| 【発明の名称】 |
回転再生式温度スイング吸着装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】金巻 裕一
【氏名】山田 明
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| 【要約】 |
【課題】熱回収率の向上を図ることができると共に、電気ヒータ等の補機部品の電力（動力）消費量の低減を図り得て装置のランニングコストを低減することができるような回転再生式温度スイング吸着装置を提供する。
【解決手段】冷却区間Ｃの領域から流出する冷却用ガス７と、加熱区間Ｂの領域から流出する加熱用ガス９との間で熱交換を行なうための熱交換器１１を配設する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ハニカム構造の吸着剤の回転方向に沿って吸着区間，加熱区間及び冷却区間を順次に設定し、被吸着成分を含んだ原料ガスを前記吸着区間の領域において回転駆動状態の吸着剤に導入し、前記吸着区間の領域から流出した製品ガスの一部を前記冷却区間の領域において前記吸着剤に冷却用ガスとして導入し、さらに前記冷却区間の領域から流出したガスを加熱手段にて加熱した後に前記加熱区間の領域において前記吸着剤に加熱用ガスとして導入するように構成した回転再生式温度スイング吸着装置において、前記冷却区間の領域から流出する冷却用ガスと、前記加熱区間の領域から流出する加熱用ガスとの間で熱交換を行なうための熱交換器を配設したことを特徴とする回転再生式温度スイング吸着装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶剤回収，乾燥空気の製造等に用いられる回転再生式温度スイング吸着装置（ＴＳＡ）に関し、さらに詳しくは、熱回収率の向上を図るようにした回転再生式温度スイング吸着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２は温度スイング式ガス吸着分離法を施行する従来の回転再生式温度スイング吸着装置の構成を示すものであって、この装置は、相対的に低温の条件下で被吸着成分を吸着した後に、相対的に高温の条件下で被吸着物質を放出してこれを回収するための装置である。なお、ここでは、従来技術の一例として、溶剤回収用吸着装置の説明を図２を参照して以下に記述する。
【０００３】図２に示す装置は、吸着塔１と、この吸着塔１に被吸着成分（溶剤ガス）を含んだ原料ガス２を導入するブロア又はコンプレッサ３と、ガス加熱用の電気ヒータ４とをそれぞれ具備している。上述の吸着塔１は、図３に示すように、円筒状の外筒２０と、この外筒２０の上下両部の開放口２０ａ，２０ｂを閉塞するように固定状態で取付けられる上下一対のヘッダ（蓋体）２１ａ，２１ｂと、外筒２０及びヘッダ２１ａ，２１ｂにて構成された筐体２２内に収容配置されるハニカム構造の吸着剤２３とで構成されている。そして、この吸着剤２３は、外筒２０内に挿入されてヘッダ２１ａ，２１ｂ間に挟持された状態で筐体２２内に収容配置されるようになっている。なお、吸着剤２３の材質は、被吸着物質の種類に応じて選択されるが、被吸着物質が水分の場合には、通常、シリカゲルやゼオライト等が用いられる。
【０００４】また、図示を省略したが、前記筐体２２内に収容配置された吸着剤２３は、電気モータ等を駆動源とする駆動機構により、その軸線を中心に回転駆動されるように構成されている。なお、吸着剤２３の回転速度は、通常、数ｒｐｈ程度に設定されるようになっている。
【０００５】一方、吸着剤２３の回転方向（図２において矢印αで示す方向）に沿って吸着区間Ａ，加熱区間Ｂ及び冷却区間Ｃが順次に設定されている。これらの区間の設定の一例を具体的に述べると、吸着剤２３の１回転領域（３６０°の全周領域）のうちの例えばほぼ半分の領域が吸着区間Ａとして設定され、この吸着区間Ａに対して回転下流側であってかつ吸着剤２３の１回転領域のうちのほぼ１／４の領域が加熱区間Ｂとして設定され、この加熱区間Ｂに対して回転下流側であってかつ吸着剤２３の１回転領域のうちのほぼ１／４の領域が冷却区間Ｃとして設定されている。換言すれば、吸着区間Ａに対して回転下流側に加熱区間Ｂが設定され、吸着区間Ａに対して回転上流側に冷却区間Ｃが設定される。
