SE463511B - Superreningsanordning och saett foer superrening av argongas - Google Patents

Description

463 511 10 15 20 25 30 35 Beståndsdel 02 CO H2 N H20 Daggpunkt 2 (ppm) 1 100 zoo zoo 6o°c renades på föregående sätt till en sammansättning enligt följande: Beståndsdel 02 CO H2 N2 H20 Daggpunkt (ppm) 1 - 1 20 -72°C PROBLEM SOM UPPFINNINGEN AVSER ATT LÖSA Det förfarande för argongasrening som beskrivits i den ovannämnda publicerade japanska patentansökan 107910/1984 är ett utmärkt förfarande för erhållande av högren argongas. Framstegen på senare tid inom halvledar- industrin indikerar emellertid att det kommer att krävas exaktare mikrodatorbehandling och följaktligen argon av ändå högre renhet för framtida framställning av höginte- grerade kretsar. I själva verket finns det redan en stor efterfrågan på högren argongas för provningsändamål. Det tekniska problem som föreliggande uppfinning avser att lösa är att sänka de nuvarande halterna av föroreningar enligt tidigare teknik till mycket lägre nivåer, med två- siffriga tal räknat i miljondelar.

PROBLEMLÖSNING Vi har intensivt studerat delnedel som finns för rening av argongas för att minska dess föroreningskoncentrationer med två tiopotenser ppm från de ovan angivna vanliga halter- na. Som ett resultat härav har vi upptäckt en getter, som har t o m bättre prestanda än den ovannämnda metallgettern av koppar eller nickel och vi har nått fram till en apparat och ett förfarande, som är ytterst effektiva för rening av argongas med användning av den särskilda gettern. Förelig- gande uppfinning har nu fullföljts på grundval härav. 10 15 20 25 30 35 3 463 511 Anordningen enligt föreliggande uppfinning är en super- reningsanordning för rening av argongas, kännetecknad där- av, att anordningen inbegriper ett ytterhölje med ett in- lopp för argongas som skall renas, ett utlopp för renad argongas och en gasflödespassage, som förbinder gasinlop- pet och gasutloppet, samt en getterkammare, som är anord- nad i gasflödespassagen, vilken getterkammare inbegriper minst en patron innefattande en perforerad metallbehàllare packad med en getterlegering, vilken patron är borttagbart installerad i ytterhöljet, varvid getterlegeringen är en zirkonium-vanadin-järn-legering med en sammansättning, som, vid avsättning i ett triangeldiagram i viktprocent Zr, viktprocent V och viktprocent Fe, ligger inom en polygon, vars hörnpunkter definieras av: a. 75%Zr-20%V-5%Fe, b. 45%Zr-20%V-35%Fe, c. 45%Zr-50%V-5%Fe, och organ för upphettning av getterlegeringen vid en tempera- tur vid vilken gettermaterialet sorberar föroreningar från en argongas, som innehåller föroreningar.

Sättet enligt föreliggande uppfinning är ett sätt för superrening av argongas vilket kännetecknas av stegen att dehydratisera argongas, som skall renas, till en fukthalt av l ppm eller mindre, och att gasen med låg fukthalt där- efter leds genom en superreningsanordning, som inbegriper ett inbegriper ett ytterhölje med ett inlopp för argongas som skall renas, ett utlopp för renad argongas och en gas- flödespassage, som förbinder gasinloppet och gasutloppet, samt en getterkammare, som är anordnad i gasflödespassagen, vilken getterkammare inbegriper minst en patron innefat- tande en perforerad metallbehàllaz packad med en getter- legering, vilken patron är borttagbart installerad i ytter- höljet, varvid getterlegeringen är en zirkonium-vanadin- -järn-legering med en sammansättning, som, vid avsättning i ett triangeldiagram i viktprocent Zr, viktprocent V och viktprocent Fe, ligger inom en polygon, vars hörnpunkter definieras av: 4-63 511 10 15 20 25 30 35 4 a. 75%Zr-20%V-5%Fe, b. 45%Zr-20%V-35%Fe, c. 45%Zr-50%V-5%Fe, och organ för upphettning av getterlegeringen vid en tempe- ratur vid vilken gettermaterialet sorberar föroreningar från en argongas, som innehåller föroreningar.

Den ternära getterlegering av zirkonium, vanadin och järn som används vid föreliggande uppfinning kan vara en legering som beskrivs i US patentskriften 4 312 669.

Den viktsammansättning som ger en getter med särskilt goda prestanda är sådan, att viktprocentandelarna av de tre elementen, vid avsättning i ett triangeldiagram (fig l) ligger inom en polygon, vars hörnpunkter definieras av a. 75%Zr-20%V-5%Fe, b. 45%Zr-20%V-35%Fe, och c. 45%Zr-50%V-5%Fe.

En sådan ternär getterlegering kännetecknas av att den adsorberar fukt och vattenånga kvantitativt vid temperaturer i området 20-400°C, företrädesvis i området 200-350°C, utan utveckling av väte, och inom ett vidare temperaturområde adsorberar den väte, CO, CO och andra gaser. Dessa egenskaper har befunnits med föšdel kunna utnyttjas i argongassuperrenaren enligt uppfinningen.

