JP2001079330A - 吸着装置のための吸着剤床の拘束 - Google Patents

吸着装置のための吸着剤床の拘束

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸着装置において吸着剤の流動化を防止して
効率を上げること。 【解決手段】 軸流れ吸着装置は、吸着剤床と、開放細
胞材料と分配スクリーン又はバッフル部材を組み合わせ
た形のバリア部材と、膨張可能な袋体とを有する。吸着
剤床は分離に必要な活性吸着剤を含む。バリア部材は開
放細胞材料と組み合って分配スクリーンと共に全ての吸
着材料の一様な保持を行い、吸着床全体の一様な流れと
圧力分布を提供する。バリア部材は実質的に吸着剤床の
頂面を覆い、床の流動化を防止する。バリア部材上の分
級されたボールがボールの上の膨張可能な袋体により付
与される下向きの圧力を一様に分布させる。この一様な
圧力はボールを介してバリア部材に伝えられさらに流動
化を阻止する。ボールはまた気体流を容器の頂端部に差
し向け、さもなければ製品気体を捕捉したはずの装置内
空隙体積を減じる作用をする。膨張可能な袋体は床の一
様な圧力を維持する一方、吸着装置のヘッドの空隙体積
の大部分をなくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は吸着剤床に関し、更
に詳しくは、ガス又は液体流の力が加わる吸着剤床にお
ける粒子を拘束するための装置に関する。粒子は例えば
吸着剤床の流動を引き起こすような移動に対して拘束さ
れる。より詳しくは筒状の吸着剤床において、吸着剤床
の端部に設けられた袋体（ｂｌａｄｄｅｒ）が、吸着剤
床の吸着剤充填物に対して圧力を加えることにより充填
物が移動したり流動化したりしないように拘束する装置
及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】吸着装置に於いては、吸着剤床の流れ容
量（ｃａｐａｃｉｔｙ）は床が流動化すると制限され
る。床の吸着剤が流動化すると、床の品質が低下し始
め、チャンネリングが吸着工程の効率を相当に低下させ
る。吸着剤床が適正に拘束されると、流動化が生じない
ので、吸着工程の能力が制限されない。従って、吸着層
を拘束すると流れ容量が有意に増大し、それに対応して
費用が減少する。
【０００３】気体分離法の性能の向上は現在のところ吸
着流量の向上の結果として実現されている。更に、吸着
流量を考慮すると、吸着剤床全体の吸着剤の小粒子化が
必要となり、異なった平均粒子径の粒子の層又は混合物
が必要になっている。例えば、大きい粒子径の粒子を使
用すると流動化を減少し圧力降下を減じ得ることが知ら
れている。一方、小さい粒子径の粒子は吸着流量のよう
なプロセス性能に対する制限を解消するために好まし
い。しかしながら、流動化は粒子径が減少し流速が減少
したときに起こり易く、それにより所定の流量で実施さ
れるプロセスに対する粒子径を制限する。つまり、特定
の粒子径の粒子は流動化の限界を規定し、最大流速を超
えた場合には流速を減少するか又は床の一端又は両端に
おける粒子を拘束することを必要とする。床の自由吸着
剤表面が拘束されるならば軸流れ吸着装置における全て
の粒子径に対して流動化は減少又は防止できる。軸流れ
吸着装置中の吸着剤を拘束する他の理由には、高速パー
ジ流又は再加圧流のために床の頂部が摩損を受けるこ
と、吸着剤容器の工場で充填が行われること、及び弁の
作動による圧力変動により突沸すなわち一時的な持ち上
がりがあること、等が含まれる。
【０００４】圧力変動吸着サイクルに使用される装置は
一般に半径方向流れ又は軸流れパターンに適した円筒容
器を使用する。軸流れパターンに適した容器は構造が単
純であり、半径方向流れパターに適した容器に特有の多
くの問題や設計上の複雑さを回避した単純な構造を有す
るのでしばしば好まれている。しかし、軸流れでは床の
流動化による制限の問題に対処しなければならない。
【０００５】大抵の垂直配向の半径方向流れ吸着装置で
は吸着剤粒子は必然的に拘束される。なぜなら、半径方
向流れは垂直軸に対して直交する方向であるからであ
る。この配置は、重力ベクトルを流れベクトルに対して
直交させ、そのため比較的容易に吸着剤を拘束する装置
の設置を可能にする。
【０００６】これに対して、軸流れ吸着装置は速度ベク
トルと重力ベクトルが整列するので、従来から吸着剤を
拘束する装置の設置はかなり困難である。従って、例え
ば上昇流軸流れ吸着装置では吸着剤床の頂部表面が妨害
されていないのが普通であるので、吸着剤は十分な浮揚
力がある条件、例えば粒子に作用する重力に打ち勝つに
十分な流体体積又は流体速度がある条件下には自由にな
り流動化する。この種の流動化は又下降軸流れ吸着剤床
でも問題となり、再生流及び脱着流は粒子を流動化する
可能性がある。
【０００７】より高速でより小寸法の床は又、特に真空
圧力変動吸着（ＶＰＳＡ）装置において望ましい。この
目的を達成するために、供給速度が増大される。現在の
軸流れ吸着剤床の酸素ＶＰＳＡ装置は、例えば酸素日産
量１トンあたり６００〜８００ポンド（２７２〜３６２
ｋｇ）の吸着剤床寸法に対して０．１５〜０．３ｍ／秒
の供給速度で動作する。この供給速度及びそれに対応す
る床寸法は流動化レベルに近い状態での装置を運転する
結果となる。実際には、重畳した向流均圧化流れ工程が
