JP2692425B2 - 触媒浄化装置および浄化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種排ガス中に混入し
たＣＯ（一酸化炭素），ＨＣ（炭化水素）等の悪臭成分
や有害成分を適正温度に加熱し触媒により酸化浄化する
触媒浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種の燃焼機や乾燥，熱処理時に
発生するＣＯやＨＣ成分は、その有害性や臭気のため浄
化し、排出することが必要不可欠なものになっている。
ＣＯやＨＣ成分の浄化方法としては、排ガス自身を加熱
し、ガス中の酸素と反応させる方法が最も浄化効率が高
く信頼性も高い。ここで排ガスの温度を上げ空気中の酸
素がＣＯやＨＣと反応するには、８００〜９００℃以上
の温度が必要になる。しかし酸化触媒を用いれば２００
〜４００℃の温度範囲で反応を進めることができ、熱エ
ネルギーの無駄を省くことができるため広く用いられて
いる。

【０００３】以下に従来の触媒浄化装置について説明す
る。図３は、従来の触媒浄化装置の一例で、（ａ）は触
媒浄化装置本体、（ｂ）は熱交換も含めたシステムを示
す。図中１７は触媒浄化装置本体、２３は熱交換機、１
９は加熱装置、２０は触媒を示す。（ａ）で排ガスは１
８の入り口から触媒装置内に導入され、１９の加熱装置
により所定の温度に昇温し、２０の触媒によりＣＯ，Ｈ
Ｃ等が酸化浄化され、２１の出口から排出される。この
時排ガスの昇温に要したエネルギーはガスと一緒に排出
されることになる。このエネルギーの一部を回収する目
的で熱交換機を用いたシステムが（ｂ）である。この場
合、入り口２４から導入され２３の熱交換機で昇温され
た排ガスは、矢印に沿って流れ、１７の触媒浄化装置本
体に進む。ここで浄化されたガスは、再び２３の熱交換
機に入り冷却され、出口２５から排出される。すなわち
排ガスの昇温に要したエネルギーの一部を回収しエネル
ギーロスを少なくしようとするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成で用いられる熱交換機２３は、通常熱伝導率の
良い薄肉のアルミニウムが主体となっており、その熱交
換率は５０〜６０％が限界であり、またＳＯｘやＮＯｘ
等の腐食性のガスを含んだ排ガスに対してはアルミニウ
ムが腐食するため使用できなかった。

【０００５】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、熱交換効率を大きく向上させることにより、エネ
ルギーロスを大幅に減少させるとともに腐食性のガスに
対しても有効な触媒浄化装置および浄化方法を提供する
ことを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の触媒浄化装置は、２台以上の触媒浄化ユニッ
トから成っている。それぞれのユニットは装置本体の一
端が開口し他端が閉じられた構造であり、隔壁により２
室に分けられていて、この閉じられた部分で互いに連通
している。各室の開口部側には蓄熱体層を、閉じられた
側には触媒と加熱装置をそれぞれ配置するとともに、各
室の開口部がそれぞれダンパーを介して排ガスの入り口
側流路および出口側流路の両方に連通できる構造を有し
ていて、入り口側流路または出口側流路には排ガスの流
れを完全に遮断する装置を有した構成をしている。

【０００７】

【作用】この構成による装置での排ガスの浄化について
説明する。この浄化装置のユニット本体の２室は、それ
ぞれ相反する出口または入り口側のガス流路の一方との
み連通した状態で作動する。有害成分を含んだ排ガスは
入り口ガス流路から一方の室に流入し蓄熱体および加熱
装置により加熱後触媒により浄化される。そしてもう一
方の室の蓄熱体を通過するとき排ガスのエネルギーは蓄
熱体により奪われ冷却されて、出口ガス流路に排出され
る。次に排ガスの遮断装置により排ガスの流れを遮断
し、それぞれの室のダンパーを同時に切り替える。そし
て再び排ガスが浄化装置ユニット本体内を流れる時本体
内の２室の排ガスの流れは逆転しているようになる。す
なわち出口流路と連通していた室が入り口流路と連通
し、入り口流路と連通していた室が出口流路と連通する
ことになる。この時排ガスは熱エネルギーを十分に吸収
している蓄熱体から熱を奪い加熱される。そして触媒に
より浄化されもう一方の蓄熱体層で冷却され排出され
る。このことは、排ガスが浄化に必要な温度まで加温さ
れるための熱エネルギーの一部または大部分を触媒浄化
ユニット本体の内部で循環できることを意味し、排出さ
れる熱ロスを削減できる。また１つのユニットにおいて
排ガスの流れを逆転させる操作を実施している時、他の
ユニットでは排ガスを浄化することができ、連続的な動
作が可能になる。また蓄熱体の材料として熱容量の大き
い耐腐食性に優れたセラミック構造物を選べば腐食性物
質を含む排ガスでも浄化可能で、熱ロスの少ない触媒浄
化装置を提供することができる。

