JP2016172224A

JP2016172224A - 空気質清浄装置

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Publication number: JP2016172224A
Application number: JP2015053390A
Authority: JP
Inventors: 謙三久保田; Kenzo Kubota; 洋晴西部; Hiroharu Nishibe; 裕介河目; Yusuke Kawame; 美咲天保; Misaki Amamotsu
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2016-09-29

Abstract

【課題】駐車場等に設置されて自動車の排気ガス等に含まれる有害物質を効果的に除去することができる空気質清浄装置を提供する。
【解決手段】空気質清浄装置１は、汚染された空気を吸い込む吸気部３と、吸い込まれた空気を清浄化する空気浄化部６と、清浄化された空気を大気中に放出する清浄空気放出部７と、吸気部３、空気浄化部６、清浄空気放出部７の順に空気を流す送風手段１２とを有する。空気浄化部６は、第１の土壌基盤４および第２の土壌基盤５が、この順で送風手段１２による空気の流れ方向に沿って設けられている。第１の土壌基盤４は好気性微生物による硝化反応を行い、第２の土壌基盤５は嫌気性微生物による脱窒反応を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車の排気ガス等により汚染された空気を清浄化する空気質清浄装置に関する。

汚染された空気が土壌基盤を通過することで空気を清浄化すると共に、土壌基盤に植物を植えて緑化する空気清浄緑化装置が考案されている（例えば特許文献１）。従来、この種の空気清浄緑化装置は、主に建物室内の空気を清浄化するものであり、自動車の排気ガス等により汚染された空気を清浄化するものではなかった。排気ガスによる汚染空気の浄化を目的とするものとして、特許文献２に空気浄化装置が提案されている。

特開２０１４−６４５１７号公報特許第３５６１８０５号特許第５１１６７０９号特許第３３３４０２２号

自動車の停止や発進の多い駐車場等では、排気ガスによる空気の汚染が問題となっている。また、駐車した自動車のマフラーから吐き出される排気ガスにより店舗等の外壁や隣地との境界壁が汚れるという問題もある。排気ガスによる壁の汚れに対しては、商業施設や時間貸し駐車場等において、マフラーが壁側を向かないように駐車方向を前向きに限定しているところが多い。しかし、自動車の出入りや人の往来が多い場合、前向きに駐車すると駐車マスからの退出時に危険を伴うことがある。これらのことから、駐車場に駐車された自動車から出る排気ガスの対策が課題となっている。

特許文献２の空気浄化装置は、自動車の排気ガスによる汚染空気の浄化を目的としているが、植物が植えられた土壌で汚染空気を浄化するという点で特許文献１に記載の空気清浄緑化装置と同じであり、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の等の汚染物質を十分に除去することは期待できない。

この発明の目的は、駐車場等に設置されて自動車の排気ガス等に含まれる有害物質を効果的に除去することができる空気質清浄装置を提供することである。

この発明の空気質清浄装置は、汚染された空気を吸い込む吸気部と、吸い込まれた空気を清浄化する空気浄化部と、清浄化された空気を大気中に放出する清浄空気放出部と、前記吸気部、前記空気浄化部、前記清浄空気放出部の順に空気を流す送風手段とを有し、前記空気浄化部は、第１の土壌基盤および第２の土壌基盤が、この順で前記送風手段による空気の流れ方向に沿って設けられていることを特徴とする。

送風手段の送風作用により、吸気部から汚染空気が吸い込まれ、その汚染空気が、第１の土壌基盤および第２の土壌基盤を順に通過し、清浄空気放出部から放出される。汚染空気が第１の土壌基盤および第２の土壌基盤を通過するときに、汚染空気に含まれる有害成分が分解される。第１の土壌基盤および第２の土壌基盤を、汚染空気中の有害成分を分解するのに適した微生物が棲む環境に保つことで、微生物による有害成分の分解が進み、汚染空気の浄化が効率良く行われる。土壌基盤を一つだけでなく、第1の土壌基盤と第２の土壌基盤とを設けて順に空気を通過させるようにしているので、これら第１の土壌基盤と第２の土壌基盤として異なる材質の土壌基盤を設けるなどして、より効果的に浄化することができる。清浄空気放出部からは、第１の土壌基盤および第２の土壌基盤で浄化された清浄空気が放出される。

