JP4931836B2 - 空気清浄用フィルタ及びこれを用いた空気清浄器 - Google Patents
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Description
かかるフィルタでは空気中のNOXは光触媒反応によりNO2、更には硝酸(HNO3)まで酸化される。このとき活性炭はNO2の一時的な吸蔵場所として働きNO2の脱離を抑制していると考えられている。詳しくは大気汚染防止に関する総合研究34−1〜15(平成7年度)を参照されたい。
更には、光触媒と活性炭が混在していると、活性炭で捕捉されたNO2が拡散して光触媒上に硝酸(HNO3)を生成するため、これにより光触媒が浸食され、フィルタの劣化を早めるおそれがあった。
即ち、光触媒が配置される第一の領域と吸着剤が配置される第二の領域を有する空気清浄用フィルタであって、前記第一の領域と第二の領域が実質的に連続している、ことを特徴とする空気清浄用フィルタである。
換言すれば、光触媒と吸着材とを分離してかつそれらを相互に実質的に連続させる構成の空気清浄用フィルタである。
光触媒は単独で使用してもよく、また、貴金属触媒等の光触媒反応を促進する補助触媒とともに複合触媒として用いることもできる。貴金属触媒としては、例えばパラジウムが挙げられる。
吸着剤には、光触媒で酸化された有害物質を吸着若しくは吸蔵できるものであれば、一般的なものを利用でき、例えば活性炭を用いることができる。
パラジウムの配合重量割合は0.2〜1.5重量%とすることが好ましく、更に好ましくは0.25〜1.0重量%である。なお、酸化チタンにはアナターゼ型で粒径が小さく、比表面積の大きいタイプを使用することが好ましい。
(形態1)
図1はこの発明のフィルタの第1の形態を示す斜視図である。この形態のフィルタ1は酸化チタン層3と活性炭層5とを積み重ねた構成である。フィルタリングされる空気はフィルタ1の厚み方向、即ち酸化チタン層3に対して垂直方向へ通過する。従って、酸化チタン層3と活性炭層5とはそれぞれ通気性を有する。紫外線は酸化チタン層3に対してのみ照射される。
かかる構成のフィルタ1によれば、空気中の窒素酸化物は直接酸化チタン層に捕捉され、若しくは活性炭に捕捉された後に酸化チタン層へ移行して当該酸化チタン層においてその光触媒反応により酸化される。また、活性炭層5は二酸化窒素の一時的な吸蔵場所として機能すると考えられる。なお、この反応機構は既述の文献を参考されたい。
なお、空気を酸化チタン層3と平行に流通させても良い。
通気性を有する活性炭層5として、活性炭の繊維からなる不織布、紙などを用いることができる。
通気性の有する酸化チタン層3としては不織布、紙、多孔質のアルミナ又はゼオライトに酸化チタンを担持させる構成でも良い。
第2の形態のフィルタは第1の形態のフィルタから活性炭層5の通気性の要件が削除される。従って、空気は酸化チタン層3対して平行に流通される。
通気性の要求されない活性炭層5としては、上記の例の他に活性炭の粉末をバインダで固めたものなどがある。
かかる第2の形態のフィルタの作用は、第1の形態のそれと同じである。
第3の形態のフィルタは第2の形態のフィルタから更に酸化チタン層3の通気性の要件が削除される。従って、空気は酸化チタン層3に対して平行に流通される。
通気性の要求されない酸化チタン層として、上記の例の他に酸化チタンの粉末をバインダで固めたものなどがある。
かかる構成のフィルタでは、空気中の窒素酸化物は酸化チタン層3の光触媒に直接捕捉されそこで酸化される。このとき、酸化生成された二酸化窒素の一部は活性炭層5へ移送されてこれに一時的に吸蔵されると考えられる。
第4の形態のフィルタ11を図2に示す。
