(57)【要約】【課題】ガス中に含まれる微粒子を効率よく分離回収すると共に、回収した後の微粒子の有効利用を容易にすることが可能な微粒子分離方法及び微粒子分離装置を提供する。【解決手段】微粒子含有ガスと凝縮性ガスとを混合するガス混合工程と、該ガス混合工程において生成した混合ガスを前記凝縮性ガスの凝縮温度以下に冷却し、微粒子を核として凝縮性ガスを凝縮させることにより、微粒子含有ガス中から微粒子を分離する微粒子分離工程と、該微粒子分離工程で微粒子を核として凝縮させた凝縮物と微粒子の除去されたガスとを分離回収する回収工程とを有する。【選択図】            図１
2004290762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子を含有するガスから微粒子を分離する方法であって、
微粒子含有ガスと凝縮性ガスとを混合するガス混合工程と、
該ガス混合工程において生成した混合ガスを前記凝縮性ガスの凝縮温度以下に冷却し、微粒子を核として凝縮性ガスを凝縮させることにより、微粒子含有ガス中から微粒子を分離する微粒子分離工程と、
該微粒子分離工程で微粒子を核として凝縮させた凝縮物と微粒子の除去されたガスとを分離回収する回収工程とを有することを特徴とする微粒子分離方法。
【請求項２】
回収工程において回収された液体状の凝縮物に、電場、磁場、温度場、遠心力、重力、超音波、液体の流動の内の１つ以上を付加することにより、前記凝縮物中の微粒子を凝集させる凝集工程と、
該凝集させた微粒子を凝縮物中から分離回収する微粒子回収工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の微粒子分離方法。
【請求項３】
微粒子分離工程における混合ガスを凝縮性ガスの凝縮温度以下に冷却する方法が、前記混合ガスを断熱膨張させることにより凝縮性ガスの凝縮温度以下に冷却するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の微粒子分離方法。
【請求項４】
微粒子を含有するガスから微粒子を分離回収する装置であって、
微粒子含有ガスと凝縮性ガスとを混合するガス混合手段と、
該ガス混合手段で生成した混合ガスを凝縮性ガスの凝縮温度以下に冷却する冷却手段と、
該冷却手段で冷却され微粒子を核として凝縮した凝縮物と微粒子の除去されたガスとを分離回収する回収手段とを有することを特徴とする微粒子分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、凝縮性ガスの凝縮を利用して微粒子を含有するガスから微粒子を分離する方法及び微粒子分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微粒子を含有するガスから微粒子を分離回収する方法としては、バグフィルターを用いた方法が一般的な粒子状物質の回収方法である。
【０００３】
しかし、バグフィルターの目の大きさは１μｍ前後であり、ダスト類のセルフコーティングにより若干フィルターの目より小さい粒子を捕捉できるが、その目のサイズと比べてナノスケールの粒子は、その大きさが１／１０〜１／１０００のサイズであるため、十分収率良く回収することは困難である。
【０００４】
ナノスケールの微粒子の回収方法として、スクラバーのように水等の液体で微粒子を捕捉して回収する方法もあるが、水等の液体が大量に必要であり経済的に大きな負担となり、また、捕捉できた微粒子を大量の水等の液体中から抽出・濃縮することは大変困難なことであるため、現実的ではなかった。
【０００５】
このような問題に対して、特開２０００−６４８１８号公報（特許文献１）には、燃焼排ガス中のすすを核にし、排気ガスの凝縮液化により、すすや有害成分を除去する装置が紹介されている。
【０００６】
