JPWO2006033189A1 - Voc含浸物からのvoc除去方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 湿度を制御して処理空間内に存在するVOC含浸物からのVOC及び臭気の除去を内装部材、設置物類を痛めることなく安全かつ低価格に実行すること。【解決手段】 VOCを除去すべき処理空間内を飽和しない範囲で高湿度に加湿して、VOC含浸物に吸着又は含浸されたVOCを、発生した気相状態の水分子との水和複合物形成さる加湿工程と、この加湿工程によりVOC内部に形成されたVOC水和複合物を、湿度を低下させることによりVOC含浸物から処理空間へ放散させる第2工程とからなる。【選択図】図1
Description
本発明は、建材などに含浸された揮発性有機化合物(以下、VOCという)を除去する方法に関するものである。
近年、室内空気中のVOC汚染により、住宅やビルの新築・改築直後に、のどや眼などの刺激、めまい、頭痛などの体調不良を訴える居住者が数多く報告されている。症状が多様で、症状発生の仕組みを始め、未解明な部分が多く、また様々な複合要因が考えられることから、シックハウス(室内空気汚染)症候群と呼ばれている。
揮発性が高く毒性も強いホルムアルデヒドが真っ先(平成9年)に規制され、その後、平成12年に、トルエン、キシレン、パラジクロルベンゼン、エチルベンゼン、スチレン、フタル酸ジ−n−ブチル、クロルピリホスの8種類に増え、また、同時に化学物質を「総量規制」するため、TVOC(トータルVOC)を400μg/m3以下にするように暫定目標値が設定された。平成13年には、テトラデカン、フタル酸−2−ジエチルヘキシル、ダイアジノンが追加され、さらに、平成14年には、アセトアルデヒド、フェノブカルブが追加された。そして、これらの物質の室内濃度指針値が厚生労働省により策定された。
揮発性が高く毒性も強いホルムアルデヒドが真っ先(平成9年)に規制され、その後、平成12年に、トルエン、キシレン、パラジクロルベンゼン、エチルベンゼン、スチレン、フタル酸ジ−n−ブチル、クロルピリホスの8種類に増え、また、同時に化学物質を「総量規制」するため、TVOC(トータルVOC)を400μg/m3以下にするように暫定目標値が設定された。平成13年には、テトラデカン、フタル酸−2−ジエチルヘキシル、ダイアジノンが追加され、さらに、平成14年には、アセトアルデヒド、フェノブカルブが追加された。そして、これらの物質の室内濃度指針値が厚生労働省により策定された。
室内空気中の基本的な化学物質濃度低減化対策としては、従来より、換気法、吸収薬剤利用法(特許文献1)、消臭器の使用法、加熱法(ベークアウト法)、オゾン散布法、発生防止薬剤塗布法等がある。
これらの従来の方法は、大別して、VOC及び臭気を含む内装部材からの放散を促進又は防止する方法と、内部処理空間中のVOC及び臭気を除去する方法とに大別され、前者の代表的なものが加熱法(60℃以上)であり、後者の代表的なものが換気法である(非特許文献1)。
これらの従来の方法は、大別して、VOC及び臭気を含む内装部材からの放散を促進又は防止する方法と、内部処理空間中のVOC及び臭気を除去する方法とに大別され、前者の代表的なものが加熱法(60℃以上)であり、後者の代表的なものが換気法である(非特許文献1)。
前記ベークアウト法として、室温を上げてVOCの室内への放散を強制する室内温度加温工程と、室内のVOCを空気清浄器および/または脱臭剤で除去する除去工程とを有するVOCの室外排気方法および除去方法が既に提案されている(特許文献2)。
この特許文献2に基づきより具体的に説明すると、室温を上げてVOCの室内への発生を強制する室内温度加温工程は、通常の室内用暖房器具で30〜40℃以上に設定し、0.1〜5時間以上加温する。室内温度を上げて行く状態では、加湿器などで室内湿度を上げると、空気中の水滴に可溶なVOCが捕捉され、建材などからのVOCの発生量を上昇させる。強制的に放散させたVOCを、窓などを開放して室外に強制的に排気し、排気後に屋外等からの水蒸気を除去するために除湿器で除湿する。
換気法は説明するまでもなく、室内の空気を外気と入れ替える方法である。
この特許文献2に基づきより具体的に説明すると、室温を上げてVOCの室内への発生を強制する室内温度加温工程は、通常の室内用暖房器具で30〜40℃以上に設定し、0.1〜5時間以上加温する。室内温度を上げて行く状態では、加湿器などで室内湿度を上げると、空気中の水滴に可溶なVOCが捕捉され、建材などからのVOCの発生量を上昇させる。強制的に放散させたVOCを、窓などを開放して室外に強制的に排気し、排気後に屋外等からの水蒸気を除去するために除湿器で除湿する。
