(57)【要約】【課題】熱荷重により発生する熱応力を仕切板自体で吸収することができ、仕切板周縁（端部）と筒内面との間に仕切板の熱収縮を考慮した隙間を設けたり、この隙間を仕切板押え金物で塞いだり必要がなく、仕切板周縁部分の取付構造を簡略化することができる粒状充填剤の支持構造を提供する。【解決手段】充填筒内に充填される吸着剤、乾燥剤、触媒等の粒状充填剤を、前記充填筒内に設けた仕切板によって支持する粒状充填剤の支持構造において、前記仕切板に多数のスリット孔を設けるとともに、各スリット孔の軸線を仕切板面上において交叉する複数の直線、好ましくは直交する２本の直線のいずれか一つと平行な方向に配列する。【選択図】    図１
2004255270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填筒内に充填される吸着剤、乾燥剤、触媒等の粒状充填剤を、前記充填筒内に設けた仕切板によって支持する粒状充填剤の支持構造において、前記仕切板に多数のスリット孔を設けるとともに、各スリット孔の軸線を仕切板面上において交叉する複数の直線のいずれか一つと平行な方向に配列したことを特徴とする粒状充填剤の支持構造。
【請求項２】
前記複数の直線が、直交する２本の直線であることを特徴とする請求項１記載の粒状充填剤の支持構造。
【請求項３】
前記仕切板の端部は、前記充填筒の内面に設けられた仕切板押え金物に密着していることを特徴とする請求項１記載の粒状充填剤の支持構造。
【請求項４】
前記スリット孔の最大幅寸法は、前記粒状充填剤の最小寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の粒状充填剤の支持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒状充填剤の支持構造に関し、詳しくは、充填筒内に充填した粒状充填剤の特性を利用して流体を分離・精製する装置における前記粒状充填剤の支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体、例えばガス中の成分を分離したり、反応させたりするための装置として、吸着剤、乾燥剤、触媒等の粒状充填剤を充填した充填筒内にガスを流通させて分離、精製、反応等の処理を行う装置が広く用いられている。このような装置では、充填筒内に粒状充填剤を支持するための網や多孔板、グレーチング等を適当に組み合わせた仕切板を設け、粒状充填剤を筒内に保持するとともに、所定の通気性能を得られるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、前記各処理を行う際に温度変動を伴う装置の場合、例えば、空気液化分離装置で原料空気中の水分や二酸化炭素等の不要成分を除去するための吸着装置では、常温付近（０〜４０℃）で原料空気中の不要成分を吸着筒内に充填した吸着剤に吸着させる吸着工程と、吸着筒内に高温（１００〜１５０℃）の加熱再生ガスを流通させて吸着剤から不要成分を脱着させる再生工程とが交互に繰り返して行われている。したがって、吸着筒本体及び吸着筒内に設置した仕切板や仕切板を固定するための金具等には、工程の切り換えに伴って大きな温度差が発生し、繰り返しの熱荷重が作用することになる。
【０００４】
この熱荷重により仕切板に発生する熱応力を吸収するため、仕切板に多数のスリット孔を互いに平行な方向に配列することにより、スリット孔の軸線と直交する方向に仕切板を伸縮可能な状態とし、これを円筒状に形成して筒内に設置した反応装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−８８３３０号公報
【０００６】
【特許文献２】
特許第２９６５６２５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般的な充填筒では、充填筒の内部を横切るようにして仕切板を配置しているため、仕切板の端部（周縁）と充填筒の内面との間に、仕切板の径方向の伸縮を許容する隙間を設けて熱応力を吸収できるように形成するとともに、この隙間から充填剤が漏洩しないように、筒内面に溶接によって取り付けられる仕切板押え金物で隙間を塞いだ状態にしておく必要がある。このとき、仕切板押え金物は、前記隙間を塞ぐだけでなく、仕切板の上面に対して、充填剤の漏洩を防止しながら仕切板の熱収縮を妨げないような間隔で筒内面に取り付けなければならないため、仕切板押え金物の取り付けには精密な作業が求められている。このようなことから、仕切板周縁部分の取付構造が複雑で作業性も悪く、これが充填筒の製作費を増加させる大きな要因となっていた。
