JPS5912935B2 - 空気浄化装置付き循環換気扇 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、室内空気の循環扇に関するものであり、特に
汚れた室内空気を吸着材、酸化触媒を用いて浄化循環す
ることを目的とする。

詳しくは、室内空気の汚れを浄化し′、再循環すること
により、暖房・冷房時の熱損失を防ぎ、かつ室内空気の
汚れが著しい時は室外から新鮮な空気を吸引し、汚れた
空気を室外に排出することにより、室内空気を清浄に保
つ。

特に通常時の空気循環は空気浄化装置内の吸着材で空気
の浄化をおこない、さらに吸着材の寿命の延長と使用吸
着材量の減少を目的として吸着材の加熱再生を間欠的に
導入し、長期間の室内空気浄化を目的とする。

従来の空気清浄器は第１図に示す構成が一般的である。

すなわち、循環ファン４の吸引側にフィルター５．６．
７を多段に設置し、空気中の汚染物質を浄化する。

まず第１段目が太き々浮遊粉塵を除去し、ついで第２段
６が微細な油煙、粉塵のフィルター、さらに第３段７が
臭気等ガス物質を吸着する活性炭に分別され、汚染物質
はフィルターおよび吸着材に吸着されることにより空気
は浄化される。

いづれにしても、従来の空気清浄器は吸着による空気浄
化であり、吸着材の吸着機能の有する間は空気の浄化は
可能である７５ζ吸着材の汚染物質吸着量に限界があり
、その結果吸着材の交換が必要であり、その維持が繁雑
となる。

本発明は上記欠点を改善するもので、吸着材の交換を不
要とし、煙草の煙り、調理煙、臭気のはげしいときは室
内空気および室外空気を排出、吸入し、室内汚染をすみ
やかに、かつ効果的に減少せしめる空気浄化装置付き循
環換気扇を提供するものである。

第２図は本発明の一実施例の循環換気扇の断面図を示し
、図中８は循環換気扇の本体であり、この本体８の上下
部に空気吸引口９と吐出口９′、ならびに外気吸引口１
６と吐出口１６′を有し、内部にファン１４を設け、空
気流路中にフィルター１０．吸着材１２．酸化触媒１３
および加熱源ヒータ１１を有する空気浄化槽を設置して
いる。

この本体は定常循環時は空気の流れは矢印ａより吸引さ
れ、フィルター１０．吸着材１２．酸化触媒１３を経て
Ｃより室内に循環される。

一方外気吸引時は、吸引口１６．シャッター１５を経て
定常時と同じ経路でもって室内に循環されるが、特にフ
ィルター１０．吸着材１２．酸化触媒１３を経ることな
く、吐出口１６′ 、シャッター１５′より室内に外気
を吸引しても良い。

汚れた室内空気を室外に排気する時は吐出口ｑシャッタ
ー１５′ 、吐出口１６′と空気浄化槽を経ることなく
汚れた室内空気は室外に排気されても良い。

その理由は、極度に汚れた空気は空気浄化槽を経ること
により、フィルター、吸着材を短時間に極度に汚し、そ
の吸着材寿命を短縮し、吸着材の再生回数を増す結果と
なり好ましくない。

しかし外気汚染という問題を重視する場合は空気浄化槽
を経て排気される構造を採用しても良い。

さらに、室内外空気を単独に吸引、排気するのではなく
、同時に吸排気し、室内空気を急速に交換しても良い。

たとえば、定常循環→排気→吸気→同時吸排気の４段切
換え方式を取っても良い。

上記操作の繰返しにより、吸着材は空気中の汚染物質を
吸着し、次第に吸着限界に近づく。

吸着限界に達すれば従来例では新しい吸着材と交換する
必要があるが、本実施例では吸着限界に達する前に吸着
材の加熱再生をおこない、吸着材の取り換えの手間をは
ふき、吸着材の寿命を延ばす。

