JP4786591B2

JP4786591B2 - Ｖｏｃ冷却回収装置

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Publication number: JP4786591B2
Application number: JP2007126511A
Authority: JP
Inventors: 浩一太田; 万寿男吉岡
Original assignee: Orion Machinery Co Ltd
Current assignee: Orion Machinery Co Ltd
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2027-05-11
Also published as: JP2008279379A

Description

本発明は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が気体となっている場合において、このＶＯＣガスを液化して回収するための冷却回収装置に関する。

ＶＯＣは、揮発性を有しており大気中で気体状となる有機化合物であり、トルエン、キシレン、酢酸エチル、デカン等様々な物質が該当する。
気体状となったＶＯＣを含むＶＯＣガスは、塗装関係の施設、接着剤を乾燥させる施設、印刷関係の施設、化学製品の製造施設、工業用洗浄施設など様々な施設において排出されている。しかしながらＶＯＣは、浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）や、光化学オキシダントの原因物質であり、大気汚染防止の観点から、近年その排出が抑制されるように求められている。

そこで、排出されるＶＯＣガスを回収するために、ＶＯＣガスを冷却して凝縮液化させるためのガス回収装置が従来より知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
以下、図３に基づいて、特許文献１及び特許文献２に示されているようなガス回収装置の構成を説明する。
ガス回収装置１０は、密閉容器として構成された冷却装置１１と、冷凍機１２とを有している。回収すべきガスは流通管１３を流通して冷却装置１１の内部に導入される。冷却装置１１内には第１コイル１４及び第２コイル１５の２つのコイルが配置されている。

冷凍機１２には、冷媒が流通する冷媒流通管１７に圧縮機１６と、凝縮器１８とが設けられている。また、凝縮器１８と第１のコイル１４との間には、膨張器１９が設けられており、凝縮器１８から延出される冷媒流通管１７は、膨張器１９の手前で分岐して分岐管２１が接続されており、分岐管２１には、膨張器２０と第２コイル１５が設けられている。
第２コイル１５の下流側の分岐管２１はエジェクタ２２の吸引部に接続されており、第２コイル１５はエジェクタ２２により負圧となり、第１コイル１４よりも低温となる。

実開平６−２９６０３号公報（図２等）特開平７−２６０３４５号公報（図２等）

上述したような従来のガス回収装置には、極低温に冷却されてＶＯＣが除去されたガスを排気するガス排出管が設けられており、このガス排出管にはガスの排出を制御するための出口閉塞バルブが設けられている。
しかし、排気するガスは極低温であるため出口閉塞バルブが凍結してしまい、バルブとしての機能が発揮できない場合があるという課題があった。

そこで本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、ＶＯＣが除去された後のガスを排出する出口における出口閉塞バルブの凍結を防止することができるＶＯＣの回収装置を提供することにある。

すなわち、本発明にかかるＶＯＣ冷却回収装置によれば、気体となっているＶＯＣを含むＶＯＣガスから、ＶＯＣを液化させて回収するＶＯＣ冷却回収装置であって、第1の冷媒で冷却される高温側回路と第２の冷媒で冷却される低温側回路とがカスケードコンデンサを介して熱的に接続されてなる二元冷凍機と、第１の密閉容器内に前記高温側回路の蒸発器が配置されてなり、導入されるＶＯＣガスを予備冷却するプレクーラーと、第２の密閉容器内に前記低温側回路の蒸発器が配置されてなり、予備冷却されたＶＯＣガスを冷却するメインクーラーと、前記プレクーラーへＶＯＣガスを導入させるガス導入管と、前記プレクーラー内で予備冷却されて排出されたＶＯＣガスを前記メインクーラーへ導入させるガス流通管と、前記メインクーラーでＶＯＣが回収された残りのガスをメインクーラーから排出させるガス排出管と、該ガス排出管の排気出口を閉塞する、出口閉塞バルブと、前記プレクーラー及び前記メインクーラーの下部に設けられたドレンポートと、前記プレクーラー及び前記メインクーラーの各ドレンポートに接続され、前記プレクーラー及び前記メインクーラーにおいて液化されたＶＯＣを流通させるドレン回収管と、該ドレン回収管に接続されており、回収したＶＯＣを貯留する回収槽と、前記出口閉塞バルブの凍結を防止するための凍結防止手段とを具備することを特徴としている。
この構成を採用することによって、出口閉塞バルブが凍結防止手段によって凍結することなく、ガス排出管の開閉を行える。

また、前記凍結防止手段は、断熱構造を有する本体内に前記ガス導入管と前記ガス排出管とを近接して配置可能に設けられ、ガス導入管内を流通するＶＯＣガスの温度によって排出させるガスの温度を上昇させて出口閉塞バルブの凍結を防止する凍結防止用熱交換器であることを特徴としてもよい。
この構成によれば、比較的温度が高い導入前のＶＯＣガスによって排出ガスの温度が高められ、出口閉塞バルブの凍結を防止する。このため、電気その他のヒータで加熱する必要がないので、ランニングコストの低減を図ることができ、且つＶＯＣガスを導入前に冷却できるのでＶＯＣガスの冷却効率も高めることができる。

