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【発明の名称】 油滴または微粒子含有臭気に関する脱臭装置および脱臭方法
【発明者】 【氏名】鈴木 崇

【氏名】石栗 幸博

【氏名】赤石 江位子
【要約】 【課題】

【構成】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電部と集電部からなる集塵ユニットの後段にオゾンを発生させる針状電極とプレート電極からなるプラズマ放電ユニットを配置し、さらにその後段オゾン分解を主目的とするマンガン含有触媒ユニット配置することを特徴とする臭気分解装置
【請求項２】
プレート電極の形状がハニカム状であることを特徴とする請求項１記載の臭気分解装置
【請求項３】
マンガン含有触媒ユニットに使用する触媒のマンガン含有量が触媒基準で10mass％以上95mass％以下であることを特徴とする請求項１記載の臭気分解装置
【請求項４】
プラズマ放電ユニットのプレート電極にチタニアを塗布したハニカム状電極を用いることを特徴とする請求項１記載の臭気分解装置
【請求項５】
プラズマ放電ユニットにおいて針状電極の先端側から臭気を導入することを特徴とする請求項１記載の臭気分解装置
【請求項６】
プラズマ放電ユニットにおいて針状電極に直流負電位、プレート電極に直流正電位を印加することを特徴とする請求項１記載の臭気分解装置
【請求項７】
荷電部と集電部からなる集塵ユニットの後段にオゾンを発生させる針状電極とプレート電極からなるプラズマ放電ユニットを配置し、さらにその後段オゾン分解を主目的とするマンガン含有触媒ユニット配置することを特徴とする臭気分解装置に処理対象ガス中に含まれる臭気物質を合計した濃度が0.05vol.ppm以上2000vol.ppm以下、１対の針状電極とプレート電極あたりの処理ガスの通気量が標準状態換算値で6L/分以上1000L/分以下であることを特徴とする臭気物質の分解方法
【請求項８】
マンガン含有触媒ユニットに使用する触媒のマンガン含有量が触媒基準で10mass％以上95mass％以下であることを特徴とする請求項７記載の臭気物質の分解方法
【請求項９】
プラズマ放電ユニットのプレート電極にチタニアを塗布したハニカム状電極を用いることを特徴とする請求項７記載の臭気物質の分解方法
【請求項１０】
プラズマ放電ユニットにおいて針状電極の先端側から臭気を導入することを特徴とする請求項７記載の臭気物質の分解方法
【請求項１１】
プラズマ放電ユニットにおいて針状電極に直流負電位、プレート電極に直流正電位を印加することを特徴とする請求項７記載の臭気物質の分解方法
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、悪臭を効率的に分解する装置およびそれを用いた臭気の分解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、揮発性化合物による大気環境への悪影響をはじめ、住環境での悪臭公害などの環境問題にも関心が広がりつつある。例えば悪臭についての苦情件数を見ると平成１３年度には約２３，０００件に達したとも言われている。特に、自動車修理工場や食堂業、食品加工業、マンションなどの集合住宅、畜産業などが悪臭発生源になるケースが顕在化しており、住宅地近傍で発生するこれらの悪臭を如何に低減するかが課題になってきている。悪臭物質は主に揮発性の有機化合物や無機化合物からなり、これらの揮発性物質を処理する技術として燃焼法（特許文献１）、吸着法（特許文献２）などが知られている。
【特許文献１】特開２００３−２９４２２２号
【特許文献２】特開平１１−７１５８４号
【０００３】
しかしながら、これらの悪臭分解装置は生産工場などへの設置を目的とした大型装置であり、中小サービス業者や個人住宅、集合住宅などにそのまま適応することは極めて困難であった。比較的小規模な脱臭技術として、電気集塵装置の技術を応用したものも知られるが（特許文献３）、公知の電気集塵装置では脱臭効率が不充分な面があり、実用上、脱臭能力が不足する問題点があった。
