JP3213024B2 - ガス精製装置 - Google Patents

ガス精製装置

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JP3213024B2 JP26010991A JP26010991A JP3213024B2 JP 3213024 B2 JP3213024 B2 JP 3213024B2 JP 26010991 A JP26010991 A JP 26010991A JP 26010991 A JP26010991 A JP 26010991A JP 3213024 B2 JP3213024 B2 JP 3213024B2
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  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガス精製装置に関するも
のであり、このようなガス精製装置は、例えばヘリウム
ガス液化装置に使用されるものである。
【0002】
【従来の技術】さらに詳細にガス精製装置の構成を説明
すると、従来このようなガス精製装置は、精製装置ケー
シング内で、この精製装置ケーシングに対してシール状
態で配設される一対のフィルター付保持板間に処理対象
ガス精製用の充填剤を保持し、一方のフィルター付保持
板から他方のフィルター付保持板の方向に処理対象ガス
の流通路を形成して構成されていた。この装置において
は、処理対象のガスは、一方のフィルター付保持板側か
ら充填剤部位へ流入し、この充填剤部位において所定の
処理を受けて他方のフィルター付保持板側から流出す
る。ここで、流出するガスは精製処理を受けて清浄なも
のとされる。また、フィルター付保持板と精製装置ケー
シング間に於けるシール構成は、ガス、その他の不純物
が両者間の隙間から漏出しないために必要とされる構成
である。そして、従来こういったガス精製装置としては
定置型のものがほとんどで、図3に示す構成のものが多
く、大きな振動・加速等の作用を受ける車載形式のガス
精製装置は、開発されていなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リニヤ
モーターカー他、ロケット、自動車等、ガス精製装置が
大きな振動・加速等を受ける状況下で、この装置を配設
・使用する場合がある。このような環境において、従来
構成のガス精製装置を使用した場合は、振動・加速等に
よって、精製装置内に充填されている触媒、吸着剤等で
ある充填剤の移動が起こり、その充填密度が変化し、装
置内に空隙が生ずる。そしてこのような状態になると、
充填剤相互間あるいは充填剤と装置ケーシング間におい
て、それらの相対移動による磨耗・衝突による相互破壊
等が起こり、充填剤の一部が粉化され、このガス精製装
置から処理対象ガスとともに漏れ出すという問題があっ
た。例えばガス精製装置が、リニヤモーターカーに搭載
されるヘリウムガス液化装置に使用されるものの場合
は、上記の問題ははなはだしい。リニヤモーターカー於
ける振動・加速は、振動数300Hz、動加速度10G
にも及ぶものである。この状況においては、充填剤の部
分的な粉化が著しく、発生する微粉末がガス精製装置か
らヘリウムガス液化装置の循環冷凍系内に侵入する。こ
ういった場合、この装置が正常に運転できない等の問題
を引き起こすこととなっていた。
【0004】このような微粉末漏出の例を以下に示す。 装置構成; 図3に示すガス精製装置(充填材の両側
に配設されるフィルター付保持板が固定のもの) 充填容積 140cc 充填剤形状; 粒状 充填剤充填率(かさ密度)0.71cc/g,1.25
cc/g 充填剤 物理吸着剤、化学吸着剤 使用環境; 振動数300Hz、動加速度10G
【0005】
【表1】
【0006】振動ありの状態における漏洩微粉末数は異
常なものであり、このような状況はとうてい容認できな
い。従って、本発明の目的は、大きな振動・加速作動を
受ける状況で使用される場合においても、その充填剤の
相互移動が起こりにくく充填剤の粉化が起こらず、さら
にある程度の微粉末が生成された場合にも、この微粉末
がガス流出側から処理対象のガスとともに漏れ出すこと
がないガス精製装置を得ることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明によるガス精製装置の特徴構成は、他方のフィ
ルター付保持板を精製装置ケーシングに対して固定し、
前記一方のフィルター付保持板(46)を、前記充填剤
(41)、(42)側に凹部を有する保持板(46c)
と、前記保持板(46c)の凹部に設けられたグラスウ
ール層(46a)とを設けて構成し、一方のフィルター
付保持板を流通路に沿った方向に、精製装置ケーシング
に対して摺動自在に設けるとともに、一方のフィルター
付保持板を充填剤押圧方向に付勢する付勢手段を設けた
ことにあり、その作用・効果は次の通りである。
【0008】
【作用】このガス精製装置においても、充填剤は、一方
のフィルター付保持板と他方のフィルター付保持板との
間に挟持保持されるのであるが、ガス流の上流側に位置
する一方のフィルター付保持板が、精製装置ケーシング
に対して摺動自在に構成され、付勢手段により充填剤を
押圧する。従って、ガス精製装置が大きな加速作動、振
