JPH06107402A - ヘリウム精製装置 - Google Patents
ヘリウム精製装置Info
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- JPH06107402A JPH06107402A JP4256806A JP25680692A JPH06107402A JP H06107402 A JPH06107402 A JP H06107402A JP 4256806 A JP4256806 A JP 4256806A JP 25680692 A JP25680692 A JP 25680692A JP H06107402 A JPH06107402 A JP H06107402A
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- heat exchanger
- cooled
- liquid nitrogen
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/08—Separating gaseous impurities from gases or gaseous mixtures or from liquefied gases or liquefied gaseous mixtures
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B23/00—Noble gases; Compounds thereof
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
- F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
- F25J2215/30—Helium
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- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 液体窒素を使用した従来装置の問題点を解決
し、設備費用、ランニングコストを低く押えることを可
能とするヘリウム精製装置を提供すること。 【構成】 圧縮機１で高圧に圧縮され、油水分離器２、
ドライヤ３で油水分を除去された低純度ヘリウムガス
を、熱交換器Ａで８０〜１００Ｋ程度に予冷したあと、
小型ヘリウム冷凍機１１の１段ステージ１２に接続され
た熱交換器Ｂで４０〜５０Ｋ程度まで冷却する。次い
で、吸着筒７で窒素や酸素を吸着、除去した後、熱交換
器Ａで入って来るヘリウムガスと熱交換し、室温付近ま
で暖め、再使用可能な状態にして外部へ供給される。
し、設備費用、ランニングコストを低く押えることを可
能とするヘリウム精製装置を提供すること。 【構成】 圧縮機１で高圧に圧縮され、油水分離器２、
ドライヤ３で油水分を除去された低純度ヘリウムガス
を、熱交換器Ａで８０〜１００Ｋ程度に予冷したあと、
小型ヘリウム冷凍機１１の１段ステージ１２に接続され
た熱交換器Ｂで４０〜５０Ｋ程度まで冷却する。次い
で、吸着筒７で窒素や酸素を吸着、除去した後、熱交換
器Ａで入って来るヘリウムガスと熱交換し、室温付近ま
で暖め、再使用可能な状態にして外部へ供給される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘリウムガスを回収
し、純度を高めて再使用可能な純度に戻すのに使用し、
また、液体ヘリウムからの蒸発ヘリウムを回収し、再液
化する時にヘリウムの純度を上げるのに使用される。
し、純度を高めて再使用可能な純度に戻すのに使用し、
また、液体ヘリウムからの蒸発ヘリウムを回収し、再液
化する時にヘリウムの純度を上げるのに使用される。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種のヘリウム精製装置は、図
３に示すように、不純物（主に空気と水分）を含んだヘ
リウムガスは、圧縮機１で高圧（通常１０〜１５０ｋｇ
／ｃｍ2 ）に圧縮され、該圧縮機１の中を通過したヘリ
ウムガスには、コンプレッサオイルと水分が含まれるた
め、油水分離器２で分離され、そこで除去しきれずに残
った水分はドライヤ３で除去された後、液体窒素４で満
たされ且つ外壁内部を真空にした二重の真空断熱容器か
らなるクライオスタット５に導入される。
