JPS6012084B2 - 気体分留装置 - Google Patents

気体分留装置

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JPS6012084B2
JPS6012084B2 JP57234895A JP23489582A JPS6012084B2 JP S6012084 B2 JPS6012084 B2 JP S6012084B2 JP 57234895 A JP57234895 A JP 57234895A JP 23489582 A JP23489582 A JP 23489582A JP S6012084 B2 JPS6012084 B2 JP S6012084B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は気体分留装置に関する。
乾燥剤を使用する乾燥装置は多年販売され、世界中で広
く使用されている。普通の形は、一つが再生される一方
、他が乾燥サイクルにある2個の乾燥剤ベッドによって
作られる。乾燥すべき気体は乾燥サイクルにおいて一方
向に一つの乾燥剤ベッドを通され、次に所定の時間をお
いて、流出気体の必要な低い水分の量が満たされない危
険が存在するほど多量の水分を乾燥剤が吸着したと思わ
れるとき、硫入気体は他のベッドに切り替えられ、使い
切ったベッドは加熱により、排気により、また通常逆流
においてパージ流出気体をそのベッドに通すことぬより
再生される。今日販売されている乾燥剤使用の乾燥装置
には一つの一般形式、すなわち乾燥サイクルが終ると使
い切った乾燥剤を再生させるために熱が加えられる加熱
再生型、および乾燥サイクルが終ると使い切った乾燥剤
を再生させるために熱が加えられず、乾燥気体のパージ
流、すなわち通常使い切ったベッドの再生を助けるため
に吸着の熱を保護する急速な循環によって、使い切った
ベッド‘こより低い圧力で通される乾燥サイクルのベッ
ドからの流出気体の使用に応答する非加熱乾燥機型があ
る。
しかし、乾燥される気体のライン圧力より低い圧力で再
生するためにパージ気体を使用するのは非加熱乾燥機に
限定されず、非加熱型が出現するまでは長年の間加熱再
生型乾燥剤乾燥機で使用された。いずれの型の乾燥機も
、吸着から再生そしてまた吸着へ戻るベッドの周期サイ
クルを要求する。
サイクル時間は使用システムにより固定でも可変でもよ
い。ある乾燥機は、通常持続時間の等しい固定時間の乾
燥サイクルと再生サイクルで作動するが、サイクルの長
さは入手できる乾燥剤の量および流入空気の水分含有量
により定められる。サイクルの時間は、流出気体の水分
含有量が常にシステムの要求に合致することを保証する
ために、許容時間よりはるかに短い時間に常に固定され
る。乾燥サイクルが進むにつれて、乾燥剤ベッドは入口
端から出口端に向って次第に多く飽和され、流入気体に
よってそこに選ばれる水分の吸着能力が次第に低下する
ようになる。流入気体からの水分除去は、気体の流量、
および吸着剤の水分吸着速度と水分含有量、ならびにベ
ッド内の気体の温度と圧力に左右される。乾燥剤による
吸着の速度は、乾燥剤に負担がかかるにつれて減少する
ことがある。流入気体の水分含有量はほとんど一定でな
いので、乾燥剤ベッドに対する強い要求は、あるときは
むしろ速やかに、またあるときはむしろ広い制限範囲内
で変わることがある。従って、固定時間乾燥サイクルは
流入気体の最大水分含有量で水分除去の安全な余裕を与
えるだけ常に短くなければならず、これは固定時間サイ
クルがいまいまむしろ短く、もちろんベッドの利用でき
る残りの水分容量があるレベルよりずっと低くなる前に
終わらなければならないことを意味する。もちろんこれ
は、平均サイクルにおいて、ベッドの水分容量が十分利
用されないことを意味する。更生するために加熱される
乾燥剤の寿命は、再生の頻度に大幅に左右される。乾燥
剤ベッドが一定数の再生には良好で、それ以上は駄目で
あるというのは経験的な見方である。明らかに、そのと
きベッドの有効寿命は、各乾燥サイクル中に水分容量が
有効に利用されないときはいつも不必要に短縮される。
さらに、加熱再生型および非加熱型のいずれの乾燥機で
も、各乾燥サイクル中に有効なべッド容量の完全な利用
