JP4627943B2 - 空気浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は空気浄化装置に関し、さらには空気中の有機汚染物質が除去された清浄空気を製造すると共に、除去した有機汚染物質を分解して無害化する空気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気浄化装置としては、従来より回転ロータ式吸着濃縮装置が知られている。この空気浄化装置は、例えば有機汚染物質を吸着する吸着性及び通気性を有する回転ロータと、被処理空気を回転ロータに通すための吸着領域と、吸着領域にて被処理空気を通した回転ロータを回転ロータから有機汚染物質が放出される温度以上に加熱して回転ロータの吸着力を再生する再生領域と、再生領域にて加熱された回転ロータを冷却する冷却領域とを有し、回転ロータが吸着領域、再生領域、及び冷却領域の各領域を移動することにより被処理空気を連続して浄化するものである。この空気浄化装置では、吸着領域にて回転ロータに吸着された有機汚染物質は、再生領域における加熱によって回転ロータから放出される。回転ロータから放出された有機汚染物質は、一般に燃焼装置によって燃焼され、あるいは触媒の存在下で分解される。
【０００３】
前述した空気浄化装置は、一般に再生用の加熱空気を製造するための加熱手段と、前記燃焼装置とを個別に有しており、このような空気浄化装置としては、例えば特開平１０−１４６５１４号公報に記載されている排ガス処理装置が挙げられる。前記公報には、熱交換器を用いて燃焼装置の燃焼熱を回収して再生用空気の加熱に利用する構成や、燃焼装置の排気の一部を再生領域に循環させる構成等が記載されており、このような構成によれば、被処理空気の浄化に伴い発生する熱を有効に活用する上で有利である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の空気浄化装置は、再生時における回転ロータの温度変化が急激であったり、燃焼装置で発生した熱の熱交換時における空気の温度差が大きく、熱力学的観点からエントロピーの増大が大きいものであり、空気の浄化に際して熱エネルギーが仕事をする能力を有効に活用し、ランニングコストを低減する上で検討の余地が残されている。
【０００５】
本発明は前記事項に鑑みなされたものであり、被処理空気の浄化に係るエントロピーの増大を抑制し、エネルギーロスの少ない空気浄化装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、吸着部材の吸着力を再生するために加熱した空気の熱を再生前の吸着部材の昇温に利用することにより、加熱手段で発生した熱を有効利用すると共に、吸着部材等における熱交換時に急激な温度変化を抑制する空気浄化装置を提供する。
【０００７】
すなわち本発明の空気浄化装置は、有機汚染物質を吸着する吸着性及び通気性を有する吸着部材と、被処理空気を吸着部材に通すための吸着領域と、吸着領域にて被処理空気を通した吸着部材を昇温するための昇温領域と、昇温領域にて昇温された吸着部材を吸着部材から有機汚染物質が放出される温度以上に加熱して吸着部材の吸着力を再生するための再生領域と、再生領域にて加熱された吸着部材を冷却するための冷却領域とを有し、吸着部材が吸着領域、昇温領域、再生領域、及び冷却領域の各領域を移動することにより被処理空気を連続して浄化する空気浄化装置であって、吸着領域に被処理空気を通す浄化用通気路と、冷却領域、昇温領域、及び再生領域をこの順に接続し、冷却領域に空気を通し、冷却領域を通った空気を昇温領域に通し、昇温領域を通った空気を再生領域に通す再生用通気路と、昇温領域と再生領域とを結ぶ再生用通気路の空気を吸着部材から有機汚染物質が放出される温度以上に加熱する加熱手段と、冷却領域を通過し昇温領域を通過する前の空気と再生領域を通過した後の空気との間で熱交換を行う第一の熱交換器とを有する。
【０００８】
前記構成によれば、吸着時から再生時にかけて吸着部材の急激な温度変化が抑制され、吸着部材と空気との広義な対向流熱交換によって、エントロピーの増大が抑制される。また再生用通気路の空気は、冷却領域において再生後の吸着部材から熱を回収し、さらに昇温領域通過前には、再生後の加熱空気の熱を前記第一の熱交換器により回収し、これらの回収熱によって吸着部材を昇温領域にて昇温させることから、発生させた熱を回収することによる熱の有効利用と、吸着部材の再生に伴うエントロピーの増大が抑制される。したがって被処理空気の浄化に係るエントロピーの増大を抑制し、エネルギーロスを少なくすることが可能となる。
【０００９】
なお前記第一の熱交換器は、再生領域を通過した空気と昇温領域を通過する前の空気との間で熱交換を行うものであれば特に限定されず、具体的には、冷却領域を通過する前の空気、及び冷却領域を通過し昇温領域を通過する前の空気、のいずれか一方又は両方と、再生領域を通過した空気との間で熱交換を行うものであれば良いが、温度差のより小さな空気の間で熱交換を行うことがエントロピー増大を抑制する上で好ましいことから、再生領域を通過した後の空気と、冷却領域を通過し昇温領域を通過する前の空気との間で熱交換を行うものであることが好ましい。
【００１０】
また前記各領域は、導入される任意の空気と吸着部材との接触が行われる領域であれば良く、このような領域は、例えば吸着部材が移動自在な状態で吸着部材の全部又は一部を覆うケーシングと、このケーシングに形成される複数の通気口と、この通気口に対応してケーシング内において吸着部材とケーシングとの間の空間を仕切る仕切り板とによって構成することが可能である。
【００１１】
