ガス処理装置
【課題】始動時の触媒を予熱するのに必要な時間の短縮を図り、運転中のエネルギー使用量低減による運転コストの削減を可能にする。
【解決手段】被処理ガス１０と空気１１とを混合させた被処理混合ガス１２を通流して酸化させることにより酸化分解ガス１３を生成する触媒層５と、触媒層５の上流側に設けられ、被処理混合ガス１２が触媒層５の活性温度以上になるように、空気１１を加熱する予熱ヒータ４と、触媒層５により生成される酸化分解ガス１３を予熱ヒータ４の上流側へ還流するための還流手段である給気ダンパー７と還流路６とを備え、予熱時には被処理ガス１０を含む被処理混合ガス１２を触媒層５に供給せずに、空気１１のみを触媒層５に流すとともに、給気ダンパー７と還流路６との働きにより、触媒層５を通過した空気１１を外部に排気させずに全量還流させる。このようにして、繰り返し加熱しながら空気１１を循環させて予熱を行う。
【解決手段】被処理ガス１０と空気１１とを混合させた被処理混合ガス１２を通流して酸化させることにより酸化分解ガス１３を生成する触媒層５と、触媒層５の上流側に設けられ、被処理混合ガス１２が触媒層５の活性温度以上になるように、空気１１を加熱する予熱ヒータ４と、触媒層５により生成される酸化分解ガス１３を予熱ヒータ４の上流側へ還流するための還流手段である給気ダンパー７と還流路６とを備え、予熱時には被処理ガス１０を含む被処理混合ガス１２を触媒層５に供給せずに、空気１１のみを触媒層５に流すとともに、給気ダンパー７と還流路６との働きにより、触媒層５を通過した空気１１を外部に排気させずに全量還流させる。このようにして、繰り返し加熱しながら空気１１を循環させて予熱を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はガス処理装置に関し、特に、従来の冷蔵庫などに使用されてきたフロンに替わって用いられる、代替冷媒の炭化水素系ガス等の可燃性ガス等の処理に用いるためのガス処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷蔵庫やショーケースなどの低温機器が具備する冷凍回路の内部に封入される冷媒として、従来、不燃性ガスのフロン類が用いられていた。これらフロン類は、大気への拡散に伴うオゾン層破壊や地球温暖化への影響があるために、冷媒回路に起因する故障や不具合による保修や使用済み機器の適正処理を行う場合、封入されている冷媒を機器から回収しなければならない。不燃性ガスであるフロンを冷媒に用いた低温機器の場合、家電リサイクル施設ではフロン回収法に則して処理が行われてきた。すなわち圧縮機の近傍にある配管の一部に中空の針を挿入し、この針から吸引することによって回収する。回収後は、回収した冷媒を再度圧縮しながらボンベに移送し、液化状態で保管した後、分解処理をすることによって無害化している。
【０００３】
これに対して、フロン類に替わる冷媒として環境への悪影響がほとんど無いイソブタン等の可燃性冷媒が代替フロン冷媒として用いられるようになってきた。フロンの回収設備しか備えていない現在の家電リサイクル設備においては、現状では、代替フロン冷媒を用いた冷蔵庫などが使用済として回収される量が多くないため、その影響は少ないので、代替フロン冷媒を燃焼の下限濃度以下に空気で希釈するなどして大気へ放出することによって対処されている例も多い。しかしながら今後代替フロン冷蔵庫、すなわちイソブタンを使用した冷蔵庫が主流になった場合、家電リサイクル設備でもその処理方法の確立が必要になる。
【０００４】
可燃性を呈する炭化水素などの一般的にＶＯＣ（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：揮発性有機化合物）と呼ばれるガスを処理する方法は、酸化分解法、化学吸収法、物理吸収法、吸着法、生物処理法に大別される。その中で触媒を用いた酸化分解法は広く適用されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
従来の触媒酸化分解法は、非特許文献１（６２１頁、右段２２行〜６２２頁、左段１０行（図４））にも示されるように、酸化分解触媒と補助バーナから構成されている。この補助バーナは始動時に使用される。すなわち始動時は補助バーナによって酸化触媒を触媒活性温度まで予熱する。予熱後に被処理ガスと空気とを混合した被処理混合ガスを供給して酸化分解処理の定常運転に移行する。この酸化分解法では、非特許文献１（１５２頁、左段５行〜１８行）に示されるように、始動時に酸化触媒が活性温度に達するまでの温度上昇速度が著しく遅いことが知られている。
【０００６】
さらに、被処理混合ガスを加熱するために電気ヒータを使用する場合もあり、この場合も始動時に酸化触媒が活性温度に達するまでの温度上昇速度が同様に遅いものである（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００７】
また、酸化触媒を使用する間は活性温度に保つために被処理混合ガスを加熱する必要があり、補助バーナの運転や電気ヒータの加熱が常時必要となり、多大な燃料や電気代すなわち運転費用が必要となる。上記の補助バーナや電気ヒータを使用する例では、被処理ガスの加熱に熱交換器を利用する例も示されているが、熱交換器の性能を上げる場合には装置が大型化し、小型の熱交換器では加熱性能が十分でなく、補助バーナや電気ヒータの併用が必要となる。
【０００８】
【非特許文献１】「環境触媒ハンドブック」、株式会社エヌ・ティー・エス発行、２００１年１１月２０日、６１９頁、右段２０〜３６行）
【特許文献１】特開２００５−９８５９９号公報
【特許文献２】特開２００５−１５２７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のような従来の可燃性冷媒の処理装置ないしは処理方法は、始動時に酸化触媒が活性温度に達するまでの温度上昇が著しく遅いため、予熱時間が極めて長くなるという問題点があった。
【００１０】
また、予熱時間が長くなるためにエネルギー使用量が増加して運転コストが増大するという問題点があった。
【００１１】
さらに、運転中も被処理混合ガスを触媒酸化に必要な温度に加熱する必要があり、エネルギー使用量の増加や熱交換器などの装置が大型化するなどの問題点があった。
【００１２】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、始動時の触媒を予熱するのに必要な時間の短縮を図り、また運転中のエネルギー使用量低減による運転コストの削減を可能にするガス処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、可燃性の被処理ガスと空気とを混合させた被処理混合ガスを通流して酸化させることにより酸化分解ガスを生成する酸化手段と、前記酸化手段の上流側に設けられ、前記酸化手段に導入するガスを加熱する加熱手段と、前記酸化手段を通過したガスを前記加熱手段の上流側へ還流する還流手段とを備え、前記空気および前記被処理混合ガスのいずれか一方を前記酸化手段に導入し、前記酸化手段を通過したガスを前記環流手段により全量環流させることにより前記酸化手段を予備加熱することを特徴とするガス処理装置である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は、可燃性の被処理ガスと空気とを混合させた被処理混合ガスを通流して酸化させることにより酸化分解ガスを生成する酸化手段と、前記酸化手段の上流側に設けられ、前記酸化手段に導入するガスを加熱する加熱手段と、前記酸化手段を通過したガスを前記加熱手段の上流側へ還流する還流手段とを備え、前記空気および前記被処理混合ガスのいずれか一方を前記酸化手段に導入し、前記酸化手段を通過したガスを前記環流手段により全量環流させることにより前記酸化手段を予備加熱することを特徴とするガス処理装置であるので、始動時の触媒を予熱するのに必要な時間の短縮を図り、また運転中のエネルギー使用量低減による運転コストの削減を可能にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１によるガス処理装置およびガス処理方法を説明するための図である。