JP2008264598A - 吸着材の再生処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ波を用いた再生処理におけるエネルギー効率を改善する。
【解決手段】再生処理の開始から所定時間、吸着材２にマイクロ波の照射を行わずに吸着材２の一方側から他方側へ被処理気体Ａよりも低相対湿度の再生用気体Ｒを通し、その後に、吸着材２の一方側から他方側へ再生用気体Ｒを通しながら吸着材２にマイクロ波を照射して加熱を行うようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸着材の再生処理方法に関するものである。

吸着現象の工業的利用は排ガスの溶剤除去・回収、空気の脱臭や除湿など広く利用されている。吸着材の再生に関しては装置やプロセスの目的に応じた様々な方法が用いられているが、比較的に効率の良い方法として、マイクロ波照射による再生方法が知られている（例えば特許文献１〜６参照）。
特開２００１−０９６１２０号公報 特開２０００−０４２０９２号公報 特開平１１−２９０４４３号公報 特開平１１−１９７４４３号公報 特開平１１−０１９４５５号公報 特開平１１−０１９４５４号公報

しかし、マイクロ波による再生処理といえどもエネルギー消費は少なくないため、更なる再生効率の改善が望まれている。
そこで、本発明の主たる課題は、マイクロ波を用いた再生処理におけるエネルギー効率を改善することにある。

上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
水分を含む被処理気体の吸着に用いた吸着材に、マイクロ波を照射して加熱による再生処理を行う方法において、
再生処理の開始から所定時間、前記吸着材にマイクロ波の照射を行わずに前記吸着材の一方側から他方側へ前記被処理気体よりも低相対湿度の再生用気体を通し、その後に、前記吸着材の一方側から他方側へ前記再生用気体を通しながら前記吸着材にマイクロ波を照射して加熱を行う、
ことを特徴とする吸着材の再生処理方法。

（作用効果）
このように、マイクロ波照射による加熱に先立って、所定時間、被処理気体よりも低相対湿度の再生用気体を通すことにより、マイクロ波の照射を有効に活用でき、エネルギー効率が顕著に向上する。これに対して、最初処理の開始時からマイクロ波照射を行うと、エネルギー効率が低下する。これは、系内に急増した水蒸気の一部が系内に結露して残り易くなることが原因であると考えられる。

＜請求項２記載の発明＞
前記再生用気体を通しながら前記吸着材にマイクロ波を照射して加熱を行う際、前記再生用気体の通風量を、前記吸着材の他方側の気体における水蒸気量が当該他方側の気体における飽和水蒸気量未満となるような通風量とする、請求項１記載の吸着材の再生処理方法。

（作用効果）
このような再生用気体の通風量とすることによって、加熱のためのエネルギーを要せずに、系内結露を防止でき、より確実にエネルギー効率の向上を図ることができる。

＜請求項３記載の発明＞
前記吸着材の他方側の気体における湿度を計測し、この湿度が所定レベル以下となったときに再生処理を終了する、請求項２記載の吸着材の再生処理方法。

（作用効果）
従来のマイクロ波加熱による再生処理では、湿度を計測することにより再生処理の終了を検出しようとしても、系内結露の影響により正確な検出が不可能であったため、マイクロ波を過剰照射してしまうおそれがあった。これに対して、本項記載の発明では、前述の通風量設定により系内結露が防止されるため、湿度計測により再生処理の終了を正確に検出できるようになる。よって、マイクロ波の過剰照射によるエネルギーロスを防止できるようになる。

以上のとおり本発明によれば、マイクロ波を用いた再生処理におけるエネルギー効率が改善する、等の利点がもたらされる。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。
図１は、吸着材２が通風路１内に設けられた気体の吸着処理装置（例えば脱臭装置、除湿機、空気清浄機等）を示している。通風路１における吸着材２の両側３，４には導波管７を介してマイクロ波発振器６が接続されており、この導波管接続部分の更に両側にはパンチングメタルや回折格子等からなるマイクロ波漏洩防止部１０が設けられている。

図１において、符号８は、反射電力を吸収して発振器６を保護するために導波管７に設けられたアイソレーターを示しており、符号９はマイクロ波の発振出力を監視するために導波管７に設けられたパワーモニターを示している。また、符号５は、再生時における吸着材２の入口温度を測定するための蛍光式光ファイバー温度計等の温度計を示している。

吸着材２としては、ゼオライトやシリカゲル等の多孔質材料を、粉状、ペレット状、タブレット状、ハニカム状等にしたもの等、公知のものを用いることができる。ペレット状等の多孔質材料の場合、通気性容器内に充填してカセット式で使用するのが好ましい。

マイクロ波発振器６としては、例えば周波数１〜１０ＧＨｚ、出力１００〜１５００Ｗ程度のマイクロ波を発振できるものを用いることができる。マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚのものが汎用されており、好ましい。

