(57)【要約】【課題】  装置を大型化する際の自由度を上げると共に、ガス漏れが生じにくい切替バルブ、これを用いた熱交換器およびガス処理装置を提供すること【解決手段】  複数の共通流路２の共通口２Ａに対し、第一ガスを流す第一流路と第二ガスを流す第二流路とを切り替えて接続するための切替バルブ１であって、円筒部15の内部に、第一流路と共通口とを接続するための第一ガス室11と、第二流路と共通口２Ａとを接続するための第二ガス室12とを有すると共に、第一ガス室11を共通口２Ａに接続するための第一接続口11Ａと第二ガス室12を共通口２Ａに接続するための第二接続口12Ａとが円筒部15の曲面13に形成された筐体と、筐体を円筒部15の中心を軸として回転させるための回転手段と、少なくとも共通口２Ａ側に設けられ、筐体が回転する際に円筒部15の曲面13と摺動しながら第一ガスと第二ガスが互いに混合するのを防止するシール部材30と、を具備する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の共通流路の共通口に対し、第一ガスを流す第一流路と第二ガスを流す第二流路とを切り替えて接続するための切替バルブであって、
円筒部の内部に、前記第一流路と前記共通口とを接続するための第一ガス室と、前記第二流路と前記共通口とを接続するための第二ガス室とを有すると共に、前記第一ガス室を前記共通口に接続するための第一接続口と前記第二ガス室を前記共通口に接続するための第二接続口とが前記円筒部の曲面に形成された筐体と、
前記筐体を前記円筒部の中心を軸として回転させるための回転手段と、
少なくとも前記共通口側に設けられ、前記筐体が回転する際に前記円筒部の曲面と摺動しながら第一ガスと第二ガスが互いに混合するのを防止するシール部材と、
を具備することを特徴とする切替バルブ。
【請求項２】
隣接する前記共通口間に前記シール部材によって形成されたパージ室と、
前記共通口のガス圧より陽圧となるように前記パージ室にパージガスを供給するパージガス供給手段と、を具備することを特徴とする請求項１記載の切替バルブ。
【請求項３】
前記シール部材が前記曲面に当接するように弾性力を付勢する弾性体を具備することを特徴とする請求項１又は２記載の切替バルブ。
【請求項４】
第一ガスを流す第一流路と、
第二ガスを流す第二流路と、
前記第一ガスと前記第二ガスとの間で熱を交換するための複数の熱交換部と、
前記各熱交換部に対し前記第一流路又は前記第二流路を接続するための複数の共通流路と、
前記複数の共通流路に対し、第一流路と第二流路を切り替えて接続する請求項１ないし３のいずれかに記載の切替バルブと、
を具備することを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
第一ガスを流す第一流路と、
第二ガスを流す第二流路と、
前記第一ガスを燃焼し、前記第二ガスとして排気する処理部と、
前記第一ガスと前記第二ガスとの間で熱を交換するための熱交換部を有し、前記処理部に対し前記第一流路又は前記第二流路を接続するための複数の共通流路と、
前記複数の共通流路に対し、第一流路と第二流路を切り替えて接続する請求項１ないし３のいずれかに記載の切替バルブと、
を具備することを特徴とするガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、切替バルブ、これを用いた熱交換器およびガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、塗装工場等において発生するトルエン、キシレン、スチレン等の揮発性有機化合物（volatile organic compound:VOC）を含んだ排ガスは、環境や人体への影響が大きいことから、無害化処理を施してから大気中に排出している。
【０００３】
ＶＯＣ含有ガスの無害化処理方法としては、ＶＯＣ含有ガスを直接燃焼により処理する直接燃焼方式、触媒を用いて低温で燃焼を行う触媒燃焼方式、燃焼を行った際に生じる熱を未処理の排ガスの加熱に再利用する蓄熱燃焼方式等がある。このなかで、ランニングコストやメンテナンスの観点から蓄熱燃焼方式が注目されている。
【０００４】
