(57)【要約】【課題】液の流量の偏りを抑制する気液分配構造体と、この気液分配構造体を用いた高蒸留効率のコンパクトな熱交換型蒸留器と、気液接触面積を増大させ、高蒸留効率の構造を有する蒸留器とを提供する。【解決手段】本発明に係る気液分配構造体は、流下する液体と上昇する気体が接触するための気液接触流路と、前記気液接触流路に液体を溢流により供給する液体流路と、前記気液接触流路からの気体を排出する気体排出流路とを備える。本発明に係る蒸留器は、この気液分配構造体を並列したものである。なお、本発明に係る蒸留器は、高温側流路としての気液分配構造体と低温側流路としての気液分配構造体とを交互に並列してなるものでもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流下する液体と上昇する気体が接触するための気液接触流路と、
前記気液接触流路に液体を溢流により供給する液体流路と、
前記気液接触流路からの気体を排出する気体排出流路とを備える気液分配構造体。
【請求項２】
前記気体排出流路が、前記液体流路の上部又は下部に設けられる請求項１記載の気液分配構造体。
【請求項３】
前記液体流路、前記気体排出流路、前記気液接触流路の一種以上にフィンが設けられている請求項１又は２に記載の気液分配構造体。
【請求項４】
外形が直方体型である請求項１〜３のいずれかに記載の気液分配構造体。
【請求項５】
プレートフィン型熱交換器の層の一部に組み込まれて用いられる請求項１〜４のいずれかに記載の気液分配構造体。
【請求項６】
少なくとも１つの液体流路と、前記液体流路に隣接して設けられる少なくとも１つの気体排出流路と、前記液体流路及び前記気体排出流路の下部に設けられる気液接触流路とを備える気液分配構造体であって、
前記液体流路が、前記液体流路に導入された液体を所定量貯溜し、鉛直方向上向きに流出させる流路であり、前記液体が、前記液体流路内を満たして溢れ出た際、前記気液接触流路内に流れ落ちて、前記気液接触流路内を上昇してくる気体と接触させられる気液分配構造体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の気液分配構造体のうちから選ばれる少なくとも１種以上の気液分配構造体を複数組み合わせてなり、隣り合う前記気液分配構造体の気液接触流路が隣接する熱交換型の蒸留器。
【請求項８】
流下する液体と上昇する気体が接触するための気液接触流路と、
前記気液接触流路に液体を供給する液体流路と、
前記気液接触流路からの気体を排出する気体排出流路を備える気液分配構造体を複数有する蒸留器であって、
前記気液分配構造体が、前記液体流路が気体排出流路を挟んで両側に配される第１の気液分配構造体と、前記気体排出流路が液体流路を挟んで両側に配される第２の気液分配構造体とからなり、
前記第１の気液分配構造体の液体流路側と前記第２の気液分配構造体の気体排出流路側とが接している蒸留器。
【請求項９】
流下する液体と上昇する気体が接触するための気液接触流路と、
前記気液接触流路に液体を溢流により供給する液体流路と、
前記気液接触流路からの気体を排出する気体排出流路を備える気液分配構造体を複数有する蒸留器であって、
前記液体流路が気体排出流路を挟んで両側に配される低温型気液分配構造体と、
前記気体排出流路が液体流路を挟んで両側に配される高温型気液分配構造体とが隣接しており、前記低温型気液分配構造体の液体流路側と前記高温型気液分配構造体の気体排出流路側とが隣接している蒸留器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸留や分縮を効率よく行う気液分配構造体及び蒸留器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、蒸留や分縮を行う気液分配構造体及び蒸留器は公知となっている。例えば、下記特許文献１に、液体流路と気体排出流路とが隣接して設けられており、液体流路が、液体流路に導入された液体が液体流路内で均一に分配されるようにされた液体分配流路であることを特徴とする気液分配構造体が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−８９８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１のものは、プレートフィン熱交換器の層の一部に組み込まれた気液分配構造体であり、装置全体の構造の簡略化を達成したものではあるが、供給される液の流量が低下した場合、流路の幅方向で、液の流量に偏りが生じ、その結果、蒸留の効率が低下することがある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、液の流量の偏りを抑制する気液分配構造体と、この気液分配構造体を用いた高蒸留効率のコンパクトな熱交換型蒸留器と、気液接触面積を増大させ、高蒸留効率の構造を有する蒸留器とを提供することである。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００５】
本発明の気液分配構造体は、流下する液体と上昇する気体が接触するための気液接触流路と、前記気液接触流路に液体を溢流により供給する液体流路と、前記気液接触流路からの気体を排出する気体排出流路とを備えるものである。
上記構成により、供給される液の流量が低下した場合でも、流路の幅方向で液の流量に偏りが生じることがないので、蒸留の効率が低下することを抑制できる。
