(57)【要約】【課題】処理しようとするガス状物質を含む気体と霧状の処理する液体を接触させて、気体中に含まれる処理しようとするガス状物質を含む気体を除去する新規なガス除去方法及び装置の提供。【解決手段】吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と前記ガス状物質を吸収する液体と接触させて前記ガス状物質を吸収除去する方法において、前記液体を霧状で存在させた状態で、前記気体と液体に振動板による超音波振動を与えつつ、両者を接触させることを特徴とするガス状物質を含む気体と前記ガスを吸収する液体と接触させて、ガス状物質を液体に吸収させて除去することを特徴とする吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と前記ガス状物質を吸収する液体と接触させて前記ガス状物質を吸収除去する方法及び装置。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と、前記ガス状物質を吸収する液体を接触させて前記ガス状物質を吸収除去する方法において、前記液体を霧状で存在させた状態で、前記気体と液体に振動板による超音波振動を与えつつ、接触させることを特徴とするガス状物質を含む気体と前記ガスを吸収する液体と接触させて、ガス状物質を液体に吸収させて除去することを特徴とする吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と前記ガス状物質を吸収する液体を接触させて前記ガス状物質を吸収除去する方法。
【請求項２】
前記吸収除去しようとするガス状物質を含む気体に微粉状の固体物質を含むことを特徴とする請求項１記載の吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と前記ガス状物質を吸収する液体を接触させて前記ガス状物質を吸収除去する方法。
【請求項３】
前記液体を霧状で存在させた状態が、ガス状物質を吸収する液体を振動板による超音波振動により発生された霧状の液体によるものであることを特徴とする請求項１記載の吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と前記ガス状物質を吸収する液体を接触させて前記ガス状物質を吸収除去する方法。
【請求項４】
吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と前記ガス状物質を吸収する液体を接触させて前記ガス状物質を吸収除去する装置において、前記液体を霧状で存在させた空間部、空間部の下部に前記気体と液体に超音波振動を与える振動板、吸収除去しようとするガス状物質を含む気体を供給する手段、ガス状物質を吸収除去した気体の排出手段、及びガス状物質を吸収した液体の排出手段を有することを特徴とする吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と前記ガス状物質を吸収する液体と接触させて前記ガス状物質を吸収除去する装置。
【請求項５】
前記吸収除去しようとするガス状物質を含む気体に微粉状の固体物質を含むことを特徴とする請求項４記載の吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と前記ガス状物質を吸収する液体を接触させて前記ガス状物質を吸収除去する装置。
【請求項６】
前記液体を霧状で存在させた空間部の上部に前記ガス状物質を吸収する液体供給手段が、ガス状物質を吸収する液体供給手段から供給される液体を振動板に供給できるように配置され、振動板の振動により液体を霧状で発生させることを特徴とする請求項４記載の吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と前記ガス状物質を吸収する液体を接触させて前記ガス状物質を吸収除去する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体中に含まれるガス状物質の除去方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
気体中に含まれる好ましくないガスの除去方法は、製鉄を初めとする各種精錬産業、火力発電、原子力発電、ガス供給事業などのエネルギー産業で必要とされるガス精製工程、化学製造業などの精製工程、又燃焼ガスの精製技術、冷房装置の冷却施設、建造物内での空気清浄化技術など多くの分野で採用されている。これらの方法では、各分野でいろいろな手段がとられているが、基本となる操作は、除去しようとするガスを含む処理気体を、前記ガス吸収するための液体と接触させて、液体中にガスを取り込もうとする気液接触である。
この操作は、気体と液体を接触させる場合に、液体の種類及びその量、温度条件を設定するなどして、条件を自由に選択することができるので、理想的な方法である。
しかしながら、この操作は、使用する液体量は多くなり、そのガスを吸収した後の液体を処理して液体の再生工程を必要とし、設備の大型化やそのために必要とされるエネルギー費用がどうしても多くなり、メンテナンスなどにも多くの労力を必要とするなどの点で問題がある。
