JP4033552B2 - 空気清浄用フィルタ及びこれを用いた空気清浄器 - Google Patents

空気清浄用フィルタ及びこれを用いた空気清浄器 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は空気清浄用フィルタに関する。特に脱臭機能に優れた空気清浄用フィルタの改良に関する。更には、かかる空気清浄用フィルタを備えた空気清浄器に関する。
この空気清浄用フィルタは車両用として好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、車両用の空気清浄用フィルタとして、活性炭やゼオライトなどの物理吸着剤を利用したものが使用されている。
また、物理吸着剤に光触媒を担持させてこれに光を照射する構成のフィルタも知られている(特開平1−89322号公報参照)。このようなフィルタによれば物理吸着剤に吸着された有害ガス成分及び臭気成分が光により活性化された光触媒によって分解されるので、その効果が長期間維持される(特開平9−253452号公報参照)。
また、活性炭に薬品を添着してなる添着活性炭が化学吸着剤として知られている。例えば、角田光雄監修、(株)総合技術センター「最新吸着技術」、第448〜452頁を参照されたい。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記各種の吸着剤を用いても、有害ガス成分及び臭気成分を長期に渡ってかつ確実に除去することはできなかった。
本発明者らが検討したところ、車両において有害ガス成分及び臭気成分には次のものがあった。
(1)新車では、接着剤・塗料等を発生源とする有機性揮発ガス成分が高濃度に車内に存在する。例えば、トルエン及びキシレン等の芳香族炭化水素、トリメチルアミン等の窒素系化合物並びにノナン、デカン及びドデカン等の脂肪族炭化水素がいわゆる新車臭の原因となる。詳しくは、高橋ら、内装材不快臭の解析と脱臭法、自動車技術論文集、Vol.23、No.1、January 1992を参照されたい。
(2)数年経過すると、接着剤・塗料等の有機性揮発ガスはその大部分が放出されるので、車内から有害ガス成分及び臭気成分が殆どなくなる。一方、人の活動に伴い車内には様々な物質(例えば、煙草のヤニ)が付着し、これらが揮発して車内の臭いの原因となる。このような臭い成分は一般に低濃度であるが、人の嗅覚を刺激しやすく極低濃度でも臭いの原因となる。
(3)また、車両内には外気が導入されるので、当該外気に含まれるNO、NO2、SOX、COなども臭いの原因となり人体に有害である。
【0004】
以上より、車両用のフィルタには、新車時には高濃度の新車臭を除去でき、その後人の活動に起因する低濃度の臭気成分等を除去でき、かつ、外気に起因する有害ガス成分及び臭気成分をその高濃度、低濃度に拘わらず常に除去できることが要求される。そして、このような性能を備えたフィルタが得られれば、有害ガス成分及び臭気成分を長期に渡ってかつ確実に除去することが可能になる。
従って、この発明は上で説明した性能を有する空気清浄用フィルタを提供することを一つの目的とする。
この発明の他の目的は新規な構成の空気清浄用フィルタ及びこれを備えた空気清浄器を提供することにある。
【0005】
なお、化学吸着剤、物理吸着剤及び光触媒には、一般的に、下記の特性がある。
化学吸着剤は初期の高濃度の有害ガス成分及び臭気成分除去性能には優れるが、飽和吸着量に達すると寿命となり、その後の除去性能が極端に低下する。また、これを再生する方法も知られていない。化学吸着剤は高濃度の有害ガス成分及び臭気成分の吸着は得意であるが、低濃度の有害ガス成分及び臭気成分の吸着は不得手である。
物理吸着剤では、温度や湿度等の使用条件により、被吸着成分が再放出されるおそれがある。飽和吸着量に達すると寿命となりその後の除去性能が極端に低下する。物理吸着剤は加熱により再生可能であるが、空気清浄器のフィルタとして物理吸着剤を考えた場合これを加熱再生することは、メインテナンスとして現実的ではない。なお、物理吸着剤に光触媒を添加してなる複合吸着剤によれば、光を照射することによりこれを簡易に再生することができる(特開平9−253452号公報参照)。物理吸着剤は高濃度の有害ガス成分及び臭気成分の吸着は得意であるが、低濃度の有害ガス成分及び臭気成分の吸着は不得手である。
