(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の通気孔を備え、該通気孔に触媒を担持したセラミックの直方体からなる触媒担体の上下面に、窒化珪素のセラミック体の内部に正の抵抗温度係数を有する抵抗発熱体を埋設するとともに上記セラミック体の外部に上記抵抗発熱体に通電させる端子部を形成してなるセラミックヒーターを配置した脱臭装置であって、上記セラミックヒーター同士の間隔を２〜２０ｍｍとし、上記セラミックヒーターの端子部が前記触媒担体の側面側より突出していることを特徴とする脱臭装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭やビル、病院、ホール等の屋内や地下街における汚染空気、例えば、生ごみの臭い、煙草臭、腐敗臭等を脱臭する脱臭装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、脱臭機能を備えた温風発生器に使用されている脱臭装置には、図５に示すようなものがある。
【０００３】
この脱臭装置４０は、金属芯棒４２の周囲に金属箔からなるシート状体４３と白金やロジウムなどの触媒（不図示）を担持してなる波状板４４を交互に配置して一体的に巻き付けたハニカム状の触媒担体４１からなり、上記波状板４４としてはアルミナ繊維などのセラミック紙が使用されていた。
【０００４】
また、上記触媒担体４１は、それ自体が発熱することから、機器との絶縁性を保つため、表面全体にセラミック膜（不図示）を溶射などにより被覆し、温風発生器の送風通路に配置されていた。
【０００５】
そして、上記脱臭装置４０の金属芯棒４２に電圧を印加し、ハニカム状の触媒担体４１を触媒が働く温度に発熱させ、通気孔４５に汚染空気を通過させることで脱臭するようになっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする問題点】
ところが、上記脱臭装置４０においては、触媒担体４１のシート状体４３と、触媒担体４１の表面に被覆したセラミック膜との間の熱膨張差が大きすぎるため、発熱の繰り返しによりセラミック膜が剥離するといった問題点があった。そして、汚染空気中に含まれている成分が触媒担体４１に付着して加熱されると導電性物質となり、これらが剥離した部分に付着するとともに、堆積して送風通路と導通すると、電流が上記送風通路へ漏電し、漏電ブレーカーが作動して温風発生器が停止するといった問題点があった。
【０００７】
また、近年、触媒担体を導電性セラミックスにより形成した脱臭装置も提案されているが、この脱臭装置も触媒担体自体に通電して発熱させることから、表面全体に絶縁膜を被覆しなければならず、また、ハニカム状などの複雑な形状をしたものでは抵抗のバラツキが大きいことから、通電時に発熱分布の偏りが発生し、熱応力の集中した部分が熱衝撃を受けて亀裂を生じたり割れが発生するといった問題点があった。
【０００８】
このように、触媒担体そのものを発熱させる従来の脱臭装置ではさまざまな不都合があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、多数の通気孔を備え、該通気孔に触媒を担持したセラミックの直方体からなる触媒担体の上下面に、窒化珪素のセラミック体の内部に正の抵抗温度係数を有する抵抗発熱体を埋設するとともに、上記セラミック体の外部に上記抵抗発熱体に通電させる端子部を形成してなるセラミックヒーターを配置した脱臭装置であって、上記セラミックヒーター同士の間隔を２〜２０ｍｍとし、上記セラミックヒーターの端子部が前記触媒担体の側面側より突出していることを特徴とするものである。
【００１０】
【作用】
本発明によれば、抵抗発熱体を埋設したセラミックヒーターを用いて触媒担体を加熱するようにしたことから、汚染空気が加熱されて導電物質が付着し、これらが堆積して送風通路と導通したとしても機器との絶縁性を保つことができる。
【００１１】
