(57)【要約】【課題】安価で軽量であり、かつ、通気抵抗が低いＶＯＣ除去装置及びＶＯＣ除去方法を提供する。【解決手段】  通気路（１０１）を通過する被浄化気体中に含まれるＶＯＣを除去するために、当該通気路途中に設けるＶＯＣ除去装置（１）であって、連続気泡フォーム体（５）と、当該連続気泡フォーム体セル壁の少なくとも一部に付着させたＶＯＣ除去液（L）と、を含めて構成する。連続気泡フォーム体のセル壁が膨大な表面積を有し、被浄化気体の通気抵抗もほとんどないので、セル壁に付着する除去液の総面積も膨大となり、これが、効率のよいＶＯＣ除去を実現する。【選択図】  図１
2011083686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通気路を通過する被浄化気体中に含まれるＶＯＣを除去するために、当該通気路途中に設けるＶＯＣ除去装置であって、
連続気泡フォーム体と、当該連続気泡フォーム体セル壁の少なくとも一部に付着させたＶＯＣ除去液と、を含めて構成してある
ことを特徴とするＶＯＣ除去装置。
【請求項２】
さらに、前記ＶＯＣ除去液を、前記連続気泡フォーム体に噴霧するための除去液噴霧機構を含めて構成してある
ことを特徴とする請求項１記載のＶＯＣ除去装置。
【請求項３】
さらに、前記連続気泡フォーム体から滴下した使用済み除去液を回収するための除去液回収機構を含めて構成してある
ことを特徴とする請求項１又は２記載のＶＯＣ除去装置。
【請求項４】
前記連続気泡フォーム体が、ポリウレタンフォームを含めて構成してある
ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のＶＯＣ除去装置。
【請求項５】
被浄化気体中に含まれるＶＯＣを除去するためのＶＯＣ除去方法であって、
セル壁の少なくとも一部にＶＯＣ除去液を付着させた連続気泡フォーム体の中に、被浄化気体を通過させる
ことを特徴とするＶＯＣ除去方法。
【請求項６】
前記ＶＯＣ除去液を、前記連続気泡フォーム体に噴霧する
ことを特徴とする請求項５記載のＶＯＣ除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＵＦ（ポリウレタンフォーム）のような連続気泡フォーム体を用いて、被浄化気体中に含まれるＶＯＣ（揮発性有機化合物）を除去するためのＶＯＣ除去装置及びＶＯＣ除去方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車や携帯電話等を塗装する塗装工場やグラビア印刷等を行う印刷工場、さらには、学校、オフィス、一般家庭等においてＶＯＣが発生する。ＶＯＣは大気汚染や健康被害をもたらす浮遊粒子状物質や光化学オキシダントの原因の一つとされており、その削減は重要な課題とされている。ＶＯＣを除去するためのＶＯＣ除去装置として、たとえば、特許文献１に記載されたものが知られている。このＶＯＣ除去装置では、多孔質セラミックによって構成されたフィルターによってＶＯＣを含む被浄化気体を濾過するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５７２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来のＶＯＣ除去装置が備える多孔質セラミック製のフィルターは、高価であること、重量が重いこと、さらに、空隙率が低いため通気抵抗が高いこと、がその欠点となっていた。この欠点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、安価で軽量であり、かつ、通気抵抗が低いＶＯＣ除去装置及びＶＯＣ除去方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために発明者は、次項以下に述べる構成を採用した。なお、いずれかの請求項記載の発明を説明するに当って行う用語の定義等は、その記載順や発明カテゴリーの違いに関わらず性質上可能な範囲において他の請求項記載の発明にも適用があるものとする。
【０００６】
（請求項１記載の発明の特徴）
請求項１記載の発明に係るＶＯＣ除去装置（以下、適宜「請求項１の装置」という）は、通気路を通過する被浄化気体中に含まれるＶＯＣを除去するために、当該通気路途中に設ける装置である。その特徴とするところは、連続気泡フォーム体と、当該連続気泡フォーム体セル壁の少なくとも一部に付着させたＶＯＣ除去液と、を含めて構成してある点である。ここで、連続気泡フォーム体とは、隣接気泡間のセル（ｃｅｌｌ）壁が、相互に連通している気泡構造の気泡体のことをいう。たとえば、ポリウレタンフォームやスポンジが、連続気泡フォームの典型例である。ＶＯＣ除去液は、除去しようとするＶＯＣの種類に応じて適宜選択することができる。
