JPH09276656A - 蓄熱式排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】加熱室（中間室）に面した触媒への影響を軽微
とする加熱方式を採用して排ガス浄化の安定性を図り、
かつ、バーンアウトやヒートアップも触媒の劣化を誘発
することなく効果的短時間で行うようにする。 【解決手段】中間室としての加熱室２と、該加熱室２に
各連通し中間部分にそれぞれ蓄熱材４をもつ３個の蓄熱
室３と、加熱室側に配設された触媒層５を主体に構成さ
れ、導入ダクト７にＬＰＧガス仕様のバーナ或いは電熱
ヒータ等で構成される第１加熱手段１３を設ける。この
第１加熱手段１３は、蓄熱材に直接に加熱された浄化前
の排ガスを導入するため、触媒への負荷を考慮すること
なく最大能力を設定して、効果的に短時間でヒートアッ
プ及びバーンアウトを行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、印刷工場、塗装工
場等、有機溶剤を用いた工場からの排ガスや、悪臭成分
が含まれる排ガスを加熱燃焼させて無害化、無臭化する
蓄熱式排ガス処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】塗装ブース、塗装乾燥炉、印刷用乾燥
炉、プラスチックや合板の製造設備、食品加工設備、産
業廃棄物処理設備、消化材製造設備あるいは香料製造設
備などの各種施設内においては、塗料、インキ、溶剤、
接着剤、合成樹脂或いは化学薬品等から、アルコール
類、エステル類や、特有の臭気をもつフェノール類、ア
ルデヒド類等の有機成分を含む排ガスが発生する。

【０００３】そこで、このような有害成分を含んだ排ガ
スは、公害防止の観点から直接大気中に放出することは
できないので、浄化処理を施して、無毒無臭化した状態
で放出している。また、最近では一般家庭の生ゴミを燃
焼した際に発生する排ガスも処理する傾向にある。排ガ
ス浄化処理の方法は、排ガスを６００〜９００°Ｃの高
温下で酸化分解して炭酸ガスと水に変化させる直接燃焼
方式が代表的であるが、直燃室を高温に加熱し維持して
酸化分解を安定に行わせるため、ランニングコストが嵩
むという問題がある。

【０００４】直燃室を低い温度で使用するには、触媒を
用いる方式と、直燃室からの浄化後の排ガスの熱を蓄熱
し、その熱で浄化前の排ガスを予熱して直燃室に導入す
ることにより、直燃室での加熱エネルギーを省力化する
方式と、これらの方式を併用する等、種々提案されてい
る。上記蓄熱式排ガス浄化装置は具体的に、図２に示す
ように、排ガス加熱用のバーナ５１を備えた直燃室５２
と、該直燃室５２に各連通し浄化前の排ガスが流入流出
する複数（ここでは三つ）の蓄熱室５３（Ｈａ〜Ｈｃ）
とが設けられ、各蓄熱室５３には蓄熱材５５が配設さ
れ、直燃室側には触媒層５４が形成される。また、各蓄
熱室５３には未浄化ガス（浄化前の排ガス）の流入ダク
ト５６及び浄化済みガスの排出ダクト５７と、パージダ
クト５８とを接続し、パージダクト５８は、流入ダクト
５６に帰還している。

【０００５】これによれば、初期において、排ガスを例
えば蓄熱室Ｈａを介して直燃室５２に流入し、直燃室５
２で加熱された高温ガスを例えば蓄熱室Ｈｂを介して排
出すると、触媒層５４により直燃式の温度とは格段と低
い温度でも酸化分解が進む。浄化後の排ガスは蓄熱室Ｈ
ｂを通過する際に蓄熱材５５を蓄熱する。次いで、流路
を切り替えて、蓄熱室Ｈｂを介して排ガスを直燃室５２
に流入させ、蓄熱室Ｈｃを介して浄化後の排ガスを流出
させれば、蓄熱室Ｈｂの蓄熱材５５の熱により排ガスが
予熱されてから直燃室５２に流入されるので、燃料消費
量の軽減となる。また、蓄熱室Ｈｃの蓄熱材５５が蓄熱
されるから、各蓄熱室５３を順次交互に使用すれば、直
燃室５２の温度を維持するための加熱エネルギーを節約
することになる。