この方法では、液体量を少なくして気体と液体を良好な状態で接触させ、除去しようとする気体物質を吸収させることが重要な点である。液体量を減らす事ができれば、気体と液体の接触するための手段、及び液体の再生工程の小規模を達成することができる。
本発明者らは、この観点にたって、接触させる液体を単に液体として供給するのではなく、水滴状とし、この水滴と気体を接触させることを考えた。このための具体的な手段として、ガス除去装置内の底面に水を入れて空中超音波を照射することによって水滴を飛散させ、水滴により気体中に含まれるガスを吸着させることによるガスを吸収除去する方法を発明した（非特許文献１）。従来、除湿器などでは、水中に超音波発生手段を設置し、その作用により霧状の液体を発生されることが行われてきた。しかし、この場合には霧状の液体はガス吸着に使用されるものではない。また、液体原料を供給するときに気化させるために液体原料に超音波振動を与えることが行われるが（特許文献１）、これも加熱気化を行うことを目的ととするものであり、ガス吸着を意図していない。香料を振動面に供給すること（特許文献２）、薬液噴霧（特許文献３）、原水の分析に霧状のものを用いること（特許文献４）などにみられるように霧状の液体を発生させるために数々の工夫が見られるものの、これによりガス吸着を行わせるというものではない。これらと比較して、前記発明者らの方法は、底面に液体である水を入れ、この水に対して、空間を介して空中超音波を照射することによって水滴を飛散させるという点では、ユニークなものであるとして、注目された。確かに、この方法は、水滴の発生手段としてはユニークであるということができるものの、前記従来のものと同様に、発生させた霧状の水滴は、処理しようとする気体に対して、作用するということは意図するものではない。したがって、発生させた液状物質と処理しようとする気体により良好な気液接触状態を造りだすという考え方は存在せず、除去しようとする気体を十分に吸収しようとする配慮がなされていないということが、問題であった。
本発明者らは、霧状物質の液体により処理しようとする気体を気液接触させる際に、良好な接触状態を保ち、処理しようとする気体中から気体を吸収除去することが重要であると考え、このような具体的な方策を検討してきた。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３１７１４４号公報
【特許文献２】特開平１０−８５３１４号公報
【特許文献３】特開平２００１−１４９８３３号公報
【特許文献４】特開平２００３−５７１５３号公報
【非特許文献１】日本音響学会講演論文集 p.1055-1056(1997.3).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、処理しようとするガス状物質を含む気体と霧状の処理する液体を接触させる際に、両者を良好な接触状態とし、気体中に含まれる処理しようとするガス状物質を除去する新規なガス除去方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは前記課題について鋭意検討し、以下の事柄を見出した。
処理しようとする液体からなる霧と、除去しようとするガスを含む気体に振動板による超音波振動を与えつつ、接触させると良好な接触状態を保つことができ、除去しようとするガスを液体に吸収することができることを見出した。また、振動子など振動発生手段により振動させている振動板に対して、振動板上部より液体を供給すると、振動板の作用により液体を霧化することができ、振動板上部に液体の霧を発生させることができる。この振動板の表面には処理しようとする気体が存在しているが、この液体と気体に対しても前記振動板の振動を伝えることができ、液体からなる霧と気体が接触する際に超音波を直接作用させることができる。その結果、気体中に各種の液体が気化されている状態で含まれるガス状物質も、霧と接触することとなり、処理しようとするガス状物質を霧中にとりこむことができる。
このことがらを踏まえて、処理しようとするガス状物質を含む気体と霧状の処理する液体を接触させて、気体中に含まれる処理しようとするガス状物質を除去する新たなガス除去方法及び装置を発明するにいたった。
【０００６】
本発明によれば、以下の発明が提供される。
（１）吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と、前記ガス状物質を吸収する液体を接触させて前記ガス状物質を吸収除去する方法において、前記液体を霧状で存在させた状態で、前記気体と液体に振動板による超音波振動を与えつつ、接触させることを特徴とするガス状物質を含む気体と前記ガスを吸収する液体と接触させて、ガス状物質を液体に吸収させて除去することを特徴とする吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と前記ガス状物質を吸収する液体を接触させて前記ガス状物質を吸収除去する方法。
