JP2021010892A - 液体のスパイラル型微細化装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このガス水洗装置では、水洗塔の上部に洗浄水を下方に散水する散水ノズルを設け、水洗塔の上下方向の中間部に排ガスと洗浄水との接触を促進する接触促進用充填材を設け、水洗塔の下部に排ガスを導入するガス導入部を設け、水洗塔の上端に水洗後の排ガスを排出するガス排出部を設け、水洗塔の下端に排ガスを洗浄した後の洗浄水を排出する洗浄水排出部を設けている。
そして、散水された接触促進用充填剤を排ガスが通過することで排ガスを水と接触させて排ガスの水洗を行なうようにしている。
ところで、排ガス(気体)と水(液体)とを効率的に接触させる方法として、例えば、排ガス(気体)と、微細化して細かい粒子となった水(液体)とを混合させることが考えられ、このような方法を用いれば接触促進用充填材を設けることなく、設備のコンパクト化、コストの抑制を図りつつ、排ガス(気体)と水(液体)とを効率よく混合する上で有利となる。
また、気体と微細化された液体の粒子とを効率よく混合させることによって様々な効果が期待できる。
例えば、微細化されたエタノール(液体)の粒子と空気(気体)とを混合させることでエタノールガスを効率よく生成するといったことが考えられる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成により気体と微細化された液体の粒子とを効率よく混合させる上で有利な液体のスパイラル型微細化装置を提供することを目的とする。
また、複数の噴射ノズルを回転筒部の外周面に螺旋の軌跡に沿って間隔をおいて設けると共に、複数の噴射ノズルから噴射された液体によって気体が気体導入口から気体排出口に導かれるように、回転筒部を回転させるようにしたので、複数の噴射ノズルから噴射された液体によって気体を気体導入口から気体排出口に効率よく導く上で有利となる。
次に本発明の実施の形態の液体のスパイラル型微細化装置(以下スパイラル型微細化装置という)について図面を参照して説明する。
第1の実施の形態では、スパイラル型微細化装置が気体としての排ガスを液体としての水を用いて浄化する排気ガス浄化装置として構成された場合について説明する。
図1に示すように、スパイラル型微細化装置10Aは、外筒部12と、回転筒部14と、複数の噴射ノズル16と、液体供給部17と、回転駆動部18とを含んで構成されている。
湾曲部22は、直線部20とほぼ同じ内外径で湾曲された基部23と、基部23の先端に設けられ断面積が次第に小さくなるように形成されその先端が気体排出口30とされた縮径部24とを含んで構成されている。
本実施の形態では、直線部20は、縮径部24に至るにつれて下方に変位するように傾斜して配置されているが、直線部20は水平に配置されていてもよい。
直線部20の湾曲部22と反対側に位置する端部は端面壁26で閉塞されている。
また、端面壁26の近傍の直線部20の箇所には、直線部20から半径方向外側である下方に突出し外筒部12の内部に連通する気体導入管28が設けられ、気体導入管28の下端は、排ガス(気体)が導入される気体導入口2802となっている。
本実施の形態では、図4に示すように、気体導入口2802は、廃棄物などの処理対象物を加熱あるいは熱分解することで焼却あるいは炭化させる廃棄物処理装置46に接続され、廃棄物処理装置46から加熱あるいは熱分解によって発生した排ガスが気体として導入される。
また、本実施の形態では、気体排出口30は、大気中に開放され、あるいは、気体排出口30から排出される気体(浄化後の排ガス)をさらに浄化する別の排ガス浄化装置に接続されている。
なお、気体導入口2802あるいは気体排出口30にファンを設け、排ガスの外筒部12への導入を促進するなど任意である。
本実施の形態では、図4に示すように、液体排出口3202は、配管33を介して汚水浄化装置44に連通され、液体排出口3202から排出された煤塵などを含む水(液体)は汚水浄化装置44で煤塵などの汚染物質が除去されて再利用されるように図られている。
具体的に説明すると、回転筒部14の一端寄りの箇所は、端面壁26に設けられた軸受34で支持され、回転筒部14の一端は、端面壁26を貫通して直線部20の外側に突出している。
回転筒部14の他端は、スイベルジョイント36を介して液体供給管38の先端に回転可能に連結されている。
