CS213097B1 - Vysokotlaký kryosorbční čistič helia - Google Patents

Abstract

Vysokotlaký kryosorbční čistič helia sestává z adsorbéru, výměníku tepla a připojovací hlavice, kde ve vnitřní dutině tělesa adsorbéru, které je v horní části opatřeno plnicím a manipulačním otvorem, jsou uloženy filtrační vložky, pod nimiž je umístěna adsorbční náplň, dále k plnícímu a manipulačnímu otvoru je upevněn spodní konec válcovitého vysokotlakého pouzdra nahoře zakončeného připojovací hlavicí, v níž je vytvořena vstupní komora a výstupní komora, kde vstupní komora s přívodem je připojena k hornímu konci vlnovité trubky ve tvaru šroubovice, v níž je souose upevněna reagenční trubka, jejíž horní konec je vyústěn nad připojovací hlavici, a která svým vnějSím povrchem přiléhá k vlnovité trubce, přičemž spodní konce obou trubek jsou vyústěny v dolní polovině vnitřní dutiny tělesa adsorbéru, a výstupní komora v hlavici opatřená vývodem je hermeticky spojena s horním koncem vysokotlakého pouzdra, které svým vnitřním povrchem přiléhá k vnějšímu obvodu vlnovité trubky.

Description

Vynéleí se týká adsorbčního čističe helia ochlazovaného kapalným dusíkem, k účinnému odstaňování nežádoucích příměsí z helia při vysokém tlaku. Konstrukční řešení umožňuje jednoduchou výrobu a montáž kryosorbčního čističe, zabezpečuje při provozu jen malé ztráty kapalného dusíku a usnadňuje regenerace adsorbční náplně.

Většina dosud známých kryosorbčních čističů je konstruována pro nízký tlak, takže plynné helium po vyčištění musí být vedeno kompresorem, aby pak mohlo být při vysokém tlaku skladováno v lahvích. Při stlačování helia může však při styku s mazacím olejem dojít k opětnému znečištění, a proto ke stlačování musí být použito specielního kompresoru prostého mazadel, aby bylo zaručeno, že čistota helia dosažené za čističem bude zachována. Vstup a výstup z kryoadsorberu je umožněn pomocí trubek spojených tak, že tvoří protiproudý výměník, na jehož účinnosti závisí hospodárnost kryoadsorberu a délka časové periody mezi doplňováním kapalného dusíku. Nevýhody známých a používaných vysokotlakých výměníků ve formě paralelních nebo koaxiálních trubek svinutých do šroubovice je jejich prostorové a výrobní náročnost, dále nepříznivé namáhání působením vysokých rozdílů tlaků, což si vyžaduje složitější konstrukční řešení.

Proti známému stavu techniky představuje zlepšení tento vynález, který se týká vysokotlakého kryosorbčního čističe helia, sestávajícího z adsorberu, výměníku tepla připojovací hlavice. Podstatou vynálezu je konstrukční uspořádání, při kterém ve vnitřní dutině tělesa adsorberu, které je v horní čésti opatřeno plnícím a manipulačním otvorem, jsou uloženy filtrační vložky, pod nimiž je umístěna adsorbční náplň, dále k plnícímu a manipulačnímu otvoru je upevněn spodní konec válcovitého vysokotlakého pouzdra, nahoře spojeného s připojovací hlavicí, v níž je vytvořena vstupní komora a výstupní komora, kde vstup ní komora s přívodem je připojena k hornímu konci vlnovité trubky ve tvaru šroubovice, v níž je souose upevněna reagenční trubka, jejíž horní konec je vyústěn nad připojovací hlavici a která svým vnějším povrchem přiléhá k vlonivité trubce, přičemž spodní konce obou trubek jsou vyústěny v dolní polovině vnitřní dutiny tělesa adsorberu a výstupní komora hlavice opatřené vývodem je hermeticky spojena s horním koncem válcovitého pouzdra, které svým vnitřním povrchem přiléhá k válcovitému obvodu vlnovité trubky.