【特許文献３】特開２０００−５６３１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これまでに開示されている脱臭技術の殆どは、複数の吸着塔を備え、例えば吸着塔の圧力を交互に連続的に変動させ、片方の吸着塔で吸着工程を行っている間に、他方の吸着塔では脱着工程（吸着剤の再生）を行いながら揮発性有機化合物などの臭気物質を吸着除去する方法や、炉中で燃焼させ無臭化する方法などが知られ、大型の化学工場などで稼働している。
【０００５】
しかしながら、住宅地近傍にある中小サービス業等の事業者や個人経営の畜産業、集合住宅などから外部に発生する臭気対策に、化学プラントなどで使用する公知技術を適応することは困難であり、かかる問題を解決するためには小型かつ運転が容易な環境浄化用脱臭装置の技術開発が待たれている。この技術の開発によって中小事業者に環境浄化用脱臭装置が普及することにより、その多くが住宅地近傍にある中小サービス業等の事業者や個人経営の畜産業、集合住宅からの臭気発生が減少し、住環境の改善が期待できると考えられる。
【０００６】
すなわち、本発明の目的は、小型かつ簡便に揮発性化合物等の臭気物質を実質的に殆ど低減するための脱臭装置およびそれを用いた臭気物質の分解方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで本発明者らは、小型、軽量かつランニングコストが低い臭気分解装置とそれを用いた臭気分解方法を鋭意研究開発した結果、荷電部と集塵部からなる集塵ユニットで粉塵、煙状物質などの微粒子物質を除去後、針状電極とプレート電極からなるプラズマ放電ユニットでオゾン、放電により分解した易分解性物質および光触媒存在下で臭気物質を効率的に分解し、さらに、プラズマ放電ユニットの下流側にマンガンを含む無機酸化物触媒を配置することでき、プラズマ放電ユニットで生成した過剰オゾンおよびプラズマ放電ユニットで臭気物質の分解が不充分もしくは変性を起こした臭気物質をほぼ完全に除去、捕捉し、高効率かつ安全性が極めて高い脱臭装置が得られる。
【０００８】
該装置に0.05vol.ppm以上〜2000vol.ppm以下の臭気物質を含む処理対象ガスをプラズマ放電ユニットにおける１対の電極あたり標準状態換算で6L/分以上〜1000L/分以下で通気すると効率的に臭気物質を除去出来る。この脱臭装置および該装置を用いた脱臭方法によれば室温にて幅広い濃度の臭気（処理ガス）を無臭化することができることを見出し本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の技術解決手段は（１）荷電部と集電部からなる集塵ユニットの後段にオゾンを発生させる針状電極とプレート電極からなるプラズマ放電ユニットを配置し、さらにその後段オゾン分解を主目的とするマンガン含有触媒ユニット配置することを特徴とする臭気分解装置であり、（２）プレート電極の形状がハニカム状であることを特徴とする（１）記載の臭気分解装置であり、（３）マンガン含有触媒ユニットに使用する触媒のマンガン含有量が触媒基準で10mass％以上〜95mass％以下であることを特徴とする（１）記載の臭気分解装置であり、（４）プラズマ放電ユニットのプレート電極にチタニアを塗布したハニカム状電極を用いることを特徴とする（１）記載の臭気分解装置であり、（５）プラズマ放電ユニットにおいて針状電極の先端側から臭気を導入することを特徴とする（１）記載の臭気分解装置であり、（６）プラズマ放電ユニットにおいて針状電極に直流負電位、プレート電極に直流正電位を印加することを特徴とする（１）記載の臭気分解装置であり、（７）荷電部と集電部からなる集塵ユニットの後段にオゾンを発生させる針状電極とプレート電極からなるプラズマ放電ユニットを配置し、さらにその後段オゾン分解を主目的とするマンガン含有触媒ユニット配置することを特徴とする臭気分解装置に処理対象ガス中に含まれる臭気物質を合計した濃度が0.05vol.ppm以上〜2000vol.ppm以下