JP2004082097A - 有機ガス処理素子及びそれを利用した有機ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】希薄なガスが多量の空気中に混合した状態であっても少ないエネルギーで希薄なガスを分解処理可能な有機ガス処理素子およびこれを用いた有機ガス処理装置を提供しようとするものである。
【解決手段】有機ガスの吸着剤を担持したハニカム体５の両面に電極２を設け、電極２とハニカム体５との間をマイカなどの無機絶縁材３で絶縁した有機ガス処理素子を備え、有機ガス処理素子の電極間２にプラズマを発生させる高圧電源を接続するようにした。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ガス処理素子及びそれを利用した有機ガス処理装置に関するもので、特に希薄なガスを簡単に処理できるものを提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工場などから排出される有機ガスは濃度が低くても量が多いと大気汚染の原因となるものであり、その処理が望まれている。工場などから排出される有機ガスは濃度が数１００ｐｐｍ以上あると、点火された場合に自己燃焼を維持できるので、バーナー内に導入して燃焼することで比較的簡単に処理することができる。
【０００３】
しかしながら自己燃焼を維持できない濃度の場合、自己燃焼を維持できる濃度になるまで液化天然ガス（ＬＮＧ）や液化石油ガス（ＬＰＧ）等を混合し、バーナー内に導入して燃焼したり、燃焼炉でＬＮＧやＬＰＧ等を燃焼させておいてそこに被焼却ガスである有機ガスを導入する手段がとられていた。
【０００４】
このような手段の場合、助燃焼ガスとして多量のＬＮＧやＬＰＧ等を必要とし、運転コストが高くかつＣＯ_２の排出も多くなるという問題があった。
【０００５】
このためハニカム状ガス吸着ロータを有するガス濃縮装置が開発された。これは活性炭紙や疎水性ゼオライトを担持したセラミック紙をハニカム状に形成したハニカム状ガス吸着ロータを用い、空気に混合した有機ガスをハニカム状ガス吸着ロータに吸着させて空気を浄化し、ハニカム状ガス吸着ロータに吸着した有機ガスを少ない量の熱風によって脱着し、空気中の有機ガスの濃縮を行うようにしたものが開発され普及している。
【０００６】
これは有機ガスの濃度を１０〜２０倍程度まで濃縮することができ、例えば工場からの排気が５０ｐｐｍの濃度であった場合５００ｐｐｍまで濃縮されるため、濃縮後の有機ガスは自己燃焼を維持でき、助燃焼ガスを必要としなくなるため、ＣＯ_２の排出量を抑えることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ハニカム状ガス吸着ロータを用いたガス濃縮装置は以上のように有機ガスの濃度を１０〜２０倍程度まで濃縮することができ、工場からの排気が３０ｐｐｍ程度以上の濃度であった場合、濃縮によって有機ガスは自己燃焼を維持でき、助燃焼ガスを必要としなくなるが、それより薄いガスの場合は、依然として、助燃焼ガスを必要とするという問題がある。
【０００８】
本発明は極めて希薄で多量の有機ガスを少ないエネルギーで処理可能な有機ガス処理装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本件発明は以上のような課題を解決するため、有機ガスの吸着剤を担持したハニカム体の両面に電極を設け、電極とハニカム体との間を無機絶縁材で絶縁した有機ガス処理素子を備え、有機ガス処理素子の電極間にプラズマを発生させる電源を設けた。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、有機ガスの吸着剤を担持したハニカム体の両面に電極を設け、前記電極とハニカム体との間を無機絶縁材で絶縁したものであり、有機ガスの吸着剤がカチオンを有していても無機絶縁材で絶縁を確保されるためプラズマが発生し、絶縁材が無機であるため発生したプラズマによる分解がないという作用を有する。
【００１１】
【実施例】
