(57)【要約】【課題】異なる流体を効率よく混合させることにより、流体同士の接触反応が効率的に行われる流体混合器を提供する。【解決手段】開口部及び混合部を有する複数の流体混合ユニット１２を、充填塔内部に配置した流体混合器１０であって、複数の流体混合ユニット１２は、その軸方向の向きが互いに異なるように配置されている流体混合器を構成する。【選択図】図１
2008183501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部及び混合部を有する複数の流体混合ユニットを、充填塔内部に配置した流体混合器であって、
前記複数の流体混合ユニットは、その軸方向の向きが互いに異なるように、不規則的に配置されている
ことを特徴とする流体混合器。
【請求項２】
開口部及び混合部を有する複数の流体混合ユニットを、充填塔内部に配置した流体混合器であって、
前記複数の流体混合ユニットを、その軸方向が前記充填塔の直径方向に対して垂直となる方向に、規則的に隣接させて配置した
ことを特徴とする流体混合器。
【請求項３】
開口部及び混合部を有する複数の流体混合ユニットを、充填塔内部に配置した流体混合器であって、
充填塔内部を流れる流体の向きと垂直となる方向に、前記複数の流体混合ユニットを隣接配置させることにより流体混合ユニット群を構成し、
充填塔内部を流れる流体の向きに沿って、前記流体混合ユニット群を多層状に配置した
ことを特徴とする流体混合器。
【請求項４】
前記流体混合ユニット群を構成する流体混合ユニットの数が、各層で等しいことを特徴とする請求項３に記載の流体混合器。
【請求項５】
前記流体混合ユニット群を構成する流体混合ユニットの数が、隣接する層で互いに異なることを特徴とする請求項３に記載の流体混合器。
【請求項６】
前記流体混合ユニットは、円筒状の通路管内に、少なくとも１以上の螺旋状の羽根体と、少なくとも１以上の流体通路とを有していることを特徴とする請求項１乃至５に記載の流体混合器。
【請求項７】
前記複数の流体混合ユニットの形状は同一であることを特徴とする請求項１乃至６に記載の流体混合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種以上の流体を混合する、充填材が充填された気液接触型の流体混合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
充填材を用いる気液接触型の流体混合器は、垂直円筒内に充填材を規則的又は不規則的に充填することによって構成されている。そして、この円筒内に液体を投入すると、混合器内に充填された充填材によって分散され、充填材の表面を伝わって、膜状に円筒内を流下する。
一方、気体は、この円筒内に上方又は下方から供給され、充填材の間隙を移動する。
これにより、円筒内において、充填材の表面付近で液体と気体とが接触し、気液接触が行われて、ガス冷却、ガス吸収、集塵、蒸留等が行われる。
【０００３】
上述の充填材の適当な条件としては、表面積が大きく、尚且つ流体の圧力損失が少ないこと等が挙げられる。そして、これらの特性を有するものとして、例えば、ラシヒリング（Rasching ring）や、くら型（Berl saddle）の充填材が従来から用いられていた。
【０００４】
また、さらに大きな表面積を有し、気液接触の効率を向上させることができる充填材として、充填塔内に並行に配置され、波形溝及び小孔の列を有する複数の薄層物によって構成された充填材を用いた流体混合器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この流体混合器によれば、液を塔内の全断面において均一に分布させることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−０８０２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
流体混合器での反応は、気液接触部である充填材の表面における気体と液体との接触反応であるため、充填材の表面積の大きさが、流体混合器の処理能力に大きな影響を与える。
このため、流体混合器において高い処理の能力を得るためには、充填材の表面積をできるだけ大きくする必要がある。
【０００７】
しかしながら、従来の充填材では、気液接触の効率を上げるために表面積を大きくしすぎると、気液接触界面積を確保することはできるが、流体の流通を妨げることになるため、流体の圧力損失が大きくなることが避けられない。
また、気液接触の効率を上げるため、気体又は液体の流量を大きくした場合、充填材による圧力損失が大きくなる。さらに、フラッディングが発生し、安定に操作できなくなる。
このため、従来の流体混合器では、気液接触の効率を向上させることが困難であった。
【０００８】
上述した問題の解決のため、本発明においては、異なる流体を効率よく混合させることにより、流体同士の接触反応が効率的に行われる流体混合器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の流体混合器は、開口部及び混合部を有する複数の流体混合ユニットを、充填塔内部に配置した流体混合器であって、複数の流体混合ユニットは、その軸方向の向きが互いに異なるように、不規則的に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の流体混合器は、開口部及び混合部を有する複数の流体混合ユニットを、充填塔内部に配置した流体混合器であって、複数の流体混合ユニットを、その軸方向が前記充填塔の直径方向に対して垂直となる方向に、規則的に隣接させて配置したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の流体混合器は、開口部及び混合部を有する複数の流体混合ユニットを、充填塔内部に配置した流体混合器であって、充填塔内部を流れる流体の向きと垂直となる方向に、複数の流体混合ユニットを隣接配置させることにより流体混合ユニット群を構成し、充填塔内部を流れる流体の向きに沿って、流体混合ユニット群を多層状に配置したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の流体混合器によれば、充填材として混合部を有する流体混合ユニットを用いる。そして、この流体混合ユニットの混合部において内部を流通する気体及び液体が混合されるため、充填材表面における接触反応だけでなく、流体混合ユニット内を通過した気体と液体とが混合されることによる接触反応が起こる。
