JP2009202137A - 空気処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 触媒と放電を併用したＶＯＣｓを処理する空気処理装置において、触媒の性能を低下させず、放電を停止させることなく、連続的に運転できる高い処理効率を有する空気処理装置を提供することを目的としている。
【解決手段】 高圧電極２と、この高圧電極２に対向して所定の距離を隔てて配置され、接地された多孔質触媒体３と、この多孔質触媒体（接地電極）３の側面部外周に取り付けられた加熱用の発熱体４と、高圧電極２と多孔質触媒体（接地電極）３間に高電圧を印加するために接続された高圧電源５と、さらに、多孔質触媒体（接地電極）３の後方に設けられた吸気用ファン６と、高圧電極２の前方に設けられた除塵フィルタ７とを備えた空気処理装置。触媒と放電の併用により、効率よくＶＯＣｓを処理することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば塗装工程などから排出される揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：以下、ＶＯＣｓと称する。）を含んだ空気からＶＯＣｓを分解除去する空気処理装置に関するものである。

塗装工場や半導体工場、あるいは印刷工場などは多量の有機溶剤を使用している。このような工場から大気に排出されるＶＯＣｓは、太陽光やオゾンなどとの反応により炭化水素系微粒子を形成したり、大気中のオゾン濃度を増大させたりするなど大気環境に重大な影響を与えることが知られている。このため、ＶＯＣｓを回収し分解処理することが強く求められている。

２００４年に公布された改正大気汚染防止法により、光化学スモッグ、ＳＰＭ（浮遊粒子状物質）による大気汚染防止のため、その原因物質であるＶＯＣｓの排出及び飛散が規制されている。この改正大気汚染防止法により、ＶＯＣｓの削減の必要性が顕著化し、ＶＯＣｓを分解・除去するさまざまな方法が検討されている。一方、近年労働環境に対する環境改善指向が高まっており、作業環境の改善としてＶＯＣｓなどの化学物質削減のニーズが高まっている。これら、ＶＯＣｓなどの化学物質を除去する方法として、活性炭などの吸着剤等に化学物質を捕集し除去する方法が一般的であった。しかしながら、この方法では長期間の使用により吸着剤が飽和し、浄化能力が低下することからコスト、メンテナンスの点、さらに化学物質が多量に吸着している吸着剤から化学物質が再放出するといった問題があり、新たな除去方法の開発が求められている。そこで、化学物質を低エネルギで分解でき、かつメンテナンスが容易で化学物質を分解処理する空気浄化方法として放電電極間に触媒を設け、触媒作用と放電によるプラズマの併用による分解を利用したものが注目されている。しかし、触媒は被毒して時間とともに性能の低下が生じる。

特許文献１では、この対策として、空気通路内に配置した放電電極と対向電極の間に触媒を備え、空気通路内にガス状汚染物資が含まれる空気を流通させ、両電極間に放電を生じさせることにより空気中のガス状汚染物質の浄化と分解とを行う空気浄化装置に、放電電極の前に触媒を加熱する電気発熱体を設け、触媒を加熱することにより、被毒して性能が低下した触媒を再生させる方法が開示されている（特許文献１参照。）。
特開２００４−２４４６０号公報

しかしながら、上記、従来の空気浄化装置においては、触媒が被毒して性能が低下した場合に、定期的に電気発熱体より触媒を加熱により再生する方法が採られている。しかし、触媒再生のため被処理空気を加熱して触媒を昇温させることから、放電による分解処理を行いながら同時に加熱による触媒にて実施する場合、放電により生成し、ＶＯＣｓを分解するために放電により生成したオゾンなどの放電活性種を熱分解させてしまうため、放電を停止して、すなわち、分解処理運転を一旦停止し、触媒を再生する必要があるため、分解処理効率を低下させるといった問題点があった。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、触媒の性能を低下させず、放電を停止させることなく、連続的に運転できる高い処理効率を有する空気処理装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る空気処理装置は、高圧電極と、高圧電極に対向して配置され接地される触媒が担持された多孔質触媒体と、高圧電極と多孔質触媒体間に高電圧を印加する高圧電源と、多孔質触媒体を加熱する加熱手段と、を備え、被処理空気から揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）を分解除去することを特徴とするものである。この課題解決手段によれば、触媒と放電の併用により、効率よくＶＯＣｓを処理することができる。