【０００６】
本発明の気液分配構造体は、前記気体排出流路が前記液体流路の上部又は下部に設けられることが好ましい。
上記構成により、プレートフィン熱交換器のスペースを効率的に利用できるので、コンパクトな気液分配構造体を提供できる。
【０００７】
本発明の気液分配構造体は、前記液体流路、前記気体排出流路、前記気液接触流路の一種以上にフィンが設けられていることが好ましい。
上記構成により、伝熱性が向上して熱交換効率が向上するとともに、蒸留効率も向上し、さらには上記各流路を形成する部材を補強できる。
【０００８】
本発明の気液分配構造体は、外形が直方体型であることが好ましい。また、本発明の気液分配構造体は、プレートフィン型熱交換器の層の一部に組み込まれて用いられることが好ましい。
上記構成により、本発明の気液分配構造体を層の一部に組み込んだプレートフィン型熱交換器を提供することができる。
【０００９】
本発明は、少なくとも１つの液体流路と、前記液体流路に隣接して設けられる少なくとも１つの気体排出流路と、前記液体流路及び前記気体排出流路の下部に設けられる気液接触流路とを備える気液分配構造体であって、前記液体流路が、前記液体流路に導入された液体を所定量貯溜し、鉛直方向上向きに流出させる流路であり、前記液体が、前記液体流路内を満たして溢れ出た際、前記気液接触流路内に流れ落ちて、前記気液接触流路内を上昇してくる気体と接触させられるものである。
上記構成により、偏流を抑制し、気体と液体との接触効率を向上させることができる。
【００１０】
本発明の熱交換型の蒸留器は、上述したいずれかの気液分配構造体のうちから選ばれる少なくとも１種以上の気液分配構造体を複数組み合わせてなり、隣り合う前記気液分配構造体の気液接触流路が隣接するものであることが好ましい。なお、熱交換型の蒸留器とは交互に高温側気液分配構造体と低温側気液分配構造体とを配置する蒸留器のことをいう。
上記構成により、熱交換効率を向上させた蒸留器を提供できる。
【００１１】
本発明は、流下する液体と上昇する気体が接触するための気液接触流路と、前記気液接触流路に液体を供給する液体流路と、前記気液接触流路からの気体を排出する気体排出流路を備える気液分配構造体を複数有する蒸留器であって、前記気液分配構造体が、前記液体流路が気体排出流路を挟んで両側に配される第１の気液分配構造体と、前記気体排出流路が液体流路を挟んで両側に配される第２の気液分配構造体とからなり、前記第１の気液分配構造体の液体流路側と前記第２の気液分配構造体の気体排出流路側とが接しているものである。
上記構成により、気液の接触面積を増大し、高い分離効率が得られ、かつコンパクトな構造の蒸留器を提供できる。
【００１２】
本発明は、流下する液体と上昇する気体が接触するための気液接触流路と、前記気液接触流路に液体を溢流により供給する液体流路と、前記気液接触流路からの気体を排出する気体排出流路を備える気液分配構造体を複数有する蒸留器であって、前記液体流路が気体排出流路を挟んで両側に配される低温型気液分配構造体と、前記気体排出流路が液体流路を挟んで両側に配される高温型気液分配構造体とが隣接しており、前記低温型気液分配構造体の液体流路側と前記高温型気液分配構造体の気体排出流路側とが隣接しているものである。
上記構成により、気液の接触面積を増大し、高い分離効率が得られ、かつコンパクトな構造の蒸留器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る気液分配構造体の上部断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のII−II矢視断面図である。なお、図１（ａ）においては、フィンを省略して示している。
【００１４】
図１に示すように、第１実施形態に係る気液分配構造体１０は、外形が直方体型であり、流下する液体（図１における黒矢印）と上昇する気体（図１における白抜き矢印）が接触するための気液接触流路２１と、気液接触流路２１からの気体を排出する気体排出流路２２と、気液接触流路２１に液体を溢流により供給する液体流路２３と、液体が流下する液体下流路２４とを備える。気体排出流路２２は、液体流路２３の下部に空間２５を介して設けられている。また、気体排出流路２２及び液体流路２３は、気液分配構造体１０内部において、地面に対し垂直に且つ側板１と所定間隔をあけて近設された仕切り板２を介して、液体下流路２４と隣接して設けられている。また、気液接触流路２１は、気体排出流路２２及び液体下流路２４の下部に設けられている。
【００１５】
気液接触流路２１は、仕切り板２と平行に設けられた仕切り板４ａ、４ｂ、及び仕切り板２の側端面と垂直に設けられた側板９ａ、９ｂに囲まれてなる空間である。この気液接触流路２１には、図１（ｂ）（ｃ）に示すように、フィン２１ａが上下方向に気体や液体が流れるように設けられている。フィン２１ａとしては、その種類は特に限定されず、例えばストレートフィン、セレートフィン、パーフォレートフィン等を用いることができる。以下に示す各フィンにおいても同様である。
【００１６】
