(57)【要約】      （修正有）【課題】気液界面を経由して蒸発濃縮や吸収溶解などを行う物質移動操作において当該気液界面を大きく保つことは当該操作の能率に大きな影響を与える。当該操作対象となる物質が腐食性及びまたは引火性である場合に防食措置や防爆措置をする必要のない気液界面増大装置が求められている。【解決手段】気液界面増大のために当該操作が行われる貯留容器４内の流体循環のための流体輸送装置をもうける。当該流体輸送装置が耐食性があり引火源にならないために、装置全体をプラスチックまたはプラスチックで覆った構造とし且つ電気供給と電気利用を避けるために装置外部で調整した大気圧以上の圧力を持った駆動流体の運動エネルギーにより駆動するよう構成した遠心式流体輸送装置３を当該容器内に配置して貯留容器内の流体を吸引散布して気液界面の増大を実現する。【選択図】図１
2013233530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液界面を経由して物質移動操作を行う装置であって、常温〜１００℃の温度領域において平衡蒸気圧が大気圧を超える液状物質の単一物質または二つ以上の混合物質を駆動媒体とし、当該駆動流体を外部の１００℃以下の温熱源で加熱昇圧するための受熱部22において加熱昇圧し駆動流体循環管路5を経由して、独立した駆動側容器30内で回転するよう配置した駆動側回転翼1に接触して流動せしめることにより当該駆動側回転翼1を回転させ、別の独立した作動側容器31内で回転するよう配置した作動側回転翼2を磁力の作用を利用し連動して回転せしめ当該回転により流体を吸引・輸送するよう構成した遠心式流体輸送装置3を、当該物質移動操作を行う対象物質の貯留容器4内に固定して配置し、当該貯留容器4内の流体を吸入・散布することにより当該貯留容器4内の気液界面を増大するよう構成したことを特徴とする気液界面増大装置。
【請求項２】
前記駆動媒体の加熱輸送手段であって、常温以上且つ１００℃以下の外部温熱源を利用して受熱部22において直接または熱媒体を介して間接的に加熱昇圧させる時に沸騰により発生する内部気泡の浮力を利用して駆動媒体循環管路７内の鉛直方向上部に設けたレシーバータンク9内まで駆動媒体を揚液し位置のエネルギーを利用して流下させると共に、当該駆動媒体の流れを遮断、開放する間欠噴射弁8を当該レシーバータンク9の下流側に配置し合わせて当該受熱部22の上流側に逆流防止弁20を配置して当該加熱により昇圧するレシーバータンク9内の圧力により駆動媒体循環管路5内を経由して駆動媒体を駆動側回転翼1に向けて間欠噴射させ当該噴射直後に発生する間欠噴射弁8と逆流防止弁20の間の減圧現象を利用して遠心式流体輸送装置から貯留容器内に配置された駆動媒体循環管路5を経由してさらに逆流防止弁20を通過して受熱部22に向けて駆動媒体の還流を促進するよう構成することを特徴とする請求項１に記載の気液界面増大装置。
【請求項３】
駆動媒体が流れる駆動媒体循環管路5の一部分であって当該貯留容器4内に配置した部分の表面の一部または全部に上部開放形流路6を鉛直下方向に下りこう配に傾斜させて接触配置するよう構成したことを特徴とする気液界面増大装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の気体成分を特定の液体である吸収媒体中に吸収溶解させるための吸収操作、並びに特定溶液中の溶媒成分を蒸発により除去させるための溶媒蒸発操作等の気体と液体が接した状態で行う物質移動操作において、操作対象物質貯留容器4内において形成される気液界面を増大させるための手段に関するものである。          
【背景技術】
【０００２】
従来、当該気液界面を増大させるための手段として、一般的に当該操作の対象物質貯留容器4内に充填物を配置する、または当該対象物質を攪拌機により撹拌する、更に外部に設置した循環ポンプにより液体成分を循環・飛散させること等が単一または組み合わされて実施されている。