動を受けて、充填剤の装置内の移動が起こった場合に
も、この移動が一方のフィルター付保持板の押圧方向へ
の移動・調整により吸収されることとなる。従って、充
填剤は振動等を受けても、その最も安定な充填状態に維
持され、充填剤の粉化が抑制される。一方、ある程度の
微粉末が生成されても、この微粉末は他方のフィルター
付保持板、及び他方のフィルター付保持板と精製装置ケ
ーシング間のシール構成により精製装置内に保持される
こととなる。また、摺動自在に構成された一方のフィル
ター付保持板が、充填剤側に凹部を有する保持板と、保
持板の凹部に設けられたグラスウール層とを設けて構成
されているので、そのグラスウール層が、保持板と精製
装置ケーシングとの間の摺動部に巻き込まれることを抑
制し、一方のフィルター付保持板をスムーズに摺動させ
ることができる。
【0009】
【発明の効果】従って、大きな振動・加速作動を受ける
状況で使用される場合においても、その充填剤の相互移
動が起こりにくく充填剤の粉化が起こらず、さらにある
程度の微粉末が生成された場合にも、この微粉末がガス
流出側から処理対象のガスとともに漏れ出すことがない
ガス精製装置を得ることができた(実施例に示す実験例
を参照のこと)。
【0010】
【実施例】本願の実施例を図面に基づいて説明する。図
1に、本願のガス精製装置を採用したリニヤモーターカ
ーに搭載されるヘリウムガス液化装置1の構成が示され
ている。このヘリウムガス液化装置1は、ヘリウム循環
系100に、ガス圧縮機2、このガス圧縮機2の吐出側
に接続され、以下に示す機器を備え、前述のガス圧縮機
2吸い込み側に接続されるガス路3、常温精製装置4、
熱交換器5、低温精製装置6、ジュールトムソン弁7、
液体ヘリウムタンク8を備えて構成されている。ここ
で、ガス圧縮機2は液化に必要な状態にヘリウムガスを
加圧するものである。また熱交換器5は、ガス圧縮機2
から液体ヘリウムタンク8に到る往路側ガスg1を、液
体ヘリウムタンク8からガス圧縮機2に到る復路側ガス
g2と熱交換させて、これを冷却するためのものであ
り、本願においては四段設けられている。さらに、前述
の熱交換器5間の中間段階において、ガスは冷凍機9に
よってそれぞれ冷却され、所定の温度(第一段熱交換器
51と第二段熱交換器52との間の段では70K程度、
第三段熱交換器53と第四段熱交換器54との間の段で
は20K程度)とされる。また、第一段熱交換器51と
第二段熱交換器52との間、及び第三段熱交換器53と
第四段熱交換器54との間には、前述の低温精製装置6
が配設されており、各装置6において液化した不純物成
分が除去される。一方、この循環系100に対して、ヘ
リウムガスを供給もしくは補給するヘリウムガス供給系
(ヘリウムボンベ10、及び供給ガス用精製器11を備
える。)101が設けられている。
【0011】以下に、ヘリウムガスの精製構成について
説明する。この機能を果たす部位は、前述の常温精製装
置4、低温精製装置6である。ここでこれらの作動温度
は、常温精製装置4が所謂常温であり、低温精製装置6
のそれは70K程度及び20K程度である。さて、この
常温精製装置4は、化学及び物理吸着剤41、42をこ
の順に収納して構成される。化学吸着剤41としては、
重量%が50〜75%の酸化ニッケル(NiO)及び2
5〜50%の酸化アルミニウム(Al23)を主成分と
する吸着剤が採用されており、物理吸着剤42として
は、重量%が25〜45%の酸化アルミニウム(Al2
3)、35〜55%の酸化シリコン(SiO2 )及び
10〜30%の酸化ナトリウム(Na2O)を主成分と
するモレキュラーシーブスが採用されている。モレキュ
ラーシーブスの粒子径としては、吸着除去に適切な径が
選択されている。ここで、化学吸着剤41の形状は、球
状とした。
【0012】各精製装置4、6の除去対象不純物につい
て説明すると、常温精製装置4では酸素、一酸化炭素、
二酸化炭素、水、水素等が対象とされ、低温精製装置6
では窒素、メタン、二酸化炭素、水が除去対象となる。
この構成において、低温精製装置6は冷凍機近くに設置
することとなり、低温精製装置6に許容される容積は少
ない。従って、この精製装置6に割り当てることができ
る吸着能力(基本的には吸着剤の容積量が限定されるた
めに能力限界)に限りがあるため、常温精製装置4で窒
素、メタン以外の不純物はできる限り多く除去する必要
がある。
【0013】次に、図2に基づいてガス精製装置として
の常温精製装置4、低温精製装置6の構成について説明
する。常温、及び低温精製装置ではそのディメンジョン
が異なるのみである。この装置においては、図で左側の
ガス入口43から処理対象のガスが流入し、吸着処理を
受けた後右端のガス出口44からガスが流出する。装置
は、円筒形の精製装置ケーシングとしての精製器容器4
5内に充填剤としての吸着剤41、42を収納して構成
されるのであるが、容器45内において吸着剤41、4
2を、その両端より一方のフィルター付保持板としての
流入側挟持部材46と、他方のフィルター付保持板とし
ての流出側挟持部材47とで挟持する構成とされてい
る。これらの挟持部材46、47は、吸着剤41、42
に近接する側から、グラスウール層46a、47a、ス
テンレス製のメタルフィルター46b、47b、金属性
保持板46c、47cを備えており、グラスウール層4
