JP2013180178A - 空気浄化装置及び空気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】空気の流れを利用して光触媒作用を引き起こすことによって空気を効率良く浄化させることができる空気浄化装置及び空気浄化システムを提供する。
【解決手段】本発明の空気浄化装置Ａは動力源によって発生した空気が流れるダクト３内に設けられる。前記空気浄化装置Ａは、前記空気の流路に設けられた光触媒フィルター４と、前記空気の流れを電気エネルギーに変換可能な圧電素子６と、前記圧電素子から電力が供給される発光ダイオード５とを備える。前記発光ダイオード５は、この発光ダイオード５から照射される光線が前記光触媒フィルター４に到達可能である位置に固定されている。また、本発明の空気浄化システムは上記空気浄化装置Ａと、空気の流れを発生することができる動力源とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、掃除機や乾燥機に適用させることができる空気浄化装置及び空気浄化システムに関する。

従来、掃除機や乾燥機等の設備では、動力源を用いて吸気した空気が設備内部を通過して排気口から排出されるその流路おいて、設備内部に付着した汚れや湿気等により発生した細菌などを巻き込んでしまうことがある。そのため、吸気して取り込んだ空気よりも汚染された空気が、排気口から排出されてしまうことになり、周辺環境を汚染させたり、人体に悪影響を及ぼしたりしてしまうことが懸念されている。このような観点から、掃除機や乾燥機等の設備において、吸気した空気が設備内部で汚染されることを防ぎ、より清浄な空気を排出することが望まれている。

汚染された空気を浄化させる方法の一つとして、脱臭、防汚、抗菌効果などの機能を発現する二酸化チタンを代表とした、いわゆる光触媒を利用することが知られている。具体的には、換気扇や掃除機等において、室内照明光又は太陽光に触れる部品の表面に直接光触媒を塗布した機構や、光触媒表面に外光が照射されるように筐体の一部を透明部材で構成したものが例示される（例えば、特許文献１等を参照）。一方で、排水溝内の殺菌装置においては、歩行時の振動等の外部からの直接的な外力などを電気エネルギーに変換し、そのエネルギーを用いて紫外線ランプを発光させる圧電素子と光触媒とを組み合わせたような空気を浄化するための装置も知られている（例えば、特許文献２等を参照）。

特開２００３−３０５３７１号 特開２０１０−９５９１７号

しかし、上記特許文献１のように、構成部品の一部を透明部材とするだけでは、安定的に光を光触媒に照射することは難しく、その上、光触媒の配置位置も制限されるという問題があった。また、上記特許文献２のように、圧電素子を利用して歩行時の振動等の外力による振動エネルギーや自然エネルギーなどを有効的に活用しているが、上記外力だけでは安定的にエネルギーを供給することは困難であり、空気を充分に浄化し得るものではなかった。すなわち、常に外力による振動エネルギーを得られるわけではないので、安定して空気清浄を行えるものではなかったのである。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、空気の流れを利用して光触媒作用を引き起こすことによって空気を効率良く浄化させることができる空気浄化装置及び空気浄化システムを提供することを目的とするものである。

本発明に係る空気浄化装置は、動力源によって発生した空気が流れるダクト内に設けられる空気浄化装置であって、前記空気の流路に設けられた光触媒フィルターと、前記空気の流れを電気エネルギーに変換可能な圧電素子と、前記圧電素子から電力が供給される発光ダイオードとを備え、前記発光ダイオードは、この発光ダイオードから照射される光線が前記光触媒フィルターに到達可能である位置に固定されていることを特徴とする。

上記空気浄化装置において、前記光触媒フィルターは、２層以上の多層に設けられていることが好ましい。

また、上記空気浄化装置において、前記発光ダイオードは、紫外光又は可視光を発光することが好ましい。

また、上記空気浄化装置において、前記発光ダイオードは、前記光触媒フィルターの一方の面又は両面に対向するように配置されていることが好ましい。
また、上記空気浄化装置において、前記ダクトの内壁に、前記発光ダイオードから照射される光線を反射可能にする位置に反射板が設けられていることが好ましい。

