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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】P2024138783
(43)【公開日】2024-10-09
(54)【発明の名称】排ガス処理装置
(51)【国際特許分類】
B01D 53/92 20060101AFI20241002BHJP
F01N 3/04 20060101ALI20241002BHJP
【ＦＩ】
B01D53/92 331
B01D53/92 ZAB
B01D53/92 215
F01N3/04 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023049461
(22)【出願日】2023-03-27
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003177
【氏名又は名称】弁理士法人旺知国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】榎並 義晶
【テーマコード（参考）】
3G091
4D002
【Ｆターム（参考）】
3G091AA04
3G091AA17
3G091AA18
3G091AB15
3G091BA01
3G091CA15
4D002AA02
4D002AC01
4D002AC10
4D002BA02
4D002CA01
4D002DA01
4D002DA16
4D002DA31
4D002DA36
4D002EA13
(57)【要約】
【課題】設置場所の高さに制限がある場合でも液滴を捕集できる排ガス処理装置を提供する。
【解決手段】排ガス処理装置の一態様は、外部から導入された排ガスＡが内部を旋回しながら進行する円筒状の吸収塔２０と、設置場所に設けられた構造物と吸収塔２０との間に設けられる円筒状の排気筒３０と、吸収塔２０の内部において排ガスＡを処理する液体の液滴ＢＤを噴射する噴霧部４０と、を備え、吸収塔２０の壁面２０Ｓには、排気筒３０が繋がる端部２０Ａと噴霧部４０との間の範囲Ｆａに、排ガスＡに同伴する液滴ＢＤを捕集する第１の捕集部５０－１が設けられる。
【選択図】図２
【解決手段】排ガス処理装置の一態様は、外部から導入された排ガスＡが内部を旋回しながら進行する円筒状の吸収塔２０と、設置場所に設けられた構造物と吸収塔２０との間に設けられる円筒状の排気筒３０と、吸収塔２０の内部において排ガスＡを処理する液体の液滴ＢＤを噴射する噴霧部４０と、を備え、吸収塔２０の壁面２０Ｓには、排気筒３０が繋がる端部２０Ａと噴霧部４０との間の範囲Ｆａに、排ガスＡに同伴する液滴ＢＤを捕集する第１の捕集部５０－１が設けられる。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外部から導入された排ガスが内部を旋回しながら進行する円筒状の吸収塔と、
設置場所に設けられた構造物と前記吸収塔との間に設けられる円筒状の排気筒と、
前記吸収塔の内部において前記排ガスを処理する液体の液滴を噴射する噴霧部と、
を備え、
前記吸収塔の壁面には、
前記排気筒が繋がる端部と前記噴霧部との間の範囲に、前記排ガスに同伴する前記液滴を捕集する第１の捕集部が設けられる
排ガス処理装置。
設置場所に設けられた構造物と前記吸収塔との間に設けられる円筒状の排気筒と、
前記吸収塔の内部において前記排ガスを処理する液体の液滴を噴射する噴霧部と、
を備え、
前記吸収塔の壁面には、
前記排気筒が繋がる端部と前記噴霧部との間の範囲に、前記排ガスに同伴する前記液滴を捕集する第１の捕集部が設けられる
排ガス処理装置。
【請求項2】
前記第１の捕集部は、
前記排気筒が繋がる端部と前記噴霧部との間の範囲における当該端部の近傍に設けられる
請求項１に記載の排ガス処理装置。
前記排気筒が繋がる端部と前記噴霧部との間の範囲における当該端部の近傍に設けられる
請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項3】
前記吸収塔は、
前記噴霧部が収められる筒状の本体部と、
前記本体部と前記排気筒とを繋ぐ連結部と、
を備え、
前記連結部は、
前記本体部との連結箇所よりも前記排気筒との連結箇所における内径が小さな円錐台状であり、
前記連結部の壁面に前記第１の捕集部が設けられる
請求項１に記載の排ガス処理装置。
前記噴霧部が収められる筒状の本体部と、
前記本体部と前記排気筒とを繋ぐ連結部と、
を備え、
前記連結部は、
前記本体部との連結箇所よりも前記排気筒との連結箇所における内径が小さな円錐台状であり、
前記連結部の壁面に前記第１の捕集部が設けられる
請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項4】
前記第１の捕集部によって捕集された液滴を前記吸収塔の内部に戻す第１の配管を備える
請求項１に記載の排ガス処理装置。
請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項5】
前記排気筒の内部には、
旋回しながら進行する前記排ガスの当該旋回を強めるスワラが設けられ、
前記排気筒の壁面には、
前記スワラよりも前記排ガスの下流側の位置に、前記排ガスに同伴する前記液滴を捕集する第２の捕集部が設けられる
請求項１から４のいずれかに記載の排ガス処理装置。
旋回しながら進行する前記排ガスの当該旋回を強めるスワラが設けられ、
前記排気筒の壁面には、
前記スワラよりも前記排ガスの下流側の位置に、前記排ガスに同伴する前記液滴を捕集する第２の捕集部が設けられる
請求項１から４のいずれかに記載の排ガス処理装置。
【請求項6】
前記第２の捕集部によって捕集された液滴を前記吸収塔の内部に戻す第２の配管を備える
請求項５に記載の排ガス処理装置。
