(57)【要約】【課題】シリカの付着を効果的に抑制することができる蓄熱式排ガス処理装置の蓄熱体構造を提供する。【解決手段】排ガスを加熱分解処理する燃焼室に面して設けられ、燃焼室へ導入される排ガスと当該燃焼室から排出される排ガスとが交互に流通されて、排出される排ガスで加熱されて、導入される排ガスを加熱する蓄熱体４を備えた蓄熱式排ガス処理装置において、排ガスに晒される蓄熱体４の面、具体的には燃焼室に面するその上面４ａおよびガス通路１０の通路面に、その表面エネルギを低減させる耐熱性のコーティング層Ｃを形成した。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスを加熱分解処理する燃焼室に面して設けられ、該燃焼室へ導入される排ガスと当該燃焼室から排出される排ガスとが交互に流通されて、排出される排ガスで加熱されて、導入される排ガスを加熱する蓄熱体を備えた蓄熱式排ガス処理装置において、排ガスに晒される上記蓄熱体の面に、その表面エネルギを低減させる耐熱性のコーティング層を形成したことを特徴とする蓄熱式排ガス処理装置の蓄熱体構造。
【請求項２】
前記コーティング層は、表面温度が少なくとも７５０℃以上の前記蓄熱体の面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式排ガス処理装置の蓄熱体構造。
【請求項３】
前記コーティング層が、窒化硼素、モリブデンもしくは雲母を含むコーティング材によって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱式排ガス処理装置の蓄熱体構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリカの付着を効果的に抑制することができる蓄熱式排ガス処理装置の蓄熱体構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
塗装乾燥炉や金属熱処理炉等からの排ガスには、有機溶剤、可塑剤、油分あるいは界面活性剤等の他、それらが熱分解して発生した高沸点、高分子のヤニ成分や、アンモニア、硫化水素、あるいはダイオキシン類等の有害成分が含有されている。したがって、従来、一般に、有害成分を含有する排ガスは、脱臭装置とも称される蓄熱式排ガス処理装置に供給されて、有害成分を加熱分解処理して無害化したのち、排気塔から大気に放散している。
【０００３】
蓄熱式排ガス処理装置は、一端が燃焼室に連通する少なくとも２以上の蓄熱体と、これら蓄熱体の他端に連通する開閉弁とを有し、導入排ガスを導入ダクトから開閉弁を介して蓄熱体のいずれかに流通させて、当該蓄熱体で予熱したうえで燃焼室に導入し、ここで有害成分を加熱分解して無害化し、無害化された排出排ガスを他の蓄熱体に流通させ熱交換させて降温した後、開閉弁を介して排気ダクトに排出し、排気塔から大気に放散する。そして、所定時間が経過すると、開閉弁の開閉状態を切り換えて、前工程で排出排ガスにより加熱された蓄熱体に、導入排ガスを流通させて予熱する一方、前工程で導入排ガスにより冷却された蓄熱体に、これを加熱すべく高温の排出排ガスを流通させ、その後大気に放散する工程を繰り返す。
【０００４】
蓄熱体は、その内部に排ガスを流通させることができるように、セラミック製のハニカム構造を有する蓄熱材を複数段積層したもの、セラミック製の球状の蓄熱材を所定高さに積層したもの、さらには、複数本のセラミック製のパイプを所定長さに切断したもの等で構成されている。
【０００５】
ところで、排ガス中に有機シリコンやシランカップリング剤などの珪素化合物が含有されている場合があり、排ガス中のこれら珪素化合物は、高温の炉内雰囲気中で酸化されて、微粒子状の酸化シリコン（ＳｉＯ２：以下、シリカと称す）となる。この微粒子状のシリカは、燃焼室に面する表面から排出排ガスが流通する方向に相当の深さにまでわたって、蓄熱体に付着して成長し、やがて目詰まりを生じさせて蓄熱体を閉塞させる。特に、燃焼室に面する蓄熱体の表面は最も温度が高く、この表面やその周辺でシリカが融着して堆積する。そしてこのシリカの付着・融着によって蓄熱体に閉塞が生じると、圧損が増大し、また蓄熱体の飛散が生じるなどして、蓄熱式排ガス処理装置の連続運転に支障をきたすことになる。
【０００６】
