JP7447837B2

JP7447837B2 - 塗装排気処理設備および塗装排気処理方法

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Publication number: JP7447837B2
Application number: JP2021017067A
Authority: JP
Inventors: 隆宏大山; 祐一浦本
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2024-03-12
Anticipated expiration: 2041-02-05
Also published as: JP2022120275A

Description

本発明は、塗装排気を処理する技術に関する。

従来、自動車ボディやその関連部品などの塗装設備では、防錆や美観の向上を図る目的で被塗物の表面に塗装処理が施される。この塗装処理は、塗装ブースで行われるのが一般的である。このとき、塗装ブースは、被塗物の塗装品質を確保するために、空調装置から供給される空調風によって温度、湿度、清浄度などの条件が一定以上のレベルとなるように維持される。

塗装ブースで生じる常温の塗装排気には、塗料に起因する揮発性有機化合物（以下、「ＶＯＣ（Volatile Organic Compounds）」ともいう。）が含まれている。塗装処理におけるエネルギー効率を高めるためには、この塗装排気を再び塗装ブースに戻すのが好ましいが、塗装ブースでＶＯＣが濃縮するのを避けることを考慮した場合、塗装排気をそのまま塗装ブースに戻すのが難しい。そこで、例えば、下記の特許文献１に開示の排気リサイクルシステムのような構造を利用することができる。この場合、塗装ブースの塗装排気を浄化空気に処理して塗装ブースに戻すことができる。これにより、塗装排気を燃焼処理してそのまま屋外排気するような場合に比べて、塗装処理におけるエネルギー効率を高めることが可能になる。

特開２０１０－５１９３２号公報

上記塗装設備では、塗装ブースで塗装処理された後のワークは、乾燥炉の炉内空間で加熱によって乾燥処理される。このとき、乾燥炉の炉内空間で生じる高温の塗装排気にも、塗装ブースの場合と同様に塗料に起因するＶＯＣが含まれている。ＶＯＣは乾燥によって臭気を伴う性質を有するため、この塗装排気を乾燥炉からそのまま屋外に排出するのが難しい。このため、乾燥炉の塗装排気に含まれるＶＯＣを除去する処理を要する。

そこで、本発明者は、塗装ブースと乾燥炉のそれぞれで発生する不要なＶＯＣを効率良く処理するという共通の課題に鑑みて、塗装ブースにおける塗装処理で生じる塗装排気の処理のみならず、その後の乾燥炉における乾燥処理で生じる塗装排気の処理をも包括的に考慮した塗装排気処理技術を構築することに着目した。

本発明は、被塗物の塗装処理及び乾燥処理で生じる塗装排気を効率良く処理するのに有効な塗装排気処理技術を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
被塗物の塗装処理を行う塗装ブースと、
上記塗装ブースで塗装処理された上記被塗物の乾燥処理を行う乾燥炉と、
上記塗装ブースの塗装排気を吸着処理及び脱着処理によってＶＯＣ希薄ガスとＶＯＣ濃縮ガスとに分離する吸着脱着装置と、
上記吸着脱着装置で分離された上記ＶＯＣ希薄ガスを空調処理する空調装置と、
上記吸着脱着装置で分離された上記ＶＯＣ濃縮ガスを上記乾燥炉の塗装排気に含まれるＶＯＣとともに燃焼させる燃焼装置と、
を備え、
上記空調装置で生成された空調風が上記塗装ブースに供給され、上記燃焼装置で生成された燃焼ガスが上記吸着脱着装置で脱着処理用ガスとして使用されるように構成されており、
上記乾燥炉の上記塗装排気を吸気する吸気部と、上記吸気部で吸気した上記塗装排気を旋回させながら冷却する旋回分離部と、上記旋回分離部で上記塗装排気からヤニが分離されたＶＯＣ含有ガスをサイクロン排気として排気する排気部と、を有するサイクロン装置を備え、
上記サイクロン装置の上記排気部から排気された上記サイクロン排気が上記燃焼装置に供給されるように構成されている、塗装排気処理設備、
にある。

本発明の別態様は、
被塗物の塗装処理を行う塗装ブースの塗装排気を吸着脱着装置における吸着処理及び脱着処理によってＶＯＣ希薄ガスとＶＯＣ濃縮ガスとに分離し、
分離した上記ＶＯＣ希薄ガスを空調装置で空調処理して上記塗装ブースに供給し、
分離した上記ＶＯＣ濃縮ガスを、上記塗装ブースで塗装処理された上記被塗物の乾燥処理を行う乾燥炉の塗装排気に含まれるＶＯＣとともに燃焼装置で燃焼させ、上記燃焼装置で生成した燃焼ガスを上記吸着脱着装置で脱着処理用ガスとして使用し、
サイクロン装置に上記乾燥炉の上記塗装排気を吸気して旋回させながら冷却し、上記塗装排気からヤニが分離されたＶＯＣ含有ガスをサイクロン排気として上記サイクロン装置から排気して上記燃焼装置に供給する、塗装排気処理方法、
にある。

上記の各態様において、塗装ブースの塗装排気に含まれるＶＯＣは、吸着脱着装置における吸着処理及び脱着処理によって、ＶＯＣ濃度が低い希薄ガスと、ＶＯＣ濃度が高いＶＯＣ濃縮ガスと、に分離される。

