JP2023554246A - 閉じた空間からの空気を気泡塔内で処理する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、閉じた空間に含まれ、および／または、閉じた空間に流入し、および／または、閉じた空間から流出する空気を処理して、気体化合物汚染物質、特にＮＯx、ＳＯx、ＶＯＣの少なくともいずれかと、固体粒子とを前記空気から除去するための気泡塔の使用に関する。前記気泡塔（１００）は、Ｈ／Ｄ比≦１．５（Ｈ：高さ、Ｄ：直径）の、好ましくは円筒形の筐体を備え、前記粒子および気体化合物汚染物質を捕捉できる液体で満たされている。前記空気は、前記作動空塔気体速度Ｕｇが０．３５ｍ／ｓと０．５０ｍ／ｓとの間となるような流量で、気泡を形成するように筐体（１）の底部の前記液体に注入される。その後、気泡の形態の前記空気は前記液体と接触することによって処理されるため、前記粒子の少なくとも一部および／または前記気体化合物汚染物質の少なくとも一つが前記液体によって収集され、前記処理された空気は前記筐体の上部から排出される。

Description

本発明は、気泡塔を用いた閉じた空間における空気処理の分野に関し、特に、閉じた空間に含まれ、および／または、閉じた空間に流入し、および／または、閉じた空間から流出する、空気中の粒子および／または気体化合物の形態の汚染物質の除去に関し、閉鎖空間か半閉鎖空間かを問わない。

閉じた環境中の空気、特に鉄道トンネル、道路トンネル、駐車場などの半閉鎖空間の空気は、一般に屋外の空気よりもはるかに汚染されている。これらの閉じた空間には、一時的な人々、利用者、および／または運営スタッフや商業関係者などのある程度常駐の人々が頻繁に出入りする可能性がある。これらの閉じた空間は、鉄道型の地下交通網である可能性がある。「地下鉄領域」という用語は、労働者が作業する地下鉄道輸送線に接続された、地下の全ての覆われた空間を指す。したがって、この定義は、駅、廊下、電車、トンネル、商業施設、技術室、鉄道保守センターなどを含む、人々が定期的に作業する全ての空間に関係する。フランスでは、７つの都市エリアにこのような地下鉄領域の交通網、つまり「メトロ」がある。この空間は、覆われた地下駐車場、または道路トンネルの場合もある。

これらの様々な状況下で、空気換気および抽出、および／または送風システムを使用できる。その使用の目的は、これらの閉じた空間に存在する空気を、外部から取り込まれる「新鮮な」空気で更新することによって、および／または古い空気の外部への抽出および除去によって、通気性を高めることである。場合によっては、汚染された空気は、いわゆる「バイパス」設備で汚染が除去され、空気が抽出され、浄化され、その後に前記トンネルに再注入される。しかし、これらのシステムは、しばしば、これらの閉じた領域内で適切な空気の質を保証するには十分ではない。場合によっては、特に、覆われた／地下の駐車場では、空気を更新するために都市部の屋外の空気が取り込まれる。

しかし、現在、都市の大気は既にかなりのレベルの汚染を抱えている可能性があり、特に窒素酸化物ＮＯ_xなどの微粒子や気体化合物汚染物質や、揮発性有機化合物（ＶОＣ）などのその他の汚染化合物や、硫黄酸化物ＳＯ_xなどの硫黄誘導体による汚染が顕著である。この汚染は、特に自動車交通、都市温暖化、または近隣の産業活動によるものである。道路トンネルや駐車場型の閉じた空間では、地下道路交通の結果、空気中に粒子や気体汚染物質が大量に含まれる。地下鉄領域型の鉄道交通網の場合、汚染は基本的に、ブレーキ動作だけでなく、線路およびパンタグラフとの摩擦にも起因する粒子による汚染である。いずれの場合も、この汚染された空気は抽出されて屋外に排出されるため、これらの閉じた空間に近い屋外の大気を汚染する。

前述の閉じた空間内で放出されるか、外部から再導入されるかにかかわらず、これらの汚染物質は２つのカテゴリに分類できる。

－前記２つのカテゴリの内の１つである固体粒子は、不完全燃焼（すす）、タイヤの摩耗、ブレーキ部品の摩耗、路面や線路の劣化などによって発生する可能性がある。前記固体粒子のサイズは数ミクロン程度と小さいため、空気中に浮遊したままになる。地下鉄の鉄道領域では、主な成分としてさまざまな金属、とりわけ鉄、炭素元素、および、有機炭素が確認されている。特にシリカからなる陸地由来の埃も挙げられる。粒子は通常、サイズに従って、特に同等の空気力学的挙動を示す球の直径に従って分類される。従って、大気汚染の文脈では、従来、健康への影響により規制の対象となる粒子の種類として、サイズが１０μｍ未満のＰＭ１０タイプの粒子と（ＰＭは英語の「粒子状物質」の意味）、サイズが２．５μｍ未満のＰＭ２．５タイプの粒子との２つの粒子タイプが挙げられる。いわゆる「微粒子」には、ＰＭ２．５型の粒子、および、ＰＭ１（サブミクロン粒子）またはＰＭ０．１（超微粒子またはナノ粒子）に分類される、より小さなサイズの粒子も含まれる。

－気体化合物、特に一酸化窒素および／または二酸化窒素（ＮＯ、ＮＯ₂）を含む窒素酸化物ＮＯ_x、一酸化炭素ＣＯ、ＳＯ_xなどの硫黄化合物、およびＶＯＣ。（ＮＯは、日光の影響下や酸素の存在下では、自発的に酸化してＮＯ₂となる可能性があり、従って、同じ濃度のＮＯ₂よりも潜在的に有害性が低いにも関わらず、潜在的なＮＯ₂の前駆体でもあることに注意すべきである。）

