JP2010063524A - 空気清浄機 - Google Patents

Abstract

【課題】高性能且つフィルタ寿命の長い脱臭フィルタ及び集塵フィルタを搭載した空気清浄機を提供することを目的とする。
【解決手段】ガス成分を除去するための脱臭フィルタ１２と、塵埃を除去するための集塵フィルタ１１と、フィルタに風を供給するための送風ファン１３を備えた空気清浄機１０において、前記脱臭フィルタ１２は、粒状吸着剤１８と粒状熱可塑性樹脂１９を混合したものを加熱成形した板状成形体に、複数の円形の通風孔２０を規則的に配列するように設けてなり、通過する気流の風速分布に応じて前記脱臭フィルタ１２の開口率を風速の速い部分は小さく、風速の遅い部分は大きく変化させることにより、前記脱臭フィルタ１２を通過する気流の風速分布を均一にすることを特徴とする空気清浄機１０を提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば悪臭や有害物質などのガス成分を除去する空気清浄機に関するものである。

従来から室内空間の悪臭や有害物質などのガス成分を脱臭するための空気清浄機器が報告されている。脱臭するための方式は様々であるが、空気清浄機内部に搭載された脱臭フィルタによって脱臭するものが一般的である。これらは吸着剤や触媒などの脱臭作用を有する材料をフィルタ化したものが大半を占めるが、材料の形状によってフィルタ化する方式やフィルタ形状も様々である。

例えば、粉末状の材料を用いる場合、材料を抄紙した紙をコルゲート加工して積層したコルゲートハニカムや、プリーツ加工したものが挙げられる。また、材料を有機バインダや無機バインダと一緒に混合し、スラリ状にしたものを、セラミックや紙で加工された基材に浸漬あるいはスプレー噴霧などで添着させたものが挙げられる。また、材料を成形助剤と一緒に混練し、押し出し成型機で成型したものが挙げられる。

また、粒状の材料を用いる場合、網状の袋体に材料を充填したものや、ハニカム基材のセル部分に材料を充填し、脱落防止の網で覆ったものが挙げられる。また、樹脂製のネット状基材にホットメルトで材料を接着したものが挙げられる。

また、繊維状の材料を用いる場合、材料を不織布に加工したものなどが挙げられる。

上に挙げたこれらの脱臭フィルタは一例にすぎないが、対象ガスによって材料の種類や形状を選定し、装置のスペックやコストによって最適なフィルタ形状を選択することが好ましい。また、特に家庭用空気清浄機に搭載される場合は、省エネや低騒音の観点から低圧力損失であることが望まれ、脱臭効率と圧力損失を両立できるようなフィルタであることが好ましい。

しかし、前述したこれら従来の脱臭フィルタは、装置の中に組み込まれた際に筐体内の風路構成や、構成部品、そしてファンなどの送風手段の影響で必ず風速分布が生じ、脱臭フィルタの通風面を通過するガス成分の風量にも分布が生じるため、時間が経過するに伴いフィルタの各部分によって吸着量にムラが生じる。その結果、一枚のフィルタでも破瓜の早い部分と遅い部分が生まれ、フィルタが効率的に使用されず、フィルタの性能寿命が短くなるという課題があった。前記課題の対策としてはフィルタの上流に整流板を設けることが一般的ではあるが、この方法では整流板自身が圧力損失を上昇させる原因となり、省エネ、低騒音化の観点から最良の手段とは言えなかった。

そこで、この課題を解決する手段として特許文献１に記載のものが提案されている。すなわち、臭気成分を除去する脱臭フィルタにおいて、空気の流れ方向に対して垂直断面における中央部と周辺部の脱臭材目付量が異なり、中央部になるに従って脱臭材の目付量が周辺部の目付量よりも多くなるように設定するというものである。
特開平１０−２０２０４７号公報

上記特許文献１に示される従来例にあっては、風速分布を一定に合わせるため、フィルタの中央部と周辺部で異なる基材に脱臭剤を担持させて脱臭剤の目付量を変化させているが、この方法ではある程度の風速分布は解消することはできるが、完全に均一にすることはできず、フィルタ寿命を最大限まで発揮させることができないという課題があった。また、脱臭剤を担持する基材として二種類以上の基材を使用しており、構成部材が多くなるため、フィルタとしての製造が複雑になり、更にコストも高くなるという課題があった。

また、前記従来例にあっては、同一種のフィルタ内で脱臭剤の目付量を連続的または断続的に変化させるために、中央部に活性炭原料の押し出し成形体あるいは金属、樹脂、紙、不織布などのハニカム体に脱臭剤を担持させたものを用いているが、セル密度を連続的または断続的に変化させる場合、押し出し成形体では金型が複雑且つ、大きさにも限度があるという課題があり、また、ハニカム体ではセル密度を変化させることが困難であるため、様々な空気清浄機や脱臭機など各機種によって異なる風速分布に合わせてフレキシブルに脱臭剤の目付量を変化させることが困難であるという課題があった。

また、前記従来例にあっては、脱臭剤を担持する基材としてハニカムあるいは発泡ウレタンなどを用いているため、圧力損失は低くできるが、基材の性質上、脱臭剤の担持量をあまり増やすことができず、耐久性やフィルタ強度に問題があった。