が得られないことは、乾燥サイクルの固定時間中に流入
気体の水分を大量ではあるが時々吸着するのに必要な予
備容量を得るために、必要以上に大きな容量の乾燥剤ベ
ッドにしなければならないことを意味する。また水分容
量の利用が十分でないと、各サイクルでのパージ気体が
著しく浪費される。
パージ気体は使い切ったベッドを再生する目的で、流出
気体から常時抽出され、それに応じて流出量が減少され
る。ベッドが乾燥サイクルから再生サイクルに移るたび
に、ベッド容器の開容積に等しい容積のパージ気体が必
ずダンプされ、失われる。短いサイクルは、長いサイク
ルよりもダンプ損失が大きくなることを示す。こうした
損失は、サイクル数をはるかに多く必要とする非加熱乾
燥機の場合に特に著しい。
実際〜加熱再生型と非加熱型の乾燥機を選択する場合、
必要な再循環の回数によって決められることが多い。1
960年7月12日付の米国特許第2944627号に
おいてスカルストロームは、1957年7月23日付の
ワインクープの米国特許第2800197号および英国
特許第633137号ならびに第67715び号で何年
か前に説明されたものの改良を表わす意味の非加熱型乾
燥機の一種を説明している。
スカルストロ−ムは、それぞれのゾーンにおける吸着と
脱着との間の極めて高速な循環によって、脱着サイクル
は使い切った乾燥剤の再生のために吸着の熱を有効に利
用し得ることを示した。従ってスカルストロームは、使
用する吸着サイクルの時間が2〜3分を越えず、なるべ
く1分未満、できれば2現砂未満がよいと考えた。この
ようなサイクル時間はもちろん、同特許の第2図のグラ
フに示されるとおり3び分以上のワインクープのそれよ
り短く、または英国特許第633137号の5分〜30
分のサイクル時間よりも短い。英国特許第67715び
戦ま、吸着及び脱着サイクルが必ずしも等しい必要はな
いことを明らかにした。しかしスカルストロームの装置
の欠点は、各サイクルで失われるパージ気体の量が極め
て多いことであり、この損失は英国特許の5〜3ぴ分、
およびワインクーブの30分以上に比べて、例えば1明
@のサイクル時間で、はるかに大きい。もちろんスカル
ストロームのサイクルでは、乾燥剤ベッドの容量はほと
んど利用されず、乾燥剤の再生を生じるように熱が加え
られない場合は、吸着サイクルで一定の最小値を越える
吸着剤の水分含有量を運ぶことは重要でなくなり、すな
わち再生サイクルで吸着剤を再生することが現に不可能
となるであろう。流出気体の霧点を測定するために、乾
燥機は流出ライン内に水分検出器を備えている。
しかしその応答速度が遅く、低い露点に対する相対感度
が悪いために、かかる装置は露点または相対湿度の低い
流出物が所望されるとき、検出器が流出物中の水分を検
出するときまで前線がベッドを通過してしまうので、乾
燥機のサイクル動作を定めるのに使用されていないし、
また使用することができない。196乎王6月10日付
のシーバートおよびヴアーランドの米国特許第3448
561号は、ベッドの水分負荷が要求するときのみ乾燥
剤の再生を与えることによって乾燥剤ベッドの水分容量
をより良く利用し、その結果最適の使用効率を得る気体
分留および特に再生中に熱を加えたり加えないで気体を
乾燥する方法ならびに装置を与えている。
各吸着サイクル中、吸着剤ベッドは、熱を加えたり加え
なかったり、また減圧を適用したりしなかったりする利
用できる再生条件により再生が行われる制限水分容量に
される。これは、乾燥かれる気体の水分含有量によって
立証されるベッド内の水分前線の前進を検出し、前線が
ベッドから出ないベッド内の所定点に達したときいつも
乾燥サイクルを停止することによって可能となる。これ
は、乾燥される気体の水分含有量を検出する装置、およ
び乾燥される気体の所定の水分含有量がその則こ達する
ときいつも乾燥サイクルを停止させる水分含有量に応敷
する袋贋を、乾燥剤ベッドに備えることによって自動的
に行われる。流量、入口および出口の温度と圧力、なら
びに再生圧力を含む作動条件を検出して、このように検
出された作動条件から吸着剤ベッドを再生するパージ流
の所要量を計算し、サイクル時間を制御し、そして各サ
イクル時間の終わりに吸着剤ベッドを切り替えるように