従来は、蓄熱体の上記表面や排ガスが流通する内部に閉塞が生じるのを防止するために、蓄熱体を定期的に清掃していたが、融着したシリカは非常に硬度が高いため除去作業は極めて困難であり、かつ、清掃期間中は装置を稼動できず、稼動効率を低下させていた。このような点に鑑み、本願出願人は特許文献１に開示したように、蓄熱体へのシリカの付着成長を制御するには、排ガスが蓄熱体を通過する間に受け取る熱量（エネルギ）を少なくすればよいことに着目し、燃焼室の雰囲気温度を７５０℃以上８１０℃以下に維持するようにした「蓄熱式排ガス処理装置による排ガス処理方法」を提案した。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−６１８２２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１の開示技術は十分な蓄熱体の閉塞防止効果を発揮するが、本願発明者はシリカの付着メカニズムに関し、さらに排ガスに晒される蓄熱体の面の状態に関する知見を得、これに基づきさらに効果的な付着防止技術を完成するに至ったものである。
【０００９】
本発明は、シリカの付着を効果的に抑制することができる蓄熱式排ガス処理装置の蓄熱体構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる蓄熱式排ガス処理装置の蓄熱体構造は、排ガスを加熱分解処理する燃焼室に面して設けられ、該燃焼室へ導入される排ガスと当該燃焼室から排出される排ガスとが交互に流通されて、排出される排ガスで加熱されて、導入される排ガスを加熱する蓄熱体を備えた蓄熱式排ガス処理装置において、排ガスに晒される上記蓄熱体の面に、その表面エネルギを低減させる耐熱性のコーティング層を形成したことを特徴とする。
【００１１】
コーティング層は、排ガスの熱に耐え得る耐熱性を有し、かつ蓄熱体の面の表面エネルギを低減して、これによりシリカが蓄熱体の面に付着するのを効果的に防止することが可能であって、当該蓄熱体の閉塞を抑制し得る。
【００１２】
また、前記コーティング層は、表面温度が少なくとも７５０℃以上の前記蓄熱体の面に形成されることを特徴とする。コーティング層は、シリカの付着が顕著となる、少なくとも７５０℃以上の蓄熱体の面に形成すれば良く、コーティング層の形成範囲を特定してコーティング量を削減することで、シリカの付着防止機能を備えた蓄熱体を容易かつ安価に得ることが可能となる。
【００１３】
コーティング層を形成するコーティング材としては、窒化硼素、モリブデンもしくは雲母を含むものが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる蓄熱式排ガス処理装置の蓄熱体構造の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本発明にかかる蓄熱体構造が採用される本実施形態の蓄熱式排ガス処理装置１は、加熱手段としてのバーナ３を備えて排ガスを加熱分解処理する燃焼室２と、この燃焼室２に面して設けられた少なくとも２つ（図では３つ）の蓄熱体４（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）と、各蓄熱体４に連通され、導入ダクトＰ１からの珪素化合物および有害成分を含有する導入排ガスをいずれかの蓄熱体４に流通させる第１開閉弁Ｖ１（Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ，Ｖ１ｃ）と、各蓄熱体４に連通され、燃焼室２で有害成分が加熱分解処理された排出排ガスを、他の蓄熱体４を流通させて排気ダクトＰ２へ排気する第２開閉弁Ｖ２（Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ，Ｖ２ｃ）と、残りの蓄熱体４へパージガスを供給する第３開閉弁Ｖ３（Ｖ３ａ，Ｖ３ｂ，Ｖ３ｃ）とを備える。なお、必ずしも各蓄熱体４それぞれに複数の開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を設ける必要はなく、１つのロータリバルブで各蓄熱体４への給排気を切り換えるようにしてもよい。
【００１５】
排気ダクトＰ２には排気ファンＦが設けられ、この排気ファンＦの下流側に分岐ダクトＰ４が設けられ、この分岐ダクトＰ４は第３開閉弁Ｖ３に接続され、排出排ガスがパージガスとして利用される。