Viktförhállandet mellan elementen, som utgör den ternära getterlegeringen för användning i superrenaren enligt uppfinningen, kan varieras efter önskan inom ovan angivna område. I vilket fall som helst är det tillrådligt att välja det bästa möjliga sammansättnings- förhállandet med hänsyn till getteregenskaperna.

Zirkoniumhalten i den ternära legeringen bör inte vara alltför hög eller alltför låg, ty i annat fall tenderar legeringen att utveckla väte när den adsorberar fukt och blir även plastisk, vilket skapar svårigheter att överföra den till pulver.

Vanadinhalten bör inte vara alltför làg heller, eftersom det skulle göra legeringen oförmögen att upp- visa helt tillfredsställande gasadsorptionsprestanda. 10 15 20 25 30 35 5 465 511 På grundval av järnvikten är det önskvärt att vikt- procentandelen vanadin ligger i området 75-85 %.

Den optimala ternära legeringsammansättningen hos gettern för superrenaren enligt uppfinningen kan vara sådan, att viktprocentandelarna av de tre elementen, vid avsättning i ett triangeldiagram, ligger inom en polygon (fig l), var hörnpunkter definieras av d. 70%Zr-25%V-5%Fe, e. 70%Zr-24%V-6%Fe, f. 66%Zr-24%V-10%Fe, g. 47%Zr-43%V-l0%Fe, h. 47%Zr-45%V-8%Fe, i. 50%Zr-45%V-5%Fe.

Sättet att framställa dessa legeringar beskrivs i den ovannämnda US patentskriften 4 312 669. De produkter som tillverkas och marknadsföres av SAES Getters S.p.A. i Milano, Italien, kan lämpligen användas.

Det är önskvärt att getterlegeringen används i form och av en intermetallisk förening, som lätt pulveriseras och kan hanteras lätt. Vidare gör den ökade ytarean pul- vermaterialet mera aktivt.

Den ternära getterlegeringen packas i minst en getterkammare, som är anordnad mitt i en gasflödespassage mellan inloppet för argongas som skall renas och utlopet för renad gas. Den packade getterkammaren eller -kamrarna är kombinerade med upphettningsorgan, som är anordnade som ett tillbehör till ytterhöljet, för att hålla gettern vid dess arbetstemperatur, för att skapa en argongas- superrenare enligt uppfinningen.

Argongas, som skall renas, leds genom denna super- renare, vari den bringas i kontakt med gettern så att den befrias från sina föroreningar genom adsorption.

Den getter som packas i kammaren har företrädesvis formen av pellets i stället för fina partiklar, eftersom det förra lättare åstadkommer tillräckliga mellanrum för gasflödet. Getter i form av pellets med enhetlig storlek i stället för små klumpar med oregelbunden stor- 465 511 10 15 20 25 30 35 6 lek gör det även lättare att upprätthålla ett konstant hålrumsförhållande i getterbädden, att konstruera anord- ningen, och att få bra prestanda som är reproducerbara.

Fastän sålunda getter i form av fina partiklar eller små klumpar inte uteslutes, föredrages användningen av pelleterad getter, som är pressformad av legeringspulver, eftersom den bättre uppfyller kraven på industriell utformning och tillverkning av argongassuperrenaren.

De upphettningsorgan som skall införlivas i anord- ningen enligt uppfinningen för att hålla gettern till- räckligt varm för adsorptionsreaktionen, kan vara ut- formade på olika sätt, såsom kommer att förklaras senare i samband med föredragna utföringsformer av uppfinningen.

Upphettningsmetoden kan vara elektrisk upphettning eller indirekt upphettning med användning av ett upphettnings- medium, som cirkuleras genom en dubbelväggsstruktur eller liknande. Likaså kan upphettningszonen lämpligen väljas exempelvis i gasförvärmningsomrádet uppströms om getterbädden eller -kammaren, eller omkring eller inuti gettermassan. Eftersom det är önskvärt att tillräcklig upphettning sker för att åstadkomma en jämn adsorptions- reaktion hos gettern med gasen och skapa en så enhetlig temperaturfördelning som möjligt, kan kombinationen av upphettningsmetoden och -zonen varieras i enlighet med vad som är nödvändigt för att på bästa sätt uppnå ända- målet.

Fastän det är möjligt att getterkammaren i anord- ningen enligt uppfinningen kan anordnas inuti ytterhöljet, t ex packas direkt i det sistnämnda, föredrages det att getterbädden består av minst en patron, som är packad med gettermaterialet och som är anpassad att borttagbart anordnas i ytterhöljet för att göra ett utbyte enkelt.

Getterkomponenterna enligt uppfinningen adsorberar och avlägsnar föroreningar från oren argongas genom kemisk adsorption, som inbegriper kemiska förändringar. De för- brukas därför stökiometriskt och har begränsad livslängd.

Efter användning under en förutbestämd period måste 10 15 20 25 30 35 465 511 7 gettern ersättas med en ny. I annat fall kommer ända- målet att superrena argongas inte längre att uppnås. För detta ändamål kan superrenaren, som inbegriper ytter- höljet packat med gettern, hanteras som en enda enhet och ersättas som sådan från tid till annan. Det är också möjligt att i stället fylla gettern i en patron och montera bort patronen från ytterhöljet för utbyte vid lämpliga tidsintervaller. Patroner är mera praktiska vid storskalig utrustning.

Patronen har lämpligen ett metallhölje, som är perforerat för att underlätta gasflödet.

