JP2004530488A - 高性能空気清浄システムおよびその方法 - Google Patents

Abstract

空気清浄システムおよび方法は、ある流動する空気流からの、粒子状汚染物質およびガス状汚染物質の両方の除去を行って、選択された周囲空間の空気品質を向上させる。粒子状汚染物質は、適切なろ過器２０によって除去される。ＶＯＣｓ、ＣＯ、Ｏ３などのガス状汚染物質は、触媒を使用して、そのような汚染物質を酸化させることによって除去される。その空気流は、適切な触媒反応温度を生じるように、重点的に加熱され、その熱エネルギーが、熱交換器３０によって回収される。様々な感知器１１、２１、２２、２３、２４、３１、３２が使用されて、流量、空気組成、温度、および圧力が監視される。制御装置９１は、汚染物質を最小限度に抑え、または、ある時間的期間のうちに、選択された最低限度の空気品質を達成するのに必要なエネルギー使用量を最小限度に抑えるように、空気品質を制御するようプログラムすることができる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気処理システム、より詳細には、様々な環境に存在する可能性のある揮発性有機化合物および一酸化炭素などのための、「スマート」空気清浄システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
健康および安全性、臭気、快適性に対する影響のため、商業建築および住居用建物の汚染空気に対して、一般および政府の間に大きな懸念がある。空調費および暖房費を削減するために屋外換気量が低い現代の「耐密な」建物において、また、屋外空気自体が汚染されている場所において、これは特にあてはまる。たいていの空気処理技術は、粒子状物質を除去するが、揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）、一酸化炭素（ＣＯ）、またはオゾン（Ｏ₃）のような、臭気性のまたは有害なガス状汚染物質を減少させない。これらの追加の汚染物質に対処するものも著しい不都合を引き起こす。吸着性ろ過器は、頻繁な交換を必要とし、高圧の液滴を有し、ＶＯＣｓ、ＣＯ、およびＯ₃のより軽いものを除去するのが困難である。触媒システムは耐用期間が長く、維持管理が少なく、より広範な種類の汚染物質を処理する。しかし、常時、空気流を反応温度まで加熱するためのエネルギー費用が、欠点となっている。
【０００３】
米国特許第５，７４２，５１６号の「Ｉｎｄｏｏｒ Ａｉｒ Ｑｕａｌｉｔｙ Ａｎｄ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ」は、感知器を開示しており、その出力により、空気流量を、したがって換気量を管理する空気処理装置が制御される。基本的には、‘５１６号特許が開示する装置は、汚染された空気流を汚染量の少ない空気流で希釈することによって空気品質を向上させるものである。‘５１６号特許の装置は、外部空気と内部空気を混合することに依拠しているが、この混合は、空気処理装置を使用して、一酸化炭素、メタン、またはオゾンなど、選択された空気汚染物質の量を監視する検出器に応じて、送風機の速度、湿度設定およびろ過を制御することによって行う。
【０００４】
米国特許第５，９７６，０１０号の「Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ａｉｒ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」が開示する、暖房、換気、空調システムは、空気汚染物質感知器を使用し、その測定値を、目標値または基準値と比較する。その焦点は、空気汚染物質ＣＯ₂に置かれており、空気品質の向上は、この場合も、汚染量の少ない（即ちＣＯ₂の少ない）空気で希釈することによる。
【０００５】
米国特許第３，７７２，８５１号の「Ｄｕｓｔ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」は、工業排出ガスから粒子状物質を除去することを開示している。このシステムは、粒子状物質の全体のレベルをある基準と比較し、感知した全体の汚染量に応じて、処理する汚染流の量を変化させる。
【０００６】
以上のように、粒子状物質と同様に、ＶＯＣｓおよびその他のガス状汚染物質を除去する空気清浄システムの必要が存在する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、健康および安全性への大きな懸念のある、望ましくないＶＯＣｓを除去することによって空気の品質を向上させる。本発明の一態様では、汚染物質の濃度および占有率を測定する感知器と、空気品質の指定基準に処理効率を一致させる制御方法とを一体化することによって、触媒酸化が必要とするエネルギー負荷が軽減される。制御装置には、触媒効率の予測を含む多くのアリゴリズムをプログラムすることができるが、触媒効率は、温度が上昇し、流量が減少する程上昇する。
