JP6917172B2 - プレート式熱交換器、及びｃｏ２回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、プレート式熱交換器、及びＣＯ_２回収装置に関する。

２つの流体を熱交換させる機器として、伝熱性能の良さ、安価であることを理由にプレート式熱交換器が広く用いられている。プレート式熱交換器は、一般的に、多数のプレートを重ね合わせ、隣り合うプレートに異なる流体を流すことによって熱交換を行う。このようなプレート式熱交換器は、それぞれのプレートの周囲の端部をガスケットでシールするか、又は溶接することにより、外部への流出を防ぐ構造となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２８３６８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のプレート式熱交換器において、プレートの周囲の端部にガスケットを用いた場合、温度や圧力変化によりプレートが移動し、ガスケットの脱落、ガスケットが変形することや、ガスケットの劣化や脆化などの要因で、ガスケットの亀裂が生じ、流体が外部に流出するおそれがある。また、プレートの周囲の端部を溶接した場合、内部流体による汚れやつまりが生じると、そのメンテナンスは容易ではないという問題がある。

特に、プレート式熱交換器で流通する流体が可燃物である場合、外部に漏れると燃える可能性が生じ、化学物質、例えばＣＯ_２回収装置で用いられる例えばアミン系のＣＯ_２吸収液などであった場合、外部に漏れると環境や安全への問題が生じる。このため、熱交換器からの流体が万に一つでも漏れることを完全に防止することが望まれている。また同時に、メンテナンス性も確保する必要がある。

したがって、本発明は上記問題点に鑑み、流体の外部への漏れを完全に防止し、かつ、メンテナンス性をも確保したプレート式熱交換器、及びＣＯ_２回収装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態であるプレート式熱交換器は、第１流体が内部に流通する第１伝熱プレートと第２流体が内部に流通する第２伝熱プレートとを交互に積層し、前記第１伝熱プレートと前記第２伝熱プレートとのそれぞれの間の外周部分にガスケットを備える伝熱プレート層と、前記伝熱プレート層の積層方向の一方の端部に位置する第１フレーム部材と、前記伝熱プレート層の積層方向の他方の端部に配置され、前記第１フレーム部材と前記伝熱プレート層を挟持して固定する第２フレーム部材と、前記第１フレーム部材と接合され、前記伝熱プレート層及び前記第２フレーム部材を前記第１フレーム部材とで密閉して覆う密閉部材と、を備える。

かかる構成によれば、第１伝熱プレートと第２伝熱プレートとのそれぞれの間の外周部分にガスケットを備えつつ、さらに伝熱プレート層を密閉部材で覆うことで流体が外部に漏れることを完全に防止できる。また、第１フレーム部材と密閉部材とを接続する構成としたことで、フレーム部材の有効活用による省スペース化も図ることができる。さらに、第１伝熱プレートと第２伝熱プレートとをガスケットでシールする構成であるので、伝熱プレート層のメンテナンス性も確保できる。

本発明の一実施形態であるＣＯ_２回収装置は、被処理ガスから吸収液を用いてＣＯ_２を吸収除去し、該ＣＯ_２を吸収した吸収液であるリッチ溶液を排出する吸収塔、吸収塔から排出されたリッチ溶液を加熱してＣＯ_２を分離し、吸収塔で用いるＣＯ_２吸収液として再生したリーン溶液を排出する再生塔、及びリッチ溶液とリーン溶液とを熱交換する熱交換器を含むＣＯ_２回収装置であって、熱交換器は、リッチ溶液が内部に流通する第１伝熱プレートとリーン溶液が内部に流通する第２伝熱プレートとを交互に積層し、第１伝熱プレートと第２伝熱プレートとのそれぞれの間の外周部分にガスケットを備える伝熱プレート層と、前記伝熱プレート層の積層方向の一方の端部に位置する第１フレーム部材と、前記伝熱プレート層の積層方向の他方の端部に配置され、前記第１フレーム部材と前記伝熱プレート層を挟持して固定する第２フレーム部材と、第１プレート部材と接合され、伝熱プレート層及び第２プレート部材を第１フレーム部材とで密閉して覆う密閉部材とを備える。

かかる構成によれば、第１伝熱プレートと第２伝熱プレートとのそれぞれの間の外周部分にガスケットを備えつつ、さらに伝熱プレート層を密閉部材で覆うことで吸収液が外部に漏れることを完全に抑制することができ、環境に与える影響も無くすことができる。また、第１のプレート部材と密閉部材とを接続する構成としたことで、プレート部材の有効活用による省スペース化も図ることができる。さらに、第１伝熱プレートと第２伝熱プレートとをガスケットでシールする構成であるので、メンテナンス性も確保できる。

以上のように構成された本発明の一実施形態であるプレート式熱交換器、及びＣＯ_２回収装置によれば、流体の外部への流出を完全に防止できると共に、メンテナンス性も確保することができる。