供給工程の開始に当たりプロセスに付加されて初期の高
い供給流下において吸着剤を拘束するのに使用された。
【０００８】流動化に近いレベルでの動作の結果、ある
種の商用の吸着剤床は弁の故障やサイクルパラメータの
うまくない選択により流動化が生じた。流動化は吸着剤
床の大きい部分の均一な高密度充填を阻害し、その後の
気体流の不適当な分布と、それに関連した貧弱なプロセ
ス性能を結果する。従って、単純で効果的な拘束装置
を、軸流れパターンを有する粒状吸着剤床の頂部表面の
ために使用して、吸着流量を改善することが望まれる。
【０００９】吸着容器内に粒状物を拘束する他、吸着剤
床をを通じて一様な流れを提供し、不要な空隙体積をな
くし、容器の内部に接近できるようにすることが望まし
い。吸着剤床に一様な流れを形成すると、処理される気
体又は液体材料が吸着剤粒子に対して一様に接触するこ
とが保証される。不要な空隙体積をなくすると、製品の
損失が減じ、吸着工程が完了した後に装置内に捕捉され
る未処理供給物が減じる。容器の内部への完全に接近で
きれば、装置の保守が可能になり、吸着剤料の保守、充
填及び交換が容易になる。
【００１０】吸着剤床の流動化の問題を解決するための
多数の方法が使用されあるいは提案されている。流動方
向、空間充填率、及び各種寸法の制限がこの問題に対す
る大方の解決手段である。これらの技術には次のものが
ある。
【００１１】ブキャナン他の米国特許第５４９２６８４
号は階層床式装置を使用する排ガスから硫黄酸化物のよ
うな汚染物を除去する方法及び装置を記載している。階
層床式装置は床の別々の部分に２種以上の異なった粒子
寸法の固体吸着剤を有する吸着剤床を使用する。一つの
例では、固定吸着剤は大径の吸着剤粒子が階層床装置の
入口領域に配置される。動作に於いて、排ガスは固体吸
着剤の周り及びそれらを通して送られ、硫黄酸化物及び
／又は窒素酸化物のような汚染物が吸着される。吸着剤
床は次に減圧ガスとの接触で脱着される。床の安定性を
増すために膨張手段を適用することは記載されていな
い。
【００１２】プライアーの米国特許第４３３７１５３号
は水軟化装置のための改良された樹脂タンクに於いて、
タンクに流体を流す間に拡張する膨張チャンバを設け、
タンク内の自由空間を排除し、それにより水軟化材料を
コンパクトに維持することを記載している。膨張チャン
バは、下向きに延長する流体管路の一部に取り付けら
れ、その周りを取り囲み、そして流体の流通が形成され
る管路壁に形成された少なくとも一つの開口に重畳して
いるエラストマー製スリーブから形成されている。タン
クを流体が流通している間に通常生じる圧力降下は、ス
リーブの壁に対して差圧を生じ、それにより、管内に自
由空間があればスリーブを拡張させる。別の例として、
管路とチャンバの間の流体連通は管路の流路内に配置さ
れたピトー管により行われ、ピトー管は管路を流下する
流体の速度圧力をチャンバに伝えるように動作する。
【００１３】ハーマンの米国特許第４２９４６９９号に
記載された粒状イオン交換材料の床は空洞の内方に移動
し得る容器壁部により拘束される。供給及び排出管路は
空洞のそれぞれの部分に接続されて浄化すべき液体を供
給し、そして粒子材料との接触により浄化された液体を
排出する。偏倚装置が空洞の外側で容器に係合し、移動
しうる容器壁部を空洞の内方へ偏倚させ、それにより粒
状材料は圧縮応力下に保持され、床の収縮に起因するチ
ャンネリングを防止する。
【００１４】磁気的に安定化した流動床を有する連続向
流接触法がクラログロー他の米国特許第４２４７９８７
号に記載されている。同特許には連続的に固体が添加さ
れそして除去されるようにした磁気安定化流動床の動作
が記載されている。磁化可能な成分を含んでいる床の粒
子は、印加磁界により、向流接触期間中の気体のバイパ
ス及び固体の戻り混合に対して安定化されている（但
し、入口又は出口近傍での、及び流体噴射帯域近傍での
固体の流れ又は運動は除く）。これは特に分離工程を実
施するのに適している。この工程において印加磁界を使
用すると、小径の流動性吸着剤粒子を大きい圧力降下を
伴うことなく使用することが可能になる。磁化可能な成
分を有する小さい吸着剤粒子は、大きい吸着剤粒子に比
して接触流体からの収着成分のより早い移動を可能に
し、それにより、平衡へより近づくことを可能にする。
【００１５】中央管状部材を取り囲む拡張性スリーブに
より吸着剤床の流動化を防止することは、スタンフォー
ドの米国特許第４９９７４６５号に記載されている。流
体増幅器がシステムガスからの流体圧力を増幅して拡張
性スリーブを拡張させる。ゼオライト吸着剤の粒子は拡
張性スリーブと閉じ込め容器の外壁との間に働く締め付
け圧力により、流動化して流体と共に移動することが防
止される。
【００１６】ヘイ他の米国特許第５１７６７２１号は、
容器内を延長すると共に相互に離間配置されて吸着物質
チャンバを形成する垂直配置の平行な穿孔パネルの間
に、垂直配置の層を形成するように粒状吸着剤を配置し
てなる垂直シリンダを設けた吸着剤床を記載している。
吸着剤の２つの垂直配置の層は、微細粒子の第１層と粗
粒子の第２層から構成されている。処理すべきガスは一
方の穿孔パネルから他方の穿孔パネルへと吸着剤層を水
平に流通する。壁の一端にある可撓性膜が吸着チャンバ
からシールされた別個の端室を区画している。パイプが
圧力又は真空をこの端室に供給する。吸着チャンバ内の