換気法は説明するまでもなく、室内の空気を外気と入れ替える方法である。
また、シリカゲルやゼオライト、活性炭を用いたロータ(フィルタ)にVOCなど含む処理空気を通じることによってVOCを吸着・濃縮する溶剤濃縮ロータと呼ばれる装置があった。
前記加熱法では、内装部材、設置物等を劣化させる恐れがあり、特に、設置物等が設置された状態では加熱処理を行うことは好ましくない。
特許文献2の方法によれば、次のような試験結果になったと記載している。
(1)ベークアウト1(加温+室内空気を循環+強制排気)を10サイクル処置したとき、TVOCは減少したが、ホルムアルデヒドは増加した。
(2)ベークアウト1を5サイクル処置したとき、TVOCとホルムアルデヒドはともに増加した。
(3)ベークアウト2(加温・加湿+室内空気を循環+強制排気)を10サイクル処置したとき、TVOCは増加し、ホルムアルデヒドは減少した。
特許文献2の方法によれば、次のような試験結果になったと記載している。
(1)ベークアウト1(加温+室内空気を循環+強制排気)を10サイクル処置したとき、TVOCは減少したが、ホルムアルデヒドは増加した。
(2)ベークアウト1を5サイクル処置したとき、TVOCとホルムアルデヒドはともに増加した。
(3)ベークアウト2(加温・加湿+室内空気を循環+強制排気)を10サイクル処置したとき、TVOCは増加し、ホルムアルデヒドは減少した。
この試験結果について、特許文献2記載によれば、前記(2)の詳細な機構は不明であるが、増大している理由は、中途半端なサイクルでは、放出されたVOCが室内に留まるためと推測される。また、前記(3)については、加温により発生したホルムアルデヒドが加湿により室内に発生させられた水滴に溶け込み捕集されて除去されるためと推察されるとしている。しかし、TVOCが増加している現象については何ら触れられていない。
以上のような特許文献2記載の方法による問題点は、次の通りである。
まず第1に、加湿器による加湿は、室内に水の粒子、即ち、液相の状態で散布しているにすぎないため、VOCは、建材等の表面に付着した水滴に溶け込み捕集されることがあっても、それはわずかに減少するだけであって、根本的な除去効果にはならない。また、水滴に溶け込み捕集されるVOCは、親水性の物質に限られ、疎水性の物質には効果がない。上記の試験終了後にも拘わらず効果が現われないのは、1つにはこの理由によるものと考えられる。
第2に、上記方法でいう除湿は、除湿器で行なうものであるから、室内温度の変化にともない飽和湿度が変化することを利用するにすぎず、建材等の内部のVOCまで除去することは不可能である。
第3に、強制的に排気するといっても、建材等の表面のVOCだけを排気するに止まり、内部のVOCまで除去することにはならない。
まず第1に、加湿器による加湿は、室内に水の粒子、即ち、液相の状態で散布しているにすぎないため、VOCは、建材等の表面に付着した水滴に溶け込み捕集されることがあっても、それはわずかに減少するだけであって、根本的な除去効果にはならない。また、水滴に溶け込み捕集されるVOCは、親水性の物質に限られ、疎水性の物質には効果がない。上記の試験終了後にも拘わらず効果が現われないのは、1つにはこの理由によるものと考えられる。
第2に、上記方法でいう除湿は、除湿器で行なうものであるから、室内温度の変化にともない飽和湿度が変化することを利用するにすぎず、建材等の内部のVOCまで除去することは不可能である。
第3に、強制的に排気するといっても、建材等の表面のVOCだけを排気するに止まり、内部のVOCまで除去することにはならない。
前記換気法は、最も手軽な方法であり、内部処理空間内の気中に放出されたVOCを除去するには効果があるが、内装部材からのVOCの放散を促進しないため、自然放散に対しては長期間の換気処理を継続する必要がある上、大量の換気は冷暖房空調に大きな負担となることである。
また薬剤使用法は、いずれの処理の場合も薬剤代が高価になる場合が多く、継続的にVOC及び臭気が発生する場合の対処が困難であった。連続的にVOC及び臭気が発生する場所においては、大量換気において熱失効が大きく冷暖房空調の導入が困難であった。
また薬剤使用法は、いずれの処理の場合も薬剤代が高価になる場合が多く、継続的にVOC及び臭気が発生する場合の対処が困難であった。連続的にVOC及び臭気が発生する場所においては、大量換気において熱失効が大きく冷暖房空調の導入が困難であった。
前記溶剤濃縮ロータにおいては、シリカゲルやゼオライトを用いたロータの場合には、使用済みのロータを高温(150℃以上)で処理して吸着したVOCを再揮発あるいは熱分解して除去することにより再生して利用することが可能であるが、再生時の高温のために劣化が激しく、価格に比して寿命が短いという問題点があった。比較的安価な活性炭を用いたロータは、シリカゲルやゼオライトのように高温で処理することができないので、完全な再生利用をすることが難しいという問題点があった。