【０００７】
請求項１の装置によれば、通気路の途中に設けることによって通気路を通過する被浄化気体からＶＯＣを除去することができる。すなわち、連続する気泡内を通過する被浄化気体は、セル壁に付着するＶＯＣ除去液によってそれに含まれるＶＯＣが吸着除去される。連続気泡フォームであれば、多孔質セラミックと比べて安価であり軽量である。さらに、空隙率も高いので、高い分だけ通気抵抗が低い。つまり、被浄化気体を効率よく通過させることができ、このことは、効率のよいＶＯＣ除去に貢献する。
【０００８】
（請求項２記載の発明の特徴）
請求項２記載の発明に係るＶＯＣ除去装置（以下、適宜「請求項２の装置」という）は、請求項１の装置であって、さらに、前記ＶＯＣ除去液を、前記連続気泡フォーム体に噴霧（散布）するための除去液噴霧機構を含めて構成してある点に特徴がある。
【０００９】
請求項２の装置によれば、請求項１の装置の作用効果に加え、除去液噴霧機構の働きによってＶＯＣ除去液が連続気泡フォーム体に噴霧供給される。セル壁に付着していたＶＯＣ除去液は自重より及び被浄化気体の通過に伴い下方に移動し、やがて滴下して連続気体フォーム体から離れる。滴下するＶＯＣ除去液（使用済みＶＯＣ除去液）には除去したＶＯＣが含まれている。ここで、除去液噴霧機構からＶＯＣ除去液が噴霧供給されることによって、セル壁には常にＶＯＣ除去液が付着しており、それは滴下と噴霧とによって常に新しいものと入れ替えられる。この点も、ＶＯＣ除去率を高めるために重要な点である。
【００１０】
（請求項３記載の発明の特徴）
請求項３記載の発明に係るＶＯＣ除去装置（以下、適宜「請求項３の装置」という）は、請求項１又は２の装置であって、さらに、前記連続気泡フォーム体から滴下した使用済み除去液を回収するための除去液回収機構を含めて構成してある点に特徴がある。
【００１１】
請求項３の装置によれば、請求項１又は２の装置の作用効果に加え、除去液回収機構の働きによって使用済み除去液を回収することができる。被処理気体からＶＯＣを除去することにより装置の目的は果たされるが、回収した使用済み除去液は、これを再生利用することがコスト面及び環境維持の観点からたいへん好ましい。
【００１２】
（請求項４記載の発明の特徴）
請求項４記載の発明に係るＶＯＣ除去装置（以下、適宜「請求項４の装置」という）は、請求項１の装置であって、さらに、前記連続気泡フォーム体が、ポリウレタンフォームを含めて構成してある点に特徴がある。
【００１３】
請求項４の装置によれば、請求項１乃至３いずれかの装置の作用効果に加え、ポリウレタンフォームであれば、非常に安価で入手しやすいことから、連続気泡フォーム体の構成素材として好適である。
【００１４】
（請求項５記載の発明の特徴）
請求項５記載の発明に係るＶＯＣ除去方法（以下、適宜「請求項５の方法」という）は、被浄化気体中に含まれるＶＯＣを除去するためのＶＯＣ除去方法であって、セル壁の少なくとも一部にＶＯＣ除去液を付着させた連続気泡フォーム体の中に、被浄化気体を通過させることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の方法によれば、中を通過させた被浄化気体からＶＯＣを除去することができる。すなわち、連続する気泡内を通過する被浄化気体は、セル壁に付着するＶＯＣ除去液によってそれに含まれるＶＯＣが吸着除去される。連続気泡フォームであれば、多孔質セラミックと比べて安価であり軽量である。さらに、空隙率も高いので、高い分だけ通気抵抗が低い。つまり、被浄化気体を効率よく通過させることができ、このことは、効率のよいＶＯＣ除去に貢献する。
【００１６】
（請求項６記載の発明の特徴）
請求項６記載の発明に係るＶＯＣ除去方法（以下、適宜「請求項６の方法」という）は、
請求項５の方法であって、前記ＶＯＣ除去液を、前記連続気泡フォーム体に噴霧することを特徴とする。
【００１７】