本発明に係る空気浄化システムは、上記空気浄化装置と、空気の流れを発生することができる動力源とを有することを特徴とする。

本発明の空気浄化装置は、掃除機や乾燥機等の機器や設備に組み込むことができ、これらの機器や設備の動力源により生じた空気の流れを利用することで発光ダイオードが発光して光触媒フィルターの光触媒効果が発現するので、空気を効率的に浄化できる。

また、本発明の空気浄化システムは、動力源によって、安定して空気の流れが発生し、これを利用して、空気浄化装置に備えた発光ダイオードが発光して光触媒フィルターの光触媒効果が発現するので、空気を効率的に浄化でき、高い浄化能力を有する。

本発明の空気浄化装置の実施の形態の一例を示す概略図である。 同上の他の実施の形態の一例を示す概略図である。 同上の他の実施の形態の一例を示す概略図である。 同上の他の実施の形態の一例を示す概略図である。 本発明の空気浄化システムの一例を示し、（ａ）は、空気浄化システムを有する機器の概略図、（ｂ）はその空気浄化システムにおける空気浄化装置の概略図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本発明の空気浄化装置Ａの実施の形態の一例を示している。図１では、空気浄化装置Ａがダクト３内に備えられた状態を示しており、ダクト３を透視させて空気浄化装置Ａを表したものである。本発明の空気浄化装置Ａは、光触媒フィルター４と、圧電素子６と、発光ダイオード５とを少なくとも備えて成るものである。以下、図１によって、本発明の空気浄化装置Ａについて詳述する。

ダクト３は、外形が略立方体又は直方体形状に形成され、この内部に本発明の空気浄化装置Ａが収容される。もちろん、ダクト３は略立方体又は直方体形状に限定されず、適宜の形状にすることが可能である。

ダクト３の一方の側面には、開口穴１８が形成されており、この開口穴１８には外部からの空気を吸気するための吸気管１１が外方に突出するように設けられている。吸気管１１は、その両端が開口していると共に、内部は空気の流路となる空洞が形成されて、円筒状に形成されてなるものである。吸気管１１の一端は、ダクト３の開口穴１８を覆うように又は開口穴１８にはめ込まれるようにして取り付け固定され、吸気管１１の他端が外方に突出し、その先端の開口は吸気口１として形成されている。そのため、ダクト３内部は、吸気管１１を通じてダクト３外部と連通した状態となっている。

一方、吸気管１１が設けられた側面と対向する他方の側面にも、開口穴１９が形成されており、この開口穴１９には外部へ空気を排気するための排気管２２が外方に突出するように設けられている。この排気管２２も、その両端が開口していると共に、内部は空気の流路となる空洞が形成されて、円筒状に形成されてなるものである。排気管２２の一端は、ダクト３の開口穴１９を覆うように又は開口穴１９にはめ込まれるようにして取り付け固定され、排気管２２の他端が外方に突出し、その先端の開口は排気口２として形成されている。そのため、ダクト３内部は、排気管２２を通じてダクト３外部と連通した状態となっている。

上記のようにダクト３に吸気口１を有する吸気管１１及び排気口２を有する排気管２２を備えていることで、ダクト３内には空気が流入、流出することができるように形成されている。吸気管１１及び排気管２２の取付け位置は特に限定されるものではないが、互いの開口面が対向するようにして設けることができる。また、吸気管１１及び排気管２２の形状は図１の実施形態のように円筒状に限定されるものではなく、目的に応じて適宜の形状にすることができる。