この発明において、前記第１の土壌基盤は好気性微生物による硝化反応を行い、前記第２の土壌基盤は嫌気性微生物による脱窒反応を行うと良い。
この場合、汚染空気が第１の土壌基盤および第２の土壌基盤を通過するときに、汚染空気中の窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）が土壌中の水分に溶解して硝酸態窒素（ＮＯ_３ ^-）が生成される。また、第１の土壌基盤では、この第１の土壌基盤に棲む好気性微生物による硝化反応によって、土壌中の窒素肥料から生成されたアンモニア態窒素（ＮＨ_４ ^＋）が亜硝酸態窒素（ＮＯ_２ ^-）を経て硝酸態窒素（ＮＯ_３ ^-）に変換される。第２の土壌基盤では、前記汚染空気由来の硝酸態窒素（ＮＯ_３ ^-）および前記窒素肥料由来の硝酸態窒素（ＮＯ_３ ^-）が、この第２の土壌基盤に棲む嫌気性微生物の脱窒反応によって、亜硝酸態窒素（ＮＯ_２ ^-）および亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）を経て分子状窒素（Ｎ_２）に変換される。このように、汚染空気中の窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）が分子状窒素（Ｎ_２）に変換されることで、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）が除去される。

前記第１の土壌基盤および前記第２の土壌基盤は、通水性および通気性を有する中間層を介して互いに離間されていると良い。
好気的反応である硝化反応を発生させる第１の土壌基盤に比べて、嫌気的反応である脱窒反応を発生させる第２の土壌盤は含水比を高くする必要がある。第１の土壌基盤と第２の土壌基盤との間に中間層を設けることで、第１の土壌基盤から第２の土壌基盤へ流れる水の流れを管理し易く、かつ第２の土壌基盤から第１の土壌基盤への水の逆流を抑えることができる。

前記中間層はポーラスコンクリートからなっていても良い。
ポーラスコンクリートは、適度の通水性および通気性を有する。また、構造体としての強度を有するので、重量物を支える支持体の役割を持たせることができる。

前記第１の土壌基盤の酸化還元電位は好気呼吸を行う微生物が好む値であり、前記第２の土壌基盤の酸化還元電位は嫌気呼吸を行う微生物が好む値であるのが良い。
これにより、第１の土壌基盤における好気的反応である硝化反応、および第２の土壌基盤における嫌気的反応である脱窒反応が良好に行われる。

前記第１の土壌基盤が大気に開放された面を有する場合、この面に植物を植えてもよい。
これにより、汚染空気の清浄化に加えて、第１の土壌基盤の大気と接する面を緑化することができ、美観的に好ましいものとなる。

前記第１の土壌基盤よりも前記空気の流れ方向の上流側に水分供給手段が設けられていても良い。
水分供給手段が設けられていると、第１の土壌基盤および第２の土壌基盤に対して水分を供給して、両土壌基盤の含水比を適正に保つことができる。

この発明において、駐車場における駐車マスの下方となる地中に前記空気浄化部が配置され、駐車された自動車の排気口の近傍に前記吸気部の吸気口が位置していてもよい。
この場合、駐車場に駐車している自動車から出る排気ガスが周囲に拡散することを防ぎつつ、排気ガスに含まれる有害物質を除去することができる。空気浄化部を地中に設置すれば、空気質清浄装置の大半部分が地面よりも下側に隠れた状態となり、駐車の障害とならない。また、運転者の視界を遮ることもない。

この発明において、前記空気浄化部が壁状であり、前記第１の土壌基盤は好気性微生物による硝化反応を行い、前記壁状の空気浄化部における前記第１の土壌基盤の大気と接する面に植物が植えられていても良い。
この場合、空気質清浄装置を建物の外壁や境界壁として利用することができる。また、壁面緑化により美観を向上させることができる。

この発明の空気質清浄装置は、汚染された空気を吸い込む吸気部と、吸い込まれた空気を清浄化する空気浄化部と、清浄化された空気を大気中に放出する清浄空気放出部と、前記吸気部、前記空気浄化部、前記清浄空気放出部の順に空気を流す送風手段とを有し、前記空気浄化部は、第１の土壌基盤および第２の土壌基盤が、この順で前記送風手段による空気の流れ方向に沿って設けられているため、自動車の排気ガス等に含まれる有害物質を効果的に除去することができる。

（Ａ）この発明の実施形態にかかる空気質清浄装置の平面図、（Ｂ）はその断面図である。空気質清浄化のメカニズムの説明図である。（Ａ）この発明の異なる実施形態にかかる空気質清浄装置の断面図、（Ｂ）さらに異なる実施形態にかかる空気質清浄装置の断面図である。空気質清浄装置の設置場所を示す平面面である。

