説明

低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システム

【課題】有用性及び経済性に優れた低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システムを提供する。
【解決手段】VOC吸着部、VOC放出部及びVOC回収部を備え、VOC吸着部とVOC放出部との間でVOC吸着用のオイルが循環するように構成する。VOC吸着部を構成するVOC吸着用チャンバ1の内部に、オイルによって濡れ壁が形成されるように構成された濡れ壁塔2を接地して配設すると共に、該チャンバの中央に放電線3を配設し、VOC吸着用チャンバ1内を加圧状態にしてVOCを含むエアを濡れ壁塔2内に供給すると共に、放電線3に高電圧を印加することにより、接地された濡れ壁塔2との間で低温プラズマを発生させるように構成する。VOC吸着部においてVOCを吸着したオイルをVOC放出部に導入し、VOC放出用チャンバ20内を減圧状態にして、オイルに吸着されたVOCを放出させるように構成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、揮発性有機化合物の除去システムに係り、特に、反応を伴わないで揮発性有機化合物を物理吸着する性質を持つオイルの表面近傍で低温プラズマ(コロナ放電)を発生させることにより、化学反応によらず、揮発性有機化合物を除去することができるようにした低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、半導体製造のクリーンルームでは、微量のケミカル物質による汚染がデバイスの歩留まりを低下させることが問題になっている。このような汚染物質の1つとしては、揮発性有機化合物(以下、VOCと記す)が挙げられる。このVOCは、クリーンルームのエア中、プロセス装置内、ウェハボックス内等、至る所に存在し、これがウェハ搬送過程でシリコン表面に微量吸着することにより、多くの問題を引き起こす原因となっている。
【0003】
例えば、VOCは、デバイス製造工程の熱酸化膜形成前後に吸着して、熱酸化膜の信頼性を低下させる、また、ウェハを前処理後に長期保管してから化学気相成長(膜生成)を行うと、VOCの吸着により膜成長開始の遅延が生じ、膜厚のバラツキの原因となるといった問題が生じていた。
【0004】
さらに、VOCは、印刷工場、金属加工工場、自動車工場等、至るところで排出され、光化学スモッグや喘息を引き起こす原因となっている。例えば、大気中に放出されたVOCは、光化学反応によってオキシダント浮遊状微粒子の発生源として関与するとされている。また、VOCそのものの影響として、頭痛や吐き気、疲労感を引き起こす原因となっている。さらに、化学物質過敏症の原因ともなっている。
【0005】
このようなケミカル物質による汚染対策として、近年、ワッシャー等を用いて水に微量のケミカル物質を溶解し、除去する方法が採用されているが、VOCは水に不溶性のため、この方法は適用できなかった。そこで、従来から、VOCを除去する方法として、活性炭フィルタやケミカルフィルタを用いる技術が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
【特許文献1】特開2004−20120号公報
【特許文献2】特開2006−142233号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上述したような活性炭フィルタやケミカルフィルタを用いる方法は、頻繁にフィルタの交換が必要となるため、ランニングコストが非常に高くなるという問題点があった。
【0007】
また、VOCは、上述したように浮遊粒子状物質や光化学オキシダントの生成の原因となる物質の一つであるため、大気汚染防止の観点から、VOCを多量に使用する印刷工場等に対してVOCの排出規制が行われている。そのため、印刷工場等においては、VOCの排出抑制対策が重要な課題となってきている。
【0008】
このようなVOCの排出抑制に対して、大手の印刷工場等では高価且つ大規模な燃焼式VOC除去装置等が導入されているが、中小の印刷工場等では、それを購入することは困難である。しかしながら、VOCを効率良く分離・濃縮して除去するための安価且つ小規模なVOC除去装置の開発が進んでいないのが実情である。
【0009】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、フィルタの交換を不要とした、長期間にわたって使用することができる、有用性及び経済性に優れた低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するため、本発明者等は鋭意検討を重ねた結果、反応を伴わないでVOCを取り込む(物理吸着する)性質を持つオイルの表面近傍で低温プラズマ(コロナ放電)を発生させることにより、VOCのオイルへの吸着を促進し、高効率でVOCを吸着除去することができる揮発性有機化合物の除去システムを完成するに至ったものである。
【0011】
すなわち、請求項1に記載の低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システムは、処理対象となるエア中に含まれる所定の揮発性有機化合物をオイルに吸着させることにより除去する吸着部と、前記オイルに吸着された揮発性有機化合物を放出させる放出部とを備え、前記吸着部と放出部との間で、前記オイルが循環するように構成し、前記吸着部を加圧状態にして、該吸着部に処理対象となるエアを供給すると共に、前記吸着部において、前記オイルの表面近傍で低温プラズマを発生させるように構成したことを特徴とするものである。
