JP4636930B2 - 触媒保持装置及びガス除去装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば空気清浄機やエアコンディショナー等の空気調和機内に内装されて臭気や有害なガスを除去するために使用される触媒を保持する触媒保持装置及びこの触媒保持装置を用いたガス除去装置に係り、さらに詳細には、オゾンを発生するためにプラズマ放電を行うときに、低電圧を印加してのプラズマ放電が可能であって沿面リークを防止できると共に、触媒全体に均一的に電圧を印加できる触媒保持装置及びガス除去容量を容易に変えることのできるガス除去装置に関する。

従来、一対の電極間に触媒を配置し、前記電極に交流電圧を印加してプラズマ放電を生じさせ、このプラズマ放電によって発生したオゾンとオゾン分解触媒によってオゾン脱臭を行うことや、放電時の発熱を利用して触媒の再生が行われている（例えば特許文献１参照）。
特開平１１−３１９４８９号公報

前記特許文献１に記載のごとき構成においては、処理能力を大きくするために触媒の容積を大きくすると、電極の間隔が大きくなり、それに伴って印加する電圧が高くなって沿面リークを生じ易くなると共に、触媒全体に均一的に電圧を印加することが難しくなり、触媒の再生を行うときに片寄りを生じ易くなるという問題がある。

本発明は、前述したごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、触媒保持装置であって、絶縁板の上面に配置した面状の電極と、前記電極を間にして前記絶縁板の上面に配置された一対の規制部材と、上記一対の規制部材の一端側と他端側に配置され前記絶縁板の上面に沿う方向への空気の流れを許容する一対の空気流通部材と、前記一対の規制部材と一対の空気流通部材とによって囲繞された領域内で前記電極上に配置されたペレット状触媒と、前記電極の引出し線部とを備えていることを特徴とするものである。

また、触媒保持装置であって、絶縁板の上面に配置した面状の電極と、前記電極を囲繞するように前記絶縁板の上面に配置された規制部材と、前記絶縁板の上面に沿う方向への空気の流れを許容する空気流通部を前記規制部材の離れた複数箇所に備え、前記規制部材によって囲繞された領域内で前記電極上に配置されたペレット状触媒と、前記電極の引出し線部とを備えていることを特徴とするものである。

また、前記触媒保持装置において、当該触媒保持装置は複数積層可能なように、全体的構成が偏平状に構成してあることを特徴とするものである。

また、絶縁板の上面に配置した面状の電極と、前記電極を間にして前記絶縁板の上面に配置された一対の規制部材と、上記一対の規制部材の一端側と他端側に配置され前記絶縁板の上面に沿う方向への空気の流れを許容する一対の空気流通部材と、前記一対の規制部材と一対の空気流通部材とによって囲繞された領域内で前記電極上に配置されたペレット状触媒と、前記電極の引出し線部とを備えた複数の触媒保持装置における前記空気流通部材が同一側を指向するように、複数の触媒保持装置を積層したことを特徴とするものである。

また、前記ガス除去装置において、前記引出し線部が互いに反対側になるように、互いに隣接した触媒保持装置の方向性は互いに逆方向であることを特徴とするものである。

また、前記ガス除去装置において、ペレット状触媒はホプカライトであることを特徴とするものである。

本発明によれば、放電を生じさせるための電極間隔を、例えばペレット状の触媒の径と同じかもしくは数倍程度に小さくすることができ、電極に印加する電圧を従来方式に比べて低電圧にすることが可能であって沿面リークを防止でき安全性がより向上するものである。

また、本発明によれば複数の同一の触媒保持装置を積層することによってガス除去装置が構成されているので、触媒保持装置の積層数を任意にかつ積層を容易にすることができ、処理能力の変更を容易に行い得るものである。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る触媒保持装置及びこの触媒保持装置を用いたガス除去装置について説明するに、触媒保持装置は次のように作成されるものである。

すなわち、図１（Ａ）に示すように、例えばセラミック，石英やパイレックス（登録商標）などのガラス或はポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、アクリルなどの樹脂、紙などから適宜選択した材料よりなり外形が四角形状の絶縁板１の上面に、当該絶縁板１の外周縁１Ａから適宜の内側領域に、例えば金属箔，銅メッキ繊維テープ，網体，線材などを設けるか導電性塗料を塗布して乾燥させるかしたことよりなり、面状の広がりを有する適宜面状の電極３を備えると共に、上記電極３の引出し線部３Ａを前記絶縁板１の外周縁１Ａから突出して備える。