以下本発明の有機ガス処理素子及びそれを利用した有機ガス処理装置の実施例について図に沿って詳細に説明する。図１は本発明の有機ガス処理素子の部分拡大断面図である。ここで１は電極であり、電極板２及び電極板２を両面から挟む絶縁板３より構成されている。
【００１２】
電極板２は厚さ５０μｍ程度のアルミニウム板より作られており、絶縁板３は厚さ０．３ｍｍ程度の硬質集成マイカ板より作られている。４は配線であり、電極板２と接続され電極板２へ高圧交流を印加するものである。ここで絶縁板３として硬質集成マイカ板を使用しているのは、軟質集成マイカ板より硬質集成マイカ板の方が耐電圧が高いためである。しかし軟質集成マイカ板でも耐電圧が持つようであれば軟質集成マイカ板であってもよい。
【００１３】
５はセラミックシートなどの耐熱性の材料よりなるコルゲート（波付け）シートであり、このコルゲートシート５に疎水性合成ゼオライトが担持されている。そしてコルゲートシート５は一対の電極１によって挟まれている。
【００１４】
また以上の一対の電極１とコルゲートシート５は複数段積層されて有機ガス処理素子を構成する。そして交互に絶縁板３より電極板２は突出し、配線４が複数段の電極板２に給電可能に構成されている。電極板には配線４を介して電圧１，０００〜１０，０００Ｖ、周波数６０Ｈｚ〜１０ＫＨｚの交流電圧が供給される。
【００１５】
以上の実施例１では疎水性合成ゼオライトが担持されているのはコルゲートシート５だけであったが、図３の実施例２に示すようにセラミックシートなどの耐熱性の材料よりなり疎水性合成ゼオライトを担持した平面シート７をコルゲートシート５の両面に接着してもよい。
【００１６】
本発明の有機ガス処理素子は以上のように構成され、以下その動作について説明する。
【００１７】
先ず図２に示す有機ガス処理素子に希薄な有機ガスを通す。するとコルゲートシート５に担持された疎水性合成ゼオライトに有機ガスが吸着される。そして疎水性合成ゼオライトが吸着能力の限界に達する前に、有機ガスの流通を止め、電源６より交流電圧を電極板２へ供給する。
【００１８】
これによって電極板２の間でプラズマが発生する。するとプラズマが疎水性合成ゼオライトに吸着された有機ガスを叩き、有機ガスが疎水性合成ゼオライトから脱着される。つまりコルゲートシート５の両面付近において有機ガスの濃度が極めて高くなる。
【００１９】
有機ガスの濃度が極めて高いため、有機ガスの分子をプラズマが叩く確率が極めて高くなり、発生したプラズマによって有機ガスの分子は分解され、水と二酸化炭素とになる。つまり有機ガスの分子をプラズマが叩く確率が極めて高いため、プラズマのエネルギーが無駄にジュール熱へ変換される確率が低く、エネルギー効率が高い。
【００２０】
また疎水性合成ゼオライトは完全に無機物の鉱物性のものであるが、カチオンを有するため絶縁体ではなく、一対の電極板２を直接コルゲートシート５に接触させて高電圧を印加しても一対の電極板２の間にはプラズマが発生しない。しかし電極板２は絶縁板３より絶縁されているため、コルゲートシート５上の疎水性合成ゼオライトに導電性があっても、一対の電極板２の間にプラズマが発生する。
【００２１】
図３は本発明の有機ガス処理素子の実施例２を示す。この実施例のものは、コルゲートシート５の両面にセラミックシートなどの耐熱性の材料よりなるライナーシート７を接着している。そしてこのライナーシート７にも疎水性合成ゼオライトが担持されている。
【００２２】
この実施例２のものは上記の実施例１のものと比較して、ライナーシート７にまで疎水性合成ゼオライトが担持されているため疎水性合成ゼオライトの担持面積が大きく、有機ガスの吸着容量が大きい。
【００２３】
図４に以下本発明の有機ガス処理素子を利用した有機ガス処理装置の実施例１を示す。８は上記有機ガス処理素子の実施例１あるいは実施例２のものである。ここでは有機ガス処理素子８が１２個環状に配置され、例えば１時間に１〜１０回転程度の回転速度になるように間歇回転する。
【００２４】
９はケーシングであり、環状の有機ガス処理素子８が収納されている。１０はケーシング９に設けられた被処理ガスの送入口であり、ここへ有機ガスを含む空気が送り込まれる。ケーシング９内に送り込まれた被処理ガスは環状の有機ガス処理素子８を通過して清浄空気となって排出口１１を通って大気へ放出される。
