JP4875675B2

JP4875675B2 - 排気リサイクルシステム

Info

Publication number: JP4875675B2
Application number: JP2008222771A
Authority: JP
Inventors: 伴成長瀬; 久司斉藤; 正宏中尾
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2028-08-29
Also published as: JP2010051931A

Description

本発明は、排気浄化で発生する気体を再利用する排気リサイクルシステムに関する。

工場等で発生する揮発性有機化合物（ＶＯＣ）気体の処理システムとして、例えば特許文献１に開示されているシステムが挙げられる。このシステムでは、ＶＯＣ気体を含む空気は回収され、内燃機関の燃焼用空気として利用される。また、内燃機関により発電機を駆動する等して、発電システムと一体化若しくはコージェネレーションシステムと一体化される。このシステムによれば、ＶＯＣの処理を目的としながら、ランニングコストを大幅に削減でき、省エネルギ化を実現できるとされている。
特開２００７−１７７７７９号公報

一方、ＶＯＣ気体の処理システムとして、ＶＯＣ気体を分解処理する燃焼法を利用したシステムが知られている。しかしながら、この燃焼法を利用したシステムでは、ＶＯＣを燃焼除去して生じる排気や排熱は、大気放出されているのが現状である。

このような現状はＶＯＣが発生する設備に限られるものではなく、同様の高温処理設備において、環境対策、及び省エネルギ化の観点から、排熱の有効利用が求められている。

本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、高温処理設備から排出される排気の熱エネルギを効率的に活用できる塗装設備を提供することを目的とする。

本発明者らは、二重構造体の内管内部に高温気体を流通させ、内管と外管との隙間に導出空気を流通させることで、高温気体の温度低下を抑制しつつ高温気体及び導出空気をリサイクルできることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。

（１）所定ゾーンから排出される排気を浄化する排気浄化装置と、高温気体を発生させる燃焼装置と、を備え、前記排気浄化装置から導出される導出空気を前記所定ゾーンへと再び導く排気リサイクルシステムであって、
前記高温気体が内部に流通される内管と、この内管を隙間をあけて包囲し前記隙間に前記導出空気が流通される外管と、からなる二重管構造体を備える排気リサイクルシステム。

（１）の発明によれば、高温気体は内管の内部を流通する一方、導出空気は内管と外管との隙間に流通する。これにより、高温気体は導出空気を介して外気から隔離されるため、外気による高温気体の急冷（つまり、熱エネルギの大損失）が抑制されるとともに、高温気体から熱エネルギが奪われた分、導出空気が昇温されることになる。よって、導出空気及び高温気体の熱エネルギを効率的に活用できる。

（２）前記内管の基端には、前記導出気体の反流れ方向に向かって縮径するテーパ部が設けられている（１）記載の排気リサイクルシステム。

二重管構造体が配置されている箇所では、外管の内径を増加させる等の設計変更を行わない限り、内管の容積の分だけ導出空気が流通可能なスペースが制限される。このため、二重管構造体よりも上流側から流れてきた導出空気が内管基端に強烈に衝突し、円滑な流通が阻害される懸念がある。
そこで（２）の発明によれば、内管の基端にテーパ部を設けたので、上流側から流れてきた導出空気の内管基端への衝突が緩和される。これにより、特段の設計変更を行わずに導出空気の流通が円滑化されるため、導出気体のリサイクルをより効率化できる。

（３）前記外管は、内側に配置された管状の第１断熱部材と、外側に配置された管状の第２断熱部材と、前記第１断熱部材及び前記第２断熱部材の間に介在し前記外管の軸方向に沿って延びる空間部と、を有し、
前記空間部に前記高温気体を供給する供給部を備える（１）又は（２）記載の排気リサイクルシステム。