このフィルタ11の構成は第1〜3の形態のフィルタに基体17を積層したものである。基体17の材質はフィルタに保形性、即ちこしを付与することができれば特に限定されない。例えば軽量であるという見地からアルミニウムの薄板を用いることができる。空気をフィルタ11に対して垂直方向に流通させる場合は通気性を備えるものとする。この場合には、基体を段ボール状やハニカム状とする。
第4の形態のフィルタの変形態様(フィルタ21)が図3に示されている。なお、図2と同一の部材には同一の符号を付してある。このフィルタ21では基板17の上下面に活性炭層5及び酸化チタン層3が積層されている。
かかるフィルタの作用は第1〜3の形態のそれらと同様である。
第5の形態のフィルタ31を図4に示す。
図3の構成のフィルタを細長くしてなるフィルタエレメント33を複数準備し、それらを相互に間隔をあけてフィルタの幅方向(図面において左右方向)に積層してこの形態のフィルタ31は構成される。従って、空気はフィルタエレメント33とフィルタエレメント33との間の空隙35をフィルタ31の厚さ方向に流通する。なお、各フィルタエレメント33は枠体37で機械的に保持されている。
かかるフィルタの作用も第1〜3の形態のフィルタと同様である。
第6の形態のフィルタの要点が図5に示される。
この形態のフィルタは酸化チタン層5の代わりに酸化チタン−パラジウム複合触媒層45を用いる。他の要素は第1〜5の形態のフィルタと同様である。換言すれば、第1〜5の形態のフィルタの酸化チタン層5を酸化チタン−パラジウム複合触媒層45に交換したものである。
この複合触媒層45ではその表面に酸化チタン46の粒子が配列し、パラジウム47の粒子は層の内側に隠れている。パラジウム47の粒子はこれ自体が黒色であり酸化チタンに対する光を遮蔽するので、かかる構成を採用することにより、照射される光の利用効率を何ら低下することなく、複合触媒の性能をそのまま利用できることとなる。
光源は光触媒を活性化するものであれば特に限定されない。酸化チタンを光触媒とする場合には紫外線ランプが用いられる。フィルタにおける光触媒が配置される領域の全部に光が届くように光源は配置されることが望ましい。
この実験は次のようにして行われた。即ち、図6に示すように、容積が144リットルの容器50へボンベ51からNOを吹き込んで容器内のNOの濃度をほぼ0.6ppmとする。容器50内には角筒形の通風路53が設けられ、この通風路53内には、図中→で示すように、一定の空気の流れが攪拌ファン54によって起こされている。図中の符号55はNOX計である。
そして、実施例(A)では活性炭繊維からなるフェルト(1.44g)をシャーレ56に敷き詰めておいた後、1.76gの酸化チタンをエタノールへ均一に分散して当該活性炭のフェルトの上に流し込み、エタノールを90℃で加熱蒸発させて活性炭フェルト(下側の層)と酸化チタンの粉末層(上側の層とからなる2層構造を得た。
一方、比較例(a)では、1.0gの酸化チタンをエタノールへ均一に分散してシャーレ56へ流し込み、その後エタノールを90℃で加熱蒸発させて酸化チタンの粉末のみからなる層をシャーレ56に形成した。
比較例(b)では1.0gの酸化チタンと0.5gの活性炭をエタノールへ均一に分散してシャーレ56へ流し込み、その後エタノールを90℃で加熱蒸発させて酸化チタンと活性炭との混合粉末からなる層をシャーレ56に形成した。
図7より、実施例(A)によれば、NOの酸化分解能を維持しつつNO2の脱離を充分小さくできることがわかる。
比較例(b)では、NOの分解能が不十分である。これは、酸化チタンに照射されるべき紫外線が活性炭によって遮蔽され、酸化チタンに充分な紫外線が供給されないためであると考えられる。
図8の結果からファン54を回転させてシャーレ56の酸化チタン粉末層へ風圧をかけるだけで、酸化チタンからNO2が脱離することがわかった。
