(57)【要約】【課題】脱臭等の環境浄化機能を備えたヒーターを提供する。【解決手段】この発明は、セラミック製又は金属製ヒーターの基材表面にガーネットを溶射付着してなる遠赤外線放射層を形成し、該遠赤外線放射層の表面に環境浄化機能を備えた触媒層を付着させ、加熱又は加温と環境浄化機能を備えている。上記環境浄化機能としてヒーター周辺の臭気成分と揮発性有機化合物のいずれか一方又は両方の分解除去機能がある。また遠赤外線放射層と触媒層の複合化は、遠赤外線放射層の形成後付着された触媒層を焼成したものである。さらに環境浄化触媒としては、Ｍｎ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｖ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｔｉ又はその酸化物の中から選ばれる一つ以上の成分を主成分とすることができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック製又は金属製ヒーターの基材表面にガーネットを溶射付着してなる遠赤外線放射層を形成し、該遠赤外線放射層の表面に環境浄化機能を備えた触媒層を付着させ、加熱又は加温と環境浄化機能を備えた環境浄化機能付ヒーター。
【請求項２】
環境浄化機能がヒーター周辺の臭気成分及び／又は揮発性有機化合物の分解除去機能である環境浄化機能付ヒーター。
【請求項３】
遠赤外線放射層と触媒層の複合化が、遠赤外線放射層の形成後付着された触媒層を焼成したものである請求項１又は２の環境浄化機能付ヒーター。
【請求項４】
ガーネットがウォータージェットの廃棄研磨材である請求項１，２又は３の環境浄化機能付ヒーター。
【請求項５】
環境浄化触媒が、Ｍｎ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｖ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｔｉ又はその酸化物の中から選ばれる一つ以上の成分を主成分とする請求項１，２，３又は４の環境浄化機能付ヒーター。
【請求項６】
環境浄化触媒が、Ｌａ，Ｃｅ，Ｂａ，Ｃｓ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｂｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｋ，Ｎａの中から選ばれる１つ以上の成分を助触媒とする請求項１，２，３，４又は５の環境浄化機能付ヒーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は環境浄化機能付ヒーターに関し、主として脱臭および揮発性有機化合物（ＶＯＣ）除去と暖房等の加温を行う遠赤外線ヒーターに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来暖房装置等に用いられる遠赤外線ヒーターのように、セラミックを電気ヒーターで加熱し、セラミックから遠赤外線を放出させるものや特許文献１に示すように表面にガーネット溶射皮膜を形成したもの等が知られているが、脱臭性能を付属している装置はほとんどない。そのため、活性炭フィルター等を搭載した空気清浄機を別に稼働させる必要があった。
【０００３】
また、室内容積が大きくなると、一般家庭用の空気清浄機では性能が足らず、空調・換気設備とは別途に脱臭装置を追加する必要があった。さらに、脱臭装置には、吸着材として活性炭を使用することが多く、脱臭機能を維持するためには、定期的に交換しなければならず、メンテナンスが煩わしかった。
【０００４】
一方エアコンなど空調機器の普及や、建築方法の進歩により、居住空間の密閉化が進んでいるため、室内の臭気や揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の濃度が高くなる傾向にあることが判明している。特に、暖房する冬季には、臭気やＶＯＣ濃度が特に高くなる傾向にある。臭気の除去はマスキング剤等の消臭剤によっている。またＶＯＣは、健康に悪影響をおよぼすことが問題となっており、吸着性能を有する建材や、空気清浄機等による除去が行われているのが現状である。
【０００５】
しかし、吸着材フィルターを備えたエアコンや空気清浄機が普及している一方、使用されている吸着材は一定の周期で取り替えないと性能が低下してしまうという問題があり、家庭では定期的に取り替えていないこと多く、装置の臭気やＶＯＣ除去機能が十分に発揮できないことになる。
【０００６】