また、本発明に係る空気処理装置は、高圧電極と、高圧電極に対向して配置され触媒が担持された多孔質触媒体と、多孔質触媒体の高圧電極との対向裏面に接触され接地される多孔金属導体板と、高圧電極と多孔金属導体板間に高電圧を印加する高圧電源と、多孔質触媒体を加熱する加熱手段と、を備え、被処理空気から揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）を分解除去することを特徴とするものである。この課題解決手段によれば、触媒と放電の併用により、効率よくＶＯＣｓを処理することができる。

本発明の空気処理装置によれば、触媒を加熱し、触媒活性を高めた状態で動作させることにより、ＶＯＣｓの分解処理効率を高めるとともに、放電のプラズマにより生成されたオゾン等の活性種によってもＶＯＣｓを分解除去することができ、触媒と放電との相互の効果により分解処理効率を高めることができる効果がある。また、放電空間の被処理空気を直接加熱していないので、オゾン等の活性種を損なうことがなく、触媒を触媒活性の高い状態で作用させているので、触媒被毒による再生処理が不要であるため、空気処理装置の動作を停止する必要がなく空気処理装置を連続で運転できる効果もある。

以下、本発明の実施の形態に係る空気処理装置の構成と動作について、図を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気処理装置の構成を示す透視斜視図である。図２から図４は、高圧電極部の構成を示す斜視図である。
図１に示すように、空気処理装置１は、金属導線を周期的に屈曲させ複数の突起部を設けた高圧電極２と、この高圧電極２に対向して所定の距離を隔てて配置され、接地された多孔質触媒体３と、この多孔質触媒体（接地電極）３の側面部外周に取り付けられた加熱手段である加熱用の発熱体４と、高圧電極２と多孔質触媒体（接地電極）３間に高電圧を印加するために接続された高圧電源５と、さらに、多孔質触媒体（接地電極）３の後方に設けられた吸気用ファン６と、高圧電極２の前方に設けられた除塵フィルタ７とで構成されている。

放電を利用し、ＶＯＣｓを常温で触媒表面上において分解するためには、大きな放電エネルギが必要となり、放電エネルギを増大させるためには、より高い電圧が供給できる高圧電源を用意する必要がある。また、高電圧化に伴い、異常放電が発生し易くなるという問題があり、絶縁耐性を向上させる必要もあり効率的ではない。また、触媒単体によるＶＯＣｓの分解では、温度を上げ触媒活性を示す温度以上にて動作させることが効率的には望ましいが、充分な処理効率を得ようとするには限界がある。

これに対して、本発明では、少ないエネルギでＶＯＣｓを分解する方法として、放電と触媒を併用してＶＯＣｓを分解処理する方法を提案している。触媒によるＶＯＣｓの分解効率を高めるためには、上述したように、触媒を加熱し、触媒活性が発揮される温度まで昇温させればよいが、触媒の温度を上げるために被処理空気等の媒体を介して、間接的に加熱すると放電により生成されたオゾン等の活性種が、加熱によって高温となった空気により低減、消滅されてしまい、ＶＯＣｓの分解処理効率を上げることにはならない。そこで、本発明では、触媒体を接地電極として構成することにより、この触媒体を直接加熱するように工夫して、放電空間に導入される被処理空気を加熱することがないよう、被処理空気の温度上昇を最小限に抑えて、オゾン等の活性種による処理効率の低下を生じさせないようにしている。直接的に触媒を加熱することにより加熱に要するエネルギも少なくて済むという効果もある。特に、大容量の被処理空気を処理する必要がある場合には、間接加熱による触媒の加熱方法では、加熱に極めて大きなエネルギが必要となり、その分、被処理空気の温度も高温となり、放電により生成されるオゾン等の活性種が低減される割合が大きくなり、著しく放電の効果を相殺してしまう恐れがある。本発明は、ＶＯＣｓを濃縮する必要がなく、印刷工程から発生するような比較的低濃度のＶＯＣｓの処理に対して、特に有効である。