そして、前記電極３の周囲であって電極３を間にした対向する位置の前記絶縁板１の上面には、一対の規制部材５Ａ，５Ｂが配置してある。この規制部材５Ａ，５Ｂは耐熱性を有する絶縁部材よりなるものであって、一対の規制部材５Ａ，５Ｂの間に位置する空気等の気体が当該規制部材５Ａ，５Ｂを透過して外部へ流出することなく、当該規制部材５Ａ，５Ｂの一端側から他端側へ流れるように規制する作用をなすものである。なお、前記規制部材５Ａ，５Ｂは接着剤等によって前記絶縁板１の上面に固定してある。

前記電極３の外側で前記一対の規制部材５Ａ，５Ｂの一端側と他端側に対応した前記絶縁板１の上面には、例えばハニカム状の絶縁素材よりなる空気流通部材７が配置固定してある。上記空気流通部材７は、前記規制部材５Ａ，５Ｂとほぼ同一の厚さであって、空気が流通自在な溝又は貫通孔を備えた構成であり、前記絶縁板１の上面に沿っての空気の流れを許容するものである。

上記説明より理解されるように、前記絶縁板１の上面に配置した電極３は、前記一対の規制部材５Ａ，５Ｂ及び空気流通部材７によって囲繞されており、この囲繞された領域は前記規制部材５Ａ，５Ｂ及び空気流通部材７の厚さに相当する凹部に形成してある。したがって、上記凹部内にペレット状の触媒９を充填配置することにより、図２（Ａ），（Ｂ）に示すごとき偏平状の触媒保持装置１１となるものである。なお、図示の構成においては、電極３の引出し線部３Ａ上に一方の規制部材５Ａを配置した場合にて例示してあるが、前記規制部材５Ａ，５Ｂと空気流通部材７の位置を代えて、前記引出し線部３Ａ上に空気流通部材７を配置する構成とすることも可能である。

前記構成のごとき複数の触媒保持装置１１を、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、例えば左右方向の方向性を逆にして交互に積層し、最上部に、前記電極３に相当する絶縁板に電極（図示省略）と引出部（図示省略）のみを上面に備えた蓋部材１３を載置する。さらに、安全のために絶縁板１のみを載置して絶縁性などの安全性を確保するようにしてもよい。そして、複数の触媒保持装置１１を積層した積層体を、結束ベルト又は環状の結束用ケーシング等（図示省略）によって一体的に固定することにより、図２（Ｃ）に示すごときガス除去装置１５が得られるものである。なお、前記一対の規制部材５Ａ，５Ｂの両端部付近などの複数箇所にそれぞれ貫通孔を備え、上記各貫通孔を貫通した各ボルトにナットを螺合し、このナットを締付けることによって積層体を一体的に固定する構成や、各触媒保持装置１１を接着剤によって接着することによって一体化した構成とすることも可能である。

前記ガス除去装置１５において、一側に突出した各引出し線部３Ａ及び他側に突出した各引出し線部３Ａはそれぞれ個別にまとまめられて、電源に接続されるものである。

以上のごとき構成において、複数の触媒保持装置１１を積層した構成のガス除去装置１５における一側のまとめた引出し線部３Ａと他側のまとめた引出し線部３Ａとに交流電圧を印加すると、各触媒保持装置１１における触媒９を間にした電極３間においてプラズマ放電が発生しオゾンが生じることになる。したがって、各触媒保持装置１１における一方向空気流通部材７から内部へ流入された空気中に含まれる例えば臭気はオゾン及び触媒の作用によって脱臭され除去されることになる。

前述のごとく一側の引出し線部３Ａと他側の引出し線部３Ａとに交流電圧を印加して各触媒保持装置１１に備えた各電極３間に放電を生じさせるに際し、前記各触媒保持装置１１は内装されたペレット状触媒９の径と同じかもしくは数倍程度と薄い偏平状の構成であるから、従来の構成に比較して、印加する電圧は相対的に低電圧でよいこととなり沿面リークを防止でき安全性がより向上するものである。

また、ガス除去装置１５は複数の同一な触媒保持装置１１を積層した構成であることにより、ガス除去装置１５の製作が容易であると共に、例えば使用環境に対応して積層数を変更することができ、処理能力を変えることも容易なものである。

ところで、前記説明においては、規制部材５Ａ，５Ｂ及び空気流通部材７をそれぞれ別個に設けた場合について説明したが、同一部材によって電極３を囲繞する環状の構成として、前記空気流通部材７に相当する箇所に、スリット又は貫通孔を形成して空気流通部とすることも可能である。このように規制部材５Ａ，５Ｂと空気流通部材７とを同一部材によって環状に形成することにより、触媒保持装置１１の構成部品を少なくすることができ、製作がより容易になるものである。

