JP2008036168A - 脱臭装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電によって光触媒を励起すると同時にオゾンを放出する脱臭装置を使用し、放電で作られたオゾンを全て酸素に戻さず、許容の濃度で周囲の環境に放出させることで、即効性や脱臭性能を良好に保持するとともに、脱臭装置外の染み付き臭の除去に対しても効果を有する脱臭装置を提供する。
【解決手段】高電圧放電によってオゾンおよび紫外線を発生させる手段19と、この高電圧放電手段で発生させた紫外線による光触媒作用で空気中に含まれている臭気成分や有害物質などの分解をおこなう光触媒モジュール12と、前記高電圧放電手段により発生させたオゾンを分解するオゾン分解手段13とをファン14によって送風される送風経路９内に配置してなり、前記オゾン分解手段を通過するオゾンを所定量残存させて、周囲の環境１中に放出するようにしたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気中に含まれている臭気成分や有害物質などを分解して脱臭をおこなう脱臭装置に関する。

近年、住宅の高気密化の進展、屋外空気汚染の定常化により、居住空間内における空気質改善の要望が高まっている。空気質の中でも、タバコの煙の臭いや介護環境などにおける代謝臭気の低減、または住宅建材から発生するＶＯＣ（揮発性有機物）に代表される有害ガス成分の除去に対するニーズは特に大きくなっている。

これらの要望に対する具体的な方法としては、（１）活性炭に代表される吸着剤を利用する方法。（２）触媒を用いて臭気物質を分解する方法。（３）光触媒に紫外線ランプで紫外線を照射する方法。（４）光触媒に放電を用いて紫外線を照射する方法。（５）オゾンを放出して臭気物質を分解する方法。が多く用いられている。

従来技術のうち、吸着剤による脱臭や有害ガス成分の除去については、吸着量に限界があるため、長期間に亙る使用に際しては脱臭フィルタの交換は不可欠であった。また、脱臭フィルタの寿命期間中であっても、寿命末期には吸着した臭い成分が再び放出されることによる臭気発生の問題があった。

一方、臭気成分をオゾンと反応させて臭気の質を変え、臭気を低減する方法については、オゾンを臭気環境に放出させる場合の放出量の制御に難点があった。また、ホルムアルデヒトのような有害ガス成分の分解除去をおこなうには、酸化還元電位の高い触媒反応が必要となるが、オゾンによる酸化分解では完全分解にまで至らず中間分解生成物の段階で止まってしまうため、完全に無害化することは困難であった。

そしてまた、酸化チタンに代表される光触媒に紫外線を照射することにより、上記有害ガス成分を完全に分解することは可能であるが、従来は紫外線光源として、蛍光管ランプを用いており、ランプ寿命がが短いことから交換の必要があるほか、管内に水銀が含まれるため、製品廃棄時の環境負荷の観点からは好ましくなかった。

これらの問題を解決するため、高電圧放電によってオゾンや紫外線を発生させる手段と、光触媒作用で空気中に含まれている臭気成分や有害物質などの分解をおこなう光触媒モジュールと、高電圧放電手段により発生させたオゾンを分解するオゾン分解手段とを備えた脱臭装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３３９８３９号公報

前述の具体的脱臭方法の特性を表にまとめた図５に示すように、活性炭による方法は吸着方式であり、即効性や脱臭性能は良好であるが、吸着量に限界があり、寿命が短く交換が必要となる煩わしさがある。また、触媒方式は、通常、常温で触媒効果のある貴金属触媒を用いるが分解量が少ないため、即効性、脱臭性能に問題があるが、触媒が汚れなければ寿命は長い。

さらに、光触媒を紫外線ランプで励起する方法は、通常の触媒方式より脱臭性能は向上するが、汚れが付着すると寿命が短くなる問題があり、また、光触媒を放電によって励起させる方式は、紫外線ランプ式よりも紫外線量を多くできるため、即効性、脱臭性能が良好で、汚れが付着してもこれを分解する能力があることから寿命が長くなる長所を有する。