図１は、本実施の形態に係るガス処理装置の構成を示した構成図である。図１に示すように、ボンベ１には、フロン代替冷媒などとして用いられるイソブタンなどの被処理ガスが冷蔵庫等から予め回収されて収容されている。被処理ガスは空気と混合させて処理を行うため、ボンベ１から送出される被処理ガス１０と混合させるための空気１１を供給するためのブロア２が設けられている。また、ブロア２から送出される空気１１を加熱するための予熱ヒータ４（加熱手段）が設けられており、加熱された空気１１が混合部３において被処理ガス１０と混合される。また、当該混合により生成される被処理混合ガス１２を酸化分解して酸化分解ガス１３に変換するための触媒層５（酸化手段）が混合部３の下流に設けられている。空気１１を予熱ヒータ４で加熱する理由は、当該加熱により、触媒層５を触媒活性温度に加熱するためである。また、触媒層５の下流には、酸化分解ガス１３を排気１４として処理するための排気流路１５と、ブロア２の上流に酸化分解ガス１３を環流させるための還流路６とが設けられている。また、ブロア２の上流で、還流路６が設けられている地点よりもさらに上流の位置に、空気１１を取り込むための給気流路８と給気ダンパー７とが設けられている。給気ダンパー７が開の時は、給気流路８から空気が取り込まれ、給気ダンパー７が閉の時は、還流路６からブロア２に向かって触媒層５を通過した酸化分解ガス１３が流れるしくみになっている。なお、給気ダンパー７には、給気ダンパー７の開閉を行うための駆動装置（図示せず）が設けられている。
【００１６】
次に上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。なお、上述のように、家電リサイクル設備などで回収されたイソブタン等の被処理ガス１０は回収用のボンベ１に予め回収されているものとする。まずはじめに、給気ダンパー７を開にした状態で、被処理ガス１０は出さずに、ブロア２で酸化分解用の空気１１のみをガス処理装置内に送給する。一定量を送給すると、給気ダンパー７を閉にして、ブロア２から送給される空気１１を予熱ヒータ４で加熱し、その熱で触媒層５を触媒活性温度まで予熱する。その際、給気ダンパー７と還流路６との働きにより、触媒層５を通過した空気１１をブロア２の上流に還流する。すなわち、給気ダンパー７を閉にすると、ブロア２が吸い込む空気１１は還流路６から流れてくるため、触媒層５を通過した空気１１は排気１４として外部に流出することなく、全量が還流されて循環することになる。この場合、ブロア２に吸い込まれる空気１１は既に予熱ヒータ４で加熱されたものであるため、その温度は高く、それを更に予熱ヒータ４で加熱するために、触媒層５の昇温速度は速くなる。触媒層５が目標の温度に達すると、ボンベ１から被処理ガス１０を供給して、触媒層５にて酸化分解を開始する。酸化分解により、酸化分解ガス１３が生成されるので、このガスを吸気ダンパー７を開にすることで排気１４として外部に排気する。
【００１７】
上記のように、この実施の形態１では予熱時に空気だけを流してその全量を還流するので、外部へ熱を捨てることがないので無駄が無く、予熱に必要な予熱ヒータ４のエネルギー使用量を低減でき、予熱時間の短縮を図ることができる。また、予熱時には可燃性の被処理ガス１０を供給しないため安全な予熱が実施できる。
【００１８】
ここで、図１に示すガス処理装置を用いてイソブタン回収用のボンベ１に回収された液体状態で１．５Ｌのイソブタンからなる被処理ガス１０を１時間で処理する可燃性冷媒のガス処理の昇温方法について具体的に説明する。ここでの標準条件としては、通常運転中の被処理混合ガス１２の濃度は労働安全衛生規則による乾燥機の溶剤濃度の基準（燃焼下限濃度の３０％）以下にするために、イソブタンの燃焼下限濃度１．８％から、被処理混合ガス１２のイソブタン濃度を２２００ｐｐｍとした。このとき定常運転時の被処理混合ガス１２の定格処理量は１５０ｍ３／ｈとなる。酸化分解用の触媒層５のＳＶ値（空間速度）は通常この種の触媒で使用される６００００ｈ−１と設定した。触媒層５の総容積は３．４Ｌと算出され、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×長さ１５０ｍｍのものを使用した。触媒層５にはパラジウム系ハニカム触媒を使用した。予熱ヒータ４は一般的な電気ヒータを用いた。この条件では供給する空気１１の流量は１４９．７ｍ３／ｈとなり、８ｋＷの予熱ヒータ４を使用して、給気ダンパー７を閉にして還流路６により全量還流すると約１．５時間で触媒層５を目標の３００℃の温度に予熱できた。一方、給気ダンパー７を開にして、空気の全量還流をさせない場合には、４時間を経過した時点でも目標温度に達しなかった。このように、本実施の形態においては、効率のよい加熱を行うことができる。
【００１９】
以上のように、本実施の形態においては、可燃性の被処理ガス１０と空気１１とを混合した被処理混合ガス１２を通流して酸化させるための触媒層５と、触媒層５に供給する被処理混合ガス１２を触媒活性温度以上に加熱するための予熱ヒータ４と、触媒層５を通過して酸化分解された酸化分解ガス１３を予熱ヒータ４の上流側へ還流する還流路６とを備え、始動させる予熱時には被処理ガス１０を供給せず、空気１１のみを流して、それを外部に排気することなく、予熱が完了するまで、繰り返し加熱しながら全量還流させるようにしたので、加熱したエネルギーを外部へ捨てることなく、安全に早期に活性温度まで触媒層５を昇温することできる。これにより、始動時の触媒層５を予熱するのに必要な時間の短縮を図り、また、運転中のエネルギー使用量低減による運転コストの削減を可能にすることができる。
【００２０】
さらに、還流手段を、還流路６と給気流路８に設けた給気ダンパー７とで構成するようにしたので、ダンパーが一つだけの簡易な構造で空気１１を還流することができ、装置の製造コストを低く抑えることができる。
【００２１】
なお、上記の説明においては、加熱手段である予熱ヒータ４が空気１１のみを加熱する例について説明したが、その場合に限らず、触媒層５を流通する被処理混合ガス１２の加熱を目的としているため、被処理混合ガス１２を加熱する構成にしてもよい。
【００２２】
実施の形態２．
図２は、この発明を実施するための実施の形態２による可燃性冷媒などのガス処理装置の構成に示す構成図である。図２に示すように、本実施の形態２では、上記実施の形態１の構成に、さらに、被処理ガス濃度センサ２１（濃度測定手段）と被処理ガス流量調節器２２（ガス濃度調整手段）とを追加した点が異なる。また、本実施の形態においては、給気ダンパー７に設けられている駆動装置（図示せず）が開閉のみを駆動するものではなく、給気ダンパー７の開度の調整も可能なものであるとする。他の構成については、実施の形態１と同様であるため、同一の構成については同一符号を付して示し、ここではその説明を省略する。
【００２３】
上記の実施の形態１では予熱時に空気１１のみを循環させていたが、本実施の形態２では被処理ガス１０を所定濃度になるまで加えて循環させる。その濃度は前述したイソブタンの燃焼下限濃度１．８％以下として安全性を保ちながら循環させる。その場合の濃度は被処理ガス濃度センサ２１でモニターし、所定濃度より低い場合は被処理ガス流量調節器２２により被処理ガス１０を添加する。一方、所定濃度より高い場合は給気ダンパー７を開にするとともに、その開度を調節して、給気流路８から外部の空気１１を一定時間取り込んで濃度を下げる。
【００２４】
