JP2004290882A - 空気浄化フィルタ及び空気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気１１中の有毒ガスである一酸化炭素を常温で積極的に酸化反応させて二酸化炭素に変え、空気中の一酸化炭素を効果的に除去する。
【解決手段】この空気浄化装置では、ファン２によって空気１１をまず電気集塵部５に取り込み、ここで空気中の粉塵粒子を放電により帯電させ、集塵極に吸着して除去し、次いで、粉塵フリーの空気を空気浄化フィルタに導き、電気集塵作用により発生したオゾンをオゾン分解触媒にて分解して活性酸素を発生させ、この活性酸素により同じ触媒担体に担持させてある一酸化炭素吸着触媒に吸着されている一酸化炭素を酸化させて二酸化炭素に変え、一酸化炭素を空気中から効果的に除去して空気を浄化する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気浄化フィルタ及び空気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気密住宅や車内などの気密居住空間では、空気中の粉塵の除去と特に人体に悪影響を及ぼす有害ガスの除去を両立させることができる空気浄化装置のニーズは高い。
【０００３】
空気中の臭気成分や浮遊菌類を除去して居住空間や作業空間の環境を改善し、快適にする空気浄化装置として、従来、特開平５−３１７６３９号公報や特開平１０−８５５３３号公報に開示されたものが知られている。これらの従来の空気浄化装置は、通気路に粉塵粒子を帯電させて捕捉する電気集塵手段と、その粉塵帯電機構によって発生する余剰オゾンをオゾン分解触媒で分解して発生期の酸素原子、いわゆる活性酸素（ラジカル酸素）を発生させ、この活性酸素を空気中の有害ガス成分と反応させて分解し、空気を清浄化するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−３１７６３９号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１０−８５５３３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
煙草の煙のような不完全燃焼により発生する一酸化炭素（ＣＯ）を活性酸素と酸化反応させることができれば、一酸化炭素は酸化されて二酸化炭素（ＣＯ_２）となるために、空気中の猛毒な一酸化炭素量を減少させ、あるいは除去することができる。しかし、オゾンが分解して発生する活性酸素の寿命は１０^−６〜１０^−７秒のオーダーであり、非常に短い。このために、従来の空気浄化装置では、煙草の煙のような不完全燃焼により発生する一酸化炭素を除去することが困難であった。
【０００７】
例えば、従来の特許文献１の公報に記載された空気浄化装置では、一酸化炭素吸着手段が設けられていないため、オゾン発生手段で発生した活性酸素を一酸化炭素の酸化反応に用いることができず、空気中の一酸化炭素を酸化して一酸化炭素量を減少させたり、除去したりすることができない問題点があった。
【０００８】
また従来の特許文献２の公報に記載された空気浄化装置では、オゾン分解手段と活性炭の吸着フィルタがセパレートして設けられている一方、オゾン分解手段が第１及び第２のオゾン分解フィルタで構成されている。そして第１のオゾン分解フィルタは白金系触媒をフィルタ母材に付着させた構成である。ところが、白金層とオゾン分解層とが異なるため、活性酸素を効率よく一酸化炭素に接触させて酸化反応させることができず、有害ガスである一酸化炭素の除去が期待できない問題点があった。
【０００９】
この一酸化炭素は、血液中のヘモグロビンと結合して組織内機能を麻痺させ、あるいは停止させる猛毒な物質である。したがって、空気中の一酸化炭素を効果的に除去する空気浄化装置の出現は待望されていた。
【００１０】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、空気中の有毒ガスである一酸化炭素を常温で積極的に酸化反応させて二酸化炭素に変え、空気中の一酸化炭素量を減少させ、あるいは除去できる空気浄化フィルタ及び空気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の空気浄化フィルタは、オゾン分解触媒を担持するオゾン分解触媒担体に一酸化炭素を吸着保持する一酸化炭素吸着触媒を担持させたものである。
【００１２】
