JP3232663U - 複合空気清浄機 - Google Patents

Abstract

【課題】木材、竹材、籾殻などの間伐材、廃材などの植物由来材料を原料とした炭素材と抗菌、抗ウイルス、消臭溶液とを利用した除菌、消臭用複合空気清浄機を提供する。【解決手段】空気清浄機１は、二つの複合する除菌・消臭手段を備えており、その一つは多孔質炭素材２であり、他方は除菌・消臭溶液３である。多孔質炭素材２には、炭素材を成形した複数の炭素材ブロック４が間隔を置いて並べられている。空気清浄機１の内部には複数の空気還流用ファン５が配置されており、空気吸入孔６より取り込んだ空気を炭素材ブロック４を介して空気排出孔７より排出し、空気清浄機が設置された室内の空気還流を行う。なお、空気吸入孔６にはフィルター１２が取り付けられ、比較的大きいゴミ、塵などを取り除いている。更に、多孔質炭素材２への入り口には、より細かい物質を取り除くフィルター１３を設けている。【選択図】図１

Description

本考案は、木材、竹材、籾殻などの間伐材、廃材などの植物由来材料を原料とした炭素材と抗菌、抗ウイルス、消臭溶液とを利用した除菌、消臭用複合空気清浄機に関する。

間伐材やその他の植物由来の材料を炭化した炭素材は、多孔質である性質を利用して空気清浄、水質浄化、土壌改良、健康改善、医療・衛生材料などに広く利用されている。炭素材は、微細な孔からなる多孔質構造を有しているため表面積が非常に大きく、液体や気体との接触面積が大きいため、吸着剤として優れた材料であることが知られている。その為、炭素材を利用した製品としては、ホルムアルデヒド、トルエンなどのＶＯＣ（揮発性有機化合物）を取り除く除去剤、脱臭、消臭を目的とした脱臭剤、各種ウイルスを吸着する抗ウイルス剤などへ広く展開され、空気清浄機、抗菌・除菌機器、さらに、水質浄化目的、土壌改良目的、健康改善目的などに幅広い産業分野で活用されている。

このような炭素材を利用しやすくするために炭素材を成形して消臭剤などに用いる技術が特許文献１などに開示されている。このような炭素材の成形品は、炭素材を微粉末の形状で使用するより取り扱いが比較的容易となるため、ボード、シート、ブロックなど種々の形状に成形されて除菌・消臭効果を有する成形品として活用されている。

また、特定の金属類や金属化合物、特に貴金属類は、微細物質との吸着作用を有しており、種々の除菌・消臭剤、空気清浄機などに利用されている。このような貴金属類を上述のような多孔質炭素材に担持させて、吸着効果を増加させたり、液体に混合させて除菌・消臭液として使用する例も広く普及している。このような多孔質炭素材に金属類を添加させ、より一層の抗菌、脱臭効果を持たせ種々の応用素材とした技術として、例えば、特許文献２では、多孔質炭素材料に銀塩水溶液を含浸させた殺菌剤が開示されている。

また、除菌・消臭剤に金属類やそのカチオン（またはアニオン）を液体除菌・消臭剤として溶液化して利用する種々の方法も開示されている。除菌・消臭剤の応用技術として、特許文献３では、銀成分を含有する溶液を噴霧粒子として空中に噴霧させる方法、装置が開示されている。このような除菌・消臭液を室内で噴霧させる方法では、多孔質炭素材の成形品が空気還流により除菌・消臭を行うのに対し、噴霧剤に含まれる金属類の微小粒子が壁や室内の家具などに一定期間留まり金属イオンなどの吸着効果により除菌・消臭効果を発揮する。しかし、この溶液噴霧法ではかなりの量の除菌・消臭液を使用することが必要で絶えず溶液を注入する必要がある。このため、溶液が切れると全く効果を発揮しないこととなる。

また、上述した多孔質炭素材の成形品を空気清浄機に利用する場合、その効果は、室内の空気対流が生じている部分において発揮されるが、上述した液体噴霧による壁や家具などでの殺菌効果には劣るという課題がある。また、炭素材を通過する空気還流を常時適切に行う必要があるが室内での空気対流や炭素材への空気還流がどのような状態で還流しているかは目視できていない。

更に、従来技術における金属カチオン（またはアニオン）などの除菌・消臭剤への担持には、銀や銀イオンなどを主体として利用されているものが多く、銀または銀化合物の蓄積による人体への影響が懸念され、必ずしも人体にとっての安全性に十分配慮したものとは言えず、長期使用しても安全性が高いものとは言えない課題がある。

