JP2009125670A - 吸着槽交換時期を監視するシステム及びこれを具備する揮発性有機化合物廃ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】破過した吸着槽の交換時期を的確にかつ極めて簡単に把握することのできる吸着槽交換時期を監視するシステム、およびこれを具備する揮発性有機化合物廃ガス処理装置を提供する。
【解決手段】吸着槽１、２の破過点に基づいて被浄化ガスの流路を切り換えるとともに、吸着槽１、２の交換時期を監視するシステムであって、揮発性有機化合物検出センサ１１による吸着槽１、２を通過した被浄化ガスのセンサ抵抗値Ｒｓの計測、および同一揮発性有機化合物検出センサ１１による標準ガス吸入口からの標準ガスのセンサ抵抗値Ｒａの計測を交互に繰り返して計測し、計測データを基に、式Ｒｓ／Ｒａにより前記吸着槽の破過点を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被浄化ガス中の揮発性有機化合物廃ガス（以下、廃ＶＯＣガス）を処理する吸着槽の交換時期を監視するシステム、およびこれを具備する揮発性有機化合物廃ガス処理装置（以下、廃ＶＯＣガス処理装置）に関するものである。

特許文献１−５に開示されているような被浄化ガス（大気環境に揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣ）を含む廃ガスが排出される場合に、有害性をもたらす濃度値以上のＶＯＣを含むガスのことをいう）中の廃ＶＯＣガス（大気環境に排出されようとしている被浄化ガス中のＶＯＣガスをいう）を処理する吸着槽において、従来、吸着容量の超過により被吸着体である廃ＶＯＣガスが吸着されずに通過する破過点を、予め吸着槽に吸着可能な揮発性有機化合物ガス（以下、ＶＯＣガス）の量から、一定濃度下での吸着可能時間で設定しており、その吸着可能時間の経過によって吸着槽の交換時期を判断している。

しかしながら、廃ＶＯＣガス排出濃度が一定でない作業環境においては、破過が起こったか否かを正確に判断できないまま、吸着槽の交換を余儀なくされ、廃ＶＯＣガスの大気中への排出、あるいは吸着槽の交換回数の増大に繋がる、といった問題が生じていた。
特開２００６−８８００１号公報 特開平５−２５７３３８号公報 特開２００４−０３３９８７号公報 特開２００５−２５７３３８号公報 特開平６−１６５９１１号公報

本発明は、以上のとおりの事情に鑑み、破過した吸着槽の交換時期を的確にかつ極めて簡単に把握することのできる吸着槽交換時期を監視するシステム、およびこれを具備することによる吸着槽の交換を容易に報知できる廃ガス処理装置を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、被浄化ガス中の廃ＶＯＣガスを対象とした吸着槽の破過点に基づいて、被浄化ガスの流路を切り換えるとともに、前記吸着槽の交換時期を監視するシステムであって、前記被浄化ガスが前記吸着槽を通過したのち、少なくともその一部を被計測ガスとした揮発性有機化合物検出センサ（以下、センサ）によるセンサ抵抗値Ｒｓの計測、および同一センサによる標準ガス吸入口から吸入する標準ガスのセンサ抵抗値Ｒａの計測を交互に繰り返して計測する手段と、得られた計測データを基に、式Ｒｓ／Ｒａにより前記吸着槽の破過点を算出する手段と、を備えることを特徴とする吸着槽の交換時期を監視するシステムを提供する。