このように、可燃性の被処理ガス１０を混入して被処理混合ガス１２として循環させると、触媒層５が活性温度に達したときに、被処理ガス１０の酸化による発熱が生じるために、当該発熱が加わって、触媒層５がより早期に昇温することになる。例えば、イソブタン濃度を２２００ｐｐｍとして触媒温度とイソブタンの浄化率を測定した結果が図３である。触媒が約３００℃になるとイソブタンの一部が反応し始め、約４５０℃でその全量が浄化される。したがって、３００℃以上の温度では予熱ヒータ４の加熱にイソブタンの酸化熱が加わるため、温度が上がる時間が非常に短くなる。
【００２５】
以上のように、本実施の形態においては、可燃性の被処理ガス１０と空気１１とを混合した被処理混合ガス１２を通流して酸化させるための触媒層５と、触媒層５に供給する被処理混合ガス１２を触媒活性温度以上に加熱するための予熱ヒータ４と、触媒層５を通過して酸化分解された酸化分解ガス１３を予熱ヒータ４の上流側へ還流する還流路６とを備え、始動させる予熱時には被処理ガス１０を供給せず、空気１１のみを流して、それを外部に排気することなく、予熱が完了するまで、繰り返し加熱しながら全量還流させるようにしたので、加熱したエネルギーを外部へ捨てることなく、安全に早期に活性温度まで触媒層５を昇温することできる。これにより、始動時の触媒層５を予熱するのに必要な時間の短縮を図り、また、運転中のエネルギー使用量低減による運転コストの削減を可能にすることができる。
【００２６】
さらに、還流手段を、還流路６と給気流路８に設けた給気ダンパー７とで構成するようにしたので、ダンパーが一つだけの簡易な構造で空気１１を還流することができ、装置の製造コストを低く抑えることができる。
【００２７】
さらに、始動させる予熱時には被処理混合ガス１２の濃度を被処理ガス１０の燃焼範囲下限値を下回る濃度にして全量還流させるようにしたので、被処理ガス１０の酸化熱により更なる早期に活性温度まで触媒層５を昇温することができ、さらに、予熱時間の短縮を図ることができる。
【００２８】
なお、本実施の形態においては、予熱時に被処理ガス濃度センサ２１で被処理混合ガスの濃度をモニターし、所定の濃度になるように空気１１と被処理ガス１０を調節して循環させていたが、イソブタンの燃焼下限濃度以下になるように予熱時の空気および被処理ガスの供給量、すなわち被処理ガス流量調節器２２と給気ダンパー７の設定をあらかじめ決めておき、予熱時には触媒層５を通過した被処理混合ガスを、すべて還流路６を経由させて予熱ヒータ４の上流側へ還流させてもよい。このように構成すると、被処理ガス濃度センサ２１は不要となる。
【００２９】
実施の形態３．
この発明のガス処理装置では、被処理ガス１０を定常的に供給して被処理混合ガス１２を触媒層５で酸化分解する場合、給気ダンパー７を閉じてガスの全量を循環させると、酸化分解で生じた炭酸ガス（ＣＯ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）が蓄積されてこれらのガス濃度が上がるとともに、酸化分解で空気中の酸素（Ｏ２）が消費されるために酸素濃度が低下し、浄化率が悪化して、最終的には酸化分解ができなくなる。したがって定常運転では連続的に全量循環をさせることはできずに、酸化分解ガス１３の一部を還流させ、一部は排気１４として排出させて、排出した分の代わりに給気流路８から新鮮な空気１１を取り込む必要がある。その還流割合は酸化分解ガス１３の中の酸素濃度が低下しない割合にする必要がある。
【００３０】
また、還流割合によって触媒層５に流入するガスの温度が異なり、還流量が多いとガス温度は高温に、少ないと低温になるため、適切な還流割合に設定する必要がある。触媒層５に流入する被処理混合ガス１２の温度が高いと酸化分解反応は進むものの、触媒層５の温度が高くなりその耐熱温度を上回る場合もある。一方、被処理混合ガス１２の温度が低いと、特に、前述した３００℃以下の温度になると酸化分解反応が生じなくなる。したがって、これらの間の温度になるように還流割合を調節することが必要である。
【００３１】
図４は、この発明を実施するための実施の形態３による可燃性冷媒などのガス処理装置の構成を示す構成図である。図４に示すように、本実施の形態３は、上記の実施の形態１の構成に、被処理混合ガス温度センサ３１（温度測定手段）を追加している。また、本実施の形態においては、給気ダンパー７に設けられている駆動装置（図示せず）が開閉のみを駆動するものではなく、給気ダンパー７の開度の調整も可能なものであるとする。他の構成については、実施の形態１と同じであるため、同一の構成については同一符号を付して示し、ここではそれらの説明を省略する。なお、被処理混合ガス温度センサ３１は、混合部３と触媒層５との間に設けられ、被処理混合ガス１２の温度をモニターする。本実施の形態においては、給気ダンパー７の駆動手段が、被処理混合ガス温度センサ３１の測定結果に応じて、酸化分解ガス１３を還流させる割合を決める還流割合決定手段を構成している。
【００３２】
本発明のガス処理装置では、触媒層５の温度が触媒活性化温度に達したら、被処理ガス１０の定常的供給を開始して被処理混合ガス１２を触媒層５で酸化分解するようになる。この際、被処理混合ガス１２の温度を被処理混合ガス温度センサ３１でモニターし、目的の温度範囲（例えば３００〜３５０℃）になるように、駆動装置により給気ダンパー７の開度を調節する。前述した被処理混合ガス１２のイソブタン濃度を２２００ｐｐｍ、定常運転時の被処理混合ガス１２の定格処理量１５０ｍ３／ｈ、酸化分解用の触媒層５のＳＶ値（空間速度）６００００ｈ−１の条件で、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×長さ１５０ｍｍの大きさのパラジウム系ハニカム触媒を使用した場合、還流割合３０％で被処理混合ガス１２の温度を３５０℃、触媒温度を４８０℃にすると浄化率１００％に保つことができた。
【００３３】
以上のように、本実施の形態においては、可燃性の被処理ガス１０と空気１１とを混合した被処理混合ガス１２を通流して酸化させるための触媒層５と、触媒層５に供給する被処理混合ガス１２を触媒活性温度以上に加熱するための予熱ヒータ４と、触媒層５を通過して酸化分解された酸化分解ガス１３を予熱ヒータ４の上流側へ還流する還流路６とを備え、始動させる予熱時には被処理ガス１０を供給せず、空気１１のみを流して、それを外部に排気することなく、予熱が完了するまで、繰り返し加熱しながら全量還流させるようにしたので、加熱したエネルギーを外部へ捨てることなく、安全に早期に活性温度まで触媒層５を昇温することできる。これにより、始動時の触媒層５を予熱するのに必要な時間の短縮を図り、また、運転中のエネルギー使用量低減による運転コストの削減を可能にすることができる。
【００３４】
さらに、還流手段を、還流路６と給気流路８に設けた給気ダンパー７とで構成するようにしたので、ダンパーが一つだけの簡易な構造で空気１１を還流することができ、装置の製造コストを低く抑えることができる。
【００３５】
さらに、可燃性の被処理ガス１０と空気１１とを混合した被処理混合ガス１２を通流して酸化する触媒層５と、被処理混合ガス１２を触媒活性温度以上に加熱する予熱ヒータ４と、触媒層５を通過して酸化された酸化分解ガス１３を予熱ヒータ４の上流側へ還流する還流路６とを備え、通常運転時には酸化分解ガス１３の一部のみを還流路６から還流させるようにして、還流せずに排気した分の代わりに新鮮な空気１１を取り入れるようにしたので、全量還流による被処理混合ガス１２の酸素濃度低下を防止して高い浄化率を確保することができる。
【００３６】
また、本実施の形態においては、通常運転時には被処理混合ガス１２の温度に応じて酸化分解ガス１３を還流させる割合を決めるようにしたので、還流割合により触媒層５に流入するガス温度を適正値（反応温度以上、触媒耐熱条件以下）に調節することができる。また、通常運転中に、酸素濃度が低下すると浄化率が悪化するので、酸化分解ガス中の被処理ガス濃度が増加した場合にも、還流割合を調整して減少させ、濃度の上昇を抑えるようにしたので、安全性を確保することができる。