前述の閉じた空間内では、特に微粒子やＮＯ_xに関して、空気の質の推奨閾値を定常的に超えている。汚染問題の原因に対処するか、これらの環境中の前記空気を処理することによって、これらの汚染物質の水準を低下させることがますます喫緊になっている。

本発明は、空気処理技術によってその質を改善するために、これらの閉じた空間に含まれ、および／または、これらの閉じた空間に流入し、および／または、これらの閉じた空間から抽出される空気中の汚染物質を削減するというこの一般的な問題に対処することを目的とする。一般的に、これらの閉じた領域での空気処理は、物理的障壁を備えたフィルター、静電フィルター、または、吸収剤として機能する活性炭を使用して実行される。

物理フィルターの欠点として、大きな圧力低下が発生するため、運用コストが高くなり、および、目詰まりの危険も伴うため、オペレータの介入が必要となり、多大な維持管理作業が必要になることである。同じ問題が静電フィルターでも発生し、更に、複雑な取り扱い（高電圧の存在下での介入）が発生し、そのため多大なコストおよび動作停止が発生する。

更に、産業排出ガスの処理の分野では、プレート塔、充填塔、スプレー塔、ベンチュリスクラバーなどの気体／液体接触装置を使用することが知られている。これらにより、ガスを「浄化」して様々な汚染物質を除去できる。これらの装置の中には、閉じた空間中の空気を処理するために使用できるものもある。

例えば、国際公表ＷО／２０１９／１９２８２７号公報は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などの吸収性化合物を含む液体と接触させて浄化するための充填塔を使用して、ＮＯ_xや固体粒子などの気体化合物汚染物質を除去するように設計された閉じた空気の処理方法を開示している。

しかしながら、国際公表ＷО／２０１９／１９２８２７号公報のようなパッキンであろうとトレイであろうと、内部構造を備えた塔を使用することは、一般的に濾過システムよりも維持管理作業の必要性が低いとはいえ、特に、均等な空気の流れを実現するため、適切な気体と液体との循環手段（ポンプ、コンプレッサー）を使用する必要があり、および、液体貯蔵タンクが必要となるため、投資と運用の点で高価な解決策である。

更に、これらの塔および前記内部構造自体が高価であり、厳密な寸法設定が必要であるため、処理される流れに関しての塔の使用の柔軟性が制限される可能性がある。

空気浄化は、気泡塔の動作原理に基づいた装置でも実行できる。気泡塔では、水で満たされたタンクの底に気体が注入され、タンク内で上昇する気泡が発生し、液体と気体との間の物質移動が可能になる。気泡塔は、プロセス工学、特に生物産業、石油化学または水処理における好気性発酵槽として広く使用されている気体／液体反応器型である。

空気浄化の文脈の中で、中国特許出願公開１０５２８９１６１Ａ号公報には、立方体形状の水タンクを備えた空気清浄機が記載されており、前記空気清浄器内では埃を含んだ空気がコンプレッサーによってタンク底部に注入され、タンク内で気泡の形で上昇する。前記空気清浄器は、更に、水との接触により空気中の粒子を除去する効率を高めるために、上昇する大きな気泡をより細かい気泡に分割することができる多孔質の仕切り板を備えている。

この型の大気空気清浄機の別の例は、韓国特許第１００５２９８５７号明細書に記載されている。前記清浄機は、垂直に配置され、部分的に水溶液で満たされた円筒形の筐体を備え、その底部で、浄化される空気が複数のノズルを通して気泡を形成するように注入される。前記筐体は、前記塔内を上昇する気泡を分割する格子、前記水溶液中に渦を形成する撹拌機、および、前記塔上部の気体出口と前記塔内の気液界面との間に配置された水溶液噴霧システムから構成されている。このシステムは、特に気泡を発生させるためのコンプレッサー、前記撹拌機を回転させるためのモーター、および、前記液体噴霧システム用のポンプを必要とするため、複雑で高価である。

本発明の目的は、従来技術の前述の問題を少なくとも部分的に克服することである。一般的に言えば、空気からＮＯ_x、ＳＯ_x、ＶＯＣなどの気体化合物汚染物質や固体粒子を除去するために、通常は地下鉄鉄道領域、覆われた／地下の駐車場、または道路トンネルなどの閉じた空間に含まれ、および／または、閉じた空間に流入し、および／または、閉じた空間から抽出される空気を処理するための方法および装置を提供することである。

特に前述の目的の少なくとも１つを達成するために、本発明は、第１の態様に従って、閉じた空間に含まれ、および／または、閉じた空間に流入し、および／または、閉じた空間から流出する空気を処理して、ＮＯ_x、ＳＯ_x、ＶＯＣの少なくともいずれかを含む少なくとも１つの気体化合物汚染物質、および固体粒子を除去する方法を提供する。

ＨおよびＤはそれぞれ筐体の高さおよび直径であるとして、前記粒子および気体化合物汚染物質を捕捉できる液体で満たされたＨ／Ｄ比＜１．５の筐体を備える気泡塔を使用する。ここで、作動空塔気体速度Ｕｇが０．３５ｍ／ｓと０．５０ｍ／ｓとの間となるような流量で、気泡を形成するために筐体の底部の前記液体に空気が注入される。気泡の形態で注入された空気は、前記粒子および／または前記気体化合物汚染物質の少なくとも一部が液体によって捕捉されるように、液体との接触によって処理される。処理済の空気は筐体の上部から排出される。

