JPS59112195A - 液体中に気体を吸収するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体中への気体の吸収及びそのような方法及
び装置を組込んだエネルギー変換サイクルに関する。更
に詳細には、本発明の１つの観点は、比較的低沸点を有
する第１の流体の、この第１の流体よシもかなシ高沸点
を有する第２の流体への吸収を行なうだめの、但し第２
の流体が第１の流体に対して比較的高程度の吸収性を有
し且つその溶媒を構成する、方法及び装置を提供する。

以下第１及び第２の流体は、それぞれ「気体」（又は「
溶質気体」）及び「溶媒」として言及されるであろう。

ここに「液体」とは、比較的純粋な状態の溶媒及び気体
の溶媒中の溶液の双方に関するものとして使用されるで
あろう。＼気体を液体中へ吸収する作業は、多くの及び
様々な技術分野において遭遇するものである。本発明は
特に非常に発熱する気体−液体吸収過程に関するもので
ある。この場合、気体の溶媒中の高エンタルピー溶液或
いはそのような溶液の気体との混合物を得ること、及び
同時に気体の溶媒への吸収過程において発生する吸収熱
を、できるだけ多く更に利用するために回収することは
望ましい。

気体−液体吸収過程を上述の必要条件と共に包含する技
術的分野の例は、代表的には例えば気体としてアンモニ
ア（又は「仕事流体」）及び溶媒としての水（又は「担
体流体」）を用いる所謂「複式流体エネルギー変換系」
又は「吸収エンジン」である。そのような複式流体エネ
ルギー変換系に対する多くの永続的な提案には、例えば
米国特許第２１４０３７号、第３３７．３７１号、第４
２７、３９８号、第４９３．７２２号、第１．９５７゜
８９３号及び第３．５０５．８１０号、及び英国特許第
２９４．８８２号を挙げることができる。すべてのこれ
らの刊行物はアンモニア溶液を、エンジンの駆動のため
に設計されたボイラーで発生する気体アンモニアと共に
使用し、続いて気体アンモニアを水性担体流体中に再吸
収し、そしてボイラーに再循環することを提案している
けれど、すべての場合に提案されている運転条件は明ら
かに実際に行ないえないか、或いは非常に低い熱効率を
提示しているにすぎない。

更ニ最近のＢｒ　１ｎｋｅｒｈｏｆ　ｆ　　による米国
特許第４、１９５．４８５号、第４．２９５．３３５号
及び第４、３０７．５７２号は注目すべきものである。

これはエネルギー変換サイクルにおける複式流体系の使
用を開示し、特にこのサイクルにおける内部熱源の利用
に関するものである。この目的のために、中でも、仕事
をした後の仕事流体の蒸気を担体流体に吸収させる吸収
装置中で発生する吸収熱の少くとも１部分を回収し且つ
使用することを提案している。しかしながらＢｒ１ｎｋ
ｅｒｈｏｆｆは上述のすべて他の参考文献と同じく、気
体の液体への連続的な効率よい吸収を保証し且つ発生し
た吸収熱をできるだけ多く回収するために吸収装置にお
いて及びそれを通流する流体において達成しなければな
らない条件について言及していない。

本発明の目的は、気体の溶媒中の高エンタルヒ。

−溶液又はその上うな′溶液の気体との混合物を得、同
時に吸収熱をできるだけ多く回収するために制御された
条件下に気体を溶媒へ吸収させるだめの新規で改良され
た方法を提供することである。

本発明の更なる目的は、それぞれの段階において熱力学
的に可逆的な条件にできるだけ近い条件下に吸収過程を
行なうという連続した段階で気体を溶媒に漸進的に吸収
させる方法を提供することである。

本発明の他の目的は、上述の方法を行なうための改良さ
れた装置を提供することである。

更に本発明の他の目的は、作画流体蒸気の担体流体への
吸収を本発明の新規な方法に従って行なう上述の種類の
複式流体系（ｄｕａｌ　　ｆｌｕｉｄｓｙｓｔｅｍ）を
用いる新規で改良されたエネルギー転換法を提供するこ
とである。

本発明の１つの観点によれば、 比較的高温度及び圧力において高エンタルピー溶液或い
は溶液と気体の混合物を得るため傾、遊離される吸収熱
の最大の回収を伴なう熱力学的に可逆的な条件にできる
だけ近い条件に気体の溶媒への漸進的吸収を行なう方法
において、気体の流れと溶媒の流れ又は気体の溶媒中の
希溶液の流れとを、それぞれ気体と溶媒又は溶液との間
に密なる接触が達成される複数の別個の段階を通して向
流的に通過させ；そして該段階のいくつか又はすべてか
ら、これらの段階における流体と気体の溶媒中の濃溶液
、即ちある最終段階から取シ出され且つ段階のいくつか
又はすべてを通して希溶液の流れと向流的Ｋ及び該気体
の流れと並流的に連続導管を経て再循環して該段階の通
過後に該導管から高エンタルピー溶液又は溶液と気体の
混合物として出てくる該濃溶液との間の間接的な熱交換
によって熱を抽出し；また該段階のいくつ力）又はすべ
てから、これらの段階の流体と該段１階の１部又はすべ
てを通過する冷媒流体との間接的熱交換で該冷媒流体の
温度を上昇させることによって更なる量の熱を抽出する
ことを特徴とする気体の溶媒への漸進的吸収を行なう方
法を提供することである。

本発明の方法によれば、各吸収段階における又は段階の
いくつかにおける温度と圧力の変数は系の最適な運転の
だめに制御される。そのようなｉｌＪ御は、中でもある
段階における液体又は１つの段階から次の段階へ通過す
る際の液体を冷媒流体と間接的な熱交換に供することに
よって達成される。

このように該冷媒流体によって吸収装置系力）ら弓１き
出される熱は、系内で或いは１つ又はそれ以上の２次過
程の熱入力として更に利用しうる。本発明の方法のこの
特徴によれば、吸収装置系力１ら抽出される核熱は種々
の段階から異なる温度で取シ出され、この結果熱を多く
の目的に対して、例えば適当に適合した作業流体を用い
る１つ又はそれ以上の有機ランキンサイクルに対する部
分的な熱入力として適当ならしめうるということを特記
しなければならない。

