ホーム > 特許ランキング > ＬＥＥ， Ｓａｎｇ Ｋｏｏｋ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-11
(45)【発行日】2023-10-19
(54)【発明の名称】ラジアルフロー型反応器
(51)【国際特許分類】
B01J 19/24 20060101AFI20231012BHJP
B01D 53/047 20060101ALI20231012BHJP
C01B 13/02 20060101ALI20231012BHJP
【ＦＩ】
B01J19/24 Z
B01D53/047
C01B13/02 A
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2021196807
(22)【出願日】2021-12-03
(65)【公開番号】P2022089796
(43)【公開日】2022-06-16
【審査請求日】2022-05-26
(31)【優先権主張番号】63/121,491
(32)【優先日】2020-12-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/231,311
(32)【優先日】2021-08-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】521530037
【氏名又は名称】イ、サン グク
【氏名又は名称原語表記】ＬＥＥ， Ｓａｎｇ Ｋｏｏｋ
(74)【代理人】
【識別番号】110000729
【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】イ、サン グク
【審査官】小久保 勝伊
(56)【参考文献】
【文献】特開昭６１－２０９０２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／１７３７３１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開昭４８－０８６７８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２０６６４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００７－５１５３７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００９－５１１５３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－１３７４３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５７－０４７２２０（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開平０７－２５１０２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１３７４６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３０４７６８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００６／０２６９４６１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００１／００２２９５５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２２／００１６５６５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｊ ８／０４、１９／２４
Ｂ０１Ｄ ５３／０４７
Ｃ０１Ｂ １３／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ラジアルフロー型反応器であって、シリンダ形状のボディと、前記ボディの内部に中心軸に沿って環状の形状で備えられる反応部と、前記ボディの内側面と前記反応部との間に設けられる第１流動路と、前記ボディの中心軸と前記反応部との間に設けられる第２流動路と、をそれぞれ含む第１ベッドおよび第２ベッドを含み、
前記第１ベッドは、原料が前記第１ベッドの前記第１流動路から前記第１ベッドの前記反応部に導入される流入口を有し、
前記第２ベッドは、生成物が前記第２ベッドの前記反応部から前記第２ベッドの前記第１流動路に排出される排出口を有し、
前記反応器の入口は、前記第１ベッドの前記第１流動路に接続され、
前記第１ベッドの前記第１流動路と前記第２ベッドの前記第１流動路は互いに遮断され、
前記第１ベッドの前記第２流動路と前記第２ベッドの前記第２流動路は互いに接続され、
前記第２ベッドの前記第１流動路は、前記反応器の出口に接続され、
前記原料が前記反応器の前記入口に流入すると、前記原料は、前記第１ベッドの前記第１流動路、前記第１ベッドの前記流入口、前記第１ベッドの前記反応部、前記第１ベッドの前記第２流動路、前記第２ベッドの前記第２流動路、前記第２ベッドの前記反応部、前記第２ベッドの前記排出口、前記第２ベッドの前記第１流動路を順次に経て前記生成物が生成されるようにし、
前記生成物は、前記反応器の前記出口から排出され、
前記第１ベッドの前記第１流動路と、前記第２ベッドの前記第１流動路とが互いに同一に対応するように構成して、前記第１ベッドの前記流入口に対する前記第２ベッドの前記排出口の面積比が調節されており、
前記第１ベッドの前記反応部の体積［ｆｔ 3 ］と前記第２ベッドの前記反応部の体積［ｆｔ 3 ］の和（Ｖ＿ａｍ１）を３．５ｆｔで除して求められる、前記反応器の同等の軸ベッドの流入口及び排出口面積（Ａ＿ａｘ）に対して、
前記第１ベッドの前記流入口の面積（Ａ＿ｉｎＥ）は、前記反応器の同等の軸ベッドの流入口及び排出口面積（Ａ＿ａｘ）よりも大きく、前記第２ベッドの前記排出口の面積（Ａ＿ｏｕｔＥ）は、前記反応器の同等の軸ベッドの流入口及び排出口面積（Ａ＿ａｘ）より大きいことを特徴とする、
