第三阀门的前端。

本实用新型中的真空泵可以用于抽气，控制撬块装置的真空度；还可以用于排气，当取样单元检测到的纯化后的气体不满足要求时，气体从真空泵中排出。本实用新型中的缓冲罐用于对纯化后合格的气体的收集，当取样单元检测到的纯化后的气体满足要求时，纯化后的气体进入缓冲罐。

优选地，待纯化的所述惰性气体为质量浓度大于或等于99.99%的惰性气体，纯化后的所述惰性气体为质量浓度大于或等于99.999%的惰性气体。

本实用新型的另一方面提供一种惰性气体纯化的方法，将未纯化的惰性气体通入如上所述的撬块装置进行纯化。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型提供的一种惰性气体纯化的撬块装置，采用撬块设计，设备简单，解决了设备冗余、占地面积大的问题，同时具有纯化成本低的优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例1提供的一种撬块装置各个单元的连接图；

图2为本实用新型实施例1提供的一种撬块装置的俯视简图；

图3为本实用新型实施例1提供的一种吸附单元2的剖视图；

图4为本实用新型实施例1提供的一种吸附单元2的俯视图；

其中，1、换热器，2、吸附单元，3、冷却器，4、缓冲罐，5、真空泵，6、电控箱，7、底座，8、内部加热组件，9、吸气剂，10、外部加热组件，11、保温组件，12、外壳，13、压力表，14、第一阀门，15、第二阀门，16、第三阀门，17、第四阀门，18、球阀，19、减压阀，20、纯度测量仪；

a、进气口，b、出气口，c、不合格气体出口，A、吸附单元进气口，B、吸附单元出气口。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步描述。但本实用新型并不限于以下实施例。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为本行业中的常规条件。本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型实施例的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”“内”等指示的方位或位置关系为基于附图3所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

为了简化本实用新型实施例的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型实施例。此外，本实用新型实施例可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

实施例1

如图1、图2所示，一种惰性气体纯化工艺的撬块装置，包括底座7，安装在底座7上的换热器1、冷却器3、吸附单元2以及收集单元。换热器1具有至少两组进气口和出气口，其中一个进气口与惰性气体进气端连通，其中一个出气口和另一个进气口分别与吸附单元2的进口和出口相连通，另一个出气口与冷却器3相连通。本实施例中的换热器1具有两组进气口和出气口，1-1进气口与惰性气体进气端连通，1-2出气口与吸附单元2的进气口连通，2-1进气口与吸附单元2的出气口连通，2-2出气口与冷却器3的进气口连通。

吸附单元2包括内部加热组件8、套设在内部加热组件8外的外部加热组件10、套设在外部加热组件10外的保温组件11、装填在内部加热组件8和外部加热组件10形成的容纳空间内的吸气剂9、插入容纳空间底部的进气管、与容纳空间顶部相连通的出气管。所述吸气剂为ZrAl吸气剂、ZrVFe吸气剂、BaTi吸气剂、BaAl吸气剂中的一种或多种。本实施例中采用的吸气剂为ZrAl16型ZrAl吸气剂，惰性气体从进气管进入到容纳空间的底部，由下而上经过吸气剂9纯化后从出气管排出。本实用新型的吸附单元2采用圆柱形结构，需要特别说明的是，本实用新型的吸附单元2的结构形状不限于圆柱形，可以为六棱柱形、八棱柱形，在此不做限制。

吸附单元2内部加热组件8的外侧、外部加热组件10的内侧分别设有隔离内部加热组件8、吸气剂9及隔离吸气剂9、外部加热组件10的隔离板；吸附单元2内还设有底板、顶板，底板、顶板与隔离板共同围设成容纳空间。吸气剂9装填在容纳空间内，外部加热组件10、内部加热组件8与吸气剂9不直接接触，通过热辐射、热传导对吸气剂9进行加热。吸附单元2还包括套设在保温组件11外的外壳12，外壳12设有能够打开或闭合的顶壳、能够打开或闭合的底壳；保温组件11包括能够打开或闭合的顶保温层、能够打开或闭合的底保温层和侧保温层。侧保温层、顶保温层、底保温层围设成密闭容器，外部加热组件10、吸气剂9及内部加热组件8设置在密闭容器内，进气管穿过顶保温层与换热器1的1-2出口连通，出气管穿过顶保温层与换热器1的2-1进气口连通。本实用新型中的侧保温层是由三个120°的环形圆弧柱体拼接而成。

吸附单元2的内部加热组件8包括一个或多个加热器，外部加热组件10包括一个或多个加热器。加热器为U型管加热器，并且外部加热器的数量大于内部加热器的数量。本实用新型中的加热器的数量不做具体的限制，加热器的数量可随着吸附单元2的大小进行增减，加热器为U型管加热器时，外部的加热器均匀分布包围住均匀分布的内部加热组件8。本实施例中的内部加热组件8采用6根U型加热管，外部加热组件10采用27根U型加热管。内部加热组件8中的6根U型加热管均匀的围设成圆柱体并穿过外壳12、顶保温层插入吸附单元2的中间位置，且内部加热组件8的轴心与吸附单元2的轴心相重合。本实施例中，吸附单元2上还设有压力表13和温度计。

