JP4330843B2 - 気液接触装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜行ハニカムを用いた空気冷却装置、空気清浄装置及び加湿装置等の気液接触装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷却塔や気液接触塔等においては、気液接触板を多数並設した気液接触ユニットに散水管から散水して、水を気液接触板の表面に流す方法が知られている。
【０００３】
例えば、特開平８−２１９６８４号公報には、散水管から気液接触手段に散水する方法としては、散水管に複数の散水穴を設けて散水穴から吐出した棒状の水流が当たる位置に平面または曲面を有する面状体を設け、面状体で水流を膜状に広げた状態で充填材等の気液接触手段に流下させる冷却塔の散水装置が開示されている。また、散水管からの水流を無数の散水穴を有する目皿に当て、そこで水流を広げると共に無数の散水穴から水を流下させる方法等も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの装置や方法は、水の流下量の場所によるばらつきが大きく、気液接触手段へ水を均一に流下できないため、気液気液接触効率がよくなかった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、気液接触効率が高い気液接触装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、斜行ハニカム、所定の散水手段及び受水部を有する気液接触ユニットと、送風手段とを備える気液接触装置であれば、気液接触を効率よく行えることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、前後両面と上下両面とが開口し、前面開口部から接触用空気が導入されると共に後面開口部から接触後空気が排出されるように配置される斜行ハニカム、該斜行ハニカムの上面開口部へ接触用水を供給する散水手段、及び該斜行ハニカムの下面開口部から排出される接触後水を受ける受水部を有する気液接触ユニットと、前記斜行ハニカムの前面開口部に接触用空気を導入し該斜行ハニカムの後面開口部から接触後空気を排出する送風手段とを備える気液接触装置であって、
前記散水手段は、水平方向が壁面で囲まれる枠体、複数の上部透水孔が穿設されると共に前記枠体の上部に前記壁面と隙間なく配置される上部孔空板、及び複数の下部透水孔が穿設されると共に前記枠体の下部に前記壁面と隙間なく且つ前記上部孔空板と略平行に離間して配置される下部孔空板からなる水分配部と、前記上部孔空板に水を供給する散水管とを有し、
前記上部透水孔１個当りの面積が、前記下部透水孔１個当りの面積の１０〜９５％であること、
を特徴とする気液接触装置を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の第１の実施の形態における気液接触装置について図１及び図２を参照して説明する。図１は本発明に係る気液接触装置の第１の実施形態を模式的に示す斜視図であり、図２は図１においてＡ−Ａ線で切断した断面を模式的に示す断面図である。図１及び図２中、１は気液接触装置、２は散水手段、３は斜行ハニカム、４は受水パン（受水部）、５は気液接触ユニット、１０１は斜行ハニカム上面開口部、１０２は斜行ハニカム後面開口部、１０３は斜行ハニカム前面開口部、１０４は斜行ハニカム下面開口部である。第１の実施形態において気液接触装置１は、散水手段２、斜行ハニカム３及び受水パン４を有する気液接触ユニット５と図示しない送風手段とを備えるものである。
【０００９】
気液接触ユニット５に用いられる斜行ハニカム３は、一方向に向かって伝播する波形形状を有する波形シート２１、２２（以下、「コルゲート状シート」ともいう。）が複数積層されてハニカム形状を呈するものであって、積層されるコルゲート状シート２１、２２は波の伝播方向が一枚おきに斜めに交差するように積層され、且つ、二層おきのシートの波の伝播方向がそれぞれ略同一方向になるように配置されたハニカム状体である。
【００１０】
該斜行ハニカム３は、コルゲート状シート２１、２２に平行な面に対して垂直な４面１０１〜１０４で切断して直方体を形成し、且つ、該切断面がコルゲート状シートの波の伝播方向と平行でなく、且つ、垂直でもないようにした場合、該直方体を切断面の１つ１０４を下面にし、且つ、コルゲート状シートの最外層１０５、１０６をそれぞれ左右面にして載置すると、切断面である前後両面１０２、１０３及び上下両面１０１、１０４の４面は全てハニカムセルが開口し、左右面１０５、１０６はコルゲート状シートで閉じられた構造を有する。すなわち、斜行ハニカム３は、前後両面１０２、１０３と、上下両面１０１、１０４とが開口する構造を有するものである。また、該切断面の、例えば前後両面１０２、１０３は、斜め上方向に延設されるセルと斜め下方向に延設されるセルとが一層おきに形成される。斜め方向に延設されるセルの前後両面からみた場合の空気の流入、流出方向（水平方向）に対する斜め角度（図１中、符号Ｘ）は、通常１５〜４５度、好ましくは２５〜３５度の範囲内にする。上記斜め角度が該範囲内にあると、流下速度が適度の範囲となり気液接触効率が向上するため好ましい。
【００１１】
上記斜行ハニカム３において、積層されたコルゲート状シートの一層おきの波の伝播方向が互いに交差する角度（図１中、符号Ｙ）は、通常３０〜９０度、好しくは５０〜７０度である。このようにコルゲート状シートを上記角度範囲内で交差するように積層すると、上記のように斜め角度（図１中、符号Ｘ）を上記の１５〜４５度とした場合に、接触用空気及び接触用水がハニカムセルと実質的に接触する面積が大きくなるため、接触用空気と接触用水との気液接触効率が高くなるため好ましい。すなわち、後述のように、本発明において、接触用空気は斜行ハニカム３の前面開口部１０３から導入され、また、接触用水は上面開口部１０１から散水手段２により供給され斜行ハニカムのコルゲート状シートに浸透し、且つ、該コルゲート状シートの極く表面をゆっくりと下方に流下するため、接触用空気の通気方向と浸透壁面の接触用水の流下方向とが適度の角度を保持し、気液接触効率が高くなる。なお、本発明において、接触用空気又は接触用水とは、気液接触前及び気液接触中の空気又は水を意味し、接触後空気又は接触後水とは、気液接触後の空気又は水を意味する。
【００１２】
本発明で用いられる斜行ハニカムのセルの高さ、すなわち、波形の山と谷間の寸法を示すセルの山高寸法は、通常２．５〜８．０mm、好ましくは３〜５mmである。セルの山高寸法が２．５mm未満であると製造が困難であり、圧力損失が大きくなるため好ましくない。また、セルの山高寸法が８．０mmを越えると気液接触効率が低下するため好ましくない。
【００１３】
斜行ハニカムのコルゲート状シートの状態におけるセルの幅、すなわち、セルピッチは、通常６〜１６mm、好ましくは７〜１０mmである。また、斜行ハニカムの前面開口部と後面開口部との間の寸法、すなわち、斜行ハニカムの厚さ（ｔ）は、通常１００〜１０００mm、好ましくは２００〜８００mmである。該厚さが１００mm未満であると、気液接触効率が低下するため好ましくなく、該厚さが１０００mmを越えると気液接触効率がこれ以上向上せず、圧力損失が大きくなるため好ましくない。なお、本発明において、斜行ハニカムの厚さは、斜行ハニカムを複数枚使用する場合には、この合計の厚さが上記範囲内のものであればよい。例えば、厚さが３００mmの斜行ハニカムを用いる場合には、厚さが１００mmの斜行ハニカムを３枚厚さ方向に重ねて合計の厚さを３００mmとしてもよい。なお、気液接触手段として斜行ハニカムを用いると、体積当りの熱交換率が従来用いられていたフィンコイルよりも高いため、斜行ハニカムの厚さを小さくすることができ、装置の設置スペースを小さくすることができる。さらに、水の循環量が、従来のフィンコイルのものと比較すると格段に少なくて済み、大幅な省エネルギー化をも図ることができる。
【００１４】
斜行ハニカムを構成するシート状部材は、表面に凹凸があり、内部が多孔質であるものであることが、エレメントの表面積を大きく採れ、エレメントに浸透して流下する水と空気との接触面積が高まる点で好ましい。このようなシート状部材としては、例えば、アルミナ、シリカ及びチタニアからなる群より選択される１又は２以上の充填材又は結合材と、ガラス繊維、セラミック繊維又はアルミナ繊維等の繊維基材とからなるものが挙げられる。この内、チタニアを配合したものは酸性の化学汚染物質の除去効率が向上するため好ましい。また、シート状部材は、通常、充填材又は結合材を６０〜９３重量％、繊維基材を７〜４０重量％含み、好ましくは充填材又は結合材を７０〜８８重量％、繊維基材を１２〜３０重量％含む。シート状部材の配合比率が該範囲内にあると、シート状部材の水浸透性及び強度が高いため好ましい。
【００１５】
上記シート状部材は、公知の方法で作製でき、例えば、ガラス繊維、セラミック繊維又はアルミナ繊維で作製されたペーパーを、アルミナゾル等の結合材とアルミナ水和物等の充填材を混合したスラリーに浸漬した後、乾燥し、コルゲート加工し、その後、乾燥処理と熱処理を行い、水分と有機分を除去すれば得ることができる。アルミナ以外にシリカやチタニアを含有する場合、例えば、シリカ及びチタニアの配合量は、アルミナ１００重量部に対してそれぞれ、通常５〜４０重量部である。
【００１６】
また、斜行ハニカムは、シート状部材の厚さが通常２００〜１０００μm 、好ましくは３００〜８００μm である。また、斜行ハニカムの空隙率は、通常５０〜８０％、好ましくは６０〜７５％である。空隙率を該範囲内とすることにより、ほどよい浸透性を実現でき、空気と水との気液接触効率を高めることができる。該シート状部材が、上記厚さと空隙率を有すると、液ガス比及び水の浸透速度が適度な範囲となり、水と空気の気液接触効率を高めると共に、強度的にも十分となる。
【００１７】
斜行ハニカム３の高さは、特に限定されない。しかし、気液接触装置が接触用水として冷却水を用いた冷却装置である場合には、通常２００〜８００mm、好ましくは４００〜６００mmとする。高さが２００mm未満であると、斜行ハニカム最下部に流下した接触後水、すなわち流下後の冷却水の温度がまだ低く、冷却水として有効利用されないまま排出されるため好ましくない。また、高さが８００mmを越えると、斜行ハニカム最下部に流下した冷却水の温度と接触用空気の温度との差が小さくなり、斜行ハニカム下部での熱交換効率が低下するため好ましくない。
【００１８】
上記シート状部材をコルゲート状シートに成形する方法としては、径方向に振幅する波形の凹凸が表面に形成された複数の幅広の歯車間に平板状シートを通すような公知のコルゲーターを用いる方法が挙げられる。得られたコルゲート状シートから上記斜行ハニカムを成形する方法としては、例えば、まず、上記コルゲート状シートを縦１００mm（斜行ハニカム成形後の厚み寸法）×横８００mm（斜行ハニカム成形後の幅方向又は高さ方向の寸法）程度の矩形の裁断型に対し、波の伝播方向が矩形型の一辺に対して１５〜４５度になるように配置して裁断して矩形のコルゲート状シートを作製し、次いで、得られた矩形のコルゲート状シートを１枚おきの波の伝播方向が斜交するように配置し、これらを接着して積層する方法が挙げられる。なお、このようにして製造した場合、斜行ハニカム１枚の厚さは上記裁断型の縦の長さとなる。このため、例えば、気液接触ユニット１個に組込まれる斜行ハニカムの厚さ、すなわち、斜行ハニカムの前面開口部と後面開口部との間の寸法が３００mm必要である場合に、縦１００mmの裁断型で作製した厚さ１００mmの斜行ハニカムを用いるときは、斜行ハニカムを厚さ方向に３枚重ねて使用すればよい。また、高さ方向又は幅方向に１個の斜行ハニカムでは寸法が不足するときは、斜行ハニカムを高さ方向に複数個重ねて又は幅方向に複数個並べて使用してもよい。なお、このように複数個重ねて又は並べて使用する場合、斜行ハニカム同士は、接着しても接着しなくてもどちらでもよい。接着しない場合には、複数個の斜行ハニカムを重ねて又は並べて配置するだけでよい。