本発明の他の観点によれば、本発明の方法を行なうため
に、吸収熱の最大の回収を伴なって気体の液体への吸収
を行なうだめの多段吸収装置、すなわち それぞれ流体気密室の下方及び上方域に気体の入口及び
出口を備え且つその上方及び下方域に液体の入口及び出
口を備え、但し該気体の入口及び／又は該液体の入口が
該気体及び／又は該液体を該室に導入したときに細かく
分散させるためにそれぞれ気体又は液体分散手段を備え
ておシ、また。

各段階の気体及び液体の入口及び出口が隣る段階のそれ
らと直列に連結して、第１段階から最終段階への連続的
な液体流路及び該液体流路に対して向流的な該最終段階
から該第１段階への連続的な気体流路を限定している、
該流体気密室によってそれぞれ限定される複数の、実質
的に同一の段階：液体駆動手段を備え、また該最終段階
の液体出口から液体を取り出し且つそれを該液体流路に
対して逆の方向において段階の１部又はすべてを通して
再循環して、連続導管の壁を通して吸収段階の流体と熱
を交換し、最終的に該第１の最終段階から流出せしめる
のに適当である、該連続導管；及び 該吸収段階のいくつか又はすべてにおける流体と或いは
それぞれのそのような段階から連続する段階への通路に
おける流体と接触して、該流体から冷媒流体への熱伝導
を行なうのに適した熱交換導管、 を含んでなる該多段吸収装置が提供される。

本発明の好適な具体例によれば、吸収装置の種々の段階
は他の段階の上に垂直に配置され、そして共通の垂直な
円筒形又は三稜形のノ・ウジング内に収められている。

但し各段階が該ハウジングの垂直壁の対応する部分及び
腰壁の内側に漏れのないように取り付けられた１対の垂
直方向に間隔を置いて離れた実質的に水平な隔離板によ
って限定され；また最上及び最下段階はそれぞれその上
及び下端がそれぞれハウジング自身の上及び底壁によっ
て制限されている。好ましくは、このハウジングはその
全外側に又はその主要部分に断熱被覆を備えている。

上述の好適な配置において、液体、即ち溶媒又は気体の
溶媒中の希溶液は最上段階の上部に供給され、また液体
流路は各段階から次の下の段階へと最下段階に至るまで
重力による液体降下にょってでき心がシ、その最下段階
から（気体の溶媒中の）濃溶液が取シ出される。後者は
ポンプの助けを借シ、適当な連続導管を通って上方へ且
つすべての段階中を再循環され、最後に最上段階から高
エンタルピーの溶液又は気体と溶液の混合物として取り
出される。この好適な配置における向流の気体流路は、
最下段階の底に隣うて気体を導入するととＫよつ゛て確
立される。そこから気体は上昇してすべての段階を通過
し、そこを反対方向から下降してくる液体と良く接触し
、吸収される。最上段階と通じている消散通気孔は、系
内に存在するかも知れない非凝縮性の気体及び時に吸収
されなかった気体の残シを通気させるためにハウジング
の上部に適当に設置されている。

本発明の概容は、吸収装置段階の上述の好適な形態及び
相互配列に限定されなくて、むしろ相互の観点から種々
の他の形態及び配列も包含していることは明白である。

例えば各々の別個の段階又は段階の細区分は別の、好ま
しくは断熱されたハウジング内に配置され、気体、液体
及び再循環される濃溶液を、重力、圧力差又は機械的ポ
ンプ手段によって各段階から隣シの段階へ通過させても
よい。

各吸収装置段階において気体と液体を良く接触させるた
めには、気体及び液体の１方又は両方を、この目的のた
めに設置した気体及び／又は液体分散手段の助けを借）
で段階中に導入して微分散させる。適当には、液体の分
散手段は各段階の上部に隣って配置された液体分岐管上
の複数の噴霧ノズルからなる。気体分散手段としては、
技術的に公知の通常の手段、例えば各段階の底に隣接し
て水平に延びる有孔気体分岐管、液中に没入した泡鐘、
などが適当に使用できる。

本発明の他の好適な具体例によれば、各段階は垂直な区
画板間に制限された液体層を含む。この区画板の１つは
段階の全高さに延び且つ段階の底に隣って少くとも１つ
の液体入口開口を含んでなシ、一方他の垂直な区画板は
段階の底から段階の高さの１部分だけまで延びて液体層
に対する堰として役立っている。この配列の結果として
、各段階の液体層では、１つの垂直な区画板の該液体入
口開口から、堰として役立ち且つ液体が次の下の段階へ
溢流して降下する他の垂直な区画板に至る液体の実質的
な水平流が確立される。各段階の液体水準上の空間は気
体によって占有されている（以下「気体空間」）。好ま
しくは、更に本発明によれば、気体の入口及び分散手段
を、各段階の底を形成し且つ各段階における上述の液体
層を保有している水平な隔離板て設置する。これらの気
体の入口及び分散手段は、該水平隔離板に開けられ且つ
各段階の気体空間からの気体の、隣シの上の段階の水平
に流れる液体層への流入及び分散を、該水平の流体流を
妨げることなしに、一方向時に液体の開口を通しての次
の下の段階への通流に抗して、容易ならしめる適当な形
及び寸法を有する孔からなっている。これは、例えばＡ
、　Ｋｏｇａｎのイスラエル国特許明細書第２８７０７
号に開示されている方法、即ちテーバのついた、円錐形
の又はベル形の形態の孔を取シつけ及び／又は有孔隔離
板によって運ばれる液体流の水平方向に対して傾斜した
軸を有するように孔を配向させることによって達成する
ことができる。しかしながらこの配列は限定的なもので
なく、例えば通常の泡鐘がこの目的に使用することがで
きる。

