JP2008036477A - 空気清浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来とほぼ同一の空気浄化度を維持しながら、騒音を一層抑制することができ、しかも使用電力を低減することができる空気清浄装置を提供する。
【解決手段】ケーシング１１と、そのケーシング内に配置される、ケーシング内に空気を吸引する送風機１２、その送風機の出口に連結される消音ボックス１３および前記ケーシングの吹き出し口１５に連結されるＨＥＰＡフィルタ１４とを備えた空気清浄装置１０であり、ＨＥＰＡフィルタ１４は、高さ１３５〜２００ｍｍで、面風速１．５９ｍ／秒における初期圧力損失が２００Ｐａ未満である。
【選択図】図１

Description

本発明は空気清浄装置に関する。さらに詳しくは、低騒音が求められる病院のクリーンルームなどに使用される低騒音タイプの空気清浄装置に関する。

一般的な低騒音タイプの空気清浄装置は、ケーシングと、その内部に収容される送風機、消音ボックス（サイレンサ）およびＨＥＰＡ（High Efficiency Particle Air-filter）フィルタとを備えている。送風機は外部の空気をケーシング内に吸引するものであり、消音ボックスは送風機の出口に連結されて送風機が発生する騒音を抑制する。そしてＨＥＰＡフィルタは、ケーシング下面などに設けられる吹き出し口に連結され、ケーシングから送風される空気を浄化する。さらにケーシングの内面には、グラスウールや発泡樹脂などの吸音材が貼られる。

特許文献１は、送風機と消音ボックスの間に、整流消音チャンバーを介在させた空気清浄装置（ファン付きフィルタユニット）を提案している。この装置は、整流消音チャンバーで空気の流れが整流されるので、消音ボックス内を空気が均一に流れること、および送風機の吐出口が吹き出し口から遠ざかることから、騒音抑制効果が高いとしている。さらに特許文献１には、整流騒音チャンバーの内壁に吸音材を貼設すること、送風機の出口を２方に分けてそれぞれに整流騒音チャンバーを設けること、整流騒音チャンバーで空気の流れを直角に変え、それにより騒音低減作用を増加することが記載されている。
特開２００１−３８１２７

前記従来の空気清浄装置は、騒音の主要な発生源である送風機と、その騒音が室内に導かれる吹き出し口の間に、整流消音チャンバーなどの機器を介在させることにより、あるいは音の伝達経路を複雑にすることにより、騒音の室内への漏れを抑制しようとするものである。しかしこのような機器を介在させたり、伝達経路を複雑にすると、空気抵抗も増大し、送風機の出力を増加させる必要がある。そして送風機出力を増大させることは、騒音の発生も増大することとなり、好ましくない。さらに出力を増加すれば必要とする電力も多くなる。また、空気清浄度を高くしようとすると、ＨＥＰＡフィルタの密度も高くなり、一層、空気抵抗が高くなる。

とくに病院の手術室などでは、空気清浄装置を複数台連結して、空気清浄度をさらに高くすることがあるが、その場合は各装置の騒音が合成され、騒音が大きくなる傾向となる。また、病院では設置する空気清浄装置の台数が多いため、消費電力の低減も要求される。

本発明は、騒音を抑制することができ、しかも使用電力を低減することができる空気清浄装置を提供することを技術課題としている。

本発明の空気清浄装置（請求項１）は、ケーシングと、そのケーシング内に配置される、ケーシング内に空気を吸引する送風機、その送風機の出口に連結される消音ボックスおよび前記ケーシングの吹き出し口に連結されるＨＥＰＡフィルタとを備えており、前記ＨＥＰＡフィルタが、奥行１３５〜２００ｍｍで、定格風量時での面風速１．５９ｍ／秒における初期圧力損失が２００Ｐａ未満であることを特徴としている。

このような空気清浄装置においては、前記ＨＥＰＡフィルタが、面風速０．５９ｍ／秒（処理風量時）におけるユニット吹出口中央から１ｍの騒音値が４０ｄＢ（Ａ）以下であるものが好ましい（請求項２）。

