JPS58500938A - 蒸気回収の方法と装置 - 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】 本発明は冷凍凝縮により蒸気源から凝縮性蒸気を回収することに関する。さらに 詳しくは、本発明はアキュムレータと、凝縮装置のために蒸気を高度に濃縮する よう、蒸気源と凝縮装置との中間でアキュムレータを通して循環する非凝縮性の キャリヤガスの流れとを含む濃縮装置の使用に関する。キャリヤガスの流れの少 なくとも一部分を冷凍させ凝縮性蒸気を凝縮分離させることにより凝縮性蒸気は キャリヤガスから除去される。

本発明の特に有用な用途は乾燥炉装置から溶剤を回収することである。

背景技術 プロセスガスの流れから溶剤やその他凝縮性蒸気を除去する種々の技術が開発さ れてきている。そのような技術の１つは活性炭素層を使用し、その層を通過する ガスの流れから溶剤を吸着している。一旦炭素層がその保持能力一杯の溶剤を吸 着しきってしまうと、前記層は蒸気を用いて脱着される。この脱着サイクルにお いて、蒸気が前記層を通過し、該層を加熱し、残留量を除いて全ての溶剤を蒸発 させ蒸気によって前記層から除去する。次に、蒸気と溶剤は冷却され、凝縮され る。一旦前記層が脱着されると、該層は冷却され、乾燥されて、次の吸着サイク ルに供しうる状態となる。

溶剤は、特定の対象溶剤に応じて、例えば蒸溜とか、相分離等周知の各種の分離 技術を用いて凝縮蒸気（水）から分離できる。

蒸気脱着には多くの欠点が伴う。まづ凝縮蒸気から溶剤、特に水と混合する溶剤 を分離することが難しいことである。また蒸気脱着は溶剤の脱着、分離に消費さ れるエネルギ量が多いため高価につくことである。

例えばこの方法は溶剤と、作動条件とによって変るが０．４５　：６に９（１ポ ／ド）の溶剤を脱着回収するには典型的に７５６から２５２０キロカロリー（３ ，［１００から１０，０００ＢＴｕ）のエネルギを要する。このように蒸気脱着 は溶剤の回収量に対して著しい量のエネルギを消費する。実際、ある場合には溶 剤を凝縮し、分離するに要する費用は回収した溶剤の価値と等しいか、あるいは 上廻ることがあシうる。また分離後の発生した発水処理も高価につく。

炭素層を脱着する代替的な技術は蒸気でなく、むしろ「不活性」ガスを使用する ことである。炭素層が加熱され、加熱された層を通して不活性ガスが循環され該 層から蒸気を除去する。不活性ガスを使用することによって、爆発性の混合物を 形成することなく比較的高濃度の蒸気の介在を許容する。蒸気の回収が望ましい 場合、蒸気を含有する不活性ガスの流れが水で冷却され、液体成分を凝縮させ分 離させる。

ガスの流れから直接溶剤を回収するために冷凍凝縮を行うことも知られている。

例えば、溶剤回収に開放サイクルヒートボンゾの使用を開示している、１９７８ 年１１月１５日に出願された審査係属中の米国特願第９６０，７７４号を参照さ れたい。高度の蒸気圧（沸点の低い）を有する溶剤に使用するとか、安全上の理 由から一般的に工業環境で要求されるようにガス流、における溶剤の濃度が低い 場合ＶＣ，は冷凍凝縮方法にはある種の困難が伴う。これは温度が低く、ある状 態においては溶剤を分離させると結霜問題が随伴するためである。また溶剤の直 接凝縮に閉鎖サイクル冷凍装置を使用することも知られているが前述のようなガ ス流で作動させた場合には同様の困難が伴う。

発明の開示 本発明は先行技術について知られている直接蒸気凝縮並びに回収についての種々 の方法に係る困難を克服した。これは本発明（（おいて、冷凍凝縮を、蒸気源と 凝縮装置との間に設けた濃縮装置と組合せて使用することによシ達成された。こ の方法により凝縮装置は、例えば乾燥炉のプロセスがスの流れのような蒸気源に おけるよりも蒸気濃度の高い蒸気含有ガス流に対して作動でき、−力そのような 蒸気源の直接凝縮（Ｃ要する結霜問題を伴う極低温での作動の必要性を排除する 。

本発明による濃縮装置は、後で解放するよう蒸気源からの蒸気を一時的に保持し うる炭素層のようなアキュムレータ装置を含む。また、濃縮装置は蒸気源での濃 度よシ高い濃度で蓄積された蒸気を凝縮装置へ運ぶためにアキュムレータ装置を 通して循環しうる、例えば非凝縮性ガス流のようなキャリア装置を含む。このよ うに凝縮装置へ提供された蒸気含有ガスの濃度は蒸気源に介在していた凝縮性蒸 気の濃度より高くなる。

さらに、前記の高濃度は蒸気源における蒸気の濃度如何とは関係がない。典型的 な場合、アキュムレータ装置は活性炭の層である。この層はカロ熱され、蓄積さ れた蒸気を脱着解放し、キャリヤガスが前記層から蒸気を除去できるようにする 。

本発明で使用される冷凍凝縮は、概ね非加圧の状態、例えば正味６気圧以下のガ ス流を、例えば約１０００（５Ｄ’Ｆ）以下の水凝縮器用の通常の冷却温度以下 の温度まで冷却することである。ガスは凝縮サイクルのある点において、＋４． ４°Ｃ（４０°Ｆ）から−４０°Ｃ（−４０’Ｆ）までの範囲のある温度まで冷 却され、一般的には最も一般的な工業用溶剤に対しては１．７°Ｃ（＋６５１） から−２８，９°Ｃ（−２０°Ｆ′）までの範囲内まで冷却される。実際、一般 的な・混水性の溶剤に対シテハ、アキュムレータにおける蒸気を希望する低レベ ルまで減少させるために回収サイクル中のある点において−１７，８°Ｃ（Ｑ’ Ｆ）あるいはそれ以下の温度まで冷却することが有利である。前述の溶剤を使用 した場合、それらに水の氷点を押し下げる能力があるので、結霜問題を派生させ ることなく前述の温度を達成することができる。