（３）の発明によれば、外管の軸方向、つまり導出気体の流れ方向に沿って延びる空間部に高温気体が供給されるため、導出空気が外気から隔離される結果、外気による導出空気の冷却が抑制される。また、空間部は第１断熱部材及び第２断熱部材の間に介在するよう形成されているため、空間部を流れる高温気体の低温化が抑制される。これにより、導出空気の低温化、それに伴う内管内部の高温気体の低温化がより抑制されるため、導出空気及び高温気体のリサイクルをより効率化できる。

（４）前記所定ゾーンでは揮発性有機化合物が発生し、前記排気浄化装置は、排気中の揮発性有機化合物を吸着する吸着装置と、この吸着装置により吸着された揮発性有機化合物を前記吸着装置から離脱させる燃焼装置と、を備え、
前記内管の内部には、前記燃焼装置により揮発性有機化合物を離脱する際に生じる高温気体が流通され、
前記隙間には、前記吸着装置を通過した導出空気が流通される（１）から（３）いずれか記載の排気リサイクルシステム。

（４）の発明によれば、導出空気中に揮発性有機化合物が僅かに残っても、所定ゾーンに戻されて再利用されるため、資源の有効活用及び環境負荷の軽減の点で有利である。また、揮発性有機化合物の除去で生じる高温気体は非常に高温であるため、かかる高温気体の多量の熱エネルギを有効に活用できる。

（５）前記内管の内部は、前記外管を貫通する連通管を介して前記燃焼装置に連通され、前記連通管を通った高温気体が供給される（４）記載の排気リサイクルシステム。

内管が外管の基端から挿入される態様では、燃焼装置が吸着装置から遠く離れた箇所に配置されている場合、内管を冗長にせざるを得ず、結果的に高温気体の低温化が懸念される。
しかし（５）の発明によれば、外管を貫通する連通管を介して内管を燃焼装置に連通させたので、燃焼装置と吸着装置との位置関係にかかわらず、連通管を比較的短く設計できる。これにより、高温気体の低温化が抑制され、導出空気及び高温気体をより効率的にリサイクルできる。

本発明によれば、高温気体は内管の内部を流通する一方、導出空気は内管と外管との隙間に流通する。これにより、高温気体は導出空気を介して外気から隔離されるため、外気による高温気体の急冷（つまり、熱エネルギの大損失）が抑制されるとともに、高温気体から熱エネルギが奪われた分、導出空気が昇温されることになる。よって、導出空気及び高温気体を効率的にリサイクルできる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る排気リサイクルシステム１３０を備える塗装設備１００のブロック図である。塗装設備１００は、被塗装物としての自動車の車体の塗装を行う設備であり、被塗装物に対して塗装を施す塗装システム１１０と、この塗装システム１１０から排出された排気中に含まれる揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣと称する）を除去するＶＯＣ除去システム１２０と、このＶＯＣ除去システム１２０によってＶＯＣが除去された排気を塗装システム１１０内に導いてリサイクルする排気リサイクルシステム１３０と、を備える。なお、本実施形態に係る排気リサイクルシステムは塗装設備１００に使用されているが、高温処理設備であれば塗装設備に限定されず、印刷設備等のＶＯＣ発生を伴う設備のみならず、ＶＯＣ発生を伴わない設備であってもよい。

［塗装システム］
塗装システム１１０は、被塗装物の搬送方向に沿って配置された複数の塗装ゾーン（所定ゾーン）１１１と、これら複数の塗装ゾーン１１１に、空気を空調して供給する空気供給装置１１２と、空調された空気が流通する空気供給路１１３と、後述の４００を乾燥する乾燥炉１１４と、を備える。

空気供給装置１１２は、複数の塗装ゾーン１１１の上方に配置され、排気リサイクルシステム１３０から供給される空気を、空気供給路１１３を通じて複数の塗装ゾーン１１１それぞれに供給する。

