JP3771758B2 - 閉鎖空間用coガス含有有害ガス処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本願発明は、CO酸化触媒を用いてCOガスを酸化する処理装置に関し、特に、宇宙ステーションなどに適用される室内環境制御システムにおける、COガスを含む有害ガス処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の蓄熱燃焼式有害ガス処理装置を示したのが、図3である。この装置では、閉鎖空間で人間、動物、植物、器材などから発生した有害ガスを含む原ガスは、吸引ブロア201により吸引され、切替三方バルブ202を通り、保温材213で保温された燃焼管204に充填された蓄熱材205へと導入される。
【0003】
かかる蓄熱材205が高温の処理ガスにより、予め蓄熱されているため、蓄熱材205に導入された原ガスは、500℃以上に昇温された後、温度調節器214と温度センサー212で制御された燃焼ヒータ207により、さらに750℃以上に加熱される。ここで、燃焼ヒータ207で加熱された原ガス中の有害成分は、高温酸化分解される。この酸化分解された750℃以上の高温の処理ガスは、蓄熱材206へと通され、切替三方バルブ203から排出される。それによって、該蓄熱材206が加熱され、該処理ガスの温度が150℃以下に下がる結果となる。
【0004】
次いで、かかる蓄熱材206の出口側に設置された温度センサー211が150℃に到達した時点で、切替三方バルブ202と203を切替えることにより、吸引ブロア201で吸引した原ガスは今までとは逆に、切替三方バルブ203を通り蓄熱材206へと導入され、上記同様にガス処理が行われる。これらの操作を交互に繰り返すことにより、効率的な熱回収運転を可能にした。その蓄熱材205と206との温度経時変化を図4に示した。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の処理装置では、COガスを含む有害ガスの処理において、図5に示したように、900℃の加熱温度においてもそのCO分解効率が50%程度と低い。かかるCOガス分解効率を90%以上に挙げるには、加熱分解のみでは困難であり、よってCOガスの効率的な処理が重要な課題として残っている。
【0006】
【課題を解決する手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る閉鎖空間用COガス含有有害ガス処理装置は、CO酸化触媒の触媒反応温度を100〜400℃に保持する触媒反応温度保持手段と、該CO酸化触媒にCOガスを通過させ、酸化分解する酸化分解手段とを備えてなり、前記触媒反応温度保温手段が、燃焼管と、該燃焼管で原ガスを加熱処理する手段と、加熱処理した処理ガスを後流の原ガスと上記触媒反応温度の間に熱交換する手段を含み、前記酸化分解手段が、上記燃焼管の内部に原ガスを送給する送給手段と、該送給手段により原ガスを前記燃焼管内の一端側から他端側へ流通させる手段と、該燃焼管を通過して加熱した処理ガスを熱交換器に導入する手段と、該熱交換器で上記触媒反応温度の間に熱交換した処理ガスをその熱交換器の後ろに設置されているCO酸化触媒に通過させる手段を含むことを特徴とする。
【0007】
本発明でいう触媒反応温度は、本発明で使用するCOガス酸化触媒により、COガスをCO2に酸化する触媒反応に適する温度である。その温度は本発明の使用する触媒によって異なるが、特に、100〜400℃の間が好ましい。
【0008】
また、それを100〜400℃に保持することとは、触媒反応する時の温度がその範囲内であればよく、その方法は限定されない。例えば、触媒自体を該温度の間に保持する方法や、加熱により、もしくは、熱交換によりCOガスの温度をその間の温度に調節してCOガス酸化触媒に提供する方法等がある。
【0009】
本発明で用いるCOガス酸化触媒は、COガスをCO2ガスに酸化できるものであれば、特に限定されない。本発明においては、Mg、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、NiまたはCuの酸化物が好ましく、特にCuOが好ましい。
【0010】
また、本発明では、所定のCOガス酸化触媒温度でCOガスを酸化するために、COガス酸化触媒の温度を該触媒温度の範囲内に保つため、蓄熱材と併用することが好ましい。たとえば、蓄熱材の間に該触媒をサンドイッチ状に挟んだり、該触媒(酸化金属)を蓄熱材の表面に添着したりすることができる。
【0011】
また、本発明に用いる蓄熱材は、COガスを酸化するための所要なCOガス酸化触媒温度を保持できるものであれば、とくには限定されない。本発明においては、セラミックや耐火レンガ、金属等の固体蓄熱材が好ましく、例えば、アルミナやコーディライト等のセラミック製でハニカム構造の固体蓄熱材を用いることができる。
【0012】
【発明の実施の態様】
以下添付図面に従って、本発明にかかるCOガスを含む有害ガス処理装置の好ましい実施形態について詳述するが、それに限るものではない。
