RU2793002C1 - Способ регенерации поглотителя в системе очистки газа перчаточного бокса - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области перчаточных боксов, предназначенных для проведения работ материалами в среде инертных газов высокой чистоты (примеси кислорода и влаги менее 50 ppm). Способ регенерации поглотителя в системе очистки газа перчаточного бокса с использованием циркуляционной системы очистки пропуском газа через емкость с поглотителем характеризуется тем, что емкость с поглотителем вакуумируют, а затем используют цикличное чередование этапов: подача газа регенерации в емкость с поглотителем, выдержка поглотителя в среде газа регенерации, вакуумирование емкости с поглотителем, выдержка поглотителя при пониженном давлении, при этом процесс регенерации начинают и заканчивают на любом из этапов, причем если цикл заканчивают на этапе вакуумирования или выдержки поглотителя при пониженном давлении, то после подключения емкости с поглотителем к очищаемому объему емкость с поглотителем заполняют газом из очищаемого объема - перчаточного бокса или системы боксов, а если цикл заканчивают на этапе подачи газа регенерации или выдержки поглотителя в среде газа регенерации, то газ регенерации, находившийся в емкости с поглотителем, смешивают с очищаемым газом. Технический результат: более полное и быстрое восстановление поглотителя с меньшим расходом газа, упрощение процесса автоматизации управления процессом регенерации. 7 з.п. ф-лы, 19 ил.

Description

Изобретение относится к области перчаточных боксов, предназначенных для проведения работ с материалами в среде инертных газов высокой чистоты (примеси кислорода и влаги менее 50 ppm).

Перчаточное боксы (см. http://proflab.com.ua/produkt/category/340-perchatochnye-boksy.html , http://www.spectrosystems.ru/laboratory/boxes_single.shtml , https://vilitek.ru/products/perchatochnye-boksy-i-aksessuary/perchatochnye-boksy-s-sistemoy-gazoochistki-serii-vbox-pro/ ) используются для работы с веществами и изделиями, способными взаимодействовать с содержащимися в воздухе парами воды, кислорода, другими газами.

Например, для работ с литием, химическими источниками тока. Перчаточные боксы для работы с такими веществами и изделиями наполнены инертным газом высокой чистоты, но загрязнения, выделяющиеся из материалов, проникающие через перчатки, а также попадающие в бокс другими путями ухудшают чистоту газа в боксе. Для обеспечения высокой чистоты используются системы очистки газа, принцип действия которых, как правило, заключается в прокачке очищаемого газа через емкость с поглотителями. Для очистки от следов кислорода, как правило, используются оксиды меди, цинка или других металлов или их смеси. Для активации и регенерации такого поглотителя требуется его обработка водородом или смесью инертного газа с водородом.

Наиболее близким аналогом является патента перчаточный бокс (RU 105853 U, опубликовано: 27.06.2011), включающий главный корпус бокса, смотровое окно, расположенное на главном корпусе бокса, перчаточные обоймы, установленные на смотровом окне, перчатки, установленные на перчаточной обойме, боковые панели, прикрепленные к главному корпусу бокса, и предкамеру, установленную на боковой панели, главный корпус бокса, боковые панели, перчаточные обоймы, перчатки и предкамера имеют контактные поверхности для контакта с кольцами уплотнения, по меньшей мере, на одной из пяти промежуточных поверхностей, а именно между главным корпусом бокса и смотровым окном, между главным корпусом бокса и боковой панелью, между смотровым окном и перчаточной обоймой, между боковой панелью и предкамерой, между перчаточной обоймой и перчаткой, образована область, защищающая от утечек, отличающийся тем, что два сквозных отверстия выходят в область, защищающую от утечек, при этом два сквозных отверстия отделены друг от друга разделителем, в частности одно из сквозных отверстий соединяется с источником газа высокой чистоты, а другое служит отверстием, чтобы наполнить область, защищающую от утечек, потоком газа высокой чистоты.

В известных на сегодняшний день установках такая обработка осуществляется путем пропускания водорода или смеси водорода и других газов (раствор водорода в азоте, раствор водорода в аргоне, растворы водорода в других газах) через емкость с поглотителем.

При стандартном методе регенерации, присущем известным решениям, в порах поглотителя находится смесь остатков инертного газа, газа регенерации, продуктов реакции.

Технической проблемой подобного процесса является неполное и медленное восстановление поглотителя, причем с большим расходом газа.

Другой проблемой является то, что для управления процессом регенерации в полностью автоматическом режиме при классическом способе регенерации требуется использовать регуляторы расхода газа, при этом измерение расхода газа, как правило, сложнее и дороже, чем измерение давления.

Задачей изобретения является устранение указанных технических проблем.

