JP6009585B2 - 空気浄化装置 - Google Patents
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Description
本発明は、空気浄化装置に関する。
空気中の臭気物質や有害物質を反応させて空気を清浄化する装置として、光触媒を用いるとともに紫外線とオゾンとを併用するものがある。
特許文献１には、基板上に光触媒のコーディング膜を形成させた光触媒体が紫外線ランプに近接して設けられ、清浄化しようとする空気をファンにより吸込口より導入し、光触媒体により清浄化し、ついで吹出口より光触媒体により清浄化された空気を排出するように構成され、さらにオゾン発生手段およびオゾン分解手段が設けられている空気清浄化装置が開示されている。
特許文献２には、紫外線ランプを挟んで、送気用ファン及び多数の通気孔を形成した立体構造の光触媒フィルタを配置するとともに、送気用ファンの回転羽根の表面を紫外線を反射する構造とし、紫外線ランプにオゾンランプを並設し、紫外線ランプとオゾンランプとを選択的に点灯するようにした殺菌脱臭装置が開示されている。
しかしながら、臭気物質や有害物質の反応が十分でないと、副生成物が生成され、この副生成物が有害（さらには、浄化前の空気に含まれていた物質よりも有害）である場合がある。このように、空気の浄化後に、有害な副生成物が生成されるという問題があった。
本発明は、空気を浄化する際の副生成物の生成を抑制することができる空気浄化装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る空気浄化装置は、空気が内部を通過する通気体と、前記通気体内に設けられた光触媒フィルタと、前記光触媒フィルタに紫外線を照射する紫外線ランプと、前記通気体内に設けられ、オゾンを発生させるオゾンランプと、を有する。
これにより、空気を浄化する際の副生成物の生成を抑制することができる。
これにより、空気を浄化する際の副生成物の生成を抑制することができる。
好ましくは、前記オゾンランプは、前記通気体の内部を通過する空気の進行方向に対して、前記紫外線ランプと同等又は前記紫外線ランプよりも上流側に配置されている。
これにより、本構成を有さない場合と比較して、より効果的に空気を浄化する際の副生成物の生成を抑制することができる。
これにより、本構成を有さない場合と比較して、より効果的に空気を浄化する際の副生成物の生成を抑制することができる。
好ましくは、前記オゾンランプが、前記通気体を通過する空気の進行方向に対して前記光触媒フィルタにより挟まれるようにして形成された第一の浄化領域と、前記第一の浄化領域よりも下流側に設けられ、前記紫外線ランプが、前記通気体を通過する空気の進行方向に対して前記光触媒フィルタにより挟まれるようにして形成された第二の浄化領域と、を有する。
これにより、本構成を有さない場合と比較して、より効果的に空気を浄化する際の副生成物の生成を抑制することができる。
これにより、本構成を有さない場合と比較して、より効果的に空気を浄化する際の副生成物の生成を抑制することができる。
好ましくは、前記紫外線ランプは、前記オゾンランプよりも多く設けられている。
これにより、本構成を有さない場合と比較して、より効果的に空気を浄化する際の副生成物の生成を抑制するとともに、オゾンが外部に排出されることを抑制することができる。
これにより、本構成を有さない場合と比較して、より効果的に空気を浄化する際の副生成物の生成を抑制するとともに、オゾンが外部に排出されることを抑制することができる。
好ましくは、前記オゾンランプは、前記通気体の内部を通過する空気の進行方向に垂直な方向に対して略中央に配置されている。
これにより、オゾンが拡散しない範囲を低減することができる。
これにより、オゾンが拡散しない範囲を低減することができる。
本発明に係る空気浄化装置によれば、空気を浄化する際の副生成物の生成を抑制することができる。
