(57)【要約】【課題】大気中に発生する環境汚染ガスの一種である光化学オキシダントの主成分であるオゾンを分解する空気清浄化装置を提供し、当該装置に用いられているオゾン分解触媒の劣化による浄化能の低下をよりよい精度で検出し、メンテナンスを促すための、オゾン分解触媒の自己劣化診断システムを提供することを目的とする。【解決手段】少なくともオゾンを含むガスの浄化触媒エレメント、正逆反転可能な冷却ファン５および前記浄化触媒エレメントと前記冷却ファン５の間に設けられた、オゾン濃度を検知するオゾンセンサ４を具備する。【選択図】        図１
2004321920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともオゾンを含むガスの浄化触媒エレメント、正逆反転可能な冷却ファンおよび前記浄化触媒エレメントと前記冷却ファンの間に設けられた、オゾン濃度を検知するオゾンセンサを具備する空気清浄化装置。
【請求項２】
前記浄化触媒エレメントは、ラジエータおよびコンデンサよりなる群から選ばれる少なくとも１つと、これに担持された少なくともオゾンを分解する触媒を具備する請求項１記載の空気清浄化装置。
【請求項３】
前記浄化触媒エレメントは、ラジエータとコンデンサとを一体化したクーリングモジュールと、これに担持された少なくともオゾンを分解する触媒を具備する請求項１記載の空気清浄化装置。
【請求項４】
請求項１記載の空気清浄化装置の劣化診断方法であって、
（ａ）前記冷却ファンの正回転時のオゾン濃度を前記オゾンセンサで検知する工程と、
（ｂ）前記冷却ファンの逆回転時のオゾン濃度を前記オゾンセンサで検知する工程と、
（ｃ）工程（ａ）で検知されたオゾン濃度と、工程（ｂ）で検知されたオゾン濃度とを比較し、前記浄化触媒エレメントのオゾン分解能の劣化を診断する工程とを含む空気清浄化装置の劣化診断方法。
【請求項５】
前記空気清浄化装置が車両に搭載されており、前記オゾンセンサ上を通過するガス流速、前記浄化触媒エレメントの温度およびエンジンの温度を用いて、前記オゾンセンサの動作温度を算出する工程と、算出されたオゾンセンサの動作温度により、工程（ａ）および工程（ｂ）で得られたオゾン濃度を補正する工程とを有し、工程（ｃ）において補正されたオゾン濃度を比較する請求項４記載の劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気清浄化装置とその劣化診断方法に関し、特に、大気中に発生する環境汚染ガスの一種である光化学オキシダントの主成分であるオゾンを分解する空気清浄化装置と、メンテナンスを促すために当該装置に備えられている少なくともオゾンを分解する触媒の劣化による浄化能の低下を検出することを内容とする劣化診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、環境汚染ガスによる地球環境への影響が問題とされている。環境汚染ガスには、窒素酸化物（ＮＯｘ；ＮＯ，ＮＯ２など）、硫黄酸化物（ＳＯｘ；ＳＯ２，ＳＯ３など）、一酸化炭素（ＣＯ）、浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）、光化学オキシダントなどがある。
【０００３】
わが国では、これらの環境汚染ガスについて、環境基準および指針値を設定し、排出規制を中心とした各種政策を実施している。その結果、硫黄酸化物などの排出が改善され、それらの濃度は年々減少している。
【０００４】
しかしながら、自動車などの車両から排出される窒素酸化物、浮遊粒子状物質などの濃度の年間推移は、ほとんど変化がなく、改善に至ってない。特に大都市では、これらの環境汚染ガス濃度の環境基準および指針値の達成状況が悪く、交通量の多い交差点では、特にこれらの濃度が高いことが報告されている。
【０００５】
また、年々、光化学オキシダントに起因する光化学スモッグ警報が発令される年間日数も増加している。光化学オキシダントは、大気中の炭化水素や窒素酸化物が太陽などの紫外線を吸収し、光化学反応で生成されるオゾンを主成分としている。
【０００６】