本発明の更なる観点によれば、 ａ）　気体の溶媒中溶液を蒸留塔で蒸留して比較的純粋
な溶質気体を生成させ且つ一方で比較的希薄な溶液を残
留させ； ｂ）　該比較的希薄な溶液を塔の下方部分から、また溶
質気体を塔の上方部分から取り出し；Ｃ）　該溶質気体
と希薄溶液とを相互の間接的熱交換関係で通過させて溶
質気体のエンタルピーを増大させ； ｄ）　エンタルピーの増大した溶質気体を出力発生手段
に通過させて有用な仕事を生じさせ、そしてエンタルピ
ーの減少した該溶質気体を該出力発生手段から取シ出し
； ｅ）　工程（Ｃ）からの該希薄溶液を減圧手段中に通過
させ； ｆ）　工８（ｅ）からの該希薄溶液及び工程（ｄ）から
の該溶質気体を、減少させた温度及び圧力下に且つそれ
ぞれ向流方向に、複数の別個の段階を経る多段吸収装置
中へ通過させ、但し各段階での緊密な接触を、熱発生の
条件下に比較的濃縮された溶液が生成するように気体及
び溶媒又は溶液間で達成し； ｇ）　段階のいくつか又はすべてを通して、比較的濃縮
された溶液を吸収装置の下方部分から取シ出し、その圧
力をポンプ手段によって上昇させ、その少くとも１部分
を、連続な導管を通して希溶液の流れに対して向流的に
及び該気体の流れに対して並流的に再循環し、そして該
段階のいくつか又はすべてから、これらの段階における
流体と該再循環される比較的濃縮された溶液との間の間
接的熱交換によって熱を抽出し、これによって該段階で
発生した吸収熱の実質的な部分を、該導管から高エンタ
ルピー溶液或いは溶液と気体の混合物として出てくる該
比較的濃縮された溶液に伝導させ； ｈ）　該段階のいくつか又はすべてから、これらの段階
における流体と該段階のいくつか又はすべてを通る冷媒
流体との間の間接的な熱交換によって更なる量の熱を抽
出し；そして ｉ）　該高エンタルピーの濃縮された溶液又は溶液及び
気体の混合物を、該吸収装置から該塔へ、返送する溶液
の濃度及び状態に対応する塔の水準位置に返送する、 工程を含んでなるエネルギー変換法が提供される。

この方法においては、一方で熱が（濃溶液を循環させる
ことによって）吸収装置から定常的に除去され且つ回収
され、他方で吸収熱によって昇温度まで加熱された濃溶
液が蒸留塔へ返送され、サイクルが終ることになる。塔
に予加熱された濃溶液を連続的に供給するという事実は
塔に対する外部からの必要な熱入力を非常に減すること
となる。

この外部からの熱入力は塔内の温度及び圧力が実際的な
限界内にあることを保証するために適当に変えることが
できる。

溶質気体は、必要であシ且つ所望である場合、出力発生
手段を通過する前に、好ましくは塔に共通である外部熱
源を用いて加熱することによって、そのエンタルピーを
更に増大させることができる。

一方希薄溶液は、吸収装置中へ入る前に、吸収装置から
出て来る濃溶液と更に熱交換して、それに熱を伝導させ
ることができる。

上記工程（ｅ）における減圧手段は、例えば必要なポン
プエネルギーを与える上記（ｇ）のポンプと連動するタ
ービンであってよい。

好ましくは、塔からでてくる溶質気体を、該連続導管か
ら吸収装置の段階を通して再循環する（参照、上記工程
（ｇ朧に、比較的濃縮された溶液（吸収装置の下方部分
から出てくるもの）と熱交換させて精留室中を通過させ
ることによって還流を行ない、精留室で生成した凝縮物
を還流物として塔に返送する。

他Ｋ及び好ましくは、塔から出てくる溶質気体の１部分
を（好ましくは塔から除去される希薄溶液との及び／又
は外部熱源との熱交換で予備的にエンタルピーを増大さ
せた後）補助的出力発生手段に向わせ、そこで有用な仕
事をさせ、次いで補助出力発生手段から取シ出される溶
質気体を凝縮させ、この凝縮した溶質気体を還流物とし
て塔に返送することによって還流を行なう。

今や添付する図面を参照して本発明を更に詳細に記述す
る。この図面は本発明を制限するものではなくて、本発
明の種々の具体例の例示である：第１図は本発明の１つ
の具体例による多段吸収装置の長さ方向の系統的な断面
図であり；第２図は本発明による多段吸収装置の他の具
体例の長さ方向の系統的な断面図であシ；第３図は本発
明の他の具体例による吸収装置の１段階の長さ方向の系
統的な断面図であシ；第４図は第３図の具体例による吸
収装置の２つの隣接する段階の相互の連結を例示する系
統的なフロー図であシ；そして 第５〜７図は本発明によるエネルギー変換工程の異なる
具体例の系統的表示である。

第１図に見られるように、一般に１で表示される多段吸
収装置は、垂直に配置された長いハウジング２によって
構成され、その全外表面が断熱被覆３を有している。ハ
ウジング２は水平の隔離板４イ　、シ　、−−−−４／
ｒ＋−１及び謡によって細区分されて複数の別個の段階
　普〜％１　を形成する。ハウジング２の底端において
、濃溶液捕集器６は最下段階５ｎとハウジング２の底壁
との間に制限され、この濃溶液捕集器は濃溶液の出ロア
において開口している。各段階　臀〜　４　は、段階の
上方及び下方の水平壁に密閉して取９つけられた第１の
垂直な区画板８（第１段階　／だけに表示）を含み、そ
の下方部分には少くとも１つの液体入口の開口９が開け
である。

該第１の垂直な区画板８はハウジング２の隣る内壁から
離れて存在している。最上の第１段階４において、第１
の垂直な区画板８とハウジングの内壁との間の空間は、
液体入口１０と連結する。

各段階は、段階の底壁（即ち水平の隔離板イ）に密閉し
て取シつけられ且つ段階の高さの１部分にだけ上方に延
びる第２の垂直な区画板１１（最上段階音だけに表示）
を更に含んでいる。

更に第１図において明らかに理解できるように、水平の
隔離板９〜４／ｎ　　は該第１及び第２の垂直な区画板
８及び１１間に含まれる水平隔離板の区域に孔を有して
いて、複数の気体入口開口１２を形成する。更に第１図
に示されるように、開口１２め長さ方向の軸は、各段階
中の液体の水平な流れ方向に対しである角度で傾斜して
いる。最下段階にの底壁％における気体入口開口１２は
気体入口分岐管１３と連結し、これは順次ハウジング２
の壁にある気体入口１４と連結する。気体の消散パルプ
（又は通気孔）１５がハウジング２の上部にあシ、第１
段階ηの上方の空間と通じている。