【０００６】また、下側のヘッダ２１ｂには、吸着区間Ａ内の箇所に原料ガス供給管２４が、冷却区間Ｃ内の箇所に冷却用ガス供給管２５が、そして加熱区間Ｂ内の箇所に加熱用ガス排出管２６がそれぞれ貫通状態で取付けられている。一方、上側のヘッダ２１ａには、吸着区間Ａ内の箇所に製品ガス排出管２７，吸着区間Ｃ内の箇所に冷却用ガス流通管２８が、そして吸着区間Ｂ内の箇所に加熱用ガス供給管２９がそれぞれ貫通状態で取付けられている。なお、原料ガス供給管２４，冷却用ガス供給管２５及び加熱用ガス排出管２６は、製品ガス排出管２７，冷却用ガス流通管２８及び加熱用ガス供給管２９にそれぞれ対応配置されている。
【０００７】しかして、図２の装置は次のように作動するようになっている。すなわち、被吸着成分（溶剤ガス）を含んだ原料ガス２がブロア又はコンプレッサ３によって吸着区間Ａの領域に導入され、この領域において前記原料ガス２がヘッダ２１ｂの原料ガス供給管２４を通して回転駆動状態の吸着剤２３のハニカム孔３０（図２参照）のうち前記吸着区間Ａにある多数のハニカム孔３０（多数の通路）内にそれぞれ導入される。なお、この際の原料ガス２の温度は例えば２５℃程度であり、吸着剤２３の吸着区間Ａにおける温度は例えば２５℃程度である。これに伴い、吸着剤２３のハニカム孔３０内に流入された原料ガス２に含まれる被吸着成分が、吸着剤２３に吸着され、原料ガス２から被吸着成分が除去される。すなわち、この吸着工程においては、原料ガス２の流れの上流側（ヘッダ２１ｂの側）から徐々に吸着が起こる。具体的には、吸着過程に入ってからはすぐには吸着剤２３には何も吸着されず、吸着剤２３のハニカム孔３０に被吸着成分が含まれたガスが流れ込むと、各ハニカム孔３０の上流側において吸着が起こる。ガスは次々に流れてくるが、ハニカム孔３０の上流側で飽和吸着量に達したら、それ以後は徐々に下流側（ヘッダ２１ａの側）の領域で吸着が起こり、吸着領域が徐々に下流側に移行していく。そして、吸着過程が終わる頃（吸着剤２３の回転により吸着区間を通り過ぎる頃）には、吸着剤２３のハニカム孔３０のうち吸着区間を通過するハニカム孔３０部分の全域がほぼ飽和吸着量に達する。
【０００８】原料ガス２から被吸着成分が除去されて得られる残りのガスは、製品ガス５として、吸着区間Ａにおいて吸着剤２３からヘッダ２１ａの製品ガス供給管２７を通して流出される。そして、この製品ガス５の一部が、ヘッダ２１ｂの冷却用ガス供給管２５に分流されて冷却用ガス６として冷却区間Ｃの領域に導かれ、冷却用ガス供給管２５を通して吸着剤２３内に導入される。すなわち、加熱区間Ｂにおける加熱過程（脱着過程）を終えて吸着区間Ａにおける吸着過程に移るまでの間の冷却区間Ｃにおいて、吸着区間Ａの領域から導かれた冷却用ガス６が吸着剤２３のハニカム孔３０内に導入される。これに伴い、吸着剤２３と冷却用ガス６との間で熱交換が行われるため、吸着剤２３が例えば２５℃程度に冷却される。
【０００９】一方、前記冷却用ガス６は熱交換により温度が高められた冷却用ガス７（例えば７５℃程度）となり、この温度の高い冷却用ガス７が冷却用ガス流通管２８を介して加熱区間Ｂの領域に導かれると共に、電気ヒータ４にて所要の温度（例えば１２０℃程度）に加熱された後に加熱区間Ｂの領域において加熱用ガス供給管２９から加熱用ガス８として吸着剤２３内に導入される。これに伴い、被吸着成分を吸着した吸着剤２３が上述の加熱用ガス８にて加熱されるため、吸着剤２３に吸着されている被吸着成分が吸着剤２３から分離されて吸着剤２３の再生が行われる。このような被吸着成分の分離過程（脱着過程）の後に、ガス中に脱着した被吸着成分が加熱用ガス９と共に搬送されて濃縮され、この濃縮された被吸着成分が加熱用ガス排出管２６を通して最終的に回収物質１０（例えば７０℃程度）として回収される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の如き従来の回転再生式温度スイング吸着装置では、加熱区間Ｂ（被吸着成分の分離又は脱着区間）から流出する加熱用ガス９（図２参照）は吸着塔１において完全には熱交換を行っていないため、加熱用ガス９の温度は比較的高温のままである。加熱用ガス９の熱を回収する余地があるにも拘らず、加熱用ガス９はそのまま回収物質１０と共に系外へ排出されているのが実状である。このため、装置内における熱回収率が悪いという問題点がある。
