JP2013217590A - 排ガス処理方法および排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガスに含まれる有機成分を効率よく除去することが可能な排ガス処理方法および排ガス処理装置を提供する。
【解決手段】分解処理すべき有機成分を含む被処理ガスを分散させるための前室１０と、ヒータ２１と、ヒータ２１からの熱を蓄える蓄熱体２２とを備え、前室１０で分散された被処理ガスを通過させて加熱する加熱部２０と、加熱部２０で加熱された被処理ガスを、熱分解が進行するように滞留させる後室３０とを備えた構成とする。
加熱部２０を、ヒータ２１と、ヒータ２１から受熱できるような態様で、ヒータ２１の周囲に充填された多数個のセラミックボール２２ａからなる蓄熱体２２とを備えた構成とする。
加熱部を構成するヒータ２１として、蓄熱体２２であるセラミックボール２２ａが充填された領域内に位置し、かつ、当該領域に位置する部分が波状に形成された構成のものを用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス処理方法および排ガス処理装置に関し、詳しくは、例えばセラミック原料を成形したセラミック素体やセラミックグリーンシートを積層してなるセラミック積層体を熱処理して脱バインダーする工程などで発生する、除去すべき有機成分を含む排ガスを処理するために用いられる排ガス処理方法および排ガス処理装置に関する。

例えば、セラミック電子部品などの製造工程において、セラミック原料を成形したセラミック素体や、セラミックグリーンシートを積層することにより形成されたセラミック積層体などを焼成する際に、セラミック素体やセラミック積層体中に含まれるバインダーなどの有機物質が不完全に分解したり、燃焼したりすることにより発生する分解ガスや燃焼ガスなど（以下、単に「有機成分」ともいう）を含む排ガスが発生する。そして、このような排ガスは、人体に有害であったり、悪臭を有していたりするため、通常、然るべき処理を行うことが必要となる。

このような悪臭成分を含む排ガスを処理するための処理装置として、図７に示すように、炉室１０１ａを有する炉本体１０１と、炉本体１０１に設けられた排ガス導入口１０２と、炉本体１０１に設けられた排ガス導出口１０３とを備える排ガス処理炉において、炉室１０１ａ内に、排ガス導入口１０２から導入された排ガスを複数の流れに分流する排ガス分流体１０８と、発熱体１０４と、例えば、図８に示すように、分流された排ガスを加熱しつつその流れを整流する、貫通孔１１０を備えた加熱整流体１０９とを設けることにより、導入された排ガスを、炉室１０１ａ内の全体に分散させて、ショートパスすることなく、各部を同じような流速で流れるようにした排ガス処理炉が提案されている（特許文献１参照）。

そして、この排ガス処理炉によれば、ショートパスによる処理不足をなくして分解効果を高めることが可能になるとともに、炉内部材の早期の劣化や目詰まりを防止することが可能になるとされている。

しかしながら、この排ガス処理炉においては、十分な伝熱面積を確保して、ガスを所定温度にまで加熱することができるように、炉室内に、排ガスを複数の流れに分流する排ガス分流体と、分流された排ガスを加熱しつつその流れを整流する加熱整流体とを設け、長い流路を形成するようにしているので、炉内の構造が複雑になるとともに、排ガスを十分に加熱するために一定の空間（容積）が必要となり、設備の大型化を招くという問題点がある。

特開２００３−２９４３７７号公報

本発明は、上記課題を解決するものであり、複雑な構造を必要とせず、小型で、効率よく排ガス処理を行うことが可能な排ガス処理方法および排ガス処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の排ガス処理方法は、
分解処理すべき有機成分を含む被処理ガスを分散させる工程と、
分散させた被処理ガスを、ヒータと、前記ヒータからの熱を蓄える蓄熱体とを備えた加熱部を通過させて加熱する工程と、
前記加熱部で加熱された被処理ガスを滞留させて熱分解させる工程と
を具備することを特徴としている。

