説明

分析用排ガス前処理装置

【課題】サンプリングプローブからガス測定装置に至る間のガス道管の加熱を不要とし、結露温度を下げる除湿器を小容量化した排ガス分析用前処理装置を提供する。
【解決手段】第1、第2の熱交換器と除湿器とを備えて構成し、サンプリングプローブで採取した排ガスは第1の熱交換器、第2の熱交換器、除湿器、第2の熱交換器の順に通過させてガス道管に送出させる。第1の熱交換器ではサンプリングプローブから導入した排ガスを大気と熱交換させて降温させ、除湿器では排ガスを除湿、冷却させ、第2の熱交換器では除湿器を通過した排ガスを第1の熱交換器を通過した排ガスと熱交換させて昇温させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、煙道から採取した排ガスをガス分析計に導くまでの前処理段階で使用する排ガス前処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
都市ごみ焼却炉、産業廃棄物焼却炉等では有害成分の把握や燃焼制御のために燃焼排ガスの連続分析が行なわれる。煙道で採取された排ガスは高温、高湿であり、これを分析計で分析できる常温、低湿状態にするのが前処理である。図6は従来の代表的な排ガス測定システムの全体構成である。排ガスは屋外の煙道50からサンプリングプローブ51により採取され、内部に設けたフィルタにより粉塵を除去した後、ガス道管52によって数十m離れた屋内のガス測定装置53に導かれる。
【0003】
図7はガス測定装置53の代表的な内部構成である。ガス測定装置53内では最初にミストフィルタ55により排ガス中のミスト除去と、その際の降温により生ずる結露水の除去が行なわれる。その後、ポンプ56を経て除湿器57に導かれ結露温度2℃程度にまで除湿される。最後にもう一度フィルタ58でミストを除いてガス分析計59に導入される。
【0004】
ところで、煙道で採取された排ガスは高湿であるため温度が低下すると結露する。結露水は排ガス中の測定成分を吸着、溶解させて測定誤差を生じさせる。ガス測定装置53に至るまでの間での結露を防止するためガス道管52は120℃以上に電気加熱されている。サンプリングプローブ51内のフィルタも同様に120℃以上に加熱されている。加熱に要する電力コストは高く、設備費も高くなる。また、ミストフィルタ55はプラスチック製で熱伝導度が低いため排ガスは十分に降温されず、その出口での排ガス温度は高い。このため結露温度を下げる除湿器57は高い除湿能力が要求され大容量の製品が使用される。加えてミストフィルタ55のエレメントは常に濡れた状態にあるため通過するガスの吸着も無視できないことと、結露水の逆流を防ぐ背圧確保のために装置高さが高くなる問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2006−10555号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、従来技術のこうした問題点を解決するためになされたもので、その課題は、サンプリングプローブからガス測定装置に至る間のガス道管の加熱を不要とし、加えて結露温度を下げるための除湿器を小容量のもので済ますことのできる排ガス分析用前処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記課題を解決するための請求項1に記載の発明は、その手段を後述する実施形態の参照符号を付して示すと、サンプリングプローブ(4)で採取した高温、多湿の排ガスを前処理して離れた場所に設置されたガス測定装置(5)に導くガス道管(11)に送出する排ガス前処理装置(2)であって、第1、第2の熱交換器(41、42)と除湿器(16)とを備えて構成され、サンプリングプローブ(4)で採取した排ガスは第1の熱交換器(41)、第2の熱交換器(42)、除湿器(16)、第2の熱交換器(42)の順に通過してガス道管(11)に送出されるように構成されており、第1の熱交換器(41)はサンプリングプローブ(4)から送られた排ガスを大気と熱交換させて降温させるように構成され、除湿器(16)は通過する排ガスを冷却して除湿するように構成され、第2の熱交換器(42)は除湿器(16)を通過した排ガスを第1の熱交換器(41)を通過した排ガスと熱交換させて昇温させるように構成されていることを特徴とする排ガス前処理装置である。
