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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-217442(P2019-217442A)
(43)【公開日】2019年12月26日
(54)【発明の名称】反応装置
(51)【国際特許分類】
   B01J 19/24 20060101AFI20191129BHJP
   B01D 53/62 20060101ALI20191129BHJP
   B01D 53/04 20060101ALI20191129BHJP
   B01D 53/26 20060101ALI20191129BHJP
   B01D 53/86 20060101ALI20191129BHJP
【FI】
   B01J19/24 Z
   B01D53/62
   B01D53/04 230
   B01D53/26 230
   B01D53/86 222
   B01D53/86 245
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2018-115791(P2018-115791)
(22)【出願日】2018年6月19日
(71)【出願人】
【識別番号】000003609
【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100079049
【弁理士】
【氏名又は名称】中島 淳
(74)【代理人】
【識別番号】100084995
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 和詳
(72)【発明者】
【氏名】廣田 靖樹
(72)【発明者】
【氏名】山内 崇史
(72)【発明者】
【氏名】吉田 忠史
(72)【発明者】
【氏名】宮▲崎▼ 亮
【テーマコード(参考)】
4D002
4D012
4D052
4D148
4G075
【Fターム(参考)】
4D002AA09
4D002AC10
4D002BA04
4D002CA20
4D002DA45
4D002EA08
4D002FA01
4D012BA02
4D012CA01
4D012CA03
4D012CB09
4D012CD01
4D012CG01
4D052CE00
4D052DA03
4D052DB01
4D052HA01
4D052HA03
4D148AA06
4D148AA13
4D148AB03
4D148BB03
4D148CA07
4D148CC33
4G075AA02
4G075BA05
4G075BA10
4G075BB04
4G075DA02
4G075EB01
4G075EC25
(57)【要約】
【課題】一方向に流れる流体が一方向に延びた反応路に流入し、反応路から一方向へ流出する場合と比して、流体の圧力損失が高くなるのを抑制した上で、流体に含まれている物質と反応部材との反応量を増やすことができる反応装置を得る。
【解決手段】反応部材で形成されている反応路32、一方向に延びている流入路12と、一方向に延びている流出路22との間で、一方向に並んで複数配置され、流入路12と流出路22とを交差方向に繋いでいる。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一方向に延びていると共に端部から前記一方向に流れる流体が流入して前記一方向に流れる流入路と、前記一方向に対して交差する交差方向で前記流入路と離間して前記一方向に延びていると共に前記一方向に流れる流体が端部から流出する流出路との間に、前記一方向に並んで複数配置され、前記流入路と前記流出路とを前記交差方向に繋いでおり、流体に含まれる物質と反応する反応部材で形成されている反応路であって、前記交差方向における長さをLとし、流路幅をW1とすると下記式(1)が満たされている前記反応路を有し反応装置であって、
前記流入路を前記一方向に流れる流体の流れを止め、流体を前記反応路に案内する案内部材を有する反応装置。

W1/2≦L≦10W1・・・・・(1)
【請求項2】
前記一方向に流れる流体が前記流出路の端部から前記流出路に流入するのを抑制する抑制部材を有する請求項1に記載の反応装置。
【請求項3】
前記流入路を挟んで両側に、前記反応路及び前記流出路が夫々形成されている請求項1又は2に記載の反応装置。
【請求項4】
前記流入路は複数形成され、
前記流出路は複数形成され、
前記流入路と前記流出路とは交互に並んでいる請求項1〜3の何れか1項に記載の反応装置。
【請求項5】
前記流入路において前記反応路が臨んでいる部分の流路幅は、流体が流れる流れ方向において上流側から下流側に向かって狭くなっている請求項1〜4の何れか1項に記載の反応装置。
【請求項6】
前記流出路において前記反応路が臨んでいる部分の流路幅は、流体が流れる流れ方向において上流側から下流側に向かって広くなっている請求項1〜5の何れか1項に記載の反応装置。
【請求項7】
前記流入路、前記流出路、及び前記反応路は、平行な2枚の平面の間に形成されている請求項1〜6の何れか1項に記載の反応装置。
【請求項8】
前記反応部材は、流体に含まれる物質を吸着する請求項1〜7の何れか1項に記載の反応装置。
【請求項9】
前記反応部材は、流体に含まれる物質を変質させる請求項1〜7の何れか1項に記載の反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、反応装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、 水分を吸湿するための除湿材と、熱を蓄熱するための蓄熱材とが混合されている除湿体が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2006−289258号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来、一方向に延びた反応路を流れる流体から、流体に含まれている物質と反応して物質を吸着する反応装置がある。この反応路は、流体に含まれている物質を吸着する反応部材で形成されている。
