JP2008279381A - Ｖｏｃ冷却回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デフロストを実行する際に、危険性がなく、またデフロストによってＶＯＣが混入したエアを確実に処理できるＶＯＣの冷却回収装置を提供する。
【解決手段】高温側回路３３と低温側回路３４とがカスケードコンデンサ３６を介して熱的に接続されてなる二元冷凍機３２と、高温側回路３３の蒸発器４６が配置されているプレクーラー６０と、低温側回路３４の蒸発器５６が配置されているメインクーラー６２と、プレクーラー６０へＶＯＣガスを導入するガス導入管６４と、メインクーラー６２からガスを排出させるガス排出管７１と、ガス導入管６４を開閉する入口バルブ６８と、ガス排出管７１を開閉する出口バルブ７０と、デフロスト時に閉管路を構成するためにガス導入管６４とガス排出管７１を連結する連結管８２と、デフロスト時に動作するように連結管８２に設けられたブロワ８６とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が気体となっている場合において、このＶＯＣガスを液化して回収するための冷却回収装置に関する。

ＶＯＣは、揮発性を有しており大気中で気体状となる有機化合物であり、トルエン、キシレン、酢酸エチル、デカン等様々な物質が該当する。
気体状となったＶＯＣを含むＶＯＣガスは、塗装関係の施設、接着剤を乾燥させる施設、印刷関係の施設、化学製品の製造施設、工業用洗浄施設など様々な施設において排出されている。しかしながらＶＯＣは、浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）や、光化学オキシダントの原因物質であり、大気汚染防止の観点から、近年その排出が抑制されるように求められている。

そこで、排出されるＶＯＣガスを回収するために、ＶＯＣガスを冷却して凝縮液化させるためのガス回収装置が従来より知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
以下、図２に基づいて、特許文献１及び特許文献２に示されているようなガス回収装置の構成を説明する。
ガス回収装置１０は、密閉容器として構成された冷却装置１１と、冷凍機１２とを有している。回収すべきガスは流通管１３を流通して冷却装置１１の内部に導入される。冷却装置１１内には第１コイル１４及び第２コイル１５の２つのコイルが配置されている。

冷凍機１２には、冷媒が流通する冷媒流通管１７に圧縮機１６と、凝縮器１８とが設けられている。また、凝縮器１８と第１のコイル１４との間には、膨張器１９が設けられており、凝縮器１８から延出される冷媒流通管１７は、膨張器１９の手前で分岐して分岐管２１が接続されており、分岐管２１には、膨張器２０と第２コイル１５が設けられている。
第２コイル１５の下流側の分岐管２１はエジェクタ２２の吸引部に接続されており、第２コイル１５はエジェクタ２２により負圧となり、第１コイル１４よりも低温となる。

実開平６−２９６０３号公報（図２等） 特開平７−２６０３４５号公報（図２等）

上述したような従来のガス回収装置には、デフロスト（霜の除去）については特に開示されていない。つまり、ガスを冷却して回収する場合において、ガスには水分も含まれている以上、冷却装置内には霜が付着する。この霜を除去しないと、冷却効率が極端に悪化するため、所定時間運転した後にはデフロストを行う必要があると言う課題がある。

デフロストの方法としては、ヒーターデフロストや、ホットガスデフロストなどの方法があるが、これらの方法では爆発の危険性があるため採用は困難である。

また、デフロスト用に通常の室温程度のエアをプレクーラー及びメインクーラーに導入する構成も考えられるが、デフロスト用のエアを導入した場合、デフロスト後のエアにもＶＯＣが混入する恐れがあるため、デフロスト用のエアをそのまま排出することはできず、何らかの方法で処理する必要がある。

そこで本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、デフロストを実行する際に、危険性がなく、またデフロストによってＶＯＣが混入したエアを確実に処理できるＶＯＣの冷却回収装置を提供することにある。