本発明の目的は、短期間に内装部材、設置物類を痛めることなく安全、かつ、低価格にVOC及び臭気の除去処理を実行することにある。
本発明は、VOCを少しずつ放散して臭気を発するVOC含浸物が存在する雰囲気中を気相状態の高湿度に加湿することにより、VOC含浸物の内部に気相状態の水分子を浸透させて内部のVOCと水分子とでVOC水和複合物を形成させ、この雰囲気の湿度を低下させることによって、前記VOC水和複合物をVOC含浸物から雰囲気中に放散させ、さらに雰囲気を除湿することによって、雰囲気中に放散されたVOC水和複合物をVOCと水とに解離させ、さらに雰囲気を除湿することによってVOCをデシカントに捕集するVOC含浸物からのVOC除去方法である。
本発明によれば、雰囲気を気相状態の高湿度に加湿することにより、気相状態の水分子がVOC含浸物内部にまで浸透してVOC水和複合物を形成し、除湿によりVOC含浸物から放散されるので、VOC含浸物の内部のVOCをも除去できる。
10…処理空間、11…VOC含浸物、12…VOC測定器、13…温湿度測定器、14…加湿装置、15…除湿装置。
本発明は、VOCが存在する雰囲気中を気相状態の高湿度に加湿することにより、VOC含浸物内部にまで気相状態の水分子を浸透させ、浸透した水分子と含浸物内部のVOCとでVOC水和複合物を形成させ、雰囲気中の湿度を低下させることにより、水和複合物を形成したVOCを含浸物から放散させる。
また、さらに雰囲気中の湿度を低下させて、放散されたVOC水和複合物を水とVOCに解離させて、VOCをデシカントに捕集する。
また、さらに雰囲気中の湿度を低下させて、放散されたVOC水和複合物を水とVOCに解離させて、VOCをデシカントに捕集する。
ここで、本発明の実施例を説明する前に、気相状態の高湿度に加湿したときの水分子とVOCとの水和複合物の形成について簡単に説明する。
(1)疎水性VOCの場合
ベンゼン、トルエン、キシレンのような疎水性VOCは水との親和性が薄いため、水分子と疎水性VOCとは直接、水素結合および分子間力による結合はしない。水分子は結合力の強い隣の水分子と結合して、VOC分子を囲むように水の水素結合が作られ、VOCは周囲の水分子をまとった1つの大きな分子のような振舞いをする。本明細書では、このような状態を疎水性VOC水和複合物と呼ぶ。周囲を囲む水分子の数は、VOCの物性により固有の決まった数になっていると推測され、分子レベルの振舞いからすると共沸と似た現象だと推測される。
(1)疎水性VOCの場合
ベンゼン、トルエン、キシレンのような疎水性VOCは水との親和性が薄いため、水分子と疎水性VOCとは直接、水素結合および分子間力による結合はしない。水分子は結合力の強い隣の水分子と結合して、VOC分子を囲むように水の水素結合が作られ、VOCは周囲の水分子をまとった1つの大きな分子のような振舞いをする。本明細書では、このような状態を疎水性VOC水和複合物と呼ぶ。周囲を囲む水分子の数は、VOCの物性により固有の決まった数になっていると推測され、分子レベルの振舞いからすると共沸と似た現象だと推測される。
(2)親水性VOCの場合;
ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アンモニアなど親水性VOCは水との親和性が高い親水基を持つため、水分子とその親水基とは直接、水素結合する。また結合力の強い水分子同士も周囲で水素結合する。すると(1)同様のVOC分子を囲む水分子同士の水素結合が作られるが、親水基周辺部分だけは構造が異なっている。本明細書では、これを親水性VOC水和複合物と呼ぶ。
ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アンモニアなど親水性VOCは水との親和性が高い親水基を持つため、水分子とその親水基とは直接、水素結合する。また結合力の強い水分子同士も周囲で水素結合する。すると(1)同様のVOC分子を囲む水分子同士の水素結合が作られるが、親水基周辺部分だけは構造が異なっている。本明細書では、これを親水性VOC水和複合物と呼ぶ。
本明細書では、上記(1)、(2)のようなVOCおよび、その周囲の水分子が水素結合で連係した状態の分子を総称して、「VOC水和複合物」と呼ぶ。これらVOC水和複合物は、水蒸気圧の高い状態、すなわち絶対湿度が高い状態で多く生成されると推定される。従って、VOC除去にはまずこのVOC水和複合物を作るための加湿が必要になる。加湿は絶対湿度を上げることが目的であるので、相対湿度のみならず、気温もある程度高く維持したほうが、飽和点が高くなって絶対湿度を高くすることができ、より高いVOC除去効果を得られる。
