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釜石电机制作所与岩手县工业技术中心联合开发光触煤换气装置

产学研合作系列 2013年07月31日

最近，产学研联合开发在畜牧业发达的岩手县进行减少牛、猪、鸡的养殖场臭气和浮游菌的光触媒空气净化装置。光触媒活用了在金属表面直接喷涂氧化钛的“溶射”技术。基本技术与装置是由釜石电机制作所和岩手工业技术中心共同开发的。现在，双方正在努力扩大产学研网络，降低生产成本，提高性价比。

釜石电机制作所（岩手县釜石市，董事长佐藤一彦）主要进行电器、机械器具的修理、制作、溶射（在金属等表面用燃烧天然气融化材料并进行喷涂，完成表面处理的方法）加工、线圈制作等。该公司与岩手县工业技术中心（岩手县盛岗市，理事长阿部健）共同开发了通过溶射进行的光触媒加工的新技术，并使用该技术生产出新型空气净化装置推向市场。市场的主要对象是牛、猪、鸡等养殖场，可以通过该空气净化装置来消除场内的臭气和减少浮游菌。我们期待这项技术对家畜的养殖产生有利效果。

现在，开发小组中又加进了岩手大学的研究人员，形成产学研联合开发以氧化钛为主的复合粉末的阵式，有望推进光触媒皮膜的高效化，以及从理论上探明家畜养殖环境改善对家畜成长的影响。

1994年导入最新型溶射设备

釜石电机制作所成立于1949年，当时是作为原新日本制铁（现新日铁住金株式会社）釜石制铁所与日铁矿业株式会社釜石矿业所的协作公司。

光触媒装置SUNR Eco Clean

现有的光触媒制品是将氧化钛等光触媒与溶剂相混合涂在被加工材料表面。我们公司与岩手县工业技术中心共同开发的技术，是使用溶射技术在被加工材料表面直接形成“氧化钛皮膜”（图1）。因为没有混合溶剂，因此露在表面的只有氧化钛，能够发挥高抗菌和消臭的效果。

1994年本公司导入最新溶射设备时，公司的技术人员去岩手县工业技术中心参加人才培训，这成为两家公司合作的契机。当时，我们接受了中心的客座研究员，也是引领日本溶射技术的大阪大学接合科学研究所的大森明教授（现为名誉教授）关于溶射技术的指导。2002年初，大森教授推荐我们使用溶射技术进行光触媒加工，于是我们与岩手县工业技术中心合作进行这项技术的开发。用了不到两年的时间，我们开发成功这项技术，产品质量也趋于稳定。2004年2月，两家公司联合申请了技术（通过溶射法进行氧化钛固定的技术）专利。

叠放的氧化钛皮膜板

上述具有消臭、除菌功能的光触媒换气装置（图片1）的关键部分，是用多枚氧化钛皮膜板重叠组成的装置（图片2）。

图2是设有换气装置的养牛场示意图。在养牛场内装置通风管道，设置多个通风口，吸取臭气。通过鼓风机使臭气通过换气装置内的光触媒组合。再将减少了臭气和浮游菌的“干净”空气通过管道和放风口送到整个养牛场。像岩手县这样寒冷的地方，为了维持养殖场内的温度，冬天必须关闭窗子，因此，场内环境就变得恶劣。这个装置既可以保持室内温度，又能够降低臭气和粉尘量，可以想象将对寒冷地区的牲畜养殖有很大帮助。

光触媒组装

冬季牛犊呼吸疾患对策

开发换气装置的契机，是JA（日本农协）远野的会长来釜石电机制作所商谈时获得的，他问我们能不能“想办法消除堆肥中心的臭气”。

佐藤董事长去察看了规模等同体育馆大小的堆肥中心。并参观了有100坪左右（1坪约为3.306平米）的养牛场。听现场的工作人员说，最初“完全不知道该怎么办”。远野地区畜牧业发达，同时这里又是民间童话的景点，有很多游客前来参观，因此，如何消除养殖场散发出的臭气是该地区的重大课题。

不仅是这样。据相关人员说，冬天养牛场内的环境还与牛犊的呼吸疾患有很深的关系，养殖场主们对养殖场内的臭气非常烦恼。

冬天，在封闭的养牛场内，铺的底料等产生的粉尘及牛粪尿等产生的臭气等，会刺激牛的气管和肺粘膜，容易导致病原体侵入、附着和繁殖。出生后1至6个月的牛犊最容易罹患肺炎。最好的对策是从外面导入新鲜空气，但在冬天，这一地区室外温度达到零下20度。牛犊不耐寒冷，无法频繁换气。

于是，佐藤董事长就想尝试在不降低养牛场内温度的同时，减少氨水臭和浮游菌。这是2005年12月的事情。

“一般牛出生2月后体重才能长到65～70公斤，但是当公司试验性导入光触媒换气装置后，在牛舍中成长的牛犊大概40天左右就达到了这个体重。臭气和浮游物的对策好像对牛犊的成长也有有利效果，这对我们来说又是一个新的研究课题。”（佐藤）

这一开发工作被日本经济产业省选定为“新合作”项目后，2006年～2010年间进行了5年的共同研究。项目开发的面向养殖场的大型放置型装置，可以将鸡舍内浮游的大量微细羽毛通过换气装置，附着到光触媒板上。而养猪场臭气较强，需要更加强力的装置，也就是说需要根据牲畜的种类设计不同的装置式样。还有一个大型课题就是换气装置的成本。如果要在100坪左右的养牛场安置换气装置，一套要700～800万日元。这个价钱对饲养厂主来说还是太贵了。

现在，价格较低、易于搬运的小型装置，已经卖出约80台左右，用在各种公共设施中。

正式面向农林水产业推广

2011年度，日本农林水产省将该开发项目认定为“推进新农林水产政策使用技术开发事业（现场需要应对型研究）”，以“有空气净化功能（除臭、除菌）的畜舍用光触媒换气装置的开发和实用化”为课题继续进行研究开发。项目申请当时正值东日本大震灾发生后，东北新干线尚未通车，我们只好赶乘临时班机到东京，前去听取项目相关决定，这成为一项记忆尤深的项目开端。

这个项目中，以岩手县工业技术中心为管理部门，农林水产相关大学、试验研究机构等结成农工合作团队。目标有3个，①提高装置性能；②降低装置成本；③对家畜的效果验证以及理论解释。通过以光触媒粉末与牡蛎壳粉末复合粉末开发等，光触媒板的基本性能成功提高到原来的约2倍。另外，通过重新探讨装置构造，已经将成本减低到原来的一半，面向装置的普及取得重大成果。“通过试验畜舍得到的结果，已经确认，换气装置有降低臭气成分和粉尘量，减少浮游细菌数等改善畜舍环境的效果，同时也有利于减少家畜患病的比例，有利于家畜健康的效果（图3）。最后一年，我们将在试点农家进行设置，提升产品的整体性能。”（岩手县工业技术中心制造基盘技术第1部首席专门研究员桑岛孝幸）。