(57)【要約】【課題】有害ガスを吸着し破過した活性炭を、安全に効率良くかつ活性炭を消耗させずに再生させる。活性炭を組み込んで再生させるような空気浄化システムを提供する。【解決手段】低沸点物質に対して１５０〜２５０℃の過熱蒸気を噴射して再生する第１段階と、高沸点物質に対して３００〜３５０℃の過熱蒸気を噴射して再生する第２段階とを組み合わせて活性炭を再生させる。装置は、過熱蒸気供給部と吸着剤設置部と排気処理部とを備える。過熱蒸気供給部から過熱蒸気を吸着剤設置部内の活性炭フィルターに供給して活性炭に噴射する。吸着剤設置部の下流側に温度センサーを設ける。排気処理部には活性炭から分離した脱着ガスを分解するユニットを設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有害ガスを吸着した活性炭を再生する方法であって、
低沸点物質に対して１５０〜２５０℃の過熱蒸気を噴射して再生する第１段階と、
高沸点物質に対して３００〜３５０℃の過熱蒸気を噴射して再生する第２段階とを組み合わせて行うことを特徴とする活性炭再生方法。
【請求項２】
有害ガスを吸着した活性炭を再生する装置であって、
活性炭に含まれる有害物質をその沸点以上に加熱する過熱蒸気供給部と、
大気圧の状態に保持され活性炭フィルターを装着可能な吸着剤設置部と、
排気処理部とを備え、
前記過熱蒸気供給部は蒸気発生器と過熱用ヒーターとを包含し、過熱蒸気を前記吸着剤設置部内の活性炭フィルターに供給して活性炭に噴射するようになっており、
前記吸着剤設置部の下流側には温度センサーが設けられ、
前記排気処理部には活性炭から分離した脱着ガスを分解するユニットが設けられており、
過熱蒸気を活性炭に噴射して活性炭を再生すると共に脱着ガスを分解して大気中へと排出するようになっていることを特徴とする活性炭再生装置。
【請求項３】
有害ガスを吸着した活性炭を再生する機構を有する空気浄化システムであって、
空調対象室から空気を誘引するファン又はブロアと、除塵フィルターを包含するフィルターユニットと、活性炭再生機構を包含する空気浄化部分と、空調機と、それらを接続する配管とを備え、
前記活性炭再生機構は、活性炭に含まれる有害物質をその沸点以上に加熱する過熱蒸気供給部と、大気圧の状態に保持され活性炭フィルターを装着可能な吸着剤設置部と、排気処理部とを包含しており、
前記過熱蒸気供給部は蒸気発生器と過熱用ヒーターとを有し、過熱蒸気を前記吸着剤設置部内の活性炭フィルターに供給して活性炭に噴射するようになっており、
前記吸着剤設置部の下流側には温度センサーが設けられ、
前記排気処理部には活性炭から分離した脱着ガスを分解するユニットが設けられており、
過熱蒸気を活性炭に噴射して活性炭を再生すると共に脱着ガスを分解して大気中へと排出するようになっていることを特徴とする空気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
室内空気汚染については、従来から粉塵、微生物や無機系ガス状汚染物質（ＮＯｘ，ＳＯｘ，オゾン）などが挙げられている。近年、有機系化学物質による汚染問題が新たに浮上して社会問題となっている。特に新築住宅や教室のような室内では、揮発性有機化合物（Ｖｏｌｉｔｉｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、以下ＶＯＣと略す）やホルムアルデヒド（以下ＨＣＨＯと略す）の室内濃度が異常に高く、それが原因で化学物質過敏症やシックビルディング（病気発症建物），シックスクール症候群に発展してしまうケースも多く見られ、現状調査や対策などについて多くの研究報告がなされている。
【０００２】
この問題を解決するために、厚生労働省はＶＯＣやＨＣＨＯなど１３物質に関して室内濃度の指針値を発表し、国土交通省は住宅の性能表示制度において、化学物質室内濃度の一部表示を平成１３年８月に追加し、また文部科学省では、学校施設に関する「学校環境衛生の基準」に化学物質の基準値を設定し、新築や改築を行った時の引き渡し条件に化学物質測定や濃度超過時の改善対策を取り入れ、２００２年４月から実施している。
さらに建築基準法及び建築物における衛生的環境確保に関する法律は２００２年に改正され、ＨＣＨＯなどの室内空気化学物質汚染が法的に規制されるようになった。
