(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状ヒータを装着した金属パイプと、金属パイプの径の１０倍以下の帯幅を有する帯状の金属薄板を前記金属パイプに対して直角方向に螺旋状に巻回して形成したフィンと、このフィンに担持した触媒とを有する脱臭ヒータと、脱臭ヒータの外側に密着させたパイプ状の金属薄板と、この金属薄板の外側に設けた断熱材と、脱臭ヒータとパイプ状の金属薄板と断熱材とを配置する吸気口と排気口とを有するパイプ状のケースとを備え、前記脱臭ヒータは、螺旋状に巻回したフィンの両端のみを前記金属パイプに固定して形成し、前記フィンは、放射状の凹凸を有する複数のヒダを有し、前記フィンの内側と前記金属パイプとの界面における隙間を小さくした脱臭装置。
【請求項２】
ヒダは１ピッチ分の１／１０〜１／２の範囲の高低差を有する請求項１記載の脱臭装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、厨芥処理器等から発生する臭気成分や油煙などを浄化する脱臭装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来厨芥処理器に使用している脱臭装置は、セラミック担体を用いたハニカム状の酸化触媒を使用している。つまり、厨芥処理機の排ガス経路中にこの酸化触媒を配置し、外部から加熱する構成としているものである。こうして排ガス中の臭気成分を酸化分解しているものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の構成の脱臭装置は、酸化触媒の温度上昇が遅く、分解温度に達するまでに時間が長くかかるという課題を有している。これは、ハニカム状の酸化触媒にセラミック担体を用いる構成としているため、熱容量が大きく、また熱伝導率が低くなっているためである。
【０００４】
この課題を解決するために、発明者らは触媒を金属薄膜に担持させた構成のものを特願平７−３２２６９３号として提案しているものである。この構成とすることによって、セラミック担体のもつ温度上昇速度が遅いという課題は解消できるものであるが、代わって、排ガスが流入した時の圧力損失が増加する、排ガスとフィンとの接触効率が悪い、フィンの内側と外側で温度差がつく、また排ガスの流入時にはフィンと排ガスとの熱交換によって吸気口部でフィンの温度が低下するという現象が生じ、触媒の効果を十分に発揮できないという課題が生じている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような新たな課題を解決しようとするもので、触媒担体であるフィンの形状を工夫して、触媒の能力を効果的に発揮させる脱臭装置としているものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載した発明は、管状ヒータを装着した金属パイプと、金属パイプの径の１０倍以下の帯幅を有する帯状の金属薄板を前記金属パイプに対して直角方向に螺旋状に巻回して形成したフィンと、このフィンに担持した触媒とを有する脱臭ヒータと、脱臭ヒータの外側に密着させたパイプ状の金属薄板と、この金属薄板の外側に設けた断熱材と、脱臭ヒータとパイプ状の金属薄板と断熱材とを配置する吸気口と排気口とを有するパイプ状のケースとを備え、前記脱臭ヒータは、螺旋状に巻回したフィンの両端のみを前記金属パイプに固定して形成し、前記フィンは、放射状の凹凸を有する複数のヒダを有し、前記フィンの内側と前記金属パイプとの界面における隙間を小さくしたことで、フィンの中心部と周辺部との温度差を少なくし、かつ隙間からリークする排ガス量を減少でき、触媒の能力を効果的に発揮させ、効率の高い脱臭処理ができる脱臭装置としたものである。
【０００７】
請求項２に記載した発明は、ヒダの高低差を１ピッチ分の１／１０〜１／２として、フィンの表面に沿って流れる排ガスが触媒と効率的に接触して、触媒の能力を効果的に発揮できる脱臭装置としている。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の実施例である脱臭装置について説明する。図１は、本実施例の脱臭装置の構成を示す断面図である。本実施例の脱臭装置は、脱臭ヒータ４と、脱臭ヒータ４の周囲に設けている断熱材５によって構成している。
【０００９】