間接的な熱交換器の管１６は第１段階耳を除く各段階５
Ａ〜５／ｎに設置され、その中を冷媒流体が循環する。

同様に、熱交換器の管１７はハウジング２の底における
濃溶液捕集器６中に設置されている。導管１８は濃溶液
の出ロアをポンプ１９と連結する。ポンプ１９は濃溶液
を、連続導管２０からすべての段階４／ｎ〜４／１へと
、即ち各段階の下方部分に位置する熱交換コイル２１へ
と上方へ送るのに適している。導管２ｏの上端はハウジ
ング２から生成物出口２２として外に出る。

第１図に示す具体例に従う多段吸収装置１の運転は次の
通シである：溶媒又は気体の溶媒中の希溶液を液体人口
１０から、第１段階５／１の垂直な区画板８とハウジン
グ２の内壁との間の空間に導入し、その空間内に液柱を
形成きせる。この液体は垂直な区画板８の液体の開口９
を逆って段階５／１の内部に流入し、堰として働く第２
の垂直な区画板１１の高さに相当する高さの液体層を形
成する。この結果段階５／１において左から右への水平
な液体流ができ上シ、液体は堰１１を溢流し、次の下の
段階５／２へ流下し、この段階の第１の垂直な区画板８
とハウジング２の内壁との間の空間にたまる。この第２
の段階５／２において、液体の水平流は第１図に示すよ
うに右から左である。この過程は、液体が最下段階５　
／　ｎに到達し、そこから濃溶液捕集器６へ流れ且つそ
こに集められるまで繰返される。吸収装置１における液
体の曲如くねった流路の過程において、液体は気体人口
１４及び気体入口分岐管１３を通して吸収装置中へ導入
される気体と各段階で向流的に接触する。

即ち気体は分岐管１３からその圧力によって気体の入口
開口１２を通って段階５　／　ｎの液体中に入シ、そこ
で部分的に吸収される。段階５　／　ｎで吸収されなか
った気体の残シは、その段階の液体上の気体９間に蓄積
され、そこから水平隔離板４／ｎ−１の開口１２を通っ
て次の上の段階５／ｎ−１に流入し、これが最上段階５
／１に達するまで繰返される。いずれか残っている吸収
されなかった気体及び存在するかも知れない他の非凝縮
性の気体は最上段階５／１から消散バルブ１５を通して
放出される。

濃溶液は、出ロアを通して捕集器６から導管１８へ取シ
出され、上述したようにポンプ１９によって導管２０に
送入され、段階４　／　ｎ−４／１のすべて又は１部分
を、これらの段階の液体の一般的な流れに対し向流で通
過し、熱交換器コイル２１によって間接的に熱交換され
る。濃溶液の導管２０の通過に際して、それは各段階に
おいて液体から熱を蓄積し、結果として導管２ｏ内の濃
溶液の温度は着実に上昇する。時に濃溶液は導管２０の
ある中間点で沸とうしはじ、めることさえある。このよ
うにして高エンタルピーの濃溶液又は気体と濃溶液の混
合物が出口２２から得られる。

導管２０中の濃溶液に伝導される以上の吸収熱の残りは
、必要に応じて各段階の液体の温度を制御する熱交換器
の管１６のいくつか又はすべてに冷媒流体を通過させる
という間接的な熱交換によって系から抽出することがで
きる。最下段階５／ｎを出た後に濃溶液捕集器６で蓄積
する濃溶液の熱含量の１部分は、熱交換器の管１７との
間接的な熱交換によって同様に取シ去られる。熱交換器
の管１６及び１７を通流する冷媒は、系の他の場所で或
いは第２のエネルギー変換サイクルで使用してもよい。

第２図で理解できるように、本発明の他の具体例による
多段吸収装置は、一般に１０１として表示され、第１図
のものと対応し、目っ同一の参照番号で表示される次の
成分を含んでなる：三稜形又は円筒形の垂直なハウジン
グ２、その外側の断熱被層３、液体人口１０．気体、入
口１４、気体消散パルプ１５、導管１８、ポンプ１９及
び熱交換器コイル２１を含んで生成物の出口２２で終る
連続導管２０と連結する濃溶液の出ロア。第２図の具体
例によれば、段階５／１〜５　／　ｎは、ハウジング２
の内壁１０２と、垂直な隔離板１０２と一緒になって各
段階の流体を漏らさない空間を形成する水平な隔離板１
ｏ３／１〜１０３／ｎ−１とによって限定される。、各
段階は複数の噴霧ノズル１０５を含んでなる１つ又はそ
れ以上の液体の入口分岐管１０４を上部に隣って有して
いる。また各段階は、導管１０７によって隣接する下の
段階の液体入口分岐管１０４上の気体空間と連結する１
つ又はそれ以上の有孔管からなる気体入口分岐管１０６
を下部に備えている。

最上段階５／１の液体入口分岐管１０４は吸収装置１０
１の液体入口１０と連結し、一方続く段階５／２〜５　
／　ｎの液体分岐管１０４は導管１０８によってその底
部に隣接する場所において隣る上の段階と連結する（即
ち水平の隔離板１０３／１から１．０３／ｎ−１まで順
次隣って連結する）。更に最下段階５　／　ｎを除く各
段階５／１〜５／ｎ−１は熱交換器２１下に且つ気体入
口分岐管１０６上に便宜上位置し、そして冷媒流体を循
環するのに適している熱交換器管１０９を含んでいる。

