(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入部（３）と、下流側で前記流入部（３）に隣接し且つ湾曲案内層板（１１、１２、１３）をもつ偏向ユニット（１）とを含み、入ってくる流量が複数の中央及び側部の部分流（１３１、１３２、１３３、１３４、１３５、１３６）に分割できる、カラム（２）用の流体入口デバイスであって、
前記偏向ユニット（１）が、複数の入口流路（３１、３２、３３、３４、３５、３６）を備える入力ゾーンを含み、前記入口流路（３１、３２、３３、３４、３５、３６）が横断面を有し、流路の断面が前記入力ゾーンでは一定のままであり、前記入力ゾーンが前記流入部（３）内に少なくとも部分的に配置され、
前記入口流路（３１、３２、３３、３４、３５、３６）が前記湾曲案内層板（１１、１２、１３）によって形成された末広がり形状の流路につながり、且つ前記入口流路（３１、３２、３３、３４、３５、３６）が少なくとも第１及び第２の階を有し、第１及び第２の階の各々が少なくとも１つの中央流路（３１、３２、３３）と２つの側部流路（３４、３５、３６）とを有し、第２の階の前記部分流が前記湾曲案内層板によって下方に反らせるように配置されることを特徴とする流体入口デバイス。
【請求項２】
３つの流路が第１、第２及び第３の階に配置され、且つ２つの前記湾曲案内層板（１１）が前記偏向ユニット（１）内で中央流路を側部流路から分離する請求項１に記載の流体入口デバイス。
【請求項３】
前記偏向ユニット（１）が、前記装置の中心軸上に置かれる垂直面（２１）に関して鏡面対称に作られる請求項１又は２に記載の流体入口デバイス。
【請求項４】
前記偏向ユニットが非対称に作られる請求項１又は２に記載の流体入口デバイス。
【請求項５】
最上部のチャネルが、水平方向に位置合わせされ、又は前記上部中央の部分流（３１）の方向に下方の傾斜をもって少なくとも１つの平らな、又は湾曲した壁片によって覆われる請求項１に記載の流体入口デバイス。
【請求項６】
覆う前記壁片が前記流れの方向に下方に湾曲させられる請求項５に記載の流体入口デバイス。
【請求項７】
前記中央入口流路（３１、３２、３３）が水平幅を有し、水平幅が上から下に収束する請求項１に記載の流体入口デバイス。
【請求項８】
前記入口流路（３１、３２、３３）の下流に、末広がり形状の流路セクションが設けられる請求項１に記載の流体入口デバイス。
【請求項９】
リブ形の流体偏向板（１４）が、前記湾曲案内層板（１１、１２、１３）の凹面上に配置される請求項１に記載の流体入口デバイス。
【請求項１０】
中央流路（３１）によって与えられる流れの方向が、中心に、又は中心領域の偏心した点に向く、請求項１から９までのいずれか一項に記載の少なくとも１つの流体入口デバイスをもつカラム（２）。
【請求項１１】
流体入口デバイスへ多相又は単相の流体を供給及び分配する工程を含み、
流体入口デバイスに、分散相を形成する液滴の形態の密度の高い相が流され、より密度の高い分散相を慣性により少なくとも部分的に凝結させる請求項１から９までのいずれか一項に記載の流体入口デバイスを使用する方法。
【請求項１２】
前記流体が気体の流れである請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記流入流体の流れの非対称流れが非対称的に前記流入部を貫流する請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプレアンブルによる、装置用の、特にカラム用の流体入口デバイスに関する。本発明は、流体入口デバイスをもつ装置、並びに流体入口デバイスの使用にも関する。
【背景技術】
【０００２】
流体入口デバイスはＤＥ−Ａ−１５１９７１１から知られており、すなわち液体／蒸気の混合物用の入口及び分配デバイスで、そのような２相の流体を装置、詳細にはカラム内に供給することができ、流体内を（液滴の形状で）運ばれる液体を、同時に凝結できる。ここで、流入流体は、複数の湾曲案内層板又は案内によって部分流に分岐させられ、各部分流が、より密な相を、遠心力を使用しながら少なくとも部分的に凝結できるように、反らせられる。蒸気が装置の断面にわたって分配され、一方で液体が凝結させる。この知られている流体入口デバイスを、単相の流体（液体又は気体）を供給するために当然使用することもできる。それは、例えば流体入口デバイスにわたって間隔が置かれて配置されるパックへのより低い流入に均質な流れをもたらす。他の設置を、パックの代わりに、例えば、流体入口デバイス内で妨害されずに運ばれる液滴を分離するためのデバイスを装置内に、又はカラム内に提供することも可能である。流体入口デバイスは、比較的複雑な板金構造からなる。