【００１９】
次に、気液接触ユニット５に用いられる散水手段について図３〜図６を参照して説明する。図３は、本発明で用いる散水手段の実施形態を模式的に示す斜視図であり、図４は水分配部の一部を切り欠いて模式的に示す斜視図であり、図５は水分配部の一部を拡大して模式的に示す斜視図であり、図６は水分配部の一部を上部孔空板側から見た模式的な平面図である。図中、３０は水分配部、３１は上部透水孔、３２は上部孔空板、３３は下部透水孔、３４は下部孔空板、３５は滞留部、４０は散水管、５０は枠体、５１は枠体を構成する壁面である。また、図３〜図６中、図１及び図２と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略する。
【００２０】
図３において、散水手段２は、水分配部３０とこの上方に配置される散水管４０とからなる。水分配部３０は、水平方向が壁面５１で囲まれた枠体５０と、壁面５１との間に隙間なく枠体５０に配置される上部孔空板３２と、上部孔空板３２の下方において壁面５１との間に隙間なく且つ上部孔空板３２と略平行に離間して枠体５０に配置される下部孔空板３４とからなる。
【００２１】
枠体５０は、上部孔空板３２から供給された水の全量を下部孔空板３４から排出するものである。枠体５０の材質としては、水を透過又は浸透しない材質のものが用いられ、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅等が挙げられる。このうち、ステンレスは、水中に金属イオンが溶出し難いため好ましい。なお、枠体５０の形態としては特に限定されず、図３のように上下方向が開口し、且つ、壁面５１の配置が上方からみて矩形を形成するもの以外に、例えば、上下方向が開口し、且つ、壁面５１の配置が上方からみて円形を形成するものが挙げられる。また、枠体５０の上部は図３のように開放されたままでもよいが、埃等が散水手段内に入らないように、適宜、該開放部に蓋等を設けてもよい。
【００２２】
上部孔空板３２には、図４に示すように、複数の上部透水孔３１が穿設される。上部透水孔３１は、散水管４０から供給される供給水１７を下方に透過させるものである。上部透水孔３１の数は、上部孔空板３２の面積や供給される水量により異なるため特に限定されないが、上部透水孔３１の合計面積が同じ場合であれば、数の多いほうが水分配部から排出される水が分散し易いため好ましい。なお、本発明で用いられる上部透水孔３１の形状としては、図４に示すような円形に限定されず、他に例えば、楕円形や長円が挙げられる。このうち、楕円形であると、表面張力の影響を受け難く透水性がよいため好ましい。また、上部透水孔３１の形状は、円形等の形状を１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。例えば、円形の上部透水孔３１が一定のピッチで一列に穿設されると共に、これに隣接して楕円形の上部透水孔３１が一定のピッチで一列に穿設されており、これらの列が交互に形成されるものであってもよい。
【００２３】
上部透水孔３１の大きさは、孔の形状が円形である場合の直径が、通常１〜５mm、好ましくは１〜３mmである。また、孔の形状が円形以外である場合は、同一面積の円形に換算したときの孔の直径が上記範囲になるようにすればよい。上部透水孔３１の大きさが１mm未満であると水が通過し難くなり、また５mmを越えると水の分散性が悪くなり易いため好ましくない。
【００２４】
上部透水孔３１の配列形態は特に限定されず、例えば、上部孔空板３２の長手方向や該長手方向と所定の角度を有する方向のうちの一方向又は二方向以上に一定のピッチで穿設されていてもよいし、ランダムに穿設されていてもよい。また、上部透水孔３１が二方向以上に一定のピッチで穿設される場合は、いわゆる格子状や千鳥状であってもよい。ここで、格子状とは図７（ａ）のように直近の４個の上部透水孔３１ａ、３１ｂ、３１ｄ、３１ｃが略正方形を形成するように少なくとも略直交する二方向に一定のピッチで穿設される態様を意味し、千鳥状とは図７（ｂ）のように直近の３個の上部透水孔３１ｅ、３１ｆ、３１ｇが略正三角形の頂点を形成するように少なくとも三方向に一定のピッチで穿設される態様を意味する。千鳥状であると、上部孔空板３２に均一に上部透水孔３１を穿設し易いため好ましい。
【００２５】
上部透水孔３１が少なくとも一方向に一定のピッチを有して穿設されている場合、最小のピッチ幅を有する方向のピッチの大きさは、通常１〜１０mm、好ましくは１．５〜５mmである。最小のピッチ幅を有する方向のピッチとは、例えば、図７（ａ）のように上部透水孔３１の配列形態が格子状である場合には、略正方形を形成する直近の４個の上部透水孔３１のうちの３１ａと３１ｂのように隣接する２個の上部透水孔３１で形成されるピッチを意味し、３１ａと３１ｄのように対角線方向にある２個の上部透水孔３１で形成されるピッチを含まない意味である。上部透水孔３１のピッチの大きさが該範囲内にあると、水の分散性が良いため好ましい。なお、上部透水孔３１のピッチの大きさが１０mmを越えると水の分散性が悪くなり易いため好ましくない。
【００２６】
上部孔空板３２の材質は、枠体５０と同様のものが用いられる。上部孔空板３２の厚さは、通常０．３〜３．０mm、好ましくは０．５〜２．０mmである。厚さが該範囲内にあると、加工し易いため好ましい。
【００２７】
上部孔空板３２は、壁面５１との間に隙間なく枠体５０に配置される。ここで、上部孔空板３２を隙間なく配置するとは、上部孔空板３２上に供給される水が上部透水孔３１のみを通過する状態にすることを意味する。このように上部孔空板３２を配置することにより、上部孔空板３２と下部孔空板３４との間の空間に水を滞留させる等の制御が可能になり、水分配部３０から排出される接触用水の分散性を良好にすることができる。上部孔空板３２が、枠体５０に配置される態様としては、例えば、別部材として作製された上部孔空板３２と枠体５０とをパッキン等を介して圧着したり、接着したりする態様や、上部孔空板３２と枠体５０とを一体のものとして作製する態様が挙げられる。
【００２８】
下部孔空板３４は、上部孔空板３２と同様のものが用いられ、下部孔空板３４の材質や厚さ、下部透水孔３３の数、大きさや配列形態は、上部孔空板３２と同様である。また、下部孔空板３４が壁面５１との間に隙間なく枠体５０に配置される態様も上部孔空板３２と同様である。
【００２９】
上部孔空板３２と下部孔空板３４とは、略平行に離間して配置される。このため、水分配部３０には、図５に示すように、上部孔空板３２と下部孔空板３４との間の離間距離Ｌを高さとし、上部孔空板３２、下部孔空板３４及び枠体５０で囲まれる滞留部３５が形成される。本発明において離間距離Ｌは、通常０．１〜２．５mm、好ましくは０．５〜２．０mmである。離間距離Ｌが該範囲内にあると、水が滞留部３５の上部孔空板３２と下部孔空板３４とに接触するように滞留するため水分配部３０の下部透水孔３３から流下される水量を水分配部３０の全体において略均一にすることができ、水分配部３０から流下される接触用水の分散性がよい。なお、離間距離Ｌが２．５mmを越えると水が均一に流下し難くなり、また０．１mm未満であると上部孔空板３２と下部孔空板３４との間を水が移動し難くなるためそれぞれ好ましくない。
【００３０】
水分配部３０は、水分配部３０における同一方向に対する上部透水孔３１のピッチと下部透水孔３３のピッチとが異なることが好ましい。ここで、水分配部３０における同一方向とは、上部孔空板３２面内における方向と下部孔空板３４面内における方向とが同一になる方向の意味である。このような方向としては、例えば、上部孔空板３２及び下部孔空板３４に共通する長手方向や、上部孔空板３２面内又は下部孔空板３４面内であって且つ該長手方向に対し６０度や９０度等の所定の角度を有する方向等が挙げられる。このように、上部透水孔３１のピッチと下部透水孔３３のピッチとが異なると、滞留部３５に水が十分に滞留して水分配部３０から流下される水の分散性がよくなるため好ましい。また、ピッチは、上部透水孔３１のピッチと下部透水孔３３のピッチとの全てのものが異なる必要はなく、少なくとも一方向のピッチが異なっていればよい。
【００３１】
水分配部３０は、上部透水孔３１の大きさが全て実質的に同一であると共に下部透水孔３３の大きさが全て実質的に同一である場合は、上部透水孔３１の１個当りの面積と下部透水孔３３の１個当りの面積とが異なると、水分配部３０から流下される水の分散性がよくなるため好ましい。また、上部透水孔３１の１個当りの面積は、下部透水孔３３の１個当りの面積の１０〜９５％、好ましくは２０〜５０％であると望ましい。このように、上部透水孔３１の１個当りの面積が下部透水孔３３の１個当りの面積よりも小さいと、水分配部３０から流下される水の分散性がよくなるため好ましい。
【００３２】
また、水分配部３０は、上部透水孔３１のピッチと下部透水孔３３のピッチとが異なると共に、上部透水孔３１の１個当りの面積が下部透水孔３３の１個当りの面積より上記範囲内を採るように小さいと、水分配部３０から流下される水の分散性がさらによくなるため好ましい。
【００３３】
本発明において、水分配部３０は、図５又は図６に示すように、水分配部３０を上部孔空板３２側から見たときの上部透水孔３１と下部透水孔３３との鉛直方向の孔の重なり部分３６を、上部透水孔３１及び下部透水孔３３それぞれの一部分に形成する。ここで、上部透水孔３１及び下部透水孔３３それぞれの一部分に形成するとは、鉛直方向の孔の重なり部分３６の全てが上部透水孔３１の全部又は下部透水孔３３の全部と完全に一致することがないように形成することを意味する。例えば、上部透水孔３１と下部透水孔３３とが全く同じ形態で穿設されている場合、上部孔空板３２と下部孔空板３４とを上部孔空板３２側又は下部孔空板３４側からみて上部透水孔３１と下部透水孔３３とが完全に重なるように配置した場合は、孔の重なり部分３６の全てが上部透水孔３１全部及び下部透水孔３３全部と完全に一致するため好ましくない。しかし、これらの上部孔空板３２と下部孔空板３４とをずらして配置した場合は、孔の重なり部分３６の全てが上部透水孔３１全部又は下部透水孔３３全部と完全に一致することがなくなるため好ましい。
【００３４】
本発明においては、孔の重なり部分３６の総面積を、上部孔空板３２又は下部孔空板３４のうち総孔面積の小さい方の孔空板の総孔面積の６７％以下、好ましくは５〜４０％とすることが望ましい。ここで、孔の重なり部分３６の総面積とは、例えば、図６に示す孔の重なり部分３６ａ、３６ｂ、３６ｃ等の孔の重なり部分全部の合計値を意味する。また、総孔面積とは、上部孔空板３２における上部透水孔３１の合計面積又は下部孔空板３４における下部透水孔３３の合計面積である。本発明では、上部透水孔３１の合計面積又は下部透水孔３３の合計面積の小さい方の孔空板の総孔面積に対する孔の重なり部分３６の総面積の比率を上記範囲内にすると、水を滞留部３５に十分に滞留させることができるため、水分配部３０から分散性よく水を流下させることができるため好ましい。
【００３５】
散水管４０は、水分配部３０の上部孔空板３２に散水孔から水を供給するものであり、水を供給できるものであれば形状等は特に限定されないが、通常は、図８に示すように筒状体４１に散水孔４２が穿設されたものが用いられる。また、散水孔４２の形状や配置は、流下する水の水量や散水する範囲により適宜定めればよく特に限定されるものでないが、例えば、図８（ａ）のように筒状体４１の表面に一列に散水孔４２ａを穿設したものや、図８（ｂ）のように筒状体４１の表面に散水孔４２ｂの一列と散水孔４２ｃの一列とを、散水孔４２ｂと散水孔４２ｃとが互い違いに並ぶように穿設したものが挙げられる。本発明において散水孔は一定のピッチで穿設されていることが好ましい。散水孔のピッチは、散水管内部の水の流量や、流下する水量により適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、通常１０〜７０mmである。また、散水孔の大きさもピッチと同様の理由で特に限定されるものではないが、通常１〜５mmである。
