JP6341466B2 - 触媒式蓄熱燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、概略的には、触媒式蓄熱燃焼装置に関し、詳細には、排ガス中に含まれる可燃性有害成分を触媒燃焼による処理で無害化しながら、処理済の排ガスの熱を回収して未処理排ガスの予備加熱に利用する触媒式蓄熱燃焼装置に関する。

各種生産設備や処理設備から排気され、有害成分あるいは揮発性有機化合物などの可燃性有害成分を含む排ガスは、公害防止の観点から直接、大気中に放出することができない。このため、このような排ガスは、排ガス処理装置によって無害化された後に大気に放出されている。

このような排ガス処理装置として、蓄熱材を収容した蓄熱室を燃焼室に連結し、可燃性有害成分が燃焼させられた高温の処理済みガスで蓄熱材を加熱し、未処理の排ガスを燃焼室内に導入する前に加熱された蓄熱材で予備加熱することによりランニングコストを低下させる蓄熱燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

また、可燃性有害成分を分解する触媒と蓄熱体との間に、加熱手段を設置した触媒式蓄熱燃焼装置も提案されている(例えば、特許文献２)。
この方式によれば、未処理の排ガスを蓄熱体によって予備加熱できるという蓄熱燃焼装置のメリットを生かしつつ、触媒燃焼により比較的低温度領域で可燃性有害成分を分解できるため、ランニングコストを大幅に削減できる。

しかし、上記特許文献２の触媒式蓄熱燃焼装置では、加熱手段が触媒に対向して設置されているので、加熱手段からの輻射熱によって触媒が過熱し劣化が促進されるため、触媒の頻繁な交換が必要となりランニングコストが増大するという問題がある。さらに、加熱手段が触媒に対向して設置されているので、劣化した触媒を交換するたびに加熱手段を取り外さなければならないという問題があった。

このような問題を解決するために、触媒の加熱室側に第二の蓄熱層を設置した燃焼装置（例えば、特許文献３）や、熱風発生装置を外部に設け、この熱風発生装置と加熱室を熱風供給ダクトで接続することによって、加熱手段からの輻射熱による触媒の過熱を防止した燃焼装置が提案されている(例えば、特許文献４)。

特開平５−３３２５２３号公報 特開平５−６６００５号公報 特開平９−２６２４３７号公報 特開平９−２５３４４９号公報

しかしながら、特許文献３のように、触媒の加熱室側に第二の蓄熱層を設置する燃焼装置では、第二の蓄熱層における抵抗によって、圧力損失が増大し送風機等の電力消費量が増加し、ランニングコストが増大するという問題があった。また、触媒を交換するたびに第二の蓄熱層を取り外す必要があり、メンテナンスが容易でないという問題もあった。さらに、メンテナンスを容易にすべく、触媒と第二の蓄熱層の間に触媒を取り出すための空間を設けた構成とすると、燃焼装置が大型化するという問題点があった。

一方、特許文献４のように、別体の熱風発生装置を設け、この熱風発生装置と加熱室をダクトで接続する燃焼装置では、両者を接続する高温ガス用ダクトとダンパが付加的に必要となる。さらに、特許文献４の燃焼装置は、熱風によって間接的に排ガスを加熱する方式であるため、加熱用の熱風によって蓄熱燃焼装置内のガス流量が増加し、装置の圧力損失が増大し、装置のランニングコストが増加するという問題点、圧力損失を低く保つためには、装置を大型化しなければならないという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、触媒が過熱されず、メンテナンス作業が容易であり且つ低いランニングコストで運転が可能な触媒式蓄熱燃焼装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、
排ガス中の可燃性有害成分を燃焼して排ガスを浄化する触媒式蓄熱燃焼装置であって、
排ガスが通過可能な蓄熱体と前記可燃性有害成分を燃焼させる触媒とが順次に配列されて内部に配置された複数の蓄熱浄化室と、
前記排ガスを加熱する加熱部を有し、前記各蓄熱浄化室の前記触媒が配置されている側で、前記複数の蓄熱浄化室間の各々と接続されている加熱室と、
前記複数の蓄熱浄化室の前記蓄熱体が配置されている側に接続され、前記複数の蓄熱浄化室の一つに前記排ガスを選択的に供給するように前記排ガスの流れを切り換えるガス流切り換え手段と、を備え、
前記加熱部は、該加熱部からの輻射が、前記触媒に達しない位置に配置されている、
ことを特徴とする触媒式蓄熱燃焼装置が提供される。

なお、本発明において排ガスに含有されている可燃性有害成分とは、例えば、トルエン、酢酸エチルなどの可燃性有害成分あるいは揮発性有機化合物などを指す。

このような構成によれば、触媒は、加熱室の加熱部からの輻射が触媒に達しない位置に配置されているので、加熱部からの輻射熱によって過熱されることがない。このため、触媒の寿命が延びて交換回数が減少し、ランニングコストを低減することができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記加熱室は、前記蓄熱体と前記触媒との配列方向において、前記触媒とオフセットして配置されている。

