JP2006288689A

JP2006288689A - Ｖｏｃ除去装置、その再生方法および産業用排気装置

Info

Publication number: JP2006288689A
Application number: JP2005113093A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Takahashi; 健造高橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】ＶＯＣガスを高効率で除去できる低圧損で長寿命、低コストなＶＯＣ除去装置および産業用排気装置を得る。
【解決手段】ＶＯＣガスを含む空気の吸込口５及びＶＯＣガスが除去された空気の排出口６を有するケーシング４と、このケーシング４の内部に設けられ、吸込口５から吸い込まれたＶＯＣガスを吸着するハニカム状部材１と、吸着されたＶＯＣガスを加熱分解する赤外線ヒーターあるいは遠赤外線ヒーター２と、ケーシング４内に気流を生じさせる送風機３とを備え、ハニカム状部材１として活性炭、常温活性触媒あるいはこれらの複合物を用い、ＶＯＣガスを高効率で除去し、また、ＶＯＣ除去性能が低下したハニカム状部材１を赤外線ヒーターあるいは遠赤外線ヒーター２により加熱処理し再生する。
【選択図】図１

Description

この発明は室内空気汚染物質あるいは大気汚染物質として規制の対象となるＶＯＣガス（主としてホルムアルデヒド、トルエン、キシレンおよびスチレン等の揮発性有機化合物）の除去を行うＶＯＣ除去装置、その再生方法および産業用排気装置に関するものである。

近年、冷暖房効果を高めるために居住空間の断熱化、気密化が進むにつれて室内空気の汚染が問題となっている。ガス状の汚染物質としては臭気ガスおよび有害ガスがある。前者は不快感を示す程度であるが、後者はシックハウス症候群を引き起こし、大きな社会問題となっている。シックハウス症候群の原因物質としてＶＯＣガスが挙げられる。ＶＯＣガスとしてホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、スチレン等が挙げられるが、シックハウス症候群の主たる原因物質はホルムアルデヒドと言われている。そして、国土交通省は上記シックハウス症候群を大きな社会問題として捉え、高気密住宅においてホルムアルデヒドを発生する建材の使用制限と２４時間換気を義務づける改正建築基準法を施行した。

一方、工場から大気中に排出されるＶＯＣガス（主としてトルエン、キシレンおよびスチレン）に関しても車の排気ガスと同様に大気汚染の原因であり、大きな社会問題となっている。国土交通省では工場排気中のＶＯＣガスに関しても今後排出規制の対象と考えている。トンネル内や大気中のＶＯＣガスの除去方法として光触媒方式が検討されている。また、大量のＶＯＣガスを排出する工場では、可燃性であるＶＯＣガスを含む排気を燃焼炉に送風して焼却処理する方式、ＶＯＣガスを疎水性ゼオライトの回転ロータで吸着した後に加熱して脱着させ、濃縮したＶＯＣガスを凝縮して回収する方式あるいは活性炭繊維に吸着させた後に加熱脱着させ、濃縮したＶＯＣガスを凝縮して回収する方式が実施されている。

また、中小規模の工場からＶＯＣガスを排出させないための方法に関しては吸着剤に吸着させたＶＯＣガスをプラズマ放電で分解する方式がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３２１９５４号公報（段落００１５〜００３４、図１）

従来のＶＯＣ除去装置は、大型のものであり中型のものには適さず、また、コストが高いという問題があった。

また、大気汚染物質の濃度は１ｐｐｍ以下と稀薄であるが、工場排気中のＶＯＣガスの濃度は１ｐｐｍ以上と高濃度であることが特徴である。工場排気中のＶＯＣガスの除去を目的とするＶＯＣ除去装置は高濃度のＶＯＣガスを高効率で除去すること、送風機に過大な負荷を掛けないために低圧損であること、長寿命で低コストであること等が要求されるが、従来のＶＯＣ除去装置はまだこれらを十分満たしていない。

また、ＶＯＣ除去装置は長寿命であることが要求されるため、性能低下したハニカム状部材は再生することにより繰り返し再使用することが必要である。また、再生時に物理吸着したＶＯＣガスを酸化分解して無害化し、二酸化炭素や水蒸気として大気中に放出する必要があるが、従来のＶＯＣ除去装置はまだこれらを十分満たしていないという問題がああった。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、室内空気汚染や大気汚染の原因物質であるＶＯＣガスを高効率で除去できる低圧損で長寿命、低コストなＶＯＣ除去装置、再生方法および産業用排気装置を得ることを目的とする。

