Die Erfindung betrifft einen Adsorber zur Trennung eines Gases von einem Hilfsfluid in einem Gaskompressor.

In der Kryotechnik werden Gaskompressoren beim Betreiben von Kleinkühlem, z.B. des Gifford/McMahon-Typs, oder von Kryovakuumpumpen zum Komprimieren von typischerweise Helium eingesetzt. In dem Gaskompressor wird das Gas mit einem Hilfsfluid verdichtet. Als Hilfsfluid wird häufig Öl zum Schmieren z.B. eines Scroll-Verdichters, zum Abdichten von Spalten und zur Wärmeabfuhr aus dem Verdichtungsprozess verwendet. Hierbei ist der Adsorber eine Komponente des Öl-Abscheidesystems insbesondere eines Helium- Kompressors. Das Öl-Abscheidesystem besteht aus mindestens einer Filtrationsstufe für Öl und Öl-Aerosole sowie dem Adsorber für die Abscheidung von Öl-Dämpfen. Ziel der Abscheidung ist es, Helium mit einem möglichst hohen Reinheitsgrad zu erzeugen.

Bekannt sind Adsorber mit zylindrischen Druckbehältern, in die ein Aktivkohlegranulat eingefüllt ist. Das Granulat wird in axialer Richtung von dem zu trennenden Gemisch aus Gas und Hilfsfluid durchströmt. Auf beiden Seiten des Granulats, also auf der Gaseintrittsseite und auf der Gasaustrittsseite des Granulats, sind jeweils Gasverteilerbleche zum gleichmäßigen Verteilen des Gemisches bzw. des Gases sowie Filterelemente angeordnet. Gasverteilerbleche und Filterelemente sind hierbei senkrecht zu der axialen Richtung angeordnete zylindrische Scheiben, die lose in den Druckbehälter eingelegt werden und z.B. von Federn an dem Granulat festgedrückt werden.

Beim Betrieb eines Adsorbers in einem Kryosystem mit einem Kaltkopf entsteht durch die Entspannung des Heliums im Kaltkopf eine kontinuierliche Druckschwankungsbelastung auf den Adsorber. Durch die

Druckschwankungsbelastung wird eine Reibung der Aktivkohlegranulatteilchen untereinander hervorgerufen. In Folge entsteht feiner Aktivkohlestaub. Naturgemäß enthält auch die Aktivkohle selbst im Anlieferungszustand einen bestimmten Staubanteil. Im Laufe der Betriebszeit des Adsorbers soll jeder Staubanteil an der Gasaustrittsseite ausgefiltert werden. Zudem kann der Aktivkohlestaub seitlich zwischen dem Rand der Scheibe und der Innenwand des Druckbehälters durchtreten.

Das Durchdringen des Aktivkohlestaubs durch die Filterscheiben kann bekanntermaßen dadurch verhindert werden, dass die Betriebszeit für die Adsorber kürzer ist, als die für das Durchdringen der Filterelemente durch Aktivkohlestaub erforderliche Zeit. Hierbei ist eine übliche Betriebszeit 2-3 Jahre, die auch der Zeit bis zur Öldampfsättigung des Adsorbers entspricht. Durch das _ 2 —

Begrenzen der Betriebszeit kann jedoch nicht das Problem der seitlich durchtretenden Aktivkohlestäube behoben werden. Das Problem seitlich durchtretender Stäube tritt bereits nach kurzer bis mittlerer Betriebszeit aufgrund von Fertigungstoleranzen oder allgemeiner geometrischer Abweichungen des Druckbehälters oder aufgrund bestehender Formabweichungen der Filterelemente auf. Zudem kann dieses Problem auch durch eine Aufweitung des Druckbehälters durch den Betriebsdruck verstärkt oder hervorgerufen werden.