Техническим результатом изобретения является более полное и быстрое восстановление поглотителя и с меньшим расходом газа. Кроме того, обеспечивается упрощение процесса автоматизации управления процессом регенерации.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен способ регенерации поглотителя в системе очистки газа перчаточного бокса, характеризующийся вакуумированием, использованием циркуляционной системой очистки, пропуском газа через емкость с поглотителем, отличающийся тем, что используют цикличное чередование этапов:

подача газа регенерации в емкость с поглотителем,

выдержка поглотителя в среде газа регенерации,

вакуумирование емкости с поглотителем,

выдержка поглотителя при пониженном давлении,

причем процесс регенерации может начинаться и заканчиваться на любом из этапов, но если цикл заканчивают на этапе вакуумирования или выдержки поглотителя при пониженном давлении, то после подключения емкости с поглотителем к очищаемому объему емкость с поглотителем заполняют газом, из очищаемого объема - перчаточного бокса или системы боксов, а если цикл заканчивают на этапе подачи газа регенерации или выдержки поглотителя в среде газа регенерации, то газ генерации, находившийся в емкости с поглотителем смешивают с очищаемым газом.

Предпочтительно, циркуляцию очищаемого газа осуществляют с помощью газодувки, которую выполняют в виде воздуходувки, расположенной внутри герметичного корпуса, к которой снаружи через корпус подводят всасывающий и нагнетательный патрубок, причем сопло нагнетательного патрубка направляют на внутреннюю стенку герметичного корпуса, а патрубок для выходящего газа располагают в таком месте, где исключается соосность его относительно оси сопла в случае расположения на той же стенке корпуса, куда направлено сопло.

Допустимо, что сопло нагнетательного патрубка направляют на внутреннюю стенку герметичного корпуса, а со смещением относительно оси сопла на корпусе этой же стенки, куда направлено сопло, размещают патрубок для выходящего газа.

Допустимо, что сопло нагнетательного патрубка направлено на внутреннюю стенку герметичного корпуса, а на противоположной стенке корпусе выполнено отверстие, в которое установлен патрубок для выходящего газа.

Допустимо, что сопло нагнетательного патрубка направляют на внутреннюю стенку герметичного корпуса, а на смежной данной стенки корпуса устанавливают патрубок для выходящего газа.

Предпочтительно, герметичный корпус газодувки оснащают рубашкой охлаждения для охлаждения газа, циркулирующего в системе.

Предпочтительно, в качестве емкости с поглотителем используют такую емкость, которую внутри разделяют перегородкой на две части, причем в верхней части перегородка плотно прилегает к стенкам емкости, а в нижней имеется отверстие между дном и перегородкой.

Допустимо, что отверстие между дном и перегородкой выполняют в виде щели.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показано изменение давления газа регенерации в процессе регенерации поглотителя с использованием газа регенерации, характеризующее стандартный способ регенерации поглотителя продувкой газа регенерации через поглотитель.

На фиг.2 и фиг.3 показаны графики, характеризующие заявленный циклический вакуумно-компрессионный способ регенерации поглотителя с различной скоростью откачки, напуска газа и временем выдержки поглотителя под вакуумом и в среде газа регенерации.

На фиг.4 показана реализация заявленного способа на примере блок-схемы системы очистки газа с одной емкостью с поглотителем.

На фиг.5 показана реализация заявленного способа на примере блок-схемы системы очистки газа с двумя емкостями с поглотителем, а также теплообменником для охлаждения газа, нагреваемого в процессе циклической прокачки газодувкой.

На фиг.6 (А-В) показаны варианты схем того, как система очистки газа может быть подключена к перчаточному боксу или системе перчаточных боксов.

На фиг.7(А-Е), фиг.8(А-Е), фиг.9 показаны схемы, обосновывающие причины более полной регенерации поглотителя при использовании циклического вакуумно-компрессионного способа регенерации согласно заявленного способа.

На фиг.10 показан пример устройства очистки газа, в котором используется заявленный циклический вакуумно-компрессионный способ регенерации поглотителя.

На фиг.11 показан пример принципа работы газодувки.

На фиг.12 показан пример устройства газодувки с расположением патрубка выходящего газа на той же стенке корпуса, куда направлено сопло воздуходувки.

На фиг.13 показан пример устройства газодувки с расположением патрубка выходящего газа на стенке корпуса, противоположной той, куда направлено сопло воздуходувки.

На фиг.14 показан пример устройства газодувки, оснащенный рубашкой охлаждения.

На фиг.15 показаны примеры схематических устройств различных конструкций емкостей с поглотителем.

На фиг.16 показан пример выполнения конструкции емкости с поглотителем.

На фиг.17-фиг.19 показаны примеры действующих рабочих образцов различных моделей перчаточных боксов, изготовленных согласно заявленного решения, при работе которых подтвердилось достижение заявленных технических результатов.