本発明はこのような従来の課題を鑑みてなされたものであり、構成部材を少なく、低コストで製造方法も単純でありながら、脱臭フィルタの開口率を変化させることにより、筐体内で生じる風速分布を均一化し、低圧損でフィルタ寿命の長い脱臭フィルタを搭載した空気清浄機を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明の空気清浄機は、ガス成分を除去するための脱臭フィルタと、塵埃を除去するための集塵フィルタと、フィルタに風を供給するための送風手段を備えた空気清浄機において、前記脱臭フィルタは、粒状吸着剤と粒状熱可塑性樹脂を混合したものを加熱成形した板状成形体に、複数の円形の通風孔を規則的に配列するように設けてなり、通過する気流の風速分布に応じて前記脱臭フィルタの開口率を風速の速い部分は小さく、風速の遅い部分は大きく変化させることにより、前記脱臭フィルタを通過する気流の風速分布を均一にすることを特徴とするものである。

本発明によれば、空気清浄機に搭載された脱臭フィルタについて、粒状吸着剤と粒状熱可塑性樹脂という少ない部材で構成される板状成形体に、径の大きさやピッチの異なる複数の通風孔を任意且つ容易に設けることができるため、多様な風路や送風手段、部品構成から成る様々な空気清浄機においても風速分布を均一化することができ、脱臭フィルタ及び集塵フィルタを効率良く利用することで高性能且つフィルタ寿命の長い空気清浄機を提供することができる。

上記目的を達成するために本発明の空気清浄機は、ガス成分を除去するための脱臭フィルタと、塵埃を除去するための集塵フィルタと、フィルタに風を供給するための送風手段を備えた空気清浄機において、前記脱臭フィルタは、粒状吸着剤と粒状熱可塑性樹脂を混合したものを加熱成形した板状成形体に、複数の円形の通風孔を規則的に配列するように設けてなり、通過する気流の風速分布に応じて前記脱臭フィルタの開口率を風速の速い部分は小さく、風速の遅い部分は大きく変化させることにより、前記脱臭フィルタを通過する気流の風速分布を均一にすることを特徴とするものである。

流体力学的に理想流体と呼ばれる流体は粘性がなく、力を加えても圧縮できない流体として定義されているのに対し、実際の水や気体などの流体は実在流体と呼ばれ、粘性や圧縮性を持っている。そのため、流体間での摩擦を生じるせん断力が作用するため、流路内で流速分布が生じる。気体は水に比べて粘性は低いが、風速が増加するにつれて圧力による体積変化が大きくなり、圧縮性を無視できなくなるため、やはり流路内で風速分布が生じる。

図１は筐体内に設置されたファンによる送風を行ったときのフィルタを通過するガス流の風速分布の断面図を模式的に表したものである。フィルタにおける通風面の圧力損失が一定で、風路内が蛇行や分岐のない平行な風路であれば、一般的に風速分布は図１に示すような分布をとる。すなわち、筐体内の壁部に近い部分ほど風速は小さく、中央部に向かうほど風速は大きくなる。このときガスに含まれる悪臭成分濃度が範囲に寄らず一様であるならば、フィルタを単位時間当たりに通過する悪臭成分の物質量は、壁部と中央部では明らかに差があることになる。

風速と１パスにおけるフィルタの除去性能の関係は、対象となる悪臭物質の化学的性質や温湿度などの外的要因によって異なるであろうが、一般的には風速が低いほど脱臭性能は向上し、その相関は一次反比例の関係に近い。但し、その比率は１：１であることは稀で、風速低下率による１パス脱臭率の向上はそれほど大きくはない。すなわち、風速の差が大きくなればなるほどフィルタが除去する悪臭成分の除去量の差も大きくなり、同じ一枚のフィルタ内であっても、範囲によってその劣化速度が大きく異なるという事態を生じることになる。

また、近年市販されている空気清浄機は以前と比べて多機能化される傾向にあり、それに伴って構成部品点数が増加し、風路構成も複雑になってきている。

これを模式的に示すと図２のような風速分布をとり、フィルタが除去する悪臭成分の除去量は範囲によって更に大きな差が生じる傾向にあると言える。

しかし、筐体内の限られたスペースの中で風速分布を一定にするためには、フィルタの上流側で十分に整流しておくか、フィルタの通風面において部分的に圧力損失を変化させ、ガス流の流量すなわち風速を範囲ごとで一定にする必要がある。整流するには別途整流板を設けるなどの手段が必要であり、整流板自身の抵抗で圧力損失が大幅に上昇してしまうため良策ではない。

そこで、フィルタの圧力損失を部分的に変化させる方法として、脱臭材の目付け量を変化させる方法が考えられる。これは単純に基材への脱臭材担持量を部分的に変化させるか、あるいは前述の特開平１０−２０２０４７号公報に開示されているような、中央部と周辺部で目付量の異なる２種類以上の脱臭素材を用いるという考え方がある。しかし、これらの方法では量産時の生産効率を考えると最良な方法とは言えない。また、図１に示したような単純な風速分布を持つ場合においてはこれらの方法でも無難に対応できるが、図２に示すような複雑な風速分布を持つ筐体の場合には対応することは困難である。