【００３６】
なお、図３に示す散水手段２においては、水分配部３０を構成する枠体５０が、散水管４０を囲うことができるように上方まで延設され且つ下部孔空板３４より下部まで延設されているが、枠体５０の上限は滞留部３５を形成できるように少なくとも上部孔空板３２と面一であればよく、枠体５０の下限は滞留部３５を形成できるように少なくとも下部孔空板３４と面一であればよい。なお、枠体５０の上限が上部孔空板３２の上面よりも上部まで延設されていると、散水管４０から流下される水が多い場合でも枠体５０の上限の壁部５１でせき止められるため、散水管４０から流下される水の流量変化に影響されず水分配部３０から略一定の流量で水を流下できるため好ましい。また、水分配部３０は、枠体５０、上部孔空板３２及び下部孔空板３４からなるユニットを予め作製しておき、これを単独で又は散水管４０と共に他の筐体に収納することにより散水手段２を形成してもよい。また、散水手段２は、水量調整が可能なものであることが好ましい。
【００３７】
気液接触ユニット５に用いられる受水部４は、斜行ハニカム３の下面開口部１０４から排出される接触後水を受けるものである。受水部４の形態としては特に限定されないが、例えば、図３に示す雨どい形状の受水パン等が挙げられ、受水部４には、接触後水を受水部４外に排出する排出管４１を設けてもよい。気液接触ユニット５は、通常、図示しない枠体に組み込まれて固定される。この際、給水ダクト２３と斜行ハニカムの上面開口部１０１とは少しの隙間を形成することが、斜行ハニカムの上面開口部１０１全体に給水を均一分散下することができる点で好ましい。また、斜行ハニカムの下面開口部１０４と受水部４はできるだけ近接するように配置することが、省スペース化が図れる点で好ましい。
【００３８】
気液接触装置１は、さらに、斜行ハニカム３の前面開口部１０３に接触用空気を導入し該斜行ハニカム３の後面開口部１０２から冷却空気を排出する送風手段を備えるものである。送風手段としては、例えば、ファンを備えた送風機等が挙げられる。また、気液接触装置１は、接触後水を散水手段２に供給する図示しない水循環手段を設けると、斜行ハニカム３を流下した接触後水を接触用水として再利用することができるため好ましい。水循環手段としては、例えば、循環ポンプが挙げられる。また、気液接触装置１は、接触後水を再利用可能に処理する図示しない水再処理手段を設けると、斜行ハニカム３を流下した接触後水を接触用水として再利用することができるため好ましい。水再処理手段としては、例えば、熱交換器等の冷却手段が挙げられる。さらに、気液接触装置１は、水循環手段及び水再処理手段を設けると、斜行ハニカム３を流下した接触後水をこのまま接触用水として再利用することができるため好ましい。
【００３９】
次に、第１の実施の形態における気液接触装置の使用方法について、気液接触装置が冷却装置である場合を例に図１〜図２を参照して説明する。まず、水１６が散水手段２の散水管４０に供給され、散水管４０の散水孔４２から水分配板３０を構成する上部孔空板３２上に供給水１７が流下される。供給水１７は、上部孔空板３２上に広がって滞留すると共に上部透水孔３１を通過して滞留部３５全体を満たし、接触用水１２が下部孔空板３４の下部透水孔３３の各孔から略均一な流量で広範囲に分散して流下し、斜行ハニカム３の上面開口部１０１等に供給される。この際、接触用水１２の供給水量を適宜調整して、斜行ハニカム３全体を濡れた状態とする。次に、図示しない送風手段等により接触用空気を斜行ハニカム３の前面開口部１０３から図１中の矢印９の方向に導入する。斜行ハニカム３内のセルでは、流下される接触用水１２と導入される接触用空気とが直接気液接触する。この際、接触用空気が接触用水１２で冷却されると共に、接触用空気中に化学汚染物質等が存在する場合は該化学汚染物質等が接触用水１２に取り込まれる。熱交換して温まり且つ場合により化学汚染物質を取り込んだ接触用水１２は、斜行ハニカム３を流下し切ったところで接触後水１３となり、受水部４に移動する。受水部４中の接触後水１３は、排水管４１を通って図示しない循環ポンプで熱交換器に供給されて所定温度まで冷却され、冷却された接触後水１３は、再び散水手段２に供給され、接触用水１２として再利用される。一方、斜行ハニカム３の後面開口部１０２からは冷却された接触後空気が得られる。
【００４０】
第１の実施の形態に係る気液接触装置を使用する方法は、接触用空気と接触用水とが直接接触する斜行ハニカムを含む気液接触ユニットを用い、特定の散水手段を用いるため、気液接触効率がよく、液ガス比が小さく、圧損が小さく、省スペース及び省エネルギーを図れ、さらに、低コストである。
【００４１】
また、本発明の気液接触装置においては、気液接触ユニット５を少なくとも１個用いることができる。この場合の気液接触ユニット５の配置の態様としては、例えば、斜行ハニカム３の上下方向に複数個配置する態様（多段配置）、接触用空気の流れ方向に複数個配置する態様（多列配置）、斜行ハニカム３の幅方向に複数個配置する態様、及び、これらの配置を１又は２以上組み合わせた複合配置の態様等が挙げられる。斜行ハニカム３の上下方向とは斜行ハニカム３の上面開口部と下面開口部とを結ぶ方向であり、接触用空気の流れ方向とは斜行ハニカム３の前面開口部と後面開口部とを結ぶ方向であり、斜行ハニカム３の幅方向とは上下方向及び接触用空気の流れ方向それぞれに略直交する方向である。そこで、気液接触ユニット５を複数用いる気液接触装置を第２の実施の形態として図９及び図１０を参照して説明する。図９は本発明に係る気液接触装置の第２の実施形態の概略図、図１０は本発明に係る気液接触装置の第２の実施形態を被処理空気の流れ方向に直交する側から見た概略図である。なお、図１０において、接触用空気の流れ方向の互いに隣接する斜行ハニカム間に隙間が見られるが、これは図面を理解し易くするためのものであり、実際は前方の斜行ハニカムの後面開口部１０２とその後方の斜行ハニカムの前面開口部１０３とは当接又は近接している。
【００４２】
第２の実施の形態における気液接触装置において、図９及び図１０中、図１及び図２と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、異なる点についてのみ主に説明する。図９及び図１０において、図１及び図２に示す第１の実施形態と異なる点は、気液接触ユニット５を１２個使用し、上下方向に３段配置、且つ接触用空気の流れ方向に４列配置した点、及び接触後水系及び接触前水系を循環系とした点にある。すなわち、第２の実施の形態において、気液接触装置１Ａは、接触用空気の流れ方向の前方から第１列が、上下方向に上から気液接触ユニット５ａ1、５ａ2、５ａ3を配置し、次いで、同方向の第２列が、上下方向に上から気液接触ユニット５ｂ1、５ｂ2、５ｂ3を配置し、次いで、同方向の第３列が、上下方向に上から気液接触ユニット５ｃ1、５ｃ2、５ｃ3を配置し、次いで、同方向の第４列が、上下方向に上から気液接触ユニット５ｄ1、５ｄ2、５ｄ3を配置する。更に、水循環系は、受水部４から排出管１５を通して排出される接触後水を、送水管１０を通して散水手段２に供給する水循環手段６と、水再処理手段として接触後水を冷却する冷却手段７とを備える。
【００４３】
送水管１０から分岐し、各段毎に一括送水する分岐送水管１１１、１１２及び１１３は、上段の気液接触ユニット５ａ1、５ｂ1、５ｃ1、５ｄ1の散水手段２、２、２、２、中段の気液接触ユニット５ａ2、５ｂ2、５ｃ2、５ｄ2の散水手段２、２、２、２及び下段の気液接触ユニット５ａ3、５ｂ3、５ｃ3、５ｄ3の散水手段２、２、２、２にそれぞれ接続されている。一方、上段の気液接触ユニット５ａ1、５ｂ1、５ｃ1、５ｄ1の受水部４、４、４、４、中段の気液接触ユニット５ａ2、５ｂ2、５ｃ2、５ｄ2の受水部４、４、４、４及び下段の気液接触ユニット５ａ3、５ｂ3、５ｃ3、５ｄ3の受水部４、４、４、４と排水管１５の分岐排水管１５１、１５２、１５３とがそれぞれ接続され、各段毎に排水を一括回収している。
【００４４】
個々の気液接触ユニット５において、斜行ハニカム３は幅方向に複数個配置してもよい。すなわち、斜行ハニカム３は分割された斜行ハニカムの横並び形態であってもよい。また、気液接触装置１Ａにおける個々の気液接触ユニット５の設置形態としては、特に制限されず、第１の実施の形態における気液接触ユニット５を、例えば上下方向に積み重ね、前後方向に並べて枠体上に固定する方法が挙げられる。この場合、受水部４の前後方向幅は斜行ハニカム３の厚みと同程度とし、前後方向の組み付けの際、前方の斜行ハニカムの後面開口部１０２とその後方の斜行ハニカムの前面開口部１０３とが当接又は近接するように行うことが、省スペース化の点で好ましい。
【００４５】
なお、気液接触装置１Ａは、第１の実施の形態と同様に、循環ポンプや熱交換器を設けずに受水部４の接触後水１３を廃棄してもよいし、また、冷却水中の不純物を除去する純水化装置を組込んでもよい。また、気液接触ユニット５は、例えば、左右両側及び上下両面が壁部の筐体１４に収納して、接触用空気が斜行ハニカム３の前面開口部のみを通過するようにすることが好ましい。筐体１４の形態としては特に限定されるものでないが、気液接触ユニットと筐体との間の隙間が全くないか又は実質的に存在しないものであると熱効率が高いため好ましい。また、送風機の吐出口と筐体１４の前面開口部をダクトで接続し、該ダクトを通して接触用空気を供給することが、送風効率の点で好ましい。
【００４６】
次に、第２の実施の形態の気液接触装置の使用方法について、気液接触装置が冷却装置である場合を例に図９及び図１０を参照して説明する。まず、第１の実施の形態と同様に、接触用水１２が散水手段２の下部透水孔３３の各孔から略均一な流量で広範囲に分散して流下し、上段の４個、中段の４個及び下段の４個の斜行ハニカム３のそれぞれの上面開口部１０１に同時に供給される。この際、接触用水１２の供給水量や散水方法を適宜調整して、１２個の斜行ハニカム３全体を濡れた状態とする。次に、図示しない送風手段等により接触用空気を前方の３個の斜行ハニカム３の全面開口部１０３から図９中の矢印の方向に導入する。１２個の斜行ハニカム３内のセルでは、流下される接触用水１２と導入される接触用空気とが直接気液接触して、接触用空気が冷却されると共に、接触用空気中に化学汚染物質等が存在する場合は該化学汚染物質等が接触用水１２に取り込まれる。熱交換して温まり且つ場合により化学汚染物質を取り込んだ接触用水１２は、それぞれの斜行ハニカム３を流下し切ったところで接触後水となり、受水部４に移動する。受水部４中の接触後水は、各段毎に配設される分岐排水管１５１、１５２、１５３及び排水管１５を通って循環ポンプ６で熱交換器７に供給されて所定温度まで冷却され、冷却された接触後水１３は、再び散水手段２に供給され、接触用水１２として再利用される。一方、最後列の斜行ハニカム５ｄ1、５ｄ2、５ｄ3の後面開口部１０２からは冷却された接触後空気が得られる。
【００４７】
第２の実施の形態における気液接触装置によれば、第１の実施の形態における気液接触装置と同様の効果を奏する他、気液接触装置が冷却装置である場合には、上下方向に複数段としたことにより、１個の斜行ハニカムの高さを短くとれ、斜行ハニカムの下方においても接触用水の温度が低いままであり、熱効率が向上する。更に、接触用空気の流れ方向に複数列としたことにより、接触用空気の流速を高めることができる。従って、省スペース且つ省エネルギーとすることができる。
