(57)【要約】【解決手段】閉じ込めチャンバ及びダンパアッセンブリを備えている再生式酸化装置と、そのような装置を使ってガス内の揮発性有機化合物を酸化させる方法を開示する。ＶＯＣ分解効率を改良し、熱交換マトリックス再生から生じる不明な問題を排除するために、未処理流体を、酸化装置の排気煙突から方向転換し、「保持容器」即ちＶＯＣ閉じ込めチャンバへ送る。本アッセンブリは、酸化装置からの排気流を、排気か又は閉じ込めチャンバの何れかに向かわせるために１つのダンパを利用する。閉じ込めチャンバは、チャンバの体積の拡大又は縮小が容易にできるモジュラー構造であるのが望ましい。本設計は、装着が容易に行えるようになっており、既存の装置を改装することができる。ダンパは、処理の流れに与える影響を最小にし又は悪影響を全く与えないで、ガスの流れを方向転換させる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生式熱源において、
ガス吸入口とガス排出口を有しており、燃焼帯域と連通していて、熱交換材料が中に入っている少なくとも１つの熱交換塔と、
前記再生式熱源と流体連通している排出口と、
前記再生式熱源と流体連通している閉じ込めチャンバと、
前記排出口及び前記閉じ込めチャンバに付帯しており、前記再生式熱源から前記閉じ込めチャンバへの流れを遮断する第１位置と、前記再生式熱源から前記排出口への流れを遮断する第２位置との間で作動可能となっているダンパと、を備えている再生式熱源。
【請求項２】
少なくとも２つの熱交換塔が備えられている、請求項１に記載の再生式熱源。
【請求項３】
前記ダンパが前記第１位置にあるときに前記ダンパが当接する下部ダンパストッパと、前記ダンパが前記第２位置にあるときに前記ダンパが当接する上部ダンパストッパとを更に備えている、請求項１に記載の再生式熱源。
【請求項４】
前記閉じ込めチャンバは、吸入流路と排出流路を備えている、請求項１に記載の再生式熱源。
【請求項５】
前記ダンパは、回転可能なシリンダと、前記シリンダに連結されているダンパブレードとを備えている、請求項１に記載の再生式熱源。
【請求項６】
未処理の処理ガス内の揮発性有機化合物を酸化する方法において、
それぞれ、燃焼帯域と連通していて、熱交換材料が中に入っている、第１及び第２熱交換塔を備えている再生式熱源を設ける段階と、
前記再生式熱源と連通する排出口を設ける段階と、
前記再生式熱源と連通する閉じ込めチャンバを設ける段階と、
前記処理ガスを、前記熱交換材料が既に加熱されている前記第１熱交換塔に通すことによって、前記処理ガスを予熱する段階と、
前記既に加熱された処理ガスを前記燃焼帯域へ流入させ、前記加熱された処理ガス内に残っているあらゆる前記揮発性有機化合物を前記燃焼帯域内で燃焼させる段階と、
前記処理ガスを、前記熱交換材料が既に冷却されている前記第２熱交換塔に通すことによって、前記処理ガスを冷却する段階と、
前記未処理の処理ガスの流れを、前記第１熱交換塔から前記第２熱交換塔へ切り換え、同時に、ダンパを作動させて、未処理の処理ガスを前記閉じ込めチャンバへ送って前記未処理の処理ガスが前記排出口へ漏れないようにし、それによって、前記処理ガスの前記閉じ込めチャンバへの流れが前記ダンパの密封性を支援する段階と、から成る方法。
【請求項７】
前記未処理の処理ガスの流れの前記第２熱交換塔への切換が完了すると、前記ダンパを作動させて、前記未処理の処理ガスが前記閉じ込めチャンバへ流入するのを防ぐ段階を更に含んでいる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記閉じ込めチャンバは所定の容積を有しており、前記切換段階の間に、前記閉じ込めチャンバへ流入する前記未処理の処理ガスの量は、前記所定の容積より少ない、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記閉じ込めチャンバ内の前記未処理の処理ガスを前記再生式熱源へ流し戻す段階を更に含んでいる、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
様々な製造工程からの望ましくない不純物及び副産物を抑制及び／又は除去することは、そのような不純物及び副産物が汚染を引き起こす可能性があることを考えると、非常に重要な問題になってきている。これらの汚染物質を除去するか、少なくとも減らすための１つの従来の方法は、熱酸化によるものである。熱酸化は、酸素を十分に含んでいる汚染された空気が、望ましくない化合物を二酸化炭素及び水蒸気のような無害なガスに変換できるほど、十分な高温に、しかも十分に長い時間加熱される場合に生じる。そのプロセスを強化するのに触媒を使用することもできる。