蓄熱燃焼方式は、未処理の排ガスを蓄熱体に流通させて予熱した後、炉に導入して燃焼により無害化し、処理済の高温排ガスを再び蓄熱体に流通させてその熱を蓄熱体に蓄え、蓄えたその熱を低温の未処理排ガスが流通する際に再び放出して熱交換を行なうものである。
【０００５】
ところで蓄熱体を通過するガスは、回転式の切替バルブによって未処理のガスと処理済みのガスとに切り替えられている。この切替バルブにおいては、切り替えを回転体の回転軸に垂直な面において行っている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２６５３２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、処理するガス量が増加すると回転体の軸に直交する面の面積が増大することになり、装置が大型化するという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、装置を大型化する際の自由度を上げると共に、ガス漏れが生じにくい切替バルブ、これを用いた熱交換器およびガス処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の切替バルブは、複数の共通流路の共通口に対し、第一ガスを流す第一流路と第二ガスを流す第二流路とを切り替えて接続するためのものであって、円筒部の内部に、前記第一流路と前記共通口とを接続するための第一ガス室と、前記第二流路と前記共通口とを接続するための第二ガス室とを有すると共に、前記第一ガス室を前記共通口に接続するための第一接続口と前記第二ガス室を前記共通口に接続するための第二接続口とが前記円筒部の曲面に形成された筐体と、前記筐体を前記円筒部の中心を軸として回転させるための回転手段と、少なくとも前記共通口側に設けられ、前記筐体が回転する際に前記円筒部の曲面と摺動しながら第一ガスと第二ガスが互いに混合するのを防止するシール部材と、
を具備することを特徴とする。
【００１０】
この場合、隣接する前記共通口間に前記シール部材によって形成されたパージ室と、前記共通口のガス圧より陽圧となるように前記パージ室にパージガスを供給するパージガス供給手段と、を具備する方が好ましい。また、前記シール部材が前記曲面に当接するように弾性力を付勢する弾性体を具備する方が好ましい。
また、本発明の熱交換器は、第一ガスを流す第一流路と、第二ガスを流す第二流路と、前記第一ガスと前記第二ガスとの間で熱を交換するための複数の熱交換部と、前記各熱交換部に対し前記第一流路又は前記第二流路を接続するための複数の共通流路と、前記複数の共通流路に対し、第一流路と第二流路を切り替えて接続する上述した本発明の切替バルブと、を具備することを特徴とする。
また、本発明のガス処理装置は、第一ガスを流す第一流路と、第二ガスを流す第二流路と、前記第一ガスを燃焼し、前記第二ガスとして排気する処理部と、前記第一ガスと前記第二ガスとの間で熱を交換するための熱交換部を有し、前記処理部に対し前記第一流路又は前記第二流路を接続するための複数の共通流路と、前記複数の共通流路に対し、第一流路と第二流路を切り替えて接続する上述した本発明の切替バルブと、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、第一ガス、第二ガスの切替を筐体の円筒部の曲面で行うことにより、ガスの流量を回転体の軸に直交する面の面積だけでなく、回転体の曲面の面積によって設計することが可能となる。換言すると、従来のガス処理装置は回転体の半径だけでしか設計変更できなかったが、本発明では、半径だけでなく、回転体の高さによっても設計変更をすることが可能となる。したがって、装置設計の自由度を上げて装置を小型化することができる。
【００１２】
また、隣接する共通口間にシール部材によって形成されたパージ室を設け、共通口２Ａのガス圧より陽圧となるようにパージ室にパージガスを供給するので、流路を切り替える際に第一ガス、第二ガスが漏れるのを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の筐体を示す一部断面斜視図である。
【図２】本発明の切替バルブの要部断面図である。
【図３】本発明のシール部材の配置を示す概略展開図である。
【図４】本発明のガス処理装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜切替バルブ＞
