説明

VOC除害装置

【課題】VOCの除去効率を極大化することが出来るVOC除害装置を提供する。
【解決手段】VOC除害装置10を、処理対象ガス通流路28を有するVOC除害炉12と、一対の蓄熱材32と、一対の蓄熱材32の間に配設されたヒータ34と、一対の処理対象ガス導入管14と、一対の処理対象ガス排出管16と、一対のVOC吸着材18と、一対の空気導入管20と、いずれか一方の処理対象ガス導入管14が閉じられた状態を交互に繰り返す一対の処理対象ガス導入管用バルブ22と、処理対象ガス導入管用バルブ22とは逆の開閉状態を繰り返す一対の処理対象ガス排出管用バルブ24と、処理対象ガス排出管用バルブ24とは逆の開閉状態を繰り返す一対の空気導入管用バルブ26とで構成することにより、上記課題を解決できる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、処理対象ガスに含まれているホルムアルデヒド、トルエン、フロン類、ベンゼン、クロロメタンおよびシクロヘキサン等の揮発性有機化合物(VOC)を除去する装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ホルムアルデヒド、トルエン、フロン類、ベンゼン、ジクロロメタンおよびシクロヘキサンなどの揮発性有機化合物(=Volatile Organic Compounds、以下、「VOC」という。)は、洗浄剤や溶剤、あるいは燃料として幅広く利用されている一方で、例えばシックハウス症候群などの健康障害を引き起こす原因となることから、空気中のVOCを除去するためのVOC除去装置が開発されている(例えば、特許文献1)。
【0003】
特許文献1のロータリー式VOC除去装置1は、図6に示すように、ケーシング2と、仕切板3と、処理対象ガス通流路4と、再生ガス通流路5と、処理対象ガスFに含まれたVOCを吸着する円柱状のVOC吸着ロータ7とで構成されている。
【0004】
ケーシング2は、VOC吸着ロータ7が回転可能に嵌め込まれ、処理対象ガス通流路4と、再生ガス通流路5の一部を構成する内部空間9を有しており、該内部空間9にVOC吸着ロータ7が嵌め込まれたとき、VOC吸着ロータ7の両側端とケーシング2の内壁との間に小空間9a、9bが形成される。
【0005】
仕切板3は、小空間9a、9bにそれぞれ配置され、小空間9a、9bを周方向に仕切る板材である。仕切板3により、小空間9aは個別空間9a1および9a2に仕切られ、また、小空間9bも個別空間9b1および9b2に仕切られている。個別空間9a1、9b1および個別空間9a1、9b1を臨むVOC吸着ロータ7における通流孔8の内部空間で、処理対象ガスFを通流させる処理対象ガス通流路4が構成され、また、個別空間9a2、9b2および個別空間9a2、9b2を臨むVOC吸着ロータ7における通流孔8の内部空間で、水蒸気が添加された再生ガスHを通流させる再生ガス通流路5が構成されている。
【0006】
VOC吸着ロータ7は、ケーシング2の内部空間9において、その中心軸6を中心として回転可能に収容されており、また、中心軸6の軸線方向に多数の通流孔8が形成されている。これにより、VOC吸着ロータ7が回転すると、VOC吸着ロータ7の各通流孔8は、処理対象ガス通流路4に位置する状態と再生ガス通流路5に位置する状態とを繰り返すことになり、ある通流孔8が処理対象ガス通流路4に位置しているとき、当該通流孔8には処理対象ガスFが通流し、VOC吸着ロータ7が回転して当該通流孔8が再生ガス通流路5に移動したとき、当該通流孔8には再生ガスHが通流する。
【0007】
このVOC除去装置1によれば、処理対象ガスFがVOC吸着ロータ7の通流孔8を通流する際、処理対象ガスFに含まれたVOCが通流孔8の壁面で吸着・捕集されるので、通流孔8から出てくる処理対象ガスF’中のVOC濃度を低減することができる。
【0008】
続いて、VOCが吸着された通流孔8が再生ガス通流路5に移動すると、今度は、水蒸気を含む再生ガスHが当該通流孔8を通流し、通流孔8の壁面に吸着されたVOCは再生ガスHからの熱によって再び分離され、再生ガスH’とともに通流孔8から排出される。
【0009】
このようにVOCを吸着した通流孔8のVOC吸着能力は、再生ガスHが通流することによって再生される。そして、VOC吸着能力が再生された通流孔8は、VOC吸着ロータ7が回転することによって再び処理対象ガス通流路4に移動し、処理対象ガスF中のVOCの吸着除去を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開2006−239116号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、特許文献1に記載されているようなロータリー式VOC除去装置1では、VOCの除去効率をいくら改善したとしても95%程度が限界であり、以前に比べて更に高い環境基準(ほぼ100%の除去効率)を要求する最近の顧客要望には応えることができなかった。
【0012】
何故ならば、ロータリー式VOC除去装置1の場合、VOC吸着ロータ7は常時回転しているので、機械的見地から処理対象ガスFや再生ガスHとの接触時間に関係してVOCの脱着に直接影響を与えるVOC吸着ロータ7の幅には自ずと制限があること、処理対象ガス通流路4と再生ガス通流路5との間を仕切る仕切板3a、3bの端面を、円柱状のVOC吸着ロータ7の前後の摺接面に対して気密的に接触させることができず、当該仕切板3a、3bの端面と、VOC吸着ロータ7の前後の摺接面との隙間XからVOCを含む処理対象ガスFがリーク(図中Z)してしまうこと(特に、個別空間9b側において、僅かであるがVOCを含む再生ガスHが処理済の低VOC処理対象ガスF’に混入すること、)、および個別空間9a、9bの仕切板3a、3bの位置をVOC吸着ロータ7の回転速度に合わせてねじれた位置に配置したとしても特に仕切板3a側の境界近傍で、VOCを多量に含む再生ガスHの極く一部が処理済の低VOC処理対象ガスF’側の領域に移行してしまい、処理済の処理対象ガスF’のVOC濃度を上げる原因となるからである。