【0008】
このような構成によれば、除湿器により除湿、冷却された排ガスは第2の熱交換器にて加熱されてガス導管に送出されるため従来のように結露防止のためにガス導管を加熱しておかなくてもガス導管内で結露が生じなくなる。これによりガス導管の設備コストが下がり加熱のための電気代も不要になる。また、排ガスは除湿器に入る前に除湿器を通過して冷却された後の排ガスと熱交換して冷却されるため除湿器は小容量のもの済む利点がある。
【0009】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の排ガス前処理装置において、サンプリングプローブ(4)で採取した排ガスは第2の熱交換器(42)、第1の熱交換器(41)、除湿器(16)、第2の熱交換器(42)の順に通過してガス道管に送出されるように構成を変え、第2の熱交換器(42)は除湿器(16)を通過した排ガスをサンプリングプローブ(4)から送られた排ガスと熱交換させて昇温させるように構成され、第1の熱交換器(41)は第2の熱交換器(42)において除湿器(16)を通過した排ガスと熱交換した排ガスを大気と熱交換させて降温させるように構成されていることを特徴とする排ガス前処理装置である。
【0010】
このような構成によれば、除湿器を出た排ガスはサンプリングプローブを出て第2の熱交換器に入ったばかりの高温の排ガスと熱交換を行なうため一層高温に加熱されてガス導管に送り込まれる。このため外気温が0℃以下と低い場合であっても電気加熱されていないガス導管内で結露することなくガス測定装置5に送り込むことができる。
【0011】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の排ガス前処理装置において、第1、第2の熱交換器(41、42)は側面が外壁(31)、中間壁(32)、内壁(33)からなる三重壁構造で両端を塞いだ円筒容器(15)として一体的に形成されてその円筒中心軸を鉛直にして設置されており、外壁(31)と内壁(33)は熱伝導性の高い薄板で、中間壁(32)は熱伝導性の低い板で形成され、外壁(31)の外面には放熱フィン(29)が取り付けてあり、外壁(31)と中間壁(32)に囲まれた第1のガス流路(36)の上面には第1のガス出入口(25)が、中間壁(32)と内壁(33)に囲まれた第2のガス流路(37)には上面に第2のガス出入口(26)、下面に第4のガス出入口(28)が、内壁(33)に囲まれた第3のガス流路(38)の上面には第3のガス出入口(27)がそれぞれ設けてあり、第1、第3のガス流路(36、38)は円筒容器(15)の底部近くにて連通するように連通流路(40)が設けてあって、第1のガス流路(36)、外壁(31)、放熱フィン(29)により構成される部分を第1の熱交換器(41)として、第2のガス流路(37)、内壁(33)、第3のガス流路(38)により構成される部分を第2の熱交換器(42)として使用することを特徴とする排ガス前処理装置である。
【0012】
このような構成によれば、第1、第2の熱交換器を小型に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明に係る排ガス測定システム1の全体構成である。
【図2】第1の実施形態に係る排ガス前処理装置2の構成図である。
【図3】熱交換器15の縦断面図である。
【図4】ガス測定装置5の構成例である。
【図5】第2の実施形態に係る排ガス前処理装置2aの構成図である。
【図6】従来の排ガス測定システムの全体構成である。
【図7】従来のガス測定装置53の内部構成である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明に係る排ガス前処理装置の実施形態を形態別に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る排ガス前処理装置2を採用した排ガス測定システム1の全体構成である。排ガス測定システム1は、サンプリングプローブ4、排ガス前処理装置2、ガス測定装置5を備えて構成されている。