【０００８】
本発明の他の態様では、処理空間内のＶＯＣ濃度は、システムを通過する空気交換の回数が増加する程低下し、実際のＶＯＣ濃度と、所望の濃度との差が大きい程、より多くの空気処理が必要となる。このように、本発明は、空気処理が必要とされる時に動作し、空気の品質が許容範囲にある時は動力を保存する。‘５１６号特許の開示の装置とは異なり、本発明は、感知器の出力を使用して、空気清浄機を制御する。空気清浄機の制御は、空気清浄機の入口および出口の両方で、空気汚染物質の濃度を監視することによって、また、一連の所与の条件下で、出口および封入空間内の汚染物質濃度を予測することができる空気清浄機の効率を知ることによって実行される。
【０００９】
このように、本発明のさらに他の態様では、本発明の空気清浄機は、所望の空気品質を達成し、またはエネルギーを最小限にして充分な空気品質を達成する動作条件（流量および温度）を自動選択することができる。
【００１０】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、利点が、以下の図面、記述、特許請求の範囲を参照することによってよりよく理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下の詳細な記述は、本発明を実施するための現在最適に企図された様態である。この記述は、限定的な意味に捉えるべきでなく、単に、本発明の全般的な原理を例証する目的でなされるものである。
【００１２】
本発明が、従来技術とは多くの点で異なることを見てゆくことにする。そのような相違点の１つは、空気流の加熱を用いて、触媒反応によってＶＯＣｓおよびＣＯが除去されるようにし、温度感知器を使用して、適切な量の加熱を提供し、熱交換器を組み込んで、空気流を加熱するのに使用したエネルギーの一部を回収することに関する。他の相違点は、制御装置を使用して、感知器のデータを受け取り、加熱器および空気流の流量を制御し、これによって、触媒反応および吸着剤を利用して空気流を清浄化することにある。さらに他のこうした相違点は、制御装置を使用して、最小限の時間、または最小限のエネルギー消費で、所望の空気品質を達成することのできるアルゴリズムを実行することにある。
【００１３】
図面を参照すると、本発明による高性能空気清浄システム５が示してある。一実施形態で、このシステムの構成要素に含まれるものは、粒子状物質用ろ過器２０の両側の圧力感知器１１および２１と、熱交換器３０の正面またはその上流の、温度、組成、流量感知器２２、２３、および２４と、温度感知器３１および３２と、加熱器４０と、送風機５０と、触媒装置６０および７０と、吸着装置８０と、温度、組成感知器８１および８２と、制御装置９１とである。
【００１４】
典型的な動作は以下の通りであることができる。陸上車両、航空機、または建物などから出る空気流１０が、粒子状物質用ろ過器２０内にもたらされ、水蒸気および粒子状物質が除去される。粒子状物質用ろ過器２０は、プリーツフィルタ、パネルフィルタなどの、よく知られている設計のものとすることができる。ろ過器のいずれの側への空気流圧力も、感知器１１および２１によって測定される。空気温度、組成、および流量が、それぞれ、感知器２２、２３、および２４によって測定される。別法として、組成感知器２３は、処理する空間全体の中の１つまたは複数の場所に配置することができる。次いで空気流１０が、任意のよく知られている設計による空気対空気熱交換器などの熱交換器３０によって予熱され、その結果生じた温度が、感知器３１によって読み取られる。感知器３１の温度と、必要な動作温度との差に応じて、空気流を、電気加熱器、またはガス燃焼加熱器などの加熱器４０によってさらに加熱することができる。
【００１５】
本発明が強制空気を受け取らない設備では、軸流式または遠心式の設計を有するものなどの送風機５０を用いて、空気流１０を、本発明を介して移動させることもできる。ＶＯＣｓおよびＣＯは、触媒６０によって酸化することができ、Ｏ₃は、触媒７０によって分解することができる。有益な触媒６０には、例えば、表面積の大きなアルミナ、シリカ、およびチタニアなど金属酸化物の上で、床型配置で支持されたプラチナおよび金などの貴金属、またはマンガン、鉄、コバルトなどの遷移金属が含まれ、有用な触媒７０には、例えば、表面積の大きなアルミナ、シリカ、およびチタニアなどの金属酸化物の上で、床型配置で支持された、パラジウムおよび銀などの貴金属、またはマンガン、銅などの遷移金属が含まれる。別法として、触媒６０、７０を逆の順序で配置し、または組み合わせて単一ユニットにすることもできる。酸性ガスまたは酸化窒素などの副生成物は、吸着剤８０によって除去される。処理空気の温度および組成は、それぞれ、感知器８１および８２によって読み取られる。エネルギーは、処理された空気流を、熱交換器３０を通過させることによって、それから回収することができる。処理空気の温度は、その空気を周囲空間９０に戻す前に、感知器３２によって読み取られる。
