JP6641844B2 - 充填材 - Google Patents

Description

本発明は、気液接触における気体−液体間の物質移動を促進するための充填材及び充填材用支持具に関し、特に、排ガスや混合ガス等の被処理ガスから酸性ガスや有害ガス等の特定ガス成分を分離、除去又は回収するガス浄化装置、ガス分離装置等に適用して、被処理ガスと吸収液との気液接触による特定ガス成分の吸収液への吸収を促進するのに適した充填材に関する。

従来、化学プラントや火力発電所等において、様々な種類のガスを含む排ガス等の被処理ガスから、気液接触を利用して特定のガスを分離、除去又は回収するガス分離装置が使用されている。例えば、二酸化炭素回収装置では、モノエタノールアミン水溶液等の吸収液に二酸化炭素を含むガスを接触させることによって二酸化炭素を吸収分離し、吸収した後の吸収液を加熱しながら気液接触させることによって二酸化炭素を気相に放出させて回収する。また、排ガスから有害ガス成分を除去するためのガス浄化装置や、混合ガスから特定ガス成分を分離するためのガス分離装置においても、気液接触を利用して吸収液による特定ガス成分の吸収が行われる。

一般的に、気液接触を行う装置は、吸収液とガスとの接触面積を増大させるための充填材を有し、充填材表面において吸収液とガスとを気液接触させて、ガス中の特定ガス成分を吸収液に吸収させる。気液接触面積の増大に有用な充填材の具体的な形態として、様々なものが提案されている。

例えば、特許文献１に記載される気液接触装置では、気液接触面積を増加させるために、充填材の気液接触面が中心線平均粗さ５０μｍ以上の粗面部、複数の穿設孔を有する多孔面部、又は、網状物、の何れかからなるように構成されている。また、特許文献２に記載される気液接触装置では、気液接触面が、板状体の表面に網状体を貼着した素材によって構成される。特許文献３に記載された気液接触装置では、立体編物が垂直又は略垂直方向に多数列設された気液接触ユニットによって気液接触部を構成している。

一方、特許文献４においては、水平断面の形状が円、半円弧、螺旋形等である管状構造体を充填物として用いる気液接触装置が記載される。

特開平６−２１０１２１号公報 特開平６−２６９６２８号公報 特公平７−１２１３５７号公報 特開平６−２６９６２９号公報

しかし、特許文献１〜特許文献３に記載される充填材は、加工に手間が掛かり、製造コストが大幅に増加する。特に、金網や立体編物等の網状体は、構造的に柔らかいので、単体で自立させることが難しく、立設して処理を行う際に形状が歪み易い。このため、強度を有する板状体等の支持部材が必要となり、それによって充填材全体としての重量が増加する。充填材の重量増加によって、充填材の支持構造も強化する必要が生じて、装置の重量増加や大型化に繋がり、材料コストや製造コストを増加させる。

又、充填材中を流れるガスの流路が複雑な形状になる構造では、ガスの流れが充填材によって阻害されて圧力損失が大きくなり、ガス供給におけるエネルギー効率が低下する。ガス供給におけるエネルギー効率を良くするには、ガスの流れが直線に近いことが好ましく、この点において、特許文献４に記載される充填物は、気液接触面が鉛直に構成され、ガスの流通抵抗が小さい。しかし、この文献の構造では、気液接触面積を大きくするのは難しく、又、充填材を流下する吸収液が収束して局所に集中し易く、充填材表面を均一に流れ難い。

操業時の消費エネルギーを低く抑えるには、ガスの流通抵抗を抑制可能な板材（薄層材）を並列させた充填材を使用することが望ましく、このような構造の充填材では製造加工コストも削減可能である。しかし、気液接触面積を確保するために板材の厚さを薄くするに従って、材料強度の低下による変形や撓みを防止する手段が必要になる。板材の変形や撓みは、補強材を付設することによって防止可能であるが、補強材の存在によって、気液接触面の減少や液体による濡れの阻害が生じる点を解消する必要がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みて創案されたものであり、気液接触における圧力損失を抑制しつつ良好な気液接触及び効率的な成分移行を実現でき、処理を行う際の充填材の変形や歪みが抑制できると共に軽量化を図ることが可能な、気液接触用の充填材を提供することを課題とする。

又、本発明は、充填材の製造加工費用の削減が可能であり、充填材を適用する装置の軽量化、及び、気液接触における圧力損失が少なく操業時のエネルギー効率が良好である装置の実現が可能な気液接触用の充填材、及び、充填材の構成に使用される複数の支持部材を有する部材群を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、充填材は、複数の板材を有する気体−液体接触用の充填材であって、前記複数の板材は、間隔を設けて並列する立設状態で使用されて液体を平面に沿って流下させ、前記複数の板材の各々は、前記板材に取り付けられる複数の支持部材を有する少なくとも１つの部材群であって、前記立設状態において最上位の支持部材の上端が前記板材の上端に対応し、最下位の支持部材の下端が前記板材の下端に対応するように前記複数の支持部材が配置される前記少なくとも１つの部材群を有し、前記複数の支持部材の各々は、液体の流下方向に平行で液体が流下する前記平面に対して垂直になるように、各々、一側で前記板材に接続される一対の支持壁であって前記一対の支持壁の間を液体が流れる前記一対の支持壁と、前記一対の支持壁の他側を接続する横架部とを有し、前記立設状態において、前記複数の板材の一つの板材が、前記一つの板材に取り付けられる複数の支持部材の少なくとも１つと、隣接する板材に取り付けられる複数の支持部材の少なくとも１つとによって挟持される挟持構造が形成されて、前記挟持構造が前記複数の板材を通して線状に連なるように、前記複数の板材の各々における前記部材群が位置決めされることを要旨とする。

前記複数の支持部材の各々において、前記一対の支持壁の各々の、液体の流下方向の長さが、前記板材に沿って流下する液体が形成する液膜において前記支持壁の表面の濡れ角と関連して生じ得る破断に抗して維持可能な液膜の長さ以下であるように設定される。

前記複数の支持部材の各々において、前記一対の支持壁は、薄層状で、前記流下方向の長さが３mm以上で３０mm以下の長方形であるように設定することができる。

前記複数の支持部材の各々において、前記一対の支持壁の間隔は、５mm以上且つ２０mm以下であるように構成すると良い。

前記複数の支持部材の各々において、前記一対の支持壁は、各々、前記立設状態における前記複数の板材間の間隔に対応する高さを有する。

前記複数の支持部材の各々において、前記横架部は、前記一対の支持壁に垂直に接続し、前記一対の支持壁と同じ長さを有し、前記一対の支持壁の間隔と同じ幅を有する長方形であるように設計すると好適である。

前記立設状態において、前記少なくとも１つの部材群の前記複数の支持部材は、鉛直線又は鉛直方向から傾斜する直線に配列され、前記少なくとも１つの部材群における１つの支持部材の下端と、下位に隣接する支持部材の上端との鉛直方向の距離が、前記一対の支持壁における液体の流下方向の長さの２〜１０倍になるように前記複数の支持部材は配置されると好適である。

前記少なくとも１つの部材群において、前記複数の支持部材は、前記立設状態において鉛直方向から傾斜する直線に配列して、前記複数の支持部材における１つの支持部材の一方の支持壁と、上位又は下位に隣接する支持部材の一方の支持壁とが同一鉛直線にあるように配置されると好適である。

上記充填材において、前記複数の板材の各々は、更に、前記複数の支持部材と同じ構造を有する第１の追加支持部材及び第２の追加支持部材を有し、前記立設状態において、前記第１の追加支持部材及び前記第２の追加支持部材の一方の上端が前記板材の上端に対応し、他方の下端が前記板材の下端に対応するように、前記少なくとも１つの部材群の前記複数の支持部材が配列する前記直線の両側に振り分けて配置されると好適である。

