JP4356986B2 - 汚染物質処理材の性能試験方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホルムアルデヒド、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の室内空気質汚染物質、臭気原因物質、電子材料製造工程における化学汚染物質、各種工場や焼却炉の排ガス、等の汚染物質を、吸着処理、分解処理、イオン交換処理などの処理をする材料（汚染物質処理材）の性能試験方法及び装置に関するものである。より詳しくは、かかる汚染物質処理材が、空気清浄機等の装置に、例えば、フィルタとして備えられものである場合や、臭気原因物質を吸着する壁仕上げ材等として用いられるものである場合など、主に空気質を改善することを目的として使用される材料である場合に関するものである。

この種の性能試験方法としては、ＪＩＳ Ｂ ９９０１に規定される「ガス除去フィルタ性能試験方法」がある。この評価方法は、生活環境や作業環境を構成する空気中に含まれる特定の有毒ガス（汚染物質）を除去する空気調和及び換気に用いられるガス除去フィルタの性能試験方法について規格化されたものである。その評価方法は、ワンパスでの流通でフィルタ上流及び下流の空気のサンプリングを行い、その濃度を分析してガス除去率を算出するものである。

一方、フィルタ等の汚染物質処理材は、例えば、一般家庭などにおいて、ホルムアルデヒドの低減や脱臭などを目的として循環処理型で使用される場合と、例えば、工場などにおいて、排ガス処理などを目的としてワンパス処理型で使用される場合と、がある。そして、循環処理型とは、処理を繰り返す形態であるから、ワンパス試験で性能が低いとされる汚染物質処理材であっても、循環処理型で使用される場合は、十分な性能となる可能性があり、逆に、ワンパス試験で十分な性能とされる汚染物質処理材であると、循環処理型で使用される場合は、不必要に高い性能となる場合がある。したがって、汚染物質処理材の性能を試験するにあたっては、実際の使用形態に応じた試験を行う必要があり、ワンパス処理に限定される前記ＪＩＳ法では、循環処理型で使用される汚染物質処理材を正確に試験することができないとの問題がある。

また、この種の性能試験方法としては、日本電気工業会規格（ＪＥＭ１４６７）で規定されるものもある（非特許文献１）。しかしながら、この規格は、汚染物質処理材が備えられた空気清浄機等の装置の性能を試験するものであり、汚染物質処理材そのものの性能を試験するものではない。したがって、汚染物質処理材を開発するなどに際しては、採用することができないとの問題がある。
日本電気工業会規格（ＪＥＭ１４６７）、１１〜１４頁

本発明の主たる課題は、循環処理型で使用される汚染物質処理材そのものの性能を試験することができる方法及び装置を提供することにある。

上記課題を解決した本発明は、次のとおりである。

〔請求項１記載の発明〕
汚染物質を含むガスが注入される密閉構造の外筒体と、
この外筒体内に備わり、中空部に汚染物質処理材が備えられる内筒体と、
前記汚染物質を含むガスが前記中空部を一方に流れる循環を生じさせる手段と、
前記汚染物質処理材の上方及び下方の少なくともいずれか一方に備えられた前記中空部断面方向に延在する網状部材と、を有し、
前記内外筒体が円筒状とされ、内径比が４０：６０〜４８：５２とされ、かつ、前記網状部材の開口率が３５〜４５％とされて、前記中空部断面方向に関する風速分布が実質的に一定とされている、
ことを特徴とする汚染物質処理材の性能試験装置。

〔請求項２記載の発明〕
前記網状部材は、前記内筒体の下端縁に接続されて当該内筒体の下端部開口を覆い、径が前記外筒体の内径と実質的に同じとされて周縁部が前記外筒体の内壁面に接続されている、
請求項１記載の汚染物質処理材の性能試験装置。

〔請求項３記載の発明〕
前記循環手段が、前記外筒体内に備わる回転羽根と、この回転羽根を磁力で回転させる前記外筒体外に備わる回転駆動手段と、を有し、
前記回転羽根の前記外筒体内壁面と接する回転軸部が、ＳＵＳ製の球からなる、請求項１又は請求項２記載の汚染物質処理材の性能試験装置。
〔請求項４記載の発明〕
請求項１〜３のいずれか１項に記載の性能試験装置を用意し、
密閉容器となる前記外筒体内に汚染物質を含むガスを注入し、前記内筒体の内空部に汚染物質処理材を備えて、この汚染物質処理材と前記汚染物質を含むガスとを共存させた後、前記密閉容器内を撹拌して循環流を生じさせ、前記ガス中の汚染物質の濃度を測定する、
ことを特徴とする汚染物質処理材の性能試験方法。

