(57)【要約】【課題】ガスに含まれる有害物質を、低コストで、効率よく分解できるガス浄化装置を提供する。【解決手段】ガスの流路１０に設けられ、マイクロ波を吸収して発熱するマイクロ波吸収機能と、所定の温度以上で活性化され、ガスに含まれる有害物質を分解する分解機能と、紫外線により活性化する光触媒機能とを有する触媒部２を備え、触媒部２にマイクロ波を照射するマイクロ波発生部４と、触媒部２に紫外線を照射する紫外線発生部３とを設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの流路に設けられ、マイクロ波を吸収して発熱するマイクロ波吸収機能と、所定の温度以上で活性化され、前記ガスに含まれる有害物質を分解する分解機能と、紫外線により活性化する光触媒機能とを有する触媒部を備え、
前記触媒部にマイクロ波を照射するマイクロ波発生部と、前記触媒部に紫外線を照射する紫外線発生部とを設けたガス浄化装置。
【請求項２】
前記触媒部は、少なくとも前記マイクロ波吸収機能と前記分解機能とを有する第１の触媒部と、少なくとも前記光触媒機能を有する第２の触媒部とを、前記流路に沿って積層してある請求項１に記載のガス浄化装置。
【請求項３】
前記紫外線発生部は無電極型であり、当該紫外線発生部を前記マイクロ波の照射範囲に設けてある請求項１または２に記載のガス浄化装置。
【請求項４】
前記紫外線発生部は、その長手方向が前記流路に交差するように設けてあり、
前記マイクロ波発生部を、前記流路の側方から前記触媒部及び前記紫外線発生部を照射可能に設けてある請求項３に記載のガス浄化装置。
【請求項５】
前記紫外線発生部を、前記流路に設け、
前記触媒部を、前記紫外線発生部に対し、前記流路の上流側と下流側とに設けてある請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスを触媒によって有害物質を分解するガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ごみ焼却等の焼却設備等では、焼却炉から排出されるガスは煤塵等を含んでおり、触媒による浄化処理の前にバグフィルター等の集塵装置によって煤塵等を除去している。焼却炉から排出されるガスは約８００℃になるため、集塵装置に送る前に冷却塔等を通過させて集塵装置が使用できる１５０℃程度まで冷却している。一方、触媒によるガスの浄化処理は、例えば、３５０℃以上の触媒が活性化する温度において行われる。このため、集塵装置で煤塵を除去されたガスを、触媒を備えたガス浄化装置に送る場合には、別途加熱器等を通過させて所定の温度まで加熱する必要がある。この種の焼却設備等では、ガスの浄化処理工程において、一旦下げたガスの温度を再度上げているため、多くのエネルギーが必要となる。
【０００３】
このような課題に対しては、焼却設備において、集塵装置から出た低温のガスを焼却炉から排出された高温のガスにより加熱する熱交換器を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この焼却設備によれば、焼却炉から排出されるガスが有する熱を有効利用できるため、一般的な焼却設備に比べて経済的になる。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２１０６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記従来の焼却設備では、熱交換器を設けて排熱利用したとしても、それのみではガスの温度を触媒が活性化する所定の温度まで上げることは困難であり、別途熱源を設ける必要があった。このため、排熱や熱源によりガス自身を加熱する焼却設備においては、充分な省エネを達成できなかった。
【０００６】
また、ガス浄化装置として、低温のガスに対しても処理が可能なガス吸着方式を採用することも提案されているが、この方式は有害物質を分解するものではないため、実質的にガスを浄化するものではなかった。
【０００７】
本発明は上記の問題に鑑みて案出されたものであり、ガスに含まれる有害物質を、低コストで、効率よく分解できるガス浄化装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係るガス浄化装置の第１特徴構成は、ガスの流路に設けられ、マイクロ波を吸収して発熱するマイクロ波吸収機能と、所定の温度以上で活性化され、前記ガスに含まれる有害物質を分解する分解機能と、紫外線により活性化する光触媒機能とを有する触媒部を備え、前記触媒部にマイクロ波を照射するマイクロ波発生部と、前記触媒部に紫外線を照射する紫外線発生部とを設けた点にある。
【０００９】
本構成によれば、マイクロ波を触媒部に照射することにより、触媒部を分解機能が活性化する所定の温度以上に加熱することができる。このため、熱源等によりガス自身を加熱する必要がなくなり、ガス浄化装置に導入されるガスの温度に関わらず、ガスに含まれる有害物質を分解することができる。