【０００３】
別の、実質的により簡単な流体入口デバイスが、カラム内に供給される流体用の比較的小さい偏向ユニットによって形成されるＥＰ−Ａ−１０１８３６０（＝Ｐ．６９２９）から知られている。流体入口デバイスはより少ない材料を必要とし、製造が簡単である。しかし、この流体入口デバイスの最も簡単な実施例は、２相流体内の気体の分配と同時に液体を凝結するためにも適していない。２つの側部の部分流がカラムの内壁に沿って鏡面対称でほとんど流れ、その後再び一緒になった後で逆流を形成する偏向ユニット内に形成され、その逆流の水平速度成分が径方向に流体入口デバイスに向けられる。少なくとも１つの第３の中央の部分流が、径方向に、又再び一緒になった部分流の逆流に対して反対に向けられる偏向ユニットによって形成される。第３の部分流は大変強く作られるので、逆流がカラムの中心を通って流れるのがほとんど防止される。したがって、１つの中央及び２つの側部の分岐の流れを、パックの下で均質な速度分布をもたらす流れの形状を引き起こし、流れの鎮静を行う偏向ユニットにより生成することができる。偏向ユニットを出た後、気体の流れは自由に発達する。複雑な板金構成によってそれが反らされる必要はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、気体の分配及び少なくとも液体のいくらかの分離をそれによって同時に行うことができる、液体を含む気体の流れのために、できる限り簡単な偏向ユニットである、さらなる流体入口デバイスを提供することである。この目的は、請求項１によって定義されるデバイスによって満たされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
装置用の、詳細にはカラム用の流体入口デバイスが提供される。このデバイスは流入スタブと、下流側で流入スタブに隣接し湾曲案内層板をもつ偏向ユニットとを含む。中央及び側部の部分流を、偏向ユニットによって、流体の流れの中に供給流体から生成し、装置の中央領域における相互作用によって、流れを遅らせることができる。偏向ユニットは、流路の断面がその中で一定のままである複数の入口流路を備える入力ゾーンを含む。この入力ゾーンを流入スタブ内に少なくとも部分的に配置することができる。入口流路は、拡散体様であり且つ湾曲案内層板によって形成された流路に合流する。少なくとも１つ中央流路と２つの側部流路とをそれぞれもつ少なくとも２つの階が存在する。２階、及び任意選択で、さらに下に配置された３階の部分流を、湾曲案内層板によって下方に反らせることができる。
【０００６】
モデル計算（ＣＦＤシミュレーション）は、拡散体形の流れの流路を形成する、反らせ板金を備える本発明によるデバイスが、（比較的大きい開口角をもつ流路にもかかわらず）パックのところで均質な速度分布をもたらすことを立証する。実験は、気体の流れの中に配置された液体の分離が比較的よく、すなわち、上で引用したＤＥ−Ａ―１５１９７１１によって開示されたより複雑な流体入口デバイスとほとんど同じくらいよいことを示す。
【０００７】
従属請求項２〜９は、本発明による流体入口デバイスの有利な実施例に関する。請求項１０はそのような流体入口デバイスをもつカラムに関し、請求項１１〜１３は本発明による流体入口デバイスを使用する方法に関するものである。
【０００８】
本発明は、図面に関連して以下に説明されるであろう。
【実施例】
【０００９】
装置、詳細には本発明による流体入口デバイスをもつカラム２が、図１に断面図として示される。滑らかな壁部分から構成される格子３０が流入スタブ３内に配置され、流入流路３１、３２、・・・３６を形成する。図４の流路構成（図１の線ＩＶ―ＩＶの断面）を参照のこと。偏向ユニット１は、流入スタブ３に隣接して下流側に続き、湾曲案内層板１１、１２、１３を含む。単相又は多相でよい流体がカラム２の中に供給される。それは、湾曲した軌道上を案内層板１１、１２、１３によって案内され、偏向ユニット１を出た後、カラム２の断面にわたって分配される。高密度の分散相を、２相流体の場合、その慣性（例えば遠心力）を使用して、偏向ユニット１内で少なくとも部分的に凝結することができる。流入スタブ３内の格子３０を非常に短くでき、又は完全に無くすことさえもできる。しかし、対応する格子形の入口ゾーンを、流路の断面が一定のままである偏向ユニット１内に提供しなければならない。この入口ゾーンを、少なくとも部分的に流入スタブ内に配置することができる。流路の壁は、入口ゾーンの後の案内層板１１、１２、１３の湾曲した領域によって形成される。