３に示すように、不純物（主に空気と水分）を含んだヘ
リウムガスは、圧縮機１で高圧（通常１０〜１５０ｋｇ
／ｃｍ2 ）に圧縮され、該圧縮機１の中を通過したヘリ
ウムガスには、コンプレッサオイルと水分が含まれるた
め、油水分離器２で分離され、そこで除去しきれずに残
った水分はドライヤ３で除去された後、液体窒素４で満
たされ且つ外壁内部を真空にした二重の真空断熱容器か
らなるクライオスタット５に導入される。
【０００３】上記クライオスタット５には、低温の戻り
のヘリウムガスにより冷却される熱交換器Ａが設けられ
ており、ここでヘリウムガスは８０〜１００Ｋ程度に予
冷され、液体窒素４中に導入される。該液体窒素４中に
は、第２の熱交換器Ｂが設けられており、ここでヘリウ
ムガスは液体窒素温度（７７．４Ｋ）まで冷却される。
これにより、ヘリウムガス中に空気成分（窒素、酸素
等）は液化し、液体空気ボトル６に液体空気としてヘリ
ウムガスから分離して溜まる。この溜った液体空気は底
部からドレンとして外部へ排出される。
のヘリウムガスにより冷却される熱交換器Ａが設けられ
ており、ここでヘリウムガスは８０〜１００Ｋ程度に予
冷され、液体窒素４中に導入される。該液体窒素４中に
は、第２の熱交換器Ｂが設けられており、ここでヘリウ
ムガスは液体窒素温度（７７．４Ｋ）まで冷却される。
これにより、ヘリウムガス中に空気成分（窒素、酸素
等）は液化し、液体空気ボトル６に液体空気としてヘリ
ウムガスから分離して溜まる。この溜った液体空気は底
部からドレンとして外部へ排出される。
【０００４】しかし、上記の７７．４Ｋでは窒素の蒸気
圧は１ｋｇ／ｃｍ2 あるため、蒸気の形（気体）で残留
している空気等の不純物を除去するため、更に吸着筒７
に導入され、該吸着筒７内に充填されている活性炭等の
吸着剤により吸着により除去され、高純度化される。通
常、この精製装置で精製されたヘリウムガスは、９９．
９９〜９９．９９９％の純度まで精製される。次いで、
吸着筒７を出たヘリウムガスは、熱交換器Ａに導入さ
れ、ほぼ室温まで昇温し、再使用される。
圧は１ｋｇ／ｃｍ2 あるため、蒸気の形（気体）で残留
している空気等の不純物を除去するため、更に吸着筒７
に導入され、該吸着筒７内に充填されている活性炭等の
吸着剤により吸着により除去され、高純度化される。通
常、この精製装置で精製されたヘリウムガスは、９９．
９９〜９９．９９９％の純度まで精製される。次いで、
吸着筒７を出たヘリウムガスは、熱交換器Ａに導入さ
れ、ほぼ室温まで昇温し、再使用される。
【０００５】上記クライオスタット５内の熱交換器Ｂ、
液体空気ボトル６、吸着筒７を常に液体窒素温度に保っ
ておくために、一定のレベルの液体窒素４が貯蔵されて
おり、該液体窒素４の蒸発により液面が低下してきた場
合は、液体窒素供給システム８から液体窒素が補給さ
れ、常にほぼ一定の液面となるようにコントロールされ
ている。なお、図中、９は液面コントロールバルブ、１
０は真空ポンプである。
液体空気ボトル６、吸着筒７を常に液体窒素温度に保っ
ておくために、一定のレベルの液体窒素４が貯蔵されて
おり、該液体窒素４の蒸発により液面が低下してきた場
合は、液体窒素供給システム８から液体窒素が補給さ
れ、常にほぼ一定の液面となるようにコントロールされ
ている。なお、図中、９は液面コントロールバルブ、１
０は真空ポンプである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の液体窒
素を使用するヘリウム精製装置には、次のような問題
点、即ち、 （ｉ） 液体窒素の蒸発に伴い、補給の必要があるた
め、液体窒素の貯蔵設備、補給システム、液面コントロ
ールシステムが必要であり、そのために設備に多大の費
用がかかる。 （ii) 運転中は液体窒素４の補給が必要であるため、
ランニングコストがかかる。 （iii) 吸着筒７が多量の空気を吸着して飽和すると、
吸着した空気を除去するために、該吸着筒７を室温また
は室温以上の高温に加熱する再生が必要である。しか
し、クライオスタット５中には大量の液体窒素４が貯蔵
されているため、この液体窒素４を完全に除去するのに
長時間を必要とし、そのため、この再生作業には長時間
を要することになる。 （iv) そして再生後、再び液体窒素温度まで冷却し、必
要な液面まで液体窒素を供給することが必要であるた
め、大量の液体窒素４を消耗してしまう。 （ｖ）クライオスタット５は二重の真空断熱容器であ
