ＶＯＣ冷却回収装置
【課題】ＶＯＣの冷却回収動作を停止させることなくデフロストを実行可能であり、且つデフロスト用エアの導入のための配管を必要としないＶＯＣの回収装置を提供する。
【解決手段】二元冷凍機３２の高温側回路３３にはプレクーラー６０が設けられ、低温側回路３４には、２台のメインクーラー６２ａ，６２ｂが、プレクーラー６０から排出されたＶＯＣガスが双方に連続して導入されるように、ＶＯＣガスを流通させるメインクーラー接続管９４によって直列に接続されて設けられ、プレクーラー６０側に配置される一方のメインクーラー６２ｂは導入されるＶＯＣガスによってデフロストするよう冷却停止しており、他方のメインクーラー６２ａはＶＯＣガスを冷却してＶＯＣを回収するように設けられ、プレクーラー６０から導入されるＶＯＣガスを２台のメインクーラー６２ａ，６２ｂのうちいずれに最初に導入するかを切り換え可能に設けられている。
【解決手段】二元冷凍機３２の高温側回路３３にはプレクーラー６０が設けられ、低温側回路３４には、２台のメインクーラー６２ａ，６２ｂが、プレクーラー６０から排出されたＶＯＣガスが双方に連続して導入されるように、ＶＯＣガスを流通させるメインクーラー接続管９４によって直列に接続されて設けられ、プレクーラー６０側に配置される一方のメインクーラー６２ｂは導入されるＶＯＣガスによってデフロストするよう冷却停止しており、他方のメインクーラー６２ａはＶＯＣガスを冷却してＶＯＣを回収するように設けられ、プレクーラー６０から導入されるＶＯＣガスを２台のメインクーラー６２ａ，６２ｂのうちいずれに最初に導入するかを切り換え可能に設けられている。
【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（ＶＯＣ）が気体となっている場合において、このＶＯＣガスを液化して回収するための冷却回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＶＯＣは、揮発性を有しており大気中で気体状となる有機化合物であり、トルエン、キシレン、酢酸エチル、デカン等様々な物質が該当する。
気体状となったＶＯＣを含むＶＯＣガスは、塗装関係の施設、接着剤を乾燥させる施設、印刷関係の施設、化学製品の製造施設、工業用洗浄施設など様々な施設において排出されている。しかしながらＶＯＣは、浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）や、光化学オキシダントの原因物質であり、大気汚染防止の観点から、近年その排出が抑制されるように求められている。
【０００３】
そこで、排出されるＶＯＣガスを回収するために、ＶＯＣガスを冷却して凝縮液化させるためのガス回収装置が従来より知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
以下、図５に基づいて、特許文献１及び特許文献２に示されているようなガス回収装置の構成を説明する。
ガス回収装置１０は、密閉容器として構成された冷却装置１１と、冷凍機１２とを有している。回収すべきガスは流通管１３を流通して冷却装置１１の内部に導入される。冷却装置１１内には第１コイル１４及び第２コイル１５の２つのコイルが配置されている。
【０００４】
冷凍機１２には、冷媒が流通する冷媒流通管１７に圧縮機１６と、凝縮器１８とが設けられている。また、凝縮器１８と第１のコイル１４との間には、膨張器１９が設けられており、凝縮器１８から延出される冷媒流通管１７は、膨張器１９の手前で分岐して分岐管２１が接続されており、分岐管２１には、膨張器２０と第２コイル１５が設けられている。
第２コイル１５の下流側の分岐管２１はエジェクタ２２の吸引部に接続されており、第２コイル１５はエジェクタ２２により負圧となり、第１コイル１４よりも低温となる。
【０００５】
【特許文献１】実開平６−２９６０３号公報（図２等）
【特許文献２】特開平７−２６０３４５号公報（図２等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような従来のガス回収装置では、デフロスト（霜の除去）については特に開示されていない。つまり、ガスを冷却して回収する場合において、ガスには水分も含まれている以上、冷却装置内には霜が付着する。この霜を除去しないと、冷却効率が極端に悪化するため、所定時間運転した後にはデフロストを行う必要があると言う課題がある。
【０００７】
デフロストの方法としては、運転を停止して常温で霜を溶かす方法があるが、その間ＶＯＣガスの処理ができなくなるので、運転を停止することは好ましくないし、たとえ運転を停止するとしても停止時間をなるべく短くしたいという要望がある。また停止時間を短くするためには、ヒーターデフロストや、ホットガスデフロストなどの方法があるが、これらの方法では爆発の危険性があるため採用は困難である。
【０００８】
また、デフロスト用に通常の室温程度のエアをプレクーラー及びメインクーラーに導入する構成も考えられるが、デフロスト用の配管やブロワが必要となってしまい、構造が複雑化するとともに部品点数が増えてしまうという課題もある。
【０００９】
そこで本発明は上記課題を解決すべくなされ、ＶＯＣの冷却回収動作を停止させることなくデフロストを実行可能であり、且つデフロスト用エアの導入を必要としないＶＯＣの回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明にかかるＶＯＣ冷却回収装置によれば、気体となっているＶＯＣを含むＶＯＣガスから、ＶＯＣを液化させて回収するＶＯＣ冷却回収装置であって、二元冷凍機の高温側回路の蒸発器を第1の密閉容器内に配置してなり、第１の密閉容器内に導入されたＶＯＣガスを予備冷却するプレクーラーが設けられ、二元冷凍機の低温側回路には、互いに切り換えて動作可能となるように２台の蒸発器が並列に設けられ、各蒸発器を第２の密閉容器及び第３の密閉容器内にそれぞれ配置してなり、プレクーラーから排出されたＶＯＣガスを導入する２台のメインクーラーが設けられ、２台のメインクーラーは、プレクーラーから排出されたＶＯＣガスが両メインクーラーに連続して導入されるように、ＶＯＣガスを流通させるメインクーラー接続管によって直列に接続されて設けられ、両メインクーラーのうちプレクーラー側に配置される一方のメインクーラー内の蒸発器には冷媒が流れないようにして、プレクーラーから導入されるＶＯＣガスによってデフロストするように設けられ、他方のメインクーラー内の蒸発器は冷媒を流して、一方のメインクーラーから排出されたＶＯＣガスを冷却するように設けられ、プレクーラーから導入されるＶＯＣガスを２台のメインクーラーのうちいずれに最初に導入するかを切り換え可能に設けられていることを特徴としている。
【００１１】
この構成を採用することによる作用は以下の通りである。
すなわち、プレクーラーでは霜が付着しない程度の温度でＶＯＣガスを予備冷却する。予備冷却されたＶＯＣガスは、いずれか一方の冷却されていないメインクーラーに導入され、この一方のメインクーラーをデフロスト可能である。一方のメインクーラーを出たＶＯＣガスは、他方のメインクーラーに導入され、ここで冷却されてＶＯＣが回収される。
所定時間経過し、他方のメインクーラーのデフロストが必要となった場合、予備冷却されたＶＯＣガスを他方のメインクーラーに導入してデフロストを行い、他方のメインクーラーを出たＶＯＣガスが一方のメインクーラーに導入されて冷却されるように切り換えがなされる。
このように、本発明の構成によれば、メインクーラーを交互に運転させ、運転していない側のメインクーラーをデフロストさせることができ、ＶＯＣの回収動作を中断しなくともデフロストが実行できるので連続運転が可能となった。また、ＶＯＣガスによってデフロストを行うので、デフロスト用のエアを導入しなくともデフロストを行うことができる。
【００１２】
また、前記プレクーラーと前記２台のメインクーラーとの間は、プレクーラーに接続された箇所よりもメインクーラー側で第1のガス流通管と第２のガス流通管の２本に分岐されてなるガス流通管が設けられ、第１のガス流通管が２台のうちのいずれか一方のメインクーラーの一端側に接続され、第２のガス流通管が２台のうちのいずれか他方のメインクーラーの一端側に接続され、第１のガス流通管には、第１のガス流通管を開閉する第１のメインクーラー接続バルブが設けられ、第２のガス流通管には、第２のガス流通管を開閉する第２のメインクーラー接続バルブが設けられ、第１のガス流通管には、第１のメインクーラー接続バルブと一方のメインクーラーとの間で分岐してなる第１のガス排出管が設けられ、第２のガス流通管には、第２のメインクーラー接続バルブと他方のメインクーラーとの間で分岐してなる第２のガス排出管が設けられ、第1のガス排出管を開閉する第１の出口バルブが設けられ、第２のガス排出管を開閉する第２の出口バルブが設けられていることを特徴としてもよい。