本発明によると、循環処理型で使用される汚染物質処理材そのものの性能を試験することができる方法又は装置となる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
〔性能試験装置〕
図１に、本実施の形態の性能試験装置１を示した。
本装置１は、汚染物質を含むガスＧが注入される外筒体２と、この外筒体２内に備わり、中空部に汚染物質処理材Ｐが備えられる内筒体３と、汚染物質を含むガスＧの循環を生じさせる循環手段４と、を主に有する。

外筒体２は、その上端部に外方に広がるフランジ２Ａが設けられており、このフランジ２Ａに、蓋材２Ｂが、適宜の数のボルト、ビス等の締結手段８，８…で、開閉可能に留められている。また、フランジ２Ａには、周回りに沿って一周にわたって、例えば、Ｏリング等の環状のパッキン９が嵌め込まれており、このパッキン９が蓋材２Ｂの下側面と気密状態に密接するようになっている。これにより、外筒体２は、密閉構造の密閉容器となる。パッキン９は、パッキン９自体から汚染物質が発生して試験結果に影響がでてしまうのを防止するために、例えば、テフロン（登録商標）製としておくのが好ましい。

外筒体２は、円筒、角筒等その断面形状が特に限定されるものではないが、汚染物質を含むガスＧの循環を円滑かつ均一にするという観点からは、本実施の形態のように円筒とするのが好ましい。同様に、内筒体３も、円筒、角筒等その断面形状が特に限定されるものではないが、汚染物質を含むガスＧの循環を円滑かつ均一にするという観点からは、外筒体２と同一形状とするのが好ましく、特に本実施の形態のように、外筒体２とともに円筒とするのがより好ましい。

本実施の形態において、内筒体３は、外筒体２内に、外筒体２と同軸的に備えられている。内筒体２の備え方は、特に限定されず、例えば、先の蓋材２Ｂから図示しない紐、ロープ、縄、チェーン等の紐状部材等で吊るす形態とすることや、外筒体２の内壁面に図示しない支持部材（５ａ）によって取り付ける形態（図４の（ｄ）参照。詳細は、後述する。）とすることなどができる。本実施の形態では、複数本の架設部材５Ａ，５Ａ…を介して、外筒体２の床面に載置する形態としている。この載置する形態の装置は、内外筒体２，３との溶接作業などを行わなくても製造することができるので、低コスト化を目指すうえで、好ましい形態といえる。

内筒体３の中空部に備えられた汚染物質処理材Ｐの上方及び下方の少なくともいずれか一方には、本実施の形態では、汚染物質処理材Ｐの下方には、内筒体３の中空部断面方向に延在するように、汚染物質を含むガスＧが通り抜け可能な網状部材５が備えられている。網状部材５としては、例えば、エキスパンドメタルや、パンチングメタル等の多孔性部材、金網などを使用することができる。本実施の形態では、本装置１に備えるための形状とするに容易なパンチングメタルを使用する。

本装置１においては、網状部材５を備えることにより、内筒体３の中空部における汚染物質を含むガスＧの、風速や内筒体３の断面方向に関する風速分布などの流れが整えられる。汚染物質を含むガスＧの流れは、網状部材５の開口率に応じて変化する。したがって、網状部材５の開口率を適宜変化させて試験を行うことにより、目的とする流れとするための開口率を知ることができる。ただ、一般的に、網状部材５の開口率が低過ぎると、圧損が大きくなり、中空部におけるガスＧの風速を十分に高くすることができなくなり、他方、網状部材５の開口率が高過ぎると、中空部におけるガスＧを十分に整流することができず、中空部断面方向に関する風速分布差が大きくなってしまう、ことが分かっている。本発明者らが試験したところによると、中空部における風速を十分に高め、かつ中空部断面方向に関する風速分布を実質的に均一にするためには、網状部材５の開口率を３５〜４５％とするのが好ましく、網状部材５の開口率を４０％とするのがより好ましいことが分かった。

