(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ酸化触媒の触媒反応温度を１００〜４００℃に保持する触媒反応温度保持手段と、該ＣＯ酸化触媒にＣＯガスを通過させ、酸化分解する酸化分解手段とを備えてなり、前記触媒反応温度保温手段が、燃焼管と、該燃焼管で原ガスを加熱処理する手段と、加熱処理した処理ガスを後流の原ガスと上記触媒反応温度の間に熱交換する手段を含み、前記酸化分解手段が、上記燃焼管の内部に原ガスを送給する送給手段と、該送給手段により原ガスを前記燃焼管内の一端側から他端側へ流通させる手段と、該燃焼管を通過して加熱した処理ガスを熱交換器に導入する手段と、該熱交換器で上記触媒反応温度の間に熱交換した処理ガスをその熱交換器の後ろに設置されているＣＯ酸化触媒に通過させる手段を含むことを特徴とする閉鎖空間用ＣＯガス含有有害ガス処理装置。
【請求項２】
前記ＣＯ酸化触媒がＣｕＯであることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ＣＯ酸化触媒を用いてＣＯガスを酸化する処理装置に関し、特に、宇宙ステーションなどに適用される室内環境制御システムにおける、ＣＯガスを含む有害ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の蓄熱燃焼式有害ガス処理装置を示したのが、図３である。この装置では、閉鎖空間で人間、動物、植物、器材などから発生した有害ガスを含む原ガスは、吸引ブロア２０１により吸引され、切替三方バルブ２０２を通り、保温材２１３で保温された燃焼管２０４に充填された蓄熱材２０５へと導入される。
【０００３】
かかる蓄熱材２０５が高温の処理ガスにより、予め蓄熱されているため、蓄熱材２０５に導入された原ガスは、５００℃以上に昇温された後、温度調節器２１４と温度センサー２１２で制御された燃焼ヒータ２０７により、さらに７５０℃以上に加熱される。ここで、燃焼ヒータ２０７で加熱された原ガス中の有害成分は、高温酸化分解される。この酸化分解された７５０℃以上の高温の処理ガスは、蓄熱材２０６へと通され、切替三方バルブ２０３から排出される。それによって、該蓄熱材２０６が加熱され、該処理ガスの温度が１５０℃以下に下がる結果となる。
【０００４】
次いで、かかる蓄熱材２０６の出口側に設置された温度センサー２１１が１５０℃に到達した時点で、切替三方バルブ２０２と２０３を切替えることにより、吸引ブロア２０１で吸引した原ガスは今までとは逆に、切替三方バルブ２０３を通り蓄熱材２０６へと導入され、上記同様にガス処理が行われる。これらの操作を交互に繰り返すことにより、効率的な熱回収運転を可能にした。その蓄熱材２０５と２０６との温度経時変化を図４に示した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の処理装置では、ＣＯガスを含む有害ガスの処理において、図５に示したように、９００℃の加熱温度においてもそのＣＯ分解効率が５０％程度と低い。かかるＣＯガス分解効率を９０％以上に挙げるには、加熱分解のみでは困難であり、よってＣＯガスの効率的な処理が重要な課題として残っている。
【０００６】
【課題を解決する手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る閉鎖空間用ＣＯガス含有有害ガス処理装置は、ＣＯ酸化触媒の触媒反応温度を１００〜４００℃に保持する触媒反応温度保持手段と、該ＣＯ酸化触媒にＣＯガスを通過させ、酸化分解する酸化分解手段とを備えてなり、前記触媒反応温度保温手段が、燃焼管と、該燃焼管で原ガスを加熱処理する手段と、加熱処理した処理ガスを後流の原ガスと上記触媒反応温度の間に熱交換する手段を含み、前記酸化分解手段が、上記燃焼管の内部に原ガスを送給する送給手段と、該送給手段により原ガスを前記燃焼管内の一端側から他端側へ流通させる手段と、該燃焼管を通過して加熱した処理ガスを熱交換器に導入する手段と、該熱交換器で上記触媒反応温度の間に熱交換した処理ガスをその熱交換器の後ろに設置されているＣＯ酸化触媒に通過させる手段を含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明でいう触媒反応温度は、本発明で使用するＣＯガス酸化触媒により、ＣＯガスをＣＯ２に酸化する触媒反応に適する温度である。その温度は本発明の使用する触媒によって異なるが、特に、１００〜４００℃の間が好ましい。
