(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
除去すべき有害ガスの種類に応じた触媒を含有させた多孔質体から構成されたハニカム状電極と、当該電極に対向配置された放電電極とを備えており、周りの有害ガスをハニカム状電極に吸着させ分解させるに必要な電圧を両電極間に印加するようにした有害ガス除去装置であって、上記放電電極は白金，ロジウム，パラジウム，ニッケル，銅，亜鉛又はこれらの合金、又は白金合金、又は白金パラジウム，白金ロジウム又はこれらの合金、又はカーボンファイバー，半導体のうちいずれかからなる線材をスパイラル状に成形し、上記放電電極の直径は０．２〜１．０ｍｍであり、放電電極のピッチ間隔は上記ハニカム電極のセル開口直径の１／４又は整数倍であること特徴とする有害ガス除去装置。
【請求項２】
上記ハニカム電極のセル密度は１００〜２００個／ｉｎｃｈ２であり、開口率は５０〜８０％である請求項１記載の有害ガス除去装置。
【請求項３】
上記放電電極とハニカム電極間の印加電圧は１５ＫＶであり、上記両電極間のギャップ長は８〜１３ｍｍである請求項１又は２記載の有害ガス除去装置。
【請求項４】
ハニカム状電極は、除去すべき複数の有害ガスの種類に応じた複数の触媒を多孔質体に多層に順次含有せしめて構成されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の有害ガス除去装置。
【請求項５】
除去すべき有害ガスの種類に応じて用いる触媒を変えたハニカム状電極が複数多段に連結されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の有害ガス除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は家庭用・工業用の空気清浄装置、排ガス浄化装置等に利用可能であり、ＮＯＸ  ，  ＮＯ２  ，  ＮＯ等の有害ガスを電気的に除去する有害ガス除去装置及びその除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車、工場等から排出される排ガスを浄化する方法が排ガス規制との関連で数多く提案されている。
【０００３】
例えば、自動車の排ガス中に含まれるＮＯｘ  を抑制する方法として、空気過剰率をγ＝１．０  近傍で制御運転し、触媒コンバータを利用してＮＯｘ  を下記の反応式に示すようにＣＯ及びＨＣで還元して浄化する方法がある。
【０００４】
ＮＯｘ  ＋ＣＯ→Ｎ２  ＋ＣＯ２  
ＮＯｘ  ＋ＨＣ→Ｎ２  ＋ＣＯ２  ＋Ｈ２  Ｏ
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来法による場合、ガスの温度が低いときにはＮＯｘ  を浄化できないという欠点がある。室温程度の空気に含まれるＮＯｘ  を浄化させるには特別なヒータ等が必要となり、これに伴って、装置価格や運転コストが高くなる。しかも、ＮＯｘ  の浄化率を高くするには大容量の触媒が必要となり、コストの問題だけでなく、装置自体が大型になるという問題もある。ＮＯｘ  以外の有害ガスを浄化する場合も基本的には上記と全く同様である。
【０００６】
本発明は上記した背景の下で創作されたものであり、その目的とするところは、低コスト・小型軽量でありながら有害ガスを簡単に除去することができる有害ガス除去装置及びその除去方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本願発明は、除去すべき有害ガスの種類に応じた触媒を含有させた多孔質体から構成されたハニカム状電極と、当該電極に対向配置された放電電極とを備えており、周りの有害ガスをハニカム状電極に吸着させ分解させるに必要な電圧を両電極間に印加するようにした有害ガス除去装置であって、上記放電電極は白金，ロジウム，パラジウム，ニッケル，銅，亜鉛又はこれらの合金、又は白金合金、又は白金パラジウム，白金ロジウム又はこれらの合金、又はカーボンファイバー，半導体のうちいずれかからなる線材をスパイラル状に成形し、上記放電電極の直径は０．２〜１．０ｍｍであり、放電電極のピッチ間隔は上記ハニカム電極のセル開口直径の１／４又は整数倍であること要旨とする。
【０００８】