На чертежах: 1 - вход очищаемого газа, 2 - клапан подачи очищаемого газа, 3 - вход газа регенерации, 4 - клапан подачи газа регенерации, 5, 5.1, 5.2 - емкость с поглотителем, 6 - клапан откачки, 7 - вакуумный насос, 8, 8.1, 8.2 - клапан выхода очищаемого газа, 9 - газодувка, 10 - выход очищаемого газа, 11 - вход охлаждающей жидкости, 12 - теплообменник, 13 - выход охлаждающей жидкости, 14 - система очисти газа, 15, 17 - перчаточные боксы, 16 - клапан подачи очищаемого газа в емкость с поглотителем 5.1, 18 - клапан подачи газа регенерации и откачки емкости с поглотителем 5.1, 19 - инертный газ, 20 - клапан подачи очищаемого газа в емкость с поглотителем 5.2, 21 - клапан выхода очищаемого газа из емкости с поглотителем 5.2, 22 - клапан подачи газа регенерации и откачки емкости с поглотителем 5.2, 23 - газ регенерации, 24 - продукты реакции восстанавливаемого поглотителя и газа регенерации, 25 - клапан подачи газа регенерации, 26 - подача газа регенерации, 27 - пространство вокруг поглотителя, 28 - поглотитель, 29 - пора в поглотителе, 30 - теплоизоляция емкости с поглотителем, 31, 33, 47 - нагреватели, 32 - трубопровод подачи газа из газодувки в емкость с поглотителем, 34, 37, 42 - фильтры, 35, 38 - клапана системы регулирования давления, 36 - дроссель тонкой настройки, 39 - обратный клапан, 40 - клапан вакуумирования емкости с поглотителем, 41 - дроссель настройки потока газа регенерации, 43 - клапан для откачки емкости, 44 - датчик давления, 45 - предохранительный клапан, 46 - датчик температуры, 48 - область пониженного давления, инертный газ, 49 - область с атмосферным давлением, воздух, 50 - область повышенного давления, инертный газ, 51 - всасывающий патрубок воздуходувки, 52 - нагнетательный патрубок воздуходувки, 53 - герметичный корпус, 54 - ось сопла нагнетательного патрубка воздуходувки, 55 - патрубок выходящего газа герметичного корпуса воздуходувки, 56 - отверстие в корпусе воздуходувки, 57 - направления потоков газа внутри корпуса воздуходувки, 58 - воздуходувка, 59 - выходной фланец для установки патрубка выходящего газа 55, 60 - внутренняя стенка герметичного корпуса газодувки с водяной рубашкой, 61 - внешняя стенка герметичного корпуса газодувки с водяной рубашкой, 62 - патрубок подвода охлаждающей жидкости, 63 - демпферные опоры, 64 - патрубок слива охлаждающей жидкости, 65 - уплотнение крышки герметичного корпуса, 66 - винты крепления крышки герметичного корпуса, 67 - патрубок откачки газа системы регулирования давления, 68 - герметичный ввод электропитания, 69 - патрубок подачи газа системы регулирования давления, 70 - крышка герметичного корпуса газодувки, 71 - трубка, по которой очищаемый газ поступает в нижнюю часть емкости с поглотителем, 72 - перегородка, разделяющая две части емкости с поглотителем, 73 - область течения газа с низкой скоростью, 74 - область течения газа с высокой скоростью, 75 - перфорированное промежуточное дно, 76 - граница области течения газа в поглотителе, 77 - гильза датчика температуры, 78 - трубка подключения датчика давления, 79 - трубка подключения предохранительного клапана.

Осуществление изобретения

Заявленный способ представляет собой циклический вакуумно-компрессионный способ регенерации поглотителя в системе очистки газа перчаточного бокса.

Стандартно генерация поглотителя осуществляется за счет продувки газа регенерации (смесь инертного газа и водорода).

В заявленном способе - сначала емкость с поглотителем откачивается вакуумным насосом, потом наполняется газом и так попеременно.

За счет вакуумирования газ регенерации лучше проникает в поглотитель, уносятся продукты реакции, происходит более полное восстановление поглотителя, более быстрое и с меньшим расходом газа. В процессе вакуумирования из пор поглотителя удаляется инертный газ и продукты реакции, при последующей подаче газа регенерации эти поры заполняются газом регенерации. Таким образом газ регенерации поступает в слои поглотителя, в которые при стандартной схеме регенерации практически не проникает или проникает существенно медленнее, так как там находятся молекулы инертного газа.

Отличием предлагаемого метода регенерации является то, что в процессе регенерации осуществляется периодическое вакуумирование емкости с поглотителем. Таким образом поглотитель не постоянно находится в потоке газа, а поочерёдно находится в среде газа регенерации и вакуума.

Данное улучшение обеспечивает более полную регенерацию поглотителя за счет более глубокого проникновения газа регенерации в поглотитель. В процессе вакуумирования из пор поглотителя удаляется инертный газ и продукты реакции, при последующей подаче газа регенерации эти поры заполняются газом регенерации. Таким образом газ регенерации поступает в слои поглотителя, в которые при стандартной схеме регенерации практически не проникает или проникает существенно медленнее, так как там находятся молекулы инертного газа. В результате после регенерации данным методом аналогичное количество поглотителя способно связать большее количество кислорода в сравнении с тем, когда используется традиционный метод.

Также обеспечивается сокращение расхода газа регенерации.

Достигается также и упрощение автоматизации процесса. Для управления процессом регенерации в полностью автоматическом режиме при классическом способе регенерации требуется использовать регуляторы расхода газа, в предлагаемом варианте датчики давления и клапаны. Измерение расхода газа сложнее и дороже чем измерение давления.

