(57)【要約】【課題】大気中に排出された排気ガスに対して有効であり、低価格で製造することができ、且つ連続して運転した場合にランニングコストが比較的安い空気浄化用フィルタ装置を提供すること【解決手段】外部空気を取り込む送風手段(7)と、該送風手段からの空気を濾過・清浄化して外部へ送出するフィルタ部材(4)とから構成された空気浄化用フィルタ装置(1)であって、前記フィルタ部材は比較的低品質のフィルタを使用し、前記送風手段は、モータ駆動の送風機を有し、前記フィルタに対する定格流量より低い流量の空気を該フィルタに送ることを特徴とする。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部空気を取り込む送風手段と、該送風手段からの空気を濾過・清浄化して外部へ送出するフィルタ部材とから構成された空気浄化用フィルタ装置において、
前記フィルタ部材は比較的低品質のフィルタを使用し、
前記送風手段は、モータ駆動の送風機を有し、前記フィルタに対する定格流量より低い流量の空気を該フィルタに送ることを特徴とする、空気浄化用フィルタ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空気浄化用フィルタ装置において、
前記送風手段は、前記フィルタに対する定格流量の約1/5の流量の空気を該フィルタに送ることを特徴とする、空気浄化用フィルタ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の空気浄化用フィルタ装置において、
前記送風手段は、前記フィルタに対する定格流量の1/5〜1/10の流量の空気を該フィルタに送ることを特徴とする、空気浄化用フィルタ装置。
【請求項４】
請求項１に記載の空気浄化用フィルタ装置において、
前記送風手段は、前記フィルタに対する定格流量の約1/10の流量の空気を該フィルタに送ることを特徴とする、空気浄化用フィルタ装置。
【請求項５】
請求項１に記載の空気浄化用フィルタ装置において、
前記フィルタ部材は、グラスファイバの不織布又はＰＴＦＥ複合膜を素材とする、空気浄化用フィルタ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の空気浄化用フィルタ装置において、
前記ＰＴＦＥ複合膜は、ＰＴＦＥ延伸多孔膜合成繊維不織布である、空気浄化用フィルタ装置。
【請求項７】
請求項１に記載の空気浄化用フィルタ装置において、
前記フィルタ部材は、ＨＥＰＡフィルタ、準ＨＥＰＡフィルタ及び中性能フィルタのいずれかである、空気浄化用フィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気浄化用フィルタ装置に関し、更に具体的には、主として車両から排出される排気ガス汚染物質を除去する、家屋、工場、事務所ビル及び車両室内等に設置する空気浄化用フィルタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者は、最近、論文Sugamata M. et al. (2006) Material Diesel Exhaust Exposure Damages Newborn Murine Brains. Journal of Health Science, 52(1) 82-84により、ディーゼル排ガスに曝したマウスから生まれた新生仔マウスの脳組織に、ディーゼル排気ガスの超微細粒子の痕跡が見られ病変が存在する旨を発表している。
【０００３】
このような排気ガスの清浄化のためには、ディーゼルエンジン駆動車両の排気機構に排ガス用フィルタ装置を設置したり、一旦、大気中に排出された排気ガスに対しては室内に設置する空気浄化用フィルタ装置を設けて、対処する必要がある。
【０００４】
後者の室内設置用空気浄化用フィルタ装置は、基本的に、外部空気を取り込む送風手段である送風機と、この送風手段からの空気を濾過・清浄化して外部へ送出するフィルタ部材から構成されている。
【０００５】