以下に本発明の切替バルブについて図１ないし図３に基づいて説明する。
【００１５】
本発明の切替バルブ１は、複数の共通流路２の共通口２Ａに対し、第一ガスを流す第一流路３と第二ガスを流す第二流路４とを切り替えて接続するためのものであって、筐体10と、この筐体10を回転軸21を中心に回転させるための回転手段と、第一ガスと第二ガスが混合するのを防止するためのシール部材30と、で主に構成される。
【００１６】
筐体10は、円筒状に形成された円筒部15を有し、この円筒部15の内部に、第一ガスが流れる第一ガス室11と第二ガスが流れる第二ガス室12が形成されている。また、円筒部15の曲面13には、第一ガス室11を共通口２Ａに接続するための第一接続口11Ａと第二ガス室12を共通口２Ａに接続するための第二接続口12Ａとが形成される。この場合、第一接続口11Ａと第二接続口12Ａの位置は、同一円周上の対向する位置に形成するのが好ましい。
第一ガス室11と第二ガス室12はどのように形成しても良いが、例えば、図１、図２に示すように、円筒部15の中にこの円筒より小さい第二の円筒16を入れ子状に形成し、第二円筒16の曲面の一部と第二接続口12Ａとをつなぐ連通流路を形成すれば良い。これにより、第一ガス室11は円筒部15と第二円筒16の間に形成された断面Ｃ字状の空間として形成され、第二ガス室12は、第二円筒16と連通流路によって形成される断面鍵穴状の空間として形成される。
【００１７】
また、第一ガス室11と第一流路３、第二ガス室12と第二流路４は、それぞれこの円筒部15の軸方向両端のいずれか一方又は両方で接続される。接続の方法はどのようなものでも良いが、例えば、図１に示すように、前述した円筒部15の下部に、回転手段によっては回転しない第三円筒17を設ける。第三円筒17は、円筒部15の下部とシール部材によってシールされると共に摺動可能に形成される。そして、第三円筒17の曲面の一部において第一流路３と接続される。また、第二円筒16の下部に、円筒部15の回転によっては回転しない第四円筒18を設ける。第四円筒18は、第二円筒16の下部とシール部材によってシールされると共に摺動可能に形成される。そして、第四円筒18の曲面の一部において第二流路４と接続される。
【００１８】
回転手段は、筐体10を円筒部15の円の中心を軸として回転させるものであればどのようなものでも良い。例えば、円筒部15の円の中心に回転軸21を設け、この回転軸21を電気モータによって回転するように形成すれば良い。また、回転速度は切替バルブ１の切替速度に応じて適宜設定すればよい。
【００１９】
シール部材30は、筐体10が回転する際に円筒部15の曲面13と摺動しながら第一ガスと第二ガスが互いに混合するのを防止するためのものである。シール部材30としては、摺動性、耐摩耗性の高いものが好ましく、例えばカーボンシール材を用いることができる。
【００２０】
シール部材30は、第一ガスと第二ガスとが互いに混合するのを防止できるものであればどのように配置しても良い。例えば図３に共通口側を平面状に展開した概略展開図を示すが、隣接する共通口２Ａ間を円筒部15の軸方向にシールするシール部材30Ａと、共通口２Ａを円筒部15の軸方向の両端で円周方向にシールするシール部材30Ｂとを配置することができる。これにより、共通口２Ａと円筒部15の間を確実にシールすることができ、第一ガスと第二ガスとが互いに混合するのを防止するだけでなく、切替バルブから外部へ第一ガス、第二ガスが漏れるのを防止することができる。
【００２１】
また、図２、図３に示すように、隣接する共通口２Ａ間にシール部材30によって形成されたパージ室31と、共通口２Ａのガス圧より陽圧となるようにパージ室31にパージガスを供給するパージガス供給手段32と、を設けるようにしても良い。例えば、隣接する共通口２Ａ間にシール部材30Ａを２本配置し、シール部材30Ａによって閉じた空間（パージ室31）を形成する。このパージ室31内にパージガスを供給するノズル（パージガス供給手段32）を設け、このノズルをパージガス供給源（図示せず）、例えばパージガスが蓄えられたガスボンベに接続すれば良い。これにより、シール部材30と筐体10との間に多少の隙間が生じても、パージ室31側から共通口２Ａ側にパージガスが流れるので、第一ガス又は第二ガスがパージ室31側に流れることがなく、第一ガス及び第二ガスが漏れるのを確実に防止することができる。