次に、実施の形態１に係る空気処理装置の動作について、図１を参照して説明する。
まず、ＶＯＣｓが含まれる被処理空気８が吸気用ファン６により空気処理装置１内に導入されるが、除塵フィルタ７により被処理空気８中に含まれる空気中に浮遊している塵や埃、ペンキカスなどの粒子などの塵埃が取り除かれる。次に、高圧電極２を通り抜けた被処理空気８に含まれるＶＯＣｓなどの有機ガス分子を始めとする化学物質は、多孔質触媒体（接地電極）３で捕集される。高圧電極２と接地電極３間に、高圧電源５から高電圧が印加されて放電プラズマが発生し、接地電極３の近傍で酸素原子などの活性種が生成される。また、多孔質触媒体３の外周部に取り付けられた電気ヒータの発熱体４に通電することによって触媒活性温度まで昇温された多孔質触媒体３に、被処理空気を通気することで被処理空気に含まれる酸素分子の熱解離により多孔質触媒体３表面に活性種が生成される。ＶＯＣｓは、プラズマにより生成した活性種とにより、下記に示すように有機ガス分子が式（１）から式（６）で示される反応により、酸化され、二酸化炭素と水とに分解処理される。これは、被処理空気８を通気しながらの連続放電による分解と触媒による熱分解にて処理を行うものである。その後、有機ガス分子が分解除去された処理済空気９は、空気処理装置１外に排出される。

放電により発生されたプラズマによる被処理空気中に含まれる炭化水素やアルデヒドなどのＶＯＣｓの有機ガス分子の分解に関わる主な反応は、式（１）から式（６）で表される。具体的には、有機ガス分子の分解は、放電により生成されたオゾン（Ｏ_３）による分解、酸素原子（Ｏ）による分解、およびペルオキシドラジカル（ＯＨ）による分解とに分けられる。
まず、式（１）から式（３）で示すオゾンによる分解では、式（１）で示されるように、酸素分子（Ｏ_２）が電子（ｅ）により酸素原子（Ｏ）に分解される。次に、式（２）で示されるように、酸素原子（Ｏ）と酸素分子（Ｏ_２）とによりオゾン（Ｏ_３）が生成される。続いて、式（３）に示されるように、このオゾン（Ｏ_３）により有機ガス分子（Ｃ_ｋＨ_ｍＯ_ｎ、ここで、ｋ、ｍ、ｎは整数）は二酸化炭素（ＣＯ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）とに分解される。式（４）で示す酸素原子（Ｏ）による分解では、式（１）で示される酸素原子（Ｏ）により有機ガス分子（Ｃ_ｋＨ_ｍＯ_ｎ）は二酸化炭素（ＣＯ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）に分解される。また、式（５）と式（６）に示すペルオキシドラジカル（ＯＨ）による分解では、式（５）で示されるように、水（Ｈ_２Ｏ）と酸素分子（Ｏ_２）が反応してペルオキシドラジカル（ＯＨ）が生成され、次に、式（６）で示されるように、このペルオキシドラジカル（ＯＨ）により有機ガス分子（Ｃ_ｋＨ_ｍＯ_ｎ）は二酸化炭素（ＣＯ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）とに分解される。
ｅ＋Ｏ_２→ｅ＋Ｏ＋Ｏ （１）
ここで、ｅは電子を表し、電子は放電により生じる。
Ｏ＋Ｏ_２＋Ｍ→Ｏ_３＋Ｍ （Ｍは三体分子） （２）
Ｃ_ｋＨ_ｍＯ_ｎ＋（２ｋ＋ｍ／２−ｎ）Ｏ_３→ｋＣＯ_２＋（ｍ／２）Ｈ_２Ｏ
＋（２ｋ＋ｍ／２−ｎ）Ｏ_２ （３）
Ｃ_ｋＨ_ｎＯ_ｎ＋（２ｋ＋ｍ／２−ｎ）Ｏ→ｋＣＯ_２＋（ｍ／２）Ｈ_２Ｏ （４）
Ｈ_２Ｏ＋１／２Ｏ_２ → ２ＯＨ （５）
Ｃ_ｋＨ_ｍＯ_ｎ＋（４ｋ＋ｍ−２ｎ）ＯＨ→ｋＣＯ_２＋（２ｋ＋ｍ−ｎ）Ｈ_２Ｏ （６）

