JP3594463B2 - ガス吸着装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸着剤としてたとえばシリカゲルやゼオライト等を用いたガス吸着装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より波状の薄板と平薄板とを重ねて巻き上げ、ハネカム状のロータを構成し、その表面にたとえばシリカゲルやゼオライト等のガス吸着剤を付着させたガス吸着ロータが市販されている。このようなガス吸着ロータを用いたガス吸着装置は公害防止機器として採用され、近年その用途が広がりつつある。
【0003】
以下従来のガス吸着装置について図13に沿って説明をする。1はハネカム状のロータエレメントであり、上記のように波形薄板と平薄板を重ねて巻き上げ、ハネカム状のロータを構成し、その表面にたとえばシリカゲルやゼオライト等のガス吸着剤を付着させたものである。2は減速ギヤを有するギヤドモータであり、ベルト3を介してロータエレメント1を回転駆動する。
【0004】
4はケーシングであり、上記のギヤドモータ2、ベルト3を収納し、ロータエレメント1を回転自在に支持するものである。また、ロータエレメント1とケーシング4の間はシール5によって気密状態になされている。さらに、ケーシング4は吸着ゾーン6と再生ゾーン7に分割されている。
【0005】
9は処理空気用送風機であり、ガスの除去あるいは除湿処理を行う空気を送るためのものである。10はフィルターであり、再生ゾーン7に送る空気の塵埃を除去するものである。11は再生空気ヒータであり、再生ゾーン7に送る空気の加熱を行うものである。
【0006】
従来のガス吸着装置は以上のような構成であり、以下その動作について説明する。ロータエレメント1はギヤドモータ2によって回転駆動されつつ、処理空気送風機9によって例えば室内の空気等の処理空気が送られる。処理空気中のガスや湿気は吸着ゾーン6でロータエレメント1の表面に付着した吸着剤に吸着される。ロータエレメント1は回転しているため、ガスや湿気を吸着した部分は再生ゾーン7に移動する。再生ゾーン7には再生空気ヒータ11で加熱された空気が入ってくるため、ガスや湿気を吸着した部分は加熱され吸着したガスや湿気を再生空気中に放出する。
【0007】
このようにして、処理空気中のガスや湿気は除去され、再生空気中に放出される。再生空気中に放出されたガスが有機溶剤蒸気等の有害な物質であれば、焼却等の手段によって無害な物質に変え大気中に放出する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来のガス吸着装置は、上記の通り処理空気中のガスや湿気を除去することができるが、処理空気の温度が高い場合には吸着剤の吸着能力が低下し、処理空気中のガスや湿気の除去能力が低下するという問題がある。ここで冷凍機を用いて処理空気を冷却することが考えられるが、冷却のために多くのエネルギーを消費し運転経費がかさみ、さらにエネルギー消費が多いために二酸化炭素の排出の問題や、冷媒としてフロンを用いた場合にはその回収等の別の問題が発生する。また、構造が複雑になり高価になる等の問題もある。
【0009】
本発明は処理空気が高温であってもガスや湿気の除去能力が高く維持され、エネルギー消費の大幅な増大のないガス吸着装置を提供しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明はガス吸着体にガスを吸着させる吸着処理と、吸着したガスを放出させる再生処理とを交互に行うガス吸着部を備え、さらに気体流に揮発性液体を噴霧し霧状の微細な液滴を含む気液混合気体流となし、複数の気体流の流路を有する熱交換器の一方の流路に気液混合気体流を通し他方の流路に冷却すべき処理気体流を通し、熱交換器の流路を通過する間に気液混合気体流と処理気体流の間で顕熱交換を行い、顕熱交換による気液混合気体流の温度上昇に伴い気液混合気体流に含まれた微細な液滴が気化しその気化熱によって気液混合気体流の温度を連続的に下げることにより熱交換器を介して処理空気を連続的に冷却する冷却部を備え、冷却部を通過し冷却された空気を吸着ゾーンへ送り吸着処理をさせるようにしたものであり、処理ゾーンへ通過させる空気の温度を下げるようにした。