【0015】
煙道7を流れる燃焼排ガスはサンプリングプローブ4を使用して採取する。排ガス前処理装置2はサンプリングプローブ4の近くに設けた架台8に設置しておく。サンプリングプローブ4内には粉塵除去のためのフィルタが取り付けてあり、フィルタを通過した高温、高湿の排ガスは短いガス導管10により排ガス前処理装置2に送られる。排ガス前処理装置2により前処理された排ガスは、数10m離れた屋内に設置されたガス測定装置5に長いガス導管11を経由して送られ分析に供される。
【0016】
図2は、第1の実施形態に係る排ガス前処理装置2の構成図である。排ガス前処理装置2は熱交換器15、除湿器16、2式のドレンポンプ17a、17bを備える他、装置筐体には外気を取り入れるためのフィルタ付外気吸入口19と換気扇付の空気排出口20が設けてある。熱交換器15は第1、第2の2式の熱交換器41、42を全体として円筒状に一体形成したものである。円筒両端面は塞いでパイプ状の排ガス出入口25、26、27、28とドレン水出口30が設けてある。排ガス前処理装置2は円筒中心軸を鉛直にして設置される。
【0017】
図3は熱交換器15の円筒状部の縦断面図である。円筒状部は、側面が外壁31、中間壁32、内壁33からなる同心状の三重壁構造になっている。外壁31と内壁33は熱伝導性の高い薄板、例えば、銅板を使用して形成してあり、中間壁32は熱伝導性の低い板、例えば、テフロン(登録商標)の板を使用して形成してある。外壁31の外側には放熱フィン29が取り付けてある。
【0018】
外壁31と中間壁32に囲まれた空間は第1のガス流路36として、中間壁32と内壁33に囲まれた空間は第2のガス流路37として、内壁33の内側空間は第3のガス流路38として機能する。第1のガス流路36の上面にはパイプ状の第1のガス出入口25が、第2のガス流路37には上面に第2のガス出入口26、下面に第4のガス出入口28が、第3のガス流路38の上面には第3のガス出入口27がそれぞれ設けてある。また、第1、第3のガス流路36、38は円筒容器の底部近くに設けた連通流路40にて連通させてある。
【0019】
このような構成により第1のガス流路36、外壁31、放熱フィン29により構成される部分は第1の熱交換器41として、第2のガス流路37、内壁33、第3のガス流路38により構成される部分は第2の熱交換器42として機能する。第1、第2の熱交換器41、42は中間壁32にて隔てられている。中間壁32は熱伝導性の低い板で形成されているため、第1、第2の熱交換器41、42は熱伝導に関しては分離された状態になっている。また、第1、第3のガス流路36、38が円筒容器の底部近くの連通流路40にて連通しているため、第1、第2の熱交換器41、42は直列に接続された状態になっている。
【0020】
次に、排ガス前処理装置2内での排ガスの流れと各構成部分の作用について説明する。サンプリングプローブ51で採取され、内部のフィルタにより粉塵を除去された高温、高湿の排ガスは短いガス導管10を通って排ガス前処理装置2に導入される。導入された排ガスは、第1の熱交換器41の第1のガス出入口25を通って第1のガス流路36に入る。第1のガス流路36に入った高温の排ガスは下方に流れ、その過程で外壁31、放熱フィン29を介して大気と熱交換して冷却される。冷却過程で発生する結露水はドレン排出口30からドレンポンプ17aにより装置外に排出される。
【0021】
第1のガス流路36の底部近くに達した排ガスは連通流路40を通って第2の熱交換器42を構成する第3のガス流路38に入り、上方に流れる。上方に流れた排ガスは第3のガス出入口27を通って熱交換器15の外に出る。外に出た排ガスは短い導管により除湿器16に導かれる。除湿器16は電子冷却器で構成されており、排ガスは結露温度2℃程度になるまで冷却により除湿される。冷却過程で発生する結露水はドレン排出口35からドレンポンプ17bにより装置外に排出される。
【0022】
