JP5485291B2 - 気液交換の方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は気相と液相との間でエネルギー交換及び物質交換を行う方法に関し、具体的には、パイプ内で気液交換を行う方法及び装置に関する。

気液交換は工業生産で常用される技術であり、用途が広範である。気液交換技術の種類も、例えば水膜除塵器、加湿器などのように多種に亘る。現在、気相と液相との間で行われる物質交換で最も広く使用される技術は湿式除塵技術であり、その主要機構は気体に含まれる粉塵を気体と分離させ、それによって、気体浄化の目的を達している。気相と液相との間に行われるエネルギー交換で最も広く使用される技術は熱交換器であり、その主要機構は気相と液相との間のエネルギー交換である。但し、従来技術の気液交換技術は、エネルギー損失が大きく、寸法が大きく、構造が複雑であるという欠陥を有する。

本発明の目的は上記の従来技術の抱える問題を解決する、気相と液相との間でエネルギー交換及び物質交換を行う方法及び装置を提供することにある。
本発明は、気液交換装置であって、１つの閉鎖されている気液交換容器を含み、気液交換容器の両端にはパイプがそれぞれ連接され、片端が吸気パイプであり、他端が排気パイプで、気液交換容器の吸気端に気体阻止板が取り付けられており、気液交換容器の排気端に液体阻止板が取り付けられ、気液交換容器は液体が充填されており、液体の上方に形成された気流通路が吸気パイプ及び排気パイプと繋がっている。

また本発明は、気液交換の方法であって、上記の気液交換装置において行われ、気流が吸気パイプ中から気液交換容器に進入するときに、気体阻止板の流れ阻止作用によって、狭い通路の入口内に高速の気流が形成され、高速の気流は下方に位置する液体を液体平面から離脱させ、気流通路内の空間に噴流させ、液幕及び大量の飛沫を形成し、その後気体がその液幕を通過し、一部の飛沫が気流と共に一緒に前へ進行し、一定の距離の後、飛沫が重量の影響によって気流と分離し、液体の水平表面に落ちて戻り、該プロセスにおいて、気体と液体とが十分に接触し、気相と液相との間のエネルギー交換及び物質交換が行われる。一部の液体が液体阻止板に到達すると、液体阻止板に止められ、その後一部の液体は液体阻止板に沿って流下し、２次液幕及び大量の飛沫を形成し、交換後の気流が液体阻止板の下の空気排出口から排出される。
本発明の主な利点は、寸法が小さく、エネルギー消費が小さく、精度が高く、構造が簡単で、使用が容易であることである。

以下添付図面を参照する本発明の実施例に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の気体と液体の交換原理の説明図である。 図１の装置の断面図である。 本発明の１つの実施例の原理及び構造説明図である。 本発明の他の１つの実施例の原理及び構造説明図である。

本発明の好適な実施形態である図１及び図２では、気液交換容器８は閉鎖された矩形パイプであり、下へ突出する空間には液体が収納されている。液体４はパイプ内に充填され、液面の上方には幅Ｂ、高さＨ１の矩形状気流通路５が形成される。矩形状気流通路の入口には回転軸３と、回転軸３に取り付けられ、且つ回転軸３を中心に回転可能な気体阻止板２と、を備え、矩形状気流通路の出口には回転可能な液体阻止板１を備える。気体阻止板２の回転により、気体阻止板２の底部と液体水平表面との距離Ｈ２を調節することができる。このように気体阻止板２と液体の水平面とは、幅Ｂ、高さＨ２の狭い通路を形成する。

気体阻止板２の流れ阻止作用によって、狭い通路内に高速な気流が形成され、高速な気流は液体を液体表面から解離させて、矩形状気流通路内の空間に噴流させ、液体の幕及び大量の飛沫を形成し、気体は液幕を通過せざるをえず、一部の飛沫は気流と共に前へ進行し、一定の距離の後、飛沫は自身の重力の影響により気流と分離し、落ちて液体の水平表面に戻る。このプロセスにおいて、気体と液体とが十分に接触し、気相と液相との間のエネルギー交換及び物質交換が達成される。

