JPH09504090A - 回旋配列の管上で気体と液体を相互作用させる方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 管（１０６）の回旋配列（１０８）内で気体の如き流動媒体と液体媒体を相互作用させるが、ここでは、該液体媒体を該管（１０６）の配列に充満させるのではなく「降雨」として存在させると共に伝熱媒体を該管（１０６）の中に通して該流動媒体を加熱または冷却することにより、場合次第で、気体と液体媒体の間の相互作用で起こる質量移動を推進させる。

Description

【発明の詳細な説明】 回旋配列の管上で気体と液体を相互作用させる方法および装置 本出願は１９９３年１０月２０日付けで提出した特許出願連続番号０８／１３ ９，４７５の継続出願である。 発明の背景 本発明は、液体と流動媒体、例えば気体などを相互作用させそして該液体と熱 を交換するに有用な方法および装置に関し、ここで、この熱交換は熱を取り除く か或は加えることでその相互作用を推進させる補助となる。本発明は、詳細には 、該液体に気体から成分を吸収させそして吸収熱を取り出してこの吸収過程の推 進を補助する必要がある方法および装置に関する。 気体から成分を吸収しそしてその吸収する溶液を冷却するデバイスは公知であ る。１つのこのような酸溶液吸収デバイスでは、管の内側に流下液膜および気体 用通路を支持する流体用導管で不通気性のカーボンまたはグラファイト管が用い られている。この管の外側は伝熱媒体にさらされる。このような管は熱および機 械的衝撃に敏感であることが認められており、そして時には高価な交換を必要と する。大きな流量で液体および気体を処理する上記デバイスの場合、このデバイ スをかなり大型かつかさ高くしなければならにか或は複数の装置が必要とされ得 る。冷媒が中を循環する編組み管配列が入っているチャンバに充満する液体を冷 却する通常の熱交換デバイスは公知である。このような熱交換器は、その流体が チャンバを充満していない時に充分に働くようには設計されておらず、これらに は、液体と気体の混合物から熱を取り出しながらこの混合物を樹立および維持す る手段が備わっていない。 気体と液体を相互作用させるように設計された他のある種の熱交換デバイスは 、しばしば、特に強酸溶液の影響を受けると腐食および汚損を受け得る材料で出 来ている。工程液を汚染し得る腐食が生じないようにする目的で時には高価な非 腐食性金属が用いられている。 高い流量の液体および流動媒体、例えば気体などをコンパクトなアセンブリ中 で高生産率で処理する簡潔な流動媒体／液体相互作用デバイスが求められている 。割り当てコストが低くかつ保守間隔が長くそして維持が簡潔で安価な気体／液 体相互作用デバイスが求められている。産業環境の点で厳格でありそして突然の 温度変化および機械的衝撃に対して破滅的な損傷を受けることなく耐え得る気体 ／液体相互作用デバイスが求められており、そして最も高い腐食性を示す産業用 化学品に敏感でない比較的安価な材料を組み込んだ上記デバイスが求められてい る。 発明の要約 本発明は、流動媒体と液体を相互作用させる方法であり、これは、該液体を個 別の体積に分け、該体積を相互作用チャンバの断面に渡って分布させ、該体積を 、伝熱媒体が中を循環する回旋配列（ｃｏｎｖｏｌｕｔｅｄ ａｒｒａｙ）管の 外側表面上を下方に通すことで該流動媒体と該液体個別体積の間で熱を交換させ 、そしてこの流動媒体を該管配列内の管の外側上を通すことで該液体の個別体積 と相互作用させることを特徴とする。この方法は、該液体の個別体積の中に気体 の成分を吸収させそしてその結果として生じる相互作用生成物を冷却する目的で 使用可能である。 本発明はまた上記方法で用いるに有用な装置であり、この装置の特徴は、相互 作用チャンバの１つの高架末端の所に位置していて液体を供給 する手段、同じ末端の所に位置していて該チャンバに流動媒体を供給するか或は 該チャンバから流動媒体を取り出す手段、および液体を個別の体積に分けてその 体積を相互作用チャンバ［この相互作用チャンバは回旋配列の管で満たされてお り、そして該管は、この管内に伝熱媒体が循環するように配置されている］の断 面に渡って分布させる手段が備わっていることである。好適な態様では、該相互 作用チャンバの上記１つの高架末端の所にプレートを取り付けるが、このプレー トには全体に渡って分布する１組のチャンネル（このチャンネルの中を管の群が 通った後チューブシートの所で集合する）が備わっており、ここで、該チャンネ ルは管の回りに液体を通すための空間を与えており、該プレートにはまた全体に 渡って分布しる２番目の組のチャンネルが備わっており、そして気体が該プレー トを通り抜けるように、このプレートの液体供給側に管状延長部分を取り付ける 図の説明 図１は、吸収用液体を半径方向に噴霧または噴射して相互作用チャンバ内に位 置する一束の管回旋配列の中および上に向ける態様の断面図である。 図２は、組み立てて該チャンバの中に入れる前の管束の断面図である。 図３は、該相互作用チャンバ内に位置する数個の管束間に挿入した分配用多岐 管からの噴霧または噴射を示す態様の部分断面図である。 図４は、該チャンバ内に該束および分配用多岐管をどのように取り付けるかを 示す、図３の４−４に沿って取った断面図である。 図５は、一束の管の１つの末端の所でこれらの管を液体および流動媒体分配器 プレート内のチャンネルに通す態様の部分断面図である。 図６は、該分配器プレートを貫くように図８の６−６に沿って取った、図５の 一部の拡大断面図である。 図７は、該分配器プレートのチャンネル内に位置する１群の管を示す、図６の ７−７に沿った上面図である。 図８は、液体用チャンネルおよび流動媒体用チャンネルの１つの形態を示す分 配器プレートの上面図である。 