除湿器16を通過中に結露温度2℃程度にまで除湿、冷却された排ガスは、第2の熱交換器42の第2のガス出入口26より第2のガス流路37に入って下方に流れる。除湿器16通過中に冷却された排ガスは、第3のガス流路38を上昇する排ガスと内壁33を介して熱交換を行なう。第3のガス流路38を上昇する排ガスは第1の熱交換器41内で降温したとはいえ、その温度は除湿器16を通過した後の排ガスよりも遥かに高温である。そのため除湿器16で冷却された排ガスは第3のガス流路38を上昇する高温排ガスにより加熱されて温度上昇する。温度上昇は15℃以上になる。
【0023】
加熱され温度上昇した排ガスは底部の第4のガス出入口28より熱交換器15の外に出る。外に出た排ガスは屋外の長いガス導管11に入り、数10m離れた屋内に設置されたガス測定装置5に導かれる。
【0024】
図4は、本実施形態の排ガス前処理装置2を採用する場合のガス測定装置5の構成例である。ガス測定装置5に送り込まれた排ガスは、結露温度2℃程度に除湿されているためガス測定装置5内で更に除湿する必要はない。そのため吸引ポンプ45、フィルタ46を通しただけで分析計47に送り込まれる。
【0025】
このような構成を備える本実施形態の排ガス前処理装置2は次のような特徴を持つ。第1の特徴は、除湿器16により結露温度2℃程度にまで除湿、冷却された排ガスを第2の熱交換器42にて15℃以上も昇温させている点である。これにより屋外に取り付けられた長いガス導管11には、温度が高く、結露温度2℃程度の乾燥した排ガスが送り込まれる。温度が高く湿度の低い排ガスはガス導管11内で結露しにくい。従って、結露防止のためにガス導管11を加熱しておく必要がなくなる。結果として設備コストは下がり、加熱のための電気代も不要になるという大きな効果がもたらされる。
【0026】
第2の特徴は、除湿器16にて降温した排ガスの再加熱には第3のガス流路38を通過する排ガスの有する廃熱を利用している点である。降温のために放出しなければならない余分の熱を除湿器16通過後の排ガスの加熱に有効活用することにより必要な降温と昇温とを外部エネルギーなしに効率的に行なっている。また、除湿器16に入る前の排ガスは除湿器16を出た排ガスに熱エネルギーを与えて降温するため、結露温度を2℃程度にまで下げる除湿器16に要求される容量が小さくて済むという利点がある。
【0027】
第3の特徴は、結露水をドレンポンプ17aを用いて強制排出している点である。これにより装置が小型化され、結露水の逆流が完全に防止される効果がもたらされる。
【0028】
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態に係る排ガス前処理装置2aの構成図である。排ガス測定システム1の全体構成は図1と同じであり、排ガス前処理装置2aの内部構成のみが第1の実施形態に係る図2の構成と異なる。
【0029】
本実施形態では、サンプリングプローブ4で採取した排ガスは第2の熱交換器42を構成する第3のガス流路38上面の第3のガス出入口27に送り込む。第3のガス出入口27から入った排ガスは第3、第1のガス流路38、36の順に通過して第1のガス出入口25から排出させて除湿器16に送り込む。即ち、除湿器16に入る前の排ガスの第1、 第2の熱交換器41、42内における流れ方向を第1の実施形態の場合と逆にしてある。
【0030】
本構成は外気温が特に低い場合に適した構成である。外気温が0℃以下のような低い場合には、第1の実施形態に係る排ガス前処理装置2により昇温させた排ガスでも屋外の長いガス導管11を通過する際に結露する心配がある。その心配をなくすには一層高い温度に昇温してガス導管11に送り込む必要がある。
【0031】
本実施形態では除湿器16を出た排ガスは、第2の熱交換器42においてサンプリングプローブ4を出て第3のガス流路38に注入されたばかりの高温の排ガスと熱交換を行なう。従って、第1の熱交換器41にて降温した後の排ガスと熱交換させる第1の実施形態の場合よりも高温に加熱された状態でガス導管11に送り込まれる。このため外気温が0℃以下の場合でも電気加熱されていないガス導管11内で結露することなくガス測定装置5に送り込むことができる。
【符号の説明】
【0032】
