JPS6329724Y2 - - Google Patents

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JPS6329724Y2
JPS6329724Y2 JP4123186U JP4123186U JPS6329724Y2 JP S6329724 Y2 JPS6329724 Y2 JP S6329724Y2 JP 4123186 U JP4123186 U JP 4123186U JP 4123186 U JP4123186 U JP 4123186U JP S6329724 Y2 JPS6329724 Y2 JP S6329724Y2
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adsorber
adsorption
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helium
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  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、ヘリウム又は水素ガス中の不純物を
低温吸着除去する高純度ガス精製装置に関するも
のである。最近、原子力分野の高温ガス炉、高速
増殖炉、核融合炉などの冷却材として熱伝達のよ
いヘリウムガスが用いられている。
冷却材としてのヘリウムガスには、そのガス中
に漏れ及び脱ガスなどのため不純物の含入があ
り、その不純ガスの増加とともに熱伝達効果の減
退及び各種の事故をもたらすようになる。このた
め循環している冷却材ヘリウムガスを一部バイパ
スさせて、そのヘリウムガスを精製し、ヘリウム
ループ内の不純ガス成分を除去する装置が必要に
なる。
ヘリウムガスを精製する方法及び装置は種々発
明され実用化されているが、これまでの装置は液
化ヘリウムを実験などに使用した後でその蒸発ヘ
リウムガスを回収して再液化するために精製する
装置であり、効率よく長期間連続使用できるヘリ
ウム精製装置に関するものが少なかつた。
一方電子工業分野のLSI、ICなど集積回路の製
造工程に高純度水素ガスが用いられているこのカ
バーガスとしての水素ガスはそのガス中に微量の
不純ガス(N2,O2など)が含入されると各種の
事故をもたらすため高純度の水素ガスが必要にな
る。このような高純度水素ガスは長期間連続的に
供給されなければならない。
従来のヘリウム又は水素ガス精製装置は熱交換
器、吸着器及び冷媒液化窒素LN2を内蔵した装置
であつた。
以下第1図に基づいてヘリウムの精製に関する
従来の装置について説明を述べる。以下の説明に
おいて液体窒素をLN2と略記する。精製器A低温
精製中のフローであり、精製器Bは加熱再生中の
フローである。精製器Aでは、精製すべきヘリウ
ムガスが、断熱された容器21内の第1熱交換器
22で冷却され、次にLN231に浸漬された第2
熱交換器23でLN2温度(−196℃)附近まで冷
却され吸着器24でヘリウムガス中の不純ガス成
分を吸着分離される。精製されたヘリウムガス
は、第1熱交換器22で流入ガスを向流的に冷却
した後、精製ガスとして使用される。冷媒LN2
1はLN2タンク26より断熱容器21内に供給さ
れる。吸着器の再生操作は精製器Bについて説明
すると、まず断熱容器21′内の冷媒LN2をLN2
タンク26へ回収するため昇圧器25′により
LN2を気化し精製器B内を加圧してLN2を回収す
る。次に空気又はN2ガスを加熱して精製器Bに
導入して吸着器24′を加熱再生する。吸着器2
4′から脱着した不純ガスは再生用真空ポンプ3
0にて排気する。加熱再生された吸着器24′は、
次の精製運転のため冷媒LN2により冷却されてス
タンバイとなる。上記に述べたとおり従来のヘリ
ウムガス精製装置の欠点は次のとおりである。
1 吸着工程からの再生工程並びに再生工程から
の吸着工程の操作の変更毎にLN2の出し入れが
必要になり、操作が複雑になる。
2 再生に必要な吸着器24以外に断熱容器21
及び各熱交換器22,23を加温・冷却するた
めに加温・冷却する時間がかかりすぎる。
3 再生後の冷却及びLN2の回収−充填などの移
送ロスのためLN2の使用量が多い。
4 再生時の加熱ガスが断熱容器21に導入され
るため系内に層流になり吸着器を加熱させる伝
達効果が小さい。
5 精製器内の冷媒LN2量は吸着器24を充分に
満たさなければならないため、かなりの貯蔵量
を必要とする。
6 複筒以上の切替運転の場合、システム、操作
が複雑になる。
本考案は微量の窒素及び窒素より高沸点のガス
(以下不純ガスとする)を含んだヘリウム又は水
素ガスから微量の前記不純ガスを低温吸着精製法
によつて除去することからなるヘリウム又は水素
ガスを精製する装置において、再生を必要としな