次に、多孔質触媒体３として、例えば、ハニカム構造を有する多孔質触媒体の材料構成について説明する。被処理空気を流した時の圧力損失を減らすために１ｃｍ^２あたり１６〜１５５個のハニカムもしくはコルゲート形状のセルを持つセラミック基台に、二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）とその複合体および金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）から選ばれる少なくとも１種類以上の触媒が添加されたＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３からなるＦＡＵ構造やＭＦＩ構造をもつゼオライトなどの吸着剤が添着されたものである。ここでＦＡＵ、ＭＦＩは国際ゼオライト学会（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：ＩＺＡ）で決定された構造コードであり、ＦＡＵはフォージャサイトとも呼ばれ、細孔径１．２ｎｍ程度の比較的大きな細孔を持つ１２員環のゼオライトであり、ＭＦＩ構造はＺＳＭ５ともよばれ１０員環、細孔０．５〜０．６ｎｍの細孔を持つゼオライトである。このように、導電性を有する母材に金属酸化物や貴金属の触媒を担持することにより、これらの触媒は有機ガス分子の酸化分解反応を促進する作用を持つ。また、多孔質触媒体３の導電性を向上させるために、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）あるいはコバルト（Ｃｏ）の金属を添加してもよい。貴金属触媒の他、上記金属を複数種類、添加することは触媒被毒に耐性を持たせ、長時間分解性能を維持させる上で望ましい。

多孔質触媒体３の別の製法として、ゼオライトの粉末と粘土やアルミナなどのつなぎ（バインダー）でハニカムやコルゲート状に押し出し成型後、焼成したものを基台として、これに二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）やその複合体からなる触媒をイオン交換法や含浸により添着したものであってもよい。一般的にゼオライトなどの吸着剤はポーラスであるため、空気中の水分を吸着して導電性を持つ。しかし、疎水性ゼオライトにイオン交換により触媒を添着した場合には、吸湿性が低いため導電性が低くなるので、金属粒子をハニカム基台に混ぜる、もしくは、金属基台に吸着剤を添着させることによって導電性を持たせることができる。さらに、金属粒子に粒径数ナノメートルの粒子を利用する、あるいは、チタン、亜鉛、白金、金、銀などの金属で基台を作ることによりに金属自体に触媒作用を持たせることもできる。

また、放電プラズマを用いてＶＯＣｓを分解除去するため、放電生成物としてオゾン（Ｏ_３）が生成される。生成されたオゾンは微量では問題ないが、高濃度になると有害であるため、多孔質触媒体３にはオゾンを分解する能力を有する触媒を用いるのが望ましく、活性炭などのオゾン分解触媒を添加すると空気処理装置１から漏れ出すオゾンを低減することができる。さらに、二酸化マンガン、鉄、銅、ニッケルなどのオゾン分解触媒を用いた場合、オゾンを酸素分子（Ｏ_２）とオゾンよりも酸化力の高い酸素原子（Ｏ）に分解することが出来る。生成した酸素原子はオゾン分解触媒上に留まっているため、オゾン分解触媒上に吸着した有機ガス分子と接触反応し、分解することができるという効果もある。

高圧電極２の構造としては、多孔質触媒体（接地電極）３全面に対して均一に被処理空気８が行き届き、かつ多孔質触媒体（接地電極）３に対して一様に放電が維持できる構造が望ましい。このため、図１の実施の形態１に示す金属導線に周期的に突起部を形成するように屈曲させた高圧電極構造のほか、図２に示す金属導線を接地電極と平行に、金属導線２ｗがたわまないように張力を加えて両端を固定した高圧電極２も利用できる。線径は細くなるほど放電し易くなるが、断線し易くなるため、直径１ｍｍ以上の線径のものを使用するのが望ましい。また、図３に示す高圧電極２は、周期的に三角形状突起２ｔを設けたものである。

図４に、図３の高圧電極の製造方法の一例を示す。まず、金属導体板２ｐにＶ字状スリット２ｖを周期的に開ける（ａ）。次に、三角形状の突起となるよう、Ｖ字部の先端部２ｓを持ち上げ、金属導体板２ｐ面に対して折り曲げ線２ｍにて直角に曲げて立ち上げ、三角形状の突起２ｔを作る（ｂ）。こうして、金属導体板２ｐ面に多数の突起２ｔを持った高圧電極２を作製する（ｃ）。また、Ｖ字部を折り曲げた跡に三角形状の開口部２ｃができるが、被処理空気８が通り易いように突起部以外にも開口部２ｈを設けている。高圧電極２に用いる材料としては、放電による耐摩耗性からタングステン、モリブデンなどが好ましく、耐腐食性の観点からステンレスやニッケル合金などの使用が好ましい。

