JP2017051889A - 触媒ロータを用いた低濃度ｖｏｃ汚染空気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電子デバイス製造工場等のクリーンルームや新築住宅などで発生するＶＯＣ等の汚染空気を浄化するＶＯＣ汚染空気浄化装置を提供する。【解決手段】被処理空気流通方向の上流側に触媒のみを担持したハニカムロータと、下流側に吸着剤と触媒の混合物を担持したハニカムロータを有し、この二層構造のハニカムロータを少なくとも処理ゾーン、分解ゾーン、脱着ゾーン、パージゾーンとに分け、処理ゾーンに被処理空気を通風することで、その被処理空気に含まれる低濃度のＶＯＣ汚染ガスを吸着剤に吸着させて被処理空気から分離除去し、外気をパージゾーンに通し、パージゾーンを通過した空気を脱着加熱器で加熱して脱着ゾーンに通し、脱着ゾーンを通過した空気を分解加熱器で加熱して分解ゾーンに通し、分解ゾーンを通過した浄化空気を装置外へ放出するようにした。【選択図】図１
Description
本発明は、ガス流通方向に触媒を担持した部分及び吸着剤と触媒を担持した部分を持つ二層構造のハニカムロータ用いて、被処理空気に含まれる低濃度の揮発性有機化合物（以下、空気中の揮発性有機化合物の濃度が１００ｐｐｍ以下のものを「低濃度ＶＯＣ」という）を分離することで、例えばビル等の室内空気を浄化できる低濃度ＶＯＣ汚染空気浄化装置に関するものである。
デバイスの微細化によって集積回路の高集積化や高性能化が達成されたことなどにより、半導体、ディスプレイなどの各種電子デバイスの品質、製品歩留り向上には、製造工程に応じてクリーンルームなどで厳しく清浄度管理することが重要になってきた。その清浄度の基準も塵埃だけでなく、ＶＯＣなどの化学物質成分等の低減も重要な課題となっている。
また、平成１５年に施行されたシックハウス新法（建築基準法、同法施行令及び同法施行規則の一部改正施行）により、居室内における化学物質の発散に対する衛生上の措置が規定され、室内のホルムアルデヒドやＶＯＣなどの濃度指針値が示されている。この指針値をオーバーした場合の対策として、建材や接着剤などから自然に放散されるＶＯＣ等の汚染質ガスを強制換気によって室外に排出する強制換気方式と、室内の温度を上げて建材等のＶＯＣを強制的に放散させて室外へ排出させるベークアウト法のどちらかが用いられる事が多い。これらの方法では、竣工後４〜６か月でＶＯＣのほとんどが放散され指針値以下となるが、期間が長いことと換気による冷暖房エネルギーの損失が課題となっている。
これらのＶＯＣを浄化する装置として、特許文献１や特許文献２のように触媒部分と吸着材部分を持つ二層ロータや触媒と吸着材の混合物を担持したセラミック基材のロータを用いた浄化装置が開示されている。
また、特許文献３には、吸着ロータを用いて、ＶＯＣ濃縮後の再生空気を触媒分解する吸脱着装置が開示されている。
さらに、特許文献４には、ロータの再生出口側、或いは処理出口側に白金触媒層を設け、再生ゾーンを二つ設置して、いずれも処理空気と対向流となるようにした濃縮処理装置が開示されている。
特許文献１に記載のものは、触媒と吸着材で構成される部分をガス流通方向に重ねたロータや触媒と吸着材を混合したものを担持したセラミック基材のロータを処理ゾーン、再生ゾーン及びパージゾーンに分割した浄化装置が開示されているが、触媒量の不足や分解温度の不足により十分な触媒分解ができないという問題がある。また、処理出口空気の一部をパージ空気としてパージゾーンへ導入するようになっているため、パージゾーンの冷却効果が十分に得られないという問題もある。
特許文献２に記載のものは、上記のロータを処理ゾーン、第１再生ゾーン、第２再生ゾーン及びパージゾーンの四つに分割した浄化装置が開示されているが、再生ヒータが処理出口側に設置されているため、ロータの触媒部分を通過する空気は、ロータの吸着剤部分を通した後であって、空気の温度がそれほど高くなく、VOC濃度が比較的に高い、再生出口（＝処理入口）側では十分な触媒の分解効率を得られないという問題がある。
特許文献３に記載のものは、通常の吸着ロータを用いた吸脱着装置が開示されているが、排気流路に触媒分解用の加熱ヒータ４と有害ガス成分分解除去用の触媒８が設置されており、吸着濃縮装置と触媒分解装置が必要で、装置が複雑になりイニシャルコストが増大するという問題がある。