（２）前記吸収除去しようとするガス状物質を含む気体に微粉状の固体物質を含むことを特徴とする（１）記載の吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と前記ガス状物質を吸収する液体を接触させて前記ガス状物質を吸収除去する方法。
（３）前記液体を霧状で存在させた状態が、ガス状物質を吸収する液体を振動板による超音波振動により発生された霧状の液体によるものであることを特徴とする（１）記載の吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と前記ガス状物質を吸収する液体を接触させて前記ガス状物質を吸収除去する方法。
（４）吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と前記ガス状物質を吸収する液体を接触させて前記ガス状物質を吸収除去する装置において、前記液体を霧状で存在させた空間部、空間部の下部に前記気体と液体に超音波振動を与える振動板、吸収除去しようとするガス状物質を含む気体を供給する手段、ガス状物質を吸収除去した気体の排出手段、及びガス状物質を吸収した液体の排出手段を有することを特徴とする吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と前記ガス状物質を吸収する液体と接触させて前記ガス状物質を吸収除去する装置。
（５）前記吸収除去しようとするガス状物質を含む気体に微粉状の固体物質を含むことを特徴とする請求項４記載の吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と前記ガス状物質を吸収する液体を接触させて前記ガス状物質を吸収除去する装置。
（６）前記液体を霧状で存在させた空間部の上部に前記ガス状物質を吸収する液体供給手段が、ガス状物質を吸収する液体供給手段から供給される液体を振動板に供給できるように配置され、振動板の振動により液体を霧状で発生させることを特徴とする請求項４記載の吸収除去しようとするガス状物質を含む気体と前記ガス状物質を吸収する液体を接触させて前記ガス状物質を吸収除去する装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、処理しようとする液体が霧化された状態で、処理しようとする気体に超音波振動を作用させることにより、気体中に含まれる微量のガス状物質を液体中に取り込む事ができる。
又、本発明によれば、処理しようとする液体を、振動板を利用して液体が霧化された状態で存在させた状態とし、処理しようとする気体及び処理しようとする液体に超音波振動を作用させることにより、気体中に含まれる微量のガス状物質を液体中に取り込む事ができる。
その結果、ガス状物質及び臭い物質を除去することができる。また、微粒状の固体物質を含む場合も同様に処理して除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に付いて、図を用いて本発明の内容を説明する。
図1は、本発明の内容を示す図である。
１は、液体に振動を与えて水滴を形成する水滴形成手段と水滴と気体を接触させるための空間からなる処理設備（処理容器）である。
この処理設備１には、処理しようとする気体供給手段２、液体供給手段４から液体を下部に向って供給すると共に、処理する気体と発生した霧状液体を接触させるための空間部５が存在し、さらにその空間部５の下には、液体供給手段４からの液体を受けて霧状液体を発生させる振動板３が設けられており、振動板３と液体供給手段４を挟んで、上部、下部反射板１１が設けられている。また、処理された気体は気体排出手段６から排出される。気体排出手段６には、処理した気体中から除去しようとしたガス状物質がどれだけ除去されたかを分析するための分析手段７が設けられている。気体に含まれるガスを吸収した液体は、液体排出手段１２から取り出される。
振動発生増幅伝達手段１３は、振動子８及び振動拡大手段９及び共振伝達手段１０から構成され、この手段で発生した振動は、振動板３に伝えられ、振動板３を振動させる。振動板３は、供給手段４から供給される液体を振動により霧化し、空間部５に送りこむ。それと同時に、振動板３は、処理する気体と発生した霧状液体を接触させるための空間部５には、超音波による定在波音場が形成されているので、この超音波による定在波音場が気体と液体の接触に好ましく、作用することとなる。
【０００９】
気体供給手段２は、除去しようとするガスを含有する気体を処理設備に供給するものであり、除去しようとするガスを供給するパイプ及び供給するためのポンプ及びバルブ、流量計などの計器ををそなえ、供給する気体を調整することができるようになっている。