【０００６】また、浄化前の排ガスが流入した蓄熱室５
３は、同排ガスによって放熱されるが、この放熱された
蓄熱室５３には、未浄化ガスが残り、次に浄化後の排ガ
スを流出させるとき、未浄化ガスが混入されてしまう。
そこで、上記蓄熱式排ガス浄化装置では、次に蓄熱され
る蓄熱室５３に浄化後の排ガスの一部が還流するよう
に、パージダクト５８を介して流入ダクト５６に戻すパ
ージ操作を行っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の蓄熱式
排ガス浄化装置は、加熱手段として例えばＬＰＧガスを
燃焼させるバーナを用いているが、バーナは、電熱ヒー
タ等に比べ、低コストで高温度が得られる反面、そのフ
レーム等により局部加熱を起こしやすく、また、触媒層
へ吹き下すガスの流速もばらつきやすいため、浄化工程
時やその他の場合に以下のような問題がある。

【０００８】一般に蓄熱式排ガス浄化装置は、浄化工
程の前工程として、装置全体のヒートアップを行った
り、浄化工程で蓄熱材を目詰まりさせる付着物を焼失す
るバーンアウトを行う必要がある。このときも直燃室の
バーナを使用するが、従来の装置では、触媒層が直燃室
側に面しているため、上記ヒートアップ時やバーンアウ
ト時、バーナの燃焼量を加減しないと、触媒層を過剰に
加熱することになり、触媒の劣化を早めてしまう。この
ため、バーナを燃焼能力以下に抑えて行うことになり、
ヒートアップやバーンアウトに時間を要する。

【０００９】また、とくにバーンアウトでは蓄熱材の
付着物が多い未浄化ガスの流入部に対し直接に加熱作用
が加わらないため効果が少ない。 上記触媒の浄化能力の低減や劣化は、通常の浄化工程
でも生じるおそれが十分にある。即ち、触媒層が直燃焼
室側に面して設けられている従来の装置では、バーナの
熱が触媒層に局部的に強く輻射したり、バーナの火炎が
強い場合には触媒層を異常加熱したり、ガス温度分布に
ばらつきを生じたり、ガス流速が不均一となって、触媒
へのＳＶ（単位断面積のガス流量）が部分的に異なるこ
とによる触媒への熱負荷のばらつきを生じて、浄化能力
の低減及び熱劣化（触媒粒子の寄り集まりによる性能低
下）を早める。

【００１０】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
最大加熱能力で加熱しても触媒への影響が少ない加熱手
段を設けることにより、バーンアウトやヒートアップを
効率的に短時間で行い得るとともに、触媒の浄化能力の
低減や劣化を防止することを解決すべき課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
として、種々検討を重ね、導入通路に加熱手段を組み込
み、必要に応じて導入通路を流れる浄化前の排ガスを所
定温度に加熱することにより問題が解決できることを確
認し本発明を完成した。すなわち、本発明の蓄熱式排ガ
ス浄化装置は、中間室と、該中間室に連通し該中間室側
の一端部に触媒層が形成された蓄熱材をもつ少なくとも
２個の蓄熱室と、各該蓄熱室の他端に浄化前の排ガスを
導入する導入通路と、各該蓄熱室の他端から浄化後の排
ガスを排出する排出通路と、各該蓄熱層室の一方に浄化
前の排ガスを導入し他方から浄化後の排ガスを排出する
ようにし所定時間後に他方から浄化前の排ガスを導入し
一方から浄化後の排ガスを排出するように切替える通路
切替手段とをもつ蓄熱式排ガス処理装置において、上記
導入通路が浄化前の排ガスを加熱する第１加熱手段をも
つことを特徴とするものである。

