(57)【要約】      （修正有）【課題】コンパクトで導入コストの低い気液吸収タイプの脱臭装置を提供する。【解決手段】臭気成分を含む気体と、前記臭気成分を除去するための液体を接触する強制拡散手段として前記気体を３次元的に回転させることによって生じる圧力差が前記液体の拡散運動の主たる原動力となるようにした。脱臭液は、前記気体の高速回転によって生じる負圧によって回転の中心位置に設けられた脱臭液出口のノズルから噴出され前記回転流体に拡散し、接触効果を高めた。この回転運動は渦を作りながら起こる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
臭気成分を含む非粘性気体（以下気体と称す）と前記臭気成分を除去するための粘性液体（以下液体と称す）を接触する強制拡散手段として、前記気体を３次元的に回転させることによって生じる圧力差が前記液体の拡散運動の主たる駆動力となることを特徴とする圧力差駆動脱臭装置（以下本装置と称す）。
【請求項２】
本装置が、中空筒体を有し、その中に固定翼を設けた３次元回転の過流形成盤と、該過流形成盤に近接して設けた過流受盤とからなる空間に前記気体を送風して回転させる構造であることを特徴とする、請求項１の本装置。
【請求項３】
前記過流形成盤には適当な間隔の斜状固定翼を設け、前記固定翼の上面を略水平面に形成してなる、請求項２の過流形成盤。
【請求項４】
前記過流受盤が截頭円錐筒状を成し、前記液体供給器が前記過流形成盤の中央部を液体タンクに連通することを特徴とする、請求項２の過流受盤及び請求項１の本装置。
【請求項５】
前記過流受盤の上方の中空筒体内に仕切壁を設け、該仕切壁の中央部に過流受盤方向を小口径にした円筒状の気体排出筒体を設けてなる、請求項１の本装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】〔発明の属する技術分野〕
【０００２】工場または集中臭気発生地域における脱臭装置〔従来の技術〕
【０００３】臭気を強制的に脱臭媒体と接触させることは脱臭の重点技術であり、前記の脱臭媒体が吸着剤であるかそれとも化学反応剤であるかに関係なく必ず行われている。前記脱臭媒体が液体である場合、気体である臭気を含む空気と前記液体との接触条件が脱臭効率にかかわる重要な要因である。そのため、古くから種々の方法が実施されてきた。
【０００４】いわゆるシャワーリング方式とは、液体を小口径の間口から落下させ、逆の方向から臭気気体を強制送風して気−液接触を行うものである。例えば特開２００４−１９５３３１がその例であるが、ここでは気−液接触効率を上げるために中間部に充填層を追加している。シャワーリング方式は本来、気−液接触効率が不十分であるため、追加的に色々な工夫が成されているが、両流体の流れ方向が逆であること、シャワーの液体の球径が大きいことなどから限界がある。
【０００５】もう１つの方法はスクラバー方式で、根本的にはシャワーリング方式と同類であるが、気−液接触のため中間層に特殊な構造を設けて、気−液が同じ流路を通りながら接触すること及び、その流路をらせん状及び中間充填材によって接触距離を拡大する。この方法は装置が大きくなったり、製作費用が高価となる。特開２００４−１８１４１９はスクラバー方式を若干変則的に変えたものであるが、原理的には同じである。〔課題を解決する手段〕
【０００６】臭気を含む空気を中空筒体内で高速回転させる場合、この流体運動は、非粘着性、非圧縮性気体の渦有り回転運動として解析する。この流体の回転運動に関する正確な解析は現段階では完成していない。本発明は、定性的な回転流体を応用して装置製作を試行錯誤的に行った。
【０００７】前記流体運動を理解するには、開口球内におけるヒックス渦が参考になるので、これを図１に示しながら説明する。図１において、流速Ｖ１の流体が球内に入り、球内で過流の回転をすると仮定する。そして流速Ｖ２で上部の球外に排気される。このとき、球の入口と出口において運動量は保存されるものとし、球内運動を簡単に紹介する。気体は、図１のＺ軸に沿って進行し、球の中では気体が回転運動している。一方気体は、球の外、即ちＺ軸の下方と上方では渦なしの流れであると仮定する。図２に説明のための極座標を示すが、図１の座標よりわかりやすい。2006212618.tif 000003
