JP2021171679A - 混合ノズル及び混合ノズルを用いる汚染気体浄化装置 - Google Patents

混合ノズル及び混合ノズルを用いる汚染気体浄化装置 Download PDF

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Abstract

【課題】気体と溶液を効率良く混合可能な混合ノズルを提供する。【解決手段】混合ノズル４０は、スロート部４１と、ディフューザ部４２と、気体ノズル部４３と、第１吸液口４４と、液ノズル部４５と、第２吸液口４６と、バッフル板４７と、噴出口４８とからなる。第１吸液口４４は、気体ノズル部４３の側部から気体ノズル先端部４３ａ方向へ貯水プールの溶液を吸液する。液ノズル部４５は、気体ノズル部４３の下流側に第１吸液口４４を挟んで延在する。第２吸液口４６は、液ノズル部４５の側部から液ノズル先端部４５ａ方向へ貯水プールの溶液を吸液する。バッフル板４７は、ディフューザ部４２で混合される混合流がディフューザ部４２の下流端部の正面で衝突するように配置され、混合流の高速反転流が形成され遠心力により気体と溶液とが混合するように、混合流を分割して反転させる。【選択図】図１

Description

本発明は混合ノズル及び混合ノズルを用いる汚染気体浄化装置に関し、特に、気体と溶液を混合可能な混合ノズルに関する。また、混合ノズルを用い、汚染物質である微細粒子が含まれる汚染気体を除染溶液と混合して浄化する汚染気体浄化装置に関する。
空気中の細菌やウイルス、放射性物質等を浄化して浄化済みの空気を排出する空気浄化装置が知られている。例えば、特許文献１の装置は、室内の空気を次亜塩素酸水と接触させ、空気中の細菌やウイルス等を除去するものである。これは、貯水部に貯水された次亜塩素酸水を水滴化し、吸気口から吸い込んだ空気と混合して排気口から噴出させるものである。
特開２０１８−１７５７４０号公報
しかしながら、特許文献１のような従来の空気浄化装置は、吸気口から吸い込んだ空気のすべてが次亜塩素酸水と接触しない場合があった。さらに、完全に空気が次亜塩素酸水と接触したとしても、空気中に含まれる汚染物質である微細粒子が気泡中に存在した場合には、気泡に囲まれた微細粒子には次亜塩素酸水は接触せず、完全に浄化されないまま排気口から噴出するリスクもあった。
本発明は、斯かる実情に鑑み、汚染気体に含まれる汚染物質である微細粒子を確実に除染溶液と混合させ浄化することが可能な汚染気体浄化装置を提供しようとするものである。また、気体と溶液を効率良く混合可能な混合ノズルを提供しようとするものである。
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による混合ノズルは、気体と溶液が混合されてなる混合流を加速するために内部断面積が小さいスロート部と、スロート部から下流側に向かってその内部断面積がテーパ状に拡大するディフューザ部と、スロート部の上流側に配置され、外部の気体が供給され、下流に向かってその内部断面積が先細り状に縮小する気体ノズル先端部を有する気体ノズル部と、気体ノズル部の側部から気体ノズル先端部方向へ貯水プールの溶液を吸液するための第１吸液口と、気体ノズル部の下流側に第１吸液口を挟んで延在し、下流に向かってその内部断面積が先細り状に縮小する液ノズル先端部を有する液ノズル部と、スロート部より上流側且つ液ノズル部の下流側に配置され、液ノズル部の側部から液ノズル先端部方向へ貯水プールの溶液を吸液するための第２吸液口と、気体ノズル先端部から排出される気体が第１吸液口及び第２吸液口から吸液される溶液と共にスロート部で加速され、ディフューザ部で混合される混合流がディフューザ部の下流端部の正面で衝突するように配置されるバッフル板であって、混合流の高速反転流が形成され遠心力により気体と溶液とが混合するように、混合流を分割して反転させる、バッフル板と、バッフル板により分割して反転される混合流が貯水プールの上方向に直接向かわない方向へ噴出する噴出口と、を具備するものである。
ここで、バッフル板は、ディフューザ部により分割して反転される混合流が貯水プールの底方向に向かって斜めに噴出するように、混合流の衝突面が円弧形状であれば良い。
また、バッフル板は、混合流が噴流口へ導かれるように上流側を向く凸条噴流ガイドを混合流の衝突面に有するものであっても良い。
また、液ノズル部は、液ノズル先端部がスロート部よりも狭いものであれば良い。
また、気体ノズル部は、気体ノズル先端部が液ノズル先端部よりも狭いものであれば良い。
また、気体ノズル部は、上流に向かってその厚み方向の内部断面積が末広がり形状となるように構成されるものであれば良い。
また、本発明の混合ノズルを用い、汚染物質である微細粒子が含まれる外部の気体である汚染気体を浄化する汚染気体浄化装置は、汚染物質である微細粒子が含まれる汚染気体を吸気口から吸気する送風部と、吸気される汚染気体を送風する送風管とを有する吸入部と、汚染気体に含まれる汚染物質である微細粒子を除染するための除染溶液を貯水する貯水プールと、除染後の気体を貯水プールから排気する排気部と、を具備し、吸入部の送風管は、混合ノズルの気体ノズル部に接続され、バッフル板は、ディフューザ部で混合される汚染気体と除染溶液の固気液三相流の高速反転流が形成され遠心力により汚染気体中の微細粒子と気体とを分離し微細粒子と除染溶液とが混合するように、固気液三相流を分割して反転させる、ものであれば良い。