しかしながら、臭気の非常に強い環境では、臭気が部屋の壁面に染み付いており、吸引した空気中の臭気成分を分解するだけでは、部屋の臭気を除去することはできず、脱臭装置の外部にある染み付き臭に対しては効果がなかった。

これに対して、オゾンを放出して臭気物質を脱臭する方式は、即効性や脱臭性能は劣るが、染み付き臭、および寿命の点で優れている。

本発明は上記の事情を考慮してなされたものであり、放電によって光触媒を励起すると同時にオゾンを放出する脱臭装置を使用し、放電で作られたオゾンを全て酸素に戻さず、許容の濃度で周囲の環境に放出させることで、即効性や脱臭性能を良好に保持するとともに、脱臭装置外の染み付き臭の除去に対しても効果を有する脱臭装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の脱臭装置は、高電圧放電によってオゾンおよび紫外線を発生させる手段と、この高電圧放電手段で発生させた紫外線による光触媒作用で空気中に含まれている臭気成分や有害物質などの分解をおこなう光触媒モジュールと、前記高電圧放電手段により発生させたオゾンを分解するオゾン分解手段とをファンによって送風される送風経路内に配置してなり、前記オゾン分解手段を通過するオゾンを所定量残存させて、周囲の環境中に放出するようにしたことを特徴とするものである。

本発明の構成によれば、放電による光触媒の励起で、即効性や脱臭性能に優れた効果を得るとともに、放電で作られたオゾンを許容の濃度で周囲環境に放出することで、装置外部の染み付き臭の除去や寿命の長い脱臭装置を得ることができる。

以下、図面に基づき本発明の１実施形態について説明する。図１は、集合住宅に設置されるゴミ収集場などの閉鎖された室内（１）に対する空調装置（２）と脱臭装置（３）の配設状態を示す構成図である。

ゴミ収集場などの室内（１）の空気を排気したり室内空気温や湿度を調和する冷凍サイクルを備えた空調ユニット（４）を室外に設置した空調装置（２）は、空調制御装置（５）による制御によって空調ユニット（４）で生成された冷風等を室上部に配設した給気口（６）から室内（１）に供給し、他方の室壁面に設けた排気口（７）から室内空気を室外に排出するように構成している。

前記脱臭装置（３）は、多数のゴミ（８）を集積するゴミ収集場を形成する室内（１）の天井部中央に設置され、図２に概略図で示すように、脱臭をおこなう対象エリアに鋼板等を折曲して組み合わせることで風路（９）を形成し、その周側面を開口させて室内空気の流入口（10）を設けている。この流入口（10）の近傍の風路（９）には集塵フィルター（11）を設け、さらに風路（９）の中央部には光触媒モジュール（12）とオゾン分解触媒（13）と送風ファン（14）を配設しており、下方に設けた開口を流出口（15）として、室内（１）空気を矢印で示すように循環させるものであり、前記風路（２）内を流通する空気に含まれる臭い分子や有機物質を吸着し脱臭するものである。

光触媒モジュール（12）は、アルミナやシリカ等の多孔質セラミックからなる基体の表面に、酸化チタンに代表される光触媒粒子を固定した光触媒フィルタ（16）を２枚隣接し、この光触媒フィルタ間には、放電部として、ステンレス等の薄板をエッチングして網目状に形成した放電電極（17）を立設するとともに、前記２枚の光触媒フィルタ（16）（16）の風上と風下側には前記放電電極と同様に形成した対極（18）（18）をそれぞれ配置することで構成されている。

なお、前記光触媒モジュール（12）における光触媒フィルタ（16）は、必ずしも２枚隣設せずとも、臭気成分や有害物質が比較的少ない場合には、１枚の光触媒フィルタ（16）の前後に対極（18）と放電電極（17）を設ける構成でもよい。

