JP4767400B2 - 揮発性有機物蒸気処理素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばトルエンやキシレンなどの大気に放出すると公害源となる有機溶剤その他揮発性有機物の蒸気すなわち揮発性有機物（以下ＶＯＣと略する）蒸気の分解に用いられる揮発性有機物蒸気処理素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
塗装工場や半導体工場、あるいは印刷工場などは多量の有機溶剤を使用しており、そのような工場から排出される空気中のＶＯＣの濃度が薄くても量が多いと環境を汚染する恐れがあり、このＶＯＣを回収し無害化することが求められている。
【０００３】
このようにＶＯＣの回収を行うために疎水性ゼオライトや活性炭を担持したシートを蜂の巣（ハニカム）状に形成したガス濃縮ローターが開発され普及している。そしてガス濃縮ローターによって吸着され、濃縮されたＶＯＣは触媒や燃焼装置によって分解され無害化されて大気へ放出されるようにしている。
【０００４】
触媒は一般にある程度の温度がなければ機能を発揮せず、このためにＶＯＣの分解に際して分解すべきＶＯＣや触媒担体を加熱するようにしている。また燃焼装置によってＶＯＣを燃焼させる場合、空気中のＶＯＣの濃度が自己燃焼を維持できる濃度以下の場合は、処理すべきＶＯＣに天然ガスなどを混合して、自己燃焼を維持できる濃度まで濃度を上げるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ガス濃縮ローターによって吸着され、濃縮された空気中のＶＯＣを触媒によって分解無害化する場合には、以上のように処理すべきＶＯＣや触媒担体を加熱する必要があり、加熱にエネルギーを必要とするという問題がある。ここでＶＯＣの濃度がある程度高いと、ＶＯＣの分解が一旦開始された後にはＶＯＣの分解に伴う熱の発生によって触媒が機能を発揮するのであるが、ＶＯＣの濃度が低いと分解に伴って発生する熱も小さく加熱エネルギーを必要とする。
【０００６】
燃焼装置によってＶＯＣを燃焼させる場合、上記のようにＶＯＣの濃度が自己燃焼を維持できる濃度以下の場合は、処理すべきＶＯＣに天然ガスなどを混合して、自己燃焼を維持できる濃度まで濃縮するようにしているため、天然ガスなどの燃料を消費し、結果としてエネルギーを消費する。
【０００７】
本発明は濃度の低いＶＯＣを小さな消費エネルギーで脱着あるいは分解処理可能な処理装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本件発明は以上のような課題を解決するため、ＶＯＣの吸着剤を担持した段ボール状体を絶縁材を介して電極で挟み、電極間に無声放電を発生させるようにした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、ＶＯＣの吸着剤を担持した段ボール状体を絶縁材を介して電極で挟み、電極に無声放電が発生する電圧を印加するようにしたものであり、段ボール状体の中にプラズマを発生させ吸着剤に吸着されたＶＯＣを脱着あるいは分解するという作用を有する。
【００１０】
【実施例】
以下本発明のＶＯＣ処理素子の実施例を図に沿って詳細に説明する。図１はＶＯＣ処理素子の実施例１における正面図である。
【００１１】
１はＶＯＣ処理素子であり、２は段ボール状体である。段ボール状体２は波付け加工（コルゲート加工）したセラミック紙と、それを挟む２枚の平状セラミック紙を焼成したもので、厚さは０．５ｍｍである。この段ボール状体２は疎水性ゼオライトをバインダー中に分散したスラリー中に含浸し乾燥することによって、疎水性ゼオライトを担持する。
【００１２】
３，４は絶縁シートで、マイカ等の無機材料あるいはポリイミド、フッ素樹脂等の耐熱性の高い合成樹脂材料よりなるシートである。そして絶縁シート３，４は段ボール状体２の上下面を覆っている。また絶縁シート３，４の面積は段ボール状体２の面積より大きく、両端より多少はみ出している。
【００１３】
５，６は電極であり、それぞれ絶縁シート３，４の上下に密着して取り付けられている。この電極はアルミニウム、銅、銀などの金属箔である。あるいは絶縁シート３，４の上下面片面すなわち絶縁シート３，４の外面に金属を蒸着して形成してもよい。そして電極５，６の長さは、絶縁シート３，４より短く形成されている。
【００１４】
７，８は絶縁シートであり、それぞれ電極５，６の上下に密着して取り付けられている。この絶縁シート７，８も絶縁シート３，４と同様、マイカ等の無機材料あるいはポリイミド、フッ素樹脂等の耐熱性の高い合成樹脂材料より作られる。９は交流電源で、５〜７ｋＶの交流電圧を発生する。
【００１５】