なお、前記説明においては、触媒保持装置１１を四角形状で平面状の構成について説明したが、形状は四角形状に限ることなく任意の形状とすることも可能である。また、平面状に限ることなく、面積の拡大を図るべく、触媒保持装置１１を適宜に湾曲した曲面を備えた構成とすることも可能である。

また、電極３の構成としては、プラズマ放電をより生じ易くするために、印加する交流電圧の周期に合わせて強い電界が形成されるように、電極３に多数のエッジ部分を備えることが望ましい。すなわち、電極３の構成としては、図１に示した板状の電極３の全面に多数の凸部又は凹部を点状にあるいは筋状に備えた構成（例えば、繊維テープである銅箔エンボステープ、アルミ箔エンボステープ、錫メッキ銅箔エンボステープ、銅メッキポリエステルクロス又は銅メッキアクリルクロスの貼り付けで構成させる）や、交差する多数の溝又は凸条を備えた構成とすることができる。

さらに、面状の前記電極３の構成としては、図３（Ａ）に示すように、多数のスリットＳを備えたクシ形状や、図３（Ｂ）に示すように、スリットＳを渦巻状に形成することも可能である。また、図３（Ｃ）に示すように、クシ形状であって、歯の部分に複数の突起部Ｔを備えた構成や、図３（Ｄ）に示すように多数の穴Ｈを備えた構成とすることも可能である。すなわち電極３の構成としては、面状の広がりを有する構成であれば種々の構成を採用することができるものである。電極３を前記のごとき構成とすることにより、強い電界が形成されるエッジ部分を面状に備える態様となり、電極３の全面においての放電を均一に発生し易くなるものである。

ところで、前記触媒保持装置１１に備える触媒９としては、一酸化炭素を除去する目的の場合にはホプカライト触媒のペレットを、アセトアルデヒドなどのＶＯＣ（揮発性有機化合物）を除去する目的の場合には二酸化マンガン触媒のペレットを充填配置することが望ましい。なお、触媒としては、前記ホプカライト触媒，二酸化マンガン触媒に限ることなく、白金，パラジウム，酸化銅，酸化鉄，酸化ニッケル，酸化チタン，酸化亜鉛，酸化錫，ゼオライト，チタン酸バリウム、それらの混合物など種々の触媒を採用可能である。

ところで、ＣＯの除去を行うには、触媒としてホプカライトが有効であるが、ホプカライトは湿度に極めて弱く、季節にもよるが、室内の空気を数分間通気しただけで失活しＣＯ除去ができなくなることが知られている。そこで、前述したごとき触媒保持装置１１及びガス除去装置１５を作成してＣＯ除去効果の試験を行った。

前記触媒保持装置１１及び積層したガス除去装置１５の構成としては次のとおりである。

絶縁枚１ 材質：セラミック 160mm×110mm×0.63t
電極 ３ 材質：アルミ箔テープ 120mm×65mm ×0.05t
規制部材5A,5B 材質：アクリル 110mm×15mm×３t
空気流通部材７ 材質：ダンボール 130mm×20mm×1.5t(2段重ねで3t)
ペレット状触媒９ 材質：ホプカライト φ1.2×3t（23g 充填）
積層数 ３２層
風量 ２５０Ｌ／min（０．２５ｍ³ ／min）
上記構成より理解されるように、触媒保持装置１１の厚さは数ｍｍ（５ｍｍ以下）であって極めて薄いものであり、ホプカライトは数層（３層以下）である。

そして、ガス除去装置１５へ空気を流通し、触媒保持装置１１の電極３に交流電圧を印加してプラズマ放電のみを行った場合の電力とＣＯ除去率との関係は図４に示すＡであり、同一条件で除湿器によって除湿した後の空気の場合はＢである。そして、同一条件で除湿器によって除湿すると共にヒータによって４５℃に加熱した空気の場合は、Ｃ（電力１３０ｗの場合のみ測定）であった。

上記試験結果より理解されるように、ホプカライト触媒によるＣＯ除去は、処理する空気の湿度が低いほどＣＯ除去効果が高く、また空気の温度が高いほどＣＯ除去効果が高い。さらに投入電力が大きいほどＣＯ除去効果が高い。

上記効果を確認後、次に（ａ）ヘパフィルタ→除湿器→プラズマ放電領域→ホプカライトペレット（１４００ｇ）へと空気を順次流通した場合と、（ｂ）同一条件のヘパフィルタ→同一条件の除湿器→ガス除去装置（同一条件のホプカライトペレット１３００ｇ）へと空気を順次流通した場合、すなわちプラズマ放電領域とホプカライトペレットとの配置位置が別々である（ａ）の場合と、プラズマ放電領域とホプカライトとが同一領域に配置してある（ｂ）の場合においてＣＯ除去率の試験を行った結果は図５に示すとおりである。