ここで、ＶＯＣ希薄ガスは、空調装置で空調処理して塗装ブースに空調風として供給される。このため、塗装ブースでは塗装排気の一部を循環利用することができ、塗装排気を燃焼処理してそのまま屋外排気するような場合に比べてエネルギー効率を高めることができる。

一方で、ＶＯＣ濃縮ガスは、乾燥炉の塗装排気に含まれるＶＯＣとともに燃焼装置で燃焼される。そして、燃焼装置で生成した燃焼ガスが脱着処理で脱着処理用ガスとして使用される。このため、塗装ブース及び乾燥炉のそれぞれで生じるＶＯＣを燃焼装置で分解処理するとともに、燃焼装置で生成した燃焼ガスを、ＶＯＣをＶＯＣ希薄ガスとＶＯＣ濃縮ガスとに分離するときに使用する脱着処理用ガスとして有効利用することができる。

したがって、上記の各態様では、塗装ブースにおける塗装処理で生じる塗装排気の処理のみならず、その後の乾燥炉における乾燥処理で生じる塗装排気の処理をも包括的に考慮した塗装排気処理が可能になる。

以上のごとく、上記の各態様によれば、被塗物の塗装処理及び乾燥処理で生じる塗装排気を効率良く処理するのに有効な塗装排気処理技術を提供することができる。

実施形態１の塗装排気設備の模式図。図１中の濃縮装置の内部構造を示す斜視図。図１中のサイクロン装置の側面図。図３のIV-IV線矢視断面図。図３中のサイクロン容器においてヤニが分離される様子を示す斜視図。図５のVI-VI線矢視断面図。実施形態１の塗装排気設備におけるガスフローを示す図。実施形態２の塗装排気設備の濃縮装置の内部構造を示す斜視図。

上記の各態様の好ましい実施形態について以下に説明する。

上記態様の塗装排気処理設備は、上記乾燥炉の上記塗装排気を吸気する吸気部と、上記吸気部で吸気した上記塗装排気を旋回させながら冷却する旋回分離部と、上記旋回分離部で上記塗装排気からヤニが分離されたＶＯＣ含有ガスをサイクロン排気として排気する排気部と、を有するサイクロン装置を備え、
上記サイクロン装置の上記排気部から排気された上記サイクロン排気が上記燃焼装置に供給されるように構成されているのが好ましい。

この塗装排気処理設備によれば、乾燥炉の高温の塗装排気がサイクロン装置の吸気部から旋回分離部に吸気され、旋回分離部で旋回しながら冷却される。これにより、高温の塗装排気からヤニが分離されたＶＯＣ含有ガスが得られる。このとき、旋回流付与によるＶＯＣの遠心分離効果と、ヤニの冷却による凝縮分離効果と、の相乗効果によって、高温の塗装排気からＶＯＣを効率良く分離して回収することができる。

上記態様の塗装排気処理設備において、上記燃焼装置は、上記ＶＯＣ濃縮ガス及び上記サイクロン排気を燃料として回転駆動されるガスタービンと、上記ガスタービンの動力で駆動される発電機と、を有し、上記発電機が上記空調装置と上記サイクロン装置とで兼用の電動式の冷却器の電源として使用されるように構成されているのが好ましい。

この塗装排気処理設備によれば、別の動力源としても使用されるガスタービンを利用してＶＯＣを燃焼させることができる。また、ＶＯＣ含有ガスを冷却した状態でガスタービンに供給することでガスタービンの給気温度が上がるのを抑制でき、ＶＯＣ含有ガスの燃焼時における膨張量が大きくなることでタービン効率を高めることができる。また、ガスタービンでＶＯＣ含有ガスを主燃料に対する副燃料として使用するときには、燃料の一部を賄うことができ、主燃料の使用量を削減することができる。それに加えて、ガスタービンの動力で駆動される発電機を、空調装置とサイクロン装置で兼用の冷却器の電源に使用することで必要になる買電量を削減することができる。

上記態様の塗装排気処理方法では、サイクロン装置に上記乾燥炉の上記塗装排気を吸気して旋回させながら冷却し、上記塗装排気からヤニが分離されたＶＯＣ含有ガスをサイクロン排気として上記サイクロン装置から排気して上記燃焼装置に供給するのが好ましい。

この塗装排気処理方法によれば、乾燥炉の高温の塗装排気をサイクロン装置に吸気して旋回させながら冷却する。これにより、高温の塗装排気からヤニが分離されたＶＯＣ含有ガスが得られる。このとき、旋回流付与によるＶＯＣの遠心分離効果と、ヤニの冷却による凝縮分離効果と、の相乗効果によって、高温の塗装排気からＶＯＣを効率良く分離して回収することができる。

上記態様の塗装排気処理方法では、上記燃焼装置は、上記ＶＯＣ濃縮ガス及び上記サイクロン排気を燃料として回転駆動されるガスタービンと、上記ガスタービンの動力で駆動される発電機と、を有し、上記発電機を上記空調装置と上記サイクロン装置とで兼用の電動式の冷却器の電源として使用するのが好ましい。

この塗装排気処理方法によれば、別の動力源としても使用されるガスタービンを利用してＶＯＣを燃焼させることができる。また、ＶＯＣ含有ガスを冷却した状態でガスタービンに供給することでガスタービンの給気温度が上がるのを抑制でき、ＶＯＣ含有ガスの燃焼時における膨張量が大きくすることによってタービン効率を高めることができる。また、ガスタービンでＶＯＣ含有ガスを主燃料に対する副燃料として使用するときには、燃料の一部を賄うことができ、主燃料の使用量を削減することができる。それに加えて、ガスタービンの動力で駆動される発電機を、空調装置とサイクロン装置で兼用の冷却器の電源に使用することで必要になる買電量を削減することができる。

