JP5881872B1 - 分解装置及びその運転方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】吸着部及びNOxフィルタの交換頻度を少なくするとともに、ランニングコストを抑制することができる分解装置及びその運転方法を提供する。【解決手段】オゾン発生機構2の下流側に、NOxを除去するNOxフィルタ6と気体31に含有された汚染物質を吸着する吸着部3を備えるとともに、オゾン発生機構2を停止させながら汚染物質を含有する気体31を吸着流路に通流させて吸着部3にて汚染物質を吸着する吸着分解状態と、オゾン発生機構2を作動させながら汚染物質を含有する気体31を再生流路に通流させて、吸着部3に吸着された汚染物質を分解するとともに、NOxフィルタ6にてNOxを除去する再生状態とに切り替え自在な切替部9とを備える。【選択図】図1
Description
本発明は、臭気物質等の汚染物質を含有する気体を流通させる送風機構と、オゾンを生成するオゾン発生機構と、オゾン発生機構の下流側に設けられて、汚染物質を吸着する吸着部とを備えた分解装置、及びその運転方法に関する。
室内環境で問題となる臭気物質等の汚染物質としては、酢酸やアセトアルデヒドやホルムアルデヒド等の揮発性有機化学物質や、例えば有機物の分解によって生成するアンモニア等が知られている。
上述の分解装置を用いて、室内環境で発生する汚染物質を、例えば送気しつつ放電装置でプラズマを形成させて発生させたオゾンガス(以下単に「オゾン」と略称する)と混合して分解したり、さらにオゾンとオゾン分解触媒フィルタ(たとえばマンガン酸化物)とを組み合わせることで、さらに効率よく汚染物質を分解できることが知られている(例えば、特許文献1の〔0005〕段落参照)。
プラズマを用いる方法は、オゾンのみならず、副生成物として窒素酸化物(以下、「NOx」と略称する)が生成する。
これらオゾン及びNOxは、人体に有害な物質であるため、室内環境に供給されないように除去する構成が必要になる(例えば、特許文献2の〔0003〕段落参照)。
これらオゾン及びNOxは、人体に有害な物質であるため、室内環境に供給されないように除去する構成が必要になる(例えば、特許文献2の〔0003〕段落参照)。
オゾンの除去は、マンガン(Mn)系酸化物等で構成されるオゾン分解触媒フィルタ(吸着部の一例)を用いる方法が広く用いられる。オゾンによる分解は、オゾンの分解が起こることに伴い汚染物質が分解されるのであるが、オゾン分解触媒フィルタは、オゾンの分解を促進し、またオゾンの分解が起こることに伴い汚染物質の分解が起こることから、効果的にオゾンと汚染物質とを除去でき好適である。
一方、NOxの除去は、NOxフィルタで分解・除去する方法が広く用いられている。
一方、NOxの除去は、NOxフィルタで分解・除去する方法が広く用いられている。
しかし一般に、フィルタ類を用いて汚染物質を分解すると、その圧力損失に応じて送気のためのエネルギー消費量が大きくなる。特に、汚染物質がオゾン分解触媒フィルタとNOxフィルタとの両方を通過するように構成すると、圧力損失の増大に伴うエネルギー消費量の増大が顕著となる。
また、オゾン分解触媒フィルタ及びNOxフィルタの圧力損失を小さくするにはフィルタの入口風速を下げればよいが、そうするとフィルタのサイズが大きくなることで分解装置全体が大型化し好ましくなく、また、逆にコンパクトなサイズのオゾン分解触媒フィルタ及びNOxフィルタを用いると、圧力損失が高くなるうえ、NOx除去能力が十分でなくなってしまい、その結果、オゾン分解触媒フィルタ及びNOxフィルタが短期で破過してしまい、フィルタの交換頻度が高くなり、利便性が損なわれ、ランニングコストが増加する問題があった。
そこで、本発明は、上記事情に鑑み、吸着部及びNOxフィルタの交換頻度を少なくするとともに、ランニングコストを抑制することができる分解装置及びその運転方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明に係る分解装置は、汚染物質を含有する気体を通流させる送風機構と、プラズマによりオゾンを生成するオゾン発生機構と、前記オゾン発生機構の下流側に設けられて、前記汚染物質を吸着する吸着部とを備えた分解装置であって、その特徴構成は、
前記オゾン発生機構の下流側に設けられて、NOxを除去するNOxフィルタと、
前記汚染物質を含有する気体を、前記吸着部に通流させる吸着流路と、
前記汚染物質を含有する気体を、前記吸着部、前記NOxフィルタの順、或いは、前記NOxフィルタ、前記吸着部の順に通流させる再生流路と、
前記オゾン発生機構を停止させながら、前記汚染物質を含有する気体を前記吸着流路に通流させて、前記吸着部にて前記汚染物質を吸着する吸着分解状態と、前記オゾン発生機構を作動させながら、前記汚染物質を含有する気体を前記再生流路に通流させて、前記吸着部に吸着された前記汚染物質を分解するとともに、前記NOxフィルタにてNOxを除去する再生状態とに切り替え自在な切替部とを備えた点にある。
前記オゾン発生機構の下流側に設けられて、NOxを除去するNOxフィルタと、
前記汚染物質を含有する気体を、前記吸着部に通流させる吸着流路と、
前記汚染物質を含有する気体を、前記吸着部、前記NOxフィルタの順、或いは、前記NOxフィルタ、前記吸着部の順に通流させる再生流路と、
前記オゾン発生機構を停止させながら、前記汚染物質を含有する気体を前記吸着流路に通流させて、前記吸着部にて前記汚染物質を吸着する吸着分解状態と、前記オゾン発生機構を作動させながら、前記汚染物質を含有する気体を前記再生流路に通流させて、前記吸着部に吸着された前記汚染物質を分解するとともに、前記NOxフィルタにてNOxを除去する再生状態とに切り替え自在な切替部とを備えた点にある。
本特徴構成によれば、分解装置は、切替部を備えているので、オゾン発生機構を停止させた状態で汚染物質を含有する気体を吸着流路に通流させる吸着分解状態と、オゾン発生機構を作動させながら汚染物質を含有する気体を再生流路に通流させる再生状態とに自在に切り替えて使用できる。これにより、オゾン発生機構を常に作動させるのではなく再生状態においてのみ作動させるだけでよく、オゾン及びNOxの発生量を減らすことができ、吸着部やNOxフィルタの交換頻度を少なくすることができる。
そして、吸着分解状態にあるときは、汚染物質を含有する気体を吸着部に通流させることで、当該汚染物質を吸着部に一旦吸着し汚染物質を分解できる。これにより、吸着部で汚染物質を確実に吸着できる構成としつつも、気体を圧力損失の大きなNOxフィルタに通流させないので、通気に必要なエネルギーを少なくすることができる。
一方で、吸着部に汚染物質が吸着された後、切替部によって再生状態に切り替えられると、再生状態では、オゾン発生機構を作動させてオゾンを発生させ、汚染物質を含有する気体と共に当該オゾンを吸着部へ供給する。このとき、オゾンによって、吸着部に吸着した汚染物質を分解することができる。また、再生状態においては、オゾン発生機構の作動により副生成物としてNOxが発生しているが、当該NOxはNOxフィルタにて除去することができる。
従って、再生状態においては、吸着部に吸着した汚染物質を分解すると同時に、吸着部において汚染物質を吸着する能力を再生(以下、吸着部の汚染物質吸着能を再生することを「再活性化」と称する場合がある)することができ、吸着部を繰り返し使用することができるようになるため、吸着部の交換頻度を少なくすることができる。
また、吸着部にて汚染物質の濃度を高めた後に、オゾンを供給することができるので、オゾンによる汚染物質の分解効率が高まり、汚染物質の分解に必要なオゾンの量を減らすことができる。結果として副生成物であるNOxの発生量を削減し、分解装置全体をコンパクトに保ちつつ、NOxフィルタの交換頻度を少なくすることができる。
従って、再生状態においては、吸着部に吸着した汚染物質を分解すると同時に、吸着部において汚染物質を吸着する能力を再生(以下、吸着部の汚染物質吸着能を再生することを「再活性化」と称する場合がある)することができ、吸着部を繰り返し使用することができるようになるため、吸着部の交換頻度を少なくすることができる。
また、吸着部にて汚染物質の濃度を高めた後に、オゾンを供給することができるので、オゾンによる汚染物質の分解効率が高まり、汚染物質の分解に必要なオゾンの量を減らすことができる。結果として副生成物であるNOxの発生量を削減し、分解装置全体をコンパクトに保ちつつ、NOxフィルタの交換頻度を少なくすることができる。
さらに、再生状態において、吸着部に吸着されている汚染物質の少なくとも一部が分解除去されると、切替部によって状態を切り替え、オゾンを発生させず、しかも圧力損失の低い吸着分解状態での動作を再度開始することができる。このように吸着分解状態と再生状態とを繰り返すことで分解操作を継続できる。
