JP2006207864A - 燃焼脱臭装置、及び燃焼脱臭方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡素な構成で効率よく熱回収を行うことができ、脱臭能力を向上できる燃焼脱臭装置を提供すること。
【解決手段】 燃焼脱臭装置１は、悪臭成分を含む被処理ガスが流通可能なガス流路２を形成する配管３と、配管３内の前記ガス流路２の途中に設けられ、蓄熱体内部に形成された通気孔５ａを有するセラミック蓄熱体５と、セラミック蓄熱体５を直接加熱するためのガスバーナー７とを備える。燃焼脱臭装置１において、被処理ガスは、通気孔５ａを経由して蓄熱体内部に流通されるとともに蓄熱体外周面に沿って流通される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、悪臭成分を含む被処理ガスの燃焼脱臭を行う燃焼脱臭装置、及び燃焼脱臭方法に関するものである。

従来、塗装ブース、塗装乾燥炉、食品加工設備、産業廃棄物処理設備などの各種設備内では、塗料、溶剤、接着剤、化学薬品などを扱うため、アルコール類、エステル類、フェノール類、アルデヒド類などの可燃性の悪臭成分が発生する。このような悪臭成分を含んだ排ガス（被処理ガス）は、環境保護の観点から直接大気中に排出することはできない。そのため、設備内にて発生した排ガスは、脱臭装置において脱臭処理が施された後、無臭化した処理ガスとして大気中に放出される。

この脱臭装置としては、排ガス中の悪臭成分を７００〜９００℃の高温下で酸化燃焼又は熱分解して炭酸ガスと水に変化させて無臭化する燃焼脱臭装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図２は、特許文献１の燃焼脱臭装置２１を示している。この燃焼脱臭装置２１は、加熱手段としてのバーナー２２が設置された燃焼室２３と、燃焼室２３に被処理ガスを供給する被処理ガスダクト２４と、燃焼室２３で燃焼脱臭された処理済の処理ガスを排出する処理ガスダクト２５と、燃焼室２３と各ガスダクト２４，２５との接続部に設けられる１次熱交換器２６と、処理ガスダクト２５内に設けられる２次熱交換器２７とを備える。この燃焼脱臭装置２１では、燃焼室２３に近く高温となる１次熱交換器２６の蓄熱体２８を耐熱性のあるセラミックハニカムで形成することで、燃焼室２３の温度を８５０℃以上に保持することが可能となり、被処理ガスの脱臭効率が高められる。
特開平１１−１０４４３８号公報

ところで、上記燃焼脱臭装置２１の１次熱交換器２６は、回転式の蓄熱形熱交換器であり、蓄熱体２８として機能するセラミックハニカムを回転させて燃焼室２３で発生した熱の回収及び放熱を繰り返すように構成されている。よって、セラミックハニカムを回転させるための回転機構や、その駆動源も必要となり、装置２１が大型化するといった問題がある。また、この装置２１の場合、セラミックハニカムの被加熱部分がバーナーから離間している。そのため、被加熱部分が炎に直接晒されず、セラミックハニカムがそれほど高温化しないという特徴がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な構成で効率よく熱回収を行うことができ、脱臭能力を向上できる燃焼脱臭装置及び燃焼脱臭方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、悪臭成分を含む被処理ガスが流通可能なガス流路を形成する配管と、前記配管内の前記ガス流路の途中に設けられ、蓄熱体内部に形成された通気孔を有するセラミック蓄熱体と、前記セラミック蓄熱体を直接加熱するための加熱手段とを備え、前記被処理ガスが、前記通気孔を経由して蓄熱体内部に流通可能であるとともに、蓄熱体外周面に沿って流通可能であることを特徴とする燃焼脱臭装置をその要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、蓄熱体が耐熱性に優れたセラミックからなるため、加熱手段により直接加熱することで、従来よりも高温化することができる。また、そのセラミック蓄熱体の内部の通気孔と外周面とに被処理ガスを流すことにより、セラミック蓄熱体を介して内部の被処理ガスと外部の被処理ガスとの間で熱交換を効率よく行うことができる。このようにすると、従来装置と比較して簡単な構成で被処理ガスを確実に燃焼させることができ、燃焼脱臭の処理能力を高めることができる。しかも、セラミック蓄熱体を回転させるための回転機構やその駆動源も不要なため、簡素な構成かつ小型の装置を実現することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記セラミック蓄熱体は、ハニカム状の多孔質セラミック焼結体であることをその要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、被処理ガスがセラミック蓄熱体を通過する際のガスの接触面積を増大させることができ、熱交換の効率をより向上することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記配管は、外管と内管とからなる二重構造を有するとともに、前記内管の外周側に形成される外側通路及び前記内管の内周側に形成される内側通路の少なくとも一方に、前記被処理ガスとの接触面積を増大させるための伝熱部材を設けたことをその要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、伝熱部材の設置によって配管と被処理ガスとの接触面積が増大する。このため、一方側の通路を通過する被処理ガスの熱が伝熱部材及び内管を介して他方側の通路に確実に伝わり、被処理ガスの熱交換を効率よく行うことができる。