【００４８】
本発明において、接触用空気としては、特に限定されないが、清浄な空気に加え、高性能（ＵＬＰＡ）フィルターの編み目を通過するような微細な化学汚染物質を含んだ空気も用いることができる。ここで化学汚染物質としては、例えば、ナトリウム、カリウム、カルシウム、ホウ素等の無機質の金属元素、フッ素イオン、塩化物イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオン、硫酸イオン、亜硫酸イオン等のアニオン類や、アンモニウムイオン等のカチオン類等が挙げられる。
【００４９】
本発明に係る気液接触装置は、接触用空気と接触用水とが直接に接触するため、これらの化学汚染物質を接触用水に取り込んで清浄な接触後空気を得ることができる。なお、接触用空気中の化学汚染物質量が多い場合等には、必要により、受水部４と散水手段２との間に、接触後水中の化学汚染物質を除去可能な手段として、例えば、イオン交換樹脂等を組込んだ純水化装置を介するようにすると、接触用水を清浄に保つことができるため好ましい。
【００５０】
被処理空気の温度としては、特に限定されないが、例えば、２０℃以上、好ましくは２５℃以上、さらに好ましくは３０℃以上である。接触用空気の温度が高いほど一般的に熱効率が向上するため好ましい。また、気液接触ユニット５に供給する斜行ハニカムの上面開口部１０１における接触用水の水温は通常７〜１０℃であり、且つ、第１列目に配置した斜行ハニカムの下面開口部１０４における接触後水の水温より通常２．５℃以上、さらに好ましくは５．０℃以上低くする。このような条件で装置を稼動させると、熱効率が高くなるため好ましい。
【００５１】
また、本発明において、気液接触ユニット１個当りの接触用水の供給量と接触用空気の供給量との液ガス比Ｌ／Ｇ400-200は、通常０．１〜０．５kg/kg、好ましくは０．２〜０．４kg/kgである。ここで、Ｌ／Ｇ400-200とは、気液接触ユニット中の前記斜行ハニカム１個当りの高さ４００mm、厚さ２００mmの場合における単位時間当りの供給空気量に対する供給水量の重量比である。なお、斜行ハニカム１個当りの大きさが高さ４００mm、厚さ２００mmでない場合における斜行ハニカム１個当りの単位時間当りの供給空気量に対する供給水量の重量比Ｌ／Ｇは、Ｌ／Ｇ400-200の値に対して、斜行ハニカム１個当りの高さの増加に反比例して減少し、厚さの増加に比例して増加する。例えば、Ｌ／Ｇ400-200が０．３のときに、斜行ハニカム１個の大きさを高さ８００mm、厚さ２００mmとすると該斜行ハニカムのＬ／Ｇは０．１５となり、また高さ４００mm、厚さ６００mmとするとＬ／Ｇは０．９となる。本発明では、気液接触効率効率がよいため、上記範囲内程度のように液ガス比が小さくても十分に気液接触することができる。
【００５２】
気液接触ユニットを複数個使用する場合、気液接触ユニットの数は、上記実施の形態に限定されず、適宜定めればよいが、例えば、ファン動力と斜行ハニカムを通過する接触用空気の空間速度とから必要な開口面積(Ａo)を求め、Ａoを満たす数にすればよい。この際の接触用空気の空間速度は、例えば、１.５〜３．０m/secである。また、散水手段や受水部は各気液接触ユニットに各々独立して設けられていてもいなくてもどちらでもよい。すなわち、幅方向に複数個配置した気液接触ユニットが、各段で散水手段又は受水部を共用していてもよい。例えば、気液接触ユニットが斜行ハニカムの前面開口部の幅方向に２列、且つ高さ方向に３段形成される場合は、各段の散水手段や受水部を幅方向の２列の気液接触ユニットで共用してもよい。このように、各段で散水手段等を共用すると、低コスト化できるため好ましい。
【００５３】
本発明に係る気液接触装置は、例えば、オフィスビル、病院、生産工場の空気や水の冷却装置、空気清浄装置又は加湿装置として使用できる。
【００５４】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５５】
実施例１
長さ１０２０mm×幅２００mm×厚さ１．０mmのステンレス板に、直径１mmの孔を、図７（ｂ）に示すように３１ｅ−３１ｆ方向、３１ｆ−３１ｇ方向及び３１ｇ−３１ｅ方向の３方向のピッチがそれぞれ２mmになるように千鳥状に穿設して上部孔空板を作製した。また、直径及びピッチを表１に示すようにした以外は上部孔空板と同様にして、下部透水孔が千鳥状に形成された下部孔空板を作製した。次に、４面が壁面で囲われると共に上下方向の２面が開放した壁の高さ８０mm×長さ１０２５mm×幅２０２mmの枠体の底部に、上部孔空板と下部孔空板とを平行に且つ０．５mm離間させて２枚配置し、上部孔空板及び下部孔空板と枠体との間に隙間が生じないように固定して水分配部を形成した。なお、水分配部は、上部孔空板の隅部に穿設された上部透水孔３１ｅと、これに対応する下部孔空板の隅部に穿設された下部透水孔とが、上部孔空板の上方から見て孔の中心が一致し、且つ、枠体の壁部が上部孔空板の上方及び下部孔空板の下方まで延設されるように配置したものである。さらに、上部孔空板の上方に、直径２mm、ピッチ４０mmで一列に穿設された散水孔を有する直径２５mm、長さ１０５０mmの散水管を、散水管が上部孔空板の長手方向と平行且つ幅方向の中心に位置し、さらに、散水孔と上部孔空板との距離が３０mmになるように配置して、高さ８０mm×長さ１０２５mm×幅２０２mmの散水手段を作製した。
【００５６】
一方、Ｅガラス繊維と有機バインダで形成したガラス不織布を、充填材であるアルミナ水和物と結合材であるアルミナゾルとを含むスラリに浸漬した後に乾燥し、波付け加工して波形状物を得た。該波形状物を、波の伝播方向が交差するように交互に重ね合わせた後に５００℃で熱処理して、アルミナとアルミナゾル硬化物との合計量８０重量％及びＥガラス繊維２０重量％からなり、空隙率が６５％であり、山高が４．８mm、ピッチ１０mmの斜行ハニカムを作製した。この斜行ハニカムは空気の通気方向に対して幅５００mm、高さ５００mm、奥行き２００mmとなるものであり、コルゲート状シートの一層おきの波の伝播方向が互いに交差する角度（図１中、符号Ｙ）が６０度、斜め方向に延設されるセルの前後両面からみた場合の空気の流入、流出方向（水平方向）に対する斜め角度（図１中、符号Ｘ）は３０度である。次にこの斜行ハニカムを幅方向に２個並べて保持可能な大きさで、且つ前面、後面、上面及び下面が通気可能なケースに組み込み、この上部に接触用水をハニカムに供給する前記散水手段と、この下部にハニカムを通過した接触用水を受ける排水パンとを付設し、１個の気液接触ユニットとした。この気液接触ユニットは、高さが前記散水手段及び排水パンを含め６６０mmであり、幅１０５０mm、奥行き２００mmである。次に、この気液接触ユニットを幅１０５０mm、高さ６６０mm、奥行き２００mmで前面及び後面が開口した筐体に組み込んだ（気液接触ユニットの１段１列配置。合計１ユニット。）。また、排水パンで受けた温度の上昇した接触用水は送水ポンプを経て、水冷却用熱交換器に送られ、冷却され、ハニカム上部の前記散水手段に循環供給されるようにした。気液接触ユニット等の条件について表３に示す。
【００５７】
上記気液接触装置に、２５℃、７０ｒｈ％の空気を流量４５００m3/時間で通風するとともに、散水管に７℃の冷水を水量２３．５L/分（液ガス比Ｌ／Ｇ＝０．２７kg/kg、Ｌ／Ｇ400-200＝０．３３kg/kg）供給し、散水手段の下部透水孔から流下する水の分散状況を目視で評価した。結果を表１に示す。また、この際の出口空気の温度を測定した。結果を表２に示す。
【００５８】
実施例２〜２５
上部透水孔又は下部透水孔を表１のように穿設した以外は実施例１と同様にして気液接触装置を作製し、流下する水の分散状況を目視で評価し、出口空気の温度を測定した。結果を表１及び表２に示す。
【００５９】
比較例１
下部孔空板を取り付けない以外は実施例１と同様にして気液接触装置を作製し、流下する水の分散状況を目視で評価し、出口空気の温度を測定した。結果を表１及び表２に示す。
【００６０】
比較例２〜５
表１に示す上部孔空板を用いた以外は比較例１と同様にして気液接触装置を作製し、流下する水の分散状況を目視で評価し、出口空気の温度を測定した。結果を表１及び表２に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
【表２】
【００６３】
【表３】
【００６４】
【発明の効果】
本発明に係る気液接触装置を用いると、水が散水手段の下面から略均一な流量で広範囲に分散して斜行ハニカムの上面に流下するため、効率よく気液接触を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る気液接触装置の第１の実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１においてＡ−Ａ線で切断した断面を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明で用いる散水手段の実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図４】水分配部の一部を切り欠いて模式的に示す斜視図である。
【図５】水分配部の一部を拡大して模式的に示す斜視図である。
【図６】水分配部の一部を上部孔空板側から見た模式的な平面図である。
【図７】上部透水孔の配列態様を説明する図である。
【図８】本発明で用いる散水管の一例を示す斜視図である。
【図９】本発明に係る気液接触装置の第２の実施形態の概略図である。
【図１０】本発明に係る気液接触装置の第２の実施形態を被処理空気の流れ方向に直交する側から見た概略図である。
【符号の説明】
１、１Ａ 気液接触装置
２ 散水手段
３ 斜交ハニカム
４ 受水パン（受水部）
５、５ａ1、５ａ2、５ａ3、５ｂ1、５ｂ2、５ｂ3、５ｃ1、５ｃ2、５ｃ3、５ｄ1、５ｄ2、５ｄ3５ 気液接触ユニット
６ 循環ポンプ（水循環手段）
７ 熱交換器
８ 接触後水冷却用の冷却水
９ 空気の流れ方向を示す矢印
１０ 送水管
１１ 補給水を示す矢印
１２ 接触用水
１３ 接触後水
１４ 筐体
１５ 排水管
１６ 水
１７ 供給水
２１、２２ 互いに隣接するコルゲート状シート
２３ 給水ダクト
３０ 水分配部
３１ 上部透水孔
３２ 上部孔空板
３３ 下部透水孔
３４ 下部孔空板
３５ 滞留部
３６、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ 孔の重なり部分
４０ 散水管
４１ 筒状体
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ 散水孔
５０ 枠体
５１ 壁面
１０１ 斜行ハニカム上面開口部
１０２ 斜行ハニカム後面開口部
１０３ 斜行ハニカム前面開口部
１０４ 斜行ハニカム下面開口部
１１１、１１２、１１３ 分岐送水管
１５１、１５２、１５３ 分岐排水管
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜行ハニカムを用いた空気冷却装置、空気清浄装置及び加湿装置等の気液接触装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷却塔や気液接触塔等においては、気液接触板を多数並設した気液接触ユニットに散水管から散水して、水を気液接触板の表面に流す方法が知られている。
【０００３】