【0012】
上記のような構成を有する請求項1に記載の発明によれば、オイルが化学反応を伴わずにVOCを取り込む(物理吸着する)性質を利用すると共に、オイルの表面近傍で低温プラズマ(コロナ放電)を発生させることにより、イオン風によりオイル表面を撹拌すると同時にオイル内部も撹拌して気液接触効率を向上させて、VOCのオイルへの吸着をさらに促進することができる。これにより、簡単な構成でVOCを高効率で除去することができ、長期間にわたって使用できる、極めて有用性の高い揮発性有機化合物の除去システムを提供することができる。
【0013】
請求項2に記載の低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システムは、請求項1に記載の発明をより具体的に規定したものであって、処理対象となるエア中に含まれる所定の揮発性有機化合物をオイルに吸着させることにより除去する吸着部と、前記オイルに吸着された揮発性有機化合物を放出させる放出部とを備え、前記吸着部と放出部との間で、前記オイルが循環するように構成し、前記吸着部を構成する吸着用チャンバの内部に、前記オイルによって濡れ壁が形成されるように構成された濡れ壁塔を接地して配設すると共に、前記オイルによる濡れ壁と対向する位置に放電線を配設し、前記吸着用チャンバ内を加圧状態にして、前記処理対象となるエアを、前記オイルによる濡れ壁と接触することができるように該チャンバ内に供給すると共に、前記放電線に高電圧を印加することにより、前記接地された濡れ壁塔との間で低温プラズマを発生させるように構成し、前記吸着部において揮発性有機化合物を吸着したオイルを前記放出部に導入し、前記放出部を構成する放出用チャンバ内を減圧状態にして、前記オイルに吸着された揮発性有機化合物を放出させるように構成したことを特徴とするものである。
【0014】
上記のような構成を有する請求項2に記載の発明によれば、吸着用チャンバ内を加圧状態にして、処理対象となるエアを該チャンバ内に導入する際に、コロナ放電の接地電極となる濡れ壁塔の内壁にオイルを伝わせることで、オイルが化学反応を伴わずに揮発性有機化合物を取り込む(物理吸着する)性質を利用すると共に、オイルの表面近傍で低温プラズマ(コロナ放電)を発生させることにより、イオン風によりオイル表面を撹拌すると同時にオイル内部も撹拌して気液接触効率を向上させて、揮発性有機化合物のオイルへの吸着をさらに促進することができる。
【0015】
また、吸着部において揮発性有機化合物を吸着したオイルを放出部に導入し、放出部を構成する放出用チャンバ内を減圧状態にして、前記オイルに吸着された揮発性有機化合物を放出させるように構成することにより、再度オイルを吸着部に循環供給することができるので、簡単な構成でVOCを高効率で除去することができ、長期間にわたって使用できる、極めて有用性の高い揮発性有機化合物の除去システムを提供することができる。
【0016】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システムにおいて、前記放出部によりオイルから放出された揮発性有機化合物を回収する回収部が設けられていることを特徴とするものである。
【0017】
上記のような構成を有する請求項3に記載の発明によれば、低温プラズマとオイルによって処理対象エア中に含まれる揮発性有機化合物を効率良く除去するだけでなく、オイルから放出された揮発性有機化合物を回収して再利用することができるので、揮発性有機化合物を大気中に排気することなく、環境への悪影響がなく経済的である。
【0018】
請求項4に記載の発明は、請求項2又は請求項3に記載の低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システムにおいて、前記放電線に銀によるコーティングが施されていることを特徴とするものである。
【0019】
上記のような構成を有する請求項4に記載の発明によれば、銀が持つオゾンを分解する触媒作用により、低温プラズマ発生時に発生するオゾン濃度を低減することができる。
【0020】
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システムにおいて、前記吸着部と放出部との間に形成されたオイルの循環系において、前記放出部の上流側でオイルを加熱するように構成したことを特徴とするものである。
【0021】
上記のような構成を有する請求項5に記載の発明によれば、放出部の上流側でオイルを加熱することにより、オイルからの揮発性有機化合物の揮発量(放出量)を大幅に上昇させることができる。
【0022】
請求項6に記載の発明は、請求項2乃至請求項5のいずれか一に記載の低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システムにおいて、前記吸着用チャンバの内部に配設する濡れ壁塔を複数個とし、それぞれの濡れ壁塔の内部に放電線を設置したことを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項6に記載の発明によれば、吸着用チャンバ内に複数個の濡れ壁塔を設置することにより、多量のVOCを含んだエアを効率良く処理することができる。
【0023】