また、本発明の排ガス処理方法においては、前記ヒータの周囲に、前記蓄熱体として多数個のセラミックボールを充填することにより形成された加熱部を通過させて被処理ガスを加熱することが好ましい。

被処理ガスを、上述のように構成した加熱部を通過させて加熱することにより、上述の従来の排ガス処理炉の場合のように、被処理ガスを加熱するために、炉室内に、排ガス分流体と加熱整流体とを設けて長い流路を形成することが不要になり、構造の複雑化や、設備の大型化を招くことなく、効率よくガス処理を行うことが可能になる。

また、本発明の排ガス処理装置は、
分解処理すべき有機成分を含む被処理ガスを分散させるための前室と、
ヒータと、前記ヒータからの熱を蓄える蓄熱体とを備え、前記前室で分散された被処理ガスを通過させて加熱する加熱部と、
前記加熱部で加熱された被処理ガスを、熱分解が進行するように滞留させる後室と
を具備することを特徴としている。

また、本発明の排ガス処理装置においては、前記加熱部が、ヒータと、前記ヒータから受熱できるような態様で、前記ヒータの周囲に充填された多数個のセラミックボールからなる蓄熱体とを備えていることが好ましい。
上記構成を備えることにより、構造の複雑化や、設備の大型化を招くことなく、効率よくガス処理を行うことが可能な排ガス処理装置を提供することが可能になる。

また、前記ヒータは、少なくとも一部が、蓄熱体である前記セラミックボールが充填された領域内に位置し、かつ、前記領域内に位置する部分の少なくとも一部が波状に形成されていることが好ましい。
上記構成とすることにより、加熱部を小型化することが可能になるとともに、蓄熱体を構成するセラミックボールを効率よく加熱して蓄熱させることが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることができる。

また、前記前室にヒータが配設されていることが好ましい。
前室にヒータを配設することにより、前室内の温度を上昇させることができる。その結果、導入する被処理ガスに、バインダーなどに由来する有機成分が高濃度で含まれている場合にも、それらが凝縮することをより確実に防止することが可能になる。

また、前記後室にヒータが配設されていることが好ましい。
後室にヒータを配設することにより、後室内の温度を高くして、被処理ガス中の有機成分の分解をさらに促進させることができる。また、特にヒータを設けない場合には、構造により後室の温度が低下することがあるが、そのような構造の場合にも後室の温度を所望の温度に保つことが可能になり、安定した排ガス処理を継続して行うことができる。

本発明の排ガス処理方法においては、分解処理すべき有機成分を含む被処理ガスを、加熱部を偏って通過しないように分散させて加熱部を通過させ、有機成分を十分に熱分解させることができる温度にまで加熱した後、加熱された被処理ガスを滞留させて熱分解が十分に進行するだけの時間的余裕を与えるようにしているので、排ガス中の有機成分を確実に分解させて、効率よく排ガスの処理を行うことができる。

また、本発明の排ガス処理装置は、被処理ガスを、加熱部を偏って通過しないように分散させるための前室と、前室で分散された被処理ガスを通過させて加熱する加熱部と、加熱部で加熱された被処理ガスを滞留させて、排ガス中の有機成分を十分に分解させる後室とを備えているので、排ガス中の有機成分を確実に分解させて、効率よく排ガスの処理を行うことが可能な排ガス処理装置を提供することができる。

本発明の一実施例（実施例１）にかかる排ガス処理装置の構成を示す側面断面図である。 図１に示した排ガス処理装置の要部構成を示す正面断面図である。 本発明の他の実施例（実施例２）にかかる排ガス処理装置の構成を示す側面断面図である。 本発明のさらに他の実施例（実施例３）にかかる排ガス処理装置の構成を示す側面断面図である。 本発明のさらに他の実施例（実施例４）にかかる排ガス処理装置の構成を示す側面断面図である。 本発明のさらに他の実施例（実施例５）にかかる排ガス処理装置の構成を示す側面断面図である。 従来の排ガス処理装置の構成を示す側面断面図である。 従来の排ガス処理装置において用いられている加熱整流体の構成の例を示す斜視図である。