すなわち、本発明にかかるＶＯＣ冷却回収装置は、気体となっているＶＯＣを含むＶＯＣガスから、ＶＯＣを液化させて回収するＶＯＣ冷却回収装置であって、第1の冷媒で冷却される高温側回路と第２の冷媒で冷却される低温側回路とがカスケードコンデンサを介して熱的に接続されてなる二元冷凍機と、第１の密閉容器内に前記高温側回路の蒸発器が配置されてなり、導入されるＶＯＣガスを予備冷却するプレクーラーと、第２の密閉容器内に前記低温側回路の蒸発器が配置されてなり、予備冷却されたＶＯＣガスを冷却するメインクーラーと、前記プレクーラーへＶＯＣガスを導入させるガス導入管と、前記プレクーラー内で予備冷却されて排出されたＶＯＣガスを前記メインクーラーへ導入させるガス流通管と、前記メインクーラーでＶＯＣが回収された残りのガスをメインクーラーから排出させるガス排出管と、前記ガス導入管を開閉する入口バルブと、前記ガス排出管を開閉する出口バルブと、前記ガス排出管と前記ガス導入管とを連結し、前記入口バルブと前記出口バルブを閉じた場合に、ガス導入管、ガス流通管及びガス排出管とともに閉管路を構成する連結管と、該連結管の中途部に配置されたブロワと、前記プレクーラー及び前記メインクーラーの下部に設けられたドレンポートと、前記プレクーラー及び前記メインクーラーの各ドレンポートに接続され、前記プレクーラー及び前記メインクーラーにおいて液化されたＶＯＣを流通させるドレン回収管と、該ドレン回収管に接続されており、回収したＶＯＣを貯留する回収槽とを具備することを特徴としている。
この構成を採用することによる作用は以下の通りである。
すなわち、デフロスト時には、プレクーラーとメインクーラーの動作を停止した上で入口バルブと出口バルブを閉じることにより、ガス導入管、ガス流通管、ガス排出管及び連結管とで閉管路を構成し、閉管路内に残っているガスをブロワによって循環させる。つまり、デフロスト用に何らかのエアを導入する必要がなく、ＶＯＣガスを用いてデフロストが行える。デフロストが終了した後、プレクーラーとメインクーラーを動作させることで、デフロスト時に混入したＶＯＣの除去も行える。

また、前記出口バルブには凍結防止手段が設けられていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、排気出口からの低温の排気により出口バルブが凍結してしまうことを防止できる。

さらに、前記連結管には、連結管を開閉するために、前記ブロワを挟んで第1の連結管バルブと第2の連結管バルブとが設けられ、第1の連結管バルブと第2の連結管バルブには、凍結防止手段が設けられていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、ＶＯＣの回収時には、連結管を閉鎖させるために第１の連結管と第２の連結管を閉じて連結管のブロワにＶＯＣガスが入り込まないようにし、ブロワの凍結防止を図ることができる。

本発明にかかるＶＯＣ冷却回収装置によれば、デフロストを安全に実行することができ、且つデフロスト時にＶＯＣが混入したエアの処理を確実に行える。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に本実施形態の全体構成を示す。
本実施形態のＶＯＣ冷却回収装置３０は、二元冷凍機３２を用いており、ＶＯＣガスを二元冷凍機３２の高温側回路３３で予備冷却したのちにさらに低温側回路３４で冷却させることにより、効率よくＶＯＣを凝縮液化できる。

まず、二元冷凍機３２の構成について説明する。
二元冷凍機３２は、高温側回路３３と低温側回路３４とがカスケードコンデンサ３６によって熱的に接続されることにより構成されている。
高温側回路３３は、高温側圧縮機（コンプレッサー）３８と、高温側凝縮器４０と、高温側減圧弁４３と、カスケードコンデンサを構成する第1の高温側蒸発器４４とを備えており、これらの各機器は高温側冷媒が流通する冷媒流通管４５によって直列に接続されている。

高温側回路３３の高温側凝縮器４０の下流側には、冷媒ドライヤ５０が設けられており、冷媒中の水分の除去を図っている。
また、高温側減圧弁４３と第１の高温側蒸発器４４との間には、冷媒流通管４５を流通する冷媒の流量を調節する制御バルブ３７が設けられている。

