(57)【要約】【課題】低消費エネルギーで、かつ軽量で、操作性よく対象ガス成分を除去することができるガス浄化装置が必要であった。【解決手段】浄化処理対象物質を含む排ガスを導入する排ガス導入経路１と、排ガス導入経路の下流に設けられた浄化室２と、浄化室２の下流に設けられた排ガス排出経路３と、排ガス排出経路３に設けられた排ガスの熱を回収する熱回収部と、熱回収部と熱的に接続され、回収した熱により所定の化学物質に吸熱反応を生じさせて吸熱反応生成物を生成する吸熱反応部１０と、吸熱反応部１０で生成された吸熱反応生成物を貯蔵する蓄熱部１４と、蓄熱部１４に貯蔵された吸熱反応生成物の発熱反応を所定の条件により生じさせる発熱反応部１１と、排ガス導入経路１に設けられ、発熱反応部１１と熱的に接続された発熱部とを備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浄化処理対象物質を含む排ガスを導入する排ガス導入経路と、
前記排ガス導入経路の下流に設けられた、前記排ガスを浄化する浄化室と、
前記浄化室の下流に設けられた、浄化された排ガスを排出する排ガス排出経路と、
前記排ガス排出経路に設けられた、前記排ガスの熱を回収する熱回収部と、
前記熱回収部と熱的に接続され、前記熱回収部で回収した熱により所定の化学物質に吸熱反応を生じさせて吸熱反応生成物を生成する吸熱反応部と、
前記吸熱反応部で生成された前記吸熱反応生成物を貯蔵する蓄熱部と、
前記蓄熱部に貯蔵された前記吸熱反応生成物の発熱反応を、所定の条件により生じさせる発熱反応部と、
前記排ガス導入経路に設けられ、前記発熱反応部と熱的に接続された発熱部とを備えたガス浄化装置。
【請求項２】
前記吸熱反応部は前記熱回収部と一体になっている、請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項３】
前記発熱反応部は前記発熱部と一体になっている、請求項１または２記載のガス浄化装置。
【請求項４】
前記吸熱反応部における吸熱反応と、前記発熱反応部における発熱反応とに可逆的化学反応を用い、
前記発熱反応部で、発熱反応によって生成される物質は前記化学物質であり、前記吸熱反応部に供給される、請求項１乃至３のいずれかに記載のガス浄化装置。
【請求項５】
前記浄化室は浄化用触媒を備えている、請求項１乃至４のいずれかに記載のガス浄化装置。
【請求項６】
浄化処理対象物質を含む排ガスを導入する排ガス導入経路と、
前記排ガス導入経路の下流に設けられた、前記排ガスを浄化する浄化室と、
前記浄化室の下流に設けられた、浄化された排ガスを排出する排ガス排出経路と、
前記排ガス排出経路に設けられた、前記排ガスの熱を回収する熱回収部と、
前記熱回収部と熱的に接続され、前記熱回収部で回収した熱により所定の化学物質に吸熱反応を生じさせて吸熱反応生成物を生成する吸熱反応部と、
前記吸熱反応部で生成された前記吸熱反応生成物を貯蔵する蓄熱部と、
前記蓄熱部に貯蔵された前記吸熱反応生成物の発熱反応を、所定の条件により生じさせる発熱反応部と、
前記排ガス導入経路に設けられ、前記発熱反応部と熱的に接続された発熱部と、
前記浄化室の上流側に設けられ、前記浄化処理対象物質を吸着し、吸着された前記浄化処理対象物質が加熱により脱離する、前記発熱部と熱的に接続されている吸着部と、
前記発熱部の発熱を所定期間停止させる制御手段とを備えたガス浄化装置。
【請求項７】
前記制御手段は、
浄化モードにおいては、前記発熱部の発熱を停止させる際には、前記排ガス導入経路に排ガスを導入し、
再生モードにおいては、前記発熱部を発熱させる際には、前記排ガス導入経路に空気を導入するとともに、前記浄化室を稼動させて浄化する、請求項６記載のガス浄化装置。
【請求項８】
浄化処理対象物質を含む排ガスが流れる排ガス経路と、
前記排ガス経路と隣接する部分を有し、前記排ガス経路とは異なる、ガスが流れる再生用ガス経路と、
前記排ガス経路と前記再生用ガス経路の隣接部を回転の中心として、前記排ガス経路と前記再生用ガス経路を遮るように回転する、前記浄化処理対象物質を吸着するローター型の吸着部と、
前記再生用ガス経路の前記吸着部の位置よりも下流に設けられた、前記吸着部から脱離した前記浄化処理対象物質を含む排ガスを浄化する浄化室と、
前記浄化室の下流に設けられた、浄化された排ガスを排出する排ガス排出経路と、
前記排ガス排出経路に設けられた、前記排ガスの熱を回収する熱回収部と、
前記熱回収部と熱的に接続され、前記熱回収部で回収した熱により所定の化学物質に吸熱反応を生じさせて吸熱反応生成物を生成する吸熱反応部と、
前記吸熱反応部で生成された前記吸熱反応生成物を貯蔵する蓄熱部と、
前記蓄熱部に貯蔵された前記吸熱反応生成物の発熱反応を、所定の条件により生じさせる発熱反応部と、
前記再生用ガス経路の前記吸着部の上流側に設けられ、前記発熱反応部と熱的に接続された発熱部とを備えたガス浄化装置。
【請求項９】
前記再生用ガス経路には空気が流れる、請求項８記載のガス浄化装置。
【請求項１０】
排ガス導入経路より浄化処理対象物質を含む排ガスを導入し、
前記排ガス導入経路の下流に設けられた浄化室で、前記排ガスを浄化し、
前記浄化室の下流に設けられた排ガス排出経路で、浄化された排ガスを排出し、
前記排ガス排出経路に設けられた熱回収部で、前記排ガスの熱を回収し、
前記熱回収部と熱的に接続された吸熱反応部で、前記熱回収部で回収した熱により所定の化学物質に吸熱反応を生じさせて吸熱反応生成物を生成し、
