JPH0579715A - ヘリウム精製装置 - Google Patents

ヘリウム精製装置

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JPH0579715A
JPH0579715A JP3240910A JP24091091A JPH0579715A JP H0579715 A JPH0579715 A JP H0579715A JP 3240910 A JP3240910 A JP 3240910A JP 24091091 A JP24091091 A JP 24091091A JP H0579715 A JPH0579715 A JP H0579715A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ユーティリティ消費量の少ない効率的なヘリウ
ム精製装置を提供することを目的とする。 【構成】吸着塔をジャケット付とし、ジャケット内に自
然対流で液体窒素を供給し、再生時の加温はヘリウムで
行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導機器の冷却等に
用いられるヘリウム精製装置に好適なヘリウム精製装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】ヘリウム精製装置では、装置内ヘリウム
系の不純ガス対策が重要な課題の1つである。即ち、ヘ
リウム冷凍装置では液化温度が4.5K(−268℃)
という極低温にあるため、ヘリウム系に残留した不純ガ
スは全て固化し、不純ガス対策が十分なされていなけれ
ば長期の連続運転が不可能になることがある。
【0003】不純ガス対策としては、各種の方式で採用
されているが、例えばヘリウム冷凍装置の運転前にヘリ
ウム精製装置で精製された高純度常温ヘリウムで全系の
循環精製運転を行い、系内の不純ガスをヘリウム冷凍装
置の連続運転に支障のないレベルまで下げる方式があ
る。
【0004】従来のヘリウム精製装置は、まず液体窒素
温度レベルまで冷却する間に固化する水分等を吸着除去
する脱湿器を通した後、熱交換器で液体窒素温度レベル
まで冷却して液体空気分離器に導入し、蒸気圧分の空気
を同伴したヘリウムを液体窒素に浸漬された吸着塔に導
入して精製していた。吸着塔は、複数設け直列に接続さ
れている。再生時には、加温窒素ガスを直接ヘリウムラ
インに導入加温し、加温後、真空ヘリウム置換を行って
いた。
【0005】この種のヘリウム精製装置としては、例え
ば、実開昭56−5989号公報などが挙げられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、一般
的なヘリウム液化装置用ヘリウム精製装置から出発して
いるため、種々の問題があった。ヘリウム液化装置用ヘ
リウム精製装置は、不純ガスが10万〜20万ppmレ
ベルの不純ガスヘリウムを精製することを目的としてい
る。このために、脱湿器,液体空気分離器が必要とな
る。これに対しヘリウム冷凍装置用ヘリウム精製装置
は、ヘリウム冷凍装置が基本的にクローズした系となっ
ているため、不純ガスは比較的少なく、多くても100
0ppm程度である。従って、まず脱湿器と液体空気分
離器は不要となる。次に吸着塔は液体窒素中に浸漬され
ているため、再生時に放出する液体窒素が大量になると
いう不具合があった。さらに又、再生加温を窒素ガスで
行うため大量の窒素ガス(一般的に液体窒素を蒸発させ
て使用する。)を使用するという不具合があった。
【0007】本発明の目的は、ユーティリティ消費量の
少ない効率的なヘリウム精製装置を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、吸着塔をジャケット付としジャケット内に液体窒素
を導入した。さらに、再生のための加温を加温用ヘリウ
ムで行うようにしたものである。
【0009】
【作用】吸着塔をジャケット付とし、ジャケット内に液
体窒素を導入して冷却するようにしたため、再生時に放
出する液体窒素を大幅に低減できる。従来浸漬冷却での
液体窒素液面で液体窒素供給量を制御していたが、本発
明では、ジャケット内液体窒素を自重の自然対流式と
し、液体窒素気液分離器を別に設けるか、ジャケットを
気液分離器として兼用することによって従来技術と同様
な液体窒素の供給量制御ができる。
【0010】ヘリウム冷凍装置内のヘリウムは、上記の
ように比較的純度が高いため、加温用として使用するこ
とは何の問題もない。加温用ヘリウムはヒータ等の加熱
手段で加熱された後、吸着塔に内蔵された加温コイルを
