TWI542403B - Gas adsorption enrichment device - Google Patents

Description

氣體吸附濃縮裝置

本發明係有關於使用蜂窩轉輪(honeycomb rotor)來從工廠等的排氣中吸附並去除有機溶劑蒸氣等氣體的技術，並有關能夠在高溫下再生的氣體吸附濃縮裝置。

已提出很多使用擔載有沸石等吸附劑的蜂窩轉輪來從工廠等的排氣中吸附並去除有機溶劑蒸氣的裝置。就這樣的裝置而言，在實際應用上，足以將甲苯或二甲苯等沸點在攝氏100度以下的有機溶劑蒸氣吸附在蜂窩轉輪上，並用熱來進行脫附。例如，能夠使吸附率超過98%，濃縮率也達到20倍，作為環境對策設備充分地發揮實力，並且也 正在普及。

在這樣的有機溶劑吸附濃縮裝置中，需要將蜂窩轉輪至少分割為吸附區和脫附區。為了實現該分割，需要與蜂窩轉輪接觸來實現氣密性的密封材料。作為密封材料，存在由矽酮橡膠或氟橡膠等耐熱橡膠構成的材料、由氟樹脂構成的有機物類材料和石墨等的無機類材料。

要求密封材料應具備的條件有：與蜂窩轉輪面之間的摩擦小、因與蜂窩轉輪面之間的摩擦所引起的磨耗少、耐熱性高、有機溶劑蒸氣無法侵入、價格便宜等。

就專利文獻1所公開的使用了蜂窩轉輪的除濕裝置而言，對該除濕裝置的一部分要求項目也滿足上述的條件。該專利文獻1中記載的是使板狀的氟樹脂與蜂窩轉輪的表面接觸來實現密封的結構。該發明是關於除濕機的發明，所以蜂窩轉輪的脫附溫度低至攝氏100度至120度左右，因此即使利用該結構也不會有問題。

專利文獻1：日本特開2004-100940號公報專利文獻2：日本特開2007-007536號公報

本發明要解決的問題為，在需處理的氣體中包含沸點在攝氏200~250度左右的高沸點物質，或被沸石吸附時因聚合反應導致生成高沸點物質的情況下，需要輸送接近該沸點的溫度的脫附空氣。因此，存在如下問題：若如專利 文獻1所公開的結構那樣，借助橡膠板的彈力將氟樹脂板按壓在蜂窩轉輪上，則在接近攝氏250度的溫度下橡膠的彈性並不充分，從而不能充分發揮密封效果。也就是說，在專利文獻1中所公開的結構是針對除濕機的，並不適用於有機溶劑吸附濃縮裝置。

專利文獻2中公開了如下內容：在因需處理的氣體中所包含的有機溶劑聚合化而生成高沸點物質的情況下，輸送接近該沸點的溫度的脫附空氣，來脫附附著於蜂窩轉輪上的有機溶劑。此時，使由矽酮橡膠或氟橡膠構成的橡膠密封件緊貼在蜂窩轉輪上，並且不使這些橡膠密封件暴露於高溫的氣體中。然而，根據有機溶劑蒸氣的種類不同，存在可侵入矽酮橡膠或氟橡膠的有機溶劑蒸氣，因此，在這種情形下存在難以使用這樣的問題。

本發明最主要的特徵在於，在一端形成有多個切口的多張耐熱片材，以上述切口的位置彼此不一致的方式相重疊，並且多張耐熱片材的上述一端與蜂窩轉輪的表面相接觸，上述耐熱片材是用氟樹脂覆蓋玻璃布(由玻璃纖維製成的織布)而得到的片材，即，用氟樹脂浸漬玻璃布或在玻璃布的兩面熔敷氟樹脂片材而成的氟樹脂玻璃布。

本發明的氣體吸附濃縮裝置有如下優點：由於使用以氟樹脂覆蓋的玻璃布的板，所以即使在攝氏250度左右的溫度下，片材的彈性也不會顯著減小，並維持氣密效果。 由於片材不具有伸縮性，所以不能進行三維彎曲，難以使用內周、外周的圓弧部分來確保氣密性。但是，在採用本發明的情況下，在片材的一端形成多個切口，因此也能夠追隨內、外周的曲線部分，來確保氣密性。