【０００２】
そのような酸化装置の１つの適用例は、浮動乾燥器を含むウェブ乾燥装置と連結して使うことである。そのような浮動乾燥器は、紙、フィルム又は他のシート材料のような移動している材料のウェブを、非接触支持し、一連の通常は向かい合う空気ノズルから噴出する加熱された空気によって乾燥することができるが、空気を加熱するための熱源が必要である。乾燥工程の結果として、特にウェブ上のインクのコーティングなどの乾燥の場合、移動している材料のウェブから望ましくない揮発性の有機化合物（ＶＯＣ）が発生する。そのようなＶＯＣは、環境に放出する前に無害のガスに変換するよう、法律で定められている。
【０００３】
酸化に必要な熱を作るのに要する燃料は高コストであることから、できる限り多くの熱を回収できれば好都合である。そのため、米国特許第３，８７０，４７４号は、３つの再生器を備えた熱再生式酸化装置を開示しており、その内の２つの再生器は常時作動しており、第３の再生器は、浄化された空気の小さなパージを受け取り、そこから未処理又は汚染された空気を押出し、それを燃焼室へ流し、そこで汚染物質を酸化する。第１サイクルが完了すると、汚染された空気を、再生器を通過する間に燃焼室に入る前に予熱するため、汚染された空気の流れは、浄化された空気を先に放出した再生器を通って逆流する。この様にして、熱の回収が行われる。
【０００４】
米国特許第３，８９５，９１８号は、複数の間隔を空けて配置された平行でない熱交換床が、中心にある高温燃焼室の周囲に向かって配置されている、回転式熱再生システムを開示している。各熱交換床は、熱交換セラミック要素で満たされている。工業工程から出た排気ガスは、吸入ダクトへ供給され、吸入ダクトは、所与の区画への吸入弁が開いているか閉じているかによって、選択された熱交換区画へガスを分配する。
【０００５】
２つの熱交換床を利用する最新式の再生式熱又は触媒型酸化装置には、一般的に、弁の切換又はサイクル変更の間に、酸化装置を迂回する未処理ガスを捕捉する何らかの手段が付加されている。これらのシステムは、閉じ込めチャンバ又はパフチャンバと呼ばれており、その例が、米国特許第５，８３３，９３８号に示されており、該開示を参考文献としてここに援用する。そのようなチャンバを使用すると、そうしなければ漏れ出ることになる未処理のガスを捕捉し、再循環させて処理することができるので、装置のＶＯＣ分解効率が上がる。そのようなチャンバは、通常、ポペット弁又はバタフライ弁のような１つ又は複数の弁を利用して、サイクル変更の間に未処理のガスを保持プレナムへ送り、サイクル変更とサイクル変更の間にそのチャンバをブリーディング又はパージして清浄にする。プレナムから排出されるガスは、システムの吸入口に戻してもよいし、直接バーナーチャンバへ送り処理してもよい。
【特許文献１】
米国特許第３，８７０，４７４号
【特許文献２】
米国特許第３，８９５，９１８号
【特許文献３】
米国特許第５，８３３，９３８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在のシステムの問題としては、チャンバを作動させるのに必要なダンパシステムのコスト、再生式酸化装置に前記チャンバを組み込むのに必要な修正、主ドラフトファンを大きくする必要に繋がるチャンバに亘って生じる大きな圧力降下、方向転換ダンパの切換の結果としての処理の流れの乱れとチャンバの背圧が挙げられる。
【０００７】
従来のシステムの上記欠点を低減又は取り除く閉じ込めチャンバを設計することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
先行技術の上記問題は、閉じ込めチャンバ及びダンパアッセンブリを含む再生式酸化装置と、そのような装置を使ってガス内の揮発性有機化合物を酸化する方法とを提供する本発明が克服している。ＶＯＣ分解効率を改良し、熱交換マトリックス再生に起因する不透明な問題を取り除くために、未処理の流体を、酸化装置排気煙突から方向転換させ、「保持容器」即ちＶＯＣ閉じ込めチャンバへ送ることができる。閉じ込めチャンバの機能は、マトリックス再生工程の間に発生する未処理流体のスラグを、その大部分をゆっくり（即ち、非常に低い流量で）循環させて酸化装置の吸入口に戻して処理するか、或いは、燃焼空気として燃焼ブロアーに供給するか、又は、排気煙突を通して大気中にゆっくり排出することができるほど、長い間保持することである。工程は、後続の全てのマトリックス再生に対して繰り返さねばならないので、マトリックス再生のサイクルとサイクルの間に充てられる時間内で、閉じ込めチャンバ内の未処理流体を完全に排出しなければならない。