この発明に係るＶＯＣ除去装置は、ＶＯＣガスを含む空気の吸込口及び前記ＶＯＣガスが除去された空気の排出口を有するケーシングと、このケーシングの内部に設けられ、前記吸込口から吸い込まれた前記ＶＯＣガスを吸着するハニカム状部材と、前記吸着されたＶＯＣガスを加熱分解する赤外線ヒーターあるいは遠赤外線ヒーターと、前記ケーシング内に気流を生じさせる送風機と、を備えたものである。

また、この発明に係るＶＯＣ除去装置の再生方法は、ＶＯＣ除去装置のＶＯＣ除去性能が低下したときに、前記ハニカム状部材を遠赤外線ヒーターあるいは赤外線ヒーターにより加熱処理することにより再生するものである。

この発明により、ＶＯＣガスを含む空気の吸込口及び前記ＶＯＣガスが除去された空気の排出口を有するケーシングと、このケーシングの内部に設けられ、前記吸込口から吸い込まれた前記ＶＯＣガスを吸着するハニカム状部材と、前記吸着されたＶＯＣガスを加熱分解する赤外線ヒーターあるいは遠赤外線ヒーターと、前記ケーシング内に気流を生じさせる送風機と、を備えたので、ＶＯＣガスを高効率で除去でき、低圧損で長寿命、低コストとすることができる。

また、ＶＯＣ除去装置の再生方法は、ＶＯＣ除去装置のＶＯＣ除去性能が低下したときに、前記ハニカム状部材を遠赤外線ヒーターあるいは赤外線ヒーターにより加熱処理することにより再生するので、ＶＯＣガスを高効率で除去でき、低圧損で長寿命、低コストとすることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示すＶＯＣ除去装置の構成図である。図においてＶＯＣ除去装置は、ＶＯＣガスを含む空気の吸込口５及びＶＯＣガスを除去した空気の排出口６を有するケーシング４と、このケーシング４の内部に設けられＶＯＣガスを吸着・除去するハニカム状部材１と、吸着されたＶＯＣガスを加熱分解しハニカム状部材１を再生するための赤外線ヒーターあるいは遠赤外線ヒーター２と、ケーシング４内に気流を生じさせる送風機３とから構成される。
吸込口５は上部と下部に設け、ケーシング４の中央にハニカム状部材１が設けられ、このハニカム状部材１の両面を赤外線ヒーターあるいは遠赤外線ヒーター２で加熱可能としている。

赤外線あるいは遠赤外線ヒーター２としては市販の円管状のシーズヒーターが好適に用いられる。入力を１ＫＷに設定するとシーズヒーターは赤熱して赤外線を照射する。また、入力を５００Ｗに設定するとシーズヒーターは変色せず、遠赤外線を照射する。送風機３としては市販のシロッコファンが好適に用いられる。

図２、図３はハニカム状部材１の斜視図である。図２は活性炭、常温活性触媒あるいはこれらを配合した複合材料を格子状に成形した格子状ハニカム状部材１ａであり、空孔にＶＯＣガスを含む空気を通過させることによりＶＯＣガスを吸着・除去する。
図３は活性炭、常温活性触媒あるいはこれらを配合した複合材料をコルゲート加工したコルゲート状ハニカム状部材１ｂであり、空孔にＶＯＣガスを含む空気を通過させることによりＶＯＣガスを吸着・除去する。これらのハニカム状部材１は市販されている物もあるが、今回新たに試作した物もある。

また、低圧損、低コストな活性炭ハニカムが室内空気中や工場排気中のＶＯＣガス（主としてホルムアルデヒド、トルエン、キシレンおよびスチレン）を高効率で物理吸着すること、および常温活性触媒が物理吸着したＶＯＣガスを常温において徐々に酸化分解することに着目し、常温活性触媒としては貴金属と金属酸化物を複合した触媒が用いた。貴金属としては金、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウムおよびルテニウムが用いられる。金属酸化物としては酸化錫、酸化マンガン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウム等である。

また、常温活性触媒として金属酸化物を主成分とする触媒を用いることもできる。金属酸化物としては酸化錫、酸化マンガン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウム等である。

次に、この構成におけるＶＯＣ除去装置のハニカム状部材１の送風機３に負荷の掛からない圧損およびＶＯＣガスの除去効率を評価した結果について表１、表２により説明する。
表１はハニカム状部材１の圧損の測定結果、表２はハニカム状部材１のＶＯＣガス除去性能の測定結果を示す。