本発明にかかるＶＯＣ冷却回収装置によれば、出口閉塞バルブが凍結して動作しなくなることを防止できる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に本実施形態の全体構成を示す。
本実施形態のＶＯＣ冷却回収装置３０は、二元冷凍機３２を用いており、ＶＯＣガスを二元冷凍機３２の高温側回路３３で予備冷却したのちにさらに低温側回路３４で冷却させることにより、効率よくＶＯＣを凝縮液化できる。

まず、二元冷凍機３２の構成について説明する。
二元冷凍機３２は、高温側回路３３と低温側回路３４とがカスケードコンデンサ３６によって熱的に接続されることにより構成されている。
高温側回路３３は、高温側圧縮機（コンプレッサー）３８と、高温側凝縮器４０と、高温側減圧弁４３と、カスケードコンデンサを構成する第1の高温側蒸発器４４とを備えており、これらの各機器は高温側冷媒が流通する冷媒流通管４５によって直列に接続されている。

高温側回路３３の高温側凝縮器４０の下流側には、冷媒ドライヤ５０が設けられており、冷媒中の水分の除去を図っている。
また、高温側減圧弁４３と第１の高温側蒸発器４４との間には、冷媒流通管４５を流通する冷媒の流量を調節する制御バルブ３７が設けられている。

また、高温側回路３３は、第1の高温側蒸発器４４と並列となるように第２の高温側蒸発器４６を設けている。第1の高温側蒸発器４４と第２の高温側蒸発器４６は、高温側圧縮機３８及び高温側凝縮器４０を共通に用いるようにしており、第２の高温側蒸発器４６は、冷媒流通管４５の高温側圧縮機３８に接続している部位と、冷媒流通管４５の高温側凝縮器４０に接続している部位との間で分岐する分岐管４９に設けられている。
分岐管４９には第２の高温側減圧弁４３が設けられている。分岐管４９の高温側減圧弁４３と第２の高温側蒸発器４６の間には、分岐管４９を流通する冷媒の流量を調節する制御バルブ３９が設けられている。

本実施形態における高温側凝縮器４０にはファン３５が設けられており、ファンによって導入された外気によって冷媒が冷却されて凝縮されるように設けられている。
このような構成を有する高温側回路３３では、高温における特性が優れた冷媒を使用している。

次に、低温側回路３４の構成について説明する。
低温側回路３４は、低温側圧縮機（コンプレッサー）５１と、カスケードコンデンサ３６を構成する低温側凝縮器５２と、低温側減圧弁５４と、低温側蒸発器５６とを備えており、これらの各機器は低温側冷媒が流通する冷媒流通管５５によって接続されている。また、低温側回路３４の低温側凝縮器５２の下流側には、冷媒ドライヤ５７が設けられており、冷媒中の水分の除去を図っている。
また、低温側圧縮機５１と低温側凝縮器５２の間には、オイルセパレータ５９が設けられている。オイルセパレータ５９は、低温側圧縮機５１から生じたオイルが他の機器へ流入しないように、オイルを分離して低温側圧縮機５１に戻すようにしている。

カスケードコンデンサ３６内には、カスケードコンデンサ３６内の温度を検出する温度センサ５３が設けられている。
温度センサ５３には、制御部５８が接続されている。制御部５８は、高温側圧縮機３８及び低温側圧縮機５１の動作を制御可能に設けられており、検出したカスケードコンデンサ３６内の温度が、予め設定しておいた所定の温度になるように制御する。具体的に、カスケードコンデンサ３６内の温度は、―１０℃程度になるように制御される。

続いてＶＯＣガスの流通経路について説明する。
まず、高温側回路３３の第1の高温側蒸発器４６は、密閉容器内に配置され、ＶＯＣガスを予備冷却するプレクーラー６０を構成する。ＶＯＣガスを予備冷却することで、ＶＯＣガス中に含まれる水分を霜として付着させることにより、水分を除去することができる。
低温側回路３４の低温側蒸発器５６も密閉容器内に配置され、ＶＯＣを液化させるメインクーラー６２を構成する。

回収すべきＶＯＣは、ＶＯＣの発生源（図示せず）に接続されているガス導入管６４内を流通して、ＶＯＣ冷却回収装置３０内に導入されるように設けられる。ガス導入管６４には、ブロワ（図示せず）と制御バルブ６８が設けられており、ブロワ６６によってＶＯＣガスをガス導入管６４内に送り込むようにしている。ガス導入管６４に送り込まれたＶＯＣガスは、プレクーラー６０内に導入され、予備冷却される。