前記伝熱部材は、螺旋状に設けられた金属部材であることが好ましい。このようにすると、ガス流路内において被処理ガスの乱流が生じ、熱交換を効率よく行うことができる。なお、金属部材であれば一般的に数百℃の温度に耐えることができ、かつ熱伝導性も高いという利点がある。前記伝熱部材は内管に固定されていることが好ましく、この構成によれば内管の内外での熱交換効率を向上しやすくなる。

また、前記加熱手段としては特に限定されないが、例えば前記セラミック蓄熱体を直接炙るバーナーを設けることが好ましい。この場合、バーナーによってセラミック蓄熱体を１０００℃以上の高温に加熱することができる。なお、バーナーの利点は、それ自体を非接触で配置しても炎を接触させて直接加熱することが可能なことである。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃焼脱臭装置を用い、前記加熱手段で前記セラミック蓄熱体を加熱しつつ、前記被処理ガスを、前記通気孔を経由して蓄熱体内部に流通させるとともに、蓄熱体外周面に沿って流通させることにより、前記被処理ガスの燃焼脱臭を行うことを特徴とする燃焼脱臭方法をその要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、蓄熱体が耐熱性に優れたセラミックからなるため、加熱手段により直接加熱することで、従来よりも高温化することができる。従って、そのセラミック蓄熱体の内部の通気孔と外周面とに被処理ガスを流すことにより、そのセラミック蓄熱体を介して被処理ガスの熱交換を効率よく行うことができる。このようにすると、従来装置と比較して簡単な構成で被処理ガスを確実に燃焼させることができ、燃焼脱臭の処理能力を高めることができる。しかも、セラミック蓄熱体を回転させるための回転機構やその駆動源も不要なため、簡素な構成かつ小型の装置を実現することができる。

以上詳述したように、請求項１〜４に記載の発明によると、簡素な構成で効率よく熱回収を行うことができ、脱臭能力を向上することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施の形態における燃焼脱臭装置の概略構成を示す断面図である。

図１に示すように、燃焼脱臭装置１は、悪臭成分を含む被処理ガスが流通可能なガス流路２を形成する配管３と、その配管３内のガス流路２の途中に設けられ、蓄熱体内部に形成された通気孔５ａを有するセラミック蓄熱体５と、そのセラミック蓄熱体５を直接加熱する加熱手段としてのガスバーナー７とを備える。

配管３は、内管３ａと外管３ｂとからなる二重構造を有し、その一端（下端）が基台８に固定されることで垂直方向に立設されている。本実施形態の配管３は、直径が２００ｍｍ、長さが１５００ｍｍである。この配管３の上部には内側通路（内管３ａの内周側に形成される通路）２ａに連通する導入口１１と外側通路（内管３ａの外周側に形成される通路）２ｂに連通する排出口１２とが設けられている。つまり、この配管３では、被処理ガスが導入口１１から内側通路２ａに供給されるとともに、外側通路２ｂを流れる燃焼脱臭済みの処理ガスが排出口１２から排出される。また、本実施形態において、配管３における排出口１２の近傍には、触媒を担持させたハニカム状のセラミック焼結体１３が設けられている。

