JP2005201586A - 空気調和機の空気清浄ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】光触媒による汚染物質分解・脱離性能を向上させ、メンテナンス不要な空気調和機の空気清浄ユニットを提供すること。
【解決手段】少なくとも空気調和機の集塵器の風下側に配設され、空気を浄化する光触媒が坦持された第１，第２の概円筒状のフィルター１５，１６と紫外線ランプ８と紫外線ランプからの光の漏れを防ぐ概円筒状の第１，第２の紫外線遮光板１７，１８とを備え、紫外線ランプ８を中心に、第１のフィルター１５及び紫外線遮光板１７，第２のフィルター１６及び紫外線遮光板１８の中心軸と合わせるように配設することにより、空気調和機の送風性能を低下させることなく、光触媒による汚染物質分解・脱離性能を向上させ、メンテナンス不要な空気調和機の空気清浄ユニットを得ることとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は光触媒作用により脱臭及び除菌などの機能を有した空気調和機の空気清浄ユニットに関するものである。

従来、この種の空気調和機の空気清浄ユニットは、空気の吸込口及び吹出口が形成された本体と、前記吸込口にて吸い込まれた空気を前記吹出口に送風する送風ファンと、前記吸込口にて吸い込まれた空気を通風させて当該空気を浄化する環状フィルターと、該環状フィルターを循環駆動させる駆動手段とを備えてなる空気浄化装置において、前記環状フィルターに光触媒を配設するとともに、前記環状フィルターにて構成される環状内に前記光触媒を励起させる光源を配設している（例えば、特許文献１参照）。

図１０は、特許文献１に記載された従来の空気調和機の空気清浄ユニットを示すものである。空気の吸込口１及び吹出口２が形成された本体３と、前記吸込口１にて吸い込まれた空気を前記吹出口２に送風する送風ファン４と、前記吸込口１にて吸い込まれた空気を通風させて当該空気を浄化する環状フィルター５と、該環状フィルター５が掛けられ当該環状フィルター５を循環駆動させる３つの回転ローラー（駆動手段に相当）６と、前記吸込口１にて吸い込まれた空気を熱交換する熱交換器７と、前記環状フィルター５の表面に担持された光触媒のみ若しくは光触媒と吸着剤とを複合化した塗料（図示せず）と、前記環状フィルター５にて構成される環状内に配設された前記光触媒に紫外線を照射して当該光触媒を励起させる紫外線ランプ（光源に相当）８から構成されている。また、環状フィルター５の下部に振動板９を介して環状フィルター５に接触するよう配設された超音波振動子１０と、超音波振動子１０の下方に配設された受け皿１１とを備えている。
特開平１０−９６６１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、吸込み口１からの空気は、光触媒が配設された環状フィルター５をほぼ１００％通過するため、環状フィルター５を通過する空気の量は多く、一見、臭気成分やカビなどの汚染物質の捕集能力が高いように思えるが、光触媒による有機物の分解・脱離反応は遅効性であるため、前記従来の構成では、時間をかけて、ゆっくりと環状フィルター５を順送りしながら紫外線ランプ８により紫外線照射する必要がある。したがって、紫外線ランプ８から離れた紫外線照射強度が弱い環状フィルター５のほとんどの部分については、臭気成分やカビなどの汚染物質捕集能力が飽和してしまい、空気調和機としては、大規模で複雑な空気浄化装置にも関わらず、脱臭性能や除菌性能が十分に得られないという課題を有していた。

また、環状フィルター５からの紫外線ランプ８の漏洩による空気調和機の樹脂や金属の劣化（酸化）、空気調和機からの光漏れや、紫外線ランプ８によってはオゾンを発生するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡単な構成で、脱臭性能及び除菌性能を向上させると同時に、マイナスイオンを発生する空気調和機のメンテナンス不要の空気清浄ユニットを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機の空気清浄ユニットは、空気調
和機の集塵器の風下側に配設され、空気を通風させて当該空気を浄化する第１，第２の概円筒状のフィルターと前記第１，第２の概円筒状のフィルターに坦持された光触媒と前記光触媒を励起させる紫外線ランプと紫外線ランプからの光の漏れを防ぐ概円筒状の第１，第２の紫外線遮光板とを備え、前記紫外線ランプを中心に、順次、前記第１のフィルターと前記第１の紫外線遮光板と前記第２のフィルター及び前記第２の紫外線遮光板の中心軸と前記紫外線ランプを合わせるように配設するとともに、空気が通風する孔を前記第１，第２の紫外線遮光板上に互い違いに設けたものである。