前記複数の板材の各々が有する前記少なくとも１つの部材群の数は複数であり、前記複数の板材の各々において、前記立設状態において水平方向に隣接する２つの支持部材の距離は、前記支持部材における前記一対の支持壁の間隔の２〜２０倍であるように構成すると良好である。前記板材及び支持部材は、エキスパンドメタルによって構成されていてもよい。

前記複数の板材は、各々、長方形であり、前記少なくとも１つの部材群の前記複数の支持部材、前記第１の追加支持部材及び第２の追加支持部材のうちの４つが、前記板材の４つの角付近に位置するように配置されると好適であり、板材の角と部材との距離（角に近い側の支持壁との距離）が５０mm程度以下であると好ましい。

又、本発明の一態様によれば、部材群は、複数の板材を間隔を設けて立設状態で並列させて使用されて液体を平面に沿って流下させる気体−液体接触用の充填材に適用するための、複数の支持部材を有する部材群であって、前記複数の支持部材の各々は、液体の流下方向に平行で、液体が流下する前記平面に対して垂直なように、各々、一側で前記板材に接続可能な一対の支持壁と、前記一対の支持壁の他側を接続する横架部とを有することを要旨とする。

本発明によれば、気液接触における圧力損失を抑制しつつ良好な気液接触及び効率的な成分移行を実現できる気液接触用の充填材が得られるので、操業時のエネルギー効率が良好な気液接触装置の提供が可能になる。又、処理を行う際の充填材の変形や歪みが抑制できると共に軽量化を図ることが可能であるので、充填材を適用する装置の軽量化ができ、充填材の製造加工費用の削減が可能であるので、経済的に非常に有利である。

（ａ）は、本発明に係る充填材を使用した気液接触装置を示す概略構成図、（ｂ）は、充填材を構成する板材に形成される液膜を説明する概略図である。 （ａ）は、板材を補強するリブ表面の接触角と、液膜長さ比との相関関係を示すグラフ、（ｂ）は、（ａ）のグラフを作成する液体の流れ解析について説明する概略図（ｂ）である。 本発明に係る充填材を構成する板材に取り付けられる補強用の部材を示す斜視図である。 （ａ）は、図３の部材を取り付けた板材の一実施形態を示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）の板材を用いて充填材を構成する一実施形態を示す。 図３の部材を取り付けた板材の他の実施形態を示す概略図である。 円筒形に構成された充填材における部材の配置を説明するための、充填材の上面の模式図であり、（ａ）は第１の実施形態を、（ｂ）は第２の実施形態を、（ｃ）は第３の実施形態を各々示す。 （ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）は、板材に取り付けられる補強用の部材の変形例を示す斜視図である。

ガスと液体とを接触させる際のガスの流通抵抗は、操業時の消費エネルギーを左右する。操業費用を削減するには、並列する複数の板材を用いて充填材を構成して使用することが有効である。このような構造の充填材１は、図１（ａ）に概略的に示すような構造の気液接触装置２において板材が立設する状態で使用され、充填材１におけるガスＧの流路は、所定間隔で並列する板材間の真っ直ぐで簡素な形状であるので、流通抵抗が少なく、製造加工コストも削減可能であり、板材間の間隔を適宜調整してガス流量を制御できる。しかし、容積当たりの気液接触面積を大きくするために板材を薄くするに従って、強度が低下して変形や撓みを生じ易くなる。充填材は、供給される液体の重量及び落下エネルギーの負荷だけでなく、多段構造の装置や大型の装置の場合には、積載される重量に対する耐久性や、装置の組立作業時に想定される負荷への耐力も必要となる。従って、鉛直方向の自立状態を良好に維持できる板材であっても、操業時や組立時の負荷に耐えるように構造的な補強が必要となる。

板材の変形や撓みは、補強材を付設することによって防止可能であるが、補強材の存在は、補強材を付設した部分における濡れ面積の損失だけでなく、その周辺の液膜への影響による濡れ面積の減少も懸念される。具体的には、板材の表面を均一に流下する液体によって形成される液膜が、補強材の付近で破断し、液体の流れが収束して液体が局所に集中して流れるような現象を引き起こし易くなる。液体の流れが収束すると、気液接触面積が減少するだけでなく、液体の流速が増加して液体が充填材表面に滞留する時間が短くなる。従って、気液接触効率、つまり、吸収効率が著しく低下する。従って、補強材の付設に当たっては、液体の濡れに対する影響を極力排除した形態に構成する必要がある。

立設される薄層状の板材を補強する基本的な構造として、立設される板材に鉛直方向の細長いリブを付設する構造がある。このようなリブを有する板材を多数平行に立設して充填材を構成し、充填材の上方から液体を供給すると、図１（ｂ）に示すように、液体Ａは板材Ｆに沿って流下して板材Ｆの表面に液膜を形成する。この時、板材Ｆ及びリブＲの表面の濡れ性に起因して両部材の表面に沿った方向に張力が作用し、リブＲ付近の液膜に、厚さが減少する部分Ｒｔが生じる。この現象が顕著になると、リブＲ付近で液膜の破断が生じ、液体の流れは、液膜の破断位置より下側において収束して局所に集中して流下する。従って、液膜破断によって濡れ面積（気液接触面積）が減少する（図２（ｂ）参照）。

上述したリブ付近での液膜破断について、数値流体力学（ＣＦＤ）に基づく流れの解析を利用して調べると、図２（ａ）に示すように、液膜破断とリブＲ表面における液体の接触角θs（つまり濡れ性）との間に相関性があることを示す結果が得られる。図２（ａ）は、流下する液体によって液膜が板材Ｆ上に形成される状態を解析して、リブ表面の接触角θsが液膜破断に対して与える影響を調べたグラフであり、解析条件として、図２（ｂ）に示すように長方形のステンレス鋼製の板材Ｆの両側端に、リブＲとして一対の板材を垂設して、水平からの角度αが６０°になるように板材Ｆを傾斜させて固定した状態で、板材Ｆの上端に均等に液体を供給して流下させる場合を想定している。このグラフの縦軸で示す液膜長さ比Ｌw／Ｌtは、板材Ｆの上端から液膜破断が生じる位置までの液膜の長さＬwを、板材Ｆの全長Ｌrに対する比率で示したものであり、つまり、このグラフは、リブＲ表面の接触角θs［°］と液膜破断が生じる位置との関係を示す。図２（ａ）によれば、リブＲ表面の接触角θsと液膜破断が生じる位置とには明らかに相関性があり、接触角θsが９０〜１００°の範囲では、長さＬtの板材Ｆにおいて液膜の破断は常に生じず、接触角θsが減少するに従って、液膜長さ比Ｌw／Ｌtは減少する。従って、リブの設計において上述のような流れの解析を用いて、解析結果に基づいて液膜長さＬwが最大値（又は適正範囲）になる接触角θsの値又は範囲を求め、この接触角の条件に該当する表面性状（材質、表面加工）を有するリブ素材を選択することによって、液膜破断が抑制されたリブが得られる。但し、実際に充填材の構成材料や周辺材料として汎用される素材の接触角は概して小さいので、この点を考慮して、液膜長さＬwの取り得る値について検討すると、図２（ａ）においては、接触角θsがどの様な値でも、液膜長さＬwは０．１Ｌt以上の値を取ることが解る。つまり、液膜長さＬwの最小値として０．１Ｌtを設定することができ、リブＲの長さＬrが０．１Ｌt以下であれば、液膜破断は常に防止される。従って、液膜破断の防止は、流れの解析から得られる接触角θsと液膜長さＬwとの相関関係に基づいて、液膜長さＬwの最小値を求めて、リブの長さを液膜長さＬwの最小値以下に設定することによって可能である。又、リブを構成する素材を特定してその素材における接触角θsを求め、接触角θsと液膜長さＬwとの相関関係を参照して、得られた接触角θsにおける液膜長さＬwを調べて、この液膜長さＬw以下になるようにリブの長さを設定すると、特定した素材で構成されたリブＲを補強材として板材Ｆに付設する場合の液膜破断を防止することが可能である。