また、吸入部の送風部は、貯水プールの除染溶液よりも高い位置に配置され、送風管はＵ字型に形成され、貯水プールの除染溶液よりも低い位置にＵ字の折り返し部分が配置されるものであれば良い。
また、吸入部の送風部は、貯水プールの除染溶液よりも低い位置に配置され、送風管は逆Ｕ字型に形成され、貯水プールの除染溶液よりも高い位置に逆Ｕ字の折り返し部分が配置されるものであっても良い。
さらに、貯水プールの除染溶液の液量を制御する溶液量制御部を有するものであっても良い。
また、排気部は、貯水プールで発生するミストを除染溶液と気体に分離するミスト分離部を有し、該ミスト分離部は、分離される除染溶液を貯水プールに戻すものであれば良い。
また、排気部は、さらに、除染後の気体と共に貯水プールの除染溶液を混合して霧化する霧化手段又はプラズマ殺菌手段を有するものであっても良い。
また、排気部は、さらに、他の除染手段に接続されるものであっても良い。
ここで、他の除染手段は、メタル繊維フィルタ、ガラス繊維フィルタ、ヨウ素吸着フィルタ、揮発性有機化合物分解触媒フィルタの少なくとも何れか１つであれば良い。
また、貯水プールの除染溶液は、アルカリ水からなり、他の除染手段は、メタル繊維を用いる第１フィルタ部と、ヨウ素吸着材を用いる第２フィルタ部とからなるものであれば良い。
また、貯水プールの除染溶液は、次亜塩素酸水又は二酸化塩素水からなり、他の除染手段は、メタル繊維を用いる第１フィルタ部と、ガラス繊維を用いる第２フィルタ部とからなるものであっても良い。
また、貯水プールの除染溶液は、アルカリ水からなり、他の除染手段は、メタル繊維を用いる第１フィルタ部と、揮発性有機化合物分解触媒を用いる第２フィルタ部とからなるものであっても良い。
また、貯水プールの除染溶液は、アルカリ水からなり、他の除染手段は、メタル繊維を用いる第１フィルタ部と、ガラス繊維を用いる第２フィルタ部とからなるものであっても良い。
また、貯水プールの除染溶液は、放射性物質、ウイルス、細菌、カビ、花粉、光化学オキシダント、火山ガスの何れか１つを少なくとも除染可能であれば良い。
さらに、汚染気体浄化装置が移動手段に搭載可能に構成されるものであっても良い。
さらに、汚染気体浄化装置がフェイスマスクに接続可能に構成されるものであっても良い。
本発明の汚染気体浄化装置には、汚染気体に含まれる汚染物質である微細粒子を確実に除染溶液と混合させ浄化することが可能であるという利点がある。また、本発明の混合ノズルには、気体と溶液を効率良く混合可能であるという利点がある。
図１は、本発明の混合ノズルの詳細を説明するための概略図である。 図２は、本発明の混合ノズルのバッフル板の詳細を説明するための概略側面図である。 図３は、本発明の汚染気体浄化装置を説明するための概略構成図である。 図４は、本発明の汚染気体浄化装置の吸入部の他のレイアウトを説明するための概略図である。 図５は、本発明の汚染気体浄化装置の応用例を説明するための概略図である。 図６は、本発明の汚染気体浄化装置と比較例との除染係数の比較グラフである。 図７は、本発明の汚染気体浄化装置の他の応用例を説明するための概略構成図である。 図８は、本発明の汚染気体浄化装置を移動可能に構成した例を説明するための概略構成図である。
以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。本発明の混合ノズルは、貯水プールに貯水される溶液に浸漬され、貯水プールの底側から上方向に向かって外部の気体と貯水プールの溶液とを混合するものである。ここで、本発明の混合ノズルを汚染気体浄化装置に応用した場合には、外部の気体とは、例えば汚染物質である微細粒子が含まれる汚染気体である。また、このときの貯水プールに貯水される溶液とは、例えば汚染気体に含まれる汚染物質である微細粒子を除染するための除染溶液である。また、本発明の混合ノズルは、所謂バイオリアクタに応用可能である。バイオリアクタは、生体触媒を用いて生化学反応を行う装置である。この場合には、外部の気体とは、地球温暖化ガスである二酸化炭素やメタンを含む大気や酸素等であれば良い。また、このときの貯水プールに貯水される溶液とは、培養液であれば良い。
以下、図１を用いて混合ノズルの詳細について説明する。図１は、本発明の混合ノズルの詳細を説明するための概略図であり、図１（ａ）が斜視図、図１（ｂ）が分解斜視図、図１（ｃ）が分解正面図、図１（ｄ）が側面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。混合ノズル４０は、貯水プールの除染溶液に浸漬されるものである。混合ノズル４０は、貯水プールの底部に配置されれば良い。混合ノズル４０は、貯水プールの底側から上方向に向かって外部の気体と溶液とを混合するためのものである。図示の通り、混合ノズル４０は、その内部空間がスロート部４１と、ディフューザ部４２に分かれている。混合ノズル４０は、さらに、気体ノズル部４３と、第１吸液口４４と、液ノズル部４５と、第２吸液口４６と、バッフル板４７と、噴出口４８とからなる。