したがって、回転筒部14は、軸受34とスイベルジョイント36を介して回転可能に外筒部12に支持されている。
液体供給管38は回転することなく、湾曲部22の壁部を貫通して湾曲部22の外側に延在しており、液体供給管38の先端寄りの箇所は、直線部20の内部で複数のステー40、軸受41を介して直線部20に支持されている。
図4に示すように、液体供給管38は、ポンプ42を介して汚水浄化装置44に接続され、ポンプ42によって汚水浄化装置44に貯えられた浄化済の水が液体供給管38を介して回転筒部14の内部に供給される。
なお、本実施の形態では、スイベルジョイント36が外筒部12の内部に配置されている場合について説明したが、回転筒部14の他端が外筒部12の壁部を貫通して外部に位置し、回転筒部14の他端が外筒部12の外部でスイベルジョイント36を介して液体供給管38の先端に回転可能に連結されていてもよいことは無論である。
なお、左回りの螺旋とは手前から奥に向かって螺旋をたどると左回りとなる螺旋をいう。
本実施の形態では、図1に矢印Fで示すように、外筒部12の内部で排ガス(気体)は気体導入口2802から気体排出口30に向かって流れており、図2に示すように、噴射ノズル16の噴射口1602の軸線は排ガス(気体)の流れFの下流側に向かって傾斜している。したがって、噴射ノズル16から噴射される水(液体)によって排ガス(気体)を気体導入口2802から気体排出口30に向かって円滑に導く上で有利となるように図られている。
また、噴射口1602の内径は例えば0.5mmである。
詳細に説明すると、回転駆動部18は、複数の噴射ノズル16から噴射された液体によって気体が気体導入口2802から気体排出口30に導かれるように、回転筒部14を回転させるものである。
すなわち、左回りの螺旋の軌跡に沿って間隔をおいて設けられた複数の噴射ノズル16から螺旋の軌跡に沿って水(液体)が噴射されるため、回転筒部14を回転させることによって、螺旋の軌跡に沿って噴射される水(液体)も回転筒部14の回転に追従して回転し、それら噴射された水(液体)によって気体が回転筒部14の長手方向に沿って導かれる。
本実施の形態では、気体が気体導入口2802から気体排出口30に導かれるように回転筒部14の回転方向が定められており、具体的には、回転筒部14を第2歯付きプーリー52側から見た場合に右回転(時計回り回転)となるように回転筒部14の回転方向が定められている。
なお、複数の噴射ノズル16を右回りの螺旋(右螺旋)の軌跡に沿って間隔をおいて設けても良く、その場合は、回転筒部14の回転方向を実施の形態と反対向きとすればよい。
予め回転駆動部18により回転筒部14は回転され、かつ、液体供給部17により水が回転筒部14に供給され、複数の噴射ノズル16から噴射される。
この際、複数の噴射ノズル16から噴射された水は互いに衝突し、あるいは、直線部20(外筒部12)の内周面2002に衝突することで微細化され細かい水の粒子となる。
この際、微細化された細かい水の粒子はレナード効果によりマイナスに帯電する。
一方、廃棄物処理装置46から排出された排ガスは気体導入口2802から外筒部12内部に導入されるため、マイナスに帯電した水の粒子と混ざり合う。
ここで、排ガスに含まれる煤塵や硫黄酸化物、窒素酸化物などの汚染物質の粒子はプラスに帯電していることからマイナスに帯電した水の粒子に効率よく吸着され、それら汚染物質の粒子は水の粒子と共に水の粒子の自重によって鉛直方向下方に移動し直線部20(外筒部12)の内周面2002に接触する。
汚染物質の粒子を吸着した多数の水の粒子が内周面2002に接触することで液状となって内周面2002に沿って流動可能な状態となり、外筒部12の傾斜に沿って液体排出口3202に向かって流れ、やがて液体排出口3202から排出され、配管33を介して汚水浄化装置44に供給される。
汚染物質の粒子を含んだ水は汚水浄化装置44で浄化され、再び液体供給部17から回転筒部14に供給される。したがって、水は浄化された循環水として再利用されることになる。
詳細に説明すると、汚水浄化装置44は、煤塵などの汚染物質を含む水をフィルターでろ過することで煤塵などの汚染物資のうち例えば50μm以上の大きな粒子を取り除き、浄化された循環水を生成する。