空気浄化装置１０について説明する。
図１は、空気浄化装置１０の概略図を示す。
図２は、図１のII-II線を通る面における概略図を示す。
図３は、図１のIII-III線を通る面における概略図を示す。
図１は、空気浄化装置１０の概略図を示す。
図２は、図１のII-II線を通る面における概略図を示す。
図３は、図１のIII-III線を通る面における概略図を示す。
空気浄化装置１０は、通気体１２を有する。通気体１２の両端にはそれぞれ開口１４ａ、１４ｂが形成されており、開口１４ａ、１４ｂそれぞれにはフィルタ１６ａ、１６ｂが設けられている。通気体１２は、その内部を空気が通過するようになっている。
通気体１２の内部には、送風機２０と、複数（本実施形態においては５つ）の紫外線ランプ２２と、オゾンランプ２４と、複数（本実施形態においては３つ）の光触媒フィルタ２６（送風機２０に近い側から順に光触媒フィルタ２６ａ、２６ｂ、２６ｃとする）とが配設されている。
送風機２０は、例えばファンモジュールであり、開口１４ａの近傍に設けられている。送風機２０は、開口１４ａからフィルタ１６ａを介して空気を吸引し、吸引した空気を通気体１２内を通過して開口１４ｂへ向かうように送る。
紫外線ランプ２２は、紫外線を照射し光触媒フィルタ２６の光触媒を励起させる。紫外線ランプ２２は、例えば波長３８０ｎｍ以下の紫外線、より具体的には３５１±２ｎｍや３６８ｎｍ±２ｎｍの紫外線を照射する。紫外線ランプ２２としては、例えば、ブラックライトや水銀ランプ、ＬＥＤ等が用いられる。
紫外線ランプ２２は、光触媒フィルタ２６ａと光触媒フィルタ２６ｂとの間に二つ配置され（これらを紫外線ランプ２２ａ、２２ｂとする）、光触媒フィルタ２６ｂと光触媒フィルタ２６ｃとの間に三つ配置されている（これらを紫外線ランプ２２ｃ、２２ｄ、２２ｅとする）。
紫外線ランプ２２ａ及び紫外線ランプ２２ｂは、通気体１２の内部を通過する空気の進行方向（以下、単に「空気の進行方向」と称する場合がある）に対して同等（一列）となるように配置されている。また、紫外線ランプ２２ｃ、紫外線ランプ２２ｄ及び紫外線ランプ２２ｅは、空気の進行方向に対して同等（一列）となるように配置されている。
紫外線ランプ２２ａ及び紫外線ランプ２２ｂは、通気体１２の内部を通過する空気の進行方向（以下、単に「空気の進行方向」と称する場合がある）に対して同等（一列）となるように配置されている。また、紫外線ランプ２２ｃ、紫外線ランプ２２ｄ及び紫外線ランプ２２ｅは、空気の進行方向に対して同等（一列）となるように配置されている。
オゾンランプ２４は、オゾンを発生させるランプであり、例えば波長１８５ｎｍ以下の紫外線を照射する。
オゾンランプ２４は、光触媒フィルタ２６ａと光触媒フィルタ２６ｂとの間であって、空気の進行方向に垂直な方向に対して略中央に配置されている。オゾンランプ２４が略中央に配置されている場合、中央に配置されていない場合と比較して、通過する空気や光触媒フィルタ２６等の全体に対してオゾンが行き届き易くなる。
オゾンランプ２４は、紫外線ランプ２２ａ、２２ｂと、空気の進行方向に対して同等（一列）となるように配置されている。すなわち、オゾンランプ２４は、空気の進行方向に対して、紫外線ランプ２２ａ、２２ｂと同等となり、紫外線ランプ２２ｃ、２２ｄ、２２ｅよりも上流側となるように配置されている。このため、オゾンランプ２４が発生させるオゾンがより広範囲に行き届き易くなり、オゾンの拡散しない範囲が低減される。
光触媒フィルタ２６は、光触媒反応により臭気物質や有害物質（以下、「除去対象物」と称する場合がある）を反応させて除去するものである。光触媒フィルタ２６は、通気性のある三次元の網目状構造であり、平板状に形成されている。