【００１０】
図示された実施例では、流入スタブ３内に配置され且つ各々が一定の断面表面をもつ入口ゾーンを形成する流入流路３１、３２、・・・３６は、湾曲案内層板１１、１２、１３とカラム壁２０とによって形成された偏向ユニット１の拡散体様の流路に合流にする。拡散体様の形状のために、流れの運動エネルギーは静圧力の増加に変換され、したがって圧力損失が低減される。流入流路３１、３２、・・・３６及び下流側に続く拡散体様の流路部分が形成され、したがって、流入流体の圧力損失は最小又はほとんど最小になることがわかる。
【００１１】
中央の部分流１３１、１３２、１３３及び側部の部分流１３４、１３５、１３６が、流体の流れの中の供給流体から、偏向ユニット１によって生成される。図１及び図２を参照のこと。鏡面対称に壁２０に沿って流れる側部の部分流１３４、１３５、１３６は、再び一緒になった後、逆流する気体の水平速度成分が大部分は径方向に且つ偏向ユニット１の方向に向かう流れ場４を引き続き形成する。流れの鎮静が、装置の中央領域における中央の部分流１３１、１３２、１３３との相互作用から起こる。
【００１２】
格子３０及びしたがって偏向ユニット１は、中央流路３１、３２及び３３と、対で、且つ鏡面対称で存在する側部流路３４、３５及び３６とを各々備える階を含む。少なくとも２つの階がある。図１から４までに示された実施例では、３つの流路をそれぞれ備える３つの階がある。断面表面は、一般に、異なった寸法の断面表面をもつ。流路の鏡面軸構成は、図示されているものとは異なり、格子３０の中央壁にあってもよい。この場合、階はそれぞれ２つの中央流路をもつ。
【００１３】
側部の部分流１３４、１３５、１３６がそれによって偏向ユニット１内のカラム壁２０に向且つて反らされる湾曲層板１１は、側部流路から中央流路を分離する。さらに下に配置された２及び３階の部分流１３２、１３３、１３５及び１３６は、湾曲案内層板１２及び１３によって下方に反らされる。鏡面対称の流体入口デバイスの左半分を示す図２を参照のこと。気体の分配は、ＥＰ−Ａ−１０１８３６０から知られている偏向ユニットに対して、下方に向けられたこの偏向によって著しく改良される。
【００１４】
図３は、図２より幾分明瞭に、流入スタブ３の部分断面と格子３０と偏向ユニット１とからなる本発明による流体入口デバイスを示す。装置２の中心軸上にある垂直面２１の後に配置された偏向ユニット１の半分だけが示されている。前半分は後方に鏡面対称に形成される。格子３０及び偏向ユニット１を、別の部分、又は一体式の構成として形成することができる。その数が有利には９に達する流入流路３１から３６は、これらの流路を通って流れる流体のために異なる流れ抵抗を起こすことを可能にする。これらのプロシジャは、気体分配用の部分流の有益な構成をもたらす。したがって、流入スタブ３１から３６の断面表面は異なる寸法でよい。最適な断面表面を、測定によって経験的に、又はコンピュータ・モデルによって数値的に決めることができる。変動係数（Ｋｐ＝√∫（ｗ／ｗｍ−１）２ｄＡ／∫ｄＡ）が、例えばパックへのより低い入口のところで流れを通る与えられた水平断面上の垂直速度成分（ｗ；平均ｗｍ）の分布に対して、計算される。この変動係数は、最適な流れが存在する場合に最小値をもつ。
【００１５】
偏向ユニット１を、非対称に、実際、非対称に流れる供給流体の流れに関して形成される非対称性をもって作ることもできる。例えば、非対称の流れは、マニホルドが流入スタブ３の前で、上流側に配置された場合に存在する。
【００１６】
偏向ユニット１及び格子３０を、板金構造として設計することができる。偏向ユニット１は、入口側におけるその領域が水平であり、且つ出口側におけるその領域が舌のように、下方に曲がっている２つの板金１２、１３から並びに、ほぼ垂直な軸の周りに弓形状に湾曲した２つの板金１１から製造できる。
【００１７】