粒子は、圧力が端室内で吸着サイクルにおける吸着チャ
ンバの最高圧力以上に維持されているとき、可撓性膜に
より比較的固定された位置で垂直パネルの間に制限され
る。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、軸流
れ吸着剤床に於いて吸着剤粒子の一様な抑制を行い、そ
れにより吸着剤粒子の移動とそれに続く劣化を防止し、
同時に高い処理効率を維持することにある。
【００１８】本発明の他の目的は、吸着容器の空隙体積
を減少し、それにより吸着工程の完了後にも吸着容器に
残留する製品級の気体の体積を減少することにより吸着
サイクルの効率を向上することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の吸着装置は、チ
ャンバーを形成する周壁と第１および第２の端壁とを有
する容器を含み、前記周壁は前記チャンバーの断面を画
定し、前記チャンバーは第１端壁に近接した入口端部と
第２端壁に近接した出口端部を有し、前記入口端部と出
口端部との間に延長する縦軸線がある。吸着装置は更に
分離すべき流体を供給するための前記入口端部に連通す
る入口と、分離された流体製品を導出するための前記出
口端部に連通する出口を有する。
【００２０】一定量の粒状吸着剤（ビーズ、押出成型
物、或いは造粒物）が入口端部と出口端部との間のチャ
ンバーの部分に充填されてそこを満たしている。充填さ
れた粒状吸着剤床の表面はチャンバーの断面寸法を有
し、その表面は各々が最小寸法の複数の個別粒子より構
成されている。多孔バリア部材がこの表面を実質的に覆
い、このバリア部材はチャンバーの縦軸線に沿ってこの
表面と共に移動しうる。バリアは個別の粒子が出口端部
に入らないように吸着剤粒子を拘束する一方で、分離さ
れた気体製品がチャンバーの出口端部に入ることを可能
にしている。
【００２１】分級された寸法の複数個のボール（又は同
様の物体）がバリア部材と第２端壁との間に配置され
る。最後に、袋体（ブラダー）が複数のボールと第２端
壁との間に配置される。袋体はバリア部材を吸着剤の前
記表面に向けて偏倚させるように加圧でき、それにより
粒状吸着剤床が吸着剤の流動化を防止するに十分な圧縮
力で保持される。
【００２２】本発明の吸着装置を使用すると、吸着容器
の空隙体積が減少することにより、吸着サイクル効率を
改善することができる。吸着剤床の上に頂部ヘッドに不
必要な空隙をなくするような拘束袋体を配置すると共
に、吸着剤床の直上に分級した（ｇｒａｄｅｄ）ボール
を使用することにより、軸流れ吸着容器の頂部空隙がな
くなる。不必要な空隙は、吸着工程が終了した後に製品
品位の気体を吸着器内に貯留する（この気体は減圧工程
で能率を低下するリフラックスとして逃れる）ので処理
効率を低下する。
【００２３】本発明は吸着剤床を通して一様なガス流を
提供する。頂部ヘッド下の拘束袋体は、必要な抑え力が
吸着剤の上に作用するように構成され、又、一様な気体
流がヘッド空間及び吸着床を通して維持されるような形
状に作製されている。袋体の下側のボールの分級は、圧
力勾配が吸着剤床を通して一様な気体流を生じるように
選択されている。
【００２４】袋体をこのように構成すると、吸着剤の充
填及び交換のために容器への完全な接近が可能となる。
吸着剤の適正な充填は、一様な圧力降下を維持し、それ
により吸着剤床を通る流体の流れを一様にするのに必要
である。この充填特性を達成するには、ヘッド空間は米
国特許第５３２４１５９号に記載されているような粒子
充填機を利用する充填期間中に接近できなければならな
い。この袋体と分級されたボールとはこの接近性を与え
る。
【００２５】
【発明の実施の形態】図１を参照するに、軸流れ吸着装
置は全体的に２で示されており、周壁６と頂壁８と底壁
１０とにより形成された垂直配置のチャンバ４を有す
る。周壁６はチャンバ４の断面を規定する。周壁６と頂
壁８及び底壁１０は、例えば金属、ガラス強化ポリエス
テル等、樹脂、等公知の素材で公知の方法により製作さ
れる。チャンバ４は底壁１０に近接して入口端部１２を
有し、頂壁８に近接して出口端部１４を有する。縦軸線
１６は入口端部１２から出口端部１４に延びている。入
口１８が底壁１０に設けられている。入口１８は入口端
部１２と連通していてチャンバ４の入口端部１２に流体
混合物の供給を可能にしている。
【００２６】流体混合物は吸着剤に接触させて分離又は
交代が必要な液体又は気体である。流体混合物は入口１
２からチャンバ４の吸着剤床２２に流入する。流体が吸
着剤床２２を流通すると、流体の成分が吸着剤に吸着さ
れ、混合流体は分離された流体製品になってチャンバ４
の出口端部１４に流入する。出口２０が頂壁８に出口端
部１４に連通するように形成されており、分離された流
体製品をチャンバ４から排出させる。分離された流体製
品は流体をチャンバ４の吸着剤床２２に接触させること
により分離した液体又は気体である。
【００２７】吸着剤床２２の粒状吸着剤の量は入口端部
１２と出口端部１４の間の大部分をほぼ満たす程度であ
る。吸着剤床２２の粒状吸着剤は１つ以上の層２４、２
６の形で配置され、各々は例えば細粗度、吸着容量、等
について異なった物理的及び化学的特性を有する。粒状
吸着剤は入口端部１２側において、混合流体が入口端部
１２から吸着剤床２２に流入できる程度に十分に多孔で
はあるが粒状吸着剤が入口端部１２に入ることは阻止す
