JP2004329499A - 空気清浄装置及びこれを使用した空気清浄方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高性能の脱臭機能と高性能の揮発性有機化合物の除去機能を有する空気清浄装置及びこれを使用した空気清浄方法を提供する。
【解決手段】第1の流路に、被処理ガスを含む空気を通過させて、被処理ガスを吸着・濃縮させる被処理ガス吸着濃縮部を設けて、清浄な空気を送出させる空気清浄装置であって、第1流路とは別の第2流路に、前記被処理ガス吸着濃縮部と脱離ガス分解除去部を設け、清浄な空気を前記被処理ガス吸着濃縮部に流して、前記被処理ガス吸着濃縮部内蔵の被処理ガス脱離部により前記被処理ガス吸着濃縮部に吸着濃縮された被処理ガスが脱離され、この脱離された被処理ガスを含む空気が脱離ガス分解除去部に流れて、脱離された被処理ガスが分解除去される。その結果、第1の流路の被処理ガス吸着濃縮部を再生処理することができる。
【選択図】 図1
【解決手段】第1の流路に、被処理ガスを含む空気を通過させて、被処理ガスを吸着・濃縮させる被処理ガス吸着濃縮部を設けて、清浄な空気を送出させる空気清浄装置であって、第1流路とは別の第2流路に、前記被処理ガス吸着濃縮部と脱離ガス分解除去部を設け、清浄な空気を前記被処理ガス吸着濃縮部に流して、前記被処理ガス吸着濃縮部内蔵の被処理ガス脱離部により前記被処理ガス吸着濃縮部に吸着濃縮された被処理ガスが脱離され、この脱離された被処理ガスを含む空気が脱離ガス分解除去部に流れて、脱離された被処理ガスが分解除去される。その結果、第1の流路の被処理ガス吸着濃縮部を再生処理することができる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、臭気性及び揮発性有機化合物等を除去する空気清浄装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、建物内の空調設備が整備されるに伴い、気密性が向上されて、塵埃、微粒子、臭気及び揮発性有機化合物などへの関心が高まっていることから、清浄な空気の下で、生活及び仕事をしたいという要求が強くなって、家屋及びオフィスの室内に空気清浄装置を設置することが多くなった。
【0003】
臭気性及び揮発性有機化合物等を吸着させて除去する手段として、活性炭の脱臭フィルタが広く知られ、脱臭効果があり、揮発性有機化合物も除去できるとされている。
【0004】
臭気性及び揮発性有機化合物等を分解して除去する空気清浄装置として、特開2001−149450号公報に記載の空気清浄装置が提案されている。この空気清浄装置は、本体ケーシングの所定位置に送風手段としてファンを設け、このファンにより形成される空気流の上流側から下流側に向かってオゾン発生部、集塵フィルタ部、光触媒部、光源をこの順に配置して、オゾン発生部により発生したオゾンが光触媒部の反応場に供給されて光触媒反応効果(脱臭効果)を高めることができると記載されている。
【0005】
【特許文献1】
【0006】
【発明が解決しょうとする課題】
しかしながら、上記した活性炭に代表される吸着による臭気性及び揮発性有機化合物等の除去では、物理的吸着であるために、有機化合物を捕獲保持することができる容量に限界があり、その限界に達する前に面倒な交換作業をしなければならない。
【0007】
また、有機化合物の種類により捕獲保持できる容量に差があるために、捕獲保持することができる容量の限界に達する時期を予測することができず、その結果、容量の限界を超えて、既に脱臭効果が認められない段階においても、活性炭を交換することなく、使用し続けてしまう失敗があった。
【0008】
次に、上記した公開公報に記載の空気清浄装置は、集塵効果を十分に発揮させるためには、清浄化される空気の流量を可能な限り大きくする必要がある。
一方、オゾン発生部により発生したオゾンが光触媒部の光化学反応場に供給されて光触媒反応を十分に得るためには、空気の流速を可能な限り遅くして、光触媒部の光化学反応場における滞留時間を可能な限り長く確保する必要がある。
【0009】
しかしながら、上記した空気清浄装置において、空気の流量を大きくすることと、空気の流速を遅くすること(空気の滞留時間を長くすること)は、両立しないことから、実際の空気清浄装置は、集塵効果を最優先にして、空気の流量を大きくして設計されているために、空気の流速を遅くすること(空気の滞留時間を長くすること)ができず、その結果、オゾン発生による処理と光触媒処理が不十分となり、臭気性及び揮発性有機化合物等の被処理ガスを十分に分解除去することができなかった。
【0010】
従って、本発明が解決しようとする課題は、高性能の脱臭機能と高性能の揮発性有機化合物の除去機能を有する空気清浄装置を提供することである。
【0011】
このような課題を解決する手段として、請求項1に記載の発明は、第1の流路に、被処理ガスを含む空気を通過させて、前記被処理ガスを物理的に吸着させると共に、濃縮させる被処理ガス吸着濃縮部を設けて、この被処理ガス吸着濃縮部を通して、被処理ガスを除去した空気を送出させる空気清浄装置において、第1の流路とは別に設けた第2の流路に、前記被処理ガス吸着濃縮部と脱離ガス分解除去部とが設けられている。
【0012】
この第2の流路に、第1の流路における被処理ガスを含む空気と比較して清浄な空気を前記被処理ガス吸着濃縮部に流して、前記被処理ガス吸着濃縮部の内部に設けられた被処理ガス脱離部により、前記被処理ガス吸着濃縮部に吸着濃縮された被処理ガスが脱離される。
そして、脱離された被処理ガスを含む空気が脱離ガス分解除去部に流れて、この脱離ガス分解除去部により脱離された被処理ガスが分解除去される。その結果、第2の流路の出口から、離脱された被処理ガスを除去した空気が外部に放出される。
【0013】
この請求項1に記載の空気清浄装置によれば、第1の流路において、被処理ガス吸着濃縮部を通して、被処理ガスを除去した空気を送出させると共に、第2の流路において、被処理ガス吸着濃縮部に物理的に吸着・濃縮された被処理ガスを脱離させて、この脱離された被処理ガスを分解除去することから、被処理ガスが吸着・濃縮される前の状態に近い被処理ガス吸着濃縮部に再生させることができる。
【0014】
このような被処理ガス吸着濃縮部を再生させることにより、第1の流路における被処理ガス吸着濃縮部からの交換頻度を少なくすることができ、また、この再生を自動的に行うことにより、脱臭効果が認められる使用期間を一層長くすることができる。
【0015】
また、臭気性及び揮発性有機化合物等の被処理ガスの吸着手段として、被処理ガス吸着濃縮部が物理的な吸着作用を利用していることから、化学反応とは異なり、被処理ガスを含む空気の流速を早くすること(即ち、被処理ガスを含む空気の滞留時間を短くすること)ができることから、大流量の空気を流した場合でも、吸着・濃縮の作用効果は殆ど低下することがない。
【0016】
本発明が対象とする被処理ガスとして、ベンゼン、トルエン、キシレン、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等の臭気性及び揮発性有機化合物を含む場合、有毒対策を講じる必要があるところ、請求項1に記載の空気清浄装置は、第2の流路における川上側から川下側までのワンパスにおいて、被処理ガスを含む空気と比較して清浄な空気を前記被処理ガス吸着濃縮部と脱離ガス分解除去部の各流路に流し続けて、被処理ガスを分解除去させて、脱離された被処理ガスを除去した空気が外部に放出されることから、この空気と脱離した被処理ガスの装置内の全流路における圧力を半開放系とすることができ、その結果、装置内の全流路において圧力上昇を生じることがなく、圧力上昇を伴う空気清浄装置に見られるようなガス漏れを防止することができる。
【0017】
従って、請求項1に記載の本発明の空気清浄装置は、再生付き被処理ガス吸着濃縮部を備えていることから、高性能の脱臭機能と高性能の揮発性有機化合物の除去機能を長時間に亘って保持することができる。
【0018】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の空気清浄装置において、第1の流路における被処理ガスを含む空気の流量が第2の流路における脱離された被処理ガスを含む空気の流量よりも10倍以上に設定されたことを特徴とする。これにより、第2の流路における空気の滞留時間を十分に確保することができ、前述した被処理ガス脱離部と脱離ガス分解除去部の作用を十分の発揮させて、被処理ガス吸着濃縮部の再生を一層向上させることができる。
【0019】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2の何れかに記載の空気清浄装置において、前記第1の流路の川上側から川下側に向かった順に、空気中の微粒子を除去する微粒子フィルタ部と前記被処理ガス吸着濃縮部とを設けたことを特徴とする。これにより、被処理ガスの他に、塵埃及び微粒子を含む空気を流した場合、塵埃及び微粒子を除去した空気清浄装置が得られる。