しかしながら、当該物質移動操作に伴い加熱または冷却が必要な場合には外部設置のポンプ及び循環管路は熱損失を発生する。また攪拌機を用いる場合において当該操作対象物質が腐食性である場合には攪拌機の金属材料の利用に制約が発生する。
また当該操作対象物質が引火性物質の場合には電気装置は引火源となる等の問題があり、当該手段の実施が困難となる。    
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
藤田重文  田原浩一  吉田五一  編  化学装置・機械実用ハンドブック  P528−529(1967)
株式会社朝倉書店発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、物質移動操作において腐食性及びまたは引火性雰囲気で利用可能な気液界面増大手段の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項1に記載の本発明は、気体成分の液体成分への吸収操作や溶液から溶媒を蒸発除去する溶媒蒸発操作等の気液界面を経由して特定物質の移動操作を行う装置において、揮発性炭化水素及びまたは有機溶媒を加熱して発生させる大気圧以上の圧力を有する気体を駆動媒体とし、独立した非磁性体の駆動側容器30内で回転するよう配置した駆動側回転翼1に当該駆動媒体を接触して流動せしめて当該駆動側回転翼1を回転させ、別の独立した非磁性体の作動側容器31内で回転するよう配置した作動側回転翼2を磁力の作用を利用し間接的に連動して回転せしめ当該回転により流体を吸引・輸送するよう構成した遠心式流体輸送装置3を当該特定物質の移動操作を行う対象物質の貯留容器4内に固定して配置し、当該貯留容器4内の流体を吸入・散布することにより当該貯留容器4内の気液界面を増大するよう構成した気液界面増大装置であり、これにより攪拌機などに求められる耐摩耗性材料である金属部分がなく、各部をプラスチック等の耐食性のある材料で覆って構成し、合わせて電気動力を使わない構成であるため、腐食性及びまたは引火性雰囲気において使用できる気液界面増大装置である。
【０００６】
また、請求項1に記載の本発明の「磁力の作用を利用し間接的に連動して回転せしめる」とは、非磁性体で構成し近接配置した駆動側回転翼1及び作動側回転翼2の内部にそれぞれ永久磁石を封入配置することにより相互の磁力の引力及びまたは反発力を利用して回転させる構成であり、電気動力を使わない引火性雰囲気において使用できる気液界面増大装置である。
【０００７】
また、請求項１に記載の本発明において、駆動媒体として各種の炭化水素，アルコール，エーテル等の有機溶媒の中から単一物質または二つ以上の混合物質を利用し、また当該駆動媒体を常温以上の温熱源を直接または熱媒体を介して間接的に利用して加熱昇圧させるよう構成した気液界面増大装置であり、当該炭化水素としてメタン系炭化水素の中で炭素数が２〜５の物質、当該アルコールとしてメタノール、エタノール、プロパノール、当該エーテルとしてジメチルエーテル、ジエチルエーテル等が利用できる。
【０００８】
請求項2に記載の本発明は、駆動媒体として各種の炭化水素，アルコール，エーテル等の有機溶媒の中から単一物質または二つ以上の混合物質を常温以上の温熱源を利用して直接または熱媒体を介して間接的に加熱昇圧させ閉じられた循環路7内で循環利用するために当該加熱昇圧時に発生する内部気泡の浮力を利用して循環路7内の鉛直方向上部に設けたレシーバータンク9内まで駆動媒体を揚液し位置のエネルギーを利用して流下させると共に、当該循環流体を間欠的に遮断、開放する間欠噴射弁8を当該レシーバータンク9の下流側に配置し合わせて当該内部気泡が発生する部位の上流側に逆流防止弁10を配置して当該加熱により発生するレシーバータンク9内の圧力により駆動媒体循環路5内を経由して駆動側回転翼1に向けて間欠噴射させて循環を促進するよう構成した気液界面増大装置でありこれにより駆動媒体を消費しない引火性雰囲気において使用できる気液界面増大装置である。