このような構成によれば、加熱部の輻射から確実に遮蔽できる位置に触媒を配置することができるとともに、燃焼装置を小型化することができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記触媒と前記加熱室との間に、第１の温度測定手段が設けられ、
前記第１の温度測定手段の検出結果に基づいて、前記加熱部の作動が制御される。

このような構成によれば、触媒を通過した排ガスの温度、および触媒に供給される排ガスの温度が測定されるので、加熱室の温度制御を正確に行うことができる。さらに、加熱室における過剰な加熱を防ぐことができるので、ランニングコストを抑制できる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記触媒と前記蓄熱体との間に、第２の温度測定手段が設けられ、
該第２の温度測定手段の測定結果に基づいて、前記ガス流切り換え手段が作動させられる。

このような構成によれば、第２の温度測定手段により測定された排ガスの温度に基づいて適切なタイミングで排ガスの流れ方向の切換制御を行うことができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記ガス流切り換え手段は、前記排ガスが供給されている蓄熱浄化室に設けられた第２の温度測定手段により計測された温度が、該排ガス中に含まれる可燃性有害成分が前記触媒で燃焼を開始する燃焼開始温度より高い温度まで低下したときに、前記排ガスの流れ方向を切換える。

本発明によれば、触媒が過熱されず、メンテナンス作業が容易であり且つ低いランニングコストで運転が可能な触媒式蓄熱燃焼装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態の触媒式蓄熱燃焼装置の構造を示す模式的な斜視図である。 図１の触媒式蓄熱燃焼装置の断面図であり、（Ａ）は触媒式蓄熱燃焼装置の前後方向の縦断面であり、（Ｂ）は、左右方向の縦断面図である。 図１の触媒式蓄熱燃焼装置における、排ガスのガス流れ方向の切換えを説明するための図面である。 図１の触媒式蓄熱燃焼装置の動作の説明するためのタイムチャートである。 図１の触媒式蓄熱燃焼装置の加熱室の変更例の図面であり、（Ａ）は、一の変形例の左右方向の縦断面図であり、（Ｂ）は、別の変形例の左右方向の縦断面図であり、（Ｃ）は、さらに別の変形例の断面図である。 本発明の触媒式蓄熱燃焼装置の他の実施態様の触媒式蓄熱燃焼装置の前後方向の縦断面である。 本発明の触媒式蓄熱燃焼装置のもう一つの実施態様の触媒式蓄熱燃焼装置の図面であり、（Ａ）は、更に別の実施態様の触媒式蓄熱燃焼装置の模式的な斜視図であり、（Ｂ）は左右方向の模式的な縦断面図である。 本発明の触媒式蓄熱燃焼装置の更にもう一つの実施態様の触媒式蓄熱燃焼装置の図面であり、（Ａ）は、更にもう一つの実施態様の触媒式蓄熱燃焼装置の模式的な斜視図であり、（Ｂ）は、左右方向の模式的な縦断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態の触媒式蓄熱燃焼装置１について図面を参照して説明する。
触媒式蓄熱燃焼装置１は、排ガス中の可燃性有害成分を燃焼して排ガスを浄化するいわゆる触媒式蓄熱燃焼装置である。本明細書において、排ガスとは、各種生産設備や処理設備から排気され、有害成分あるいは揮発性有機化合物などの可燃性有害成分を含むガスを指す。また、排ガスに含まれる可燃性有害成分とは、トルエン、酢酸エチルなどの可燃性有害成分あるいは揮発性有機化合物などを指す。

図１は本発明の好ましい実施形態の触媒式蓄熱燃焼装置１の模式的な斜視図である。図２は、触媒式蓄熱燃焼装置１の内部構造を示す模式的な縦断面図である。

図１及び図２に示されているように、触媒式蓄熱燃焼装置１は、排ガスに含まれる可燃性有害成分を燃焼して排ガスを浄化するための２つの蓄熱浄化室１０、２０と、排ガスを加熱するための加熱室３０と、を備えている。

２つの蓄熱浄化室１０、２０は、並列配置状態で一体的に形成されており、中央に配置された仕切り壁１０ａによって個々の蓄熱浄化室１０、２０に分割されている。尚、蓄熱浄化室１０、２０は、それぞれが分離した構造としてもよい。

各蓄熱浄化室１０、２０の内部には、蓄熱体１１、２１と触媒層１２、２２とが配置されている。

蓄熱体１１、２１は、蓄熱浄化室１０、２０の底面から所定距離だけ上方に離間した状態で、蓄熱浄化室１０、２０の下方領域に配置されている。すなわち、蓄熱体１１、２１の下方には空間部が形成されている。

蓄熱体１１、２１には、使用温度条件下において十分な熱交換能力を有する蓄熱材が使用されている。蓄熱材としては、具体的には、砂、セラミックス、金属等各種材料が使用される。また、蓄熱材の形状も多孔質材料、ハニカム状、粒状体等の排ガスを流通可能な形状をされている。
本実施形態では、上記のような蓄熱材が内部を排ガスが流通可能な状態で容器に収容されものが、蓄熱体１１、２１とされている。

このような構造により、処理済(燃焼後)の高温状態の排ガスが、低温の蓄熱体１１、２１の内部を通過すると、低温の蓄熱材に高温の排ガスから熱が伝達され、蓄熱材が加熱される。一方、低温の未処理の排ガスが、高温状態の蓄熱体１１、２１の内部を通過すると、未処理の排ガスに高温の蓄熱材から熱が伝達され、排ガスが予備加熱される。

