[发明专利]基于活性炭吸附器的气体增压回收装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种气体存储技术领域的装置，具体是一种基于活性炭吸附器的气体增压回收装置。

背景技术

高端的科学实验和工业设备中常需要对少量特殊气体本身物理行为特性进行研究或者要求充注某气体作为工作介质的器械在指定压力条件下运转。鉴于这类气体的珍贵性、不可再生性、高洁净度要求、毒性、腐蚀性以及环境污染性等原因，必须利用一种合理的机构来实现气体的增压，同时达到多次循环利用及回收的目的。市场上可供增压的技术和设备非常广泛，然而它们要么容易对气体样品或工质造成一定程度的污染(比如油润滑压缩机)，要么内腔扫气容积巨大从而必须压缩大量气体才有意义(比如空压机)，要么出气与进气压比过小(如膜片泵)，总之无法满足高洁净度、小体积量和高压比的技术特征要求。此外，气体从钢瓶释放充入工作系统后，若遇到工作系统故障及拆卸维修，此部分气体必须向环境排泄，既造成资源浪费又有可能污染环境。本发明的形成源自科研过程中对氦-3气体(1.2万元/标升)的增压和回收目的，在测量氦-3这一极为特殊和昂贵的稀有气体的热物理性质(PVT、比热，热导率等)及进行以氦-3为工质的低温制冷机试验时，商业化氦-3原装钢瓶初始压力过低，约为0.5MPa。一方面测量系统要求在更高的压力(1～5MPa)下运行；另一方面由于氦-3气体属于珍稀资源，要求进行回收和重复利用。

经过对现有技术的检索发现，授权公告号为CN 2864323Y的中国专利“小型氢气增压装置”利用储氢材料对氢气的吸附特性实现从低压氢气输送管内的氢气增压后由高压氢气输送管路输出。该装置同样具有结构紧凑和系统简单特点，但其主要局限于小流量的氢气增压，对其他稀有气体无作用。未涉及起重要作用的热力学变温原理，也未考虑对气体的中转和回收功能。

进一步检索发现，授权公告号为CN 201058270Y的中国专利“一种惰性气体回收装置”用于回收磁性材料生产过程中使用过的惰性气体。它的吸附器仅用于回收气体目的；装置本身设有机械增压机，未涉及吸附增压与热力学方法双效技术，升压比有限，且其内腔体积较大，不适用于气体数量较少的珍贵稀有气体，也无法满足本发明对气体洁净性要求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于活性炭吸附器的气体增压回收装置，基于活性炭对气体的物理吸附和解吸及低温冷却技术，实现少量特定气体增压和循环利用双效功能。活性炭主要采用椰壳活性炭，它在低温下对氦、氩、氢等气体有较强的吸附作用，随温度逐步升高其吸附能力下降，利用该原理对充满活性炭的体积较小的吸附器降温，使之充分吸附气体，以此把低压气源钢瓶中气体转移至吸附器内。此时气体处于低压状态，关闭与气源钢瓶连通的管端口阀门。连通与同样体积较小的目标气瓶(已抽真空)，将吸附器从低温环境取出并对其加热，活性炭解吸，气体压力升高进入目标气瓶实现增压目的。吸附过程涉及低温冷源及其冷量传导。低温冷源可以是液氮(77K)或液氦(4.2K)，温度越低吸附效果越明显，也可采用小型低温制冷机(如G-M制冷机)替代，实现干式冷却。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：气源钢瓶、目标钢瓶、活性炭吸附器、四通阀门、微内体积阀、内导通管、KF接头、毛细柔性不锈钢管和压力表，其中：气源钢瓶、目标钢瓶、KF接头和毛细柔性不锈钢管的一端分别经四个微内体积阀连接于四通阀门的四个端口上，毛细柔性不锈钢管的另一端与内导通管相连接，内导通管置于活性炭吸附器中。

所述的目标钢瓶的容积小于等于气源钢瓶的体积的1/10。

所述的活性炭吸附器包括：内导通管、外管、隔离板、活性炭腔和活性炭，其中：内导通管、隔离板和活性炭腔依次上下设置于外管内部；内导通管与外管之间为真空，内导通管的底部穿透隔离板并与活性炭腔相连通，活性炭设置于活性炭腔内。

所述的活性炭为椰壳活性炭，所述的活性炭腔的底端设有可拆卸填充口。

所述的气体增压回收装置中所有各部件之间通过毛细不锈钢管相连。

本发明可实现氦-3、氦-4、氖、氪、氙、氘、氯、氟等各类气体10倍左右的理论压缩比，同时可对气体进行梯级压力利用及回收。该装置实现简单，制作成本低，气体始终处于洁净密闭容器内，能保证气体不被污染，避免气体流失。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。