【0005】
また、反応装置では、一方向に流れる流体が一方向に延びた反応路に流入し、反応路から一方向へ流出する。反応路が一方向に延びているため、流体の圧力損失が高くなる。一方、圧力損失を低下させるために、反応路の流路断面積を大きくすると、単位流量当たりの流体が反応部材と接触する接触面積が減ってしまう。このため、流体に含まれている物質と反応部材との反応量が減ってしまう。
【0006】
本発明の課題は、一方向に流れる流体が一方向に延びた反応路に流入し、反応路から一方向へ流出する場合と比して、流体の圧力損失が高くなるのを抑制した上で、流体に含まれている物質と反応部材との反応量を増やすことである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の請求項1に係る反応装置は、一方向に延びていると共に端部から前記一方向に流れる流体が流入して前記一方向に流れる流入路と、前記一方向に対して交差する交差方向で前記流入路と離間して前記一方向に延びていると共に前記一方向に流れる流体が端部から流出する流出路との間に、前記一方向に並んで複数配置され、前記流入路と前記流出路とを前記交差方向に繋いでおり、流体に含まれる物質と反応する反応部材で形成されている反応路であって、前記交差方向における長さをLとし、流路幅をW1とすると下記式(1)が満たされている前記反応路を有し反応装置であって、前記流入路を前記一方向に流れる流体の流れを止め、流体を前記反応路に案内する案内部材を有することを特徴とする。
W1/2≦L≦10W1・・・・・(1)
【0008】
上記構成によれば、流体は、一方向に延びている流入路の端部から流入路へ流入し、一方向へ流れる。さらに、流入路を流れる流体は、案内部材によって一方向への流れが止められ、流れ方向を変えて、一方向に並んで複数配置された反応路を夫々流れる(案内される)。また、複数の反応路を夫々流れる流体に含まれる物質は、反応路を形成している反応部材と反応する。さらに、複数の反応路を夫々流れる流体は、流れ方向を変えて、一方向に延びている流出路へ流入し、流出路から流出する。
【0009】
以上説明したように、反応路は複数設けられている。さらに、流入路から反応路へ流入する流体は、流れ方向を変えて反応路へ流入する。また、反応路から流出路へ流入する流体は、流れ方向を変えて流出路へ流入する。さらに、交差方向における反応路の長さをLとし、反応路の流路幅をW1とすると下記式(1)が満たされている。
【0010】
W1/2≦L≦10W1・・・・・(1)
【0011】
このため、一方向に流れる流体が一方向に延びた反応路に流入し、反応路から一方向へ流出する場合と比して、流体の圧力損失が高くなるのを抑制した上で、流体に含まれている物質と反応部材との反応量を増やすことができる。
【0012】
本発明の請求項2に係る反応装置は、請求項1に記載の反応装置において、前記一方向に流れる流体が前記流出路の端部から前記流出路に流入するのを抑制する抑制部材を有することを特徴とする。
【0013】
上記構成によれば、抑制部材が、一方向に流れる流体が流出路の端部から流出路に流入するのを抑制する。つまり、反応路から流出路に流入する流体を妨げる流体が流出路に流入するのが抑制されている。このため、一方向に流れる流体が流出路の端部から流出路に流入する場合と比して、反応路を通過する流体の流量を増やすことができる。
【0014】
本発明の請求項3に係る反応装置は、請求項1又は2に記載の反応装置において、前記流入路を挟んで両側に、前記反応路及び前記流出路が夫々形成されていることを特徴とする。
【0015】
上記構成によれば、流入路を挟んで両側に、反応路及び流出路が夫々形成されている。このため、流入路の片側だけに、反応路及び流出路が形成されている場合と比して、流体に含まれている物質と反応部材との反応量を増やすことができる。
【0016】
本発明の請求項4に係る反応装置は、請求項1〜3の何れか1項に記載の反応装置において、前記流入路は複数形成され、前記流出路は複数形成され、前記流入路と前記流出路とは交互に並んでいることを特徴とする。
【0017】
上記構成によれば、流入路は複数形成され、流出路は複数形成され、流入路と流出路とは交互に並んでいる。このため、流出路及び流出路の少なくとも一方が1個である場合と比して、流体に含まれている物質と反応部材との反応量を増やすことができる。
【0018】
本発明の請求項5に係る反応装置は、請求項1〜4の何れか1項に記載の反応装置において、前記流入路において前記反応路が臨んでいる部分の流路幅は、流体が流れる流れ方向において上流側から下流側に向かって狭くなっていることを特徴とする。
【0019】
上記構成によれば、流入路において反応路が臨んでいる部分の流路幅は、流体が流れる流れ方向において上流側から下流側に向かって狭くなっている。このため、流入路の流路幅が一定の場合と比して、流入路から、一の反応路へ流入する流体の流量と、他の反応路へ流入する流体の流量との差を少なくすることができる。
【0020】
本発明の請求項6に係る反応装置は、請求項1〜5の何れか1項に記載の反応装置において、前記流出路において前記反応路が臨んでいる部分の流路幅は、流体が流れる流れ方向において上流側から下流側に向かって広くなっていることを特徴とする。
【0021】
上記構成によれば、流出路において反応路が臨んでいる部分の流路幅は、流体が流れる上流側から下流側に向かって広くなっている。このため、流出路の流路幅が一定の場合と比して、一の反応路から流出路へ流入する流体の流量と、他の反応路から流出路へ流入する流体の流量との差を少なくすることができる。