次に、加湿プロセスで起こるVOC含浸物での現象を表面化学の観点から説明する。
まず、建材などのVOC含浸物内のVOCは、分子間力によって固定されているが、分子間力による結合は水素結合やイオン結合に比べると取るに足らないほど弱いため、VOC含浸物の置かれた通常の雰囲気中では、VOC自身が持つ揮発性よって徐々に放散する。この徐々に放散することが、建材や家具のVOC臭気がなかなか消えない原因である。
まず、建材などのVOC含浸物内のVOCは、分子間力によって固定されているが、分子間力による結合は水素結合やイオン結合に比べると取るに足らないほど弱いため、VOC含浸物の置かれた通常の雰囲気中では、VOC自身が持つ揮発性よって徐々に放散する。この徐々に放散することが、建材や家具のVOC臭気がなかなか消えない原因である。
高湿度下の気相状態の水分子は、処理空間に浮遊しているVOCと前述のように水和複合物を形成するとともに、VOC含浸物に浸透して内部のVOCとも水和複合物を形成する。水和複合物を形成したVOCの行動は、水分子の行動に支配される。VOC含浸物の内部に浸透しようとする水分子の数は、雰囲気の水蒸気圧に比例するため、雰囲気の絶対湿度(水蒸気圧)が高いほど多くなり、VOC含浸物内でVOC水和複合物を形成しやすくなる。
雰囲気中とVOC含浸物内部との水蒸気圧とが平衡した状態では、VOC含浸物内部の水分子およびVOC水和複合物は、同時に放散と吸着を繰り返しつつ平衡を保っている。しかし、加湿の序盤には、または加湿装置の性能によっては平衡初期には、雰囲気中よりVOC含浸物内部のほうがVOC水和複合物の濃度が高いために、VOC含浸物からVOC水和複合物が放散される数の方が多いので、VOC含浸物から放散される傾向となる。
また、雰囲気中の湿度が上昇しても、即座に水蒸気圧が平衡するだけの水分子がVOC含浸物に浸透するわけではないので、加湿プロセスには、充分な時間を設定しなければならない。例えば、予定の湿度まで達するのに長時間、例えば24時間かけるような場合にはさほど必要ないが、高性能の加湿装置で一気に湿度を上昇させるような場合には、除湿プロセスに入る前に充分なエージングが必要になる。
以下、本発明の実施例1を図面に基づき説明する。
図1は本発明の実施例1を示すもので、10は、VOCを含浸した建材などのVOC含浸物11が存在する処理空間であり、加湿装置14および除湿装置15が設置されている。この加湿装置14および除湿装置15は、処理空間10の内部に設置したが、ダクトなどを用いて接続することにより処理空間10の外に設置してもよい。
図1は本発明の実施例1を示すもので、10は、VOCを含浸した建材などのVOC含浸物11が存在する処理空間であり、加湿装置14および除湿装置15が設置されている。この加湿装置14および除湿装置15は、処理空間10の内部に設置したが、ダクトなどを用いて接続することにより処理空間10の外に設置してもよい。
前記加湿装置14は、基本的にはどのような方式の装置でもよいが、超音波振動子などを利用した加湿装置や噴霧式の加湿装置などでは、本発明の効果が極めて低くなる。何故なら、これらの方式の加湿装置は、空気中に液相状態の水滴を噴き飛ばしているだけに過ぎず、液相状態の水は蒸気圧が低くVOCと水和複合物を形成せず、さらに、分子レベルの水と比べ巨大な液滴であるため、建材などの表面に付着して浅い領域まで染みることはあっても、活性が低いことと相まって内部まで浸透してVOCとの水和複合物を形成し建材から離脱するという作用が少ないからである。
したがって、加湿装置14は、ヒータ28などの加温装置を包含するか又はスチーム加湿を利用することが好ましい。加温することにより水を気相状態で放散して水蒸気圧を高め、この水蒸気圧が高い気相状態にある水分子がVOC含浸物11の内部にまで浸透してVOC水和複合物を形成する。
したがって、加湿装置14は、ヒータ28などの加温装置を包含するか又はスチーム加湿を利用することが好ましい。加温することにより水を気相状態で放散して水蒸気圧を高め、この水蒸気圧が高い気相状態にある水分子がVOC含浸物11の内部にまで浸透してVOC水和複合物を形成する。
前記除湿装置15は、高濃度の塩化ナトリウム溶液やトリエチレングリコールなどの液体デシカントが有する吸湿性を利用した湿式除湿装置が用いられる。この湿式除湿装置自体は、特に新しいものではないので、詳しい説明は省略する。
つぎに、上記の装置を用いてVOCを捕集する方法およびVOC含浸物11からVOCを除去する方法について説明する。
