JP2004267360A - 揮発性有機化合物除去装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】揮発性有機化合物を高効率に除去する揮発性有機化合物除去装置および方法を提供する。
【解決手段】ＶＯＣ濃度が所定濃度を超えたと検知された場合、密閉空間が作成された後、電熱ヒータ駆動システムによって、吸着フィルタ２０中の電熱線が加熱され、加熱された吸着剤からＶＯＣが剥離する。ファン１６の作用によって、吸着フィルタ２０から加熱剥離した加熱剥離ＶＯＣ３４が光分解ハニカム３０に至り、光分解される。光分解されなかった未分解ＶＯＣがあったとしても、循環用経路２００を循環気流３２で示されるように、ＶＯＣは循環する。その結果、再び未分解ＶＯＣは光分解ハニカム３０へ至り、光分解される。この光分解はＶＯＣ濃度が所定濃度以内となるまで継続される。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は揮発性有機化合物除去装置、特に外気を吸気口から吸気し、揮発性有機化合物を除去して、排気口から排気する揮発性有機化合物除去装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から悪臭などの要因となりうる揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）を除去する方法が検討されている。その方法の一つに、活性炭・ゼオライト・セピオライト・シリカゲルなどの多孔質の鉱物や、これらに薬品や植物精油を添着したものなど、臭気物質や空気汚染物質の吸着能力に優れた吸着剤を用いる方法がある。また、酸化チタン等の半導体に紫外線を照射し、それによって励起された半導体が有機物などを酸化分解する光触媒の利用が試みられている。
【０００３】
これらの方法にはそれぞれ特徴がある。例えば、吸着剤は、吸着速度が大きく、迅速に吸着除去できる特徴がある。しかし、あくまでも吸着であり、揮発性有機化合物を分解するわけではない。したがって、使用を重ねるうちに吸着速度が減衰し、ついには吸着飽和（吸着剤の寿命）してしまう。例えば、活性炭を使った脱臭剤の寿命は、通常数ヶ月から半年、長くても１年が限度であり、頻繁に交換する手間と費用がかかる場合がある。
【０００４】
これに対して、光触媒は揮発性有機化合物を酸化分解し、半永久的寿命をもつ特徴がある。しかし、酸化分解速度は吸着剤と比較して小さく、迅速な分解除去が難しい場合がある。さらには物質によっては、光触媒の反応を起こす半導体表面に付着しこれを覆ってしまうことがある。このため触媒まで紫外線が達せず、触媒表面が紫外線を受けにくくなり、光触媒反応が低下して反応劣化を引き起こす場合がある。
【０００５】
以上の特徴を盛んに活かした技術が報告されている。特開２００１−２３２１３６号公報では、（１）第１の経路によって吸着剤を担持したハニカムロータ中に空気中のガスを導入し、吸着剤に揮発性有機化合物を吸着させて、ガスを空気中に戻し、（２）第１の経路とは別経路である第２の経路に吸着した揮発性有機化合物を熱風で剥離させ、第２の経路の途中に設けられた光触媒で光分解させる揮発性有機化合物の除去装置が報告されている。この方法では、揮発性有機化合物が吸着したハニカムロータの吸着剤を熱風で再生させ、なおかつ、熱風で剥離され回収された揮発性有機化合物を光分解させ、その熱風を再び加圧・加熱してハニカムロータの吸着剤に当て、再び揮発性有機化合物を吸着剤から剥離させることとしている。
【０００６】
なお、特開平６−３１１３３号公報では、臭気ガスを含む空気を吸着剤層に通過させて浄化するとともに、そのガス濃度に応じて光触媒層に切り替えて浄化させる方法が示されている。また、特開平９−３９５５８号公報では臭気を光触媒によって取り除く方法が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２３２１３６号公報
【特許文献２】
特開平６−３１１３３号公報
【特許文献３】