気体が矢印方向に沿って矩形状気流通路を流れる時、液体が狭い通路から噴出され、一部の液体が上壁表面に噴射され、このような液体は上方壁面に沿って前へ進行する。これらの液体は液体阻止板１まで到達して液体阻止板１に止められ、その後液体阻止板１に沿って流下し、それにより２次液幕及び飛沫を形成し、その結果気体が液体に接触の機会を増大させる。ここで液体阻止板１と液体水平表面との距離Ｈ３は、高速気流の形成を防止するように、十分に大きくしなければならない。

気体阻止板２の底部と液体水平表面との距離Ｈ２を調節することによって、狭い通路の高さを調節することができ、通路が狭いほど、気流の速度が速く、より多く飛沫が形成され、より遠くまで噴出する。これにより、気体が液体と十分に接触することが可能になり、エネルギー交換及び物質交換の効率が良い。しかし、気流の速度は速すぎるべきではない、何故ならば、気流の速度が増大するとエネルギー損失が増大し、その上液体を霧化させ、その結果液体の気体からの分離を困難にするからである。

気体阻止板２と液体阻止板１との間の距離Ｌは、気体と液体との十分な接触の空間を保証するため、一般的にＨ１の３倍以上である。
気流通路における気流の速度は一般的に１０ｍ／秒以下であり、気流の速度が速すぎると、気流が液体を帯同する可能性があるため気液の分離効率が悪いことがある。

図３は、タバコメーカーの現場環境の除塵に用いられる本実施例を示す。汚染物質を排出し易くするため、下壁はある角度の傾斜で設計され、気液交換容器８の底部は下に向かってＶ字状に形成される。Ｖ字状容器内は液体４が満杯まで充填され、吸気パイプ、排気パイプ及び液体上方の気流通路は、共に矩形状である。排気パイプの排出口に、排気用送風機である排気装置１１が連接される。気流通路の前方にオーバーフロー１０が設けられ、液体面を安定させる。吸気パイプの頂端に吸気カバー１３を備える。気液交換容器８の底部にドレン排出口９−１が設けられ、沈積した汚水を排出する。システムに水を補給する水補給口９−２が設けられる。

タバコメーカーの生産ライン施設内の空気には、微小な塵埃粒子及び各種の揮発性気体が充満しており、空気の品質は非常に悪い。不純物を含有する空気がファン(排気装置)
１１によって、吸気カバー１３から吸入され、矢印の方向にパイプに沿って進み、気液交換容器８内の液体の上方の矩形状気流通路５に進入する。矩形状気流通路の底部の液体は、清浄な水道水、又は本システムで循環使用される水であっても良い。気体阻止板２による流れ阻止によって、狭い通路内に高速な気流が形成され、高速な気流は液体を水平な液体表面から解離させて気流通路内の空間に噴流させ、液体の幕及び大量の飛沫を形成し；液体飛沫の一部は気流と共に一定距離を前へ進んだ後、飛沫は自身の重力の影響により気流と分離し、液体の水平表面に落下し、上方壁の表面の水は液体阻止板によって阻止され、２次液体幕及び大量の飛沫を形成する。このプロセスによって、不純物を含有する空気が水と十分に接触し、気相と液相との間でエネルギー交換と物質交換が行われる；微小な粉塵粒子は水に吸着され、各種の揮発性気体が水に溶解し、それにより不純物を含有する空気が実質的に浄化され、浄化された空気がファン（排気装置）１１によって現場に導入され、現場の空気が浄化される。
この実施例は、事実上作業場の空気の浄化を完成し、職員の体の健康を維持する目的を達成している。
この実施例の特徴は、エネルギー損出が少なく、構造が簡単なことである。