プレクーラー６０とメインクーラー６２との間には、ガス流通管６７が配設され、プレクーラー６０で予備冷却されたＶＯＣガスが、ガス流通管６７を通ってメインクーラー６２内へ導入される。
なお、メインクーラー６２には、ＶＯＣが分離された残りのガスを排出するためのガス排出管７１が配設されている。このように、ＶＯＣガスは、プレクーラー６０とメインクーラー６２の双方を通過して２段階にわたって冷却され、その後ＶＯＣが除去されてガス排出管７１から排気される。また、ガス排出管７１の端部には、排気出口１１０が設けられている。
さらに、ガス排出管７１には、排気出口１１０を閉塞するための出口閉塞バルブ７０が設けられている。

ガス流通管６７の周囲には、周囲の温度を遮断して流通するＶＯＣガスの低温状態を維持できるように、断熱部材９１が設けられている。例えば、ガス流通管６７の周囲に断熱材を巻き付けるようにして断熱部材９１を構成しても良い。
なお、本実施形態では、ガス導入管６４の一部とガス排出管７１の一部にも断熱部材９１を設けるようにし、さらに冷却効率を上げるようにしている。

また、ガス排出管７１から排出されるガスは、メインクーラー６２で極低温に冷却されたものであるため、出口閉塞バルブ７０の凍結を招くおそれがある。そこで、出口閉塞バルブ７０の凍結を防止するための凍結防止手段が設けられている。
本実施形態における凍結防止手段は、ガス排出管７１とガス導入管６４とを内部に配置させて、ガス排出管７１内を流通するガスと、ガス導入管６４内を流通するＶＯＣガスとの間で熱交換させる凍結防止用熱交換器８３が該当する。

凍結防止用熱交換器８３は、断熱構造の本体８７内に、ガス排出管７１とガス導入管６４とが近接して配置されるように設けられている。また、ガス排出管７１に設けられていた断熱部材９１は、ガス排出管７１とガス導入管６４との間で熱交換が可能となるように、凍結防止用熱交換器８３内には配置されない。

プレクーラー６０及びメインクーラー６２のそれぞれの下部には、ドレンポート７２、７４が設けられている。
ドレンポート７２は、ドレン制御バルブ（図示せず）が設けられたドレン回収管７６に接続されており、ドレン回収管７６は回収槽に７８に接続されている。また、ドレンポート７４は、ドレン制御バルブ９２が設けられたドレン回収管７７に接続されており、ドレン回収管７７は回収槽７８に接続されている。
また、制御部５８は、制御信号を出力して両ドレン制御バルブ（図示せず）の開閉を制御することができる。ＶＯＣの回収時には、両ドレン制御バルブは開いているように制御され、常時ＶＯＣがドレンとして回収される。

このように、プレクーラー６０及びメインクーラー６２でＶＯＣが凝縮して液化すると、液化したＶＯＣがドレン回収管７６及びドレン回収管７７を経由して回収槽７８に貯留される。回収槽７８には、回収槽７８内の空気を排気する排気管７９が設けられており、排気管７９には排気フィルター８０が取り付けられている。排気フィルター８０は、ＶＯＣを分解する触媒等が用いられている。

なお、ガス導入管６４には、デフロスト時にはデフロスト用エアを導入するようにするとよい。本実施形態におけるデフロスト用エアとしては通常の外気を採用する。
すなわち、ガス導入管６４におけるプレクーラー６０の上流側に、外気を導入させるための分岐管８２を設け、分岐管８２には分岐管８２の開閉を行う制御バルブ８４と、外気を送り込むためのブロワ８６が設けられている。

以下、本実施形態におけるＶＯＣ冷却回収装置３０の動作について説明する。
まず、ＶＯＣ冷却回収装置３０の動作前は、ガス導入管６４の制御バルブ６８と分岐管８２の制御バルブ８４は閉塞させておき、ＶＯＣガスもデフロスト用エアもガス導入管６４には流入しないようにしておく。
それから、ＶＯＣ冷却回収装置３０の動作前は、制御バルブ３７も閉塞させておき、最初はプレクーラー６０が運転しないように設けておく。

最初に、高温側圧縮機３８の電源を投入する。
高温側圧縮機３８が動作すると、高温側回路３３の冷媒が圧縮されて高温側凝縮器４０に送り込まれ、高温側凝縮器４０で圧力一定で冷媒が冷却されるとともに液化される。液化された冷媒は、高温側減圧弁４３で膨張させられて沸点を下げ、カスケードコンデンサ３６内の第1の高温側蒸発器４４において、低温側回路３４の低温側凝縮器５２の熱を奪って蒸発する。

次いで、高温側圧縮機３８の電源を投入してから所定時間経過後に、低温側回路３４において低温側圧縮機５１の電源を投入する。
すると、低温側回路３４の冷媒が圧縮されて低温側凝縮器５２に送り込まれ、高温側蒸発器４４との間で熱交換されて圧力一定で冷媒が冷却されるとともに液化される。
液化された冷媒は、低温側減圧弁５４で膨張させられて沸点を下げる。低温側蒸発器５６においては、冷媒がメインクーラー６２内の熱を奪って蒸発する。そして、蒸発して気化した冷媒は低温側圧縮機５１内に流入する。