【００１１】一方、冷却区間Ｃから流出した冷却用ガス７は温度が比較的低く、そのまま加熱区間Ｂで吸着剤２３内の吸着剤を充分に加熱し得る温度にまで昇温されないため、加熱区間Ｂにおいて吸着剤２３内に導入する前に電気ヒータ４等の加熱手段にて充分に加熱する必要がある。従って、この電気ヒータ４等を作動させるために必要な消費電力が多くなり、装置のランニングコストが嵩んでしまうという問題点がある。
【００１２】ところで、上述の吸着塔１についてはコンパクト化の要請があるが、吸着塔１のコンパクト化を図るためには、吸着剤２３を小型にしてその回転速度を増加させる必要がある。この場合、加熱区間Ｂ或いは冷却区間Ｃに吸着剤２３がとどまる時間が必然的に短くなり、吸着剤２３の温度変化が充分ではない。この時、加熱用ガスは温度が高いまま（例えば９０℃）吸着剤２３のハニカム孔３０を吹き抜けて外部に捨てられ、その熱が無駄になる。一方、冷却用ガスは温度が低いまま（例えば６０℃）電気ヒータ４へ導かれ、昇温されて加熱用ガスとなるため、ヒータ電力等の消費量が多くなり熱回収率も低くなる。さらには、吸着剤２３の温度が冷却過程で十分に冷却されず、加熱過程でも十分に加熱されないため、吸着効率も小さくなる結果となる。
【００１３】本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、熱回収率の向上を図ることができると共に、電気ヒータ等の補機部品の電力消費量の低減を図り得て装置のランニングコストを低減することができるような回転再生式温度スイング吸着装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するために、本発明では、ハニカム構造の吸着剤の回転方向に沿って吸着区間，加熱区間及び冷却区間を順次に設定し、被吸着成分を含んだ原料ガスを前記吸着区間の領域において回転駆動状態の吸着剤に導入し、前記吸着区間の領域から流出した製品ガスの一部を前記冷却区間の領域において前記吸着剤に冷却用ガスとして導入し、さらに前記冷却区間の領域から流出したガスを加熱手段にて加熱した後に前記加熱区間の領域において前記吸着剤に加熱用ガスとして導入するように構成した回転再生式温度スイング吸着装置において、前記冷却区間の領域から流出する冷却用ガスと、前記加熱区間の領域から流出する加熱用ガスとの間で熱交換を行なうための熱交換器を配設するようにしている。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施態様について図１を参照して説明する。なお、図１において図２と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１６】図１は本発明の一実施態様に係る回転再生式温度スイング吸着装置を示すものであって、本装置は従来の装置と同様に温度スイング式ガス吸着分離法により相対的に低温の条件下で原料ガス２中に含まれる被吸着成分を吸着した後に、相対的に高温の条件下で被吸着物質を脱着（分離）して放出し、回収するように構成されている。
【００１７】本例の装置においては、図１に示すように、冷却区間Ｃの領域から流出する冷却用ガス７と、加熱区間Ｂの領域から流出する加熱用ガス９との間で熱交換を行なうための熱交換器１１が配設されている。具体的には、冷却区間Ｃにおいて吸着剤２３から流出した冷却用ガス７が熱交換器１１に供給されると共に、この熱交換器１１を通過したガスが加熱用ガス１２として熱交換器１１から導出されるように構成されている。そして、この熱交換器１１から導出される加熱用ガス１２が電気ヒータ４にて加熱されてから加熱区間Ｂにおいて吸着剤２３に導入されるようになっている。さらに、加熱区間Ｂから流出した加熱用ガス９が前記熱交換器１１に供給され、この熱交換器１１により加熱用ガス９と前記冷却用ガス７との間で相互に熱交換が行われるように構成されている。なお、加熱用ガス９中に脱着された被吸着成分は熱交換器１１から搬送されて濃縮され、この濃縮された被吸着成分が最終的に回収物質１０として回収されるようになっている。
