JP2818039B2 - 暖房機を兼ねる空気清浄機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、暖房機を兼ねる空気
清浄機に関し、より詳細には、脱臭機能を兼ね備えた暖
房機を兼ねる空気清浄機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の温風発生装置に用いる電気ヒータ
は次の２つに大別される。 （１）金属系電気抵抗体を使用したもの。 （２）正特性セラミックヒータ素子を使用したもの。 これらのヒータは共に、ヒータとしての機能を充分に有
しているが、通常、脱臭機能は持ち合わせてはいなかっ
た。ところが、最近家庭での利用に伴ない、かかる温風
発生装置に脱臭機能を有するものが要望されるようにな
ったきた。例えば電気温風暖房機による室内の煙草等の
脱臭や、調理機器、特にコンベクション型電子レンジに
於ける調理時の食品からでる臭いの脱臭である。そこ
で、本発明者らは、先にヒータ機能と脱臭機能を合わせ
持つセラミックヒータを提案している(実願平２−１２
２２７号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記提
案のセラミックヒータにおいては、貴金属系触媒だけが
セラミックヒータ表面に担持されているため、次の様な
問題点があった。 （１）ヒータ温度が低い場合に触媒効果が充分でなく脱
臭性が劣る。 （２）温風暖房機として使用した場合、冬期の温風発生
時には脱臭できるが、夏 期の温風が不必要な時には、脱臭機として使用すること
ができない。

【０００４】これらの問題を解決するために常温でも脱
臭できる方法であるオゾン脱臭を併用することが考えら
れる。この方法は、すでに冷蔵庫の脱臭装置にも利用さ
れており、通風路中へオゾン発生装置によりオゾンを送
り込み、臭気成分をオゾンで分解し、残ったオゾンはオ
ゾン分解触媒（通常二酸化マンガン系のハニカム構造
体）を通過させることにより分解（酸素に変換）する方
法である。

【０００５】しかし、前記提案のセラミックヒータとオ
ゾン脱臭を併用しようとした場合、発熱体としてのハニ
カム状セラミックヒータとオゾン分解のためのオゾン分
解用ハニカムセラミックの両方が必要となり、構造上、
複雑に成るばかりか、大きな容積が必要となり、コスト
も高いものとなる欠点があった。

【０００６】本発明はかかる状況下さなれたものであ
り、ことに、脱臭性能に優れ、ヒータ温度が低い場合に
おいても、高い脱臭効果が得られ、脱臭機のみとしても
使用できるセラミックヒータを提供しようとするもので
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、炭化珪素を主成分とする多孔質状の導電性セラミッ
ク焼結体からなるセラミックヒータと、該セラミックヒ
ータに送風する送風手段と、前記セラミックヒータ表面
に担持される二酸化マンガン系触媒粒子と、オゾン発生
手段とからなる暖房機を兼ねる空気清浄機が提供され
る。

【０００８】この発明の暖房機を兼ねる空気清浄機にお
けるセラミックヒータの多孔質状の導電性セラミック焼
結体は、炭化珪素（ＳｉＣ）の粒子を、非酸化雰囲気
（例えば、窒素、アルゴン中等）で加熱集合焼結するこ
とにより得られる。ここで炭化珪素以外にも窒化珪素
（Ｓｉ₃Ｎ₄)等の粒子が含まれていてもよく少なくとも
セラミックヒータとして機能する炭化珪素を主体とする
セラミック焼結体であればよい。

【０００９】かかる焼結体の形態は、ハニカム状とされ
る。かかるハニカム状には、六角格子状のみならず、四
角格子状、三角格子状、円格子状等の種々の格子状のも
のが含まれる。かかる形態の焼結体は、対応する型内で
上記集合焼結を行うことにより得ることができるる

【００１０】かかるＳｉＣ系セラミック焼結体の表面に
二酸化マンガン系触媒粒子を担持することにより、この
発明におけるセラミックヒータが得られる。ここで二酸
化マンガン系触媒粒子とは、二酸化マンガンを主体とす
る無機粒子を意味する。

【００１１】かかる触媒粒子の担持は、例えば、マンガ
ンイオンや水酸化マンガンを含む水溶液を含浸、塗布等
により上記導電性セラミック焼結体の表層にマンガンの
酸化物あるいは水酸化物として析出させ、その後高温加
熱処理で二酸化マンガンに変換することにより行うこと
ができる。この担持量はハニカム成形体外寸容量1000cm
³に対して２０〜１００g程度が適している。

【００１２】また、かかる二酸化マンガン系触媒粒子担
持セラミックヒータの表面への貴金属粒子の担持も、前
記と同様に貴金属（例えば、白金、パラジウム、ロジウ
ム等）の酸水溶液を用いて同様に表面含浸及び加熱処理
することにより行なうことができる。

