KR20080036271A - 폐헬륨가스 농축 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 많은 종류의 불순물가스가 포함되어 있는 폐헬륨가스를 초저온 농축하는 장치에 관한 것으로서, 혼합가스 승압용 압축기(C-1)와 혼합가스 압축기용 수냉각기(CW-1), 혼합가스를 예냉하는 예냉기(PH-1), 액체질소 재증발기(R-2)와 혼합가스중 질소응축기(H-2)를 가진 주열교환기(MH-1), 액화질소분리용 용기(NL-1), 액체질소 팽창발브(EV-1), 액화질소분리탑 보냉상(I-1), 수분의 빙결에 의한 경로폐쇄를 방지하기 위한 건조장치(D-1), 액체질소 재증발기의 하부배관과 예냉용 열교환기를 통하여 불순물가스를 방출하는 혼합액체의 방산용 배관, 등을 포함하는 폐헬륨가스 농축 장치이다.
Figure P1020060102674
예냉기, 헬륨, 폐헬륨가스, 보냉상,산성가스 흡수기

Description

폐헬륨가스 농축 장치{Apparatus for Concentration of Waste Helium}
도 1은 본 발명의 폐헬륨가스 농축 장치의 시스템 개략도면이다.
도 2는 본 발명의 건조장치 개략도면이다.
도3 및 도4는 건조 장치에서 수분흡착기(50)과 수분흡착기(55)를 교대로 사용하는 배관 흐름을 보이는 도면이다
본 발명은 폐헬륨가스 농축 장치에 관한 것이다.
본 발명자의 헬륨가스초저온정제 방법이 특허 공개 10-2005-0011682호에 공개되어 있고, 또한 선 특허 출원이 출원 번호 10-2006-90503로 "네온 및/또는 헬륨가스의 농축 장치"가 출원되어 있으며, 여기에는 현장에서 배관으로 연결된 네온과 헬륨의 혼합가스 회수장치에서 9 Kg/cm2 전후로 가압된 혼합가스를 예냉용 열교환기에서 1차 냉각된 네온, 헬륨과 질소의 혼합가스는 주열교환기인 액체질소 재증발기와 질소가스 응축기를 통과하면서 보충용 액체질소와 팽창발브의 냉열보충에 의하여 섭씨-189도 전후까지 질소를 액화하여 네온과 헬륨의 혼합가스로부터 분리하여 대기중에 방산시키고 네온과 헬륨의 혼합가스만을 취하여 농축하고 운송용 저장 설비에 저장하는 회수 방법이 설명되어 있다.
또 폐헬륨가스를 회수 정제함에 있어 독성이나 가연성가스가 다량으로 함유된 폐헬륨가스의 재생과정에서 안전성을 고려하여 연소, 화학반응 혹은 부식을 일으킬 우려를 없애기 위하여, 9 Kg/cm2전후로 가압된 페헬륨가스를 예냉용 열교환기에서 1차 냉각한 다음 주열교환기인 액체질소 재증발기와 질소가스응축기를 통과하면서 보충용 액체질소와 팽창발브의 냉열보충에 의하여 -189도C 전후까지 질소를 액화하여 헬륨으로부터 분리하여 질소보다 비점이 높은 가스는 액화되는 액체질소에 혼합된 상태로 대기중에 방산처리하거나 독성가스가 있는 경우에는 해독공정 설비에로 방출하여, 헬륨가스만 후속 정제설비로 이송하게 하는 방법을 제공한다.
헬륨을 사용하는 검사공정이나 LCD 또는 반도체 제조공정에서 사용되고 난 후의 혼합가스를 이용할 수 있다. 이 혼합가스에는 질소보다 비점이 높고 초저온 액화분리공정에서 액화되는 독성 혹은 가연성가스로서는 메탄(1기압에서의 비점은 -89도C), 프로판(비점-42도C), 일산화탄소(비점-191도C), 브롬화수소(비점-66도C), 염산(비점-85도C), 포스핀(비점-88도C), 모노실란(비점-112도C), 게르만(비점-88도C), 암모니아(비점-33도C), 아르신(비점-63도C), 육불화황(비점-64도C). 산소(비점-183도C), 삼불화질소(비점-129도C) 등이 포함되어 있을 수 있다.