カスケードコンデンサ３６内の温度が−１０℃になったことを制御部５８が検出した場合には、制御部５８は制御バルブ３７を開いてプレクーラー６０側の分岐管４９に冷媒を流す。液化された冷媒は、分岐管４９の高温側減圧弁４３で膨張させられて沸点を下げ、第２の高温側蒸発器４６において、プレクーラー６０内の熱を奪って蒸発する。

これとともに制御部５８は、制御バルブ３９の開度を調整して、カスケードコンデンサ３６内の温度が一定になるよう、冷媒がプレクーラー６０側へ流れる量と、冷媒がカスケードコンデンサ３６へ流れる量を配分する。

次いで、制御バルブ６８を開くとともにブロワ６６の運転を開始させることにより、ＶＯＣガスはガス導入管６４を経てプレクーラー６０内に流入する。
プレクーラー６０内にＶＯＣガスが流入すると、プレクーラー６０内の第２の高温側蒸発器４６では、高温側減圧弁４３によって膨張させられて沸点を下げた冷媒が、ガス導入管６４から導入されたＶＯＣガスの熱を奪って蒸発する。なお、このときＶＯＣガスに含まれる水分が霜となってプレクーラー６０内に付着する。このため、水分が除去されて予備冷却されたＶＯＣガスが、次のメインクーラー６２へ導入される。
なお、このとき、プレクーラー６０内の温度は、―１０℃程度である。

プレクーラー６０で予備冷却されたＶＯＣガスは、ガス流通管６７を通ってメインクーラー６２へ導入される。
メインクーラー６２内にＶＯＣガスが流入すると、メインクーラー６２内の低温側蒸発器５６では、低温側減圧弁５４によって膨張させられて沸点を下げた冷媒が、ガス流通管６７から導入されたＶＯＣガスの熱を奪って蒸発する。
なお、このとき、メインクーラー６２内の温度は、−５５〜−６５℃程度である。

このようにして、ＶＯＣガスはプレクーラー６０とメインクーラー６２内で冷却され、凝縮して液化される。液化したＶＯＣは、プレクーラー６０内部及びメインクーラー６２内部の下部に溜まる。プレクーラー６０とメインクーラー６２の下部にはドレンポート７２，７４が設けられているので、液化したＶＯＣはドレンポート７２，７４からドレン回収管７６、７７を通って回収槽７８内に流れ出て、回収される。

また、ＶＯＣが除去された残りのガスは、ガス排出管７１を通って排気出口１１０から排気されるが、ガス排出管７１は凍結防止用熱交換器８３内に配置されたガス導入管６４内を流通するＶＯＣガスによって加熱される。このため、排気出口１１０の手前に設けられている出口閉塞バルブ７０が冷凍して動作しなくなることを防止できる。
メインクーラー６２内ではＶＯＣガスは−５５〜−６５℃に冷却されるが、ガス導入管６４内を流通するＶＯＣガスは５０℃程度の温度である。このため、排出すべきガスはバルブが凍結しない程度にまで温度上昇させることができる。一方、導入されるＶＯＣガスはプレクーラー６０へ導入される前段階で温度が低下するので、冷却効率を上げることができる。

なお、ＶＯＣ冷却回収動作を連続して実行していると、特にプレクーラー６０内に付着した霜を除去するデフロストを行う必要が生じる。冷却効率を上げるには、およそ８時間おきにデフロストを行う必要がある。
デフロストの際には、高温側圧縮機３８と低温側圧縮機５１の電源をオフにして冷凍サイクルを停止させる。そして、制御バルブ６８を閉じてＶＯＣガスがＶＯＣガス導入管６４内に流入するのを防止し、且つ制御バルブ８４を開いてデフロスト用エアである外気をガス導入管６４内に流入させる。さらに、ガス排出管７１の先端部の排気出口１１０の出口閉塞バルブ７０を閉じる。

このようにしてデフロストを実行すると、プレクーラー６０内の霜が溶けて水分が液化するが、この液化した水分がドレン回収管７６を通って回収槽７８内に回収される。さらに、メインクーラー６２内の霜もドレン回収管７７を通って回収槽７８内に回収される。

またデフロスト時には、排気出口１１０が閉塞されるので、デフロスト用エアも排気出口１１０からは排出されず、ドレン回収管７６，７７を通って回収槽７８内に回収される。
回収槽７８では、回収されたデフロスト用エアが排気フィルター８０を通って、ＶＯＣが回収されて外部へ排気される。

すなわち、デフロストの際には、プレクーラー６０やメインクーラー６２内に残留していたＶＯＣがデフロスト用ガスと一緒に排出されてくるので、これをガス排出管７１の排気出口１１０から排出されないようにし、回収槽７８で回収することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図２に基づいて説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する場合もある。
第２の実施形態は、プレクーラー及びメインクーラーをそれぞれ２台ずつ設け、ＶＯＣの回収とデフロストとを交互に実行できるように設け、各メインクーラーに設けられたガス排出管に凍結防止手段を設けた点に特徴がある。