Diese unerwünschten Aktivkohlestäube können sich beispielsweise in dem Kaltkopf des Kryosystems anlagern und zu dessen Leistungsminderung oder im schlimmsten Fall zur Blockierung des Kolbens im Kaltkopf und damit zum Totalausfall des Kryosystems führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Adsorber zu schaffen, mit dem das Gas besser als bisher von einem Hilfsfluid getrennt werden kann.

Der erfindungsgemäße Adsorber ist definiert durch die Merkmale in Patentanspruch 1.

Demnach ist das mindestens ein Filterelement enthaltende Filter eine Filterkartusche mit einer das Filterelement haltenden Einfassung. Die Einfassung kann unabhängig von der Form des Filterelements mit hoher Passgenauigkeit an die Form des Druckbehälters angepasst werden, um Spalte zwischen dem Filterelement und der Innenwand des Druckbehälters zu reduzieren. Die Einfassung der Kartusche kann sämtliche Filterelemente sowie ein mögliches Gasverteilerblech und Ausgleichsscheiben straff umschließen, so dass diese fest und dichtend gegeneinander gehalten sind. Ein Hindurchströmen von Hilfsfluid und Gas zwischen der Einfassung und den Filterelementen ist dann vermieden und das Gas bzw. das Gemisch aus Gas und Hilfsfluid muss durch die Filterelemente hindurchströmen. Von Vorteil ist es, wenn mindestens eine Filterkartusche dichtend und fest mit der Innenwand des Druckbehälters, z.B. mit Klebstoff, verbunden ist, so dass verbleibende Spalte zwischen der Einfassung und der Druckbehälter-Innenwand verschlossen sind. Hierbei können zwei Filterkartuschen auf einander gegenüberliegenden Seiten des Granulats derart angeordnet sein, dass eine Filterkartusche auf der Gaseintrittsseite des Granulats und die andere Filterkartusche auf der Gasaustrittsseite des Granulats angeordnet sind. Die Filterkartusche auf der Gaseintrittsseite kann dabei von einer Feder in Richtung auf das Granulat gedrückt werden, damit im Falle einer Volumenabnahme des Granulats durch Druckschwankungsbelastungen, die das Granulat verdichten, die Filterkartusche auf der Gaseintrittsseite einen straffen Sitz zu dem Granulat aufweist. Die Filterkartusche an der Gasaustrittsseite des Granulats kann hierbei dichtend und fest, z.B. mit Klebstoff, mit der Druckbehälter-Innenwand verbunden sein, um zu vermeiden, dass Rückstände von Granulat und/oder Hilfsfluid an der Gasaustrϊttsseite aus dem Adsorber austreten.

Zum gleichmäßigen Verteilen des Gases oder des Gemisches weist die Filterkartusche vorzugsweise ein Gasverteilerelement auf. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Filterelemente Filzelemente, z.B. aus Wollfilz, und/oder Gewebe, Vlies oder Faserverbundelemente aus Polyester, Aramiden oder Polyaramiden enthalten. Ein vorteilhaftes Hilfsfluid in der Kryotechnik ist Öl und ein vorteilhaftes Granulat, insbesondere zum Trennen von Öl und Helium, ist Aktivkohle.

Die Einfassung der Filterkartusche kann aus Metall und insbesondere aus einem Metallblech mit zylindrischer Mantelfläche und umgebördelten Rändern, die die Filterelemente gegeneinander pressen, bestehen. Alternativ kann die Einfassung aus Kunststoff hergestellt sein, wobei eine einstückige, die Filterelemente fest umschließend gegossene Kunststoffeinfassung denkbar ist. Alternativ kann die Einfassung aus zwei separaten miteinander verbindbaren Elementen bestehen, _ C

die im zusammengefügten Zustand die Filterelemente fest umschließen und einen straffen Sitz bilden.

Der erfindungsgemäße Adsorber ist bei Anwendung in einem Kryosystem dicht für Aktivkohlestaub. Eine Verminderung der Kälteleistung eines Kaltkopfes oder ein Totalausfall des gesamten Kryosystems ist verhindert. Bei Verwendung einer Feder zum Anpressen einer der Filterkartuschen gegen das Granulat bewirkt, dass bei der Verdichtung des Granulats im Laufe der Betriebszeit immer ein fester Andruck der Filterkartusche an die Granulatschüttung gegeben ist. Dadurch ist die Relativbewegung der Granulatteilchen untereinander begrenzt und die Bildung von Abrieb und Staub verringert.

Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen seitlichen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Adsorbers,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Kryosystems mit dem erfindungsgemäßen Adsorber und

Figur 3 eine Detailansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1.

Der in Figur 1 gezeigte Adsorber enthält einen Druckbehälter 1, Verbindungselemente 2, in den Druckbehälter eingefülltes Granulat 3 aus Aktivkohle, Gasverteilerbleche 4 in Form von Lochblechen und Filterelemente 5. Die Filterelemente bestehen aus Scheiben aus Wollfilz 6 oder aus Polyestergewebe oder Polyestervlies 7. Der Druckbehälter 1 hat eine zylindrische Form mit verschlossenen Stirnseiten, in denen Öffnungen für das Gemisch aus Gas und Granulat auf der Gaseintrittsseite (in Figur 1 links) oder für das Gas auf der Gasaustrittsseite (in Figur 1 rechts) ausgebildet sind.

Die Gasverteilerbleche 4 und die Filterelemente 5 sind zusammen mit Ausgleichsscheiben 16 in einer Einfassung 17 fest gehalten und bilden zusammen mit dieser jeweils eine Filterkartusche 12.

Die Gasdurchströmungsrichtung in axialer Richtung ist in den Figuren 1 und 3 durch die Pfeile dargestellt. Die in den Figuren 1 und 3 linke Filterkartusche befindet sich auf der Gaseintrittsseite des Granulats 3 und wird von einer Spiralfeder 8 gegen das Granulat gepresst. Die Feder 8 liegt auf der der Filterkartusche 12 gegenüberliegenden Seite an der gaseintrittsseitigen Stirnseite des zylindrischen Druckbehälters an.

Die Einfassung kann entweder aus Metall oder aus Kunststoff bestehen und muss in beiden Fällen die eingelegten Filterelemente 5 zusammen mit dem Gasverteilerblech 4 und den Ausgleichsscheiben 16 straff umschließen, so dass Aktivkohlestaub und Helium nur durch die Filterelemente 5 hindurchströmen können.

Bei einer Einfassung aus Metall wird ein Blech zunächst als zylindrische Mantelfläche geformt, ein unterer Rand angedrückt, die Filterelemente 5 eingelegt und schließlich der obere Rand umgebördelt. Bei der Ausführung in Kunststoff ist sowohl ein zweiteiliges Kartuschengehäuse möglich, als auch ein Umspritzen von Lochblech 4 und Filterelementen 5 durch Kunststoff.

Die in den Figuren 1 und 3 rechte Filterkartusche 12 befindet sich auf der Gasaustrittsseite des Adsorbers und ist fest mit einem Klebstoff 18 an der Innenwand des Druckbehälters 1 festgeklebt und abgedichtet. Ein Austritt von Aktivkohlestaub zwischen der Einfassung 17 und der Druckbehälter-Innenwand ist damit nicht möglich. Das in Figur 2 dargestellte Kryosystem besteht aus dem Gaskompressor 9 in Form eines Helium-Kompressors, Verbindungsleitungen 10 und einem Kaltkopf 11. In dem Kompressor 9 befindet sich der Adsorber, der das Öl von dem Helium abscheidet. Ziel der Abscheidung ist die Erzeugung von Helium mit einer Reinheit von mindestens 99,999%. Das von Öl bereinigte Helium wird durch die Verbindungsleitungen 10 dem Kaltkopf 11 zugeführt. Durch Entspannung des Heliums in dem Kaltkopf 11 wird eine kontinuierliche Druckschwankungsbelastung auf den Adsorber ausgeübt. Das Helium wird in einem geschlossenen Kreislauf zu dem Kompressor 9 zurückgeführt.