另外，為了防止從該切口洩漏氣體，以切口的位置彼此不一致的方式重疊多張片材。由於採用以上方法，所以即使採用具有一定厚度的片材，也能夠提供一種如下結構：即使在蜂窩轉輪的表面存在凹凸，也能夠追隨該凹凸，進而能夠保持氣密性。切口相對於蜂窩轉輪的旋轉方向傾斜形成，該切口的形成方向為順著蜂窩轉輪的旋轉方向的順方向。

並且，用於實現與蜂窩轉輪的外周部分的氣密性的部分的片材向各區的內側突出，而用於實現與內周部分的氣密性的部分的片材向外側突出。也就是說，以大面積承受壓力的片材的外周部分向內側突出，利用各區的壓力將片材的前端按壓在蜂窩轉輪上。實現與蜂窩轉輪的內周部分氣密性的部分面積小，從而受壓力的影響小，因此突出方向的自由度高，在結構上可向外側突出。

氣體吸附濃縮裝置具有扇狀的密封主體，該密封主體構成至少具有吸附區和脫附區的蜂窩轉輪的各區，該密封主體具有一對徑向密封件、弧狀的外周密封件和內周密封件，這些密封件由以氟樹脂覆蓋玻璃布而得到的片材構 成，並通過與蜂窩轉輪的表面接觸，來密封脫附區，外周密封件和內周密封件是將在片材的一端形成有多個切口的多張耐熱片材以切口的位置彼此不一致的方式重疊而成的，並且，外周片材以向各區的內側突出的方式彎曲，因此，密封件耐熱性高，進而，即使具有柔軟性低的玻璃布的片材也因切口而能進行三維彎曲，從而實現確實的密封。

【實施例1】

下面，按照附圖來對本發明的實施例進行說明。圖1是有機溶劑吸附濃縮裝置的分解狀態的立體圖。1是蜂窩轉輪，在由陶瓷形成的不可燃的布上擔載有疏水性沸石等有機溶劑吸附劑。2是脫附區4的密封件，由此將蜂窩轉輪1分割為吸附區3和脫附區4。

密封件2為大致扇形，5是密封主體，由不銹鋼等的方管與板材組合而做成。若詳細說明，則密封主體5包括：一對徑向密封件6、7，由方管形成；內周密封件8；外周密封件9，形成為弧狀，並由板材形成。

在外周密封件9上以重疊的狀態安裝有兩張外周密封片材10、11。在圖3~圖5中示出該狀態。作為外周密封片材10、11，分別使用氟玻璃布，該氟玻璃布是用例如美國杜邦公司、日東電工株式會社或旭硝子株式會社等所製造的氟樹脂覆蓋玻璃布(利用玻璃纖維織成布狀的織布)的外側而得到的。雖然該材料的耐熱性在攝氏300度左右，但是仍沒有伸縮性，無法進行三維彎曲。

另外，在外周密封片材10、11上分別具有切口12、 13，如圖5及圖6所示，該切口12、13處於位置彼此錯開的狀態。進而，如圖5所示，切口12、13的形成方向為順著蜂窩轉輪1的行進方向的順方向，即切口12、13的形成方向與蜂窩轉輪1的行進方向上的上游側成銳角α且與下游側成鈍角β。

如圖2及圖3所示，安裝於弧狀的外周密封件9上的兩張外周密封片材10、11均向脫附區4的內側彎曲。

一對徑向密封件6、7是用於進行蜂窩轉輪1的半徑方向的密封的構件。在徑向密封件6、7上分別安裝有由氟樹脂玻璃布形成的徑向密封片材14、15，且徑向密封片材14、15彎曲呈U字狀。