【００１６】
次に、前記構成からなる蓄熱式排ガス処理装置１による排ガス処理方法を説明する。まず、珪素化合物を含有する導入排ガス中の有害成分（溶剤）濃度がその自燃限界濃度より低い場合においては、燃焼室２内は、これに設けた温度測定手段ＴＢの測定温度に基づいてバーナ３の燃焼量が制御されて、雰囲気温度が７５０〜８１０℃に保持される。
【００１７】
そして、第１開閉弁Ｖ１ａ、第２開閉弁Ｖ２ｃ、第３開閉弁Ｖ３ｂおよび分岐ダクトＰ４に設けた開閉弁Ｖ６を開とし、他を閉として排気ファンＦを駆動すると、導入排ガス（たとえば、塗装乾燥炉からの有機シリコンと有機溶剤等を含有する排ガス）は、導入ダクトＰ１  から第１開閉弁Ｖ１ａを介し、第１蓄熱体４Ａを流通して燃焼室２に至り、ここで有機溶剤等が加熱分解される。その後、排出排ガスは第３蓄熱体４Ｃを流通し、当該蓄熱体４Ｃと熱交換して冷却され約２３０℃に降温されたのち、第２開閉弁Ｖ２ｃから排気ダクトＰ２を経て排気塔５より大気に放散される。
【００１８】
また、排出排ガスの一部は、排気ファンＦにより分岐ダクトＰ４、第３開閉弁Ｖ３ｂを通って第２蓄熱体４Ｂを流通し、当該蓄熱体４Ｂ内に残留する排ガスを燃焼室２内へパージする。そして各開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は、所定時間毎に切り換わる。
【００１９】
すなわち、所定時間（たとえば１分）が経過すると、第１開閉弁Ｖ１ａ、第２開閉弁Ｖ２ｃ、第３開閉弁Ｖ３ｂは閉、第１開閉弁Ｖ１ｃ、第２開閉弁Ｖ２ｂおよび第３開閉弁Ｖ３ａが開となり、前工程で排出排ガスにより加熱された第３蓄熱体４Ｃに導入排ガスが流通され、予熱されたのち燃焼室２内で加熱分解され、その排出排ガスは、前工程でパージされた第２蓄熱体４Ｂから排気ダクトＰ２を経て排気塔５より大気に放散される。一方、第１蓄熱体４Ａにはパージガスが供給され、前述と同様、当該蓄熱体４Ａ内に残留する排ガスを燃焼室２にパージすることになる。以後、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を切り換えて第１蓄熱体４Ａに排出排ガスを流通させ、第２蓄熱体４Ｂに導入排ガスを流通させ、第３蓄熱体４Ｃにパージガスを供給し、その後、前記工程を繰り返す。
【００２０】
ところで、蓄熱体４自体は従来と同様に、その内部に排ガスを流通させることができるように、例えば図３に示したセラミック製のハニカム構造を有する蓄熱材を複数段積層したもの、セラミック製の球状の蓄熱材を所定高さに積層したもの、さらには、複数本のセラミック製のパイプを所定長さに切断したもの等、開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３側と燃焼室２側との間を連通する多数のガス通路１０を備えて構成される。
【００２１】
そして本発明者等は、シリカによる蓄熱体４の閉塞メカニズムについて、鋭意研究の結果、次のような知見を得た。第１に、シリカの付着層は、燃焼室２に面する最も温度の高い蓄熱体４の表面、図示例にあっては上面４ａからガス通路１０内の相当の深さまで存在し、その破断面を観察すると部分的に貝殻模様が確認されたことから、シリカは、蓄熱体４の上面４ａに付着しさらには融着して層状に成長しながら、この層状のシリカがガス通路１０内の通路面に向かって次第に侵入していき、この結果、排ガスに晒されるこれら蓄熱体４の面、具体的には蓄熱体４の上面４ａやガス通路１０の通路面でシリカの堆積が進行し、これによって蓄熱体４が閉塞されると考えられる。
【００２２】
また、燃焼室２内で有機シリコンなどの珪素化合物が高温で酸化されてできるシリカそのものは、燃焼室２内で採取されたものを観察した結果、粒子径が最小のもので１μｍ未満という小さい粒子の凝集体であった。このように小さい粒子であると、比表面積が極端に大きいため、表面張力（表面エネルギ）もかなり大きなものとなり、粒子の接触部では大きな粒子の場合よりもはるかに低い温度で融着が起きるようになる。このようなことから、微細なシリカパウダが蓄熱体上面４ａやガス通路１０の通路面に凝集または衝突によって付着し、微粒子であるために燃焼室温度が８１０℃付近であっても融着して固着すると推定される。上述した貝殻模様が部分的に見られるのは、粒子同士が融着していることを示している。蓄熱体４の温度分布からすると、７５０℃以上の部分で融着が起こっており、熱分解処理に要する高温状態ではこの融着は避けられないと考えられる。
