JPS5817647B2 - 空気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 近年−酸化炭素や窒素酸化物による大気汚染が問題とな
っている。

一酸化炭素（以下ＣＯとする）や窒素酸化物（以下ＮＯ
ｘとする）の発生源は自動車等の移動発生源と大型ボイ
ラー等の固定発生源であり、公害問題となり地域住民の
健康を脅かす化学物質としてその除去が強く望まれてい
た。

こうした社会的背景により自動車等の移動発生源に関し
ては排ガス規制法によりＣＯやＮＯｘの総排出量は低減
したが、交通量の多い都心部や高速道路の料金徴収所・
地下駐車場などでは以前としてＣＯやＮＯｘの濃度が高
く地域住民の健康に悪影響がある。

ＣＯは血液中のヘモグロビンと結合しやすく、多量に吸
うと頭痛・目まい・手足の麻痺などの中毒症状となり最
終的には死に到る。

ＮＯｘも有毒であり鼻・眼の刺激感を伴い、多量に吸う
と肺水腫を起し最終的には死に到る有害なガスである。

そのため政府も環境基準値としてＣＯ： １０ｐＩ）Ｉ
ＩＩ 、 Ｎｏ２： ０．０２ｐＩ）ｍを設定して環境
浄化を推進しているが環境基準値を上まわる日が多く空
気浄化が強く望まれている。

空気浄化機器として粉塵や微粒子等を除去する電気集塵
機やアセテートなどの不織布を利用した空気清浄機が現
在あるがＣＯやＮＯｘなどの有害ガスは除去できなかっ
た。

既に発明者らは常温でＮＯ２ガスを除去するフィルター
としてアルカリとセメント材と粉末活性炭を主成分と含
むところの混練成型物を発明した。

又常温でＣＯを酸化する触媒としてアルカリとセメント
材と粉末活性炭を混練成型した担体に白金・ロジウム・
ルテニウムより選んだ１種以上とパラジウムを同時に、
もしくはパラジウム単独で担持した触媒が有効であるこ
とを見出した。

上記有害ガス除去剤と活性炭を送風機と組合せると、室
内の空気浄化ができるがＣＯ検出素子により室内に存在
するＣＯを検出して空気浄化機器の入力をおこなうと空
気が汚染された時に自動的に運転を開始し、きれいにな
ると自動的に運転を停止するので省エネルギーとなるメ
リットがあるため、この方式は大幅に普及すると思われ
る。

その際に空気中にＣＯの存在が必要となるが自動車等の
内燃機関や石油ストーブ・調理器具用バーナー等の燃焼
器具・タバコの煙など燃料が燃焼すると必ずＣＯやＮＯ
ｘが発生する。

したがって室内空気汚染の尺度として、ＣＯは最適であ
る。

その際ＣＯの検出濃度を低めに設定すると微量なＣＯの
存在で空気浄化機器は自動的に運転を開始し、併設して
充填した有害ガス除去フィルターによりＮＯｘや他の有
害ガスも除去できる。