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれか一に記載の低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システムにおいて、前記オイルが、該オイルの周囲の気圧が高い場合に前記揮発性有機化合物を吸着し、該オイルの周囲の気圧が低い場合に前記揮発性有機化合物を放出するものであることを特徴とするものである。
【0024】
上記のような構成を有する請求項7に記載の発明によれば、揮発性有機物吸着用オイルが、該オイルの周囲の気圧が高い場合には揮発性有機化合物を吸着し、該オイルの周囲の気圧が低い場合に揮発性有機化合物を放出するという作用を有するため、化学反応を伴わず、揮発性有機化合物の搬送媒体としてのみ機能し、さらに、吸着部と放出部の間を循環して用いられるため、消耗したり劣化することもない。
【0025】
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至請求項7のいずれか一に記載の低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システムにおいて、前記オイルが、シリコーンオイル又は変性シリコーンオイルであることを特徴とするものである。
【0026】
請求項8に記載の発明は、本発明に用いられるオイルのなかでも、特にシリコーンオイル又は変性シリコーンオイルが適していることを規定したものである。シリコーンオイル又は変性シリコーンオイルは、常温大気中ではほとんど酸化されないため、半永久的に使用することができるので、経済性にも優れている。さらに、シリコーンオイル又は変性シリコーンオイルは、化学的に非常に安定な物質であるため、触れた場合でも健康被害がなく安全性にも優れている。
【0027】
請求項9に記載の発明は、請求項1乃至請求項8のいずれか一に記載の低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システムにおいて、前記放電線に印加する高電圧が交流高電圧であることを特徴とするものである。
【0028】
上記のような構成を有する請求項9に記載の発明によれば、濡れ壁塔の直径が小さくても、放電線と接地された濡れ壁塔内壁との間でスパーク放電に至る危険性が低いので、VOC吸着部をよりコンパクトにすることができる。
【発明の効果】
【0029】
本発明によれば、フィルタの交換を不要とした、長期間にわたって使用することができる、有用性及び経済性に優れた低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0030】
以下、本発明に係る低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システム(以下、揮発性有機化合物の除去システムという)の具体的な実施の形態(以下、実施形態という)を、図面を参照して説明する。
【0031】
なお、本発明に係る揮発性有機化合物の除去システムの概要は、反応を伴わないでVOCを取り込む(物理吸着する)性質を持つオイルの表面近傍で低温プラズマ(コロナ放電)を発生させることにより、VOCのオイルへの吸着を促進し、高効率でVOCを吸着除去することができる、小規模で安価な揮発性有機化合物の除去システムである。
【0032】
(1)構成
本実施形態の揮発性有機化合物の除去システムは、図1に示したように、大別してVOC吸着部、VOC放出部、VOC回収部から構成されている。以下、各部について詳述する。
【0033】
(VOC吸着部)
VOC吸着部においては、図1及び図2に示すように、円筒状のVOC吸着用チャンバ1の内部に、円筒状の濡れ壁塔2が該チャンバ1と二重円筒を構成するように配置され、濡れ壁塔2の上端と該チャンバ1の上面との間に所定の間隔をあけて、該チャンバ1の底面に固定されている。なお、この濡れ壁塔2はステンレスから構成され、接地されている。
【0034】
また、前記VOC吸着用チャンバ1の中央には、低温プラズマ発生用の放電線3が上下方向に張られ、碍子18及び放電線用留め具19によって該チャンバ1の上下面に固定されている。また、この放電線3には正の高圧電源4が接続されている。なお、低温プラズマ発生時に発生するオゾン濃度を低減するために、前記放電線3の表面には、銀によるコーティングが施されている。銀はオゾンを分解する触媒作用を持つからである。
【0035】
また、前記VOC吸着用チャンバ1の底面には、印刷工場等で汚染されたVOCを含むエアを該チャンバ1内に導入するための処理対象エア供給管5が設けられ、この処理対象エア供給管5には処理対象エア供給配管6が接続されている。そして、処理対象エア供給配管6に配設された加圧用ファン7によって、VOC吸着用チャンバ1内を所定の加圧状態にできるように構成されている。
【0036】
一方、前記VOC吸着用チャンバ1の上面には、VOCが除去された処理後エアを再度印刷工場等へ戻すための処理後エア排出管8が設けられ、この処理後エア排出管8には処理後エア供給配管9が接続されている。そして、処理後エア供給配管9に配設された第1の流量調節弁10によって、再度印刷工場等へ戻す処理後エア量を調節できるように構成されている。
【0037】
また、前記処理後エア供給配管9と処理対象エア供給配管6の間には第1のバイパス配管11が形成され、VOC吸着用チャンバ1内でVOCが除去された処理後エアの一部を該チャンバ1内に戻して、再度VOCの吸着処理を行えるように構成されている。