第２には、Ｒｓ／Ｒａ＞濃度値Ｘでは未破過状態、Ｒｓ／Ｒａ＜＝濃度値Ｘでは破過状態と判定するシステム、第３には、廃ＶＯＣガスである被計測ガスおよび標準ガスの一方または両方をセンサに誘導する吸引ポンプを有するシステム、第４には、被計測ガスの流路を切り換える開閉式の被計測ガス用流路切換バルブを有するシステム、第５には、標準ガスの流量を調節する開閉式の標準ガス用流量調節バルブを有するシステム、第６には、標準ガス吸入口とセンサとの間に、標準ガスを清浄する第一吸着体を有するシステム、第７には、センサと吸引ポンプとの間に、標準ガスを清浄する第二吸着体を有するシステム、第８には、破過状態を示すＲｓ／Ｒａ＜＝濃度値Ｘとなる前に前記吸着槽の緊急交換を報知する手段をさらに備えるシステム、第９には、破過状態を示すＲｓ／Ｒａ＜＝濃度値Ｘとなる前であって、Ｒｓ／Ｒａ＜＝濃度値Ｙ（但し、濃度値Ｘ＜濃度値Ｙ＜１）のときに、前記吸着槽の緊急交換を報知するシステムを提供する。

また、本発明は、上記の課題を解決するものとして、第１０には、被浄化ガスを吸入する吸入口と、廃ＶＯＣガスに対する少なくとも１つの吸着槽と、廃ＶＯＣガスを吸着して有害性をもたらす濃度値以下に浄化済みのガス（以下、浄化ガス）を排出する排出口とを備える処理装置において、前記いずれかの吸着槽交換時期を監視するシステムを備える、ことを特徴とする廃ＶＯＣガス処理装置をも提供する。

上記のとおりの特徴を有する本発明は、１つのセンサにより吸着槽の排気側の濃度計測と外部からの大気ガス（以下、外気）等つまり標準ガスの計測を交互に繰り返して、それぞれのセンサ抵抗値を比較しながら破過点を決める、定量性のある容易な吸着槽交換時期を監視するシステムおよび廃ＶＯＣガス処理装置である。

従来、吸着層へ吸引または排出される被浄化ガスの流量が変動したり、その中に含まれる廃ＶＯＣガス濃度は必ずしも一定ではなく、また作業内容によっては間歇的になっているのが現状である。あるいは、吸着槽が具備する吸着物によっては等温吸着量が一定ではなく、例えば一度吸脱着した場合に宿命的に平衡吸着量が残存することがあるなど、的確に破過状態を把握されていない状況もある。吸着槽の交換が遅くなれば大気汚染や周辺の環境悪化に繋がり、交換が早過ぎれば交換の負担が増大するが、上記のとおりの特徴を有する本発明によれば、これらの問題点を解消できるほか、例えば化学物質排出把握管理促進法（ＰＲＴＲ）に定められているような大気へのＶＯＣ排出量の把握が時々刻々の計測濃度値の積算から可能となる。

図１に示す本発明の一実施形態では、まず、一つ以上の吸着槽１、２の排出口それぞれに対して、浄化ガスを引き込むガス濃度計測用の流路を各種構成要素３〜１２を用いて構成してあり、この計測用流路では、吸引ポンプ１０により例えば標準ガスとして外気と吸着槽１、又は２からの排出口ガス（以下、浄化ガス）を交互に吸引する。計測用流路制御および破過検出は、センサ出力処理、バルブの開閉切り換え等の制御、及び情報判断処理装置１２により自動化されている。なお、吸引ポンプ１０の代わりに、たとえばブロアの利用も可能である。ブロアは、図１の被浄化ガスをバルブ５又は６を通過させて、かつ吸着槽１又は２を通過させて浄化ガスを外部に誘引するために設置されている駆動体である。この浄化ガスは吸着槽が破過に至るまでの標準ガスとして用いることができる。ブロアによる吸引流量は吸引ポンプのそれに比して一般的に過大であるためにバルブ９は流量調整が可能とする開閉式バルブとしておく。

この実施形態についてさらに説明すると、まず、交換対象である２つの吸着槽１、又は２の一方（例えば吸着槽１とする）に吸引または排出される廃ＶＯＣガスが吸着される工程において、吸着槽１を通過して排出される浄化ガスを、小型の吸引ポンプ１０による吸引によってバルブ７を開路しセンサ１１に導入させ、その濃度に対応するセンサ出力電圧Ｖｓを計測する。