図９は、該液体を分配しそしてこれを該チャンバの断面に渡って噴霧もしくは 噴射するためのはしご形分配器の中に該管を通す態様を示す以外は図６と同様な 断面図である。 図１０は、図９のはしご形分配器の等角図である。 発明の説明 図１に、本発明の流動媒体／液体相互作用デバイス１００の１つの態様を示す 。これは、上方のチューブシート１１０および下方のチューブシート１１２内で 終結する細長い回旋配列（または管束）１０８内に配置されている複数の管、例 えば管１０６などが入っている細長いチャンバ１０４を形作るシェル１０２を含 む。チャンバ１０４の高架末端１１６に通じていてこれに液体を供給する口１１ ４をシェル１０２に設ける。口１１４が多岐管１１８に連結しているように示す が、この多岐管はシェル１０２の一部であってもよく、そしてこの多岐管に、チ ャンバ１０４の周囲付近に液体を分配するための開口部１１９を多数含める。こ の開口部は、該チャンバの高架末端１１６の所で、液体を半径方向に入れて管配 列１０８上そしてその管配列全体に導く。この管配列１０８はその細長いチャン バ１０４の断面を本質的に満たしていることで、該液体が該チャンバの中を真っ すぐに通らないようにしている。この液体は、複 数の開口部１１９を出た時点で、チャンバ１０４の水平断面に渡って分配され、 そしてこの液体は多数の個別体積に分かれる可能性があり、そしてこの液体が回 旋配列管に接触すると、この液体は更に分かれて、この配列全体に渡って分布す る多数の個別体積になる。これらの体積は該配列の中を真っすぐ通るように流れ ることができないことから、この液体は、該配列の中を重力で下方に進む時、連 続した流れまたは膜または柱を形成するのではなくむしろ、この液体が１つの管 から次の管に落下、即ち滝のように落下するにつれてそしてこれが管表面上を流 れるにつれてこの液体は個別の体積に分離し続ける。この液体は、これが該管配 列の中を落下する時「降雨」のように見えそしてこれが管表面上を流れる時「滴 」のように見える可能性がある。 チャンバ１０４の高架１１６に通じていて該チャンバに流動媒体を供給するか 或は該チャンバから流動媒体を取り出す口１２４をシェル１０２に設ける。この 流動媒体が口１２４を通して供給する気体である場合、この気体は該チャンバに 充満し、これ自身は該チャンバの断面に渡って分布し、そしてこの気体は、該液 体体積の存在下で該管配列の中を下方に移動することで、該管の存在下で該体積 と相互作用するであろう。また、気体が口１２４を通り、該管配列から出て、該 チャンバから取り出されるようにする、他の手段を用いて、気体を該チャンバに 供給することも可能である。この流動媒体にかかる圧力差がこの流動媒体を該管 配列の中に通す主要な推進力である。 チャンバ１０４の下方末端１２２に通じていて該チャンバに液体が充満しない ような割合で液体を該チャンバから取り出す口１２０をシェル１０２に設ける。 チャンバ１０４の下方末端１２２に通じていて該チャ ンバに流動媒体を供給するか或は該チャンバから流動媒体を取り出す個別の口、 例えば口１２６などをシェル１０２に設けることも可能である。この流動媒体が 気体でありそしてこの気体と液体を並流で流すことが望まれている場合、この気 体を供給する口１２４を設けることができ、そして口１２６を用いて、相互作用 後の気体を該チャンバから取り出してもよいか、或はまた、口１２６をなくして 口１２０を用い、相互作用した液体と気体の両方を取り出すことも可能である。 向流で流すことが望まれている場合、気体を供給する口１２６を設け、そして口 １２４を用いてその相互作用した気体を取り出すことができる。この示す態様で は、流動媒体の供給および該チャンバからの取り出しで口１２４および１２６の 両方を設けるのが好適である。 キャップ１３０を用いて組み立てる場合、高架末端１１６の所に位置するフラ ンジ１２８をシェル１０２に取り付ける。キャップ１３０とフランジ１２８の間 に締め付けたスプリットリングアセンブリ１３２内にチューブシート１１０を保 持し、Ｕ字形断面を有するガスケット（示していない）を用いて該チューブシー トとフランジとキャップの間のシーリングを生じさせる。キャップ１３０に、こ のキャップ内の空洞１３６に通じる口１３４を設けるが、これは、チューブシー ト１１０内に位置する管１０６の開口末端に通じている。この細長いシェルの反 対側末端にも同様にフランジ１３８、キャップ１４０およびスプリットリング１ ４２を付けることでチューブシート１１２を支える。キャップ１４０にも同様に 空洞１４６に通じる口１１４を設けることで、チューブシート１１２内に位置す る管１０６の開口末端につなげる。口１３４および１４４は、回旋配列１０８内 の管１０６が有する内側の穴の中を流れる伝 熱媒体用の入り口および出口を与える。スプリットリングアセンブリ１３２およ び１４２は２つの半環に分解可能であり、その結果として、チューブシートが付 いたまま管束を容易に分解することができ、そしてチューブシートの直径の方が チャンバの直径より小さいことから、シェル１０２内のチャンバ１０４からこれ を取り出すことができる。 複数の管をランダムに絡ませるか、或はＹｍｅｓが米国特許第４，９０９，３ １８号で提案しているように、各管を成形して螺旋状にしそしてこの螺旋を重な る関係で並べて位置させるか、或はＢａｋｅｒが米国特許第３，４１９，０６９ 号（これは引用することによって本明細書に組み入れられる）の中で提案してい るように管を編組みしてこれらを配列させるか、或は該チャンバの断面を満たし そして液体と気体の流れが細長いチャンバの中を真っすぐに通らないで管の外側 表面の間を流れるようにする他の何らかの手段を用いて、管の回旋配列または管 束を生じさせることができる。