本発明の１つ以上の実施形態によれば、作動空塔気体速度Ｕｇは、０．４０ｍ／ｓと０．５０ｍ／ｓとの間の範囲である。気泡の形態の上昇気流を駆動する唯一の力が浮力によって生じるのが有利である。本発明の１つ以上の実施形態によれば、前記液体は水溶液であり、好ましくは水からなる。本発明の１つ以上の実施形態によれば、前記液体は、前記少なくとも１つの気体化合物汚染物質に対する少なくとも１つの化合物吸収剤を含む、および／または、前記少なくとも１つの気体化合物汚染物質の溶解促進剤を含む水溶液である。本発明の１つ以上の実施形態によれば、好ましくは不連続的に、筐体内の液体は更新される。本発明の１つ以上の実施形態によれば、気泡塔は周囲温度および周囲圧力で運転される。本発明の１つ以上の実施形態によれば、粒子の沈降および濃縮のための周辺領域が、筐体と、筐体の中心に配置された内管との間に、筐体内に形成され、前記液体は、周辺領域内で全体的に下降運動をする。本発明の１つ以上の実施形態によれば、粒子および／または汚染成分を含む液体は、筐体の側壁に、好ましくは筐体の上半分において開口する少なくとも１つの液体排出管によって周辺領域から抜き取られる。本発明の１つ以上の実施形態によれば、塔の筐体は円筒形である。

第２の態様によれば、本発明は、本発明による、閉じた空間に含まれ、および／または、閉じた空間に流入し、および／または、閉じた空間から流出する空気から、気体化合物汚染物質、特にＮＯ_x、ＳＯ_x、ＶＯＣの少なくともいずれか、および固体粒子を除去するために処理する方法を実施するための、０．３５ｍ／ｓと０．５０ｍ／ｓとの間の作動空塔気体速度Ｕｇで動作するように構成された塔、に関する。前記気泡塔は、ＨおよびＤをそれぞれ筐体の高さおよび直径としたときに、Ｈ／Ｄ比＜１．５の、好ましくは円筒形の筐体であって、前記粒子および気体化合物汚染物質を捕捉できる液体で満たされるように構成された筐体と、空気入口管と、空気を液体中に分散させるための手段であって、空気入口管に接続され、筐体の底部に配置される手段と、筐体の上部に配置された処理済空気出口管と、筐体の上部に開口する液体供給管と、および、液体を筐体から排出するための少なくとも１本の管と、を含む。

本発明の１つ以上の実施形態によれば、塔は、液体の更新および流出用の回路を備える。本発明の１つ以上の実施形態によれば、塔は更に、筐体の中心に配置され、筐体と内管との間に設けられる粒子の沈降および濃縮のための周辺領域と、内管の内部に形成される中央領域とに、筐体を垂直に分割する内管を備える。本発明の１つ以上の実施形態によれば、少なくとも１つの液体排出管は、筐体の側壁に、好ましくは筐体の上半分において開口している。

第３の態様によれば、本発明は、閉じた空間に含まれ、および／または、閉じた空間に流入し、および／または、閉じた空間から流出する空気を処理して、気体化合物汚染物質、特にＮＯ_x、ＳＯ_x、ＶＯＣの少なくともいずれか、および、固体粒子を除去するための、本発明による複数の気泡塔を備え、前記複数の気泡塔が並行して動作するように構成された設備に関する。

本発明は、以下の目的の少なくとも１つを達成できるような方法および装置を提供できる。その目的は、可動機械部品の必要性を回避することと、機械的濾過、静電濾過、プレートまたはパッキンを備えた気体／液体接触塔による浄化の技術と比較して、設置および運用のコストが比較的低く、および／または維持管理作業が軽減されることと、利用可能なスペースが非常に限られた閉じた環境での使用に適するように、空気処理装置の大きさを最小限に抑えることと、典型的には数千から数十、場合によっては数百、数千ｍ³／ｈの範囲の空気流の処理を可能にすることである。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら、非限定的な例として示される本発明の特定の実施形態の以下の説明を読むことにより明らかになるであろう。図面において、同じ参照符号は同一または類似の要素を示す。

本発明による空気処理のための気泡塔とその動作のブロック図である。 本発明の第１の実施形態による気泡塔を示す。 本発明の第２の実施形態による気泡塔を示す。 本発明の第３の実施形態による気泡塔を示す。

本発明の目的は、少なくとも１つの気体化合物汚染物質、特にＮＯ_x、ＳＯ_x、ＶＯＣの少なくともいずれか、および、固体粒子を除去するために、閉じた空間に含まれ、および／または、閉じた空間に流入し、および／または、閉じた空間から流出する空気を処理するための特定の気泡塔、および、前記気泡塔を使用する特定の方法を提供することである。

閉じた空間とは、閉鎖または半閉鎖された空間を指し、好ましくは鉄道トンネル、道路トンネル、駐車場、地下鉄領域（全ての、労働者が作業し、駅、廊下、列車、トンネル、商業施設、技術室、および、上述の定義を満たす列車保守センターを含む、鉄道輸送線に連結された地面の下に位置する覆われた空間）などの半閉鎖空間を指す。

処理される、閉じた空間に含まれ、および／または、閉じた空間に流入し、および／または、閉じた空間から流出する空気は、固体粒子および／または少なくとも１つの気体化合物汚染物質、例えば、ＮＯ_x、ＳＯ_x、ＶＯＣ、ＮＨ₃、特にＮＯ_xを含む。

図１は、本発明による空気処理のための気泡塔およびその動作を概略的に示す。前記方法および前記気泡塔の実施形態を以下に詳細に説明する。本発明をより完全に理解できるようにするために、多くの具体的な詳細を明らかにする。しかし、当業者であれば、これらの特定の詳細の全てが無くとも、前記方法および前記気泡塔を実施できることは明らかであろう。説明が不必要に複雑になるのを避けるために、よく知られている特性については説明されていない場合もある。

