JP2010137188A - 脱臭装置および脱臭装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属触媒へ送られるガスの温度を最適に制御するとともに、金属触媒の温度上昇を防止した脱臭装置および脱臭装置の制御方法を提供する。
【解決手段】 臭気性成分を含むガスＧ１を金属触媒３９により脱臭する脱臭装置２２には、送られてきたガスＧ３を加熱する加熱部３５と、加熱部３５に設けられた第１の温度センサＡ１と、加熱部３５で加熱されたガスＧ４が送られる金属触媒部３６と、金属触媒部３６に設けられた第２の温度センサＡ２と、第１の温度センサＡ１と第２の温度センサＡ２の検出値を用いて前記加熱部３５の温度制御を行う制御装置４２とが備えられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、臭気性成分を含むガスを金属触媒により脱臭する脱臭装置および脱臭装置の制御方法に関する。

白金系やパラジウム系等の貴金属を触媒として用いた脱臭装置は公知である。前記脱臭装置では、金属触媒の種類や、ガスの成分・濃度・供給量等に応じてガスの温度を１５０℃〜５００℃程度とし、金属触媒へ送り込み触媒酸化法により臭い成分の脱臭を行う。しかしながら前記脱臭装置は、前記のように金属触媒の種類等によっても相違するが、前記金属触媒の温度が４００℃〜８００℃程度となると活性劣化を起こし、その寿命が短くなるという問題がある。前記脱臭装置の加熱制御に関する先行技術としては、特許文献１、特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献１では第１図に示されるように、触媒反応器６にヒータ７と温度検知器１０が取付けられ、温度検知器１０で検出された温度は、制御装置１３を介してヒータ７の温度を制御するようになっている。しかし特許文献１では、触媒反応器６に送られるガスは、熱交換器５で加熱されるものの高精度に温度制御されるわけではないので、前記ガスの温度が効率的に温度制御ができず、触媒反応器６の温度も同様に高精度に制御できなかった。

また特許文献２では図１に示されるように、電気ヒーターから触媒（白金系触媒）へ送られる処理対象ガスの温度を検出し、制御装置を介して電気ヒーターを制御することにより、処理対象ガスの温度制御を行っている。しかし触媒の温度を検出して電気ヒーターの制御を行うものではないため、高精度に触媒の温度制御ができず、特に触媒が高温状態となったことを検出できず、触媒の活性劣化に繋がる場合があるという問題があった。

特開昭６４−２７６３２号公報（３頁、図１） 特開２００１−３４０４３４号公報（００１８、図１）

本発明では上記の問題を鑑みて、金属触媒へ送られるガスの温度を最適に制御するとともに、金属触媒の温度上昇を防止した脱臭装置および脱臭装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の脱臭装置は、臭気性成分を含むガスを金属触媒により脱臭する脱臭装置において、送られてきたガスを加熱する加熱部と、加熱部に設けられた第１の温度センサと、加熱部で加熱されたガスが送られる金属触媒部と、金属触媒部に設けられた第２の温度センサと、第１の温度センサと第２の温度センサの検出値を用いて前記加熱部の温度制御を行う制御装置と、を備えたことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の脱臭装置の制御方法は、臭気性成分を含むガスを金属触媒により脱臭する脱臭装置の制御方法において、送られてきたガスを加熱する加熱部と、加熱部に設けられた第１の温度センサと、加熱部で加熱されたガスが送られる金属触媒部と、金属触媒部に設けられた第２の温度センサとが備えられ、前記第１の温度センサの信号により加熱部の温度を制御するとともに、前記第２の温度センサの信号により加熱部の温度を下降方向に制御することを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の脱臭装置の制御方法は、臭気性成分を含むガスを金属触媒により脱臭する脱臭装置の制御方法において、送られてきたガスを加熱する加熱部と、加熱部に設けられた第１の温度センサと、加熱部で加熱されたガスが送られる金属触媒部と、金属触媒部に設けられた第２の温度センサとが備えられ、前記第１の温度センサの信号と前記第２の温度センサの信号を直列に用いて加熱部の温度制御を行うことを特徴とする。

本発明の脱臭装置は、臭気性成分を含むガスを金属触媒により脱臭する脱臭装置において、送られてきたガスを加熱する加熱部と、加熱部に設けられた第１の温度センサと、加熱部で加熱されたガスが送られる金属触媒部と、金属触媒部に設けられた第２の温度センサと、第１の温度センサと第２の温度センサの検出値を用いて前記加熱部の温度制御を行う制御装置とを備えているので、金属触媒部へ送られるガスの温度を制御して金属触媒部の触媒が劣化する温度に上昇することを防止することができる。