光触媒は低濃度の有害ガス成分及び臭気成分の除去は得意であるが、高濃度の有害ガス成分及び臭気成分を除去するには時間がかかるため不得手である。
【0006】
【課題を達成するための手段】
この発明は既述の課題を達成するものであり、その構成は次の通りである。
化学吸着剤、物理吸着剤及び光触媒が実質的に一体とされている空気清浄用フィルタ。
【0007】
【発明の作用・効果】
このように構成された空気清浄用フィルタによれば、新車時及び外気に起因する高濃度の有害ガス成分及び臭気成分を化学吸着剤及び物理吸着剤で除去する。特に、化学吸着剤が物理吸着剤と一体化されているので、物理吸着剤から再放出された有害ガス成分及び臭気成分が化学吸着剤に確実に補足される。従って、特に、新車時の有害ガス成分及び臭気成分を確実に除去することができる。このような機能を確保するため、化学吸着剤にはそれのみで有害ガス成分及び臭気成分を除去できる程度のガス補足容量が望まれる。
一方、車両の経年時及び外気に起因する低濃度の有害ガス成分及び臭気成分はもっぱら光触媒で除去する。
なお、物理吸着剤と光触媒とが一体化されているので、両者は複合吸着剤を構成する。従って、既述の通り特開平9−253452号公報に開示の物理吸着剤の再生技術を用いれば物理吸着剤が再生される。これにより、化学吸着剤が有害ガス成分及び臭気成分により飽和してその活性を失った後でも、物理吸着剤はその活性を保ち得るので半永久的に高濃度の有害ガス成分及び臭気成分の除去を行える。換言すれば、本発明にかかるフィルタによればその交換が不要となり、実質的なメインテナンスフリーを達成できる。
【0008】
この発明を別の局面からみれば、空気清浄用フィルタの構成は化学吸着剤、物理吸着剤及び光触媒からなり、前記化学吸着剤と前記物理吸着剤とは接触しており、前記光触媒は前記物理吸着剤に担持される。
このように構成された空気清浄用のフィルタによっても、上記と同様な作用・効果が得られる。
【0009】
この発明を更に別の局面からみれば、空気清浄用フィルタの構成は光触媒を担持した物理吸着剤と、該物理吸着剤から放出された有害ガス成分及び臭気成分の実質的な全部を吸着可能な位置に配置された化学吸着剤と、を備えてなる。
このように構成された空気清浄用のフィルタによっても、上記と同様な作用・効果が得られる。
【0010】
【発明の実施の形態】
上記において、化学吸着剤には吸着対象となる臭気成分と反応する薬剤をその表面に添着した添着活性炭が用いられる。その他には、Zn(OH)2などがNO2を吸着する化学吸着剤として用いられる。
新車臭の主たる臭気成分である例えばトリメチルアミンを吸着する化学吸着剤としてはリン酸、硫酸などの酸性物質を添着した添着活性炭が用いられる。
【0011】
図1は化学吸着剤の吸着特性を示す。被吸着剤としてアセトアルデヒドを選択した。図1の結果は次の様にして得られた。
まず、2m3の閉じた容器中に10ppmの初期濃度となるようにアセトアルデヒドを注入する。この容器中には化学吸着剤としてアニリンを添着した添着活性炭のハニカム1200cm3が置かれる。このハニカム中へ2m3/分の風量で容器内の空気が流される。容器は常温、湿度30〜50RHに保たれる。
【0012】
図1の結果▲1▼は測定開始時のアセトアルデヒドの濃度を100としたときの30分経過後のアセトアルデヒドの濃度である。
▲2▼〜▲5▼は添着活性炭のハニカムをそのままにして順次アセトアルデヒドをその濃度が10ppmになるように注入し、上記と同じ条件で測定を行ったときの結果を示す。
図1の結果より、化学吸着剤は高濃度のガスを効率良く吸着するが、その劣化も早いことがわかる。
【0013】
物理吸着剤としては活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、合成ゼオライトその他の微細孔を有する物質が用いられる。
【0014】