以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

本発明の排ガス処理装置は、
（ａ）分解処理すべき有機成分を含む被処理ガスを、（ｂ）の加熱部を偏って通過しないように分散させるための前室と、
（ｂ）ヒータと、ヒータからの熱を蓄える蓄熱体とを備え、前室で分散された被処理ガスを通過させて加熱する加熱部と、
（ｃ）加熱部で加熱された被処理ガスを、熱分解が進行する時間が確保されるように滞留させる後室と
を備えている。

バインダーなどに由来する分解処理すべき有機成分を含む被処理ガスを処理するための排ガス処理装置には、通常、バインダーなどに由来する分解処理すべき有機成分を多く含んだ被処理ガスが導入される。そして、導入される被処理ガスが加熱部を構成する蓄熱体の特定の箇所に集中して接触すると、その部分が被処理ガスにより局所的に冷却されて温度が低くなり、その局所的に温度の低い領域において有機成分の凝縮が発生し、流路の閉塞につながるおそれがある。

そこで、本発明にかかる排ガス処理装置では、加熱部の手前に前室を設けて、被処理ガスが加熱部を偏って通過しないように、被処理ガスを分散させて加熱部に導くことにより、局所的な温度低下をなくして、バインダーなどに由来する有機成分の凝縮を防止するようにしている。

なお、本発明にかかる排ガス処理装置では、前室にヒータを配設することも可能であり、その場合には、室内の温度を上昇させて、バインダーなどに由来する有機成分が高濃度で含まれている場合にも、それらの凝縮をより確実に防止することができる。

また、本発明にかかる排ガス処理装置では、加熱部を、ヒータと、ヒータからの熱を蓄える蓄熱体とを備えた構成とし、被処理ガスを安定して、効率よく加熱することができるようにしている。
特に、蓄熱体として、例えば、セラミックボールのような小型蓄熱体を用いた場合には、被処理ガスと、蓄熱体との伝熱面積を増大させることが可能になり、加熱の効率を向上させることができる。

なお、加熱部としては、例えば、所定の領域に配設されたヒータの周囲に、セラミックボールなどの熱伝導性や耐熱性に優れた材料からなる小型蓄熱体を充填した構成を有する加熱部などが例示される。

また、ヒータとして波状に形成したヒータを用い、その周囲にセラミックボールなどの小型蓄熱体を充填して加熱部を構成することにより、小型で、加熱性能に優れ、かつ、加熱部全体を均一に加熱することが可能な加熱部を構成することが可能になり特に有意義である。

そして、加熱部をこのような構成とした場合、ヒータからの熱をセラミックボールなどの小型蓄熱体に効率よく蓄えることができるとともに、被処理ガスを、セラミックボールなどの小型蓄熱体の隙間を通過させて、密に蓄熱体と接触させることが可能になり、従来の排ガス処理装置では必要であった、被処理ガスとの接触面積（伝熱面積）を確保するための複雑な構造や長い流路を不要にすることができる。

また、従来の排ガス処理装置の構造では、ヒータを配設する場合、炉内壁にハンガーピンなどで固定する必要があったことから、流路が複雑な場合、ヒータの配設にも困難がともなったが、上述のように、セラミックボールなどの小型蓄熱体にヒータを埋め込む方式の場合には、周囲に充填されたセラミックボールなどの小型蓄熱体によりヒータが保持されるため、その形状も確実に保持されることになる。その結果、ヒータを保持するための部材や、加工などを必要とせず、装置の小型化、構造の簡素化を実現することができる。

さらに、製作が容易になるため、製造コストの低減を図ることが可能になるとともに、装置としての信頼性を大幅に向上させることができる。

また、後室は、ガスの処理を進行させるための空間であり、加熱部で、熱分解が進行する温度にまで加熱された被処理ガスを、所定時間滞留させて、熱分解を十分に進行させるための領域である。

上述の加熱部が一定の圧力損失となり、加熱部から後室への被処理ガスの流れが均一化されることから、後室はシンプルな空間とすることができる。ただし、後室の下流側からのファンなどによって被処理ガスを吸引する構造の場合には、被処理ガスが後室を偏りなく流れるように、整流板を配設するなどの対策を講じることが望ましい。