このように、本特徴構成によれば、汚染物質を吸着部に吸着してから吸着部に対してオゾンを供給し、またオゾンを発生させる時のみ気体をNOxフィルタに通流させるようにすることで、NOxの発生量を削減し、吸着部及びNOxフィルタの交換頻度を少なくすることができる。
本発明に係る分解装置の更なる特徴構成は、前記吸着流路は、前記汚染物質を含有する気体を、前記オゾン発生機構、前記吸着部の順に通流させる構成とされ、前記再生流路は、前記汚染物質を含有する気体を、前記オゾン発生機構、前記吸着部、前記NOxフィルタ、或いは、前記オゾン発生機構、前記NOxフィルタ、前記吸着部の順に通流させる構成とされる点にある。
本特徴構成によれば、オゾン発生機構を作動させてプラズマを発生させている再生状態において、汚染物質を含有する気体に対して、確実にオゾンを接触させることができるため、分解装置の分解能力を向上させることができる。
これにより、分解装置の分解能力が高まるため、オゾンの発生量を少なくすることができ、結果として副生成物であるNOxの発生量を削減し、分解装置全体をコンパクトに保ちつつ、NOxフィルタ等の交換頻度を少なくすることができる。
これにより、分解装置の分解能力が高まるため、オゾンの発生量を少なくすることができ、結果として副生成物であるNOxの発生量を削減し、分解装置全体をコンパクトに保ちつつ、NOxフィルタ等の交換頻度を少なくすることができる。
本発明に係る分解装置の更なる特徴構成は、前記オゾン発生機構が作動している前記再生状態では、前記オゾン発生機構が停止している前記吸着分解状態よりも、前記吸着部を通流する前記汚染物質を含む気体の通流量が少なくなるよう構成されている点にある。
本特徴構成によれば、再生状態において吸着部でのオゾンの滞留時間を長くすることができ、オゾンによって吸着部をより一層効率よく再活性化できるようになるため、吸着部の交換頻度を少なくすることができる。
また、吸着部で分解に寄与せずにそのまま吸着部の下流に流れ出るオゾンの量を低減することができる。すなわち、オゾンが汚染物質の分解に寄与する分解寄与率が高まるため、汚染物質の分解に必要なオゾンの量をさらに減らすことができる。そして、オゾンの発生量をさらに少なくすることができる結果として、副生成物であるNOxの発生量を一層削減し、NOxフィルタ等の交換頻度をさらに少なくすることができる。さらに、通流量が減るために、NOxフィルタ等での圧力損失を小さくし、エネルギー消費量を減らすことができる。
また、吸着部で分解に寄与せずにそのまま吸着部の下流に流れ出るオゾンの量を低減することができる。すなわち、オゾンが汚染物質の分解に寄与する分解寄与率が高まるため、汚染物質の分解に必要なオゾンの量をさらに減らすことができる。そして、オゾンの発生量をさらに少なくすることができる結果として、副生成物であるNOxの発生量を一層削減し、NOxフィルタ等の交換頻度をさらに少なくすることができる。さらに、通流量が減るために、NOxフィルタ等での圧力損失を小さくし、エネルギー消費量を減らすことができる。
本発明に係る分解装置の更なる特徴構成は、前記吸着部は、オゾンを前記汚染物質とともに分解するオゾン分解除去部を含む点にある。
本特徴構成によれば、吸着部がオゾン分解除去部を含んで構成されるので、吸着部に汚染物質を物理吸着させた後、吸着部にオゾンを供給し、吸着部において吸着した汚染物質と共にオゾンを分解することができる。
これにより、吸着部での汚染物質の分解効率が高まるとともに、吸着部をより一層容易に再活性化できるようになるため、吸着部の交換頻度を少なくすることができる。
さらに、吸着部で分解に寄与せずにそのまま吸着部の下流に流れでるオゾンの量を減少させることができる。すなわち、オゾンが汚染物質の分解に寄与する分解寄与率が高まるため、オゾンの発生量を少なくすることができる。結果として副生成物であるNOxの発生量を削減し、NOxフィルタ等の交換頻度を少なくすることができる。また、NOxフィルタにオゾンが吸着してNOxフィルタの寿命を短くする不具合を回避できるため、NOxフィルタの交換頻度を少なくすることができる。
これにより、吸着部での汚染物質の分解効率が高まるとともに、吸着部をより一層容易に再活性化できるようになるため、吸着部の交換頻度を少なくすることができる。
さらに、吸着部で分解に寄与せずにそのまま吸着部の下流に流れでるオゾンの量を減少させることができる。すなわち、オゾンが汚染物質の分解に寄与する分解寄与率が高まるため、オゾンの発生量を少なくすることができる。結果として副生成物であるNOxの発生量を削減し、NOxフィルタ等の交換頻度を少なくすることができる。また、NOxフィルタにオゾンが吸着してNOxフィルタの寿命を短くする不具合を回避できるため、NOxフィルタの交換頻度を少なくすることができる。
本発明に係る分解装置の更なる特徴構成は、前記オゾン分解除去部は、二酸化マンガンを含むオゾン分解触媒である点にある。
本特徴構成によれば、二酸化マンガンを含むオゾン分解触媒を用いることで、オゾンによる汚染物質の分解能力をさらに向上させることができるので、吸着部で分解に寄与せずにそのまま吸着部の下流に流れ出るオゾンの量を減少させることができる。すなわち、オゾンが汚染物質の分解に寄与する分解寄与率が高まるため、オゾンの発生量を少なくすることができる。結果として副生成物であるNOxの発生量を削減し、NOxフィルタ等の交換頻度を少なくすることができる。また、NOxフィルタにオゾンが吸着してNOxフィルタの寿命を短くする不具合を回避できるため、NOxフィルタの交換頻度を少なくすることができる。
本発明に係る分解装置の更なる特徴構成は、前記オゾン発生機構の上流側に、エアフィルタを備える点にある。
本特徴構成によれば、エアフィルタで汚染物質を含む気体を濾過して、チリやほこり等の微粒子を除去することができるので、オゾン発生機構や、吸着部やNOx処理部が当該微粒子で汚染され、能力が低下してしまうことを防止できる。
そして、吸着部の能力を汚染により低下させずに使用できるので、吸着部の能力を低下を見越して過剰な設計を行う必要が無くなり、吸着部のサイズを小さくすることができ、かつ、吸着部の交換頻度を少なくすることができる。また、NOxフィルタの能力を汚染で低下させずに使用することができるので、NOxフィルタの交換頻度を少なくすることができる。
そして、吸着部の能力を汚染により低下させずに使用できるので、吸着部の能力を低下を見越して過剰な設計を行う必要が無くなり、吸着部のサイズを小さくすることができ、かつ、吸着部の交換頻度を少なくすることができる。また、NOxフィルタの能力を汚染で低下させずに使用することができるので、NOxフィルタの交換頻度を少なくすることができる。
本発明に係る分解装置の更なる特徴構成は、前記吸着部の下流側に、前記汚染物質の濃度を検出する汚染物質濃度検出部を備え、前記汚染物質濃度検出部の検出濃度値が所定の値になると、前記切替部が、前記汚染物質を含有する気体の通流状態を、前記吸着分解状態から前記再生状態に切り替える点にある。
本特徴構成によれば、吸着部が汚染物質で飽和したり、飽和に近づいた段階で、オゾンの発生を開始して再生状態に切り替えて、汚染物質の分解を行うことができ、汚染物質が吸着部の下流に漏れ続けることを回避できる。
ここで、飽和に近づく前にオゾンの発生を開始すると、吸着部での汚染物質の濃度が低いため、汚染物質の分解効率が下がってしまう。そして、オゾンが汚染物質の分解に寄与する分解寄与率が低くなる。そのため、処理される汚染物質量に対するオゾンの発生量を多くすることになり、結果として処理される汚染物質量に対する副生成物であるNOxの発生量が増えてしまう。しかし、本特徴構成によれば、吸着部が汚染物質で飽和したり、飽和に近づいた後に、オゾン発生を開始して汚染物質の分解を行うように構成できるため、NOxの発生量を削減し、NOxフィルタの交換頻度を最大限に少なくすることができる。
ここで、飽和に近づく前にオゾンの発生を開始すると、吸着部での汚染物質の濃度が低いため、汚染物質の分解効率が下がってしまう。そして、オゾンが汚染物質の分解に寄与する分解寄与率が低くなる。そのため、処理される汚染物質量に対するオゾンの発生量を多くすることになり、結果として処理される汚染物質量に対する副生成物であるNOxの発生量が増えてしまう。しかし、本特徴構成によれば、吸着部が汚染物質で飽和したり、飽和に近づいた後に、オゾン発生を開始して汚染物質の分解を行うように構成できるため、NOxの発生量を削減し、NOxフィルタの交換頻度を最大限に少なくすることができる。
上記目的を達成するための本発明に係る分解装置の運転方法は、汚染物質を含有する気体を通流させる送風機構と、プラズマによりオゾンを生成するオゾン発生機構と、前記汚染物質を吸着する吸着部と、NOxを除去するNOxフィルタとを備えた分解装置の運転方法であって、その特徴構成は、
前記オゾン発生機構を停止しつつ、前記汚染物質を含有する気体を、前記オゾン発生機構、前記吸着部の順に通流させて、前記吸着部にて前記汚染物質を吸着する吸着分解工程と、前記オゾン発生機構を作動しつつ、前記汚染物質を含有する気体を、前記オゾン発生機構、前記吸着部、前記NOxフィルタの順、或いは、前記オゾン発生機構、前記NOxフィルタ、前記吸着部の順に通流させて、前記吸着部に吸着された前記汚染物質を分解するとともに、前記NOxフィルタにてNOxを除去する再生工程と、を順次実行する点にある。