図１は、第１実施形態のＣＯ_２回収装置を示す構成図である。 図２は、第１実施形態のプレート式熱交換器を示す斜視図である。 図３は、第１実施形態のプレート式熱交換器の斜視図である。 図４Ａは、第１伝熱プレートを説明するための図である。 図４Ｂは、第２伝熱プレートを説明するための図である。 図５Ａは、第１実施形態のプレート式熱交換器の第１フレーム部材と締付ボルトの固定方法を説明するための図である。 図５Ｂは、第１実施形態のプレート式熱交換器の第１フレーム部材と締付ボルトの固定方法を説明するための図である。 図６は、第１実施形態のプレート式熱交換器の断面図であって、図２のＡ−Ａ’線断面図である。 図７は、第２実施形態のＣＯ_２回収装置を示す構成図である。 図８は、第２実施形態のプレート式熱交換器と配管の接続を示す図である。 図９は、第２実施形態のＣＯ_２回収装置の動作処理内容を示すフローチャートである。 図１０Ａは、第１実施形態のプレート式熱交換器の変形例を示す図である。 図１０Ｂは、第１実施形態のプレート式熱交換器の変形例を示す図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、下記実施形態では、プレート式熱交換器として、ＣＯ_２回収装置で用いる熱交換器を一例にとって説明するものとする。また、各図面において、ＣＯ_２回収装置及び熱交換器を構成する各部の形状は、明確性の観点から寸法や縮尺を実際と異ならせていることがある。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態のＣＯ_２回収装置１００の概略的な構成図を示す。本発明の第１実施形態のＣＯ_２回収装置１００は、図１に示すとおり、ＣＯ_２吸収塔（以下、「吸収塔」と称する）１０と、ＣＯ_２再生塔（以下、「再生塔」と称する）２０と、プレート式熱交換器（以下、「熱交換器」と称する）３０とを備える。ＣＯ_２回収装置１００は、吸収塔１０の底部と熱交換器３０とを接続するリッチ溶液流通配管Ｌ１と、熱交換器３０と再生塔２０とを接続するリッチ溶液流通配管Ｌ２と、再生塔２０の底部と熱交換器３０とを接続するリーン溶液流通配管Ｌ３と、熱交換器３０と吸収塔１０とを接続するリーン溶液流通配管Ｌ４とを有する。また、リッチ溶液流通配管Ｌ１には、吸収塔１０から熱交換器３０に吸収液を送るポンプが設置されている。

吸収塔１０は、ＣＯ_２を含有する被処理ガス（例えば、火力発電から生じる排ガス）からＣＯ_２吸収液（以下、「吸収液」と称する）を用いてＣＯ_２を吸収除去する。具体的には、吸収塔１０は、被処理ガスと吸収液とを接触させ、被処理ガスのＣＯ_２を吸収液に吸収させる。吸収塔１０は、ＣＯ_２が除去された被処理ガスを吸収塔１０の頂部から排出するとともに、ＣＯ_２を吸収した吸収液を吸収塔１０の底部から排出する。吸収塔１０は、ＣＯ_２吸収部１１と水洗部１２と、を備えている。吸収液は、例えば、アミン系溶液をベースとした吸収液を用いることができるが、アミン系溶液に限定されず、ＣＯ_２を吸収可能な溶液であれば適宜変更できる。

ＣＯ_２吸収部１１は、ＣＯ_２吸収部１１の下部に位置する吸収塔１０の導入口から導入された被処理ガスと、ＣＯ_２吸収部１１の上部に位置する吸収塔１０の供給口から供給された吸収液とを向流接触させる。被処理ガスと気液接触してＣＯ_２を吸収した吸収液（リッチ溶液）は、リッチ溶液流通配管Ｌ１、熱交換器３０、リッチ溶液流通配管Ｌ２を通過して再生塔２０に供給される。すなわち、リッチ溶液は、リッチ溶液流通配管Ｌ１に設けられたポンプにより送られ、熱交換器３０においてリーン溶液によって加熱された後、リッチ溶液流通配管Ｌ２を通って再生塔２０に供給される。

水洗部１２は、ＣＯ_２吸収部１１でＣＯ_２が吸収除去された被処理ガスと、循環ポンプを用いて循環する洗浄水とを向流接触させ、ＣＯ_２が吸収除去された被処理ガスに同伴するＣＯ_２吸収液を回収するものである。水洗部１２を通過した被処理ガスは、吸収塔１０の頂部から系外に放出される。