本実施の形態においては、網状部材５を内筒体３の下端縁に接続し、内筒体３の下端部開口を覆う形態としたが、これに限定する趣旨ではない。例えば、図４の（ａ）に示すように、網状部材５を内筒体３の上端縁に接続し、内筒体３の上端部開口を覆う形態とすることもできる。また、本実施の形態においては、網状部材５を１つ備える形態としたが、これに限定する趣旨ではない。例えば、図４の（ｂ）に示すように、網状部材５を内筒体３の上端縁及び下端縁に接続し、内筒体３の上下両端部開口を覆う２つ備える形態とすることや、それぞれを適宜の位置に３つ、４つ、５つ又はそれ以上の複数備える形態とすることもできる。さらに、網状部材５は、図４の（ｄ）に示すように、本実施の形態と同様、内筒体３の下端縁に接続し、内筒体３の下端部開口を覆う形態としつつも、その径を外筒体２の内径と実質的に同じとし、網状部材５の周縁部５ａが、外筒体２の内壁面に接続される形態とすることもできる。この形態によると、周縁部５ａにおいても、ガスＧが整流されることになるうえに、周縁部５ａが、前述した外筒体２内壁面への支持部材として機能し、架設部材５Ａ，５Ａ…が不要となるため、ガスＧが架設部材５Ａ，５Ａ…にぶつかって流れが乱れるということが全く生じなくなる。したがって、この形態は、ガスＧの整流という観点からは、大変優れた形態ということができる。

以上に対し、網状部材５は、図４の（ｃ）に示すように、内筒体３の周壁周りに外筒体２の内壁面と一周に渡って接続される形態とすることもできるが、汚染物質処理材Ｐが備わる内筒体３中空部の整流を図るという観点からは、網状部材５を、汚染物質処理材Ｐの上方及び下方の少なくともいずれか一方に、中空部断面方向に延在するように備えることを推奨する。

一方、本装置１は、前述したように内外筒体２，３が円筒状とされているが、加えて、内外筒体２，３の内径比、つまり図３に示すように、内筒体３の直径（内径）Ｘと外筒体２の直径（内径）Ｙとの比が、所定値とされることによっても、中空部断面方向に関する風速分布の実質的均一化が図られている。この風速分布を均一化するための内径比（所定値）は、４０：６０〜４８：５２とするのが好ましく、４５：５５〜４６：５４とするのがより好ましい。本発明者らが、試験したところによると、Ｘを２３５ｍｍに、Ｙを２８７ｍｍにした場合（クリアランス２６ｍｍ）に、ほぼ完全にガスＧの風速分布が均一化された。

ところで、本実施の形態においては、図１に示すように、汚染物質処理材Ｐを、内筒体３内に１つ載置する形態としたが、これに限定する趣旨ではない。例えば、図２の（ａ）や（ｂ）に示すように、２つとすることや、図示はしないが、３つ、４つ、５つ又はそれ以上の複数とすることもできる。また、本実施の形態においては、汚染物質処理材Ｐを、内筒体３の軸心部に載置する形態としたが、これに限定する趣旨ではない。例えば、図２の（ｂ）に示すように、内筒体３の内壁面３ａに接する状態で載置することや、図２の（ｃ）に示すように、内筒体３の軸心部に位置するように、蓋材２Ｂから紐、ロープ、縄、チェーン等の紐状部材２ａで吊るすことや、図２の（ｄ）に示すように、内筒体３の断面方向に位置するように保持することなどができる。例えば、壁紙として利用する場合であれば、図２の（ｂ）に示すように、内壁面に接する形態とし、空気清浄機のように通り抜ける場合であれば、図２の（ｄ）に示すように、断面方向に保持する形態とするというように、使用形態にあわせて設置するとよい。