本発明の説明では、処理除去するためのモデルガスとしてエタノール蒸気を選択したので、ガスを送り込むためにガス発生部内の容器に10[ml]のエタノール(和光純薬工業(株)製、純度99.5%)を入れ、エタノールが気化するようにファンで送風するようにした(風量92[cm3/s])。気化開始時は、エタノールの気化する割合が安定しないため、この割合がほぼ一定となる時間として、5[min]間放置して使用した。なお、この処理しようとするガスは、有機系或いは無機系の物質であって差支えない。これらのガスが臭いを有するものであれば、臭いを有する物質を吸収除去することとなる。また、このガス中には、塵や花粉などの含んでいても差し支えない。このような好ましくない微粒子状の固体状も、同様に、除去することができる。
【００１０】
液体供給手段４は、液体を処理装置１に供給するための手段であり、気体と接触させるための液体を供給するものであり、パイプ及び輸送のためのポンプ及びバルブ、流速などを測定する計測装置などを含んでおり、その先端部には分配手段である分枝管及び供給口を有している。本発明では、液体を、特定の部位に分配供給する手段が設けられている。この特定部位は、振動板３の振動によって液体に振動を与えてもっとも効果的な位置となるように対応するように設定されている。これは．振動板の与える振動数によって定まるものであり、通常、振動板の振動の腹の部分に対応している。これらは予め測定結果に基づき設定される。供給する液体には、気体中に含まれるガスを吸収できる液体であれば良く、水及び各種溶媒を用いることができる。
【００１１】
液体供給手段４の液体を送り出す供給口の下には、振動板３との間に空間部５が存在する。この空間部５中を液体が供給口から降る状態となって落下する。また、この空間は、処理する気体と後述する発生した霧状液体と処理しようとする気体が接触するための重要な場所ともなる。この空間部５には振動板３からの超音波により定在波音場が形成される。
【００１２】
振動板３は、振動により液体を霧化するとともに、前記定在波音場を形成させるものである。要するに、振動子の作用により伝えられる振動により振動を行う事ができるものであればよい。本発明の具体例では、格子モード方形たわみ振動板(一辺の長さ217[mm]、厚さ3[mm]、ジュラルミン製)をネジ止めしたものを用いた。なお、音源の共振周波数は19.74[kHz]であった。
【００１３】
処理装置１に、定在波音場を形成するために、音源となる振動板の両側に平面反射板、振動板の下に下部振動板１１を設置し、又液体供給手段の上部反射板11を設置している。これらの間の間隔は適宜定めることができる。本発明の具体例では、上部反射板と下部反射板の距離をそれぞれ42[mm]、14[mm]とした。
【００１４】
気体排出手段１１には、処理した気体を処理装置から取り出して、清浄化された気体を放出するための手段である。気体を排出するためにポンプ、弁及び流量などを測定する測定手段などが設けられている。吸収除去しようとするガスが適切に除去されたかどうかを確認するために、気体の分析手段７が設けられている。これにはガス検出センサーが用いられる。
【００１５】
気体に含まれるガスを吸収した液体は、処理装置の底部に集まるように収集手段が設けられている。これを集めて液体排出手段１２から取り出される。
【００１６】
振動発生増幅伝達手段１３は、振動子８及び振動拡大手段９及び共振伝達手段１０から構成される。振動子８は、振動板に振動を伝えて振動を発生できるようにするものである。本発明の具体例では、１０から１００［ｋＨｚ］程度の振動を発生できるものであれば適宜採用して用いるこがきる。本発明では、20[kHz]用ボルト締めランジュバン型振動子(日本特殊陶業(株)、形式D45520)を採用した。
振動拡大手段９は、振動を拡大させるための手段であり、ホーンが用いられる。振幅幅は、適宜定めればよく、本発明では、振幅拡大比7.5倍のエキスポネンシャルホーン(太端面70[mm]、細端面10[mm]、長さ150[mm]、ジュラルミン製)を用いた。さらに、その先に共振伝達手段１０が接続されている。本発明では、半波長縦共振丸棒(直径10[mm]、長さ116[mm]、ジュラルミン製)を取り付けて用いた。そして、この先に、振動板３が固定されている。
【００１７】
この装置を用いるガスの除去方法は以下のとおりである。
処理設備１内に除去しようとするガスを含む気体を、気体供給手段２により供給する。本発明では、ガス発生部内の容器に10[ml]のエタノール(和光純薬工業(株)製、純度99.5%)を入れ、エタノールが気化するようにファンで送風する(風量92[cm3/s])。気化開始時はエタノールの気化する割合が安定しないため、この割合がほぼ一定となる時間として5[min]間放置した。
次に、液体供給手段４の供給口から液体を供給し、振動板３に液体を供給する。その結果、霧化した液体が発生し、空間部に供給され、除去しようとするガスを含む気体と液体が接触する。この部分には振動板3の作用により、振動板３は、処理する気体と発生した霧状液体を接触させるための空間部５に存在する気体と霧状液体に対して、超音波による定在波音場を形成し、この超音波が気体と液体の接触に好ましい作用を与えて、ガスが液体中に吸収される。本発明の具体例では、エタノール水となって排水された。除去設備通過後の気体ガスセンサーとしては、エタノールガスの測定センサーとして、ポータブル型ガスセンサ(新コスモス電機(株)製、XP-329)を使用し、ガス濃度に対応する数値を記録した。なお、測定に用いたガスセンサは特定物質についてのガス濃度を測定するものではなく、ある基準値に対して測定空間内の臭いの強弱を数値化するものである。