（19）は高圧電源部であり、高電圧発生トランス（20）により前記放電電極（17）と各対極（18）との間に高電圧を印加することにより、電極間に放電を起こす。

前記脱臭装置（３）は、前記空調装置（２）の動作に関連づけておこなうようにしており、室内（１）の給排気とともに空気温度や湿度調節をおこなう空調ユニット（４）のオンオフ動作に連動し、例えば、冷房仕様とした空調ユニット（４）の冷却運転がオフしたときに、送風ファン（14）を駆動させ、同時に高圧電源（19）に通電して、脱臭装置（３）を駆動するようにしている。送風ファン（14）の駆動により、室内（１）のゴミ（８）から発生する臭気や有機化合物、細菌等を含んだ空気は流入口（10）から風路（９）内に吸引され、光触媒モジュール（12）に至る。

光触媒モジュール（12）においては、高圧電源によって作られた１ｋＶ以上の高電圧を放電電極（17）に印加し対極（18）をアースすることで、放電電極（17）と対極（18）（18）間にコロナ放電が起きて波長が３８０ｎｍ以下の紫外線を発生させるものであり、紫外線が光触媒フィルタ（16）（16）に照射されることにより、光触媒を活性化させて発生した活性酸素が風路（９）に発生し、水酸化ラジカル（遊離基）の強い酸化作用で、光触媒フィルタ（16）の表面に付着した臭気ガス成分や有機化合物の結合を分解し、無臭化若しくは低臭気化することで脱臭された空気を流出口（15）から室内（１）に放出する。

また、菌の菌細胞膜を脆化させ抗菌をおこなうとともに、酸化分解作用によって光触媒フィルタ（16）表面の微生物の繁殖を抑制し、光触媒モジュール（12）や風路（９）の壁表面の汚れを分解除去する。

そしてまた、この放電電極（17）と対極（18）間が放電すると、紫外線とともにオゾンが発生するため、前記光触媒モジュール（12）は、紫外線による活性酸素の発生で有機物質を分解させる機能とともに、オゾン発生手段としても機能するものであり、臭気成分を含んだ空気を発生したオゾンと混合し反応させることで臭気成分を酸化分解し脱臭することができる。

光触媒モジュール（12）の風下側には、所定距離を空けて２酸化マンガンを主体にしたハニカム形状の焼結体からなるオゾン分解触媒（13）を設置しており、臭気物質と反応しないでそのまま流下する所定値以上の余剰オゾンを分解するようにしている。なお、オゾン発生手段は、上記の光触媒モジュール（12）によるものだけでなく、沿面放電電極と高電圧トランスを組み合わせたものや電解方式によるものでもよい。

そして、前記脱臭装置（３）の高圧電源部（19）には、例えば、５ｋＶ、２０ｋＨｚなどの一定周波数で供給された入力電圧に応じて高電圧が発生する。発生する高電圧は、入力電圧と脱臭装置の放電電圧との関係特性や内部のコイル定数などで異なるが、周波数が一定であると、発生する電圧によって高電圧放電によるオゾンおよび紫外線の発生量が決まるため、脱臭装置としての脱臭性能が決定される。

しかして、前記オゾン分解触媒（13）の流路方向の厚みは、通常２０ｍｍとして余剰オゾンを脱臭装置（３）の外に出さないようにしていたが、本実施例においては、この厚み寸法を１０ｍｍと薄くして、オゾンを積極的に脱臭装置（３）外に放出する構成としており、前記構成の脱臭装置（３）を、容積を１６ｍ^３ とした室内（１）に設置して脱臭運転をおこなった結果、２時間経過後の室内空間のオゾン濃度は、オゾン分解触媒（13）通過後の残存オゾンを積極的に放出することにより、従来の０．０２ｐｐｍから０．０５ｐｐｍレベルに増加し、その後一定となった。

この状態で、家庭から排出される生ゴミ（８）を臭気物質として室内（１）に放置して臭気を発生させ、図３に示す悪臭防止法第１号規制基準による評価方法である「６段階臭気排出強度表示法」によって前記室内（１）の臭気強度を測定した。

