JPH01500805A - 接触分離部材用の軸線方向渦巻装置 - 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】 接触分離部材用の軸線方向渦巻装置 技術分野 本発明は、気液技術、特に気液システム用の質量交換器及び質量分離器に関し、 更に詳細には、本発明は、接触分離部材用の軸線方向渦巻装置に関する。

本発明は、気液システム（吸収、脱着、及び精留、また更に機械的なスクラビン グ工程において）で質量交換工程を行う装置を提供する。気体産業、化学産業、 石油産業、火力発電等の産業で用いられる装置で使用することができる。

本発明は、熱交換工程及び質量交換工程が行われ、接触相の間の分離がこれに続 いて行われる気液質量交換塔及び高圧分離装置で最も効果的に使用することがで きる。

接触相間の分離では、気体凝縮液、接触された吸着剤の滴すなわち蒸気及び気体 キャリヤー流からの還流、鉱化生成水、及び水和生成物の抑制剤（グリコール又 はメタノール）の、工場内のガス流からの分離が、天然ガス及び石油ガスの調製 及び加工のために行われる。

背景技術 今日、質量交換塔及び気液分離器の効率を改善し、金属重量を軽減し、更に信頼 性及び出力を改善する上で問題がある。

質量交換塔及び気液分離器は気体の調製及び処理の工程で使用される基本的な装 置であるから、この問題を解決すると、気体凝縮液用のコンパクトな気体処理分 離工場を提供できるようになる。大陸棚堆積物及び極地方では重量が小さく、サ イズが小さく、質量に対する能力の比の大きい装置が特に好ましい。

相分離用多ベーン軸線方向渦巻装置が従来技術で周知であり、この装置は、渦巻 装置の後部の中央部にある「堆積区域−減圧区域」回路中に気体を再循環させる ための一群の中実傾斜ベーンを貫通する同心管を有する（ソビエト社会主義共和 国連邦発明者証第４３６６７７号、国際分類Ｂ０４Ｃ３１０６，１９７４年７月 ２５日公表、を参照のこと）。

この渦巻装置は、再循環装置が大きいため軸線方向流さが大きい。

更に、半径方向貫通通路を備えたベーンを持つ接触分離部材用の軸線方向渦巻装 置が従来技術で周知である（ソビエト社会主義共和国連邦発明者証第２０３６２ ２号、国際分類ＢＯ１ｄ、１９６７年１０月９日公表、を参照のこと）。先細管 の形態のデフレクタが渦巻装置の上方に渦巻装置と隣接して設けられ、このデフ レクタを通過する気体及び液体の流れを制限する。

この構造は熱交換工程及び質量交換工程を可能とし、気液装置での相分離を促進 する。

しかしながら、先細管で渦巻流を制限すると、流れを強制的に通すのに消費され るエネルギが増大すると同時に処理能力を低下させてしまう。というのは、先細 管の出口縁での流速が、接触した気体相及び液体相を確実に分離するための条件 に従うように、一定の値に制限されるからである。

気液混合物の相を遠心分離するための軸線方向渦巻装置が従来技術で周知である （米国特許第３６９３２２９号、国際分類ＢＯ１ｄ４５／１２を参照のこと）。

この渦Ｓ装置は、中央スリーブに固定された一群の傾斜ベーンを有し、分離中の 気体を再循環させるため、渦巻装置のスリーブに沿って２軸線方向に形成される 減圧区域が使用され、この気体は個々のベーン（中空ベーン）の通路を通って２ スリーブ内に吸引される。これらのベーン通路は、特定の用途では、中央スリー ブの内部に対して接線方向に延びている。このスリーブはベーンの出口縁の下流 に紙巻煙草状の延長部を有し、この延長部は、開放した円筒形キャビティの寸法 に適合するように、壁厚を減じながらその外面が徐々に狭くなっている。

軸線方向渦巻装置のこの構造は、上述の渦巻装置と比較して、気体に関して接触 分離部材の処理能力を増大させることができる。

しかしながら、液体に関する処理能力はこの先行技術の装置では低いままである 。というのは、再循環させる気体とともに通過する液滴の渦巻が弱いからである 。この弱い渦巻きは、分離された液体の薄膜を除去するため、渦巻装置の葉巻状 部分を分離ユニットからかなりの距離隔でなければならない。

更に、渦巻装置のスリーブの葉巻き状延長部は、個々の液滴をその表面に沿って 通過させて、相をかなりの液体流量をともなって確実に分離するには流れの渦巻 きがほぼ無効である渦巻装置の中実軸線から短い距離で分離できるようにする。