吸着材再生時ガス流路はａより空気浄化槽を経てｄを通
り、シャッター１５′、吐出口１６′を経て室外に排出
される。

このとき吸着材および触媒加熱ヒータ１１は通電され、
吸着材および触媒は所定温度に加熱昇温され、吸着材に
付着吸着されている汚染物質が吸着材から脱離する。

脱離した物質のうち可燃性物質が触媒の酸化作用により
、酸化され、無害および無臭化される。

＝般には有機物質は二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ
）に完全酸化され、シャッター１５′ 、吐出口１６′
を経て室外に排出される。

なお吸着材に吸着されている触媒に酸化されない物質お
よび無機性ガスは排気ガス中に脱離含有されており、吸
着材再生時の排気ガスは完全に室外に排出することが望
ましい。

その理由は通常時室内に微量含有されている酸化無害化
されないガスが長時間にわたる吸着材の使用により吸着
材中に吸着蓄積され、再生時に短時間に脱離されること
から結果的には高濃縮されたと同様な効果を示し、臭気
および人体に悪影響をおよぼすことから排気は室外排気
にすべきで、本実施例ではそのことを特徴としている。

なお吸着材再生中の空気循環量は通常循環風量から自然
通気量の間に設定される。

通常通気量は１０７？Ｚ２の室での空気容積２５〜３０
７７！’を少なくとも１０回／時以上の比で循環される
。

しかし本実施例では吸着材再生中前記のような風量が流
れると、吸着材および触媒を加熱する目的の熱量が空気
浄化槽を通過する空気に熱をうばわれ、吸着材、触媒の
加熱効率が低下し、好ましくな鶴一方触媒の酸化性能は
触媒の使用温度と処理ガス量に対する触媒量（Ｓ、Ｖ）
に大きく依存する。

これらの関係から二定触媒量を使用するとき、触媒温度
を高温にすればするほど、処理ガス量が少なければ少な
いほど浄化性能は上昇することから、通気量の少ない自
然通気が一番触媒性能に好ましく、吸着材および触媒加
熱における熱効率にとっても良い効果となる。

よって吸着材再生中の風量は通常使用風量より小さく、
吸引ファンを停止したとき吸着材、触媒温度装置等によ
り生ずるドラフトによる自然通気より犬の範囲を本実症
例では採用している。

一方、フィルター、吸着材、触媒は空気の流れに対する
圧力損失となり、吸着材、触媒量を多量に使用すると圧
力損失が増大し、使用する吸引ファン能力の大きいもの
を使用する必要がある。

しかし、本実施例では吸着材を再生できるので、吸着材
使用量を減少することができる。

たとえば、１年間の寿命を設定した従来の吸着材量に対
して、毎日吸着材を再生するとき、その吸着量は理論的
には１／ ３６５で良く、装置の大きさが非常にコンパクト化でき
るとともに、前記の如く圧力損失も大巾に低下する。

ただ圧力損失は吸着材体積に必らずしも比例しないが、
量が少ないほど同一条件のとき、圧力損失は減少する。

さらに本実施例では室内空気の汚染のはげしいとき室内
空気を空気浄化槽を通すことなく室外に排気が可能で、
これからも吸着材の汚染速度はおそく吸着材の寿命を延
ばす結果となる。

この吸着材の再生過程は手動作あるいはタイマー操作に
より一定時間毎に再生をおこなっても良いが、吸着材の
吸着限界に達したとき手動作でもっておこなっても良い
。

空気浄化槽に使用されるフィルター、吸着材。

触媒は以下に述べる次の条件を満たすものが採用される
。

■ フィルター二圧力損失の少なく、微粒子および油性
物質との親和性の良いもので、洗剤等で洗濯再生の可能
なもの、特に好ましい材質として天然繊維、塩化ビニル
、塩化ビニリデン、ポリエステル、ポリアミド系、無機
性フィルター材としてガラスファイバーが用いられるが
、耐熱性を考えると、ガラスファイバーとポリエステル
系が最も良好な結果をもたらす。