【００１６】
感知器からのデータは、制御装置９１によって収集される。制御装置は、ユーザインターフェースでもあり、アリゴリズムのプログラミング、制御動作、および空気品質基準の設定を可能にする。制御装置９１は、そのようなプログラミングを容易にするためのマイクロプロセッサを有する。制御装置にさらに入力できるものとして、周囲空間の占有レベルがあり、これによって、空間が占有されている時、本発明の効果的な動作が可能となる。制御装置９１は、適時に所望の空気品質を達成し、または維持するように、空気流の温度および流量を自動的に調節することができる。さらに、基準（設定点）および制御方法を遠隔操作によって、例えばインターネット接続を使用して無線でプログラムすることができる。一実施形態では、制御装置は、空気流の温度および流量の変化に基づいて、それぞれの触媒装置の知られている効率を考慮するようにプログラムすることができる。
【００１７】
高性能の空気清浄システム５は、様々な形で配置することができる。端末に置く様態と中央に置く様態が、実施可能な配置の２つの例である。端末に置く様態では、本発明は、単独のユニットとして動作し、持ち運び可能に作ることができる。中央に置く様態では、本発明は、例えば、車両、建物、または他の構造物の、加熱用配管、通風用配管、および空調用配管に直接組み込まれる。強制空気循環、および何らかの加熱がユニットに提供される。いずれの態様でも、感知器および制御方法によって、本発明は、特定の問題提起に対して特注できるようになる。
【００１８】
言うまでもなく、本発明を、１つの例示的な実施形態に関して述べた。言うまでもなく、他の実施形態も企図されており、上記開示の恩恵を受ける人々は、そのような他の実施形態も容易に気付くであろう。一例として、本発明が、既存の空気流、加熱システムを有する既存の構造物に組み込まれた場合、その既存システムの送風機および加熱器を本発明の一部とすることができ、それによって、好ましい実施形態に関してここで述べた通りの個別の送風機および加熱器の必要はなくなる。
【００１９】
このように、本明細書の本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によってのみ、限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本明細書の図面は、本発明の一実施形態のブロック図である。

Claims (10)

1. 選択された内部容積内で空気汚染物質を減少させる空気清浄システムにおいて、
   前記内部容積のガス状汚染物質を酸化させる、少なくとも１つの触媒装置と、
   前記内部容積の空気の選択された特性を判定する複数の感知器であって、前記清浄システム内の前記内部容積の前記空気の温度を測定する少なくとも１つの温度感知器を有する感知器と、
   前記清浄システム内の前記内部容積の空気の温度を上昇させて、前記少なくとも１つの触媒装置によって前記ガス状汚染物質の反応を可能にし、前記少なくとも１つの温度感知器による温度の測定に従って制御される加熱器とを備えるシステム。
2. 前記複数の感知器の少なくとも１つが、組成感知器である、請求項１に記載の空気清浄システム。
3. 前記複数の感知器の少なくとも１つが、圧力感知器である、請求項１または２に記載の空気清浄システム。
4. 前記複数の感知器の少なくとも１つが、流量感知器である、請求項１、２、または３に記載の空気清浄システム。
5. 前記空気清浄システムを通過する空気流の流量を増加させる送風機をさらに備える、請求項１、２、または３に記載の空気清浄システムであって、前記複数の感知器の少なくとも１つが、流動感知器である空気清浄システム。
6. 前記内部容積内の空気から粒子状汚染物質を除去する、少なくとも１つのろ過器をさらに備える、請求項１、２、３、４、または５に記載の空気清浄システム。
7. 前記少なくとも１つの触媒装置の副生成物を除去する吸着装置をさらに含む、請求項１、２、３、４、５、または６に記載の空気清浄システム。
8. 前記加熱器によって加熱された、前記システム内の空気から熱を、また、前記少なくとも１つの触媒装置から産出物を回収する熱交換器をさらに備える、請求項１、２、３、４、５、６または７に記載の空気清浄システム。
9. 前記複数の感知器から信号を受け取り、前記少なくとも１つの温度感知器の出力に従って、前記加熱器を制御し、前記少なくとも１つの流動感知器の出力に従って、前記送風機を制御する制御ユニットをさらに備える、請求項５に記載の空気清浄システム。
10. 前記制御装置が、占有者が前記清浄装置内の空気汚染物質の軽減の度合いに関係するパラメータを選択することを可能にする使用入力設定制御を有する、請求項９に記載の空気清浄システム。