また、水の粒子によって排ガスの汚染物質の粒子が吸着されることで排ガスが浄化され、浄化された排ガスは、気体排出口30から排出されて大気中に放出され、あるいは、別の排ガス浄化装置によってさらに浄化されたのち、大気に放出される。
外筒部12内部で複数の噴射ノズルから噴射される水(液体)は、水の螺旋を形成する。
この水の螺旋を回転させると(第2歯付きプーリー52側から見た場合に右回転させると)、水の螺旋はアルキメデスのスクリュー(アルキメデスの螺旋)と同様の作用を奏する。
すなわち、水の螺旋が回転することにより水の螺旋の推進力により排ガス(気体)が気体導入口2802から気体排出口30に向けて移送される。
ここで、水の螺旋によって移送される排ガスに含まれる汚染物質の粒子は水の螺旋の表面と密着して移送されることから、水の粒子と同等の大きさの汚染物質の粒子は水の粒子に吸着、捕捉される。
汚染物質の粒子を捕捉した水の粒子は重くなることから水の螺旋の遠心力により外筒部の内周面2002に向かってはじき出され、内周面2002に接触して液状となり内周面2002に沿って流れる。
一方、排ガスの汚染物質の粒子のうち、水の粒子に捕捉されなかった汚染物質の粒子、あるいは、水の粒子よりも小さい汚染物質の粒子は、気体排出口30から、例えば、別の排ガス浄化装置によって吸引され浄化されたのち、大気に放出される。
この場合、前述したように気体導入口2802にファンを設け、排ガスを強制的に外筒部12に吸入するようにすると、水の螺旋の推進力に加えてファンによる吸引力が排ガスに作用し、排ガスの移送量、流速を大きく確保でき、水の粒子による排ガスの汚染物質の粒子の吸着、捕捉の最大化を図る上で有利となる。
そのため、排ガスに含まれる汚染物質の粒子を水の粒子に吸着させ、排ガスから汚染物質の粒子を効率的に取り除き、排ガスの浄化効率を高める上で有利となる。
また、複数の噴射ノズル16を回転筒部14の外周面1402に螺旋の軌跡に沿って間隔をおいて設けると共に、複数の噴射ノズル16から噴射された水(液体)によって排ガス(気体)が気体導入口2802から気体排出口30に導かれるように、回転筒部14を回転させるようにしたので、複数の噴射ノズル16から噴射された水によって排ガスを気体導入口2802から気体排出口30に効率よく導くことができ、排ガスの浄化効率を高める上で有利となる。
試験内容は以下のとおりである。
10kgの石炭を1時間燃焼させ、発生した排ガスを4時間にわたってスパイラル型微細化装置10Aに供給して排ガスの処理を行なった。
そして、気体導入口2802と気体排出口30との2箇所で、ばいじん濃度、硫黄酸化物濃度、窒素酸化物濃度、平均酸素濃度をそれぞれ測定し、それら測定値の1時間当たりの平均値を求めた。
このとき、気体排出口30における排ガス(気体)の流速は4.1m/秒であった。
気体導入口2802での測定値と気体排出口30の測定値を比較すると、排ガスに含まれる汚染物質の粒子の除去が効率的になされていることが明らかとなった。
次に第2の実施の形態について図1、図5を参照して説明する。
なお、以下の実施の形態では、第1の実施の形態と同様の部分、部材については第1の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。
第2の実施の形態は、スパイラル型微細化装置10Bが気体としての空気に、液体としてのエタノールを混合することで、エタノールが含まれた空気を生成するエタノールガス生成装置として構成された場合について説明する。
スパイラル型微細化装置10Bの構成は図1に示すように第1の実施の形態と同様である。
第2の実施の形態では、気体導入口2802は大気中に開放されている。
また、図5に示すように、エタノールを貯えたエタノールタンク56からポンプ42、液体供給管38を介して回転筒部14にエタノールが供給されると共に、空気と混合されなかった残りのエタノールを液体排出口3202から配管33を介してエタノールタンク56に回収し、外筒部12の内部でエタノールが混合された空気(エタノールガス)は、気体排出口30から火力発電装置58に供給される。
第2の実施の形態では、液体供給部17は、エタノールタンク56、ポンプ42、液体供給管38を含んで構成されている。
なお、第2の実施の形態では、噴射口1602の内径は例えば0.5mmであり、回転駆動部18による回転筒部14の回転速度は、例えば6回転/秒である。
予め回転駆動部18により回転筒部14は回転され、かつ、液体供給部17によりエタノールが回転筒部14に供給され、複数の噴射ノズル16から噴射される。
