JP3723132B2 - 分配翼付き回転型蓄熱式燃焼設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄熱式燃焼設備に係り、即に蓄熱式燃焼設備（Ｒ．Ｔ．Ｏ：regenerative thermal oxidizers）と蓄熱式触媒燃焼設備（Ｒ．Ｃ．Ｏ：regenerative catalyst oxidizers）に関する。前記蓄熱式燃焼設備はセパレーターを含み、このような円筒状のセパレーターの中央には、揮発性有機化合物（Ｖ．Ｏ．Ｃ：volatile organic compounds）及び悪臭ガスを連続的に除去するのためのローター（rotor）が装着され回転する。
【０００２】
【従来の技術】
揮発性有機化合物及び悪臭ガスを除去する技術としては、伝統的に凝縮法、燃焼法、吸収法、薬液洗浄法などの物理・化学的方法が用いられていた。また、最近、微生物を用いた生物学的処理方法も開発された。しかし、微生物を用いた生物学的処理方法は高濃度の揮発性有機化合物及び悪臭ガスを除去するための技術であり、多くの技術的難点を抱えているので、触媒燃焼法や薬液洗浄法等がより普遍的に利用されている。
【０００３】
一般に、蓄熱式触媒燃焼法（regenerative catalytic oxidation）は直接燃焼法（Direct thermal oxidation）に比べて低い温度で汚染物質を燃焼・除去することにより、燃料費の節減が可能であるので、幅広く用いられている。
【０００４】
しかし、従来の蓄熱式触媒燃焼法には、タイマー（Timer）を用いて揮発性有機化合物を繰り返して吸入・排出する方法で行われるダンパー（Damper）Ｄ２，Ｄ４式燃焼設備が主に用いられている。
【０００５】
従って、従来の蓄熱式触媒燃焼設備は、図１Ａに示すように、揮発性有機化合物の吸入口及び排出口として機能するダンパー（Damper）Ｄ２，Ｄ４がそれぞれ燃焼設備の下部に備えられ、燃焼室（Combustion Chamber）３０が燃焼設備の上部に位置する。また、燃焼済みガスが排出される間に燃焼ガスからの熱を回収する蓄熱層（Heat Media Bed）１０と触媒層（Catalyst Bed）２０が燃焼設備内部に備えられる。
【０００６】
上記のように構成された蓄熱式触媒燃焼設備は、揮発性有機化合物（Ｖ．Ｏ．Ｃ）がダンパーＤ２を通して燃焼設備に吸い込まれ、吸い込まれたガスは蓄熱層１０と触媒層２０を通過しながら昇温し、昇温したガスは燃焼室３０で除去され、さらに、高温処理された清浄ガス（Clean Gas）は燃焼設備の他の方に備えられた触媒層２０と蓄熱層１０を通過しながら、触媒層で２次完全燃焼が行われ、蓄熱層に熱を伝達し、ダンパーＤ４を通して大気中に排出されるシステムとして駆動される。
【０００７】
一方、上述した工程は、蓄熱式触媒燃焼設備に設置され、一定時間毎にその流れ方向を反転させるタイマーにより、吸入層と排出層の役割が逆になって実行される。
【０００８】
即ち、図１Ａに示すように、周期的に前記第Ｄ２，第Ｄ４ダンパーが閉じ、第Ｄ１、第Ｄ３ダンパーが開く。従って、流入口が排出口になり、排出口が流入口になる。前記図１Ａは蓄熱式触媒燃焼設備を示しているが、蓄熱式燃焼設備、即ち蓄熱層のみが備えられた燃焼設備の場合も前記と同一の方法で作動し、同様にタイマーにより調節される。
【０００９】
しかし、前記蓄熱式燃焼設備は、毎サイクルのダンパー入れ替えの際、蓄熱層１０と閉鎖ダンパーＤ１との間の不完全燃焼の残留揮発性有機化合物ガスが、ダンパーＤ１の開放とともに大気中に排出されるという問題点があった。
【００１０】
また、前記ダンパー入れ替えの際に蓄熱層１０と触媒層３０の温度が下降するので、所望の温度を得るためにバーナー（Burner）を一定時間再駆動する必要があり、まだ所定の燃焼温度まで上がっていない揮発性有機化合物ガスが大気中に排出されるという問題点があった。
【００１１】
かかる問題点を克服するために多くの研究が行われており、最も代表的な接近方法が米国特許第５５６２４４２号と米国特許第５９６７７７１号に記載されている。
【００１２】
米国特許第５５６２４４２号は上部、中央部及び下部からなる蓄熱式燃焼設備を開示している。これは各々の部分が壁等の仕切りで区切られており、ローターが下部の中央に配置されている。ローターは上部板と穿孔板、そして下部の固定表面からなり、穿孔板が、上部と下部のスリーブで固定してあるローラーを用いて上部板に対して回転する構造になっている。
【００１３】
運転の際には、弁体が回転して流入口からのガスを流入させ、流入したガスを流入口から穿孔（aperture）を通して燃焼設備の他の部分に送り込む。清浄ガスは穿孔を通して回転弁体に送り込まれるが、回転弁体は上部板と下部の固定表面とに対して固定装置により支持される。
【００１４】
しかし、前記特許は、穿孔板が底板に対して垂直回転するため、前記構成要素全体をシールする非常に大空間を必要とし、複雑さ及び機械的欠陥が発生する恐れがあるので、完全なシールができなく、且つ生産費を増やすという問題点がある。
【００１５】
米国特許第５９６７７７１号は、最小２つ以上の蓄熱層と触媒層を有し、蓄熱層燃焼設備の中央部に垂直に配置され、内部的には遮断膜により３つの個別通路に分けられてある一体型回転装置からなる回転型蓄熱式燃焼設備を開示している。この際、遮断膜を含む回転装置は一体型流れ分配装置として回転する。
【００１６】
運転の際には、ガスが流入口から回転装置を介して燃焼室の流入ゾーンを経、蓄熱層の流入区域に流入する。清浄ガスは蓄熱層の他の区域を過ぎてさらに排出口に送り込まれる。
【００１７】