図面中、1は排ガス測定システム、2、2aは排ガス前処理装置、4はサンプリングプローブ、5はガス測定装置、11はガス道管、15は熱交換器(円筒容器)、16は除湿器、17a、17bはドレンポンプ、25は第1のガス出入口、26は第2のガス出入口、27は第3のガス出入口、28は第4のガス出入口、29は放熱フィン、31は外壁、32は中間壁、33は内壁、36は第1のガス流路、37は第2のガス流路、38は第3のガス流路、41は第1の熱交換器、42は第2の熱交換器、40は連通流路を示す。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
サンプリングプローブ(4)で採取した高温、多湿の排ガスを前処理して離れた場所に設置されたガス測定装置(5)に導くガス道管(11)に送出する排ガス前処理装置(2)であって、
第1、第2の熱交換器(41、42)と除湿器(16)とを備えて構成され、
前記サンプリングプローブ(4)で採取した排ガスは前記第1の熱交換器(41)、第2の熱交換器(42)、除湿器(16)、第2の熱交換器(42)の順に通過して前記ガス道管(11)に送出されるように構成されており、
前記第1の熱交換器(41)は前記サンプリングプローブ(4)から送られた排ガスを大気と熱交換させて降温させるように構成され、
前記除湿器(16)は通過する排ガスを冷却して除湿するように構成され、
前記第2の熱交換器(42)は前記除湿器(16)を通過した排ガスを前記第1の熱交換器(41)を通過した排ガスと熱交換させて昇温させるように構成されていることを特徴とする排ガス前処理装置。
【請求項2】
請求項1に記載の排ガス前処理装置において、前記サンプリングプローブ(4)で採取した排ガスは前記第2の熱交換器(42)、第1の熱交換器(41)、除湿器(16)、第2の熱交換器(42)の順に通過して前記ガス道管に送出されるように構成を変え、
前記第2の熱交換器(42)は前記除湿器(16)を通過した排ガスを前記サンプリングプローブ(4)から送られた排ガスと熱交換させて昇温させるように構成され、
前記第1の熱交換器(41)は前記第2の熱交換器(42)において前記除湿器(16)を通過した排ガスと熱交換した排ガスを大気と熱交換させて降温させるように構成されていることを特徴とする排ガス前処理装置。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の排ガス前処理装置において、前記第1、第2の熱交換器(41、42)は側面が外壁(31)、中間壁(32)、内壁(33)からなる三重壁構造で両端を塞いだ円筒容器(15)として一体的に形成されてその円筒中心軸を鉛直にして設置されており、
前記外壁(31)と内壁(33)は熱伝導性の高い薄板で、前記中間壁(32)は熱伝導性の低い板で形成され、
前記外壁(31)の外面には放熱フィン(29)が取り付けてあり、
前記外壁(31)と中間壁(32)に囲まれた第1のガス流路(36)の上面には第1のガス出入口(25)が、前記中間壁(32)と内壁(33)に囲まれた第2のガス流路(37)には上面に第2のガス出入口(26)、下面に第4のガス出入口(28)が、前記内壁(33)に囲まれた第3のガス流路(38)の上面には第3のガス出入口(27)がそれぞれ設けてあり、
前記第1、第3のガス流路(36、38)は円筒容器(15)の底部近くにて連通するように連通流路(40)が設けてあって、前記第1のガス流路(36)、外壁(31)、放熱フィン(29)により構成される部分を前記第1の熱交換器(41)として、前記第2のガス流路(37)、内壁(33)、第3のガス流路(38)により構成される部分を前記第2の熱交換器(42)として使用することを特徴とする排ガス前処理装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate


【公開番号】特開2010−190692(P2010−190692A)
【公開日】平成22年9月2日(2010.9.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−34792(P2009−34792)
【出願日】平成21年2月18日(2009.2.18)
【特許番号】特許第4327901号(P4327901)
【特許公報発行日】平成21年9月9日(2009.9.9)
【出願人】(507262833)
【Fターム(参考)】