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、処理空気中のガスを吸着するガス吸着体を有し、ガス吸着体にガスを吸着させる吸着処理と、吸着したガスを放出させる再生処理とを交互に行うガス吸着部を備え、さらに気体流に揮発性液体を噴霧し霧状の微細な液滴を含む気液混合気体流となし、複数の気体流の流路を有する熱交換器の一方の流路に気液混合気体流を通し他方の流路に冷却すべき処理気体流を通し、熱交換器の流路を通過する間に気液混合気体流と処理気体流の間で顕熱交換を行い、顕熱交換による気液混合気体流の温度上昇に伴い気液混合気体流に含まれた微細な液滴が気化しその気化熱によって気液混合気体流の温度を連続的に下げることにより熱交換器を介して処理空気を連続的に冷却する冷却部を備え、冷却部を通過し冷却された空気を吸着ゾーンへ送り吸着処理をさせるようにしたものであり、処理空気の温度が高くなっても冷却手段によって適切な温度になるまで冷却され、ガス吸着剤の効果が高く維持されるという作用を有する。
【0012】
以下、本発明の第1実施例について図1及び図2に沿って説明する。図1は本発明のブロック斜視図であり、上記の従来例と同一の構成部材については同一の番号を付与し、説明を簡略化する。
【0013】
1はハネカム状のロータエレメントであり、その表面にたとえばシリカゲルやゼオライト等のガス吸着剤を付着させたものである。2は減速ギヤを有するギヤドモータであり、ベルト3を介してロータエレメント1を回転駆動する。
【0014】
4はケーシングであり、上記のギヤドモータ2、ベルト3を収納し、ロータエレメント1を回転自在に支持するものである。また、ロータエレメント1とケーシング4の間はシール5によって気密状態になされている。さらに、ケーシング4は吸着ゾーン6と再生ゾーン7に分割されている。
【0015】
9は処理空気用送風機であり、ケーシング4の吸着ゾーン6とダクト(図示せず)によって連通されており、吸着ゾーン6に処理空気を送るものである。
【0016】
10はフィルター、11は再生空気ヒータであり、フィルター10を通って除塵された空気が再生空気ヒータ11に入るようにダクト(図示せず)によって連通されている。また再生空気ヒータ11はケーシング4の再生ゾーン7にダクト(図示せず)によって連通されている。
【0017】
12は再生空気用送風機であり、ケーシング4の再生ゾーン7にダクト(図示せず)によって連通され、この再生空気用送風機によって再生ゾーン7に再生空気ヒータ11を通過した加熱空気が通るようになる。
【0018】
13は直交型熱交換器であり、その一方の流路の前には噴霧器14が設けられており、さらに噴霧器14の前には冷却空気送風器15が設けられている。直交型熱交換器13の一方の流路の下部には水槽16が設けられ、水を蓄えるとともに直交型熱交換器13で気化できなかった水がここに集まる。直交型熱交換器13の他方の流路はケーシング4の吸着ゾーン6を通る空気流通路と連通している。
【0019】
17はポンプであり、水槽16の水を吸い上げ加圧して噴霧器14に送るものである。つまり、冷却空気送風器15によって作られる空気流の中に水が噴霧され、水蒸気を飽和状態で含みさらに多量の水の微粒子が浮遊した空気流となる。
【0020】
図2は直交型熱交換器13の透視図である。直交型熱交換器13は例えば薄いアルミニウム板を波状に曲げ加工したものと平板状のものを交互に重ね、互いに接着したものである。つまり、アルミニウム板を壁面とする小通路群が2組形成され、2つの流体通路A及びBが構成され、各小通路群は互いに直交した状態となる。そして各小通路群、つまり各通路A,Bは互いにアルミニウム板によって隔離された状態となる。なお、直交型熱交換器13の各小通路群の開口率は約0.4となり、熱交換効率は97.9%となる。
【0021】
なお図1において自明であるので図示していないが、以下の3つの流路を確保するダクトが設けられている。即ちフィルター10から再生空気ヒータ11、再生ゾーン7を通って再生空気用送風機12に至る再生空気の流路を確保するダクト、直交型熱交換器13の処理空気通路から吸着ゾーン6を通って処理空気用送風機9に至る処理空気の流路を確保するダクト、冷却空気送風機15から直交型熱交換器13の冷却空気通路に至る冷却空気の流路を確保するダクトが設けられている。