従って、充填材の表面積の大きさに係らず、気体と液体との接触を行うことができるため、気液接触を効率的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の流体混合器によれば、気液接触が効率よく行われることにより、気体と液体との接触反応を効率よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の具体的な実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態の流体混合器の斜視断面図である。
【００１５】
流体混合器１０は、充填塔１１と、この充填塔１１内に充填された流体混合ユニット１２とによって構成される。
【００１６】
充填塔１１は円筒状部材で構成され、内部を流体が流通できる構成である。
そして、この充填塔１１内に、充填材として複数の流体混合ユニット１２が不規則充填され、その軸方向の向きが互いに異なるように不規則に充填されている。
【００１７】
充填塔１１内に充填された流体混合ユニット１２は、開口部１４及び流体混合部１７が設けられている。
開口部１４は、流体混合ユニット１２を形成する筒状の通路管１３の両端に設けられる。そして、混合部１７は、通路管１３の内部に形成される。
【００１８】
図１に示した流体混合器１０は、例えば、充填塔１１の円筒内部に、グリッド板等を設置し、充填塔１１の上方から、必要な量の流体混合ユニット１２を投入し、不規則充填することにより形成することができる。
流体混合器の大きさは必要に応じて、例えば、直径方向の長さが２００ｍｍ〜２０００ｍｍ程度で構成される。
【００１９】
次に、上述の流体混合器１０に充填される流体混合ユニット１２について、図２（ａ），（ｂ）、及び、図３（ａ）〜（ｈ）を用いて説明する。図２（ａ），（ｂ）は、流体混合器１０に充填される流体混合ユニット１２の一例を示す斜視図であり、図３（ａ）〜（ｈ）は流体混合ユニット１２の一例を示す平面図である。
流体混合器１０に充填される流体混合ユニット１２は、図３（ａ）〜（ｈ）に示すように、８種類の異なる形態で構成される。
【００２０】
図２（ａ），（ｂ）に示す流体混合ユニット１２Ａ，Ｂは、開口部１４及び混合部１７によって構成される。
【００２１】
開口部１４は、流体混合ユニット１２Ａ，Ｂを形成する筒状の通路管１３の両端に設けられる。そして、混合部１７は、通路管１３内に形成された螺旋状の羽根体１５Ａ，Ｂ及び流体通路１６によって形成される。
【００２２】
図２（ａ），（ｂ）に示す流体混合ユニット１２Ａ，Ｂの羽根体１５Ａ，Ｂは、通路管１３の内壁に約１８０度の間隔をおいて設けられた２枚の羽根体によって形成されている。
そして、図２（ａ）に示す流体混合ユニット１２Ａの羽根体１５Ａは、通路管１３の長手方向の一端部から他端部に向けて時計方向（右方向）に約９０度捻られて構成される。
また、図２（ｂ）に示す流体混合ユニット１２Ｂの羽根体１５Ｂは、反時計方向（左方向）に、約９０度捻られて構成されている。
これらの時計方向及び反時計方向に捻られた羽根体１５Ａ，Ｂは、通路管１３の中心部で２つに分離されている。そして、この羽根体１５Ａ，Ｂが２枚に分離されることにより、通路管１２の全長にわたって連通した形状の流体通路１６が、開口部１４同士を通じて形成される。
【００２３】
次に、図３（ａ）は、上述の図２（ａ）に示した流体混合ユニット１２Ａの平面図であり、図３（ｂ）は、上述の図２（ｂ）に示した流体混合ユニット１２Ｂの平面図である。
また、図３（ｃ）〜（ｈ）に示す流体混合ユニット１２Ｃ〜Ｈは、上述の流体混合ユニット１２Ａ，Ｂの羽根体１５Ａ，Ｂを、異なる形態の羽根体１５Ｃ〜Ｈによって形成している。
なお、図３（ａ）〜（ｈ）において、流体混合ユニットの開口部１４について符号及び説明を省略しているが、図２（ａ），（ｂ）に示す流体混合ユニット１２Ａ，Ｂと同じ構成である。
【００２４】
図３（ｃ），（ｄ）に示す流体混合ユニット１２Ｃ，Ｄの羽根体１５Ｃ，Ｄは、通路管１３の内壁の中で一体成形されて一枚の羽根体が形成されている。
そして、図３（ｃ）に示す流体混合ユニット１２Ｃの羽根体１５Ｃは、通路管１３の長手方向の一端部から他端部に向けて時計方向（右方向）に約９０度捻られて構成される。
また、図３（ｄ）に示す流体混合ユニット１２Ｄの羽根体１５Ｄは、反時計方向（左方向）に、約９０度捻られて構成されている。
これらの時計方向に捻られた羽根体１５Ｃ，Ｄは、通路管１３中で一体成形されることにより、この羽根体１５Ｃ，Ｄによってそれぞれ流体通路１６が、通路管１３中で二つに分離されて形成される。
【００２５】
図３（ｅ），（ｆ）に示す流体混合ユニット１２Ｅ，Ｆの羽根体１５Ｅ，Ｆは、通路管１３の内壁に約１２０度ずつ間隔を置いて設けられた、３枚の羽根体が通路管１３の中心部で３つに分離されて形成されている。
そして、図３（ｅ）に示す流体混合ユニット１２Ｅの羽根体１５Ｅは、通路管１３の長手方向の一端部から他端部に向けて時計方向（右方向）に約６０度捻られて構成される。
また、図３（ｆ）に示す流体混合ユニット１２Ｆの羽根体１５Ｆは、反時計方向（左方向）に、約６０度捻られて構成されている。
