JPWO2004022113A1

JPWO2004022113A1 - 空気清浄器

Info

Publication number: JPWO2004022113A1
Application number: JP2004534178A
Authority: JP
Inventors: 佐長田; 小松　徹; 小松　　徹; 龍介西巻
Original assignee: 山英建設株式会社
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2005-12-22
Also published as: CN1678355A; KR20050057187A; EP1547624A4; AU2003261971A1; WO2004022113A1; EP1547624A1; US20060032376A1

Abstract

高い空気浄化力を有する空気清浄器、とりわけ空気中の浮遊塵、たばこの煙、有害ガス等を効率よく除去可能な空気清浄器が開示されている。この空気清浄機は、放電によりイオンを生成可能な放電電極（１）と、該放電電極に対向する対向電極（２）と、前記放電電極と対向電極との間に、前記放電電極においてイオンを生成する放電を誘起する電圧を印加可能な電源（３）とを少なくとも備えてなり、前記対向電極（２）として、約８００℃以上の温度で炭化された高温炭と、約５００℃以下の温度で炭化された低温炭と、アルギン酸またはその塩または酸化カルシウムとを含んでなるガス吸収材を用いたものである。

Description

本発明は、空気中の浮遊塵、たばこの煙、有害ガス等を除去可能な空気清浄器、とりわけイオン風式空気清浄器に関する。

イオン風式空気清浄器は、電極間に５〜１０ＫＶ程度の高電圧を印加してコロナ放電を行い、これにより微粒子をイオン化させ、これにより生じたイオン風を利用する。すなわち、イオン化した粒子が電極間の電場により移動してイオン風が発生し、このイオン風により空気中の塵やたばこの煙を集塵電極に吸着させることにより、空気浄化を行うものである。このような空気清浄器は、例えば特開昭６０−１７２１９０号、特開昭６２−１４０６５７号などに開示されている。
このような空気清浄器の集塵電極としてはアルミニウムなどの金属が用いられているが、特開平１０−１９９６５３号公報にはコロナ放電電極に対向する電極表面として、活性炭を塗布したものを利用することが開示されている。しかし、この公報記載の装置は負イオンによるイオン風発生装置であり、コロナ放電にともなうオゾンをこの活性炭により除去しようとするものである。
活性炭などの炭が物質の吸着性を有することは周知である。また、特開２０００−２２６２０７号には、木材チップを４５０〜５５０℃で熱処理して炭化させる低温炭化工程と、それに続き８００〜９００℃で熱処理して炭化させる高温炭化工程とを行うことで、低温炭化部分と高温炭化部分とを共に有する活性化木炭の製造法が開示されている。しかしながら、この公報には、この活性化木炭を用いた成型物の具体的開示はなく、また成形のための結着剤としていかなるものが有用かの示唆または開示はない。
発明の概要
本発明者らは、今般、イオン風式空気清浄器の集塵電極として、特定温度で炭化された炭成形体を用いることで、空気浄化力の極めて高い空気清浄器が実現できるとの知見を得た。より具体的には、約８００℃以上の温度で炭化された高温炭と、約５００℃以下の温度で炭化された低温炭と、アルギン酸または酸化カルシウムとを組み合わせて得られたガス吸収材を電極とすることで、空気中の浮遊塵、たばこの煙、有害ガス等を効率よく除去可能な空気清浄器が実現できるとの知見を得た。
従って、本発明は、高い空気浄化力を有する空気清浄器の提供をその目的としている。
そして、本発明による空気清浄器は、放電によりイオンを生成可能な放電電極と、該放電電極に対向する対向電極と、前記放電電極と対向電極との間に、前記放電電極においてイオンを生成する放電を誘起する電圧を印加可能な電源とを少なくとも備えてなる空気清浄器であって、前記対向電極が、約８００℃以上の温度で炭化された高温炭と、約５００℃以下の温度で炭化された低温炭と、アルギン酸またはその塩または酸化カルシウムとを含んでなるガス吸収材を含んでなるものである。