回転装置と遮断膜が蓄熱層の支持体に対して垂直に回転する際は、３つの個別通路と一体型回転装置との間、上部遮断膜と蓄熱層の底との間をそれぞれシールする必要があるので、一体型回転装置と３つの個別通路は幅広いシール断面積を必要とし、これは米国特許第５５６２４４２号と同様な問題を引き起こす恐れがある。
【００１８】
前述した短所は、本発明の好適な実施例により、蓄熱式燃焼設備のハウジング内にセパレーターを設置し、該セパレーターの中心を、揮発性有機化合物（Ｖ．Ｏ．Ｃ）と悪臭ガス等の有害ガスを除去するために回転させることにより解決することができる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は揮発性有機化合物（Ｖ．Ｏ．Ｃ）ガスをセラミック素材で充填された蓄熱層を通過させ、燃焼室で燃焼させる新規の蓄熱式燃焼設備を提供する。
【００２０】
また、本発明は前記蓄熱層の上に触媒層を追加することにより、前記燃焼室の温度が既存の燃焼温度より低い温度で揮発性有機化合物（Ｖ．Ｏ．Ｃ）ガスを燃焼させる新規の蓄熱式触媒燃焼設備を提供する。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、流入ダクトと排出ダクトを有し、長手方向に沿ったハウジングと；前記ハウジング内の円周に沿った蓄熱層と；バーナーまたは電気ヒーターを備えた燃焼室と；ハウジングの中央に位置した分配シリンダーと；蓄熱層と接し、下部が流入室により遮断されたセパレーターと；分配シリンダー内に設置され、その内部に複数の分配翼を有するローターシリンダー、前記分配翼を覆っているローターカバー及び排出ダクトに連結された排出口から構成されたローターと；前記セパレーターの内壁と前記分配翼との間の隙間を物理的、空気または流圧手段でシールするものと；を含むことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下の内容は蓄熱式燃焼設備と蓄熱式触媒燃焼設備の両方に対して適用可能であるが、発明の構成は説明の便宜のために蓄熱式触媒燃焼設備を中心として説明する。
【００２３】
従って、以下の説明で「蓄熱式燃焼設備」というのは蓄熱式燃焼設備（Ｒ．Ｔ．Ｏ．）及び蓄熱式触媒燃焼設備（Ｒ，Ｃ，Ｏ．）の両方を意味する。
【００２４】
図２の円筒状の燃焼設備１は、揮発性有機化合物及び悪臭ガス等の有害ガスの流入口の役割をするダクト１ａと、燃焼設備１のハウジング内の円周に沿った蓄熱層１０と、蓄熱層上部の円周に沿った触媒層２０と、バーナー３１または電気ヒーターを備え、ガスの燃焼が生じる燃焼室３０と、ハウジングの中央に備えられた分配シリンダー（Distribution Cylinder）１１０と、分配シリンダーの外周に沿って等間隔で並んで、有害ガスと清浄ガスの混合を遮断する遮断膜１２０を有し、シリンダーホール（Cylinder Hole）１１１を備えたセパレーター（Separator）１００とから構成される。
【００２５】
蓄熱層の担体は１つまたはその以上のセラミック素材（honeycombまたはsaddle）からなり、特定用途により、メタリック状やプレート状からなる可能性もある。
【００２６】
触媒層はＰｔ／ＴｉＯ2、マンガン、酸化クロム、アルカリ金属、アルミナ、貴金属またはこれらの組合で充填される。
【００２７】
図４に示す本発明のセパレーター１００には、燃焼設備の内側壁に装着されるように円筒状の外壁１０１が備えられ、また前記セパレーター１００は、遮断膜１２０によって等間隔で区切られた多数の区間からなる。この際、セパレーター１００内の区間の形態は、外側円筒の円周と分配シリンダー１１０の円周との差のため扇形になっている。セパレーター１００の上部は蓄熱層と接し、下部は流入室２と排出室３により遮断されている。
【００２８】
前記分配シリンダー１１０下部の円周に沿って各遮断膜１２０の間にシリンダーホール１１１が穿孔されており、前記シリンダーホール１１１はローター２００の回転位置により流入部または排出部になる。内部中央にはローター２００の上部側２３０との結合を行う上部軸受１１２が備えられている。即ち、前記ローター２００の上部側２３０を前記上部軸受１１２に結合させ、下部軸２４０を排出室３の底に備えられた下部軸受（未図示）に結合させることにより、駆動手段３００による回転を可能とする。
【００２９】
分配シリンダー１１０内のローター２００は、円周に沿って等間隔に並んでいる多数の分配翼（Distribution Wing）２１０を備えたローターシリンダー２２０と、分配翼を取り囲み、清浄ガス捕集孔を有するローターカバー（Rotor Cover）２５０と、排出ダクト１ｂと連結されている排出口２２２と、ローターを所定速度で回転させる駆動手段３００とから構成される。
【００３０】
また、ローター２００は分配翼２１０と上部排出孔２２１及び下部排出孔２２２からなる。ローターカバー２５０は垂直に約半分位の分配翼２１０を覆っていると共に、下側分配翼２１０の下側半分を覆っている。言い換えれば、ローターカバー２５０は分配翼２１０の円周に沿って約４分の１位を覆っている。分配翼の上部半分は分配シリンダー１１０内に備えられる。これにより、分配翼を有する下部が有害ガスの流入口になり、上部排出孔２２１が清浄ガスの排出口になる。
【００３１】
分配翼２１０はローターの円周に沿ってローター上部に等間隔に配置され、前述したようにローターカバー２５０が約２分の１位の分配翼を覆っている。下部板（未図示）はシールの役割を果たし、ローターの下部にローターシリンダーに対して垂直に位置しているので、清浄ガスと有害ガスの混合を防止する。
【００３２】
