JPH1199195A

JPH1199195A - 脱臭装置

Info

Publication number: JPH1199195A
Application number: JP9262406A
Authority: JP
Inventors: Norio Okuda; 憲男奥田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 1999-04-13
Anticipated expiration: 2017-09-26
Also published as: JP3699572B2

Abstract

(57)【要約】【課題】導電性物質が付着しても漏電の心配がなく、か
つムラのない脱臭作用が得られる触媒装置を提供する。【解決手段】多数の通気孔５を備え、該通気孔５に触媒
を担持してなる触媒担体２と、正の抵抗温度係数を有す
る抵抗発熱体を埋設したセラミックヒーター６とを交互
に積み重ねて配置するとともに、上記セラミックヒータ
ー６同士の間隔を２〜２０ｍｍとし、かつ前記各セラミ
ックヒーター６を並列に接続して脱臭装置１を構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家庭やビル、病
院、ホール等の屋内や地下街における汚染空気、例え
ば、生ごみの臭い、煙草臭、腐敗臭等を脱臭する脱臭装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、脱臭機能を備えた温風発生器に
使用されている脱臭装置には、図５に示すようなものが
ある。

【０００３】この脱臭装置４０は、金属芯棒４２の周囲
に金属箔からなるシート状体４３と白金やロジウムなど
の触媒（不図示）を担持してなる波状板４４を交互に配
置して一体的に巻き付けたハニカム状の触媒担体４１か
らなり、上記波状板４４としてはアルミナ繊維などのセ
ラミック紙が使用されていた。

【０００４】また、上記触媒担体４１は、それ自体が発
熱することから、機器との絶縁性を保つため、表面全体
にセラミック膜（不図示）を溶射などにより被覆し、温
風発生器の送風通路に配置されていた。

【０００５】そして、上記脱臭装置４０の金属芯棒４２
に電圧を印加し、ハニカム状の触媒担体４１を触媒が働
く温度に発熱させ、通気孔４５に汚染空気を通過させる
ことで脱臭するようになっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】ところが、上記脱臭
装置４０においては、触媒担体４１のシート状体４３
と、触媒担体４１の表面に被覆したセラミック膜との間
の熱膨張差が大きすぎるため、発熱の繰り返しによりセ
ラミック膜が剥離するといった問題点があった。そし
て、汚染空気中に含まれている成分が触媒担体４１に付
着して加熱されると導電性物質となり、これらが剥離し
た部分に付着するとともに、堆積して送風通路と導通す
ると、電流が上記送風通路へ漏電し、漏電ブレーカーが
作動して温風発生器が停止するといった問題点があっ
た。

【０００７】また、近年、触媒担体を導電性セラミック
スにより形成した脱臭装置も提案されているが、この脱
臭装置も触媒担体自体に通電して発熱させることから、
表面全体に絶縁膜を被覆しなければならず、また、ハニ
カム状などの複雑な形状をしたものでは抵抗のバラツキ
が大きいことから、通電時に発熱分布の偏りが発生し、
熱応力の集中した部分が熱衝撃を受けて亀裂を生じたり
割れが発生するといった問題点があった。

【０００８】このように、触媒担体そのものを発熱させ
る従来の脱臭装置ではさまざまな不都合があった。

【０００９】

【問題点を解決するための手段】そこで、本発明は、上
記課題に鑑み、多数の通気孔を備え、該通気孔に触媒を
担持してなる触媒担体と、正の抵抗温度係数を有する抵
抗発熱体を埋設したセラミックヒーターとを交互に積み
重ねて配置するとともに、上記セラミックヒーター同士
の間隔を２〜２０ｍｍとし、かつ前記セラミックヒータ
ーを並列に接続したことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明によれば、抵抗発熱体を埋設したセラミ
ックヒーターを用いて触媒担体を加熱するようにしたこ
とから、汚染空気が加熱されて導電物質が付着し、これ
らが堆積して送風通路と導通したとしても機器との絶縁
性を保つことができる。

【００１１】また、上記セラミックヒーターは正の抵抗
温度係数を有するとともに、２〜２０ｍｍの間隔で配置
し、かつ各セラミックヒーターを並列に接続してあるこ
とから、通気孔を通過する空気の流れを阻害することが
なく、また、空気の流れなどにより触媒担体に温度の不
均一が生じたとしても温度の低い側では、セラミックヒ
ーターの抵抗値が下がり通電電流を増大させて高温に発
熱させることができるとともに、温度の高い側では、セ
ラミックヒーターの抵抗値が大きくなり通電電流を減少
させることができるというように触媒担体を均一加熱し
て触媒を働かせることができるため、ムラのない脱臭作
用を得ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。

