JPH05245329A - ヘリウムガス精製装置及びその運転方法 - Google Patents

ヘリウムガス精製装置及びその運転方法

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JPH05245329A JP4044911A JP4491192A JPH05245329A JP H05245329 A JPH05245329 A JP H05245329A JP 4044911 A JP4044911 A JP 4044911A JP 4491192 A JP4491192 A JP 4491192A JP H05245329 A JPH05245329 A JP H05245329A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低温吸着器を設けたヘリウムガス精製装置に
おいて、従来のフロン冷凍機を省略し、しかも、低温吸
着器の入口温度を、約90Kの低温から常温まで任意に
設定することが可能で、吸着剤再生後の低温吸着器の予
冷時間も、短縮することが可能なヘリウムガス精製装置
及びその運転方法を提供する。 【構成】 水分除去用の常温吸着器1と、二酸化炭素除
去用の低温吸着器2と、空気成分分離用の低温精製器3
と、被処理ガスの冷却及び寒冷回収用の第1熱交換器4
及び第2熱交換器5を備えたヘリウムガス精製装置にお
いて、戻りヘリウムガスの第2熱交換器経路に、低温吸
着器2の温度に応じて制御される流量制御弁22を備え
たバイパス流路21を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘリウムガス精製装置
及びその運転方法に関し、詳しくは、各種冷凍装置に用
いられるヘリウムガス中に不純物として含まれる水分や
二酸化炭素、及び窒素,酸素等の空気成分を吸着器を用
いて除去するヘリウムガス精製装置及びその運転方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】核融合装置用超電導マグネットや電力貯
蔵用超電導マグネット等の大型の超電導マグネットを冷
却する冷凍システムはヘリウムのホールドアップ量が多
いこと、高温ガス炉用ヘリウムガス冷却ループは炉材と
の反応によるガスの発生や放出ガス量が多いこと、ヘリ
ウム液化機は処理するヘリウムガス量が多いことから、
これらに使用するヘリウムガスを精製する装置が使用さ
れている。
【0003】上記ヘリウムガスを精製する装置として
は、二酸化炭素の吸着効率を向上させるために、二酸化
炭素吸着用吸着器を−40℃程度に冷却する形式のもの
が、高温ガス炉用ヘリウムガス冷却ループに採用されて
いる。
【0004】図2は、従来のヘリウムガス精製装置の一
例を示すものである。このヘリウムガス精製装置は、ヘ
リウムガス中に含まれる不純物を除去する手段として、
乾燥器、即ち水分除去用の常温吸着器1と、二酸化炭素
除去用の低温吸着器2と、液体窒素で冷却される空気成
分除去用の低温精製器3とを備えるとともに、それぞれ
の処理温度に冷却するための第1及び第2熱交換器4,
5と、フロン冷凍機6及び冷却器6aとが設けられてい
る。また、吸着器再生設備として、加熱器7aを備えた
再生用窒素ガス導入管7と真空ポンプ8とが設けられて
いる。
【0005】なお、図中、T及びPは、必要に応じて設
けられる温度計及び圧力計であり、各流路には、必要に
応じて開閉される弁が設けられている。また、第2熱交
換器5は、低温精製器3に組込まれて使用されることも
ある。さらに、両吸着器1,2は、通常、複数基併設し
て吸着工程と再生工程とに切換えられるように構成して
いる。
【0006】精製処理されるヘリウムガスは、管11か
ら常温吸着器1に導入されて含有する水分を吸着除去さ
れた後、第1熱交換器4で後述する戻りヘリウムガスと
熱交換を行って冷却され、さらにフロン冷凍機6の冷却
器6aで冷却されて約−40℃となり、低温吸着器2に
導入される。
【0007】低温吸着器2で含有する二酸化炭素を吸着
除去されたヘリウムガスは、第2熱交換器5で冷却され
て約100Kとなった後、液体窒素で冷却されている低
温精製器3に導入される。この低温精製器3では、ヘリ
ウムガス中の空気成分、即ち窒素や酸素が吸着除去され
る。なお、空気成分の含有量が多く、液体空気が多量に
発生する場合には、気液分離器を設けて分離する。
【0008】低温精製器3を導出した精製されたヘリウ
ムガスは、戻りヘリウムガスとして前記第2熱交換器5
及び第1熱交換器4で、前記精製処理されるヘリウムガ