以下、塗装ブース及び乾燥炉を含む塗装排気処理設備と、この塗装排気処理設備を用いて行う塗装排気処理方法の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

この実施形態を説明するための図面において、特にことわらない限り、塗装排気処理設備を構成するサイクロン装置の設置状態において、このサイクロン装置の水平方向を矢印Ｘで示し、その垂直方向を矢印Ｙで示し、その周方向を矢印Ｚで示すものとする。

（実施形態１）
図１に示されるように、実施形態１の塗装排気処理設備１は、自動車ボディの製造に係る設備である。この塗装排気処理設備１は、概して、塗装ブース２と、乾燥炉３と、空調装置４と、フィルター装置５と、濃縮装置１０と、サイクロン装置２０と、燃焼装置３０と、を備えている。

塗装ブース２は、自動車ボディである被塗物Ｗの表面を塗装処理するために区画された処理空間２ａを有する。この塗装ブース２では、常温状態で処理空間２ａに置かれた被塗物Ｗに向けて塗料噴射装置（図示省略）から塗料が噴射される。処理空間２ａでは、塗料に起因するガスが発生する。このガスは、典型的には、ホルムアルデヒドやアセトアルデヒドを主成分とする揮発性有機化合物（ＶＯＣ）と塗料ミストとを含有している。塗装処理後の被塗物Ｗは、塗装ブース２から搬出されて乾燥炉３に搬入される。

乾燥炉３は、塗装ブース２で塗装処理された被塗物Ｗを乾燥処理するために区画された炉内空間３ａを有する。この乾燥炉３の炉内空間３ａに搬入された被塗物Ｗは、高温条件下で乾燥処理がなされる。乾燥炉３は、典型的には、炉内空間３ａの温度が１２０～１７０℃程度の高温状態で運転される。このため、乾燥炉３の炉内空間３ａでは、塗料に起因する高温のガスが発生する。このガスは、炉内空間３ａでガス化した煙状のものであり、塗装ブース２の場合と同様のＶＯＣに加えて、ヤニを含有している。以下の説明では、ガス状や液状のヤニ成分を、便宜上、単に「ヤニ」という。

乾燥炉３の炉内空間３ａのガスの一部は、燃焼バーナー７で液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」という。）の燃焼により得られた燃焼ガスと混合された状態で吸気ファン３ｂにより吸気されることによって炉内空間３ａを循環する。このときの循環ガスは、熱交換器３ｃを経由することによって、燃焼装置３０で生成された燃焼ガスとの間で熱交換されて昇温される。熱交換器３ｃを設けることによって、燃焼バーナー７におけるＬＮＧの消費量を低減できる。一方で、乾燥炉３の炉内空間３ａのガスの残部は、排気ファン２０ａによりサイクロン装置２０に吸気される。

空調装置４は、濃縮装置１０で分離されたＶＯＣ希薄ガスを空調処理する機能を有する。この空調装置４は、給気ファン４ａと、ヒーター４ｂと、クーラー４ｃと、清浄フィルター４ｄと、を備えている。給気ファン４ａは、空調処理後の空調風を塗装ブース２に供給するのに使用される。ヒーター４ｂと、クーラー４ｃと、清浄フィルター４ｄは、温度、湿度、清浄度などの条件が一定以上のレベルとなるような空調風を生成するのに使用される。

フィルター装置５は、塗装ブース２の処理空間２ａに接続されている。このフィルター装置５は、塗料ミストを除去するためのフィルター５ａを内蔵している。フィルター装置５は、塗装ブース２と排気ファン６との間に介装されている。排気ファン６は、その上流側がフィルター装置５に接続され、その下流側が濃縮装置１０に接続されている。このため、塗装ブース２の処理空間２ａのガスは、排気ファン６の運転によってフィルター装置５のフィルター５ａに流入し、フィルター５ａで塗料ミストが除去された後のミスト除去ガスが濃縮装置１０に流入する。

濃縮装置１０は、塗装ブース２の塗装排気であってフィルター装置５で塗料ミストが除去された後のミスト除去ガス（ＶＯＣ含有ガス）を、吸着処理及び脱着処理によってＶＯＣ希薄ガスとＶＯＣ濃縮ガスとに分離する機能を有する吸着脱着装置である。この濃縮装置１０における吸着処理では、ＶＯＣを吸着材に一旦吸着させることで、ＶＯＣが低濃度に抑えられたＶＯＣ希薄ガスを生成させる。これに対して、この濃縮装置１０における脱着処理では、ＶＯＣを吸着した吸着材に脱着処理用ガスを作用させて吸着材からＶＯＣを離脱させることで、ＶＯＣが高濃度で含まれるＶＯＣ濃縮ガスを生成させる。この濃縮装置１０の具体的な構造については後述する。

濃縮装置１０における吸着処理で分離されたＶＯＣ希薄ガスは、給気ファン４ａにより形成されるガス流れによって空調装置４に流入して空調処理される。その後、空調装置４で生成された空調処理後の空調風、即ちＶＯＣ希薄ガスが塗装ブース２に供給されることによって、塗装ブース２の塗装排気が循環使用（リサイクル）される。このとき、塗装ブース２にＶＯＣ希薄ガスを戻すことで、塗装ブース２でＶＯＣが濃縮するのを抑制することができる。