開口部２５１は、セパレーター１００と重なるローターカバー２５０に位置し、清浄ガスの排出を容易にし、上部排出孔２２１通過前における有害ガスと燃焼ガスの混合を防止する。有害ガスが流入するセパレーター１００の下部は、ローターカバー２５０からの完全なシールのためにシール装置５４０により別にシールされる。
【００３３】
図５Ａによれば、開口部２５１の両側にはローターカバー２５０の垂直分割部２５２があり、これは有害ガス流入と清浄ガス排出が連続的に繰り返す過程で、シリンダーホール１１１による有害ガスと清浄ガスの混合を防止する。垂直分割部２５２は、その幅が分配シリンダー１１０の円周に沿って穿孔されたシリンダーホール１１１の幅より広くなっているので、ローター２００の回転によりシリンダーホールを開閉することができる。
【００３４】
好適な実施例は、ローター２００内の流入分配区域と排出区域との間に配置さえる別のパージ部２５３を含んでいる。
【００３５】
他の好適な実施例では、セパレーター内壁５５０と分配翼２１０との間の隙間を物理的、空気または流圧手段によりシールすることにより、図６に示すように有害ガスと燃焼ガスの混合を防止する。シール材としては、図６Ａに示すように高張力テフロンやスプリング装置が用いられる。ローター２００とセパレーター内壁５５０との間のしっかりとシールするために、シール装置５４０やＯ−リング（O-rings）をも用いることができる。前記Ｏ−リング（O-rings）は、図６Ｂに示すようにローター２００の上部、ローターカバー２５０の下部、開口部２５１の底部に設置される。
【００３６】
駆動手段３００は歯車（gear）３０３と減速器３０２とから構成されるが、ローター２００と駆動手段３００との連結手段としてはチェーン（Chain）またはベルト（Belt）が用いられる。
【００３７】
図３によれば、運転の際、有害ガスは流入ダクト（１ａ）を通して流入する。流入したガスは燃焼設備１の内部のローター２００に送り込まれ、分配翼２１０により、セパレーター１００に分配される。
【００３８】
従って、分配翼２１０の約２分の１は流入部になり、残り２分の１は排出部になり、また、前記セパレーター１００の中心部に形成されたシリンダーホール１１１は、ローター２００の回転により有害ガスの流入口または清浄ガスの排出口になる。
【００３９】
ローターカバー２５０で覆われていない分配翼の方へ吸い込まれた有害ガスは、段階的にセパレーター１００、蓄熱層１０、触媒層２０を経て最終的に燃焼室で燃焼する。清浄ガスは燃焼設備の反対の方で段階的に触媒層２０、蓄熱層１０、セパレーター１００を経てローター２００の開口部２５１、上部排出孔２２１、ローターシリンダー２２０の内側面、下部排出孔２２２、排出ダクト１ｂを経て大気中に排出される。
【００４０】
Ｖ．Ｏ．Ｃと悪臭ガスを含む有害ガスは、セパレーター１００中央部の分配シリンダー１１０のシリンダーホール１１１を通してセパレーター１００で区切られた区域に分配され、蓄熱層１０と触媒層２０に流れる。流入ガスは清浄ガスからの熱を吸収し、予熱された蓄熱層１０と触媒層２０を経て最小２００〜４００℃のバーナー３１または電気ヒーターにより燃焼する。
【００４１】
触媒層のない蓄熱式燃焼設備は燃焼室の温度を７６０〜８５０℃に保つことができる。
【００４２】
清浄ガスは蓄熱層１０を通過しながら熱を放出し、これにより蓄熱層の温度が上昇する。該ガスはローターシリンダー２２０のシリンダーホール１１１、上部排出孔２２１、下部排出孔２２２を経て排出室３を通過し、排出ダクト１ｂを通して排出される。
【００４３】
一方、ローター２００は歯車モーター３０１と減速器３０２により作動するが、インバーター等の制御装置により特定速度で回転する。前述したように、ガスの流入と排出はローターにより調節され、蓄熱層１０と触媒層２０の役割はローターの位置により変わる。従って、蓄熱層と触媒層は各位置で一定温度を保つことができるので、最小限の熱でも有害ガスの予熱と燃焼が可能になる。
【００４４】
図５Ａによれば、開口部２５１の両側にはローターカバー２５０の垂直分割部２５２があり、これは有害ガスと清浄ガスが連続的にそれぞれ流入・排出される過程で、シリンダーホール１１１による有害ガスと清浄ガスの混合を防止する。
【００４５】
即ち、垂直分割部２５２は、その幅が分配シリンダー１１０の円周に沿って穿孔されたシリンダーホール１１１の幅より広くなっているので、ローター２００の回転によりシリンダーホールを開閉することができる。万一、遮断膜で区切られるセパレーターの１つの区間に有害ガスが流入し、隣接する区間から清浄ガスが排出されるならば、両区間のシリンダーホールの共有を防止し、ガスの排出または流入のいずれかが完了するまで次の作業工程が不可能となっているので、有害ガスと清浄ガスの混合を防止することができる。
【００４６】
図５Ｂは流入室２の断面図であり、ローターカバー２５０のない分配翼２１０に有害ガスが流入し、ローターシリンダー２２０の上部排出孔２２１に流入した清浄ガスは、ローターシリンダー２２０の内部に流れ、下部排出孔２２２を通して排出され、排出室３の排出ダクト１ｂを経て大気中に排出される。
【００４７】
また、図５Ｂに示されてはないが、ローターカバー２５０とローターシリンダー２２０を遮断する下部遮断膜（未図示）が存在し、これが有害ガスと清浄ガスの混合を防止する。
【００４８】
図５Ｂに示すように、本発明は分配翼２１０付きローターカバー２５０を基本として説明したが、分配翼２１０のないローターカバーも同一方式で機能する。
【００４９】