請求項５に記載の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、硫黄酸化物等の有害物質を含む排ガスに吸収液を気液接触させ、吸収液に有害物質を吸収させることで排ガスから有害物質を除去する排ガス処理装置が知られている。また、この種の排ガス処理装置においてサイクロン式の装置が知られており、船舶などに設けられている。
特許文献１には、サイクロン式の排ガス処理装置として、排ガスを吸収液に吸収させるための吸収塔、及び、排ガスを外部に排出する既設の煙突などに接続される排気筒を備え、排ガスが吸収塔の内部を旋回しながら螺旋状に排気筒に向かって進む装置が示されている。また、この特許文献１には、排ガスから液滴を捕集する捕集部を排気筒に設けることが示されている。
特許文献１には、サイクロン式の排ガス処理装置として、排ガスを吸収液に吸収させるための吸収塔、及び、排ガスを外部に排出する既設の煙突などに接続される排気筒を備え、排ガスが吸収塔の内部を旋回しながら螺旋状に排気筒に向かって進む装置が示されている。また、この特許文献１には、排ガスから液滴を捕集する捕集部を排気筒に設けることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開２０２２／００４４５３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
排ガス処理装置の設置場所によっては、排ガス処理装置の排気筒が接続される煙突等の被接続体までの高さが制限される場合がある。この場合、処理能力に応じた吸収塔の高さを確保したときに、捕集物を設置可能な十分な高さが排気筒に確保されない虞がある。
【0005】
本開示は、設置場所の高さに制限がある場合でも液滴を捕集できる排ガス処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の１つの態様に係る排ガス処理装置は、外部から導入された排ガスが内部を旋回しながら進行する円筒状の吸収塔と、設置場所に設けられた構造物と前記吸収塔との間に設けられる円筒状の排気筒と、前記吸収塔の内部において前記排ガスを処理する液体の液滴を噴射する噴霧部と、を備え、前記吸収塔の壁面には、前記排気筒が繋がる端部と前記噴霧部との間の範囲に、前記排ガスに同伴する前記液滴を捕集する第１の捕集部が設けられる。
【発明の効果】
【0007】
本開示の1つの態様によれば、設置場所の高さに制限がある場合でも液滴を捕集できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本開示の第１実施形態の排ガス処理装置を適用した船舶の構成の一例を模式的に示す図である。
【図2】排ガス処理装置の内部の構成の一例を模式的に示す図である。
【図4】第１の捕集部の構成の一例を模式的に示す図である。
【図5】本開示の第２実施形態に係る排ガス処理装置の内部の構成の一例を模式的に示す図である。
【図6】排ガスに同伴する液滴の挙動の説明図である。
【図7】本開示の変形例に係る排ガス処理装置の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照しながら本開示に係る好適な形態を説明する。なお、図面において、各部の寸法、及び縮尺が実際と適宜に異なる場合があり、理解を容易にするために模式的に示している部分を含む場合がある。また、以下の説明において、本開示を限定する旨の特段の記載が無い限り、本開示の範囲は以下の説明に記載された形態に限られない。本開示の範囲は当該形態の均等の範囲を含む。
【0010】
１．第１実施形態
図１は、第１実施形態の排ガス処理装置１００を適用した船舶１の構成の一例を模式的に示す図である。
図１に示される通り、船舶１は、動力装置１１と給液ポンプ１３と排ガス処理装置１００とを備える。排ガス処理装置１００は本開示における「排ガス処理装置」の一例である。なお、以下の説明において、「上方」は鉛直方向の上方を意味し、「下方」は鉛直方向の下方を意味する。
図１は、第１実施形態の排ガス処理装置１００を適用した船舶１の構成の一例を模式的に示す図である。
図１に示される通り、船舶１は、動力装置１１と給液ポンプ１３と排ガス処理装置１００とを備える。排ガス処理装置１００は本開示における「排ガス処理装置」の一例である。なお、以下の説明において、「上方」は鉛直方向の上方を意味し、「下方」は鉛直方向の下方を意味する。
【0011】
動力装置１１は、例えばガソリンエンジン及びディーゼルエンジン等の内燃機関、又はボイラとタービンとを含む外燃機関である。動力装置１１は、例えば重油又は石炭等の化石燃料を燃焼させることで船舶１の推進力を発生する。動力装置１１は、窒素酸化物又は硫黄酸化物等の有害物質を含む排ガスＡを排出する。有害物質は粉塵を含んでもよい。
排ガス処理装置１００は、動力装置１１から排気管１２を介して供給される排ガスＡ中の有害物質を低減するスクラバである。船舶１は、排ガス処理装置１００の設置場所に煙突３を備え、排ガス処理装置１００は、煙突３を通じて処理後の排ガスＡを大気中などの外部空間に排気する。煙突３は、本開示における「設置場所に設けられた構造物」の一例である。
排ガス処理装置１００は、動力装置１１から排気管１２を介して供給される排ガスＡ中の有害物質を低減するスクラバである。船舶１は、排ガス処理装置１００の設置場所に煙突３を備え、排ガス処理装置１００は、煙突３を通じて処理後の排ガスＡを大気中などの外部空間に排気する。煙突３は、本開示における「設置場所に設けられた構造物」の一例である。
【0012】
給液ポンプ１３は、排ガスＡに含まれる有害物質を吸収する液体（以下、「吸収液Ｂ」という）を排ガス処理装置１００に供給する。具体的には、給液ポンプ１３は、船舶１の周囲の海水を吸収液Ｂとして排ガス処理装置１００に供給する。例えば海水中のアルカリ成分（ＨＣＯ３
－）により排ガスＡに含まれる有害物質が吸収される。給液ポンプ１３から送出された吸収液Ｂが給液管１４を介して排ガス処理装置１００に供給される。
【0013】