その結果、図４の（ａ）に示すように、３０分後における臭気強度は「段階１」で、「やっと感知できる臭い」の程度であり、１時間後には「段階２」の「何の臭いであるかわかる弱い臭い」の程度となった。そして、２時間後でも臭気強度は「段階２」のレベルで推移した。オゾン臭は雰囲気内に臭気物質が存在する間は、これを酸化することで消費されるため臭わなくなるものであり、人に不快感を与えないとともに濃度的にも人体への影響は特に問題ない程度であって、脱臭装置（３）の外部における室内（１）壁面の染み付き臭の分解除去に効果が得られた。

上記実施例に対し、比較例として設けて実験した（ｂ）は、オゾン放出なし、すなわち、風路（９）中のオゾン分解触媒（13）の厚みを従来どおりの２０ｍｍとして、余剰オゾンを全て分解するようにしたもので、前記（ａ）と同様の実験をした結果、３０分後の時点での臭気強度は「段階１」であるが、時間の経過とともに室内（１）の臭気強度は増加し、１時間後には「段階２」、２時間後には「段階３」の「楽に感知できる臭い」レベルとなり、室内（１）に入った人がオゾン臭で不快感を覚えるとともに、長時間室内（１）に滞留すれば、人体にも悪影響を与える問題がある。

さらに、比較例（ｃ）は、オゾン放出のみ、すなわち、風路（９）中にオゾン分解触媒（13）と光触媒フィルタ（16）を設けないで脱臭運転をおこなったものであり、放電電極（17）と対極（18）による放電で発生したオゾンが分解されないまま放出されるため、３０分後の臭気強度は「段階２」、１時間後には「段階３」となり、２時間後の臭気強度は「段階４」の悪臭と評価される「強い臭い」レベルとなった。したがって、室内（１）壁面の染み付き臭の分解除去に効果はあるが、オゾン濃度が高いために、不快感とともに人体に対して悪影響を及ぼす弊害が発生するものである。

上記により、人体に影響や不快感を与えずに室内（１）壁面の染み付き臭をも除去するには、前記実施例のように、放電によって光触媒を励起すると同時にオゾンを放出する脱臭装置（３）を使用し、放電で作られたオゾンをオゾン分解触媒（13）で全て酸素に戻さず、人体に影響を与えない許容の濃度で周囲の環境に積極的に放出させ、床や壁面に付着させる構成が、即効性や脱臭性能を良好に保持するとともに、脱臭装置（３）外の室内（１）壁面やその近傍の臭い分子や臭気物質、細菌を酸化分解するものであり、染み付き臭の除去に対しても効果を有することが明らかになった。

このとき、放出するオゾン濃度は、前記実施例では、０．０５ｐｐｍとしたが、許容される濃度としては、０．０３〜０．１０ｐｐｍの範囲に設定すればよい。これは、０．０３ｐｐｍ以下の低濃度では臭気成分との反応がほとんど進まないので、室内（１）壁面の染み付き臭に対する効果がないものであり、０．１０ｐｐｍを超えると、オゾン臭がきつく人に不快感を与えるばかりでなく、法的規制からもオゾンによる人体への影響が懸念されるためである。

また、脱臭装置（３）を設置している室内（１）に臭気物質が非常に多いような場合は、放出したオゾンが臭気物質と反応して大量に消費されてしまうために、室内（１）にはより多くのオゾン量を必要とし、脱臭装置（３）からさらに多くのオゾンを放出してその濃度を保持する必要がある。したがって、より多くのオゾンを放出するためには、放電量を上げる必要があるが、放電量を大きくすることは、オゾン発生量のみならず光触媒に照射される紫外線の量をも増やすことになり、光触媒の励起によって、より脱臭性能を向上させることになる。