なお、本発明者及び本出願人とも、後述する比較的低性能のフィルタ部材を使用し送風流量を比較的低く抑えて、ディーゼルエンジン駆動車両の汚染排気ガス中に含まれる微細粒子を有効に捕集する空気浄化用フィルタ装置を開示する、公開された特許文献及び非特許文献の存在を知らない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、乳幼児は一日のほとんどを自宅室内で過ごし、低学年の児童も一日のほぼ3/4程度、また成人といえども休日を加味すると半分以上を自宅室内で過ごしている。従って、大気中の排気ガス汚染を一気に清浄化することは困難であるとしても、自宅室内の空気から排気ガス汚染物質を有効に除去することができたなら、人体に対するその蓄積量は大幅に軽減されるものと思われる。また、人間の脳の発達完成は１０歳頃といわれており、病院、保育所、幼稚園、小学校等において、室内の排気ガス汚染物質を有効に除去することは、成人に対するより、一層重要なこととなる。このためには、低価格で購入することができ、360日24時間連続運転してもランニングコストがかからないフィルタ装置が必要である。
【０００７】
しかし、このような排気ガス対策の空気浄化用フィルタ装置を低価格で製造して供給したり、またこのような装置を購入後に連続運転した場合に可能な限り電気代等の費用がかからない観点から、室内設置用空気浄化用フィルタ装置の検討は行われていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、本発明は、大気中に排出された排気ガスに対して有効であり、低価格で製造することができ、且つ連続して運転した場合にランニングコストが比較的安い空気浄化用フィルタ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
上記発明の目的に鑑みて、本発明に係る空気浄化用フィルタ装置は、外部空気を取り込む送風手段と、該送風手段からの空気を濾過・清浄化して外部へ送出するフィルタ部材とから構成された空気浄化用フィルタ装置であって、前記フィルタ部材は比較的低品質のフィルタを使用し、前記送風手段は、モータ駆動の送風機を有し、前記フィルタに対する定格流量より低い流量の空気を該フィルタに送ることを特徴とする。
【００１０】
更に、上記空気浄化用フィルタ装置では、前記送風手段は、前記フィルタに対する定格流量の約1/5の流量の空気を該フィルタに送ることもできる。
【００１１】
更に、上記空気浄化用フィルタ装置では、前記送風手段は、前記フィルタに対する定格流量の1/5〜1/10の流量の空気を該フィルタに送ることもできる。
【００１２】
更に、上記空気浄化用フィルタ装置では、前記送風手段は、前記フィルタに対する定格流量の約1/10の流量の空気を該フィルタに送ることもできる。
【００１３】
更に、上記空気浄化用フィルタ装置では、前記フィルタ部材は、グラスファイバの不織布又はＰＴＦＥ複合膜を素材とすることができる。
【００１４】
更に、上記空気浄化用フィルタ装置では、前記ＰＴＦＥ複合膜は、ＰＴＦＥ延伸多孔膜合成繊維不織布とすることもできる。
【００１５】
更に、上記空気浄化用フィルタ装置では、前記フィルタ部材は、ＨＥＰＡフィルタ、準ＨＥＰＡフィルタ及び中性能フィルタのいずれかとすることもできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、大気中に排出された排気ガスに対して有効であり、低価格で製造することができ、且つ連続して運転した場合にランニングコストが比較的安い空気浄化用フィルタ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る空気浄化用フィルタ装置の実施形態に関し、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図面中、同じ要素に対しては同じ符号を付して、重複した説明を省略する。
【００１８】
［空気浄化用フィルタ装置］
（構成）