図１は、本発明による空気清浄器の基本構成を示す図である。
図２は、実施例において用いた空気清浄器を示す図である。
図３は、実施例において用いた実験装置の基本構成を示す図である。
発明の具体的説明
空気清浄器の基本構成
本発明による空気清浄器は、放電によりイオンを生成可能な放電電極と、この放電電極に対向する対向電極と、両電極との間に、放電電極においてイオンを生成する放電を誘起する電圧を印加可能な電源とを基本的に備えてなる。この基本構成の模式図を示せば図１の通りである。放電電極１は、例えば炭素、白金、タングステン、金、銀、チタン、ステンレス、ニッケル、タンタル、銅、リン青銅、金メッキ線、ニッケルメッキ線等からなる針状形状を有する。この放電電極においてイオンを生成可能な放電が行われるが、本発明において放電電極における放電は、いわゆる気体放電であり、コロナ放電、グロー放電、アーク放電がそれに含まれる。
この放電電極１に対向して電極２が設けられてなり、この対向電極２は後記するガス吸収材からなる。この二つの電極の間には電源装置３により、放電電極１において放電を誘起する電圧が印加される。この電圧は適宜決定されてよいが、放電がコロナ放電である場合、例えば４，０００〜１０，０００ボルト程度が一般的である。
負の電圧が印加された放電電極１の先端部分には電界が集中し、例えばコロナ放電が生じる。この放電によりイオンが発生するが、正の電荷を持つイオンは放電電極１に吸収され、一方負の電荷を持つイオン４は対向電極２に引き寄せされる。これがイオン風である。負イオンが対向電極２に引き寄せられる過程で、空気中の浮遊塵、たばこの煙、有害ガス等の浮遊物５に衝突またはそれと結合し、これらを対向電極２まで運ぶ。
対向電極２は、後記するように優れたガス吸収材であり、運ばれた浮遊物５は極めて効率よくこのガス吸収材に吸着され、空気浄化が行われる。
本発明において、放電電極１および対向電極２はそれぞれ複数備えることが出来、浄化効率の観点から複数の放電電極１および／または対向電極２の利用が有利であることがある。
ガス吸収材
本発明による空気清浄器において対向電極を構成するガス吸収材は、約８００℃以上の温度で炭化された高温炭と、約５００℃以下の温度で炭化された低温炭と、アルギン酸または酸化カルシウムとを含んでなるものである。
（１）高温炭および低温炭
本発明において、高温炭とは、約８００℃以上の温度で炭化された炭を意味する。本発明の好ましい態様によれば、高温炭とは、好ましくは約８００℃〜１３００℃の温度で、さらに好ましくは９００℃〜１０００℃の温度で炭化して得られたものを意味する。高温炭の製造にあたり、その精錬過程において賦活、例えば空気賦活または水蒸気賦活、が行われてもよい。
また、本発明において、低温炭とは、約５５０℃以下の温度で炭化された炭を意味する。本発明の好ましい態様によれば、低温炭とは、好ましくは約３００℃〜５５０℃の温度で、さらに好ましくは４５０℃〜５００℃の温度で炭化して得られたものを意味する。
本発明において、炭の原料となる木材は特に限定されず、スギ、ヒノキ、マツ、カラ松等の針葉樹や、竹に加え、建築廃材も利用可能である。
高温炭と低温炭はその吸収性において相違する。具体的には、高温炭はホルムアルデヒド、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クロロベンゼンなどに対して高い吸収特性を有し、一方、低温炭はアンモニア、アミンなどに対して高い吸収特性を有する。両者の混合物は、種々の物質に対し良好な吸収性を有するものとなる。
高温炭と低温炭の混合比は、本発明による空気清浄器が捕捉しようとするガスの種類を勘案して適宜決定されてよいが、高温炭と低温炭とは、重量基準で３０：７０〜６０：４０で混合されるのが好ましく、より好ましい混合比は４０：６０〜５０：５０である。
高温炭と低温炭は、粉砕して紛状の形態で利用されるのが好ましい。粒径は適宜決定されてよいが、０．３〜９．５ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは約０．６〜１．１８ｍｍ程度の粒径である。