前記吸熱反応部で生成された前記吸熱反応生成物を蓄熱部に貯蔵し、
前記蓄熱部に貯蔵された前記吸熱反応生成物の発熱反応を、発熱反応部で所定の条件により生じさせ、
前記排ガス導入経路に設けられ、前記発熱反応部と熱的に接続された発熱部で、前記排ガス導入経路より導入される前記排ガスを加熱する、ガス浄化方法。
【請求項１１】
排ガス導入経路より浄化処理対象物質を含む排ガスを導入し、
前記排ガス導入経路の下流に設けられた浄化室で、前記排ガスを浄化し、
前記浄化室の下流に設けられた排ガス排出経路で、浄化された排ガスを排出し、
前記排ガス排出経路に設けられた熱回収部で、前記排ガスの熱を回収し、
前記熱回収部と熱的に接続された吸熱反応部で、前記熱回収部で回収した熱により所定の化学物質に吸熱反応を生じさせて吸熱反応生成物を生成し、
前記吸熱反応部で生成された前記吸熱反応生成物を蓄熱部に貯蔵し、
前記蓄熱部に貯蔵された前記吸熱反応生成物の発熱反応を、発熱反応部で所定の条件により生じさせ、
前記排ガス導入経路に設けられ、前記発熱反応部と熱的に接続された発熱部の発熱を所定期間停止させ、前記浄化室の上流側に設けられた吸着部で前記浄化処理対象物質を吸着し、
前記発熱部と熱的に接続された前記吸着部を所定時間発熱させ、吸着された前記浄化処理対象物質を脱離させる、ガス浄化方法。
【請求項１２】
請求項８記載のガス浄化装置を用いるガス浄化方法であって、
ローター型の前記吸着部を回転させ、
前記排ガスが前記排ガス経路を通る場合は、前記吸着部が前記浄化処理対象物質を吸着し、
前記ガスが前記再生用ガス経路を通る場合は、前記発熱部により前記吸着部を加熱し、前記吸着部に吸着された前記浄化処理対象物質を脱離させ、
脱離した前記浄化処理対象物質を含んだ排ガスを、前記浄化室に流入させて、浄化し、
前記浄化室で浄化された排ガスの熱を前記熱回収部で回収し、
前記吸熱反応部で、前記回収した熱により、前記所定の化学物質に吸熱反応を生じさせて、前記吸熱反応生成物を生成し、
前記吸熱反応生成物を前記蓄熱部に貯蔵し、
前記発熱反応部で、所定の条件により前記吸熱反応生成物の発熱反応を生じさせ、
前記発熱反応部で発生した熱を前記発熱部の加熱に用いる、ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業分野、あるいは民生分野から排出される、希薄なＶＯＣなどの浄化処理対象物質を含む排気ガスを対象とした、ガス浄化装置及びガス浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
塗装ブース、塗装乾燥炉、印刷用乾燥炉、プラスチックや合板の製造設備、食品加工設備、産業廃棄物処理設備あるいは香料製造設備などの各種施設内においては、塗料、インキ、溶剤、接着剤、合成樹脂、あるいは化学薬品等から、アルコール類、エステル類や、有害で特有の臭気を持つフェノール類、アルデヒド類等の可燃性有害悪臭成分が発生する。
【０００３】
近年、環境問題に対する意識が高まる中、ガス中の微量有害成分についての浄化技術の重要性はますます高まってきている。上記分野で用いられるガス浄化装置における、希薄なＶＯＣや臭気などの浄化処理対象物質に対する浄化方法としては、主に燃焼式、吸着式、オゾン酸化式、微生物分解式などが開発され、実用化されている。これらの中で、特にトルエン、キシレン類などのＶＯＣについては、コストと処理効率の点から燃焼式が最も適している。
【０００４】
燃焼式ガス浄化方法は、さらに直接燃焼式、触媒燃焼式、蓄熱燃焼式などがある。従来例として３００℃〜４００℃程度の中温で用いられる触媒燃焼式の概略を図５に示す。浄化室２における浄化触媒４で対象物質を浄化するのに用いられた熱は、直接燃焼式に比べて低温であるものの、排ガスによって輸送され、大気中に放散されている。これらのガス浄化装置で希薄な可燃成分を処理する場合に望まれることは、排ガス温度を低下させることとともに、さらに消費エネルギー量を抑制してランニングコストを低減することがあげられる。
【０００５】
蓄熱燃焼式は他の燃焼方式と比較して、イニシャルコストは高いものの８５％以上の熱回収効率を得ることができるため、消費エネルギーが触媒燃焼式に比べて半分程度に小さくなる利点を有しており、上記燃焼式浄化装置の中でも、蓄熱燃焼式はその目的に合致したものであるといえる。
【０００６】
蓄熱燃焼式では、図６に示すように、浄化室２に対して二塔または三塔式のガス流路を設けており、バーナー６で浄化処理対象物質を燃焼浄化した後、浄化部の下流にセラミックスハニカムなどの顕熱蓄熱材８を位置させることで排熱を吸収する。そして、ガス供給方向を反転させることで顕熱蓄熱材８で保持された熱を再び浄化室２で利用し、反対方向に設けられた顕熱蓄熱材９で排熱を吸収するといった操作を繰り返す（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
一方、蓄熱技術については、上記用途で用いられる固体を使った顕熱蓄熱のほかに、物質の相変化を利用する潜熱蓄熱が開発、実用化されており、さらに吸着や可逆的化学反応を用いた化学蓄熱が一部実証試験段階に入っている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