本明細書において、「備える」という用語は、「含む」および「有する」と同義（同じ意味を持つ）であり、包括的または非限定的であり、言及されない他の要素を排除するものではない。「備える」という用語には、排他的かつ限定的な用語「から成る」が含まれることが理解される。更に、本明細書において、「本質的に」または「実質的に」という用語は、±５％、好ましくは±１％の近似に相当する。例えば、実質的に表面全体を覆う要素は、前記表面の少なくとも９５％を覆う要素に相当する。本明細書において、「円筒状」という用語は、回転する円筒を指す。明細書の残りの部分および特許請求の範囲において、様々な要素の位置（「下部」、「上部」、「～より上に」、「～より下に」、「水平に」、「垂直に」、「下半分」など）は、動作位置にある塔に関連して定義される。

本発明における気泡塔１００は、処理すべき汚染された空気Ａ_p中の粒子および／または気体化合物汚染物質を捕捉できる液体で満たされるように構成された、高さＨおよび直径Ｄの筐体１を備える。

気泡塔１００は、処理すべき空気Ａ_pの入口管２と、筐体に含まれる液体内に空気を分散させるための手段であって、空気入口管２に接続され、筐体１の下部に配置される手段と、筐体１の上部に配置された処理済空気Ａ_t用の出口管６と、筐体１の上部に開口する液体供給管４と、および、液体を筐体１から排出するための少なくとも１つの管５とを備える。

処理すべき空気Ａ_pは、送風機１７、あるいはコンプレッサーやファンなどの任意の他の空調装置によって、空気入口管２を介して塔１００の筐体１に供給されるのが有利である。供給される空気流は、作動空塔気体速度Ｕｇ（前記塔の動作時の前記気体の空塔速度）が０．３５ｍ／ｓと０．５０ｍ／ｓとの間となるように、および、空気入口管２に接続された気体分散手段（図１には示されていない）を介して、筐体１の下部に、液体中に気泡を形成するように注入される。

次いで、気泡の形態で注入された空気は液体と接触することによって処理され、その結果、前記粒子および／または前記気体化合物汚染物質の少なくとも一部が液体によって捕捉される。

このように処理された空気Ａ_tは、筐体１の上部から排出される。

好ましい実施形態によれば、筐体１は円筒形である。円筒形の筐体の場合、直径Ｄは前記円筒の直径である。このような形状により、特に塔内の「死んだ」体積の存在を制限できる。

塔の筐体１は平行六面体、典型的には直方体または立方体であってもよく、これは設置面積を最適化し、設置空間内での前記塔の位置決めを容易にするために場合によっては有利となり得る。筐体が平行六面体、特に直方体または立方体の場合、直径Ｄは、筐体の断面（水平断面）に内接する円の直径として定義される当量直径であると理解される。

塔１００の筐体１は、空気が連続相、すなわち液体、から分離する気体分離領域として知られる筐体上部の領域を除いて、実質的に高さ全体にわたって液体で満たされることが好ましい。前記分離領域の開始を示す空気／液体界面は、通常、筐体の上半分、好ましくは筐体の上３分の１、更には上４分の１に位置する。液体は水溶液であることが好ましい。液体は水から構成され得る。

前記水と汚染された空気が接触すると、一部の気体化合物汚染物質と粒子とが水に捕捉される。

他の実施形態によれば、液体は、１つ以上の気体化合物汚染物質に対して化学的に活性を有する吸収性化合物、すなわち、処理される空気中に存在する化合物汚染物質との化学反応によって化合物汚染物質の吸収を可能にする化合物を少なくとも含む水溶液であり得る。および／または、液体は、１つ以上の気体化合物汚染物質の溶解促進剤、すなわち、化合物汚染物質との直接的な化学反応なしに化合物汚染物質の溶解度を増加させる化合物を備える。

気泡塔の一般的な動作から知られているように、そしてそれが本発明に当てはまるように、気泡塔内の二相流は、大きな外部からの強制（撹拌機、外部圧力勾配、気泡流における熱伝達など）無しで、重力によって駆動される。そのため、気泡の形の上昇気流を駆動する唯一の力は浮力によって生じる。気泡の中に分散した空気は主に上昇運動をする。

塔は不連続方式（アングロサクソン語の用語によると「バッチ」操作）で操作するのが好ましい。以下に説明するように、塔の筐体に液体を追加したり塔の筐体から液体を除去したりしても、液体の流量は塔の底部に注入される空気の流れに比べて非常に低いままである。液体中には汚染物質が蓄積しており、前記汚染物質を定時に排出することができる。

一方、気泡は液体に勢いを与え、動きを伝達する。その一方で、前記空気含有物の動きは、含有物間の相互作用の媒介としても機能する液相の慣性によって制限されたままになる。このような相間の動的平衡には、気体と液体の間の運動量交換だけではなく、乱流の生成／消散という重要な過程が含まれる。この動的平衡は、複雑な流れ構造を引き起こす。したがって、気泡塔では、塔の規模で平均的な再循環が発生し、中心で上昇し周縁で下降する液体の流れに、「カオス的な」と呼ばれる二次循環が重ねられる。

注目すべきは、さまざまな規模でのこれらの循環の存在により、気体と液体との間の非常に高いレベルの物質移動、および、気泡の形で注入された空気中の浮遊粒子の捕捉に必要な条件を提供する液相中の良好な濃度均一性、および、気体化合物汚染物質の空気から液体への移動、が保証されることである。

従って、この移動は可動部品を使用せずに達成される（いわゆる機械的撹拌は、浮力のみに関係する撹拌ではなく、塔の内部の１つ以上の剛性を持つ、または、柔軟な要素の物理的な動きによって引き起こされると定義される）。