【００２２】
パージガスとしては、第一ガス及び第二ガスと混合しても問題のないガスであればどのようなものでも良いが、例えば空気、窒素ガス、アルゴンガス等を用いることができる。パージガスの圧力は、共通口２Ａのガス圧が予め分かっている場合には、当該ガス圧よりも陽圧となるようにパージガスの供給量を予め設定しておけば良い。また、共通口２Ａの圧力が予測し難い場合には、共通口２Ａのガス圧とパージ室31内のガス圧を測定する圧力検出手段（図示せず）を設け、圧力検出手段が検出した情報に基づいてパージガスの供給量をコンピュータ等の制御手段（図示せず）によって制御すれば良い。
【００２３】
また、シール部材30は、シール部材30が筐体10の円筒部15の曲面13に当接するように弾性力を付勢する弾性体33を設けるようにしても良い。これにより、シール部材30と筐体10との間に隙間が生じるのを防止し、第一ガス及び第二ガスが漏れるのを確実に防止することができる。弾性体33としては、シール部材30を曲面13に当接するように弾性力を付勢できるものであればどのようなものでも良く、例えば板ばねを用いることができる。
【００２４】
＜熱交換器＞
次に本発明の熱交換器100について図４に基づいて説明する。なお、切替バルブについては上述した本発明の切替バルブ１と同一であるため、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００２５】
本発明の熱交換器100は、第一ガスを流す第一流路３と、第二ガスを流す第二流路４と、第一ガスと第二ガスとの間で熱を交換するための複数の蓄熱式熱交換部40と、各熱交換部40に対し第一流路３又は第二流路４を接続するための複数の共通流路２と、複数の共通流路２に対し、第一流路３と第二流路４を切り替えて接続する上述した本発明の切替バルブ１と、で主に構成される。
【００２６】
ここで、第一ガス、第二ガスとは、温度の異なる２種類の気体であり、本発明の熱交換器100は、高温であるガスから低温であるガスに熱を交換するためのものである。
【００２７】
第一流路３、第二流路４は、ファン等により流路内をそれぞれ第一ガス、第二ガスが流れるように設計される。
【００２８】
熱交換部40は、高温のガスから熱を奪って蓄熱し、低温のガスにその熱を放熱する蓄熱材が配置される。蓄熱材としてはどのようなものでも良いが、例えば、アルミニウム等の金属やセラミックス等をハニカム状に形成し、このハニカムの穴を第一ガス又は第二ガスが通るように形成すれば良い。
【００２９】
熱交換部40は複数用意されており、それぞれ独立している。そして、この熱交換部40に接続される共通流路２に対し、上述した本発明の切替バルブ１を用いて、第一流路３と第二流路４とを徐々に切り替える。これにより、複数ある熱交換部40のいくつかには第一ガスが流れ、残りの熱交換部40のいくつかには第二ガスが流れているが、徐々に熱交換部40に流れるガスが切り替えられていく。すると、例えば第二ガスの方が第一ガスより高温である場合、第二ガスが熱交換部40を通過すると、蓄熱材により第二ガスの熱が奪われ、蓄熱材に熱が蓄えられる。次に、切替バルブ１により共通流路２に接続されるガス流路が第二流路４から第一流路３に切り替えられると、第一ガスが熱交換部40を通過するようになり、蓄熱材に蓄えられた熱が奪われ、第一ガスが加熱される。
【００３０】
熱交換器100をこのように構成することにより、第一ガスと第二ガスが混合するのを確実に防止しながら、第一ガスと第二ガスとの間で効率良く熱を交換することができる。
【００３１】
＜ガス処理装置＞
次に本発明のガス処理装置200について図４に基づいて説明する。なお、切替バルブについては上述した本発明の切替バルブ１と同一であるため、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。また、熱交換部についても上述した本発明の熱交換器100の熱交換部40と同一であるため、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００３２】