Eftersom superrenaren enligt uppfinnigen är avsedd att rena argongas tills koncentrationerna hos dess be- ståndsdelar som föroreningar är reducerade till 0,01 ppm eller mindre vardera, är det tillrådligt att den del av anordningens innervägg varmed den renade gas, som ut- träder ur getterkammaren, kommer i kontakt utföres av en metall, som är polerad på ytan och är tillräckligt finkornig och slät för att minimera gasadsorption och som inte bildar pulver på grund av korrosion. Dylika metaller inbegriper t ex, men är inte begränsade till, rostfria stål och sådana legeringarna som Hastelloy, Incoloy och Monel-metall. Andra metallmaterial, som uppfyller ovanstående krav, ka. väljas på lämpligt sätt och användas. Den valda metallen kan "brännas" eller värmebehandlas före användning för att minska volymen av efterföljande gasfrigöring från själva metallmateri- alet.

Såsom angivits ovan, är det önskvärt att innerväggs- materialet hos anordningen som kommer i kontakt med den renade argongasen har en tät och slätpolerad yta för att minimera gasadsorption. Den önskade släthetsgraden hos den polerade ytan definieras numeriskt så att rå- heten hos den innerväggsyta som bringas i kontakt med argongas är 0,5 pm eller mindre, företrädesvis 0,25 um eller mindre angivit som medelytavvikelsen (Ra) [Japanese 463 511 10 15 20 25 30 35 8 Industrial Standard (JIS) B 0601-1970]. Detta område är inte alltid kritiskt, men rekommenderas som ett pá- litligt, säkert område.

Fastän det polerade innerväggsmaterialet lämpligen används i den zon där den gas som strömmar ut ur patron- kammaren kommer i kontakt med materialet, är det natur- ligtvis möjligt att också använda materialet i den zon där den gas som passerar genom patronen kommer i kontakt med materialet. I många fall är det ganska olägligt att använda det polerade materialet enbart i den zon där den gas som har strömmat förbi patronen kommer i kontakt med materialet. Ytpoleringen och bränningen avkortar markant den tid som krävs innan högrenad gas börjar er- hållas med konstant hastighet, även från en ny anordning.

I anordningen enligt föreliggande uppfinning kan medlen för att lösa det tekniska problemet utformas på olika sätt, såsom antytts ovan. Det skall därför förstås att uppfinningen inte är begränsad till de särskilda utföringsformer därav som hittills beskrivits, utan att olika modifikationer kan göras utan att man avviker från uppfinningens ram.

Dehydratiseringen vid sättet enligt uppfinningen göres av följande skäl. Fukthalten i orenad argongas är vanligen avgjort högre än halterna av de andra för- oreningarna. När särskild vikt läggs vid fuktborttagning kommer getterlivslängden och följaktligen användnings- livslängden hos argongassuperrenaren att förlängas påtag- ligt, eller uttryckt på ett annat sätt erhålles en på- fallande ökning i volym av renad argongas. Varje känd dehydratiseringsteknik kan utnyttjas, förutsatt att den inte hindrar genomförandet av föreliggande uppfinning.

Så t ex kan dehydratiseringen ske genom adsorption med en molekylsikt av syntetisk zeolit eller liknande, med aluminiumoxidgel, eller med fosforpentoxid, eller genom frysning vid en kryogen temperatur under -l60°C, eller genom adsorption med silikagel, aktivt träkol, eller någon annan adsorbent vid en låg temperatur under -40°C. 10 15 20 25 30 35 9 463 511 Fig ll visar sambandet mellan fukthalten i den gas som skall renas och getterlivslängden. När gasen har hög fukthalt dehydratiseras den före superrening, företrädes- vis till en fukthalt av l ppm eller mindre.

För att reglera fukthalten till ett område av 1 ppm eller mindre är systemet utformat för drift enligt föl- jande. Genom användning av en fuktmätare, som har förmåga att kontinuerligt göra mätning av spårfukthalt, övervakas fukthalten i den dehydratiserade argongasen automatiskt.

När fukthalten i argonen efter dehydratiseringen gradvis har stigit nära l ppm kopplas dehydratiseringsanordningen på innan nivån l ppm nås, så att fukthalten i argongasen innan den inkommer i getterbädden hålles inom området l ppm eller mindre. Analysatorer, som är lämpade för sådan kontinuerlig, automatisk mätning av spårfukthalter, är t ex fuktmätare som tillverkas av Endress och Hauser GmbH i Förbundsrepubliken Tyskland och som marknadsföres under handelsbenämningarna "ENDRESS-HAUSER HYGROLOG, WMY 170" och “WMY 370", produkter med varunamnen “PANA- METRICS Hygrometer, Model 2100", "-Model 700", och "- System I" av Panametrics Inc. i USA, samt en annan amerikansk produkt "Du Pont 510 Moisture Analyzer" av E.I. Du Pont de Nemours & Co. Andra analysatorer jämförbara eller bättre prestanda än ovanstående med kan naturligtvis användas i stället.

En dylik fuktmätare kan också användas för mätning och övervakning av fukthalten i argongasen efter rening.

Analysresultaten används som data för indikation av beslut angående tidpunkten för omkoppling av superrenarens drift eller utbyte av den getterfyllda patronen.