上記のような構成によると、ハニカム状電極と放電電極との間にコロナ放電が発生する。このコロナ放電は、上記放電電極の直径が０．２〜１．０ｍｍであり、放電電極のピッチ間隔が上記ハニカム電極のセル開口直径の１／４又は整数倍であることにより、最も安定する。これにより両電極の周りの有害ガス分子がプラズマ化する。イオン化有害ガス分子は両電極間の電界により放電電極側からハニカム状電極側に引き寄せられ、上記電界に基づく高レベルの運動エネルギーを保有しつつ、中性有害ガス分子とともに、ハニカム状電極の面上に形成された複数のセル（開口穴）に入り込む。イオン化有害ガス分子の一部はセルの内壁面等に静電吸着され、ハニカム状電極の電荷を受けて中性化される。
【０００９】
中性有害ガス分子、イオン化有害ガス分子同士が互いに衝突し、この衝突が繰り返し行われる結果、有害ガスの対流が発生する（この対流をイオン風と称する）。イオン風は放電電極からハニカム状電極へと流れ、セルを通過し、外に向けて吹き出す。
【００１０】
有害ガス分子がセルを通る過程でハニカム状電極の触媒作用を受けて酸化・還元され、その結果、有害ガスが分解される。これが繰り返し行われると、周りの有害ガスの濃度が徐々に低下し、その有害ガスが除去される。さらに、放電電極がスパイラル状であることにより、ハニカム状電極と放電電極との間で形成される電界分布が電線の長さ方向に均一となり、たとえハニカム状電極と放電電極との間に火花放電電圧に近い電圧を印加したとしても、火花放電が生じることを完全に防止できる。また、電線を組成する金属がスパッタされ、ハニカム状電極等に付着するという不都合も防止される。
【００１１】
望ましくは、請求項１に加えて、上記ハニカム電極のセル密度は１００〜２００個／ｉｎｃｈ２であり、開口率は５０〜８０％であることが好ましい。
【００１２】
この構成によると、有害ガスの分解処理能力が的確に得られる。
【００１３】
請求項１又は２に加えて、上記放電電極とハニカム電極間の印加電圧は１５ＫＶであり、上記両電極間のギャップ長は８〜１３ｍｍであることが望ましい。
【００１４】
この構成によると、オゾン発生防止や空気中に含まれる湿気等をも考慮したコロナ放電が連続的に得られる。
【００１５】
望ましくは、ハニカム状電極は、除去すべき複数の有害ガスの種類に応じた複数の触媒を多孔質体に多層に順次含有せしめて構成されていることが望ましい。または、除去すべき有害ガスの種類に応じて用いる触媒を変えたハニカム状電極を複数連結した構成であることが好ましい。
【００１６】
この構成によると、何れの場合も、複数の有害ガスを同時に分解することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は有害ガス除去装置の概略構成図である。
【００１８】
ここに例を掲げて説明する有害ガス除去装置は、図１に示すようにハニカム状電極１０と放電電極２０とを備えており、両電極間に電圧を印加することにより空気中に含まれる有害ガスのＮＯｘ  ，ＮＯ２  ，ＮＯ等を分解・除去する基本構成となっている。
【００１９】
ハニカム状電極１０としては、多孔質コージェライト等の板材の表面に複数のセル１１を形成し、上記有害ガスを除去するに適した白金又はパラジウムの触媒を含有させ、その全面をスパッタ等により電極処理したものを用いている。
【００２０】
ハニカム状電極１０の大きさは縦３０ｍｍ、横８５ｍｍ、厚み１０ｍｍとなっている。セル（開口穴）１１の開口形状は六角（蜂の巣状）にされているが、四角、円、楕円等であってもかまわない。また、セル密度は１００〜２００個／ｉｎｃｈ２  程度であり、開口率（セル開口面積／ハニカム面積×１００）は５０〜８０％程度にされている。これらのハニカム状電極１０に関する設定値は必要とする有害ガスの分解処理能力に応じて適宜決定すれば良い。
【００２１】
ハニカム状電極１０の材質は使用環境に応じた耐久度を有するものを適宜選択すると良い。例えば、多孔質コージェライト以外の材質として表１に掲げるようなものがある。
【００２２】
【表１】
0003573564.tif 000002
【００２３】
ハニカム状電極１０に触媒を含有させるには、言い換えると、ハニカム状電極１０の母材に触媒を担持（荷担保持）させるには、金属単体、金属酸化物又はそれらの混合物の微粒子（１０Å〜１０μｍ  程度）  を分散させて固着させるようにすると良い。微粒子を用いると、担体の比表面積を増加し反応面積が拡張するからである。また、担体の比表面積を増加させる目的で、微細な孔から構成された多孔質（  ポーラス）  体をハニカム状電極１０の母材として用いている。立孔、連結孔又は貫通孔で構成された多孔質体のものを用いても良い。
【００２４】
ハニカム状電極１０に含有させる触媒は上記したように除去すべき有毒ガスの種類に応じて変更する。担持触媒の種類と有害ガスの種類との最も望ましい組み合わせは表２、３に示す通りである。分解後のガスの種類についても併せて示している。