【００２５】
１２は有機ガス処理素子８を両面から挟む一対の脱着チャンバーであり、この例では環状の有機ガス処理素子８の１つを挟む。そして有機ガス処理素子８がこの脱着チャンバー１２に挟まれたときに電源６より電極板２へ高圧が印加されるように電源６と配線４とが接続するようになっている。１３はブロアであり有機ガス処理素子８及び一対の脱着チャンバー１２内の空気を排出口１１を通して大気へ放出するものである。
【００２６】
１２個の有機ガス処理素子８が環状に配置され１時間に１回転する場合は、各有機ガス処理素子８は約５分間一対の脱着チャンバー１２に挟まれた状態となる。以下この時間を停止時間という。
【００２７】
本発明の有機ガス処理装置は以上のように構成され、以下その動作について説明する。先ずブロア１４を動作させて被処理空気をケーシング９内に送る。すると被処理空気中の有機ガスが有機ガス処理素子８のコルゲートシート５あるいはコルゲートシート５とライナーシート７に担持された疎水性合成ゼオライトに吸着される。これによって清浄空気となった被処理空気は排出口１１を通って大気へ放出される。
【００２８】
有機ガス処理素子８は環状に配置され回転しているため、有機ガスを吸着した有機ガス処理素子８はいずれ一対の脱着チャンバー１２に挟まれる位置へ来る。するとここで配線４と電源６とが接続され、電極板２へ交流高電圧が印加され電極板２の間でプラズマが発生する。この時、ブロア１３の運転は停止させておく。
【００２９】
すると有機ガス処理素子８の実施例で説明したように、コルゲートシート５あるいはコルゲートシート５とライナーシート７に担持された疎水性合成ゼオライトに吸着された有機ガスはプラズマによって脱着され、電極板２の間に高濃度状態で滞留する。
【００３０】
この濃度の高い有機ガスはプラズマによってアタックされ、分解される。つまり空気中の酸素によって酸化され、二酸化炭素と水とに分解される。十分に分解された時にブロア１３を運転する。これによって有機ガス処理素子８及び一対の脱着チャンバー１２内の二酸化炭素と水蒸気は排出口１１を通って大気へ放出される。以上のプラズマによる有機ガスの分解時間とブロア１３の運転時間を、環状の有機ガス処理素子８の回転速度によって決定される停止時間以内になるようにプラズマの発生状態などを設定する。
【００３１】
逆の見方をすると、停止時間内にプラズマによる有機ガスの分解とブロア１３の運転による二酸化炭素と水蒸気の排出を行わなければならず、有機ガスの分解に必要な時間に合わせて環状の有機ガス処理素子８の回転速度を決定してもよい。
【００３２】
以上の実施例１では、有機ガス処理素子８は環状に配置されていたが、図５に示される有機ガス処理装置の実施例２のように複数の有機ガス処理素子８を並列に配置し、複数の有機ガス処理素子８を交互に吸着及び分解動作をさせるようにしてもよい。この例は上記実施例１の有機ガス処理素子８を環状に配置したものより小規模な有機ガス処理装置に適する。
【００３３】
図５の実施例２では有機ガス処理素子８を６個並列に並べたものである。有機ガス処理素子８の前後には開閉自在のシャッター１５、１６が設けられている。またシャッター１５と有機ガス処理素子８の間には冷却コイル１７が設けられ、この冷却コイル１７には必要に応じて冷却水が流れる。そして有機ガス処理素子８とシャッター１６の間には空気の循環ファン１８が設けられている。以上の有機ガス処理素子８とシャッター１５、１６、冷却コイル１７および空気の循環ファン１８によって、有機ガス処理ユニット１９が構成される。そしてこの有機ガス処理ユニット１９が６つ並列に並べられている。
【００３４】
以上の説明の実施例２のものの動作を以下説明する。先ず図５の最上部に位置する有機ガス処理ユニット１９はシャッター１５、１６が開放状態であり、有害ガスを含む空気が有害ガス処理素子８を通過する。これによって空気中の有害ガスは有害ガス処理素子８に吸着され、ここを通過する空気は浄化されて大気へ放出される。
【００３５】