このように従来技術における除菌・消臭の炭素材成形品や溶液を空気清浄機として病院、介護施設、ケアホーム、飲食店、病人居住の家庭などで用いるには持続性、利便性、安全性の点で課題を有しており、より長く使用できて、より強力な効果を有する持続性のある空気清浄機で、人体により安全な除菌・消臭機が求められている。

特開２００６−１４２２７４号公報 特開２０１５−１６４９４４号公報 特開２００６−６８５８３号公報

本考案では上述のような課題に鑑み、安全性、持続性、利便性に配慮した除菌、防臭用空気清浄機を提供するもので、以下のような課題解決を主たる目的とする。
（１）より強力な効果を有する除菌・消臭用空気清浄機を提供すること。
（２）人や動物に安全な除菌・消臭用空気清浄機を得ること。
（３）長期使用が可能な持続性、継続性ある除菌・消臭用空気清浄機を提供すること。

本考案は、除菌・消臭用空気清浄機であって、前記空気清浄機は、多孔質炭素材と、除菌・消臭溶液と、空気還流手段と、溶液噴霧手段とを具備し、前記多孔質炭素材は、前記空気還流手段により還流された空気の除菌、消臭を行い、前記除菌・消臭溶液は、前記溶液噴霧手段により空中噴霧されることにより空気中の除菌、消臭を行うことを最も主要な特徴とする。

また、本考案に係る空気清浄機は、多孔質炭素材が、木材、竹材、籾殻または植物性由来物質を炭化加熱により熱処理された炭素材であることを特徴とする。

また、本考案に係る空気清浄機は、前記多孔質炭素材が、貴金属類である金および白金族であるルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、プラチナのいずれか、またはそれらの組み合わせのナノ粒子を担持していることを特徴とする。

また、本考案に係る空気清浄機は、前記除菌・消臭溶液が、貴金属類である金および白金族であるルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、プラチナのいずれか、またはそれらの組み合わせのナノ粒子を含むことを特徴と

本考案による除菌・消臭用空気清浄機は、多孔質炭素材の除菌・消臭作用により空気循環させることで多孔質炭素材成形体を用いて空気中の除菌・消臭を行い、併せ貴金属類のナノ粒子を空中に噴霧させることで貴金属ナノ粒子の吸着作用により空気中の除菌・消臭を行うことができる。この多孔質炭素材と貴金属ナノ粒子噴霧との両方を併用することでより強力な除菌・消臭効果を得ることができる。また、消費量の多い除菌・消臭溶液が切れた場合でも多孔質炭素材の長時間持続的除菌・消臭効果によりその効果が持続し、持続性かつ継続性を有し、かつ人体や動物に対し高い安全性を有する。

図１は、本考案による除菌・消臭空気清浄機の説明図である。 図２は、除菌・消臭溶液を噴霧する噴霧機構に関する説明図である。 図３は、本考案による空気清浄機使用時の空気循環説明図である。

以下、本考案に係る除菌・消臭空気清浄機の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例に記載されているいずれの図面も本考案の説明用に概略的または模式図として描かれており、実際の寸法や形状は特に限定するものではない。また、構成要素の構成、寸法、材質、形状、その相対配置および用途としては医療、介護施設用または家庭用の空気清浄機を想定しているが、特に記載がない限り考案の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。更に、本考案において除菌・消臭とは、狭義の除菌、消臭のみならず、抗菌、抗ウイルス、殺菌、消毒、脱臭、有害物質吸収など多孔質炭素材または微小貴金属による微性物質吸収効果をいうものとする。

図１は、本考案による除菌・消臭空気清浄機の説明図である。空気清浄機１は、二つの複合する除菌・消臭手段を備えており、その一つは多孔質炭素材２であり、他方は除菌・消臭溶液３である。多孔質炭素材２には、炭素材を成形した複数の炭素材ブロック４が間隔を置いて並べられている。空気清浄機１の内部には複数の空気還流用ファン５が配置されており、空気吸入孔６より取り込んだ空気を炭素材ブロック４を介して空気排出孔７より排出し、空気清浄機が設置された室内の空気還流を行う。なお、空気吸入孔６にはフィルター１２（マクロ径）が取り付けられ、比較的大きいゴミ、塵などを取り除いている。更に、多孔質炭素材２への入り口には、より細かい物質を取り除くフィルター１３（ミクロ径）を設けている。

また、除菌・消臭溶液３は、噴霧散布して使用する。除菌・消臭溶液３は、超音波気化手段８により気化、霧化され、蒸気となって蒸気案内ダクト１０に誘導されて蒸気噴出孔１１より外部へ噴霧される。