まず、第1工程として、処理空間10内を飽和に達しない範囲内で気相状態の高湿度に加湿する。高湿度とは、具体的には、通常、室内RHは、20〜70%であるから、好ましくは80〜95%に加湿する。この加湿工程では、上述のように充分な時間を設定する。
この第1工程により、処理空間10内の雰囲気中に浮遊しているVOCは水和複合物を形成し、かつ、気相状態の水分子がVOC含浸物11に浸透して内部に吸着されているVOCとも水和複合物を形成する。
まず、第1工程として、処理空間10内を飽和に達しない範囲内で気相状態の高湿度に加湿する。高湿度とは、具体的には、通常、室内RHは、20〜70%であるから、好ましくは80〜95%に加湿する。この加湿工程では、上述のように充分な時間を設定する。
この第1工程により、処理空間10内の雰囲気中に浮遊しているVOCは水和複合物を形成し、かつ、気相状態の水分子がVOC含浸物11に浸透して内部に吸着されているVOCとも水和複合物を形成する。
処理空間10の雰囲気とVOC含浸物11の水蒸気圧が平衡するのに充分な時間を経過したら、第2工程として、除湿装置15で処理空間10内の雰囲気を除湿する。この第2工程の序盤は、第1段階として、主に処理空間10の雰囲気中を浮遊している水分が除湿装置15のデシカントに捕集されて除湿される。この第1段階では、処理空間10の雰囲気に浮遊しているVOCは、水和複合物を形成しており、まだ捕集されにくい。そして、気中の湿度が低下するにしたがって、処理空間10の雰囲気とVOC含浸物11内部との水蒸気圧の平衡が崩れてVOC含浸物11内部の蒸気圧の方が高くなり、第2段階として、VOC含浸物11から水分子およびVOC水和複合物が放散する。この第2段階でも、まだVOCは捕集されにくい。さらに湿度が低下してくると、第3段階として、処理空間10の雰囲気中を浮遊しているVOC水和複合物が水とVOCに解離し始め、解離した水分は除湿装置15に捕集される。さらに湿度が低下すると、第4段階として、VOCが除湿装置に捕集されて除去される。
この第2工程の説明は、便宜上第1段階〜第4段階に分けて説明し、第4段階でVOCが除湿装置15に捕集されるとしたが、水分やVOCの捕集は、熱統計力学的な確率の問題であって、VOCの捕集は少量ながら第1段階から徐々に始まっていると考えられる。特に、親水性のVOCについては、水和複合物のままデシカントに捕集される可能性が高く、後述の実験例(ホルムアルデヒド)の結果がそれを表している。
この第2工程おいて、処理空間10内の雰囲気の湿度が低下しても、VOC含浸物11から即座に水蒸気圧が平衡するだけの水やVOC水和複合物が放散されるわけではないので、除湿プロセスは、処理空間10内の雰囲気の湿度が下がりきったからといって除湿を止めてはならず、湿度が下がりきった状態に達してから充分な時間に設定しなければならない。この湿度の下限漸近状態を加湿時間の1〜2倍取らなければならない。
以上のように、加湿プロセスと除湿プロセスを1サイクルとして処理し、さらに濃度の低減が必要なときには、このサイクルを繰り返す。
以上のように、加湿プロセスと除湿プロセスを1サイクルとして処理し、さらに濃度の低減が必要なときには、このサイクルを繰り返す。
上記実施例1の効果を検証するため、2.7m×2.7m×2.4mの処理空間10内部にVOC含浸物11を収納して実験を行った。処理空間10内には、加湿装置14および除湿装置15の他、VOC測定器12、温湿度測定器13が収容されている。
前記VOC含浸物11は、サンプルとしてベニヤ板にホルムアルデヒドを塗布し、2日間外気乾燥したものである。この2日間の外気乾燥は、雨天以外のときは、昼は天日干し、夜は実験室に保管し、また、雨天時には実験室で保管した。
前記VOC含浸物11は、サンプルとしてベニヤ板にホルムアルデヒドを塗布し、2日間外気乾燥したものである。この2日間の外気乾燥は、雨天以外のときは、昼は天日干し、夜は実験室に保管し、また、雨天時には実験室で保管した。
この実験では、つぎの5つの工程により測定を行った。
[1]処理前測定:処理空間10を8時間密閉した後、VOC濃度を測定する。
[2]加湿工程:前述の第1工程として、処理空間10内をRH95%の気相状態に加湿し、この状態を加湿開始から24時間維持する。
[3]除湿工程:前述の第2工程として、処理空間10内を除湿装置15で24時間除湿する。
[4]測定前換気:処理空間10内の空気が、外気と完全に入れ替わるように充分に換気する。
[5]処理後測定:温度、密閉時間などが[1]処理前測定と同一になるように留意してVOC濃度を測定する。温度などに差があるときは、必要に応じて温度補正などを行う。
[1]処理前測定:処理空間10を8時間密閉した後、VOC濃度を測定する。