【0022】
本発明の請求項7に係る反応装置は、請求項1〜6の何れか1項に記載の反応装置において、前記流入路、前記流出路、及び前記反応路は、平行な2枚の平面の間に形成されていることを特徴とする。
【0023】
上記構成によれば、流入路、流出路、及び反応路は、平行な2枚の平面の間に形成されている。このため、管材を用いて、流入路、流出路、及び反応路を形成する場合と比して、簡易な構成で流入路、流出路、及び反応路を形成することができる。
【0024】
本発明の請求項8に係る反応装置は、請求項1〜7の何れか1項に記載の反応装置において、前記反応部材は、流体に含まれる物質を吸着することを特徴とする。
【0025】
上記構成によれば、反応部材が流体に含まれる物質を吸着することで、流体から物質を取り除くことができる。
【0026】
本発明の請求項9に係る反応装置は、請求項1〜7の何れか1項に記載の反応装置において、前記反応部材は、流体に含まれる物質を変質させることを特徴とする。
【0027】
上記構成によれば、反応部材が流体に含まれる物質を変質させることで、流出路から物質を含む流体が流出するのを減らすことができる。
【発明の効果】
【0028】
本発明によれば、一方向に流れる流体が一方向に延びた反応路に流入し、反応路から一方向へ流出する場合と比して、流体の圧力損失が高くなるのを抑制した上で、流体に含まれている物質と反応部材との反応量を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
図1】本発明の第1実施形態に係る反応装置を示した平面図である。
図2】(A)(B)(C)本発明の第1実施形態に係る反応装置を示した断面図である。
図3】本発明の第1実施形態に係る反応装置の特性を説明するのに用いた説明図である。
図4】(A)(B)本発明の比較形態に係る反応装置を示した平面図、断面図である。
図5】本発明の第2実施形態に係る反応装置を示した平面図である。
図6】本発明の第3実施形態に係る反応装置を示した平面図である。
図7】本発明の第4実施形態に係る反応装置を示した平面図である。
図8】本発明の第4実施形態に係る反応装置を示した拡大平面図である。
図9】本発明の実施形態に対する変形形態に係る反応換器を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態に係る反応装置の一例について図1図4を用いて説明する。なお、図中に示す矢印Hは、装置の上下方向(鉛直方向)を示し、矢印Wは、装置の幅方向(水平方向)を示し、矢印Dは、装置の奥行方向(水平方向)を示す。
【0031】
(全体構成)
本第1実施形態に係る反応装置10は、例えば、工場から排出される排出ガスG1から二酸化炭素を取り除き、処理ガスG2とする装置である。排出ガスG1は、流体の一例であって、二酸化炭素は、物質の一例である。
【0032】
この反応装置10は、図1に示されるように、反応装置10へ流入する排出ガスG1が流れる流入路12と、排出ガスG1から二酸化炭素が取り除かれ、反応装置10から流出する処理ガスG2が流れる流出路22とを有している。さらに、反応装置10は、排出ガスG1に含まれる二酸化炭素と反応して二酸化炭素を吸着する反応板34、36で形成されている反応路32を複数有している。反応板34、36は、ゼオライトを用いて成形されている。反応板34、36は、反応部材の一例である。
【0033】
そして、流入路12、流出路22、及び反応路32は、図2(A)(B)(C)に示されるように、装置上下方向に離間すると共に平行な2枚の平面40A、42Aの間に形成されている。具体的には、反応装置10は、装置上下方向に離間すると共に金属材料を用いて成形された2個の板材40、42を備えている。そして、板材40の流入路12、流出路22、及び反応路32側が平面40Aとされており、板材42の流入路12、流出路22、及び反応路32側が平面42Aとされている。
【0034】
本実施形態では、平面間の距離(図中H1)は、反応路32の流路幅W1(詳細は後述)と比して長くされている。
【0035】
〔流入路12〕
流入路12は、図1図2(A)に示されるように、装置奥行方向に延びている。さらに、長手方向に対して直交する方向で切断した流入路12の形状は、矩形状とされており、装置奥行方向において同様の形状とされている。装置奥行方向は、一方向の一例である。
【0036】
また、流入路12は、流入路12の装置幅方向の一方側(図中左側)の側板14Aと、流入路12の装置幅方向の他方側(図中右側)の側板14Bと、流入路12の装置奥行方向の奥側の底板16とで形成されている。さらに、側板14A、14B、及び底板16は、金属材料を用いて成形されている。底板16は案内部材の一例である。
【0037】
また、流入路12において装置幅方向の他方側には、反応路32の一端が臨んでいる。具体的には、流入路12において装置幅方向の他方側については、装置奥行方向の手前側から奥側に、側板14B、及び反応路32がこの順番で並んでいる。なお、本実施形態では、側板14Bの装置奥行方向の長さ、及び流入路12の流路幅(図2(A)のB1)は、反応路32の流路幅W1(詳細は後述)に対して±30〔%〕以内の長さとされている。
【0038】
この構成において、排出ガスG1は、流入路12において装置奥行方向の手前側の端部から流入し、流入路12を装置奥行方向の手前側から奥側へ流れる。
【0039】
〔流出路22〕
流出路22は、図1図2(C)に示されるように、装置幅方向で流入路12と離間し、装置奥行方向に延びている。さらに、長手方向に対して直交する方向で切断した流出路22の形状は、矩形状とされており、装置奥行方向において同様の形状とされている。
【0040】