【００１３】このようにして得られるセラミックヒータ
は、通常、一対の電極が備えられ、必要に応じて電源系
と共に所定の気体流路内に配置される。

【００１４】

【作用】本発明の暖房機を兼ねる空気清浄機のセラミッ
クヒータは、導電性を有するＳｉＣ系の材料であるた
め、電流を流すことにより発熱体としての機能をもつと
共に、表面に二酸化マンガン系触媒粒子が担持されてい
るため、オゾンの分解機能をもつ。そして構造がハニカ
ム状となっているため表面積も大きく、温風発生ヒータ
としての効率が優れている。さらに脱臭の目的でオゾン
を含む空気が、このハニカムヒータと接触した場合、表
面の二酸化マンガンによりオゾンが分解されるとともに
臭気成分等も分解される。この二酸化マンガン系触媒粒
子を担持した上に、さらに貴金属触媒粒子を担持した場
合には、ヒータとして加温の際、オゾンを用いることな
く貴金属触媒との触媒併用作用により脱臭することがで
きる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の実施例により更に具体的に
説明するが、この発明は、これらの実施例に限定される
ことはない。

【００１６】本発明の暖房機を兼ねる空気清浄機の製造
方法を以下述べる。

【００１７】炭化珪素粉末（平均粒径５.５μm）７０重
量部、金属シリコン粉末（平均粒径５.９μm）３０重量
部、成形助剤としてメチルセルロース系有機樹脂バイン
ダー及び脂肪酸ソルビタンエステルポリエチレングリコ
ール 合計１２重量部並びに水２１重量部を加え、ミキ
サーで約５分混合した。この混合物をコンテイニアスニ
ーダーで充分混練した後に高圧真空押出成型機で外寸約
１４０×４０mm、セル寸法２.２×２.２mm、リブ厚０.
５mmの角形ハニカムを成型圧力６０kg／cm²で押出成型
し、適当な寸法に切断後乾燥し、その後、窒素雰囲気で
５００°Ｃ・３時間脱バインダーした後に窒素雰囲気中
1400°Ｃ・６時間反応焼結させ、炭化珪素と窒化珪素の
複合体から成る多孔質のセラミック焼結体を形成した。
このハニカム焼結体を、マンガンイオン又は水酸化マン
ガンを含む水溶液中に浸漬し、多孔質体のセラミック焼
結体の表面にマンガンの酸化物又は水酸化物を含浸させ
た後乾燥させて約５００°Ｃで焼き付けすることにより
本発明のセラミックヒータ（サンプルＡ）を得た。その
後、白金の酸水溶液中に焼結体を浸漬し、前記と同様に
処理して最表面に白金系触媒粒子を担持することにより
本発明の別のセラミックヒータ（サンプルＢ）を得た。

【００１８】上記サンプルＡ及びＢ共に厚さ約１５mmに
切断し、相対する２面に溶射によりアルミ皮膜を形成し
電極とした。

【００１９】この様にして作成したセラミックヒータの
説明図を図１に示す。ハニカムヒータ１は常温抵抗１２
Ω（約２５０°Ｃでは８.３ΩのＮＴＣ特性をもつ）を
もち外寸法１４０（幅）×４０（高）×１５（奥行）mm
で高さ方向に相対する電極２が形成されており、この電
極２にリード板３を介して電圧を印加させ発熱させる。
セル４は、寸法２.２×２.２mmで厚み０.５mmのノブ５
で囲われた空孔で奥行方向に貫通している。

【００２０】図２にハニカムヒータ１の表面に二酸化マ
ンガン系触媒を担持した時又さらにその表面に白金系触
媒を担持した時の模式図を示す。このようにＳｉＣ粒子
６の廻りを金属シリコンが一旦気相を介して、窒化され
た微細な窒化珪素粒子７ａや窒化珪素粒子７ｂがとり囲
み、これらの微細粒子７の表面に二酸化マンガン粒子８
が担持されている（図２（ロ）：Ａ部拡大図）。また図
２（ハ）は微細窒化珪素粒子７の表面あるいは二酸化マ
ンガン粒子８の表面上に、さらに白金粒子９が担持され
ている状態（Ａ部：拡大図）を示す。

【００２１】図３は、図１で示したハニカムヒータ１を
利用したオゾン脱臭機能付き温風発生機の説明図であ
り、モータ１０に接続されたファン１１により送風路１
２に煙草臭等を含む冷風が送り込まれる。通風路１２内
に設置されているオゾン発生素子１３は、高圧発生機１
４と接続されており通電によりオゾンを発生する。通風
路１２に送り込まれた煙草臭等を含む冷風は、オゾン発
生素子１３から発生するオゾンと混合され、臭気はオゾ
ンと接触することにより分解脱臭される。

【００２２】その後、冷風は整流板１５で整流されハニ
カムヒータ１を通過する。この時、冷風中には、オゾン
で完全に脱臭されなかった一部の残存臭気とオゾンの一
部がふくまれているが、ハニカムヒータ１を通過する際
にその表面に担持されている二酸化マンガン系触媒粒子
と接触することによりオゾンは分解され酸素に変換され
る。また、この時、同時に残存臭気も分解され、ハニカ
ムヒータ１を通過してきた冷風は、脱臭された無臭に近
い冷風となる。従って、暖房として使用するときには、
ハニカムヒータ１に形成されている電極２に１００Ｖの
交流を印加することによって無臭に近い温風が出てく
る。例えば、送風量毎分０.８m³にした時、平均温風温
度は約１２０°Ｃ（室温２０°Ｃ時）で、ヒータの平均
温度は約２５０°Ｃ、電力は1200Ｗである。