い熱交換器及び冷媒液化窒素を内蔵した冷却装置
と、再生を必要とする少なくとも2つの吸着器を
含んだ吸着装置の別離された2つの系からなり被
精製ヘリウム又は水素ガスは前記冷却装置と吸着
装置とを流路する構成を有し、前記吸着装置の各
吸着器は吸着系路と再生系路を有しており、前記
吸着系路は液体窒素を冷媒として前記不純ガスを
吸着する機能を持ち、前記再生系路は加熱された
窒素ガスを循環させることにより吸着器を加熱し
て吸着されたガスを脱着させる構成を有し、吸着
器は冷却又は加熱することができる冷却パイプを
内蔵しており、各吸着器で吸着と脱着を交互に行
うことを特徴とするヘリウム又は水素ガスの精製
装置に関する。
本考案の詳細を第2図のヘリウム精製装置の実
施例に基づいて説明する。本装置は第1熱交換器
2、第2熱交換器3からなる冷却筒1と例えばゼ
オライト系の吸着材を充填した吸着器5を内蔵
し、かつ断熱した精製器4、その吸着器5を再生
するための機器(冷却器7、ブロワー8、加熱器
9)、冷媒LN2を供給するLN2タンク10などか
ら構成されている。精製器Aは吸着操作中、精製
器Bは再生操作中である。精製器AおよびBの
各々において吸着操作と再生操作を繰返す。精製
されるヘリウムガスはあらかじめ水分、CO2など
を除去した後で、常温で大気圧以上の圧力で供給
され冷却筒1の第1熱交換器2で冷却される。次
いで冷媒LN211に浸漬された第2熱交換器3
で、LN2温度(−196℃)附近まで冷却されてか
ら精製器Aに導入される。
次にヘリウムガスは精製器AのLN2冷却パイプ
6で冷却された吸着器5にて不純ガスを吸着分離
して、高純度ヘリウムに精製し、冷却筒1に戻る。
精製されたヘリウムガスは第1熱交換器2で流入
ガスと熱交換した後、精製ヘリウムガスとして供
給される。一方、冷却筒1に供給する冷媒LN211
はLN2タンク10より吸着器5のLN2冷却パイプ
6を経由して供給される。LN2の自動供給は冷却
筒1のLN2液面計12とLN2供給弁16又は1
6′とを連動させて行う。また、冷却筒1で使用さ
れ気化したN2ガスの顕熱を利用して第1熱交換
器2の流入ヘリウムガスを冷却することにより、
第2熱交換器3のLN2の消費を減少させる。
次に精製器Bの再生はヘリウムガスの入口弁1
4′、出口弁15′、LN2の入口弁16′、出口弁
17′を閉止し、LN2冷却パイプ6′のLN2を冷却
器7にて気化し、ブロワー8にて圧送されたN2
ガスを加熱器9にて加熱し、LN2冷却パイプ6′
により吸着器5′を加熱再生する。吸着器5′から
脱着した不純ガスは弁20′を経て再生用真空ポ
ンプ13にて真空排気しながら再生を行う。吸着
器5′の加熱再生後、精製済ヘリウムガスを弁1
5′よりパージしてから吸着器5′の冷却を行な
う。吸着器5′の冷却はLN2の入口弁16′、放出
弁17′を全開し、LN2にて冷却する。吸着器5
が充分に冷却された後、ヘリウムガスの入口弁1
4′を開いて精製器Bは再生が完了し、精製のた
めのスタンバイとする。再生工程において精製ヘ
リウムガスのパージは行なわなくても良い。尚吸
着器5のLN2冷却パイプ6は吸着器に接触させて
コイル状に巻く方法、及び簡単な二重筒式又は吸
着器内にコイル及びパイプを挿入する方法などが
考えられる。吸着器5において不純ガスが破過点
又は破過点に達した後、弁14を閉じ、弁14′
を開き冷却装置からの冷却済ガスを吸着器5′に
導入し、吸着器5′で吸着を行ない、吸着器5の
再生系路のバルブを全開させ、吸着器5の再生を
行なう。
本考案装置では冷却筒の第1熱交換器2及び
LN2に混漬された第2熱交換器3と精製器4とを
分離し、吸着器5又は5′のみ加熱再生ができる
ようにするとともに、吸着器5又は5′の吸着発
生熱及び侵入による温度上昇を除くため吸着器5
又は5′を冷却するLN2パイプ6又は6′をもう
け、かつそのLN2パイプが再生加熱時の加熱パイ
プとすることにより、LN2の回収・充填操作の繰
返しをなくし、かつ再生加熱・冷却する時間を短
縮した。同時にLN2の使用量を減少させることを
可能とした。また連続使用時に複筒以上の精製器
を必要とする場合には、吸着器のみを増加させる
ことが出来るため効率的かつ操作が容易で現実的
なヘリウム精製装置を提供できるものである。本
考案装置において吸着器を3個以上設けると、処
理能力が一層向上する。第2図に示された装置を
使用して水素の精製も実施できる。
実施例 1 第2図に示す装置を用いてヘリウムガスを精製
する実験を行なつた。
圧 力 1Kg/cm3G 流 量 3Nm3/Kg 吸着材 ゼオハーブ(大阪酸素工業株式
会社の商品名であり天然モルデ
ナイト系ゼオライトから構成さ
れている。) 吸着温度 −196℃ 再生温度 100℃ ヘリウム中の 不純ガス成分 N2 O2 CO CH4 Ar 50ppm 予め乾燥器を通して水分及びCO2を除去した後
