JP2020203242A - 車載空気清浄機用フィルタユニット - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタ内のガス吸着剤が飛散することを防止し、ガス吸着剤の効率的な再生を可能とする車載空気清浄機用フィルタユニットを提供する。【解決手段】実施形態に係る車載空気清浄機用フィルタユニットは、ガス吸着剤を収容した直方体形状をなす複数のフィルタブロックと、前記フィルタブロックを対にして、前記フィルタブロック対の一端を互いに接合させるとともに他端を互いから離間させて保持し、前記フィルタブロック対の一端の側面および他端の側面に対応する面が開口し、一端の側面に対応する開口面が空気流出側となり、他端の側面に対応する開口面が空気流出側となる筐体とを備え、前記筐体は、中空部を挟む二重シェルで形成された断熱構造を有し、前記ガス吸着剤は、２種類以上を含み、そのうちの１種類が籾殻活性炭である。【選択図】 図１

Description

本発明は、車載空気清浄機用フィルタユニットに関する。

車載空気清浄機は、自動車の車室内の空気の質を保つために用いられている。

特許文献１に記載の発明は、車載の暖房、換気、空調（ＨＶＡＣ）システムの動作に関し、エネルギー負荷の減少を可能にし、キャビン内部の空気の質の改善をもたらすシステムを提供することを目的としている。この文献には、このような目的を達成するために、キャビン内の過剰な二酸化炭素を除去するために二酸化炭素収着剤を利用することにより、外部からの換気を要しないことが記載されている。また、二酸化炭素収着剤として、ゼオライトなどを用いることが記載されている。しかし、特許文献１では、車室内の水分の除去は考慮されていない。

特表２０１７−５２８３１６号公報

本発明は、フィルタ内のガス吸着剤が車両における振動や衝撃により飛散することを防止し、ガス吸着剤の効率的な再生を可能とする車載空気清浄機用フィルタユニットを提供することを目的とする。

実施形態に係る車載空気清浄機用フィルタユニットは、ガス吸着剤を収容した直方体形状をなす複数のフィルタブロックと、前記フィルタブロックを対にして、前記フィルタブロック対の一端を互いに接合させるとともに他端を互いから離間させて保持し、前記フィルタブロック対の一端の側面および他端の側面に対応する面が開口し、一端の側面に対応する開口面が空気流出側となり、他端の側面に対応する開口面が空気流出側となる筐体とを備え、前記筐体は、中空部を挟む二重シェルで形成された断熱構造を有し、前記ガス吸着剤は、２種類以上を含み、そのうちの１種類が籾殻活性炭である。

本発明によると、フィルタ内のガス吸着剤が車両における振動や衝撃により飛散することを防止し、ガス吸着剤の効率的な再生を可能とする車載空気清浄機用フィルタユニットが提供される。

実施形態に係る車載空気清浄機用フィルタユニットの一例を示す斜視図。 実施形態に係る車載空気清浄機用フィルタユニットの一例を示す断面図。 実施形態に係るフィルタブロックの一例を示す部分切開平面図。 実施形態に係るフィルタブロックの一例を示す部分切開平面図。 実施例に係るフィルタユニットを用いた通気実験での二酸化炭素濃度の変化を示すグラフ。 実施例に係るフィルタユニットを用いた通気実験での相対湿度の変化を示すグラフ。

以下、図面を参照しながら、実施形態に係る車載空気清浄機用フィルタユニットについて説明する。

図１は、実施形態に係る車載空気清浄機用フィルタユニットの一例を示す斜視図である。

図１に示す車載空気清浄機用フィルタユニット１は、筐体１１と、ガス吸着剤を収容した直方体形状をなす複数のフィルタブロック１２と、複数のフィルタブロック１２を２列に仕切る仕切り板１３とを備えている。

筐体１は、中空部を挟む二重シェルで形成された断熱構造を有している。このため、後述するように、加熱によるガス吸着剤１２４の再生時に、熱が筐体１１の外部に逃げるのを防ぐことができ、ガス吸着剤１２４の再生に要するエネルギーを低く抑えることができる。筐体１１は、例えば、合成樹脂からなる。合成樹脂としては、例えば、ポリカーボネート、ポリエステル、又はポリエチレンを使用することができる。比熱の大きい材料を使用することで、ガス吸着剤１２４の再生に要するエネルギーを低く抑えることができる。