最下段階５　／　１１では、その段階の気体入口分岐管
のすぐ下に、即ち該気体入口分岐管とハウジング２の底
壁との間の空間に同様の熱交換器管１１０が存在する。

・なおこの壁間は本発明のこの具体例の場合、濃溶液捕
集器６として役立つ。

第２図に例示する多段吸収装置１０１の運転は、詳細に
上述した第１図の吸収装置１の運転と一般的に同様であ
る。主な相違は、第２図の吸収装置の場合、各段階に導
入される液体及び気体の双方が相互に分散されていると
いうことにある。各段階の上部の噴霧ノズル１０５を通
して微噴霧として注入される液体は熱交換器の管２２に
つき轟たって管の表面上にフィルムを形成し、熱交換器
管１０９上をその段階の底部へしだたシ落ちる。液体は
その段階を下方へ降下する際に、微噴霧及び下降フィル
ム及び小滴の形で、気体入口分岐管１０６の気体入口開
口を逼してその段階の下部に入ってくる気体の上昇流と
出会う。各段階の底、即水平の隔離板１０３に達する液
体は、導管１０８を通して次の下の段階の液体入口分岐
管１０４へ入る。２つの連続した段階間の圧力差を克服
するために且つ液体を次の段階の噴霧ノズル１０５を通
過させるために必要なエネルギーは、重力により或いは
導管１０８に含まれる補助ポンプによシ付与することが
できる。第２図に示す具体例の場合、最初の別法が当て
はまるが、第２図は単に図的な表示であるから第２図に
示す如き導管１０８の高さは各導管１０８中の液体に適
当な圧力を付与するために必要とされる実際の寸法を必
ずしも表わしていないということを明示し彦ければなら
ない。即ち導管１０８にポンプを使用しない場合には、
隣接する段階間の垂直の間隔をもつと大きくすることが
必要になるかも知れない。

第３図に示す如き本発明による吸収装置の更なる具体例
によれば、多段吸収装置の各１つの段階は、一般に５０
として表示され、外側の断熱被覆６１、液体の入口５２
、気体の入口５３、気体の出口６ｏ及び液体混合物の出
口５４を備えた円筒形のハウジング５１からなる。気体
人口５３ば、ハウジング５１内にそれと共軸的に垂直に
配置され且つ実質的にその全長に亘って延びる長い有孔
管からなる気体入口分岐管５５と通じている。気体入口
分岐管５５の孔５６は、気体が入口分岐管５５の内側か
ら、下方へ流れる周囲の液体中へ入るのを容易にするた
めに、また該液体が気体入口分岐管５５の内側に入るの
を防ぐために、垂直方向に対して鋭角で傾斜した軸を有
する。気体入口分岐管の上端は密閉され、ドーム形の上
側表面を有する液体分散キャップ６５を備えている。

続く段階から濃溶液を再循環させるための第１のら線形
の導管５７は、濃溶液入口５８から濃溶液出口５９まで
延び、気体入口分岐管５５をその長さの上部４分に亘っ
て取シ囲む。該液体分散キャップ６５の外径はら線形導
管５７のら線の直径＝と対応し、液体人口５２からハウ
ジング５１に入る液体はキャップ６５の球形の上側表面
上を広がシ、その低端を端状のフィルムとして下降し、
ら線形導管５７の最上のら線の上に至る。

冷媒流体を循環させるための第２のら線導管６２は冷媒
流体人口６３及び出口６４の間を延び、気体入口分岐管
５５をその長さの下部４分に亘って取シ囲む。

第３図に示す種類の複数の吸収装置段階が相互に運転状
態で連結されている様子は第４図に図的に示しである。

この図はそれぞれ第３図に示したものと同一の２つの連
続した段階５０及び７０を示している。段階５０におけ
る種々の気体、液体、濃溶液及び冷媒流体の入口及び出
口は第３図で用いたものと同一の参照番号で表示され、
一方第４図の段階７０の対応する成分は対応する参照番
号にダッシュ（′）をつけて表示される。第４図におけ
る段階７０は第１及び２図における段階５　／　ｎに相
当する液体流路の最終段階である。また第４図には、段
階７０の濃溶液出口５４′から出てくる濃溶液を、段階
７０のら線形導管５７（第３図における如き）及び濃溶
液出口、そして段階５０の入口５８、ら線形導管５８及
び出口５９を通して再循環させるためのポンプ７１が示
されている。

導管７２は濃溶液出口５９′を入口５８と連結する。段
階５０から液体出口５４を通して出て、そして液体５２
′から段階７０の上に入る液体は、うでない場合には、
液体を各段階から次の段階へ送入するだめの補助ポンプ
を設置することができる。

第３図に例示される如き別個の段階５０からなる多段吸
収装置の運転は第１及び２図に例示しだ具体例のそれと
一般的に同様でアシ、第４図のフロー図から明らかＫな
る筈である。

上述のように、気体を溶媒に吸収する際に発生する吸収
熱をできるだけ多く回収することは本発明の方法及び装
置の生々目的でらる。これは吸収工程を熱力学的に可逆
ガ条件にできるだけ近い条件下に一連の連続的な段階で
行なう本発明によって達成される。

多段吸収装置に再循環する濃溶液によって回収される熱
は、次の如く定義される熱回収係数ＷＲによシ表わすこ
とができる。

　　−１ 式中、Ｑ、は工程ｉにおける吸収工程中に遊離される熱
の量であシ；そして ＱＲｉは段階ｉを通して再−循環される濃溶液によって
回収されるＱｉの部分である。

ＱＲｉがＱ、　　の非常に高い部分を表わすのは本発明
の方法に固有のことである。ＱＲｉ　　は吸収装置の段
階数、段階ｉの吸収装置における相対的な位置、吸収装
置の段階ｎに入る気体の圧力ＰＡ、熱を回収するために
吸収装置中を再循環される濃溶液の圧力ＰＲ及び吸収装
置を出る濃溶液の濃度に依存するであろう。

吸収装置の熱回収係数ＷＲは次の如く各段階における物
質及びエネルギー収支から理論的に計質することができ
る： ここに、Ｌｉ５ｈｉ及びＸｉがそれぞれ段階ｉを出る吸
収液体の物質量、比エンタルピー及び濃度であシ； Ｇｉ、Ｈｉ及びｙｉ　　はそれぞれ段階ｉを出る気体の
物質量、比エンタルピー及び濃度であり；そして Ｑ、はすでに定義したように段階！の吸収工程中に遊離
する熱の量である 時、吸収の最初のｉ段階に亘る溶液に対する及び溶液の
１成分に対する物質収支は ＬＨ＝Ｌｏ−Ｇ１＋Ｇｉ＋１　　　　　　　　　　　（
２）となシ、そして吸収のｉ番目段階に対するエネルギ
ー収支は −１ となる。

上述の方程式（２）〜（４）に基づいて、重量比１：１
の割合のアンモニア／水系におけるＷＲを、吸収装置の
圧力ＰＡ６０　ＰＳＩＡ及び循環される濃溶液の圧力Ｐ
Ｈ２００，３００及び４００ＰＳＩＲに対して計算した
。得られたＷＲ値を次の第工表に示す。