気体排出流路２２は、仕切り板２、４ｂと、地面に対し水平な状態で仕切り板２、４ｂに挟持されるように固定された板部材３ｂと、側板９ａとに囲まれてなる空間である。気体排出流路２２の気体排出口２２ｅの外部には、気体が排出される気体排出用ヘッダー６が設けられ、その先端に気体排出用ノズル８が設けられている。この気体排出流路２２には、例えば、図１（ｃ）に示すように、気体が水平方向に流されるフィン２２ａと、気体が気液分配構造体１０の右斜め上方向に流されるフィン２２ｂとが設けられている。これらフィン２２ａ、２２ｂは境界２２ｃの部分で接しており、気体が連続して流れていくように形成されている。また、フィン２２ｂとフィン２１ａとは、境界２２ｄの部分で接しているか、又は例えば１ｍｍ程度の隙間を有して、フィン２１ａからフィン２２ｂに気体が連続して流れていくように形成されている。
【００１７】
液体流路２３は、仕切り板２、４ｂと、仕切り板２、４ｂに地面に対し水平な状態で挟持されるように固定され、板部材３ｂの上部に設けられた板部材３ａと、側板９ａと、仕切り板４ａ、４ｂ及び側板９ａ、９ｂの上端部に設けられた側板１とに囲まれてなる空間である。液体流路２３の液体供給口２３ｆ外部には、液体が供給される液体供給用ヘッダー５が設けられ、その先端に液体供給用ノズル７が設けられている。この液体流路２３には、例えば、図１（ｃ）に示すように、液体が水平方向に流されるフィン２３ａと、液体が気液分配構造体１０の左斜め上方向に流されるフィン２３ｂと、液体の流れに抵抗をつけて水平方向への拡がりを促進するいわゆるハードウェイ型のフィン２３ｃとが設けられている。フィン２３ａ、２３ｂは、境界２３ｄの部分で接しており、液体が連続して流れていくように形成されている。フィン２３ｃは、フィン２３ｂと境界２３ｅの部分で接しているか、又は例えば１ｍｍ程度の隙間を有して、フィン２３ｂからの液体がフィン２３ｃに連続して流れていくように形成されている。なお、図示しないが、フィン２３ｃは、フィンの向きを上下方向としたいわゆるイージーウェイ型のものでもよい。
【００１８】
液体下流路２４は、仕切り板２、４ａと、側板９ａ、９ｂと、側板１とに囲まれてなる空間であり、上部において液体流路２３と、下部において気液接触流路２１と連続した空間となっている。液体下流路２４は、例えば、図１（ｂ）に示すように、上下方向のフィン２４ａと、液体の流れに抵抗をつけて水平方向への拡がりを促進するいわゆるハードウェイ型のフィン２４ｂとが設けられている。フィン２４ａ、２４ｂは、境界２４ｃの部分で接しているか、又は例えば１ｍｍ程度の隙間を有して、液体が連続して流れていくように形成されている。また、フィン２４ｂとフィン２１ａとは、境界２４ｄの部分で接しているか、又は例えば１ｍｍ程度の隙間を有して、フィン２４ｂからフィン２１ａに液体が連続して流れていくように形成されている。なお、フィン２４ｂは上下方向のフィンでもよい。
【００１９】
空間２５は、仕切り板２と板部材３ａ、３ｂと仕切り板４ｂと、側板９ａ、９ｂとに囲まれてなる閉鎖された空間であり、流体が入り込まないものである。なお、液体供給用ヘッダー５及び気体排出用ヘッダー６の溶接作業に支障をきたさぬよう、液体供給用ヘッダー５、気体排出用ヘッダー６間には所定間隔が設けられる必要があり、そのために空間２５が設けられている。この空間２５の内部には強度をあげるために通常はフィン２５ａが設けられている。
【００２０】
次に、気液分配構造体１０の作用について説明する。まず、液体供給用ノズル７へ供給された液体が液体供給用ヘッダー５へと供給され、フィン２３ａ、２３ｂ、２３ｃを備える液体流路２３において貯溜される。貯溜された液体の上限が仕切り板２の高さを超えると、供給された液体が水平方向への拡がりを促進しつつ溢れ出し、この液体はフィン２４ａ、２４ｂを備える液体下流路２４へと流下する。その後、流下した液体は、気液分配構造体１０の下方からフィン２１ａを備えた気液接触流路２１を上昇してくる気体と接触し、蒸留を行う。一方、気体は、液体で満たされた液体下流路２４に入ることはできないので、フィン２２ａ、２２ｂを備える気体排出流路２２内を上昇し、気体排出用ヘッダー６を介して気体排出用ノズル８から排出される。
【００２１】
このような構成にすることにより、供給される液の流量が低下した場合でも、流路の幅方向で液の流量に偏りが生じることがないので、蒸留の効率が低下することを抑制できる。また、気体と液体との接触効率がよくなるので、熱交換効率を向上できる。また、各フィンにより、伝熱性が向上して熱交換効率が向上するとともに、上記各流路を形成する部材を補強できる。
【００２２】
なお、上記第１実施形態の気液分配構造体における仕切り板２は、上部が側板１と離設されていたが、図２に示すように、上部に孔を有する仕切り板１２として、その上部を側板１と接合して設けてもよい。また、この仕切り板１２は、その上部が側板１と隙間をあけて設けられるものでもよい。以下に示す実施形態や変形例においても同様である。
【００２３】
次に、本発明の第２実施形態に係る気液分配構造体について説明する。図３（ａ）は本発明の第２実施形態に係る気液分配構造体の上部断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のIII−III矢視断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のIV−IV矢視断面図である。なお、図３（ａ）においては、フィンを省略して示している。また、以降の各実施形態の説明では第１実施形態と同様の部分は説明を省略することがある。
【００２４】