先行技術の装置は作動が中断するとスリーブの内部に液体がたまる。そのため、 装置の検査中及び修理中、液体を除去するのに加熱蒸気及び高温の水を更に必要 とする。

先行技術の渦巻装置は上述の欠点を有するため、好ましくは、その作動位置は水 平でなければならない。かくして、渦巻装置は質量交換装置では、一般に垂直位 置であるのが望ましいため、用途が限られてしまう。

本発明の目的は、質量交換分離装置用の接触分離部材のための軸線方向渦巻装置 を提供することであり、流れダクトの新規な構成のため、熱交換工程及び質量交 換工程及び相分離を、軸線方向サイズの小さい装置で得ることができる。

発明の開示 本発明は、本質的には、質量交換装置及び質量分離装置の接触分離部材用の軸線 方向渦巻装置に存し、この軸線方向渦巻装置は、渦を巻いている流体の入口側及 び出口側に閉鎖した入口端部と開放した出口端部とを夫々有する中空スリーブと 、このスリーブの外面上に配置され、その出口端部区域においてスリーブの長さ 方向軸線に関して角度をなして延びるベーンとを有し、本発明によれば、この渦 巻装置はスリーブの出口端部のところにスリーブに同心に取付けられたデフレク タ装置を有し、このデフレクタ装置は回転体から成り、この回転体はその外面の 母線が、ベーンから最も隔たった箇所でこの母線に引いた接線がスリーブの長さ 方向軸線に関し２０°乃至１５″の角度で延びるように形成されている。

デフレクタ装置のこの構成は、第１にはデフレクタ装置の表面が湿潤しているた め、第２には液滴がその表面に接線方向に投射されるため、第３にはデフレクタ 装置が設けられているために気体と液体とが接触する活性乱流区域が延長される ため、液体と気体との間の熱交換工程及び質量交換工程を強化することができる 。更に、デフレクタ装置のため、分離区域の全長をかなり短くすることができる 。これは、デフレクタ装置の縁部から分離された液滴が、デフレクタ装置の縁部 を渦巻装置の長さ方向軸線から隔てる大きな距離のため先行技術の渦巻装置で起 こる作用と比べて強い遠心力の部分に作用する作用を受けることにより得られる 。

デフレクタ装置は好ましくはディフューザーの形態で作られ、このディフューザ ーはその幅狭の端部がスリーブに固定され、フレア状の端部がベーンの外接円の 直径りの０．５倍乃至０．７倍に等しい外径Ｄ１を有する。

ディフューザーの形態のデフレクタ装置を提供することによって、渦巻噴流の垂 直中心部の境界と一致するように直径Ｄ１を選択して抵抗を相当に減少させるこ となく、渦巻噴流を更に安定させることができる。これは以下のように説明する ことができる。渦巻気体流の簡略化したモデルは、運動学的に又動力学的に脆弱 な中心部を備えた中空回転噴流である。ディフューザーのフレア状端部が中央渦 巻の直径と等しい場合、すなわち、かくして形成された渦巻噴流を制限しない場 合、抵抗はあまり減少しない。かくして、以下の有用な技術上の成果が得られる 。減衰し難い渦巻噴流が形成される。熱交換工程、質量交換工程、及び気液装置 における相分離が強化される。

好ましくは、半径方向貫通ボートがスリーブの壁につくられ、これらのボートは 少なくとも一列のボートを形成するように円周方向に間隔を隔てられている。

軸線方向渦巻装置のこの構成のため、後方渦巻流すなわちスリーブの内部からの 再循環ガス流に同伴された液体の除去を整然と行うことができ、これによって、 液体がスリーブ内に溜ることを阻止する。更に、半径方向貫通ボートは、気体用 再循環通路を構成するようにベーンの本体を貫通してもよい。

デフレクタ装置の、スリーブに隣接した端部は、スリーブの内面上に肩を形成す るようにスリーブの内径よりも小さい内径を有するのがよい。

軸線方向渦巻装置のこの構成により、液体をスリーブの内部からより確実に除去 することができ、かくして、液体を渦巻装置の軸線に沿って同伴することを阻止 する。

渦巻装置の半径方向ボートは、好ましくは、ベーン間に設けられる。

渦巻装置のこの構成は、直列の通路を通って移動する散水気液流のための液体を 除去する。かくして、小さな液滴の流体力学的凝集に寄与し、そのため、渦巻気 体流半径方向ボートはスリーブの出口端部に、渦巻装置のベーンの出口端部の下 流に設けるのがよい。