請求項６の方法によれば、請求項５の方法の作用効果に加え、ＶＯＣ除去液が連続気泡フォーム体に噴霧供給される。セル壁に付着していたＶＯＣ除去液は自重より及び被浄化気体の通過に伴い下方に移動し、やがて滴下して連続気体フォーム体から離れる。滴下するＶＯＣ除去液（使用済みＶＯＣ除去液）には除去したＶＯＣが含まれている。ここで、除去液噴霧機構からＶＯＣ除去液が噴霧供給されることによって、セル壁には常にＶＯＣ除去液が付着しており、それは滴下と噴霧とによって常に新しいものと入れ替えられる。この点も、ＶＯＣ除去率を高めるために重要な点である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、安価で軽量であり、かつ、通気抵抗が低いＶＯＣ除去装置及びＶＯＣ除去方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＶＯＣ除去装置の概略正面図である。
【図２】並流におけるガス吸収を示す概念図である。
【図３】理想除去効率とＶＯＣ除去実験結果を示す図である。
【図４】PUF塔高（厚さ）とＶＯＣ除去効率の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここで、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下、適宜「本実施形態」という）について説明する。図１に示すように、本実施形態に係るＶＯＣ除去装置１は、通気路１０１の途中に設置して、通気路１０１を通過する被処理気体Ｇからそれに含まれるＶＯＣ（揮発性有機化合物）を除去するための装置であり、本発明に係るＶＯＣ除去方法実施のために好適である。
【００２１】
（ＶＯＣ除去装置の概略構造）
ＶＯＣ除去装置１は、通気路１０１（通気路１０１ａ、通気路１０１ｂ）と連通してその一部を構成する除去塔３と、除去塔３の内部に配した連続気泡フォーム体５と、除去塔３の下方領域に設けた除去液受け槽７と、噴霧する除去液を貯留する除去液貯留槽９と、除去液Ｌを噴霧する除去液噴霧機構１９と、から基本構成してある。好ましい実施形態としては、上記構成に加え、除去液受け槽７で受けた使用済み除去液を再生して除去液貯留槽９へ送る除去液再生機構３１を設けておく。なお、符号Ａは、除去液から揮発したＶＯＣ（揮発性有機化合物）を含む気体を示す。
【００２２】
（除去塔の構造）
除去塔３は、上流側に位置する通気路１０１ａより大径の塔本体１１と、通気路１０１ａと塔本体１１上部との間の径差を調整するためのスカート部１３と、塔本体１１の下端を構成する傾斜底部１５と、を備えている。塔本体１１は、スカート部１３を上にして起立設置してあり、その側壁下部には、下流側に位置する通気路１０１ｂを連通接続してある。塔本体１１の断面形状は特に限定する趣旨ではないが、本実施形態では矩形とした。塔本体１１の中央部には、網状のフォーム体支持部１７が、塔本体１１内部を横断するように取り付けてある。網状にしたのは、使用済みＶＯＣ除去液Ｌｅが過度に滞留せずに連続気泡フォーム体５から滴下できるようにするためである。したがって、フォーム体支持部１７の網目は、連続気泡フォーム体５を下支えするのに十分であり、かつ、通過したＶＯＣ除去液の滴下が円滑に行われる程度の粗さであることが必要である。そのような目的が達成できるのであれば、このフォーム支持部１７は、網状のもの以外の、たとえば、簀の子状のもの、パンチングメタルのような多数の小穴を形成した板部材、によって構成することもできる。
【００２３】
（除去液の噴霧）
除去液噴霧機構１９は、除去液貯留槽９に貯留してある除去液Ｌを送液する送液ポンプ２３と、送液ポンプ２３によって送られた除去液Ｌを除去塔３内で噴霧する噴霧ノズル２５と、により構成してある。図１に示すように噴霧ノズル２５は、連続気泡フォーム体５の上部に位置させ、噴霧した除去液Ｌが満遍なく行き渡るように噴霧角や連続気泡フォーム体５との距離、噴霧圧力を調整する。除去液Ｌが噴霧されたときの粒径も考慮に入れ、なるべく少ない使用量で大きな除去効果が得られるようにするとよい。除去液Ｌの使用量の多少は、ＶＯＣ除去装置１のランニングコストに大きく影響する。噴霧ノズル２５の個数は、これを１個としたが、除去塔３の容積や被処理気体の処理量等に合わせて、適宜増やすこともできる。
【００２４】
（除去液の回収）
塔本体１１の傾斜底部１５は、連続気泡フォーム体５から滴下した使用済みの除去液Ｌｅ（使用前の「除去液Ｌ」と区別して表示する）を、排液孔１６を介して外部の除去液受け槽７へ導くための部材である。除去液Ｌｅを除去液受け槽７へ導くことを目的とするので、中央部に液体が集まるような漏斗状の底部であってもよい。符号１６は、除去塔３と除去液受け槽７とを連通する排液孔を示す。塔本体１１と外部とを直接連通させないようにするためである。除去液受け槽７が受けた除去液Ｌｅは、送液ポンプ３７によって除去液再生槽３９に戻される。戻された除去液Ｌｅは、後述する除去液再生機構３１によって再生され除去液Ｌに生まれ変わる。除去液再生については、次項で改めて説明する。