これらの時計方向及び反時計方向に捻られた羽根体１５Ｅ，Ｆは、通路管１３の中心部で３つに分離されることにより、通路管１２の全長にわたって連通した形状の流体通路１６が、開口部１４同士を通じて形成される。
【００２６】
図３（ｇ），（ｈ）に示す流体混合ユニット１２Ｇ，Ｈの羽根体１５Ｇ，Ｈは、通路管１３の内壁に約１２０度ずつ間隔を置いて設けられた、３枚の羽根体が、通路管１３の中心部で一体に形成されている。
そして、図３（ｇ）に示す流体混合ユニット１２Ｇの羽根体１５Ｇは、通路管１３の長手方向の一端部から他端部に向けて時計方向（右方向）に約６０度捻られて構成される。
また、図３（ｈ）に示す流体混合ユニット１２Ｈの羽根体１５Ｈは、反時計方向（左方向）に、６０度捻られて構成されている。
これらの時計方向に捻られた羽根体１５Ｇ，Ｈは、通路管１３中で一体成形されることにより、流体通路１６が、それぞれ通路管１３中で３つに分離されて形成される。
【００２７】
このような流体混合ユニット１２の混合部１７を、異なる２種類の流体（例えば気体と液体）が向流又は並流で通流することにより、流体の一部が羽根体１５に沿って、螺旋状に回転し、右向き又は左向きの旋回流になる。これにより、異なる流体同士が、混合、撹拌される。
また、流体の一部は、羽根体１５によりせん断されて複数に分割して微細化される。
このように、流体が流体混合ユニット１２の混合部１７を通過することにより、混合部１７において、流体が回転、せん断、分割を繰り返し、２種類の流体が混合、撹拌して、効率よく接触する。
【００２８】
このように、本実施の形態の流体混合ユニット１２は、内部を通過する流体が混合部１７において、効率よく接触することができる特性を有している。
このような特性を有した充填材を使用することにより、気液接触の界面積を増加させるだけでなく、流体混合ユニット１２自体の有する上述の特性によって異なる流体を混合等できることにより、流体同士を効率よく接触させることができる。
このため、流体混合器の充填材として流体混合ユニット１２を用いると、流体同士が混合されるため、気液接触による液体への気体の溶解、吸収等の接触反応が促進される。
【００２９】
さらに、流体混合ユニット１２は、流体通路１６を有し、内部を流体が通過することができる構成であるため、圧力損失を低くすることができる。
このため、動力費及び保守管理費を低減することができると共に、装置内の気体の流速（空筒速度）を速くすることができ、流体混合器を小さくすることが可能である。
【００３０】
また、上述の流体混合器１０において使用する流体混合ユニット１２は、任意に選択することができる。例えば、流体混合ユニット１２Ａ〜Ｈのうち、同一形状の流体混合ユニットのみを使用して流体混合器１０を構成してもよく、また、異なる形状の複数種類の流体混合ユニット１２を同時に使用して流体混合器１０を構成してもよい。
【００３１】
このとき、羽根体１５が時計方向（右方向）に捻られた流体混合ユニット１２Ａ，Ｃ，Ｅ，Ｇと、羽根体１５が反時計方向（左方向）に捻られた流体混合ユニット１２Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈとを組み合わせて使用することにより、異なる流体同士を効率よく混合等でき、流体の接触効率を向上させることができる。
【００３２】
なお、流体混合ユニット１２において、通路管１３の直径方向の幅及び軸方向の長さ、開口部１４の面積、さらに、羽根体１５Ａ〜Ｈの直径方向の幅及び軸方向の長さ等は使用目的に合せて任意に設計することができる。
また、羽根体１５Ａ〜Ｈの捻りの角度は、約９０度に限らず、約４５度、約６０度、約１８０度などの任意に設定することができる。
ただし、流体混合ユニット１２Ａ〜Ｄにおいては、捻りの角度が９０度を超えると射出成型法による製造ができず、また、流体混合ユニット１２Ｅ〜Ｈにおいては、捻りの角度が６０度を超えると射出成型法による製造ができない。このため、羽根体１５Ａ〜Ｈの捻りの角度は、流体混合ユニット１２Ａ〜Ｄにおいては９０度以下、又は、流体混合ユニット１２Ｅ〜Ｈにおいては６０度以下とすることが好ましい。
【００３３】
これらの流体混合ユニット１２は、ステンレス、チタン、鉄、銅等の金属材料、プラスチック材料、セラミック材料、及び、これら材料の複合材料等から構成され、射出成形法、押出成形法、ロストワックス鋳造法、金属塑性加工法、粉末成形法等によって容易に製造することができる。
【００３４】
次に、図４に、本発明の第２の実施の形態の流体混合器２０の斜視断面図を示す。
図４は、図１で示した流体混合器１０において、流体混合ユニット１２を異なる充填方法によって充填した場合の流体混合器２０の様子を示す。
なお、図４に示した流体混合器において、流体混合ユニット１２の充填方法を除く各構成、及び、充填される流体混合ユニット１２は、図１に示した流体混合器１０と同様の構成であり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
図４に示した流体混合器２０は、図１に示した流体混合器１０の流体混合ユニット１２が不規則に充填されていたのに対し、流体混合ユニット１２を軸方向の向きが前記充填塔の直径方向に対して垂直となるように、規則的に隣接させて配置し、平面状の流体混合ユニット群を形成している。
流体混合ユニット１２は、流体混合器２０内に、流体混合ユニット１２の長手方向を鉛直にして配置する。つまり、流体混合ユニット１２の開口部１４が、流体混合器２０内を流れる流体の向きに合わせて配置される。
【００３６】
そして、この層状の流体混合ユニット群を積層して多層状に配列することにより、流体混合器２０内に流体混合ユニット１２が充填される。このとき、各層ごとの、流体混合ユニット１２は、上下する層において、開口部１４の位置をずらして積層される。