、１対の針状電極とプレート電極あたりの処理ガスの通気量が標準状態換算値で6L/分以上〜1000L/分以下であることを特徴とする臭気物質の分解方法であり、（８）マンガン含有触媒ユニットに使用する触媒のマンガン含有量が触媒基準で10mass％以上〜95mass％以下であることを特徴とする（７）記載の臭気物質の分解方法であり、（９）プラズマ放電ユニットのプレート電極にチタニアを塗布したハニカム状電極を用いることを特徴とする（７）記載の臭気物質の分解方法であり、（１０）プラズマ放電ユニットにおいて針状電極の先端側から臭気を導入することを特徴とする（７）記載の臭気物質の分解方法であり、（１１）プラズマ放電ユニットにおいて針状電極に直流負電位、プレート電極に直流正電位を印加することを特徴とする（７）記載の臭気物質の分解方法である。
【発明の効果】
【００１０】
以上、本発明によれば中小のサービス業等の事業者や個人経営の畜産業、集合住宅からの臭気を低減することができ、環境の著しい改善が期待できる。
【実施例】
【００１１】
以下に本発明の詳細を実施例により示すが、本発明の技術内容を具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００１２】
（脱臭装置）
（装置の構成）
脱臭装置は図１に示すように、大きく分けて臭気（処理対象ガス）の導入口から（イ）集塵ユニット（ロ）プラズマ放電ユニット、（ハ）後処理工程、（ニ）排風機の順に配置される。
【００１３】
（各構成の役割）
(イ)集塵ユニット
臭気（処理対象ガス）はまず集塵ユニットに導かれる。臭気中に含まれる粉塵、煙状物質、油煙状物質、金属粉などの微粒子物質は荷電部で帯電された後、集塵部で捕捉・除去される。
【００１４】
（ロ）プラズマ放電ユニット
集塵ユニットで微粒子物質が除去されたのち、このユニットでは、臭気物質がコールドプラズマ存在下で荷電粒子等と衝突して易分解性の物質に分解したり、プラズマ放電により生成するオゾン(O3)と反応して分解する。また、易分解性物質がさらにオゾンと反応して分解する。光触媒が存在する場合には、放電により生じた紫外線によりこれらの反応がより効率的に進行する。
【００１５】
（ハ）後処理工程
前出のプラズマ放電ユニットで臭気物質はほぼ完全に分解し無臭化されるが、分解反応に関わらなかった余剰のオゾンや一部未分解もしくは変性した臭気物質をマンガンを含有せしめた無機酸化物触媒を備えた後処理工程でよりほぼ完全に分解もしくは捕捉させる。
【００１６】
（ニ）排風機
排風機は公知の排風機を好ましく使用することができる。排風機としてはシロッコファン、ターボファンなどを好ましく使用できる。また、吸引機を併設することを妨げない。
【００１７】
（各構成の詳細）
（イ）集塵ユニット
集塵ユニットは荷電部と集塵部からなり、荷電部では2kV以上〜22kV以下の直流電圧を針状電極が正電位、プレート電極が負電位となるよう印加し、油滴や微粒子を荷電させ荷電部の後段にある集塵部での集塵を効率的に行う役割を持つ。荷電部における直流電圧（印加電圧）は2kV以上〜22kV以下が好ましく、3kV以上〜18kV以下がより好ましく、4kV以上〜12kV以下が最も好ましい。荷電部の後段に位置する集塵部では油滴や微粒子等の荷電粒子を除去する役割を持つ。集塵部では電源を設置し印加電圧を与えなくても集塵することが出来るが、針状電極とプレート電極を配置し、針状電極が正電位、プレート電極が負電位となるように直流電圧を印加すると集塵効果が高まる。

（イ）
プラズマ放電ユニット
（好適な電極数）
プラズマ放電ユニットでは針状電極とプレート電極からなる電極の集合体を１若しくは２以上使用される。１つの集合体を構成する電極数は80対以上〜2000対以下であり、85対以上〜1500対以下が好ましく、90対以上〜750対以下がより好ましく、95対以上〜150対以下が最も好ましい。この範囲未満では取り扱う臭気（処理ガス）の風量が小さくなり不経済となる。またこの範囲を超過した場合にはプラズマ放電が不均一になる傾向が見られる等のため好ましくない。
