[发明专利]用于净化和液化氦的设备和相关的方法

说明书

本发明涉及一种用于净化和液化氦的设备(100)，所述设备包括：冷头(3)，所述冷头具有：室温的后部的端部段(5)，以及至少一个最后面的在运行中最热的冷却级(8)和最前面的在运行中最冷的冷却级(10)，所述室温的端部段(5)和所述冷却级(8、10)沿所述冷头(3)的延伸方向(ER)前后相继地设置；热耦合到冷头(3)上的吸附床(4)；和用于液化氦的真空绝缘的储存容器(1)，其特征在于，通过所述设备(100)建立气体空间(12)，所述冷头(3)以其冷却级(8、10)伸入所述气体空间中并且所述气体空间包含所述吸附床(4)，所述气体空间(12)从冷头(3)室温的端部段(5)沿冷头(3)并经由吸附床(4)引至冷头(3)的最冷的冷却级(10)，在所述端部段上构成用于要净化的氦气的供应接口(6)，并且从冷头(3)上的至少两个耦合输出位置(14)到吸附床(4)上的至少两个耦合输入位置(15)建立冷头(3)到吸附床(4)的热耦合，所述耦合输出位置(14)在所述冷头(3)上分布所在的耦合输出区域(16)在冷头(3)的延伸方向(ER)上具有至少5cm的长度(Lsubgt;AK/subgt;)，并且所述耦合输入位置(15)在吸附床(4)上分布所在的耦合输入区域(17)在冷头(3)的延伸方向(ER)上具有至少5cm的长度(Lsubgt;EK/subgt;)。通过该设备可以简单和有效地净化和液化氦。

技术领域

本发明涉及一种用于净化和液化氦的设备，所述设备包括：

-冷头，所述冷头具有

室温的后部的端部段，

和至少一个最后面的、在运行中最热的冷却级和最前面的、在运行中最冷的冷却级，

其中，室温的端部段和各冷却级沿冷头的延伸方向前后相继地设置，

-热耦合到冷头上的吸附床，

-和用于液化的氦的真空绝缘的储存容器。

背景技术

这种设备是由JP H11-118349A(＝参考文献[D1])已知的。

液态氦在需要温度特别低的冷却剂的领域中使用。在正常的压力条件下，氦在4.2K下以液态形式存在。例如在使用超导磁体时可以将氦用作冷却剂，以保持超导体低于其临界转变温度。在实践中，这种超导磁体例如在磁共振波谱分析(NMR)中、在粒子加速器的运行中和在医疗诊断领域的核磁共振成像(MRI)中使用。

此外，氦也是一种多用途的原材料，这种原材料也以气态形式使用。这里，氦例如在食品工业中使用，这里氦用作喷射剂或包装气体，在焊接技术中使用，此时氦用作惰性气体，在气体放电管中使用，或用作用于气球和飞艇的提升气体，这里仅列举了几个领域。但对于这些众多的应用实例，需要有足够好的氦供应。

氦以一定比例存在于一些天然气源中。开采这种气体混合物并分离出氦。在过去的20年不断开发出新的含氦的天然气源。但尽管如此，氦的消耗量很大并且不断增加。这就反映在价格上涨上。此外，氦是一种不可再生资源，由此看来，有必要通过回收已经开采的氦来减少新开采氦的消耗。

这种回收例如经常发生在NMR实验室中，在所述NMR实验室中重新收集从超导磁体上蒸发的氦并且为了进一步使用再次使其液化。许多NMR实验室的液氦的日消耗量低于50升。在这种情况下，通常借助于基于低温冷却器(如脉冲辐射冷却器或GM冷却器)的液化器对氦进行液化。这种液化器对供应给所述液化器的氦气的纯度特别敏感。

这里，对于杂质可能如何进入氦回收系统的氦回路中，存在多个原因。例如每次打开氦回收系统的管线都会有一些空气进入氦回路。所述氦回收系统通常具有贮气气球(Ballonspeicher)，所述贮气气球的囊皮至少部分地对于空气和湿气是可透过的，由此会将这些不希望的组成成分供应给氦回路。此外，通常将泵和压缩机集成到氦回收系统中，在所述泵和压缩机中，在运行期间，泵油的油雾和裂解产物进入氦回路。