(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波透過性の緻密なガラスもしくはセラミックからなり径方向に配列させられた複数の筒と、
マイクロ波透過性のガラスウールもしくはセラミックウールからなり前記各筒の外周面を覆うシートと、
活性炭からなり前記筒内に充填された多数のペレットと、
マイクロ波透過性且つ気体不透過性の材料からなり、前記複数の筒を収納するとともに、各筒の周囲の空間を気密に封じる一方、筒の内部が外部と通じることを許容する定形の容器と
を備えることを特徴とする揮発性有機化合物の回収ユニット。
【請求項２】
前記筒の内径が、前記マイクロ波の浸入可能な深さよりも大きく且つ当該深さの２倍以下である請求項１に記載の回収ユニット。
【請求項３】
前記容器を構成するマイクロ波透過性且つ気体不透過性の材料が繊維強化樹脂である請求項１又は２に記載の回収ユニット。
【請求項４】
前記ペレットがレッシングリング形状をなす請求項１〜３のいずれかに記載の回収ユニット。
【請求項５】
更に、前記容器を気密に保持するとともに、容器外周面との間に容器を包囲する冷却室を形成するハウジングと、
冷却室を間にして容器外周面と対向するハウジングの部分に固定されたマイクロ波導波管とを備える請求項１〜４のいずれかに記載の回収ユニット。
【請求項６】
更に、外部の冷却ガス源より前記ハウジング及び前記容器の下部を貫通し、冷却室に至る冷却管を備える請求項５に記載の回収ユニット。
【請求項７】
前記冷却ガスが、前記筒を通過した浄化ガスである請求項６に記載の回収ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、揮発性有機化合物（以下、「ＶＯＣ」）を含有するガスからＶＯＣを分離し回収するユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
浮遊粒子状物質及び光化学オキシダントによる大気汚染の防止を図るため、これらの原因物質の一つであるＶＯＣの工場・事業場からの排出を抑制するべく、平成１６年に大気汚染防止法の一部が改正された。
ＶＯＣの除去装置は、燃焼方式と吸着方式とに大別される。吸着方式は、活性炭を充填した槽の入口から排ガスを導入し、ＶＯＣを活性炭に吸着させ、出口から浄化ガスを排出するというものである。そして、吸着したＶＯＣは、加熱蒸発させて出口から導入されるキャリアガスとともに回収される。従って、吸着方式は、ＶＯＣを回収して再利用できる、ＣＯ2の発生を伴わないので地球温暖化を助長しない等、燃焼方式に無い利点を有する。また、吸着剤としての活性炭は、マイクロ波吸収性を有することから、回収時にこれにマイクロ波を照射することにより活性炭を直接効率よく加熱することができるという利点も有する。
【０００３】
従来、吸着方式のＶＯＣ除去装置に用いられる活性炭は、価格が安い等の理由から粒状が主流であったが、吸着槽内に充填された粒状活性炭は吸着熱が蓄積されて自然発火するおそれがある。従って、回収用のキャリアガスとして水蒸気を用いざるを得ず、このため除去可能なＶＯＣが低沸点且つ水不溶性のものに限定されていた。そこで、近年、活性炭を気体が流通しやすく放熱性に優れたハニカム状のブロックに成形し、これを粒状活性炭に代えて吸着槽に装填することが提案された（特許文献１）。これにより発火のおそれがなくなり、キャリアガスとして窒素などの乾燥ガスを用いて種々のＶＯＣを回収することが可能となった。
【特許文献１】特開２００６−１８７７６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、マイクロ波が活性炭内に浸入する深さは有限である。従って、浸入深さを超える厚さに活性炭を成形したり、あるいはそのような厚さになるように複数個のブロックを積層したりしても、マイクロ波の届かない部分は加熱されず、そこに吸着したＶＯＣは回収不可能となる。かといって浸入深さと同程度の厚さでは、吸着されずに通過するＶＯＣの量が多すぎて実用性に乏しくなる。また、いずれにしてもハニカム状の活性炭は成形コストが高く、採算性に劣る。
それ故、この発明の課題は、ＶＯＣの吸着率及び脱着率のいずれも優れた回収ユニットを安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
その課題を解決するために、この発明の回収ユニットは、
マイクロ波透過性の緻密なガラスもしくはセラミックからなり径方向に配列させられた複数の筒と、
マイクロ波透過性のガラスウールもしくはセラミックウールからなり前記各筒の外周面を覆うシートと、
活性炭からなり前記筒内に充填された多数のペレットと、
マイクロ波透過性且つ気体不透過性の材料からなり、前記複数の筒を収納するとともに、各筒の周囲の空間を気密に封じる一方、筒の内部が外部と通じることを許容する定形の容器と
を備えることを特徴とする。
【０００６】