例えば、特開平８−２１９６８４号公報には、散水管から気液接触手段に散水する方法としては、散水管に複数の散水穴を設けて散水穴から吐出した棒状の水流が当たる位置に平面または曲面を有する面状体を設け、面状体で水流を膜状に広げた状態で充填材等の気液接触手段に流下させる冷却塔の散水装置が開示されている。また、散水管からの水流を無数の散水穴を有する目皿に当て、そこで水流を広げると共に無数の散水穴から水を流下させる方法等も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの装置や方法は、水の流下量の場所によるばらつきが大きく、気液接触手段へ水を均一に流下できないため、気液気液接触効率がよくなかった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、気液接触効率が高い気液接触装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、斜行ハニカム、所定の散水手段及び受水部を有する気液接触ユニットと、送風手段とを備える気液接触装置であれば、気液接触を効率よく行えることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、前後両面と上下両面とが開口し、前面開口部から接触用空気が導入されると共に後面開口部から接触後空気が排出されるように配置される斜行ハニカム、該斜行ハニカムの上面開口部へ接触用水を供給する散水手段、及び該斜行ハニカムの下面開口部から排出される接触後水を受ける受水部を有する気液接触ユニットと、前記斜行ハニカムの前面開口部に接触用空気を導入し該斜行ハニカムの後面開口部から接触後空気を排出する送風手段とを備える気液接触装置であって、
前記散水手段は、水平方向が壁面で囲まれる枠体、複数の上部透水孔が穿設されると共に前記枠体の上部に前記壁面と隙間なく配置される上部孔空板、及び複数の下部透水孔が穿設されると共に前記枠体の下部に前記壁面と隙間なく且つ前記上部孔空板と略平行に離間して配置される下部孔空板からなる水分配部と、前記上部孔空板に水を供給する散水管とを有し、
前記上部透水孔１個当りの面積が、前記下部透水孔１個当りの面積の１０〜９５％であること、
を特徴とする気液接触装置を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の第１の実施の形態における気液接触装置について図１及び図２を参照して説明する。図１は本発明に係る気液接触装置の第１の実施形態を模式的に示す斜視図であり、図２は図１においてＡ−Ａ線で切断した断面を模式的に示す断面図である。図１及び図２中、１は気液接触装置、２は散水手段、３は斜行ハニカム、４は受水パン（受水部）、５は気液接触ユニット、１０１は斜行ハニカム上面開口部、１０２は斜行ハニカム後面開口部、１０３は斜行ハニカム前面開口部、１０４は斜行ハニカム下面開口部である。第１の実施形態において気液接触装置１は、散水手段２、斜行ハニカム３及び受水パン４を有する気液接触ユニット５と図示しない送風手段とを備えるものである。
【０００９】
気液接触ユニット５に用いられる斜行ハニカム３は、一方向に向かって伝播する波形形状を有する波形シート２１、２２（以下、「コルゲート状シート」ともいう。）が複数積層されてハニカム形状を呈するものであって、積層されるコルゲート状シート２１、２２は波の伝播方向が一枚おきに斜めに交差するように積層され、且つ、二層おきのシートの波の伝播方向がそれぞれ略同一方向になるように配置されたハニカム状体である。
【００１０】
該斜行ハニカム３は、コルゲート状シート２１、２２に平行な面に対して垂直な４面１０１〜１０４で切断して直方体を形成し、且つ、該切断面がコルゲート状シートの波の伝播方向と平行でなく、且つ、垂直でもないようにした場合、該直方体を切断面の１つ１０４を下面にし、且つ、コルゲート状シートの最外層１０５、１０６をそれぞれ左右面にして載置すると、切断面である前後両面１０２、１０３及び上下両面１０１、１０４の４面は全てハニカムセルが開口し、左右面１０５、１０６はコルゲート状シートで閉じられた構造を有する。すなわち、斜行ハニカム３は、前後両面１０２、１０３と、上下両面１０１、１０４とが開口する構造を有するものである。また、該切断面の、例えば前後両面１０２、１０３は、斜め上方向に延設されるセルと斜め下方向に延設されるセルとが一層おきに形成される。斜め方向に延設されるセルの前後両面からみた場合の空気の流入、流出方向（水平方向）に対する斜め角度（図１中、符号Ｘ）は、通常１５〜４５度、好ましくは２５〜３５度の範囲内にする。上記斜め角度が該範囲内にあると、流下速度が適度の範囲となり気液接触効率が向上するため好ましい。
【００１１】
上記斜行ハニカム３において、積層されたコルゲート状シートの一層おきの波の伝播方向が互いに交差する角度（図１中、符号Ｙ）は、通常３０〜９０度、好しくは５０〜７０度である。このようにコルゲート状シートを上記角度範囲内で交差するように積層すると、上記のように斜め角度（図１中、符号Ｘ）を上記の１５〜４５度とした場合に、接触用空気及び接触用水がハニカムセルと実質的に接触する面積が大きくなるため、接触用空気と接触用水との気液接触効率が高くなるため好ましい。すなわち、後述のように、本発明において、接触用空気は斜行ハニカム３の前面開口部１０３から導入され、また、接触用水は上面開口部１０１から散水手段２により供給され斜行ハニカムのコルゲート状シートに浸透し、且つ、該コルゲート状シートの極く表面をゆっくりと下方に流下するため、接触用空気の通気方向と浸透壁面の接触用水の流下方向とが適度の角度を保持し、気液接触効率が高くなる。なお、本発明において、接触用空気又は接触用水とは、気液接触前及び気液接触中の空気又は水を意味し、接触後空気又は接触後水とは、気液接触後の空気又は水を意味する。
【００１２】
本発明で用いられる斜行ハニカムのセルの高さ、すなわち、波形の山と谷間の寸法を示すセルの山高寸法は、通常２．５〜８．０mm、好ましくは３〜５mmである。セルの山高寸法が２．５mm未満であると製造が困難であり、圧力損失が大きくなるため好ましくない。また、セルの山高寸法が８．０mmを越えると気液接触効率が低下するため好ましくない。
【００１３】
斜行ハニカムのコルゲート状シートの状態におけるセルの幅、すなわち、セルピッチは、通常６〜１６mm、好ましくは７〜１０mmである。また、斜行ハニカムの前面開口部と後面開口部との間の寸法、すなわち、斜行ハニカムの厚さ（ｔ）は、通常１００〜１０００mm、好ましくは２００〜８００mmである。該厚さが１００mm未満であると、気液接触効率が低下するため好ましくなく、該厚さが１０００mmを越えると気液接触効率がこれ以上向上せず、圧力損失が大きくなるため好ましくない。なお、本発明において、斜行ハニカムの厚さは、斜行ハニカムを複数枚使用する場合には、この合計の厚さが上記範囲内のものであればよい。例えば、厚さが３００mmの斜行ハニカムを用いる場合には、厚さが１００mmの斜行ハニカムを３枚厚さ方向に重ねて合計の厚さを３００mmとしてもよい。なお、気液接触手段として斜行ハニカムを用いると、体積当りの熱交換率が従来用いられていたフィンコイルよりも高いため、斜行ハニカムの厚さを小さくすることができ、装置の設置スペースを小さくすることができる。さらに、水の循環量が、従来のフィンコイルのものと比較すると格段に少なくて済み、大幅な省エネルギー化をも図ることができる。
【００１４】
斜行ハニカムを構成するシート状部材は、表面に凹凸があり、内部が多孔質であるものであることが、エレメントの表面積を大きく採れ、エレメントに浸透して流下する水と空気との接触面積が高まる点で好ましい。このようなシート状部材としては、例えば、アルミナ、シリカ及びチタニアからなる群より選択される１又は２以上の充填材又は結合材と、ガラス繊維、セラミック繊維又はアルミナ繊維等の繊維基材とからなるものが挙げられる。この内、チタニアを配合したものは酸性の化学汚染物質の除去効率が向上するため好ましい。また、シート状部材は、通常、充填材又は結合材を６０〜９３重量％、繊維基材を７〜４０重量％含み、好ましくは充填材又は結合材を７０〜８８重量％、繊維基材を１２〜３０重量％含む。シート状部材の配合比率が該範囲内にあると、シート状部材の水浸透性及び強度が高いため好ましい。
【００１５】
上記シート状部材は、公知の方法で作製でき、例えば、ガラス繊維、セラミック繊維又はアルミナ繊維で作製されたペーパーを、アルミナゾル等の結合材とアルミナ水和物等の充填材を混合したスラリーに浸漬した後、乾燥し、コルゲート加工し、その後、乾燥処理と熱処理を行い、水分と有機分を除去すれば得ることができる。アルミナ以外にシリカやチタニアを含有する場合、例えば、シリカ及びチタニアの配合量は、アルミナ１００重量部に対してそれぞれ、通常５〜４０重量部である。
【００１６】
また、斜行ハニカムは、シート状部材の厚さが通常２００〜１０００μm 、好ましくは３００〜８００μm である。また、斜行ハニカムの空隙率は、通常５０〜８０％、好ましくは６０〜７５％である。空隙率を該範囲内とすることにより、ほどよい浸透性を実現でき、空気と水との気液接触効率を高めることができる。該シート状部材が、上記厚さと空隙率を有すると、液ガス比及び水の浸透速度が適度な範囲となり、水と空気の気液接触効率を高めると共に、強度的にも十分となる。
【００１７】
斜行ハニカム３の高さは、特に限定されない。しかし、気液接触装置が接触用水として冷却水を用いた冷却装置である場合には、通常２００〜８００mm、好ましくは４００〜６００mmとする。高さが２００mm未満であると、斜行ハニカム最下部に流下した接触後水、すなわち流下後の冷却水の温度がまだ低く、冷却水として有効利用されないまま排出されるため好ましくない。また、高さが８００mmを越えると、斜行ハニカム最下部に流下した冷却水の温度と接触用空気の温度との差が小さくなり、斜行ハニカム下部での熱交換効率が低下するため好ましくない。
【００１８】
上記シート状部材をコルゲート状シートに成形する方法としては、径方向に振幅する波形の凹凸が表面に形成された複数の幅広の歯車間に平板状シートを通すような公知のコルゲーターを用いる方法が挙げられる。得られたコルゲート状シートから上記斜行ハニカムを成形する方法としては、例えば、まず、上記コルゲート状シートを縦１００mm（斜行ハニカム成形後の厚み寸法）×横８００mm（斜行ハニカム成形後の幅方向又は高さ方向の寸法）程度の矩形の裁断型に対し、波の伝播方向が矩形型の一辺に対して１５〜４５度になるように配置して裁断して矩形のコルゲート状シートを作製し、次いで、得られた矩形のコルゲート状シートを１枚おきの波の伝播方向が斜交するように配置し、これらを接着して積層する方法が挙げられる。なお、このようにして製造した場合、斜行ハニカム１枚の厚さは上記裁断型の縦の長さとなる。このため、例えば、気液接触ユニット１個に組込まれる斜行ハニカムの厚さ、すなわち、斜行ハニカムの前面開口部と後面開口部との間の寸法が３００mm必要である場合に、縦１００mmの裁断型で作製した厚さ１００mmの斜行ハニカムを用いるときは、斜行ハニカムを厚さ方向に３枚重ねて使用すればよい。また、高さ方向又は幅方向に１個の斜行ハニカムでは寸法が不足するときは、斜行ハニカムを高さ方向に複数個重ねて又は幅方向に複数個並べて使用してもよい。なお、このように複数個重ねて又は並べて使用する場合、斜行ハニカム同士は、接着しても接着しなくてもどちらでもよい。接着しない場合には、複数個の斜行ハニカムを重ねて又は並べて配置するだけでよい。
【００１９】
次に、気液接触ユニット５に用いられる散水手段について図３〜図６を参照して説明する。図３は、本発明で用いる散水手段の実施形態を模式的に示す斜視図であり、図４は水分配部の一部を切り欠いて模式的に示す斜視図であり、図５は水分配部の一部を拡大して模式的に示す斜視図であり、図６は水分配部の一部を上部孔空板側から見た模式的な平面図である。図中、３０は水分配部、３１は上部透水孔、３２は上部孔空板、３３は下部透水孔、３４は下部孔空板、３５は滞留部、４０は散水管、５０は枠体、５１は枠体を構成する壁面である。また、図３〜図６中、図１及び図２と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略する。