För påvisning och bestämning av spår av andra för- sjunkande adsorptionsförmåga hos gettern och för oreningar än fukt i argongas kan man använda en analysa- tor för ultramikromängder av gaser (masspektrometer av massfiltertyp för högkänslig kontinuerlig analys) till- verkad av Nichiden-ANELVA Corporation (Japan) under varubeteckningen "TE-360B“. Analysvärdena används som 465 511 10 15 20 25 30 35 10 mått på sjunkande prestanda hos gettern och för beslut angående tidpunkten för omkoppling av superrenarens drift eller utbyte av getterpatronen.

Vad beträffar dessa analysvärden är det tillràdligt att sätta upp reningssystemet så, att närhelst något i förväg fixerat övre gränsvärde eller halt för indivi- duella föroreningar uppnås sker en omkoppling av driften automatiskt. Ett sådant system säkerställer hög kvalitet hos den slutliga argongasen.

För att föroreningarna skall avlägsnas från den dehydratiserade argongasen genom passagen genom och adsorption av getterbädden av zirkonium-vanadin-järn- -legering, hålls reaktionstemperaturen i området 20-400°C.

Vid en temperatur under 20°C adsorberas föroreningarna av getterytan, men kan inte förväntas diffundera in i gettermassan. Sålunda upphör adsorptionen praktiskt taget vid mättnadstillstànd på ytan, utan att man ut- nyttjar getterkapaciteten fullt. I det angivna området 20-400°C adsorberar gettern i full utsträckning och tillåter föroreningarna att diffundera in i gettern.

Den skenbara getterlivslängden förlängs följaktligen.

I temperaturområdet över 400°C kan å andra sidan väte, som en gång adsorberats av gettern, desorberas, eftersom det har ett högre jämviktsadsorptionstryck än de andra föroreningarna. Inställning av reaktionstempe- raturen över 400°C är därför olämpligt.

I det angivna temperaturområdet 20-400°C är omrâdet 220-380°C mest föredraget. En temperatur i det sist- nämnda området är den mest rekommenderade reaktions- temperaturen eftersom den säkerställer hög adsorptions- hastighet och grundlig diffusion av föroreningarna in i getterbädden utan möjlighet till vätedesorption.

FUNKTIONELLA EFFEKTER Argongassuperrenaren enligt föreliggande uppfinning är lämpad för superrening av konventionellt renad argon- gas till ändå högre renhet. Den kan rena argongas genom passagen genom superrenaren för att sänka koncentra- 10 15 20 25 30 35 n 465 511 tionerna av föroreningar i tillflödet, såsom syre (02), kolmonoxid (CO), koldioxid (C02), kväve (N2), väte (H2), metan (CH4), och vatten (H20), ner till 0,01 ppm eller mindre vardera. Den uppnår sålunda superrening av argon- gas till en sádan hög renhet att ingen av de existerande reningsanordningarna någonsin har uppnått det.

Vidare kan livslängden hos gettern, som används i argongassuperrenaren enligt uppfinningen, förlängas markant och volymen renad argongas ökas mycket genom att först minska fukthalten i den orena argongasen till 1 ppm eller mindre genom ordentlig dehydratisering i enlighet med sättet enligt uppfinningen, och därefter leda den dehydratiserade gasen genom superrenaren enligt uppfinningen.

UTFÖRINGSFORMER Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas mera i detalj i anslutning till utföringsformer därav.

Argongassuperrenare enligt uppfinningen visas i fig 2-10. Fig 2 visar en argongassuperrenare, som inbe- griper: ett ytterhölje 3 bestående av ett rör av rost- fritt stål (kvalitet SUS 304 TP i enlighet med Japanese Industrial Standard JIS G 3448), som har ett argongas- inlopp l utforrat nära toppen och ett argongasutlopp 2 nära botten, varvid höljet är täckt med en värmeisola- tor 12 över hela ytan; ett lock 14, som är anordnat på toppen av ytterhöljet 3; ett upphettningsorgan 6, som är infört genom topplocket 14 in i utrymmet 25 inuti höljet; en getterbädd 4, som är packad i utrymmet under upphettningsorganet 6, mellan övre och undre buffertar 16, 15; och en perforerad platta 7, som kvarhålles av ett stöd 13, vilket i sin tur är fäst till ytterhöljets inner- vägg och uppbär bädden samt den perforerade plattan.

Den använda gettern var en ternär getterlegering av zirkonium (68-72 vikt%), vanadin (24-25 vikt%) och järn (5-6 vikt%), Getters S.p.A.- typ nr "St 707" i form av kolonnliknande som tillverkas och marknadsföres av SAES pellets med en diameter av 3 mm och en höjd av 4 mm. 465 511 10 15 20 25 30 35 12 Buffertarna 15, 16 består vardera av ett skikt av små aluminiumoxidsfärer med diametern 4 mm packade till en höjd av ca 5 cm. De korrigerar eventuella oen- hetligheter i gasflödet genom getterbädden, hindrar de fina getterpartiklarna från att spridas, och gör temperaturfördelningen enhetlig.

Medan den beskrivna utföringsformen använder små aluminiumoxidsfärer för bildning av buffertarna, kan man i stället utnyttja små kulor av rostfritt stål eller en stapel av finmaskiga nät av rostfritt stål. Buffer- tarna används inte alltid, och en utföringsform utan buffertar kommer att beskrivas senare.