本発明の実施形態について、図１ないし図３を参照して説明する。図１は、本実施形態の脱臭装置を含む射出装置の真空吸引装置の概略図である。図２は、本実施形態の脱臭装置の断面図である。図３は、本実施形態の脱臭装置の制御方法のフローチャート図である。

図１に示されるように射出成形機の射出装置１１は、加熱筒１２の内部にスクリュ１３が配設されており、成形材料の貯蔵タンク１４からフィードスクリュ１５を経て供給された成形材料Ｍを加熱筒１２の内部で溶融し、スクリュ１３の前進により成形金型１６のキャビティ１７内へ射出されることによって成形品が成形されるようになっている。フィードスクリュ１５が配設される筒部を含む加熱筒１２内は、シールされており外部から密閉構造となっている。そして前記フィードスクリュ１５が配設される筒部には吸引用の管１８が接続され、フィルタ１９を介して吸引用ポンプである真空ポンプ２０に接続されている。真空ポンプ２０の下流側は、真空ポンプ２０で発生する騒音を減少させるサイレンサ２１に管を介して接続され、サイレンサ２１の下流側には管を介して脱臭装置２２が接続されている。

図２に示されるように脱臭装置２２は、加熱筒１２内で可塑化時に発生し真空ポンプ２０から送られてきた臭気性成分を含むガスＧ１を白金系またはパラジウム系等の金属触媒により脱臭する触媒式脱臭装置である。脱臭装置２２は、円筒形状をしており、円筒状の断熱材で覆われた側壁部２３と底板２４と上板２５とからなる外殻体が設けられている。そして前記底板２４には、ガス供給管２６が接続されている。また上板２５には外部への排気口を有する排気管２７が接続されている。ガス供給管２６には、外部からの大気Ｇ２を取り入れる大気供給管２８が接続されている。そして前記大気供給管２８には、大気の供給量を制御するレギュレータ２９が取付けられている。また前記大気供給管２８からは管３０が分岐しており、前記管３０には電磁開閉弁３１が取付けられている。そして前記レギュレータ２９が設けられた大気供給管２８および電磁開閉弁３１が設けられた管３０は再び合流してコンプレッサ３２に接続されている。また脱臭装置２２の外殻体内におけるガス供給管２６の開口部３３の近傍には邪魔板３４が取付けられ、前記ガス供給管２６から外殻体内に導入されたガスが分散されるとともに流速が弱められるようになっている。

脱臭装置２２の外殻体内は、大まかに区分すると、下部側が加熱部３５となっており、上部側が金属触媒部３６となっている。脱臭装置２２の下部側の加熱部３５は、供給された混合ガスＧ３が通過する中空部にコイル状のヒータ３７が配設されている。そして加熱部３５におけるヒータ３７の近傍には第１の温度センサＡ１である熱電対が側壁部２３から内側に向けて取付けられている。なお脱臭装置２２は、加熱部と金属触媒部が分割されておりガス供給管で接続されたものでもよい。また加熱部３５は送られてきたガスを加熱可能なものであれば、別のタイプのものでもよい。加熱部の一例としては、脱臭装置からの排気されるガスの熱を利用した熱交換器や赤外線加熱や誘導加熱を利用したもの等でもよい。また第１の温度センサＡ１の配設位置は、前記以外に直接ヒータやガス供給管等に接触するように配設してもよく、加熱された加熱ガスＧ４の流路上に配設してもよい。また第１の温度センサＡ１の種類は、熱電対以外の接触式または非接触式の温度センサや、サーモスタット等の温度センサ自体がスイッチ機能を有するものでもよい。

脱臭装置２２の上部側の金属触媒部３６は、微細な穴を有する金網３８内に、担体であるアルミナ粒に活性物質である白金が被覆されたペレット状粒体３９を詰めた金属触媒層が、第１の金属触媒層４０と第２の金属触媒層４１の２段に設けられている。なお金属触媒部３６に用いられる触媒作用を有する金属は、白金（白金系を含む）、パラジウム（パラジウム系）を含む等の貴金属触媒の他、触媒作用を有する他の金属であってもよい。また担体についてもアルミナに限定されず、担体の形状もハニカム状、多孔質状、金属リボン状等であってもよい。また金属触媒層の数も限定されない。そして第１の金属触媒層４０と第２の金属触媒層４１の間の中空部（金属触媒層の近傍）には、第２の温度センサＡ２である熱電対が側壁部２３から内側に向けて取付けられている。なお第２の温度センサＡ２は、金属触媒層の内部に直接挿入されるように熱電対を取付けてもよく、他の接触式または非接触式の温度センサであってもよい。そして第２の金属触媒層４１の上部（排出側）は、排気管２７に接続されている。