これによって、光触媒が坦持された第１，第２の概円筒状のフィルターは紫外線ランプを囲むように直近に配設されて、強力な紫外線を照射されることになり、光触媒の酸化力が向上し、光触媒やフィルターに捕集された臭い成分やかび，ウィルスなど汚染物質の分解・脱離性能が向上することとなる。

また、空気が通風する孔を前記第１，第２の紫外線遮光板上に互い違いに設けたことにより、臭気成分やカビ・ウィルスを含む汚染空気が空気清浄ユニット内の紫外線ランプ付近を通過するとともに、空気清浄ユニットからの紫外線の漏洩を防ぐこととなる。

本発明の空気清浄ユニットの紫外線ランプは、殺菌ランプとしたものである。

これによって、紫外線ランプからオゾン生成作用を有する波長スペクトルを一切含まない紫外線が放射されるため、光触媒の性能や紫外線による除菌効果を維持したまま、空気調和機の樹脂・金属及び人体に悪影響を及ぼすオゾンの発生を防止することとなる。

さらに、本発明の空気調和機の空気清浄ユニットは、第２の概円筒状の紫外線遮光板内壁表面に金メッキを施したものである。

これによって、紫外線ランプの紫外線による光電効果により、マイナスイオンが発生することとなる。

加えて、本発明の空気調和機の空気清浄ユニットは、光触媒として光触媒アパタイトを用いたものである。

これによって、酸化チタン光触媒と比較して、蛋白質や酢酸成分の吸着能力及び汚染物質分解能力が２倍以上向上することとなる。

本発明の空気調和機の空気清浄ユニットは、空気調和機の送風性能を低下させることなく、しかも比較的簡単な構成で脱臭性能及び除菌性能とマイナスイオンの発生が得られると共に、人体に有害なオゾンを発生することがなく安全で、メンテナンスの不要な空気調和機の空気清浄ユニットを構成することができる。

第１の発明は、空気調和機の集塵器の風下側に配設され、空気を通風させて当該空気を浄化する第１，第２の概円筒状のフィルターと前記第１，第２の概円筒状のフィルターに坦持された光触媒と前記光触媒を励起させる紫外線ランプと紫外線ランプからの光の漏洩を防ぐ概円筒状の第１，第２の紫外線遮光板とを備え、前記紫外線ランプを中心に、順次、前記第１のフィルターと前記第１の紫外線遮光板と前記第２のフィルター及び前記第２の紫外線遮光板の中心軸と前記紫外線ランプを合わせるように配設することにより、光触媒が坦持された第１，第２の概円筒状のフィルターは紫外線ランプを囲むように直近に配設されて、強力な紫外線を照射されることになり、光触媒の酸化力が向上し、臭気成分や
カビ，ウィルスなどの有機物質の分解反応を促進することが可能となる。

第２の発明は、特に、第１の発明の紫外線ランプを殺菌ランプとすることにより、人体に有害なオゾン発生を抑止することができる。

第３の発明は、特に、第２の概円筒状の紫外線遮光板内壁表面に金メッキを施すことにより、紫外線による光電効果が得られ、空気清浄ユニット内においてマイナスイオンを発生させることができる。

第４の発明は、少なくとも第１の概円筒状の紫外線遮光板内壁及び外壁に光触媒をコーティングすることにより、光触媒による汚染物質の分解・脱離が起る面積が拡大し、脱臭性能及び除菌性能を向上させることができる。

第５の発明は、紫外線ランプのガラス管表面に、光触媒をコーティングすることにより、光触媒による汚染物質の分解・脱離が起る面積が拡大し、脱臭性能及び除菌性能を向上させることができる。

第６の発明は、光触媒を光触媒アパタイトとすることにより、従来の酸化チタン触媒に比べて、臭気成分や菌などの有機物質分解性能を２倍以上向上させることができるとともに、従来の酸化チタン触媒では困難な酢酸成分の除去や蛋白質の吸着・分解を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における空気清浄ユニットを配した空気調和機の断面図を示すものである。

図１において、空気調和機３は、前記吸込口１にて吸い込まれた空気を前記吹出口２に送風する送風ファン４から構成され、前記吸込口１にて吸い込まれた空気１４の一部が集塵器１３及び空気清浄ユニット１２を通過していく。集塵器１３は、電気式集塵器やＨＥＰＡフィルターなどで構成され、光触媒では分解できない無機性の塵埃を取り除く。