図9の(ア)は既述の比較例(a)に相当するシャーレ56(酸化チタンのみの粉末で層が形成されている)の風下に近接して活性炭の粉末(0.5g)を敷き詰めた第2のシャーレ74を配置した。この第2のシャーレ74の内径は10cmである。
図9の(イ)では、シャーレ56の風下に近接して活性炭のフェルト75(1.73g)を配置した。このフェルト75は空気の流れに対して垂直方向に配置されている。
図10において、(a)と(A)のカーブは既述の比較例(a)と実施例(A)の結果である。図中の(ア)のカーブは図9の(ア)の構成を採ったときの結果である。同様に(イ)のカーブは図中の(イ)の構成を採ったときの結果である。
特に、実施例(イ)では、実施例(A)に比べて、NOの分解能及びNO2の非脱離機能においてともに優れていることがわかる。
(1) 光触媒が配置される第一の領域と吸着剤が配置される第二の領域を有する空気清浄用フィルタであって、
前記第一の領域と前記第二の領域とが実質的に分離しており、前者が後者の風上に位置する、ことを特徴とする空気清浄用フィルタ。
(2) 前記光触媒は酸化チタンを含んでなり、前記吸着剤は活性炭を含んでなる、ことを特徴とする(1)に記載の空気清浄用フィルタ。
(3) 前記光触媒は酸化チタン及びパラジウムの複合触媒からなり、前記吸着剤は活性炭からなる、ことを特徴とする(1)に記載の空気清浄用フィルタ。
(4) 酸化チタンから二酸化窒素を脱離させる方法であって、前記酸化チタンへ風圧をかけること、を特徴とする酸化チタンから二酸化窒素を脱離させる方法。
なお、今回本発明者らは、さほど大きな物理的な力をかけなくても、酸化チタンから二酸化窒素を脱離できることを見いだした。
(5)光触媒が配置される第一の領域、吸着剤が配置される第二の領域を有するフィルタ、光源及びファンとを備える空気清浄器であって、
前記フィルタにおいて第一の領域と前記第二の領域とが実質的に分離しており、前者が後者の風上に位置し、前記光源の光が照射される側に前記第一の領域が形成され、
前記ファンは前記第一の領域へ前記光触媒から二酸化窒素を脱離させるように風を送る、
ことを特徴とする空気清浄器。
(6) 前記光触媒は酸化チタンを含んでなり、前記吸着剤は活性炭を含んでなる、ことを特徴とする(5)に記載の空気清浄器。
(7) 前記光触媒は酸化チタン及びパラジウムの複合触媒からなり、前記吸着剤は活性炭からなる、ことを特徴とする(5)に記載の空気清浄器。
図11は空気清浄器101の構成を示す。この空気清浄器101は換気部110、清浄部120から大略構成される。換気部110及び清浄部120はケーシング102に内蔵される。このケーシング102は壁に埋め込まれる筐体部103と室内に表出されるフロントパネル104から構成される。フロントパネル104の下縁側には室内空気の取り入れ口105が開口し、その上縁側には清浄化した空気の吹き出し口106が開口している。筐体部103の換気部110側の下面にも室内空気の取り入れ口107が開口しており、これより取り込まれた空気は換気部110により室外へ排出される。筐体部103の換気部110側の背面には室内空気の排出口108と室外空気の取り入れ口109が開口しており、それぞれ図示しないダクトで室外と連通している。
なお、かかる熱交換器は例えば特開平5ー269323号公報に記載されているように周知なものである。
集塵装置121はイオン化電極123と集塵電極125からなる。両者の間に高電圧を印加すると、イオン化電極123でコロナ放電が開始する。この放電によって生じたイオンが空気中の塵芥に接するとこの塵芥は正に帯電する。そして、正に帯電した塵芥は集塵電極125に吸引される。
また、コロナ放電によってイオン風が生じる。従って、室内の空気の汚れが小さいときには、クロスフローファンを停止させてこのイオン風のみによって室内の空気を循環させることもできる。
この集塵装置121は周知な構成である。例えば、特開平9−19647号公報を参照されたい。