【００３７】
実施の形態４．
図１、図２、図４などのように、還流手段を還流路６と給気ダンパー７とで構成した場合、条件によっては還流割合が０〜１００％の全範囲で調節できない場合がある。例えば、給気ダンパー７を閉とした場合には、給気流路８からの流入は完全になくなるため全量が還流路６からとなり、還流割合１００％が達成できる。給気ダンパー７を開とした場合には、給気流路８と還流路６の両方の経路からの取り込みが可能となり、還流路６の通気抵抗が大きな場合には、ほぼ全量が給気流路８からの取り込みとなり、還流割合０％が実現できる。しかし、給気流路８にゴミ用のフィルタ（図示せず）などを取り付けて通気抵抗を大きくしたりした場合には、一部が還流路６からも流れるために還流割合は０％まで下がらないこともある。
【００３８】
この対策のために、本実施の形態は、図５のように還流路６に循環ダンパー９を追加する。図５は、この発明を実施するための本実施の形態４による可燃性冷媒などのガス処理装置の構成を示す構成図である。図５に示すように、この実施の形態４では、上記の実施の形態１の構成に循環ダンパー９を追加した他は、実施の形態１と同様に構成されており、同一の構成には同一符号を付して示し、ここではそれらの説明を省略する。
【００３９】
給気ダンパー７が開で、循環ダンパー９が閉の場合にはブロア２が吸い込む空気は全量が給気流路８からであり、還流割合は０％である。
給気ダンパー７を開のまま、循環ダンパー９を開にすると両方が開の状態になり、両方の流路の通気抵抗などによって決まるある還流割合になる。
循環ダンパー９を開のまま、給気ダンパー７を閉にすると、ブロア２が吸い込む空気は全量が還流路６からであり、還流割合は１００％となる。
このように、両方のダンパーを開にした場合の還流割合は、各流路の通気抵抗などによって決まるが、このようにダンパーを２つ設置することで還流割合０〜１００％が確実に実現できるようになる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態によれば、可燃性の被処理ガス１０と空気１１とを混合した被処理混合ガス１２を通流して酸化させるための触媒層５と、触媒層５に供給する被処理混合ガス１２を触媒活性温度以上に加熱するための予熱ヒータ４と、触媒層５を通過して酸化分解された酸化分解ガス１３を予熱ヒータ４の上流側へ還流する還流路６とを備え、始動させる予熱時には被処理ガス１０を供給せず、空気１１のみを流して、それを外部に排気することなく、予熱が完了するまで、繰り返し加熱しながら全量還流させるようにしたので、加熱したエネルギーを外部へ捨てることなく、安全に早期に活性温度まで触媒層５を昇温することできる。これにより、始動時の触媒層５を予熱するのに必要な時間の短縮を図り、また、運転中のエネルギー使用量低減による運転コストの削減を可能にすることができる。
【００４１】
さらに、本実施の形態においては、還流手段が還流路６と給気流路８に設けた給気ダンパー７と還流路６に設けた循環ダンパー９とで構成するようにしたので、ダンパーを二つにすることで、還流割合０〜１００％の範囲を確実に実現することができる。
【００４２】
なお、上記の実施の形態１〜４の説明ではこの発明をフロン代替冷媒として用いられた可燃性のイソブタンガス処理に用いる場合を例に説明したが、必ずしも冷媒として用いられるガスに限定されるものではなく、またイソブタンに限定されるものでもない。空気によって酸化分解される同様のガスの処理に広く用いることができるほか、例えば発熱を伴う互いに異なる複数のガスの反応処理などについても同様の効果を期待することができる。その点で、用いる触媒も上記実施の形態で例示した酸化分解触媒に限定されないことは勿論である。
【００４３】
また、上記の実施の形態２〜４は、それらの特徴を実施の形態１の構成に適用する例について説明したが、その場合に限らず、実施の形態２〜４を適宜組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係るガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るガス処理装置における触媒温度とイソブタン浄化率との特性を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係るガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係るガス処理装置の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ ボンベ、２ ブロア、３ 混合部、４ 予熱ヒータ、５ 触媒層、６ 還流路、７ 給気ダンパー、８ 給気流路、９ 循環ダンパー、１０ 被処理ガス、１１ 空気、１２ 被処理混合ガス、１３ 酸化分解ガス、１４ 排気、１５ 排気流路、２１ 被処理ガス濃度センサ、２２ 被処理ガス流量調節器、３１ 被処理混合ガス温度センサ。
【技術分野】
【０００１】
この発明はガス処理装置に関し、特に、従来の冷蔵庫などに使用されてきたフロンに替わって用いられる、代替冷媒の炭化水素系ガス等の可燃性ガス等の処理に用いるためのガス処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷蔵庫やショーケースなどの低温機器が具備する冷凍回路の内部に封入される冷媒として、従来、不燃性ガスのフロン類が用いられていた。これらフロン類は、大気への拡散に伴うオゾン層破壊や地球温暖化への影響があるために、冷媒回路に起因する故障や不具合による保修や使用済み機器の適正処理を行う場合、封入されている冷媒を機器から回収しなければならない。不燃性ガスであるフロンを冷媒に用いた低温機器の場合、家電リサイクル施設ではフロン回収法に則して処理が行われてきた。すなわち圧縮機の近傍にある配管の一部に中空の針を挿入し、この針から吸引することによって回収する。回収後は、回収した冷媒を再度圧縮しながらボンベに移送し、液化状態で保管した後、分解処理をすることによって無害化している。
【０００３】
これに対して、フロン類に替わる冷媒として環境への悪影響がほとんど無いイソブタン等の可燃性冷媒が代替フロン冷媒として用いられるようになってきた。フロンの回収設備しか備えていない現在の家電リサイクル設備においては、現状では、代替フロン冷媒を用いた冷蔵庫などが使用済として回収される量が多くないため、その影響は少ないので、代替フロン冷媒を燃焼の下限濃度以下に空気で希釈するなどして大気へ放出することによって対処されている例も多い。しかしながら今後代替フロン冷蔵庫、すなわちイソブタンを使用した冷蔵庫が主流になった場合、家電リサイクル設備でもその処理方法の確立が必要になる。
【０００４】
可燃性を呈する炭化水素などの一般的にＶＯＣ（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：揮発性有機化合物）と呼ばれるガスを処理する方法は、酸化分解法、化学吸収法、物理吸収法、吸着法、生物処理法に大別される。その中で触媒を用いた酸化分解法は広く適用されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
従来の触媒酸化分解法は、非特許文献１（６２１頁、右段２２行〜６２２頁、左段１０行（図４））にも示されるように、酸化分解触媒と補助バーナから構成されている。この補助バーナは始動時に使用される。すなわち始動時は補助バーナによって酸化触媒を触媒活性温度まで予熱する。予熱後に被処理ガスと空気とを混合した被処理混合ガスを供給して酸化分解処理の定常運転に移行する。この酸化分解法では、非特許文献１（１５２頁、左段５行〜１８行）に示されるように、始動時に酸化触媒が活性温度に達するまでの温度上昇速度が著しく遅いことが知られている。