【０００９】
請求項１，２に記載の気液界面増大装置において当該駆動媒体が流れる駆動媒体循環管路5の一部分であって当該貯留容器4内に配置した部分の表面の一部または全部に上部開放形流路6を鉛直下方向に下りこう配に傾斜させて接触配置するよう構成した気液界面増大装置であって、当該駆動媒体が流れる駆動媒体循環管路5の一部分であって当該貯留容器4内に配置した部分の表面の一部または全部に上部開放形流路6を鉛直下方向に下りこう配に傾斜させて接触配置する気液界面増大装置であり、当該上部開放形流路5は遠心式流体輸送装置3により散布した流体を受け止めて下部に流下させるよう傾斜配置すると共に垂直断面がＵ字形、Ｖ字形、凹形もしくはそれに類似した流路であって、再析出した溶質固体を上部開放形流路5表面に付着・堆積保持し溶質内の空隙率を高め且つ駆動媒体循環管路5内の温熱の伝熱媒体となって貯留容器4内の当該操作対象物質の昇温を促進し溶質固体に付着した溶媒の蒸発を促進する気液界面増大装置である。
【００１０】
なお、溶媒蒸発操作においては、発生する溶媒蒸気は自らの圧力及びまたは吸引装置により当該貯留容器4の外部に排出するよう構成する。
【００１１】
本発明における加熱源としての１００℃以下の温熱とは、太陽熱、地熱、ごみ焼却炉廃熱、各種工場施設からの排熱、赤道付近における大気の熱、砂漠地帯における地面の熱等を直接または、中間熱媒体を介して間接的に得られる常温以上の温熱源であって、中温熱と呼ぶことがある。当該温熱源は１００℃以上であっても利用可能である。
【００１２】
本発明における遠心式流体輸送装置3の駆動側回転翼1は、駆動流体の運動エネルギーを  利用して回転するものであればよく、羽根車の形状を遠心式羽根車に限定するものではない。同様に作動側回転翼2は当該回転により流体を吸入・吐出できる形状のものが使える。
【００１３】
本発明における加熱昇圧した駆動媒体の駆動側回転翼1への注入は連続的、または間欠的であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば気体成分の液体成分への吸収操作や溶液から溶媒を蒸発除去する溶媒蒸発操作等の気液界面を経由して特定物質の移動操作を行う装置において、再生可能エネルギー等の比較的低温の温熱源を利用し腐食性及びまたは引火性である貯留容器4内において形成される気液界面を増大でき当該操作の能率を高めることができる。
また、再生可能エネルギーや未利用エネルギーを利用することから環境に優しい効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る再結晶装置における気液界面増大装置の構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る遠心式流体輸送装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１，２を参照して、本発明の実施形態に係る気液界面増大装置について説明する。
図１は本発明の実施形態に係る気液界面増大装置の構成図である。
図２は遠心式流体輸送装置の構成図である。
【００１７】
塩化ナトリウム水溶液から溶媒である水を蒸発除去する溶媒蒸発操作を行う装置において、当該水溶液の貯留容器4の内部に、エタノールとブタンを混合して５０℃における平衡蒸気圧がゲージ圧で１．５〜１．９気圧となるよう調整した混合物を駆動媒体として作動する遠心式流体輸送装置3を固定して配置する。
【００１８】