【００２５】
【表２】
0003573564.tif 000003
【００２６】
【表３】
0003573564.tif 000004
【００２７】
放電電極２０はハニカム状電極１０に対向配置されており、白金線又は白金合金をスパイラル状に形成したものを用いている。白金線等を用いたのは寿命が長いからである。白金パラジウム、白金ロジウム又はこれらの合金を用いた場合も同様のメリットが得られる。また、カーボンファイバー、半導体（例えば、炭化珪素、ベーコサイアロン、窒化珪素にアルミの結晶半導体）を用いた場合、触媒効果による自己クリーニング作用を期待することができる。ロジウム、パラジウム、ニッケル、銅、亜鉛、白金又はこれらの合金を用いてもかまわない。
【００２８】
スパイラル状に形成された放電電極２０の直径及びそのピッチ間隔はセル密度及び両電極間の印加電圧等の関係で、両電極間で最も安定にコロナ放電が生じる値に夫々設定する。ここでは、直径に関して０．２  〜１．０  ｍｍ、ピッチ間隔に関してセル開口直径の１／４  又は整数倍に夫々設定されている。
【００２９】
ハニカム状電極１０と放電電極２０との間には高圧直流電源３０が電気接続されている。ここでは、両電極によりマイナスイオンのイオン風Ａを作り出すようにしているので、ハニカム状電極１０が負電極、放電電極２０が正電極となるような極性の電圧が印加されている。プラスイオンのイオン風を作り出すときには極性を逆にすれば良い。また、電極間に印加する電圧の極性及び電圧値は、触媒や除去すべき有害ガスの酸化還元電圧に応じて適宜選択すれば良い。なお、ハニカム状電極１０と放電電極２０との間に交流又は交番電圧を印加するようにしてもかまわない。
【００３０】
両電極に印加する電圧は火花放電電圧より小さく且つコロナ放電電圧の上限値近傍に設定するようにする。ここでは両電極の周りの雰囲気が空気であることから、電極間の電界の最大強度が３．５ＫＶ／ｍｍ以上であれば、コロナ放電が生じず、火花放電が連続的に生じることになる。そこで、コロナ放電が連続的に生じ、火花放電が生じないような電界強度、ここでは３．３ＫＶ／ｍｍ前後となるように電極間の印加電圧及びそのギャップ長を設定する。オゾンの発生防止や空気中に含まれる湿気等をも考慮し、ここでは電極間の印加電圧を１５ＫＶ、そのギャップ長を８〜１３ｍｍに夫々設定している。両電極の周りが有害ガス雰囲気下である場合も、上記のような要領で上記設定値を適宜決定すれば良い。
【００３１】
電極間にコロナ放電電圧の上限値近傍の電圧、即ち、１５ＫＶが印加されているが、放電電極２０をスパイラル状にすることにより電界分布が電線の長さ方向に均一にされ、その結果、たとえ金属片が両電極間に入り込んだとしても、火花放電が生じることはない。
【００３２】
なお、電極間にコロナ放電電圧の上限値近傍の電圧を印加しているのは、有害ガスの分解処理能力を最大限に高めるためである。ただ、その必要がない場合には、放電電極２０の代わりに図２〜４に示すような放電電極を用いてもかまわない。
【００３３】
図２（ａ）に示す放電電極２０１は、櫛状電極（厚さ０．３ｍｍ，櫛状突起幅３ｍｍ×長さ６０ｍｍ×本数６本，突起ピッチ１２ｍｍ，突起先端形状１．５ｍｍの半円）であり、（ｂ）に示す放電電極２０２は、線状電極（線径０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ）であり、（ｃ）に示す放電電極２０３は、平板状電極（厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ）であり、（ｄ）に示す放電電極２０４は、尖頭を有する針状電極（太さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ）であり、何れもステンレス製である。
【００３４】
図３（ａ）に示す放電電極２０５はステンレス製のノコ切刃状電極であり、（ｂ）に示す放電電極２０６はプラスチック樹脂板に放電電極２０１が取り付けたものであり、（ｃ）に示す放電電極２０７はプラスチック樹脂板に放電電極２０２が取り付けたもの、（ｄ）に示す放電電極２０８はプラスチック樹脂板に放電電極２０３が取り付けられたものである。
【００３５】
図４（ａ）に示す放電電極２０９はプラスチック樹脂板に放電電極２０４が取り付けられたもの、（ｂ）に示す放電電極２１０はプラスチック樹脂板に放電電極２０５が取り付けられたものである。
【００３６】