【0013】
なお、前記リークに対して、仕切板3a、3bの端面に、可撓性のあるエラストマー(ゴム弾性体)を取り付けるとともに、当該エラストマーをVOC吸着ロータ7の摺接面に接するように配置し、上述した隙間を埋めることによってリークZを低減することも考えられるが、この場合、リークZの問題にはある程度対応できるようになるものの、再生ガスHによるVOC吸着効率を高めるために再生ガスHの温度を高める必要があることから、エラストマーの耐熱性が問題となり現実的でない。
【0014】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて開発されたものである。それ故に本発明の主たる課題は、VOCの除去効率を極大化してほぼ100%の除去率を達成することが出来るVOC除害装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0015】
請求項1に記載した発明は、
「VOCを含む処理対象ガスFが通流する処理対象ガス通流路28を内部に有するVOC除害炉12と、
前記処理対象ガス通流路28において前記処理対象ガスFの通流方向に互いに離間して配設された一対の蓄熱材32と、
前記処理対象ガス通流路28における、前記一対の蓄熱材32の間に配設されたヒータ34と、
前記VOC除害炉12における、前記処理対象ガス通流路28の両端部42、44を臨む位置にそれぞれ設けられた一対の処理対象ガス導入孔36および一対の処理対象ガス排出孔38と、
前記両処理対象ガス導入孔36にそれぞれ接続された一対の処理対象ガス導入管14と、
前記両処理対象ガス排出孔38にそれぞれ接続された一対の処理対象ガス排出管16と、
前記両処理対象ガス排出管16にそれぞれ取り付けられた一対のVOC吸着材18と、
前記両処理対象ガス排出管16の前記VOC吸着材18よりも下流側にそれぞれ接続された一対の空気導入管20と、
前記両処理対象ガス導入管14にそれぞれ取り付けられ、いずれか一方の前記処理対象ガス導入管14が閉じられた状態を交互に繰り返す一対の処理対象ガス導入管用バルブ22と、
前記両処理対象ガス排出管16における、前記空気導入管20よりも下流側にそれぞれ取り付けられ、前記処理対象ガス通流路28の同じ端部42、44側に取り付けられた前記処理対象ガス導入管用バルブ22とは逆の開閉状態を繰り返す一対の処理対象ガス排出管用バルブ24と、
前記両空気導入管20にそれぞれ取り付けられ、同じ前記処理対象ガス排出管16に取り付けられた前記処理対象ガス排出管用バルブ24とは逆の開閉状態を繰り返す一対の空気導入管用バルブ26とを備えていることを特徴とするVOC除害装置10」である。
【0016】
なお、本明細書では煩雑さを避けるため、特に区別して説明する必要のある場合はアルファベットの枝番を付すが、原則的には同じ機能のものには同一番号を付して説明する。図面はアルファベットの枝番を付して表示する。
【0017】
本発明に係るVOC除害装置10によれば、図1に示すように、図中右側の処理対象ガス導入管用バルブ22a、左側の処理対象ガス排出管用バルブ24b、および右側の空気導入管用バルブ26aが開けられ、残りのバルブが全て閉じられた状態において、一方の空気導入管20aを通って空気AがVOC吸着材18aを通過して(除害処理中ではVOC吸着材18aから離脱させたVOCを伴って)VOC除害炉12における処理対象ガス通流路28の一端部42(図中右下部)に導入されると共に、処理対象ガス導入管用バルブ22aが開いている一方の処理対象ガス導入管14aを通って処理対象ガスFがVOC除害炉12の処理対象ガス通流路28に導入される。処理対象ガス通流路28に導入された処理対象ガスFおよび空気Aが一方(図中右側)の蓄熱材32aを通過する際に撹拌されて十分に混合した後、他方(図中左側)の蓄熱材32bに到達するまでの間に、ヒータ34からの熱(除害処理中では高濃度VOCの自燃による熱)を受けた処理対象ガスF中のVOCは、空気中の酸素でほぼ完全に燃焼して無害・無臭化される。
【0018】
VOCが燃焼することによって高温となった処理対象ガスFは、他方(図中左側)の蓄熱材32bを通過する際に当該蓄熱材32bを加熱すると同時に自身は冷却され、然る後、処理対象ガス通流路28の他端部44(図中左下部)から処理対象ガス排出孔38bを介して他方の処理対象ガス排出管16b内に入り、VOC吸着材18bをそのまま通過して外部に放出される。このような状態を所定の時間維持した後、すべてのバルブの開閉状態を、図2に示すように、逆に切り換える。
【0019】
このバルブの開閉状態が切り替わるタイミングにおいて、処理対象ガス通流路28の一端部42からヒータ34近傍のVOC燃焼ゾーン40までの間にはVOCを含む未処理の処理対象ガスFRが存在しているが、各バルブの開閉状態が切り替わった直後からは、処理対象ガス通流路28内の処理対象ガスFの通流方向が逆転することから、VOC燃焼ゾーン40に到達しなかった処理対象ガスFR(=VOCを含む処理対象ガスFR)は再び処理対象ガス通流路28の一端部42に流されて処理対象ガス排出管16aに入る。そして処理対象ガス排出管16aのVOC吸着材18aによって未燃焼の処理対象ガスFRから当該VOC吸着材18aでVOCを取り除くことができ、バルブ切り替えに伴う高濃度未処理の処理対象ガスFRの大気放出が阻止される。換言すれば、バルブ切り替え方式のバッチ式VOC除害装置10における問題点を解消することが出来るのである。この点はバルブが切り替わって逆転した場合も同じである。