これにより、設置コストと運用コストが削減され、塔の維持管理コストが低減される。本発明の１つの利点は、特定の寸法、すなわち非常に低いＨ／Ｄ比、より具体的には１．５以下のＨ／Ｄ比を有する閉じた空間に含まれ、および／または、閉じた空間に流入し、および／または、閉じた空間から流出する汚染空気を処理するための気泡塔の使用にあり、これは、気泡塔内の高い空塔気体速度Ｕｇ、すなわち０．３５ｍ／ｓと０．５０ｍ／ｓとの間での動作に基づいている。

本発明によれば、気泡塔１００の筐体１は、１．５以下、更には１以下のＨ／Ｄ比を有する。処理される気体と液体との間に十分な接触時間を確保し、この液体が粒子および／または気体化合物汚染物質を多く含むようにするには、最小限の高さが必要である。従って、本発明による気泡塔は、０．５以上のＨ／Ｄ比を有するのが好ましい。

このような塔の形状により、特に、良好な物質移動を提供するのに十分な有効容積を維持しながら圧力低下を最小限に抑えることができるため、良好な空気処理効率を確保しながら運転コストを最小限に抑えることができる。このようなＨ／Ｄ比は、特に高さを最小限に抑えることによって塔の大きさを制限することも可能にし、これにより、前述の閉じた空間など、高さの制限された空間に塔を設置することを可能にする。

本発明によれば、作動空塔気体速度Ｕｇは０．３５ｍ／ｓと０．５０ｍ／ｓとの間、好ましくは０．４０ｍ／ｓと０．５０ｍ／ｓとの間であり、例えば０．４０ｍ／ｓに等しい。

このような速度Ｕｇは、特に、上述のＵｇの値に達するのに適した削減された流路面積を可能にすることによって塔の大きさを縮小することを可能にし、これにより塔の底面積が最小限に抑えられる。

このような速度Ｕｇはまた、液体側で大きな物質移動を発生させ、粒子状のおよび気体の汚染物質の捕捉が促進される。

従って、このような作動空塔気体速度と塔の筐体の特定のＨ／Ｄ比を組み合わせることで、前述したような閉じた環境中での前記スペースの制約を満たす小型の汚染空気処理設備が提供され、汚染を除去すべき大量の空気流、例えば数千から数万、さらには数十万ｍ³／ｈの処理が可能になる。これは、大域的に良好な空気処理効率を得るために不可欠な要素である。

液体に含まれる粒子が多すぎる場合、または液体が目的の気体化合物を吸収しなくなった場合は、簡単なポンプ操作で液体を完全に排出し、交換することができる。液体の更新および流出用の回路を用いて、好ましくは不連続的に、または代わりに連続的に液体を更新することも可能である。

従って、塔は、液体供給管４および液体排出管５を備える液体の更新および流出用の回路と、液体排出管５を液体供給管４に接続する流体ポンプ１６と、液体排出管５に接続された更新用液体入口管１１と、液体更新回路から液体を排出するためにポンプ１６に接続された排出ライン１２と、動作中に新鮮な液体の入口管１１、ポンプ１６および液体供給管４とを介して筐体に新鮮な液体を供給するか、または、液体排出管５、ポンプ１６および排出ライン１２を介して液体を排出することを可能にする液体流量制御手段とを備えることが有利である。

液体の更新および流出用の回路は、液体に含まれる粒子および／または前記化合物汚染物質を少なくとも部分的に除去するための液体浄化手段を備えることもできる（図１には示されていない）。流体ポンプ１６は、作動中の気泡塔に必要であり得る更新済液体の低流量に適した、典型的には１ｋＷ～３ｋＷの範囲の出力の低出力ポンプであることが有利であり得る。好ましくは、液体流量制御手段は、新鮮な液体の入口管１１上に配置されたバルブ１３、液体供給管４上のバルブ１４、および浄化ライン１２上のバルブ１５を少なくとも備える。

液体は、筐体１内で不連続的に更新されることが好ましい。液体の更新は連続的に行うこともできる。例えば、常に塔の筐体から流出する液体と筐体に流入する液体が存在し、塔から抜き取られる液体の流れは塔に入る液体の流れと同等の場合がある。この場合、この更新用の液体流量は、注入された空気流量の０．１ｖоｌ％～０．４ｖоｌ％の範囲に及ぶ可能性がある。

更新済の液体は、塔から抜き取られ、当業者に知られている任意の手段によって浄化された液体を含むことができる。更新済の液体はまた、「新鮮な」液体、すなわち、外部から来て塔内に一度も入ったことのない、最初は気体化合物汚染物質および粒子を含まない液体を含むこともできる。新鮮な液体を追加すると、特に液体の損失を補うことができる。

液体の更新および流出の間、液体の一部は、ポンプ１６によって液体排出管５を介して抜き取られ、バルブ１３および１４は閉じられ、バルブ１５は浄化ライン１２を通して液体を排出するために開く。その後、新鮮な液体が新鮮な液体の入口管１１を通して送られ、ポンプ１６を介して液体供給管４を通して筐体１の上部に運ばれ、次いでバルブ１３および１４が開き、バルブ１５が閉じられる。

筐体１内の液体は、前記液体および／または処理された気体中の粒子、および／または前記液体中の化合物汚染物質の濃度、および／または前記液体のｐＨ値が所定の閾値または所定の値の範囲を満たすように更新されるのが有利である。例えば、良好な空気処理性能水準を保証するために、筐体１内の処理済空気中または液体中の粒子または気体化合物汚染物質のいずれか、またはその両方の濃度が所定の閾値を下回るように、筐体内の液体が更新される。

液体のｐＨ値の監視を行うことで、筐体１内の液体の更新を開始することもできる。塔がオンライン分析装置を装備すると、塔内の空気処理の監視や、塔の予防保守が、例えば、一例としてｐＨ制御による塔内の液体の全量の流出および交換、または部分的な液体の更新および流出により可能になるという利点がある。