この構造は、ベーンを離れる流れによる液体の吸引により、液体をボートを通し てより強く除去できるようにする。

デフレクタ装ばの長さは、好ましくは、渦巻装置のベーンの外接円の直径の０， ２倍乃至１．０倍に等しい。

この構成は、渦巻装置が最適に作動できるようにする。

渦巻装置の直径が小径から大径に変化し、この比率は一般に、用途に応じて１． ０から０．２に減少する。

最後に、好ましくは流線形部材がスリーブの入口端部にこれと同心に設けられ、 流線形部材の壁に貫通開口部が設けられ、この開口部はスリーブの軸線に対して 鋭角をなすように傾斜しており、流線形部材の内面とスリーブの軸線の交差区域 に配置される。

流線形部材のこの構成は、許容液圧損失を低下させ、正しくない渦巻を渦巻装置 の軸線のところで吹飛ばすのに役立ち、更に、装置の作動を中断したときに液体 を除去して排出できるようにする。

図面の簡単な説明 第１図は、母線が直線をなした円錐形形態のデフレクタ装置を備えた本発明によ る軸線方向渦巻装置を、その長さ方向を断面で示す概略図であり、 第２図は、中空ベーンと中実ベーンか交互になっている、軸線方向渦巻装置の部 分詳細図であり、第３図は、デフレクタ装置が渦巻装置の円筒形延長部の形態で あり、スリーブがその内側に肩を備え、渦巻装置の全てのベーンが中実である実 施例を示す図であり、第４図は、デフレクタ装置が曲線をなした母線を有し、開 口部を持つ流線形部材を備え、渦巻装置の全てのベーンが中実である実施例を示 す図である。

発明を実施するための最良の形態 本発明の特定の実施例を図示する添付図面を参照して、本発明を以下に詳細に説 明する◎ 軸線方向渦巻装置は、傾斜ベーン２が固定された中央中空スリーブ１（第１図参 照）を有し、又ベーン間の特定の箇所に通路３を有する。この通路３は長さ方向 軸線に向かう方向に、すなわち内壁５の表面に対１．て接線方向に延び、内部４ で終端する。デフレクタ装置６は、その出口縁７が渦巻流体出口に向かフて面Ｉ １、その端部８がスリーブ１に固定されるように中央スリーブ１に同心に取付け られる。デフレクタ装置６は回転体形体の外面９を有し、この回転体の母線は、 直線の形態、或いは縁゛７での装置６の外面・＼の接線が０′乃至１５”の角度 αをなす滑かな曲線の形態をなしている。

第２図は、軸線方向渦巻装置の実施例の部分詳細図であり、この図では通路３を 持つ中空ベーン２が中実ベーン２′と交互になっている。夫々の形状のベーンは 両方ともその数及び位置を変えてもよいということに注意すべきである。

次に、第３図を参照すると、渦巻装置のスリーブ１０円筒形延長部の形体のデフ レクタ装置６の実施例が図示されている。デフレクタ装置６の端部８はスリーブ １の内径よりも小さく、肩１０が構成されている。更に、少なくとも１つの半径 方向貫通ポート１１がこの肩の下に設けられ、このポートは渦巻装置のベーン間 区域で終端している。デフレクタ部材６の外面への接線は、デフレクタ部材の縁 部７のところでスリーブの長さ方向軸線と平衡に延び、角度αは０−二等しく、 直径Ｄ１はスリーブの直径に等しい。

第４図は、デフレクタ装置６の実施例を示し、この実施例では、デフレクタ装置 は湾曲線の形体の母線９を持つ外面を有する。スリーブ１は流線形部材１２を有 し、この部材１２はスリーブ１に固定され、スリーブ１の軸線に対して鋭角βの 角度をなして傾斜した貫通開口部１３を有する。この開口部は、流線形部材の内 面１４がスリーブ１の軸線と交差する区域に配置されている。

母線の湾曲及び形体は、 Ｄｌ−（０，５〜０．７）　ＸＤ αは１５″を越えない、 高さＨ−（０，２〜１．０）ＸＤ であるように選択される。

第１図乃至第４図は、渦巻装置の垂直方向”Ｃの聾様を図示するが、これは水平 方向姿勢でも傾斜姿勢でも同様に作用することができることは理解されよう。

液滴の流れは気体とともに、図中で矢印によって示すように、渦巻装置に差向け られる。この流れは、渦巻装置を通過する際、中央スリーブ１の長さ方向軸線を 中心として渦巻き、渦巻室１６内で渦巻噴流の形態で更に移動し続ける。（渦巻 室の壁は、第１図において、ベーンの外側輪郭面の延長としての２つの点線で示 されている。）かくして、液体と気体とのまで熱交換工程及び質量交換工程が行 なわれる。