請求項１の発明の空気浄化フィルタでは、オゾン分解触媒を担持するオゾン分解触媒担体に一酸化炭素を吸着保持する一酸化炭素吸着触媒を担持させることにより、オゾンを吸着するオゾン分解触媒担体にて一酸化炭素も吸着し、活性酸素と一酸化炭素との接触時間を長くして一酸化炭素の酸化を効果的に行わせ、空気中から除去して空気を浄化する。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の空気浄化フィルタにおいて、前記オゾン分解触媒担体は、ハニカム構造又は３次元網目構造の多孔体であることを特徴とするものであり、当該フィルタの表面積を大きくして、オゾン吸着率と一酸化炭素吸着率を大きくし、一酸化炭素除去能を大きくする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は２の空気浄化フィルタにおいて、前記オゾン分解触媒担体は、アルミナ、シリカ、マグネシア、炭化珪素、チタン酸アルミニウム、オゾン分解触媒自体の少なくとも１種類の化合物を素材とすることを特徴とするものであり、オゾンに対する耐性が強く、長期間の使用が可能である。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１〜３の空気浄化フィルタにおいて、前記オゾン分解触媒は、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉのいずれかの酸化物、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕを含有する多孔質カーボン、ゼオライト、粘土鉱物の少なくとも１種類であることを特徴とするものであり、空気中のオゾンを吸着して分解し、活性酸素を発生させ、この活性酸素によって空気中の有害ガスを酸化分解して除去する。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１〜４の空気浄化フィルタにおいて、前記一酸化炭素吸着触媒は、白金、イリジウム、オスミウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウムの少なくとも１種類の白金族貴金属の微粒子であることを特徴とするものであり、オゾン分解触媒担体に空気中のオゾンと共に一酸化炭素を効果的に吸着して活性酸素と酸化反応させ、除去する。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項５の空気浄化フィルタにおいて、前記白金族貴金属の微粒子は、１０オングストローム〜１０００オングストロームの粒径であることを特徴とするものであり、一酸化炭素吸着触媒の表面積を大きくし、一酸化炭素の吸着を効果的に行い、活性酸素との接触、酸化反応を促進し、空気中の一酸化炭素の効果的に除去する。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項１〜６の空気浄化フィルタにおいて、前記一酸化炭素吸着触媒は、前記オゾン分解触媒に対して重量比０．５％〜２％の割合で前記オゾン分解触媒担体に担持させたことを特徴とするものであり、オゾン分解触媒担体上のオゾン分解触媒のオゾン吸着を阻害せず、かつ一酸化炭素吸着も効果的に行い、空気中の一酸化炭素の除去効果を高める。
【００１９】
請求項８の発明の空気浄化装置は、空気中の粉塵粒子を放電により帯電させ、集塵極に吸着して除去する電気集塵手段と、オゾン分解触媒を担持するオゾン分解触媒担体に一酸化炭素を吸着保持する一酸化炭素吸着触媒を担持させた空気浄化フィルタと、前記電気集塵部の次に空気浄化フィルタを通過する気流を作る気流生起手段とを備えたものである。
【００２０】
請求項８の発明の空気浄化装置では、気流生起手段によって空気をまず電気集塵手段に取り込み、ここで空気中の粉塵粒子を放電により帯電させ、集塵極に吸着して除去する。次いで、粉塵フリーの空気を空気浄化フィルタに導き、オゾンを吸着するオゾン分解触媒担体にて一酸化炭素も吸着し、活性酸素と一酸化炭素との接触時間を長くして一酸化炭素の酸化を効果的に行わせ、空気中から除去して空気を浄化する。
【００２１】
請求項９の発明は、請求項８の空気浄化装置において、前記空気浄化フィルタにおけるオゾン分解触媒担体は、ハニカム構造又は３次元網目構造の多孔体であることを特徴とするものであり、空気浄化フィルタの表面積を大きくすることによってオゾン吸着率と一酸化炭素吸着率を大きくし、一酸化炭素除去能を大きくする。
【００２２】
請求項１０の発明は、請求項８又は９の空気浄化装置において、前記電気集塵手段の前段に、空気中の水蒸気をトラップする水蒸気トラップ手段を備えたことを特徴とするものであり、空気浄化の前段階で水蒸気を除去し、空気中の粉塵、有害ガスの除去能を高める。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態の空気浄化装置の構成を示している。この空気浄化装置は、筒状のケーシング１の奥側に吸込ファン２を設置してケーシング１内を通風路３としている。そして通風路３において、空気吸込口側（気流の流れの上流側）に水蒸気をトラップするプレフィルタ４を設け、プレフィルタ４の後段（下流側）にコロナ放電によって空気中の粉塵を帯電させ、集塵電極に吸着させて除去する電気集塵部５を設け、この電気集塵部５の後段にオゾン分解、一酸化炭素除去用の空気浄化フィルタ６を設けた構成である。
【００２４】
プレフィルタ４はルーバーであり、通風路３に吸い込まれる吸い込まれる空気をルーバーに衝突させることで空気中の水蒸気をトラップする。
【００２５】