図１Ａは、本実施形態の空気浄化用フィルタ装置１の構成の概要を示す分解斜視図であり、図１Ｂはこのフィルタ装置の背面斜視図である。図１Ａにおいて、（ａ）はフィルタ装置本体３、（ｂ）はフィルタ装置本体３に内蔵されるフィルタ部材４、（ｃ）はフィルタ装置本体３の前面に取り付けられる吸込パネル６を示している。フィルタ装置本体３は、送風ファン２と操作パネル５を有し、送風ファン２とこれに駆動連結されたモータ（図示せず。）が送風手段７を形成する。図１Ｂに示すように、装置上面には吹出口８が設けられている。
【００１９】
この空気浄化用フィルタ装置１は、基本的には、吸込パネル６を介して外部空気を取り込む送風手段７と、該送風手段７から送られた空気を濾過・清浄化し吹出口８から外部へ送出するフィルタ部材４から構成されている。
【００２０】
フィルタ部材４は、乾式エアフィルタと呼ばれるものであり、主としてグラスファイバ（ガラス繊維）の不織布から構成される。なお、多孔質のシート状樹脂製濾材、ＰＴＦＥ(Poly Tetra Fluoro Ethylene)複合膜（例えば、ＰＴＦＥ遠心多孔膜合成繊維不織布）を使用してもよい。このフィルタ部材４に、送風手段７からの風（空気）を通すことにより、空気中に浮遊する汚染排気ガスの微細粒子を捕捉している。ここでは、フィルタ部材として比較的低性能のフィルタを使用している。
【００２１】
送風手段７はモータ（図示せず。）を有している。このモータは、例えば、商用交流電源をそのまま用いて駆動される誘導電動機、或いは商用交流電源を直流電源に整流・制御して駆動されるＤＣモータを使用することができる。この送風手段７は、フィルタ部材４に対して、定格流量より少ない流量の空気を送っている。この定格流量より少ない流量とは、好ましくは定格流量の1/5〜1/10、更に好ましくは定格流量の約1/10程度である。ここで、フィルタ部材４の定格流量とは、そのフィルタが空気を処理（濾過・清浄化）できる流量である。なお、送風手段７は、その送風流量を制御できるものが好ましい。
【００２２】
空気浄化用フィルタ装置１のフィルタ部材４として、比較的低性能のフィルタを採用した理由、及び送付部材からの送風流量を定格の1/5〜1/10、好ましくは1/10とした理由に関して説明する。
【００２３】
ディーゼルエンジン搭載車からの排気ガスに関しては、次のことが報告されている。走行条件による相違はあるが、ディーゼルエンジン車とガソリン車から排出される総粒子個数を比較すると、ガソリン車は平均6.36E＋11個／ｋｍに対しディーゼル車は平均6.23E＋14個／ｋｍで、ディーゼル車の方が3桁多いレベルにある。また、別の報告によると、ディーゼル排気微粒子の質量の大部分は、粒径100〜300ｎｍの範囲にあるが、個数分布では大部分が粒径5〜50ｎｍの範囲にあるとされている。従って、本実施形態では、ディーゼルエンジン搭載車から粒径100〜300ｎｍ（特に、5〜50ｎｍ）の範囲の微細粒子を主たる対象として検討を行っている。
【００２４】
フィルタ部材４の特性として、透過流体が液体（例えば、水）の場合、粒径別捕集性能を測定すると、汚染粒子の粒径が小さければ小さいほど捕集（「捕捉」ともいう。）するのが困難となる。これは、汚染粒子がフィルタ部材のメッシュを通過するか否かで決定される。
【００２５】
一方、透過流体が気体（例えば、大気）の場合、粒径別捕集性能を測定すると、粒径が約100〜200ｎｍ程度の汚染粒子が最も捕集するのが困難である。更に粒径の細かい粒子は、気体のブラウン運動（「ブラウン拡散」ともいう。）の影響により不規則運動を繰り返してフィルタ部材に衝突し捕集されてしまう。即ち、微細粒子の粒径が小さくなれば、却ってフィルタにより捕集され易いという現象がある。このブラウン運動は、気体中に浮遊する微細粒子の不規則運動で、微細粒子にかかる統計的な揺らぎに起因するといわれている。
【００２６】