【０００６】
さらに、被処理混合ガスを加熱するために電気ヒータを使用する場合もあり、この場合も始動時に酸化触媒が活性温度に達するまでの温度上昇速度が同様に遅いものである（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００７】
また、酸化触媒を使用する間は活性温度に保つために被処理混合ガスを加熱する必要があり、補助バーナの運転や電気ヒータの加熱が常時必要となり、多大な燃料や電気代すなわち運転費用が必要となる。上記の補助バーナや電気ヒータを使用する例では、被処理ガスの加熱に熱交換器を利用する例も示されているが、熱交換器の性能を上げる場合には装置が大型化し、小型の熱交換器では加熱性能が十分でなく、補助バーナや電気ヒータの併用が必要となる。
【０００８】
【非特許文献１】「環境触媒ハンドブック」、株式会社エヌ・ティー・エス発行、２００１年１１月２０日、６１９頁、右段２０〜３６行）
【特許文献１】特開２００５−９８５９９号公報
【特許文献２】特開２００５−１５２７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のような従来の可燃性冷媒の処理装置ないしは処理方法は、始動時に酸化触媒が活性温度に達するまでの温度上昇が著しく遅いため、予熱時間が極めて長くなるという問題点があった。
【００１０】
また、予熱時間が長くなるためにエネルギー使用量が増加して運転コストが増大するという問題点があった。
【００１１】
さらに、運転中も被処理混合ガスを触媒酸化に必要な温度に加熱する必要があり、エネルギー使用量の増加や熱交換器などの装置が大型化するなどの問題点があった。
【００１２】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、始動時の触媒を予熱するのに必要な時間の短縮を図り、また運転中のエネルギー使用量低減による運転コストの削減を可能にするガス処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、可燃性の被処理ガスと空気とを混合させた被処理混合ガスを通流して酸化させることにより酸化分解ガスを生成する酸化手段と、前記酸化手段の上流側に設けられ、前記酸化手段に導入するガスを加熱する加熱手段と、前記酸化手段を通過したガスを前記加熱手段の上流側へ還流する還流手段とを備え、前記空気および前記被処理混合ガスのいずれか一方を前記酸化手段に導入し、前記酸化手段を通過したガスを前記環流手段により全量環流させることにより前記酸化手段を予備加熱することを特徴とするガス処理装置である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は、可燃性の被処理ガスと空気とを混合させた被処理混合ガスを通流して酸化させることにより酸化分解ガスを生成する酸化手段と、前記酸化手段の上流側に設けられ、前記酸化手段に導入するガスを加熱する加熱手段と、前記酸化手段を通過したガスを前記加熱手段の上流側へ還流する還流手段とを備え、前記空気および前記被処理混合ガスのいずれか一方を前記酸化手段に導入し、前記酸化手段を通過したガスを前記環流手段により全量環流させることにより前記酸化手段を予備加熱することを特徴とするガス処理装置であるので、始動時の触媒を予熱するのに必要な時間の短縮を図り、また運転中のエネルギー使用量低減による運転コストの削減を可能にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１によるガス処理装置およびガス処理方法を説明するための図である。図１は、本実施の形態に係るガス処理装置の構成を示した構成図である。図１に示すように、ボンベ１には、フロン代替冷媒などとして用いられるイソブタンなどの被処理ガスが冷蔵庫等から予め回収されて収容されている。被処理ガスは空気と混合させて処理を行うため、ボンベ１から送出される被処理ガス１０と混合させるための空気１１を供給するためのブロア２が設けられている。また、ブロア２から送出される空気１１を加熱するための予熱ヒータ４（加熱手段）が設けられており、加熱された空気１１が混合部３において被処理ガス１０と混合される。また、当該混合により生成される被処理混合ガス１２を酸化分解して酸化分解ガス１３に変換するための触媒層５（酸化手段）が混合部３の下流に設けられている。空気１１を予熱ヒータ４で加熱する理由は、当該加熱により、触媒層５を触媒活性温度に加熱するためである。また、触媒層５の下流には、酸化分解ガス１３を排気１４として処理するための排気流路１５と、ブロア２の上流に酸化分解ガス１３を環流させるための還流路６とが設けられている。また、ブロア２の上流で、還流路６が設けられている地点よりもさらに上流の位置に、空気１１を取り込むための給気流路８と給気ダンパー７とが設けられている。給気ダンパー７が開の時は、給気流路８から空気が取り込まれ、給気ダンパー７が閉の時は、還流路６からブロア２に向かって触媒層５を通過した酸化分解ガス１３が流れるしくみになっている。なお、給気ダンパー７には、給気ダンパー７の開閉を行うための駆動装置（図示せず）が設けられている。
【００１６】
次に上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。なお、上述のように、家電リサイクル設備などで回収されたイソブタン等の被処理ガス１０は回収用のボンベ１に予め回収されているものとする。まずはじめに、給気ダンパー７を開にした状態で、被処理ガス１０は出さずに、ブロア２で酸化分解用の空気１１のみをガス処理装置内に送給する。一定量を送給すると、給気ダンパー７を閉にして、ブロア２から送給される空気１１を予熱ヒータ４で加熱し、その熱で触媒層５を触媒活性温度まで予熱する。その際、給気ダンパー７と還流路６との働きにより、触媒層５を通過した空気１１をブロア２の上流に還流する。すなわち、給気ダンパー７を閉にすると、ブロア２が吸い込む空気１１は還流路６から流れてくるため、触媒層５を通過した空気１１は排気１４として外部に流出することなく、全量が還流されて循環することになる。この場合、ブロア２に吸い込まれる空気１１は既に予熱ヒータ４で加熱されたものであるため、その温度は高く、それを更に予熱ヒータ４で加熱するために、触媒層５の昇温速度は速くなる。触媒層５が目標の温度に達すると、ボンベ１から被処理ガス１０を供給して、触媒層５にて酸化分解を開始する。酸化分解により、酸化分解ガス１３が生成されるので、このガスを吸気ダンパー７を開にすることで排気１４として外部に排気する。
【００１７】
上記のように、この実施の形態１では予熱時に空気だけを流してその全量を還流するので、外部へ熱を捨てることがないので無駄が無く、予熱に必要な予熱ヒータ４のエネルギー使用量を低減でき、予熱時間の短縮を図ることができる。また、予熱時には可燃性の被処理ガス１０を供給しないため安全な予熱が実施できる。
【００１８】
ここで、図１に示すガス処理装置を用いてイソブタン回収用のボンベ１に回収された液体状態で１．５Ｌのイソブタンからなる被処理ガス１０を１時間で処理する可燃性冷媒のガス処理の昇温方法について具体的に説明する。ここでの標準条件としては、通常運転中の被処理混合ガス１２の濃度は労働安全衛生規則による乾燥機の溶剤濃度の基準（燃焼下限濃度の３０％）以下にするために、イソブタンの燃焼下限濃度１．８％から、被処理混合ガス１２のイソブタン濃度を２２００ｐｐｍとした。このとき定常運転時の被処理混合ガス１２の定格処理量は１５０ｍ３／ｈとなる。酸化分解用の触媒層５のＳＶ値（空間速度）は通常この種の触媒で使用される６００００ｈ−１と設定した。触媒層５の総容積は３．４Ｌと算出され、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×長さ１５０ｍｍのものを使用した。触媒層５にはパラジウム系ハニカム触媒を使用した。予熱ヒータ４は一般的な電気ヒータを用いた。この条件では供給する空気１１の流量は１４９．７ｍ３／ｈとなり、８ｋＷの予熱ヒータ４を使用して、給気ダンパー７を閉にして還流路６により全量還流すると約１．５時間で触媒層５を目標の３００℃の温度に予熱できた。一方、給気ダンパー７を開にして、空気の全量還流をさせない場合には、４時間を経過した時点でも目標温度に達しなかった。このように、本実施の形態においては、効率のよい加熱を行うことができる。