【0020】
請求項4に記載の発明は、請求項1、2又は3の何れかに記載の空気清浄装置において、前記第1の流路における前記被処理ガス吸着濃縮部の被処理ガスを含む空気の入口側と前記被処理ガスを除去した空気を送出する出口側とにそれぞれ開閉部を設けたことを特徴とする。これにより、第2の流路において、前記被処理ガス脱離部により脱離された被処理物ガスを含む空気の流れを閉鎖隔離して、前記被処理ガス吸着濃縮部の再生処理を一層向上させることができる。
【0021】
請求項5に記載の発明は、請求項1、2、3又は4の何れかに記載の空気清浄装置において、前記被処理ガス吸着濃縮部が活性炭フィルタ、ゼオライトフィルタ及び二酸化チタンフィルタのうち、何れか同種又は異種の少なくとも1個以上を備えたことを特徴とする。これにより、被処理ガスを物理的に吸着させて、濃縮させる被処理ガス吸着濃縮部の作用を一層向上させることができる。
【0022】
請求項6に記載の発明は、請求項1、2、3、4又は5の何れかに記載の空気清浄装置において、前記被処理ガス脱離部が加熱装置及び減圧装置の一方または両方を備えたことを特徴とする。これにより、被処理ガス吸着濃縮部に吸着・濃縮された被処理ガスの脱離作用を一層向上させることができる。
【0023】
請求項7に記載の発明は、請求項1、2、3、4、又は6の何れかに記載の空気清浄装置において、前記脱離ガス分解除去部がオゾン発生反応器、プラズマ発生反応器、酸化触媒反応器、紫外線光反応器及び漏光型光触媒反応器のうち、何れか同種又は異種の少なくとも1個以上を備えたことを特徴としている。これにより、被処理ガスの種類及び濃度に応じて、脱離ガス分解除去部を上記反応器の中から適宜選択して、被処理ガスの分解除去の作用を一層向上させることができる。
【0024】
請求項8に記載の発明は、請求項1、2、3、4、6又は7の何れかに記載の空気清浄装置において、前記脱離ガス分解除去部が、前記第2の流路の脱離された被処理ガスを含む空気の流れの順に、前記脱離した被処理ガスを粗く分解除去する粗分解除去部と、精細に分解除去する精細分解除去部とにそれぞれ分離されたことを特徴としている。これにより、脱離ガス分解除去部の作用を一層向上させることができる。
【0025】
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の空気清浄装置において、前記粗分解除去部がオゾン発生反応器、プラズマ発生反応器、酸性触媒反応器及び紫外線光反応のうち、何れか同種又は異種の少なくとも1個以上を備え、前記精細分解除去部が少なくとも1個の漏光型光触媒反応器を備えたことを特徴としている。これにより、脱離ガス分解除去部が更に一層効率よく向上させることができる。
【0026】
請求項10に記載の発明は、請求項4に記載の空気清浄装置を使用する方法において、前記開閉部が開いている時に、前記第1の流路における前記被処理ガス吸着濃縮部を作用させ、前記開閉部が閉じている時に、前記第2の流路における前記被処理ガス脱離部と、前記脱離ガス分解除去部とをそれぞれ作用させることを特徴とする空気清浄方法である。
【0027】
この空気清浄方法により、第1流路における被処理ガス吸着濃縮部の作用と、第2流路における被処理ガス吸着濃縮部内蔵の被処理ガス脱離部及び脱離ガス分解除去部による被処理ガス吸着濃縮部の再生処理の作用とがそれぞれ閉鎖隔離した状態で行われることから、被処理ガス吸着濃縮部の再生処理を一層向上させと共に、この被処理ガス吸着濃縮部を通過した被処理ガスの除去効率を向上させることができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、その図面を参照して、詳細に説明する。
図1は、請求項1に記載の発明の実施形態である空気清浄装置を示すブロック図である。
【0029】
この空気清浄装置の空気の流路に関して、臭気性及び揮発性有機化合物等の被処理ガスや、塵埃及び微粒子等(例:タバコの煙)を含む汚染された空気を流す第1の流路Aと、前記空気と比較して清浄な空気の第2の流路Bとを有する。
【0030】
この空気清浄装置は、汚染された空気を流す第1の流路Aにおいて、汚染された空気を取り入れる第1の空気取入口1と、前記空気を通過させて、空気中に含まれる塵埃及び微粒子を除去する微粒子フィルタ部2と、被処理ガスを物理的に吸着・濃縮させる被処理ガス吸着濃縮部3と、前記空気を第1の空気取入口1に取り入れて、前述した微粒子フィルタ部2と被処理ガス吸着濃縮部3の各流路を通して、被処理ガスを除去した清浄な空気を第1の空気排出口5に導いて排出させる送風機4と、清浄な空気を排出する第1の空気排出口5とを備えている。
【0031】
この空気清浄装置は、前述した汚染された空気と比較して清浄な空気(例;タバコの煙がない空気)を流す第2の流路Bにおいて、前述した被処理ガス吸着濃縮部3を再生処理する機能を有している。即ち、この清浄な空気を取り入れる第2の空気取入口6と、前記被処理ガス吸着濃縮部3に内蔵された、吸着・濃縮された被処理ガスを脱離させる被処理ガス脱離部7と、脱離された被処理ガスを分解除去させる脱離ガス分解除去部8と、この脱離ガス分解除去部8の最終段に内蔵された吸引機9と、脱離された被処理ガス(「脱離ガス」とも云う。)を除去した清浄な空気を排出させる第2の空気排出口10とを備えている。
【0032】
なお、吸引機9は、清浄な空気を第2の空気取入口6に取り入れて、前述した被処理ガス吸着濃縮部3と脱離ガス分解除去部8の各流路を通して、脱離ガスを除去した清浄な空気を第2の空気排出口10に導いて排出させる作用を有する。
【0033】
上記した構成要素の具体例を説明すると、微粒子フィルタ部2は、家庭用としてHEPAフィルタ(high−efficiency particulate air filter)、業務用として空気中の微粒子を帯電させ静電気により捕集する電気集塵機が好適である。
【0034】
被処理ガス吸着濃縮部3は、その流路に被処理ガスを含む空気を流すことにより、物理的に被処理ガスを吸着し、濃縮する作用を有するものであり、具体的には、活性炭フィルタ、ゼオライトフィルタ及び(光触媒作用をしない)二酸化チタンフィルタ等の吸着材料が好適であり、被処理ガスの種類及び濃度に応じて、同種又は異種のものを少なくとも1個以上の吸着材料を適宜選択して、フィルタを構成したものである。
【0035】
送風機4は、汚染された空気を第1の空気取入口1に取り入れ、微粒子フィルタ部2及び被処理ガス吸着濃縮部3の各流路を通して、第1の空気排出口5から被処理ガスを除去した清浄な空気を排出させる作用を有するものであり、具体的には、ブロアー及びファン等が好適であり、集塵機能を発揮させる場合には、その流量を0.5m3/分〜50m3/分の範囲に設定することが好ましい。
【0036】
第1の空気取入口1及び第1の空気排出口5は、装置本体にそれぞれ開口部を設けて、微粒子フィルタ部2及び送風機4の各流路と配管接続される。
【0037】
次に、被処理ガス吸着濃縮部3を再生処理する再生処理部11の構成要素である、被処理ガス吸着濃縮部3に内蔵された被処理ガス脱離部7、脱離ガス分解除去部8及び吸引機9の各具体例を説明する。
先ず、被処理ガス吸着濃縮部3に内蔵された被処理ガス脱離部7は、被処理ガス吸着濃縮部3に吸着・濃縮された被処理ガスを物理的に脱離させる作用を有するものであり、具体的には、加熱装置及び減圧装置が好適である。
【0038】
脱離ガス分解除去部8は、脱離された被処理ガスを光化学的又は化学的に分解除去する作用を有するものであり、具体的には、オゾン発生反応器、プラズマ発生反応器、酸化触媒反応器、紫外線光反応器、漏光型光触媒反応器が好適であり、被処理ガスの種類及び濃度に応じて、これら反応手段の中から同種又は異種の少なくとも1個以上を適宜選択される。
【0039】
ここで、オゾン発生反応器は、セラミック基板の電極対間に数kVの電圧を印加して、コロナ放電を発生し、このコロナ放電により空気中に存在する酸素が励起され、励起酸素と酸素が反応して、順次オゾンを発生するものであって、有機化合物を含む空気の流れの中に前記電極対を設置した場合、発生したオゾンが空気中の有機化合物と反応して、有機化合物が分解除去される。
【0040】
脱離ガス分解除去部8が、その前段にオゾン発生反応器、その後段に漏光型光触媒反応器を設置して構成された場合、漏光型光触媒反応器により過酸化有機化合物、残留オゾン等を分解除去することができ、安全な反応系の脱離ガス分解除去部8が得られる。例えば、数mg/リットルの濃度のベンゼンを含んだ空気を2リットル/分の流量で流した場合、オゾン発生反応器と漏光型光触媒反応器を通過した後、ベンゼンを数ng/リットル以下の濃度まで除去することができる。
【0041】