光触媒フィルター４は、例えば、板状、フィルム状等に形成され、ダクト３内に固定されて設けられるものである。この光触媒フィルター４は、通気可能に形成されている。図１の実施の形態では、板状の光触媒フィルター４は、ダクト３内部の略中央付近に吸気口１及び排気口２と対向するように設けられ、ダクト３内部を仕切るように固定されて設けられている。すなわち、ダクト３内部が分断されるように光触媒フィルター４が設けられ、吸気管１１側の空間、及び排気管２２側の空間の２つの空間に分断された状態となっている。光触媒フィルター４は、その周縁全体がダクト３の内壁と接する（もしくは近接する）ように設けられている。光触媒フィルター４は、上記のように吸気管１１（又は排気管２２）の開口面と対向するようにダクト３内に設けられることが好ましく、この場合、ダクト３内を通過する空気の流路上に光触媒フィルター４が位置し、空気を浄化しやすくなる。

光触媒フィルター４に使用する光触媒材料としては、伝導体と価電子帯との間のエネルギーギャップよりも大きなエネルギーの光が照射された場合に、価電子帯中の電子が励起して伝導電子と正孔を生成しうる物質であれば、特に限定されるものではない。上記光触媒材料の具体例としては、酸化チタン、酸化スズ、酸化タングステン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化ゲルマニウム、酸化鉛、酸化カドミウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ロジウム、酸化ニッケル、酸化レニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物、これら複数の金属の酸化物、窒素や金属イオンがドープされた金属酸化物などが挙げられる。また、上記光触媒材料としては、表面に金属や金属塩などの助触媒や光増感色素などが担持されている金属酸化物なども挙げられる。

光触媒フィルター４は、上記光触媒材料を、例えばアクリル樹脂やポリエステル、ポリプロピレンなどを原料とした不織布の表面に塗布させることで構成させることができる。

圧電素子６は、ダクト３内に支持部材７によって固定されて設けられる。図１の実施の形態では、２個の圧電素子６が、吸気管１１のダクト３側の開口面（すなわち、開口穴１８）と対向するように、それぞれダクト３内に設けられている。このように、圧電素子６が吸気管１１の下流側（空気の流れ方向側）の開口面と対向するように設けられることで、圧電素子６に空気の流れによる応力がかかりやすくなり、後述する発光ダイオード５を効率よく発光させることができる。

発光ダイオード５は、リード線８を介して圧電素子６と電気的に接続されてダクト３内に設けられている。本実施の形態では、複数の発光ダイオード５が、固定部材１５によって固定されると共に、この固定部材１５の両端がダクト３の上下の内壁面（吸気管１１から排気管２２に向かう方向と直交する方向にある内壁面）に固着されている。

発光ダイオード５は、この発光ダイオード５から発する光線が光触媒フィルター４に照射可能な位置であればダクト３内のあらゆる場所に配置可能である。特に、光触媒フィルター４の空気の浄化を効率よく行えるという点で、発光ダイオード５の光源と、光触媒フィルター４との距離が１０〜２００ｍｍであることが好ましい。上記照射可能な位置とは、発光ダイオード５から発する光線が少なくとも光触媒フィルター４上に到達可能な位置のことをいい、さらに具体的には、光触媒フィルター４が光触媒作用を発揮し得る状態となるように、光線を照射できる位置のことをいう。

発光ダイオード５の設置個数は特に限定されるものではないが、装置の大きさ、光触媒フィルター４の大きさ、空気の流量等に応じて適宜の個数で設けることができるが、空気の浄化を高めるという点では少なくとも２個以上設けておくことが好ましい。

発光ダイオード５及び圧電素子６は、これらが作動するための必要なエネルギー以上の風力が加えられた場合に、そのエネルギーを電気エネルギーとして出力することが可能な素子であれば特に限定されるものではなく、一般的に使用されているものを採用できる。

また、図１の実施形態では、圧電素子６は、光触媒フィルター４で２つに区切られダクト３の空間のうちの吸気管１１側の空間に配置されているが、圧電素子６が作動するのに必要な風力が得られる範囲であれば、排気管２２側の空間に圧電素子６が配置されていてもよい。同様に、発光ダイオード５も吸気管１１側、排気管２２側のいずれの側に設けられていてもよいものである。