内燃機関を有する自動車、または定常的な燃焼装置によるエネルギー生産は、有害物質を生じる。このような有害物質を低減すべきことは、環境保護および対人保護の観点から明らかである。そこで、従来は、適切な燃焼を実施することによって、有害物質の発生量を全体的に低減させるという解決法がとられている。最近の自動車エンジンは、センサもしくは特性マップにより制御される適切なエンジン管理システムを有することから、自動車からの有害物質の発生は低減している。また、触媒を用いて排気ガスを浄化することも行われている。たとえば、オットーエンジンの場合には、三元触媒を使用し、ディーゼルエンジンの場合には、排気ガス中の窒素除去に有効なＤＥＮＯＸ触媒を使用している。
【０００７】
有害物質を低減するための別の取り組みとして、大気中から有害物質を積極的に除去することが考えられる。このような取り組みは、地上付近のオゾンの除去に対して特に有望である。オゾンは強力な酸化作用を有し、人間の健康状態に著しい影響を与えるが、オゾンは自動車や燃焼装置から直接放出される気体ではないので、排気ガス流を処理しても除去することはできない。オゾンは、窒素酸化物が存在する外気に太陽光線が照射されると、複雑な光化学反応平衡が起こって発生する。その際、太陽光線の紫外線の割合がオゾンの発生に重要な役割を果たしている。
【０００８】
オゾンは著しく反応性に富むので、空気が流通する場所に触媒を設置することにより、容易にオゾンを分解することができる。オゾンを分解させるために、強力な酸化触媒を直接作用させる必要はなく、例えば白金などのように被毒に対して著しく敏感な触媒を用いる必要はない。オゾンを分解させる触媒は極めて安定している。大気中のオゾンを吸着する触媒であれば、十分に良好な触媒作用を発揮する。吸着されたオゾン（Ｏ３）は、その後、ただちに酸素（Ｏ２）に分解される。最近では、適切な触媒を被覆したラジエータが市販されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
通常、自動車のラジエータは少なくともオゾンを分解する触媒で被覆されているので、ラジエータ上を通過する大きな空気の体積流からはオゾンの大部分が除去される。つまり、車両は、環境改善のためのオゾン清浄化システムを備えている。このようなシステムに対しては、多数の国々で、それぞれの立法機関により、いわゆるオン・ボード・ダイアグノーシス（ＯＢＤ）が義務づけられており、オゾン清浄化システムの機能を監視する必要がある。自動車に搭載するオゾン清浄化システムの場合にも、その機能を監視する適切なシステムが必要とされる。
【００１０】
そこで、オゾン濃度の監視により、オゾン分解触媒の劣化を診断するシステムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。図３に、上記システムで用いられている従来の空気清浄化装置の一例の断面模式図を示す。この空気清浄化装置３０には、２つのオゾンセンサが浄化触媒エレメント９の前後に配置されている。第一のオゾンセンサ７は、大気１が空気清浄化装置３０に進入するための入口と浄化触媒エレメント９との間に配置されている。浄化触媒エレメント９を通過した大気は、第二のオゾンセンサ８をさらに通過する。すなわち、２つのオゾンセンサは、浄化触媒エレメントを通過する前後のガス中のオゾン濃度をそれぞれ検知する。こうして得られたオゾン濃度を比較することにより、浄化触媒エレメントの劣化を判断することができる。
【００１１】
【特許文献１】
特公表１１−５００６５６号公報
【特許文献２】
特開２００２−３２３４６６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の空気清浄化装置では、第一のオゾンセンサ７と第二のオゾンセンサ８の配置場所の環境が異なり、各オゾンセンサの劣化条件も異なる。そのため、各オゾンセンサの出力に経時的変化が生じ、空気清浄化装置が具備する少なくともオゾンを分解する触媒の劣化を正確に診断できなくなる可能性ある。
【００１３】