さらに前記送風機の駆動モータを制御する制御回路を備えており、その制御回路が、複数の出力電圧のタップを備えたトランスと、それらのタップとモータの入力端子との接続を切り換える切り換え回路とを備えている空気清浄装置が好ましい（請求項３）。

そのような制御回路を備えた空気清浄装置においては、さらに前記駆動モータが、高出力、中出力、低出力に相当する３個の端子を備えると共に、前記トランスが高電圧、中電圧、低電圧に相当するタップを備えており、前記制御回路が、前記中電圧に相当するタップと中出力に相当する端子との接続で、強風量の運転を行い、前記高電圧に相当するタップと低出力に相当する端子との接続で、中風量の運転を行い、前記低電圧に相当するタップと低出力に相当する端子との接続で、弱風量の運転を行うように構成されているものが好ましい。

本発明の空気清浄装置（請求項１）は、従来の低騒音タイプの空気清浄装置のように、騒音源である送風機と騒音が出ていく吹き出し口の間に物を介在させるという対策をとらず、ＨＥＰＡフィルタを通る空気の圧力損失を低減させることを基本的な対策としている。すなわち、騒音の音源（ＰＷＬ）は、（Ａ）送風機の風量（ＣＭＭ）と静圧（Ｐａ）による成分と、（Ｂ）送風機の静圧効率による成分と、（Ｃ）羽根通過音による成分から構成されており、本発明ではこれらのうち、上記の（Ａ）の送風機の静圧に対応するＨＥＰＡフィルタの圧力損失を減少させることにより、低騒音化を実現したのである。

本発明の空気清浄装置では、ＨＥＰＡフィルタを、奥行１３５〜２００ｍｍで、定格風量時での面風速１．５９ｍ／秒における初期圧力損失２００Ｐａ未満と、従来に比して奥行を高くして、空気が通るフィルタエレメントの面積を増大させ、それにより圧力損失を低減させている。その結果、送風機の出力（軸動力）を抑制することができ、モータ音および羽根の騒音自体を低減させることができる。さらにＨＥＰＡフィルタを通る空気の速度が低下するので、その部位での騒音発生も抑制できる。さらに送風機の出力を低減できるので、使用電力をも少なくすることができる。

このような空気清浄装置において、前記ＨＥＰＡフィルタを、面風速０．５９ｍ／秒（ユニット処理風量）におけるユニット吹出口中央から１ｍの騒音値が４０ｄＢ（Ａ）以下となるようにする場合（請求項２）は、騒音抑制効果が一層高くなり、使用電力も低減できる。

また、前記送風機の駆動モータを制御する制御回路を備えており、その制御回路が、複数の出力電圧のタップを備えたトランスと、それらのタップとモータの入力端子との接続を切り換える切り換え回路とを備えている場合（請求項３）は、従来用いられているモータの出力を小さいレベルで切り換えることができる。すなわち、通常はモータの入力端子を変更してモータ出力を変えるのであるが、この空気清浄装置では、同一のモータを用いて、より低出力の範囲でモータ出力を切り換えるようにすることができる。それにより、従来の空気清浄装置を簡易に本発明の空気清浄装置に変更することができる。

このような出力を低レベルで切り換えることができる空気清浄装置において、前記駆動モータが、高出力、中出力、低出力に相当する３個の端子を備えると共に、前記トランスが高電圧、中電圧、低電圧に相当するタップを備えており、前記切り換え回路が、前記中電圧に相当するタップと中出力に相当する端子との接続で強風量の運転を行い、前記高電圧に相当するタップと低出力に相当する端子との接続で中風量の運転を行い、前記低電圧に相当するタップと低出力に相当する端子との接続で弱風量の運転を行うように構成されている場合（請求項４）は、低レベルのモータ出力の範囲で、従来と同等の３通りに出力を切り換えることができる。

つぎに図面を参照しながら本発明の空気清浄装置の実施形態を説明する。図１は本発明の空気清浄装置の一実施形態を示す一部切り欠き斜視図、図２は図１の空気清浄装置の側面図、図３は図１の空気清浄装置の底面図、図４は図２のIV-IV線拡大断面図、図５は図１の空気清浄装置の制御回路の実施形態を示す電気回路図である。