本発明では粒状吸着剤と粒状熱可塑性樹脂という少ない部材で構成される板状成形体に径の大きさやピッチの異なる複数の通風孔を任意且つ容易に設けることで脱臭フィルタの部分ごとで開口率を変化させ、圧力損失を制御することができる。すなわち本発明は、脱臭材の担持量や、基材の素材を制御するのではなく、通風孔の開口率を制御するという考え方から導き出したものであり、これまでは対応できなかった複雑な風速分布であっても通風孔の径の大きさあるいはピッチを部分的に変更することで容易に対応でき、多様な風路や送風手段、部品構成から成る様々な空気清浄機においても風速分布を一定に制御することで、効率の高い脱臭フィルタを搭載した空気清浄機を提供することができる。また、脱臭フィルタの風速分布を一定にすることで、脱臭フィルタの上流及び下流の風速分布も均されるため、空気清浄機内に搭載された集塵フィルタにおいても風速分布が一定になり、フィルタが均一に効率よく利用され、全体的にフィルタ寿命の長い空気清浄機を提供することができるという作用を有する。

脱臭フィルタに複数の通風孔を設ける手段としては幾つかの方法が考えられ、例えば針状突起を多数有する型枠に粒状吸着剤と粒状熱可塑性樹脂を混合したものを充填し、加熱成形後に型枠を抜き取るという方法が考えられる。しかし、この方法では無数に密集して立てられた針状突起に粒状吸着剤を充填するのは生産効率を考えると好ましいとは言えない。

また、加熱成形した板状成形体に穴抜き加工を施すという方法が考えられる。これは例えばパンチングメタルを製造するように、複数のパンチを有する機械を用いて板状成形体の端部から連続的に穴抜き加工を施すというものであるが、この方法では通風孔の大きさやピッチを部分ごとに変化させることが困難であり、また、穴抜き加工した断面の粒状吸着剤が破損し、粉落ちの原因になってしまうだけでなく、穴抜きした欠片がロスとなり、材料を効率的に利用できない。また、加工する板状成形体の厚みの制限も大きく、あまり分厚い成形体には加工が困難である。

そこで本発明では、通風孔を設ける手段として、図３に示すような複数の先端の尖った針状の突起を有する型を用いて、これを板状成形体に突き刺して通風孔を設ける方法を用いることにした。こうすることで一本の針状突起に対して一個の通風孔を形成するため、針状突起を任意に配置することでその配置に対応した通風孔が容易に形成できるという作用を有する。尚、板状成形体は、型枠に粒状吸着剤と粒状熱可塑性樹脂を混合したものを充填し、加熱成形後、加熱された状態で複数の針状突起を有する型を突き刺して通風孔を設けることが好ましい。こうすることで突き刺した針状突起によって加熱状態の板状成形体は容易に押し広げられ、通風孔を設けることができるという作用を有する。

また、板状成形体を過熱成形する際にプレス成形する方法を用いても良い。こうすることで短時間に板状成形体を形成することができ、生産性を大幅に向上させることができるという作用を有する。

また、板状成形体を加熱成形すると同時に複数の針状突起を有する型を突き刺して通風孔を設ける方法を用いても良い。こうすることで一度の工程で通風孔を設けた脱臭フィルタを形成することができ、生産性を大幅に向上させることができるという作用を有する。尚、このとき型枠及び針状突起を有する型を同時に加熱しておくことで、熱可塑性樹脂は型枠及び針状突起の熱によって直に熱せられるため、加熱時間を大幅に短縮することができるという作用を有する。

また本発明では、脱臭フィルタを形成する板状成形体が、粒状吸着剤と粒状熱可塑性樹脂で構成されていることを特徴としている。通常、表面を介して吸着性能を発現する粒状吸着剤の表面を粒状熱可塑性樹脂が被覆してしまうと、ガス成分の粒状吸着剤表面への到達や粒状吸着剤からのガス成分の放出が妨げられるので機能性を発現できなくなってしまう。

そこで、粒状吸着剤を成形あるいはフィルタ化するような場合、粒状吸着剤の表面を覆わないように最小限の接着面積で固定化することが求められる。しかし、こうした場合は粒状吸着剤との接着面積が少なくなるので接着強度が弱くなり、振動や衝撃によって粒状吸着剤が脱落することが多い。

本発明では、粒状吸着剤と粒状熱可塑性樹脂を混合して過熱成形することで、熱可塑性樹脂が架橋の役割を果たし、板状成形体の粒状吸着剤同士が点接着されるため、粒状熱可塑性樹脂による吸着剤の被覆を最小限に抑えつつ、振動や衝撃にも強い脱臭フィルタを提供することができるという作用を有する。

また、脱臭フィルタの配列する通風孔の径を、風速の速い部分は小さく、風速の遅い部分は大きくすることを特徴とするものである。

通風孔の径は針状突起の径を変更することで容易に変化させることができる。こうすることで脱臭フィルタを流れる気体流の風速分布に合わせて、板状成形体に設ける通風孔のサイズを変えて容易に開口率を制御することにより、フィルタを通過する気体流の風速分布を均一にすることができるという作用を有する。

また、風速の速い部分から風速の遅い部分にかけて、通風孔の径を小さい径から大きい径へと連続的に変化させることを特徴とするものである。

風速分布は断続的な変化ではなく、程度の違いはあるものの連続的に変化する。従来のフィルタ構造では吸着剤の充填密度を変化させたり、ハニカムのピッチや大きさを変化させることで、ある程度の風速分布の変化に対応することは可能であったが、連続的な変化には対応できなかった。本発明では針状突起の径を連続的に小刻みに変化させることも容易であり、どのような複雑な風速分布を持つ場合にも対応でき、フィルタを通過する風速分布を一定にすることができるという作用を有する。