このため、流体混合ユニット群の各層における流体混合ユニット１２の数は、上下する流体混合ユニット群の各層において異なるように構成される。
【００３７】
図４に示した流体混合器２０は、流体混合ユニット１２を軸方向が垂直になるように隣接させて積層し、規則充填させたものである。
混合流体ユニット１２は、複数の流体混合ユニット１２を、それぞれ通路管１３の外壁同士を接続することにより、流体混合ユニット１２を平面状に並べた構成の流体混合ユニット群を形成する。
そして、平面状の流体混合ユニット群を、流体混合ユニット１２の開口部１４をずらして積層することにより、多層状の流体混合ユニット群を構成している。
【００３８】
上述の流体混合ユニット１２が規則充填された流体混合器２０では、図１に示した不規則充填された流体混合器１０に比べ、内部を通過する流体の流通が妨げられない構成となる。これは、内部を流体が通過することができる構成の流体混合ユニット１２を、流体の流れる向きに沿って開口部１４及び流体通路１６を合わせて設置して、上述の流体混合器２０を構成しているためである。
このため、流体混合器内で流体の圧力損失を低くすることができ、動力費及び保守管理費を低減することができると共に、装置内の気体の流速（空筒速度）を早くすることができ、流体混合器を小さくすることが可能である。
【００３９】
また、上述の流体混合器２０では、上下する流体混合ユニット群において、開口部１４をずらして積層することにより、一つの層で流体混合ユニット１２同士の間の空隙を通過した流体であっても、異なる層の流体混合ユニット１２の内部を通過する。
このため、流体混合ユニット１２により、流体が混合されて流体の接触効率を高めることができる。
【００４０】
上述の流体混合器２０に使用する流体混合ユニット１２の形状は、適宜選択することができる。例えば、同一形状の流体混合ユニット１２を使用して構成してもよく、また、形状の異なる複数の種類の流体混合ユニット１２を同時に使用して構成してもよい。
また、流体混合ユニット１２に設けられた羽根体１５の形状は、同一でも異なっていてもよい。
また、羽根体１５がそれぞれ異なる向きに捻られている形状の流体混合ユニット１２同士を組み合わせて使用することにより、異なる流体同士を効率よく混合等でき、流体の接触効率を向上させることができる。
【００４１】
なお、図４に示した流体混合器２０では、多層状の流体混合ユニット群を構成する各層の流体混合ユニット１２の数を異ならせて構成した。しかし、上下する各層において、流体混合ユニット１２の開口部１４の位置をずらして構成すれば、例えば、流体混合ユニット群を構成する流体混合ユニット１２の数は、各層において同数で構成してもよい。
この場合、流体混合器２０の内部において密に充填することができるように、層状の流体混合ユニット群を構成する各層の流体混合ユニット１２の数を設計することが好ましい。
【００４２】
図４に示した流体混合器２０は、例えば、充填塔１１の断面積に合わせて流体混合ユニット１２の通路管１３の外壁同士を接着して層状の流体混合ユニット群を複数形成する。そして、充填塔１１内部の図示していないグリッド板上にこの層状の流体混合ユニット群を設置し、所定の高さまでこの流体混合ユニット群を積層することによって形成することができる。
【００４３】
また、例えば、流体混合ユニット１２の直径に合わせて穴が設けられた固定板を用意し、この固定板に流体混合ユニット１２を挿し込むことにより、層状の流体混合ユニット群を形成してもよい。
そして、所定の高さまで固定板ごと流体混合ユニット群を積層して多層状に配列することにより、流体混合器２０内に流体混合ユニット１２を充填してもよい。さらに、通路管１３の端縁同士を接合して充填してもよい。
【００４４】
次に、図５に、本発明の第３の実施の形態の流体混合器３０の斜視断面図を示す。
図５は、図４で示した流体混合器２０とは異なる規則で流体混合ユニット１２を充填した場合の流体混合器３０の様子を示す。
なお、図５に示した流体混合器３０において、流体混合ユニット１２の充填方法を除く各構成、及び、充填される流体混合ユニット１２は、図１及び図４に示した流体混合器１０，２０と同様の構成であり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４５】
図５に示した流体混合器３０は、図４に示した流体混合器２０と同様に、流体混合ユニット１２を規則充填させたものである。
混合流体ユニット１２は、それぞれの開口部１４が合うように通路管１３の端縁同士が接続され、長手方向に連結されている。これにより複数の流体混合ユニット１２同士が、開口部１４及び流体通路１６を相互に連通し、筒状の流体混合ユニット群を形成している。そして、この筒状の流体混合ユニット群を、軸方向の向きが前記充填塔の直径方向に対して垂直となる方向で規則的に隣接させて配列されている。
この筒状の流体混合ユニット群を多数配列することにより、流体混合器３０内に流体混合ユニット１２が充填される。
【００４６】
上述の流体混合器３０に使用する筒状の流体混合ユニット群は、流体混合ユニット１２の開口部１４同士が接続されているため、流体が、最上部若しくは最下部の流体混合ユニット１２の開口部１４から流体混合ユニット１２、及び、流体混合ユニット群の内部を通過する。このため、流体混合ユニット１２の混合部１７及び開口部１４において、連続的に流体の混合を行うことができ、接触効率を向上させることができる。
また、内部を流体が通過することができる流体通路１６を有する流体混合ユニット１２が連通している構成のため、不規則充填に比べて内部を通過する流体の流通が妨げられない構成となる。
このため、流体混合器内で流体の圧力損失を低くすることができ、動力費及び保守管理費を低減することができると共に、装置内の気体の流速（空筒速度）を、より早くすることができ、流体混合器を小さくすることが可能である。