特許文献４に記載のものは、吸着剤である疎水性ゼオライトからなる吸着ロータを用いて、処理ゾーン、予熱ゾーン、再生ゾーン及びパージゾーンに分割した濃縮処理装置が開示されているが、再生ゾーンと予熱ゾーンの空気の流れが処理ゾーンの空気の流れと対向流となっているため、システム全体のフローが複雑になる（予熱気体排気をロータの反対側、即ち、予熱気体供給側へ配管を通して戻さなければならないため）だけではなく、被処理ガス供給側、即ち、予熱気体排気側及び脱臭ガス排気側のロータの内部温度が低くなり、十分な触媒の分解効率が得られないという問題もある。
本発明はかかる問題点を鑑みてなされたものであって、触媒の分解能力を低下させることなく、被処理空気流通方向の上流側に触媒のみを担持したロータと、下流側に吸着剤と触媒の混合物を担持したロータを張り合わせるなど組み合わせて一つにした二層構造のロータを採用している。さらに処理ゾーン、脱着ゾーン、パージゾーンに加えて分解ゾーンも設け、また分解用ヒータは触媒ロータ分解ゾーンの上流側に設置し、脱着ゾーン出口空気を分解用ヒータへ導入し、脱着ヒータより高い温度まで加熱された後、ロータの分解ゾーンに導入される。なお、触媒ロータを通過した空気が吸着剤と触媒の混合物を担持したロータを通過するようになっているため、例え少量の未分解ＶＯＣ等が空気中に含まれていても、吸着剤と触媒の混合物を担持したロータを通過する際に、更に分解や吸着され、分解ゾーンを出た空気は浄化空気となり装置外へ放出される。
以上のように被処理空気中の低濃度ＶＯＣを十分に浄化できる装置を、一つのハニカムロータを用いて達成できるため、装置も簡略化できイニシャルコストも抑えることが可能となった。
本発明は以上のような課題を解決するため、被処理空気流通方向の上流側に触媒のみを担持したハニカムロータと、下流側に吸着剤と触媒の混合物を担持したハニカムロータを有し、この二層構造のハニカムロータを少なくとも処理ゾーン、分解ゾーン、脱着ゾーン、パージゾーン（冷却ゾーン）とに分け、処理ゾーンに被処理空気を通風することで、その被処理空気に含まれる低濃度のＶＯＣ汚染ガスを吸着剤に吸着させて被処理空気から分離除去し、外気をパージゾーンに通し、パージゾーンを通過した空気を脱着加熱器で加熱して脱着ゾーンに通し、脱着ゾーンを通過した空気を分解加熱器で加熱して分解ゾーンに通し、分解ゾーンを通過した浄化空気を装置外へ放出するようにした。なお、外気ではなく、被処理空気の一部を分岐しパージゾーンに通すようにしてもよい。
また、分解ゾーン出口の空気の一部を分岐し、パージゾーンを通過した空気と混合して脱着加熱器に通風することにより、分解ゾーンでＶＯＣが分解される際に発生する熱エネルギーを有効利用することができ、脱着加熱器に必要な加熱量を減少させることができるため、装置全体が省エネルギーとなる。
本発明の低濃度ＶＯＣ汚染空気浄化装置は前述の如く構成したもので、一つの二層構造のハニカムロータで低濃度のＶＯＣ汚染空気を浄化することができるので、濃縮装置と分解装置を別々に設ける必要が無く、装置のコンパクト化によりイニシャルコストも抑制することができる。
本発明は、被処理空気流通方向の上流側に触媒のみを担持したハニカムロータと、下流側に吸着剤と触媒の混合物を担持したハニカムロータを有し、この二層構造のハニカムロータを少なくとも処理ゾーン、分解ゾーン、脱着ゾーン、パージゾーンに分割する。被処理空気を処理ゾーンに通風して、被処理空気から低濃度のＶＯＣ汚染ガスを分離除去し、外気をパージゾーンに通し、パージゾーンを通過した空気を脱着加熱器で加熱して脱着ゾーンに通し、脱着ゾーンを通過した空気を分解加熱器で加熱して分解ゾーンに通し、分解ゾーンを通過した浄化空気を装置外へ放出するようにしてある。
以下、本発明の低濃度ＶＯＣ汚染空気浄化装置の実施例１について図１に沿って詳細に説明する。1は触媒ハニカムロータであり、セラミック繊維紙などの不燃性のシートをコルゲート（波付け）加工しロータ状に巻き付け加工したもので、鉄、マンガン、銅などの成分を持った酸化触媒や白金、パラジウムなどの成分を持った貴金属系触媒などが担持されている。２は触媒、吸着剤混合ハニカムロータであり、セラミック繊維紙などの不燃性のシートをコルゲート（波付け）加工しロータ状に巻き付け加工したもので、前記のような触媒と疎水性ゼオライトや活性炭などの吸着剤を混合したものが担持されている。