【００１８】因みに、原料ガス２の温度及び吸着区間Ａにおける吸着剤２３の温度は例えば２５℃で一定であり、加熱区間Ｂにおける吸着剤２３の温度は例えば２５℃から１２０℃まで変化し、冷却区間Ｃにおける吸着剤２３の温度は例えば１２０℃から２５℃まで変化し、熱交換器１１から導出された加熱用ガス１２の温度は例えば８５℃であり、回収物質１０の温度は例えば６５℃である。
【００１９】このような構成を採用した本例の装置では、次のような作用を奏する。まず、吸着剤２３の加熱区間（脱着区間）Ｂ及び冷却区間Ｃの領域よりそれぞれ流出した加熱用ガス９及び冷却用ガス７は、吸着剤２３と完全には熱交換を行っていないため、加熱区間Ｂからは加熱用ガス９が比較的高温のまま吸着塔１より流出し、冷却区間Ｃからは冷却用ガス７が比較的低温のまま吸着塔１より流出する。そこで、本装置においては、既述の如くこれらの加熱用ガス９及び冷却用ガス７を熱交換器１１に導入して、これら双方で互いに熱交換を行なわしめるように構成しているので、冷却区間Ｃから流出した冷却用ガス７は加熱区間Ｂから流出した加熱用ガス９にて加熱され充分に高い温度に昇温される。すなわち、熱交換器１１を配設することにより、従来ではそのまま捨てられていた加熱用ガス９の高温度を利用して冷却用ガス７の加熱に寄与せしめるようにしているので、熱回収率の向上が図られる。そのため、電気ヒータ４によって冷却用ガス７を所定の高温に加熱する際の昇温幅が少なくて済むこととなり、ひいては電気ヒータ４の電力消費量を低減させることが可能となり、その結果、装置のランニングコストの低減を図ることができる。
【００２０】以上、本発明の一実施態様につき述べたが、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、吸着剤２３の１回転領域に沿って設定した吸着区間Ａ，加熱区間Ｂ及び冷却区間Ｃの領域幅、及び製品ガスのうち冷却用ガスとして分流される割合は、必要に応じて適宜に変更可能である。また、冷却用ガスを加熱する手段は電気ヒータ４に限ることなく各種の加熱用補機部品（加熱手段）を用いることが可能である。
【００２１】
【発明の効果】以上の如く、本発明は、冷却区間の領域から流出する冷却用ガスと、加熱区間の領域から流出する加熱用ガスとの間で熱交換を行なうための熱交換器を配設するようにしたものであり、これにより、加熱区間から出た加熱用ガスの温度を利用して冷却区間を出た冷却用ガスを加熱するようにしたものであるから、装置の熱回収率を向上させることができ、前記冷却用ガスを加熱用ガスとして所要の温度にまで加熱するための電気ヒータ等の加熱用補機部品（加熱手段）の電力消費量を低減できる。すなわち、本発明によれば、上述の如き熱交換器を設置することにより、加熱ガスが高温のまま捨てられるのを回避できて熱エネルギの無駄をなくすことができるため、ヒータ電力等の消費量を低減することが可能となると共に、熱回収率を高く保つことができる。その結果、装置のランニングコストの低減を図ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）７月１５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚男 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２８３２８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）２月２日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−１８９４２２ |
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