【0038】
また、前記VOC吸着用チャンバ1の側壁と前記濡れ壁塔2の間には、VOC吸着用のオイルを該チャンバ1内に供給するオイル供給管12が配設されている。なお、このオイル供給管12の先端部は該チャンバ1の底面近傍に配置され、チャンバ1の側壁と濡れ壁塔2の間に供給されたオイルは、濡れ壁塔2の上端まで達した後、濡れ壁塔2の内壁に沿って流下し、これによって濡れ壁塔2の内壁に濡れ壁が形成されるように構成されている。なお、図2においては、オイルの流れを点線の矢印で示した。
【0039】
また、前記VOC吸着用チャンバ1の底面には、該チャンバ1の下部に貯留されたVOCを吸着したオイルを、第1のオイル循環用配管13を介して、後述するVOC放出部へ送るための第1のオイル排出管14が設けられている。
【0040】
(VOC放出部)
VOC放出部においては、図1に示すように、減圧容器であるVOC放出用チャンバ20の上部に、前記第1のオイル循環用配管13を介して、VOCを吸着したオイルを該チャンバ20内に供給する処理対象オイル供給管21が配設されると共に、このVOC放出部で分離されたVOCを含むエアを、後述するVOC回収部へ送るための第1のエア回収管22が配設されている。
【0041】
また、VOC放出用チャンバ20の下部には、該チャンバ20内でVOCが放出された処理後オイルを、再度VOC吸着部へ送るための第2のオイル排出管23が配設され、この第2のオイル排出管23には、第2のオイル循環用配管24が接続されている。
【0042】
なお、前記第1のオイル循環用配管13には、上流側から、第2の流量調節弁15、オイルフィルタ16及びヒーター17が順次配設され、オイルフィルタ16によってVOC吸着部から排出されたVOCを含むオイル中の固形物を除去した後、VOCを含むオイルを所定の温度に加熱して、前記処理対象オイル供給管21を介して、VOC放出用チャンバ20内に供給するように構成されている。
【0043】
一方、前記第2のオイル循環用配管24には、上流側から、冷却器25、ポンプ26及び第3の流量調節弁27が順次配設され、冷却器25によってVOCが除去されたオイルを所定の温度に冷却した後、前記VOC吸着用チャンバ1に設けられたオイル供給管12を介して、該チャンバ1内に供給するように構成されている。
【0044】
なお、前記第2のオイル循環用配管24と第1のオイル循環用配管13の間には第2のバイパス配管28が形成され、この第2のバイパス配管28には第4の流量調節弁29が配設され、VOC吸着用チャンバ1に供給されるオイルの一部を再度VOC放出用チャンバ20に戻して、オイルに吸着されたVOCをより高精度に除去することができるように構成されている。
【0045】
(VOC回収部)
VOC回収部においては、図1に示すように、加圧容器であるVOC回収用チャンバ30の上部にVOC回収管31が配設されると共に、該チャンバ30の下部にはVOC排出管32が配設され、このVOC排出管32には第5の流量調節弁33を備えたVOC排出用配管34が接続されている。
【0046】
また、前記VOC回収管31と前記VOC放出用チャンバ20の第1のエア回収管22の間には第1のエア循環用配管35が設けられ、この第1のエア循環用配管35には、上流側から、ファン36、第6の流量調節弁37及び熱交換器38が順次配設されている。そして、この熱交換器38によって、前記VOC放出部で分離されたVOCを含むエアを冷却することにより、エア中のVOCを液化し、高効率に回収することができるように構成されている。
【0047】
さらに、VOC回収用チャンバ30の上部には第2のエア回収管39が配設され、この第2のエア回収管39に接続された第2のエア循環用配管40によって、該チャンバ30内のVOCを含むエアを、再度、前記VOC放出用チャンバ20に戻すことができるように構成されている。このようにしてVOCを含むエアをVOC回収部に何度も循環させることにより、VOCを含むエア中からVOCを高効率で回収することができるように構成されている。
【0048】
なお、前記第1のエア循環用配管35に設けられたファン36によって、前記VOC放出用チャンバ20内が減圧状態とされると共に、前記VOC回収用チャンバ30内が加圧状態とされるように構成されている。
【0049】
(オイル)
オイルとしては、シリコーンオイルや高真空ポンプオイル(アルキルジフェニールエーテル)等の変性シリコーンオイルが用いられる。これらのオイルは、加圧するとVOCを吸着し、減圧するとVOCを放出するだけで、化学反応を伴わず、搬送媒体としてしか機能しないため、オイルの劣化がなく、半永久的に使用できるので非常に経済的である。また、オイルは、無臭で、毒性がないので触れた場合でも健康被害がなく、安全性にも優れている。
【0050】
なお、オイルとしてジメチルシリコーンオイルを用いた場合には、主として、トルエン、ベンゼン、キシレン、シクロヘキサン等のVOCを吸着(溶解)することができる。
【0051】
(低温プラズマ)
VOC吸着部で発生する低温プラズマは、イオン風によりオイル表面を撹拌すると同時にオイル内部も撹拌するので、気液(VOCを含むエアとオイル)接触効率が向上し、オイルへのVOCの吸着効率が大幅に向上する。
【0052】
また、本実施形態の揮発性有機化合物の除去システムは、イオン風、クーロン力の発生により集塵装置としても機能するので、VOCガスの吸着の他、VOCのミスト、微細なインクや塗料等の微粒子の捕集も可能である。
【0053】
(2)作用