本発明の空気浄化装置Ａでは、上記のように構成されていることによって、吸気口１から吸い込まれた空気がダクト３内に流入すると、この空気の流れによって圧電素子６に応力が加わり、この応力によって圧電素子６により電気エネルギーに変換される。次いで、この電気エネルギーによって、発光ダイオード５に電気が流れて発光ダイオード５が発光し、発光した発光ダイオード５の光線が、光触媒フィルター４に到達することで、光触媒フィルター４の光触媒作用が発現することになる。そして、光触媒フィルター４の光触媒作用によって、空気の殺菌や脱臭が可能になり、この結果、空気が浄化されて、清浄な空気が排出口２から排出されるものである。そのため、本発明の空気浄化装置Ａによれば、空気を効率よく浄化することができる。

ここで、本発明の他の実施の形態について説明する。

図１の実施形態では、発光ダイオード５は、光触媒フィルター４の一方の面のみを照射するように設けられたものであるが、これに限らず、例えば、光触媒フィルター４の両方の面を照射するように発光ダイオード５が設けられていても構わない。すなわち、光触媒フィルター４で２つに区切られダクト３の空間のうち、吸気管１１側及び排気管２２側の両側の空間内に発光ダイオード５を設けることもできる。このように、発光ダイオード５を光触媒フィルター４の両面に対向するように配置させて光触媒フィルター４に照射させることで、光触媒フィルター４による光触媒作用がより高まるものとなり、空気の浄化作用をさらに大きくすることができる。

また、発光ダイオード５は、光触媒フィルター４に使用されている光触媒が紫外光型の光触媒であれば紫外光を発光するダイオード、可視光型の光触媒であれば紫外光あるいは可視光を発光するダイオードを用いることができる。このように光触媒フィルター４に使用されている光触媒の種類に応じて発光ダイオード５を選定すれば、光触媒の作用がより効率的に発揮されるものとなり、空気の浄化作用がより大きいものとなる。

本発明の空気浄化装置Ａにおいて、図２の実施の形態のように、光触媒フィルター４はダクト３内において、複数が積層した状態で設けるようにしてもよい。この実施の形態では、光触媒フィルター４はダクト３内に２層が互いに略平行に間隔を空けながら積層されて設けられている。積層された光触媒フィルター４、４の間には所定の間隔が形成されていてもよいし、両者が重なっていてもよい。尚、その他の構成については、図１の実施の形態と同様に構成されている。上記のように、光触媒フィルター４を積層して設けることで、空気に対する浄化作用をより大きくすることができる。

また、図２の実施形態において、後述する図５の実施形態のように、２層に積層された光触媒フィルター４、４の両側から挟むように、一対の発光ダイオード５、５を設けることができる。この場合、２層に積層されたいずれの光触媒フィルター４、４にも光線が照らされるため、光触媒効果を高めることができる。

また、光触媒フィルター４を積層して設ける場合、図３の実施の形態のように、積層化した光触媒フィルター４、４の間に、さらに別の発光ダイオード５を配置することも好ましい。すなわち、吸気口１から排気口２側に向かう方向に、発光ダイオード５及び光触媒フィルター４が互いに交互に配置されるように複数設けることが好ましい。このようにした場合、積層されたいずれの光触媒フィルター４においても、その全体に発光ダイオード５からの光線が照射されるため、より高い光触媒効果を発現することができ、空気の浄化をさらに高い効率で行うことができる。尚、図３の実施の形態の空気浄化装置Ａにおいて、発光ダイオード５の設置箇所等、その他の構成については、図１の実施の形態と同様に構成されている。