【0020】
なお、VOC燃焼ゾーン40に達しなかった前述の処理対象ガスFRは高温になっておらず、バルブ切り替えによって流れが逆転した当該処理対象ガスFRを受けたVOC吸着材18もそれほど高温にはならないことから、VOCを確実に吸着することができる。然る後、VOC燃焼ゾーン40を通過して高温になった処理対象ガスF(蓄熱材32である程度冷却されている)が通流するようになると、昇温したVOC吸着材18の吸着能力は低下していくが、この段階では高効率で分解された処理対象ガスF中にVOCは殆んど残っていないことから、吸着能力の低下は問題にならない。
【0021】
この点を更に詳述すると、他方の空気導入管20bを通過した空気AがVOC除害炉12の処理対象ガス通流路28の他端部44(図中左下部)に導入されると共に、同他端部44に他方の処理対象ガス導入管14bを通って処理対象ガスFが導入される。処理対象ガス通流路28に導入された処理対象ガスFおよび空気Aは、処理対象ガス通流路28内を先程とは逆方向に通流し、直前まで高温の処理対象ガスFによって加熱されていた他方(図中左側)の蓄熱材32bによって加熱される。他方の蓄熱材32bに加熱された処理対象ガスFは、一方の蓄熱材32aに到達するまでの間に蓄熱材32bからの熱(および必要に応じてヒータ34からの熱)を受けることにより、当該処理対象ガスF中のVOCがVOC燃焼ゾーン40において空気A中の酸素でほぼ完全に燃焼して無害・無臭化される。
【0022】
VOCが燃焼することによって高温となった処理対象ガスFは、一方の蓄熱材32aを通過する際に当該蓄熱材32aを加熱すると同時にこれにより熱を奪われて冷却され、然る後、処理対象ガス通流路28の一端部42から処理対象ガス排出孔38aを介して一方の処理対象ガス排出管16a内に入り、VOC吸着材18aを通過して前述同様そのまま外部に放出される。
【0023】
このとき、処理対象ガスF(および空気A)は、他方の蓄熱材32bによって加熱されているので、ヒータ34から当該処理対象ガスFに与えるべき熱量をより少なくすることができ、処理対象ガスF中のVOC濃度が高く、蓄熱材32の温度をVOCの燃焼温度以上に高めることができる場合には、ヒータ34からの熱量が不要となり、外部からの熱供給がなくても連続してVOCの燃焼(自燃)を継続することができるようになる。
【0024】
また、VOCを含む処理対象ガスFRの量は処理対象ガス通流路28の端部42、44からヒータ34近傍のVOC燃焼ゾーン40までの空間容積に限られているので余裕を持つことが好ましいが、最小限として、各VOC吸着材18の容量は当該容積に応じた分でよい。
【0025】
さらに言えば、空気導入管20を通って処理対象ガス排出管16に導入される空気Aには、上述のようにVOC燃焼用の酸素源という役割だけでなく、VOC燃焼後の処理対象ガスFが通流することによって昇温したVOC吸着材18を冷却する役割も有している。
【0026】
所定の時間が経過して、各バルブの開閉状態が切り替わると、空気導入管20aから処理対象ガス排出管16aに導入された空気AがVOC吸着材18a内を逆流し、当該VOC吸着材18aを冷却することになる。このように冷却されたVOC吸着材18は再びVOC吸着能力を取り戻すので、次に各バルブの開閉状態が切り替わった時には、上述のように、処理対象ガスFからVOCを取り除くことができる。
【0027】
なお、上記の場合、「VOCを含む処理対象ガスFR」のVOCを吸着したVOC吸着材18の温度が高温の処理対象ガスFによって不所望に高められ、VOC吸着材18から分離したVOCが大気放出される処理ガス中に含まれるおそれがあるため、VOC吸着材18に至る処理対象ガス排出管16を長くしたり、当該処理対象ガス排出管16の冷却装置を設けたりする等、VOC吸着材18が高温にならないようにすることが好ましい。
【0028】
請求項2に記載した発明は、請求項1に記載のVOC除害装置10の改良に関し、
「前記両処理対象ガス排出管16にそれぞれ接続されており、前記両VOC吸着材18をバイパスする一対のバイパス管50と、
前記両バイパス管50にそれぞれ取り付けられた一対のバイパスバルブ52と、
前記両バイパス管50によるバイパス区間の前記両処理対象ガス排出管16にそれぞれ取り付けられた一対の処理対象ガス排出管閉止バルブ54とを更に備えており、
前記バイパスバルブ52および前記処理対象ガス排出管閉止バルブ54が閉じた状態で、前記処理対象ガス排出管用バルブ24が開状態になると同時に前記処理対象ガス排出管閉止バルブ54も開状態となり、所定量の前記処理対象ガス通流路28内の処理対象ガスFが前記VOC吸着材18を通過した後で前記処理対象ガス排出管閉止バルブ54が閉じられるとともに前記バイパスバルブ52が開状態となり、前記処理対象ガス排出管用バルブ24が閉まると同時に前記バイパスバルブ52も閉じられるようになっている」ことを特徴とする。
【0029】
請求項2のVOC除害装置10によれば(図4)、処理対象ガス排出管用バルブ24bが開状態になったとき、すなわち「バルブの開閉状態」が切り換わったときには、処理対象ガス排出管閉止バルブ54bおよび請求項1で示すように処理対象ガス導入管用バルブ22aが開状態となり、処理対象ガス通流路28の他端部44からヒータ34近傍のVOC燃焼ゾーン40までの間に存在する「VOCを含む処理対象ガスFR」がVOC吸着材18bに流入してVOCが吸着される。
【0030】