特開平９−３９５５８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記ハニカムロータを用いる方法では、第２の経路中に熱風で吸着剤から除去される揮発性有機化合物の量が光触媒によって光分解される量に追いつかなくなる場合がある。光分解されなかった揮発性有機化合物は再びハニカムロータの吸着剤に熱風と共に当たる。この結果、吸着剤には第１の経路で新たに吸着された揮発性有機化合物が吸着されているために、それとともに第２の経路中に熱風で吹き飛ばされる。しかしながら、光触媒の光分解速度は同じであるために、光分解されない揮発性有機化合物が第２の経路中に増加する。そのような、熱風によって除去された揮発性有機化合物の濃度が光分解速度より大きいと第２の経路中に残存する揮発性有機化合物の濃度が時間と共に上昇してしまうことになる。
【０００９】
また、上記のように第２の経路中の揮発性有機化合物の濃度が上昇すると、吸着剤から熱風で効率よく分離させることが難しくなり、吸着剤に揮発性有機化合物が残留することになる。このような場合には、第１の経路から吸気された揮発性有機化合物を除去するどころか、吸着剤に残留している揮発性有機化合物が吸気によって剥離され、その剥離された揮発性有機化合物が加わり、吸気以上の揮発性有機化合物濃度となって室内へ排気されることになる（二次汚染）。
【００１０】
このような問題は、吸着剤から熱風剥離された揮発性有機化合物が光触媒に接し、完全に光分解されずに残存したまま再び熱風と共に吸着剤へ送られるということなどから発生する。このため、剥離された揮発性有機化合物が十分に光分解される装置が必要となる。
【００１１】
本発明は上記課題等を鑑みてなされたものであり、外気を吸気口から吸気し、揮発性有機化合物を高効率に除去して、排気口から排気することができる揮発性有機化合物除去装置および方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題等を解決するために、本発明は、外気を吸気口から吸気し、揮発性有機化合物を除去して、排気口から排気する揮発性有機化合物除去装置において、揮発性有機化合物を吸着する吸着剤を有する吸着手段と、揮発性有機化合物を光分解する光触媒を有する光分解手段と、前記排気中の揮発性有機化合物濃度を検知する検知手段と、前記検知される濃度が所定濃度以上であるか否かを判定する判定手段と、外気に対して密閉された密閉空間の揮発性有機化合物を循環させる循環用経路と、前記吸気口と前記排気口の両方を遮断し、前記循環用経路を開き、前記密閉空間を作成する密閉手段と、前記吸着剤を加熱して、吸着された前記揮発性有機化合物を剥離させ、吸着剤を再生させる加熱再生手段と、を有し、前記所定濃度を超えたと判定される場合は、前記密閉空間が作成され、前記循環用経路を用いた内部循環が行われ、前記加熱再生手段によって前記吸着剤から剥離された揮発性有機化合物が前記光分解手段によって光分解され、所定濃度以内になるまで光分解が継続されること、を特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、外気を吸気口から吸気し、揮発性有機化合物を除去して、排気口から排気する揮発性有機化合物除去方法において、揮発性有機化合物を吸着する吸着剤を有する吸着手段と、揮発性有機化合物を光分解する光触媒を有する光分解手段と、前記排気中の揮発性有機化合物濃度を検知する検知手段と、前記検知される濃度が所定濃度以上であるか否かを判定する判定手段と、外気に対して密閉された密閉空間の揮発性有機化合物を循環させる循環用経路と、前記吸気口と前記排気口の両方を遮断し、前記循環用経路を開き、前記密閉空間を作成する密閉手段と、前記吸着剤を加熱して、吸着された前記揮発性有機化合物を剥離させ、吸着剤を再生させる加熱再生手段と、を有し、前記所定濃度を超えたと判定される場合は、前記密閉空間が作成され、前記循環用経路を用いた内部循環が行われ、前記加熱再生手段によって前記吸着剤から剥離された揮発性有機化合物が前記光分解手段によって光分解され、所定濃度以内になるまで光分解が継続されること、を特徴とする。
【００１４】
上記揮発性有機化合物除去装置および方法を用いることで以下のような作用効果を奏することができる。吸気中の揮発性有機化合物の除去時に排気口の揮発性有機化合物濃度が所定濃度値を超えた場合、すなわち、吸着手段の吸着剤が飽和してしまったために、揮発性有機化合物が迅速除去できなくなった場合などには直ちに密閉空間が作成される。