本発明は、上記課題を鑑みたものであり、光化学オキシダントの主成分であるオゾンを分解する浄化触媒エレメントを具備し、かつ、当該浄化触媒エレメントの劣化を優れた精度で検出し得る空気清浄化装置を提供する。本発明は、また、そのような空気清浄化装置が具備する浄化触媒エレメントの劣化診断方法を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくともオゾンを含むガスの浄化触媒エレメント、正逆反転可能な冷却ファンおよび前記浄化触媒エレメントと前記冷却ファンの間に設けられた、オゾン濃度を検知するオゾンセンサを具備する空気清浄化装置に関する。
【００１５】
前記浄化触媒エレメントは、ラジエータおよびコンデンサよりなる群から選ばれる少なくとも１つと、これに担持された少なくともオゾンを分解する触媒とを具備することが好ましい。例えば、ラジエータとコンデンサとを一体化したクーリングモジュールと、これに担持された少なくともオゾンを分解する触媒とを具備する浄化触媒エレメントを用いることができる。
【００１６】
本発明は、また、（ａ）前記冷却ファンの正回転時のオゾン濃度を前記オゾンセンサで検知する工程と、（ｂ）前記冷却ファンの逆回転時のオゾン濃度を前記オゾンセンサで検知する工程と、（ｃ）工程（ａ）で検知されたオゾン濃度と、工程（ｂ）で検知されたオゾン濃度とを比較し、前記浄化触媒エレメントのオゾン分解能の劣化を診断する工程とを含む空気清浄化装置の劣化診断方法に関する。
【００１７】
前記空気清浄化装置が車両に搭載されている場合には、オゾンセンサ上を通過するガス流速、浄化触媒エレメントの温度およびエンジンの温度を用いて、オゾンセンサの動作温度を算出し、算出されたオゾンセンサの動作温度により、工程（ａ）および工程（ｂ）で得られたオゾン濃度を補正し、工程（ｃ）において補正されたオゾン濃度を比較することが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の空気清浄化装置は、少なくともオゾンを含むガスの浄化触媒エレメント、正逆反転可能な冷却ファンおよび前記浄化触媒エレメントと前記冷却ファンの間に設けられた、オゾン濃度を検知するオゾンセンサを具備する。
【００１９】
浄化触媒エレメントは、ガスが通過できる風路と、ガスと接触可能な少なくともオゾンを分解する触媒とを具備しており、ガスが浄化触媒エレメントを通過する際に、ガス中に含まれるオゾンが分解される。このような浄化触媒エレメントには、担体に少なくともオゾンを分解する触媒を担持させたものを利用できる。空気清浄化装置が車両に搭載される場合には、担体としてラジエータを用いることができ、空気清浄化装置がエアコンに搭載される場合には、担体としてコンデンサを用いることができる。また、ラジエータとコンデンサとを一体化したクーリングモジュールを担体として用いることもできる。
【００２０】
図１に本発明の空気清浄化装置の一例の概略断面図を示す。
図１において、空気清浄化装置１０は、オゾンガスを含む大気１が進入する入口側から順に、それぞれ浄化触媒を有するエアコン用コンデンサ２およびラジエータ３を備え、大気が排出される出口付近に、正逆反転可能な冷却ファン５を備えている。また、ラジエータ３と冷却ファン５との間には、オゾン濃度を検知するオゾンセンサ４を備えている。なお、浄化触媒は、少なくともオゾンガスを分解する機能を有すればよいが、他の窒素酸化物（ＮＯＸ；ＮＯ，ＮＯ２など）、硫黄酸化物（ＳＯＸ；ＳＯ２，ＳＯ３など）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素なども合わせて分解してもよい。
【００２１】
図２に別の空気清浄化装置の概略断面図を示す。
図２において、空気清浄化装置２０は、図１に示す浄化触媒機能を有するコンデンサ２とラジエータ３の代わりに、それらを一体化したクーリングモジュール６を備えている。それ以外の構成については、図１と同様である。以下、コンデンサ、ラジエータおよびクーリングモジュールを浄化触媒エレメントともいう。
【００２２】