従って、塔は、液体または処理済気体中に存在する粒子および／または化合物汚染物質の濃度を検出するための少なくとも１つのセンサー、および／または液体のｐＨを測定するためのシステム、および、前記濃度および／または前記ｐＨが所与の閾値（所与の閾値より小さいかまたは大きい）または所与の値の範囲を満たすように構成される自動液体更新制御のための手段を備えることができる。

自動液体更新制御手段は、液体流量制御手段、特に上述の液体の更新および流出用の回路のバルブの操作に作用することができる。液体の更新および流出用の回路は、筐体内の液体の全量を一時的に空にして補充することができる。

気泡塔は他の測定および監視装置を装備できる。例えば、ポンプ１６の適切な動作はカメラによって監視することができ、液体の更新および流出用の回路に設けられたバルブを制御することができる。前記制御手段は、気泡塔を制御および監視し、関連情報（警報、機器によって実行される測定値の監視、ビデオ画像など）を遠隔にある人間と機械のインターフェース（ＨＭＩ）上に表示することができる。前記機器、制御可能な要素、制御ユニット、およびＨＭＩ間の接続は、例えばローカルインターネットネットワーク、光ファイバー、ＲＪ４５タイプのイーサネット接続用のモジュラーコネクタ（オプションで、できるだけ前記気泡塔に近づけたＬＡＮ／スイッチを追加）を使用して、既知の方法で実現される。

筐体内の液体の完全な交換または段階的な更新を目的とした、新鮮な液体のタンクを気泡塔の近くに設けることができる。流出または排出された液体用のタンクを設けることもでき、場合によってはタンクの底での粒子の収集を促進するために十分な沈降時間を許容するように構成することができる。流出または排出された液体中にまだ存在する可能性のある気体汚染物質は、その場で処理することも、タンクが満杯になったら空にして液相を回収した後で処理することもできる。

気泡塔の筐体から、または気泡塔の筐体に向けて、液体を容易に流出および充填できることを確実にするために、すべての適切な流体接続（バルブを備えた管）が提供される。

気泡塔は周囲温度および周囲圧力で運転されるのが有利である。周囲温度は所与の環境によって異なるが、参考までに、０℃～４０℃の範囲の温度になる可能性がある。周囲圧力は実質的に大気圧であり、例えば動作圧力は好ましくは絶対値０．１ＭＰａと０．１２ＭＰａの間の範囲である。周囲温度および周囲圧力での塔の操作は、前記装置（加熱または加圧手段が必要ない）および前記処理のエネルギー消費は制限されるため、方法および装置の実施を大幅に簡素化することが原因で、場所および処理される空気流の観点からかなりの利点である。

寸法的には、筐体１は、１～５ｍの範囲、好ましくは１～３ｍの範囲の直径Ｄを有することができ、例えば直径１．５ｍである。プロセスパラメータの大きさの桁を与えるために、１,０００ｍ³／ｈから３００,０００ｍ³／ｈの範囲、例えば１０,０００ｍ³／ｈの流量を有する処理される空気の流れの例を挙げることができる。上記の場合、空気は２０℃、圧力は大気圧（０．１０１３ＭＰａ）である周囲圧力である。

ほぼ全てのＮＯ₂と微粒子とを吸収するためには、０．４０ｍ／ｓの作動空塔気体速度が予測される。

図２は、図１に関連して説明したように構成され動作する、本発明の第１の実施形態による気泡塔２００を示す。図２の参照番号は、図１に関連して上で説明した同じ参照番号の要素を示す。液体更新回路の全ては示されていないが、上で説明したように動作し、および構成されている。

筐体１の底部の液体内に空気を分散させる手段は、参照番号３で概略的に表されている。気体分散手段は、液体中に気泡７を形成することを可能にし、前記手段は、管、管のネットワーク、多管分配器、多孔板、これらの要素の組み合わせ、または当業者に知られている他の任意の手段の中から選択することができる。

例えば、気体分散手段は、例えば開口部および／または細長い小さな穴（スパージャー）を備えた管のネットワークを備え、好ましくはそれらから構成される。好ましくは、気体分散手段３は、筐体の実質的に全領域を覆う。

図３は、本発明の第２の実施形態による気泡塔３００を示す。気泡塔３００は、筐体１の中心に配置された内管８を更に備える点を除いて、図２の気泡塔とあらゆる点で同一である。

従って、内管８は、筐体１を、筐体と内管８との間、より正確には筐体の側壁と筐体内に垂直に位置する内管の壁との間に形成される粒子の沈降および濃縮のための周辺領域１８と、内管８内に形成される中央領域１９とに分割する。内管８は、例えば金属管である。

内管８は、筐体１内で、筐体１が取り囲む空気分散手段３の真上に垂直に配置されるのが有利である。内管８は、液体が周縁領域１８を通過し、領域１８内で液体が下降する流れを可能にするために、筐体内の液体／気体界面の高さよりも低い高さにわたって延在することが好ましい。好ましくは、内管８は、筐体の高さＨの５０％と８０％との間の範囲の高さｈを有する。内管は、任意の当業者に知られている手段によって、筐体の壁、例えば筐体１の側壁、上壁、または底壁に固定することができる。

前記液体は、周辺領域１８では全体的に下降運動をするが、内管８内の筐体１の中央部分では全体的に上昇運動をする。この第２の実施形態では、液体が上昇する領域、すなわち中央領域１９が、液体が下降する周辺領域１８から分離されている。これにより液体排出管５が配置されている筐体の底部と直接接触して、周辺領域に位置する粒子の沈降および濃縮が可能になり、そのためにこれらの粒子の抽出効率が向上する。