４つの板金１１、１２、１３の構成はルーフによって覆われる。最上部の流路は最上部の中央の部分流１３１の方向に水平に位置合わせされた壁片１０によって覆われる。覆う壁片１０を、流れの方向に、下方に曲げることもできる。拡散体様の形状で流れの方向に延びる曲り板１１、１２、１３により、偏向ユニット１の流路は可変な断面をもつ。
【００１８】
壁片１０を、例えば弓形様の板金片の形状で隣接して形成することができる。板金１２及び１３を、面２１（図３）上でそれぞれ互いに隣接する２つの部分の表面で作ることができ、それによって、その湾曲した頂点又は折り目が垂直対称面２１上に位置する鋤様のＶ字形を形成する。頂部の側部に下方に曲がる２つの部分の表面は、中心から装置の側部に、流れを部分的に案内する。
【００１９】
それぞれ一定の断面表面をもつ流入流路は、以下に（図４）示されるように実施例によって異なる。中央の流入流路の水平の幅は上から下に収束し、中央階の流入流路は最大の断面表面を特徴とする。他の寸法をもつ構成、例えば収束のないような構成も可能である。
【００２０】
図５は、偏向ユニット１の下方の位置から（虫瞰図から）示された本発明による流体入口デバイス１の偏向ユニット１を示す。凹面、すなわち見ることができる層板１２及び１３のより低い表面上に、液体が二相液体と凝結する。（中央面２１の断面曲線はここでは図示せず、層板１２及び１３はそれぞれ一点鎖線１２１及び１３１で示される。）図６では、図５におけるような偏向ユニット１が示され、層板１２だけが示され、層板１３は省略されている。液体の偏向用のリブを形成する２つの付加要素１４が層板１２のより低い側に配置される。そのような液体反発板１４は、Ｌ又はＵ字形の断面をもった曲がったリブでよく、これらの断面の側面の１つが層板の表面に同一平面で置かれる。流れに対して半分の管を開けて使用することが同様に可能である。対応する反発板は、凹面の、ほとんど見ることができない側部層板１１の外側でも有利である。そのような反発板は、適切な曲率をもつ形状により、凝結した液体を下方に案内する。
【００２１】
湾曲案内層板１１、１２、１３を、出口側の縁部のところで、ポケット様に付加的に形成することができ、したがって、案内層板で凝結した液相を、流出ギャップ（図示せず）によって、供給流体の流れから離してポケット様の縁部に案内することができる。
【００２２】
装置、詳細にはカラム２は、少なくとも１つの本発明による流体入口デバイスを含む。中央流路３１によって与えられる流れの方向は、それによって、偏向ユニット１の前の中央領域の中心に向く。この部分流を、例えば、非対称の流体入口デバイスの実施例では、中央領域の偏心した点に向けることもできる。
【００２３】
多相又は単相の流体を装置又はカラム２内に供給し、その流体をそこで分配するために、本発明による流体入口デバイスを使用することができる。詳細には、流体は、より密な相、例えば液滴で装填された気体である。それは、１つの材料だけ又は１つの単相の材料の混合物からなっていてもよい。偏向ユニット１では、より高い密度の分散相を、遠心力又はより一般的に、２相の流体の場合に凝結のために使用される分散相の慣性を用いて、少なくとも部分的に凝結させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】部分流を生成する本発明による流体入口デバイスをもつカラムを通る断面図である。
【図２】部分流を概略的に表示した図１の流体入口デバイスを半分にして示された図である。
【図３】同じ流体入口デバイスであるが、より詳細に示された図である。
【図４】好ましい流路構成をもつ図１のカラムの流入スタブを通る断面図である。
【図５】偏向ユニットの下の位置から示された流体入口デバイスの偏向ユニットの図である。
【図６】付加要素を含み、且つその中の１つの層板が省略された、図５のような偏向ユニットの図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  偏向ユニット
２  カラム
３  流入スタブ
４  流れ場
１０  壁片
１１、１２、１３  湾曲案内層板
１４  付加要素
２０  壁
２１  垂直対称面
３０  格子
３１、３２、３３  中央流路
３４、３５、３６  側部流路
１３１、１３２、１３３  中央の部分流
１３４、１３５、１３６  側部の部分流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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