脱臭ヒータ４は、管状ヒータ８を装着した金属パイプ６と、金属パイプ６の周囲に螺旋状に金属薄板を巻き回して形成したフィン７と、フィン７に担持させた触媒とから成っている。この脱臭ヒータ４の表面には、つまり、フィン７の表面にはパイプ状の金属薄板９を設けており、触媒と排ガスとの接触を良くしている。また、金属薄板９の外周には更に、下部に厨芥処理機の排ガスが流入する吸気口１を、上部に処理後の排ガスが流出する排気口２を有しているパイプ状のケース１０（以下単にケース１０と称する）を設けている。このケース１０の表面には、前記断熱材５を配置して、脱臭ヒータ４が外気による影響を受け難くしているものである。
【００１０】
前記脱臭ヒータ４は、図２・図３に示すように、中空の金属パイプ６に両端部７ａ・７ｂを固定したフィン７を備えた構成となっているものである。このときフィン７は、図３に示しているように放射状の凹凸を有する複数のヒダ７ｃを有している。また金属パイプ６は、本実施例では２２Ｃｒ−２Ｍｏ系耐熱鋼（住友金属製ＮＡＲ−ＦＣ−４）を、板厚０．４ｍｍ、内径８．５ｍｍのものとして使用している。またフィン７を構成する金属薄板は、２２Ｃｒ−２Ｍｏ系耐熱鋼（住友金属製ＮＡＲ−ＦＣ−４）を板厚が０．１ｍｍ、帯幅１５ｍｍのものとして使用している。つまり、金属パイプ６とフィン７とは同一材料を使用しているものである。
【００１１】
なお金属パイプ６・フィン７には、Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱鋼・インコロイ８００相当品・インコネル６００相当品・ＳＵＳ３０９・ＳＵＳ３１０等のオーステナイト系耐熱ステンレス鋼も適している。いずれの材料も加工性の観点から、焼鈍などの方法で軟質化処理を施す必要がある。
【００１２】
以下本実施例の脱臭ヒータ４の製造法について説明する。まずパイプ６にフィン７を取り付ける。この取り付けは、巻きはじめ部７ａを溶接等によって金属パイプ６に固定し、帯幅１５ｍｍの金属薄板をピッチ１０ｍｍで金属パイプ６の周囲に螺旋状に巻回して、巻きおわり部７ｂを溶接等によって金属パイプ６に固定して制作するものである。こうして巻きはじめ部７ａを固定した金属薄板を、金属パイプ６を中心にして金属パイプに直角方向に当て、図３に示している放射状とした複数のヒダ７ｃを形成しながら螺旋状に巻回していくものである。
【００１３】
またこのとき、金属薄板の巻きはじめ部７ａは、管状ヒータ８の取り付け位置の端部から内側に入った位置としている。こうして、この巻きはじめ部７ａを図１に示す吸気口１側に配置しているものである。この場合、必ずしも巻きはじめ部７ａを管状ヒータ８の挿入位置に対して内側とする必要はなく、巻き終わり部７ｂを管状ヒータ８の挿入位置に対して内側とし、この巻き終わり部７ｂを吸気口１側に配置しても支障はないものである。
【００１４】
こうして制作した金属パイプ６とフィン７の組立品を、９５０℃〜１１００℃に設定した雰囲気炉（都市ガスの燃焼ガス雰囲気）に１５分放置して、フィン７の表面に酸化皮膜を形成する。酸化皮膜の形成が終了した段階でこの組立品を自然冷却し、酸化皮膜を触媒担体として使用するものである。
【００１５】
また使用する触媒は、γアルミナ（アルミナゾル）と２０μｍ前後のαアルミナ粒子とを、固形分として１〜３：９〜７の割合で混合したものをウォッシュコートとして使用し、さらに白金硝酸塩（田中貴金属工業製  ＰＴ−Ｐソルト）を塗布、乾燥したものを使用している。つまり、前記ウォッシュコートを３０μｍ前後の膜厚になるように塗布し、乾燥後、５００℃〜６００℃で１５分〜３０分焼成し焼き付けた上から、白金硝酸塩を白金の担持量が１ｇ／リットルの割合になるように調整して塗布し、乾燥後、５００〜６００℃で５分〜１５分焼成するものである。
【００１６】
なおこの場合、本実施例ではフィン７の表面に酸化皮膜を形成し、この酸化皮膜を触媒下地層として使用しているが、特に酸化皮膜を形成する必要があるということではなく、担持した触媒が剥離したりすることがないものであれば、フィン７の表面に直接触媒を担持させてもよいものである。
【００１７】
こうして触媒を担持させた金属パイプ６とフィン７の組立品に、管状ヒータ８を挿入して、脱臭ヒータ４が完成する。本実施例では管状ヒータ８として、１００Ｖ−２００Ｗ、全長２３５ｍｍ、発熱長１５０ｍｍ、パイプ径φ８．０ｍｍのシーズヒータを使用している。管状ヒータ８は、ヒータパイプ８ｅと、ヒータパイプ８ｅ内に設けた端子棒８ｆと、端子棒８ｆに接続した電熱線８ｇと、ヒータパイプ８ｅ内に充填した絶縁粉末であるマグネシア８ｈと、端部を封止するガラス封口材８ａ・８ｂと、この外側に設けた絶縁碍子８ｃ・８ｄによって形成している。なお管状ヒータ８としては、ミラクロンヒータ・コルツヒータ・石英管ヒータ・ハロゲンヒータ等を使用することができる。