以上のように構成された有害ガス除去装置では、図１に示す高圧直流電源３０を通電させると、ハニカム状電極１０と放電電極２０との間にコロナ放電が発生し、これにより両電極の周りの空気（有害ガスが含まれている）がマイナスイオン化される。マイナスイオン化された空気は、電極間の電界により放電電極２０側からハニカム状電極１０側に引き寄せられ、上記電界に基づく高レベルの運動エネルギーを保有しつつ、中性の空気とともに、ハニカム状電極１０のセル１１に入り込む。マイナスイオン化された空気の一部は、セル１１の内壁面等に静電吸着され、ハニカム状電極１０の電荷を受けて中性化される。
【００３７】
中性の空気、マイナスイオン化された空気の分子同士が互いに衝突し、この衝突が繰り返し行われる結果、空気の対流が発生する。これにより図１に示すようなイオン風Ａが生成される。イオン風Ａは放電電極２０からハニカム状電極１０へと流れ、セル１１を通って、この穴から外に向けて吹き出す。
【００３８】
イオン風Ａがセル１１を通る過程でハニカム状電極１０の触媒作用を受けてイオン風Ａに含まれる有害ガス分子が酸化・還元され、その結果、有害ガスが分解される。これが繰り返し行われると、空気に含まれる有害ガスの濃度が徐々に低下し、その有害ガスが除去される。しかも上記例の場合、６Ｗという低消費電力で有害ガスの除去が可能である。
【００３９】
以上のような有害ガス除去装置の性能を確認するために大阪市立環境化学研究所に実験を委託したところ、ＮＯｘ  ，ＮＯ２  ，ＮＯについて以下の実験結果が得られた。
【００４０】
この実験は、内面をガス等の吸着が少ないと考えられるテドラシートを張ったボックス（内容積０．６９ｍ２  ）内に有害ガス除去装置を入れた後、ＮＯｘ  ，ＮＯ２  ，ＮＯを注入し、以後これらの濃度変化を２台の自動測定機（ＮＯｘ  ，ＮＯ２  ，ＮＯ：窒素酸化物自動測定機ＭＯＤＥＬ−２６５Ｐ，  化学発光法，  起本電子工業株式会社製、ＣＯ：一酸化炭素測定機エコライザー，  定電位電解法，  ダイレック株式会社製）を用いて測定を行った。最初は同装置を止め、１０分から３０分後に作動させ、ボックス内に同装置を入れない状態で同様に測定を行った。
【００４１】
図５はボックス内に有害ガス除去装置を入れた状態のＮＯｘ  ，ＮＯ２  ，ＮＯの濃度変化を示すグラフであり、図６は同装置を入れない状態のＮＯｘ  等の濃度変化を示すグラフである。
【００４２】
図６に示すようにＮＯｘ  等の濃度に自然減衰が見られるが、図５に示すように装置を作動させると、ＮＯｘ  等の濃度が極端に低下する。即ち、ボックス内の空気に含まれるＮＯｘ  等の有害ガスが徐々に除去されることが判る。
【００４３】
なお、我々は上記と同様の試験を独自に行って、アンモニアが除去されることについても確認している。
【００４４】
有害ガス除去装置によりＮＯｘ  等の有害ガスを除去できるということは、有害ガス分子に対する酸化・還元作用が極めて強く、分解能力が高いことを意味している。だとすれば、除去すべき有害ガスの種類に応じた適切な触媒を用いてハニカム状電極を作成する限り、ＮＯｘ  ，ＮＯ２  ，ＮＯ，アンモニア以外の有害ガスについても同様に除去できると推測される。例えば、炭化水素，ＳＯｘ  ，オゾン，メタン、エタン等の有害ガスだけでなく、有毒ガスと称せられるものも含まれる。特にダイオキシンについても、２つのベンゼン環の間の酸素分子を酸化・還元することにより分解・除去できると推測される。
【００４５】
また、有害ガス除去装置を上記例とは異なり有害ガス雰囲気下で作動させる場合、ハニカム状電極１０と放電電極２０との間に大きな電圧を印加することができ、両電極間のギャップ長を短くすることもできるので、上記例に比べて有害ガスの分解能力がより高くなる。大型のハニカム状電極等を用いた場合も同様の効果が得られる。このことから、有害ガス除去装置は単に家庭用・工業用の空気清浄装置だけの適用に止まらず、自動車・船舶等の排ガス浄化装置等にも十分適用可能である。
【００４６】
上記例の場合、有害ガスとしてＮＯｘ  を除去することに重点を置いたが、これ以外の有害ガスをも除去する必要があるときには、ハニカム状電極を図７又は図８に示すように多層にする又は多段に連結するようにすれば良い。
【００４７】
図７に示すハニカム状電極１０１の作成方法は上記ハニカム状電極１０の場合と同様であるが、除去すべき複数の有害ガスの種類に応じた４種類の触媒をクロマトグラフ法により順次吸着させて４層触媒の担持体（図示例では４層をａ〜ｄとして表している）とした点が異なる。
【００４８】