空気清浄ユニット１２は、図２のように紫外線ランプ８，光触媒が坦持された概円筒状の第１，第２のフィルター１５，１６と概円筒状の第１，第２の紫外線遮光板１７，１８から構成され、紫外線ランプ８，第１のフィルター１５と第１の紫外線遮光板１７は、第２のフィルター１６，第２の紫外線遮光板１８内に端面を合わせて矢印の方向に収まる構造となっている。

また、第１，第２の紫外線遮光板１７，１８には、吸込み口１からの空気の一部が空気清浄ユニット１２内に配設された光触媒が坦持された第１，第２のフィルター１５，１６を通過する孔１９が設けられると共に、紫外線ランプ８からの光の漏れを防ぐように第１の紫外線遮光板１７と第２の紫外線遮光板１８には、孔１９は図２のように互い違いに配設される。通風性と遮光性を両立する構成であれば、孔１９の形状や配設方法を問わず、例えば、図３のように空気清浄ユニット１２の長手方向に孔１９を設けても問題がない。

以上のように構成された空気清浄ユニットについて、以下その動作、作用を説明する。

図４に示すように、吸込み口１にて吸込まれた空気の一部１４’に含まれた臭気成分や
カビ・ウィルスなどの有機系汚染物は、空気清浄ユニット１２の第２の紫外線遮光板１８に設けられた孔１９から入り込み第１のフィルター１５，第２のフィルター１６を通過する際に捕捉される。光触媒が坦持された第１，第２のフィルター１５，１６に紫外線ランプ８からの紫外線が照射されると、光触媒が励起され、強力な酸化力を示し、捕捉された有機性の臭気成分や粉塵、カビやウィルスなどは、二酸化炭素や水などに分解され、脱離する。さらに、照射される紫外線強度に応じて光触媒の酸化力は増強するため、紫外線ランプ８の直近に光触媒が坦持されたフィルターを配設することにより有機性臭気成分，有機性粉塵やカビやウィルスなどを二酸化炭素や水などに分解・脱離する時間の短縮が図れる。したがって、臭気成分やカビ・ウィルスなど汚染物質により光触媒やフィルター捕集能力が飽和するのを防止することができ、メンテナンス不要の空気清浄ユニットを構成することができる。

紫外線ランプ８から照射された紫外線２０は、第１の紫外線遮光板１７の内壁・外壁や第２の紫外線遮光板１８の内壁により反射を繰り返し、第１及び第２のフィルター１５，１６に万遍なく紫外線を照射することができ、空気清浄ユニット１２内においてフィルターに坦持された光触媒を有効に活用することができる。

以上のように、本実施の形態において、空気調和機の能力を低下させることなく、第１，第２の概円筒状のフィルター１５，１６と前記第１，第２の概円筒状のフィルター１５，１６に坦持された光触媒と前記光触媒を励起させる紫外線ランプ８と紫外線ランプ８からの光の漏洩を防ぐ概円筒状の第１，第２の紫外線遮光板１７，１８とを備え、前記紫外線ランプ８を中心に、順次、前記第１のフィルター１５と前記第１の紫外線遮光板１７と前記第２のフィルター１６及び前記第２の紫外線遮光板１８の中心軸と前記紫外線ランプ８を合わせるように配設することにより、強力な紫外線照射により光触媒の酸化力を増強させるとともに、第１・第２の紫外線遮光板１７，１８による紫外線の反射によって、光触媒が坦持されたフィルターは、万遍なく紫外線照射されることになり、脱臭性能・除菌性能向上することができる。さらに、第１・第２の紫外線遮光板１７，１８により空気清浄ユニットからの光の漏洩を最小限に抑えることができ、空気調和機からの不要な光の漏れも防ぐことができる。

また、本実施の形態では紫外線ランプを用いたことにより、紫外線によるオゾンも発生し、このオゾンの酸化力及び殺菌能力により、光触媒と合わせて強力な脱臭性能・除菌性能を得ることもできる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、紫外線ランプ８として、図５に示したオゾンレス石英ガラスによる、いわゆる室内殺菌灯を用いて空気清浄ユニットを構成したものである。

以上のように構成された空気清浄ユニットについて、以下その動作、作用を説明する。

紫外線短波長領域（特に１８５ｎｍ以下）に強いスペクトルもつ紫外線ランプがオゾンを発生させることは、よく知られている。オゾンの強い酸化力は前述したように優れた脱臭効果や除菌効果を有するが、一方、人体にとっては有毒であるとともに樹脂部や金属部を酸化させてしまう問題がある。