上記のような構成を有する本実施形態の揮発性有機化合物の除去システムは、以下のように作用する。
【0054】
(VOC吸着部における作用)
VOC吸着部においては、図1に示すように、まず、前記第2のオイル循環用配管24及びオイル供給管12を介して、VOC吸着用チャンバ1の側壁と濡れ壁塔2の間にオイルを供給する。そして、このオイルが濡れ壁塔2の上端まで達した後、濡れ壁塔2の内側に溢れ出し、濡れ壁塔2の内壁に沿って流下することにより、濡れ壁塔2の内壁に濡れ壁を形成する。これと同時に、高圧電源4により低温プラズマ発生用の放電線3に正の高電圧を印加して、低温プラズマ(コロナ放電)を発生させる。
【0055】
続いて、加圧用ファン7を作動させることによりVOC吸着用チャンバ1内を所定の加圧状態にすると共に、処理対象エア供給配管6及び処理対象エア供給管5を介して、VOCを含むエアをVOC吸着用チャンバ1内に供給する。
【0056】
このように、濡れ壁塔2の内面を流下するオイルと対向するようにVOCを含むエアを加圧用ファン7により加圧供給することにより、エア中のVOCのオイルへの吸着を促進することができると共に、低温プラズマ(コロナ放電)により生じるイオン風と電界により、オイルへのVOCの吸着をさらに促進し、且つ、VOCのミスト、微細なインクや塗料等の微粒子を吸着させることができる。
【0057】
このようにしてVOCが除去されたエアは、VOC吸着用チャンバ1の上面に設けられた処理後エア排出管8及び処理後エア供給配管9を介して、再度印刷工場等へ戻される。なお、処理後エアの一部は、第1のバイパス配管11を介してVOC吸着用チャンバ1内に戻され、再度VOCの吸着処理が行われる。
【0058】
一方、VOCを吸着したオイルは、VOC吸着用チャンバ1の底面に設けられた第1のオイル排出管14及び第1のオイル循環用配管13を介して、VOC放出用チャンバ20に搬送される。
【0059】
なお、放電線3の表面には銀コーティングが施されているため、銀が持つオゾンを分解する触媒作用により、低温プラズマ発生時に発生するオゾン濃度を低減することができる。また、放電線3に正の高電圧を印加する理由は、一般に正極性のコロナ放電に伴うオゾン発生量は、負極性のコロナ放電の場合の1/10だからである。
【0060】
(VOC放出部における作用)
上記のようにしてVOC吸着用チャンバ1から排出されたVOCを吸着したオイルは、第1のオイル循環用配管13に配設されたオイルフィルタ16によって固形物が除去された後、ヒーター17によって所定の温度に加熱され、処理対象オイル供給管21を介して、VOC放出用チャンバ20内に供給される。
【0061】
この時、VOC放出用チャンバ20内は、ファン36によって減圧状態とされているため、オイルへのVOCの吸着率(吸着できる量)が低くなる。VOCの吸着率が低くなると、オイル表面に吸着されていたVOCがVOC放出用チャンバ20内のエア中に放出される。なお、オイルは、加熱・減圧されると短時間に高効率でVOCを放出する。そして、放出されたVOCを含むエアは、第1のエア回収管22及び第1のエア循環用配管35を介してVOC回収部に送られる。
【0062】
一方、VOC放出用チャンバ20内でVOCが放出された処理後オイルは、第2のオイル排出管23及び第2のオイル循環用配管24を介して、再度VOC吸着部へ送られる。なお、この場合、第2のオイル循環用配管24に設けられた冷却器25によってVOCが除去されたオイルは所定の温度に冷却され、その後、VOC吸着用チャンバ1に設けられたオイル供給管12を介して、VOC吸着用チャンバ1内に供給される。
【0063】
なお、本実施形態の揮発性有機化合物の除去システムにおいては、処理後オイルの一部は第2のバイパス配管28を介してVOC放出用チャンバ20内に戻され、再度VOCの放出処理が行われるように構成されているため、より高精度にVOCを除去することができる。このように、オイルは、VOC吸着部とVOC放出部の間を循環し、VOCを濃縮・分離してVOC吸着部から汲み出す働きをしている。
【0064】
(VOC回収部における作用)
上記のようにしてVOC放出用チャンバ20から排出されたVOCを含むエアは、第1のエア循環用配管35に設けられたファン36によって熱交換器38に導入され、この熱交換器38によってVOCを含むエアを冷却することにより、エア中のVOCを液化する。なお、VOC回収用チャンバ30内は、ファン36によって加圧状態にされているため、VOCはさらに液化しやすくなる。
【0065】
このようにして液化されたVOCは、VOC回収用チャンバ30内に貯留され、VOC排出管32及びVOC排出用配管34を介して回収される。一方、液化しなかったVOCを含むエアは、第2のエア回収管39、第2のエア循環用配管40及びエア供給管41を介して、再度、減圧容器であるVOC放出用チャンバ20に戻される。このように、VOCを含むエアをVOC回収部とVOC放出部の間で何度も循環させることにより、VOCを含むエア中からVOCを高効率で回収することができる。
【0066】
(3)性能評価
(3−1)VOC吸着部の性能評価
本発明に係る揮発性有機化合物の除去システムのVOC吸着部の性能を評価した結果を以下に示す。なお、本性能評価試験に用いた円筒状の濡れ壁型吸着塔(VOC吸着部に相当)の構成の概要を図3に、その濡れ壁型吸着塔を用いた実験装置(実験系)を図4に示した。
【0067】