ラジアルフロー型反応器。
【請求項2】
前記第１ベッドの前記流入口に対する前記第２ベッドの前記排出口の面積比が０．７～１．７の範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載のラジアルフロー型反応器。
【請求項3】
前記原料は空気で、前記生成物は酸素であり、前記第１ベッドと前記第２ベッドとを含む反応器全体を圧力循環吸着式または真空圧力循環吸着式酸素発生装置の一部として用いることを特徴とする、請求項１に記載のラジアルフロー型反応器。
【請求項4】
前記第１ベッドと前記第２ベッドとを含む反応器全体の内部の流れに対する面積勾配は、前記第１ベッドの前記流入口を上側とし、前記第２ベッドの前記排出口を下側とする時、面積勾配の下部が台形形状であり、面積勾配の上部が逆台形形状であることを特徴とする、請求項１に記載のラジアルフロー型反応器。
【請求項5】
前記第１ベッド及び前記第２ベッドの双方は、前記反応部の上部に、前記反応部の体積変化に対応して膨らむ、又は上下側に移動するボリューム調整部をそれぞれ含むことを特徴とする、請求項１に記載のラジアルフロー型反応器。
【請求項6】
供給された原料を処理して生成物を生成する一対のベッドを含むラジアルフロー型反応器であって、前記一対のベッドの各ベッドは、第１ベッド及び第２ベッドからなり、
前記第１ベッド及び前記第２ベッドの各々は、
シリンダ形状のボディと、前記ボディの内部に中心軸に沿って環状の形状で備えられる反応部と、前記ボディの内側面と前記反応部との間に設けられる第１流動路と、前記ボディの中心軸と前記反応部との間に設けられる第２流動路と、を有し、
前記第１ベッドは、原料が前記第１ベッドの前記第１流動路から前記第１ベッドの前記反応部に導入される流入口を有し、
前記第２ベッドは、生成中の物質または生成物が前記第２ベッドの前記反応部から前記第２ベッドの前記第１流動路に排出される排出口を有し、
前記一対のベッドの各ベッドにおいて、
前記一対のベッドの各ベッドの入口は前記第１ベッドの前記第１流動路に接続され、
前記第１ベッドの前記第１流動路と前記第２ベッドの前記第１流動路は互いに遮断され、
前記第１ベッドの前記第２流動路と前記第２ベッドの前記第２流動路は互いに接続され、
前記第２ベッドの前記第１流動路は前記一対のベッドの各ベッドの出口に接続され、
前記原料が前記一対のベッドの各ベッドの前記入口に導入されると、前記原料は、前記第１ベッドの前記第１流動路、前記第１ベッドの前記流入口、前記第１ベッドの前記反応部、前記第１ベッドの前記第２流動路、前記第２ベッドの前記第２流動路、前記第２ベッドの前記反応部、前記第２ベッドの前記排出口、前記第２ベッドの前記第１流動路を順次に経て、それにより前記生成中の物質または前記生成物を形成し、
前記生成中の物質または前記生成物は前記一対のベッドの各ベッドの前記出口から排出され、
前記第１ベッドの前記第１流動路と前記第２ベッドの前記第１流動路とが互いに同一に対応するように構成して、
前記生成物を別のストレージに移動させる前に、前記一対のベッド相互間で前記生成中の物質または前記生成物が移動可能に形成され、
前記生成中の物質または前記生成物が、前記一対のベッドの他方のベッドから前記一対のベッドの一方のベッドに流入するとき、前記第２ベッドの前記排出口の面積制限による処理効率の限界を克服するために、前記一対のベッドの各ベッドにおける前記第１ベッドの前記流入口に対する前記第２ベッドの前記排出口の面積比が調整され、
前記一対のベッドの各ベッドの前記第１ベッドの前記反応部の体積［ｆｔ 3 ］と前記一対のベッドの各ベッドの前記第２ベッドの前記反応部の体積［ｆｔ 3 ］の和（Ｖ＿ａｍ１）を３．５ｆｔで除して求められる、前記一対のベッドの各ベッドの同等の軸ベッドの流入口及び排出口面積（Ａ＿ａｘ）に対して、
前記一対のベッドの各ベッドの前記第１ベッドの前記流入口の面積（Ａ＿ｉｎＥ）は、前記一対のベッドの各ベッドの同等の軸ベッドの流入口及び排出口面積（Ａ＿ａｘ）よりも大きく、前記一対のベッドの各ベッドの前記第２ベッドの前記排出口の面積（Ａ＿ｏｕｔＥ）は、前記一対のベッドの各ベッドの同等の軸ベッドの流入口及び排出口面積（Ａ＿ａｘ）よりも大きいことを特徴とする、
ラジアルフロー型反応器。
【請求項7】
前記一対のベッドは、前記一対のベッドの前記一方のベッドに先に前記原料が供給されると、前記一対のベッドの前記他方のベッドを経て前記生成物が排出され、連続的に前記生成物が排出されていた前記他方のベッドに前記原料が供給されると、前記原料が供給されていた前記一方のベッドを経て前記生成物が排出されることを特徴とする、
請求項６に記載のラジアルフロー型反応器。
【請求項8】
前記一対のベッドの各ベッドにおいて、前記一対のベッドの各ベッドの内部の流れに対する面積勾配が、前記第１ベッドの前記流入口を上側とし、前記第２ベッドの前記排出口を下側とする時、面積勾配の下部が台形形状であり、面積勾配の上部が逆台形形状であることを特徴とする、請求項６に記載のラジアルフロー型反応器。
【請求項9】
前記一対のベッドの各ベッドは、前記第１ベッドの前記流入口に対する前記第２ベッドの前記排出口の面積比が０．７～１．７の範囲にあることを特徴とする、
請求項６に記載のラジアルフロー型反応器。
【請求項10】
前記第１ベッドと前記第２ベッドは、それぞれ互いに異なる形状、大きさ、材質で形成できることを特徴とする、
請求項６に記載のラジアルフロー型反応器。
【請求項11】
前記原料は空気で、前記生成物は酸素であり、前記一対のベッドを圧力循環吸着式または真空圧力循環吸着式酸素発生装置の一部として用いることを特徴とする、請求項６に記載のラジアルフロー型反応器。
【請求項12】