本実施の形態において、循環手段４は、外筒体２内に備わる磁性を持った材質からなる回転数の変更可能な回転羽根４Ａと、この回転羽根４Ａを磁力で回転させる外筒体２外に備わる回転駆動手段４Ｂと、を主に有する、いわゆるマグネチックスターラーでできている。回転羽根４Ａをテフロン（登録商標）加工することにより、汚染物質の発生が防止される。ただし、図１中に拡大して示すように、回転羽根４Ａの外筒体２内壁面と接する回転軸部が、ＳＵＳ製の球Ｂで構成されているのが好ましい。これにより、回転羽根４Ａの回転軸部の磨耗が防止される。マグネチックスターラー４を本装置内で構成すると、モーターなどを使用した場合に駆動部分から汚染物質が発生して試験結果に影響がでてしまうのを防止することができる。

循環手段４により、汚染物質を含むガスＧが中空部を一方、本実施の形態では、下方に流れ、網状部材５を潜り抜けた後、外方へ広がり、内外筒２，３間を上方へ流れ、さらに、上端部において流れが下方に変わって内筒体３の上端部開口から中空部に入り込み、再び中空部を下方に流れる循環が生じる（図中、点線で示す。）。ただし、逆循環とすることもできる。この変更は、外筒体２の底部に設置した循環手段４を、外筒体２の天井部に設置することなどで、実現することができる。また、循環手段４は、外筒体２の底部や天井部に設置しなければならないものではなく、例えば、外筒体２の周壁部に設置することもできる。さらに、循環流の強さ（風速）は、例えば、回転羽根４Ａの大きさ、回転数等を変更することにより、調節することができる。なお、循環流の強さ（風速）は、実際に汚染物質処理材Ｐを使用する環境と同一にするとよい。

〔性能試験方法〕
以上の装置を用いて、汚染物質処理材Ｐの性能を試験するにあたっては、密閉容器（外筒体）２内に、汚染物質処理材Ｐと汚染物質を含むガスＧとを共存させる。汚染物質を含むガスＧを密閉容器２内に存在させる方法は、特に限定されず、例えば、本実施の形態のように、蓋材２Ｂに、バルブ７を開くと密閉容器２内と連通する注入管６を設け、この注入管６から注入する形態とすることができる。

汚染物質処理材Ｐと汚染物質を含むガスＧとを共存させたら、例えば、バルブ７を閉じるなどして気密状態とされた密閉容器２内を、循環手段４等で撹拌して循環流を生じさせつつ、ガスＧ中の汚染物質の濃度を、適宜に、例えば、所定の時間ごとに測定する。この濃度測定は、例えば、先の注入管６を通してガスＧを抜き取り、この抜き取ったガスＧ中の汚染物質の濃度を、例えば、図示しないガスクロマトグラフ質量分析装置などによって測定する方法などによることができる。

〔その他〕
（１）密閉容器２は、例えば、図示しない恒温槽内などに設置し、実際に汚染物質処理材Ｐを使用する環境と同一の温度に調節して試験を行うとより好ましいものとなる。

（２）本実施の形態では、環状のパッキン９及び回転羽根４Ａを、テフロン（登録商標）製の素材で形成し、あるいは覆う形態を示したが、汚染物質処理材Ｐを固定するためのビスなど有害物質放散のおそれがあるものは、全て同様とするのが好ましい。

前記実施の形態で示した装置１を用い、揮発性化学物質や臭気原因物質の吸着性を有し、使用時の気流速度が０．３ｍ／ｓｅｃ程度の内装材を対象（汚染物質処理材Ｐ）として、試験を行った。外筒体２は、ステンレス製、容量２０Ｌ、内径（直径）２８７ｍｍで、内筒体３は、ＳＵＳ製（３２０＃バフ研磨仕上げ）、内径（直径）２３５ｍｍであった。ただし、図１に示す装置１とは異なり、内筒体２の設置形態は、前記図４の（ｄ）に示すような、網状部材５の周縁部５ａが外筒体２の内壁面に接続される形態とした。汚染物質処理材Ｐは、図１に示すと同様に、内筒体３の中央部に載置した。

外筒体２内に、臭気原因物質の１つであるアンモニア水溶液を３０ｐｐｍ相当注入した後、直ちに回転羽根４Ａを回転させて内筒体３中空部に０．３ｍ／ｓｅｃの下降流を生じさせ、アンモニア濃度の経時変化を測定した。また、これと比較するために、回転羽根４Ａを回転させない場合におけるアンモニア濃度の経時変化も測定した。結果を、図５に、実施例１及び比較例１として示した。