まず、表１により、ＶＯＣ除去装置のハニカム状部材１の圧損の測定結果について説明する。ハニカム状部材１は、格子状ハニカム状部材１ａとコルゲート状ハニカム状部材１ｂを用いた。圧損はハニカム状部材のセル数（１平方インチ当たりの空孔の数）および厚さに依存するが、材料の種類にはほとんど依存しないので材料の種類の比較はしてない。
また、表１、表２に示すように、格子状ハニカム状部材１ａの場合は、活性炭のときはセル数１２０個／平方インチ、厚さ２０ｍｍ、触媒のときはセル数２５０個／平方インチ、厚さ２０、活性炭と触媒の複合材のときはセル数３００個／平方インチ、厚さ２０ｍｍと５０ｍｍとし、コルゲート状ハニカム状部材１ｂの場合は、活性炭のときはセル数３００個／平方インチ、厚さは２０ｍｍと５０ｍｍ、触媒のときはセル数５００個／平方インチ、厚さ２０ｍｍと５０ｍｍとした。

また、複合材料の常温活性触媒の配合率を３０％とした。また、表１に示すように、ハニカム状部材１の圧損は風速に依存するため、風速０．２〜１．０ｍ／ｓにおける圧損を測定した。

測定結果は、表１に示すように格子状ハニカム状部材１ａ、コルゲート状ハニカム状部材１ｂとも、セル数が５００でも、活性炭、触媒、複合材料によらず圧損は厚さが２０ｍｍのときは一般に用いられる風速１ｍ／ｓで２０Ｐａ以下と低く、送風機３に負荷の掛からない範囲の圧損である。
厚さが５０ｍｍでは、格子状ハニカム状部材１ａの複合材料、コルゲート状ハニカム状部材１ｂの活性炭とも、セル数が３００でも風速１ｍ／ｓで４０Ｐａ以下で送風機３に負荷の掛からない範囲の圧損である。しかし、コルゲート状ハニカム状部材１ｂが触媒、セル数が５００のときは風速１ｍ／ｓで圧損が４５Ｐａ以上となり送風機３に負荷が掛かるものとなる。
従って、セル数の上限は３００／平方インチ、厚さの上限は５０ｍｍである。セル数のと厚さは小さいほど圧損が低くくなるが、ＶＯＣガス除去性能が低下するので、ＶＯＣガス除去性能測定結果からセル数の下限と厚さの下限を判断する必要がある。

次に、表２によりハニカム状部材１のＶＯＣガス除去性能の測定結果について説明する。ＶＯＣガスの除去性能はＶＯＣガスを含む空気がハニカム状部材を一回通過した時にＶＯＣガスが除去される割合を「一過性除去効率」で表す。
ＶＯＣガスについては、室内空気汚染では建材や家具から発生するＶＯＣガスがシックハウス症候群の原因と考えられている。ＶＯＣガスとしてホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、スチレン等が挙げられるが、シックハウス症候群の主たる原因物質はホルムアルデヒドと言われている。

一方、工場から大気中に排出されるＶＯＣガスは主としてトルエン、キシレンおよびスチレンであり、車の排気ガスと同様に大気汚染の原因となっている。
そこで、ＶＯＣガスとして代表的なホルムアルデヒド、トルエン、キシレンおよびスチレンについて一過性除去効率の測定を行った。一過性除去効率はハニカム状部材のセル数、厚さおよび材料の種類に依存する。また、風速にも依存するため、風速０．６および１．０ｍ／ｓにおける表１に示したハニカム状部材の一過性除去効率の測定結果を表２に示している。

測定結果は、表２に示すように、ハニカム状部材のＶＯＣ除去性能は風速０．６ｍ／ｓではいずれも５０％以上であり、風速１．０ｍ／ｓにおいても４０％以上と高い一過性除去効率を有している。そして、セル数と厚さの下限は、活性炭の格子状ハニカム状部材１ａのときで、セル数の下限は１２０個／平方インチ、厚さの下限は２０ｍｍである。