通り吸着剤を加温し、さらに熱交換器の精製ヘリウム側
を流れ熱交換器の不純ガスヘリウム側を加温する。従っ
て、従来技術と異なりヘリウムラインには窒素等の不純
ガスを外部から一切導入しないため真空ヘリウム置換が
容易になると共に置換用ヘリウムの消費量も低減でき
る。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1により説明す
る。
【0012】最初に精製運転について説明する。図1に
おいて、入口弁1から導入された不純ヘリウムは保冷槽
10に導入され、ガス窒素熱交換器11の不純ヘリウム
側に入り冷却される。この間、水分等の固化温度の高い
不純ガスは、ガス窒素熱交換器11の中に固化蓄積され
る。ガス窒素熱交換器11を出た不純ヘリウムは、貯液
槽12を通り、液体窒素熱交換器13で液体窒素温度レ
ベルまで冷却されて吸着塔14に入る。吸着塔14は直
列に複数(14a〜14n)設けられており、不純ヘリ
ウムは吸着塔14で高純度の精製ヘリウムとなり、吸着
塔出口弁15を通りガス窒素熱交換器11の精製ヘリウ
ム側を流れ温度回復して常温精製ヘリウムとして送出さ
れる。精製運転中は、加温用ヘリウム出口ヒータ2は作
動していない。吸着塔14はジャケット16付となって
おり、ジャケット16には液体窒素気液分離器17から
自重による自然対流で液体窒素が下側から供給され、ジ
ャケット16の上側から気液混相状態で流出し、液体窒
素気液分離器17に戻る。同様に液体窒素熱交換器13
の液体窒素も自然対流式で供給されている。液体窒素気
液分離器17から出たガス窒素は、ガス窒素切り替え弁
18でガス窒素熱交換器11側に切り替えられている。
液体窒素は液体窒素気液分離器17の液面を保つよう
に、液体窒素制御弁19で制御し供給される。
【0013】次に再生について説明する。吸着塔出口弁
15,入口弁1を閉止し、ヘリウム精製を停止する。そ
の後、液体窒素供給弁20を閉じ、ガス窒素切り替え弁
18をガス窒素バイパスライン3側に切り替える。次
に、ブロー弁3を開とし、加温時ヘリウムラインが異常
な高圧にならないように脱圧し、脱圧後ブロー弁3を閉
止する。以上の加温前準備完了後、加温用ヘリウム入口
ヒータ4,加温用ヘリウム出口ヒータ2を作動状態とし
て、加温用ヘリウム入口弁5を開け、加温用ヘリウムの
供給を開始する。加温用ヘリウム入口ヒータ4を出た加
温用ヘリウムは、吸着塔14に内蔵した加温用コイルを
通り吸着剤を加温した後、液体窒素熱交換器13,ガス
窒素熱交換器11を加温して保冷槽10を出る。当初
は、加温用ヘリウムは低温状態で保冷槽10を出るた
め、加温用ヘリウム出口ヒータ2で常温レベルまで加温
した後、返送される。上記の加温中、水分のように液化
温度の高い不純ガスはガス窒素熱交換器11内で液化す
る。水は真空ヘリウム置換で最も排除しにくい。即ち、
真空引きをすると蒸発潜熱で温度が低下し固化に到るた
め、真空排気に非常に長時間を要する。この対策とし
て、本実施例では、ガス窒素熱交換器11の不純ヘリウ
ム側を液滴が流下する構造とし、流下した液は貯液槽1
2に貯液されるようになっている。貯液槽12の液は、
ブローライン21でブローできる。加温完了後、ブロー
弁3を介し真空排気装置(VP)で真空排気する。真空
排気後、ブロー弁3閉,入口弁1を瞬時開としヘリウム
を入れ、再度、真空排気する。このような真空ヘリウム
置換を数回繰り返し、蓄積した不純ガスを系外に排気す
る。不純ガス排気完了後、上記の加温手順とほぼ逆の手
順で予冷を行う。吸着塔14が液体窒素温度レベルに冷
却されて再生が完了する。
【0014】本実施例では、ガス窒素熱交換器11と液
体窒素熱交換器13の2つの熱交換器にしているが、統
合しても本発明の機能を害するものではなく、さらに分
割を変えることも本発明の範囲内である。
【0015】又、吸着塔間、熱交換器間などの不純ヘリ
ウム側の接続ラインを二重管構造とし、内管、又は外管
の不純ヘリウム側ではない方に加温用ヘリウムを流すよ
うにすると、加温する範囲が拡大し、さらに効果的であ
ることは明らかである。
【0016】さらに又、上記のような複雑な再生時の手
順を含み自動化することは、運転の繁雑さが無くなると
共に、運転上の信頼性も向上する。
【0017】さらに又、ヘリウム精製装置を複数台設
け、切り替えて連続精製できるようにすると、ヘリウム
冷凍装置の循環精製期間を短縮できる。
【0018】さらに又、本発明がヘリウム冷凍装置用と
して非常に有効なことは明らかである。
【0019】本実施例によれば、吸着塔をジャケット付
としジャケット内に液体窒素を導入するようにしたた
め、再生時に放出する液体窒素を大幅に低減できると共