さらに、老人福祉施設や畜産施設のように屋内容積が大きくなると、空調・換気設備以外に脱臭設備を備える必要があるが、定期的に活性炭を取り替えなければならず、メンテナンスおよび費用の面からの負担により脱臭設備の設置が進まず、生活環境の悪さが問題となっている。
【０００７】
このため、メンテナスフリーで、脱臭・ＶＯＣ除去を行える装置の開発が望まれていた。また、従来より、有機樹脂バインダーを使用した脱臭および遠赤外線放射塗膜が開発されているが（例えば、特許文献２）、これらの場合有機樹脂により塗膜の密着性能は高いが、１５０℃以上の温度を長時間かけると徐々に炭化が進み、また触媒成分による酸化により、塗膜が劣化して剥がれるという問題点があり、ヒーターへは使用できなかった。
【０００８】
さらに、無機バインダーを利用した塗膜も試みられているが、塗布する面が金属や磁性セラミックス等の滑らかで平らな面であるため、衝撃等によって、容易に触媒層である塗膜が剥がれてしまうという問題点があった。
【０００９】
その他特許文献３に示すように、発熱体となる金属基板の表面に形成されたホーロー層に、金属酸化物（触媒）及び無機接着剤を混合した触媒層を塗布して両層を同時に焼成付着させる方法が知られている。
【００１０】
この方法で、ホーロー（セラミック）層と触媒層を同時焼成すると、セラミック層の含有成分（Ｎａ等）が触媒層に悪影響を及ぼして触媒機能を低下させる欠点があるほか、基材及び両層の付着（固着）性を確保するために焼成温度を高くする必要があり、また高温焼成による触媒機能の低下を招く欠点がある。
【００１１】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、冬季の暖房時に発生する熱を利用して、暖房と脱臭を同時に行うとともに、脱臭およびＶＯＣ除去機能を維持するためのメンテナンスが不要な環境浄化機能を有する遠赤外線ヒーターを提供するものである。
【００１２】
【特許文献１】
特開平６−１７２９５６号公報
【特許文献２】
特開平１１−３３５５９６号公報
【特許文献３】
特開昭５８−１４５０８６号公報
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明のヒーターは第１に、セラミック製又は金属製ヒーターの基材表面にガーネットを溶射付着してなる遠赤外線放射層を形成し、該遠赤外線放射層の表面に環境浄化機能を備えた触媒層を付着させ、加熱又は加温と環境浄化機能を備えたことを特徴としている。
【００１４】
第２に、環境浄化機能がヒーター周辺の臭気成分及び／又は揮発性有機化合物の分解除去機能であることを特徴としている。
【００１５】
第３に、遠赤外線放射層と触媒層の複合化が、遠赤外線放射層の形成後付着された触媒層を焼成したものであることを特徴としている。
【００１６】
第４に、ガーネットがウォータージェットの廃棄研磨材であることを特徴としている。
【００１７】
第５に、環境浄化触媒が、Ｍｎ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｖ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｔｉ又はその酸化物の中から選ばれる一つ以上の成分を主成分とすることを特徴としている。
【００１８】
第６に、環境浄化触媒が、Ｌａ，Ｃｅ，Ｂａ，Ｃｓ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｂｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｋ，Ｎａの中から選ばれる１つ以上の成分を助触媒とすることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態につき説明すると部屋内の暖房および臭気やＶＯＣ除去を行うにおいて、セラミックス製または金属製ヒーターの表面に高効率な遠赤外線効果を有するガーネット溶射皮膜を形成し、さらに環境浄化触媒を複合化したヒーターを提供することである。
【００２０】
すなわち、本発明は、ガーネット溶射皮膜が高効率な遠赤外線を放射することに着目し、また部屋内の環境浄化には脱臭性能を有する脱臭等が可能な環境浄化触媒を利用することが最適であることから、遠赤外線効果と環境浄化効果を複合させることによって完成するに至ったものである。さらに、ガーネット溶射皮膜は、セラミックスおよび金属に限らず、ほとんど全てのものと密着性がよく、衝撃による剥離に強い。また、ガーネット溶射皮膜は、細かい凹凸があり、環境浄化触媒を複合化する際、極めて強固に固定化でき、衝撃に強くなる。