Предлагаемый процесс регенерации представляет собой цикличное чередование этапов:

подача газа регенерации в емкость с поглотителем,

выдержка поглотителя в среде газа регенерации,

вакуумирование емкости с поглотителем,

выдержка поглотителя при пониженном давлении,

причем процесс регенерации может начинаться и заканчиваться на любом из этапов, но если цикл заканчивают на этапе вакуумирования или выдержки поглотителя при пониженном давлении, то после подключения емкости с поглотителем к очищаемому объему емкость с поглотителем заполняют газом, из очищаемого объема - перчаточного бокса или системы боксов, а если цикл заканчивают на этапе подачи газа регенерации или выдержки поглотителя в среде газа регенерации, то газ генерации, находившийся в емкости с поглотителем смешивают с очищаемым газом.

На графиках фиг.1 показано изменение давления газа регенерации в процессе регенерации поглотителя с использованием газа регенерации. График фиг.1 характеризует стандартный способ регенерации поглотителя продувкой газа регенерации через поглотитель.

Графики фиг.2 и фиг.3 характеризуют заявленный циклический вакуумно-компрессионный способ регенерации поглотителя с различной скоростью откачки, напуска газа и временем выдержки поглотителя под вакуумом и в среде газа регенерации.

На Фиг.4 показана реализация заявленного способа на примере системы очистки газа с одной емкостью с поглотителем.

Очищаемый газ из перчаточного бокса входит через соответствующий фланец 1 и клапан 2 в систему очистки газа и попадает в емкость 5 с поглотителем, который отбирает примеси влаги и кислорода, далее клапан 8, газодувку 9 и выходной фланец 10 выходит в систему (перчаточный бокс). В режиме очистки клапаны подачи 2 и выхода очищаемого газа 8 открыты, а клапаны подачи газа регенерации 4 и откачки 6 закрыты. В режиме регенерации клапаны подачи 2 и выхода очищаемого газа 8 закрыты, а клапаны подачи газа регенерации 4 и откачки 6 управляются таким образом, что в емкости с поглотителем циклически создаются условия для обеспечения этапов регенерации:

подача газа регенерации в емкость с поглотителем,

выдержка поглотителя в среде газа регенерации,

вакуумирование емкости с поглотителем,

выдержка поглотителя при пониженном давлении.

Как правило, в процессе регенерации с использованием способа циклической вакуумно-компрессионной регенерации проходит не менее 100 циклов, включающих описанные выше 4 этапа.

Емкость с поглотителем может быть подключена в систему очистки газа разными способами, так же в составе системы очистки газа может быть несколько емкостей с поглотителем.

На схеме фиг.5 представлена схема системы очистки газа с двумя емкостями 5.1, 5.2 с поглотителем, а также теплообменником 12 для охлаждения газа, нагреваемого в процессе циклической прокачки газодувкой 9.

Схема фиг.5 отличается от схемы фиг.4 тем, что в ней имеется две емкости 5.1, 5.2 с поглотителем и имеется возможность проведения регенерации в одной из емкостей, в то время как другая емкость используется для очистки газа. Так же в схеме присутствует теплообменник 12 для охлаждения циркулирующего газа.

Для теплообменника используется вход 11 и выход 13 охлаждающей жидкости.

В отличии от схемы фиг.4 на фиг.5 клапаны 16 и 20 используются для подачи очищаемого газа в емкости с поглотителями 5.1 и 5.2, соответственно, из газодувки 9.

Кроме того, используются клапана 18 и 22 регенерации емкости с поглотителями 5.1 и 5.2, соответственно. При этом клапана 8.1, 8.2 используют для выхода очищаемого газа из емкости с поглотителями 5.1, 5.2, соответственно.

Подача газа регенерации 26 регулируется через клапан 25.

Циклический вакуумно-компрессионный способ регенерации поглотителя с использованием газа регенерации может быть одной из стадий подготовки (регенерации) поглотителя. Например, часто встречается решение, при котором в одной емкости с поглотителем находятся поглотители кислорода и влаги (как правило, молекулярные сита). Полный цикл регенерации засыпки в этом случае может комбинировать вакуумно-компрессионный способ регенерации поглотителя кислорода и высушивание в вакууме или без вакуумирования поглотителя влаги. То есть до или после проведения регенерации циклическим вакуумно-компрессионным способом поглотителя кислорода емкость выдерживается с откачкой или без с нагревом или без для регенерации поглотителя влаги или для сушки поглотителей.

Заявленным способом регенерации поглотителя могут быть созданы и иные аналогичные системы, помимо тех, что показаны на фиг.4 или фиг.5.

Все подобные системы очистки газа могут подключаться к перчаточному боксу или системе перчаточных боксов различными способами, например представленными вариантами (А, Б, В) на фиг.6.

Инертный газ циркулирует между системой очистки газа 14 и перчаточным боксом 15 (варианты фиг.6(А, Б)) или перчаточными боксами 15 и 17 (фиг.6(В)). Система очистки газа поглощает примеси кислорода и влаги, проникающие в бокс 14 с материалам, через неплотности, диффундирующие через перчатки и уплотнения.

Причины более полной регенерации поглотителя при использовании циклического вакуумно-компрессионного способа регенерации согласно заявленного способа обосновываются наглядно следующими схемами на фиг.7, фиг.8, фиг.9.