Knstrukcí kryoadsorberu podle vynálezu se především dosáhne usměrnění proudu vstupujícího plynu směřujícího podle vnitřní stěny vlnovité trubky ke dnu vnitřní dutiny tělesa adsorberu, zatímco vystupující plyn proudí obráceným směrem přes adsorbční náplň podél vnější stěny vlnovité trubky. Tím dochází k intenzivní výměně tepla mezi vstupujícím a vystupujícím plynem a k nucenému styku plynu s adsorbční náplní. Přest, že čištění se děje při vysokém tlaku, tlakový spád uvnitř kryoadsorberu je nepatrný, takže stěna vlnovité trubky a regenerační trubka nejsou namáhány velkým rozdílem tlaků. Veškerý přetlak plynu proti atmosféře zachycuje těleso adsorberu, vysokotlaké pouzdro a připojovací hlavice, což umožňuje, aby konstrukce čističe byla značně zjednodušena.

Další výhodou konstrukce podle vynálezu je možnost, aby uzávěr vysokotlakého kryoadaorberu byl proveden jako rozebíratelný nízkoteplotní uzávěr, jehož rozměry nepřesahují nejširší průměr tělesa adsorberu, a který přitom spolehlivě umožňuje plnění vnitřní dutiny tělesa deorberu adsorbční náplní a dovoluje vložení filtrační vložky. Použitím takto konstruovaného vysokotlakého čističe helia se dosáhne nového a vyššího technického účinku, nebol vlastní vysokotlaký čistič tvoří samostatný celek, který je zcela oddělen od nádoby na kapalný dusík, která může být standardním výrobkem. Ohřátí čističe při

213 097 regeneraci se může provést pouhým sejmutím nádoby s kapalným dusíkem bez jeho přepouštění nebo odpařování, což podstatně zkrátí dobu regenerace a ušetří potřevná množství kapalného dusíku, podobně jako je tomu u některých typů nízkotlakých čističů.

Na připojeném výkreae je znázorněn příklad provedení vysokotlakého kryosorbčního čističe helia podle vynálezu, kde těleso 1 kryoadsorberu z euetenitické ocele, sestávající ze dvou částí, je spojeno svárem g a tvoří tak tlakovou nádobu, která je uzavřena vysokotlakým pozdrem 6, nahoře zakončeným připojovací hlavicí g obsahující horní vstupní komoru 8 a dolní výstupní komoru 12. Horní vetupní komora 8 je s dolní výstupní komorou 12 spojena pouze přea adaorbční náplň £ pomocí Šroubových kanálků vytvořených vysokotlakým pouzdrem 6, vlnovitou trubkou 10 a regenerační trubkou 11. Horní vstupní komora 8 je opatřena přívodem g a připojena k hornímu konci vlnovité trubky 10, k jejíž vnitřní stěně přiléhá hladká vnějSí stěna vnitřní regenerační trubky 11, procházející čelem horní vstupní komory 8. Dolní výstupní komora 12, jejíž stěna navazuje na stěnu vstupní komory 8, je spojena jednak s vývodem lg, jednak s vysokotlakým pouzdrem 6, které svou hladkou vnitřní stěpou přiléhá na vnějSí stěnu vlnovité trubky 10. Na dolním konci vysokotlakého pouzdra 6 je upraven nákružek 14. který svou čelní plochou dosedá přes těsnící kroužek 15 do vybrání v horní části vnějšího pláště tělesa 1 edsorbsru. Nákružek 14 je přitažen k těsnícímu kroužku 15 a k horní části tělesa 1 adoerberu pomocí převlečné matice 16. Aby bylo možno převlečnou matici 16 pevně dotáhnout, je na horní části tělesa g adaorberu upraveno osazení 17 s plochami pro matkový protiklíč.