[2]加湿工程:前述の第1工程として、処理空間10内をRH95%の気相状態に加湿し、この状態を加湿開始から24時間維持する。
[3]除湿工程:前述の第2工程として、処理空間10内を除湿装置15で24時間除湿する。
[4]測定前換気:処理空間10内の空気が、外気と完全に入れ替わるように充分に換気する。
[5]処理後測定:温度、密閉時間などが[1]処理前測定と同一になるように留意してVOC濃度を測定する。温度などに差があるときは、必要に応じて温度補正などを行う。
図2に示すように、[1]処理前測定の段階では、
ホルムアルデヒドの濃度(特性曲線a):0.14ppm(厚生労働省が設定した濃度指針値=0.08ppm)
処理空間の相対湿度RH(特性曲線e):約37%
外気の相対湿度RH(特性曲線g):約37%
処理空間の温度(特性曲線d):約12℃
外気の温度(特性曲線f):約12℃
であった。
ホルムアルデヒドの濃度(特性曲線a):0.14ppm(厚生労働省が設定した濃度指針値=0.08ppm)
処理空間の相対湿度RH(特性曲線e):約37%
外気の相対湿度RH(特性曲線g):約37%
処理空間の温度(特性曲線d):約12℃
外気の温度(特性曲線f):約12℃
であった。
[2]加湿工程では、処理空間10内のRHは、特性曲線eに示すように、当初約38%であったものが、24時間後約95%まで上昇した。外気のRHは、特性曲線gに示すように、約38%でほとんど変化がない。また、処理空間10内の温度は、特性曲線dに示すように、当初約12℃であったものが、24時間後約15℃に上昇した。外気温度は、特性曲線fに示すように、約12℃でほとんど変化がない。
ホルムアルデヒドの濃度は、特性曲線aに示すように加湿開始から16時間頃までは、僅かながらも増加する傾向にある。これは、気相状態の水分子がVOC含浸物11の表面や内部に存在するVOCが水和複合物を形成して処理空間10に放散されていることを表わしている。また、16時間を越えたあたりから増加しなくなっている。これは、VOC水和複合物のVOC含浸物11から雰囲気中に放散する数と雰囲気中からVOC含浸物11に吸着する数が平衡したものと考えられる。したがって、このあたりで第1工程を終了しても、本発明の効果はさほど下がらないものと考えられる。
ホルムアルデヒドの濃度は、特性曲線aに示すように加湿開始から16時間頃までは、僅かながらも増加する傾向にある。これは、気相状態の水分子がVOC含浸物11の表面や内部に存在するVOCが水和複合物を形成して処理空間10に放散されていることを表わしている。また、16時間を越えたあたりから増加しなくなっている。これは、VOC水和複合物のVOC含浸物11から雰囲気中に放散する数と雰囲気中からVOC含浸物11に吸着する数が平衡したものと考えられる。したがって、このあたりで第1工程を終了しても、本発明の効果はさほど下がらないものと考えられる。
[3]除湿工程では、処理空間10内のRHは、特性曲線eに示すように、第1工程の加湿時に約95%であったものが、除湿開始から24時間で約15%に低下し、ホルムアルデヒドの濃度は、特性曲線aに示すように、0.143ppmから0.005ppm以下に著しく低下した。このときの特徴として、処理空間10内のRHとホルムアルデヒドの濃度が、略相似した曲線を描いて低下しているが、これは、雰囲気中のホルムアルデヒドのほとんどがVOC水和複合物を形成しており、デシカント剤に吸着余力がある場合にVOC水和複合物のままデシカントに捕集されているからであると考えられる。
なお、外気RHは、特性曲線gに示すように、約38%でほとんど変化がない。また、処理空間10内の温度は、特性曲線dに示すように、当初約15℃であったものが、50時間後約23℃に上昇した。外気温度は、特性曲線fに示すように、約12℃でほとんど変化がない。処理空間10内の温度特性曲線dに示すように、除湿したことにより上昇している。
なお、外気RHは、特性曲線gに示すように、約38%でほとんど変化がない。また、処理空間10内の温度は、特性曲線dに示すように、当初約15℃であったものが、50時間後約23℃に上昇した。外気温度は、特性曲線fに示すように、約12℃でほとんど変化がない。処理空間10内の温度特性曲線dに示すように、除湿したことにより上昇している。
なお、本発明による方法によらずに、処理空間10を通常の換気のみを行なった場合、図2の特性曲線cに示すように、50時間後のホルムアルデヒドのは、0.08ppmに減少するに過ぎなかった。
図3は、図2の例よりも高濃度のホルムアルデヒドを除去した試験結果を表わすもので、図2の場合と同様の除去効果が見られる。
