JP2005533643A - 電気加熱されて脱着再生する収着収集器 - Google Patents

Abstract

ガス流れから汚染物質を除去するための収着収集器は、それぞれが、回旋状の表面及び平行なチャネルを有し、収着材料で覆われた半導体ハニカム基板を有する複数の隣接する概略矩形の収着ユニットと、清浄にされるべきガスを大部分の収着ユニットを通過させ、清浄なガスを再生サイクル中の残りの収着ユニットを通過させるガス流通システムと、半導体薄膜基板に接続されて再生サイクル中に収着ユニットを加熱する電流源と、を備える。ハニカム構造は、好ましくは、迅速な加熱を提供し、加熱された脱着ガスの必要性を排除するアルミニウムから形成される。

Description

本発明は、回転収着収集器のような、揮発性有機化合物を含むガス流れから汚染物質を除去するための収着収集器に関し、収着収集ユニットは、回旋状の表面及びガス流れの方向と略平行に延びる平行なチャネルを有し、収着材料で覆われた半導体薄膜基板、好ましくはアルミニウム薄膜基板と、薄膜基板に接続されて脱着または再生サイクル中に基板を抵抗加熱する電流源とを有する。

収着収集器は、汚染された、詳細には揮発性有機化合物を含むガス流れ中の汚染物質を捕捉する収着原理を使用する装置である。収着プロセスは、通常、吸着材料または吸収材料のいずれかを利用する。吸着は、汚染物質が吸着材料の表面に付着することにより汚染物質がガス流れから除去されるプロセスである。吸収は、吸収材の内部構造中に汚染物質を吸収するプロセスである。多数の形式の収着収集器が市場に存在するが、それらは、２つの範疇、詳細には、（ｉ）固定床式、及び（ｉｉ）例えばこの出願の出願人に帰属する先行米国特許第５，６９３，１２３号に開示されるような回転収集器を含む移動床式、に分類可能である。

当業者に理解されるであろうように、収着装置の効率は、使用される収着材料のタイプと量の関数である。収着材料には、ガス流れから揮発性有機化合物を除去するための、例えば活性炭素、ゼオライトまたは多孔質高分子を含み得る。収着材料は、使用時に一旦、徐々に飽和、収着材料が汚染物質の最大保持能力に達する状態を達成する。飽和に達すると、収着収集器は、収着材料が取り換えられるかまたは再生されるまで機能を停止する。多くの場合、収着材料のインサイチュ（ｉｎ ｓｉｔｕ）再生は、取換えよりもはるかに経済的である。従来、再生は、加熱された清浄なガス、通常加熱空気の流れを収着材料全体に向けることにより収着材料を加熱することによって達成される。この方法は、次いで、（ｉ）流体、通常空気を加熱すること、（ｉｉ）高温流体の流れを集め収着材料に向けること、（ｉｉｉ）高温流体と収着材料の接触、及び（ｉｖ）放出された汚染物質と共に使用された流体を除去する、通常収集器の入口に戻すこと、を含む。この方法に係る工程は、収集器を複雑にし、製造及び運転の費用を高価にする。

また、従来技術は、回転収集器を含む収集器を構成する収着ユニットを加熱する種々の手段を有する。例えば、上述した米国特許第５，６９３，１２３号は、回転収集器を開示し、ここで、収着ユニットは、平行な流路を有するブロック内に収着材料と結合剤を含むスラリーを押し出すことにより形成され、１つの実施形態では、炭素または金属の削り屑のような導電材料がスラリーに添加される。しかし、脱着プロセスは、高温の脱着ガスを前記ブロックを通過させて流路から不純物を除去することを含む。米国特許第５，５０５，８２５号は、多数の吸着サイトを有する導電性吸着床を含む導電収着システムを開示する。米国特許第５，９７２，０７７号は、二酸化炭素及び硫化水素の吸着用の炭素繊維複合分子篩から形成される吸着部材を有するガス分離システムを開示し、ここでは、電圧が吸着部材に印加されてガスの吸着された分子を脱着させる。最後に、米国特許第５，５０１００７号は、水蒸気、有機溶剤蒸気及び臭い成分のようなガス状物を除去するための、シートに付着した電気抵抗を有する線材を有するセラミック繊維からなる回旋状の薄いシートから形成されるハニカム構造を有する吸着シート及び積層体の製造方法を開示する。電流が、抵抗線に印加され、脱着サイクル中に吸着シートを加熱する。また、従来技術は、ハニカム状または波形の金属板を有する自動車用触媒変換器を含むが、触媒変換器は収着収集器に関連する分野とは考えられない。

