(57)【要約】【目的】板状電極と針状電極を組み合わせ放電および放電時に発生するオゾンにより臭気物質を予備分解し、さらに、放電時に発生する紫外線と電極近傍に配置した光触媒を反応させることで臭気物質をほぼ完全に分解する。【構成】光触媒を、臭気物質分解用電極表面若しくは近傍、また沿面放電においては臭気物質分解用電極または絶縁体表面に配置し、この光触媒の機能を利用して脱臭を行う臭気物質分解装置。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧電極と低電圧電極とからなる臭気物質分解用電極と、前記高電圧電極と低電圧電極との間に配置する絶縁体と、前記臭気物質分解用電極に印加する電源と、前記臭気物質分解用電極および／または前記絶縁体に配置した光触媒と、前記臭気物質分解用電極に臭気ガスを導入するガス送風手段とからなることを特徴とする臭気物質分解装置。
【請求項２】
前記高電圧電極を針状電極またはワイヤー状電極とし、低電圧電極を板状、ハニカム状、円筒状等の面状電極としたことを特徴とする請求項１に記載の臭気物質分解装置。
【請求項３】
高電圧電極と低電圧電極とからなる臭気物質分解用電極と、前記高電圧電極と低電圧電極との間に配置する絶縁体と、前記臭気物質分解用電極および／または前記絶縁体に配置した光触媒とからなることを特徴とする臭気物質分解装置用の電極。
【請求項４】
前記高電圧電極を針状電極またはワイヤー状電極とし、低電圧電極を板状、ハニカム状、円筒状等の面状電極としたことを特徴とする請求項４に記載の臭気物質分解装置用の電極。
【請求項５】
前記光触媒は、少なくともアナターゼ型の酸化チタンを含有することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の臭気物質分解装置用の電極。
【請求項６】
前記光触媒は、少なくとも高電圧電極と低電圧電極の電極表面に塗布または取付けたことを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかに記載の臭気物質分解装置用の電極。
【請求項７】
前記光触媒は、高電圧電極と低電圧電極の近傍に配置したことを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載の臭気物質分解装置用の電極。
【請求項８】
前記請求項３〜請求項７に記載の臭気物質分解用電極を集塵電極として使用したことを特徴とする電気集塵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、悪臭を分解する臭気物質分解装置とそれに用いる電極およびその電極を使用した電気集塵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、悪臭に関する苦情件数が増加し、悪臭の発生源も食堂業等を含むサービス業、個人住宅、畜産業など多岐にわたっている。特にサービス業や個人住宅など、住宅地域が悪臭発生源になるケースが少なくなく、小型の悪臭対応装置の開発が望まれている。
悪臭分子（臭気物質）は主に揮発性の有機化合物や無機化合物であり、これらの揮発性分子を処理する技術として燃焼法、吸着法などが知られている。
【０００３】
また、悪臭除去技術として、従来より電気集塵装置を利用したもの等も提案されている（特許文献１）（特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２６５７５
【特許文献２】特開２０００−５６３１
【０００５】
しかしながら、従来技術として公知の電気集塵装置は、脱臭効率が不十分であり、実用上で問題点があった。また、脱臭効率を改善するために電極に光触媒を設けたものなども提案されているが、気中放電の距離をある程度長くとる必要があることから、電極間の距離を所定値以上に短くすることができず、装置の小型化が困難である。さらに、悪臭分子分解装置の殆どは生産工場などへの設置を目的とした大型装置であり、中小サービス業者や個人住宅、集合住宅などにそのまま設置することは困難である。
【０００６】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明者らは、小型、軽量かつランニングコストが低い臭気物質の分解方法を鋭意研究開発した結果、板状電極と針状電極を組み合わせ放電および放電時に発生するオゾンにより臭気物質を予備分解し、さらに、放電時に発生する紫外線と電極近傍に配置した光触媒を反応させることで臭気物質をほぼ完全に分解出来ることを見いだし、本発明を完成するに至った。