図２は、排ガス処理装置１００の内部の構成の一例を模式的に示す図である。
排ガス処理装置１００は、図２に示される通り、内部に噴霧部４０が設けられた吸収塔２０と、当該吸収塔２０と煙突３との間に設けられる排気筒３０と、を備える。
吸収塔２０は円筒状の構造体である。また排気筒３０は、吸収塔２０の一方の端部２０Ａに繋がる円筒状の構造体であり、吸収塔２０の中心軸Ｃに同軸に設けられる。本実施形態の排ガス処理装置１００は、吸収塔２０、及び排気筒３０の中心軸Ｃが鉛直方向を向く姿勢で船舶１に設置される。この場合、「吸収塔２０の一方の端部２０Ａ」は、吸収塔２０の上端に相当する。
排ガス処理装置１００は、図２に示される通り、内部に噴霧部４０が設けられた吸収塔２０と、当該吸収塔２０と煙突３との間に設けられる排気筒３０と、を備える。
吸収塔２０は円筒状の構造体である。また排気筒３０は、吸収塔２０の一方の端部２０Ａに繋がる円筒状の構造体であり、吸収塔２０の中心軸Ｃに同軸に設けられる。本実施形態の排ガス処理装置１００は、吸収塔２０、及び排気筒３０の中心軸Ｃが鉛直方向を向く姿勢で船舶１に設置される。この場合、「吸収塔２０の一方の端部２０Ａ」は、吸収塔２０の上端に相当する。
【0014】
以下の説明において、中心軸Ｃを中心とした任意の直径の仮想円における円周の方向を「周方向」と表記し、仮想円における半径の方向を「径方向」と表記する。
【0015】
吸収塔２０は、円筒状の本体部２１と、本体部２１と排気筒３０とを繋ぐ連結部２２と、を備える。本体部２１の内部に上記噴霧部４０が収められる。連結部２２は、この本体部２１の端部２１Ａに繋がる部位である。本実施形態において、本体部２１の端部２１Ａは本体部２１の上端に相当する。
連結部２２は、円錐台状を成しており、本体部２１に繋がる端部２２Ａにおける内径Ｒａよりも、その反対側の端部２２Ｂにおける内径Ｒｂが小さい。したがって、中心軸Ｃを含む断面の断面視において、連結部２２の壁面２０Ｓは、端部２２Ｂが端部２２Ａよりも中心軸Ｃの近くに位置する向きに傾斜する。なお、本実施形態において、連結部２２の端部２２Ａ、及び端部２２Ｂは、それぞれ、連結部２２の下端、及び上端に相当する。また、連結部２２の端部２２Ｂは、吸収塔２０の端部２０Ａに一致する。
連結部２２は、円錐台状を成しており、本体部２１に繋がる端部２２Ａにおける内径Ｒａよりも、その反対側の端部２２Ｂにおける内径Ｒｂが小さい。したがって、中心軸Ｃを含む断面の断面視において、連結部２２の壁面２０Ｓは、端部２２Ｂが端部２２Ａよりも中心軸Ｃの近くに位置する向きに傾斜する。なお、本実施形態において、連結部２２の端部２２Ａ、及び端部２２Ｂは、それぞれ、連結部２２の下端、及び上端に相当する。また、連結部２２の端部２２Ｂは、吸収塔２０の端部２０Ａに一致する。
【0016】
排気筒３０は、本体部２１よりも小径の円筒状の部位である。本実施形態において、排気筒３０の内径は、連結部２２の端部２２Ｂの内径Ｒｂに略一致する。排気筒３０は、連結部２２が繋がる端部と反対側の端部３０Ａに、排ガスＡを排気する排気口３００が形成されており、この排気口３００が形成された端部３０Ａが煙突３に接続される。なお、本体部２１、連結部２２、及び排気筒３０の２以上が相互に一体的に構成されてもよいし、相互に別体で構成されて連結されてもよい。
【0017】
本体部２１は、排気管１２が接続される排ガス導入部２１０を備える。排ガス導入部２１０は、本体部２１の周面に形成された貫通孔２１２と、貫通孔２１２から外部に延びる導入管２１４とを含み、この導入管２１４に上記排気管１２が連結される。また、係る排ガス導入部２１０は、本体部２１の上端である端部２１Ａよりも、その反対側の下端である端部２１Ｂに近い位置に設けられる。すなわち、動力装置１１から排気管１２を通じて供給される排ガスＡは、本体部２１の下端である端部２１Ｂに近い位置から本体部２１の内部に導入される。
【0018】
図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線における矢視図である。
排ガス導入部２１０の導入管２１４は、図３に示すように、長手方向Ｅａが中心軸Ｃから外れるように（すなわち、交差しないように）、吸収塔２０の本体部２１に接合されている。したがって、導入管２１４から吸収塔２０に流入する排ガスＡは、吸収塔２０の内側の壁面２０Ｓに沿って当該吸収塔２０の周方向に進行し、中心軸Ｃの周りを旋回する旋回流となる。この結果、図２において螺旋状の線Ｄによって模式的に示される通り、排ガスＡは、吸収塔２０において、本体部２１の下方の排ガス導入部２１０から中心軸Ｃの周りを旋回しながら上方の端部２０Ａに向かって螺旋状に進行する。排ガスＡが吸収塔２０の内部を旋回しながら螺旋状に進むスクラバは、一般に、サイクロン式のスクラバとも称される。なお、図２において、線Ｄの太さは、排ガスＡに同伴する後述の液滴ＢＤの量に対応しており、線Ｄが太いほど多くの液滴ＢＤが同伴することを示す。液滴ＢＤは図４に模式的に示されている。
排ガス導入部２１０の導入管２１４は、図３に示すように、長手方向Ｅａが中心軸Ｃから外れるように（すなわち、交差しないように）、吸収塔２０の本体部２１に接合されている。したがって、導入管２１４から吸収塔２０に流入する排ガスＡは、吸収塔２０の内側の壁面２０Ｓに沿って当該吸収塔２０の周方向に進行し、中心軸Ｃの周りを旋回する旋回流となる。この結果、図２において螺旋状の線Ｄによって模式的に示される通り、排ガスＡは、吸収塔２０において、本体部２１の下方の排ガス導入部２１０から中心軸Ｃの周りを旋回しながら上方の端部２０Ａに向かって螺旋状に進行する。排ガスＡが吸収塔２０の内部を旋回しながら螺旋状に進むスクラバは、一般に、サイクロン式のスクラバとも称される。なお、図２において、線Ｄの太さは、排ガスＡに同伴する後述の液滴ＢＤの量に対応しており、線Ｄが太いほど多くの液滴ＢＤが同伴することを示す。液滴ＢＤは図４に模式的に示されている。
【0019】