る第１支持体４２上に支持されている。
【００２８】入口端部１２には多数のセラミックボール
４６が第１支持体４２の直下において同様に多孔である
第２支持体４４の上に支持されている。ボール４６は混
合流体をそれらボールの間に形成された空隙及びチャン
ネル通路を通して粒状吸着剤へと分配させる働きを有す
る。ボール４６は又第１支持体に対する追加の支持を行
っている。第１および第２支持体は好ましくは金属スク
リーンで被覆した穿孔板から構成する。第１および第２
支持体は粒状吸着剤その他入口端部１２より上側の構成
部分を支持するに十分な強度を有するべきである。
【００２９】粒状吸着剤床２２の頂面２８はチャンバ４
の断面に一致した寸法の断面を有する。表面２８は好ま
しくは粒子が最小寸法以下のものがないように選択され
た粒子から構成される。
【００３０】粒状吸着剤床上の拘束手段は、吸着剤床２
２内の粒状吸着剤の頂面２８を実質的に覆い、それによ
り粒状吸着剤が出口端部１４へ出て損失にならないよう
に阻止する、多孔バリア部材３０を有する。多孔バリア
部材３０は又、分離された製品がそこを透過して粒状吸
着剤床から出口端部１４にはいることを許容する。好ま
しくは、バリア部材３０は縦軸線１６に沿って頂面２８
に対して移動自在である。多孔バリア部材３０は、頂面
２８の粒子がチャンバ４の出口端部１４に入ることを防
止できるならば、織物類、繊維マット、又は公知の組成
と構造の開放細胞材料とから構成できる。
【００３１】図３、４に示した本発明の好ましい実施例
では、バリア部材３０は繊維マット又は開放細胞材料製
の第２層７２と、その上に設けた織物スクリーン又は穿
孔シート金属製の第１層３１とを有する。バリア部材３
０特に第２層７２の材料及び又は構造は、吸着剤床２２
の頂面２８を構成している粒子の最小寸法よりも小さい
開口を有するように選択される。多孔バリア部材３０の
材料及び構造は吸着剤床２２で分離された流体製品が出
口端部１４に最適に通過するように選択される。この目
的で、織物スクリーン又は穿孔シート３１は流体（すな
わち気体又は液体）の出口８に容易に流れるように構成
される。別形態として、バリア部材は織物スクリーン
（織った、又は積層したもの）、金属、ナイロン、ガラ
ス繊維、又は樹脂等から製作した穿孔シート、樹脂繊
維、又はエラストマー等から製作した開放細胞材料、又
はそれらの組み合わせから構成し得る。例えば、多孔バ
リア部材３０は織物又は穿孔シートの形の金属スクリー
ン、及び繊維待った又は開放細胞材料層との積層体から
構成できる。適当な単一材料のバリア部材、又は複数材
料の組み合わせ積層体は、分離された流体製品の通過を
最適化し、同時に吸着剤が出口端部１４へ失われるのを
阻止する。
【００３２】複数のボール３６がバリア部材３０の上
に、好ましくは数層３４、３８、４０（図１）の形に配
置される。ボール３６の層はいくつかの目的に役立つ。
第１に、ボール３６は分離された流体製品がバリア部材
３０からボール３６同士の間の空間（通常なら空隙空間
から回収できない分離された流体製品が占めている空
間）を経て出口端部１４へと容易に流れるようにする。
このようにして、ボール３６は各吸着サイクルから回収
できる分離された流体製品の量を増す。最後に、ボール
の重量のため、ボールは多孔バリア部材３０を吸着剤床
２２の頂面２８に向けて偏倚させる手段として作用す
る。ボールの好ましい配置は多孔バリア部材３０の直上
に直径１インチ（２５ｍｍ）のセラミックボールの第１
層３４を有する。直径２インチ（５０ｍｍ）のセラミッ
クボールの第２層３８は１インチ（２５ｍｍ）のセラミ
ックボールの第１層３４と容器２の頂壁８との間に配置
される。２インチ（５０ｍｍ）の鋼ボールは出口２０の
近傍に於いて２インチ（５０ｍｍ）のセラミックボール
の頂部に配置されて、多孔バリア部材３０を粒状吸着剤
床の表面２８を偏倚させる大きい重量を更に追加する。
【００３３】上記のように、多孔バリア部材３０の頂部
に位置したボール３６の重量はバリア部材３０を吸着床
２の方へ偏倚させるように作用する。もしも多孔バリア
部材３０が十分な力で粒状吸着剤床の方へ偏倚された
ら、吸着剤床の粒状吸着剤は高流量での流動化が防止さ
れる。更に高い流量では、ボール３６は粒状吸着剤の流
動化を抑制するに十分な下向きの力をバリア部材３０に
加えることができないであろう。従って、より高い流量
では、バリア部材３０に十分な下向きの力を生じるよう
な手段を設けて粒状吸着剤の流動化を阻止する必要があ
る。
【００３４】粒状吸着剤の流動化を阻止するに十分な下
向きの力は、周壁に固定された、又は頂壁８とバリア部
材３０との間に延長する、非弾性構造物により提供す
る。例えば１個以上の剛性部材、剛性枠、又は複数のリ
ング又はワッシャーにより、バリア部材３０を装置の縦
軸から一定の位置のところで表面２８に押しつけてお
く。非弾性構造物は装置に頂部から充填を行う際にバリ
ア部材３０の上に位置づけ、頂壁８が周壁に固着される
際に固定される。別法として、非弾性構造物は出口を等
して挿入され、頂壁８とバリア部材３０との間に、吸着
材の流動化を抑制するに十分な力でバリア部材を押さえ
るように押し入れることができる。
【００３５】好ましくは、バリア部材３０に吸着剤床２
２の流動化を阻止するに十分な力を付与するために、ス
プリング又は弾性部材のような弾性構造物をバリア部材
３０に直接押しつけるか、又はバリア部材３０上に配置