触媒ハニカムロータ１と触媒、吸着剤混合ハニカムロータ２は張り合わせるなどして、被処理空気入口側にロータ全体幅の１／３程度（たとえば１５０ｍｍ幅）が触媒ハニカムロータ１、被処理空気出口側にロータ全体幅の２／３程度（たとえば３００ｍｍ幅）が触媒、吸着剤混合ハニカムロータ２の二層構造となっている。なお、一つのハニカムロータの基材を用いて、被処理空気入口側の全体幅の１／３程度を触媒を分散した液に含浸させ乾燥後、残りの全体幅の２／３程度を触媒と吸着剤を混合し分散した液に含浸させ乾燥して、二層構造のハニカムロータとしてもよい。
二層構造のハニカムロータ１、２は処理ゾーン３、分解ゾーン４、脱着ゾーン５とパージゾーン６に分割されており、ロータの回転方向に、処理ゾーン３、分解ゾーン４、脱着ゾーン５、パージゾーン６の順に設置されている。処理ゾーン３には低濃度ＶＯＣなどを含む、室内汚染空気などの被処理空気が処理ブロア７で供給される。たとえば、ロータのゾーン面積比、分解：脱着：冷却：処理＝２：２：１：１０の場合、風量比は２：２：１：２０〜２：２：１：３０にするようにして、分解ゾーン４、脱着ゾーン５、パージゾーン６の通過空気の面風速が処理ゾーン３の通過空気の面風速より遅くなるように運転する。
被処理空気を処理ゾーン３に通風して、被処理空気に含まれる低濃度のＶＯＣ汚染ガスを触媒、吸着剤混合ハニカムロータ２の吸着剤に吸着させて被処理空気から分離除去し、汚染空気が浄化される。
排気ブロア１０によって外気ＯＡ１をパージゾーン６に通風し、脱着加熱器８で加熱して脱着ゾーン５を通し、触媒、吸着剤混合ハニカムロータ２の吸着剤に吸着したＶＯＣを脱着させる。脱着ゾーン５を通過した空気を分解加熱器９で加熱して分解ゾーン４に通し、低濃度ＶＯＣは触媒ハニカムロータ１と触媒、吸着剤混合ハニカムロータ２の触媒で分解される。分解ゾーンを通過した浄化空気を排気ブロア１０によって装置外へ放出するようにした。なお、分解加熱器９の温度は、脱着加熱器８の温度より高くなるようにし触媒の分解能力を発揮する温度とした。たとえば、分解加熱器９の温度は摂氏２４０℃（以降、温度は全て「摂氏」とする）、脱着加熱器８の温度は１８０℃とする。
分解ゾーン４の出口側高温空気の一部を分岐し、脱着リターンバルブ１２を設け、パージゾーン６を通過した空気と混合するようにすることで、脱着加熱器８に必要な加熱量を削減することができ、装置全体のエネルギーを抑制することができる。つまり触媒によってＶＯＣが分解された際に発生する熱エネルギーを有効利用することができる。
触媒が異常分解反応などを起こしてハニカムロータや装置が焼損することを防止するため、分解ゾーン４の出口に、出口空気温度を計測する温度検出手段１４を設け、所定の安全温度（たとえば２５０℃）より高くなった場合、温度検出手段１４からの信号により分解加熱器９の熱源を遮断すると同時に、外気導入ダンパ１１を開き、外気ＯＡ２を分解加熱器９及び分解ゾーン４へ導入するようにする。なお、外気ＯＡ２の代わりに、酸素遮断作用を起こすような二酸化炭素ガスや窒素ガスなどを導入するようにしてもよい。さらに、分解ゾーン４の入口側にスプレーノズルなどを設け、水や消火液などをハニカムロータに噴霧するようにしてもよい。
浄化された処理空気ＳＡと排気空気ＥＡについては、その一部又は全量を室外の外気へ排気するようにしてもよいが、ＶＯＣ等の汚染空気を含む被処理空気が発生する室内に戻し、循環するようにして、換気によって増加する冷暖房エネルギーを削減してもよい。
図２に実施例２の低濃度ＶＯＣ汚染空気浄化装置を示す。なお、図１の実施例１と重複する説明は省略する。図１の実施例１では、排気ブロア１０によって外気ＯＡ１をパージゾーン６に通風するようにしたが、図２の実施例２では、外気では無く、被処理空気の一部を分岐し、パージゾーン６へ通風するようにした。