紫外線ランプを「オゾンレス」にするために「ドーピング」という方法が使われ、ガラス中に少量の紫外線短波長領域をカットする異物を混入させることで、図５のようにオゾンレス石英ガラスのように２４０ｎｍ以下の紫外線透過率が極めて低いガラスを使用した紫外線ランプを使用される。この種の紫外線ランプは、一般的に室内で使う殺菌ランプとして使われている。

以上のように、本実施の形態において、空気清浄ユニットの光源として殺菌灯を用いることにより、光触媒の酸化力を低下させることなく、人体に有害なオゾンも発生しない安全な空気清浄ユニットを構成することができる。

また、殺菌灯を光源として用いることによりオゾン特有の臭いの発生がなくなるため、居住者に不快感を感じさせない空気清浄ユニットを構成することができる。

さらに、殺菌ランプを使用することで、同様に空気清浄ユニットや空気調和機の樹脂，金属の酸化（劣化）防止できる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における空気清浄ユニットの断面図を示すものである。

図６において、２１は、５０〜１００ｎｍの金メッキであり、第２の紫外線遮光板１８の内壁にメッキされている。また、第２の紫外線遮光板１８は、導体であり、接地２２されている。

以上のように構成された空気清浄ユニットについて、以下その動作、作用を説明する。

図７は、マイナスイオン発生原理を示した説明図である。金属メッキ２１の表面に光が照射されると、金属メッキ２１の表面から電子２３が放出される。放出された電子は光電子であり、光電子が空気中の気体分子などと結びつきマイナスイオン２４となる。

光電子１個を金属から取り出すために必要なエネルギーが仕事関数であり、仕事関数φと限界波長λ0とは次式の関係がある。

λ0＝ｈｃ／φ （ｈ：ブランク定数、ｃ：光速度）
比較的仕事関数が小さい貴金属の中で、防錆性に優れる金を光電子放出材として選定する。金の仕事関数は５．１ｅＶであるから前記の式より限界波長λ0は２４０ｎｍとなり、前述の殺菌灯からの紫外線によりマイナスイオンを発生する構成となる。

したがって、実施の形態３は、図７に示したマイナスイオン原理を具現化する構造であり、吸込み口１にて吸込まれた空気の一部１４’が空気清浄ユニットを通過すると汚染物質が取り除かれると同時に光電子が気体分子等と結びつきマイナスイオンとなり、空気清浄ユニットから放出される。

以上のように、本実施の形態において、第２の概円筒状の紫外線遮光板内壁表面に金メッキ２１を施したことにより、マイナスイオンも含む、きれいな空気を居室にいる人は享受することができる。

（実施の形態４）
図８は、本発明の実施の形態４における空気清浄ユニットの断面図を示すものである。

図８において、空気清浄ユニット１２は、第１の概円筒状の紫外線遮光板１７の内壁、外壁及び第２の概円筒状の紫外線遮光板１８の内壁に光触媒のコーティングが施されている。

以上のように構成された空気清浄ユニットについて、以下その動作、作用を説明する。紫外線ランプ８から照射された紫外線２０は、第１の紫外線遮光板１７の内壁、外壁や第
２の紫外線遮光板１８の内壁により反射を繰り返し、第１の概円筒状の紫外線遮光板１７の内壁，外壁及び第２の概円筒状の紫外線遮光板１８の内壁に万遍なく紫外線が照射され、光触媒による汚染物質の分解、脱離反応が起る面積が拡大する。

以上のように、本実施の形態において、少なくとも第１の概円筒状の紫外線遮光板１７の内壁に光触媒のコーティング２６を施すことにより、空気清浄ユニットの脱臭性能や除菌性能を向上することができる。

（実施の形態５）
図９は、本発明の実施の形態５における空気清浄ユニットの断面図を示すものである。

図９において、紫外線ランプ８のガラス管表面は、光触媒のコーティング２６が施されている。

以上のように構成された空気清浄ユニットについて、以下その動作、作用を説明する。

光触媒のコーティング２６は薄く紫外線ランプ８からの紫外線の透過率を損なうものではないため、光触媒が坦持された第１，２のフィルター１５，１６及び光触媒がコーティングされた第１，第２の紫外線遮光板１７，１８の脱臭性能や除菌性能を低下させることはない。

また、紫外線強度としては、紫外線ランプのガラス管表面が最大であり、光触媒の強力な酸化力により汚染物質の分解・脱離が加速するとともに空気清浄ユニット内に脱臭や除菌効果が得られる面積が拡大する。

