JP2005106358A - 空気清浄機 - Google Patents

Abstract

【課題】高い加湿効率を持つ加湿手段と、高い除湿効率を持つ除湿手段を空気の流路に対してこの順に有し、加湿された空気を除湿することで、空気中の汚染物質を水に取り込んで除去し、装置の小型化が可能な空気清浄機を提供する
【解決手段】汚染空気１を加湿して高湿度空気３とした後、除湿部１０にて除湿するとともに、汚染空気１に含まれるの汚染物質を水に取り込んで除去する。空気の加湿部６として、通気性フィルターに水を含浸させた湿潤フィルターを用いる。水は液滴、超音波振動子による噴霧、水蒸気の形で、加湿部６に供給される。除湿部は熱伝導性部材を冷却して、そこに高湿度空気３を接触させることで、水分を凝縮し、除湿する。またはシリカゲルやゼオライトなどの吸湿材を用いるか、中空糸膜を使った除湿部を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気清浄機に関するものである。さらに詳しくは、空気を加湿および除湿することで、空気中の汚染物質を、除湿された水に取り込み除去する空気清浄機に関する。

近年、部屋の空気に含まれる汚染物質を除去する空気清浄機の需要が高まっており、家庭、オフィス、喫煙室、病院、公共機関、老人ホーム、工場などで利用されている。特に換気しにくい場所での空気清浄機の利用が注目されている。汚染物質の化学組成としては、例えばアンモニアやトリメチルアミンなどの窒素化合物、酢酸やイソ吉草酸などのカルボン酸、ホルムアルデヒドやアセトアルデヒドなどのカルボニル化合物、硫化水素やメチルメルカプタンなどの硫黄化合物がある。また、タバコの煙には数百種もの有害物質が含まれている。

空気をまず加湿し、加湿された空気を除湿することで、空気に含まれる汚染物質を、除湿によって得られる水に溶解させて除去する空気清浄機がある。例えば加湿手段としては水滴を空気中に放出することで加湿する、水シャワーと呼ばれる方法が知られている。除湿手段としては空気を冷却して水分を凝縮するものが知られている。空気を意図的に加湿せず、自然に含まれる水分を除湿するだけでも（これは除湿機と呼ばれている）ある程度の空気清浄機能はある。しかし湿度の低下する冬季や冷房の効いた部屋では十分な効果が得られないので、空気を意図的に加湿するのである。このような空気清浄機ではいかに効率よく空気を加湿および除湿できるかという点が重要であり、より効率的な加湿手段および除湿手段が求められてきた。例えば下記特許文献１には、金属製斜行ハニカムを用いて加湿する空気清浄機が開示されている。さらに下記特許文献２には、空気の流路に添って加熱手段、加熱加湿手段、冷却加湿手段、冷却手段、再加熱手段を設けることによって、空気の加湿および除湿を効果的に行う空気清浄機が開示されている。

特開２００３−２２２３５５号公報 特開２０００−４２３５０号公報

しかしながら、これまでの空気清浄機では加湿および除湿の効率が十分とは言えず、空気清浄能力は高くなかった。加湿手段および除湿手段の圧力損失が高く、大量の空気を処理することが難しい問題があった。加熱、加熱加湿、冷却加湿、冷却、再加熱を行うことで効率を高める場合は装置が大きくなる問題や、熱効率が低い問題があった。

そこで本発明は、空気を加湿および除湿する効率が高く、圧力損失が低くて、装置の小型化が可能であり、空気中の汚染物質を効果的に除去できる空気清浄機を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために本発明の空気清浄機は、空気の加湿手段と、除湿手段とを備え、加湿手段は水供給手段と、通気性を有する水の保持構造または流通構造を有し、水供給手段は保持構造または流通構造に対して水を供給し、加湿手段は保持構造または流通構造を通る空気と、供給された水とを接触させることで空気を加湿し、除湿手段は加湿手段によって加湿された空気を除湿することで、空気に含まれる汚染物質を、除湿される水分とともに除去することを特徴とする。