光触媒は臭気成分を分解できるものであれば特に限定されないが、半導体酸化物が広く知られており、中でも、酸化力の強さ、低価格、無毒性等の理由から酸化チタン(TiO2)を好適に利用できる。その他、Cu、Zn、La、Mo、V、Sr、Ba、Ce、Sn、Fe、W、Mg又はAlの各酸化物を光触媒として用いることができる。
【0015】
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。
窒素酸化物を分解する見地からは、酸化チタン−パラジウム複合触媒が好ましい。この場合の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。
【0016】
図2は物理吸着剤に光触媒を担持してなる複合吸着剤によるアセトアルデヒドの吸着特性を示す。複合吸着剤として上層にTiO240g、下層に活性炭10g・ゼオライト10gを配置したフィルタ(300mm×200mm×10mm)の2枚を用いた。
その他の測定条件は図1と同様である。なお、5回目の測定前に複合吸着剤シートへ冷陰極管により1mW/cm2の出力で24時間光を照射した。その結果、吸着性能が2回目と同程度まで回復したことがわかる。
【0017】
次に、この発明の空気清浄用フィルタの形態について図面を参照しながら説明する。
(形態1)
図3はこの発明のフィルタの第1の形態を示す。この形態のフィルタ1は担体2の上に化学吸着剤層3、物理吸着剤層4及び光触媒層5が順次積層された構成である。光触媒を活性化するための光は図の上方から光触媒層5へ照射される。空気は各層3〜5と平行に流される。なお、担体2の他方の面(図面では下面)へ同様に化学吸着剤層3、物理吸着剤層4及び光触媒層5を順次積層することもできる。
担体2にはアルミニウムや紙等が用いられる。
各層の厚さは特に限定されないが、化学吸着剤層、物理吸着剤及び光触媒とも0.05〜0.1mmとすることが好ましい。
【0018】
このように構成されたフィルタ1によれば、空気中の有害ガス成分及び臭気成分が高濃度の場合は化学吸着剤層3と物理吸着剤層4で専ら吸着除去され、低濃度の場合は専ら光触媒層5で分解除去される。また、物理吸着剤層4から脱離した有害ガス成分及び臭気成分は再度化学吸着剤層3で補足される。従って、空気中の臭気成分を確実に除去できる。更には、光触媒層5に所定の条件で光を供給することにより物理吸着剤層4が再生されるので、フィルタ1の吸着性能が長期間に渡って維持される。
【0019】
(形態2)
図4は第2の形態のフィルタ10を示す。図1と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
このフィルタ10は担体2の上に化学吸着剤層3及び複合吸着剤層11を順次積層した構成である。ここに、複合吸着剤層11は、図5に示すように、物理吸着剤の粒子14に光触媒の微粒子15を担持させたもの(複合粒子16)からなる。このような複合粒子16をアルミや紙などに担持させて複合吸着剤層11を構成する。若しくは化学吸着剤層2の上に複合粒子16を塗布してもよい。
なお、担体2の他方の面(図面では下面)へ同様に化学吸着剤層3及び複合吸着剤層11を順次積層することもできる。
このフィルタ10も第1の形態のフィルタ1と同様の作用・効果を奏する。
【0020】
(形態3)
図6及び図7は第3の形態のフィルタを示す。図6に示すとおり、このフィルタの主体となる部分(フィルタ粒子23)は、粒子状の化学吸着剤22の塊と当該塊を被覆する複合粒子16(図5に示したもの)とからなる。このフィルタ粒子23を担体2へバインダを用いて塗布、積層して第3の形態のフィルタ20を構成する。なお、図7ではフィルタ粒子23が単層であるが、これを複数の層とすることも勿論可能である。また、フィルタ粒子23の単層又は複数の層を担体2の他方の面に形成することもできる。
このフィルタ20も第1の形態のフィルタ1と同様の作用効果を奏する。
【0021】
図8は形態1のフィルタのシートを加工して形成したハニカムコア状のフィルタ30を示す。フィルタの面積をできる限り大きくするために車両用の空気清浄器にはかかる形状のフィルタが装着される。なお、格子状及びその他の形状を採用できることは勿論である。
形態2及び3のフィルタについても同様の加工を施すことができる。
