JP4033552B2

JP4033552B2 - 空気清浄用フィルタ及びこれを用いた空気清浄器

Info

Publication number: JP4033552B2
Application number: JP16783198A
Authority: JP
Inventors: 正夫安藤; 和久村瀬; 守石切山; 貢山下
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Equos Research Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Equos Research Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-04-22
Filing date: 1998-04-22
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2018-04-22
Also published as: JPH11300150A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は空気清浄用フィルタに関する。特に脱臭機能に優れた空気清浄用フィルタの改良に関する。更には、かかる空気清浄用フィルタを備えた空気清浄器に関する。
この空気清浄用フィルタは車両用として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両用の空気清浄用フィルタとして、活性炭やゼオライトなどの物理吸着剤を利用したものが使用されている。
また、物理吸着剤に光触媒を担持させてこれに光を照射する構成のフィルタも知られている（特開平１−８９３２２号公報参照）。このようなフィルタによれば物理吸着剤に吸着された有害ガス成分及び臭気成分が光により活性化された光触媒によって分解されるので、その効果が長期間維持される（特開平９−２５３４５２号公報参照）。
また、活性炭に薬品を添着してなる添着活性炭が化学吸着剤として知られている。例えば、角田光雄監修、（株）総合技術センター「最新吸着技術」、第４４８〜４５２頁を参照されたい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記各種の吸着剤を用いても、有害ガス成分及び臭気成分を長期に渡ってかつ確実に除去することはできなかった。
本発明者らが検討したところ、車両において有害ガス成分及び臭気成分には次のものがあった。
（１）新車では、接着剤・塗料等を発生源とする有機性揮発ガス成分が高濃度に車内に存在する。例えば、トルエン及びキシレン等の芳香族炭化水素、トリメチルアミン等の窒素系化合物並びにノナン、デカン及びドデカン等の脂肪族炭化水素がいわゆる新車臭の原因となる。詳しくは、高橋ら、内装材不快臭の解析と脱臭法、自動車技術論文集、Vol.23、No.1、January 1992を参照されたい。
（２）数年経過すると、接着剤・塗料等の有機性揮発ガスはその大部分が放出されるので、車内から有害ガス成分及び臭気成分が殆どなくなる。一方、人の活動に伴い車内には様々な物質（例えば、煙草のヤニ）が付着し、これらが揮発して車内の臭いの原因となる。このような臭い成分は一般に低濃度であるが、人の嗅覚を刺激しやすく極低濃度でも臭いの原因となる。
（３）また、車両内には外気が導入されるので、当該外気に含まれるＮＯ、ＮＯ₂、ＳＯ_X、ＣＯなども臭いの原因となり人体に有害である。
【０００４】
以上より、車両用のフィルタには、新車時には高濃度の新車臭を除去でき、その後人の活動に起因する低濃度の臭気成分等を除去でき、かつ、外気に起因する有害ガス成分及び臭気成分をその高濃度、低濃度に拘わらず常に除去できることが要求される。そして、このような性能を備えたフィルタが得られれば、有害ガス成分及び臭気成分を長期に渡ってかつ確実に除去することが可能になる。
従って、この発明は上で説明した性能を有する空気清浄用フィルタを提供することを一つの目的とする。
この発明の他の目的は新規な構成の空気清浄用フィルタ及びこれを備えた空気清浄器を提供することにある。
【０００５】
なお、化学吸着剤、物理吸着剤及び光触媒には、一般的に、下記の特性がある。