【０００８】
特に粒径が数ｍｍ以下の小さな充填剤（小粒充填剤）を支持する場合は、多孔板やグレーチングからなる仕切板の上に微細目の金網を複数枚重ねた構造にするのが一般的であるが、このように金網を重ねた場合は、金網と仕切り板とを針金等で固定する作業も発生する。さらに、前記仕切板押え金物を取り付ける作業も、金網が数層に重なり合っているために作業性が悪く、施工精度が悪ければ、隙間から小粒充填剤が漏洩して運転に支障を来たすこととなる。
【０００９】
また、前記スリット孔を設けた仕切板の場合、スリット孔の軸線と直交する方向には伸縮性を有しているため、この方向に発生した熱応力を吸収することはできるが、スリット孔の軸線方向には伸縮性を有していないため、この方向の熱応力を吸収することはできない。このため、スリットタイプの仕切板を使用するときでも、仕切板周縁と筒内面との間に仕切板の熱収縮を吸収するための隙間を設け、仕切板押え金物で隙間を塞いでおく必要があった。
【００１０】
そこで本発明は、熱荷重により発生する熱応力を仕切板自体で吸収することができ、仕切板周縁（端部）と筒内面との間に仕切板の熱収縮を考慮した隙間を設けたり、この隙間を仕切板押え金物で塞いだり必要がなく、仕切板周縁部分の取付構造を簡略化することができる粒状充填剤の支持構造を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の粒状充填剤の支持構造は、充填筒内に充填される吸着剤、乾燥剤、触媒等の粒状充填剤を、前記充填筒内に設けた仕切板によって支持する粒状充填剤の支持構造において、前記仕切板に多数のスリット孔を設けるとともに、各スリット孔の軸線を仕切板面上において交叉する複数の直線のいずれか一つと平行な方向に配列したことを特徴としている。
【００１２】
特に、本発明では、前記複数の直線が直交する２本の直線であること、前記仕切板の端部が前記充填筒の内面に設けられた仕切板押え金物に密着していること、さらに、前記スリット孔の最大幅寸法が前記粒状充填剤の最小寸法よりも小さいことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明における粒状充填剤の支持構造の一形態例を示すもので、図１は仕切板におけるスリット孔の配置例を示す要部の平面図、図２は仕切板を設けた充填筒の縦断面図である。また、図３は仕切板におけるスリット孔の他の配置例を示す要部の平面図である。
【００１４】
まず、図２に示すように、充填筒１１は、円筒状本体１２の底部及び頂部に流体流通口１３，１４をそれぞれ設けるとともに、筒内下部を水平に区画するようにして仕切板１５を設けたものであって、この仕切板１５の上に、処理目的に応じた吸着剤、乾燥剤、触媒等の粒状充填剤１６が支持されている。仕切板１５は、充填筒１１の内径と同等乃至僅かに小さな外径、例えば、筒内径に対して０〜−８０ｍｍ程度の外径を有するものであって、従来と同様にして充填筒１１内に設けられたグレーチング１７の上面に載置された状態となっている。また、仕切板１５の端部（周縁部）上面には、筒内面にリング状に設けられた仕切板押え金物１８が、仕切板１５をグレーチング１７に押し付けるようにして密着しており、仕切板周縁部に粒状充填剤１６が漏洩するような隙間が発生しないようにしている。
【００１５】
図１に示すように、仕切板１５は、金属製板材の全面に多数のスリット孔２１、２２を所定のパターン（配置模様）で穿孔したものであって、各スリット孔２１、２２は、所定の通気性能を得ながら粒状充填剤１６を確実に保持することができ、かつ、温度変動による熱荷重にも対応可能な状態としている。
【００１６】
本形態例に示すスリット孔２１，２２は、各スリット孔２１，２２の軸線（スリット軸）を仕切板面上において直交する２本の直線に平行な方向とし、一つの任意のスリット孔２１と、このスリット孔２１の両端部と相対する位置にあるスリット孔２２、２２とが、互いに９０度の角度を有するような一定の配列模様としている。