接触角θsと液膜長さＬwとの相関性は、板材Ｆの表面性状や供給する液体の物性（密度、表面張力、粘度、親和性等）によって変化するが、板材Ｆ及び液体の材質が他のものに変わっても、同様の相関性は保持されて、液膜破断を防止可能なリブの長さを得ることが可能である。

図２（ａ）は、板材Ｆとして表面に凹凸がない均一な平滑板を使用した条件での解析結果であるが、気液接触用充填材として有用な板材として、金属線を用いた金網やパンチングメタル板、エキスパンドメタル板等の網目状の板材がある。このような網目状の板材は、平板材と同様に補強を必要とするが、良好な濡れ性を示す気液接触効率が高い材料であり、特にエキスパンドメタル板は、傾斜するストランドに沿って流下する液体が横方向に広がり易く、平滑板と同等又はそれ以上の横方向への濡れ広がりを示すので、充填材として好ましい素材である。図２（ａ）のような相関関係に基づいた液膜長さＬwの評価は、細かい網目状の板材を用いる場合にも可能である。特に、線が傾斜した金網やパンチングメタル板、エキスパンドメタル板等の網状板材においては、液体は網目に沿って左右に揺動しながら流下し、板材の網目が非常に細かくなると、蛇行流の集合体として形成される液膜は層状に近づいて、図２（ａ）と類似した相関性が顕れる。従って、目が細かい網目状の板材についても、板材の場合と同様に、リブの接触角θsから求められる液膜破断位置までの液膜長さＬw、又は、液膜長さＬwの最小値に基づいて、リブの長さＬr（≦Ｌw）を設定することができる。概して、目開き（又は長目方向中心距離）が１０mm程度以下、好ましくは５mm程度以下の網目状板材を用いて、上述のような相関関係に基づいたリブの設定を行うことによって、液膜破断が防止可能な好適な充填材を構成することが可能である。

液膜破断を防止可能なリブの長さＬrは、液体の物性、板材及びリブの表面性状によって変化するが、液体を充填材上で気液接触させる一般的な条件においては、リブの長さＬrが取り得る最大値は、概して３０mm程度となる。このような短いリブは、単独では補強材としての機能が小さい。しかも、板材の側端ではなく濡れ面上にリブを垂設した状態では、液体がリブの両側に分かれて再び合流するので、合流による液膜の結合が良好であるためには薄いリブである必要があり、概して、厚さが１mm程度以下、好ましくは０．３mm程度以下の薄層状のリブが適切である。このような薄層状の短いリブ（リブ片と称する）は、それ自体の強度が高くないが、複数のリブ片を組み合わせて使用することによって、板材の形態保持及び補強に寄与し得る。

上述のような薄層状のリブ片は、板材に垂設した状態で上から負荷が加わると倒れ易い。充填材として使用するためには、板材を並列させた状態で板材間に加わる押圧力に抗してリブ片の垂設状態が保持されるように、リブ片と板材との接合強度が必要であり、接合方法が限定される。しかし、この問題は、複数のリブ片を一つの部材に組み込んで構造体として構成することによって解決される。本発明においては、一対の平行なリブ片の上端を横架材で結合した構造体として部材を形成し、部材を板材に接合する際に一般的な接合方法を利用してよい。この部材Ｍは、具体的には、図３に示すような構造であり、その主要部は、一対の支持壁１１と、支持壁１１の上端を接続する横架部１２とを有する一体構造であり、その断面形状（液体の流下方向に垂直な）はコ字状（角張ったＵ字状）である。この部材Ｍの一対の支持壁１１が前述のリブ片に相当し、各支持壁１１の、液体の流下方向の長さは、板材Ｆに沿って流下する液体が形成する液膜において支持壁１１の表面の濡れ角と関連して生じ得る破断に抗して維持可能な液膜の長さ以下である。つまり、支持壁１１の長さＬmは、前述のリブの長さＬrが取り得る最大値以下であり、具体的には３０mm程度以下、好ましくは２０mm程度以下である。又、強度の点から、支持壁１１の長さＬmは、３mm程度以上、好ましくは５mm程度以上がよいので、１０mm程度が最適となる。支持壁１１は、その厚さが１mm程度以下、好ましくは０．３mm程度以下の薄層状である。支持壁１１の下端には、各々、フランジ１３が設けられ、部材Ｍを板材Ｆ上に載置してフランジ１３を板材Ｆに接着することによって、部材Ｍと板材Ｆとが接合される。支持壁１１は、横架部１２及びフランジ１３と垂直に接続し、横架部１２はフランジ１３と平行である。従って、横架部１２は、支持壁１１間の間隔と実質的に同じ（支持壁１１の厚さを無視する）幅Ｗmを有し、その長さが支持壁１１の長さＬmと同じである長方形である。このような構造では、横架部１２が桁のように作用して薄肉ラーメン構造のように押圧負荷に対する耐久性が向上するので、この部材Ｍは、板材Ｆが並列する充填材において、隣接する板材を支持する支持部材として好適に機能し、それと共に、板材間の間隔を保持するスペーサとして機能する。部材Ｍが金属製である場合、板材Ｆに対する接着方法として溶接を利用して、金属薄板、金網やエキスパンドメタル等の金属製の板材Ｆに簡便且つ容易に接合でき、特にスポット溶接を利用して簡便に効率良く部材Ｍのフランジ１３を板材に接合できる。部材Ｍは、接着剤を用いて板材Ｆに接合しても良く、その場合、フランジ１３の縮小や省略も可能である。フランジ１３には、支持壁１１を補強する作用もあるが、液膜形成への影響を考慮すると、幅Ｗfは、２０mm程度以下、好ましくは２〜１０mm程度であるとよい。部材Ｍは、３つ以上の支持壁を横架材で接続するような構成も可能であり、この場合、耐久性が高くなるが、濡れ面への影響や充填材の軽量化、加工容易性等の点において、一対の支持壁による構成が良好である。

例えば、図４（ａ）に示すように、部材Ｍを板材Ｆへ取り付けた状態において、一対の支持壁１１は、各々、一側で板材Ｆに接続され、他側（反対側）において横架部１２に接続される。充填材としての使用時には、支持壁１１は液体の流下方向に平行で、且つ、液体が流下する平面（板材Ｆの表面、つまり、濡れ面）に対して垂直になる。図２（ｂ）の構造を参照した上述の流れの解析において、両端のリブＲ間の幅Ｗを極めて小さくすると、図２（ａ）のような相関性が成立しなくなり、リブＲ間を流れる液体は中央に収束する。つまり、液膜破断の抑制は困難になる。この原因として、両端のリブＲ近くの表面張力バランスが互いに影響し合うことが考えられる。従って、液膜破断を防止するためには、リブＲ間にある程度以上の距離を設ける必要があり、リブＲ間の水平方向の距離の最小値は１０mm程度である。このため、図３に示すような部材Ｍの構造において、支持壁１１間での液膜破断を防止するために好ましい支持壁１１の間隔の最小値が決められ、部材Ｍは、支持壁１１の間隔、つまり、横架部１２の幅Ｗmが５mm程度以上、好ましくは１０mm以上になるように設計される。又、部材Ｍの重量の点から、幅Ｗmは２０mm程度以下であるとよい。部材Ｍを取り付けた複数の板材Ｆを並列させて充填材を構成する（例えば図４（ｂ）参照）と、板材Ｆ間の間隔Ｓは、部材Ｍの高さ、つまり、支持壁の高さＨmによって定まる。従って、部材Ｍの高さＨmは、充填材としての使用状態における板材Ｆの間隔Ｓ（ガス流路の幅に相当）に対応して設定される。