２番目の有機ガス処理ユニット１９はシャッター１５、１６が閉じられている。そして循環ファン１８が動作し、シャッター１５、１６によって囲まれた空間内で空気が循環する。同時に有害ガス処理素子８に高電圧を印加し、有害ガス処理素子８内でプラズマを発生させる。これによって有害ガス処理素子８に吸着された有害ガスは、有機ガス処理ユニット１９内の酸素を使って分解される。
【００３６】
３番目の有機ガス処理ユニット１９はシャッター１５、１６が閉じられている。そして循環ファン１８が動作し、シャッター１５、１６によって囲まれた空間内で空気が循環する。同時に冷却コイル１７に冷水が流され、ここを通過する空気が冷却されるため、プラズマの発生によって温度の上昇した有害ガス処理素子８が冷却される。また分解されなかった有害ガスが有機ガス処理ユニット１９内に残っていても、この操作によって再び有害ガス処理素子８に吸着される。
【００３７】
４〜６番目の有機ガス処理ユニット１９は一番目の有機ガス処理ユニット１９と全く同じ動作である。このようにして、６つの有機ガス処理ユニット１９の内、４つが吸着浄化動作を行い、一つが有害ガスのプラズマ分解、残りの一つが冷却・未分解物質の再吸着の動作を行う。そして以上の３つの動作を順次行うことによって、常に４つの有機ガス処理ユニット１９を吸着浄化動作させることができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の有機ガス処理素子は上記の如く構成したので、有機ガスを一旦吸着剤に蓄積してプラズマによって脱着・分解するため大容量の空気に極めて希薄な状態で存在する有機ガスを少ないエネルギーで処理可能な有機ガス処理素子を提供することができる。
【００３９】
さらに本発明の有機ガス処理素子は電極板をマイカによって絶縁しているため、カチオンを有する吸着剤も使用することが可能である。
【００４０】
また本発明の有機ガス処理装置は有機ガス処理素子を環状あるいは並列に配置しているため、有機ガスを連続的に処理することができ、より大容量の空気に極めて希薄な状態で存在する有機ガスの処理をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ガス処理素子の実施例１を示す拡大正面図である。
【図２】本発明の有機ガス処理素子の実施例１を示す正面図である。
【図３】本発明の有機ガス処理素子の実施例２を示す拡大正面図である。
【図４】本発明の有機ガス処理装置の実施例１を示す斜視図である。
【図５】本発明の有機ガス処理装置の実施例２を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　電極
２　電極板
３　絶縁板
４　配線
５　セラミックシート
６　電源
７　ライナーシート
８　有機ガス処理素子
９　ケーシング
１０　被処理ガスの送入口
１１　排出口
１２　脱着チャンバー
１３、１４　ブロア
１５，１６　シャッター
１７　冷却コイル
１８　循環ファン
１９　有機ガス処理ユニット

Claims (7)

1. 有機ガスの吸着剤を担持したハニカム体の両面に電極を設け、前記電極とハニカム体との間を無機絶縁材で絶縁した有機ガス処理素子。
2. 無機絶縁材はマイカである請求項１記載の有機ガス処理素子。
3. 有機ガスの吸着剤はゼオライトである請求項１記載の有機ガス処理素子。
4. 有機ガスの吸着剤を担持したハニカム体の両面に電極を設け、前記電極とハニカム体との間を無機絶縁材で絶縁した有機ガス処理素子を備え、前記有機ガス処理素子の電極間にプラズマを発生させる電源を設けた有機ガス処理装置。
5. 複数の有機ガス処理素子を環状に配置し、回転するようにした請求項４記載の有機ガス処理装置。
6. 複数の有機ガス処理素子の一部を挟む一対の脱着チャンバーを有し、前記脱着チャンバーに挟まれている有機ガス処理素子に高圧電圧を印加してプラズマを発生させるようにした請求項５記載の有機ガス処理装置。
7. 複数の有機ガス処理素子を並列に配置し、夫々の有機ガス処理装置が交互に有機ガスの吸着と分解とを繰り返すようにした請求項４記載の有機ガス処理装置。

Images