前記のごとく、オゾン濃度は臭気物質の量によって変化する。すなわち、臭気物質が多い場合は、臭気物質の分解反応によってオゾンが消費されるためその濃度は減少し、臭気物質が少ない場合は、室内（１）内のオゾン濃度が高くなる。そこで、オゾンセンサーをゴミ収集場の室内（１）に設け、センサーによりオゾン濃度を測定し、その濃度に基づいて脱臭装置（３）の放電量を制御することで、設置空間中のオゾン濃度を所定の値に保持するようにすれば、即効性や脱臭性能とともに、室内（１）壁面の染み付き臭の除去性能の双方を安定して制御できるものであり、人体への影響や不快感もない環境で作業することができる。

そしてまた、オゾン濃度ではなく、臭気センサーを用いて臭気の強度を検出し、設置空間の臭気強度に応じて放電量を制御することで所定のオゾン濃度を保持するようにしてもよい。臭気センサーは、感応材料として酸化錫、酸化亜鉛等の金属酸化半導体を使用した熱線型半導体式センサーであって、微量の還元性ガスに対して高感度検出が可能で長期安定性に優れているものである。

この臭気センサーからの出力電圧を適正に設定することにより、脱臭時における脱臭装置（３）の高圧電源（19）の出力を調整して増減したり、あるいは空調運転時における空調ユニット（４）能力を制御して給排気力を調整するようにする。

さらに、上記オゾン濃度や臭気強度をそれぞれのセンサーを用いて制御する放電電極（17）と対極（18）双方の電極間の放電量については、高圧電源（19）から供給される電圧を調整することで制御してもよい。また、高電圧放電手段への入力をオンオフ運転するデューティ制御、あるいは、周波数制御によって放電量を制御するようにしてもよいものであり、光触媒による酸化分解作用と併せて臭い分子や多くの有機物質を分解除去することができる。

本発明は以上のように構成されているが、脱臭装置（１）の設置場所については、前記したゴミ収集場に限るものではなく、厨房などの家庭内居住空間や公共の場所に置かれた分煙機、例えば、エアコンや、冷蔵庫の内部貯蔵空間の脱臭をおこなうように送風経路に設けられた脱臭装置にも適用できる。

本発明の１実施形態を示すゴミ収集場における脱臭システム概略図である。 図１における脱臭装置の概略構成図である。 悪臭防止法第１号規制基準の「６段階臭気排出強度表示法」を示す図である。 本発明の１実施例と従来の臭気強度測定結果を表す比較図である。 具体的脱臭方法の特性比較図である。

符号の説明

１ ゴミ収集場の室内 ２ 空調装置 ３ 脱臭装置
８ ゴミ ９ 風路 10 流入口
13 集塵フィルター 12 光触媒モジュール 13 オゾン分解触媒
14 送風ファン 15 流出口 16 光触媒フィルタ
17 放電電極 18 対極 19 高圧電源部

Claims (7)

1. 高電圧放電によってオゾンおよび紫外線を発生させる手段と、この高電圧放電手段で発生させた紫外線による光触媒作用で空気中に含まれている臭気成分や有害物質などの分解をおこなう光触媒モジュールと、前記高電圧放電手段により発生させたオゾンを分解するオゾン分解手段とをファンによって送風される送風経路内に配置してなり、前記オゾン分解手段を通過するオゾンを所定量残存させて、周囲の環境中に放出するようにしたことを特徴とする脱臭装置。
2. 放出するオゾンの量を設置空間容積に対して、０．０３〜０．１ｐｐｍにしたことを特徴とする請求項１記載の脱臭装置。
3. 設置空間のオゾン濃度をセンサーで測定し、放電量を制御することで所定のオゾン濃度を保持したことを特徴とする請求項１記載の脱臭装置。
4. 設置空間の臭気強度をセンサーで測定し、臭気強度に応じて放電量を制御することで所定のオゾン濃度を保持したことを特徴とする請求項１記載の脱臭装置。
5. 放電量を電圧制御することを特徴とする請求項３または４記載の脱臭装置。
6. 高電圧放電手段への入力をオンオフ運転するデューティ制御によって放電量を制御することを特徴とする請求項３または４記載の脱臭装置。
7. 放電量を周波数制御することを特徴とする請求項３または４記載の脱臭装置。
   

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