前記第１ベッド及び前記第２ベッドの双方は、前記反応部の上部に、前記反応部の体積変化に対応して膨らむ、又は上下側に移動するボリューム調整部をそれぞれ含むことを特徴とする、請求項６に記載のラジアルフロー型反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ラジアルフロー型反応器に関し、より詳しくは、一対のベッドを含むラジアルフロー型反応器においてベッド相互間で生成中の物質または生成物が移動する時、ベッドの排出口の面積制限による処理効率の限界を克服できるようにベッドそれぞれの流入口に対する排出口の面積比を調節できるラジアルフロー型反応器に関する。
【背景技術】
【0002】
産業現場には供給された原料を処理して生成物を生成する多様なフロー型反応器が存在する。この時、フロー型反応器とは、原料が反応器の内部に設けられ、流路に沿って移動しながら反応をして生成物が生成される反応器を通称する。
【0003】
このようなフロー型反応器は、原料が生成物として生成される流れが軸に沿って形成される軸流型反応器（ＡＦＢ（Ａｘｉａｌ Ｆｌｏｗ Ｂｅｄ）ｒｅａｃｔｏｒ）と、原料が生成物として生成される流れが軸を中心に環状に広がったり集まるように形成されるラジアルフロー型反応器（ＲＦＢ（Ｒａｄｉａｌ Ｆｌｏｗ Ｂｅｄ）ｒｅａｃｔｏｒ）とに分けられる。
【0004】
ところが、反応器内の反応物質（Active Material）が形成された厚さの変化なく処理容量を増やすためには、軸流型反応器（ＡＦＢ）は直径を増やせばよいが、直径が増える場合、原料の流れが不均一になる可能性が高くなるのはもちろん、運送においても非常に不便である。
【0005】
そこで、反応器内の反応物質が形成された厚さの変化なく処理容量を増やすにあたり、高さを増やせばよいラジアルフロー型反応器（ＲＦＢ）がより有利であると考えられるが、２つ以上のラジアルフロー型反応器でシステムを構築する場合、ベッドとベッドとの間の流れにおいてベッドの排出口の制限的な面積のため過度な速度が発生して処理容量と生成物の純度が低くなるというデメリットがあり、処理効率において限界がある。
【0006】
【0007】
ここで、図１は、従来のラジアルフロー型反応器を用いて生成物を生成する一般的な過程を説明するための模式図であり、図２は、従来のラジアルフロー型反応器の縦断面を示す断面図であり、図３は、従来のラジアルフロー型反応器に対する流入口と排出口の面積の差を確認できるモデリングの結果である。
【0008】
まず、図１を参照して一般的な過程を説明すれば、原料から生成物を生成する効率を高めるために、図１に示されるように、図２に示された従来のラジアルフロー型反応器１０でそれぞれ構成される一対のベッド１１、１２を交互に繰り返し作動させる。
【0009】
すなわち、ベッド１１に原料が供給されると、供給された原料を処理（または反応）して生成物を生成させた後、Ｖ３バルブを開放させて前の段階でベッド１２から受けていた生成物をストレージ２０に移動させるが、一部はＶ１バルブを開放させて先に反応していた他のベッド１２に送って他のベッド１２を洗浄しながらベッド１２の再生作業を促進し、ベッド１２が十分に再生されると、Ｖ２バルブを開放して残りの生成物をベッド１２に移動させる。
【0010】
次いで、ベッド１２に原料が供給されると、供給された原料を処理して生成物を生成させた後、Ｖ４バルブを開放させて、前述のものに対応して先にベッド１１から受けていた生成物をストレージ２０に移動させるが、一部はＶ１バルブを再度開放させて先に反応していたベッド１１に送ってベッド１１を洗浄しながらベッド１１の再生作業を促進し、ベッド１１が十分に再生されると、Ｖ２バルブを再度開放して残りの生成物をベッド１１に移動させる。
【0011】
このようにＶ２バルブを開放してベッド１１とベッド１２との間に生成物を移動させるのは、それぞれのベッド１１、１２で洗浄および再生された反応物質と追加反応をして、より純度の高い最終製品に作るためである。
【0012】
この時、前に他のベッドで生成されて移動した生成物が洗浄および再生された反応物質と十分に追加反応するためには所定の接触時間が保障されなければならず、これにより、いずれか１つのベッドから他のベッドに生成物が移動（以下では、ベッド１１からベッド１２に生成物が移動するものと説明する。）する時の流速は、前述した接触時間を保障するほど十分に遅い方が良い。
【0013】
ところが、ベッド１１からベッド１２に生成物が移動する時の流速を過度に遅くする場合、再度ベッド１１への原料供給のために待つ遊休時間が長くなるので、ラジアルフロー型反応器全体としてみた時、時間あたりに処理できる原料の量、すなわち処理効率が低下する問題が発生しうる。
【0014】
よって、移動した生成物が洗浄および再生された反応物質と十分に追加反応するためには、２つの生成物間の十分な接触時間を保障しながらも、全体的に処理効率を向上させるためには、ベッド１１からベッド１２に移動する生成物の流量を増やせばよい。
【0015】
例えば、ベッド１１からベッド１２に生成物が移動する場合、生成物がベッド１２に流入する部分の流量を増やすために、ベッド１２において流入する部分の面積を広く調整することが好ましいが、当該部分はベッド１２を基準として生成物が排出される部分でもあるので、ラジアルフロー型反応器１０を構成するベッド１２の構造上当該面積を広く調整することが実質的に不可能である。
【0016】
すなわち、図２に示されるように、従来のラジアルフロー型反応器１０を構成するベッド１２において、原料が流入するｆ１流れは、Ｄ１直径を有する広い面積内で発生し、生成物が排出されるｆ２流れは、Ｄ２直径を有する狭い面積内で発生するしかないので、前述のように、ベッド１１から移動する生成物が流入する面積は、Ｄ２直径を有する狭い面積であるしかない。
【0017】
もし、これを広くするためには、Ｄ２直径と連携されるＤ１直径までも大きくしなければならないが、Ｄ１直径はラジアルフロー型反応器１０の全体大きさを決定するものであるので、Ｄ１直径を増やさなくてもよいというのが、軸流型反応器に対比するラジアルフロー型反応器のメリットであることを考慮すれば、これを実質的に大きくできず、結局、ラジアルフロー型反応器１０の全体の内部流れに対する面積勾配は、流入口を下側、排出口を上側とする時、上側が下側より非常に小さい台形形状であるしかない。