【００１８】
以下本実施例の動作について説明する。管状ヒータ８に通電すると、この発熱がフィン７に速やかに伝達され、フィン７に担持された触媒は活性化される。吸気口１から流入した排ガスは、排出口２に接続した図示していない吸引ファンによってフィン７が形成している螺旋状の流路に沿って上昇し、排気口２から排出される。この間に、フィン７の表面に担持された触媒が排ガスを浄化し、排気口２から排気されるときには清浄なガスとなっているものである。
【００１９】
このとき本実施例によれば、フィン７の外周に設けているパイプ状の金属薄板９と、この金属薄板９の外側に設けた断熱材５とが、排ガスの排出経路を強固に構成しているものである。このため排ガスは、フィン７が構成する螺旋状の排出経路に従って螺旋状に上昇する。このとき、排ガスはフィン７の表面に設けている触媒と効率的に接触し、浄化されるものである。このようにして本実施例は、浄化能力の高い脱臭装置を実現できるものである。
【００２０】
なお本実施例では、金属パイプ６にフィン７を取り付けた構成として説明を加えているが、フィン７は管状ヒータ８に直接取り付けた構成としても支障はないものである。
【００２１】
またこのとき本実施例では、フィン７を形成している金属薄板の帯幅を１５ｍｍとし、金属パイプ６の直径８ｍｍの２倍弱に抑えているものである。つまり、フィン７からの放熱を抑え、またフィン７自体の熱容量も抑えているもので、管状ヒータ８の発熱によるフィン７の温度分布が均一となるようにしているものである。すなわち、管状ヒータ８に近いフィン７の中心部と、管状ヒータ８から離れたフィン７の外周部との温度差が小さくなっているものである。このため、全体として触媒の加熱に必要な管状ヒータ８の発熱量を小さくすることができ、効率的な脱臭装置を実現するものである。
【００２２】
またこのとき本実施例では、フィン７を金属パイプ６に巻き付けるときの巻きピッチをフィン７の帯幅１５ｍｍの３分の２である１０ｍｍに設定している。発明者らの実験によれば、この巻きピッチはフィン７の帯幅に対して１／２〜２倍程度が適当である。つまり、この巻きピッチを適切に設定することによって、排ガスの流れに対する通気抵抗を小さくでき、排ガスの流路を確保することができるものである。すなわち、圧力損失を小さくできて、排ガスの通気に使用するポンプ等が小型のもので済む、あるいはポンプの使用電力を小さくすることができ、効率的な脱臭装置を実現するものである。前記巻きピッチの設定は、金属パイプ６に巻き回したフィン７の巻数ででも評価でき、フィン７の帯幅に対して１／２〜２倍の設定は、巻数に換算した場合には５〜２０回となるものである。
【００２３】
また本実施例ではフィン７の長さを１２０ｍｍとしており、吸気口１から２０ｍｍ離れた位置から触媒を担持させた構成としている。発明者らの実験によれば、触媒は吸気口から１ピッチ分以上離れたフィンに担持させる構成とすることが適切である。すなわち、吸気口１から導入された排ガスは、吸気口１付近では温度が低く、触媒によるよる浄化が期待できないものである。従って本実施例では、この部分には触媒を担持させないで、フィン７を排ガスの温度を上昇させるための熱交換を行わせることに専念させているものである。こうして、この部分によって温度上昇された排ガスが、フィン７に担持された触媒によって効果的に浄化されるものである。
【００２４】
また前記効率的な排ガスの浄化は、フィン７を金属パイプ６に巻き付けるときの巻きピッチの設定に粗密を設けることによっても得ることができる。すなわち、吸気口１付近を粗に、吸気口から離れた部分、つまり排気口２付近を密にするものである。
【００２５】
また本実施例では、フィン７に放射状のヒダ７ｃを１ピッチあたり１０個程度形成しながら金属パイプ６に巻回す構成としている。これによってフィン７の内側の金属薄板と金属パイプ６との界面における隙間を小さくすることができ、吸気口１から流入した排ガスがこの隙間から漏れる漏れ量を小さく抑えることが可能となる。このためガスとフィン上の触媒との接触を確実なものとする事ができ、浄化能力の大きい脱臭装置を実現するものである。
【００２６】
またこのとき本実施例では、ヒダ７ｃの凹凸の高低差を３ｍｍ程度に設定している。発明者らの実験によればこの高低差は、１ピッチ分の１／１０〜１／２の設定とすることが適切である。つまり、この範囲の高低差を有するヒダ７ｃとして、排ガスの流れが乱流となって、排ガスとフィン７に担持させた触媒との接触が良くなって、浄化能力の大きい脱臭装置を実現するものである。