り、通常の真空容器よりも高価であるなど、液体窒素に
係わる設備と、液体窒素の消耗によりランニングコスト
がかかること。また、液体窒素の補給などの管理、保守
に費用がかかる等の問題点があった。
素を使用するヘリウム精製装置には、次のような問題
点、即ち、 （ｉ） 液体窒素の蒸発に伴い、補給の必要があるた
め、液体窒素の貯蔵設備、補給システム、液面コントロ
ールシステムが必要であり、そのために設備に多大の費
用がかかる。 （ii) 運転中は液体窒素４の補給が必要であるため、
ランニングコストがかかる。 （iii) 吸着筒７が多量の空気を吸着して飽和すると、
吸着した空気を除去するために、該吸着筒７を室温また
は室温以上の高温に加熱する再生が必要である。しか
し、クライオスタット５中には大量の液体窒素４が貯蔵
されているため、この液体窒素４を完全に除去するのに
長時間を必要とし、そのため、この再生作業には長時間
を要することになる。 （iv) そして再生後、再び液体窒素温度まで冷却し、必
要な液面まで液体窒素を供給することが必要であるた
め、大量の液体窒素４を消耗してしまう。 （ｖ）クライオスタット５は二重の真空断熱容器であ
り、通常の真空容器よりも高価であるなど、液体窒素に
係わる設備と、液体窒素の消耗によりランニングコスト
がかかること。また、液体窒素の補給などの管理、保守
に費用がかかる等の問題点があった。
【０００７】本発明は、上記のような従来のヘリウム精
製装置の有する問題点を解決するもので、設備費用のラ
ンニングコストを低く押えることを可能とするヘリウム
精製装置を提供することを目的としている。
製装置の有する問題点を解決するもので、設備費用のラ
ンニングコストを低く押えることを可能とするヘリウム
精製装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、液体窒素を使用する代りに、Ｇ−Ｍサ
イクル，ソルベイサイクル，スターリング冷凍サイクル
等の１段式又は２段式の小型ヘリウム冷凍機を冷却に使
用し、該小型ヘリウム冷凍機により低純度のヘリウムガ
ス中の不純物を低温状態で凝縮又は凝縮と吸着を併用す
ることにより除去するようにしたことを特徴とする。
めに、本発明は、液体窒素を使用する代りに、Ｇ−Ｍサ
イクル，ソルベイサイクル，スターリング冷凍サイクル
等の１段式又は２段式の小型ヘリウム冷凍機を冷却に使
用し、該小型ヘリウム冷凍機により低純度のヘリウムガ
ス中の不純物を低温状態で凝縮又は凝縮と吸着を併用す
ることにより除去するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明のヘリウム精製装置では、低純度ヘリウ
ムは、従来のように、圧縮機によって圧縮され、油水分
離器、トライヤ等によって油、水分を除去された後、適
宜予冷され、次いで、小型ヘリウム冷凍機によって冷却
された熱交換器を介して、例えば１段式小型ヘリウム冷
却機で４０〜５０Ｋ程度まで冷却され、また２段式小型
ヘリウム冷凍機では１０〜３０Ｋ程度まで冷却される。
ムは、従来のように、圧縮機によって圧縮され、油水分
離器、トライヤ等によって油、水分を除去された後、適
宜予冷され、次いで、小型ヘリウム冷凍機によって冷却
された熱交換器を介して、例えば１段式小型ヘリウム冷
却機で４０〜５０Ｋ程度まで冷却され、また２段式小型
ヘリウム冷凍機では１０〜３０Ｋ程度まで冷却される。
【００１０】従来のように液体窒素を使用した場合に冷
却できる最低温度は７７．４５Ｋであるのに対し、本発
明のように小型ヘリウム冷凍機を使用したことにより、
冷凍機の到達できる最低温度まで冷却できるため、凝縮
または吸着による不純物除去効率を高くすることが可能
である。
却できる最低温度は７７．４５Ｋであるのに対し、本発
明のように小型ヘリウム冷凍機を使用したことにより、
冷凍機の到達できる最低温度まで冷却できるため、凝縮
または吸着による不純物除去効率を高くすることが可能
である。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面と共に説明す
る。図１は、１段式冷凍機を使用した本発明の一実施例
を示す構成図であって、図中、図３に記載した符号と同
一の符号は同一ないし同類部分を示すものとする。
る。図１は、１段式冷凍機を使用した本発明の一実施例
を示す構成図であって、図中、図３に記載した符号と同
一の符号は同一ないし同類部分を示すものとする。