再生塔２０は、吸収塔１０から排出されたリッチ溶液を加熱してＣＯ_２を分離し、吸収塔１０で用いる吸収液を再生する。リッチ溶液は、再生塔２０の上部からノズルを介して塔内部に供給され、再生塔２０の底部から供給される水蒸気により吸熱反応を生じて、大部分のＣＯ_２を放出する。また、リッチ溶液は、再生塔２０の底部に至る頃には、ほぼ全てのＣＯ_２が放出されたＣＯ_２吸収液となる。なお、再生塔２０内で一部または大部分のＣＯ_２を放出したＣＯ_２吸収液はセミリーン溶液と呼称され、ほぼ全てのＣＯ_２を放出したＣＯ_２吸収液はリーン溶液と呼称される。リーン溶液は再生塔２０の外部に抜出され、再生加熱器５０で水蒸気により加熱され、再生塔２０内部に戻される。リーン溶液は、リーン溶液流通配管Ｌ３、熱交換器３０、リーン溶液流通配管Ｌ４を介して吸収塔１０に供給される。リーン溶液は、熱交換器３０にてリッチ溶液と熱交換することで冷却され、ポンプにて昇圧され、クーラにて更に冷却された後、吸収塔１０内に供給される。

再生塔２０の塔頂部からは、塔内においてリッチ溶液およびセミリーン溶液から放出された水蒸気を伴ったＣＯ_２同伴ガスが排出され、コンデンサにより水蒸気が凝縮され、分離ドラムにて水が分離され、ＣＯ_２ガスが系外に放出される。この回収されたＣＯ_２ガスは、分離ドラムを経由した後、石油増進回収法（ＥＯＲ：Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｏｉｌ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）を用いて油田中に圧入するか、帯水層へ貯留し、温暖化対策を図ることができる。水蒸気を伴ったＣＯ_２同伴ガスから分離ドラムにて分離・還流された還流水は還流水循環ポンプにて再生塔２０の上部に供給される。

図１に加え、図２から図６を用いて、熱交換器３０を説明する。図２は、第１実施形態のプレート式熱交換器を示す斜視図である。図３は、第１実施形態のプレート式熱交換器の斜視図である。図４Ａ及び図４Ｂは、第１伝熱プレート及び第２伝熱プレートを説明するための図である。図５Ａ及び図５Ｂは、第１実施形態のプレート式熱交換器の第１フレーム部材と締付ボルトの固定方法を説明するための図である。図６は、第１実施形態のプレート式熱交換器の断面図であって、図２のＡ−Ａ’線断面図である。熱交換器３０は、リッチ溶液とリーン溶液とを熱交換させる。熱交換器３０は、プレート式熱交換器である。熱交換器３０は、図２に示すように、伝熱プレート層３１と、第１フレーム部材３２及び第２フレーム部材３３と、図４に示すように、ガスケット３４と、図３に示すように、伝熱プレート層３１及び第２フレーム部材３３を覆う密閉部材３５とを備える。なお、図２は、密閉部材３５を装着する前の熱交換器３０を示し、図３は、密閉部材３５を装着した後の熱交換器３０を示す。

伝熱プレート層３１は、複数の第１伝熱プレート３１Ａと、複数の第２伝熱プレート３１Ｂと、ガスケット３４と、を有する。第１伝熱プレート３１Ａは、内部にリッチ溶液（第１流体）が流通する。第２伝熱プレート３１Ｂは、内部にリーン溶液（第２流体）が流通する。伝熱プレート層３１は、内部にリッチ溶液（第１流体）が流通する第１伝熱プレート３１Ａと、内部にリーン溶液（第２流体）が流通する第２伝熱プレート３１Ｂと、が交互に積層されている。伝熱プレート層３１は、リッチ溶液が第１伝熱プレート３１Ａを流れ、リーン溶液が第２伝熱プレート３１Ｂを流れることで、リッチ溶液（第１流体）とリーン溶液（第２流体）とがそれぞれ熱交換する。

ここで、図４Ａ及び図４Ｂを用いて第１伝熱プレート３１Ａ及び第２伝熱プレート３１Ｂの構造及び流体の流れ方について説明する。図４Ａは、第１伝熱プレートを説明するための図である。図４Ｂは、第２伝熱プレートを説明するための図である。なお、第１伝熱プレート、第２伝熱プレートの流体の流れ方は図４Ａ、図４Ｂの態様に限定されるものではなく、逆の態様であってもよい。第１伝熱プレート３１Ａは、図４Ａに示すように、台形といった略四角形状をなし、リッチ溶液が供給される供給口１３１Ａ、リッチ溶液がプレート全体に広がるように溝が形成された流通経路１３２Ａ、及びリッチ溶液が排出される排出口１３３Ａを備える。第１伝熱プレート３１Ａは、外周部分にガスケット３４が設けられる。第２伝熱プレート３１Ｂは、図４Ｂに示すように、台形といった略四角形状をなし、リーン溶液が供給される供給口１３１Ｂ、リーン溶液がプレート全体に広がるように溝が形成された流通経路１３２Ｂ、及びリーン溶液が排出される排出口１３３Ｂを備える。第２伝熱プレート３１Ｂは、外周部分にガスケット３４が取り付けられる。第１伝熱プレート３１Ａ及び第２伝熱プレート３１Ｂ自体は、周知の材料・構造を採用することができるので、ここでの詳細な説明は省略する。ガスケット３４は、第１伝熱プレート３１Ａと第２伝熱プレート３１Ｂとのそれぞれの間の外周部分に配置されている。ガスケット３４は、第１伝熱プレート３１Ａをシールし、リッチ溶液の外部への漏れを防止する。ガスケット３４は、第２伝熱プレート３１Ｂをシールし、リーン溶液の外部への漏れを防止する。