本実施形態において、光触媒フィルタ２６は、多孔質状のセラミックからなる基材と、この基材の表面に形成され酸化チタンを含む光触媒層とを備える。なお、基材と光触媒層との間に、中間緩衝膜を形成するようにしてもよい。中間緩衝膜は、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなり、基材に対する光触媒層の密着性を向上させる。
基材としては、空隙率及び表面積が大きいものが好ましい。空隙率が小さくなり過ぎると、通気に対する抵抗が大きくなる。表面積が大きいほど、光触媒フィルタ２６における反応効率が向上する。
基材を構成するセラミックとしては、例えば、アルミナ・シリカ・コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）等の酸化物セラミックや、炭化珪素・窒化珪素等の非酸化物セラミックなどが用いられる。また、これらの混合物からなるセラミックを用いるようにしてもよい。
光触媒層に含まれる酸化チタンとしては、例えば、比較的活性の高いアナターゼ型のものなどが用いられる。酸化チタンは紫外線が照射されるとＯＨラジカル等の活性種を発生させ、この活性種は有機物の分子結合を切断する。これにより、除去対象物が分解・除去されることとなる。
空気浄化装置１０には、第一の浄化領域３０と、第二の浄化領域３２とが形成されている。第一の浄化領域３０は、紫外線ランプ２２ａ、２２ｂ及びオゾンランプ２４が光触媒フィルタ２６ａ、２６ｂにより挟まれるようにして形成された領域である。第二の浄化領域３２は、第一の浄化領域３０よりも空気の進行方向に対して下流側に設けられ、紫外線ランプ２２ｃ、２２ｄ、２２ｅが光触媒フィルタ２６ｂ、２６ｃにより挟まれるようにして形成された領域である。
光触媒フィルタ２６ｃと開口１４ｂとの間に、オゾンを除去するオゾン除去装置を設けるようにしてもよい。オゾン除去装置を設けることで、オゾンランプ２４から発生したオゾンが、空気浄化装置１０の外部へ排出されることが抑制される。
次に、実施例１及び比較例１を用いて、除去対象物を除去する性能の詳細について説明する。
［実施例１］
実施例１の空気浄化装置は、上述した空気浄化装置１０のように、五つの紫外線ランプ２２と、一つのオゾンランプ２４とを配置したものを用いた。光触媒フィルタ２６は、寸法２６０ｍｍ×２７５ｍｍ×厚さ２０ｍｍのものを用いた。
実施例１の空気浄化装置は、上述した空気浄化装置１０のように、五つの紫外線ランプ２２と、一つのオゾンランプ２４とを配置したものを用いた。光触媒フィルタ２６は、寸法２６０ｍｍ×２７５ｍｍ×厚さ２０ｍｍのものを用いた。
光触媒フィルタ２６は、以下のようにして製造した。
基材として、主成分がＳｉＣ（約６７％）−Ａｌ2Ｏ3（約２１％）−ＳｉＯ2（約１２％）からなるセラミックを用意した。光触媒層を形成するコーティング材料として、二酸化チタン含有ゲル液を用意した。
次いで、基材の表面全体にコーティング材料が付着するようにこの基材をコーティング材料に浸漬させた。その後、１０００℃以下の温度で乾燥した。光触媒層が所定の厚さとなるように、浸漬と乾燥を複数回繰り返した。続いて、これを１３００〜１５００℃で焼成した。
基材として、主成分がＳｉＣ（約６７％）−Ａｌ2Ｏ3（約２１％）−ＳｉＯ2（約１２％）からなるセラミックを用意した。光触媒層を形成するコーティング材料として、二酸化チタン含有ゲル液を用意した。
次いで、基材の表面全体にコーティング材料が付着するようにこの基材をコーティング材料に浸漬させた。その後、１０００℃以下の温度で乾燥した。光触媒層が所定の厚さとなるように、浸漬と乾燥を複数回繰り返した。続いて、これを１３００〜１５００℃で焼成した。
［比較例１］
比較例１の空気浄化装置は、オゾンランプ２４に替えて紫外線ランプ２２を配置した以外は、実施例１と同様の構成とした。すなわち、比較例１の空気浄化装置においては、オゾンランプ２４を用いず、紫外線ランプ２２を六つ配置した。