濃縮装置１０における脱着処理で分離されたＶＯＣ濃縮ガスは、サイクロン装置２０で生成されたサイクロン排気と混合された状態で燃焼装置３０に流入して燃焼処理される。詳細については後述するが、サイクロン装置２０では、乾燥炉３の塗装排気がＶＯＣを含むサイクロン排気とヤニとに分離される。その後、燃焼装置３０で生成した燃焼ガスの一部は、濃縮装置１０に供給されて脱着処理用ガスとして使用される。燃焼装置３０で生成した燃焼ガスの残部は、ＬＮＧとともに燃焼バーナー８の燃料として使用される。

燃焼装置３０は、前述のように、濃縮装置１０で分離されたＶＯＣ濃縮ガスを、サイクロン装置２０で生成されたサイクロン排気（即ち、乾燥炉３の塗装排気に含まれるＶＯＣを主体とするＶＯＣ含有ガス）とともに燃焼させるためのものである。この燃焼装置３０は、ガスタービン３１及び発電機３２を有する「ガスタービン発電システム」及び「コージェネレーションシステム」を構成している。

ガスタービン３１は、既知の構造を有するものであり、特に図示しないものの、ガスを圧縮して効率を高める圧縮機と、この圧縮機で圧縮したガスにＬＮＧを噴射して燃焼させる燃焼器と、この燃焼器で生成した燃焼ガスのガス圧によって回転するタービンと、を有する。タービンの回転によって得られる動力は、一部が圧縮機の駆動に利用され、残りが別機器の駆動に利用される。このように、ガスタービン３１は、ガスの燃焼のみを行う専用の燃焼装置ではなく、動力を出力することができる兼用の装置として構成されている。

ガスタービン３１で生成された燃焼ガスは、５００℃程度の高温ガスであり、典型的には、水と二酸化炭素を主成分とするものである。この燃焼ガスは、臭気の要因に成り得るＶＯＣが分解・除去された後のガスであり、臭気成分を含むものではなく、熱交換器３ｃを経由して燃焼バーナー８及び空調装置４で使用された後に屋外排気される。この場合、別の動力源としても使用されるガスタービン３１を利用してＶＯＣを燃焼させるため、脱臭処理のみに特化した専用の高価な設備を使用する場合に比べて設備コストを低く抑えることができる。

発電機３２は、ガスタービン３１で得られた動力で駆動されて発電を行うものである。この発電機３２は、冷凍機９に給電可能に接続されており、冷凍機９の電源として使用される。冷凍機９は、空調装置４のクーラー４ｃとサイクロン装置２０のそれぞれに冷却水を供給可能に構成された電動式の冷却器である。また、特に図示しないものの、この発電機３２は、吸気ファン３ｂ、給気ファン４ａ、排気ファン６，２０ａのそれぞれに給電可能に接続されており、これらのファンの電源としても使用されるように構成されている。

図２に示されるように、実施形態１の濃縮装置１０は、吸着処理及び脱着処理を連続的に行うためのものであり、ハウジング（図示省略）に筒軸Ｌ１を中心として回転可能に収容された回転体１１を有する。この回転体１１は、筒内空間１２を有する円筒状に構成されている。回転体１１を構成する周方向の複数の吸着セル部１１ａは、活性炭やゼオライトなどの吸着材によって構成されており、且つ筒外側方から筒内へのガス流通を許容するガス流通空間を有する。

フィルター装置５（図１を参照）でフィルター処理された後のＶＯＣ含有ガスをミスト除去ガスＧｂとしたとき、筒軸Ｌ１を中心連続的に回転する回転体１１の筒外側方からミスト除去ガスＧｂが供給される。ミスト除去ガスＧｂが回転体１１を筒外側方から筒内へと流れるとき、このミスト除去ガスＧｂに含まれているＶＯＣは、吸着領域に位置する各吸着セル部１１ａの吸着材に吸着される。

濃縮装置１０では、各吸着セル部１１ａの吸着材でＶＯＣが除去された後のＶＯＣ除去ガス（吸着材にＶＯＣが吸着されなかった残りのガス）をガスＧｃとしたとき、このガスＧｃは、回転体１１の筒内空間１２を筒軸Ｌ１に沿って筒外へと流出する。回転体１１の回転に伴って各吸着セル部１１ａが脱着領域に達したとき、この吸着セル部１１ａに筒内空間１２から回転体１１の径方向外方へと高温の脱着処理用ガスＧｄが供給される。これにより、各吸着セル部１１ａに吸着されていたＶＯＣの脱着作用（剥離作用）が得られ、濃縮装置１０からＶＯＣ濃縮ガスＧｅが排出される。

このような濃縮装置１０は、ミスト除去ガスＧｂをＶＯＣ希薄ガスＧｃとＶＯＣ濃縮ガスＧｅとに分離するための構造が簡単であり、この分離のための処理を安価に行うことを可能とする。また、燃焼装置３０を利用して得られる高温の脱着処理用ガスＧｄを脱着処理に使用するため、ＶＯＣの脱着作用（剥離作用）を高めることができる。