【００１３】
また、前記第1のガス流通管と、前記第２のガス流通管とを近接して配置させ、前記第1のガス流通管と前記第２のガス流通管との間で熱交換させる熱交換器が設けられていることを特徴としてもよい。
この構成を採用することによって、プレクーラーから出てきた比較的温度の高いＶＯＣガスと、メインクーラーから出てきた非常に低温のガス（メインクーラでＶＯＣが分離されている）とで熱交換され、メインクーラーから出てきて排気されるガスの温度が多少上昇する。このため、極めて低温で排気されるとガス排出管の出口バルブが凍結してしまうおそれもあるが、排気出口から排気されるガスの温度が若干上昇するので、出口バルブの凍結を防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかるＶＯＣ冷却回収装置によれば、ＶＯＣの回収動作を中断しなくともデフロストを実行できる。しかもデフロスト用のエアを導入しなくともデフロストを行うことができるので、低コストで小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２には、本発明のＶＯＣ冷却回収装置における動作原理を示すための説明図を示している。
図１に示すように、ＶＯＣ冷却回収装置３０は、二元冷凍機３２の高温側回路３３にプレクーラー６０を配置し、低温側回路３４に２台のメインクーラー６２ａ，６２ｂを配置している。プレクーラー６０ではＶＯＣガスを０℃程度に予備冷却している。予備冷却されたＶＯＣガスはメインクーラー６２ａ，６２ｂに導入される。
【００１６】
プレクーラー６０で予備冷却したＶＯＣガスは、直列に接続された２台のメインクーラーのうち、まず他方のメインクーラー６２ｂに導入し、メインクーラー６２ｂ内をデフロストする。
メインインクーラー６２ｂを出たＶＯＣガスは、一方のメインクーラー６２ａに導入され−５５〜−６５℃程度の極めて低温に冷却されてＶＯＣが液化凝縮されて回収される。ＶＯＣが分離された残りのガスは排気される。
【００１７】
図１に示す動作を所定時間実行すると、一方のメインクーラー６２ａ内に霜が付着するのでメインクーラー６２ａのデフロストを行う必要がある。
そこで、図２に示すように、プレクーラー６０から排出されたＶＯＣガスの導入先をメインクーラー６２ａに切り換えるとともに、メインクーラー６２ａの冷却動作を停止し、メインクーラー６２ｂの冷却を開始させる。すると、いままで冷却動作を行っていたメインクーラー６２ａが比較的温度の高いＶＯＣガスでデフロストされ、いままでデフロストされていて霜が付着していないメインクーラー６２ｂが冷却動作を実行する。
【００１８】
このようにメインクーラーを直列に接続して、プレクーラー側に存するメインクーラーは冷却動作をしないようにし、プレクーラー側に存しないメインクーラーを冷却するようにし、所定時間おきにメインクーラーの接続順を逆にすることによって、交互にデフロストとＶＯＣの回収を実行できる。このため、二元冷凍機を連続運転しつつ、且つデフロスト用エアを導入しなくともデフロスト可能となった。
【００１９】
（第１の実施形態）
図３に、本発明のＶＯＣ冷却回収装置の具体的な第１の実施形態の全体構成を示す。
本実施形態のＶＯＣ冷却回収装置３０は、二元冷凍機３２を用いており、ＶＯＣガスを二元冷凍機３２の高温側回路３３で予備冷却したのちにさらに低温側回路３４で冷却させる。
【００２０】
まず、二元冷凍機３２の構成について説明する。
二元冷凍機３２は、高温側回路３３と低温側回路３４とがカスケードコンデンサ３６によって熱的に接続されることにより構成されている。
高温側回路３３は、高温側圧縮機（コンプレッサー）３８と、高温側凝縮器４０と、高温側減圧弁４３と、カスケードコンデンサを構成する第1の高温側蒸発器４４とを備えており、これらの各機器は高温側冷媒が流通する冷媒流通管４５によって直列に接続されている。
【００２１】
高温側回路３３の高温側凝縮器４０の下流側には、冷媒ドライヤ５０が設けられており、冷媒中の水分の除去を図っている。
また、高温側減圧弁４３と第１の高温側蒸発器４４との間には、冷媒流通管４５を流通する冷媒の流量を調節する制御バルブ３７が設けられている。
【００２２】
また、高温側回路３３は、第1の高温側蒸発器４４と並列となるように第２の高温側蒸発器４６を設けている。第1の高温側蒸発器４４と第２の高温側蒸発器４６は、高温側圧縮機３８及び高温側凝縮器４０を共通に用いるようにしており、第２の高温側蒸発器４６は、冷媒流通管４５の高温側圧縮機３８に接続している部位と、冷媒流通管４５の高温側凝縮器４０に接続している部位との間で分岐する分岐管４９に設けられている。
分岐管４９には第２の高温側減圧弁４３が設けられている。分岐管４９の高温側減圧弁４３と第２の高温側蒸発器４６の間には、分岐管４９を流通する冷媒の流量を調節する制御バルブ３９が設けられている。
【００２３】
本実施形態における高温側凝縮器４０にはファン３５が設けられており、ファンによって導入された外気によって冷媒が冷却されて凝縮されるように設けられている。
このような構成を有する高温側回路３３では、高温における特性が優れた冷媒を使用している。
【００２４】
次に、低温側回路３４の構成について説明する。
低温側回路３４は、低温側圧縮機（コンプレッサー）５１と、カスケードコンデンサ３６を構成する低温側凝縮器５２と、低温側減圧弁５４と、２台の低温側蒸発器５６ａ，５６ｂとを備えており、これらの各機器は低温側冷媒が流通する冷媒流通管５５によって接続されている。また、２台の低温側蒸発器５６ａ，５６ｂのうち、低温側蒸発器５６ｂは冷媒流通管５５から分岐した分岐管６９に設けられており、２台の低温側蒸発器５６ａ，５６ｂは、低温側凝縮器５２に対して並列に接続されている。
【００２５】
また、低温側回路３４の低温側凝縮器５２の下流側には、冷媒ドライヤ５７が設けられており、冷媒中の水分の除去を図っている。
さらに、低温側圧縮機５１と低温側凝縮器５２の間には、オイルセパレータ５９が設けられている。オイルセパレータ５９は、低温側圧縮機５１から生じたオイルが他の機器へ流入しないように、オイルを分離して低温側圧縮機５１に戻すようにしている。
【００２６】
カスケードコンデンサ３６内には、カスケードコンデンサ３６内の温度を検出する温度センサ５３が設けられている。
温度センサ５３には、制御部５８が接続されている。制御部５８は、高温側圧縮機３８及び低温側圧縮機５１の動作を制御可能に設けられており、検出したカスケードコンデンサ３６内の温度が、予め設定しておいた所定の温度になるように制御する。
【００２７】
低温側蒸発器５６ａに接続されている冷媒流通管５５には冷媒流通管５５を流通する冷媒の流量を調整する制御バルブ５４ａが設けられており、低温側蒸発器５６ｂに接続されている分岐管６９には分岐管６９を流通する冷媒の流量を調整する制御バルブ５４ｂが設けられている。
これら制御バルブ５４ａ，５４ｂの開閉を切り換えることによって、蒸発器５６ａ，または蒸発器５６ｂのいずれを動作状態とするかを切り換え可能である。
【００２８】
続いてＶＯＣガスの流通経路について説明する。
まず、高温側回路３３の第1の高温側蒸発器４６は、密閉容器内に配置され、ＶＯＣガスを予備冷却するプレクーラー６０を構成する。
本発明におけるプレクーラー６０の温度は０℃程度とする。この０℃程度の温度では、プレクーラー６０内ではＶＯＣガス中に含まれる水分を霜として付着させることはできない。
一方、低温側回路３４の低温側蒸発器５６ａ，５６ｂも、それぞれ密閉容器内に配置され、それぞれがＶＯＣを液化させるメインクーラー６２ａ，６２ｂを構成する。メインクーラー６２内の温度は、−５５〜−６５℃程度となるように制御される。
なお、メインクーラー６２ａ，６２ｂを構成する密閉容器としては円筒状であって、円筒の軸線方向に沿って一方側、他方側としている。
【００２９】
回収すべきＶＯＣは、ＶＯＣの発生源（図示せず）に接続されているガス導入管６４内を流通して、ＶＯＣ冷却回収装置３０内に導入されるように設けられる。ガス導入管６４には、ブロワ（図示せず）と制御バルブ６８が設けられており、ブロワ（図示せず）によってＶＯＣガスをガス導入管６４内に送り込むようにしている。ガス導入管６４に送り込まれたＶＯＣガスは、プレクーラー６０内に導入され、予備冷却される。
【００３０】