吸着時には、空気などの被処理気体Ａを、通風路１内における吸着材２の吸着時入口側３に供給し、吸着材２を通過させて吸着処理した後、吸着材２の吸着時出口側４から排出させる。

吸着処理が終了したならば、次いで再生処理を行う。再生処理では、被処理気体Ａよりも低相対湿度の再生用気体Ｒ、例えば空気をヒーターで加熱して得られる加熱空気を、吸着材２の再生時入口側４（吸着時出口側）に供給し、吸着材２を通過させて、吸着材２の再生時出口側３（吸着時入口側）から排出させる。

そして特徴的には、再生処理の開始から所定時間は、マイクロ波発振器６を作動させない等により、吸着材２に対するマイクロ波の照射を行わずに、再生用気体Ｒの通風のみを行う。再生用気体Ｒは低相対湿度のため、吸着材２に吸着された水分をある程度まで脱離させることができる。再生用気体Ｒの相対湿度は適宜定めることができるが、通常の場合、被処理気体Ａの１／５〜４／５程度とするのが好ましい。また、この通風のみの処理時間は、吸着材２の再生時出口側３の湿度変化が少なくなる又は無くなる時点を目安に適宜定めるのが好ましい。

所定時間経過したならば、続く吸着処理までの間、再生用気体Ｒの通風を維持しながら、マイクロ波発振器６を作動させる等により、吸着材２にマイクロ波を照射し、吸着材２に付着する水分の加熱により、再生処理を促進させる。マイクロ波の照射時間は適宜定めることができるが、吸着材２等の装置構成材料が変質、燃焼等しないように設定するのが好ましい。照射時間は、通常の場合１〜２０分とすることができる。

特にこの際、少なくともマイクロ波照射中、より好ましくは再生処理全体を通じて、再生用気体Ｒの通風量を、再生時出口側３の気体における水蒸気量が当該再生時出口側３の気体における飽和水蒸気量未満となるような通風量（換言すれば、再生時出口側３の気体の露点が、吸着材２及び通風路１の内面温度より低い温度となるような通風量）とするのが好ましい。このような再生用気体Ｒの通風量とすることによって、マイクロ波照射で脱離した水分が装置内で水蒸気として存在し、装置内で結露することなく、装置外に排出されるようになり、より確実にエネルギー効率の向上を図ることができる。

以降は上記吸着処理及び再生処理を１サイクルとして繰り返し処理を行う。吸着処理及び再生処理は、それぞれ予め設定した時間で行うようにしても、また処理中に吸着材２の出口湿度を計測し、所定の出口湿度になった時点で処理を終えるようにしても良い。計測する出口湿度は絶対湿度でも相対湿度でも良い。特に、上述の方法では、再生処理時において装置内結露の影響を無視できるため、出口湿度が所定レベル以下となったときに再生処理を終了しても、マイクロ波の過剰照射によるエネルギーロスが発生し難い。

（実施例１）
図１に示す装置を用い、吸着処理及び再生処理を交互に繰り返し行いながら、再生時入口温度（吸着時出口温度）を蛍光式光ファイバー温度計５により測定し、吸着時出口絶対湿度（再生時入口絶対湿度）、及び吸着時入口絶対湿度（再生時出口絶対湿度）を鏡面露点計によりそれぞれ計測した。
吸着材２としては、シリカゲルを担持したハニカム成形体である、ニチアス（株）製のデシカントローター「ハニクルＨＹ−ＳＧ（φ３００ｍｍ×２００ｍｍ）」を使用した。また、マイクロ波発振器６としては、芝浦メカトロニクス（株）製のＴＭＧ−１３１を用い、発振周波数２，４５０ＭＨｚ、発振出力０．９６ｋＷで使用した。
吸着処理では、３３℃，６０％ＲＨ（１９．１ｇ／ｋｇ）の空気を風量５６ｍ³／ｈｒ、面風速０．６５ｍ／ｓｅｃで２０分供給した。その後、再生処理において、再生空気を約４７℃，１６％ＲＨ（１０．５ｇ／ｋｇ）、風量５６ｍ³／ｈで２０分流通した。マイクロ波照射は、再生操作から吸着操作へ切り替える５分前から５分間照射した。また、吸着、再生操作は各２０分行った。

（比較例１）
マイクロ波の照射を再生操作に切り替えた直後に５分行うようにした以外は、実施例１と同様に操作・測定を行った。

（比較例２）
吸着処理時の風量および再生処理時の風量を１６ｍ³／ｈｒ、面風速を０．１８ｍ／ｓｅｃとした以外は、実施例１と同様に操作・測定を行った。

（比較例３）
吸着処理時の風量および再生処理時の風量を１６ｍ³／ｈｒ、面風速を０．１８ｍ／ｓｅｃとし、且つマイクロ波の照射を再生操作に切り替えた直後に５分行うようにした以外は、実施例１同様に操作・測定を行った。