部材Ｍについても、前述のリブ片の場合と同様に、複数の部材Ｍを組み合わせて使用することによって、板材の形態保持における有効性が向上する。本発明において、充填材を構成する板材Ｆの各々は、複数の部材Ｍを有する部材群を少なくとも１つ有し、部材群を構成する複数の部材Ｍは、好ましくは列を形成する。

複数の板材が間隔を設けて並列する立設状態においては、板材に作用する重力負荷等による変形は、屡々、板材の上端部及び下端部に生じ、板材Ｆの上端及び下端において座屈し易い。従って、これらが効果的に防止されるように部材Ｍの配置において工夫することが肝要である。本発明においては、１つの部材群において、立設状態で最上位の部材Ｍ（例えば、図４(ａ)の部材Ｍ１１〜Ｍ１３）の上端が板材Ｆの上端に対応するように、そして、最下位の部材Ｍ（例えば、図４(ａ)の部材Ｍ５１〜Ｍ５３）の下端が板材Ｆの下端に対応するように、複数の部材Ｍが配置される。

更に、複数の板材の各々における部材群は、立設状態において、一つの板材が、その板材に取り付けられる複数の部材の少なくとも１つと、隣接する板材に取り付けられる複数の部材の少なくとも１つとによって挟持される挟持構造が形成されるように位置決めされ（例えば、図４(ｂ)参照）、部材同士が板材を介して実質的に重なるように配置される。このように、並列する板材Ｆ間で部材の配置を揃えることによって、各部材Ｍは、取り付けられた部分の板材Ｆを補強し、隣接する板材Ｆを支持すると同時に、反対側で隣接する板材Ｆ上の部材Ｍと共に板材Ｆを挟持して位置固定するように作用するので、板材Ｆの上端の垂れ下がりや下端の潰れを、部材Ｍで挟持して抑制することができる。このような挟持構造が複数の板材を通して線状に連なる（例えば、図４(ｂ)及び図６参照）と、複数の板材を貫通軸によって位置固定すると同様の作用が得られ、板材の座屈や撓みを抑制することができる。このような挟持構造の連鎖は、板材に対して垂直な直線状であることが好ましいが、板材に対して傾斜した直線状や、緩やかな湾曲又は蛇行を含む線状であってもよい。図４（ｂ）においては、図４（ａ）に示すような配列で部材Ｍが取り付けられた板材Ｆと同一の複数の板材Ｆ１〜Ｆ３を、部材Ｍのない板材Ｆ０と共に積層して立設状態にすることによって、複数の板材が間隔Ｓを設けて並列する四角柱状の充填材１Ａが構成され、板材Ｆ１〜Ｆ３間で対応する部材同士の位置が一致する。従って、対応する部材間で直線状の挟持構造が各々形成され、図４(ｂ)では１３本の直線状に連鎖した挟持構造が形成される。図では、簡略的に３つの板材Ｆ１〜Ｆ３を記載するが、並列させる板材Ｆの数を増加させることで、充填材１Ａの厚さが実質的に部材Ｍの高さＨmの整数倍に増加する。

図４（ｂ）の充填材１Ａは、同一構成の板材を用いて構成されるので、板材間で対応する部材の位置は実質的に完全に一致するが、このように完全に一致しなくても、部材の一部が板材の挟持に関与すれば板材の位置固定が可能である。つまり、一方の部材Ｍの支持壁１１又は横架部１２の少なくとも一部と、他方の部材Ｍの支持壁１１又は横架部１２の少なくとも一部とが板材の挟持に関与するような配置であれば、挟持構造は形成され、これらの部材Ｍは板材Ｆの変形抑制に有効である。従って、部材Ｍの配置において、ある程度のバラツキは許容される。又、挟持構造の連鎖は、板材に対して垂直な直線状であることが好ましいが、板材に対して傾斜した直線状や、緩やかな湾曲又は蛇行を含む線状であってもよい。充填材１の形状が四角柱である場合には、同一構造の板材Ｆを使用して構成できるので、図４（ｂ）のように、実質的に全ての部材Ｍを板材Ｆの挟持に関与させる配置が可能である。板材Ｆの挟持に関与する部材Ｍが多いほど、板材Ｆの変形を抑制する効果は高いが、板材Ｆに取り付けられる部材Ｍの全てが板材Ｆの挟持に関与する必要はない。

前述のリブ片に関して、複数のリブ片を直線に沿って間隔を空けて配列することによって、リブ列は、全体として相乗的に補強機能を作用させることができ、間隔を有する不連続なリブ列であっても、連続した長いリブに近い補強効果を得ることができる。但し、リブ片の配列が鉛直方向（つまり、液体の流下方向）である形態では、リブ片間の鉛直方向の間隔が短いと、リブ片の両側に分かれた後にリブ片下端で再び合流する液体の液膜が安定化する前に次のリブ片に到達し、連続したリブにおける状態に近づくので、液膜破断が生じ易くなる。これを考慮すると、リブ片間の鉛直方向の間隔が１０mm程度以上、好ましくは４０mm程度以上になるようにリブ片を配列するのが好適であり、リブ片の下流側の液膜が安定化し易くなる。

前述した複数のリブ片からなるリブ列の形成による効果は、リブ片を一体化した構造である部材Ｍについても同様に得ることができ、一列に並んだ部材Ｍは、２つのリブ列に相当する。部材群を構成する複数の部材Ｍは、板材Ｆの立設状態において鉛直線又は鉛直方向から傾斜する直線（水平線は除く）に配列するように板材Ｆに取り付けられることが好ましい。例えば、図４（ａ）においては、部材Ｍが千鳥格子の様に互い違いに均等な分布に配置される。この配置は、３つの部材Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ３１及び部材Ｍ３３，Ｍ４２，Ｍ５２によって構成される２つの部材群、及び、５つの部材Ｍ１３，Ｍ２２，Ｍ３２，Ｍ４１，Ｍ５１によって構成される１つの部材群が、鉛直方向から傾斜する直線に配列される傾斜配列の構成、或いは、３つの部材Ｍ１１，Ｍ３１，Ｍ５１、部材Ｍ１２，Ｍ３２，Ｍ５２、及び、部材Ｍ１３，Ｍ３３，Ｍ５３によって構成される３つの部材群、及び、２つの部材Ｍ２１，Ｍ４１及び部材Ｍ２２，Ｍ４２によって構成される２つの部材群が、鉛直方向の直線に配列される鉛直配列の構成の何れとしても理解できる。傾斜配列の場合は、一側上端の部材Ｍ１１（又は部材Ｍ１３）及び他側下端の部材Ｍ５３（又は部材Ｍ５１）は、追加の支持部材として理解される。