２ 吸着材：吸着材として望ましい性質は多孔体であり
、吸着材重量当りの吸着量の大きいことで、かつ室温３
０℃以下での吸着性能の大きく、５０℃以上での脱離性
能の大きいこと。

以上の条件に合致する材料は活性炭があげられる。

活性炭以外にアルミ、鉄、チタン、硅素の酸化物および
水酸化物、酸性白土、ゼオライト、珪藻土などが使用可
能である 本実施例では、上記物質が粉体であり、実際の使用にお
いて不便である点から各種結合材を用いて成型加工した
ものを汚染物質吸着材として検討した。

結合材として、ポルトランドセメント、耐熱性のアルミ
ナセメント、シリカゾル。

アルミナゾル、水ガラス、有機バインダーを用いて検討
した。

上記材質でもつそ成型された吸着材は一段から多段に設
置され、フィルターを通過した空気中のガスおよび微少
粒子を吸着する。

吸着性能は第５図に示すように上記物質の場合その物質
差より、材質の比表面積に依存している。

たとえば第７図に示す如く、吸着材の比表面が０．１？
？Ｚ２／？〜１０？？Ｚ２／ｆ以上であれば、油の吸収
量は大きく変らない。

しかし、０．１？？Ｚ２／１以下では油吸収量は小さい
。

この吸着材の比表面積と油吸収量の関係は本発明の特徴
である。

３ 触媒層：触媒層は吸着材と直列に配置され、その触
媒は金属酸化物触媒等が用いられるが、この触媒は吸着
材の再生により脱離されるガスを酸化浄化するもので、
期待できる触媒は白金等の貴金属触媒と、マンガン、鉄
、クロム、銅。

コバルト、ニッケル酸化物が使用され、貴金属系は触媒
担体上に付着させた形状のものを使用するＭ ｎ 、＋
Ｆ ｅ 、Ｃｒ ５ Ｃｕ Ｉ ＣＯ＋ Ｎ ｉ系は
貴金属と同じかもしくはポルトランドセメント、アルミ
ナセメント等の結合材に上記酸化物を混合成形されたも
のを用いるか、上記組成物に白金を付着させたものを用
いる。

前記触媒の比表面積は０．１？？Ｚ２／ｆ以上のものを
用いる。

その理由は触媒体性能が比表面積に比例して良くなるこ
とと、触媒体そのものを吸着材として用いることが可能
となるからである。

ただ貴金属系触媒の場合、表面汚れがはげしいと、触媒
機能が低下するが、加熱再生がおこなえることから本実
施例では０．１ｆｆｌ／Ｐ以上の比表面積を有する触媒
を用いる。

前記の吸着材と触媒は直列に各々別個に配列されてもよ
いが、同一配列もしくは吸着材と触媒材を混合し成形し
ても良い。

たとえば、アルミナセメントを結合材とじゼオライト、
珪砂を混合したものにＭ ｎ ０２を添加成形するか、
前記組成中Ｍ ｎ ０２を添加しない組成で成形した吸
着材に白金を付着せしめたものは吸着能および触媒能に
すぐれた結果を示す。

本発明によれば次のような効果を奏する。

■ 室内外空気を吸排気できる循環扇の効果は通常時は
室内の煙草、調理による汚染された空気を汚染物質除去
装置により浄化する７５ζ非常に室内空気が汚染された
とき、急速に室内空気を室外に、新鮮々室外の空気を室
内に導入でき、通常の循環扇および換気扇の二つの機能
を有し、かつ室内空気循環時室内空気の循環の他に空気
を浄化する機能をも兼ねそなえもつ効果を有する。

■ 汚染空気物質除去装置は通常の空気浄化装置に比較
して、触媒とヒータを有し、汚染物質吸着材の加熱再生
をおこなうことができる。

その結果、Ａ、吸着材の使用量を減じることができ、Ｂ
、装置がコンパクトになり、かつＣ１吸着材の交換等が
不要となり、Ｄ、見かけの吸着材の寿命を延ばし、Ｅ、
吸着材の使用量の減少は圧力損失の低減となり、Ｆ、循
環扇の風圧の低いものが使用できる結果となＣ５Ｇ−Ａ
−Ｆの効果によりコストダウンとなる。