解は2006212618.tif 000004
に関係ない一般の回転運動でるが、球内では半径をａとすると、2006212618.tif 000005
となる。但し  Ｃ＝λ４Ａ／３０πａ４で  λ、Ａは任意定数である。つまり2006212618.tif 000006
回転する。2006212618.tif 000007
臭気を含む空気を中空筒体内で高速回転させる場合、この流体運動は、非粘着性、非圧縮性気体の渦有り回転運動として解析する。この流体の回転運動に関する正確な解析は現段階では完成していない。本発明は、定性的な回転流体を応用して装置製作を試行錯誤的に行った。
【０００７】前記流体運動を理解するには、開口球内におけるヒックス渦が参考になるので、これを図１に示しながら説明する。図１において、流速Ｖ１の流体が球内に入り、球内で過流の回転をすると仮定する。そして流速Ｖ２で上部の球外に排気される。このとき、球の入口と出口において運動量は保存されるものとし、球内運動を簡単に紹介する。気体は、図１のＺ軸に沿って進行し、球の中では気体が回転運動している。一方気体は、球の外、即ちＺ軸の下方と上方では渦なしの流れであると仮定する。図２に説明のための極座標を示すが、図１の座標よりわかりやすい。2006212618.tif 000008
解は2006212618.tif 000009
に関係ない一般の回転運動でるが、球内では半径をａとすると、2006212618.tif 000010
となる。但し  Ｃ＝λ４Ａ／３０πａ４で  λ、Ａは任意定数である。つまり2006212618.tif 000011
回転する。2006212618.tif 000012
λＡ／２πａ２・（３Ｊ／λ−ｓｉｎλ）＝３／２Ｖ    ・・・・・▲７▼という関係である。ここでＪはλの関数である（ヒックスの渦）。2006212618.tif 000013
θ）点において一定の角速度で回転することがわかる。また  Ｒ＝ａでは2006212618.tif 000014
の場合、圧力差はどうなるのかを説明する前に、本装置の稼動条件から2006212618.tif 000015
まず回転渦を発生させる容器の形状が前述したように球形ではないが、この点はとりあえず球として考える。送風機から連続的に強制的に気体2006212618.tif 000016
いっぱい存在することとなる。この時、１つの渦輪とその下の渦輪は同じ方向の運動にならないでより複雑な動きをする。これに関しては  Ｃ．Ｌ．Ｐｅｋｅｒｉｓ，ｐｒｏｃ．Ｎａｔ．Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，３９，Ｍａｙ１５（１９５３）を参照することとするが、本装置においては前記の回転流体群を形成させるものであり、（実際は連続流体であるが）2006212618.tif 000017
【０００８】圧力と回転流体の半径Ｒとの関係は気体が一定の角速度で回転する１つの気体を考えると向心力はｆ＝ρＶ２／Ｒであり、これはＲ方向の圧力差                ∂ｐ／∂Ｒ＝ρＶ２／Ｒ          ・・・・・・▲８▼  である。但し、ここで座標は（ｘ、ｙ）平面を考えているからＶ２＝Ｖ２Ｘ＋Ｖ２ｙ、Ｒ２＝ｘ２＋ｙ２を意味する。角速度で表わすと  Ｖ＝ω／２・Ｒ、ＶＸ＝−ω／２・ｙ、Ｖｙ＝ω／２・Ｘと  ω＝２Ｖｙ／∂Ｘの関係から▲８▼式の  ∂ｐ／∂Ｒ＝ρω２／４・Ｒ・・・・・▲９▼となり                Ｐ＝ρω２Ｒ２／８＋Ｃ・・・・・▲１０▼の関係となる。▲９▼式から見ると回転流体の圧力差は、半径が大きいほど回転速度が速いほど大きくなる。本装置ではＺ軸を中心にＲ１、Ｒ２、・・・・Ｒｉなど異なった半径の回転渦が発生するため全体的に表わすと（３次元的に）                ∂ｐ’／∂ｘ’＝Ｃ１（ω）Ｖ’ｙ・・・・・▲１１▼                ∂ｐ’／∂ｙ’＝Ｃ２（ω）Ｖ’ｘ・・・・・▲１２▼                ∂ｐ’／∂ｚ’＝Ｃ３（ω）Ｖ’ｚ・・・・・▲１３▼2006212618.tif 000018