第１表からは、段階数をあるｎの値まで増加させるとＷ
Ｒが実質的に増加する、即ち濃溶液による熱回収が実質
的に向上することがわかる。

本発明によるエネルギー変換法の種々の具体例は添付す
る図面の第５〜７図に図的に例示される。

第５図で理解されるように、本発明の１つの具体例によ
るエネルギー変換法を行なうための装置は、蒸留塔１０
１、精留器１０２、精留器コイル１０２ａ、第１熱交換
器１０３、第２熱交換器１１３、熱交換器１イル１０３
ａ及び１１４、過熱器１３０、タービン１０４、吸収装
置１０５、吸収装置熱交換器管１０６及び１１０、膨張
装置１０７、第１及び２ポンプ１０８及び１１１、及び
制御パルプ１０９を含んでなる。

矢印Ｑｉｎで図的に示される外部熱源を備えた塔１０１
に、溶質気体の溶媒液体中の濃溶液（この溶質気体は溶
媒液体よシも低い蒸発温度を有する）、適当には濃縮さ
れた水性アンモニア溶液を仕込む。熱の適用と共に溶質
気体の脱離が起こり、この脱離した溶質気体はある量の
蒸発した溶媒と一緒に塔１０１の上方域へ上昇する。こ
の気体温金物の１部分は精留器１０２に入る。残シの希
薄溶液はある昇温度において塔１０１の下方部分にル１
０２ａと熱交換的に接触して冷却され、結果として蒸発
した溶媒成分は凝縮し、還流物として塔に戻る。この還
流比は制御パルプ１０９によって決定される。比較的純
粋な溶質気体は第１熱交換器１０３を通シ、塔の下方部
分から熱交換器コイル１０３ａを通る熱希薄溶液と熱交
換を受ける。

熱交換器１０３は、そこから出て来て、過熱器１３０の
外部熱源によって更に過熱される溶質気体に対する効果
的な過熱器として役立つ。次いで過熱された溶質気体は
タービンに’ＬＬ９　、そこで有用な仕事をする。

今やｂくらか冷却された、第１熱交換器１０３から出る
希薄溶液は、第２熱交換器１１３において、吸収装置１
０５の熱交換器管１０６から出てくる濃溶液との更なる
熱交換に供せられる。次いで希薄溶液は膨張装置１０７
を通り、そこで圧力が実質的に低下し、そこから多段吸
収装置１０５の上部４分に入る。タービンから温度及び
圧力が実質的に低下して出てくる溶質気体は吸収装置の
下部４分に入る。

向流する希薄溶液と溶質気体は吸収装置１０５において
接触し、気体の溶液による吸収が段階的に起こシ、結果
として吸収熱が生じ、これが熱交換器管１０６及び１１
０によって部分的に除去される。過剰な吸収熱は、吸収
装置１０５の下部４分において濃溶液から除去される（
Ｑｏｕｔ）。濃溶液は吸収装置１０５の下部４分から第
１ポンプ１０８により精留器コイル１０２ａに入る。こ
こで濃溶液は精留器１０２中の混合蒸気と熱交換し、溶
媒蒸気を凝縮させ、それ自体温度が上昇する。

今や濃溶液は、吸収装置での吸収熱によって生じた温度
よシも低い温度で、熱交換器管１０６を通して吸収装置
１０５に導入される。熱交換器管１０６は吸収装置１０
５の段階のいくつか又はすべてに亘って延び、その管壁
は吸収装置で生成する濃溶液と直接熱交換するように接
触している。

この場合、熱交換器管１０６を通る濃溶液は、吸収装置
中で発生する吸収熱のかなりの量を除去し、実質的に温
度が上昇して吸収装置から出る。次いで濃溶液は熱交換
器１１３で更に加熱され、更に返送溶液の濃度、その温
度及びその相対的な相分布に対応する量で塔１０１へ再
導入される。

更なる熱量は、吸収装置１０５のいくつか又はすべての
段階から冷媒流体との間接的熱交換によシ抽出される。

この冷媒流体は第２ポンプ１１１によシ吸収装置１０５
の熱交換器管１１０に入る。

第５図に示す具体例では、この冷媒流体に伝導される熱
量は系内において塔１０１の補助熱入力として利用され
る。この目的のために、熱交換器管１１０から出る冷媒
流体は塔の熱交換器コイル１１４を通シ、そこから第２
ポンプ１１１に戻る。

一般的に第５図に示すものに和尚する第６図に図的に示
す装置の場合、吸収装置で発生し、そして熱交換器管１
１０中を通る冷媒流体に伝導される熱は、２次エネルギ
ー変換サイクルにおいて、例えば該冷媒流体が仕事流体
として役立つ有機ランキンサイクルの部分的な熱入力と
して利用される。第６図に示されるように、この２次ラ
ンキンサイクルは、熱交換器管１１０及びポンプ１１１
の他に１熱交換器１１９、タービン１２０、凝縮器１２
１及び制御パルプ１２２を含んでなる。このサイクルに
おける仕事流体は、吸収装置の熱交換器管１１０におい
て熱を吸収した後、外部熱源（第６図のＱ２ｉｎ）によ
りｍｌ交換器１１９において更に加熱される。このよう
に過熱された仕事流体はタービン１２０に入シ、そこで
有用な仕事をし、凝縮器１２−１で冷却され且つ凝縮し
、次いでポンプ１１１によシ吸収装置１０５の熱交換器
管１１０に送られる。

第６図に示す具体例は、第５図の装置の他の改変を含ん
でいる。即ち精留器１０２中の溶媒／溶質蒸気混合物は
、第５図の具体例における如く冷濃溶液とではなくて、
むしろポンプ１１１によって精留器コイル１０２ａに供
給され、次いで吸収装置１０５中の熱交換器管１１０に
戻る冷媒流体と熱交換する。２次有機ランキンサイクル
の制御パルプ１２２は、精留器コイル１０２ａへ送られ
る或いは熱交換器管１１０に直接循環される冷媒流体の
量の比を調節する。

上述のように部分的に調節された還流物を用いるが、こ
れは必要とされる溶液濃度及びタービンに入るときの必
要とされる溶質気体の純度を確実に維持するのに有利で
ある。他に還流は、ランキンサイクルで仕事をし、この
結果液化して塔に返送される塔１０１から出てくる気体
の混合物によって行なってもよい（この目的に対して必
要とされるポンプは単に凝縮物を塔の圧力まで高めるた
めに必要とされる）。この他の配置は第７図に例示され
る。