スロート部４１は、気体と溶液が混合されてなる混合流を加速するために内部断面積が小さくなっている部分である。ディフューザ部４２は、スロート部４１から下流側、即ち、図面上、上方に向かってその内部断面積がテーパ状に拡大している部分である。スロート部４１及びディフューザ部４２は、２つのブロック板４１ａを組み合わせることで構成されれば良い。ブロック板４１ａは、例えばステンレスや樹脂等で構成されれば良い。ブロック板４１ａは、図１（ｃ）の正面図において、スロート部４１の下側（上流側）が短く上側（下流側）が長くなる形状を有しており、スロート部４１の部分が一番幅厚に構成され、ディフューザ部４２の下流方向に向かって徐々に幅薄になるような形状を有している。このような形状のブロック板４１ａを２つ対向して配置することで、その内部空間にスロート部４１及びディフューザ部４２が提供される。なお、ブロック板４１ａは、図示のように、押さえブラケット４２ａによりその前後が挟まれ、ボルト等により固定されれば良い。しかしながら、本発明はこれに限定されず、金属ブロックや樹脂ブロックを削り出し等することでスロート部４１及びディフューザ部４２が設けられても良い。
気体ノズル部４３は、スロート部４１の上流側に配置され、外部の気体が供給され、下流に向かってその内部断面積が先細り状に縮小する気体ノズル先端部４３ａを有するものである。図示の通り、気体ノズル先端部４３ａは、矩形状の噴流口を有している。気体ノズル部４３は、例えばステンレスや樹脂等のノズルブロック４３ｂで構成されれば良い。気体ノズル部４３には、フランジ４３ｃが適宜設けられており、ベース２０に固定されれば良い。ベース２０は、適宜貯水プールの底に固定されれば良い。
また、気体ノズル部４３は、図１（ｄ）に示されるように、上流に向かってその厚み方向の内部断面積が末広がり形状となるように構成されても良い。即ち、厚み方向について上流側を末広がりに拡張する。これにより、空気ノズルの入口側の流路断面積を拡大することが可能となる。
なお、気体ノズル部４３は、図示例では混合ノズル４０と一体的に構成される例を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、気体ノズル部は混合ノズル４０とは別体で構成され、ベース２０に別途固定されるノズルとして構成しても良い。
第１吸液口４４は、気体ノズル部４３の側部から気体ノズル先端部４３ａ方向へ貯水プールの溶液を吸液するためのものである。即ち、第１吸液口４４は、気体ノズル部４３の裾野の上流側に設けられるものである。気体ノズル先端部４３ａでは、気体の高速噴流によって生ずる負圧が発生するため、第１吸液口４４から溶液が吸液される。例えば、後述の液ノズル部４５との隙間から、気体ノズル部４３の側部の間隔に向けて溶液が流入可能に構成されれば良い。ここで、気体ノズル部４３の側部とは、気体ノズル部４３の気体ノズル先端部４３ａよりも上流側を意味する。図示のように、第１吸液口４４は、気体ノズル部４３の先端形状に合わせて斜め上方に吸液されるように構成されれば良い。
液ノズル部４５は、気体ノズル部４３の下流側に第１吸液口４４を挟んで延在し、下流に向かってその内部断面積が先細り状に縮小する液ノズル先端部４５ａを有するものである。図示の通り、液ノズル先端部４５ａは、矩形状の噴流口を有している。液ノズル部４５は、例えばステンレスや樹脂等の先細りブロック４５ｂで構成されれば良い。液ノズル部４５は、第１吸液口４４の下流側端部を裾野とし、下流に向かって先細りする形状を有している。液ノズル部４５は、図１（ｃ）に示されるように、例えば２つの先細りブロック４５ｂを対向して配置し、その内部断面積が先細り状に縮小するように構成されれば良い。液ノズル部４５の先細りブロック４５ｂも、押さえブラケット４２ａによりその前後が挟まれ、ボルト等により固定されれば良い。
第２吸液口４６は、スロート部４１より上流側且つ液ノズル部４５の下流側に配置され、液ノズル部４５の側部から液ノズル先端部４５ａ方向へ貯水プールの溶液を吸液するためのものである。即ち、第２吸液口４６は、液ノズル部４５の裾野の上流側に設けられるものである。液ノズル部４５を挟んで上流側と下流側に第１吸液口４４と第２吸液口４６が配置されれば良い。液ノズル先端部４５ａでは、気体と溶液の高速噴流によって生ずる負圧が発生するため、第２吸液口４６からさらに溶液が吸液されることになる。例えば、ブロック板４１ａとの隙間から、液ノズル部４５の側部の間隔に向けて溶液が流入可能に構成されれば良い。ここで、液ノズル部４５の側部とは、液ノズル部４５の液ノズル先端部４５ａよりも上流側を意味する。図示のように、第２吸液口４６は、液ノズル部４５の先端形状に合わせて斜め上方に吸液されるように構成されれば良い。
このように、本発明の混合ノズルは、気体ノズル部４３と液ノズル部４５が、第１吸液口４４を介在して嵌合するように配置されている。また、スロート部４１と液ノズル部４５が、第２吸液口４６を介在して嵌合するように配置されている。即ち、まず気体ノズル部４３からの気体と第１吸液口４４からの溶液が混合されながら噴流し、さらに第２吸液口４６からの溶液が加わりながら液ノズル部４５から噴流するという２段階の噴流を経てスロート部４１へ流れ込むことになる。
ここで、液ノズル部４５は、より具体的には、図１（ｃ）に示されるように、液ノズル先端部４５ａがスロート部４１よりも狭くなるように構成されることが好ましい。これにより、第１吸液口４４から吸液される溶液をより高速に加速させることが可能となる。
また、気体ノズル部４３は、より具体的には、図１（ｃ）に示されるように、気体ノズル先端部４３ａが液ノズル先端部４５ａよりも狭くなるように構成されることが好ましい。これにより、供給される外部の気体をより高速に噴流させることが可能となる。なお、気体ノズル先端部４３ａの外縁部を適宜面取り等することで、出口圧損を低減するように構成しても良い。