図２は、微細粒子の粒径とフィルタの捕集性能を示す図である。一般に、フィルタ部材としては、図２の右下に示すように、高性能フィルタから性能順に、グレードがＵＬＰＡフィルタ(Ultra Low Penetration Air-filter)、ＨＥＰＡフィルタ(High Efficiency Particulate Air-filter)、準ＨＥＰＡフィルタ、中性能フィルタ、プレフィルタとクラス分けされている。図２に示すように、粒径約0.003μｍ（3ｎｍ）まで微細粒子に対する捕集性能が検証されており、例えばＵＬＰＡフィルタでは粒径約0.003〜10000μｍの微細粒子に対して99.999％以上である。ＨＥＰＡフィルタでは、粒径約0.003〜0.07μｍ及び0.3〜10000μｍの微細粒子に対して99.999％以上であり、粒径約0.07〜0.3μｍの微細粒子に対して99.9％以上である。準ＨＥＰＡフィルタでは、粒径約0.003〜0.01μｍ及び2〜10000μｍの微細粒子に対して99.999％以上であり、粒径約0.01〜0.03μｍ、0.9〜2μｍの微細粒子に対して99.9％以上であり、粒径約0.03〜0.9μｍの微細粒子に対して90％以上である。このように、高性能フィルタになればなるほど、微細粒子に対する捕集性能は高くなっている。
【００２７】
一方、フィルタの価格面で比較すると、例えば、プレフィルタの価格を基準にして同一体積のフィルタを構成した場合の価格比は、ＵＬＰＡ：ＨＥＰＡ：準ＨＥＰＡ：中性能フィルタ：プレフィルタ＝4：3：2.8：2.4：1となり、高性能になればなるほど高価格となる。更に、高性能のフィルタを使用した場合、これに空気を透過させるためには、必然的に送風エネルギの大きな大容量の送風手段７を必要とする。このような送風容量の大きなモータは高価格なものとなる。
【００２８】
従って、フィルタ装置を低価格で製造するためには、例えば、高性能のＵＬＰＡでなく、比較的低性能のフィルタ（例えば、ＨＥＰＡ，準ＨＥＰＡ，中性能）を採用する必要がある。
【００２９】
一方、このような比較的低性能のフィルタを採用しても、微細粒子を有効に捕集しなければならない。そこで、本発明者は、フィルタを通過する大気流の流速を変化させることにより、気体のブラウン拡散を有効に活用することを計画したのである。即ち、フィルタを通過する大気流の流速を一層早くすればブラウン拡散効果は比較的抑えられ、流速を一層遅くすればブラウン拡散効果は比較的活発になることが予想される。この結果、比較的低性能のフィルタを採用しても、フィルタを通過する大気流の流速を比較的低速に制御することにより、ディーゼルエンジン搭載車から排出される粒径100〜300（特に、5〜50ｎｍ）の範囲の微細粒子を有効に捕集できる可能性があると思われる。
【００３０】
図３は、流量変化によるフィルタの捕集性能変化を示したものである。ここで、定格流量とは、フィルタ一般に使用されている概念であり、送風ファン２にから見てフィルタの前後間（上流側と下流側）の静圧差が150〜250Ｐａ（パスカル）の流量をいう。一般に、静圧差が2倍になったときに寿命とされフィルタの交換時期とされている。
【００３１】
図３は、縦軸にPenetration透過率（％）をとり、横軸に粒径（μｍ）をとり、パラメータとして流量を定格流量から順に定格流量の1/2、1/5、1/10としてプロットしている。縦軸の透過率（％）は捕集率の逆の概念であり、（１−透過率）＝捕集率の関係にある。
【００３２】
図３に示すように、透過率を比較すると、定格流量時が一番高く、流量を下げると透過率が低下する傾向にある。更に、最も透過し易い（換言すれば、捕集が困難な）粒径を比較すると、定格流量では粒径約0.10μｍ付近であるのに対し、定格流量の1/10では粒径約0.18ｎｍである。僅かではあるが、流量を下げると比較的粒径の大きな微細粒子に対しては捕集が困難になる反面、粒径約0.10μｍより小さい粒径の微細粒子に対しては捕集が一層向上する傾向にあることが分かる。
【００３３】
ディーゼルエンジン搭載車からの排気ガスの粒径が大部分5〜50ｎｍ（0.005〜0.05μｍ）の範囲にあることを考慮すると、フィルタを通過する流量を定格流量の1/5、好ましくは1/10に下げても、十分に有効に機能することが判明した。上述した流速を一層遅くすればブラウン拡散効果は比較的活発になるのではないかという仮説が正しいか否かの検証は現段階ではできないが、少なくとも、定格流量の1/5、或いは1/10のフィルタ装置でも十分に有効に機能することが判明した。