第７図に図的に例示される具体例では、第５及び６図に
示す如き精留器の配置で一流を行なう代わｂに、溶質気
体の１部分（還流比調節パルプ１０９によって決められ
る）が熱交換器１１５を通シ、そこで熱交換器１０３と
直列に、ボイラー１０１から流出する熱希薄流体と熱交
換して加熱される。このように過熱された溶質気体は補
助タービン１１６に入シ、そこで有用な仕事をし、そこ
から出て凝縮器１１７中で冷却され且つ凝縮し、ポンプ
１１８によって塔１０１へ還流せしめられる。この具体
例において理解できるように、熱交換器１０６から出て
くる濃溶液は熱交換器１１３を経て直接基１０１に入る
。

第７図に示す具体例において、熱交換器管１１０を通過
した冷媒流体によシ吸収装置１０５から除去される塾は
、第６図の具体例におけるように２次エネルギー変換サ
イクルに利用される。

上述の具体例（第５〜７図）のいくつかにおいては、塔
１０１に対して及び２次エネルギー変換サイクルのター
ビンに入る前の冷媒流体を過熱するために外部の熱源が
示されている。これらの目的のために異なる熱源が使用
できる。即ち本設備をスチーム・プラントと結びつける
場合には、水蒸気を熱源として使用することができる。