本発明では、再生用通気路等の通気路の構成、及びこれと熱交換器との組み合わせによって、エントロピー増大の抑制及びエネルギーロスの低減においてより一層有効な構成を実現することが可能である。なお、本発明に用いられる熱交換器については、温度差の小さい空気の間で熱交換を行うように適宜配置することが好ましい。
【００１２】
まず前記再生用通気路は、再生領域を通過した空気を、昇温領域と加熱手段とを結ぶ再生用通気路に導入する通気路であると、昇温領域を通過して熱を放出した空気と、再生領域を通過した空気とが加熱手段による加熱前に混合され、加熱手段に導入される前の空気の温度がより高められ、加熱前後の空気の温度差をより小さくすることができ、エントロピーの増大を抑制し、エネルギーロスを少なくする上でより好ましい。
【００１３】
また本発明の空気浄化装置は、加熱手段と再生領域とを結ぶ再生用通気路に接続され加熱手段によって加熱された空気を外部に排出する排出用通気路と、加熱手段によって加熱される前の再生用通気路の空気と排出用通気路の空気との間で熱交換を行う第二の熱交換器とを有することが、加熱前の空気の温度を高くし、あるいは再生用通気路の空気の温度を適切に調整する上でより好ましい。
【００１４】
なお前記第二の熱交換器は、前記排出用通気路中の空気と加熱手段で加熱される前の空気との間で熱交換を行うものであれば特に限定されず、具体的には、冷却領域を通過する前の空気、冷却領域を通過し昇温領域を通過する前の空気、及び昇温領域を通過し加熱手段で加熱される前の空気のいずれか一つ又は二つ以上と熱交換を行うものであれば良い。
【００１５】
また本発明の空気浄化装置は、昇温領域を通過し加熱手段で加熱される前の再生用通気路の空気と、加熱手段によって加熱され再生領域を通過する前の再生用通気路の空気との間で熱交換を行う第三の熱交換器を有すると、加熱前後の空気の温度差をより小さくすることができ、エントロピーの増大を抑制し、エネルギーロスを少なくする上でより好ましい。
【００１６】
なお前記第三の熱交換器は、加熱における直前直後の空気の間で熱交換を行うものであることが好ましく、具体的には、昇温領域を通過し加熱手段で加熱される前の空気と、加熱手段で加熱され再生領域を通過する前の空気や、前記第二の熱交換器を通過する前の前記排出用通気路の空気、との間で熱交換を行うことが好ましい。
【００１７】
また再生用通気路は、前記昇温領域及び冷却領域のそれぞれにおいて、通気路中の空気を吸着部材に複数回通過させる通気路であると、冷却領域における吸着部材からの熱回収や、昇温領域における吸着部材への加熱効率を向上させる上でより好ましい。
【００１８】
本発明では、従来より知られている種々の加熱手段を用いることができるが、燃焼装置と、この燃焼装置の周囲に設けられ有機汚染物質を分解するための触媒金属を含有する通気体と、燃焼装置及び通気体を内部に収納する燃焼室とを有する燃焼式ヒータであると、空気の加熱と、有機汚染物質の分解とを単一の加熱手段で行うことが可能となり、装置の省力化運転や小型化等の観点からより好ましい。
【００１９】
また前記第三の熱交換器を設ける場合では、加熱手段による加熱前の空気の温度をより高温に制御することが可能であり、また加熱直後の空気は系内において最も高温であることから、第三の熱交換器と加熱手段との間の再生用通気路に、有機汚染物質を分解するための触媒を有すると、有機汚染物質の分解や無害化を促進させる上でより好ましい。
【００２０】
前記燃焼装置は、少なくとも前記触媒の存在化で有機汚染物質を燃焼させることができ、かつ加熱空気を生成するのに十分な熱量を発生するものであれば特に限定されず、このような燃焼装置としては、例えばガスバーナや、灯油バーナ等の液体燃料バーナ、ニクロム線を有する電気ヒータ等が挙げられる。
【００２１】
前記通気体は、プラチナやパラジウム等の触媒金属を含み、前記燃焼装置によって加熱された状態の空気が通気自在なものであれば特に限定されず、格子体や網目体等、種々の構成が挙げられるが、加熱空気と密な接触性が得られるものが好ましい。また通気体は前記燃焼室中に一体又は二体以上収納しても良い。また通気体は触媒金属によって構成されていなくても良く、例えば触媒金属を表面に担持するものであっても良い。
【００２２】
前記触媒は、空気中の有機汚染物質を分解するためのものであれば良く、使用条件に応じて適当なものを用いることが好ましい。本発明では、比較的高温の環境下で使用することが好ましいことから、耐熱性及び活性に優れたプラチナやパラジウム等の触媒金属を使用することが好ましい。なお再生用通気路中に設けられる触媒には、前述した通気体を用いても良いし、又は触媒を表面に担持する粒子であっても良い。前記粒子は通気路に充てんすることにより再生用通気路中に設けることができる。
【００２３】
また本発明では、空気浄化装置の処理風量や、有機汚染物質の種類等に応じて種々の形態の吸着部材を用いることができる。
【００２４】
本発明で用いられる吸着部材は、少なくとも有機汚染物質を吸着する吸着性及び通気性を有する部材であり、前記吸着領域、昇温領域、再生領域、及び冷却領域の各領域を移動するものであれば良い。このような吸着部材としては、例えば無端ベルト状、円柱状、環状等の吸着部材が装置の小型化等の観点から好ましくは挙げられる。このような形状の吸着部材は、プーリの回転又は吸着部材自体の回転によって各領域を移動させることが可能である。
【００２５】
また吸着部材は、空気中の有機汚染物質を吸着するための吸着成分を少なくとも表面に有するものであれば良く、吸着形態については特に限定されないが、物理吸着によって有機汚染物質を吸着するものであることが、耐久性や繰り返し使用における吸着効率低下を抑制する観点から好ましい。このような吸着部材としては、例えばハニカム構造等の多孔質体に形成されたセラミック焼結体、又はこのような多孔質体の表面に吸着成分が担持されたもの等を好ましくは例示することができる。
【００２６】