【0018】
したがって、図２に示されるような従来のラジアルフロー型反応器１０の場合には、図３に提示されたモデリングの結果を通して詳しく確認できるように、流入口に対する排出口の面積を調整できないので、ベッド相互間で生成中の物質または生成物が移動する時、ベッドの排出口の面積制限による処理効率の限界がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0019】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであって、一対のベッドを含むラジアルフロー型反応器においてベッドそれぞれの流入口に対する排出口の面積比を調節して、ベッド相互間で生成中の物質または生成物が移動する時、ベッドの排出口の面積制限による処理効率の限界を克服できるラジアルフロー型反応器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0020】
本発明によるラジアルフロー型反応器は、シリンダ形状のボディと、前記ボディの内部に中心軸に沿って環状の形状で備えられる反応部と、前記ボディの内側面と前記反応部との間に設けられる第１流動路と、前記ボディの中心軸と前記反応部との間に設けられる第２流動路と、をそれぞれ含む第１ベッドおよび第２ベッドを含み、原料が前記第１ベッドに流入すると、前記第１ベッドの前記反応部と前記第２ベッドの前記反応部を順次に経て生成物が生成されるようにし、前記第１ベッドにおける前記原料が流入する前記第１流動路または前記第２流動路と、前記第２ベッドの前記反応部を経て生成された前記生成物が排出される前記第１流動路または前記第２流動路とが互いに同一に対応するように構成して、前記第１ベッドと前記第２ベッドとを含む反応器全体の流入口に対する排出口の面積比を調節するように構成される。
【0021】
この時、前記第１ベッドと前記第２ベッドとを含む反応器全体の流入口に対する排出口の面積が０．７倍～１．７倍であってもよい。また、前記原料は空気で、前記生成物は酸素であり、前記第１ベッドと前記第２ベッドとを含む反応器全体を圧力循環吸着式または真空圧力循環吸着式酸素発生装置の一部として用いる。
【0022】
また、前記第１ベッドと前記第２ベッドとを含む反応器全体の内部の流れに対する面積勾配は、前記流入口を上側とし、前記排出口を下側とする時、図１１Ａに示す形状（すなわち、面積勾配の下部が台形形状であり、面積勾配の上部が逆台形形状）であってもよい。
【0023】
このような形状の面積勾配を有するために、本発明によるラジアルフロー型反応器は、前記第１ベッドの前記第１流動路に物質が流入して、前記第１ベッドおよび前記第２ベッドの前記反応部を全部経て生成された生成物は、前記第２ベッドの前記第１流動路に排出されるように構成される。
【0024】
あるいは、本発明によるラジアルフロー型反応器は、前記第１ベッドの前記第２流動路に物質が流入して、前記第１ベッドおよび前記第２ベッドの前記反応部を全部経て生成された生成物は、前記第２ベッドの前記第２流動路に排出されるように構成される。
【0025】
一方、本発明によるラジアルフロー型反応器は、供給された原料を処理して生成物を生成する一対のベッドを含むラジアルフロー型反応器であって、前記生成物を別のストレージに移動させる前に、前記一対のベッド相互間で生成中の物質または前記生成物が移動可能に形成され、前記一対のベッドそれぞれの流入口に対する排出口の面積比を調節することにより、前記一対のベッドのいずれか１つの前記排出口に、前記一対のベッドの他の１つで前記生成中の物質または前記生成物が流入する時、前記一対のベッドそれぞれの前記排出口の面積制限による処理効率の限界を克服するように構成される。
【0026】
ここで、前記一対のベッドは、前記一対のベッドのいずれか１つのベッドに先に前記原料が供給されると、他の１つのベッドを経て前記生成物が排出され、連続的に前記生成物が排出されていた他の１つのベッドに前記原料が供給されると、前記原料が供給されていたいずれか１つのベッドを経て前記生成物が排出される。
【0027】
この時、前記一対のベッドのうち前記原料が供給されるベッドは、前記原料が流入して、前記生成中の物質または前記生成物が前記一対のベッドのうち前記生成物が排出されるベッドに移動する前までの内部の面積勾配が、前記一対のベッドのうち前記原料が供給されるベッドの流入口を下側とし、排出口を上側とする時、図１１Ａに示す形状（すなわち、面積勾配の下部が台形形状であり、面積勾配の上部が逆台形形状）であってもよい。
【0028】
このような形状の面積勾配を有する本発明によるラジアルフロー型反応器において、前記一対のベッドのうち前記原料が供給されるベッドは、前記原料が流入する第１ベッドと、前記第１ベッドでの反応に続いて連続的な反応を起こす第２ベッドとを含み、前記第１ベッドと前記第２ベッドとを互いに直列に連結させることにより、内部の面積勾配が、前記一対のベッドのうち前記原料が供給されるベッドの流入口を下側とし、排出口を上側とする時、図１１Ａに示す形状（すなわち、面積勾配の下部が台形形状であり、面積勾配の上部が逆台形形状）であってもよい。
【0029】
また、前記第１ベッドと前記第２ベッドは、ボディの内側面に沿って高さ方向に形成される第１流動路と、中心軸に沿って高さ方向に形成される第２流動路との間に反応部がそれぞれ設けられて、前記原料が前記第１流動路から前記第２流動路に、または前記第２流動路から前記第１流動路に移動しながら前記反応部を経て前記生成中の物質または前記生成物が生成されるように構成される。
【0030】
この時、前記第１ベッドの前記第１流動路に前記原料が供給されて、前記第１ベッドの前記反応部を経て前記生成中の物質または前記生成物が前記第１ベッドの前記第２流動路を通して排出されると、前記第２ベッドの前記第２流動路に流入するように構成される。
【0031】