フィルタブロック１２は、筐体１１と仕切り板１３とに挟まれ、筐体１１の内側に設置されている。フィルタブロック１２は、２つのフィルタブロック１２を対にして設置されている。図２に示すように、一対のフィルタブロック１２は、フィルタブロック１２同士の一端を互いに接合させ、他端を互いから離間させ、空気の流れに沿ってＶ字型に設置されている。図１および図２のいずれも、複数対のフィルタブロック１２を設けた場合を示している。前記筐体１１は、フィルタブロック対の一端の側面および他端の側面に対応する面が開口し、一端の側面に対応する開口面が空気流出側となり、他端の側面に対応する開口面が空気流出側となる。

図１は、車載空気清浄機用フィルタユニット１を、フィルタブロック１２同士の接合された一端が見えるように描いた斜視図である。フィルタユニット１は、車載空気清浄機として使用する際には、フィルタブロック１２を鉛直方向に立設させて水平方向に沿って並列した状態にしてもよいし、フィルタブロック１２を横設して鉛直方向に積層した状態にしてもよい。図２は使用時のフィルタユニット１の横断面を上方から見た場合に相当する。車載空気清浄機として使用する際には、複数対のフィルタブロック１２の互いに離間した端部に対応する筐体１１の空気流入側から車室内の空気が流入し、空気はフィルタブロック１２の厚みを斜め方向に通過し、複数対のフィルタブロック１２の互いに接合した端部に対応する筐体１１の空気流出側から外部へ空気が流出する。このような構造を有することで、低い通気抵抗を維持したまま、フィルタブロック１２と車室内空気との接触面積を大きくすることができる。

図１および図２に示したように、フィルタブロック対を複数有する場合、隣り合うフィルタブロック対の間にセパレータ部材を設けることが望ましい。セパレータ部材としては、くし歯状のプレート、接着ビード等を用いることができる。図２に示すように、一対のフィルタブロック１２は、空気の流れに沿ってＶ字型に設置されているので、空気の力によって外側に膨らむように変形する。こうした変形が大きくなると、最悪の場合には、空気が変形の少ない部分のみを流通するようになるおそれがある。これに対して、隣り合うフィルタブロック対の間にセパレータ部材を設けておくと、フィルタブロック１２の変形を抑制することができる。

図３は、実施形態に係るフィルタブロックの一例を示す部分切開図である。

図３に示すフィルタブロック１２は、枠体１２１と、ハニカム構造の隔壁１２２と、繊維質ろ材１２３と、ガス吸着剤１２４とを備えている。枠体１２１は、例えば、樹脂製である。樹脂としては、例えば、ポリカーボネート、ポリエステル等を使用することができる。隔壁１２２は、ハニカム構造を有し、枠体内を複数のセルに区画する。ガス吸着剤１２４は、ハニカム構造の隔壁１２２によって区画された複数のセル内に収容される。ガス吸着剤１２４は、２種類以上を含み、そのうちの１種類が後述する籾殻活性炭である。繊維質ろ材１２３は、枠体１２１の両面に設けられ、吸着剤１２４をハニカム構造の隔壁１２２によって区画された複数のセル内に保持する。繊維質ろ材１２３は、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、パルプ、ガラス等からなる。繊維質ろ材１２３の厚さは、０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。

図３では、ガス吸着剤１２４の充填スペースをハニカム構造の隔壁１２２によって区画された個々のセル内に制限して、ガス吸着剤１２４を隔壁１２２および繊維質ろ材１２３によって固定することができるので、車載時の振動によっても、ガス吸着剤１２４の飛散のリスクを抑制することができる。

図４に示すように、フィルタブロック１２は、ハニカム構造の隔壁１２２によって区画された複数のセルのうち枠体１２１に面するセルに吸着剤を収容せずに空気層を含ませ、空気層を含むセルの両面に非通気性のフィルム１２５を設けた断熱構造を有していてもよい。こうした断熱構造を併用すると、加熱によるガス吸着剤１２４の再生に要するエネルギーをさらに低く抑えることができる。

また、他の例として、フィルタブロックは、山型プリーツ状に加工されたシートの空洞部にガス吸着剤を収容した構造を有していてもよい。

次に、２種以上のガス吸着剤の組み合わせについて説明する。

たとえば、２種類以上のガス吸着剤は、籾殻活性炭と、微細セルロースとを含んでいてもよく、この場合、前記籾殻活性炭と、前記微細セルロースとの質量比率は１〜５：０．１〜２であることが好ましい。

２種類以上のガス吸着剤は、籾殻活性炭と、微細セルロースと、シリカゲル及びゼオライトとを含んでいてもよく、この場合、前記籾殻活性炭と、前記微細セルロースと、前記シリカゲル及びゼオライトとの質量比率は１〜５：０．１〜２：３〜８であることが好ましく、１〜３：１〜２：５〜８であることがより好ましい。