（測定結果及びその考察）
図２に実施例１の測定結果を示した。操作切り替え時に発生している絶対湿度のピークは、測定の仕様上発生するものであり、実際の変化ではない（図３〜図５に同じ）。再生時にマイクロ波照射を行うことで再生時出口絶対湿度は大幅に増大した。マイクロ波の照射を停止すると再生時出口絶対湿度は速やかに低下し、吸着材表面への滞留水や装置内部の結露水はないことが判明した。また、マイクロ波を照射して再生時出口絶対湿度が増加した時の、再生時出口側における空気の露点は約２５℃であった。このとき装置内面の温度は２５℃より高温の状態であった。温度からみても結露はしていないことが推測された。

図３に比較例１の測定結果を示した。マイクロ波の照射により再生時出口絶対湿度は急激に増加しているが、マイクロ波の照射後は再生時入口絶対湿度とほぼ同等となるまで減少した。

表１にマイクロ波照射による再生操作のエネルギー効率を示した。表１から、マイクロ波照射で再生が促進しており、エネルギーを有効利用していることが判明した。これに対して比較例１では、エネルギー効率はマイナスとなった。

ここで、再生重量とは２０分の再生操作で脱離した水分量、温風再生量とは同一条件でマイクロ波照射を行っていないときの再生量、エネルギー効率とは消費電力量がすべて水の蒸発に使用されたとしたときを１００％として表したものである。より詳細には、３３℃の水の蒸発潜熱は５７９ｋｃａｌ／ｋｇ、１ｋＷｈ＝８６０ｋｃａｌ／ｈであるから、マイクロ波の消費電力１ｋＷｈの全てが水の蒸発に使われた場合のマイクロ波再生量（エネルギーロスの無い理想値）は８６０／５７９＝１．４８５ｋｇ／ｋＷｈ＝１４８５ｇ／ｋＷｈである。実施例１のマイクロ波再生量は９８．４ｇ／ｋＷｈであるから、エネルギー効率は９８．４／１４８５＝６．６％となる。

図４に比較例２の測定結果を示した。再生処理時の風量を低下させたため、マイクロ波照射時の再生時出口絶対湿度は実施例１より高くなった。また、吸着操作に切り替えても絶対湿度の高い状態が継続しており、装置内部に結露水が存在することが判明した。マイクロ波照射をして絶対湿度が増加した時の、再生時出口側における空気の露点は約３４℃であった。このとき装置内面の温度は３４℃より低温の状態であった。温度からみても結露が発生していたことが推測された。

図５に比較例３の測定結果を示した。再生風量を低下させたため、マイクロ波照射時の出口絶対湿度は実施例１より高くなった。また、マイクロ波照射を停止しても再生時出口絶対湿度の高い状態が継続し、装置内部に結露水が存在することを示していた。マイクロ波を照射して絶対湿度が増加した時の、再生時出口側における空気の露点は約３２℃であった。このときの装置内面の温度は３２℃より低温の状態であった。温度からみても結露が発生していたことが推測された。さらに、マイクロ波照射後に再生時出口絶対湿度が低下したとき、再生時入口絶対湿度より再生時出口絶対湿度が低下する現象が見られる。これは再生操作時に再生空気の吸着が進行したことを示しており、マイクロ波照射が過剰の状態となったことが推測された。

本発明は、水分を含む被処理気体の吸着に用いた吸着材に、マイクロ波を照射して加熱による再生処理を行うものであれば、除湿機に限られず、広範な用途に適用できるものである。

吸着処理装置の概略図である。 実施例１の測定結果を示すグラフである。 比較例１の測定結果を示すグラフである。 比較例２の測定結果を示すグラフである。 比較例３の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１…通風路、２…吸着材、６…マイクロ波発振器、７…導波管、Ａ…被処理気体、Ｒ…再生用気体。

Claims (3)

1. 水分を含む被処理気体の吸着に用いた吸着材に、マイクロ波を照射して加熱による再生処理を行う方法において、
   再生処理の開始から所定時間、前記吸着材にマイクロ波の照射を行わずに前記吸着材の一方側から他方側へ前記被処理気体よりも低相対湿度の再生用気体を通し、その後に、前記吸着材の一方側から他方側へ前記再生用気体を通しながら前記吸着材にマイクロ波を照射して加熱を行う、
   ことを特徴とする吸着材の再生処理方法。
2. 前記再生用気体を通しながら前記吸着材にマイクロ波を照射して加熱を行う際、前記再生用気体の通風量を、前記吸着材の他方側の気体における水蒸気量が当該他方側の気体における飽和水蒸気量未満となるような通風量とする、請求項１記載の吸着材の再生処理方法。
3. 前記吸着材の他方側の気体における湿度を計測し、この湿度が所定レベル以下となったときに再生処理を終了する、請求項２記載の吸着材の再生処理方法。

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