プレクーラー６０とメインクーラー６２との間には、ガス流通管６７が配設され、プレクーラー６０で予備冷却されたＶＯＣガスが、ガス流通管６７を通って２台のメインクーラー６２ａ，６２ｂ内へ導入される。
プレクーラー６０から出たガス流通管６７は、中途部で２本に分岐され、一方が第１のガス流通管６７ａ、他方が第２のガス流通管６７ｂとなる。本実施形態では、第１のガス流通管６７ａがメインクーラー６２ａの一方側に接続され、第２のガス流通管６７ｂがメインクーラー６２ｂの一方側に接続される。
【００３１】
第１のガス流通管６７ａには、第１のガス流通管６７ａを開閉する第１のメインクーラー接続バルブ９０ａが設けられており、第２のガス流通管６７ｂには、第２のガス流通管６７ｂを開閉する第２のメインクーラー接続バルブ９０ｂが設けられている。
第１のメインクーラー接続バルブ９０ａと第２のメインクーラー接続バルブ９０ｂについては、どちらか一方が開いているときは他方が閉じられており、２台のメインクーラー６２ａ，６２ｂに同時にＶＯＣガスが導入されることがないように制御される。
【００３２】
メインクーラー６２ａの他端側と、メインクーラー６２ｂの他端側との間は、ＶＯＣガスをメインクーラー６２ａ，６２ｂ間で流通させるメインクーラー接続管９４が配置されている。
【００３３】
なお、メインクーラー６２ａの第１のガス流通管６７ａには、メインクーラー６２ａの他方側からＶＯＣガスが導入されたのち、メインクーラー６２ａでＶＯＣが冷却回収された残りのガスを排気するための第１のガス排出管７１ａが分岐されて設けられている。第１のガス排出管７１ａは、第１のガス流通管６７ａの第１のメインクーラー接続バルブ９０ａとメインクーラー６２ａの間に設けられている。
また、同様にメインクーラー６２ｂの第２のガス流通管６７ｂには、メインクーラー６２ｂの他方側からＶＯＣガスが導入されたのち、メインクーラー６２ｂでＶＯＣが冷却回収された残りのガスを排気するための第２のガス排出管７１ｂが分岐されて設けられている。第２のガス排出管７１ｂは、第２のガス流通管６７ｂの第２のメインクーラー接続バルブ９０ｂとメインクーラー６２ｂの間に設けられている。
【００３４】
各ガス排出管７１ａ，７１ｂの端部には、排気出口１１０ａ，１１０ｂが設けられている。さらに、各ガス排出管７１ａ，７１ｂには、各排気出口１１０ａ，１１０ｂを開閉するための出口バルブ７０ａ，７０ｂが設けられている。
【００３５】
ガス流通管６７、第１のガス流通管６７ａ、第２のガス流通管６７ｂ、メインクーラー接続管９４、第１のガス排出管７１ａおよび第２のガス排出管７１ｂの周囲には、周囲の温度を遮断して、流通するＶＯＣガスの低温状態を維持できるように、断熱部材９１が設けられている。
【００３６】
また、ガス排出管７１ａ，７１ｂから排出されるガスは、メインクーラー６２ａ，６２ｂで極低温に冷却されたものであるため、出口バルブ７０ａ，７０ｂの凍結を招くおそれがある。そこで、出口バルブ７０ａ，７０ｂの凍結を防止するための凍結防止手段を設けるとよい。
本実施形態における凍結防止手段の一例としては、第１のガス流通管６７ａと第２のガス流通管６７ｂとの間で熱交換を行う熱交換器９６が該当する。
【００３７】
熱交換器９６は、断熱構造の本体９７内に、第１のガス流通管６７ａと第２のガス流通管６７ｂとが近接して配置されるように設けられている。また、断熱部材９１は、第１のガス流通管６７ａと第２のガス流通管６７ｂで熱交換が可能となるように、熱交換器９６内には配置されない。
【００３８】
プレクーラー６０及び２台のメインクーラー６２ａ，６２ｂのそれぞれの下部には、ドレンポート７２，７４ａ，７４ｂが設けられている。
ドレンポート７２は、ドレン制御バルブ８１が設けられたドレン回収管７６に接続されており、ドレン回収管７６は回収槽に７８に接続されている。また、ドレンポート７４ａ，７４ｂは、ドレン制御バルブ８３ａ，８３ｂが設けられたドレン回収管７７ａ，７７ｂに接続されており、ドレン回収管７７ａ，７７ｂは回収槽７８に接続されている。
【００３９】
このように、プレクーラー６０、メインクーラー６２ａまたはメインクーラー６２ｂでＶＯＣが凝縮して液化すると、液化したＶＯＣがドレン回収管７６、ドレン回収管７７ａ，７７ｂを経由して回収槽７８に貯留される。回収槽７８には、回収槽７８内の空気を排気する排気管７９が設けられており、排気管７９には排気フィルター８０が取り付けられている。排気フィルター８０は、ＶＯＣを分解する触媒等が用いられている。
【００４０】
以下、本実施形態におけるＶＯＣ冷却回収装置３０の動作について説明する。
まず、ＶＯＣ冷却回収装置３０の動作前は、ガス導入管６４の制御バルブ６８は閉塞させておき、ＶＯＣガスがガス導入管６４には流入しないようにしておく。
それから、ＶＯＣ冷却回収装置３０の動作前は、制御バルブ３７も閉塞させておき、最初はプレクーラー６０が運転しないように設けておく。
【００４１】
また、低温側回路３４の冷媒流通管５５ａ、分岐管５５ｂのいずれか一方の制御バルブを開き、他方を閉じておく。このため低温側回路３４では、いずれか一方のメインクーラーのみが動作する。なお、以下では最初にメインクーラー６２ａが動作するように制御される。
さらに、ＶＯＣガスの導入を、最初に動作する一方のメインクーラー６２ａには流さないように、つまり動作していないメインクーラー６２ｂに最初にＶＯＣガスを導入するように第１のガス流通管６７ａを閉塞すべく第１のメインクーラー接続バルブ９０ａを閉じ、第２のガス流通管６７ｂを開くべく第２のメインクーラー接続バルブ９０ｂを開く。
なお、第１のガス排出管７１ａの出口バルブ７０ａは開け、第２のガス排出管７１ｂの出口バルブ７０ｂは閉じておく。
【００４２】
最初に、高温側圧縮機３８の電源を投入する。
高温側圧縮機３８が動作すると、高温側回路３３の冷媒が圧縮されて高温側凝縮器４０に送り込まれ、高温側凝縮器４０で圧力一定で冷媒が冷却されるとともに液化される。液化された冷媒は、高温側減圧弁４３で膨張させられて沸点を下げ、カスケードコンデンサ３６内の第1の高温側蒸発器４４において、低温側回路３４の低温側凝縮器５２の熱を奪って蒸発する。
【００４３】
次いで、高温側圧縮機３８の電源を投入してから所定時間経過後に、低温側回路３４において低温側圧縮機５１の電源を投入する。
すると、低温側回路３４の冷媒が圧縮されて低温側凝縮器５２に送り込まれ、高温側蒸発器４４との間で熱交換されて圧力一定で冷媒が冷却されるとともに液化される。
液化された冷媒は、低温側減圧弁５４で膨張させられて沸点を下げる。低温側蒸発器５６においては、冷媒がメインクーラー６２ａ内の熱を奪って蒸発する。そして、蒸発して気化した冷媒は低温側圧縮機５１内に流入する。
【００４４】
カスケードコンデンサ３６内の温度が０℃になったことを制御部５８が検出した場合には、制御部５８は制御バルブ３７を開いてプレクーラー６０の分岐管４９に冷媒を流す。液化された冷媒は、分岐管４９の高温側減圧弁４３で膨張させられて沸点を下げ、第２の高温側蒸発器４６において、プレクーラー６０内の熱を奪って蒸発する。
【００４５】
これとともに制御部５８は、制御バルブ３９の開度を調整して、カスケードコンデンサ３６内の温度が一定になるよう、冷媒がプレクーラー６０側へ流れる量と、冷媒がカスケードコンデンサ３６へ流れる量を配分する。
【００４６】
次いで、制御バルブ６８を開き、且つ図示しないブロワの運転を開始することにより、ＶＯＣガスはガス導入管６４を経てプレクーラー６０内に流入する。
プレクーラー６０内にＶＯＣガスが流入すると、プレクーラー６０内の第２の高温側蒸発器４６では、高温側減圧弁４３によって膨張させられて沸点を下げた冷媒が、ガス導入管６４から導入されたＶＯＣガスの熱を奪って蒸発する。
このとき、プレクーラー６０内の温度は０℃程度であり、プレクーラー６０内では霜が付着しない。
【００４７】
プレクーラー６０で予備冷却されたＶＯＣガスは、第２のガス流通管６７ｂを通ってメインクーラー６２ｂへ導入される。
メインクーラー６２ｂでは、蒸発器５６ｂに冷媒が流れておらず冷却はされない。ＶＯＣガスはそのままメインクーラー６２ｂを通過し、メインクーラー接続管９４内に流入する。
メインクーラー接続管９４内を流通したＶＯＣガスは、蒸発器５６ａに冷媒が流れて冷却が実行されているメインクーラー６２ａ内に流入する。
【００４８】
メインクーラー６２ａ内にＶＯＣガスが流入すると、メインクーラー６２ａ内の低温側蒸発器５６ａでは、低温側減圧弁５４によって膨張させられて沸点を下げた冷媒が、導入されたＶＯＣガスの熱を奪って蒸発する。
なお、このとき、メインクーラー６２内の温度は、−５５〜−６５℃程度である。
【００４９】