図５に示すハニカム状電極は、除去すべき有害ガスの種類に応じて用いる触媒を変えた４つのハニカム状電極１０２〜１０５が多段に連結されたものである。ハニカム状電極１０２等の構造自体はハニカム状電極１０と同様であり、これらを連結するに当たっては、接着材を用いても良いし、締結具等を用いるようにしてもかまわない。なお、ハニカム状電極１０２〜１０５を横一列に連結するような形態をとってもかまわない。
【００４９】
図７又は図８に示すハニカム状電極を用いた場合、複数種の有害ガスを一度に簡単に除去できるので、ガスの浄化という点でメリットがある。ハニカム状電極の段数や担持体の層数については任意である。
【００５０】
なお、本発明の有害ガス除去装置及びその除去方法は上記例に限定されず、例えば、ハニカム状電極の形状を変えたり、放電電極の数を複数個にする形態をとっても良い。特に、図１に示す装置を複数台用意し、これを縦一列に配置して各装置を同時に作動させた場合、イオン風Ａの強度が強くなる一方、有害ガスの分解能力も高まる。
【００５１】
【発明の効果】
以上、本発明の請求項１に係る有害ガス除去装置による場合、ハニカム状電極と放電電極との間に所定の電圧を印加するだけで、周りの有毒ガスをハニカム状電極に吸着させ効率良く分解させることができる構成となっているので、従来例による場合とは異なり、低コスト・小型軽量でありながら有毒ガスを簡単に除去することができる。しかも低消費電力で有害ガスの除去が実現できる。また、スパイラル状の放電電極によって、ハニカム状電極と放電電極との間で形成される電界分布が電線の長さ方向に均一にすることができる構成となっているので、上記メリット以外に、たとえ電極間に火花電圧に近い電圧を印加したとしても、火花放電が生じることを完全に防止できる。また、電線を組成する金属がスパッタしてハニカム状電極等に付着するということも防止され、メンテナンスの面でのメリットもある。そして、両電極間のコロナ放電は、上記放電電極の直径が０．２〜１．０ｍｍであり、放電電極のピッチ間隔が上記ハニカム電極のセル開口直径の１／４又は整数倍であることにより、最も安定する。また、上記メリット以外に、周辺の電子機器に与える電磁波ノイズの影響を小さくすることができ、有害ガスの分解能を高めることができる。
【００５２】
本発明の請求項２に係る有害ガス除去装置による場合、請求項１の構成に加えて、上記ハニカム電極のセル密度は１００〜２００個／ｉｎｃｈ２であり、開口率は５０〜８０％であることにより、有害ガスの分解処理能力が的確に得られる。
【００５３】
本発明の請求項３に係る有害ガス除去装置による場合、請求項１又は２の構成に加えて、上記放電電極とハニカム電極間の印加電圧は１５ＫＶであり、上記両電極間のギャップ長は８〜１３ｍｍであることから、オゾン発生防止や空気中に含まれる湿気等をも考慮したコロナ放電が連続的に得られる。
【００５４】
本発明の請求項４、５に係る有害ガス除去装置による場合、請求項１、２又は３の構成に加えて、複数の有害ガスを分解することができる構成となっているので、上記メリット以外に、多種の有害ガスを簡単に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】以下、本発明の実施形態を説明するための図であって、有害ガス除去装置の概略構成図である。
【図２】放電電極の変形例を示す斜視図である。
【図３】放電電極の変形例を示す斜視図である。
【図４】放電電極の変形例を示す斜視図である。
【図５】有害ガス除去装置の性能を確認するための実験結果であって、同装置を作動させた場合のガス濃度の時間変化を示すグラフである。
【図６】図５と同様であるが、同装置を作動させない場合のガス濃度の時間変化を示すグラフである。
【図７】ハニカム状電極の変形例を説明するための模式図である。
【図８】ハニカム状電極の変形例を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１０  ハニカム状電極
１１  セル
２０  放電電極
３０  直流電圧電源
Ａ    イオン風
【図１】
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【図２】
0003573564.tif 000006
【図３】
0003573564.tif 000007
【図４】
0003573564.tif 000008
【図５】
0003573564.tif 000009
【図６】
0003573564.tif 000010
【図７】
0003573564.tif 000011
【図８】
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