計測終了後、バルブ７、８とも閉路とし、次にバルブ９を開路して、標準ガスとして、例えば外気を吸引し、センサ１１によりその濃度を計測する。このとき、標準ガスを吸引した際には、センサ１１に付着した微量のＶＯＣやその他の微量な挟雑物質を除去することもでき、これによって、センサ１１を比較的正常に機能させることができる。そして、標準ガスとしての機能を十分に発揮させるため、外気等を簡単な小型のカートリッジ状の第一吸着体３を通過させることが望ましく、特に、標準ガスとして外気を利用する場合には、外気に含まれる微量のＶＯＣ等を除去することができる。標準ガスとしては、外気以外にも、例えば、空気ボンベ等を利用してもよい。本発明における第一吸着体３の吸着物は、特殊なものである必要はなく、ＶＯＣを少しでも吸着する物質、たとえば活性炭のようなもののほかに、簡単なフィルタ類でもよい。ただし、前もってＶＯＣを吸着していないものであることが望ましい。なお、本発明においては、計測後の被計測ガスを小型のカートリッジ状第二吸着体４によって浄化して大気に排出する構成としてもよい。

センサ１１は、たとえば図２に示した半導体型センサとすることができ、これにおいて、吸着槽１からの被計測ガス計測時のセンサ１１の抵抗値は、Ｒｓ＝（Ｖｃ／Ｖｓ−１）×Ｒ_L、小型のカートリッジ状第一吸着体３からの標準ガスとしての外気計測時のセンサ１１の抵抗値は、Ｒａ＝（Ｖｃ／Ｖａ−１）×Ｒ_Lで求められる。ここで、Ｖｓ＝被計測ガス計測時のセンサ出力電圧、Ｖａ＝外気計測時のセンサ出力電圧、Ｖｃ＝印加電圧（回路電圧）、Ｒ_L＝ＶＲ_L+Ｒ_L0＝センサ負荷抵抗値、Ｒ_L0＝センサ設置時に固定する一定の抵抗値、ＶＲ_L＝センサ設置時に負荷抵抗を固定するための調整可能な抵抗値である。このセンサ抵抗値Ｒｓは、ＶＯＣガスに触れると小さくなる、つまりＶｓは大きくなる。

同一のセンサ１１を使用することでＶｃとＲ_Lはともに一定であるので、被計測ガス計測時の出力Ｖｓと外気計測時の出力Ｖａを観測すれば、それぞれの抵抗値の比Ｒｓ／Ｒａを求めることができ、この値からガス濃度を算出できる。したがって、破過点を大気に排出してよいＶＯＣの種類によって法令等で予め決められている規定濃度と仮定とし、その濃度に対するセンサ抵抗値比を濃度値Ｘとすると、未破過状態ではＲｓ／Ｒａ＞Ｘ、破過状態ではＲｓ／Ｒａ＜＝Ｘとなる。

以上の破過点決定処理は図１におけるセンサ出力処理、バルブの開閉切り換え等の制御、及び情報判断処理装置１２により自動的に実行される。

一般的に吸着槽１、２の活性炭等の吸着物は、破過開始点に達すると、ＶＯＣガスの吸着能力が急激に失われ飽和吸着点に達するという特徴を有する。従って規定濃度は破過開始点と飽和吸着点との間になるように設定されるように、かつ、大気に排出される浄化ガス濃度が規定濃度を超えないように設定される必要がある。

図２において負荷抵抗Ｒ_Lを可変抵抗ＶＲ_Lにより測定が可能な適正値に調整後、ＶＯＣの一つであるトルエンを例にとり、２０ｐｐｍから３５０ｐｐｍまでのトルエン濃度に対するセンサ抵抗値比Ｒｓ／Ｒａを求めて、その関係を図３に例示する。いま仮に大気に排出することができる濃度が５０ｐｐｍと規定されているとすると、図３から、トルエン濃度５０ｐｐｍにおけるＲｓ／Ｒａは０．１４程度である。これらの数値以下では明らかに破過状態に達していることを意味する。