その理由は吸着材は必らず吸着限界を有し、その吸着限
界量は吸着材重量の約４０％である。

また一方では吸着限界に近づくに従って吸着材の吸着能
力が低下する。

それ故−年間の寿命を保証する吸着材量をＶｌとすると
、毎日吸着材１ を再生する場合の吸着材量は となり、吸６５ 蓋材の使用量は非常に少なくなる。

この使用吸着材量の減少効果は更に次の効果をみちびく
。

すなわち、吸着材容積が少なくなシその結果、吸着材収
納槽部を小さく設計でき、装置全体がコンパクトとなり
、さらに吸着材−量が減少することにより、吸着材層で
の空気の通過圧力損失が小さくなる効果を導びき、この
ことは風圧の低い循環扇が使用できることとなり、前記
効果と合せてコスト低減に非常に大きな効果を示す。

また、吸着材が再生されることにより、見かけ上枝蓋材
寿命が無限となり、吸着材交換の必要がなくなる。

■ 吸着材と触媒が一体化されることにより、空気浄化
装置の構造が簡易となり、かつ二種類の材料の類別が不
要となり、吸着材、触媒の設置誤りが防止できる。

■ 比表面積が０．１ ｄ／ｆ１以上、油担持量が５
ｗ を多収上の触媒および吸着材を用いることにより、
吸着材、触媒の使用量を減じる効果と同一油煙吸着に到
る寿命を延ばす。

■ 吸着材の吸着限界に到ったとき、任意に吸着材の再
生をおこなうことができ、一方タイマ操作にしておけば
、吸着材再生の手動作が不要となり、実使用上において
吸着材寿命が無限であることと同様の効果を示す。

■ 外気吸引時吸引空気浄化装置を通ることにより外気
中に含有する好ましくない各種ガス、たとえばＳ０２．
ＮＯｘの如きガスを吸着浄化し、清い空気を室内供給す
る。

■ 吸着材再生時風量を少なくする効果は触媒効果を高
める効果と触媒および吸着材の加熱熱効率の向上効果を
示す。

その理由は、触媒性能は使用触媒量に対する処理ガス量
で示され、空間スピード（Ｓ 、Ｖ）として数値化され
ている。

Ｓ、ｖ値は触媒量が一定のとき処理ガス量が少ないほど
その触媒性能が高いことを示し、本実施例において、室
内循環扇のファン能力は室内容積を少なくとも１時間に
３回以上循環する風量の能力を必要とする。

しかし、この風量における触媒量を計算すると、Ｓ、■
１０，０００ｈｒ ’で約１０ｔの触媒を必要とする
。

それ故触媒量を少なくするために風量を減する必要があ
る。

また一方、風量を減する理由のもう一つの理由は、吸着
材から吸着物質を脱離させるため吸着材の加熱再生は少
なくとも５０℃以上でおこなわれ、脱離した汚染物質を
浄化する触媒はその性能を発揮するため、通常１００℃
〜３００℃以上の温度に加熱される必要がある。

しかしながら触媒および吸着材を通過する空気量が多い
と、触媒および吸着材を一定温度に保つとき通過空気に
熱交換され、空気に奪われる熱量が大きく、その結果熱
損失が犬となり、経済的に好ましくない。

たとえば本実施例の→り中、０．２３Ｃａｌ／ｇ：ｄｅ
ｇの触媒５００７を３００℃に加熱する必要熱量は熱損
失がないものとすると、 ０２３Ｃａ１ｘ５００Ｐｘ３００℃＝３４！５Ｋｏ、ａ
ｌとなり、一方通過風量ａ・・・・・・１Ｎ？？Ｚ”
／−ｉ。

、ｂ・・・・・・１０ｔ／・ で３００’Ｃの触媒を
通過するととｌｎ により空気が１００℃に加熱されるとすると、空気の比
熱０．３１ＫＣａ’／ｎｉ’、ｄｅｇ として以上の
計算から吸着材の加熱再生時の風量は可能なかぎり小さ
くすると熱損失は小さくなる。