【００２１】
さらに、本実施形態ではパネルヒーターを使用するが、通常の小型赤外線ヒーターでは部屋の容積に較べてヒーターの面積が小さいため、ヒーター温度は３００℃を超える温度で作動している。このような高い温度では、複合化した触媒は、熱による構造破壊によって脱臭性能が低下してしまうという問題があった。しかしパネルヒーターによれば、広い面積を持つことから、ヒーター温度を１５０〜３００℃と低くすることが可能であり、触媒の性能が低下しない。
【００２２】
ガーネット溶射皮膜を形成するパネルヒーターは、セラミックス製，金属製等、耐熱性を有するものであれば特に材質の限定はない。耐熱性としては、３００℃以上、好ましくは５００℃以上を有することが必要である。
【００２３】
ガーネット溶射皮膜形成の方法であるが、まずブラスト処理によりヒーター表面に凹凸を形成する。これは表面の粗面化により溶射皮膜の付着力を強化し、皮膜が剥がれにくくするためである。ブラスト処理に使用する材料は、石英，サンド，鋼粒，ガラス等様々な材料が使用可能である。またブラストによる凹凸であるが、深さ等の制限はなくガーネットを溶射した後に溶射皮膜が剥がれなければよい。ガーネットを溶射するにはプラズマ溶射を利用することが好ましい。プラズマ溶射に使用するガスは、特に特定されずヘリウム−アルゴン，水素−アルゴン等様々な組み合わせが使用できる。
【００２４】
溶射原料に使用するガーネットは、粉砕により粒径を揃えることが望ましい。ガーネット粒子が大きすぎると、プラズマガンの噴出口が詰まったり、被溶射物まで届かないことになり、操作上好ましくない。またガーネット粒子が小さすぎると被溶射物まで届かず、ガーネットの利用効率が悪く好ましくない。
【００２５】
また原料のガーネットは研磨材として販売されているものを使用しても良いが、ウォータージェットの研磨剤として使用した後のガーネットスラッジを使用することも可能である。ウォータージェットの研磨剤として使用した後もガーネット自体は変質していないため、溶射後の遠赤外線性能は劣化せず、本発明の機能発現に支障はない。
【００２６】
ガーネット溶射皮膜の表面状態は、凹凸があることが望ましく且つガーネットの性質上適度な凹凸面を得易いという利点がある。溶射表面が滑らかでは触媒の溶射表面への固着は平面的となり、衝撃等により容易に剥離してしまうことになる。しかし溶射表面が凹凸であれば触媒の溶射表面への固着は３次元的となり、衝撃等でも容易に剥離しない強固な複合化が可能となる。
【００２７】
ガーネット溶射皮膜に複合化する脱臭・ＶＯＣ除去用の環境浄化触媒は、特に限定しないが、高比表面積を有し低温で脱臭・ＶＯＣ除去性能を発揮することが好ましい。触媒の例としては、酸化銅等の既存の触媒が利用可能であるが、好ましくは、酸化銅，酸化鉄，酸化コバルト，酸化マンガン，白金，パラジウム，金を主成分とする触媒が良い。またこれらの触媒は、ランタン，セリウム等の助触媒を含むことが好ましい。さらに、これらの触媒は、比表面積を大きくするために、ゼオライト，アルミナ，シリカ，シリカ−アルミナ等の担体に担持して使用することもできる。
【００２８】
これらの触媒はヒーター通電時は、加熱による臭気物質・ＶＯＣを分解するが、ヒーターに通電していない時でも臭気物質・ＶＯＣを吸着することが可能である。すなわちヒーター非通電時は吸着効果により脱臭・ＶＯＣ除去を行い、ヒーター通電時は触媒効果により脱臭・ＶＯＣ除去を行うこととなる。
【００２９】
環境浄化触媒を溶射表面に複合化する場合、無機化合物の結合材を利用することが必要である。無機結合材の例としては、シリカゾル，アルミナゾル，シリコーン樹脂，粘土，アルミナ，シリカ等が利用できる。樹脂等の有機化合物では、ヒーターの熱、または触媒の酸化作用により、樹脂が劣化して、最終的には炭化・燃焼して、触媒の固着力が弱くなり容易に剥がれることが考えられるため、利用することは好ましくない。
【００３０】
このようにして制作したパネルヒーターは、ガーネット溶射皮膜の高効率な遠赤外線効果だけでなく、ガーネット溶射皮膜上に複合化した環境浄化触媒により脱臭・ＶＯＣ除去を行うことができる。
【００３１】
【実施例】
以下に、実施例を記すが、これにより、本特許が制限されることはない。
【比較例１】
４５〜７５μｍに粒子を揃えたガーネットをＭＥＴＣＯ社製  ７ＭＣ−ＩＩ型プラズマ溶射装置を用いて、ブラスト処理した３ｃｍ×５ｃｍのＳＳ板に、２００μｍの厚さで溶射した。
【００３２】
【実施例１】
