(57)【要約】【課題】有害汚染物質を酸化物に変化させることにより無臭無害化する。【解決手段】有害汚染物質が混合された飽和水蒸気に超音波の振動エネルギーを付加して、前記飽和水蒸気の水分子の水素結合を切断することにより前記水分子のクラスターサイズをコントロールし、前記水分子の前記有害汚染物質に対する接触確率を増大し、前記飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を生成し、その過熱蒸気の熱エネルギーを前記有害汚染物質及び前記水分子に付加して、前記有害汚染物質の分子鎖及び前記水分子の共有結合を切断することにより、前記水分子と前記有害汚染物質との結合を促進する処理とを実行する。以上の処理過程を経て前記有害汚染物質を無臭無害な酸化物として処理する。【選択図】図１
2014128468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有害汚染物質を無臭無害化する脱臭方法において、
有害汚染物質が混合された飽和水蒸気に超音波の振動エネルギーを付加して、前記飽和水蒸気の水分子の水素結合を切断することにより前記水分子のクラスターサイズをコントロールすることにより前記水分子の前記有害汚染物質に対する接触確率を増大する処理と、
前記飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を生成し、その過熱蒸気の熱エネルギーを前記有害汚染物質及び前記水分子に付加して、前記有害汚染物質の分子鎖及び前記水分子の共有結合を切断することにより、前記水分子と前記有害汚染物質との結合を促進する処理とを実行することを特徴とする脱臭方法。
【請求項２】
有害汚染物質を無臭無害化する脱臭装置において、
有害汚染物質が混合された飽和水蒸気に超音波の振動エネルギーを付加して、前記飽和水蒸気の水分子の水素結合を切断することにより前記水分子のクラスターサイズをコントロールすることにより前記水分子の前記有害汚染物質に対する接触確率を増大する処理手段と、
前記飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を生成し、その過熱蒸気の熱エネルギーを前記有害汚染物質及び前記水分子に付加して、前記有害汚染物質の分子鎖及び前記水分子の共有結合を切断することにより、前記水分子と前記有害汚染物質との結合を促進する処理手段とを有することを特徴とする脱臭装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、病理検査室，動物病院及び研究室などの比較的小規模な空間や、印刷・塗装・半導体製造工場などの大規模な空間の脱臭、特に有害汚染物質（揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含む）の分解に係る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、大阪の印刷会社において１，２−ジクロロプロパン，ジクロロロメタン等のＶＯＣが原因と見られる胆管癌が発症しており、訴訟にまで発展している。この問題はＶＯＣによる職場環境の汚染が原因であるが、技術的理由或いは建物の構造上の理由や、管理者の金銭的な理由その他により十分な対策がとられていないケースが多い。
【０００３】
最近の環境問題の高まりに伴って有害汚染物質の溶剤や有害汚染物質の粒子が含まれた有害ガスを処理するニーズは非常に高い。代表的な処理方式としては、燃焼法，プラズマ脱臭法，吸着法などが挙げられる。
【０００４】
（１）燃焼法は、触媒を被毒させるような物質やハロゲン系の腐食性の高い物質も、問題なく処理ができるが、例えば低・中濃度の有害ガスを直接処理する直接燃焼法の場合、助燃料消費量はトルエン１０００ｐｐｍの有害ガス５００Ｎｍ３／ｍｉｎを７５０℃で処理した場合、灯油換算で最大約６７８ｋｇ／Ｈｒにもなる。高濃度の有害ガスを処理する場合には、助燃料消費量はさらに嵩むことになる。
そこで、有害ガスの濃度を調整する方式が提案されているが（特許文献１）、有害ガスを含むものであるから、高温での燃焼を関係上程度の差こそあれ助燃料消費量を必要とするものである。
【０００５】