そして、所定時間(あるいは所定風量)の処理対象ガスFR(=VOCを含む処理対象ガスFR)が当該VOC吸着材18bを通過した後、処理対象ガス排出管閉止バルブ54bが閉じられるとともにバイパスバルブ52bが開状態となるので、VOC燃焼ゾーン40を通過してVOCが燃焼することにより高温になった処理対象ガスFはバイパス管50bを通り、VOC吸着材18bを通過することなく排出される。
【0031】
このため、「VOCを含む処理対象ガスFR」のVOCを吸着したVOC吸着材18の温度が高温の処理対象ガスFによって不所望に高められるのを回避できるので、VOC吸着材18が高温になることによって当該VOC吸着材18に吸着されたVOCが不所望に分離してしまい、処理対象ガスFとともに排出されるのを防止することができる。
【0032】
請求項3に記載した発明は、請求項1または2に記載のVOC除害装置10の改良に関し、
「前記両処理対象ガス排出管16において前記VOC吸着材18よりも下流側に接続され、高温空気を導入する一対の高温空気導入管60と、
前記両高温空気導入管60に取り付けられ、前記空気Aを高温に加熱する一対の空気加熱ヒータ62と、
前記高温空気導入管60に取り付けられた高温空気用バルブ64とを更に備えており、
同じ前記処理対象ガス排出管16に取り付けられた前記処理対象ガス排出管用バルブ24が開いているときにおいて前記空気導入管用バルブ26および前記高温空気用バルブ64は閉じられており、前記処理対象ガス排出管用バルブ24が閉じられると、前記高温空気用バルブ64が開き、その後、前記高温空気用バルブ64が閉じるとともに前記空気導入管用バルブ26が開くようになっている」ことを特徴とする。
【0033】
請求項3のVOC除害装置10によれば(図5)、処理対象ガス排出管用バルブ24aが閉状態になったとき、高温空気用バルブ64aが開くことにより、空気加熱ヒータ62aで加熱された高温空気HAが処理対象ガス排出管16aに入った後、VOC吸着材18aに導入される。VOC吸着材18aに高温空気HAが導入されることにより、VOC吸着材18aが高温になってVOCが分離され、高温空気HAとともにVOC吸着材18aからVOC除害炉12内(=処理対象ガス通流路28)に流入し、処理対象ガス導入管14aから導入された処理対象ガスF中のVOCとともにVOC燃焼ゾーンにて燃焼除害される。
【0034】
所定量(あるいは所定時間)の高温空気HAをVOC吸着材18aに通した後、高温空気用バルブ64aが閉じられるとともに空気導入管用バルブ26aが開き、常温の空気がVOC吸着材18aに流入する。これにより、直前まで高温空気HAによって加熱されたVOC吸着材18aが常温空気によって冷却され、再びVOCの吸着能力を取り戻す。
【0035】
然る後、処理対象ガス排出管用バルブ24aが再び開状態となり、処理対象ガス通流路28の「VOCを含む処理対象ガスFR」がVOC吸着材18aに流入してきたときには、吸着能力を取り戻したVOC吸着材18aによって当該VOCが処理対象ガスFRから分離される。もちろん、他方のVOC吸着材18bについても同様である。
【0036】
このように、請求項3のVOC除害装置10によれば、VOC吸着材18に吸着されたVOCを分離し、再びVOC除害炉12内に送り込んで燃焼させる「再生工程」を実施することができるので、VOC吸着材18における吸着能力の限度までVOCが蓄積されるのを回避して、長期間連続してVOCを含む処理対象ガスFを処理し続けることができるようになる。
【発明の効果】
【0037】
本発明によれば、ほとんどのVOCを燃焼除去できるともに、燃焼除去しきれない僅かなVOCもVOC吸着材で取り除くようにしているので、VOCの除去効率を極大化してほぼ100%の除去率を達成することができる。また、VOCの燃焼熱を利用することによってヒータが供給すべき熱量を少なく、あるいはゼロにして、省エネルギ化を促進可能なVOC除害装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本発明が適用されたVOC除害装置を示す図である。
【図2】本発明が適用されたVOC除害装置(各バルブの開閉切り換え後)を示す図である。
【図3】本発明が適用されたVOC除害装置の他の実施例を示す図である。
【図4】本発明が適用されたVOC除害装置の他の実施例を示す図である。
【図5】本発明が適用されたVOC除害装置の他の実施例を示す図である。
【図6】従来技術を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0039】
以下、本発明が適用されたVOC除害装置10について、図面を用いて説明する。VOC除害装置10は、図1に示すように、VOC除害炉12と、処理対象ガス導入管14と、処理対象ガス排出管16と、VOC吸着材18と、空気導入管20と、処理対処ガス導入管用バルブ22と、処理対象ガス排出管用バルブ24と、空気導入管用バルブ26とを備えている。
【0040】
VOC除害炉12は、その内部にVOCを含む処理対象ガスFが通流する処理対象ガス通流路28を内部に有する箱状体であり、必要に応じて、金属製のケーシングおよびその内面に配設された耐火材で形成されている。また、本実施例では、VOC除害炉12の内底面から内天面に向けて耐火材製の仕切壁30が立設されており、図中右下から図中左下にかけて「逆U字状」に延びる処理対象ガス通流路28が形成されている。なお、処理対象ガス通流路28の形状はこれに限られるものではなく、例えば、図3に示すように、図中右端から図中左端にかけて一直線状に延びるようなものであってもよい。
【0041】