図３に示されるように、サイクロン装置２０は、吸気部２１と、旋回分離部２３と、排気部２２と、を有する。

吸気部２１は、乾燥炉３の炉内空間３ａから塗装排気Ｇｉを旋回分離部２３に吸気するための部位である。塗装排気Ｇｉは、ＶＯＣを含有する高温ガスである。排気部２２は、旋回分離部２３からサイクロン排気Ｇｊを排気するための部位である。サイクロン排気Ｇｊは、ＶＯＣを含有し且つヤニが除去された後のガスである。ヤニは、塗料に含まれている硬化剤（イソシアネート）やブロック剤（アルコール類、オキシム類）が酸化・重合することによって形成されたものである。このヤニは、高温状態で気化してヒューム状物質となる一方で、低温状態になると凝縮して液化或いは固化する特性を有する。

旋回分離部２３は、吸気部２１で吸気した塗装排気を旋回させながら冷却するための部位である。この旋回分離部２３は、その温度が例えば８０～１００℃を下回るように制御されるのが好ましい。これにより、サイクロン排気Ｇｊは、その温度が旋回分離部２３で冷却前の塗装排気Ｇｉの温度を下回る。

旋回分離部２３は、サイクロン容器２４を備えている。このサイクロン容器２４は、自らの回転を伴わない固定式の円筒状容器であり、主に金属材料からなる。サイクロン容器２４は、垂直方向Ｙを筒軸Ｌ２が延びる筒軸方向として配置されている。このサイクロン容器２４の筒内空間である旋回処理空間２５は、配管形状を有する吸気部２１と、配管形状を有する排気部２２と、のそれぞれに連通している。

吸気部２１は、水平方向Ｘに沿って延びており、旋回処理空間２５に連通するようにサイクロン容器２４の側壁部に接続されている。排気部２２は、筒軸Ｌ２上を垂直方向Ｙに延びており、旋回処理空間２５に連通するようにサイクロン容器２４の上壁部に接続されている。

排気ファン２０ａは、その吸引作用によって、サイクロン装置２０の吸気部２１から排気部２２に向かう気流を発生させる送風装置である。このとき、この排気ファン２０ａは、乾燥炉３の炉内空間３ａから吸気部２１に向かう塗装排気Ｇｉのガス流れを形成させる機能と、排気部２２から燃焼装置３０に向かうサイクロン排気Ｇｊのガス流れを形成させる機能と、を兼務するように構成されている。

サイクロン容器２４は、吸気部２１が接続された大径筒部２４ａと、大径筒部２４ａよりも筒径が小さい小径筒部２４ｄと、大径筒部２４ａから小径筒部２４ｄに向けて内径が漸減するテーパー形状の円錐筒部２４ｂと、を有する。

サイクロン容器２４の内壁面２４ｃは、高温の塗装排気Ｇｉを冷却するための冷却面として構成されている。このため、サイクロン容器２４の内壁面２４ｃは、熱伝導性の高い材料によって構成されるのが好ましく、また必要に応じてこの内壁面２４ｃに熱伝導性の高いコーティング層を設けることもできる。

サイクロン容器２４は、小径筒部２４ｄが最低所に配置されるように構成されている。そして、この小径筒部２４ｄに設けられたヤニ排出口２４ｅがヤニ受け容器２６に連通している。このため、サイクロン容器２４の旋回処理空間２５で旋回しながら内壁面２４ｃで冷却されたヤニ成分は、液化してヤニＮとして内壁面２４ｃに付着してその自重により小径筒部２４ｄまで流下する。そして、ヤニＮは小径筒部２４ｄのヤニ排出口２４ｅを通じてヤニ受け容器２６に回収されるようになっている。

図３及び図４に示されるように、サイクロン容器２４の外周には円筒状の冷却容器２７が設けられている。この冷却容器２７は、水平方向Ｘについての断面形状が円環状であり、筒軸Ｌ２を中心としてサイクロン容器２４の筒壁と同心円状の筒壁を有する。

サイクロン容器２４の外周面と冷却容器２７の内周面とで区画される環状の空間は、冷媒としての冷却水Ｃを滞留させるための冷媒滞留空間２７ａとなっている。このため、サイクロン容器２４は、冷媒滞留空間２７ａに滞留する冷却水Ｃとの間の熱移動を利用して冷却される。

冷媒滞留空間２７ａは、冷媒流出管２７ｂを介して冷凍機９の冷媒流入側に接続されており、且つ冷媒流入管２７ｃを介して冷凍機９の冷媒流出側に接続されている。冷凍機９で冷却された冷却水Ｃは、冷媒流入管２７ｃを通じて冷媒滞留空間２７ａに連続的に流入する。また、冷媒滞留空間２７ａで温められた冷却水Ｃは、冷媒流出管２７ｂを通じて冷凍機９に連続的に回収される。これにより、冷媒滞留空間２７ａと冷凍機９との間で冷却水Ｃを循環させることができる。

なお、冷媒滞留空間２７ａに滞留させる冷却媒体の種類は特に限定されるものではなく、冷却水Ｃを、必要に応じてフッ化炭素系冷媒、のフロン系冷媒、アルコール系冷媒、ケトン系冷媒等の冷媒に変更することもできる。

図５に示されるように、排気ファン２０ａの吸引作用によって、サイクロン容器２４の旋回処理空間２５に吸気部２１から排気部２２に向かう気流が発生する。これにより、乾燥炉３の炉内空間３ａからの塗装排気Ｇｉは、吸気部２１を通じてサイクロン容器２４の旋回処理空間２５に吸気され、旋回処理空間２５をサイクロン容器２４の周方向Ｚに沿って旋回する。より具体的に説明すると、塗装排気Ｇｉは、サイクロン容器２４の内壁面２４ｃに沿って旋回流Ｓａを形成し、流速を高めながら円錐筒部２４ｂを大径筒部２４ａ側から小径筒部２４ｄ側へと流れる。