（２）プラズマ脱臭法は放電プラズマを利用して有害ガスを酸化分解処理している。この方式はランニングコストが低く、運転操作やメンテナンスが容易であることに特徴がある。そして、この方式は、燃焼法に比べてＮＯｘや多量のＣＯ２の発生がなく、従来の活性炭吸着法に代わる処理法として注目されている。
しかし、化学・医療薬品工場や、繊維工場，塗料・印刷工場などからのＶＯＣ系有害ガスの処理には不向きである。
【０００６】
（３）触媒酸化法は貴金属触媒の作用により２５０〜３５０℃の低温で有機成分を酸化分解させる方式で、分解率は９８％以上であり、例えばトルエン濃度８００ｐｐｍ以上であれば、反応熱によって自燃させることができ、助燃料消費量が零となり、しかもＮＯｘ発生量も少ないことが特徴である。
そのため、触媒酸化法は多くの印刷工場で採用されている方式であるが、触媒酸化法の最大の欠点は、有機シリコン化合物などにより触媒が被毒化されたり、耐熱温度以上での運転により触媒が熱劣化を起こして触媒活性が低下し、有害ガスの分解性能が悪化することにある。
また、２〜３年サイクルで貴金属触媒（一般的には主に白金を使用）の定期メンテナンスが必要であり、触媒の交換作業に１回３００万円程度の費用がかかりランニングコストを大きく上昇させている。
【０００７】
（４）活性炭吸着法の特徴は、プロセス及び装置が非常にシンプルで安全，確実に臭気処理できることにある。しかし、活性炭に有害ガスを吸着させるものであるから、破透した活性炭は産業廃棄物として処分するか、再生処理する必要がある。したがって、通常は非常に低濃度の有害ガス処理にしか適用されないものであり、使用済み活性炭による二次公害の問題が発生するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３０１４８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上説明したように、有害汚染物質の溶剤や有害汚染物質の粒子が含まれた有害ガスを処理する方式として開発された燃焼法，プラズマ脱臭法，活性炭吸着法には一長一短があり、有害汚染物質の溶剤や有害汚染物質の粒子が含まれた有害ガスを処理するニーズに十分に応えられないという課題がある。
【００１０】
そのため、有害汚染物質の溶剤や有害汚染物質の粒子が含まれた有害ガスを処理するニーズに十分に応えられる脱臭技術の開発が望まれている。
【００１１】
本発明の目的は、飽和水蒸気を高温加熱した過熱蒸気を有害汚染物質に接触させて前記有害汚染物質を他の生成物に変化させることにより脱臭処理する脱臭方法及び脱臭装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
新たな脱臭処理を開発するため、印刷工場に見学にいくと、インク独特の臭い（揮発性有機溶剤）がする。これはインク中の揮発性有機溶剤が蒸発することによって発生する臭いである。印刷工場で使用する低沸点溶剤を用いた速乾性のグラビアインク，フレキソ（印刷ワニス）インクなどの揮発性有機溶剤から揮発した有害汚染物質の粒子が含まれた有害ガスが印刷工場内に充満することになる。
【００１３】
印刷工場内に充満する有害ガスをサンプルとして捕集し、その有害ガスに含まれる有害汚染物質の脱臭を種々試みた。その結果、超音波の振動エネルギーと加熱による熱エネルギーとを併用することにより、前記有害汚染物質を酸化物に変化させて無臭無害化させることが分かった。
【００１４】
そこで、本発明においては、有害汚染物質が混合された飽和水蒸気に超音波の振動エネルギーを付加して、前記飽和水蒸気の水分子の水素結合を切断することにより前記水分子のクラスターサイズをコントロールすることにより前記水分子の前記有害汚染物質に対する接触確率を増大する処理と、前記飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を生成し、その過熱蒸気の熱エネルギーを前記有害汚染物質及び前記水分子に付加して、前記揮発性化合物の分子鎖及び前記水分子の共有結合を切断することにより、前記水分子と前記揮発性化合物との結合を促進する処理とを実行することとする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、超音波による振動エネルギーを付加して水分子の水素結合を切断して前記水分子のクラスターサイズをコントロールして水分子の有害汚染物質に対する接触確率を増大し、且つ前記水分子と前記有害汚染物質に過熱蒸気の熱エネルギーを付加して前記水分子の共有結合及び前記有害汚染物質の分子鎖を切断して前記水分子と前記有害汚染物質との結合を促進するため、有害汚染物質を酸化物に変化させて無臭無害化することができる。