図１に示す空気清浄装置１０は、略直方体のケーシング１１と、そのケーシング１１の内部に収容される送風機１２、消音ボックス１３およびＨＥＰＡフィルタ１４とを備えている。送風機１２は外部の空気をケーシング１１内に吸引するものであり、消音ボックス１３は送風機１２の出口に連結されて送風機１２が発生する騒音を抑制しつつケーシング１１内に送り出すものである。そしてＨＥＰＡフィルタ１４は、ケーシング１１の下面に設けられる吹き出し口１５に連結され、ケーシング１１から送風される前に空気中の微粒を捕捉して空気を清浄化するものである。

ケーシング１１は、内部の機器を保持すると共に、内部と外部を遮蔽して、外部から吸い込んだ空気をＨＥＰＡフィルタ１４から送り出す空気の流路を形成する。このようなケーシング１１は、たとえば鋼などからなる金属板を折り曲げて組み合わせた箱として構成される。ケーシング１１の背面側（吸い込み側）には、ダクト連結部１７から外部(一次処理空気)の空気をケーシング１１内に導入すると共に、運転停止時にダクト連結部17からの空気が室内側に漏れないよう逆流を防止する逆流防止ダンパ１６が設けられている。ケーシング１１の側面上部には、空気清浄装置１０から離れた位置、たとえば部屋の下方などから空気を吸引するダクトを連結するための円筒状のダクト連結部１７が設けられている。ダクトを連結しない場合は、ダクト連結部１７は閉じておく。さらにケーシング１１の内面には、グラスウールをガラスクロスで押さえた消音材（図４参照）１８が貼られている。消音材としては、発泡樹脂なども使用しうる。

送風機１２は従来公知のものを使用することができ、たとえば両面吸い込み型のシロッコファンなどが用いられる。送風機１２は、略円筒状ないし渦巻き状のケースと、そのケース内に回転自在に支持される羽根と、その羽根を回転駆動するモータと、そのモータの回転のＯＮ／ＯＦＦ制御および出力制御するための制御回路を備えている。モータとしては、０．１〜０．３ｋW程度の単相交流２００V６極型で、出力切り換え用に複数の入力端子を備えているモータが用いられる。送風機１２はフィルタ１４と送風機１２との間の仕切板に固定することができる。図１の符号２０は送風機１２の吸い込み口であり、符号２１は吐出口である。

消音ボックス１３は、図１の空気清浄装置１０では、断面コ字状の幅が広い通路として構成されている。この消音ボックス１３は、金属板あるいは合成樹脂製の板などからなる断面コ字状の本体と、その本体の内面に貼られたグラスウールなどの消音材とから構成されている。図１の消音ボックス１３では、幅が送風機１２のケースの幅より大きいため、吐出口２１を除く後部は閉じている。ケーシング１１の天板１９およびそれに貼られた消音材１８は、消音ボックス１３の上板および消音材を兼ねている。ただし別個に設けてもよい。

この空気清浄装置１０で用いられるＨＥＰＡフィルタ１４は、基本的な構成は従来のＨＥＰＡフィルタと同一であり、アルミニウム押し出し成形品などからなる矩形状の枠１４ａと、その枠の内部に気密に装着したフィルタエレメント１４ｂとからなる。フィルタエレメント１４ｂは、通気性を備えた多孔質シートをジャバラ状に折り畳んだものである。そして一方（図１では上側）の折り目線の隙間から空気を流入させ、多孔質シートを通過させて微粒子を捕捉し、他方（図１では下側）の折り目線の隙間から空気のみを排出させることにより、空気の浄化を行う。