各フィルタ130、131はそれぞれ図1に示す構成であり、酸化チタン層がそれぞれ紫外線ランプ129へ対向している。
図12は、この空気清浄器210の構成を示している。図13は、図12に示す空気清浄器210のA−A断面図である。図14(A)は空気清浄器210の車輌搭載位置を示している。図14(A)に示すように、空気清浄器210は、車輌300の車室300Aとトランクルーム302とを隔成しているリヤシェルフ304上に載置され、リヤウインド306を介して外部から太陽光(紫外線)が照射されるようになっている。
また、各ブレード234aは固定して取り付けてもよいし、任意の方向に空気を排出可能なように吹き出し口234に回動可能に取り付けてもよい。ブレード234aを固定する場合には、吸入口222が設けられた方向に空気が排出されないように、例えば、空気の吸入方向に対して平行あるいは一定の角度を持たせて取り付けることにより、浄化された空気が更に吸入されることを防止することができる。
空気清浄器210の動作中は、紫外線ランプ226が点灯されると共に、ファン240が回動される。該ファン240の回動により、吸入口222から車内の空気が取り入れられ、活性炭フィルタ224にて空気中の花粉等が吸着されてから、第2、第1光触媒フィルタ232、231側へ送られる。紫外線ランプ226からの紫外線により、該第2、第1光触媒フィルタ232、231に担持された光触媒は活性化(励起)されて、活性炭フィルタ224では吸着し難いタバコのにおいの主成分であるアルデヒド類、アンモニア、有機物、窒素酸化物、一酸化炭素等を吸着すると共に、一旦吸着したそれらを光触媒反応により酸化・分解し、最終的には水、二酸化炭素、硝酸にする。該第2、第1光触媒フィルタ232、231にて浄化された空気は、吹き出し口234から再び車内へ放出される。
図14(A)を参照して上述したように、図12、13に示した空気清浄器210は車輌の車室300Aとトランクルーム302とを隔成しているリヤシェルフ304上に載置された。これに対し、この車載用空気清浄器510は、車輌の屋根側に取り付けられる。
3、45 酸化チタン層
5 活性炭層
54、112 ファン
56 酸化チタン用シャーレ
57、129、226 紫外線ランプ
74 活性炭用シャーレ
76 活性炭フェルト
101、210、310、510 空気清浄器
Claims (2)
- 光触媒が配置される第一の領域と吸着剤が配置される第二の領域を有する空気清浄用フィルタであって、
前記第一の領域と第二の領域とが積み重ねられ、第一の領域が第二の領域の風上に位置し、
前記光触媒は酸化チタン及びパラジウムの複合触媒の層からなり、その表面に前記酸化チタンの粒子が配列し前記パラジウムの粒子は前記層の内側に隠れ、前記吸着剤は活性炭からなり、
前記第一の領域と第二の領域はガス透過性を有し、前記第1の領域と第2の領域とが空気の流れに垂直に位置する、ことを特徴とする空気清浄用フィルタ。 - 光触媒が配置される第一の領域と吸着剤が配置される第二の領域を有するフィルタと、光源及びファンとを備える空気清浄器であって、
前記フィルタにおいて第一の領域と前記第二の領域とが積み重ねられ、且つ第1の領域が第二の領域の風上に位置し、
前記光触媒は酸化チタン及びパラジウムの複合触媒の層からなり、その表面に前記酸化チタンの粒子が配列し前記パラジウムの粒子は前記層の内側に隠れ、前記吸着剤は活性炭からなり、
前記第一の領域と第二の領域はガス透過性を有し、前記第1の領域と第2の領域とが空気の流れ方向に垂直に位置し、前記光源の光が照射される側に前記第一の領域が形成され、前記ファンは前記第一の領域へ風を送る、ことを特徴とする空気清浄器。
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