【００１９】
以上のように、本実施の形態においては、可燃性の被処理ガス１０と空気１１とを混合した被処理混合ガス１２を通流して酸化させるための触媒層５と、触媒層５に供給する被処理混合ガス１２を触媒活性温度以上に加熱するための予熱ヒータ４と、触媒層５を通過して酸化分解された酸化分解ガス１３を予熱ヒータ４の上流側へ還流する還流路６とを備え、始動させる予熱時には被処理ガス１０を供給せず、空気１１のみを流して、それを外部に排気することなく、予熱が完了するまで、繰り返し加熱しながら全量還流させるようにしたので、加熱したエネルギーを外部へ捨てることなく、安全に早期に活性温度まで触媒層５を昇温することできる。これにより、始動時の触媒層５を予熱するのに必要な時間の短縮を図り、また、運転中のエネルギー使用量低減による運転コストの削減を可能にすることができる。
【００２０】
さらに、還流手段を、還流路６と給気流路８に設けた給気ダンパー７とで構成するようにしたので、ダンパーが一つだけの簡易な構造で空気１１を還流することができ、装置の製造コストを低く抑えることができる。
【００２１】
なお、上記の説明においては、加熱手段である予熱ヒータ４が空気１１のみを加熱する例について説明したが、その場合に限らず、触媒層５を流通する被処理混合ガス１２の加熱を目的としているため、被処理混合ガス１２を加熱する構成にしてもよい。
【００２２】
実施の形態２．
図２は、この発明を実施するための実施の形態２による可燃性冷媒などのガス処理装置の構成に示す構成図である。図２に示すように、本実施の形態２では、上記実施の形態１の構成に、さらに、被処理ガス濃度センサ２１（濃度測定手段）と被処理ガス流量調節器２２（ガス濃度調整手段）とを追加した点が異なる。また、本実施の形態においては、給気ダンパー７に設けられている駆動装置（図示せず）が開閉のみを駆動するものではなく、給気ダンパー７の開度の調整も可能なものであるとする。他の構成については、実施の形態１と同様であるため、同一の構成については同一符号を付して示し、ここではその説明を省略する。
【００２３】
上記の実施の形態１では予熱時に空気１１のみを循環させていたが、本実施の形態２では被処理ガス１０を所定濃度になるまで加えて循環させる。その濃度は前述したイソブタンの燃焼下限濃度１．８％以下として安全性を保ちながら循環させる。その場合の濃度は被処理ガス濃度センサ２１でモニターし、所定濃度より低い場合は被処理ガス流量調節器２２により被処理ガス１０を添加する。一方、所定濃度より高い場合は給気ダンパー７を開にするとともに、その開度を調節して、給気流路８から外部の空気１１を一定時間取り込んで濃度を下げる。
【００２４】
このように、可燃性の被処理ガス１０を混入して被処理混合ガス１２として循環させると、触媒層５が活性温度に達したときに、被処理ガス１０の酸化による発熱が生じるために、当該発熱が加わって、触媒層５がより早期に昇温することになる。例えば、イソブタン濃度を２２００ｐｐｍとして触媒温度とイソブタンの浄化率を測定した結果が図３である。触媒が約３００℃になるとイソブタンの一部が反応し始め、約４５０℃でその全量が浄化される。したがって、３００℃以上の温度では予熱ヒータ４の加熱にイソブタンの酸化熱が加わるため、温度が上がる時間が非常に短くなる。
【００２５】
以上のように、本実施の形態においては、可燃性の被処理ガス１０と空気１１とを混合した被処理混合ガス１２を通流して酸化させるための触媒層５と、触媒層５に供給する被処理混合ガス１２を触媒活性温度以上に加熱するための予熱ヒータ４と、触媒層５を通過して酸化分解された酸化分解ガス１３を予熱ヒータ４の上流側へ還流する還流路６とを備え、始動させる予熱時には被処理ガス１０を供給せず、空気１１のみを流して、それを外部に排気することなく、予熱が完了するまで、繰り返し加熱しながら全量還流させるようにしたので、加熱したエネルギーを外部へ捨てることなく、安全に早期に活性温度まで触媒層５を昇温することできる。これにより、始動時の触媒層５を予熱するのに必要な時間の短縮を図り、また、運転中のエネルギー使用量低減による運転コストの削減を可能にすることができる。
【００２６】
さらに、還流手段を、還流路６と給気流路８に設けた給気ダンパー７とで構成するようにしたので、ダンパーが一つだけの簡易な構造で空気１１を還流することができ、装置の製造コストを低く抑えることができる。
【００２７】
さらに、始動させる予熱時には被処理混合ガス１２の濃度を被処理ガス１０の燃焼範囲下限値を下回る濃度にして全量還流させるようにしたので、被処理ガス１０の酸化熱により更なる早期に活性温度まで触媒層５を昇温することができ、さらに、予熱時間の短縮を図ることができる。
【００２８】
なお、本実施の形態においては、予熱時に被処理ガス濃度センサ２１で被処理混合ガスの濃度をモニターし、所定の濃度になるように空気１１と被処理ガス１０を調節して循環させていたが、イソブタンの燃焼下限濃度以下になるように予熱時の空気および被処理ガスの供給量、すなわち被処理ガス流量調節器２２と給気ダンパー７の設定をあらかじめ決めておき、予熱時には触媒層５を通過した被処理混合ガスを、すべて還流路６を経由させて予熱ヒータ４の上流側へ還流させてもよい。このように構成すると、被処理ガス濃度センサ２１は不要となる。
【００２９】
実施の形態３．
この発明のガス処理装置では、被処理ガス１０を定常的に供給して被処理混合ガス１２を触媒層５で酸化分解する場合、給気ダンパー７を閉じてガスの全量を循環させると、酸化分解で生じた炭酸ガス（ＣＯ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）が蓄積されてこれらのガス濃度が上がるとともに、酸化分解で空気中の酸素（Ｏ２）が消費されるために酸素濃度が低下し、浄化率が悪化して、最終的には酸化分解ができなくなる。したがって定常運転では連続的に全量循環をさせることはできずに、酸化分解ガス１３の一部を還流させ、一部は排気１４として排出させて、排出した分の代わりに給気流路８から新鮮な空気１１を取り込む必要がある。その還流割合は酸化分解ガス１３の中の酸素濃度が低下しない割合にする必要がある。
【００３０】
また、還流割合によって触媒層５に流入するガスの温度が異なり、還流量が多いとガス温度は高温に、少ないと低温になるため、適切な還流割合に設定する必要がある。触媒層５に流入する被処理混合ガス１２の温度が高いと酸化分解反応は進むものの、触媒層５の温度が高くなりその耐熱温度を上回る場合もある。一方、被処理混合ガス１２の温度が低いと、特に、前述した３００℃以下の温度になると酸化分解反応が生じなくなる。したがって、これらの間の温度になるように還流割合を調節することが必要である。
【００３１】