図２に、シェルと一緒に組み立てる前の編組み管 配列の断面を示し、ここでは、該管がスリーブ、例えばスリーブ１４８および１ ５０などに編組みされており、組み立てた場合、これらは１つがもう１つの内側 に間隔を置いて位置するように示されている。次に、上記スリーブに若干張力を かけることでこれらのスリーブを一緒に折り畳むことにより（チャイニーズフィ ンガーパズルのように）管の密な束を生じさせて、シェル１０２の中に入れる。 また、該管をマットに編組みすることも可能であり、これをこれ自身の上に巻き 上げることで「ジェリー−ロール（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）」にすることにより 、密な束を生じさせるか、或はスリーブとジェリー−ロール配列のある種の組み 合わせを用いることも可能であり、例えば編組みした管のマットを折り畳 んだスリーブの回りに巻き付けることでその密な束の直径を大きくすることも可 能である。この編組み配列により、液体および流動媒体用の回旋路が得られ、そ してこの流動媒体と液体を相互作用させるための大きな接触面積が得られる。こ のような編組みにより、小さい軟質管、例えば外径が３．２ｍｍで内径が２．５ ｍｍの管から成る物理的に安定な配列が得られるが、そのようにしないと、これ らは束になるか或は分離して、あまり有効でない形態を生じ得るか、或は流動媒 体の流れで撹拌される結果として、個々の管の物理的な損傷が起こる可能性があ る。 この管の材料は金属またはポリマー、例えばプラスチックまたはエラストマー などであるか、或は該チャンバと一緒に組み立てた時に該チャンバの中を通る真 っすぐな通路を遮断する回旋配列に配置可能で比較的不通気性の如何なる管材料 であってもよい。この管を作るポリマーがプラスチックである場合、好適なプラ スチックはフルオロポリマー樹脂である。上記樹脂の１つの例はテトラフルオロ エチレン（ＴＦＥ）ポリマー類の族であり、これにはＴＦＥのホモポリマー類お よび少なくとも１種の他のコモノマーとのコポリマー類が含まれる。ポリテトラ フルオロエチレン、および改質用の共重合性モノマー類を低濃度で用いたＴＦＥ のコポリマー類が、本発明で使用可能な非溶融加工可能樹脂（改質ＰＴＦＥ）を 与える。このような樹脂の別の例は溶融加工可能なＴＦＥポリマー類の族であり 、これには、その結果として生じるポリマーを溶融加工技術で加工可能にするに 充分な量で１種以上のコモノマー類、例えば３から８個の炭素原子を有するパー フルオロオレフィン類、例えばヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ（アル キルビニルエーテル）［ここで、このアルキル基は炭素原子を１から５個有する ］、好適にはパー フルオロ（プロピルビニルエーテル）およびエチレンなどを存在させる。このよ うな樹脂の追加的例にはクロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）ポリマー類が 含まれ、これは、ＣＴＦＥ／エチレンコポリマーおよびフッ化ビニリデンポリマ ー類、例えばフッ化ビニリデンのホモポリマー類およびこれとパーフルオロオレ フィン類のコポリマー類を包含する。このような樹脂は本技術分野でよく知られ ている。最も好適には、このプラスチックはＲｅｉｌｌｙが米国特許第３，８４ ８，６６０号および再発行特許３１，７３２（これらは引用することによって本 明細書に組み入れられる）の中で記述している如き、樹脂に充填材粒子を組み込 むことで得られる改良された伝熱特性を示すフルオロポリマー樹脂である。この 充填樹脂組成物に、好適には、該樹脂の熱伝導率よりも実質的に高い熱伝導率を 示す充填材粒子を５から４５重量％含め、そして好適には、この充填材粒子は腐 食性流体を透過しないグラファイトまたはカーボン充填材粒子である。エラスト マー類の例にはフルオロエラストマー類、例えばフッ化ビニリデンとヘキサフル オロプロピレン（ＨＦＰ）、パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）、特にパ ーフルオロ（メチルビニルエーテル）およびＣＴＦＥなどの如きモノマー類との コポリマー類が含まれる。また、このフッ化ビニリデン／ＨＦＰコポリマーのエ ラストマーにＴＦＥモノマーを存在させることも可能である。エラストマー類の 追加的例には、ＴＦＥとＨＦＰ、パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）およ びプロピレンなどの如きモノマー類とのコポリマー類が含まれる。また、このＴ ＦＥ／ＨＦＰコポリマーのエラストマーにフッ化ビニリデンモノマーを存在させ ることも可能である。本分野の技術者は、本発明で用いる管を構成する材料とし て他の数多くのプラスチック類、 エラストマー類および組成物が使用可能であり、特に本発明の数多くのいろいろ な用途で使用可能であることを理解するであろう。 チャンバ内で流動媒体と液体を相互作用させてこの液体に熱を移送するか或は この液体から熱を移送する目的で本発明の装置をいろいろな様式で用いることが できると考える。この装置では、質量移動を推進するように内部加熱もしくは冷 却可能な回旋配列の管形態で「パッキング（ｐａｃｋｉｎｇ）」を用いることに より、質量移動と伝熱の機能を組み合わせる。例えば、この相互作用は質量移動 過程であってもよく、ここでの流動媒体は、該チャンバの外側に位置する給源か ら供給する気体であり、そしてこの気体の成分を該液体の中に吸収させた後、吸 収熱を該液体から移送する。また、該液体に、この液体から離脱して気体になる 成分を含有させてもよく、これを該チャンバの外側に位置する給源から供給し、 この液体に熱を移送することでこの離脱を推進させる。