JP2014199156A - 換気システム用エアフィルタユニット - Google Patents

Abstract

【課題】粉塵（ＰＭ２．５）及び排気ガス等の人体に有害なガスを効率よく除去し、居住空間の快適性を維持することができる換気システム用エアフィルタユニットを提供する。
【解決手段】換気システム用エアフィルタユニットは、室外から室内への吸気を２４時間継続して行う換気システムに取り付けられる。このエアフィルタユニットは、前記換気システムの吸気ファンによって室外から取り込まれた空気に含まれるガス成分を吸着除去するガス除去フィルタと、前記ガス除去フィルタで除去された空気中の粉塵を除去する低圧力損失、高捕集効率の粉塵除去フィルタと、を有する。空気中のガス成分及び粉塵の除去された空気を室内側に流す。
【選択図】 図２

Description

本発明は、室外から室内への吸気を２４時間継続して行う換気システムに用いられるエアフィルタユニットに関する。

従来より、住宅家屋等の居住空間には、空気を２４時間換気して居住空間の快適性を高める換気システムが設けられている。この換気システムでは、家屋の空気取り込み口から順に、虫除け用の網目の粗いネットフィルタと、花粉等を除去する不織布フィルタと、換気ファンとが家屋に設けられ、各部屋に配管を通して、空気が室内へ２４時間継続して供給される。さらに、換気システムの中央集中方式では、各部屋の空気を排気するために部屋に設けられた排気口から配管を通して換気ファンにより空気を吸引し、家屋に設けられた排気口から空気を家屋外部に排出する。このような換気システムは、２４時間継続して作動することが義務付けられている。

上記換気システムの一例として、ユーザーの生活シーンに合致した動作を行う２４時間換気システムが知られている（特許文献１）。

特開２００７−１０１０７７号公報

近年、花粉症を引き起こす花粉の他に、黄砂を引き起こす砂塵、あるいは、粒子径が２．５μｍ以下の微小粒子状物質であるＰＭ２．５等により、人体の健康に悪影響を与える大気中の粉塵問題の関心が高まっている。この粉塵問題とともに、従来から存在するＮＯxガスやＳＯxガスのような人体に有害な排気ガスの問題も依然として関心が高い。
しかし、上述の２４時間換気システムは、室外から室内に２４時間給気するため、上述した粉塵や排気ガスを居住空間に取り込む問題がある。

そこで、本発明は、従来の問題を解決するために、上述の粉塵の他に排気ガス等の人体に有害なガスを効率よく除去し、居住空間の快適性を維持することができる換気システム用エアフィルタユニットを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、室外から室内への吸気を２４時間継続して行う換気システムに用いるエアフィルタユニットである。当該エアフィルタユニットは、
前記換気システムの吸気ファンによって室外から取り込まれた空気に含まれるガス成分を吸着除去するガス除去フィルタと、
前記ガス除去フィルタで除去された空気中の粉塵を除去する粉塵除去フィルタと、を有し、
空気中のガス成分及び粉塵の除去された空気を室内側に流す。

前記ガス除去フィルタは、ハニカム構造を有し、前記ハニカム構造を構成する複数の筒状の孔が前記粉塵除去フィルタの配置方向に延び、前記筒状の孔を空気流路とする、ことが好ましい。例えば、前記孔の内表面には、粉末若しくは粒状の活性炭が付されている。

また、前記粉塵除去フィルタの圧力損失は風量１．２ｍ³／分において８Ｐａ以下であり、前記粉塵除去フィルタの捕集効率は、粒径０．３〜０．５μｍの粒子において９０％以上である、ことが好ましい。

前記ガス除去フィルタは、風量１．２ｍ³／分における圧力損失は２Ｐａ以下である、ことが好ましい。

上述の換気システム用エアフィルタユニットによれば、粉塵の他に排気ガス等の人体に有害なガスを効率よく除去し、居住空間の快適性を維持することができる。

本実施形態の２４時間換気システムを説明する概略構成図である。 図１に示す２４時間換気システムに用いる換気ユニットの構成を説明する図である。 本実施形態に用いるガス除去フィルタの外観斜視図である。 本実施形態に用いる粉塵除去フィルタの外観斜視図である。