電気集塵部５は、線状の高圧放電電極（正極）５１とこれに近接対向する集塵電極（接地極）５２の組を多数組設けた構造であり、正極５１に高圧の静電圧を印加することによって集塵電極５２との間でコロナ放電を発生させ、間を通過する含塵空気１１の中の粉塵を帯電させ、集塵電極５２側に吸着させて除去する働きをする。
【００２６】
空気浄化フィルタ６は、図２に拡大して示すようなグリッド構造のオゾン分解触媒担体６１の外表面にオゾン分解触媒を担持させ、さらに一酸化炭素吸着触媒を所定の比率で担持させた構造である。
【００２７】
オゾン分解触媒担体６１は、アルミナ、シリカ、マグネシア、炭化珪素、チタン酸アルミニウムのうちの少なくとも１種類の化合物を素材とした多孔体であり、図２に示したようなグリッド構造である。このオゾン分解触媒担体６１は、気流方向に空気流通孔を揃えたハニカム構造体であっても、あるいは３次元網目構造体であってもよい。また、後述のオゾン分解触媒自体で作成した多孔体であっもよい。
【００２８】
オゾン分解触媒担体６１に担持させるオゾン分解触媒は、電気集塵部５で発生したオゾンを分解して活性酸素（ラジカル酸素）を発生させ、この活性酸素を空気中の有害ガス成分と反応させて分解し、空気を清浄化する働きをする物質であり、例えば、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉのいずれかの酸化物、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕを含有する多孔質カーボン、ゼオライト、粘土鉱物の少なくとも１種類を用いるのが好ましい。
【００２９】
オゾン分解触媒担体６１にオゾン分解触媒と共に担持させる一酸化炭素吸着触媒は、空気中の一酸化炭素を吸着し、オゾン分解触媒によって発生した活性酸素と一酸化炭素との接触時間を長くして一酸化炭素を二酸化炭素に酸化して無害化し、空気中から有害ガスである一酸化炭素を除去する働きをする物質であり、例えば、白金、イリジウム、オスミウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウムの少なくとも１種類の白金族貴金属の微粒子を用いるのが好ましい。そしてこの白金族貴金属の微粒子の粒径は、１０オングストローム〜１０００オングストロームのものが好ましく、より好ましくは、５０オングストローム〜４００オングストロームのものが好ましい。
【００３０】
さらに、一酸化炭素吸着触媒の担持率は、オゾン分解触媒に対して重量比０．５％〜２％の割合であれば、オゾン分解触媒によるオゾン吸着作用を阻害せずに、一酸化炭素の効果的な吸着除去が行える。図３はオゾン分解触媒に対する一酸化炭素分解触媒の担持率とオゾン分解効率、一酸化炭素分解効率との関係を、一酸化炭素分解触媒の担持率を変えて測定した結果を示している。この実験から、オゾン分解効率を９５％以上に維持しつつ、高い一酸化炭素分解効率を満足する最適範囲は図３において破線で囲んだ範囲であり、オゾン分解触媒に対する一酸化炭素分解触媒の担持率が重量比０．５％〜２％の範囲であることが確認できた。
【００３１】
次に、上記構成の空気浄化装置による空気浄化作用について説明する。ファン２を回転駆動させることによってケーシング１内の通風路３に含塵空気１１を吸い込む。
【００３２】
吸い込まれる含塵空気１１に対して、まずプレフィルタ４によって含有する水蒸気がトラップされる。水蒸気の除去された含塵空気１１は、電気集塵部５に入り、ここで電気集塵作用によって含塵空気１１から含有する粉塵が除去される。この電気集塵作用は次の通りである。電気集塵部５の放電電極５１と集塵電極５２との間に高電圧をかける。この状態で含塵空気１１がその高電圧電界中を通過すると、コロナ放電が発生して含有粉塵が高電圧に帯電し、集塵電極５２側に吸着される。これにより、含塵空気１１中から粉塵が除去される。なお、この電気集塵作用時に、空気１１からオゾンが発生する。
【００３３】
通風路３の下流側の空気浄化フィルタ６において、オゾン、一酸化炭素等の有害ガスを含む空気１１から有害成分が吸着除去される。余剰オゾンの分解とそのオゾンによる空気中の有害成分の酸化分解作用は次の通りである。
【００３４】
電気集塵部５によって発生した余剰オゾンは、空気浄化フィルタ６の部分で、オゾン分解触媒によって吸着され、分解して活性酸素を発生する。この活性酸素は、空気１１中の有害ガス成分と反応して分解し、空気を清浄化する。
【００３５】
しかしながら、オゾンの分解で発生する活性酸素の寿命は１０^−６〜１０^−７秒のオーダーであり、非常に短い。この活性酸素により一酸化炭素を酸化させるためには、活性酸素の有効寿命である有効反応距離内に一酸化炭素を密に捕捉しておく必要がある。そこで、一酸化炭素吸着触媒をオゾン分解触媒と共にオゾン分解触媒担体６１の表面に担持させておくことによって有効反応距離内に一酸化炭素が密に存在するようにする。
【００３６】