図４の実施の形態では、ダクト３の内壁面に反射板９を取り付け固定させた空気浄化装置Ａの一例である。この実施の形態では、反射板９は、発光ダイオード５と光触媒フィルター４との間において、ダクト３の上部の内壁面及び下部の内壁面のそれぞれに互いに対向するように設けられている。このようにダクト３内に反射板９を設けることで、光触媒フィルター４に照射させる光量を増加させることができるので、その光触媒効果をさらに増大させることができるものとなり、空気の浄化作用を高めることが可能となる。

反射板９としては特に限定されるものではないが、例えば、表面が鏡面仕上げに形成された板状の反射板や、高い反射率を有する樹脂フィルム、樹脂シート、発泡樹脂等を適用することができる。また、反射板９の設置個数や設置場所は、光触媒フィルター４に光量を増加させることができるように設けるものであれば、図４の実施形態に限られるものではなく、適宜設定することができる。

また、上記の形態のほか、例えば、図４の実施の形態において、図２の実施形態のように、光触媒フィルター４を積層化して設けることも可能であるし、さらに、図３の実施形態のように、積層化した光触媒フィルター４、４の間に、発光ダイオード５を配置してもよい。

本発明の空気浄化装置Ａは、例えば、掃除機、乾燥機、換気扇等、空気の流れを発生させるような動力源が備え付けられた機器・設備に組み込むことで、より効率的に空気を浄化させることができる。これらの機器や設備には、空気の流れを発生させることが可能な動力源が設けられているため、この動力源により発生した空気の流れを利用して、空気浄化装置Ａを作動させることが可能となる。ここでは、図５に示すように、掃除機３０に空気浄化装置Ａを組み込んだ場合の空気浄化システムについて説明する。尚、図５（ａ）、（ｂ）における矢印の方向は、空気の流れ方向を示すものである。

掃除機３０を作動させると、掃除機３０に備えられた動力源により、外部の空気が吸引される。吸引された空気は、図５（ｂ）に示すように、掃除機３０に組み込まれた空気浄化装置Ａが収容されているダクト３の吸気口１から吸引される。

このとき、ダクト３内に流入した空気の流れによって、圧電素子６に応力が加わり、これが電気エネルギーに変換されて、発光ダイオード５に電気が流れて発光ダイオード５が発光する。そして、発光した発光ダイオード５の光線が、光触媒フィルター４に到達することで、光触媒フィルター４の光触媒作用が発現することになる。

一方、ダクト３内に流入した空気には、掃除機３０やダクト３内の汚れや湿気等により発生した細菌等を含んだものであるが、このような空気は、光触媒フィルター４を通過する際に、光触媒作用によって殺菌や脱臭されることになる。このように光触媒フィルター４によって浄化された空気は排気管２２を通じて排気され、浄化処理された空気が機器外部へ排出されることになる。尚、図５（ｂ）において、空気の流れのイメージを楕円状に示している（図示では空気流れ２５として表している）。

上記のように、掃除機３０は、その動力源が作動することで、外部の空気が吸引され、この空気が排気されるまでの過程において、空気浄化装置Ａによって空気を浄化することができる仕組みとなっている。そのため、掃除機３０から排出される空気は、悪臭物質や塵埃が低減されて浄化されたものであるので、掃除機３０を使用している環境に悪影響をおよぼすおそれが小さくなる。

特に、本発明においては、掃除機３０や乾燥機など、あらかじめ空気を吸引するための動力源を備えた機器に設けられるものであるので、機器の作動時は空気の流れが確実に発生している。そのため、機器が作動している時は発光ダイオード５が発する光線により光触媒フィルター４の光触媒作用が確実に発現し、より確実に空気を浄化させることができる。すなわち、本発明では、機器外部からの振動等の外力によって、発光ダイオード５を発光させるものではなく、機器に備えられた動力源からの空気の流れによって発光ダイオード５を発光させるので、機器を作動させるだけで発光ダイオード５を発光させることができる。従って、機器に備えられている動力源を、空気浄化するためにも使用できるので、空気浄化装置Ａを作動させるためだけの動力源を別途設ける必要はない。そのため、機器全体をコンパクトにできるので設計の自由度が増し、また、コストの低減にもつながる。