内管８は円筒形の管であり、筐体１内に同心円状に配置され、それ自体が円筒形であることが好ましい。このようにして筐体１と円筒形内管８との間に、より正確には円筒形筐体１の側壁と筐体内に垂直に位置する円筒形内管８の壁との間に形成される周辺領域１８は、粒子が沈降して濃縮する環状領域である。

別の実施形態によれば、内管８は、長方形または正方形の断面を有し得る。

図４は、本発明の第３の実施形態による気泡塔４００を示しており、液体が周辺領域１８の筐体１の側壁において排出される点を除いて、図３の気泡塔とあらゆる点で同一である。

従って、粒子および／または汚染成分を含む液体は、特に、気体の流入によって発生する乱流により、例えば筐体の中央領域１９への粒子の再流入を引き起こす可能性がある、筐体の底部に隣接する、粒子を多く含む液体の抽出を避ける目的のために、筐体１の側壁、好ましくは筐体１の上半分に開口する少なくとも１つの液体排出管９を通って周辺領域１８から引き出される。例えば、図４に示される塔は、その上半分において筐体１の壁に開口する、直径方向に対向する２つの液体排出管９を備える。

本発明による気泡塔は、筐体内に液体および空気の流れを生成する撹拌（媒体中に分散される仕事）に関与する内部構造、すなわち固定部品または可動部品を含まないことが有利である。従って、本発明による塔およびその操作は、投資および操作の点で簡単かつ経済的である。

本発明によれば、様々な実施形態に応じて、上述のようないくつかの気泡塔を組み合わせて、並行して動作するように構成することができる。そのようにして、気体化合物汚染物質、特にＮＯ_x、ＳＯ_x、ＶＯＣの少なくともいずれか、および固体粒子を除去するために、閉じた空間に含まれ、および／または閉じた空間に流入し、および／または閉じた空間から流出する空気を処理するための設備を形成することができる。

本発明の範囲から逸脱することなく、閉じた空間に含まれ、および／または閉じた空間に流入し、および／または閉じた空間から流出する汚染空気を処理するための気泡塔または設備は、好ましくはオゾン処理と関連付けられた、気泡塔の下流に配置された静電フィルター装置と関連付けることができる。従って、静電フィルター型の空気処理装置がすでに装備されている閉じた空間内の気泡塔内で処理を行うことが考えられ得る。

一方で、粒子に関する空気処理の全体的な効率は、既存の装置を不使用／廃棄するのではなく使用することで向上させることができる。また一方で、オゾンはＮＯをＮＯ₂に酸化する傾向があり、ＮＯ₂はＮＯよりも液相に溶解しやすいため、静電的な沈殿の前に粒子をイオン化するために使用されるフィルターのオゾン処理を利用することもできる。

従って、空気処理によるＮＯ_x抽出は、本発明による１つ以上の気泡塔を使用することによって大域的に促進される。

本発明に係る閉じた空間には、閉じた空間へ空気を送り出し、および／または閉じた空間から空気を排出するための手段が設けられているため、気泡塔、または、複数の気泡塔を含む設備をこれらの手段に配備することが有利である。

具体的には、これらの手段は、互いに流体接続されたさまざまな管、漏斗、筐体のネットワークの形をしており、閉じた環境内で、閉じた空間の内側から外側まで、および／またはその逆向きの空気の循環を提供する、取り外し可能な送出器／排出器を備えている。気泡塔をこれらの通気／抽出手段の近くに（これらの手段における空気の流れの一般的な方向を基準にして、上流または下流のいずれかに）配置することによって、おそらく追加の強制循環装置を使用すること無しに、処理される空気が気泡塔内で循環する。

空気処理は、例えば遠隔操作による手動、自動または半自動制御を可能にする電子／コンピュータ制御システムによって制御し得ることが有利である。従って、前記制御システムは、一方では気泡塔に関連する１つ以上の測定手段、特に液体ｐＨセンサー、または処理される液体または気体中に存在する、粒子および／または汚染化合物の濃度を検出するためのセンサーに接続された電子／コンピュータ手段を備えることができる。

加えて、前記制御システムは、プロセスを制御するための１つ以上の手段、特にバルブ開閉制御手段を備え、一方では人間／機械インターフェースに接続される。従って、人間の介入が必要な維持管理作業を最大限に制限することで、プロセスを遠隔で監視できる。

本発明による、閉じた空間に含まれ、および／または、閉じた空間に流入し、および／または、閉じた空間から流出する空気を処理する方法は、記載される変形例または変形例の組み合わせの内の任意の１つによる気泡塔を使用できるのが好ましい。

例として、閉じた空間からの汚染空気を処理する設備の３つの場合（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を比較できる。これらの設備は、固体粒子および少なくとも１つの気体化合物汚染物質、特にＮＯ_x、ＳＯ_x、ＶＯＣの少なくともいずれかを除去することを目的としており、並列運転気泡塔を含む。３つの場合全てにおいて、処理される空気の流量は１０,０００ｍ³／ｈである。

場合（ａ）では、設備は、気体化合物汚染物質を大幅に削減するため、並列動作するように配置された直径１．５ｍ、高さ１．５ｍ（つまり、Ｈ／Ｄ比＝１）の８本の気泡塔で構成される。気泡塔は、計算を簡素化するために、完全に水で満たされており、周囲温度および周囲圧力で、０．２ｍ／ｓの作動空塔気体速度Ｕｇで並行して動作させる。

それぞれの塔の圧力低下は約０．０１５ＭＰａである。送風機の消費電力に係る投資コストＰ１と年間運転コストＰ２が算出された。

本発明による場合である、場合（ｂ）では、同じ直径および同じ高さ（Ｈ＝Ｄ＝１．５ｍ）、すなわちＨ／Ｄ比＝１の気泡塔を４つだけ備える設備により、作動空塔気体速度Ｕｇは０．４ｍ／ｓで同じ空気流を処理することができる。