【００１３】図１は、本発明に係る脱臭装置１の一例を
示す斜視図で、直方体をしたハニカム基体４の通気孔５
に触媒（不図示）を担持した触媒担体２と、該触媒担体
２の上下面を覆う大きさを有する板状のセラミックヒー
ター６とを交互に積み重ねて配置するとともに、最上部
及び最下部にセラミックヒーター６が位置するように構
成したものであり、各セラミックヒーター６の端子部６
ａは上記触媒担体２の側面側より突出させてある。

【００１４】ここで、ハニカム基体４の材質としては、
窒化珪素、ジルコニア、アルミナ、コージライトなどの
セラミックスや焼結金属を用いることができる。かかる
ハニカム基体４の通気孔５の形状としては、図１に示す
四角格子状をしたもの以外に六角格子状、三角格子状、
あるいは円格子状等の種々の形状をしたものでも構わな
い。

【００１５】また、上記ハニカム基体４に担持させる触
媒としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジ
ウム（Ｒｈ）等の白金元素や、ニッケル（Ｎｉ）、コバ
ルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）等の遷移金
属元素などを用いることができ、これらの触媒を担持さ
せるには、上記金属元素を含む酸水溶液を通気孔５を含
むハニカム基体４の表面に含浸あるいは塗布したあと、
高温に加熱して担持させるか、あるいは上記金属元素を
表面がポーラス状をしたγ−アルミナを介して担持すれ
ば良い。

【００１６】さらに、本発明の触媒装置１に用いるセラ
ミックヒーター６は、図２に示すような正の抵抗温度係
数を有する抵抗発熱体６２をセラミック体６１の内部に
埋設したもので、図示していないが各セラミックヒータ
ー６は並列に接続してある。

【００１７】このように、正の抵抗温度係数を有するセ
ラミックヒーター６を用いることで、各触媒担体２に温
度の不均一が生じたとしても、温度の低い側ではセラミ
ックヒーター６の抵抗値が下がり通電電流を増大させて
高温に発熱させることができるとともに、温度の高い側
ではセラミックヒーター６の抵抗値が大きくなり通電電
流を減少させることができるというように触媒を働かせ
ることができる温度に触媒担体２を均一に加熱すること
ができるため、ムラのない脱臭作用を得ることができ
る。しかも、温度分布の異常な偏りがないため、ハニカ
ム基体４がセラミックスからなる場合において、熱衝撃
で亀裂を生じたり割れたりすることを防ぐことができ
る。

【００１８】また、本発明の触媒装置１によれば、抵抗
発熱体６２がセラミック体６１により完全に絶縁された
セラミックヒーター６を用い、このセラミックヒーター
６を各触媒担体２間に当接させて配置する構造としてあ
ることから、汚染空気が加熱されて導電性物質が付着し
たとしても絶縁性を保つことができるため、上記導電性
物質が堆積して送風通路と導通したとしても機器への漏
電の心配がない。

【００１９】さらに、セラミックヒーター６の端子部６
ａは、触媒担体２の側面側より突出させてあり、送風通
路の外側に配置できるようにしてあることから、汚染空
気が腐食性を有するものであってもセラミックヒーター
６の端子部６ａが腐食するのを防ぐことができる。

【００２０】なお、セラミックヒーター６を構成するセ
ラミック体６１としては、窒化珪素、サイアロン、アル
ミナ、窒化アルミニウムを用いることができ、また、こ
れらのセラミック体６１の内部に埋設する正の抵抗温度
係数を有する抵抗発熱体６２としては、タングステン
（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、レニウム（Ｒｅ）、及び
これらの合金、あるいはタングステンカーバイト（Ｗ
Ｃ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、二珪化モリブデン（Ｍｏ
Ｓｉ₂）等の周期律表第４ａ族、第５ａ族、第６ａ族元
素の炭化物、珪化物、窒化物等を用いれば良い。