【００１２】なお、上記中間室に第２加熱手段を設ける
こともできる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の蓄熱式排ガス浄化装置は
中間室と、少なくとも２個の蓄熱室と、浄化前の排ガス
を導入する導入通路と、浄化後の排ガスを排出する排出
通路と、通路切替手段とをもつ蓄熱式排ガス処理装置に
おいて、導入通路に浄化前の排ガスを加熱する第１加熱
手段を設けたものである。

【００１４】この浄化装置では、導入通路に第１加熱手
段を設けた点に第一の特色をもつ。従って、従来の蓄熱
式排ガス処理装置をそのまま採用し、この従来の装置の
導入通路に第１加熱手段を組み込み、本発明の浄化装置
とすることもできる。本発明の浄化装置を構成する中間
室は排ガスが流れる２個の蓄熱室の間に位置する室であ
る。この中間室には２個の蓄熱室の一方の蓄熱室で予熱
された排ガスが入り、少なくとも触媒層が十分に機能す
る高温に加熱された排ガスが他方の蓄熱室に送られその
触媒層で浄化されかつ高温の排ガスは蓄熱材に熱を渡し
冷却されて排出通路に送られる。浄化前の排ガスが予熱
される蓄熱室での予熱が触媒層が機能するに十分な予熱
ができる場合、中間室で排ガスを加熱する必要はない。
しかし、予熱が不十分な場合、中間室で排ガスを加熱す
る必要がある。このため中間室には第２加熱手段を設け
るのが好ましい。第２加熱手段としては従来と同様にバ
ーナを使用することができるが、蓄熱式の場合、通常熱
効率が良く、必要とする加熱熱量が多くないため、ラン
ニングコストの点で電熱ヒータを用いることもできる。
また、中間室内の排ガス温度を知るため温度センサーを
設けることが好ましい。

【００１５】蓄熱室は中間室側の一端部に触媒層が形成
された蓄熱材をもつ。蓄熱材としては従来から知られて
いる蓄熱材をそのまま使用できる。特に多数の貫通孔を
もつハニカム状のものが圧力損失が少なく好ましい。触
媒層は蓄熱材の中間室側の部分に触媒金属を担持させ、
触媒層とすることもできる。また、蓄熱材の中間室側に
独立した触媒層を設けてもよい。触媒層そのものも従来
のものをそのまま使用できる。

【００１６】蓄熱室は少なくとも２個必要とする。蓄熱
室を３個設けることにより蓄熱室の切替え時の排ガスの
連続浄化が容易となる。導入通路は浄化前の排ガスを蓄
熱室に導入する通路であり、排出通路は蓄熱室から浄化
された排ガスを外部に導出する通路である。これら導入
通路および導出通路は中間室とつながる側と反対側の蓄
熱室に連通している。

【００１７】導入通路は浄化前の排ガスを加熱する第１
加熱手段をもつ。この第１加熱手段は主として蓄熱室の
蓄熱材に付着した有機物を燃やし、蓄熱材を再生するた
めに排ガスを加熱するものである。すなわち、蓄熱材に
付着した有機物が気化、熱分解する温度に排ガスを加熱
する。第１加熱手段としてはバーナ、電熱ヒータ等を使
用できるが、短時間、低コストでバーンアウト又はヒー
トアップできるバーナがより好ましい。

【００１８】また、導入通路および導出通路には通路切
替手段が取り付けられる。通路切替手段としてはバルブ
等従来のものを使用できる。なお、通路切替え手段には
制御部を設け、通路切替手段を自動制御するのが好まし
い。この場合、導入通路、導出通路、各蓄熱室の中間室
とつながる側と反対側の蓄熱室側の部分、中間室にそれ
ぞれ温度センサーを設け、温度センサーからの入力によ
り通路切替手段、第１加熱手段、第２加熱手段の作動を
制御するようにするのが好ましい。