このような場合、細長い 相互作用チャンバの高架末端の所に、このチャンバに液体を供給する口、および このチャンバに気体を供給するか或はこのチャンバから気体を取り除く口を設け る必要がある。また、このデバイスは蒸留または蒸発過程の一部であってもよく 、ここでの流動媒体は、該液体に熱を移送するとこの液体から追い出される気体 であってもよい。このような場合、その細長いチャンバの高架末端の所に、該チ ャンバに液体を供給する口およびこのチャンバから気体を取り出す口を設ける必 要がある。該チャンバに供給する液体の中に気体を混合しそしてこの気体を該チ ャンバ内で該液体から遊離させることにより、上記気体を該チャンバに供給する 。このデバイスはまた縮合過程の一部であってもよく、ここでは、この液体から 熱を取り出して移送することにより、該チャン バに供給する気体を凝縮させて個別の液体給源にするのが望ましい。別の例とし て、この相互作用は化学反応であってもよく、ここでは、気体と液体を一緒にし て化学反応を起こさせるのが望ましく、この場合、該液体に熱を移送するか或は 該液体から熱を移送することでこの反応を推進するのが有効である。全ての場合 において、細長いチャンバの下方末端に、相互作用生成物を該チャンバから取り 出す口を少なくとも１つ設ける必要がある。ある場合には、流動媒体を供給する か或は別の相互作用生成物を個別に取り出す２番目の口を下方末端に設けるのが 望ましい。 また、この流動媒体は該チャンバ内に個別体積として分布させる上記液体より 低い密度を有する液体であってもよいと考えられる。このような低い密度を有す る液体は、この上に示した例で考察した気体と同様に該チャンバに充満し、そし てより高い密度を有する液体の個別体積は、重力流により、該低密度液体の中を 通って下方に行くであろう。この２つの液体は混ざり合い、そしてこれらの相互 作用は、これらが配列管に接触することで熱が該液体に移送されるか或は該液体 から熱が移送されることにより、推進されるであろう。この２つの液体は不混和 性液体であってもよい。このような液体−液体相互作用系は、廃棄流れを処理す るか或は生物学的に誘導される生成物を製造する場合（ここでは、生物学的過程 の推進で熱を加えるか或は除去することが望まれる）の生物学的相互作用で有用 であり得る。 吸収相互作用過程で図１の装置を運転する方法を例として記述するが、ここで は、テトラフルオロエチレンを製造する過程でまた無水ＨＣｌを含有する副生成 物流れも生じ、中和して処分または使用する目的でこれをＨＣｌ水溶液に変換す る必要がある。この副生成物ガスを本発明の装 置に供給し、そして水または希酸に吸収（この吸収により、取り出すべき熱が生 じる）させることで変換を起こさせて、これを処分または使用する。この装置か ら出る気体生成物流れを環境に放出する前に、これの洗浄を行う。図１を参照し て、この副生成物ガスを口１２４により相互作用チャンバ１０４の高架末端１１ ６に供給する。このガスの温度は周囲温度以下であるか、或はこのガスは３００ −４００度Ｆの如く熱くてもよい。希酸液を口１１４、多岐管１１８および開口 部１１９により該チャンバの高架末端に供給する。この液体の温度は周囲温度以 下であるか或は３００−４００度Ｆの如く熱くてもよい。この液体を半径方向に 滴として回旋管配列１０８の高架末端上に噴霧することで、この液体を該チャン バの断面に渡って分布させる。この液体が該管に接触しそして該管を通って下方 に行くにつれて、これは更に分配されそして個別の体積に分離するが、これらの 体積は、該配列の中を「降雨」する液体の滴またはスラッグになり得る。加うる に、該管表面上で液体が示す表面張力は、この液体が該管を湿らすのではなくむ しろ「滴になる」傾向を示すような表面張力であるのが有利であると考える。液 体が多様な場合にこれを達成するには、管の表面をフルオロポリマー樹脂にする のが好適であり、好ましくはこの管全体をフルオロポリマー樹脂にする。このよ うに滴にすると、該管配列全体に渡って分配される個別体積の数が増大すること で、該ガスに接触する表面積が大きくなりそして該管内の伝熱媒体の影響にさら される表面積が大きくなると考える。この液体が該管の表面を完全に濡らしそし てその上に薄層を形成する状態に比較して滴の方が該管に接触する表面積が大き くなることで伝熱が向上すると考える。フルオロポリマー樹脂管を取り付けた装 置と希酸液を用いた試験に より、本装置の容積サイズ当たりの生産率および生産速度が驚くべきほど高くな ることが示された。 ＨＣｌが該ガスから個別の液体体積の中に吸収されると、この液体の有意な加 熱が起こる。この熱は該液体体積から伝熱媒体、例えば口１４４によりこの装置 の下方末端に供給される冷却水などに移送されるが、この冷却水は、空洞１４６ の中を流れた後、チューブシート１１２の中を通って管１０６の穴の中に入る。 この水は回旋管配列１０８内の管の穴を通って上方に流れることで、熱を該液体 体積から該水に移送し、そしてチューブシート１１０および空洞１３６を通った 後、口１３４を通ることにより、熱を該チャンバから取り出す。この管の穴の中 に存在させる水の最大圧力は、この管を構成するフルオロポリマー樹脂または他 の材料の最大運転温度で制限され、該チャンバ１０４内に存在させるガスの最大 圧力もまたこのように制限される。 この液体は、該管束１０８内の管間の通路を通って滝のように落下し、そして チャンバ１０４の下方末端１２２の所で約３０％−３６％のＨＣｌレベルに到達 するまで、より濃縮された酸溶液になる。次に、この生成物を口１２０により該 チャンバから取り出す。