【００２５】
（除去液再生機構）
除去液Ｌｅは、除去液再生槽３９に戻されることは上述の通りである。除去液Ｌは噴霧によって減少するので、これを補う必要がある。補う方法の一つには、除去液を外部から補充し続けることがある。この場合は、除去液受け槽７が受けた除去液Ｌｅは廃液となるか、ＶＯＣ除去装置１の外部で再生して再利用することになる。しかし、これでは、多分にコスト高であり、非現実的である。さらに、除去液Ｌｅには多量のＶＯＣが含まれているので、そのままでは廃液の量が増えるだけで、真のＶＯＣ除去にはならない。これがＶＯＣ除去装置１にＬｅを再生するための除去液再生機構３１を設けた主な理由である。本実施形態における除去液再生機構３１は、前掲した除去液再生槽３９に連通接続した真空ポンプ３３と、真空ポンプ３３の吸引によって真空蒸発させたＶＯＣを回収する回収部材３５と、送液ポンプ２１を介して除去液再生槽３９と連通する除去液貯留槽９とによって概略構成してある。上記構成により再生された除去液Ｌは送液ポンプ２１によって前記した除去液貯留槽９に送られる。これによって、除去液の循環が実現する。なお、本実施形態では、除去液貯留槽９を除去液再生槽３９とは別に設けたが、これは、再生前の使用済み除去液Ｌｅと再生後除去液Ｌとが混在する機会をできるだけ減らすようにするためである。しかし、その必用がないと判断されるなら除去液貯留槽９を省略し、除去液再生槽３９から除去塔３へ直接送液するように構成してもよい。
【００２６】
（連続気泡フォーム体の構造）
連続気泡フォーム体５は、ポリウレタンフォーム（スポンジ）によって構成してある。隣接気泡間のセル壁が、相互に連通している気泡構造の気泡体であって、ＶＯＣ除去液Ｌをそのセル壁（の少なくとも一部）に付着可能なものであれば、ポリウレタンフォーム以外のフォームを適宜採用することを妨げない。ここで、ポリウレタンフォームを採用したのは、それが軽量であり安価に入手できる点で最適素材の一つと考えたからである。さらに、ポリウレタンフォームによって構成した連続気泡フォーム体５は、その一辺を１ｍの直方体である場合（すなわち、容積１立方メートルメートル）に、その単位容積当たり１４９０ｍ２という膨大な表面積（セル壁の総面積）を有し、空隙率も０．９７で被浄化気体の通気抵抗もほとんどないという利点もある。これに伴い、セル壁に付着する除去液Ｌの総面積も（付着しない部分があるとしても）膨大となり、これが、効率のよいＶＯＣ除去を実現する。従来のセラミック製ガス吸着用多孔体と比較して軽量・安価（概ね１／１０以下）であり、ウレタンフォームは非常に使い勝手がよい。
【００２７】
（ＶＯＣ除去液）
除去液は、それによって除去しようとするＶＯＣの種類に合わせて適宜選択するべきことは前述したとおりである。除去液に対して求められる要素としては、たとえば、ＶＯＣの吸収率が高く、同じく吸収容量が多く、毒性がないこと、がまず挙げられる。さらに、安価であり高沸点（低揮発性）であること、分解しにくく安定であること、加えて、粘性が小さく流れやすいことも、好ましいとされる除去液に求められる要素である。たとえば、塗装工場の排気ガス中に含まれているＶＯＣを除去しようとする場合は、アジピン酸２―エチルヘキシル（ＤＥＨＡ）が好適である。このＤＥＨＡは、その粘性が噴霧ノズルで噴霧可能なレベルであり、連続気泡フォーム体５を構成するウレタンフォーム（ＰＵＦ）を溶かしたり劣化させたりしないことが確認されている。
【００２８】
（理論的考察）
ヘンリーの法則によって、平衡時における液相と気相の関係は式（１）で表される。
【００２９】
【数１】
2011083686.tif 000003
ｙ：気相中ＶＯＣモル分率          ｘ：液相中ＶＯＣモル分率
ｍ：ヘンリー定数
【００３０】
図２に並流におけるガス吸収概念図を示す。並流条件で操作を行うとすると、任意の高さｚ：(x,y)の間で気相と液相の問で物質収支をとると式（２）になる。
【００３１】
【数２】
2011083686.tif 000004
Ｇ：気相モル流量［mol/ｍ2・ｓ］  Ｌ：液相モル流量［mol/ｍ2・ｓ］
ｙｔ：搭頂における気相中VOCモル分率
ｘｔ：搭頂における液相中VOCモル分率
【００３２】
