JP6118760B2 - Pm除去空気浄化装置 - Google Patents
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Description
(構造の概略)
この実施の形態に係るPM除去空気浄化装置は、移送ユニット11、加熱ユニット12、浄化ユニット13、冷却ユニット14、温度調整ユニット15、追加機能部16及び電源供給部17を備える。このPM除去空気浄化装置は、図1に示すように、加熱ユニット12、浄化ユニット13、冷却ユニット14を格納した浄化機能部20を備える。浄化機能部20は、外パイプ21、中パイプ22、内パイプ23からなるステンレス鋼製パイプの3層構造をなしており、外パイプ21と中パイプ22との間に外流路24が形成され、中パイプ22と内パイプ23との間に中流路25が形成され、内パイプ23の内部に内流路26が形成されている。
この浄化機能部20の上流側には移送ユニット11が配置され、移送ユニット11によって送られてくる空気は、図示下部から外流路24に導入される。導入された空気は外流路24内を上昇して、外流路24の上端から中流路25の上端に導入される。中流路25の上端にはフィルターを備えた空気取り入れ部27が配置され、フィルターを通過した空気は中流路25内を下降して、中流路25の下端に至る。さらに空気は、中流路25の下端に開口した内流路26の下端から、内流路26内に導入され、内流路26内を上昇して、内流路26内に直列で配置された加熱ユニット12と浄化ユニット13とを通過することによって加熱・浄化された後、冷却ユニット14を通過することで冷却され、内流路26の上端の排気口28から外部に排出される。
移送ユニット11は、外部からPMに汚染された空気を取り入れるもので、下流側に配置された吸引式のものであってもよいが、上流側に配置して取り込んだ空気を下流側の加熱ユニット12及び浄化ユニット13の高温部を通過させる押し込み式が効果的であり、この例では、空気の送り込みファンが用いられている。
(加熱ユニット)
加熱ユニット12は、上流側の移送ユニット11から押し込まれて来て通過する空気を500℃以上600℃以下に直接加熱するものであり、そのために温度調整ユニットu15の制御を受けて適正な温度制御ができるものを採用する。温度調整ユニット15としては、従来から一般的に使用されている温調器が適用できる。
加熱手段は特に限定はなく、電気、ガス、灯油、LNGなどいずれでも適用することが可能であるが、ここでは一例として電気式加熱を適用したものであり、具体的には加熱ヒーターを内流路26内に配置したものである。
加熱条件は、500℃以上600℃以下に通過する空気を加熱できる範囲で設定することができるが、前記の流路断面積、風量、流速の条件下であれば、流路長さ100〜150mmの範囲に800℃までに発熱するヒーターを配置して実施することが適当である。
浄化ユニット13は加熱ユニット12の下流側(図の内流路26内では上側)に直列で接続されている。浄化ユニット13には、触媒が担持された触媒担体が配置されており、加熱ユニット12を通過することで加熱された空気中に存在する有害物質を触媒反応により分解・浄化する。特に、12と13とを直結することによって、高温の空気を13に送り込むことができ、触媒作用がより有効に発揮される。触媒に白金や酸化触媒が、触媒担体はアルミナ等のセラミックス、Fe-Cr-Al合金等の金属がそれぞれ適用できる。
前記の加熱ユニット12と浄化ユニット13とは、両者を一体化させた複合ユニットとして実施することも可能である。この場合、大幅な省スペース化が可能となる。複合ユニットとしては、例えば加熱ヒーターと触媒担体としての機能を有する絶縁処理された多孔質Fe-Cr-Al合金箔を重環し、両端に電極を取り付けたものが適している。電極に通電し加熱された複合ユニットの中をPMで汚染された空気が通過することにより、空気は直接加熱され、PMが分解除去されるとともに有害物質も触媒反応により分解され、空気は浄化される。
冷却ユニット14は、前記の加熱ユニット12と浄化ユニット13の上流側に直列に配置されている。加熱ユニット12で加熱されて浄化ユニット13を通過した後の空気は、500℃程度の高温状態にあるが、冷却ユニット14にて取り入れ温度と同等までに冷却する。
冷却ユニット14は熱交換器として機能し、中流路25と内流路26との間で熱交換がなされる。より詳しくは、空気取り入れ部27から中流路25内に導入される室温の空気(低温空気)は、内流路26内における加熱ユニット12及び浄化ユニット13を通過した高温空気との間で、順次熱交換が行われる。これにより、中流路25内の空気(低温空気)は加温され、加熱ユニット12に導入される前には高温状態となる。したがって、加熱ユニット12及び冷却ユニット14が定常運転状態になると、空気を加温するために加熱ユニット12が消費するエネルギーは最低限に抑えられる。