配管３の中間部における内側通路２ａ及び外側通路２ｂには、伝熱部材としてフィン１５ａが取り付けられている。このフィン１５ａ，１５ｂは、帯状の金属板を螺旋状に巻回して形成され、内管３ａの内周側及び外周側に固定されている。このように、内側通路２ａ及び外側通路２ｂにフィン１５ａ，１５ｂを設けることにより、被処理ガスとの接触面積が増大して、内管３ａを介して被処理ガスの熱が効率よく伝達される。つまり、この配管３の中間部は、熱交換器として機能し、外側通路２ｂを流れる高温の処理ガス（燃焼脱臭後の処理ガス）と内側通路２ａを流れる低温の被処理ガスとの間で熱交換が行われる。

セラミック蓄熱体５は、円柱状のセラミック焼結体であり、コージェライト、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカ、窒化珪素、炭化珪素、窒化ほう素などから選択される１種類または複数種類のセラミック材料を用いてハニカム状に形成されている。これらのセラミック焼結体は微細な気孔（連続気孔）を有する多孔質体であることがよい。多孔質体であると被処理ガスとの接触面積が増えて熱交換効率の向上につながるからである。このセラミック蓄熱体５は、内管３ａと同じ径（例えば１００ｍｍ）を有し、その一方の端面が内管３ａの端部に接続されるとともに、蓄熱体外周面と外管３ｂの内周面との間に空隙を設けた状態で配置されている。この空隙が処理ガスを流通させる通路となり、内管３ａの外周側に形成される外側通路２ｂに連通している。また、セラミック蓄熱体５の内部には、内側通路２ａを流れる被処理ガスをその通路と平行な方向に流通させるための複数の通気孔５ａが形成されている。

本実施の形態の配管３は、セラミック蓄熱体５を収納している外管３ｂの下部が耐熱性セラミックで構成され、それ以外の部位はステンレス管で構成される。そして、その耐熱性セラミックからなる外管３ｂの内側に、被処理ガスの燃焼脱臭を行うための燃焼室１６が形成される。この燃焼室１６の底部（外管３ｂの下端）には開口部１７が形成されており、基台８の中央に設けられたガスバーナー７の炎がその開口部１７を通過してセラミック蓄熱体５の下端部を直接炙るよう構成されている。この燃焼室１６において、被処理ガスの燃焼脱臭が行われ、被処理ガスに含まれる悪臭成分が無臭化される。なお、本実施形態の燃焼脱臭装置１では、７Ｎｍ^３／ｍｉｎ程度の処理能力で被処理ガスの燃焼脱臭が行われる。

次に、上記のように構成した燃焼脱臭装置１の作用を説明する。

配管３の導入口１１から供給された被処理ガスは、配管３の内側通路２ａに沿って下方に流れ、セラミック蓄熱体５に流入する。この内側通路２ａには螺旋状のフィン１５ａが設けられているので、その内側通路２ａ内において被処理ガスの乱流が起こって被処理ガスがフィン１５ａや内管３ａの内側に当接する。そのため、内側通路２ａを通過する被処理ガスには、外側通路２ｂを通過する処理ガス（燃焼脱臭済みの高温の処理ガス）の熱が、フィン１５ａ及び内管３ａを介して伝達される。その結果、内側通路２ａを通過してある程度加熱された被処理ガスが、セラミック蓄熱体５の上端部側に流入するようになる。なお、本実施形態では、導入口１１から供給される被処理ガスは１３０℃程度であり、内側通路２ａを流通することで６００℃程度の温度に温められる。