プラズマ発生反応器は、セラミック基板の電極対間に数十kVの高周波電圧を印加して、グロー放電を発生し、このグロー放電により空気中に存在する窒素が励起され、この窒素が順次低温プラズマ(状態)を発生するものであって、有機化合物を含む空気の流れの中に、前記電極対を設置した場合、窒素の低温プラズマが空気中の酸素と有機化合物と反応して、有機化合物が分解除去される。
【0042】
脱離ガス分解除去部8が、その前段にプラズマ発生反応器、その後段に漏光型光触媒反応器を設置して構成された場合、漏光型光触媒反応器により、有機化合物ラジカル、過酸化有機化化合物、酸素ラジカル、オゾン、窒素ラジカル等を分解除去することで、安全な反応系の脱離ガス分解除去部が得られる。例えば、数mg/リットル濃度のベンゼンを含んだ空気を2リットル/分の流量でこの脱離ガス分解除去部8に流した場合、プラズマ発生反応器と漏光型光触媒反応器を通過した後、ベンゼンを数ng/リットル以下の濃度まで除去することができる。
【0043】
酸化触媒反応器は、アルミナを基材としたセラミックハニカムの表面に微粒子状の白金触媒を担持し、200℃から400℃の高温にさらすことにより、酸化触媒反応するものであり、この反応器の中に有機化合物を含む空気を流すと、有機化合物は白金触媒による酸化反応をして、分解除去される。
【0044】
例えば、数mg/リットルの濃度のベンゼンを含んだ空気を2リットル/分の流量で酸化触媒反応器に流した場合、酸化触媒反応器を通過した後、ベンゼンを数μg/リットルの濃度まで除去することができる。この後段に漏光型光触媒反応器を設置した場合、ベンゼンは更に数ng/リットル以下の濃度まで除去することができる。
【0045】
紫外線光反応器は、172nmエキシマランプ、185nmの低圧水銀ランプ、254nmの高圧水銀ランプ等の紫外線照射部に反応場に、有機化合物を含む空気を導入すると、紫外線が空気中の含まれる有機化合物や酸素を励起し、オゾン発生を伴う分解反応を起こすものであって、有機化合物が分解除去される。
【0046】
脱離ガス分解除去部8が、その前段に紫外線光反応器、その後段に漏光型光触媒反応器を設置して構成された場合、漏光型光触媒反応器により、励起された有機化合物、過酸化有機化合物、残留オゾン等を分解除去することで、安全は反応系の脱離ガス分解除去部8が得られる。例えば、数mg/リットルの濃度のベンゼンを含んだ空気を2リットル/分の流量でこの脱離ガス分解除去部8に流した場合、紫外線光反応器と漏光型光触媒反応器と通過した後、ベンゼンを数ng/リットル以下の濃度まで除去することができる。
【0047】
漏光型光触媒反応器は、先ず、コア部に低屈折率の多成分ガラス、クラッド部に高屈折率の二酸化チタン光触媒層を形成した光触媒ファイバを多数束ねて、その束ねられた光触媒ファイバの一方又は両方の端部に光を入射させて、光ファイバの内部に伝播しつつ、光触媒層の側面に漏れ出て、光触媒層が励起されるものであって、有機化合物を含む空気を、上記励起された光触媒層と接触して、捕獲されるように、有機化合物を含む空気を流すと、有機化合物は光触媒作用により酸化反応されて、分解除去される。
【0048】
例えば、数μg/リットル濃度のベンゼンを含んむ空気を2リットル/分の流量で漏光型光触媒反応器に流した場合、ベンゼンを数ng/リットル以下の濃度まで除去することができる。
【0049】
次に、吸引機9は、清浄な空気を第2の空気取入口6に取り入れ、被処理ガス吸着濃縮部3及び脱離ガス分解除去部8の各流路を通して、第2の空気排出口10から脱離ガスを除去した清浄な空気を送出させる作用を有するものであり、具体的には、空気を吸引するポンプが好適であり、被処理ガス脱離部7による被処理ガスの脱離作用及び脱離ガス分解除去部8による分解除去作用を十分に得るために、脱離ガスを含む空気の滞留時間を十分に長くするように、この脱離ガスを含む空気の流量を0.0005(m3/分)〜0.025(m3/分)の範囲内に設定することが好ましい。
【0050】
そして、前述した送風機4による被処理ガスを含む空気の流量及びこの吸引機9による脱離ガスを含む空気の流量は、前者が被処理ガスを含む空気の集塵能力に、後者が脱離ガスを含む空気の滞留時間にそれぞれ関係することから、例えば、この吸引機9の流量を0.005(m3/分)のように低く設定した場合、送風機4の流量を吸引機9の流量の約10倍以上、好ましくは約100倍以上、本例では約1,000倍に相当する5(m3/分)に設定した。
【0051】
このような低流量で脱離ガスを含む空気を流して、脱離ガス分解除去部8の最終段に、漏光型光触媒反応器を設けた場合、脱離ガスを極めて低い濃度まで分解除去することができる。
そして、脱離ガス分解除去部8の前段に、オゾン発生反応器を設けた場合、残留オゾンを還元し、プラズマ発生反応器を設けた場合、残留プラズマ状物質を酸化還元して、それぞれ水及び二酸化炭素などの安全な物質となって排出される。
【0052】
図2は、請求項4に記載の発明の実施形態である空気清浄装置を示すブロック図である。
この空気清浄装置は、図1に示した装置と対比して、被処理ガス吸着濃縮部3の入口側及び出口側に、即ち、微粒子フィルタ部2と被処理ガス吸着濃縮部3との間及び被処理ガス吸着濃縮部3と送風機4との間に、それぞれシャッタ13,14を設置した点でのみ相違している。
【0053】
そこで、このようなシャッタ13,14を閉じた場合、流路Aにおいて、微粒子フィルタ部2による微粒子除去後の汚染された空気の流れがあったとしても、この汚染された空気の被処理ガス吸着濃縮部3への流入が阻止されると共に、流路Bにおいて、清浄な空気の流れは、被処理ガス吸着濃縮部3の流路を通過する際に、清浄な空気の全てが、被処理ガス脱離部7により脱離された被処理ガスを希釈する作用に利用されて、次の脱離ガス分解除去部8に導入される。
【0054】
そして、この清浄な空気の流量を吸引機9によって制御することにより、脱離ガスの濃度を調整することができる。また、シャッタ12の閉鎖により、被処理ガス吸着濃縮部3から送風機4への流入が阻止される。
【0055】
従って、被処理ガス吸着濃縮部3のための再生処理部12は、シャッタ13,14を設置しない図1に示した再生処理部11と比較して、その再生作用を一層向上させることができる。
【0056】
図3は、図1及び図2に示した脱離ガス分解除去部8を、脱離ガスを含む空気の流路Bに沿って、脱離ガスを粗く分解除去する粗分解除去部81と、粗く分解除去された脱離ガスを精細に分解除去する精細分解除去82とに分離した脱離ガス分解除去部80の実施の形態を示すブロック図である。
【0057】
この脱離ガス分解除去部80は、粗分解除去部81の具体例として、オゾン発生反応器、プラズマ発生反応器、酸化触媒反応器及び紫外線光反応器のうち、何れか同種又は異種の少なくとも1個以上を使用することが好適であり、これら反応器は、mg/リットルのオーダーの比較的高い濃度を有する脱離ガスを分解除去することができ、精細分解除去部82の具体例として、漏光型光触媒反応器を少なくとも1個使用することが好適であり、これは光触媒反応ガスがμg/リットルのオーダーの比較的低い濃度を有する脱離ガスを分解除去するのに有効であり、例えば、4個直列接続された漏光型光触媒反応器を通過後の反応ガス(脱離ガス)をng/リットルのオーダーにまで除去することができる。
【0058】
なお、図4では、説明上、粗分解除去部81と精細分解除去部82をそれぞれ1個ずつ示しているが、前述したとおり、粗分解除去部81として、オゾン発生反応器、プラズマ発生反応器及び酸化触媒反応器のうち、同種のもの又は異種のものを2個以上適宜、直列に配置し、精細分解除去部82として、漏光型光触媒フィルタを2個以上適宜、直列配置することにより、それぞれの分解除去作用を向上させることができる。
【0059】
例えば、被処理ガスとして、ベンゼンを含む空気を導入した場合、ベンゼンの環境基準が3ng/リットル以下であることから、本実施形態の脱離ガス分解除去部80を利用することにより、この環境基準を満たす空気清浄装置を実現することができる。
【0060】
図4は、図4(A)が漏光型光触媒反応器30の長手方向の断面を、図4(B)が光触媒ガラスファイバ束20を構成する多数の光触媒ガラスファイバのうち、隣接する2本の光触媒ガラスファイバ15,16の長手方向の一部断面を示す図である。
【0061】
光触媒ガラスファイバ束20は、各ガラスファイバ(15a,16b,・・・)の外側面(15a1,16b1,・・・)に石英ガラス球17が分布して形成された光触媒ガラスファイバ(15,16,・・・)を多数(本実施の形態においては、13,000本)束ねることによって形成され、図4(B)に示すとおり、これら石英ガラス球17が母体となって多数の空隙部20が形成され、この空隙部20が、図4(B)に白抜き矢印で示す被処理ガスを含む空気の流路となり、被処理ガスはこの空隙部20を通過する。
【0062】