27 - пространство вокруг поглотителя, 28 - поглотитель, 29 - пора в поглотителе

Схемы А-Е на фиг.7 иллюстрируют стандартный способ регенерации поглотителя кислорода с продувкой поглотителя газом регенерации, присущий известным техническим решениям. Известные способы отражают следующие процессы регенерации.

Схема А на фиг.7 - этап до начала процесса регенерации. Емкость с поглотителем заполнена инертным газом 19 или воздухом.

Схема Б на фиг.7 - в емкость с поглотителем 28 подается газ регенерации 23, который постепенно вытесняет инертный газ 19 или воздух из пространства 27 вокруг поглотителя.

Схема В на фиг.7 - газ регенерации 23 начинает постепенно проникать в поры 29 поглотителя 28.

Схема Г на фиг.7 - на поверхности поглотителя 28 и в порах 29 образуются продукты 24 реакции газа регенерации и поглотителя.

Схемы Д, Е на фиг.7 - поглотитель 28 находится в протоке газа регенерации, в порах 29 и на поверхности поглотителя присутствуют газ регенерации 23, остатки инертного газа 19 или воздуха, продукты реакции 24.

Схемы А-Е на фиг.8 иллюстрируют циклический вакуумно-компрессионный способ регенерации поглотителя кислорода:

Схема А на фиг.8 - этап до начала процесса регенерации. Емкость с поглотителем 28 заполнена инертным газом 19 или воздухом.

Схема Б на фиг.8 - емкость с поглотителем откачана вакуумным насосом, инертный газ 19 или воздух откачан из объема пространства 27 вокруг поглотителя емкости с поглотителем 28 и пор 29 поглотителя.

Схема В на фиг.8 - емкость заполнена газом регенерации 23, который глубоко заполняет поры 29 поглотителя 28.

Схема Г на фиг.8 - на поверхности поглотителя 28 и в порах 29 образуются продукты 24 реакции газа регенерации и поглотителя.

Схема Д на фиг.8 - емкость с поглотителем 28 откачана вакуумным насосом, газ регенерации 23 и продукты 24 реакции откачаны из объема емкости с поглотителем и пор 29 поглотителя.

Схема Е на фиг.8 - емкость с поглотителем 28 заполнена газом регенерации 23, который глубоко заполняет поры 29 поглотителя.

Далее процессы, изображенные на схемах А-Е фиг.8, циклически повторяются.

Из фиг.7 - фиг.9 видно, что при стандартном методе регенерации согласно фиг.7 (А-Е) в порах поглотителя находится смесь остатков инертного газа 19, газа регенерации 23, продуктов реакции 24. В предлагаемом способе (фиг.8(А-Е)) инертный газ 19 и продукты реакции 24 удаляются на этапе вакуумирования емкости с поглотителем 28.

За счет этого на поглотитель 28 воздействует газ регенерации 23 более высокой концентрации и площадь взаимодействия выше за счет более глубокого проникновения в поры 29. За счет этого происходит более полное восстановление поглотителя, более быстрое и с меньшим расходом газа.

Изобретение может быть реализовано на примере устройства очистки газа, показанном на фиг.10, в котором используется заявленный циклический вакуумно-компрессионный способ регенерации поглотителя.

В таком устройстве очистка газа происходит за счет поглощения примесей кислорода и влаги поглотителем, находящимся в емкости 5 с поглотителем, циркуляция газа между емкостью с поглотителем и перчаточным боксом осуществляется за счет прокачки газа газодувкой 9, которая находится в герметичном корпусе.

Емкость 5 с поглотителем оборудована теплоизоляцией 30.

Клапаны подачи 16 и выхода 21 очищаемого газа отсекают емкость 5 с поглотителем во время его регенерации. Регенерация осуществляется за счет нагрева поглотителя нагревателями 31, 33, 47 откачки емкости через соответствующий клапан 43 и напуска газа регенерации через клапан подачи газа регенерации 4.

В процессе регенерации температура в емкости с поглотителем измеряется датчиком температуры 46, а давление датчиком давления 44.

Для исключения аварийного повышения давления предусмотрен предохранительный клапан 45.

Для предотвращения попадания газа из газодувки через клапан регулирования давления 38 в емкость 5 с поглотителем во время ее откачки предусмотрен обратный клапан 39.

Во время очистки давление в боксе и системе очистки газа поддерживается за счет работы клапанов системы регулирования давления 35, 38. Так как для прокачки газа газодувка сжимает газ, в процессе сжатия происходит повышение температуры газа, чтобы его охладить корпус газодувки 9 оборудован водяной рубашкой, охлаждающая жидкость подводится через трубки подвода 11 и отвода 13.

Для фильтрации газа подаваемого и откачиваемого газа используются фильтры 37, 42.

Для настройки системы регулирования давления используются дроссели тонкой настройки 36, 41.