また、本発明の空気清浄機は、通気性を有する通気性部材に水を含浸させ、導入された空気を加湿する湿潤フィルターと、湿潤フィルターの上部に配置され、水が保持されるか又は流通するように、湿潤フィルターに水を供給する水供給手段と、湿潤フィルターの少なくとも一部と接し、湿潤フィルターを加熱することで空気の加湿を促進する加熱手段と、空気の除湿手段とを備え、湿潤フィルターを通って加湿された空気を、除湿手段で除湿することで、空気に含まれる汚染物質を、除湿される水分とともに除去することを特徴とする。

まず空気の加湿手段について説明する。本発明の加湿手段は、水供給手段と、通気性を有する水の保持構造または流通構造を有することを特徴とする。ここで水の保持構造または流通構造とは、通気性を有するフィルター又は空気の流路であって、ここに水を水蒸気や微小な水滴の形で供給し、フィルター内又は空気の流路内に水を保持または流通させ、フィルターまたは流路を通過する空気を加湿する構造を指す。

加湿手段についてさらに詳しく説明する。本発明の加湿手段の第一は、通気性を有するフィルターに水を含浸させ、そこに空気を通して加湿する方法である。以下、このようなフィルターを湿潤フィルターと呼ぶ。長時間使用していると乾燥するので、湿潤フィルターに水を供給する必要がある。本発明においては湿潤フィルターに水を滴下したり、超音波振動子を使って噴霧したり、または水を加熱して水蒸気にして供給する。水を滴下する場合は特別な装置を必要とせず、簡単に湿潤フィルターに水を供給できる。超音波振動子を使う場合は音が静かな利点がある。加熱する場合は、水が蒸発しやすくなるので、加湿が容易である。また、ヒーターなどの加熱装置を使って湿潤フィルターの温度を上げると、水が蒸発しやすくなるため、より容易に加湿することができる。

加湿手段の第二は、空気の流通する経路に、噴霧状または水蒸気にした水を導入することで、加湿する方法である。水を噴霧状にする場合は、超音波振動子を使うと効果的に噴霧にすることができる。水蒸気にする場合は、水をヒーターなどで加熱する。空気の流通経路の下に噴霧または水蒸気を発生する装置を配置すれば、圧力損失が小さく効果的な加湿手段を得ることができる。

以下、除湿手段について説明する。除湿手段の第一は、空気を冷却して水を結露させる方法である。金属などの熱伝導性が良い物質を板状に加工して結露部とし、空気の流路に対して並行になるように配置すれば、通気性がよく除湿効果の高い除湿手段を得ることができる。結露部は冷媒冷却装置やペルチェ素子などの冷却装置を使って冷却する。結露部は平板としてもよく、金網型や波型に加工してもよい。

除湿手段の第二は、シリカゲルやゼオライトなどの吸湿材を用いる方法である。例えば粒状にした吸湿材に空気を通過させて吸湿させる。吸湿材は、ある程度水分を吸収すると吸湿能力が飽和するので、定期的に加熱して乾燥させる必要がある。

除湿手段の第三は、中空糸膜を利用する方法である。中空糸膜は高分子材料でできた中空糸状の分離膜であり、水分子を透過しやすい性質を持つ。中空糸膜を用いると電源の不要なメンテナンスフリーの除湿手段を構成することができる。中空糸膜を使った除湿手段については後で詳述する。

以上説明した加湿手段および除湿手段を組合せることで、効果的な加湿および除湿が可能となる。加湿および除湿の効率を高めることで、装置全体の小型化にも繋がる。加湿手段によって湿度を高められた空気は、次に除湿手段によって除湿され、空気中の汚染物質を、除湿によって得られる水に溶解させて除去することができる。

次に本発明の空気清浄機を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。図１ａに本発明の空気清浄機の実施形態を示す。汚染空気１は吸入口２から装置内に入り、加湿部６によって湿度を高められ、高湿度空気３となる。次に高湿度空気３は除湿部１０を通り、ここで除湿される。除湿によって得られる水に空気中の汚染物質を取り込むことで、空気が清浄化される。清浄空気１３は排気口２６から排出される。