そしてこの空気清浄装置１０では、通常の規格品である奥行１２５ｍｍのＨＥＰＡフィルタよりも奥行（フィルタエレメントの高さ）が高い、奥行１５０ｍｍのものを使用している。ただし奥行１３５〜２００ｍｍの範囲で選択することができる。ＨＥＰＡフィルタ１４の奥行が１３５ｍｍ未満の場合は圧力損失が高くなるため、本発明の空気清浄装置では使用しない。また、奥行が２００ｍｍを超えると、消音ボックス１３と干渉するため、空気清浄装置の高さが高くなり、本発明の空気清浄装置では使用しない。なお、この実施形態では、ＨＥＰＡフィルタ１４の幅および長さ（フィルタエレメントの寸法）はそれぞれ１５０ｍｍである。ただし枠１４ａの一辺の長さは１７５〜２００ｍｍ程度とすることができる。
このように、ＨＥＰＡフィルタ１４の奥行を従来に比して５０ｍｍ程度高くして、空気が通るフィルタエレメントの面積を増大させ、それにより圧力損失を１７５±２０Ｐａ程度まで低減させている。

ＨＥＰＡフィルタ１４としては、たとえばニッタ株式会社製のＥＨＤ−Ａ−Ｄタイプで、捕集効率が、０．３μｍ粒子に対し、９９．９９％以上のものなどが用いられる。さらに定格風量時での面風速１．５９ｍ／秒における初期圧力損失が２００Ｐａ未満のＨＥＰＡフィルタ１４を用いる。このフィルタの性能試験方法は日本工業規格クリーンルーム JIS B 9908（換気エアフィルタユニット）に基づいての試験方法とする。さらにＨＥＰＡフィルタ１４としては、面風速０．５９ｍ／秒（ユニット処理風量）におけるユニット吹出口中央から1ｍ騒音値が４０ｄＢ（Ａ）以下のものが好ましい。それにより騒音を一層低くすることができる。

図１および図２に示すように、逆流防止ダンパ１６は、ケーシング１１の底面側に配置される枠板２２の開口を内側から当接して閉じる板であり、側縁がヒンジで回動自在に枠板に連結されている。それにより、運転時にはダンパ連結部17や空気清浄装置吸込み口２６からの室内空気を内部に通すべく図２のように斜めに開く。逆に運転停止時にはダンパ連結部１７の空気が流入されていても逆流防止ダンパが閉じているので室内側に空気の逆流を防止できる。なお、図２の符号２４はダンパ連結部１７の開口を開閉するサークルシャッタである。

図３に示すように、ケーシング１１の下面の前側（図３の左側）は、パンチングメタル２５で覆われた吹き出し口１５とされている。このパンチングメタル２５は送風される空気がほぼ平行な下向きの流れとなるように、多数の小孔が穿設された金属薄板で構成されている。ケーシング１１の下面の後ろ側（図３の右側）は、空気清浄装置１０の吸い込み口２６であり、同様にパンチングメタル２７で覆われている。吹き出し口１５と吸い込み口２６の間は、送風機１２のメンテナンス用のパネル２８で覆われている。吹き出し口１５のパンチングメタル２５は図４に示すように、ネジ２９（トラス小ネジ）によってケーシング本体１１ａに着脱自在に取り付けている。吸い込み口２６のパンチングメタル２７およびメンテナンス用のパネル２８についても同様である。

図４に示すように、ケーシング本体１１ａの側壁の下部は、外方向に折り曲げられた外曲フランジ３０とされている。そして空気清浄装置１０は、天井材３１に形成した開口３２に挿入され、フランジ３０を建物の天井材３１の下面に当接した状態で、ケーシング１１の天板１９がフィルタ取付(寸切)ボルト３３によって建物の構造材に吊られる。さらにＨＥＰＡフィルタ１４は、他の吊りボルト３４によって支持されるフィルタ取付金具３５の上に保持されている。

つぎに図５を参照して前述の空気清浄装置の制御回路、実質的には送風機のモータの制御回路４０を説明する。この制御回路４０は、送風機のモータＭｆを３段階で制御する公知の制御回路を改造したものである。すなわち、一般的な制御回路では、送風機駆動用のモータＭｆは、出力を大、中、小の３段階に切り換えることができるように、高出力に相当する端子Ｈ、中出力に相当する端子Ｍおよび低出力に相当する端子Ｌの３個の端子を備えている。これらの端子Ｈ、Ｍ、Ｌは、それらと接続されているコイルの抵抗値が異なっていることにより、出力を変更することができる。