また、同様にガス浄化装置の運転に伴う消費エネルギーを低減するためには、その他にハニカムローター型などの吸着濃縮部を燃焼部の上流に設けた、吸着濃縮を併用した方式がある（例えば、非特許文献２参照）。この方式では、浄化処理対象物質を５倍程度以上に濃縮させるとともに、別に浄化処理対象物質を加熱することによって脱離（吸着濃縮部を再生）させ、下流に位置させた燃焼触媒などで燃焼浄化するタイプのものも既に実用化されている。このような方式によると、燃焼浄化部を通過するガス流量を、処理ガスとは別に適宜設定することが可能となるため、燃焼浄化部でのガス流量を最低限に抑えることができ、浄化部での燃焼または加熱に要するエネルギー量を大きく抑制することができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−４４４１６号公報（例えば、第８頁、第１図）
【非特許文献１】
（社）化学工学会編、「蓄熱技術−理論とその応用  第II編」、信山社サイテック、２００１年８月３０日
【非特許文献２】
竹内雍監修、「最新吸着技術便覧」、（株）エヌ・ティー・エス、１９９９年１月、ｐ．７４〜７７
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガス浄化装置の省エネ性を改善するのに有効な上記蓄熱燃焼式も、下記に示す課題を有している。
【００１１】
蓄熱燃焼式でガスの保持している熱を有効に吸収するには、顕熱蓄熱材の熱容量が限られているため、高い熱効率を得るために多量の顕熱蓄熱材が必要となり、装置重量や大きさが著しく増加することによって設置場所が限られる。さらに、大きな熱容量を有するため、装置が安定するまでに数時間かかり、必要時において装置の始動と停止が繰り返されるような間欠運転には不適であるといった問題点がある。また、この方式はガス供給方向を切り替えるためのダンパーの操作性から、数十ｍ3／ｍｉｎ以上の比較的風量の多い用途に利用が限られている。
【００１２】
また、吸着濃縮を併用した方式においても、ガス中の希薄な浄化処理対象物質をこの方式で浄化する場合、必ずしもローター型で連続的に脱離を行う必要もなく、エネルギーを低減させるために一時的に再生するのみで十分である。この場合でも吸着濃縮部からの浄化処理対象物質の脱離にエネルギーが必要である。この脱離再生にかかるエネルギーについてもガス浄化装置の排気経路の排熱を有効利用することが好ましいが、基本的に温度的あるいは時間的なミスマッチが生じるため、熱の有効利用を損ないやすく、何らかの解決策が望まれていた。
【００１３】
本発明は、このような従来の燃焼式ガス浄化装置に係る消費エネルギーと装置構成上の課題を考慮し、軽量で小さく、かつ間欠運転ができ、排気ガスに含まれる浄化処理対象物質を適切に除去することができる、ガス浄化装置及びガス浄化方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、第１の本発明は、
浄化処理対象物質を含む排ガスを導入する排ガス導入経路（１）と、
前記排ガス導入経路（１）の下流に設けられた、前記排ガスを浄化する浄化室（２）と、
前記浄化室（２）の下流に設けられた、浄化された排ガスを排出する排ガス排出経路（３）と、
前記排ガス排出経路（３）に設けられた、前記排ガスの熱を回収する熱回収部と、
前記熱回収部と熱的に接続され、前記熱回収部で回収した熱により所定の化学物質に吸熱反応を生じさせて吸熱反応生成物を生成する吸熱反応部（１０）と、前記吸熱反応部（１０）で生成された前記吸熱反応生成物を貯蔵する蓄熱部（１４）と、
前記蓄熱部（１４）に貯蔵された前記吸熱反応生成物の発熱反応を、所定の条件により生じさせる発熱反応部（１１）と、
前記排ガス導入経路（１）に設けられ、前記発熱反応部（１１）と熱的に接続された発熱部とを備えたガス浄化装置である。
【００１５】
第２の本発明は、
前記吸熱反応部（１０）は前記熱回収部と一体になっている、第１の本発明のガス浄化装置である。
【００１６】
第３の本発明は、
前記発熱反応部（１１）は前記発熱部と一体になっている、第１又は第２の本発明のガス浄化装置である。
【００１７】
第４の本発明は、
前記吸熱反応部（１０）における吸熱反応と、前記発熱反応部（１１）における発熱反応とに可逆的化学反応を用い、
前記発熱反応部（１１）で、発熱反応によって生成される物質は前記化学物質であり、前記吸熱反応部（１０）に供給される、第１乃至第３のいずれかの本発明のガス浄化装置である。
【００１８】
第５の本発明は、
前記浄化室（２）は浄化用触媒（４）を備えている、第１乃至第４のいずれかの本発明のガス浄化装置である。
【００１９】
第６の本発明は、
浄化処理対象物質を含む排ガスを導入する排ガス導入経路（１）と、
前記排ガス導入経路（１）の下流に設けられた、前記排ガスを浄化する浄化室（２）と、
前記浄化室（２）の下流に設けられた、浄化された排ガスを排出する排ガス排出経路（３）と、
前記排ガス排出経路（３）に設けられた、前記排ガスの熱を回収する熱回収部と、
前記熱回収部と熱的に接続され、前記熱回収部で回収した熱により所定の化学物質に吸熱反応を生じさせて吸熱反応生成物を生成する吸熱反応部（１０）と、前記吸熱反応部（１０）で生成された前記吸熱反応生成物を貯蔵する蓄熱部（１４）と、
前記蓄熱部（１４）に貯蔵された前記吸熱反応生成物の発熱反応を、所定の条件により生じさせる発熱反応部（１１）と、
前記排ガス導入経路（１）に設けられ、前記発熱反応部（１１）と熱的に接続された発熱部と、