リブ片の配列の場合と同様に、部材Ｍの配列においても、支持壁１１が鉛直方向に短い間隔で配列すると、その間の液膜が不安定で破断し易くなる。これを考慮すると、支持壁１１間の鉛直方向の間隔が９mm程度以上、好ましくは１５mm程度以上になるように部材Ｍを配列するのが適切である。強度的な観点から、上位の部材Ｍの下端と下位の部材Ｍの上端の鉛直方向（液体の流下方向）の距離が、支持壁１１の長さＬmの１０倍程度以下になるように配置すると良い。従って、鉛直方向の距離は、支持壁１１の長さＬmの２倍〜１０倍程度、好ましくは３倍程度〜１０倍程度が好適であり、概して、９〜１００mm程度、好ましくは１５〜８０mm程度、より好ましくは４０mm程度に設定すると適切である。又、支持壁１１間での液膜破断を防止するために部材Ｍの支持壁１１間の間隔を好適に設定するのと同様に、各板材Ｆ上の部材Ｍの配置についても、立設状態において水平方向に隣接する２つの部材Ｍ間の距離（つまり、互いの支持壁１１間の距離、又は、横架部１２間の距離）が２０mm程度以上、好ましくは３０mm以上になるような配置が好適であり、補強作用の点からは、支持壁１１間の間隔（横架部１２の幅Ｗm）の２０倍程度以下であるとよい。従って、部材Ｍ間の水平方向の距離は、支持壁１１間の間隔の２〜２０倍程度に設定するとよく、概して、２０〜２００mm程度、好ましくは３０〜１００mm程度、より好ましくは４０mm程度になるように配置される。

部材群によって形成される配列において、部材Ｍは等間隔に配置する必要はなく、又、板材Ｆ表面全体における部材Ｍの分布も均一である必要はない。等間隔の配置や均一な分布は、製造及び組立の観点において有利であるので、これらを基本として、板材Ｆとして使用する材料の特性等に応じて、部材Ｍの配列及び／又は分布に重み付けを適宜行うことができる。概して、板材Ｆの単位面積当たりに取り付けられる部材Ｍの個数（分布密度）が０．０１〜０．１個／ｃｍ²程度であると好ましい。配列及び／又は分布の重み付けは、例えば、上端部及び下端部における座屈の生じ易さや荷重集中等を考慮して行うとよい。

部材Ｍは、例えば以下のように配列しても良い。５つの部材Ｍで構成される２つの部材群を、板材Ｆの立設状態において鉛直方向から傾斜する２つの平行な直線に配列し、各配列において、１つの部材の一方の支持壁と、その上位又は下位に位置する部材の一方の支持壁とが同一鉛直線にあるように配置し、これらの部材の他方の支持壁は、同一鉛直線にはないように配置する。つまり、部材Ｍとその下方の部材Ｍとは、近い側の支持壁同士が同一鉛直線にあり、下方の部材Ｍの他方の支持壁は、更にその下方の部材Ｍの近い側の支持壁と同一直線にある。このように、鉛直線に並ぶ支持壁は、液膜破断を防止可能な間隔を設ける必要があるが、この点を満たし、且つ、支持壁１１の長さＬmの１０倍程度以下の間隔で２つの支持壁が鉛直線に並ぶと、この鉛直線方向の補強作用が向上し、板材Ｆに取り付けられる部材Ｍの単位面積当たりの個数を減少させる上で有利である。

上述の配置においては、傾斜方向に配列される部材群によって形成される２つの列の両外側に、部材の分布密度の低い領域が存在する。この点を改善するために、２つの部材群に加えて、これらの部材と同じ構造を有する第１の追加支持部材及び第２の追加支持部材として、２つの部材Ｍを取り付けるとよい。これらは、部材群を構成する部材Ｍが配列される２つの直線の両側に振り分けて配置され、一方の部材Ｍは、上端が板材の上端に対応し、他方の部材Ｍは、下端が板材Ｆの下端に対応するように配置される。このような配置において、部材群を構成する部材、第１の追加支持部材及び第２の追加支持部材のうちの４つが、長方形の板材Ｆの４つの角付近に位置すると、板材Ｆの撓みを抑制し易い。この利点は、板材Ｆの角と部材Ｍとの距離（角に近い側の支持壁との距離）が８０mm程度以下である時に顕著である。

図５は、部材Ｍの配列に関する他の実施形態を示す。図５においては、３つの部材Ｍａによる部材群、３つの部材Ｍｂによる部材群、３つの部材Ｍｃによる部材群、及び、３つの部材Ｍｄによる部材群が、各々、鉛直方向の直線に配列されて、４つの鉛直方向の列を形成する。この配置において、部材Ｍｅ及び部材Ｍｆは、各々、片方の支持壁が、最上位の部材Ｍｂ又は最下位の部材Ｍｃの片方の支持壁と同一鉛直線に並ぶように配置され、これによって、部材Ｍｂの列及び部材Ｍｃの列における鉛直線方向の補強作用が向上する。このように、必要に応じて、部材Ｍの分布を工夫して、効率的な部材の配置を構成することができる。

図４（ａ）の部材配置は、回転対称、且つ、鉛直方向軸線及び水平方向軸線について線対称な配置である。図５については、部材Ｍｅ及び部材Ｍｆを除いた配置は線対称且つ回転対称な配置であり、部材Ｍｅ及び部材Ｍｆを含む全体としての配置は回転対称である。このように、対称性を有するような部材配置は、補強作用のバランスを取る上で有効であり、効率的に板材を支持することができるので、部材の使用個数を削減し易く、充填材の軽量化に有利である。

図６（ａ）〜図６（ｃ）は、長方形の板材Ｆを用いて円柱状の充填材を構成する実施形態を示すための、容器３内に収容される充填材の上面を表す模式図である。板材Ｆに取り付けられる部材Ｍの配向を明確にするために、部材Ｍを板材Ｆから離して描いているが、各部材Ｍは、図４と同様に、フランジが一側の板材Ｆに接合され、横架部が他側の板材Ｆに当接する。

円柱状の充填材は、円環状の側壁を有する容器３内に板材Ｆを立設状態で並列させることによって形成される。板材Ｆの形状は、円柱を軸方向に沿って等間隔に切断した平行な断面に対応する長方形であるので、使用する板材の幅は各々異なり、全ての板材Ｆの部材配置を統一することはできないが、全体としてバランス良く配置することが可能である。尚、図６においては、板材Ｆの上端における部材Ｍのみを描いているが、これより下側の部材Ｍについては、鉛直方向に真っ直ぐ配列したり、或いは、図４や図５のように傾斜線上に配列にすることも可能である。このような円柱状の充填材における各板材の部材Ｍの配置については、中央の板材における配置を決定し、それに基づいて他の板材における配置を決定可能である。具体的には、中央の板材における部材Ｍの配置として、例えば図４又は図５に示すような配置を任意に設定し、その両側に並列させる板材については、板材の幅の減少に対応して中央の板材の両側端を対称に切除した形態に設定することができる。

図６（ａ）の充填材１Ｂにおいては、中央の板材Ｆ０は部材Ｍが取り付けられず、部材Ｍは、板材Ｆ０の両側に並列する板材Ｆに内側向きに取り付けられる。従って、充填材１Ｂは、板材Ｆ０について面対称な形態である。このような面対称な構成は、同一長方形の板材で構成する直方形の充填材においても可能であり、部材が取り付けられない板材を中心として、その両側の板材に部材を内側向きに取り付けて並列させればよい。中央の板材Ｆ０は部材Ｍが取り付けられないが、２つの部材Ｍによって板材が挟持される挟持構造は、直径に沿って１列に形成される挟持構造の連鎖によって、中央の板材Ｆ０を含む全板材を通して直線状に連なる。

図６（ｂ）の充填材１Ｃにおいては、部材が無い板材Ｆ０は、一方の外側に配置され、部材Ｍは、一様に板材Ｆ０の方へ向けて板材Ｆに取り付けられる。挟持構造は、一側の板材Ｆ０を含む全板材を通して直線状に連なる様に形成される。充填材１Ｂ及び充填材１Ｃは、部材Ｍの向きにおいて相違するが、部材の位置については同じであり、板材Ｆを支持し補強する作用、及び、板材Ｆを挟持して形状を保持する作用について、実質的に同等と評価できる。

