JP4294484B2 - 混合羽根を用いて気体を洗浄する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルまたはその他の炭化水素を燃料とするエンジン等の燃焼装置により発生する排気ガスから、粒子状または気体状の不純物を除去するための洗浄装置に関する。排気ガスは、渦および微細に分散した泡の形成を引き起こす固定された混合羽根の斜めに配置された配列を含む洗浄液の槽を通過し、その液体／気体の混合により、不純物気体の洗浄液中への溶解が促進される。

排気ガスは、多くの産業上および輸送用途において発生する。環境に対する懸念ならびに公害物質または汚染物質の放出という産業の成り行きは、それらを排除するかまたは減少させることを必要とする。最近、工場、発電所、車、または船舶などの煙流となって放出される公害物質の低減がより大きく強調されている。同様に、パルプおよび紙、プラスチックまたは他の産業などにおいて、産業プロセスから放出される有毒な化学物質の除去または変換もまた強調されている。廃熱を捕捉して二次または三次活用のために再利用することによってより高い経済性を達成したり、または軍事利用のためのエンジンの赤外熱識別特性（ｉｎｆｒａ−ｒｅｄ ｈｅａｔ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を減少させる等の目的で、エンジン排気システムによって放出される熱を減少させることもまた望まれている。さらに、洗浄機は、その特徴の一つとして、不要な成分を除去し得るのみならず、排気流の騒音を減少させ得る。

洗浄が望まれる特定の状況の例が多数存在する。例えば、気体、燃料オイル、ディーゼルオイル、および他の石油製品などの化石燃料の燃焼から生じる排気ガスから、気体状または微粒子状の汚染物質、悪臭化合物、およびその他の望ましくない成分を除去することが望まれ得る。これらの燃料は、船舶用ディーゼルエンジンおよびボイラーならびに輸送および建設用機器などに使用されるディーゼルエンジンにおいて一般的に使用される。二酸化硫黄は、熱電式発電、廃棄物焼却、産業プロセス、さまざまな燃焼を伴う多くのプロセス、およびディーゼルエンジンを含む原動機の排気ガスの固有の成分である。林業用装置または鉱業用装置におけるような例では、水洗浄媒体の使用も火花の放出を減少または排除するために望まれることがある。

別の分野では、化学プロセス、伝熱プロセス、食品調製、農作業、機械部品の洗浄、塗料噴霧作業、および同様のプロセスのような、産業上のプロセスから発生する排気ガスを洗浄することが望ましい。同様に、バイオマス、石炭、石炭水スラリー、石炭および石灰岩のスラリー、石炭メタノールスラリー等の固体、液体、および気体の燃料の燃焼による産物を処理することが望まれ得る。さらにまた、洗浄は、固体状、液体状、または気体状の廃棄物の熱破壊のための焼却システムからの燃焼による産物に必要とされ得る。これらは、産業および都市廃棄物、生物医学的廃棄物、有害および病理学的な固体状および液体状の廃棄物、有毒廃棄物、有害廃棄物、および病理学的廃棄物で汚染された固体および液体、事故による有害および危険な廃棄物の漏洩、ならびに同様の廃棄産物を含み得る。さらにまた、気体／水相互作用は、酸化窒素低減スキームにおいて見られ得るように、燃焼器具の空気の取り込みに対して湿ったガスを再導入して温度制御するために、排気ガスを浄化し湿潤化するために使用され得る。

種々のタイプの洗浄機が公知である。気体ストリームからのゴミの微粒子、硫黄および窒素の酸化物、汚臭化合物、ならびに類似の汚染物質の除去は、自然環境に対する産業プロセスの衝撃を、酸性化、オゾン形成、栄養素生成、および関連する悪影響の低減によって最小化するために規制当局によって進展されている環境コントロール軽減プログラムの優先事項である。公害物質を除去するために現在使用されている装置には、サイクロン、バッグフィルタ、静電沈降装置、および高エネルギー洗浄機が含まれる。代表的には、これらの装置の入力／出力効率は、８５％〜９９．９９％以上の範囲であり、高エネルギー洗浄機が最も効率が良く、遠心式および慣性力分離器（ｃｙｃｌｏｎｅ ａｎｄ ｉｎｅｒｔｉａｌ ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ）が最も効率が悪い。入力／出力効率は、システムからの出力気体流におけるすべてのサイズ範囲の粒子の総濃度を、ガス洗浄ユニットへの総入力における濃度に対するパーセンテージで定義している。例えば、ディーゼルエンジン等の多くの燃焼装置では、利用できる背圧が低いために排気洗浄機の使用が制限され、巨大で、費用のかかる、信頼度の低い排気ガスブロワーが必要になる。