すなわち、本性能評価試験に用いた濡れ壁型吸着塔は、図3に示すように、円筒状のチャンバ50の内部に、内径が14mm、外径が16mmの接地されたステンレス管(濡れ壁塔)51が配設され、このステンレス管51には、処理対象エア供給管52及び処理後エア排出管53が接続され、これらの間には、低温プラズマを発生できるように長さ43mmの銀線54が張られている。
【0068】
また、前記チャンバ50にはオイル供給管55が設けられ、ステンレス管51の内壁に沿ってシリコーンオイル(粘度30cSt)が流下し、ステンレス管51の下部に溜まったオイルをオイル排出管56から排出するように構成されている。
【0069】
また、図3に示したような濡れ壁型吸着塔を用いた実験装置においては、図4に示すように、ガスボンベ60から供給されたトルエン(VOCの一例)を、パーミエータ61により、83ppmの濃度で流量200mL/minで図3に示した濡れ壁型吸着塔62に供給し、この濡れ壁型吸着塔62の前後に設けられたガスバック63、64で処理前のガスと処理後のガスをサンプリング(10分間隔)し、トルエン検知管でトルエン濃度を測定した。なお、パーミエータ61は、一定濃度のガスを供給する装置であり、65は図3に示した銀線54に高電圧を印加するための高電圧直流電源である。
【0070】
上記の実験装置を用いてVOC吸着部の性能評価を行ったところ、図5に示すような結果が得られた。すなわち、低温プラズマ(コロナ放電)を発生させない場合でも40%程度トルエンが吸着除去されることが分った。一方、低温プラズマを発生させた場合には、トルエンの除去率は更に40%程度増すことが分った。これにより、低温プラズマを用いることによってトルエンの除去率が大幅に向上することが実証できた。
【0071】
(3−2)VOC放出部の性能評価
次に、本発明に係る揮発性有機化合物の除去システムのVOC放出部の性能を評価した結果を以下に示す。なお、本性能評価試験に用いたトルエン(VOCの一例)の放出(揮発脱離)実験用容器の概要を図6に示した。
【0072】
すなわち、本性能評価試験に用いたVOC放出部は、図6に示すように、直径51mmの円筒状のステンレス容器70の上部にシリコン栓71が配設され、該シリコン栓71の容器内露出面にはアルミ箔72が取り付けられている。また、前記シリコン栓71には管73が貫通配置されている。
【0073】
上記の実験装置を用いて、ステンレス容器70を大気圧下に開放した場合と、減圧(1/100気圧)した場合のそれぞれについて、VOC放出部の性能評価を行ったところ、図7に示すような結果が得られた。すなわち、ステンレス容器70を大気圧下に開放した場合と、減圧(1/100気圧)した場合のそれぞれについて、ステンレス容器70内にロータリーポンプ用オイル(変性シリコーンオイル)10mLとトルエン1mLを入れ、ウォーターバスで温度を70℃(一定)にして、5分毎にトルエンの揮発量(放出量)を測定した。
【0074】
図7から明らかなように、ステンレス容器70を1/100気圧に減圧した場合は、大気圧下に開放した場合に比べてトルエンの揮発脱離(放出)が著しく促進され、揮発速度が速いことが分った。
【0075】
また、上記の実験装置を用いて、ステンレス容器70内に供給するロータリーポンプ用オイル(変性シリコーンオイル)10mLとトルエン1mLの温度を70℃と30℃にした場合のそれぞれについて、VOC放出部の性能評価を行ったところ、図8に示すような結果が得られた。
【0076】
図8から明らかなように、試料の温度が70℃と高い場合には、30℃とした場合に比べてトルエンの揮発量(放出量)は大幅に上昇し、次第に100%に近づいていくことが分かった。このように、本実験により、オイルを加熱すると共に、容器内を減圧状態にすることにより、短時間に高効率でVOCを放出できることを実証できた。
【0077】
(4)効果
上述したように、本実施形態の揮発性有機化合物の除去システムによれば、オイルが化学反応を伴わずにVOCを取り込む(物理吸着する)性質を利用すると共に、オイルの表面近傍で低温プラズマ(コロナ放電)を発生させることにより、イオン風によりオイル表面を撹拌すると同時にオイル内部も撹拌して気液接触効率を向上させて、VOCのオイルへの吸着をさらに促進することができる。これにより、簡単な構成でVOCを高効率で除去することができ、長期間にわたって使用できる、極めて有用性の高い揮発性有機化合物の除去システムを提供することができる。
【0078】
また、本実施形態の揮発性有機化合物の除去システムで用いられるシリコーンオイルは、オイル周囲の気圧(全圧)が高いとVOCを吸着し、低いと放出するという作用を有し、化学反応を伴わず、VOCの搬送媒体としてのみ機能するため、劣化することがない。
【0079】
また、オイルとして不活性なシリコーンオイル、アルキルジフェニールエーテルを用いているので、オイルが劣化しないため半永久的に使用できるので経済性にも優れている。その上、不活性なシリコーンオイル、アルキルジフェニールエーテルは化学的に非常に安定な物質であるため、触れた場合でも健康被害がなく安全性にも優れている。
【0080】
また、本実施形態の揮発性有機化合物の除去システムにおいては、VOCを大気中に排気することなく、VOC(液)として回収し再利用できるので、環境への悪影響がなく経済的である。さらに、本実施形態の揮発性有機化合物の除去システムは、イオン風、クーロン力の発生により集塵装置としても機能するので、VOCガスの吸着の他、VOCのミスト、微細なインクや塗料等の微粒子の捕集も可能である。
【0081】
(5)他の実施形態