ローターの回転方向と関連して、垂直分割部２５２の反対の方にパージ部が存在する。有害ガスがローターの回転により遮断膜１２０で区切られた扇形のセパレーターの区間に流入し、清浄ガスがセパレーターの同一区間を通過すると、蓄熱層１０と触媒層２０の残留有害ガスは清浄ガスと共にシリンダーホール１１１を通して大気中に排出される。このような現象を防止するために、このように重なる部位にパージが存在する。
【００５０】
図６Ａに示すように、パージガス供給ライン５１０が分配翼２１０の中心部に更に設けられ、周辺空気または清浄空気がパージガスとして用いられ、これはファンにより供給される。このようにパージガスの使用目的は、ローター２００が順次回転する間、蓄熱層１０と触媒層２０の未処理有害ガスを燃焼室３０に押し出すことにあり、パージガスは排出分配板を通して清浄ガスとして排出される。
【００５１】
有害ガス流入と清浄ガス排出が繰り返して行われるため、ローター２００と分配翼２１０の回転により流入区域と排出区域がシリンダーホール１１１で重なり、結果的に前記二つのガスの混合が行われる恐れがあるので、この際、垂直分割部２５２はこの混合を回避するために用いられる。
【００５２】
図６に示すように、有害ガスと清浄ガスの混合を防止するために、分配翼２１０とセパレーター内壁５５０との間の隙間はシールされる。シール位置は図６Ａ及び図６Ｂに示されている。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明はハウジングの中央にローターを有する新規の蓄熱式燃焼装置であり、有害ガスの完全な燃焼と連続的で効率的な運転とを可能とする。さらに、有害ガスの流れの方向をローターにより調節することにより、蓄熱層と触媒層は一定温度を保つことができるので、省エネルギーが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図２】 本発明の蓄熱式燃焼設備の概略斜視図である。
【図３】 図２のＡ−Ａ線の概略断面図である。
【図４】 セパレーター（Separator）及びローター（Rotor）の概略斜視図である。
【図５】 図５Ａ及び図５Ｂはそれぞれ図３のＢ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線の概略断面図である。
【図６】 図６Ａ及び図６Ｂは流入ガスと処理ガスの混合を防止するため、スプリング装置及びＯ−リング（O-rings）が備えられた分割ゾーン（Distribution Zone）を示す図面である。
【符号の説明】
１ 蓄熱式燃焼設備
１ａ 流入ダクト
１ｂ 排出ダクト
２ 流入室
３ 排出室
１０ 蓄熱層（Heat Media Bed）
２０ 触媒層（Catalyst Bed）
３０ 燃焼室（Combustion Chamber）
３１ バーナー（Burner）
１００ セパレーター（Separator）
１０１ 外壁
１１０ 分配シリンダー（Distribution Cylinder）
１１１ シリンダーホール（Cylinder Hole）
１１２ 上部軸受
１１３ 下部軸受
１２０ 遮断膜（lsolating Plate）
２００ ローター（Rotor）
２１０ 分配翼（Distribution Wing）
２２０ ローターシリンダー（Rotor Cylinder）
２２１ 上部排出孔
２２２ 下部排出孔
２３０ 上部軸
２４０ 下部軸
２５０ ローターカバー（Rotor Cover）
２５１ 開口部
２５２ 垂直分割部
２５３ パージ部
３００ 駆動手段（Driving Method）
３０１ 歯車モーター（Gear Motor）
３０２ 減速器（Reducer）
３０３ 歯車（Gear）
５１０ パージガス供給ライン
５０２ スプリング装置
５３０ 清浄空気パージ部（Fresh Air Purge）
５４０ シール装置（O-ring）
５５０ セパレーター内壁
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄熱式燃焼設備に係り、即に蓄熱式燃焼設備（Ｒ．Ｔ．Ｏ：regenerative thermal oxidizers）と蓄熱式触媒燃焼設備（Ｒ．Ｃ．Ｏ：regenerative catalyst oxidizers）に関する。前記蓄熱式燃焼設備はセパレーターを含み、このような円筒状のセパレーターの中央には、揮発性有機化合物（Ｖ．Ｏ．Ｃ：volatile organic compounds）及び悪臭ガスを連続的に除去するのためのローター（rotor）が装着され回転する。
【０００２】
【従来の技術】
揮発性有機化合物及び悪臭ガスを除去する技術としては、伝統的に凝縮法、燃焼法、吸収法、薬液洗浄法などの物理・化学的方法が用いられていた。また、最近、微生物を用いた生物学的処理方法も開発された。しかし、微生物を用いた生物学的処理方法は高濃度の揮発性有機化合物及び悪臭ガスを除去するための技術であり、多くの技術的難点を抱えているので、触媒燃焼法や薬液洗浄法等がより普遍的に利用されている。
【０００３】
一般に、蓄熱式触媒燃焼法（regenerative catalytic oxidation）は直接燃焼法（Direct thermal oxidation）に比べて低い温度で汚染物質を燃焼・除去することにより、燃料費の節減が可能であるので、幅広く用いられている。
【０００４】
しかし、従来の蓄熱式触媒燃焼法には、タイマー（Timer）を用いて揮発性有機化合物を繰り返して吸入・排出する方法で行われるダンパー（Damper）Ｄ２，Ｄ４式燃焼設備が主に用いられている。
【０００５】