【００４７】
上述の流体混合器３０において、筒状の流体混合ユニット群を構成する場合には、同一形状の流体混合ユニット１２のみを使用して構成してもよく、また、形状の異なる複数の種類の流体混合ユニット１２を同時に使用して構成してもよい。
また、流体混合ユニット１２に設けられた羽根体の向きは、同一の向きとすることも、異なる向きとすることもできる。
また、羽根体１５がそれぞれ異なる向きに捻られている形状の流体混合ユニット１２同士を組み合わせて使用することにより、異なる流体同士を効率よく混合等でき、流体の接触効率を向上させることができる。
【００４８】
図５に示した流体混合器３０は、例えば、流体混合ユニット１２の開口部１４同士をあわせて、通路管１３の端縁部分を長手方向に接着し、所定の高さの筒状の流体混合ユニット群を複数形成する。そして、充填塔１１内部の図示していないグリッド板上にこの筒状の流体混合ユニット群を隣接させて並べることによって形成することができる。
【００４９】
また、例えば、流体混合ユニット１２の直径に合わせて穴が設けられた固定板を用意し、この固定板に流体混合ユニット１２を挿し込むことにより、層状の流体混合ユニット群を形成してもよい。
そして、上下する層において流体混合ユニット１２の開口部１４同士が合うように、所定の高さまでこの固定板ごと流体混合ユニット群を積層して多層状に配列することにより、流体混合器２０内に流体混合ユニット１２を充填してもよい。
【００５０】
また、固定板を用いて積層する場合には、流体混合器２０内において、隣接する流体混合ユニット１２間の間隙を固定板により埋めることができる。
このため、流体混合器３０に供給された流体は、流体混合ユニット１２間の間隙を通過せず、流体混合ユニット１２の内部を通過する構成となるため、流体の接触効率を高くすることができる。
【００５１】
次に、図６及び図７に、本発明の流体混合器を適用し、気体と液体との接触反応に用いる流体混合装置の一例の模式図を示す。
図６は、流体混合器を気液接触に用いる場合の流体混合装置４０の模式図であり、図７は、この流体混合装置４０内での流体混合器４１を示す模式図である。
なお、図６及び図７において、破線の矢印は液体の流れを示し、実線の矢印は気体の流れを示す。
【００５２】
図６に示す流体混合装置４０は、充填塔１１及び流体混合ユニット１２（図１参照）により構成された流体混合器４１が配設されている。
【００５３】
また、流体混合装置４０には、上部に配置されたスプレイノズル４３から、吸収液４４が装置内に噴射され、また、流体混合器４１の下方であって、流体混合装置４０の側面から原気体４５が装置内に供給される構成である。
この吸収液４４及び原気体４５は、流体混合器４１を通過する際に、上述した流体混合器４１の作用により接触反応が行われる。そして、吸収液４４は、流体混合装置４０の下部から排出され、また、原気体４５は、流体混合装置４０の上部から処理気体４６として排出される。
【００５４】
これにより、流体混合装置４０は、流体混合器４１において、原気体４５と、吸収液４４とを接触させることができる。そして、この流体混合装置４０は例えば、反応吸収、物理吸収、冷却、乾燥、除塵などに用いることができる。
また、流体混合装置４０、及び、流体混合器４１を用いて吸収塔、充填塔、蒸留塔等を構成することにより、排ガスの除害、回収・精製、脱臭、除塵（集塵）、蒸留、精製などを行うことができる。
【００５５】
吸収液４４は、任意に選択することができる。例えば、ＮａＯＨ，ＭｇＯＨ２，Ｃａ２ＣＯ３，ＣａＣｌ２等のアルカリ性水溶液、Ｈ２ＳＯ４，ＨＣｌ等の酸性水溶液、水道水、海水、純水等を用いることができる。
また、吸収液４４は、原気体４５に含まれる処理物質に応じて、選択することができる。例えば、吸収反応において、原気体４５に酸性を示す気体が含まれている場合には、アルカリ性水溶液を吸収液４４として用いることにより、吸収効率を向上させることができる。また、原気体４５にアルカリ性を示す気体が含まれている場合には、吸収液４４として酸性水溶液を用いることにより、吸収効率を向上することができる。
【００５６】
次に、図７に示すように流体混合器４１は、流体混合装置４０内において流体混合装置４０と同一径の充填塔１１を連結することによって配置されている。
ここで用いる流体混合器４１としては、図１、図４、図５においてそれぞれ示した、流体混合ユニット１２が不規則充填、又は、規則充填された構成の流体混合器１０，２０，３０のいずれを使用することもできる。
【００５７】
そして、流体混合装置４０において、流体混合器４１に対して、流体混合器４１の上部から吸収液４４が流入し、流体混合器４１の下部から原気体４５が流入する。つまり、流体混合装置４０は、向流接触型の気液接触を行う流体混合装置である。
【００５８】
次に、図６及び図７に示した流体混合装置４０の動作について説明する。
まず、流体混合装置４０において処理する気体としての原気体４５を装置の下部から供給する。そして、この処理において原気体４５を接触反応させるため、吸収液４４を装置の上部から供給する。これら原気体４５及び吸収液４４は、所定の割合で流体混合装置４０に供給する。
このとき、装置上部から供給される吸収液４４には位置エネルギーが付加される。そして、この位置エネルギーが付加された流体が下方に設けられた流体混合器４１に導入される。また、装置下部から供給される原気体４５は装置内を上昇して、流体混合器４１に供給される。
【００５９】
これにより、原気体４５と吸収液４５が流体混合器４１内で混合接触され、充分な気液接触が行われる。そして、流体混合器４１において、気液接触により、原気体４５中に含まれる物質の分離や、吸収液４４中への溶解、又は、化学反応の進行等の接触反応が行われる。
【００６０】