なお、高温炭は、その体積抵抗が１０Ω・ｃｍ^３以下の導電性を示すために、本発明による吸収材は、静電防止効果や電磁波シールド効果を有することになる点でも有利である。また、低温炭は、その体積抵抗は一般に１０^９〜１０^１２Ω・ｃｍ^３程度である。
（２）アルギン酸および酸化カルシウム
本発明において、アルギン酸またはその塩（例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩）は、単に炭粒子を結着させるだけではなく、炭のガス吸収性を向上させるとの効果を有する。これらアルギン酸単独では、無論そのガス吸収活性は炭に比較すると無いかあるいはその活性は小さなものであり、そのような物質の共存によって、高温炭と低温炭との混合物のガス吸収活性が大きく改善されることは意外な事実である。
なお、本発明においてアルギン酸またはその塩は、精製されたアルギン酸またはその塩のみならず、カラギーナン、角叉など、アルギン酸を主成分とする物質をも意味するものとする。
また、本発明において用いられるガス吸収材において、アルギン酸またはその塩の添加量は結着剤としての機能およびガス吸収活性の向上の観点から適宜決定されてよいが、その下限は５重量％程度が好ましく、より好ましくは１０重量％程度であり、その上限は２５重量％程度が好ましく、より好ましくは１５重量％程度である。
本発明の別の態様によれば、本発明において用いられるガス吸収材は、高温炭と低温炭とに加えて、酸化カルシウムを含む。この酸化カルシウムは、高温炭および低温炭のガス吸収能を、アルギン酸と同様に、向上させる。更に、酸化カルシウムの存在により、ガス吸収材の耐火性能を向上させることが出来るとの利点も有する。酸化カルシウムとして、具体的には、貝殻を焼成して得た貝殻焼成カルシウム、生石灰を利用することが出来る。
また、本発明において用いられるガス吸収材において、酸化カルシウムの添加量はガス吸収活性の向上の観点から適宜決定されてよいが、その下限は５重量％程度が好ましく、その上限は１５重量％程度が好ましく、より好ましくは７重量％程度である。
さらに、本発明の別の態様によれば、アルギン酸と、酸化カルシウムとを共に含むことができる。アルギン酸と酸化カルシウムとの添加により、高温炭と低温炭のガス吸収活性を更に向上させることが出来る。
本発明において、上記アルギン酸を含むことを条件として、結着剤を含むことが出来る。そのような結着剤としては、珪藻土、セメント、イソシアネート樹脂エマルジョンのような高分子結着剤、デンプンのりなどが挙げられる。セメントとしては、例えば普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント等を利用することができる。また、珪藻土またはセメントの利用は、ガス吸収材の耐火性能を向上させることができる点で有利である。さらに、珪藻土またはセメントを利用する場合、結着剤として高分子結着剤との併用が好ましい。これら結着剤の添加量は適宜決定されてよいが、これらの添加量は過剰であると、ガス吸収材のガス吸収活性を低下させることがあるので、添加量の決定は慎重に行われることが望ましい。本発明においてガス吸収材におけるこれら結着剤の添加量は、好ましくは１０〜４０重量％程度である。
（３）製造法
本発明においてガス吸収材は、高温炭と、低温炭と、アルギン酸または酸化カルシウムと、場合により結着剤と、その他の成分を混合した混合物を型に流し込み、成形、そして乾燥（常温〜６０℃以下で３〜５時間程度）することにより容易に得ることが出来る。
また、製造にあたり、その強度を高めるために、充填材または補強材を利用することが好ましい。充填材または補強材の好ましい例としては、マニラ麻や木材パルプ等の繊維材、金網、格子状またはハニカム状の構造体などが挙げられる。
本発明において用いられるガス吸収材の形状は特に限定されないが、ボード状であることが好ましい。さらに、ボード状の対向電極は、室内建材、例えば壁材または天井材をかねるものとしてもよい。
本発明の好ましい態様によれば、ボード形状のガス吸収材は、その表面に化粧紙を貼付して、その外観を改善することが出来る。この化粧紙は、ガス吸収材の機能を損なわない程度の通気性を有するものであれば限定されない。
また、ガス吸収材は基本的に導電性であり、このガス吸収材と電源装置とを直接接続することが可能である。