以下、本発明の換気システム用エアフィルタユニットについて詳細に説明する。

（換気システム）
本実施形態の換気システム用エアフィルタユニットは、一戸立て家屋に用いられる２４時間換気システムに用いられる。また、２４時間換気システムは、マンションやアパート等にも用いられる。図１は、２４時間換気システム１を説明する概略構成図である。２４時間換気システム１は、換気ユニット２と、吸気口４と、給気口５，６と、多数の配管と、を備える。

換気ユニット２は、家屋の外壁に設けられた空気取り込み口７から空気を取り込み、空気を清浄して各居住空間８，９に空気を供給するとともに、各居住空間８，９内の空気を吸気して家屋の外壁に設けられた排気口１０から屋外に排気する機能を有する。
給気口５，６は、居住空間８，９に設けられ、清浄した空気を室内に供給する。
換気ユニット２の下側には吸気口４が設けられている。吸気口４は、家屋の廊下１１の天井に設けられ、居住空間８，９から仕切り壁の隙間を通して廊下１１に流れた空気を吸気する。
空気取り込み口７と換気ユニット２との間、換気ユニット２と給気口５，６のそれぞれとの間、排気口１０と換気ユニット２との間には、配管が設けられている。配管は、図１では線で示されている。換気ユニット２には、後述するように給気ファン及び排気ファンが設けられ、２４時間継続して作動するように構成されている。すなわち、２４時間換気システム１は、２４時間継続して作動する。

（換気ユニット）
図２は、換気ユニット２の構成を説明する図である。換気ユニット２は、換気本体部１２とフィルタユニット１４と、を有する。フィルタユニット１４は、本発明の室外から室内への吸気を２４時間継続して行う換気システムに取り付けられるエアフィルタユニットに対応する。フィルタユニット１４は、空気中のガス成分及び粉塵を除去する。本実施形態のフィルタユニット１４は、換気本体部１２と別に取り付け自在に構成されている。勿論、フィルタユニット１４は、換気ユニット１２と一体的に設けられてもよい。
換気本体部１２は、筐体１２ａ，１２ｂを含む。屋外から取り込む空気には硫酸塩エアロゾルが含まれるＰＭ２．５が含まれるため、筐体１２ａは耐腐蝕性の材料（ガルバリウム鋼板、ステンレス、アルミニウム）が好適に用いられる。筐体１２ａは、家屋の外壁に設けられた空気取り込み口７と配管を介して接続されている。筐体１２ａは、更に、配管を通してフィルタユニット１４に接続されている。筐体１２ａの内部空間には、室外から室内に空気を取り込む吸気ファン１２ｃとネットフィルタ１２ｄと、不織布フィルタ１２ｅとが設けられている。
筐体１２ｂは、家屋の外壁に設けられた排気口１０と配管を介して接続されている。筐体１２ｂは、居住空間８の天井に設けられた吸気口４に接続されている。筐体１２ｂの内部空間には、室内から室外に空気を排気する排気ファン１２ｆが設けられている。

ネットフィルタ１２ｄは、吸気ファン１２ｃにより取り込まれる空気の流れ方向において、吸気ファン１２ｃの上流側に設けられている。ネットフィルタ１２ｄと吸気ファン１２ｃとの間には、不織布フィルタ１２ｅが設けられている。ネットフィルタ１２及び不織布フィルタ１２ｅは、大きな異物（虫や大きな塵）を除去する。例えば、ネットフィルタ１２ｄはナイロン繊維からなる濾材が用いられ、例えば１６メッシュが用いられる。不織布フィルタ１２ｅは、ポリエステル繊維からなる濾材である。
排気ファン１２ｆは、居住空間８，９内の空気を吸い込んで、屋外に排気する。

（フィルタユニット）
フィルタユニット１４は、筐体１４ａと、ガス除去フィルタ１４ｂと、粉塵除去フィルタ１４ｃと、を有する。フィルタユニット１４には、給気ファンは設けられていない。フィルタユニット１４は、換気本体部１２から延びる配管に、フィルタユニット１４から延びる管状の接続部１４ｇを接続することにより、２４時間換気システム１に容易に取り付けることができる。
屋外から取り込まれる空気中の粉塵は、硫酸塩エアロゾルを含むＰＭ２．５を含むため、筐体１４ａには耐腐蝕性の材料が好適に用いられる。ガス除去フィルタ１４ｂと粉塵除去フィルタ１４ｃは、筐体１４ａの内部空間を２つに分離するように空間断面全体に設けられている。筐体１４ａには、図示されない開閉自在な扉を有し、この扉を通して、ガス除去フィルタ１４ｂと粉塵除去フィルタ１４ｃが交換可能になっている。
粉塵除去フィルタ１４ｃは、吸気ファン１２ｃによって室外から室内に取り込まれた空気のガス成分を吸着除去する。粉塵除去フィルタ１４ｃは、ガス除去フィルタ１４ｃで除去された空気に含まれる粉塵を除去する。