【００２１】また、効率の良い脱臭作用を得るには、各
触媒担体２間に配置する板状のセラミックヒーター６の
間隔Ｌを２〜２０ｍｍとすることが必要である。

【００２２】即ち、各セラミックヒーター６の間隔Ｌが
２ｍｍよりも狭くなると、通気孔５を通過する空気の圧
力損失が大きくなりすぎるために、規定の風量（０．５
ｍ／ｓｅｃ以上）を流すことが難しくなるからであり、
逆に各セラミックヒーター６の間隔Ｌが２０ｍｍよりも
広くなると、触媒を働かせるのに必要な温度（２５０℃
以上）にハニカム基体４をムラなく加熱することができ
ないからである。

【００２３】次に、図１の脱臭装置１を温風発生器に備
えた模式図を図３に示す。

【００２４】１は脱臭装置、３０は送風通路、３１は吸
気ファン、３２は送風通路３０の切替え弁、３３は脱臭
装置１の温度を測定する熱電対、３４は制御部であり、
上記制御部３４は次の制御をするようにプログラムして
ある。

【００２５】ｉ）セラミックヒーター６への電源のＯ
Ｎ，ＯＦＦ ii）熱電対３３からの信号をもとに脱臭装置１が所定の
温度となるようにセラミックヒーター６への通電を調整
する。

【００２６】iii)吸気ファン３１への電源のＯＮ，ＯＦ
Ｆ iv）熱電対３３からの信号をもとに切替え弁３２の切替
えを行う。

【００２７】具体的には、まず、セラミックヒーター６
の電源をＯＮにして通電すると、送風通路３０を閉じる
ように切替え弁３２が作動するとともに、吸気ファン３
１の電源が入り、脱臭装置１の通気孔５に圧縮気体が強
制的に供給される。このように、通気孔５に強制的に圧
縮気体を供給することで、通気孔５間の熱伝達特性を高
めることができるとともに、セラミックヒーター６の抵
抗値が下がり通電電流を増大させて高温に発熱させるこ
とができるため、脱臭装置１を触媒の活性温度（２５０
℃以上）に加熱するまでの時間を短縮できる。

【００２８】しかるのち、脱臭装置１が所定の温度に加
熱されると、吸気ファン３１の電源を切るとともに、送
風通路３０を開口するように切替え弁３２が作動し、脱
臭装置１の通気孔５に汚染空気が供給され、脱臭を行う
ことができる。

【００２９】また、汚染空気の流れによって脱臭装置１
の温度が所定値より高くなったり、低くなったりする恐
れがあるが、制御部３４により脱臭装置１の温度が常に
所定値となるよう電圧を制御するようにないっているた
め、安定した脱臭作用を得ることができる。

【００３０】次に、本発明の他の実施形態を図４に説明
する。

【００３１】この触媒装置１０は、金属枠体１２の側面
より開口部に対して平行に板状のセラミックヒーター６
を２〜２０ｍｍの間隔Ｌで配置するとともに、セラミッ
クヒーター６と金属枠体１２とで囲まれる空間内にセラ
ミック球１３を最密に充填し、各セラミック球１３の隙
間を通気孔１４としたものであり、上記セラミックヒー
ター６と金属枠体１２とで囲まれる部位を触媒担体１１
としたものである。なお、図示していないが、金属枠体
１２の開口部には網などを設けてあり、セラミック球１
３がもれ出ないようにしてある。

【００３２】この触媒装置１０は金属枠体１２内に触媒
を担持したセラミック球１３を充填するだけでよく簡単
に製作できるとともに、汚染空気が通過する通気孔１４
の大きさをセラミック球１３の球径を適宜設定すること
で容易に調整することができる。しかも、図１に示す触
媒装置１と同様に、各セラミックヒーター６によって触
媒の活性温度まで触媒担体１１を均一に加熱することが
できるため、ムラのない脱臭作用を得ることができる。

【００３３】（実施例１）図１に示す脱臭装置１を用意
し、板状のセラミックヒーター６の間隔Ｌを適宜変化さ
せた時の通気孔５を通過する空気の温度と風量をそれぞ
れ測定する実験を行った。

【００３４】本実験で使用するハニカム基体４は、鉄粉
末を８０重量％、アルミニウム粉末を５重量％、クロム
粉末を１５重量％の範囲でそれぞれ調合し、これに有機
バインダーとしてメチルセルロースを５重量％添加混合
し、さらに潤滑材及び金属粉末の酸化防止剤としてオレ
イン酸を２重量％添加したあと、水を２０重量％加えて
混合することにより泥漿を作製した。そして、この泥漿
をドレイン機にて脱機したのち押出用ダイスを用いて四
角格子状の通気孔５を有するハニカム状の成形体を形成
したあと、水素雰囲気にて１３００℃の温度で焼成する
ことにより、焼結金属からなるハニカム基体４を製作し
た。なお、各ハニカム基体４における通気孔５の断面は
いずれも０．４ｍｍ×０．４ｍｍとした。