高圧電極２と接地電極（多孔質触媒体）３との間で放電させるためには、所定の間隔を設ける必要がある。この間隔が長くなるほど放電開始に必要な放電電圧が高くなるので、高圧電源６の負荷が増大し、かつ、高圧電極２から装置筐体へ異常放電を引き起こす可能性があるため絶縁対策が必要となる。従って、高圧電極２と接地電極３との間隔は出来るだけ短いほうが望ましいが、間隔が短くなると気体の絶縁破壊が生じ、接地電極３へ火花放電を誘発する。このため、高圧電極２と接地電極３との間隔は１ｍｍ以上１０ｍｍ未満が望ましく、高圧電極２と接地電極３の間隔が１ｍｍ以上あれば、接地電極３への火花放電を抑制でき、前記間隔が１０ｍｍ未満であれば放電開始に必要な電圧は高く設定する必要がないため、絶縁対策は容易となる。

放電させるために高圧電極２と接地電極３間に高電圧を供給する高圧電源５としては、ＶＯＣｓを分解処理するものであるから、放電を発現させ、電子、イオン、オゾンなどの活性種を生成できるものであれば良く、印加される電圧波形は、正あるいは負極性の直流電圧、交流電圧、パルス、矩形、何れの形態でもよい。

加熱手段４としては、例えば、板状、ロッド状あるいはワイヤ状の電気ヒータ等の発熱体４を使用し、接地電極３である多孔質触媒体３の外周部に密着させて設置すればよく、多孔質触媒体３の触媒を触媒活性温度にまで上昇させる。触媒を加熱するとともに、同時に放電プラズマを利用することにより、触媒単体のみによる熱分解に比べて低い温度でＶＯＣｓを効率よく分解除去することができる。係る発熱体４は、多孔質触媒体３全体を加熱できるものであれば良く、特に電気ヒータに限定されるもではない。なお、発熱体４と多孔質触媒体３は絶縁されている。触媒活性温度は、触媒の材料や処理対象となるＶＯＣｓの種類に依るが、例えば、トルエンを処理対象とした場合、触媒がＰｔの場合では１８０℃以上で触媒活性を発揮する。

吸気用ファン６により被処理空気８に含まれる塵埃が、高圧電極２と接地電極３間の放電空間内に導かれると放電に影響与え、かつ多孔質触媒体３の細孔を閉塞し、処理能力の低下を引き起こす可能性がある。従って、空気処理装置１に用いる除塵フィルタ７は、処理風量、被処理空気８に含まれる塵埃の種類、大きさにより選定し、粗塵用フィルタ、中・高性能フィルタ、ＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタなど選定する。しかし、有機化合物を処理する場合は除塵フィルタ７に可燃性の有機化合物が吸着／蓄積するため、不燃性のフィルタが好ましく、例えば樹脂製の高性能フィルタが好ましい。

このように、実施の形態１に係る空気処理装置によれば、接地電極の多孔質触媒体を発熱体により加熱し、触媒活性温度まで加熱し、触媒によるＶＯＣｓの熱分解と、放電プラズマによるＶＯＣｓの分解を併用することにより、常温の触媒による熱分解に比べて効率よくＶＯＣｓを処理できる効果を有する。また、触媒被毒による再生処理が不要で連続して運転できる効果もある。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る空気処理装置の構成を示す透視斜視図である。
図５において、多孔質触媒体３の高圧電極２との対向裏面に接触され接地される多孔金属導体板１０が接合され、この多孔金属導体板１０が接地電極とされている点を除けば、実施の形態１の図１と同様であるので、他の符号の説明を省略する。

図５に示すように、実施の形態２の空気処理装置１では、多孔金属導体板１０が多孔質触媒体３の裏面に接合されていて、この多孔金属導体板１０を接地電極としたものである。これは、例えば、導電性の低い多孔質触媒体を使用した場合に、多孔質触媒体の外周部に金属導体を巻き付け、この金属導体を接地電極とすると、多孔質触媒体と高圧電極の間で放電させると、多孔質触媒体が持つ材料抵抗のため、金属導体近傍部の多孔質触媒体表面部に放電が集中して、中心部では放電が起り難くなり、多孔質触媒体表面に対して一様な放電が得られず分解処理効率が低下することがある。これを防止するために、実施の形態２では、多孔質触媒体３の裏面に密着させて多孔金属導体板１０を取り付け、この多孔金属導体板１０を接地電極とすることにより、多孔質触媒体３の電位分布を一様にして、多孔質触媒体３全体に対して一様な放電が得られるようにしたものである。これにより、低濃度のＶＯＣｓに対しても処理効率の高い空気処理装置を得ることができる。係る多孔金属導体板１０は、導電性が高く、被処理空気８を透過させるための開口を有するものであれば良く、開口率は被処理空気８の処理量により決定すればよい。