図１および図２に示されているように、触媒層１２、２２は、蓄熱体１１、２１から上方に所定の間隔だけ離間し、且つ蓄熱浄化室１０、２０の天井部分から下方に所定の間隔だけ離間した位置に配置されている。すなわち、本実施形態の触媒式蓄熱燃焼装置１では、蓄熱体１１、２１と触媒層１２、２２との間、および触媒層１２、２２と蓄熱浄化室１０、２０の天井部分との間には、それぞれ、空間部が形成されている。そして、本実施形態の触媒式蓄熱燃焼装置１では、蓄熱体１１、２１と触媒層１２、２２とが、それぞれ、順次に配置されていることになる。

触媒層１２、２２は、排ガス中に含まれる可燃性有害成分を燃焼させて分解することができる触媒が容器内に保持されて触媒層１２、２２として配置されている。
触媒層１２、２２内に保持される触媒は、未処理の排ガスに含まれる可燃性有害成分を分解できるものであり、貴金属、卑金属酸化物などからなる公知の触媒が用いられている。また、触媒の形状は、多孔質、ハニカム状、粒状体などの排ガスが触媒層の内部を流通可能な形状とされ、触媒層１２、２２は、内部を排ガスが通過できるような構造とされている。

蓄熱浄化室１０、２０の下方部分には、蓄熱浄化室１０、２０内への排ガスの導入・排出を行う接続ダクト１３、２３が接続されている。図１に示されているように、接続ダクト１３、２３は、蓄熱体１１、２１の下方（すなわち、蓄熱体が配置されている側）で蓄熱浄化室１０、２０に連通するように配置されている。したがって、接続ダクト１３、２３は、蓄熱体１１、２１の下方の空間に排ガスを導入し、また蓄熱体１１、２１の下方の空間から処理済み排ガスを排出する。

図３に示されているように、接続ダクト１３、２３は、それぞれが、四方弁４０(ガス流切換手段)の２つの接続部位に接続されている。四方弁４０の他の接続部位には、未処理の排ガスを触媒式蓄熱燃焼装置１に供給するガス給気ダクト４１と、触媒式蓄熱燃焼装置１から排出する排気ダクト４２とが、それぞれ接続されている。

ガス流切換手段として四方弁４０が用いられているので、１つの切換弁で排ガスの流れを切り換えることができ、触媒式蓄熱燃焼装置１の構造を簡単な構造とすることができる。
しかしながら、ガス流切換手段として、他の弁、例えば、バタフライ式開閉弁、ポペット式の開閉弁、３方弁などを用いることもできる。
また、本実施形態では、ガス流切換手段の駆動方法として、圧縮エアを使用したエアシリンダ方式が採用されているが、油圧シリンダ、電動シリンダなどを用いた駆動方法を採用することもできる。

各蓄熱浄化室１０、２０は、触媒層１２、２２の上方空間が、接続口１４、２４を介して加熱室３０の内部に連通するように加熱室３０に接続されている。

加熱室３０は、各蓄熱浄化室１０、２０の背面側に隣接して配置されている。したがって、本実施形態の触媒式蓄熱燃焼装置１では、加熱室３０は、上下方向に整列して配置されている蓄熱体１１、２１と触媒層１２、２２と、平面視で、重ならない(側方にオフセットした)状態で配置されていることになる。すなわち、本実施形態の触媒式蓄熱燃焼装置１では、加熱室３０は、蓄熱体１１、２１と触媒層１２、２２との配列方向、すなわち垂直方向において、触媒層１２、２２とオフセットした位置関係で配置される。

図２に示されているように、加熱室３０は、蓄熱浄化室１０、２０と略等しい高さを有し、上方に配置された水平隔壁３０ａによって、上方領域３０ｂと下方領域３０ｃに分割されている。さらに、上方領域３０ｂは、垂直隔壁３０ｄによって、各蓄熱浄化室１０、２０に対応した、上方区分３０ｅ、３０ｅに分割されている。

各上方区分３０ｅ、３０ｅの底部を構成する水平隔壁３０ａには、開口が形成され、この開口に筒状のパイプ部材３０ｆの上端が接続されている。パイプ部材３０ｆの下端は、加熱室３０の下方領域３０ｃ内で終端している。したがって、加熱室３０は、両上方区分３０ｅ、３０ｅが、パイプ部材３０ｆを介して、下方領域３０ｃと連通されていることになる。

加熱室３０の内部には、加熱部である電気ヒータ３１が配置されている。電気ヒータ３１は、導入された排ガスを、触媒層１２、２２において可燃性有害成分を燃焼できる温度まで加熱するための加熱装置であり、加熱室３０の天井から内部に挿入されことによって、加熱室３０に取付けられている。