また、脱臭フィルタに設けられた通風孔の径Ｒが０．５ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とするものである。

気体が広い風路からフィルタに設けられた小さい通風孔へと通り抜けるとき、気体は圧力抵抗を受け、これが圧力損失となる。風路の断面積変化が大きいほど圧力損失も大きく、例えば１０ｃｍ²の通風孔が１個設けられたものと、１ｃｍ²の通風孔が１０個設けられ同一の風路があった場合、開口面積はどちらも１０ｃｍ²であるが、１ｃｍ²の通風孔が１０個設けられた風路の方が圧力損失は大きい。また、前述したように気体は水などの液体に比べて粘性が低く、風速が低いときは粘性による抵抗は無視できるレベルであるが、通風路を通過するとき、風速は瞬間的に上昇するため粘性抵抗が生じ、これも圧力損失の原因となる。すなわち、通風孔の径をあまり小さくすると、通風孔の数を増やして開効率を確保したとしても圧力損失が大きくなりすぎてエネルギーロスの原因や、騒音の原因となってしまう。逆に通風孔の径をあまり大きくすると、圧力損失は低く抑えることは可能であるが、吸着剤とガスとの接触効率が下がってしまい、脱臭性能が低下する原因となってしまう。

本発明のように通風孔の径Ｒを０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲にすることで低い圧力損失でありながら、脱臭性能の高い脱臭フィルタを提供することができるという作用を有する。

また、脱臭フィルタの配列する通風孔間のピッチを、風速の速い部分は広く、風速の遅い部分は狭くすることを特徴とするものである。

通風孔のピッチは針状突起のピッチを変更することで容易に変化させることができる。こうすることで脱臭フィルタを流れる気体流の風速分布に合わせて、板状成形体に設ける通風孔のピッチを変化させることにより開口率を制御することができ、フィルタを通過する気体流の風速分布を均一にすることができるという作用を有する。

また、風速の速い部分から風速の遅い部分にかけて、通風孔間のピッチを広い間隔から狭い間隔へと連続的に変化させることを特徴とするものである。

風速分布は断続的な変化ではなく、程度の違いはあるものの連続的に変化する。従来のフィルタ構造では吸着剤の充填密度を変化させたり、ハニカムのピッチや大きさを変化させることで、ある程度の風速分布の変化に対応することは可能であったが、連続的な変化には対応できなかった。本発明では針状突起のピッチを連続的に変化させることも容易であり、どのような複雑な風速分布を持つ場合にも対応でき、フィルタを通過する風速分布を一定にすることができるという作用を有する。

また、同径の通風孔間のピッチＰが１．２Ｒｍｍ〜２．５Ｒｍｍであることを特徴とするものである。

本発明による脱臭フィルタを構成している板状成形体は吸着剤とバインダ成分から構成されており、吸着剤同士がバインダの点接着により保持されている状態である。つまり、吸着剤が骨材としての機能も果たしており、通風孔を設ける際、ピッチ間隔が脱臭フィルタ全体の強度に大きく影響する。つまり、ピッチが狭すぎると、通風孔同士の間で形成される壁の厚みが薄くなり、強度が弱くなってしまう。逆にピッチが広すぎると壁の厚みが厚くなりすぎて通風孔をガスが通過する際、壁の内部にまでガスが行き渡り難くなり、吸着剤が有効に使用されなくなってしまう。通風孔間のピッチＰと脱臭フィルタの強度は通風孔の径Ｒにも関係しており、Ｐ＝１．２Ｒ〜２．５Ｒの範囲にすることで強度を保ちながら脱臭性能の高い脱臭フィルタを提供することができるという作用を有する。

また、気体流の方向に対して垂直断面における脱臭フィルタの面積に対する通風孔の開孔率が１４％〜６５％であることを特徴とするものである。

通風孔の配列については脱臭フィルタの仕様に合わせて任意に様々な配列を選ぶことができるが、最も最密に配列するには一つの通風孔を中心に６０度間隔で配列するのがよく、これは正六角形が配列したハニカム構造に近い形状となる。この配列であれば隣り合う通風孔同士のピッチが一定となるので、強度、性能を両立できる脱臭フィルタを提供できる。本発明によると、通風孔の開効率を１４％〜６５％の範囲にすることで、上述した最密の配列条件で通風孔を設けたとき、低い圧力損失でありながら、強度と脱臭性能を両立できる脱臭フィルタを提供することができるという作用を有する。

また、粒状吸着剤の粒子径に対する粒状熱可塑性樹脂の粒子径比が０．１〜１であることを特徴とするものである。

粒状熱可塑性樹脂にはホットメルトと呼ばれる樹脂粉末が用いられ、このホットメルトの粒径によって接着部の厚みや接着面積を制御することが可能となる。しかし、被接着物となる粒状吸着剤の粒子径に対してホットメルトの粒子径があまりにも小さすぎると、粒状吸着剤表面の大部分を溶融したホットメルトが被覆してしまい、脱臭性能が低下してしまう。また、被接着物となる粒状吸着剤の粒子径に対してホットメルトの粒子径が大きくなりすぎると、均一に混合することが困難となり、その結果、接着強度が不十分な部分ができてしまい、粒状吸着剤が脱落してしまう。そこで粒状吸着剤の粒子径に対する熱可塑性樹脂の粒子径比が０．１〜１の範囲にすることにより、接着強度を十分に保持しつつ、脱臭性能の高い脱臭成形体を形成することが可能であるという作用を有する。