サイクロン容器２４の内壁面２４ｃは、冷却容器２７の冷媒滞留空間２７ａに滞留した冷却水Ｃによって冷やされた冷却面となっているため、塗装排気Ｇｉは、旋回時に内壁面２４ｃに接触して冷却され、この塗装排気Ｇｉに含まれているヤニＮが凝縮して液化する。そして、この塗装排気Ｇｉは、比重差によって液化したヤニＮとサイクロン排気Ｇｊとに遠心分離される。

図５及び図６に示されるように、ヤニＮは、旋回流Ｓａによる遠心力Ｆを受けて内壁面２４ｃに押し付けられて付着する。特に、大径筒部２４ａから小径筒部２４ｄに向かうにつれて旋回径が小さくなるため、ヤニＮに作用する遠心力Ｆが強まる。このため、小径筒部２４ｄに向かうにしたがってヤニＮが内壁面２４ｃに付着し易くなる。そして、内壁面２４ｃに付着したり旋回処理空間２５を下降したりしたヤニＮは、重力にしたがって小径筒部２４ｄのヤニ排出口２４ｅから排出されてヤニ受け容器２６に回収される。

サイクロン容器２４の旋回処理空間２５における塗装排気Ｇｉの流速は、旋回流Ｓａの中心付近の領域の方がその周りの領域よりも小さい。このため、この領域においては排気ファン２０ａによる吸引力の影響を受け易い。従って、塗装排気Ｇｉから遠心分離された後のサイクロン排気Ｇｊは、ヤニＮに比べて比重が小さいため、旋回流Ｓａの中心付近の領域を排気部２２に向けて直線的に流れる直進流Ｓｂを形成する。燃焼装置３０に供給されるサイクロン排気Ｇｊは、サイクロン容器２４で予めヤニＮが除去されるため、ガスタービン３１がヤニＮで汚れるのを防ぐことができる。

次に、上記構成の塗装排気処理装置１を使用した塗装排気処理方法について、図７を参照しながら説明する。

図７に示されるように、塗装ブース２で生じた常温の塗装排気Ｇａをフィルター装置５で処理することによって塗装排気Ｇａから塗料ミストＭを除去する。その後、ミスト除去ガスＧｂを濃縮装置１０で処理する。これにより、塗装排気Ｇａに含まれるＶＯＣを主体とするミスト除去ガスＧｂを、吸着処理及び脱着処理によってＶＯＣ希薄ガスＧｃとＶＯＣ濃縮ガスＧｅとに分離する。

乾燥炉３で生じた高温の塗装排気Ｇｉをサイクロン装置２０で処理することによって塗装排気ＧｉからヤニＮを除去する。サイクロン装置２０でヤニＮを除去した後のサイクロン排気Ｇｊを燃焼装置３０に供給する。

濃縮装置１０で分離したＶＯＣ希薄ガスＧｅを空調装置４に供給し、この空調装置４で空調処理した後の空調風Ｇｆを塗装ブース２に供給する。これにより、塗装排気Ｇａに起因する空調風Ｇｆを常温のまま塗装ブース２で使用でき、所望の空調条件下で被塗物Ｗの塗装処理を行うことができる。

一方で、濃縮装置１０で分離したＶＯＣ濃縮ガスＧｅを、乾燥炉３の塗装排気Ｇｉに含まれるＶＯＣを主体とするＶＯＣ含有ガス（サイクロン装置２０のサイクロン排気Ｇｊ）とともに燃焼装置３０で燃焼させる。燃焼装置３０では、ＶＯＣ濃縮ガスＧｅ及びサイクロン排気Ｇｊを燃料としてガスタービン３１回転駆動し、このガスタービン３１の動力で発電機３２を駆動する。

そして、燃焼装置３０で生成した高温の燃焼ガスＧｈを、熱交換器３ｃにおいて乾燥炉３の塗装排気Ｇｉとの間で熱交換することによって、乾燥炉３の炉内空間３ａの昇温に利用する。これにより、乾燥炉３の炉内空間３ａを所定温度まで昇温して被塗物Ｗの乾燥処理を行うことができる。

燃焼ガスＧｈの一部は、濃縮装置１０における脱着処理で脱着処理用ガスＧｄとして使用する。燃焼ガスＧｈの残部は、燃焼バーナー８で加温させて加温用ガスＧｇとして空調装置４のヒーター４ｂで使用する。

上述の実施形態１によれば、以下のような作用効果が得られる。

実施形態１において、塗装ブース２の塗装排気Ｇａに含まれるＶＯＣを主体とするミスト除去ガスＧｂは、濃縮装置１０における吸着処理及び脱着処理によって、ＶＯＣ濃度が低い希薄ガスＧｃと、ＶＯＣ濃度が高いＶＯＣ濃縮ガスＧｅと、に分離される。

ここで、ＶＯＣ希薄ガスＧｃは、空調装置４で空調処理して塗装ブース２に空調風Ｇｆとして供給される。このため、塗装ブース２では塗装排気Ｇａの一部を循環利用することができ、塗装排気Ｇａをそのまま屋外排気するような場合に比べてエネルギー効率を高めることができる。