図３に示すように、第２実施形態に係る気液分配構造体２０は、外形が直方体型であり、流下する液体（図３における黒矢印）と上昇する気体（図３における白抜き矢印）が接触するための気液接触流路２１と、気液接触流路２１からの気体を排出する気体排出流路２６と、液体が流下する液体下流路２７と、気液接触流路２１に液体を溢流により供給する液体流路２９とを備える。気体排出流路２６は、液体流路２９及び液体下流路２７の上部に設けられている。また、液体流路２９は、気液分配構造体２０内部において、地面に対し垂直に且つ側板１と所定間隔をあけて近設された仕切り板２を介して、液体下流路２７と隣接して設けられている。また、気液接触流路２１は、液体流路２９及び液体下流路２７の下部に設けられている。
【００２５】
気体排出流路２６は、仕切り板４ａ、４ｂと、側板１、９ａとに囲まれてなる空間である。この気体排出流路２６の気体排出口２６ｅの外部には、気体が排出される気体排出用ヘッダー６が設けられ、その先端に気体排出用ノズル８が設けられている。この気体排出流路２６には、図３（ｂ）に示すように、気体が水平方向に流されるフィン２６ａと、気体が気液分配構造体２０の右斜め上方向に流されるフィン２６ｂとが設けられている。これらフィン２６ａ、２６ｂは境界２６ｃの部分で接しており、気体が連続して流れていくように形成されている。
【００２６】
液体下流路２７は、仕切り板２、４ａと、側板９ａ、９ｂとに囲まれてなる空間であり、上部において液体流路２９及び気体排出流路２６と、下部において気液接触流路２１と連続した空間となっている。この液体下流路２７は、図３（ｂ）に示すように、上下方向のフィン２７ａが設けられている。なお、液体下流路２７の上部に気体排出流路２６が設けられているので、この液体下流路２７の流路を下方から上昇してきた気体が通過できるものである。
【００２７】
液体流路２９は、仕切り板２、４ｂと、仕切り板２の下端部と仕切り板４ｂとの間に地面に対し水平な状態で挟持されるように固定された板部材２８ａと、仕切り板４ｂに地面に対し水平な状態で固定され、仕切り板２上端部から離設された板部材２８ｂと、側板９ａ、９ｂとに囲まれてなる空間である。この液体流路２９の液体供給口２９ｆ外部には、液体が供給される液体供給用ヘッダー５が設けられ、その先端に液体供給用ノズル７が設けられている。この液体流路２９には、例えば、図３（ｃ）に示すように、液体が水平方向に流されるフィン２９ａと、液体が気液分配構造体２０の左斜め上方向に流されるフィン２９ｂと、液体の流れに抵抗をつけて水平方向への拡がりを促進するいわゆるハードウェイ型のフィン２９ｃとが設けられている。フィン２９ａ、２９ｂは、境界２９ｄの部分で接しており、液体が連続して流れていくように形成されている。フィン２９ｃは、フィン２９ｂと境界２９ｅの部分で接しているか、又は例えば１ｍｍ程度の隙間を有して、フィン２９ｂからの液体がフィン２９ｃに連続して流れていくように形成されている。なお、図示しないが、フィン２９ｃは、フィンの向きを上下方向としたいわゆるイージーウェイ型のものでもよい。
【００２８】
次に、気液分配構造体２０の作用について説明する。まず、液体供給用ノズル７へ供給された液体が液体供給用ヘッダー５へと供給され、フィン２９ａ、２９ｂを備える液体流路２９において貯溜される。貯溜された液体の上限が仕切り板２の高さを超えると、供給された液体が水平方向への拡がりを促進しつつ溢れ出し、この液体はフィン２７ａを備える液体下流路２７へと流下する。その後、流下した液体は、気液分配構造体２０の下方からフィン２１ａを備えた気液接触流路２１を上昇してくる気体と接触し、蒸留を行う。一方、気体は、液体で満たされた液体流路２９に入ることはできないが、気体排出流路２６が液体下流路２７の上部に設けられているため、液体下流路２７の流路内を上昇し、気体排出流路２６内に入って、気体排出用ヘッダー６を介して気体排出用ノズル８から排出される。
【００２９】
このような構成にすることにより、第１実施形態の気液分配構造体１０と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
次に、本発明の第３実施形態に係る気液分配構造体について説明する。図４（ａ）は本発明の第３実施形態に係る気液分配構造体の上部断面図、図４（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図の変形例である。なお、図４（ａ）においては、フィンを省略して示している。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、第３実施形態に係る気液分配構造体３０は、外形が直方体型であり、流下する液体（図４（ａ）における黒矢印）と上昇する気体（図４（ａ）における白抜き矢印）が接触するための気液接触流路２１と、気液接触流路２１からの気体を排出する気体排出流路３２と、気液接触流路２１に液体を溢流により供給する液体流路３３と、液体が流下する液体下流路２４、３１とを備える。気体排出流路３２は、液体流路３３の下部に空間３５を介して設けられている。また、気体排出流路３２及び液体流路３３は、気液分配構造体３０内部において、地面に対し垂直に且つ側板１と所定間隔をあけて近設された仕切り板２、３４を介して、液体下流路２４、３１に挟まれた状態で設けられている。また、気液接触流路２１は、気体排出流路３２及び液体下流路２４、３１の下部に設けられている。
【００３２】
気体排出流路３２は、仕切り板２、３４と、地面に対し水平な状態で仕切り板２、３４に挟持されるように固定された板部材３ｂと、側板９ａとに囲まれてなる空間である。なお、フィン、気体排出用ヘッダー及び気体排出用ノズルの構成は図１（ｃ）に示す気体排出流路２２と同様である。