図５より明らかなように、初期においては（ａ）の場合も（ｂ）の場合もほぼ同等であるが、タバコ負荷本数が増すにつれて（ａ）の場合の方が（ｂ）の場合よりもＣＯ除去率が低下し、約１３０本でＣＯ除去率は約６０％に低下している。しかし、（ｂ）の場合は約２００本でも約６０％に低下していない。すなわち、ホプカライトを放電領域に備えた構成であることにより、放電により加熱されるので吸着した水分が放出されてＣＯ除去能率の寿命が向上されるものである。また、触媒を放電領域に備えた構成であることにより、別個に備えた場合に比較して全体的構成の小型化を図ることができる。さらに、全面的な放電によって触媒全体を均一的に加熱することができるので、触媒を所定の温度まで上昇させる暖機運転時間の短縮を図ることができるものである。

ところで、ペレット触媒としてのホプカライトはＣＯ除去効果が大きいと共にオゾン除去性能を有するので、プラズマ放電によって発生したオゾンを除去することもできる。したがって、前記構成のガス除去装置１５においては、プラズマ放電によって発生したオゾンの酸化力によりアルデヒドなどのＶＯＣを除去することができる。すなわちＣＯ除去，ＶＯＣ除去及び発生したオゾン濃度の減少を同時に行うことができるものである。

以上のごとき説明より理解されるように、触媒としてホプカライトを使用した場合、放電によって触媒を加熱して吸着した水分を放出させることができ、ＣＯ除去能力を回復しての長寿命化を図ることができる。またＣＯ除去，ＶＯＣ除去及び発生したオゾンの除去を同時的に行うことができ、有害ガスの除去を効果的に行うことができるものである。

触媒保持装置の製作する際の説明図である。 触媒保持装置を製作した後にガス除去装置を製作する際の説明図である。 電極の種々の形態を示す説明図である。 除湿した場合におけるＣＯ除去率の効果を示す説明図である。 プラズマ放電領域と触媒配置位置とを別々にした場合と同一にした場合におけるＣＯ除去率を示す説明図である。

符号の説明

１ 絶縁板
３ 電極
３Ａ 引出し線部
５Ａ，５Ｂ 規制部材
７ 空気流通部材
９ ペレット状媒体
１１ 触媒保持装置
１３ 蓋部材
１５ ガス除去装置

Claims (6)

1. 絶縁板の上面に配置した面状の電極と、前記電極を間にして前記絶縁板の上面に配置された一対の規制部材と、上記一対の規制部材の一端側と他端側に配置され前記絶縁板の上面に沿う方向への空気の流れを許容する一対の空気流通部材と、前記一対の規制部材と一対の空気流通部材とによって囲繞された領域内で前記電極上に配置されたペレット状触媒と、前記電極の引出し線部とを備えていることを特徴とする触媒保持装置。
2. 絶縁板の上面に配置した面状の電極と、前記電極を囲繞するように前記絶縁板の上面に配置された規制部材と、前記絶縁板の上面に沿う方向への空気の流れを許容する空気流通部を前記規制部材の離れた複数箇所に備え、前記規制部材によって囲繞された領域内で前記電極上に配置されたペレット状触媒と、前記電極の引出し線部とを備えていることを特徴とする触媒保持装置。
3. 請求項１又は２に記載の触媒保持装置において、当該触媒保持装置は複数積層可能なように、全体的構成が偏平状に構成してあることを特徴とする触媒保持装置。
4. 絶縁板の上面に配置した面状の電極と、前記電極を間にして前記絶縁板の上面に配置された一対の規制部材と、上記一対の規制部材の一端側と他端側に配置され前記絶縁板の上面に沿う方向への空気の流れを許容する一対の空気流通部材と、前記一対の規制部材と一対の空気流通部材とによって囲繞された領域内で前記電極上に配置されたペレット状触媒と、前記電極の引出し線部とを備えた複数の触媒保持装置における前記空気流通部材が同一側を指向するように、複数の触媒保持装置を積層したことを特徴とするガス除去装置。
5. 請求項４に記載のガス除去装置において、前記引出し線部が互いに反対側になるように、互いに隣接した触媒保持装置の方向性は互いに逆方向であることを特徴とするガス除去装置。
6. 請求項４又は５に記載のガス除去装置において、ペレット状触媒はホプカライトであることを特徴とするガス除去装置。

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