また、高温側回路３３は、第1の高温側蒸発器４４と並列となるように第２の高温側蒸発器４６を設けている。第1の高温側蒸発器４４と第２の高温側蒸発器４６は、高温側圧縮機３８及び高温側凝縮器４０を共通に用いるようにしており、第２の高温側蒸発器４６は、冷媒流通管４５の高温側圧縮機３８に接続している部位と、冷媒流通管４５の高温側凝縮器４０に接続している部位との間で分岐する分岐管４９に設けられている。
分岐管４９には第２の高温側減圧弁４３が設けられている。分岐管４９の高温側減圧弁４３と第２の高温側蒸発器４６の間には、分岐管４９を流通する冷媒の流量を調節する制御バルブ３９が設けられている。

本実施形態における高温側凝縮器４０にはファン３５が設けられており、ファンによって導入された外気によって冷媒が冷却されて凝縮されるように設けられている。
このような構成を有する高温側回路３３では、高温における特性が優れた冷媒を使用している。

次に、低温側回路３４の構成について説明する。
低温側回路３４は、低温側圧縮機（コンプレッサー）５１と、カスケードコンデンサ３６を構成する低温側凝縮器５２と、低温側減圧弁５４と、低温側蒸発器５６とを備えており、これらの各機器は低温側冷媒が流通する冷媒流通管５５によって接続されている。また、低温側回路３４の低温側凝縮器５２の下流側には、冷媒ドライヤ５７が設けられており、冷媒中の水分の除去を図っている。
また、低温側圧縮機５１と低温側凝縮器５２の間には、オイルセパレータ５９が設けられている。オイルセパレータ５９は、低温側圧縮機５１から生じたオイルが他の機器へ流入しないように、オイルを分離して低温側圧縮機５１に戻すようにしている。

カスケードコンデンサ３６内には、カスケードコンデンサ３６内の温度を検出する温度センサ５３が設けられている。
温度センサ５３には、制御部５８が接続されている。制御部５８は、高温側圧縮機３８及び低温側圧縮機５１の動作を制御可能に設けられており、検出したカスケードコンデンサ３６内の温度が、予め設定しておいた所定の温度になるように制御する。具体的に、カスケードコンデンサ３６内の温度は、―１０℃程度になるように制御される。

続いてＶＯＣガスの流通経路について説明する。
まず、高温側回路３３の第1の高温側蒸発器４６は、密閉容器内に配置され、ＶＯＣガスを予備冷却するプレクーラー６０を構成する。ＶＯＣガスを予備冷却することで、ＶＯＣガス中に含まれる水分を霜として付着させることにより、水分を除去することができる。
低温側回路３４の低温側蒸発器５６も密閉容器内に配置され、ＶＯＣを液化させるメインクーラー６２を構成する。

回収すべきＶＯＣは、ＶＯＣの発生源（図示せず）に接続されているガス導入管６４内を流通して、ＶＯＣ冷却回収装置３０内に導入されるように設けられる。ガス導入管６４には、図示しないブロワと入口バルブ６８が設けられており、ブロワによってＶＯＣガスをガス導入管６４内に送り込むようにしている。ガス導入管６４に送り込まれたＶＯＣガスは、プレクーラー６０内に導入され、予備冷却される。

プレクーラー６０とメインクーラー６２との間には、ガス流通管６７が配設され、プレクーラー６０で予備冷却されたＶＯＣガスが、ガス流通管６７を通ってメインクーラー６２内へ導入される。
なお、メインクーラー６２には、ＶＯＣが分離された残りのガスを排出するためのガス排出管７１が配設されている。このように、ＶＯＣガスは、プレクーラー６０とメインクーラー６２の双方を通過して２段階にわたって冷却され、その後ＶＯＣが除去されてガス排出管７１から排気される。また、ガス排出管７１の端部には、排気出口６５が設けられている。
さらに、ガス排出管７１には、排気出口６５を閉塞するための出口バルブ７０が設けられている。