このようにして、ＶＯＣガスはプレクーラー６０とメインクーラー６２ａ内で冷却され、凝縮して液化される。液化したＶＯＣは、プレクーラー６０内部及びメインクーラー６２ａ内部の下部に溜まる。プレクーラー６０とメインクーラー６２ａの下部にはドレンポート７２，７４ａが設けられているので、液化したＶＯＣはドレンポート７２，７４ａからドレン回収管７６、７７ａを通って回収槽７８内に流れ出て、回収される。
【００５０】
また、ＶＯＣが除去された残りのガスは、第１のガス排出管７１ａを通って排気出口１１０から排気される。
このとき、排出されるガスの温度は、熱交換器９６内の第２のガス流通管６７ｂ内を流通するＶＯＣガスによって上昇させられる。これにより、出口バルブ７０ａの凍結防止を図ることができる。
【００５１】
なお、ＶＯＣ冷却回収動作を連続して実行していると、メインクーラー６２ａ内に付着した霜を除去するデフロストを行う必要が生じる。冷却効率を上げるには、およそ８時間おきにデフロストを行う必要がある。
デフロストの際には、いままで冷却に使用してきたメインクーラー６２ａ内にプレクーラー６０から排出されたＶＯＣガスを導入してデフロストを行い、メインクーラー６２ｂ内を冷却してメインクーラー６２ｂでＶＯＣの回収を行う。
【００５２】
すなわち、デフロスト時には第1のメインクーラー接続バルブ９０ａを開き、第２のメインクーラー接続バルブ９０ｂを閉じ、出口バルブ７０ａを閉じ、出口バルブ７０ｂを開くようにする。
また、低温側回路３４の制御バルブ５４ａを閉じ、制御バルブ５４ｂを開くことにより、メインクーラー６２ａの冷却を停止し、メインクーラー６２ｂを冷却させる。
このため、プレクーラー６０から排出されたＶＯＣガスは第1のガス流通管６７ａを通ってメインクーラー６２ａ内に導入され、約０℃のＶＯＣガスによってデフロストされる。メインクーラー６２ａを通過したＶＯＣガスは、メインクーラー接続管９４を通ってメインクーラー６２ｂ内に導入され、ＶＯＣの液化回収が行われる。
ＶＯＣが分離された残りのガスは第２のガス排出管７１ｂを通って排気出口１１０ｂから排出される。
このようにしてデフロストを実行すると、メインクーラー６２ａ内の霜が溶けて水分が液化するが、この液化した水分がドレン回収管７６ａを通って回収槽７８内に回収される。
【００５３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図４に基づいて説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する場合もある。
第２の実施形態は、第１の実施形態とは異なる出口バルブの凍結防止手段を設けたものである。
【００５４】
すなわち、出口バルブの凍結防止手段としては、２台のメインクーラー６２ａ，６２ｂからの各ガス排出管７１ａ，７１ｂと、ＶＯＣガスをプレクーラー６０へ導入するガス導入管６４とを内部に配置させて、ガス排出管７１ａ，７１ｂ内を流通するガスと、ガス導入管６４内を流通するＶＯＣガスとの間で熱交換させる熱交換器１００が設けられている。
【００５５】
熱交換器１００は、断熱構造の本体１０１内に、２本のガス排出管７１ａ，７１ｂとガス導入管６４とが近接して配置されるように設けられている。また、各ガス排出管７１ａ，７１ｂに設けられていた断熱部材９１は、各ガス排出管７１ａ，７１ｂとガス導入管６４との間で熱交換が可能となるように、熱交換器１００内には配置されない。
【００５６】
メインクーラー６２ａ，６２ｂ内ではＶＯＣガスは−５５〜−６５℃に冷却されるが、ガス導入管６４内を流通するＶＯＣガスは５０℃程度の温度である。このため、排出すべきガスはバルブが凍結しない程度にまで温度上昇させることができる。一方、導入されるＶＯＣガスはプレクーラー６０へ導入される前段階で温度が低下するので、冷却効率を上げることができる。
【００５７】
なお、図４では、ガス排出管７１ａ，７１ｂとガス導入管６４を内蔵する熱交換器１００に加え、第１の実施形態で示したようなガス流通管７６ａ，７６ｂを内蔵する熱交換器９６を設けたところを示した。
しかし、凍結防止手段としては、第１の実施形態で示したようなガス流通管７６ａ，７６ｂを内蔵する熱交換器９６を設けずに、ガス排出管７１ａ，７１ｂとガス導入管６４を内蔵する熱交換器１００のみを設ける構成としてもよい。
【００５８】
なお、上述してきたような各制御バルブの切り換え動作は、人手により行ってもよいし、制御部５８が各制御バルブに制御信号を出力して自動的に制御するようにしてもよい。
【００５９】
以上本発明につき好適な実施形態を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明のＶＯＣ冷却回収装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１の概略構成においてメインクーラーの接続を切り換えたところを示す説明図である。
【図３】本発明のＶＯＣ冷却回収装置の第１の実施形態の全体構成を示す説明図である。
【図４】本発明のＶＯＣ冷却回収装置の第２の実施形態の全体構成を示す説明図である。
【図５】従来のガス回収装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
３０ 冷却回収装置
３２ 二元冷凍機
３３ 高温側回路
３４ 低温側回路
３５ ファン
３６ カスケードコンデンサ
３７ 制御バルブ
３８ 高温側圧縮機
３９ 制御バルブ
４０ 高温側凝縮器
４３ 高温側減圧弁
４４ 第１の高温側蒸発器
４５ 冷媒流通管
４６ 第２の高温側蒸発器
４９ 分岐管
５０ 冷媒ドライヤ
５１ 低温側圧縮機
５２ 低温側凝縮器
５３ 温度センサ
５４ 制御バルブ
５４ 低温側減圧弁
５５ 冷媒流通管
５６ 低温側蒸発器
５７ 冷媒ドライヤ
５８ 制御部
５９ オイルセパレータ
６０ プレクーラー
６２ メインクーラー
６４ ガス導入管
６７ ガス流通管
６８ 制御バルブ
６９ 分岐管
７０ 出口バルブ
７１ ガス排出管
７２，７４ ドレンポート
７６，７７ ドレン回収管
７８ 回収槽
７９ 排気管
８０ 排気フィルター
８１，８３ ドレン制御バルブ
９０ メインクーラー接続バルブ
９１ 断熱部材
９４ メインクーラー接続管
９６ 熱交換器
９７ 熱交換器本体
１００ 熱交換器
１０１ 熱交換器本体
１１０ 排気出口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が気体となっている場合において、このＶＯＣガスを液化して回収するための冷却回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＶＯＣは、揮発性を有しており大気中で気体状となる有機化合物であり、トルエン、キシレン、酢酸エチル、デカン等様々な物質が該当する。
気体状となったＶＯＣを含むＶＯＣガスは、塗装関係の施設、接着剤を乾燥させる施設、印刷関係の施設、化学製品の製造施設、工業用洗浄施設など様々な施設において排出されている。しかしながらＶＯＣは、浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）や、光化学オキシダントの原因物質であり、大気汚染防止の観点から、近年その排出が抑制されるように求められている。
【０００３】
そこで、排出されるＶＯＣガスを回収するために、ＶＯＣガスを冷却して凝縮液化させるためのガス回収装置が従来より知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
以下、図５に基づいて、特許文献１及び特許文献２に示されているようなガス回収装置の構成を説明する。
ガス回収装置１０は、密閉容器として構成された冷却装置１１と、冷凍機１２とを有している。回収すべきガスは流通管１３を流通して冷却装置１１の内部に導入される。冷却装置１１内には第１コイル１４及び第２コイル１５の２つのコイルが配置されている。
【０００４】
冷凍機１２には、冷媒が流通する冷媒流通管１７に圧縮機１６と、凝縮器１８とが設けられている。また、凝縮器１８と第１のコイル１４との間には、膨張器１９が設けられており、凝縮器１８から延出される冷媒流通管１７は、膨張器１９の手前で分岐して分岐管２１が接続されており、分岐管２１には、膨張器２０と第２コイル１５が設けられている。
第２コイル１５の下流側の分岐管２１はエジェクタ２２の吸引部に接続されており、第２コイル１５はエジェクタ２２により負圧となり、第１コイル１４よりも低温となる。
【０００５】
【特許文献１】実開平６−２９６０３号公報（図２等）