また、特開平８−１９６８５１号公報（特許文献２）には、相対湿度１００％付近の排ガスに対して、排ガス温度よりも低い温度の冷却液を接触させて、排ガス中の水蒸気を排ガス中に含まれる粉塵を核として凝縮させ、ミストエリミネータ等を用いて粉塵の除去を促進する技術が紹介されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−６４８１８号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平８−１９６８５１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許文献１に記載の発明においては、その実施形態で説明されているように、排ガス温度を１５０℃以下にするだけでは、排ガス中に塩酸や硫酸等酸性成分が存在する場合には、それらが露点に達するとともに少量の酸類の凝縮が起こるが、排ガス中の微粒子を捕捉するのに十分とはいいがたい。また、一般的に排ガス中に含まれる凝縮性成分としての水蒸気濃度は数％〜二十％前後の広範囲に及ぶが、排ガス温度が１５０℃以下という温度を操業温度範囲としているため、これは水の沸点以上の温度領域を含み、その温度領域では水蒸気の凝縮は期待できない。そのため、前記特許文献１に記載の発明の場合は、凝縮性成分はあくまで酸類であり、水蒸気を十分に凝縮させることは考慮されていないといえる。
【００１０】
また、前記特許文献２に記載の発明は、排ガスの温度を下げるために冷却液の使用が必須であり、含塵ガスと冷却液の接触混合が円滑に行われないと十分にその効果を発揮することができない。また、冷却液と含塵ガスとの接触率を高めるために冷却液を大量に使用することは、結果的にスクラバーを使用した場合のように大量の冷却液体中に微粒子を希薄に分散させてしまうことから、その後の微粒子の回収と活用の点で問題が大きい。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ガス中に含まれる微粒子を効率よく分離回収すると共に、回収した後の微粒子の有効利用を容易にすることが可能な微粒子分離方法及び微粒子分離装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は次の発明により解決される。
［１］微粒子を含有するガスから微粒子を分離する方法であって、微粒子含有ガスと凝縮性ガスとを混合するガス混合工程と、該ガス混合工程において生成した混合ガスを前記凝縮性ガスの凝縮温度以下に冷却し、微粒子を核として凝縮性ガスを凝縮させることにより、微粒子含有ガス中から微粒子を分離する微粒子分離工程と、該微粒子分離工程で微粒子を核として凝縮させた凝縮物と微粒子の除去されたガスとを分離回収する回収工程とを有することを特徴とする微粒子分離方法。
［２］上記［１］において、回収工程において回収された液体状の凝縮物に、電場、磁場、温度場、遠心力、重力、超音波、液体の流動の内の１つ以上を付加することにより、前記凝縮物中の微粒子を凝集させる凝集工程と、該凝集させた微粒子を凝縮物中から分離回収する微粒子回収工程とを有することを特徴とする微粒子分離方法。
［３］上記［１］又は［２］において、微粒子分離工程における混合ガスを凝縮性ガスの凝縮温度以下に冷却する方法が、前記混合ガスを断熱膨張させることにより凝縮性ガスの凝縮温度以下に冷却するものであることを特徴とする微粒子分離方法。
［４］微粒子を含有するガスから微粒子を分離回収する装置であって、微粒子含有ガスと凝縮性ガスとを混合するガス混合手段と、該ガス混合手段で生成した混合ガスを凝縮性ガスの凝縮温度以下に冷却する冷却手段と、該冷却手段で冷却され微粒子を核として凝縮した凝縮物と微粒子の除去されたガスとを分離回収する回収手段とを有することを特徴とする微粒子分離装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る微粒子分離装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【００１４】