【0022】
このように構成された本発明のガス吸着装置は、次の通り動作する。冷却空気送風器15およびポンプ17を起動すると、直交型熱交換器13の一方の通路に送り込まれた空気は、直交型熱交換器13に入る前に噴霧器14によって水を噴霧される。この噴霧に際し、水が気化し気化熱によって温度が外気温以下に低下する。水の噴霧量を、水が全て気化する量より多くすると、噴霧器14を通過した空気は相対湿度100%の空気に水の微粒子が多量に浮かんだ状態となる。
【0023】
処理空気用送風機9の起動に伴って直交型熱交換器13の他方の通路に送られた空気の温度は外気温度のままであり、直交型熱交換器13の内部で一方の通路に送られた空気と顕熱交換を行う。つまり、一方の通路に送られた空気は顕熱交換によって温度が外気温近くまで上昇する。すると相対湿度は100%以下となり、空気中に浮かんだ多量の水の微粒子は急激に気化し、一方の通路内の空気の熱が気化熱によって奪われる。
【0024】
このように、直交型熱交換器13の一方の通路に送り込まれた空気は、他方の通路内の空気によって加熱されるものの、ほぼ一定の温度に保たれ、結果として他方の通路内の空気は連続的に冷却される。直交型熱交換器13の一方の通路を通過した空気は、直交型熱交換器13と水槽16の間を通過し大気中に放出される。また、気化せずに残った水滴の一部は大気中に放出され、残りは水槽16内へ落ちる。
【0025】
出願人の行った実験によると、一辺の長さが0.25mの立方体状の直交型熱交換器13を用い、冷却空気送風機15による直交型熱交換器13の通過空気速度を1.0m/毎秒に設定し、温度26.2℃、相対湿度78%の外気を流した時に噴霧器14による噴霧後の温度は22.7℃となった。また、この時に処理空気の通過空気速度を0.5m/毎秒として、直交型熱交換器13の入口の処理空気が温度35.4℃、相対湿度49%の時に出口の処理空気を測定すると、温度22.5℃、相対湿度100%となった。
【0026】
つまり、ロータエレメント1の吸気側における処理空気の温度はシリカゲルやゼオライト等の吸着剤が強く吸着作用を発揮する温度まで低下したことがわかる。このように、本発明の第1実施例の実現性は出願人の実験に基づく上記の説明で明かである。
【0027】
以下、本発明の第2実施例について図3に沿って説明する。図3は本発明の第2実施例のブロック斜視図であり、上記の第1実施例と同一の構成部材については同一の番号を付与し、説明を省略する。
【0028】
18はケーシング4の一部の分割されたパージゾーンであり、再生空気によって加熱されたロータエレメント1を冷却する部分である。そして、このパージゾーン18には処理空気用送風機9の吐き出し空気の一部が送り込まれるよう、ダクト(図示せず)が設けられている。なお、パージゾーン18から出た空気は送風機12により大気中に放出される。
【0029】
以上の構成の本発明の第2実施例のものは、再生によって温度の上昇したロータエレメント1は冷たく乾燥した空気によって冷却されるため、吸着ゾーン6において極めて効果的に除湿や空気に混合したガスの吸着を行うことができる。このように、本発明の第2実施例の実現性は出願人の実験に基づく上記の説明で明かである。
【0030】
以下、本発明の第3実施例について図4に沿って説明する。図4は本発明の第3実施例のブロック斜視図であり、上記の第2実施例と同一の構成部材については同一の番号を付与して説明を省略し、上記の第2実施例のものと構成の異なる部分についてのみ説明をする。
【0031】
処理空気は直接吸着ゾーン6に入り、処理空気用送風機9によって給気として室内に送り出されるよう構成されている。その給気の一部は直交型熱交換器13を介してパージゾーン18に送り込まれるよう、ダクト(図示せず)が設けられている。なお、パージゾーン18から出た空気は送風機12により大気中に放出される。
【0032】
以上のように構成された本発明の第3実施例のものは、給気の一部が直交型熱交換器13によって冷却され、パージゾーン18に送り込まれるため、再生によって温度の上昇したロータエレメント1は冷たく乾燥した空気によって冷却され、吸着ゾーン6において空気を極めて効果的に除湿することができる。このように、本発明の第3実施例の実現性は出願人の実験に基づく上記の説明で明かである。
