(57)【要約】【課題】吸着剤を効率良く所定の温度まで加熱することができ、吸着剤の脱着に要する時間を短縮することができる脱着装置を提供することにある。【解決手段】脱着処理の対象となる吸着剤を収容する脱着タンク１は、その外部に設けられた外部ヒーター装置２に加えて、脱着タンク１内の中央部またはその近傍に設置された内部ヒーター装置８を備え、この内部ヒーター装置８は、内部ヒーター本体８１、内部ヒーター本体８１を収容するヒーター装着筒８２から構成されており、ヒーター装着筒８２内にはその内部における伝熱性を向上させるための粉末８３が充填されている。【選択図】　　　　図１
2004066205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着剤を収容する脱着タンク、上記脱着タンクの外部に設けられて上記脱着タンクに収容された上記吸着剤を加熱する外部ヒーター装置、および上記脱着タンクの内部に設けられて上記吸着剤を加熱する内部ヒーター装置を備えたことを特徴とする脱着装置。
【請求項２】
上記内部ヒーター装置は、上記脱着タンク内部の中央部またはその近傍に設置され、且つ内部ヒーター本体および上記内部ヒーター本体を収容するヒーター装着筒から構成されたことを特徴とする請求項１記載の脱着装置。
【請求項３】
上記ヒーター装着筒の内部には、その内部における伝熱性を向上させるための粉末が充填されたことを特徴とする請求項２記載の脱着装置。
【請求項４】
上記ヒーター装着筒は、シール材を介して上記脱着タンクの壁に固定されたことを特徴とする請求項２記載の脱着装置。
【請求項５】
上記ヒーター装着筒は、少なくともその一部の上記脱着タンクの壁との溶接により上記脱着タンクの壁に固定されたことを特徴とする請求項２記載の脱着装置。
【請求項６】
上記ヒーター装着筒は、上記脱着タンク内に延在する放熱フィンを備えたことを特徴とする請求項２記載の脱着装置。
【請求項７】
上記脱着タンク内に収容された上記吸着剤を加熱または冷却するガスが上記脱着タンク内に供給されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の脱着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスを吸着した吸着剤に対する脱着装置に関し、特に空気中のＮＯｘや水分を吸着したゼオライトに対する脱着装置として好適な脱着装置に関するものである。以下、従来の技術並びに本発明に就き説明するが、説明の順位の早い図に示された部位と同じ部位が後続の図に示される場合には、互いに同じ符号を付して後続の図の説明の際には符号の説明を省略することがある。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＯｘや水分を吸着したゼオライトを真空下で必要な温度に加熱すると、吸着成分が脱着することは周知であり、その際の必要な温度は、水分脱着の場合は８０〜１００℃程度であり、ＮＯｘ脱着の場合に４００〜５００℃程度であって、脱着を一層促進するために脱着反応系を排気することも行われている。
【０００３】
ゼオライト５は、多孔性であって、合成条件を調整することにより厳密にコントロールされた均一な細孔径のものをつくることができるため、吸着剤などの工業材料として、また最近では先端科学の研究材料として利用されている。ゼオライトの最も大きな吸着特性は、分子の大きさが一定値以下のもののみを吸着し、それより大きなものは吸着しない選択性を示すことである。例えば細孔径が３Åのゼオライトは、分子径がそれ以下の水やアンモニアを吸着するが、分子径が３Å以上のメタンや炭酸ガスは全く吸着しない。　ゼオライトは、地球上に多量に存在するケイ素、アルミニウム、および酸素を主成分とし、その他にナトリウム、マグネシウム、カルシウムなどで構成される。天然にも多くの種類のゼオライトが存在し、その吸着特性やイオン交換能を利用して、食品乾燥剤、肥料固結防止剤、養魚池水の浄化、排水処理など様々な用途に利用されている。天然のゼオライトは均質性に欠けることが多く、工業用途には合成ゼオライトが利用される。
【０００４】