【０００８】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。

【０００９】図１において、１３および１４は本発明の
触媒浄化装置のユニット本体を示す。１，２は排ガスの
入り口側流路、１１は排ガスの出口側流路を示す。６は
蓄熱体層、９は触媒、１０は加熱装置を示す。（ｂ）は
触媒浄化ユニット１４の概略図であり、（ａ）のＡ−Ｂ
面の断面を示す。（ｂ）では上方が開口した一端であ
り、ダンパー部４，５で入り口側流路，出口側流路と連
通している。下方が閉じられた一端を示し、８の隔壁で
分けられた左右の２室がここで連通している。１２は出
口側流路に設けられた排ガスの流れを停止する遮断装置
を示す。排ガスの流れは矢印３で示した。４は閉じたダ
ンパー、５は開いたダンパーを示す。（ｃ）および
（ｄ）は、触媒浄化ユニット１４において（ａ）および
（ｂ）の状態からダンパーの操作により排ガスの流れを
逆にした状態を示す。

【００１０】（ａ）および（ｂ）の状態を説明する。有
害ガスを含んだ排ガスは、（ａ）の入り口側流路１から
入り左に進み矢印の方向から１３および１４のユニット
とも５の開口部を通過して触媒浄化装置ユニット本体に
導入される。本体内部では（ｂ）の矢印３で示したよう
に排ガスは流れる。この時左の室の蓄熱体層６により加
熱された左右の室の触媒９と加熱体１０により有害ガス
が浄化される。そして右の室の蓄熱体層６で熱交換さ
れ、冷却された状態で開口部５から出口側流路１１に排
出される。一定時間後ユニット１４の排ガスの流れを止
めるようにこのユニットの１２の遮断装置作動し排ガス
の流れを止めダンパーを操作し、（ｃ）および（ｄ）の
状態にして再び遮断装置を開け排ガスを流す。この操作
の間、ユニット１３は通常の排ガス浄化操作を続けてい
るので浄化装置全体としては排ガスの流れが止まること
はない。ユニット１４内での排ガスの流れが逆転して作
動している状態（ｃ）および（ｄ）ではユニット１４の
排ガスの流れは入り口側流路を右に流れ、（ｄ）の右の
室を上から下へ流れ左の室に移り下から上に流れ、出口
側流路に排出される。右室の蓄熱体層は（ｂ）の状態の
時に十分熱エネルギーを蓄熱しており、（ｄ）の状態で
は排ガスを熱交換によって加熱する。すなわち熱エネル
ギーは触媒浄化ユニット内を循環してロスする量は非常
に少ない。この時もちろんユニット１３は触媒浄化動作
を続けているので、ユニット内での排ガスの流れは
（ｂ）で示されたままである。次に一定時間後ユニット
１３の排ガスの流れを１４と同様の操作で変換する。そ
してもう１度ユニット１４の流れを逆転させると（ａ）
の状態に戻る。

【００１１】図２にそのサイクルでのダンパーの動きを
示した。５は開いたダンパー、４は閉じたダンパーを示
す。矢印１５は各触媒浄化ユニットで、２室の連通部分
での排ガスの流れを示してある。矢印１６はサイクルの
進行を示してあるが、全く逆の方向に進んでも良い。

【００１２】本実施例における有害成分の浄化効果と熱
効率を測定した結果を表１に示す。

【００１３】

【表１】

【００１４】触媒浄化ユニットは、蓄熱体としてそれぞ
れの室に２１０セル／inch²のコージライト系のハニカ
ム構造体のもの５リットル、触媒としてハニカム状の白
金触媒をそれぞれ１リットル、加熱装置は最大１kWのシ
ーズヒーターを用い、３００℃で温度調節を行った。排
ガスは１００ppmのスチレンガスを含み、送風量５００
リットル／minとした。排ガスの浄化率はスチレンガス
の触媒による分解率で示し、熱効率は簡易的に排ガスが
３００℃まで昇温されたとして３００℃への昇温温度に
対して出口温度と入り口温度との差を比較して算出し
た。切り替え時間とは、一方向で排ガスを流し続けた時
間を示す。