また、該ガスも該管束内の管間通路を通りそしてその気 体生成物（取り除いた無水ＨＣｌの大部分を伴う廃ガス）は口１２０の上に位置 する口１２６により該チャンバから取り出される。望まれるならば、該液体生成 物と気体生成物の両方を、一つの口、例えば口１２０により該チャンバから取り 出すことも可能である、と言うのは、この実施例ではこれらを並流で流しそして これらの分離を該チャンバの外側で行うことができるからである。 図３および４に代替態様を示し、ここでは、各々が一つの回旋配列内 にある数個の管束、例えば束１５２、１５４および１５６などをシェル１５８の 中に詰める。このシェルの上部および下部末端をそれぞれエンドキャップ１６０ および１６２で閉じることで、流動媒体と液体が相互作用する密封された細長い チャンバ１６４を限定する。チューブシート、例えば束１５２用のチューブシー ト１６８などの所で各管束に伝熱媒体用の多岐管１６６を取り付け、そしてこの 多岐管を口１７０に取り付けてそれと流体伝達状態にすることで、該束内の管の 中に伝達媒体を通す。この態様では、各管束の管を、該チャンバ（および回旋配 列の管）の上記高架末端の所で、管の数に相当する複数の群の状態に配置し、そ してこれらの群を該チャンバの断面に渡って分布させる。上記束、例えば束１５ ２、１５４および１５６などの反対末端にも同様な多岐管（示していない）を取 り付け、そしてこれを口１７２に取り付けてそれと流体伝達状態にすることで、 該束内の管の中に伝熱媒体を通す。口１７４（図４）を該シェル１５８の高架末 端１７５の上に設け、そしてこれを、該管束の上方末端内に位置する液体分配用 多岐管１７６に取り付けてそれと流体伝達状態にする。この分配用多岐管１７６ はその長さ方向に沿って１７８、１８０および１８２の如き開口部を有していて 、液体を供給し、この液体はチャンバ１６４の断面に渡って分配される。該チャ ンバ１６４の高架末端１７５の所に位置するキャップ１６０に口１８４を設ける ことで、該チャンバに流動媒体を供給するか或は該チャンバから流動媒体を取り 出す。該チャンバ１６４の下方末端１８８の所に位置するキャップ１６２に口１ ８６を設けることで、相互作用生成物、例えば液体の相互作用生成物、或は液体 と流動媒体両方の相互作用生成物などを該チャンバから取り出す。また、シェル １５８に口１９０を設けること で、該チャンバの下方末端１８８に流動媒体を供給するか或は流動媒体の相互作 用生成物を該チャンバから取り出してもよい。 図５、６、７および８に本発明の別の代替態様を示し、ここでは、液体を供給 する手段に隣接させて分配器プレートを用い、液体を分配して個別の体積に分け る。図５に、相互作用チャンバ１９６が入っているシェル１９４の上部を示す。 このシェルおよびチャンバの下部末端は示していないが、図１のシェルおよびチ ャンバと同じであってもよい。このチャンバ１９６に、図１と同様に両末端の所 に位置するチューブシート、例えば２００などの中で終結する回旋配列の管１９ ８を入れる。図１の束の場合のチューブシートと同じ様式で、上記チューブシー トをシェル１９４と一緒に組み立てる。図５および６で見られるように、分配器 プレート２０２をシェル１９４に密封様式で取り付けるが、これには、該チャン バの断面に渡って分布する１番目の複数チャンネル、例えば２０４、２０６、２ ０８、２１０および２１２などが備わっており、そしてこの中を該管配列から分 かれた管群が通っており、その後この管の末端はチューブシート２００内で終結 している。従って、この分配器プレートはまた、これを該管が貫くかみ合いで、 管束１９８に取り付けられている。従って、この分配器プレートは該束内の管を 複数の群、例えば群２１４、２１６、２１８、２２０および２２２などに分けて おり、これらの群は該チャンバの断面に渡って分布する。該チャンバ１９６の高 架末端２２６に液体を供給する手段である口２２４を存在させる。この液体は分 配器プレート２０２に接触した後、液溜２２８内に集められるが、この液溜２２ ８は該チャンバ１９６の断面に渡って分布している。次に、この液体は、各管群 の個々の管間およびこれらの管とチャンネルの間に位置 する複数の隙間を通って流れることにより、第一チャンネル２０４、２０６、２ ０８、２１０および２１２を通って流れる。図７に、どのようにして第一チャン ネル、例えば２０８などの中に管、例えば１０６などを詰めて複数の隙間、例え ば管とチャンネルの間の隙間２３０、および隣接する管の間の隙間２３２および ２３４などを残すかを示す。全流量が供給流量と等しくなるように液体を隙間に 押しやる深さになるまで液体が溜まり、溜め液のレベルが実質的に一定のままに なるよう流量で、液体の流れを供給する。これらの管はその位置が該分配器プレ ートから離れるにつれて互いに対して緩んだ状態になるように保持されているこ とから、この溜め液が深くなるにつれて管群の中心の所に位置する隙間に益々入 り込み易くなり、このように、溜め液が深くなればなるほどより高い流量を受け 入れ、そうでない場合その逆になる。該分配器プレートの第一チャンネル内に位 置する管群の詰め込みは、この第一チャンネル全部が一緒に供給液体の所望流量 を取り扱うに充分な隙間を与える様式の詰め込みでなければならない。この液体 が液体入り口２２４の直ぐ近くに存在するのではなく分配器プレート２０２を横 切って分配されることを確保するに充分な溜め液の深さが必要である。液溜は液 体を分配する簡単な手段であり、これは、小さいオリフィス（これは液体中の異 物か或は使用に伴って堆積する堆積物で詰まりを生じる可能性がある）に通す液 体の噴霧を確立するための特別な液体ポンプ輸送手段を必要としない。 液溜２２８用のチャンネルも限定している分配器プレートの第一チャンネル内 に存在する隙間を通って液体が流れる時、この液体は、曲がって捩れている管に 沿って流れるにつれて個別の体積に分かれた後、回旋 配列の中を横切る。