另外，如圖2所示，安裝於弧狀的內周密封件16上的兩張內周密封片材17、18均向脫附區4的外側彎曲。如圖7所示，該內周密封片材17、18的切口12、13也處於位置彼此錯開的狀態。進而，如圖7所示，切口12、13的形成方向為順著蜂窩轉輪1的行進方向的順方向，即，切口12、13的形成方向與蜂窩轉輪1的行進方向上的上游側成銳角α且與下游側成鈍角β。

就上述全部的密封片材而言，兩層密封片材中的下側片材即外周密封片材10、內周密封片材18與蜂窩轉輪1的表面相接觸，另外，徑向密封片材14、15也與蜂窩轉輪的表面相接觸。

外周密封片材10、11以及內周密封片材17、18分別具有切口12、13，因此，各片材即使沿著蜂窩轉輪1的外 周及內周彎曲，各自的前端也能夠與蜂窩轉輪1相接觸並進行三維彎曲。尤其是，雖然氟樹脂相對於摩擦具有較高的潤滑性，但並不是耐磨耗的材料，氟玻璃布的表面的氟樹脂遲早受到磨耗而使內部的玻璃布突出。在該狀態下，玻璃布與蜂窩轉輪1相接觸，由於玻璃布的耐磨耗性高，所以可抑制進一步被磨耗。

另外，玻璃布的伸縮性小，難以進行三維彎曲。然而，由於外周密封片材10、11以及內周密封片材17、18分別具有切口12、13，所以各片材即使沿著蜂窩轉輪1的外周及內周彎曲，各自的前端也能夠與蜂窩轉輪1相接觸並彎曲。

考慮到從切口12、13中洩漏氣體的情況。因此，外周密封片材10、11以及內周密封片材17、18分別呈兩層，進而，以切口12、13的位置彼此錯開的方式形成。由於切口12、13的位置錯開，從而從切口12、13洩漏的氣體量小。此外，切口既也可以如圖5及圖6所示那樣具有一些寬度，也可以為如圖7所示那樣的沒有寬度的切口。

另外，如上述說明，切口12、13具有其形成方向順著蜂窩轉輪的旋轉方向的順方向的角度。即，如圖5所示，若蜂窩轉輪沿箭頭方向旋轉，則蜂窩轉輪1的旋轉上游側的面與切口12所成的角度α為銳角，而旋轉下游側的面與切口12所成的角度β為鈍角。通過這樣設定，即使外周密封片材10、11以及內周密封片材17、18與蜂窩轉輪1一邊接觸一邊摩擦，也能減少異常聲音的發生，並提高 耐久性。

如圖2及圖3所示，外周密封片材10、11向各區4的內側彎曲。由此，借助通過各區4的氣體的壓力，外周密封片材10、11的前端被按壓在蜂窩轉輪1的外周上，從而氣體的洩漏量變少。如圖2所示，內周密封片材17、18向各區4的外側彎曲。雖然該彎曲方向會使氣體洩漏，但是由於內周密封片材17、18位於呈扇形的各區4的前端即蜂窩轉輪1的中心附近，所以長度較短，使得在該部分的氣體洩漏很少，因此彎曲方向不會構成問題。

在以上的實施例中，作為密封片材的材料，使用以氟樹脂覆蓋玻璃布而得到的片材，但是若使用在其上粘貼不銹鋼箔而得到的材料，則耐磨耗性變強。另外，若使用磷青銅箔代替不銹鋼，則與不銹鋼相比彈性更高且摩擦阻力更小。或者，若使用黃銅箔，則與磷青銅箔相比摩擦阻力更小。在有機溶劑為酸性物質的情況下，磷青銅和黃銅可能會被氧化，這種情況下適合使用不銹鋼。

進而，在上述實施例中，作為密封片材的材料，雖然使用以氟樹脂覆蓋玻璃布而得到的片材，但是也能夠使用以氟樹脂覆蓋芳香族聚醯胺纖維而得到的片材。在該情況下，作為芳香族聚醯胺纖維，間位芳香族聚醯胺纖維的耐溶劑特性強，從而與對位芳香族聚醯胺纖維相比，間位芳香族聚醯胺纖維更適合。作為密封片材，若耐熱性和耐溶劑性高，則也能夠使用的其他材料，總之，優選由耐熱性布和對其進行覆蓋的耐溶劑材料來製成的片材。