各電気ヒータ３１は、先端側部分がパイプ部材３０ｆ内に配置された３本の細長いヒータ要素ｈを備えている。本実施形態の電気ヒータ３１では、ヒータ要素ｈのうちパイプ部材３０ｆ内に配置された先端側部分が、輻射熱を発生させる発熱部（加熱部）３１’である。したがって、本実施形態の触媒式蓄熱燃焼装置１では、輻射熱を発生させる発熱部３１’が、パイプ部材３０ｆ内に配置されている。このような構成によって、発熱部３１’からの輻射が、蓄熱浄化室１０、２０内の触媒に達することがない。

加熱室３０は、排ガスが蓄熱浄化室１０、２０内での流速よりも早い所定の流速で電気ヒータ３１と接触するように構成されている。ここで、所定の流速とは、排ガスの局所的な加熱を防止し、均一な加熱が可能な流速である。
本実施形態では、電気ヒータ３１の細長い発熱部３１’と、その周囲に配置されたパイプ部３０ｆとの間の細長い空間である流路部３２によって排ガスの流速を増大させ、上記所定の流速を達成している。

また、各蓄熱浄化室１０、２０内において、触媒層１２、２２と蓄熱浄化室１０、２０の天井との間の空間には、第１温度測定手段１５、２５がそれぞれ設けられている。
この第１温度測定手段１５、２５は、熱電対等で構成され、加熱室３０の電気ヒータ３１の作動制御を行うために、触媒層１２、２２と蓄熱浄化室１０、２０の天井との間の空間内の温度を測定する。

さらに、各蓄熱浄化室１０、２０内において、蓄熱体１１、２１と触媒層１２、２２との間の空間には、第２温度測定手段１６、２６がそれぞれ設けられている。
この第２温度測定手段１６、２６も熱電対等で構成され、ガス流切換手段により前記各蓄熱浄化室における排ガスの流れ方向の切換制御を行うために、蓄熱体１１、２１と触媒層１２、２２との間の空間内の温度を測定する。

さらに、触媒式蓄熱燃焼装置１は、パ２ーソナルコンピュータなどからなる制御装置（図示せず）を備えている。この制御装置は、触媒式蓄熱燃焼装置１全体の動作の制御、例えば、第１温度測定手段１５、２５による検出温度に基づく加熱室３０の電気ヒータ３１の制御や第２温度測定手段１６、２６による検出温度に基づく排ガスの流れ方向の切換制御などを行う。

次に、触媒式蓄熱燃焼装置１を用いた排ガス処理方法について説明する。

本実施形態の触媒式蓄熱燃焼装置１では、可燃性有害成分が触媒層１２、２２で完全に燃焼される温度まで、排ガスを加熱室で加熱するために必要な加熱室３０内の目標温度である加熱目標温度Ｔ１、四方弁４０によりガス流れ方向の切り替えを行うガス流切換温度Ｔ２、および触媒層１２、２２において触媒によって可燃性有害成分が燃焼を開始する燃焼開始温度Ｔ３が設定されている。

触媒式蓄熱燃焼装置１の起動時には、まず、蓄熱浄化室１０、２０に排ガスを導入するための送風機（図示せず）を起動させ、四方弁４０を、大気あるいは未処理の排ガスを一方の蓄熱浄化室１０に導入する方向に設定する。
次いで、加熱室３０の電気ヒータ３１を作動させる。触媒式蓄熱燃焼装置１では、起動完了、すなわち、第１温度測定手段１５、２５による検出温度に基づいて加熱室３０内が加熱目標温度Ｔ１に到達したと判断されるまで、四方弁４０を所定時間ごとに切り換え、蓄熱体１１、２１を加熱する。

起動完了後に実施される排ガスの処理工程について、図４のタイムチャートに沿って説明する。
時刻ｔｓ点を排ガス処理工程の始点とする。まず、四方弁４０を作動させ、図３（Ａ）に示すように、図示しない排ガス排出源から供給された可燃性有害成分を含む未処理の排ガスを、未処理ガス給気ダクト４１から接続ダクト１３を介して、一方の蓄熱浄化室１０の下方の空間部（蓄熱体１１の下方の空間部）に導入する。

蓄熱浄化室１０の下部空間に導入された未処理の排ガスは、蓄熱体１１、触媒層１２を通過して加熱室３０に供給される。蓄熱体１１は所定温度に加熱されているので、未処理の排ガスは、蓄熱体１１を通過するとき、蓄熱体１１によって加熱される。このため、排ガスは、触媒層１２を通過するとき、可燃性有害成分の少なくとも一部が燃焼させられる。

未処理の排ガスを蓄熱体１１に供給し続けると、蓄熱体１１の温度は、排ガスとの熱交換により低下していく。本実施形態では、蓄熱体１１と触媒層１２との間に配置された第２温度測定手段１６により検出される排ガス温度Ｔ２ａ（すなわち、蓄熱体１１によって加熱された排ガスの温度）が、ガス流切換温度Ｔ２（例えば、２００℃）以上の温度である間は、排ガスを蓄熱浄化室１０の下方の空間部に導入し、蓄熱体１１、触媒層１２を通過させるので、触媒層１２を通過するとき、触媒層１２は燃焼開始温度Ｔ３よりも高い温度に保持されているので、排ガス中の可燃性有害成分の少なくとも一部は燃焼させられることになる。