また吸着部材は、吸着成分を含む多孔質体を成形することによって吸着部材全体が形成されていても良いが、吸着成分を含む板状多孔質部材を適当な枠体で支持することで形成しても良い。このような構成であると、種々の形態の吸着部材を形成するのに好適であり、空気浄化装置の処理風量能力や有機汚染物質の種類等に応じて適当な吸着部材を構成する上で好ましい。
【００２７】
本発明に用いられる吸着部材としては、例えば環状の板状部材であり、内周側の枠体と、外周側の枠体と、これらの枠体によって平面状に支持される多孔質の板状吸着材とを有し、環の中心軸を回転軸として回転自在に設けられる吸着部材が挙げられる。このような構成によれば、処理風量能力が比較的小さな空気浄化装置に適用する上で好ましい。
【００２８】
また本発明に用いられる吸着部材としては、例えば、環状の部材であり、内周側の枠体と、外周側の枠体と、これらの枠体によって吸着部材の端面に対して斜めに支持、例えば吸着部材の一端側から見たときに吸着部材の円周方向に沿って山と谷が連続して形成されるように支持される多孔質の板状吸着材とを有し、環の中心軸を回転軸として回転自在に設けられる吸着部材が挙げられる。
【００２９】
このような構成によれば、吸着部材全体における板状吸着材の表面積がより大きくなり、処理風量能力が比較的大きな空気浄化装置に適用する上で好ましい。またこのような構成では、板状吸着材を支持し、かつ板状吸着材に導入される空気を分配するために、前記両枠体間に掛け渡される支持部材を設けることがより好ましい。
【００３０】
また本発明では、有機汚染物質の種類に応じて、二種以上の吸着材を併用しても良い。このような吸着材としては、例えば低沸点の有機汚染物質を吸着するための吸着材としての活性炭等が挙げられる。二種以上の吸着材を併用する場合では、吸着材の物性に応じて適当に配置することが好ましい。
【００３１】
このような吸着部材としては、例えば二層構造の部材であり、再生領域を通過する空気の流れ方向において、上流側に設けられる上流側吸着材と、下流側に設けられる下流側吸着材とを有し、この下流側吸着材が活性炭を含む吸着材である吸着部材が挙げられる。このような多層構造の吸着部材では、上流側から下流側に向けて、耐温性の高い吸着材を積層することが、吸着材への熱的影響を低減する上で好ましい。例えば、前述したセラミック系の吸着材と活性炭とを併用する場合では、活性炭を高温再生気流に対して下流側吸着材とする。
【００３２】
本発明の空気浄化装置では、前述した各種手段や部材の他にも、通気路中の空気を送風する送風手段や、通気路中の空気の送風量を制御する送風量制御手段や、吸着部材の移動速度を制御する変速機や、空気浄化装置の運転状況を監視するための各種検出手段等、種々の手段等を適宜設けることが可能である。これらの手段を適宜設けることにより、空気浄化装置のさらなる好適な運転が可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の空気浄化装置における一実施の形態を説明する。
本実施の形態における空気浄化装置は、図１に示すように、少なくとも有機汚染物質を吸着する吸着性及び通気性を有する吸着部材１と、被処理空気を通す浄化用通気路２と、再生用通気路３とを有する。なお本実施の形態では、便宜上、図１における吸着部材１の下側を「一端側」、吸着部材１の上側を「他端側」として説明する。また本実施の形態では、説明にあたって「上流側」及び「下流側」との用語を用いるが、これらは再生用通気路３における空気の流れ方向、又は吸着部材１の移動方向（それぞれ図１に矢印にて示す）を基準とする。
【００３４】
吸着部材１は環状の板状部材であり回転自在に設けられている、吸着部材１は、図示しないケーシングに収納されている。このケーシングは、ラビリンスパッキンを有する仕切り板によって吸着領域４、昇温領域５、再生領域６、及び冷却領域７の各領域を形成し、吸着部材１は回転によって各領域を移動するように構成されている。浄化用通気路２は吸着領域４と接続されている。再生用通気路３は、まず冷却領域７に接続され、次いで冷却領域７と昇温領域５を接続し、次いで昇温領域５と燃焼式ヒータ１１を接続し、次いで燃焼用ヒータ１１と再生領域６を接続している。
【００３５】
冷却領域７よりも上流側の再生用通気路３には、送風機ｆ１と、後述する排出用通気路中の空気と冷却領域７よりも上流側の空気との間で熱交換を行う熱交換器ｈ１と、熱交換器ｈ１の上流側及び下流側の再生用通気路３同士を接続するバイパス通気路８と、冷却領域７よりも上流側でバイパス通気路８よりも下流側の空気の温度を検出する温度計９とが設けられている。バイパス通気路８には自動弁１０が設けられている。自動弁１０は、温度計９と接続されており、温度計９の検出結果に基づいて開度を調整するものである。
【００３６】
冷却領域７では、前記仕切り板と再生用通気路３によって蛇行形状の通気路が形成されており、再生用通気路３によって導入される空気が、冷却領域７において吸着部材１の一端側から他端側へ吸着部材１を複数回（本実施形態では三回）通過するように構成されている。冷却領域７よりも下流側で昇温領域５よりも上流側の再生用通気路３には、後述する再生後の空気と冷却後の空気との間で熱交換を行う熱交換器ｈ２が設けられている。また昇温領域５では、冷却領域７と同様に、前記仕切り板と再生用通気路３によって蛇行形状の通気路が形成されており、再生用通気路３によって導入される空気が、昇温領域５において吸着部材１の他端側から一端側へ吸着部材１を複数回（本実施形態では三回）通過するように構成されている。
【００３７】
昇温領域５よりも下流側で燃焼式ヒータ１１よりも上流側の再生用通気路３には、後述する排出用通気路の空気と再生用通気路３の空気との間で熱交換を行う熱交換器ｈ３と、送風機ｆ２と、加熱後再生前の加熱空気と再生用通気路３の空気との間で熱交換を行う熱交換器ｈ４及びｈ５と、それぞれの熱交換器のすぐ下流側にあって有機汚染物質を分解するための触媒ｃ１及びｃ２とが設けられている。