また、第２吸液口４６から吸液される溶液は、液ノズル部４５の先細りブロック４５ｂとブロック板４１ａの間を通ることになる。このとき、図１（ｃ）に示されるように、先細りブロック４５ｂとブロック板４１ａの間を一部狭くすることで、この位置においてもスロート効果を得るようにしても良い。これにより、第２吸液口４６から吸液される溶液もより高速に加速させることが可能となる。
バッフル板４７は、ディフューザ部４２の下流端部に配置されるものである。まず、気体ノズル先端部４３ａから排出される気体が第１吸液口４４及び第２吸液口４６から吸液される溶液と共にスロート部４１で加速される。即ち、第１吸液口４４及び第２吸液口４６の２段階で溶液が加速されながらディフューザ部４２に流れ込む。そして、ディフューザ部４２で気体と液体の混合流になる。バッフル板４７は、この混合流がディフューザ部４２の下流端部の正面で衝突するように配置されれば良い。バッフル板４７に衝突した混合流は、左右に分割して反転する。これにより、混合流の高速反転流が形成され遠心力により気体と溶液とが混合することになる。即ち、高速反転流による遠心力により、気体と溶液を確実に混合させることが可能となる。
噴出口４８は、バッフル板４７により分割して反転される混合流が貯水プールの上方向に直接向かわない方向へ噴出するものである。即ち、斜め下方に向きを変えて混合流が噴出される。混合流は、遠心力を受けながら噴出することになる。噴出口４８は、例えばスロート部４１及びディフューザ部４２を構成するブロック板４１ａの先端とバッフル板４７の隙間により提供されれば良い。
ここで、バッフル板４７は、より具体的には、図１（ｃ）に示されるように、ディフューザ部４２により分割して反転される混合流が貯水プールの底方向に向かって斜めに噴出するように、混合流の衝突面が円弧形状であることが好ましい。これにより、効率良く混合流が貯水プールの底方向に向かって斜めに噴出するようになる。
さらに、図２に示すように、凸状噴流ガイド４７ａを設けても良い。図２は、本発明の気体浄化装置の混合ノズルのバッフル板の詳細を説明するための概略側面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、バッフル板４７には、凸状噴流ガイド４７ａが設けられている。凸状噴流ガイド４７ａは、混合流が噴出口４８へ導かれるように、混合流の衝突面に凸状部が上流側を向くように配置されれば良い。これにより、効率良く混合流を左右に分割可能となり、より効率良く混合流の高速反転流を形成できる。
また、図示のように、噴出口４８を強化するための噴出口ガイド４８ａを設けても良い。噴出口ガイド４８ａにより、噴出口４８から噴出される混合流がより効率良く貯水プールの底方向に向かって斜めに噴出するようにようになる。
このように構成された本発明の混合ノズルは、気体と溶液を効率良く混合可能である。
また、本発明の混合ノズルは、例えば、所謂バイオリアクタにも応用可能である。バイオリアクタは、生体触媒を用いて生化学反応を行う装置である。即ち、除染溶液に代えて培養液を用い、汚染気体に代えて地球温暖化ガスである二酸化炭素やメタンを高濃度に含む気体を用いる。本発明の混合ノズルにより培養液にこれらの気体を通気させることで、これらの気体や細胞が必要とする酸素を微細気泡にして攪拌でき、効率的に供給することができる。これにより、微生物や藻による光合成により二酸化炭素を酸素と有機物に還元させたり、微生物によりメタンをメタノールに変換したりすることができるので、大気中の地球温暖化ガスを産業規模で削減することが可能となる。
次に、上述の本発明の混合ノズルを用い、汚染物質である微細粒子が含まれる外部の気体である汚染気体を浄化する汚染気体浄化装置について説明する。図３は、本発明の汚染気体浄化装置を説明するための概略構成図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、本発明の汚染気体浄化装置は、吸入部１０と、貯水プール３０と、混合ノズル４０と、排気部５０と、から主に構成されている。上述の混合ノズル４０において、外部の気体と説明したものが、この例では汚染物質である微細粒子が含まれる汚染気体となる。また、貯水プールに貯水される溶液と説明したものが、この例では汚染気体に含まれる汚染物質である微細粒子を除染するための除染溶液となる。
吸入部１０は、吸気口１１から吸気する送風部１２と送風管１３とからなるものである。送風部１２は、汚染物質である微細粒子が含まれる汚染気体を吸気口１１から吸気する。送風管１３は、吸気される汚染気体を後述の貯水プール３０側へ送風するものである。送風部１２は、例えば羽根車を用いたシロッコファン等の送風機を用いれば良い。送風管１３は、例えば図示例のようにＵ字型に形成されれば良い。図示例のように、吸入部１０の送風部１２が後述の貯水プール３０の除染溶液３１よりも高い位置に配置されることにより、貯水プール３０の除染溶液３１が仮に逆流した場合であっても、送風部１２が水没することを防止可能である。
そして、吸入部１０の送風管１３は、混合ノズル４０の気体ノズル部４３に接続される。例えば、送風管１３にはフランジが適宜設けられており、ベース２０に固定されれば良い。