続いて被処理ガスは、セラミック蓄熱体５の通気孔５ａを経由して蓄熱体内部を流通した後、蓄熱体５の下端部から抜け出して燃焼室１６に到達する。この場合、セラミック蓄熱体５の下端部は、例えば１５００℃程度のガスバーナー７の炎によって直接炙られることで高温化して（１３００℃〜１５００℃になって）いる。そしてこのように高温化したセラミック蓄熱体５の通気孔５ａを被処理ガスが流通することで、被処理ガスが８００℃〜１０００℃程度の温度に温められた後、ガスバーナー７の炎によってさらに加熱される。その結果、被処理ガスに含まれる悪臭成分の酸化燃焼または熱分解反応が促進されて、被処理ガスの燃焼脱臭が行われる。

そして、燃焼脱臭処理された被処理ガス（以下、処理済みガス）は、ガスバーナー７の炎により加熱されて高温になった後、セラミック蓄熱体５の外周面に沿って上方に流れていく。このように本実施形態では、セラミック蓄熱体５の内部の通気孔５ａと外周面とに接触しながら処理済みガスが流れる構造であるため、セラミック蓄熱体５が蓄えている熱が被処理ガスに極めて効率よく伝達される。セラミック蓄熱体５の外周面を通過した処理済みガスは、さらに、外側通路２ｂ内に到って上方に流れていく。この外側通路２ｂにおいても、処理済みガスが螺旋状のフィン１５ｂや内管３ａの外側に当接され、内側通路２ａを流れる低温の被処理ガスとの間で熱交換が行われて３００℃程度の温度に冷やされる。その後、処理済みガスは、配管３の上部のセラミック焼結体１３を通ることでそのガスに残った悪臭成分が触媒の作用によって酸化燃焼または熱分解された後、排出口１２から排気される。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態の燃焼脱臭装置１において、セラミック蓄熱体５は耐熱性が高いため、ガスバーナー７の炎によってそのセラミック蓄熱体５を直接加熱して１０００℃以上の高温にすることができる。そして、高温に加熱したセラミック蓄熱体５の内部の通気孔５ａに被処理ガスを流通させるとともに、蓄熱体外周面に沿って処理ガスを流通させることにより、被処理ガスとの熱交換を効率よく行うことができる。このようにすれば、従来の燃焼脱臭装置２１と比較して簡単な構成で被処理ガスを確実に燃焼させることができ、燃焼脱臭の処理能力を高めることができる。しかも、本実施形態の燃焼脱臭装置１は、従来装置とは異なりセラミック蓄熱体を回転させるための回転機構やその駆動源も不要なため、簡素な構成かつ小型の装置を実現することができる。

（２）本実施形態の燃焼脱臭装置１では、セラミック蓄熱体５を直接加熱して熱回収の効率が向上されるので、従来技術のような大きな燃焼室を確保する必要がない。さらに、従来技術と比較して出力が小さなガスバーナー７を用いることができ、燃焼脱臭装置１のランニングコストを低減できる。

（３）本実施形態の燃焼脱臭装置１では、ガス流路２を形成する配管として二重構造の配管３を用い、その配管３における内側通路２ａ及び外側通路２ｂに螺旋状のフィン１５ａ，１５ｂを設けている。よって、内側通路２ａを通過する被処理ガスと外側通路２ｂを通過する処理ガスとの間で、熱交換を効率よく行うことができる。また、その２重構造の配管３を熱交換器として用いることにより、燃焼脱臭装置１の熱回収の効率を確保しつつ、燃焼脱臭装置１を小型化することが可能となる。

（４）本実施形態の燃焼脱臭装置１は、簡単でコンパクトな構成であるので、比較的小さな工場などに容易に設置することができ、実用上好ましいものとなる。

なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。

・セラミック蓄熱体５は、ハニカム状に形成されるものであったが、これに限定されるものではない。セラミック蓄熱体５は、被処理ガスが流通可能な通気孔５ａを内部に有する構造であればよく、例えば、セラミック製の細長い筒体を多数束ねた構造としてもよい。

・上記実施形態では、伝熱部材として螺旋状のフィン１５ａ，１５ｂを設けていたが、この形状は適宜変更することができる。つまり、伝熱部材としては、ガス流路２内の被処理ガスに乱流を起こさせることが可能な形状であればよい。