ＣＯ除去フィルターにより減衰したＣＯ＠度はＣＯ検出
素子の検出量以下となるので空気浄化機器は自動的に運
転を停止する。

従来、空気浄化は粉塵や微粒子などの除去を目的とし、
電気集塵機や不織布が数多く考案されたがいずれの方法
もＣＯやＮＯｘなどの有害ガスは除去できなかった。

常温でＮＯｘを除去するフィルターとしては活性炭があ
るが活性炭は寿命が短い。

また高温でＮ０２をＮＯへ還元する。さらに操作条件に
よりＮＯ２を脱着する。

さらにＮＯは除去しない等の欠点がありＮＯｘ除去フィ
ルターとしては不適当であった。

ＣＯをＣＯ２に酸化して除去する触媒としては銅−マン
ガン系のホブカライド触媒とアルミナ等の担体に白金・
パラジウムの貴金属を担持させた触媒がある。

ホブカライド触媒は常温でもＣＯを酸化するが水蒸気の
存在で活性が劣下し、貴金属担持触媒は１００℃以上の
高温でＣＯを敏化する。

そのため従来の触媒を使用してＣＯを酸化して除去する
には空気を加熱して高温で触媒と反応させ加熱した空気
を室温まで冷却するのに大規模な装置を必要としていた
。

それゆえ室温でＣＯを酸化する触媒の開発が強く望まれ
ていた。

本発明に用いる触媒は室温でもＣＯを酸化するものであ
り室温で触媒層をＣＯを含んだ空気と接触させるとＣＯ
が除去される。

またアルカリとセメント材と粉末活性炭の混練成型物は
室温でＮＯ２を除去するのでＮＯ２を含んだ空気と接触
させるとＮＯ２が除去させる。

活性炭フィルターは空気中の悪臭ガスを除去するのに効
果を発揮する。

ＣＯ酸化触媒層とＮＯ２除去剤（混練成型物）と活性炭
フィルターを併設して室内空気と接触させると空気中の
Ｃｏ−Ｎ０□ ・悪臭ガス等が除去されるが従来空気浄
化機器の運転は手動であり空気汚染の如何にかかわらず
その運転は住んでいる者の意志によって決定されてきた
。

その結果室内が汚染されているにもかかわらず空気浄化
機器は停止したままであるとか、室内が汚染されていな
いにもかかわらず空気清浄機は運転したままである不合
理さが数多く存在し空気清浄機の本来の意図の空気浄化
よりはずれていた。

空気浄化は空気汚染された時に実施するため本発明は室
内の汚染状況をＣＯ検出素子によって検出して空気浄化
機器を運転し空白の空気浄化をおこなうものである。

第１図は電気集塵部を有する床置型の空気清浄機説明図
である。

空気吸込口１より流入した室内空気は電気集塵部２によ
って粉塵や微粒子を除去する。

活性炭フィルター３により悪臭ガスを、ＮＯ２除去剤４
（アルカリ・セメント材・粉末活性炭の混練成型物）に
よりＮＯ２を、ＣＯ酸化触媒５によりＣＯを除去された
室内空気は送風機６を通って吹出しロアより室内へ排出
する。

空気清浄機の運転はＣＯ検出素子８により検出されたＣ
Ｏ譲度により制菌する。

ＣＯ酸化触媒５は活性炭フィルター３やＮＯ□除去削４
の後流に設置する。

これは触媒５が空気中のＮＯｘや悪臭ガスにより被毒さ
れる懸念があるからであり前流に活性炭フィルター３や
ＮＯ２除去剤４を設置して被毒を防止した。

ＮＯ２除去剤４はアルカリとセメント材と粉末活性炭の
混練成型物であり、アルカリとして炭酸カリウム・水酸
化カルシウム、セメント材として焼石膏（ＣａＳＯ４・
１／２Ｈ２０）を用いたものはＮＯ２を良く除去した。

ＣＯ酸化触媒５はアルカリとセメント材と粉末活性炭を
混練成型した担体に白金・ロジウム、ルテニウムより選
んだ１種以上とパラジウムを同時に、もしくはパラジウ
ム単独で担持した触媒であるが、担体のアルカリ成分と
して炭酸カリウム、セメント材としてアルミン酸石灰を
用いたもの、貴金属として白金とパラジウムを同時に担
持させたものはＣＯを良く酸化した。

それゆえＣＯ酸化触媒５は炭酸カリウムとアルミン酸石
灰と粉末活性炭の混練成型物に白金とパラジウムを同時
に担持させたものを使用する。

ＣＯ検出素子８はコイル状の白金線に多孔質なアルミナ
（Ａｔ２０３）を焼結してビード状とし、その上に白金
属系触媒（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｐａ−Ｐｔ）を塗布して焼成し
たものを使用した。