本発明は、上記の有害ガスの濃度を低減するために空調や換気システムにおいて使用される活性炭フィルターの再生方法と再生装置、及びそれを組み込んだ空気浄化システムに係るものである。
【０００３】
【従来の技術】
ライフタイムが終了して破過した吸着剤を再生する従来の方法としては、
Ａ  温風再生（特許第３３９５０７７号）
Ｂ  ジュール熱再生
Ｃ  大気圧下での噴射蒸気による再生（特開平７−２７５６３６）
Ｄ  活性炭再生プラントでの高温加圧過熱蒸気再生、などが知られている。
【０００４】
これらの方法の問題点として、
（１）温風再生（通常は１５０〜２００℃）については、トルエンのような低沸点物質（沸点１１０℃以下）には有効だが、室内空気中には脂肪族飽和炭化水素のドデカン，ヘキサデカン，フタル酸エステル類などの高沸点物質も大量に存在し、そのような吸着物質には再生効率が低い。そのため複数回再生後、活性炭の吸着性能が低下する。
（２）温風再生やジュール熱再生の場合、空気中に酸素の存在する雰囲気で、可燃物である活性炭に熱を直接加えることは、活性炭の酸化による消耗が大きいほか、安全上も問題があり、無人自動では運転できない。大型ビル施設の場合、空調システムが数十、数百もあり、人が監視しながら活性炭の再生を行うことは実用上困難である。
【０００５】
（３）大気圧飽和蒸気再生の場合、処理対象はＮＯｘやＳＯｘを吸着した活性炭であり、再生温度が低いことや、再生後の室内からの排気による乾燥工程におけるＶＯＣの再吸着によって、効果的な再生システムとならない。
（４）活性炭再生プラントでの高温過熱蒸気再生は加圧状態での再生であり、空調系などに組み込むには適さない。また、１回の再生につき、活性炭が２〜９％減量する。また、耐圧や耐熱（再生温度８００〜１０００℃）等の問題で空調システムには応用できない。再生による活性炭のロスが１回あたり２〜９％と大きく、コストもかかる。
【０００６】
（５）再生時の排気による大気汚染問題がある。
（６）従来の空調用活性炭フィルターは、再生頻度を少なくするために、厚さが大きくなり、ＳＶ値｛通過風量（ｍ３  ／ｈ）／吸着剤充填部容積（ｍ３  ）｝が３万／ｈ前後と低くても圧力損失が４００Ｐａ前後と大きい。
（７）再生効率が低い。特に複数回再生後、吸着剤の吸着性能が低下する。
（８）従来の再生方法では、再生時の排気に対して分解処理を行っておらず、高濃度の再生排気ガスによる大気汚染問題があり、結果的に有害な化学物質のトータル的な低減ではなく、室内から室外（大気）へ排出するだけである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主たる目的は、有害ガスを吸着し破過した活性炭を、安全に効率良くかつ活性炭を消耗させずに再生させる方法と装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、有害ガスを吸着し破過した活性炭を空気浄化装置内に組み込んだまま再生させるような空気浄化システムを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、再生時の排気中の脱着ガスを分解処理し、大気を汚染しないようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を達成するため、本発明はその第１の態様において、有害ガスを吸着した活性炭を再生する方法であって、低沸点物質に対して１５０〜２５０℃の過熱蒸気を噴射して再生する第１段階と、高沸点物質に対して必要に応じて３００〜３５０℃の過熱蒸気を噴射して再生する第２段階とを組み合わせて行う活性炭再生方法を提供する。
【０００９】
【作用】
かかる再生方法によれば、低沸点物質（沸点１１０℃以下）に対する１５０〜２５０℃の過熱蒸気による通常再生（第１段階）と、高沸点物質（沸点１１０℃を超える）に対する３００〜３５０℃の過熱蒸気による完全再生（第２段階）の二つの再生条件を組み合わせて、通常再生を数回行った後に完全再生を１回行うことにより、破過した活性炭を再生させ、かつ吸着性能の低下を防ぐことができる。
【００１０】