特定用途のためのユニットのタイプは、産業プロセスのタイプ、放出される粒子のタイプおよびサイズ、ガス流の温度、プロセスの経済性、用地に隣接する土地の利用、ならびに多数の他のファクターを含む多数のファクターによって決定される。石灰石および水スラリー洗浄溶液を用いる高エネルギー洗浄機は、石炭、重油などの硫黄を含む燃料を燃焼するときに生成される燃焼ガスから硫黄を洗浄するために首尾良く使用されてきた。

例えば、排気ガスを洗浄する一般的な方法は、排気ガス流路を横切って水などの洗浄媒体を噴霧したり、または排気ガスを連続的に供給される水のカーテンを通すかもしくはサイドが湿ったチャネルに沿って強制的に通したりすることである。気体流からの微粒子の洗浄のためのこれらの技術は、洗浄溶液の微細な液滴を大量に生成するために機械的な剪断システムに依存してきた。それぞれの場合において、液滴の表面積は、その洗浄機の効率を決定する制御パラメータである。所定の水質量に対する洗浄機の液滴表面積を大きくするために、平均の液滴直径は小さくならなければならない。平均液滴直径を小さくし、したがって、平均の液滴表面積を大きくするために必要とされるエネルギーは、急激に増大する。したがって、微粒子の除去についての従来の洗浄機の効率は、洗浄機の全体に渡る圧力損失によって測定されるエネルギー入力の関数である。代表的な高効率洗浄機（９９％よりも大きい効率）は、４５〜６０インチの水頭の範囲に圧力が下がって作動する。このようなユニットは、高い資本コストならびに高エネルギーおよび維持費用を有する。

（先行技術）
洗浄に対する上記の従来のアプローチとは対照的なのは、気体の噴流または流れを液体槽に強制的に適用するという概念である。１９８１年１１月１７日に発行されたＣｏｙｌｅの米国特許第４，３００，９２４号は、排気ガスをまっすぐなパイプを通してタンクの水中に通し、排気ガスが水中を泡になって通過するようにすることによって、ディーゼルエンジンの排気を洗浄する装置を記載する。Ｃｏｙｌｅの装置は、排気ガスの水頭圧（ｈｅａｄ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓｅｓ）がパイプの平らな切断端の外へそれらを強制的に押し出すのに十分である場合に作動する。

２００２年６月１１日に発行されたＴｒｉｖｅｔｔらの米国特許第６，４０２，８１６号は、ヘッダ流路、複数の洗浄槽、および排気通路を有する洗浄装置を開示し、この洗浄槽は、排気ガスを下向きに液槽内へと導き、排気がダウンパイプ中の一連のスロットを通過し、泡が上昇するにつれてそれらに角運動または渦運動を付与する。次いで、気体は、デミスタおよび熱交換パイプを通過し、洗浄蒸気が除去され、その後、排気マニホールドへと通過する。

例えば、１９７８年５月２３日にＰｅｓｓｅｌに対して発行された米国特許第４，０９１，０７５号に開示されるような他の洗浄機は、水性の化学物質槽を利用して、排気または排煙中に含まれる二酸化硫黄等の汚染ガスと反応させる。
米国特許第４，３００，９２４号明細書 米国特許第６，４０２，８１６号明細書 米国特許第４，０９１，０７５号明細書