図６に、具体的実験結果として、触媒単体でのＶＯＣｓの熱分解の場合と実施の形態２における触媒と放電を併用した場合のＶＯＣｓの分解効果の実験結果を示す。空気処理装置１の筐体の内部に、ゼオライトとＭｎＯ_２を混合した触媒に対して、０．５ｗｔ％のＰｔを担持した多孔質触媒体３を設置した。この多孔金属導体板１０を多孔質触媒体３の背面に密着させるように取り付けて接地した。空間を隔てて、その対向側には図３で示す突起構造の高圧電極２を設けて、直流負極性高圧電源５を接続することにより、両電極間に負極性コロナ放電を発生させた。また、多孔質触媒体３の外周部に発熱体４としてリボン状の電気ヒータを巻き付け、電圧を印加して多孔質触媒体３を加熱した。空気処理装置１に水分を含有した低濃度の汚染物質を連続供給して、汚染物質の分解評価試験を行った。低濃度の汚染物質としては、ＶＯＣｓの一例であるトルエンを用い、トルエン濃度５０ｐｐｍで露点１２℃の低濃度のトルエンを含む空気を空間速度３００００ｈ^−１の条件で分解処理を行った。実施の形態２での放電分解と熱分解を併用した分解特性Ａ及びＢと、従来の熱分解のみによる分解特性Ｃとの比較を行った。なお、図６は、低濃度のトルエンの分解特性の多孔質触媒体３の温度依存性を示すものである。横軸は触媒温度（℃）で、縦軸はトルエンの除去率（％）である。先ず、従来の熱分解による分解特性Ｃ（◇）では、多孔質触媒体３の温度１５０℃とした場合のトルエンの除去率は２０％、１８０℃とした場合のトルエンの除去率５０％であり、トルエンの除去率９０％を得るためには多孔質触媒体３の温度を２４０℃以上に設定する必要がある。これに対して、本発明による放電と熱分解を併用した実施の形態２による多孔質触媒３に対して、０．５７Ｗ／ｃｍ^２の電力密度の負極性コロナ放電を併用した分解特性Ａ（■）では、トルエンの除去率９０％を得るのに必要な多孔質触媒体３の温度は１９０℃程度であった。また、多孔質触媒体３に対して、０．２８Ｗ／ｃｍ^２の電力密度の負極性コロナ放電を併用した分解特性Ｂ（△）では、トルエンの除去率９０％を得るのに必要な多孔質触媒体３の温度は２２０℃であり、放電の入力電力を増加させることにより、より低い触媒温度でも高い処理効率が得られる。このことから、本発明では、従来の熱分解よりも触媒の温度を低く設定しても、放電の効果により、ほぼ同じ除去特性が得られることが明らかになった。
従って、酸化触媒を担持した多孔質触媒体を加熱し、このさらに多孔質触媒体に対して均一放電させることにより低温での汚染物質の分解が可能である。なお、上述のトルエン除去率は、導入トルエン濃度と生成された二酸化炭素と排出トルエン濃度から算出したものであり、反応前後の物質収支が整合する点である。

このように、実施の形態２に係る空気処理装置によれば、多孔質触媒体の裏面に多孔金属導体板を接合し、この多孔金属導体板を接地電極とすることにより、多孔質触媒体全体に均一に放電でき、導電性の低い多孔質触媒体に対しても効率よくＶＯＣｓを処理できる効果を有する。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る空気処理装置の構成を示す透視斜視図である。
図７において、高圧電極２が、棒状の金属導体２ａを誘電体２ｂで被覆したもので構成されている点を除けば、実施の形態２の図５と同様であるので、他の符号の説明を省略する。

次に、実施の形態３に係る空気処理装置の動作について、図７を参照して説明する。
高圧電極と接地電極間に印加される電圧波形は、正あるいは負極性の直流電圧、交流電圧、パルス、矩形、何れの形態でもよいとしたが、処理効率を上げるために印加する直流電圧を増加させると絶縁破壊による短絡のため、より大きな電力の投入が難しくなる。これを避けるために、周波数の高い交流電圧を印加して無声放電で使用することが考えられる。実施の形態３では、交流電圧で使用するため高圧電極２は棒状の金属導体２ａの周囲を誘電体２ｂで被覆したものを使用している。金属導体２ａを誘電体２ｂで被覆することにより、放電が開始されると誘電体２ｂ表面に電荷の移動が起こり、高圧電極２の金属導体２ａ表面で一様に放電を発生させることが可能になる。また、この誘電体２ｂの存在により金属導体２ａと多孔質触媒体３との間での短絡が抑制され、安定した放電動作を得ることができる。