図１に示す微粒子分離装置１は、微粒子含有ガスと凝縮性ガスとを混合するガス混合手段２と、該ガス混合手段２で生成した混合ガスを凝縮性ガスの凝縮温度以下に冷却する冷却手段３と、該冷却手段３で冷却され微粒子を核として凝縮した凝縮物と微粒子の除去されたガスとを分離回収する回収手段４とを有するものである。
【００１５】
前記ガス混合手段２において、微粒子含有ガスと凝縮性ガスとを混合する。ここで、前記凝縮性ガスとしては、特定の温度までガス温度を下げることで凝縮し液化するガス、例えば、水蒸気や、アルコール、エーテル、アセトン、その他の有機溶媒の蒸気や、断熱膨張により容易に液化或いは凝縮する炭酸ガス等を用いることができる。
【００１６】
ガス混合手段２内で混合されたガスは、次に冷却手段３に導入される。この冷却手段３では、混合ガスの温度を混合ガスに含まれる凝縮性ガスの凝縮温度以下に冷却する。ここで、前記冷却手段３としては、例えば、混合ガスを断熱膨張させる等の処理を行い温度を凝縮性ガスの凝縮温度以下に下げる手段を用いることにより可能である。また、凝縮性ガスとして炭酸ガスを用いることもできる。
【００１７】
凝縮性ガスが凝縮する場合、前記混合ガス中に含まれる微粒子を核として凝縮することとなる。このように、微粒子を核として凝縮性ガスを凝縮させ凝縮物として回収することにより、微粒子含有ガス中から微粒子を分離することができる。
【００１８】
図２に、凝縮性ガスが混合ガス中に含まれる微粒子を核として凝縮する場合のイメージ図を示す。
【００１９】
図２において、（ａ）は微粒子を含有するガスに凝縮性ガスが混合された状態を示したものである。（ｂ）は冷却過程において混合ガス中に含まれる微粒子を核として凝縮性ガスの凝縮性成分が凝集する状態を示したものである。（ｃ）は凝縮性成分が凝集し、ガス中から分離した状態を示したものである。
【００２０】
このように、本願発明においては、水蒸気等の凝縮性ガスを微粒子含有ガスに予め混合し、冷却手段３によりこの混合ガスの温度を確実に凝縮性ガス中の凝縮性成分の露点以下の温度に下げることで、ガス中の微粒子を核として凝縮性ガス中の凝縮性成分を凝縮させるとともに微粒子同士を凝縮性成分とともに凝集させ、凝縮物としてガス中から分離することでガス中の微細粒子を効率的に回収できる。
【００２１】
本願発明においては、上記構成とすることにより、微粒子含有ガスに混合する凝縮性ガスの量及び冷却手段３での冷却温度を容易に制御することが可能である。これにより、凝縮物の液化量を容易に制御することができるため、微粒子が凝集した液体状態での回収を効率的に行うことが可能となる。
【００２２】
微粒子含有ガスに混合する凝縮性ガスの混合比としては、微粒子含有ガス量の３０％以上、場合により数倍の量を混合する。これは、凝縮を容易かつ均一に進行させるため、３０％以上の凝縮性ガスの混合を必要とするものである。
【００２３】
例えば、微粒子含有ガスに混合する凝縮性ガスとして水蒸気を用いる場合、冷却工程における水蒸気の凝縮割合は２０〜８０％程度とし、例えば、断熱膨張により混合ガスの温度を下げる場合、そのガス温度は数十℃以下、望ましくは０℃以下とすることが望ましい。
【００２４】
なお、微粒子含有ガスに混合する凝縮性ガスの量及び冷却手段３での冷却温度は、微粒子含有ガス中の微粒子濃度等を考慮して適宜選択され得る。
【００２５】
回収手段４により、前記凝縮物と微粒子の除去されたガスを分離回収する。ここで、前記凝縮物は凝縮物回収手段４ａにより回収され、前記微粒子の除去されたガスはガス回収手段４ｂにより回収される。
【００２６】
前記凝縮物回収手段４ａとしては、例えば、微粒子分離装置１の下部に設けられた凝縮物排出口、凝縮物を貯蔵する貯蔵タンク、前記凝縮物排出口と貯蔵タンクをつなぐ配管等により構成することができる。また、前記ガス回収手段４ｂとしては、例えば、微粒子分離装置１の側壁部に設けられたガス排出口、ガスを貯蔵する貯蔵タンク、前記ガス排出口と貯蔵タンクをつなぐ配管等により構成することができる。なお、前記ガス排出口から排出されたガスを再び凝縮性ガスと混合して微粒子分離装置１内に戻すことにより、ガス中の微粒子除去をより効果的に行うことが可能となる。
【００２７】