【００１６】
さらに、本発明によれば、有害汚染物質の無臭無害化には基本的に水を用いており、その使用量も後述するように極めて少量に抑えることができ、現在開発されている処理法と比較してランニングコストを極めて低く抑えることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る脱臭装置を示す構成図である。
【図２】水分子における共有結合の模式図である。
【図３】水分子によるクラスターの形成と構造を示す模式図である。
【図４】水クラスターの正四面体構造を示す模式図である。
【図５】水クラスターのイメージを図示化した図である。
【図６】温度と水分子のクラスターサイズとの関係を示す表である。
【図７】水の動径分布曲線を示す特性図である。
【図８】水分子のクラスターサイズと超音波振動数との関係を示す特性図である。
【図９】水分子と有害汚染物質との結合をサイクロン方式により促進する実施形態を示す構成図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る脱臭装置を用いた有害汚染物質の減臭効果を実測した結果を示す特性図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る脱臭装置を用いた有害汚染物質の減臭効果を実測した結果を示す特性図である。
【図１２】有害汚染物質のトルエンの分子鎖を切断した状態を模式化した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る有害汚染物質を無害化する脱臭方法は、有害汚染物質を無臭無害化する脱臭方法において、有害汚染物質が混合された飽和水蒸気に超音波の振動エネルギーを付加して、前記飽和水蒸気の水分子の水素結合を切断することにより前記水分子のクラスターサイズをコントロールすることにより前記水分子の前記有害汚染物質に対する接触確率を増大する処理と、前記飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を生成し、その過熱蒸気の熱エネルギーを前記有害汚染物質及び前記水分子に付加して、前記揮発性化合物の分子鎖及び前記水分子の共有結合を切断することにより、前記水分子と前記揮発性化合物との結合を促進する処理とを実行することを特徴とするものである。
本発明で処理対象とする有害汚染物質には、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）とこれに類した物質を含むものである。
【００１９】
本発明の実施形態に係る有害汚染物質を無害化する脱臭方法を実施するための脱臭装置の構成について説明する。
【００２０】
本発明の実施形態に係る有害汚染物質を無臭無害化する脱臭装置は図１に示すように、前処理手段１と反応促進手段２とを装置本体３に組み込んでいる。
【００２１】
前記前処理手段１は、飽和水蒸気発生槽４と、前記飽和水蒸気発生槽４内に設置したヒーター５と、飽和水蒸気発生槽４内に水を送り込む水タンク６と、外気取込口７と、超音波手段８とを有している。
【００２２】
前記水タンク４は制御部９による制御の下に定量の水を飽和水蒸気発生槽４内に送り込む。前記ヒーター５は、前記水タンク６から前記飽和水蒸気発生槽４内に送り込まれた水に１００℃以上の熱エネルギーを付加して前記飽和水蒸気発生槽４内に飽和水蒸気Ｖ１を発生させる。前記外気取込口７には、例えば印刷工場の作業空間から排気された有害汚染物質Ｇ１を含む処理ガスが送り込まれ、その処理ガスの有害汚染物質Ｇ１は前記飽和水蒸気Ｖ１と混合される。
【００２３】
前記飽和水蒸気Ｖ１に前記有害汚染物質Ｇ１が混合された混合気Ｇ２は、前記飽和水蒸気発生槽４内に飽和水蒸気を発生させた際の蒸気圧により、超音波手段８に送り込まれる。
【００２４】
この段階においても有機汚染物質は飽和水蒸気と接触することにより、〔００３９〕でも述べているように２５℃前後でもクラスター化が生じているので、１００℃の飽和水蒸気ではさらにクラスターの存在確率が高くなり、ある程度の脱臭は達成される。
【００２５】