【００１２】図において、低純度ヘリウムガスは圧縮機
１で高圧に圧縮され、油水分離器２でコンプレッサオイ
ルと水分が分離され、そこで除去しきれずに残った水分
はドライヤ３で除去され、次いで、低温の戻りのヘリウ
ムガスにより冷却される熱交換器Ａによって８０−１０
０Ｋ程度になっていることは従来例（図３）と変りはな
い。本実施例では、上記熱交換器Ａによって予冷された
ヘリウムガスは、１段式小型ヘリウム冷凍機１１の１段
ステージ１２に接続され熱伝導により冷却される熱交換
器Ｂへ導かれ、ここで、１段ステージの温度が４０〜５
０Ｋ程度まで冷却されている場合は、ほぼ同程度まで冷
却され、次いで吸着筒７へ導いて窒素や酸素を吸着除去
し、次いで前記熱交換器Ａで導入されてくるヘリウムガ
スと熱交換して室温付近まで暖められ、再使用可能な状
態となり、外部へ供給されるようになっている。なお、
図中、１４はコンプレッサ、１５は真空ポンプである。
１で高圧に圧縮され、油水分離器２でコンプレッサオイ
ルと水分が分離され、そこで除去しきれずに残った水分
はドライヤ３で除去され、次いで、低温の戻りのヘリウ
ムガスにより冷却される熱交換器Ａによって８０−１０
０Ｋ程度になっていることは従来例（図３）と変りはな
い。本実施例では、上記熱交換器Ａによって予冷された
ヘリウムガスは、１段式小型ヘリウム冷凍機１１の１段
ステージ１２に接続され熱伝導により冷却される熱交換
器Ｂへ導かれ、ここで、１段ステージの温度が４０〜５
０Ｋ程度まで冷却されている場合は、ほぼ同程度まで冷
却され、次いで吸着筒７へ導いて窒素や酸素を吸着除去
し、次いで前記熱交換器Ａで導入されてくるヘリウムガ
スと熱交換して室温付近まで暖められ、再使用可能な状
態となり、外部へ供給されるようになっている。なお、
図中、１４はコンプレッサ、１５は真空ポンプである。
【００１３】次に、作用について説明すると、運転時、
主に空気と水分の不純物を含んだヘリウムガスは、圧縮
機１で高圧（通常１０〜１５０ｋｇ／ｃｍ2 ）に圧縮さ
れ、油水分離器２でコンプレッサオイルと水分が分離さ
れ、残りの水分はドライヤ３で除去されることは、従来
例（図３）と変りはない。
主に空気と水分の不純物を含んだヘリウムガスは、圧縮
機１で高圧（通常１０〜１５０ｋｇ／ｃｍ2 ）に圧縮さ
れ、油水分離器２でコンプレッサオイルと水分が分離さ
れ、残りの水分はドライヤ３で除去されることは、従来
例（図３）と変りはない。
【００１４】この実施例では、熱交換器Ａで冷却された
ヘリウムガスは、１段式小型ヘリウム冷凍機１１の１段
ステージ１２に接続されている熱交換器Ｂでさらに冷却
される。ヘリウムの流量や使用している冷凍機の冷凍能
力にもよるが、ヘリウムガスは４０〜５０Ｋ程度まで冷
却される。この熱交換器Ｂ内で殆どの不純物は固体化
し、除去される。従って、従来技術（図３）で必要とし
た液体空気ボトル６は省略できる。ただし、この場合
は、熱交換器が固体空気で閉塞されにくい構造とする必
要がある。
ヘリウムガスは、１段式小型ヘリウム冷凍機１１の１段
ステージ１２に接続されている熱交換器Ｂでさらに冷却
される。ヘリウムの流量や使用している冷凍機の冷凍能
力にもよるが、ヘリウムガスは４０〜５０Ｋ程度まで冷
却される。この熱交換器Ｂ内で殆どの不純物は固体化
し、除去される。従って、従来技術（図３）で必要とし
た液体空気ボトル６は省略できる。ただし、この場合
は、熱交換器が固体空気で閉塞されにくい構造とする必
要がある。
【００１５】４０〜５０Ｋ程度では、窒素や酸素の蒸気
圧は１０-2〜数Ｔｏｒｒであるので、これを除去するた
めに吸着剤の充填されている吸着筒７で吸着、除去され
る。吸着筒７の温度も、運転中は冷却されたヘリウムガ
スにより４０〜５０Ｋ程度まで冷却されており、液体窒
素温度より低い温度であるため、吸着能力が大きくとれ
る。従って、該吸着筒７は小型にすることが可能であ
る。このように、ヘリウムを液体窒素より低温まで冷却
することができるため、１０ｋｇ／ｃｍ2 以下の低い圧
力でも精製効率を上げることができるため、１０〜１５
０ｋｇ／ｃｍ2 という高圧まで加圧の必要がない場合も
ある。
圧は１０-2〜数Ｔｏｒｒであるので、これを除去するた
めに吸着剤の充填されている吸着筒７で吸着、除去され
る。吸着筒７の温度も、運転中は冷却されたヘリウムガ
スにより４０〜５０Ｋ程度まで冷却されており、液体窒
素温度より低い温度であるため、吸着能力が大きくとれ
る。従って、該吸着筒７は小型にすることが可能であ