【００３８】
燃焼式ヒータ１１は、バーナ１１ａと、このバーナ１１ａを収容する副燃焼室１１ｂと、副燃焼室１１ｂを囲むメッシュ状の通気体１１ｃ〜１１ｅと、これらを収納する燃焼室１１ｆとを有する。通気体１１ｃ〜１１ｅは２ｍｍ角程度の目の粗さであり触媒金属であるプラチナで形成されている。通気体１１ｃは通気体１１ｄに囲まれ、通気体１１ｄは通気体１１ｅに囲まれるように設けられている。
【００３９】
燃焼式ヒータ１１よりも下流側で再生領域６よりも上流側の再生用通気路３には、有機汚染物質を分解するための触媒ｃ３と、熱交換器ｈ５及びｈ４とが設けられている。また熱交換器ｈ４よりも下流側で再生領域６よりも上流側の再生用通気路３からは排出用通気路１２が分岐し、延出している。なお排出用通気路１２は、熱交換器ｈ３及びｈ２を経て通気路中の空気を外部に排出する通気路である。
【００４０】
再生領域６では、再生用通気路３は、再生領域６に導入した加熱空気が吸着部材１の他端側から一端側へ吸着部材１を通過する通気路を形成している。再生領域６よりも下流側の再生用通気路３は、熱交換器ｈ２を経て、熱交換器ｈ３よりも下流側で送風機ｆ２よりも上流側の再生用通気路３に接続している。
【００４１】
吸着部材１は、図２に示すように、複数のローラによって水平方向に支持されており、減速装置１３を介してモータ１４の動力が伝達されるように構成されている。吸着部材１は、図４に示す通気自在な多孔質吸着材を、図３に示すように、内周側の枠体１ａと外周側の枠体１ｂとによって平面状に支持することによって形成されており、外周側の枠体１ｂの全周に設けられた噛合部によって減速装置１３と接続されている。なお吸着部材１は、鉛直方向に、すなわち回転軸が水平方向に延出するように、支持されていても良いし、形状についても円盤状であっても良い。
【００４２】
なお、図４に示す多孔質吸着材は、特開平１１−１９４３６号公報、特開平１１−７０３１３号公報、特開平１１−３３３２２６号公報に開示されているようなセラミックケミカルフィルタであり、セラミックペーパ等の無機鉱物製セラミックによってハニカム構造体等の支持体を適当な形状に成形し、その表面にゼオライト、アルミノケイ酸塩鉱物、アルミノケイ酸亜鉛鉱物アルカリ塩、無機酸塩、及び金属酸化物等から選ばれる無機材料を添着し焼成したものである。
【００４３】
次に、有機汚染物質を含む工場排出ガスを被処理空気とする場合を例に、前述した空気浄化装置における作用を説明する。
【００４４】
まず被処理空気の浄化について説明すると、浄化用通気路２から吸着領域４へ工場排出ガスが送られる。吸着領域４に送られた工場排出ガス中の有機汚染物質は吸着部材１によって吸着され、工場排出ガスは、吸着部材１を通過することによって浄化される。吸着領域４を通過して浄化されたガスは、大気中に放出される。
【００４５】
一方で有機汚染物質を吸着した吸着部材１は、吸着領域４を通過し昇温領域５に至る。ここで吸着部材１は、再生用通気路３の空気によって三回にわたり昇温される。昇温領域５では、冷却領域７で吸着部材１から回収された熱、及び熱交換器ｈ２によって再生後の空気から回収された熱によって吸着部材１を昇温することから、吸着部材１は、吸着部材１が再生領域６で加熱されたときの温度未満に昇温される。なお再生用通気路３における空気の流れと熱回収等については後に詳しく説明する。
【００４６】
昇温領域５で昇温した吸着部材１は、昇温領域５を通過し再生領域６に至る。ここで吸着部材１は、加熱空気（約２００℃）によって加熱され、吸着した有機汚染物質を加熱空気に放出する。再生領域６では、燃焼式ヒータ１１によって加熱され、熱交換器ｈ５及びｈ４で熱放出して温度が調整された空気によって、吸着部材１から対象となる全ての有機汚染物質が放出される温度以上に加熱される。
【００４７】
再生領域６で加熱された吸着部材１は、再生領域６を通過し冷却領域７に至る。ここで吸着部材１は、熱交換器ｈ１、及びバイパス通気路８、温度計９、自動弁１０によって温度が調整された空気によって三回にわたり冷却される。
【００４８】
冷却領域７で冷却された吸着部材１は、冷却領域７を通過して再び吸着領域４に至る。前述した工程を繰り返すことにより工場排出ガスが連続して浄化される。
【００４９】
次に再生用通気路３における空気の流れについて説明する。
まず、再生用通気路３の起端である外気取り入れ口から外気が導入される。ここで導入される空気は外気に限定されず、また空調機によって予め調整された空気であっても良い。
【００５０】
再生用通気路３に導入された空気は、自動弁１０の開度に応じて熱交換器ｈ１とバイパス通気路８とに分配される。このときの分配条件は、温度計９によって検出される空気の温度であり、冷却領域７上流側の空気が所定の温度（例えば２５℃）になるように自動弁１０の開度が制御される。導入された空気の温度が低い場合は熱交換器ｈ１への通気量が増加し、導入された空気の温度が高い場合はバイパス通気路８への通気量が増加する。
【００５１】
再生用通気路３の空気は、冷却領域７においてまず吸着部材１を一回通過し、吸着部材１との間で熱交換を行い、吸着部材１を冷却し、また吸着部材１によって例えば６０℃に加熱される。この加熱された空気は、冷却領域７において、一回目の通過位置よりも吸着部材１の回転方向の上流側でさらに吸着部材１を通過し、冷却領域７において、二回目の通過位置よりも吸着部材１の回転方向のさらに上流側で吸着部材１を通過する。このように冷却領域７においては、再生用通気路３の空気が吸着部材１の温度の低い部分から順に吸着部材１を三回通過し、冷却領域７通過後の再生用通気路３の空気は１３０℃まで加熱され、一方で、再生領域６で再生（加熱）された吸着部材１は三段階で常温（例えば３０℃前後）まで冷却される。