【0022】
(形態4)
図9に示すフィルタ40はハニカムコア状(図8参照)の3つ基体43〜45を積層した構成であり、光源からみて裏側(図示左側)に当たる第1の基体43には化学吸着剤が担持されている。中央の第2の基体44には物理吸着剤が担持されている。そして、光が直接照射される第3の基体45には光触媒が担持されている。
【0023】
この形態4で説明したフィルタでは、各層に対して空気が垂直に流される。光は光触媒層若しくは複合吸着剤層へ直接照射される。
かかるフィルタにおいても第1の形態のフィルタ1と同様の作用効果が奏される。
【0024】
本発明の空気清浄用フィルタは光源とともに車両用や室内用等の空気清浄器に利用することができる。
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。
【0025】
空気を流通させる為の手段も特に限定されず、例えば汎用的なファンを用いることができる。かかるファンにより空気は物理吸着剤(若しくは複合吸着剤)側より化学吸着剤側へ流通させることが好ましい。物理吸着剤から脱離した臭気成分を化学吸着剤で再補足するためである。
このような見地から言えば、物理吸着剤と化学吸着剤とは必ずしも物理的に連続若しくは接触している必要はなく、物理吸着剤から脱離する臭気成分の実質的に全部を補足できる位置に化学吸着剤は配置されておればよい。
【0026】
次に、上で説明した各フィルタを備えることのできる車載用の空気清浄器210について説明する。
図10は、この空気清浄器210の構成を示している。図11は、図10に示す空気清浄器210のA−A断面図である。図12は空気清浄器210の車輌搭載位置を示している。図12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上に載置されている。
【0027】
空気清浄器210は、筐体220と、この筐体220に内包されたファン204と、ファン240と筐体220との間に設けられた集塵フィルタ224と、第1及び第2の脱臭フィルタ231、232と、該脱臭フィルタ231と232との間に設けられた紫外線ランプ226、226とを備えている。
【0028】
筐体220には、空気清浄器210の外部の空気を吸入するスリット状の吸入口222と、吸入された空気を装置210の外部に排出する排出口である吹き出し口234とが設けられている。筐体220の内部には、吸入口222から空気を吸入し、かつ、吸入された空気を吹き出し口234から排出するための、図示しないモータにより駆動される送風機であるファン240が設けられている。
【0029】
吸入口222と吹き出し口234との間の吹き出し口234近傍には、吸入された空気を清浄するために、第1の脱臭フィルタ231が吹き出し口234に対向させた状態で設けられている。その下側に第2の脱臭フィルタ232が設けられる。これら2つの脱臭フィルタ231、232の間に2本の紫外線ランプ226、226が設けられ、第1の脱臭フィルタ231の下面及び第2の脱臭フィルタ232の上面に紫外線が照射される。これによりそれぞれの光触媒が活性化される。
各脱臭フィルタ231、232には図8に示したハニカム状の空気清浄用フィルタが適用されている。
【0030】
吸入口222と第1及び第2の脱臭フィルタ231、232との間には集塵フィルタ224が設けられている。なお、ファン240の取付位置は特に限定されるものではないが、集塵フィルタ224による集塵効果を高めるために、該フィルタ224近傍に設けられている。
【0031】
図11に示すように、吹き出し口234には、複数の傾斜した板状ブレード234aが形成されており、該ブレード234aの間に設けられたスリット234bを介して浄化された空気が排出される。
【0032】
なお、図10では空気清浄器210を吸入口222と吹き出し口234とが上面となるように載置した状態で説明しているが、本装置は、このような使用形態に限定されることなく、例えば、吸入口222を側面とし、吹き出し口234が上方となるように載置して使用することも可能である。
【0033】
引き続き、この車載用空気清浄器210の動作について説明する。