塗装ゾーン１１１は、空気供給路１１３を通じて空気供給装置１１２から供給された空気を拡散させて速度を下げ、圧力を高める静圧室１１１Ａと、この静圧室１１１Ａの下面を一旦塞ぎ、空気を下向きの流れにして下方へ吐出させる上部整流板１１１Ｂと、この上部整流板１１１Ｂの下方に位置する塗装室１１１Ｃと、この塗装室１１１Ｃ内に配置され、被塗装物を塗装する塗装ロボット１１１Ｄと、この塗装室１１１Ｃの下方に配置される排気供給路１１５と、を備える。

塗装ゾーン１１１では、被塗装物に対して、塗装ロボット１１１Ｄにより塗装が施される。また、空気供給装置１１２から塗装ゾーン１１１に供給された空気は、排気ファン（図示せず）によって排気供給路１１５から排出される。

［ＶＯＣ除去システム］
ＶＯＣ除去システム１２０は、排気供給路１１５から排出された排気が通過するフィルタ装置４００と、このフィルタ装置４００の下流に設けられフィルタ装置４００を通過した排気が通過する活性炭フィルタ装置５００と、この活性炭フィルタ装置５００の下流に設けられ活性炭フィルタ装置５００を通過した排気中に含まれるＶＯＣを吸着する吸着装置２００と、この吸着装置２００で吸着されたＶＯＣを離脱する燃焼装置３００と、を備える。特に限定されないが、本実施形態では、吸着装置２００はＶＯＣを吸着するとともに濃縮する吸着濃縮装置であり、燃焼装置３００はＶＯＣを燃焼して除去する蓄熱燃焼装置である。

フィルタ装置４００は、塗装システム１１０から排出された排気の流路上に配置されており、複数の塗装ゾーン１１１及び乾燥炉１１４から排出された排気中に含まれる塗料ミストや塗装かす等を除去する。

活性炭フィルタ装置５００は、塗装システム１１０から排出された排気中に含まれるＶＯＣの一部を吸着したり、この吸着したＶＯＣの一部を放出したりして、活性炭フィルタ装置５００の下流側に設けられた吸着装置２００に供給される排気中のＶＯＣ濃度を調整する。具体的には、活性炭フィルタ装置５００は、排気中に含まれるＶＯＣの濃度が高い場合には、その一部を吸着する。また、活性炭フィルタ装置５００に吸着されたＶＯＣは、活性炭フィルタ装置５００を通過する排気中に含まれるＶＯＣの濃度が低い場合には、その一部を放出する。

吸着装置２００は、円筒状であり、ＶＯＣ吸着剤としてのゼオライトを含んで構成される。活性炭フィルタ装置５００を通過した排気は、この吸着装置２００を通過することで、ＶＯＣが吸着されて除去される。吸着装置２００を通過してＶＯＣが除去された排気は、排気リサイクルシステム１３０により塗装システム１１０に供給される。また、この排気の一部は、上述のフィルタ装置４００にも供給される。

燃焼装置３００は、吸着装置２００で吸着して濃縮されたＶＯＣを燃焼して除去する。燃焼装置３００には、吸着装置２００に吸着されて濃縮されたＶＯＣが、高温気体によって脱着されて供給される。吸着装置２００に吸着されたＶＯＣの脱着には、ＶＯＣの燃焼除去の際に発生する高温気体の一部が利用される。また、この廃熱の一部は、排気リサイクルシステム１３０により塗装システム１１０に供給される。

［排気リサイクルシステム］
排気リサイクルシステム１３０は、吸着装置２００を通過した導出空気としての浄化空気、及び燃焼装置３００によりＶＯＣを燃焼し除去する際に生じる高温気体を塗装システム１１０へと導いてリサイクルする。