脱臭装置２２には主に温度制御を行う制御装置４２が配設されている。そして前記第１の温度センサＡ１と第２の温度センサＡ２は、制御装置４２に接続され、検出された温度が信号として制御装置４２に送られる。またヒータ３７と電源４３の間には電磁リレー式のスイッチ４４が設けられ、制御装置４２からの信号によりスイッチ４４がオン・オフされることにより、ヒータ３７への通電制御が行われるようになっている。なおヒータ３７等の加熱部３５の温度制御は、通電量を制御する等、別の通電制御を行うものでもよく、供給される混合ガスＧ３や排気ガスＧ５の経路にダンパ等を設けて温度制御の一部を行うものでもよい。また制御装置４２は、管３０に配設された電磁開閉弁３１に接続され、制御装置４２からの信号により前記電磁開閉弁３１が開閉可能となっている。

次に射出成形機の作動と脱臭装置２２の制御方法について説明する。射出装置１１では樹脂からなる成形材料Ｍの可塑化、射出が順次に行われるが、吸引用ポンプである真空ポンプ２０は常時稼動し、加熱筒１２内の成形材料Ｍが溶融する時に発生する水分や有機系の臭気性成分を含むガスＧ１を吸引して加熱筒１２内を−７０ｋＰａないし−１００ｋＰａに真空引きしている。

そしてフィルタ１９を介して真空ポンプ２０により吸引されたガスＧ１は、サイレンサ２１を介して脱臭装置２２へ送られる。脱臭装置２２へ送られてきたガスＧ１の温度は、常温〜８０℃程度となっている。そして前記ガスＧ１は、脱臭装置２２のガス供給管２６の途中で大気供給管２８からレギュレータ２９を介して送られてきた大気Ｇ２を混合して混合ガスＧ３とする。脱臭装置２２へ送られるガスＧ１に大気Ｇ２を混入して混合ガスＧ３とする理由は大きく分けて３つある。第１の理由は、金属触媒部３６により触媒作用を行う際には酸素を必要とするためである。第２の理由は、真空ポンプ２０から送られるガスＧ１は、真空度が高いためヒータ３７によりガスＧ１を加熱する場合に熱伝達が良好でないので、熱伝達を良好にするために真空度を減少させる（大気圧または大気圧に近づける）ためである。第３の理由は、常時ではないが金属触媒部３６が高温になりすぎた際に、金属触媒部３６の劣化を防止させるために緊急冷却する必要があり、その際に大気Ｇ２を大量に脱臭装置２２に供給するためである。本実施形態では、通常時には毎分３０Ｌ程度の大気Ｇ２がコンプレッサ３２からレギュレータ２９を介してガス供給管２６内に送られ、真空ポンプ２０からのガスＧ１と混合されて大気混合ガスＧ３として脱臭装置２２の加熱部３５へ送られる。この際、電磁開閉弁３１は閉鎖されている。なお本実施形態では、レギュレータ２９は手動により供給量が操作されるが、第１の温度センサＡ１または第２の温度センサＡ２の温度により大気Ｇ２の供給量を増減制御するようにしてもよい。

そして前記大気混合ガスＧ３は、外殻部内の邪魔板３４により分流された後、加熱部３５のヒータ３７の間を通過する際に加熱され、加熱ガスＧ４として金属触媒部３６へ送られる。そして前記加熱ガスＧ４は、金属触媒部３６では金網３８およびペレット状粒体３９からなる第１の金属触媒層４０および第２の金属触媒層４１の間を通過する。その際に前記加熱ガスＧ４の熱により高温状態となったペレット状粒体３９の表面の白金層によりガスに含まれる有機系の臭気物質に対する酸化反応が進行する。その際加熱ガスＧ４に含まれる有機系の臭気物質や溶剤が酸化反応により発熱され、金属触媒部３６は当初の加熱ガスＧ４の温度よりも更に昇温される。そして前記加熱ガスＧ４は、第１の金属触媒層４０および第２の金属触媒層４１を通過することにより脱臭された排気ガスＧ５となり、排気管２７の排気口から外部へ排出される。