【実施例１】
【００１８】
除去装置内に設置した音源は20[kHz]用ボルト締めランジュバン型振動子(日本特殊陶業(株)、形式D45520)に、振幅拡大比7.5倍のエキスポネンシャルホーン(太端面70[mm]、細端面10[mm]、長さ150[mm]、ジュラルミン製)、半波長縦共振丸棒(直径10[mm]、長さ116[mm]、ジュラルミン製)を取り付け、その先端に格子モード方形たわみ振動板(一辺の長さ217[mm]、厚さ3[mm]、ジュラルミン製)をネジ止めしたものである。なお、音源の共振周波数は19.74[kHz]である。また除去装置内に定在波音場を形成するために音源の振動板の両側に平面反射板を設置し、上部反射板、下部反射板の距離をそれぞれ42[mm]、14[mm]とした。
【００１９】
次に、実験方法について述べる。まず、除去装置内にガスを送り込むためにガス発生部内の容器に10[ml]のエタノール(和光純薬工業(株)製、純度99.5%)を入れ、エタノールが気化するようにファンで送風する(風量92[cm3/s])。気化開始時はエタノールの気化する割合が安定しないため、この割合がほぼ一定となる時間として5[min]間放置した。この後を経過時間0[s]として音源に電気入力を加え、空中超音波を発生させる。同時に上部反射板に設置した細管より振動板に水を滴下して振動により水霧を発生させた。空中超音波によって発生した水霧とエタノールガスが接触する機会が増大してエタノールガスの吸着を行った。
【００２０】
結果は以下の通りであった。
エタノールガスの除去効果を見るために振動子への電気入力の有無(0,50[W])と水の有無(0,75[cm3/min])の場合について、経過時間に対するガス濃度を測定した。
その結果を図2に示す。図は縦軸にエタノールガス濃度を示すガスセンサー指示値を、横軸に経過時間をとっている。図2より電気入力が0[W]の場合または霧化のための供給水量が0[cm3/min]の場合、ガスセンサー指示値は時間が経過してもほとんど変化がなかった。しかし、電気入力が50[W]で供給水量が75[cm3/min]の場合、ガスセンサー指示値は経過時間が30[s]程度までは急激に減少し、30[s]以降もゆるやかに減少している傾向が見られる。したがって、エタノールガスの除去は水霧と空中超音波によって効果が得られることが分かった。
次に霧化のための供給水量とエタノールの除去の効果について検討するために経過時間180[s]における供給水量とガスセンサーの指示値の関係を求めた。その結果を図3に示す。図は縦軸にガスセンサーの指示値、横軸を供給水量とし、電気入力をパラメータとして描いている。図よりエタノールの除去の効果は電気入力が0[W]では見られないが、電気入力を加えた場合、いずれの入力においても供給水量が多いほど大きいことが分かる。
更に、電気入力とエタノールの除去効果の関係を見るために図3の結果を描き直した。その結果を図4に示す。図は縦軸にガスセンサーの指示値を、横軸に電気入力をとり、供給水量をパラメータとして描いてある。図より、エタノールガスの除去は電気入力が20[W]程度までは効果が大きくなっているが20[W]以上になるとほとんど効果に変化がないことが分かる。
ここでは除去すべきガスの例としてエタノールを使用し、振動板により発生した水霧に空中超音波を作用させ、水霧にガスの吸着を行わせた場合のガスの除去促進効果についての検討を行った。その結果、除去の効果は霧化のための供給水量が多いほど大きいことが分かり、ガスの水への除去を効率よく行うためにはより多くの水量を供給すれば良いことが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の概略を示す図
【図２】エタノールガスの除去効果を示す図
【図３】供給水量とエタノールガスの除去効果の関係を示す図
【図４】電気入力とエタノールガスの除去効果を示す図
【符号の説明】
【００２２】
１  液体に振動を与えて水滴を形成する水滴形成手段と水滴と気体を接触させる
ための空間部からなる処理設備（処理容器）
２  処理しようとする気体の供給手段
３  振動板
４  吸収液体の供給手段
５  液体を下部に向って供給すると共に処理する気体と発生した霧状液体を接触
させるための空間部
６  気体排出手段
７  処理した気体中から除去しようとしたガス状物質がどれだけ除去されたかを
分析するための分析手段
８  振動子
９  振動拡大手段
１０  共振伝達手段
１１  反射板
１２  液体排出手段
１３  振動発生増幅伝達手段
【図１】
2005254043.tif 000002
【図２】
2005254043.tif 000003
【図３】
2005254043.tif 000004
【図４】
2005254043.tif 000005