前記浄化室（２）の上流側に設けられ、前記浄化処理対象物質を吸着し、吸着された前記浄化処理対象物質が加熱により脱離する、前記発熱部と熱的に接続されている吸着部（１５）と、
前記発熱部の発熱を所定期間停止させる制御手段とを備えたガス浄化装置である。
【００２０】
第７の本発明は、
前記制御手段は、
浄化モードにおいては、前記発熱部の発熱を停止させる際には、前記排ガス導入経路（１）に排ガスを導入し、
再生モードにおいては、前記発熱部を発熱させる際には、前記排ガス導入経路（１）に空気を導入するとともに、前記浄化室（２）を稼動させて浄化する、第６の本発明のガス浄化装置である。
【００２１】
第８の本発明は、
浄化処理対象物質を含む排ガスが流れる排ガス経路（２２）と、
前記排ガス経路（２２）と隣接する部分を有し、前記排ガス経路（２２）とは異なる、ガスが流れる再生用ガス経路（２３）と、
前記排ガス経路（２２）と前記再生用ガス経路（２３）の隣接部を回転の中心として、前記排ガス経路（２２）と前記再生用ガス経路（２３）を遮るように回転する、前記浄化処理対象物質を吸着するローター型の吸着部（１６）と、
前記再生用ガス経路（２３）の前記吸着部（１６）の位置よりも下流に設けられた、前記吸着部（１６）から脱離した前記浄化処理対象物質を含む排ガスを浄化する浄化室（２）と、
前記浄化室（２）の下流に設けられた、浄化された排ガスを排出する排ガス排出経路（３）と、
前記排ガス排出経路（３）に設けられた、前記排ガスの熱を回収する熱回収部と、
前記熱回収部と熱的に接続され、前記熱回収部で回収した熱により所定の化学物質に吸熱反応を生じさせて吸熱反応生成物を生成する吸熱反応部（１０）と、前記吸熱反応部（１０）で生成された前記吸熱反応生成物を貯蔵する蓄熱部（１４）と、
前記蓄熱部（１４）に貯蔵された前記吸熱反応生成物の発熱反応を、所定の条件により生じさせる発熱反応部（１１）と、
前記再生用ガス経路（２３）の前記吸着部（１６）の上流側に設けられ、前記発熱反応部（１１）と熱的に接続された発熱部とを備えたガス浄化装置である。
【００２２】
第９の本発明は、
前記再生用ガス経路（２３）には、空気が流れる、第８の本発明のガス浄化装置である。
【００２３】
第１０の本発明は、
排ガス導入経路（１）より浄化処理対象物質を含む排ガスを導入し、
前記排ガス導入経路（１）の下流に設けられた浄化室（２）で、前記排ガスを浄化し、
前記浄化室（２）の下流に設けられた排ガス排出経路（３）で、浄化された排ガスを排出し、
前記排ガス排出経路（３）に設けられた熱回収部で、前記排ガスの熱を回収し、
前記熱回収部と熱的に接続された吸熱反応部（１０）で、前記熱回収部で回収した熱により所定の化学物質に吸熱反応を生じさせて吸熱反応生成物を生成し、前記吸熱反応部（１０）で生成された前記吸熱反応生成物を蓄熱部（１４）に貯蔵し、
前記蓄熱部（１４）に貯蔵された前記吸熱反応生成物の発熱反応を、発熱反応部（１１）で所定の条件により生じさせ、
前記排ガス導入経路（１）に設けられ、前記発熱反応部（１１）と熱的に接続された発熱部で、前記排ガス導入経路（１）より導入される前記排ガスを加熱する、ガス浄化方法である。
【００２４】
第１１の本発明は、
排ガス導入経路（１）より浄化処理対象物質を含む排ガスを導入し、
前記排ガス導入経路（１）の下流に設けられた浄化室（２）で、前記排ガスを浄化し、
前記浄化室（２）の下流に設けられた排ガス排出経路（３）で、浄化された排ガスを排出し、
前記排ガス排出経路（３）に設けられた熱回収部で、前記排ガスの熱を回収し、
前記熱回収部と熱的に接続された吸熱反応部（１０）で、前記熱回収部で回収した熱により所定の化学物質に吸熱反応を生じさせて吸熱反応生成物を生成し、前記吸熱反応部（１０）で生成された前記吸熱反応生成物を蓄熱部（１４）に貯蔵し、
前記蓄熱部（１４）に貯蔵された前記吸熱反応生成物の発熱反応を、発熱反応部（１１）で所定の条件により生じさせ、
前記排ガス導入経路（１）に設けられ、前記発熱反応部（１１）と熱的に接続された発熱部の発熱を所定期間停止させ、前記浄化室（２）の上流側に設けられた吸着部（１５）で前記浄化処理対象物質を吸着し、
前記発熱部と熱的に接続された前記吸着部（１５）を所定時間発熱させ、吸着された前記浄化処理対象物質を脱離させる、ガス浄化方法である。
【００２５】
第１２の本発明は、
第８の本発明のガス浄化装置を用いるガス浄化方法であって、
ローター型の前記吸着部（１６）を回転させ、
前記排ガスが前記排ガス経路（２２）を通る場合は、前記吸着部（１６）が前記浄化処理対象物質を吸着し、
前記ガスが前記再生用ガス経路（２３）を通る場合は、前記発熱部により前記吸着部（１６）を加熱し、前記吸着部（１６）に吸着された前記浄化処理対象物質を脱離させ、
脱離した前記浄化処理対象物質を含んだ排ガスを、前記浄化室（２）に流入させて、浄化し、
前記浄化室（２）で浄化された排ガスの熱を前記熱回収部で回収し、
前記吸熱反応部（１０）で、前記回収した熱により、前記所定の化学物質に吸熱反応を生じさせて前記吸熱反応生成物を生成し、
前記吸熱反応生成物を前記蓄熱部（１４）に貯蔵し、
前記発熱反応部（１１）で、所定の条件により前記吸熱反応生成物の発熱反応を生じさせ、
前記発熱反応部（１１）で発生した熱を前記発熱部の加熱に用いる、ガス浄化方法である。
【００２６】
本発明の作用原理を具体的な例で説明する。
【００２７】