【特許文献２】特開平７−２６０３４５号公報（図２等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような従来のガス回収装置では、デフロスト（霜の除去）については特に開示されていない。つまり、ガスを冷却して回収する場合において、ガスには水分も含まれている以上、冷却装置内には霜が付着する。この霜を除去しないと、冷却効率が極端に悪化するため、所定時間運転した後にはデフロストを行う必要があると言う課題がある。
【０００７】
デフロストの方法としては、運転を停止して常温で霜を溶かす方法があるが、その間ＶＯＣガスの処理ができなくなるので、運転を停止することは好ましくないし、たとえ運転を停止するとしても停止時間をなるべく短くしたいという要望がある。また停止時間を短くするためには、ヒーターデフロストや、ホットガスデフロストなどの方法があるが、これらの方法では爆発の危険性があるため採用は困難である。
【０００８】
また、デフロスト用に通常の室温程度のエアをプレクーラー及びメインクーラーに導入する構成も考えられるが、デフロスト用の配管やブロワが必要となってしまい、構造が複雑化するとともに部品点数が増えてしまうという課題もある。
【０００９】
そこで本発明は上記課題を解決すべくなされ、ＶＯＣの冷却回収動作を停止させることなくデフロストを実行可能であり、且つデフロスト用エアの導入を必要としないＶＯＣの回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明にかかるＶＯＣ冷却回収装置によれば、気体となっているＶＯＣを含むＶＯＣガスから、ＶＯＣを液化させて回収するＶＯＣ冷却回収装置であって、二元冷凍機の高温側回路の蒸発器を第1の密閉容器内に配置してなり、第１の密閉容器内に導入されたＶＯＣガスを予備冷却するプレクーラーが設けられ、二元冷凍機の低温側回路には、互いに切り換えて動作可能となるように２台の蒸発器が並列に設けられ、各蒸発器を第２の密閉容器及び第３の密閉容器内にそれぞれ配置してなり、プレクーラーから排出されたＶＯＣガスを導入する２台のメインクーラーが設けられ、２台のメインクーラーは、プレクーラーから排出されたＶＯＣガスが両メインクーラーに連続して導入されるように、ＶＯＣガスを流通させるメインクーラー接続管によって直列に接続されて設けられ、両メインクーラーのうちプレクーラー側に配置される一方のメインクーラー内の蒸発器には冷媒が流れないようにして、プレクーラーから導入されるＶＯＣガスによってデフロストするように設けられ、他方のメインクーラー内の蒸発器は冷媒を流して、一方のメインクーラーから排出されたＶＯＣガスを冷却するように設けられ、プレクーラーから導入されるＶＯＣガスを２台のメインクーラーのうちいずれに最初に導入するかを切り換え可能に設けられていることを特徴としている。
【００１１】
この構成を採用することによる作用は以下の通りである。
すなわち、プレクーラーでは霜が付着しない程度の温度でＶＯＣガスを予備冷却する。予備冷却されたＶＯＣガスは、いずれか一方の冷却されていないメインクーラーに導入され、この一方のメインクーラーをデフロスト可能である。一方のメインクーラーを出たＶＯＣガスは、他方のメインクーラーに導入され、ここで冷却されてＶＯＣが回収される。
所定時間経過し、他方のメインクーラーのデフロストが必要となった場合、予備冷却されたＶＯＣガスを他方のメインクーラーに導入してデフロストを行い、他方のメインクーラーを出たＶＯＣガスが一方のメインクーラーに導入されて冷却されるように切り換えがなされる。
このように、本発明の構成によれば、メインクーラーを交互に運転させ、運転していない側のメインクーラーをデフロストさせることができ、ＶＯＣの回収動作を中断しなくともデフロストが実行できるので連続運転が可能となった。また、ＶＯＣガスによってデフロストを行うので、デフロスト用のエアを導入しなくともデフロストを行うことができる。
【００１２】
また、前記プレクーラーと前記２台のメインクーラーとの間は、プレクーラーに接続された箇所よりもメインクーラー側で第1のガス流通管と第２のガス流通管の２本に分岐されてなるガス流通管が設けられ、第１のガス流通管が２台のうちのいずれか一方のメインクーラーの一端側に接続され、第２のガス流通管が２台のうちのいずれか他方のメインクーラーの一端側に接続され、第１のガス流通管には、第１のガス流通管を開閉する第１のメインクーラー接続バルブが設けられ、第２のガス流通管には、第２のガス流通管を開閉する第２のメインクーラー接続バルブが設けられ、第１のガス流通管には、第１のメインクーラー接続バルブと一方のメインクーラーとの間で分岐してなる第１のガス排出管が設けられ、第２のガス流通管には、第２のメインクーラー接続バルブと他方のメインクーラーとの間で分岐してなる第２のガス排出管が設けられ、第1のガス排出管を開閉する第１の出口バルブが設けられ、第２のガス排出管を開閉する第２の出口バルブが設けられていることを特徴としてもよい。
【００１３】
また、前記第1のガス流通管と、前記第２のガス流通管とを近接して配置させ、前記第1のガス流通管と前記第２のガス流通管との間で熱交換させる熱交換器が設けられていることを特徴としてもよい。
この構成を採用することによって、プレクーラーから出てきた比較的温度の高いＶＯＣガスと、メインクーラーから出てきた非常に低温のガス（メインクーラでＶＯＣが分離されている）とで熱交換され、メインクーラーから出てきて排気されるガスの温度が多少上昇する。このため、極めて低温で排気されるとガス排出管の出口バルブが凍結してしまうおそれもあるが、排気出口から排気されるガスの温度が若干上昇するので、出口バルブの凍結を防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかるＶＯＣ冷却回収装置によれば、ＶＯＣの回収動作を中断しなくともデフロストを実行できる。しかもデフロスト用のエアを導入しなくともデフロストを行うことができるので、低コストで小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２には、本発明のＶＯＣ冷却回収装置における動作原理を示すための説明図を示している。
図１に示すように、ＶＯＣ冷却回収装置３０は、二元冷凍機３２の高温側回路３３にプレクーラー６０を配置し、低温側回路３４に２台のメインクーラー６２ａ，６２ｂを配置している。プレクーラー６０ではＶＯＣガスを０℃程度に予備冷却している。予備冷却されたＶＯＣガスはメインクーラー６２ａ，６２ｂに導入される。
【００１６】
プレクーラー６０で予備冷却したＶＯＣガスは、直列に接続された２台のメインクーラーのうち、まず他方のメインクーラー６２ｂに導入し、メインクーラー６２ｂ内をデフロストする。
メインインクーラー６２ｂを出たＶＯＣガスは、一方のメインクーラー６２ａに導入され−５５〜−６５℃程度の極めて低温に冷却されてＶＯＣが液化凝縮されて回収される。ＶＯＣが分離された残りのガスは排気される。
【００１７】
図１に示す動作を所定時間実行すると、一方のメインクーラー６２ａ内に霜が付着するのでメインクーラー６２ａのデフロストを行う必要がある。
そこで、図２に示すように、プレクーラー６０から排出されたＶＯＣガスの導入先をメインクーラー６２ａに切り換えるとともに、メインクーラー６２ａの冷却動作を停止し、メインクーラー６２ｂの冷却を開始させる。すると、いままで冷却動作を行っていたメインクーラー６２ａが比較的温度の高いＶＯＣガスでデフロストされ、いままでデフロストされていて霜が付着していないメインクーラー６２ｂが冷却動作を実行する。
【００１８】
このようにメインクーラーを直列に接続して、プレクーラー側に存するメインクーラーは冷却動作をしないようにし、プレクーラー側に存しないメインクーラーを冷却するようにし、所定時間おきにメインクーラーの接続順を逆にすることによって、交互にデフロストとＶＯＣの回収を実行できる。このため、二元冷凍機を連続運転しつつ、且つデフロスト用エアを導入しなくともデフロスト可能となった。
【００１９】
（第１の実施形態）
図３に、本発明のＶＯＣ冷却回収装置の具体的な第１の実施形態の全体構成を示す。
本実施形態のＶＯＣ冷却回収装置３０は、二元冷凍機３２を用いており、ＶＯＣガスを二元冷凍機３２の高温側回路３３で予備冷却したのちにさらに低温側回路３４で冷却させる。
【００２０】
まず、二元冷凍機３２の構成について説明する。
二元冷凍機３２は、高温側回路３３と低温側回路３４とがカスケードコンデンサ３６によって熱的に接続されることにより構成されている。