化学吸着剤は初期の高濃度の有害ガス成分及び臭気成分除去性能には優れるが、飽和吸着量に達すると寿命となり、その後の除去性能が極端に低下する。また、これを再生する方法も知られていない。化学吸着剤は高濃度の有害ガス成分及び臭気成分の吸着は得意であるが、低濃度の有害ガス成分及び臭気成分の吸着は不得手である。
物理吸着剤では、温度や湿度等の使用条件により、被吸着成分が再放出されるおそれがある。飽和吸着量に達すると寿命となりその後の除去性能が極端に低下する。物理吸着剤は加熱により再生可能であるが、空気清浄器のフィルタとして物理吸着剤を考えた場合これを加熱再生することは、メインテナンスとして現実的ではない。なお、物理吸着剤に光触媒を添加してなる複合吸着剤によれば、光を照射することによりこれを簡易に再生することができる（特開平９−２５３４５２号公報参照）。物理吸着剤は高濃度の有害ガス成分及び臭気成分の吸着は得意であるが、低濃度の有害ガス成分及び臭気成分の吸着は不得手である。
光触媒は低濃度の有害ガス成分及び臭気成分の除去は得意であるが、高濃度の有害ガス成分及び臭気成分を除去するには時間がかかるため不得手である。
【０００６】
【課題を達成するための手段】
この発明は既述の課題を達成するものであり、その構成は次の通りである。
化学吸着剤、物理吸着剤及び光触媒が実質的に一体とされている空気清浄用フィルタ。
【０００７】
【発明の作用・効果】
このように構成された空気清浄用フィルタによれば、新車時及び外気に起因する高濃度の有害ガス成分及び臭気成分を化学吸着剤及び物理吸着剤で除去する。特に、化学吸着剤が物理吸着剤と一体化されているので、物理吸着剤から再放出された有害ガス成分及び臭気成分が化学吸着剤に確実に補足される。従って、特に、新車時の有害ガス成分及び臭気成分を確実に除去することができる。このような機能を確保するため、化学吸着剤にはそれのみで有害ガス成分及び臭気成分を除去できる程度のガス補足容量が望まれる。
一方、車両の経年時及び外気に起因する低濃度の有害ガス成分及び臭気成分はもっぱら光触媒で除去する。
なお、物理吸着剤と光触媒とが一体化されているので、両者は複合吸着剤を構成する。従って、既述の通り特開平９−２５３４５２号公報に開示の物理吸着剤の再生技術を用いれば物理吸着剤が再生される。これにより、化学吸着剤が有害ガス成分及び臭気成分により飽和してその活性を失った後でも、物理吸着剤はその活性を保ち得るので半永久的に高濃度の有害ガス成分及び臭気成分の除去を行える。換言すれば、本発明にかかるフィルタによればその交換が不要となり、実質的なメインテナンスフリーを達成できる。
【０００８】
この発明を別の局面からみれば、空気清浄用フィルタの構成は化学吸着剤、物理吸着剤及び光触媒からなり、前記化学吸着剤と前記物理吸着剤とは接触しており、前記光触媒は前記物理吸着剤に担持される。
このように構成された空気清浄用のフィルタによっても、上記と同様な作用・効果が得られる。
【０００９】
この発明を更に別の局面からみれば、空気清浄用フィルタの構成は光触媒を担持した物理吸着剤と、該物理吸着剤から放出された有害ガス成分及び臭気成分の実質的な全部を吸着可能な位置に配置された化学吸着剤と、を備えてなる。
このように構成された空気清浄用のフィルタによっても、上記と同様な作用・効果が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上記において、化学吸着剤には吸着対象となる臭気成分と反応する薬剤をその表面に添着した添着活性炭が用いられる。その他には、Ｚｎ（ＯＨ）₂などがＮＯ₂を吸着する化学吸着剤として用いられる。
新車臭の主たる臭気成分である例えばトリメチルアミンを吸着する化学吸着剤としてはリン酸、硫酸などの酸性物質を添着した添着活性炭が用いられる。
【００１１】
図１は化学吸着剤の吸着特性を示す。被吸着剤としてアセトアルデヒドを選択した。図１の結果は次の様にして得られた。
まず、２ｍ³の閉じた容器中に１０ｐｐｍの初期濃度となるようにアセトアルデヒドを注入する。この容器中には化学吸着剤としてアニリンを添着した添着活性炭のハニカム１２００ｃｍ³が置かれる。このハニカム中へ２ｍ³／分の風量で容器内の空気が流される。容器は常温、湿度３０〜５０ＲＨに保たれる。
【００１２】
図１の結果▲１▼は測定開始時のアセトアルデヒドの濃度を１００としたときの３０分経過後のアセトアルデヒドの濃度である。
▲２▼〜▲５▼は添着活性炭のハニカムをそのままにして順次アセトアルデヒドをその濃度が１０ｐｐｍになるように注入し、上記と同じ条件で測定を行ったときの結果を示す。