前記凝縮物回収手段４ａにより回収された液体状の凝縮物には、ガス中から分離された微粒子が件濁状態で存在する。この液体状の凝縮物に、電場、磁場、温度場、遠心力、重力、超音波、液体の流動の内の１つ以上を付加することにより、微粒子同士を積層状その他の概ね規則的な形態に凝集（配列）させることができる。この微粒子を凝集（配列）させた状態で液体状の凝縮成分を蒸発させて除去したり、或いは、凝集物固定化用の樹脂、低融点物質、接着剤、及び、結合剤等を用いることにより微粒子を固定化し分離することにより、その分離回収された微粒子はそのまま機能材料用素材として使用することが可能となる。
【００２８】
なお、前記凝縮物回収手段４ａにより回収された液体状の凝縮物は、凝縮性成分の融点以上の温度に維持する必要があり、必要に応じて凝縮物を貯蔵する貯蔵タンクには加熱手段を設けても良い。
【００２９】
ここで、前記微粒子が導電性の高い物質の場合には電場を、磁気的性質を有する場合には磁場を与えることにより、溶媒となっている液体との分離が容易になるばかりでなく、電場または磁場の印加方向により、凝集させる微粒子を一定の規則的配列ないし積層状にして回収することが可能となる。
【００３０】
また、一般に、溶媒となっている液体と回収される微粒子には比重に差があるので、温度場、遠心力、重力等の慣性力を付加することにより、沈降ないし浮上分離をより促進することが可能となる。
【００３１】
また、超音波をキャビテーションが生成しない条件で印加することにより、微粒子同士が凝集するので、比重差による分離を促進することができる。一方、微粒子を均一に積層或いは配列させる場合には、溶媒中に微粒子が均一に分散している必要があるので、キャビテーションが起きる条件で超音波を印加しつつ、溶媒を蒸発させることにより、均一な微粒子分散状態で回収することができる。
【００３２】
また、液体の流動を制御する手段のひとつとして温度場を用いることによる微粒子の泳動促進を活用することもできる。
【００３３】
このように、回収された液体状の凝縮物に、電場、磁場、温度場、遠心力、重力、超音波、液体の流動を単独または組み合わせて与えることにより、回収する微粒子を積層状、その他の概ね規則的な形態に凝集（配列）させることができる。
【００３４】
なお、上述の回収手段４としては、サイクロン、バグフィルターその他の通常の除塵手段によって、凝縮物と微粒子の除去されたガスを分離回収することもできる。凝縮物の粒子径が少なくとも０．１μｍ以上、望ましくは１μｍ以上まで凝縮できている場合には、バグフィルター等のようなファイルター式除塵装置で除塵して微粒子の凝縮物とガスとを分離回収することができる。また、凝縮物の粒子径が少なくとも１０μｍ以上、望ましくは２０μｍ以上、さらに望ましくは４０μｍ以上まで凝縮できている場合にはサイクロン式除塵装置で除塵して微粒子の凝縮物とガスとを分離回収することができる。
【００３５】
上述した実施形態によりナノマテリアルである微粒子を安価で効率的に回収できるので、電子デバイス用機器、塗料、医療用、その他の機能材料として回収した微粒子を用いることができ、その経済的効果は大きい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ガス中に含まれる微粒子を効率よく分離回収すると共に、回収した後の微粒子の有効利用を容易にすることが可能な微粒子分離方法及び微粒子分離装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る微粒子分離装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る凝縮性ガスが混合ガス中に含まれる微粒子を核として凝縮する場合のイメージ図である。
【符号の説明】
１  微粒子分離装置
２  ガス混合手段
３  冷却手段
４  回収手段
４ａ  凝縮物回収手段
４ｂ  ガス回収手段
【図１】
2004290762.tif 000003
【図２】
2004290762.tif 000004