噴霧部４０は、吸収塔２０の内部において吸収液Ｂの液滴を噴射する部位である。本実施形態の噴霧部４０は、幹管４１と、複数の枝管４２とを備える。
幹管４１は、中心軸Ｃに同軸に設置された円管状の構造体である。複数の枝管４２は、それぞれ、幹管４１よりも小径の管状部材であり、図２に示すように、幹管４１の周面から当該周面に対して垂直に径方向に延在する。複数の枝管４２は、それぞれ、吸収液Ｂを霧状に噴射することにより多数の液滴ＢＤを噴射する複数のノズル４３が設けられる。なお、噴霧部４０において、幹管４１の長さ、幹管４１の長さ方向における枝管４２の配置数、及び配置間隔、並びに、枝管４２、及びノズル４３のそれぞれの数は適宜である。
幹管４１は、中心軸Ｃに同軸に設置された円管状の構造体である。複数の枝管４２は、それぞれ、幹管４１よりも小径の管状部材であり、図２に示すように、幹管４１の周面から当該周面に対して垂直に径方向に延在する。複数の枝管４２は、それぞれ、吸収液Ｂを霧状に噴射することにより多数の液滴ＢＤを噴射する複数のノズル４３が設けられる。なお、噴霧部４０において、幹管４１の長さ、幹管４１の長さ方向における枝管４２の配置数、及び配置間隔、並びに、枝管４２、及びノズル４３のそれぞれの数は適宜である。
【0020】
噴霧部４０には、給液ポンプ１３から送出された吸収液Ｂが給液管１４を介して供給される。そして、噴霧部４０において、吸収液Ｂが幹管４１から複数の枝管４２のそれぞれに供給され、各ノズル４３から吸収液Ｂが霧状に噴射される。
吸収塔２０の内部において、排ガスＡが噴霧部４０を通過する際、吸収液Ｂの液滴ＢＤと気液接触し、液滴ＢＤが排ガスＡに含まれる有害物質が液滴ＢＤに吸収されることにより、有害物質が排ガスＡから除去される。噴霧部４０を通過した排ガスＡは、本体部２１から連結部２２、及び排気筒３０を順に通って煙突３に排出される。
吸収塔２０の内部において、排ガスＡが噴霧部４０を通過する際、吸収液Ｂの液滴ＢＤと気液接触し、液滴ＢＤが排ガスＡに含まれる有害物質が液滴ＢＤに吸収されることにより、有害物質が排ガスＡから除去される。噴霧部４０を通過した排ガスＡは、本体部２１から連結部２２、及び排気筒３０を順に通って煙突３に排出される。
【0021】
また、排ガス処理装置１００は、図２に示すように、第１の捕集部５０－１と、第１の配管６０－１と、を備える。第１の捕集部５０－１は、噴霧部４０によって吸収塔２０の内部に噴射され、排ガスＡに同伴する液滴ＢＤを捕集する部位である。第１の配管６０－１は、吸収塔２０における底部２０Ｃに近い位置と、第１の捕集部５０－１とを連通する管体である。第１の捕集部５０－１によって捕集された液滴ＢＤは、第１の配管６０－１を通じて吸収塔２０の内部に戻される。
第１の捕集部５０－１が液滴ＢＤを捕集することにより、有害物質を吸収した液滴ＢＤが排気口３００から煙突３を通じて外部空間に放出されることが防止される。また、外部空間に放出された液滴ＢＤが地上（本実施形態では船舶１の甲板）に降り注ぐといった事態も防止される。
第１の捕集部５０－１が液滴ＢＤを捕集することにより、有害物質を吸収した液滴ＢＤが排気口３００から煙突３を通じて外部空間に放出されることが防止される。また、外部空間に放出された液滴ＢＤが地上（本実施形態では船舶１の甲板）に降り注ぐといった事態も防止される。
【0022】
なお、第１の配管６０－１には、鉛直方向の下端の位置にバタフライバルブ６１が配設されており、また、吸収塔２０に繋がる前の箇所に、鉛直方向の上方向に立ち上がる立ち上げ部６０Ａが設けられる。バタフライバルブ６１は、点検時に水抜きのために用いられるバルブである。立ち上げ部６０Ａは、捕集された液滴ＢＤを第１の配管６０－１の中に溜めて封水を形成ための部位である。当該封水により、吸収塔２０の排ガスＡが第１の配管６０－１の中を下から上に流れることが防止される。
【0023】
図１に示すように、船舶１には、噴霧部４０から噴射された吸収液Ｂを貯留する廃液タンク５を備え、この廃液タンク５が鉛直方向において、排ガス処理装置１００の吸収塔２０の底部２０Ｃよりも低い位置に配置されている。吸収塔２０の底部２０Ｃは、ドレインパイプ５Ａを通じて廃液タンク５に接続されており、吸収塔２０の底部２０Ｃに集合する吸収液Ｂがドレインパイプ５Ａを通って廃液タンク５に導かれ、当該廃液タンク５に貯留される。廃液タンク５に貯留した吸収液Ｂは適宜の手段を用いて外部（例えば航海中の海）に排水される。
【0024】
ここで、前掲図２に示される通り、本実施形態の排ガス処理装置１００において、上述の第１の捕集部５０－１が吸収塔２０の壁面２０Ｓに設けられる。より具体的には、第１の捕集部５０－１は、吸収塔２０の壁面２０Ｓのうち、噴霧部４０と当該吸収塔２０の上端である端部２０Ａとの間の範囲Ｆａであり、本実施形態では、吸収塔２０の端部２０Ａの近傍に設けられる。
【0025】
図４は、第１の捕集部５０－１の構成の一例を模式的に示す図である。
吸収塔２０の内部において、排ガスＡに同伴する液滴ＢＤには、排ガスＡの気流に乗って移動する液滴ＢＤと、液滴ＢＤの衝突によって壁面２０Ｓに形成され、排ガスＡの流れによって壁面２０Ｓに沿って移動する液膜ＢＦと、が含まれる。
本実施形態の第１の捕集部５０－１は、壁面２０Ｓの近傍を移動する液滴ＢＤと、壁面２０Ｓに沿って移動する液膜ＢＦの両方を捕集する構造を有し、具体的には、導出口５００と、捕捉部材５０２と、導出部材５０４と、を備える。
導出口５００は、吸収塔２０の周方向に延びるスリット状に形成された開口である。
捕捉部材５０２は、液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦを導出口５００に導く部材である。より具体的には、捕捉部材５０２は、吸収塔２０の内側で導出口５００を覆う形状を成し、かつ、壁面２０Ｓの近傍を流れる排ガスＡに同伴する液滴ＢＤ、及び壁面２０Ｓの液膜ＢＦを、その内部に取り込む取込口５０２Ａが設けられた部材である。本実施形態の捕捉部材５０２は、吸収塔２０の中心軸Ｃを含む断面の断面視において、導出口５００の上方の位置から吸収塔２０の内側に突出する鍔部５０２Ｂと、当該鍔部５０２Ｂから導出口５００を覆うように壁面２０Ｓと略平行に延びるカバー部５０２Ｃと、を含み、カバー部５０２Ｃと壁面２０Ｓとの間の隙間によって取込口５０２Ａが形成される。