第１フレーム部材３２及び第２フレーム部材３３は、伝熱プレート層３１の積層方向の両端に位置し、伝熱プレート層３１を挟持する。第１フレーム部材３２は、固定フレームとなる。第２フレーム部材３３は、可動フレームとなる。すなわち、熱交換器３０は、第１フレーム部材３２に当接するように第１伝熱プレート３１Ａ及び第２伝熱プレート３１Ｂが交互に積層され、その積層された枚数に応じて第２フレーム部材３３の位置を調整し、第１フレーム部材３２と第２フレーム部材３３とが締付ボルト３６で固定される。

第１フレーム部材３２は、第１供給口２３１と、第１排出口２３２と、第２供給口２３３と、第２排出口２３４が形成される。第１供給口２３１は、複数の第１伝熱プレート３１Ａの供給口１３１Ａと連通し、供給口１３１Ａにリッチ溶液を供給する。第１排出口２３２は、複数の第１伝熱プレート３１Ａの排出口１３３Ａと連通し、排出口１３３Ａからリッチ溶液を排出する。第２供給口２３３は、複数の第２伝熱プレート３１Ｂの供給口１３１Ｂと連通し、供給口１３１Ｂにリーン溶液を供給する。第２排出口２３４は、複数の第２伝熱プレート３１Ｂの排出口１３３Ｂと連通し、排出口１３３Ｂからリーン溶液を排出する。

第１フレーム部材３２は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、伝熱プレート層３１が配される側の面に、第１フレーム部材３２を貫通しない深さの締付ボルト３６をネジ込む締結穴３７が設けられる。第１フレーム部材３２は、図５Ｂに示すように、締結穴３７を、第１フレーム部材３２を貫通しない深さとすることで、伝熱プレート層３１の密閉性を高めることができる。また、第１フレーム部材３２の内側に例えばナットなどの締結部材を溶接して締付ボルト３６をねじ込むようにしても良い。なお、第１フレーム部材３２の締結穴３７は、十分な密閉性、耐圧性が確保できるのであれば、従来のように、第１フレーム部材３２を貫通し、伝熱プレート層３１が配される側と反対側の面でナットや樹脂製のＯリングを用いて固定してもよい。

第２フレーム部材３３は、伝熱プレート層３１を介して第１フレーム部材３２の反対側に位置し、第１フレーム部材３２と締付ボルト３６を用いて固定される。第２フレーム部材３３は、第１フレーム部材３２より面積が小さい。これは、後述する密閉部材３５が伝熱プレート層３１と第２フレーム部材３３を覆うように第１フレーム部材３２と接続されるためである。

密閉部材３５は、図３に示すように、第１フレーム部材３２と接合され、伝熱プレート層３１及び第２フレーム部材３３を第１フレーム部材３２とで密閉して覆う部材である。密閉部材３５は、上部カバー３５１、側面カバー３５２、背面カバー３５３、下部カバー３５４で構成される。各カバーは、図６に示すように、リブなどの固定部材３５５を用いて組み立てられ、伝熱プレート層３１を覆うように取り付けられる。なお、本実施形態では、組み立てやすさ及びメンテナンス性を考慮し、密閉部材３５は各カバー同士が接続された構成として説明しているが、各カバーの一部又は全部が一体化された形状で構成されていてもよい。例えば、密閉部材３５が上部カバー３５１、側面カバー３５２、背面カバー３５３、下部カバー３５４が連続した一体形状をなす容器である場合、上部カバー３５１、側面カバー３５２、背面カバー３５３の第１フレーム部材３２と当接する部分の接続のみでよい。

密閉部材３５は、伝熱プレート層３１の内圧を耐えることができる耐圧構造である。すなわち、密閉部材３５は、伝熱プレート層３１の内部にリッチ溶液及びリーン溶液が流通することで生じる内部圧力が内部に生じた場合でも損傷しない耐圧構造とすることが好ましい。なお、伝熱プレート層３１の内圧を耐えることができる耐圧構造とは、密閉部材３５が伝熱プレート層３１に及ぼす圧力と完全な同一に耐えることができることのみを意味するのではなく、伝熱プレート層３１の内部のリッチ溶液及びリーン溶液が外部に流れ出すのを防ぐことができる圧力を意味する。