【００３５】そして、上記ハニカム基体４の表面にγ−
アルミナを塗布し、触媒として白金を担持させて触媒担
体２を得た。

【００３６】一方、セラミックヒーター６は、タングス
テンカーバイド粉末９０重量％と窒化珪素粉末１０重量
％に、アセトン及びバインダーを添加して振動ミルにて
２４時間混合したあと、アセトンを脱脂して電極用ペー
ストを作製した。そして、この金属ペーストを板状にプ
レス成形した窒化珪素からなる板状成形体に、スクリー
ン印刷機でもって印刷して抵抗回路を形成したあと、別
の窒化珪素からなる板状成形体を前記抵抗回路を被覆す
るように積層し、しかるのち、ホットプレスにより一体
的に焼成することにより抵抗発熱体６２を埋設したセラ
ミック板状体６１を製作した。そして、このセラミック
板状体６１の一方端に研削加工又は表面処理を施して抵
抗発熱体６２を露出させ、電極金具をメタライズ層を介
してロー付けしてセラミックヒーター６を製作した。

【００３７】なお、上記セラミックヒーター６の寸法
は、幅４０ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚み２ｍｍとした。

【００３８】そして、セラミックヒーター６同士の間隔
Ｌが１ｍｍ、２ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍと
なるように高さの異なる触媒担体２と上記セラミックヒ
ーター６とを交互に積み重ねて断面が８０ｍｍ×１００
ｍｍ、長さが４０ｍｍの触媒装置１を製作し、該触媒装
置１に０．１ｍ／ｓｅｃ、０．５ｍ／ｓｅｃ、１．５ｍ
／ｓｅｃ、３．０ｍ／ｓｅｃの空気を供給するととも
に、並列に接続した各セラミックヒーター６に通電して
触媒担体２を発熱させ、触媒装置１から５０ｍｍ離れた
箇所を流れる空気の温度と風量を熱電対で測定した。

【００３９】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００４０】

【表１】

【００４１】この結果、表１より判るように、セラミッ
クヒーター６の間隔Ｌが２ｍｍ未満では、通気孔５の圧
力損失が大きくなりすぎ、規定の風量である０．５ｍ／
ｓｅｃ以上の空気を流すことができなかった。

【００４２】また、セラミックヒーター６の間隔Ｌが２
０ｍｍより広くなると、ハニカム基体４における熱伝達
特性が悪くなるために、通気孔５を通過する空気の温度
を触媒を働かせるのに必要な２５０℃以上の温度に加熱
することができなかった。

【００４３】これに対し、セラミックヒーター６の間隔
Ｌを２〜２０ｍｍの範囲で設けたものでは、規定の風量
である０．５ｍ／ｓｅｃ以上の空気を流すことができる
とともに、通気孔５を通過する空気の温度を触媒を働か
せるのに必要な２５０℃以上の温度に加熱することがで
きた。

【００４４】その為、本発明の触媒装置１を用いれば、
ムラのない脱臭作用が得られることが判る。

【００４５】（実施例２）次に、図４に示す脱臭装置１
０を用意し、板状のセラミックヒーター６の間隔Ｌを適
宜変化させた時の通気孔１４を通過する空気の温度と風
量をそれぞれ測定する実験を行った。

【００４６】本実験で使用するセラミックヒーター６と
しては、実施例１と同様に窒化珪素からなるセラミック
ヒーター６を用い、このセラミックヒーター６を、断面
が８０ｍｍ×１００ｍｍ、長さが４０ｍｍのステンレス
からなる金属枠体１２に６ｍｍ、１２ｍｍ、２０ｍｍ、
２５ｍｍの一定間隔Ｌでそれぞれ配置するとともに、該
セラミックヒーター６と金属枠体１２とで構成される空
間に、白金（Ｐｔ）をγ−アルミナを介して担持した直
径４ｍｍのセラミック球１３を緻密に充填し、金属枠１
２の開口部を網で覆って触媒装置１０を製作した。

【００４７】そして、この触媒装置１０に、風速０．１
ｍ／ｓｅｃ、０．５ｍ／ｓｅｃ、１．５ｍ／ｓｅｃ、
３．０ｍ／ｓｅｃの空気を供給するとともに、並列に接
続したセラミックヒーター６に通電して触媒担体１１を
発熱させ、触媒装置１０から５０ｍｍ離れた箇所を流れ
る空気の温度と風量を熱電対で測定した。