貯水プール３０は、除染溶液３１を貯めるものである。除染溶液３１は、汚染気体と混合し汚染気体に含まれる微細粒子を除染するためのものである。除染溶液３１は、所謂スクラバ水と呼ばれるものである。除染溶液３１は、例えば放射性物質、ウイルス、細菌、カビ、花粉、光化学オキシダント、火山ガスの何れか１つを少なくとも除染できるものであれば良い。具体的には、除染溶液３１は、例えば次亜塩素酸水や二酸化塩素水のように、ウイルス等の微細粒子の除染に効果のあるものであれば良い。また、放射性物質の除去や揮発性有機化合物の分解に有効な水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ水であっても良い。
ここで、図１等に詳細が示される上述の混合ノズル４０のバッフル板４７は、ディフューザ部４２で混合される汚染気体と除染溶液の固気液三相流の高速反転流が形成され遠心力により汚染気体中の微細粒子と気体とを分離し微細粒子と除染溶液とが混合するように、固気液三相流を分割して反転させることになる。即ち、気泡中に含まれる微細粒子は除染溶液に直接接触しないため除染溶液の除染効果は得られないが、本発明の汚染気体浄化装置の混合ノズル４０では、遠心力により汚染気体中の微細粒子と気体とを分離し、微細粒子と除染溶液を確実に混合させることが可能となる。
このように本発明の混合ノズル４０を用いて貯水プール３０内に排出された除染後の気体は、排気部５０から排気される。貯水プール３０内に排出された除染後の気体は、貯水プール３０の除染溶液３１内で気泡となって除染溶液３１から放出される。この放出された気体が排気部５０から排気されれば良い。
排気部５０は、例えば排気口５１とミスト分離部５２とからなるものであっても良い。ミスト分離部５２は、貯水プール３０で発生するミストを除染溶液３１と気体に分離するものである。これは、除染後の気体のみが除染溶液３１上に舞い上がるだけでなく、除染溶液３１もミスト化して舞い上がるためである。ミストをそのまま排気口５１から排気しても良いし、ミスト分離部５２を用いて除染溶液３１と気体に分離して除染後の気体のみを排気しても良い。
また、ミスト分離部５２は、分離される除染溶液を貯水プール３０に戻しても良い。例えば、分離水回収管５３を用いてミスト分離部５２により分離された除染溶液を貯水プール３０に戻す。これにより、除染溶液を再利用することも可能となる。
さらに、本発明の汚染気体浄化装置は、溶液量制御部６０を有するように構成しても良い。溶液量制御部６０は、貯水プール３０の除染溶液３１の液量を制御するものである。溶液量制御部６０は、例えば貯水プール３０の除染溶液３１の水位を図るためのフロート６１を用いて除染溶液３１の水位の変化を測定し、水位が所定以下に下がった場合には貯蔵タンク等から除染溶液３１を補充するようにすれば良い。そして、必要により排水弁６２を貯水プール３０の底に設け、貯水プール３０から除染溶液３１を抜けるように構成しても良い。
また、排気部５０は、さらに、除染後の気体と共に貯水プール３０の除染溶液３１を混合して霧化する霧化手段を有するものであっても良い。霧化手段は、例えば超音波噴霧器を用いれば良い。霧化手段により霧化された除染溶液を排気口５１から排気することで、空間に除染溶液を充満させることも可能となる。
さらに、排気部５０は、プラズマ殺菌手段を有するものであっても良い。このように、本発明の汚染気体浄化装置は、排気部５０に種々の機能を設けて除染された気体を排出することが可能となる。その他、適宜圧力センサ等を設けて排気の監視を行っても良い。
図４を用いて、本発明の汚染気体浄化装置の吸入部の他のレイアウトについて説明する。図４は、本発明の汚染気体浄化装置の吸入部の他のレイアウトを説明するための概略図である。図中、図１や図３と同一の符号を付した部分は同一物を表している。なお、図示例では、本発明の混合ノズル４０を複数配置した例を示した。これにより汚染気体の浄化効率を上げることが可能である。図示の通り、この例では、吸入部１０の送風部１２が、貯水プール３０の除染溶液３１よりも低い位置に配置されている。これは、送風部１２は一般的に重量が重いため、下部に配置したほうが、安定性が高い場合があるためである。この場合、送風管１３は、例えば図示のように逆Ｕ字型に形成されれば良い。図示のように、送風部１２が貯水プール３０の除染溶液３１よりも低い位置に配置された場合には、貯水プール３０の除染溶液３１よりも高い位置に逆Ｕ字の折り返し部分が配置されるように構成されれば良い。これにより、貯水プール３０の除染溶液３１が仮に逆流した場合であっても、送風部１２が水没することを防止可能である。
次に、本発明の汚染気体浄化装置の応用例について説明する。図５は、本発明の汚染気体浄化装置の応用例を説明するための概略図である。図中、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、本発明の汚染気体浄化装置は、排気部５０に、さらに他の除染手段７０を接続しても良い。他の除染手段７０は、例えばメタル繊維フィルタ、ガラス繊維フィルタ、ヨウ素吸着フィルタ、揮発性有機化合物分解触媒フィルタ等であれば良い。メタル繊維フィルタは、高温に強く火災の懸念もない。また、目詰まりしづらいというメリットもある。このような乾式フィルタを複数組み合わせて用いても良い。他の除染手段７０は、除染対象の汚染物質に応じて適宜選択されれば良い。即ち、貯水プール３０の除染溶液３１の種類に応じて適宜選択されるものである。