【０００９】
このアッセンブリは、酸化装置からの排気流を、排気又は閉じ込めチャンバの何れかに向かわせるために、１つの揺動ダンパを使用している。閉じ込めチャンバは、チャンバの体積の拡大又は縮小が容易にできるモジュラー構造であるのが望ましい。本設計は、装着が容易に行えるようになっており、既存の装置を改装することができる。ダンパは、処理の流れに与える影響を最小にし又は悪影響を全く与えないで、ガスの流れを方向転換させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に、排気煙突２０と連通している閉じ込めチャンバ１０を示している。排気煙突２０は、ダクト１２を通して再生式酸化装置から排気ガスの流れを受け入れる。ダンパ４０は、排気煙突２０内に配置されており、図では下方位置にあるので、ガスは、酸化装置から流れ出て、排気煙突２０を通って上昇し、大気中に出るようになっている。本設計の重要な特徴は、酸化装置からのガスの流れが下方位置にあるダンパの密封性を支援していることである。ダンパ４０は、上方位置にある場合、ガスの流れが排気煙突を直接上昇してゆくのを防ぎ、代わりにガスの流れを、水平な経路を通して流動面積が増える閉じ込めチャンバ１０へ導くので、結果的に酸化装置の流れ特性には、殆ど又は全く影響を及ぼさない。
【００１１】
閉じ込めチャンバ１０の好適な実施形態の詳細を図２及び図３に示している。チャンバ１０は、吸入口１６と、隔離されている排出口１７を有している。吸入口１６と排出口１７は、壁１８で分離されている。従って、矢印で示すように、酸化装置からの流れは、吸入口１６に入り、吸入経路１６Ａを通って煙突１０を上昇し、上方区画２１で吸入経路１６Ａと連通している排出経路１７Ａへ流れ込み、排出口１７から、戻しパイプ４８又は排気煙突２０の何れかへ出てゆく。
【００１２】
閉じ込めチャンバは、モジュラー設計となっており、モジュラー区画を追加（又は除去）してチャンバの保持容積を容易に追加（又は除去）できるのが望ましい。例えば、チャンバ２０の先端区画２１を取り外し、１つ又は複数のモジュラー区画を追加又は取り外し、先端区画２１を再度取り付けることができるようになっている。或る実施形態では、閉じ込めチャンバは、２から５秒間の流れを収容できるように設計されている。
【００１３】
閉じ込めチャンバ１０と流体連通している戻しパイプ４８（図８）は、切換の間に、閉じ込めチャンバ１０内のガスを酸化装置のファン吸入口へ送り戻すことによって、閉じ込めチャンバ１０を浄化するのに用いられる。
【００１４】
図４−６に、ダンパアッセンブリの詳細を示している。排気煙突２０の基部２０Ａは、酸化装置（図示せず）と連通している吸入口２５と、閉じ込めチャンバ１０と連通している排出口２６を有している。吸入口２５と排出口２６との間に、本発明のダンパアッセンブリが配置されている。このアッセンブリは、シリンダ３０を含んでおり、図６に示すように、シリンダ３０は、基部アッセンブリ２０Ａ内の開口３１、３１’を貫通し、ベアリング３２、３２’によって回転可能に連結されている。シリンダ３０は、空気シリンダ３３で作動させることができる。
【００１５】
シリンダ３０には、ダンパブレード４０が取り付けられている。ブレード４０は、シリンダ３０から伸張しており、図７に示す降下位置で、下側のダンパブレードストッパ４１に対して密封状態を形成する。この密封位置では、酸化装置から閉じ込めチャンバ１０への流れが遮断される。密封機構の詳細を、図７Ａに示している。ダンパ４０は、約４５度の移動範囲を有している。ブレード４０は、上方位置にある場合、上側のダンパブレードストッパ４２に対して密封状態を形成し、酸化装置から排気煙突２０への流れを阻止する。これを図５に概略的に示しており、ダンパブレード４０を３つの位置、即ち、ダンパが下がっており流れが排気煙突へ向かう位置と、ダンパが移動中の位置（仮想線で示している）と、ダンパが上がっており、流れが閉じ込めチャンバへ向かう位置で示している。
【００１６】