本発明において冷凍凝縮を使用することにより、従来の水冷凝縮器を炭素層のが ス脱着に組合せて使用した場合に対して数々の利益を提供する。冷凍凝縮はキャ リヤガス流から凝縮性蒸気をより完全に除去でき、このためアキュムレータから 溶剤をより完全に除去することができる。実際、アキュムレータにおける溶剤の 残留量（溶剤の「ヒール」）をこのように減少させることによりアキュムレータ の作業能力を増加させる。

このようにして、より小型のアキュムレータの使用を許容し、かつ所定サイズの アキュムレータに対して蓄積、排出サイクルの頻度を減少させる。このことは、 各排出サイクルの間アキュムレータを全体的に力ロ熱する必要があるので、エネ ルギ使用の観点から重要になってくる。大型の炭素層をカロ熱することは回収プ ロセスに要するエネルギを著しく消費することになるので、加熱サイクル数を最 少にすることは有意義である。

また、溶剤のヒールを減少できることによって蒸気源での蒸気が変った場合の不 具合な汚染問題を減少させる。例えば、乾燥炉が色々な溶剤含有物体を乾燥する ために使用される場合についていえる。

本発明はまた、先行技術による装置以上に性能を向上させる好ましい特徴を多数 含んでいる。一実施例においては、炭素層を加熱（および冷却）するために再循 環キャリヤガスの流れが使用されている。別の実施例においては、再循環キャリ ヤガスの流れのほんの一部が側流として分けられ溶剤を凝縮分離するため冷却さ れる。この方法によシ冷却成分の効率を高め、かつその経済的な寸度を提供する 。さらに別の実施例においては、凝縮装置へ入る側流は凝縮装置を出ていくガス 流との熱交換関係に導かれる。こうして凝縮装置に入るガスは予備冷却され、一 方凝縮装置を出ていくガスは炭素層を通して再循環しているキャリヤガスに戻さ れる前に予備加熱される。この復熱式の熱交換の特徴は効率の向上と経済的な操 業を提供する上で特に有用である。

さらに詳しくは、本発明による方法は層に蒸気を蓄積するだめの、例えばパンク された炭素層のように、蒸気アキュムレータを通して第１の凝縮性の蒸気含有ガ ス流を通すことを含む。前記層に蒸気が蓄積された後、前記層を通して第２のキ ャリヤガスの流れを循環させることによシ蒸気は前記層から解放され、除去され る。前記層を通過しているキャリヤガス中の蒸気を例えば脱着のように解放した シ混合するため前記層は第２のガス流によシ加熱されることが好ましい。濃縮装 置を使用しているため、脱着用の流れにおける蒸気の平均濃度は第１のガス流に おいて一般的に見出される平均濃度よりはるかに高い。このため濃縮された蒸気 含有キャリヤガスの流れはより効率的、か、つ都合よく冷凍され、その中に含ま れた蒸気を凝縮し、回収することができる。

前述のように、本発明においては蒸気の回収は蒸気含有キャリヤガスの流れの少 なくとも一部を冷凍凝縮装置を通して導くことによシ達成される。典型的には蒸 気含有の不活性ガスの流れの全て、あるいは一部が、例えば開放サイクル、ある いは閉鎖サイクルの冷凍装置のような冷凍凝縮装置を通して導かれ側流を冷却し 、蒸気をガスの流れから分離除去するよう凝縮させる。

凝縮物は再使用のため回収することが好ましい。次いで、冷却されたガスの流れ はアキュムレータに戻され、アキュムレータ装置中の蒸気が希望レベルまで減少 するまでアキュムレータ装置と凝縮装置とを通してガスの再循環が続けられる。

当該技術分野の専門家には認められるように、一方の装置が蓄積過程中に、１個 以上の他方の装置が排出過程にあって、装置を連続プロセスで使用できるように するため第１の装置に平行して追加のアキュムレータ装置を並列に使用してもよ い。

ここに使用する「凝縮性の蒸気」という用語は室温では通常液状で、即ち標準圧 あるいは減圧を問わず工業上の乾燥状態、例えば２０°Ｃから２００℃までの間 で通常経験される温度では蒸発しうるが５．室温あるいはその近くの温度で、大 気圧あるいはそれに近い圧力では液状として存在しうる材料を意味する。したが って、「凝縮性の蒸気」という用語は樹脂形成物の塗布、油とシ、塗装、印刷等 に使用され、通常の工業用の乾燥炉で燃焼あるいは蒸発しうる、一般に使用され ている工業用溶剤を含む。

本明細書で説明する方法と装置は溶剤含有物体を乾燥することによシ溶剤を回収 するよう乾燥炉と組合せると特に効用がある。

第１図は蒸気回収装置の簡素化したブロック図、第２図は炭素層と冷凍凝縮装置 とを用いた基本的な蒸気回収装置の概路線図、 第６図は開放サイクル冷凍凝縮装置の概路線図、第４図は冷却用の閉鎖サイクル 冷凍装置を含む凝縮装置の概路線図、および 第５図は複式炭素層と開放サイクル冷凍凝縮装置を使用した蒸気回収装置の概路 線図である。

詳細説明 凝縮性蒸気をガスから直接分離回収するために冷凍凝縮装置を使用することは１ ９７８年１１月１５日出願された係属中の米国特許願第９６０，７７４号に説明 されている。しかしながら、この装置の作動原理の故に、比較的濃度の低い蒸気 、あるいは比較的蒸気圧の高い蒸気を含有するガスの流れから凝縮性蒸気を凝縮 するには凝縮を達成するためにガスを比較的低温まで冷却する必要がある。この ような低温を得ることは困難であって、かつ高価につく可能性があり、かつガス 流に湿気が介在する場合には結霜を含む多くの問題が伴う。