ここで、本発明に係る排気リサイクルシステム１３０は、内管としての高温気体ダクト７２０、及びこの高温気体ダクト７２０を隙間７２８をあけて包囲する外管としてのリサイクルダクト７３０と、からなる二重管構造体７１０を備える。高温気体ダクト７２０は燃焼装置３００に連通され、この燃焼装置３００からの高温気体が高温気体ダクト７２０の内部７２９を流通する。一方、リサイクルダクト７３０は、吸着装置２００に連通する第１主ダクト７３５が延長したものであり、第１主ダクト７３５を通ってきた浄化空気が隙間７２８を流通する。このようにして、高温気体は浄化空気を介して外気から隔離されるため、外気による高温気体の急冷（つまり、熱エネルギの大損失）が抑制されるとともに、高温気体から熱エネルギが奪われた分、浄化空気が昇温される。なお、二重管構造体７１０を備えている限りにおいて、更なる管状体を備えた構成が除外されるものではない。例えば、高温気体ダクト７２０とリサイクルダクト７３０との間、又はリサイクルダクト７３０の外側に、第３の管が配置されていてもよい。

二重管構造体７１０の設置範囲は、特に限定されず、吸着装置２００及び燃焼装置３００の位置関係に応じて適宜設定されてよい。本実施形態における二重管構造体７１０は、後述の静圧制御装置８００の直前まで設けられていて、これにより、高温気体及び浄化空気の低温化が最大限に抑制される。また、後述の第２主ダクト７２３の長さを短くして高温気体の低温化を抑制できるよう、二重管構造体７１０は燃焼装置３００の近傍から下流側へと設けられている。

図２は図１の二重管構造体７１０の全体斜視図であり、図３は図２の平面図である。本実施形態では、図２に示されるように、高温気体ダクト７２０の内部７２９が、リサイクルダクト７３０を貫通する連通管としての第２主ダクト７２３を介して燃焼装置３００に連通され、第２主ダクト７２３を通った高温気体が内部７２９へと供給される。そして、図１に示されるように、第２主ダクト７２３は燃焼装置３００の比較的近傍にてリサイクルダクト７３０を貫通するよう配置されているため、第２主ダクト７２３を流通する間における高温気体の外気による冷却が最小限に抑えられる。なお、高温気体ダクト７２０を燃焼装置３００に連通させる構造は、これに限られず、例えば内管が外管の基端まで延長され、更に外管の基端から燃焼装置３００へと延出された構造であってもよい。

本実施形態の高温気体ダクト７２０の基端７２１には、浄化空気の反流れ方向（リサイクルダクト７３０の上流側）に向かって縮径するテーパ部７２２が設けられている。これにより、上流側から流れてきた浄化空気の基端７２１への衝突が緩和され、浄化空気の流通が円滑化される。なお、テーパ部７２２は高温気体ダクト７２０と一体であってもよいし、別体でもよく、また、テーパ部７２２の内部が高温気体ダクト７２０の内部７２９に連通していてもよいし、連通していなくともよい。

また、本実施形態では基端７２１にテーパ部７２２を設けたが、第２主ダクト７２３のうちリサイクルダクト７３０内に侵入している部分に、浄化空気の反流れ方向に向かって縮径するテーパ部を設けてもよい。これによっても、浄化空気の流通が円滑化される。なお、本実施形態のテーパ部７２２は四角錐形状であるが、浄化空気の反流れ方向に向かって縮径する限り、任意の形状であってよい。また、二重管構造体７１０の設置位置においてリサイクルダクト７３０の内径を増加する設計変更を行うことで、浄化空気が流通可能なスペースを充分に確保し、浄化空気の流通を円滑化してもよい。

本実施形態では、第１主ダクト７３５の途中、具体的にはテーパ部７２２よりも上流側に第１ダンパ装置６１０が設けられており、この第１ダンパ装置６１０の開閉に応じて、吸着装置２００からの浄化空気はリサイクルダクト７３０内を流通するか、第１排気ダクト７３６から外気へ放出される。同様に、第２主ダクト７２３の途中に第２ダンパ装置６２０が設けられており、この第２ダンパ装置６２０の開閉に応じて、燃焼装置３００からの気体は内部７２９に供給されるか、第２排気ダクト７２６から外気へ放出される。これにより、高温気体及び浄化空気に何らかの異常が生じた場合、外気に放出することで事故発生を予防できる。例えば、燃焼装置３００の立上げ時等、燃焼装置３００内での熱分解処理温度が一定温度に達していない場合には、ＶＯＣ除去システム１２０によるＶＯＣの除去が十分に行われてはいないため、第１ダンパ装置６１０、第２ダンパ装置６２０を開いて浄化空気及び高温気体を大気放出し、リサイクルを実行しない。