なお、図4(B)では、一断面を示していることから、被処理ガスを含む空気の流路が閉鎖されているように示されているが、他の断面において連通している。
多数束ねられた光触媒ガラスファイバ束(15,16,・・・)は、アルミ製反応器ケース22に挿入収納される。
【0063】
一方、ブラックライト21a,21bにより放射された光は、図4(A)に示すガラス窓24a,24bを透過して、それぞれ、光触媒ガラスファイバ束20の入射部20a、20bに入射される。光触媒ガラスファイバ(15,16,・・・)の内部へ入射した光は、図4(B)に黒矢印で示すとおり、内部を伝播し、各ガラスファイバ(15a,16b,・・・)の外側面(15a1,16b1,・・・)に形成された二酸化チタン層18に漏れ出し、光触媒作用を活性化させる。
【0064】
処理すべき脱離ガス(有機化合物)を含む空気(白抜き矢印で示す)は、反応器ケース22の一方のフランジ部23aに形成された導入口25aより導入され、光触媒ガラスファイバ束20内に形成された空隙部20を流通し、その流通する際に、脱離ガスと活性化した二酸化チタン層18とが接触して、この脱離ガスが二酸化チタン層18に捕捉され、この脱離ガスを分解し除去する。
そして、分解除去後の清浄な空気は、反応器ケース22の他方のフランジ部23b形成された空気排出口25bより外部へ排出される。
【0065】
図5は、本発明の空気清浄装置の実施例を示す。
この空気清浄装置は、タバコの煙により汚染された空気の流れを示す流路Aの川上側から川下側の順に、第1空気取入口1と、微粒子フィルタ2(電気集塵機)と、シャッタ13と、被処理ガス吸着濃縮部3(約2kgの活性炭をハニカム形状のアルミ材料に塗布させた吸着フィルタ31で構成され、この吸着フィルタ31の真下に蚊取り線香状に帯状ヒーター32を配設している。)と、シャッタ14と、送風機4(ブロア、流量;15(m3/分))と、第1空気排出口5とを備え、汚染された空気と対比して清浄な空気(タバコの煙のない空気)の流れを示す流路Bの川上側から川下側の順に、第2空気取入口6と、開閉弁33と、上記した被処理ガス吸着濃縮部3と、開閉弁34と、被処理ガス脱離部8(1個のオゾン発生反応器で構成された粗分解除去部81、1個の漏光型光触媒反応器で構成された精細分解除去部82、流量調節バルブ83、吸引ポンプ84(流量;0.002(m3/分))と、清浄な空気の第2空気排出口10とを備えた。
【0066】
この空気清浄装置を、先ず、帯状ヒーター32」及び吸引ポンプ84の各電源をOFFにし、開閉弁33、34を閉じた状態で、汚染された空気の流路Aのシャッタ13,14を開放して、タバコの煙を含む汚染された空気を第1取入口1に導入して、実験を行った。
【0067】
第1実験として、この汚染された空気をこの空気洗浄装置に流すための稼動時間について、稼動開始時及び16時間稼動後のそれぞれの第1空気排出口5における総揮発性有機合物量(以下、「TVOC」という。)の濃度を測定した。なお、TVOCの濃度は、米国規格(ATSM D5116−97)等において、10μg/m3以下であることと規定されている。
この第1実験の測定結果は、稼動開始時のTVOCの濃度は20ng/リットル、16時稼動後のTVOCの濃度は22ng/リットルであった。
【0068】
次に、第2実験として、吸着フィルタ31を新品と交換した空気清浄装置の第1空気取入口1に前述したと同様な汚染された空気を導入して、実験を行い、その空気を流すための稼動時間について、稼動開始時及び32時間稼動後に、それぞれの第1排出口5におけるTVOCの濃度を測定した。第2実験の測定結果は、稼動開始時のTVOCの濃度は21ng/リットル、32時間稼動後TVOCの濃度は検出限界上限濃度(数10μg/リットル)を超えたために測定することができなかった。
【0069】
以上の第1実験及び第2実験によれば、活性炭約2kgを使用した吸着フィルタ31において、16時間程度の稼動では、吸着容量の限界には達せず、有機化合物に対する吸着能力を保持していたが、32時間の稼動では、吸着容量の限界を越えてしまったことを示している。なお、集塵除去率は、JIS規格B9927に準じて評価した結果、98%(DOP 0.3μm)であった。
【0070】
次に、空気清浄装置の再生処理部の評価をするために、第3実験として、上記した第1実験直後の空気洗浄装置を、第4実験として、上記した第2実験直後の空気清浄装置を使用した。
【0071】
第3実験は、先ず、上記した第1実験直後の空気洗浄装置のシャッタ13,14を閉じて、帯状ヒーター32の電源の電圧を徐々に昇圧して、4時間後に吸着フィルタ31の温度を260℃まで昇温させ、この温度を2時間保持して、帯状ヒーター32の電源を切った。次に、清浄な空気(タバコの煙のない空気)の流路Bにおいて、開閉弁33,34を開いて、吸引ポンプ84(流量;0.002(m3/分))で清浄な空気を第2空気取入口6に導入して、この清浄な空気を被処理ガス吸着濃縮部内の吸着フィルタ31と離脱ガス分解除去部8に8時間流し続けた。
【0072】
その後に、再度、開閉弁33、34を閉じた(吸引ポンプ84の電源も切った)状態で、上記した汚染された空気の流路Aを開放して、タバコの煙を含む汚染された空気を第1取入口1に導入して、16時間稼動させた後に、第1空気排出口5においてTVOCの濃度を測定した結果、TVOCの濃度は20ng/リットルであった。なお、集塵除去率は98%(DOP 0.3μm)であった。
【0073】
この第3実験は、第1実験の稼働時間(16時間)と、この第3実験の稼働時間(16時間)との合計32時間の稼動時間に亘って、吸着フィルタ31を汚染された空気に晒したことになるが、その中間時点において、吸着フィルタ31を再生処理することにより、第1実験結果のTVOCの濃度と同様、良好なTVOCの濃度を得た。
【0074】
次に、第4実験は、上記した第2実験直後の空気清浄装置を使用した以外、上記した第3実験と同様に行った結果、第1空気排出口5におけるTVOCの濃度は22ng/リットルであった。なお、集塵除去率は98%(DOP 0.3μm)であった。
【0075】
この第4実験は、前述した第2実験により吸着容量の限界を越えた吸着フィルタ31を再生処理した結果、第1空気排出口5におけるTVOCの濃度が22ng/リットルであったことから、本発明による再生処理が極めて有効であることを表している。
【0076】
【発明の効果】
従って、本発明の空気清浄装置は、集塵機能を維持しつつ、高性能の脱臭機能と高性能の揮発性有機化合物の除去機能を有する空気清浄装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施の形態に係る空気清浄装置を示すブロック図である。
【図2】本発明に係る第2の実施の形態に係る空気清浄装置を示すブロック図である。
【図3】本発明に係る脱離ガス分解除去部の好ましい実施の形態を示すブロック図である。
【図4】本発明に係る脱離ガス分解除去部の好ましい実施の形態である漏光型光触媒反応器の断面を示す図である。
【図5】本発明に係る空気清浄装置の実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
A 第1の流路
B 第2の流路
2 微粒子フィルタ部
3 被処理ガス吸着濃縮部
7 被処理ガス脱離部
8 脱離ガス分解除去部
13,14 シャッタ(開閉部)
30 漏光型光触媒反応器
81 脱離ガス粗分解除去部
82 脱離ガス精細分解除去部
【発明の属する技術分野】
本発明は、臭気性及び揮発性有機化合物等を除去する空気清浄装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、建物内の空調設備が整備されるに伴い、気密性が向上されて、塵埃、微粒子、臭気及び揮発性有機化合物などへの関心が高まっていることから、清浄な空気の下で、生活及び仕事をしたいという要求が強くなって、家屋及びオフィスの室内に空気清浄装置を設置することが多くなった。
【0003】
臭気性及び揮発性有機化合物等を吸着させて除去する手段として、活性炭の脱臭フィルタが広く知られ、脱臭効果があり、揮発性有機化合物も除去できるとされている。
【0004】
臭気性及び揮発性有機化合物等を分解して除去する空気清浄装置として、特開2001−149450号公報に記載の空気清浄装置が提案されている。この空気清浄装置は、本体ケーシングの所定位置に送風手段としてファンを設け、このファンにより形成される空気流の上流側から下流側に向かってオゾン発生部、集塵フィルタ部、光触媒部、光源をこの順に配置して、オゾン発生部により発生したオゾンが光触媒部の反応場に供給されて光触媒反応効果(脱臭効果)を高めることができると記載されている。
【0005】
【特許文献1】
【0006】
【発明が解決しょうとする課題】
しかしながら、上記した活性炭に代表される吸着による臭気性及び揮発性有機化合物等の除去では、物理的吸着であるために、有機化合物を捕獲保持することができる容量に限界があり、その限界に達する前に面倒な交換作業をしなければならない。