【００２７】
以下、前記各効果を確認する実験の結果について報告する。
【００２８】
（実験例１）
本実施例の脱臭装置は、台所で発生する厨芥類を処理する厨芥処理機に使用するものである。厨芥処理機を作動すると、厨芥類が熱によって分解し、いろいろな成分のガスを発生するものである。よって、ここではたまねぎなどの野菜が分解して発生する硫化メチルを代表物質として、硫化メチルの残存率を測定するものとした。
【００２９】
実験には、管状ヒータ８として容量１００Ｖ−２００Ｗのシーズヒータを用いている。またフィン７は、前記実施例で示したものを用いた。フィン７上に担持させている触媒の担持量は、白金として１ｇ／リットルとしている。実験に使用した硫化メチルガスは、濃度１００ｐｐｍで、流量８ｌ／ｍｉｎに設定している。こうして、管状ヒータ８を収容している金属パイプ６の表面温度を変化させたときの硫化メチルの残存率を求めた。
【００３０】
実験の結果、前記表面温度を３５０℃に制御し、定常状態に達したときの硫化メチルの残存率は０．１％以下であった。またセラミックハニカム触媒を使用した比較例のものは、同一条件とするために触媒体積を同等としＳＶを合わせて測定した結果、２．１％の残存率であった。
【００３１】
また、表面温度を６００℃に制御したときには、本実施例の脱臭装置は約５分で各部温度は定常になったが、セラミックハニカム触媒のものは、定常状態になるまでに約１０分の時間を要した。
【００３２】
このように本実施例の脱臭装置を使用すれば、従来のセラミックハニカム触媒に比べ、極めて効率的に効果を発揮できるものである。
【００３３】
（実験例２）
次に、フィン７の帯幅を変えた時の結果を報告する。ここではフィン７の幅を１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍの３種類に設定し、ガス流入量を８ｌ／ｍｉｎとし、管状ヒータ８を収容している金属パイプ６の表面温度を変化させたときの、吸気口１直後のフィン７の周辺端部の温度を測定しているものである。なお金属パイプ６の径は、２．５ｍｍのものを使用している。この測定結果を図４に示している。この結果、帯幅が大きくなるにつれてフィン７の周辺部の温度は低くなる。特に、帯幅３０ｍｍのものは、金属パイプ６の表面温度を５００℃としても、フィン７の吸気口１周辺の外周部の温度は２００℃以下であり触媒活性に必要な温度を得られないものであり、結論として、フィン７の帯幅は使用する金属パイプ６の径の１０倍以下であることが適切である。
【００３４】
（実験例３）
次に、フィン７のピッチを変えて、吸気口１側と排気口２側の間の差圧を測定した結果について報告する。この実験では、フィン７の帯幅を１０ｍｍ、フィン７のピッチは３ｍｍ、５ｍｍ、２０ｍｍの３種類としている。またここでも、触媒体積等の実験条件は実験例１と同等としている。この測定結果を図５に示している。ここでの差圧は、圧力損失つまり通気抵抗と見なすことができ、差圧が小さい方がポンプ等の能力が小さくて済むものである。
【００３５】
図５から判るように、ピッチが小さくなるにつれて圧力損失が増加するものである。ピッチ３ｍｍのものは、処理量８ｌ／ｍｉｎで圧力損失が５０ｍｍＨ２Ｏ以上となっている。これは例えば家庭用の厨芥処理装置として用いるには大きすぎる値であり、小型の吸引ポンプ等の能力が追いつかないものである。
【００３６】
従って結論として、フィン７の巻きピッチは帯幅に対して１／２〜２倍が適切な範囲である。
【００３７】
（実験例４）
次に、触媒の担持範囲を変えた場合の硫化メチルの転化率の変化を調べた結果について、図６に基づいて報告する。図６中のａは、吸気口１から１ピッチ分、この実験では吸気口１から１０ｍｍ分だけ触媒を担持させていない構成のものである。またｂは、０．５ピッチ分、吸気口１から５ｍｍ分だけ触媒を担持させていないもの、ｃは全面に触媒を担持させている構成のものである。この実験に使用している硫化メチルの濃度は１００ｐｐｍであり、流量は８ｌ／ｍｉｎである。
【００３８】
図６から分かるように、硫化メチルの転化率についてはａ・ｂ・ｃのものについてほとんど変わらないものである。つまり、フィン７の吸気口１側の１ピッチ相当分については、触媒による浄化作用を果たしていないものである。従ってこの部分には触媒を塗布せずに、フィン７の熱を排ガスに対して熱交換して排ガスの温度を高めることに専念させる方が効率的である。また触媒の使用量を節約することもできるものである。