以上のように構成された第１実施形態のＣＯ_２回収装置１００は、リッチ溶液とリーン溶液とを熱交換する熱交換器３０において、第１伝熱プレート３１Ａと第２伝熱プレート３１Ｂとのそれぞれの間の外周部分にガスケット３４を備えつつ、さらに伝熱プレート層３１を密閉部材３５で覆うことで流体が外部に漏れることを完全に防止することができる。また、ＣＯ_２回収装置１００は、第１フレーム部材３２と密閉部材３５とを接続する構成としたことで、フレーム部材の有効活用による省スペース化も図ることができる。さらに、ＣＯ_２回収装置１００は、第１伝熱プレート３１Ａと第２伝熱プレート３１Ｂとをガスケット３４でシールする構成であるので、伝熱プレート層３１のメンテナンス性も確保できる。

また、密閉部材３５が、伝熱プレート層３１の内圧と同一の耐圧構造とすることで、内部への圧力が高まり、溶液は第１伝熱プレート３１Ａ及び第２伝熱プレート３１Ｂの外周のガスケット３４から外部に漏れ出す力を抑制することができる。その結果、隣接する第１伝熱プレート３１Ａ及び第２伝熱プレート３１Ｂとの間に位置するガスケット３４において、互いのプレートで溶液が行き来する可能性もあるが、リッチ溶液とリーン溶液のように、基本的に、同一の流体成分を含み、互いに混合してもＣＯ_２回収装置１００に与える影響が少ない場合には、密閉部材３５が伝熱プレート層３１の内圧と同一の耐圧構造を有することは特に有効となる。なお、密閉部材３５は、十分な密閉性が保つことができれば、伝熱プレート層３１の内圧と同一の耐圧構造を必ずしもとる必要はない。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態のＣＯ_２回収装置について説明する。図７は、第２実施形態のＣＯ_２回収装置を示す構成図である。図８は、第２実施形態のプレート式熱交換器と配管の接続を示す図である。図９は、第２実施形態のＣＯ_２回収装置の動作処理内容を示すフローチャートである。第２実施形態のＣＯ_２回収装置は、熱交換装置において、密閉部材の底面から密閉部材の外部に流体を供給可能な配管を備える点で上記第１実施形態と異なる。

図７は、第２実施形態のＣＯ_２回収装置１００’の概略構成を示し、図８は、図６に対応する図であって、かつ、熱交換器３０’と各配管との接続関係を説明するための図である。なお、第２実施形態のＣＯ_２回収装置１００’において、以下に説明する熱交換器３０’、配管Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７及びその接続先以外は、第１実施形態のＣＯ_２回収装置１００と同様の構成とすることができるので、ここでの詳細な説明は省略する。

図８に示すように、ＣＯ_２回収装置１００’は、密閉部材３５’の内部底面において検知器４０、測定器５０を備え、密閉部材３５’の外部に制御装置６０、切替弁７０、及び各配管Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７を備える。ＣＯ_２回収装置１００’の密閉部材３５’は、構成上、伝熱プレート層３１の内圧と同一の耐圧構造をとる必要がない。また、内部流体と同じ耐圧構造ではない一例としとして例えばベントノズルとバルブとを例えば上部カバー３５１側に設け、大気圧に近い耐圧設計とすることができる。

配管Ｌ５は、密閉部材３５’の底部から延出した配管であって、第１供給口２３１に供給されるリッチ溶液流通配管Ｌ１に接続される配管Ｌ６と、第２排出口２３４から排出されるリーン溶液流通配管Ｌ４に接続される配管Ｌ７とに分岐する。配管Ｌ６と配管Ｌ７の分岐点には、切替弁７０が設けられ、切替弁７０は、配管Ｌ５から流れる流体を配管Ｌ６に供給するか、又は配管Ｌ７に供給するかを切替えることができる。

検知器４０は、密閉部材３５’の底面の流体を検知するものであって、例えば、液体センサである。検知器４０は、流体を検知すると、その検知結果を制御装置６０に送信する。検知器４０で検知した液体は、ポンプによりそれぞれの流体の流れる配管に戻すことができる。

測定器５０は、密閉部材３５’の底面の流体を測定するものであって、例えば、密閉部材３５’の底面の流体の温度を測定する温度測定器、又は密閉部材３５’の底面の流体中のＣＯ₂濃度を測定する濃度測定器である。測定器５０は、その測定結果を制御装置６０に送信する。なお、温度測定器、濃度測定器は一方のみを設ける場合に限られず、両方設けてもよく、その場合、温度及び濃度の両側面から測定すべき流体を正確に分析することができる。