本発明はその第２の態様において、有害ガスを吸着した活性炭を再生する装置であって、活性炭に含まれる有害物質をその沸点以上に加熱する過熱蒸気供給部と、大気圧の状態に保持され活性炭フィルターを装着可能な吸着剤設置部と、排気処理部とを備え、前記過熱蒸気供給部は蒸気発生器と過熱用ヒーターとを包含し、過熱蒸気を前記吸着剤設置部内の活性炭フィルターに供給して活性炭に噴射するようになっており、前記吸着剤設置部の下流側には温度センサーが設けられ、前記排気処理部には活性炭から分離した脱着ガスを分解するユニットが設けられており、過熱蒸気を活性炭に噴射して活性炭を再生すると共に脱着ガスを分解して大気中へと排出するようになっている活性炭再生装置を提供する。
【００１１】
かかる装置では、活性炭の再生には大気圧の過熱蒸気を使用する。可燃物である活性炭に過熱蒸気を導入し充満させることで、燃焼に必要な酸素を遮断でき、活性炭の消耗がほとんどなく、安全性も確保される。過熱蒸気による再生の圧力が大気圧とほぼ同じなので、装置に耐圧性が不要である。
過熱蒸気を用いるので、飽和蒸気再生の場合の吸着剤への水分の吸着がなく、再生後の吸着剤の乾燥工程は不要であり、乾燥工程における吸着剤の汚染物質再吸着がない。
【００１２】
温風再生の空気分子（Ｎ２  ，Ｏ２  ）よりも過熱蒸気の水分子（Ｈ２Ｏ  ）の方が吸着物質を脱着させるエネルギが大きく、過熱蒸気による再生では同温度の温風再生よりも高い再生効率が得られる。
再生後の過熱蒸気排気を直接脱着ガス分解ユニットに導入し、排気中の化学物質を分解処理する。分解処理によって９５％以上の有害ガス（ＶＯＣ）を浄化した後に大気に排出する。
【００１３】
さらに、本発明の装置によれば次のような作用効果が得られる。
（１）過熱蒸気の水熱反応及び、低沸点・高沸点の２段階再生で再生効率が良く、吸着剤が半永久的に使える
（２）大気圧下での過熱蒸気による再生なので、耐圧構造の必要がなく、空調系においても適用できる
（３）再生時に過熱蒸気を装置内に充満することで酸素供給を遮断するので、活性炭の消耗による減量がほとんどなく、また安全に再生ができる
（４）再生時の排気中の脱着ガスを分解処理した後に大気中に放出するため、大気をほとんど汚染しない
（５）再生機能付き空気浄化装置として空調系に組み込んだ場合、高ＳＶ値で運転できるので、吸着剤使用量が従来の１／３〜１／１５にでき、省資源、省スペースになる
（６）再生機能付き空気浄化装置として空調系に組み込んだ場合、低圧力損失で省エネルギーである。ブースタファンの追加が必要なく、ＡＨＵの機外静圧で対応できる。
【００１４】
本発明はその第３の態様として、有害ガスを吸着した活性炭を再生する機構を有する空気浄化システムであって、空調対象室から空気を誘引するファン又はブロアと、除塵フィルターを包含するフィルターユニットと、活性炭再生機構を包含する空気浄化部分と、空調機と、それらを接続する配管とを備え、前記活性炭再生機構は、活性炭に含まれる有害物質をその沸点以上に加熱する過熱蒸気供給部と、大気圧の状態に保持され活性炭フィルターを装着可能な吸着剤設置部と、排気処理部とを包含しており、前記過熱蒸気供給部は蒸気発生器と過熱用ヒーターとを有し、過熱蒸気を前記吸着剤設置部内の活性炭フィルターに供給して活性炭に噴射するようになっており、前記吸着剤設置部の下流側には温度センサーが設けられ、前記排気処理部には活性炭から分離した脱着ガスを分解するユニットが設けられており、過熱蒸気を活性炭に噴射して活性炭を再生すると共に脱着ガスを分解して大気中へと排出するようになっている空気浄化システムを提供する。
【００１５】
かかる空気浄化システムによれば、空気浄化装置（活性炭フィルター）と組み合わされた再生機能付きＶＯＣ除去装置を備えた空調システムが構築される。再生用蒸気は過熱状態だか、大気圧なので耐圧容器などが不要で、空調系にも応用できる。
【００１６】
従来の空気浄化システムに組み込まれたＶＯＣ除去用活性炭フィルターは活性炭のライフタイムが短いので、破過したフィルターの頻繁な交換を避けるためにＳＶ値が１〜５万／ｈと低く設定されている。その場合は活性炭の使用量が多いのでフィルターの圧力損失も４００Ｐａ（ＳＶ値３万／ｈの場合）と大きい。