【0007】
また、有機化合物の種類により捕獲保持できる容量に差があるために、捕獲保持することができる容量の限界に達する時期を予測することができず、その結果、容量の限界を超えて、既に脱臭効果が認められない段階においても、活性炭を交換することなく、使用し続けてしまう失敗があった。
【0008】
次に、上記した公開公報に記載の空気清浄装置は、集塵効果を十分に発揮させるためには、清浄化される空気の流量を可能な限り大きくする必要がある。
一方、オゾン発生部により発生したオゾンが光触媒部の光化学反応場に供給されて光触媒反応を十分に得るためには、空気の流速を可能な限り遅くして、光触媒部の光化学反応場における滞留時間を可能な限り長く確保する必要がある。
【0009】
しかしながら、上記した空気清浄装置において、空気の流量を大きくすることと、空気の流速を遅くすること(空気の滞留時間を長くすること)は、両立しないことから、実際の空気清浄装置は、集塵効果を最優先にして、空気の流量を大きくして設計されているために、空気の流速を遅くすること(空気の滞留時間を長くすること)ができず、その結果、オゾン発生による処理と光触媒処理が不十分となり、臭気性及び揮発性有機化合物等の被処理ガスを十分に分解除去することができなかった。
【0010】
従って、本発明が解決しようとする課題は、高性能の脱臭機能と高性能の揮発性有機化合物の除去機能を有する空気清浄装置を提供することである。
【0011】
このような課題を解決する手段として、請求項1に記載の発明は、第1の流路に、被処理ガスを含む空気を通過させて、前記被処理ガスを物理的に吸着させると共に、濃縮させる被処理ガス吸着濃縮部を設けて、この被処理ガス吸着濃縮部を通して、被処理ガスを除去した空気を送出させる空気清浄装置において、第1の流路とは別に設けた第2の流路に、前記被処理ガス吸着濃縮部と脱離ガス分解除去部とが設けられている。
【0012】
この第2の流路に、第1の流路における被処理ガスを含む空気と比較して清浄な空気を前記被処理ガス吸着濃縮部に流して、前記被処理ガス吸着濃縮部の内部に設けられた被処理ガス脱離部により、前記被処理ガス吸着濃縮部に吸着濃縮された被処理ガスが脱離される。
そして、脱離された被処理ガスを含む空気が脱離ガス分解除去部に流れて、この脱離ガス分解除去部により脱離された被処理ガスが分解除去される。その結果、第2の流路の出口から、離脱された被処理ガスを除去した空気が外部に放出される。
【0013】
この請求項1に記載の空気清浄装置によれば、第1の流路において、被処理ガス吸着濃縮部を通して、被処理ガスを除去した空気を送出させると共に、第2の流路において、被処理ガス吸着濃縮部に物理的に吸着・濃縮された被処理ガスを脱離させて、この脱離された被処理ガスを分解除去することから、被処理ガスが吸着・濃縮される前の状態に近い被処理ガス吸着濃縮部に再生させることができる。
【0014】
このような被処理ガス吸着濃縮部を再生させることにより、第1の流路における被処理ガス吸着濃縮部からの交換頻度を少なくすることができ、また、この再生を自動的に行うことにより、脱臭効果が認められる使用期間を一層長くすることができる。
【0015】
また、臭気性及び揮発性有機化合物等の被処理ガスの吸着手段として、被処理ガス吸着濃縮部が物理的な吸着作用を利用していることから、化学反応とは異なり、被処理ガスを含む空気の流速を早くすること(即ち、被処理ガスを含む空気の滞留時間を短くすること)ができることから、大流量の空気を流した場合でも、吸着・濃縮の作用効果は殆ど低下することがない。
【0016】
本発明が対象とする被処理ガスとして、ベンゼン、トルエン、キシレン、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等の臭気性及び揮発性有機化合物を含む場合、有毒対策を講じる必要があるところ、請求項1に記載の空気清浄装置は、第2の流路における川上側から川下側までのワンパスにおいて、被処理ガスを含む空気と比較して清浄な空気を前記被処理ガス吸着濃縮部と脱離ガス分解除去部の各流路に流し続けて、被処理ガスを分解除去させて、脱離された被処理ガスを除去した空気が外部に放出されることから、この空気と脱離した被処理ガスの装置内の全流路における圧力を半開放系とすることができ、その結果、装置内の全流路において圧力上昇を生じることがなく、圧力上昇を伴う空気清浄装置に見られるようなガス漏れを防止することができる。
【0017】
従って、請求項1に記載の本発明の空気清浄装置は、再生付き被処理ガス吸着濃縮部を備えていることから、高性能の脱臭機能と高性能の揮発性有機化合物の除去機能を長時間に亘って保持することができる。
【0018】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の空気清浄装置において、第1の流路における被処理ガスを含む空気の流量が第2の流路における脱離された被処理ガスを含む空気の流量よりも10倍以上に設定されたことを特徴とする。これにより、第2の流路における空気の滞留時間を十分に確保することができ、前述した被処理ガス脱離部と脱離ガス分解除去部の作用を十分の発揮させて、被処理ガス吸着濃縮部の再生を一層向上させることができる。
【0019】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2の何れかに記載の空気清浄装置において、前記第1の流路の川上側から川下側に向かった順に、空気中の微粒子を除去する微粒子フィルタ部と前記被処理ガス吸着濃縮部とを設けたことを特徴とする。これにより、被処理ガスの他に、塵埃及び微粒子を含む空気を流した場合、塵埃及び微粒子を除去した空気清浄装置が得られる。
【0020】
請求項4に記載の発明は、請求項1、2又は3の何れかに記載の空気清浄装置において、前記第1の流路における前記被処理ガス吸着濃縮部の被処理ガスを含む空気の入口側と前記被処理ガスを除去した空気を送出する出口側とにそれぞれ開閉部を設けたことを特徴とする。これにより、第2の流路において、前記被処理ガス脱離部により脱離された被処理物ガスを含む空気の流れを閉鎖隔離して、前記被処理ガス吸着濃縮部の再生処理を一層向上させることができる。
【0021】
請求項5に記載の発明は、請求項1、2、3又は4の何れかに記載の空気清浄装置において、前記被処理ガス吸着濃縮部が活性炭フィルタ、ゼオライトフィルタ及び二酸化チタンフィルタのうち、何れか同種又は異種の少なくとも1個以上を備えたことを特徴とする。これにより、被処理ガスを物理的に吸着させて、濃縮させる被処理ガス吸着濃縮部の作用を一層向上させることができる。
【0022】
請求項6に記載の発明は、請求項1、2、3、4又は5の何れかに記載の空気清浄装置において、前記被処理ガス脱離部が加熱装置及び減圧装置の一方または両方を備えたことを特徴とする。これにより、被処理ガス吸着濃縮部に吸着・濃縮された被処理ガスの脱離作用を一層向上させることができる。
【0023】
請求項7に記載の発明は、請求項1、2、3、4、又は6の何れかに記載の空気清浄装置において、前記脱離ガス分解除去部がオゾン発生反応器、プラズマ発生反応器、酸化触媒反応器、紫外線光反応器及び漏光型光触媒反応器のうち、何れか同種又は異種の少なくとも1個以上を備えたことを特徴としている。これにより、被処理ガスの種類及び濃度に応じて、脱離ガス分解除去部を上記反応器の中から適宜選択して、被処理ガスの分解除去の作用を一層向上させることができる。
【0024】
請求項8に記載の発明は、請求項1、2、3、4、6又は7の何れかに記載の空気清浄装置において、前記脱離ガス分解除去部が、前記第2の流路の脱離された被処理ガスを含む空気の流れの順に、前記脱離した被処理ガスを粗く分解除去する粗分解除去部と、精細に分解除去する精細分解除去部とにそれぞれ分離されたことを特徴としている。これにより、脱離ガス分解除去部の作用を一層向上させることができる。
【0025】
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の空気清浄装置において、前記粗分解除去部がオゾン発生反応器、プラズマ発生反応器、酸性触媒反応器及び紫外線光反応のうち、何れか同種又は異種の少なくとも1個以上を備え、前記精細分解除去部が少なくとも1個の漏光型光触媒反応器を備えたことを特徴としている。これにより、脱離ガス分解除去部が更に一層効率よく向上させることができる。
【0026】
請求項10に記載の発明は、請求項4に記載の空気清浄装置を使用する方法において、前記開閉部が開いている時に、前記第1の流路における前記被処理ガス吸着濃縮部を作用させ、前記開閉部が閉じている時に、前記第2の流路における前記被処理ガス脱離部と、前記脱離ガス分解除去部とをそれぞれ作用させることを特徴とする空気清浄方法である。
【0027】