に本発明の装置に上記の条件でヘリウムガスを精
製した。
その結果、ヘリウムガスは99.9999%以上の高
純度ヘリウムガスに精製された。
実施例 2 同一の不純ガス成分を同じ割合だけ含む水素ガ
スを実施例1と同じ装置により100℃で加熱再生
後にLN2温度で精製した結果、水素ガスは
99.9999%以上の高純度に精製された。
本考案の効果は次の通りである。
1 冷媒LN2の使用量が多い熱交換器系の冷却筒
と再生操作の必要な吸着器系の精製器とを分離
することにより効果的な装置になつた。
2 1)項の分離により冷媒LN2の回収及び充填
などの繰返しがなくなつたため操作が簡単にな
つた。
3 再生時に熱交換器系の冷却筒を加熱・冷却す
る必要がなくなつたためLN2の使用量が減少で
きる。
4 再生時に吸着器のみを100℃に加熱し、真空
再生及び冷却すればよいから、再生時間の短縮
及び冷却時に必要なLN2の使用量を低減でき
る。
5 吸着器の吸着発生熱及び熱侵入による温度上
昇を除くため吸着器を冷却するLN2冷却パイプ
が再生加熱時の加熱パイプとして兼用でき、か
つ再生加熱時にパイプ内の加熱N2ガスが乱流
領域にできるため吸着器の加熱効果が大きい。
6 冷却筒に入れる冷媒LN2の貯蔵量は第2熱交
換器を浸漬する程度でよいため、冷却筒の容量
は必要最小限にすることができ冷却筒のバツク
グランドの熱侵入量を低減できる。
7 精製器には、多層真空断熱された吸着器を必
要に応じて何基でも内蔵できるため、設置スペ
ースが小さく運転操作が容易になる。
8 本システムは複筒以上の切替運転の場合、冷
却筒を1基、精製器を1基(吸着器のみ複筒以
上)にすればよいので装置コストが安く、運転
コストも低減でき、かつ全系システムが簡単で
操作が容易になる。
9 精製すべきヘリウム又は水素ガス中に空気成
分が多い場合には第2熱交換器の後に空気凝縮
器を付加することにより空気成分を凝縮分離す
ることも可能である。この場合も熱交換器など
の再生操作などは必要としない。
10 本考案はヘリウムガスを冷却材として使用す
るよう原子炉のヘリウムループ及び材料試験用
などのヘリウムループ、大型ヘリウム液化冷凍
機用循環ループなどのように微量な不純ガス
(N2,O2,CO,CH4,Arなど)を含んだ大流
量のヘリウムガスを高純度(99.999%以上)に
精製し、循環するシステムに適する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のガス精製装置の概略図、第2図
は本考案のガス精製装置の概略図である。 1……冷却筒、2……第1熱交換器、3……第
2熱交換器、4……精製器 A 精製中、B 再
生中、5……吸着器、6……LN2冷却パイプ、7
……冷却器、8……ブロワー、9……加熱器、1
0……LN2タンク、11……LN2、12……LN2
液面計、13……再生用真空ポンプ、14……
He又はH2入口弁、15……He又はH2出口弁、
16……LN2入口弁、17……LN2出口弁、18
……放出弁、19……再生ガス循環弁、20……
再生用真空排気弁。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 微量の窒素及び窒素より高沸点のガス(以下不
    純ガスと云う)を含んだヘリウム又は水素ガスか
    ら微量の前記不純ガスを低温吸着精製法によつて
    除去することからなるヘリウム又は水素ガスを精
    製する装置において、再生を必要としない熱交換
    器及び冷媒液化窒素を内蔵した冷却装置と、再生
    を必要とする少なくとも2つの吸着器を含んだ吸
    着装置の別離された2つの系からなり被精製ヘリ
    ウム又は水素ガスは前記冷却装置と吸着装置とを
    流路する構成を有し、前記吸着装置の各吸着器は
    吸着系路と再生系路を有しており、前記吸着系路
    は液体窒素を冷媒として前記不純ガスを吸着する
    機能をもち、前記再生系路は加熱された窒素ガス
    を循環させることにより吸着器を加熱して吸着さ
    れたガスを脱着させる構成を有し、吸着器は冷却
    又は加熱することができる冷却パイプを内蔵して
    おり、各吸着器で吸着と脱着を交互に行うことを
    特徴とするヘリウム又は水素ガスの精製装置。
JP4123186U 1986-03-20 1986-03-20 Expired JPS6329724Y2 (ja)

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JP2685766B2 (ja) * 1987-10-29 1997-12-03 日本パイオニクス株式会社 水素ガスの精製方法および装置

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