폐헬륨가스에 함유된 독성, 가연성, 부식성, 산화성 가스 및/또는 수분이 현저할 경우에는 수분에 빙결에 의한 경로의 폐쇄 위험, 그리고 독성, 가연성, 부식성 및/또는 산화성가스 등의 농축에 의한 위험성 등을 고려하여 장치의 안전한 운전을 위 하여 선출원의 "네온 및/또는 헬륨가스의 농축 장치"를 개량할 필요가 있었다.
본 발명의 목적은 폐헬륨가스를 회수하고 초저온 농축하는 과정에서 혼합가스에 함유된 수분, 독성가스, 가연성가스, 부식성가스 및/또는 산화성가스가 현저한 경우 수분에 의한 초저온 경로의 폐쇄를 방지하고, 독성, 가연성, 부식성, 산화성 가스등의 농축하는 공정의 안전하게 운전할 수 있는 네온/헬륨 초저온 농축장치를 제공하려는 것이다.
질소, 산소, 수분, 독성가스, 가연성가스, 부식성가스 및/또는 산화성가스를 제거하는 과정에서 특히 독성, 가연성, 부식성, 산화성 및/또는 수분등의 함량이 현저할 경우의 안전한 운전을 위한 장치를 추가한 것이다.
본 발명의 장치는 네온/헬륨 초저온 농축장치에서 인입되는 혼합가스에 수분의 조성이 110 ppm (-40도C) 이상인 경우에는 보냉상 내부의 초저온 경로에 빙결에 의한 얼음의 부착에의한 경로폐쇄현상을 방지하기 위하여 승압용 압축기의 출구 수냉각기와 보냉상 내부의 예냉용 열교환기 사이에 혼합가스 중의 수분을 제거하는 건조장치를 선택적으로 추가설치하는 것이다.
한편, 혼합가스 중에 독성가스, 가연성가스, 부식성가스 및/또는 산화성가스 등의 조성비가 현저하게 높을 경우에는 액체질소 응축기와의 열교환 과정에서 비점이 낮은 질소부터 기화하기 시작하면 다음으로는 메탄 그리고 산소의 순으로 기화가 이루어지고, 상대적으로 비점이 높은 불순물가스인 염소, 염산, 브롬화수소,아르신, 모노실란. 포스핀 등은 액체질소 재증발기의 바닥에 농축될 수 있는 가능성 을 배제하기 위하여 액체질소 하부의 액체질소 배출용배관에서 배관을 연장하여 예냉용 열교환기를 통과한 다음 배기용 발브를 추가하여 기화된 질소 배기용배관과 연결하여 대기중으로 방산되게 하는 것이다. 이 방법은 필요에 따라 발브를 조작하여 액체질소 재증발기의 바닥에 불순물 위험가스의 농축을 방지하면서 잠재된 냉열을 예냉용 열교환기에서 회수함으로써 열교환 효율을 유지 할 수 있다.
본 발명은 폐헬륨가스를 회수하고 초저온 농축하는 과정에서 혼합가스에 함유된 독성, 가연성, 부식성, 산화성 가스 및/또는 수분이 현저한 경우 수분에 의한 초저온 경로의 폐쇄를 방지하고 액체질소 재증발기 내부에서 독성,가연성, 부식성 및/또는 산화성가스의 농축에 의한 네온/헬륨 초저온 농축장치의 운전상의 위험을 제거하는 방법을 제공한다.
폐헬륨가스의 농축중 특수불순물 제거장치의 실시 예를 도 1 내지 4를 참조하면서 설명한다.
대형 공기 분리 설비로부터 헬륨과 질소의 혼합가스, 또는 검사 혹은 제조 공정에서 사용된 후 많은 종류의 가스가 혼합된 폐헬륨가스를 대기 중에 방산하지 아니하고 회수하여 정제 대상 혼합가스(이하 "폐헬륨혼합가스" 또는 "혼합가스"라고 한다)로 사용한다.
본 발명은 이러한 폐헬륨가스 취출을 위한 취출용 발브(SV-2)와 공기여과기(F-1), 혼합가스 승압용 압축기(C-1)와 혼합가스 압축기용 수냉각기(CW-1), 혼합 가스에서 수분을 제거하고 건조하는 건조장치, 혼합가스를 예냉하는 예냉기(열교환기: PH-1), 액체질소 재증발기(R-2)와 혼합가스중 질소응축기(H-2)를 가진 주열교환기(MH-1), 액화질소분리용 용기(NL-1), 액체질소 팽창발브(EV-1), 액화질소분리탑 보냉상(I-1), 네온과 헬륨의 혼합가스 저장용압축기(C-2)와 저장탱크(ST-1), 보충용 액체질소 저장탱크, 등이 분기점2(T-2), 분기점3(T-3)과 연결되는 배관과 발브, 등을 포함한다.