このように、流体混合装置４０において、流体混合器４１の上部から供給された吸収液４４と、流体混合器４１の下部から供給された原気体４５とは、流体混合器４１内で、分割、合流、せん断作用を繰り返しながら、混合、撹拌、接触が行われる。
【００６１】
この後、上述の接触反応により処理された原気体４５は、処理気体４６として流体混合処理装置４０の上部から排出又は回収される。また、吸収液４５は、流体混合装置４０の下部から排出又は回収される。
【００６２】
なお、流体混合装置４０への吸収液４４の供給方法は、スプレイノズルを用いて噴霧する方法に限られず、他の方法を用いることもできる。
上述の流体混合装置４０において、装置内上部にスプレイノズルを用いて吸収液４４を噴霧することにより、流体混合器４１内で吸収液４４が均一に分散され、気液接触を効率よく行うことができる。
【００６３】
次に、図８に、図６で示した本発明の流体混合器４１を適用した、気体と液体との接触反応を行うための流体混合装置４０の一例において、流体混合器４１が複数用いられた場合の、流体混合装置内での流体混合器４１Ａ，Ｂの模式図を示す。
なお、図８において、図６及び図７と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６４】
図８において、流体混合装置４０は、流体混合器４１Ａ，Ｂの上部から吸収液４４が流入し、流体混合器４１Ａ，Ｂの下部から原気体４５が流入する。つまり、向流接触型の気液接触を行う流体混合装置である。
【００６５】
流体混合装置４０内において流体混合器４１Ａ，Ｂは、流体混合装置４０と同一径の充填塔１１を連結することによって配置されている。
ここで用いる流体混合器４１Ａ，Ｂとしては、図１、図４、図５においてそれぞれ示した、流体混合ユニット１２が不規則充填、又は、規則充填された構成の流体混合器１０，２０，３０のいずれを使用することもできる。
また、流体混合器４１Ａ，Ｂは、それぞれ任意に構成を選択することができ、例えば、同一の構成の流体混合器１０，２０，３０を用いることも、また、異なる構成の流体混合器１０，２０，３０を使用することもできる。
【００６６】
上述の流体混合器４１が２つ用いられた構成の流体混合装置４０によれば、吸収液４４と原気体４５とが、それぞれ異なる位置に設けられた流体混合器４１Ａ，Ｂ内で、向流接触する。このため、気体と液体とを混合接触できる構成を複数有することにより、気体と液体との接触効率を向上させることができる。
このように、流体混合装置４０において流体混合器４１を複数設けることにより、気液接触反応を効率よく行うことができる。
また、流体混合器４１Ａと流体混合器４１Ｂとの間に空間部を設けてもよい。さらに、その空間部に、吸収液４４を供給するためのスプレイノズルを設けてもよい。
【００６７】
次に、図９に、図６で示した本発明の流体混合器を適用した、気体と液体との接触反応を行うための流体混合装置の一例について、気体と液体とを並流接触させる場合における、流体混合装置内での流体混合器４１の模式図を示す。
なお、図９において、図６〜８と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６８】
流体混合装置４０内において流体混合器４１は、流体混合装置４０と同一径の充填塔１１を連結することによって配置されている。
ここで用いる流体混合器４１としては、図１、図４、図５においてそれぞれ示した、流体混合ユニット１２が不規則充填、又は、規則充填された構成の流体混合器１０，２０，３０を用いることができる。
【００６９】
流体混合装置４０において、流体混合器４１の上部から吸収液４４及び原気体４５が流入する。そして、この吸収液４４及び原気体４５は、流体混合器４１を通過する際に上述の接触反応が行われる。そして、吸収液４４及び処理気体４６は、流体混合装置４０の下部から排出される。
つまり、流体混合装置４０は、並流接触型の気液接触を行う流体混合装置である。
【００７０】
このとき、上部から供給される吸収液４４には、位置エネルギーが付加される。そして、この位置エネルギーが付加された流体が、気体を巻き込みながら下方に設けられた流体混合器４１に導入される。このため、吸収液４４と原気体４５とが流体混合装置内を通過させて、流体の混合、撹拌、接触を行うことができる。
【００７１】
これにより、原気体４５と吸収液４４とが流体混合器４１内で混合接触され、充分な気液接触が行われる。そして、流体混合器４１において、気液接触により、原気体４５中に含まれる物質の分離や、吸収液４４中への溶解、又は、化学反応の進行等の接触反応が行われる。
【００７２】
ここで用いる流体混合器４１としては、図１、図４、図５においてそれぞれ示した、流体混合ユニット１２が不規則充填、又は、規則充填された構成の流体混合器１０，２０，３０のいずれを使用することもできる。
【００７３】
また、並流接触型の気液接触を行う流体混合装置４０では、装置の上部から液体を噴霧、供給することにより、気体を巻き込みながら流体混合器４１の内部を通過させることで、混合、撹拌、接触して、処理が行われる。このため、無動力で気体を供給できると共に、混合、撹拌、接触操作を行うことができる。
このため、気体を供給するための動力手段が不要となり、低コスト、省エネルギーとなる流体混合装置を構成することができる。
【００７４】
なお、上述の並流接触を行う場合においても、図８に示した流体混合装置と同様に、流体混合器４１を２つ設けて流体混合装置４０を構成してもよい。流体混合装置４０において流体混合器４１を複数設けることにより、気液接触反応を効率よく行うことができる。
【００７５】
以下、本発明の流体混合器について実施例を用いて説明する。
本実施例では、向流接触型の流体混合装置と、並流接触型の流体混合装置とに、上述の流体混合器を適用して実験を行った。
【００７６】
（向流接触型の流体混合装置）
まず、本実施例に使用した向流接触型の流体混合装置について図面を用いて説明する。