に、再生時の加温は加温用ヘリウムガスで行うためガス
窒素等のユーティリティを使用せず、さらに又、ヘリウ
ム系には他の不純ガスを一切外部から導入しないため真
空ヘリウム置換時のヘリウム消費量が低減でき、効率的
なヘリウム精製システムを構成できるという効果があ
る。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、吸着塔をジャケット付
としジャケット内に液体窒素を導入するようにしたた
め、再生時に放出する液体窒素を大幅に低減できると共
に、再生時の加温は加温用ヘリウムガスで行うためガス
窒素等のユーティリティを使用せず、さらに又、ヘリウ
ム系には他の不純ガスを一切外部から導入しないため真
空ヘリウム置換時のヘリウム消費量が低減出来、効率的
なヘリウム精製システムを構成できるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のヘリウム精製装置のフロー
図である。
【符号の説明】
2…加温用ヘリウム出口ヒータ、4…加温用ヘリウム入
口ヒータ、10…保冷槽、11…ガス窒素熱交換器、1
2…貯液槽、13…液体窒素熱交換器、14…吸着塔、
16…ジャケット、17…液体窒素気液分離器。
フロントページの続き (72)発明者 古田 和生 山口県下松市大字東豊井794番地 日立テ クノエンジニアリング株式会社笠戸事業所 内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ヘリウムを常温から液体窒素温度レベルま
    で冷却するための熱交換器と、液体窒素温度レベルでヘ
    リウム中の不純ガスを吸着する吸着剤を充填した吸着塔
    とを主要機器としたヘリウム精製装置において、前記吸
    着塔をジャケット付とし、該ジャケット内の液体窒素で
    吸着剤を冷却するように構成したことを特徴とするヘリ
    ウム精製装置。
  2. 【請求項2】前記ジャケット内の液体窒素は、吸着塔ジ
    ャケットへの液体窒素の供給を液体窒素の自重による自
    然対流式としたことを特徴とする請求項1記載のヘリウ
    ム精製装置。
  3. 【請求項3】前記熱交換器は、熱交換器の液体窒素熱交
    部の液体窒素を自然対流式にしたことを特徴とする請求
    項2記載のヘリウム精製装置。
  4. 【請求項4】前記液体窒素は、液体窒素の気液分離器を
    設けたことを特徴とする請求項2、又は請求項3記載の
    ヘリウム精製装置。
  5. 【請求項5】前記吸着塔ジャケットは、吸着塔ジャケッ
    トを液体窒素気液分離として兼用したことを特徴とする
    請求項2記載のヘリウム精製装置。
  6. 【請求項6】前記吸着塔は、吸着剤の再生のための加温
    を加温用ヘリウムで行うことを特徴とする請求項1記載
    のヘリウム精製装置。
  7. 【請求項7】前記加温は、加温用ヘリウムを吸着塔に内
    蔵した加温用コイル,吸着塔と熱交換器間の二重管式配
    管の内管、又は外管,熱交換器の精製ヘリウム側の経路
    に流すように構成したことを特徴とする請求項6記載の
    ヘリウム精製装置。
  8. 【請求項8】前記加温は、加温用ヘリウムの入口側、及
    び出口側に加熱手段を設けたことを特徴とする請求項6
    記載のヘリウム精製装置。
  9. 【請求項9】前記液体窒素の気液分離器は、液体窒素気
    液分離器のガス側に熱交換器バイパスラインを設け、ガ
    ス窒素を熱交換器とバイパスラインとに切り替えられる
    ように構成したことを特徴とする請求項4、又は請求項
    5記載のヘリウム精製装置。
  10. 【請求項10】ヘリウムを常温から液体窒素温度レベル
    まで冷却するための熱交換器と、液体窒素温度レベルで
    ヘリウム中の不純ガスを吸着する吸着剤を充填した吸着
    塔とを主要機器としたヘリウム精製装置において、前記
    吸着塔をジャケット付とし、該ジャケット内の液体窒素
    で吸着剤を冷却すると共に、前記熱交換器の不純ガスヘ
    リウム側を液滴が流下するような構造とし、熱交換器外
    に上記流下液滴の貯液機構を設け、該貯液機構下部から
    液を装置外にブローできるラインを設けたことを特徴と
    するヘリウム精製装置。
JP3240910A 1991-09-20 1991-09-20 ヘリウム精製装置 Pending JPH0579715A (ja)

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