前記オゾン発生機構を停止しつつ、前記汚染物質を含有する気体を、前記オゾン発生機構、前記吸着部の順に通流させて、前記吸着部にて前記汚染物質を吸着する吸着分解工程と、前記オゾン発生機構を作動しつつ、前記汚染物質を含有する気体を、前記オゾン発生機構、前記吸着部、前記NOxフィルタの順、或いは、前記オゾン発生機構、前記NOxフィルタ、前記吸着部の順に通流させて、前記吸着部に吸着された前記汚染物質を分解するとともに、前記NOxフィルタにてNOxを除去する再生工程と、を順次実行する点にある。
本特徴構成によれば、分解装置を、オゾン発生機構を停止させた状態で汚染物質を含有する気体を吸着流路に通流させる吸着分解工程と、オゾン発生機構を作動させながら含有する気体を再生流路に通流させる再生工程とを順次実行するように運転できるので、オゾン発生機構を常に作動させるのではなく再生状態においてのみ作動させるだけでよく、オゾン及びNOxの発生量を減らすことができ、吸着部やNOxフィルタの交換頻度を少なくすることができる。
そして、吸着分解工程では、汚染物質を含有する気体を吸着部に通流させることで、当該汚染物質を吸着部に一旦吸着し汚染物質を分解できる。これにより、吸着部で汚染物質を確実に吸着できる構成としつつも、気体を圧力損失の大きなNOxフィルタに通流させないので、通気に必要なエネルギーを少なくすることができる。
吸着分解工程の次に、再生工程を実行する。再生工程では、オゾン発生機構を作動させてオゾンを発生させ、汚染物質を含有する気体と共に当該オゾンを吸着部へ供給する。オゾンによって、吸着部に吸着した汚染物質を分解することができる。また、再生工程においては、オゾン発生機構の作動により副生成物としてNOxが発生しているが、当該NOxはNOxフィルタにて除去することができる。
従って、再生工程においては、吸着部に吸着した汚染物質を分解すると同時に、吸着部において汚染物質を吸着する能力を再生することができ、吸着部を繰り返し使用することができるようになるため、吸着部の交換頻度を少なくすることができる。
また、吸着部にて汚染物質の濃度を高めた後に、オゾンを供給することができるので、オゾンによる汚染物質の分解効率が高まり、汚染物質の分解に必要なオゾンの量を減らすことができる。結果として副生成物であるNOxの発生量を削減し、分解装置全体をコンパクトに保ちつつ、NOxフィルタの交換頻度を少なくすることができる。
従って、再生工程においては、吸着部に吸着した汚染物質を分解すると同時に、吸着部において汚染物質を吸着する能力を再生することができ、吸着部を繰り返し使用することができるようになるため、吸着部の交換頻度を少なくすることができる。
また、吸着部にて汚染物質の濃度を高めた後に、オゾンを供給することができるので、オゾンによる汚染物質の分解効率が高まり、汚染物質の分解に必要なオゾンの量を減らすことができる。結果として副生成物であるNOxの発生量を削減し、分解装置全体をコンパクトに保ちつつ、NOxフィルタの交換頻度を少なくすることができる。
さらに、再生工程において、吸着部に吸着されている汚染物質の少なくとも一部が分解除去されると、再び吸着分解工程を開始する。このように吸着分解工程と再生工程とを順次実行することで、分解操作を継続的に行うことができる。
以下、本発明の分解装置及びその運転方法の実施形態について図面に基づき説明する。
〔第一実施形態〕
第一実施形態に係る分解装置は、図1、図2に示すように、汚染物質を含有する気体を通流させるファン5(送風機構の一例)と、プラズマによりオゾンを生成するオゾン発生機構2とを備え、オゾン発生機構2の上流側に設けられてチリやほこり等の微粒子を除去(捕集)するHEPAフィルタ(エアフィルタの一例)1と、オゾン発生機構2の下流側に設けられて汚染物質を吸着する吸着部3と、オゾン発生機構2の下流側に設けられてNOxを除去するNOxフィルタ6と、分解装置の各構成部材の運転を制御する制御部(図示せず)を備える。
本実施形態では、汚染物質を含有する気体が通流する通流方向において上流側から下流側に向かって、HEPAフィルタ1、オゾン発生機構2、吸着部3の順に設置され、吸着部3の下流側には、ダンパ(切替部の一例)9が設置されている。
〔第一実施形態〕
第一実施形態に係る分解装置は、図1、図2に示すように、汚染物質を含有する気体を通流させるファン5(送風機構の一例)と、プラズマによりオゾンを生成するオゾン発生機構2とを備え、オゾン発生機構2の上流側に設けられてチリやほこり等の微粒子を除去(捕集)するHEPAフィルタ(エアフィルタの一例)1と、オゾン発生機構2の下流側に設けられて汚染物質を吸着する吸着部3と、オゾン発生機構2の下流側に設けられてNOxを除去するNOxフィルタ6と、分解装置の各構成部材の運転を制御する制御部(図示せず)を備える。
本実施形態では、汚染物質を含有する気体が通流する通流方向において上流側から下流側に向かって、HEPAフィルタ1、オゾン発生機構2、吸着部3の順に設置され、吸着部3の下流側には、ダンパ(切替部の一例)9が設置されている。
ダンパ9は、制御部からの指令を受けて、吸着部3を通過して当該ダンパ9に流入した気体の流れが、NOxフィルタ6、ファン5の順に通風するNOx除去流路7と、NOxフィルタ6を介さずにファン5に通風する迂回流路8との何れか一方に連通するように、通風状態を2つの状態に切り替え自在に構成されている。
ダンパ9とファン5との間には、ダンパ9からNOxフィルタ6を介してファン5に連通するNOx除去流路7と、ダンパ9からNOxフィルタ6を迂回してファン5に連通する迂回流路8とが、並列に設けられている。
なお、ダンパ9と、NOxフィルタ6と、ダンパ9からNOxを除去するNOxフィルタ6に連通するNOx除去流路7と、NOxフィルタ6を迂回する迂回流路8と備える部位をNOx処理部4として扱う。
ダンパ9とファン5との間には、ダンパ9からNOxフィルタ6を介してファン5に連通するNOx除去流路7と、ダンパ9からNOxフィルタ6を迂回してファン5に連通する迂回流路8とが、並列に設けられている。
なお、ダンパ9と、NOxフィルタ6と、ダンパ9からNOxを除去するNOxフィルタ6に連通するNOx除去流路7と、NOxフィルタ6を迂回する迂回流路8と備える部位をNOx処理部4として扱う。
従って、汚染物質を含有する気体を、HEPAフィルタ1、オゾン発生機構2、吸着部3、ダンパ9、迂回流路8、ファン5の順に通流させる流路が、吸着流路(図示せず)として機能する。また、汚染物質を含有する気体を、HEPAフィルタ1、オゾン発生機構2、吸着部3、ダンパ9、NOx除去流路7、NOxフィルタ6、ファン5の順に通流させる流路が、再生流路(図示せず)として機能する。なお、HEPAフィルタ1に流入する汚染物質を含有する気体を吸気21と呼称し、ファン5から排出される気体を排気22と呼称する場合がある。
つまり、ダンパ9が、制御部からの制御を受けて、オゾン発生機構2を停止させながら、汚染物質を含有する気体を吸着流路に通流させて、吸着部3にて汚染物質を吸着する吸着分解状態と、オゾン発生機構2を作動させながら、汚染物質を含有する気体を再生流路に通流させて、吸着部3に吸着された汚染物質を分解するとともに、NOxフィルタ6にてNOxを除去する再生状態とに切り替え自在な切替部として機能する。
つまり、ダンパ9が、制御部からの制御を受けて、オゾン発生機構2を停止させながら、汚染物質を含有する気体を吸着流路に通流させて、吸着部3にて汚染物質を吸着する吸着分解状態と、オゾン発生機構2を作動させながら、汚染物質を含有する気体を再生流路に通流させて、吸着部3に吸着された汚染物質を分解するとともに、NOxフィルタ6にてNOxを除去する再生状態とに切り替え自在な切替部として機能する。
吸着部3とダンパ9との間には、汚染物質の濃度を検出する汚染物質濃度センサ(汚染物質濃度検出部の一例)10が設けられており、検出された汚染物質の濃度を制御部に出力するように構成されている。
また、NOx除去流路7におけるダンパ9とNOxフィルタ6との間には、NOx濃度センサ11が設けられており、ダンパ9からNOxフィルタ6に流入する気流のNOxの濃度を制御部に出力するように構成されている。
また、NOx除去流路7におけるダンパ9とNOxフィルタ6との間には、NOx濃度センサ11が設けられており、ダンパ9からNOxフィルタ6に流入する気流のNOxの濃度を制御部に出力するように構成されている。
次に、分解装置の各構成部材について説明を加える。