低温作動に係る問題のいくつかを排除する手段はガス流における蒸気の濃度をで きるだけ高くすることである。残念ながら、これは工業環境においては必ずしも 実用的でない。例えば、乾燥炉において溶剤を除去するように、多くの工業用プ ロセスの性格上、乾燥ガスの流速、炉内で溶剤含有物体の残留時間を最小にする こと、かつ主として蒸気／ガスの組合せの爆発下限（ＬＥＬ　）に対するある安 全率を超えないよう空気流における溶剤の濃度を低く抑える必要性から蒸気濃度 は本質的に低くなる。

若干のある場合における安全性の問題は不燃性溶剤を使用することにより排除で きる。可燃性溶剤を使用する必要のある場合、溶剤蒸気の高濃度を安全に使用で きるよう「不活性」ガスが使用できる。不活性ガスは蒸気と一緒になって可燃性 混合物を形成しないガス、例えば容量比で１１％以下の酸素を含有するガスであ って、例えば純窒素ガス、あるいは窒素と酸素の混合物である。乾燥用に不活性 ガスを使用することは例えば米国特許第４．１　！５０，４９４号のような文献 に示されている。しかしながらこの方法は例えば乾燥炉のように緊締密封のプロ セス設備を必要とし、不活性ガスを使用するために概存の設備を修正するには著 しい費用を伴う。

プロセスガスを直接凝縮しようとする代シに、プロセスガスが該ガスから蒸気を 除去し、その蒸気を貯蔵あるいは蓄積するために濃縮装置によってまづ作用を受 けるのであれば蒸気濃度が比較的低い工業プロセスと組合せれば凝縮技術が効果 的に採用されうろことが判明した。そうすれば、この蒸気はアキュムレータによ ってキャリヤガスの流れから除去でき、キャリヤガスはその蒸気の供給源である プロセスガスより蒸気濃度を高くすることができる。次に、この濃縮されたガス の流れは後述する冷凍凝縮技術によって、許容しうる効率レベルおよび急速、か つ完全な凝縮を促進し、かつ直接凝縮方法では遭遇する結霜問題を排除する温度 乃至状況下で有利に凝縮できる。このように、濃縮および凝縮装置の独特の多様 性と配備とによって、特に効果的な間接凝縮装置および方法が開発された。

本発明に採用されている間接凝縮技術は第１図に示されている。第１図は蒸気源 １、濃縮器３および冷凍凝縮装置５を示すブロック図であるみ 蒸気源１は凝縮性蒸気を含むいづれのガス源でもよい。判りやすくするため、か つ実用的に、本明細書を通して特に溶剤蒸気について言及し、例として論する蒸 気源は工業用の乾燥炉とする。典型的な工業用の乾さのトンネルから構成される 。ガスの流れは、物体から解放された溶剤と混合し、炉から溶剤を運ぶよう一般 的に昇温下で、共同の流れ、横方向の流れ、あるいは逆流の形でトンネルを通過 する。

代表的な蒸気源として本明細書ではガス乾燥炉について述べるが、本明細書で説 明する装置や方法は、例えば乾燥清浄過程、塗料噴射室、部品の油とシや掃除、 ポリマの処理、印刷に関連して溶剤あるいは凝縮性蒸気が使用される他のプロセ スと共に、かつ前述の蒸発性液体が大量に搬送、あるいは貯えられるようなその 他の状況下においても有利に使用しうろことが認められる。

第１図に示す濃縮装置３はアキュムレータ装置を含む。該アキュムレータ装置は 蒸気源１がらの利用しうる凝縮性の蒸気含有ガスから凝縮性蒸気を効果的に除去 し、次の処理を行うために貯め、即ち蓄積するいづれかの装置でよい。容易に利 用しうる代表的なアキュムレータ装置はその中を通過するガスの流れから通常の 溶剤とその他の凝縮性蒸気とをほとんど吸着する活性炭を含む装置である。本発 明に使用するには流動層よシ固定および運動層装置が好ましい。固定層装置は一 般的により安価で、広範囲の流速に対応でき、吸着から脱着過程へのサイクルが より迅速であり、安価な吸収剤を使用できる等の特徴がある。流動層は流速範囲 がさらに限定され、かつ採用される吸収剤の費用が高いため好ましくない。活性 炭が好ましい吸収剤ではあるが、ある用途においては分子篩等その他の吸収剤も 有用である。

前述のように、濃縮装置３は交互に吸着、脱着が行われる単一の固定層を含む。

また濃縮装置は複数の層を含むことによって、連続運動ができるよう一方の層が 常に吸着に利用できるようにもしうる。代替的に、例えば回転層や、あるいはコ ンベヤ層のように運動層を使用することによって、これも連続運転を許容するた めに相互に対して密封されている吸着区画と脱着区画とを吸収媒体が連続して運 動するようにしてもよい。

第１図に示す冷凍凝縮装置５はアキュムレータから蒸気を運ぶため採用した、凝 縮性蒸気含有のキャリヤガス流における蒸気の少なくとも一部を冷凍凝縮するい づれかの装置でよい。例えば開放サイクルヒートポンプや閉鎖サイクル冷凍装置 のような機械的な冷凍装置を有利に採用でき、これは追って詳細に説明する。

例えば液化ガスや、線点抑制剤等その他の冷凍手段も使用できるがあまυ好まし くない。凝縮剤は凝縮器から液体として回収できる。

第１図において矢印で示すフローは蒸気源１から濃縮器３へ、かつ濃縮器から凝 縮器５へかつそこから逆へのガスの循環を示す。実際は、蒸気源１からとられた がスは蒸気源１へ戻ることなく濃縮器３７５・ら部分的に、あるいは全面的に排 出されうる。同様に、凝縮器５へ入るガスのある部分あるいは全部が処理された 後排出されるか、あるいは他の図面を参照して追って詳細に説明するように吸着 濃縮器へ戻されうる。