る。このように、ヘリウムを液体窒素より低温まで冷却
することができるため、１０ｋｇ／ｃｍ2 以下の低い圧
力でも精製効率を上げることができるため、１０〜１５
０ｋｇ／ｃｍ2 という高圧まで加圧の必要がない場合も
ある。
【００１６】そして吸着筒７を出たヘリウムガス中の不
純物は、固体化、または吸着により除去され、９９．９
９５〜９９．９９９％かそれ以上の純度まで精製され
る。次いで、熱交換器Ａで入ってくるヘリウムガスと熱
交換し、室温付近まで暖められ、再使用可能な状態にな
り、外部に供給される。
純物は、固体化、または吸着により除去され、９９．９
９５〜９９．９９９％かそれ以上の純度まで精製され
る。次いで、熱交換器Ａで入ってくるヘリウムガスと熱
交換し、室温付近まで暖められ、再使用可能な状態にな
り、外部に供給される。
【００１７】この実施例によれば、熱交換器Ａで予冷さ
れたヘリウムガスが小型ヘリウム冷凍機１１の１段ステ
ージ１２に接続された熱交換器Ｂで４０〜５０Ｋ程度ま
で冷却されるので、従来必要とされた液体窒素が不用と
なり、そのため、それに係わる付帯設備並びにランニン
グコストが不要となり、従って液体窒素の補給も不要な
ため、簡便で設備費並びにランニングコストとも安価と
なる。また、熱交換器Ｂ、液体空気ボトル６、吸着筒７
等を液体窒素に浸しておく必要がないので、従来の高価
なクライオスタット５（図３）を使う必要がなく、単純
な断熱真空容器１１で足りる。
れたヘリウムガスが小型ヘリウム冷凍機１１の１段ステ
ージ１２に接続された熱交換器Ｂで４０〜５０Ｋ程度ま
で冷却されるので、従来必要とされた液体窒素が不用と
なり、そのため、それに係わる付帯設備並びにランニン
グコストが不要となり、従って液体窒素の補給も不要な
ため、簡便で設備費並びにランニングコストとも安価と
なる。また、熱交換器Ｂ、液体空気ボトル６、吸着筒７
等を液体窒素に浸しておく必要がないので、従来の高価
なクライオスタット５（図３）を使う必要がなく、単純
な断熱真空容器１１で足りる。
【００１８】また、小型ヘリウム冷凍機を使用して該冷
凍機の到達できる最低温度まで冷却できるので、凝縮又
は吸着による不純物除去効率を高くすることが可能とな
る。
凍機の到達できる最低温度まで冷却できるので、凝縮又
は吸着による不純物除去効率を高くすることが可能とな
る。
【００１９】また、液体窒素を使用していないため、熱
交換器Ａ，Ｂ内の不純物及び吸着筒７内の吸着不純物を
除去して再生する際に必要とされた液体窒素の除去作業
も不必要となり、また構造が簡単であるため、昇温が簡
単にできるし、システムが室温又は室温以上の温度に達
したら真空ポンプで真空に排気することにより、不純物
を容易に除去することが可能である。また冷却は、冷凍
機を起動するだけでよいので、操作が簡単である。
交換器Ａ，Ｂ内の不純物及び吸着筒７内の吸着不純物を
除去して再生する際に必要とされた液体窒素の除去作業
も不必要となり、また構造が簡単であるため、昇温が簡
単にできるし、システムが室温又は室温以上の温度に達
したら真空ポンプで真空に排気することにより、不純物
を容易に除去することが可能である。また冷却は、冷凍
機を起動するだけでよいので、操作が簡単である。
【００２０】図２は、２段式冷凍機を使用した本発明の
他の実施例を示す構成図であって、図中、図１に記載し
た符号と同一の符号は同一ないし同類部分を示すものと
する。この実施例では、熱交換器Ａで予冷されたヘリウ
ムガスが、２段式小型ヘリウム冷凍機２１の１段ステー
ジ２２に接続された熱交換器Ｂで、１段式冷凍機と同程
度の３０〜５０Ｋまで冷却されたあと、熱交換器Ｃで冷
却され、更に２段ステージ２３に接続された熱交換器Ｄ
によって１０〜３０Ｋ程度まで冷却されるようになって
いる。なお、図中、７は吸着筒、１５は真空ポンプであ
る。
他の実施例を示す構成図であって、図中、図１に記載し
た符号と同一の符号は同一ないし同類部分を示すものと
する。この実施例では、熱交換器Ａで予冷されたヘリウ
ムガスが、２段式小型ヘリウム冷凍機２１の１段ステー
ジ２２に接続された熱交換器Ｂで、１段式冷凍機と同程
度の３０〜５０Ｋまで冷却されたあと、熱交換器Ｃで冷
却され、更に２段ステージ２３に接続された熱交換器Ｄ
によって１０〜３０Ｋ程度まで冷却されるようになって
いる。なお、図中、７は吸着筒、１５は真空ポンプであ
る。
【００２１】この実施例によれば、上記にしたように熱