図１の結果より、化学吸着剤は高濃度のガスを効率良く吸着するが、その劣化も早いことがわかる。
【００１３】
物理吸着剤としては活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、合成ゼオライトその他の微細孔を有する物質が用いられる。
【００１４】
光触媒は臭気成分を分解できるものであれば特に限定されないが、半導体酸化物が広く知られており、中でも、酸化力の強さ、低価格、無毒性等の理由から酸化チタン（ＴｉＯ₂）を好適に利用できる。その他、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｖ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｗ、Ｍｇ又はＡｌの各酸化物を光触媒として用いることができる。
【００１５】
光触媒は単独で使用してもよく、また、貴金属触媒等の光触媒反応を促進する補助触媒とともに複合触媒として用いることもできる。貴金属触媒としては、例えばパラジウムが挙げられる。
窒素酸化物を分解する見地からは、酸化チタン−パラジウム複合触媒が好ましい。この場合のパラジウムの配合重量割合は０．２〜１．５重量％とすることが好ましく、更に好ましくは０．２５〜１．０重量％である。なお、酸化チタンにはアナターゼ型で粒径が小さく、比表面積の大きいタイプを使用することが好ましい。
【００１６】
図２は物理吸着剤に光触媒を担持してなる複合吸着剤によるアセトアルデヒドの吸着特性を示す。複合吸着剤として上層にＴｉＯ₂４０ｇ、下層に活性炭１０ｇ・ゼオライト１０ｇを配置したフィルタ（３００ｍｍ×２００ｍｍ×１０ｍｍ）の２枚を用いた。
その他の測定条件は図１と同様である。なお、５回目の測定前に複合吸着剤シートへ冷陰極管により１ｍＷ／ｃｍ²の出力で２４時間光を照射した。その結果、吸着性能が２回目と同程度まで回復したことがわかる。
【００１７】
次に、この発明の空気清浄用フィルタの形態について図面を参照しながら説明する。
（形態１）
図３はこの発明のフィルタの第１の形態を示す。この形態のフィルタ１は担体２の上に化学吸着剤層３、物理吸着剤層４及び光触媒層５が順次積層された構成である。光触媒を活性化するための光は図の上方から光触媒層５へ照射される。空気は各層３〜５と平行に流される。なお、担体２の他方の面（図面では下面）へ同様に化学吸着剤層３、物理吸着剤層４及び光触媒層５を順次積層することもできる。
担体２にはアルミニウムや紙等が用いられる。
各層の厚さは特に限定されないが、化学吸着剤層、物理吸着剤及び光触媒とも０．０５〜０．１ｍｍとすることが好ましい。
【００１８】
このように構成されたフィルタ１によれば、空気中の有害ガス成分及び臭気成分が高濃度の場合は化学吸着剤層３と物理吸着剤層４で専ら吸着除去され、低濃度の場合は専ら光触媒層５で分解除去される。また、物理吸着剤層４から脱離した有害ガス成分及び臭気成分は再度化学吸着剤層３で補足される。従って、空気中の臭気成分を確実に除去できる。更には、光触媒層５に所定の条件で光を供給することにより物理吸着剤層４が再生されるので、フィルタ１の吸着性能が長期間に渡って維持される。
【００１９】
（形態２）
図４は第２の形態のフィルタ１０を示す。図１と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
このフィルタ１０は担体２の上に化学吸着剤層３及び複合吸着剤層１１を順次積層した構成である。ここに、複合吸着剤層１１は、図５に示すように、物理吸着剤の粒子１４に光触媒の微粒子１５を担持させたもの（複合粒子１６）からなる。このような複合粒子１６をアルミや紙などに担持させて複合吸着剤層１１を構成する。若しくは化学吸着剤層２の上に複合粒子１６を塗布してもよい。
なお、担体２の他方の面（図面では下面）へ同様に化学吸着剤層３及び複合吸着剤層１１を順次積層することもできる。
このフィルタ１０も第１の形態のフィルタ１と同様の作用・効果を奏する。
【００２０】
（形態３）
図６及び図７は第３の形態のフィルタを示す。図６に示すとおり、このフィルタの主体となる部分（フィルタ粒子２３）は、粒子状の化学吸着剤２２の塊と当該塊を被覆する複合粒子１６（図５に示したもの）とからなる。このフィルタ粒子２３を担体２へバインダを用いて塗布、積層して第３の形態のフィルタ２０を構成する。なお、図７ではフィルタ粒子２３が単層であるが、これを複数の層とすることも勿論可能である。また、フィルタ粒子２３の単層又は複数の層を担体２の他方の面に形成することもできる。