第２図を参照すると、例えば乾燥炉のような蒸気源９を含むプロセス装置７が示 されている。蒸気源９は配管１３．１５によシ炭素層１１のようなアキュムレー タに接続されている。吸着状態においては、凝縮性の蒸気含有のガスが炭素層１ １へ配管１３を介して入り層１１上で炭素に吸着される。放出されたガスは配管 １５を介して層１１を出て、弁１９と２１とを選択的（Ｃ開閉することによシ蒸 気源９へ再循環するか、あるいは配管１７を介して排出される。

蒸気の量が所望の上限、即ち炭素層１１の容量に到達すると、蒸気源９は弁１９ と２３とを操作することによシ遮断されるか、あるいは第２のアキュムレータ（ 図示せず）に接続される。

次に炭素層１１全通して非凝縮性のキャリヤガスを循環させることにより炭素層 の脱着を行うことができる。可燃性の溶剤が回収されている間に、まづ不活性の キャリヤガスが弁２５と配管２７とを通して供給され、本装置をパージし、酸素 含有量を不燃焼レベルまで低下させる。キャリヤガスは炭素層を貫流し、該層へ の再循環通路である配管２９を介して炭素層から出ていく。プロワ３１が配管で の貫流を行わせる圧力を提供する。加熱装置３３と冷却装置３５とが使用され、 それぞれ脱着状態中のキャリヤガス流のカロ熱と、脱着完了後のガス流の冷却を 行う。加熱装置３３は蒸気コイル、電気抵抗ヒータ、ガス炊ヒータ等のようなガ ス流を加熱するに使用するいづれかの従来の装置でよい。

同様に、冷却装置３５は水冷熱交換器、冷凍コイル等でよい。

脱着状態において、炭素層１１は例えば内側の加熱コイル、あるいは配管２７と ２９とを循環しているキャリヤガスをヒータ３３により加熱することにより加熱 される。炭素層１１の加熱がよシ均一であシ、かつ最大層温度が全体的に低い温 度でよシ完全に脱着できるのでガスを加熱する方法が一般的に好ましい。即ち、 炭素層にはエネルギの非効率使用をもたらす高温点の集中が何らない。勿論炭素 層をそこまで加熱する必要のある温度は炭素層中に吸着される蒸気によって変る 。

炭素層の脱着が起ると、配管２９中のキャリヤガスの流れにおける蒸気の濃度が 増加する。弁３７を調整することによシ、循環ガスのある部分あるいは全部が配 管４０を介して冷凍凝縮装置３９へ導かれ、そこでガスは約６気圧までの任意圧 力下で冷却され、凝縮性蒸気の少なくとも一部を凝縮させる。凝縮装置３９は蒸 気含有キャリヤガスを蒸気の凝縮が起る点まで冷凍することの可能な開放サイク ルあるいは閉鎖サイクル冷凍装置でよい。これらの冷凍装置は第ろ図と第４図と に関連して追って詳細に説明する。

凝縮物は排出配管４１を介して除去され、一方凝縮装置３９において処理された キャリヤガスは配管４３および２９を介して脱着ガス流に戻されるか、あるいは 代替的に配管４５を介して排出されるか、あるいは図示してないが吸着状態の炭 素層へ戻される。

前述のように、濃縮装置の脱着に使用される非凝縮性ガスは高濃度の可燃性蒸気 を凝縮装置へ送ることができるようにする不活性ガスでよい。採用した濃度にお いては蒸気がガスと共に爆発性の混合物を形成しない場合には空気を使用しても よい。

第６図と第４図とは本発明に採用しうる２種類の冷凍凝縮装置を示す。第６図は 第２図に示す凝縮装置３９として使用しうる全体的に４９で示す開放サイクルの 冷凍凝縮装置を示す。開放サイクル装置は本明細書で参考のために含む、１９７ ８年１１月１５日出願された審査係属中の米国特許願第９６０．７７４号に示さ れている。凝縮装置４９はコンプレッサ５１、熱交換器５３、タービン、即ち膨 張装置５５、およびコンプレッサ５１用の電動モータのような駆動装置５７とを 含む。最も有益な配置においては、コンプレッサ５１とタービン５５とは、ター ビン５５の行った仕事がコンプレッサ５１の駆動を助けるために使用されること によって駆動モータにかかる負荷を減少させ、本装置全体の効率を向上させるよ うに共に連結される。

凝縮物分離装置５９が関連の弁や配管と共に冷凍凝縮装置を完成させる。

作動時、蒸気含有キャリヤガスは温度Ｔよ、圧力Ｐ０において入口配管６１を介 して凝縮装置４９へ入り、コンプレッサ５１によってＴ２とＰ２まで圧縮される 。

Ｐ２／Ｐよの比は一般的に１．３　：　１から６：１である。

コンプレッサの圧力比と初期温度とによって、ガスは約１５０℃でコンプレッサ を出る゛。コンプレッサ５１を出た後、ガスは膨張装置５５へ行くまでに配管６ ３、熱交換器５３、配管６５を通過する。

熱交換器５３からの予備冷却されたガスは膨張装置５５へ入り、そこで大気圧ま で膨張し、プロセス中で冷却される。膨張中の仕事はコンプレッサ５１の駆動を 助けるために使用され、駆動モータ５７への負荷を減少させる。

蒸気成分、蒸気の濃度、圧力と温度とによって、若干の蒸気は膨張装置５５へ行 く途中熱交換器５３において凝縮することもある。凝縮した何らかの液体を除去 し集めるために排出配管６７が設けられている。さらに別の蒸気が膨張装置５５ と出口配管６９を通過している間に冷却すると凝縮する可能性がある。この凝縮 物は分離装置５９により捕捉され集められ、排出配管７１を介して排出される。

蒸気を多量に凝縮、除去して冷却されたキャリヤガスは配管７３を介して分離装 置７３を出て熱交換器５３と配管７５を介して凝縮装置４９を出ていく。このよ うに、熱交換器５３は膨張装置５３へ行く途中のガスを予備冷却し、凝縮装置４ ９を出る前に配管７３を介して膨張装置５５から戻ってくる冷却されたガスを予 備加熱するという二重の機能を果す。