【００３４】
なお、現時点では、更に、フィルタのグレード毎に、流量を1/10以下、例えば1/20,1/30,…とした場合、即ち、何処まで流量を下げてもディーゼル排気ガスからの微細粒子を有効に除去し得るフィルタを構成できるかの限界値に関しては、今後のデータの蓄積を待たなければならない。
【００３５】
しかし、モータのような送風手段７の流量を、1/5、或いは1/10とした場合、同じ型番のモータでは回転数を低く抑えることができ、消費電力の低減につながり、ランニングコストの低減につながる。或いは、使用するフィルタに対応して選択していたモータより、低価格な定格容量の小さいモータを採用することができ、製造コストの低減につながり一層安いフィルタ装置の提供が可能となる。
【００３６】
（効果）
本実施形態の空気浄化用フィルタ装置の効果に関して説明する。図４は、本実施形態の空気浄化用フィルタ装置の効果を確認するための試験系統図である。この設備は、結核予防会  結核研究所所有のディーゼルエンジンの排ガス負荷設備を使用して行っている。
【００３７】
試験系統図に示すように、導管１２にディーゼルエンジン排ガス１４を流入させ、ＨＥＰＡフィルタ１５により清浄化された清浄空気１６と混流して希釈して濃度調整を行い、この濃度が調整された排ガスを、二手に分岐させマウスの入った２個のチャンバＡ，Ｂに夫々導入している。濃度調整された排気ガスは、粒子状物資濃度が約100〜200μｇ／立方ｍである。チャンバの一方は、排ガスが本実施形態の空気浄化用フィルタ装置（「フィルタＡ」と表記する。）を通過して排ガス粒子を除去した空気が流入するチェチャンバＡであり、他方は濃度調整された排ガスをそのまま流入するチャンバＢである。フィルタＡは、ＵＬＰＡフィルタではなく、それより低品質のＨＥＰＡフィルタを使用する。送風流量は、定格流量の1/10に設定されている。
【００３８】
試験は、2005年12月14〜27日にわたり、曝露時間1日7時間の合計67時間で行われた。評価項目は、排ガス粒子の粒径分布と、粒子濃度（粒子個数濃度と粒子重量濃度）である。
【００３９】
図５は、使用されたディーゼル排ガス粒子の粒径分布を示す図である。ここで、縦軸は、単位はＮ（粒子個数）をLogＤｐ（粒径の対数値）で微分した粒径分布を表示する。横軸は、Ｄｐ（単位ミクロンで表記した粒径）である。
【００４０】
ここで、ＣＮＣ(凝縮核測定器Condensation Nucleus Counter)は、大阪府吹田市所在の日本カノマックス株式会社製のＣＮＣ型番３０２０であり、ＤＢ(拡散バッテリDiffusion Battery)は同日本カノマックス株式会社製のＤＢ型番３０２０であり、ＰＣ(レーザ微粒子カウンター Particle Counter)はHIAC/ROYCO社製で本出願人の近藤工業株式会社から入手できるＰＣ型番５１０９である。各測定器の測定可能範囲に応じて、粒径0.1μｍ以下の微細粒子はＣＮＣとＤＢを用いて測定し、0.1μｍ以上の微細粒子はＰＣを用いて測定している。ＣＮＣ，ＤＢ，ＰＣの左に付記されている６桁の数字は、粒径分布の測定時期（西暦年月日）を表し、２００５年１２月１２日と２００６年０１月２０日の二回測定を行っている。
【００４１】
粒子濃度の内、粒子個数濃度に関しては、各チャンバの入口空気をＣＮＣで測定して求めている。一方、粒子重量濃度に関しては、次式により算出している。
【００４２】
【数１】
2007283200.tif 000003
【００４３】
具体的には、各チャンバの出口側空気を濾材にて捕集し、通風前後の重量変化により通風前後の濾材重量変化量を求め、愛知時計電機社製ガスメータ型番Ｎ３で求めた積算通気量により、粒子重量濃度を求めている。
【００４４】
表１は、粒子濃度（粒子個数濃度と粒子重量濃度）の測定結果を表示する。
【００４５】
【表１】
2007283200.tif 000004
【００４６】