なお、本実施例では、触媒ハニカムロータ１と触媒、吸着剤混合ハニカムロータ２は張り合わせるなどして、被処理空気入口側にロータ全体幅の１／３程度（たとえば１５０ｍｍ幅）が触媒ハニカムロータ１、被処理空気出口側にロータ全体幅の２／３程度（たとえば３００ｍｍ幅）が触媒、吸着剤混合ハニカムロータ２の二層構造としたが、この幅に固定されるものではなく、浄化する低濃度ＶＯＣの種類、濃度、被処理空気の風量などの諸条件により、最適化された任意の幅の二層構造のハニカムロータとしてもよい。
また、触媒ハニカムロータ１と触媒、吸着剤混合ハニカムロータ２は張り合わせて二層構造のハニカムロータとした場合、ロータ内の張り合わせた部分でＶＯＣ等の汚染空気のリークが発生することが考えられるが、そのリークした空気は最終的には触媒、吸着剤混合ハニカムロータ２を通風するため、ＶＯＣ等の汚染空気は吸着剤に吸着された後、触媒によって分解され、浄化空気として装置外へ放出される。
本発明は、被処理空気流通方向の上流側に触媒のみを担持したハニカムロータと、下流側に吸着剤と触媒の混合物を担持した二層構造のハニカムロータ一つを用いて、半導体やディスプレイなど電子デバイス製造工場のクリーンルームや新築の居室内などで発生する低濃度ＶＯＣなどの汚染空気を浄化できる。また、分解ゾーン出口側の高温空気を脱着加熱器に戻すようにしたので省エネルギーである。
１ 触媒ハニカムロータ
２ 触媒、吸着剤混合ハニカムロータ
３ 処理ゾーン
４ 分解ゾーン
５ 脱着ゾーン
６ パージゾーン（冷却ゾーン）
７ 処理ブロア
８ 脱着加熱器
９ 分解加熱器
１０ 排気ブロア
１１ 外気導入ダンパ
１２ 脱着リターンバルブ
１３ 排気バルブ
１４ 温度検出手段
１５ 処理バルブ
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Claims (8)
- 被処理空気流通方向の上流側に触媒のみを担持したハニカムロータと、下流側に吸着剤と触媒の混合物を担持した二層構造のハニカムロータを有し、前記二層構造のハニカムロータを少なくとも処理ゾーン、分解ゾーン、脱着ゾーン、パージゾーンとに分割し、前記処理ゾーンに被処理空気を通風することで、前記被処理空気に含まれるＶＯＣ汚染ガスを吸着剤に吸着させて被処理空気から分離除去し、外気を前記パージゾーンに通し、前記パージゾーンを通過した空気を脱着加熱器で加熱して前記脱着ゾーンに通し、前記脱着ゾーンを通過した空気を分解加熱器で加熱して前記分解ゾーンに通し、前記分解ゾーンを通過した空気を装置外へ放出するようにしたＶＯＣ汚染空気浄化装置。
- 前記被処理空気の一部を分岐し、前記パージゾーンに通すことを特徴とする請求項１に記載のＶＯＣ汚染空気浄化装置。
- 前記二層構造のハニカムロータは、前記被処理空気流通方向の上流側に触媒のみを担持したハニカムロータと、下流側に吸着剤と触媒の混合物を担持したハニカムロータを張り合わせたことを特徴とする請求項１、２に記載のＶＯＣ汚染空気浄化装置。
- １つのハニカムロータの被処理空気入口側の所定の幅の部分に触媒を担持させ、残りの幅の部分に触媒と吸着剤とを混合担持させた二層構造のハニカムロータを設けたことを特徴とする請求項１、２に記載のＶＯＣ汚染空気浄化装置。
- 前記処理ゾーン、脱着ゾーン、パージゾーンを通過する空気の面風速が、前記処理ゾーンを通過する空気の面風速より遅くなるようにしたことを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のＶＯＣ汚染空気浄化装置。
- 前記脱着ゾーン入口空気の温度が、前記分解ゾーン入口空気の温度より低くなるようにしたことを特徴とした請求項１〜５いずれかに記載のＶＯＣ汚染空気浄化装置。
- 前記分解ゾーンを通過した空気の一部または全量を前記脱着加熱器の入口に戻すようにしたことを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載のＶＯＣ汚染空気浄化装置。
- 前記分解ゾーン出口に空気温度検出手段を設け、前記空気温度検出手段の温度が前記分解加熱器設定温度より高くなったとき、前記空気温度検出手段の出力により、前記分解加熱器の熱源を遮断するとともに、外気導入ダンパを開いて外気を装置内に通風するようにしたことを特徴とする請求項１〜７いずれかに記載のＶＯＣ汚染空気浄化装置。
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