オゾン発生機構2としての大気圧下でプラズマを発生させる大気圧プラズマ装置(プラズマ発生装置の一例)は、誘電体で導電性電極表面の一部を保護してつくられる沿面放電型のデバイスや、対向電極の片側を針状にしてコロナ放電を誘発するデバイスや、10〜100μmオーダーのギャップをとった対向平板電極間に電界を印加することでプラズマを発生させる装置を採用することができる。これら大気圧プラズマ装置は、対向する両平板電極の面積分の大きさだけ放電空間が広がっており、ランダムに生成されるストリーマ放電によって効率よく大気分子が電離や電子移動反応を起こし、オゾン、イオン、ラジカル等の活性種を大量に発生させる。また、大気圧下においてもわずか1kV程度からプラズマ生成が可能であり、電源や全体のプラズマシステムを小さくできるという特徴を有している。さらに、放電空間通過処理タイプとして利用する場合には、被処理空気の流量を多くとれる利点がある。
吸着部3は、筐体等の内部にオゾン分解触媒(オゾン分解触媒部の一例)3aを備え、当該オゾン分解触媒3aは、吸着原理が可逆的であり、オゾンの流通によって汚染物質を分解すると、再び吸着能が再生し、再活性化できる構成のものを用いることができる。
オゾン分解触媒3aとしては、例えば、活性炭、ゼオライト、シリカのような多孔質物質、遷移金属化合物のような汚染物質と親和性がある物質を主成分として含む材料が用いられる。
好適な遷移金属酸化物としては例えば、二酸化マンガン、酸化ニッケル、四三酸化鉄、酸化銅、炭酸コバルト、炭酸ニッケル、及び炭酸銅の何れか一種又は複数種の組み合わせ(銅−マンガン や 銅−クロム等の複合酸化物触媒)等である。これらの材料はオゾンを分解する能力を有するとともに、汚染物質を吸着する能力を有する。
オゾン分解触媒3aとしては、例えば、活性炭、ゼオライト、シリカのような多孔質物質、遷移金属化合物のような汚染物質と親和性がある物質を主成分として含む材料が用いられる。
好適な遷移金属酸化物としては例えば、二酸化マンガン、酸化ニッケル、四三酸化鉄、酸化銅、炭酸コバルト、炭酸ニッケル、及び炭酸銅の何れか一種又は複数種の組み合わせ(銅−マンガン や 銅−クロム等の複合酸化物触媒)等である。これらの材料はオゾンを分解する能力を有するとともに、汚染物質を吸着する能力を有する。
本実施形態では、オゾン分解触媒3aとして、アルミ箔でできたコルゲート状のハニカム構造体を基材とし、それに二酸化マンガンの触媒を担持添着させたオゾン分解触媒を用いた。
このオゾン分解触媒3aは、汚染物質の物理吸着特性及びオゾンによる再活性効果に優れ好適である。
なお、二酸化マンガンによるオゾンの分解は、オゾン分解触媒3aがオゾンと接触して、酸素を生成するとともに、その表面に活性酸素を生成し、その活性酸素がさらにオゾンと接触して酸素を生成するものであると考えられている。このことから、オゾン分解触媒3aの表面に吸着した汚染物質がオゾンの分解により生成した活性酸素と反応して分解すると考えると、オゾン分解触媒3aによる触媒効果を説明することができる。
このオゾン分解触媒3aは、汚染物質の物理吸着特性及びオゾンによる再活性効果に優れ好適である。
なお、二酸化マンガンによるオゾンの分解は、オゾン分解触媒3aがオゾンと接触して、酸素を生成するとともに、その表面に活性酸素を生成し、その活性酸素がさらにオゾンと接触して酸素を生成するものであると考えられている。このことから、オゾン分解触媒3aの表面に吸着した汚染物質がオゾンの分解により生成した活性酸素と反応して分解すると考えると、オゾン分解触媒3aによる触媒効果を説明することができる。
NOxフィルタ6は、活性炭等の吸着性のものでも、触媒や化学的な作用で分解したり捕集するものでもよく、NOxを吸着や分解等のできるものであれば、形態は問わない。
たとえば活性炭を用いる場合には、ハニカム状やコルゲート状とした活性炭フィルタが好適であるし、触媒や化学的な作用を用いるものとしてはたとえば、いわゆる尿素SCRシステム等を用いることもできる。活性炭フィルタとしては、粒子状活性炭をハニカム状やコルゲート状とし、かつ金属錯体またはアルカリ金属塩で処理した活性炭ペーパーを積層したフィルタを用いることが出来る。積層構造としては、セル数はおよそ200セル/平方インチ程度としたもの等を用いることが出来る。また、添着薬剤はアルカリ金属塩として炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等を用いることが出来る。
たとえば活性炭を用いる場合には、ハニカム状やコルゲート状とした活性炭フィルタが好適であるし、触媒や化学的な作用を用いるものとしてはたとえば、いわゆる尿素SCRシステム等を用いることもできる。活性炭フィルタとしては、粒子状活性炭をハニカム状やコルゲート状とし、かつ金属錯体またはアルカリ金属塩で処理した活性炭ペーパーを積層したフィルタを用いることが出来る。積層構造としては、セル数はおよそ200セル/平方インチ程度としたもの等を用いることが出来る。また、添着薬剤はアルカリ金属塩として炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等を用いることが出来る。
通風機構としては、汚染物質を含有する気体を、吸着流路や再生流路に適宜通流させることのできる構成であれば、公知の構成を用いることができるが、本実施形態では、ファン5を用いた。なお、気流の処理量が大きなシステムの場合、いわゆるブロアを用いてもよいし、静穏性を要求される環境であったり、より一層の小型化を要求される用途においては、いわゆるエジェクタやベンチュリ、リングノズルのような空気力学的手法で送風力を発生させる構成を用いてもよい。
なお、分解装置の各機器部材等は、それぞれが説明した順序で連通されていればよく、例えば機器部材同士が直接連通していたり、いわゆるパイプ、ダクト、円管等の流路で結ばれていてもよい。言い換えれば気流が流通する適切な方法で連通していれば、各機器部材等は流路で連通されているものとする概念である。
次に、本実施形態の分解装置の運転方法を説明する。当該運転方法は、吸着分解工程と、再生工程とに大別される。
〔吸着分解工程〕
まず、分解装置が運転開始すると、制御部は、図1に示すように、オゾン発生機構2の作動を停止しつつ、ダンパ9を、吸着部3を通過して当該ダンパ9に流入した気体の流れが、NOxフィルタ6を介さずに、ファン5に通風させる迂回流路8に連通するように、通風状態を切り替える。すなわち、汚染物質を含有する気体31の流れが、HEPAフィルタ1、オゾン発生機構2、吸着部3、ダンパ9、迂回流路8、ファン5の順に吸着流路を通流する吸着分解状態となるように、通風状態を吸着分解状態に切り替えて、吸着分解工程を実行する。
なお、図1は、吸着分解状態にある分解装置のフローを示している。
まず、分解装置が運転開始すると、制御部は、図1に示すように、オゾン発生機構2の作動を停止しつつ、ダンパ9を、吸着部3を通過して当該ダンパ9に流入した気体の流れが、NOxフィルタ6を介さずに、ファン5に通風させる迂回流路8に連通するように、通風状態を切り替える。すなわち、汚染物質を含有する気体31の流れが、HEPAフィルタ1、オゾン発生機構2、吸着部3、ダンパ9、迂回流路8、ファン5の順に吸着流路を通流する吸着分解状態となるように、通風状態を吸着分解状態に切り替えて、吸着分解工程を実行する。
なお、図1は、吸着分解状態にある分解装置のフローを示している。
この吸着分解工程では、汚染物質を含有する気体31はHEPAフィルタ1にて濾過されて、濾過後の汚染物質を含有する気体32となり、オゾン発生機構2を経て、さらに吸着部3に導かれ、吸着部3のオゾン分解触媒3aで汚染物質を吸着され、汚染物質を分解された気体33になる。
そして、吸着脱着工程では、ダンパ9が迂回流路8に連通し、汚染物質を分解された気体33はNOxフィルタ6を通過することなく、ファン5を介して分解装置の系外に排気22として排気される。
そして、吸着脱着工程では、ダンパ9が迂回流路8に連通し、汚染物質を分解された気体33はNOxフィルタ6を通過することなく、ファン5を介して分解装置の系外に排気22として排気される。
〔汚染物質濃度判定〕
吸着分解工程において、吸着分解工程から後述する再生工程への切り替えの判定を、吸着部3の下流に設けられた汚染物質濃度センサ10にて検出される汚染物質の濃度により判定する。具体的には、たとえば、制御部は、汚染物質濃度センサ10にて検出した汚染物質を分解された気体33における汚染物質の濃度と、あらかじめ設定した所定の値とを比較して、検出値が所定の値になった時に、オゾン分解触媒3aが汚染物質で破過した状態(汚染物質を吸着しなくなった状態)であるとして、吸着分解工程から再生工程への切り替えのタイミングであると判定する。
そして、このように、切り替えのタイミングであると判定すると、制御部は、再生工程に切り替えて、再生工程を実行するように構成される。
吸着分解工程において、吸着分解工程から後述する再生工程への切り替えの判定を、吸着部3の下流に設けられた汚染物質濃度センサ10にて検出される汚染物質の濃度により判定する。具体的には、たとえば、制御部は、汚染物質濃度センサ10にて検出した汚染物質を分解された気体33における汚染物質の濃度と、あらかじめ設定した所定の値とを比較して、検出値が所定の値になった時に、オゾン分解触媒3aが汚染物質で破過した状態(汚染物質を吸着しなくなった状態)であるとして、吸着分解工程から再生工程への切り替えのタイミングであると判定する。