なお、従来技術は、収着ユニットが高温流体の流れを収着材料上に向ける必要なく脱着サイクル中に迅速に加熱されて収着材料を再生する、簡単で費用のかからない収着収集器用の構造を開示しない。

上述したように、本発明の収着収集器は、ガス流れ、詳細には排他的ではないが揮発性有機化合物を含むガス流れに随伴される汚染物質を除去するために採用される。このため、収着収集器は、概略矩形に構成された複数の隣接する収着ユニット、清浄にされるべきガスを収着サイクル中の大部分の収着ユニットを通過させ、分離した清浄なガス流れを脱着または再生サイクル中の残りの収着ユニットを通過させるガス流れシステムを有する。本発明の収着収集器は、上述した米国特許第５，６９３，１２３号に開示されたタイプの回転収集器である場合には、回転収集器は、収着ユニットを装着するための、予め定められた回転サイクルを有する回転枠を有し、ガス流れシステムは、清浄にされるべき汚染されたガスを収着サイクル中の回転サイクルの多い枠に向け、分離した清浄なガス流れを脱着または再生サイクル中の回転サイクルの少ない枠上に向ける。

本発明の収着収集器の収着ユニットは、それぞれ、回旋状の表面及び収着脱着サイクル中に収着材料を覆うガスの流れの方向と略平行に延びる平行な流路を有する半導体薄膜基板、最も好ましくはアルミニウム薄膜基板と、半導体薄膜基板に接続されて脱着サイクル中に収着ユニットを抵抗加熱する電流源とを有する。半導体薄膜基板用に種々の材料が選択され得るが、アルミニウム薄膜が、簡単かつ経済的に所望の形状に形成可能であり、脱着または再生サイクル中に迅速に加熱され、脱着サイクル中に収着材料上にまたは収着材料を通過するように高温のガス流れを向ける必要性を排除する、という利点を有する。

好ましい実施形態では、アルミニウム薄膜基板は、０．００５ｍｍから２ｍｍの間、より好ましくは０．０５ｍｍから１ｍｍの間、最も好ましくは０．１ｍｍから０．３ｍｍの間の厚さを有する。最も好ましい実施形態では、半導体薄膜基板は、数種の形態をとり得るハニカム構造に形成される。好ましい実施形態は、それぞれ平面シートに接着され、互いに結合されて小さい平行な流路を有する一体のハニカム構造を形成する複数の平行な曲線または波形の半導体薄膜シートを有する。１つの実施形態では、波形は三角形であり、他の開示された実施形態では、波形は曲線である。代替的に、半導体薄膜基板は、互いに結合されて基板を形成する薄い平行な管から形成されてもよい。該管は、円形または管を互いに結合して収着ユニットを形成するための平坦な表面を提供する多角形の管を含む任意の好適な構成であり得る。

収着材料の選択は、当該分野で知られた収着収集器の用途に依存することになる。ガス流れから揮発性有機化合物を除去するための収着収集器の好ましい実施形態では、収着材料は、活性炭素、ゼオライト及び多孔質高分子から構成される群から選択される。収着材料と好適な結合剤からなるスラリーの形成、半導体ハニカム薄膜基板の該スラリーへの浸積、及び半導体薄膜基板上の収着材料の乾燥を含む従来の方法により、半導体薄膜基板は、収着材料で覆うことが可能である。