第２の実施形態のＶＯＣ冷却回収装置９０における高温側回路３３には、高温側蒸発器が３台並列に接続されており、そのうちの１台がカスケードコンデンサ３６を構成する第1の高温側蒸発器４４である。他の２台は、それぞれが密閉容器内に配置されてプレクーラー６０ａ，６０ｂを構成する２台の第２の高温側蒸発器４６ａ，４６ｂである。
第２の高温側蒸発器４６ａ，４６ｂは、それぞれが分岐管４９ａ，４９ｂによって冷媒流通管４５から分岐して設けられ、またそれぞれが交互に運転できるように設けられ、各分岐管４９ａ，４９ｂには、分岐管４９ａ，４９ｂ内の冷媒の流通を制御するための制御バルブ３７ａ，３７ｂが設けられている。
また、各プレクーラー６０ａ，６０ｂに設けられた各ドレンポート７２ａ，７２ｂには、回収槽７８に連通されるドレン回収管７６ａ，７６ｂが接続されている。

また、低温側回路３４においては、2台の低温側蒸発器５６ａ，５６ｂが並列に設けられており、それぞれが密閉容器内に配置されてメインクーラー６２ａ，６２ｂを構成している。
２台の低温側蒸発器５６ａ，５６ｂのうち、いずれかの低温側蒸発器５６ａは、冷媒流通管５５から分岐管９４ａによって分岐して設けられ、またそれぞれが交互に運転できるように設けられている。このため冷媒流通管５５と分岐管９４ａには、冷媒流通管５５と分岐管９４ａ内の冷媒の流通を制御するための制御バルブ９６ａ，９６ｂが設けられている。
また、メインクーラー６２ａ，６２ｂに設けられた各ドレンポート７４ａ，７４ｂには、回収槽７８に連通されるドレン回収管７７ａ，７７ｂが接続されている。

ドレン回収管７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂは、プレクーラー６０ａ，６０ｂ及びメインクーラー６２ａ，６２ｂで液化したＶＯＣの回収に用いられるとともに、デフロスト時には、デフロスト用エアを回収槽７８へ流通させる役割も有している。

本実施形態における、ＶＯＣガスをプレクーラーへ導入させるガス導入管６５は、２系統設けられている。すなわち、ＶＯＣガスの発生源に接続された１本のガス導入管６５が２本に分岐して２系統のガス導入管６５ａ，６５ｂを構成している。
分岐した一方がプレクーラー６０ａにＶＯＣガスを導入する第１のガス導入管６５ａであり、分岐した他方がプレクーラー６０ｂにＶＯＣガスを導入する第２のガス導入管６５ｂである。
第１のガス導入管６５ａの、プレクーラー６０ａよりも上流側には、逆止弁９８ａと、ＶＯＣガスの流通を制御する制御バルブ９９ａが設けられている。
第２のガス導入管６５ｂの、プレクーラー６０ｂよりも上流側には、逆止弁９８ｂと、ＶＯＣガスの流通を制御する制御バルブ９９ｂが設けられている。

本実施形態におけるデフロスト用エアは、各プレクーラー６０ａ，６０ｂまでは、ガス導入管６５ａ，６５ｂではなく、独立した配管を通るように設けられている。つまり、デフロスト用エアの導入口から延びる配管にブロワ８６が設けられ、ブロワ８６の下流では配管が２本に分岐している。２本に分岐した一方がプレクーラー６０ａにデフロスト用エアを導入するデフロスト用エア導入管１００ａであり、２本に分岐した他方がプレクーラー６０ｂにデフロスト用エアを導入するデフロスト用エア導入管１００ｂである。

デフロスト用エア導入管１００ａのプレクーラー６０ａよりも上流側には、逆止弁１０２ａと、デフロスト用エアの流通を制御する制御バルブ１０４ａが設けられている。
また、デフロスト用エア導入管１００ｂのプレクーラー６０ｂよりも上流側には、逆止弁１０２ｂと、デフロスト用エアの流通を制御する制御バルブ１０４ｂが設けられている。

プレクーラー６０ａとメインクーラー６２ａとの間は、ＶＯＣガスとデフロスト用エアが共通で流通するガス流通管１０６ａが配管されている。
同様に、プレクーラー６０ｂとメインクーラー６２ｂとの間は、ＶＯＣガスとデフロスト用エアが共通で流通可能なガス流通管１０６ｂが配管されている。

メインクーラー６２ａには、メインクーラー６２ａを通過してＶＯＣガスが回収された回収後のガスを排気するガス排出管１０８ａが接続されている。ガス排出管１０８ａには、ガス排出管１０８ａの先端部に形成された排気出口１１０ａを閉塞可能な出口閉塞バルブ７０ａが設けられている。
同様にメインクーラー６２ｂにも、メインクーラー６２ｂを通過してＶＯＣガスが回収された回収後のガスを排気するガス排出管１０８ｂが接続されている。ガス排出管１０８ｂには、ガス排出管１０８ｂの先端部に形成された排気出口１１０ｂを閉塞可能な出口閉塞バルブ７０ｂが設けられている。