【００１７】
また、各スリット孔２１，２２は、幅寸法（スリット幅）Ｗが粒状充填剤１６の最小寸法より小さな長円形状（楕円形状等類似形状を含む）となっており、軸線方向の長さ（スリット長）Ｌ及びスリット孔同士の最小間隔（スリット間隔）Ｓは、仕切板１５に要求される通気性能や強度に応じてそれぞれ設定されている。これらの各寸法は、粒状充填剤１６の形状や最小寸法、充填筒１１の内径（仕切板外径）や流体流量、運転時の温度変動幅、仕切板１５の材質や厚さ、疲労強度等の様々な条件を考慮して決定され、必ずしも全てのスリット孔が同一である必要はなく、寸法や形状の異なる通孔が混在していてもよい。
【００１８】
例えば、仕切板１５には、厚さ１〜５ｍｍのＳＵＳ３０４材を使用することが好ましく、スリット幅Ｗは１〜３ｍｍ、スリット長Ｌは１５〜３０ｍｍ、スリット間隔Ｓは２〜５ｍｍ程度が適当である。このとき、仕切板１５の厚さが薄過ぎると強度が不足して十分な開孔率やスリット長を得ることができなくなり、厚過ぎると加工が面倒になるなどのコストアップとなる。また、スリット幅Ｗを粒状充填剤１６の大きさに比べて小さくし過ぎると十分な開孔率を得難くなり、通気抵抗（圧力損失）も大きくなって加工も面倒となる。逆にスリット幅Ｗを粒状充填剤１６の大きさより大きくすると、スリット部分から粒状充填剤１６が落下することになるので、仕切板１５に微細目の金網を重ねる必要が生じることになる。また、スリット長Ｌを長くし過ぎるとスリット両辺部分の強度が低下することがあり、スリット長Ｌを短くし過ぎると本発明の主目的とする熱応力の吸収効果が十分に得られなくなってしまう。
【００１９】
このような形状及び配置模様のスリット孔２１，２２を仕切板１５に設けておくことにより、両スリット孔２１，２２の幅方向の伸縮作用によって仕切板１５に加わる熱応力を仕切板１５の全方向にわたって効果的に吸収することができるので、熱応力による歪みの発生を最小限に抑えることができる。これにより、仕切板１５の端部に熱応力による伸縮を考慮した隙間を設けたり、仕切板１５の伸縮を考慮しながら粒状充填剤の漏洩を防止するように仕切板押え金物１８を取り付けたりする必要がなくなり、仕切板１５の端部を仕切板押え金物１８の押さえ面に密着させることができる。すなわち、仕切板１５の端部を充填筒１１の内面に固定することも可能となるので、仕切板１５の取付構造を大幅に簡略化することができる。特に、スリット幅Ｗを粒状充填剤１６の最小寸法よりも小さくしておくことにより、仕切板１５に微細目の金網を重ねる必要がなくなるので、仕切板と金網とを固定する作業もなくなり、仕切板端部における仕切板押え金物１８の取付作業性も向上する。
【００２０】
図３に示すスリット孔３１，３２の配置模様は、仕切板面上において直交する２本の直線の一方の直線に平行な方向の軸線を有するスリット孔３１と、他方の直線に平行な方向の軸線を有するスリット孔３２とを、両スリット孔３１，３２の開口端同士が隣接するように、各スリット群を階段状に配置したものである。
このような配置模様で多数のスリット孔３１，３２を設けることにより、前記図１に示したスリット孔２１，２２の場合と同様に、仕切板に加わる熱応力を、仕切板の全方向にわたって効果的に吸収することができる。
【００２１】
なお、スリット孔の配置模様は、図１や図３に示したものに限るものではなく、例えば４本のスリット孔で正方形や長方形を形成するように配列することも可能であり、仕切板面上において互いに交叉する３本以上の直線と平行な方向にスリット軸を有する三方向のスリット孔を設けるようにして、例えば３本のスリット孔で三角形を形成するような配列も可能である。但し、いずれの場合においても、任意の一つの直線に対して他の直線全てが±４５度未満の範囲、特に、±３０度未満の範囲で交わることは好ましくない。
【００２２】
また、極微細な粒状充填剤を使用するときには、その大きさに見合った網を重ねて使用することも可能であり、この場合も、従来のように仕切板の伸縮を考慮する必要がなく、仕切板端部と網とを重ねた状態で仕切板押え金物で固定することができるので、従来に比べて取付作業性は向上する。