폐헬륨가스는 밸브(CV-2)와 여과기(F-1)를 통과하여 승압용 압축기(C-1)에 의하여 9 Kg/cm2 전후로 승압되며, 압축된 혼합가스온도를 수냉각기(CW-1)에서 냉각시킨 후 제어밸브(CV-3)을 통하여 건조장치(D-1)로 인입된다.
본 발명의 건조장치는 수분을 사전 제거하여 초저온 냉각과정에서 수분의 빙결에 의한 경로의 폐쇄를 방지하는 장치로서 도 2에 도시된 것과 같은 구성을 가진다. 이 건조장치(D-1)는 제어밸브인 입구연결발브(CV-9)를 통하여 폐헬륨가스를 받아서, 효율적인 수분 흡착제로서 특수불순물을 함유한 혼합가스에 가장 취약하지 않는 활성알루미나 (Activated Aluminum) 계열을 사용하기 위하여 산성기체인 Cl2, HCl, SiH2Cl2, SiF2, SiF4, HF, H2S, NH3 등을 사전에 제거할 수 있는 산성가스흡수기 (Acidic gases absorber)에 혼합가스를 통과시키는데. 산성가스흡수기(AA-1)는 냉각수를 냉각수입구빌브를 통하여 인입한 다음 5 ~ 10%의 가성소다(NaOH)를 함유하는 알칼리 수용액 투입탱크(WT-1)를 거쳐 냉각수펌프(WP-1)에 의하여 소정의 가압을 한 다음 상부 디스트리뷰터를 통하여 냉각수가 라쉬그링(Raschig ring)을 거쳐 흘러내리게 하고, 한편 혼합가스는 하부 폐헬륨가스 입구발브(CV-9)로 부터 수용액과 라쉬그링을 통과하여 디스트리뷰터와 상부 의 데미스터를 거쳐 상부 노즐을 따라 산성가스 흡수기(AA-1)의 출구발브(CV-11)로 이송한다. 산성가스가 제거된 혼합가스는 수분리건조기의 전기가온기(42)로 연결되며 산성가스가 용해된 수용액은 배출발브(V-13)를 통하여 배출된다. 여기서 전기가온기(42)는 건조장치에만 사용되지 않고 초저온 액화 농축공정에서 장치 가동정지시에 내부를 해빙하는 데에도 사용할 수 있도록 설계하는 것이 좋다.
수분을 함유한 폐헬륨가스는 전기가온기(42)를 통과하여 200도C 이상으로 가온되어서 가온기 밸브(130,129)를 거쳐 수분흡착기(55)를 통과하면서 탈수분과 흡착제 재생을 동시에 하면서 수분흡착기(55) 출구로부터 밸브(135,136)를 통하여 냉각기(138)로 들어가 섭씨 100도 이하로 되어 수증기가 물로 냉각되고 수분리 건조기(60)에서 수분이 제거된다. 수분리 건조기에 모인 물은 드레인밸브(62)를 조작하여 드레인 시킨다. 물이 제거된 폐헬륨가스는 건조기 출구로부터 밸브(126)를 거쳐 수분흡착기(50)에 인입되고, 여기서 잔여 수분이 다시 흡착된 다음 밸브(133)을 통하여 예냉용 열교환기(PH-1)쪽으로 이송된다. 이때 도3 및 도4에서 보인 바와 같이 밸브들을 조작하여 가스 흐름을 굵은 선으로 설정함에 의하여 수분흡착기(50)과 수분흡착기(55)를 교대로 사용할 수 있다.
이 공정에서 자동절환밸브의 제어프로그램에 의하여 가온기 출구에서 밸브들의 제어에 따라 제1수분흡착기와 제2수분흡착기를 교대로 수분흡착과 수분탈착 작용을 할 수가 있는 데, 위에서 설명한 바와 같은 폐헬륨가스의 흐름을 만들면 폐헬 륨가스는 폐루프를 형성하면서 흡착제의 재생시에도 건조장치를 통하여 수분만 제거되고 헬륨은 그대로 보존된다.