【００３３】
液体流路３３は、仕切り板２、３４と、地面に対し水平な状態で仕切り板２、３４に挟持されるように固定され、板部材３ｂの上部に設けられた板部材３ａと、側板９ａと、仕切り板４ａ、４ｂ及び側板９ａ、９ｂの上端部に設けられた側板１とに囲まれてなる空間である。なお、フィン、液体供給用ヘッダー及び液体供給用ノズルの構成は図１（ｃ）に示す液体流路２３と同様である。
【００３４】
液体下流路３１は、仕切り板４ｂ、３４と、側板９ａ、９ｂ（図示せず）と、側板１とに囲まれてなる空間であり、上部において液体流路３３と、下部において気液接触流路２１と連続した空間となっている。なお、ここでは、図４（ｂ）に示すように、液体下流路２４、３１に液体を均等に分配するために、フィン２４ａ上端部をハードウェイ型のフィン２４ｅとして、フィン２４ａとフィン２４ｅとが境界２４ｆの部分で接するものであってもよい。
【００３５】
空間３５は、仕切り板２、３４と、板部材３ａ、３ｂと、側板９ａ、９ｂとに囲まれてなる閉鎖された空間であり、流体が入り込まないものである。上述した空間２５と同様の理由で設けられており、図示しないが、この空間３５の内部には強度をあげるために空間２５と同様のフィンが設けられている。
【００３６】
次に、気液分配構造体３０の作用について説明する。まず、液体供給用ノズル７へ供給された液体が液体供給用ヘッダー５へと供給され、フィン２３ａ、２３ｂ、２３ｃを備える液体流路２３において貯溜される（同構成である図１（ｃ）参照）。貯溜された液体の上限が仕切り板２、３４の高さを超えると、供給された液体が水平方向への拡がりを促進しつつ溢れ出し、この液体はフィン２４ａ、２４ｂを備える液体下流路２４及びフィン２４ａ、２４ｂと同様のフィンを有する液体下流路３１へと流下する。その後、流下した液体は、気液分配構造体３０の下方からフィン２１ａを備えた気液接触流路２１を上昇してくる気体と接触し、蒸留を行う。一方、気体は、液体で満たされた液体下流路２４、３１に入ることはできないので、フィン２２ａ、２２ｂを備える気体排出流路２２内を上昇し、気体排出用ヘッダー６を介して気体排出用ノズル８から排出される（同構成である図１（ｃ）参照）。
【００３７】
このような構成にすることにより、上記各実施形態の気液分配構造体と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
次に、本発明の第４実施形態に係る気液分配構造体について説明する。図５（ａ）は本発明の第４実施形態に係る気液分配構造体の上部断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の気液分配構造体の斜視図であって、液体供給及び気体排出側を示す図である。なお、図５（ａ）においては、フィンを省略して示している。
【００３９】
図５に示すように、気液分配構造体４０は、外形が直方体型であり、流下する液体（図５における黒矢印）と上昇する気体（図５における白抜き矢印）が接触するための気液接触流路２１と、気液接触流路２１からの気体を排出する気体排出流路２２、４２と、気液接触流路２１に液体を溢流により供給する液体流路２３、４３と、液体が流下する液体下流路４４とを備える。気体排出流路２２、４２は、液体流路２３、４３それぞれの下部に空間２５、４５をそれぞれ介して設けられている。また、気体排出流路２２、４２及び液体流路２３、４３は、気液分配構造体４０内部において、地面に対し垂直に且つ側板１と所定間隔をあけて近設された仕切り板２、４１を介して、液体下流路４４を挟みこむ状態で設けられている。また、気液接触流路２１は、気体排出流路２２、４２及び液体下流路４４の下部に設けられている。
【００４０】
気体排出流路４２は、図１における気体排出流路２２と同構成であり、仕切り板４１と、地面に対し水平な状態で仕切り板４ａ、４１に挟持されるように固定された板部材４６ｂと、側板９ａ（図示せず）とに囲まれてなる空間である。なお、フィンの構成は図１（ｃ）に示す気体排出流路２２と同様である。図５（ｂ）に示す気体排出用ヘッダー４７は、筒を軸方向に半分にした形状のものであって、気体排出流路２２、４２の各気体排出口（図示しないが、図１（ｃ）の２２ｅと同様のもの）を覆うように取り付けられ、この気体排出口からの気体を集約することができるものである。図５（ｂ）に示す気体排出用ノズル４８は、気体排出用ヘッダー４７の曲面の軸方向中央部でその内部と連通するように設けられている。
【００４１】
液体流路４３は、図１における液体流路２３と同構成であり、仕切り板４ａ、４１と、地面に対し水平な状態で仕切り板４ａ、４１に挟持されるように固定され、板部材４６ｂの上部に設けられた板部材４６ａと、側板９ａ（図示せず）と、仕切り板４ａ、４ｂ及び側板９ａ、９ｂの上端部に設けられた側板１とに囲まれてなる空間である。なお、フィンの構成は図１（ｃ）に示す液体流路２３と同様である。図５（ｂ）に示す液体供給用ヘッダー４９は、筒を軸方向に半分にした形状のものであって、液体流路２３、４３の各液体供給口（図示しないが、図１（ｃ）の２３ｆと同様のもの）を覆うように取り付けられ、この液体供給口へ液体を均一に分配供給することができるものである。図５（ｂ）に示す液体供給用ノズル５０は、液体供給用ヘッダー４９の曲面の軸方向中央部でその内部と連通するように設けられている。
