JP6215947B2 - 気体から不純物を分離するための分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロセスガス又は水素等の気体から不純物を分離するための分離装置に関する。

気体が運転資材、反応薬又は同種のものとして技術的プロセスで使用される場合、当該プロセスガス中に粒状媒体及び／又は液状媒体として含まれる不純物は運転安定性を損ねてシステム故障に至らしめ、分析結果を狂わせ、又はその他の障害を招く可能性がある。利用に供される気体は粒状不純物の他に、水や油等の液状媒体による負荷を有することが多い。特に近年増えている水素（Ｈ₂）を駆動目的に使用するケースでは、運転資材として用いられる気体のそのような負荷を計算に入れなければならない。当該付属システム、特に燃料電池の運転性能にとって、粒状媒体及び水や油等の液状媒体が含まれていないことは不可欠である。

（原文に記載なし）

このような問題点に鑑み、本発明の課題は、プロセスガスから、特に技術的目的のために設けられている水素からそのような不純物を分離することを可能にする分離装置を提供することである。

この課題は、本発明により、請求項１の特徴を全体として有する装置によって解決される。

それによると、本発明は、分離装置が粒状媒体及び水及び／又は油等の液状媒体を分離するための濾過装置と、分離された液状媒体の液滴体積を拡大するための合体装置と、分離された液状媒体を結合するための、好ましくは吸着装置として構成されている捕集装置とを有するようになっている。

本発明の有利な実施例に従い、分離装置は少なくとも１個の分離エレメントを有しており、この分離エレメントは主軸線を形成して、この主軸線が少なくとも近似的に垂直に向くようにハウジング内に受容可能であり、さらに吸着装置は液状媒体が重力作用により合体装置から吸着装置へ移行することを可能にする分離エレメントの領域に配置されている。このようにすることによって、単純に構成され、補助装置のない自立的運転を可能にする装置が提供されている。なぜなら分離された液状媒体の吸着装置への移行は重力作用により自立的に行なわれるからである。

特に有利な実施例において、各分離エレメントは媒体通路を有していて、主軸線を共軸に包囲する支持管を備えたフィルタカートリッジの方式で形成されており、支持管の外側は合体装置と濾過装置とによって包囲されている。このような分離エレメントはコンパクトな構造ユニットとして実現でき、その都度設定された運転期間が経過したら簡単に交換できる。

ここで特に有利には、支持管の内部空間が、濾過装置と合体装置とを貫流した後で純化された気体を放出可能な上部流出室と、吸着装置を形成する下部吸着室とに区分されている配置構成とすることができる。

有利な実施例において、純化される気体が分離エレメントを外方から内側の流出室に向って貫流する分離過程のために、支持管は、外方から内方に向って、濾過装置のプリーツ付き濾材によって、そして合体装置の一部を形成する排液層によって包囲されており、排液層内では濾過装置により分離された前凝固した液状媒体が液滴径を拡大しながら吸着室の領域に向って下方へ沈降する。

濾材として、例えば金属繊維フリースとして形成された繊維材料からなり、液状媒体の前凝固を生じさせる、好ましくは多層フィルタ構造が設けられていることが好適である。

繊維材料からなるこのようなフィルタマットは、いわゆるメッシュパックも形成できる。

排液層として有利には金属製格子又は例えば紡糸スプレー（Ｓｐｕｎ−Ｓｐｒａｙ）法で塗布された繊維材料層が設けられてよい。

特に有利な実施例において、吸着装置は吸着室内にある、親水性物質と親油性物質との混合物を含んでいる。

このような物質混合物は、吸着室の充填物の親水性成分としてシリカゲル又はゼオライト粒等の物質を有し、親油性成分として珪藻土又はメルトブロー繊維材料等の物質を有することができる。

特に有利な実施例において、支持管は、流出室を吸着室から隔離している中間部材で互いに接続された共軸管部分から組み立てられている配置構成とすることができる。このような実施例の特徴は特別コンパクトなことである。なぜなら組み立てられた支持管の吸着室は下側の部分区画はフィルタカートリッジに組み入れられているからである。

このような組み立てられた支持管を有する構造形態において有利には、流出室に付属している管部分の外側に、例えば疎水性及び／又は疎油性織布によって形成されて流体を留置する障壁が設けられている配置構成とすることができる。このような障壁は、気体は透過しても液滴は透過させない微細な任意の構造によって形成されてもよい。

以下に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明による分離装置の一実施例に従う分離エレメントの縦断面図である。 図１の切断線ＩＩ−ＩＩに従う分離エレメントの部分横断面図である。

図１に示された全体を１で示す分離エレメントは、本発明による分離装置の構成部分として図示されないハウジング内に受容可能である。分離装置の運転のために、分離エレメント１は付属のハウジング内に、分離エレメント１によって形成された主軸線３が少なくとも近似的に垂直方向に位置合わせされているように配置されている。水素で運転される駆動装置のための燃料補給システムに分離装置を使用する場合、分離エレメント１を受容するハウジングは、そのような応用では通常の非常に高い圧力レベル、例えば、７５ＭＰａ（７５０バール）〜１００ＭＰａ（１０００バール）に対して設計されており、分離エレメント１は運転時に純化される水素（Ｈ_２）の流れを外方から迎えるが、これは流れの矢印５によって略示されている。純化された気体は分離エレメント１の内部にある参照番号７で示した流出室から上方に流出する。