図４は、上述した本発明の吸着槽交換時期を監視するシステムの全体の処理フローチャートである。本発明では、廃ＶＯＣガス処理装置における吸着槽１、又は２の破過状況に応じて被浄化ガスの流路を選択する（バルブ５、６の開閉制御）。吸着槽１、又は２の一方が破過状態になると（Ｒｓ／Ｒａ＜＝濃度値Ｘ）他方に自動的に切換え、切換え後、破過状態の吸着槽を交換する。また、吸着槽１、又は２のいずれか一方が破過状態になっており（Ｒｓ／Ｒａ＜＝濃度値Ｘ）、さらに、もう一方の吸着槽も破過に陥ろうとしたとき（Ｒｓ／Ｒａ＜＝濃度値Ｙ（但し、濃度値Ｘ＜濃度値Ｙ＜１））、緊急に交換すべきであることを報知する。そして、すべての吸着槽が破過状態になった場合に、装置は自動で停止する。

より具体的には、図１の装置の初期化後（Ｓ１）、まず吸着槽１が破過状態か否かを判定し（Ｓ２）、まだ破過状態でなければ（Ｓ２−Ｎｏ）、吸着槽１をα、バルブ５をβ、バルブ７をγとプログラム上設定し（Ｓ３）、αの流路上のβを開路、吸着槽２の流路上のバルブ６を閉路とする（Ｓ４）。次にブロアを稼動させ（Ｓ５）、ガス濃度計測をバックグラウンドで開始する（Ｓ６）。バックグラウンドとは、Ｓ６、Ｓ９、Ｓ１４からの開始要求や停止要求を受けながら並列に動作することを意味する。

ここで、システムの停止要求が作業者や管理者等によって発行されているか否かを判断し（Ｓ７）、停止要求が発行されておらず（Ｓ７−Ｎｏ）、かつα(この場合α＝吸着槽１)の破過を検出していなければ（Ｓ８−Ｎｏ）、再びシステムの停止要求が発行されているか否かを判断する（Ｓ７）。停止要求が発行されておらず（Ｓ７−Ｎｏ）、かつαの破過を検出していれば（Ｓ８−Ｙｅｓ）、ステップＳ６で開始したガス濃度計測を停止し（Ｓ９）、αを破過状態と判定して（Ｓ１０）、引き続き吸着槽１の破過状態を確認する（Ｓ２）。

続いて、吸着槽１が破過状態になると（Ｓ２−Ｙｅｓ）、吸着槽２が破過状態か否かを判定し（Ｓ１１）、未破過状態であれば（Ｓ１１−Ｎｏ）、吸着槽２をα、バルブ６をβ、バルブ８をγとプログラム上設定し（Ｓ１２）、吸着槽１の流路上のバルブ５を閉路、αの流路上のβを開路とし（Ｓ４）、引き続き処理Ｓ５−Ｓ１０を行う（この場合α＝吸着槽２）。この間に破過状態にある吸着槽１を未破過状態の吸着槽と交換する。Ｓ７―Ｓ８の繰り返しの途中でシステム停止要求があるときは（Ｓ７−Ｙｅｓ）、バックグラウンドでのガス濃度計測の停止要求を発行し（Ｓ１４）、ブロアを停止し（Ｓ１５）、バルブ５〜６を閉路として（Ｓ１６）、システムを終了する。ここで、バックグラウンドで処理させたガス濃度計測に対する停止要求（Ｓ９、Ｓ１４）は、ガス濃度計測フローの処理を直ちに停止させるのではなく、センサ１１の洗浄（後述の図５におけるＳ１０８−Ｓ１１０）を行った上で停止する。また、すでに開始している場合に再び開始要求が発行された場合には、ガス濃度計測はガス濃度計測フローの最初の処理（Ｓ１０１）に移る。

吸着槽１が破過状態であり（Ｓ２）、続いて吸着槽２が破過状態であるか判定し（Ｓ１１）、もし破過状態である、すなわち吸着槽１および吸着槽２両方が破過状態である場合にはシステム停止要求を待ち（Ｓ１３）、バックグラウンドで処理していたガス濃度計測および破過状態表示を停止し（Ｓ１４）、ブロアを停止し（Ｓ１５）、バルブ５〜６を閉じ（Ｓ１６）、システムを終了する。