また、粒状吸着剤に対する粒状熱可塑性樹脂の混合重量比が５％〜３０％であることを特徴とするものである。

粒状吸着剤と粒状熱可塑性樹脂を混合し、過熱成形することによって、粒状熱可塑性樹脂が粒状吸着剤どうしを接着し、脱臭成形体を形成することが可能であるが、混合重量比が５％以下では接着強度が弱く、板状成形体を形成することは困難であり、また混合重量比が３０％以上では強度は高くなるが、樹脂成分多くなりすぎて吸着剤表面の大部分を覆ってしまい、脱臭性能が低下してしまう。粒状吸着剤に対する粒状熱可塑性樹脂の重量混合比を５％〜３０％の範囲にすることで高い機械強度を持った脱臭成形体を形成可能であり、且つ高い脱臭性能を持たせることができるという作用を有する。

また、粒状熱可塑性樹脂のメルトマスフローレートが１００以下であることを特徴とするものである。

メルトマスフローレート（以下ＭＦＲ）とはポリマー樹脂の溶融粘度の指標であるが、分子量とも相関をとるため、ポリマー樹脂の分子量の尺度として用いられる。測定方法はＪＩＳ Ｋ ７２１０：１９９９に規定されており、シリンダーの中で１９０℃に加熱した樹脂に、２．１６ｋｇの荷重をかけて、細孔（オリフィス）から１０分間に流れ出る字樹脂の量を測定するというものである（単位はｇ／１０分）。

すなわち、ＭＦＲが大きい熱可塑性樹脂ほど粘性が低く、加熱時に流動性を持つということであるが、板状成形体を形成時に加熱する際、ＭＦＲが大きすぎると溶融した熱可塑性樹脂が重力によって沈降し、フィルタの厚み方向で濃度勾配ができてしまう。つまり、上層部の接着強度は弱まり、下層部では熱可塑性樹脂によって吸着剤が覆われ、強度、脱臭性能ともに低下してしまう恐れがある。

そこで、ＭＦＲを１００以下にすることで、加熱時の熱可塑性樹脂の沈降を抑制し、吸着剤と均一に混合したままの状態で接着されるため、強度と脱臭性能の高い脱臭フィルタを提供することができるという作用を有する。

また、粒状吸着剤が、粒状活性炭であることを特徴とするものである。

粒状活性炭はイオン交換樹脂などの他の粒状吸着剤に比べて安価であり、また、活性炭には様々なサイズの細孔が存在していることから、広範囲にわたる臭気を吸着可能であり、様々な臭気が混在する家庭などの生活空間を脱臭するのに最も適している。また、粒状活性炭に添着薬剤を添着することで、通常の活性炭では吸着困難である臭気に対しても対応が可能であり、優れた脱臭フィルタを作製することが可能であるという作用を有する。尚、粒状活性炭としては製造方法によって幾つかの種類が挙げられるが、脱臭性能と活性炭自体の強度が確保できれば如何なるものを用いても良く、例えば破砕炭や、粉末炭をバインダと混合して固めた造粒炭などが好ましい。

また、粒状活性炭の平均粒径は１００μｍ〜１０００μｍの範囲であることが好ましい。活性炭は製造方法によって様々な粒子径に制御が可能であり、例えば粒子径が数十μｍ程度の微粉末のものから、粒子径が数ｍｍ程度の破砕炭や造粒炭などがある。これらをフィルタ化する場合、微粉末のものでは一度バインダ成分と混合し、スラリ状にした上で成形あるいは基材等に担持するやり方が一般的であるが、成形するためには多くのバインダ成分が必要であり、その結果バインダによって活性炭の細孔が埋没してしまうために、活性炭へのガス成分の接触が妨げられ、脱臭性能が大幅に低減してしまう恐れがあり、また、バインダ成分を減らすと接着強度が弱く、微粉末の粉落ちが発生してしまう恐れがある。

一方、粒子径が数ｍｍ程度の大きいものになると、活性炭同士が重なり合う部分に大きな隙間が形成されることになるため、全体的に空隙の多いフィルタとなってしまう。これだと活性炭の重量を確保できず、脱臭性能が低下するだけでなく、本発明では活性炭自体が骨材の役割を果たしているため、フィルタとしての強度が弱くなってしまう恐れがある。そこで粒状活性炭の粒子径を１００μｍ〜１０００μｍの範囲にすることで、粒状熱可塑性樹脂による活性炭の埋没を防ぎ、活性炭の重量を確保することで強度と脱臭性能の高い脱臭フィルタを提供できるという作用を有する。

また、粒状熱可塑性樹脂の溶融温度が８０℃〜１４０℃であることを特徴とするものである。

粒状活性炭に添着する添着薬剤は熱によって変成や分解して性能が低下してしまう可能性がある。溶融温度が８０℃〜１４０℃の範囲である粒状熱可塑性樹脂を用いることで、添着薬剤の性能を低下させることなく、脱臭フィルタを成形することができるという作用を有する。