【００１８】
（印加電圧の値および極性）
電極には直流電圧を印加し、針状電極に負電位、プレート電極には正電位を印加する。これは、針状電極に負電位、プレート電極に正電位を印加することにより、チタニアのバンドギャップに相当する波長を含む紫外線が電極間に選択的に発生する傾向が高くなる。このように、本発明は、電極に直接塗布したチタニア（光触媒機能を示す）をバンドギャップに相当する波長を含む紫外線を放電により発生させ、ブラックライトなどの紫外線発生用デバイスを省略できる特徴を有している。従って、上述と逆の極性の直流を印加した場合には分解率は低下する傾向が見られる。交流を印加した場合には逆の極性の直流（針状電極に直流の正電位、プレート電極に直流の負電位を印加）に比べて幾分改善されるが、針状電極に直流の負電位、プレート電極に直流の正電位を印加した場合に比べて臭気物質の分解率は及ばない。
【００１９】
直流の印加電圧は8kV以上〜50kV以下が好ましく、10kV以上〜30kVがより好ましく、12kV以上〜20kV以下がさらに好ましく12kV以上〜17kV以下が最も好ましい。上限値は特に限定されるものではないが、電源が大型化することなどの実用的な観点から50kV程度が上限値と考えられる。
【００２０】
（電極の材質および形状）
電極の材質はプレート電極に関してはステレンス鋼板、真鍮、青銅、アルミニウム、アルミ銅などを好ましく使用できるが、電極の洗浄がしやすいことを考えるとステンレス鋼板が最も好ましい。針状電極の材質に関しては、タングステン、ステンレス鋼が好ましく、タングステンが最も好ましい。針状電極の形状は円柱状、ネジ状、螺旋状、角柱状、三角柱状、刃状など様々な形状を好ましく使用できるが円柱状、角柱状がより好ましく、円柱状が最も好ましい。プレート電極の形状は平板状、ハニカム状、波板状など様々な形態を採用できるが、平板状およびハニカム状が好適である。プラズマ放電ユニットでのオゾン量を増加させることを狙う場合にはハニカム状が好ましい。
【００２１】
円柱状の場合の直径、角柱状では対角線の長辺の長さは0.6mm以上〜3.3mm以下が好ましく、0.7mm以上〜2.5mm以下がより好ましく、0.7mm以上〜1.2mm以下がさらに好ましく0.7mm以上〜1.0mm以下が最も好ましい。これ未満では、針状電極の摩耗が進行しやすくなる傾向が考えられる。これを超過した場合、材質の経費が嵩むため技術的な意味が希薄となる傾向がある。
【００２２】
（プレート電極へのチタニアの塗布条件および塗布量）
プレート電極にチタニアを塗布する目的は放電により発生する紫外線を有効利用し臭気物質の分解促進効果や、電極の汚れ防止にある。本発明の装置ではプレート電極にチタニアを塗布しない場合でも所望の脱臭効果は得られるが、臭気濃度、臭気中の油滴や微粒子分の量などによりチタニアを塗布することにより、脱臭効率の向上が期待できる。チタニアの塗布の要否は対象臭気と除去率、経済性などを加味して判断することが望ましい。
【００２３】
チタニア塗布に当たってはチタニアの前駆体であるチタニウムアルコキシドを含む溶液をプレート電極に塗布したあと、140℃以上〜340℃以下の温度で1時間以上焼き付けることが好ましく、150℃以上〜330℃以下がより好ましく、160℃以上〜300℃以下がさらに好ましく、170℃以上〜280℃以下が最も好ましい。塗布方法については、公知の方法を好ましく使用でき、生産規模などに応じて好ましい形式を選択すればよい。
【００２４】
なお、チタニアを担時する方法として、蒸着法、スパッタ法なども知られている。これらの方法を用いても性能的には問題はないが、コストが嵩むため、中小規模の事業用途には適さない。
【００２５】
プレート電極へのチタニアの塗布量は、TiO2換算で1g/m2以上150g/m2以下が好ましく、10g/m2以上〜130g/m2以下がより好ましく、25g/m2以上〜110g/m2以下が好ましく、40g/m2以上〜100g/m2以下が最も好ましい。この範囲未満では、触媒活性が不足するおそれがあり、逆に範囲を超過しても活性は飽和し、結果的にコストが嵩む割に効果が飽和するなど技術的な優位性が少なくなるため好ましくない。