今回の活性炭空気浄化システムでは、活性炭フィルターが破過しても安全で有効な再生ができるようにしたので、１５万／ｈのＳＶ値を可能にし、使用吸着剤量は従来の１／１５〜１／３となり、省スペース、省資源、省コストになる。また、活性炭の使用量を減らしたことでフィルターの低圧力損失を実現し、ブースタファンを増設せずに空調機の機外静圧でも運転できるようになるので、省エネルギ、省コストになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の好適な実施態様による活性炭再生装置を表している。この再生装置を温度条件を変えて繰り返し使用することで、活性炭に第１段階の通常再生と第２段階の完全再生とを実施することができる。
図１の再生装置１０は、有害ガスの沸点以上に加熱するための過熱蒸気供給部１２、大気圧の状態に保持された吸着剤設置部１４、及び排気処理部１６から構成され、それぞれは配管で接続されている。過熱蒸気供給部１２は蒸気発生器１８と過熱用ヒーター２０で構成され、配管で吸着剤設置部１４と接続されている。吸着剤設置部１４には、有害ガスを吸着し破過した活性炭フィルター２２が装着され、その下流側に温度センサー２４が設けられている。排気処理部１６は、開閉ダンパーＶＤ１、開閉ダンパーＶＤ２、脱着ガス分解ユニット２６、空気取入口２７及びブロア２８で構成され、配管で接続されている。
【００１８】
図１の再生装置１０では、過熱蒸気供給部１２から大気圧の状態に保持された吸着剤設置部１４に過熱蒸気を供給し、有害ガスを吸着し破過した活性炭フィルター２２を再生して、排気処理部１６の脱着ガス分解ユニット２６で排気中の有害ガス（ＶＯＣ）を浄化した後、大気に排出する。温度センサー２４は吸着剤設置部１４の温度を検出し、再生温度が設定温度に保持されるように、過熱用ヒーター２０の出力を調節する。
【００１９】
脱着ガス分解ユニット２６による分解方法は、触媒による分解方法とプラズマ式分解方法とがあり、どちらの方法も採用できる。触媒による分解方法に使用される触媒は、貴金属の白金，パラジウム，卑金属のコバルト，クロム，マンガン，酸化バナジウム，二酸化チタン等を使用できる。再生後の過熱蒸気排気を直接脱着ガス分解ユニットに導入し、再生排気の余熱も有効に利用して排気中の化学物質を分解処理できる。特に白金を触媒として脱着ガス分解ユニットに使用する場合は、排気処理部１６の開閉ダンパーＶＤ１と脱着ガス分解ユニット２６の間に補助ヒーター（図示せず）が、触媒ユニットの反応速度を維持するために設けられる。開閉ダンパーＶＤ１及びＶＤ２の操作によって、脱着ガス分解ユニット２６からの排気と空気取入口２７から吸入される空気の量を調節し、ブロア２８の入口温度をブロアの耐熱温度以下に保つとともに、活性炭フィルター２２の圧力損失に応じて適正な再生蒸気量を確保する。
【００２０】
図２は、本発明の他の実施例による活性炭再生装置を表しており、この再生装置３０では、大気圧の状態に保持された吸着剤設置部３４に循環ライン３２を設けた点に特徴を有する。循環ライン３２は、配管３６、ブロア３８、過熱ヒーター４０、温度センサー４２を包含し、吸着剤設置部３４に設けられた第１の温度センサー２４の下流側と、有害ガスを吸着し破過した活性炭フィルター２２の上流側とにそれぞれ配管３６を介して接続されている。
この循環ライン３２は、排気の一部をブロア３８により循環させ、過熱ヒーター４０により再過熱した後、過熱蒸気供給部１２から供給される過熱蒸気と混合し、吸着剤設置部３４に設けられた活性炭フィルター２２の再生に利用する方式の例である。この実施例は、図１の例に比べて過熱に要するエネルギを少なくできるという利点がある。
【００２１】
図３は、本発明のさらに他の実施例による活性炭再生装置を表しており、この再生装置５０では、大気圧の状態に保持された吸着剤設置部５４にパージライン５２を設けた点に特徴を有する。パージライン５２は、空気入口５５、配管５６と開閉ダンパーＭＶ１とで構成され、吸着剤設置部５４において有害ガスを吸着し破過した活性炭フィルター２２の上流側に接続されている。
再生過程終了後、ブロア２８を運転した状態で開閉ダンパーＭＶ１を開くと、パージ用空気が流入し活性炭を速やかに冷却できる。図２の例の場合には、パージ空気取入口５５を循環ライン３２の途中に設けることもできる。
【００２２】