次に脱臭装置２２の温度制御について、図３のフローチャート図により説明する。本実施形態では、加熱部３５のヒータ３７の近傍に配設された第１の温度センサＡ１から制御装置４２に検出された温度が送信され、制御装置４２において前記温度が４５０℃以上か４５０℃より低いかが判断される（Ｓ１）。そして第１の温度センサＡ１の検出温度が４５０℃以上の場合、制御装置４２によりスイッチ４４が切断され、ヒータ３７がＯＦＦとなる（Ｓ２）。従って加熱部３５においては、４５０℃を目標温度としたクローズドループ制御がなされ、加熱ガスＧ４の温度が敏感に制御される。

同時に金属触媒部３６の第１の金属触媒層４０と第２の金属触媒層４１の間に配設された第２の温度センサＡ２から制御装置４２に検出された温度が送信され、制御装置４２において前記温度が５００℃以上か５００℃より低いかが最初に判断される（Ｓ３）。そして前記温度が５００℃より低い場合は、制御装置４２によりスイッチ４４が接続され、ヒータ３７がＯＮとなる（Ｓ４）。つまり第１の温度センサＡ１と第２の温度センサＡ２の信号は制御装置４２によって直列状態で用いられ、「第１の温度センサＡ１の検出温度＜４５０℃ ＡＮＤ 第２の温度センサＡ２の検出温度＜５００℃」の条件を満たされた場合のみヒータ３７がＯＮとなる。そして第２の温度センサＡ２の検出温度が５００℃以下でヒータ３７がＯＮとなっても、（Ｓ１）に戻り、第１の温度センサＡ１の温度が４５０℃より高くなるとヒータ３７はＯＦＦとなる。また第２の温度センサＡ２の検出温度が５００℃以上の場合は、制御装置４２を介してスイッチ４４が切断され、ヒータ３７がＯＦＦとなる（Ｓ５）。なお第２の温度センサＡ２の検出温度が５００℃以下の場合はそのままヒータ３７をＯＮとし（（Ｓ３）と（Ｓ４）の間で判断と実行を繰り返し）、第２の温度センサＡ２の検出温度が５００℃を越えて初めて、（Ｓ５）に進むようにしてもよい。

そして前記第２の温度センサＡ２の検出温度が５００℃以上の場合は、制御装置４２において更に第２の温度センサＡ２の温度が６００℃以上かどうかが判断される（Ｓ６）。そして第２の温度センサＡ２の検出温度が６００℃以上の場合は、停止制御（Ｓ７）を行う。停止制御に際しては、制御装置４２から電磁開閉弁３１に信号が送られ電磁開閉弁３１を開放する。そしてコンプレッサ３２から管３０および大気供給管２８を介して脱臭装置２２内へ大量の大気Ｇ２を送り、金属触媒部３６の冷却を行ってから射出装置１１および真空ポンプ２０等を停止するとともに、アラームを発する。なお射出成形機や真空ポンプ２０等は作動を継続し、脱臭装置２２だけを大気Ｇ２の大量供給によって緊急冷却するようにしてもよい。

また第２の温度センサＡ２の温度が６００℃より低い場合は、再びＳ１に戻り、「第１の温度センサＡ１の検出温度＜４５０℃ ＡＮＤ 第２の温度センサＡ２の検出温度＜５００℃」の条件を満たされた場合のみヒータ３７がＯＮとなる。

このように脱臭装置２２を第１の温度センサＡ１と第２の温度センサＡ２の２つのセンサを用い、特に第２の温度センサＡ２の信号により加熱部３５の温度を下降方向に制御する理由は、金属触媒部３６が高温（一例として５００℃以上）となりすぎると白金等の金属触媒が活性劣化を起こし、寿命が短くなるためである。そして金属触媒部３６は、その触媒作用の過程で、ガスＧ１（加熱ガスＧ４）に含まれる有機系の臭気性物質等の酸化反応熱により、供給された加熱ガスＧ４の温度よりも高くなることが多い。しかしながら加熱部３５に第１の温度センサＡ１のみを設けた場合、前記金属触媒部３６の温度は検出できず、金属触媒部３６が活性劣化を起こす温度となっていても検出ができない。