図１ａの実施形態では加湿部６として、通気性フィルターに水を含浸させた湿潤フィルターを使用している。水供給部８により水５が補給されるので、湿潤フィルターは常に湿潤状態を保つことができる。図１ｂ〜ｄに、水供給部８の断面図を示す。図１ｂは水５を微細孔３０から液滴１５にして供給する実施形態である。なお図示していないが、水供給部８はタンクまたは水道に接続されており、水５が供給される。図１ｃは超音波振動子１６によって超音波振動１７を発生させ、水を噴霧１８にして供給する実施形態である。図１ｄは加熱装置１９の熱によって水５を加熱し、水蒸気２０にして供給する実施形態である。この形態では水５の温度が高い状態で加湿部６に供給できるので、汚染空気１を加湿しやすい。

図１ａに戻る。加湿部６の下部には加熱部７が接触しており、加湿部６を加熱するようになっている。加湿部６を加熱すると、水５が蒸発しやすくなり、加湿しやすくなる。また、図１ａでは除湿部１０を、金属などの熱伝導性のよい材料で作った冷却板として構成している。空気の流路に対して並行に向いているため、圧力損失が少ない。除湿部１０の上には冷却装置９が配置されており、除湿部１０に温度が伝わるように接続されている。冷却装置９としてはペルチェ素子や冷媒冷却装置を用いる。冷却された除湿部１０は高湿度空気３と接触し、水分を凝縮させるとともに、得られる水分に空気中の汚染物質を取り込む。汚染物質が溶解した水は一旦、貯水部１１に貯められたあと、廃液１２となって排出される。

次に、図２ａの実施形態を説明する。図２ａでは湿潤フィルターを用いず、汚染空気１の流路の下に配置した水供給部８から直接、汚染空気１を加湿する。水供給部８の断面を図２ｂおよび図２ｃに示す。図２ｂでは超音波振動子１６を用いて超音波振動１７を発生させ、水５を噴霧１８にして空気中に放出している。さらに図２ｃでは加熱装置１９を用いて水５を温め、水蒸気２０を発生する。このように発生した噴霧１８または水蒸気２０によって汚染空気１は加湿され、高湿度空気３となる。

次に、除湿装置について説明する。図３ａは、吸湿材を用いた除湿部１０の断面図である。除湿部１０の内部には粒状の吸湿材２９が充填されており、高湿度空気３を除湿する。このとき空気中の汚染物質は、水分とともに吸湿材２９に吸収される。吸湿材２９は、一定量の水分を吸収すると吸湿能力が飽和する。そこで送気部１４の動作を一旦止めて空気の流れを止め、その後で吸湿材２９を加熱装置１９によって加熱する。すると吸湿材２９に含まれた水が脱水され、排気管２８から排出される。この処理を行うと、吸湿材２９が再び使用可能となる。

除湿部１０に中空糸膜を用いると、加熱部や冷却部などの電源が不要な、メンテナンスフリーの除湿装置を構成することができる。図３ｂは中空糸膜２７の除湿作用を説明するための断面図である。高湿度空気３は水分子２３、汚染物質２４、空気分子（窒素、酸素など）２５を含む。高湿度空気３が中空糸膜を通ると、水分子２３は水蒸気分圧の高い内部から、水蒸気分圧の低い外部へ移動する。このとき、汚染物質２４とともに移動する。中空糸膜２７を通過する空気は乾燥した、清浄空気１３となる。中空糸膜２７の外部を乾燥させるために、清浄空気１３（乾燥空気）の一部をパージしてパージ空気２２とし、水分子２３を汚染物質２４とともに排出する。図３ｃは、中空糸膜２７を用いた除湿部１０の断面図である。中空糸膜２７の内部に高湿度空気３が入り、前述した作用によって水分と汚染物質を外部へ分離しつつ、清浄空気１３を排出する。清浄空気の一部はパージされ、中空糸膜２７の外部に分離された水分および汚染物質とともに、排気２１として排気管２８から排出される。

以上の図を用いて、液滴、超音波噴霧、水蒸気の形で水をフィルターまたは空気の流路に供給する加湿手段と、冷却部材、吸湿材、中空糸膜を用いた除湿手段について説明した。加湿手段と除湿手段の組み合わせ方は図１ａおよび図２ｂの組合せだけでなく、例えば湿潤フィルターとシリカゲルとすることも可能であるし、超音波加湿と中空糸膜とすることも可能であり、特に限定するものではない。また、冷却部１０を、２段以上重ねることも可能である。例えば空気の流路に沿ってシリカゲルと中空糸膜をこの順に配置すると、除湿効果をさらに高めることができる。特に中空糸膜は汚染物質を含む水を除去しきれない場合があるので、２段重ねにして補助的に使用することが望ましい。