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、臭気物質分解用電極に光触媒を配置することにより、悪臭を効果的に除去できる臭気物質分解装置それに用いる電極およびその電極を使用した電気集塵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため、本発明が採用した技術解決手段は、
高電圧電極と低電圧電極とからなる臭気物質分解用電極と、前記高電圧電極と低電圧電極との間に配置する絶縁体と、前記臭気物質分解用電極に印加する電源と、前記臭気物質分解用電極および／または前記絶縁体に配置した光触媒と、前記臭気物質分解用電極に臭気ガスを導入するガス送風手段とからなることを特徴とする臭気物質分解装置である。
また、前記高電圧電極を針状電極またはワイヤー状電極とし、低電圧電極を板状、ハニカム状、円筒状等の面状電極としたことを特徴とする臭気物質分解装置である。
高電圧電極と低電圧電極とからなる臭気物質分解用電極と、前記高電圧電極と低電圧電極との間に配置する絶縁体と、前記臭気物質分解用電極および／または前記絶縁体に配置した光触媒とからなることを特徴とする臭気物質分解装置用の電極である。
また、前記高電圧電極を針状電極またはワイヤー状電極とし、低電圧電極を板状、ハニカム状、円筒状等の面状電極としたことを特徴とする臭気物質分解装置用の電極である。  また、前記光触媒は、少なくともアナターゼ型の酸化チタンを含有することを特徴とする臭気物質分解装置用の電極である。
また、前記光触媒は、少なくとも高電圧電極と低電圧電極の電極表面に塗布または取付けたことを特徴とする臭気物質分解装置用の電極である。
また、前記光触媒は、高電圧電極と低電圧電極の近傍に配置したことを特徴とする臭気物質分解装置用の電極である。
また、前記臭気物質分解用電極を集塵電極として使用したことを特徴とする電気集塵装置である。
【発明の効果】
【０００９】
以上本発明によれば、臭気物質分解用電極でコロナ放電中に、臭気ガスを導入すると、コロナ放電によって発生するオゾンによって臭気物質が予備分解されるとともに、放電時に発生する紫外線と電極近傍に配置した光触媒が反応し臭気物質を分解する。この結果、悪臭を確実に除去することができる。また従来公知の電気集塵装置などでも電極近傍に光触媒を配置するだけで、従来装置を利用しながら効果の高い装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、光触媒を、臭気物質分解用電極表面若しくは近傍、また沿面放電においては臭気物質分解用電極または絶縁体表面に配置し、この光触媒の機能を利用して脱臭を行う臭気物質分解装置である。
またその装置に使用する臭気物質分解用電極であり、さらにその電極を使用した電気集塵装置である。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、図１は本発明に係る臭気物質分解装置の構成図、図２は同装置に使用する電極の拡大図である。
【００１２】
図１、図２において、臭気物質分解装置は図示のように、送風手段１と臭気物質分解用電極とから構成されており、臭気ガスを送風手段１によって臭気物質分解用電極２内に送風することで電極内で脱臭機能を奏するものである。なお、送風手段１は臭気物質分解用電極２に臭気を送気できる機能をもっておればよく、臭気物質分解用電極部の上流側または下流側いずれにも配置することができる。
【００１３】
前記臭気物質分解用電極２は本例では図１のように高電圧電極３と低電圧電極４とが交互に且つ平行に配設され、且、高電圧電極３と低電圧電極４の間に沿面放電をさせるための絶縁体１２を配置し、それらを多数配置した板状電極群から構成されている。絶縁体１２の厚さ、材質、さらには高電圧電極３と低電圧電極４に印加する電圧等は、設計時において適宜選択することができる。前記電極３、４は各々同極のみ互いに電気的に並列に接続され、絶縁機能を有する電極板支持用絶縁体９によって図示のようにケース６内に支持されている。また絶縁体１２も同様に電極板支持用絶縁体９によって図示のように支持されている。高電圧電極３群の端子は給電線５を介して電源と接続されており、また低電圧電極４の端子は電線７を介してケース６に接続され、且つケース６は適宜接続手段を介してアース８されている。本例では最も外側に配置したケース６を低電圧電極と兼用にしている。