この液体は１つの管から次の管に落下しながら個別体積に分 離し続け、そして図１を参照して上で考察したように、この液体が管表面上で滴 になると個別体積の生成が向上し得る。滴、例えば管群２１８上の２３６など（ 図６）がそのような個別の液体積を代表し、これらは該管配列の中を通って「降 雨」すると考える。 分配器プレート２０２には２番目の複数チャンネル、例えば図６のチャンネル ２３８などが備わっており、これらのチャンネルは、該チャンバの断面に渡って 分布していて該プレートを貫通して伸びていることで、このプレートは該流動媒 体（の流れ）を通す。この２番目のチャンネル各々は管状延長部分、例えば２４ ０などを有し、この延長部分は、該プレートの表面側２４２から離れるように液 体供給口２２４に向かって伸びている。この延長部分２４０の長さは、これが常 に液溜２２８の上部レベルより上に伸びていて該流動媒体が該分配器プレートを 通るのを妨げない通路を与えるような長さである。該流動媒体は、液体の流れが 遅いある条件下において、第一チャンネル、例えば第一チャンネル２１８など内 に存在する隙間をいくらか通過し得る。 ある場合には、第一チャンネルに管状延長部分を取り付けることもまた有効で ある可能性があり、これを、溜め液の所望上部レベルの少し上で流動媒体用の管 状延長部分２４０の末端部より低いレベルにまで延長させる。また、この延長部 分の上部末端に「Ｖ」字形ノッチを付けることで、液溜から第一チャンネルを通 る液体の流量を調節する補助とすることも可能である。このような管状延長部分 を第一チャンネルと一緒に用いると、この第一チャンネル上の管状延長部分を用 いて溜め液のレベルを調節することができることから、第一チャンネルの中に管 群を詰め 込むことに関する重要さが低くなり、より大きな隙間を与えることができ、そし て隙間が大きくなるにつれて、第一チャンネルを液体と一緒に通過し得る流動媒 体の量が多くなり得る。 図８に分配器プレート２０２の態様を示すが、これの第一チャンネル、例えば ２０８などの配列は、規則正しい配列でこのプレート上に分布している。流動媒 体用の第二チャンネルである管状延長部分、例えば２４０などもまた該プレート 上に分布しており、液体および管群用の第一チャンネル、例えば２０８などの間 に位置する。他の配列、例えば第一チャンネルと第二チャンネルの環が同心円で 交互に存在する配列などもまた可能である。組み立てを簡潔にする目的で、編組 み管配列にすることも望ましい可能性があり、ここでは、管群に編組み要素、例 えば３０−５０個の管から成る群などを含め、これらの編組みを他の群と一緒に 行って配列を形成させる。この場合、この分配器プレートに編組み要素と同じ数 の第一チャンネルを持たせることができ、各第一チャンネルに１個の編組み要素 を通すことができる。分配器プレート２０２に通した後の管を直線的配列で集め てチューブシートに向けてもよいか、或はこれらを引き続いて回旋配列に編組み した状態でチューブシートに向けてもよい。この管配列の上方末端および下方末 端の所で該編組み要素を一緒に集めて密に詰まった束を生じさせた後、この束を 加熱してその管を一緒に融合させて密封チューブシート、例えばチューブシート ２００を形成させるが、この管の外側に存在する流動媒体および液体はこの中に 流れ込むことはできない。このようなチューブシートは米国特許第３，３１５， ７４０号（引用することによって本明細書に組み入れられる）の中に開示されて いる。 図５を参照して、相互作用チャンバ１９６の高架末端２２６に通じていて該チ ャンバに流動媒体を供給するか或は該チャンバから流動媒体を取り出す口２２４ をシェル１９４に設ける。口２４４を分配器プレート２０２の口２２４と同じ側 に存在させる。この分配器プレート２０２はチャンバ１９６を上方チャンバ部分 １９６ａと下方チャンバ部分１９６ｂに分割している。口２２４および２４４は 上方チャンバ１９６ａに通じている。上方チャンバ１９６ａ内に液溜２２８が存 在する。下方チャンバ１９６ｂ内で、該回旋配列管の存在下、該液体体積と流動 媒体が相互作用する。このようにチャンバ１９６を区分室に分けることは、その 相互作用が起こるチャンバ部分のみか或は起こらない部分のみに他の液体を添加 する必要がある場合に有効であり得る。 図５−８の態様では、回旋配列管の高架末端の所で管を該チャンバの断面に渡 る複数の管群として分布させ、液体を個別の体積に分け、そして該管配列の上に 該液体の液溜を生じさせることでこの液体を該チャンバの断面に渡って分布させ 、この液体を該液溜内の複数のチャンネルに通して該配列内の管表面上に滴下さ せるが、ここでは、該チャンネルを該液溜全体に渡って分布させる。この態様に おける管の分布は、各管群を該液溜内のチャンネルの１つに通すことを含む。 図５−８の装置を、工程廃ガスの取り扱いで上述した実施例と同様な様式で冷 却器／吸収器として用い、並列試験において、本発明の背景で考察した如き不通 気性グラファイト管が用いられている通常の流下液膜式冷却器／吸収器デバイス と比較した。同じ容積空間を占める同様な装置を用い、そして気体、液体および 伝熱媒体の流れ、温度および組成を同様にした運転条件下で実験を行った場合、 予想外に、図５に示す本発 明の装置および方法は、通常装置が与える生成物生産量の２倍以上良好な生産量 を与えた。 図９および１０に図５および６の修飾形である別の態様を示し、ここで、液体 を該チャンバの断面に渡って分配する手段は、図５および６の分配器プレート２ ０２の代わりとなるはしご形分配器２４６を支持環２４８に取り付けることを含 む。図１０に筒状チャンバ用はしご形分配器２４６の構造を示す。