この発明の一実施形態を図１および図２と共に説明する。
図１において、この空気質清浄装置１は、例えば商業施設等の駐車場に設けられるものであり、大半部分が駐車マス２の下方となる地中に設置されている。空気質清浄装置１は、吸気部３、２つの土壌基盤４，５を含む空気浄化部６、および清浄空気放出部７を備え、吸気部３の一部分のみが地面よりも上に出ている。吸気部３の地中部分、空気浄化部４、および清浄空気放出部７の底面および四方の側面は、水および空気を通さない箱状のコンクリート枡８で囲まれている。コンクリート枡８の底面は、後述する空気の流れ方向の下流側（図の左方向）へ行くほど低位となるように形成されている。

吸気部３は空洞状になっていて、地面から上に出た部分に汚染空気を吸い込む吸気口１０が設けられている。この吸気口１０の位置は、駐車マス２に後ろ向きで駐車される自動車４０の排気口４１に対向する位置とされている。

吸気部３の地中部分に続いて、ファンボックス１１が設けられている。ファンボックス１１には送風手段としてのファン１２が設けられており、このファン１２により吸気部３、空気浄化部４、および清浄空気放出部７の順に空気を流す。ファン１２は常時回転させておいてもよいが、この例のように、駐車マス２に自動車４０が駐車されたことを検出するセンサ１３を吸気部３の上などに設け、センサ１３によって駐車が検出されたときだけファン１２が回るようにすれば省エネとなる。

また、ファンボックス１１には、水分供給手段としての通水マット１４が設けられている。この通水マット１４に含まれている水分が空気流によって気化されて、空気流れ方向の下流側に位置する空気浄化部６の各土壌基盤４，５に水分を与える。通水マット１４に水分を補給する方法については、後で説明する。

空気浄化部６は、ファン１２による空気の流れ方向に沿って、通気層１５、第１の土壌基盤４、中間層１６、および第２の土壌基盤５が順に配置されている。通気層１５および中間層１６は、通水性および通気性を有する素材、例えばポーラスコンクリートからなる。ファンボックス１１、通気層１５、第１の土壌基盤４、および中間層１６の上部は、水分だけでなく気体も通さない遮水層１７で覆われており、水分や空気が上方に漏れないようになっている。遮水層１７は、例えば一般のコンクリートからなるが、シート状のものであってもよい。

第１の土壌基盤４の酸化還元電位は、好気呼吸を行う微生物、例えばアンモニア酸化細菌や亜硝酸酸化細菌が好む値とされ、第２の土壌基盤５の酸化還元電位は、嫌気呼吸を行う微生物、例えば脱窒菌が好む値とされる。上記酸化還元電位とするために、第１の土壌基盤４の含水比は中程度、第２の土壌盤５の含水比は高めとする。例えば、第１の土壌基盤４は含水比が３０％〜４０％であり、第２の土壌基盤４は含水比が４０％以上である。ただし、上記含水比は一例であって、好ましい含水比は土壌の各種状況によって変わる。第１の土壌基盤４と第２の土壌基盤５とが前記中間層１６を介して互いに分離されているため、第１の土壌基盤４から第２の土壌基盤５へ流れる水の流れを管理し易く、かつ第２の土壌基盤５から第１の土壌基盤４への水の逆流を抑えることができる。このため、両土壌基盤４，５の各酸化還元電位を適正に保ち易い。

前記遮水層１７の上側は、ポーラスコンクリート等の通水性・通気性材料からなる表面層１８となっている。第２の土壌盤５の上面と表面層１８の下面とは、互いに接している。表面層１８の上面は、駐車マス２の駐車面となる水平な面である。表面層１８の上面の後端には、駐車マス２に後ろ向きで駐車される自動車用の車止め１９が設けられる。

前記通水マット１４の上端は上記表面層１８に繋がっており、表面層１８に含まれる雨水等の水分が通水マット１４に浸透するようになっている。前記遮水層１７の後部を後方へ行くほど低位となるように傾斜させておくと、表面層１８に含まれる水分の多くを通水マット１４に導くことができる。この例のように通水マット１４への水補給を雨水だけに頼るのではなく、別に灌水手段（図示せず）を設けてもよい。また、遮水層１７には、ファンボックス１１内が過湿状態になるのを防ぐために、ファンボックス１１内の余分な水蒸気を外部に逃す空気孔２０が設けられている。

清浄空気放出部７は、ポーラスコンクリート等の通水性・通気性材料からなり、地下で第２の土壌盤５と接し、上面は大気に接している。清浄空気放出部７の上面は、表面層１８の上面と共に、駐車マス２の駐車面を構成する。清浄空気放出部７の前端となるコンクリート枡８の底面の最下位部に、排水口２１が設けられている。この排水口２１は、駐車場に設けられた排水溝等の排水設備（図示せず）に繋がっている。コンクリート枡８の底部に溜まった水は、排水口２１より排水される。