この図3に示すように、処理空間10内のRHの変化率の大きい135〜145分間、165〜190分間では、ホルムアルデヒドの除去効果に優れている。即ち、除湿しなければそのままかやや上昇する傾向を見せるが、処理空間10内のRHを急激に下降すると、ホルムアルデヒドの除去効果が顕著に現われることを示している。
この図3に示すように、処理空間10内のRHの変化率の大きい135〜145分間、165〜190分間では、ホルムアルデヒドの除去効果に優れている。即ち、除湿しなければそのままかやや上昇する傾向を見せるが、処理空間10内のRHを急激に下降すると、ホルムアルデヒドの除去効果が顕著に現われることを示している。
図4は、トルエンの除去効果を表わすもので、処理空間10内のRHの減少時における変化率の大きい65〜100分間では、極めて優れたトルエンの除去効果がある。ただし、処理空間10内のRHの変化率の小さい30〜50分間、55〜65分間だけでなく、増加時の変化率の大きい50〜55分間でも、トルエンの除去効果がほとんどないことを表わしている。言い換えれば、トルエンについても、処理空間10内のRHを急激に減少させると、除去効果に優れていることを表わしている。
つぎに、実施例2として、固体デシカントを用いた乾式ロータ型除湿装置を用いた例を説明する。
乾式ロータ型除湿装置(全熱交換器)は、図5の説明図に示すように、シリカゲルやゼオライトなどの固体デシカントからなるロータ26が装置内の除湿側32と加湿・再生側33を交互に巡回するように配置され、除湿側32では、ロータ26が導入された空気から水分を吸着し、加湿・再生側33では、水分が吸着したロータ26から水を放散・乾燥させ、これらの除湿および加湿・再生を同時進行で行う装置である。この水分の吸着、放散・乾燥に伴って、水の顕熱や潜熱の収受を伴うので全熱交換器と呼ばれる場合がある。
乾式ロータ型除湿装置(全熱交換器)は、図5の説明図に示すように、シリカゲルやゼオライトなどの固体デシカントからなるロータ26が装置内の除湿側32と加湿・再生側33を交互に巡回するように配置され、除湿側32では、ロータ26が導入された空気から水分を吸着し、加湿・再生側33では、水分が吸着したロータ26から水を放散・乾燥させ、これらの除湿および加湿・再生を同時進行で行う装置である。この水分の吸着、放散・乾燥に伴って、水の顕熱や潜熱の収受を伴うので全熱交換器と呼ばれる場合がある。
この乾式ロータ型除湿装置を利用することにより、加湿装置14と除湿装置15を1台の装置で機能させることができる。除湿側32および加湿・再生側33の吸気と排気をダクトで処理空間10の内外と接続し、工程に応じて切換えバルブにより接続を切り替えて、前記実施例1と同様に第1工程の加湿プロセスと第2工程の除湿プロセスを行えるように構成する。
すなわち、第1工程の加湿プロセスでは、外気から供給された空気中の水、又はタンクからの水を除湿側32でロータ26に吸着させ、加湿・再生側33に導入した処理空間10からの空気を湿ったロータ26を通過させて加湿し、再び処理空間10に放散させる。この加湿プロセス時に気相状態での加湿を補助するために、除湿側32の前段に加温装置を設けてもよい。
また、第2工程の除湿プロセスでは、除湿側32に処理空間10の空気を導入してロータ26に水分を吸着させて除湿を行い、再び処理空間10に放散させる。この除湿プロセス時、高湿度状態における固体デシカントの表面には水分子が優先的に吸着され、VOCは固体デシカントに捕獲されにくい。その結果、除湿プロセス初期の高湿度状態では、固体デシカントによるVOC除去の効果は薄い。除湿が進んで、雰囲気中のVOC水和複合物が水とVOCに解離し、さらに湿度が低下するに従ってVOCの固体デシカントへの吸着量が増えてくる。すなわち固体デシカントでVOCを除去するには、再生工程で、固体デシカントの表面を高い乾燥状態にして強力に除湿する必要がある。
また、除湿によって処理空間内の湿度(水蒸気圧)が低下するに従って、VOC含浸物内部との平衡が崩れるため、これを平衡させるようにVOC含浸物内部から水およびVOC水和複合物が放散される量が多くなる。すなわち、除湿プロセス初期では、VOC含浸物からのVOC水和複合物の放散が少なく、VCO含浸物からのVOC除去の効果は薄い。
これらの2つの理由により、固体デシカントを用いた除湿プロセス初期にはVOC除去効果が薄く、ある程度以上処理空間の除湿が進んだ時点で顕著な効果が現れ始める。すなわち、処理空間の空気全体を乾燥状態に維持することで、VOC含浸物からのVOC放散が促進され、さらに、放散されたVOC水和複合物が水とVOCに解離して効果的に含浸物内部のVOC水和複合物を捕集・除去することができる。
ロータ26に吸着された水分およびVOC水和複合物は、デシカントの再生プロセスでの加熱により、水分は蒸発すると同時に、VOC水和複合物も分解・脱水されて再生排気口から処理空間外へ排出される。
