JP2008089290A

JP2008089290A - 空調システム

Info

Publication number: JP2008089290A
Application number: JP2006274112A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Gomi; 弘五味; Hideto Takahashi; 秀人高橋; Hiroki Arakawa; 宏樹荒川
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-10-05
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2026-10-05
Also published as: JP5301772B2

Abstract

【課題】空調対象空間のオゾン濃度をできるだけ低くしつつ、オゾンの分解によって発生させた酸素ラジカルにより空気中の除菌や消臭を行うことができる空調システムを提供する。
【解決手段】空調機１０で空気調和した空気を、給気ダクト１２を経て空調対象空間１１に給気し、空調対象空間１１から排気された空気を、還気ダクト１３を経て空調機１０に戻すように構成された空調システム１であって、空調機１０に内蔵されるエアフィルタ２０を、比色法６０％以上の集塵効率を有する中性能フィルタ３７の上流側に密接させてオゾン分解触媒３６を配置し、前記空調機に外気を取り入れる外気ダクトを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、オゾン分解時に生じる活性酸素を利用して、中性能フィルタに捕捉した菌類の不活化を行う空調システムに関する。

例えばオフィスビルなどの建物内に形成される空調対象空間では、複写機などからホルムアルデヒドやオゾン等の有害化学物質が発生する。従来、そのような空調対象空間で発生した有害化学物質を、チタン酸化物などの光触媒を用いて分解処理する方法が公知である（例えば、特許文献１、２)。また、タンパク分解酵素などを用いて雑菌等を分解処理する方法も公知である（例えば、特許文献３、４)。

また、本出願人は、先に特許文献５において、金属化合物触媒によりオゾンを分解させ、その分解によって発生させた酸素ラジカルにより空気中の除菌や消臭を行う方法を開示している（特許文献５)。

特開２０００−１１７０２１号公報特開２００１−２４６２２７号公報特許３７９０４７９号公報特開２００５−７３４９号公報特開２００６−７５４０２号公報

しかしながら、上記特許文献１、２の方法では、ダクトやチャンバの内部には照明などの光源がなく、ホルムアルデヒドやオゾン等の有害化学物質を分解するためにランプの設置が必要となる。そのため、中央式のビル空調に用いた場合、設備費が高額となり、また、ランプの定期的な清掃や部品交換も必要となってしまう。また、上記特許文献３、４の方法は、酵素を活性化させるために湿度や温度を高めに維持する必要がある。そのため、特許文献３では加熱機構、特許文献４では給水機構や加熱機構を必要とし、機器内部の設置上の節約や設備費が高額となる欠点があった。

一方、上記特許文献５の方法によれば、室内オゾン濃度を５０ｐｐｂ以下の人体に無害な環境を提供しつつ、酸素ラジカルにより空気中の除菌や消臭を速やかに行うことが可能である。しかしながら、室内オゾン濃度はできるだけ低くすることが望ましく、更なる改善が望まれる。

したがって本発明の目的は、空調対象空間のオゾン濃度をできるだけ低くしつつ、オゾンの分解によって発生させた酸素ラジカルにより空気中の除菌や消臭を行うことができる空調システムを提供することにある。

本発明によれば、空調機で空気調和した空気を、給気ダクトを経て空調対象空間に給気し、空調対象空間から排気された空気を、還気ダクトを経て空調機に戻すように構成された空調システムであって、前記空調機に内蔵されるエアフィルタを、比色法６０％以上の集塵効率を有する中性能フィルタの上流側に密接させてオゾン分解触媒を配置した構成とし、前記空調機に外気を取り入れる外気ダクトを備えることを特徴とする、空調システムが提供される。

また、本発明によれば、空調機で空気調和した空気を、給気ダクトを経て空調対象空間に給気し、空調対象空間から排気された空気を、還気ダクトを経て空調機に戻すように構成された空調システムであって、前記空調機に内蔵されるエアフィルタを、比色法６０％以上の集塵効率を有する中性能フィルタの内部にオゾン分解触媒を配置した構成とし、前記空調機に外気を取り入れる外気ダクトを備えることを特徴とする、空調システムが提供される。