そして、このように、切り替えのタイミングであると判定すると、制御部は、再生工程に切り替えて、再生工程を実行するように構成される。
なお、吸着分解工程の継続時間(吸着分解工程から再生工程への切替までの時間)は、汚染物質濃度センサ10の検出結果を用いずに、あらかじめ設定した時間をもって終了するよう構成してもよく、例えば、吸着脱着工程の継続時間を、あらかじめ設定した時間T1とし、時間T1が経過したら吸着分解工程を終了して、再生工程を開始するように構成してもよい。
〔再生工程〕
再生工程に切り替えると、制御部は、図2に示すように、オゾン発生機構2を作動させつつ、ダンパ9を、吸着部3を通過して当該ダンパ9に流入した気体の流れが、NOxフィルタ6を介して、ファン5に通風させるNOx除去流路7に連通するように、通風状態を切り替える。すなわち、汚染物質を含有する気体の流れ31が、HEPAフィルタ1、オゾン発生機構2、吸着部3、ダンパ9、NOx除去流路7のNOxフィルタ6、ファン5の順に再生流路を通流する再生状態となるように、通風状態を再生状態に切り替えて、再生工程を実行する。再生工程に切り替える際は、オゾン発生機構2から発生するNOxがダンパ9を介して迂回流路8に通流しないように、ダンパ9がNOx除去流路7に連通した後にオゾン発生機構2が作動するようにすることが好ましい。
なお、図2は、再生状態にある分解装置のフローを示している。
再生工程に切り替えると、制御部は、図2に示すように、オゾン発生機構2を作動させつつ、ダンパ9を、吸着部3を通過して当該ダンパ9に流入した気体の流れが、NOxフィルタ6を介して、ファン5に通風させるNOx除去流路7に連通するように、通風状態を切り替える。すなわち、汚染物質を含有する気体の流れ31が、HEPAフィルタ1、オゾン発生機構2、吸着部3、ダンパ9、NOx除去流路7のNOxフィルタ6、ファン5の順に再生流路を通流する再生状態となるように、通風状態を再生状態に切り替えて、再生工程を実行する。再生工程に切り替える際は、オゾン発生機構2から発生するNOxがダンパ9を介して迂回流路8に通流しないように、ダンパ9がNOx除去流路7に連通した後にオゾン発生機構2が作動するようにすることが好ましい。
なお、図2は、再生状態にある分解装置のフローを示している。
この再生工程では、汚染物質を含有する気体31はHEPAフィルタ1にて濾過されて、濾過後の汚染物質を含有する気体32となり、オゾン発生機構2を経て、さらに吸着部3に導かれる。
この際、オゾン発生機構2は作動状態にあるからオゾン23及びNOxが発生しており、濾過後の汚染物質を含有する気体32はオゾン発生機構2を経て汚染物質を含有する気体とオゾン及びNOxとの混合気体34となり、吸着部3に導かれる。
この際、オゾン発生機構2は作動状態にあるからオゾン23及びNOxが発生しており、濾過後の汚染物質を含有する気体32はオゾン発生機構2を経て汚染物質を含有する気体とオゾン及びNOxとの混合気体34となり、吸着部3に導かれる。
吸着部3では、オゾンとオゾン分解触媒3aに吸着した汚染物質とが直接反応して、それぞれが分解する反応(汚染物質をオゾンが酸化分解する反応)、オゾンとオゾン分解触媒3aに吸着した汚染物質とがオゾン分解触媒3aの触媒作用によって反応して、それぞれが分解する反応(汚染物質をオゾンが酸化分解する反応)、及び、オゾンがオゾン分解触媒3aの触媒作用によって分解する反応(オゾンが酸素へ分解する反応)の3つの反応が同時に起こり、汚染物質とオゾンとの双方が分解除去される。そして汚染物質を含有する気体とオゾン及びNOxの混合気体34とは、NOxを含有する気体35となる。
また、再生工程では、オゾン発生機構2を経て、さらに吸着部3を経たNOxを含有する気体35は、NOx除去流路7のNOxフィルタ6に導かれる。
そして、NOxを含有する気体35のNOxは、NOxフィルタ6にて除去され、浄化された気体36が分解装置から排気22として排気される。
つまり、オゾン発生機構2を通流した、汚染物質を含有する気体とオゾン及びNOxの混合気体34とは、吸着部3を経てNOxを含有する気体35となり、さらにNOxフィルタ6を通流して浄化された気体36となって分解装置から排気22として排気される。
そして、NOxを含有する気体35のNOxは、NOxフィルタ6にて除去され、浄化された気体36が分解装置から排気22として排気される。
つまり、オゾン発生機構2を通流した、汚染物質を含有する気体とオゾン及びNOxの混合気体34とは、吸着部3を経てNOxを含有する気体35となり、さらにNOxフィルタ6を通流して浄化された気体36となって分解装置から排気22として排気される。
なお、再生工程の継続時間は、本実施形態ではあらかじめ設定した時間で終了するように構成される。例えば、吸着部3のオゾン分解触媒3aに吸着された汚染物質を、オゾン発生機構2により生成したオゾンにより、所定程度分解することができる所定時間に設定される。
ここで、本実施形態では、吸着分解工程及び再生工程において、ファン5の運転状態は一定の出力とする運転状態を維持しているが、吸着分解工程(吸着分解状態)よりも再生工程(再生状態)の時は、分解装置の気流の流路の抵抗が大きくなるため、通風機構の出力を下げない状態で通気量が少なくなるように構成されている。なお、インバーターの周波数変更によりファン5による出力を変更したり、流路の抵抗を増す機構(たとえばダンパ等の開度調整機構)を別途設けて流路の圧力損失を調節したりすること等により、再生工程(再生状態)において吸着分解工程(吸着分解状態)よりも、吸着部3を通流する汚染物質を含む気体の通流量が少なくなるよう構成することもできる。
以上のように、吸着分解工程から再生工程までを1サイクルとし、これを繰り返すことで分解操作を継続的に行うことができる。
なお、上記説明では、再生工程が終了すると、すぐに吸着分解工程に工程移行してもよいのであるが、再生工程から吸着分解工程へ切り替える際に、切替工程を設けてもよい。
説明を加えると、再生工程においてオゾン分解触媒3aに吸着した汚染物質が分解除去されると、オゾン発生機構2を一旦停止し、停止後、所定時間経過してから、吸着分解工程を再開する。このように、再生工程においてオゾン発生機構2を停止した後、吸着分解工程を開始する前までの所定時間が、切替工程となる。
説明を加えると、オゾン発生機構2が停止した直後には、オゾン発生機構2からNOx処理部4の間の流路に未除去のNOxが残留している。そこで、残留NOxを除去するために、ダンパ9を再び迂回流路8へ連通させるタイミングを、当該残留NOxがNOxフィルタ6で除去されるまでの所定時間T2を経過した後となるように設定する。
このように、切替工程を設けることで、オゾン発生機構2から発生した残留NOxがダ
ンパ9を介して迂回流路8に通流しないように構成することができる。
説明を加えると、再生工程においてオゾン分解触媒3aに吸着した汚染物質が分解除去されると、オゾン発生機構2を一旦停止し、停止後、所定時間経過してから、吸着分解工程を再開する。このように、再生工程においてオゾン発生機構2を停止した後、吸着分解工程を開始する前までの所定時間が、切替工程となる。
説明を加えると、オゾン発生機構2が停止した直後には、オゾン発生機構2からNOx処理部4の間の流路に未除去のNOxが残留している。そこで、残留NOxを除去するために、ダンパ9を再び迂回流路8へ連通させるタイミングを、当該残留NOxがNOxフィルタ6で除去されるまでの所定時間T2を経過した後となるように設定する。
このように、切替工程を設けることで、オゾン発生機構2から発生した残留NOxがダ
ンパ9を介して迂回流路8に通流しないように構成することができる。
また、当該所定時間を設定する代わりに、図2に示すように、NOx除去流路7にNOx濃度検出手段として設けられたNOx濃度センサ11で、NOxを含有する気体35のNOxの濃度を検出することもできる。具体的には、検出されたNOxの濃度が所定の値よりも小さくなったときに、切替工程から吸着分解工程へ、或いは、再生工程から吸着分解工程へ切り替えるように構成することができる。
従って、オゾン分解触媒3a及びNOxフィルタ6の交換頻度を少なくするとともに、ランニングコストを抑制することができる分解装置及びその運転方法を得ることができた。
〔第二実施形態〕
次に、本発明の分解装置の第二実施形態について説明する。この実施形態は第一実施形態と基本的には同様の構成であるが、ファン5の位置を変更している点で第一実施形態と異なる。図3に示すように、第二実施形態では、ファン5を吸着部3の下流であって、NOx処理部4の上流側に設置する。第二実施形態における分解装置の概略構成図を図3に示す。