上記バックグラウンドで処理されるガス濃度計測は、たとえば図５のフローチャートのとおり、第一吸着体３からの標準ガスとしての外気等に対するセンサ出力電圧Ｖａと吸着槽１からの浄化ガスに対するセンサ出力電圧Ｖｓとを一つのセンサ１１で求める。

一つのセンサを用いることによってＶｓやＶａの毎回の計測に際しての温度、風速等の環境的な外的条件の影響を小さくする。ガス濃度計測後に処理情報を図４のシステムフローに伝えるだけでなく、第一吸着体３からの外気によりセンサ１１の洗浄を行う。

より具体的には、まず、γを閉路とし、バルブ９を開くとともに吸引ポンプ１０を稼動させて（Ｓ１０１）、第一吸着体３を通過した標準ガスとしての外気のセンサ出力電圧Ｖａを一定時間計測する（Ｓ１０２）。計測後、バルブ９を閉じ、図４のシステムフローの作動中のα、すなわち吸着槽１又は２に応じて、γ、すなわちバルブ７又は８のいずれかを開いて（Ｓ１０３）、αの浄化ガスのセンサ出力電圧Ｖｓを一定時間計測する（Ｓ１０４）。計測後、吸引ポンプ１０を停止し、γを閉じる（Ｓ１０５）。計測したＶａおよびＶｓに基づき、前述したセンサ抵抗値の式を用いて、センサ抵抗値比Ｒｓ／Ｒａを求め、濃度値Ｘ以下か否かを判断する（Ｓ１０６）。

濃度値Ｘ以下でない場合は（Ｓ１０６−Ｎｏ）、Ｘ＜Ｙ＜１なる濃度値Ｙと比較し（Ｓ１１１）、Ｙ以下であれば（Ｓ１１１−Ｙｅｓ）破過状態が近づいているとして破過警告を検出する（Ｓ１１２）。破過警告の検出は、たとえば活性炭のように、破過に到達するにしたがって除々に排出口濃度が濃くなる場合に適用できる。濃度値Ｙを設定することで、吸着槽の状態は未破過／破過直前／破過の３種類で判断され、破過直前にて破過警告を発するシステムとなる。ここで、図５のフローにおいて破過警告を検出した場合（Ｓ１１２）、図６に例示した破過状態表示フローにおいて、α以外も全て破過状態である場合には（Ｓ２０３−Ｙｅｓ）、破過状態の吸着槽の緊急交換をディプレイ表示等により指示し（Ｓ２０４）、破過状態でない吸着槽がある場合には（Ｓ２０３−Ｎｏ）、破過状態の吸着槽に対する通常通りの交換を指示する（Ｓ２０５）。破過警告を検出していない場合も（Ｓ２０２−Ｎｏ）も同様に通常の交換を促す（Ｓ２０５）。これにより、一方の吸着槽が既に破過して、他方の吸着槽も破過に達しようとしたとき、緊急で交換するように促すことができる。濃度値１から濃度値Ｘに至る前に濃度値Ｙを設けると、たとえば廃ＶＯＣガスが破過点以下に近い濃度で排出されている場合の監視の精度を高めることや、可能な限り吸着して吸着槽の効率的な使用ができて交換コストを抑えたいという要求にも応えられる。

図５のフローに戻り、センサ抵抗値比Ｒｓ／Ｒａが濃度値Ｘ以下となった場合は（Ｓ１０６−Ｙｅｓ）、破過を検出したと判断して（Ｓ１０７）、γを閉じて、バルブ９を開き、吸引ポンプ１０を稼動させて（Ｓ１０８）、一定時間吸引ポンプを稼動させてガスセンサ１１を洗浄する（Ｓ１０９）。洗浄後、吸引ポンプ１０を停止し、バルブ９を閉じる（Ｓ１１０）。破過を検出したと判断した場合は（Ｓ１０７）、破過検出の情報を図４のシステムフローに伝えて、α（稼働中の吸着槽１又は２）が破過状態と判断する（Ｓ８）。破過状態にある吸着槽は速やかに未吸着吸着槽と交換する。