本発明で使用するコンプレッサ５１と膨張装置５５とは適当ないづれかの形式、 即ち往復、羽根、回転スクリュ、遠心、軸流あるいはその地の形式のものでよい 。正味駆動動力を最小にし、かつ溶剤蒸気の凝謡を低温で達成できるよう例えば ７０係以上の高効率のものが望ましい。

コンプレッサと膨張装置との圧力比はいづれかの所定の用途を適正化するよう選 択可能な設計変数である。

圧力比が大きければ大きいほどコンプレッサを膨張装置を通しての温度変化が大 きいのみならず全体装置を駆動するに要する正味動力も太きい。一般的に圧力比 が約４二′１まで、圧力比が１．３　：　１がら６：１の範囲までが好ましく最 も有利である。しかし、例えば極めて揮発性の高い蒸気を凝縮したり、あるいは 別の低温状態を得る必要のある場合のようなある用途に対しては、より圧力比の 高いことが望ましい。コンプレッサは電動モータ、ガスタービン機関、蒸気ター ビンあるいはその他の適当な装置により駆動することができる。

開放サイクル装置で使用される熱交換器は例えば同方向の流れ、対流、横方向の 流れ、ガス対ガス、ガス対液体等いづれかの通常の形式のものでよい。プロセス の経済性を高めるためには熱交換器は約７０１あるいはそれ以上の効率を有する ことが望ましい。さらに、開放サイクル装置は一般に比較的低圧力比で作動する ので、熱交換器を通しての圧力低下も最小とし効率を維持することが望まし、い 。しかしながら、低圧の開放サイクル装置においては圧力低下を最小にする必要 のある一方、閉鎖サイクルのフレオン、装置のように熱交換器を密封する必要が なく、かつ加えられるのは低圧なので軽量の経済的な材料から構成できるという ある種の利点もある。

第６図には図示上単一の熱交換器を示しているが、実際には、コンプレッサ５１ の前、あるいは例えば配管６３を介して熱交換器５３へ入るガスから熱をとるた めコンプレッサ５１あるいは膨張装置５５と熱交換器５３との間に追加９熱交換 器を使用してもよい。これは、配管６３中のガスに含まれた凝縮性蒸気の少なく ともある部分に対して熱交換器５３において相変化（凝縮）が発生する一方、分 離装置５９において全ての凝縮蒸気が除去されているため配管７３中の冷却ガス においては何ら相変化は起らないからである。したがって、熱交換器５３におい て熱を受入れる配管７３中のガスの能力は温度Ｔ２の限度までの顕熱の受入れ能 力に限定される。配管６３へ入る蒸気の凝縮によって放出される余剰の熱は別の 熱だめへ放出され全体装置の効率を有利に向上させることができる。

一般に、このようなことは熱交換器５３との中間のある点で、配管６３へ入墨ガ スからの熱を抽出する補助熱交換器を使用することにより簡単に達成できる。

この形態は伝熱を最大にするため対流状態の熱交換器の各端部における最大温度 差を有利に利用している。

ある用途においては、膨張の前に・ガスを付加的に予備冷却するよう配管６５に おいて追加の空冷、あるいは水冷の熱交換器を使用することが望ましいであろう 。

全体装置の作動条件が結氷をもたらす、例えは水の氷点を押し下げない例えはへ ブタンのような溶剤で、０℃以下で長期間作動する場７合、本装置の分離装置５ ９、熱交換器５３、あるいはその他の部分において霜や氷の形成の阻止あるいは それらの除去を行うために何らかの手段、あるいは技術が必要であろう。このた めに、一方の熱交換器が脱霜している間に他方の熱交換器が作動できるように複 式の熱交換器を使用するか、あるいは分子篩のように箱が成分の表面に集積する 前に除去してしまう装置を使用すれば十分であろう。

さらにｙ３Ｉｊの技術としては結霜あるいは結氷を阻止するに十分氷点を押し下 げるアルコール、あるいはその他の氷点抑制剤を少量を噴射することである。

第６図において全体的に５９で示す分離装置は凝縮した液体の小滴をそれが含有 されているガス流から分離する機能を果す必要がある。このためには、凝縮した 小滴がその上に集り排出できる大きな表面部分を提供するスクリーン、あるいは パックされたコラムを要する。

第４図は閉鎖サイクル冷凍方法を採用した凝縮装置の簡略化した線図である。こ の凝縮装置は全体的に７９で示され、熱交換器８１と、その中を冷媒が貫流する 冷却コイル８７．８９を含む複式の凝縮器８３゜８５を含む。前記コイル８７と ８９とはブロック９１と９３とで示す閉鎖サイクル冷凍装置の一部を形成する。

これらの閉鎖サイクル冷凍装置は例えば冷媒として「フレオン」を採用した通常 の蒸気圧縮形式のものでよく、あるいはその他の何らかの閉鎖サイクル形式のも のでもよい。第４図に示す閉鎖サイクル凝縮装置と第６図に示す開放サイクル凝 縮装置４９との本質的な差異は本装置へ入る凝縮性蒸気含有キャリヤガスを冷却 す石方法にある。開放サイクル装置４９においては個別の冷媒を使用することな くガスは直接圧縮され冷却される。第４図に示す閉鎖サイクル装置７９において は個別の冷媒が冷却され、熱が蒸気含有ガスから、該ガスから分離されて閉鎖装 置中に保持されている冷媒中に移される。