前記超音波手段８は、前記混合気Ｇ２を受け入れる処理槽１０と、超音波発生装置１１からの振動エネルギーが付加される振動素子１２とを有し、前記振動素子１２が前記処理槽１０内に設置されている。前記超音波発生装置１１は前記制御部９の制御の下で超音波を前記振動素子１２に付加している。
【００２６】
前記処理槽１０と前記飽和水蒸気発生槽４との間は絞り１３が設けられ、その絞り１３を介して前記処理槽１０と前記飽和水蒸気発生槽４とが連通している。前記絞り１３の存在により、前記飽和水蒸気発生槽４内の蒸気圧と有機汚染物質の取り込みファン圧とで混合気Ｇ２を前記処理槽１０内に送り込むことができる。したがって、前記飽和水蒸気発生槽２内から前記処理槽１０内に前記混合気Ｇ２を送り込む搬送機構を別途設ける必要がない。このことは、前記飽和水蒸気発生槽４と前記処理槽１０との内部構造を簡素化することに寄与している。
【００２７】
前記振動素子１２は前記超音波発生装置１１から超音波が付加されるものであり、前記処理槽１０へ送り込まれる前記混合気Ｇ２に超音波を付加する位置に設置されている。前記処理槽１０内に送り込まれた前記混合気Ｇ２は前記振動素子１２からの超音波による振動エネルギーが付加される。前記混合気Ｇ２のうち有害汚染物質が混合された飽和水蒸気Ｖ１に超音波の振動エネルギーを付加すると、前記飽和水蒸気Ｖ１の水分子の水素結合が切断されて前記水分子のクラスターサイズがコントロールされて前記水分子の前記有害汚染物質に対する接触確率を増大することとなる。ここで、前記水分子のクラスターサイズをコントロールするとは、前記水分子のクラスターサイズを小さくする、すなわち前記水分子の数を増やすことを意味している。
【００２８】
前記水分子のクラスターサイズのコントロールについて考察する。前記飽和水蒸気の水分子は、その分子構造が水素結合と共有結合から構成され、分子結合力は水素結合が共有結合の約１／１０程度であるとされている。
そこで、前記飽和水蒸気Ｖ１に超音波による振動エネルギーを付加することにより、水分子の分子構造の水素結合を切断し、前記水分子のクラスターサイズを小さくする、すなわち水分子の数を増やして、前記水成分の前記有害汚染物質に対する接触確率を増大する。これにより、前記飽和水蒸気Ｖ１の水成分を前記有害汚染物質に接触する機会が増えて後述の酸化反応を有効に促進させることができることになる。
【００２９】
前記処理槽１０内において前記水分子のクラスターサイズがコントロールされた飽和水蒸気Ｖ１と有害汚染物質との混合ガスＧ３は、前記処理槽１０内での飽和水蒸気Ｖ１の蒸気圧により次段の反応促進手段２に送り込まれる。
【００３０】
前記反応促進手段２は、処理槽１４と、前記処理槽１４内に設置されたスーパーヒーター１５とを有している。
【００３１】
前記処理槽１０と前記処理槽１４との間には絞り１６が設けられ、その絞り１６を介して前記処理槽１０と前記処理槽１４とが連通している。前記絞り１６の存在により、前記処理槽１０内の飽和水蒸気Ｖ１の蒸気圧により前記混合気Ｇ３を前記処理槽１４内に送り込むことができる。したがって、前記処理槽１０内から前記処理槽１４内に前記混合気Ｇ３を送り込む搬送機構を別途設ける必要がない。このことは、前記処理槽１０と前記処理槽１４との内部構造を簡素化することに寄与している。
【００３２】
さらに、前記処理槽１４は絞り１６を介して前記処理槽１０に連通し、排出側に排気管１７を接続した大気開放構造である。
【００３３】
前記処理槽１４内には、前記絞り１６側から前記排気管１７側に向けて３段に渡ってスーパーヒーター１５１，１５２，１５３を配列している。このようにスーパーヒーター１５１，１５２，１５３を多段に配列して前記混合気Ｇ３とスーパーヒーター１５とが接触する機会を増やすことで１７０℃から３５０℃の範囲で前記飽和水蒸気Ｖ１を加熱して過熱蒸気Ｖ２を生成している。
【００３４】
前記処理槽１０から前記処理槽１４へ送り込まれる混合気Ｇ３には飽和水蒸気Ｖ１と有害汚染物質Ｇ１とが含まれている。前記飽和水蒸気Ｖ１は前記スーパーヒーター１５により１７０〜３５０℃の範囲で高温に加熱され、前記飽和水蒸気Ｖ１が過熱蒸気Ｖ２に変性される。
前記有害汚染物質Ｇ１は前記過熱蒸気Ｖ２に前記処理槽１４内で曝されると、前記過熱蒸気Ｖ２の熱エネルギーにより前記有害汚染物質Ｇ１の分子鎖が切断される。さらに、前記過熱蒸気Ｖ２は乾燥状態ではなくクラスターサイズがコントロールされた水分子を含んでいるので、その水分子にも前記過熱蒸気Ｖ２の熱エネルギーが付加され、前記水分子の共有結合が切断される。