■ 吸着材再生中の空気浄化装置、通過ガスを室外に ■ 排気する効果を有する。

吸着材再生時室内空気循環浄化中に吸着材に吸着され、
触媒により浄化されない有害ガスが室内に再放散され、
再汚染されることを防ぐ効果。

吸着材は、通常循環時空気中に含有される微量有害ガス
を吸着蓄積する。

しかしながら、これらガス中には触媒により無害化され
ないガスも含まれている。

これらのガスは吸着材再生時に吸着材から脱離され、排
気ガス中に短時間に放散され、結果的に有害ガスの濃縮
をおこなったと同等の作用を示し、臭気および人体への
悪影響をおよぼす。

本実施例では、吸着材再生時の排気ガスを室外に放散せ
しめることを特徴としており、室内空気の再汚染は防止
される。

次に本発明の具体的実施例について説明する。

実施例 １ 本実施例に用いた触媒：白金触媒およびＭ ｎ ｔＣｏ
、Ｎｉ 、Ｆｅ、Ｃｕ等の金属酸化物触媒で触媒形状
として、ハニカム状および粒状を用いた。

ａ アルミナ粒子（３〜５ｒｒｒＩｎ球状）担体上に０
．１ｗｔ％〜０．５ｗｔ％の白金を付着させた市販白金
触媒 ｂ 直径１００ｍｍ、厚み５０ｍの円筒状ハニカム担体
上に０．５ｗｔ％の白金の付着した市販ハニカム白金触
媒。

Ｃポルトランドセメントおよびアルミナセメントを結合
材として１０〜８５ｗｔ％補強材として５〜５０ｗｔ％
を基本組成とし、前記組成に金属酸化物を２０〜８５
ｗ ｔ％添加する。

前記混合物に水を１０〜４０重量部添加混合し、各種成
形法で成形する。

アルミナセメント２５ｗｔ％、Ｍｎ０２６０ｗｔ％、Ｓ
ｉ Ｏ２５ｗ ｔ ％％助触媒Ｃｕ 、Ｆｅ 。

Ｎｉ化合物１０ ｗ ｔ ％のトライブレンド材に、水
３０ｗｔ％添加混合し、１００ｍｍΩ厚み１５胴で多数
の３〜５ｍΩ柱を有する注形型に注入する。

５０℃で養生硬化後成形物を型抜きする。

成形物はさらに７０〜１００℃の湯中で１時間完全に養
生硬化させる。

ｄｃの基本組成に金属酸化物を加えることなく、Ｃと同
様な操作でもって、１００ｍｍΩで厚み１５胴の多孔円
板状担体を作成し、塩化白金酸、硝酸マンガン等の熱分
解□性金属塩溶液を含浸もしくは噴霧することにより担
体表面に塩を付着させ、しかるのち、３００℃〜６００
℃で熱分解をおこない触媒を作成した。

実施例 ２ 吸着材の調整 ａ 市販粒状活性炭 ｂ アルミナセメント、珪藻土、アルミナ、ゼオライト
Ｓ ｉ ０２を混合し、水を２０〜６０ ｗ を係添加
し、実施例１のＣと同様な方法で成形した。

実施例 ３ 第２図に示す実施例により、ガス浄化実験をおこなった
。

実施例１のＣのマンガン系触媒４００ｃｃを第２図の１
３部に設置し、触媒温度をヒータ１１の発熱量を変化さ
せることにより１００℃〜３００℃の範囲に制御した。

Ｓ、Ｖ値はファン１４の風量を変化させることにより５
０，０ＯＯｈｒ −’以下の条件で実験をおこなった。

実験として、通常空気の汚染度が低いので臭気物質とし
て、ホルマリン、トルエンを蒸発させることにより空気
汚染をおこない、空気浄化槽の吸ＪＩ０９および吐出口
９′の測定値の差（酸化率）でもって装置の効果をテス
トした。