【０００８】
また、それを１００〜４００℃に保持することとは、触媒反応する時の温度がその範囲内であればよく、その方法は限定されない。例えば、触媒自体を該温度の間に保持する方法や、加熱により、もしくは、熱交換によりＣＯガスの温度をその間の温度に調節してＣＯガス酸化触媒に提供する方法等がある。
【０００９】
本発明で用いるＣＯガス酸化触媒は、ＣＯガスをＣＯ２ガスに酸化できるものであれば、特に限定されない。本発明においては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉまたはＣｕの酸化物が好ましく、特にＣｕＯが好ましい。
【００１０】
また、本発明では、所定のＣＯガス酸化触媒温度でＣＯガスを酸化するために、ＣＯガス酸化触媒の温度を該触媒温度の範囲内に保つため、蓄熱材と併用することが好ましい。たとえば、蓄熱材の間に該触媒をサンドイッチ状に挟んだり、該触媒（酸化金属）を蓄熱材の表面に添着したりすることができる。
【００１１】
また、本発明に用いる蓄熱材は、ＣＯガスを酸化するための所要なＣＯガス酸化触媒温度を保持できるものであれば、とくには限定されない。本発明においては、セラミックや耐火レンガ、金属等の固体蓄熱材が好ましく、例えば、アルミナやコーディライト等のセラミック製でハニカム構造の固体蓄熱材を用いることができる。
【００１２】
【発明の実施の態様】
以下添付図面に従って、本発明にかかるＣＯガスを含む有害ガス処理装置の好ましい実施形態について詳述するが、それに限るものではない。
まず、本願発明に対し、参考となる態様のＣＯガスを含む有害ガス処理装置を図１について説明する。この参考態様において、ＣＯガス含有有害ガス処理装置は、吸引ブロア１、切替三方バルブ２と３、燃焼管４、蓄熱材５と６、燃焼ヒータ７、ＣＯ酸化触媒８と９、温度センサー１０〜１２、保温材１３、及び、温度調整器１４を用いて以下のように構成されている。
【００１３】
この参考態様では、図１に示すように、有害ガスを含む原ガス流５０を吸引口１ａから吸引するブロア１は、切替三方バルブ２の口２ａと３の口３ａにそれぞれ連結されている。切替三方バルブ２の口２ｂが、横置きしたＵ字型に燃焼管４の一端側の口４ａに連結され、口２ｃが開放されている。切替三方バルブ３の口３ｂが、燃焼管４の他端側の口４ｂに連結され、３ｃが開放されている。
【００１４】
前記燃焼管４において、ＣＯ酸化触媒９をサンドイッチ状で挟んだ蓄熱材５ａと５ｂとが口４ａ側に充填され、ＣＯ酸化触媒８をサンドイッチ状で挟んだ蓄熱材６ａと６ｂとが口４ｂ側に充填されている。この場合において、原ガス中にＣＯガス濃度が１００ｐｐｍ若しくは２（体積）％に対して、ＣｕＯとして用いられるＣＯ酸化触媒８と９の充填長を２０ｍｍとすることが好ましい。本参考態様では、ＣＯ酸化触媒８と９をサンドイッチ状で挟んだ蓄熱材５と６などにより、酸化分解手段を構成している。
【００１５】
また、蓄熱材５ａと蓄熱材６ａにそれぞれ設けられた、温度調整器１４に接続している温度センサー１０と１１は、口４ａと口４ｂの温度を測定する。前記燃焼管４の連結部分（蓄熱材５ｂと蓄熱材６ｂとの間）に、燃焼ヒータ７が対をなして設けられている。また、これら燃焼ヒータ７の間には、場合によって、石英ペレットなどのようなガス混合用の充填材を充填することもできる。さらに、口４ａと４ｂを除いた燃焼管の全体が保温材１３に包み込まれている。本参考態様では、燃焼ヒータ７、温度調整器１４と温度センサー１２などにより、触媒反応温度保持手段を構成している。