スを冷却する冷却源となり、寒冷回収されて管12から
導出される。
【0009】このように、ヘリウムガス中の二酸化炭素
を、低温吸着器2で吸着除去するようにすることによ
り、二酸化炭素除去用の吸着剤使用量を大幅に低減する
ことができる。吸着剤量は、含有される水分や二酸化炭
素の量により異なるが、例えば、モレキュラシーブ4A
を用いて30℃で水分と二酸化炭素を同時に除去しよう
とした場合に、約44トンもの量が必要であるのに対
し、これを常温の水分除去用吸着器と、約−40℃に冷
却した二酸化炭素除去用吸着器とに分けた構成にするこ
とにより、モレキュラシーブ4Aの使用量を、水分除去
用としての30kgと、二酸化炭素除去用の64kgと
にできるという報告がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置のように、低温吸着器2に導入するヘリウムガスの
温度をフロン冷凍機6で制御するようにした場合、低温
吸着器2の温度及び吸着剤再生後の低温吸着器2の予冷
時間が、フロン冷凍機6の性能により決定されるので、
精製装置の個々の仕様に合わせてフロン冷凍機6の性能
を設定する必要がある。
【0011】また、フロン冷凍機6は、設置のための費
用が必要なだけでなく、フロン冷凍機6を設置するため
のスペースも確保する必要がある。
【0012】そこで本発明は、上記フロン冷凍機を設け
ることなく装置を構成でき、しかも、低温吸着器の入口
温度を、約90Kの低温から常温まで任意に設定するこ
とが可能で、吸着剤再生後の低温吸着器の予冷時間も、
短縮することが可能なヘリウムガス精製装置及びその運
転方法を提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明のヘリウムガス精製装置は、ヘリウムガス
中の水分を吸着除去する常温吸着器と、該常温吸着器を
導出したヘリウムガスを戻りヘリウムガスと熱交換させ
て冷却する第1熱交換器と、該第1熱交換器で冷却した
ヘリウムガス中の二酸化炭素を吸着除去する低温吸着器
と、該低温吸着器を導出したヘリウムガスを戻りヘリウ
ムガスと熱交換させてさらに冷却する第2熱交換器と、
該第2熱交換器を導出したヘリウムガスを液体窒素で冷
却して含有する空気成分を分離する低温精製器と、該低
温精製器を導出したヘリウムガスを戻りヘリウムガスと
して前記第2熱交換器,第1熱交換器に導入して前記導
入されるヘリウムガスの冷却源として導出するヘリウム
ガス精製装置において、前記戻りヘリウムガスの第2熱
交換器経路に、該第2熱交換器をバイパスするバイパス
流路を設けるとともに、該バイパス流路を流れる戻りヘ
リウムガスの流量を制御する流量制御弁を設けたことを
特徴としている。
【0014】また、本発明の運転方法は、上記構成のヘ
リウムガス精製装置の運転方法であって、前記バイパス
流路を流れる戻りヘリウムガスの流量を、前記低温吸着
器の温度に応じて制御することを特徴としている。
【0015】
【作 用】上記構成によれば、低温精製器を導出した極
低温の戻りヘリウムガスの一部を、第2熱交換器で昇温
することなく第1熱交換器に寒冷源として導入すること
ができ、バイパス流路を流れる戻りヘリウムガスを調節
することにより、第1熱交換器で冷却するヘリウムガス
の温度を、戻りヘリウムガスに許容される第2熱交換器
バイパス量の許す範囲で任意に設定することができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明を、図面に示す一実施例に基づ
いて、さらに詳細に説明する。なお、前記従来例と同一
要素のものには同一符号を付して、その詳細な説明は省
略する。
【0017】本実施例に示すヘリウムガス精製装置は、
基本的に前記従来装置と同様の構成を有するもので、前
記同様、ヘリウムガス中に含まれる不純物を除去する手
段として、水分除去用の常温吸着器1と、二酸化炭素除
去用の低温吸着器2と、液体窒素で冷却される空気成分
除去用の低温精製器3とを備えるとともに、それぞれの
処理温度に冷却するための第1及び第2熱交換器4,5
と、吸着器再生設備としての再生用窒素ガス導入管7及
び真空ポンプ8とが設けられている。
【0018】そして本実施例装置では、前記フロン冷凍
機6に代わる設備として、前記低温精製器3を導出した
低温の戻りヘリウムガスの第2熱交換器5の経路に、該
第2熱交換器5をバイパスさせるためのバイパス流路2
1を設け、該バイパス流路21を流れる戻りヘリウムガ
スの流量を制御する流量制御弁22を設けるとともに、
低温吸着器2の入口部に、流量制御弁22の開度を制御