場合（ａ）より速い気体速度の結果、伝達係数はより高くなり、捕捉性能は基本的な場合（ａ）と少なくとも同等になる。これにより、投資コストＰ１′をＰ１に比べて４６％削減でき、運用コストＰ２′はＰ２と同等になる。

本発明による場合である、場合（ｃ）では、同じ直径（Ｄ＝１．５ｍ）だが高さ（Ｈ＝０．７５ｍ）が異なる気泡塔、すなわちＨ／Ｄ比は０．５、を４つだけ備える設備で同じ空気流を処理することができる。

この場合、捕捉性能は場合（ａ）に比べて若干低下するが、投資コストＰ１″は場合（ｂ）のＰ１′に比べて２０％削減され、圧力低下はほぼ半分になり、この結果、運用コスト Ｐ２″はＰ２′に比べて４７％減少する。

最後に、場合（ｃ）の設備では、頭上スペースが制限されることがある限られたスペースに設置するのがはるかに簡単な、より小型の塔を使用する。

Claims (15)

1. 少なくとも１つの気体化合物汚染物質、特にＮＯ_x、ＳＯ_x、ＶＯＣの少なくともいずれかと、固体粒子と、を除去するために、閉じた空間に含まれ、および／または、閉じた空間に流入し、および／または、閉じた空間から流出する空気を処理する方法であって、前記方法は、ＨおよびＤをそれぞれ筐体の高さおよび直径として、前記固体粒子および前記気体化合物汚染物質を捕捉できる液体で満たされたＨ／Ｄ比＜１．５の前記筐体（１）を備えた気泡塔（１００，２００，３００，４００）を用い、
   空気を、作動空塔気体速度Ｕｇが０．３５ｍ／ｓと０．５０ｍ／ｓとの間となるような流量で、気泡を形成するために前記筐体（１）の底部の前記液体に注入し、
   気泡の形態で注入された前記空気を、前記粒子および／または前記気体化合物汚染物質の少なくとも一部が前記液体によって捕捉されるように、前記液体との接触によって処理し、および、
   前記処理された空気を、前記筐体（１）の上部から排出する、
   方法。
2. 作動空塔気体速度Ｕｇが０．４０ｍ／ｓと０．５０ｍ／ｓとの間である、請求項１に記載の方法。
3. 気泡の形態の上昇気流を駆動する唯一の力が浮力である、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記液体が水溶液であり、好ましくは水からなる、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記液体が、前記少なくとも１つの気体化合物汚染物質に対する少なくとも１つの化合物吸収剤を含む水溶液であり、および／または前記少なくとも１つの気体化合物汚染物質の溶解促進剤を含む水溶液である、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 好ましくは不連続的に、前記液体を前記筐体内で更新する、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記気泡塔を周囲温度および周囲圧力で運転する、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 粒子の沈降および濃縮のための周辺領域（１８）を、前記筐体（１）と、前記筐体（１）の中心に配置された内管（８）との間の、前記筐体内に生成し、
   前記液体は、前記周辺領域（１８）内で全体的に下降運動をする、
   請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 粒子および／または汚染成分を含む液体を、好ましくは前記筐体（１）の上半分にある、前記筐体（１）の側壁に開口する少なくとも１つの液体排出管（９）によって前記周辺領域（１８）から抜き取る、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記塔の筐体（１）が円筒形である、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
11. 気体化合物汚染物質、特にＮＯ_x、ＳＯ_x、ＶＯＣの少なくともいずれかと、固体粒子と、を除去するために、閉じた空間に含まれ、および／または、閉じた空間に流入し、および／または、閉じた空間から流出する空気を処理する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法を実施するための気泡塔（１００、２００、３００、４００）であって、前記気泡塔は、０．３５ｍ／ｓと０．５０ｍ／ｓとの間の作動空塔気体速度Ｕｇで動作するように構成され、
    ＨおよびＤをそれぞれ前記筐体の高さおよび直径として、前記固体粒子および前記気体化合物汚染物質を捕捉できる液体で満たされるように構成された、好ましくは円筒状の、Ｈ／Ｄ比＜１．５の前記筐体（１）と、
    空気入口管（２）と、
    前記空気入口管（２）に接続され、前記筐体（１）の底部に配置された、前記液体（３）中に前記空気を分散させるための手段と、
    前記筐体の上部に配置された処理済空気出口管（６）と、
    前記筐体の上部に開口する液体供給管（４）と、
    前記筐体から前記液体を排出するための少なくとも１つの管（５，９）と、を備えた、
    気泡塔。
12. 液体の更新および流出用の回路を備える、請求項１１に記載の気泡塔。
13. 前記筐体（１）の中心に配置された内管（８）を更に有し、前記内管は、前記筐体（１）を、前記筐体（１）と前記内管（８）との間に設けられた、粒子の沈降および濃縮のための周辺領域（１８）と、前記内管（８）内に形成された中央領域（１９）とに垂直に分割する、請求項１１または１２に記載の気泡塔。
14. 前記少なくとも１つの液体排出管（９）が、好ましくは前記筐体（１）の上半分に存在する、前記筐体（１）の側壁における開口を有する、請求項１３に記載の気泡塔。
15. 気体化合物汚染物質、特にＮＯ_x、ＳＯ_x、ＶＯＣの少なくともいずれかと、固体粒子と、を除去するために、閉じた空間に含まれ、および／または、閉じた空間に流入し、および／または、閉じた空間から流出する空気を処理する設備であって、
    請求項１１から１４のいずれか一項に記載の気泡塔（１００、２００、３００、４００）を複数有し、前記複数の気泡塔が、並列して動作するように構成されている設備。

Images