【００５２】
冷却領域７を通過した再生用通気路３の空気は、熱交換器ｈ２において熱交換によりさらに加熱され、この状態（例えば１６０℃）で昇温領域５に導入される。
【００５３】
再生用通気路３の空気は、昇温領域５においてまず吸着部材１を一回通過し、吸着部材１との間で熱交換を行い、吸着部材１を昇温し、また吸着部材１によって例えば１３０℃に冷却される。この冷却された空気は、昇温領域５において、一回目の通過位置よりも吸着部材１の回転方向の上流側でさらに吸着部材１を通過し、昇温領域５において、二回目の通過位置よりも吸着部材１の回転方向のさらに上流側で吸着部材１を通過する。このように昇温領域５においては、再生用通気路３の空気が吸着部材１の温度の高い部分から順に吸着部材１を三回通過し、昇温領域通過後の再生用通気路３の空気は約６０℃まで冷却され、一方で、吸着領域４で有機汚染物質を吸着した吸着部材１は所定の温度まで三段階で昇温される。
【００５４】
昇温領域５を通過した再生用通気路３の空気は、熱交換器ｈ３において熱交換により加熱（１８０℃）され、送風機ｆ２を通り（１６５℃）、熱交換器ｈ４において熱交換により加熱（３５０℃）され、触媒ｃ１を通り、熱交換器ｈ５において熱交換により加熱（５５０℃）され、触媒ｃ２を通り、燃焼式ヒータ１１に送られる。
【００５５】
燃焼式ヒータ１１に送られた空気は、バーナ１１ａによってさらに加熱（６００℃）され、触媒ｃ３を通過し、熱交換器ｈ５を通過（４００℃）し、熱交換器ｈ４を通過（２００℃）する。熱交換器ｈ４を通過した空気は、一部（例えば半分）は排出用通気路１２に送られ、一部は再生領域６へ送られる。排出用通気路１２に送られた空気は、熱交換器ｈ３において、昇温領域５通過後の空気との間で熱交換を行い、昇温領域５を通過し燃焼式ヒータ１１で加熱される前の空気を加熱する。熱交換器３を通過した空気は、及び熱交換器ｈ１を通り、外部に排出される。
【００５６】
一方で熱交換器ｈ４から再生領域６に送られた再生用通気路３の加熱空気は、再生領域６において吸着部材１を通過し、吸着部材１を加熱し、吸着部材１が吸着した有機汚染物質を吸着部材１から放出させる。再生領域６を通過した再生用通気路３の空気（１８０℃）は、有機汚染物質を含んだ状態で熱交換器ｈ２を通過（１５０℃）し、昇温領域５を通過する前の空気に熱を放出する。熱交換器ｈ２を通過した空気は、熱交換器ｈ３にて加熱空気から熱を回収した昇温後の空気と合流して送風機ｆ２を通る。
【００５７】
有機汚染物質を含む空気は、熱交換器ｈ４で加熱され、その後触媒ｃ１を通過し、次いで熱交換器ｈ５で加熱され、その後触媒ｃ２を通過し、燃焼式ヒータ１１に送られる。触媒ｃ１及びｃ２の通過時に、空気中の有機汚染物質の一部が、有機汚染物質の種類と通過時の空気の温度とに応じて分解される。
【００５８】
燃焼式ヒータ１１では、有機汚染物質を含む空気は、まず副燃焼室１１ａに導入され、高温に加熱された後に、触媒金属を含む通気体１１ｃ〜１１ｅを順次通過する。これに伴い空気中の有機汚染物質は分解される。
【００５９】
燃焼式ヒータ１１を通った加熱空気は、高温状態を保ったまま触媒ｃ３に導入される。燃焼式ヒータ１１を通った空気中に有機汚染物質が残存している場合では、空気中の有機汚染物質は触媒ｃ３によってさらに分解され、再生領域６において吸着部材１から放出された有機汚染物質はほぼ分解される。
【００６０】
再生に使用された加熱空気は、前述したように排出用通気路１２と再生領域６とに分配され、一部は排出され、一部は吸着部材１の再生に用いられる。
【００６１】
本実施の形態における吸着部材１の温度変化を図５に示す。図５において波線は吸着部材の温度を示し、実線は吸着部材１を通る空気の温度を示す。図５から、吸着領域４と再生領域６との間における温度変化は滑らかなものであることがわかる。
【００６２】
ここで吸着部材１の再生に関する熱収支について説明すると、吸着部材１の再生に要する加熱は、燃焼式ヒータ１１によってのみ行われている。すなわち、再生領域６での吸着部材１の加熱における熱源は燃焼式ヒータ１１のみである。
【００６３】
一方、冷却領域７では、再生用通気路３の空気が、再生により加熱された吸着部材１から熱を回収している。冷却後の空気は吸着部材１から回収した熱を有した状態で、熱交換器ｈ２において再生後の空気の熱を吸収し、この空気が昇温領域５の昇温に利用されている。すなわち再生に利用した熱は冷却領域７及び熱交換器ｈ２によって回収され、この回収された熱のみによって昇温領域５が昇温される。
【００６４】
また冷却領域７では、所定温度の空気を再生領域６から離れた部分から再生領域６に近い部分へと段階的に通過させ、昇温領域５では、熱回収した空気を再生領域６に近い部分から離れた部分へ段階的に通過させており、熱の回収時において、熱を回収する側と熱が回収される側（例えば空気と空気や、吸着部材１と空気など）との温度差はより小さくなっている。
【００６５】
また、燃焼式ヒータ１１前後における再生用通気路３の空気の熱収支について説明すると、熱交換器ｈ４及びｈ５では、加熱直後の空気から加熱直前の空気に熱が回収されており、加熱前後における空気の温度差はより小さくなっている。また、加熱直前において熱を回収した空気は触媒を通過するように構成されており、加熱直前において回収された熱は、各触媒における有機汚染物質の分解に利用されている。
【００６６】
また、排出用通気路１２の空気と再生用通気路３の空気との間における熱収支について説明すると、排出用通気路１２では、熱交換器ｈ１及びｈ３によって、燃焼式ヒータ１１で発生した熱が再生用通気路３の空気の加熱に利用されている。
【００６７】