そしてこれらの端子Ｈ、Ｍ、Ｌは、交流２００Ｖの商用電源４１とリレーの接点を介して接続され、励磁すべきリレーを選択することにより、モータＭｆの出力を３段階で切り換えることができるようにされている。なお、電源４１とリレーの接点との間にスライドトランスを介在させ、無段階で送風機の出力を変化させるようにしたものもある。これはH,M,L運転全体を電圧の上げ下げさせるものである。

しかし従来の制御回路では、高出力（端子Ｈ）では、風量が１８．５ｍ³／minで、機外静圧が３０Ｐａと大きい半面、騒音値が４７．５ｄＢと高すぎる。そのため、図５の制御回路４０では、高出力に相当する端子Ｈを使用せず、中出力の端子Ｍと低出力の端子Ｌのみを使用する。ただしこれだけでは２段階の切り換えになるので、高電圧、中電圧、低電圧の３個のタップＶｈ、Ｖｍ、Ｖｌを備えたタップ・トランス４２を電源４１とモータＭｆとの間に介在させる。そして３個のリレーＹ1、Ｙ2、Ｙ3でタップと端子の接続を切り換えるように、切り換え回路４３を構成している。

さらに風量の切り換えの段差が少なくなるように、たとえば高電圧のタップＶｈを１８０Ｖ、中電圧のタップＶｍを１７０Ｖ、低電圧のタップＶｌを１６０Ｖとしている。この電圧の差は１０Ｖであるのがよいが、必要なら１６０〜１９０Ｖ程度の範囲内で適宜選択できる。このような制御回路４０では、中電圧のタップＶｍを第１リレーＹ1のＯＮ接点を介してモータＭｆの中出力の端子Ｍに接続し、高電圧のタップＶｈを第２リレーＹ２のＯＮ接点を介して低出力の端子Ｌに接続し、低電圧のタップＶｌを第３リレーＹ３のＯＮ接点を介して同じく低出力の端子Ｌに接続している。そしてこれらの組み合わせにより、出力が少ない範囲で、すなわち強、中、弱風の３段階で調節することができる。

上記のように、高電圧のタップＶｈを中出力の端子Ｍに接続せずに低出力の端子Ｌに接続し、中電圧のタップＶｍを低出力の端子Ｌに接続せずに中出力の端子Ｍに接続することにより、風量調節の段差を小さくすることができる。そしてこのように段差を小さくすることができるので、とくにスライドトランスを介在させる必要がなく、１０Ｖごとにタップを設けた汎用品として販売されている固定トランスを用いても、細かな段差で調節することができる。

３個のリレーＹ1、Ｙ2、Ｙ3のコイル側は、切り換え回路４３を介して操作スイッチＳＷ1、ＳＷ2、ＳＷ3に接続している。詳細な図示は省略するが、各リレーＹ1、Ｙ2、Ｙ3のコイルは、押しボタン型の操作スイッチＳＷ1、ＳＷ2、ＳＷ3を離してもＯＮ状態を維持できるように、それぞれの操作スイッチと対応するリレーのＯＮ接点とを並列に接続した自己保持回路を設けている。さらに他の押しボタンスイッチＳＷ1〜3が押されたときにはそのリレーＹ1〜Ｙ3のコイルの自己保持が解除されるように、そのリレーの自己保持用のＯＮ接点あるいはコイルと他の２個のリレーのＯＦＦ接点とを直列に接続している。なお、符号ＳＷ４は、電源ＯＦＦ用のスイッチである。

図５における符号４４は操作スイッチ用接続端子である。また、符号４5ａはトランスであり、符号４５ｂは交流／直流変換器である。このトランス４5ａおよび交流／直流変換器４５ｂにより交流２００Ｖの電源４１は直流２４Ｖに変換されることによりリレーY1〜Y3の切換が可能となる。符号４６は空気清浄装置の運転積算時間を表示するための遠隔表示ランプである。この遠隔表示ランプ４６は、たとえば図３に示すパネル２８(メンテナンスパネル)などの見えやすい位置に配置する。