【００４２】
液体下流路４４は、仕切り板２、４１と、側板９ａ、９ｂ（図示せず）と、側板１とに囲まれてなる空間であり、上部において液体流路２３、４３と、下部において気液接触流路２１と連続した空間となっている。
【００４３】
空間４５は、仕切り板４ａ、４１と、板部材４６ａ、４６ｂと、側板９ａ、９ｂ（図示せず）とに囲まれてなる閉鎖された空間であり、流体が入り込まないものである。上述した空間２５と同様の理由で設けられており、図示しないが、この空間４５の内部には強度をあげるために空間２５と同様のフィンが設けられている。
【００４４】
次に、気液分配構造体４０の作用について説明する。まず、液体供給用ノズル５０へ供給された液体が液体供給用ヘッダー４９へと供給され、フィン２３ａ、２３ｂ、２３ｃを備える液体流路２３（図１（ｃ）のものと同様の構成）及びフィン２３ａ、２３ｂ、２３ｃと同様のフィンを備える液体流路４３において貯溜される。貯溜された液体の上限が仕切り板２、４１の高さを超えると、供給された液体が水平方向への拡がりを促進しつつ溢れ出し、この液体は図１（ｂ）に示すフィン２４ａ、２４ｂと同様のフィンを備える液体下流路４４へと流下する。その後、流下した液体は、気液分配構造体４０の下方からフィン２１ａを備えた気液接触流路２１を上昇してくる気体と接触し、蒸留を行う。一方、気体は、液体で満たされた液体下流路４４に入ることはできないので、気体排出流路２２、４２内を上昇し、気体排出流路２２、４２から排出された気体を集約する気体排出用ヘッダー４７を介して気体排出用ノズル４８から排出される。
【００４５】
このような構成にすることにより、上記各実施形態の気液分配構造体と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
次に、本発明の実施形態に係る蒸留器について説明する。図６は、本発明の実施形態に係る蒸留器の一部の斜視図である。図７は、図６の蒸留器の液体供給用ノズル及び液体供給用ヘッダー、気体排出用ノズル及び気体排出用ヘッダーを取り外した際の斜視図である。
【００４７】
蒸留器６０は、気液分配構造体１０ａ、１０ｂを交互に並設し、隣接する流路間で各仕切り板を介して熱交換を行うものである。なお、液体供給口及び気体排出口が気液分配構造体１０ａ、１０ｂとで逆側方向となるように設けられている。また、気液分配構造体１０ａは、液体供給用ノズル、液体供給用ヘッダー、気体排出用ノズル及び気体排出用ヘッダー以外は図１に示す第１実施形態に係る気液分配構造体１０と同構成である。また、気液分配構造体１０ｂにおいても同様である。
【００４８】
各気液分配構造体１０ａは、図７に示すそれぞれの液体供給口６３を覆うように、筒を軸方向に半分にした形状の液体供給用ヘッダー６１が取り付けられ、液体供給用ノズル６２が、液体供給用ヘッダー６１の曲面の軸方向中央部でその内部と連通するように設けられている。また、各気液分配構造体１０ａは、図７に示すそれぞれの気体排出口６４を覆うように、筒を軸方向に半分にした形状の気体排出用ヘッダー６５が取り付けられ、気体排出用ノズル６６が、気体排出用ヘッダー６５の曲面の軸方向中央部でその内部と連通するように設けられている。
【００４９】
各気液分配構造体１０ｂにおいては、各気液分配構造体１０ａの液体供給側と逆側に、各気液分配構造体１０ｂの液体供給口を覆う液体供給用ヘッダー６１、液体供給用ノズル６２、各気液分配構造体１０ｂの気体排出口を覆う気体排出用ヘッダー６５及び気体排出用ノズル６６と同構成の液体供給用ヘッダー６７、液体供給用ノズル（図示せず）、気体排出用ヘッダー６８及び気体排出用ノズル（図示せず）を備える。
【００５０】
次に、蒸留器６０の作用について説明する。例えば、気液分配構造体１０ａを高温側流路、気液分配構造体１０ｂを低温側流路とすると、気液分配構造体１０ａと気液分配構造体１０ｂとの間で熱交換が行われ、かつ、気液分配構造体１０ａ及び気液分配構造体１０ｂそれぞれの流路内で蒸留が行われる。
【００５１】
上記構成により、液の流量の偏りを抑制し、気液の接触効率が向上し、これによって高い蒸留効率が得られ、かつ、装置全体の構造が簡略化された蒸留器を提供できる。
【００５２】
なお、蒸留器６０においては、気液分配構造体１０を用いたが、これに限らず、上記実施形態の気液分配構造体を複数組み合わせる等して、蒸留器６０と同様の効果が得られる蒸留器としてもよい。
【００５３】
次に、本発明の別実施形態に係る蒸留器について説明する。図８は、本発明の実施形態に係る蒸留器の一部の斜視図である。図９は、図８の蒸留器の液体供給用ノズル及び液体供給用ヘッダー、気体排出用ノズル及び気体排出用ヘッダーを取り外した際の斜視図である。図１０（ａ）は図８の蒸留器に用いられる低温側の気液分配構造体の断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のVI−VI矢視断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のVII−VII矢視断面図である。図１１は、図８の蒸留器に用いられる高温側の気液分配構造体の断面図である。
【００５４】
蒸留器８０は、気液分配構造体１００、１１０を交互に並設し、隣接する流路間で各仕切り板を介して熱交換を行うものである。なお、図示しないが、液体供給口及び気体排出口が気液分配構造体１００と気液分配構造体１１０とで逆側方向となるように設けられている。