この分配器２ ４６は、中心の中空パイプ２５２に取り付けられていて末端が閉じられている中 空パイプアーム、例えばアーム２４８および２５０などで出来ている。上記パイ プの中空穴は全部中心パイプ２５２内の開口部２５４に通じている。各パイプア ームは、その長さ方向に沿って、流体を圧力下で噴霧して出すための開口部、例 えばアーム２５０内の開口部２５６などを有する。液体供給部２２４’が支持環 ２４８内に位置していて開口部２５４に通じていることで全開口部、例えば２５ ６などにつながっていることにより、液体は、該チャンバ１９６の断面に渡って 供給される。該管をチューブシート２００（図５）内で密封するに先立って該配 列の加工を行っている間に、該配列内の管１０６をアーム、例えばアーム２４８ および２５０などの中に通す。流動媒体用口２４４の直ぐ下に位置する該チャン バ１９６の高架末端２２６の所にそのはしご形分配器を位置させる。運転中、こ のはしご形分配器の開口部から噴霧される液体は個別の体積に分かれた後、該チ ャンバの断面に渡って分布しそして該管配列の中を通って下方に行くであろう。 流動媒体は、該はしご形分配器の中に通した管の間の隙間を通り、このように、 この流動媒体は回旋配列１９８（図５）と流動媒体口２４４の間を通り抜けるこ とができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ，ＪＰ，ＫＲ (72)発明者 イムバルザノ， ジヨン・フランシス アメリカ合衆国メリーランド州21921エル クトン・ブラツクオークドライブ108 (72)発明者 マツクロリー， ランドール・エルビス, ジユニア アメリカ合衆国ノースカロライナ州28751 マギーバリー・ソコロード738

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 流動媒体と液体をチャンバ内で相互作用させることにより上記相互作用 の結果として該液体を加熱もしくは冷却すると同時に該液体を伝熱媒体でそれぞ れ冷却もしくは加熱する方法であって、 ａ）該チャンバの中を通る該流動媒体および液体のための真っすぐな通路を遮 断するように該チャンバの断面を本質的に満たしている、通路を有する回旋配列 で複数の管を位置させ、 ｂ）該液体を該チャンバの高架末端に供給しそして該液体を複数の個別体積に 分け、 ｃ）該液体体積を該チャンバの断面に渡って分配し、 ｄ）その分配された液体体積を重力流れで該配列内の通路の中および該管の外 側表面上を通し、 ｅ）該流動媒体を供給してこれを該分配された液体体積の存在下で該チャンバ の断面に渡って分布させることで該管の存在下で該液体と流動媒体を相互作用さ せ、 ｆ）該管各々の中に伝熱媒体を通しそしてこの伝熱媒体を該チャンバから取り 出すことで該相互作用の加熱または冷却を該管の中を通して該伝熱媒体に伝達し 、それによって、これを該チャンバから取り出し、そして ｇ）その相互作用生成物を該チャンバから取り出す、 段階を含む方法。 ２． 該流動媒体が上記液体より低い密度を有する流動媒体であり、そして該 流動媒体を該チャンバに供給する段階が、上記低密度の流動媒体を該チャンバに 充満させることを含む請求の範囲第１項の方法。 ３． 該流動媒体が気体であり、そして該流動媒体を該チャンバに供給する段 階が、上記気体を個別の供給源から該チャンバに供給することを含む請求の範囲 第１項の方法。 ４． 該流動媒体が気体であり、そして該流動媒体を該チャンバに供給する段 階が、上記気体を上記液体からの質量移動過程で該チャンバに供給することを含 む請求の範囲第１項の方法。 ５． 該チャンバ内に複数の管を位置させることが、該チャンバ内にポリマー 製管を位置させることを含む請求の範囲第１項の方法。 ６． 該管の配列に該液体体積および流動媒体を通すことが、該流動媒体と該 液体を並流で通すことを含み、そして該相互作用の伝熱が、該液体を加熱するこ とを含む請求の範囲第１項の方法。 ７． 該液体を個別体積に分けることが、該液体で湿らない配管表面を与える ことで該管の表面に該液体の個別の滴を生じさせることを含む請求の範囲第１項 の方法。 ８． 該液体で湿らない管表面を与えることが、フルオロポリマー樹脂の管表 面を与えることを含む請求の範囲第７項の方法。 ９． フルオロポリマー樹脂の管表面を与えることが、該フルオロポリマー樹 脂の熱伝導率より実質的に高い熱伝導率を示す充填材粒子を上記樹脂に５から４ ５重量％の量で添加することを含む請求の範囲第８項の方法。 １０． 充填材を添加することが、グラファイトまたはカーボン充填材を添加 することを含む請求の範囲第９項の方法。 １１． 該管を１本以上の管から成る複数の群で該回旋配列の高架末端の所に 配置しそして該群を該チャンバの断面に渡って分布させること を含む請求の範囲第１項の方法。 １２． 該管配列の上に該液体の液溜を生じさせそして該液体を該液溜内の複 数のチャンネルに通して該配列内の管の表面上に滴下させることで該液体を個別 の体積に分けて該チャンバの断面に渡って分布させ、ここで、該チャンネルを該 液溜全体に渡って分布させる請求の範囲第１１項の方法。 １３． 該管の群を分布させることが、管の各群を該液溜内の該チャンネルの １つに通すことを含む請求の範囲第１２項の方法。 １４． 