【００２０】
図３において、散水手段２は、水分配部３０とこの上方に配置される散水管４０とからなる。水分配部３０は、水平方向が壁面５１で囲まれた枠体５０と、壁面５１との間に隙間なく枠体５０に配置される上部孔空板３２と、上部孔空板３２の下方において壁面５１との間に隙間なく且つ上部孔空板３２と略平行に離間して枠体５０に配置される下部孔空板３４とからなる。
【００２１】
枠体５０は、上部孔空板３２から供給された水の全量を下部孔空板３４から排出するものである。枠体５０の材質としては、水を透過又は浸透しない材質のものが用いられ、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅等が挙げられる。このうち、ステンレスは、水中に金属イオンが溶出し難いため好ましい。なお、枠体５０の形態としては特に限定されず、図３のように上下方向が開口し、且つ、壁面５１の配置が上方からみて矩形を形成するもの以外に、例えば、上下方向が開口し、且つ、壁面５１の配置が上方からみて円形を形成するものが挙げられる。また、枠体５０の上部は図３のように開放されたままでもよいが、埃等が散水手段内に入らないように、適宜、該開放部に蓋等を設けてもよい。
【００２２】
上部孔空板３２には、図４に示すように、複数の上部透水孔３１が穿設される。上部透水孔３１は、散水管４０から供給される供給水１７を下方に透過させるものである。上部透水孔３１の数は、上部孔空板３２の面積や供給される水量により異なるため特に限定されないが、上部透水孔３１の合計面積が同じ場合であれば、数の多いほうが水分配部から排出される水が分散し易いため好ましい。なお、本発明で用いられる上部透水孔３１の形状としては、図４に示すような円形に限定されず、他に例えば、楕円形や長円が挙げられる。このうち、楕円形であると、表面張力の影響を受け難く透水性がよいため好ましい。また、上部透水孔３１の形状は、円形等の形状を１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。例えば、円形の上部透水孔３１が一定のピッチで一列に穿設されると共に、これに隣接して楕円形の上部透水孔３１が一定のピッチで一列に穿設されており、これらの列が交互に形成されるものであってもよい。
【００２３】
上部透水孔３１の大きさは、孔の形状が円形である場合の直径が、通常１〜５mm、好ましくは１〜３mmである。また、孔の形状が円形以外である場合は、同一面積の円形に換算したときの孔の直径が上記範囲になるようにすればよい。上部透水孔３１の大きさが１mm未満であると水が通過し難くなり、また５mmを越えると水の分散性が悪くなり易いため好ましくない。
【００２４】
上部透水孔３１の配列形態は特に限定されず、例えば、上部孔空板３２の長手方向や該長手方向と所定の角度を有する方向のうちの一方向又は二方向以上に一定のピッチで穿設されていてもよいし、ランダムに穿設されていてもよい。また、上部透水孔３１が二方向以上に一定のピッチで穿設される場合は、いわゆる格子状や千鳥状であってもよい。ここで、格子状とは図７（ａ）のように直近の４個の上部透水孔３１ａ、３１ｂ、３１ｄ、３１ｃが略正方形を形成するように少なくとも略直交する二方向に一定のピッチで穿設される態様を意味し、千鳥状とは図７（ｂ）のように直近の３個の上部透水孔３１ｅ、３１ｆ、３１ｇが略正三角形の頂点を形成するように少なくとも三方向に一定のピッチで穿設される態様を意味する。千鳥状であると、上部孔空板３２に均一に上部透水孔３１を穿設し易いため好ましい。
【００２５】
上部透水孔３１が少なくとも一方向に一定のピッチを有して穿設されている場合、最小のピッチ幅を有する方向のピッチの大きさは、通常１〜１０mm、好ましくは１．５〜５mmである。最小のピッチ幅を有する方向のピッチとは、例えば、図７（ａ）のように上部透水孔３１の配列形態が格子状である場合には、略正方形を形成する直近の４個の上部透水孔３１のうちの３１ａと３１ｂのように隣接する２個の上部透水孔３１で形成されるピッチを意味し、３１ａと３１ｄのように対角線方向にある２個の上部透水孔３１で形成されるピッチを含まない意味である。上部透水孔３１のピッチの大きさが該範囲内にあると、水の分散性が良いため好ましい。なお、上部透水孔３１のピッチの大きさが１０mmを越えると水の分散性が悪くなり易いため好ましくない。
【００２６】
上部孔空板３２の材質は、枠体５０と同様のものが用いられる。上部孔空板３２の厚さは、通常０．３〜３．０mm、好ましくは０．５〜２．０mmである。厚さが該範囲内にあると、加工し易いため好ましい。
【００２７】
上部孔空板３２は、壁面５１との間に隙間なく枠体５０に配置される。ここで、上部孔空板３２を隙間なく配置するとは、上部孔空板３２上に供給される水が上部透水孔３１のみを通過する状態にすることを意味する。このように上部孔空板３２を配置することにより、上部孔空板３２と下部孔空板３４との間の空間に水を滞留させる等の制御が可能になり、水分配部３０から排出される接触用水の分散性を良好にすることができる。上部孔空板３２が、枠体５０に配置される態様としては、例えば、別部材として作製された上部孔空板３２と枠体５０とをパッキン等を介して圧着したり、接着したりする態様や、上部孔空板３２と枠体５０とを一体のものとして作製する態様が挙げられる。
【００２８】
下部孔空板３４は、上部孔空板３２と同様のものが用いられ、下部孔空板３４の材質や厚さ、下部透水孔３３の数、大きさや配列形態は、上部孔空板３２と同様である。また、下部孔空板３４が壁面５１との間に隙間なく枠体５０に配置される態様も上部孔空板３２と同様である。
【００２９】
上部孔空板３２と下部孔空板３４とは、略平行に離間して配置される。このため、水分配部３０には、図５に示すように、上部孔空板３２と下部孔空板３４との間の離間距離Ｌを高さとし、上部孔空板３２、下部孔空板３４及び枠体５０で囲まれる滞留部３５が形成される。本発明において離間距離Ｌは、通常０．１〜２．５mm、好ましくは０．５〜２．０mmである。離間距離Ｌが該範囲内にあると、水が滞留部３５の上部孔空板３２と下部孔空板３４とに接触するように滞留するため水分配部３０の下部透水孔３３から流下される水量を水分配部３０の全体において略均一にすることができ、水分配部３０から流下される接触用水の分散性がよい。なお、離間距離Ｌが２．５mmを越えると水が均一に流下し難くなり、また０．１mm未満であると上部孔空板３２と下部孔空板３４との間を水が移動し難くなるためそれぞれ好ましくない。
【００３０】
水分配部３０は、水分配部３０における同一方向に対する上部透水孔３１のピッチと下部透水孔３３のピッチとが異なることが好ましい。ここで、水分配部３０における同一方向とは、上部孔空板３２面内における方向と下部孔空板３４面内における方向とが同一になる方向の意味である。このような方向としては、例えば、上部孔空板３２及び下部孔空板３４に共通する長手方向や、上部孔空板３２面内又は下部孔空板３４面内であって且つ該長手方向に対し６０度や９０度等の所定の角度を有する方向等が挙げられる。このように、上部透水孔３１のピッチと下部透水孔３３のピッチとが異なると、滞留部３５に水が十分に滞留して水分配部３０から流下される水の分散性がよくなるため好ましい。また、ピッチは、上部透水孔３１のピッチと下部透水孔３３のピッチとの全てのものが異なる必要はなく、少なくとも一方向のピッチが異なっていればよい。
【００３１】
水分配部３０は、上部透水孔３１の大きさが全て実質的に同一であると共に下部透水孔３３の大きさが全て実質的に同一である場合は、上部透水孔３１の１個当りの面積と下部透水孔３３の１個当りの面積とが異なると、水分配部３０から流下される水の分散性がよくなるため好ましい。また、上部透水孔３１の１個当りの面積は、下部透水孔３３の１個当りの面積の１０〜９５％、好ましくは２０〜５０％であると望ましい。このように、上部透水孔３１の１個当りの面積が下部透水孔３３の１個当りの面積よりも小さいと、水分配部３０から流下される水の分散性がよくなるため好ましい。
【００３２】
また、水分配部３０は、上部透水孔３１のピッチと下部透水孔３３のピッチとが異なると共に、上部透水孔３１の１個当りの面積が下部透水孔３３の１個当りの面積より上記範囲内を採るように小さいと、水分配部３０から流下される水の分散性がさらによくなるため好ましい。
【００３３】
本発明において、水分配部３０は、図５又は図６に示すように、水分配部３０を上部孔空板３２側から見たときの上部透水孔３１と下部透水孔３３との鉛直方向の孔の重なり部分３６を、上部透水孔３１及び下部透水孔３３それぞれの一部分に形成する。ここで、上部透水孔３１及び下部透水孔３３それぞれの一部分に形成するとは、鉛直方向の孔の重なり部分３６の全てが上部透水孔３１の全部又は下部透水孔３３の全部と完全に一致することがないように形成することを意味する。例えば、上部透水孔３１と下部透水孔３３とが全く同じ形態で穿設されている場合、上部孔空板３２と下部孔空板３４とを上部孔空板３２側又は下部孔空板３４側からみて上部透水孔３１と下部透水孔３３とが完全に重なるように配置した場合は、孔の重なり部分３６の全てが上部透水孔３１全部及び下部透水孔３３全部と完全に一致するため好ましくない。しかし、これらの上部孔空板３２と下部孔空板３４とをずらして配置した場合は、孔の重なり部分３６の全てが上部透水孔３１全部又は下部透水孔３３全部と完全に一致することがなくなるため好ましい。
【００３４】
本発明においては、孔の重なり部分３６の総面積を、上部孔空板３２又は下部孔空板３４のうち総孔面積の小さい方の孔空板の総孔面積の６７％以下、好ましくは５〜４０％とすることが望ましい。ここで、孔の重なり部分３６の総面積とは、例えば、図６に示す孔の重なり部分３６ａ、３６ｂ、３６ｃ等の孔の重なり部分全部の合計値を意味する。また、総孔面積とは、上部孔空板３２における上部透水孔３１の合計面積又は下部孔空板３４における下部透水孔３３の合計面積である。本発明では、上部透水孔３１の合計面積又は下部透水孔３３の合計面積の小さい方の孔空板の総孔面積に対する孔の重なり部分３６の総面積の比率を上記範囲内にすると、水を滞留部３５に十分に滞留させることができるため、水分配部３０から分散性よく水を流下させることができるため好ましい。
【００３５】
散水管４０は、水分配部３０の上部孔空板３２に散水孔から水を供給するものであり、水を供給できるものであれば形状等は特に限定されないが、通常は、図８に示すように筒状体４１に散水孔４２が穿設されたものが用いられる。また、散水孔４２の形状や配置は、流下する水の水量や散水する範囲により適宜定めればよく特に限定されるものでないが、例えば、図８（ａ）のように筒状体４１の表面に一列に散水孔４２ａを穿設したものや、図８（ｂ）のように筒状体４１の表面に散水孔４２ｂの一列と散水孔４２ｃの一列とを、散水孔４２ｂと散水孔４２ｃとが互い違いに並ぶように穿設したものが挙げられる。本発明において散水孔は一定のピッチで穿設されていることが好ましい。散水孔のピッチは、散水管内部の水の流量や、流下する水量により適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、通常１０〜７０mmである。また、散水孔の大きさもピッチと同様の理由で特に限定されるものではないが、通常１〜５mmである。
【００３６】