（このときフィルター１０．吸着材（活性炭）１２は設
置されていない。

）結果を第４図に示す。

第４図はトルエンガス（全炭化水素） １００ ｐ、ｐ
ＪｎにおけるＳ、Ｖ一温度特性を示し、触媒が期待され
た効果を示している。

実施例 ４ 第２図の装置においてく吸着材１２に活性炭１ｔを充填
し、室温２３℃にて運転し、このときＳｖＯ〜５０．０
００ｈｒ−１の条件テホルマリン。

トルエンを浄化させた。

トルエン、ホルマリン共に完全に浄化されている。

結果を第５図に示す。

実施例 ５ 第２図の吸着材（活性炭）１２に重量パーセントにして
約１０％のトルエン吸着した別途調整活性成と取り換え
る。

ヒータ１１を通電加熱させ、活性炭温度を５０〜１５０
℃の範囲でトルエンの脱離特性を測定した。

その結果を第６図に示す。

トルエンの脱離特性は高温はど速く脱離する。

実施例 ６ 実施例１，２で作った触媒および吸着材の比表面積を測
定し、このものを室温（２０〜２３℃）のサラダ油中に
含浸５ ｍ ｉ ｎ後取り出し、口紙上にて油切り後の
重量増を測定した。

その結果、比表面積と吸油性の間に相関がみられた。

第７図はその結果であり、比表面積０．１ｒｒ？／グ以
上で油担持量５ｗｔ％以上が触媒および吸着材として好
ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の空気清浄器の断面図、第２図は本発明の
一実施例における循環換気扇の断面図、第３図は同要部
説明図で、ａは吸着材と触媒が別別に設置された状態を
、ｂは吸着材と触媒を接触させた状態を、Ｃは吸着材と
触媒を一体化した状態を示す。 第４図は実施例１のＣのマンガン系触媒を用いたトルエ
ン酸化特性図で、図中１は触媒温度２５０℃、２は３０
０℃、３は３５０℃におけるものである。 第５図は活性炭のトルエン、ホルマリンの吸着能図で、
１はホル了リン、２はトルエンを示す。 第６図は活性炭からのトルエン脱離温度特性図で、１は
活性炭が５０℃に加熱されたとき、２は８０℃、３は１
００℃、４は１５０℃をそれぞれ示す。 第７図は比表面積と油吸収量の関係図である。 １０・・・・・・フィルター、１１・・・・・・発熱体
、１２・・・・・・吸着材、１３・・・・・・酸化触媒
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 室内外空気の吸排気可能な空気循環装置と、浮遊粉
   塵用フィルター、吸着材層、酸化触媒層および吸着材と
   触媒層を加熱する発熱体とからなる汚染物質除去装置と
   を備え、触媒および吸着材加熱用発熱体に通電加熱生空
   気浄化装置を通過した空気を排気経路を通り、室外に排
   出できるよう構成したことを特徴とする空気浄化装置付
   き循環換気扇。 ２ 該吸着材および該触媒体が一体化されるか、触媒お
   よび吸着材性能を兼ねそなえもつ触媒構成材でもって形
   成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   空気浄化装置付き循環換気扇。 ３ 触媒および触媒構成材、吸着材の比表面積が０、ｉ
   ｎ？／グ以上で油担持量が５ｗｔ％以上であるととを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の空気
   浄化装置付き循環換気扇。 ４ 触媒および吸着材がタイマー操作もしくは、手動作
   で間欠的に発熱体でもって加熱されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載ρ空気浄化装置付
   き循環換気扇。 ５ 室内空気循環中あるいは外気吸引中、空気は空気浄
   化装置に強制的に導入され、吸着材層を通過するように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の空気浄化装置付き循環換気扇。 ６ 循環扇の吸着材および触媒加熱発熱体に通電加熱中
   空急浄化装置の空気通過量を強制通気から自然通気まで
   変化させることにより通気空気量を加減することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項又は第４項記載
   の空気浄化装置付き循環換気扇。