건조장치(D-1)는 폐헬륨가스의 승압용 압축기 출구밸브(CV-3)와 예냉용 열교환기(PH-1)의 사이에 폐헬륨가스의 수분의 함량에 따라 건조공정을 생략할 수 있도록 건조장치를 바이패스시키는 밸브를 입구연결발브(CV-9)와 출구연결발브(CV-10) 사이 또는 제어밸브(CV-11)과 출구연결발브(CV-10)에 연결하여도 된다. 이때 산성가스의 제거 및 폐헬륨가스와 냉각수간의 직접접촉에 의한 냉각작용을 할 수 있다.
혼합가스는 예냉용 열교환기(PH-1)에서 액체질소 재증발기(R-2)에서 기화된 배기용 질소와 열교환함으로써 섭씨-170도 전후까지 1차 냉각운전이 이루어지고, 1차 냉각된 혼합가스는 응축기 인입배관(L-11)을 통하여 주열교환기(MH-1)인 혼합가스 중 질소응축기(H-2)로 공급되며, 액체질소 재증발기(R-2)의 내부에는 보충용 액체질소 저장탱크(ST-2)로부터 보충되는 액체질소의 섭씨 -196도 되는 온도와 공급된 혼합가스와 열교환함으로써 혼합가스중 질소응축기(H-2)의 출구에서 섭씨 -189도 전후로 냉각된다. 혼합가스는 혼합가스중 질소응축기(H-2)의 인입배관의 티분기점(T-2)에 의하여 액화질소분리용 용기(NL-1)의 상단에 있는 질소가스스트림이 티분기점(T-2)에서 배관(L-11)에 합류된다.
본 발명에서 독성, 가연성, 부식성 및/또는 산화성가스를 초저온 액화방법으로 분리 제거하는 과정에서 안전한 운전을 하기 위하여 본 발명자의 선출원 특허 출원번호 10-2006-90503인 네온 및 또는 헬륨의 농축장치를 수정 개량한 장치가 추가된다.
혼합가스중 질소응축기(H-2)의 출구에서 냉각된 혼합가스 중에서 질소와 기타 불순물가스는 승압된 압력과 온도에 의하여 거의 전량이 액화되어 액체질소 리턴배관(L-14)을 거쳐서 액화질소 분리용 용기(NL-1) 내부의 상부노즐을 따라 회수된다. 회수되는 액체질소는 액화질소분리용 용기(NL-1)의 하부 노즐과 배관을 통하여 액체질소 팽창발브(EV-1)로 공급되고 팽창발브에서 단열팽창함으로써 섭씨3도 전후의 냉각효과를 가진다. 섭씨-191도 전후로 냉각된 냉열용 액체질소는 액체질소 공급배관(L-16)과 액체질소 재증발기(R-2)의 상부노즐을 통하여 보충용 액체질소(G-2)와 합류하며, 이때에 혼합가스의 냉각시간과 효율을 향상시킨다. 여기서 혼합가스배관(L-11)은 응축기의 출구에서 티분기(T-3)하여 액화되는 질소스트림과 액화되지 못하는 네온과 헬륨의 혼합가스(L-12)가 상하방향으로 분리되며. 액화된 질소는 하부배관으로 흐르며, 이 과정에서 액화되지 못한 네온과 헬륨의 혼합가스는 상부배관(L-12)을 거쳐 네온과 헬륨의 혼합가스 저장용 압축기(C-2)에 압축되고 제어밸브(CV-6)을 통하여 저장탱크로 압송 및 저장된다.
한편, 독성이나 가연성가스가 다량으로 함유된 폐헬륨가스의 재생과정에서 안전성을 고려하여 연소, 화학반응 혹은 부식을 일으킬 우려를 없애기 위하여, 9 Kg/cm2 전후로 가압된 페헬륨가스를 예냉용 열교환기에서 1차 냉각한 다음 주열교환기인 액체질소 재증발기와 질소가스응축기를 통과하면서 보충용 액체질소와 팽창발브의 냉열보충에 의하여 -189도C 전후까지 질소를 액화하여 헬륨으로부터 분리하여 질소보다 비점이 높은 가스는 액화되는 액체질소에 혼합된 상태로 제어밸브(CV- 8)을 통하여 대기중에 방산처리되게 하고 헬륨가스만 취하여 후속 정제설비로 이송하게 한다.