Для обеспечения высокой чистоты используются системы очистки газа, принцип действия которых, как правило, заключается в прокачке очищаемого газа через емкость с поглотителями. Для перемещения газа между емкостями с поглотителями и объемом бокса используются воздуходувки (газодувки, компрессоры, вентиляторы). Так как концентрация примесей в боксе крайне мала (как правило, менее 50 ppm) то устройство, обеспечивающее циркуляцию газа, должно обладать высокой герметичностью.

В связи с тем, что у таких устройств как правило есть элементы вращения, уплотнения вращающегося вала являются потенциальными источниками утечек (проникновения примесей в очищенный газ). В известных системах (см. аналоги) используется три вида решений:

Стандартные воздуходувки с механическим уплотнением вала. Такая конструкция допускает утечку и не может считаться конструктивно герметичной. Как правило используется для применений с невысокими требованиями к чистоте газа.

Устройства для прокачки газа с передачей вращающего момента через герметичную магнитную муфту.

Устройства для прокачки газа, которые сами по себе не обеспечивают достаточную конструктивную герметичность, но помещены в герметичный корпус, а всасывающий и нагнетательный патрубок выведены за объем герметичного корпуса.

Стандартные воздуходувки с механическим уплотнением вала (А) допускают утечку и не могут считаться конструктивно герметичными. Утечка газа (проникновение кислорода и паров воды в очищаемый газ) происходит по уплотнениям вала через манжетное уплотнение. В этом месте происходит утечка инертного газа в атмосферу и проникновение кислорода и влаги из атмосферы в инертный газ.

Газодувки для прокачки газа (В) с передачей вращающего момента через герметичную магнитную муфту существенно дороже стандартных газодувок. Установка стандартной газодувки в герметичный корпус - более выгодное и экономичное решение.

Устройства для прокачки газа (С) сами по себе не обеспечивают достаточную конструктивную герметичность, поэтому помещены в герметичный корпус, а их всасывающий и нагнетательный патрубок выведены за объем герметичный корпус.

В этом случае затрудненно охлаждение двигателя газодувки, так как к нему нет доступа окружающего воздуха. И, если в герметичном корпусе есть микро-течи ничего не препятствует проникновению кислорода и влаги в корпус и последующему проникновению через уплотнения вала газодувки в инертный газ.

Предлагаемое решение лишено этих недостатков, обеспечивает устранение указанной технической проблемы газодувок вида С. В предложенной конструкции газодувки согласно заявленного решения обеспечивается снижение вероятности проникновения микропримесей в объем герметичного корпуса из внешнего пространства, в сравнении с видом С значительно улучшается охлаждение двигателя и корпуса воздуходувки.

Предлагаемое решение является развитием устройств для прокачки газа вида С и отличается от него тем, что выходной патрубок воздуходувки выводится не наружу герметичного корпуса, а во внутрь. Таким образом газ из воздуходувки выходит во внутренний объем воздуходувки омывает ее после этого выходит далее в систему через патрубок, соединяющий внутреннюю полость герметичного корпуса с внешней системой.

Преимуществами данного решения является снижение вероятности проникновения микропримесей в объем герметичного корпуса из внешнего пространства, так как при использовании данной конструкции в корпусе обеспечивается повышенное относительно атмосферного давление.

Как правило герметичный корпус воздуходувки имеет разборные соединения, необходимы для помещения в нее воздуходувки, такие соединения являются потенциальными местами проникновения микропримесей в объем герметичного корпуса и далее в перчаточный бокс. Создание избыточного давления во внутреннем объеме герметичного корпуса за счет выброса газа во внутренний объем герметичного корпуса воздуходувкой снижает вероятность проникновения микропримесей. Поток газа через возможные течи будет двигаться из корпуса во внешнюю среду за счет перепада давлений между внутренним и внешним пространством корпуса.

Принцип работы газодувки показан на фиг.11, где видна область с атмосферным давлением, воздух 49, инертный газ поступает по всасывающему патрубку 51 (см. фиг.12). При этом, внутри корпуса 53 воздуходувки 58 сформирована область повышенного давления, инертный газ 50 (см. фиг.11).

Область повышенного давления, инертный газ 50 присутствует внутри корпуса 53 воздуходувки 58, а нагнетательный патрубок 52 воздуходувки своей осью 54 сопла направлен на внутреннюю стенку корпуса 53, чтобы внутри корпуса происходила циркуляция газов в разных направлениях 57 до выхода их по патрубку 55 выходящего газа, установленного в отверстии 56 корпуса 53 воздуходувки 58 со смещением к оси 54.

Таким образом, в сравнении с вариантом устройств для прокачки газа вида С значительно улучшается охлаждение двигателя и корпуса воздуходувки, так как они постоянно находятся в среде движущегося газа 57, газ омывает воздуходувку 58 и ее двигатель, таким образом охлаждая их.

Возможны и иные варианты размещения патрубка 55 выходящего газа и отверстия 56 корпуса в корпусе 53 воздуходувки 58, например, как показано на фиг.13. То есть, патрубок 55 и отверстие 56 могут располагаться даже соосно оси 54 (хотя на фиг.13 есть смещение), но на противоположной стенке корпуса 53. Результат обеспечения циркуляции газов внутри корпуса 53 будет аналогичным тому, как и на фиг.12, когда на корпусе 53 этой же стенки, куда направлено сопло, выполнено отверстие 56, в которое установлен патрубок 55 для выходящего газа.