作動時蒸気含有のキャリヤガスはアキュムレータから取り出され配管９５を介し て凝縮装置７９へ入れられ、熱交換器８１を通過して、そこで冷却コイル８７ま たは８９によりすでに冷却されているキャリヤガスの流れによって予備冷却され る。冷却の結果若干の凝縮が発生し、凝縮物は排出配管９９を介して配管９７か ら排出される。予備冷却されたガスは配管９７を介して凝縮装置８５中へ導かれ 、そこで冷却コイル８９により冷却され蒸気を凝縮させ、排出配管１０１を介し て排出される。冷却されたガスは莞縮装置８５から配管１０３へ出て熱交換器８ １に戻され、そこで配管９５へ入ってくるガスから熱を奪い配管１０５を介して 出ていく。ブロワ１０７が、配管９５と１０５との間の差圧が十分大きくない場 合本装置中でガスを循環させる手段を提供する。

第２の凝縮装置８３が凝縮装置８５と並列で示されている。この方の凝縮装置は 配管９７におけるガスの一部を冷却して、弁１０９，１１１および１１３を適度 に調整することにより全　装置の能力を増加させる。

またこの配置により凝縮装置８３と８５とを連続的に使用できるようにする。例 えば、第１の凝縮装置を解霜する必要のある場合、第１の凝縮装置を解霜してい る間第２の凝縮装置を使用して連続運動を可能とする。

第５図は本発明による間接凝縮装置を採用した乾燥炉装置の概略フロー線図であ る。全体装置は乾燥炉１１５を含み、該乾燥炉は基本的には、例えばコーティン グしたウェブとかその他のコーティングした物体のような溶剤を含む物体（図示 せず）がその中の通過す゛る・ことによシ溶剤がガス流と接触し、ガス流が溶剤 の少なくとも一部を取り込み運び去ることによって除去されるようにするトンネ ルである。乾燥プロセスは全体的に連続的であって、溶剤を付着した物体が運動 しているガスに対して共同方向、横方向、あるいは逆方向に運動する。

乾燥炉１１５を貫流するがス流は、配管１１７を出て、弁１２９と１３１とを適 当に操作することにより配管１２３と１２５、あるいは配管１２３と１２７とを 介していづれかの炭素層１１９または１２１中へ導かれる。一般にガス流は垂直 の層の頂部から入るようにさせることにより、もし炭素層に支障が発生したとし ても不具合な炭素を極めて容易に除去できるようにするのが有利である。蒸気は 炭素層１１９．１２１に吸着され、プロセスガスの流れは弁１３９と１４１とを 操作することにより（いづれの層１１９または１２１が吸着状態にあるかによっ て、）配管１３３と１３５、あるいは配管１３７と１３５とを介して層を出てい く。

次に、清浄なガ９スが配管１４３を介して乾燥炉１１５に再循環するか、配管１ ４５を介して排出される。

前述のように、第５図に示す装置においては２個の炭素層１１９．１２１が採用 されている。このため一方の層を脱着させている間に他方の層を吸着させること により乾燥炉１１５を連続運転できる。弁１２９゜１３１．１３９および１４１ を適当に操作することにより一方の層から他方の層への切換えができる。

一旦層１１９が希望する量の蒸気を吸着し、即ちその能力に達すると、弁１２９ と１３９とを閉鎖し一方弁１３１と１４１とを開放することにより配管１１７中 のガスの流れを層１２１へ分岐させる。そうすれば層１１９は別のキャリヤガス の流れにより脱着できる。

不活性ガスの流れであることが好ｉしいが、この流れは配管１４７を通って入り 、再循環ループ１４９へ、そして配管１２５を介して炭素層１１９中へ流入する 。

脱着の間、層１１９は該層に含まれた加熱要素（図示せず）あるいは該層へ入っ てくる非凝縮性のキャリヤガスを加熱するかのいづれかにより加熱される。層１ １９を加熱すると、蒸気は脱着され、キャリヤガスの流れと混合され、配管１３ ３と１４９とを介して前記層から掃去される。脱着用の流れはブロワ１５１によ り前記層を通して運ばれ、ヒータ１５３あるいはクーラ１５５により一加熱、あ るいは冷却されうる。

蒸気含有キャリヤガスの流れが配管１４９を介して層１１９を出る際、その流れ の少なくとも一部が配管１５７を介して冷凍凝縮装置中へ導かれる。ガスの流れ の凝縮装置へ入る部分は弁１５８により制御される。

配管１５７を介して凝縮装置へ分岐されるガスの量は色々な要因によって決定さ れるが主として炭素層１１９と１２１の寸法および前記層を貫流する希望流量お よび凝縮装置の寸法によって決まる。層１１９と１２１との（加熱および冷却時 間を含む）脱着時間は部分的には前記層を流れるキャリヤガスの流量によって決 定さｆる。選定した流量が利用可能な凝縮装置の収容能力を上廻る可能性もある 。さらに、配管１４９を貫流する流量全部に対応するに十分大きな凝縮装置は、 脱着時間を逓減するたけではコスト的に正当化されないであろう。

冷凍凝縮装置へ入る蒸気含有ガスはコンプレッサ１５９により圧縮され、さらに 冷却するようタービン１６３で膨張され、分離装置１６５へ入り、そこで第６図 に関連して前述したように、凝縮した蒸気は排出配管１６７を介して除去される 。冷却されたガスは配管１６９を介して分離装置から排出され、熱交換器１６１ を通して導かれ、そこでコンプレッサ１５９からのガスによって予備加熱される 。次に予備加熱されたガスは配管１７１を介して脱着ループへ戻される。

第５図に示すように、熱交換器１６１は全・体的に水で冷却される冷却コイル１ ７３により、コンプレッサ１５９からのガスをさらに冷却できるようにされてい る。熱交換器１６１における冷却の結果として若干の凝縮が行われるので、排出 配管１７４が設けられている。