질소보다 비점이 높은 가스는 액화되는 액체질소에 혼합된 상태로 대기중에 방산 처리되는 과정에서, 산성가스가 제거되고 액화된 혼합가스 중에서 액체질소보다 비점이 높고 특별관리가 필요한 특수불순물로서는 상대적으로 기화속도가 느려서 농축의 우려가 있는 순서대로 보면, WF6(16.9도C), N2O(-18도C), AsH3(-63도C), HBr(-66도C, PH3(-88도C), GeH4(-88도C), CH4(-88.6도C), B2H6(-92.5도C), SiH4(-112도C), NF3(-129도C), O2(-183도C), CO(-191도C) 등이 있다.
한편, 질소액화 분리용 용기(NL-1) 내부에 액화 또는 빙결되어 유입되는 불순물은 상대적으로 액화속도가 빠른 순으로 용기 내에 저장되기 시작하나 액체질소팽창발브(EV-1)에 의하여 농축량이 조절될 수 있다.
이러한 특수불순물 들이 다량 함유되어 있는 경우에는 배관, 용기 내지 기기등으로 사용할수 있는 재질도 스테인레스강, 탄소강, 닉켈, 테프론, Hartar, Stelite 등으로 제한되며, 염소를 포함하는 산성가스가 사전 제거된 경우에는 알루미늄의 사용도 가능하다.
본 발명은 특수불순물이 액체 또는 빙결상태로 액체질소 재증발기(R-2)의 하부 바닥에 농축될 수 있는 우려를 제거하기 위하여 재증발기하부 혼합액체 배출용배관(L-17)을 연장하기 위하여 혼합액체 배출용배관(L-18)을 추가하여, 예냉용열교환기(PH-1)를 통과하면서 네온, 헬륨과 질소가스 혼합가스배관(L-10)의 냉각효율을 높이게 하고 예냉용열교환기 혼합배기가스 출구발브(CV-8)를 추가로 설치하여 필요 에 따라 혼합액체의 배출량을 제어하도록 하는 장치로서 예냉용 열교환기 혼합배기가스 출구발브(CV-8)에 의하여 혼합배기가스의 유량을 조절하여 예냉용 열교환기(PH-1)의 입출구 구간의 온도범위인 상온과 -170도C 사이에서 액체질소 재증발기(R-2) 상부의 액체질소 기화량과의 발란스를 조정한다. 기화되는 혼합배기가스는 기화된 질소배기용 배관(L-15)과 합류하여 기체질소 출구발브(CV-4)를 통하여 대기중에 방산 처리된다.
한편 네온,헬륨과 질소 혼합가스 주열교환기 인입배관(L-11)과 티분기(T-2)되어 질소액화 분리용 용기(NL-1)의 상부노즐에 연결되는 배관은 기존발명에 단일노즐로 되어 있는 것을 용기내부의 가스층에 압력을 효율적으로 공급하기 위하여 제2의 노즐과 질소액화분리용 용기 상부가스 취출배관(L-19)을 추가햐여 혼합가스중 질소응축기(H-2)를 통과시켜 제2의 네온과 헬륨의 혼합가스배관(L-20)의 추가하여 농축수율을 높이게 한다.
폐헬륨가스의 재생을 위한 네온 및/또는 헬륨의 액화농축장치에서 수분과 특수불순물인 독성가스, 가연성가스, 부식성가스 및 또는 산화성가스가 현저한 경우에도 안전한 운전과 처리가 가능하며, 모든 배기가스를 예냉용 열교환기를 통함으로써 열교환 효율을 증진시키고, 질소액화분리용 용기에 인입되는 압력을 활용하여 네온과 헬륨의 혼합가스의 수율을 높일 수 있다.