する温度指示調節計(TIC)23を設けている。
【0019】このようにヘリウムガス精製装置を構成す
ることにより、低温精製器3を導出した極低温の戻りヘ
リウムガスの一部を、第2熱交換器5で昇温することな
く第1熱交換器4に寒冷源として導入することができ、
該第1熱交換器4で冷却するヘリウムガスの温度を、低
温吸着器2で処理するのに最適な温度、例えば−40℃
以下に調節することができる。
【0020】上記バイパス流路21を通す戻りヘリウム
ガス量の調節は、前記低温吸着器2の入口部に設けた温
度指示調節計23の検出温度により行われる。このよう
に、低温吸着器2の入口温度に応じてバイパス流量を制
御することにより、低温吸着器2に導入するヘリウムガ
スを常に最適な温度に保つことができる。
【0021】なお、本実施例では、低温吸着器2の入口
部に温度指示調節計を設けたが、該低温吸着器2におけ
る処理温度を検出できる位置、例えば第1熱交換器4の
冷端側や低温吸着器2の出口部に温度指示調節計を設け
て、上記バイパス流量を制御するようにしてもよい。
【0022】さらに、低温吸着器2を昇温して吸着剤を
再生した後の予冷も、上記バイパス流量を増加させて、
予冷ガスとして該低温吸着器2に導入するガスを通常よ
り低温まで冷却することにより、急速に所定の温度まで
冷却することができる。
【0023】また、上記バイパス流路21を流れるバイ
パス流量を多くすると、第2熱交換器5で冷却して低温
精製器3に導入するヘリウムガスを十分に冷却すること
ができなくなるため、第2熱交換器5をバイパスさせて
バイパス流路21を通す戻りヘリウムガスの最大量は、
低温精製器3の負担を考慮して設定される。
【0024】なお、ヘリウムガスの精製や吸着器の再生
の手順は、従来と同様に行えるので、その説明は省略す
る。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第2熱交換器経路に流量制御弁を有するバイパス流路を
設けたので、従来装置のフロン冷凍機を省略することが
でき、装置コストの低減や設置スペースの縮小が図れる
だけでなく、低温吸着器の運転温度をフロン冷凍機の性
能に影響されずに任意に設定することができ、吸着器温
度を下げて吸着効率を高め、吸着剤使用量を低減すると
ともに、吸着器の小型化も図ることができる。
【0026】さらに、再生後の予冷時間の短縮も図れ、
効率のよい運転を行うことができ、運転コストを低減す
ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例を示すヘリウムガス精製装
置の系統図である。
【図2】 従来のヘリウムガス精製装置の一例を示す系
統図である。
【符号の説明】
1…常温吸着器 2…低温吸着器 3…低温精製器
4…第1熱交換器 5…第2熱交換器 21…バイパス流路 22…流
量制御弁 23…温度指示調節計

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヘリウムガス中の水分を吸着除去する常
    温吸着器と、該常温吸着器を導出したヘリウムガスを戻
    りヘリウムガスと熱交換させて冷却する第1熱交換器
    と、該第1熱交換器で冷却したヘリウムガス中の二酸化
    炭素を吸着除去する低温吸着器と、該低温吸着器を導出
    したヘリウムガスを戻りヘリウムガスと熱交換させてさ
    らに冷却する第2熱交換器と、該第2熱交換器を導出し
    たヘリウムガスを液体窒素で冷却して含有する空気成分
    を分離する低温精製器と、該低温精製器を導出したヘリ
    ウムガスを戻りヘリウムガスとして前記第2熱交換器,
    第1熱交換器に導入して前記導入されるヘリウムガスの
    冷却源として導出するヘリウムガス精製装置において、
    前記戻りヘリウムガスの第2熱交換器経路に、該第2熱
    交換器をバイパスするバイパス流路を設けるとともに、
    該バイパス流路を流れる戻りヘリウムガスの流量を制御
    する流量制御弁を設けたことを特徴とするヘリウムガス
    精製装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のヘリウムガス精製装置の
    運転方法であって、前記バイパス流路を流れる戻りヘリ
    ウムガスの流量を、前記低温吸着器の温度に応じて制御
    することを特徴とするヘリウムガス精製装置の運転方
    法。
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