これら本発明の空調システムにおいて、前記外気ダクトに、オゾン発生装置を設けても良い。

また、前記還気ダクトに、オゾン発生装置を設けても良い。

また、前記オゾン分解触媒に供給される空気のオゾン濃度が所定の範囲となるように、前記オゾン発生装置の稼動が制御されても良い。

本発明の空調システムによれば、空調対象空間から排気された空気中に含まれるオゾンをオゾン分解触媒で分解し、その分解によって生じた活性酸素により、中性能フィルタで捕集した菌類やアレルゲンを不活性化させると共に、オゾン分解触媒でオゾンを分解させた空気を空調対象空間に給気することにより、空調対象空間内のオゾン濃度を低下させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照にして説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる空調システム１の説明図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

空調機１０と空調対象空間１１の間には、空調機１０から空調対象空間１１に給気する給気ダクト１２と、空調対象空間１１から排気された空気を空調機１０に戻す還気ダクト１３が接続されている。空調対象空間１１は、例えばオフィスビルなどの建物内に形成される居室等である。かかる空調対象空間１１の内部では、複写機などからホルムアルデヒドやオゾン等の有害化学物質が発生している。

空調機１０の内部には、給気ダクト１２と還気ダクト１３の接続位置の間において、プレフィルタ１９、エアフィルタ２０、冷却コイル２１、加熱コイル２２、加湿器２３、送風機２４が順に並べて配置されている。空調機１０の内部において、プレフィルタ１９の上流側にはミキシングチャンバ２５が形成されており、還気ダクト１３を経て空調対象空間１１から排気された空気が、このミキシングチャンバ２５に戻されている。

また、空調機１０には、建物の外部から取り込んだ外気を供給するための外気ダクト３０が接続してある。外気ダクト３０には、外気の取り入れ量を調整するための風量調整ダンパ３１が設けてある。また、外気ダクト３０の外気取り入れ口には、外気ダクト３０内への雨水等の浸入を防ぐためのガラリ３２が取り付けてある。外気ダクト３０を経て空調対象空間１１内に取り込まれた外気は、ミキシングチャンバ２５に供給される。こうして、ミキシングチャンバ２５において、空調対象空間１１から排気された空気と建物の外部から取り込まれた外気が混合され、当該混合された空気が、送風機２４の動力によって、プレフィルタ１９、エアフィルタ２０、冷却コイル２１、加熱コイル２２、加湿器２３の順に通過させられる。なお、プレフィルタ１９は、外気中などに含まれる塵埃等を除去するものである。

図２に示すように、エアフィルタ２０は、粗フィルタ３５、オゾン分解触媒３６、中性能フィルタ３７を積層した構成を有し、上述のように送風機２４の動力によって空調機１０内を流れる空気が、粗フィルタ３５、オゾン分解触媒３６、中性能フィルタ３７の順に通過するようになっている。粗フィルタ３５は、エアフィルタ２０の搬送や取り扱い時におけるオゾン分解触媒３６の飛散防止が主目的である。オゾン分解触媒３６は、活性炭（粒状活性炭もしくは活性炭繊維）、金属酸化物（二酸化マンガン、二酸化チタン、二酸化ニッケルもしくは酸化銅等の１種類あるいは複数の組合せ、さらに銀、白金等の金属が添加されたものを含む）、それらの複合物を単体あるいはバインダーとの混合物として、これを混抄紙法などによりフィルタ形状としたものが用いられる。中性能フィルタ３７は、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアクリル等の樹脂の不織布で構成されるフィルタであり、比色法６０％以上の集塵効率を有している。なお、中性能フィルタ３７は、帯電加工の有無は問わない。粗フィルタ３５、オゾン分解触媒３６、中性能フィルタ３７を積層するに際し、中性能フィルタ３７の上流側にオゾン分解触媒３６を密接させて配置し、オゾン分解触媒３６を通過した空気が直ちに連続して中性能フィルタ３７を通過するように構成する。なお、中性能フィルタ３７の上流側にオゾン分解触媒３６を密接させる場合、中性能フィルタ３７の上流側の全面にオゾン分解触媒３６を密接させても良いし、中性能フィルタ３７の上流側のオゾン分解触媒３６が部分的に密接するように配置させても良い。但し、酸素ラジカルによる除菌、消臭といった作用効果は、中性能フィルタ３７の上流側の全面にオゾン分解触媒３６を密接させた場合の方がより向上する。また、オゾン分解触媒３６と中性能フィルタ３７の組み合わせとして、一般に市販されている活性炭＋中性能フィルタを利用できる。但し、フィルタの向きはメーカ標準とは逆にし、活性炭が上流、中性能フィルタが下流になるように配置する。