正逆反転可能な冷却ファン５は、その回転方向を切り換えることにより、浄化触媒エレメントを通過するガスの移動方向を逆転させることができる。従って、任意の時期に冷却ファン５を逆回転させることにより、ラジエータ２、コンデンサ３、クーリングモジュール６等の風路における目詰まりを抑制することができる。
【００２３】
このように構成された空気清浄化装置を用いて、オゾン分解能の劣化を診断する動作について、図１を例にとって説明する。
【００２４】
まず、冷却ファン５を正方向に回転させて、オゾンガスを含む大気１を空気清浄化装置１０内部に導入する。大気１は、浄化触媒エレメントを通過することにより、少なくともオゾンガスが分解され、オゾンセンサ４によって、浄化後の大気中に含まれる残留オゾン濃度が検知される。
【００２５】
次いで、冷却ファン５を逆方向に回転させて、ガスの移動方向を逆転させ、オゾンガスを含む大気１を空気清浄化装置１０内部に導入する。大気１は、浄化触媒エレメントを通過しておらず、オゾンセンサ４によって、浄化前の大気中のオゾン濃度を検知する。
【００２６】
そして、冷却ファン５の正回転時に得られた浄化後の大気中の残留オゾン濃度と、冷却ファン５の逆回転時に得られた未浄化の大気中のオゾン濃度とを比較し、浄化触媒エレメントの分解能の劣化を診断する。
【００２７】
このような診断方法によれば、同一のオゾンセンサでそれぞれのオゾン濃度を測定することから、２つ以上のオゾンセンサを用いる場合のような誤差の問題は生じない。従って、浄化触媒エレメントの浄化能の低下を精度よく検出することができる。
【００２８】
オゾンセンサは、常時３００〜４００℃程度に加熱されている。また、オゾンセンサの感度と動作温度には相関がある。したがって、測定される大気の流速や外気温などによって、オゾンセンサの動作温度が変化すると、オゾンセンサの感度が変化し、最終的に検知されるオゾン濃度に誤差が生じることがある。そこで、オゾンセンサの動作温度を求めることにより、オゾンセンサの感度を補正することが必要となる。
【００２９】
まず、オゾンセンサ上を通過するガス流速、浄化触媒エレメントの温度およびエンジンの温度を用いて、オゾンセンサの動作温度を算出する。次いで、算出された動作温度により、比較されるべきオゾン濃度を補正する。そして、補正されたオゾン濃度を比較する。これにより、浄化触媒エレメントの浄化能の低下をより精度よく検出することができる。
【００３０】
触媒としては、例えば二酸化マンガン、活性炭などを用いることが好ましい。触媒は、その動作温度以上において大気中の有害物質を分解し、大気を浄化する。触媒は、当然オゾン以外の有害物質を分解する能力を有していてもよい。触媒の動作温度は、例えば２５℃以上である。また、オゾンセンサの動作温度は、例えば３００〜４００℃である。
【００３１】
オゾンセンサは、半導体式であることが好ましい。特に、オゾンガスに対する感度と選択性の点から、酸化インジウムと酸化スズを主成分とする半導体式オゾンセンサが好ましい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくともオゾンを含むガスの浄化触媒エレメント、正逆反転可能な冷却ファンおよび前記浄化触媒エレメントと前記冷却ファンの間に設けられたオゾン濃度を検知するオゾンセンサを具備する空気清浄化装置を用いることにより、前記冷却ファンを正回転または逆回転させて、オゾン濃度を検知できることから、少なくともオゾンを分解する触媒の劣化による浄化能の低下を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気清浄化装置の一例の概略断面図である。
【図２】別の空気清浄化装置の概略断面図である。
【図３】従来の空気清浄化装置の一例の概略断面図である。
【符号の説明】
１  オゾンガスを含む大気
２  コンデンサ
３  ラジエータ
４  オゾンセンサ
５  冷却ファン
６  クーリングモジュール
７  第一のオゾンセンサ
８  第二のオゾンセンサ
９  浄化触媒エレメント
１０、２０、３０  空気清浄化装置
【図１】
2004321920.tif 000003
【図２】
2004321920.tif 000004
【図３】
2004321920.tif 000005