排気ガスから粒子状物質を低減させ、硫黄および窒素成分を取り除き、そしてその熱特性を低減させること。

排気ガスの洗浄機は、エンジンシステムのようなガスの供給源からの入口を有する。この入口は、一連の入れ子状の逆流のほぼ環状の流路を通して排気に連結されている。入口のパイプから流れる気体は、ホットプレナムを通して逆流または逆方向に連続する。ホットプレナムは、渦巻き形もしくは多葉性の表面を有し得、あるいは作製の容易性から、円柱状であり得る。洗浄液の槽は、ホットプレナムの出口端を含み、それにより、排気ガスは液槽を通して急増し、そして再び渦巻き形のホットプレナムを取り囲んだ環状出口プレナムを通して逆流方向に逆方向に流れ、その後排気ガスは洗浄機を出る。必要に応じて、ウェットスプレーもまた、洗浄液を、洗浄槽へ入れる前に、排気ガスへ導入するためにホットプレナムに含められ得る。ホット排気ガスは、水中で実質的な浮力を有し、そしてこの浮力は、気体を洗浄液の槽を通して上向きに駆動するために作用する。さらに混合したりまたは分流することがない場合、気体の大容量画分が洗浄液とほとんど相互作用しないか全く相互作用せずに、システムを通過し得ることに留意した。本発明において、ホットプレナムから液体槽を通過する間に、排気ガスは、平坦で、部分的に重なり合った段階状の羽板の傾斜した配列を含む一組の混合羽根によって遮られ、これらの羽板は、気体が羽板の間を流れるように向きを変えさせ、排気ガス中に渦を生じさせる。羽板は総排気ガスの小画分のみが通過して各スロットを通して流れるような大きさで配置されることによって、気体を混合羽根のアレイの間に分配し、均等に流れるようにする。

混合羽根が液体槽に沈められるにつれ、羽板は排気ガスと洗浄液との混合物中に渦を発生させ、高度に分散した微細な泡を形成させ、排気ガス汚染物質の溶液が洗浄液中に入ることを促進する。混合羽根は、気体の浮力が２つの気体および液体の媒体を分離させる傾向を防止するのみならず、混合の手助けとなる渦流を発生させ、そしてこのようにして材料が気体から液体へと移動し、その逆もある。

粒子状の物質もまた、洗浄液中の排気ガスから取り除かれ、除去のための槽の底に回収される。洗浄スプレーは、出口プレナム中に配置されて、泡を散逸させ得る。洗浄スプレーはまた、ホット入口プレナムに配置されて、気体を予め急冷し得る。槽およびスプレーは、排気ガスの温度を下げる。ミストエリミネーター羽板の更なるシステムが、出口プレナムを横切って配置されて、同伴洗浄液を排気ガスから取り除き得、次いで、その排気ガスはホットプレナムに共通の内壁に隣接する出口プレナムの残りを通過する。内壁の熱は、残りの液体のすべてを蒸発させ、気体の温度および露点を上昇させる。このシステムは、排気ガスから粒子状物質を低減させ、硫黄および窒素成分を取り除き、そしてその熱特性を低減させるのに非常に効率的である。

本発明の気体洗浄機の１つの局面において、排気ガスは、粒子および気体の汚染物質を、液体槽内で多量の排気ガスの小さな泡を発生させる混合羽根の泡生成デバイスによって取り除かれ、それにより、表面積および排気ガスと洗浄液との間の接触を顕著に増大し、そしてＳＯ_xおよびＮＯ_xのような汚染ガスの洗浄液中への溶解を促進する。

本発明の別の局面において、洗浄は、エンジンシステムにおいて最小の背圧を用いて泡生成によって達成される。背圧は、２〜８インチ水頭程度の少ない量であり得る。

本発明のさらなる局面において、同心または入れ子状のホットプレナムおよび出口プレナムは、渦巻き状断面を有する共通の壁を有し、２つの通路間の表面積を増大させ、排気ガスが逆流する間の熱交換を増大させる。ホットプレナムを排気プレナムから隔てる渦巻き状または星形の壁は、上流の排気ガスが壁を熱し、出口プレナムを出る下流の排気ガスに熱を伝達することを可能にする。これは、排気ガスの相対的湿度を減少させ、露点を上昇させ、そしてシステム中でその後に結露が発生することを低減する。

本発明の別の局面において、洗浄液の液槽はホットプレナムと出口プレナムとの間の逆流路を閉鎖し、ここで、ガス流の方向の逆転により、混合羽根のアレイを通過する前に、排気ガス中で渦が発生させる。

本発明のこれらおよび他の目的および特徴は、以下の記述より理解される。

本発明の装置の原理および動作方法は、下記において、本発明の例示的かつ非限定的実施形態のコンテキストにおいて、図面を参照して説明される。

以下の説明およびそこに記載される実施形態は、本発明の原理の特定の実施形態の実施例を例示するものである。これらの例は、これら本発明の原理の説明の目的で提供されるのであって、限定のためではない。