本实用新型中的收集单元包括分别与冷却器3连接的缓冲罐4和真空泵5，缓冲罐4和真空泵5上设有出气口。本实用新型中的撬块装置还包括安装在底座7上的电控箱6，电控箱6分别与换热器1、吸附单元2、冷却器3连接。换热器1与惰性气体连通的进气端设有第一阀门14，真空泵5的进气端设有第二阀门15，第一阀门14与电控箱6连接，缓冲罐4的进气端设有第三阀门16，缓冲罐4的出气端设有第四阀门17。本实施例中的第一阀门14、第二阀门15、第三阀门16、第四阀门17均为气动阀。换热器1的出口端还设有取样单元，取样单元包括球阀18、减压阀19、纯度测量仪20。本例中，取样单元设置在第二阀门15和第三阀门16的前端，第一阀门14、第二阀门15、第三阀门16、第四阀门17、球阀18、减压阀19、纯度测量仪20均与电控箱6连接，换热器1、吸附单元2、冷却器3上的均设有压力表和温度计且均分别与电控箱6连接。

本实用新型的撬块装置使用工作过程如下：

首先通过准备阶段将设备激活，然后待纯化的气体从进气口a通入换热器1第一组进气口1-1，升温后从第一组出气口1-2出，通入吸附单元2进气口A，纯化后的气体从吸附单元2出气口B出，通入换热器1第二组进气口2-1，降温后从第二组出气口2-2出，通入冷却器3降温后得到纯化后气体。

1）准备阶段

抽真空：第一阀门14、第二阀门15、第四阀门17处于关闭状态，第三阀门16处于打开状态，真空泵5抽气，将撬块装置抽到5kPa（abs）以下；将吸附单元2加热至800℃。

打开第一阀门14，用待纯化的气体对装置进行补气，再抽真空。

重复2-3次，激活设备。（第一次使用设备及长时间停机再启动时皆需要此操作）

2）纯化阶段

将吸附单元2温度降至400-600℃，打开第一阀门14通入压力为1.2MPa，纯度99.99wt%左右的惰性气体，经过换热器1升温至100℃送入吸附单元2，从吸附单元2出来的高温纯化气体再次进入换热器1降温至200℃后进入冷却器3，冷却至50℃以下，经过取样单元检测，当纯度测量仪20检测的气体纯度小于99.999wt%时气体不合格，第三阀门16打开气体通过真空泵5排气口c排出，当纯度测量仪20检测的气体纯度大于99.999wt%时气体合格，第二阀门15打开气体进入缓冲罐4，打开第四阀门17到出气口b，供设备使用。

4）换料阶段

吸附单元2内装有ZrAl16型吸气剂9，该吸气剂9为金属合金，在长时间高温工作的情况下，吸气剂9会慢慢粘结到一起无法分割，所以ZrAl16型吸气剂9需要每年更换。

5）停机阶段

在系统的关键部位，包括换热器1、吸附单元2、冷却器3都设置了压力、温度监控，可以从电控箱6上实时监控当参数超过预设值时，执行报警动作，随后停机。

以上对本实用新型做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种惰性气体纯化的撬块装置，其特征在于：包括底座（7），安装在所述底座（7）上的换热器（1）、冷却器（3）、吸附单元（2）以及收集单元；所述换热器（1）具有至少两组进气口和出气口，其中一个所述进气口与惰性气体进气端连通，其中一个出气口和另一个进气口分别与所述吸附单元（2）的进口和出口相连通，另一个出气口与所述冷却器（3）相连通。

2.根据权利要求1所述的惰性气体纯化的撬块装置，其特征在于：所述吸附单元（2）包括内部加热组件（8）、套设在所述内部加热组件（8）外的外部加热组件（10）、套设在所述外部加热组件（10）外的保温组件（11）、装填在所述内部加热组件（8）和所述外部加热组件（10）形成的容纳空间内的吸气剂（9）、插入所述容纳空间底部的进气管、与所述容纳空间顶部相连通的出气管。

3.根据权利要求1或2所述的惰性气体纯化的撬块装置，其特征在于：所述换热器（1）包含两组进气口和出气口。

4.根据权利要求2所述的惰性气体纯化的撬块装置，其特征在于：所述吸气剂（9）为ZrAl吸气剂、ZrVFe吸气剂、BaTi吸气剂、BaAl吸气剂中的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的惰性气体纯化的撬块装置，其特征在于：所述内部加热组件（8）包括一个或多个加热器，所述外部加热组件（10）包括一个或多个加热器，和/或，所述外部加热器的数量大于所述内部加热器的数量。

6.根据权利要求2所述的惰性气体纯化的撬块装置，其特征在于：所述内部加热组件（8）的外侧与所述外部加热组件（10）的内侧分别设有隔离所述内部加热组件（8）、所述吸气剂（9）及隔离所述吸气剂（9）、所述外部加热组件（10）的隔离板；所述吸附单元（2）内还设有底板、顶板，所述底板、所述顶板与所述隔离板共同围设成所述容纳空间。

7.根据权利要求2所述的惰性气体纯化的撬块装置，其特征在于：所述吸附单元（2）还包括套设在所述保温组件（11）外的外壳（12），所述外壳（12）设有能够打开和闭合的顶壳、能够打开和闭合的底壳；所述保温组件（11）包括能够打开和闭合的顶保温层、能够打开和闭合的底保温层和侧保温层。

8.根据权利要求1所述的惰性气体纯化的撬块装置，其特征在于：所述收集单元包括分别与所述冷却器（3）连接的缓冲罐（4）和真空泵（5），所述缓冲罐（4）和所述真空泵（5）上设有出气口。

9.根据权利要求1或8所述的惰性气体纯化的撬块装置，其特征在于：所述撬块装置还包括安装在所述底座（7）上的电控箱（6），所述电控箱（6）分别与所述换热器（1）、所述吸附单元（2）、所述冷却器（3）连接。

10.根据权利要求9所述的惰性气体纯化的撬块装置，其特征在于：所述冷却器（3）的出口端还设有取样单元，所述取样单元包括球阀（18）、减压阀（19）、纯度测量仪（20），所述球阀（18）、所述减压阀（19）、所述纯度测量仪（20）分别与所述电控箱（6）连接。

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