例１：高温炭および低温炭の調製
以下の例において用いた高温炭および低温炭は、次のようにして得た。窯として、前面に火口を有し、背面下部に排気口を有し、内部を耐火レンガで覆った、内容積１６ｍ^３のコンクリート製のものを用いた。窯内に木材を入れ、火口から火入れをした。２４時間程の後から分解・炭化が始まり、３００〜４００℃の温度がさらに４８時間ほど続いた。その後温度が４００〜５５０℃に上昇したが、この温度上昇により炭化が終了し、精錬過程に入ったと判断し、５〜１０時間後に窯を完全密封し、冷却した。こうして得られた炭を低温炭とした。また、前記精錬過程において、空気賦活および水蒸気賦活を行い、炭化温度を９００〜１１００℃とし、この温度を３時間維持して得られた炭を高温炭とした。ここで、空気賦活とは窯内に空気を、その温度が９００〜１０００℃程度となるまで１０〜２０ｍ^３／分の風量で圧送することにより行い、また水蒸気賦活とはこの空気の圧送の際に０．５〜２リットル／分の量で同時に圧送することにより行った。
例２：ガス吸収材の製造
例１で得た高温炭と低温炭との混合粉炭１０００ｇとマニラ麻１００ｇとを混合し、これに粘着剤（酢酸ビニルを固形分として６０ｇ、でん粉のり８０ｇ、およびアルギン酸ナトリウム８０ｇ）２２０ｇと、貝殻焼成カルシウム２００ｇとを加えた。
次いで、この混合物を型枠に流し込み、一定の厚さになるように押し固めて成形した。次いで、型枠に入れたまま乾燥炉に入れ、常温もしくは６０℃以下の温度で３〜５時間程度乾燥した。乾燥炉から出したのち、型枠を外して、３００×４００×１５ｍｍのボードを得て、これを２００×１５０×１５ｍｍの大きさに切り取り、ガス吸収材とした。
例３：空気清浄器およびその性能試験
例２で得られたガス吸収材を用いて、図２に示される装置１０を構成した。すなわち、目視の観察を容易にするために透明なプラスチック材からなる箱（１８０×２１０×１２０ｍｍ）を用意し、その底面にガス吸収材を置いて、このガス吸収材を対向電極２とした。この箱の壁面には、金属製の針からなる放電電極１を設けた。この放電電極１と対向電極２との間に直流高圧源３を接続した。放電電極１にはマイナス側を接続し、対向電極２側にはプラス側を接続した。
さらに、この装置１０には、図３に示されるように、導入管６を介してたばこの煙が導入されるように構成されている。すなわち、導入管６には負圧発生装置７が接続され、この装置７には、たばこ８が差し込み可能に構成されてなる。この負圧発生装置７には圧縮空気源９から空気が導かれ、この空気とともにたばこ８からの煙が導入管６を介して、装置１０内に導入される。このような装置構成を用いて、以下の実験を行った。
フィルタを切り取ったたばこ１本（約０．７ｇ）を負圧発生装置７に差し込み、圧縮空気源９から空気を注入することにより、たばこ１本分の煙を導入官６から装置１０に導入した。その後直ちに放電電極１と対向電極２との間に直流電圧８０００ボルトを印加し、煙が消失するまでの時間を目視で測定した。実験は同様の操作を５回繰り返し行った。また、５回の実験前後に、ガス吸収材を除いた装置１０の重量を精密測定し、実験前の質量との差をプラスチック壁面に付着したタール量として求めた。以上の結果は以下の第１表に示される通りであった。
また、ガス吸収材を同じ大きさのアルミ板に代えて、同様の実験を行った。その結果は以下の第１表に示される通りであった。
なお、ガス吸収材およびアルミ板を入れずにたばこ１本分の煙を装置１０内に入れてたところ、煙は４０分経過後も消失しなかった。

Claims

放電によりイオンを生成可能な放電電極と、該放電電極に対向する対向電極と、前記放電電極と対向電極との間に、前記放電電極においてイオンを生成する放電を誘起する電圧を印加可能な電源とを少なくとも備えてなる空気清浄器であって、
前記対向電極が、約８００℃以上の温度で炭化された高温炭と、約５００℃以下の温度で炭化された低温炭と、アルギン酸またはその塩または酸化カルシウムとを含んでなるガス吸収材を含んでなるものである、空気清浄器。
前記放電電極における放電がコロナ放電である、請求項１に記載の空気清浄器。
前記ガス吸収材が、アルギン酸またはその塩と、酸化カルシウムとを共に含んでなるものである、請求項１または２に記載の空気清浄器。
前記ガス吸収材が、前記高温炭と、前記低温炭とを重量基準で３０：７０〜６０：４０の混合比で含んでなるものである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の吸気清浄器。
前記高温炭が８００℃〜１３００℃の温度で炭化されたものである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気清浄器。
前記低温炭が３００℃〜５５０℃の温度で炭化されたものである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の空気清浄器。
前記ガス吸収材が室内建材をかねるものである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の空気清浄器。