流体の様々な半径を持つ回転運動を統一的に記述するか、包絡線で記述するかの必要があるが、現段階では、この整理が行われていない。本装置において、実験的に言えることは、「渦形成によってＺ軸を中心に」３次元的に圧力勾配が生まれて、それによって前記液体が噴出され渦の回転気体層へ拡散して行き、気−液接触効率を向上させる。前記▲１１▼、▲１２▼、▲１３▼式2006212618.tif 000019
る。Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、角速度に気体の密度をかけた定数であるが角速度もそれぞれの回転条件によって異なるので、上記のような表現とした。前記▲１１▼、▲１２▼、▲１３▼式の意味を説明するためにＺ軸に発生する圧力差を単純なモデルで示すと図３の通りである。半径が異なる回転渦がある距離をおいてＺ軸に並んだとき、その輪の中心をＡ、Ｂ、Ｃとする。もう１つのＺ軸をＺ’とすると、これはＺと平行するもので、Ａ、Ｂ、Ｃと同じｘｙ平面状にある。これをＡ’、Ｂ’、Ｃ’とする。各輪における圧力勾配は、半径の長さと回転速度によって異なるので、つまり、輪が大きいほど大きいのでＡとＡ’、ＢとＢ’、ＣとＣ’間の圧力差は同じではない。実際、回転渦が独立ではなく連続するので、Ｚ軸における圧力勾配はΔＰＡ、ΔＰＢ、ΔＰＣの関数として現れる。脱臭液の噴出圧をＰ０、重力による圧力をＰ’とすると、Ｐ０＝０つまり脱臭液を送るためポンプを使用しない場合、Ｚ軸における前記圧力勾配がＰ’に打ち勝てば、脱臭液は自動的に噴出する。
【０００９】本装置の構造を説明する。図４は本装置の重要部分である中空筒体１及びその内部構造を示す断面図である。臭気を含む気体は図示していないが送風機によって強制的に送風管２を通って上向きに流れ斜状の固定翼３によってスピンがかかった流れに変換され、空間４に入る。この空間を回転渦と液体の接触空間とするが、その構造は半球形に近い。前記空間４で十分気液接触が行われ、気体中の臭気成分が液体に拡散移行して、空間７に出てくる。ここでは気−液が混合した流体が流速の低下に伴って気−液が分離され、液体リッチの流体は排出口１０を通って、気体のみ分離管９を通って外に出、液体は排出口１０と直結する脱臭液体タンク（図５）にもどる。一方気体リッチ、またはほぼ気体だけの流体は排出口８を通って外へ排気される。前記空間４に脱臭液体を送り込む仕組みは図示していないが、脱臭液供給管５を通って噴出ノズル６から送られる。図５は本装置の全体構造を示すもので、中空筒体１の右下には送風機Ａが取り付けられる。左側には前記気−液分離管９の一端が脱臭液タンク１１に連結されている。脱臭液供給管５は、脱臭液タンク１１に通じ、供給量の制御をバルブ１２で行う。中空筒体１の中間に、ある回転過流を作り、気−液を接触させる空間４は下方が過流形成盤１３で、これは１２枚の固定翼３を互いに間隔を置いて斜状にかつ中空筒体１の中心から内周面へ向かって放射状に設け、第６図に示す如く、いわゆる風車状に設けたものであり、前記１２枚の固定翼３の上側面は略水平面に形成されている。これは前記中空筒体１の内径や、臭気成分を含む気体の風速に応じてその枚数を増減することができる。１４は過流受盤で中空筒体１の過流形成盤１３に近接した上方に截頭円錐筒体に下方の口径を大きく形成して突周設されている。１５は気体リッチ、又はほぼ気体の排出口８で、筒体の形となっている。これは中空筒体１の内に、仕切壁１５を直交方向に張設し、該仕切壁１５の中央部に設けた下方を小口径に形成した逆テーパーの円筒体である。１６は排気筒で中空筒体１の上端に前記中空筒体７の口径より小口径に形成されて一体に設けられている。〔実施例（１）〕
【００１０】▲１▼臭気の種類          トリエチルアミン▲２▼使用場所            イソキュアー（鋳造用造型法）                          ガス中和槽排気口▲３▼測定方法            検知管方式▲４▼本発明装置の機能    風量１２ｍ３／分                          電圧１００Ｖ▲５▼脱臭液              脱臭液オルト−Ａ（出願人において開発したものの商標名）なお市販のものでもよい2006212618.tif 000020
尚、本装置による脱臭で、排気中の気体中の臭気濃度がほぼゼロとなった。〔実施例（２）〕