以下の説明において、同様の部材には、明細書および図面の全体にわたってそれぞれ同じ参照番号が付されている。

図１を参照して、洗浄機１は、一般に、排気ガスの導入のための入口３および排気ガスが放出される出口４を有する洗浄機本体２を備え得る。本体２は、円筒状であるかまたは他の適切な形状であり得る。ほぼ円錐状またはＶ−形状のタンク部５は、洗浄液用のリザーバを形成する。槽５は、排気ガスの性質および洗浄機の用途に応じて、気体に含まれる汚染物質の溶媒であり得、そして多くの用途においては、好ましくは、水であり得る洗浄液を含む。海事に関する用途において、海水は、有効な洗浄溶液であることが見出されている。洗浄液および洗浄動作からの残渣は共に、排水管６を介して洗浄機１から排出され得る。図２にみられるように、二次タンク７は、あふれ出た洗浄液を回収するためにタンク５の周りに配置され得る。二次出口８は、タンク７からの過剰の液体を除去するために使用され得る。洗浄液を洗浄装置へ供給するための補助的な配管は示していない。

図２にみられるように、洗浄機１の内部構成要素を垂直断面で示す。排気ガス、例えば、内燃エンジンの排気からのガスは、矢印Ｇで示されている方向に入口３から洗浄機１に入る。排気ガスは、典型的には、燃焼から生じる微粒子状の物質（すす）および気体状の不純物の両方を含んでいる。微粒子が、炭素質または炭化水素であり得る一方で、ガスはＳＯ_xおよびＮＯ_xを含み得、そして特にＳＯ₂を含み得る。ガスは壁１１で規定される入口通路１０を通して運ばれる。通路１０は、長さＬ₁および直径Ｄ₁を有する環状のものであり得る。通路１０の出口において、排気ガスは、円筒状のコンボリューション型（ｃｏｎｖｏｌｕｔｅｄ）または多葉（ｍｕｌｔｉ−ｌｏｂｅｄ）の側壁２１によって規定されるホットプレナム２０に進入する。図３からわかるように、側壁は、好ましくは、プレナムの表面積を大きくするためにコンボリューション型または星形である。図３の例において、ほぼＶ字形の８つの星型のコンボリューション（eight star convolutions）またはアームが放射状に外側に伸びているが、特定の用途の要件およびサイズに応じて、アームは、４つのみまたはより多くのアームが存在し得る。管状（環状）のホットプレナムが、２１’として透視図（ｉｎ ｐｈａｎｔｏｍ）で示されるように使用され得るが、結果として表面積は減少する。Ｖ−形状のアームは、各アームにおいて端壁２１ａによって切断される。好ましくは、端壁２１ａは、洗浄機の外側壁に直接結合している。

ホットプレナム２０の通路は、適切な形状（すなわち、星形プレナムに対しては星形の断面、または環状プレナムに対しては円錐状）の端壁２２によってその入口端で閉じられており、それにより上部チャンバ２３を規定している。入口１０を出る気体は、チャンバ２３の端２２によって向きを変えられ、そしてホットプレナム２０の通路に沿って逆向きに（図２において下方に）流れる。チャンバ２３は、プレナム２０を流れ落ちる気体の向きを変化させることから生じる排気ガス供給源に対する背圧を最小化するのに十分な長さを有する。チャンバはまた、洗浄機内の共鳴を減少させるために作用する。ホット星形プレナムの壁２１は、洗浄液タンク５の内周の周囲水平末端（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｅｄｇｅ）２４で端をなす。

出口プレナム３０は、ホットプレナム２０を囲み、一般に洗浄機の円周状外壁によって閉じ込められている。出口プレナム３０は、外壁３１およびホットプレナム２０の星形をした壁２１によって規定されており、それゆえ壁２１の表面積がより大きくなっている。洗浄機のデザインの好ましい実施形態では、ホットプレナム壁２１の端壁２１ａは、壁３１に対して密閉され得るが、代替的に、それらは単に壁３１に対して断続的に支えられ得る。密閉された場合、複数の通路３０ａは、出口４に隣接した単一のプレナムに結合するまで外側のプレナムに対して規定される。逆に、もし断続的にのみ支えられるだけであれば、複数の通路３０ａは、実際、互いに連結して、コンボリューション状の内部表面とともに単一の外側プレナムを形成する。環状壁２１’を用いる洗浄機では、出口プレナム３０は環状である。開口部を有する分配プレート（図示せず）が、プレナム３０の基部で使用され得、一連の開口部を通して、環状出口プレナム３０へと排気ガスの方向を変える。プレナム３０は、排気ガスをホットプレナム２０の流れとは逆流方向に指向して、洗浄された気体を出口４を通して排出する