２本のガス排出管１０８ａ，１０８ｂには、各出口閉塞バルブ７０ａ，７０ｂの凍結防止のために共通の凍結防止用熱交換器８３が設けられている。凍結防止用熱交換器８３は、断熱構造を有する本体８７内に、２本のガス排出管１０８ａ，１０８ｂと、ガス導入管６５とを互いに近接して配置される。具体的には、２本のガス排出管１０８ａ，１０８ｂの間にガス導入管６５を配置するようにしている。このようにして、凍結防止用熱交換器８３では、ガス排出管１０８ａ，１０８ｂと、1本のガス導入管６５との間で熱交換可能である。なお、凍結防止用熱交換器８３内に配設されるガス導入管６５は、２系統のガス導入管６５ａ，６５ｂに分岐される前の１本のガス導入管６５である。

このように、本実施形態では、プレクーラー６０ａとメインクーラー６２ａを連結させたガス回収ユニットと、プレクーラー６０ｂとメインクーラー６２ｂを連結させたガス回収ユニットの２系統のＶＯＣガスの流通経路が設けられ、それぞれＶＯＣの回収とデフロストを実行できる。各ガス回収ユニットでＶＯＣの回収とデフロストを交互に実行することにより、運転を停止させることなく、常にＶＯＣの回収処理を行うことができる。

続いて、第２の実施形態におけるＶＯＣ冷却回収装置９０の動作について説明する。
まず、ＶＯＣ冷却回収装置９０の動作前は、ガス導入管６５ａ，６５ｂの各制御バルブ９９ａ，９９ｂは閉塞させておき、またデフロスト用エア導入管１００ａ，１００ｂの各制御バルブ１０４ａ，１０４ｂも閉塞させておく。
それから、ＶＯＣ冷却回収装置３０の動作前は、各制御バルブ３７ａ，３７ｂも閉塞させておき、最初はプレクーラー６０ａ，６０ｂが運転しないように設けておく。
さらに低温側回路３４の制御バルブ９６ａ，９６ｂのうちいずれか一方を開いておき、他方を閉じておく。ここでは、制御バルブ９６ａを開いておくものとする。

次いで、高温側圧縮機３８の電源を投入してから所定時間経過後に、低温側回路３４において低温側圧縮機５１の電源を投入する。
すると、低温側回路３４の冷媒が圧縮されて低温側凝縮器５２に送り込まれ、高温側蒸発器４４との間で熱交換されて圧力一定で冷媒が冷却されるとともに液化される。
液化された冷媒は、低温側減圧弁５４で膨張させられて沸点を下げる。そして開いている制御バルブ９６ａに連通する低温側蒸発器５６ａに冷媒が流通し、メインクーラー６２内の熱を奪って蒸発する。そして、蒸発して気化した冷媒は低温側圧縮機５１内に流入する。

カスケードコンデンサ３６内の温度が−１０℃になったことを制御部５８が検出した場合には、制御部５８は、動作しているメインクーラー６２ａに接続されているプレクーラー６０ａの制御バルブ３７ａを開いて、プレクーラー６０ａ側の分岐管４９ａに冷媒を流す。液化された冷媒は、分岐管４９ａの高温側減圧弁４３ａで膨張させられて沸点を下げ、第２の高温側蒸発器４６ａにおいて、プレクーラー６０ａ内の熱を奪って蒸発する。

これとともに制御部５８は、制御バルブ３９の開度を調整して、カスケードコンデンサ３６内の温度が一定になるよう、冷媒がプレクーラー６０ａ側へ流れる量と、冷媒がカスケードコンデンサ３６へ流れる量を配分する。

次いで、制御バルブ９９ａを開くとともにブロワ（図示せず）の運転を開始させることにより、ＶＯＣガスはガス導入管６５ａを経てプレクーラー６０ａ内に流入する。
プレクーラー６０ａ内にＶＯＣガスが流入すると、プレクーラー６０ａ内の第２の高温側蒸発器４６ａでは、高温側減圧弁４３ａによって膨張させられて沸点を下げた冷媒が、ガス導入管６５ａから導入されたＶＯＣガスの熱を奪って蒸発する。なお、このときＶＯＣガスに含まれる水分が霜となってプレクーラー６０ａ内に付着する。このため、水分が除去されて予備冷却されたＶＯＣガスが、次のメインクーラー６２ａへ導入される。
なお、このとき、プレクーラー６０ａ内の温度は、―１０℃程度である。

プレクーラー６０ａで予備冷却されたＶＯＣガスは、ガス流通管１０６ａ通ってメインクーラー６２ａへ導入される。
メインクーラー６２ａ内にＶＯＣガスが流入すると、メインクーラー６２ａ内の低温側蒸発器５６ａでは、低温側減圧弁５４によって膨張させられて沸点を下げた冷媒が、ガス流通管１０６ａから導入されたＶＯＣガスの熱を奪って蒸発する。
なお、このとき、メインクーラー６２ａ内の温度は、−５５〜−６５℃程度である。