図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図４に示されるように、本実施形態のリサイクルダクト７３０は、内側に配置された（本実施形態では第１主ダクト７３５の周囲に設けられている）管状の第１断熱部材７３１と、外側に配置された管状の第２断熱部材７３３と、第１断熱部材７３１及び第２断熱部材７３３の間に介在しリサイクルダクト７３０の軸方向（図４における上下方向）に沿って延びる空間部７３４と、を有する。この空間部７３４は供給部としての供給管７３８を介して燃焼装置３００に連通され、供給管７３８が燃焼装置３００からの高温気体を空間部７３４に供給する。これにより、７２８を流通する浄化空気が外気から隔離される結果、外気による浄化空気の冷却が抑制される。また、空間部７３４を流れる高温気体は第１断熱部材７３１及び第２断熱部材７３３に挟まれているため、浄化空気の低温化、それに伴う内部７２９の高温気体の低温化を効率的に抑制できる。なお、空間部７３４を流れる高温気体は、やがて空間部７３４の終端７３９から外気へと放出される。

空間部７３４に供給される高温気体の冷却を抑制できるよう、供給管７３８の長さを短くし、燃焼装置３００の近傍から下流側へと設けられている。結果的に本実施形態では、供給管７３８が上流側の空間部７３４に設けられているため、空間部７３４を流通する高温気体が浄化空気と同じ方向に流通するが、これに限られるものではない。また、本実施形態では空間部７３４は第１断熱部材７３１の周囲全体に形成されているが、これに限られず、周囲の一部のみに形成されていてもよい。

本実施形態では、第２断熱部材７３３の外周に第３断熱部材７３７が設けられており、空間部７３４を流れる高温気体の低温化が更に抑制されている。なお、本実施形態の第１断熱部材７３１及び第２断熱部材７３３はアルミ断熱シートで構成され、第１主ダクト７３５はアルタイト鋼板で構成され、第３断熱部材７３７はロックウールで構成されているが、これに限られるものではない。

このようにして隙間７２８を流通した浄化空気、及び内部７２９を流通した高温気体は、静圧制御装置８００へと導入される。そして、これらの気体は、エアーダンパ装置８１０から導入された新鮮空気と混合され、必要に応じて気体バーナで所望の温度にまで暖められた後、塗装システム１１０へと導かれ、リサイクルされることになる。

ここで静圧制御装置８００は、排気リサイクルシステム１３０によりリサイクルされるリサイクル気体量を制御し、具体的には、ＣＯ_２センサ８２０で検出される高温ガス濃度に基づいて、エアーダンパ装置８１０の開度を調節し、静圧制御装置８００の内圧を変動させることで塗装システム１１０に供給される新鮮空気の量及び気体の量を制御する。これにより、リサイクル気体中の高温ガス濃度に応じてリサイクル量を制御できるため、ひいては、安全且つ安定的な塗装設備のリサイクル運転が可能になる。

［作用効果］
以上の排気リサイクルシステム１３０によれば、以下の効果を奏する。

高温気体は高温気体ダクト７２０の内部７２９を流通される一方、浄化空気は高温気体ダクト７２０とリサイクルダクト７３０との隙間７２８に流通される。これにより、高温気体は浄化空気を介して外気から隔離されるため、外気による高温気体の急冷（つまり、熱エネルギの大損失）が抑制されるとともに、高温気体から熱エネルギが奪われた分、浄化空気が昇温されることになる。よって、浄化空気及び高温気体を効率的にリサイクルし、熱エネルギを効率的に活用できる。