ガス除去フィルタ１４ｂは、ハニカム構造を有する。このハニカム構造を構成する複数の筒状の孔が空気流路となっている。すなわち、ハニカム構造を構成する複数の筒状の孔が粉塵除去フィルタ１４ｃの配置方向に沿って延び、この筒状の孔が空気流路となっている。図３は、ガス除去フィルタ１４ｂの外観斜視図である。
ガス除去フィルタ１４ｂは、平面状の濾材を波状に加工した加工濾材と、平面状のままの濾材とを交互に重ねて図３に示すように、ガス除去フィルタ１４ｂの濾材と同様の材料で構成された枠体１４ｄ内に収納したものである。このようなハニカム構造では、波形状の濾材と平面形状の濾材で囲まれる孔が例えば８０個、すなわち８０セル形成される。本実施形態では、ガス除去フィルタ１４ｂに６０〜１００セル形成されることが、ガス成分の吸着を効率よく行い、かつ、圧力損失を増大させない点で好ましい。
ガス除去フィルタ１４ｂの圧力損失は、風量１．２ｍ³／分において２Ｐａ以下であることが、２４時間換気システム１において、給気する空気の風量を低下させない点で、あるいは給気ファン１２ｂの駆動モータの消費電力の増大を抑える点で好ましい。圧力損失は、ガス吸着の効果を低下させない範囲内で、０に近づくほど好ましい。さらに、ガス除去フィルタ１４ｂのガス吸着特性は、酸性ガス（ＮＯｘ，ＳＯｘ）に対し６０〜８０％の吸着散率であることが好ましい。

このような圧力損失の特性とガス吸着の特性を満足するために、例えば、濾材は、活性炭の微粒子をまぜて抄紙することにより得られた粉体抄紙が用いられる。具体的には、活性炭の微粒子を配合した水分散液を調製し、この水分散液に助剤を添加して所定サイズの凝集体を生成する。この凝集体を均一に分散させて粉体抄紙を得る。これにより、セルをつくる孔の内側表面には、粉末若しくは粒状の活性炭が付されている。

本実施形態では、ハニカム構造のガス除去フィルタ１４ｂを用いたが、ハニカム構造に限定されない。例えば、後述する粉塵除去フィルタ１４ｃのように、平面状の濾材を山折り、谷折りをしてジグザグ状にプリーツ加工したプリーツ構造を用いることもできる。しかし、ガス除去フィルタ１４ｂの圧力損失を抑え、空気の風量を多くする点でハニカム構造を用いることが好ましい。また、ハニカム構造を用いることにより、微粒子等が付着し、ガス除去フィルタ１４ｂの吸着層を塞ぐことを抑制することができる。

図４は、粉塵除去フィルタ１４ｃの外観斜視図である。
粉塵除去フィルタ１４ｃは、平面状の濾材を山折り、谷折りをしてジグザグ状にプリーツ加工したものを、ホットメルトリボンを用いて形状を固定したフィルタ本体１４ｅを枠体１４ｆに固定したものである。フィルタ本体１４ｅは、枠体１４ｆと例えば接着剤によって固定される。

粉塵除去フィルタ１４ｃの濾材は、例えば、ポリプロピレン繊維にコロナ放電をかけることにより構成された帯電不織布が用いられる。その際、放電量を増やすことにより、帯電量を増やした濾材が使用される。濾材の目付けは、例えば９０〜１１０ｇ／ｍ²である。粉塵除去フィルタ１４ｃの圧力損失は、風量が１．２ｍ³／分であるとき、８Ｐａ以下であることが好ましい。これにより、２４時間換気システム１において、給気する空気の流量を低下させない。あるいは給気ファン１２ｂの駆動モータの消費電力の増大を抑えることができる。粉塵除去フィルタ１４ｃの捕集効率は、粒径０．３〜０．５μｍの粒子において捕集効率は９０％以上であることが、ＰＭ２．５の微小粒子状物質を除去する点で好ましい。より好ましくは、粒径０．３〜０．５μｍの粒子において捕集効率は９５％以上である。従来より、クリーンルームに用いるＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air Filter）では、ＰＭ２．５の微小粒子状物質の捕集効率は高いものの、圧力損失が大きく、給気する空気の流量を低下させ、あるいは給気ファン１２ｂの駆動モータの消費電力が増大するので、２４時間換気システム１には低圧力損失、高捕集効率のフィルタを用いることが好ましい。