また、流出路22は、流出路22の装置幅方向の他方側(流入路12とは反対側)の側板24Aと、流出路22の装置幅方向の一方側(流入路12側)の側板24Bと、流出路22の装置奥行方向の手前側の底板26とで形成されている。さらに、側板24A、24B、及び底板26は、金属材料を用いて形成されている。底板26は、抑制部材の一例である。
【0041】
また、流出路22において装置幅方向の一方側には、反応路32の他端が臨んでいる。具体的には、流出路22において装置幅方向の一方側については、装置奥行方向の奥側から手前側に、側板24B、及び反応路32がこの順番で並んでいる。なお、本実施形態では、側板24Bの装置奥行方向の長さ、及び流出路22の流路幅(図2(C)のB2)は、反応路32の流路幅W1(詳細は後述)と同様の寸法とされている。
【0042】
この構成において、処理ガスG2は、流出路22を装置奥行方向の手前側から奥側へ流れ、流出路22において装置奥行方向の奥側の端部から流出する。また、底板26は、装置奥行方向に流れる流体が流出路22の端部から流出路22に流入するのを抑制する。
【0043】
〔反応路32〕
反応路32は、図1図2(B)に示されるように、装置奥行方向に並んで3個配置されており、流入路12と流出路22とを装置幅方向に繋いでいる。装置幅方向は、交差方向の一例である。
【0044】
さらに、長手方向に対して直交する方向で切断した反応路32の形状は、矩形状とされており、装置幅方向において同様の形状とされている。そして、反応路32の一端は、流入路12に臨んでおり、反応路32の他端は、流出路22に臨んでいる。
【0045】
反応路32は、反応路32の装置奥行方向の両側の反応板34、36で形成されている。反応板34は、隣り合う反応路32を仕切るように2個配置されている。また、反応板36は、装置奥行方向から2個の反応板34を挟むように2個配置されている。なお、以下の説明では、便宜上、3個の反応路32については、装置奥行方向の手前側から順に、反応路32A、反応路32B、反応路32Cと称することがある。
【0046】
本実施形態では、反応板36の厚さは、一例として、0.1〔μm〕以上4〔mm〕以下とされており、反応板34の厚さは、反応板36の厚さの2倍とされている。また、反応路32の流路幅(図2(B)のW1)は、0.1〔μm〕以上5〔mm〕以下とされている。
【0047】
さらに、反応路32の長さ(図1のL)と、反応路32の流路幅W1とについては、下記式(1)が満たされている。
【0048】
W1/2≦L≦10W1・・・・・(1)
【0049】
なお、反応路32の長さLは、反応路32の中心線と反応路32を形成している反応板34、36の一端を結んだ線との交点(反応路32の一端)から、反応路32の中心線と反応路32を形成している反応板34、36の他端を結んだ線との交点(反応路32の他端)までの長さである。
【0050】
(作用)
次に、反応装置10の作用について、比較形態に係る反応装置500と比較しつつ説明する。先ず、比較形態に係る反応装置500の構成について説明する。
【0051】
〔反応装置500の構成〕
反応装置500は、図4(A)に示されるように、装置奥行方向に延びている反応路532を有している。この反応路532は、図4(B)に示されるように、装置上下方向に離間すると共に平行な2枚の平面40A、42Aの間に形成されている。また、反応路532は、反応路532の装置幅方向の両側の反応板534を含んで形成されている。
【0052】
そして、反応板534は、ゼオライトを用いて成形されており、反応板534の厚さは、反応装置10の反応板36の厚さと同様とされている。また、反応路532の流路幅(図4(B)のB4)は、反応装置10における反応路32の流路幅W1(図2(B)参照)と同様とされている。さらに、反応路532の長さ(図4のL10)については、反応装置10における反応路32の長さL(図1参照)の3倍とされている。
【0053】
つまり、反応路532の長さL10は、3個の反応路32の長さLの合計と同様とされており、反応装置500の反応路532の流路容積は、反応装置10の3個の反応路32における流路容積の合計と同様とされている。また、反応装置500の反応路532を流れる排出ガスG1と反応板534との接触面積は、反応装置10の反応路32を流れる排出ガスG1と反応板34、36との接触面積の合計と同様とされている。
【0054】
〔反応装置500の作用〕
窒素と二酸化炭素とを含んだ工場から排出された排出ガスG1は、図4(A)に示す反応装置500の反応路532の装置奥行方向の手前側の端部から反応路532へ流入する。本実施形態では、一例として、25〔℃〕の排出ガスG1が、空間速度300〔h−1〕で反応路532へ流入する。
【0055】
反応路532へ流入した排出ガスG1は、反応路532を装置奥行方向の奥側へ流れる(図中矢印K1)。さらに、反応路532を流れる排出ガスG1に含まれる二酸化炭素は、ゼオライトを用いて成形された反応板534によって吸着される。また、排出ガスG1から二酸化炭素が取り除かれた処理ガスG2が、反応路532の装置奥行方向の奥側の端部から流出する。
【0056】
なお、反応板534によって吸着された二酸化炭素を回収する場合には、例えば、高温の空気を、反応装置500の反応路532の一端から反応路532へ流入させる。そして、二酸化炭素を反応板534から脱着させ、脱着した二酸化炭素を回収する。
【0057】
〔反応装置10の作用〕
工場から排出された窒素と二酸化炭素とを含んだ排出ガスG1は、図1(A)に示す反応装置10の流入路12において装置奥行方向の手前側の端部から流入路12へ流入する。本実施形態では、一例として、25〔℃〕の排出ガスG1が、空間速度300〔h−1〕で流入路12へ流入する。流入路12へ流入した排出ガスG1は、流入路12を装置奥行方向の奥側へ流れる(図中矢印M1)。
【0058】