具体的には、例えば除染対象の汚染物質が放射性物質の場合には、貯水プール３０の除染溶液３１は、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ水が選択される。この段階で、まず放射性物質の除染が行われる。そして、他の除染手段７０として、２段フィルタが用いられる。即ち、除染手段７０は、メタル繊維を用いる第１フィルタ部と、ヨウ素吸着材を用いる第２フィルタ部とを有するものを用いれば良い。ヨウ素吸着材は、例えば銀ゼオライト（ＡｇＸ）である。第１フィルタ部は、除染溶液３１の水滴の除去や微粒子の除去を行う。第２フィルタ部は、放射性ヨウ素の吸着除去を行う。このように、複数段で除染を行うことで、貯水プール３０で取り切れなかった汚染物質を確実に除去可能となる。このような本発明の汚染気体浄化装置は、例えば原子力発電機のベントを行う際に、格納容器の排気口に直接接続して用いることも可能である。
また、例えば除染対象の汚染物質がウイルスの場合には、貯水プール３０の除染溶液３１は、次亜塩素酸水又は二酸化塩素水が選択される。この段階で、まずウイルスの殺菌が行われる。そして、他の除染手段７０として、２段フィルタが用いられる。即ち、除染手段７０は、メタル繊維を用いる第１フィルタ部と、ガラス繊維を用いる第２フィルタ部とを有するものを用いれば良い。第２フィルタ部のガラス繊維は、例えばＨＥＰＡフィルタ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）である。第１フィルタ部は、除染溶液３１の水滴の除去や微粒子の除去を行う。第２フィルタ部は、微細粒子の除去を行う。このような本発明の汚染気体浄化装置は、例えば病院内の空調に直接接続して用いることも可能である。
また、例えば除染対象の汚染物質が光化学スモッグの場合には、貯水プール３０の除染溶液３１は、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ水が選択される。この段階で、まず硫黄酸化合物（ＳＯＸ）や窒素酸化物（ＮＯＸ）等の中和除去が行われる。そして、他の除染手段７０として、２段フィルタが用いられる。即ち、除染手段７０は、メタル繊維を用いる第１フィルタ部と、揮発性有機化合物分解触媒（ＶＯＣ触媒）を用いる第２フィルタ部とを有するものを用いれば良い。第１フィルタ部は、除染溶液３１の水滴の除去や微粒子の除去を行う。第２フィルタ部は、触媒反応により揮発性有機化鉱物の分解除去を行う。
また、例えば除染対象の汚染物質が火山ガスの場合には、貯水プール３０の除染溶液３１は、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ水が選択される。この段階で、まず硫化水素等の中和除去が行われる。そして、他の除染手段７０として、２段フィルタが用いられる。即ち、除染手段７０は、メタル繊維を用いる第１フィルタ部と、ガラス繊維を用いる第２フィルタ部とを有するものを用いれば良い。ガラス繊維は、例えばＨＥＰＡフィルタである。第１フィルタ部は、除染溶液３１の水滴の除去や火山灰等の微細粒子の除去を行う。第２フィルタ部は、さらに火山灰等の微細粒子の除去を行う。
このように、本発明の汚染気体浄化装置は、汚染気体に含まれる汚染物質である微細粒子を確実に除染溶液と混合させ浄化すると共に、さらに従来の除染手段を組み合わせることで、除染溶液で取り切れなかった汚染物質をより確実に除去可能となる。
次に、本発明の汚染気体浄化装置の効果について説明する。本発明の汚染気体浄化装置と他の構造の混合ノズルを用いたものの除染係数（ＤＦ）を比較検討した。ここで、除染係数とは、ＤＦ＝（投入粉体質量）／（出口粉体質量）である。即ち、除染効果が高いほどＤＦの数値は上がるものである。
図６は、本発明の汚染気体浄化装置と比較例との除染係数の比較グラフである。比較例として用いる混合ノズルは、以下のものである。
比較例Ａ：混合ノズルが無く吸入部に接続される気体ノズルのみ
比較例Ｂ：比較例Ａにバッフル板を設けたもの
比較例Ｃ：比較例Ｂに液ノズル部と、第２吸液口とを設けたもの（第１吸液口は無し）
そして、汚染物質としては放射性物質の模擬物質を用いた。具体的には、模擬物質として、硫酸バリウムを用いた。
まず、比較例Ａの場合、気泡が直接上昇するため、貯水プール３０の除染溶液３１の水面の振動が大きく、それに伴い水滴の最高到達点が高くなった。このため、ＤＦがもっとも小さくなった。比較例Ｂのようにバッフル板を設けると水面の振動を抑えられ、水滴の飛散を制御しＤＦが若干大きくなることが分かった。さらに、比較例Ｃのように吸液口を１段設けた場合にもＤＦが若干大きくなることが分かった。
これらの比較例に比べて、図示の通り、本発明のように第１吸液口と第２吸液口の２段構成とした場合には、飛躍的にＤＦが大きくなった。このように、本発明の汚染気体浄化装置の混合ノズルは、汚染気体浄化装置における除染機能に非常に有効な構造であることが分かる。一般的な湿式の汚染気体浄化装置の混合部に本発明で説明した混合ノズルを用いることも可能である。
図７は、本発明の汚染気体浄化装置の他の応用例を説明するための概略構成図である。図中、図５と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、この例は、一体型の汚染気体浄化装置である。基本的な構成は図５に示される例と同様である。図７の一体型の汚染気体浄化装置は、例えば水位下限センサ８０を設けている。所定以下に水位が下がると警告等を出し、除染溶液３１を適宜追加できるようにすれば良い。また、消波手段８１を設けても良い。消波手段８１は、例えば多孔金属板を籠状にしたものである。消波手段８１は、フロート８２を用いて水面上に配置されるように構成されれば良い。さらに、超音波振動子８３を用いて除染溶液３１を噴霧できるようにしても良い。超音波振動子８３により、微細な霧を発生させたり、強い超音波によりプラズマ化させたりすることが可能である。超音波振動子８３は、水面から数ｃｍの深さに配置するのが最適である。したがって、図示のように、例えばフロート８２の上側で消波手段８１の下側に超音波振動子８３を配置すれば良い。これにより、常に水面から数ｃｍの深さで超音波振動子８３を振動させることが可能となる。また、必要により他の除染手段７０を設け、最終的に排気部５０の排気口５１から除染後の気体を排気すれば良い。このような一体型の汚染気体浄化装置は、例えば病院の診察室や待合室、レストラン、各種窓口等に、一般的な空気清浄機と同様に設置可能である。