【００１６】
前記燃焼ヒータ７は、温度調整器１４の出力部にそれぞれ電気的に接続されている。温度調整器１４の入力部には、燃焼管４の連結部分に設けられた温度センサー１２が電気的に接続されている。このような燃焼ヒータ７などにより、本参考態様でガスを加熱し、温度調整器１４、温度センサー１２などにより、本参考態様でガス温度を保持する。
【００１７】
この参考態様において、例えば、以下のように運転する。まず、口の２ｂと２ｃとを連通させるように切替三方バルブ２を切り替えると同時に、口の３ａと３ｂを連通させるように切替三方バルブ３を切り替える。そして、温度調整器１４を作動して燃焼ヒータ７を作動させた後、吸引ブロア１を作動させ、原ガス５０を吸引ブロア１から切替三方バルブ３を介して燃焼管４の口４ｂから内部に送給し、蓄熱材６ｂを通過させて燃焼ヒータ７で７５０℃以上に加熱し、蓄熱材５ａと５ｂを通過させることにより、当該蓄熱材５ａと５ｂ及びＣＯ酸化触媒８を１００〜４００℃に予め加熱しておく。
【００１８】
次いで、燃焼管４の口４ａ側が２００℃以上になると、温度センサー１０からの信号に基づいて、吸引方向を切替えて、吸引ブロア１からの原ガス５０を、切替三方バルブ２を介して燃焼管４の口４ａから内部に送給される。つまり、後述するように、本参考態様においては、温度センサー１０と１１の制御により、切替三方バルブ２と３は、吸引ブロア１からの原ガス５０を燃焼管４の口４ａ側から口４ｂ側または口４ｂ側から口４ａ側へと流通させるように交互に切り替えることができる。
【００１９】
燃焼管４の口４ａから内部に送給された原ガスは、１００〜４００℃に保持された蓄熱材５ａとＣＯ酸化触媒９に導入される。そこで、まず、ＣＯガスが人体には無害なＣＯ２ガスと酸化される。次いで、蓄熱材５ｂへ導入された原ガスは５００℃以上に昇温され、温度調節器１４で制御された燃焼ヒータ７によりガス温度を７５０℃以上に加熱することより、他の有害成分を高温酸化分解する。
【００２０】
最後に、７５０℃以上の高温処理ガスは、燃焼管４の口４ｂ側の蓄熱材６ｂへ再び導入され、２００℃以上に加熱されたＣＯ酸化触媒８を通過することにより、ＣＯ酸化触媒９で完全に酸化されなかったＣＯガスを酸化分解する。そして、この処理ガスを切替三方バルブ３から排出することにより、蓄熱材６ａが加熱されると同時に、該処理ガス温度が１５０℃以下に下がる。
【００２１】
このようにして原ガス５０を処理していき、燃焼管４の口４ｂ側が１５０℃にまで加熱されると、温度センサー１１からの信号に基づいて、切替三方バルブ２の口２ｂ，２ｃを連通させるように切替三方バルブ２を切り替えると同時に、口３ａ，３ｃを連通させるように切替三方バルブ３を切り替え、吸引ブロア１からの原ガス５０を上述と逆方向で流通させ、上述と同様にして処理する。以下、上述した作動を繰り返すことにより、触媒反応温度が１００〜４００℃の間に保たれ、原ガス５０を連続して処理することができる。
【００２２】
本願発明に係る実施態様においては、ＣＯガス含有有害ガス処理装置は、吸引ブロア１、切替三方バルブ２と３、燃焼管４、燃焼ヒータ７、ＣＯ酸化触媒８、温度センサー１２、温度調整器１４及び熱交換器１５を用いて以下のように構成されている。つまり、上記参考態様の蓄熱燃焼方式の代わりに直接燃焼方式に変更したもので、高温燃焼部で処理したガスを後流の原ガス流で冷却した後、ＣＯ酸化触媒８に導入される仕組みである。
【００２３】
図２に示すように、燃焼管４には、原ガスの入り口４ｃとガスの出口４ｄが設けられ、熱交換機１５には、原ガスの入り口１５ａと出口１５ｂ、並びに、燃焼管で高温処理したガスの入り口１５ｃと出口１５ｄが備えられ、また、原ガス流と高温処理したガス流を分けるために、１５ａと１５ｂの間は独立したガス配管１５ｅが設けられている。また、上記と同様に、燃焼管４には、温度調整器１４とそれぞれ電気的に接続されている燃焼ヒータ７と温度センサー１２が設けられている。