一方で、ＶＯＣ濃縮ガスＧｅは、乾燥炉３の塗装排気Ｇｉに含まれるＶＯＣとともに燃焼装置３０で燃焼される。そして、燃焼装置３０で生成した燃焼ガスＧｈが脱着処理で脱着処理用ガスＧｄとして使用される。このため、塗装ブース２及び乾燥炉３のそれぞれで生じるＶＯＣを燃焼装置３０で分解処理するとともに、燃焼装置３０で生成した燃焼ガスＧｈを、ミスト除去ガスＧｂをＶＯＣ希薄ガスＧｃとＶＯＣ濃縮ガスＧｅとに分離するときに使用する脱着処理用ガスＧｄとして有効利用することができる。

したがって、塗装ブース２における塗装処理で生じる塗装排気Ｇａの処理のみならず、その後の乾燥炉３における乾燥処理で生じる塗装排気Ｇｉの処理をも包括的に考慮した塗装排気処理が可能になる。

従って、上述の実施形態１によれば、被塗物Ｗの塗装処理及び乾燥処理で生じる塗装排気を効率良く処理するのに有効な塗装排気処理技術を提供することができる。

上述の実施形態１によれば、乾燥炉３の高温の塗装排気Ｇｉがサイクロン装置２０に吸気され旋回しながら冷却される。これにより、高温の塗装排気ＧｉからヤニＮが分離されたＶＯＣ含有ガス（サイクロン排気Ｇｊ）が得られる。このとき、旋回流付与によるＶＯＣの遠心分離効果と、ヤニＮの冷却による凝縮分離効果と、の相乗効果によって、高温の塗装排気ＧｉからＶＯＣを効率良く分離して回収することができる。

上述の実施形態１によれば、別の動力源としても使用されるガスタービン３１を利用してＶＯＣを燃焼させることができる。また、ＶＯＣ含有ガスを冷却した状態でガスタービン３１に供給することでガスタービン３１の給気温度が上がるのを抑制でき、ＶＯＣ含有ガスの燃焼時における膨張量が大きくなることでタービン効率を高めることができる。また、ガスタービン３１でＶＯＣ含有ガスを主燃料であるＬＮＧに対する副燃料として使用するときには、燃料の一部を賄うことができ、ＬＮＧの使用量を削減することができる。それに加えて、ガスタービン３１の動力で駆動される発電機３２を、空調装置４とサイクロン装置２０で兼用の冷凍機９の電源に使用することで必要になる買電量を削減することができる。

次に、上述の実施形態１に関連する他の実施形態について図面を参照しつつ説明する。他の実施形態において、実施形態１の要素と同一の要素には同一の符号を付しており、当該同一の要素についての説明は省略する。

（実施形態２）
図８に示されるように、実施形態２の塗装排気処理設備１０１は、吸着脱着装置としての濃縮装置１１０の構造が実施形態１のものと相違している。

実施形態２の濃縮装置１１０は、吸着処理及び脱着処理を連続的に行うものであり、ハウジング（図示省略）に筒軸Ｌ３を中心として回転可能に収容された回転体１１１を有する。この回転体１１１は、円柱状に構成されている。回転体１１１を構成する周方向の複数の吸着セル部１１１ａは、活性炭やゼオライトなどの吸着材によって構成されており、且つ筒軸Ｌ３に沿う方向のガス流通を許容するガス流通空間を有する。

濃縮装置１１０では、各吸着セル部１１１ａの吸着材でＶＯＣが除去された後のＶＯＣ除去ガスＧｃは、回転体１１１から筒軸Ｌ３に沿って流出する。回転体１１１の回転に伴って各吸着セル部１１１ａが脱着領域に達したとき、この吸着セル部１１１ａに高温の脱着処理用ガスＧｄが供給される。これにより、各吸着セル部１１１ａに吸着されていたＶＯＣの脱着作用が得られ、濃縮装置１１０からＶＯＣ濃縮ガスＧｅが排出される。

その他の構成や方法は、実施形態１と同様である。

実施形態２によれば、実施形態１の場合とは異なる構造の濃縮装置１１０を使用して、ミスト除去ガスＧｂをＶＯＣ希薄ガスＧｃとＶＯＣ濃縮ガスＧｅとに分離することができる。

その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変更が考えられる。例えば、各実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上述の実施形態の濃縮装置１０，１１０では、回転体１１，１１１の回転に伴って吸着領域と脱着領域が切り替わる場合について例示したが、これに代わる別構造を採用することもできる。例えば、互いに分離された２つの処理部を有する吸着脱着装置を使用する。この吸着脱着装置で、一方の処理部を吸着領域として吸着処理を行い、他方の処理部を脱着領域として脱着処理を行う。その後、バルブ切替によってガス供給先を一方の処理部から他方の処理部へと切り替えて、一方の処理部を吸着領域から脱着領域に変更し、且つ他方の処理部を脱着領域から吸着領域に変更する。このバルブ切替を繰り返すことによって、吸着処理及び脱着処理を連続的に行うことが可能になる。

上述の実施形態のサイクロン装置２０では、大径筒部２４ａと、円錐筒部２４ｂと、小径筒部２４ｄと、を有するサイクロン容器２４を用いる場合について例示したが、このサイクロン容器２４の構造はこれに限定されるものではなく、必要に応じて適宜に変更可能である。例えば、円錐筒部２４ｂに相当する部位のみを有する構造や、大径筒部２４ａ及び小径筒部２４ｄの少なくとも一方に相当する部位のみを有する構造などを採用することもできる。また、サイクロン容器２４は筒状であれば、その断面形状は、円形以外に、楕円形、三角形、四角形、多角形などであってもよい。さらに、サイクロン容器２４は、筒軸Ｌ２が垂直方向Ｙに沿って延在した状態で配置される場合に代えて、筒軸Ｌ２が垂直方向Ｙに対して任意の角度で傾斜した状態で配置されてもよい。