また、上記セラミックヒーターは正の抵抗温度係数を有するとともに、２〜２０ｍｍの間隔で配置して各セラミックヒーターを接続してあることから、通気孔を通過する空気の流れを阻害することがなく、また、空気の流れなどにより触媒担体に温度の不均一が生じたとしても温度の低い側では、セラミックヒーターの抵抗値が下がり通電電流を増大させて高温に発熱させることができるとともに、温度の高い側では、セラミックヒーターの抵抗値が大きくなり通電電流を減少させることができるというように触媒担体を均一加熱して触媒を働かせることができるため、ムラのない脱臭作用を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る脱臭装置１の一例を示す斜視図で、直方体をしたハニカム基体４の通気孔５に触媒（不図示）を担持した触媒担体２と、該触媒担体２の上下面を覆う大きさを有する板状のセラミックヒーター６とを交互に積み重ねて配置するとともに、最上部及び最下部にセラミックヒーター６が位置するように構成したものであり、各セラミックヒーター６の端子部６ａは上記触媒担体２の側面側より突出させてある。
【００１４】
ここで、ハニカム基体４の材質としては、窒化珪素、ジルコニア、アルミナ、コージライトなどのセラミックスや焼結金属を用いることができる。かかるハニカム基体４の通気孔５の形状としては、図１に示す四角格子状をしたもの以外に六角格子状、三角格子状、あるいは円格子状等の種々の形状をしたものでも構わない。
【００１５】
また、上記ハニカム基体４に担持させる触媒としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の白金元素や、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）等の遷移金属元素などを用いることができ、これらの触媒を担持させるには、上記金属元素を含む酸水溶液を通気孔５を含むハニカム基体４の表面に含浸あるいは塗布したあと、高温に加熱して担持させるか、あるいは上記金属元素を表面がポーラス状をしたγ−アルミナを介して担持すれば良い。
【００１６】
さらに、本発明の触媒装置１に用いるセラミックヒーター６は、図２に示すような正の抵抗温度係数を有する抵抗発熱体６２をセラミック体６１の内部に埋設したもので、図示していないが各セラミックヒーター６は並列に接続してある。
【００１７】
このように、正の抵抗温度係数を有するセラミックヒーター６を用いることで、各触媒担体２に温度の不均一が生じたとしても、温度の低い側ではセラミックヒーター６の抵抗値が下がり通電電流を増大させて高温に発熱させることができるとともに、温度の高い側ではセラミックヒーター６の抵抗値が大きくなり通電電流を減少させることができるというように触媒を働かせることができる温度に触媒担体２を均一に加熱することができるため、ムラのない脱臭作用を得ることができる。しかも、温度分布の異常な偏りがないため、ハニカム基体４がセラミックスからなる場合において、熱衝撃で亀裂を生じたり割れたりすることを防ぐことができる。
【００１８】
また、本発明の触媒装置１によれば、抵抗発熱体６２がセラミック体６１により完全に絶縁されたセラミックヒーター６を用い、このセラミックヒーター６を各触媒担体２間に当接させて配置する構造としてあることから、汚染空気が加熱されて導電性物質が付着したとしても絶縁性を保つことができるため、上記導電性物質が堆積して送風通路と導通したとしても機器への漏電の心配がない。
【００１９】
さらに、セラミックヒーター６の端子部６ａは、触媒担体２の側面側より突出させてあり、送風通路の外側に配置できるようにしてあることから、汚染空気が腐食性を有するものであってもセラミックヒーター６の端子部６ａが腐食するのを防ぐことができる。
【００２０】
なお、セラミックヒーター６を構成するセラミック体６１としては、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、窒化アルミニウムを用いることができ、また、これらのセラミック体６１の内部に埋設する正の抵抗温度係数を有する抵抗発熱体６２としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、レニウム（Ｒｅ）、及びこれらの合金、あるいはタングステンカーバイト（ＷＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ2 ）等の周期律表第４ａ族、第５ａ族、第６ａ族元素の炭化物、珪化物、窒化物等を用いれば良い。