I de övre delarna av buffertarna 15, 16 finns in- bäddat fodral 20, 19, som rymmer termometrar 18 resp 17.

Chromel-Alumel-termoelement används som termometrar.

Argongas 9, som skall renas, införes i kärlet vid inloppet l, upphettas av upphettningsorganet 6, passerar genom den övre bufferten 16 och därefter, i form av ett enhetligt flöde, genom getterbädden 4, där det befrias från föroreningarna genom adsorption. Den renade gasen leds genom den perforerade plattan 7 och uttages från kärlet vid utloppet 2.

Fig 3 och följande figurer visar andra utförings- former av uppfinningen. I dessa figurer betecknas mot- svarande delar med samma hänvisningsbeteckningar och beskrivning av dessa utelämnas eller minimeras.

Fig 3 visar en superreningsanordning av samma kon- struktion som utföringsformen i fig 2, utom att ett elektriskt upphettningsorgan 21 är lindat runt ytterhöl- jet 3, och att ett termoelement 22 är installerat för mätning av upphettningsorganets temperatur. Denna modi- fikation underlättar temperaturregleringen av getter - bädden.

Fastän fig 2 och 3 belyser de utföringsformer, i vilka getterbädden 4 är direkt packad i ytterhöljet 3, kan getterbädden även vara anordnad separat. Fig 4 visar ett arrangemang med en patron 5, där gettern 4 och 10 15 20 25 30 35 463 511 13 buffertarna 15, 16 är inhysta i en cylinder, som är utrustad med perforerade plattor 7 vid båda ändar. Efter användning under en given period kan patronen 5 tagas ut genom att borttaga topplocket 14 och ersättas med en ny patron. Detta möjliggör effektivare drift än vid arrangemangen enligt fig 2 och 3.

Fig 5 visar en annan utföringsform ll, vid vilken ytterhöljet 3 är av dubbelväggskonstruktion, bestående av en innervägg 24 och en yttervägg 23. Utrymmet mellan väggarna bildar en passage, genom vilken ett upphettnings- medium, såsom ånga, strömmar fràn ett upphettningsmedium- inlopp 30 till ett utlopp 31. Ett kylmedium kan ledas genom passagen i stället för upphettningsmediumet bero- ende på det enskilda fallet. I det utrymme som definieras av innerväggen finns en patron 5, som innerhåller en getter 4, varvid en spole till ett elektriskt upphett- ningsorgan 6 är inbäddad i gettern. Upphettningsorganet 6 är anslutet till en extern energikälla, som ej är visad, via ledningar 8 (endast en av dessa visas) och ett änd- uttagsaggregat 10. Patronen 5 har inre och yttre porösa väggar 26, som koncentriskt hålles i åtskilt förhållande medelst ett stöd 13. Innerväggen 24 hos ytterhöljet anligger vid sin undre ände mot en bottenplatta med en fläns 27, genom vilken en gasinloppsledning l och en utloppsledning 2 sträcker sig. Ledningen 2 tjänar också till att uppbära patronen 5. Argongas 9, som skall renas, matas genom inloppet l in i ytterutrymmet 25, upphettas där till rätt temperatur, och tvingas sedan genom den porösa väggen 26 in i getterskiktet 4 för rening. Den renade gasen strömmar ut i innerutrymmet 25' och uttages via utloppet 2.

Fig 6 visar ytterligare en annan utföringsform av superrenaren ll. Ytterhöljet 3 är även här av dubbelväggs- konstruktion med ett utrymme för cirkulation av ett upphettningsmedium, som införes vid ett inlopp 30 och utmatas vid ett utlopp 31 för temperaturreglering. På insidan av innerväggen finns en patron 5, som är packad 463 511 10 15 20 25 30 35 14 med en getter 4 mellan perforerade plattor. På båda sidor av patronen är anordnat upphettningsorgan 6, som är anslutna till externa energikällor via ledningar 8.

Oren argongas 9 inmatas vid ett inlopp l, förvärms medelst upphettningsmediumet, renas genom passage genom getter- massan 4, som hålls vid en given temperatur medelst upphettningsorganen 6, och uttages sedan vid ett utlopp 2. Ännu en annan utföringsform av superrenaren ll visas i fig 7. Ett cylindriskt ytterhölje 3 uppbär en patron 5 med hjälp av övre och undre plattor (ej visat).

Patronen 5 inbegriper ett inbyggt elektriskt upphettnings- organ 6 med ledningar 8 och en gettermassa 4 i utrymmet mellan övre och undre perforerade plattor eller buffert- skikt, med upphettningsorganet inbäddat däri.

Fig 8 visar en annan apparat ll i enlighet med uppfinningen. En innercylinder är anordnad inuti ett ytterhölje 3, som består av inner- och ytterväggar och en värmeisolator 12, som fyller upp utrymmet mellan väggarna. En getter är packad i utrymmet mellan inner- cylindern och ytterhöläet, och ett elektriskt upphett- ningsorgan 6, som är lindat runt en keramisk stav 36, är infört i innercylinderns mittutrymme. Argongas 9, som skall renas, inkommer i kärlet vid ett inlopp l, passerar genom gettern 4, och den renade gasen lämnar kärlet vid ett utlopp 2.