また、薄く成形した複数の板状成形体に、同じ配列で通風孔を設けた脱臭フィルタを重ね合わせて、一枚の脱臭フィルタとすることを特徴とするものである。

近年、生活習慣の多様化により、生活空間に発生する臭い物質は何百、何千種類と数も性質も多種多様になっているが、これらの膨大な臭い成分を大きく分類すれば、酸性ガス、塩基性ガス、中性ガスの３種類に分類することができる。吸着剤方式による脱臭の場合、前記３種類の成分ガスが共存しているような混合系では、各成分ガスの相互影響を受けるため、吸着剤の接触順序が重要となる。例えば塩基性ガスの存在下では酸性ガスの脱臭性能が良化する傾向にあるため、上流に酸性ガス用吸着剤を配置することが効率的であり、また同様に塩基性ガス存在下では、中性ガスの脱臭性能は悪化する傾向にあるため、下流に中性ガス用吸着剤を配置することが効率的であると言える。しかし、空気清浄機の筐体内という限られた空間の中ではそれぞれ異なる性質の脱臭フィルタを独立して通風方向に対して直列に積層することは難しく、せめてそれぞれ異なる性質の吸着剤を混在させて１枚の脱臭フィルタに成形することが対応策となるが、これでは効率的な脱臭は難しいと言える。また、異なる添着薬剤同士が接触することで反応し、変成や分解を起こすことで添着薬剤が性能劣化するという問題も生じる可能性がある。

本発明における脱臭フィルタは、粒状吸着剤自身が骨材の役割も果たしているため、別途担持基材を必要としない。更に粒状熱可塑性樹脂と混合し、加熱成形することで非常に成形性と強度にも優れている。また、通風方向に厚みを持たせて成形した脱臭フィルタの塊をスライスして一枚の脱臭フィルタに加工する様な押し出し成形ハニカムやコルゲートハニカムと違い、本発明の脱臭フィルタは一枚ごと成形することを特徴としている。これらの理由から本発明の脱臭フィルタは厚みを薄く成形することが可能である。例えば平均粒径が５００μｍの粒状吸着剤を用いた場合、厚みが約１ｍｍの非常に薄い脱臭フィルタも成形可能である。

このように薄く成形した複数の板状成形体に同じ配列で通風孔を設けた脱臭フィルタを用いることで、例えば脱臭特性の異なる粒状吸着剤あるいは異なる性質の添着薬剤を添着した活性炭をそれぞれフィルタ化すれば、重ねれば１枚の脱臭フィルタであるが、上流側から下流側にかけて被処理空気が通過する間に、異なる脱臭特性を持つ脱臭フィルタを順番に通過することになる。こうすることで様々な異なる性質の臭気を効率よく脱臭できる脱臭フィルタを作製可能であるという作用を有する。

また、臭気の質や強度に合わせて重ねる枚数を変更するなどの脱臭フィルタの設計が容易に可能であるという作用を有する。

また、重ね合わせた脱臭フィルタにガイドを設けて、通風孔を揃えることを特徴とするものである。

多数の通風孔を有するフィルタを複数枚重ね合わせるとき、それぞれの通風孔がずれてしまうと大幅に圧力損失が上昇してしまう。特に本発明のように通風孔の径やピッチがフィルタ内で変化している場合、少しでもフィルタ同士がずれると圧力損失に大きく影響してしまう。こうすることで重ね合わせることによる圧力損失の上昇を最小限に抑えることができるという作用を有する。

また、集塵フィルタの上流に脱臭フィルタを配置することを特徴とするものである。

こうすることで脱臭フィルタの下流に配置された集塵フィルタにおいても風速分布が一定になり、フィルタが均一に効率よく利用され、全体的にフィルタ寿命の長い空気清浄機を提供することができるという作用を有する。

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が、本発明はこれに限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明による空気清浄機の概略図を図４に示す。図４に示すように空気清浄機１０は、集塵フィルタ１１、脱臭フィルタ１２、送風ファン１３を備えてなり、脱臭フィルタ１２は集塵フィルタ１１の直ぐ下流側に配置されている。空気清浄機１０は吸い込み口１４から吸い込んだ汚染空気１６に含まれる埃などの微粒子を集塵フィルタ１１で補修したあと、悪臭の原因となるガス成分を脱臭フィルタ１２で吸着除去し、吹き出し口１５から清浄空気１７を供給するものである。

次に、脱臭フィルタの概略図及び拡大した模式図を図５に示す。脱臭フィルタ１２は粒状吸着剤１８と粒状熱可塑性樹脂１９を混合したものを加熱して板状成形体を形成し、板状成形体の通風方向に対して垂直な面に複数の通風孔２０を設けている。粒状吸着剤１８と粒状熱可塑性樹脂１９を均一に混合し加熱成形された本発明による脱臭フィルタ１２は、粒状熱可塑性樹脂１９が架橋の役割を果たし、粒状吸着剤１８同士が点接着されるため、溶けた粒状熱可塑性樹脂１９による粒状吸着剤１８の被覆を最小限に抑えつつ、振動や衝撃にも強く、粒状吸着剤１８が脱落することを防止している。