このように触媒層１２を通過した排ガスは、蓄熱浄化室１０に対応した加熱室３０の上方区分３０ｅに導入される。この上方区分３０ｅに導入された排ガスは、まず、上方区分３０ｅの下方に形成された流路部３２内を、所定の流速で流路部３２内に配置された発熱部３１’に接触しながら、下方に向かって流れる。そして、加熱室３０の下方領域３０ｃに流入する。

下方領域３０ｃに流入した排ガスは、次いで、他方の蓄熱浄化室２０に対応した加熱室３０の上方区分３０ｅの下方に形成された流路部３２を、所定の流速で流路部３２内に配置された発熱部３１’に接触しながら、上方に向かって流れ、蓄熱浄化室２０に対応した加熱室３０の上方区分３０ｅに流入する。
排ガスは、流路部３２内を流れる間、可燃性有害成分が触媒層２２において完全に分解される温度まで発熱部３１’により加熱される。

流路部３２内における排ガスの流速は、排ガスの局部的な加熱を防止し、排ガスを均一に加熱するとともに、圧損が大きくならないように設定されることが好ましい。例えば、５〜３０ｍ／ｓ程度に設定される。この速度域では、排ガスが電気ヒータ３１の発熱部３１’表層付近を比較的高速で通過するため、発熱部３１’の表面温度が設定温度より大幅に上昇することがなく、電気ヒータ３１を長寿命とすることができる。

電気ヒータ３１の出力は、加熱室３０の下流側の第１温度測定手段２５により検出された温度Ｔ１ｂが加熱目標温度Ｔ１となるように出力制御される。

加熱室３０で加熱された排ガスは、蓄熱浄化室２０の触媒層２２を通過する際、可燃性有害成分が燃焼され浄化される。

触媒層２２において可燃性有害成分が分解（燃焼）された高温の排ガスは、蓄熱体２１を通過する。このとき、蓄熱体２１と高温の排ガスとの間で熱交換が行われ、蓄熱体２１が加熱される。蓄熱体２１を通過した処理済みの排ガスは、接続ダクト２３から四方弁４０、および排気ダクト４２を経由して系外に排気される。

処理が継続されると、排ガスとの熱交換により、蓄熱体１１の温度は低下し、未処理の排ガスを十分に加熱することができなくなってくる。このため、蓄熱体１１、２１において蓄熱される廃熱を有効利用すべく、排ガスの流れ方向が切換えられる。

ガス流れ方向の切換タイミングは、加熱室３０の上流側の第２温度測定手段１６により検出される排ガス温度に基づいて決定される。すなわち、本実施形態の蓄熱式排ガス浄化装置１では、制御装置（不図示）が、第２温度測定手段１６により検出される排ガス温度Ｔ２ａが、ガス流切換温度Ｔ２を下回ったと判断すると、四方弁４０を作動させ、図３（Ｂ）に示すように、未処理の排ガスが蓄熱浄化室２０に供給され、かつ処理済みの排ガスが蓄熱浄化室１０から排気されるように、排ガスの流れ方向を切換える。

この切り換えにより、未処理の排ガスが、蓄熱浄化室２０に送り込まれ、蓄熱浄化室２０内の高温の蓄熱体２１により予備加熱された後に、触媒層２２を通過して加熱室３０に送り込まれてさらに加熱される。予備加熱された排ガスは、触媒層２２を通過し、可燃性有害成分の少なくとも一部が燃焼させられる。
電気ヒータ３１は、加熱室３０の下流側の第１温度測定手段１５により検出された温度Ｔ１ａが加熱目標温度Ｔ１となるように制御される。

加熱室３０において、さらに加熱された排ガスは、蓄熱浄化室１０に送り込まれて触媒層１２において可燃性有害物質が分解される。

触媒層１２において可燃性有害成分が分解された処理済みの排ガスは、蓄熱体１１を通過する。このとき、蓄熱体１１と処理済みの排ガスとの間で熱交換が行われ、蓄熱体１１が加熱される。

蓄熱体１１を通過した処理済みの排ガスは、接続ダクト１３から四方弁４０、排気ダクト４２を経由して系外に排気される。

ガス流れ方向の切換タイミングは、加熱室３０の上流側の第２温度測定手段２６により検出される排ガス温度に基づいて決定される。本実施形態の触媒式蓄熱燃焼装置１では、制御装置は、第２温度測定手段２６により検出される排ガス温度Ｔ２ｂが、ガス流切換温度Ｔ２を下回ったと判断すると、四方弁４０を作動させて、図３（Ａ）に示す状態にガスの流れ方向を切換える。

以後、同様に、ガス流れ方向を交互に切換えることによって、未処理の排ガスを蓄熱浄化室１０、２０に交互に流入させ、蓄熱体１１、２１に蓄熱した熱を未処理の排ガスの予備加熱に利用しながら可燃性有害成分の分解処理が行われる。

上述した実施形態では、電気ヒータ３１の出力制御が、第１温度測定手段１５、２５のうち、排ガス流れ方向において加熱室３０の下流側に位置する第１温度測定手段１５、２５により検出された排ガス温度に基づいて行われる。
このような構成によれば、排ガス流れ方向において加熱室３０の上流側に位置する触媒層での可燃性有害成分の燃焼熱により排ガスが加熱された分だけ、電気ヒータ３１の出力を減少させることができ、ランニングコストを低減することができる。
また、未処理の排ガスに含まれる可燃性有害成分の濃度が変動しても大きな影響を受けることなく、適切なタイミングで排ガスの流れ方向の切換制御を行うことができる。