気体から成分を液体に吸収させそして熱を該液体に移送するか或は該 液体から移送する方法であって、 （ａ）該気体の成分を選択的に吸収する液体を細長いチャンバの上方末端に供 給し、 （ｂ）上記液体の個別体積を複数生じさせそして該個別体積を該細長いチャン バの断面全体に渡って分布させ、 （ｃ）複数の管から成る細長い回旋配列を該細長いチャンバの中に位置させ、 ここで、該配列は、該チャンバの断面を満たし、該細長いチャンバの長さ方向に 渡って該液体および気体のための真っすぐな通路を遮断しており、該配列は該回 旋管の間にそこを通る通路を有しており、そしてこの配列の管は、向かい合う各 末端の所に位置するチューブシートの所で集合しており、 （ｄ）該液体の個別体積を重力流れで該細長い配列の中および該細長い配列に 含まれる複数の管の外側上を下方に向かって通し、 （ｅ）該気体を該細長い配列の中を通して該複数の管の外側上を通すことで、 該液体の個別体積を該管の存在下で該気体に接触させて吸収を 生じさせ、 （ｆ）伝熱媒体を１つのチューブシートの中、該配列の管の内側そしてもう１ つのチューブシートの中に通すことで、該管の外側上を通る該液体の個別体積と 該伝熱媒体の間で熱を伝達させ、 （ｇ）その吸収生成物を該チャンバから取り出す、 段階を含む方法。 １５． 流動媒体と液体を相互作用させそして熱を該液体に移送するか或は該 液体から移送する方法であって、 （ａ）該流動媒体と相互作用する液体を細長いチャンバの上方末端に供給し、 （ｂ）上記液体の個別体積を複数生じさせそして該個別体積を該細長いチャン バの断面全体に渡って分布させ、 （ｃ）複数の管から成る細長い回旋配列を該細長いチャンバの中に位置させ、 ここで、該配列は、該チャンバの断面を満たしていて該細長いチャンバの長さ方 向に渡って該液体のための真っすぐな通路を遮断しており、該配列は該回旋管の 間にそこを該液体および流動媒体が通る通路を有しており、そしてこの配列の管 は、向かい合う各末端の所に位置するチューブシートの所で集合しており、 （ｄ）該液体の個別体積を重力流れ下で該細長い配列の中および該細長い配列 に含まれる複数の管の外側上を下方に向かって通すことで、該液体の個別体積と 該流動媒体を該管の存在下で相互作用させ、 （ｅ）該流動媒体を該細長い配列の中を通して該複数の管の外側上を通し、 （ｆ）伝熱媒体を１つのチューブシートの中、該配列の管の内側そし てもう１つのチューブシートの中に通すことで、該管の外側上を通る該液体の個 別体積と該伝熱媒体の間で熱を伝達させ、 （ｇ）その相互作用生成物を該チャンバから取り出す、 段階を含む方法。 １６． 該管の中に伝熱媒体を通すことが、加熱された媒体を該管の中に通す ことで該液体の個別体積を加熱して該液体から流動媒体が質量移動する相互作用 を推進させることを含む請求の範囲第１５項の方法。 １７． 該管の中に伝熱媒体を通すことが、冷却された媒体を該管の中に通す ことで該液体の個別体積を冷却して該液体の中に流動媒体が質量移動する相互作 用を推進させることを含む請求の範囲第１５項の方法。 １８． 該管の中に伝熱媒体を通すことが、加熱された媒体を該管の中に通す ことで該液体の個別体積を加熱して該流動媒体と該液体の間の化学反応を推進さ せることを含む請求の範囲第１５項の方法。 １９． 該管の中に伝熱媒体を通すことが、冷却された媒体を該管の中に通す ことで該液体の個別体積を冷却して該流動媒体と該液体の間の化学反応を推進さ せることを含む請求の範囲第１５項の方法。 ２０． 流動媒体と液体をチャンバ内で相互作用させそして熱を該液体に移送 するか或は該液体から移送する装置であって、 上記チャンバの中を通る液体および流動媒体を相互作用させるための細長いチ ャンバを限定しておりそして上記相互作用チャンバの１つの末端に上記液体を供 給する手段および上記チャンバの上記１つの末端の所に位置していて上記チャン バに上記流動媒体を供給するか或は上記チャンバから上記流動媒体を取り出す手 段を有し、それらの相互作用生成物を反対側末端から取り出す手段を有するシェ ル、 上記チャンバ内に位置しそして該液体を複数の個別体積として該チャンバの断 面に渡って分配して上記体積を上記相互作用チャンバの中に流すための分配手段 、 上記チャンバ内に位置しそして上記チャンバの該断面を満たしていて上記チャ ンバを通る真っすぐな通路を遮断する複数の管であって、各管の１つの末端から それと反対側の末端に熱交換媒体を伝達する目的で利用可能な管内側および上記 相互作用チャンバ内に上記液体および流動媒体のための曲がりくねった通路を形 成するように配置されている管外側を有し、それによって、上記液体体積が上記 管の外側に接触することで上記熱交換媒体の熱交換の影響そしてその結果として 上記管の外側表面の所で上記液体と流動媒体の間で起こる相互作用にさらされる 管、を含む装置。 ２１． 該チャンバの上記１つの末端の反対側の末端に位置していて上記流動 媒体を該チャンバに供給するか或は上記相互作用の生成物を該チャンバから取り 出すための手段を更に含む請求の範囲第２０項の装置。 ２２． 上記ポリマー製の管が上記液体で湿らないフルオロポリマー樹脂であ り、そして上記分配手段が、上記管の外側表面上を移動する上記液体の滴を達成 するように上記液体を供給することを含み、ここで、上記移動する滴が有する高 い表面積が、上記流動媒体との相互作用を改良しそして上記管の内側に存在する 上記熱交換流体と上記滴の間の熱伝達を改良する請求の範囲第２０項の装置。 ２３． 該分配手段が上記液体を供給するための上記手段に隣接する分配器プ レートを含み、ここで、上記プレートが、上記プレートを貫通していて該チャン バの断面に渡って分布する複数の第一チャンネルを有 し、そして上記管が、各群が上記第一チャンバの１つを通る群に分割されており 、ここで、この管の群が、上記液体が上記第一チャンネルの中を通って流れるた めの複数の隙間を各チャンネル内に残しており、そしてここで、上記プレートが 、上記プレートを貫通していて上記流動媒体を流すための複数の第二チャンネル を有し、そして該第二チャンネルが、該チャンバの断面に渡って分布していて上 記液体を供給するための上記手段の方に向かって上記プレートを越えて伸びてい る管状延長部分を有する、請求の範囲第２０項の装置。