リサイクルダクト７３０を貫通する第２主ダクト７２３を介して高温気体ダクト７２０を燃焼装置３００に連通させたので、燃焼装置３００と吸着装置２００との位置関係にかかわらず、第２主ダクト７２３を比較的短く設計できる。これにより、高温気体の低温化が抑制され、浄化空気及び高温気体をより効率的にリサイクルし、熱エネルギを効率的に活用できる。

高温気体ダクト７２０の基端７２１にテーパ部７２２を設けたので、上流側から流れてきた浄化空気の基端７２１への衝突が緩和される。これにより、特段の設計変更を行わずに浄化空気の流通が円滑化されるため、浄化空気のリサイクルをより効率化し、熱エネルギを効率的に活用できる。

リサイクルダクト７３０の軸方向、つまり浄化空気の流れ方向に沿って延びる空間部７３４に高温気体が供給されるため、浄化空気が外気から隔離される結果、外気による浄化空気の冷却が抑制される。また、空間部７３４は第１断熱部材７３１及び第２断熱部材７３３の間に介在するよう形成されているため、空間部７３４を流れる高温気体の低温化が抑制される。これにより、浄化空気の低温化、それに伴う内部７２９の高温気体の低温化がより抑制されるため、浄化空気及び高温気体のリサイクルをより効率化し、熱エネルギを効率的に活用できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

本発明の一実施形態に係る排気リサイクルシステムを備える塗装設備のブロック図である。図１の排気リサイクルシステムを構成する二重管構造体の全体斜視図である。図２の二重管構造体の平面図である。図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

符号の説明

１００塗装設備
１１０塗装システム
１１１塗装ゾーン（所定ゾーン）
１２０ＶＯＣ除去システム
１３０排気リサイクルシステム
２００吸着装置（排気浄化装置）
３００蓄熱燃焼装置（燃焼装置）
７１０二重管構造体
７２０高温気体ダクト（内管）
７３０リサイクルダクト（外管）
７２１基端
７２２テーパ部
７２３第２主ダクト（連通管）
７２８隙間
７２９内部
７３１第１断熱部材
７３３第２断熱部材
７３４空間部
７３８供給管（供給部）

Claims

揮発性有機化合物が発生する塗装室を備える塗装ゾーンから排出される排気を浄化する排気浄化装置と、高温気体を発生させる燃焼装置と、を備え、前記排気浄化装置から導出される導出空気を前記塗装ゾーンへと再び導く排気リサイクルシステムであって、
前記排気浄化装置は、前記塗装ゾーンから排出される排気中の揮発性有機化合物を吸着する吸着装置を備え、
前記燃焼装置は、前記吸着装置により吸着された揮発性有機化合物を前記吸着装置から離脱させて燃焼除去することにより前記高温気体を発生させるものであり、
前記排気リサイクルシステムは、前記高温気体が内部に流通される内管と、この内管を隙間をあけて包囲し前記隙間に前記吸着装置を通過した前記導出空気が流通される外管と、からなる二重管構造体を備える排気リサイクルシステム。
前記内管の基端には、前記導出空気の反流れ方向に向かって縮径するテーパ部が設けられている請求項１記載の排気リサイクルシステム。
前記外管は、内側に配置された管状の第１断熱部材と、外側に配置された管状の第２断熱部材と、前記第１断熱部材及び前記第２断熱部材の間に介在し前記外管の軸方向に沿って延びる空間部と、を有し、
前記空間部に前記高温気体を供給する供給部を備える請求項１又は２記載の排気リサイクルシステム。
前記内管の内部は、前記外管を貫通する連通管を介して前記燃焼装置に連通され、前記連通管を通った高温気体が供給される請求項１から３いずれかに記載の排気リサイクルシステム。