なお、被処理ガスは、加熱部で所定の温度まで加熱されているので、後室には、加熱機能を持たせることは特に必要ではないが、ヒータを備えた構成とすることも可能である。後室にヒータを配設することにより、後室の温度を所望の温度に保つことが可能になるばかりでなく、後室内の温度を高くして、被処理ガス中の有機成分の分解をさらに促進させることができる。

本発明の排ガス処理装置は、排ガスを最終段階まで処理するための排ガス処理装置として用いることも可能であるが、本発明の排ガス処理装置から排出される処理ガスを、さらに触媒式処理装置などに導いて、さらに高次の処理を行うことも可能である。
以下に、本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところを具体的に説明する。

この実施例１では、積層セラミックコンデンサの製造工程で、セラミックグリーンシートを積層することにより形成されたセラミック積層体を熱処理して脱バインダーを行う際に発生した、処理すべき有機成分を含む排ガスの処理に用いられる排ガス処理装置を例にとって説明する。ただし、本発明は、他の工程から排出される、処理すべき有機成分を含む排ガスの処理にも適用することが可能である。

図１は、本発明の実施例１にかかる排ガス処理装置Ａ１の構成を示す側面断面図、図２は要部構成を示す正面断面図である。
図１に示すように、この実施例１の排ガス処理装置Ａ１は、ガス導入口１ａとガス排出口１ｂを備えた装置本体１内に、バインダーに由来する分解処理すべき有機成分を含む被処理ガスを、加熱部２０を偏って通過しないように分散させるための前室１０と、ヒータ２１と、ヒータ２１からの熱を蓄える蓄熱体２２とを備え、前室１０で分散された被処理ガスを加熱する加熱部２０と、加熱部２０で加熱された被処理ガスを、熱分解が進行する時間が確保されるように滞留させる後室３０とを備えている。

前室１０は、ガス導入口１ａから、装置本体１の内部に導入される被処理ガスを分散させる機能を果たすものであり、被処理ガスは、前室１０で分散された後、加熱部２０に偏りなく導入される。

また、加熱部２０は、図１および図２に示すように、波状のヒータ２１と、多数個のセラミックボール２２ａからなる蓄熱体２２（セラミックボール２２ａの集合体）とを備えている。セラミックボール２２ａは、外径がセラミックボール２２ａの直径よりも小さい、セラミック製のチューブ（蓄熱体支持管）２３を複数本、セラミックボール２２ａの直径よりも小さい間隔で配設することにより形成された、蓄熱体支持壁２４ａ，２４ｂにより支持されている。

なお、蓄熱体支持壁２４ａ，２４ｂは、被処理ガスは通過させるが、セラミックボール２２ａは通過させないように構成されている。そして、蓄熱体支持壁２４ａ，２４ｂのうち、蓄熱体支持壁２４ａが、前室１０と加熱部２０の境界（仕切り壁）となり、蓄熱体支持壁２４ｂが、加熱部２０と後室３０の境界（仕切り壁）となる。

また、加熱部２０の蓄熱体２２を構成するセラミックボール２２ａの表面が、被処理ガスの加熱のための伝熱面として機能し、かつ、伝熱面の面積が大きいため、被処理ガスが効率よく加熱される。

また、後室３０は、加熱部２０の下流側の空間領域であり、加熱部２０において、熱分解が進行する温度にまで加熱された被処理ガスを所定時間滞留させて、熱分解を十分に進行させることができるように構成されている。

なお、この排ガス処理装置Ａ１においては、被処理ガスが後室３０を偏りなく流れるように、後室３０の出口に近い側に、開口部４１ａを設けた整流板４１が配設されている。

この排ガス処理装置Ａ１は、上述のように、前室１０を備えているので、被処理ガスを均一に分散させることが可能になり、局所的な温度低下をなくして、バインダーなどに由来する有機成分の凝縮を防止することができる。