粒子濃度の測定結果は、本実施形態に係るフィルタを使用したチャンバＡでは、フィルタ無しのチャンバＢと比較して、粒子個数濃度では約1/106と少なく、粒子重量濃度では1/17との結果が得られた。ＵＬＰＡより低品質のＨＥＰＡフィルタを使用し、送風流量を定格流量の1/10としても、微細粒子を有効に除去できるとの結果が得られた。
【００４７】
なお、本発明者は、各チャンバ内で飼育されたマウスを使って、前掲論文Material Diesel Exhaust Exposure Damages Newborn Murine Brains.を発表している。
【００４８】
（実施形態の効果）
(1)本実施形態によれば、比較的低品質のフィルタを用いて、排気ガスに有効な空気浄化用フィルタ装置を製造することができる。従って、空気浄化用フィルタ装置を低価格で製造できる。更に、比較的低品質のフィルタを採用することにより、送風容量の比較的小さな送風手段７（モータ）を採用できる。
【００４９】
(2)本実施形態によれば、比較的低品質のフィルタを使用しても、送風量を定格流量に比較して低い流量とすることにより、排気ガスに有効な空気浄化用フィルタ装置を製造することができる。例えば、定格流量の1/5〜1/10程度に低くしても、排気ガスに有効な空気浄化用フィルタ装置を製造することができる。これにより、モータの回転数を下げることにより、連続運転してもランニングコストを下げることができる。或いは、定格容量の小さなモータを採用することにより、空気浄化用フィルタ装置を低価格で製造でき、ランニングコストを下げることができる。
【００５０】
(3)本実施形態によれば、低価格の製造コスト及びランニングコストの空気浄化用フィルタ装置を提供できる。従って、この空気浄化用フィルタ装置を自宅室内に設置することにより、室内空気から排気ガス汚染物質を除去することができ、人体に対するその蓄積量は大幅に軽減することが期待できる。また、人間の脳の発達完成する１０歳頃まで過ごす病院、保育所、幼稚園、小学校等において、室内の排気ガス汚染物質を有効に除去することは非常に重要なことであり、本実施形態によれば、低価格で購入することができ、360日24時間連続運転してもランニングコストがかからないフィルタ装置を提供できる。
【００５１】
（その他）
以上、本発明に係る空気浄化用フィルタ装置の実施形態に関して説明したが、この実施形態は例示であって、本発明を何等限定するものではない。例えば、当業者が容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。
【００５２】
本発明に技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】図１Ａは、本実施形態の空気浄化用フィルタ装置の構成の概要を示す分解斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂはこのフィルタ装置の背面斜視図である。
【図２】図２は、微細粒子の粒径とフィルタの捕集性能を示す図である。
【図３】図３は、流量変化によるフィルタの捕集性能変化を示したものである。
【図４】図４は、本実施形態の空気浄化用フィルタ装置の効果を確認するための試験系統図である。
【図５】図５は、使用されたディーゼル排ガス粒子の粒径分布を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１：空気浄化用フィルタ装置、  ２：送風ファン、  ３：フィルタ装置本体、  ４：フィルタ部材、  ５：操作パネル、  ７：送風手段、  １２：導管、  １４：ディーゼルエンジン排気ガス、  １５：ＨＥＰＡフィルタ、  １６：清浄空気、
【図１Ａ】
2007283200.tif 000005
【図１Ｂ】
2007283200.tif 000006
【図２】
2007283200.tif 000007
【図３】
2007283200.tif 000008
【図４】
2007283200.tif 000009
【図５】
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