JPH0323829B2

JPH0323829B2 -

Info

Publication number: JPH0323829B2
Application number: JP13398582A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Mitani; Hidefumi Saito; Masanao Ando; Hiroshi Isaka; Munehiro Hayashi
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1982-07-31
Filing date: 1982-07-31
Publication date: 1991-03-29
Also published as: JPS5924168A

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装置に関するものであ
る。

この種のガス分離装置として、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
部に複数枚の精留板を段状に配列させた精留塔を
具備してなるものがある。すなわち、このもの
は、前記コンデンサ部分を、前記精留塔内に逐時
供給される原料ガスが液化し得る程度の低温に維
持するとともに、前記ボイラ部を、前記精留塔の
底部に溜る液体の一部が順次気化し得る程度の温
度に保つておき、各精留板上で気液を接触させて
周知な物質交換を行なわせることによつて前記原
料ガスを分離することができるようになつてい
る。

そして、近時、前記精留塔の頂部に冷凍機を設
け、この冷凍機の低温端で前記コンデンサ部分を
直接に冷却するようにしたものが考えられてい
る。しかして、このものは、前記コンデンサに大
きなヒートロードをかけることが可能になるので
小形の精留塔を用いて効率よくガスの分離を行な
うことができるという利点があるが、単にこれだ
けのものでは、運転を休止した場合に不都合が生
じる。すなわち前記精留塔は断熱壁に囲繞されて
おり、運転を停止した場合でも内部の低温状態が
比較的長時間に亘つて維持され得るようになつて
いる。ところが、前記精留塔の頂部に冷凍機を設
け、この冷凍機の低温端を前記コンデンサ部分に
接触させておくと、前記冷凍機を停止させて精留
運転を休止させた場合に、外部の熱が前記冷凍機
を通して前記精留塔内に侵入し易く、該精留塔内
の温度が比較的短時間のうちに上昇してしまう。
したがつて、短時間の休止後、運転を再開する場
合においても、塔内の予冷に多くの時間とエネル
ギを費さなければならないという不都合を招く。

本発明は、このような事情に着目してなされた
もので、精留塔の頂部に設けたコンデンサを冷凍
機の低温端で冷却し得るように構成するととも
に、前記低温端と前記コンデンサとの間に熱クラ
ツチを介設することによつて、前述した不都合を
有効に制御することができるようにしたガス分離
装置を提供するものである。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

第１図に示すように、本実施例に係るガス分離
装置は、精留塔１の頂部に設けたコンデンサ２を
ヘリウム冷凍機３により冷却するようにしてい
る。精留塔は、内壁４ａと外壁４ｂとの間に真空
断熱層４ｃを形成してなる断熱壁体４により構成
された密閉断熱容器状のもので、その頂部には前
記コンデンサ２が設けてあるとともに底部にはボ
イラ５が設けてあり、さらに、中間部には複数枚
の精留板６……が上、下方香に所定の間隔をあけ
て段状に配設してある。コンデンサ２は、前記内
壁４ａの天井部に熱伝導の良好な材料により作ら
れた薄肉カツプ状の膨出部７を一体に形成し、こ
の膨出部７の外周面部に凝縮用塊体８を密着嵌合
させたものである。凝縮用塊体８は、第２図に拡
大して示すように、内部に無数の連続空洞８ａ…
を有した多孔質材製のもので、具体的には、発泡
金属等を円柱状に形成してなる。一方、前記ヘリ
ウウ冷凍機３は、ヘリウムを圧縮するとともに水
冷し、さらに該ヘリウム内から不純物を除去する
等の機能を備えた常温部３ａと、この常温部３ａ
から供給される高圧のヘリウムを排出すべき低温
のヘリウムと熱交換させて前記高圧ヘリウムを冷
却するとともにそのヘリウムを断熱膨張または等
温膨張させて80〓以下の低温を得るように構成さ
れた低温部３ｂとを具備してなるもので、前記常
温部３ａと前記低温部３ｂとは高圧ヘリウム供給
路３ｃおよび低圧ヘリウム排出路３ｄによつて接
続されている。そして、このヘリウム冷凍機３の
低温部３ｂの先端部をなす低温端３ｅと前記コン
デンサ２との間に熱クラツチ９を設けている。熱
クラツチ９は、前記外壁４ｂの天井部に上方に開
口する筒部１１を形成するとともに、この筒部１
１に前記ヘリウム冷凍機３の低温部３ｂをシール
部材１２を介して上、下にスライド可能に嵌合さ
せこの低温部３ｂを下限位置にまで降下させた場
合に該低温部３ｂの低温端３ｅが前記内壁４ａに
設けた膨出部７の内周に密着嵌合し得るように構
成したものである。なお、１３は前記コンデンサ
２で凝縮させた液体を受けるための受皿である。