電極５，６を絶縁シート３，４の上下面に蒸着によって形成する例を示したが、電極５，６は絶縁シート７，８の上下面片面すなわち絶縁シート７，８の内側面に金属を蒸着することによって形成してもよい。
【００１６】
本発明のＶＯＣ処理素子の実施例１は以上のような構成よりなり、次にその使用法について説明する。先ず、ＶＯＣを含む空気を段ボール状体２の間に通す。するとＶＯＣは段ボール状体２に担持された疎水性ゼオライトに吸着される。これによって空気中のＶＯＣは除去され清浄空気となる。
【００１７】
段ボール状体２に担持された疎水性ゼオライトがその吸着能力一杯になるまでＶＯＣを吸着した時点で、電源９から電極５，６に５〜７ｋＶの交流電圧を印加する。すると電極５，６間で無声放電が発生し、電極５，６間にはプラズマが発生する。
【００１８】
これによって段ボール状体２の中にもプラズマが発生する。そしてプラズマによって疎水性ゼオライトに吸着されたＶＯＣが脱着されるとともに、脱着されたＶＯＣが分解し、水と二酸化炭素とになる。この脱着と分解が起こっている様子について測定データをもとに説明する。
【００１９】
図２はイソ・プロピルアルコールの蒸気（以下ＩＰＡと書く）を空気に混合して、本発明の実施例１のものでＩＰＡを分解したデータである。この実験は次のようにして行った。
【００２０】
先ず密閉容器内に本発明の実施例１のＶＯＣ処理素子１を入れ、その密閉容器内にＩＰＡを入れる。このようにして段ボール状体２の疎水性ゼオライトに十分にＩＰＡを吸着させておき、その後電極５，６に電圧を印加しながら、密閉容器内のＩＰＡ濃度を５分おきに測定した。
【００２１】
図２のデーターから、電極５，６に電圧を印加すると疎水性ゼオライトに吸着されたＩＰＡが脱着され、一旦密閉容器内のＩＰＡ濃度が上昇する。電圧印加後暫く時間が経過すると、プラズマの発生によってＩＰＡが分解しＩＰＡの濃度が下がってくる。また同時にＩＰＡが分解されて生成された副生成物の濃度が上がってくる。このデーターからＩＰＡがプラズマの発生によって分解されていることが判る。
【００２２】
ここで絶縁シート３，４の作用について説明する。段ボール状体２はセラミックによって構成されセラミックは絶縁体であるため、絶縁シート３，４が無くても無声放電は発生するように思われるが、ゼオライトは絶縁体ではないために、絶縁シート３，４がないと無声放電が発生せずに、段ボール状体２の一部の絶縁が破壊されて放電が始まる。
【００２３】
これに対し、本発明では絶縁シート３，４によって段ボール状体２は両面より挟まれているため、段ボール状体２に担持された疎水性ゼオライトが絶縁体ではなくても、電極５，６間に電圧を印加すると無声放電が起こる。
【００２４】
以上の例ではＶＯＣの吸着剤として疎水性ゼオライトを用いる例を示したが、活性炭でも同様の効果を期待することができる。この場合、活性炭は絶縁体ではないが、絶縁シート３，４によって段ボール状体２は両面より挟まれているため、上記の疎水性ゼオライトを用いた場合と同様に電極５，６間に電圧を印加すると無声放電が起こる。
【００２５】
次に、本発明の実施例２を図３に沿って説明する。この実施例２のものは上記の実施例１のものと絶縁シート３，４、電極５，６、絶縁シート７，８、電源９について全く同じものである。実施例１のものとの相違点は、段ボール状体１０がコルゲートシートを２層有する点である。
【００２６】
この実施例２のものも、上記の実施例１のものと同様、電源９より電極５，６間に交流電圧を加えることによって電極５，６間で無声放電が発生し、電極５，６間にはプラズマが発生する。
【００２７】
次に、本発明の実施例３を図４に沿って説明する。この実施例３のものは上記の実施例１のものと段ボール状体２、絶縁シート３，４、電極５，６、絶縁シート７，８、電源９について全く同じものである。
【００２８】
実施例１のものとの相違点は、絶縁シート７の下にさらに別の段ボール状体１１が設けられ、さらに段ボール状体１１の下に絶縁シート１２，１３に挟まれた電極１４が設けられ、電極５，１４間に交流電圧を加える電源１５が設けられている点である。この電極１４の長さも、絶縁シート１２，１３より短く形成されている。
【００２９】
この実施例３のものは基本的に実施例１のものと同じ構成で、実施例１のものが実質的に２段積層されたものである。この実施例３のものは電源９及び１５によって段ボール状体２及び１１の両方の間でプラズマ放電を発生させることができ、実施例１のものに対して２倍の分解能力を有する。
【００３０】
実施例３では段ボール状体２及び１１と２段に積層し構成したが、必要な分解能力に合わせて３段以上に積層することもできる。
【００３１】
次に、本発明の実施例４を図５〜図７に沿って説明する。この実施例４のものは一対の段ボール状体１６，１７と電極体１８，１９とを交互に重ねて巻回して円柱状にしたものである。つまり段ボール状体１６の上に電極体１８を重ね、さらにその上に段ボール状体１７を重ね、そしてその上に電極体１９を重ねて合計４層構造となったものを巻いて図６に示すような円柱状ＶＯＣ処理素子２０としたものである。
