本发明专利技术涉及一种回收和净化气体如来自冷喷涂涂装工艺的受污染氦气的三段法以及使用所述三段法的系统。其步骤包括：ａ）从气室中将气体导入到去除微粒的装置中形成无微粒的气体，并将第一部分的无微粒气体循环至气室中；ｂ）在通过选择性气体净化膜之前使第二部分的无微粒气体通过第一压缩机，形成净化气和废气，并使净化气与送往气室的第一部分的无微粒气体混合；和ｃ）使第三部分的无微粒气体通过液体分离器形成无液体的气体，并将无液体的气体循环回气室中。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
回收气体的系统和方法本专利
本专利技术涉及气体的回收，更具体而言，涉及冷喷涂成形工艺中氦气的回收。本专利技术背景氦气是冷喷涂成形(CSF)工艺中所选择的气体。然而，如果对氦气没有进行足够的回收，则其使用在经济上将受到抑制。一般来说，高的速度对于加速使CSF粉末到达工件是必不可少的。当氦气中的氮达到5％(摩尔)时，声速将降低8％。如果氮气浓度增加至20％(摩尔)，则声速将减少33％。如果较重的杂质(如二氧化碳)达到20％(摩尔)，其余为氦气，则声速将减少43％纯氦气的高气体速度是一项所需的物理性能，与具体的CSF应用无关。 表1：作为气体组成函数的声速氦气％摩尔氮气％摩尔水％摩尔二氧化碳％摩尔温度(F)声速(英尺/秒) 100 0 0 0 100 3958 95 5 0 0 100 3467 90 10 0 0 100 3120 85 15 0 0 100 2859 80 20 0 0 100 2653 95 0 5 0 100 3645 95 0 0 5 100 3225 90 0 0 10 100 2788--> 85 0 0 15 100 2489 80 0 0 20 100 2267CSF是本说明书未经商业化的一种新开发的技术。CSF与热喷镀(TS)的主要区别在于喷嘴气体的温度。TS使用微粒速度结合加热在工件上形成涂层。对两种工艺的描述将揭示与TS相关的问题，而该问题可通过CSF得到解决，以及以前不使用氦气而CSF选择氦气的原因。图1显示了CSF和TS的设备机壳的简图。一种TS的应用为等离子喷镀。使气体通过喷嘴14内的电弧形成等离子体。因此对TS而言，喷嘴14必须用水冷却或包含耐火材料以承受高温。喷嘴14的预期使用寿命通常少于100小时。气体和粉末通过喷嘴14形成喷路16。典型的喷嘴气体可以是氩气和氢气的混合物。在喷路16中氢气将燃烧以便为粉末提供额外的热量。粉末在到达工件18之前将在喷路16中部分或全部熔化并在工件18上形成涂层。必须注意工件18不能变得太热或涂层施用得太厚。如果涂层太热或施用得太厚，则冷却后涂层将发生龟裂。同时还需注意选择粉末的微粒大小。如果微粒的粒度太小，则由于汽化造成的损失在经济上是不允许的。喷路16使用气体速度及密度以加速微粒到达工件18。在喷路16中存在的高温降低了气体密度，最大限度地减少了气体速度对微粒速度的影响。要求TS的微粒速度最高达到200m/s。氦气可以提供较高的气体速度，但其密度将较低。TS需要单独的流体用于冷却工件18。所述单独的流体可以是液态二氧化碳或水。空气也可经气体入口22通过机壳12。大量空气流过工件18并带走不作为涂层粘附的过量粉末。空气及粉末废气经气体排出口20离开机壳12。如果在喷嘴14中使用氦气，则采用空气吹扫工件18将使氦气的回收及净化变得困难和昂贵。CSF不同于TS之处在于：在环境温度下用氦气可将喷嘴14中的粉末加速至约1000至约1200m/s到达工件18。喷嘴14中通常低-->于约400°F的CSF温度允许使用小于20微米并且含有各种挥发性合金元素的微粒。用氦气所能达到的高速使微粒在撞击工件18时具有足够的能量熔入涂层内。所得的涂层不会引起工件18底材发生变化，而如果将其置于TS温度下将导致这种变化。氦气也流经入口22吹扫工件18并带走过量的粉末。氦气及粉末从机壳12经放气口20排至氦气回收和净化装置。在CSF中，氦气主要起两种作用。首先，起加速涂料粉末，提供动力能量的作用。其次，起清洁吹扫气体的作用以便清洁工件外部的微粒。相信没有现成的氦气回收系统可用于CSF。由于目前各种CSF工艺均处于实验室规模并且使用少量的氦气，因此缺乏用于CSF的氦气回收系统也就不足为奇。但其它使用大量氦气的工艺具有氦气回收系统。美国专利号5,377,491公开了一种用于光学纤维冷却管的冷却气体回收工艺，该工艺使用真空泵/压缩机从冷却管中移走冷却气体，去除微粒和各种污染物后将冷却气体返回至光学纤维冷却管。