【００２６】
ハニカム電極に担時されるチタニアの無機化学的な形状は特に限定されない。例えば、チタニアが結晶質の場合にはアナタース(anatase)型およびルチル(rutile)型を好ましく使用できる。脱臭効率の面からでは、アナタース型が優れるため好ましいが、コストなどを勘案し各種無機化学的な形状を選択すればよい。
【００２７】
（ロ）後処理工程
後処理工程では無機酸化物とマンガン化合物を含む触媒を用いる。この工程では、前段の工程（イ）で生じたオゾンの内、臭気物質をほぼ完全に分解したのち残存しているオゾンや臭気物質が未分解、変性した場合にこれらを含めて分解、捕捉する役割を示すものである。
【００２８】
後処理工程で用いる触媒の形状は中空の角柱状、円柱状、三角柱状、紡錘状、などを好ましく使用でき、角柱状が最も好ましい。中空の形状は円形、三角形、四角形、六角形、など様々な形状を好ましく使用できるが、四角形、六角形が好ましい。無機酸化物に用いることができる素材は、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカ、シリカアルミナ、ハイシリカゼオライト、セリア、イットリア、マグネシア、バリアの他、クリノプチロライト、セピオライト、フォージャサイトなどの無機物、ZSM-5、MCM-41などのような合成ゼオライトなどを好ましく使用することができる。ゼオライト類に関しては適宜、脱アルミや各種金属イオンとイオン交換して使用することを妨げない。
【００２９】
上記無機酸化物の中ではアルミナ、シリカアルミナ、セピオライト、クリノプチロライトが好ましく、アルミナ、シリカアルミナ、セピオライトがより好ましく、セピオライトが最も好ましい。これらを１種または２種以上適宜選択して使用することができる。また、これらの素材の他に、成型剤、離型剤として各種無機および有機化合物の添加を妨げない。
【００３０】
マンガン化合物の含有量は触媒基準でMnとして10mass％以上〜95mass％以下が好ましく、30mass％以上〜90mass％以下がより好ましく、45mass％以上〜85mass％以下がさらに好ましく55mass％以上〜80mass％以下が最も好ましい。この範囲未満ではオゾン除去性能が不足する傾向が見られ、この範囲を超過すると上述の無機酸化物の含有量が少なくなり、比表面積や機械的強度の低下等を招く虞がある。その結果としてオゾン除去性能の低下につながる傾向があり好ましくない。
【００３１】
（ハ）排風機
排風機は公知の排風機を好ましく使用することができる。また、アスピレーターや、減圧ポンプなどを排風機として使用することを妨げない。吸気容量に関し、特に制限はないが0.03m3(標準状態換算値、以下、stpと略す)/分以上〜1000m3(stp)/分以下が現実的な範囲と考えることができる。
【００３２】
（脱臭方法）
（臭気の通気）
プラズマ放電ユニットにハニカム状電極を使用する場合には、針状電極の反対側から針状電極に向かって通気することが好ましい（説明の都合上この方向を順方向と呼び、これとは逆の方向を逆方向と呼ぶ））。針電極側から通気した場合であったも、充分な脱臭効果は得られるが、順方向にすることによって臭気物質の分解量、分解率がさらに向上するため、より省スペース、省電力の特徴を活かした装置設計が可能になるため好ましい。
【００３３】
順方向で通気すると悪臭物質の分解率が向上する原因について、現時点では明確になっていない面もあるが、発明者らは、針状と六角形中空状電極のような針対プレート電極の間で生ずるイオン風などにより、針状電極の反対側から針状電極に向かって（順方向）通気すること臭気分子が高速電子とより効率的に衝突したり、オゾンなどの活性酸素種との接触効率が高まるためではないかと推定している。
【００３４】
（プラズマ放電ユニットでの電極一対当たりの臭気通気量）