この回収ユニットによれば、ＶＯＣ含有排ガスが各筒内を通って筒の一方から他方に送られ、その間にＶＯＣがペレットに吸着される。容器が各筒の周囲の空間を気密に封じているので、排ガスが筒外を通過することはない。筒が貫通しているので、吸着熱は浄化ガスとともに速やかに放出される。従って、自然発火することはない。ペレットの個数は、処理する排ガスの量や濃度に応じて排ガスが十分に浄化される程度に定められる。そして、筒及びシートがマイクロ波透過性の材料からなることから、複数の筒が配列させられていても回収時にはマイクロ波が筒、シート又は筒間の空間を通って筒内に浸入し、各ペレットを直接加熱する。従って、各ペレットに吸着したＶＯＣの大部分が脱着される。しかも筒及びシートはマイクロ波透過性材料からなるので、加熱されることはなく、マイクロ波のエネルギーのほとんどが脱着に効率よく消費される。また、シートはウールからなるので、筒の熱膨張や衝撃を吸収するとともに、隣接する筒同士を断熱する。
【０００７】
前記筒の内径は、前記マイクロ波の浸入可能な深さよりも大きく且つ当該深さの２倍以下であるのが好ましい。前記の通り筒及びシートはマイクロ波透過性材料からなるので、マイクロ波が筒の全外周面から浸入することが可能である。このためマイクロ波の浸入可能な深さよりも内径を大きくして筒一本当たりの吸着量を大きくすることができるからである。尚、マイクロ波の浸入深さは、マイクロ波の周波数によって異なるが、筒内部に温度センサを差し込んだ状態でマイクロ波を照射し、温度が上昇する位置をもって求めることができる。２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場合は２０ｍｍである。
筒を構成する材料としては、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ガラス、石英、セラミックスが使用できるが、耐熱性が必要であるため、ガラス、石英、セラミックスおよびＰＥＥＫが最適である。
【０００８】
前記容器に適用するマイクロ波透過性材料としては、ガラス、石英、セラミックスなどの無機材料でもよいが、成形性の点でポリエステル、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレン、ポリスチレン、フッ素樹脂、ＰＥＥＫ、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリカーボネート、メラミン樹脂、フラン樹脂などの樹脂がよい。また、これらの材料中に繊維を含有させて強化してもよい。
【０００９】
前記ペレットは、レッシングリング (Lessing ring)形状をなすと好ましい。粒状よりは圧力損失が小さく、ハニカム状よりも成形コストが低く、且つ仕切り板により十分な強度が確保されるからである。この場合、筒の内径をＤ、レッシングリング の直径をｄ、レッシングリング の軸長をＬとするとき、ｄ＝Ｄ／６〜Ｄ／２、Ｌ＝ｄ／２〜２ｄの範囲が好ましい。
【００１０】
この発明において、前記容器を保持し、マイクロ波導波管を固定するハウジングは限定されないが、好ましい構成では、前記容器を気密に保持するとともに、容器外周面との間に容器を包囲する冷却室を形成するハウジングと、冷却室を間にして容器外周面と対向するハウジングの部分に固定されたマイクロ波導波管とを備える。これにより、ＶＯＣの吸着熱やマイクロ波照射に伴う熱が冷却室に放散され、容器の変形を防ぐからである。更に、外部の冷却ガス源より前記ハウジング及び前記容器の下部を貫通し、冷却室に至る冷却管を備えるとよい。容器の下部は筒の重力を受けて熱変形しやすく、この部分の蓄熱を早期に防ぐことで熱変形を防止できるからである。前記冷却ガスは、前記筒を通過した浄化ガスであってよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の回収ユニットは、回収時のキャリアガスが水蒸気でなくても自然発火することがないので、種々のＶＯＣをそれに適したキャリアガスで回収することができる。また、排ガスの浄化に必要な本数及びサイズの筒を組み合わせて吸着率を高めることができ、その場合でも各筒内にマイクロ波が浸入するので、脱着率も高い。よって、ＶＯＣを効率よく再利用することができる。また、充填されるペレットの形状は限定されないので、安価に製造可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態に係る回収ユニットの鉛直方向断面図、図２は同じく水平方向断面図、図３は図１の一部拡大図、図４は同回収ユニットの要部を示す斜視図、図５（ａ）は回収ユニットの筒内に充填されるペレットを示す平面図、図５（ｂ）は同じく斜視図である。
【００１３】