図４は、上述した活性炭再生装置を組み込んだ空気浄化システムの実施例を表している。この空気浄化システム６０は、空調対象室６２、各機器を接続する配管６３、空調対象室６２からＲＡ（戻り空気）を取り出すための取出口６４、排気ファン６６、除塵フィルター６９を内蔵し外気取入口６８から外気を導入するフィルターユニット７０、モーター７３で回転する回転式活性炭フィルター７４を包含する空気浄化装置７２、空調機（ＡＨＵ）７６及び空調対象室６２へとＳＡ（供給空気）を供給する給気口７８を包含している。
【００２３】
回転式活性炭フィルター７４は、前述した特開平７−２７５６３６に記載したようなタイプで、フィルター部分を回転させながら再生させる機能を有している。通常の空調時は、冷却空気取入口７５の開閉ダンパーＭＶ１が閉じている。再生時には、蒸気発生器１８と過熱用ヒーター２０からの再生用の過熱蒸気が導入されるようになっており、同時に冷却空気取入口７５から開閉ダンパーＭＶ１を介して冷却空気が導入される。
【００２４】
空調対象室６２では、通常の空調運転時は、ＲＡ取出口６４から室内空気を取り出し、その一部の空気を排気ファン６６で排気する。残りの空気と外気取入口６８から取り入れた外気を、フィルターユニット７０内に設置された除塵フィルター６９で除塵し、空気浄化装置７２内に設置された回転式活性炭フィルター７４で有害ガスを吸着除去し、清浄な空気を空調機７６に送る。空調機７６により所望の空気状態（温度・湿度）にしてＳＡ給気口７８から空調対象室６２へ給気する。
【００２５】
活性炭フィルター７４は吸着部→脱着部→冷却部の順に回転する。この際、ＶＯＣ濃度モニター８０で回転式活性炭フィルター７４の上流側と下流側から空気をサンプリングし、回転式活性炭フィルターの再生が必要か否かを判断する。活性炭フィルター７４の再生運転は、通常の空調運転時又は空調停止時に行う。再生運転は、脱着部・冷却部・吸着部と順に活性炭フィルター７４が回転して行われる。間欠空調の場合には、空調運転が停止しているときに再生運転を行ってもよい。
なおこの実施例では回転式活性炭フィルター７４を用いているが、静止型活性炭フィルターを用いることもできる。
【００２６】
図５は、本発明による大気圧過熱蒸気再生と温風再生との効果比較を表している。本発明による再生方法の方が従来の温風再生よりもはるかに再生効率が高いことが立証された。
【００２７】
表１は、同じハニカム成形活性炭を使用して、本発明と従来の活性炭フィルターとを比較した結果を表している。
【表１】
2004351312.tif 000003
【００２８】
表２は、本発明の再生方法による活性炭ロス率を表している。ここで、活性炭ロス率＝（新品活性炭重量−再生後活性炭重量）／（新品活性炭重量）×１００と定義する。
【表２】
2004351312.tif 000004
【００２９】
【発明の効果】
以上詳細に説明した如く、本発明の活性炭再生方法・再生装置によれば、長期間にわたり活性炭の減量が少なく、安全で再生効率の高い再生運転ができ、かつ大気汚染の問題も解決される。それを備えた空気浄化システムでは活性炭フィルターが半永久的に使用でき、省資源とともに、活性炭フィルターの圧力損失を大幅に削減でき、省エネルギ効果が極めて大きいなど、その技術的効果には極めて顕著なものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による活性炭再生装置の概略回路図。
【図２】他の実施例による活性炭再生装置の概略回路図。
【図３】他の実施例による活性炭再生装置の概略回路図。
【図４】活性炭再生装置を含む空気浄化システムの概略回路図。
【図５】大気圧過熱蒸気再生と温風再生との効果を比較したグラフ。
【符号の説明】
１０，３０，５０  活性炭再生装置
１２  過熱蒸気供給部
１４  吸着剤設置部
１６  排気処理部
１８  蒸気発生器
２０  過熱用ヒーター
２２，７４  活性炭フィルター
２４  温度センサー
２６  脱着ガス分解ユニット
２８  ブロア
６０  空気浄化システム
６２  空調対象室
６３  配管
６６  排気ファン
６９  除塵フィルター
７０  フィルターユニット
７２  空気浄化装置
７６  空調機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004351312.tif 000008
【図５】
2004351312.tif 000009