本発明のガス浄化装置は、省エネ型ガス浄化装置の課題である重量や操作性の問題を化学蓄熱を利用することによって解決するものである。すなわち、ガス浄化装置における浄化室で処理された排ガスに含まれる排熱を熱回収し、熱→物質変換作用を有する化学蓄熱手段によって貯蔵し、ガス浄化装置内の熱需要にあわせて再利用する。これにより、排ガスによる装置外部への熱の放散が抑制され、熱的汚染を防ぐことが可能になるとともに、従来方法で燃焼部や吸着濃縮部再生のための加熱に用いられていた電気、またはガスなどのエネルギー消費量を大幅に抑制することが可能となる。ここで、ガス浄化装置内の熱需要は、浄化室内における浄化処理対象物質の分解反応を促進させるための熱、または吸着濃縮部を利用した場合の加熱再生に用いる熱等である。
【００２８】
本発明では、排ガスからの熱回収に対して、顕熱および潜熱蓄熱剤のように経時的な放熱ロスが少なく、排熱を化学物質として蓄えることが可能な化学蓄熱方式を用いることで、長期的かつ高密度に蓄熱することを可能としている。
【００２９】
化学蓄熱方式は、可逆的な化学反応に伴う吸熱または発熱を、分離・圧縮操作などの平衡移動操作を加えて利用することで、ケミカルヒートポンプや、化学反応に関わる物質を貯蔵することによる蓄熱装置を構成することができる。化学蓄熱方式には、吸収、吸着、混合などの作用を用いたものがあり、これらを適用しても構わない。しかし、本発明の用途では、特に蓄熱密度が高く昇温作用に優れた可逆的な有機化学反応、例えばイソプロパノールの脱水素化反応を利用した系、あるいはさらに温度レベルが高く温度改質幅の大きい酸化マグネシウムの水和反応を利用した系などの、無機化学反応を利用した系がより適している。
【００３０】
本発明のガス浄化装置は、上記化学蓄熱の原理を応用している。浄化部で浄化に利用された後、排ガスによって系外に放出される熱を回収し、貯蔵後、熱源として利用することで、従来顕熱などで行われていた蓄熱部をコンパクト化し、ランニングコストを大幅に低減するものである。また、化学蓄熱によるヒートポンプ作用により、温度レベルを高くしたり、あるいは増熱して用いることもできる。  本発明のガス浄化装置では、排ガス排出経路中に設けられた、熱交換器と熱的に接続された吸熱反応器によって吸熱反応を行い、低温熱を回収し、発熱反応部において発熱反応を生じさせて、燃焼部の加熱、または吸着濃縮部における浄化処理対象物質の加熱脱離に用いるようになっている。ここでいう熱的な接続とは、熱交換器と一体化した化学反応器であっても、あるいはヒートパイプや伝熱性の高い金属材料による接合などの伝熱手段により、熱交換器と化学反応器を接続したものであっても、熱損失が少ない構造であれば構わない。ここで熱交換器と一体化した化学反応器とは、化学反応器の外壁、さらには内壁に熱交換フィンを設けてガスおよび化学反応媒体との接触面積を大きくしたものであり、排熱を有効に化学反応に用いるためにできるだけ高密度に接触面積をとることが好ましい。
【００３１】
また、本発明の浄化室は、バーナーなどによる直接燃焼式で構成しても構わないが、浄化触媒を用いるとより効果的である。例えばＶＯＣの浄化などについては、Ｐｔ系金属やＭｎやＣｏなどの金属酸化物などを主成分とする触媒を用いることができる。浄化室を前記触媒で構成することによって低温で反応させることが可能となり、例えばＶＯＣの浄化などでは２００〜３００℃程度の温度で浄化を行うことができる。
【００３２】
これらの低温における浄化に対して、化学蓄熱を利用した本発明のガス浄化装置を適用することによって、浄化室における触媒やガスの加熱に用いるエネルギー量を大幅に削減することができる。また、触媒を用いることで、浄化部の上流側に吸着濃縮部を設けた場合に、浄化処理対象物質の脱離プロファイルにともなって濃度変動する場合でも、安定して分解浄化させることが可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるガス浄化装置の構成図である。
【００３５】
実施の形態１のガス浄化装置は、浄化処理対象物質を燃焼して浄化する浄化室２を備える。浄化室２は、浄化触媒４を備え、浄化触媒４の上流側にヒータ５を備える。浄化室２の上流側は、排ガス導入経路１とつながっている。浄化室２の下流側は、排ガス排出経路３とつながっている。浄化触媒４の下流側に、吸熱反応部１０が設けられている。吸熱反応部１０は、吸熱反応を生じ、吸熱反応生成物を生成する、化学物質を有している。吸熱反応部１０は、媒体流路１２を経由して平衡移動部１３につながっている。平衡移動部１３で平衡移動操作を加えられた吸熱反応生成物を貯蔵する、吸熱反応生成物タンク１４が設けられている。吸熱反応生成物タンク１４は、本発明の蓄熱部としての一例である。発熱反応部１１が、浄化室２のヒータ５の上流側に備えられている。吸熱反応部１０、平衡移動部１３、吸熱反応生成物タンク１４、発熱反応部１１、および媒体流路１２によって、化学蓄熱部１００を形成している。
【００３６】
次に、実施の形態１における動作内容を説明する。
【００３７】
浄化処理対象物質を含むガス流は、排ガス導入経路１から導入され、浄化室２を経由した後、排ガス排出経路３より排出される。浄化触媒４はヒータ５によって触媒活性化温度まで昇温され、浄化処理対象物質を接触分解するとともに、浄化室２の下流側に分解生成物や排熱等を含む排ガスを放出する。
【００３８】