従って、従来の蓄熱式触媒燃焼設備は、図１Ａに示すように、揮発性有機化合物の吸入口及び排出口として機能するダンパー（Damper）Ｄ２，Ｄ４がそれぞれ燃焼設備の下部に備えられ、燃焼室（Combustion Chamber）３０が燃焼設備の上部に位置する。また、燃焼済みガスが排出される間に燃焼ガスからの熱を回収する蓄熱層（Heat Media Bed）１０と触媒層（Catalyst Bed）２０が燃焼設備内部に備えられる。
【０００６】
上記のように構成された蓄熱式触媒燃焼設備は、揮発性有機化合物（Ｖ．Ｏ．Ｃ）がダンパーＤ２を通して燃焼設備に吸い込まれ、吸い込まれたガスは蓄熱層１０と触媒層２０を通過しながら昇温し、昇温したガスは燃焼室３０で除去され、さらに、高温処理された清浄ガス（Clean Gas）は燃焼設備の他の方に備えられた触媒層２０と蓄熱層１０を通過しながら、触媒層で２次完全燃焼が行われ、蓄熱層に熱を伝達し、ダンパーＤ４を通して大気中に排出されるシステムとして駆動される。
【０００７】
一方、上述した工程は、蓄熱式触媒燃焼設備に設置され、一定時間毎にその流れ方向を反転させるタイマーにより、吸入層と排出層の役割が逆になって実行される。
【０００８】
即ち、図１Ａに示すように、周期的に前記第Ｄ２，第Ｄ４ダンパーが閉じ、第Ｄ１、第Ｄ３ダンパーが開く。従って、流入口が排出口になり、排出口が流入口になる。前記図１Ａは蓄熱式触媒燃焼設備を示しているが、蓄熱式燃焼設備、即ち蓄熱層のみが備えられた燃焼設備の場合も前記と同一の方法で作動し、同様にタイマーにより調節される。
【０００９】
しかし、前記蓄熱式燃焼設備は、毎サイクルのダンパー入れ替えの際、蓄熱層１０と閉鎖ダンパーＤ１との間の不完全燃焼の残留揮発性有機化合物ガスが、ダンパーＤ１の開放とともに大気中に排出されるという問題点があった。
【００１０】
また、前記ダンパー入れ替えの際に蓄熱層１０と触媒層３０の温度が下降するので、所望の温度を得るためにバーナー（Burner）を一定時間再駆動する必要があり、まだ所定の燃焼温度まで上がっていない揮発性有機化合物ガスが大気中に排出されるという問題点があった。
【００１１】
かかる問題点を克服するために多くの研究が行われており、最も代表的な接近方法が米国特許第５５６２４４２号と米国特許第５９６７７７１号に記載されている。
【００１２】
米国特許第５５６２４４２号は上部、中央部及び下部からなる蓄熱式燃焼設備を開示している。これは各々の部分が壁等の仕切りで区切られており、ローターが下部の中央に配置されている。ローターは上部板と穿孔板、そして下部の固定表面からなり、穿孔板が、上部と下部のスリーブで固定してあるローラーを用いて上部板に対して回転する構造になっている。
【００１３】
運転の際には、弁体が回転して流入口からのガスを流入させ、流入したガスを流入口から穿孔（aperture）を通して燃焼設備の他の部分に送り込む。清浄ガスは穿孔を通して回転弁体に送り込まれるが、回転弁体は上部板と下部の固定表面とに対して固定装置により支持される。
【００１４】
しかし、前記特許は、穿孔板が底板に対して垂直回転するため、前記構成要素全体をシールする非常に大空間を必要とし、複雑さ及び機械的欠陥が発生する恐れがあるので、完全なシールができなく、且つ生産費を増やすという問題点がある。
【００１５】
米国特許第５９６７７７１号は、最小２つ以上の蓄熱層と触媒層を有し、蓄熱層燃焼設備の中央部に垂直に配置され、内部的には遮断膜により３つの個別通路に分けられてある一体型回転装置からなる回転型蓄熱式燃焼設備を開示している。この際、遮断膜を含む回転装置は一体型流れ分配装置として回転する。
【００１６】
運転の際には、ガスが流入口から回転装置を介して燃焼室の流入ゾーンを経、蓄熱層の流入区域に流入する。清浄ガスは蓄熱層の他の区域を過ぎてさらに排出口に送り込まれる。
【００１７】
回転装置と遮断膜が蓄熱層の支持体に対して垂直に回転する際は、３つの個別通路と一体型回転装置との間、上部遮断膜と蓄熱層の底との間をそれぞれシールする必要があるので、一体型回転装置と３つの個別通路は幅広いシール断面積を必要とし、これは米国特許第５５６２４４２号と同様な問題を引き起こす恐れがある。
【００１８】
前述した短所は、本発明の好適な実施例により、蓄熱式燃焼設備のハウジング内にセパレーターを設置し、該セパレーターの中心を、揮発性有機化合物（Ｖ．Ｏ．Ｃ）と悪臭ガス等の有害ガスを除去するために回転させることにより解決することができる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は揮発性有機化合物（Ｖ．Ｏ．Ｃ）ガスをセラミック素材で充填された蓄熱層を通過させ、燃焼室で燃焼させる新規の蓄熱式燃焼設備を提供する。
【００２０】
また、本発明は前記蓄熱層の上に触媒層を追加することにより、前記燃焼室の温度が既存の燃焼温度より低い温度で揮発性有機化合物（Ｖ．Ｏ．Ｃ）ガスを燃焼させる新規の蓄熱式触媒燃焼設備を提供する。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、流入ダクトと排出ダクトを有し、長手方向に沿ったハウジングと；前記ハウジング内の円周に沿った蓄熱層と；バーナーまたは電気ヒーターを備えた燃焼室と；ハウジングの中央に位置した分配シリンダーと；蓄熱層と接し、下部が流入室により遮断されたセパレーターと；分配シリンダー内に設置され、その内部に複数の分配翼を有するローターシリンダー、前記分配翼を覆っているローターカバー及び排出ダクトに連結された排出口から構成されたローターと；前記セパレーターの内壁と前記分配翼との間の隙間を物理的、空気または流圧手段でシールするものと；を含むことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下の内容は蓄熱式燃焼設備と蓄熱式触媒燃焼設備の両方に対して適用可能であるが、発明の構成は説明の便宜のために蓄熱式触媒燃焼設備を中心として説明する。