導出部材５０４は、吸収塔２０の外側で導出口５００を覆う形状を成し、かつ、導出口５００を通って導出部材５０４に導かれた液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦから生じる液体（すなわち吸収液Ｂ）を外部に排出する排出口５０４Ａが設けられた部材である。この排出口５０４Ａには、上述の第１の配管６０－１が接続される。
吸収塔２０の内部において、排ガスＡに同伴する液滴ＢＤには、排ガスＡの気流に乗って移動する液滴ＢＤと、液滴ＢＤの衝突によって壁面２０Ｓに形成され、排ガスＡの流れによって壁面２０Ｓに沿って移動する液膜ＢＦと、が含まれる。
本実施形態の第１の捕集部５０－１は、壁面２０Ｓの近傍を移動する液滴ＢＤと、壁面２０Ｓに沿って移動する液膜ＢＦの両方を捕集する構造を有し、具体的には、導出口５００と、捕捉部材５０２と、導出部材５０４と、を備える。
導出口５００は、吸収塔２０の周方向に延びるスリット状に形成された開口である。
捕捉部材５０２は、液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦを導出口５００に導く部材である。より具体的には、捕捉部材５０２は、吸収塔２０の内側で導出口５００を覆う形状を成し、かつ、壁面２０Ｓの近傍を流れる排ガスＡに同伴する液滴ＢＤ、及び壁面２０Ｓの液膜ＢＦを、その内部に取り込む取込口５０２Ａが設けられた部材である。本実施形態の捕捉部材５０２は、吸収塔２０の中心軸Ｃを含む断面の断面視において、導出口５００の上方の位置から吸収塔２０の内側に突出する鍔部５０２Ｂと、当該鍔部５０２Ｂから導出口５００を覆うように壁面２０Ｓと略平行に延びるカバー部５０２Ｃと、を含み、カバー部５０２Ｃと壁面２０Ｓとの間の隙間によって取込口５０２Ａが形成される。
導出部材５０４は、吸収塔２０の外側で導出口５００を覆う形状を成し、かつ、導出口５００を通って導出部材５０４に導かれた液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦから生じる液体（すなわち吸収液Ｂ）を外部に排出する排出口５０４Ａが設けられた部材である。この排出口５０４Ａには、上述の第１の配管６０－１が接続される。
【0026】
吸収塔２０の内部における液滴ＢＤの挙動について更に説明する。
噴霧部４０によって噴射された液滴ＢＤは排ガスＡの気流に乗って鉛直方向の上方へ移動することにより、液滴ＢＤが排ガスＡに同伴する。上述の通り、排ガスＡは中心軸Ｃの周りを螺旋状に旋回しながら進行するため、液滴ＢＤは遠心力によって吸収塔２０の壁面２０Ｓに寄りつつ鉛直方向の上方へ移動する。換言すれば、鉛直方向の上方に向かうほど、吸収塔２０の径方向において壁面２０Ｓの近傍に多くの液滴ＢＤが偏在する。このため、吸収塔２０において、上端である端部２０Ａの近傍の位置で、最も多くの液滴ＢＤが壁面２０Ｓの近傍に偏在する。
また、移動中の一部の液滴ＢＤが第１の捕集部５０－１に捕集される前に壁面２０Ｓに衝突すると、当該壁面２０Ｓに液滴ＢＤによる液膜ＢＦが形成される。液膜ＢＦは排ガスＡの流れに押されて壁面２０Ｓを鉛直方向の上方に移動するため、上端である端部２０Ａの近傍の位置に多くの液膜ＢＦが集まる。
噴霧部４０によって噴射された液滴ＢＤは排ガスＡの気流に乗って鉛直方向の上方へ移動することにより、液滴ＢＤが排ガスＡに同伴する。上述の通り、排ガスＡは中心軸Ｃの周りを螺旋状に旋回しながら進行するため、液滴ＢＤは遠心力によって吸収塔２０の壁面２０Ｓに寄りつつ鉛直方向の上方へ移動する。換言すれば、鉛直方向の上方に向かうほど、吸収塔２０の径方向において壁面２０Ｓの近傍に多くの液滴ＢＤが偏在する。このため、吸収塔２０において、上端である端部２０Ａの近傍の位置で、最も多くの液滴ＢＤが壁面２０Ｓの近傍に偏在する。
また、移動中の一部の液滴ＢＤが第１の捕集部５０－１に捕集される前に壁面２０Ｓに衝突すると、当該壁面２０Ｓに液滴ＢＤによる液膜ＢＦが形成される。液膜ＢＦは排ガスＡの流れに押されて壁面２０Ｓを鉛直方向の上方に移動するため、上端である端部２０Ａの近傍の位置に多くの液膜ＢＦが集まる。
【0027】
したがって、第１の捕集部５０－１が吸収塔２０の端部２０Ａの近傍に配置されることにより、多くの液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦを効率良く捕集することができ、吸収塔２０から排気筒３０の側に流れ込む液滴ＢＤの量を削減できる。
【0028】
これに加え、第１の捕集部５０－１が設けられる連結部２２は、上述の通り、本体部２１との連結箇所である端部２２Ａよりも排気筒３０の連結箇所である端部２２Ｂにおける内径が小さな円錐台状を成し、連結部２２における流路断面積は鉛直方向の上方ほど縮小する。これにより、ストークス数Ｓｔが増大して液滴ＢＤが壁面２０Ｓに寄って当該壁面２０Ｓに衝突し易くなるため、第１の捕集部５０－１による液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦの捕集効率が更に高められる。なお、ストークス数Ｓｔについては第２実施形態で詳述する。
【0029】
なお、第１の捕集部５０－１において、捕捉部材５０２が吸収塔２０の内側に向けて突出する突出量を大きくし、それに応じて取込口５０２Ａの開口を広くするほど、より多くの液滴ＢＤを捕集できる。しかしながら、突出量が大きくなるほど、吸収塔２０の上端である端部２０Ａにおける圧力損失が増える。したがって、捕捉部材５０２の突出量は、圧力損失が後述する仕様値を超えない範囲に抑えられる。
【0030】