こうして、オゾン分解触媒によるオゾン分解領域と一酸化炭素吸着触媒による一酸化炭素吸着量域とを共通の一酸化炭素酸化反応領域に形成することにより、煙草や炭化水素の不完全燃焼によって発生し、空気１１中に含有される一酸化炭素を活性酸素と確実に接触させ、常温で酸化反応させて一酸化炭素を二酸化炭素にし、空気１１から除去し、浄化空気１２にしてケーシング１から排出することができる。また、本実施の形態の空気浄化装置では、活性炭のような吸着性のフィルタを用いておらず、一酸化炭素を酸化させて二酸化炭素にして放出するフィルタであるので、有害成分の蓄積がなくてフィルタ特性の劣化がほとんど起こらず、メンテナンスフリーであるメリットがある。
【００３７】
なお、一酸化炭素吸着触媒を微粒子物質にしてオゾン分解触媒担体６１の表面にオゾン分解触媒と共に担持させることにより、一酸化炭素吸着触媒の表面積が広くなり、それだけ一酸化炭素を高密度で捕捉しておくことができ、オゾン分解触媒から発生する活性酸素との接触確率を高くし、一酸化炭素を効果的に酸化させることができる。
【００３８】
このように含塵空気１１から粉塵を除去し、不完全燃焼により発生する一酸化炭素も他の有害成分と共に効果的に除去できる本実施の形態の空気浄化装置は、例えば、石油ファンヒーター、エアコンに付随させる空気浄化装置、あるいは独立して室内に設置する空気浄化装置として、また、乗用車、タクシー、その他の車両内の車内空気の脱臭浄化装置として利用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、空気中の有毒ガスである一酸化炭素を常温で積極的に酸化反応させて二酸化炭素に変え、空気中の一酸化炭素を効果的に除去して空気浄化できる。
【００４０】
また、本発明によれば、空気中の有害成分を余剰オゾンを利用して酸化し、人体に無害に物質に変化させて放出するので、有害成分の蓄積がなくてフィルタ特性の劣化がほとんど起こらず、メンテナンスフリーであるメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態の空気浄化装置の断面図。
【図２】図１におけるＡ部の拡大正面図。
【図３】オゾン分解触媒に対する一酸化炭素分解触媒の担持率とオゾン分解効率、一酸化炭素分解効率との関係を、一酸化炭素分解触媒の担持率を変えて測定した結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１ ケーシング
２ ファン
３ 通風路
４ プレフィルタ
５ 電気集塵部
６ 空気浄化フィルタ

Claims (10)

1. オゾン分解触媒を担持するオゾン分解触媒担体に一酸化炭素を吸着保持する一酸化炭素吸着触媒を担持させたことを特徴とする空気浄化フィルタ。
2. 前記オゾン分解触媒担体は、ハニカム構造又は３次元網目構造の多孔体であることを特徴とする請求項１に記載の空気浄化フィルタ。
3. 前記オゾン分解触媒担体は、アルミナ、シリカ、マグネシア、炭化珪素、チタン酸アルミニウム、オゾン分解触媒自体の少なくとも１種類の化合物を素材とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気浄化フィルタ。
4. 前記オゾン分解触媒は、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉのいずれかの酸化物、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕを含有する多孔質カーボン、ゼオライト、粘土鉱物の少なくとも１種類であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気浄化フィルタ。
5. 前記一酸化炭素吸着触媒は、白金、イリジウム、オスミウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウムの少なくとも１種類の白金族貴金属の微粒子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気浄化フィルタ。
6. 前記白金族貴金属の微粒子は、１０オングストローム〜１０００オングストロームの粒径であることを特徴とする請求項５に記載の空気浄化フィルタ。
7. 前記一酸化炭素吸着触媒は、前記オゾン分解触媒に対して重量比で０．５％〜２％の割合で前記オゾン分解触媒担体に担持させたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の空気浄化フィルタ。
8. 空気中の粉塵粒子を放電により帯電させ、集塵極に吸着して除去する電気集塵手段と、
   オゾン分解触媒を担持するオゾン分解触媒担体に一酸化炭素を吸着保持する一酸化炭素吸着触媒を担持させた空気浄化フィルタと、
   前記電気集塵部の次に空気浄化フィルタを通過する気流を作る気流生起手段とを備えたことを特徴とする空気浄化装置。
9. 前記空気浄化フィルタにおけるオゾン分解触媒担体は、ハニカム構造又は３次元網目構造の多孔体であることを特徴とする請求項８に記載の空気浄化装置。
10. 前記電気集塵手段の前段に、空気中の水蒸気をトラップする水蒸気トラップ手段を備えたことを特徴とする請求項８又は９に記載の空気浄化装置。

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