図４は、この発明を実施するための実施の形態３による可燃性冷媒などのガス処理装置の構成を示す構成図である。図４に示すように、本実施の形態３は、上記の実施の形態１の構成に、被処理混合ガス温度センサ３１（温度測定手段）を追加している。また、本実施の形態においては、給気ダンパー７に設けられている駆動装置（図示せず）が開閉のみを駆動するものではなく、給気ダンパー７の開度の調整も可能なものであるとする。他の構成については、実施の形態１と同じであるため、同一の構成については同一符号を付して示し、ここではそれらの説明を省略する。なお、被処理混合ガス温度センサ３１は、混合部３と触媒層５との間に設けられ、被処理混合ガス１２の温度をモニターする。本実施の形態においては、給気ダンパー７の駆動手段が、被処理混合ガス温度センサ３１の測定結果に応じて、酸化分解ガス１３を還流させる割合を決める還流割合決定手段を構成している。
【００３２】
本発明のガス処理装置では、触媒層５の温度が触媒活性化温度に達したら、被処理ガス１０の定常的供給を開始して被処理混合ガス１２を触媒層５で酸化分解するようになる。この際、被処理混合ガス１２の温度を被処理混合ガス温度センサ３１でモニターし、目的の温度範囲（例えば３００〜３５０℃）になるように、駆動装置により給気ダンパー７の開度を調節する。前述した被処理混合ガス１２のイソブタン濃度を２２００ｐｐｍ、定常運転時の被処理混合ガス１２の定格処理量１５０ｍ３／ｈ、酸化分解用の触媒層５のＳＶ値（空間速度）６００００ｈ−１の条件で、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×長さ１５０ｍｍの大きさのパラジウム系ハニカム触媒を使用した場合、還流割合３０％で被処理混合ガス１２の温度を３５０℃、触媒温度を４８０℃にすると浄化率１００％に保つことができた。
【００３３】
以上のように、本実施の形態においては、可燃性の被処理ガス１０と空気１１とを混合した被処理混合ガス１２を通流して酸化させるための触媒層５と、触媒層５に供給する被処理混合ガス１２を触媒活性温度以上に加熱するための予熱ヒータ４と、触媒層５を通過して酸化分解された酸化分解ガス１３を予熱ヒータ４の上流側へ還流する還流路６とを備え、始動させる予熱時には被処理ガス１０を供給せず、空気１１のみを流して、それを外部に排気することなく、予熱が完了するまで、繰り返し加熱しながら全量還流させるようにしたので、加熱したエネルギーを外部へ捨てることなく、安全に早期に活性温度まで触媒層５を昇温することできる。これにより、始動時の触媒層５を予熱するのに必要な時間の短縮を図り、また、運転中のエネルギー使用量低減による運転コストの削減を可能にすることができる。
【００３４】
さらに、還流手段を、還流路６と給気流路８に設けた給気ダンパー７とで構成するようにしたので、ダンパーが一つだけの簡易な構造で空気１１を還流することができ、装置の製造コストを低く抑えることができる。
【００３５】
さらに、可燃性の被処理ガス１０と空気１１とを混合した被処理混合ガス１２を通流して酸化する触媒層５と、被処理混合ガス１２を触媒活性温度以上に加熱する予熱ヒータ４と、触媒層５を通過して酸化された酸化分解ガス１３を予熱ヒータ４の上流側へ還流する還流路６とを備え、通常運転時には酸化分解ガス１３の一部のみを還流路６から還流させるようにして、還流せずに排気した分の代わりに新鮮な空気１１を取り入れるようにしたので、全量還流による被処理混合ガス１２の酸素濃度低下を防止して高い浄化率を確保することができる。
【００３６】
また、本実施の形態においては、通常運転時には被処理混合ガス１２の温度に応じて酸化分解ガス１３を還流させる割合を決めるようにしたので、還流割合により触媒層５に流入するガス温度を適正値（反応温度以上、触媒耐熱条件以下）に調節することができる。また、通常運転中に、酸素濃度が低下すると浄化率が悪化するので、酸化分解ガス中の被処理ガス濃度が増加した場合にも、還流割合を調整して減少させ、濃度の上昇を抑えるようにしたので、安全性を確保することができる。
【００３７】
実施の形態４．
図１、図２、図４などのように、還流手段を還流路６と給気ダンパー７とで構成した場合、条件によっては還流割合が０〜１００％の全範囲で調節できない場合がある。例えば、給気ダンパー７を閉とした場合には、給気流路８からの流入は完全になくなるため全量が還流路６からとなり、還流割合１００％が達成できる。給気ダンパー７を開とした場合には、給気流路８と還流路６の両方の経路からの取り込みが可能となり、還流路６の通気抵抗が大きな場合には、ほぼ全量が給気流路８からの取り込みとなり、還流割合０％が実現できる。しかし、給気流路８にゴミ用のフィルタ（図示せず）などを取り付けて通気抵抗を大きくしたりした場合には、一部が還流路６からも流れるために還流割合は０％まで下がらないこともある。
【００３８】
この対策のために、本実施の形態は、図５のように還流路６に循環ダンパー９を追加する。図５は、この発明を実施するための本実施の形態４による可燃性冷媒などのガス処理装置の構成を示す構成図である。図５に示すように、この実施の形態４では、上記の実施の形態１の構成に循環ダンパー９を追加した他は、実施の形態１と同様に構成されており、同一の構成には同一符号を付して示し、ここではそれらの説明を省略する。
【００３９】
給気ダンパー７が開で、循環ダンパー９が閉の場合にはブロア２が吸い込む空気は全量が給気流路８からであり、還流割合は０％である。
給気ダンパー７を開のまま、循環ダンパー９を開にすると両方が開の状態になり、両方の流路の通気抵抗などによって決まるある還流割合になる。
循環ダンパー９を開のまま、給気ダンパー７を閉にすると、ブロア２が吸い込む空気は全量が還流路６からであり、還流割合は１００％となる。
このように、両方のダンパーを開にした場合の還流割合は、各流路の通気抵抗などによって決まるが、このようにダンパーを２つ設置することで還流割合０〜１００％が確実に実現できるようになる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態によれば、可燃性の被処理ガス１０と空気１１とを混合した被処理混合ガス１２を通流して酸化させるための触媒層５と、触媒層５に供給する被処理混合ガス１２を触媒活性温度以上に加熱するための予熱ヒータ４と、触媒層５を通過して酸化分解された酸化分解ガス１３を予熱ヒータ４の上流側へ還流する還流路６とを備え、始動させる予熱時には被処理ガス１０を供給せず、空気１１のみを流して、それを外部に排気することなく、予熱が完了するまで、繰り返し加熱しながら全量還流させるようにしたので、加熱したエネルギーを外部へ捨てることなく、安全に早期に活性温度まで触媒層５を昇温することできる。これにより、始動時の触媒層５を予熱するのに必要な時間の短縮を図り、また、運転中のエネルギー使用量低減による運転コストの削減を可能にすることができる。
【００４１】
さらに、本実施の形態においては、還流手段が還流路６と給気流路８に設けた給気ダンパー７と還流路６に設けた循環ダンパー９とで構成するようにしたので、ダンパーを二つにすることで、還流割合０〜１００％の範囲を確実に実現することができる。
【００４２】
なお、上記の実施の形態１〜４の説明ではこの発明をフロン代替冷媒として用いられた可燃性のイソブタンガス処理に用いる場合を例に説明したが、必ずしも冷媒として用いられるガスに限定されるものではなく、またイソブタンに限定されるものでもない。空気によって酸化分解される同様のガスの処理に広く用いることができるほか、例えば発熱を伴う互いに異なる複数のガスの反応処理などについても同様の効果を期待することができる。その点で、用いる触媒も上記実施の形態で例示した酸化分解触媒に限定されないことは勿論である。
【００４３】