触媒部は紫外線でも活性化する。このため、触媒部では、分解機能に加え、光触媒機能によっても有害物質を分解することができるようになり、従来のガス浄化装置に比べてガスの浄化効率が向上する。
また、触媒部はマイクロ波を照射することにより任意の温度に加熱することができる。このため、分解後の残留物等が触媒部に付着等して被毒された場合でも、マイクロ波を照射して触媒部を加熱することにより、残留物等を分解または揮発除去させて、触媒部の寿命を延ばすことができる。
したがって、本構成におけるガス浄化装置では、有害物質を含むガスに対し、低コストで、効率よく浄化することができる。
【００１０】
本発明に係るガス浄化装置の第２特徴構成は、前記触媒部を、少なくとも前記マイクロ波吸収機能と前記分解機能とを有する第１の触媒部と、少なくとも前記光触媒機能を有する第２の触媒部とを、前記流路に沿って積層した点にある。
【００１１】
本構成のように、第１の触媒部と第２の触媒部とをガスの流路に沿って積層することにより、ガスは第１の触媒部と第２の触媒部とのいずれの触媒部も通過するため、分解機能と光触媒機能とにより有害物質を確実に分解することができる。
【００１２】
本発明に係るガス浄化装置の第３特徴構成は、前記紫外線発生部は無電極型であり、当該紫外線発生部を前記マイクロ波の照射範囲に設けた点にある。
【００１３】
無電極型の紫外線発生部は、マイクロ波を受けて紫外線を発生する。
本構成のように、無電極型の紫外線発生部をマイクロ波発生部によるマイクロ波の照射範囲に設けることにより、共通のマイクロ波発生装置で、触媒部の温度を上昇させると同時に紫外線を発生させることができるため、装置を簡略化することができる。
【００１４】
本発明に係るガス浄化装置の第４特徴構成は、前記紫外線発生部は、その長手方向が前記流路に交差するように設けてあり、前記マイクロ波発生部を、前記流路の側方から前記触媒部及び前記紫外線発生部にマイクロ波を照射可能に設けた点にある。
【００１５】
紫外線発生部は、マイクロ波の所定の位相領域を接触させることによって紫外線を発生し易くなる。
本構成のように、マイクロ波発生部を、紫外線発生部の長手方向に沿ってマイクロ波を照射できるように設けることにより、マイクロ波の幅広い位相領域を紫外線発生部に接触させることができるため、紫外線発生部から確実に紫外線を発生させることができる。
【００１６】
本発明に係るガス浄化装置の第５特徴構成は、前記紫外線発生部を、前記流路に設け、
前記触媒部を、前記紫外線発生部に対し、前記流路の上流側と下流側とに設けた点にある。
【００１７】
本構成のように、流路において、触媒部を紫外線発生部の上流側と下流側とに配置することにより、ガスに対する浄化処理容量を高めることができる。また、紫外線発生部から流路の上流方向及び下流方向の両方向に発生する紫外線を触媒部で受けることができるため、紫外線の利用効率は高くなる。さらに、有害物質は、まずは、主に上流側の触媒部で分解されるため、下流側の触媒部では被毒され難くなり、全体として触媒部の寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明に係るガス浄化装置の一実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、本発明を、焼却設備における焼却炉から排出され、集塵装置において煤塵等を除去されたガスを処理するガス浄化装置１に適用した場合を例として説明するが、これに限られるものではない。その他の従来公知の有害物質を含有するガスを処理するガス浄化装置に適用することも可能である。処理対象となるガスとしては、特に限定はされないが、ヘキサクロロベンゼン（ＨＣＢ）、ポリクロロビフェニル（ＰＣＢ）等の残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ）や揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の有害物質を含有するガスが例示される。
【００１９】
本実施形態に係るガス浄化装置１は、図１に示すように、ガスの流路１０に設けた触媒部２と、触媒部２に紫外線を照射する紫外線発生部としての無電極型紫外線ランプ３と、流路１０の外部から触媒部２及び無電極型紫外線ランプ３にマイクロ波を照射するマイクロ波発生部４とを備える。
【００２０】