図１０は、後述の実施例１及び比較例１で使用した流体混合装置５０のブロック図である。この流体混合装置５０は、流体混合器５２が設けられた吸収塔（充填塔）５１と、排ガス源５３と、循環液槽５４とから構成される向流接触型の流体混合装置である。
排ガス源５３からの排ガス（原気体）は排風機５９により、流体混合器５２が設けられた吸収塔（充填塔）５１を配置した流体混合装置５０内に下部から供給される。そして、流体混合装置５０からの浄化された排出ガス（処理気体）は、吸収塔（充填塔）５１の上部からミストセパレータ５５を介して大気中に放出される。
流体混合装置５０には、その下方に配設された循環液槽５４が連結されている。
循環液槽５４内の水溶液は、適宜バルブ５６を開いて排水処理等に排出されると共に、適宜循環液槽５４内に新液が補給される。
流体混合装置５０には、その頭部にスプレイノズル５７が配設され、このノズル５７には循環液ポンプ５８により循環液槽５４内の液体が供給される。
従って、循環液槽５４内の液体はノズル５７により吸収塔５１に噴射され、次いで循環液槽５４内に集められた後、循環液ポンプ５８によってノズル５７に供給されるというように、循環使用されている。
【００７７】
（並流接触型の流体混合装置）
次に、本実施例で使用した並流接触型の流体混合装置について図面を用いて説明する。
図１１は、後述の実施例２及び実施例３で使用した流体混合装置６０のブロック図である。この流体混合器６０は、流体混合器６２が設けられた吸収塔（充填塔）６１と、排ガス源６３と、循環液槽６４とから構成される並流接触型の流体混合装置である。
排ガス源６３からの排ガス（原気体）は、流体混合器６２が設けられた吸収塔（充填塔）６１を配置した流体混合装置６０内に上部から供給される。
流体混合装置６０には、その下方に配設された循環液槽６４が連結されている。そして、流体混合装置６０からの浄化された排出ガス（処理気体）が排風機６９により、大気中に放出される。
循環液槽６４内の水溶液は、適宜バルブ６６を開いて排水処理工程等に排出されると共に、適宜循環液槽６４内に新液が補給される。
流体混合装置６０には、その頭部にスプレイノズル６７が配設されており、このノズル６７には循環液ポンプ６８により循環液槽６４内の液体が供給される。
従って、循環液槽６４内の液体はノズル６７により吸収塔６１に噴射され、次いで循環液槽６４内に集められた後、循環液ポンプ６８によってノズル６７に供給されるというように、循環使用される。
【００７８】
（実施例１）
上述の向流接触型の流体混合装置５０において、流体混合器５２の構成を、図１に示した、流体混合ユニット１２を不規則充填した構成の流体混合器１０と同様の構成とした。
そして、この流体混合器５２に、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した流体混合ユニット１２Ａ，１２Ｂと同様の構成の流体混合ユニット２種類を混合して充填した。流体混合ユニット１２Ａ，１２Ｂは、螺旋状に形成された２枚の羽根体がそれぞれ約９０度、右又は左に捻られた形状を有し、外径６２ｍｍ、内径５２ｍｍ、高さ４０ｍｍである。
流体混合ユニット１２Ａと流体混合ユニット１２Ｂとは、容積比が５０：５０となるように充填した。
以上の条件によって実施例１の流体混合器を構成し、向流接触型の流体混合装置５０に適用した。
【００７９】
（実施例２）
上述の並流接触型の流体混合装置６０において、流体混合器６２の構成を、図４に示した、流体混合ユニット１２を規則充填した構成の流体混合器２０と同様の構成とした。
そして、この流体混合器６２に、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した流体混合ユニット１２Ａ，１２Ｂと同様の構成の流体混合ユニットを充填した。流体混合ユニット１２Ａ，１２Ｂは、螺旋状に形成された２枚の羽根体がそれぞれ約９０度、右又は左に捻られた形状を有し、外径６２ｍｍ、内径５２ｍｍ、高さ４０ｍｍである。
流体混合ユニット１２Ａと流体混合ユニット１２Ｂとは、容積比５０：５０で充填した。
以上の条件によって実施例２の流体混合器を構成し、並流接触型の流体混合装置６０に適用した。
【００８０】
（実施例３）
上述の並流接触型の流体混合装置６０において、流体混合器６２の構成を、図５に示した、流体混合ユニット１２を規則充填した構成の流体混合器３０と同様の構成とした。
そして、この流体混合器６２に、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した流体混合ユニット１２Ａ，１２Ｂと同様の構成の流体混合ユニットを充填した。流体混合ユニット１２Ａ，１２Ｂは、螺旋状に形成された２枚の羽根体がそれぞれ約９０度、右又は左に捻られた形状を有し、外径６２ｍｍ、内径５２ｍｍ、高さ４０ｍｍである。
流体混合ユニット１２Ａと流体混合ユニット１２Ｂとは、容積比５０：５０で充填した。
以上の条件によって実施例３の流体混合器を構成し、並流接触型の流体混合装置６０に適用した。
【００８１】
（比較例１）
上述の向流接触型の流体混合装置５０において、流体混合器５２の構成を、充填材として充填物Ｓ型テラレット（日鉄化工機株式会社製）を用いて不規則充填した構成とした。
以上の条件によって比較例１の流体混合器を構成し、向流接触型の流体混合装置５０に適用した。
【００８２】
上述の実施例１〜３及び比較例１で構成した流体混合器を適用した流体混合装置５０，６０において、循環液（吸収液）として３ｗｔ％のＮａＯＨ水溶液を使用して、排ガス中に含まれるＨＣｌを循環液（吸収液）に吸収させる実験を行った。
実験では、上述の実施例１〜３及び比較例１で作製した流体混合装置５０，６０において、排ガスに含まれるＨＣｌガスが、装置の入口での濃度が１００ｐｐｍであり、装置の出口での濃度が３ｐｐｍとなるように、それぞれの装置を設計した。