なお、第二実施形態では、吸着流路は、汚染物質を含有する気体が、HEPAフィルタ1、オゾン発生機構2、オゾン発生機構2の下流側に設けられて汚染物質を吸着する吸着部3、ファン5、ダンパ9、迂回流路8の順に流れる流路として構成される。
同様に、再生流路は、汚染物質を含有する気体が、HEPAフィルタ1、オゾン発生機構2、吸着部3、ファン5、ダンパ9、NOx除去流路7のNOxフィルタ6の順に流れる流路として構成される。
この構成の分解装置においても、第一実施形態と同様の運転方法により良好な汚染物質分解効果を得ることができる。
次に、本発明の分解装置の第二実施形態について説明する。この実施形態は第一実施形態と基本的には同様の構成であるが、ファン5の位置を変更している点で第一実施形態と異なる。図3に示すように、第二実施形態では、ファン5を吸着部3の下流であって、NOx処理部4の上流側に設置する。第二実施形態における分解装置の概略構成図を図3に示す。
なお、第二実施形態では、吸着流路は、汚染物質を含有する気体が、HEPAフィルタ1、オゾン発生機構2、オゾン発生機構2の下流側に設けられて汚染物質を吸着する吸着部3、ファン5、ダンパ9、迂回流路8の順に流れる流路として構成される。
同様に、再生流路は、汚染物質を含有する気体が、HEPAフィルタ1、オゾン発生機構2、吸着部3、ファン5、ダンパ9、NOx除去流路7のNOxフィルタ6の順に流れる流路として構成される。
この構成の分解装置においても、第一実施形態と同様の運転方法により良好な汚染物質分解効果を得ることができる。
〔第三実施形態〕
次に、本発明の分解装置の第三実施形態について説明する。この実施形態も第一及び第二実施形態と基本的には同様の構成であるが、第一及び第二実施形態と比較して、一部の部材や工程の順序を入れ替えた実施形態である。
具体的には、第三実施形態は、図4に示すように、オゾン発生機構2の下流にNOx処理部4を設け、さらにその下流に吸着部3を設けるよう構成する。
従って、第三実施形態では、吸着流路は、汚染物質を含有する気体が、HEPAフィルタ1、オゾン発生機構2、ダンパ9、迂回流路8、ファン5、吸着部3の順に流れる流路として構成される。
同様に、再生流路は、汚染物質を含有する気体が、HEPAフィルタ1、オゾン発生機構2、ダンパ9、NOx除去流路7のNOxフィルタ6、ファン5、吸着部3の順に流れる流路として構成される。
次に、本発明の分解装置の第三実施形態について説明する。この実施形態も第一及び第二実施形態と基本的には同様の構成であるが、第一及び第二実施形態と比較して、一部の部材や工程の順序を入れ替えた実施形態である。
具体的には、第三実施形態は、図4に示すように、オゾン発生機構2の下流にNOx処理部4を設け、さらにその下流に吸着部3を設けるよう構成する。
従って、第三実施形態では、吸着流路は、汚染物質を含有する気体が、HEPAフィルタ1、オゾン発生機構2、ダンパ9、迂回流路8、ファン5、吸着部3の順に流れる流路として構成される。
同様に、再生流路は、汚染物質を含有する気体が、HEPAフィルタ1、オゾン発生機構2、ダンパ9、NOx除去流路7のNOxフィルタ6、ファン5、吸着部3の順に流れる流路として構成される。
この構成の分解装置においても、第一及び第二実施形態と同様の運転方法により良好な汚染物質分解効果が得られる。
〔第四実施形態〕
次に、本発明の分解装置の第四実施形態について説明する。
図5に示すように、第四実施形態は、第三実施形態において、オゾン発生機構2を、ダンパ9とNOxフィルタ6の間のNOx除去流路7上に移動させた構成に相当する。
ここで、分解装置において吸着分解状態ではオゾン発生機構2は作動していない。しかし、オゾン発生機構2も一定の圧力損失を有するから、オゾン発生機構が停止している際に、オゾン発生機構2に通気させると、その圧力損失と通気量に応じたエネルギーが消費される。そこで、第四実施形態では、オゾン発生機構2に通気させる際の圧力損失によるエネルギー消費を抑制するために、吸着分解状態を行う吸着分解工程において、NOxフィルタ6と共にオゾン発生機構2も迂回するように迂回流路8を構成している。
次に、本発明の分解装置の第四実施形態について説明する。
図5に示すように、第四実施形態は、第三実施形態において、オゾン発生機構2を、ダンパ9とNOxフィルタ6の間のNOx除去流路7上に移動させた構成に相当する。
ここで、分解装置において吸着分解状態ではオゾン発生機構2は作動していない。しかし、オゾン発生機構2も一定の圧力損失を有するから、オゾン発生機構が停止している際に、オゾン発生機構2に通気させると、その圧力損失と通気量に応じたエネルギーが消費される。そこで、第四実施形態では、オゾン発生機構2に通気させる際の圧力損失によるエネルギー消費を抑制するために、吸着分解状態を行う吸着分解工程において、NOxフィルタ6と共にオゾン発生機構2も迂回するように迂回流路8を構成している。
つまり、この第四実施形態は、NOx処理部4として、ダンパ9と、オゾン発生機構2と、NOxフィルタ6と、NOx除去流路7と、迂回流路8とを備える。そして、NOx処理部4の下流に吸着部3が設けられている。
従って、第四実施形態では、吸着流路は、汚染物質を含有する気体が、HEPAフィルタ1、ダンパ9、迂回流路8、ファン5、吸着部3の順に流れる流路として構成される。
同様に、再生流路は、汚染物質を含有する気体が、HEPAフィルタ1、ダンパ9、NOx除去流路7におけるオゾン発生機構2及びNOxフィルタ6、ファン5、吸着部3の順に流れる流路として構成される。
従って、第四実施形態では、吸着流路は、汚染物質を含有する気体が、HEPAフィルタ1、ダンパ9、迂回流路8、ファン5、吸着部3の順に流れる流路として構成される。
同様に、再生流路は、汚染物質を含有する気体が、HEPAフィルタ1、ダンパ9、NOx除去流路7におけるオゾン発生機構2及びNOxフィルタ6、ファン5、吸着部3の順に流れる流路として構成される。
なお、第四実施形態においては、ファン5を、オゾン発生機構2の下流側であってNOx処理部4の上流側に設けてもよいし、HEPAフィルタ1の下流であってオゾン発生機構2の上流側に設けてもよい。
この構成の分解装置においても、第一〜第三実施形態と同様の運転方法により良好な汚染物質分解効果が得られる。
なお、第四実施形態は、第一〜第三実施形態と比べると、吸着分解工程において、気体がオゾン発生機構2を通流しないため、吸着分解状態での分解装置全体の圧力損失をさらに小さくすることができる。一方、再生状態においては、第一〜第三実施形態と同様に、気体が吸着部とNOxフィルタを通流する再生流路を形成しており、第一〜第三実施形態と同様に吸着部3を再生できる。
なお、第四実施形態は、第一〜第三実施形態と比べると、吸着分解工程において、気体がオゾン発生機構2を通流しないため、吸着分解状態での分解装置全体の圧力損失をさらに小さくすることができる。一方、再生状態においては、第一〜第三実施形態と同様に、気体が吸着部とNOxフィルタを通流する再生流路を形成しており、第一〜第三実施形態と同様に吸着部3を再生できる。
〔その他の実施形態〕
上記の実施形態においては、分解装置の構成の代表例を示した。しかし本発明においてはたとえばさらに以下のような変形が可能である。
上記の実施形態においては、分解装置の構成の代表例を示した。しかし本発明においてはたとえばさらに以下のような変形が可能である。
上記実施形態ではエアフィルタとしてHEPAフィルタ1を用いる例を示したが、エアフィルタは、分解装置内部の各部の微粒子汚染を防止できるものであればよく、例えば、中性能フィルタ等を用いることができる。また、分解装置内部の汚染のみでなく、分解装置で汚染物質を分解する空間の浄化を兼ねるような場合には、より浄化性能が高いULPAフィルタ等を用いてもよい。また、汚染物質を含有する気体が比較的多くの汚染微粒子を含む場合には、HEPAフィルタ等比較的浄化能力の高いフィルタの上流側に、例えばラフフィルタや中性能フィルタのような粗いフィルタを設置し、フィルタ性能が長時間維持できるようにしてもよい。
上記実施形態における送風機構としてのファン5の設置位置は、送風できる設置であれば、適宜位置に設置することができる。
例えば、ファン5は、分解装置の吸気(上流)側でも排気(下流)側でも何れの位置に設置してもよい。しかし、分解装置の配管等の継ぎ目からエア漏れのリスクを避けるためには、排気側に設置することがより好ましい。
例えば、ファン5は、分解装置の吸気(上流)側でも排気(下流)側でも何れの位置に設置してもよい。しかし、分解装置の配管等の継ぎ目からエア漏れのリスクを避けるためには、排気側に設置することがより好ましい。
上記実施形態における切替部としてはダンパ9を用いる例を示したが、切替部は、気流の流路を切り替えることができることのできるものであればよく、例えば、いわゆるバルブ類、三方弁、その他公知のものを用いることができる。