また、上記の実施の形態２〜４は、それらの特徴を実施の形態１の構成に適用する例について説明したが、その場合に限らず、実施の形態２〜４を適宜組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係るガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るガス処理装置における触媒温度とイソブタン浄化率との特性を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係るガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係るガス処理装置の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ ボンベ、２ ブロア、３ 混合部、４ 予熱ヒータ、５ 触媒層、６ 還流路、７ 給気ダンパー、８ 給気流路、９ 循環ダンパー、１０ 被処理ガス、１１ 空気、１２ 被処理混合ガス、１３ 酸化分解ガス、１４ 排気、１５ 排気流路、２１ 被処理ガス濃度センサ、２２ 被処理ガス流量調節器、３１ 被処理混合ガス温度センサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性の被処理ガスと空気とを混合させた被処理混合ガスを通流して酸化させることにより酸化分解ガスを生成する酸化手段と、
前記酸化手段の上流側に設けられ、前記酸化手段に導入するガスを加熱する加熱手段と、
前記酸化手段を通過したガスを前記加熱手段の上流側へ還流する還流手段と
を備え、
前記空気および前記被処理混合ガスのいずれか一方を前記酸化手段に導入し、前記酸化手段を通過したガスを前記環流手段により全量環流させることにより前記酸化手段を予備加熱する
ことを特徴とするガス処理装置。
【請求項２】
可燃性の被処理ガスと空気とを混合させた被処理混合ガスを通流して酸化させることにより酸化分解ガスを生成する酸化手段と、
前記酸化手段に通流させる前記被処理混合ガスの濃度を測定する濃度測定手段と、
前記濃度測定手段の測定結果に基づいて、前記被処理ガスと前記空気とを混合させるときの前記被処理ガスの濃度を調整するガス濃度調整手段と、
前記酸化手段の上流側に設けられ、前記酸化手段に導入するガスを加熱する加熱手段と、
前記酸化手段を通過したガスを前記加熱手段の上流側へ還流する還流手段と
を備え、
予熱時には、前記ガス濃度調整手段は、前記被処理混合ガスの濃度を前記被処理ガスの燃焼範囲下限値を下回る濃度に調整するとともに、前記還流手段により前記被処理混合ガスを全量還流させる
ことを特徴とするガス処理装置。
【請求項３】
可燃性の被処理ガスと空気とを混合させた被処理混合ガスを通流して酸化させることにより酸化分解ガスを生成する酸化手段と、
前記酸化手段の上流側に設けられ、前記酸化手段に導入するガスを加熱する加熱手段と、
前記酸化手段を通過したガスを前記加熱手段の上流側へ還流する還流手段と、
前記酸化手段を通過したガスを排気させる排気手段と、
前記還流手段により還流させるガスの量を調整する還流量調整手段と
を備え、
通常運転時には、前記還流量調整手段の調整により前記還流手段により前記ガスの一部のみを還流させて残りは前記排気手段により排気させる
ことを特徴とするガス処理装置。
【請求項４】
前記還流量調整手段は、
前記被処理混合ガスの温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段の測定結果に応じて、前記ガスを還流させる割合を決める還流割合決定手段と
を備えたことを特徴とする請求項３に記載のガス処理装置。
【請求項５】
前記還流手段は、
前記酸化手段の下流側と前記加熱手段の上流側とを接続している還流路と、
前記加熱手段の上流側に設けられて空気を供給するための給気流路に設けられた給気ダンパーと
を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のガス処理装置。
【請求項６】
前記還流手段は、
前記酸化手段の下流側と前記加熱手段の上流側とを接続している還流路と、
前記加熱手段の上流側に設けられて空気を供給するための給気流路に設けられた給気ダンパーと、
前記還流路に設けられた循環ダンパーと
を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のガス処理装置。
【請求項１】
可燃性の被処理ガスと空気とを混合させた被処理混合ガスを通流して酸化させることにより酸化分解ガスを生成する酸化手段と、
前記酸化手段の上流側に設けられ、前記酸化手段に導入するガスを加熱する加熱手段と、
前記酸化手段を通過したガスを前記加熱手段の上流側へ還流する還流手段と
を備え、
前記空気および前記被処理混合ガスのいずれか一方を前記酸化手段に導入し、前記酸化手段を通過したガスを前記環流手段により全量環流させることにより前記酸化手段を予備加熱する
ことを特徴とするガス処理装置。
【請求項２】
可燃性の被処理ガスと空気とを混合させた被処理混合ガスを通流して酸化させることにより酸化分解ガスを生成する酸化手段と、
前記酸化手段に通流させる前記被処理混合ガスの濃度を測定する濃度測定手段と、
前記濃度測定手段の測定結果に基づいて、前記被処理ガスと前記空気とを混合させるときの前記被処理ガスの濃度を調整するガス濃度調整手段と、
前記酸化手段の上流側に設けられ、前記酸化手段に導入するガスを加熱する加熱手段と、
前記酸化手段を通過したガスを前記加熱手段の上流側へ還流する還流手段と
を備え、
予熱時には、前記ガス濃度調整手段は、前記被処理混合ガスの濃度を前記被処理ガスの燃焼範囲下限値を下回る濃度に調整するとともに、前記還流手段により前記被処理混合ガスを全量還流させる
ことを特徴とするガス処理装置。
【請求項３】
可燃性の被処理ガスと空気とを混合させた被処理混合ガスを通流して酸化させることにより酸化分解ガスを生成する酸化手段と、
前記酸化手段の上流側に設けられ、前記酸化手段に導入するガスを加熱する加熱手段と、
前記酸化手段を通過したガスを前記加熱手段の上流側へ還流する還流手段と、
前記酸化手段を通過したガスを排気させる排気手段と、
前記還流手段により還流させるガスの量を調整する還流量調整手段と
を備え、
通常運転時には、前記還流量調整手段の調整により前記還流手段により前記ガスの一部のみを還流させて残りは前記排気手段により排気させる
ことを特徴とするガス処理装置。
【請求項４】
前記還流量調整手段は、
前記被処理混合ガスの温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段の測定結果に応じて、前記ガスを還流させる割合を決める還流割合決定手段と
を備えたことを特徴とする請求項３に記載のガス処理装置。
【請求項５】
前記還流手段は、
前記酸化手段の下流側と前記加熱手段の上流側とを接続している還流路と、
前記加熱手段の上流側に設けられて空気を供給するための給気流路に設けられた給気ダンパーと
を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のガス処理装置。
【請求項６】
前記還流手段は、
前記酸化手段の下流側と前記加熱手段の上流側とを接続している還流路と、
前記加熱手段の上流側に設けられて空気を供給するための給気流路に設けられた給気ダンパーと、
前記還流路に設けられた循環ダンパーと
を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のガス処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１７８０９４（Ｐ２００７−１７８０９４Ａ）
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７８８１０（Ｐ２００５−３７８８１０）
【出願日】平成１７年１２月２８日（２００５．１２．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２８日（２００５．１２．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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