【００３９】
（実験例５）
次にフィン７の巻きピッチに粗密の変化を設けた場合の、硫化メチルの転化率を調べた。図７は、この実験に用いた脱臭装置のピッチ間隔をイメージで表現したものである。つまり、ｂとして示しているものは本実施例のものであり、吸気口１付近でのピッチを２０ｍｍとし、排気口２に向かうにつれてピッチの間隔密度を増加させて排気口２直前でのピッチは５ｍｍとしているものである。またａに示しているものは、比較のために使用しているものでピッチは１０ｍｍ一定としている。この実験の結果は、前記図６のａとｃに示しているものと全く同様である。つまりピッチに粗密を設けたものはａであり、ピッチを一定としたものはｃである。
【００４０】
つまり両者の間にはほとんど差が生じていないものであり、従って結論として、ピッチに粗密の差を設けた構成を採用する方が材料の使用料を減少でき有利であると言える。すなわち、粗密の差を設けた構成としたものはフィン７の全巻数が１１回であり、ピッチを一定としたものの全巻数は１２回となるものである。また従って使用する触媒の量も、粗密の差を設けた構成のものの方が節約できるものである。
【００４１】
（実験例６）
次にフィン７に設けているヒダ７ｃの数を変えた場合の硫化メチルの残存率について実験している。ヒダ７ｃの数を８とした場合には、金属パイプ６の表面温度を３５０℃とした場合には、１．０％であり、ヒダ７ｃの数を１３とした場合には０．１％以下であった。このように、放射状のヒダ７ｃを形成することによって、フィン７と金属パイプ６との間の隙間を小さく抑えることができ、この結果フィン７と金属パイプ６間の隙間のガス漏れを防止でき、触媒の能力を効果的に発揮できるものである。
【００４２】
（実験例７）
次に、ヒダ７ｃに付けている高低差を変化させた場合の硫化メチルの残存濃度の変化を調べる実験結果について報告する。実験に使用しているサンプルのヒダ７ｃの高低差は約０．５ｍｍのもの、１．０ｍｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍ、７．０ｍｍのものに設定している。これをフィン７のピッチに対する比としてみると、それぞれ１ピッチ分の１／２０、１／１０、３／１０、１／２、７／１０に相当している。このそれぞれについて、触媒体積・触媒量・ガス流量等の条件を実験例１と同様に設定して、硫化メチルの残存濃度を測定しているものである。
【００４３】
この結果、０．５ｍｍのものは１．０％、１．０ｍｍのものは０．５％、３．０ｍｍのものは０．３％、５．０ｍｍのものは０．５％、７．０ｍｍのものは２．０％であった。つまりヒダ７ｃの高低差は、１ピッチ分の１／１０〜１／２が適当である。
【００４４】
このように、ヒダ７ｃに適切な高低差をもたせることによって、排ガスが乱流状態となって、フィン７上の触媒との接触度合いが増加して、触媒の能力を効果的に発揮するものである。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように請求項１、２に記載の発明によれば、フィンの中心部と周辺部との温度差を少なくし、かつ隙間からリークする排ガス量を減少でき、触媒の能力を効果的に発揮させ、効率の高い脱臭処理ができる脱臭装置を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例である脱臭装置を示す断面図
【図２】  同、フィンの構成を説明する断面図
【図３】  同、図２のＢ−Ｂ’断面で示したフィンの構成を説明する平面図
【図４】  同、フィンの周辺部の温度を測定した結果を示す特性図
【図５】  同、フィンのピッチを変えた場合に吸気口と排気口との間の差圧を示す特性図
【図６】  同、脱臭装置の硫化メチルの除去能力を示す特性図
【図７】  （ａ）同、フィンのピッチを等間隔とした場合のイメージを示す説明図
（ｂ）同、フィンのピッチに粗密を設けた場合のイメージを示す説明図
【符号の説明】
１  吸気口
２  排気口
３  パイプ状のケース
４  脱臭ヒータ
５  断熱材
６  金属パイプ
７  フィン
８  管状ヒータ
９  パイプ状の金属薄板
【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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