以上のように、ＶＯＣガスを高効率で除去でき、低圧損とするには、ハニカム状部材１のセル数の範囲を１２０〜３００個／平方インチとし、厚みを２０〜５０ｍｍとするのが望ましい。
なお、評価試験では、複合材料の常温活性触媒の配合率を３０％としたが、複合材料の常温活性触媒の配合率は圧損に影響を与えないが、ＶＯＣガス除去性能の向上に影響がある。２０％以下では、性能向上の効果が十分でなく、６０％を越えるとＶＯＣガスを吸収する活性炭の量が減少するので逆に性能が低下する。従って、複合材料の常温活性触媒の配合率は２０〜６０％が望ましい。

また、活性炭はシックハウス症候群の主たる原因物質であるホルムアルデヒドに対する除去性能がやや低いが、トルエン、キシレン、スチレンに対する除去性能は高い。一方常温活性触媒はホルムアルデヒドに対する除去性能が比較的高いと言う特長がある。

また、活性炭に常温活性触媒を配合してハニカム状に成形した複合ハニカムにおいて、常温において活性炭表面に物理吸着したＶＯＣガスが表面拡散により触媒表面に拡散し、触媒表面において徐々に酸化分解されることが確認された。

次に、遠赤外線あるいは赤外線加熱方法によりハニカム状部材１の再生について説明する。
ハニカム状部材１のＶＯＣ除去性能が低下したときに、ハニカム状部材１を遠赤外線ヒーターあるいは赤外線ヒーター２により加熱処理することにより常温活性触媒を活性化し、物理吸着したＶＯＣガスを酸化分解することにより再生する。
この再生の効果を調べるために、ハニカム状部材１の加速寿命試験を行った結果について次に説明する。

まず、活性炭を用いたハニカム状部材１の加速寿命試験を行うため、工場の排気に含まれるＶＯＣガスの代表として１００ｐｐｍのトルエンを１００時間通風すると除去性能が初期の５０％に低下した。性能低下したハニカム状部材１を再生するため、円管状のシーズヒーターを用いて加熱処理した。シーズヒーターに１ＫＷを５分間通電すると赤熱し、赤外線がハニカム状部材に照射された。シーズヒーターに５００Ｗを１０分間通電すると、遠赤外線がハニカム状部材１に照射された。その後にトルエンの除去性能を測定するといずれの場合にもほぼ初期の除去性能に回復することを確認した。

また、常温活性触媒を用いたハニカム状部材の加速寿命試験を行うため、工場の排気に含まれるＶＯＣガスの代表として１０ｐｐｍのトルエンを１００時間通風すると除去性能が初期の５０％に低下した。性能低下したハニカム状部材を再生するため、円管状のシーズヒーターを用いて加熱処理した。シーズヒーターに５００Ｗを１０分間通電すると、遠赤外線がハニカム状部材に照射された。その後にトルエンの除去性能を測定するとほぼ完全に初期の除去性能に回復することを確認した。活性炭に常温活性触媒を配合した複合材料を用いたハニカム状部材の場合も同様の再生効果が得られた。

なお、厚さが２０ｍｍ程度の場合には片面からの赤外線照射でも再生が可能であるが、厚さが２０〜５０ｍｍの場合には両面からの赤外線照射で再生が可能である。

以上のように、ＶＯＣガスを含む空気の吸込口５及びＶＯＣガスが除去された空気の排出口６を有するケーシング４と、このケーシング４の内部に設けられ、吸込口５から吸い込まれたＶＯＣガスを吸着するハニカム状部材１と、吸着されたＶＯＣガスを加熱分解する赤外線ヒーターあるいは遠赤外線ヒーター２と、ケーシング４内に気流を生じさせる送風機３と、を備えたので、ＶＯＣガスを高効率で除去でき、低圧損で長寿命、低コストとすることができる。

また、ハニカム状部材１として活性炭、常温活性触媒あるいはこれらの複合物を用いたので、ＶＯＣガスを高効率で除去すると共に常温において活性炭表面に物理吸着したＶＯＣガスが表面拡散により触媒表面に拡散し、触媒表面において徐々に酸化分解されることにより再生が可能なため、メンテナンスフリーで長期間に亘って使用が可能であり、経済的にも地球環境保全の立場からも有利である。