吸熱反応部１０では、排ガス中の熱によって吸熱反応部１０にある化学物質に吸熱反応が生じ、排熱を回収して排ガス温度を低下させる。そして、その結果生じる吸熱反応生成物を媒体流路１２を通じ、平衡移動部１３を経由して、吸熱反応生成物タンク１４に貯蔵する。ここで平衡移動部１３は、蒸留などによる分離や圧縮作用によって反応平衡を移動させるようになっている。
【００３９】
本実施の形態では、例えば、ガス流を２ｍ3／ｍｉｎで供給し、浄化触媒４の上流側温度を２００℃程度に設定することで、排ガス排出経路３における排気温度が１７０℃程度になっている場合は、１７０℃〜７０℃間の排熱を１００％回収したとすれば１分間あたり約５６ｋＪの熱量を得ることができる。これを例えば吸熱反応部１０において、吸熱反応部１０内に設けられた触媒によりイソプロパノールの脱水素反応によって水素とアセトンという形で回収、貯蔵した場合、反応熱が約１００ｋＪ／ｍｏｌであることから、１分間あたり０．５ｍｏｌ程度（約３０ｇ）のイソプロパノールで化学蓄熱を行うことができる。この場合、吸熱反応生成物は、アセトンおよび水素であり、凝縮液化、または吸蔵材料などで貯蔵することができ、また随時吸熱反応物質を供給して効率的に熱回収を行うことも可能である。
【００４０】
これを、従来のように、顕熱蓄熱材を使用した場合には、構造が簡単ではあるが、蓄熱密度が低いために、例えば比熱１．１ｋＪ／ｋｇ・Ｋのレンガで計算すると、５００ｇ程度の材料が必要となる。さらに、一度昇温された後は熱吸収率が低下するため、結果的に多量の蓄熱材が必要となる。
【００４１】
一方、発熱反応部１１では、吸熱反応生成物タンク１４から供給される吸熱反応生成物に、発熱反応部１１内に設けられた触媒を用いて発熱反応を生じさせる。この発熱反応によって、排ガス導入経路１から供給される排ガスを加熱し、浄化触媒４に供給することで浄化作用を促進する。
【００４２】
吸熱反応部１０における吸熱反応と、発熱反応部１１における発熱反応とは可逆的化学反応を利用しており、発熱反応部１１で発熱反応によって生成される発熱反応生成物は、吸熱反応部１０で吸熱反応を生ずる化学物質である。したがって、発熱反応部１１における発熱反応生成物は、再び吸熱反応部１０に供給され、吸熱反応に用いられる。
【００４３】
ここでの発熱反応は、前記のイソプロパノール脱水素反応の逆反応であるアセトンの水素化によるイソプロパノールを用いることができ、１５０℃〜２００℃程度の発熱反応を生じさせる。この熱をガスや浄化室の加熱に用いることができ、ガスの加熱に要するエネルギーに対して、補助熱源であるヒータ５の入力を削減することができる。
【００４４】
なお、化学蓄熱部１００における反応生成物の蒸発、凝縮等に伴う熱の入出は、適宜浄化経路の熱需要と組合すことでその影響を抑制することができる。
【００４５】
以上のように、本発明の実施の形態１では、排ガスに含まれる低温熱を貯蔵、昇温して有効に利用することが可能になり、ガス浄化装置の加熱に係るエネルギーを大幅に抑制することができる。
【００４６】
なお、上記化学蓄熱部１００で用いられる化学反応系については、排ガス排出経路３の温度によって選択することができる。例えば、上記ではイソプロパノール／アセトン／水素系の可逆反応を用いたが、無機系反応であれば、塩化マンガン／アンモニア系で、３０℃〜２００℃程度の範囲内で、また、酸化マグネシウムの水和反応を用いると、２５０℃〜５００℃程度の範囲内で蓄熱することができる。
【００４７】
なお、化学蓄熱部１００は、温度レベルを合わせるために異なる系のものを複数連接して設けても構わない。
【００４８】
また、セラミックスハニカムなどを断熱材として吸熱反応部１１の下流側に設けると、さらに排ガス温度を低下させ、効果的に熱回収を行うことが可能である。
【００４９】
また、本実施の形態では、吸熱反応部１０と発熱反応部１１は、いずれも熱交換器と一体化した構成としているが、これらは一体化していなくてもよい。熱交換器と一体化していない場合の構成を図２に示す。浄化された排ガスの熱を回収する部分、及び浄化室２に流入する排ガスを加熱する部分以外は、図１の構成、動作と同一である。図１の構成、動作と異なる部分についてのみ説明する。
【００５０】
図２（ａ）は、浄化室２の下流側の、浄化された排ガスの吸熱部分の構成を示している。浄化室２の下流側には、熱交換器３０が備えられており、吸熱反応部１０と熱的に接続されている。吸熱反応部１０は、媒体流路１２を経由して、平衡移動部１３及び発熱反応部１１とつながっている。ここで、熱交換器３０は、本発明の熱回収部の一例である。浄化室２で浄化された排ガスの熱を、熱交換器３０で回収し、その熱で、吸熱反応部１０にある化学物質に吸熱反応を生じさせる。その結果生じる吸熱反応生成物を、媒体流路１２を通じ、平衡移動部１３を経由して吸熱反応生成タンク１４に貯蔵する。
【００５１】
図２（ｂ）は、浄化室２の上流側の排ガスの加熱部分の構成を示している。浄化室２の上流側には、熱交換器３１が備えられており、発熱反応部１１と熱的に接続されている。発熱反応部１１は、媒体流路１２を経由して、吸熱反応生成物タンク１４及び吸熱反応部１０とつながっている。ここで、熱交換器３１は、本発明の発熱部の一例である。吸熱反応生成物タンク１４から供給される吸熱反応生成物に、発熱反応部１１内の触媒を用いて、発熱反応部１１で発熱反応を生じさせる。発熱反応により生じた熱を熱交換器３１に伝える。そして、排ガス導入経路１から流入する排ガスを熱交換器３１で加熱し、浄化触媒４に供給することで浄化作用を促進させる。
【００５２】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるガス浄化装置の構成図である。