図３は、エアフィルタ２０の他の実施の形態を示している。図３に示すエアフィルタ２０は、比色法６０％以上の集塵効率を有する中性能フィルタ３７の内部にオゾン分解触媒３６を配置した構成である。この図３に示すエアフィルタ２０は、中性能フィルタ３７を製作するに際し、表面にオゾン分解触媒を添着した
ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアクリル等の樹脂繊維３７’で不織布状に中性能フィルタ３７を織り込むことにより、中性能フィルタ３７の内部にオゾン分解触媒３６を配置した構成としている。樹脂繊維３７’にオゾン分解触媒を添着させる場合、浸漬法、ローラー法、スプレー法、真空蒸着法、練り込み法等の技術を利用することができる。なお、オゾン分解触媒３６は、活性炭（粒状活性炭もしくは活性炭繊維）、金属酸化物（二酸化マンガン、二酸化チタン、二酸化ニッケルもしくは酸化銅等の１種類あるいは複数の組合せ、さらに銀、白金等の金属が添加されたものを含む）、それらの複合物を単体あるいはバインダーとの混合物としたものを用いることができる。また、樹脂繊維３７’の繊維径は１〜１０μｍ程度であり、ここではチューブ状である。この図３に示したエアフィルタ２０では、粗フィルタ３５は不要である。

エアフィルタ２０の下流側に配置される冷却コイル２１には、冷却水が適宜循環供給され、加熱コイル２２には、温水が適宜循環供給される。これら冷却コイル２１および加熱コイル２２により、空調対象空間１１内に給気される空気の温度が所望の気温に調整されている。

加熱コイル２２の下流側に配置される加湿器２３には、加湿用の水が適宜供給される。加湿器２３により、空調対象空間１１内に給気される空気の湿度が所望の湿度に調整されている。

給気ダクト１２には、風量調整ダンパ４０が設けてある。この風量調整ダンパ４０の開度調整により、空調対象空間１１内に給気される空気の供給量が調整される。

還気ダクト１３には、風量調整ダンパ４１が設けてある。還気ダクト１３には、風量調整ダンパ４１よりも上流側に、排気ダクト４５が接続してある。排気ダクト４５には、風量調整ダンパ４６と送風機４７が設けてあり、空調対象空間１１から還気ダクト１３を経て排気された空気の一部が、送風機４７の動力によって、排気ダクト４５を経て建物の外部に排出されている。なお、こうして排気ダクト４５を通じて排出される排気量は、給気ダクト１２に設けられた風量調整ダンパ４０の開度調整と、還気ダクト１３に設けられた風量調整ダンパ４１の開度調整によって調整される。また、排気ダクト４５の排気口には、排気ダクト４５内への雨水等の浸入を防ぐためのガラリ４８が取り付けてある。

以上のように構成された本発明の実施の形態にかかる空調システム１にあっては、空調機１０において、空調対象空間１１から排気された空気と建物の外部から取り込まれた外気がミキシングチャンバ２５で混合され、当該混合された空気が、送風機２４の動力によって、プレフィルタ１９、エアフィルタ２０、冷却コイル２１、加熱コイル２２、加湿器２３の順に通過して空気調和される。こうして空気調和された空気が、給気ダクト１２を経て空調対象空間１１に給気される。また一方で、空調対象空間１１内の空気が還気ダクト１３に排気され、排気の一部が排気ダクト４５を経て建物の外部に排出され、残りが空調機１０に戻される。こうして、空調機１０から空調対象空間１１に空気を循環供給することにより、空調対象空間１１内の空調が行われる。