図４に示される実施例は、タバコメーカーの生産ラインの高温廃棄ガス処理に用いられる事例である。
タバコメーカーの生産ラインの複数の設備は高温の廃棄ガスを排出しなければならず、これらの高温の廃棄気体は温度が高く、湿度が高く、塵埃含有量が高く、処理が非常に難しい。 通常の方法は、高温の廃棄気体がある程度除塵処理された後、大気中に排出することである。
図４に示すように、この実施例と前の１つの実施例との差異は、本実施例では、吸気パイプが上方へ伸出する１段の矩形断面の垂直縦管１４を有し、垂直縦管１４には霧化ノズル１５が設けられ、霧化ノズル１５の下方には開孔板１６が設けられていることである。高温の廃棄ガスは垂直縦管１４に進入した後、霧化ノズル１５により噴出された霧と、同方向の気液２相流を形成し、開孔板１６は廃棄ガスと液体の接触時間を増加させる。高温の廃棄ガスは垂直縦管１４内で事前処理され、その後、矩形気流通路に入る。その後事前処理された廃棄ガスは、２つの水幕を通過することよって、冷却され、洗浄され、同時に汚染物質を含有している水霧は吸着され、ガス流によって液体が連れて出されることが無いようにする。このように全体システムの冷却、除湿、脱臭、除塵が達成され、浄化された空気がファン（排気装置）１１によって排気パイプ１２を経由して現場室内に直接導入され、現地で風を取り、現地で排気することを実現し、それにより環境汚染を引き起こさない。

前記プロセスにおいて、気液間の物質交換を達成し、気体の冷却、除湿、脱臭、除塵、空気浄化の目的を達し、同時に気液間のエネルギー交換を達成し、気体の温度低下の目的が達成される。
この実施例において、気体の温度が液体の温度より高いため、熱量が高温の気体から水に伝達され、気体−液体エネルギー交換が達成される。
液体の温度が気体の温度より高い場合は、熱量は高温の液体から気体に伝達され、液体−気体エネルギー交換が達成され、同時に気体は加湿可能である。
本実施例の特徴は機能が優れていて、高精度で、エネルギー損失が小さく、構造が簡単なことである。

１：液体阻止板 ２：気体阻止板 ３：回転軸
４：液体 ５：矩形状気流通路 ６：排気パイプ
７：吸気パイプ ８：気液交換容器 ９−１：ドレン排出口
９−２：水補給口 １０：オーバーフロー １１：ファン（排気装置）
１２：排気パイプ １３：吸気カバー １４：垂直縦管
１５：霧化ノズル

Claims (1)

1. 気体吸入端と気体排出端と上方端を有する気液交換容器（８）と、
   気体吸入端を有する吸気パイプ（７）と、
   気体排出端を有する排気パイプ（６）と、
   気体阻止板（２）と、
   液体阻止板（１）と、
   気流通路（５）と、
   からなり、ここにおいて、
   前記気液交換容器（８）の前記上方端は閉鎖され、
   前記気液交換容器（８）の前記気体吸入端は前記吸気パイプ（７）に接続し、
   前記気液交換容器（８）の前記気体排出端は前記排気パイプ（６）に接続し、
   前記気液交換容器の前記気体吸入端に前記気体阻止板（２）が取り付けられ
   前記気液交換容器の前記気体排出端に前記液体阻止板（１）が取り付けられ、
   前記気液交換容器には液体が充填されており、
   前記液体の上方に形成された前記気流通路（５）が前記吸気パイプ（７）及び前記排気パイプ（６）と連通し、
   前記気流通路（５）の形状が矩形であり、
   前記気体阻止板（２）と前記液体阻止板（１）との間の距離は、液面上方の矩形状気流通路の高さ（Ｈ１）の３倍以上である、
   ことを特徴とする気液交換装置における気液交換の方法であって、
   前記吸気パイプ（７）と前記気液交換容器（８）に流入する気流を配置するステップと、
   前記気体阻止板（２）の流れ阻止作用による高速な気流を狭い通路内に形成するステップと、
   前記高速な気流により、液体表面から液体を離脱させて気流通路内の空間に噴流させ、液幕及び飛沫を形成するステップと、
   一部の前記飛沫を気流と共に移動させるステップと、
   前記飛沫が気流と共に一定の距離を進行した後、前記飛沫を自身の重力の影響によって気流と分離させ、前記液体の水平表面に落下させるステップと、
   気体を液体と十分に接触させ、気相と液相との間のエネルギー交換及び物質交換を行わせるステップと、
   一部の液体を前記液体阻止板（１）に進行させ、前記液体阻止板（１）に止められる２次液幕を形成するステップと、
   交換後の気流を前記液体阻止板（１）の下の排出口から排出するステップと、
   を有することを特徴とする方法。

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