【0033】
以下、本発明の第4実施例について図5に沿って説明する。図5は本発明の第4実施例のブロック斜視図であり、上記の図3に示す第2実施例と同一の構成部材については同一の番号を付与して説明を省略し、上記の第2実施例のものと構成の異なる部分についてのみ説明をする。
【0034】
パージゾーン18から出た空気は再生空気ヒータ11に導かれるようダクト(図示せず)が設けられている。また、再生空気ヒータ11に導かれる空気はすでにロータエレメント1を通過しているため、この実施例ではフィルターを設けていない。
【0035】
以上のように構成された本発明の第4実施例のものは、再生によって温度の上昇したロータエレメント1が冷たく乾燥した空気によって冷却されるため、吸着ゾーン6において空気を極めて効果的に除湿することができる。さらに、パージゾーン18を通過して温度の上昇した空気を、再生に必要な温度まで再生空気ヒータ11で加熱するようにしているため、再生空気ヒータ11に必要なエネルギーが少なくて済む。このように、本発明の第4実施例の実現性は出願人の実験に基づく上記の説明で明かである。
【0036】
以下、本発明の第5実施例について図6に沿って説明する。図6は本発明の第5実施例のブロック斜視図であり、上記の図4に示す第3実施例と同一の構成部材については同一の番号を付与し、説明を省略する。
【0037】
パージゾーン18から出た空気は再生空気ヒータ11に導かれるようダクト(図示せず)が設けられている。また、再生空気ヒータ11に導かれる空気はすでにロータエレメント1を通過しているため、この実施例ではフィルターを設けていない。
【0038】
以上のように構成された本発明の第5実施例のものは、再生によって温度の上昇したロータエレメント1が冷たく乾燥した空気によって冷却されるため、吸着ゾーン6において空気を極めて効果的に除湿することができる。さらに、パージゾーン18を通過して温度の上昇した空気を、再生に必要な温度まで再生空気ヒータ11で加熱するようにしているため、再生空気ヒータ11に必要なエネルギーが少なくて済む。
【0039】
本実施例のものは上記第4実施例のものと比較して、吸着ゾーン6に入る空気の温度は高くなるものの、パージゾーン18に入る空気の温度が低くなる。従って比較的処理空気の温度が低く、かつ再生に高い温度を必要とする場合に有効である。このように、本発明の第5実施例の実現性は出願人の実験に基づく上記の説明で明かである。
【0040】
以下、本発明の第6実施例について図7に沿って説明する。図7は本発明の第6実施例のブロック斜視図であり、上記の第2実施例と同一の構成部材については同一の番号を付与し、説明を省略する。また、図3に示す第2実施例との相違点は次の点である。処理空気用送風機9は直交型熱交換器13の流入側に設けられている。さらに、直交型熱交換器13の流出側から管路が分岐しており、その一方は吸着ゾーン6に入り、他方はパージゾーン18に入っている。パージゾーン18を通過した空気は大気中に放出される。
【0041】
以上のように構成された本発明の第6実施例のものは、再生によって温度の上昇したロータエレメント1は冷たい空気によって冷却されるため、吸着ゾーン6において空気を極めて効果的に除湿することができる。特にこの実施例のものは、直交型熱交換器13から出た空気が直接パージゾーン18に入るように構成されているため、直接パージゾーン18に入る空気の温度が低く、パージゾーン18の面積を大きく設定できない場合やロータエレメント1の特性上特に低い温度になるまで冷却したい場合等に有効である。このように、本発明の第6実施例の実現性は出願人の実験に基づく上記の説明で明かである。
【0042】
以下、本発明の第7実施例について図8に沿って説明する。図8は本発明の第7実施例のブロック斜視図であり、上記の第6実施例と同一の構成部材については同一の番号を付与し、説明を省略する。また、図7に示す第6実施例との相違点は次の点である。つまり、パージゾーン18から出た空気を再生ヒータ11へ導くようにしている。また、再生空気ヒータ11に導かれる空気はすでにロータエレメント1を通過しているため、この実施例ではフィルターを設けていない。