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、具体的な各部材の形状、あるいは取付け位置及び方法は適宜変更可能である。例えば、図1に示した揮発性有機化合物の除去システムでは、円筒状の濡れ壁塔を用いたが、濡れ壁塔の形状はこれに限定されず、平板状でも良い。
【0082】
また、図1に示した揮発性有機化合物の除去システムでは、低温プラズマを発生させるために、正極性の直流高圧電源(H.V.)を用いているが、交流高圧電源を用いることもできる。直流高電圧を印加した場合は、濡れ壁塔の直径が大きくないと、低い電圧で、放電線と接地された濡れ壁塔内壁との間でスパーク放電に至る危険性が高いが、交流高電圧を印加した場合は、濡れ壁塔の直径が小さくても、スパーク放電に至る危険性が低いので、VOC吸着部をよりコンパクトにすることができるという利点がある。
【0083】
また、図1に示した揮発性有機化合物の除去システムでは、VOC吸着用チャンバ1内に設置される濡れ壁塔(円筒状)は1つであるが、該チャンバ内に複数個の濡れ壁塔(円筒状)を設置しても良い。
【0084】
すなわち、図9に示すように、VOC吸着用チャンバ1内の上部及び下部に、ステンレス製の濡れ壁塔支持板50、51が設置され、複数個の濡れ壁塔52がこの濡れ壁塔支持板50、51を貫通して配設されている。また、各濡れ壁塔52内には低温プラズマ発生用の放電線53が上下方向に張られ、正の高圧電源4に接続されている。
【0085】
また、前記濡れ壁塔支持板50によって形成されたVOC吸着用チャンバ1の上部空間には、オイル供給口54及び処理後エア排出口55が設けられると共に、前記濡れ壁塔支持板51によって形成されたVOC吸着用チャンバ1の下部空間には、処理対象エア供給口56及びオイル排出口57が設けられている。なお、濡れ壁塔支持板51は接地されている。また、図9においては、オイルの流れを点線の矢印で示した。
【0086】
このような構成を有する揮発性有機化合物の除去システムにおいては、VOC吸着用チャンバ1内に複数個の濡れ壁塔52を設置することにより、多量のVOCを含んだエアを効率良く処理することができる。
【0087】
また、図1に示した揮発性有機化合物の除去システムでは、VOC吸着部として、円筒状のVOC吸着用チャンバ1内に、二重円筒を形成するように濡れ壁塔2を配置し、該チャンバ1の中央に放電線3を設置する構成としたが、図10(A)(B)に示すように、箱型のVOC吸着用チャンバ60の上面に針状放電電極61を複数本設置する構成としても良い。
【0088】
すなわち、箱型のVOC吸着用チャンバ60の上面に複数個の針状放電電極61が設置され、これらの針状放電電極61には正の高圧電源4が接続されている。また、箱型のVOC吸着用チャンバ60の底面は金属から構成され、接地電極62とされている。また、該チャンバ60の一側面には処理対象エア供給口63が設置され、これと対向する側面には処理後エア排出口64が設置されている。さらに、該チャンバ60内にはVOC吸着用のオイルが収納されている。
【0089】
このような構成を有する揮発性有機化合物の除去システムにおいては、針状放電電極61の配置を工夫することで、該チャンバ60内に収納されたオイルを効果的に撹拌することができるので、簡単な構成で、オイルへのVOCの吸着効率の良い、揮発性有機化合物の除去システムを得ることができる。
【0090】
また、VOCの吸着・放出に用いるオイルとしては、ポーラスな空隙を持つ構造のオイルであって、化学反応を伴わずにその空隙内にVOCを取り込む(物理吸着する)性質を有するものであれば良く、上記の実施形態に示したシリコーンオイルの他に、パラフィンオイル、植物油等を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【0091】
【図1】本発明に係る低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システムの構成を示す図である。
【図2】本発明に係る低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システムのVOC吸着部の構成を示す断面図である。
【図3】VOC吸着部の性能評価実験に用いた濡れ壁型吸着塔の構成を示す図である。
【図4】図3に示した濡れ壁型吸着塔を用いた実験装置の構成を示す図である。
【図5】図4に示した実験装置を用いて行ったVOC吸着部の性能評価の結果を示す図である。
【図6】VOC放出部の性能評価実験に用いたトルエンの放出実験用容器の構成を示す図である。
【図7】図6に示した実験装置を用い、容器内の圧力を変えて行ったVOC放出部の性能評価の結果を示す図である。
【図8】図6に示した実験装置を用い、試料の温度を変えて行ったVOC放出部の性能評価の結果を示す図である。
【図9】VOC吸着部の他の実施形態の構成を示す断面図である。
【図10】VOC吸着部の他の実施形態の構成を示す図であって、(A)は縦断面図、(B)は平面図である。
【符号の説明】
【0092】
1…VOC吸着用チャンバ
2…濡れ壁塔
3…放電線
4…高圧電源
5…処理対象エア供給管
6…処理対象エア供給配管
7…加圧用ファン
8…処理後エア排出管
9…処理後エア供給配管
10…第1の流量調節弁
11…第1のバイパス配管
12…オイル供給管
13…第1のオイル循環用配管
14…第1のオイル排出管
15…第2の流量調節弁
16…オイルフィルタ