Fig 9 visar en annan utföringsform, som är en modi- fiering av superrenaren i fig 4 och som kännetecknas av organ för utvinning av värme från den renade argonen.

Argongas 9, som skall renas, inkommer i en värmeväx- lare 28, som är anordnad under renarkroppen, undergár värmeväxling med den utgående gasen, och den sålunda förvärmda gasen rör sig genom en ledning 29, som är omgiven av en värmeisolator 12, och genom ett övre in- lopp l in i en getterbädd 4. Den renade gasen kyls i värmeväxlaren och lämnar reningsanordningen vid ett utlopp 12. 10 15 20 25 30 35 15 465 511 Fig 10 visar en ytterligare utföringsform. Ytter- höljet 3 är en dubbelväggcylinder, och ett upphettnings- medium införes i utrymmet mellan väggarna vid ett inlopp 33 och utmatas vid ett utlopp 34. Inuti ytterhöljet 3 finns en gastät patron 35. Utrymmet i patronhöljet är uppdelat horisontellt med ett flertal perforerade plattor 7, och ett flertal getterbäddar 4 fyller ut det utrymme som bil- das av vartannat par av perforerade plattor. I getter- bäddarna är inbäddat elektriska upphettningsorgan 6, med ett upphettningsorgan för varje bädd, och de tillföres elektricitet via ledningar 37, 38. Argongas 9, som skall renas, strömmar in vid ett inlopp l och den renade gasen strömmar ut vid ett utlopp 2.

Exempel på uppfinningen som använde en specifik getterkomposition kommer nu att förklaras.

De instrument som användes för gasanalyser i exemplen var följande: Gasanalysinstrument: Gaskromatograf-masspektrometer, modell TE-360B (tillverkad av Anelva Corp.).

Fuktmätare: Hygrometer, modell 700 (tillverkad av Panametric Co.) Ytojämnhetsmätare: Surfcorder, modell SE-3H (tillverkad av Kosaka Laboratory Co., Ltd.) EXEMPEL 1 En pulverformig, icke-föràngbar getterlegering, som hade en viktmässig sammansättning av 70%Zr-24,6%V- -5 %Fe och en partikelstorlek av 50-250 pm, placeras i superrenaren för argongas, som visas i fig 2. Cylindern av rostfritt stål (SUS 304) har en ytterdiameter av 21,7 mm och en innerdiameter av 17,5 mm, och dess längd är 350 mm. Den längd hos cylindern som upptages av get- termaterialet, inbegripet höjden, som är 5 mm vardera, för de övre och undre buffertarna av aluminiumoxidsfärer (bäddhöjden), är 200 mm. Oren argon införes i super- 463 511 10 15 20 25 30 35 16 renaren vid en temperatur av 25°C och ett tryck av 6 kg/cmz (mätartryck) vid en flödeshastighet av 0,6 liter/min.

Argonen strömmar genom den icke-förångbara getterbädden, som hålles vid 350°C, och utkommer vid ett tryck av 4 kg/cmz (mätartryck) från utloppet, där dess förorenings- halt mäts med avseende på olika gaser. Denna förorenings- halt mäts 40 min efter igångsättningen av argonflödet.

TABELL I Inlopp, förorenings- Utlopp, förorenings- Gas halt (ppm) halt (ppm) 02 0,4 0,006 N2 0,5 0,011 CH4 0,06 0,007 CO 0,07 0,002 C02 0,04 0,002 H20 5,0 inga spår Halten av föroreningar i utloppsgasen förblir kon- stant i 930 h.

EXEMPEL 2 Man framställde pellets med en diameter av 3 mm och en höjd av 4 mm genom pressning av en icke-förángbar getterlegering, som hade en sammansättning och partikel- storlek identisk med den hos getterlegeringen i exempel l.

Pelletsen infördes i den i fig 3 visade superreningsanord- ningen. Cylindern av rostfritt stål (SUS 304) hade en ytterdiameter av 89,1 mm och en innerdiameter av 83,1 mm.

Dess längd av 660 mm. Den längd av cylindern som upptogs av pelletsen av gettermaterial, inbegripet tjocklekarna för de övre och undre buffertarna (av aluminiumoxidsfärer), vilka vardera hade en bäddhöjd av 5 mm, var 185 mm. Orent argon infördes i superreningsanordningen vid en temperatur av 25°C och ett tryck av 4 kg/cm2 (mätartryck) vid en flödeshastighet av 12 liter/min. 10 15 20 25 30 17 465 511 Den orena argonen strömmade genom den icke-förångbara getterbädden, vilken hölls vid en temperatur av 350°C med hjälp av ett spiralformat motståndsupphettningsorgan och avgickvid ett tryck av 3,95 kg/cm2 (mätartryck) från utloppet, varvid föroreningshalterna av olika gaser uppmättes. Föroreningshalten mättes 40 min efter igång- sättning av argonflödet. De erhållna resultaten var såsom visas i tabell II.

TABELL II In10PP, förorenings- Utlopp, förorenings- Gas halt (ppm) halt (ppm) O2 6,5 0,01 N2 7,5 0,02 CH4 2,0* 0,009 CO 9,5 0,003 C02 6,3 0,003 H20 5,0 inga spår *Föroreningshalten av metan erhölls genom att avsiktligt sätta CH4 till inloppsgasen.

Halten av föroreningar i utloppsgasen förblev kon- stant i 930 h.