加湿部として湿潤フィルターを用い、除湿部として並行平板と冷却装置を用いた空気清浄機の斜視図および、水供給部の断面図。 水を噴霧または水蒸気として空気中に放出し、加湿する空気清浄機の斜視図および、水供給部の断面図。 吸湿材および中空糸膜を用いる除湿部の断面図および、中空糸膜の除湿作用を説明する図。

符号の説明

１ 汚染空気
６ 加湿部
７ 加熱部
８ 水供給部
９ 冷却装置
１０ 除湿部
１３ 清浄空気（乾燥空気）
２７ 中空糸膜
２９ 吸湿材

Claims (15)

1. 空気の流通経路に沿って加湿手段と除湿手段とをこの順に備え、前記加湿手段によって前記空気の湿度を高め、加湿された前記空気を前記除湿手段によって除湿することで、前記空気に含まれる汚染物質を、除湿される水分とともに除去することを特長とする空気清浄機。
2. 空気の加湿手段と、除湿手段とを備え、
   前記加湿手段は水供給手段と、通気性を有する水の保持構造または流通構造を有し、
   前記水供給手段は前記保持構造または前記流通構造に対して前記水を供給し、
   前記加湿手段は前記保持構造または前記流通構造を通る前記空気と、供給された前記水とを接触させることで前記空気を加湿し、
   前記除湿手段は前記加湿手段によって加湿された前記空気を除湿することで、前記空気に含まれる汚染物質を、除湿される水分とともに除去することを特徴とする空気清浄機。
3. 前記保持構造または前記流通構造は、通気性部材に前記水を含浸させた湿潤フィルターからなり、該湿潤フィルター内に前記水を保持もしくは流通させることを特徴とする請求項２記載の空気清浄機。
4. 前記加湿手段は水を噴霧状にすることで、前記空気を加湿する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の空気清浄機。
5. 前記加湿手段は、超音波振動子によって前記水を噴霧状にして加湿する超音波加湿であることを特徴とする請求項４記載の空気清浄機。
6. 前記加湿手段は、前記水を加熱して発生させた水蒸気により加湿する加熱加湿であることを特徴とする請求項１または２記載の空気清浄機。
7. 前記湿潤フィルターを加熱して前記空気の加湿を促進する加熱手段をさらに備えたことを特徴とする請求項３記載の空気清浄機。
8. 前記加湿手段は前記水を圧送して空気中に放出することで噴霧状に流動させる請求項４記載の空気清浄機。
9. 通気性を有する通気性部材に水を含浸させ、導入された空気を加湿する湿潤フィルターと、
   前記湿潤フィルターの上部に配置され、前記水が保持されるか又は流通するように、前記湿潤フィルターに前記水を供給する水供給手段と、
   前記湿潤フィルターの少なくとも一部と接し、前記湿潤フィルターを加熱することで前記空気の加湿を促進する加熱手段と、
   空気の除湿手段とを備え、
   前記湿潤フィルターを通って加湿された前記空気を、前記除湿手段で除湿することで、前記空気に含まれる汚染物質を、除湿される水分とともに除去することを特徴とする空気清浄機。
10. 前記除湿手段は冷却装置および結露部から構成され、前記結露部は前記冷却装置の温度が伝わるように接続されており、前記結露部に接触した前記空気を結露させて除湿する請求項１ないし９のいずれか１項に記載の空気清浄機。
11. 前記冷却装置はペルチェ素子または冷媒冷却装置から選択されるものである請求項１０記載の空気清浄機。
12. 前記除湿手段は吸湿材を用いることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の空気清浄機。
13. 前記吸湿材はシリカゲルまたはゼオライトから選択されるものである請求項１２記載の空気清浄機。
14. 前記除湿手段は中空糸膜を用いることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の空気清浄機。
15. 前記除湿手段によって除湿された前記水分を排出するための排水手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の空気清浄機。

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