まず、本願発明に対し、参考となる態様のCOガスを含む有害ガス処理装置を図1について説明する。この参考態様において、COガス含有有害ガス処理装置は、吸引ブロア1、切替三方バルブ2と3、燃焼管4、蓄熱材5と6、燃焼ヒータ7、CO酸化触媒8と9、温度センサー10〜12、保温材13、及び、温度調整器14を用いて以下のように構成されている。
【0013】
この参考態様では、図1に示すように、有害ガスを含む原ガス流50を吸引口1aから吸引するブロア1は、切替三方バルブ2の口2aと3の口3aにそれぞれ連結されている。切替三方バルブ2の口2bが、横置きしたU字型に燃焼管4の一端側の口4aに連結され、口2cが開放されている。切替三方バルブ3の口3bが、燃焼管4の他端側の口4bに連結され、3cが開放されている。
【0014】
前記燃焼管4において、CO酸化触媒9をサンドイッチ状で挟んだ蓄熱材5aと5bとが口4a側に充填され、CO酸化触媒8をサンドイッチ状で挟んだ蓄熱材6aと6bとが口4b側に充填されている。この場合において、原ガス中にCOガス濃度が100ppm若しくは2(体積)%に対して、CuOとして用いられるCO酸化触媒8と9の充填長を20mmとすることが好ましい。本参考態様では、CO酸化触媒8と9をサンドイッチ状で挟んだ蓄熱材5と6などにより、酸化分解手段を構成している。
【0015】
また、蓄熱材5aと蓄熱材6aにそれぞれ設けられた、温度調整器14に接続している温度センサー10と11は、口4aと口4bの温度を測定する。前記燃焼管4の連結部分(蓄熱材5bと蓄熱材6bとの間)に、燃焼ヒータ7が対をなして設けられている。また、これら燃焼ヒータ7の間には、場合によって、石英ペレットなどのようなガス混合用の充填材を充填することもできる。さらに、口4aと4bを除いた燃焼管の全体が保温材13に包み込まれている。本参考態様では、燃焼ヒータ7、温度調整器14と温度センサー12などにより、触媒反応温度保持手段を構成している。
【0016】
前記燃焼ヒータ7は、温度調整器14の出力部にそれぞれ電気的に接続されている。温度調整器14の入力部には、燃焼管4の連結部分に設けられた温度センサー12が電気的に接続されている。このような燃焼ヒータ7などにより、本参考態様でガスを加熱し、温度調整器14、温度センサー12などにより、本参考態様でガス温度を保持する。
【0017】
この参考態様において、例えば、以下のように運転する。まず、口の2bと2cとを連通させるように切替三方バルブ2を切り替えると同時に、口の3aと3bを連通させるように切替三方バルブ3を切り替える。そして、温度調整器14を作動して燃焼ヒータ7を作動させた後、吸引ブロア1を作動させ、原ガス50を吸引ブロア1から切替三方バルブ3を介して燃焼管4の口4bから内部に送給し、蓄熱材6bを通過させて燃焼ヒータ7で750℃以上に加熱し、蓄熱材5aと5bを通過させることにより、当該蓄熱材5aと5b及びCO酸化触媒8を100〜400℃に予め加熱しておく。
【0018】
次いで、燃焼管4の口4a側が200℃以上になると、温度センサー10からの信号に基づいて、吸引方向を切替えて、吸引ブロア1からの原ガス50を、切替三方バルブ2を介して燃焼管4の口4aから内部に送給される。つまり、後述するように、本参考態様においては、温度センサー10と11の制御により、切替三方バルブ2と3は、吸引ブロア1からの原ガス50を燃焼管4の口4a側から口4b側または口4b側から口4a側へと流通させるように交互に切り替えることができる。
【0019】
燃焼管4の口4aから内部に送給された原ガスは、100〜400℃に保持された蓄熱材5aとCO酸化触媒9に導入される。そこで、まず、COガスが人体には無害なCO2ガスと酸化される。次いで、蓄熱材5bへ導入された原ガスは500℃以上に昇温され、温度調節器14で制御された燃焼ヒータ7によりガス温度を750℃以上に加熱することより、他の有害成分を高温酸化分解する。
【0020】
最後に、750℃以上の高温処理ガスは、燃焼管4の口4b側の蓄熱材6bへ再び導入され、200℃以上に加熱されたCO酸化触媒8を通過することにより、CO酸化触媒9で完全に酸化されなかったCOガスを酸化分解する。そして、この処理ガスを切替三方バルブ3から排出することにより、蓄熱材6aが加熱されると同時に、該処理ガス温度が150℃以下に下がる。
【0021】
このようにして原ガス50を処理していき、燃焼管4の口4b側が150℃にまで加熱されると、温度センサー11からの信号に基づいて、切替三方バルブ2の口2b,2cを連通させるように切替三方バルブ2を切り替えると同時に、口3a,3cを連通させるように切替三方バルブ3を切り替え、吸引ブロア1からの原ガス50を上述と逆方向で流通させ、上述と同様にして処理する。以下、上述した作動を繰り返すことにより、触媒反応温度が100〜400℃の間に保たれ、原ガス50を連続して処理することができる。
【0022】