以上のように、本実施の形態において、紫外線ランプ８のガラス管表面に光触媒のコーティング２６が施されることにより、空気清浄ユニットの脱臭性能や除菌性能を向上することができる。

（実施の形態６）
本発明の実施の形態６は、光触媒を光触媒アパタイトとしたものである。

以上のように構成された空気清浄ユニットについて、以下その動作、作用を説明する。

一般的に、この種の空気清浄ユニットの光触媒には酸化チタンが用いられる。これに対し、光触媒アパタイトは、吸着性に優れるカルシウムヒドロキシアパタイトにチタンを導入することにより従来の酸化チタン光触媒に比べて悪臭やウィルスなどを２倍以上効率よく分解できる。これは、光触媒アパタイトが蛋白質や酢酸成分を吸着する性能を有することに起因するもので、酸化チタン光触媒にはこの性能がない。

以上のように、本実施の形態において、空気清浄ユニットに使用される光触媒を光触媒アパタイトとしたことにより、酸化チタンに比べて、汚染物資の分解効率を２倍以上高めることができるとともに、カビやウィルスなどの菌の除菌能力も増し、たばこの臭い成分である酢酸成分除去能力も向上させることができる。

また、汚染節いつの分解効率が２倍以上向上することにより酸化チタン光触媒を用いた場合に比べて、半分の大きさで同等の脱臭性能や除菌性能を有する空気清浄ユニットを構成することができたり、紫外線ランプの点灯時間を減ずることができ、紫外線ランプの長寿命化を図ることもできる。

以上のように、本発明にかかる空気調和機の空気清浄ユニットは、光触媒による臭いや菌などの汚染物質の分解・脱離によりメンテナンス不要となるので、空気清浄器やトイレの消臭器等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における空気清浄ユニットを配した空気調和機を示す断面図 本発明の実施の形態１における空気調和機の空気清浄ユニットの構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１における空気調和機の空気清浄ユニットの他の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１における空気調和機の空気清浄ユニットの作用を示す断面模式図 本発明の実施の形態２における紫外線ランプのガラスの紫外線透過特性図 本発明の実施の形態３における空気調和機の空気清浄ユニットの作用を示す断面模式図 本発明の実施の形態３における空気調和機の空気清浄ユニットのマイナスイオン発生原理を説明する模式図 本発明の実施の形態４における空気調和機の空気清浄ユニットの作用を示す断面模式図 本発明の実施の形態５における空気調和機の空気清浄ユニットの作用を示す断面模式図 従来の空気清浄ユニットを配した空気調和機を示す断面図

符号の説明

８ 紫外線ランプ
１２ 空気清浄ユニット
１５ 第１のフィルター
１６ 第２のフィルター
１７ 第１の紫外線遮光板
１８ 第２の紫外線遮光板
１９ 孔
２１ 金メッキ
２５ マイナスイオン
２６ 光触媒コーティング

Claims (6)

1. 空気調和機の集塵器の風下側に配設され、空気を通風させて当該空気を浄化する第１，第２の概円筒状のフィルターと前記第１，第２の概円筒状のフィルターに坦持された光触媒と前記光触媒を励起させる紫外線ランプと紫外線ランプからの光の漏洩を防ぐ概円筒状の第１，第２の紫外線遮光板とを備え、前記紫外線ランプを中心に、順次、前記第１のフィルターと前記第１の紫外線遮光板と前記第２のフィルター及び前記第２の紫外線遮光板の中心軸と前記紫外線ランプを合わせるように配設するとともに、空気が通風する孔を前記第１，第２の紫外線遮光板上に互い違いに設けたことを特徴とした空気調和機の空気清浄ユニット。
2. 紫外線ランプは殺菌ランプとしたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の空気清浄ユニット。
3. 第２の概円筒状の紫外線遮光板内壁表面に金メッキを施したことを特徴とする請求項１、２に記載の空気調和機の空気清浄ユニット。
4. 少なくとも第１の概円筒状の紫外線遮光板内壁に光触媒をコーティングしたことを特徴とした請求項１に記載の空気調和機の空気清浄ユニット。
5. 紫外線ランプのガラス管表面に光触媒をコーティングしたことを特徴とした請求項１に記載の空気調和機の空気清浄ユニット。
6. 前記光触媒を光触媒アパタイトとしたことを特徴とする請求項１，３，４，５に記載の空気調和機の空気清浄ユニット。

Images