【００２３】
第２に、そしてこの点が重要であるが、図４に示すように、蓄熱体４の面には、これが熱衝撃によって破損されることを防止する目的で、直径数十μｍ程度の微細な孔であるマクロポア１２が無数に存在していて、このマクロポア１２の存在が、蓄熱体４の面へのガス状物質、すなわちシリカの吸着性を高めていると推定される。燃焼室２に面して高温となり、かつ排ガスに晒される蓄熱体上面４ａで、そのマクロポア１２の内部にシリカが詰まっていたことが観察されたことからも、それが理解される。
【００２４】
従って、蓄熱体４の面で固着が起こるのは、その原因の一つとして高温であることが挙げられる他に、蓄熱体４の面が、シリカになろうとしている原因ガス（排ガス）を引き付け易い、ガス吸着性を示す表面であるためと推定される。このために、蓄熱体４の面にシリカの微粒子が付着し、一定以上の温度であれば、シリカによる閉塞が相当の確率で起こると考えられる。
【００２５】
本願発明者等は上記知見に基づき、シリカが付着する蓄熱体４の面を、はっすい性ガラスが水をはじくように、付着し難いものとすることができれば、閉塞を解決することができるとの結論に至ったものである。例えば、はっすい性のガラスは、弗素化合物やシランカップリング剤を塗布することで表面エネルギを低減させることができる。そして、それよりも表面エネルギの高い水が付着したときには、これらはっすい性ガラスおよび水の挙動は、表面エネルギが最小に保たれるように、すなわちこの例では、表面エネルギの高い水の表面積が最小になるよう、水は球に近づこうとして、はっすい性が発揮される。
【００２６】
以上のような検討に基づき、本実施形態にあっては図２に示すように、燃焼室２へ導入される導入排ガスと当該燃焼室２から排出される排出排ガスとが交互に流通されて、排出排ガスで加熱されて、導入排ガスを加熱するために、排ガスに晒されるマクロポア１２を有する蓄熱体４の面に、具体的にはその上面４ａおよびガス通路１０の通路面に、その表面エネルギを低減させる耐熱性のコーティング層Ｃが形成される。
【００２７】
蓄熱体４の面に、その表面エネルギを低減させて、いわゆる疎水性とするコーティング層Ｃを形成することで、蓄熱体４の面のマクロポア１２に蓋をして、吸着しにくい表面を形成することができる。また、蓋をすることができないとしても、コーティング層Ｃによってマクロポア１２の入口の表面エネルギを低い状態にすることは可能であり、マクロポア１２へのシリカの侵入を防止することができる。コーティング層Ｃの表面は、平坦面になることが望ましい。
【００２８】
コーティング層Ｃを形成するコーティング材としては、鋳物の離型材として用いられる、微粒子状であって、高温状態で安定な耐熱性を有する窒化硼素やモリブデンなどを含むものを採用することが好ましい。また、雲母を含むコーティング材を用いてもよい。実際、蓄熱体４の面に形成した窒化硼素を含むコーティング材によって形成したコーティング層Ｃに水を付着させた場合、コーティング層Ｃは水よりもその表面エネルギが低いので、水滴は球状を保つことが観察された。他方、通常の蓄熱体４の表面では水滴が近づくとこれを瞬時に吸水してしまうことが観察された。
【００２９】
このようにコーティング層Ｃは、燃焼室２内の雰囲気温度や流通する排ガスの熱に耐え得る耐熱性を有し、かつ蓄熱体４の面の表面エネルギを低減するので、これによりシリカが蓄熱体４の面、例えばその上面４ａやガス通路１０の通路面に付着するのを適切に防止することができ、当該蓄熱体４が閉塞されるのを抑制することができる。これにより、蓄熱体４をメンテナンスフリーとすることが可能になり、また圧損の低減および蓄熱体４の飛散防止を確保することができて、蓄熱式排ガス処理装置１の長期間にわたる連続運転が可能となる。
【００３０】
また、コーティング層Ｃは、シリカの付着が顕著となる、表面温度が少なくとも７５０℃以上に達する領域Ｒの蓄熱体４の面に形成すれば良く、これにより、コーティング層Ｃの形成範囲Ｒを特定してコーティング量を削減することで、シリカの付着防止機能を備えた蓄熱体４を容易かつ安価に得ることができる。
【００３１】