本発明の開示から理解されるであろうように、本発明の電気加熱可能な収着ユニットは、容易にかつ相対的に低コストで費用をかけないで製造可能であり、収着ユニットは、脱着または再生サイクル中に迅速に加熱されるであろうし、高温流体の流れを収着材料に向ける必要なく、清浄なガスが、収着サイクル中に吸着された汚染物質を除去する。本発明の収着収集器の他の利点及び有用な特徴は、以下の好ましい実施形態の記載、添付のクレーム及び図面からより完全に理解されるであろうし、図面の短い説明が以下に続く。

上述したように、本発明にかかる収着収集器は、静止しているかまたは回転するかのいずれかであり得る。図１は、本発明の改良された導電性の収着ユニット２２を組み込んだ回転収集器２０の好ましい実施形態を示す。当業者により理解されるであろうように、収着ユニット２２は、例えば矢印２４により示されるように中心軸について回転されまたはスライドされるように、回転枠要素（図示しない）に支持される。回転収集器２０は、清浄にされるべき流体、通常ガスを受け入れる筐体またはプレナム（図示しない）内に概略囲まれており、汚染されたガスが、矢印２６により示されるように、通常外側から収着ユニット２２を通って内側に流れるが、流れは逆も可能である。そして、清浄なガスは、大気中に放出され得る。回転収集器２０がスライドされるとき、収着ユニットの１つは、脱着または再生プレナム２８に受け入れられ、空気のような清浄なガスは、流入口３０を介して加圧状態で導入され、収着ユニットから除去された汚染物質は流出口３２を介して放出される。流出口３２は、再生中の収着ユニットから放出された汚染物質を除去するために、通常回転収集器の流入口に接続される。このため、これまで述べたように、回転収集器は、上述した米国特許第５，６９３，１２３号に開示されたような従来のタイプであり得る。

図２乃至４は、本発明の導電性の収着ユニット２２の１つの好ましい実施形態を図解する。導電性の収着ユニットは、それぞれ、図２に示すように、ガスを受け入れる開放された端部３６を有する概略矩形のハウジングを有し、導電性のハニカム収着ユニット３８はハウジング３４のそれぞれに受け入れられる。図２乃至４により詳細に示される収着ユニット３８の実施形態では、ハニカム構造は、好ましくはアルミニウムフィルム４２から形成され、アルミニウムフィルム４２からなる平面シートにより分離され、平行なチャネル４４を有する半導体ハニカム基板または基材を形成する複数の平行な波形シートを含む。図４に示すように、基板は、収着材料４６で被覆され、その結果、チャネル４４を通過させられた汚染ガス中の汚染物質は、吸着または吸収のいずれかにより収着材料４６により収着される。

図１に示すように、１つを除くすべての収着ユニット２２は、「汚染されたガス」または揮発性有機化合物のような汚染物質を含むガスを、回転収集器２０の通常運転中に受け入れる。矢印２４により示されるように、回転収集器が回転されまたはスライドされるとき、収着ユニットの１つは、再生または脱着プレナム２８に受け入れられ、清浄なガスが流入口３０を通して受け入れられ、図３及び４に示す平行なチャネル４４を通過して収着材料４６から汚染物質を除去して収着ユニットを再生する。図１に示す形式の従来の回転収集器では、加熱されたガスが、再生用の収着ユニットを通過させられる。しかし、本発明の導電性の収着ユニット２２の場合、再生用の加熱されたガスの必要性は排除される。その代わり、電流が、図１において４８で模式的に示されるように、脱着プレナム２８内のハニカム収着ユニット３８の半導体基板に接続され、電流は、波形シート４０及び平面シート４２を含む基板を迅速に加熱し、これにより、図４に示す収着材料４６を加熱する。その後、清浄なガスが、汚染物質を掃き出し、脱着ガスを加熱することを必要とせず、収着ユニットを再生する。