【００２３】
従って、以下の説明で「蓄熱式燃焼設備」というのは蓄熱式燃焼設備（Ｒ．Ｔ．Ｏ．）及び蓄熱式触媒燃焼設備（Ｒ，Ｃ，Ｏ．）の両方を意味する。
【００２４】
図２の円筒状の燃焼設備１は、揮発性有機化合物及び悪臭ガス等の有害ガスの流入口の役割をするダクト１ａと、燃焼設備１のハウジング内の円周に沿った蓄熱層１０と、蓄熱層上部の円周に沿った触媒層２０と、バーナー３１または電気ヒーターを備え、ガスの燃焼が生じる燃焼室３０と、ハウジングの中央に備えられた分配シリンダー（Distribution Cylinder）１１０と、分配シリンダーの外周に沿って等間隔で並んで、有害ガスと清浄ガスの混合を遮断する遮断膜１２０を有し、シリンダーホール（Cylinder Hole）１１１を備えたセパレーター（Separator）１００とから構成される。
【００２５】
蓄熱層の担体は１つまたはその以上のセラミック素材（honeycombまたはsaddle）からなり、特定用途により、メタリック状やプレート状からなる可能性もある。
【００２６】
触媒層はＰｔ／ＴｉＯ2、マンガン、酸化クロム、アルカリ金属、アルミナ、貴金属またはこれらの組合で充填される。
【００２７】
図４に示す本発明のセパレーター１００には、燃焼設備の内側壁に装着されるように円筒状の外壁１０１が備えられ、また前記セパレーター１００は、遮断膜１２０によって等間隔で区切られた多数の区間からなる。この際、セパレーター１００内の区間の形態は、外側円筒の円周と分配シリンダー１１０の円周との差のため扇形になっている。セパレーター１００の上部は蓄熱層と接し、下部は流入室２と排出室３により遮断されている。
【００２８】
前記分配シリンダー１１０下部の円周に沿って各遮断膜１２０の間にシリンダーホール１１１が穿孔されており、前記シリンダーホール１１１はローター２００の回転位置により流入部または排出部になる。内部中央にはローター２００の上部側２３０との結合を行う上部軸受１１２が備えられている。即ち、前記ローター２００の上部側２３０を前記上部軸受１１２に結合させ、下部軸２４０を排出室３の底に備えられた下部軸受（未図示）に結合させることにより、駆動手段３００による回転を可能とする。
【００２９】
分配シリンダー１１０内のローター２００は、円周に沿って等間隔に並んでいる多数の分配翼（Distribution Wing）２１０を備えたローターシリンダー２２０と、分配翼を取り囲み、清浄ガス捕集孔を有するローターカバー（Rotor Cover）２５０と、排出ダクト１ｂと連結されている排出口２２２と、ローターを所定速度で回転させる駆動手段３００とから構成される。
【００３０】
また、ローター２００は分配翼２１０と上部排出孔２２１及び下部排出孔２２２からなる。ローターカバー２５０は垂直に約半分位の分配翼２１０を覆っていると共に、下側分配翼２１０の下側半分を覆っている。言い換えれば、ローターカバー２５０は分配翼２１０の円周に沿って約４分の１位を覆っている。分配翼の上部半分は分配シリンダー１１０内に備えられる。これにより、分配翼を有する下部が有害ガスの流入口になり、上部排出孔２２１が清浄ガスの排出口になる。
【００３１】
分配翼２１０はローターの円周に沿ってローター上部に等間隔に配置され、前述したようにローターカバー２５０が約２分の１位の分配翼を覆っている。下部板（未図示）はシールの役割を果たし、ローターの下部にローターシリンダーに対して垂直に位置しているので、清浄ガスと有害ガスの混合を防止する。
【００３２】
開口部２５１は、セパレーター１００と重なるローターカバー２５０に位置し、清浄ガスの排出を容易にし、上部排出孔２２１通過前における有害ガスと燃焼ガスの混合を防止する。有害ガスが流入するセパレーター１００の下部は、ローターカバー２５０からの完全なシールのためにシール装置５４０により別にシールされる。
【００３３】
図５Ａによれば、開口部２５１の両側にはローターカバー２５０の垂直分割部２５２があり、これは有害ガス流入と清浄ガス排出が連続的に繰り返す過程で、シリンダーホール１１１による有害ガスと清浄ガスの混合を防止する。垂直分割部２５２は、その幅が分配シリンダー１１０の円周に沿って穿孔されたシリンダーホール１１１の幅より広くなっているので、ローター２００の回転によりシリンダーホールを開閉することができる。
【００３４】
好適な実施例は、ローター２００内の流入分配区域と排出区域との間に配置さえる別のパージ部２５３を含んでいる。
【００３５】
他の好適な実施例では、セパレーター内壁５５０と分配翼２１０との間の隙間を物理的、空気または流圧手段によりシールすることにより、図６に示すように有害ガスと燃焼ガスの混合を防止する。シール材としては、図６Ａに示すように高張力テフロンやスプリング装置が用いられる。ローター２００とセパレーター内壁５５０との間のしっかりとシールするために、シール装置５４０やＯ−リング（O-rings）をも用いることができる。前記Ｏ−リング（O-rings）は、図６Ｂに示すようにローター２００の上部、ローターカバー２５０の下部、開口部２５１の底部に設置される。
【００３６】
駆動手段３００は歯車（gear）３０３と減速器３０２とから構成されるが、ローター２００と駆動手段３００との連結手段としてはチェーン（Chain）またはベルト（Belt）が用いられる。
【００３７】