プログラムされたマイクロプロセッサを乾燥機と組み合
わせて、非加熱型乾燥機の使用に伴う困難を回避するこ
とが最年提案された。
その原理は、サイクルの操業状態部分の間に吸着剤ベッ
ドの消耗の程度に合うように非操業状態の吸着剤ベッド
のパージ流および再生時間を調節することである。
次に操作状態サイクル時間は支障なく固定される。再生
中のパージ流の浪費がないので、ベッドがいよいよサイ
クルされても支障はない。サイクル時間の固定は、ベッ
ドの互換を実際に行う仕事に比べて4・さな問題である
各乾燥機ベッドの入口と出口における気体の流れは、再
生中の流れが吸着から通常反対方向にあるので、水分の
ような吸着される気体によって再生中に下流吸着剤が不
要に荷重されるのを避けるように、逆転したり交換され
ねばならない。恐しくたくさんな弁のアレイが切り替え
られ紬まならず、また1個の弁の故障は乾燥装置全体の
機能不良を招くことがある。電動式の弁が使用され、ま
た非加熱式乾燥機のようにサイクルが頻繁であると、ェ
ネルギのコストも高く、電気的故障または動力の故障あ
るいは低圧による機能不良が考えられる。サイクルが生
じるたびに、ベッド‘ま大気への排気によって減圧され
るが、これは騒々しいことがある。
またそれは吸着剤ベッドの凝回し、および吸着剤ベッド
粒子の崩壊と微粒化さえも生じることがある。
排気出口弁に消音または吸音装置を追加しても、システ
ムが高い吸着圧力で操作されるとき、ブラストを許容レ
ベルまで減少することに成功しなかった。本発明の装置
の特徴は、再生する前に吸着剤ベッドからの排気流を調
整したり制限したりして、騒音を減少させるだけではな
く、減圧の際にダンプ流量および吸着剤ベッドの蝿回し
ならびに摩耗を減少させる、ダンプ弁すなわち排気制御
弁である。
この弁は、排気弁を介して二つの吸着剤ベッド室の一つ
において気体圧力を受ける圧力受面を持ち、反応側に大
気圧を受ける圧力受面を持つコイルばね弁と、弁が閉じ
られるとき弁を通して気体を柚気し、これによって室か
らの排気流を調整したり制限する臨界オリフィスを含む
排気弁が大気圧に対して開くとき、室は作動圧力から大
気圧まで圧力を減少しながら再生状態になるので、合成
圧力差を受けるコイルばねは圧縮されて閉じられるが、
流れは臨界オリフィスを介して進むことができる。圧力
差は、ベッドを損傷する圧力より低くなるまで減少する
。ばねは徐々に開いて、圧力差が減少するにつれてコイ
ルに流れを与える。ダンプ制御弁の下流に消音器があり
、流れが大気に入る前にそれを拡散させる。またそれに
は吸音材料が含まれ、それによって騒音が減衰される。
吸音材料は入手できる任意なかかる材料でよい。本発明
の装置の好適実施例が付図について以下に詳しく説明さ
れる。
第1図の乾燥機は1対の乾燥タンク1および0を含んで
構成される。
これらのタンクは垂直に配置される。各タンクには、シ
リカゲルまたは活性ァルミナのような乾燥剤のベッド1
がある。またタンク1および0‘こは、タンクに乾燥剤
を出し入れする乾燥剤充填口8と乾燥剤排出口9がある
。各タンクの上部と下部には、タンク1および0にある
乾燥剤のベッド1を保持する、多孔金属円筒製の取り外
し可能な乾燥剤支持スクリーン25がある。これはベッ
ド1から乾燥剤支持スクリーン25を通って運び出され
ようとするいかなる乾燥剤粒子をも保持する働きをし、
それによって出口弁13,14および装置の残り部分に
このような粒子が存在しないように保たれる。入口ライ
ン6は、タンク1およびローこ対する流入気体の流れを
調節する入口弁10,11を含む分配マニホルド7に、
取り徐くべき水分を含有する流入気体を導く。
またマニホルド7には排気弁17,18、ダンプ弁19
およびパージ流を大気に排出する消音器20が含まれる
。ライン2,3および4,5は2個のタンクを上部と下
部でそれぞれ接続して、流入気体を入れ、タンクを通し
てから水分のない乾燥流出気体を、各タンクに出入する
パージ流および流出流を調節する出口弁13,14とパ
ージ流弁15,16を含む出口マニホルド12に送る。
出口マニホルド12から、乾燥気体流出送りライン26
が出て、乾燥流出気体がその供聯合を受ける装置に送ら
れる。
ライン26には、出口圧力計および湿度検出器が置かれ