【0043】
以上のように構成された本発明の第7実施例のものは、再生によって温度の上昇したロータエレメント1は冷い空気によって冷却されるため、吸着ゾーン6において空気を極めて効果的に除湿することができる。さらに、パージゾーン18を通過して温度の上昇した空気を、再生に必要な温度まで再生空気ヒータ11で加熱するようにしているため、再生空気ヒータ11に必要なエネルギーが少なくて済む。このように、本発明の第7実施例の実現性は出願人の実験に基づく上記の説明で明かである。
【0044】
以下、本発明の第8実施例について図9に沿って説明する。図9は本発明の第8実施例のブロック斜視図であり、上記の第7実施例と同一の構成部材については同一の番号を付与し、説明を省略する。また、図8に示す第7実施例との相違点は次の点である。つまり、処理空気用送風機9を出た空気の流路は2つに分岐され、その流路の一方は直交型熱交換器13に入り、その流路の他方は吸着ゾーン6に入るように構成されている。さらに、直交型熱交換器13を出た空気はパージゾーン18に導かれている。
【0045】
以上のように構成された本発明の第8実施例のものは、再生によって温度の上昇したロータエレメント1は冷い空気によって冷却されるため、吸着ゾーン6において空気を極めて効果的に除湿することができる。特に本実施例のものは、直交型熱交換器13を出た空気は全量パージゾーン18に入るため、第6実施例のものよりさらにパージゾーン18の冷却効果が高い。このように、本発明の第8実施例の実現性は出願人の実験に基づく上記の説明で明かである。
【0046】
以下、本発明の第9実施例について図10に沿って説明する。図10は本発明の第9実施例のブロック斜視図であり、上記の第7実施例と同一の構成部材については同一の番号を付与し、説明を省略する。図8に示す第7実施例との相違点は次の点である。つまり、パージゾーン18を出た空気の一部は大気中に放出されるように構成されている。さらに再生空気ヒータ11にはパージゾーン18を出た空気とともに外気がフィルター10を介して導入されるように構成されている。
【0047】
以上のように構成された本発明の第9実施例のものは、再生によって温度の上昇したロータエレメント1が冷い空気によって冷却されるため、吸着ゾーン6において空気を極めて効果的に除湿することができる。さらに、パージゾーン18を通過して温度の上昇した空気の一部を、再生に必要な温度まで再生空気ヒータ11で加熱するようにしているため、再生空気ヒータ11に必要なエネルギーが少なくて済む。特に本実施例のものは再生空気ヒータ11に外気とパージゾーン18を通過した空気の両方を導いており、両方の空気の混合比を調整することによって再生空気ヒータ11に入る空気の温度を調整することができる。このように、本発明の第9実施例の実現性は出願人の実験に基づく上記の説明で明かである。
【0048】
以下、本発明の第10実施例について図11に沿って説明する。図11は本発明の第10実施例のブロック斜視図であり、上記の第9実施例と同一の構成部材については同一の番号を付与し、説明を省略する。図9に示す第8実施例との相違点は次の点である。つまり、パージゾーン18を出た空気の一部は大気中に放出されるように構成されている。さらに再生空気ヒータ11にはパージゾーン18を出た空気とともに外気がフィルター10を介して導入されるように構成されている。
【0049】
以上のように構成された本発明の第10実施例のものは、上記第9実施例のものと似た特徴を有し、再生空気ヒータ11に外気とパージゾーン18を通過した空気の両方を導いており、両方の空気の混合比を調整することによって再生空気ヒータ11に入る空気の温度を調整することができる。このように、本発明の第10実施例の実現性は出願人の実験に基づく上記の説明で明かである。
【0050】
以下、本発明の第11実施例について図12に沿って説明する。図12は本発明の第11実施例のブロック斜視図であり、上記の第1実施例と同一の構成部材については同一の番号を付与し、説明を省略する。また、図1に示す第1実施例との相違点は次の点である。つまり、処理空気用送風機9によって吸着ゾーン6を通過した空気が直交型熱交換器13に入るようにした点である。