【００１１】▲１▼臭気の種類          アンモニア▲２▼使用場所            １２０ｍ３密室▲３▼測定方法            検知管方式▲４▼本発明装置の機能    風量１２０ｍ３／分                          電圧１００Ｖ▲５▼脱臭液              オルトＡ（出願人において開発したものの商標名）なお市販もののでもよい2006212618.tif 000021
本発明の脱臭方法においては、脱臭液と臭気ガスにおける気液接触法による脱臭がシャワー方式又はスクラバー方式による従来方法と全く異なり、脱臭液を臭気ガスとともに高速回転させて渦流させることにより脱臭液体の接触条件が著しく改善されることが明らかになった。〔発明の効果〕
【００１２】本発明は、流体運動の詳細な解析の面ではまだ課題を残しているが、回転渦を気−液接触の手段として利用する方法はその効果が明らかになった。また装置がコンパクトで導入コストが低減できた。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】開口球における回転流体の進行を仮想に示す。断面図及び座標表示  Ｖ１：入口の気体の流速  Ｖ２：出口の気体の流速  ｘ，ｙ，ｚ：座標軸
【図２】
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【図３（ａ）】Ｚ、Ｚ’軸の正面から見た回転流体の平面図  ｘ、ｙ、ｚ：座標軸  Ｚ’：Ｚ軸と平行な軸
【図３（ｂ）】Ｚ軸に直角平面（ｘｙ面）上の回転を示す立体図  Ａ：Ｚ軸上の高さＡで回転する流体の中心  Ｂ：Ｚ軸上の高さＢで回転する流体の中心  Ｃ：Ｚ軸上の高さＣで回転する流体の中心  Ａ’：Ｚ’軸上のＡ平面の交叉点  Ｂ’：Ｚ’軸上のＢ平面の交叉点  Ｃ’：Ｚ’軸上のＣ平面の交叉点
【図４】回転渦の発生と脱臭液体を接触させる空間と脱臭済み気体の排出を示す中空筒体の断面図  １．中空筒体  ２．送風管  ３．固定翼  ４．気−液接触空間  ５．脱臭液供給管  ６．液体噴出ノズル  ７．気液分離空間  ８．気体排出口  ９．気液分離管  １０．液体排出口
【図５】本装置の全体構造を示す断面図  １．中空筒体  ２．送風管  ３．固定翼  ４．気−液接触空間  ５．脱臭液供給管  ６．液体噴出ノズル  ７．気−液分離空間  ８．気体排出口  ９．気−液分離管  １０．液体排出口  １１．脱臭液タンク  １２．脱臭液供給バルブ  １３．渦流形成盤  １４．渦流受盤  １５．仕切壁  １６．排気筒  Ａ：送風機
【図６】渦流形成盤及び脱臭液ノズルを上から見た平面図  １．中空筒体  ３．固定翼  ６．脱臭液供給ノズル  １３．渦流受盤
【図７】図６の固定翼を正面から見た断面図  ３．固定翼  １３．渦流受盤
【符号の説明】
【００１４】Ｒ：回転流体輪の半径2006212618.tif 000023
流体の一点Ｍまでの距離2006212618.tif 000024
Ｖθ：回転流体のθ方向の流速2006212618.tif 000025
偏微分の和を示す。Ｃ：定数  λ、Ａ：任意定数Ａ：ある回転流体の最外側までの距離を表わし、同時に球の内壁までの半径となる2006212618.tif 000026
∫：回転流体の密度ＶＸ：流体速度のｘ−成分  Ｖｙ：流体速度のＹ−成分ω：オメガと読み回転流体の角速度∂：例えば  ∂ν／∂χ  とはνをχで微分するときの記号でラウンドと読むＰ：圧力  ∂Ｐ／∂Ｒ：Ｒ−方向の圧力勾配
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年4月6日(2005.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
2006212618.tif 000036
【図３（ｂ）】
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【図４】
2006212618.tif 000038
【図５】
2006212618.tif 000039
【図６】
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【図７】
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