この空気質清浄装置１の作用について説明する。
駐車マス２に自動車４０が駐車すると、それをセンサ１３が検出し、ファン１２が回転する。ファン１２の送風作用により、吸気部１０から自動車４０の排気ガスを含む汚染空気が吸い込まれ、その汚染空気が、空気浄化部６の第１の土壌基盤４および第２の土壌基盤５を順に通過する過程で浄化され、清浄空気が清浄空気放出部６の上面から大気中に放出される。なお、清浄空気の一部は表面層１８の上面からも大気中に放出される。

空気浄化部６では以下のメカニズムが働く（図２参照）。
（１）汚染空気が第１の土壌基盤４および第２の土壌基盤５を通過するときに、汚染空気中の窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）が土壌中の水分に溶解して硝酸態窒素（ＮＯ_３ ^-）が生成される。

（２）また、第１の土壌基盤４では、この第１の土壌基盤４に棲む好気性微生物の好気的反応である硝化反応によって、土壌中の窒素肥料から生成されたアンモニア態窒素（ＮＨ_４ ^＋）が亜硝酸態窒素（ＮＯ_２ ^-）を経て硝酸態窒素（ＮＯ_３ ^-）に変換される。詳しくは、アンモニア酸化細菌によってアンモニア態窒素（ＮＨ_４ ^＋）が亜硝酸態窒素（ＮＯ_２ ^-）に変換され、亜硝酸酸化細菌によって亜硝酸態窒素（ＮＯ_２ ^-）が硝酸態窒素（ＮＯ_３ ^-）に変換される。なお、アンモニア態窒素（ＮＨ_４ ^＋）の一部は、土壌微生物によっても消費される。ここで言う土壌微生物は、アンモニア酸化細菌などの好気性微生物である。

（３）さらに、第２の土壌基盤５では、前記汚染空気由来の硝酸態窒素（ＮＯ_３ ^-）および前記窒素肥料由来の硝酸態窒素（ＮＯ_３ ^-）が、この第２の土壌基盤５に棲む脱窒菌等の嫌気性微生物の嫌気的反応である脱炭反応によって、亜硝酸態窒素（ＮＯ_２ ^-）および亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）を経て分子状窒素（Ｎ_２）に変換される。第２の土壌基盤５にアナモックス細菌が棲息している場合、このアナモックス細菌によってもアンモニア態窒素（ＮＨ_４ ^＋）および亜硝酸態窒素（ＮＯ_２ ^-）が分子状窒素（Ｎ_２）に変換される。なお、硝酸態窒素（ＮＯ_３ ^-）の一部は、土壌微生物によっても消費される。ここで言う土壌微生物は、脱窒菌等の嫌気性微生物である。

このように、汚染空気を第１の土壌層４および第２の土壌層５に順に通すことにより、汚染空気中の窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）が分子状窒素（Ｎ_２）に変換され、空気中の汚染物質である窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）が除去される。また、汚染空気を第１の土壌層４および第２の土壌層５に順に通すことにより、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を除去するだけでなく、排気ガス中の他の微粒子も捕集することができる。

この空気質清浄装置１は、大半部分が駐車マス２の下方となる地中に配置されているため、駐車する自動車４０の下部や後部と干渉せず、駐車の障害とならない。運転者の視界を遮ることもない。また、空気浄化部６の通気層１５、中間層１６、および清浄空気放出部６をポーラスコンクリートとしたことにより、適度の通水性および通気性を確保しつつ、それ自体が自動車４０等の重量物を支える支持体の役割を持っている。これにより他の支持体を設ける必要がなく、簡素な構成とすることができる。

図３（Ａ），（Ｂ）はこの発明の異なる実施形態である壁型の空気質清浄装置を示す。これら壁型の空気質清浄装置３１Ａ，３１Ｂは、空気浄化部６が壁状であり、この壁状の空気浄化部６における第１の土壌基盤４の大気と接する面に植物３２が植えられている。図３（Ａ）の空気質清浄装置３１Ａは、第１の土壌基盤４と第２の土壌基盤５とが壁厚さ方向に並べてあり、壁の表側となる面のほぼ全面が植栽面となっている。図３（Ｂ）の空気質清浄装置３１Ｂは、第１の土壌基盤４と第２の土壌基盤５とが上下に並べてあり、表側となる面の上部のみが植栽面となっている。いずれの空気質清浄装置３１Ａ，３１Ｂについても、第１の土壌基盤４と第２の土壌基盤５との間には、両土壌基盤４，５を互いに分離する通水性および通気性を有する中間層１６が介在している。