図２および図３からわかるように、排気ガスは、入口通路１０を通して指向され、次いで、ホットプレナム２０を通して逆流し、次いで再び、出口プレナム３０を通して逆流し出口４で洗浄機から出る。

洗浄液は、槽５に含まれ、そして静止状態での液レベルＷＬを有し、これは、水平周囲リップ２４および後述する混合羽根を覆う。

図２、３、および４からわかるように、ホットプレナム壁２１および外壁３１の周囲リップ２４によって規定された出口プレナム３０のいくぶん三角形状の入口端３３で、混合羽根４０のセットは、通路に挿入されて、排気ガスが洗浄液を通って出口プレナムへ通過することを部分的に妨害する。図４に最も良くみられるように、図３を参照して、混合羽根４０は、部分的に互いに重なり合い、排気ガスが通過する傾いたもしくは段階状のアレイを形成するように間隔を置いた一連のいくつかの水平な平らな羽根を含む。その羽根のアレイは、上向きおよび外向きに傾いており、気体を逆方向に押して、羽根の間の間隔を通して内側に通過させる。羽根のアレイは、タンク５の液レベルより下に沈められている。

洗浄機の動作中、洗浄液の表面ＷＬの排気ガスの圧力は、液体レベルをホットプレナム２０の出口でＷＬ’レベルまで押し下げ、それにより、出口プレナム３０の通路３０ａの三角形状の入口３３内の液体をＷＬ”レベルまで上昇させる。ホットプレナム１０を降りてくる気体は、次いで、逆方向になり、ホットプレナムの周囲リップ２４の下を通り、洗浄液を通して流れるかまたは泡立つ。気体は、図５の湾曲した液体レベルＷＬ’によって示されるように、混合羽根のもとで気体ボイドを形成しさえし得る。次いで、排気ガスは、再び曲がり、混合羽根４０のアレイを通過する。混合羽根のアレイ４０の個々の羽根４１の数は、洗浄機システムのサイズに依存するが、一般的に１２〜１５枚の範囲である。羽根４１は、典型的には、水平方向に３／４インチの幅あり得、１／８インチの厚さを有し、羽根の間には１／８〜３／４インチの間隔を有し得る。各羽根は、下の羽根からその幅のおよそ５０％だけ後退している。羽根は、気体の方向転換と加速とを引き起こし、洗浄液内で渦および排気ガスの微細な泡の形成を生じる。次いで、結果生じた泡は、出口プレナム３０の混合ゾーン４２内に進む。

炭素または炭化水素組成のすす等の粒子状の物質は、ホットプレナム通路２０を下方に運ばれ、洗浄液に吸収され、タンク５の底へゆっくりと降下する。タンク内の放射状のバッフル４３は、ある程度の静止状態を維持することに役立ち、粒子を定着させる。ＳＯ_xおよびＮＯ_x等の排気ガス流中の可溶性の気体は、単に液体槽を通って浸透することによってだけでなく、主に混合羽根を介して気流が乱流し攪拌された間に形成された小さな泡の液体／気体界面で洗浄液中に溶解される。気体が洗浄液に浸されるか、または泡の中に保持される間の持続時間が、汚染ガスの溶解のレベルに影響することが理解される。

混合ゾーン４２において、排気ガスの泡は、洗浄液の表面よりも上に上がり、そこで融合し、壊れる。通路３０または３０ａ内で、ジェットまたはノズル４４が、洗浄液を排気ガスの通路へスプレーするために使用され得、さらに気体の泡の融合および破壊を引き起こす一方、通路３０の壁２１および３１を湿らせもし、さらに気体の汚染物質と洗浄液とを接触交換する。所望であれば、同様のジェットをプレナム２０の下部において使用することにより、熱い排気ガスを予め湿らして冷却し得る。

