JPH0323827B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空気を窒素と酸素とに分離する場合
等に使用されるガス分離用精留塔に関するもので
ある。

例えば、空気を窒素と酸素とに分離するには気
体状の空気をその一部が液化するまで冷却して窒
素リツチな気体を得、この気体を別の場所で再び
その一部が液化するまで冷却してさらに窒素リツ
チな気体を得るという操作を繰り返すことが必要
である。そして、このような操作を連続的に行な
わせる手段として、例えば、第１図に示すよう
に、塔本体１の頂部にコンデンサ２を設けるとと
もに底部にボイラ３を設け、さらにその中間部に
物質移動領域４を設けてなる精留塔がある。すな
わち、このものは、前記コンデンサ２と前記ボイ
ラ３との働きによつて塔本体１の頂部を底部より
も低温に維持するとともに前記物質移動領域４に
通気性を有した精留板５を多段に配設しておき、
前記コンデンサ２部分で生成させた液体および前
述のような液化操作によつて得られる液体を上段
の精留板５上から下段の精留板５上へ順次に流下
させて該塔本体１の底部方向へ導くようにすると
ともに、前記ボイラ３部分から上昇してくる気体
および塔本体１の所定部位に外部から供給される
気体を前記各精留板５…の通気孔６…および該精
留板５…上の液体層７…内を順次に通過させて該
塔本体１の頂部方向へ導くようになつている。し
かして、このようなものでは、前記精留板５の下
面側から通気口６…を通して該精留板５の上面側
に形成された液体層７内に導入された泡状の気体
は、相対的に低温な液体に接触することによつて
冷却され、該気体内の酸素成分の一部が液化して
前記液体内に溶出するとともに、前記液体内の窒
素成分の一部が気化して該気体内に取り込まれる
（以下、この現象を「物質移動」と称す）ことに
なる。そして、このような物質移動が各精留板５
…毎に行なわれる結果、前記塔本体１のコンデン
サ２部分では窒素の割合がきわめて高くなり、ボ
イラ３部分では酸素の割合がきわめて高くなるわ
けである。

ところが、従来の精留塔のコンデンサ２は、物
質移動領域４に連通するコンデンサ室８内に冷熱
源９の低温端９ａを挿入しただけのものであり前
記低温端９ａの表面は単なる平滑な金属面あるい
は簡単なフインを突設した凹凸状の金属面により
構成されている。そのため、前記コンデンサ室８
内に導入されたガスと前記冷熱源９の低温端９ａ
の表面との接触面積が比較的小さく、コンデンサ
２の液化効率が低いという問題がある。すなわち
このような構成のものでは、前記低温端９ａの表
面近傍部のみが極低温となり、かかる限られた部
分でのみガスの液化が行なわれるため、たとえ前
記冷熱源９の冷凍能力を高めたとしても前記低温
端９ａの温度が不必要に低下するだけであり、液
化量を効果的に増大させることが難しい。

本発明はこのような事情に着目してなされたも
ので、コンデンサ室の主要部に多孔質材製の凝縮
用塊体を、冷熱源の低温端を接触包囲した状態で
充填することによつて前述した不都合を解消する
ことができるガス分離用精留塔を提供するもので
ある。

以下、本考案の一実施例を第２図、第３図を参
照して説明する。なお、第１図に示すものと同一
の部分には同一の記号を付して説明を省略する。

塔本体１の頂部に設けたコンデンサ１２を、物
質移動領域４に連通するコンデンサ室１３と、こ
のコンデンサ室１３に低温端１４ａを挿入した冷
熱源たるヘリウム冷凍機１４と、この冷凍機１４
の低温端１４ａを接触包囲して前記コンデンサ室
１３の主要部に充填された凝縮用塊体１５とから
構成している。ヘリウム冷凍機１４は、高圧のヘ
リウムガスを蓄冷器等を用いて予冷した後、低温
端１４ａ部分で断熱膨張または等温膨張させて80
〓以下の低温を得るように構成したもので、
Solvey Cycle，Gifford−McMahon Cycleある
いはStirling Cycle等、種々の冷凍サイクルを営
む形式のものが使用可能である。一方、凝縮用塊
体１５は、内部に無数の連続空洞１６…を有した
多孔質材、例えば、発泡金属を円柱状に形成した
もので、上面軸心部に設けた凹陥部１５ａを前記
ヘリウム冷凍機１４の低温端１４ａに密着嵌合さ
せてある。なお、１７は液化生成物を受けるため
の受け皿である。

このような構成のものであれば、従来のものと
同様な操作によつて塔本体１内に供給した空気を
窒素と酸素とに分離することができるわけである
が、本精留塔では、コンデンサ室１３の略全域
に、ヘリウム冷凍機１４の低温端１４ａを接触状
態で包囲する発泡金属製の凝縮用塊体１５を充填
している。そのため、物質移動領域４から前記コ
ンデンサ室１３に供給されるガスは凝縮用塊体１
５の連続空洞１６…内に導入され該塊体１５の内
部で冷却され液化されて受け皿１７上に落下する
ことになる。したがつて、かかる構成によれば、
コンデンサ室１３の略全域においてガスの液化が
一様に行なわれることになり、冷熱源の低温端の
表面近傍部でのみガスの液化が行なわれる従来の
ものに比べて、コンデンサ１２の液化効率がはる
かに高いものになる。換言すれば、本コンデンサ
１２は、ヘリウム冷凍機１４の低温端１４ａとガ
スとの間の熱交換面積をきわめて大きくすること
ができるので、冷凍機１４の冷凍能力を有効に利
用して最大限の液化量を確保することができる。
そしてヘリウム冷凍機１４の低温端１４ａの温度
が必要以上に低下する可能性が少なくなるため、
COPの悪化を有効に防止することができる。

なお、冷熱源は、ヘリウム冷凍機に限られない
のは勿論であり、従来からよく知られている通常
構成のものであつてもよい。

また、凝縮用塊体の構成も図示実施例のものに
限らず、例えば、織維状またはリボン状の金属を
塊状に集合させたもの、あるいは、発泡セラミツ
ク製のもの等であつてもよい。

さらに、分離するガスも空気に限定されないの
は勿論である。

以上、説明したように、本発明はコンデンサ室
の主要部に充填した多孔質材製の凝縮用塊体内で
ガスを一様に冷却し液化し得るようにしているの
で、コンデンサの液化効率を大幅に向上させるこ
とができ、また、冷凍機を冷熱源として用いた場
合でも低温端の温度が必要以上に低下しにくくな
るため、COPの悪化を防止することができるガ
ス分離用精留塔を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す概略断面図、第２図は本
発明の一実施例を示す概略断面図、第３図は同実
施例における凝縮用塊体の内部組織を示す拡大図
である。 １……塔本体、３……ボイラ、４……物質移動
領域、５……精留板、１２……コンデンサ、１３
……コンデンサ室、１４……冷熱源（ヘリウム冷
凍機）、１４ａ……低温端、１５……凝縮用塊体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 頂部にコンデンサを有するとともに底部にボ
   イラを有しかつ中間部に気液を接触させて物質移
   動を行なわせるための物質移動領域を設けてなる
   精留塔において、前記コンデンサを、前記物質移
   動領域に連通するコンデンサ室と、このコンデン
   サ室に低温端を挿入した冷熱源と、この冷熱源の
   低温端を接触包囲して前記コンデンサ室の主要部
   に充填された多孔質材製の凝縮用塊体とから構成
   したことを特徴とするガス分離用精留塔。