また、前記第１ベッドの前記第２流動路に前記原料が供給されて、前記第１ベッドの前記反応部を経て前記生成中の物質または前記生成物が前記第１ベッドの前記第１流動路を通して排出されると、前記第２ベッドの前記第１流動路に流入するように構成される。
【0032】
このように構成される前記一対のベッドそれぞれは、前記第１ベッドと前記第２ベッドとを含むベッド全体の流入口に対する排出口の面積が０．７倍～１．７倍であってもよい。
【0033】
一方、前記第１ベッドと前記第２ベッドは、それぞれ互いに異なる形状、大きさ、材質で形成される。また、前記原料は空気で、前記生成物は酸素であり、前記一対のベッドを圧力循環吸着式または真空圧力循環吸着式酸素発生装置の一部として用いる。
【0034】
また、前記第１ベッドと前記第２ベッドは、前記生成中の物質または前記生成物が生成されながら変化する前記反応部の体積変化に対応できるように、それぞれの反応部の上部にボリューム調整部をさらに含んで構成される。
【0035】
この時、前記ボリューム調整部は、前記反応部の体積変化に対応して膨らむ流体が入っている袋を含んで構成される。
【0036】
あるいは、前記ボリューム調整部は、前記反応部の体積変化に対応して上下側に移動できるように柔軟なガスケットと、前記ガスケットを下側に移動させ、前記ガスケットを平衡状態にする重りとを含んで構成されてもよい。
【発明の効果】
【0037】
本発明によるラジアルフロー型反応器によれば、一対のベッドそれぞれを構成する第１ベッドと第２ベッド内の流れ方向、高さ、幅などを予め設定して、第１ベッドと第２ベッドとを含む反応器全体の流入口に対する排出口の面積比を調節することにより、一対のベッド相互間で生成中の物質または生成物が移動する時、ベッドの排出口の面積制限による処理効率の限界を克服することができる。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】従来のラジアルフロー型反応器を用いて生成物を生成する一般的な過程を説明するための模式図である。
【図2】従来のラジアルフロー型反応器の縦断面を示す断面図である。
【図3】従来のラジアルフロー型反応器に対する流入口と排出口の面積の差を確認できるモデリングの結果である。
【図4】本発明によるラジアルフロー型反応器の第１実施例に含まれるベッドの縦断面を示す断面図である。
【図5】本発明によるラジアルフロー型反応器の第２実施例に含まれるベッドの縦断面を示す断面図である。
【図6】本発明によるラジアルフロー型反応器の第２実施例に含まれるベッドに対する変形例の縦断面を示す断面図である。
【図7】本発明によるラジアルフロー型反応器の第２実施例に含まれるベッドに対する他の変形例の縦断面を示す断面図である。
【図8】本発明によるラジアルフロー型反応器に対する流入口と排出口の面積の差を確認できるモデリングの結果である。
【図9】本発明によるラジアルフロー型反応器に含まれるボリューム調整部の一例を示す模式図である。
【図10】本発明によるラジアルフロー型反応器に含まれるボリューム調整部の他の例を示す模式図である。
【図11A】本発明による面積勾配の形状の一例を示す図である。
【図11B】本発明による面積勾配の形状の別の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0039】
以下、本発明の多様な実施例について、添付した図面を参照して詳細に説明する。ただし、添付した図面は、本発明の内容をより容易に開示するために説明されるものに過ぎず、本発明の範囲が添付した図面の範囲に限定されないことは、この技術分野における通常の知識を有する者であれば当然分かるであろう。
【0040】
また、本発明の多様な実施例を説明するにあたり、同一の機能を有する構成要素については同一の名称および同一の符号を用いるだけで、実質的に従来の技術に関連する名称および符号と完全に同一でないことを予め明らかにする。
【0041】
さらに、本発明の多様な実施例で使った用語は単に特定の実施例を説明するために使われるもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明らかに異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本発明の多様な実施例において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを含むものが存在することを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しないことが理解されなければならない。
【0042】
【0043】
ここで、図４は、本発明によるラジアルフロー型反応器の第１実施例に含まれるベッドの縦断面を示す断面図であり、図９は、本発明によるラジアルフロー型反応器に含まれるボリューム調整部の一例を示す模式図であり、図１０は、本発明によるラジアルフロー型反応器に含まれるボリューム調整部の他の例を示す模式図である。
【0044】
図４に示されるような構造を有するベッドで構成される本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第１実施例は、原料が流入する第１ベッド１１０と、第１ベッド１１０での反応に続いて連続的な反応を起こす第２ベッド１２０とを含むベッドで構成され、このように構成される本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第１実施例は、後述のように、第１ベッド１１０と第２ベッド１２０とを含んで構成されるベッドが一対設けられる。
【0045】
この時、第１ベッド１１０と第２ベッド１２０それぞれは、ボディの内側面に沿って高さ方向に形成される第１流動路１１２、１２２と、中心軸に沿って高さ方向に形成される第２流動路１１４、１２４と、第１流動路１１２、１２２と第２流動路１１４、１２４との間にそれぞれ設けられた反応部１３０とを含んで構成される。
【0046】