また、VOC除害炉12には、一対の蓄熱材32と、ヒータ34とが配設されており、処理対象ガス通流路28の両端部(図中左右下端部)を臨む位置には、一対の処理対象ガス導入孔36および一対の処理対象ガス排出孔38がそれぞれ設けられている。
【0042】
一対の蓄熱材32は、上述のようにVOC除害炉12内に形成された処理対象ガス通流路28において、処理対象ガスFの通流方向において互いに離間して配設されており、後述するように、VOCが燃焼することによって高温になった処理対象ガスFからの熱を受けるとともに、VOC燃焼前の低温の処理対象ガスFを加熱する役割を有している。本実施例では、処理対象ガス通流路28が「逆U字状」に形成されていることから、仕切壁30を挟むようにして一対の蓄熱材32を配設することにより、「処理対象ガスFの通流方向において互いに離間して配設」するようになっているが、図3のような一直線状の処理対象ガス通流路28の場合には、一対の蓄熱材32は互いに物理的に離間して配置されることになる。なお、蓄熱材32の材質としては熱容量の大きい金属やセラミック等が考えられ、また、その形状としては、処理対象ガスFを通流させる多数の孔を有するハニカム構造が考えられるが、材質および形状についてはこれに限られるものではない。
【0043】
ヒータ34は、処理対象ガス通流路28における、一対の蓄熱材32の間(本実施例では、VOC除害炉12の内側頂部)に配設された電気ヒータであり、図示しない電源装置からの電力を用いて、一対の蓄熱材32間の空間(=VOC燃焼ゾーン40)をVOCの燃焼温度以上に加熱する役割を有している。なお、ヒータ34は電気ヒータに限られず、燃焼式バーナや大気圧プラズマを使用してもよい。
【0044】
なお、ヒータ34に加えて(あるいはヒータ34に替えて)、一対の蓄熱材32の間に燃焼用触媒を設けてもよい。燃焼用触媒を設けることにより、後述するように、いずれかの蓄熱材32で加熱された処理対象ガスF(およびVOC)を当該燃焼用触媒で着火できるので、ヒータ34を停止した後でも安定してVOCの燃焼を継続することができる。
【0045】
処理対象ガス導入管14は、VOC除害炉12に形成された一対の処理対象ガス導入孔36にそれぞれ接続された一対のパイプあるいはダクトであり、VOC除害炉12に接続されたのとは反対の端は、図示しない処理対象ガスFの発生源に接続されている。なお、処理対処ガス導入管14の材質は、その内部を通流する処理対象ガスFの種類や温度によって腐食等の損傷を受け難いものであれば、どのような材質を選択してもよい。このことは、他の管やバルブにおいても同様である。
【0046】
処理対象ガス排出管16は、VOC除害炉12に形成された一対の処理対象ガス排出孔38にそれぞれ接続された一対のパイプあるいはダクトであり、VOC除害炉12に接続されたのとは反対の端は、VOC除害後の処理対象ガスFの排出先(図示せず)に接続されている。
【0047】
VOC吸着材18は、一対の処理対象ガス排出管16にそれぞれ取り付けられた、処理対象ガスFからVOCを吸着除去する部材であり、ゼオライトや活性炭等を用いてハニカム構造に形成されて、ケーシング41内に収容されている。もちろん、VOC吸着材18の材質や形状はこれらに限られるものではない。
【0048】
空気導入管20は、一対の処理対象ガス排出管16において、VOC吸着材18よりも下流側にそれぞれ接続された一対のパイプあるいはダクトであり、処理対象ガス排出管16に接続されたのとは反対の端は、送風機等の空気供給源(図示せず)に接続されている。
【0049】
処理対処ガス導入管用バルブ22は、一対の処理対象ガス導入管14にそれぞれ取り付けられた一対のバルブであり、手動あるいは自動により、いずれか一方の処理対象ガス導入管14が閉じられた状態を交互に繰り返すようになっている。
【0050】
処理対象ガス排出管用バルブ24は、処理対象ガス排出管16における空気導入管20よりも下流側にそれぞれ取り付けられた一対のバルブであり、手動あるいは自動により、処理対象ガス通流路28の同じ端部側に取り付けられた処理対象ガス導入管用バルブ22(つまり、図1中、右側の処理対象ガス排出管用バルブ24aであれば、同じく右側の処理対象ガス導入管用バルブ22a)とは逆の開閉状態を繰り返すようになっている。
【0051】
空気導入管用バルブ26は、空気導入管20にそれぞれ取り付けられた一対のバルブであり、同じ処理対象ガス排出管16に取り付けられた処理対象ガス排出管用バルブ24(つまり、図1中、右側の空気導入管用バルブ26aであれば、同じく右側の処理対象ガス排出管用バルブ24a)とは逆の開閉状態を繰り返すようになっている。
【0052】
要するに、図1における右側の処理対象ガス導入管用バルブ22aが開状態のときには、右側の処理対象ガス排出管用バルブ24aは閉状態、右側の空気導入管用バルブ26aは開状態になり、左側の処理対象ガス導入管用バルブ22bおよび空気導入管用バルブ26bは閉状態、左側の処理対象ガス排出管用バルブ24bは開状態となる。右側の処理対象ガス導入管用バルブ22aが閉状態のときにはこれの逆になる。
【0053】
本実施例に係るVOC除害装置10を用いて処理対象ガスF中のVOCを除害する手順について説明すると、最初に、ヒータ34を起動して一対の蓄熱材32間の処理対象ガス通流路28をVOCの燃焼温度まで加熱し、VOC燃焼ゾーン40を形成する。
【0054】
然る後、図1における右側の処理対象ガス導入管用バルブ22aを開く(これにより、左側の処理対象ガス排出管用バルブ24b、および右側の空気導入管用バルブ26aが開けられ、残りのバルブが全て閉じられた状態になる。)ことにより、右側の空気導入管20aを通って空気AがVOC除害炉12における処理対象ガス通流路28の一端部42(図中右下部)に導入されるとともに、右側の処理対象ガス導入管14aを通って処理対象ガスFが処理対象ガス通流路28の一端部42に導入される。