【００２１】
また、効率の良い脱臭作用を得るには、各触媒担体２間に配置する板状のセラミックヒーター６の間隔Ｌを２〜２０ｍｍとすることが必要である。
【００２２】
即ち、各セラミックヒーター６の間隔Ｌが２ｍｍよりも狭くなると、通気孔５を通過する空気の圧力損失が大きくなりすぎるために、規定の風量（０．５ｍ／ｓｅｃ以上）を流すことが難しくなるからであり、逆に各セラミックヒーター６の間隔Ｌが２０ｍｍよりも広くなると、触媒を働かせるのに必要な温度（２５０℃以上）にハニカム基体４をムラなく加熱することができないからである。
【００２３】
次に、図１の脱臭装置１を温風発生器に備えた模式図を図３に示す。
【００２４】
１は脱臭装置、３０は送風通路、３１は吸気ファン、３２は送風通路３０の切替え弁、３３は脱臭装置１の温度を測定する熱電対、３４は制御部であり、上記制御部３４は次の制御をするようにプログラムしてある。
【００２５】
ｉ）セラミックヒーター６への電源のＯＮ，ＯＦＦ
ii）熱電対３３からの信号をもとに脱臭装置１が所定の温度となるようにセラミックヒーター６への通電を調整する。
【００２６】
iii)吸気ファン３１への電源のＯＮ，ＯＦＦ
iv）熱電対３３からの信号をもとに切替え弁３２の切替えを行う。
【００２７】
具体的には、まず、セラミックヒーター６の電源をＯＮにして通電すると、送風通路３０を閉じるように切替え弁３２が作動するとともに、吸気ファン３１の電源が入り、脱臭装置１の通気孔５に圧縮気体が強制的に供給される。このように、通気孔５に強制的に圧縮気体を供給することで、通気孔５間の熱伝達特性を高めることができるとともに、セラミックヒーター６の抵抗値が下がり通電電流を増大させて高温に発熱させることができるため、脱臭装置１を触媒の活性温度（２５０℃以上）に加熱するまでの時間を短縮できる。
【００２８】
しかるのち、脱臭装置１が所定の温度に加熱されると、吸気ファン３１の電源を切るとともに、送風通路３０を開口するように切替え弁３２が作動し、脱臭装置１の通気孔５に汚染空気が供給され、脱臭を行うことができる。
【００２９】
また、汚染空気の流れによって脱臭装置１の温度が所定値より高くなったり、低くなったりする恐れがあるが、制御部３４により脱臭装置１の温度が常に所定値となるよう電圧を制御するようにないっているため、安定した脱臭作用を得ることができる。
【００３０】
次に、本発明の他の実施形態を図４に説明する。
【００３１】
この触媒装置１０は、金属枠体１２の側面より開口部に対して平行に板状のセラミックヒーター６を２〜２０ｍｍの間隔Ｌで配置するとともに、セラミックヒーター６と金属枠体１２とで囲まれる空間内にセラミック球１３を最密に充填し、各セラミック球１３の隙間を通気孔１４としたものであり、上記セラミックヒーター６と金属枠体１２とで囲まれる部位を触媒担体１１としたものである。なお、図示していないが、金属枠体１２の開口部には網などを設けてあり、セラミック球１３がもれ出ないようにしてある。
【００３２】
この触媒装置１０は金属枠体１２内に触媒を担持したセラミック球１３を充填するだけでよく簡単に製作できるとともに、汚染空気が通過する通気孔１４の大きさをセラミック球１３の球径を適宜設定することで容易に調整することができる。しかも、図１に示す触媒装置１と同様に、各セラミックヒーター６によって触媒の活性温度まで触媒担体１１を均一に加熱することができるため、ムラのない脱臭作用を得ることができる。
【００３３】
（実施例１）
図１に示す脱臭装置１を用意し、板状のセラミックヒーター６の間隔Ｌを適宜変化させた時の通気孔５を通過する空気の温度と風量をそれぞれ測定する実験を行った。
【００３４】
本実験で使用するハニカム基体４は、鉄粉末を８０重量％、アルミニウム粉末を５重量％、クロム粉末を１５重量％の範囲でそれぞれ調合し、これに有機バインダーとしてメチルセルロースを５重量％添加混合し、さらに潤滑材及び金属粉末の酸化防止剤としてオレイン酸を２重量％添加したあと、水を２０重量％加えて混合することにより泥漿を作製した。そして、この泥漿をドレイン機にて脱機したのち押出用ダイスを用いて四角格子状の通気孔５を有するハニカム状の成形体を形成したあと、水素雰囲気にて１３００℃の温度で焼成することにより、焼結金属からなるハニカム基体４を製作した。なお、各ハニカム基体４における通気孔５の断面はいずれも０．４ｍｍ×０．４ｍｍとした。