činnost kryosorbčního čističe podle vynálezu je založena na vedení plynu za vysokého tlaku do horní vstupní komory 8 připojovací hlavice g, a z ní šroubovitým kanálkem vytvořeným mezi regenerační trubkou 11 a vlnovitou trubkou 10 ke dnuvvnitřní dutiny tělesa 1 adaorberu, která je ponořeno do kapalného dusíku. Po své cestě se plyn ochlazuje a vymrzaji z něho příměsi va formě kondenzátu, která v závislosti na daném tlaku a teplotě jsou v kapalném nebo tuhém stavu. U dna vnitřní dutiny tělesa 1 adsorberu dojde ke snížení rychlosti a ka změně směru proudu plynu, což vada k odloučení kondenzátu^ plynu a k jeho usazení na dně vnitřní dutiny tělesa 1 adoerberu. Plyn dále postupuje obráceným směrem a stýká se s velkou plochou adaorbční náplně J ochlazené na teplotu kapalného dusíku, která na svém povrchu váže molekuly plynu a vyšší vazební silou, nežli vykazuje helium. Helium zbavené příměsí prochází filtrační vložkou g, které zabraňuje, aby do výstupního šroubovitého kanálku mezi vlnovitou trubkou 10 a vysokotlakým pouzdrem 6 byly strhávány částice adsorbční náplně Po celé délce vlnovité trubky 10 napříč její relativně tenkou stěnou dochází k postupné výměně tepla mezi vystupujícím čistým heliem a vstupujícím znečištěným plynem, až vyčištěné helium o teplotě blízké teplotě vstupujícího znečištěného plynu odchází dolní výstupní komorou 12 připojovací hlavice g do vývodu lg. Po ukončení čistící periody, popřípadě po vyčerpání čističe, se přívod g i vývod 13 uzavřou ventilem, otevře se ventil regenerační trubky 11. vyfouknou se kapalné i pevné sedimenty, v čističi se zruší přetlak, ohřeje se na potřebnou desorbční teplotu a uvolněný plyn se odčerpá. Po uzavření regenerační trubky 11 a po opětném ochlazení adsorberu kapalným dusíkem je čistič připraven k novému čistícímu cyklu.

213 097

Kryoeorbčniho vysokotlakého čističe helia podle vynálezu lze použít všude tam, kde z helia mají být odstraněny příměsi o vyšším bodu varu nežli 70 K, jako je tomu například u zkapalňovačů helia nebo v plnírnách helia, a to zejména v případech, kdy se požaduje, aby vyčištěná helium mělo výstupní tlak vyšší nežli 10 MPa.

Na výstuŘ kompresoru lze s výhodou zapojit dva čističe paralelně, což umožní, aby čistící postup probíhal při vysokém tlaku nepřerušovaně.

Claims (1)

1. Vysokotlaký kryosorbční čistič helia sestávající z adsorberu, výměníku tepla a připojovací hlavice, vyznačený tím, že ve vnitřní dutině tělesa (l) adsorberu, které je v horní části opatřeno plnícím a manipulačním otvorem (2), jsou uloženy filtrační vložky (3), pod nimiž je umístěna adsorbční náplň (4), dále k plnícímu a manipulačnímu otvoru (2) je upevněn spodní konec válcovitého vysokotlakého pouzdra (6), nahoře zakončeného připojovací hlavicí (7), v níž ja vytvořena vstupní komora (8) a výstupní komora (12), kde vstupní komora (8) s přívodem (9) je přippjena k hornímu konci vlnovité trubky (10) ve tvaru šroubovice, v níž je souose upevněna raagenční trubka (11), její horní konec je vyústěn nad připojovací hlavici (7) a která svým vnějším povrchem přiléhá k vlnovité trubce (10), přičemž spodní konce obou trubek (10) a (11) jsou vyústěny v dolní polovině vnitřní dutiny tělesa (1) adsorberu, a výstupní komora (12) v hlavici (7) opatřená vývodem (13) je hermeticky spojena s horním koncem vysokotlakého pouzdra (6), které svým vnitřním povrchem přiléhá k vnějšímu obvodu vlnovité trubky (10).