【0055】
処理対象ガス通流路28に導入された処理対象ガスFおよび空気Aが右側の蓄熱材32aを通過する際に撹拌されて十分に混合した後、左側の蓄熱材32bに到達するまでの間に、ヒータ34からの熱を受けた処理対象ガスF中のVOCは、空気A中の酸素でほぼ完全に燃焼して無害・無臭化される。
【0056】
VOCが燃焼することによって高温となった処理対象ガスFは、左側の蓄熱材32bを通過する際にこの蓄熱材32bを加熱すると同時に自身は冷却され、然る後、処理対象ガス通流路28の他端部44(図中左下部)から処理対象ガス排出孔38bを介して他方の処理対象ガス排出管16b内に入り、VOC吸着材18bを通過して外部に放出される。
【0057】
このような状態を所定の時間維持した後、すべてのバルブの開閉状態を、図2に示すように、逆に切り換える。各バルブの開閉状態を切り換えるタイミングについては、高温の処理対象ガスFを受けるVOC吸着材18bの温度が高くなり、吸着したVOCを再び分離してしまうような温度に達するよりも前であることが好適である。さもないと、VOC吸着材18bから分離したVOCが処理対象ガスFとともに処理対象ガス排出管16bから排出されてしまうからである。
【0058】
すべてのバルブの開閉状態を切り換えることより、左側の空気導入管20bを通過した空気AがVOC除害炉12の処理対象ガス通流路28の他端部44に導入されるとともに、同他端部44に他方の処理対象ガス導入管14bを通って処理対象ガスFが導入される。
【0059】
処理対象ガス通流路28に導入された処理対象ガスFおよび空気Aは、処理対象ガス通流路28内を先程とは逆方向に通流し、VOCが燃焼した後の高温の処理対象ガスFによって加熱された左側の蓄熱材32bによって加熱される。左側の蓄熱材32bに加熱された処理対象ガスFは、右側の蓄熱材32aに到達するまでの間に蓄熱材32bからの熱(および必要に応じてヒータ34からの熱)を受けることにより、当該処理対象ガスF中のVOCが空気A中の酸素でほぼ完全に燃焼して無害・無臭化される。
【0060】
VOCが燃焼することによって高温となった処理対象ガスFは、右側の蓄熱材32aを通過する際に当該蓄熱材32aを加熱すると同時に冷却され、然る後、処理対象ガス通流路28の一端部42から処理対象ガス排出孔38aを介して右側の処理対象ガス排出管16a内に入り、VOC吸着材18aを通過して外部に放出される。
【0061】
このとき、処理対象ガスF(および空気A)は、左側の蓄熱材32bから加熱されているので、ヒータ34から当該処理対象ガスFに与える熱量をより少なくすることができ、処理対象ガスF中のVOC濃度が高く、蓄熱材32の温度をVOCの燃焼温度以上に高めることができる場合にはヒータ34からの熱量が不要となり、外部からの熱供給がなくても(つまり、ヒータ34を停止しても)連続してVOCの燃焼を継続することができるようになる。
【0062】
加えて、各バルブの開閉状態が切り替わるタイミングにおいて、処理対象ガス通流路28の一端部42からヒータ34近傍のVOC燃焼ゾーン40までの間にはVOCを含む処理対象ガスFRが存在しているが、各バルブの開閉状態が切り替わった直後からは、処理対象ガス通流路28内における処理対象ガスFの通流方向が逆転することから、VOC燃焼ゾーン40に到達しなかった処理対象ガスFRは再び処理対象ガス通流路28の一端部42に流されて処理対象ガス排出管16aに入る。
【0063】
ここで、本発明のVOC除害装置10は、処理対象ガス排出管16にVOC吸着材18が取り付けられているので、上述のように処理対象ガス排出管16aに入った処理対象ガスFRから当該VOC吸着材18aでVOCを取り除くことができ、処理対象ガス排出管16を通ってVOCが排出されるのを防止することができる。なお、「VOCを含む処理対象ガスFR」の量は処理対象ガス通流路28の端部42、44からヒータ34近傍のVOC燃焼ゾーン40までの空間容積に限られているので、各VOC吸着材18の容量は当該容積に応じた分でよい。
【0064】
さらに言えば、空気導入管20を通って処理対象ガス排出管16に導入される空気Aには、上述のようにVOC燃焼用の酸素源という役割だけでなく、VOC燃焼後の処理対象ガスFが通流することによって昇温したVOC吸着材18を冷却する役割も有している。
【0065】
すなわち、VOC燃焼ゾーン40に達しなかった処理対象ガスFRは高温になっておらず、当該処理対象ガスFRを受けたVOC吸着材18もそれほど高温にはならないことから、VOCを確実に吸着することができる。然る後、VOC燃焼ゾーン40を通過して高温になった処理対象ガスF(蓄熱材32である程度冷却されている)が通流するようになると、昇温したVOC吸着材18の吸着能力は低下していくが、この段階では処理対象ガスF中にVOCは残っていないことから、吸着能力の低下は問題にならない。
【0066】
所定の時間が経過して、各バルブの開閉状態が切り替わると、空気導入管20aから処理対象ガス排出管16aに導入された空気AがVOC吸着材18a内を逆流し、当該VOC吸着材18aを冷却することになる。このように冷却されたVOC吸着材18は再びVOC吸着能力を取り戻すので、次に各バルブの開閉状態が切り替わった時には、上述のように、処理対象ガスFRからVOCを取り除くことができる。
【0067】