在去除水和氧气方面使用了净化设备如变压吸附、干燥器和膜，氧气的最大去除量范围为1至50％(摩尔)，并且冷却管要求在0至150磅/平方英寸(表压)下冷却气体。美国专利号4,845,334公开了一种等离子体炉气体回收系统，其中气体在高温(～700℃)和低压(＜2磅/平方英寸(表压))下离开所述炉。将排放气体冷却后再经过微粒去除设备。然后压缩不含微粒的气体，重新过滤后干燥。然后将经过干燥和压缩后的氦气经油溢流式螺杆压出机在使用气流的压力及150标准立方英尺/分(SCFM)和100磅/平方英寸(表压)的压力下循环至所述炉内。美国专利号5,158,625公开了一种用于从金属硬化(淬火)室中移出氦气、净化氦气并压缩氦气的工艺。据描述淬火室为10立方米，氦气为2.5巴(绝对压力，875标准立方英尺)。从硬化炉中经真空泵可回收氦气及各种杂质。氦气和杂质可在真空泵下游中得到压缩-->并储存于接收器内。一旦除去所有来自硬化炉的所需氦气后，使具有杂质的氦气通过膜、干燥器、PSA或氢的催化氧化，从工艺中去除氧气和水。然后重新压缩经净化后的氦气并在压力下储存于另一个接收器内直至下一个硬化循环开始为止。上述工艺在淬火室中使用了比大气压高的压力以提高氦气的密度，并由此改进了传热性能。先有技术并未提出或建议采用包括三个涉及战略性替代净化设备的连续回路的回收及净化系统。此外，每一个回路均具有其本身单独的功能。除了净化及回收之外，本专利技术还能使氦气加压以获得必要的声速。本专利技术目的因此，本专利技术目的之一是提供一种效能价格合算的氦气回收系统，该系统在CSF喷嘴处能提供可接收的氦气纯度(＞80％摩尔)、体积和压力并用于清洁吹扫工件。本专利技术目的之二是提供一种氦气回收系统，该系统可从氦气中去除各种污染物，如氧、氮、水、二氧化碳和微粒。本专利技术概要本专利技术涉及一种回收和净化气体的三段法。各步骤包括：a)从气室中将气体导入至去除微粒的装置内并形成无微粒的气体，将第一部分的无微粒气体循环至气室中；b)在通过选择性气体净化膜之前使第二部分的无微粒气体通过第一压缩机形成净化气体和废气，并将净化气体与送往气室的第一部分的无微粒气体混合；和c)使第三部分的无微粒气体通过液体分离装置和接收器形成不含液体的气体，并将不含液体的气体循环至所述气室。本专利技术在另一个实施方案中涉及一个回收和净化气体的三段系统。该系统包括：a)从气室中将气体导入至去除微粒的装置内形成无微粒的气体，并将一部分无微粒气体循环至气室中的第一段；b)在通过选择性气体净化膜之前使第二部分的无微粒气体通过第一压缩机-->形成净化气体和废气，并将净化气体与送往气室的第一部分的无微粒气体混合的第二段；和c)使第三部分的无微粒气体通过液体分离装置和接收器形成不含液本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于回收和净化气体的三段法，该方法包括：ａ）将气体从气室导入到去除微粒的装置中形成无微粒的气体，并将第一部分的无微粒气体循环至气室中；ｂ）在通过选择性气体净化膜之前使第二部分的无微粒气体通过第一压缩机，形成净化气和废气， 并使净化气与送往气室的第一部分的无微粒气体混合；ｃ）使第三部分的无微粒气体通过液体分离装置和接收器形成无液体的气体，并将无液体的气体循环回所述气室中。
【技术特征摘要】
US 2000-12-4 09/727,4751.一种用于回收和净化气体的三段法，该方法包括：a)将气体从气室导入到去除微粒的装置中形成无微粒的气体，并将第一部分的无微粒气体循环至气室中；b)在通过选择性气体净化膜之前使第二部分的无微粒气体通过第一压缩机，形成净化气和废气，并使净化气与送往气室的第一部分的无微粒气体混合；c)使第三部分的无微粒气体通过液体分离装置和接收器形成无液体的气体，并将无液体的气体循环回所述气室中。2.权利要求1的方法，还包括在将第二部分的无微粒气体送往第一压缩机之前加入氦气与第二部分的无微粒气体混合。3.权利要求1的方法，还包括使来自气室的气体通过用于循环气流的循环单元。4.权利要求1的方法，包括将压缩后的第二部分的无微粒气体送入气体分析器以确定气体纯度。5.权利要求1的方法，其中选...
【专利技术属性】
技术研发人员：SE杰恩斯，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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