式（１）が装置の平衡線、式(2)が操作線となる。気相と液相での物質移動が平衡に達したとすると、操作線と平衡線の交点が塔底のモル分率ｘｂ、ｙｂとなり、2直線を連立することで、理想的な条件での除去効率を算出できる。導入する除去液中ＶＯＣモル分率xt＝0であり、2直線を連立するとその交点の塔底における気相側モル分率ｙｂは、式３で表される。
【００３３】
【数３】
2011083686.tif 000005
【００３４】
ＶＯＣの除去効率（Ｒ．Ｅ．）を、式（４）として除去効率を求めると、式（５）となり、除去効率はガスと液体の流量（Ｇ，Ｌ）と、ヘンリー定数（ｍ）によって決まることがわかる。
【００３５】
【数４】
2011083686.tif 000006
【００３６】
【数５】
2011083686.tif 000007
【００３７】
（従来ノズルにおけるＶＯＣ除去実験結果）
従来の簡易ノズルにおけるＶＯＣ除去実験結果を図３に示した。図３によると、いずれの測定値も理想除去効率の6割ほどであることが確認できる。この原因として、装置内で気液の接触時間が短いために物質移動が十分に行われていない、もしくはＰＵＦに除去液が均一に広がっていないという可能性が考えられる。図４にＰＵＦ塔高（厚さ）と除去効率の関係を示した。これまで塔高（厚さ）10ｃｍで'使用していたＰＵＦを厚くすることで気液の接触時間を長くし、これによってＰＵＦ塔高（厚さ）20ｃｍで除去効率は上昇したものの、依然として理想除去効率と大きな差があった。そのため、除去液をＰＵＦに均一に広がらせる方法を検討した。
【００３８】
（新規ノズルの選定）
本実験で使用している装置においては、ＰＵＦからノズルを設置できる上限までの距離が40ｃｍである。ＰＵＦの寸法は32ｃｍ×31ｃｍであり、半径15.5ｃｍの円に噴霧する場合、必要な噴霧角（２θ）に対して、式（６）が成り立つ。
【００３９】
【数６】
2011083686.tif 000008
【００４０】
これより、本装置においてノズルに必要な噴霧角（２θ）は42.4°となる。従来使用していた簡易ノズルは噴霧角（２θ）は.36°程度と狭いために、ＰＵＦに対して除去液の均一な噴霧ができなかった。そこで新たに噴霧角の大きなノズルを導入した。新たに導入した噴霧用ノズル（l/8ＦＢＢＸＰＯｌ5（株式会社いけうち)）におけるポンプからの吐出圧力に応じた除去液流量、噴霧角（２θ）を計測した。その結果、除去液流量890ｍL/ｍｉｎ、圧力0.10ＭＰａで、噴霧角（２θ）56°であり、充分に均一な噴霧が可能である。この条件で実験を行った。
【００４１】
除去液流量を890ｍL/ｍｉｎに固定し、通気風量を60 m3/hと120 m3/hに設定してVOC除去実験を行った。表１及び表２に、噴霧用ノズルにおけるＶＯＣ除去実験結果を示す。Toluene、p-Xylene、Ethylbenzeneでは、通気風量60 m3/hにおいて60~70％、通気風量120 m3/hにおいては約50％の除去効率が得られた。これらの結果から、図３に示される理想除去効率とほぼ一致した高い除去効率を得ることが判った。
【００４２】
【表１】
2011083686.tif 000009
【００４３】
【表２】
2011083686.tif 000010
【符号の説明】
【００４４】
１          ＶＯＣ除去装置
３          除去塔
５          連続気泡フォーム体（ポリウレタンフォーム）
７          除去液受け槽
９          除去液貯留槽
１１          塔本体
１３          スカート部
１５          傾斜底部
１６          排液孔
１７          フォーム体支持部
１９          除去液噴霧機構
２１          送液ポンプ
２３          送液ポンプ
２５          噴霧ノズル
３１          除去液再生機構
３３          真空ポンプ
３５          回収部材
３７          送液ポンプ
３９          除去液再生槽
１０１          通気路
１０１ａ        上流側の通気路
１０１ｂ        下流側の通気路
Ｇ          被浄化気体
Ｌ          （使用前の）ＶＯＣ除去液
Ｌｅ        （使用済み）ＶＯＣ除去液
【図１】
2011083686.tif 000011
【図２】
2011083686.tif 000012
【図３】
2011083686.tif 000013
【図４】
2011083686.tif 000014