ここで、空調対象空間１１の内部では、複写機などからホルムアルデヒドやオゾン等の有害化学物質が発生しており、また一方で、外気中には、０〜１２０ｐｐｂ程度のオゾンが含まれており、更に、菌類（真菌・細菌）や花粉、花粉のオービクル等のアレルゲンなどが含まれている場合もある。花粉のオービクル（１μｍ程度）や菌類に対して高い捕集効率を持つ中性能フィルタ３７を用いることにより、空調機１０において、ミキシングチャンバ２５において混合された空気がエアフィルタ２０を通過する際に、空気中に含まれるホルムアルデヒド等の有害化学物質や菌類、アレルゲンなどの微生物粒子は、中性能フィルタ３７の上流側に確実に捕集されることになる。また、空気中に含まれるオゾンは、オゾン分解触媒３６で分解され、その際に発生する活性酸素によって、中性能フィルタ３７の上流側に捕集された菌類やアレルゲンを不活化させることができる。この場合、オゾン分解のために、オゾン分解触媒３６の近くに照明などの特別な光源を設ける必要が無い。また、活性酸素の寿命は０．１ｍｓ程度と短いが、図２に示したように中性能フィルタ３７の上流側に密接させてオゾン分解触媒３６が配置されているか、あるいは、図３に示したように中性能フィルタ３７の内部にオゾン分解触媒３６が配置されているため、オゾン分解で発生した活性酸素を確実に菌類やアレルゲンに接触させ、それらを不活化させることができる。こうして、有害化学物質やオゾンが除去された清浄な空気が空調対象空間１１に給気され、捕集された菌類あるいは中性能フィルタ３７上で繁殖した菌類が中性能フィルタ３７から脱離して空調対象空間１１内に供給される、いわゆる”二次汚染”も防止され、室内空気質が向上する。また、活性酸素によって、副次的に脱臭、ＶＯＣ分解も行うことができる。

本発明によれば、空調対象空間１１内のオゾン濃度を数ｐｐｂ以下に制御できるので、室内で例えばコピー機等からのオゾンの発生があっても室内オゾン濃度を許容値内（１００ｐｐｂ）にすることが可能となる。また、室内において、オゾンと有機物等の反応による微小粒子の発生も抑制することができる。これにより、設備費が安価で、室内オゾン濃度も低減できて、除菌性能も有する空調システムを提供できる。なお、オゾンと有機物の反応で発生する微小粒子は、中性能フィルタ３７でその多くを捕集できるので、空調対象空間１１内の塵埃濃度を上昇させることを防止できる。

本発明の空調システムは、基本的にはオゾン発生装置を用いず、外気や空調対象空間１１内からの排気中に含まれるオゾンを分解し、利用しているため、設備費を安くすることができる。また、中性能フィルタ３７は、もともと空調機１０に設置されている中性能フィルタと同サイズのものにできるので、空調機１０の改造はほとんど無く、リニューアルにも対応できる。なお、本発明において中性能フィルタ３７の集塵効率を比色法６０％以上とした根拠は次の通りである。即ち、一般に生物粒子の大きさは、細菌：0.5〜10μmで1μm以上のものが多い、真菌：3〜10μmで5μm以上のものが多い、花粉：数10μm、ただし、スギ花粉のオービクルは1μm程度、と言われる。中性能フィルタの性能は、現在のJISでは比色法で測定することになっているが、粒子径を変えて透過率を測定する計数法で測定すると比色法60％程度のフィルタは1μm以上の粒子に対して60〜80%の捕集効率がある。したがって、本発明において比色法６０％以上の集塵効率を有する中性能フィルタ３７を用いれば、ワンパスでも細菌を60%以上、真菌はほとんど全て物理的に捕集できる。さらに、循環系で用いれば何度もフィルタ処理されるため、室内の生物粒子のほとんどが中性能フィルタ３７で物理的に捕集されることになる。しかし、普通の中性能フィルタで捕集された菌類は死滅していないため、空気の脈動で再飛散したり、菌糸を伸ばしてフィルタ下面で胞子を飛散させるいわゆる二次汚染が生じる可能性がある。そこで本発明では、捕集した生物粒子を中性能フィルタ３７上で不活化することで、これらの影響を無くす。即ち、確実に物理的に捕集するために比色法６０％以上の集塵効率を有する中性能フィルタ３７を用い、再飛散や二次汚染の影響を無くすためにオゾン分解触媒３６を利用する。なお、現在のビル空調では中性能フィルタが一般的に用いられている。それは、ビル管法の塵埃濃度を満足するには、中性能フィルタ以上が必要なためである。いわゆるエアコンは、ファンの静圧を大きくできないため、あるいはメンテナンス頻度が多くなりすぎるため、中性能フィルタは付けられないと考えられる。