【００５３】
実施の形態１と同一の部分については、実施の形態１と同一の番号を用い、説明を省略する。実施の形態１と異なる部分について説明する。
【００５４】
浄化室２の上流の排ガス導入経路１上に、本発明の吸着部の一例としての吸着濃縮部１５を備える。そして、熱交換器と一体化した発熱反応部１１を、吸着濃縮部１５の上流側に備える。排ガス導入経路１は、その上流側で、排ガス経路１９及び、再生用ガス経路２０とつながっている。排ガス導入経路１、排ガス経路１９、再生用ガス経路２０の交差する部分に、排ガス導入経路１に導入される経路を切り替える、導入ガス切り替え手段２１を備える。導入ガス切り替え手段２１は、図３に示す（ｘ）と（ｙ）の位置に切り替えられるようになっている。導入ガス切り替え手段２１が（ｘ）の位置の場合は、排ガス経路１９からの排ガスを排ガス導入経路１に流入させ、再生用ガス経路２０からの空気の流入を遮断する。逆に、導入ガス切り替え手段２１が（ｙ）の位置の場合は、再生用ガス経路２０からの空気を排ガス導入経路１に流入させ、排ガス経路１９からの排ガスの流入を遮断する構造になっている。図３では、導入ガス切り替え手段２１が（ｘ）の位置にある場合（実線）を示している。その他の構成は、実施の形態１と同様の構成である。
【００５５】
次に、実施の形態２における動作内容を説明する。
【００５６】
吸着濃縮部１５で、ある一定時間の吸着による濃縮操作を行い、濃縮操作が終了した後、一時的に加熱による脱離操作（吸着剤の再生操作）を行うようになっている。
【００５７】
まず、本発明の浄化モードの動作を行なわせる。
【００５８】
導入ガス切り替え手段２１を（ｘ）の位置にし、排ガス経路１９からの排ガスを排ガス導入経路１に流入させる。そして、吸着濃縮部１５で、吸着による濃縮操作を行わせる。この時、発熱反応部１１は発熱させない。
【００５９】
一定時間経過して、吸着濃縮部１５での濃縮操作が終了した後、次に、本発明の再生モードの動作を行なわせる。
【００６０】
導入ガス切り替え手段２１を（ｘ）から（ｙ）の位置に切り替え、再生用のガスである空気を、再生用ガス経路２０から排ガス導入経路１に流入させる。
【００６１】
そして、発熱反応部１１で発熱反応を生じさせる。その発生した熱を加熱源として用い、吸着濃縮部１５を再生し、吸着濃縮部１５に吸着した浄化処理対象物質を脱離させる。それとともに、実施の形態１と同様に浄化室２を稼動させる。そして、吸着濃縮部１５から脱離した浄化処理対象物質を含んだ空気が浄化室２に流入し、実施の形態１と同様に浄化される。
【００６２】
なお、本実施の形態においては、導入ガス切り替え手段２１を、排ガス経路１９からの排ガスの流入／遮断と、再生用ガス経路からの空気の遮断／流入とを同時に切り替える構成としているが、これらを個別に配置し、個別に切り替える構成であってもよい。個別に切り替える構成にすることにより、例えば、排ガス経路１への流入経路を切り替える際に、排ガス経路１９からの排ガスの流入と再生用ガス経路２０からの空気の流入の、両方をともに一旦遮断した状態にして切り替えることができる。
【００６３】
なお、本実施の形態の吸着濃縮部１５に用いられる吸着剤は、活性炭や疎水性ゼオライトなどを用いることが可能である。例えば、活性炭を用い、２ｍ3／ｍｉｎで供給される空気に１００ｐｐｍのトルエンが含有されている場合、吸着濃縮に要する量は数ｋｇ程度あればよい。
【００６４】
本実施の形態のような場合に、排ガス排出経路３からの排熱を化学蓄熱方式によって蓄熱しておくと、物質として貯蔵されているため、時間が経過してもエネルギーロスがなく、特にその他の蓄熱方式に比べて有効なものとなる。
【００６５】
一般にＶＯＣの気化（脱離）に要する熱は比較的小さく、排ガスから回収された熱の余剰分は、そのまま実施の形態１と同様に、排ガスや浄化触媒４などの加熱に用いることが可能である。
【００６６】
以上のように化学蓄熱を用いると、間欠的に脱離再生を行う場合、特に有効である。
【００６７】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について図１及び図４に基づいて説明する。
【００６８】
実施の形態２において、排ガス中の浄化処理対象物質の濃度が比較的高い場合には、頻繁に再生が繰り返される。この場合にも、浄化処理対象物質を一旦吸着させて脱離させる処理が行なえるようにしたものが実施の形態３である。
【００６９】
実施の形態２と同様に、燃焼浄化する部分については実施の形態１と同一である。実施の形態１と同一の部分については、実施の形態１と同一の番号を用い、説明を省略する。実施の形態１及び実施の形態２と異なる部分について説明する。
【００７０】
本実施の形態は、実施の形態２の吸着濃縮部１５をローター形状にしたものであり、その周辺部分の構成を図４（ａ）に示す。図４（ｂ）は、吸着濃縮部であるローター１６を、図４（ａ）のガスの下流側（ｈ−ｈ´断面）から見た断面図である。
【００７１】