以上の実施例2は、1台の乾式ロータ型除湿機を用いた例であるが、前述したように固体デシカントは、処理空気の湿度が高い場合にVOCが捕集されにくいため、強力な除湿装置が望まれる。したがって、乾式ロータ型除湿装置2台を直列に連結し、前段の除湿装置で水分子の捕集を行うことによって処理空気を乾燥状態とし、後段の除湿装置でVOCの捕集・除去を行うようにしてもよい。
以上の実施例2では、ロータに吸着したVOCは、通常の温度や通常より多少高い程度の温度の空気を通して乾燥させても、水分のみが放散されてVOCが固体デシカント内に残留してしまう。通常は、一定時間または一定流量ごとに高温(例えば150℃以上)の空気を通して放散させる必要があり、この高温によるデシカントの劣化が激しく、ロータが高価な割に寿命が短い。そのため、次のような構成とすることが考えられる。
すなわち、固体デシカントの水の吸着性とVOC水和複合物の吸着性の差を利用して、(1)気相状態の水を大量に吸着させてVOC水和複合物を形成することにより水と置換して放散させてVOCを除去し、その後に(2)通常より多少高い程度の温度の空気を通して乾燥する。これにより、従来ほどの高温をかけずにVOCを除去させることができ、デシカントの劣化を抑えることができる。
具体的には、従来どおり、除湿側と再生側に区分された除湿装置を用い、再生側で(1)のVOC除去と(2)の乾燥とを交互運転するようにしてもよいし、再生側をさらに(1)のためのVOC除去側と(2)のための乾燥側の2つに区分して連続運転するようにしてもよい。
具体的には、従来どおり、除湿側と再生側に区分された除湿装置を用い、再生側で(1)のVOC除去と(2)の乾燥とを交互運転するようにしてもよいし、再生側をさらに(1)のためのVOC除去側と(2)のための乾燥側の2つに区分して連続運転するようにしてもよい。
以上の実施例2では、加湿と除湿の両方の工程を、乾式ロータ型除湿装置により行うようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、第1工程の加湿は、別に専用の加湿装置を設けても良い。
以上の実施例では、処理空間10内を飽和に達しない範囲内で気相状態の高湿度に加湿する、と説明したが、本発明は、飽和させてもつぎの2点以外は問題となることはない。1つは、飽和して液相状態となった水をも除湿しなければならないので、除湿装置の除湿容量を大きくするか、除湿工程の時間を長くする必要がある。もう1つは、処理空間10内部への結露である。いずれも、本発明の作用・効果を減少させるものではない。
高温による処理がないので、内装部材や設置物等を劣化させる恐れがなく、VOC含浸物に気相状態の水分子を浸透させて強制的にVOCを雰囲気中に放散させることができので、VOC含浸物の内部に存在するVOCまで除去することができる。
Claims (7)
- VOC含浸物が存在する処理空間を気相状態の高湿度に加湿することにより、VOC含浸物に気相状態の水分子を浸透させて内部に吸着・含浸されたVOCとのVOC水和複合物を形成させる第1工程と、処理空間の湿度を低下させることにより、前記第1工程においてVOC含浸物内に形成したVOC水和複合物の処理空間への放散を促進することを特徴とするVOC含浸物からのVOC除去方法。
- 処理空間に放散させたVOC水和複合物を、処理空間を除湿して湿度を低下させることにより水とVOCとに解離させ、解離したVOCをデシカントに捕集することを特徴とする請求項1記載のVOC含浸物からのVOC除去方法。
- 液体デシカントにより処理空間を除湿して湿度を低下させるとともに、VOCを捕集することを特徴とする請求項2記載のVOC含浸物からのVOC除去方法。
- 固体デシカントにより処理空間を除湿して湿度を低下させるとともに、VOCを捕集することを特徴とする請求項2記載のVOC含浸物からのVOC除去方法。
- 第1工程での加湿は、室内相対湿度(RH)を外気の湿度以上のRH60〜95%に設定し、第2工程での除湿は、RH40%以下に設定したことを特徴とする請求項3または4記載のVOC含浸物からのVOC除去方法。
- 第1工程での加湿と第2工程での除湿は、前記処理空間温度を、この処理空間温度+30℃の温度範囲内に加温して行なうようにしたことを特徴とする請求項3または4記載のVOC含浸物からのVOC除去方法。
- 第1工程と第2工程を1サイクルとして複数サイクルを繰り返し行なうようにしたことを特徴とする請求項3また4記載のVOC含浸物からのVOC除去方法。
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