【００１４】
臭気物質分解用電極２を図２を参照してさらに説明すると、図２に示すように給電線５と電極板支持用絶縁体９とが別体で構成されており、各電極板３、４、および絶縁体１２は高、低電圧電極を共通の一本の電極板支持用絶縁体９と同絶縁体表面に形成したネジとナット１０とにより所定の間隙で固定されている。そして、前記電極２それ自体、絶縁体１２及び／または電極板支持用絶縁体９には図２に示すように光触媒を塗布または付着するか、電極の近傍に適宜光触媒の支持部材を介して光触媒を配置する。
なお、電極板支持用絶縁体９は必要に応じて従来の絶縁碍子のように表面に大きな凹凸面を形成することもできる。また、絶縁体と電極板との固定法は同様の効果を奏することができるものであれば、適宜別の固定法を採用することができる。
【００１５】
ところで、上記電極は、高、低電圧電極とも平板を組み合わせて構成したものを例示してあるが、図３に示すように針電極３Ａと平板電極４Ａを組み合わせたもの、図４に示すように円筒状（あるいはハニカム状）の電極の各円筒内にネジ電極、ワイヤ電極、棒状電極を配置したものなど、種々の形態の電極を使用することができる。この場合にも、各電極間には沿面放電をさせるための絶縁体が配置されている。なお各電極は図５に示すように絶縁体１２に直接接触させるか、あるいは、効率的な沿面放電をさせることが可能なわずかに離した状態（数ミリ以内）で配置することも可能である。直接接触させた場合には、高、低電圧電極間に印加する電圧は従来のコロナ放電の場合に比較して低電圧ですみ、全体として消費電力を少なくすることができる。なお、高電圧側の電極としては図示のように、ネジ状、棒状、刃状など適宜形状のものを使用できる。また、平板電極、ハニカム電極、円筒電極の素材には、銅、真鍮、ステンレス等の材料を、また、針状電極、ワイヤ電極の素材は、ステンレス、タングステン、などを使用するとよい。また、図５に示すようにネジ状、棒状、刃状など適宜形状の高圧電極からは、刃状電極では刃先の部分から、またネジ状電極では図５（ハ）に示すようにネジのネジ山部分から絶縁体の表面にコロナが発生する。
【００１６】
電極近傍に配置する（または直接電極に塗布する）光触媒について
光触媒は、電極近傍、電極自体、電極支持用絶縁体（碍子）に塗布、スプレー法、含浸法等によって設けるが、光触媒（無機酸化物触媒）としては、酸化チタン、酸化亜鉛、硫化カドミウムなどの半導体触媒（第１成分）を使用することができ、好ましくは酸化チタンおよび酸化亜鉛、最も好ましくは酸化チタンを使用することが望ましい。酸化チタンはアナターゼ型（ａｎａｔａｓｅ）とルチル型（ｒｕｔｉｌｅ）の結晶構造を持つ。両者とも光触媒活性を示すが、調製温度が高いルチル型では比表面積等が小さい傾向が見られるため、使用に先立ち光触媒活性を確認するか、なるべくアナターゼ型を選択するのが望ましい。使用に当たって光触媒（第１成分）単独で使用しても良いし、アルミナ、シリカ−アルミナ、シリカ、ジルコニア、ジルコニア−アルミナ、ゼオライトなどの基材（第２成分）に担持、配合、または混合して使用しても良い。基材にジルコニアを使用する際には、硫酸イオンで処理し、硫酸根を存在させても良い。さらにまた、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムからなる群から選ぱれる１種以上の金属（第３成分）を触媒または基材に担持、配合、または混合して使用することができる。触媒の形状は特に限定されないが、粉体状、円柱状、中空状、粒状、ハニカム状など工業触媒に利用できる形状を好ましく選択できる。また、触媒の調製に当たり、バインダーや離型剤などを添加するができる。第１成分の含有量は触媒基準で０．５質量％〜１００質量％が好ましく、１．０〜９５質量％がより好ましく、５．０〜９０質量％が最も好ましい。
【００１７】