本実施形態では、空気の流れの上流側にガス除去フィルタ１４ｂが設けられ、ガス除去フィルタ１４ｂの下流側に粉塵除去フィルタ１４ｃが設けられる。このような配置にするのは、ガス除去フィルタ１４ｂを粉塵除去フィルタ１４ｃの下流側に設けた場合、ガス除去フィルタ１４ｂの濾材に用いる活性炭等の微粒子がガス除去フィルタ１４ｂから離脱して給気口５，６から居住空間８，９に微粒子として混入する虞がある。また、室外からの化学物質（ＮＯｘ，ＳＯｘ，ＶＯＣ（Volatile Organic Compounds））や水分によって、帯電したガス除去フィルタ１４ｂ上の帯電量を低化させる。これにより、ガス除去フィルタ１４ｂの捕集効率は低下する。このため、ガス除去フィルタ１４ｂの下流側に粉塵除去フィルタ１４ｃが設けられる。また、空気の流れの上流側にガス除去フィルタ１４ｂが設けられ、粉塵除去フィルタ１４ｃが隣接して設けられることにより、粉塵除去フィルタ１４ｃの空気流れの上流側の表面に吸着されたＰＭ２．５の微小粒子状物質が発するガス成分をガス除去フィルタ１４ｂが吸着することができる。この点でも、空気の流れの上流側にガス除去フィルタ１４ｂが設けられ、ガス除去フィルタ１４ｂの下流側に粉塵除去フィルタ１４ｃが設けられることが好ましい。

本実施形態において、ガス除去フィルタ１４ｂは、ハニカム構造を有し、ハニカム構造を構成する複数の筒状の孔を空気流路とすることにより、ガス除去フィルタ１４ｂのガス成分の除去に関する寿命を長くすることができる他、微粒子等が付着し、ガス除去フィルタ１４ｂの吸着層を塞ぐことを抑制することができる。

本実施形態のガス除去フィルタ１４ｂの特性について、風量１．２ｍ³／分における圧力損失を２Ｐａ以下とすることにより、給気する空気の流量を低下させず、あるいは給気ファン１２ｂの駆動モータの消費電力の増大を抑えることができる。

本実施形態の粉塵除去フィルタ１４ｃの捕集効率を、粒径０．３〜０．５μｍの粒子において９０％以上とすることにより、ＰＭ２．５等の微小粒子状物質を除去することができる。

［実験例］
図２に示す換気ユニット２に、フィルタユニット１４のガス除去フィルタ１４ｂ及び粉塵除去フィルタ１４ｃを種々の仕様のフィルタに取り替えて２４時間換気システム１における性能評価を行った。
粉塵についてはパーティクルカウンタを用いてフィルタユニット１４の下流側で粉塵量を計測し、ガス濃度については、テトラーバッグを使い捕集した空気を検知管にて測定することによりフィルタユニット１４の下流側でガス濃度を計測した。さらに、フィルタユニットに用いた粉塵除去フィルタの寿命については、フィルタユニットを２００００時間使用したときの粉塵の捕集効率の低下から算出した。さらに、居住空間８，９の換気回数を、給気口５，６から供給される空気の風量を居住空間８，９の容積で除算して算出した。換気回数の値が大きいほど、換気が良好に行われること意味する。

下記表１には、フィルタユニットの仕様を示す。ガス除去フィルタにおける圧力損失は、風量１．２ｍ³／分における値である。
粉塵除去フィルタにおけるフィルタ種として、フィルタＡ及びフィルタＢを用いた。表１における「捕集効率」は、粒径０．３〜０．５μｍの微粒子の捕集効率である。フィルタＡは、いわゆる高性能フィルタ（粒径０．３μｍの微粒子の捕集効率が８０〜９９．９６％）であり、フィルタＢは、いわゆるＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air ）フィルタ（粒径０．３μｍの微粒子の捕集効率が９９.９７％以上）である。
また、ガス除去フィルタ及び粉塵除去フィルタの寸法は、いずれも、縦Ｈ＝２６５ｍｍ、幅Ｗ＝３６５ｍｍ、奥行きＤ＝６０ｍｍとした。このときの濾材面積は、粉塵除去フィルタのフィルタＡ及びフィルタＢでは２．２ｍ²であり、ガス除去フィルタのハニカム構造では０．８ｍ²であり、プリーツ構造では１．０ｍ²であった。