図５から明らかなように、循環流の有無により、汚染物質処理材Ｐの処理効率は大きく異なり、循環流の有無、程度等が汚染物質処理材Ｐを評価する上で、重要なファクターとなることがわかる。

前記実施の形態で示した装置１を用い、揮発性化学物質や臭気原因物質の分解性を有するフィルタを対象（汚染物質処理材Ｐ）として、試験を行った。外筒体２は、ステンレス製、容量２０Ｌ、内径（直径）２８７ｍｍで、内筒体３は、ＳＵＳ製（３２０＃バフ研磨仕上げ）、内径（直径）２３５ｍｍであった。ただし、図１に示す装置１とは異なり、内筒体２の設置形態は、前記図４の（ｄ）に示すような、網状部材５の周縁部５ａが外筒体２の内壁面に接続される形態とした。また、汚染物質処理材Ｐは、図１に示す形態とは異なり、図２の（ｄ）に示すような、内筒体３の中空部に断面方向に位置するように保持する形態とした。

外筒体２内に、臭気原因物質の１つであるアンモニア水溶液を３０ｐｐｍ相当注入した後、直ちに回転羽根４Ａを回転させて内筒体３中空部に０．３ｍ／ｓｅｃの下降流を生じさせ、アンモニア濃度の経時変化を測定した。アンモニアの濃度は、図６に示すように低減した。この場合の効果を明らかにするために、以上と同一の材料を対象（汚染物質処理材Ｐ）とし、ＪＩＳ Ｂ ９９０１に準拠して、試験を行った。この際、風速は０．３ｍ／ｓｅｃとし、汚染物質処理材Ｐの上流側にアンモニア水溶液を３０ｐｐｍ相当注入することとした。この場合、汚染物質処理材Ｐの下流側においてもアンモニア濃度は、３０ｐｐｍ相当であった。このことから、ワンパス方式では、汚染物質処理材Ｐの性能を正確に評価することができないことがわかる。

性能試験装置の断面模式図である。 汚染物質処理材の設置例である。 内外筒体の内径比の説明図である。 網状部材の設置例である。 アンモニア濃度の経時変化を示す。 アンモニア濃度の経時変化を示す。

１…性能試験装置、２…外筒体（密閉容器）、３…内筒体、４…循環手段、５…網状部材、Ｇ…ガス、Ｐ…汚染物質処理材。

Claims (4)

1. 汚染物質を含むガスが注入される密閉構造の外筒体と、
   この外筒体内に備わり、中空部に汚染物質処理材が備えられる内筒体と、
   前記汚染物質を含むガスが前記中空部を一方に流れる循環を生じさせる手段と、
   前記汚染物質処理材の上方及び下方の少なくともいずれか一方に備えられた前記中空部断面方向に延在する網状部材と、を有し、
   前記内外筒体が円筒状とされ、内径比が４０：６０〜４８：５２とされ、かつ、前記網状部材の開口率が３５〜４５％とされて、前記中空部断面方向に関する風速分布が実質的に一定とされている、
   ことを特徴とする汚染物質処理材の性能試験装置。
2. 前記網状部材は、前記内筒体の下端縁に接続されて当該内筒体の下端部開口を覆い、径が前記外筒体の内径と実質的に同じとされて周縁部が前記外筒体の内壁面に接続されている、
   請求項１記載の汚染物質処理材の性能試験装置。
3. 前記循環手段が、前記外筒体内に備わる回転羽根と、この回転羽根を磁力で回転させる前記外筒体外に備わる回転駆動手段と、を有し、
   前記回転羽根の前記外筒体内壁面と接する回転軸部が、ＳＵＳ製の球からなる、請求項１又は請求項２記載の汚染物質処理材の性能試験装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の性能試験装置を用意し、
   密閉容器となる前記外筒体内に汚染物質を含むガスを注入し、前記内筒体の内空部に汚染物質処理材を備えて、この汚染物質処理材と前記汚染物質を含むガスとを共存させた後、前記密閉容器内を撹拌して循環流を生じさせ、前記ガス中の汚染物質の濃度を測定する、
   ことを特徴とする汚染物質処理材の性能試験方法。

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