比較例１の空気浄化装置は、オゾンランプ２４に替えて紫外線ランプ２２を配置した以外は、実施例１と同様の構成とした。すなわち、比較例１の空気浄化装置においては、オゾンランプ２４を用いず、紫外線ランプ２２を六つ配置した。
［空気浄化性能の測定］
実施例１及び比較例１それぞれの空気浄化装置について、空気を浄化する性能を測定した。空気を浄化する性能の測定は、日本電機工業会規格 ＪＥＭ１４６７「家庭用空気清浄機」の脱臭性能試験法に準じて行った。
実施例１及び比較例１それぞれの空気浄化装置について、空気を浄化する性能を測定した。空気を浄化する性能の測定は、日本電機工業会規格 ＪＥＭ１４６７「家庭用空気清浄機」の脱臭性能試験法に準じて行った。
具体的には、空気浄化装置を、撹拌ファンの設置された１ｍ3の密閉容器（アクリル樹脂製）に入れて密閉した後、除去対象物としてのキシレンをろ紙に染み込ませて密閉容器内に拡散させた。密閉容器内のキシレン濃度（初期濃度）が安定した後、空気浄化装置を１２０分間動作させた。そして、経時的にキシレン濃度を測定した。初期濃度は、１０ｐｐｍとなるようにした。
濃度の測定は、光音響マルチガスモニタ（ＩＮＮＯＶＡ社製 １３１２型）を用いて行った。
濃度の測定は、光音響マルチガスモニタ（ＩＮＮＯＶＡ社製 １３１２型）を用いて行った。
図４は、キシレン濃度の経時変化の測定結果を示す。
比較例１では、１２０分経過後のキシレン濃度は６ｐｐｍ程度となった。一方、実施例１では、２０分経過後のキシレン濃度は６ｐｐｍ程度となり、１２０分経過後のキシレン濃度は０．５ｐｐｍ未満となった。実施例１では、比較例１と比較して、キシレン濃度が時間に対して曲線状に急激に減少していることが分かる。また、実施例１では、比較例１と比較して１２０分経過後のキシレン濃度も小さくなっている。つまり、実施例１は、比較例１と比較してキシレンを除去する性能が高い。
比較例１では、１２０分経過後のキシレン濃度は６ｐｐｍ程度となった。一方、実施例１では、２０分経過後のキシレン濃度は６ｐｐｍ程度となり、１２０分経過後のキシレン濃度は０．５ｐｐｍ未満となった。実施例１では、比較例１と比較して、キシレン濃度が時間に対して曲線状に急激に減少していることが分かる。また、実施例１では、比較例１と比較して１２０分経過後のキシレン濃度も小さくなっている。つまり、実施例１は、比較例１と比較してキシレンを除去する性能が高い。
［副生成物の同定］
実施例１及び比較例１それぞれの空気浄化装置について、除去対象物を除去した後の副生成物を同定した。副生成物の同定は、有害大気汚染物質測定方法マニュアル（環境省 平成２０年１０月改訂）「第２章 大気中のベンゼン等揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）の測定方法」に準じて行った。
実施例１及び比較例１それぞれの空気浄化装置について、除去対象物を除去した後の副生成物を同定した。副生成物の同定は、有害大気汚染物質測定方法マニュアル（環境省 平成２０年１０月改訂）「第２章 大気中のベンゼン等揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）の測定方法」に準じて行った。
具体的には、上述のようにして空気浄化性能を測定した後（空気浄化装置を１２０分間動作させた後）、密閉容器内の気体をポンプで採取してＧＡＳＴＥＣ（球場活性炭補修管２５８）に吸着させた。そして、これをガスクロマトグラフ質量分析計（島津製作所社製 ＧＣＭＳ−ＱＰ２０１０、カラム：ＩｎｔｅｒＣａｐ１（０．２５ｍｍ×６０ｍ×２５μｍ））を用いて分析した。
密閉容器からの気体の採取条件は、５００ｍＬ／ｍｉｎで１０分間（合計５Ｌ）とした。
密閉容器からの気体の採取条件は、５００ｍＬ／ｍｉｎで１０分間（合計５Ｌ）とした。
表１は、副生成物の同定結果を示す。
比較例１では、１２０分間動作させた後において、キシレンは５．４５ｐｐｍとなり、始めに拡散したキシレンの半分以上が除去されずに残存した。比較例１では、副生物としてトルエンが０．２９ｐｐｍ、ベンズアルデヒドが０．２２ｐｐｍ生成された。