EXEMPEL 3 I detta exempel upprepades förfarandet enligt exempel 2 i alla avseenden, utom att föroreningshalten av H20 var 1 ppm och inte 5 ppm.

Tabell III visar resultaten. 463 511 10 15 20 25 30 35 18 TABELL III Inlopp, förorenings- Utlopp, förorenings- Gas halt (ppm) halt (ppm) 02 6,0 0,01 N2 7,5 0,02 CH4 2,0* 0,009 CO 9,5 0,003 C02 6,3 0,003 H20 1,0 inga spår * Föroreningshalten av metan erhölls genom att avsiktligt sätta CH4 till inloppsgasen.

Halten av föroreningar i utloppsgasen förblev kon- stant i 2670 h.

EXEMPEL 4 Man framställde pellets på exakt samma sätt som i exempel 2 och placerade dem i patronen enligt fig 4.

Patronen hade en ytterdiameter av 80 mm, en innerdiameter av 78 mm och en längd av 244 mm. Samma massa av pellets användes som i exempel 2. Patronen placerades sedan i en cylinder, som var identisk med den i exempel 2 (utom att dess längd var 719 mm). Oren argongas fick strömma genom superreningsanordningen vid samma inloppstryck, temperatur och flödeshastighet, som beskrivits i exem- pel 2. Patronen hölls vid 350°C. Utloppsgasens tryck och sammansättning befanns vara identiska med de i exempel 2 vid en tidpunkt 40 min efter igángsättning av argonflödet. Halten av föroreningar i utloppsgasen förblev igen konstant i 930 h.

EXEMPEL 5 I detta exempel följdes förfarandet enligt exempel 2 i alla avseenden, utom att innerytans råhet hos cylindern var Ra = 0,5 pm (normalt Ra s 2,5 pm) och att utlopps- röret av rostfritt stål (ytterdiameter 9,5 mm och inner- diameter 7,5 mm) hade en råhet hos innerytan av Ra å 0,2 pm.

(I 10 15 20 25 30 465 511 19 Resultaten i tabell IV erhölls 40 min efter igång- sättning av argonflödet.

TABELL IV Inlopp, förorenings- Utlopp, förorenings- Gas halt (ppm) halt (ppm) 02 6,0 0,003 N2 7,5 0,002 CH4 2,0 0,009 CO 9,5 0,003 C02 6,3 0,003 H20 5,0 inga spår Halten av föroreningar i utloppsgasen förblev kon- stant i 930 h.

EXEMPEL 6 I detta exempel följdes förfarandet enligt exempel 5 i alla avseenden, utom att halten vattenånga hos argon- gasen, som skulle renas, reducerades till under 0,6 ppm genom att först leda gasen genom en torkbädd bestående av en cylinder av rostfritt stál (SUS 304) med en ytter- diameter av 89,1 mm, en innerdiameter av 83,1 mm och en längd av 830 mm, fylld till en bäddhöjd av 500 mm med en molekylsikt av typ 5-A. Utloppstrycket från tork- bädden och följaktligen inloppstrycket till superrenings- anordningen befanns vara 3,7 kg/cm2 (mätartryck) och superreningsanordningens utloppstryck var 3,7 kg/m2 (mätartryck). Denna föroreningsnivá mättes 40 min efter igångsättning av argonflödet.

Resultaten visas i tabell V. 465 511 20 TABELL V Inlopp, förorenings- Utlopp, förorenings- Gas halt (ppm) halt (ppm) 5 02 6,0 0,003 N2 7,5 0,002 CH4 2,0 0,009 CO 9,5 0,003 C02 6,3 0,003 10 H20 0,6 inga spår Halten av föroreningar i utloppsgasen förblev kon- stant vid 2670 h.

Förfarandet enligt exempel 6 upprepades, utom att 15 temperaturen varierades för att utröna inverkan av olika gettertemperaturer. Resultaten ges i tabell VI.

TABEL VI 20 Inlopp, Utlopp, föroreningshalt (ppm) föroreningshalt vid temperaturen (ppm) 20°C 200°C 350°C 400°C 02 6,0 0,003 0,003 0,003 0,003 N2 7,5 0,002 0,002 0,002 0,002 25 CH4 2,0 2,0 0,2 0,009 0,006 CO 9,5 0,003 0,003 0,003 0,003 C02 6,3 0,003 0,003 0,003 0,003 H20 0,6 inga inga inga inga spar spar spar spar 30 Utloppsgasen förblev kon- 30 h 390 h 2670 h 2900 h stant under Effekt- förbrukning 0 0,56 kW/h 1,04 kw/h 1,2 kw/h 35 Tabellen indikerar att utmärkt effekt uppnàddes i temperaturområdet 20-400°C, speciellt i området 200-400°C. 10 15 20 25 30 35 465 511 21 EXEMPEL 7-10 Man framställde pellets, som hade en diameter av 3 mm och en längd av 4 mm, genom pressning av icke- -förângbara getterpulver med en viktsammansättning en- ligt följande tabell och med en partikelstorlek av 50-250 um (150 um i genomsnitt). Dessa pellets infördes i en superreningsanordning av samma konstruktion och på samma sätt som i exempel 2. Argongas, som innehöll föroreningar, infördes i superreningsanordningen vid en temperatur av 25°C, ett inloppstryck av 4 kg/cm2 (mätartryck) och vid en flödeshastighet av 12 liter/min.