【００３５】
そして、上記ハニカム基体４の表面にγ−アルミナを塗布し、触媒として白金を担持させて触媒担体２を得た。
【００３６】
一方、セラミックヒーター６は、タングステンカーバイド粉末９０重量％と窒化珪素粉末１０重量％に、アセトン及びバインダーを添加して振動ミルにて２４時間混合したあと、アセトンを脱脂して電極用ペーストを作製した。そして、この金属ペーストを板状にプレス成形した窒化珪素からなる板状成形体に、スクリーン印刷機でもって印刷して抵抗回路を形成したあと、別の窒化珪素からなる板状成形体を前記抵抗回路を被覆するように積層し、しかるのち、ホットプレスにより一体的に焼成することにより抵抗発熱体６２を埋設したセラミック板状体６１を製作した。そして、このセラミック板状体６１の一方端に研削加工又は表面処理を施して抵抗発熱体６２を露出させ、電極金具をメタライズ層を介してロー付けしてセラミックヒーター６を製作した。
【００３７】
なお、上記セラミックヒーター６の寸法は、幅４０ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚み２ｍｍとした。
【００３８】
そして、セラミックヒーター６同士の間隔Ｌが１ｍｍ、２ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍとなるように高さの異なる触媒担体２と上記セラミックヒーター６とを交互に積み重ねて断面が８０ｍｍ×１００ｍｍ、長さが４０ｍｍの触媒装置１を製作し、該触媒装置１に０．１ｍ／ｓｅｃ、０．５ｍ／ｓｅｃ、１．５ｍ／ｓｅｃ、３．０ｍ／ｓｅｃの空気を供給するとともに、並列に接続した各セラミックヒーター６に通電して触媒担体２を発熱させ、触媒装置１から５０ｍｍ離れた箇所を流れる空気の温度と風量を熱電対で測定した。
【００３９】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００４０】
【表１】
0003699572.tif 000002
【００４１】
この結果、表１より判るように、セラミックヒーター６の間隔Ｌが２ｍｍ未満では、通気孔５の圧力損失が大きくなりすぎ、規定の風量である０．５ｍ／ｓｅｃ以上の空気を流すことができなかった。
【００４２】
また、セラミックヒーター６の間隔Ｌが２０ｍｍより広くなると、ハニカム基体４における熱伝達特性が悪くなるために、通気孔５を通過する空気の温度を触媒を働かせるのに必要な２５０℃以上の温度に加熱することができなかった。
【００４３】
これに対し、セラミックヒーター６の間隔Ｌを２〜２０ｍｍの範囲で設けたものでは、規定の風量である０．５ｍ／ｓｅｃ以上の空気を流すことができるとともに、通気孔５を通過する空気の温度を触媒を働かせるのに必要な２５０℃以上の温度に加熱することができた。
【００４４】
その為、本発明の触媒装置１を用いれば、ムラのない脱臭作用が得られることが判る。
【００４５】
（実施例２）
次に、図４に示す脱臭装置１０を用意し、板状のセラミックヒーター６の間隔Ｌを適宜変化させた時の通気孔１４を通過する空気の温度と風量をそれぞれ測定する実験を行った。
【００４６】
本実験で使用するセラミックヒーター６としては、実施例１と同様に窒化珪素からなるセラミックヒーター６を用い、このセラミックヒーター６を、断面が８０ｍｍ×１００ｍｍ、長さが４０ｍｍのステンレスからなる金属枠体１２に６ｍｍ、１２ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍの一定間隔Ｌでそれぞれ配置するとともに、該セラミックヒーター６と金属枠体１２とで構成される空間に、白金（Ｐｔ）をγ−アルミナを介して担持した直径４ｍｍのセラミック球１３を緻密に充填し、金属枠１２の開口部を網で覆って触媒装置１０を製作した。
【００４７】
そして、この触媒装置１０に、風速０．１ｍ／ｓｅｃ、０．５ｍ／ｓｅｃ、１．５ｍ／ｓｅｃ、３．０ｍ／ｓｅｃの空気を供給するとともに、並列に接続したセラミックヒーター６に通電して触媒担体１１を発熱させ、触媒装置１０から５０ｍｍ離れた箇所を流れる空気の温度と風量を熱電対で測定した。
【００４８】