ＣＯ検出素子８によってＣＯ＠度を検出し、設定濃度以
上検出されたら空気清浄機が自動的に運転する。

そして設定濃度以下なら自動的に停止し検出濃度により
運転を制御した。

本発明は送風機を有する他の空気清浄装置にも応用でき
る。

フィルター構成は空気流路の後流にＣＯ酸化触媒を設置
し、前流はフィルターなしの場合・活性炭フィルターの
場合・ＮＯ□除去剤の場合・活性炭フィルターとＮＯ２
除去剤を同時に使用の場合のいずれも可能であるが好ま
しくは活性炭とＮＯ２除去剤を同時に用いるのが最適で
ある。

第２図は開放型燃焼器具である石油ストーブより発生す
るＣＯやＮＯｘを除去する目的で石油ストーブの燃焼部
の上に送風機と有害ガスフィルターと一酸化炭素検出素
子を設置して空気浄化をおこなう空気清浄機１７を示す
。

石油ストーブ９の燃焼部１０より発生した熱は反射板１
１により前面に輻射されるが、ＣＯやＮＯｘを含んだ空
気は天板１２を通って上昇する。

一酸化炭素検出素子１３によって規定濃度以上のＣＯを
検出する送風機１４が回転し吹出し口１５より熱風を吹
出すが、吹出し口１５に設置された有害ガス除去フィル
ター１６によりＮＯｘやＣＯを除去する。

有害ガス除去フィルター１６の構成は前流にＮＯ２除去
剤、後流に触媒層が最適である。

一酸化炭素検出素子１３は検出規定濃度以上検出したら
空気清浄機１７を作動し、規定濃度以下なら空気清浄機
１７を停止する。

空気清浄機１７の位置は触媒層の温度が７０〜８０℃に
なるように設置位置を調整した。

第３図は開放型燃焼器具として調理器具用バーナーの燃
焼部の上に送風機と有害ガスフィルターと一酸化炭素検
出素子を設置して空気浄化をおこなう空気清浄機を示し
た。

調理器具用バーナー１８の燃焼部１９より発生したＣＯ
やＮＯｘは空気清浄機２０に流入し内部に装着した一酸
化炭素検出素子２１により検出規定濃度以上のＣＯを検
出すると送風機２２が回転し有害ガス除去フィルター２
３を通過してＣＯ￥）ＮＯｘを浄化する。

有害ガス除去フィルター２３の構成は前流にＮＯ２除去
剤、後流に触媒層を設置するのが最適である。

一酸化炭素検出素子２１は一酸化炭素検出量によって空
気清浄機２０の運転を制御するものである。

空気中に存在するＮＯ２を除去する集合体としてアルカ
リとセメント材と粉末活性炭の混練成型物がある。

アルカリとしてはＮａＯＨ，ＫＯＨ。Ｃａ（ＯＨ）２２
Ｍｇ（ＯＨ）２．に２ＣＯ３，Ｎａ２ＣＯ３゜Ｎａ２Ｓ
２Ｏ３，Ｎａ２ＳＯ３が適当であるが特にに２ＣＯ３，
Ｃａ（ＯＨ）２を用いたものはＮＯ２を高性能に除去し
最適であった。

セメント材としてはベントナイト、ケイソウ士、アルミ
ナセメント、アルミナゾル、シリカゾル、粘土、焼石膏
、ポルトランドセメント、カオリン、水ガラス等が適当
であるが特に焼石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２０）を用
いたものは高性能にＮＯ２を除去し最適であった。

粉末活性炭は混練成型物の表面積を大きくするとともに
アルカリとＮＯ２との反応を促進する役割を果している
。

混練成型物とＮＯ３とは下記の様に反応して空気中のＮ
Ｏ２を除去すると考えられる。

２ＮＯ２＋に２ＣＯ３→ＫＮＯ３＋ＫＮＯ□＋ＣＯ２４
Ｎ０２＋２Ｃａ（ＯＨ）２→Ｃａ（ＮＯ３）２十Ｃａ（
ＮＯ２）２＋２Ｈ２０ なおＮＯとは反応しない。

混練成型物はその組成を炭酸カリウム／水酸化カルシウ
ム／焼石膏（ＣａＳＯ４−１／２ Ｈ２Ｏ） ／粉末活
性炭＝３／３／２／２（重量比）とし水とともに混練成
型した後乾燥したものを使用した。