制御装置６０は、検知器４０から検知信号を受信した後、測定器５０に起動信号を送信し、測定器５０から流体の測定結果の信号を受信する。制御装置６０は、測定器５０の測定結果に基づいて、切替弁７０を制御する。制御装置６０は、測定器５０の測定の結果、流体がリッチ溶液と判定した場合には、切替弁７０を作動させ、配管Ｌ５から配管Ｌ６に流体が流れるようにする。一方、制御装置６０は、測定器５０の測定の結果、流体がリーン溶液と判定した場合には、切替弁７０を作動させ、配管Ｌ５から配管Ｌ７に流体が流れるようにする。

以下、図９に示すフローチャートを参照して、ＣＯ_２回収装置１００’を用いて実施される制御装置６０の処理方法を説明する。なお、以下の説明では、測定器５０として、流体中のＣＯ₂濃度を測定する濃度測定器を用いた場合を説明する。また、図９のフローチャートにおける各処理は、処理内容に矛盾を生じない範囲で任意に順番を変更して又は並列に実行することができる。

まず、制御装置６０は、検知器４０の検知信号を受信し、密閉部材３５’の底部に流体があるか否かを検知する（ステップＳ１０）。制御装置６０は、流体があるとの検知信号を受信した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、測定器５０に起動信号を送信する。制御装置６０は、流体があるとの検知信号を受信しない場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、ステップＳ１０を繰り返す。なお、検知器４０が検知するタイミングは、例えば、所定時間ごとに検知してもよいし、ユーザの指示を受け付けて検知してもよい。

測定器５０は、密閉部材３５’の流体中のＣＯ₂濃度を測定し、リッチ溶液かリーン溶液かを判定する（ステップＳ１１）。制御装置６０は、流体がリッチ溶液であると判定した場合（ステップＳ１１：リッチ溶液）、切替弁７０を作動させ、配管Ｌ５から配管Ｌ６に流体が流れるようにし、該流体を第１供給口２３１に供給されるリッチ溶液流通配管Ｌ１に供給する（ステップＳ１２）。一方、制御装置６０は、流体がリーン溶液であると判定した場合（ステップＳ１１：リーン溶液）、切替弁７０を作動させ、配管Ｌ５から配管Ｌ７に流体が流れるようにし、該流体を第２排出口２３４と接続するリーン溶液流通配管Ｌ４に供給する（ステップＳ１３）。以上のように、本実施形態の制御装置６０は動作する。

ここで、制御装置６０によるリッチ溶液かリーン溶液かの判定は、その濃度測定器からの濃度に基づいて行われる。すなわち、制御装置６０は、吸収液中のＣＯ₂濃度が第１濃度範囲である場合、リッチ溶液と判定し、吸収液中のＣＯ₂濃度が第２濃度範囲である場合、リーン溶液と判定する。密閉部材３５’の底部の流体がリッチ溶液の場合、このリッチ溶液は密閉部材３５’の底部に至る過程でその温度が下がるため、このリッチ溶液は、リッチ溶液流通配管Ｌ２に供給するよりも、リーン溶液との熱交換前のリッチ溶液流通配管Ｌ１に供給し、熱交換器３０’で加熱して再生塔２０に供給することが望ましい。一方、密閉部材３５’の底部の流体がリーン溶液の場合、このリーン溶液は密閉部材３５’の底部に至る過程でその温度が下がるため、このリーン溶液は、リーン溶液流通配管Ｌ３に供給するよりも、温度が低いまま、リーン溶液流通配管Ｌ４に供給し、吸収塔１０に供給することが望ましい。

上記第１濃度範囲とは、通常運転時、リッチ溶液流通配管Ｌ１，Ｌ２を流れる際のリッチ溶液のＣＯ_２濃度の範囲である。また、上記第２濃度範囲とは、通常運転時のリーン溶液流通配管Ｌ３，Ｌ４を流れる際のリーン溶液のＣＯ_２濃度の範囲であり、第１濃度範囲より低い濃度範囲となる。なお、これら濃度範囲は、ＣＯ_２回収装置１００’の運転状態に応じて適宜設定できる。また、上記フローチャートには示していないが、制御装置６０は、流体の濃度測定結果で、第１濃度範囲と第２濃度範囲である場合、その流体は、リッチ溶液流通配管Ｌ１に供給することが望ましい。その理由は、ＣＯ_２濃度が第２濃度範囲よりも高い場合は、その流体を吸収塔１０に供給するとＣＯ_２吸収効率が下がるため、再生塔２０に吸収する配管に戻すことがよいからである。