・上記実施形態では、配管３の下流側となる排出口１２の近傍に触媒を担持したセラミック焼結体１３を設けるものであったが、このセラミック焼結体１３は必須ではなく、燃焼室１６で被処理ガスの燃焼脱臭が確実に行われる場合には省略してもよい。

・上記実施形態の燃焼脱臭装置１は、燃焼脱臭前の被処理ガスを内側通路２ａ側に流し、脱臭処理後の被処理ガスを外側通路２ｂ側に流す構成であったが、これとは逆に、燃焼脱臭前の被処理ガスを外側通路２ｂ側に流し、脱臭処理後の被処理ガスを内側通路２ａ側に流すよう構成してもよい。

・上記実施形態では、加熱手段としてガスバーナー７を用いたが、例えば電熱ヒータなどの加熱手段を用いて、これをセラミック蓄熱体５に直接接触させるようにして配置してもよい。

・上記実施形態では、被処理ガスの燃焼脱臭を行う燃焼脱臭装置１に具体化したが、被処理ガスを燃焼させる気体燃焼装置に具体化してもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）請求項３において、前記伝熱部材は、前記内管の内部において螺旋状に設けられた金属部材であることを特徴とする燃焼脱臭装置。

（２）請求項１乃至３のいずれか１項において、前記加熱手段として、前記セラミック蓄熱体を直接炙るバーナーを設けたことを特徴とする燃焼脱臭装置。

（３）請求項３において、前記セラミック蓄熱体は、一方の端面を前記内管の端部に接続するとともに、蓄熱体外周面と前記外管の内周面との間に空隙を設けた状態で配置され、前記加熱手段として、前記セラミック蓄熱体の他方の端面を直接炙るバーナーを設けたことを特徴とする燃焼脱臭装置。

（４）被処理ガスが流通可能なガス流路を形成する配管と、前記配管内の前記ガス流路の途中に設けられ、蓄熱体内部に形成された通気孔を有するセラミック蓄熱体と、前記セラミック蓄熱体を直接加熱するための加熱手段とを備え、前記被処理ガスが、前記通気孔を経由して蓄熱体内部に流通可能であるとともに、蓄熱体外周面に沿って流通可能であることを特徴とする気体燃焼処理装置。

本発明を具体化した一実施の形態の燃焼脱臭装置を示す断面図。 従来の燃焼脱臭装置を示す断面図。

符号の説明

１…燃焼脱臭装置
２…ガス流路
２ａ…内側通路
２ｂ…外側通路
３…配管
３ａ…内管
３ｂ…外管
５…セラミック蓄熱体
５ａ…通気孔
７…加熱手段としてのガスバーナー
１５ａ，１５ｂ…伝熱部材としてのフィン

Claims (4)

1. 悪臭成分を含む被処理ガスが流通可能なガス流路を形成する配管と、
   前記配管内の前記ガス流路の途中に設けられ、蓄熱体内部に形成された通気孔を有するセラミック蓄熱体と、
   前記セラミック蓄熱体を直接加熱するための加熱手段と
   を備え、前記被処理ガスが、前記通気孔を経由して蓄熱体内部に流通可能であるとともに、蓄熱体外周面に沿って流通可能であることを特徴とする燃焼脱臭装置。
2. 前記セラミック蓄熱体は、ハニカム状の多孔質セラミック焼結体であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼脱臭装置。
3. 前記配管は、外管と内管とからなる二重構造を有するとともに、
   前記内管の外周側に形成される外側通路及び前記内管の内周側に形成される内側通路の少なくとも一方に、前記被処理ガスとの接触面積を増大させるための伝熱部材を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼脱臭装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃焼脱臭装置を用い、前記加熱手段で前記セラミック蓄熱体を加熱しつつ、前記被処理ガスを、前記通気孔を経由して蓄熱体内部に流通させるとともに、蓄熱体外周面に沿って流通させることにより、前記被処理ガスの燃焼脱臭を行うことを特徴とする燃焼脱臭方法。

Images