17…ヒーター
18…碍子
19…放電線用留め具
20…VOC放出用チャンバ
21…処理対象オイル供給管
22…第1のエア回収管
23…第2のオイル排出管
24…第2のオイル循環用配管
25…冷却器
26…ポンプ
27…第3の流量調節弁
28…第2のバイパス配管
29…第4の流量調節弁
30…VOC回収用チャンバ
31…VOC回収管
32…VOC排出管
33…第5の流量調節弁
34…VOC排出用配管
35…第1のエア循環用配管
36…ファン
37…第6の流量調節弁
38…熱交換器
39…第2のエア回収管
40…第2のエア循環用配管
41…エア供給管
50、51…濡れ壁塔支持板
52…濡れ壁塔
53…放電線
54…オイル供給口
55…処理後エア排出口
56…処理対象エア供給口
57…オイル排出口
60…箱型のVOC吸着用チャンバ
61…針状放電電極
62…接地電極
63…処理対象エア供給口
64…処理後エア排出口

【特許請求の範囲】
【請求項1】
処理対象となるエア中に含まれる所定の揮発性有機化合物をオイルに吸着させることにより除去する吸着部と、前記オイルに吸着された揮発性有機化合物を放出させる放出部とを備え、
前記吸着部と放出部との間で、前記オイルが循環するように構成し、
前記吸着部を加圧状態にして、該吸着部に処理対象となるエアを供給すると共に、前記吸着部において、前記オイルの表面近傍で低温プラズマを発生させるように構成したことを特徴とする低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システム。
【請求項2】
処理対象となるエア中に含まれる所定の揮発性有機化合物をオイルに吸着させることにより除去する吸着部と、前記オイルに吸着された揮発性有機化合物を放出させる放出部とを備え、
前記吸着部と放出部との間で、前記オイルが循環するように構成し、
前記吸着部を構成する吸着用チャンバの内部に、前記オイルによって濡れ壁が形成されるように構成された濡れ壁塔を接地して配設すると共に、前記オイルによる濡れ壁と対向する位置に放電線を配設し、
前記吸着用チャンバ内を加圧状態にして、前記処理対象となるエアを、前記オイルによる濡れ壁と接触することができるように該チャンバ内に供給すると共に、前記放電線に高電圧を印加することにより、前記接地された濡れ壁塔との間で低温プラズマを発生させるように構成し、
前記吸着部において揮発性有機化合物を吸着したオイルを前記放出部に導入し、前記放出部を構成する放出用チャンバ内を減圧状態にして、前記オイルに吸着された揮発性有機化合物を放出させるように構成したことを特徴とする低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システム。
【請求項3】
前記放出部によりオイルから放出された揮発性有機化合物を回収する回収部が設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システム。
【請求項4】
前記放電線に銀によるコーティングが施されていることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システム。
【請求項5】
前記吸着部と放出部との間に形成されたオイルの循環系において、
前記放出部の上流側でオイルを加熱するように構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システム。
【請求項6】
前記吸着用チャンバの内部に配設する濡れ壁塔を複数個とし、それぞれの濡れ壁塔の内部に放電線を設置したことを特徴とする請求項2乃至請求項5のいずれか一に記載の低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システム。
【請求項7】
前記オイルが、該オイルの周囲の気圧が高い場合に前記揮発性有機化合物を吸着し、該オイルの周囲の気圧が低い場合に前記揮発性有機化合物を放出するものであることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一に記載の低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システム。
【請求項8】
前記オイルが、シリコーンオイル又は変性シリコーンオイルであることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一に記載の低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システム。
【請求項9】
前記放電線に印加する高電圧が、交流高電圧であることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか一に記載の低温プラズマとオイルによる揮発性有機化合物の除去システム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2009−207987(P2009−207987A)
【公開日】平成21年9月17日(2009.9.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−52915(P2008−52915)
【出願日】平成20年3月4日(2008.3.4)
【出願人】(000236160)株式会社テクノ菱和 (50)
【出願人】(304027349)国立大学法人豊橋技術科学大学 (391)
【Fターム(参考)】