以上のように構成された第２実施形態のＣＯ_２回収装置１００’によれば、熱交換器３０’の密閉部材３５’内に生じた流体を適切に処理し、ＣＯ_２回収装置１００’の運転に与える影響を抑制できる。特に、密閉部材３５’内に生じた流体の種類を判定し、適切な流通配管に供給することとしたため、ＣＯ_２回収装置１００’のＣＯ_２吸収効率に与える影響をも最小限に抑制できる。

以上の実施形態においては、流体として、リーン溶液とリッチ溶液とを対象とし、流体中のＣＯ₂濃度を判別することで、漏洩について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＣＯ₂回収装置においては、吸収液と冷却水との熱交換の場合においては、漏洩の有無の判別方法として、吸収液濃度を測定する吸収液濃濃度測定装置を用いることができる。また、吸収液の濃度が薄い吸収液と冷却水との熱交換の場合においては、漏洩の有無の判別方法として、吸収液濃度の濃度を測定する吸収液濃度測定装置を用いることができる。また、排ガス冷却循環水と冷却水との熱交換の場合においては、漏洩の有無の判別方法として、水の温度を計測する温度計又は水中の溶解物の濃度を測定する測定装置を用いることができる。

また、ＣＯ₂回収装置以外の設備としては、石油関連設備において、石油と石油との熱交換の場合には、漏洩の有無の判別方法として、石油の温度を計測する温度計又は石油の種類を測定する測定装置を用いることができる。また、石油と冷却水との熱交換を行う場合には、漏洩の有無の判別方法として、石油の有無を判別する判別装置を用いることができる。さらに、デハイドレーション設備（例えばトリエチレングリコール方式による設備）において、リーン溶液とリッチ溶液との熱交換の場合には、漏洩の有無の判別方法として、トリエチレングリコール濃度を測定する濃濃度測定装置を用いることができる。

一般に、プレート式熱交換器では、比較的温度差の少ない形での媒体の熱交換を行っており、どこの箇所で漏れたかにより、かなり温度の違いがある為、温度だけの確認では漏れた流体の判別が難しいことが多いが、本発明を適用することで、確実の漏洩の有無を確認することができる。

＜変形例＞
以上のように本発明のＣＯ_２回収装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記各実施形態に限定されるべきものではなく、特許請求の範囲に表現された思想および範囲を逸脱することなく、種々の変形、追加、及び省略が当業者によって可能である。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、第１実施形態のプレート式熱交換器の変形例を示す図である。例えば、上記実施形態では、第１伝熱プレート３１Ａ及び第２伝熱プレート３１Ｂは矩形状のプレートを図示して説明したが、これに限られない。すなわち、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、第１伝熱プレート３１Ａ’及び第２伝熱プレート３１Ｂ’は円形のプレートであり、伝熱プレート層３１は円筒状とすることもできる。伝熱プレート層３１を円筒状とすることで、密閉部材３５が、伝熱プレート層３１の内圧と同一の耐圧構造をとりやすく、均等に伝熱プレート層３１を圧することができる。

また、上記実施形態では、プレート式熱交換器として、ＣＯ_２回収装置で用いる熱交換器を一例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、ＣＯ_２回収装置以外の種々の装置（例えば、火力発電）の熱交換器にも適用できる。なお、２種の流体は、同一の流体成分を含む場合に限られず、異なる流体成分のものであってもよい。また、２種の流体は、液体同士に限られず、気体と液体、気体同士であってもよい。

さらに、第２実施形態において、密閉部材３５’の底部から延出した配管Ｌ５は、リッチ溶液流通配管Ｌ１又はリーン溶液流通配管Ｌ４に接続される場合を例示したが、本発明はこれに限られず、システム構成の制約や条件に応じて、リッチ溶液流通配管Ｌ２又はリーン溶液流通配管Ｌ３に接続する構成としてもよい。熱交換器３０’がＣＯ_２回収装置以外に用いられる場合は、第１フレーム部材３２の第１供給口２３１、第１排出口２３２、第２供給口２３３、及び第２排出口２３４にそれぞれ供給される流通配管の少なくとも一つを選択して底面の流体を供給するよう、適宜設定変更できる。

１００,１００’…ＣＯ_２回収装置、１０…吸収塔、２０…再生塔、３０，３０’…熱交換器、３１…伝熱プレート層、３１Ａ，３１Ｂ…第１，第２伝熱プレート、３２…第１フレーム部材、３３…第２フレーム部材、３４…ガスケット、３５，３５’…密閉部材、３６…締付ボルト、３７…締付穴、２３１…第１供給口、２３２…第１排出口、２３３…第２供給口、２３４…第２排出口。

Claims (8)