Допустимы также и иные способы установки отверстия 56 на корпусе 53, в которое установлен патрубок 55 для выходящего газа, например, на соседних (смежных) стенках, лишь бы оно не было соосно оси 54 и не располагалось на той же стенке корпуса 53, куда направлено сопло.

В качестве воздуходувки 58 может быть использована воздуходувка вихревого, центробежного или осевого типа. На технический результат выбор типа не влияет.

Для лучшего охлаждения системы герметичный корпус 53 газодувки может быть оснащен рубашкой охлаждения для охлаждения газа, циркулирующего в системе (см. фиг.14). Рубашка газодувки в таком устройстве сформирована двумя стенками - внутренней 60 и внешней 61. В полость между ними подводят охлаждающую жидкость через патрубок 62, выходит охлаждающая жидкость через патрубок выхода охлаждающей жидкости. Перед длительным хранением или транспортировкой установки, охлаждающую жидкость сливают через патрубок слива 64. Верхняя крышка 70 герметичного корпуса газодувки соединена с торцевыми стенками через уплотнение 65 и прижимается винтами крепления 66. На крышке 70 установлен патрубок 67 откачки газа системы регулирования давления, герметичный ввод электропитания 68 и патрубок 69 подачи газа системы регулирования давления. На выходной фланец 59, также расположенный на верхней крышке, ставят патрубок выходящего газа 55. Чтобы газодувка 9 не создавала вибрации между ее основанием и нижнем основанием герметичного корпуса установлены демпферные опоры 63.

Ниже показаны варианты изготовления емкости с поглотителем для очистки газа.

Подвод и отвод очищаемого газа к таким емкостям обычно осуществляется в верхней части емкости.

Известные конструкции емкостей с поглотителями (см. аналоги) делятся на два типа:

Очищаемый газ через вертикальную трубку поступает в нижнюю часть емкости с поглотителем и поступает в пространство, заполненное поглотителем.

Очищаемый газ через вертикальную трубку поступает в нижнюю часть, под пространство в котором находится поглотитель. Поглотитель лежит на перфорированном промежуточном дне. Далее газ через перфорацию в промежуточном поступает в пространство, заполненное поглотителем.

Техническими проблемами известных решений являются следующие.

В конструкциях емкостей, где очищаемый газ через вертикальную трубку поступает в нижнюю часть емкости с поглотителем и поступает в пространство, заполненное поглотителем, газ из трубки выходит через трубку, не распределяясь равномерно по объему поглотителя. Поглотитель, находящийся около обечайки емкости с поглотителем в нижней ее части, не обтекается очищаемым газом и не полностью участвует в реакции. Вблизи выхода газа из трубки в поглотитель сечение потока резко снижается, за счет перекрытия гранулами поглотителя выходного сечения трубки. Для покачивания газа через такую емкость требуется дополнительно преодолевать это сопротивление.

В конструкциях емкостей, где очищаемый газ через вертикальную трубку поступает в нижнюю часть, под пространство в котором находится поглотитель. Поглотитель лежит на перфорированном промежуточном дне. Далее газ через перфорацию в промежуточном поступает в пространство, заполненное поглотителем. Поглотитель может перекрывать отверстия в перфорированном промежуточном дне емкости, в этом случае создается дополнительное сопротивление течению газа.

В предложенном решении емкостей с поглотителями обеспечивается устранение указанных технических проблем, присущих известным решениям.

А именно, обеспечивается равномерное распределение газа по площади сечения емкости и равномерном его обтекании поглотителем, находящийся в емкости. Кроме того, поглотитель не перекрывает отверстия в перфорированном промежуточном дне емкости и не создает дополнительное сопротивление течению газа.

Предложенной новой особенностью является то, что емкость разделена перегородкой на две части, причем в верхней части перегородка плотно прилегает к стенкам емкости, а в нижней имеется отверстие между дном и перегородкой.

Допустимо, что отверстие выполнено в виде щели, но может быть и любой иной формы.

Благодаря наличию перегородки в заявленной конструкции в сравнении с известными решениями газ равномерно распределяется по площади сечения емкости и равномерно обтекает поглотитель, находящийся в емкости.

Кроме того, в отличии от известных решений, где поглотитель может перекрывать отверстия в перфорированном промежуточном дне емкости, и в этом случае создается дополнительное сопротивление течению газа, заявленная конструкция лишена этого недостатка, так как поглотитель лежит на дне емкости с поглотителем.

Сравнение принципа работы известных технических решений и заявленной конструкции можно видеть на схемах фиг.15.

Из фиг.15(А) показан пример емкости с поглотителем, в которой, очищаемый газ через вертикальную трубку 71 поступает в нижнюю часть емкости 5 с поглотителем и поступает в пространство, заполненное поглотителем 28.

Из фиг.15(Б) показан пример емкости с поглотителем предлагаемой конструкции, разделенной перегородкой 72 на две части.