このように構成される第１ベッド１１０と第２ベッド１２０それぞれでは、原料が第１流動路１１２、１２２から第２流動路１１４、１２４に、または第２流動路１１４、１２４から第１流動路１１２、１２２に移動しながら反応部１３０を経て生成中の物質または生成物が生成できる。
【0047】
ここで、生成中の物質または生成物は、高純度の酸素、窒素または水素であってもよいし、この時、反応部１３０には、反応物質としては、触媒剤や吸着剤のほかに多様な物質が含まれてもよいことはもちろんである。
【0048】
すなわち、原料を空気として高純度の酸素を発生させるように反応部１３０を構成して、本発明によるラジアルフロー型反応器１００を酸素発生装置の一部として利用できるように、圧力循環吸着式（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｗｉｎｇ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）または真空圧力循環吸着式（ｖａｃｕｕｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｗｉｎｇ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）ガス発生器を構成するのに使用可能である。
【0049】
このように第１ベッド１１０と第２ベッド１２０とを含んで構成される本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第１実施例は、第１ベッド１１０と第２ベッド１２０とを互いに直列に連結させることにより、全体的な内部の面積勾配が図１１Ａに示す形状になるようにしてもよい。
【0050】
この時、図１１Ａに示す形状に形成される内部の面積勾配は、原料が供給される流入口を下側とし、生成中の物質または生成物が排出される排出口を上側としたもので、下側と上側が互いに対称の形状を有する必要もないことはもちろん、左右側は湾曲した形状で多様な傾きを有しても構わない。
【0051】
このように第１ベッド１１０と第２ベッド１２０とで構成されて、全体的な内部の面積勾配が図１１Ａに示す形状を有するベッドを一対含んで構成される本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第１実施例は、生成物を別のストレージに移動させる前に、一対のベッド相互間で生成中の物質または前記生成物が移動可能に形成されるが、上記の背景技術で説明したような一対のベッドのいずれか１つの排出口の面積制限による処理効率の限界がない。
【0052】
これは、一対のベッドそれぞれを構成する第１ベッド１１０と第２ベッド１２０内の流れ方向、高さ、幅などを予めモデリングして設定しておくことにより、第１ベッド１１０と第２ベッド１２０とを含む反応器全体の流入口に対する排出口の面積比を調節できるからである。
【0053】
この時、反応器全体の流入口に対する排出口の面積比は、排出口の面積を流入口の面積に対応できるほど広くすれば、本発明の権利範囲にすべて属するが、反応器全体の流入口に対する排出口の面積が０．７倍～１．７倍以上であるのが有利である。
【0054】
もちろん、前述した０．７倍～１．７倍という数値限定は、排出口の面積を流入口の面積に対応できるほど広いことに対する一例として説明するための限定であり、当業者が変更できる程度の数値（例えば、１．８倍といった程度の数値）であれば、すべて本発明の権利範囲に属する。
【0055】
また、このように反応器全体の流入口に対する排出口の面積が０．７倍～１．７倍になるようにし、反応部１３０を構成する反応物質を３．５ｆｔ（約１．０７ｍ）の高さを有する円柱または角柱形態に変形すると仮定した時、流入口と排出口の面積を前記円柱または角柱の底面面積のそれぞれ０．９倍以上に調整することも可能であり、この場合、処理効率の面でさらに有利であり得る。
【0056】
以上説明したように、流入口に対する排出口の面積を０．７倍～１．７倍に調整できるため、第１ベッド１１０と第２ベッド１２０とをそれぞれ含む一対のベッドのいずれか１つの排出口に、一対のベッドの他の１つで生成中の物質または生成物が流入する時、制限的な排出口の面積によって処理効率が低下する限界を克服することができる。
【0057】
このように従来のラジアルフロー型反応器１０が有する限界を克服できるのは、前述のように第１ベッド１１０と第２ベッド１２０とを含む反応器全体の流入口に対する排出口の面積比を調節できるからであるが、流入口に対する排出口の面積比を調節できるのは、一対のベッドそれぞれを第１ベッド１１０と第２ベッド１２０のように複数構成し、第１ベッド１１０と第２ベッド１２０内の流れ方向、高さ、幅などを設定できるからである。
【0058】
特に、第１ベッド１１０と第２ベッド１２０内の流れ方向に対する設定は、反応器全体の流入口に対する排出口の面積比を調節するうえで重要な要素になり得、これについては、図４を参照して以下に詳しく説明する。
【0059】
図４に示されるように、本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第１実施例の流入口側に相当する第１ベッド１１０の流入口部分の面積を決定する直径Ｄ４と、本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第１実施例の排出口側に相当する第２ベッド１２０の排出口部分の面積を決定する直径Ｄ５とはほとんど差がない。
【0060】
また、第１ベッド１１０の第１流動路１１２に原料が供給されて、第１ベッド１１０の反応部１３０を経て生成中の物質または生成物が第１ベッド１１０の第２流動路１１４を通して排出されると、第２ベッド１２０の第２流動路１２４に流入できるように構成したため、ｈ２とｈ３を調整すれば、本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第１実施例の流入口に対する排出口の面積比を調節することができる。