本発明の収着収集器の好ましい実施形態では、基板は、基板の迅速加熱を促進するために、アルミニウムまたはアルミニウム薄膜からなる相対的に薄いシートから形成される。しかし、理解されるであろうように、他の半導体基板も使用可能である。アルミニウム薄膜は、それが最小の電流で迅速に加熱され、既知の手法により容易にハニカム構造に加工されるので、好ましい。波形及び平面シート４０，４２は、それぞれ、好ましくは共に結合されて一体のハニカム基板を形成し、ここで、波形及び平面シートは、図４に示すように、電気的に接触している。シートの結合は、鑞付け、溶接または導電性接着剤の使用を含む任意の好適な手段により達成され得る。ハニカム基板を形成する場合、収着材料４６は、揮発性有機化合物を除去するための、好ましくは活性炭素、ゼオライト及び多孔質高分子から構成される群から選択された粒子状収着材料、好適な結合剤及び通常溶媒が含まれるスラリーを形成することにより、基板に結合可能である。次いで、基板は、スラリーに浸積され、取り出されて乾燥することを許容し、このとき、基板は、溶媒を除去するために加熱されてもよい。基板を被覆するこの方法は当該分野で既知であり、そのため、さらなる説明を必要としない。基板の好ましい電気伝導度は、基板用に選択された材料と基板の厚さとに依存するであろう。基板がアルミニウム薄膜から形成される好ましい実施形態では、アルミニウム薄膜基板は、０．００５ｍｍから２ｍｍの間、より好ましくは０．０５ｍｍから１ｍｍの間、最も好ましくは０．１ｍｍから０．３ｍｍの間の厚さを有し、その結果、基板は、容易に加工可能であり、説明した脱着サイクル中または再生中に迅速に加熱可能である。

図５乃至７は、図１に示す収着ユニット２２用のハニカム構造の代替的な実施形態を図解する。図５では、ハニカム構造は、複数の重ねられた多角形管４８により形成される。この構造の利点は、組み込まれた多角形管４８の平坦な側面が結合用の面対面接触を提供し、従来の方法により容易に加工可能なより堅固な構造を提供する。理解されるように、種々の多角形管が使用可能である。図６は、図３に示すハニカム構造の代替的な実施形態を図解し、ここで、波形シート５０は、図３に示すような三角形ではなく、曲線または正弦状であり、平行なシート５２に結合するためのより広い表面積を提供する。最後に、図７に示すハニカム構造は、上述したように共に結合される複数の円形管５４により形成される。代替的には、円形管５４は、重ねられてもよい。図５乃至７に示すハニカム構造の形成後、当該ハニカムは、上述したように図４において４６で示される収着材料で被覆される。ハニカム構造は、好ましくは、略矩形ブロックに形成され、図２の３４にて示されるようなハウジングに受け入れられ、図１に示す回転収集器２０のような収集器で使用される。すなわち、清浄にされるべき流体またはガスは、矢印２６により示されるように、ハニカム構造のチャネルを通過して流れ、基板は、上述したように、再生チャンバまたは脱着プレナム２８内で電流４８により加熱される。

当業者により理解されるであろうように、種々の改良が、添付のクレームの範囲内で、本発明にかかる収集器になし得る。例えば、導電性の収着ユニット２２は、静止収集器で使用可能であり、この場合、複数の収着ユニットのうちの１つが、該収着ユニットの再生サイクル中に電流により加熱される。ハニカム構造の種々の他の構成も使用可能である。好ましい実施形態では、ハニカム構造に至るチャネルは、導電性の収着ユニットを通過する層流を提供するために概略平行である。さらに、電流が基板に印加されるときに基板の抵抗加熱が発生する場合には、他の材料が説明した基板用に使用可能である。本発明にかかる収着収集器の好ましい実施形態を説明したので、それが、ここで、以下のようにクレームされる。

本発明にかかる回転収集器の１つの実施形態の上面図である。 図１の一部の側部の立面図である。 視線矢印３−３方向における図１の部分側面図である。 図３の拡大図である。 本発明にかかる収集器の収着ユニットの代替的実施形態の図３に類似する側面図である。 本発明にかかる収集器の収着ユニットの代替的実施形態の側面図である。 本発明にかかる収集器の収着ユニットのさらなる代替的実施形態の図３に類似する側面図である。

Claims (13)