本実施例のVOC除害装置10によれば、ほとんどのVOCを燃焼除去できるともに、燃焼除去しきれない僅かなVOCもVOC吸着材18で取り除くようにしているので、VOCの除去効率を極大化してほぼ100%の除去率を達成することができる。また、VOCの燃焼熱を利用することによってヒータ34が供給すべき熱量を少なく、あるいはゼロにして、省エネルギ化も促進可能である。
【0068】
なお、各バルブの開閉状態の切り替えのタイミングは、所定の時間が経過したとき、あるいは処理対象ガスFの流入量が所定の量になったとき、または、VOC吸着材18の温度が所定の温度に達したとき等が考えられる。
【0069】
ところで、上述したVOC除害装置10の他の実施例として、図4に示すように、VOC吸着材18のバイパスラインを設けてもよい。すなわち、図4に示すVOC除害装置10は、バイパス管50と、バイパスバルブ52と、処理対象ガス排出管閉止バルブ54とを更に備えている。
【0070】
バイパス管50は、一対の処理対象ガス排出管16のそれぞれに対応し、一端が対応するVOC吸着材18の上流側、他端が当該VOC吸着材18の下流側における当該処理対象ガス排出管16に接続されており、処理対象ガスFがVOC吸着材18をバイパスさせるためのパイプあるいはダクトである。
【0071】
バイパスバルブ52は、一対のバイパス管50にそれぞれ取り付けられた一対のバルブであり、処理対象ガス排出管閉止バルブ54は、一対のバイパス管50によるバイパス区間56における処理対象ガス排出管16にそれぞれ取り付けられた一対のバルブである。
【0072】
バイパスバルブ52および処理対象ガス排出管閉止バルブ54は、手動あるいは自動により、バイパスバルブ52および処理対象ガス排出管閉止バルブ54が閉じた状態で、処理対象ガス排出管用バルブ24が開状態になると同時に処理対象ガス排出管閉止バルブ54も開状態となり、所定量の処理対象ガス通流路28内の処理対象ガスFがVOC吸着材18を通過した後で処理対象ガス排出管閉止バルブ54が閉じられるとともにバイパスバルブ52が開状態となり、処理対象ガス排出管用バルブ24が閉まると同時にバイパスバルブ52も閉じられるようになっている。もちろん、VOC吸着材18の上流側においてVOC濃度を連続的に測定しておき、VOC濃度が急減したとき(つまり、VOCを含む処理対象ガスFRがすべてVOC吸着材18に流入し終わったとき)に、処理対象ガス排出管閉止バルブ54が閉じるとともに、バイパスバルブ52を開くようにしてもよい。
【0073】
このVOC除害装置10によれば、上述したVOC除害装置10の作用効果に加えて、処理対象ガス排出管用バルブ24が開状態になったとき、すなわち「バルブの開閉状態」が切り換わったときには、処理対象ガス排出管閉止バルブ54が開状態となり、処理対象ガス通流路28の一端部42からヒータ34近傍のVOC燃焼ゾーン40までの間に存在する「VOCを含む処理対象ガスF」がVOC吸着材18に流入してVOCが吸着される。
【0074】
そして、所定量の処理対象ガスF(=VOCを含む処理対象ガスF)が当該VOC吸着材18を通過した後、処理対象ガス排出管閉止バルブ54が閉じられるとともにバイパスバルブ52が開状態となるので、VOC燃焼ゾーン40を通過してVOCが燃焼することにより高温になった処理対象ガスFはバイパス管50を通り、VOC吸着材18を通過することなく排出される。
【0075】
このため、VOCを吸着したVOC吸着材18の温度が高温の処理対象ガスによって不所望に高められるのを回避できるので、VOC吸着材18が高温になることによって当該VOC吸着材18に吸着されたVOCが不所望に分離してしまい、処理対象ガスFとともに排出されるのを防止することができる。
【0076】
また、更に別の実施例として、図5に示すように、VOC吸着材18を再生するための高温空気HAを供給できるようにしてもよい。すなわち、図5に示すVOC除害装置10は、高温空気導入管60と、空気加熱ヒータ62と、高温空気用バルブ64とを更に備えている。
【0077】
高温空気導入管60は、一対の処理対象ガス排出管16において、VOC吸着材18よりも下流側にそれぞれ接続された一対のパイプあるいはダクトであり、処理対象ガス排出管16に接続されたのとは反対の端は、送風機等の空気供給源(図示せず)に接続されている。
【0078】
空気加熱ヒータ62は、一対の高温空気導入管60のそれぞれに取り付けられ、外部から供給された空気Aを加熱して高温空気HAにするための装置であり、電気式、燃料バーナ式、大気圧プラズマ式等、どのようなタイプのものでも使用できる。
【0079】
高温空気用バルブ64は、高温空気導入管60にそれぞれ取り付けられた一対のバルブであり、手動あるいは自動により、同じ処理対象ガス排出管16に取り付けられた処理対象ガス排出管用バルブ24(つまり、図5中、右側の高温空気用バルブ64aであれば、同じく右側の処理対象ガス排出管用バルブ24a)が開いているときにおいて空気導入管用バルブ26および高温空気用バルブ64は閉じられており、処理対象ガス排出管用バルブ24が閉じられると、先に高温空気用バルブ64が開き、その後、当該高温空気用バルブ64が閉じるとともに空気導入管用バルブ26が開くようになっている。
【0080】
この実施例のVOC除害装置10によれば、処理対象ガス排出管用バルブ24が閉状態になったとき、高温空気用バルブ64が開くことにより、空気加熱ヒータ62で加熱された高温空気HAが処理対象ガス排出管16に入った後、VOC吸着材18に導入される。VOC吸着材18に高温空気HAが導入されることにより、VOC吸着材18が高温になってVOCが分離され、高温空気HAとともにVOC吸着材18からVOC除害炉12内(=処理対象ガス通流路28)に流入し、処理対象ガス導入管14から導入された処理対象ガスF中のVOCとともにVOC燃焼ゾーン40にて燃焼除害される。