以上説明したように、本実施形態の排ガス処理装置１００では、第１の捕集部５０－１が吸収塔２０に設けられている。このため、仮に排気筒３０の高さＨｂが第１の捕集部５０－１を設けるために必要な高さを下回っていても、第１の捕集部５０－１によって吸収液Ｂを回収できる。したがって、例えば、排ガス処理装置１００の設置場所において、設置面Ｇと煙突３との間のスペースが比較的狭く、排ガス処理装置１００の高さが制限される場合でも、排気筒３０の高さＨｂを削減することにより吸収塔２０の高さＨａを維持しつつ、吸収液Ｂの回収も確実に行うことができる。
【0031】
本実施形態の排ガス処理装置１００において、第１の捕集部５０－１は、排気筒３０が繋がる端部２０Ａと噴霧部４０との間の範囲Ｆａにおける当該端部２０Ａの近傍に設けられる。したがって、より多くの液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦを第１の捕集部５０－１によって回収することができる。
【0032】
本実施形態の排ガス処理装置１００において、吸収塔２０は、噴霧部４０が収められる筒状の本体部２１と、この本体部２１と排気筒３０とを繋ぐ連結部２２と、を備え、連結部２２は、本体部２１との連結箇所である端部２２Ａよりも排気筒３０との連結箇所である端部２２Ｂにおける内径が小さな円錐台状であり、この連結部２２の壁面２０Ｓに第１の捕集部５０－１が設けられる。
この構成によれば、液滴ＢＤが壁面２０Ｓに寄って当該壁面２０Ｓに衝突し易くなるため、第１の捕集部５０－１による液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦの捕集効率が更に高められる。
この構成によれば、液滴ＢＤが壁面２０Ｓに寄って当該壁面２０Ｓに衝突し易くなるため、第１の捕集部５０－１による液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦの捕集効率が更に高められる。
【0033】
本実施形態の排ガス処理装置１００は、第１の捕集部５０－１によって捕集された液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦから生じる液体を吸収塔２０の内部に戻す第１の配管６０－１を備える。
この構成によれば、第１の捕集部５０－１が第１の配管６０－１を通じて吸収塔２０の内部に連通する。したがって、第１の捕集部５０－１が、例えば、廃液タンク５、及びドレインパイプ５Ａなどのように圧力変動が大きな箇所に第１の配管６０－１を通じて接続される場合に比べ、液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦを取込口５０２Ａから安定的に取り込んで捕集することができる。
この構成によれば、第１の捕集部５０－１が第１の配管６０－１を通じて吸収塔２０の内部に連通する。したがって、第１の捕集部５０－１が、例えば、廃液タンク５、及びドレインパイプ５Ａなどのように圧力変動が大きな箇所に第１の配管６０－１を通じて接続される場合に比べ、液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦを取込口５０２Ａから安定的に取り込んで捕集することができる。
【0034】
２．第２実施形態
図５は、本開示の第２実施形態に係る排ガス処理装置１００の内部の構成の一例を模式的に示す図である。なお、同図において、第１実施形態で説明した同一の要素については同一の符号を付し、また、以下では、その要素の説明を省略する。
図５は、本開示の第２実施形態に係る排ガス処理装置１００の内部の構成の一例を模式的に示す図である。なお、同図において、第１実施形態で説明した同一の要素については同一の符号を付し、また、以下では、その要素の説明を省略する。
【0035】
本実施形態の排ガス処理装置１００は、第１実施形態の排ガス処理装置１００よりも排ガスＡの高い処理能力が要求され、かつ、設置面Ｇと煙突３との間に十分なスペースが確保された設置場所に設置される比較的大型の装置である。
すなわち、本実施形態の排ガス処理装置１００は、第１実施形態の排ガス処理装置１００において、排気筒３０に、第２の捕集部５０－２、及びスワラ７０が設けられる点で、第１実施形態の排ガス処理装置１００と構成を異にする。
すなわち、本実施形態の排ガス処理装置１００は、第１実施形態の排ガス処理装置１００において、排気筒３０に、第２の捕集部５０－２、及びスワラ７０が設けられる点で、第１実施形態の排ガス処理装置１００と構成を異にする。
【0036】
第２の捕集部５０－２は、スワラ７０と、排気口３００との間の範囲Ｆｂ、換言すれば、スワラ７０から排ガスＡの下流の範囲Ｆｂにおける壁面３０Ｓに設けられ、排気筒３０の壁面３０Ｓの近傍を移動する液滴ＢＤ、及び、壁面２０Ｓに形成された液膜ＢＦを捕集する。本実施形態の第２の捕集部５０－２の構造は、吸収塔２０に設けられた第１の捕集部５０－１と略同じである。すなわち、第２の捕集部５０－２は、導出口５００、捕捉部材５０２、及び導出部材５０４を備える。
【0037】
スワラ７０は、回転軸が中心軸Ｃに同軸に設けられた旋回羽根７０Ａを備え、旋回しながら進行する排ガスＡの気流を旋回羽根７０Ａの回転により強める装置であり、排気筒３０の下端である端部３０Ｂの近傍に設置される。したがって、吸収塔２０から排気筒３０に流入する排ガスＡは、当該スワラ７０を通過することにより旋回が強められ、排気口３００に向けて進行する。このように、排ガスＡの旋回が強められることにより、スワラ７０が無い場合に比べ、排ガスＡが第２の捕集部５０－２に至るまでにより多くの液滴ＢＤが遠心力によって壁面３０Ｓに寄って行き壁面３０Ｓに衝突するため、第２の捕集部５０－２による液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦの捕集量を増加させることができる。
【0038】