1. 複数の隣接する概略矩形の収着ユニットと、
   清浄にされるべきガスを収着サイクル中の大部分の前記収着ユニットを通過させ、分離した清浄なガス流れを脱着サイクル中の残りの収着ユニットを通過させるガス流通システムと、前記複数の隣接する収着ユニットは、それぞれ、平行な回旋状の表面と前記収着サイクル中に前記清浄にされるべきガスの流れの方向に略平行に延びる平行なチャネルとを有する複数の半導体薄膜要素から形成される一体の半導体薄膜基板を含み、前記清浄なガス流れは、前記脱着サイクル中に、互いに導体結合されて収着材料で覆われた一体の半導体基板を形成する前記収着ユニットの入口から出口に延び、
   前記半導体薄膜基板に接続されて前記脱着サイクル中の前記残りの収着ユニットを迅速に抵抗加熱する電流源と、
   を備えるガス流れから汚染物質を除去するための収着収集器。
2. 前記一体の半導体薄膜基板はアルミニウム薄膜から形成されている、請求項１に記載の収着収集器。
3. 前記アルミニウム薄膜は、０．００５ｍｍから２ｍｍの間の厚さを有する、請求項２に記載の収着収集器。
4. 前記アルミニウム薄膜は、０．００５ｍｍから２ｍｍの間の厚さを有する、請求項１に記載の収着収集器。
5. 前記アルミニウム薄膜は、０．０５ｍｍから１ｍｍの間の厚さを有する、請求項２に記載の収着収集器。
6. 前記アルミニウム薄膜は、０．１ｍｍから０．３ｍｍの間の厚さを有する、請求項２に記載の収着収集器。
7. 前記一体の半導体薄膜基板は、それぞれが、概略平坦な半導体基材シートに電気的に接触して導体結合されかつ収着材料で覆われた複数の略平行な波形の半導体薄膜シートから形成されたハニカムを有する、請求項１に記載の収着収集器。
8. 前記一体の半導体薄膜は、電気的に接触して互いに導体結合され、収着材料で覆われた半導体薄膜から形成され、前記収着サイクル中に清浄にされるべき前記ガスの流れの前記方向に平行かつ前記脱着サイクル中の前記清浄なガス流れに平行に延びる複数の平行な半導体薄膜管を有する、請求項１に記載の収着収集器。
9. 前記収着材料は、前記半導体薄膜基板に結合された、活性炭素、ゼオライト及び多孔質高分子から構成される群から選択される、請求項１に記載の収着収集器。
10. 平行な回旋状の表面を有する複数の別体の半導体薄膜要素を形成し、前記半導体薄膜要素を互いに導体結合して該収着ユニットの入口から出口に延びる複数の平行なチャネルを有する一体の半導体薄膜基板を形成し、前記半導体薄膜基板を収着材料で被覆することにより、複数の概略矩形の収着ユニットを形成し、
    汚染物質を含む流れを複数の前記収着ユニットの前記平行なチャネルを通過させ、前記収着材料は前記汚染物質を収集し、
    前記収着ユニットの少なくとも１つの前記一体の半導体薄膜基板に電流を印加することにより前記収着ユニットの前記１つの前記一体の半導体薄膜基板を迅速に加熱するとともに、清浄な空気を前記収着ユニットの前記１つを通過させることにより脱着サイクル中に前記汚染物質を脱着する、
    ステップを備えるガス流れからの汚染物資の除去方法。
11. 前記一体の半導体薄膜基板を収着材料のスラリーに浸積し、前記一体の半導体薄膜基板を前記スラリーから取り出し、前記半導体薄膜基板上の収着材料の前記被覆を乾燥することにより、前記半導体薄膜基板を収着材料で被覆することを含む、請求項１０に記載のガス流れからの汚染物資の除去方法。
12. アルミニウム薄膜から複数の別体の半導体薄膜要素を形成することを含む、請求項１０に記載のガス流れからの汚染物資の除去方法。
13. 前記複数の別体の半導体薄膜基板要素を０．００５ｍｍから２ｍｍの間の厚さを有する半導体薄膜から形成することを含む、請求項１０に記載のガス流れからの汚染物資の除去方法。

Images