【００１５】
この密閉空間は外気と完全に遮断されている。この密閉空間内で加熱再生手段によって飽和した吸着剤から揮発性有機化合物が加熱剥離される。剥離された揮発性有機化合物は、光分解手段に到達し光分解される。ここで、光分解されなかった揮発性有機化合物は循環経路を通じて循環し、再び光分解手段に至り光分解される。この加熱剥離・光分解・循環を揮発性有機化合物が所定濃度以内になるまで継続する。このことによって、光分解手段の光分解速度が小さいという処理的な不具合を改善することもできる。すなわち、濃度が所定濃度以下になるまで何度でも光分解手段に接触し、光分解されることになるので、所定濃度以上の揮発性有機化合物が経路内に残留することを抑制できる。
【００１６】
さらに加熱再生手段によって吸着剤から揮発性有機化合物が剥離されるので、吸着剤が再生される。吸着剤が再生される結果、二次汚染を抑制することもできる。
【００１７】
また、前記加熱再生手段による加熱は、前記吸着手段の内部に設けられた加熱素子を加熱してなることであってもよい。
【００１８】
このように直接、加熱素子によって吸着剤が加熱されることで、熱風を吹き入れるなど間接的に吸着剤を熱するのに比べ熱効率がよい場合がある。また、熱風などの加熱手段に比べ、吸着剤の全体を一度に熱することができるなどの利点がある場合がある。これによって熱風の場合に比べ、吸着剤自体を高熱化することも容易であり、揮発性有機化合物の種類によっては熱分解も望める場合がある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の揮発性有機化合物除去装置を用いて、室内中の揮発性有機化合物（以下ＶＯＣとする）を除去する実施形態について説明する。なお、本発明の実施形態は、本発明の実施に関しての好ましい一例であって、本発明は、本実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
図１は本実施形態のＶＯＣ除去装置１０が示される。吸気口１２から排気口１４まで一貫している空洞である経路１００がある。経路１００内には、吸気口１２を遮断する弁１１０が吸気口１２近傍に、および排気口１４を遮断する弁１２０が排気口１４近傍に設けられている。ここで、吸気口１２および排気口１４が弁１１０および１２０によって、遮断されると、図２に示されるように内部循環に用いられる経路２００と経路１００が吸気口側と排気口側で連通する構成となっている。
【００２１】
経路１００中には、吸気口１２側から順に、ＶＯＣ除去装置１０の吸気・排気の動力源となるファン１６、内部に加熱のための電熱線を含んだ活性炭の吸着剤を有する吸着フィルタ２０、光分解を行う紫外線を供給する紫外線（ＵＶ）ランプ２４、光分解を行う光触媒（例えば酸化チタン触媒）を含む層のハニカム構造を持つ光分解ハニカム３０、排気中に含まれるＶＯＣ濃度を検知するＶＯＣセンサ４０の順で排気口へ向かって配置されている。ＶＯＣセンサ４０は制御システム４２と接続されており、ＶＯＣセンサ４０で検知されたＶＯＣ濃度が制御システム４２に送られる。ＶＯＣセンサはＦＩＤやそれを付随するガスクロマトグラフ式センサなどを用いてもよい。ＶＯＣセンサは制御システム４２は、紫外線ランプ２４、ファン１６、弁駆動システム４４および電熱ヒータ駆動システム２２に接続されており、それぞれに制御システム４２の判断に基づいた指示を送ることができる。
【００２２】
ここで弁駆動システムは弁１１０および１２０を作動させ、吸気口１２と排気口１４を閉じ、外気に対して密閉空間を作成できる。また電熱ヒータ駆動システム２２は活性炭の吸着フィルタ２０の内部に含まれた電熱線を加熱することができる。制御システム４２はＶＯＣ濃度の所定値が予め設定されており、ＶＯＣセンサ４０から送られてきた濃度がその所定濃度値を超えた場合には、弁駆動システム４４に弁１１０及び１２０を閉じて、外気に対して密閉空間を作成するように指示する。その密閉空間が作成されたことを、制御システム４２は確認し、電熱ヒータ駆動システム２２に電熱線を加熱し、吸着フィルタ２０に吸着されたＶＯＣを加熱剥離させ、吸着剤を加熱再生させる指示をする。