図７および図８は、上記した脱着を行うための従来の典型的な脱着装置の特徴を説明するものであって、図７は当該脱着装置の断面図であり、図８は当該脱着装置についての吸着剤の加熱距離と加熱所要時間との関係を示すグラフである。図７において、１は脱着タンク、２は脱着タンク１の外部に取りつけられた外部ヒーター装置、３は外部ヒーター装置２の電源、４は脱着タンク１の外面に設けられた保温材、５は脱着タンク１内に収容された被処理の吸着剤である。さらに、１３は吸着剤を脱着タンク１内に投入する口の投入口蓋、１４は脱着タンク１内を脱気する際の脱気口、７は脱着タンク１の吸着剤取出口１２を封鎖する封鎖板、６は脱着タンク１の底部１１からの吸着剤の落下を防止するために設けられた栓、６１は栓６を保持する栓保持棒である。
【０００５】
吸着剤５に吸着されたガス成分の脱着に際しては、外部ヒーター装置２により脱着タンク１の外面から加熱して吸着剤５を所定の高温度にもたらし、また加熱と同時に真空ホ゜ンフ゜（図示せず）を稼動して脱気口１４から脱着タンク１内を排気する。吸着されたガス成分は、上記の加熱により脱着し、脱気口１４を経由して上記真空ポンプにより脱着タンク１の外部に、あるいは所定の貯蔵タンク（図示せず）に移送される。
【０００６】
ところで吸着剤５は、一般的に多孔性であって空隙率が大きく、このために実際の使用状態での熱伝導性は小さくなり、その熱伝導率は熱の絶縁体であるゴムの熱伝導率程度である。したがって、脱着タンク１内の吸着剤５を、特に脱着タンク１の内壁から最も離れた中央部に位置する吸着剤５を所定の脱着温度に加熱するには長時間を要するという問題がある。なお以下において、外部ヒーター装置２や後記する内部ヒーター装置８などの吸着剤５を加熱する装置から最も離れた位置に存在する吸着剤までの距離を加熱距離と称し、当該加熱距離に位置する吸着剤を所定の脱着温度に加熱するのに要する加熱時間を加熱所要時間と称する。図８のグラフにおいて、横軸は脱着タンク１の内壁から上記中央部までの距離、即ち加熱距離であり、縦軸は上記した加熱所要時間である。同グラフから明らかな通り、加熱所要時間は加熱距離に略比例して増大する。かかる問題に起因して、場合によっては中央部に位置する吸着剤５は、内壁の近傍に位置する吸着剤５より低温度で脱着処理されて、脱着が不十分となり勝ちとなる問題もある。
【０００７】
なお、特開２００１−２３９２３３号公報には、有害ポリハロゲン化合物を含む粉体を高温度の気流中に投入して加熱し、有害ポリハロゲン化合物を加熱分解する技術が開示されている。この技術では、上記粉体は高温度の気流により均一に且つ効果的に加熱される。しかし上記技術では、加熱処理の対象とする粉体は、高温度の気流により搬送可能な直径３μｍ程度の微細粒子からなるものしか対象とならないので、多くの吸着剤のような、気流搬送が一般的に困難な大きな粒子径を有する粉体の処理には適用できない問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術における如上の問題を解決し、吸着剤を効率良く所定の温度まで加熱することができ、吸着剤の脱着に要する時間を短縮することができる脱着装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る脱着装置は、吸着剤を収容する脱着タンク、上記脱着タンクの外部に設けられて上記脱着タンクに収容された上記吸着剤を加熱する外部ヒーター装置、および上記脱着タンクの内部に設けられて上記吸着剤を加熱する内部ヒーター装置を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の請求項２に係る脱着装置は、請求項１において、上記内部ヒーター装置は、上記脱着タンク内部の中央部またはその近傍に設置され、且つ内部ヒーター本体および上記内部ヒーター本体を収容するヒーター装着筒から構成されたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項３に係る脱着装置は、請求項２において、上記ヒーター装着筒の内部には、その内部における伝熱性を向上させるための粉末が充填されたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項４に係る脱着装置は、請求項２において、上記ヒーター装着筒は、シール材を介して上記脱着タンクの壁に固定されたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項５に係る脱着装置は、請求項２において、上記ヒーター装着筒は、少なくともその一部の上記脱着タンクの壁との溶接により上記脱着タンクの壁に固定されたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項６に係る脱着装置は、請求項２において、上記ヒーター装着筒は、上記脱着タンク内に延在する放熱フィンを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項７に係る脱着装置は、請求項１において、上記脱着タンク内に収容された上記吸着剤を加熱または冷却するガスが上記脱着タンク内に供給されるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
実施の形態１．
図１および図２は、本発明の脱着装置における実施の形態１を説明するものであって、図１は実施の形態１の断面図であり、図２は実施の形態１の効果を説明するグラフである。図１において、５は前記吸着剤の一例としてのゼオライト、８は内部ヒーター装置、８５は電源である。内部ヒーター装置８は、図示する通り、脱着タンク１内の中央に設置されており、電源８５により通電される内部ヒーター本体８１、ステンレス製のヒーター装着筒８２、粉末８３、およびヒーター装着筒８２を脱着タンク１の前記壁の一例としての上壁１５に機密に固定するための、前記シール材の一例としてのＯリング８４から構成されている。粉末８３は、内部ヒーター本体８１の発熱をヒーター装着筒８２を介して脱着タンク１内のゼオライト５に効果的に伝熱するために、内部ヒーター本体８１とヒーター装着筒８２の内壁との間を含むヒーター装着筒８２内に充填されており、伝熱抵抗の小さい材料、例えば酸化マグネシウムなどの無機酸化物の粉末が用いられる。
【００１８】
ヒーター装着筒８２を脱着タンク１の上壁１５に固定するためにＯリング８４を使用する場合には、脱着タンク１内の点検、補修などのために、必要に応じてヒーター装着筒８２を脱着タンク１から取り外しができる利点がある。なおＯリング８４としては、クロロプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、シリコン系ゴム、フッ素系ゴムなどの耐熱性ゴムから形成されたもの、断面Ｃ型のリングの内部にスプリングを内在させた構造の金属製リングなどが例示される。上記耐熱性ゴム製のリングは、上記金属リングと比較して安価である長所がある反面、耐熱性に劣るので、Ｏリング８４の近傍に冷却水配管（図示せず）などを設けてそれの使用可能温度、例えば２００℃以下、に保持する必要がある場合がある。
【００１９】
ゼオライト５としては、天然ゼオライトあるいは合成ゼオライトのいずれであってもよいが、天然ゼオライトは均質性に欠けることが多いので、均質性に優れた合成ゼオライトが好ましく、さらに平均直径あるいは一辺の平均長さが数ｍｍ程度のペレット形状であって、脱着タンク１内に当該ゼオライトを満たしたときに空間の占める割合（空隙率）が６０％程度のものが好ましい。なお本発明における吸着剤としては、ゼオライトに限らず、シリカゲル、アルミナ、活性炭、あるいはその他の周知のものであってもよい。
【００２０】
つぎに実施の形態１の動作につき説明する。脱着タンク１の底部１１は、栓６および栓保持棒６１により閉じられ、また封鎖板７を施して吸着剤取出口１２は封鎖される。つぎに投入口蓋１３を開いて、そこから脱着処理の対象とされるゼオライト５が脱着タンク１内に投入され、電源３および電源８５がオンにされて投入されたゼオライト５は外部ヒーター装置２および内部ヒーター装置８により加熱され、一方、脱気口１４から脱着タンク１内が真空ポンプ（図示せず）により脱気される。かかる加熱と脱気とにより脱着ガスは脱着タンク１の外部に、あるいは所定の貯蔵タンク（図示せず）に移送される。かくして脱着処理されたゼオライト５は、栓６、栓保持棒６１、および封鎖板７が取り外されて吸着剤取出口１２から取出される。
【００２１】