【0051】
以上のように構成された本発明の第11実施例のものは、次のように動作する。吸着ゾーン6で乾燥され、吸着熱によって温度の上昇した空気が直交型熱交換器13によって冷却され、乾燥した冷たい空気となる。従って、この実施例のものはロータエレメント1にパージゾーンを設けなくても、処理空気の除湿を十分行う能力を持っている場合に、冷房設備として用いるのに適する。このように、本発明の第11実施例の実現性は出願人の実験に基づく上記の説明で明かである。
【0052】
【発明の効果】
本発明のガス吸着装置は上記の如く構成したので、熱交換器の流路内で気液混合気体流に含まれた大量の微細な液滴が気化しその気化熱によって気液混合気体流の温度を連続的に下げることにより熱交換器を介して処理空気を連続的に冷却する冷却手段をガス吸着部の処理ゾーンへ通過させる空気流路に挿入したものであり、処理空気の温度が高くなっても冷却手段によって適切な温度になるまで冷却され、ガス吸着剤の効果が高く維持される。
【0053】
さらに本発明のガス吸着装置は、冷却のために消費するエネルギーが少なく、運転経費が安価になり、さらにエネルギー消費が少ないために二酸化炭素の排出の問題や、冷媒を用いないためその回収等の別の問題が発生しない。また、構造が簡単で安価に作ることができる。
【0054】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガス吸着装置の実施例1を示すブロック斜視図である。
【図2】本発明に用いられる直交型熱交換器の一例を示す斜視図およびその要部拡大図である。
【図3】本発明のガス吸着装置の実施例2を示すブロック斜視図である。
【図4】本発明のガス吸着装置の実施例3を示すブロック斜視図である。
【図5】本発明のガス吸着装置の実施例4を示すブロック斜視図である。
【図6】本発明のガス吸着装置の実施例5を示すブロック斜視図である。
【図7】本発明のガス吸着装置の実施例6を示すブロック斜視図である。
【図8】本発明のガス吸着装置の実施例7を示すブロック斜視図である。
【図9】本発明のガス吸着装置の実施例8を示すブロック斜視図である。
【図10】本発明のガス吸着装置の実施例9を示すブロック斜視図である。
【図11】本発明のガス吸着装置の実施例10を示すブロック斜視図である。
【図12】本発明のガス吸着装置の実施例11を示すブロック斜視図である。
【図13】従来のガス吸着装置の例を示すブロック斜視図である。
【符号の説明】
1 ロータエレメント
2 ギヤドモータ
3 ベルト
4 ケーシング
5 シール
6 吸着ゾーン
7 再生ゾーン
9 処理空気用送風機
10 フィルター
11 再生空気ヒータ
12 再生空気用送風機
13 直交型熱交換器
14 噴霧器
15 冷却空気送風器
16 水槽
17 ポンプ
18 パージゾーン
Claims (1)
- 処理空気中のガスを吸着するガス吸着ロータを有し、前記ガス吸着ロータにガスを吸着させる吸着ゾーンと、吸着したガスを放出させる再生ゾーンとパージゾーンを設け、吸着ゾーンを通過した空気の一部を前記パージゾーンへ通過させ、前記パージゾーンを通過した空気を前記再生ゾーンへ通過させるようにしたガス吸着部を備えるとともに、気体流に揮発性液体を噴霧し霧状の微細な液滴を含む気液混合気体流となし、複数の気体流の流路を有する熱交換器の一方の流路に前記気液混合気体流を通し他方の流路に冷却すべき処理気体流を通し、前記熱交換器の流路を通過する間に前記気液混合気体流と前記処理気体流の間で顕熱交換を行い、顕熱交換によって前記気液混合気体流の温度上昇に伴い前記気液混合気体流に含まれた微細な液滴が気化しその気化熱によって前記気液混合気体流の温度を連続的に下げることにより前記熱交換器を介して処理空気を連続的に冷却する冷却部を備え、前記吸着ゾーンを出た空気の一部が前記冷却部を通過するようにし、前記冷却部を通過した空気が前記パージゾーンを通過するようにし、前記吸着ゾーンを通過した空気の一部を冷却して前記パージゾーンへ送るようにしたガス吸着装置。
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