通路３０ａにさらに沿って、一組のミストエリミネーター羽根４５が配置されている。これらの羽根は、残存する洗浄液を、積もった湿気、排気ガスの飽和した流れ、および伴出した液滴から取り除くように設計されている。ミストエリミネーター羽根４５の配列は、混合羽根４２の配列と類似しており、左右対称であり得る。それらは、一連の重複する千鳥状にした平坦な羽根部材４６を含む。各羽根４６は、一般に幅３／４インチ、厚さ１／８インチで、１／８〜３／４インチ離して配置されている。羽根４６の間隔は、湿気負荷ガスおよび羽根との間での良好な接触が得られるように、十分に接近しているが、気体の速度が上昇し、堆積した湿気が羽根から取り除かれ得ることがないように十分に分離している。

ミストエリミネーター４５によって気体流から取り除かれた液体は、通路３０ａの側壁を流れ落ち、槽５に戻る。混合ゾーン４２の通路壁上の隆起は、排水の方向を指向させるために用いられ得、さらに壁の表面で気体の交換を誘導させるために用いられ得る。ミストエリミネーターおよび壁への接触によって除去された洗浄液（すなわち、水など）は、タンクの底にしたたり落ち、そこで放射状のサージおよびまたは波状のバッフルが攪拌を妨害し、粒子状物質が沈降することを可能にする。このような粒子状物質および過剰の処理液は、タンクの三角錐形の底から除去され得る。次いで、その液体は、冷却され、処理され、そして再びシステムに導入され得る。

ミストエリミネーター羽根を出る際に、槽５の排気ガスは洗浄液の温度まで冷却されている。典型的には、これは、再利用液が使用される場合、４０℃のオーダーである。排気ガスは、実質的に懸濁された洗浄液が枯渇されているが、ほぼ１００％飽和している。図２および図５から理解され得るように、排気ガスがミストエリミネーター４５を通過した後、それらはホットプレナム２０の壁２１に大部分囲まれている通路３０ａのバランスを通過する。つまり、壁２１の一部は、ホットプレナム２０の外壁と出口プレナム３０の内壁とからなる共通の壁である。そのため、壁２１の当該共通の壁は、入口通路１０からチャンバ２３へ出る２５０℃〜４５０℃の範囲の熱い排気ガスへ曝されるために熱い。上部チャンバ２３の壁２１は、入ってくる排気ガスによって２５０℃〜３００℃の範囲に加熱され得ることが予想され得る。

排気ガスが冷却され、洗浄液および混合ゾーンにおいて洗浄され、そしてミストエリミネーター羽根４５において過剰の液体を取り除かれた後、排気ガス流は、同伴する液体成分をほとんど有意に含まない飽和気体へと還元される。次いで、飽和排気ガスは、放射状に（ｒａｄｉａｎｔｌｙ）、そして上記共通の壁の熱伝達表面からの伝導および対流によって再加熱される。気体の流速およびホットプレナムの曝露される壁部分２１の長さに依存して、気体は、少なくとも３０℃に再加熱され、そして２００℃まで再加熱され得る。結果として、排気ガス中の水分は、排気プレナムを出るときは、飽和点よりも十分に低く、典型的には７５％の飽和であり、このようにして下流のパイプにおける液体の縮合を排除するかまたは実質的に減少させ、大気中の視認できる曇りを防止／減少する。その結果、得られる排ガスは、熱の痕跡または視認できる霧雲を示さず、実質的に粒子状および気体状の両方の汚染物質が減少している。

排気ガスの理想的な流速は、常に維持されるわけではなく、時折の急上昇が経験される。本発明は、急な流速の増大に対して、槽５（エッジ２４の下）と混合羽根４０の先端との間に伸びる通路４７を備えることによって調整している。さらに、ガス流速の急上昇によって洗浄液が混合羽根４０を通過し、混合チャンバ４２に進入する場合、液体は、矢印Ｄで示すように通路３０ａの外周に配置された管状のドレイン４８を通してあふれ出得る。正味の効果は、他の湿潤洗浄機設計の共通の課題である変化する流れの状況において洗浄機をより信頼できるものにすることである。

本デザインは、最小の背圧すなわち１〜６インチの水頭で作動する。システムの全体的な圧力の低下は、基本的に液体槽レベルの静水圧から６インチ水頭未満である。

洗浄機は、ディーゼル燃料等の燃料の燃焼から生じるＳＯ₂および粒子状物質を除去するための効果的な手段である。８０％粒子の除去および９５％ＳＯ₂の除去のレベルが、この装置および方法によって達成されている。