【００１９】次に本発明の蓄熱式排ガス浄化装置の操作
について説明する。まず、蓄熱室の蓄熱材に付着した有
機物を気化、熱分解するバーンアウトを行う場合、第１
加熱手段を稼働し、導入通路を流れる排ガスを加熱し、
加熱された高温の排ガスで有機物を気化、熱分解する。
いずれの蓄熱室も蓄熱されていない始動時にも第１加熱
手段を使用することが出来る。この場合は第２加熱手段
の補助として使用するもので、中間室から他の蓄熱室に
出る排ガスの温度が触媒が機能するに十分な温度となる
ように排ガスを予め加熱するものである。この加熱され
た排ガスは、蓄熱室の蓄熱材に直接に当たるため、第２
加熱手段によりバーンアウト及びヒートアップを行う場
合と比較し、触媒層への負荷をかけずに効果的に装置全
体のヒートアップ及び蓄熱材の付着物を気化、分解させ
ることができる。

【００２０】通常の浄化工程においては、例えば第１加
熱手段を停止し、第２加熱手段を触媒が充分に作用する
高温に加熱し、従来と同様に、各蓄熱室に対し浄化前の
排ガスの導入、浄化後の排ガスの排出、この排出時の蓄
熱材への蓄熱及び残留未浄化ガスのパージを組み合わせ
て行う。この場合、必要に応じて第１加熱手段で浄化前
の排ガスを若干加熱しておくことにより、第２加熱手段
の加熱量を低下させ、必要エネルギーを節約することが
できる。

【００２１】本発明の実施の形態として、蓄熱室を３個
とすることができる。この場合、一つの蓄熱室には浄化
前の排ガスを導入し、他の一つの蓄熱室では中間室を経
た浄化後の排ガスを排出し、残りの一つはパージを行
い、この三つの動作が各蓄熱室で順次に行われるように
通路切替手段によってガスの流れを切替える。また、本
発明の他の実施の形態として、蓄熱室を２個としてもよ
い。この場合は、中間室の高温ガスを直接に排出する第
２排出ダクトや、中間室に直接に浄化前の排ガスを導入
する第２導入ダクトを設け、第２排出ダクトの高温ガス
の一部をパージに使用したり、第２導入ダクトから導入
された排ガスをパージに使用する。

【００２２】上記各実施形態において、第１加熱手段
は、燃焼ガス式のバーナ或いはセラミック若しくはコイ
ル式の電熱ヒータが好ましく、第２加熱手段は、後者の
電熱ヒータが好ましい。これによれば、第１加熱手段は
ヒートアップやバーンアウト時に最大能力で使用し、短
時間で効果的に行うことができる。第２加熱手段は、触
媒層への局部加熱やガス温度分布に乱れを生じないよう
に、電熱ヒータで加熱量を正確に調整する。

【００２３】本発明の更に他の実施の形態として、第１
加熱手段によるヒートアップの後、第１加熱手段を停止
して第２加熱手段を加熱動作させる通常工程の場合、第
１加熱手段と第２加熱手段を中間室の温度に応じて、第
１加熱手段だけを加熱したり、第２加熱手段だけを加熱
したりすることもできる。これはヒートアップの段階で
触媒層を通過する浄化前の排ガスが自燃する温度にまで
触媒層を加熱すると、その後、第１加熱手段を停止して
も触媒層で浄化前の排ガスが燃焼して新たな熱源が生成
されて、第２加熱手段を加熱しなくとも、排ガス浄化が
進行すると考えられるからである。そして、必要に応じ
て、すなわち、新たな熱源の燃焼が弱く中間室の温度が
所定値より低下した場合に第２加熱手段を加熱して排ガ
ス浄化を持続させる。

【００２４】更に、本発明は第２加熱手段としてバーナ
の使用を制限するものではない。バーナを使用しても、
加熱量のコントロール範囲は狭くて済み、触媒に影響し
ない程度の微調整により、浄化の確実性は確保される。