図２において、横軸は加熱時間であり、縦軸は脱着タンク１内のゼオライト５の温度であって、グラフＧ１およびグラフＧ２は、実施の形態１の内部ヒーター装置８を取り外して外部ヒーター装置２のみを稼動させた場合におけるものであって、グラフＧ１は脱着タンク１の内壁に接触する位置に存在するゼオライト部分についての温度変化を示し、グラフＧ２は脱着タンク１の中央部に存在するゼオライト部分についての温度変化を示す。一方、グラフＧ３は内部ヒーター装置８を図１に示す位置に設置して、外部ヒーター装置２と内部ヒーター装置８の両方を稼動させた場合における脱着タンク１の外部ヒーター装置２と内部ヒーター装置８との間の中央部に存在するゼオライト部分についての温度変化を示す。外部ヒーター装置２および内部ヒーター装置８から当該中央までの距離は、前記した加熱距離に該当する。
【００２２】
前記図８に基づいて説明したように、内部ヒーター装置８を設けない場合には、脱着タンク１の中央部に存在するゼオライト部分の温度上昇は極めて緩慢であることがグラフＧ２から分かる。外部ヒーター装置２に加えて内部ヒーター装置８を設けた場合には、両ヒーター装置２、８間の中央部に存在するゼオライト部分の温度上昇が緩慢となることが予想されるが、グラフＧ３から明らかな通り、その部分の温度上昇は極めて良好であって、内部ヒーター装置８の設置の効果が明らかである。
【００２３】
実施の形態２．
図３は、本発明の脱着装置における実施の形態２の断面図である。図３において、８６はヒーター装着筒８２を脱着タンク１の前記壁の一例としての上壁１５に溶接する溶接部である。しかして実施の形態２は、前記実施の形態１とは、ヒーター装着筒８２がＯリング８４に代えて溶接部８６により脱着タンク１に固定された点において異なり、その他の構成は同じである。実施の形態２は、Ｏリング８４としてゴム製のものを用いた場合に必要の可能性のあった冷却水配管が不要となる効果がある。
【００２４】
実施の形態３．
図４および図５は、本発明の脱着装置における実施の形態３を説明するものであって、図４は実施の形態３の断面図、図５は実施の形態３において用いられるヒーター装着筒８２の平面図である。なお図４においては、ヒーター装着筒８２は図５のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図として示されている。図４および図５において、８７はヒーター装着筒８２の外壁から放射状に延びた放熱フィンである。しかして実施の形態３は、前記実施の形態２とは、ヒーター装着筒８２が放熱フィン８７を有する点において異なり、その他の構成は同じである。放熱フィン８７を有することにより、内部ヒーター本体８１の発熱は、脱着タンク１内のゼオライト５に伝熱され易くなって、内部ヒーター装置８による加熱効果が一層向上する。
【００２５】
実施の形態４．
図６は、本発明の脱着装置における実施の形態４の断面図である。図６において、９は脱着タンク１内に収容されたゼオライト５を加熱または冷却するためのガスを脱着タンク１に供給する加熱冷却ガス配管であり、６’はメッシュで構成された通気性栓である。しかして実施の形態３は、前記実施の形態２とは、栓６に代えて通気性栓６’が用いられ、且つ加熱冷却ガス配管９が設けられた点において異なり、その他の構成は同じである。加熱冷却ガス配管９は、封鎖板７を貫通して且つ封鎖板７と一体的に設けられ、その先端は通気性栓６’の裏面に一体的に結合されている。通気性栓６’は、通気性ではあるが、脱着タンク１内のゼオライト５の落下を防止する栓としての機能を合わせ持つ。加熱冷却ガス配管９と封鎖板７と通気性栓６’との一体物は、脱着タンク１の底部１１と吸着剤取出口１２との間において着脱自在となっている。
【００２６】
実施の形態４によれば、ゼオライト５の脱着工程において、脱着タンク１内に投入された低温度のゼオライト５を外部ヒーター装置２と内部ヒーター装置８とによる加熱に加えて、加熱冷却ガス配管９から加熱ガスを供給することにより、ゼオライト５をむらなく、且つ一層効率よく所定の高温度に加熱することができて、加熱時間を短縮することができる。一方、脱着工程後においては、加熱冷却ガス配管９から加熱ガスに代えて冷却ガスを供給することにより脱着タンク１内の高温度のゼオライト５を急速に冷却して脱着タンク１の外に取り出して、つぎの脱着工程に備えることができる。