上記実施形態では吸着部3に1種類のオゾン分解触媒3aを設けたが、吸着部3には、2種類以上の吸着材を用いてもよい。吸着部にオゾン分解除去部を含む場合としてはたとえば、オゾン分解触媒と、オゾン分解触媒よりも汚染物質の吸着量の多いその他の吸着材を同時に用いてもよい。たとえばオゾン分解触媒に、オゾン分解触媒よりも汚染物質の吸着量がより多い別の吸着材をマトリックスにするとか積層構造とするとか混合する等して吸着部を構成する。
このように構成すると、吸着分解工程における吸着時間を長く設定することができるとともに、オゾン分解触媒周囲に存在する汚染物質の濃度をより高くすることができるため、オゾンが汚染物質の分解に寄与する分解寄与率が高まり、オゾンの発生量を少なくすることができる。そして結果として副生成物であるNOxの発生量を削減し、分解装置全体をコンパクトに保ちつつ、NOxフィルタの交換頻度を少なくすることができる。
このように構成すると、吸着分解工程における吸着時間を長く設定することができるとともに、オゾン分解触媒周囲に存在する汚染物質の濃度をより高くすることができるため、オゾンが汚染物質の分解に寄与する分解寄与率が高まり、オゾンの発生量を少なくすることができる。そして結果として副生成物であるNOxの発生量を削減し、分解装置全体をコンパクトに保ちつつ、NOxフィルタの交換頻度を少なくすることができる。
上記実施形態では、再生工程では、吸着部であるオゾン分解触媒に吸着した汚染物質をオゾンとオゾン分解触媒によって分解することで再活性化する例を示しているが、これに加えて、例えば吸着部を加熱することで、汚染物質を脱離させる方法を用いてもよい。この場合、例えば吸着部3は、吸着部3の下流側部にオゾン分解触媒3aで構成された第一吸着部を、吸着部3の上流側にオゾン分解触媒3aよりも汚染物質の吸着量の多いその他の吸着材で構成された第二吸着部を並べる構成とする。そして、再生工程として、例えば第二吸着部を加熱し、汚染物質を第二吸着部で脱離させつつ引き続き第二吸着部で汚染物質をオゾン分解するような方法を用いることができる。
〔実施例1〕
第一実施形態を示す分解装置を模した評価装置を試作し、以下の装置構成条件及び操作条件で再生工程の操作時間を違えて分解試験を行った。本例では、吸着分解工程から再生工程(1サイクル)そして再び吸着分解工程とする操作をトータル2.5サイクル実施している。
〔評価装置の流路構成〕
第一実施形態の説明で示した吸着流路を模した構成として、プラズマによるオゾン発生機構、吸着部、ファンの順に流通する流路を形成し、吸着分解工程の実験に供した。また、再生流路を模した構成として、オゾン発生機構、吸着部、NOxフィルタ、ファンの順に通流させる流路を形成し、再生工程の通気条件に供した。本試作機においては、吸着流路と再生流路の切り替えは、NOxフィルタの取り付け、取り外しによって行った。オゾン発生機構は、吸着分解工程においては停止させる。
第一実施形態を示す分解装置を模した評価装置を試作し、以下の装置構成条件及び操作条件で再生工程の操作時間を違えて分解試験を行った。本例では、吸着分解工程から再生工程(1サイクル)そして再び吸着分解工程とする操作をトータル2.5サイクル実施している。
〔評価装置の流路構成〕
第一実施形態の説明で示した吸着流路を模した構成として、プラズマによるオゾン発生機構、吸着部、ファンの順に流通する流路を形成し、吸着分解工程の実験に供した。また、再生流路を模した構成として、オゾン発生機構、吸着部、NOxフィルタ、ファンの順に通流させる流路を形成し、再生工程の通気条件に供した。本試作機においては、吸着流路と再生流路の切り替えは、NOxフィルタの取り付け、取り外しによって行った。オゾン発生機構は、吸着分解工程においては停止させる。
〔評価装置の装置構成条件〕
オゾン発生機構のオゾン発生量:180mg/h
吸着部:オゾン分解触媒で構成される
オゾン分解触媒:二酸化マンガン系ハニカム状触媒フィルタ(商品名:カタクリーンALC500、新日本フェザーコアー社製、構造;段高1mm、ピッチ2.4mm、セル数540個/平方インチ)
NOxフィルタ:粒子状活性炭をコルゲート状とし、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムで処理した活性炭ペーパーを積層したフィルタ(積層構造のセル数は200セル/平方インチ)
オゾン分解触媒の入口寸法:縦・横寸法=10cm×10cm
NOxフィルタの入口寸法:縦・横寸法=10cm×10cm
汚染物質濃度センサ:ガステック製検知管ホルムアルデヒド91L
オゾン発生機構のオゾン発生量:180mg/h
吸着部:オゾン分解触媒で構成される
オゾン分解触媒:二酸化マンガン系ハニカム状触媒フィルタ(商品名:カタクリーンALC500、新日本フェザーコアー社製、構造;段高1mm、ピッチ2.4mm、セル数540個/平方インチ)
NOxフィルタ:粒子状活性炭をコルゲート状とし、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムで処理した活性炭ペーパーを積層したフィルタ(積層構造のセル数は200セル/平方インチ)
オゾン分解触媒の入口寸法:縦・横寸法=10cm×10cm
NOxフィルタの入口寸法:縦・横寸法=10cm×10cm
汚染物質濃度センサ:ガステック製検知管ホルムアルデヒド91L
〔吸着分解工程の通気条件〕
汚染物質を含有する気体:汚染物質として6ppmの濃度のホルムアルデヒド含有気体を連続通風
オゾン分解触媒への通気条件:面風速1.4m/s(通気時の圧力損失:約140Pa)
汚染物質を含有する気体:汚染物質として6ppmの濃度のホルムアルデヒド含有気体を連続通風
オゾン分解触媒への通気条件:面風速1.4m/s(通気時の圧力損失:約140Pa)
〔吸着分解工程の終了条件〕
吸着部材がホルムアルデヒドで破過したこと
吸着部材がホルムアルデヒドで破過したこと
〔再生工程の通気条件〕
汚染物質を含有する気体:6ppmの濃度のホルムアルデヒド含有気体を連続通風
オゾン分解触媒への通気条件:面風速0.1m/s(通気時の圧力損失:約5Pa)
NOxフィルタへの通気条件:面風速0.1m/s(通気時の圧力損失:約5Pa)
なお、NOxフィルタへの通気条件を面風速1.4m/sとした場合のNOxフィルタの通気時の圧力損失は約135Paであったので、再生工程において面風速を吸着分解工程よりも遅く設定することで、NOxフィルタの圧力損失をおおよそ27分の1に低下せしめることができたと言える。
汚染物質を含有する気体:6ppmの濃度のホルムアルデヒド含有気体を連続通風
オゾン分解触媒への通気条件:面風速0.1m/s(通気時の圧力損失:約5Pa)
NOxフィルタへの通気条件:面風速0.1m/s(通気時の圧力損失:約5Pa)
なお、NOxフィルタへの通気条件を面風速1.4m/sとした場合のNOxフィルタの通気時の圧力損失は約135Paであったので、再生工程において面風速を吸着分解工程よりも遅く設定することで、NOxフィルタの圧力損失をおおよそ27分の1に低下せしめることができたと言える。
〔再生工程の工程時間〕
1サイクル目:6分
2サイクル目:30分
1サイクル目:6分
2サイクル目:30分
以上のように実施した操作の汚染物質の除去率を図6に示す。図6の横軸は運転操作時間であり、縦軸は汚染物質(ここではホルムアルデヒド)の除去効率を示す。
図6に示すように、本実施例の構成においては、吸着分解工程において汚染物質を吸着し、吸着が飽和した後、再生工程において汚染物質を分解すると、吸着部を再活性化し、再び汚染物質の吸着を行うことができることがわかる。また、吸着分解工程から再生工程への切り替えを複数回にわたって繰り返し行えることがわかる。
〔実施例2〕
実施例1で示した評価装置および評価方法で、操作条件等を一部変更し、吸着分解工程から再生工程への切り替えを2.5サイクル(再生工程を2回)実施した。
実施例1で示した評価装置および評価方法で、操作条件等を一部変更し、吸着分解工程から再生工程への切り替えを2.5サイクル(再生工程を2回)実施した。
〔評価装置の装置構成条件〕
オゾン発生機構のオゾン発生量:150mg/h〜162mg/h
吸着部:オゾン分解触媒で構成される
オゾン分解触媒:実施例1に同じ
NOxフィルタ:実施例1に同じ
オゾン分解触媒の入口寸法:縦・横寸法=10cm×10cm
NOxフィルタの入口寸法:縦・横寸法=10cm×10cm
汚染物質濃度センサ:ガステック製検知管ホルムアルデヒド91L
オゾン発生機構のオゾン発生量:150mg/h〜162mg/h
吸着部:オゾン分解触媒で構成される
オゾン分解触媒:実施例1に同じ
NOxフィルタ:実施例1に同じ
オゾン分解触媒の入口寸法:縦・横寸法=10cm×10cm
NOxフィルタの入口寸法:縦・横寸法=10cm×10cm
汚染物質濃度センサ:ガステック製検知管ホルムアルデヒド91L
〔吸着分解工程の通気条件〕
汚染物質を含有する気体:汚染物質として1.5ppmの濃度のホルムアルデヒド含有気体を連続通風
オゾン分解触媒への通気条件:面風速1.4m/s(通気時の圧力損失:約140Pa)
汚染物質を含有する気体:汚染物質として1.5ppmの濃度のホルムアルデヒド含有気体を連続通風