【００３２】
ここで電極体１８，１９は図７に示すように、一対の絶縁シート２１，２２の間に電極２３を挟んだ構造である。また絶縁シート２１，２２はポリエステルを基材とした粘着テープなどである。電極はアルミニューム、銅、錫などの金属箔であり、絶縁シート２１，２２より幅を小さく設定されている。さらに電極２３には端部に外部接続端子２４，２５が設けられている。
【００３３】
つまり電極体１８は端部に外部接続端子２５を有し、電極体１９は端部に外部接続端子２４を有している。外部接続端子２４を電極体１９の一端側に設け、外部接続端子２５を電極体１８の他端側に設けると、外部接続端子２４は円柱状ＶＯＣ処理素子２０の中心付近に位置し、外部接続端子２５は円柱状ＶＯＣ処理素子２０の外周付近に位置する。
【００３４】
以上のような構成の円柱状ＶＯＣ処理素子２０の使用方法について説明する。円柱状ＶＯＣ処理素子２０にＶＯＣを含む空気を流す。すると円柱状ＶＯＣ処理素子２０の段ボール状体１６，１７に担持された吸着剤がＶＯＣを吸着する。従って、円柱状ＶＯＣ処理素子２０を通過したＶＯＣを含む空気は浄化される。
【００３５】
吸着剤が十分にＶＯＣを吸着したら、外部接続端子２４と外部接続端子２５間に電源を接続し、５〜７ｋＶの交流を印加する。すると電極体１８，１９間で無声放電が発生し、電極体１８，１９間にプラズマが発生する。これによって吸着剤に吸着されたＶＯＣが脱着されつつ分解される。
【００３６】
この実施例４のものは、このようにしてＶＯＣを吸着分解し、ＶＯＣを含むガスを多量に処理することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のＶＯＣ処理素子は上記の如く構成したので、濃度の低いＶＯＣであっても吸着剤に一旦吸着させるため、脱着後のＶＯＣの助燃のために天然ガスなどのガスを混合する必要がなく、小さな消費エネルギーで分解処理することができるものである。
【００３８】
また従来の吸着されたＶＯＣを熱風によって脱着する手段と比較しても小さなエネルギーで脱着することができる。これは熱風による脱着の場合、脱着空気の持つ熱エネルギーが全て脱着に用いられず、熱エネルギーを有したままガス吸着素子を通過するのに対し、プラズマを用いて脱着する場合、殆ど無駄なく脱着にエネルギーが使われるためである。
【００３９】
さらに本発明のＶＯＣ処理素子は、吸着剤に吸着したＶＯＣを分解する手段がシート状の電極であり、この電極は吸着剤を担持した段ボール状体を挟んだ構成を有するため、全体として極めて小型に構成することができる。つまり従来のＶＯＣの吸着濃縮素子に対して電極の厚さだけ大きくなるだけで、ＶＯＣを吸着し吸着したＶＯＣを脱着分解するＶＯＣ処理素子とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＶＯＣ処理素子の実施例１を示す正面図である。
【図２】本発明に用いられるＶＯＣ処理素子のＶＯＣの分解状態を示すグラフである。
【図３】本発明のＶＯＣ処理素子の実施例２を示す正面図である。
【図４】本発明のＶＯＣ処理素子の実施例３を示す正面図である。
【図５】本発明のＶＯＣ処理素子の実施例４を示す分解斜視図である。
【図６】本発明のＶＯＣ処理素子の実施例４を示す斜視図である。
【図７】本発明のＶＯＣ処理素子の実施例４の一部を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１ ＶＯＣ処理素子
２ 段ボール状体
３，４ 絶縁シート
５，６ 電極
７，８ 絶縁シート
９ 電源
１０ 段ボール状体
１１ 段ボール状体
１２，１３ 絶縁シート
１４ 電極
１５ 電源
１６，１７ 段ボール状体
１８，１９ 電極体
２０ 円柱状ＶＯＣ処理素子
２１，２２ 絶縁シート
２３ 電極
２４，２５ 外部接続端子

Claims (4)

1. 揮発性有機物蒸気を吸着するゼオライトを担持した段ボール状体即ち波付け加工した紙とそれを挟む２枚の紙とによって構成されるものを絶縁材を介して電極で挟み、前記電極に無声放電が発生する電圧を印加するようにしたことを特徴とする揮発性有機物蒸気処理素子。
2. 段ボール状体が複数段積層されている請求項１記載の揮発性有機物蒸気処理素子。
3. 絶縁材を介して電極で挟まれた段ボール状体を複数段積層した請求項１記載の揮発性有機物蒸気処理素子。
4. 絶縁材を介して電極で挟まれた段ボール状体を巻回した請求項１記載の揮発性有機物蒸気処理素子。

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