流入路12を流れる排出ガスG1の一部は、流れ方向を装置幅方向に変えて反応路32Aへ流入する(図中矢印M2)。また、反応路32Aへ流入した排出ガスG1は、反応路32Aを装置幅方向へ流れる(図中矢印M3)。さらに、反応路32Aを流れる排出ガスG1に含まれる二酸化炭素は、ゼオライトを用いて成形された反応板34、36によって吸着される。また、排出ガスG1から二酸化炭素が取り除かれた処理ガスG2は、反応路32Aから流れ方向を装置奥行方向に変えて流出路22へ流入する(図中矢印M4)。流出路22へ流入した処理ガスG2は、流出路22を装置奥行方向の奥側へ流れ、流出路22の装置奥行方向の奥側から流出する(図中矢印M5)。
【0059】
また、流入路12を流れる排出ガスG1の他の一部は、流れ方向を装置幅方向に変えて反応路32Bへ流入する(図中矢印M6)。そして、反応路32Bへ流入した排出ガスG1は、反応路32Aを装置幅方向へ流れる(図中矢印M7)。さらに、反応路32Bを流れる排出ガスG1に含まれる二酸化炭素は、ゼオライトを用いて成形された一対の反応板34によって吸着される。また、排出ガスG1から二酸化炭素が取り除かれた処理ガスG2は、反応路32Bから流れ方向を装置奥行方向に変えて流出路22へ流入する(図中矢印M8)。流出路22へ流入した処理ガスG2は、流出路22を装置奥行方向の奥側へ流れ、流出路22の装置奥行方向の奥側から流出する(図中矢印M5)。
【0060】
さらに、流入路12を流れる排出ガスG1の残部は、底板16によって装置奥行方向への流れが止められて反応路32C側に案内される。そして、排出ガスG1は、流れ方向を装置幅方向に変えて反応路32Cへ流入する(図中矢印M9)。また、反応路32Cへ流入した排出ガスG1は、反応路32Cを装置幅方向へ流れる(図中矢印M10)。さらに、反応路32Cを流れる排出ガスG1に含まれる二酸化炭素は、ゼオライトを用いて成形された反応板34、36によって吸着される。また、排出ガスG1から二酸化炭素が取り除かれた処理ガスG2は、反応路32Cから流れ方向を装置奥行方向に変えて流出路22へ流入する(図中矢印M11)。流出路22へ流入した処理ガスG2は、流出路22を装置奥行方向の奥側へ流れ、流出路22の装置奥行方向の奥側から流出する(図中矢印M5)。
【0061】
これにより、反応路32Aを単位時間当たりに流れる排出ガスG1の流量、及び反応路32Bを単位時間当たりに流れる排出ガスG1の流量は、反応装置500の反応路532を単位時間当たりに流れる排出ガスG1の流量と比して少なくなる。また、反応路32Cを単位時間当たりに流れる排出ガスG1の流量は、反応装置500の反応路532を単位時間当たりに流れる排出ガスG1の流量と比して少なくなる。また、反応路32A、32B、32Cの夫々の長さLは、反応装置500の反応路532の長さL10の1/3とされている。このため、反応装置10では、反応装置500と比して、反応路32を流れる排出ガスG1の圧力損失が高くなるのが抑制されている。
【0062】
ここで、図3を用いて、一方向(図中左右方向)に延びた反応路632を流れる排出ガスG1において、排出ガスG1に含まれる二酸化炭素が、反応路632の側方側を形成する一対の反応板634に吸着される様子について説明する。この反応板634は、ゼオライトを用いて成形されている。
【0063】
図3に示されるように、排出ガスG1が反応路632に反応路632の一端(図中左端)から流入すると、反応板634側を流れる部分の排出ガスG1に含まれる二酸化炭素が、反応板634と反応して吸着される。つまり、反応板634側を流れる部分の排出ガスG1の二酸化炭素の濃度が低くなる。具体的には、二酸化炭素の濃度が、排出ガスG1の流れ方向の上流側から下流側に向かって減少する。
【0064】
このため、二酸化炭素の濃度が高い排出ガスG1−1と、二酸化炭素の濃度が低い排出ガスG1−2との境界層S1が生じる。さらに、この境界層S1と反応板634とは、排出ガスG1の流れ方向の上流側から下流側に向かうに従って流路幅方向で離れ、何れ、境界層S1と反応板634との距離は一定となる(飽和する)。ここで、CFD(Computational Fluid Dynamics)解析を行いこの解析結果から得た知見に基づき、反応路632の流入口から、境界層S1と反応板634との距離が一定となる位置までの距離(図中L50)は、反応路632の流路幅(図中W50)の10倍程度である。
【0065】
ここで、反応路632において流入口から流路幅W50の10倍の長さ以下の領域を領域R1とし、反応路632において流入口から流路幅W50の10倍の長さより長い領域を領域R2とする。そうすると、領域R1では、領域R2と比して、二酸化炭素の濃度が高い排出ガスG1−1と反応板634との距離が近く、排出ガスG1に含まれている二酸化炭素が反応板634と効果的に反応して吸着される。
【0066】
また、単位流量当たりの排出ガスG1が反応板634と接触する接触面積を確保する観点から、反応路632の長さは、反応路632の流入口から流路幅W50の半分の長さ以上であることが好ましい。
【0067】
以上より、反応路632の長さは、排出ガスG1に含まれている二酸化炭素とゼオライトを用いて成形された反応板634との反応量を増やす観点から、流路幅W50の半分の長さ以上で、かつ、流路幅W50の10倍の長さ以下であることが好ましい。
【0068】
ここで、本実施形態では、反応装置10の反応路32の長さLは、前述した式(1)を満たしている。つまり、反応路32の長さLは、流路幅W1の半分の長さ以上で、かつ、流路幅W1の10倍の長さ以下である。
【0069】
また、反応装置10には、反応路32が3個形成されており、反応装置500には、反応路532が1個形成されている。このため、反応装置10では、反応装置500と比して、排出ガスG1に含まれている二酸化炭素と、反応板34、36との反応量が増えている。