【００２５】

【実施例】本発明の第１実施例に係る蓄熱式排ガス処理
装置は、図１に示すように、本発明の中間室としての加
熱室２と、該加熱室２に各連通し中間部分にそれぞれ蓄
熱材４をもつ３個の蓄熱室３（Ｈａ〜Ｈｃ）と、上記加
熱室側に配設された触媒層５を主体に構成され、加熱室
２には、第２加熱手段として排ガス加熱用のセラミック
或いはコイルによる電熱ヒータ１２を備えている。

【００２６】各蓄熱室３には、該各蓄熱室３にそれぞれ
対応（各蓄熱室３毎に排ガス導入の切替えあるいは排ガ
ス遮断を行うように）したバルブ６Ａ〜６Ｃを有する導
入ダクト７及び、同様に各蓄熱室３に対応したバルブ８
Ａ〜８Ｃを有する排出ダクト９が接続されるとともに、
ここでは排出ダクト９から浄化後の排ガスを選択的に各
蓄熱室３に導くパージダクト１０が接続される。このパ
ージダクト１０にも各蓄熱室３に対応したバルブ１１Ａ
〜１１Ｃが介装されている。なお、各ダクトにおける気
流を生成するため、排出ダクト９にはパージダクト１０
の分岐端より蓄熱室側にファン１５が設けられるが、こ
れとは別に図示しないが導入ダクト７にファンを設けて
もよい。

【００２７】なお、蓄熱材４は、セラミックハニカム
材、ペレット材、３次元網状体、サドル材等の無機質体
からなる。触媒層５は、プラチナ等の貴金属をアルミナ
シリカ等の無機多孔質の粒状担体に担持させたもの、ハ
ニカム状や三次元網状の無機担体にアルミナ粉末をコー
ティングし、そこに貴金属を担持したものを用いる。ま
た、触媒層５は、蓄熱材４と一体で加熱室側の端部にお
けるハニカム材又は３次元網状体等にプラチナ等の貴金
属を担持したものでもよい。

【００２８】ところで、本実施形態では、導入ダクト７
にＬＰＧガス仕様のバーナ或いは電熱ヒータ等で構成さ
れる第１加熱手段１３が設けられている。第１加熱手段
１３は低燃費のＬＰＧ等の燃焼ガス式のバーナ、或いは
大容量の電熱ヒータを用いており、主にヒートアップ及
びバーンアウトを行うときに作動させる。次に上記構成
よりなる蓄熱式排ガス処理装置の作用を以下に説明す
る。

【００２９】本装置の浄化工程におけるガスの流れは、
基本的には従来と同じであり、第１加熱手段１３を停止
し、第２加熱手段１２を加熱して行う。即ち、各バルブ
の操作により、蓄熱室Ｈａ〜Ｈｃが浄化前の排ガスが導
入される放熱動作と、浄化後の排ガスが直燃室２から導
入される蓄熱動作と、放熱動作のとき残留する浄化前の
排ガスを除去するパージ動作とのすべての動作を順次択
一的にとるように切替えられる。

【００３０】ところで、浄化工程の前工程として、ヒー
トアップが行われ、定期的には蓄熱材４の付着物を気
化、熱分解するバーンアウトを行う。本実施例の装置で
は、上記ヒートアップ及びバーンアウトを行う場合、バ
ルブ６Ａ〜６Ｂを全開して第１加熱手段１３を動作さ
せ、導入ダクト側から高温ガスを送る。このようにヒー
トアップ及びバーンアウトにおいて、導入ダクト側の第
１加熱手段１３を用いることにより、高温ガスは、蓄熱
材４を介して触媒層５を流れるので、触媒への悪影響を
考慮せずに第１加熱手段１３を最大能力で加熱できる。
このことによって触媒の延命化につながる。

【００３１】従って、ヒートアップ及びバーンアウトに
要する時間を短縮するとともに、蓄熱材４が大きな比熱
をもつことで効果的に装置全体をヒートアップすること
ができ、また、バーンアウトも直接に蓄熱材４に高温ガ
スが当たるため極めて気化、熱分解効果がよい。このこ
とより、第２加熱手段１２の要求される加熱能力は、比
較的小さくでき、電熱ヒータのように運転コストが高く
ても使用ができるとともに、バーナの場合に比べ、高温
ガスの流れを乱すことがなくなり、触媒を均一に加熱す
るので、触媒の浄化能力低減と劣化を抑制する効果を生
じる。また、蓄熱材４を蓄熱させることによる第１加熱
手段１３の加熱量節減の効果も享受している。