一方、金属触媒部３６のみに第２の温度センサＡ２を設けた場合、金属触媒部３６は加熱ガスＧ４の酸化反応熱により、ヒータ３７のＯＮ・ＯＦＦから一定時間遅れて昇温するため応答性の高い制御が行えない。即ち金属触媒部３６の温度が好適な温度範囲を外れたことにより、ヒータ３７をＯＮ或いはＯＦＦとしても、暫くの間金属触媒部３６の温度は更に好適な温度範囲から外れる方向に昇温または降温してしまう場合がある。

なお第１の温度センサＡ１および第２の温度センサＡ２の検出温度が、それぞれ何℃である場合にヒータ３７をＯＮ・ＯＦＦにするかは、ガスＧ１の成分・濃度・供給量や、脱臭装置２２の構造、脱臭装置２２に使用される金属触媒の種類等によって相違する。しかしながら一例としては、第１の温度センサＡ１により加熱部３５を１５０℃〜５００℃に制御することがより望ましい。また第２の温度センサＡ２により加熱部３５の加熱を下降方向に制御する（加熱中断または低温制御を含む）温度は、第１の温度センサＡ１の検出温度よりも高温であって４００℃〜８００℃がより望ましい。

または別の実施例として、脱臭装置２２の温度制御は、第１の温度センサＡ１の検出温度によりヒータ３７をＯＮとＯＦＦの両方を含む温度制御を行うとともに、第２の温度センサＡ２の検出温度により、ヒータ３７がＯＦＦとする等に下降制御を行うようにしてもよい。一例としては、第１の温度センサＡ１の検出温度４５０℃より低い場合で第２の温度センサＡ２の温度が５００℃よりも低い場合に、ヒータ３７をＯＮとする。しかし第２の温度センサＡ２の温度が５００℃よりも低い場合であっても第１の温度センサＡ１の検出温度が４７０℃に到達した場合は、ヒータ３７をＯＦＦとする。この別の実施例の場合は、加熱部３５の温度をより精度よく制御できる上に、ヒータ３７をＯＦＦにするための金属触媒部３６の上限温度についても確実に設定できる。

本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を付加して実施することができる。本発明の脱臭装置は、射出成形機の射出装置の他、プランジャ装置、押出機、混練機、プレス機、ペレット造粒装置、半導体製造装置、積層成形装置、および化学プラント装置などで臭気性成分を含むガスが発生する装置であればいずれにも取付け可能である。そして前記脱臭装置が取付けられる装置に使用される成形材料についても、樹脂の他、他の有機物質、有機物質と無機物質との混合物等、種類を問わない。

本実施形態の脱臭装置を含む射出装置の真空吸引装置の概略図である。 本実施形態の脱臭装置の断面図である。 本実施形態の脱臭装置の制御方法のフローチャート図である。

符号の説明

２２ 脱臭装置
３５ 加熱部
３６ 金属触媒部
３７ ヒータ
４０ 第１の金属触媒層
４１ 第２の金属触媒層
４２ 制御装置
Ａ１ 第１の温度センサ
Ａ２ 第２の温度センサ
Ｇ１ ガス
Ｇ４ 加熱ガス

Claims (3)

1. 臭気性成分を含むガスを金属触媒により脱臭する脱臭装置において、
   送られてきたガスを加熱する加熱部と、
   加熱部に設けられた第１の温度センサと、
   加熱部で加熱されたガスが送られる金属触媒部と、
   金属触媒部に設けられた第２の温度センサと、
   第１の温度センサと第２の温度センサの検出値を用いて前記加熱部の温度制御を行う制御装置と、を備えたことを特徴とする脱臭装置。
2. 臭気性成分を含むガスを金属触媒により脱臭する脱臭装置の制御方法において、
   送られてきたガスを加熱する加熱部と、
   加熱部に設けられた第１の温度センサと、
   加熱部で加熱されたガスが送られる金属触媒部と、
   金属触媒部に設けられた第２の温度センサとが備えられ、
   前記第１の温度センサの信号により加熱部の温度を制御するとともに、
   前記第２の温度センサの信号により加熱部の温度を下降方向に制御することを特徴とする脱臭装置の制御方法。
3. 臭気性成分を含むガスを金属触媒により脱臭する脱臭装置の制御方法において、
   送られてきたガスを加熱する加熱部と、
   加熱部に設けられた第１の温度センサと、
   加熱部で加熱されたガスが送られる金属触媒部と、
   金属触媒部に設けられた第２の温度センサとが備えられ、
   前記第１の温度センサの信号と前記第２の温度センサの信号を直列に用いて加熱部の温度制御を行うことを特徴とする脱臭装置の制御方法。

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