高温側回路３３は、高温側圧縮機（コンプレッサー）３８と、高温側凝縮器４０と、高温側減圧弁４３と、カスケードコンデンサを構成する第1の高温側蒸発器４４とを備えており、これらの各機器は高温側冷媒が流通する冷媒流通管４５によって直列に接続されている。
【００２１】
高温側回路３３の高温側凝縮器４０の下流側には、冷媒ドライヤ５０が設けられており、冷媒中の水分の除去を図っている。
また、高温側減圧弁４３と第１の高温側蒸発器４４との間には、冷媒流通管４５を流通する冷媒の流量を調節する制御バルブ３７が設けられている。
【００２２】
また、高温側回路３３は、第1の高温側蒸発器４４と並列となるように第２の高温側蒸発器４６を設けている。第1の高温側蒸発器４４と第２の高温側蒸発器４６は、高温側圧縮機３８及び高温側凝縮器４０を共通に用いるようにしており、第２の高温側蒸発器４６は、冷媒流通管４５の高温側圧縮機３８に接続している部位と、冷媒流通管４５の高温側凝縮器４０に接続している部位との間で分岐する分岐管４９に設けられている。
分岐管４９には第２の高温側減圧弁４３が設けられている。分岐管４９の高温側減圧弁４３と第２の高温側蒸発器４６の間には、分岐管４９を流通する冷媒の流量を調節する制御バルブ３９が設けられている。
【００２３】
本実施形態における高温側凝縮器４０にはファン３５が設けられており、ファンによって導入された外気によって冷媒が冷却されて凝縮されるように設けられている。
このような構成を有する高温側回路３３では、高温における特性が優れた冷媒を使用している。
【００２４】
次に、低温側回路３４の構成について説明する。
低温側回路３４は、低温側圧縮機（コンプレッサー）５１と、カスケードコンデンサ３６を構成する低温側凝縮器５２と、低温側減圧弁５４と、２台の低温側蒸発器５６ａ，５６ｂとを備えており、これらの各機器は低温側冷媒が流通する冷媒流通管５５によって接続されている。また、２台の低温側蒸発器５６ａ，５６ｂのうち、低温側蒸発器５６ｂは冷媒流通管５５から分岐した分岐管６９に設けられており、２台の低温側蒸発器５６ａ，５６ｂは、低温側凝縮器５２に対して並列に接続されている。
【００２５】
また、低温側回路３４の低温側凝縮器５２の下流側には、冷媒ドライヤ５７が設けられており、冷媒中の水分の除去を図っている。
さらに、低温側圧縮機５１と低温側凝縮器５２の間には、オイルセパレータ５９が設けられている。オイルセパレータ５９は、低温側圧縮機５１から生じたオイルが他の機器へ流入しないように、オイルを分離して低温側圧縮機５１に戻すようにしている。
【００２６】
カスケードコンデンサ３６内には、カスケードコンデンサ３６内の温度を検出する温度センサ５３が設けられている。
温度センサ５３には、制御部５８が接続されている。制御部５８は、高温側圧縮機３８及び低温側圧縮機５１の動作を制御可能に設けられており、検出したカスケードコンデンサ３６内の温度が、予め設定しておいた所定の温度になるように制御する。
【００２７】
低温側蒸発器５６ａに接続されている冷媒流通管５５には冷媒流通管５５を流通する冷媒の流量を調整する制御バルブ５４ａが設けられており、低温側蒸発器５６ｂに接続されている分岐管６９には分岐管６９を流通する冷媒の流量を調整する制御バルブ５４ｂが設けられている。
これら制御バルブ５４ａ，５４ｂの開閉を切り換えることによって、蒸発器５６ａ，または蒸発器５６ｂのいずれを動作状態とするかを切り換え可能である。
【００２８】
続いてＶＯＣガスの流通経路について説明する。
まず、高温側回路３３の第1の高温側蒸発器４６は、密閉容器内に配置され、ＶＯＣガスを予備冷却するプレクーラー６０を構成する。
本発明におけるプレクーラー６０の温度は０℃程度とする。この０℃程度の温度では、プレクーラー６０内ではＶＯＣガス中に含まれる水分を霜として付着させることはできない。
一方、低温側回路３４の低温側蒸発器５６ａ，５６ｂも、それぞれ密閉容器内に配置され、それぞれがＶＯＣを液化させるメインクーラー６２ａ，６２ｂを構成する。メインクーラー６２内の温度は、−５５〜−６５℃程度となるように制御される。
なお、メインクーラー６２ａ，６２ｂを構成する密閉容器としては円筒状であって、円筒の軸線方向に沿って一方側、他方側としている。
【００２９】
回収すべきＶＯＣは、ＶＯＣの発生源（図示せず）に接続されているガス導入管６４内を流通して、ＶＯＣ冷却回収装置３０内に導入されるように設けられる。ガス導入管６４には、ブロワ（図示せず）と制御バルブ６８が設けられており、ブロワ（図示せず）によってＶＯＣガスをガス導入管６４内に送り込むようにしている。ガス導入管６４に送り込まれたＶＯＣガスは、プレクーラー６０内に導入され、予備冷却される。
【００３０】
プレクーラー６０とメインクーラー６２との間には、ガス流通管６７が配設され、プレクーラー６０で予備冷却されたＶＯＣガスが、ガス流通管６７を通って２台のメインクーラー６２ａ，６２ｂ内へ導入される。
プレクーラー６０から出たガス流通管６７は、中途部で２本に分岐され、一方が第１のガス流通管６７ａ、他方が第２のガス流通管６７ｂとなる。本実施形態では、第１のガス流通管６７ａがメインクーラー６２ａの一方側に接続され、第２のガス流通管６７ｂがメインクーラー６２ｂの一方側に接続される。
【００３１】
第１のガス流通管６７ａには、第１のガス流通管６７ａを開閉する第１のメインクーラー接続バルブ９０ａが設けられており、第２のガス流通管６７ｂには、第２のガス流通管６７ｂを開閉する第２のメインクーラー接続バルブ９０ｂが設けられている。
第１のメインクーラー接続バルブ９０ａと第２のメインクーラー接続バルブ９０ｂについては、どちらか一方が開いているときは他方が閉じられており、２台のメインクーラー６２ａ，６２ｂに同時にＶＯＣガスが導入されることがないように制御される。
【００３２】
メインクーラー６２ａの他端側と、メインクーラー６２ｂの他端側との間は、ＶＯＣガスをメインクーラー６２ａ，６２ｂ間で流通させるメインクーラー接続管９４が配置されている。
【００３３】
なお、メインクーラー６２ａの第１のガス流通管６７ａには、メインクーラー６２ａの他方側からＶＯＣガスが導入されたのち、メインクーラー６２ａでＶＯＣが冷却回収された残りのガスを排気するための第１のガス排出管７１ａが分岐されて設けられている。第１のガス排出管７１ａは、第１のガス流通管６７ａの第１のメインクーラー接続バルブ９０ａとメインクーラー６２ａの間に設けられている。
また、同様にメインクーラー６２ｂの第２のガス流通管６７ｂには、メインクーラー６２ｂの他方側からＶＯＣガスが導入されたのち、メインクーラー６２ｂでＶＯＣが冷却回収された残りのガスを排気するための第２のガス排出管７１ｂが分岐されて設けられている。第２のガス排出管７１ｂは、第２のガス流通管６７ｂの第２のメインクーラー接続バルブ９０ｂとメインクーラー６２ｂの間に設けられている。
【００３４】
各ガス排出管７１ａ，７１ｂの端部には、排気出口１１０ａ，１１０ｂが設けられている。さらに、各ガス排出管７１ａ，７１ｂには、各排気出口１１０ａ，１１０ｂを開閉するための出口バルブ７０ａ，７０ｂが設けられている。
【００３５】
ガス流通管６７、第１のガス流通管６７ａ、第２のガス流通管６７ｂ、メインクーラー接続管９４、第１のガス排出管７１ａおよび第２のガス排出管７１ｂの周囲には、周囲の温度を遮断して、流通するＶＯＣガスの低温状態を維持できるように、断熱部材９１が設けられている。
【００３６】
また、ガス排出管７１ａ，７１ｂから排出されるガスは、メインクーラー６２ａ，６２ｂで極低温に冷却されたものであるため、出口バルブ７０ａ，７０ｂの凍結を招くおそれがある。そこで、出口バルブ７０ａ，７０ｂの凍結を防止するための凍結防止手段を設けるとよい。
本実施形態における凍結防止手段の一例としては、第１のガス流通管６７ａと第２のガス流通管６７ｂとの間で熱交換を行う熱交換器９６が該当する。
【００３７】
熱交換器９６は、断熱構造の本体９７内に、第１のガス流通管６７ａと第２のガス流通管６７ｂとが近接して配置されるように設けられている。また、断熱部材９１は、第１のガス流通管６７ａと第２のガス流通管６７ｂで熱交換が可能となるように、熱交換器９６内には配置されない。
【００３８】
プレクーラー６０及び２台のメインクーラー６２ａ，６２ｂのそれぞれの下部には、ドレンポート７２，７４ａ，７４ｂが設けられている。
ドレンポート７２は、ドレン制御バルブ８１が設けられたドレン回収管７６に接続されており、ドレン回収管７６は回収槽に７８に接続されている。また、ドレンポート７４ａ，７４ｂは、ドレン制御バルブ８３ａ，８３ｂが設けられたドレン回収管７７ａ，７７ｂに接続されており、ドレン回収管７７ａ，７７ｂは回収槽７８に接続されている。
【００３９】