このようにして、ＶＯＣガスはプレクーラー６０ａとメインクーラー６２ａ内で冷却され、凝縮して液化される。液化したＶＯＣは、プレクーラー６０ａ内部及びメインクーラー６２ａ内部の下部に溜まる。プレクーラー６０ａとメインクーラー６２ａの下部にはドレンポート７２ａ，７４ａが設けられているので、液化したＶＯＣはドレンポート７２ａ，７４ａからドレン回収管７６ａ、７７ａを通って回収槽７８内に流れ出て、回収される。

ＶＯＣが除去された残りのガスは、メインクーラー６２ａのガス排出管１０８ａから排気出口１１０ａへ排出される。このとき、ガス排出管１０８ａを流通する−５５〜−６５℃のガスは、ガス導入管６５内を流通する５０℃のＶＯＣガスによって加熱される。このため、排気出口１１０の手前に設けられている出口閉塞バルブ７０ａが冷凍して動作しなくなることを防止できる。一方、導入されるＶＯＣガスはプレクーラー６０ａへ導入される前段階で温度が低下するので、冷却効率を上げることができる。

なお、ＶＯＣ冷却回収動作を連続して実行していると、特にプレクーラー６０内に付着した霜を除去するデフロストを行う必要が生じる。冷却効率を上げるには、およそ８時間おきにデフロストを行う必要がある。
したがって、デフロストの実行時刻になると、プレクーラー６０ａへの制御バルブ３７ａを閉じ、プレクーラー６０ｂへの制御バルブ３７ｂを開ける。これと同時に、ＶＯＣの導入も切り換えるためにガス導入管６５ａの制御バルブ９９ａを閉じ、ガス導入管６５ｂの制御バルブ９９ｂを開ける。すると高温側の冷媒は、プレクーラー６０ａへ流通せずにプレクーラー６０ｂへ流通するようになり、プレクーラー６０ｂ内が冷却される。また、これとともに、プレクーラー６０ｂ内にＶＯＣガスが導入され、予備冷却される。

さらに、低温側回路３４もＶＯＣガスの導入を切り換える。つまり、制御バルブ９６ａを閉じ、制御バルブ９６ｂを開ける。すると、低温側の冷媒は、メインクーラー６２ａへ流通せずにメインクーラー６２ｂへ流通するようになる。
また、プレクーラー６０ｂで予備冷却されたＶＯＣガスは、ガス流通管１０６ｂを通ってメインクーラー６２ｂ内に導入されてＶＯＣが分離され、ガス排出管１０８ｂから排出される。

ＶＯＣが除去された残りのガスは、メインクーラー６２ｂのガス排出管１０８ｂから排気出口１１０ｂへ排出される。このとき、ガス排出管１０８ｂを流通する−５５〜−６５℃のガスは、ガス導入管６５内を流通する５０℃のＶＯＣガスによって加熱される。このため、排気出口１１０の手前に設けられている出口閉塞バルブ７０ｂが冷凍して動作しなくなることを防止できる。一方、導入されるＶＯＣガスはプレクーラー６０ｂへ導入される前段階で温度が低下するので、冷却効率を上げることができる。

なお、今までＶＯＣの回収に用いられていたＶＯＣ回収ユニットは、デフロストされる。すなわち、デフロスト用エア導入管１００ａの制御バルブ１０４ａが開かれ、ブロワ８６を作動させることで、デフロスト用エアが今までＶＯＣの回収に使用されていたプレクーラー６０ａ内に導入される。ここでは通常の外気をデフロスト用エアとして用いる。
デフロスト用エアが導入されたプレクーラー６０ａ内では霜が溶け、溶けた霜がＶＯＣを含んだ水となってドレンポート７２ａからドレン回収管７６ａを通って回収槽７８へ回収される。

また、プレクーラー６０ａを通過したデフロスト用エアは、ガス流通管１０６ａを通ってメインクーラー６２ａ内に導入される。メインクーラー６２ａ内では、ほとんど霜は付着していないが、多少の霜が付着しているので、その霜が溶け、溶けた霜がＶＯＣを含んだ水となってドレンポート７４ａからドレン回収管７７ａを通って回収槽７８へ回収される。
なお、デフロストが実行されると、メインクーラー６２に設けられているガス排出管１０８ａの出口閉塞バルブ７０ａは閉じられる。このため、デフロスト用エアは、ガス排出管１０８ａからは排出されず、メインクーラー６２ａのドレンポート７４ａまたは、プレクーラー６０ａのドレンポート７２ａから排気される。このようにデフロスト用エアは、ドレン回収管７６ａ，７７ａから回収槽７８へ導入される。
回収槽７８では、回収されたデフロスト用エアが排気フィルター８０を通って、ＶＯＣが除去され、外部へ排気される。