【0081】
所定量(あるいは所定時間)の高温空気HAをVOC吸着材18に通した後、高温空気用バルブ64が閉じられるとともに空気導入管用バルブ26が開き、常温の空気がVOC吸着材18に流入する。これにより、高温空気HAによって加熱されたVOC吸着材18が常温空気によって冷却され、再びVOCの吸着能力を取り戻す。
【0082】
然る後、処理対象ガス排出管用バルブ24が再び開状態となり、処理対象ガス通流路28の「VOCを含む処理対象ガスF」がVOC吸着材18に流入してきたときには、吸着能力を取り戻したVOC吸着材18によって当該VOCが処理対象ガスFから分離される。
【0083】
このように、VOC吸着材18に吸着されたVOCを分離し、再びVOC除害炉12内に送り込んで燃焼させる「再生工程」を実施することができるので、VOC吸着材18における吸着能力の限度までVOCが蓄積されるのを回避して、長期間連続してVOCを含む処理対象ガスFを処理し続けることができるようになる。
【符号の説明】
【0084】
10…VOC除害装置
12…VOC除害炉
14…処理対象ガス導入管
16…処理対象ガス排出管
18…VOC吸着材
20…空気導入管
22…処理対象ガス導入管用バルブ
24…処理対象ガス排出管用バルブ
26…空気導入管用バルブ
28…処理対象ガス通流路
30…仕切壁
32…蓄熱材
34…ヒータ
36…処理対象ガス導入孔
38…処理対象ガス排出孔
40…VOC燃焼ゾーン
41…ケーシング
42…(処理対象ガス通流路の)一端部
44…(処理対象ガス通流路の)他端部
50…バイパス管
52…バイパスバルブ
54…処理対象ガス排出管閉止バルブ
56…バイパス区間
60…高温空気導入管
62…空気加熱ヒータ
64…高温空気用バルブ


【特許請求の範囲】
【請求項1】
VOCを含む処理対象ガスが通流する処理対象ガス通流路を内部に有するVOC除害炉と、
前記処理対象ガス通流路において前記処理対象ガスの通流方向に互いに離間して配設された一対の蓄熱材と、
前記処理対象ガス通流路における、前記一対の蓄熱材の間に配設されたヒータと、
前記VOC除害炉における、前記処理対象ガス通流路の両端部を臨む位置にそれぞれ設けられた一対の処理対象ガス導入孔および一対の処理対象ガス排出孔と、
前記両処理対象ガス導入孔にそれぞれ接続された一対の処理対象ガス導入管と、
前記両処理対象ガス排出孔にそれぞれ接続された一対の処理対象ガス排出管と、
前記両処理対象ガス排出管にそれぞれ取り付けられた一対のVOC吸着材と、
前記両処理対象ガス排出管の前記VOC吸着材よりも下流側にそれぞれ接続された一対の空気導入管と、
前記両処理対象ガス導入管にそれぞれ取り付けられ、いずれか一方の前記処理対象ガス導入管が閉じられた状態を交互に繰り返す一対の処理対象ガス導入管用バルブと、
前記両処理対象ガス排出管における、前記空気導入管よりも下流側にそれぞれ取り付けられ、前記処理対象ガス通流路の同じ端部側に取り付けられた前記処理対象ガス導入管用バルブとは逆の開閉状態を繰り返す一対の処理対象ガス排出管用バルブと、
前記両空気導入管にそれぞれ取り付けられ、同じ前記処理対象ガス排出管に取り付けられた前記処理対象ガス排出管用バルブとは逆の開閉状態を繰り返す一対の空気導入管用バルブとを備えていることを特徴とするVOC除害装置。
【請求項2】
前記両処理対象ガス排出管にそれぞれ接続されており、前記両VOC吸着材をバイパスする一対のバイパス管と、
前記両バイパス管にそれぞれ取り付けられた一対のバイパスバルブと、
前記両バイパス管によるバイパス区間の前記両処理対象ガス排出管にそれぞれ取り付けられた一対の処理対象ガス排出管閉止バルブとを更に備えており、
前記バイパスバルブおよび前記処理対象ガス排出管閉止バルブが閉じた状態で、前記処理対象ガス排出管用バルブが開状態になると同時に前記処理対象ガス排出管閉止バルブも開状態となり、所定量の前記処理対象ガス通流路内の処理対象ガスが前記VOC吸着材を通過した後で前記処理対象ガス排出管閉止バルブが閉じられるとともに前記バイパスバルブが開状態となり、前記処理対象ガス排出管用バルブが閉まると同時に前記バイパスバルブも閉じられるようになっていることを特徴とする請求項1に記載のVOC除害装置。
【請求項3】
前記両処理対象ガス排出管において前記VOC吸着材よりも下流側に接続され、高温空気を導入する一対の高温空気導入管と、
前記両高温空気導入管に取り付けられ、前記空気を高温に加熱する一対の空気加熱ヒータと、
前記高温空気導入管に取り付けられた高温空気用バルブとを更に備えており、
同じ前記処理対象ガス排出管に取り付けられた前記処理対象ガス排出管用バルブが開いているときにおいて前記空気導入管用バルブおよび前記高温空気用バルブは閉じられており、前記処理対象ガス排出管用バルブが閉じられると、前記高温空気用バルブが開き、その後、前記高温空気用バルブが閉じるとともに前記空気導入管用バルブが開くようになっていることを特徴とする請求項1または2に記載のVOC除害装置。


【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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【公開番号】特開2013−642(P2013−642A)
【公開日】平成25年1月7日(2013.1.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−133139(P2011−133139)
【出願日】平成23年6月15日(2011.6.15)
【出願人】(592010106)カンケンテクノ株式会社 (27)
【Fターム(参考)】