一方、実施例１では、１２０分間動作させた後において、キシレンは０．３８ｐｐｍとなり、大部分が除去された。実施例１では、トルエンが０．０１ｐｐｍ、ベンズアルデヒドが０．００３ｐｐｍであり、比較例１と比較して副生成物の生成量が少なかった。
なお、比較例１及び実施例１とも、クメンの生成は確認されなかった。
一方、実施例１では、１２０分間動作させた後において、キシレンは０．３８ｐｐｍとなり、大部分が除去された。実施例１では、トルエンが０．０１ｐｐｍ、ベンズアルデヒドが０．００３ｐｐｍであり、比較例１と比較して副生成物の生成量が少なかった。
なお、比較例１及び実施例１とも、クメンの生成は確認されなかった。
一般的に、空気の浄化に際して、トルエンやキシレン、ベンズアルデヒド等の芳香族（特に芳香環）は分解されにくい物質である。芳香族は、反応したとしてもその酸化物の段階（芳香族の酸化物が形成された段階）で反応が停止し易い。
例えば、空気に含まれるキシレンを分解した場合、これに起因してトルエンやベンズアルデヒドが副生成物として多く生成されるときがある。除去対象物質を分解したとしても、このような副生成物が生成されるのであれば、空気は浄化（無害化）されたことにはならない。比較例１では、キシレンがある程度は分解されているものの、副生成物が比較的に多く生成されている。これに対して、実施例１では、キシレンの大部分が除去されているとともに、トルエンやベンズアルデヒドの生成が抑制されている。
例えば、空気に含まれるキシレンを分解した場合、これに起因してトルエンやベンズアルデヒドが副生成物として多く生成されるときがある。除去対象物質を分解したとしても、このような副生成物が生成されるのであれば、空気は浄化（無害化）されたことにはならない。比較例１では、キシレンがある程度は分解されているものの、副生成物が比較的に多く生成されている。これに対して、実施例１では、キシレンの大部分が除去されているとともに、トルエンやベンズアルデヒドの生成が抑制されている。
実施例１における、除去性能の高さや副生物の生成を抑制する要因としては、以下のことが推測される。
除去対象物は、紫外線ランプ２２から照射される紫外線、紫外線により励起される光触媒フィルタ２６の光触媒、オゾンランプ２４が発生させるオゾン、これらの効果によって除去される。実施例１ではこれらに加えて、光触媒がオゾンランプ２４から照射される紫外線によっても励起されていると考えられる。これに起因して、光触媒の活性が向上している。また、励起された光触媒上にオゾンを存在させるようにすることで、これらを単に組み合わせた場合以上の効果を奏すると考えられる。
除去対象物は、紫外線ランプ２２から照射される紫外線、紫外線により励起される光触媒フィルタ２６の光触媒、オゾンランプ２４が発生させるオゾン、これらの効果によって除去される。実施例１ではこれらに加えて、光触媒がオゾンランプ２４から照射される紫外線によっても励起されていると考えられる。これに起因して、光触媒の活性が向上している。また、励起された光触媒上にオゾンを存在させるようにすることで、これらを単に組み合わせた場合以上の効果を奏すると考えられる。
さらには、実施例１では、キシレンを除去する際の反応経路が、比較例１など他の装置を用いた場合とは異なっていると考えられる。
比較例１では、キシレンの二つのメチル基のうち一つが離脱してトルエンが生成され、さらにこのトルエンのメチル基が酸化されてベンズアルデヒドが生成される、このようにしてキシレンが除去されていると考えられる。これに対して、実施例１では、キシレンの芳香環が分解し、鎖状の物質が生成していると考えられる。すなわち、実施例１では、トルエンやベンズアルデヒドを介することなく、キシレンが除去されていると考えられる。