空気浄化部６の下方に送風手段としてのファン１２が設けられ、このファン１２により、植栽面となる第１の土壌基盤４の表面から汚染空気を吸い込み、この吸い込んだ汚染空気を第１の土壌基盤４および第２の土壌基盤５を順に通過させて浄化し、清浄空気を壁の前面下部に設けられた放出口３３から放出する。図３（Ａ）の空気質清浄装置３１Ａは、外周フレーム３４と第２の土壌基盤５との間に空気の通り道となる空間３５が設けられている。これら壁型の空気質清浄装置３１Ａ，３１Ｂの場合、植栽面となる第１の土壌基盤４の前面部が吸気部３となり、前記放出口３３を含む周辺部分が清浄空気放出部７となる。

これらの空気質清浄装置３１Ａ，３１Ｂも、前記実施形態と同様に、第１の土壌基盤４での硝化反応と第２の土壌基盤５での脱窒反応とで汚染空気の浄化が行われる。これに加えて、壁型の空気質清浄装置３１Ａ，３１Ｂは、第１の土壌基盤４に植物３２が植えられているため、第１の土壌基盤４で生成された汚染空気由来の硝酸態窒素（ＮＯ_３ ^-）および窒素肥料由来の硝酸態窒素（ＮＯ_３ ^-）が植物３２によって吸収される（図２参照）。また、壁面を緑化したことで、美観を向上させることができる。

図４は、コンビニエンスストア等の駐車場にこの発明の空気質清浄装置１，３１Ａ（３１Ｂ）を設置した例を示す。店舗４３の前に設けられた駐車マス２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）には図１に示す地中型の空気質清浄装置１を設置し、隣地との境界壁４４の前に設けられた駐車マス２（２Ｄ，２Ｅ）には図３に示す壁型の空気質清浄装置３１Ａ（３１Ｂ）が設置されている。このように、空気質清浄装置１，３１Ａ（３１Ｂ）を設置することにより、駐車マス２に自動車３２を後ろ向きに駐車させても、店舗４３の外壁や境界壁４４が汚れるということがなくなる。このため、後ろ向きに駐車することが可能となり、駐車マス２から安全かつ容易に退出することができる。

１，３１Ａ，３１Ｂ…空気質清浄装置
２…駐車マス
３…吸気部
４…第１の土壌基盤
５…第２の土壌基盤
６…空気浄化部
７…清浄空気放出部
１０…吸気口
１２…ファン（送風手段）
１４…通水マット（水分供給手段）
１６…中間層
４０…自動車
４１…排気口

Claims

汚染された空気を吸い込む吸気部と、吸い込まれた空気を清浄化する空気浄化部と、清浄化された空気を大気中に放出する清浄空気放出部と、前記吸気部、前記空気浄化部、前記清浄空気放出部の順に空気を流す送風手段とを有し、前記空気浄化部は、第１の土壌基盤および第２の土壌基盤が、この順で前記送風手段による空気の流れ方向に沿って設けられていることを特徴とする空気質清浄装置。
請求項１に記載の空気質清浄装置において、前記第１の土壌基盤は好気性微生物による硝化反応を行い、前記第２の土壌基盤は嫌気性微生物による脱窒反応を行う空気質清浄装置。
請求項２に記載の空気質清浄装置において、前記第１の土壌基盤および前記第２の土壌基盤は、通水性および通気性を有する中間層を介して互いに離間されている空気質清浄装置。
請求項３に記載の空気質清浄装置において、前記中間層はポーラスコンクリートからなる空気質清浄装置。
請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の空気質清浄装置において、前記第１の土壌基盤の酸化還元電位は好気呼吸を行う微生物が好む値であり、前記第２の土壌基盤の酸化還元電位は嫌気呼吸を行う微生物が好む値である空気質清浄装置。
請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の空気質清浄装置において、前記第１の土壌基盤が大気に開放された面を有し、この面に植物が植えられた空気質清浄装置。
請求項２ないし請求項６のいずれか１項に記載の空気質清浄装置において、前記第１の土壌基盤よりも前記空気の流れ方向の上流側に水分供給手段が設けられた空気質清浄装置。
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の空気質清浄装置において、駐車場における駐車マスの下方となる地中に前記空気浄化部が配置され、駐車された自動車の排気口の近傍に前記吸気部の吸気口が位置する空気質清浄装置。
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の空気質清浄装置において、前記空気浄化部が壁状であり、前記第１の土壌基盤は好気性微生物による硝化反応を行い、前記壁状の空気浄化部における前記第１の土壌基盤の大気と接する面に植物が植えられた空気質清浄装置。