図３によれば、運転の際、有害ガスは流入ダクト（１ａ）を通して流入する。流入したガスは燃焼設備１の内部のローター２００に送り込まれ、分配翼２１０により、セパレーター１００に分配される。
【００３８】
従って、分配翼２１０の約２分の１は流入部になり、残り２分の１は排出部になり、また、前記セパレーター１００の中心部に形成されたシリンダーホール１１１は、ローター２００の回転により有害ガスの流入口または清浄ガスの排出口になる。
【００３９】
ローターカバー２５０で覆われていない分配翼の方へ吸い込まれた有害ガスは、段階的にセパレーター１００、蓄熱層１０、触媒層２０を経て最終的に燃焼室で燃焼する。清浄ガスは燃焼設備の反対の方で段階的に触媒層２０、蓄熱層１０、セパレーター１００を経てローター２００の開口部２５１、上部排出孔２２１、ローターシリンダー２２０の内側面、下部排出孔２２２、排出ダクト１ｂを経て大気中に排出される。
【００４０】
Ｖ．Ｏ．Ｃと悪臭ガスを含む有害ガスは、セパレーター１００中央部の分配シリンダー１１０のシリンダーホール１１１を通してセパレーター１００で区切られた区域に分配され、蓄熱層１０と触媒層２０に流れる。流入ガスは清浄ガスからの熱を吸収し、予熱された蓄熱層１０と触媒層２０を経て最小２００〜４００℃のバーナー３１または電気ヒーターにより燃焼する。
【００４１】
触媒層のない蓄熱式燃焼設備は燃焼室の温度を７６０〜８５０℃に保つことができる。
【００４２】
清浄ガスは蓄熱層１０を通過しながら熱を放出し、これにより蓄熱層の温度が上昇する。該ガスはローターシリンダー２２０のシリンダーホール１１１、上部排出孔２２１、下部排出孔２２２を経て排出室３を通過し、排出ダクト１ｂを通して排出される。
【００４３】
一方、ローター２００は歯車モーター３０１と減速器３０２により作動するが、インバーター等の制御装置により特定速度で回転する。前述したように、ガスの流入と排出はローターにより調節され、蓄熱層１０と触媒層２０の役割はローターの位置により変わる。従って、蓄熱層と触媒層は各位置で一定温度を保つことができるので、最小限の熱でも有害ガスの予熱と燃焼が可能になる。
【００４４】
図５Ａによれば、開口部２５１の両側にはローターカバー２５０の垂直分割部２５２があり、これは有害ガスと清浄ガスが連続的にそれぞれ流入・排出される過程で、シリンダーホール１１１による有害ガスと清浄ガスの混合を防止する。
【００４５】
即ち、垂直分割部２５２は、その幅が分配シリンダー１１０の円周に沿って穿孔されたシリンダーホール１１１の幅より広くなっているので、ローター２００の回転によりシリンダーホールを開閉することができる。万一、遮断膜で区切られるセパレーターの１つの区間に有害ガスが流入し、隣接する区間から清浄ガスが排出されるならば、両区間のシリンダーホールの共有を防止し、ガスの排出または流入のいずれかが完了するまで次の作業工程が不可能となっているので、有害ガスと清浄ガスの混合を防止することができる。
【００４６】
図５Ｂは流入室２の断面図であり、ローターカバー２５０のない分配翼２１０に有害ガスが流入し、ローターシリンダー２２０の上部排出孔２２１に流入した清浄ガスは、ローターシリンダー２２０の内部に流れ、下部排出孔２２２を通して排出され、排出室３の排出ダクト１ｂを経て大気中に排出される。
【００４７】
また、図５Ｂに示されてはないが、ローターカバー２５０とローターシリンダー２２０を遮断する下部遮断膜（未図示）が存在し、これが有害ガスと清浄ガスの混合を防止する。
【００４８】
図５Ｂに示すように、本発明は分配翼２１０付きローターカバー２５０を基本として説明したが、分配翼２１０のないローターカバーも同一方式で機能する。
【００４９】
ローターの回転方向と関連して、垂直分割部２５２の反対の方にパージ部が存在する。有害ガスがローターの回転により遮断膜１２０で区切られた扇形のセパレーターの区間に流入し、清浄ガスがセパレーターの同一区間を通過すると、蓄熱層１０と触媒層２０の残留有害ガスは清浄ガスと共にシリンダーホール１１１を通して大気中に排出される。このような現象を防止するために、このように重なる部位にパージが存在する。
【００５０】
図６Ａに示すように、パージガス供給ライン５１０が分配翼２１０の中心部に更に設けられ、周辺空気または清浄空気がパージガスとして用いられ、これはファンにより供給される。このようにパージガスの使用目的は、ローター２００が順次回転する間、蓄熱層１０と触媒層２０の未処理有害ガスを燃焼室３０に押し出すことにあり、パージガスは排出分配板を通して清浄ガスとして排出される。
【００５１】
有害ガス流入と清浄ガス排出が繰り返して行われるため、ローター２００と分配翼２１０の回転により流入区域と排出区域がシリンダーホール１１１で重なり、結果的に前記二つのガスの混合が行われる恐れがあるので、この際、垂直分割部２５２はこの混合を回避するために用いられる。
【００５２】
図６に示すように、有害ガスと清浄ガスの混合を防止するために、分配翼２１０とセパレーター内壁５５０との間の隙間はシールされる。シール位置は図６Ａ及び図６Ｂに示されている。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明はハウジングの中央にローターを有する新規の蓄熱式燃焼装置であり、有害ガスの完全な燃焼と連続的で効率的な運転とを可能とする。さらに、有害ガスの流れの方向をローターにより調節することにより、蓄熱層と触媒層は一定温度を保つことができるので、省エネルギーが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図２】 本発明の蓄熱式燃焼設備の概略斜視図である。