比較例１で作製した溶射皮膜に、二酸化マンガンおよび銅担持ＵＳＹ型ゼオライトを同重量比で混合した触媒を、アルミナゾルをバインダーとして塗布した。塗布後、１２０℃で乾燥し、さらに３００℃で焼成して触媒と溶射皮膜を複合化した。図１は本実施例によって作成した試料の５０℃における遠赤外線放射特性を示すもので、この図から明らかなように本実施例のものは在来のものと比較しても高い放射率で広い波長域において安定している。
【００３３】
【実施例２】
比較例１および実施例１で作製した試料をそれぞれ１０Ｌのテドラバックに入れ、１０ｐｐｍのアンモニアガスおよび硫化水素ガスを１０Ｌ入れて、アンモニアおよび硫化水素濃度の変化を測定した。結果を、表１，２に示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
【表２】
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【００３６】
【実施例３】
比較例１および実施例１で作製した試料をそれぞれ２１０Ｌのステンレス容器にヒーターに載せて入れ、ヒーター温度が３００℃になるように加熱した。次に、１００ｐｐｍになるように９９％アンモニアガスを入れて、アンモニア濃度の変化を測定した。また、ブランクとして、試料を入れない場合の濃度変化も測定した。結果を表３に示す。
【００３７】
【表３】
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【００３８】
【実施例４】
セラミックヒーター（日本碍子株式会社製  Ｈ７Ｇ−２１２００）をブラスト処理後、４５〜７５μｍに粒子を揃えたガーネットをＭＥＴＣＯ社製  ７ＭＣ−ＩＩプラズマ溶射装置を用いて、２００μｍの厚さで溶射した。さらに、二酸化マンガンおよび銅担持ＵＳＹ型ゼオライトを同重量比で混合した触媒を、アルミナゾルをバインダーとして塗布した。塗布後、１２０℃で乾燥し、さらに３００℃で焼成して触媒と溶射皮膜を複合化した。この触媒複合化ヒーターを実施例３と同じように試験した。ただし、本実施例では、触媒複合化ヒーター自体を３００℃に加熱した。結果を表４に示す。
【００３９】
【表４】
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【００４０】
【実施例５】
実施例１で作製した試料の遠赤外線放射特性を、日本電子株式会社製ＦＴ−ＩＲ  ＷＩＮＳＰＥＣ１００型の付属装置  赤外線放射測定ユニット  ＩＲ−ＩＲＲ２００を使用して、５０℃の温度で測定した。結果は、図１に示すように、ほとんどの波長で９５％以上の放射率を示し、高効率な遠赤外線放射性能を有することが確認できた。
【００４１】
【比較例２】
３ｃｍ×５ｃｍの無加工のＳＳ（一般構造用圧延鋼材）板上に、二酸化マンガンおよび銅担持ＵＳＹ型ゼオライトを同重量比で混合した触媒を、アルミナゾルをバインダーとして塗布した。塗布後、１２０℃で乾燥し、さらに３００℃で焼成して触媒と、溶射皮膜を複合化した。
【００４２】
【実施例６】
実施例１および比較例２で作製した試料について、１／２インチの３００ｇのボールを３０ｃｍの高さから試料に落として、耐衝撃試験を行った。実施例１の試料では、塗膜の剥離はまったく認められなかったが、比較例１では、塗膜の剥離が認められた。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係わる遠赤外線ヒーターを用いて、臭気成分やＶＯＣ成分を吸着および分解することにより、屋内の換気を必要とせずに、有害成分を除去できる。それにより、換気不足によるシックハウス症等が予防でき、快適な環境を提供することができる。
【００４４】
特に本件発明では下地層としてのガーネット溶射皮膜上に触媒層を焼成付着させることにより次のような独自の効果を奏するものである。
（１）硬質で表面凹凸が多く且つ粗いガーネット溶射皮膜により、溶射皮膜に対する触媒層の付着性（固着性）が高くなる。
【００４５】
（２）基板自体に対し触媒層が溶射皮膜を介して強力に固着するので、両層が共に強力な固着性を備えたものになる。
【００４６】
（３）ガーネット自体の含有成分の点でも、既に溶射によってセラミック化された面に触媒層を比較的低温で焼成付着させる面でも、触媒の焼成付着による触媒機能の低下等の悪影響がなく、触媒層の機能的な安定性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で使用した試料の遠赤外線放射特性を示すグラフである。
【図１】
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