上述の実施形態では、分離ガスを燃焼させる燃焼装置３０として、発電機３２を伴うガスタービン３１を使用する場合について例示したが、必要に応じて発電機３２を省略することもできる。また、ガスタービン３１に代えて、ガス燃焼によって出力を得ることができる内燃機関を採用することもできる。

上述の実施形態では、塗装ブース２から排気される塗装排気Ｇａをフィルター装置５で処理した後に濃縮装置１０，１１０に供給するガス供給構造について例示したが、塗装排気Ｇａに含まれる塗料ミストＭが僅かである場合や、フィルター装置５以外の別手段によって予め塗料ミストＭが除去される場合には、このガス供給構造に代えて、塗装排気Ｇａを濃縮装置１０，１１０に直に供給する構造を採用することもできる。

上述の実施形態では、乾燥炉３から排気される塗装排気Ｇｉをサイクロン装置２０で処理した後に燃焼装置３０に供給するガス供給構造について例示したが、塗装排気Ｇｉに含まれるヤニＮが僅かである場合や、サイクロン装置２０以外の別手段によって予めヤニＮが除去される場合には、このガス供給構造に代えて、塗装排気Ｇｉを燃焼装置３０に直に供給する構造を採用することもできる。

上述の実施形態では、自動車ボディの製造に係る設備における塗装排気処理技術について例示したが、この塗装排気処理技術の本質的な特徴を、自動車ボディの製造とは別分野で使用される技術に適用することもできる。

２塗装ブース
３乾燥炉
４空調装置
９冷凍機（電動式の冷却器）
１０，１１０濃縮装置（吸着脱着装置）
２０サイクロン装置
２１吸気部
２２排気部
２３旋回分離部
３０燃焼装置
３１ガスタービン
３２発電機
Ｇａ塗装ブースの塗装排気
Ｇｈ燃焼ガス
Ｇｉ乾燥炉の塗装排気
Ｇｊサイクロン排気
Ｎヤニ

Claims

被塗物の塗装処理を行う塗装ブースと、
上記塗装ブースで塗装処理された上記被塗物の乾燥処理を行う乾燥炉と、
上記塗装ブースの塗装排気を吸着処理及び脱着処理によってＶＯＣ希薄ガスとＶＯＣ濃縮ガスとに分離する吸着脱着装置と、
上記吸着脱着装置で分離された上記ＶＯＣ希薄ガスを空調処理する空調装置と、
上記吸着脱着装置で分離された上記ＶＯＣ濃縮ガスを上記乾燥炉の塗装排気に含まれるＶＯＣとともに燃焼させる燃焼装置と、
を備え、
上記空調装置で生成された空調風が上記塗装ブースに供給され、上記燃焼装置で生成された燃焼ガスが上記吸着脱着装置で脱着処理用ガスとして使用されるように構成されており、
上記乾燥炉の上記塗装排気を吸気する吸気部と、上記吸気部で吸気した上記塗装排気を旋回させながら冷却する旋回分離部と、上記旋回分離部で上記塗装排気からヤニが分離されたＶＯＣ含有ガスをサイクロン排気として排気する排気部と、を有するサイクロン装置を備え、
上記サイクロン装置の上記排気部から排気された上記サイクロン排気が上記燃焼装置に供給されるように構成されている、塗装排気処理設備。
上記燃焼装置は、上記ＶＯＣ濃縮ガス及び上記サイクロン排気を燃料として回転駆動されるガスタービンと、上記ガスタービンの動力で駆動される発電機と、を有し、上記発電機が上記空調装置と上記サイクロン装置とで兼用の電動式の冷却器の電源として使用されるように構成されている、請求項１に記載の塗装排気処理設備。
被塗物の塗装処理を行う塗装ブースの塗装排気を吸着脱着装置における吸着処理及び脱着処理によってＶＯＣ希薄ガスとＶＯＣ濃縮ガスとに分離し、
分離した上記ＶＯＣ希薄ガスを空調装置で空調処理して上記塗装ブースに供給し、
分離した上記ＶＯＣ濃縮ガスを、上記塗装ブースで塗装処理された上記被塗物の乾燥処理を行う乾燥炉の塗装排気に含まれるＶＯＣとともに燃焼装置で燃焼させ、上記燃焼装置で生成した燃焼ガスを上記吸着脱着装置で脱着処理用ガスとして使用し、
サイクロン装置に上記乾燥炉の上記塗装排気を吸気して旋回させながら冷却し、上記塗装排気からヤニが分離されたＶＯＣ含有ガスをサイクロン排気として上記サイクロン装置から排気して上記燃焼装置に供給する、塗装排気処理方法。
上記燃焼装置は、上記ＶＯＣ濃縮ガス及び上記サイクロン排気を燃料として回転駆動されるガスタービンと、上記ガスタービンの動力で駆動される発電機と、を有し、上記発電機を上記空調装置と上記サイクロン装置とで兼用の電動式の冷却器の電源として使用する、請求項３に記載の塗装排気処理方法。