オゾン分解触媒への通気条件:面風速1.4m/s(通気時の圧力損失:約140Pa)
〔吸着分解工程の終了条件〕
吸着部材がホルムアルデヒドで破過したこと
吸着部材がホルムアルデヒドで破過したこと
〔再生工程の通気条件〕
汚染物質を含有する気体:1.5ppmの濃度のホルムアルデヒド含有気体を連続通風
オゾン分解触媒への通気条件:面風速0.2m/s(通気時の圧力損失:約10Pa)
NOxフィルタへの通気条件:面風速0.2m/s(通気時の圧力損失:約15Pa)
なお、NOxフィルタへの通気条件を面風速1.4m/sとした場合のNOxフィルタの通気時の圧力損失は約135Paであったので、再生工程において面風速を吸着分解工程よりも遅く設定することで、NOxフィルタの圧力損失をおおよそ9分の1に低下せしめることができたと言える。
汚染物質を含有する気体:1.5ppmの濃度のホルムアルデヒド含有気体を連続通風
オゾン分解触媒への通気条件:面風速0.2m/s(通気時の圧力損失:約10Pa)
NOxフィルタへの通気条件:面風速0.2m/s(通気時の圧力損失:約15Pa)
なお、NOxフィルタへの通気条件を面風速1.4m/sとした場合のNOxフィルタの通気時の圧力損失は約135Paであったので、再生工程において面風速を吸着分解工程よりも遅く設定することで、NOxフィルタの圧力損失をおおよそ9分の1に低下せしめることができたと言える。
〔再生工程の工程時間〕
1サイクル目:5分
2サイクル目:10分
1サイクル目:5分
2サイクル目:10分
以上のように実施した操作の汚染物質の除去率を図7に示す。図7の横軸は運転操作時間であり、縦軸は汚染物質(ここではホルムアルデヒド)の除去効率を示す。
図7に示すように、本実施例のように汚染物質の濃度が希薄になったり、再生工程の面風速や再生工程の工程時間を変更しても実施例1と同様に、吸着分解工程から再生工程への切り替えを複数回にわたって繰り返し行い、分解装置の性能を維持できることがわかる。
〔実施例3〕
実施例1で示した評価装置および評価方法で、操作条件等を一部変更し、吸着分解工程から再生工程への切り替えを1.5サイクル(再生工程を1回)実施した。
実施例1で示した評価装置および評価方法で、操作条件等を一部変更し、吸着分解工程から再生工程への切り替えを1.5サイクル(再生工程を1回)実施した。
[装置構成条件]
オゾン発生機構のオゾン発生量:162mg/h
吸着部:オゾン分解触媒で構成される
オゾン分解触媒:実施例1に同じ
NOxフィルタ:実施例1に同じ
オゾン分解触媒の入口寸法:縦・横寸法=10cm×10cm
NOxフィルタの入口寸法:縦・横寸法=10cm×10cm
汚染物質濃度センサ:ガステック製検知管ホルムアルデヒド91L
オゾン発生機構のオゾン発生量:162mg/h
吸着部:オゾン分解触媒で構成される
オゾン分解触媒:実施例1に同じ
NOxフィルタ:実施例1に同じ
オゾン分解触媒の入口寸法:縦・横寸法=10cm×10cm
NOxフィルタの入口寸法:縦・横寸法=10cm×10cm
汚染物質濃度センサ:ガステック製検知管ホルムアルデヒド91L
〔吸着分解工程の通気条件〕
汚染物質を含有する気体:汚染物質として1.0ppmの濃度のホルムアルデヒド含有気体を連続通風
オゾン分解触媒への通気条件:面風速1.4m/s
汚染物質を含有する気体:汚染物質として1.0ppmの濃度のホルムアルデヒド含有気体を連続通風
オゾン分解触媒への通気条件:面風速1.4m/s
〔吸着分解工程の終了条件〕
吸着部材がホルムアルデヒドで破過したこと
吸着部材がホルムアルデヒドで破過したこと
〔再生工程の通気条件〕
汚染物質を含有する気体:1.5ppmの濃度のホルムアルデヒド含有気体を連続通風
オゾン分解触媒への通気条件:面風速0.2m/s
NOxフィルタへの通気条件:面風速0.2m/s
〔再生工程の工程時間〕
1サイクル目:10分
汚染物質を含有する気体:1.5ppmの濃度のホルムアルデヒド含有気体を連続通風
オゾン分解触媒への通気条件:面風速0.2m/s
NOxフィルタへの通気条件:面風速0.2m/s
〔再生工程の工程時間〕
1サイクル目:10分
以上のように実施した条件の、汚染物質の除去率を図8に示す。図8の横軸は運転操作時間であり、縦軸は汚染物質(ここではホルムアルデヒド)の除去効率を示す。
図8に示すように、本実施例のようにさらに汚染物質の濃度が希薄になっても実施例1、2と同様に、分解装置の吸着、分解、再生性能を維持できることがわかる。
なお、上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
また、上記実施形態では室内環境で問題となる汚染物質として、ホルムアルデヒドを分解する例を例示したが、その他の汚染物質として酢酸やアセトアルデヒド等の揮発性有機化学物質や、例えば有機物の分解によって生成するアンモニア等の分解にも用いることが出来る。
また、上記実施形態では室内環境で問題となる汚染物質として、ホルムアルデヒドを分解する例を例示したが、その他の汚染物質として酢酸やアセトアルデヒド等の揮発性有機化学物質や、例えば有機物の分解によって生成するアンモニア等の分解にも用いることが出来る。
本発明は、吸着部及びNOxフィルタの交換頻度を少なくするとともに、ランニングコストを抑制することができる分解装置及びその運転方法として有用に利用できる。
1 HEPAフィルタ(エアフィルタ)
2 オゾン発生機構
3 吸着部
3a オゾン分解触媒
5 ファン(通気機構)
6 NOxフィルタ
9 ダンパ(切替部)
10 汚染物質濃度センサ(汚染物質濃度検出部)
2 オゾン発生機構
3 吸着部
3a オゾン分解触媒
5 ファン(通気機構)
6 NOxフィルタ
9 ダンパ(切替部)
10 汚染物質濃度センサ(汚染物質濃度検出部)
Claims (8)
- 汚染物質を含有する気体を通流させる送風機構と、プラズマによりオゾンを生成するオゾン発生機構と、前記オゾン発生機構の下流側に設けられて、前記汚染物質を吸着する吸着部とを備えた分解装置であって、
前記オゾン発生機構の下流側に設けられて、NOxを除去するNOxフィルタと、
前記汚染物質を含有する気体を、前記吸着部に通流させる吸着流路と、
前記汚染物質を含有する気体を、前記吸着部、前記NOxフィルタの順、或いは、前記NOxフィルタ、前記吸着部の順に通流させる再生流路と、
前記オゾン発生機構を停止させながら、前記汚染物質を含有する気体を前記吸着流路に通流させて、前記吸着部にて前記汚染物質を吸着する吸着分解状態と、前記オゾン発生機構を作動させながら、前記汚染物質を含有する気体を前記再生流路に通流させて、前記吸着部に吸着された前記汚染物質を分解するとともに、前記NOxフィルタにてNOxを除去する再生状態とに切り替え自在な切替部とを備えた分解装置。 - 前記吸着流路は、前記汚染物質を含有する気体を、前記オゾン発生機構、前記吸着部の順に通流させる構成とされ、前記再生流路は、前記汚染物質を含有する気体を、前記オゾン発生機構、前記吸着部、前記NOxフィルタ、或いは、前記オゾン発生機構、前記NOxフィルタ、前記吸着部の順に通流させる構成とされる請求項1に記載の分解装置。
- 前記オゾン発生機構が作動している前記再生状態では、前記オゾン発生機構が停止している前記吸着分解状態よりも、前記吸着部を通流する前記汚染物質を含む気体の通流量が少なくなるよう構成されている請求項1又は2に記載の分解装置。
- 前記吸着部は、オゾンを前記汚染物質とともに分解するオゾン分解除去部を含む請求項1〜3の何れか一項に記載の分解装置。
- 前記オゾン分解除去部は、二酸化マンガンを含むオゾン分解触媒である請求項4に記載の分解装置。
- 前記オゾン発生機構の上流側に、エアフィルタを備える請求項1〜5の何れか一項に記載の分解装置。
- 前記吸着部の下流側に、前記汚染物質の濃度を検出する汚染物質濃度検出部を備え、
前記汚染物質濃度検出部の検出濃度値が所定の値になると、前記切替部が、前記汚染物質を含有する気体の通流状態を、前記吸着分解状態から前記再生状態に切り替える請求項1〜6の何れか一項に記載の分解装置。 - 汚染物質を含有する気体を通流させる送風機構と、プラズマによりオゾンを生成するオゾン発生機構と、前記汚染物質を吸着する吸着部と、NOxを除去するNOxフィルタとを備えた分解装置の運転方法であって、
前記オゾン発生機構を停止しつつ、前記汚染物質を含有する気体を、前記オゾン発生機構、前記吸着部の順に通流させて、前記吸着部にて前記汚染物質を吸着する吸着分解工程と、
前記オゾン発生機構を作動しつつ、前記汚染物質を含有する気体を、前記オゾン発生機構、前記吸着部、前記NOxフィルタの順、或いは、前記オゾン発生機構、前記NOxフィルタ、前記吸着部の順に通流させて、前記吸着部に吸着された前記汚染物質を分解するとともに、前記NOxフィルタにてNOxを除去する再生工程と、を順次実行する分解装置の運転方法。
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