6a、47a及びステンレス製のメタルフィルター46
b、47bは、金属保持板46c、47cの吸着剤4
1、42側に形成された凹部内に設けられている。ここ
で、メタルフィルター46b、47bと金属性保持板4
6c、47cとはそのフィルター46b、47bの周端
部が溶接固定されている。グラスウール層46a、47
aが設けられている理由は、メタルフィルター46b、
47b単独ではパーティクルの100%捕捉が難しいた
め、グラスウール層46a、47aを形成することによ
り、パーティクルの捕捉率を高めている。さらに、流入
側挟持部材46の金属性保持板46cは、これに固定さ
れたメタルフィルター46b及びグラスウール層46a
とともにガスの流路方向に、グラスウール層46aを摺
動部に巻き込むことなく摺動可能な構成とされ、そのガ
ス流入側(非吸着剤側)を弾性部材としてのスプリング
48で弾性保持されている。一方、流出側挟持部材47
においては、その金属性保持板47aの流出側周縁部が
精製器容器45に溶接固定されている。この構造を採用
することにより、振動等により収納される吸着剤41、
42の微粉末が発生した場合にも、充填物である吸着剤
41、42の振動による流動化が、流入側挟持部材46
によって防止され、微粉末自体の発生が抑制されるとと
もに、捕捉が確実に行われて、循環系100内にこの微
粉末が混入することはない。
【0014】〔実験例〕上記の構成のガス精製装置を採
用することによる効果を確認するために、振動時及び、
無振動時の微粉末の発生量をパーティクルカウンターに
よって計測した。そのデータを表2に示す。 装置構成;図2に示すガス精製装置 充填容積 140cc 充填剤形状 概球状 充填剤充填率(かさ密度)0.71cc/g,1.3c
c/g 充填剤 物理・化学吸着剤 使用環境; 振動数300Hz、動加速度10G
【0015】
【表2】
【0016】表2に示すように、激しい振動のある場合
とない場合を比較すると、微粉末の精製装置外への漏洩
数は振動の激しい割には多くないことがわかる。また表
1の結果と比較しても良好な結果が得られている。
【0017】〔別実施例〕上記の実施例においては、リ
ニアモータカーに採用されるヘリウム液化装置に本願の
ガス精製装置を採用する例を示したが、大きな加速度の
掛かるロケットへの適応、自動車などに車載した排気ガ
ス処置装置に対する適応等、様々な用途への適応が考え
られる。
【0018】さらに、上記の実施例においては流入側挟
持部材46を、スプリング48により押圧する構成を示
したが、これはエアーダンパー構成等、任意の構成を採
用することができる。従ってこの装置を付勢手段と称す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願のヘリウム冷凍液化装置の構成図
【図2】ガス精製装置の断面図
【図3】従来の精製装置の構成図
【符号の説明】
41 充填剤 42 充填剤 45 精製装置ケーシング 46 一方のフィルター付保持板 47 他方のフィルター付保持板 100 ヘリウム循環系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭57−163593(JP,U) 実開 昭63−181425(JP,U) 実公 昭55−4029(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25J 1/00 B01D 53/04 B01D 53/86

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 精製装置ケーシング(45)内におい
    て、この精製装置ケーシング(45)に対してシール状
    態で配設される一対のフィルター付保持板(46)、
    (47)間に処理対象ガス精製用の充填剤(41)、
    (42)を保持し、一方の前記フィルター付保持板(4
    6)から他方の前記フィルター付保持板(47)の方向
    に前記処理対象ガスの流通路を形成してあるガス精製装
    置において、 前記他方のフィルター付保持板(47)を前記精製装置
    ケーシング(45)に対して固定し、前記一方のフィルター付保持板(46)を、前記充填剤
    (41)、(42)側に凹部を有する保持板(46c)
    と、前記保持板(46c)の凹部に設けられたグラスウ
    ール層(46a)とを設けて構成し、 前記一方のフィルター付保持板(46)を、前記流通路
    に沿った方向に、前記精製装置ケーシング(45)に対
    して摺動自在に設けるとともに、 前記一方のフィルター付保持板(46)を前記充填剤押
    圧方向に付勢する付勢手段(48)を設けたガス精製装
    置。
  2. 【請求項2】 前記他方のフィルター付保持板(47)
    が、メタルフィルター(47b)を金属性保持板(47
    c)に溶接固定したものであり、 さらに、前記金属性保持板(47c)が前記精製装置ケ
    ーシング(45)に溶接固定されている請求項1記載の
    ガス精製装置。
  3. 【請求項3】 前記充填剤(41)が球状である請求項
    1記載のガス精製装置。
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