【００８３】
なお、向流接触型の流体混合装置５０では、排ガス中に含まれるＨＣｌガス濃度は、排風機５９の入口で測定した。また、流体混合装置５０において、循環液（吸収液）を向流接触した後の処理気体のＨＣｌガス濃度は、吸収塔５１の出口で測定した。
また、並流接触型の流体混合装置６０では、排ガス中に含まれるＨＣｌガス濃度は、吸収塔（充填塔）６１の入口で測定した。また、流体混合装置６０において、循環液（吸収液）を向流接触した後の処理気体のＨＣｌガス濃度は、排風機６９の入口で測定した。
【００８４】
表１に、上述の実験において作製した実施例１〜３及び比較例１の吸収塔５１，６１及び流体混合器５２，６２の設計条件を示す。
【００８５】
【表１】
2008183501.tif 000003
【００８６】
表１に示したように、実施例１で構成した吸収塔５１及び流体混合器５２は、比較例１よりも塔径が約３０％小さく、充填高さが約２０％低く、圧力損失が約３０％低い構成であるが、ＨＣｌ濃度において、同一の結果を得ることができた。
また、実施例１の構成によれば、比較例１の構成に比べてガス流量が同じであっても、塔内ガス速度を高くすることができ、圧力損失を小さくできることがわかる。
【００８７】
また、実施例２，３において、流体混合器６２の充填材の充填高さを、実施例１及び比較例１に比べて、１／３程度に小さくすることができた。
これは、吸収塔内の充填材が規則充填されていることにより、塔内ガス速度を大きくすることができ、気液接触を効率的に行うことができるためである。
また、規則充填の方法として、実施例２の構成に比べ、実施例３の構成のほうが、塔内ガス速度を大きくすることができた。これは、実施例３では、充填材として用いた流体混合ユニットの開口部同士を合わせて接続されているため、流体の流通が妨げられずに装置内を通過することができるためである。
このため、実施例２，３の構成では、充填塔を小さくすることができ、また、使用する充填材の量を減少させることができる。
【００８８】
なお、実施例２，３において、圧力損失が実施１及び比較例１よりも高くなっているが、これは、気体の流速が大きくなるに従い圧力損失が大きくなるためである。このため、実施例２，３において、実施例１及び比較例１と同じ塔内ガス速度とした場合には、実施例２，３が実施例１及び比較例１よりも圧力損失を小さくできると推測できる。
【００８９】
上述のように、流体混合器として実施例１〜３の構成を用いることにより、省エネルギー、省スペースであり、流体の混合効率に優れた流体混合器を構成することができる。
また、並流接触型の流体混合器を使用することで、フラッディングの発生も無く、大きな液ガス比Ｌ／Ｇで処理することが可能となる。例えば、液ガス比１０Ｌ／ｍ３以上での処理が可能となり、ＨＣｌガス濃度１ｖｏｌ%以上の含有排ガスを容易に処理可能となる。
【００９０】
本発明は、上述の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施の形態の流体混合器を示す斜視断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）  流体混合器に充填される流体混合ユニットを示す斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｈ）  流体混合器に充填される流体混合ユニットを示す平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の流体混合器を示す斜視断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の流体混合器を示す斜視断面図である。
【図６】流体混合器を用いた流体混合装置を示す模式図である。
【図７】流体混合装置内の流体混合器の様子を示す模式図である。
【図８】流体混合装置内の流体混合器の様子を示す模式図である。
【図９】流体混合装置内の流体混合器の様子を示す模式図である。
【図１０】実施例で使用した向流接触型の流体混合装置のブロック図である。
【図１１】実施例で使用した並流接触型の流体混合装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０，２０，３０，４１，４１Ａ，４１Ｂ，５２，６２  流体混合器、１１  充填塔、１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆ，１２Ｇ，１２Ｈ  流体混合ユニット、１３  通路管、１４  開口部、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆ，１５Ｇ，１５Ｈ  羽根体、１６  流体通路、１７  混合部、４０，５０，６０  流体混合装置、４３，５７，６７  スプレイノズル、４４  吸収液、４５  原気体、４６  処理気体、５１，６１  吸収塔（充填塔）、５３、６３  排ガス源、５４，６４  循環液槽、５５  ミストセパレータ、５６，６６  バルブ、５８，６８  循環液ポンプ、５９，６９  排風機
【図１】
2008183501.tif 000004
【図２】
2008183501.tif 000005
【図３】
2008183501.tif 000006
【図４】
2008183501.tif 000007
【図５】
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【図６】
2008183501.tif 000009
【図７】
2008183501.tif 000010
【図８】
2008183501.tif 000011
【図９】
2008183501.tif 000012
【図１０】
2008183501.tif 000013
【図１１】
2008183501.tif 000014