粒状吸着剤としては破砕炭や造粒炭などの粒状活性炭やイオン交換樹脂などが挙げられ、強度があり、熱可塑性樹脂との接着性が確保できるものであることが好ましい。中でも粒状活性炭は強度にも優れ、イオン交換樹脂などの他の粒状吸着剤に比べて安価であり、また、活性炭には様々なサイズの細孔が存在していることから、広範囲にわたる臭気を吸着可能であり、様々な臭気が混在する家庭などの生活空間を脱臭するのに最も適している。また、粒状活性炭に添着薬剤を添着することで、通常の活性炭では吸着困難である臭気に対しても対応が可能であり、優れた脱臭フィルタを作製することが可能であることから粒状吸着剤としてより好ましい。尚、粒状吸着剤の種類は脱臭の対象となるガスの性質に合わせて選ぶことができ、１種類あるいは２種類以上の粒状吸着剤を組み合わせても良い。また、粒状吸着剤の粒子径としては１００μｍ〜１０００μｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは２５０μｍ〜５００μｍの範囲である。こうすることで、樹脂膜による吸着剤の埋没を防ぎ、脱臭性能の低下を抑制する作用を有する。

また、粒状熱可塑性樹脂としてはホットメルトと呼ばれる樹脂粒子が好ましく、その材質としては、例えばポリオレフィン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ウレタン系樹脂あるいはポリアミド系樹脂等が挙げられる。また、粒状熱可塑性樹脂の粒子径としては、粒状吸着剤の粒子径に対する粒状熱可塑性樹脂の粒子径比が０．１〜１の範囲であることが好ましい。こうすることで接着強度を十分に保持しつつ、脱臭性能の高い脱臭フィルタを形成することが可能であるという作用を有する。

また、粒状熱可塑性樹脂の溶融粘度の指標としてＪＩＳで規格化されているメルトマスフローレート（ＭＦＲ）は１００以下であることが好ましく、より好ましくは７０以下である。こうすることで加熱時の粒状熱可塑性樹脂の沈降を抑制し、粒状吸着剤と均一に混合したままの状態で接着されるため、強度と脱臭性能の高い脱臭フィルタを提供することができるという作用を有する。

また、粒状吸着剤に対する熱可塑性樹脂の混合重量比は５％〜３０％であることが好ましく、より好ましくは１０％〜２０％の範囲である。混合重量比が５％以下では接着強度が弱く、脱臭フィルタを形成することは困難であり、また混合重量比が３０％以上では強度は高くなるが、樹脂成分多くなりすぎて吸着剤表面の大部分を覆ってしまい、脱臭性能が低下してしまう。粒状吸着剤に対する粒状熱可塑性樹脂の重量混合比を前記範囲にすることで高い機械強度を持った脱臭フィルタが成型可能であり、且つ高い脱臭性能を持たせることができるという作用を有する。

（実施の形態２）
本発明による空気清浄機の別の脱臭フィルタの概略図を図６に示す。図５と同じ構成、作用は、同一番号を付し、説明は省略する。

図６に示すように脱臭フィルタ１２は、粒状吸着剤１８と粒状熱可塑性樹脂１９を混合したものを加熱して成形した板状成形体を複数枚用い、各板状成形体の通風方向に対して垂直な面にそれぞれ径の異なる複数の通風孔２０を設けた加工フィルタ２１を複数枚並列に組み合わせて成る。

本実施の形態では同径の針状突起のみで構成される型を異なる径ごとに数種類用意し、通風孔２０の径及びピッチの異なる数種類の加工フィルタ２１を作製し、これらを並列に組み合わせて全体で１枚の脱臭フィルタ１２としているため、組み合わせによって様々な風速分布にも容易に対応できるという作用を有する。尚、それぞれ同径の針状突起で通風孔２０を設けた加工フィルタ２１内でピッチを任意に変更しても良い。

（実施の形態３）
本発明による空気清浄機の別の脱臭フィルタの概略図を図７に示す。図５、図６と同じ構成、作用は、同一番号を付し、説明は省略する。

図７に示すように脱臭フィルタ１２は、粒状吸着剤１８と粒状熱可塑性樹脂１９を混合したものを薄く成形した３枚の板状成形体に、同じ孔経、ピッチ、配列で通風孔２０を設けて脱臭フィルタ（Ａ）２２、脱臭フィルタ（Ｂ）２３、脱臭フィルタ（Ｃ）２４を成形し、それら３枚の脱臭フィルタを上流側から脱臭フィルタ（Ａ）２２、脱臭フィルタ（Ｂ）２３、脱臭フィルタ（Ｃ）２４の順番でそれぞれの通風孔２０が完全に一致するように重ね合わせて一枚の脱臭フィルタ１２とし、重ねたフィルタがずれないように数箇所の通風孔２０に３枚の脱臭フィルタを貫通するように通風孔２０と同径の棒状のガイド２５を挿入している。

脱臭フィルタ（Ａ）〜（Ｃ）にはそれぞれ異なる臭気に対応した粒状吸着剤あるいは異なる添着薬剤が添着された粒状活性炭が用いられており、脱臭フィルタ（Ａ）は酸性ガス用、脱臭フィルタ（Ｂ）は塩基性ガス用、脱臭フィルタ（Ｃ）は中性ガス用の粒状吸着剤によって形成されている。このようにそれぞれ性質の異なる粒状吸着剤を独立してフィルタ化し、汚染空気の流れに対して直列に積層して１枚の脱臭フィルタとすることによって、多種多様な悪臭成分が存在する場合であっても効率よく脱臭することができる。

ガイドは、複数枚の脱臭フィルタを重ねたときに通風孔同士がずれないようなやり方であればいかなる形式を用いても効果に差異はないが、本実施の形態のように、数箇所の通風孔に３枚の脱臭フィルタを貫通するように通風孔と同径の棒状のガイドを挿入することでほとんど各フィルタの通風孔がずれることはなく、圧力損失の上昇を最小限に抑えることができる。