ガス流通管６７の周囲には、周囲の温度を遮断して流通するＶＯＣガスの低温状態を維持できるように、断熱部材９１が設けられている。例えば、ガス流通管６７の周囲に断熱材を巻き付けるようにして断熱部材９１を構成しても良い。
なお、本実施形態では、ガス導入管６４の一部とガス排出管７１の一部にも断熱部材９１を設けるようにし、さらに冷却効率を上げるようにしている。

ガス導入管６４における入口バルブ６８よりも下流側の部位と、ガス排出管７１の出口バルブ７０よりも上流側の部位との間には、ガス導入管６４とガス排出管７１を連結する連結管８２が接続されている。
連結管８２は、デフロスト時にガス導入管６４と、ガス流通管６７と、ガス排出管７１との間をＶＯＣガスを循環させるように、ガス導入管６４と、ガス流通管６７と、ガス排出管７１と、連結管８２とで閉管路を構成する。

連結管８２の中途部にはブロワ８６が設けられており、ブロワ８６が駆動することでデフロスト時に各管内のエアを流通させる。
ブロワ８６の両側には、連結管８２を開閉させる第1の連結管バルブ８４と第２の連結管バルブ８７が設けられている。第1の連結管バルブ８４と第２の連結管バルブ８７は、ＶＯＣの回収時には双方とも閉とし、デフロスト時には双方とも開とするように制御される。

プレクーラー６０及びメインクーラー６２のそれぞれの下部には、ドレンポート７２、７４が設けられている。ドレンポート７２、７４はドレン回収管７６，７７を介して回収槽７８に接続されている。
プレクーラー６０及びメインクーラー６２でＶＯＣが凝縮して液化すると、液化したＶＯＣがドレン回収管７６及びドレン回収管７７を経由して回収槽７８に貯留される。回収槽７８には、回収槽７８内の空気を排気する排気管７９が設けられており、排気管７９には排気フィルター８０が取り付けられている。排気フィルター８０は、ＶＯＣを分解する触媒等が用いられている。

なお、上述した出口バルブ７０、第１の連結管バルブ８４及び第２の連結管バルブ８７には凍結防止手段が施されているとよい。
凍結防止手段としては、例えば、電熱線を用いたヒータをバルブの周囲に巻き付けるようにして構成するとよい。

以下、本実施形態におけるＶＯＣ冷却回収装置３０の動作について説明する。
まず、ＶＯＣ冷却回収装置３０の動作前は、ガス導入管６４の入口バルブ６８と、連結管８２の第1、第２の連結管バルブ８４、８７は閉塞させておく。また、高温側回路３３の制御バルブ３７も閉塞させておき、最初はプレクーラー６０が運転しないように設けておく。

最初に、高温側圧縮機３８の電源を投入する。
高温側圧縮機３８が動作すると、高温側回路３３の冷媒が圧縮されて高温側凝縮器４０に送り込まれ、高温側凝縮器４０で圧力一定で冷媒が冷却されるとともに液化される。液化された冷媒は、高温側減圧弁４３で膨張させられて沸点を下げ、カスケードコンデンサ３６内の第1の高温側蒸発器４４において、低温側回路３４の低温側凝縮器５２の熱を奪って蒸発する。

次いで、高温側圧縮機３８の電源を投入してから所定時間経過後に、低温側回路３４において低温側圧縮機５１の電源を投入する。
すると、低温側回路３４の冷媒が圧縮されて低温側凝縮器５２に送り込まれ、高温側蒸発器４４との間で熱交換されて圧力一定で冷媒が冷却されるとともに液化される。
液化された冷媒は、低温側減圧弁５４で膨張させられて沸点を下げる。低温側蒸発器５６においては、冷媒がメインクーラー６２内の熱を奪って蒸発する。そして、蒸発して気化した冷媒は低温側圧縮機５１内に流入する。

カスケードコンデンサ３６内の温度が−１０℃になったことを制御部５８が検出した場合には、制御部５８は制御バルブ３７を開いてプレクーラー６０側の分岐管４９に冷媒を流す。液化された冷媒は、分岐管４９の高温側減圧弁４３で膨張させられて沸点を下げ、第２の高温側蒸発器４６において、プレクーラー６０内の熱を奪って蒸発する。