1. 第１流体が内部に流通する第１伝熱プレートと第２流体が内部に流通する第２伝熱プレートとを交互に積層し、前記第１伝熱プレートと前記第２伝熱プレートとのそれぞれの間の外周部分にガスケットを備える伝熱プレート層と、
   前記伝熱プレート層の積層方向の一方の端部に位置する第１フレーム部材と、
   前記伝熱プレート層の積層方向の他方の端部に配置され、前記第１フレーム部材と前記伝熱プレート層を挟持して固定する第２フレーム部材と、
   前記第１フレーム部材と接合され、前記伝熱プレート層及び前記第２フレーム部材を前記第１フレーム部材とで密閉して覆う密閉部材と、を備えるプレート式熱交換器であって、
   前記第１フレーム部材は、前記第１伝熱プレートに前記第１流体を供給する第１供給口、及び該第１伝熱プレートから前記第１流体が排出される第１排出口と、前記第２伝熱プレートに前記第２流体を供給する第２供給口、及び該第２伝熱プレートから前記第２流体が排出される第２排出口と、を有し、
   前記密閉部材の底面から該密閉部材の外部に延出し、前記第１供給口に供給される前記第１流体の流通配管、前記第１排出口から排出される前記第１流体の流通配管、前記第２供給口に供給される前記第２流体の流通配管、及び前記第２排出口から排出される前記第２流体の流通配管の少なくとも一つに接続された、前記密閉部材の底面の流体を供給可能な配管を更に備える、プレート式熱交換器。
2. 前記密閉部材は、前記伝熱プレート層の内圧と同一の耐圧構造である、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
3. 前記第１流体は、前記第２流体と同一の流体成分を含む、請求項２に記載のプレート式熱交換器。
4. 前記第１伝熱プレート及び前記第２伝熱プレートは、円形のプレートであり、
   前記伝熱プレート層は、円筒状である、請求項２又は請求項３に記載のプレート式熱交換器。
5. 前記密閉部材の底面の流体を測定する測定器と、
   前記測定器の測定結果に基づき、前記第１供給口、前記第１排出口、前記第２供給口、及び前記第２排出口にそれぞれ供給される流通配管の少なくとも一つを選択して前記底面の流体を供給する、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
6. 前記測定器は、前記密閉部材の底面の流体の温度を測定する温度測定器、前記密閉部材の底面の流体の濃度を測定する濃度測定器、又は流体中のＣＯ₂濃度を測定する濃度測定器の少なくともいずれか一つである、請求項５に記載のプレート式熱交換器。
7. 被処理ガスから吸収液を用いてＣＯ_２を吸収除去し、該ＣＯ_２を吸収した吸収液であるリッチ溶液を排出する吸収塔、前記吸収塔から排出されたリッチ溶液を加熱してＣＯ_２を分離し、前記吸収塔で用いるＣＯ_２吸収液として再生したリーン溶液を排出する再生塔、及び前記リッチ溶液と前記リーン溶液とを熱交換する熱交換器を含むＣＯ_２回収装置であって、
   前記熱交換器は、
   前記リッチ溶液が内部に流通する第１伝熱プレートと前記リーン溶液が内部に流通する第２伝熱プレートとを交互に積層し、前記第１伝熱プレートと前記第２伝熱プレートとのそれぞれの間の外周部分にガスケットを備える伝熱プレート層と、
   前記伝熱プレート層の積層方向の一方の端部に位置する第１フレーム部材と、
   前記伝熱プレート層の積層方向の他方の端部に配置され、前記第１フレーム部材と前記伝熱プレート層を挟持して固定する第２フレーム部材と、
   前記第１フレーム部材と接合され、前記伝熱プレート層及び前記第２フレーム部材を前記第１フレーム部材とで密閉して覆う密閉部材とを備える、ＣＯ_２回収装置であって、
   前記第１フレーム部材は、前記第１伝熱プレートに前記リッチ溶液を供給する第１供給口、及び該第１伝熱プレートから前記リッチ溶液が排出される第１排出口と、前記第２伝熱プレートに前記リーン溶液を供給する第２供給口、及び該第２伝熱プレートから前記リーン溶液が排出される第２排出口と、を有し、
   前記熱交換器は、前記密閉部材の底面から該密閉部材の外部に延出し、前記第１供給口に供給される前記リッチ溶液の流通配管、前記第１排出口から排出される前記リッチ溶液の流通配管、前記第２供給口に供給される前記リーン溶液の流通配管、及び前記第２排出口から排出される前記リーン溶液の流通配管の少なくとも一つに接続された、前記密閉部材の底面の流体を供給可能な配管を更に備える、ＣＯ_２回収装置。
8. 前記熱交換器は、前記密閉部材の底面の流体を測定する測定器を更に備え、
   前記測定器の測定の結果、前記流体がリッチ溶液と判定した場合には、前記流体を前記第１供給口に供給される前記リッチ溶液の流通配管に供給し、前記流体がリーン溶液と判定した場合には、前記流体を前記第２排出口から排出される前記リーン溶液の流通配管に供給する、請求項７に記載のＣＯ_２回収装置。

Images