JP2791997B2 - ガス分離方法およびその実施に用いる熱拡散塔 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ガス成分の分離に関し、特に対向配置され
た温壁と冷壁との間でのガス分子の拡散運動を利用して
成分を分離・濃縮するガス分離方法および熱拡散塔に関
する。

［従来の技術］ 熱拡散を利用して、質量の異なるガス成分を分離する
ことが行われる。温壁と冷壁とを対向配置させた熱拡散
塔内にこのような混合ガスを導入すると、温度勾配に沿
って質量の異なるガス分子は異なる分布を示す。相対的
に質量の大きいガス分子は低温側に濃縮され、相対的に
質量の小さいガス分子は低温側に濃縮される。熱拡散塔
が鉛直方向に配置されているため、鉛直方向に対流が生
じ、温壁周囲の高温ガスは上に上昇し、冷壁付近の低温
ガスは下へ下降する。このようにして、ガス成分の分
離、濃縮が行える。

従来の熱拡散塔は、熱線を中心軸上に配置し、周囲を
水冷壁によって囲んだ鉛直方向に長いガス容器によって
構成されている。熱拡散塔中心軸上に配置された熱線
は、600〜1000℃に加熱され、周囲の外壁は水冷ジャケ
ットによって常温付近に冷却されている。

このような熱拡散塔を用いて、たとえば放射性ガスの
同位体分離が行われるが、熱線が切断した時には、その
交換をしなければならない。放射性ガスの取扱い等にお
いては、システム全体を隔離した環境におくため、交換
作業は大きな手間と時間とを要するものとなる。

熱線はタングステン等の金属線で形成されるが、熱に
よる劣化や放射線による損傷等で、定期的に交換する必
要がある。

第２図に従来の技術による熱拡散塔の構造例を示す。
鉛直方法に長いステンレス等の筒体22によって、ガス容
器が形成され、その中央部にガス供給口26、底部および
頂部にガス取り出し口27、28が接続される。筒体22の中
心軸上に熱線23が配置される。熱線23はタングステン
（Ｗ）等の金属線によって形成され、上部より吊り下げ
られた構成とされる。熱線23を鉛直方向に配置されるた
め、熱線23の下部には重り24が接続されている。また、
熱線23に電流を供給するため碍子等によって絶縁された
リード線25が筒体22の周辺部に沿って吊り下げられ、重
り24近傍で熱線23とで電気的に接続される。筒体22の外
壁は水冷ジャケット29によって覆われ、水冷される。

熱線23をたとえば1000℃程度の高温に加熱し、水冷ジ
ャケット29の下側水流入口より冷却水を供給し、筒体22
外壁をほぼ常温に保つ。このようにして、半径方向に中
心部で高く、外壁で低い温度勾配を形成し、ガス供給口
26から供給した多成分ガスを分離し、軽いガスを上部ガ
ス取り出し28から取り出し、重いガスを下部ガス取り出
し口27から取り出す。

［発明が解決しようとする課題）］ 以上説明したように、従来の技術によれば、熱拡散塔
の中心軸上に配置された熱線は、定期的に交換する必要
があり、システム全体の運転を停止させ、十分な安全対
策を講じる必要があった。

本発明の目的は、交換作業の必要性を減じ、さらに交
換作業自身を簡単化することのできるガス分離方法およ
び熱拡散塔を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明のガス分離方法は、冷壁と温壁間に多成分ガス
を供給し、成分を分離する方法であって、鉛直方向に長
いガス容器を準備し、該ガス容器の中央部を冷却し、周
辺部を加熱して半径方向に温度勾配を形成し、該ガス容
器内に多成分ガスを供給し、頂部、底部から分離された
ガスを回収する。

また、本発明の熱拡散塔は、鉛直方向に長いガス容器
と、該ガス容器中央部に配置され、鉛直方向に長い冷壁
を形成する冷却手段と、該ガス容器の周辺に配置され、
ガス容器内壁に温壁を形成するヒータとを含む。

［作用］ 熱拡散塔の中央部に冷壁を形成し、周辺部に温壁を形
成することにより、半径方向の温度勾配を形成し、ガス
離を行うことができる。中央の冷壁は、温度が低いので
損傷等を受けにくく、交換の必要性が低減する。周囲の
温度は、その外側にヒータ等の加熱手段を配置できるた
め、交換の際は外部より加熱手段を交換でき、加熱手段
の交換作業は簡単化する。