されたボール３６に対して押しつけることができる。好
ましい弾性構造物は膨張性袋体（ブラダー）５０である
（図２〜３）。袋体５０はボール３６と頂壁８との間に
配置され、ボール３６を介して出口端部から入口端部の
方へバリア部材３０を押す。管又は円筒５６が出口２０
から延長する。袋体５０は環状をなし、その中心孔を通
して出口端部１４へのアクセスを可能にしている。図２
では袋体の収縮状態が示されている。図３では袋体の膨
張状態が示されている。袋体５０は加圧気体又は液体源
に連結された弁５２を有する。収縮状態は装置への設置
を容易にし、設置後には粒状吸着剤床２０及びボールの
充填及び維持を容易にするために好ましい。袋体５０は
又、バリア部材３０を表面２８に対して偏倚させ、それ
により粒状吸着剤床の充填２が所定の圧縮力で保持され
それにより流動化を阻止されるように、所望の圧力まで
選択的に膨張できる。
【００３６】袋体５０の偏倚力をボール３６を介してバ
リア部材３０に向けることにより、力は縦軸線（軸流れ
吸着装置の軸線と同じ軸線）に沿って吸着剤床２２の上
に作用される。ボール３６は袋体５０の偏倚力を実質的
に一様にバリア部材３０に伝える一方、ボール３６の間
の空隙及び通路は分離された流体製品が吸着剤床２２か
ら出て出口に流れるのに充分な空間を提供する。ボール
３６及び袋体５０は通常回収が困難とされているある量
の分離された流体製品を捕捉したはずの出口端部の空所
の相当部分を占める。環状袋体と、ボールと、多孔バリ
ア部材との組み合わせにより、組立が容易で、より効率
的な結果を生じる軸流れ吸着装置が提供される。
【００３７】好ましい実施例では、バリア部材３０は吸
着剤床２２の頂部に置かれる開放細胞材料であり、これ
により気体を製品端へ流通させる。スクリーン材料或い
は多孔板より形成された分配バッフル部材をこの開放細
胞材料の上に配置して気体の流れを方向付ける助けとす
る。セラミックボールが次にスクリーン材料の上に設置
される。ボールは寸法に従って分級され、選択され、そ
して流体流を一様に床断面全体に差し向けるように配置
される。スクリーン材料、繊維マット又は開放細胞材料
より構成されるバリア部材のパターン及び孔径は同様に
流体を吸着剤床全体に一様に差し向けるように選択され
る。ボールの分級及びスクリーンの選択は又、気体等の
流体を出口を通じて排出させるように所定の圧力降下勾
配を提供する。
【００３８】管５６が頂壁を通して挿入され、袋体５０
と出口２０とにより所定位置に保持される。出口２０よ
りも広い第２バッフル部材５８が出口２０直下でボール
３６の中に浮いている。第２バッフル部材はボールが出
口に逃げないように抑制する。開放細胞材料及び吸着剤
床を押さえておくのに必要な大きい力は、内部の上記し
た環状の袋体により供給される。袋体は比較的一定の一
様な抑え圧力で吸着剤床２２の膨張収縮を補正する。従
って、本発明の拘束手段は吸着剤床２２の運動を最小に
するように設計されてはいるが、運転中の吸着剤床の高
さの変動、つまり沈降が許容される。
【００３９】バリア部材３０、すなわち織物スクリー
ン、多孔板、繊維マット、又は開放細胞材料の開口は、
吸着剤粒子の最小のものを保持する程度に充分小さく選
択すると共に、流動域の閉塞や実質的な減少のような圧
力降下を過大に増加させるような条件を回避するように
慎重に選択すべきである。
【００４０】好ましい実施例においては、装置は吸着剤
床２２と、開放細胞材料を分配スクリーン（織物又は多
孔シート）に組み合わせた形のバッフル部材３０と、分
級ボール３６と、可撓性袋体５０とから構成される。吸
着剤床２２羽茂論分離工程において必要な活性吸着剤で
ある。バリア部材は、吸着剤全体を一様に保持する開放
細胞材料を、床全体に一様な流れと圧力分布を行う分配
スクリーンに組み合わせたものである。分級したボール
は吸着剤床２２の一様な支持を行い、他方では空隙体積
を減少して気体流を容器の上端へ導く。可撓性袋体は床
に一様な圧力を加え、同時に円筒状容器のヘッド部の空
隙体積の大部分をなくする。
【００４１】粒状吸着剤床の頂面の各粒子は粒子の摩滅
を防止し、長期にわたる床の劣化を防ぐように所定位置
に維持されなければならない。これを最適に達成するた
めに、バリア部材３０は密に充填された分子ふるいのよ
うな吸着剤床２２の頂部に配置された可撓性の多孔質マ
ットである。マットは高い流れ透過性を有する繊維材料
又は開放細胞発泡体から製作できる。その重要な特性
は、マットの開口が吸着剤床の個々の粒子よりも小さい
ことであり、一般にマットの開口の最大寸法０．７ｍｍ
よりも小さい。マットはチャンバーの断面よりも若干大
きい寸法を有し、それにより縁部はチャンバーの周壁に
対して圧縮され、それによりマットの縁部でシールを行
う。マットの全厚はそこを通る追加の圧力降下が最小に
なるように選択される。マットは次いで密に充填した分
級された鋼ボール又はセラミックボールにより覆われ
る。それにより小さい方のボールはマットを一様に圧縮
し、一方マットは床の頂部の吸着剤粒子に一様な力を加
える。
【００４２】最小圧力降下での一様な流体分布は、ボー
ルの寸法と配置の調整及び入口バッフル部材（固体又は
多孔）の配置により達成される。バッフル部材は頂部の
袋体により負荷を与えられるように設計されている。頂
部の袋体により及ぼされる圧力はボールに作用し、ボー
ルは次いでバッフル部材を所定位置に保持する。従っ