Из фиг.15(В) показан пример емкости 5 с поглотителем, в которой очищаемый газ через вертикальную трубку 71 поступает в нижнюю часть емкости с поглотителем и поступает в пространство, заполненное поглотителем 28. Видно, что граница 76 области течения газа в поглотителе проходит неравномерно в емкости.

Из фиг.15(Г) показан пример емкости 5 с поглотителем, в которой очищаемый газ через вертикальную трубку 71 поступает в нижнюю часть, под пространство в котором находится поглотитель 28. Поглотитель 28 лежит на перфорированном промежуточном дне 75. Далее газ через перфорацию в промежуточном дне 75 поступает в пространство, заполненное поглотителем 28.

Из фиг.15(Д) показан пример емкости 5 с поглотителем предлагаемой конструкции, в которой область течения газа разделена перегородкой 72 на две части.

Из фиг.15(Е) показан пример емкости 5 с поглотителем, из которого наглядно видна скорость течения газа в поглотителе, и где очищаемый газ через вертикальную трубку 71 поступает в нижнюю часть емкости с поглотителем и поступает в пространство, заполненное поглотителем 28.

Из фиг.15(Ж) показан пример емкости 5 с поглотителем, из которого наглядно видна скорость течения газа в поглотителе для емкости с поглотителем, предлагаемой конструкции, разделенной перегородкой 72 на две части.

Из сравнения фиг.15(Е и Ж) видно, что в варианте фиг.15(Е) присутствует область течения газа с высокой скоростью 74, которая отсутствует в варианте фиг.15(Ж) предлагаемой конструкции.

Емкость 5 с поглотителем может быть диаметром 300 мм. Емкость 5 заполняется поглотителем 28 шарообразной формой частиц диаметром 3 мм.

Внутренний диаметр трубки 71, через которую проходит очищаемый газ в нижнюю часть емкости с поглотителем, может составлять 40 мм. Низкой скоростью газа считается скорость менее 4 м/с, высокой скоростью газа - более 4 м/с.

Схемы подключения емкости 5 с поглотителем 28 в систему очистки газа продемонстрированы на фиг.4 и фиг.5.

Емкость с поглотителем может быть выполнена в виде устройства, пример которого показан на фиг.16. Внутри корпуса емкости 5 установлены гильзы нагревателей 47, 31 и 33. На корпусе емкости также имеются гильзы 77 для вставки датчиков температуры и патрубок подачи газа регенерации 18.

Возле фланца 59 выхода очищаемого газа установлены трубки 78 и 79 - подключения датчика давления и подключения предохранительного клапана, соответственно. Перегородку 72 располагают между нагревателями 31.

На фиг.17-19 показаны примеры перчаточных боксов, изготовленных согласно заявленного решения, при работе которых подтвердилось достижение заявленных технических результатов.

Claims (13)

1. Способ регенерации поглотителя в системе очистки газа перчаточного бокса с использованием циркуляционной системы очистки пропуском газа через емкость с поглотителем, характеризующийся тем, что емкость с поглотителем вакуумируют, а затем используют цикличное чередование этапов:

подача газа регенерации в емкость с поглотителем,

выдержка поглотителя в среде газа регенерации,

вакуумирование емкости с поглотителем,

выдержка поглотителя при пониженном давлении,

при этом процесс регенерации начинают и заканчивают на любом из этапов, причем если цикл заканчивают на этапе вакуумирования или выдержки поглотителя при пониженном давлении, то после подключения емкости с поглотителем к очищаемому объему емкость с поглотителем заполняют газом из очищаемого объема - перчаточного бокса или системы боксов, а если цикл заканчивают на этапе подачи газа регенерации или выдержки поглотителя в среде газа регенерации, то газ регенерации, находившийся в емкости с поглотителем, смешивают с очищаемым газом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что циркуляцию очищаемого газа осуществляют с помощью газодувки, которую выполняют в виде воздуходувки, расположенной внутри герметичного корпуса, к которой снаружи через корпус подводят всасывающий и нагнетательный патрубок, причем сопло нагнетательного патрубка направляют на внутреннюю стенку герметичного корпуса, а патрубок для выходящего газа располагают в таком месте, где исключается соосность его относительно оси сопла в случае расположения на той же стенке корпуса, куда направлено сопло.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что сопло нагнетательного патрубка направляют на внутреннюю стенку герметичного корпуса, а со смещением относительно оси сопла на корпусе этой же стенки, куда направлено сопло, размещают патрубок для выходящего газа.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что сопло нагнетательного патрубка направлено на внутреннюю стенку герметичного корпуса, а на противоположной стенке корпусе выполнено отверстие, в которое установлен патрубок для выходящего газа.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что сопло нагнетательного патрубка направляют на внутреннюю стенку герметичного корпуса, а на смежной данной стенки корпуса устанавливают патрубок для выходящего газа.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что герметичный корпус газодувки оснащают рубашкой охлаждения для охлаждения газа, циркулирующего в системе.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве емкости с поглотителем используют такую емкость, которую внутри разделяют перегородкой на две части, причем в верхней части перегородка плотно прилегает к стенкам емкости, а в нижней имеется отверстие между дном и перегородкой.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что отверстие между дном и перегородкой выполняют в виде щели.

Images