本願発明に係る実施態様においては、COガス含有有害ガス処理装置は、吸引ブロア1、切替三方バルブ2と3、燃焼管4、燃焼ヒータ7、CO酸化触媒8、温度センサー12、温度調整器14及び熱交換器15を用いて以下のように構成されている。つまり、上記参考態様の蓄熱燃焼方式の代わりに直接燃焼方式に変更したもので、高温燃焼部で処理したガスを後流の原ガス流で冷却した後、CO酸化触媒8に導入される仕組みである。
【0023】
図2に示すように、燃焼管4には、原ガスの入り口4cとガスの出口4dが設けられ、熱交換機15には、原ガスの入り口15aと出口15b、並びに、燃焼管で高温処理したガスの入り口15cと出口15dが備えられ、また、原ガス流と高温処理したガス流を分けるために、15aと15bの間は独立したガス配管15eが設けられている。また、上記と同様に、燃焼管4には、温度調整器14とそれぞれ電気的に接続されている燃焼ヒータ7と温度センサー12が設けられている。
【0024】
本実施の形態では、燃焼ヒータ7、温度センサー12、温度調整器14と熱交換器15などにより、触媒反応温度保持手段を構成し、また、CO酸化触媒8などにより、酸化分解手段を構成している。
【0025】
そして、CO及び有害ガスを含む原ガスを吸引する吸引ブロア1は、熱交換器15の15aに連接している。熱交換器15の15bと燃焼管4の4cとの間、燃焼管4の4dと熱交換器15の口15cとの間がそれぞれ連接されている。さらに、熱交換器15の口15dがCO酸化触媒8と連接されている。なお、この実施態様で用いる触媒は上記と同様である。
【0026】
この実施態様において、例えば、以下のように運転する。まず、CO及び有害ガスを含む原ガスは吸引ブロア1で吸引され、熱交換器15の原ガス入り口15aからガス配管15eを通り、出口15bより、燃焼管4に導入される。ここで温度センサー12と温度調整器14で制御されている燃焼ヒータ7により、ガス温度が750℃以上になるように加熱され、有害成分は高温酸化分解される。
【0027】
次いで、燃焼管4から排出される高温処理ガスは、熱交換器15の入り口15cから熱交換器15に戻され、そこで、配管15eに流れる後流の原ガスと熱交換され、100〜400℃に冷却された後、CO酸化触媒8に導入され人体に無害なCO2ガスに酸化され排出される。原ガスがブロア1から連続的に吸引されることで熱交換器において熱交換により、高温処理ガスが常に一定の温度に保たれてCO酸化触媒8に導入されるので、触媒反応温度が100〜400℃の間に保たれることができる。
【0028】
【発明の効果】
本願の上記実施態様では、COガスの温度をCO酸化触媒の触媒温度の100〜400℃に熱交換により、触媒を加熱することなく、その熱劣化を防止できる。さらに、三方切替バルブなどの駆動部を用いないため、非常にシンプルでメンテナンス上有利な構成となる。したがって、本願発明によれば、従来に比べてよりシンプルかつ高効率に、閉鎖空間において連続的に空気中のCOガスを含む有害ガスを処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明に対する参考態様の概略図である。
【図2】 本願発明に係る実施態様の概略図である。
【図3】 従来のCOガス等を含む有害ガスの蓄熱燃焼式態様の概略図である。
【図4】 従来の蓄熱燃焼式における蓄熱材の温度経時変化を示すグラフである。
【図5】 従来の蓄熱燃焼式におけるCOガスの分解効率を示すグラフである。
【符号の説明】
1 吸引ブロア
2 切替三方バルブ
3 切替三方バルブ
4 燃焼管
5 蓄熱材
6 蓄熱材
7 燃焼ヒータ
8 CO酸化触媒
9 CO酸化触媒
10 温度センサー
11 温度センサー
12 温度センサー
13 保湿材
14 温度調整器
15 熱交換器
201 吸引ブロア
202 切替三方バルブ
203 切替三方バルブ
204 燃焼管
205 蓄熱材
206 蓄熱材
207 燃焼ヒータ
208 CO酸化触媒
210 温度センサー
211 温度センサー
212 温度センサー
213 保湿材
214 温度調整器
Claims (2)
- CO酸化触媒の触媒反応温度を100〜400℃に保持する触媒反応温度保持手段と、該CO酸化触媒にCOガスを通過させ、酸化分解する酸化分解手段とを備えてなり、前記触媒反応温度保温手段が、燃焼管と、該燃焼管で原ガスを加熱処理する手段と、加熱処理した処理ガスを後流の原ガスと上記触媒反応温度の間に熱交換する手段を含み、前記酸化分解手段が、上記燃焼管の内部に原ガスを送給する送給手段と、該送給手段により原ガスを前記燃焼管内の一端側から他端側へ流通させる手段と、該燃焼管を通過して加熱した処理ガスを熱交換器に導入する手段と、該熱交換器で上記触媒反応温度の間に熱交換した処理ガスをその熱交換器の後ろに設置されているCO酸化触媒に通過させる手段を含むことを特徴とする閉鎖空間用COガス含有有害ガス処理装置。
- 前記CO酸化触媒がCuOであることを特徴とする請求項1に記載の処理装置。
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