これとともに制御部５８は、制御バルブ３９の開度を調整して、カスケードコンデンサ３６内の温度が一定になるよう、冷媒がプレクーラー６０側へ流れる量と、冷媒がカスケードコンデンサ３６へ流れる量を配分する。

次いで、入口バルブ６８を開くとともに図示しないブロワの運転を開始させることにより、ＶＯＣガスはガス導入管６４を経てプレクーラー６０内に流入する。
プレクーラー６０内にＶＯＣガスが流入すると、プレクーラー６０内の第２の高温側蒸発器４６では、高温側減圧弁４３によって膨張させられて沸点を下げた冷媒が、ガス導入管６４から導入されたＶＯＣガスの熱を奪って蒸発する。なお、このときＶＯＣガスに含まれる水分が霜となってプレクーラー６０内に付着する。このため、水分が除去されて予備冷却されたＶＯＣガスが、次のメインクーラー６２へ導入される。
なお、このとき、プレクーラー６０内の温度は、―１０℃程度である。

プレクーラー６０で予備冷却されたＶＯＣガスは、ガス流通管６７を通ってメインクーラー６２へ導入される。
メインクーラー６２内にＶＯＣガスが流入すると、メインクーラー６２内の低温側蒸発器５６では、低温側減圧弁５４によって膨張させられて沸点を下げた冷媒が、ガス流通管６７から導入されたＶＯＣガスの熱を奪って蒸発する。
なお、このとき、メインクーラー６２内の温度は、−５５〜−６５℃程度である。

このようにして、ＶＯＣガスはプレクーラー６０とメインクーラー６２内で冷却され、凝縮して液化される。液化したＶＯＣは、プレクーラー６０内部及びメインクーラー６２内部の下部に溜まる。プレクーラー６０とメインクーラー６２の下部にはドレンポート７２，７４が設けられているので、液化したＶＯＣはドレンポート７２，７４からドレン回収管７６、７７を通って回収槽７８内に流れ出て、回収される。

なお、ＶＯＣ冷却回収動作を連続して実行していると、特にプレクーラー６０内に付着した霜を除去するデフロストを行う必要が生じる。冷却効率を上げるには、およそ８時間程度おきにデフロストを行う必要がある。
デフロストの際には、高温側圧縮機３８と低温側圧縮機５１の電源をオフにして冷凍サイクルを停止させる。そして、入口バルブ６８を閉じてＶＯＣガスがＶＯＣガス導入管６４内に流入するのを防止し、出口バルブ７０を閉じてＶＯＣガスが排気出口６５から排気されるのを防止する。さらに、第１の連結管バルブ８４と第２の連結管バルブ８７を開く。これにより、ガス導入管６４、ガス流通管６７、ガス排出管７１及び連結管８２が、入口及び出口がなく閉塞された閉管路を構成する。

閉管路が構成された後、ブロワ８６の運転を開始する。すると、各管に残留していたＶＯＣガスが閉管路内を循環し始める。
このようにして、閉管路を構成してＶＯＣガスを循環させることによりデフロストを実行すると、プレクーラー６０内の霜やメインクーラー６２内の霜が溶けて水分が液化する。この液化した水分は、ドレン回収管７６，７７を通って回収槽７８内に回収される。

また、ブロワ８６は各管内に残留していたＶＯＣガスを循環させるだけであるので、デフロスト用のエアを別途送り込むような場合と比較して小容量のブロワで済む。したがって、ブロワ８６を駆動するためのランニングコストを低減させることができ、また装置全体の小型化にも寄与する。

デフロストが終了すると、循環させていたＶＯＣガスにおけるＶＯＣ濃度が若干上昇していると思われるので、プレクーラー６０とメインクーラー６２の運転を開始させてから少しの間は入口バルブ６８と出口バルブ７０を閉じておき、ＶＯＣの冷却回収を行う。その後、出口バルブ７０を開いてＶＯＣ回収後のガスを排出する。また。出口バルブ７０を開くとともに、第１の連結管バルブ８４と第２の連結管バルブ８７を閉じて連結管８２内にはＶＯＣガスが流通しないようにし、且つ入口バルブ６８を開いて新たなＶＯＣガスをガス導入管６４へ導入し、ＶＯＣの冷却回収動作を再開する。