更に、排ガス流れ方向において、加熱室３０の上流側に位置する触媒層１２、２２での可燃性有害成分の燃焼熱により排ガスが予備加熱され、加熱室３０の上流側の第１温度測定手段１５、２５により検出された排ガス温度Ｔ１ａ、Ｔ１ｂが加熱目標温度Ｔ１を超えたときに、電気ヒータ３１の出力を即時ゼロに制御することで、電気ヒータ３１による過剰な加熱を防止し、かつランニングコストを低減することができる。

上述した本実施形態の触媒式蓄熱燃焼装置１によれば、加熱室３０の発熱部３１’が、触媒層１２、２２を輻射により加熱しない位置に配置されているため、輻射熱によって触媒層１２、２２が過熱されることがない。これにより、触媒寿命が延び、交換頻度が低下させられ、触媒式蓄熱燃焼装置のランニングコストを低減することができる。
また、加熱部が触媒層の上方に配置されていないので、触媒層１２、２２の交換が容易であり、触媒式蓄熱燃焼装置のメンテナンスが簡略化される。

本実施形態では、加熱室３０は、断熱材を備えた隔壁１７を介して蓄熱浄化室１０、２０と隣接して配置され、蓄熱体１１、２１と触媒層１２、２２とが配列されている方向と略直交する方向に、蓄熱浄化室１０、２０に接続されている。これにより、触媒層１２、２２が電気ヒータ３１の発熱部３１’からの輻射熱を受けない位置に配置することができ、さらに、触媒式蓄熱燃焼装置１を小型化することができる。

上述した本実施形態の触媒式蓄熱燃焼装置１によれば、第１温度測定手段１５、２５により検出された排ガス温度Ｔ１ａ、Ｔ１ｂに基づいて、触媒層１２、２２において排ガスの可燃性有害成分が完全に燃焼可能な温度まで排ガスを加熱するための目標温度である加熱目標温度Ｔ１となるように電気ヒータ３１の出力制御を行うことができるので、電気ヒータ３１での電力が過剰に消費されることが抑制される。

また、本実施形態では、触媒層１２、２２において触媒によって可燃性有害成分が燃焼を開始する燃焼開始温度Ｔ３より高く設定されているガス流切換温度Ｔ２、及び第２温度測定手段１６、２６により検出された排ガス温度Ｔ２ａ、Ｔ２ｂに基づいて四方弁４０を作動させてガス流れ方向を切換えている。

具体的には、四方弁４０の作動により、接続ダクト１３を介して未処理の排ガスを一方の蓄熱体１１に流入させると、未処理の排ガスによって蓄熱体１１の熱が奪われ蓄熱体１１と触媒層１２の間の空間の排ガス温度Ｔ２ａが低下していく。排ガス温度Ｔ２ａが切換温度T２まで低下すると、未処理の排ガスを他方の蓄熱体１２に流入させるように四方弁４０を切換える。この結果、これまで未処理ガスが流入していた一方の蓄熱体１１、および触媒層１２は加熱室３０の下流側となり、蓄熱体１１と触媒層１２の間の空間には触媒燃焼後の高温ガスが流入し、この領域における排ガス温度Ｔ２ａはガス切換温度T２から上昇し、常に切換温度T２以上に保持される。
このように、本実施形態では、上記のような四方弁４０の切換えにより、蓄熱体と触媒層の間の空間温度の排ガス温度Ｔ２ａを、常時、可燃有害成分の燃焼開始温度以上の温度に維持することができ、加熱室３０に配置されたヒータの作動を抑制し、消費エネルギを低減することができる。

上記実施形態の蓄熱式排ガス浄化装置１によれば、未処理の排ガスの温度は、排ガス流れ方向において加熱室の上流側に位置する蓄熱体１１、２１を通過したときに、可燃性有害成分の燃焼開始温度Ｔ３以上に加熱されるので、加熱室３０の上流側の触媒層１２、２２を通過するときにも可燃性有害成分の少なくとも一部を燃焼させることができる。
その後、可燃性有害成分の少なくとも一部が燃焼させられた排ガスを、加熱室３０において更に加熱することにより、可燃性有害成分を下流側の触媒で燃焼させて完全に分解することができる。

上記実施形態の蓄熱式排ガス浄化装置１では、加熱部として電気ヒータ３１が用いられているので、燃料配管や燃焼空気用の送風機などが不要であるため簡単な構造とすることができる。

本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の変更又は変形が可能である。

また、加熱室は、電気ヒータが発熱部による輻射により触媒層を加熱しえない位置に配置される他の各種構造を採用することができる。
電気ヒータの本数、加熱室内での配置位置は任意に設定することができる。