センサ１１として、ここに例示した半導体型センサのみならず接触燃焼型センサ等ＶＯＣガスに有効に機能するガスセンサであればいずれもこのシステムに適用することができる。

本発明の一実施形態を示す図 ガスセンサの一例を示す回路図 本発明について説明するための図 本発明における吸着槽交換時期を監視するシステムフローチャート 本発明におけるガス濃度計測フローチャート 本発明における破過状態表示フローチャート

符号の説明

１ 吸着槽
２ 吸着槽
３ 小型カートリッジ状吸着体
４ 小型カートリッジ状吸着体
５ バルブ
６ バルブ
７ バルブ
８ バルブ
９ バルブ
１０ 吸引ポンプ
１１ ガスセンサ
１２ センサ出力処理、バルブの開閉切り換え等の制御、及び情報判断処理装置

Claims (10)

1. 被浄化ガス中の揮発性有機化合物廃ガスを対象とした吸着槽の破過点に基づいて、前記被浄化ガスの流路を切り換えるとともに、前記吸着槽の交換時期を監視するシステムであって、前記被浄化ガスが前記吸着槽を通過したのち、少なくともその一部を被計測ガスとした揮発性有機化合物検出センサによるセンサ抵抗値Ｒｓの計測、および同一の揮発性有機化合物検出センサによる標準ガス吸入口から吸入する標準ガスのセンサ抵抗値Ｒａの計測を交互に繰り返して計測する手段と、得られた計測データを基に、式Ｒｓ／Ｒａにより前記吸着槽の破過点を算出する手段と、を備えることを特徴とする吸着槽交換時期を監視するシステム。
2. 前記吸着槽を、Ｒｓ／Ｒａ＞濃度値Ｘでは未破過状態、Ｒｓ／Ｒａ＜＝濃度値Ｘでは破過状態であると判定する、請求項１に記載の吸着槽交換時期を監視するシステム。
3. 被計測ガスおよび標準ガスの一方または両方を揮発性有機化合物検出センサに誘導する吸引ポンプを有する、請求項１または２に記載の吸着槽交換時期を監視するシステム。
4. 被計測ガスの流路を切り換える開閉式の被計測ガス用流路切換バルブを有する、請求項１から３のいずれかに記載の吸着槽交換時期を監視するシステム。
5. 標準ガスの流量を調節する開閉式の標準ガス用流量調節バルブを有する、請求項１から４のいずれかに記載の吸着槽交換時期を監視するシステム。
6. 標準ガス吸入口と揮発性有機化合物検出センサとの間に、標準ガスを清浄する第一吸着体を有する、請求項１から５のいずれかに記載の吸着槽交換時期を監視するシステム。
7. 揮発性有機化合物検出センサと吸引ポンプとの間に、被計測ガスを浄化する第二吸着体を有する、請求項３から６のいずれかに記載の吸着槽交換時期を監視するシステム。
8. 破過状態を示すＲｓ／Ｒａ＜＝濃度値Ｘとなる前に前記吸着槽の緊急交換を報知する手段をさらに備える、請求項１から７のいずれかに記載の吸着槽交換時期を監視するシステム。
9. 破過状態を示すＲｓ／Ｒａ＜＝濃度値Ｘとなる前であって、Ｒｓ／Ｒａ＜＝濃度値Ｙ（但し、濃度値Ｘ＜濃度値Ｙ＜１）のときに、前記吸着槽の緊急交換を報知する、請求項８記載の吸着槽交換時期を監視するシステム。
10. 被浄化ガスを吸入する吸入口と、被浄化ガス中の揮発性有機化合物廃ガスに対する少なくとも１つの吸着槽と、浄化済みのガスを排出する排出口とを備える揮発性有機化合物廃ガス処理装置において、請求項１から９のいずれかに記載の吸着槽交換時期を監視するシステムを備える、ことを特徴とする揮発性有機化合物廃ガス処理装置。