なお、上述してきたような各制御バルブの切り換え動作は、人手により行ってもよいし、制御部５８が各制御バルブに制御信号を出力して自動的に制御するようにしてもよい。

以上本発明につき好適な実施形態を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

本発明のＶＯＣ冷却回収装置の全体構成を示す説明図である。 従来のガス回収装置を示す説明図である。

符号の説明

３０ 冷却回収装置
３２ 二元冷凍機
３３ 高温側回路
３４ 低温側回路
３５ ファン
３６ カスケードコンデンサ
３７ 制御バルブ
３８ 高温側圧縮機
３９ 制御バルブ
４０ 高温側凝縮器
４３ 高温側減圧弁
４４ 第１の高温側蒸発器
４５ 冷媒流通管
４６ 第２の高温側蒸発器
４９ 分岐管
５０ 冷媒ドライヤ
５１ 低温側圧縮機
５２ 低温側凝縮器
５３ 温度センサ
５４ 低温側減圧弁
５５ 冷媒流通管
５６ 低温側蒸発器
５７ 冷媒ドライヤ
５８ 制御部
５９ オイルセパレータ
６０ プレクーラー
６２ メインクーラー
６４ ガス導入管
６５ 排気出口
６７ ガス流通管
６８ 入口バルブ
７０ 出口バルブ
７１ ガス排出管
７２ ドレンポート
７２，７４ ドレンポート
７６，７７ ドレン回収管
７８ 回収槽
７９ 排気管
８０ 排気フィルター
８２ 連結管
８４ 第１の連結管バルブ
８６ ブロワ
８７ 第２の連結管バルブ
９１ 断熱部材

Claims (3)

1. 気体となっているＶＯＣを含むＶＯＣガスから、ＶＯＣを液化させて回収するＶＯＣ冷却回収装置であって、
   第1の冷媒で冷却される高温側回路と第２の冷媒で冷却される低温側回路とがカスケードコンデンサを介して熱的に接続されてなる二元冷凍機と、
   第１の密閉容器内に前記高温側回路の蒸発器が配置されてなり、導入されるＶＯＣガスを予備冷却するプレクーラーと、
   第２の密閉容器内に前記低温側回路の蒸発器が配置されてなり、予備冷却されたＶＯＣガスを冷却するメインクーラーと、
   前記プレクーラーへＶＯＣガスを導入させるガス導入管と、
   前記プレクーラー内で予備冷却されて排出されたＶＯＣガスを前記メインクーラーへ導入させるガス流通管と、
   前記メインクーラーでＶＯＣが回収された残りのガスをメインクーラーから排出させるガス排出管と、
   前記ガス導入管を開閉する入口バルブと、
   前記ガス排出管を開閉する出口バルブと、
   前記ガス排出管と前記ガス導入管とを連結し、前記入口バルブと前記出口バルブを閉じた場合に、ガス導入管、ガス流通管及びガス排出管とともに閉管路を構成する連結管と、
   該連結管の中途部に配置されたブロワと、
   前記プレクーラー及び前記メインクーラーの下部に設けられたドレンポートと、
   前記プレクーラー及び前記メインクーラーの各ドレンポートに接続され、前記プレクーラー及び前記メインクーラーにおいて液化されたＶＯＣを流通させるドレン回収管と、
   該ドレン回収管に接続されており、回収したＶＯＣを貯留する回収槽とを具備することを特徴とするＶＯＣ冷却回収装置。
2. 前記出口バルブには凍結防止手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載のＶＯＣ冷却回収装置。
3. 前記連結管には、連結管を開閉するために、前記ブロワを挟んで第１の連結管バルブと第２の連結管バルブとが設けられ、
   第１の連結管バルブと第２の連結管バルブには、凍結防止手段が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＶＯＣ冷却回収装置。

Images