て、一様な抑え圧力がバッフル部材の直下の領域を含む
吸着剤床全体に及ぼされる。更に、バッフル部材の底は
密なマットにより覆うことができ、それによりバッフル
部材の直下の吸着剤床頂部層に一様な負荷を与える。
【００４３】袋体は又ヘッドの中間半径の個所で分級し
たボールのある量を選択的に除去し、袋体を膨張させて
この除去部分の空隙を埋めるることにより、頂部ヘッド
空隙体積を減じるためにも使用できる。この構成は慎重
に選択し又配置することにより流れ分布を阻害しないよ
うにする。なぜなら過度に空隙空間を減じるとチャンネ
リング増し、又圧力降下が増加するからである。
【００４４】本発明の装置の他の実施例として、バリア
部材３０をチャンバーの周壁に固定し、第１支持体４２
を縦軸線方向に移動自在にすることができる。袋体はボ
ール４６の下側に配置され、膨張により吸着剤床２２を
バリア部材３０に押しつける。しかし、この配置は装置
の充填及び維持を容易にしない。
【００４５】別法として、本発明は下方向（即ち図１と
は反対の方向）の供給流を利用する方法に適用できる。
この場合、本発明の利益はサイクルの脱着又は再生段階
に適することである。脱着工程での低圧条件は往々にし
て非常に高い流速を生じる。この条件は、拘束されない
吸着床でに対するサイクルのこの段階は下方流れを規定
している。従って、本発明は供給量を吸着剤床の頂部及
び底部のいずれからも導入できる融通性を提供する。
【００４６】いずれにしても、環状袋体はチャンバーの
入口端部において空隙空間を占めるように配置できる。
同様な開放細胞材料を袋体に組み合わせた使用して流体
を吸着剤床に一様に分配する助けとすることができる。
容器の底部に個々構成を具備させることにより、容器の
空隙体積は同様に減少する。この単純な装置の費用は比
較的低く、設置手順も比較的単純である。
【００４７】本発明は現存する軸流れ吸着装置に組み込
むのに適している。例えば、金属スクリーンの形のバリ
ア部材を備えた現存の装置の出口端部に、バリア部材、
所定量のボール、及び袋体を装備することができる。袋
体はバリア部材に一様な抑え力を与える。袋体は頂壁の
下側に固定され、吸着剤の通常の充填が完了した後に膨
張される。こうして、充填作業が複雑化することはな
い。
【００４８】図４はバリア部材がチャンバーの周壁に出
会う周縁部に沿って使用できる滑りシール板６０を例示
する。スクリーン組立体３０は滑りシール部材６０の、
吸着剤床２２表面との境界面において滑りシール板の剛
性支持板６２に固定されて、この交差部で吸着材が漏れ
るのを防いでいる。軟質材料又は発泡材料が滑りシール
板６０の容器内面に接触する部分に固定されている。シ
ール組立体と容器壁との接合部で吸着剤の吹き通りが生
じるのがこの接触により阻止される。典型的な滑りシー
ル組立体では０．１〜１０ｃｍの距離にわたる接触が生
じる。他のシール組立体も本発明の範囲内で使用でき
る。この領域は局部的な流動化が大きい問題となるよう
な個所にある。この領域での流動化は吸着剤が容器の頂
部の分級したボールのある部分へ吹き通る結果を生じ
る。
【００４９】上記設計における更なる改良は、吸着剤床
上部の容器頂部の過剰な空隙空間が、この空間に配置さ
れたボールと袋体とにより実質的に消去され或いは最小
化されることにある。これにより、さもなければ分離さ
れた流体が捕捉されたはずの空隙が減じる。吸着剤床の
上方の過剰な空隙空間が減じると、より多くの分離され
た流体製品が出口へ流れるので、装置の総合的な効率が
向上する。可撓性袋体の使用による端部空間の減少は、
現存装置の改造並びに新規装置へ適用でき、それに加え
て容器の底部の端部空間の減少にも使用できる。
【００５０】装置への袋体及びボールの支持は、床への
及び床からの一様な流れが最低の圧力降下で生じるよう
に行わなければならない。最小の圧力降下での床への及
び床からの一様な流れ分布は、吸着剤の上方のボールの
寸法と配置、入口側バッフル部材の位置と設計、及び膨
張袋体の形状と寸法を選択することにより達成すること
ができる。実施に当たり、バリア部材の上方の空間の１
００％は袋体５０及びボール３６により占められ、それ
によりこの領域の空隙体積を、充填されたボールの間の
空隙の体積まで減少する。袋体５０は好ましくは吸着剤
床の上部空間（即ち頂部ヘッド）の１０〜７０％を占め
る。分級したボールは好ましくは頂部ヘッドの残りを占
める。ボール寸法は好ましくは吸着剤床の表面で０．３
ｍｍ〜３８ｍｍであり、吸着装置の出口で１３ｍｍ〜７
６ｍｍであるように選択する。この組立体に対する典型
的な圧力降下は吸着装置の全圧力降下の０．０５〜５０
％である。袋体とボールとの組立体の使用は典型的には
吸着剤床の上の空隙を３０〜８０％程度減じる。
【００５１】第２バッフル部材５８は頂部の袋体により
負荷されるように設計される。これによりバッフル部材
は所定位置に維持され、バッフル部材の下にあるボール
に負荷を加える。第２バッフル部材の底部は密なマット
により被覆してよりバッフル部材の下のボールに直接よ
り一様な負荷を加えるようにすることができる。
【００５２】端部空間の制限は次の数種の方法により行
うことができる。 （１）上記の可撓性袋体を端部空間に挿入し、次いでそ
れを膨張させて端部空間の体積を制限する。更に、袋体
は運転中に周期的に膨張収縮させることにより端部空間
の気体を吸着床に圧送し或いは容器から押し出すための