また、複合物の常温活性触媒の配合率を２０〜６０％としたので、ＶＯＣガス除去性能を向上させることができる。
また、ハニカム状部材１のセル数を１２０〜３００個／平方インチ、ハニカム状部材の厚さを２０〜５０ｍｍとしたので、所望のＶＯＣ除去性能を実現すると共に遠赤外線あるいは赤外線加熱方法により再生を可能とすることができる。
さらに、ＶＯＣ除去装置のＶＯＣ除去性能が低下したときに、ハニカム状部材１を遠赤外線ヒーターあるいは赤外線ヒーター２により加熱処理することにより再生するので、常温活性触媒を活性化し、短時間で再生を可能とすることができる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２におけるＶＯＣ除去装置の構成図である。室内空気汚染を浄化する場合には処理風量が少なくても良いため、実施の形態１の図１に示したＶＯＣ除去装置を簡略化したものが用いられる。
実施の形態１の図と同一または相当部分には同一の符号を付し説明を省略する。
吸込口５は下部に１つ設け、ケーシング４の内側寄りにハニカム状部材１が設けられ、このハニカム状部材１の片面を赤外線ヒーターあるいは遠赤外線ヒーター２で加熱可能としている。

この構成において、室内空気汚染の場合にはＶＯＣガス濃度が１ｐｐｍ以下と低く、処理風量も少なくて良いため、ＶＯＣガスを吸着・除去するハニカム状部材１は厚さが２０ｍｍ程度で一過性除去効率が実施の形態１の表２に示すように４０％以上の高い除去効果が発現される。性能低下したハニカム状部材を再生するための赤外線ヒーターも片面照射で十分であり、簡略化・低コスト化される。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３の産業用排気装置の構成を示す斜視図である。断面は実施の形態１の図１とほぼ同じである。

この構成において、トルエン、キシレンあるいはスチレンを含む排気は送風機３によりケーシング４で示される産業用排気装置の開口部より吸引される。吸引風路にはコルゲート状ハニカム状部材１ｂおよび赤外線あるいは遠赤外線ヒーター２があり、排気中に含まれるＶＯＣガスはコルゲート状ハニカム状部材１ｂに吸着・除去される。

産業用排気の場合にはＶＯＣガス濃度が１ｐｐｍ以上と高く、処理風量も大きいため、ＶＯＣガスを吸着・除去するコルゲート状ハニカム状部材１ｂは厚さが２０〜５０ｍｍで一過性除去効率が実施の形態１の表２に示すように５０〜８０％以上の高い除去効果が発現される。また、性能低下したハニカム状部材を再生するための赤外線ヒーターも両面照射が必要である。
このように、工場排気を排出させる産業用排気装置の風路にＶＯＣ除去装置を組み込むことにより、大気中にＶＯＣガスが排出されることを軽減することができる。

この発明による実施の形態１を示すＶＯＣ除去装置の構成図である。この発明による実施の形態１を示すＶＯＣ除去装置のハニカム状部材の斜視図である。この発明による実施の形態１を示すＶＯＣ除去装置のハニカム状部材の斜視図である。この発明による実施の形態２を示すＶＯＣ除去装置の構成図である。この発明による実施の形態３を示す産業用排気装置の概略斜視図である。

符号の説明

１ハニカム状部材、２赤外線ヒーター、３送風機、４ケーシング、５吸込口、６排出口。

Claims

ＶＯＣガスを含む空気の吸込口及び前記ＶＯＣガスが除去された空気の排出口を有するケーシングと、
このケーシングの内部に設けられ、前記吸込口から吸い込まれた前記ＶＯＣガスを吸着するハニカム状部材と、
前記吸着されたＶＯＣガスを加熱分解する赤外線ヒーターあるいは遠赤外線ヒーターと、
前記ケーシング内に気流を生じさせる送風機と、
を備えたことを特徴とするＶＯＣ除去装置。
前記ハニカム状部材として活性炭、常温活性触媒あるいはこれらの複合物を用いたことを特徴とする請求項１記載のＶＯＣ除去装置。
前記複合物の常温活性触媒の配合率を２０〜６０％としたことを特徴とする請求項２記載のＶＯＣ除去装置。
前記ハニカム状部材のセル数を１２０〜３００個／平方インチとしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＶＯＣ除去装置。
前記ハニカム状部材の厚さを２０〜５０ｍｍとしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＶＯＣ除去装置。
請求項１〜５のいずれかに記載のＶＯＣ除去装置のＶＯＣ除去性能が低下したときに、前記ハニカム状部材を前記遠赤外線ヒーターあるいは赤外線ヒーターにより加熱処理することにより再生することを特徴とするＶＯＣ除去装置の再生方法。
請求項１〜５のいずれかに記載のＶＯＣ除去装置を工場排気の排出風路に組み込んだことを特徴とする産業用排気装置。