回収ユニット１は、ステンレス製のハウジング２を備える。ハウジング２は、四面の外壁２１と、天板２２と、床板２３とで囲まれる直方体状をなす。各外壁２１にはマイクロ波導波管３が取り付けられている。天板２２及び床板２３は、それぞれ中央が開口しており、処理ガスの出入り口２４、２５となっている。ハウジング２内には繊維強化樹脂からなる容器４が設置されている。繊維強化樹脂中の繊維及び樹脂は、いずれもマイクロ波透過性を有し、樹脂としてはＰＥＥＫが好ましく挙げられる。外壁２１の内周面と容器４の外周面との間には冷却室９となる枠状の空間が設けられている。外壁２１の一方の側の上端付近には冷却ガスの出口２６が設けられている。
【００１４】
容器４は、天板２２から床板２３まで達する四面の側壁４１と、天板２２より低い位置で側壁４１に固定された上板４２と、床板２３より高い位置で側壁４１に固定された下板４３とからなり、側壁４１、上板４２及び下板４３で囲まれる空間は直方体状をなす。側壁４１の肉厚は、処理する排ガスの量によって異なり、処理ガス量が５ｍ3／分であれば５〜２０ｍｍ、５０ｍ3／分であれば１０〜５０ｍｍである。天板２２、床板２３、上板４２及び下板４３と側壁４１とは、気密性を保持して接合されている。
【００１５】
容器４内にはホウ酸ガラスからなる多数（図示では６４本）の円筒５が８行×８列となるよう配列して収納されている。各筒５の内径Ｄは通常２０〜５０ｍｍ、好ましくは３０〜４０ｍｍで、各筒５の外周面はマイクロ波透過性ガラスウール製の厚さ１〜１０ｍｍのシート６で巻かれて互いに断熱されている。シート６は隣接する筒５との衝撃を吸収する機能も果たす。筒５とシート６との肉厚の合計は、５〜２０ｍｍである。各筒５は、図３に示すように上端及び下端がそれぞれ上板４２及び下板４３を気密に貫通している。そして、更に６４本の筒５配列全体が１０ｍｍのシート７で覆われ、側壁４１と断熱されている。
【００１６】
ハウジング２の外には図略の冷却ガス源が配置され、その冷却ガス源に冷却管８が連結されている。冷却管８は、外壁２１を気密に貫通して下板４３内を蛇行して冷却室９に至り、冷却ガスが下板４３の熱を吸収した後、冷却室９に入れられるようになっている。
各筒５内には活性炭からなる多数のペレット１０が充填されている。ペレット１０は、図５に示すように円筒の中央に仕切り板を一体的に有する所謂レッシングリング形状をなし、粉末活性炭とバインダとの混合物を押し出し成形後に焼成することにより得られる。ペレット１０の直径は６〜８ｍｍである。
【００１７】
回収ユニット１を用いてＶＯＣを排ガスから除去する場合は、排ガスを回収ユニット１の入口２４から出口２５に流す。同時に冷却ガスを冷却管８に流す。排ガス中のＶＯＣは、筒５内を通過中にペレット１０の表面に吸着される。その結果、浄化ガスが回収ユニット１から排出される。ペレット１０がレッシングリング形状をなしているので、圧損が少なく、変形もしにくい。また、冷却ガスが下板４３及び側壁４１を冷却しているので、吸着熱が筒５内に蓄積されることはなく、安全であり、下板４３が変形することはない。尚、冷却ガスとして冷めた浄化ガスを利用しても良い。
【００１８】
次に、吸着したＶＯＣを回収する場合は、排ガスの送気を停止し、窒素などの活性炭及びＶＯＣのいずれに対しても不活性で乾燥したキャリアガスを排ガスと逆方向即ち出口２５から入口２４の方向に流しながら、導波管３より容器４に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射する。同時に冷却管８に冷却ガスを流す。マイクロ波は側壁４１、シート６、シート７及び筒５を透過し、ペレット１０に吸収される。このマイクロ波の活性炭に対する浸入深さは２０ｍｍであり、各筒５の内径Ｄが２０〜５０ｍｍであることから、筒５の周囲から浸入したマイクロ波によって筒５内の全てのペレット１０が加熱される。その熱を受けて蒸発したＶＯＣを、キャリアガスとともに回収ユニット１から収集する。このときも冷却ガスが下板４３及び側壁４１を冷却しているので、活性炭の発した熱が筒５内に蓄積されることはなく、安全である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る回収ユニットの鉛直方向断面図である。
【図２】同じく水平方向断面図である。
【図３】図１の一部拡大図である。
【図４】同回収ユニットの要部を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は回収ユニットの筒内に充填されるペレットを示す平面図、（ｂ）は同じく斜視図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  回収ユニット
２  ハウジング
３  マイクロ波導波管
４  容器
５  筒
６、７  シート
８  冷却管
９  冷却室
１０  ペレット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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