【００３５】
図１０，図１１に示す実測結果から明らかなように、前記処理槽１４内での有害汚染物質Ｇ１の無臭無害化が短時間（例えば６０秒）で行われていることを考慮すると、前記処理槽１４内では次のような反応が促進されているものと考えられる。
すなわち、前記過熱蒸気Ｖ２の熱エネルギーが付加されて、前記水分子の共有結合が切断されるとともに、前記有害汚染物質Ｇ１の分子鎖が切断され、このように前記水分子の共有結合と前記有害汚染物質Ｇ１の分子鎖を過熱蒸気Ｖ３の熱エネルギーで切断したことにより、前記水分子と前記有害物質Ｇ１との反応が促進されているものと考えられる。
そして、その反応の形態を分析することは技術的に困難であるが、
i)水分子が酸素分子と水素分子とに分離し、その酸素分子が有害汚染物質の分子と結合する、
ii)水分子が水分子状態で有害汚染物質の分子と結合する、
の２態様が考えられる。
いずれの反応形態を経ても最終的には、有害汚染物質が酸化物として処理されることとなる。
【００３６】
次に、本発明において水分子を用いた有害汚染物質の酸化処理について考察する。
図１に示す脱臭装置を用いた有害汚染物質の処理を実測した結果を図１０及び図１１に示す。図１０及び図１１では、有害汚染物質として、トルエン、ホルムアルデヒト、アセトアルデヒトを用いて実験を行った。図１０はトルエンの濃度変化、図１１（ａ）はホルムアルデヒトの濃度変化、図１１（ｂ）はアセトアルデヒトの濃度変化をそれぞれ示している。
これらの実験は、最終段の処理槽１４内から一部の気体を取り出し、スーパーヒーター１５によって加熱されて飽和水蒸気が変性した過熱蒸気Ｖ２の温度を１７０℃、１８０℃、２００℃に設定し、これらの有害物質Ｇ１の濃度変化を測定した。図の横軸が時間、縦軸が濃度を示している。
いずれの有害汚染物質Ｇ１の場合にも、過熱蒸気Ｖ２の熱エネルギーを加えてから約１０秒後に濃度が１／５〜１／１０に著しく低減することが分かる。その後、さらに約６０秒間過熱蒸気Ｖ２に有害汚染物質Ｇ１を曝すと、徐々に低減されることが分かる。そして、熱蒸気Ｖ２に有害汚染物質Ｇ１を曝して処理した処理物は酸化物であって、無臭無害の気体であることを確認している。
【００３７】
以上に示した実験結果に基づいて考察すると、次のように考えられる。
先ず、水分子のクラスターサイズを小さくするための発生理論について考察する。水分がクラスターを形成する理由は水素原子と酸素原子との電気的性質に基づくものと考えられている。水分すなわち水は図２に示すような構造にあり、その形状ゆえに水素の偏る側に正（＋）、孤立電子対の偏る側に負（−）の電荷を帯びるため極性をもち、電気的に偏っていることから水素結合を起こすと考えられている。水の沸点が分子量に比べて高いのは、この水素結合のためである。
図３に示すように、前記水素結合に起因して、一の水分子の酸素分子Ｏ（図３の大きな丸）が他の水分子の水素Ｈ（図３の小さい丸）とつながり、クラスターを形成していく。
【００３８】
次に、１つの水分子が４つの水分子と結合した場合、それらの配置は図４に示すような正四面体構造となる。１つの水分子は１個の酸素分子と２個の水素分子とからなる。図４においては、酸素分子Ｏを○、水素分子Ｈを●で示しており、点線が１つの水分子が４つの水分子と水素結合した場合を示している。
【００３９】
水素結合は共有結合の１／１０程度である。この結合力に打ち勝つエネルギーを加える、例えば超音波を付加するなどの処理を施せば、その水素結合を切ることは共有結合より容易である。
この考察段階において、超音波によるエネルギー付与により水のクラスターサイズが小さくなることは大まかに理解することができる。前記クラスターサイズとは、前述した様な一の水分子が他の水分子と水素結合を行うことによって形成されるクラスターの大きさ、またはそのクラスターに含まれる水分子の数のことを言う。
【００４０】
クラスターのイメージを図５に示す。水クラスターの中には、他の水分子と水素結合していない単量体，１つの水分子と結合した一量体，２つの水分子と結合した二量体，３つの水分子と結合した三量体、４つの水分子と結合した四量体の５種類のものが混ざっている。