比較例１では、キシレンの二つのメチル基のうち一つが離脱してトルエンが生成され、さらにこのトルエンのメチル基が酸化されてベンズアルデヒドが生成される、このようにしてキシレンが除去されていると考えられる。これに対して、実施例１では、キシレンの芳香環が分解し、鎖状の物質が生成していると考えられる。すなわち、実施例１では、トルエンやベンズアルデヒドを介することなく、キシレンが除去されていると考えられる。
このように、本実施形態に係る空気浄化装置１０によれば、本構成を有さない場合と比較して、除去対象物を除去する性能が高くなるとともに、副生成物の生成が抑制される。特に、空気浄化後に存在する芳香族の量が低減される。
また、オゾンは人体に対して有害な物質である。この観点からは、オゾンの発生量は少ないことが好ましい。空気浄化装置１０によれば、光触媒フィルタ２６による光触媒反応を併用しているため、オゾンの発生量が抑制されつつ、効果的に空気が浄化される。
また、オゾンは人体に対して有害な物質である。この観点からは、オゾンの発生量は少ないことが好ましい。空気浄化装置１０によれば、光触媒フィルタ２６による光触媒反応を併用しているため、オゾンの発生量が抑制されつつ、効果的に空気が浄化される。
空気浄化装置１０において、紫外線ランプ２２は、オゾンランプ２４よりも多く設けるようにすることが好ましい。装置自体の大きさや光触媒フィルタ２６までの距離を考慮すると、装置に配置できる紫外線ランプ２２及びオゾンランプ２４の数には制限がある。このため、オゾンランプ２４を多く配置することは、配置できる紫外線ランプ２２が少なくなることにつながり易い。紫外線ランプ２２が少なくなると、光触媒フィルタ２６の光触媒反応が効果的に発揮されにくくなる。また、オゾンランプ２４の数が多くなると、発生するオゾンの量が多くなり、オゾンが空気浄化装置１０の外部に排出され易くなる。
上記実施形態においては、五つの紫外線ランプ２２と、一つのオゾンランプ２４とを有する構成について説明したが、これら紫外線ランプ２２及びオゾンランプ２４の数は、適宜設定することができる。
また、紫外線ランプ２２及びオゾンランプ２４は、ツイン管としてもよい。
また、紫外線ランプ２２及びオゾンランプ２４は、ツイン管としてもよい。
１０ 空気浄化装置
１２ 通気体
１４ａ 開口
１４ｂ 開口
１６ａ フィルタ
２０ 送風機
２２ 紫外線ランプ
２４ オゾンランプ
２６ 光触媒フィルタ
１２ 通気体
１４ａ 開口
１４ｂ 開口
１６ａ フィルタ
２０ 送風機
２２ 紫外線ランプ
２４ オゾンランプ
２６ 光触媒フィルタ
Claims (5)
- 空気が内部を通過する通気体と、
前記通気体内に設けられた光触媒フィルタと、
前記光触媒フィルタに紫外線を照射する紫外線ランプと、
前記通気体内に設けられ、オゾンを発生させるオゾンランプと、を有し、
前記紫外線ランプと前記オゾンランプとは、前記通気体を通過する空気の進行方向と直交する方向に同列となるように配置されている空気浄化装置。 - 前記紫外線ランプは複数配置され、前記オゾンランプは、複数の紫外線ランプの間に配置されている請求項１記載の空気浄化装置。
- 前記オゾンランプが、前記通気体を通過する空気の進行方向に対して前記光触媒フィルタにより挟まれるようにして形成された第一の浄化領域と、
前記第一の浄化領域よりも下流側に設けられ、前記紫外線ランプが、前記通気体を通過する空気の進行方向に対して前記光触媒フィルタにより挟まれるようにして形成された第二の浄化領域と、
を有する請求項１又は２記載の空気浄化装置。 - 前記紫外線ランプは、前記オゾンランプよりも多く設けられている請求項１乃至３記載の空気浄化装置。
- 前記オゾンランプは、前記通気体の内部を通過する空気の進行方向に垂直な方向に対して略中央に配置されている請求項１乃至４いずれか記載の空気浄化装置。
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