るが、これらは髄意であり、省略することができる。弁
10,11の片方(他方は閉)は2本の入口ライン2お
よび3の片方に流入気体の流れを向け、ライン2,3の
中の片方は常に各タンク1,0の上部に流入気体を導き
、また排気弁17,18により(他の排気弁が閉じられ
る)ライン2,3の中の他方は再生流出気体のパージ流
を大気に出すためダンプ19と消音器201こ導く。
吸着サイクルの気体は各タンクを通る下降流によって進
行する。ライン4,5の中の片方は常に各タンク1,0
の下部から流出気体を導き、またライン4,5の中の他
方は弁10,11の位置により常に各タンク1,Dの下
部に再生のため流出気体のパージ流を導く。
出口弁13,14は、ライン4,5と出口ライン26と
の間にある差圧力によって開く板ばね負荷の逆止め弁で
ある。弁15,16は在来型の玉逆止め弁である。弁1
0,11,17および18はタイマー制御器によって作
動されるが、弁13,14,15,16は圧力作動され
、板ばね負荷された円板または玉はライン4,5にある
操業用順方向の流れの切替えおよび始動に開かれたり位
置を変えられ、板ばね弁13,14の他方および玉弁1
5,16はそのようなスイッチング時間でその弁座の方
に移動し、弁13または14は減圧で再生を受ける室に
至るラインを閉じ、従って主は流出流は出口ライン26
に向けられる一方、パージ流は玉逆止め弁15,16を
通って進み、その結果ライン4または5を介して室1ま
たは川こ進み、結局は逆方向すなわち上昇流になる。乾
燥機には4個のタイマ作動弁、すなわち入口弁10,1
1と排出弁17,18があるだけで、すべて入口マニホ
ルド7にある。
他のすべての弁は装置の差圧力により作動され、そして
入口マニホルド7を通り、弁10,11,17,18を
介して得られる気体流により自動的に作動される。各入
口弁10,11は、正常な流れ方向における入口空気圧
力差がタイマー組立体により作動されるソレノィド弁5
1,53の開閉位置に従ってそれぞれライン21,22
から加えられるタイマー制御された気体圧力がない場合
に弁を開く点で、半自動ポジティブ・フロー型もある。
各排気弁17,18は、正常な流れ方向の入口空気圧の
差がタイマー組立体により作動されるソレノィド弁52
,54の開閉位置に従ってそれぞれライン23,24か
ら加えられるタイマー制御された気体圧力がない場合に
弁を閉位置に保つ点で反対の半自動型である。このよう
にして、ライン21,22,23,24における気体圧
力の排気は、弁10,11を開かせかつ弁17,18を
閉じる。従って、パージ流のため弁10,11を閉じ、
弁17,18を開くのはタイマーが作動している時だけ
である。しかし、弁10,11の中の一つだけ、および
弁17,18の中の一つだけが任意の与えられた時間に
開く。第2図と第3図に最もよく見られるダンプ弁は、
第2図に示されたとおり上端で通じ、他端で入口マニホ
ルド7から消音器102に通じている通し通路101を
備えた管状ハウジング100を持つ。
消音器102には、管100の端とつながりそれと同け
こなっている中央通し管105からボウル103の底に
わたる入り組んだ通路104を持つボウル部分103が
あり、従ってそれは曲がって、ボウル103の上壁、管
100の外壁、および一端で管100‘こ取り付けられ
て外方に延びるバツフル107の間に定められ、次にシ
ールド108としてボウル103の上部に途中まで達す
るように曲げられる排気室106まで環状通路109と
して続く。管105、ボウル103、およびバッフル1
07の壁は例えば滋質ウールまたはガラス・フアイバの
非織物マット、あるいはポリウレタンやポリスチレン・
フオームのようなプラスチック・フオ−ム材料のような
防音材料110で袋打される。管105の上端と管10
0の下端との間には、例えば溶接、ろう付けまたははん
だ付けによって通路101と104につながる中央関口
112と共にそれに取り付けうれる保持板1 11があ
る。
開口112の周囲における板111の上面は、円錐コイ
ル押し‘よね115の一端の支持として働く棚113を
構成する。ばねは管100の長さの半分を少し越えるよ
うに、通路101を通って同0にわたる。ばねの最終コ