なお、図３に示す散水手段２においては、水分配部３０を構成する枠体５０が、散水管４０を囲うことができるように上方まで延設され且つ下部孔空板３４より下部まで延設されているが、枠体５０の上限は滞留部３５を形成できるように少なくとも上部孔空板３２と面一であればよく、枠体５０の下限は滞留部３５を形成できるように少なくとも下部孔空板３４と面一であればよい。なお、枠体５０の上限が上部孔空板３２の上面よりも上部まで延設されていると、散水管４０から流下される水が多い場合でも枠体５０の上限の壁部５１でせき止められるため、散水管４０から流下される水の流量変化に影響されず水分配部３０から略一定の流量で水を流下できるため好ましい。また、水分配部３０は、枠体５０、上部孔空板３２及び下部孔空板３４からなるユニットを予め作製しておき、これを単独で又は散水管４０と共に他の筐体に収納することにより散水手段２を形成してもよい。また、散水手段２は、水量調整が可能なものであることが好ましい。
【００３７】
気液接触ユニット５に用いられる受水部４は、斜行ハニカム３の下面開口部１０４から排出される接触後水を受けるものである。受水部４の形態としては特に限定されないが、例えば、図３に示す雨どい形状の受水パン等が挙げられ、受水部４には、接触後水を受水部４外に排出する排出管４１を設けてもよい。気液接触ユニット５は、通常、図示しない枠体に組み込まれて固定される。この際、給水ダクト２３と斜行ハニカムの上面開口部１０１とは少しの隙間を形成することが、斜行ハニカムの上面開口部１０１全体に給水を均一分散下することができる点で好ましい。また、斜行ハニカムの下面開口部１０４と受水部４はできるだけ近接するように配置することが、省スペース化が図れる点で好ましい。
【００３８】
気液接触装置１は、さらに、斜行ハニカム３の前面開口部１０３に接触用空気を導入し該斜行ハニカム３の後面開口部１０２から冷却空気を排出する送風手段を備えるものである。送風手段としては、例えば、ファンを備えた送風機等が挙げられる。また、気液接触装置１は、接触後水を散水手段２に供給する図示しない水循環手段を設けると、斜行ハニカム３を流下した接触後水を接触用水として再利用することができるため好ましい。水循環手段としては、例えば、循環ポンプが挙げられる。また、気液接触装置１は、接触後水を再利用可能に処理する図示しない水再処理手段を設けると、斜行ハニカム３を流下した接触後水を接触用水として再利用することができるため好ましい。水再処理手段としては、例えば、熱交換器等の冷却手段が挙げられる。さらに、気液接触装置１は、水循環手段及び水再処理手段を設けると、斜行ハニカム３を流下した接触後水をこのまま接触用水として再利用することができるため好ましい。
【００３９】
次に、第１の実施の形態における気液接触装置の使用方法について、気液接触装置が冷却装置である場合を例に図１〜図２を参照して説明する。まず、水１６が散水手段２の散水管４０に供給され、散水管４０の散水孔４２から水分配板３０を構成する上部孔空板３２上に供給水１７が流下される。供給水１７は、上部孔空板３２上に広がって滞留すると共に上部透水孔３１を通過して滞留部３５全体を満たし、接触用水１２が下部孔空板３４の下部透水孔３３の各孔から略均一な流量で広範囲に分散して流下し、斜行ハニカム３の上面開口部１０１等に供給される。この際、接触用水１２の供給水量を適宜調整して、斜行ハニカム３全体を濡れた状態とする。次に、図示しない送風手段等により接触用空気を斜行ハニカム３の前面開口部１０３から図１中の矢印９の方向に導入する。斜行ハニカム３内のセルでは、流下される接触用水１２と導入される接触用空気とが直接気液接触する。この際、接触用空気が接触用水１２で冷却されると共に、接触用空気中に化学汚染物質等が存在する場合は該化学汚染物質等が接触用水１２に取り込まれる。熱交換して温まり且つ場合により化学汚染物質を取り込んだ接触用水１２は、斜行ハニカム３を流下し切ったところで接触後水１３となり、受水部４に移動する。受水部４中の接触後水１３は、排水管４１を通って図示しない循環ポンプで熱交換器に供給されて所定温度まで冷却され、冷却された接触後水１３は、再び散水手段２に供給され、接触用水１２として再利用される。一方、斜行ハニカム３の後面開口部１０２からは冷却された接触後空気が得られる。
【００４０】
第１の実施の形態に係る気液接触装置を使用する方法は、接触用空気と接触用水とが直接接触する斜行ハニカムを含む気液接触ユニットを用い、特定の散水手段を用いるため、気液接触効率がよく、液ガス比が小さく、圧損が小さく、省スペース及び省エネルギーを図れ、さらに、低コストである。
【００４１】
また、本発明の気液接触装置においては、気液接触ユニット５を少なくとも１個用いることができる。この場合の気液接触ユニット５の配置の態様としては、例えば、斜行ハニカム３の上下方向に複数個配置する態様（多段配置）、接触用空気の流れ方向に複数個配置する態様（多列配置）、斜行ハニカム３の幅方向に複数個配置する態様、及び、これらの配置を１又は２以上組み合わせた複合配置の態様等が挙げられる。斜行ハニカム３の上下方向とは斜行ハニカム３の上面開口部と下面開口部とを結ぶ方向であり、接触用空気の流れ方向とは斜行ハニカム３の前面開口部と後面開口部とを結ぶ方向であり、斜行ハニカム３の幅方向とは上下方向及び接触用空気の流れ方向それぞれに略直交する方向である。そこで、気液接触ユニット５を複数用いる気液接触装置を第２の実施の形態として図９及び図１０を参照して説明する。図９は本発明に係る気液接触装置の第２の実施形態の概略図、図１０は本発明に係る気液接触装置の第２の実施形態を被処理空気の流れ方向に直交する側から見た概略図である。なお、図１０において、接触用空気の流れ方向の互いに隣接する斜行ハニカム間に隙間が見られるが、これは図面を理解し易くするためのものであり、実際は前方の斜行ハニカムの後面開口部１０２とその後方の斜行ハニカムの前面開口部１０３とは当接又は近接している。
【００４２】
第２の実施の形態における気液接触装置において、図９及び図１０中、図１及び図２と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、異なる点についてのみ主に説明する。図９及び図１０において、図１及び図２に示す第１の実施形態と異なる点は、気液接触ユニット５を１２個使用し、上下方向に３段配置、且つ接触用空気の流れ方向に４列配置した点、及び接触後水系及び接触前水系を循環系とした点にある。すなわち、第２の実施の形態において、気液接触装置１Ａは、接触用空気の流れ方向の前方から第１列が、上下方向に上から気液接触ユニット５ａ1、５ａ2、５ａ3を配置し、次いで、同方向の第２列が、上下方向に上から気液接触ユニット５ｂ1、５ｂ2、５ｂ3を配置し、次いで、同方向の第３列が、上下方向に上から気液接触ユニット５ｃ1、５ｃ2、５ｃ3を配置し、次いで、同方向の第４列が、上下方向に上から気液接触ユニット５ｄ1、５ｄ2、５ｄ3を配置する。更に、水循環系は、受水部４から排出管１５を通して排出される接触後水を、送水管１０を通して散水手段２に供給する水循環手段６と、水再処理手段として接触後水を冷却する冷却手段７とを備える。
【００４３】
送水管１０から分岐し、各段毎に一括送水する分岐送水管１１１、１１２及び１１３は、上段の気液接触ユニット５ａ1、５ｂ1、５ｃ1、５ｄ1の散水手段２、２、２、２、中段の気液接触ユニット５ａ2、５ｂ2、５ｃ2、５ｄ2の散水手段２、２、２、２及び下段の気液接触ユニット５ａ3、５ｂ3、５ｃ3、５ｄ3の散水手段２、２、２、２にそれぞれ接続されている。一方、上段の気液接触ユニット５ａ1、５ｂ1、５ｃ1、５ｄ1の受水部４、４、４、４、中段の気液接触ユニット５ａ2、５ｂ2、５ｃ2、５ｄ2の受水部４、４、４、４及び下段の気液接触ユニット５ａ3、５ｂ3、５ｃ3、５ｄ3の受水部４、４、４、４と排水管１５の分岐排水管１５１、１５２、１５３とがそれぞれ接続され、各段毎に排水を一括回収している。
【００４４】
個々の気液接触ユニット５において、斜行ハニカム３は幅方向に複数個配置してもよい。すなわち、斜行ハニカム３は分割された斜行ハニカムの横並び形態であってもよい。また、気液接触装置１Ａにおける個々の気液接触ユニット５の設置形態としては、特に制限されず、第１の実施の形態における気液接触ユニット５を、例えば上下方向に積み重ね、前後方向に並べて枠体上に固定する方法が挙げられる。この場合、受水部４の前後方向幅は斜行ハニカム３の厚みと同程度とし、前後方向の組み付けの際、前方の斜行ハニカムの後面開口部１０２とその後方の斜行ハニカムの前面開口部１０３とが当接又は近接するように行うことが、省スペース化の点で好ましい。
【００４５】
なお、気液接触装置１Ａは、第１の実施の形態と同様に、循環ポンプや熱交換器を設けずに受水部４の接触後水１３を廃棄してもよいし、また、冷却水中の不純物を除去する純水化装置を組込んでもよい。また、気液接触ユニット５は、例えば、左右両側及び上下両面が壁部の筐体１４に収納して、接触用空気が斜行ハニカム３の前面開口部のみを通過するようにすることが好ましい。筐体１４の形態としては特に限定されるものでないが、気液接触ユニットと筐体との間の隙間が全くないか又は実質的に存在しないものであると熱効率が高いため好ましい。また、送風機の吐出口と筐体１４の前面開口部をダクトで接続し、該ダクトを通して接触用空気を供給することが、送風効率の点で好ましい。
【００４６】
次に、第２の実施の形態の気液接触装置の使用方法について、気液接触装置が冷却装置である場合を例に図９及び図１０を参照して説明する。まず、第１の実施の形態と同様に、接触用水１２が散水手段２の下部透水孔３３の各孔から略均一な流量で広範囲に分散して流下し、上段の４個、中段の４個及び下段の４個の斜行ハニカム３のそれぞれの上面開口部１０１に同時に供給される。この際、接触用水１２の供給水量や散水方法を適宜調整して、１２個の斜行ハニカム３全体を濡れた状態とする。次に、図示しない送風手段等により接触用空気を前方の３個の斜行ハニカム３の全面開口部１０３から図９中の矢印の方向に導入する。１２個の斜行ハニカム３内のセルでは、流下される接触用水１２と導入される接触用空気とが直接気液接触して、接触用空気が冷却されると共に、接触用空気中に化学汚染物質等が存在する場合は該化学汚染物質等が接触用水１２に取り込まれる。熱交換して温まり且つ場合により化学汚染物質を取り込んだ接触用水１２は、それぞれの斜行ハニカム３を流下し切ったところで接触後水となり、受水部４に移動する。受水部４中の接触後水は、各段毎に配設される分岐排水管１５１、１５２、１５３及び排水管１５を通って循環ポンプ６で熱交換器７に供給されて所定温度まで冷却され、冷却された接触後水１３は、再び散水手段２に供給され、接触用水１２として再利用される。一方、最後列の斜行ハニカム５ｄ1、５ｄ2、５ｄ3の後面開口部１０２からは冷却された接触後空気が得られる。
【００４７】
第２の実施の形態における気液接触装置によれば、第１の実施の形態における気液接触装置と同様の効果を奏する他、気液接触装置が冷却装置である場合には、上下方向に複数段としたことにより、１個の斜行ハニカムの高さを短くとれ、斜行ハニカムの下方においても接触用水の温度が低いままであり、熱効率が向上する。更に、接触用空気の流れ方向に複数列としたことにより、接触用空気の流速を高めることができる。従って、省スペース且つ省エネルギーとすることができる。
【００４８】
本発明において、接触用空気としては、特に限定されないが、清浄な空気に加え、高性能（ＵＬＰＡ）フィルターの編み目を通過するような微細な化学汚染物質を含んだ空気も用いることができる。ここで化学汚染物質としては、例えば、ナトリウム、カリウム、カルシウム、ホウ素等の無機質の金属元素、フッ素イオン、塩化物イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオン、硫酸イオン、亜硫酸イオン等のアニオン類や、アンモニウムイオン等のカチオン類等が挙げられる。
【００４９】
本発明に係る気液接触装置は、接触用空気と接触用水とが直接に接触するため、これらの化学汚染物質を接触用水に取り込んで清浄な接触後空気を得ることができる。なお、接触用空気中の化学汚染物質量が多い場合等には、必要により、受水部４と散水手段２との間に、接触後水中の化学汚染物質を除去可能な手段として、例えば、イオン交換樹脂等を組込んだ純水化装置を介するようにすると、接触用水を清浄に保つことができるため好ましい。