従来例は、フィルタユニットを一切用いない例である。すなわち、従来例では、換気本体部１２から直接居住空間８，９に空気を供給した。
実施例１、２は、図２に示すように、換気ユニット２に、空気の流れ方向に沿って上流側からガス除去フィルタ１４ｂ及び粉塵除去フィルタ１４ｃの順番に設けたフィルタユニット１４を採用した例である。実施例１，２では、ガス除去フィルタの構造のみが異なる。実施例１はハニカム構造であり、実施例２は、実施例１と同じ濾材を用いたプリーツ構造である。それ以外は同じである。
比較例１は、実施例１の粉塵除去フィルタに用いたフィルタＡに代えてフィルタＢを用いた例である。それ以外は実施例１と同じである。フィルタＡ及びフィルタＢの仕様は表１に示す。
比較例２は、実施例１と同じガス除去フィルタ１４ｂ及び粉塵除去フィルタ１４ｃを用いたが、空気の流れ方向に沿って上流側から粉塵除去フィルタ１４ｃ及びガス除去フィルタ１４ｂの順番に設けた。すなわち、ガス除去フィルタ１４ｂ及び粉塵除去フィルタ１４ｃの順番が、実施例１と逆になっている。

表１では、性能評価結果を性能毎に設定した評価基準に合わせて、良好、可、不可の３段階で評価した。総合評価では、性能評価に１つでも不可があると「不可」と評価し、すべて良好である場合のみ「良好」と評価し、それ以外は「可」と評価した。表１中の「捕集効率の低下」における「良好」とは、捕集効率の低下が小さいことを意味し、「不可」とは、捕集効率の低下が著しく、２４時間換気システム１に用いることができないことを意味する。
これより、実施例１，２の総合評価が、従来例及び比較例１，２の総合評価に対して優れており、本実施形態のフィルタユニット１４が有効であることが確認できた。

以上、本発明の換気システム用エアフィルタユニットについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１ ２４時間換気システム
２ 換気ユニット
４ 吸気口
５，６ 給気口
７ 空気取り込み口
８，９ 居住空間
１０ 排気口
１１ 廊下
１２ 換気本体部
１２ａ，１２ｂ 筐体
１２ｃ 吸気ファン
１２ｄ ネットフィルタ
１２ｅ 不織布フィルタ
１２ｆ 排気ファン
１４ フィルタユニット
１４ａ 筐体
１４ｂ ガス除去フィルタ
１４ｃ 粉塵除去フィルタ
１４ｄ，１４ｆ 枠体
１４ｅ フィルタ本体
１４ｇ 接続部

Claims (4)

1. 室外から室内への吸気を２４時間継続して行う換気システムに用いるエアフィルタユニットであって、
   前記換気システムの吸気ファンによって室外から取り込まれた空気に含まれるガス成分を吸着除去するガス除去フィルタと、
   前記ガス除去フィルタでガス成分が除去された空気中の粉塵を除去する粉塵除去フィルタと、を有し、
   空気中のガス成分及び粉塵の除去された空気を室内側に流す、ことを特徴とする換気システム用エアフィルタユニット。
2. 前記ガス除去フィルタは、ハニカム構造を有し、前記ハニカム構造を構成する複数の筒状の孔が前記粉塵除去フィルタの配置方向に延び、前記筒状の孔を空気流路とする、請求項１に記載の換気システム用エアフィルタユニット。
3. 前記粉塵除去フィルタの圧力損失は風量１．２ｍ³／分において８Ｐａ以下であり、
   前記粉塵除去フィルタの捕集効率は、粒径０．３〜０．５μｍの粒子において９０％以上である、請求項１または２に記載の換気システム用エアフィルタユニット。
4. 前記ガス除去フィルタは、風量１．２ｍ³／分における圧力損失は２Ｐａ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の換気システム用エアフィルタユニット。

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