上記のように構成される空気清浄装置１０では、操作スイッチＳＷ1〜3のいずれかを押すことにより、風量を強、中、弱の３段階で調節することができる。さらにＨＥＰＡフィルタ１４の圧力損失が少ないことにより、騒音を低減しながら従来とほぼ同程度の風量を確保することができ、空気清浄能力も同程度に発揮する。さらに電力の消費量も低減することができる。ちなみに本発明の実施機と、スライドトランスを用いてかつ奥行１２５ｍｍのＨＥＰＡフィルタを装着した従来機との性能比較を下記表１に示す。

本発明の空気清浄装置の一実施形態を示す一部切り欠き斜視図である。 図１の空気清浄装置の側面図である。 図１の空気清浄装置の底面図である。 図２のＩＶ-ＩＶ線拡大断面図である。 図１の空気清浄装置の制御回路の実施形態を示す電気回路図である。

符号の説明

１０：空気清浄装置、１１：ケーシング、１２：送風機、１３：消音ボックス、１４：ＨＥＰＡフィルタ、１５：吹き出し口、１６：逆流防止ダンパ、１７：ダクト連結部、１８：消音材、１９：天板、２０：送風機の吸い込み口、２１：送風機の出口、２２：枠板、２４：サークルシャッタ、２５：パンチングメタル、２６：空気清浄装置の吸い込み口、２７：パンチングメタル、２８：パネル、２９：ネジ、３０：フランジ、３１：天井材、３２：天井の開口、３３：吊りボルト、３４：フィルタ取付(寸切)ボルト、３５：フィルタ取付金具、４０：制御回路、Ｍｆ：モータ、Ｈ：高出力の端子、Ｍ：中出力の端子、Ｌ：低出力の端子、Ｖｈ：高電圧のタップ、Ｖｍ：中電圧のタップ、Ｖｌ：低電圧のタップ、Ｙ1：第１リレー、Ｙ2：第２リレー、Ｙ3：第３リレー、ＳＷ1、ＳＷ2、ＳＷ3：操作スイッチ、４１：電源、４２：タップ・トランス(電源トランス)、４４：操作スイッチ用接続端子、４３：切り換え回路、４5ａ：トランス、４５ｂ：交流／直流変換器、４６：運転積算表示ランプ

Claims (4)

1. ケーシングと、
   そのケーシング内に配置される、ケーシング内に空気を吸引する送風機、その送風機の出口に連結される消音ボックスおよび前記ケーシングの吹き出し口に連結されるＨＥＰＡフィルタとを備えており、
   前記ＨＥＰＡフィルタが、奥行１３５〜２００ｍｍで、定格風量時での面風速１．５９ｍ／秒における初期圧力損失が２００Ｐａ未満であることを特徴とする空気清浄装置。
2. 前記ＨＥＰＡフィルタの面風速０．５９ｍ／秒（処理風量時）におけるユニット吹出口中央から１ｍの騒音値が４０ｄＢ（Ａ）以下である請求項１に記載の空気清浄装置。
3. 前記送風機の駆動モータを制御する制御回路を備えており、
   その制御回路が、複数の出力電圧のタップを備えたトランスと、それらのタップとモータの入力端子との接続を切り換える切り換え回路とを備えている、請求項１または２に記載の空気清浄装置。
4. 前記駆動モータが、高出力、中出力、低出力に相当する３個の端子を備えると共に、前記トランスが高電圧、中電圧、低電圧に相当するタップを備えており、
   前記切り換え回路が、
   前記中電圧に相当するタップと中出力に相当する端子との接続で、強風量の運転を行い、
   前記高電圧に相当するタップと低出力に相当する端子との接続で、中風量の運転を行い、
   前記低電圧に相当するタップと低出力に相当する端子との接続で、弱風量の運転を行うように構成されている請求項３に記載の空気清浄装置。
   

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