交換器Ｂで３０〜５０Ｋまで冷却されたヘリウムガス
は、熱交換器Ｃで冷却され、さらに冷凍機の２段ステー
ジ２３に接続されている熱交換器Ｄで１０〜３０Ｋに冷
却される。１０〜３０Ｋの温度では、窒素の蒸気圧は１
０-5〜１０-10 Ｔｏｒｒと非常に低い値となるため、大
部分は熱交換器Ｃと熱交換器Ｄ内で凝縮によって捕捉さ
れる。残りの極微量の不純物が吸着筒７で吸着、除去さ
れる。この場合、凝縮によって大部分除去されるため、
吸着筒に流入する不純物量は非常に少ないため、該吸着
筒７の再生間隔を大幅に延ばすことが可能となる。
交換器Ｂで３０〜５０Ｋまで冷却されたヘリウムガス
は、熱交換器Ｃで冷却され、さらに冷凍機の２段ステー
ジ２３に接続されている熱交換器Ｄで１０〜３０Ｋに冷
却される。１０〜３０Ｋの温度では、窒素の蒸気圧は１
０-5〜１０-10 Ｔｏｒｒと非常に低い値となるため、大
部分は熱交換器Ｃと熱交換器Ｄ内で凝縮によって捕捉さ
れる。残りの極微量の不純物が吸着筒７で吸着、除去さ
れる。この場合、凝縮によって大部分除去されるため、
吸着筒に流入する不純物量は非常に少ないため、該吸着
筒７の再生間隔を大幅に延ばすことが可能となる。
【００２２】さらに、この場合は、１０〜３０Ｋと非常
に低い温度なので水素やネオンを吸着することができ
る。１段式冷凍機を使用した場合や、液体窒素を使用し
たシステムでは、水素とネオンの除去は不可能であった
が、２段式冷凍機を使用した場合には吸着、除去が可能
となり、より高純度のヘリウムガスが得られる。
に低い温度なので水素やネオンを吸着することができ
る。１段式冷凍機を使用した場合や、液体窒素を使用し
たシステムでは、水素とネオンの除去は不可能であった
が、２段式冷凍機を使用した場合には吸着、除去が可能
となり、より高純度のヘリウムガスが得られる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低純度のヘリウムガス中の不純物を、小型ヘリウム冷凍
機により低温状態で凝縮又は凝縮と吸着を併用すること
によって除去し、高純度化するようにしたことにより、
液体窒素を全く使用しないため、液体窒素に係わる付帯
設備が全く必要なく、従って、液体窒素の補給も必要が
ないため、簡便で設備費、ランニングコストとも安価な
ヘリウム精製装置となる。また、熱交換器、液体空気ボ
トル、吸着筒などは液体窒素に浸しておく必要がないた
め、これらは単純な断熱真空容器内に設置すればよく、
高価なクライオスタットを使う必要がない。
低純度のヘリウムガス中の不純物を、小型ヘリウム冷凍
機により低温状態で凝縮又は凝縮と吸着を併用すること
によって除去し、高純度化するようにしたことにより、
液体窒素を全く使用しないため、液体窒素に係わる付帯
設備が全く必要なく、従って、液体窒素の補給も必要が
ないため、簡便で設備費、ランニングコストとも安価な
ヘリウム精製装置となる。また、熱交換器、液体空気ボ
トル、吸着筒などは液体窒素に浸しておく必要がないた
め、これらは単純な断熱真空容器内に設置すればよく、
高価なクライオスタットを使う必要がない。
【００２４】また、従来のように液体窒素を使用した場
合には、冷却できる最低温度は７７．４Ｋであるのに対
して、小型ヘリウム冷凍機を使用したことにより、冷凍
機の到達できる最低温度まで冷却できるため、凝縮また
は吸着による不純物除去効率を高くすることが可能であ
る。到達できる最低温度は、１段式冷凍機を使用した場
合は通常３０〜５０Ｋ、２段式冷凍機を使用した場合に
は１０〜３０Ｋまで冷却が可能である。
合には、冷却できる最低温度は７７．４Ｋであるのに対
して、小型ヘリウム冷凍機を使用したことにより、冷凍
機の到達できる最低温度まで冷却できるため、凝縮また
は吸着による不純物除去効率を高くすることが可能であ
る。到達できる最低温度は、１段式冷凍機を使用した場
合は通常３０〜５０Ｋ、２段式冷凍機を使用した場合に
は１０〜３０Ｋまで冷却が可能である。
【図１】本発明の一実施例を示すヘリウム精製装置の構
成図である。
成図である。
【図２】本発明の他の実施例を示すヘリウム精製装置の
構成図である。
構成図である。
【図３】従来例を示す構成図である。
１ 圧縮機 ２ 油水分離器 ３ ドライヤ ７ 吸着筒 １１ １段式小型ヘリウム冷凍機 １２ １段ステージ １３ 真空容器 １４ コンプレッサ １５ 真空ポンプ ２１ ２段式小型ヘリウム冷凍機 ２２ １段ステージ ２３ ２段ステージ Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 熱交換器