このフィルタ２０も第１の形態のフィルタ１と同様の作用効果を奏する。
【００２１】
図８は形態１のフィルタのシートを加工して形成したハニカムコア状のフィルタ３０を示す。フィルタの面積をできる限り大きくするために車両用の空気清浄器にはかかる形状のフィルタが装着される。なお、格子状及びその他の形状を採用できることは勿論である。
形態２及び３のフィルタについても同様の加工を施すことができる。
【００２２】
（形態４）
図９に示すフィルタ４０はハニカムコア状（図８参照）の３つ基体４３〜４５を積層した構成であり、光源からみて裏側（図示左側）に当たる第１の基体４３には化学吸着剤が担持されている。中央の第２の基体４４には物理吸着剤が担持されている。そして、光が直接照射される第３の基体４５には光触媒が担持されている。
【００２３】
この形態４で説明したフィルタでは、各層に対して空気が垂直に流される。光は光触媒層若しくは複合吸着剤層へ直接照射される。
かかるフィルタにおいても第１の形態のフィルタ１と同様の作用効果が奏される。
【００２４】
本発明の空気清浄用フィルタは光源とともに車両用や室内用等の空気清浄器に利用することができる。
光源は光触媒を活性化するものであれば特に限定されない。酸化チタンを光触媒とする場合には紫外線ランプが用いられる。フィルタにおける光触媒が配置される領域の全部に光が届くように光源は配置されることが望ましい。
【００２５】
空気を流通させる為の手段も特に限定されず、例えば汎用的なファンを用いることができる。かかるファンにより空気は物理吸着剤（若しくは複合吸着剤）側より化学吸着剤側へ流通させることが好ましい。物理吸着剤から脱離した臭気成分を化学吸着剤で再補足するためである。
このような見地から言えば、物理吸着剤と化学吸着剤とは必ずしも物理的に連続若しくは接触している必要はなく、物理吸着剤から脱離する臭気成分の実質的に全部を補足できる位置に化学吸着剤は配置されておればよい。
【００２６】
次に、上で説明した各フィルタを備えることのできる車載用の空気清浄器２１０について説明する。
図１０は、この空気清浄器２１０の構成を示している。図１１は、図１０に示す空気清浄器２１０のＡ−Ａ断面図である。図１２は空気清浄器２１０の車輌搭載位置を示している。図１２に示すように、空気清浄器２１０は、車輌３００の車室３００Ａとトランクルーム３０２とを隔成しているリヤシェルフ３０４上に載置されている。
【００２７】
空気清浄器２１０は、筐体２２０と、この筐体２２０に内包されたファン２０４と、ファン２４０と筐体２２０との間に設けられた集塵フィルタ２２４と、第１及び第２の脱臭フィルタ２３１、２３２と、該脱臭フィルタ２３１と２３２との間に設けられた紫外線ランプ２２６、２２６とを備えている。
【００２８】
筐体２２０には、空気清浄器２１０の外部の空気を吸入するスリット状の吸入口２２２と、吸入された空気を装置２１０の外部に排出する排出口である吹き出し口２３４とが設けられている。筐体２２０の内部には、吸入口２２２から空気を吸入し、かつ、吸入された空気を吹き出し口２３４から排出するための、図示しないモータにより駆動される送風機であるファン２４０が設けられている。
【００２９】
吸入口２２２と吹き出し口２３４との間の吹き出し口２３４近傍には、吸入された空気を清浄するために、第１の脱臭フィルタ２３１が吹き出し口２３４に対向させた状態で設けられている。その下側に第２の脱臭フィルタ２３２が設けられる。これら２つの脱臭フィルタ２３１、２３２の間に２本の紫外線ランプ２２６、２２６が設けられ、第１の脱臭フィルタ２３１の下面及び第２の脱臭フィルタ２３２の上面に紫外線が照射される。これによりそれぞれの光触媒が活性化される。
各脱臭フィルタ２３１、２３２には図８に示したハニカム状の空気清浄用フィルタが適用されている。
【００３０】
吸入口２２２と第１及び第２の脱臭フィルタ２３１、２３２との間には集塵フィルタ２２４が設けられている。なお、ファン２４０の取付位置は特に限定されるものではないが、集塵フィルタ２２４による集塵効果を高めるために、該フィルタ２２４近傍に設けられている。
【００３１】
図１１に示すように、吹き出し口２３４には、複数の傾斜した板状ブレード２３４ａが形成されており、該ブレード２３４ａの間に設けられたスリット２３４ｂを介して浄化された空気が排出される。