それぞれの結果は表２に示す通りである。
【００４９】
【表２】
0003699572.tif 000003
【００５０】
この結果、表２より判るように、セラミックヒーター６の間隔Ｌが２ｍｍ未満では、通気孔１４の圧力損失が大きいために規定の風量である０．５ｍ／ｓｅｃ以上の空気を流すことができなかった。
【００５１】
また、セラミックヒーター６の間隔Ｌが２０ｍｍより広くなると、触媒担体１１における熱伝達特性が悪くなるために、通気孔１４を通過する空気の温度を触媒を働かせるのに必要な２５０℃以上の温度に加熱することができなかった。
【００５２】
これに対し、図４に示す触媒装置１０においても、セラミックヒーター６の間隔Ｌを２〜２０ｍｍの範囲で設けることで、規定の風量である０．５ｍ／ｓｅｃ以上の空気を流すことができるとともに、通気孔１４を通過する空気の温度を触媒を働かせるのに必要な２５０℃以上の温度に加熱することができた。
【００５３】
その為、本発明の触媒装置１０を用いれば、ムラのない脱臭作用が得られることが判る。
【００５４】
このように、図１、４に示すいずれの触媒措置１，１０においても、セラミックヒーター６の間隔Ｌを２〜２０ｍｍとすれば、規定の風量を通過させることができるとともに、通気孔５、１４を通過する空気の温度を触媒を働かせるのに必要な温度に加熱できた。
【００５５】
従って、本発明の触媒装置を用いれば、ムラのない脱臭作用が得られることが判る。
【００５６】
（実施例３）
次に、実施例２で使用した脱臭装置１０を触媒が働く温度（４００℃）まで加熱するのに、図３のように圧縮気体を強制的に供給した時と、圧縮気体を供給しない時の加熱時間について実験を行った。
【００５７】
結果は表３に示す通りである。
【００５８】
この結果、圧縮気体を供給しない場合、所定の温度に加熱するのに１時間以上を要したのに対し、圧縮気体を強制的に供給するようにしたものでは、２０分以内に所定の温度に加熱することができ、電源を入れてから触媒作用が得られるまでの時間を大幅に短縮できることが判る。
【００５９】
【表３】
0003699572.tif 000004
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、多数の通気孔を備え、該通気孔に触媒を担持してなる触媒担体と、正の抵抗温度係数を有する抵抗発熱体を埋設したセラミックヒーターとを交互に積み重ねて配置するとともに、上記セラミックヒーター同士の間隔を２〜２０ｍｍとし、かつ前記セラミックヒーターを並列に接続したことにより、規定風量の空気を通過させることができるとともに、通気孔を通過する空気の温度を触媒を働かせるのに必要な温度に均一に加熱できるため、長期間にわたりムラのない脱臭作用を得ることができる。しかも、汚染空気が加熱されることにより生成する導電性物質が触媒担体に付着、堆積したとしても、完全に絶縁されていることから漏電の心配がなく、また、上記導電物質を焼失できる温度に定期的に発熱させることで上記導電物質を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る脱臭装置を示す斜視図である。
【図２】図１の脱臭装置に備えるセラミックヒーターの一部を破断した斜視図である。
【図３】図１の脱臭装置１を温風発生器に備えた模式図を図３に示す。
【図４】本発明に係る他の脱臭装置を示す斜視図である。
【図５】従来の脱臭装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１０・・・脱臭装置
２，１１・・・触媒担体
４      ・・・セラミック基体
５，１４・・・通気孔
６      ・・・セラミックヒーター
１２    ・・・金属枠体
１３    ・・・セラミック球
３０    ・・・送風通路
３１    ・・・吸気ファン
３２    ・・・切替え弁
３３    ・・・熱電対
３４    ・・・制御部
６１    ・・・セラミック体
６２    ・・・抵抗発熱体
【図１】
0003699572.tif 000005
【図２】
0003699572.tif 000006
【図３】
0003699572.tif 000007
【図４】
0003699572.tif 000008
【図５】
0003699572.tif 000009