【0061】
このように構成すれば、原料が流入して、生成中の物質または生成物が生成されて排出される前までの、本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第１実施例を構成する１つのベッドの内部における全体的な面積勾配は図１１Ａに示す形状になる。
【0062】
すなわち、図４にて、第１ベッド１１０の反応部１３０を経るＦ１流れからＦ２流れが形成される第１ベッド１１０の内部の面積勾配は台形になるが、第１ベッド１１０に続いて連続的に反応が起こる第２ベッド１２０の反応部１３０を経るＦ３流れからＦ４流れが形成される第２ベッド１２０の内部の面積勾配は逆台形になるため、本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第１実施例を構成する１つのベッドの内部における全体的な面積勾配は図１１Ａに示す形状になり、背景技術で説明したような従来のラジアルフロー型反応器１０の限界を克服することができる。
【0063】
一方、本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第１実施例に含まれる一対のベッドそれぞれを構成する第１ベッド１１０と第２ベッド１２０は、それぞれの反応部１３０の上部にボリューム調整部１４０をさらに含んで構成される。
【0064】
この時、ボリューム調整部１４０は、生成中の物質または生成物が繰り返し生成されながら反応物質の固着化などによって変化する反応部１３０の体積変化に対応できるならば、その構造および形状は多様であり得ることはもちろん、まだ明らかでないかまたは知られていない反応部１３０の体積変化の原因があるからといって、これによって権利範囲が制限されないことはもちろんである。
【0065】
【0066】
まず、ボリューム調整部１４０は、図９に示されるように、反応部１３０の体積変化に対応して膨らむ流体が入っている袋１４２を含んで構成される。
【0067】
この時、袋１４２は、反応部１３０の体積変化に対応して流体が膨らむように伸縮性のある多様な材質で構成できることはもちろん、その形状も、図９に示されるように、湾曲した形態であってもよいが、必ずしもこれに限定されない。
【0068】
また、袋１４２の形態が湾曲した形態の場合、反応部１３０の上端にまともに配置されていないことがあるので、反応部１３０と袋１４２との間には別の境界面１４４を有してもよいし、これもその材質と形状などは多様であり得る。
【0069】
一方、ボリューム調整部１４０は、図１０に示されるように、反応部１３０の体積変化に対応して上下側に移動できるように柔軟なガスケット１４６と、ガスケット１４６を下側に移動させてガスケット１４６を平衡状態にする重り１４８とを含んで構成される。
【0070】
この時、平衡状態は、ガスケット１４６と反応部１３０との間に空き空間がない状態を含むもので、反応が持続的に行われても反応を阻害する要素がない状態を包括的に意味する。
【0071】
また、ガスケット１４６は、反応部１３０の体積変化に対応して上下側に移動できるように伸縮性のある多様な材質で構成されてもよいし、図１０に示されるように、重り１４８を収容すればその形状も制限されない。
【0072】
さらに、重り１４８も、ガスケット１４６を下側に移動させてガスケット１４６を平衡状態、例えば、ガスケット１４６と反応部１３０との間に空き空間がない状態にできれば、図１０に示されるように、小さい球状に制限されず、多様な形状を有し得ることは当然である。
【0073】
【0074】
ここで、図５は、本発明によるラジアルフロー型反応器の第２実施例に含まれるベッドの縦断面を示す断面図であり、図６は、本発明によるラジアルフロー型反応器の第２実施例に含まれるベッドに対する変形例の縦断面を示す断面図であり、図７は、本発明によるラジアルフロー型反応器の第２実施例に含まれるベッドに対する他の変形例の縦断面を示す断面図である。
【0075】
図５～図７に示されるように、本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第２実施例は、本発明によるラジアルフロー型反応器１００に含まれる一対のベッドそれぞれを構成する第１ベッド１１０と第２ベッド１２０とが、１つのボディ（ｂｏｄｙ）で構成される第１実施例とは異なり、それぞれのボディで構成されて、連結管１５０で連結されるように構成される。
【0076】
しかし、連結管１５０で第１ベッド１１０と第２ベッド１２０とが相互連結されるとしても、本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第２実施例に含まれる一対のベッドのうちの１つを構成する第１ベッド１１０および第２ベッド１２０の全体をみると、面積勾配が図１１Ａに示す形状になるように構成されなければならない。
【0077】
一例として、本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第２実施例に含まれる一対のベッドのうちの１つは、図５に示されるように、第１ベッド１１０の第１流動路１１２に原料が供給されて、第１ベッド１１０の反応部１３０を経て生成中の物質または生成物が第１ベッド１１０の第２流動路１１４を通して排出されると、第２ベッド１２０の第２流動路１２４に流入できるように構成される。
【0078】
この時、図５に提示された前述した一例において、図６に提示されたように、連結管１５０の位置を変更して、第１ベッド１１０の第２流動路１１４におけるＦ２流れと第２ベッド１２０の第２流動路１２４におけるＦ３流れの方向を反対に変形することもできるが、このように変形しても、生成中の物質または生成物が第１ベッド１１０の第２流動路１１４を通して排出されると、第２ベッド１２０の第２流動路１２４に流入できるように構成されることに変わりはなく、第１ベッド１１０および第２ベッド１２０の全体をみると、面積勾配は図１１Ａに示す形状になるはずである。