次いで、この実施例の作動を説明する。まず精
留運転を行なう場合には、熱クラツチ９を接続状
態にする。すなわち、第１図に示すように、ヘリ
ウム冷凍機３の低温部３ｂを下限位置にまで降下
させてその低温端３ｅを膨出部７内に密着嵌合さ
せる。そして前記ヘリウム冷凍機３を作動状態に
する。そうすると、精留塔１のコンデンサ２が前
記ヘリウム冷凍機３の低温端３ｅにより冷却され
ることになり、該精留塔１内で前述したような精
留作用が営まれる。一方、精留運転を休止させる
場合には、前記ヘリウム冷凍機３を停止させると
ともに、前記熱クラツチ９をしや断状態に切り換
える。すなわち、第３図に示すように、前記ヘリ
ウム冷凍機３の低温部３ｂを所要高さにまで上昇
させて低温端３ｅを膨出部７から離間させ、該低
温端３ｅと前記膨出部７との間にも真空断熱層４
c′を形成させる。その結果、前記低温端３ｅと前
記コンデンサ２との間の熱の授受がしや断される
ことになり、外部の熱が前記ヘリウム冷凍機３を
通して精留塔１内に侵入するのが防止される。そ
のため、運転停止後も精留塔１内の低温状態が比
較的長時間に亘つて維持される。したがつて、運
転休止期間が比較的短い場合には、運転再開時に
精留塔１内の温度が十分に低く保たれているた
め、予冷に費す時間およびエネルギを大幅に節約
することができることとなり、効率的な運転が可
能となる。

なお、コンデンサの構成は図示実施例のものに
限らないのは勿論であり、例えば、凝縮用のフイ
ンを設けたようなものであつてもよい。

また、冷凍機はヘリウム冷凍機に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で
種々変形が可能である。

さらに熱クラツチの構成も、図示実施例のもの
に限られないのは勿論であり、例えば、冷凍機の
低温端とコンデンサとの位置関係は変化させない
ようにしておき、該低温端と前記コンデンサとの
間に可動金属片等を挿入しあるいは引き抜くこと
によつて前記実施例と同様な作用を得るようにし
たり、前記低温端と前記コンデンサとの間にガス
または液体封入容器を通しての熱の伝達を行なう
部分を設けておき、この容器内の熱伝達媒体を抜
き去つたり、液体をガス化して熱伝達性能を悪化
させることで熱の流れをしや断し得るようなもの
にしてもよい。

以上、説明したように、本発明は、精留塔のコ
ンデンサを冷凍機により冷却するようにしている
ので、小形の精留塔を用いて効率よくガスの分離
を行なうことができる。しかも、前記冷凍機の低
温端と前記コンデンサとの間に熱クラツチを設け
て、運転休止時に外部の熱が冷凍機を通して精留
塔内に侵入するのを防止し得るようにしているの
で、休止後、運転を再開する際の予冷に要する時
間とエネルギを大幅に節約することができ、効率
的な精留運転を行なうことができるガス分離装置
を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は概略
正断面図、第２図はコンデンサを構成する凝縮用
塊体の内部組織を示す拡大図、第３図は作用説明
図である。１……精留塔、２……コンデンサ、３……冷凍
機（ヘリウム冷凍機）、３ｅ……低温端、４……
断熱壁体、９……熱クラツチ。

Claims

【特許請求の範囲】

１断熱壁体により構成され頂部にコンデンサを
有してなる精留塔と、低温端を前記精留塔の頂部
に位置させて設けられ該低温端で前記コンデンサ
を冷却する冷凍機と、この冷凍機の低温端と前記
コンデンサとの間で行なわれる熱の授受を断続さ
せるための熱クラツチとを具備してなることを特
徴とするガス分離装置。