また、本発明の汚染気体浄化装置は、フェイスマスクに接続可能に構成されても良い。フェイスマスクは、例えば防護マスク等の密閉されたものであり、これにチューブ等が接続され、汚染気体浄化装置の排気口５１に接続される。これにより、除染後の気体を直接フェイスマスク内に供給することが可能となる。
また、本発明の汚染気体浄化装置は、移動手段に搭載可能に構成されても良い。例えばトラック等の移動手段に搭載し、汚染地域で移動しながら汚染気体の浄化作業を行うことが可能である。図８は、本発明の汚染気体浄化装置を移動可能に構成した例を説明するための概略構成図である。図中、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、本発明の汚染気体浄化装置をモジュール化してトラック８５に積載することが可能である。図示例では、モジュール８６は、例えば図３等に示されるような本発明の汚染気体浄化装置の基本形のものモジュール化したものである。また、他の除染手段として、モジュール化された第１フィルタ部７１と、第２フィルタ部７２を接続して積載した２段構成のものを示した。これらは、上述の乾式フィルタであれば良い。このようなモジュール構成により、トラック８５に積載したまま浄化作業を行うことが可能となる。また、各モジュールはトレーラやヘリコプタ、飛行機等で輸送可能なサイズとすることが可能である。
なお、本発明の汚染気体浄化装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１０ 吸入部
１１ 吸気口
１２ 送風部
１３ 送風管
２０ ベース
３０ 貯水プール
３１ 除染溶液
４０ 混合ノズル
４１ スロート部
４１ａ ブロック板
４２ ディフューザ部
４２ａ 押さえブラケット
４３ 気体ノズル部
４３ａ 気体ノズル先端部
４３ｂ ノズルブロック
４３ｃ フランジ
４４ 第１吸液口
４５ 液ノズル部
４５ａ 液ノズル先端部
４５ｂ 先細りブロック
４６ 第２吸液口
４７ バッフル板
４７ａ 凸状噴流ガイド
４８ 噴出口
４８ａ 噴出口ガイド
５０ 排気部
５１ 排気口
５２ ミスト分離部
５３ 分離水回収管
６０ 溶液量制御部
６１ フロート
６２ 排水弁
７０ 他の除染手段
７１ 第１フィルタ部
７２ 第２フィルタ部
８０ 水位下限センサ
８１ 消波手段
８２ フロート
８３ 超音波振動子
８５ トラック
８６ モジュール

Claims (21)

  1. 貯水プールに貯水される溶液に浸漬され、貯水プールの底側から上方向に向かって外部の気体と貯水プールの溶液とを混合するための混合ノズルであって、該混合ノズルは、
    気体と溶液が混合されてなる混合流を加速するために内部断面積が小さいスロート部と、
    前記スロート部から下流側に向かってその内部断面積がテーパ状に拡大するディフューザ部と、
    前記スロート部の上流側に配置され、外部の気体が供給され、下流に向かってその内部断面積が先細り状に縮小する気体ノズル先端部を有する気体ノズル部と、
    前記気体ノズル部の側部から気体ノズル先端部方向へ貯水プールの溶液を吸液するための第１吸液口と、
    前記気体ノズル部の下流側に第１吸液口を挟んで延在し、下流に向かってその内部断面積が先細り状に縮小する液ノズル先端部を有する液ノズル部と、
    前記スロート部より上流側且つ液ノズル部の下流側に配置され、液ノズル部の側部から液ノズル先端部方向へ貯水プールの溶液を吸液するための第２吸液口と、
    前記気体ノズル先端部から排出される気体が第１吸液口及び第２吸液口から吸液される溶液と共にスロート部で加速され、ディフューザ部で混合される混合流がディフューザ部の下流端部の正面で衝突するように配置されるバッフル板であって、混合流の高速反転流が形成され遠心力により気体と溶液とが混合するように、混合流を分割して反転させる、バッフル板と、
    前記バッフル板により分割して反転される混合流が貯水プールの上方向に直接向かわない方向へ噴出する噴出口と、
    を具備することを特徴とする混合ノズル。
  2. 請求項１に記載の混合ノズルにおいて、前記バッフル板は、ディフューザ部により分割して反転される混合流が貯水プールの底方向に向かって斜めに噴出するように、混合流の衝突面が円弧形状であることを特徴とする混合ノズル。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の混合ノズルにおいて、前記バッフル板は、混合流が噴流口へ導かれるように上流側を向く凸条噴流ガイドを混合流の衝突面に有することを特徴とする混合ノズル。
  4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の混合ノズルにおいて、前記液ノズル部は、液ノズル先端部がスロート部よりも狭いことを特徴とする混合ノズル。