【００２３】
【実施例】
図１に示した配置模様の多数のスリット孔を有する仕切板（直交スリット仕切板）と、図４に示すように全てのスリット軸を平行な状態として千鳥状に配置した多数のスリット孔を有する従来のスリットタイプの仕切板（平行スリット仕切板）と、図５に示すように多数の円形通孔を正三角形の頂点部分に配置した状態の仕切板（円孔仕切板）とを用意し、熱負荷に対する各仕切板の変形特性を測定した。なお、各仕切板における開孔率は、いずれも約１３％になるようにした。
また、いずれの仕切板も、材質はＳＵＳ３０４であり、板厚は１．５ｍｍで、平面形状は約５０ｃｍ角の正方形状とした。
【００２４】
直交スリット仕切板は、図１において、スリット長Ｌを２５ｍｍ、スリット幅Ｗを１．５ｍｍ、スリット間隔（隣接するスリット孔との最近接部の寸法）Ｓを３．２５ｍｍとした。また、平行スリット仕切板は、図４において、スリット長Ｌを２５ｍｍ、スリット幅Ｗを１．５ｍｍ、スリット軸方向に隣接するスリット孔同士の間隔Ｓを１０ｍｍ、スリット幅方向に隣接するスリット孔同士の間隔Ｔを６．５ｍｍとした。円孔仕切板は、図５において、孔径Ｄを８ｍｍ、孔ピッチＰを２１ｍｍとした。
【００２５】
これらの各仕切板について、図１，図４及び図５における紙面左右方向の両端を固定した場合（測定ａ）、同じく紙面上下方向の両端を固定した場合（測定ｂ）、四辺全てを固定した場合（測定ｃ）のそれぞれについて、温度負荷を０℃から１００℃までの１００℃に設定して各仕切り板に加わる熱応力を有限要素法プログラムを用いて解析した。
【００２６】
その結果、最大応力［ＭＰａ］は、測定ａでは、直交スリット仕切板は４４９ＭＰａ、平行スリット仕切板は３５４ＭＰａ、円孔仕切板は６５７ＭＰａとなった。また、測定ｂでは、直交スリット仕切板は４４５ＭＰａ、平行スリット仕切板は４３７ＭＰａ、円孔仕切板は６８０ＭＰａとなった。さらに、測定ｃでは、直交スリット仕切板は４３７ＭＰａ、平行スリット仕切板は８４４ＭＰａ、円孔仕切板は７３４ＭＰａとなった。
【００２７】
すなわち、円孔仕切板は、いずれの方向を固定した場合も最大応力が他の仕切板よりも高くなっており、平行スリット仕切板は、スリット軸に対して平行な方向を固定した場合（測定ａ）の最大応力が最も低く、スリット軸に対して直交する方向を固定した場合（測定ｂ）の最大応力がそれよりも高くなり、四辺全てを固定した場合（測定ｃ）は、円孔仕切板と同程度の最大応力を示した。一方、直交スリット仕切板は、いずれの方向を固定した場合でも同程度の最大応力であり、熱応力の発生に方向性がなく、かつ、スリット孔の配置模様によって熱応力を効果的に吸収していることがわかる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の粒状充填剤の支持構造によれば、熱荷重を受ける仕切板に発生する熱応力を、スリット孔部分の歪みによって効果的に吸収することができるので、仕切板端部の取付構造を従来に比べて大幅に簡略化することができる。したがって、充填筒の製作工数の短縮及び製作費の低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における粒状充填剤の支持構造の一形態例を示すもので、仕切板におけるスリット孔の配置例を示す要部の平面図である。
【図２】仕切板を設けた充填筒の縦断面図である。
【図３】仕切板におけるスリット孔の他の配置例を示す要部の平面図である。
【図４】実施例で比較した従来のスリットタイプの仕切板におけるスリット孔の配置状態を示す要部の平面図である。
【図５】実施例で比較した従来の円孔タイプの仕切板における円孔の配置状態を示す要部の平面図である。
【符号の説明】
１１…充填筒、１２…円筒状本体、１３，１４…流体流通口、１５…仕切板、１６…粒状充填剤、１７…グレーチング、１８…仕切板押え金物、２１、２２，３１，３２…スリット孔、Ｌ…スリット長、Ｓ…スリット間隔、Ｗ…スリット幅
【図１】
2004255270.tif 000003
【図２】
2004255270.tif 000004
【図３】
2004255270.tif 000005
【図４】
2004255270.tif 000006
【図５】
2004255270.tif 000007