【００３２】なお、浄化前の排ガスが残留する蓄熱室の
パージを、大気で行っても、第２加熱手段１２の加熱能
力を小さくでき、触媒の浄化能力低減と劣化を抑制する
効果はほとんど同じである。ここで、第１加熱手段１３
によって加熱された浄化前の排ガスが触媒層５で燃焼熱
を発生する場合は、更に第２加熱手段１２の加熱能力を
低下して、加熱量を少なくできる。また、触媒層５で発
生する燃焼熱が十分に触媒の有効動作温度域に達する場
合は、第２加熱手段１３をＯＦＦ状態で使用したり、場
合によっては無くすことも可能である。

【００３３】また、上記浄化工程によれば、浄化前の排
ガスは、蓄熱材４を通って触媒層５を加熱する。この蓄
熱材４を通る排ガスは、該蓄熱材４の緻密な通気孔への
圧損により、その流れが整流されるため、触媒層５には
分布が均一な高温ガスが流れることになり、触媒が局部
的に過大に熱せられることがなくなり、触媒の劣化が軽
減され、寿命を長期化できるものである。

【００３４】本発明は、特許請求の範囲に従えば、図示
しないが、蓄熱室を２個として構成によっても、同様に
ヒートアップやバーンアウト時、触媒への負荷を回避
し、効率的な全体加熱及び付着物の気化、熱分解効果を
奏する。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、導入
通路に第１加熱手段を設けたので、ヒートアップやバー
ンアウトを触媒への影響を考慮せずに第１加熱手段に最
大能力を発揮させて行うことができ、触媒に負荷を与え
ることなく、効果的に短時間で全体加熱及び付着物の気
化、熱分解焼処理が可能となる。

【００３６】また、通常工程時、中間室で第２加熱手段
を加熱すると、該第２加熱手段の加熱能力は小さいもの
でよいため、ガス温度分布を均一化でき、触媒の劣化防
止に寄与するとともに、浄化作用を確実に進行させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る蓄熱式排ガス浄化
装置を示す構成図である。

【図２】 従来の蓄熱式排ガス浄化装置を示す構成図で
ある。

【符号の説明】

１はバーナ、２は直燃室、３は蓄熱室、４は蓄熱材、５
は触媒層、６Ａ〜６Ｃ、８Ａ〜８Ｃ、１１Ａ〜１１Ｃは
それぞれバルブ、７は導入ダクト（通路）は、９は排出
ダクト（通路）、１２は第２加熱手段、１３は第１加熱
手段である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 隅田 健二 静岡県小笠郡大東町千浜7800番地 キャタ ラー工業株式会社内 (72)発明者 中所 英明 愛知県豊田市柿本町１丁目９番地 トリニ ティ工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中間室と、該中間室に連通し該中間室側の
   一端部に触媒層が形成された蓄熱材をもつ少なくとも２
   個の蓄熱室と、各該蓄熱室の他端に浄化前の排ガスを導
   入する導入通路と、各該蓄熱室の他端から浄化後の排ガ
   スを排出する排出通路と、各該蓄熱層室の一方に浄化前
   の排ガスを導入し他方から浄化後の排ガスを排出するよ
   うにし所定時間後に他方から浄化前の排ガスを導入し一
   方から浄化後の排ガスを排出するように切替える通路切
   替手段とをもつ蓄熱式排ガス処理装置において、 該導入通路は浄化前の排ガスを加熱する第１加熱手段を
   もつことを特徴とする蓄熱式排ガス浄化装置。
2. 【請求項２】上記中間室は、第２加熱手段をもつことを
   特徴とする請求項１記載の蓄熱式排ガス浄化装置。