このように、プレクーラー６０、メインクーラー６２ａまたはメインクーラー６２ｂでＶＯＣが凝縮して液化すると、液化したＶＯＣがドレン回収管７６、ドレン回収管７７ａ，７７ｂを経由して回収槽７８に貯留される。回収槽７８には、回収槽７８内の空気を排気する排気管７９が設けられており、排気管７９には排気フィルター８０が取り付けられている。排気フィルター８０は、ＶＯＣを分解する触媒等が用いられている。
【００４０】
以下、本実施形態におけるＶＯＣ冷却回収装置３０の動作について説明する。
まず、ＶＯＣ冷却回収装置３０の動作前は、ガス導入管６４の制御バルブ６８は閉塞させておき、ＶＯＣガスがガス導入管６４には流入しないようにしておく。
それから、ＶＯＣ冷却回収装置３０の動作前は、制御バルブ３７も閉塞させておき、最初はプレクーラー６０が運転しないように設けておく。
【００４１】
また、低温側回路３４の冷媒流通管５５ａ、分岐管５５ｂのいずれか一方の制御バルブを開き、他方を閉じておく。このため低温側回路３４では、いずれか一方のメインクーラーのみが動作する。なお、以下では最初にメインクーラー６２ａが動作するように制御される。
さらに、ＶＯＣガスの導入を、最初に動作する一方のメインクーラー６２ａには流さないように、つまり動作していないメインクーラー６２ｂに最初にＶＯＣガスを導入するように第１のガス流通管６７ａを閉塞すべく第１のメインクーラー接続バルブ９０ａを閉じ、第２のガス流通管６７ｂを開くべく第２のメインクーラー接続バルブ９０ｂを開く。
なお、第１のガス排出管７１ａの出口バルブ７０ａは開け、第２のガス排出管７１ｂの出口バルブ７０ｂは閉じておく。
【００４２】
最初に、高温側圧縮機３８の電源を投入する。
高温側圧縮機３８が動作すると、高温側回路３３の冷媒が圧縮されて高温側凝縮器４０に送り込まれ、高温側凝縮器４０で圧力一定で冷媒が冷却されるとともに液化される。液化された冷媒は、高温側減圧弁４３で膨張させられて沸点を下げ、カスケードコンデンサ３６内の第1の高温側蒸発器４４において、低温側回路３４の低温側凝縮器５２の熱を奪って蒸発する。
【００４３】
次いで、高温側圧縮機３８の電源を投入してから所定時間経過後に、低温側回路３４において低温側圧縮機５１の電源を投入する。
すると、低温側回路３４の冷媒が圧縮されて低温側凝縮器５２に送り込まれ、高温側蒸発器４４との間で熱交換されて圧力一定で冷媒が冷却されるとともに液化される。
液化された冷媒は、低温側減圧弁５４で膨張させられて沸点を下げる。低温側蒸発器５６においては、冷媒がメインクーラー６２ａ内の熱を奪って蒸発する。そして、蒸発して気化した冷媒は低温側圧縮機５１内に流入する。
【００４４】
カスケードコンデンサ３６内の温度が０℃になったことを制御部５８が検出した場合には、制御部５８は制御バルブ３７を開いてプレクーラー６０の分岐管４９に冷媒を流す。液化された冷媒は、分岐管４９の高温側減圧弁４３で膨張させられて沸点を下げ、第２の高温側蒸発器４６において、プレクーラー６０内の熱を奪って蒸発する。
【００４５】
これとともに制御部５８は、制御バルブ３９の開度を調整して、カスケードコンデンサ３６内の温度が一定になるよう、冷媒がプレクーラー６０側へ流れる量と、冷媒がカスケードコンデンサ３６へ流れる量を配分する。
【００４６】
次いで、制御バルブ６８を開き、且つ図示しないブロワの運転を開始することにより、ＶＯＣガスはガス導入管６４を経てプレクーラー６０内に流入する。
プレクーラー６０内にＶＯＣガスが流入すると、プレクーラー６０内の第２の高温側蒸発器４６では、高温側減圧弁４３によって膨張させられて沸点を下げた冷媒が、ガス導入管６４から導入されたＶＯＣガスの熱を奪って蒸発する。
このとき、プレクーラー６０内の温度は０℃程度であり、プレクーラー６０内では霜が付着しない。
【００４７】
プレクーラー６０で予備冷却されたＶＯＣガスは、第２のガス流通管６７ｂを通ってメインクーラー６２ｂへ導入される。
メインクーラー６２ｂでは、蒸発器５６ｂに冷媒が流れておらず冷却はされない。ＶＯＣガスはそのままメインクーラー６２ｂを通過し、メインクーラー接続管９４内に流入する。
メインクーラー接続管９４内を流通したＶＯＣガスは、蒸発器５６ａに冷媒が流れて冷却が実行されているメインクーラー６２ａ内に流入する。
【００４８】
メインクーラー６２ａ内にＶＯＣガスが流入すると、メインクーラー６２ａ内の低温側蒸発器５６ａでは、低温側減圧弁５４によって膨張させられて沸点を下げた冷媒が、導入されたＶＯＣガスの熱を奪って蒸発する。
なお、このとき、メインクーラー６２内の温度は、−５５〜−６５℃程度である。
【００４９】
このようにして、ＶＯＣガスはプレクーラー６０とメインクーラー６２ａ内で冷却され、凝縮して液化される。液化したＶＯＣは、プレクーラー６０内部及びメインクーラー６２ａ内部の下部に溜まる。プレクーラー６０とメインクーラー６２ａの下部にはドレンポート７２，７４ａが設けられているので、液化したＶＯＣはドレンポート７２，７４ａからドレン回収管７６、７７ａを通って回収槽７８内に流れ出て、回収される。
【００５０】
また、ＶＯＣが除去された残りのガスは、第１のガス排出管７１ａを通って排気出口１１０から排気される。
このとき、排出されるガスの温度は、熱交換器９６内の第２のガス流通管６７ｂ内を流通するＶＯＣガスによって上昇させられる。これにより、出口バルブ７０ａの凍結防止を図ることができる。
【００５１】
なお、ＶＯＣ冷却回収動作を連続して実行していると、メインクーラー６２ａ内に付着した霜を除去するデフロストを行う必要が生じる。冷却効率を上げるには、およそ８時間おきにデフロストを行う必要がある。
デフロストの際には、いままで冷却に使用してきたメインクーラー６２ａ内にプレクーラー６０から排出されたＶＯＣガスを導入してデフロストを行い、メインクーラー６２ｂ内を冷却してメインクーラー６２ｂでＶＯＣの回収を行う。
【００５２】
すなわち、デフロスト時には第1のメインクーラー接続バルブ９０ａを開き、第２のメインクーラー接続バルブ９０ｂを閉じ、出口バルブ７０ａを閉じ、出口バルブ７０ｂを開くようにする。
また、低温側回路３４の制御バルブ５４ａを閉じ、制御バルブ５４ｂを開くことにより、メインクーラー６２ａの冷却を停止し、メインクーラー６２ｂを冷却させる。
このため、プレクーラー６０から排出されたＶＯＣガスは第1のガス流通管６７ａを通ってメインクーラー６２ａ内に導入され、約０℃のＶＯＣガスによってデフロストされる。メインクーラー６２ａを通過したＶＯＣガスは、メインクーラー接続管９４を通ってメインクーラー６２ｂ内に導入され、ＶＯＣの液化回収が行われる。
ＶＯＣが分離された残りのガスは第２のガス排出管７１ｂを通って排気出口１１０ｂから排出される。
このようにしてデフロストを実行すると、メインクーラー６２ａ内の霜が溶けて水分が液化するが、この液化した水分がドレン回収管７６ａを通って回収槽７８内に回収される。
【００５３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図４に基づいて説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する場合もある。
第２の実施形態は、第１の実施形態とは異なる出口バルブの凍結防止手段を設けたものである。
【００５４】
すなわち、出口バルブの凍結防止手段としては、２台のメインクーラー６２ａ，６２ｂからの各ガス排出管７１ａ，７１ｂと、ＶＯＣガスをプレクーラー６０へ導入するガス導入管６４とを内部に配置させて、ガス排出管７１ａ，７１ｂ内を流通するガスと、ガス導入管６４内を流通するＶＯＣガスとの間で熱交換させる熱交換器１００が設けられている。
【００５５】
熱交換器１００は、断熱構造の本体１０１内に、２本のガス排出管７１ａ，７１ｂとガス導入管６４とが近接して配置されるように設けられている。また、各ガス排出管７１ａ，７１ｂに設けられていた断熱部材９１は、各ガス排出管７１ａ，７１ｂとガス導入管６４との間で熱交換が可能となるように、熱交換器１００内には配置されない。
【００５６】
メインクーラー６２ａ，６２ｂ内ではＶＯＣガスは−５５〜−６５℃に冷却されるが、ガス導入管６４内を流通するＶＯＣガスは５０℃程度の温度である。このため、排出すべきガスはバルブが凍結しない程度にまで温度上昇させることができる。一方、導入されるＶＯＣガスはプレクーラー６０へ導入される前段階で温度が低下するので、冷却効率を上げることができる。
【００５７】
なお、図４では、ガス排出管７１ａ，７１ｂとガス導入管６４を内蔵する熱交換器１００に加え、第１の実施形態で示したようなガス流通管７６ａ，７６ｂを内蔵する熱交換器９６を設けたところを示した。