【００３２】
なお、図１０では空気清浄器２１０を吸入口２２２と吹き出し口２３４とが上面となるように載置した状態で説明しているが、本装置は、このような使用形態に限定されることなく、例えば、吸入口２２２を側面とし、吹き出し口２３４が上方となるように載置して使用することも可能である。
【００３３】
引き続き、この車載用空気清浄器２１０の動作について説明する。
空気清浄器２１０の動作中は、紫外線ランプ２２６が点灯されると共に、ファン２４０が回動される。該ファン２４０の回動により、吸入口２２２から車内の空気が取り入れられ、集塵フィルタ２２４にて空気中の粉塵、例えば花粉等が吸着されてから、第２、第１の脱臭フィルタ２３２、２３１側へ送られる。
この脱臭フィルタ２３２、２３１では、空気中の高濃度の有害ガス成分及び臭気成分は化学吸着剤と物理吸着剤で専ら吸着除去され、低濃度の有害ガス成分及び臭気成分は専ら光を受けた光触媒で分解除去される。また、物理吸着剤から脱離した有害ガス成分及び臭気成分は再度化学吸着剤で補足される。従って、空気中の臭気成分を確実に除去できる。更には、光触媒に所定の条件で光を供給することにより物理吸着剤が再生されるので、その吸着性能が長期間に渡って維持される。該第２、第１の脱臭フィルタ２３２、２３１にて浄化された空気は、吹き出し口２３４から再び車内へ放出される。
【００３４】
以上、空気清浄用フィルタを脱臭フィルタとして車両用の空気清浄器に用いた例を説明してきたが、この発明の空気清浄用フィルタを室内用の空気清浄器に使用することも勿論可能である。
【００３５】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は化学吸着剤の吸着特性を示すグラフ図である。
【図２】図２は複合吸着剤（物理吸着剤＋光触媒）の吸着特性を示すグラフ図である。
【図３】図３はこの発明の第１の実施の形態の空気清浄用フィルタの構成を示す図である。
【図４】図４はこの発明の第２の実施の形態の空気清浄用フィルタの構成を示す図である。
【図５】図５は複合吸着剤の構成を示す概念図である。
【図６】図６はフィルタ粒子の構成を示す概念図である。
【図７】図７はこの発明の第３の形態の空気清浄用フィルタを示す図である。
【図８】図８はハニカム状とされた空気清浄用フィルタを示す斜視図である。
【図９】図９はこの発明の第４の形態の空気清浄用フィルタを示す図である。
【図１０】図１０はこの発明の空気清浄用フィルタを備える車載用空気清浄器の構成を示す一部切り欠き斜視図である。
【図１１】図１１は図１０のＡ−Ａ線断面図である。
【図１２】図１２は空気清浄器の搭載位置を示す模式図である。
【符号の説明】
１、１０、２０、３０、４０空気清浄用フィルタ
３、４３化学吸着剤層
４、４４物理吸着剤層
５、４５光触媒層
１１複合吸着剤層
２１０空気清浄器
２２６紫外線ランプ
２４０ファン

Claims

車両に搭載される空気清浄器に設けられる空気清浄用フィルタであって、リン酸、硫酸の酸性物質を添着した添着活性炭からなる化学吸着剤、物理吸着剤及び光触媒を備え、下から順に前記化学吸着剤の層、前記物理吸着剤の層及び前記光触媒の層が積層され実質的に一体とされている車両用の空気清浄用フィルタ。
前記化学吸着剤はそれのみで新車時の有害ガス及び臭気成分を除去できるガス捕捉容量を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の車両用の空気清浄フィルタ。
前記光触媒は酸化チタンを含んでなる、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用の空気清浄用フィルタ。
車両に搭載される筐体と、
リン酸、硫酸の酸性物質を添着した添着活性炭からなる化学吸着剤、物理吸着剤及び光触媒を備え、下から順に前記化学吸着剤の層、前記物理吸着剤の層及び前記光触媒の層が積層され実質的に一体とされている空気清浄用フィルタであって、前記筐体内に設けられるフィルタと、
前記光触媒に光を照射する光源と、を備えてなる、車両用の空気清浄器。
前記化学吸着剤はそれのみで新車時の有害ガス及び臭気成分を除去できるガス捕捉容量を備える、ことを特徴とする請求項４に記載の車両用の空気清浄器。
前記フィルタにおいて前記光触媒は酸化チタンを含んでなる、ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の車両用の空気清浄器。