【0079】
一方、本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第２実施例は、連結管１５０で第１ベッド１１０と第２ベッド１２０とを連結するように構成されるだけに、図７に示されるように、第１ベッド１１０の第２流動路１１４に原料が供給されて、第１ベッド１１０の反応部１３０を経て生成中の物質または生成物が第１ベッド１１０の第１流動路１１２を通して排出されると、第２ベッド１２０の第１流動路１２２に流入するように構成されてもよい。
【0080】
このように原料が流動する部分と生成中の物質または生成物が流動する部分とが反対になるように構成されると、第１ベッド１１０および第２ベッド１２０の全体をみると、面積勾配は図１１Ｂに示す形状（すなわち、面積勾配の下部は逆台形形状、面積勾配の上部は台形形状）になるが、そうだとしても、流入口に対する排出口の面積比を調節して、一対のベッドのいずれか１つの排出口に、一対のベッドの他の１つで生成中の物質または前記生成物が流入する時、一対のベッドのいずれか１つの排出口の面積制限による処理効率の限界を克服することは同一であるだけに、本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第２実施例として本発明の権利範囲内に属することは当然であろう。
【0081】
一方、本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第２実施例においても、ボリューム調整部１４０も含まれることは当然であり、これについては第１実施例と実質的に同一であるので、以下、説明は省略する。
【0082】
以上説明したような本発明によるラジアルフロー型反応器１００の第１実施例および第２実施例は、生成物を別のストレージに移動させる前に、一対のベッド相互間で生成中の物質または生成物が移動可能に形成されるが、一対のベッドのいずれか１つの排出口に、一対のベッドの他の１つで生成中の物質または前記生成物が流入する時、一対のベッドのいずれか１つの排出口の面積制限による処理効率の限界を克服できるように、一対のベッドそれぞれを構成する第１ベッド１１０と第２ベッド１２０とは、１つのボディで直接的に連結されるか、連結管１５０を用いて連結されるかにかかわらず、全体的に流入口に対する排出口の面積比を調整可能にする。
【0083】
このように第１ベッド１１０と第２ベッド１２０は、流入口に対する排出口の面積比が調整されるようにして、面積勾配が図１１Ａに示す形状（または場合によっては図１１Ｂに示す形状）になるようにすれば、前述した第１実施例のように１つのボディで直接的に連結されなくても、前述した第２実施例のように連結管１５０を用いて連結されなくてもすべて本発明の権利範囲に属することは当然であり、ひいては、第１ベッド１１０と第２ベッド１２０がそれぞれ互いに異なる形状、大きさ、材質で多様に形成されてもすべて本発明の権利範囲に属する。
【0084】
【0085】
すなわち、図３に例示された従来のラジアルフロー型反応器１０に対するモデリングの結果によれば、３．５ｆｔ（約１．０７ｍ）の高さに形成された反応物質を含む軸流型反応器の流入口および排出口の面積に比べて、同じ量及び同じ種類の反応物質を含む従来のラジアルフロー型反応器１０の流入口の面積比（Ｉｎｌｅｔ ａｒｅａ ｒａｔｉｏ）は１４５％、排出口の面積比（Ｏｕｔｌｅｔ ａｒｅａ ｒａｔｉｏ）は９３％であり、排出口の面積は流入口の面積の６３％（＝９３／１４５＊１００％）に過ぎない。
【0086】
すなわち、従来のラジアルフロー型反応器１０は、排出口の面積が流入口の面積に拘束されて非常に小さいので、一対のベッドのいずれか１つの排出口に、一対のベッドの他の１つで生成中の物質または生成物が流入する時、一対のベッドそれぞれの排出口の面積制限によって処理効率に限界がある。
【0087】
しかし、図８に例示された本発明によるラジアルフロー型反応器１００に対するモデリングの結果によれば、３．５ｆｔ（約１．０７ｍ）の高さに形成された反応物質を含む軸流型反応器の流入口および排出口の面積に比べて、同じ量及び同じ種類の反応物質を含むラジアルフロー型反応器１００の流入口の面積比（Ｉｎｌｅｔ ａｒｅａ ｒａｔｉｏ）は１２６％、排出口の面積比（Ｏｕｔｌｅｔ ａｒｅａ ｒａｔｉｏ）も１２６％であり、排出口の面積を流入口の面積の１００％（＝１２６／１２６＊１００％）に調節できるので、前述のような排出口の面積制限による処理効率の限界を克服することができる。
【0088】
以上、本発明による一実施例を説明し、上述した実施例以外にも、本発明がその趣旨や範疇を逸脱することなく他の特定の形態で具体化できるという事実は、当該技術における通常の知識を有する者にとっては自明である。
【0089】
そのため、上述した実施例は制限的ではなく例示的なものと考えなければならず、これによって本発明は上述した説明に限定されず、添付した請求項の範疇およびその同等範囲内で変更されてもよい。
【符号の説明】
【0090】
１０：従来のラジアルフロー型反応器
２０：ストレージ
１００：本発明によるラジアルフロー型反応器
１１０：第１ベッド
１１２：第１ベッドの第１流動路
１１４：第１ベッドの第２流動路
１２０：第２ベッド
１２２：第２ベッドの第１流動路
１２４：第２ベッドの第２流動路
１３０：反応部
１４０：ボリューム調整部
１４２：袋
１４４：境界面
１４６、１４６’：ガスケット
１４８：重り
１５０：連結管
２０：ストレージ
１００：本発明によるラジアルフロー型反応器
１１０：第１ベッド
１１２：第１ベッドの第１流動路
１１４：第１ベッドの第２流動路
１２０：第２ベッド
１２２：第２ベッドの第１流動路
１２４：第２ベッドの第２流動路
１３０：反応部
１４０：ボリューム調整部
１４２：袋
１４４：境界面
１４６、１４６’：ガスケット
１４８：重り
１５０：連結管
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