渦巻装ばの長さ方向軸線に沿った方向で減圧区域が形成される。分離区域から除 去された気体は、再循環のため、同伴した液滴と共に通路３を通って圧力が最大 の内部４に自然に流入し、回転噴流の形態でデフレクタ装置６の端部８を介して 離れる。最も簡単な場合では、液滴はスリーブ１の内壁５に向かって投射され、 デフレクタ６に沿って縁部７に向かって滴り落ち、この縁部７から第ｘｂの傾斜 した点線で示すように流体の渦巻噴流によって円錐形の軌跡に沿って除去される 。

デフレクタ６の外面９は、ベーン間空間から飛ばされた液滴が表面９に互って摺 動するため、液体で潤っており、かくして、気液装置での熱交換工程及び質量交 換］工程を激しくするのに貢献する。

再循環流に同伴する液滴を更に信頼性、；、く分離するため、肩］０の下流に配 置されたポート１．１（第３図７照）が設けられている。ポー　ト庖ベーン間区 域に設けｔ′：ため、ポートをベーン２の出口端部１５のト流に配置１、また場 合（第４図参照）に比べＣ，、ａ体は集中的には除去され・−い。

流線形部＋）ｆ］２は入口での液圧損失を降下させるが、液体は部材１２の内面 １４上に蓄積される。傾斜した貫通開口部１３は、液体を渦の中心に向かって吹 き飛ばすために設けられている。液体残留物は、装置の作動が中断した場合に、 この開口部を通して排出される。

本発明による軸線方向渦巻装置は、熱交換塔、質量交換塔、及び気液分離器用の サイズの小さな接触分離部材を提供する上での問題を解決することができる。

産業上の利用可能性 本発明は、種々の質量交換器及び気液分離器用の容量の大きな接触分離部材のた めの軸線方向渦巻装置を提供することができる。この装置は、石油産業、気体産 業、及び化学産業で使用でき、また、火力発電工学において、気液装置を取扱わ ねばならぬ広範な工程について使用することができる。

国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．渦を巻いている流体の入口側及び出口側に閉鎖した入口端部と開放した出口 端部とを夫々有する中空スリーブ１と、このスリーブ１の外面上に配置され、そ の出口端部区域においてスリーブ１の長さ方向軸線に関して角度をなして延びる ベーン２とを有する、質量交換装置及び気液分離装置の接触分離部材用の軸線方 向渦巻装置において、 スリーブ１の出口端部のところにスリーブ１に同心に取付けられたデフレクタ装 置６を青し、このデフレクタ装置は、ベーン２から最も隔たった箇所で外面９に 引いた接線がスリーブ１の長さ方同軸線に関して０°乃至１５°の角度で延びる ように形成された母線を持つ回転体の形態でつくられていることを特徴とする、 軸線方向渦巻装置。
2. ２．デフレクタ装置６がディフューザーを有し、このディフューザーはその幅狭 の端部がスリーブ１に固定され、フレア状の端部がベーン２の外接円の直径の０ ．５倍乃至０．７倍に等しい外径を有することを特徴とする、請求の範囲第１項 に記載の軸線方向渦巻装置。
3. ３．半径方向貫通ポート１１がスリーブ１の壁につくられ、これらのポートは少 なくとも一列のポートを形成するように円周方向に間隔を隔てられていることを 特徴とする、請求の範囲第１項又は第２項に記載の軸線方向渦巻装置。
4. ４．スリーブ１に固定されたデフレクタ装置６の端部８は、スリーブ１の内面の ところに肩を構成するようにスリーブ１の内径よりも小さな内径を有することを 特徴とする、請求の範囲第１項乃至第３項のうちのいずれか一項に記載の軸線方 向渦巻装置。
5. ５．半径方向ポート１１がベーン間に設けられていることを特徴とする、請求の 範囲第３項に記載の軸線方向渦巻装置。
6. ６．半径方向ボート１１がスリーブ１の出口端部に、ベーン２の出口端部１５の 下流に設けられていることを特徴とする、請求の範囲第３項に記載の軸線方向渦 巻装置。
7. ７．デフレクタ装置６の長さが、ベーン２の外接円の直径の０．２倍乃至１．０ 倍に等しいことを特徴とする、請求の範囲第１項乃至第６項のうちのいずれか一 項に記載の軸線方向渦巻装置。
8. ８．流線形部材１２がスリーブ１の入口端部にスリーブ１と同心に設けられ、貫 通開口部１３がスリーブ１の軸線に対して視角をなして延びるように流線形部材 の壁に設けられ、前記開口部１３が流線形部材１２の内面１４とスリーブ１の軸 線の交差区域に配置されていることを特徴とする、請求の範囲第７項に記載の軸 線方向渦巻装置。