以上、本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

図４に示すように、外気中に含まれるオゾン濃度は、昼間高く、夜低いのが一般的である。また、空調対象空間１１内からの排気中に含まれるオゾン濃度も、同様に昼間高く、夜低い。夜間や早朝に空調を運転する場合や雨の日など外気中のオゾン濃度が低下する時などに、安定した除菌性能が求められる場合には、図５に示すように、オゾン発生装置（オゾナイザ）５０を還気ダクト１３に設置する。この場合、空調機１０内において、エアフィルタ２０に供給される空気のオゾン濃度をセンサ５１で検出してコントローラ５２に入力し、コントローラ５２によりオゾン発生装置５０の稼動を制御することによって、エアフィルタ２０に供給される空気のオゾン濃度が２０〜３０ｐｐｂ程度になるようにする。

このように、還気ダクト１３に設置したオゾン発生装置５０の稼動を制御することによって、外気中のオゾン濃度の低下に対して、オゾン発生装置５０を運転して、オゾン濃度の不足を補うことができる。還気ダクト１３側にオゾン発生装置５０を設置することによって、空調機１０は改造せずに済むため、改修や設計変更等に対応しやすい。また、空調対象空間１１内からの排気は温湿度が比較的安定しているため、オゾン発生装置５０によるオゾン発生量も安定する利点がある。なお、センサ５１による検出の代わりに、外気中のオゾン濃度の傾向を知ってオゾン濃度が低下する時間だけオゾン発生装置５０をタイマー運転しても良い。また、センサ５１は、オゾン濃度計の他、オゾン濃度と相関の高い紫外線センサなどでも良い。更に、オンラインのオゾン濃度情報で、オゾン濃度が低下した時だけオゾン発生装置５０を運転させても良い。なお、オゾン発生装置５０の稼働時間は極力少なくし、省エネルギーとオゾン発生装置５０のメンテナンスや交換時間の長期化を図ることが望ましい。

その他、オゾン発生装置５０の設置位置は、例えば外気量が循環空気量に比べて圧倒的に多いような場合は、還気ダクト１３に代えて、外気ダクト３０にオゾン発生装置５０を設置しても良い。また、図１、５に示したプレフィルタ１９は省略しても良い。

本発明は、オフィスビルなどの空調に適用できる。

本発明の実施の形態にかかる空調システムの説明図である。中性能フィルタの上流側に隣接させてオゾン分解触媒を配置したエアフィルタの説明図である。中性能フィルタの内部にオゾン分解触媒を配置したエアフィルタの説明図である。外気中のオゾン濃度の経時的変化を示すグラフである。還気ダクトにオゾン発生装置を設けた本発明の実施の形態にかかる空調システムの説明図である。

符号の説明

１空調システム
１０空調機
１１空調対象空間
１２給気ダクト
１３還気ダクト
１９プレフィルタ
２０エアフィルタ
２１冷却コイル
２２加熱コイル
２３加湿器
２４送風機
３０外気ダクト
３５粗フィルタ
３６オゾン分解触媒
３７中性能フィルタ
５０オゾン発生装置

Claims

空調機で空気調和した空気を、給気ダクトを経て空調対象空間に給気し、空調対象空間から排気された空気を、還気ダクトを経て空調機に戻すように構成された空調システムであって、
前記空調機に内蔵されるエアフィルタを、比色法６０％以上の集塵効率を有する中性能フィルタの上流側に密接させてオゾン分解触媒を配置し、
前記空調機に外気を取り入れる外気ダクトを備えることを特徴とする、空調システム。
空調機で空気調和した空気を、給気ダクトを経て空調対象空間に給気し、空調対象空間から排気された空気を、還気ダクトを経て空調機に戻すように構成された空調システムであって、
前記空調機に内蔵されるエアフィルタを、比色法６０％以上の集塵効率を有する中性能フィルタの内部にオゾン分解触媒を配置した構成とし、
前記空調機に外気を取り入れる外気ダクトを備えることを特徴とする、空調システム。
前記還気ダクトに、オゾン発生装置を設けたことを特徴とする、請求項１または２に記載の空調システム。
前記外気ダクトに、オゾン発生装置を設けたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の空調システム。
前記オゾン分解触媒に供給される空気のオゾン濃度が所定の範囲となるように、前記オゾン発生装置の稼動が制御されることを特徴とする、請求項３または４に記載の空調システム。