【００４８】それぞれの結果は表２に示す通りである。

【００４９】

【表２】

【００５０】この結果、表２より判るように、セラミッ
クヒーター６の間隔Ｌが２ｍｍ未満では、通気孔１４の
圧力損失が大きいために規定の風量である０．５ｍ／ｓ
ｅｃ以上の空気を流すことができなかった。

【００５１】また、セラミックヒーター６の間隔Ｌが２
０ｍｍより広くなると、触媒担体１１における熱伝達特
性が悪くなるために、通気孔１４を通過する空気の温度
を触媒を働かせるのに必要な２５０℃以上の温度に加熱
することができなかった。

【００５２】これに対し、図４に示す触媒装置１０にお
いても、セラミックヒーター６の間隔Ｌを２〜２０ｍｍ
の範囲で設けることで、規定の風量である０．５ｍ／ｓ
ｅｃ以上の空気を流すことができるとともに、通気孔１
４を通過する空気の温度を触媒を働かせるのに必要な２
５０℃以上の温度に加熱することができた。

【００５３】その為、本発明の触媒装置１０を用いれ
ば、ムラのない脱臭作用が得られることが判る。

【００５４】このように、図１、４に示すいずれの触媒
措置１，１０においても、セラミックヒーター６の間隔
Ｌを２〜２０ｍｍとすれば、規定の風量を通過させるこ
とができるとともに、通気孔５、１４を通過する空気の
温度を触媒を働かせるのに必要な温度に加熱できた。

【００５５】従って、本発明の触媒装置を用いれば、ム
ラのない脱臭作用が得られることが判る。

【００５６】（実施例３）次に、実施例２で使用した脱
臭装置１０を触媒が働く温度（４００℃）まで加熱する
のに、図３のように圧縮気体を強制的に供給した時と、
圧縮気体を供給しない時の加熱時間について実験を行っ
た。

【００５７】結果は表３に示す通りである。

【００５８】この結果、圧縮気体を供給しない場合、所
定の温度に加熱するのに１時間以上を要したのに対し、
圧縮気体を強制的に供給するようにしたものでは、２０
分以内に所定の温度に加熱することができ、電源を入れ
てから触媒作用が得られるまでの時間を大幅に短縮でき
ることが判る。

【００５９】

【表３】

【００６０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、多数の
通気孔を備え、該通気孔に触媒を担持してなる触媒担体
と、正の抵抗温度係数を有する抵抗発熱体を埋設したセ
ラミックヒーターとを交互に積み重ねて配置するととも
に、上記セラミックヒーター同士の間隔を２〜２０ｍｍ
とし、かつ前記セラミックヒーターを並列に接続したこ
とにより、規定風量の空気を通過させることができると
ともに、通気孔を通過する空気の温度を触媒を働かせる
のに必要な温度に均一に加熱できるため、長期間にわた
りムラのない脱臭作用を得ることができる。しかも、汚
染空気が加熱されることにより生成する導電性物質が触
媒担体に付着、堆積したとしても、完全に絶縁されてい
ることから漏電の心配がなく、また、上記導電物質を焼
失できる温度に定期的に発熱させることで上記導電物質
を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る脱臭装置を示す斜視図である。

【図２】図１の脱臭装置に備えるセラミックヒーターの
一部を破断した斜視図である。

【図３】図１の脱臭装置１を温風発生器に備えた模式図
を図３に示す。

【図４】本発明に係る他の脱臭装置を示す斜視図であ
る。

【図５】従来の脱臭装置を示す斜視図である。

【符号の説明】

１，１０・・・脱臭装置２，１１・・・触媒担体４・・・セラミック基体５，１４・・・通気孔６・・・セラミックヒーター１２・・・金属枠体１３・・・セラミック球３０・・・送風通路３１・・・吸気ファン３２・・・切替え弁３３・・・熱電対３４・・・制御部６１・・・セラミック体６２・・・抵抗発熱体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の通気孔を備え、該通気孔に触媒を担
持してなる触媒担体と、正の抵抗温度係数を有する抵抗
発熱体を埋設したセラミックヒーターとを交互に積み重
ねて配置するとともに、上記セラミックヒーター同士の
間隔を２〜２０ｍｍとし、かつ前記セラミックヒーター
を並列に接続することを特徴とする脱臭装置。