図６（ａ）及び図６(ｂ)の充填材１Ｂ，１Ｃにおいては、板材Ｆ上端に位置する部材Ｍは、板材Ｆの垂線方向に直線状に並び、対応する部材Ｍの位置が板材Ｆ間で揃っているので、各板材Ｆは、両側の部材Ｍによって確実に挟持される。他方、図６（ｃ）の充填材１Ｄにおいては、板材Ｆの上端に位置する部材Ｍは、板材Ｆの垂線方向から傾斜した水平直線に並び、１つの部材と隣接する板材の対応する部材の位置は完全に一致せず、両部材は部分的に重なるような配置である。しかし、一つの板材がその両側の部材の横架部の一部と支持壁とによって挟持されるので、挟持によって板材Ｆの変形を効果的に抑制する。この充填材１Ｄでは、２列の直線状の挟持構造の連鎖によって、挟持構造が全板材を通して線状に連なる構成になっている。

尚、本発明において、部材Ｍを設けた板材Ｆを利用して、四角柱状や円柱状の充填材に限らず、多角柱状の充填材や楕円柱状等の様々な柱状の充填材を構成可能であることは、図６から容易に理解される。

図７（ａ）〜図７（ｄ）に示す部材Ｍｐ，Ｍｇ，Ｍｒ及びＭｓは、部材Ｍの変形例であり、図３の部材Ｍと同様に耐力が向上する構造体の例である。図３の部材Ｍは、真っ直ぐな横架部１２の作用によって押圧負荷に対する耐力を向上させる構造であるのに対し、部材Ｍの横架部１２をアーチ形に湾曲した横架部１２ｐに変更すると、図７（ａ）のような構造の部材Ｍｐとなる。部材Ｍｐの横架部１２ｐと支持壁１１の上端との接続は、滑らか、つまり、連続する。従って、横架部１２ｐの接面は、支持壁１１との接続部分において支持壁１１と一致する。横架部１２ｐの曲率は適宜変更可能である。

図７（ａ）の横架部１２ｐは、上方に突出するので、部材Ｍｐの支持壁１１を短縮して部材Ｍと同じ高さＨmに構成可能であり、更に、支持壁１１を極端に短縮して部材Ｍｐから実質的に省略すると、図７（ｂ）のような構造の部材Ｍｇに変形される。部材Ｍｇの横架部１４は、両端においてフランジ１３から垂直に立ち上がるので、板材Ｆ上を流れる液体の液膜の薄さを考えれば、部材Ｍｇは、液体の濡れに関して部材Ｍ及び部材Ｍｐと実質的に同等である。つまり、部材Ｍｇの横架部１４は、部材Ｍの支持壁１１と横架部１２の役割を兼ね備える。

図７（ａ）の部材Ｍｐは、湾曲する横架部１２ｐと支持壁１１との接続が不連続であるように変形することも可能であり、凹むように横架部を湾曲させると、図７（ｃ）のような部材Ｍｒが得られる。この部材Ｍｒの横架部１２ｒは、板材Ｆを並列させた状態において隣接する板材Ｆと面接触しない。従って、一対のリブ片（支持壁）で板材Ｆを支持する構造と同等であるが、押圧負荷に対する耐力は、横架部１２ｒによって同様に向上する。

図７（ａ）の部材Ｍｐを、フランジ１３及び支持壁１１が連続的に接続するように変形すると、図７（ｄ）に示すような構造の部材Ｍｓが得られる。つまり、フランジ１３ｓ、支持壁１１ｓ及び横架部１２ｓは、Ｓ字状に湾曲する。この部材Ｍｓは、部材Ｍｐ，Ｍｇ，Ｍｒと同様に、押圧負荷に対する耐力を有する構造である。支持壁１１ｓの下端は、板材Ｆに対して垂直に接続されないので、液体の濡れに関する条件が異なるが、図７（ｄ）に示す程度の支持壁１１ｓの下端の湾曲は許容範囲内である。金属材の曲げ加工、特にエキスパンドメタル板の曲げ加工においては、素材を完全に屈曲させることは容易ではなく、加工精度によって角部の湾曲は屡々避け難い。図７（ｄ）の部材Ｍｓには、このような曲げ加工によって部材Ｍを作製する場合の実施物が含まれる。部材の作製において支持壁１１ｓの下端の湾曲（曲率半径）が大きくなる場合、部材Ｍに比べて液膜破断し易くなるので、液膜破断に対向し得るように、支持壁の長さＬmを短く設定すると良い。

上述したような部材Ｍを取り付けた複数の板材Ｆを用いて、立設状態で板材を間隔を設けて並列させて充填材１を構成し、図１（ａ）のように気液接触装置２の容器３内に装填することによって、気体−液体接触用の充填材として使用することができる。充填材１の上方に配置される散布管４から充填材１へ液体Ａを散布するために、液体供給ライン５を通じて液体Ａを気液接触装置２の散布管４へ供給し、ガスＧをガス供給ライン６を通じて気液接触装置２へ供給すると、液体Ａは、充填材１の板材Ｆ上を平面に沿って流下し、上昇するガスＧと接触する。この気液接触の間に、液体Ａは、充填材１上で液膜を形成して、ガスＧ中の特定成分を吸収し、液体Ａによって特定成分が分離除去されたガスＧ’は、容器３頂部に接続されるガス排出ライン７を通じて外部へ放出され、大気中に放出したり、必要に応じて他の処理設備へ搬送する。吸収液として機能した液体Ａ’は、容器３の底部に貯留された後、底部に接続される排液ライン８を通じて外部へ排出される。排出された液体Ａ’は、化学プラントや火力発電所等の設備内で精製（再生）し、必要に応じて貯留槽に貯留した後に、液体供給ライン５に供給することができる。或いは、液体Ａ用の再生装置を付設して、液体が気液接触装置２と再生装置とを循環するように構成しても良い。

気液接触装置２において、容器３は、内部に充填用空間を有する中空形状であれば良く、概して、略筒状の形状のものが利用される。散布管４は、充填材１の上部に並列状又は格子状に配置される複数の管によって構成され、各管の下部には、液体Ａを放出する開口部が形成されるが、散布管４は、このような構造に限定されず、シャワーヘッド、スプレーノズル、ストローノズル等のような一般に使用される散布手段を適宜使用することができる。図１（ａ）においては、ガスＧを容器３の下方から供給して上昇させるように構成しているが、上方から供給して下降するように変形してもよい。気液接触装置２には、必要に応じて、ガスＧを予め冷却する冷却装置や、ドレンを排出するドレン回収装置等を付設してもよい。

気液接触装置２によって処理されるガスＧとして、例えば、化学プラントや火力発電所等の設備内で発生した廃ガス（排ガス）や反応ガスが挙げられ、屡々、二酸化炭素や、窒素酸化物、硫黄酸化物等の酸性ガスが特定成分として処理される。ガスＧから除去する特定成分に応じて、吸収液として使用する液体Ａが選択され、例えば、二酸化炭素の回収除去には、環状アミン化合物やアルカノール系アミンやフェノール系アミン、アルカリ金属塩等のアルカリ剤の水溶液が屡々用いられ、硫黄酸化物の除去には、カルシウム化合物、マグネシウム化合物などのアルカリ剤の水性液が一般的に用いられる。二酸化炭素の回収において屡々用いられるモノエタノールアミン（ＭＥＡ）水溶液では、二酸化炭素との反応によって、カルバミン酸塩・アミン塩（カーバメート）、炭酸塩、重炭酸塩等が生じる。