ポンプとして使用できる。 （２）管状部材、ワイヤ部材又はプラスチック部材を使
用して端部空間内に剛性枠を組み立てる。これらは図示
しない通気性の構造織物又は膜により覆う。剛性枠と織
物は制限すべき空間の体積を画定し制限する。ボール及
びバッフル部材を利用して上記と同様にして組立体内に
流れ分布を維持する。その場で組み立てる材料を使用す
れば、追加の構造的な剛性が得られ、又、制限された体
積から気体を排除することができる。 （３）小さい中空の構造体を中実のセラミックボールに
置き換えることができる。中空体の外殻は重合体、金属
又は織物材料から製作できる。この方法の主な利益は、
レトロフィット（現存品の改造）が容易なこと、軽量の
可撓性材料が使用できること、組み立てが容易なこと、
流れ分布を制御するための複雑形を注文製造することが
可能なこと、頂部及び底部の端部空間で使用できるこ
と、などである。
【００５３】本発明の装置の好ましい配向は図１のよう
に軸流れ吸着装置の向きである。本発明の吸着剤を拘束
する組立体はしかし水平流れ吸着装置にも適用できる。
吸着剤床は両端で閉じた水平配向の円筒形容器内に収納
される。吸着剤容器への及びそこからの流れは、この円
筒状容器の頂部及び底部に配置したノズルにより供給さ
れ導出される。
【００５４】本発明の好ましい配向は垂直軸流れ吸着装
置のそれである。本発明による拘束のため、図１の容器
を垂直軸線から９０度回転したものも許容されるであろ
う。
【００５５】容器の周りに配置した剛性分割保持リング
１０１よりなる剛性保持機構（図５〜９）であって、可
撓性開放細胞スクリーン又は多孔板３０を抑えるように
したものも又、本発明の装置に組み込むことができる。
かかるリングは２つ以上の部分１０３、１０５（図８〜
９）に分割することにより、吸着剤を容器に充填した後
に容器に挿入することがきる。リング区分１０３、１０
５はフランジ１０７、１０８の箇所で結合され、容器壁
６又は８の内面に固定された保持板１０９により容器の
周部に取り付けられる。かくしてリング組立体は開放細
胞クリーンに対して剛性を付与する。この剛性保持リン
グは又分配バッフル部材として設計することもできる。
任意的に、圧縮部材１１５（図７）をリング区分と保持
板１０９との間に挿入し組立と運転を容易にすることが
できる。
【００５６】スクリーン板又は多孔板の開口又は孔は、
最小の吸着剤粒子を保持すると共に、圧力降下の大幅な
増大に導く条件であるところの開口の閉塞及び開口面積
の実質的な減少を回避するように注意深く選択する必要
がある。
【００５７】剛性枠状保持組立体１５０（図５〜６）を
袋体に置き換えるか、又は袋体と組み合わせて使用し、
それにより保持組立体に対する追加の抑え力を付与する
ことができる。このようなスパイダー状の保持部材１５
０は吸着剤の充填後に容器の内部に挿入して組み立てる
ことができる。能動的なスプリングを装着した保持部材
１１５（図７）（例えば板ばね、又はベルビル型ワッシ
ャー）も同様に使用して良い。別法として、偏倚手段は
セラミックボール又は同様な材料よりなる単純な受動的
抑制手段を含んでよい。後者の場合、上端の空間の空隙
は減少するので、プロセス性能に対して追加の利益が得
られる。これらの全ての追加の制限手段は吸着剤を充填
した後に追加すべきである。なぜなら現在の充填技術で
は容器頂部内に妨げのない空間を必要とするからであ
る。
【００５８】本発明の装置及び方法は多くの流体分離の
分野に使用できる。上記の及び他の変形例は上記した本
発明の好ましい実施例に対して適用することができるの
で、上記の記載は本発明の範囲内で各種の変形例及び修
正例を含むものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吸着装置の立断面図である。
【図２】未膨張の袋体を備えた装置の出口端部の断面図
である。
【図３】膨張状態の袋体を備えた装置の出口端部の断面
図である。
【図４】容器の周壁と多孔バリアーの縁端の間の封止部
の断面図である。
【図５】スパイダー組立体により偏倚された保持リング
を示す本発明の吸着装置の側断面図である。
【図６】スパイダー組立体の平面図である。
【図７】代表的なばね手段により偏倚された保持リング
を示す本発明の吸着装置を示す側断面図である。
【図８】保持脚の形の取り付け部材とフランジを備えた
保持リングを有する吸着装置の上部断面図である。
【図９】図８の線９−９から見た断面図である。
【符号の説明】
２ 軸流れ吸着装置 ４ チャンバ ６ 周壁 ８ 頂壁 １０ 底壁 １２ 入口端部 １４ 出口端部 １６ 縦軸線 １８ 入口 ２０ 出口 ２２ 吸着剤床 ２４、２６ 吸着剤の層 ２８ 吸着剤床の頂面 ３０ 多孔バリア部材 ３１ 織物スクリーン又は穿孔シート金属製の第１層 ３４、３８、４０ ボールの層 ４２ 第１支持体 ４４ 第２支持体 ４６ ボール ５０ 膨張性袋体（ブラダー） ５２ 弁 ５６ 管又は円筒 ５８ 第２バッフル部材 ６０ 滑りシール板 ７２ 繊維マット又は開放細胞材料製の第２層 １０１ 剛性分割保持リング １０３、１０５ リング区分 １０７、１０８ フランジ １０９ 保持板 １１５ 保持又は圧縮部材 １５０ 剛性枠状保持組立体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェファート・ジョン・ノヴォビルスキ アメリカ合衆国ニューヨーク州オーチャー ド・パーク、ファーズ・ドライブ48 (72)発明者 マーク・ウィリアム・アクリー アメリカ合衆国ニューヨーク州イースト・ オーローラ、チャーチ・ストリート96