当該遠心式流体輸送装置3は独立した非磁性体の駆動側容器30内で回転するよう配置した駆動側回転翼1からなる駆動部10と独立した非磁性体の作動側容器31内で回転するよう配置した作動側回転翼2からなる作動部11を駆動側回転翼１の回転面と作動側回転翼2の回転面が並行、近接するように固定配置して構成する。また、当該近接配置した駆動側回転翼1と作動側回転翼2の向かい合った側のそれぞれの内部に永久磁石12,13,14,15を埋設して固定配置する。
【００１９】
図１の駆動媒体循環路5の一部である太陽熱集熱器21の受熱部22において駆動媒体を太陽熱により加熱昇温せしめ内部沸騰により発生する気泡を利用して当該太陽熱集熱器２１の上部に配置したレシーバータンク9に汲み上げる。レシーバータンク9内の圧力がゲージ圧で１．９気圧になると下流側に配置した間欠噴射弁8を開いて駆動媒体を吐出せしめ駆動側回転翼1を回転させ作動側回転翼2の回転をおこし、貯留容器４の底部にある塩化ナトリウム水溶液を吸入管23を介して吸引し吐出管24を介して上部開放形流路6の表面に向けて散布させる。
【００２０】
一方、受熱部上流に配置した逆流防止弁20とレシーバータンク下流に配置した間欠噴射弁8の間に封入された駆動媒体は間欠噴射弁8の開放に伴い駆動媒体循環路の下流側に急速に移動し、受熱部22は一時的に減圧状態となり、これを利用して逆流防止弁20を通過して駆動媒体を受熱部22内に還流せしめる。還流した駆動媒体は温度が低下しているために圧力が低下し間欠噴射弁は閉止する。以下この動作を繰り返させることにより遠心式流体輸送装置を電気動力を利用することなく太陽熱により断続的に作動させるものである。
【００２１】
駆動媒体循環管路5、遠心式流体輸送装置3上部開放形流路6の各部をプラスチック等の耐食性のある材料で構成することにより腐食性及びまたは引火性雰囲気において使用できる気液界面増大装置となる。
【００２２】
気体成分を液体成分に吸収させる吸収操作において当該吸収液体を遠心式流体輸送装置3  の駆動媒体として利用する場合には駆動側回転翼１を回転させた駆動媒体は駆動側容器30に開口して配置した一つまたは二つ以上の吐出口から当該吸収操作が行われる貯留容器4内に散布し吸収液として利用した後に当該貯留容器4外に排出回収して蒸留操作等により純度を上げた後に循環再利用することができる。
【００２３】
上部開放型流路6を伝熱媒体として兼用利用する場合には、伝熱性と耐食性のある材料で構成し、駆動媒体循環路5の一部であって貯留容器４内の遠心式流体輸送装置3の下流側の部分である旋回上昇形駆動流体還流管路32の一部または全部に接触して固定配置する。当該上部開放形流路6は連続させまたは複数の上部開放形流路6を独立して貯留容器4の中心部下方に向けて傾斜配置する。
【００２４】
駆動媒体循環管路5はプラスチックで被覆した金属管を利用してもいい。
遠心式流体輸送装置3には貯留容器４内の流体を吸入するための吸入管23及び当該吸入した流体を所定の位置に吐出するための吐出管24をそれぞれ開口して配置する。
貯留容器４内の発生蒸気は蒸気排出管25を経由して排出する。
【００２５】
間欠噴射弁8の開閉制御はレシーバータンク内の圧力の変化または温度の変化を利用して行うことができる。必要に応じて、圧力放散管などの安全装置を配置する。
【００２６】
上部開放形流路6は遠心式流体輸送装置3により散布した流体を受け止めて下部に流下させるよう傾斜配置すると共に垂直断面がＵ字形、Ｖ字形、凹形もしくはそれに類似した流路であって、再析出した溶質固体を上部開放形流路5表面に付着・堆積保持し溶質内の空隙率を高め且つ駆動媒体循環管路5内の温熱の伝熱媒体となって貯留容器4内の当該操作対象物質の昇温を促進し溶質固体に付着した溶媒の蒸発を促進する目的で配置するものである。
【００２７】
なお、溶媒蒸発操作においては、発生する溶媒蒸気は自らの圧力及びまたは吸引装置により当該貯留容器4の外部に蒸気排出管25を経由して排出するよう構成する。
【００２８】