触媒としてアルカリ、粉末活性炭、セメント材の混練成
型物に白金、ロジウム、ルテニウムの群より選択した一
種以上とパラジウムを同時に、もしくはパラジウム単独
で担持させたものを使用した。

触媒の担体は担持物質を純粋に粒径細かく広範囲に均一
状態で担持するとともに、担体の比表面積が大きく高強
度になるように最適化を計った。

アルカリ土類金属を担持させる場合に貴金属塩化物を溶
解した含浸液のＰＨをアルカリへ変化させ貴金属が担体
に粒径細かく均一に分散した状態で吸着される手助けを
する。

粉末活性炭は担体の比表面積を大きくするなどの担体の
細孔物性に寄与している。

セメント材は担体の強度を大きくするとともにその耐熱
性・耐摩耗性を向上させる寄与を果たしている。

アルカリとして炭酸カリウム、水酸化カリウム、水酸化
カルシウム、炭酸ナトリウム等があげられるが使い易さ
と性能面より炭酸カリウムが最適であった。

セメント材はボルトランドセメント、焼石膏、ベントナ
イト、アルミン酸石灰を主成分とするアルミナセメント
等があげられるが性能面よりアルミナセメントが最適で
あった。

その理由はアルミナセメントに含有する酸化第二鉄と酸
化カルシウムの助触媒的な効果のためである。

また結合剤としてアルミナが安定な担体を構成する役割
を果している担持物質として白金、ロジウム、ルテニウ
ム、パラジウム等の貴金属を使用した。

比較的安価なパラジウムは単独か、もしくは他の貴金属
との組合せて高活性な触媒となり特に白金、パラジウム
の組合せは相乗効果を発揮して著しい酸化活性を得た。

つぎに触媒の調整法について説明する。

アルカリとして炭酸カリウム、セメント材としてアルミ
ナセメントを用い、炭酸カリウムは１００メツシユ全通
、粉末活性炭は３００メツシユ全通の粒度のもの、アル
ミナセメントはその組成がアルミナが４５％以上、酸化
第二鉄が１０％以下のものを使用した。

担体は重量比で炭酸カリウム１０部、粉末活性炭３０部
、アルミン酸石灰６０部にバインダーとしてカルボキシ
メチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ）０．５部を添加
して水とともに混練成型した。

混線物は充分に乾燥した後８〜２０メツシユに分級して
担体とした。

上記担体を充分に乾燥した後パラジウムと白金を溶かし
た溶液に浸漬して吸着をおこなわせた。

パラジウムと白金は担体に対して各０．３ｗｔ％吸着さ
れるようにその量を調整した。

吸着された担体は水素化ホウ素ナトリウムで還元した後
充分に乾燥し３００℃で１時間熱処理して触媒とした。

第４図および第５図は都心部の交通量の多い交差点に近
い家庭のＣＯとＮＯ２濃度を測定し、本発明を応用した
空気清浄機（ＣＯ設定濃度１ ｐｙｎ ）を運転した場
合１と空気清浄機なしの場合Ｈについてそれぞれの測定
結果を示した。

測定した家庭は６畳（室内容積２９．６ｍ”）の部屋で
あり換気回数１．２回／ｈｒで測定中は部屋の開閉はお
こなわなかった。

空気清浄機は流量４．０７７１″／ｍ１７Ｌをもちフィ
ルターの構成は前流から粒状活性炭、ＮＯ□除去剤、Ｃ
Ｏ酸化触媒層よりなり各層５ｍｍの層高でフィルター面
積４０×４０ＣｒＩｌであった。