他方、融着を軽減するために、上記特許文献１で本願出願人が開示した燃焼室２内の雰囲気温度を８１０℃以下に抑える技術と、組み合わせることが好ましい。この特許文献１では、燃焼室２の雰囲気温度を約７５０〜８１０℃と低く設定し、蓄熱体４の保有熱量を減少させることで、排ガスに供給される熱エネルギを少なくし、珪素化合物がシリカになるのに必要な反応時間を長くするようにし、これにより蓄熱体４におけるシリカの付着成長を抑制するようにしている。
【００３２】
具体的には、図１に示すように、導入ダクトＰ１に第１制御弁Ｖ４を備えた希釈ガス供給管Ｐ３を設け、この第１制御弁Ｖ４を温度測定手段ＴＢからの信号により開閉するようにし、燃焼室２の雰囲気温度が８１０℃まで上昇すると、第１制御弁Ｖ４を開として導入排ガス中に希釈ガス（たとえば空気）を供給して、燃焼室２の雰囲気温度が７５０〜８１０℃となるように制御する。
【００３３】
また、排ガスの処理量（流量）は、排気ファンＦを制御して導入ダクトＰ１内を所定の圧力に保持することで調整しているが、前述のように導入ダクトＰ１へ希釈ガスを供給するために第１制御弁Ｖ４を開くと、導入ダクトＰ１内の圧力が大気圧に近づくため上昇し、珪素化合物および有害物質を含有する排ガスの処理量が減少する。そこで、第１制御弁Ｖ４の開放による排ガスの処理量の減少を防ぐために導入ダクトＰ１内の圧力を検出し、この検出した圧力が変動したら導入ダクトＰ１内の圧力を所定値に保持するよう排気ファンＦのモータＭの回転数を増やしている。
【００３４】
さらに、導入排ガス中に希釈ガスを供給しても燃焼室２の雰囲気温度が上昇する場合、燃焼室２の雰囲気温度が８２０℃に達すると、温度測定手段ＴＢからの信号により第２制御弁Ｖ５を開として、燃焼室２の高温雰囲気の一部を分岐排気ダクトＰ５を介して直接排気ダクトＰ２へ排出して、燃焼室２の雰囲気温度の上昇を抑制する。このような燃焼室２内の温度制御との組み合わせによって、効果的に蓄熱体４の閉塞防止を達成することができる。
【００３５】
次に、蓄熱式排ガス処理装置１の蓄熱体４の形成方法について説明する。基本的には、排ガスに晒される蓄熱体４の面に、その表面エネルギを低減させる耐熱性のコーティング材を噴霧して、コーティング層Ｃを形成するようにすればよい。噴霧に際しては、一般的な加圧式のスプレーを使用すればよい。また、コーティング作業は、蓄熱体４を蓄熱式排ガス処理装置１に取り付けたままで、実施することができる。
【００３６】
まず、コーティング材を噴霧する前に、ガス通路１０の口径が狭まらないように、蓄熱体４に付着している異物を除去する。また、コーティング材は水で希釈しておく。水でコーティング材を希釈することで、噴霧されるコーティング材の粘度を下げて、スムーズな噴射と、スプレーによる蓄熱体４の面への噴霧の均一化を確保することができる。コーティング材は常温状態で蓄熱体４に噴霧する。蓄熱体４自身の高い吸水性によって、水分がすぐに蓄熱体４に吸収され、コーティング材だけが蓄熱体４に密着される。コーティング材の噴霧は、燃焼室２に面する上面４ａから７５０℃以上に達する部分のガス通路１０内にわたって行う。以上のような手順により、コーティング層Ｃを蓄熱体に容易に形成することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上要するに、本発明にかかる蓄熱式排ガス処理装置の蓄熱体構造にあっては、蓄熱体へのシリカの付着を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる蓄熱式排ガス処理装置の蓄熱体構造が採用される蓄熱式排ガス処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明にかかる蓄熱式排ガス処理装置の蓄熱体構造の好適な一実施形態を示す部分斜視図である。
【図３】蓄熱式排ガス処理装置の蓄熱体の一般的な構造を示す蓄熱体上面部の斜視図である。
【図４】図３の蓄熱体の表面に存在するマクロポアを示す蓄熱体の部分側断面図である。
【符号の説明】
１  蓄熱式排ガス処理装置
２  燃焼室
４  蓄熱体
４ａ  蓄熱体の上面
１０  ガス通路
Ｃ  コーティング層
【図１】
2005003247.tif 000003
【図２】
2005003247.tif 000004
【図３】
2005003247.tif 000005
【図４】
2005003247.tif 000006