誘電体２ｂの肉厚は、薄いほど放電開始電圧を小さくすることができるが、強度が低下し損傷する可能性が高くなる。また、誘電体２ｂの肉厚が厚くなると印加電圧が高くなり、また、被処理空気の透過を妨げる要因となり得ることから、金属導体２ａの径が１ｍｍφ、誘電体２ｂの肉厚としては０．５〜１ｍｍを用いることが望ましい。この範囲の肉厚の誘電体を用いることにより、低い放電開始電圧で放電プラズマを発生させることができ、誘電体の損傷を抑止することができる。また、高圧電極２と多孔質触媒体３との放電ギャップ長が１ｍｍ未満であると、被処理空気８が高圧電極２の背後の多孔質触媒体３の面に行き届かず、圧力損失の増加に繋がる。放電ギャップ長が５ｍｍ以上であると、放電開始に必要な電圧が高くなるため、高圧電源５の負荷が増大する。このため、放電ギャップ長は１〜５ｍｍ程度であることが望ましい。
誘電体２ｂの材質としては、石英、ガラス、ジルコニア、アルミナ、ムライト、ステアタイトセラミックなどがあげられるが、耐電圧、耐熱性、比誘電率が高く、誘電損失の低い誘電体であればよく、これらに限定されるものではない。また、ここでは、金属導体２ａの断面形状を円状としたが、楕円や四角形状であってもよい。

多孔質触媒体３に吸着されたＶＯＣｓなどを分解するために、高圧電源５により発生させた波高値１〜３０ｋＶ、周波数５０〜１０，０００Ｈｚの正弦波もしくは矩形波交流高電圧、または、パルス的に発生する正負両極性もしくは正また負のみの単極性電圧を印加して、高圧電極２と多孔質触媒体３との間で放電させればよい。なお、放電させる印加電圧と周波数は、高圧電極２と多孔質触媒体３との距離、吸着した有機ガス分子を分解するために必要な投入エネルギにより決定される。

このように、実施の形態３に係る空気処理装置によれば、高圧電極に金属導体に誘電体を被覆したものを使用しているので、高電圧の交流あるいはパルス電圧を印加することができ、より高い電力を投入することによりＶＯＣｓの分解処理効率を向上させることができる効果がある。

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係る空気処理装置の構成を示す透視斜視図である。
図８において、多孔質触媒体３を分割し、そのそれぞれの側面部外周に加熱手段４が設けられている点を除けば、実施の形態２の図５と同様であるので、他の符号の説明を省略する。

次に、実施の形態４に係る空気処理装置の動作について、図８を参照して説明する。
多孔質触媒体３の被処理空気の通過面積が大きい場合、加熱手段が多孔質触媒体３の側面部外周に備えられ、加熱すると多孔質触媒体３の中心部まで均一に温度を上昇させることができない。多孔質触媒体３の温度分布が大きくなると触媒の温度が高いところと低いところができ、分解性能が高い箇所と、そうでない箇所が混在してＶＯＣｓの処理能力が低下する。このため、多孔質触媒体３を分割することにより、加熱手段からの距離が短くなり、それぞれの多孔質触媒体３の中心部まで均一に昇温することが可能である。

このように、実施の形態４に係る空気処理装置によれば、多孔質触媒体を分割して、それぞれを加熱手段により加熱することにより、多孔質触媒体を均一に加熱することができ、多孔質触媒体の温度分布を低減し、効率よくＶＯＣＳの処理を行うことができる効果がある。

実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５に係る空気処理装置の構成を示す透視斜視図である。
図９において、多孔金属導体板１０の被処理空気流の下流側に設置された赤外線ヒータ１１により多孔質触媒体３の加熱を行う点を除けば、実施の形態２の図５と同様であるので、他の符号の説明を省略する。