ＣＯは非分散型赤外方式でＮＯ２は化学発光方式の分析
計でそれぞれ分析した。

なお、上記Ｎ０２除去剤は、炭酸カリウムと水酸化カル
シウムと焼石膏（ＣａＳＯ，・１／２ Ｎ２０ ）と粉
末活性炭の混練成型物である。

ＣＯ酸化触媒層は、炭酸カリウムとアルミン酸石灰と粉
末活性炭を混練成型した担体に白金とパラジウムを同時
に担持した触媒である。

一方、空気中には自動車から排出された炭化水素が存在
していたため、粒状活性炭を用いて炭化水素を吸着除去
した。

なお粒状活性炭のＣＯの除去効果はなく、またＮＯ２除
去効果はわずかであり、ＣＯはＣＯ酸化触媒層で除去さ
れ、Ｎ０２の大部分はＮＯ３除去剤にて除去された。

上記のごとくＣＯとＮＯ２を同時に除去する理由は物が
燃焼すればＣＯとともにＮＯ２も発生するので両者を同
時に除去することとしたものであり、その際にＣＯを一
酸化炭素検出素子で検出して送風機を運転するのは良く
知られているようにＮＯ２よりもＣＯの方が短時間で人
体に悪影響を与えるからである。

測定は午前８時より午後５時まで行った。

空気清浄機なしの場合■は他山こあらかじめ連続して室
内のＣ０−ＮＯ２濃度を測定しておき１日により濃度の
変化がないことを確認しておいた。

本発明の空気浄化装置は室内のＣＯやＮＯ２濃度は大幅
に減少するばかりでなく消費する電気量も少なくてすめ
さらにＣＯ濃度により空気清浄機の運転の制御をおこな
っているので設定濃度により環境浄化ができるばかりで
なく設定濃度以上のＣＯが空気中に存在すると運転を開
始し、設定濃度以下になると自動的に停止するので常に
きれいな汚染されていない環境に保たれ、使用条件つま
り空気中の汚染ガス組成により触媒層のみか、または触
媒層の前流に活性炭、ＮＯ２除去剤を設置することによ
り他のガスにより被毒されることも少なく空気浄化機能
を発揮する優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における空気浄化装置の説明
図、第２図は石油ストーブの上に設置する空気清浄機の
説明図、第３図は調理器具用バーナーの上に設置する空
気清浄機の説明図、第４図および第５図はそれぞれ同空
気浄化装置を使用した場合の室内Ｃ０−ＮＯ２濃度の推
移を示す特性図である。 ４・・・・・・ＮＯ２除去剤、５・・・・・・ＣＯ酸化
触媒、６・・・・・・送風機、８・・・・・・ＣＯ検出
素子、１３・・・・・・一酸化炭素検出素子、１４・・
・・・・送風機、１６・・・・・・有害ガス除去フィル
ター、１７・・・・・・空気清浄機、２ｏ・・・・・・
空気清浄機、２１・・・・・・一酸化炭素検出素子、２
２・・・・・・送風機、２３・・曲有害ガス除去フィル
タ０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 送風機により有害ガス除去フィルターに空気を送る
   構成とするとともに、この有害ガス除去フィルターは、 （１）炭酸カリウムと水酸化カルシウムと焼石膏（Ｃａ
   ＳＯ４・１／２ Ｈ２Ｏ）と粉末活性炭の混練成型物 （１１）炭酸カリウムとアルミン酸石灰と粉末活性炭の
   混練成型物の担体に白金とパラジウムを同時に担持した
   触媒 の上記（ｏ 、 ｏａ）で構成し、かつ一酸化炭素検出
   素子の信号により送風機を運転・停止する空気浄化装置
   。 ２（Ｉ）の混練成型物よりも（１１）の触媒を空気流路
   の後流に設置した特許請求の範囲第１項記載の空気浄化
   装置。