さらにそれぞれの結合は刻一刻と変化しており、２５℃前後で１〜３×１０−１２秒のオーダーで生成・消滅を繰り返している。すなわち、同時的に何個もの水素結合が形成されたり、崩壊したりする形態になっている。クラスターサイズをコントロールするということは、これらの結合の状態をコントロールするということである。
クラスターサイズをさらに小さくするには、温度の制御により水のさらなるクラスター化を促進させることができる。実際のクラスターの粒径はNemethy-Scherage理論の数式に基づいて算出する（E.Manegold, R.Hofmann and K.Solf: Kolloid Z., 56, 142 (1931)）。
Nemethy-Scherage理論の数式に基づいて算出したクラスターサイズを図６の表に示す（G.Nemethy and H.A.Scheraga: J.Chem.Phys., 36, 3382 (1962)）。図６の表から明らかなように、温度上昇するとクラスターサイズが小さくなることが分かる。
【００４１】
次にＸ線回折によって求められた水の動径分布関数を図７に示す（福井大学工学部物理工学科 Koishi’s Page,動径分布関数の計算）。図７において２．７５Åの位置に第１のピークがあるが、これは正四面体構造で配置される水素結合のＯＨ−Ｏ間の結合距離が約２．７５Åである。第２のピークは約４．６Åのところにある。
そして、温度が上昇するにつれて第２のピーク、又は第２ピーク以降の第３ピークも見て取りづらくなっている。これは温度上昇につれて水素結合が切れて、一つの水分子の周りに存在する水分子の数が減っていることを示す。つまり、温度が上昇することでクラスターサイズは小さくなることが分かる。
【００４２】
本発明では、有害汚染物質を無臭無害化するために水蒸気の水素および酸素を利用することを前提としている。超音波によって水分子の水素結合を切断してクラスターサイズを微細化することで水分子と有害汚染物質との接触確率を増やし、さらに、水を沸騰させた生成した飽和水蒸気に実用的な温度範囲として１７０〜３００℃の熱エネルギーを加えて過熱蒸気としその熱エネルギーにより水分子の共有結合及び有害汚染物質の分子鎖を切断することにより水分子と有害汚染物質との反応を促進させるものである。
【００４３】
そこで、超音波と水分子のクラスターサイズとの関係について述べる。水分子の共有結合の距離、角度を超音波によって変化させクラスターサイズを変化させることは難しいので、本発明では水のクラスターサイズを変化させるために水素分子の孤立電子対の偏りにより生じる水素結合を乖離させることをターゲットにした。この水素結合は共有結合よりも結合エネルギーが弱く、何もしないでも結合・乖離を繰り返す非常に弱い結合力を持った結合である。そこで超音波の振動数を高めることにより、超音波が持つエネルギーを高めてクラスターとなっている水分子を単分子化する。
【００４４】
本発明者は超音波振動数と水分子のクラスターサイズとの関係を実験により求めた。その結果を図８に示す。図８は超音波振動数の増大につれて、水分子のクラスターサイズが小さくなっていることを示している。超音波振動を発生する励起エネルギーを水分子に与えることで、水分子のクラスターサイズを小さく出来るとの結論に至った。しかしＶＯＣを無害化するにはＶＯＣのＣ-Ｃ結合やＣ-Ｃｌ結合も乖離する必要がある。これは超音波のみでは容易ではないが、前述したように蒸気を２００〜３５０℃まで加熱した高温過熱蒸気として使用することでそれを可能にした。
【００４５】
有害汚染物質の分子鎖にうちＣ-Ｃ結合を例に取ると、その結合・乖離に必要なエネルギーは６．１１Ｅ-２２[ｋＪ]と既存データによりわかっている。超音波により得られるエネルギーεは
ε＝２π2ｍＡ2ｆ2（ｍ：質量[ｋｇ]、A：振幅[ｍ]、ｆ：振動数[Hz]）なる式により求められる。この計算式によると、超音波振動数２００ｋHzで２．６６Ｅ-２４[ｋＪ]、振動数２０ＭＨｚで２．６６Ｅ-２０[ｋＪ]のエネルギーを得られる。よって値を比較すると超音波のみでも高い振動数ならある程度の分子の結合を切断できることがわかる。本発明ではこれにさらに過熱蒸気による熱エネルギーが加わり有害汚染物質を分解、無害化が可能になる。
【００４６】
さらに本装置は水蒸気を用いており、Ｏ、Ｏ２、Ｏ３など十分にあるので、短時間のうちに有害汚染物質の酸化＝無害化が促進される。たとえば有害汚染物質としてホルムアルデヒド，アセトアルデヒド，トルエンを採り上げて、その酸化メカニズムを記述すると、以下になる。