【0070】
また、反応装置10では、図1に示されるように、流入路12を流れる排出ガスG1は、流れ方向を装置幅方向に変えて反応路32へ流入する(図1の矢印M2、M6、M9)。このため、反応装置10では、排出ガスG1が流れ方向を変えずに反応路へ流入する場合と比して、前述した境界層S1の形成が開始される位置が、排出ガスG1の流れ方向の下流側へ移動する。このため、排出ガスG1に含まれている二酸化炭素と、ゼオライトを用いて成形された反応板34、36との吸着量(反応量)が増えている。
【0071】
また、反応装置10では、図1に示されるように、反応路32を流れる排出ガスG1は、流れ方向を装置幅方向に変えて流出路22へ流入する(図1の矢印M4、M8、M11)。このため、反応装置10では、排出ガスG1が流れ方向を変えずに反応路から流出する場合と比して、反応路32において排出ガスG1の流れ方向の下流側の部分の境界層S1が乱される。このため、排出ガスG1に含まれている二酸化炭素と、ゼオライトを用いて成形された反応板34、36との吸着量(反応量)が増えている。
【0072】
また、反応装置10では、反応路32Aを流れる排出ガスG1の流路長と、反応路32Bを流れる排出ガスG1の流路長と、反応路32Cを流れる排出ガスG1の流路長とが同様となる。このため、流路長が異なる場合と比して、排出ガスG1から満遍なく二酸化炭素が取り除かれる。
【0073】
また、反応装置10では、流入路12及び流出路22は、装置奥行方向に延びている。これにより、装置奥行方向へ流れる排出ガスG1が流入路12へ流入し、排出ガスG1から二酸化炭素が取り除かれた処理ガスG2が流出路22から装置奥行方向へ流出する。つまり、反応装置10は、装置奥行方向から流入した排出ガスG1を、処理ガスG2として装置奥行方向へ流出させる。
【0074】
なお、反応板34、36によって吸着された二酸化炭素を回収する場合には、例えば、高温の空気を、反応装置10の流入路12へ流入させる。そして、二酸化炭素を反応板34、36から脱着させ、脱着した二酸化炭素を回収する。
【0075】
(まとめ)
以上説明したように、反応装置10では、反応装置500と比して、反応路32を流れる排出ガスG1の圧力損失が高くなるのを抑制した上で、排出ガスG1に含まれている二酸化炭素が反応板34、36に吸着される量(反応量)を増やすことができる。
【0076】
また、反応装置10では、前述したように、装置奥行方向から流入した排出ガスG1を、処理ガスG2として装置奥行方向へ流出させることができる。つまり、反応装置10では、反応装置10に流入する排出ガスG1の流れ方向と、反応装置10から流出する処理ガスG2の流れ方向とを同様の方向にすることができる。
【0077】
また、底板16が、流入路12を装置奥行方向に流れる排出ガスG1の流れを止め、排出ガスG1を反応路32に案内する。これにより、流入路12を流れる全ての排出ガスG1の流れ方向を変えて、排出ガスG1を反応路32へ流入させることができる。
【0078】
底板26が、装置奥行方向に流れる排出ガスG1等の流体が流出路22の端部から流出路22に流入するのを抑制する。つまり、反応路32から流出路22に流入する処理ガスG2を妨げる流体が流出路22に流入するのが抑制されている。このため、装置奥行方向に流れる流体が流出路の端部から流出路に流入する場合と比して、反応路32を通過する処理ガスG2の流量を増やすことができる。
【0079】
また、流入路12、流出路22、及び反応路32は、平行な2枚の平面40A、42Aの間に形成されている。このため、管材を用いて、流入路、流出路、及び反応路を形成する場合と比して、簡易な構成で流入路12、流出路22、及び反応路32を形成することができる。
【0080】
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態に係る反応装置の一例について図5を用いて説明する。なお、第2実施形態については、第1実施形態と異なる部分を主に説明する。
【0081】
第2実施形態に係る反応装置110は、図5に示されるように、装置奥行方向に延びている流入路12の中心線C1に対して対称とされている。具体的には、反応装置110は、反応路32A、32B、32Cに対応した反応路132A、132B、132Cと、流出路22に対応した流出路122とを有している。さらに、反応装置110は、反応板34、36に対応した反応板134、136と、側板24A、24Bに対応した側板124A、124Bと、底板26に対応した底板126と、側板14Bに対応した側板114Bとを有している。このように、流入路12を挟んで両側に、反応路32、132及び流出路22、122が夫々形成されている。
【0082】
この構成において、工場から排出された窒素と二酸化炭素とを含んだ排出ガスG1は、反応装置110の流入路12の装置奥行方向の手前側の端部から流入路12へ流入する(図中矢印M1)。
【0083】
流入路12を流れる排出ガスG1の一部は、流れ方向を装置幅方向に変えて反応路32A、132Aへ流入する(図中矢印M2−1、M2−2)。また、反応路32A、132Aへ流入した排出ガスG1は、反応路32A、132Aを装置幅方向へ流れる(図中矢印M3−1、M3−2)。さらに、反応路32A、132Aを流れる排出ガスG1に含まれる二酸化炭素は、反応板34、36、反応板134、136によって吸着される。また、排出ガスG1から二酸化炭素が取り除かれた処理ガスG2は、反応路32A、132Aから流れ方向を装置奥行方向に変えて流出路22、122へ流入する(図中矢印M4−1、M4−2)。流出路22、122へ流入した処理ガスG2は、流出路22、122を装置奥行方向の奥側へ流れ、流出路22、122の装置奥行方向の奥側の端部から流出する(図中矢印M5−1、M5−2)。
【0084】