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 周壁と供給端壁と末端壁とにより画定さ
    れたチャンバーであって、前記供給端壁及び前記末端壁
    の一方に近接した入口端部と前記供給端壁及び前記末端
    壁の他方に近接した出口端部を有し、前記入口端部と出
    口端部との間に延長する縦軸線を有するチャンバーと、 分離すべき気体を前記チャンバーに供給するため及び前
    記チャンバーから気体を取り出すために前記入口端部に
    連通する入口と、 分離された流体製品を導出するための前記出口端部に連
    通する出口と、 前記入口端部と前記出口端部との間のチャンバーの一部
    を実質的に充填している粒状吸着剤であって、充填され
    た粒状吸着剤床の前記出口端に面する表面はチャンバー
    の断面寸法を有し、且つその表面は最小寸法の複数の個
    別粒子より構成されている粒状吸着剤と、 前記表面を実質的に覆い、前記最小寸法の前記個別の粒
    子が出口端部に入らないように吸着剤粒子を拘束する一
    方で、分離された気体製品がチャンバーの出口端部に入
    ることを可能にしている多孔バリア部材であって、少な
    くとも前記バリア部材と前記吸着剤床の一方は前記軸線
    に沿って前記バリア部材と前記吸着剤床の他方に向けて
    移動可能である多孔バリア部材と、 前記バリア部材と前記吸着剤床の一方を、前記バリア部
    材と前記吸着剤床の他方に向けて偏倚させるための偏倚
    手段と、 よりなり、それにより前記吸着床が流動化しないように
    拘束されている吸着装置。
  2. 【請求項２】 周壁と供給端壁と末端壁とにより画定さ
    れたチャンバーであって、前記周壁が前記チャンバーの
    断面を画定し、前記供給端壁及び前記末端壁の一方に近
    接した入口端部と前記供給端壁及び前記末端壁の他方に
    近接した出口端部を有し、前記入口端部と出口端部との
    間に延長する縦軸線を有するチャンバーと、 分離すべき気体を前記チャンバーに供給するため及び前
    記チャンバーから気体を取り出すために前記入口端部に
    連通する入口と、 分離された流体を前記チャンバーから導出するための前
    記出口端部に連通する排気出口と、 前記入口端部と前記出口端部との間のチャンバーの一部
    を実質的に充填している粒状吸着剤であって、充填され
    た粒状吸着剤床の前記出口端に面する表面はチャンバー
    の断面寸法を有し、且つその表面は各々が最小寸法の複
    数の個別粒子より構成されている粒状吸着剤と、 前記表面を実質的に覆い、前記軸線に沿って移動可能で
    あり、前記最小寸法の前記個別の粒子が前記出口端部に
    入らないように吸着剤粒子を拘束する一方で、分離され
    た気体製品がチャンバーの出口端部に入ることを可能に
    している多孔バリア部材と、 前記多孔バリア部材を前記吸着剤床に向けて偏倚させる
    ための偏倚手段と、 前記多孔バリア部材と前記出口との間にあって、前記分
    離された気体が多孔バリア部材から前記出口に向けて流
    れるようにする分配手段と、を含んでいる前記吸着床が
    流動化しないように拘束されている吸着装置。
  3. 【請求項３】 周壁と供給端壁と末端壁とにより画定さ
    れたチャンバーであって、前記周壁が前記チャンバーの
    断面を画定し、前記供給端壁及び前記末端壁の一方に近
    接した入口端部と前記供給端壁及び前記末端壁の他方に
    近接した出口端部を有し、前記入口端部と出口端部との
    間に延長する縦軸線を有するチャンバーと、 分離すべき気体を前記チャンバーに供給するため及び前
    記チャンバーから気体を取り出すために前記入口端部に
    連通する入口と、 分離された流体を前記チャンバーから導出するための前
    記出口端部に連通する排気出口と、 前記入口端部と前記出口端部との間のチャンバーの一部
    を実質的に充填している粒状吸着剤であって、充填され
    た粒状吸着剤床の前記出口端に面する表面はチャンバー
    の断面寸法を有し、且つその表面は各々が最小寸法の複
    数の個別粒子より構成されている粒状吸着剤と、より構
    成された吸着装置の粒状吸着剤床を拘束する方法におい
    て、 前記表面を、前記軸線に沿って移動可能であり、前記最
    小寸法の前記個別の粒子が前記出口端部に入らないよう
    に吸着剤粒子を拘束する一方で、分離された気体製品が
    チャンバーの出口端部に入ることを可能にする多孔バリ
    ア部材により覆い、 前記多孔バリア部材を吸着剤粒子が流動しないように前
    記吸着剤床に向けて偏倚させ、 前記多孔バリア部材と前記出口との間に、前記分離され
    た気体が多孔バリア部材から前記出口に向けて流れさせ
    る分配手段を配置することを含む、前記吸着床が流動化
    しないように拘束する方法。
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