（実施の形態４）
本発明による空気清浄機の概略図を図８に示す。図４〜図８と同じ構成、作用は、同一番号を付し、説明は省略する。図８に示すように空気清浄機１０は、集塵フィルタ１１、脱臭フィルタ１２、送風ファン１３を備えてなり、脱臭フィルタ１２は集塵フィルタ１１の上流側に配置されている。空気清浄機１０の吸い込み口１４から吸い込まれた汚染空気１６は、風速分布に合わせて通風孔２０の孔経あるいはピッチを変化させた脱臭フィルタ１２によって、風速分布が均一になり、風速分布が均一になった状態で下流に設置された集塵フィルタ１１を通過する。こうすることにより、脱臭フィルタ１２及び集塵フィルタ１１共に捕集ムラがなくなり、フィルタが均一に効率よく利用され、全体的にフィルタ寿命の長い空気清浄機１０を提供することができる。

本発明の空気清浄機を用いることにより、空気清浄機に搭載された脱臭フィルタによって多様な風路や送風手段、部品構成から成る様々な空気清浄機においても風速分布を均一化することができるため、脱臭フィルタ及び集塵フィルタを効率良く利用することで高性能且つフィルタ寿命の長い空気清浄機を提供することができる。

筐体内における一般的な風速分布の概略断面図 風路が複雑化した筐体内における風速分布の概略断面図 複数の針状突起を有した型の概略図 実施の形態１の空気清浄機の概略図 実施の形態１の脱臭フィルタの概略図及び脱臭フィルタを拡大した模式図 実施の形態２の脱臭フィルタの概略図 実施の形態３の脱臭フィルタの概略図 実施の形態４の空気清浄機の概略図

符号の説明

１ 通風方向
２ 筐体
３ フィルタ
４ 送風手段
５ 風速分布
６ 風路
７ 型
８ 針状突起
９ 土台部
１０ 空気清浄機
１１ 集塵フィルタ
１２ 脱臭フィルタ
１３ 送風ファン
１４ 吸い込み口
１５ 吹き出し口
１６ 汚染空気
１７ 清浄空気
１８ 粒状吸着剤
１９ 粒状熱可塑性樹脂
２０ 通風孔
２１ 加工フィルタ
２２ 脱臭フィルタ（Ａ）
２３ 脱臭フィルタ（Ｂ）
２４ 脱臭フィルタ（Ｃ）
２５ ガイド

Claims (16)

1. ガス成分を除去するための脱臭フィルタと、塵埃を除去するための集塵フィルタと、フィルタに風を供給するための送風手段を備えた空気清浄機において、前記脱臭フィルタは、粒状吸着剤と粒状熱可塑性樹脂を混合したものを加熱成形した板状成形体に、複数の円形の通風孔を規則的に配列するように設けてなり、通過する気流の風速分布に応じて前記脱臭フィルタの開口率を風速の速い部分は小さく、風速の遅い部分は大きく変化させることにより、前記脱臭フィルタを通過する気流の風速分布を均一にすることを特徴とする空気清浄機。
2. 配列する通風孔の径を、風速の速い部分は小さく、風速の遅い部分は大きくすることを特徴とする請求項１記載の空気清浄機。
3. 風速の速い部分から風速の遅い部分にかけて、通風孔の径を小さい径から大きい径へと連続的に変化させ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。
4. 通風孔の径Ｒが０．５ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の空気清浄機。
5. 配列する通風孔間のピッチを、風速の速い部分は広く、風速の遅い部分は狭くすることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の空気清浄機。
6. 風速の速い部分から風速の遅い部分にかけて、通風孔間のピッチを広い間隔から狭い間隔へと連続的に変化させることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の空気清浄機。
7. 同径の通風孔間のピッチＰが１．２Ｒｍｍ〜２．５Ｒｍｍであることを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の空気清浄機。
8. 気流の方向に対して垂直断面における脱臭フィルタの面積に対する通風孔の開孔率が１４％〜６５％であることを特徴とする請求項１乃至７いずれか記載の空気清浄機。
9. 粒状吸着剤の粒子径に対する粒状熱可塑性樹脂の粒子径比が０．１〜１であることを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載の空気清浄機。
10. 粒状吸着剤に対する粒状熱可塑性樹脂の混合重量比が５％〜３０％であることを特徴とする請求項１乃至９いずれか記載の空気清浄機。
11. 粒状熱可塑性樹脂のメルトマスフローレートが１００以下であることを特徴とする請求項１乃至１０いずれか記載の空気清浄機。
12. 粒状吸着剤が粒状活性炭であることを特徴とする請求項１乃至１１いずれか記載の空気清浄機。
13. 粒状熱可塑性樹脂の溶融温度が８０℃〜１４０℃であることを特徴とする請求項１２記載の空気清浄機。
14. 薄く成形した複数の板状成形体に、同じ配列で通風孔を設けた脱臭フィルタを重ね合わせて、一枚の脱臭フィルタとすることを特徴とする請求項１乃至１３いずれか記載の空気清浄機。
15. 重ね合わせた脱臭フィルタにガイドを設けて、通風孔を揃えることを特徴とする請求項１４記載の空気清浄機。
16. 集塵フィルタの上流に脱臭フィルタを配置することを特徴とする請求項１乃至１５いずれか記載の空気清浄機。

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