【００５５】
各気液分配構造体１００は、図９に示すそれぞれの液体供給口１０３ｇ、１０４ｇを覆うように、筒を軸方向に半分にした形状の液体供給用ヘッダー８１が取り付けられ、液体供給用ノズル８２が、液体供給用ヘッダー８１の曲面の軸方向中央部でその内部と連通するように設けられている。また、各気液分配構造体１００は、図９に示すそれぞれの気体排出口１０１ｆを覆うように、筒を軸方向に半分にした形状の気体排出用ヘッダー８３が取り付けられ、気体排出用ノズル８４が、気体排出用ヘッダー８３の曲面の軸方向中央部でその内部と連通するように設けられている。
【００５６】
各気液分配構造体１１０においては、各気液分配構造体１００の液体供給側と逆側に、各気液分配構造体１１０の液体供給口を覆う液体供給用ヘッダー８１、液体供給用ノズル８２、各気液分配構造体１１０の気体排出口を覆う気体排出用ヘッダー８３及び気体排出用ノズル８４と同構成の液体供給用ヘッダー８５、液体供給用ノズル（図示せず）、気体排出用ヘッダー８６及び気体排出用ノズル（図示せず）を備える。
【００５７】
気液分配構造体１００は、外形が直方体型であり、流下する液体（図１０における黒矢印）と上昇する気体（図１０における白抜き矢印）が接触するための気液接触流路２１と、気体を排出する気体排出流路１０１と、気液接触流路２１から気体排出流路１０１に気体を上昇通過させる気体上昇流路１０２と、気液接触流路２１に液体を供給する液体流路１０３、１０４とを備える。気体上昇流路１０２は、気液分配構造体１００内部において、地面に対し垂直に、所定間隔を有して設けられている仕切り板１０５、１０６を介して、液体流路１０３、１０４に挟まれた状態で設けられている。また、気体上昇流路１０２及び液体流路１０３、１０４の上部に気体排出流路１０１は配設され、下部に気液接触流路２１が配設されている。
【００５８】
気体排出流路１０１は、仕切り板４ａ、４ｂと、側板１、９ａと、仕切り板４ａ、１０５の上端部に地面に対し水平な状態で固定された板部材１０７と、仕切り板４ｂ、１０６の上端部に地面に対し水平な状態で固定された板部材１０８とに囲まれてなる空間である。この気体排出流路１０１には、例えば、図１０（ｂ）に示すように、気体が水平方向に流されるフィン１０１ａと、気体が気液分配構造体１００の右斜め上方向に流されるフィン１０１ｂと、気体が上下方向に流されるフィン１０１ｃとが設けられている。フィン１０１ａ、１０１ｂは境界１０１ｄの部分で、フィン１０１ｂ、１０１ｃは境界１０１ｅの部分で接しているか、または隙間が少し設けられて、それぞれの境界部分で気体が連続して流れていくように形成されている。
【００５９】
気体上昇流路１０２は、仕切り板１０５、１０６と、側板９ａ、９ｂとに囲まれてなる空間である。この気体上昇流路１０２には、気体が上下方向に流されるフィン１０２ａが設けられ、境界１０２ｂでフィン１０１ｃと、境界１０２ｃでフィン２１ａとそれぞれ接しているか、または隙間が少し設けられて、それぞれの境界部分で気体が連続して流れていくように形成されている。
【００６０】
液体流路１０３は、仕切り板４ａ、１０５と、板部材１０７と、側板９ａ、９ｂとに囲まれてなる空間である。この液体流路１０３には、例えば、図１０（ｃ）に示すように、液体が水平方向に流されるフィン１０３ａと、液体が気液分配構造体１００の左斜め下方向に流されるフィン１０３ｂと、ハードウェイ型のフィン１０３ｃとが設けられている。フィン１０３ａ、１０３ｂは境界１０３ｄの部分で、フィン１０３ｂ、１０３ｃは境界１０３ｅの部分で、フィン２１ａ、１０３ｃは境界１０３ｆの部分で接しているか、または隙間が少し設けられて、それぞれの境界部分で液体が連続して流れていくように形成されている。
【００６１】
液体流路１０４は、仕切り板４ｂ、１０６と、板部材１０８と、側板９ａ、９ｂとに囲まれてなる空間である。この液体流路１０４には、液体流路１０３と同構成のフィンが設けられている。
【００６２】
気液分配構造体１１０は、図１１に示すように、外形が直方体型であり、流下する液体（図１１における黒矢印）と上昇する気体（図１１における白抜き矢印）が接触するための気液接触流路２１と、気体を排出する気体排出流路１１１と、気液接触流路２１から気体排出流路１１１に気体を上昇通過させる気体上昇流路１１２、１１３と、気液接触流路２１に液体を供給する液体流路１１４とを備える。液体流路１１４は、気液分配構造体１１０内部において、地面に対し垂直に、所定間隔を有して設けられている仕切り板１１５、１１６を介して、気体上昇流路１１２、１１３に挟まれた状態で設けられている。また、気体上昇流路１１２、１１３及び液体流路１１４の上部に気体排出流路１１１が配設され、下部に気液接触流路２１が配設されている。なお、図１１におけるVIII−VIII矢視断面の構成は図１０（ｂ）と同様であり、IX−IX矢視断面の構成は図１０（ｃ）と同様である。
【００６３】
気体排出流路１１１は、仕切り板４ａ、４ｂと、側板１と、側板９ａ（図示せず）と、仕切り板１１５、１１６の上端部に地面に対し水平な状態で固定された板部材１１７とに囲まれてなる空間である。この気体排出流路１１１は、図１０における気体排出流路１０１と同構成のフィンを有する。
【００６４】
気体上昇流路１１２は、仕切り板４ａ、１１５と、側板９ａ、９ｂ（図示せず）とに囲まれてなる空間である。この気体上昇流路１１２は、図１０における気体上昇流路１０２と同構成のフィンを有する。
【００６５】