また、流入路12を流れる排出ガスG1の他の一部は、反応路32B、132Bへ流入する(図中矢印M6−1、M6−2)。反応路32B、132Bへ流入した排出ガスG1は、反応路32B、132Bを流れる(図中矢印M7−1、M7−2)。反応路32B、132Bを流れる排出ガスG1に含まれる二酸化炭素は、反応板34、反応板134によって吸着される。また、排出ガスG1から二酸化炭素が取り除かれた処理ガスG2は、反応路32B、132Bから流出路22、122へ流入する(図中矢印M8−1、M8−2)。流出路22、122へ流入した処理ガスG2は、流出路22、122の装置奥行方向の奥側の端部から流出する(図中矢印M5−1、M5−2)。
【0085】
また、流入路12を流れる排出ガスG1の残部は、底板16によって装置奥行方向への流れが止められて反応路32C、132C側に案内される。そして、排出ガスG1は、流れ方向を装置幅方向に変えて反応路32C、132Cへ流入する(図中矢印M9-1、M9-2)。反応路32C、132Cへ流入した排出ガスG1は、反応路32C、132Cを流れる(図中矢印M10−1、M10−2)。反応路32C、132Cを流れる排出ガスG1に含まれる二酸化炭素は、反応板34、36、反応板134、136によって吸着される。また、排出ガスG1から二酸化炭素が取り除かれた処理ガスG2は、反応路32C、132Cから流出路22、122へ流入する(図中矢印M11−1、M11−2)。流出路22、122へ流入した処理ガスG2は、流出路22、122の装置奥行方向の奥側の端部から流出する(図中矢印M5−1、M5−2)。
【0086】
以上説明したように、本第2実施形態の反応装置110では、反応路32A、132A、反応路32B、132B、及び反応路32C、132Cが、装置幅方向における流入路12の両側に形成されている。このため、反応装置10と比して、排出ガスG1に含まれている二酸化炭素と、反応板34、36、反応板134、136との反応量(吸着量)を増やすことができる。具体的には、排出ガスG1が一方側にのみ流れ方向を変えて反応路32に流入する場合と比して、排出ガスG1が一方側及び他方側に流れ方向を変えて反応路32、132に流入する。このため、排出ガスG1と反応板34、36、反応板134、136とを効果的に接触させることができ、前述した反応量(吸着量)を増やすことができる。他の作用については、第1実施形態の作用と同様である。
【0087】
<第3実施形態>
本発明の第3実施形態に係る反応装置の一例について図6を用いて説明する。なお、第3実施形態については、第2実施形態と異なる部分を主に説明する。
【0088】
第3実施形態に係る反応装置210は、図6に示されるように、装置奥行方向に延びている流出路122の中心線C2に対して対称とされている。具体的には、反応装置210は、流入路12に対応した流入路212と、反応板34、36に対応した反応板234、236と、反応板134、136に対応した反応板284、286とを有している。さらに、反応装置210は、反応路32A、32B、32Cに対応した反応路232A、232B、232Cと、反応路132A、132B、132Cに対応した反応路282A、282B、282Cとを有している。また、反応装置210は、流出路22に対応した流出路222と、側板24A、24Bに対応した側板224A、224Bと、底板26に対応した底板226とを有している。さらに、反応装置210は、側板14Bに対応した側板214Bと、側板124Bに対応した側板274Bと、底板16に対応した底板216とを有している。底板216は、案内部材の一例である。
【0089】
この構成において、流出路122には、反応路132A、282Aから流入した処理ガスG2、反応路132B、282Aから流入した処理ガスG2、及び反応路132C、282Cから流入した処理ガスG2が流入する。そして、流出路122へ流入した処理ガスG2は、流出路122の装置奥行方向の奥側の端部から流出する。
【0090】
以上説明したように、反応装置210では、流入路12、122は2個(複数)形成され、流出路22、122、222は3個(複数)形成されており、流入路と流出路とは交互に並んでいる。これにより、流入路及び流出路の少なくとも一方が1個の場合と比して、排出ガスG1に含まれている二酸化炭素と、反応板34、36、反応板134、136、反応板234、236、反応板284、286との反応量(吸着量)を増やすことができる。他の作用については、第2実施形態の作用と同様である。
【0091】
<第4実施形態>
本発明の第4実施形態に係る反応装置の一例について図7図8を用いて説明する。なお、第4実施形態については、第3実施形態と異なる部分を主に説明する。
【0092】
第4実施形態に係る反応装置310では、流入路12において反応路32、132が臨んでいる部分の流路幅は、排出ガスG1が流れる流れ方向において上流側から下流側に向かって狭くなっている。また、反応装置310では、流入路212において反応路232、282が臨んでいる部分の流路幅は、排出ガスG1が流れる流れ方向において上流側から下流側に向かって狭くなっている。
【0093】
さらに、反応装置310では、流出路22において、反応路32が臨んでいる部分の流路幅は、処理ガスG2が流れる流れ方向において上流側から下流側に向かって広くなっている。また、反応装置310では、流出路122において、反応路132、282が臨んでいる部分の流路幅は、処理ガスG2が流れる流れ方向において上流側から下流側に向かって広くなっている。さらに、反応装置310では、流出路222において、反応路232が臨んでいる部分の流路幅は、処理ガスG2が流れる流れ方向において上流側から下流側に向かって広くなっている。
【0094】