この際、複数の噴射ノズル16から噴射されたエタノールは互いに衝突し、あるいは、直線部20(外筒部12)の内周面2002に衝突することで微細化され細かいエタノールの粒子となる。
一方、大気中から導入された空気は気体導入口2802から外筒部12内部に導入されるため、エタノールの粒子と混ざり合いエタノールガスが生成される。
エタノールの粒子の一部は、自重によって鉛直方向下方に移動し直線部20(外筒部12)の内周面2002に接触する。
多数のエタノールの粒子は内周面2002に接触することで液状となって内周面2002に沿って流動可能な状態となり、外筒部12の傾斜に沿って液体排出口3202に向かって流れ、やがて液体排出口3202から排出され、配管33を介してエタノールタンク56に回収される。
エタノールタンク56に回収されたエタノールは、再び液体供給部17から回転筒部14に供給される。
また、エタノールの粒子が混合された空気は、エタノールガスとして気体排出口30から排出されて火力発電装置58に供給され、火力発電装置58によって燃焼され、火力発電装置58によって発電がなされる。
そのため、エタノールの粒子が空気と混合されたエタノールガスを効率よく生成する上で有利となる。
また、複数の噴射ノズル16を回転筒部14の外周面1402に螺旋の軌跡に沿って間隔をおいて設けると共に、複数の噴射ノズル16から噴射されたエタノール(液体)によって空気(気体)が気体導入口2802から気体排出口30に導かれるように、回転筒部14を回転させるようにしたので、複数の噴射ノズル16から噴射されたエタノールによってエタノールの粒子が混合された空気を気体導入口2802から気体排出口30に効率よく導くことができ、エタノールガスの火力発電装置58への供給を効率的に行なう上で有利となる。
12 外筒部
14 回転筒部
1402 外周面
16 噴射ノズル
17 液体供給部
18 回転駆動部
20 直線部
2002 内周面
28 気体導入管
2802 気体導入口
30 気体排出口
32 液体排出管
3202 液体排出口
38 液体供給管
42 ポンプ
44 汚水浄化装置
46 廃棄物処理装置
48 モータ
56 エタノールタンク
58 火力発電装置
Claims (4)
- 細長状を呈し、長手方向の一端に気体が導入される気体導入口が設けられ、長手方向の他端に前記気体が排出される気体排出口が設けられた外筒部と、
前記外筒部の内部で前記外筒部に沿って延在し回転可能に支持された回転筒部と、
前記回転筒部の外周面に螺旋の軌跡に沿って間隔をおいて設けられその噴射口が前記回転筒部の内部に連通する複数の噴射ノズルと、
前記回転筒部の内部に液体を供給し前記複数の噴射ノズルから前記液体を噴射させる液体供給部と、
前記複数の噴射ノズルから噴射された前記液体によって前記気体が前記気体導入口から前記気体排出口に導かれるように、前記回転筒部を回転させる回転駆動部と、
前記気体排出口寄りの前記外筒部の箇所に設けられ前記外筒部の内面を流れる前記液体を前記外筒部の外部に排出する液体排出口と、
を備えることを特徴とする液体のスパイラル型微細化装置。 - 前記外筒部の内部で前記気体は前記気体導入口から前記気体排出口に向かって流れ、
前記噴射ノズルの噴射口の軸線は前記気体の流れの下流側に向かって傾斜している、
ことを特徴とする請求項1記載の液体のスパイラル型微細化装置。 - 前記気体は、処理対象物が加熱、あるいは、熱分解されることによって発生する排ガスであり、
前記液体は、水であり、
前記気体導入口から前記外筒部内部に導入された前記排ガスが前記噴射ノズルから噴射された前記水によって浄化され前記気体排出口から排出され、
前記液体排出口から排出された前記水を浄化したのち、前記液体供給部に導入するようにした、
ことを特徴とする請求項1または2記載の液体のスパイラル型微細化装置。 - 前記気体は、空気であり、
前記液体は、エタノールであり、
前記噴射ノズルから噴射された前記エタノールを含む前記空気を前記気体排出口から排出し、
前記液体排出口から排出された前記エタノールを回収したのち、前記液体供給部に導入するようにした、
ことを特徴とする請求項1または2記載の液体のスパイラル型微細化装置。
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