２種類以上のガス吸着剤は、籾殻活性炭と、微細セルロースと、高分子剤とを含んでいてもよく、この場合、前記籾殻活性炭と、前記微細セルロースと、前記高分子剤との質量比率は１〜５：０．１〜２：３〜８であることが好ましい。

前記２種類以上のガス吸着剤は、空気流入側から空気流出側にかけて、水分吸着量が高い順に積層されていることが好ましい。

従来の吸着剤では二酸化炭素を十分に吸着することができず、水分が優先的に吸着されるという課題があった。また、従来の二酸化炭素吸着剤の吸着能力を再生するには、高温に加熱する必要があった。さらに、従来の吸着剤では、加熱再生後、吸着したガスが再放出されるという課題もあった。

これに対して、本発明による２種類以上のガス吸着剤を用いれば、これらの問題を解消することができる。

籾殻活性炭の大きさは１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。微細セルロースは繊維状、あるいは、パウダー状であり、大きさは１０ｎｍ以上５ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。シリカゲルの粒径は０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。ゼオライトの粒径は０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。ガス吸着剤１２４の各成分がこのような範囲内の大きさを有することで、例えば、車両の走行による振動や衝撃により吸着剤が飛散することを防止することができる。

前記籾殻活性炭について説明する。籾殻活性炭とは、イネの籾殻に代表されるイネ科植物を処理することによって製造される多孔質アルミノケイ酸塩−炭素複合体をいう。籾殻活性炭を構成する多孔質アルミノケイ酸塩は、ゼオライトであることが好ましい。ゼオライトは、Ａ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト、又はＹ型ゼオライトであることが好ましい。

籾殻活性炭は、例えば、特開２０１８−０３０１２２号公報に記載された方法で製造することができる。この方法で製造した籾殻活性炭は、籾殻などの原料の形状を反映して、例えば、粒状や片状である。籾殻活性炭は、必要に応じて、砕いて顆粒又は粉末にしてもよい。籾殻活性炭に有機系接着剤及び無機系接着剤などの適当なバインダーを添加して、型に入れ、バインダーを硬化させ、種々な形状に成形してもよい。籾殻活性炭の形状は、例えば、ペレット状、ポーラスな円柱状、ブロック状、筒状、板状である。

実施形態に係るガス吸着剤は、車載空気清浄機として使用する際に、車室内の水分や二酸化炭素を吸着した後、加熱によって再生することができる。再生は、加熱した空気をガス吸着剤に供給することによって行われる。再生温度の範囲は、好ましくは５０〜９０℃であり、より好ましくは５０〜８０℃である。こうした温度範囲で再生を行えば、再生に必要となるエネルギーを抑制することができる。

以下、本発明の実施例を説明する。

（実施例１）
特開２０１８−０３０１２２号公報の実施例に記載された方法で製造された籾殻活性炭を用意した。該籾殻活性炭、長さが０．５ｍｍ〜５ｍｍの繊維状の微細セルロース、ゼオライト、シリカゲルをそれぞれ単独で用い、図３に示すようにハニカム格子構造の隔壁によって区画されたセル内にそれぞれのガス吸着剤を収容してフィルタブロックを作製し、さらに図１に示すフィルタユニットを作製した。

得られたフィルタユニットを組み込んだ車載空気清浄機によって以下の通気試験を行った。

まず、得られたフィルタユニットに対して５０℃の熱風を２分間通気した（再生）。次に、常温（２５℃）の空気を２分間通気し、水分及び二酸化炭素の吸着量を測定した。結果を表１に示す。

籾殻活性炭単独では、二酸化炭素吸着量は優位であるものの、水分吸着量は劣っている。微細セルロース単独では、二酸化炭素吸着量、水分吸着量ともに優れているものの、圧力損失が高い。ゼオライト単独またはシリカゲル単独では優位性が見いだせない。

表１からわかるように、水分吸着量はシリカゲル、ゼオライト、籾殻活性炭、微細セルロースの順に多くなっている。

そこで、空気流入側から、シリカゲル、ゼオライト、籾殻活性炭、及び微細セルロースの順になるように、これらを３：４：２：１の質量比率で、それぞれの間に不織布を挟み込んで積層構造として、図３に示すようにハニカム格子構造の隔壁によって区画されたセル内にそれぞれのガス吸着剤を収容してフィルタブロックを作製し、さらに図１に示すフィルタユニットを作製した。

得られたフィルタユニット（表１において積層構造と表示する）に対して、上述したように５０℃の熱風を２分間通気した後に常温（２５℃）の空気を２分間通気して、水分及び二酸化炭素の吸着量を測定した。結果を表１に併記する。