アルミナ、シリカ−アルミナ、シリカ、ジルコニア、ジルコニア−アルミナ、ゼオライトなどの基材（第２成分）量については特に制限は無いが０．５質量％未満では添加することに依る強度上昇、比表面積向上、反応活性向上効果などが不十分になる可能性がある。白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムからなる金属（第３成分）の添加量は０．０１質量％以上が好ましい。これ未満では充分な反応活性向上効果が見られない可能性がある。上限は特に制限されないが、触媒製造コスト等の観点や活性向上効果が飽和してくることなどから１０質量％以上添加しても技術的な意義は希薄となる。
そして、上述のような機能を有する光触媒を前述したように電極近傍に配置または電極に直接塗布または取り付ける。
【００１８】
触媒を上記電極へ配置する方法
触媒を電極、絶縁体、電極支持用絶縁体表面若しくは沿面放電においては電極または絶縁体表面および碍子に配置するための方法としては刷毛塗法、スプレー法、含浸法などの公知方法を使用できる。例えば、触媒粉末を水や有機溶媒などの分散媒に分散させ、これを電極や絶縁体表面にスプレー法で吹き付けたあと、乾燥、加熱して触媒を配置することができる。また、触媒を適宜成型し直接電極や絶縁体上に配置しても良好な効果が得られる。なお、ここで言う触媒とは前述した（１）第１成分単独、（２）第１成分と第２成分、（３）第１成分と第３成分、（４）第１成分、第２成分、第３成分の組み合わせを指す。
【００１９】
この他にも、光触媒金属成分のアルコキシド（アルコラート）のアルコール溶液などを用い電極や絶縁体に刷毛塗法、スプレー法、含浸法などの公知方法で塗布したあと、乾燥、加熱して触媒を配置することで好ましい効果が得られる。光触媒金属成分のアルコラートとしては、チタンイソプロポキシド〔（ＣＨ3 ）2 ＣＨＯ〕4 Ｔｉ等の取扱が容易であり好ましく用いることが出来る。
【００２０】
上記構成からなる臭気物質分解装置の作用を説明する。
所定のケース６内に上述した構成からなる臭気物質分解用電極２を収納し、このケース６内に分解すべきガス（臭気ガス）を送風手段（ファン等）１を使用して導入する。この時の送風量は臭気物質分解用電極の臭気分解処理能力に合わせて適宜設定する。ケース６内の電極３、４は直流電源（または交流電源）と接続されており、高電圧電極と低電圧電極との間の絶縁体表面においてコロナ放電を発生している。このコロナ放電中に、臭気ガスが導入されると、臭気ガスは先ずコロナ放電によって発生しているオゾンにより予備分解され、さらに放電時に発生する紫外線と光触媒が反応することにより臭気物質が分解される。こうして、光触媒の作用により臭気物質が確実に分解され臭いが除去される。
【００２１】
上記臭気物質分解用電極２を従来公知の電気集塵装置に使用した例
従来公知の電気集塵装置は、図６に示す概略構成を有している。この装置はケース２３とケース２３内に配置する荷電電極２０、集塵電極２１を備えている。前記集塵電極２１に代えて前述した臭気物質分解電極２を配置することで、脱臭機能を有する電気集塵装置とすることができる。具体的には、図６に示すように臭気物質分解電極の上流側に電気集塵装置等で公知の荷電電極２０を配置し、その下流側に臭気物質分解電極２を配置する。この装置では臭気ガスを送風手段２２によって荷電電極に送気し、空気中の塵埃や臭気ガスを荷電粒子（イオン化）にし、さらにこの荷電粒子を臭気物質分解用電極２に送気し、臭気物質分解用電極２でイオン化物質を吸着する（集塵する）とともに光触媒の作用によって臭気物質を分解する。このように本発明の臭気物質分解用電極２を従来の電気集塵装置の集塵電極の代わりに使用することで、集塵、脱臭の機能を果たす電気集塵装置を提供することもできる。
【００２２】
上記臭気物質分解電極の実験例を示す。
（実験例）
図７−ａに示すような、ポリカーボネート製の内容積約６０ｃｍ3 の容器に、ステンレス製板状電極と、タングステン製針状電極を取り付けた反応器を作成した。ステンレス製板状電極上には光触媒の酸化チタン（ＴｉＯ2 ）を触媒基準で１５質量％含有するアルミナ成型体（３ｍｍφ×３ｍｍＨ）を配置した。電極間距離１３ｍｍとし直流１３ｋＶを印加し常圧でコロナ放電させながら臭気成分のモデル物質としてｎ−酪酸２０ｖｏｌ．ｐｐｍを含む空気を約１８０リットル／ｈで通気した。反応前の炭素基準の有機物濃度を予め水素炎イオン化検出器（Ｆｌａｍｅ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）で測定し、反応器に通気後の炭素基準の有機物濃度を水素炎イオン化検出器で測定した。反応後の炭素基準の有機物濃度を反応前の炭素基準の有機物濃度で割った数値から転化率を求めた。