この空気清浄方法により、第1流路における被処理ガス吸着濃縮部の作用と、第2流路における被処理ガス吸着濃縮部内蔵の被処理ガス脱離部及び脱離ガス分解除去部による被処理ガス吸着濃縮部の再生処理の作用とがそれぞれ閉鎖隔離した状態で行われることから、被処理ガス吸着濃縮部の再生処理を一層向上させと共に、この被処理ガス吸着濃縮部を通過した被処理ガスの除去効率を向上させることができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、その図面を参照して、詳細に説明する。
図1は、請求項1に記載の発明の実施形態である空気清浄装置を示すブロック図である。
【0029】
この空気清浄装置の空気の流路に関して、臭気性及び揮発性有機化合物等の被処理ガスや、塵埃及び微粒子等(例:タバコの煙)を含む汚染された空気を流す第1の流路Aと、前記空気と比較して清浄な空気の第2の流路Bとを有する。
【0030】
この空気清浄装置は、汚染された空気を流す第1の流路Aにおいて、汚染された空気を取り入れる第1の空気取入口1と、前記空気を通過させて、空気中に含まれる塵埃及び微粒子を除去する微粒子フィルタ部2と、被処理ガスを物理的に吸着・濃縮させる被処理ガス吸着濃縮部3と、前記空気を第1の空気取入口1に取り入れて、前述した微粒子フィルタ部2と被処理ガス吸着濃縮部3の各流路を通して、被処理ガスを除去した清浄な空気を第1の空気排出口5に導いて排出させる送風機4と、清浄な空気を排出する第1の空気排出口5とを備えている。
【0031】
この空気清浄装置は、前述した汚染された空気と比較して清浄な空気(例;タバコの煙がない空気)を流す第2の流路Bにおいて、前述した被処理ガス吸着濃縮部3を再生処理する機能を有している。即ち、この清浄な空気を取り入れる第2の空気取入口6と、前記被処理ガス吸着濃縮部3に内蔵された、吸着・濃縮された被処理ガスを脱離させる被処理ガス脱離部7と、脱離された被処理ガスを分解除去させる脱離ガス分解除去部8と、この脱離ガス分解除去部8の最終段に内蔵された吸引機9と、脱離された被処理ガス(「脱離ガス」とも云う。)を除去した清浄な空気を排出させる第2の空気排出口10とを備えている。
【0032】
なお、吸引機9は、清浄な空気を第2の空気取入口6に取り入れて、前述した被処理ガス吸着濃縮部3と脱離ガス分解除去部8の各流路を通して、脱離ガスを除去した清浄な空気を第2の空気排出口10に導いて排出させる作用を有する。
【0033】
上記した構成要素の具体例を説明すると、微粒子フィルタ部2は、家庭用としてHEPAフィルタ(high−efficiency particulate air filter)、業務用として空気中の微粒子を帯電させ静電気により捕集する電気集塵機が好適である。
【0034】
被処理ガス吸着濃縮部3は、その流路に被処理ガスを含む空気を流すことにより、物理的に被処理ガスを吸着し、濃縮する作用を有するものであり、具体的には、活性炭フィルタ、ゼオライトフィルタ及び(光触媒作用をしない)二酸化チタンフィルタ等の吸着材料が好適であり、被処理ガスの種類及び濃度に応じて、同種又は異種のものを少なくとも1個以上の吸着材料を適宜選択して、フィルタを構成したものである。
【0035】
送風機4は、汚染された空気を第1の空気取入口1に取り入れ、微粒子フィルタ部2及び被処理ガス吸着濃縮部3の各流路を通して、第1の空気排出口5から被処理ガスを除去した清浄な空気を排出させる作用を有するものであり、具体的には、ブロアー及びファン等が好適であり、集塵機能を発揮させる場合には、その流量を0.5m3/分〜50m3/分の範囲に設定することが好ましい。
【0036】
第1の空気取入口1及び第1の空気排出口5は、装置本体にそれぞれ開口部を設けて、微粒子フィルタ部2及び送風機4の各流路と配管接続される。
【0037】
次に、被処理ガス吸着濃縮部3を再生処理する再生処理部11の構成要素である、被処理ガス吸着濃縮部3に内蔵された被処理ガス脱離部7、脱離ガス分解除去部8及び吸引機9の各具体例を説明する。
先ず、被処理ガス吸着濃縮部3に内蔵された被処理ガス脱離部7は、被処理ガス吸着濃縮部3に吸着・濃縮された被処理ガスを物理的に脱離させる作用を有するものであり、具体的には、加熱装置及び減圧装置が好適である。
【0038】
脱離ガス分解除去部8は、脱離された被処理ガスを光化学的又は化学的に分解除去する作用を有するものであり、具体的には、オゾン発生反応器、プラズマ発生反応器、酸化触媒反応器、紫外線光反応器、漏光型光触媒反応器が好適であり、被処理ガスの種類及び濃度に応じて、これら反応手段の中から同種又は異種の少なくとも1個以上を適宜選択される。
【0039】
ここで、オゾン発生反応器は、セラミック基板の電極対間に数kVの電圧を印加して、コロナ放電を発生し、このコロナ放電により空気中に存在する酸素が励起され、励起酸素と酸素が反応して、順次オゾンを発生するものであって、有機化合物を含む空気の流れの中に前記電極対を設置した場合、発生したオゾンが空気中の有機化合物と反応して、有機化合物が分解除去される。
【0040】
脱離ガス分解除去部8が、その前段にオゾン発生反応器、その後段に漏光型光触媒反応器を設置して構成された場合、漏光型光触媒反応器により過酸化有機化合物、残留オゾン等を分解除去することができ、安全な反応系の脱離ガス分解除去部8が得られる。例えば、数mg/リットルの濃度のベンゼンを含んだ空気を2リットル/分の流量で流した場合、オゾン発生反応器と漏光型光触媒反応器を通過した後、ベンゼンを数ng/リットル以下の濃度まで除去することができる。
【0041】
プラズマ発生反応器は、セラミック基板の電極対間に数十kVの高周波電圧を印加して、グロー放電を発生し、このグロー放電により空気中に存在する窒素が励起され、この窒素が順次低温プラズマ(状態)を発生するものであって、有機化合物を含む空気の流れの中に、前記電極対を設置した場合、窒素の低温プラズマが空気中の酸素と有機化合物と反応して、有機化合物が分解除去される。
【0042】
脱離ガス分解除去部8が、その前段にプラズマ発生反応器、その後段に漏光型光触媒反応器を設置して構成された場合、漏光型光触媒反応器により、有機化合物ラジカル、過酸化有機化化合物、酸素ラジカル、オゾン、窒素ラジカル等を分解除去することで、安全な反応系の脱離ガス分解除去部が得られる。例えば、数mg/リットル濃度のベンゼンを含んだ空気を2リットル/分の流量でこの脱離ガス分解除去部8に流した場合、プラズマ発生反応器と漏光型光触媒反応器を通過した後、ベンゼンを数ng/リットル以下の濃度まで除去することができる。
【0043】
酸化触媒反応器は、アルミナを基材としたセラミックハニカムの表面に微粒子状の白金触媒を担持し、200℃から400℃の高温にさらすことにより、酸化触媒反応するものであり、この反応器の中に有機化合物を含む空気を流すと、有機化合物は白金触媒による酸化反応をして、分解除去される。
【0044】
例えば、数mg/リットルの濃度のベンゼンを含んだ空気を2リットル/分の流量で酸化触媒反応器に流した場合、酸化触媒反応器を通過した後、ベンゼンを数μg/リットルの濃度まで除去することができる。この後段に漏光型光触媒反応器を設置した場合、ベンゼンは更に数ng/リットル以下の濃度まで除去することができる。
【0045】
紫外線光反応器は、172nmエキシマランプ、185nmの低圧水銀ランプ、254nmの高圧水銀ランプ等の紫外線照射部に反応場に、有機化合物を含む空気を導入すると、紫外線が空気中の含まれる有機化合物や酸素を励起し、オゾン発生を伴う分解反応を起こすものであって、有機化合物が分解除去される。
【0046】
脱離ガス分解除去部8が、その前段に紫外線光反応器、その後段に漏光型光触媒反応器を設置して構成された場合、漏光型光触媒反応器により、励起された有機化合物、過酸化有機化合物、残留オゾン等を分解除去することで、安全は反応系の脱離ガス分解除去部8が得られる。例えば、数mg/リットルの濃度のベンゼンを含んだ空気を2リットル/分の流量でこの脱離ガス分解除去部8に流した場合、紫外線光反応器と漏光型光触媒反応器と通過した後、ベンゼンを数ng/リットル以下の濃度まで除去することができる。
【0047】
漏光型光触媒反応器は、先ず、コア部に低屈折率の多成分ガラス、クラッド部に高屈折率の二酸化チタン光触媒層を形成した光触媒ファイバを多数束ねて、その束ねられた光触媒ファイバの一方又は両方の端部に光を入射させて、光ファイバの内部に伝播しつつ、光触媒層の側面に漏れ出て、光触媒層が励起されるものであって、有機化合物を含む空気を、上記励起された光触媒層と接触して、捕獲されるように、有機化合物を含む空気を流すと、有機化合物は光触媒作用により酸化反応されて、分解除去される。
【0048】
例えば、数μg/リットル濃度のベンゼンを含んむ空気を2リットル/分の流量で漏光型光触媒反応器に流した場合、ベンゼンを数ng/リットル以下の濃度まで除去することができる。