このため、気液接触装置２を構成する各部は、上述したようなガスＧの成分や液体Ａに含まれる化学薬剤に対して耐性を有する素材で製造される。従って、板材Ｆ及び部材Ｍは、処理するガスＧ及び使用する液体Ａとの反応（腐食）を生じない素材で構成され、そのような素材として、例えば、ステンレス綱、アルミニウム、ニッケル、チタン、炭素鋼、真鍮、銅、モネル、銀、スズ、ニオブ等の金属や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＴＦＥ等の樹脂が挙げられる。

板材Ｆは、少なくとも表面が上述のような耐食性の素材で構成された層状の材料であり、厚さが均一で滑らかな平板、又は、開口を有する網目状のシートや板材が好適に使用される。ステンレス綱、アルミニウム等の金属板を加工したエキスパンドメタルは、単体で自立可能な程度に強度を保持しつつ重量を減少させることが可能な板材であり、液体の濡れ広がりにおいても優れた性質を示すので好ましい。板材Ｆは、やすりがけ、サンドブラスト処理、紫外線オゾン処理、プラズマ処理などの表面加工によって表面に微小な凹凸を形成して表面粗さを付与したものであっても良く、また、コーティング等による表面の改質によって、上述のような使用条件に合うように調製した素材であってもよい。

部材Ｍは、上述の板材Ｆと同様、耐食性の素材で構成された層状の材料を用いて作製され、平板及び網目状シートの何れを用いても良い。金属素材を用いる場合は、その素材から、部材Ｍの支持壁１１の長さＬmに対応する幅を有する細長いストリップを調製し、このストリップを図示するような部材Ｍの形状に変形する曲げ加工を行うことによって容易に作成することができる。樹脂素材で作成する場合は、同様に細長いストリップを調製して曲げ加工において熱を加えたり、型を用いて樹脂を成形することによって作製可能である。エキスパンドメタル製の部材Ｍは、濡れ広がりの点で優れているので好ましいが、部材Ｍの作製における加工精度が低下し易く、バラツキを生じ易い点に留意する必要がある。

尚、本発明に係る充填材１は、上述のような特定成分を吸収・分離・除去するための気液接触装置に限らず、蒸留、精製、放散等の化学プロセスを含む種々の化学プラントにおいて使用される装置（蒸留塔、精製塔、放散塔（再生塔）等）に適用することも可能である。

＜液膜形成のＣＦＤ解析による評価＞
数値流体力学 (Computational Fluid Dynamics)に基づいて液膜の流れを解析した（ＣＦＤ解析）。この解析では、一流体モデルにおける質量保存式（連続の式）及び運動量保存式（Navier-Stokes方程式）を解くことで、三次元非定常流れの数値的な解析結果が得られる。なお、この解析では、汎用熱流体解析ソフトウェアであるＦＬＵＥＮＴ（登録商標、ＡＮＳＹＳ社）を用い、気液界面の挙動は、界面追跡法の一つであるＶＯＦ（Volume of Fluid）モデルを用いて予測した。また、乱流モデルは使用せず、液体の流入境界は液膜厚さ一定で規定し、一様流速で流入する条件を与え、板材Ｆ及びリブＲはNo-slip条件とし、その他の境界面は静圧規定の流出境界とした。ＣＦＤ解析は、既知の解析手法であるので、ここでは詳細な説明は省略する。

このＣＦＤ解析において、気体として空気、液体として水、板材Ｆとしてステンレス鋼を各々想定し、水平面に対する板材Ｆの角度αを６０°、雰囲気温度を２０℃として、リブＲの接触角θsと液膜長さ比Ｌw／Ｌtとの関係を調べたところ、図２（ａ）のようなグラフが得られた。

＜部材の調製＞
ＳＵＳ３０４製鋼板（厚さ：０．３mm）、及び、ＳＵＳ３０４製のエキスパンドメタル板（厚さ：０．３mm、短目方向中心距離：１．８mm、長目方向中心距離：３．０mm）を用意し、これらを用いて曲げ加工を行って、図３に示す形状（支持壁１１の長さＬm：１０mm、高さＨm：４．７mm、横架部１２の幅：１０mm、フランジ１３の幅Ｗf：５mm）の鋼板製の部材Ｍｘ及びエキスパンドメタル板製の部材Ｍｙを作製した。

＜板材＞
ＳＵＳ３０４製のエキスパンドメタル板（厚さ：０．３mm、短目方向中心距離：１．８mm、長目方向中心距離：３．０mm）を用意し、以下の調製において使用した。

（試料１）
短目方向が長手方向（鉛直方向）となる配置で、上記エキスパンドメタル板を、横幅１４０mm×長さ２１０mmの長方形に切断して、試料１の板材を作製した。

（試料２）
１２個の部材Ｍｘ（鋼板製）及び試料１の板材を用い、部材Ｍｘを、５個の部材Ｍｘを一つの部材群とする２つの部材群と、２つの追加の部材とに振り分けて、立設状態の板材において鉛直方向から傾斜する２つの平行な直線に各々並ぶように２つの部材群の部材Ｍｘを板材上に配置し、この配列の両側に追加の部材を配置して、スポット溶接によって部材Ｍｘのフランジを板材に接合することによって、試料２の板材を作製した。この際、各部材群における最上位の部材Ｍｘの上端は板材Ｆの上端に一致させ、最下位の部材Ｍｘの下端は板材Ｆの下端に一致させ、２つの追加の部材Ｍｘは、各々、部材の上端又は下端が板材Ｆの上端又は下端に一致するように配置した。追加の部材Ｍｘは、各々、横架部と板材Ｆの側端との間隔が１０mmで、２つの部材群の最上位に位置する２つの部材Ｍｘ、及び、板材の上端に位置する追加の部材Ｍｘにおける相互の間隔（横架部の間の距離）が各々４０mmとなるように設定した。各部材群における１つの部材Ｍｘの一方の支持壁と、その上位又は下位の部材Ｍｘの一方の支持壁とが同じ鉛直線に並ぶように、５つの部材Ｍｘを等間隔に配置した。従って、部材群を構成する一つの部材Ｍｘの横架部と、その上位又は下位の部材Ｍｘの横架部との鉛直方向の間隔は４０mmであった。

（試料３）
１２個の部材Ｍｘの代わりに１２個の部材Ｍｙ（エキスパンドメタル板製）を用いたこと以外は試料２と同様にして、部材Ｍｙを板材上に配置し、スポット溶接によって部材Ｍｙを板材に取り付けることによって、試料３の板材を作製した。

＜液膜形成の評価＞
試料１〜３の各々において、板材を鉛直に配置してその上端の両端に紐を繋げ、その紐を用いてロードセルに吊り下げた。更に、液体（水）を供給するため、液分散器を模擬したオーバーフロー式のパイプに２本の爪先（ドリップポイント）を下向きに取り付け、板材の上端の中央上方に配置して、液体を一定流量（供給幅（２本の爪先の幅）：５０〜１００mm）で板材に供給して流下させた。板材に対して垂直な撮影角度で板材をカメラで撮影することによって、流下する液体が板材上に形成する液膜（液体が流れて濡れる部分）の画像を作成した。

得られた画像を用いて、板材上に形成される液膜の面積（液体で濡れた部分の面積）を測定し、板材の濡れ面積とした。尚、この間にロードセルを用いて板材の重量を測定し、液体の供給前後における重量差によって、板材を濡らしている液体の重量を得ることで、画像から測定される液膜の面積値の妥当性を確認した。

試料１の板材における液膜の面積値を基準（１００％）として、試料２及び試料３における液膜の面積値を評価すると、その割合は、各々、９９．０％（試料２）、９９．５％（試料３）であった。又、試料２及び試料３においては、部材の支持壁に起因する液膜破断は見られなかった。