本実施の形態における空気浄化装置は、吸着部材１、吸着領域４、昇温領域５、再生領域６、及び冷却領域７を有し、かつ冷却領域７、熱交換器ｈ２、昇温領域５、燃焼式ヒータ１１、再生領域６、及び熱交換器ｈ２をこれらの順で通る再生用通気路３を有することから、冷却領域７では吸着部材１から、熱交換器ｈ２では再生領域通過後の加熱空気から、それぞれ再生利用後の熱を回収し、この回収熱を熱源として吸着部材１における再生前の昇温が行われるので、吸着部材１の昇温と再生領域６の温度確保に要するエネルギーを節約することができる。
【００６８】
また本実施の形態における空気浄化装置は、昇温領域５を有することから、吸着領域４から再生領域６への加熱による温度変化がより滑らかであり、エントロピーの増大をより抑制することができ、エネルギーロスをより小さくすることができる。
【００６９】
また本実施の形態における空気浄化装置は、再生領域６よりも下流側の再生用通気路３が、昇温領域５と燃焼式ヒータ１１とを接続する再生用通気路３に接続されていることから、昇温領域５で熱を放出した空気と、再生領域６を通過した加熱空気とが混合した状態で燃焼式ヒータ１１に送られ、加熱前の空気の温度をより高めることで再生後の熱を有効利用することができる。
【００７０】
また本実施の形態における空気浄化装置は、加熱後の空気が通る排気用通気路１２、熱交換器ｈ３及び熱交換器ｈ１を有することから、加熱空気と昇温後の空気との間で熱交換が行われ、この熱交換後の加熱空気と冷却前の空気との間で熱交換を行うことができ、昇温前の空気の温度をより高めることで加熱前後における空気の温度差をより小さくし、また前記熱交換後の空気がもつ熱を、冷却前における再生用通気路３の空気の温度制御に利用しており、燃焼式ヒータ１１で発生した熱を有効に利用することができる。
【００７１】
また本実施の形態における空気浄化装置は、熱交換器ｈ４及び熱交換器ｈ５を有することから、燃焼式ヒータ１１の直前直後の空気の間で熱交換が行われ、燃焼式ヒータ１１での加熱による急激な温度変化を抑制することができ、また再生に適した温度の加熱空気を再生領域６に送ることができる。
【００７２】
また本実施の形態における空気浄化装置は、再生用通気路３から導入された空気が、昇温領域５では他端側から一端側に向けて吸着部材１を三回通過し、一方で冷却領域７では一端側から他端側に向けて吸着部材１を三回通過することから、吸着領域５及び冷却領域７において、吸着部材１及びこれを通過する空気の急激な温度変化をより抑制することができる。
【００７３】
また本実施の形態における空気浄化装置は、副燃焼室１１ｂを、触媒金属を含んだ金網である通気体で囲ったことから、単一の加熱手段のみを用いて、加熱空気の生成と、有機汚染物質の分解とを行うことができる。
【００７４】
また本実施の形態における空気浄化装置は、燃焼式ヒータ１１前後の再生用通気路３に触媒ｃ１〜ｃ３を有することから、空気中の有機汚染物質の分解をより促進させることができる。
【００７５】
また本実施の形態における空気浄化装置は、バイパス通気路８、温度計９、及び自動弁１０を有することから、冷却前の再生用通気路３における空気の温度を適切に制御することができる。
【００７６】
また本実施の形態における空気浄化装置は、セラミックを含む無機系の吸着部材１を用いることから、耐温性が高く、再生温度を高くすることができ、また温度の高い状態でも長期にわたって安定して使用することができる。
【００７７】
なお吸着部材１は、前述したように板状の吸着材を枠体で支持することにより環状の板状吸着部材として構成されており、簡易な構成で高い性能を示す。このような平板状の吸着部材１は、再生用通気路３に導入される外気導入量に比べて例えば１０倍程度の被処理空気を処理することができるが、より多くの被処理空気を処理する場合では、図６〜図９に示す吸着部材２１を用いることが好ましい。この吸着部材２１は、図６に示すように、前述した吸着部材１と同様に取り付けることができ、また吸着部材１と同様に鉛直方向に支持することもできる。
【００７８】
吸着部材２１は環状の部材であり、内周側の枠体２１ａと、外周側の枠体２１ｂと、図９に示す多孔質の板状吸着材と、枠体２１ａ及び２１ｂの間に掛け渡される板状の支持部材２１ｃ、２１ｄとを有する。支持部材２１ｃは、他端側における板状吸着材の近接部で前記枠体間に掛け渡されており、支持部材２１ｄは、一端側における板状吸着材の近接部で前記枠体間に掛け渡されている。
【００７９】
板状吸着材は図７及び図８に示すように、吸着部材の端面に対して斜めの向きに、かつ支持部材２１ｃ及び２１ｄにて隣り合う板状部材の一縁部が近接するように支持され、一端側から見たときに吸着材表面が連続する山と谷を形成している。板状吸着材は、形状が異なる以外は、吸着部材１で使用したものと同じものを使用することができる。なお、図８中の２１ｅはケーシングの隔壁を示している。
【００８０】
吸着部材２１は、一端側から見たときに吸着材表面が山と谷を形成する構成であることから、吸着材の表面積、すなわち被処理空気の通気可能領域がより大きくなるので、処理風量のより大きな場合に用いるのに適している。
【００８１】
なお、本発明の空気浄化装置では、吸着部材と、吸着部材を通過する空気との間で、時間当たりの熱容量を近い値にしておくと、吸着部材、及び前記空気のそれぞれにおける温度変化も近い値を示し、吸着領域等の各部における出入り口温度を制御する上で好ましい。よって吸着部材の移動速度や処理風量、及び外気の取入量は、吸着部材とこれを通過する空気との熱容量を検討することによって決定することが、本発明の空気浄化装置における熱効率の観点から好ましい。
【００８２】