本発明のガス処理装置200は、第一ガスを流す第一流路３と、第二ガスを流す第二流路４と、第一ガスを燃焼し、第二ガスとして排気する処理部50と、第一ガスと第二ガスとの間で熱を交換するための熱交換部40を有し、処理部50に対し第一流路３又は第二流路４を接続するための複数の共通流路２と、複数の共通流路２に対し、第一流路３と第二流路４を切り替えて接続する上述した本発明の切替バルブ１と、で主に構成される。
【００３３】
ここで第一ガスとは、燃焼可能なガスを意味し、例えば、メタン、トルエン、キシレン、スチレン等の揮発性有機化合物（volatile organic compound:VOC）が該当する。また、第二ガスとは、処理部50において燃焼により発生したガスを意味する。
【００３４】
処理部50は、揮発性有機化合物等の第一ガスを燃焼させ、無害な又は毒性の低い第二ガスとして排気するためのもので、第一ガスを燃焼させるための処理用筐体51と、処理用筐体51内に配置され第一ガスを燃焼させるための燃焼手段52と、処理筐体10内に設けられ複数の共通流路２にそれぞれ接続される複数の処理部用接続口と、で主に構成される。
【００３５】
処理用筐体51は、第一ガスを燃焼させることができる強度と耐熱性を有していればどのようなものでも良く、第一ガスの処理量に応じて適宜設計される。
【００３６】
燃焼手段52は、少なくとも発火装置とこの発火装置に適当な燃料を供給する燃料源とを有し、第一ガスを燃焼させることができるものであれば良く、バーナー等を用いれば良い。
【００３７】
このように構成されたガス処理装置200では、第一流路３に連通している共通流路２から処理部50の処理用筐体51内に第一ガスが流入する。流入した第一ガスは、燃焼手段52によって燃焼し第二ガスに変化する。次に第二ガスは、第二流路４に連通している共通流路２に流れる。第二ガスは燃焼により高温となっているが、共通流路２内で熱交換部40の蓄熱材に熱を奪われ温度が低下する。その後、切替バルブ１、第二流路４を介して排気される。ここで、切替バルブ１は筐体10が回転することにより共通流路２に連通する第一流路３及び第二流路４を徐々に切り替える。すると、先程まで第二ガスが流れていた共通流路２に第一ガスが流れる。第一ガスは、熱交換部40の蓄熱材に蓄えられた熱を吸収して温度が上昇する。このように、燃焼後の第二ガスから熱を回収し第一ガスの加熱に利用することで、燃焼手段52で必要な燃料を節約することができる。なお、第一ガスのエネルギーが大きい場合には、燃料が不要となるばかりか、余剰の熱エネルギーを利用することもできる。また、ガス処理装置200に本発明の切替バルブ１を適用することにより、ガスの処理量が多くなっても装置が大型化することがなく、また、第一ガス、第二ガスが漏れるのを確実に防止することができる。
【００３８】
なお、共通流路に流れる第一ガス及び第二ガスの切替をする際に当該共通流路内のガスをパージする共通流路パージ手段を設ければ、更に第一ガスと第二ガスが混合するのを確実に防止することができる点で好ましい。例えば、図２に示すように、第一接続口11Ａの回転方向の後方側であって、円筒部15の曲面13にパージガスを流すための凹部35を設けておき、この凹部35にパージガスを供給するノズルを設け、このノズルをパージガス供給源（図示せず）、例えばパージガスが蓄えられたガスボンベに接続する。これにより、第一ガスが流れた後の共通流路が第二接続口12Ａに接続される前に共通流路パージ手段によってパージされるので、第二ガスが供給される際には、第一ガスが排気される。なお、パージガスの代わりに第２ガスを用いることも可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１    切替バルブ
２    共通流路
２Ａ  共通口
３    第一流路
４    第二流路
10    筐体
11    第一ガス室
11Ａ  第一接続口
12    第二ガス室
12Ａ  第二接続口
13    曲面
15    円筒部
30    シール部材
40    熱交換部
50    処理部
51    処理用筐体
52    燃焼手段
100   熱交換器
200   ガス処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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