＜充填材＞
（試料２Ａ）
直径２４０mm、長さ２１０mmの円柱状の充填材を４７枚の板材で構成する（ピッチ：５mm）ために、ＳＵＳ３０４製のエキスパンドメタル板（厚さ：０．３mm、短目方向中心距離：１．８mm、長目方向中心距離：３．０mm）を切断して、位置に対応して異なる横幅を有する４７枚の長方形の板材を作製した。得られた板材の各々に部材Ｍｘ（鋼板製）をスポット溶接によって取り付け、立設状態で並列するように組み立てて、試料２Ａの充填材を作製した。部材Ｍｘの配置については、中央の板材においては、５つの部材Ｍｘを一群として２０個の部材Ｍｘを４つの群に分けて、試料２における部材群の配列と同様に、５つの部材Ｍｘが鉛直方向に対して傾斜する直線状に等間隔で配置されるように取り付けた。その板材の両側に並列する各板材においては、板材の幅の減少に対応して中央の板材の両側端を対称に切除した形態になるように部材Ｍｘを取り付けた。組み立てた充填材は、充填材の上面においては、各板材の最上位の部材Ｍｘが、板材に垂直な４つの等間隔の直線に配列されて、板材の挟持構造が全板材を通して直線状に連なるように形成された。

（試料３Ａ）
試料２Ａと同様に円柱状の充填材を構成する板材を作製し、部材Ｍｘの代わりに部材Ｍｙ（エキスパンドメタル製）を用いたこと以外は試料２Ａと同様にして部材Ｍｙを板材上に配置し、スポット溶接によって部材Ｍｙを板材に取り付けて、立設状態で並列するように組み立てることによって、試料３Ａの充填材を作製した。

＜充填材の耐久性の評価＞
試料２Ａ及び２Ｂの各々について、円柱状の充填材を２組用意し、気液接触装置２の容器３を想定した直径２４０mmの円管内に１組目の充填材を装填して板材を立設状態で並列させ、その上に、１組目の充填材の板材と２組目の充填材の板材とが垂直になるように、２組目の充填材を載置した。圧縮試験機を用いて、充填材を鉛直方向に８mm／１分の圧縮速度で圧縮するように荷重を加えながら、充填材の変形による鉛直方向の変位を測定し、充填材に座屈（急激な変形）が起こる時の荷重（座屈荷重）を調べた。その結果、試料２Ａでは２２３ｋｇ、試料３Ａでは２８０ｋｇであり、何れも使用に耐え得る強度であった。

上記及び前述の液膜形成の評価から、試料２Ａ，３Ａの充填材は、耐久性及び濡れ性において良好であり、有用である。

本発明は、気液接触装置の操業時におけるエネルギー効率が良好であり、圧力損失を抑制しつつ良好な気液接触及び効率的な成分移行を実現できるので、経済性の向上に基づく汎用化によって、化学処理や製造加工における効率の向上、燃焼ガス等の排ガスの処理の普及による環境汚染の防止等に貢献し、又、装置の軽量化や製造加工費用の削減によって、資源の有効利用にも寄与することができる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 充填材
２ 気液接触装置
３ 容器
４ 散布管
５ 液体供給ライン
６ ガス供給ライン
７ ガス排出ライン
８ 排液ライン
１１，１１ｓ 支持壁
１２，１２ｐ，１２ｒ，１２ｓ，１４ 横架部
１３，１３ｓ フランジ
Ａ，Ａ’ 液体
Ｆ、Ｆ０，Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ 板材
Ｇ，Ｇ’ ガス
Ｍ，Ｍ１１〜Ｍ１５，Ｍ２１〜Ｍ２５，Ｍ３１，Ｍ４１ 部材
Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄ，Ｍｅ，Ｍｆ，Ｍｐ，Ｍｑ，Ｍｒ，Ｍｓ 部材
Ｒ リブ

Claims (10)

1. 複数の板材を有する気体−液体接触用の充填材であって、前記複数の板材は、間隔を設けて並列する立設状態で使用されて液体を平面に沿って流下させ、前記複数の板材の各々は、
   前記板材に取り付けられる複数の支持部材を有する少なくとも１つの部材群であって、前記立設状態において最上位の支持部材の上端が前記板材の上端に対応し、最下位の支持部材の下端が前記板材の下端に対応するように前記複数の支持部材が配置される前記少なくとも１つの部材群
   を有し、前記複数の支持部材の各々は、液体の流下方向に平行で液体が流下する前記平面に対して垂直になるように、各々、一側で前記板材に接続される一対の支持壁であって前記一対の支持壁の間を液体が流れる前記一対の支持壁と、前記一対の支持壁の他側を接続する横架部とを有し、
   前記立設状態において、前記複数の板材の一つの板材が、前記一つの板材に取り付けられる複数の支持部材の少なくとも１つと、隣接する板材に取り付けられる複数の支持部材の少なくとも１つとによって挟持される挟持構造が形成されて、前記挟持構造が前記複数の板材を通して線状に連なるように、前記複数の板材の各々における前記部材群が位置決めされる充填材。
2. 前記複数の支持部材の各々において、前記一対の支持壁の各々の、液体の流下方向の長さが、前記板材に沿って流下する液体が形成する液膜において前記支持壁の表面の濡れ角と関連して生じ得る破断に抗して維持可能な液膜の長さ以下である請求項１に記載の充填材。
3. 前記複数の支持部材の各々において、前記一対の支持壁は、薄層状で、前記流下方向の長さが３mm以上且つ３０mm以下の長方形である請求項２に記載の充填材。
4. 前記複数の支持部材の各々において、前記一対の支持壁の間隔は、５mm以上且つ２０mm以下である請求項１〜３の何れか一項に記載の充填材。
5. 前記複数の支持部材の各々において、前記一対の支持壁は、各々、前記立設状態における前記複数の板材間の間隔に対応する高さを有する請求項１〜４の何れか一項に記載の充填材。
6. 前記複数の支持部材の各々において、前記横架部は、前記一対の支持壁に垂直に接続し、前記一対の支持壁と同じ長さを有し、前記一対の支持壁の間隔と同じ幅を有する長方形である請求項１〜５の何れか一項に記載の充填材。
7. 前記立設状態において、前記少なくとも１つの部材群の前記複数の支持部材は、鉛直線又は鉛直方向から傾斜する直線に配列され、前記少なくとも１つの部材群における１つの支持部材の下端と、下位に隣接する支持部材の上端との鉛直方向の距離が、前記一対の支持壁における液体の流下方向の長さの２〜１０倍になるように前記複数の支持部材は配置される請求項１〜６の何れか一項に記載の充填材。
8. 前記少なくとも１つの部材群において、前記複数の支持部材は、前記立設状態において鉛直方向から傾斜する直線に配列して、前記複数の支持部材における１つの支持部材の一方の支持壁と、上位又は下位に隣接する支持部材の一方の支持壁とが同一鉛直線にあるように配置される請求項７に記載の充填材。
9. 前記複数の板材の各々は、更に、前記複数の支持部材と同じ構造を有する第１の追加支持部材及び第２の追加支持部材を有し、前記立設状態において、前記第１の追加支持部材及び前記第２の追加支持部材の一方の上端が前記板材の上端に対応し、他方の下端が前記板材の下端に対応するように、前記少なくとも１つの部材群の前記複数の支持部材が配列する前記直線の両側に振り分けて配置される請求項８に記載の充填材。
10. 前記複数の板材の各々が有する前記少なくとも１つの部材群の数は複数であり、前記複数の板材の各々において、前記立設状態において水平方向に隣接する２つの支持部材の距離は、前記支持部材における前記一対の支持壁の間隔の２〜２０倍である請求項１〜９の何れか一項に記載の充填材。