また、加熱部２０は、波状のヒータ２１と、多数個のセラミックボール２２ａからなる蓄熱体２２とを備えており、ヒータ２１がセラミックボール２２ａに埋め込まれるように配設されているので、被処理ガスをセラミックボール２２ａの表面と接触させることにより、被処理ガスを効率よく加熱することができる。

その結果、被処理ガスを十分に加熱するために、被処理ガスの流路を長くしたり、ヒータ２１の固定に必要な部材を配設したりすることが不要になり、装置構造の簡素化を図ることが可能になるとともに、装置の小型化を実現することができる。

また、加熱部２０で、熱分解が進行する温度にまで加熱された被処理ガスを、後室３０に滞留させて、熱分解を十分に進行させることができることから、被処理ガスに含まれる有機成分を十分に熱分解させることができる。

また、加熱部２０が一定の圧力損失となり、加熱部２０から後室３０への被処理ガスの流れが均一化されることから、後室はシンプルな空間とすることが可能になり、設備コストの低減を図ることができる。

図３は、本発明の他の実施例（実施例２）にかかる排ガス処理装置Ａ２の構成を示す側面断面図である。
この実施例２の排ガス処理装置Ａ２は、上記実施例１の排ガス処理装置Ａ１の前室１０にヒータ（前室用ヒータ）１１が配設された構造を有している。

すなわち、この実施例２の排ガス処理装置Ａ２は、前室１０にヒータ１１が配設されていることを除いて、上記実施例１の排ガス処理装置Ａ１と同一の構造を有している。
なお、図３において、図１の排ガス処理装置Ａ１と同一符号を付した部分は、図１の場合と同一の部分または相当する部分を示している。

この実施例２の排ガス処理装置Ａ２においては、前室１０にヒータ１１を配設しているので、前室１０内の温度を上昇させることができる。
その結果、導入する被処理ガスが、バインダーなどの有機成分を高濃度で含み、前室１０で被処理ガスを分散させるだけではバインダーなどに由来する有機成分の凝縮を十分に防止できないような場合にも、被処理ガスの温度を上昇させて、有機成分の凝縮をより確実に防止することができる。

図４は、本発明のさらに他の実施例（実施例３）にかかる排ガス処理装置Ａ３の構成を示す側面断面図である。
この実施例３の排ガス処理装置Ａ３は、上記実施例１の排ガス処理装置Ａ１の後室３０にヒータ（後室用ヒータ）３１が配設された構造を有している。

すなわち、この実施例３の排ガス処理装置Ａ３は、後室３０にヒータ３１が配設されていることを除いて、上記実施例１の排ガス処理装置Ａ１と同一の構造を有している。
なお、図４において、図１の排ガス処理装置Ａ１と同一符号を付した部分は、図１の場合と同一の部分または相当する部分を示している。

この実施例３の排ガス処理装置Ａ３においては、後室３０にヒータ３１を配設しているので、後室３０内の温度を高くすることが可能になり、後室３０における被処理ガス中の有機成分の分解処理をさらに進行させることができる。また、ヒータを備えていない場合、後室３０の構造などによっては、後室３０の温度が低下する場合もあるが、そのような構造の場合にも後室３０の温度を所望の温度に保つことができる。

図５は、本発明のさらに他の実施例（実施例４）にかかる排ガス処理装置Ａ４の構成を示す側面断面図である。
この実施例４の排ガス処理装置Ａ４は、上記実施例１の排ガス処理装置Ａ１の前室１０にヒータ（前室用ヒータ）１１が配設され、かつ、後室３０にヒータ（後室用ヒータ）３１が配設された構造を有している。

すなわち、この実施例４の排ガス処理装置Ａ４は、前室１０にヒータ１１が配設され、後室３０にヒータ３１が配設されていることを除いて、上記実施例１の排ガス処理装置Ａ１と同一の構造を有している。
なお、図５において、図１の排ガス処理装置Ａ１と同一符号を付した部分は、図１の場合と同一の部分または相当する部分を示している。