【００２４】
本実施の形態では、燃焼ヒータ７、温度センサー１２、温度調整器１４と熱交換器１５などにより、触媒反応温度保持手段を構成し、また、ＣＯ酸化触媒８などにより、酸化分解手段を構成している。
【００２５】
そして、ＣＯ及び有害ガスを含む原ガスを吸引する吸引ブロア１は、熱交換器１５の１５ａに連接している。熱交換器１５の１５ｂと燃焼管４の４ｃとの間、燃焼管４の４ｄと熱交換器１５の口１５ｃとの間がそれぞれ連接されている。さらに、熱交換器１５の口１５ｄがＣＯ酸化触媒８と連接されている。なお、この実施態様で用いる触媒は上記と同様である。
【００２６】
この実施態様において、例えば、以下のように運転する。まず、ＣＯ及び有害ガスを含む原ガスは吸引ブロア１で吸引され、熱交換器１５の原ガス入り口１５ａからガス配管１５ｅを通り、出口１５ｂより、燃焼管４に導入される。ここで温度センサー１２と温度調整器１４で制御されている燃焼ヒータ７により、ガス温度が７５０℃以上になるように加熱され、有害成分は高温酸化分解される。
【００２７】
次いで、燃焼管４から排出される高温処理ガスは、熱交換器１５の入り口１５ｃから熱交換器１５に戻され、そこで、配管１５ｅに流れる後流の原ガスと熱交換され、１００〜４００℃に冷却された後、ＣＯ酸化触媒８に導入され人体に無害なＣＯ２ガスに酸化され排出される。原ガスがブロア１から連続的に吸引されることで熱交換器において熱交換により、高温処理ガスが常に一定の温度に保たれてＣＯ酸化触媒８に導入されるので、触媒反応温度が１００〜４００℃の間に保たれることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本願の上記実施態様では、ＣＯガスの温度をＣＯ酸化触媒の触媒温度の１００〜４００℃に熱交換により、触媒を加熱することなく、その熱劣化を防止できる。さらに、三方切替バルブなどの駆動部を用いないため、非常にシンプルでメンテナンス上有利な構成となる。したがって、本願発明によれば、従来に比べてよりシンプルかつ高効率に、閉鎖空間において連続的に空気中のＣＯガスを含む有害ガスを処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明に対する参考態様の概略図である。
【図２】    本願発明に係る実施態様の概略図である。
【図３】    従来のＣＯガス等を含む有害ガスの蓄熱燃焼式態様の概略図である。
【図４】    従来の蓄熱燃焼式における蓄熱材の温度経時変化を示すグラフである。
【図５】    従来の蓄熱燃焼式におけるＣＯガスの分解効率を示すグラフである。
【符号の説明】
１    吸引ブロア
２    切替三方バルブ
３    切替三方バルブ
４    燃焼管
５    蓄熱材
６    蓄熱材
７    燃焼ヒータ
８    ＣＯ酸化触媒
９    ＣＯ酸化触媒
１０    温度センサー
１１    温度センサー
１２    温度センサー
１３    保湿材
１４    温度調整器
１５    熱交換器
２０１    吸引ブロア
２０２    切替三方バルブ
２０３    切替三方バルブ
２０４    燃焼管
２０５    蓄熱材
２０６    蓄熱材
２０７    燃焼ヒータ
２０８    ＣＯ酸化触媒
２１０    温度センサー
２１１    温度センサー
２１２    温度センサー
２１３    保湿材
２１４    温度調整器
【図１】
0003771758.tif 000002
【図２】
0003771758.tif 000003
【図３】
0003771758.tif 000004
【図４】
0003771758.tif 000005
【図５】
0003771758.tif 000006