洗浄液の連続的な流れおよび交換が必要であることは当業者に明らかである。液体は、噴霧ジェットによって導入され得るが、好ましくは、槽５へ通常の流速で液体源（図示せず）によってもまた導入される。

所与の状況における正確な排気ガスのパラメータは、本発明の洗浄機において使用されるサイズ、流速、および温度によって決定される。１メガワットエンジン（１５００馬力）の排気ガスを用いての星形ホットプレナムを使用する１組のパラメータの例を、以下の表に示す。

７５００馬力エンジンにおいて環状ホットプレナムを使用する洗浄機パラメータのさらなる例を以下に示す。

上記の実施形態は、６インチの水頭の背圧で行われた。このような最小化された圧力水頭の利点は、当業者に十分に明らかであり、数オーダー大きい水頭を利用する他の高効率洗浄機からの劇的な改良である。

実施において、二酸化硫黄および酸化窒素のようなすすおよび反応ガスを含む２００℃〜４９０℃の範囲の排気ガスは、洗浄液槽の温度まで冷却され、粒子状物質が槽内で取り除かれ、有意な割合の二酸化硫黄が、洗浄液中への溶解によって排気ガス流から取り除かれる。出願人は、９０％超の二酸化硫黄が、本発明によって排気ガスから取り除かれ得、そして２０％のＮＯ_xが取り除かれ得ることを見出している。このような高割合のＮＯ_x除去は、ＳＯ₂の溶解によって引き起こされる洗浄液のｐＨレベルに部分的に起因する。典型的には、上記の例において、ｐＨレベルは、２−３の範囲であり、これはＮＯ_xの優良な吸収剤である。

出願人はまた、９０％までのすすおよび２０％の炭化水素粒子が洗浄液中で除去されることを見出している。

上記の記載は、本発明の性質、その動作および利点を、大きさ、形状、温度、または動作速度が限定されることなく示すことを意図している。その記載および例からの変更は、当業者に容易に理解され得、本発明の範囲から逸脱することなく組み入れられ得る。

本発明は、燃焼装置（例えば、ディーゼルまたはその他の炭化水素を燃料とするエンジン）により発生する排気ガスから、粒子または気体の不純物を除去するための洗浄装置等として有用である。

本発明の洗浄機の実施形態の等角図 図３の２−２切断線に沿った洗浄機の垂直方向の断面図 図２の３−３切断線に沿った水平方向の断面図 図２および図３に示した混合ゾーンおよび羽根の拡大図 図４の液体槽および混合羽根を通過する気体の流れを示した模式図

Claims (20)