排ガスが流通する排ガス経路２２と、空気が流通する再生用ガス経路２３は、一部で隣接している。排ガス経路２２と再生用ガス経路２３の接している部分を中心として回転するように、吸着濃縮部である格子状のローター１６が取り付けられている。ローター１６は、排ガス経路２２及び再生用ガス経路２３のいずれに対しても、それらの経路を隙間無く完全に遮断する位置に取り付けられている。図４（ｂ）の斜線部分は詰物２４であり、排ガス経路２２及び再生用ガス経路２３のいずれにおいてもローター１６との間に隙間は無く、ローター１６を経由する以外にはローター１６の前後の部分でガスは流通できない構造となっている。ローター１６は、排ガス経路２２の部分を通過する時は、濃縮部１７として動作し、再生用ガス経路２３の部分を通過する時は、再生部１８として動作する。また、排ガス経路２２と再生用ガス経路２３とは流通しておらず、これらが隣接している部分でも流通する部分が無い構造となっている。
【００７２】
そして、再生用ガス経路２３の、ローター１６の上流側に、発熱反応部１１を備えている。再生用ガス経路２３は、ローター１６の下流側で、図１に示す排ガス導入経路１を経由して浄化室２につながっている。
【００７３】
次に、実施の形態３における動作内容を説明する。
【００７４】
濃縮吸着部であるローター１６は、回転動力源、例えばモータにより回転している。
【００７５】
排ガス経路２２から、浄化処理対象物質を含んだ排ガスを流入させると、ローター１６の濃縮部１７に、浄化処理対象物質が吸着される。そして、排ガスは、ローター１６を通過して、浄化されて排出される。
【００７６】
一方、再生用ガス経路２３には、再生用ガスとしての空気を流入させる。排ガス経路２２を通過する際に浄化処理対象物質を吸着したローター１６の部分が、ローター１６が回転することにより、再生用ガス経路２３の部分を通過する。発熱反応部１１を発熱させることにより、ローター１６は加熱され、再生部１８として動作する。そして、ローター１６に吸着されている浄化処理対象物質が脱離する。ローター１６を通過した空気は、脱離した浄化処理対象物質を含んで、排ガス導入経路１を経由して、浄化室２に流入する。そして、脱離した浄化処理対象物質を含んだ空気は、実施の形態１と同様に、浄化室２で浄化される。
【００７７】
このような構成にすることにより、排ガス経路２２を流通する排ガス中の浄化処理対象物質に対して、連続的に濃縮部１７での濃縮と再生部１８での再生を行うことができる。
【００７８】
なお、再生部１８の加熱源を本発明の発熱反応部１１としたが、その他の加熱源であってもよい。
【００７９】
また、吸着部であるローター１６を格子状としたが、ハニカム型等、その他の形状であってもよい。
【００８０】
また、排ガス経路２２及び再生用ガス経路２３をともに、その断面を四角形としたが、ローター１６がこれらの経路を完全に遮る構造であれば、その他の形状の断面であってもよい。
【００８１】
実施の形態２及び実施の形態３において、再生用に用いる空気の流速は、供給される排ガスの流速とは個別に制御できる。したがって、加熱再生時に用いる空気を定常時に供給される排ガスの流速よりも大幅に減ずることができ、浄化触媒４の加熱に必要な熱を抑制できる。
【００８２】
また、時間差がある場合でも、吸着濃縮部１５またはローター１６に対する加熱エネルギーとして、ガス浄化装置出口の排熱を有効に利用することができる。
【００８３】
なお、加熱再生時に脱離した浄化処理対象物質を浄化室に供給する再生用ガスを空気としたが、排ガス又はその他のガスを利用してもよい。例えば、再生用ガスとして排ガスを利用する場合、吸着濃縮部１５または再生部１８で脱離した浄化処理対象物質が加わるため、吸着濃縮部１５またはローター１６を通過した後の排ガス中の浄化処理対象物質の濃度は上がる。浄化処理対象物質の濃度が上がっても、排ガスに含まれるこれらの浄化処理対象物質は浄化室２で浄化処理されることになる。
【００８４】
また、各実施の形態では、ＶＯＣの酸化分解（燃焼）を中心に記載したが、その他の可燃性物質の浄化や、ＮＯｘなどに用いられる各種有害ガス、臭気成分などの、酸化または還元などを用いた浄化反応にも同様に適用することが可能である。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように、本発明により、軽量で小さく、かつ間欠運転ができ、排気ガスに含まれる浄化処理対象物質を適切に除去することができる、ガス浄化装置及びガス浄化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるガス浄化装置の構成図
【図２】熱交換器と分離した、吸熱反応部、及び発熱反応部の構成図
【図３】本発明の実施の形態２におけるガス浄化装置の構成図
【図４】本発明の実施の形態３における吸着濃縮部周辺の構成図
【図５】従来の触媒燃焼式浄化装置の概略図
【図６】従来の蓄熱燃焼式の概略図
【符号の説明】
１  排ガス導入経路
２  浄化室
３  排ガス排出経路
４  浄化触媒
５  ヒータ
６  バーナー
７  ファン
８、９  顕熱蓄熱材
１０  吸熱反応部
１１  発熱反応部
１２  媒体流路
１３  平衡移動部
１４  吸熱反応生成物タンク
１５  吸着濃縮部
１６  ローター
１７  濃縮部
１８  再生部
１９、２２  排ガス経路
２０、２３  再生用ガス経路
２１  導入ガス切り替え手段
２４  詰物
３０，３１  熱交換器
１００  化学蓄熱部
【図１】
2004195412.tif 000003
【図２】
2004195412.tif 000004
【図３】
2004195412.tif 000005
【図４】
2004195412.tif 000006
【図５】
2004195412.tif 000007
【図６】
2004195412.tif 000008