【００１５】この表１から明らかなように、本実施例に
よる触媒浄化装置は、９０％以上のスチレンガス排ガス
の浄化を９０％以上の熱交換率で達成することができて
いる。従来法によるアルミニウムの熱交換機を用いたも
のでは、排ガスの浄化率を９０％以上にすることは可能
であるが、熱交換率は連続運転でも５０〜６０％が限界
であった。

【００１６】この実施例では２つのユニットを用いた例
を示したが、３つ以上のユニットを組み合わせれば、よ
り以上に効率の高い触媒浄化装置を実現できる。また本
実施例では、蓄熱材としてコージライトを用いたが、こ
れは耐腐食性に優れているため排ガス中に金属を腐食す
るような成分たとえば酸性ガス等が含まれていても十分
使用に耐える。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、本発明は有害ガスの触媒
浄化ユニット２つ以上で構成され、それぞれのユニット
は蓄熱体層を有した２室に分かれ開口する一端がそれぞ
れ排ガスの入り口側流路，出口側流路と交互に相反して
連通する構造をもち、閉じられた他端部分で互いに連通
し加熱装置と触媒が設けられ、入り口側流路または出口
側流路にこのユニットへの排ガスの流れを遮断する装置
を設けている。従って一方の室の開口部から導入された
排ガスは、蓄熱体層から熱エネルギーを供給され加熱装
置，触媒層で有害成分を浄化された後、もう一方の室の
蓄熱体層で熱交換され冷却されて開口部から出口側流路
に排出される。一定時間の後排ガスの流れを遮断しダン
パーを切り替えて再び排ガスを流す操作を行うことによ
り、排ガスを逆方向に流し各室の蓄熱体層がこれまでと
は逆の熱交換作用を行うようにする。この操作を２つ以
上のユニットで交互に繰り返すことにより熱エネルギー
のロスを最小限に抑え、かつ排ガス中の有害成分を効率
よく浄化することができる触媒浄化装置を実現できるも
のである。

【００１８】また蓄熱材としてコージライト等の耐腐食
性に優れたセラミックが使用できるため、排ガス中に金
属を腐食するような成分たとえば酸性ガス等が含まれて
いても十分使用に耐える。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の実施例における触媒浄化装置の
全体構成と１つのサイクルモードの排ガスを流れを示す
図 （ｂ）（ａ）のＡ−Ｂ部分での断面を示す図 （ｃ），（ｄ）（ａ），（ｂ）から１つサイクルモード
が移行した状態を示す図

【図２】触媒浄化装置ユニット２つで構成された触媒浄
化装置の排ガスの流れるサイクルを各モード毎に示す図

【図３】（ａ）従来の触媒浄化装置本体の構成を示す図 （ｂ）熱交換機も含めた従来の触媒浄化システム全体の
構成を示す図

【符号の説明】

１３，１４ 触媒浄化ユニット本体 ６ 蓄熱体層 ９ 触媒 １０ 加熱装置 ４，５ 触媒装置の開口部でダンパーにより排ガスの出
口側流路または入り口側流路と連通する １２ 排ガスの流れを遮断する装置

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端が開口し、他端は閉じているとともに
   その部分で互いに連通した２室に分けられた本体を有
   し、各室の開口部側には蓄熱体層を、閉じられた側には
   触媒と加熱装置をそれぞれ配置するとともに、各室の開
   口部がそれぞれダンパーを介して排ガスの入り口側流路
   および出口側流路と連通し、入り口側流路または出口側
   流路に排ガスの流れを遮断する装置を設けた触媒浄化ユ
   ニットを２つ以上を組み合わせた触媒浄化装置。
2. 【請求項２】２つ以上の触媒浄化ユニットをもち、各ユ
   ニットは、２室がそれぞれ相反する出口または入り口側
   ガス流路の一方とのみ連通した状態で作動し、悪臭成分
   を含んだ排ガスは入り口側ガス流路から一方の室に流入
   し蓄熱体および加熱装置により加熱後触媒により浄化さ
   れてもう一方の室の蓄熱体層で冷却され出口側ガス流路
   に排出される過程と、一定時間の後排ガス流路を遮断し
   てダンパーの切り替えを行う過程と、排ガスの再流入時
   に浄化装置本体内の排ガスの流れが前記とは逆転して加
   熱，浄化，冷却を経て排出される過程を有し、それぞれ
   のユニットがこの操作を交互に繰り返すことにより排ガ
   ス中の有害成分を浄化するとともに、１つのユニットの
   排ガスの流れ方向を変換する操作時に、他のユニットは
   正常な排ガスの浄化操作を実行している触媒浄化方法。