分離エレメント１は、いわゆるフィルタカートリッジの方式で形成されており、２個の管部分９及び１１から組み立てられた支持管を備えており、これらの管部分は主軸線３に対して共軸に、かつ互いに合致するように配置されており、中間部材１３によって互いに接続されている。支持管を形成する両管部分９、１１は、支持管で通常のやり方で媒体通路を有するが、これは図面では参照符号が付されていない。中間部材１３は、支持管９、１１によって包囲された中空部で上側管部分９内にある上部流出室７を、下側管部分１１によって包囲されている下部吸着室１５から隔離している。吸着室１５は管部分１１の下端部で栓の形をした閉鎖部材１７によって閉じられている。分離エレメント１の上端部では、純化された気体が流出室７から出るために接続部材１９が設けられている。接続部材１９は挿口管部２１で管部分９の上端部内に延びており、図示されない導管を接続するためにＯリング２３の形をしたシーリングがある。

分離エレメント１の外側には、仮想外周から円筒状のフィルタ構造２５として形成された濾過装置がある。これは水を分離する材料で、図２に示すようにプリーツ付きで、好ましくは多層に構成されている。濾材として、好ましくは液状媒体の前凝固を生じさせるフィルタ構造２５が金属繊維フリースとして設けられてよく、縦継目２７で閉じられたいわゆるメッシュパックが形成されてよい。フィルタ構造２５の内側には合体装置として排液層２９が接続している。この実施例では排液層２９は合体器として作用する構造であり、フィルタ構造２５で形成された水及び／又は油からなる液滴が前凝固によってより大きい液滴体積に合体して、これらの媒体が重力により液滴径を絶えず増大しながら下方へ沈降する。

フィルタ構造としてプリーツ付きフィルタ媒体の代わりに、好ましくは多層フィルタマットを使用でき、これはプリーツ付きか又は円筒ローラ体として形成されてよい。排液層２９は金属製格子、又はプリーツ付きフィルタ媒体２５の内側に、例えば紡糸スプレー法で直接塗布された繊維材料層であってよい。形成された液滴が支持管の下側管部分１１の吸着室１５がある領域に沈降すると、直ちに形成された液滴の集合が管部分１１の液状通路を通って吸着室１５に到達する。吸着室１５内には流体を結合するために親水性物質及び親油性物質からなる物質混合物がある。この場合、有利には親水性成分としてシリカゲル又はゼオライト粒と、親油性成分として珪藻土又はメルトブロー繊維材料等の物質との混合物が設けられてよい。

排液層２９内部では、流出室７に付属している上側管部分９に沿って、例えば疎水性及び／又は疎油性織布によって形成された、流体を留置する障壁が設けられてよい。そのように形成された構造ユニットは、図面で下側の端部では閉鎖部材１７によって閉じられ、上側の端部では接続部材１９によって一緒に保持されている。これらの両部材１７及び１９には、軸方向に突出してフィルタマット２５の対向する縁部を包囲して把持する縁部材３１若しくは３３がある。図１に示すように、これらの壁部分３１、３３は、フィルタマット２５によって形成された狭隘部に閉鎖部材１７及び接続部材１９を固持するために、半径方向内側に向けられた圧縮力を加えることによって内方に圧縮可能である。

Claims (9)

1. 粒状媒体と液状媒体を分離するための濾過装置（２５）と、
   分離された液状媒体の液滴体積を拡大するための合体装置（２９）と、
   分離された液状媒体を結合するための吸着装置（１５）として構成された捕集装置と、
   少なくとも１個の分離エレメント（１）とを有する分離装置において、
   前記各分離エレメント（１）は媒体通路を有していて、主軸線（３）を共軸に包囲する支持管（９、１１）を備えたフィルタカートリッジの方式で形成されており、該支持管（９、１１）の外側は前記合体装置（２９）と前記濾過装置（２５）とによって包囲されており、
   前記支持管（９、１１）の内部空間は、純化された気体を放出可能な上部流出室（７）と、前記吸着装置を形成する下部吸着室（１５）とに区分されており、
   前記支持管は、前記上部流出室（７）を前記下部吸着室（１５）から隔離している中間部材（１３）で互いに接続された共軸管部分（９、１１）から組み立てられている、気体から不純物を分離するための分離装置。
2. 該分離エレメント（１）は主軸線（３）を形成して、該主軸線（３）が垂直に向くようにハウジング内に受容可能であり、前記吸着装置（１５）は、液状媒体が重力作用により前記合体装置（２９）から前記吸着装置へ移行することを可能にする、前記分離エレメント（１）の領域に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の分離装置。
3. 純化される気体が分離エレメント（１）を外方から内側の流出室（７）に向って貫流する分離過程のために、前記支持管（９、１１）は、外方から内方に向って、前記濾過装置（２５）のプリーツ付き濾材によって、そして前記合体装置の一部を形成する排液層（２９）によって包囲されており、該排液層（２９）内では前記濾過装置（２５）により分離された前凝固した液状媒体が液滴径を拡大しながら吸着室（１５）の領域に向って下方へ沈降することを特徴とする、請求項１又は２に記載の分離装置。
4. 前記濾材が繊維材料からなり、前記繊維材料が液状媒体の前凝固を生じさせることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. メッシュパックを形成するフィルタ構造（２５）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の分離装置。
6. 前記排液層（２９）は金属製格子又は繊維材料層を有することを特徴とする、請求項３に記載の分離装置。
7. 前記吸着装置は、該吸着室（１５）内において、親水性物質と親油性物質との混合物を含んでいることを特徴とする、請求項３又は４に記載の分離装置。
8. 前記吸着室（１５）の充填物の親水性成分としての物質が設けられ、前記吸着室（１５）の充填物の親油性成分としての物質が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の分離装置。
9. 流出室（７）に付属している管部分（９）の外側に、流体を留置する障壁が設けられていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の分離装置。

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