上述した実施形態では、加熱室３０の加熱部として電気ヒータを用いたが、他の加熱手段、例えばバーナなどを採用することもできる。

上述した実施形態では、加熱室３０内に流路部３２を形成するために２本のパイプを用いたが、排ガスの流速を所定の流速とすることができれば他の構造でもよい。

例えば、加熱室３０の他の実施形態の左右方向の縦断面図である図５（Ａ）に示す構成でも良い。この構成では、上記実施形態におけるパイプ部分３０ｆに相当し下方に向かって延びる左右の垂下部分の下端を接続して加熱室３０の下方にＵ字状領域を形成し、このＵ字状の下方領域内の空間を流路部としている。ここで、図５（Ａ）の構成では、Ｕ字状の下方領域の左側の垂下部分のみに発熱部（加熱部）３１’を配置している。しかしながら、電気ヒータ３１を右側の垂下部分のみに配置した構成、あるいは、左右両側の垂下部分に設けた構成でもよい。
これら構成においても、加熱室３０の発熱部（加熱部）３１’が、触媒層１２、２２を輻射により加熱しない位置に配置されていることになる。

また、加熱室３０のもう一つの実施形態の左右方向の縦断面図である図５（Ｂ）に示すように、水平隔壁３３により流路部３２を区切る構成を採用することができる。隔壁３３は、図１の実施形態の水平隔壁３０ａに相当する構成要素である。
図５（Ｂ）に示されているように、この構成では、水平隔壁３３の左右の先端側に形成された開口部により、加熱室３０の上方区分３０ｅと下方領域３０ｃとが連通される。そして、水平隔壁３３によって上方側が区画された下方領域３０ｃの内部空間に、加熱室３０の側面から発熱部（加熱部）３１’が下方領域３０ｃ（流路部３２）に挿入され、この内部空間が流路部３２とされている。
この構成においても、加熱室３０の発熱部（加熱部）３１’が、触媒層１２、２２を輻射により加熱しない位置に配置されていることになる。

更に、加熱室３０のもう一つの実施形態の左右方向の縦断面図である図５（C）に示すように、発熱部（加熱部）３１’の挿入方向を変更した構成でもよい。図５（C）に示す構成では、発熱部（加熱部）３１’が、加熱室３０の底面から、下方領域３０ｃ（流路部３２）に挿入されている。
この構成においても、加熱室３０の発熱部（加熱部）３１’が、触媒層１２、２２を輻射により加熱しない位置に配置されていることになる。

また、加熱室が、隔壁によって蓄熱浄化室１０、２０から仕切られた構成ではなく、図６に示されているように、蓄熱浄化室１０、２０から離間して配置され、接続ダクト１８等により蓄熱浄化室１０、２０のそれぞれと接続された構成でもよい。

さらに、図７に示されているように、蓄熱浄化室１０と蓄熱浄化室２０との間に、加熱室３０が隔壁１７を介して配置されている構成でもよい。

また、制御装置において、最小切換時間ｔ１及び最大切換時間ｔ２を設定しておき、これらｔ１及びｔ２と、第２温度測定手段１６、２６により検出された排ガス温度とを組み合わせて四方弁４０を制御する構成でもよい。

ここで、最小切換時間ｔ１は、第２温度測定手段１６、２６により検出された排ガス温度がガス流切換温度Ｔ２を下回っても最小切換時間ｔ１を超えるまでは四方弁４０を動作させない時間である。
また、最大切換時間ｔ２は、第２温度測定手段１６、２６により検出された排ガス温度がガス流切換温度Ｔ２を下回らなくても最大切換時間ｔ２を超えたときに四方弁４０を動作させるための時間である。

上記ｔ１、ｔ２は、処理する未処理ガスの量が変動した場合、あるいは未処理ガス中に含まれる可燃性有害成分の量が変動した場合などに利用される。
例えば、装置に流入する未処理の排ガスの量が減少する（例えば、定格処理量の1/2になる）と、未処理の排ガスが供給されている側の蓄熱体１１と触媒層１２の間の空間の排ガス温度Ｔ２ａの低下速度が低くなる。このため、蓄熱体１１と触媒層１２の間の空間の排ガス温度Ｔ２ａが切換温度Ｔ２まで低下するために要する時間が長くなる。一方、反対側（排出側）の蓄熱体から排気される処理済み排ガスの温度は時間の経過とともに、上昇する。この結果、排出側の排ガス経路等の温度が過度に上昇して不具合が発生する可能性がある。このため、排ガスの流入量が減少した場合等には、最大切換時間ｔ２を上限として、四方弁を強制的に作動させ、排ガスの流入方向を切り替える。

又、未処理ガス中に含まれる可燃性有害成分の濃度が増加したときには、加熱室の下流側の蓄熱体と触媒層間の空間の排ガス温度Ｔ２ａが上昇し、次に未処理ガスが供給されたときにこの部分における排ガス温度Ｔ２ａが切換温度Ｔ２まで低下するまでに要する時間が長くなるため、同様の処理が行われる。