【0049】
次に、吸引機9は、清浄な空気を第2の空気取入口6に取り入れ、被処理ガス吸着濃縮部3及び脱離ガス分解除去部8の各流路を通して、第2の空気排出口10から脱離ガスを除去した清浄な空気を送出させる作用を有するものであり、具体的には、空気を吸引するポンプが好適であり、被処理ガス脱離部7による被処理ガスの脱離作用及び脱離ガス分解除去部8による分解除去作用を十分に得るために、脱離ガスを含む空気の滞留時間を十分に長くするように、この脱離ガスを含む空気の流量を0.0005(m3/分)〜0.025(m3/分)の範囲内に設定することが好ましい。
【0050】
そして、前述した送風機4による被処理ガスを含む空気の流量及びこの吸引機9による脱離ガスを含む空気の流量は、前者が被処理ガスを含む空気の集塵能力に、後者が脱離ガスを含む空気の滞留時間にそれぞれ関係することから、例えば、この吸引機9の流量を0.005(m3/分)のように低く設定した場合、送風機4の流量を吸引機9の流量の約10倍以上、好ましくは約100倍以上、本例では約1,000倍に相当する5(m3/分)に設定した。
【0051】
このような低流量で脱離ガスを含む空気を流して、脱離ガス分解除去部8の最終段に、漏光型光触媒反応器を設けた場合、脱離ガスを極めて低い濃度まで分解除去することができる。
そして、脱離ガス分解除去部8の前段に、オゾン発生反応器を設けた場合、残留オゾンを還元し、プラズマ発生反応器を設けた場合、残留プラズマ状物質を酸化還元して、それぞれ水及び二酸化炭素などの安全な物質となって排出される。
【0052】
図2は、請求項4に記載の発明の実施形態である空気清浄装置を示すブロック図である。
この空気清浄装置は、図1に示した装置と対比して、被処理ガス吸着濃縮部3の入口側及び出口側に、即ち、微粒子フィルタ部2と被処理ガス吸着濃縮部3との間及び被処理ガス吸着濃縮部3と送風機4との間に、それぞれシャッタ13,14を設置した点でのみ相違している。
【0053】
そこで、このようなシャッタ13,14を閉じた場合、流路Aにおいて、微粒子フィルタ部2による微粒子除去後の汚染された空気の流れがあったとしても、この汚染された空気の被処理ガス吸着濃縮部3への流入が阻止されると共に、流路Bにおいて、清浄な空気の流れは、被処理ガス吸着濃縮部3の流路を通過する際に、清浄な空気の全てが、被処理ガス脱離部7により脱離された被処理ガスを希釈する作用に利用されて、次の脱離ガス分解除去部8に導入される。
【0054】
そして、この清浄な空気の流量を吸引機9によって制御することにより、脱離ガスの濃度を調整することができる。また、シャッタ12の閉鎖により、被処理ガス吸着濃縮部3から送風機4への流入が阻止される。
【0055】
従って、被処理ガス吸着濃縮部3のための再生処理部12は、シャッタ13,14を設置しない図1に示した再生処理部11と比較して、その再生作用を一層向上させることができる。
【0056】
図3は、図1及び図2に示した脱離ガス分解除去部8を、脱離ガスを含む空気の流路Bに沿って、脱離ガスを粗く分解除去する粗分解除去部81と、粗く分解除去された脱離ガスを精細に分解除去する精細分解除去82とに分離した脱離ガス分解除去部80の実施の形態を示すブロック図である。
【0057】
この脱離ガス分解除去部80は、粗分解除去部81の具体例として、オゾン発生反応器、プラズマ発生反応器、酸化触媒反応器及び紫外線光反応器のうち、何れか同種又は異種の少なくとも1個以上を使用することが好適であり、これら反応器は、mg/リットルのオーダーの比較的高い濃度を有する脱離ガスを分解除去することができ、精細分解除去部82の具体例として、漏光型光触媒反応器を少なくとも1個使用することが好適であり、これは光触媒反応ガスがμg/リットルのオーダーの比較的低い濃度を有する脱離ガスを分解除去するのに有効であり、例えば、4個直列接続された漏光型光触媒反応器を通過後の反応ガス(脱離ガス)をng/リットルのオーダーにまで除去することができる。
【0058】
なお、図4では、説明上、粗分解除去部81と精細分解除去部82をそれぞれ1個ずつ示しているが、前述したとおり、粗分解除去部81として、オゾン発生反応器、プラズマ発生反応器及び酸化触媒反応器のうち、同種のもの又は異種のものを2個以上適宜、直列に配置し、精細分解除去部82として、漏光型光触媒フィルタを2個以上適宜、直列配置することにより、それぞれの分解除去作用を向上させることができる。
【0059】
例えば、被処理ガスとして、ベンゼンを含む空気を導入した場合、ベンゼンの環境基準が3ng/リットル以下であることから、本実施形態の脱離ガス分解除去部80を利用することにより、この環境基準を満たす空気清浄装置を実現することができる。
【0060】
図4は、図4(A)が漏光型光触媒反応器30の長手方向の断面を、図4(B)が光触媒ガラスファイバ束20を構成する多数の光触媒ガラスファイバのうち、隣接する2本の光触媒ガラスファイバ15,16の長手方向の一部断面を示す図である。
【0061】
光触媒ガラスファイバ束20は、各ガラスファイバ(15a,16b,・・・)の外側面(15a1,16b1,・・・)に石英ガラス球17が分布して形成された光触媒ガラスファイバ(15,16,・・・)を多数(本実施の形態においては、13,000本)束ねることによって形成され、図4(B)に示すとおり、これら石英ガラス球17が母体となって多数の空隙部20が形成され、この空隙部20が、図4(B)に白抜き矢印で示す被処理ガスを含む空気の流路となり、被処理ガスはこの空隙部20を通過する。
【0062】
なお、図4(B)では、一断面を示していることから、被処理ガスを含む空気の流路が閉鎖されているように示されているが、他の断面において連通している。
多数束ねられた光触媒ガラスファイバ束(15,16,・・・)は、アルミ製反応器ケース22に挿入収納される。
【0063】
一方、ブラックライト21a,21bにより放射された光は、図4(A)に示すガラス窓24a,24bを透過して、それぞれ、光触媒ガラスファイバ束20の入射部20a、20bに入射される。光触媒ガラスファイバ(15,16,・・・)の内部へ入射した光は、図4(B)に黒矢印で示すとおり、内部を伝播し、各ガラスファイバ(15a,16b,・・・)の外側面(15a1,16b1,・・・)に形成された二酸化チタン層18に漏れ出し、光触媒作用を活性化させる。
【0064】
処理すべき脱離ガス(有機化合物)を含む空気(白抜き矢印で示す)は、反応器ケース22の一方のフランジ部23aに形成された導入口25aより導入され、光触媒ガラスファイバ束20内に形成された空隙部20を流通し、その流通する際に、脱離ガスと活性化した二酸化チタン層18とが接触して、この脱離ガスが二酸化チタン層18に捕捉され、この脱離ガスを分解し除去する。
そして、分解除去後の清浄な空気は、反応器ケース22の他方のフランジ部23b形成された空気排出口25bより外部へ排出される。
【0065】
図5は、本発明の空気清浄装置の実施例を示す。
この空気清浄装置は、タバコの煙により汚染された空気の流れを示す流路Aの川上側から川下側の順に、第1空気取入口1と、微粒子フィルタ2(電気集塵機)と、シャッタ13と、被処理ガス吸着濃縮部3(約2kgの活性炭をハニカム形状のアルミ材料に塗布させた吸着フィルタ31で構成され、この吸着フィルタ31の真下に蚊取り線香状に帯状ヒーター32を配設している。)と、シャッタ14と、送風機4(ブロア、流量;15(m3/分))と、第1空気排出口5とを備え、汚染された空気と対比して清浄な空気(タバコの煙のない空気)の流れを示す流路Bの川上側から川下側の順に、第2空気取入口6と、開閉弁33と、上記した被処理ガス吸着濃縮部3と、開閉弁34と、被処理ガス脱離部8(1個のオゾン発生反応器で構成された粗分解除去部81、1個の漏光型光触媒反応器で構成された精細分解除去部82、流量調節バルブ83、吸引ポンプ84(流量;0.002(m3/分))と、清浄な空気の第2空気排出口10とを備えた。
【0066】
この空気清浄装置を、先ず、帯状ヒーター32」及び吸引ポンプ84の各電源をOFFにし、開閉弁33、34を閉じた状態で、汚染された空気の流路Aのシャッタ13,14を開放して、タバコの煙を含む汚染された空気を第1取入口1に導入して、実験を行った。
【0067】
第1実験として、この汚染された空気をこの空気洗浄装置に流すための稼動時間について、稼動開始時及び16時間稼動後のそれぞれの第1空気排出口5における総揮発性有機合物量(以下、「TVOC」という。)の濃度を測定した。なお、TVOCの濃度は、米国規格(ATSM D5116−97)等において、10μg/m3以下であることと規定されている。
この第1実験の測定結果は、稼動開始時のTVOCの濃度は20ng/リットル、16時稼動後のTVOCの濃度は22ng/リットルであった。
【0068】