電極一対あたりの通気量は6L(stp)/分以上〜1000L(stp)/分以下が好ましく、10L(stp)/分以上〜1000L(stp)/分以下がより好ましく、300L(stp)/分以上〜800L(stp)/分以下がさらに好ましく、400L(stp)/分以上〜700L(stp)/分以下が最も好ましい。
【００３５】
この範囲未満では、分解率などには問題は起こらないが、時間あたりの処理風量が少なくなるため不経済となり技術的な意味は希薄になる。逆にこの範囲を超過した場合には、排風機系等の回転機のサイズが大きくなりすぎるため、本発明の中小規模事業者や個人事業者を対象とする装置としては不向きとなり、技術的な優位性が希薄となる場合もあり好ましくない。
【００３６】
（対象とする臭気物質）
対象の臭気物質はアンモニア、メチルメルカプタン、硫化水素、硫化メチル、ニ硫化メチル、トリメチルアミン、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ノルマルブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、ノルマルバレルアルデヒド、イソバレルアルデヒド、イソブタノール、酢酸エチル、メチルイソブチルケトン、トルエン、スチレン、キシレン、プロピオン酸、ノルマル酪酸、ノルマル吉草酸、イソ吉草酸などのほか、酢酸などの脂肪酸類、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、バレルアルデヒドなどのアルデヒド類、ブタノール、プロパノール、エタノール、メタノールなどのアルコール類、酢酸エチル等のエステル類、ベンゼン、トルエン、スチレンン、キシレンなどの芳香族類、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等のアルカン類、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素類、プロペン、ブテン、ペンテン、アレン、ブタジエン、ペンタジエンなどのアルケン、ジエン、アレン等の炭化水素類、メルカプタン類などの臭気物質などを好ましく処理することが出来る。
【００３７】
（臭気に含まれる臭気物質の濃度）
取り扱うことが出来る臭気（処理対象ガス）は、これら臭気物質単独を含有していても良いし、２種以上臭気物質を含有していても良い。臭気（処理対象ガス）中の臭気物質単独成分の濃度または２種以上の臭気物質を含む場合には、臭気成分を合計した濃度は、0.05vol.ppm以上〜2000vol.ppm以下が好ましく、0.1vol.ppm以上〜1250vol.ppm以下がより好ましく、0.1vol.ppm以上〜800vol.ppm以下がさらに好ましく、0.3vol.ppm以上〜300vol.ppm以下が最も好ましい。この範囲の上限値を超過した場合には、処理量にもよるが下流側に臭気物質の一部が溢出する可能性が高くなる。技術的に見て下限値に制限はないが、実質的な下限値は0.05vol.ppm程度と考えられる。臭気（処理対象ガス）の温度は特に限定されないが、通常の屋外若しくは事業所（工場等）建家の環境温度で好ましく使用できる。目安として強いて挙げるとすれば-10℃以上450℃以下が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、食堂業を含むサービス業、個人住宅、畜産業、自動車部品製造業、印刷業など多岐にわたっている悪臭の発生源で利用することにより、悪臭公害を排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】脱臭装置の概略構成を示す図である。
【出願人】 【識別番号】５９１０３２７０３
【氏名又は名称】群馬県
【識別番号】５０３１５９４５０
【氏名又は名称】シンコー技研株式会社
【出願日】 平成１８年９月１日（２００６．９．１）
【代理人】
【公開番号】 特開２００８−５５０２０（Ｐ２００８−５５０２０Ａ）
【公開日】 平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【出願番号】 特願２００６−２３７２７１（Ｐ２００６−２３７２７１）