図８に示すように、排気煙突２０及び閉じ込めチャンバ１０と一体化されている再生式酸化装置１００は、２塔式酸化装置であるのが望ましい。再生式熱酸化技術では、各塔の熱伝達帯域は、定期的に再生して減耗したエネルギー帯域内の熱伝達媒体（一般的にはセラミック石器又はサドルの床）を元に戻さなければならない。これは、熱伝達帯域を定期的に交互に切り換え、低温の流体と高温の流体を通すことによって達成される。具体的には、高温流体が熱伝達マトリックスを通過するときに、熱は流体からマトリックスへ伝達され、それによって流体を冷却しマトリックスを加熱する。逆に、低温流体が加熱されたマトリックスを通過するときに、熱はマトリックスから流体へ伝達され、その結果、マトリックスを冷却し流体を加熱する。結果的に、マトリックスは、熱の貯蔵庫として作用し、高温流体から熱を受け取り、その熱を蓄え、その熱を低温流体に放出することを交互に行う。
【００１７】
更に具体的には、各熱交換器は低温端と高温端を有している。低温端は、その時間における酸化装置のサイクル次第で、酸化されることになるＶＯＣを含む比較的低温の処理ガスの吸入口か、又はＶＯＣが既に酸化された比較的低温の処理ガスの排出口として働く。高温端は、各低温端から離れて配置されており、何れの場合も燃焼帯域に最も接近している。各熱交換器の低温端と高温端の間には、耐熱性の熱交換媒体のマトリックスが配置されている。或る実施形態では、熱交換媒体のマトリックスは、１つ又は複数の一体構造のブロックであり、それぞれが複数の規定された蒸気流路を有している。
【００１８】
作動時、溶剤を含む空気は、例えば吸入ファン４９を利用して、再生式酸化装置１００へ送られる。次に、溶剤を含む空気は、熱交換塔に送られ、そこに配置されている熱交換媒体を通過する。熱は、高温の熱交換媒体から低温の溶剤を含む空気へ伝達されるので、この空気は、媒体塔の反対の端から出るまでに、酸化装置の作動温度（即ち設定値）又は作動温度近くにまで加熱される。熱交換塔と連通している燃焼帯域に付帯しているバーナー又は他の加熱装置は、必要な場合には空気を設定値まで上昇させるのを支援することができ、熱交換媒体内で始まったＶＯＣの酸化は、必要に応じて完了する。高温の、浄化された空気は、次に、もう１つの（低温になっている）熱交換塔（これも燃焼帯域と連通している）内の熱交換媒体床を通過し、高温の空気が、その中の低温の媒体を加熱するので、この空気は、この第２塔の反対側の端から出るまでに、流入してくる溶剤を含んだ空気の温度よりも僅かに高い温度のような、受け入れ可能な温度にまで冷却される。次に、この空気は、ダンパ４０が下方位置にあって閉じ込めチャンバ１０への流れを妨げている場合は、排気煙突２０を通して排出される。この作動段階の間は、閉じ込めチャンバ排出口１７は排気煙突２０と連通したままであるが、酸化装置からの流れは閉じ込めチャンバ１０へは流入しない。
【００１９】
酸化装置を通る流れは、ガスの流れと結び付けて弁の切り換えを同時に行うことにより、定期的な間隔をおいて逆向きに流れる。流れが逆流する頻度は、酸化装置を通過する体積流量に直接関係しており、当業者であれば容易に決定することができる。酸化装置で流れの逆流が起こるときには、通常は大気中に放出されるＶＯＣを含む空気の「パフ」は、ダンパブレード４０が図５の上方位置まで動くことによって、閉じ込めチャンバ１０へ送られる。この未処理のガスは、閉じ込めチャンバ１０へ流入し、経路１６Ａ及び１７Ａを通る。閉じ込めチャンバ２０の体積は、この切換段階の間に未処理のガスの体積が閉じ込めチャンバの排出口１７に到達することのないほどに大きいので、ガスは、切換の間、チャンバ内に「保管される」。切換が完了し、ダンパが下方位置へ戻ると、閉じ込めチャンバ２０内に保管されている未処理のガスは、戻しパイプ４８を通して酸化装置の吸入口へゆっくり送り返され、浄化される。閉じ込めチャンバ２０は、排出口１７を介して排気煙突２０に常に開いているので、この段階の間に、煙突からの清浄な空気でゆっくりと満たされる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による閉じ込めチャンバ及びダンパアッセンブリの断面図である。
【図２】本発明による閉じ込めチャンバの断面図である。
【図３】本発明による閉じ込めチャンバの斜視図である。
【図４】図４は、本発明による排気煙突基部アッセンブリの斜視図である。
【００２１】
図４Ａは、図４のＡ部の拡大斜視図である。
【図５】本発明の排気煙突、ダンパ及び閉じ込めチャンバの部分の概略図である。
【図６】本発明によるダンパの断面図である。
【図７】図７は、本発明によるダンパブレードの断面図である。
【００２２】
図７Ａは、図７のダンパブレードの縁部の分解図である。
【図８】本発明による再生式酸化装置の拡大図である。
【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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