表１から、積層構造の吸着剤を用いた場合、５０℃での再生後に水分及び二酸化炭素を、低い圧力損失で吸着できている。

上記の予備実験を踏まえて、上述した積層構造のガス吸着剤を用いたフィルタユニット、及び籾殻活性炭単独を用いたフィルタユニットに対して、下記のように、より詳細な通気実験を行った。

フィルタユニットに対して二酸化炭素濃度５５００ｐｐｍ、相対湿度５５％の常温の空気を５分間通気した。次に、５０℃の空気を５分間通気して再生を行った。その後、再度、二酸化炭素濃度５５００ｐｐｍ、相対湿度５５％の常温の空気を通気し、空気流出側の二酸化炭素濃度及び相対湿度を測定し、これらの推移を記録した。図５に二酸化炭素濃度の変化を示す。図６に相対湿度の変化を示す。

図５及び図６からわかるように、積層構造のガス吸着剤を用いたフィルタユニットは、籾殻活性炭単独を用いたフィルタユニットに比べて、二酸化炭素吸着量及び水分吸着量のいずれも優れている。したがって、積層構造のガス吸着剤を用いたフィルタユニットは少ない質量で所望の二酸化炭素吸着量及び水分吸着量を達成することができるので、再生に要するエネルギーを低減することができる。

１…車載空気清浄機用フィルタユニット、１１…筐体、１２…フィルタブロック、１３…仕切り板、１２１…枠体、１２２…ハニカム構造の隔壁、１２３…繊維質ろ材、１２４…ガス吸着剤、１２５…フィルム。

Claims (10)

1. ガス吸着剤を収容した直方体形状をなす複数のフィルタブロックと、
   前記フィルタブロックを対にして、前記フィルタブロック対の一端を互いに接合させるとともに他端を互いから離間させて保持し、前記フィルタブロック対の一端の側面および他端の側面に対応する面が開口し、一端の側面に対応する開口面が空気流出側となり、他端の側面に対応する開口面が空気流出側となる筐体とを備え、
   前記筐体は、中空部を挟む二重シェルで形成された断熱構造を有し、
   前記ガス吸着剤は、２種類以上を含み、そのうちの１種類が籾殻活性炭である、
   車載空気清浄機用フィルタユニット。
2. 前記フィルタブロックは、矩形状の枠体と、前記枠体内を複数のセルに区画するハニカム格子構造の隔壁と、前記ハニカム格子構造の隔壁によって区画されたセル内に収容されたガス吸着剤と、前記枠体の両面に設けられ、前記吸着剤を前記ハニカム格子構造の隔壁によって区画されたセル内に保持する繊維質ろ材とを有する、請求項１に記載の車載空気清浄機用フィルタユニット。
3. 前記フィルタブロックは、山型プリーツ状に加工されたシートの空洞部にガス吸着剤を収容した構造を有する、請求項１に記載の車載空気清浄機用フィルタユニット。
4. 前記フィルタブロックは、前記ハニカム構造の隔壁によって区画されたセルのうち前記枠体に面するセルに前記吸着剤を収容せずに空気層を含ませ、前記空気層を含むセルの両面に非通気性のフィルムを設けた断熱構造を有する、請求項２に記載の車載空気清浄機用フィルタユニット。
5. 前記フィルタブロック対を複数有する場合に、隣り合うフィルタブロック対の間にセパレータ部材を設けた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の車載空気清浄機用フィルタユニット。
6. 前記２種類以上のガス吸着剤は、空気流入側から空気流出側にかけて、水分吸着量が高い順に積層されている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の車載空気清浄機用フィルタユニット。
7. 前記２種類以上のガス吸着剤は、籾殻活性炭と、微細セルロースとを含み、前記籾殻活性炭と、前記微細セルロースとの質量比率が１〜５：０．１〜２である請求項６に記載の車載空気清浄機用フィルタユニット。
8. 前記２種類以上のガス吸着剤は、籾殻活性炭と、微細セルロースと、シリカゲル及びゼオライトとを含み、前記籾殻活性炭と、前記微細セルロースと、前記シリカゲル及びゼオライトとの質量比率が１〜５：０．１〜２：３〜８である請求項６に記載の車載空気清浄機用フィルタユニット。
9. 前記２種類以上のガス吸着剤は、籾殻活性炭と、微細セルロースと、高分子剤とを含み、前記籾殻活性炭と、前記微細セルロースと、前記高分子剤との質量比率が１〜５：０．１〜２：３〜８である請求項６に記載の車載空気清浄機用フィルタユニット。
10. 空気流入側に空気分配機構としての多孔板を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の車載空気清浄機用フィルタユニット。