この場合には、最も熱い水蒸気を溶質気体の過熱器に対
して使用することができ、一方それよシ低い温度の水蒸
気は塔１０１に対する熱源として使用しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１つの具体例による多段吸収装置の長
さ方向の系統的な断面図でアシ；第２図は本発明による
多段吸収装置の他の具体例の長さ方向の系統的な断面図
であシ；第３図は本発明の他の具体例による吸収装置の
１段階の長さ方向の系統的な断面図でアシ：第４図は第
３図の具体例による吸収装置の２つの隣接する段階の相
互の連結を例示する系統的なフロー図であシ；そして 第５〜７図は本発明によるエネルギー変換工程の異なる
具体例の系統的表示である。 特許出願人　ガソン・エナジー・エンジニアリング・リ
ミテッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、比較的高温度及び圧力において高エンタルピー溶液
   或いは溶液と気体の混合物を得るために、遊離される吸
   収熱の最大の回収を伴なう熱力学的に可逆的な条件にで
   きるだけ近い条件に、気体（後に定義する）の溶媒（後
   に定義する）への漸進的吸収を行なう方法において、気
   体の流れと溶媒の流れ又は気体の溶媒中の希溶液の流れ
   とを、それぞれ気体と溶媒又は溶液との間に密なる接触
   が達成される複数の別個の段階を通して向流的に通過さ
   せ；そして該段階のいくつか又はすべてから、これらの
   段階における流体と気体の溶媒中の濃溶液、即ち１つの
   最終段階から取シ出され且つ段階のいくつか又はすべて
   を通して希溶液の流れと向流的に及び該気体の流れと並
   流的に連続導管を経て再循環して該段階の通過後に該導
   管から高エンタルピー溶液又は溶液と気体の混合物とし
   て出てくる多核濃溶液との間の間接的な熱交換によって
   熱を抽出し；また該段階のいくつか又はすべてから、こ
   れらの段階の流体と該段階の１部又はすべてを通過する
   冷媒流体との間接的熱交換で該冷媒流体の温度を上昇さ
   せることによって更なる量の熱を抽出する、ことを特徴
   とする気体の溶媒への漸進的吸収を行なう方法。 ２１つの最終段階から取シ出される濃溶液を、すべての
   段階を通る該連続導管を経て再循環する特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ３、該段階を、実質的に垂直な配列において互いの上部
   に配置させ、溶媒又は気体の溶媒中の希溶液の流れを重
   力で駆動する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４．該冷媒流体への伝導によって取シ出された熱を少く
   とも１つの２次エネルギー変換工程の熱入力として利用
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５、核熱を有機ランキンサイクルで利用する特許請求の
   範囲第４項記載の方法。 ６、該気体がアンモニアであシ、該溶媒が水である特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ７、複式流体エネルギー変換系で用いられそして該気体
   が該第において出力発生手段から取シ出される低エンタ
   ルピー気体であり、また該導管から出てくる該高エンタ
   ルピー溶液又は溶液と気体の混合物が直接又は間接的に
   該第の蒸留塔へ再循環される特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ８、該冷媒流体への伝導によって取シ出される熱を該エ
   ネルギー変換系内で利用する特許請求の範囲第７項記載
   の方法。 ９、吸収熱の最大の回収を伴なって気体（後に定義する
   ）の液体（後に定義する）への吸収を行なうための多段
   吸収装置において、 それぞれ流体気密室の下方及び上方域に気体の入口及び
   出口を備え且つその上方及び下方域に液体の入口及び出
   口を備え、但し該気体の入口及び／又は腓液体の入口が
   該気体及び／又は該液体を該室に導入したときにそれを
   細かく分散させるためにそれぞれ気体又は液体分散手段
   を備えておシ、また各段階の気体及び液体の入口及び出
   口が隣る段階のそれらと直列に連結して、第１段階から
   最終段階への連続的な液体流路及び該液体流路に対して
   向流的な該最終段階から該第１段階への連続的な気体流
   路を限定している、該流体気密室によってそれぞれ限定
   される複数の、実質的に同一の段階； 液体駆動手段を備え、また該最終段階の液体出口から液
   体を取シ出し且つそれを該液体流路に対して逆の方向に
   おいて段階の１部又はすべてを通して再循環して、連続
   導管の壁を通して吸収段階の流体と熱を交換し、最終的
   に該第１の最終段階から流出せしめるのに適当である、
   該連続導管；及び 該吸収段階のいくつか又はすべてにおゆる流体と或いは
   それぞれのそのような段階から連続する段階への通路に
   おける流体と接触して、該流体から冷媒流体への熱伝導
   を行なうのに適した熱交換導管、 を含むことを特徴とする多段吸収装置。 １０、該段階を他の段階の上部に垂直に配置せしめる特
   許請求の範囲第９項記載の多段吸収装置。 １１、該段階のすべてが共通の垂直な円筒形又は三稜形
   のハウジングの中に収められ、但し最上及び最下段階を
   除く各段階が該ハウジングの垂直壁の対応する部分及び
   腰壁の内側に漏れのないように取り付けられた１対の垂
   直方向に間隔を置いて離れた実質的に水平な隔離板によ
   って限定されている特許請求の範囲第１０項記載の多段
   吸収装置。 １２、該ハウジングがその全外側に或いはその大部分に
   断熱被覆を備えている特許請求の範囲第１１項記載の多
   段吸収装置。 １３、該段階の各々の該気体の入口が気体分散手段を含
   んでなる特許請求の範囲第９項記載の多段吸収装置“。 １４、該気体分散手段が各段階の底に隣接して水平に延
   びる有孔気体分岐管からなる特許請求の範囲第１３項記
   載の多段吸収装置。 １５、該段階の各々の該液体の入口が液体分散手段を含
   んでいる特許請求の範囲第９項記載の多段吸収装置。 １６、該液体分散手段が各段階の上部に隣接して配置さ
   れた液体分岐管に設置された複数の噴霧ノズルからなる
   特許請求の範囲第１５項記載の多段吸収装置。 １７、各段階が垂直な区画板間に制限された液体層を含
   み、但し区画板の１つが段階の全高さに延び且つ段階の
   底に隣って少くとも１つの液体入口開口を含んでなシ、
   一方他の垂直な区画板が段階の底から段階の高さの１部
   分だけまで延びて液体層に対する堰として役立っている
   特許請求の範囲第１０項記載の多段吸収装置。 １８、気体の入口及び気体の分散手段が各段階の底を構
   成する該水平隔離板に設置され１．そして該水平隔離板
   に開けられ且つ各段階の気体空間からの気体の、隣って
   上の段階の水平に流れる液体層への流入及び分散を、該
   水平の流体流を妨げることなしに、一方間時に液体の開
   口を通しての次の下の段階への痛流に抗して、容易なら
   しめる適当な形及び寸法を有する孔からなっている特許
   請求の範囲第１７項記載の多段吸収装置。 １９、　　アンモニアの水中への吸収を行なうために用
   いる特許請求の範囲第９項記載の多段吸収装置。 ２０、複式流体エネルギー変換系に組込まれ、多段吸収
   装置へ供給される気体が該第の出力発生手段から取り出
   される低エンタルピー気体で１、そして該多段吸収装置
   の該第１の最終段階から出てくる再循環される液体を直
   接に又は間接に該第の蒸留塔に循環する特許請求の範囲
   第９項記載の多段吸収装置。 ２１、　ａ）　　気体（後に定義する）の溶媒（後に定
   義する）中溶液を蒸留塔で蒸留して比較的純粋な溶質気
   体を生成させ且つ一方で比較的希薄な溶液を残留させ； ｂ）　該比較的希薄な溶液を塔の下方部分から、また溶
   質気体を塔の上方部分から取シ出し；Ｃ）　該溶質気体
   と希薄溶液とを相互の間接的熱交換関係で通過させて溶
   質気体のエンタルピーを増大させ； ｄ）　エンタルピーの増大した溶質気体を出力発生手段
   に通過させて有用な仕事を生じさせ、そしてエンタルピ
   ーの減少した該溶質気体を該出力発生手段から取シ出し
   ； ｅ）　工程（Ｃ）からの該希薄溶液を減圧手段中に通過
   させ； ｆ）　工程（ｅ）からの該希薄溶液及び工程（ｄ）から
   の該溶質気体を、減少させた温度及び圧力下に且つそれ
   ぞれ向流方向に、複数の別個の段階を経る多段吸収装置
   中へ通過させ、但し各段階での緊密な接触を、熱発生の
   条件下に比較的濃縮された溶液が生成するように気体及
   び溶媒又は溶液間で達成し； ｇ）　段階のいくつか又はすべてを通して、比較的濃縮
   された溶液を吸収装置の下方部分から取シ出し、その圧
   力をポンプ手段によって上昇させ、その少くとも１部分
   を、連続な導管を通して希溶液の流れに対して向流的に
   及び該気体の流れに対して並流的に再循環し、そして該
   段階のいくつか又はすべてから、これらの段階における
   流体と該再循環される比較的濃縮された溶液との間の間
   接的熱交換によって熱を抽出し、これによって該段階で
   発生した吸収熱の実質的な部分を、該導管から高エンタ
   ルピー溶液或いは溶液と気体の混合物として出てくる該
   比較的濃縮された溶液に伝導させ： ｈ）　該段階のいくつか又はすべてから、これらの段階
   における流体と該段階のいくつか又はすべてを通る冷媒
   流体との間の間接的な熱交換によって更なる量の熱を抽
   出し；そして ｉ）　該高エンタルピーの濃縮された溶液又は溶液及び
   気体の混合物を、該吸収装置から紋塔へ、返送する溶液
   の濃度及び状態に対応する塔の水準位置に返送する、 工程を含んでなるエネルギー変換方法。 ２２、該濃縮された溶液を、該塔の上方部分から出てく
   る蒸気と間接的に熱交換して通過させ、包含される溶媒
   の該蒸気を凝縮させ且つ除去して塔へ還流物として返送
   する特許請求の範囲第２１項記載のエネルギー変換方法
   。 ２３、工程（ｂ）からの蒸発した溶質気体の１部分を塔
   から除去される希薄溶液と間接的に熱交換させつつ通過
   させてそのエンタルピーを増大させ、次いでこれを補助
   的な出力発生手段に通過させて有用な仕事を行なわせ且
   つ次いで凝縮させそして塔へ還流物として返送する特許
   請求の範囲第２１項記載のエネルギー変換方法。 ２４、工程（Ｃ）からの該比較的希薄な溶液を、その吸
   収装置への導入に先立って、工程（ｉ）からの塔へ入る
   前の該濃縮された溶液と間接的に熱交換させて通過せし
   める特許請求の範囲第２１項記載のエネルギー変換方法
   。 ２５、工程（Ｃ）からの該溶質気体を、該出力発生手段
   を通過させる前に外部熱源によって更に過熱する特許請
   求の範囲第２１項記載のエネルギー変換方法。