また、本発明に用いられる吸着部材は、有機汚染物質の種類に応じて、二種類以上の吸着材を用いて構成しても良く、このような一例としては、図１０に示す吸着部材３１が挙げられる。この吸着部材３１は、セラミック系吸着材層３２と、活性炭吸着材層３３とを有する。セラミック系吸着材層は、吸着部材１及び２１で用いられる吸着材と同じものである。活性炭吸着材層３３は、セラミック系の支持体（例えばセラミックペーパによるハニカム構造体等）の表面に活性炭が担持されたものである。
【００８３】
これらの層を形成するにあたっては、例えばそれぞれの吸着材層を接着して支持しても良いし、セラミック系支持体の断面において一端側には無機系の吸着成分を添着し、他端側には活性炭を担持させても良い。また三種類以上の吸着材を用いる三層以上の吸着部材も本発明では使用することができる。
【００８４】
吸着部材３１を図１０に示す状態で本実施の形態における空気浄化装置に適用すると、再生領域６や昇温領域５のように、吸着部材を加熱する空気は、吸着部材３１の他端側、すなわちセラミック系吸着材層３２側から吸着部材を通過し、冷却領域７や吸着領域４のように、吸着部材を冷却する空気、あるいはほぼ等温の空気は、吸着部材３１の一端側、すなわち活性炭吸着材層３３側から吸着部材を通過する。
【００８５】
すなわち、再生用通気路３の空気の温度が吸着部材３１の温度よりも高い場合では、導入される空気の熱がセラミック吸着材層３２でまず吸収され、再生用通気路３の空気の温度が吸着部材３１の温度よりも低い場合では、活性炭吸着材層３３の熱が導入される空気によってまず回収（冷却）されることから、高温条件下における活性炭の損傷を抑制することができる。
【００８６】
このように、二層以上の吸着材層を有する吸着部材では、耐熱性の強弱によって吸着部材への空気の導入方向を決めることが、吸着材への熱的影響を抑え、長期にわたって安定した浄化を行う上で好ましい。
【００８７】
【発明の効果】
本発明の空気浄化装置は、有機汚染物質を吸着する吸着性及び通気性を有する吸着部材と、被処理空気を吸着部材に通すための吸着領域と、吸着領域にて被処理空気を通した吸着部材を昇温するための昇温領域と、昇温領域にて昇温された吸着部材を吸着部材から有機汚染物質が放出される温度以上に加熱して吸着部材の吸着力を再生するための再生領域と、再生領域にて加熱された吸着部材を冷却するための冷却領域と、を有し、吸着部材が吸着領域、昇温領域、再生領域、及び冷却領域の各領域を移動することにより被処理空気を連続して浄化する空気浄化装置であって、吸着領域に被処理空気を通す浄化用通気路と、冷却領域、昇温領域、及び再生領域をこの順に接続し、冷却領域に空気を通し、冷却領域を通った空気を昇温領域に通し、昇温領域を通った空気を再生領域に通す再生用通気路と、昇温領域と再生領域とを結ぶ再生用通気路の空気を吸着部材から有機汚染物質が放出される温度以上に加熱する加熱手段と、冷却領域を通過し昇温領域を通過する前の空気と再生領域を通過した後の空気との間で熱交換を行う第一の熱交換器とを有することから、被処理空気の浄化に係るエントロピーの増大を抑制し、エネルギーロスの少ない空気浄化装置を提供することができる。
【００８８】
また本発明では、再生用通気路は、再生領域を通過した空気を、昇温領域と加熱手段とを結ぶ再生用通気路に導入する通気路であると、再生後の加熱空気の熱を有効に活用する上でより一層効果的である。
【００８９】
また本発明の空気浄化装置は、加熱手段と再生領域とを結ぶ再生用通気路に接続され加熱手段によって加熱された空気を外部に排出する排出用通気路と、加熱手段によって加熱される前の再生用通気路の空気と排出用通気路の空気との間で熱交換を行う第二の熱交換器とを有すると、加熱空気の熱を有効に利用し、再生用通気路の空気の温度を制御する上でより一層効果的である。
【００９０】
また本発明の空気浄化装置は、昇温領域を通過し加熱手段によって加熱される前の再生用通気路の空気と、加熱手段によって加熱され再生領域を通過する前の再生用通気路の空気との間で熱交換を行う第三の熱交換器を有すると、加熱直前の空気の温度を高め、加熱前後の空気の温度差を小さくする上でより一層効果的である。
【００９１】
また本発明では、再生用通気路は、昇温領域及び冷却領域のそれぞれにおいて、通気路中の空気を吸着部材に複数回通過させる通気路であると、昇温領域及び冷却領域のそれぞれにおける急激な温度変化を抑制し、かつ効率の良い熱回収及び昇温を行う上でより一層効果的である。
【００９２】
また本発明では、加熱手段は、燃焼装置と、燃焼装置の周囲に設けられ有機汚染物質を分解するための触媒金属を含有する通気体と、燃焼装置及び通気体を内部に収納する燃焼室とを有する燃焼式ヒータであると、一体の加熱手段で加熱空気の生成と有機汚染物質の分解とを行うことができ、省エネルギー化及び装置の小型化の観点からより一層効果的である。
【００９３】
また本発明の空気浄化装置は、第三の熱交換器と加熱手段との間の再生用通気路に、有機汚染物質を分解するための触媒を有すると、吸着部材から放出された有機汚染物質の分解を促進させる上でより一層効果的である。
【００９４】
また本発明では、吸着部材は、環状の板状部材であり、内周側の枠体と、外周側の枠体と、枠体によって平面状に支持される多孔質の板状吸着材とを有し、環の中心軸を回転軸として回転自在に設けられると、簡易な構成で高性能の空気浄化装置を構築する上でより一層効果的である。
【００９５】
また本発明では、吸着部材は、環状の部材であり、内周側の枠体と、外周側の枠体と、枠体によって吸着部材の端面に対して斜めに支持される多孔質の板状吸着材とを有し、環の中心軸を回転軸として回転自在に設けられると、被処理空気の処理風量を大きくする上でより一層効果的である。
【００９６】