第２の捕集部５０－２には、第１の配管６０－１に合流する第２の配管６０－２が接続されており、第２の捕集部５０－２に捕集された液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦから生じた液体は、第２の配管６０－２、及び第１の配管６０－１を通じて吸収塔２０の内部に戻される。
したがって、第２の捕集部５０－２が、例えば、廃液タンク５、及びドレインパイプ５Ａなどのように圧力変動が大きな箇所に第２の配管６０－２を通じて接続される場合に比べ、液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦを取込口５０２Ａから安定的に取り込んで捕集することができる。
なお、第２の配管６０－２には、第１実施形態で説明したバタフライバルブ６１、及び、立ち上げ部６０Ａが設けられる。
したがって、第２の捕集部５０－２が、例えば、廃液タンク５、及びドレインパイプ５Ａなどのように圧力変動が大きな箇所に第２の配管６０－２を通じて接続される場合に比べ、液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦを取込口５０２Ａから安定的に取り込んで捕集することができる。
なお、第２の配管６０－２には、第１実施形態で説明したバタフライバルブ６１、及び、立ち上げ部６０Ａが設けられる。
【0039】
ところで、処理能力の要求等により吸収塔２０の内径が増えることで装置が大型化した場合、吸収塔２０の内径の増加に伴いスワラ７０の直径が増えるほど、液滴ＢＤに作用する遠心力が減少するため、排気筒３０における第２の捕集部５０－２による液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦの捕集効率が低下する。この点について、図６を参照して説明する。
【0040】
図６は、排ガスＡに同伴する液滴ＢＤの挙動の説明図である。
排ガスＡとともに中心軸Ｃの周りを旋回しながら進行する液滴ＢＤの挙動は、次の式（１）に示すストークス数Ｓｔによって一般化される。
排ガスＡとともに中心軸Ｃの周りを旋回しながら進行する液滴ＢＤの挙動は、次の式（１）に示すストークス数Ｓｔによって一般化される。
【0041】
ストークス数Ｓｔ＝ρｄ２Ｕ／１８ηＬ （１）
ただし、ρは液滴ＢＤの密度（ｋｇ／ｍ３）であり、ｄは液滴ＢＤの直径（ｍ）である。Ｕは排ガスＡの流れの速度（ｍ／ｓ）であり、ηは排ガスＡの流れの粘性係数（Ｐａ・ｓ）である。Ｌは代表長さ（ｍ）である。
ただし、ρは液滴ＢＤの密度（ｋｇ／ｍ３）であり、ｄは液滴ＢＤの直径（ｍ）である。Ｕは排ガスＡの流れの速度（ｍ／ｓ）であり、ηは排ガスＡの流れの粘性係数（Ｐａ・ｓ）である。Ｌは代表長さ（ｍ）である。
【0042】
図６に示すように、ストークス数Ｓｔが「１」より十分大きい場合、排ガスＡの気流の影響は小さく、液滴ＢＤは慣性と重力により移動するため、液滴ＢＤが壁面３０Ｓに衝突し易く、液膜ＢＦが形成され易い。一方、ストークス数Ｓｔが「１」より十分小さい場合、液滴ＢＤは排ガスＡの気流に追従して移動するため、壁面３０Ｓに寄り難く、また壁面３０Ｓに衝突し難くなり、液膜ＢＦも形成され難い。
【0043】
装置の大型化に伴い、スワラ７０の直径が増加することにより代表長さLが大きくなった場合、ストークス数Ｓｔは、代表長さＬに反比例して小さくなる。
したがって、液滴ＢＤは、壁面３０Ｓに寄り難く、また壁面３０Ｓに衝突し難くなるため、第２の捕集部５０－２で捕集される液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦの量が減少し、捕集効率が低下することになる。
したがって、液滴ＢＤは、壁面３０Ｓに寄り難く、また壁面３０Ｓに衝突し難くなるため、第２の捕集部５０－２で捕集される液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦの量が減少し、捕集効率が低下することになる。
【0044】
また、スワラ７０の設置により排気筒３０において圧力損失が生じる。排ガス処理装置１００が圧力損失を生じると、船舶１の動力装置１１の排気に負荷がかかり、動力装置１１の効率の悪化、及び故障の原因にもなるため、一般に、排ガス処理装置１００に許容される圧力損失には仕様値が設定される。この圧力損失の仕様値を超えることなく、スワラ７０を用いて例えば排ガスＡの流れの速度Ｕを強める等してストークス数Ｓｔを増加させることには限界がある。
【0045】
これに対し、本実施形態の排ガス処理装置１００によれば、吸収塔２０も第１の捕集部５０－１を備えるため、装置が大型化した場合でも、スワラ７０による圧力損失を増加させることなく、吸収塔２０から排気筒３０のスワラ７０に至る液滴ＢＤの量を十分に抑えることができ、排気筒３０に流入にした液滴ＢＤを第２の捕集部５０－２で十分に捕集できる。
これに加え、スワラ７０に流入した液滴ＢＤを当該スワラ７０によって加速する際に必要な運動エネルギーも減少するため、スワラ７０に対して圧力損失の増加を伴う変更を加えなくとも、スワラ７０によって旋回の流れが強められ、ストークス数Ｓｔが大きくなる。この結果、第２の捕集部５０－２による液滴ＢＤの捕集効率が高められる、という効果も得られる。
これに加え、スワラ７０に流入した液滴ＢＤを当該スワラ７０によって加速する際に必要な運動エネルギーも減少するため、スワラ７０に対して圧力損失の増加を伴う変更を加えなくとも、スワラ７０によって旋回の流れが強められ、ストークス数Ｓｔが大きくなる。この結果、第２の捕集部５０－２による液滴ＢＤの捕集効率が高められる、という効果も得られる。
【0046】
なお、上述の通り、吸収塔２０の連結部２２は、鉛直方向の上方ほど流路断面積が縮小するため、式（１）の代表長さＬが小さくなり、本体部２１よりもストークス数Ｓｔが増大する。したがって、連結部２２では液滴ＢＤが壁面２０Ｓに寄って当該壁面２０Ｓに衝突し易くなるため、この連結部２２の壁面２０Ｓに第１の捕集部５０－１を設けることにより、液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦの捕集効率が高められる。