  5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載の混合ノズルにおいて、前記気体ノズル部は、気体ノズル先端部が液ノズル先端部よりも狭いことを特徴とする混合ノズル。
  6. 請求項１乃至請求項５の何れかに記載の混合ノズルにおいて、前記気体ノズル部は、上流に向かってその厚み方向の内部断面積が末広がり形状となるように構成されることを特徴とする混合ノズル。
  7. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の混合ノズルを用い、汚染物質である微細粒子が含まれる外部の気体である汚染気体を浄化する汚染気体浄化装置であって、該汚染気体浄化装置は、
    汚染物質である微細粒子が含まれる汚染気体を吸気口から吸気する送風部と、吸気される汚染気体を送風する送風管とを有する吸入部と、
    汚染気体に含まれる汚染物質である微細粒子を除染するための除染溶液を貯水する貯水プールと、
    除染後の気体を貯水プールから排気する排気部と、を具備し、
    前記吸入部の送風管は、混合ノズルの気体ノズル部に接続され、
    前記バッフル板は、ディフューザ部で混合される汚染気体と除染溶液の固気液三相流の高速反転流が形成され遠心力により汚染気体中の微細粒子と気体とを分離し微細粒子と除染溶液とが混合するように、固気液三相流を分割して反転させる、
    ことを特徴とする汚染気体浄化装置。
  8. 請求項７に記載の汚染気体浄化装置において、前記吸入部の送風部は、貯水プールの除染溶液よりも高い位置に配置され、送風管はＵ字型に形成され、貯水プールの除染溶液よりも低い位置にＵ字の折り返し部分が配置されることを特徴とする汚染気体浄化装置。
  9. 請求項７又は請求項８に記載の汚染気体浄化装置において、前記吸入部の送風部は、貯水プールの除染溶液よりも低い位置に配置され、送風管は逆Ｕ字型に形成され、貯水プールの除染溶液よりも高い位置に逆Ｕ字の折り返し部分が配置されることを特徴とする汚染気体浄化装置。
  10. 請求項７乃至請求項９の何れかに記載の汚染気体浄化装置であって、さらに、前記貯水プールの除染溶液の液量を制御する溶液量制御部を有することを特徴とする汚染気体浄化装置。
  11. 請求項７乃至請求項１０の何れかに記載の汚染気体浄化装置において、前記排気部は、貯水プールで発生するミストを除染溶液と気体に分離するミスト分離部を有し、該ミスト分離部は、分離される除染溶液を貯水プールに戻すことを特徴とする汚染気体浄化装置。
  12. 請求項７乃至請求項１１の何れかに記載の汚染気体浄化装置において、前記排気部は、さらに、除染後の気体と共に貯水プールの除染溶液を混合して霧化する霧化手段又はプラズマ殺菌手段を有することを特徴とする汚染気体浄化装置。
  13. 請求項７乃至請求項１２の何れかに記載の汚染気体浄化装置において、前記排気部は、さらに、他の除染手段に接続されることを特徴とする汚染気体浄化装置。
  14. 請求項１３に記載の汚染気体浄化装置において、前記他の除染手段は、メタル繊維フィルタ、ガラス繊維フィルタ、ヨウ素吸着フィルタ、揮発性有機化合物分解触媒フィルタの少なくとも何れか１つであることを特徴とする汚染気体浄化装置。
  15. 請求項１３に記載の汚染気体浄化装置において、
    前記貯水プールの除染溶液は、アルカリ水からなり、
    前記他の除染手段は、メタル繊維を用いる第１フィルタ部と、ヨウ素吸着材を用いる第２フィルタ部とからなる、
    ことを特徴とする汚染気体浄化装置。
  16. 請求項１３に記載の汚染気体浄化装置において、
    前記貯水プールの除染溶液は、次亜塩素酸水又は二酸化塩素水からなり、
    前記他の除染手段は、メタル繊維を用いる第１フィルタ部と、ガラス繊維を用いる第２フィルタ部とからなる、
    ことを特徴とする汚染気体浄化装置。
  17. 請求項１３に記載の汚染気体浄化装置において、
    前記貯水プールの除染溶液は、アルカリ水からなり、
    前記他の除染手段は、メタル繊維を用いる第１フィルタ部と、揮発性有機化合物分解触媒を用いる第２フィルタ部とからなる、
    ことを特徴とする汚染気体浄化装置。
  18. 請求項１３に記載の汚染気体浄化装置において、
    前記貯水プールの除染溶液は、アルカリ水からなり、
    前記他の除染手段は、メタル繊維を用いる第１フィルタ部と、ガラス繊維を用いる第２フィルタ部とからなる、
    ことを特徴とする汚染気体浄化装置。
  19. 請求項７乃至請求項１８の何れかに記載の汚染気体浄化装置において、前記貯水プールの除染溶液は、放射性物質、ウイルス、細菌、カビ、花粉、光化学オキシダント、火山ガスの何れか１つを少なくとも除染可能であることを特徴とする汚染気体浄化装置。
  20. 請求項７乃至請求項１９の何れかに記載の汚染気体浄化装置であって、さらに、汚染気体浄化装置が移動手段に搭載可能に構成されることを特徴とする汚染気体浄化装置。
  21. 請求項７乃至請求項１９の何れかに記載の汚染気体浄化装置であって、さらに、汚染気体浄化装置がフェイスマスクに接続可能に構成されることを特徴とする汚染気体浄化装置。
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