第５図に示す装置に２いて、任意の通気配管１７５が示されているが、これは脱 着につれて層１１９または１２１の圧力を減少できるようにする。この減圧はコ ンプレッサ１５９とタービン１５３との圧力比があるために発生する。例えは、 コンプレッサ１５９に入る目巳管圧力が１気圧であって、コンプレッサ１５９と タービン１６３の双方が２：１の圧縮比で作動しているとすれは、コンプレッサ １５９を出ていく配管１７７中の圧力は２気圧となる。同様に、タービン１６３ を出ていく配管１７９の圧力は１気圧である。しかしながら、弁１８１が大気圧 に対して開放されるとすれば、タービン１６３の膨張により配管１７９中の圧力 は１／２気圧となり炭素層１１９中の圧力は１気圧以下まで持ってこられる。こ のように減圧することによって層における残留蒸気の濃度を減少させる。勿論こ のように通気することによって蒸気含有のガスのある部分を放出して配管１１７ へ戻し、そこで吸着状態の層１２１へ前記ガスを送る。このように実際には、若 干の蒸気が単に一方の層から他方の層へ移されるので、通気過程は脱着サイ−ク ルの終点近くで採用する場合にのみ有益である。

一旦層１１９が希望レベルまで脱着されると、高温となった層は再び吸着状態に 入る状態とするため冷却する必要がある。この作業は部分的にはクーラ１５５を 使用してループ１４９中の再循環ガスを冷却することにより達成される。層１１ ９の冷却が継続し、層１１９における蒸気のレベルが残留レベル以下に低下する につれて、目己管１７１においてキャリヤガスにはもはや溶剤は見られなくなり 、希望に応じて最終冷却過程の間配管１８７を介して比較的冷い大気を送入させ ながらキャリヤガスは配管１８３と１８５とを介して排出される。脱着を開始す る前に濃縮回路を最初にガスでパージしておく場合、配管１７１中のガスを配管 １８３を介して導き配管１１７を介して吸着中の炭素層へ戻すルートも好ましい かもしれない。

第５図に示すものと類似の装置の典型的な作動条件を下記の条件下で予想するこ とができる。

炉からの溶剤付着の空気の流れ ２８５、ｍ３／ＭＩＮ　（１０，００００℃Ｍ　）　−３２，２℃（９０”Ｆ） における３’　Ｑ　％　Ｌ、Ｆ、Ｌ 溶剤−７０１へブタン ３０係イス六γシール 時間当り約２２７ｋＰ（５００ボンド）の溶剤層当シ　４２１３ｋｇ！（９３０ ０ボンド）の炭素、溶剤の（重量比で）１１係の作業チャージ 凝縮装置 ５６．６４ｍ”／ＭＩＮ（２０００ＣＦＭ）（Ｄ開放サイクにヒ−トポ７プ駆動 　９０馬力 溶剤の特定チャージを吸着するのに炭素層は約１２０分裂する。

溶剤をチャージした炭素層を脱着するのに２８３　ｍ３／　ＭＩＮ　（１０，０ ０Ｄ　Ｃ，Ｆ、Ｍ　）　（０割合いで５ｏ馬カ（Ｄｙ”ロワ１５１で窒素ガスを 循環させることにより炭素層を１４９℃（３００″’Ｆ）から１７７℃（３５０ ’Ｆ）！で加熱する。５６．６４　ｍ３／ＭＩＮ　（２０００Ｃ，Ｆ、Ｍ　）が 側流としてとられ、冷凍凝縮装置を通して導かれる。

脱着過程中、平均の蒸気濃度は容積比で約３．５　％、ピーク時の濃度は容積比 で約７係であ、る。配管１７９におけるタービン排出温度は脱着開始時の約４． ４℃（＋４０′Ｆ）から、蒸気濃度が最低である脱着サイクルの終点における約 −４０℃（−４０″Ｆ）まで変化する。溶剤の作業チャージ（約４５０ｋｌ？− １０００ボンド）は約７６分で脱着され、回収した溶剤０．４５ｋｌ？（１ボン ド）当り約４７９キロカロリー（１９００ＢＴＵ　）のエネルギを必要とする。

吸着のだめの流れ方向と同方向に６７．７℃（１００″Ｆ′）の窒素を流して層 の上半分を冷却することにより層は約２８分で十分冷却で−きる。次に吸着サイ クル中にガスを貫流させることにより層の下半分を冷却する。

本発明による間接凝縮装置の性能は第２図に示すものと類似の試験装置において 確認された。６．３７　ｍ３／ｈｒ　（２２５５ｃｆｈ　）の流量で流れている 空気から蒸気を吸着するために１１６５グラムの炭素を含み深さが４　ｓ　７． ２　ミ＋）　（１８インチ）の炭素層を使用した。空気の流れは温度が６２．２ ℃（９０″Ｆ’）で相対温度が５０係、インプロパツール（重量比で６０係）と ベゾタン留分（重量比で７０係）との混合物３８００　ｐｐｍを含んでいた。吸 着サイクルを約１０８分続行させたときの層を出ていく空気流中の蒸気の濃度は （入ってきたときの濃度の１０９ｂである）　３８０　ｐｐｍであった。

次に溶剤をチャージした層を、１８０℃（３６５”Ｆ）まで加熱し、３．９４ｍ ’／ｈｒ（１３９ｆｔ”／ｈｒ）（Ｄ流速で循環している窒素ガスを用いて脱着 した。脱着ガスの流れを−３３，９℃（−２９′Ｆ）まで冷却するため冷凍凝縮 装置を使用した。凝縮装置を通して約９０分ガスの流れを循環させた後、１０４ グラムのへブタンと、４５グラムのインプロパツールと１４ダラムの水とを凝縮 し回収した。これは、層に最初にチャージされた溶剤の約９８ｅＩ）を表わす。

加熱することなくガスを再循環することにより層を冷却するのに約３０分要した が、これは概ね完全な脱着と冷却が吸着時間と概ね等しい時間で達成しうろこと を示唆している。