Den förorenade argongasen leddes genom bädden av den icke-förângbara gettern, som hölls vid en temperatur av 350°C med hjälp av ett spiralformat motståndsupphett- ningsorgan, och utkom från utloppet vid ett tryck av 3,95 kg/cmz efter igångsättning av argonflödet och resultaten i tabell VII erhölls. (mätartryck). Föroreningshalten mättes 40 min TABELL VII Ex 7 _Ex 8 Ex 9 Ex 10 Getterlegering, Zr(%) 65 48 46 46 sammansättning V (%) 25 44 21 37 Fe(%) 10 8 33 17 Gas Inlopp, föroreningar Utlopp, föroreningar (ppm) (ppm) 02 , 0,01 0,01 0,02 0,03 N2 , 0,02 0,02 0,02 0,02 CH4 , 0,006 0,01 0,01 0,01 CO , 0,003 0,003 0,008 0,005 C02 , 0,003 0,003 0,006 0,006 H20 , inga inga inga inga spar spar spar spar Tid, varunder utloppets föroreningshalt var 780 530 900 810 konstant (h) 465 511 10 22 Utloppets föroreningshalt var konstant under den tidslängd som anges i tabellen. 4. Kort ritningsbeskrivning: Fig l är ett triangeldiagram över getterlegeringen som används vid föreliggande uppfinning. Fig 2-10 är vertikalsektionsvyer av olika utföringsformer av anord- ningen enligt uppfinningen. Fig ll är ett diagram, som indikerar sambandet mellan fukthalten i argongasen och getterlivslängden. n

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 23 PATENTKRAV

1. Superreningsanordning för rening av argongas, k ä n n e c k n a d därav, att anordningen inbegriper ett ytterhölje med ett inlopp för argongas som skall renas, ett utlopp för renad argongas och en gasflödes- passage, som förbinder gasinloppet och gasutloppet, samt en getterkammare, som är anordnad i gasflödespas- sagen, vilken getterkammare inbegriper minst en patron innefattande en perforerad metallbehållare packad med en getterlegering, vilken patron är borttagbart instal- lerad i ytterhöljet, varvid getterlegeringen är en zirkonium-vanadin-järn-legering med en sammansättning, som, vid avsättning i ett triangeldiagram i viktprocent Zr, viktprocent V och viktprocent Fe, ligger inom en polygon, vars hörnpunkter definieras av: a. 75%Zr-20%V~5%Fe, b. 45%Zr-20%V-35%Fe, c. 45%Zr-50%V-5%Fe, organ för upphettning av getterlegeringen vid en tempe- ratur vid vilken gettermaterialet sorberar föroreningar och från en argongas, som innehåller föroreningar.

2. Superreningsanordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att getterlegeringen, som används i getterkammaren, har formen av pellets, som framställts genom pressning och pelletering av en pulverformig Zr-V-Fe-legering.

3. Superreningsanordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att viktsammansättningen hos getterlegeringen är sådan att viktprocentandelarna av de tre elementen, vid avsättning i ett triangeldiagram, ligger inom en polygon, vars hörnpunkter definieras av d. 70%Zr-25%V-5%Fe, e. 70%Zr-24%V~6%Fe, f. 66%Zr-24%V-lO%Fe, g. 47%Zr-43%V-l0%Fe, h. 47%Zr-45%V-8%Fe, och 50%Zr-45%V-5%Fe. 463 511 10 15 20 25 30 35 24

4. Superreningsanordning enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att det apparaturmate- rial, med vilket argongasen, som renats genom strömning genom getterkammaren, kommer i kontakt med, är sådant att innerväggsytan som bringas i kontakt med gasen har polerats till en ytojämnhet (Ra) av 0,5 pm eller mindre uttryckt som medelytavvikelse [i enlighet med Japanese Industrial Standard (JIS) B 0601-1970].

5. Sätt för superrening av argongas, k ä n n e - t e c k n a t av stegen att dehydratisera argongas, som skall renas, till en fukthalt av l ppm eller mindre, och att gasen med låg fukthalt därefter leds genom en superreningsanordning, som inbegriper ett ytterhölje med ett inlopp för argongas som skall renas, ett utlopp för renad argongas och en gasflödespassage, som förbinder gasinloppet och gasutloppet, samt en getterkammare, som är anordnad i gasflödespassagen, vilken getterkammare inbegriper minst en patron innefattande en perforerad metallbehàllare packad med en getterlegering, vilken patron är borttagbart installerad i ytterhöljet, varvid getterlegeringen är en zirkonium-vanadin-järn-legering med en sammansättning, som, vid avsättning i ett triangel- diagram i viktprocent Zr, viktprocent V och viktprocent Fe, ligger inom en polygon, vars hörnpunkter definieras av: a. 75%Zr-20%V-5%Fe, b. 45%Zr-20%V-35%Fe, c. 45%Zr-50%V-5%Fe, och organ för upphettning av getterlegeringen vid en tempe- ratur vid vilken gettermaterialet sorberar föroreningar från en argongas, som innehåller föroreningar.

6. Sätt enligt kravet 5, därav, att getterlegeringen hålles vid en temperatur av 220-380°C. k ä n n e t e c k n a t rv