また本発明では、吸着部材は、二層構造の部材であり、再生領域を通過する空気の流れ方向において、上流側に設けられる上流側吸着材と、下流側に設けられる下流側吸着材とを有し、この下流側吸着材が活性炭を含む吸着材であると、物性の異なる複数種の有機汚染物質を吸着、分解する上でより一層効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である空気浄化装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図２】図１に示される吸着部材１を示す図である。
【図３】図１に示される吸着部材１の要部を拡大して示す要部拡大断面図である。
【図４】図１に示される吸着部材１に用いられる板状吸着材を示す図である。
【図５】本実施の形態における吸着部材１及び吸着部材１を通過する空気の温度変化を示す図である。
【図６】本発明に用いられる吸着部材の他の実施の形態を示す図である。
【図７】図６に示される吸着部材２１の要部を拡大して示す要部拡大断面図である。
【図８】図７におけるイ−イ線に沿って切断した状態の吸着部材を示す断面図である。
【図９】図６に示される吸着部材２１で用いられる板状吸着材を示す図である。
【図１０】本発明に用いられる吸着部材の他の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１、２１、３１ 吸着部材
１ａ、１ｂ、２１ａ、２１ｂ 枠体
２ 浄化用通気路
３ 再生用通気路
４ 吸着領域
５ 昇温領域
６ 再生領域
７ 冷却領域
８ バイパス通気路
９ 温度計
１０ 自動弁
１１ 燃焼式ヒータ
１１ａ バーナ
１１ｂ 副燃焼室
１１ｃ〜１１ｅ 通気体
１１ｆ 燃焼室
１２ 排出用通気路
１３ 減速装置
１４ モータ
２１ｃ、２１ｄ 支持部材
２１ｅ ケーシングの隔壁
３２ セラミック系吸着材層
３３ 活性炭吸着材層
ｃ１〜ｃ３ 触媒
ｆ１〜ｆ３ 送風機
ｈ１〜ｈ５ 熱交換器

Claims (10)

1. 有機汚染物質を吸着する吸着性及び通気性を有する吸着部材と、
   被処理空気を前記吸着部材に通すための吸着領域と、
   前記吸着領域にて被処理空気を通した前記吸着部材を昇温するための昇温領域と、
   前記昇温領域にて昇温された前記吸着部材を吸着部材から有機汚染物質が放出される温度以上に加熱して吸着部材の吸着力を再生するための再生領域と、
   前記再生領域にて加熱された前記吸着部材を冷却するための冷却領域と、を有し、前記吸着部材が前記吸着領域、昇温領域、再生領域、及び冷却領域の各領域を移動することにより被処理空気を連続して浄化する空気浄化装置であって、
   前記吸着領域に被処理空気を通す浄化用通気路と、
   前記冷却領域、昇温領域、及び再生領域をこの順に接続し、冷却領域に空気を通し、冷却領域を通った空気を昇温領域に通し、昇温領域を通った空気を再生領域に通す再生用通気路と、
   前記昇温領域と前記再生領域とを結ぶ再生用通気路の空気を前記吸着部材から有機汚染物質が放出される温度以上に加熱する加熱手段と、
   前記冷却領域を通過し前記昇温領域を通過する前の空気と前記再生領域を通過した後の空気との間で熱交換を行う第一の熱交換器と、を有する空気浄化装置。
2. 前記再生用通気路は、前記再生領域を通過した空気を、前記昇温領域と前記加熱手段とを結ぶ再生用通気路に導入する通気路であることを特徴とする請求項１に記載の空気浄化装置。
3. 前記加熱手段と前記再生領域とを結ぶ再生用通気路に接続され加熱手段によって加熱された空気を外部に排出する排出用通気路と、前記加熱手段によって加熱される前の再生用通気路の空気と前記排出用通気路の空気との間で熱交換を行う第二の熱交換器とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の空気浄化装置。
4. 前記昇温領域を通過し前記加熱手段によって加熱される前の再生用通気路の空気と、加熱手段によって加熱され前記再生領域を通過する前の再生用通気路の空気との間で熱交換を行う第三の熱交換器を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の空気浄化装置。
5. 前記再生用通気路は、前記昇温領域及び前記冷却領域のそれぞれにおいて、通気路中の空気を前記吸着部材に複数回通過させる通気路であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の空気浄化装置。
6. 前記加熱手段は、燃焼装置と、前記燃焼装置の周囲に設けられ前記有機汚染物質を分解するための触媒金属を含有する通気体と、前記燃焼装置及び通気体を内部に収納する燃焼室とを有する燃焼式ヒータであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の空気浄化装置。
7. 前記第三の熱交換器と前記加熱手段との間の再生用通気路に、前記有機汚染物質を分解するための触媒を有することを特徴とする請求項４に記載の空気浄化装置。
8. 前記吸着部材は、環状の板状部材であり、内周側の枠体と、外周側の枠体と、前記枠体によって平面状に支持される多孔質の板状吸着材とを有し、環の中心軸を回転軸として回転自在に設けられることを特徴とする請求項１に記載の空気浄化装置。
9. 前記吸着部材は、環状の部材であり、内周側の枠体と、外周側の枠体と、前記枠体によって吸着部材の端面に対して斜めに支持される多孔質の板状吸着材とを有し、環の中心軸を回転軸として回転自在に設けられることを特徴とする請求項１に記載の空気浄化装置。
10. 前記吸着部材は、二層構造の部材であり、再生領域を通過する空気の流れ方向において、上流側に設けられる上流側吸着材と、下流側に設けられる下流側吸着材とを有し、この下流側吸着材が活性炭を含む吸着材であることを特徴とする請求項１に記載の空気浄化装置。

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