この実施例４の排ガス処理装置Ａ４においては、前室１０にヒータ１１が配設され、後室３０にヒータ３１が配設されているので、前室１０で被処理ガスを分散させるだけではバインダーなどに由来する有機成分の凝縮を十分に防止できないような場合にも、有機成分の凝縮を確実に防止することが可能になるとともに、後室３０内の温度を上昇させて被処理ガス中の有機成分の分解処理を促進し、後室の温度低下を防止して、安定した操業を可能にすることができる。

図６は、本発明のさらに他の実施例（実施例５）にかかる排ガス処理装置Ａ５の構成を示す側面断面図である。
上述の実施例１〜４の排ガス処理装置は、いずれも後室３０の出口側に、所定の位置に開口部４１ａを設けた整流板４１を備えているが、本発明の排ガス処理装置においては、例えば、図６に示すように、整流板４１を省略して、構成を簡素化することも可能である。

なお、図６において、図１の排ガス処理装置Ａ１と同一符号を付した部分は、図１の場合と同一の部分または相当する部分を示している。

この実施例５の排ガス処理装置Ａ５においては、整流板４１を備えていない簡素の構成を有しており、設備コストの低減を図ることができる。

この実施例５の排ガス処理装置Ａ５の構成は、例えば、被処理ガスに含まれるバインダーなどに由来する有機成分を分解処理するために後室における滞留時間を長くとることを必要としない場合（後室での被処理ガスの流れの均一性が問題になりにくい場合）や、被処理ガスがガス導入口側から押し込まれるように構成され、排ガス処理装置内が負圧ではなく、正圧で操作されるような場合などに、特に問題なく適用することができる。

なお、本発明は上記の実施形態や各実施例に限定されるものではなく、前室、加熱部、および、後室の具体的な構成、排ガスの種類（処理すべき有機成分の種類）、加熱部を構成する蓄熱体の種類などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

１ 装置本体
１ａ ガス導入口
１ｂ ガス排出口
１０ 前室
１１ ヒータ（前室用ヒータ）
２０ 加熱部
２１ ヒータ
２２ 蓄熱体
２２ａ セラミックボール
２３ セラミック製のチューブ（蓄熱体支持管）
２４ａ，２４ｂ 蓄熱体支持壁
３０ 後室
３１ ヒータ（後室用ヒータ）
４１ 整流板
４１ａ 開口部
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５ 排ガス処理装置

Claims (7)

1. 分解処理すべき有機成分を含む被処理ガスを分散させる工程と、
   分散させた被処理ガスを、ヒータと、前記ヒータからの熱を蓄える蓄熱体とを備えた加熱部を通過させて加熱する工程と、
   前記加熱部で加熱された被処理ガスを滞留させて熱分解させる工程と
   を具備することを特徴とする排ガス処理方法。
2. 前記ヒータの周囲に、前記蓄熱体として多数個のセラミックボールを充填することにより形成された加熱部を通過させて被処理ガスを加熱することを特徴とする請求項１記載の排ガス処理方法。
3. 分解処理すべき有機成分を含む被処理ガスを分散させるための前室と、
   ヒータと、前記ヒータからの熱を蓄える蓄熱体とを備え、前記前室で分散された被処理ガスを通過させて加熱する加熱部と、
   前記加熱部で加熱された被処理ガスを、熱分解が進行するように滞留させる後室と
   を具備することを特徴とする排ガス処理装置。
4. 前記加熱部が、ヒータと、前記ヒータから受熱できるような態様で、前記ヒータの周囲に充填された多数個のセラミックボールからなる蓄熱体とを備えていることを特徴とする請求項３記載の排ガス処理装置。
5. 前記ヒータは、少なくとも一部が、蓄熱体である前記セラミックボールが充填された領域内に位置し、かつ、前記領域内に位置する部分の少なくとも一部が波状に形成されていることを特徴とする請求項４記載の排ガス処理装置。
6. 前記前室にヒータが配設されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の排ガス処理装置。
7. 前記後室にヒータが配設されていることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の排ガス処理装置。

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