多孔金属導体板１０の被処理空気流の下流側に加熱手段としての赤外線ヒータ１１を備えることにより、赤外線放射により多孔金属導体板１０を介して多孔質触媒体３を均一に加熱、昇温することができる。赤外線ヒータ１１で加熱する場合、赤外線ヒータは多孔質触媒体３の下流側に設けることが望ましい。これは、多孔質触媒体３の上流側に放電を行うための高圧電極２が存在するため、放電空間内には赤外線ヒータ１１を設置することができないことの理由による。赤外線ヒータ１１は、直接、多孔質触媒体を加熱できない場合に有効であり、発熱体を多孔質触媒体の側面部外周に設ける場合と同様、触媒体を加熱することができ、触媒と放電を併用するＶＯＣＳの分解処理に効果を発揮する。

多孔金属導体板１０の無い実施の形態１においても、多孔質触媒体３の被処理空気流の下流側に赤外線ヒータ１１を設置することにより、同様の効果を奏する。

このように、実施の形態５に係る空気処理装置によれば、加熱手段として赤外線ヒータを用いることにより非接触で多孔質触媒体を加熱することができ、また、多孔質触媒体を均一に加熱することができるので、多孔質触媒体の温度分布を低減するとともに、効率よくＶＯＣＳの処理を行うことができる効果がある。

なお、上記実施の形態では、吸着剤としてゼオライトを使用する場合について述べたが、同じＭＦＩ構造を持つＳｉＯ_２が主成分であるシリカライトを用いても同様の効果が期待できる。

また、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。

実施の形態１に係る空気処理装置の構成を示す透視斜視図である。 実施の形態１に係る高圧電極部を他の例を示す略斜視図である。 実施の形態１に係る高圧電極の他の例を示す略斜視図である。 実施の形態１に係る高圧電極の作製方法の例を示す略図である。 実施の形態２に係る空気処理装置の構成を示す透視斜視図である。 実施の形態２に係る空気処理装置の触媒温度とトルエン除去の関係を示す特性図である。 実施の形態３に係る空気処理装置の構成を示す透視斜視図と高圧電極の断面図である。 実施の形態４に係る空気処理装置の構成を示す透視斜視図である。 実施の形態５に係る空気処理装置の構成を示す透視斜視図である。

符号の説明

１ 空気処理装置
２ 高圧電極
２ａ 金属導体
２ｂ 誘電体
２ｗ 金属導線
２ｔ 三角形状突起
３ 多孔質触媒体
４ 発熱体
５ 高圧電源
７ 除塵フィルタ
１０ 多孔金属導体板
１１ 赤外線ヒータ

Claims (10)

1. 高圧電極と、
   前記高圧電極に対向して配置され接地される触媒が担持された多孔質触媒体と、
   前記高圧電極と前記多孔質触媒体間に高電圧を印加する高圧電源と、
   前記多孔質触媒体を加熱する加熱手段と、
   を備え、
   被処理空気から揮発性有機化合物を分解除去することを特徴とする空気処理装置。
2. 高圧電極と、
   前記高圧電極に対向して配置され触媒が担持された多孔質触媒体と、
   前記多孔質触媒体の前記高圧電極との対向裏面に接触され接地される多孔金属導体板と、
   前記高圧電極と前記多孔金属導体板間に高電圧を印加する高圧電源と、
   前記多孔質触媒体を加熱する加熱手段と、
   を備え、
   被処理空気から揮発性有機化合物を分解除去することを特徴とする空気処理装置。
3. 高圧電極は、複数の金属導線を多孔質触媒体と平行に配置したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気処理装置。
4. 高圧電極は、複数の突起を有するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気処理装置。
5. 高圧電極は、金属導体を誘電体で被覆したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気処理装置。
6. 加熱手段が、多孔質触媒体の側面部外周に発熱体を設けたものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の空気処理装置。
7. 加熱手段が、多孔質触媒体あるいは多孔金属導体板の被処理空気流の下流側に設けられた赤外線ヒータであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の空気処理装置。
8. 加熱手段により、多孔質触媒体を触媒活性を発揮する温度以上に昇温することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の空気処理装置。
9. 多孔質触媒体は、セラミック基台にマンガン、銅、ニッケル、亜鉛、鉄、チタン、コバルトの酸化物とこれらの複合体および金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウムから選ばれる少なくとも１種類以上の触媒が添加されたものであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の空気処理装置。
10. 多孔質触媒体のセラミック基台にゼオライトが添着されていることを特徴とする請求項９に記載の空気処理装置。

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