【００２３】
転化率（％）
＝（反応後の炭素基準の有機物濃度／反応前の炭素基準の有機物濃度）×１００
図８−ａには分解反応時間とｎ−酪酸の転化率の関係を示す。図８−ａから明らかなように、光触媒を配置した場合では、ｎ−酪酸の転化率はほぼ１００％を示した。
【００２４】
（比較例）
図７−ｂに示すように、光触媒を配置しなかった他は実験例と同じ条件でｎ−酪酸２０ｖｏｌ．ｐｐｍを含む空気を通気し通気時間と転化率の関係を図８−ｂに示した。光触媒を配置しない場合のｎ−酪酸の転化率は約６０％前後を示した。
以上の例からも分かるように光触媒を配置した電極を使用した場合には脱臭効果が大きいことがわかる。
【００２５】
以上のように、本実施形態によれば、臭気物質分解用電極に光触媒を配置（直接塗布または取り付けを含む）することで、従来脱臭が困難な臭気ガスも効果的に脱臭することができる。また、絶縁体の表面に沿面放電させることができるため、従来の気中放電の場合に比較して、電極間の距離を小さくでき、装置全体を小型化することが可能である。また  沿面放電が絶縁体の表面全面に広がるため、脱臭効率も向上する。また高圧、低圧の電極を絶縁体に直接接触させた場合には、低電圧での沿面放電が可能となり、消費電力を少なくすることができる。また、従来公知の集塵装置の集塵電極に前述の臭気物質分解用電極を用いることで、集塵と脱臭の機能を果たすことができる電気集塵装置を提供することができる。
また、本発明はその精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができ、また、前述の実施例はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、食堂業等を含むサービス業、個人住宅、畜産業など多岐にわたっている悪臭の発生源で利用することにより、確実に悪臭公害を排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例に係る臭気物質分解装置の構成図である。
【図２】同装置内の臭気物質分解用電極の構造図である。
【図３】電極構造の他の例を示す図である。
【図４】電極構造の他の例（円筒状電極）を示す図である。
【図５】（イ）は電極構造の他の例（沿面放電用電極）の斜視図、（ロ）は側面図、（ハ）は沿面放電の説明図である。
【図６】臭気物質分解用電極を電気集塵機に使用した例を示す図である。
【図７】実験例を示す図であり、図７−ａは光触媒を使用した例、図７−ｂは光触媒の無い例を示す。
【図８】図８−ａ、図８−ｂは、図７−ａ、図７−ｂに対応した転化率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１            送風手段
２            臭気物質分解用電極
３            高電圧電極
４            低電圧電極
５            給電線
６            ケース
７            電線
８            アース
９            電極板支持用絶縁体
【図１】
2005279173.tif 000003
【図２】
2005279173.tif 000004
【図３】
2005279173.tif 000005
【図４】
2005279173.tif 000006
【図５】
2005279173.tif 000007
【図６】
2005279173.tif 000008
【図７】
2005279173.tif 000009
【図８】
2005279173.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月5日(2004.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005279173.tif 000011
【図２】
2005279173.tif 000012
【図３】
2005279173.tif 000013
【図４】
2005279173.tif 000014
【図５】
2005279173.tif 000015
【図６】
2005279173.tif 000016
【図７】
2005279173.tif 000017
【図８】
2005279173.tif 000018