なお、ＶＯＣ回収ユニットのデフロストが終了した場合には、デフロスト用エアの導入を停止すべく、制御バルブ１０４ａを閉じ、ブロワ８６の運転を停止してもよい。この間も他のＶＯＣ回収ユニットは所定の時間が経過するまでＶＯＣの回収動作を実行し続ける。
そして、所定時間経過後、ＶＯＣの回収を実行していたＶＯＣ回収ユニットの動作を停止させて、デフロスト用エアを送り込んでデフロストを実行する。さらに、デフロストを行ったＶＯＣ回収ユニットについてはＶＯＣガスを導入させてＶＯＣの回収動作を実行させる。

なお、上述してきたような各制御バルブの切り換え動作は、人手により行ってもよいし、制御部５８が各制御バルブに制御信号を出力して自動的に制御するようにしてもよい。

さらに、上述してきた各実施形態では、凍結防止手段としては、ガス排出管とガス導入管とを近接して配置させた凍結防止用熱交換器について説明したが、本発明の凍結防止手段は、上述したような構成の凍結防止用熱交換器に限定されることはない。

また、第２の実施形態で説明したように、複数本のガス排出管が設けられている場合に全てのガス排出管と1本のガス導入管とを１つの凍結防止用熱交換器内に配設してもよいし、各ガス排出管に１つずつ凍結防止用熱交換器を設けてもよい。各ガス排出管に１つずつ凍結防止用熱交換器を設けた場合、各凍結防止用熱交換器に共通に１本のガス導入管を配置させてもよいし、ガス導入管を分岐させて各凍結防止用熱交換器に配置させてもよい。

以上本発明につき好適な実施形態を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

本発明のＶＯＣ冷却回収装置の第１の実施形態の全体構成を示す説明図である。本発明のＶＯＣ冷却回収装置の第２の実施形態の全体構成を示す説明図である。従来のガス回収装置を示す説明図である。

符号の説明

３０冷却回収装置
３２二元冷凍機
３３高温側回路
３４低温側回路
３５ファン
３６カスケードコンデンサ
３７制御バルブ
３８高温側圧縮機
３９制御バルブ
４０高温側凝縮器
４３高温側減圧弁
４４第１の高温側蒸発器
４５冷媒流通管
４６第２の高温側蒸発器
４９分岐管
５０冷媒ドライヤ
５１低温側圧縮機
５２低温側凝縮器
５３温度センサ
５４低温側減圧弁
５５冷媒流通管
５６低温側蒸発器
５７冷媒ドライヤ
５８制御部
５９オイルセパレータ
６０プレクーラー
６２メインクーラー
６４，６５ガス導入管
６６ブロワ
６７ガス流通管
６８制御バルブ
７０出口閉塞バルブ
７１ガス排出管
７２，７４ドレンポート
７６，７７ドレン回収管
７８回収槽
７９排気管
８０排気フィルター
８２分岐管
８３凍結防止用熱交換器
８４制御バルブ
８６ブロワ
８７本体
９０冷却回収装置
９１断熱部材
９４分岐管
９６制御バルブ
９８逆止弁
９９制御バルブ
１００デフロスト用エア導入管
１０２逆止弁
１０４制御バルブ
１０６ガス流通管
１０８ガス排出管
１１０排気出口

Claims

気体となっているＶＯＣを含むＶＯＣガスから、ＶＯＣを液化させて回収するＶＯＣ冷却回収装置であって、
第1の冷媒で冷却される高温側回路と第２の冷媒で冷却される低温側回路とがカスケードコンデンサを介して熱的に接続されてなる二元冷凍機と、
第１の密閉容器内に前記高温側回路の蒸発器が配置されてなり、導入されるＶＯＣガスを予備冷却するプレクーラーと、
第２の密閉容器内に前記低温側回路の蒸発器が配置されてなり、予備冷却されたＶＯＣガスを冷却するメインクーラーと、
前記プレクーラーへＶＯＣガスを導入させるガス導入管と、
前記プレクーラー内で予備冷却されて排出されたＶＯＣガスを前記メインクーラーへ導入させるガス流通管と、
前記メインクーラーでＶＯＣが回収された残りのガスをメインクーラーから排出させるガス排出管と、
該ガス排出管の排気出口を閉塞する、出口閉塞バルブと、
前記プレクーラー及び前記メインクーラーの下部に設けられたドレンポートと、
前記プレクーラー及び前記メインクーラーの各ドレンポートに接続され、前記プレクーラー及び前記メインクーラーにおいて液化されたＶＯＣを流通させるドレン回収管と、
該ドレン回収管に接続されており、回収したＶＯＣを貯留する回収槽と、
前記出口閉塞バルブの凍結を防止するための凍結防止手段とを具備することを特徴とするＶＯＣ冷却回収装置。
前記凍結防止手段は、
断熱構造を有する本体内に前記ガス導入管と前記ガス排出管とを近接して配置可能に設けられ、ガス導入管内を流通するＶＯＣガスの温度によって排出させるガスの温度を上昇させて出口閉塞バルブの凍結を防止する凍結防止用熱交換器であることを特徴とするＶＯＣ冷却回収装置。