触媒部２は、無電極型紫外線ランプ３に対して流路１０の上流側と下流側との位置に、それぞれの触媒部２が無電極型紫外線ランプ３に接するように設けてある。それぞれの触媒部２は、マイクロ波を吸収して発熱するマイクロ波吸収機能、及び所定の温度以上で有害物質を分解する分解機能を有する第１の触媒部２１と、紫外線により活性化する光触媒機能を有する第２の触媒部２２とを流路１０に沿って積層し、第２の触媒部２２が無電極型紫外線ランプ３側を向くように配置してある。この構成により、ガスを第１の触媒部２１と第２の触媒部２２とのいずれの触媒部にも通過させることができる。また、触媒部２を無電極型紫外線ランプ３の上流側と下流側とに配置することで、ガスに対する浄化処理容量を高めることができる。無電極型紫外線ランプ３から流路１０の上流方向及び下流方向の両方向に発生する紫外線を第２の触媒部２２で受けることができるため、紫外線の利用効率が高くなる。また、有害物質は、まずは、主に上流側の触媒部２で分解されるため、下流側の触媒部２は被毒され難くなり、全体として触媒部２の寿命を延ばすことができる。このような触媒部２と無電極型紫外線ランプ３とは、一体化した触媒ユニットとして持ち運び可能に構成することもできる。
【００２１】
第１の触媒部２１は、特に限定されないが、例えば、マイクロ波吸収物質をＶ2Ｏ5系触媒や、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｗ，Ｍｏ等の貴金属系触媒等の分解機能を有する分解触媒に含有させたり、分解機能を有するマイクロ波吸収物質自体を触媒とすることでマイクロ波吸収機能と分解機能とを付与することができる。マイクロ波吸収物質としては、例えば、ＦｅＯ，Ｆｅ2Ｏ3，Ｆｅ3Ｏ4，Ｎｉ−Ａｌ合金，ＺｎＯ、Ｃ等が挙げられる。中でも、Ｆｅ3Ｏ4，Ｎｉ−Ａｌ合金は、還元性が高く、それ自体が分解機能も有している。触媒の種類は、特に制限はなく、処理対象のガスの種類に応じて任意に選択可能である。本実施形態においては、ＨＣＢ等の有機塩素化物を処理対象として、高活性化温度が２００℃以上であるＶ2Ｏ5系触媒にＦｅ3Ｏ4を含有させたものを用いている。
【００２２】
第２の触媒部２２は、例えば、光触媒をＶ2Ｏ5系触媒、貴金属系触媒等の分解触媒に含有させたり、光触媒を単体で用いることで光触媒機能を付与することができる。光触媒としては、ＴｉＯ2，ＺｎＯ等が例示され、これらに紫外線を照射して活性化させることにより、その近傍の有機物を酸化分解して無害化したり、ガスの脱臭等をすることができる。本実施形態ではＴｉＯ2を単体で用い、Ｖ2Ｏ5系触媒等の第１の触媒部２１の表面に塗布してある。
【００２３】
無電極型紫外線ランプ３は、流路１０に垂直な断面図である図２に示すように、棒状であり、光触媒機能を有する第２の触媒部２２の全体に紫外線が照射されるように、流路１０の２つの触媒部２の間に３本の無電極型紫外線ランプ３を等間隔で配置してある。無電極型紫外線ランプ３としては、例えば、筒状のガラス管等の内部にアルゴン、フッ素、窒素、キセノン等のガスの１種または複数種を封入したものや、これらのガスに加え、さらに硫黄や水銀等の固体を封入したもの等が適用でき、これらはマイクロ波を受けることで励起され紫外線を発生することができる。尚、無電極型紫外線ランプ３は、第２の触媒部２２と必ずしも接触させる必要はないが、無電極型紫外線ランプ３から発生する紫外線の有効距離は一般に数ｃｍ程度であるため、光触媒を活性化させるためには可能な限り近付ける方が好ましい。また、無電極型紫外線ランプ３の数は、特に制限はないが、第２の触媒部２２に均等に紫外線が照射されるように複数設けることが好ましい。紫外線は周波数が１０〜４００ｎｍの電磁波であるが、光触媒を活性化することができれば、その周波数には特に制限はないため、任意の無電極型紫外線ランプ３を適用することが可能である。
【００２４】
マイクロ発生部４は、マグネトロン等のマイクロ波発振装置４１と、発振されたマイクロ波を案内する案内路４２とを備える。案内路４２は流路１０の壁面に外側から接続してあり、マイクロ波発振装置４１で発振されたマイクロ波が、流路１０の壁面に設けた石英ガラス板等のマイクロ波透過性部材４３を介して、触媒部２及び無電極型紫外線ランプ３に照射できるようにしてある。無電極型紫外線ランプ３は、マイクロ波を照射することによって紫外線を発生させることができるため、本実施形態のように、マイクロ波発生部４を触媒部２と無電極型紫外線ランプ３との両方にマイクロ波を照射できるように配置することにより、ガス浄化装置１を簡略化することができる。また、本実施形態では、マイクロ波発生装置４は、無電極型紫外線ランプ３の長手方向に沿ってマイクロ波を照射できるように設けてあるため、マイクロ波の幅広い位相領域を無電極型紫外線ランプ３に接触させることができ、無電極型紫外線ランプ３から確実に紫外線を発生させることができる。尚、マイクロ波は、周波数３００ＭＨｚ〜３ＴＨｚ程度（波長１００μｍ〜１ｍ程度）の電磁波であり、例えば、９５０ＭＨｚ，２．４５ＧＨｚ，５．８ＧＨｚ等の任意の周波数のマイクロ波を使用することができる。本実施形態におけるマイクロ波発振装置４１では、２．４５Ｈｚ（波長１２２ｍｍ）のマイクロ波が発振できるようにしてある。
【００２５】