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、集塵フィルタ224にて空気中の粉塵、例えば花粉等が吸着されてから、第2、第1の脱臭フィルタ232、231側へ送られる。
この脱臭フィルタ232、231では、空気中の高濃度の有害ガス成分及び臭気成分は化学吸着剤と物理吸着剤で専ら吸着除去され、低濃度の有害ガス成分及び臭気成分は専ら光を受けた光触媒で分解除去される。また、物理吸着剤から脱離した有害ガス成分及び臭気成分は再度化学吸着剤で補足される。従って、空気中の臭気成分を確実に除去できる。更には、光触媒に所定の条件で光を供給することにより物理吸着剤が再生されるので、その吸着性能が長期間に渡って維持される。該第2、第1の脱臭フィルタ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。
【0034】
以上、空気清浄用フィルタを脱臭フィルタとして車両用の空気清浄器に用いた例を説明してきたが、この発明の空気清浄用フィルタを室内用の空気清浄器に使用することも勿論可能である。
【0035】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は化学吸着剤の吸着特性を示すグラフ図である。
【図2】図2は複合吸着剤(物理吸着剤+光触媒)の吸着特性を示すグラフ図である。
【図3】図3はこの発明の第1の実施の形態の空気清浄用フィルタの構成を示す図である。
【図4】図4はこの発明の第2の実施の形態の空気清浄用フィルタの構成を示す図である。
【図5】図5は複合吸着剤の構成を示す概念図である。
【図6】図6はフィルタ粒子の構成を示す概念図である。
【図7】図7はこの発明の第3の形態の空気清浄用フィルタを示す図である。
【図8】図8はハニカム状とされた空気清浄用フィルタを示す斜視図である。
【図9】図9はこの発明の第4の形態の空気清浄用フィルタを示す図である。
【図10】図10はこの発明の空気清浄用フィルタを備える車載用空気清浄器の構成を示す一部切り欠き斜視図である。
【図11】図11は図10のA−A線断面図である。
【図12】図12は空気清浄器の搭載位置を示す模式図である。
【符号の説明】
1、10、20、30、40 空気清浄用フィルタ
3、43 化学吸着剤層
4、44 物理吸着剤層
5、45 光触媒層
11 複合吸着剤層
210 空気清浄器
226 紫外線ランプ
240 ファン

Claims (6)

  1. 車両に搭載される空気清浄器に設けられる空気清浄用フィルタであって、リン酸、硫酸の酸性物質を添着した添着活性炭からなる化学吸着剤、物理吸着剤及び光触媒を備え、下から順に前記化学吸着剤の層、前記物理吸着剤の層及び前記光触媒の層が積層され実質的に一体とされている車両用の空気清浄用フィルタ。
  2. 前記化学吸着剤はそれのみで新車時の有害ガス及び臭気成分を除去できるガス捕捉容量を備える、ことを特徴とする請求項1に記載の車両用の空気清浄フィルタ。
  3. 前記光触媒は酸化チタンを含んでなる、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両用の空気清浄用フィルタ。
  4. 車両に搭載される筐体と、
    リン酸、硫酸の酸性物質を添着した添着活性炭からなる化学吸着剤、物理吸着剤及び光触媒を備え、下から順に前記化学吸着剤の層、前記物理吸着剤の層及び前記光触媒の層が積層され実質的に一体とされている空気清浄用フィルタであって、前記筐体内に設けられるフィルタと、
    前記光触媒に光を照射する光源と、を備えてなる、車両用の空気清浄器。
  5. 前記化学吸着剤はそれのみで新車時の有害ガス及び臭気成分を除去できるガス捕捉容量を備える、ことを特徴とする請求項4に記載の車両用の空気清浄器。
  6. 前記フィルタにおいて前記光触媒は酸化チタンを含んでなる、ことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の車両用の空気清浄器。
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