【図３】 図２のＡ−Ａ線の概略断面図である。
【図４】 セパレーター（Separator）及びローター（Rotor）の概略斜視図である。
【図５】 図５Ａ及び図５Ｂはそれぞれ図３のＢ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線の概略断面図である。
【図６】 図６Ａ及び図６Ｂは流入ガスと処理ガスの混合を防止するため、スプリング装置及びＯ−リング（O-rings）が備えられた分割ゾーン（Distribution Zone）を示す図面である。
【符号の説明】
１ 蓄熱式燃焼設備
１ａ 流入ダクト
１ｂ 排出ダクト
２ 流入室
３ 排出室
１０ 蓄熱層（Heat Media Bed）
２０ 触媒層（Catalyst Bed）
３０ 燃焼室（Combustion Chamber）
３１ バーナー（Burner）
１００ セパレーター（Separator）
１０１ 外壁
１１０ 分配シリンダー（Distribution Cylinder）
１１１ シリンダーホール（Cylinder Hole）
１１２ 上部軸受
１１３ 下部軸受
１２０ 遮断膜（lsolating Plate）
２００ ローター（Rotor）
２１０ 分配翼（Distribution Wing）
２２０ ローターシリンダー（Rotor Cylinder）
２２１ 上部排出孔
２２２ 下部排出孔
２３０ 上部軸
２４０ 下部軸
２５０ ローターカバー（Rotor Cover）
２５１ 開口部
２５２ 垂直分割部
２５３ パージ部
３００ 駆動手段（Driving Method）
３０１ 歯車モーター（Gear Motor）
３０２ 減速器（Reducer）
３０３ 歯車（Gear）
５１０ パージガス供給ライン
５０２ スプリング装置
５３０ 清浄空気パージ部（Fresh Air Purge）
５４０ シール装置（O-ring）
５５０ セパレーター内壁
Claims (13)
- 流入ダクトと排出ダクトを有し、長手方向に沿ったハウジングと；前記ハウジング内の円周に沿った蓄熱層と；バーナーまたは電気ヒーターを備えた燃焼室と；ハウジングの中央に位置した分配シリンダーと；蓄熱層と接し、下部が流入室により遮断されたセパレーターと；分配シリンダー内に設置され、その内部に複数の分配翼を有するローターシリンダー、前記分配翼を覆っているローターカバー及び排出ダクトに連結された排出口から構成されたローターと；前記セパレーターの内壁と前記分配翼との間の隙間を物理的、空気または流圧手段でシールするものと；を含むことを特徴とする有害ガスから汚染物質を除去するための蓄熱式燃焼設備。
- 蓄熱層の上に円周に沿って触媒層が備えられたことを特徴とする請求項１記載の熱熱式燃焼設備。
- ハウジング内壁に当たる大きさの円筒状の外壁を有し、遮断膜により複数の部分に分けられるセパレーターを有することを特徴とする請求項１記載の蓄熱式燃焼設備。
- 燃焼室は、一部の蓄熱層からの有害ガスを燃焼により清浄ガスとして上記一部以外の蓄熱層に送るようになっており、
セパレーターは、分配シリンダーを内壁として備え、セパレーターの上部が蓄熱層に接し、セパレーターの下部が分配翼の上部に面しており、
分配シリンダーは、その下部の円周に沿って各遮断膜の間にシリンダーホールをそれぞれ備え、
ローターカバーは、流入室に面した分配翼を覆うようになっていることを特徴とする請求項３記載の蓄熱式燃焼設備。 - 分配翼は上部と下部の排出孔を有し、ローター上部の円周に沿って等間隔に配置され、約２分の１位がローターカバーで覆われていることを特徴とする請求項４記載の蓄熱式燃焼設備。
- ローター内の流入分割区域と排出分割区域との間には別のパージ部が備えられたことを特徴とする請求項１記載の蓄熱式燃焼設備。
- ローター内のパージ部の反対の方に垂直分割部を有することを特徴とする請求項１記載の蓄熱式燃焼設備。
- 分配翼の下部は、流入ダクトを備えた流入室に面しており、
排出口は、排出ダクトを備えた流出室内に面していることを特徴とする請求項１ないし７の何れか１項に記載の蓄熱式燃焼設備。 - 前記隙間をシールするものはテフロン（登録商標）、スプリング装置またはＯ−リング（O-ring）であることを特徴とする請求項１記載の蓄熱式燃焼設備。
- （ａ）流入ダクトと排出ダクトを有し、円周に沿った蓄熱層を複数備え、長手方向に沿ったハウジングと、バーナーまたは電気ヒーターを備えた燃焼室と；ハウジングの中央に配置された分配シリンダー；蓄熱層と接し、下部が流入室により遮断されたセパレーターと；分配シリンダー内に位置したローターと；を含む蓄熱式燃焼設備を備え；
（ｂ）流入する有害ガスを流入ダクトを通してローターに送り込み、分配翼によりセパレーターに分配し；
（ｃ）有害ガスは蓄熱層の一部を通して上方に流れ、燃焼室で処理され；
（ｄ）清浄ガスは上記一部以外の蓄熱層を通して下方に流れ；
（ｅ）清浄ガスはローターを通してローターシリンダーの内部に送り込まれ；
（ｆ）清浄ガスはローターの下部排出孔を経て排出ダクトを通して大気中に排出される；工程からなることを特徴とする有害ガスから汚染物質を除去する方法。 - 分配シリンダー内に位置したローターを円周に沿って回転して、前記（ｂ）〜（ｆ）を行うことを特徴とする請求項１０記載の方法。
- ローター内の流入分割区域と排出分割区域との間には別のパージ部が備えられたことを特徴とする請求項１０記載の方法。
- ローター内のパージ部の反対の方に垂直分割部を有することを特徴とする請求項１０記載の方法。
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