（ａ）ホルムアルデヒドHCHOの酸化反応により、蟻酸（酸化反応物質）になる。
HCHO＋（O） → HCOOH（蟻酸） ・・・・・・・・・（１）
（ｂ）同じようにアセトアルデヒドCH3CHOが酸化反応すると、酢酸CH3COOH（酸化反応物質）になる。
CH3CHO＋（O） → CH3COOH（酢酸）  ・・・・・・・（２）
（ｃ）トルエンC6H5CH3の酸化反応は、安息臭酸C6H5COOH（酸化反応物質）になるとともに、
水が生成される。このように酸化反応の化学式から明らかである。
C6H5CH3＋３(O) → C6H5COOH＋H2O    ・・・・・・・（３）
トルエンの分子鎖を切断する状態を図示化すると、図１２に示すようになる。
【００４７】
有害汚染物質については世界保健機構（ＷＨＯ）が空気質に関するガイドラインを設定しており、これに基づいて日本では有害汚染物質の室内濃度指針が設定されている。例えば、ホルムアルデヒト０．００８ｐｐｍ、トルエン０．０７ｐｐｍ、アセトアルデヒト０．０３ｐｐｍなどである。
図１０，図１１から明らかなように、時間軸と有害汚染物質の濃度変化との関係からすると、有害汚染物質Ｇ１を過熱蒸気Ｖ３に曝す時間を延長することで有害汚染物質の室内濃度指針値に近づけることは可能であると考えている。
【００４８】
さらに、過熱蒸気による熱エネルギーが付加されて共有結合が切断された水分子と分子鎖が切断された有害汚染物質の分子鎖との反応を更に促進するには図９に示す構成を採用すればよい。すなわち、図９に示すように、処理槽１４内で生成された過熱蒸気Ｖ２と有害汚染物質Ｇ１とをサイクロン装置１７に通すことにより、過熱蒸気Ｖ２と有害汚染物質Ｇ１との接触時間を稼ぐことにより、過熱蒸気による熱エネルギーが付加されて共有結合が切断された水分子と分子鎖が切断された有害汚染物質の分子鎖との反応を更に促進するようにしてもよいものである。なおサイクロン装置は気体反応を低下させないようにヒーター１８等で加熱することもあり、サイクロン装置１７内で処理された酸化物の気体が排気管７から排気される。
【００４９】
本発明の実施形態によれば、有害汚染物質が混合された飽和水蒸気に超音波の振動エネルギーを付加して、前記飽和水蒸気の水分子の水素結合を切断することにより前記水分子のクラスターサイズをコントロールすることにより前記水分子の前記有害汚染物質に対する接触確率を増大し、前記飽和水蒸気を加熱して過熱蒸気を生成し、その過熱蒸気の熱エネルギーを前記有害汚染物質及び前記水分子に付加して、前記揮発性化合物の分子鎖及び前記水分子の共有結合を切断することにより、前記水分子と前記揮発性化合物との結合を促進して、有害汚染物質の無臭無害化を実現することができる。
【００５０】
さらに、本発明の実施形態によれば、有害汚染物質の無臭無害化には基本的に水を用いており、その使用量も極めて少量に抑えることができ、現在開発されている処理法と比較してランニングコストを極めて低く抑えることができるものである。
【００５１】
さらに、図１０，図１１に示す実測結果からも明らかなように、有害汚染物質を短時間で処理することができる。
【００５２】
しかも、水を飽和蒸気に気相変化させ、さらに加熱して過熱蒸気を生成し、最終的にクラスター生成型過熱蒸気に生成しているため、環境に負荷を加える物質を使用しておらず、しかも、人畜に無害な水を脱臭処理の触媒に用いているため、ランニングコストが安価で且つ安全な脱臭処理を行う事ができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、トルエン，ホルムアルデヒト，アセトアルデヒト，キシレン，エチルベンゼン，スチレンなど世界保険機構が指定している有害汚染物質を水の水素分子及び酸素分子を利用して無臭無害化することに貢献することができるものである。
【符号の説明】
【００５４】
１  前処理手段
２  反応促進手段
４  飽和水蒸気発生槽
５  ヒーター
８  超音波手段
１０  処理槽
１４  処理槽
１５  スーパーヒーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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