具体的には、反応板34、36の装置幅方向の位置、反応板134、136の装置幅方向の位置、反応板234、236の装置幅方向の位置、及び反応板284、286の装置幅方向の位置が、隣の反応板に対して装置幅方向にずれている。さらに、反応装置310の流出路22、122、222の流出口は、反応装置210の流出路の流出口の流路幅と比して広くなっている。これにより、流入路12、212、及び流出路22、122、222の流路幅が変えられている。
【0095】
以上の構成において、反応装置310では、流入路の流路幅が一定の場合と比して、流入路12から、反応路32Aへ流入する排出ガスG1の流量と、反応路32Bへ流入する排出ガスG1の流量と、反応路32Cへ流入する排出ガスG1の流量との互いの差を少なくすることができる。
【0096】
また、反応装置310では、流入路の流路幅が一定の場合と比して、流入路12から、反応路132Aへ流入する排出ガスG1の流量と、反応路132Bへ流入する排出ガスG1の流量と、反応路132Cへ流入する排出ガスG1の流量との互いの差を少なくすることができる。これにより、反応路32Aで排出ガスG1の二酸化炭素が吸着される吸着量と、反応路32Bで排出ガスG1の二酸化炭素が吸着される吸着量と、反応路32Cで排出ガスG1の二酸化炭素が吸着される吸着量との互いの差を少なくすることができる。
【0097】
なお、流入路212から各反応路へ流入する排出ガスG1の流量についても同様である。
【0098】
また、反応装置310では、流出路の流路幅が一定の場合と比して、反応路32Aから流出路22へ流入する処理ガスG2の流量と、反応路32Bから流出路22へ流入する処理ガスG2の流量と、反応路32Cから流出路22へ流入する処理ガスG2の流量との互いの差を少なくすることができる。これにより、反応路32Aで排出ガスG1の二酸化炭素が吸着される吸着量と、反応路32Bで排出ガスG1の二酸化炭素が吸着される吸着量と、反応路32Cで排出ガスG1の二酸化炭素が吸着される吸着量との互いの差を少なくすることができる。
【0099】
なお、各反応路から流出路122へ流入する処理ガスG2の流量、及び各反応路から流出路222へ流入する処理ガスG2の流量についても同様である。
【0100】
また、他の作用については、第3実施形態の作用と同様である。
【0101】
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、排出ガスG1は、流入路12、212を装置奥行方向の手前側から奥側に流れ、処理ガスG2は、流出路22、122、222を装置奥行方向の手前側から奥側に流れた。このように、排出ガスG1と処理ガスG2とが同じ方向に流れたが、処理ガスG2が排出ガスG1に対して逆方向に流れてもよい。つまり、処理ガスG2が装置奥行方向の奥側から手前側に流れてもよい。
【0102】
また、上記実施形態では、化学吸着を例にとって説明したが、物理吸着であってもよい。
【0103】
また、上記第3、第4実施形態では、流入路12、122は2個形成され、流出路22、122、222は3個形成されたが、流入路が3個以上形成されてもよく、流出路が4個以上形成されてもよい。
【0104】
また、上記実施形態では、装置上下方向から見て、反応路は、流入路及び流出路が延びている装置奥行方向に対して直交する直交方向に延びて、流入路と流出路とを繋いていた。しかし、反応路が、流入路及び流出路が延びている方向に対して交差する交差方向に延びて、流入路と流出路とを繋いでいればよい。
【0105】
また、上記実施形態では、流入路と流出路とが同じ方向に延びていたが、流入路が延びている方向と反応路が延びている方向とが交差しており、かつ、流出路が延びている方向と反応路が延びている方向とが交差していればよい。
【0106】
また、上記実施形態では、装置奥行方向に並ぶ反応路は、3個であったが、2個でもよく、4個以上であってもよい。
【0107】
また、上記実施形態では、反応路は、排出ガスG1に含まれる二酸化炭素を吸着するゼオライトを用いて成形された反応板で形成された。しかし、例えば、反応装置に流入させる流体が水蒸気を含んだガスの場合には、反応路は、水蒸気を含んだガスに含まれる水蒸気(水)を吸着するシリカゲル又はゼオライトを用いて成形された反応板で形成される。また、例えば、反応装置に流入させる流体が排出ガスの場合には、反応路は、排出ガスに含まれる窒素酸化合物を変質させる触媒を用いて成形された反応板で形成される。また、例えば、反応装置に流入させる流体が排出ガスの場合には、反応路は、排出ガスに含まれる一酸化炭素を変質させる触媒を用いて成形された反応板で形成される。
【0108】
また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、図9に示されるように、反応板をV字状に配置してもよい。
【符号の説明】
【0109】
10 反応装置
12 流入路
16 底板(案内部材の一例)
22 流出路
26 底板(抑制部材の一例)
32 反応路
32A 反応路
32B 反応路
32C 反応路
34 反応板(反応部材の一例)
36 反応板(反応部材の一例)
40A 平面
42A 平面
110 反応装置
122 流出路
126 底板(抑制部材の一例)
132 反応路
132A 反応路
132B 反応路
132C 反応路
134 反応板(反応部材の一例)
136 反応板(反応部材の一例
210 反応装置
212 流入路
216 底板(案内部材の一例)
222 流出路
226 底板(抑制部材の一例)
232 反応路
232A 反応路
232B 反応路
232C 反応路
234 反応板(反応部材の一例)
236 反応板(反応部材の一例)
282 反応路
282A 反応路
282B 反応路
282C 反応路
284 反応板(反応部材の一例)
286 反応板(反応部材の一例)
310 反応装置
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9