また、太陽光や照明光等の外光を利用する場合では、環境によっては空気浄化装置Ａに外光が届かないこともあり、空気を充分に浄化するのが困難なことがあった。それに対し、本発明では、機器の作動と同時に空気の流れが必ず発生するので、光触媒フィルター４の光触媒作用が安定に発現する。従って、本発明の空気浄化装置Ａが組み込まれた機器では、外部の環境によらず、より確実に空気を浄化させることができるものである。

さらに、本発明では、ダクト３内に設けられた光触媒フィルター４の両側面は、空気の排出方向（吸気管１１から排出口２へ排出される空気の流れ方向）に対して、略垂直となるように、光触媒フィルター４が設けられている。そのため、光触媒フィルター４と空気の接触が効率良く行われることになり、空気が浄化されやすいものである。

以上より、本発明の空気浄化装置Ａを掃除機３０、乾燥機、換気扇等、空気を吸引するための動力源、すなわち、空気の流れを安定的に発生することができる動力源が備えられた機器に組み込めば、空気をより確実に浄化できる。そのため、そのような機器に優れた空気浄化システムをもたらすことができるものである。すなわち、本発明の空気浄化装置Ａと、機器や設備に備えられた空気の流れを発生させることができる動力源とを組み合わせて構成させることで、優れた空気浄化システムを提供することができる。そして、このような空気浄化システムによれば、動力源によって、安定して空気の流れが発生し、これを利用して、空気浄化装置Ａに備えた発光ダイオード５が発光して光触媒フィルター４の光触媒効果が発現するものである。従って、本発明の空気浄化システムでは、空気を効率的に浄化でき、高い浄化能力を有するものである。そして、空気浄化装置Ａがダクト３に設けられている場合でも、動力源によってダクト３内には空気の流れが安定して発生するので、光触媒フィルター４の光触媒効果が確実に発生し、空気の浄化性能が非常に高いものである。

本発明の空気浄化装置Ａは、動力源が備え付けられた機器・設備に適用させることが特に好ましく、例えば、掃除機、換気扇、扇風機、空気清浄機、暖房機、乾燥機、除湿機、ヘアードライヤーなどに設けて、空気浄化システムを提供することができる。そして、空気浄化装置Ａを上記機器・設備に組み込めば、空気浄化装置Ａには安定的に空気が流れるので、機器の動作時には、空気の流れによる発光ダイオード５の発光、並びに、光触媒フィルター４の光触媒効果が発揮される。そのため、本発明の空気浄化装置Ａや空気浄化システムでは、機器や設備が使用される環境によらず、空気をより確実に浄化することができ、また、機器や設備自体をよりコンパクトに設計できる。

Ａ 空気浄化装置
３ ダクト
４ 光触媒フィルター
５ 発光ダイオード
６ 圧電素子
９ 反射板

Claims (6)

1. 動力源によって発生した空気が流れるダクト内に設けられる空気浄化装置であって、
   前記空気の流路に設けられた光触媒フィルターと、前記空気の流れを電気エネルギーに変換可能な圧電素子と、前記圧電素子から電力が供給される発光ダイオードとを備え、
   前記発光ダイオードは、この発光ダイオードから照射される光線が前記光触媒フィルターに到達可能である位置に固定されていることを特徴とする空気浄化装置。
2. 前記光触媒フィルターは、２層以上の多層に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の空気浄化装置。
3. 前記発光ダイオードは、紫外光又は可視光を発光することを特徴とする請求項１又は２に記載の空気浄化装置。
4. 前記発光ダイオードは、前記光触媒フィルターの一方の面又は両面に対向するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の空気浄化装置。
5. 前記ダクトの内壁に、前記発光ダイオードから照射される光線を反射可能にする位置に反射板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の空気浄化装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の空気浄化装置と、空気の流れを発生することができる動力源とを有することを特徴とする空気浄化システム。

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