1. 排気ガスから粒子状および気体状の汚染物質を低減するための洗浄装置であって、
   同軸入れ子状に構成された、排気ガスが互いに反対方向に通過する熱導管および出口導管（ｃｏ−ａｘｉａｌ ｎｅｓｔｅｄ ｈｏｔ ａｎｄ ｏｕｔｌｅｔ ｃｏｎｄｕｉｔｓ）と、
   前記熱導管と前記出口導管との連結部分に設けられた、洗浄液を溜めるためのタンクと、
   混合羽根の１つ以上のセットと、
   エストエリミネーター羽根の１つ以上のセットとを備え、
   前記熱導管の端部および前記出口導管の端部は、排気ガスが前記連結部を通じて前記熱導管から前記出口導管へと流れる際に前記洗浄液中を完全に通過するように、前記タンク内の洗浄液中に浸されており、
   前記混合羽根は、前記出口導管内における前記洗浄液の液面下の位置に設けられ、前記洗浄液中を通過する前記排気ガスの流れを乱して微小の泡を発生させ、
   前記ミストエリミネーター羽根は、前記洗浄液を通過した後の排気ガスから液およびミストを除去するように、前記出口導管内における前記混合羽根よりも下流の位置に設けられる、洗浄装置。
2. 前記熱導管の端部および前記出口導管の端部は、当該各端部から離れた位置に、前記熱導管の外壁が出口導管の内壁となる共通の壁を有する、請求項１に記載の洗浄装置。
3. 前記熱導管の外壁が前記出口導管の内壁となる共通の壁は、前記出口導管を介して流れる排気ガスを暖める熱交換機である、請求項２に記載の洗浄装置。
4. 前記混合羽根の各セットは、隣接する羽根から離れ、横方向にずらして配置された薄い、平坦な、細長い羽根の傾斜した配列を含む、請求項１に記載の洗浄装置。
5. 混合羽根の各セットは、放射状外向きに傾いている、請求項４に記載の洗浄装置。
6. ミストエリミネーター羽根の各セットは、隣接する羽根から離れ、横方向にずらして配置された薄い、平坦な、細長い羽根の傾斜した配列を含む、請求項１に記載の洗浄装置。
7. 前記ミストエリミネーター羽根は、放射状に内向きに傾いている、請求項６に記載の洗浄装置。
8. 内部に入れ子になっておりかつ前記取り囲む熱導管と効果的に相互連結している中央入口導管を含む、請求項１に記載の洗浄装置。
9. 前記洗浄液を前記排気ガス中に噴霧するためのスプレーが、前記混合羽根のセットと前記ミストエリミネーター羽根のセットとの間に配置されている、請求項４に記載の洗浄装置。
10. 前記熱交換機は、前記排気ガスを十分に再加熱し、露点を少なくとも３０℃越えるまで前記排気ガスの温度を上昇させる、請求項３に記載の洗浄装置。
11. 前記熱導管の外壁が前記出口導管の内壁となる共通の壁は、環状の断面を有する、請求項４に記載の洗浄装置。
12. 前記熱導管の外壁が前記出口導管の内壁となる共通の壁は、多葉断面を有する、請求項４に記載の洗浄装置。
13. 前記熱導管の外壁が前記出口導管の内壁となる共通の壁は、ほぼ星形である、請求項１２に記載の洗浄装置
14. 作動背圧が６インチ水頭未満である、請求項１〜１３のいずれかに記載の洗浄装置。
15. 排気ガス流を洗浄して、粒子状および気体状の汚染物質を低減させ、前記排気ガスの温度を低減させるための方法であって、
    （ａ）供給源からの排気ガスを細長い入口導管を通して通過させる工程と；
    （ｂ）前記入口導管を取り囲む熱導管を通して逆流方向に前記排気ガスを通過させる工程と；
    （ｃ）前記排気ガスを液槽を通して通過させて、前記ガスを冷却し、そして粒子状の物質を保持する工程と；
    （ｄ）前記熱導管を取り囲み、かつ少なくとも部分的に前記熱導管の外壁が前記出口導管の内壁となっている当該出口導管中を逆流方向に前記排気ガスを通過させる工程と；
    （ｅ）前記ガス流の方向を変更し、前記液槽内に渦を生じさせるように適合させた混合羽根の１つ以上のセットに前記排気ガスを通過させることにより、前記ガス流内に繊細な泡を形成し飛沫同伴する工程と；
    （ｆ）前記排気ガスを、ミストエリミネーター羽根の１つ以上のセットを通して通過させて、泡または水分を実質的に排除する工程と；
    （ｇ）前記排気ガスを、前記熱導管の外壁が前記出口導管の内壁となる共通の壁の加熱した表面に沿って通過させて、前記ガスの温度を露点よりも高くまで上昇させる工程と；
    （ｈ）前記洗浄機から前記排気ガスを排気する工程と、
    を包含する、方法。
16. 工程（ｅ）において、前記排気ガスを沈められた混合羽根の傾いた配列を通過させることによって生成した掻き回され渦巻かれた渦によって、排気ガスの小さな泡が形成される、請求項１５に記載の方法。
17. 工程（ｅ）の後、前記排気ガスおよび飛沫同伴した泡を、噴霧通路を通して通過させて、前記泡を消散させる工程を包含する、請求項１５に記載の方法。
18. 工程（ｆ）において、前記ミストエリミネーター羽根は、前記ガス流と接触して、そこから水分を取り除き、前記はねからの水分を再捕捉するガス流の速度が増大することを防止するように離して配置される、請求項１５に記載の方法。
19. 工程（ｇ）において、前記排気ガスが前記出口導管において、前記熱導管内の排気ガスから前記熱導管の外壁が前記出口導管の内壁となる共通の壁を介して伝達される熱によって加熱される、請求項１５に記載の方法。
20. 前記排気ガスの温度は、露点よりも少なくとも３０℃上昇している、請求項１９に記載の方法。

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