気体上昇流路１１３は、仕切り板４ｂ、１１６と、側板９ａ、９ｂ（図示せず）とに囲まれてなる空間である。この気体上昇流路１１３は、気体上昇流路１１２と同構成のフィンを有する。
【００６６】
液体流路１１４は、仕切り板１１５、１１６と、板部材１１７と、側板９ａ、９ｂとに囲まれてなる空間である。この液体流路１１４には、図１０における液体流路１０４と同構成のフィンが設けられている。
【００６７】
次に、蒸留器８０の作用について説明する。気液分配構造体１００は低温側流路、気液分配構造体１１０は高温側流路であるので、気液分配構造体１００は、隣接する気液分配構造体１１０により、その仕切り板が加熱される。ここで、気液分配構造体１００内において、気液分配構造体１００の気液接触流路に隣接する気液分配構造体１１０側の仕切り板に沿って流下するように液体を供給すると、気液分配構造体１００の仕切り板壁面において液体は流下しながら沸騰してその一部が蒸発し、気体となって気液分配構造体１００の仕切り板壁面から離れて流路を上昇する。その際に流下する液体の表面を乱し、また微少な液滴を同伴するので、流下する液体の表面積、言い換えれば気液の接触面積は増大される。
一方、気液分配構造体１１０では、隣接する気液分配構造体１００により、仕切り板が冷却される。ここで、気液分配構造体１１０内において、液体流路１１４から液体を気液接触流路２１に供給する。気液接触流路２１を上昇する気体は仕切り板４ａ、４ｂにより一部が凝縮し、仕切り板４ａ、４ｂの内側表面に沿って液膜を形成しながら気液接触流路２１を流下する。その結果として、気液接触流路２１における液体の表面積、言い換えれば気液の接触面積は増大される。
【００６８】
上記構成により、気液の接触効率が向上し、これによって高い蒸留効率が得られ、かつ、装置全体の構造が簡略化された蒸留器を提供できる。
【００６９】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る気液分配構造体の上部断面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のII−II矢視断面図である。
【図２】仕切り板２の変形例を示す図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２実施形態に係る気液分配構造体の上部断面図、（ｂ）は（ａ）のIII−III矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のIV−IV矢視断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の第３実施形態に係る気液分配構造体の上部断面図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る気液分配構造体の上部断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る蒸留器の一部の斜視図である。
【図７】図６の蒸留器の液体供給用ノズル及び液体供給用ヘッダー、気体排出用ノズル及び気体排出用ヘッダーを取り外した際の斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係る蒸留器の一部の斜視図である。
【図９】図８の蒸留器の液体供給用ノズル及び液体供給用ヘッダー、気体排出用ノズル及び気体排出用ヘッダーを取り外した際の斜視図である。
【図１０】（ａ）は図８の蒸留器に用いられる低温側の気液分配構造体の断面図、（ｂ）は（ａ）のVI−VI矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のVII−VII矢視断面図である。
【図１１】図８の蒸留器に用いられる高温側の気液分配構造体の断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
５、４９、６１、６７、８１、８５    液体供給用ヘッダー
６、４７、６５、６８、８３、８６    気体排出用ヘッダー
７、５０、６２、８２    液体供給用ノズル
８、４８、６６、８４    気体排出用ノズル
１０、１０ａ、１０ｂ、２０、３０、４０    気液分配構造体
２１    気液接触流路
２２ｅ、２６ｅ、６４、１０１ｆ    気体排出口
２２、２６、３２、４２、１０１、１１１    気体排出流路
２３ｆ、２９ｆ、６３、１０３ｇ    液体供給口
２３、２９、３３、４３、１０３、１０４、１１４    液体流路
２４、２７、３１、４４    液体下流路
２５、３５、４５    空間
６０、８０    蒸留器
１００、１１０    気液分配構造体
１０２、１１２、１１３    気体上昇流路
【図１】
2006015277.tif 000003
【図２】
2006015277.tif 000004
【図３】
2006015277.tif 000005
【図４】
2006015277.tif 000006
【図５】
2006015277.tif 000007
【図６】
2006015277.tif 000008
【図７】
2006015277.tif 000009
【図８】
2006015277.tif 000010
【図９】
2006015277.tif 000011
【図１０】
2006015277.tif 000012
【図１１】
2006015277.tif 000013