本発明における加熱源としての１００℃以下の温熱とは、太陽熱、地熱、ごみ焼却炉廃熱、各種工場施設からの排熱、赤道付近における大気の熱、砂漠地帯における地面の熱等を直接または、中間熱媒体を介して間接的に得られる常温から１００℃までの温熱源である。
加熱源が地熱等で１００℃を超える場合には中間媒体を介して受熱部22における加熱側温度を１００℃以下にすることにより利用する。
【００２９】
本発明における遠心式流体輸送装置3の駆動側回転翼1は、駆動流体の運動エネルギーを
利用して回転するものであればよく、羽根車の形状を遠心式羽根車に限定するものではない。同様に作動側回転翼2は当該回転により流体を吸入・吐出できる形状のものが使える。
【００３０】
本発明における加熱昇圧した駆動媒体の駆動側回転翼1への注入は連続的、または間欠的であってもよい。  
間欠噴射弁8はレシーバータンク9内の圧力を検知して、圧力スイッチと電磁弁の組み合わせにより開閉制御する、またはバネや磁石の引力または反発力とレシーバータンク9内の圧力を拮抗させて電気を使わずに開閉制御できる。
間欠噴射弁8の下流側にレシーバータンク7を配置してもよい。
【００３１】
本発明は特定の溶質と溶媒の組み合わせにおいて起こる溶解時の吸熱現象を冷熱源とする溶解式冷凍機において利用できる。即ち溶解式冷凍機において繰り返し行う溶質の再結晶操作と再溶解操作を行う空間である再生器内の気液界面を増大させて、当該再結晶操作の能率を向上させるため、溶解式冷凍機において利用できる。
【００３２】
また、当該溶解式冷凍機において再結晶のために溶媒蒸気をエジェクターの吸引機能を利用して抽気除去する。当該エジェクターの駆動気体をエジェクターを通過後に速やかに除去することが当該エジェクターの能率を高める。このための方法の一つは当該駆動気体を吸収液に吸収させることであり、本発明は当該吸収操作において気液界面を増大させることにより当該吸収操作の能率を向上させるため、溶解式冷凍機において利用できる。
【００３３】
本発明は、海水、汚染湖沼水、河川水、地下帯水層からの汲み上げ水、各種施設からの廃水等を水源水とする蒸留方式の淡水製造装置において、当該水源水からの水蒸気等の蒸発による分離回収操作において当該操作を行う容器内の気液界面を増大させることにより当該分離回収操作の能率を向上させるため、蒸留方式の淡水製造装置において利用できる。
【００３４】
本発明は、果物や砂糖キビ等の搾り汁から水分を、また各種産業における溶液から溶媒をそれぞれ蒸発分離して溶質成分を濃縮または乾燥する操作において当該濃縮または乾燥操作を行う容器内の気液界面を増大させることにより当該濃縮または乾燥操作の能率を向上させる目的で利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によれば、気体成分の液体成分への吸収操作や溶液から溶媒を蒸発分離する溶媒蒸発操作等の気液界面を経由して特定物質の移動操作を行う操作において当該特定物質の移動操作を行う容器内が腐食性及びまたは引火性雰囲気であっても安全に当該容器内の気液界面を増大させることができるため当該特定物質の移動操作の能率を向上できる。
【符号の説明】
【００３６】
1  駆動側回転翼
2  作動側回転翼
3  遠心式流体輸送装置
4  貯留容器
5  駆動媒体循環管路
6  上部開放形流路
7  レシーバータンク
8  間欠噴射弁
9  レシーバータンク
10  駆動部
11  作動部
12 13 14 15 永久磁石
20  逆流防止弁
21  太陽熱集熱器
22  受熱部
23  吸入管
24  吐出管
25  蒸気排出管
26  吐出口
30  駆動側容器
31  作動側容器
32  旋回上昇形駆動流体還流管路
33  異常圧力放散弁
【図１】
2013233530.tif 000003
【図２】
2013233530.tif 000004