【００２３】
次に、図１のＶＯＣ除去装置を用いた本実施形態を図３のフローチャートを用いて説明する。ＶＯＣ除去装置１０は、例えば自動車の車内などの室内に設置される。最初に、ＶＯＣ濃度が所定濃度以内である場合（Ｓ１）について説明する。この場合は、図１に示される通常のＶＯＣ除去が行われるモード（通常除去モード）になる。すなわち、制御システム４２は弁１１０および１２０が吸気口１２と排気口１４を遮断していないかを確認し、遮断している場合には直ちに解放するように弁駆動システム４４に指示し、弁制御システムに解放させる（Ｓ２）。次に制御システム４２はファン１６を作動させ、ＵＶランプ２４を点灯させる（Ｓ３）。
【００２４】
このようにすることで、ファン１６が作動し、吸気・排気が行われ、室内のＶＯＣを含んだ空気がＶＯＣ除去装置１０内に吸気２６として導入される。吸気２６は、吸着フィルタ２０に接触し、ここで含まれているＶＯＣが迅速に吸着される。吸着フィルタ２０に吸着されなかったＶＯＣや吸着フィルタ２０に吸着されにくい種類のＶＯＣは、吸着フィルタ２０よりも排気口１４側に配置されている光分解ハニカム３０へ至る。至ったＶＯＣを光分解ハニカム３０は、光分解する。次に吸気２６はＶＯＣセンサ４０へと至り、除去されなかったり、吸着フィルタ２０中から剥離したＶＯＣ濃度がＶＯＣセンサ４０によって検知される。検知後、ＶＯＣ濃度が所定値以内と制御システム４２が判断している場合は、吸気２６は排気２８として排気口１４から排気され、室内に戻される。以上によって、ＶＯＣ濃度を常に検知・濃度判定しているのでＶＯＣが室内に再び戻されることが抑制できる。
【００２５】
次に、ＶＯＣ濃度が所定濃度を超えたと検知された場合（Ｓ１）について説明する。弁駆動システム４４により、循環用経路２００を遮断していた弁１１０および１２０（図１参照）が、吸気口および排気口を遮断する（図２参照）。吸気口および排気口の遮断と同時に、吸気口側と排気口側で弁１１０および１２０によって開放され、経路１００と経路２００が連通する。これによって、循環経路をも含めた密閉空間が作成され、吸着フィルタ２０から加熱剥離されたＶＯＣおよび経路１００内に残存しているＶＯＣが光分解ハニカム３０によって分解されるモード（密閉分解モード）へと移行する。すなわち、密閉空間が作成された後（Ｓ４）、電熱ヒータ駆動システムによって吸着フィルタ２０中の電熱線が加熱され、加熱された吸着剤からＶＯＣが剥離する。ファン１６は、このモード時には内部循環を促進する作用を奏する。ここで制御システム４２は、ＵＶランプ２４、ファン１６に通常除去モードと異なる紫外線強度、回転速度等を与えて、密閉分解モードの最適化を図ることもできる。ファン１６の作用によって、吸着フィルタ２０から加熱剥離した加熱剥離ＶＯＣ３４が光分解ハニカム３０に至り、光分解される。光分解されなかった未分解ＶＯＣがあったとしても、循環用経路２００を循環気流３２で示されるように、ＶＯＣは循環する。その結果、再び未分解ＶＯＣは光分解ハニカム３０へ至り、分解される。ここでＶＯＣ所定濃度以内になるまで（Ｓ１）、この循環・光分解工程は継続される。このように光分解ハニカム３０に何度も接触させることによって、検知されるＶＯＣ濃度が所定濃度以内になるまで、吸気口１２および排気口１４を解放しないので、外気にＶＯＣが戻されることを抑制できる。
【００２６】
ＶＯＣ濃度が所定値以内になったと制御システム４２が判断（Ｓ１）したら、制御システム４２は電熱ヒータ駆動システム２２に加熱をやめるように指示するなど通常除去モードへの転換準備をする。次に制御システム４２は弁駆動システム４４に弁１１０および１２０に吸気口１２および排気口１４を解放し、経路１００と経路２００を遮断するように指示する（Ｓ２）。さらに、ファン１６やＵＶランプ２４に通常分解モードで最適となるように回転速度、紫外線強度等を変更させることもできる（Ｓ３）このようにすることで図１の通常除去モードに戻り、再び室内のＶＯＣの除去が行われる。また、所定濃度を超えたと制御システム４２が検知した場合には、図２の密閉分解モードへと移行する。このように通常除去モードと密閉分解モードを何度も繰り返す。