加熱ユニット12及び浄化ユニット13は、全体を断熱材、特に真空断熱材で覆うことで、装置からの放熱が抑制され、更に消費エネルギーが低減される。真空断熱材にはステンレス製真空断熱パイプを適用することが望ましい。ステンレス製であるため、耐熱グラスウールと同等の断熱性能で薄肉化が可能となり、装置の小型化が可能となる。この真空断熱材は、図示は省略するが、加熱ユニット12及び浄化ユニット13の設けられた部位で、外パイプの外側と中パイプの外側との少なくとも何れか一方に配置することがで適当である。
電源供給部17は、移送ユニット11による送風や加熱ユニット12の加熱等のPM除去空気浄化装置の各ユニットの作動のために必要な電気を供給するもので、必要に応じて制御基盤等を備える。電源供給部17には電源コードを巻き取ることができるコードリールを配置することも好ましい。
上述のとおり、この実施の形態に係るPM除去空気浄化装置は、加熱ユニット12及び浄化ユニット13によって空気中のPMにより除去されるとともに、加熱・触媒反応により消臭や除菌なども同時に行われる基本性能を発揮する。これに加えて、追加機能部16により種々の機能を追加することができる。追加機能部16の機能としては、加湿、除湿、芳香、硫黄酸化物等の除去の4種類の機能を例示することができ、これらは選択的に採用することができる。
加湿ユニットは、加熱ユニット12及び浄化ユニット13により加熱・無害化された空気を利用して空気を加湿する加湿機能を発揮する。具体的には、冷却ユニット14に水冷式を適用した場合、高温の空気を利用して、水を加温させ、スチーム加湿を供給できる。また気化式加湿器にも適用できる。この場合、従来にはない温風が室内に供給できる。この加湿の対象となる空気は、加熱・浄化ユニットで無害化された空気であってもよく、別の経路から取り入れた空気であってもよい。また、加湿後の空気は、排気口28から外部に排出することも可能であり、別個の排出口を設けて実施することも可能である。
デシカント除湿ユニットは、加熱ユニット12及び浄化ユニット13により加熱・無害化された空気を利用してデシカント除湿する機能を発揮する。具体的には、水分を吸着するシリカゲルやゼオライトなどの吸着剤を適用することで、室内の湿度を低減させることができる。冷却ユニット14に水冷式を適用した場合、加熱された空気を利用して吸着剤に吸着された水分を蒸発させ、吸着剤を再生させることができる。本発明の場合、従来のデシカント除湿機では必要となる加熱ヒーターが不要となり、また、省スペース化が可能となる。さらに、温風を室内に供給できるというメリットもある。この除湿の対象となる空気は、加熱・浄化ユニットで無害化された空気であってもよく、別の経路から取り入れた空気であってもよい。また、除湿後の空気は、排気口28から外部に排出することも可能であり、別個の排出口を設けて実施することも可能である。
芳香ユニットは、加熱ユニット12及び浄化ユニット13により加熱・無害化された空気を利用して芳香成分を排出する芳香機能を発揮するものである。具体的には、冷却ユニット14に水冷式を適用した場合、温かい空気を利用して、担体(例えばゼオライト、竹炭)に芳香成分(例えばアロマ液)を吸着させたユニットを兼備することで芳香成分を有効に気化させることができる。この芳香成分を付加する空気は、加熱・浄化ユニットで無害化された空気であってもよく、別の経路から取り入れた空気であってもよい。また、芳香成分を付加した後の空気は、排気口28から外部に排出することも可能であり、別個の排出口を設けて実施することも可能である。
除去ユニットは、空気中の硫黄酸化物、窒素酸化物、揮発性有機化合物の内の少なくとも何れか1種を除去する機能を発揮する。より詳しくは、PMには、物の燃焼などによって直接生成されるものと、硫黄酸化物(SOx)、窒素酸化物(NOx)、揮発性有機化合物(VOC)等のガス状大気汚染物質が環境大気中での化学反応等により粒子化したものがある。したがって、加熱・浄化ユニットで無害化された空気中にはガス状のSOxが残存している可能性がある。そこで、本ユニットではガス状SOxを固定化する(例えばCaCO3と反応させ、CaSO4として固定化する)ことで空気中から除去することができる。このように、加熱・浄化ユニットで無害化された空気に対して、除去ユニットにて上記除去を行った後、排気口28から外部に排出することにより、ガス状大気汚染物質への対応も可能となる。
次に、図2を参照して他の実施の形態を説明するが、上述の実施の形態と実質的に同じ部分については、同じ符号を付して、その説明を省略する。この実施の形態に係るPM除去空気浄化装置は、加熱ユニット12、浄化ユニット13、冷却ユニット14を格納した浄化機能部30を備える。先の例では、浄化機能部20を3層構造としたが、この例では外パイプ31と内パイプ32からなるステンレス鋼製パイプの2層構造としたものである。外パイプ31と内パイプ32との間に外流路33が形成され、内パイプ32の内部に内流路34が形成されている。