加熱冷却ガス配管９に供給する加熱ガスや冷却ガスとしては空気、窒素、などであってよい。なお実施の形態４の場合、脱気口１４は真空ポンプに対する排気口として、また上記冷却・加熱ガスの排出口として機能する。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の脱着装置は、以上説明した通り、吸着剤を収容する脱着タンク、上記脱着タンクの外部に設けられて上記脱着タンクに収容された上記吸着剤を加熱する外部ヒーター装置、および上記脱着タンクの内部に設けられて上記吸着剤を加熱する内部ヒーター装置を備え、上記内部ヒーター装置は、上記脱着タンク内部の中央部またはその近傍に設置され、且つ内部ヒーター本体および上記内部ヒーター本体を収容するヒーター装着筒から構成されたものであるので、外部ヒーター装置と内部ヒーター装置の両方から離れた位置にある、最も温度が上がり難い個所の吸着剤部までの加熱距離が、従来の脱着装置における加熱距離に比べて半分以下に小さくなって、吸着剤を所定の温度に昇温する時間を大幅に短縮することができる。
【００２８】
また、上記ヒーター装着筒の内部には、その内部における伝熱性を向上させるための粉末が充填されていると、内部ヒーター本体の発熱がヒーター装着筒に、延いては脱着タンク内の吸着剤に伝熱され易くなる。
【００２９】
また、上記ヒーター装着筒は、シール材を介して上記脱着タンクの壁に固定されていると、脱着タンク内の点検、補修などのために、必要に応じてヒーター装着筒を脱着タンクから取り外しができる利点がある。
【００３０】
また、上記ヒーター装着筒は、少なくともその一部の上記脱着タンクの壁との溶接により上記脱着タンクの壁に固定されていると、ゴム製のシール材を用いた場合に必要の可能性のあった冷却水配管が不要となる効果がある。
【００３１】
また、上記ヒーター装着筒は、上記脱着タンク内に延在する放熱フィンを備えていると、内部ヒーター本体の発熱は、脱着タンク内の吸着剤に伝熱され易くなって、内部ヒーター装置による加熱効果が一層向上する。
【００３２】
また、上記脱着タンク内に収容された上記吸着剤を加熱または冷却するガスが上記脱着タンク内に供給されるように構成されていると、吸着剤の脱着工程において、脱着タンク内に投入された低温度の吸着剤を外部ヒーター装置と内部ヒーター装置とによる加熱に加えて加熱ガスを供給することにより、吸着剤をむらなく且つ一層効率よく所定の高温度に加熱することができて、加熱時間を短縮することができる。一方、脱着工程後においては、加熱ガスに代えて冷却ガスを供給することにより脱着タンク内の高温度の吸着剤を急速に冷却して脱着タンクの外に取り出して、つぎの脱着工程に備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脱着装置における実施の形態１の断面図。
【図２】実施の形態１の効果を説明するグラフ。
【図３】本発明の脱着装置における実施の形態２の断面図。
【図４】本発明の脱着装置における実施の形態３の断面図。
【図５】実施の形態３において用いられたヒーター装着筒の平面図。
【図６】本発明の脱着装置における実施の形態４の断面図。
【図７】従来の脱着装置の断面図。
【図８】従来の脱着装置における吸着剤の加熱距離と加熱所要時間との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１　脱着タンク、１２　吸着剤取出口、１４　脱気口、１５　上壁、
２　外部ヒーター装置、３　電源、４　保温材、５　ゼオライト、６　栓、
６１　栓保持棒、６’　通気性栓、７　封鎖板、８　内部ヒーター装置、
８１　内部ヒーター本体、８２　ヒーター装着筒、８３　粉末、
８４　Ｏリング、８５　電源、８６　溶接部、８７　放熱フィン、
９　加熱冷却ガス配管。
【図１】
2004066205.tif 000003
【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】
2004066205.tif 000008
【図７】
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【図８】
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