在由有機溶劑吸附濃縮裝置進行處理的有機溶劑為如能極強地侵入矽酮橡膠類的彈性材料那樣的有機溶劑時，脫附區4和吸附區3均使用以耐溶劑材料覆蓋玻璃布而得到的片材即可。當有機溶劑為如僅在溫度上升的情況下侵入矽酮橡膠類的彈性材料那樣的有機溶劑時，僅脫附區4使用以耐溶劑材料覆蓋玻璃布而得到的片材即可。

如以上說明那樣，作為密封材料，使用了以氟樹脂等耐溶劑材料覆蓋玻璃布等耐熱布而得到的片材，因此具有如下優點：即使在攝氏250度左右的溫度下，片材的彈性也不會顯著減小，維持氣密效果，本發明的氣體吸附濃縮裝置適合於需要高脫附溫度的氣體的吸附濃縮。另外，也能夠處理如能侵入矽酮橡膠類彈性材料那樣的有機溶劑蒸氣。

1‧‧‧蜂窩轉輪

2‧‧‧密封件

3‧‧‧吸附區

4‧‧‧脫附區

5‧‧‧密封主體

6、7‧‧‧徑向密封件

8‧‧‧內周密封件

9‧‧‧外周密封件

10、11‧‧‧外周密封片材

12、13‧‧‧切口

14、15‧‧‧徑向密封片材

16‧‧‧內周密封件

17、18‧‧‧內周密封片材

圖1是有機溶劑吸附濃縮裝置的分解狀態的立體圖。

圖2是構成有機溶劑吸附濃縮裝置的脫附區的密封件的立體圖。

圖3是構成有機溶劑吸附濃縮裝置的脫附區的密封件的反向立體圖。

圖4是構成有機溶劑吸附濃縮裝置的脫附區的密封件的放大立體圖。

圖5是將有機溶劑吸附濃縮裝置的密封件的兩張片材重疊後的狀態的俯視圖。

圖6是將有機溶劑吸附濃縮裝置的密封件的兩張片材錯開觀察到的立體圖。

圖7是將有機溶劑吸附濃縮裝置的密封件的兩張片材重疊後的狀態的俯視圖。

圖8是有機溶劑吸附濃縮裝置的徑向密封件的剖視圖。

1‧‧‧蜂窩轉輪

2‧‧‧密封件

3‧‧‧吸附區

4‧‧‧脫附區

Claims (5)

1. 一種氣體吸附濃縮裝置，其特徵在於：該氣體吸附濃縮裝置具有扇狀的密封主體，該密封主體構成具有吸附區和脫附區的峰窩轉輪的各區，上述密封主體具有一對徑向密封件、弧狀的外周密封件和內周密封件，至少用於構成上述脫附區的密封件由密封片材構成，該密封件通過與上述蜂窩轉輪的表面相接觸，至少密封上述脫附區，其中，該密封片材是由耐熱布和對該耐熱布進行覆蓋的耐溶劑材料形成的，上述外周密封件和內周密封件是將在密封片材的一端形成有多個切口的多張耐熱片材以上述切口的位置彼此不一致的方式重疊而成的，並且上述外周密封件以至少向上述脫附區的內側突出的方式彎曲。
2. 如申請專利範圍第1項所述的氣體吸附濃縮裝置，其中，外周密封件的切口形成方向為順著蜂窩轉輪的旋轉方向的順方向。
3. 如申請專利範圍第1項所述的氣體吸附濃縮裝置，其中，作為耐熱布，使用了玻璃布。
4. 如申請專利範圍第1項所述的氣體吸附濃縮裝置，其中，作為耐熱布，使用了芳香族聚醯胺纖維布。
5. 如申請專利範圍第1項所述的氣體吸附濃縮裝置，其中，作為耐溶劑材料，使用了氟樹脂。