その際、流路面積を外パイプの径の最小値φ100mmとした場合と、最大値φ250mmとした場合で、設計可能な内流路の流路面積と風量とを求めた。
図1の3層構造のタイプでは、下記のパイプ径のように設計することができ、その際の風速は下記のとおりとなった。
・最小=(外パイプ)φ100mm/(中パイプ)φ83mm/(内パイプ)φ60mm
内流路の流路面積=2,500mm2
風速=3m/秒
・最大=(外パイプ)φ250mm/(中パイプ)φ210mm/(内パイプ)φ10mm
内流路の流路面積=14,000mm2
風速=1.2m/秒
(2層構造)
・最小=(外パイプ)φ100mm/(内パイプ)φ75mm
内流路の流路面積=3,000mm2
風速=5m/秒
・最大=(外パイプ)φ250mm/(内パイプ)φ180mm
内流路の流路面積=25,000mm2
風速=0.7m/秒
(結果)
以上の結果、3層構造と2層構造とを比較すると、2層構造の方が流路断面積を大きく設計でき、風速も抑制できることが、明らかとなった。
試験装置として、内径86mmのステンレス管内に長さ120mmに渡って800℃までに発熱するヒーターを配置し、その一端からディーゼル排ガスの供給部を配置し、他端に吸引機能付きの測定装置(ニッタ株式会社製Aero Trak9306)を配置した。処理温度(ヒーターによる加熱温度)を変化させつつ、同測定装置によって風量2.83リットル/分でディーゼル排ガスを吸引し、PM量を測定した。その結果を、PM除去率として、表1、図3及び図4に示す。
除去率は、処理前のPM量を除去率0%とすると共に、PM量が0の場合を除去率100%として、測定されたPM量の値をPM除去率に換算した。
なお、PMを高温で燃焼除去することに伴う弊害としては、ダイオキシンの発生が考えられる。このダイオキシンは塩素源(漂白紙、塩、しょうゆ、海水,PVC等)と炭素源が空気中で約250℃〜400℃の低温で不完全燃焼することによって発生するものであるが、本発明ではPM量が安定して低減する500℃〜600℃で運転することから、PM除去に伴うダイオキシン発生の懸念も排除される。
12 加熱ユニット
13 浄化ユニット
14 冷却ユニット
15 温度調整ユニット
16 追加機能部
17 電源供給部
20 浄化機能部
21 外パイプ
22 中パイプ
23 内パイプ
24 外流路
25 中流路
26 内流路
27 空気取り入れ部
28 排気口
30 浄化機能部
31 外パイプ
32 内パイプ
33 外流路
34 内流路
35 真空断熱材
Claims (4)
- 汚染された空気を上流側から下流側へ流す間に、空気中の汚染物質を除去する空気浄化装置において、
空気を流すための移送ユニットと、
前記移送ユニットにより流されて来る前記空気を直接加熱することにより前記空気中のPMを分解除去する加熱ユニットと、
前記加熱ユニットから排出される加熱された前記空気中に含まれる有害物質を無害化する浄化ユニットと、
前記加熱・無害化された空気を室温付近まで冷却する冷却ユニットとを備え、
前記加熱ユニットと前記浄化ユニットとは、両者を一体化させた複合ユニットとして構成され、
前記複合ユニットは、加熱ヒーターと触媒担体としての機能を有する絶縁処理された多孔質の金属合金箔とが重環されており、前記加熱ヒーターにより加熱された空気中に存在する有害物質を触媒反応により分解・浄化する触媒が前記金属合金箔に担持されているものであり、
前記加熱ヒーターによる加熱温度が400℃〜600℃であることを特徴とするPM除去空気浄化装置。 - 前記加熱ヒーターによる加熱温度が500℃〜600℃であること特徴とする請求項1記載のPM除去空気浄化装置。
- 前記複合ユニット及び前記冷却ユニットが格納された浄化機能部を備え、前記浄化機能部は、外パイプ、中パイプ及び内パイプからなる3層構造をなし、前記外パイプと前記中パイプとの間に外流路が形成され、前記中パイプと前記内パイプとの間に中流路が形成され、前記内パイプの内部に内流路が形成されており、
前記空気は、前記外流路内を上昇して前記中流路の上端に導入され、前記中流路内を下降して前記内流路内に導入され、前記内流路内を上昇するように構成され、
前記内流路内に直列で前記複合ユニットと前記冷却ユニットとが配置されたことを特徴とする請求項1又は2に記載のPM除去空気浄化装置。 - 前記複合ユニット及び前記冷却ユニットが格納された浄化機能部を備え、前記浄化機能部は、外パイプ及び内パイプからなる2層構造をなし、前記外パイプと前記内パイプとの間に外流路が形成され、前記内パイプの内部に内流路が形成されており、
前記空気は、前記外流路内を下降して前記内流路内に導入され、前記内流路内を上昇するように構成され、
前記内流路内に直列で前記複合ユニットと前記冷却ユニットとが配置されたことを特徴とする請求項1又は2に記載のPM除去空気浄化装置。
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