冷壁を、冷媒等によって低温に冷却することにより、
温壁の温度は従来のように高温にしなくても高効率のガ
ス分離が行える。

［実施例］ 第１図に本発明の実施例による熱拡散塔を概略的に示
す。熱拡散塔１は鉛直方法に長い円筒状のガス容器であ
り、その中心軸上には冷凍機２に接続された冷壁３が配
置されている。冷壁３はたとえば内に冷媒通路を有する
金属棒等によって形成される。熱拡散塔１の壁は、加熱
手段４によって加熱された温壁５によって形成される。
温壁５はたとえば金属によって形成される。温壁５が形
成するガス容器の中央部分にはガス供給口６が形成さ
れ、底部および頂部にはガス取り出口７、８が形成され
ている。熱拡散塔１の壁を加熱手段４によって加熱さ
れ、所定温度の温壁５を形成し、冷凍機２によって中央
部の冷壁３を所定温度に冷却し、熱拡散塔半径方向に所
定の温度勾配を形成する。ガス供給口６から原料ガスを
供給し、半径方向の温度勾配によって成分の分離を行
い、底部および頂部に設けられた取り出口７、８から分
離されたガスを取り出す。

たとえば、冷壁３は冷凍機２によって70K程度に冷却
される。冷壁がこのように低温に冷却される場合、温壁
の温度は比較的低い温度でも十分なガス分離効率が得ら
れる。温壁５は、たとえば400K程度に加熱される。400K
程度の温度の得るためには、種々のヒータを利用するこ
とができる。たとえば、バンドヒータ等を用いることに
より、ヒータの耐久性を向上させ、保守を容易とするこ
ともできる。温壁５自体はヒータと別体とでき、耐久性
の高い構成にすることができる。また、中央の冷壁３を
形成する金属筒体は、冷却されているため劣化、損傷が
少ない。

なお、冷壁３が冷媒通路を有する金属筒体によって形
成される場合を説明したが、冷壁３を金属の無垢棒で形
成してもよい。

第３図は、本発明の他の実施例による熱拡散塔を示
す。熱拡散塔１の中心軸上に冷壁３が形成され、冷壁３
はHe冷凍機２によって冷却される。熱拡散塔１の外壁５
は、上下方法に分割したヒータ4a、4b、4c、4dによって
加熱され、温壁を形成する。冷壁３の冷却される温度お
よび温壁５の各部分において加熱される温度は、制御装
置10によって制御される。このようにして、熱拡散塔１
は高さ位置に応じて半径方向の温度勾配が形成され、所
望のガス分離が行われる。ガス分離を行うに際しては、
分離すべきガスの種類に合せて冷壁３の温度および熱拡
散塔１の各高さにおける温度勾配を設定し、制御装置10
の制御によって冷凍機２およびヒータ4a、4b、4c、4dを
制御する。ガス供給口６から原料ガスを供給し、設定し
た温度勾配によって成分を分離し、ガス取り出口７、８
から分離されたガスを取り出す。

その他の構成は、第１図の実施例と同様である。

なお、ヒータを多段にする構成を示したが、冷却手段
を多段にする構成としてもよい。

以上、実施例に沿って本発明を説明した、本発明はこ
れらに制限されるものではない。たとえば、種々の変
更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明で
あろう。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、熱拡散塔中心
部を冷却し、塔壁を加熱する構成としたため、中心部に
配置される構造物の損傷が低減し、加熱手段の交換作業
は容易になる。

冷壁として極低温を利用すると、温壁の温度を低下さ
せることができ、熱拡散塔の損傷はさらに低下すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す概略断面図、 第２図は従来の技術による熱拡散塔の構成例を示す概略
断面図、 第３図は本発明の他の実施例による熱拡散塔を示す概略
断面図である。 図において、 １……熱拡散塔、２……冷凍機 ３……冷壁、４……加熱手段 ５……温壁、６……ガス供給口 ７、８……ガス取り出し口 10……制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B01D 53/22 B01D 59/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷壁と温壁間に多成分ガスを供給し、成分
   を分離する方法であって、 鉛直方向に長いガス容器を準備し、該ガス容器の中央部
   を冷却し、周辺部を加熱して半径方向に温度勾配を形成
   し、 該ガス容器内に多成分ガスを供給し、頂部、底部から分
   離されたガスを回収するガス分離方法。
2. 【請求項２】鉛直方向に長いガス容器と、 該ガス容器中央部に配置され、鉛直方向に長い冷壁を形
   成する冷却手段と、 該ガス容器の周辺に配置され、ガス容器内壁に温壁を形
   成するヒータと を含む熱拡散塔。