【0047】
以上説明したように、本実施形態の排ガス処理装置１００は、第１実施形態の排ガス処理装置１００の構成に加え、排気筒３０の内部には、旋回しながら進行する排ガスＡの当該旋回を強めるスワラ７０が設けられ、排気筒３０の壁面３０Ｓには、スワラ７０よりも下流の位置に、排ガスＡに同伴する液滴ＢＤを捕集する第２の捕集部５０－２が設けられる。
この構成によれば、装置が大型化した場合でも、スワラ７０による圧力損失を増加させることなく、吸収塔２０から排気筒３０のスワラ７０に至る液滴ＢＤの量を十分に抑えることができ、排気筒３０に流入にした液滴ＢＤを第２の捕集部５０－２で十分に捕集できる。
この構成によれば、装置が大型化した場合でも、スワラ７０による圧力損失を増加させることなく、吸収塔２０から排気筒３０のスワラ７０に至る液滴ＢＤの量を十分に抑えることができ、排気筒３０に流入にした液滴ＢＤを第２の捕集部５０－２で十分に捕集できる。
【0048】
また、本実施形態の排ガス処理装置１００は、第２の捕集部５０－２によって捕集された液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦから生じる液体を吸収塔２０の内部に戻す第２の配管６０－２を備える。
この構成によれば、第２の捕集部５０－２が、例えば、廃液タンク５、及びドレインパイプ５Ａなどのように圧力変動が大きな箇所に第２の配管６０－２を通じて接続される場合に比べ、液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦを取込口５０２Ａから安定的に取り込んで捕集することができる。
この構成によれば、第２の捕集部５０－２が、例えば、廃液タンク５、及びドレインパイプ５Ａなどのように圧力変動が大きな箇所に第２の配管６０－２を通じて接続される場合に比べ、液滴ＢＤ、及び液膜ＢＦを取込口５０２Ａから安定的に取り込んで捕集することができる。
【0049】
３．変形例
以上に例示した各実施形態に付加される具体的な変形の形態を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の形態を、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合してもよい。
以上に例示した各実施形態に付加される具体的な変形の形態を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の形態を、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合してもよい。
【0050】
（１）上述した第２実施形態において、吸収塔２０が備える第１の捕集部５０－１の構造は、排気筒３０の第２の捕集部５０－２によって十分に捕集できる量まで、当該排気筒３０に流入する液滴ＢＤを削減できる構造であれば、第２の捕集部５０－２と同じである必要はない。
【0051】
図７は、本変形例に係る排ガス処理装置の一例を模式的に示す図である。
第１の捕集部５０－１は、図７に示すように、吸収塔２０の内部の壁面２０Ｓに形成された吸収液Ｂの液膜を吸収することにより捕集し、第１の捕集部５０－１における鉛直方向の下端部で比較的重量の大きな液滴ＢＥを形成する構造であってもよい。この構造によれば、第１の捕集部５０－１によって形成された液滴ＢＥが自重により壁面２０Ｓを伝って吸収塔２０の底部２０Ｃに向けて移動することにより回収される。なお、本構成において第１の配管６０－１は不要となる。
第１の捕集部５０－１は、図７に示すように、吸収塔２０の内部の壁面２０Ｓに形成された吸収液Ｂの液膜を吸収することにより捕集し、第１の捕集部５０－１における鉛直方向の下端部で比較的重量の大きな液滴ＢＥを形成する構造であってもよい。この構造によれば、第１の捕集部５０－１によって形成された液滴ＢＥが自重により壁面２０Ｓを伝って吸収塔２０の底部２０Ｃに向けて移動することにより回収される。なお、本構成において第１の配管６０－１は不要となる。
【0052】
係る第１の捕集部５０－１には、例えば、金属網、エキスパンダメタル、コルゲート加工された金属板、及びメタルハニカムといった薄い板状の部材を用いることができる。第１の捕集部５０－１に板状部材が用いられることにより、吸収塔２０の内部における第１の捕集部５０－１の突出量が抑えられるため、第１の捕集部５０－１による圧力損失も抑えられる。
【0053】
（２）第１実施形態及び第２実施形態において、海水が吸収液に用いられる排ガス処理装置１００を例示した。しかしながら、排ガス処理装置１００が排ガスＡの処理に用いる液体は海水に限定されない。具体的には、当該液体には、海水、アミン溶液、アルカリ系水溶液又は酸性水溶液のいずれかが、排ガスＡに含まれる処理対象に応じて用いられてもよい。例えば、処理対象が二酸化炭素である場合、アミン溶液が液体に用いられてもよい。また例えば、処理対象が塩化水素である場合、アルカリ系水溶液又は酸性水溶液が液体に用いられてもよい。
【0054】
（３）第１実施形態及び第２実施形態において、排ガス処理装置１００が船舶１に設置される場合を例示した。しかしながら、設置場所は船舶１に限定されない。設置場所は例えば工場などでもよく、設置場所に設けられた構造物は例えばダクトなどでもよい。
【符号の説明】
【0055】
１…船舶、２０…吸収塔、２０Ｃ…底部、２０Ｓ…壁面、２１…本体部、２２…連結部、３０…排気筒、４０…噴霧部、５０－１…第１の捕集部、５０－２…第２の捕集部、６０－１…第１の配管、６０－２…第２の配管、７０…スワラ、１００…排ガス処理装置、Ａ…排ガス、ＢＤ…液滴、ＢＦ…液膜、Ｒａ、Ｒｂ…内径。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】