このように構成されたガス浄化装置１では、マイクロ波を触媒部２及び無電極型紫外線ランプ３に照射することにより、第１の触媒部２１はマイクロ波を吸収して発熱し、分解触媒の活性化温度以上になって、有害物質を分解することができるようになり、無電極型紫外線ランプ３は、紫外線を発生するようになる。第２の触媒部２２では、無電極型紫外線ランプ３から発生した紫外線により光触媒として活性化され、有害物質を分解できるようになる。このため、本実施形態における触媒部２では、分解機能に加え、光触媒機能によっても有害物質を分解することができるようになり、従来のガス浄化装置に比べてガスの浄化効率が向上する。
また、第１の触媒部２１では、それ自体が発熱し、分解機能が活性化する温度以上になるため、ガス浄化装置１に導入するガス自身の温度を制御する必要がなくなり、例えば、集塵装置等を通過した１５０℃以下のガスに対しても、そのままガス浄化装置１に導入して有害物質を分解することが可能となる。
さらに、分解後の残留物等の付着により、第１の触媒部２１が被毒された場合でも、マイクロ波を照射して、第１の触媒部２１を加熱することにより、残留物等を分解または揮発除去されることができ、第１の触媒部２１の寿命を延ばすことができる。
したがって、本実施形態におけるガス浄化装置では、有害物質を含むガスに対し、低コストで、効率よく浄化することができる。
【００２６】
〔別実施形態〕
上記の実施形態においては、無電極型紫外線ランプ３として棒状のものを用いた場合を例示したが、無電極型紫外線ランプ３の形状、大きさ等は特に限定されず、任意に選択可能である。例えば、図３（（ａ）は図１に相当、（ｂ）は図２に相当）に示すように、ドーナツ状のものを用いることもできる。尚、流路１０の横断面形状は、特に限定されないが、例えば、円形状の場合には、ドーナツ状のものを適用することが好ましい。
【００２７】
上記の実施形態においては、紫外線発生部として、無電極型紫外線ランプ３を用いた場合を例示したが、有電極型紫外線ランプ等を用いることもできる。
【００２８】
上記の実施形態においては、マイクロ波発生装置４を１つ設けて、触媒部２と無電極型紫外線ランプ３とにマイクロ波を照射できるようにした場合を例示したが、マイクロ波発生部の数は、特に制限はなく、例えば、２つの触媒部２と無電極型紫外線ランプ３とのそれぞれを照射する３つのマイクロ波発生部４を設けることもできる。
また、例えば、マイクロ波発振装置４１を１つ設け、案内路４２内を分岐させて、マイクロ波を制御することもできる。
【００２９】
上記の実施形態においては、触媒部２を無電極型紫外線ランプ３の上流側と下流側とに設けた場合を例示したが、触媒部２は上流側と下流側とのいずれか一方側のみに設けてもよい。
【００３０】
上記の実施形態においては、無電極型紫外線ランプ３を、その長手方向が流路１０に交差するように配置し、マイクロ波発生部４を流路１０の側方から触媒部２及び無電極型紫外線ランプ３にマイクロ波を照射可能に設けた場合を例示したが、これに限定されない。
例えば、無電極型紫外線ランプ３を、流路１０の外に設けたり、その長手方向が流路１０と並行になるように配置してもよい。また、マイクロ波発生部４を、流路１０に沿ってマイクロ波を照射できるように配置することもできる。
【００３１】
上記の実施形態においては、触媒部２を、第１の触媒部２１と第２の触媒部２２とを積層した場合を例示したが、これに限定されず、例えば、Ｖ2Ｏ5等の分解機能を有する触媒に、マイクロ波吸収物質と光触媒との両方を含有させたり、分解機能を有するマイクロ波吸物質に光触媒を含有させることもできる。
また、例えば、ＺｎＯは、マイクロ波吸収機能と光触媒機能とを有するため、分解機能を有する触媒にＺｎＯを含有させることで、マイクロ波吸収機能と光触媒機能とを付与することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係るガス浄化装置は、ごみ焼却等の焼却設備等から排出されるガスを浄化するものに限定されず、有害物質を含むガスを浄化する様々なガス浄化装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態に係るガス浄化装置の流路に平行な概略断面図
【図２】本実施形態に係るガス浄化装置の流路に垂直な概略断面図
【図３】別実施形態に係る紫外線発生部の形状を説明する図
【符号の説明】
【００３４】
１      ガス浄化装置
２      触媒部
２１    第１の触媒部
２２    第２の触媒部
３      無電極型紫外線ランプ（紫外線発生部）
４      マイクロ波発生部
４１    マイクロ波発振装置
４２    案内路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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