Claims (6)

  1. 많은 종류의 불순물가스가 포함되어 있는 폐헬륨가스를 초저온 농축하기 위하여 혼합가스 승압용 압축기, 혼합가스를 예냉하는 예냉기, 액체질소 재증발기, 혼합가스중 질소응축기, 액화질소분리탑 보냉상을 포함하는 폐헬륨가스 농축 장치에 있어서,
    수분의 빙결에 의한 경로폐쇄를 방지하기 위한 건조장치를 추가로 포함하는 것이 특징인 폐헬륨가스 농축 장치
  2. 청구항 1에 있어서,
    액체질소 재증발기의 하부배관과 예냉용 열교환기를 통하여 불순물가스를 방출하는 혼합액체의 방산용 배관이 추가된 것이 특징인 폐헬륨가스 농축 장치
  3. 청구항 1에 있어서,
    특수불순물이 액체 또는 빙결상태로 액체질소 재증발기의 하부바닥에 농축될 수 있는 우려를 제거하기 위하여 재증발기 하부 혼합액체 배출용배관을 추가로 연장하여 예냉용 열교환기를 통과하면서 네온, 헬륨과 질소가스 혼합배관의 냉각효율을 높이게 하고, 예냉용 열교환기의 혼합배기가스 출구발브룰 추가로 설치하여 필요에 따라 예냉용 열교환기를 통하여 혼합배기가스의 유량을 조절하여 기화된 액체질소와의 기화속도에 발란스를 조정하는 배관과 발브를 포함하며, 질소액화 분리용 용기 상부의 제2의 가스취출 배관에 가해지는 압력을 이용하여 제2의 네온과 헬륨의 혼합가스를 농축하는 배관과 밸브 씨스템을 것이 특징인 폐헬륨가스 농축 장치
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    특수불순물 들이 다량 함유되어 있는 가스를 초저온 액화농축하는 경우에 사용되는 배관, 용기 내지 기기등의 구성재질로 사용할수 있는 재질은, 스테인레스강, 탄소강, 닉켈, 테프론, Hartar, Stelite, 중에서 하나 이상 선택하여 사용하고, 염소를 포함하는 산성가스계열이 제거된 후단부터는 알루미늄 재질도 사용하는 것이 특징인 폐헬륨가스 농축 장치
  5. 수분 흡착제로서는 활성알루미나 (Activated Aluminum) 계열을 사용하며 이를 사용하기 위하여 혼합가스 중에 산성가스 계열을 사전에 제거할수 있는 산성가스흡수기, 냉각수를 냉각수입구빌브를 통하여 인입한 다음 5 ~ 10%의 가성소다(NaOH)를 함유하는 알칼리 수용액 투입탱크를 거쳐 냉각수펌프에 의하여 소정의 가압을 한 다음 상부 디스트리뷰터를 통하여 냉각수가 라쉬그링(Raschig ring)을 거쳐 흘러내리게 하고, 한편 혼합가스는 하부 폐헬륨가스 입구발브로 부터 수용액과 라쉬그링을 통과하여 디스트리뷰터와 상부 의 데미스터를 거쳐 상부 노즐을 따라 산성가스 흡수기의 출구발브로 이송되고. 산성가스가 제거된 혼합가스가 수분리건조기의 전기가온기로 연결됨으로써 산성가스의 흡수 및 혼합가스의 냉각작용을 동시에 할 수 있는 것이 특징인 폐헬륨가스 농축 장치에서 사용되는 산성가스 제거 장치
  6. 예냉용 열교환기에 인입되는 혼합가스에 수분의 조성이 110 ppm 이상인 경우에, 빙결에 의한 경로폐쇄현상을 방지하기 위하여 승압용 압축기의 출구 발브와 예냉용 열교환기 사이에 설치되는 건조장치로서,
    폐헬륨가스를 200도C 이상으로 가온하는 전기가온기,
    수분의 흡탈착을 교대로 하는 2기의 수분흡착기,
    수증기를 냉각하는 냉각기,
    건조된 혼합가스와 응축된 물을 분리하는 건조기,
    혼합가스를 수분흡착기에 투입전에 일칼리 수용액에 의하여 산성가스를 제거하고 냉각수에 의한 혼합가스의 냉각효과를 가져다 주는 산성가스 흡수기,
    교대운전에 필요한 절환용 발브와 배관 그리고 승압용 압축기에 연결되는 입발브와 예냉용 열교환기로 연결하는 출구밸브를 가진 것이 특징인 폐헬륨가스 농축 장치에 사용되는 건조장치
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US5391358A (en) * 1992-08-21 1995-02-21 Praxair Technology, Inc. Gas purification system
JP3299069B2 (ja) * 1995-03-24 2002-07-08 日本エア・リキード株式会社 空気低温分離装置及びその分離方法
KR100230487B1 (ko) * 1997-11-04 1999-11-15 김영대 헬륨정제장치
KR100873375B1 (ko) * 2004-09-09 2008-12-10 조건환 폐헬륨가스의 정제 방법과 장치
KR100869518B1 (ko) * 2005-02-11 2008-11-19 조건환 헬륨가스의 초저온 정제 방법 및 장치

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