【００２３】最表面に白金系触媒粒子を担持した場合
は、暖房時、オゾンを発生させずに脱臭することもでき
る。これは、臭気を含む冷風が、発熱しているハニカム
ヒータ１を通過する際に、過熱された白金系触媒粒子９
と接触し、臭気は、白金系触媒粒子９により直接酸化脱
臭され、無臭に近い温風となってでてくる事になる。当
然のことであるが、この時オゾン脱臭も併用すれば、脱
臭効果はさらに向上することになる。

【００２４】図４は、二酸化マンガン系触媒をヒータ外
寸容量1000cm³に対して約６０ｇ担持した時の、ヒータ
温度に対するオゾン除去率を示したクラフである（ＳＶ
値100,000／ｈｒ）。また、図５は、アンモニア８０ppm
を含む空気にオゾン１００ppmを混合させ二酸化マンガ
ン系触媒が担持されたハニカムヒータを通過させた時の
ヒータ温度に対するアンモニア除去率を示したグラフで
ある。（ＳＶ値 180,000／ｈｒ）。この図からわかる
ように、セラミックヒータを１パス通過時では、完全に
除去するこ事は困難であるが、通常空気清浄機として使
用する場合はパス回数が多くなり、運転時間の経過と共
に除去率は上昇する。

【００２５】図６及び図７、最表面に白金系触媒をヒー
タ外寸容量1000cm³に対し約１ｇ担持した時のヒータ温
度に対するＣＯ除去率及びアンモニア除去率を示すグラ
フであり、優れた脱臭効果が表されていることが判る。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、炭化珪素を主成分とす
る多孔質状の導電性セラミック焼結体からなるセラミッ
クヒータと、該セラミックヒータに送風する送風手段
と、前記セラミックヒータ表面に担持される二酸化マン
ガン系触媒粒子と、オゾン発生手段とからなるため、導
電性セラミック焼結体は、発熱体としての機能とオゾン
分解触媒としての機能を併せ持つことができる。また、
二酸化マンガン系触媒粒子がセラミックヒータ表面に担
持されているため、ヒータ及び空気清浄機として動作さ
せた場合、ならびにセラミックヒータを利用せず、空気
清浄機としてのみ動作させた場合でも、常にあるいは定
期的に、セラミックヒータに通電して発熱させることに
より、セラミックヒータあるいは触媒粒子表面に付着し
た臭気成分や埃を熱分解させて取り除くことができる。
よって、長時間の空気清浄機の使用においても、触媒を
交換することなく、常に、臭気成分の分解を確実に行う
ことができる。さらに、最表面に白金のような貴金属系
触媒粒子を担持することにより、通常の酸化触媒機能を
も奏することができる。従って、本発明により、特に冬
期には暖房機にもなる、オールシーズンタイプの空気清
浄機を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のハニカムヒータの構成説明図。

【図２】二酸化マンガン系触媒粒子及び最表面に白金系
粒子を担持したこの発明のセラミックヒータの模式図で
ある。

【図３】この発明のセラミックヒータを用いた空気清浄
機機能付き温風発生機の構成説明図である。

【図４】この発明のセラミックヒータのヒータ温度に対
するオゾン除去率の関係を例示するグラフ図である。

【図５】この発明のセラミックヒータのオゾン併用時に
おけるヒータ温度に対するアンモニア除去率の関係を例
示するグラフ図である。

【図６】この発明のセラミックヒータの白金系触媒を担
持した時のヒータ温度に対するＣＯ除去率の関係を示す
グラフ図である。

【図７】この発明のセラミックヒータの白金系触媒を担
持した時のヒータ温度に対するアンモニア除去率の関係
を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ セラミックヒータ ２ 電極 ３ リード板 ４ セル ５ リブ ６ ＳｉＣ粒子 ７ 窒化珪素粒子 ８ 二酸化マンガン粒子 ９ 白金粒子 １０ モータ １１ ファン １２ 送風路 １３ オゾン発生素子 １４ 高圧発生機 １５ 整流板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｂ 3/14 Ｂ０１Ｊ 23/64 １０４Ａ (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B01J 21/00 - 38/74

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炭化珪素を主成分とする多孔質状の導電性
   セラミック焼結体からなるセラミックヒータと、該セラ
   ミックヒータに送風する送風手段と、前記セラミックヒ
   ータ表面に担持される二酸化マンガン系触媒粒子と、オ
   ゾン発生手段とからなる暖房機を兼ねる空気清浄機。
2. 【請求項２】セラミックヒータの表面に、貴金属系触媒
   粒子が担持されてなる請求項１記載の暖房機を兼ねる空
   気清浄機。