逆に、蓄熱体と触媒層との間の空間の排ガス温度Ｔ２ａが切換温度T２まで低下するまでに要する時間が短くなると、所定時間（例えば、１時間）の間に四方弁が作動する回数が増加する。ここで、蓄熱浄化室を２つ備えた構成では、加熱室の上流側の蓄熱体の内部、この蓄熱体の下方空間、この蓄熱体の下方空間と切換弁を接続するダクト内部にある未処理の排ガスが、四方弁の切換によって、処理済みのガスを大気に放出するダクトに逆流し、処理されることなく大気中に排出されることがある。
さらに、四方弁が作動しているわずかな時間の間に、未処理の排ガス供給用のダクトと処理済みのガスを大気に放出するダクトとが四方弁を介して連通され、排ガス供給用のダクト中の未処理の排ガスが放出用ダクトを通して大気に放出されることもある。
したがって、所定時間に、四方弁が多数回、作動すると、可燃性有害成分の除去率が低下し、所望の除去性能が得られなくなる。このため、最小切換時間ｔ２を下限として設定し、所定時間あたりの四方弁の作動回数を制限し、可燃性有害成分の除去率の低下を抑制する。

さらに、上記実施形態の触媒式蓄熱燃焼装置１は、２つの蓄熱浄化室１０、２０を備えた構成であるが、本発明は３室以上の蓄熱浄化室を備えた構成とすることもできる。例えば、図８に示すように、蓄熱浄化室１０、２０と同様の構造の蓄熱室３０をさらに備えた構成でもよい。図８中で、３１は蓄熱体、３２は触媒層、３３は接続ダクト、３５は第１温度測定手段、３６は第２温度測定手段である。
また、蓄熱室が３つの構成では、排ガスの浄化処理は、３つの蓄熱室のうち、２つの蓄熱室を順次切換えて使用するため、３つのガス流切換手段４０が設けられている。

図８（Ｂ）は、蓄熱室１０に未処理の排ガスを供給し、蓄熱室２０から処理済の排ガスを排出する状態を示している。加熱室３０の電気ヒータ３１の制御、ガス流れ方向の切換などの制御は、蓄熱室が２室の場合と同様に、第１温度測定手段及び第２温度測定手段により検出される排ガス温度に基づいて行う。
この実施形態では、図８（Ｂ）の状態に続き、蓄熱室２０に未処理の排ガスを供給し、蓄熱室３０から処理済の排ガスを排出する状態に排ガスの流れを切換え、続いて、蓄熱室３０に未処理の排ガスを供給し、蓄熱室１０から処理済の排ガスを排出する状態に切換える。その後、図８（Ｂ）の状態に戻し、以後、同様の切り換えを行っていく。

１…触媒式蓄熱燃焼装置
１０、２０…蓄熱浄化室
１１、２１…蓄熱体
１２、２２…触媒層
１３、２３…接続ダクト
１４、２４…接続口
１５、２５…第１温度測定手段
１６、２６…第２温度測定手段
３０…加熱室
３１…電気ヒータ
３１’…発熱部（加熱部）
３２…流路部
４０…四方弁（ガス流切換手段）
４１…未処理ガス給気ダクト
４２…排気ダクト

Claims (5)

1. 排ガス中の可燃性有害成分を燃焼して排ガスを浄化する触媒式蓄熱燃焼装置であって、
   排ガスが通過可能な蓄熱体と前記可燃性有害成分を燃焼させる触媒とが順次に配列されて内部に配置された複数の蓄熱浄化室と、
   前記排ガスを加熱する加熱部を有し、前記各蓄熱浄化室の前記触媒が配置されている側で、前記複数の蓄熱浄化室間の各々と接続されている加熱室であって、前記蓄熱体と前記触媒の配列方向において前記蓄熱浄化室とオフセットした位置関係で配置され、断熱材を備えた隔壁により前記蓄熱浄化室と隔てられ、さらに、水平隔壁によって前記蓄熱浄化室と連通した上方領域と下方領域とに分割され、前記加熱部が前記下方領域に配置されたパイプ部材内に配置されている加熱室と、
   前記複数の蓄熱浄化室の前記蓄熱体が配置されている側に接続され、前記複数の蓄熱浄化室の一つに前記排ガスを選択的に供給するように前記排ガスの流れを切り換えるガス流切り換え手段と、を備え、
   前記加熱部は、該加熱部からの輻射が、前記触媒に達しない位置に配置されている、
   触媒式蓄熱燃焼装置。
2. 前記加熱室は、前記蓄熱体と前記触媒との配列方向において、前記触媒とオフセットして配置されている、
   請求項１に記載の触媒式蓄熱燃焼装置。
3. 前記触媒と前記加熱室との間に、第１の温度測定手段が設けられ、
   前記第１の温度測定手段の検出結果に基づいて、前記加熱部の作動が制御される、
   請求項１または２に記載の触媒式蓄熱燃焼装置。
4. 前記触媒と前記蓄熱体との間に、第２の温度測定手段が設けられ、
   該第２の温度測定手段の測定結果に基づいて、前記ガス流切り換え手段が作動させられる、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の触媒式蓄熱燃焼装置。
5. 前記ガス流切り換え手段は、前記排ガスが供給されている蓄熱浄化室に設けられた第２の温度測定手段により計測された温度が、該排ガス中に含まれる可燃性有害成分が前記触媒で燃焼を開始する燃焼開始温度より高い温度まで低下したときに、前記排ガスの流れ方向を切換える、
   請求項４に記載の触媒式蓄熱燃焼装置。

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