Claims (1)
- 【請求項１】 低純度のヘリウムガス中の不純物を、小
型ヘリウム冷凍機により低温状態で凝縮又は凝縮と吸着
を併用することによって除去し、高純度化するようにし
たことを特徴とするヘリウム精製装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4256806A JPH06107402A (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | ヘリウム精製装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4256806A JPH06107402A (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | ヘリウム精製装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06107402A true JPH06107402A (ja) | 1994-04-19 |
Family
ID=17297701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4256806A Pending JPH06107402A (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | ヘリウム精製装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06107402A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002066250A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-05 | Ulvac Kuraio Kk | ドライエアー製造装置 |
| KR100869518B1 (ko) * | 2005-02-11 | 2008-11-19 | 조건환 | 헬륨가스의 초저온 정제 방법 및 장치 |
| JP2009292710A (ja) * | 2008-06-09 | 2009-12-17 | Foundation For The Promotion Of Industrial Science | オルソ・パラ水素（重水素）分離方法およびオルソ・パラ水素（重水素）分離装置 |
| CN110608581A (zh) * | 2019-08-22 | 2019-12-24 | 北京中科富海低温科技有限公司 | 一种内纯化器和氦液化器 |
-
1992
- 1992-09-25 JP JP4256806A patent/JPH06107402A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002066250A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-05 | Ulvac Kuraio Kk | ドライエアー製造装置 |
| JP4584428B2 (ja) * | 2000-08-31 | 2010-11-24 | アルバック・クライオ株式会社 | ドライエアー製造装置 |
| KR100869518B1 (ko) * | 2005-02-11 | 2008-11-19 | 조건환 | 헬륨가스의 초저온 정제 방법 및 장치 |
| JP2009292710A (ja) * | 2008-06-09 | 2009-12-17 | Foundation For The Promotion Of Industrial Science | オルソ・パラ水素（重水素）分離方法およびオルソ・パラ水素（重水素）分離装置 |
| CN110608581A (zh) * | 2019-08-22 | 2019-12-24 | 北京中科富海低温科技有限公司 | 一种内纯化器和氦液化器 |
| CN110608581B (zh) * | 2019-08-22 | 2021-05-14 | 北京中科富海低温科技有限公司 | 一种内纯化器和氦液化器 |
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