しかし、凍結防止手段としては、第１の実施形態で示したようなガス流通管７６ａ，７６ｂを内蔵する熱交換器９６を設けずに、ガス排出管７１ａ，７１ｂとガス導入管６４を内蔵する熱交換器１００のみを設ける構成としてもよい。
【００５８】
なお、上述してきたような各制御バルブの切り換え動作は、人手により行ってもよいし、制御部５８が各制御バルブに制御信号を出力して自動的に制御するようにしてもよい。
【００５９】
以上本発明につき好適な実施形態を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明のＶＯＣ冷却回収装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１の概略構成においてメインクーラーの接続を切り換えたところを示す説明図である。
【図３】本発明のＶＯＣ冷却回収装置の第１の実施形態の全体構成を示す説明図である。
【図４】本発明のＶＯＣ冷却回収装置の第２の実施形態の全体構成を示す説明図である。
【図５】従来のガス回収装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
３０ 冷却回収装置
３２ 二元冷凍機
３３ 高温側回路
３４ 低温側回路
３５ ファン
３６ カスケードコンデンサ
３７ 制御バルブ
３８ 高温側圧縮機
３９ 制御バルブ
４０ 高温側凝縮器
４３ 高温側減圧弁
４４ 第１の高温側蒸発器
４５ 冷媒流通管
４６ 第２の高温側蒸発器
４９ 分岐管
５０ 冷媒ドライヤ
５１ 低温側圧縮機
５２ 低温側凝縮器
５３ 温度センサ
５４ 制御バルブ
５４ 低温側減圧弁
５５ 冷媒流通管
５６ 低温側蒸発器
５７ 冷媒ドライヤ
５８ 制御部
５９ オイルセパレータ
６０ プレクーラー
６２ メインクーラー
６４ ガス導入管
６７ ガス流通管
６８ 制御バルブ
６９ 分岐管
７０ 出口バルブ
７１ ガス排出管
７２，７４ ドレンポート
７６，７７ ドレン回収管
７８ 回収槽
７９ 排気管
８０ 排気フィルター
８１，８３ ドレン制御バルブ
９０ メインクーラー接続バルブ
９１ 断熱部材
９４ メインクーラー接続管
９６ 熱交換器
９７ 熱交換器本体
１００ 熱交換器
１０１ 熱交換器本体
１１０ 排気出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体となっているＶＯＣを含むＶＯＣガスから、ＶＯＣを液化させて回収するＶＯＣ冷却回収装置であって、
二元冷凍機の高温側回路の蒸発器を第1の密閉容器内に配置してなり、第１の密閉容器内に導入されたＶＯＣガスを予備冷却するプレクーラーが設けられ、
二元冷凍機の低温側回路には、互いに切り換えて動作可能となるように２台の蒸発器が並列に設けられ、各蒸発器を第２の密閉容器及び第３の密閉容器内にそれぞれ配置してなり、プレクーラーから排出されたＶＯＣガスを導入する２台のメインクーラーが設けられ、
２台のメインクーラーは、プレクーラーから排出されたＶＯＣガスが両メインクーラーに連続して導入されるように、ＶＯＣガスを流通させるメインクーラー接続管によって直列に接続されて設けられ、
両メインクーラーのうちプレクーラー側に配置される一方のメインクーラー内の蒸発器には冷媒が流れないようにして、プレクーラーから導入されるＶＯＣガスによってデフロストするように設けられ、
他方のメインクーラー内の蒸発器は冷媒を流して、一方のメインクーラーから排出されたＶＯＣガスを冷却するように設けられ、
プレクーラーから導入されるＶＯＣガスを２台のメインクーラーのうちいずれに最初に導入するかを切り換え可能に設けられていることを特徴とするＶＯＣ冷却回収装置。
【請求項２】
前記プレクーラーと前記２台のメインクーラーとの間は、プレクーラーに接続された箇所よりもメインクーラー側で第1のガス流通管と第２のガス流通管の２本に分岐されてなるガス流通管が設けられ、
第１のガス流通管が２台のうちのいずれか一方のメインクーラーの一端側に接続され、
第２のガス流通管が２台のうちのいずれか他方のメインクーラーの一端側に接続され、
第１のガス流通管には、第１のガス流通管を開閉する第１のメインクーラー接続バルブが設けられ、
第２のガス流通管には、第２のガス流通管を開閉する第２のメインクーラー接続バルブが設けられ、
第１のガス流通管には、第１のメインクーラー接続バルブと一方のメインクーラーとの間で分岐してなる第１のガス排出管が設けられ、
第２のガス流通管には、第２のメインクーラー接続バルブと他方のメインクーラーとの間で分岐してなる第２のガス排出管が設けられ、
第1のガス排出管を開閉する第１の出口バルブが設けられ、
第２のガス排出管を開閉する第２の出口バルブが設けられていることを特徴とする請求項１記載のＶＯＣ冷却回収装置。
【請求項３】
前記第1のガス流通管と、前記第２のガス流通管とを近接して配置させ、前記第1のガス流通管と前記第２のガス流通管との間で熱交換させる熱交換器が設けられていることを特徴とする請求項２記載のＶＯＣ冷却回収装置。
【請求項１】
気体となっているＶＯＣを含むＶＯＣガスから、ＶＯＣを液化させて回収するＶＯＣ冷却回収装置であって、
二元冷凍機の高温側回路の蒸発器を第1の密閉容器内に配置してなり、第１の密閉容器内に導入されたＶＯＣガスを予備冷却するプレクーラーが設けられ、
二元冷凍機の低温側回路には、互いに切り換えて動作可能となるように２台の蒸発器が並列に設けられ、各蒸発器を第２の密閉容器及び第３の密閉容器内にそれぞれ配置してなり、プレクーラーから排出されたＶＯＣガスを導入する２台のメインクーラーが設けられ、
２台のメインクーラーは、プレクーラーから排出されたＶＯＣガスが両メインクーラーに連続して導入されるように、ＶＯＣガスを流通させるメインクーラー接続管によって直列に接続されて設けられ、
両メインクーラーのうちプレクーラー側に配置される一方のメインクーラー内の蒸発器には冷媒が流れないようにして、プレクーラーから導入されるＶＯＣガスによってデフロストするように設けられ、
他方のメインクーラー内の蒸発器は冷媒を流して、一方のメインクーラーから排出されたＶＯＣガスを冷却するように設けられ、
プレクーラーから導入されるＶＯＣガスを２台のメインクーラーのうちいずれに最初に導入するかを切り換え可能に設けられていることを特徴とするＶＯＣ冷却回収装置。
【請求項２】
前記プレクーラーと前記２台のメインクーラーとの間は、プレクーラーに接続された箇所よりもメインクーラー側で第1のガス流通管と第２のガス流通管の２本に分岐されてなるガス流通管が設けられ、
第１のガス流通管が２台のうちのいずれか一方のメインクーラーの一端側に接続され、
第２のガス流通管が２台のうちのいずれか他方のメインクーラーの一端側に接続され、
第１のガス流通管には、第１のガス流通管を開閉する第１のメインクーラー接続バルブが設けられ、
第２のガス流通管には、第２のガス流通管を開閉する第２のメインクーラー接続バルブが設けられ、
第１のガス流通管には、第１のメインクーラー接続バルブと一方のメインクーラーとの間で分岐してなる第１のガス排出管が設けられ、
第２のガス流通管には、第２のメインクーラー接続バルブと他方のメインクーラーとの間で分岐してなる第２のガス排出管が設けられ、
第1のガス排出管を開閉する第１の出口バルブが設けられ、
第２のガス排出管を開閉する第２の出口バルブが設けられていることを特徴とする請求項１記載のＶＯＣ冷却回収装置。
【請求項３】
前記第1のガス流通管と、前記第２のガス流通管とを近接して配置させ、前記第1のガス流通管と前記第２のガス流通管との間で熱交換させる熱交換器が設けられていることを特徴とする請求項２記載のＶＯＣ冷却回収装置。
【図３】
【図４】
【図５】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図１】
【図２】
【公開番号】特開２００８−２７９３８０（Ｐ２００８−２７９３８０Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２６５１２（Ｐ２００７−１２６５１２）
【出願日】平成１９年５月１１日（２００７．５．１１）
【出願人】（０００１０３９２１）オリオン機械株式会社 (450)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１１日（２００７．５．１１）
【出願人】（０００１０３９２１）オリオン機械株式会社 (450)
【Ｆターム（参考）】
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