【００２７】
上記構成でＵＶランプの代わりに高機能な光触媒等の場合は太陽光を用いることも可能である場合がある。この場合、紫外線ランプを用いることによる系全体のエネルギー損失を低減できる場合がある。
【００２８】
また、吸着手段や光分解手段は、吸着剤や光触媒を経路中の壁に貼り付けるなどの構成も可能であり、その形態は当業者にとって自由に選択できる。また、密閉手段は弁には捕らわれない。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、外気を吸気口から吸気し、揮発性有機化合物を高効率に除去して、排気口から排気する揮発性有機化合物除去装置および方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の揮発性有機化合物除去装置の通常除去モードを示す図である。
【図２】本実施形態の揮発性有機化合物除去装置の密閉分解モードを示す図である。
【図３】本実施形態を表すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ ＶＯＣ除去装置、１２ 吸気口、１４ 排気口、１６ ファン、２０ 吸着フィルタ（吸着手段）、２２ 電熱ヒータ駆動システム（加熱再生手段）、２４ 紫外線ランプ、２６ 吸気、２８ 排気、３０ 光分解ハニカム（光分解手段）、３２ 循環気流、３４ 加熱剥離ＶＯＣ、４０ ＶＯＣセンサ、４２ 制御システム、４４ 弁駆動システム、１００，２００ 経路、１１０，１２０
弁。

Claims (3)

1. 外気を吸気口から吸気し、揮発性有機化合物を除去して、排気口から排気する揮発性有機化合物除去装置において、
   揮発性有機化合物を吸着する吸着剤を有する吸着手段と、
   揮発性有機化合物を光分解する光触媒を有する光分解手段と、
   前記排気中の揮発性有機化合物濃度を検知する検知手段と、
   前記検知される濃度が所定濃度以上であるか否かを判定する判定手段と、
   外気に対して密閉された密閉空間の揮発性有機化合物を循環させる循環用経路と、
   前記吸気口と前記排気口の両方を遮断し、前記循環用経路を開き、前記密閉空間を作成する密閉手段と、
   前記吸着剤を加熱して、吸着された前記揮発性有機化合物を剥離させ、吸着剤を再生させる加熱再生手段と、を有し、
   前記所定濃度を超えたと判定される場合は、前記密閉空間が作成され、前記循環用経路を用いた内部循環が行われ、前記加熱再生手段によって前記吸着剤から剥離された揮発性有機化合物が前記光分解手段によって光分解され、所定濃度以内になるまで光分解が継続されること、
   を特徴とする揮発性有機化合物除去装置。
2. 外気を吸気口から吸気し、揮発性有機化合物を除去して、排気口から排気する揮発性有機化合物除去方法において、
   揮発性有機化合物を吸着する吸着剤を有する吸着手段と、
   揮発性有機化合物を光分解する光触媒を有する光分解手段と、
   前記排気中の揮発性有機化合物濃度を検知する検知手段と、
   前記検知される濃度が所定濃度以上であるか否かを判定する判定手段と、
   外気に対して密閉された密閉空間の揮発性有機化合物を循環させる循環用経路と、
   前記吸気口と前記排気口の両方を遮断し、前記循環用経路を開き、前記密閉空間を作成する密閉手段と、
   前記吸着剤を加熱して、吸着された前記揮発性有機化合物を剥離させ、吸着剤を再生させる加熱再生手段と、を有し、
   前記所定濃度を超えたと判定される場合は、前記密閉空間が作成され、前記循環用経路を用いた内部循環が行われ、前記加熱再生手段によって前記吸着剤から剥離された揮発性有機化合物が前記光分解手段によって光分解され、所定濃度以内になるまで光分解が継続されること、
   を特徴とする揮発性有機化合物除去方法。
3. 請求項１に記載される揮発性有機化合物除去装置において、
   前記加熱再生手段による加熱は、前記吸着手段の内部に設けられた加熱素子を加熱してなること、
   を特徴とする揮発性有機化合物除去装置。

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