次に、第2実験として、吸着フィルタ31を新品と交換した空気清浄装置の第1空気取入口1に前述したと同様な汚染された空気を導入して、実験を行い、その空気を流すための稼動時間について、稼動開始時及び32時間稼動後に、それぞれの第1排出口5におけるTVOCの濃度を測定した。第2実験の測定結果は、稼動開始時のTVOCの濃度は21ng/リットル、32時間稼動後TVOCの濃度は検出限界上限濃度(数10μg/リットル)を超えたために測定することができなかった。
【0069】
以上の第1実験及び第2実験によれば、活性炭約2kgを使用した吸着フィルタ31において、16時間程度の稼動では、吸着容量の限界には達せず、有機化合物に対する吸着能力を保持していたが、32時間の稼動では、吸着容量の限界を越えてしまったことを示している。なお、集塵除去率は、JIS規格B9927に準じて評価した結果、98%(DOP 0.3μm)であった。
【0070】
次に、空気清浄装置の再生処理部の評価をするために、第3実験として、上記した第1実験直後の空気洗浄装置を、第4実験として、上記した第2実験直後の空気清浄装置を使用した。
【0071】
第3実験は、先ず、上記した第1実験直後の空気洗浄装置のシャッタ13,14を閉じて、帯状ヒーター32の電源の電圧を徐々に昇圧して、4時間後に吸着フィルタ31の温度を260℃まで昇温させ、この温度を2時間保持して、帯状ヒーター32の電源を切った。次に、清浄な空気(タバコの煙のない空気)の流路Bにおいて、開閉弁33,34を開いて、吸引ポンプ84(流量;0.002(m3/分))で清浄な空気を第2空気取入口6に導入して、この清浄な空気を被処理ガス吸着濃縮部内の吸着フィルタ31と離脱ガス分解除去部8に8時間流し続けた。
【0072】
その後に、再度、開閉弁33、34を閉じた(吸引ポンプ84の電源も切った)状態で、上記した汚染された空気の流路Aを開放して、タバコの煙を含む汚染された空気を第1取入口1に導入して、16時間稼動させた後に、第1空気排出口5においてTVOCの濃度を測定した結果、TVOCの濃度は20ng/リットルであった。なお、集塵除去率は98%(DOP 0.3μm)であった。
【0073】
この第3実験は、第1実験の稼働時間(16時間)と、この第3実験の稼働時間(16時間)との合計32時間の稼動時間に亘って、吸着フィルタ31を汚染された空気に晒したことになるが、その中間時点において、吸着フィルタ31を再生処理することにより、第1実験結果のTVOCの濃度と同様、良好なTVOCの濃度を得た。
【0074】
次に、第4実験は、上記した第2実験直後の空気清浄装置を使用した以外、上記した第3実験と同様に行った結果、第1空気排出口5におけるTVOCの濃度は22ng/リットルであった。なお、集塵除去率は98%(DOP 0.3μm)であった。
【0075】
この第4実験は、前述した第2実験により吸着容量の限界を越えた吸着フィルタ31を再生処理した結果、第1空気排出口5におけるTVOCの濃度が22ng/リットルであったことから、本発明による再生処理が極めて有効であることを表している。
【0076】
【発明の効果】
従って、本発明の空気清浄装置は、集塵機能を維持しつつ、高性能の脱臭機能と高性能の揮発性有機化合物の除去機能を有する空気清浄装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施の形態に係る空気清浄装置を示すブロック図である。
【図2】本発明に係る第2の実施の形態に係る空気清浄装置を示すブロック図である。
【図3】本発明に係る脱離ガス分解除去部の好ましい実施の形態を示すブロック図である。
【図4】本発明に係る脱離ガス分解除去部の好ましい実施の形態である漏光型光触媒反応器の断面を示す図である。
【図5】本発明に係る空気清浄装置の実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
A 第1の流路
B 第2の流路
2 微粒子フィルタ部
3 被処理ガス吸着濃縮部
7 被処理ガス脱離部
8 脱離ガス分解除去部
13,14 シャッタ(開閉部)
30 漏光型光触媒反応器
81 脱離ガス粗分解除去部
82 脱離ガス精細分解除去部
Claims (10)
- 第1の流路に、被処理ガスを含む空気を通過させて、前記被処理ガスを物理的に吸着させると共に、濃縮させる被処理ガス吸着濃縮部を設けて、この被処理ガス吸着濃縮部を通して、被処理ガスを除去した空気を送出させる空気清浄装置において、
前記第1の流路とは別に設けた第2の流路に、前記第1の流路における前記被処理ガスを含む空気と比較して清浄な空気を前記被処理ガス吸着濃縮部に流して、前記被処理ガス吸着濃縮部の内部に前記吸着・濃縮された被処理ガスが脱離されるための被処理ガス脱離部を設け、かつ、この被処理ガス脱離部により脱離された被処理ガスを含む空気を流して、前記脱離された被処理ガスが分解除去されるための脱離ガス分解除去部を設けたことを特徴とする空気清浄装置。 - 請求項1に記載の空気清浄装置において、前記第1の流路における前記被処理ガスを含む空気の流量が前記第2の流路における脱離された被処理ガスを含む空気の流量よりも10倍以上に設定されたことを特徴とする空気清浄装置。
- 請求項1又は2の何れかに記載の空気清浄装置において、前記第1の流路の川上側から川下側に向かった順に、空気中の微粒子を除去する微粒子フィルタ部と前記被処理ガス吸着濃縮部とを設けたことを特徴とする空気清浄装置。
- 請求項1、2又は3の何れかに記載の空気清浄装置において、前記第1の流路における前記被処理ガス吸着濃縮部の被処理ガスを含む空気の入口側と前記被処理ガスを除去した空気を送出する出口側とにそれぞれ開閉部を設けたことを特徴とする空気清浄装置。
- 請求項1、2、3又は4の何れかに記載の空気清浄装置において、前記被処理ガス吸着濃縮部が活性炭フィルタ、ゼオライトフィルタ及び二酸化チタンフィルタのうち、何れか同種又は異種の少なくとも1個以上を備えたことを特徴とする空気清浄装置。
- 請求項1、2、3、4又は5の何れかに記載の空気清浄装置において、前記被処理ガス脱離部が加熱装置及び減圧装置の一方または両方を備えたことを特徴とする空気洗浄装置。
- 請求項1、2、3、4、5又は6の何れかに記載の空気清浄装置において、前記脱離ガス分解除去部がオゾン発生反応器、プラズマ発生反応器、酸化触媒反応器、紫外線光反応器及び漏光型光触媒反応器のうち、何れか同種又は異種の少なくとも1個以上を備えたことを特徴とする空気清浄装置。
- 請求項1、2、3、4、5、6又は7の何れかに記載の空気清浄装置において、前記脱離ガス分解除去部が、前記第2の流路の脱離された被処理ガスを含む空気の流れの順に、前記脱離された被処理ガスを粗く分解除去する粗分解除去部と、精細に分解除去する精細分解除去部とにそれぞれ分離されたことを特徴とする空気清浄装置。
- 請求項8に記載の空気清浄装置において、前記粗分解除去部がオゾン発生反応器、プラズマ発生反応器、酸化触媒反応器及び紫外線光反応器うち、何れか同種又は異種の少なくとも1個以上を備え、前記精細分解除去部が少なくとも1個の漏光型光触媒反応器を備えたことを特徴とする空気清浄装置。
- 請求項4に記載の空気清浄装置を使用する方法において、前記開閉部が開いている時に、前記第1の流路における前記被処理ガス吸着濃縮部を作用させ、前記開閉部が閉じている時に、前記第2の流路における前記被処理ガス脱離部と、前記脱離ガス分解除去部とをそれぞれ作用させることを特徴とする空気清浄方法。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009514663A (ja) * | 2005-11-07 | 2009-04-09 | アールストロム コーポレイション | ガス状流出物のコールドプラズマ及び光触媒による併用処理 |
JP2013244431A (ja) * | 2012-05-24 | 2013-12-09 | Chubu Electric Power Co Inc | 脱臭方法 |
KR101435587B1 (ko) * | 2012-02-03 | 2014-08-29 | 주식회사 이에스티 | 미세먼지, 휘발성 유기화합물 및 악취 동시처리를 위한 하이브리드 시스템 |
JP2016049396A (ja) * | 2014-09-02 | 2016-04-11 | 株式会社オーク製作所 | 脱臭装置 |
CN112856726A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-05-28 | 中科智控(南京)环境科技有限公司 | 一种应用于空调控制系统内的智能温控系统 |
-
2003
- 2003-05-06 JP JP2003128330A patent/JP2004329499A/ja active Pending
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