浄書（内容に変更なし） 手続補正書（方式） ％式％ ２、発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 ５、補正命令の日付 昭和５８年　３月２９日 ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 にＩ・−τ町−文２″−ｐ　（−、’１　岱７変更なし）国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　蒸気源から凝縮性の蒸気を回収する方法において、 ａ）前記蒸気源からの凝縮性の蒸気の少なくとも一部を第１のガス状媒体と混合 させ、前記混合物を、前記蒸気がその中で前記ガスから分離され、一時的に保持 されるアキュムレータ装置を含む濃縮装置中へ導き、ｂ）前記アキュムレータ装 置中に保持された蒸気の少なくとも一部を第２の非凝縮性キャリヤガスと混合さ せることにより前記キャリヤガス中の凝縮性蒸気の平均濃度が前記第１のガス状 媒体中の凝縮性蒸気の平均濃度よシ大きくなシ、 Ｃ）前記蒸気含有のキャリヤガスの少なくとも一部を冷凍し前記キャリヤガス中 の前記凝縮性蒸気の少なくとも一部を凝縮させその凝縮物を回収する過程を含む ことを特徴とする凝縮性蒸気を回収する方法。 ２、請求の範囲第１項に記載の方法において、前記アキュムレータ装置が吸着層 であることを特徴とする凝縮性蒸気を回収する方法。 ６、　第１のガスの流れから凝縮性蒸気を除去する方法において、 ａ）炭素層を含み該炭素層において前記凝縮性蒸気を吸着するアキュムレータ装 置を通して前記ガスの流れを通過させ、 ｂ）前記炭素層を通して第２の非凝縮性キャリヤガスを循環させ、前記炭素層を 前記キャリヤガス中で脱着ならびに前記凝縮性蒸気の混合を行うに十分な温度ま で加熱することにより前記炭素層から凝縮性蒸気を脱着し、 Ｃ）前記炭素層から出ていく、前記第２の、循環し、蒸気を含有するキャリヤガ スの少なくとも一部を冷凍凝縮装置を通して導き、前記キャリヤガスの厖れを凝 縮し、前記キャリヤガスに含まれた前記凝縮性蒸気の少なくとも一部を凝縮し、 前記凝縮装置から凝縮物を除去することを特徴とする凝縮性蒸気を除去する方法 。 ４、請求の範囲第６項に記載の方法において、前記キャリヤガスの流れが不活性 ガスの流れであることを５、請求の範囲第６項に記載の方法において、前記炭素 層が固定炭素層であることを特徴とする凝縮性蒸気を除去する方法。 ６、請求の範囲第３項に記載の方法において、前記炭素層が運動炭素層であるこ とを特徴とする凝縮・性蒸気を除去する方法。 Ｚ　請求の範囲第６項に記載の方法において、前記冷凍凝縮装置が該凝縮装置へ 入って・くるガスの流れからの熱を前記凝縮装置から出ていくガスの流れへ伝え るよう配置された熱交換器を含むことを特徴とする特８、請求の範囲第６項に記 載の方法において、前記炭素層が前記キャリヤガスの流れ′により加熱されるこ とを特徴とする凝縮性蒸気を除去する方法。 ９　請求の範囲第６項に記載の方法において、前記循環キャリヤガスの流れが脱 着サイクルの後前記炭素層を冷却することを特徴とする凝縮性蒸気を除去する方 法。 １０、請求の範囲第６項に記載の方法において、前記凝縮装置が開放サイクルの ヒートポンプを含むことを特徴とする凝縮性蒸気を除去する方法。 １１、請求の範囲第６項に記載の方法において、前記凝縮装置が閉鎖サイクルの 冷凍装置を含むことを特徴とする凝縮性蒸気を除去する方法。 １２、がスの流れから凝縮性蒸気を除去する装置において、 ａ）入ってくる第１のガスの流れから凝縮性蒸気を吸着するよう配置された炭素 層と、 ｂ）前記炭素層から蒸気を脱着するよう非凝縮性のキャリヤガスの第２の流れを 前記炭素層を通して循環する装置と、 Ｃ）前゛記キャリヤガスの少なくとも一部を冷凍し、前記キャリヤガス中の前記 蒸気の５少なくとも一部を凝縮分離するよう配置された冷凍凝縮装置とを含むこ とを特徴とする凝縮性蒸気を除去する装置。 １ろ、　請求の範囲第１２項に記載の装置にお、いて、前記炭素層へ入る前記キ ャリヤガスの流れを加熱する装置を含むことを特徴とする凝縮性蒸気を除去する 装置。 １４、請求の範囲第１２項に記載の装置において、前記炭素層が固定炭素層であ ることを特徴とする凝縮性蒸気を除去する装置。 １５、請求の範囲第１２項に記載の装置において、前記炭素層が運動炭素層であ ることを特徴とする凝縮性蒸気を除去する装置。 １６、請求の範囲第１２項に記載の装置において、前記凝縮装置へ入る前記キャ リヤガスの流れが前記凝縮装置を出ていく前記キャリヤガスの流れに伝熱するよ う配置された熱交換器を含むことを特徴とする凝縮性蒸気を除去する装置。 １Ｚ　請求の範囲第１２項に記載の装置において、前記凝縮装置がキャリヤガス の流れの前記部分を冷却し、イクルヒートポンプ装置を含むことを特徴とする凝 縮性蒸気を除去する装置。 １８請求の範囲第１２項に記載の装置において、前記凝縮装置が、閉鎖サイクル 冷凍装置の一部である冷凍コイルを含むことを特徴とする凝縮性蒸気を除去する 装置。 １９　請求の範囲第１２項に記載の装置において、前記炭素層へ入る前記第１の 蒸気含有ガスの流れは乾燥炉からとり出されることを特徴とする凝縮性蒸気を除 去する装置。 ２０、請求の範囲第１２項に記載の装置において、２前記炭素層へ入る前記第２ のガスの流れを冷却する装置を含むことを特徴とする凝縮性蒸気を除去する装置 。 ２１、蒸発性の液体を付着した材料から前記蒸発性の液体を除去する乾燥炉装置 において、前記の循環ガスから凝縮性蒸気を除去する装置であって、請求の範囲 第１２項に記載の装置を含む装置を組合せて有する循環ガス乾燥炉を含むことを 特徴とする蒸発性の液体を除去する乾燥炉装置。