イルはオリフィス板116を支持し、コイルは板の円周
凹部117に捕えられる。オリフィス118は板を通っ
て伸びている。コイルばねおよびオリフィス板は共に可
変遮断弁を構成するが、これは通路101と通路104
との間で弁に加わる圧力差によって完全に伸びた開位置
と完全に圧縮された開位置との間で無限数の位置をとる
ばね115の上の通路101内の圧力が大気圧より大き
いとき、ある最小の圧力差で、通路104はシールド1
08とボウル103との間の出力通路111で大気に開
くので、コイルばね115はそれに加わる圧力差の大き
さ次第で、多かれ少なかれ圧縮され始める。圧力差が所
定の最小値を越えると、ばねは完全に圧縮され、ばねを
通る気体の流れに対する唯一の開口はオリフイス118
である。従ってオリフイス118は、弁が開位置の場合
でも、いつも小さな柚気流を許す。これは通路101内
の圧力を感じる。オリフィス118からの気体の除去に
より圧力差が減少するにつれて、押し‘よね115は徐
々に上方に伸び、そうするにつれて、そのコイル間隔が
開き、これも通路101と通路104との間の気体の流
れを許し、従って弁の上流側からの流量を増加するとと
もに気体のドレンを増加し、また気体圧力の減少速度を
増すとともに弁に加わる圧力差を減少する。従って弁は
速度を増加しながら開き続け、結局第2図に示される完
全関位直に達する。
【図面の簡単な説明】 第1図は固定サイクル・タイマーによってサイクルが制
御される本発明による2ベッド下降流非加熱式乾燥剤乾
燥機の一つの実施例の概略図であり、第2図は第1図の
乾燥機のダンプ弁組立体の縦断面の詳細図であり、第3
図は第2図の線3一3に沿って取られた第2図のダンプ
弁組立体の詳細な横断面図である。 1……ベッド、1,0……容器(タンク)、10,11
,13,14,15,17,18,19…・・・流れ制
御弁、51,53・…・・サイクル互換制御装置。 数1図 ※2図 災3凶

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 第2気体と一以上の第1気体との混合気体から、第
    1気体の濃度を第2気体中の第1気体の最大限定濃度以
    下に減少するに際し、第1気体に優先的な親和力のある
    吸着剤の二つのベツドの中の一つにその一端から他端に
    ベツドに接触して混合気体を通過し、第1気体をベツド
    に吸着し、前記最大濃度以下の第1気体を有する気体流
    出物を作り、かつ吸着が続くにつれて一端から他端まで
    次第に減少するベツドの第1気体の濃度こう配と、吸着
    剤能力が減少するにつれて一端から他端までベツド内を
    次第に進む濃度前線を定めるベツド内の第1気体の増加
    する濃度とを作る一方、ベツド上に吸着された第1気体
    を脱着するとともにベツド内の第1気体の濃度前線の進
    行を逆にするために吸着剤の二つの他方に流出する気体
    のパージ流を通し、吸着のもう一つのサイクル用に他の
    ベツドを再生し、そしてさらに交互に一つのベツドがサ
    イクルの再生部分にあり他のベツドが吸着部分にあるよ
    うにベツドを周期的に互換する気体分留装置であつて、
    コイルの側部によつて定められる側部を持つ中央開通路
    を含み、通路内に臨界オリフイスが置かれる円錐らせん
    コイル状ワイヤばねの形をした弁素子にして、ばねコイ
    ルの間を気体が流れ得る伸びた開位置と相互折りたたま
    れて接触するコイルにより圧縮された閉位置との間で排
    気圧力を受けて移動することができ、通路の側部を閉じ
    てその通路を通つて臨界オリフイスにすべての流れを通
    させる前記弁素子を含む排気流制御弁を有し、それによ
    つて減圧の開始時にオリフイスを介して気体を徐々に排
    出し、排気圧力の減少と共にばねを徐々に完全開位置に
    伸ばしコイルの間を通る流れを増加させて、排気流を調
    節し、限定し、減圧中の騒音、排気流量、吸着剤ベツド
    の撹乱及び摩砕を減ずることを特徴とする前記気体分留
    装置。
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