【００５０】
被処理空気の温度としては、特に限定されないが、例えば、２０℃以上、好ましくは２５℃以上、さらに好ましくは３０℃以上である。接触用空気の温度が高いほど一般的に熱効率が向上するため好ましい。また、気液接触ユニット５に供給する斜行ハニカムの上面開口部１０１における接触用水の水温は通常７〜１０℃であり、且つ、第１列目に配置した斜行ハニカムの下面開口部１０４における接触後水の水温より通常２．５℃以上、さらに好ましくは５．０℃以上低くする。このような条件で装置を稼動させると、熱効率が高くなるため好ましい。
【００５１】
また、本発明において、気液接触ユニット１個当りの接触用水の供給量と接触用空気の供給量との液ガス比Ｌ／Ｇ400-200は、通常０．１〜０．５kg/kg、好ましくは０．２〜０．４kg/kgである。ここで、Ｌ／Ｇ400-200とは、気液接触ユニット中の前記斜行ハニカム１個当りの高さ４００mm、厚さ２００mmの場合における単位時間当りの供給空気量に対する供給水量の重量比である。なお、斜行ハニカム１個当りの大きさが高さ４００mm、厚さ２００mmでない場合における斜行ハニカム１個当りの単位時間当りの供給空気量に対する供給水量の重量比Ｌ／Ｇは、Ｌ／Ｇ400-200の値に対して、斜行ハニカム１個当りの高さの増加に反比例して減少し、厚さの増加に比例して増加する。例えば、Ｌ／Ｇ400-200が０．３のときに、斜行ハニカム１個の大きさを高さ８００mm、厚さ２００mmとすると該斜行ハニカムのＬ／Ｇは０．１５となり、また高さ４００mm、厚さ６００mmとするとＬ／Ｇは０．９となる。本発明では、気液接触効率効率がよいため、上記範囲内程度のように液ガス比が小さくても十分に気液接触することができる。
【００５２】
気液接触ユニットを複数個使用する場合、気液接触ユニットの数は、上記実施の形態に限定されず、適宜定めればよいが、例えば、ファン動力と斜行ハニカムを通過する接触用空気の空間速度とから必要な開口面積(Ａo)を求め、Ａoを満たす数にすればよい。この際の接触用空気の空間速度は、例えば、１.５〜３．０m/secである。また、散水手段や受水部は各気液接触ユニットに各々独立して設けられていてもいなくてもどちらでもよい。すなわち、幅方向に複数個配置した気液接触ユニットが、各段で散水手段又は受水部を共用していてもよい。例えば、気液接触ユニットが斜行ハニカムの前面開口部の幅方向に２列、且つ高さ方向に３段形成される場合は、各段の散水手段や受水部を幅方向の２列の気液接触ユニットで共用してもよい。このように、各段で散水手段等を共用すると、低コスト化できるため好ましい。
【００５３】
本発明に係る気液接触装置は、例えば、オフィスビル、病院、生産工場の空気や水の冷却装置、空気清浄装置又は加湿装置として使用できる。
【００５４】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５５】
実施例１
長さ１０２０mm×幅２００mm×厚さ１．０mmのステンレス板に、直径１mmの孔を、図７（ｂ）に示すように３１ｅ−３１ｆ方向、３１ｆ−３１ｇ方向及び３１ｇ−３１ｅ方向の３方向のピッチがそれぞれ２mmになるように千鳥状に穿設して上部孔空板を作製した。また、直径及びピッチを表１に示すようにした以外は上部孔空板と同様にして、下部透水孔が千鳥状に形成された下部孔空板を作製した。次に、４面が壁面で囲われると共に上下方向の２面が開放した壁の高さ８０mm×長さ１０２５mm×幅２０２mmの枠体の底部に、上部孔空板と下部孔空板とを平行に且つ０．５mm離間させて２枚配置し、上部孔空板及び下部孔空板と枠体との間に隙間が生じないように固定して水分配部を形成した。なお、水分配部は、上部孔空板の隅部に穿設された上部透水孔３１ｅと、これに対応する下部孔空板の隅部に穿設された下部透水孔とが、上部孔空板の上方から見て孔の中心が一致し、且つ、枠体の壁部が上部孔空板の上方及び下部孔空板の下方まで延設されるように配置したものである。さらに、上部孔空板の上方に、直径２mm、ピッチ４０mmで一列に穿設された散水孔を有する直径２５mm、長さ１０５０mmの散水管を、散水管が上部孔空板の長手方向と平行且つ幅方向の中心に位置し、さらに、散水孔と上部孔空板との距離が３０mmになるように配置して、高さ８０mm×長さ１０２５mm×幅２０２mmの散水手段を作製した。
【００５６】
一方、Ｅガラス繊維と有機バインダで形成したガラス不織布を、充填材であるアルミナ水和物と結合材であるアルミナゾルとを含むスラリに浸漬した後に乾燥し、波付け加工して波形状物を得た。該波形状物を、波の伝播方向が交差するように交互に重ね合わせた後に５００℃で熱処理して、アルミナとアルミナゾル硬化物との合計量８０重量％及びＥガラス繊維２０重量％からなり、空隙率が６５％であり、山高が４．８mm、ピッチ１０mmの斜行ハニカムを作製した。この斜行ハニカムは空気の通気方向に対して幅５００mm、高さ５００mm、奥行き２００mmとなるものであり、コルゲート状シートの一層おきの波の伝播方向が互いに交差する角度（図１中、符号Ｙ）が６０度、斜め方向に延設されるセルの前後両面からみた場合の空気の流入、流出方向（水平方向）に対する斜め角度（図１中、符号Ｘ）は３０度である。次にこの斜行ハニカムを幅方向に２個並べて保持可能な大きさで、且つ前面、後面、上面及び下面が通気可能なケースに組み込み、この上部に接触用水をハニカムに供給する前記散水手段と、この下部にハニカムを通過した接触用水を受ける排水パンとを付設し、１個の気液接触ユニットとした。この気液接触ユニットは、高さが前記散水手段及び排水パンを含め６６０mmであり、幅１０５０mm、奥行き２００mmである。次に、この気液接触ユニットを幅１０５０mm、高さ６６０mm、奥行き２００mmで前面及び後面が開口した筐体に組み込んだ（気液接触ユニットの１段１列配置。合計１ユニット。）。また、排水パンで受けた温度の上昇した接触用水は送水ポンプを経て、水冷却用熱交換器に送られ、冷却され、ハニカム上部の前記散水手段に循環供給されるようにした。気液接触ユニット等の条件について表３に示す。
【００５７】
上記気液接触装置に、２５℃、７０ｒｈ％の空気を流量４５００m3/時間で通風するとともに、散水管に７℃の冷水を水量２３．５L/分（液ガス比Ｌ／Ｇ＝０．２７kg/kg、Ｌ／Ｇ400-200＝０．３３kg/kg）供給し、散水手段の下部透水孔から流下する水の分散状況を目視で評価した。結果を表１に示す。また、この際の出口空気の温度を測定した。結果を表２に示す。
【００５８】
実施例２〜２５
上部透水孔又は下部透水孔を表１のように穿設した以外は実施例１と同様にして気液接触装置を作製し、流下する水の分散状況を目視で評価し、出口空気の温度を測定した。結果を表１及び表２に示す。
【００５９】
比較例１
下部孔空板を取り付けない以外は実施例１と同様にして気液接触装置を作製し、流下する水の分散状況を目視で評価し、出口空気の温度を測定した。結果を表１及び表２に示す。
【００６０】
比較例２〜５
表１に示す上部孔空板を用いた以外は比較例１と同様にして気液接触装置を作製し、流下する水の分散状況を目視で評価し、出口空気の温度を測定した。結果を表１及び表２に示す。
【００６１】
【表１】
【表２】
【表３】
【発明の効果】
本発明に係る気液接触装置を用いると、水が散水手段の下面から略均一な流量で広範囲に分散して斜行ハニカムの上面に流下するため、効率よく気液接触を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る気液接触装置の第１の実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１においてＡ−Ａ線で切断した断面を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明で用いる散水手段の実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図４】水分配部の一部を切り欠いて模式的に示す斜視図である。
【図５】水分配部の一部を拡大して模式的に示す斜視図である。
【図６】水分配部の一部を上部孔空板側から見た模式的な平面図である。
【図７】上部透水孔の配列態様を説明する図である。
【図８】本発明で用いる散水管の一例を示す斜視図である。
【図９】本発明に係る気液接触装置の第２の実施形態の概略図である。
【図１０】本発明に係る気液接触装置の第２の実施形態を被処理空気の流れ方向に直交する側から見た概略図である。
【符号の説明】
１、１Ａ 気液接触装置
２ 散水手段
３ 斜交ハニカム
４ 受水パン（受水部）
５、５ａ1、５ａ2、５ａ3、５ｂ1、５ｂ2、５ｂ3、５ｃ1、５ｃ2、５ｃ3、５ｄ1、５ｄ2、５ｄ3５ 気液接触ユニット
６ 循環ポンプ（水循環手段）
７ 熱交換器
８ 接触後水冷却用の冷却水
９ 空気の流れ方向を示す矢印
１０ 送水管
１１ 補給水を示す矢印
１２ 接触用水
１３ 接触後水
１４ 筐体
１５ 排水管
１６ 水
１７ 供給水
２１、２２ 互いに隣接するコルゲート状シート
２３ 給水ダクト
３０ 水分配部
３１ 上部透水孔
３２ 上部孔空板
３３ 下部透水孔
３４ 下部孔空板
３５ 滞留部
３６、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ 孔の重なり部分
４０ 散水管
４１ 筒状体
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ 散水孔
５０ 枠体
５１ 壁面
１０１ 斜行ハニカム上面開口部
１０２ 斜行ハニカム後面開口部
１０３ 斜行ハニカム前面開口部
１０４ 斜行ハニカム下面開口部
１１１、１１２、１１３ 分岐送水管
１５１、１５２、１５３ 分岐排水管
Claims (4)
- 前後両面と上下両面とが開口し、前面開口部から接触用空気が導入されると共に後面開口部から接触後空気が排出されるように配置される斜行ハニカム、該斜行ハニカムの上面開口部へ接触用水を供給する散水手段、及び該斜行ハニカムの下面開口部から排出される接触後水を受ける受水部を有する気液接触ユニットと、前記斜行ハニカムの前面開口部に接触用空気を導入し該斜行ハニカムの後面開口部から接触後空気を排出する送風手段とを備える気液接触装置であって、
前記散水手段は、水平方向が壁面で囲まれる枠体、複数の上部透水孔が穿設されると共に前記枠体の上部に前記壁面と隙間なく配置される上部孔空板、及び複数の下部透水孔が穿設されると共に前記枠体の下部に前記壁面と隙間なく且つ前記上部孔空板と略平行に離間して配置される下部孔空板からなる水分配部と、前記上部孔空板に水を供給する散水管とを有し、
前記上部透水孔１個当りの面積が、前記下部透水孔１個当りの面積の１０〜９５％であること、
を特徴とする気液接触装置。 - 前記斜行ハニカムを構成するシート状部材は、アルミナ、シリカ及びチタニアからなる群より選択される１又は２以上の充填材又は結合材と、ガラス繊維、セラミック繊維又はアルミナ繊維とからなるものであることを特徴とする請求項１記載の気液接触装置。
- 前記斜行ハニカムは、空隙率が５０〜８０％であることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の気液接触装置。
- 前記気液接触ユニットを少なくとも１個備えると共に、該気液接触ユニット中の前記斜行ハニカム１個当りの高さが２００〜８００mmであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の気液接触装置。
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