図２は、除菌・消臭溶液を噴霧する噴霧機構に関する説明図である。なお、図１と同じ機能の部材には同じ番号が付されている。噴霧機構としては、スチーム（蒸気）式、気化式、超音波式などいくつかの方式で噴霧することが可能である。図２の実施例では、超音波式による噴霧機構の一例を示している。除菌・消臭溶液３のタンク２１より溶液が貯水槽２２へ供給され、貯水槽２２の下部には超音波振動子２３が配置されている。超音波振動子２３は圧電素子に超音波周波数の交流を駆動手段２４により与えて溶液の水分子を振動させ、水分子の表面張力を解いて気化または霧化させる。噴霧調節部２５では超音波振動子２３へ与える電圧、周波数を調節することにより噴霧量を調節している。

貯水槽２２には、液量を監視するための液量センサー２６が設けられており、所定液量を超えてオーバーフローしないよう監視している。また、超音波振動子２３の上部には気化または霧化された蒸気を誘導する蒸気案内ダクト１０が配置され、除菌・消臭溶液の気化、霧化された蒸気を外部へ誘導している。このダクト１０の中間部には空気を送り込む空気送入手段２７が設けられている。この空気送入手段２７には、空気送入用ファン２８が設けられており、除菌・消臭溶液の蒸気噴出強度を調整すると共に、蒸気と空気との混合割合を調整するように構成することもできる。

更に、この蒸気案内ダクト１０の中間部には、ダクトを取り囲むようにヒーター９を設けることもできる。このヒーター９は、気化、霧化した除菌・消臭溶液の気化速度を高める役割を有し、露状の蒸気（水滴）をより霧状にして、噴霧することも可能である。このような空気送入手段２７およびヒーター９による蒸気量や蒸気粒の大きさを調節し、除菌・消臭対象となる部屋や場所の状況に応じて噴霧量や噴霧速度を調整する。

図３は、本考案による空気清浄機使用時の空気循環説明図である。なお、図１と同じ機能の部材には同じ番号が付されている。図において太い矢印は、空気の循環を示し、細い点線矢印は、蒸気の流れを示している。図３および図１を参照し本考案による除菌・消臭用空気清浄機の作用を説明する。除菌・消臭用空気清浄機１は、天井４１、壁４２、床４３に囲まれた部屋の隅に設置されている。空気清浄機１の空気排出孔７からは空気（太い矢印）が排出され、蒸気噴出孔１１からは除菌・消臭溶液が気化、霧化した蒸気（細い点線矢印）が噴霧される。

空気還流は、空気清浄機１内の空気還流ファン５により行うが、これだけでなく、室内のサーキュレータや扇風機、天井扇などにより部屋全体を還流させるようすることが望ましい。空気排出孔７から排出された空気は室内を循環し、空気吸入孔６よりフィルター１２（マクロ径）を介して空気清浄機１内へ取り込まれる。取り込まれた空気は、ファン５によりフィルター１３（ミクロ径）を通過して炭素材ブロック４へ送り込まれる。炭素材ブロック４では、炭素材の有する微小孔の吸着作用により空気中のウイルス、細菌、臭いなどの微小物質を吸収し除菌・消臭が行われる。炭素材ブロック４により除菌・消臭された空気は、再び空気排出孔７より空気中へ排出され、室内の空気循環が行われる。

また、気化、霧化された除菌・消臭溶液は、蒸気（細い点線矢印）として蒸気噴出孔１１より室内へ噴出する。噴出された蒸気は、後述するように除菌・消臭剤としてナノ粒子化された金または白金族を含んでいる。これらの金または白金族のナノ粒子は、蒸気状態で前述の空気還流と共に室内に還流するが、還流しつつ天井４１、壁４２、床４３、室内の家具４４などに付着する。ナノ粒子を含む霧化された蒸気粒は若干の水分を包含しており、水分が蒸発してもナノ粒子は室内に付着し、しばらくの間とどまっている。この室内の各場所に付着したナノ粒子は、貴金属（金）または白金族の有する微小物質吸着作用によりウイルス、細菌、不快臭などを吸着し、除菌・消臭効果を発揮する。この除菌・消臭効果は、多孔質炭素材の空気還流による除菌・消臭効果に比べ長時間持続し、持続性を有する。

次に、この多孔質炭素材による除菌・消臭作用につき説明する。本考案における多孔質炭素材の原材料としては、針葉樹（杉、檜、松）、広葉樹（けやき、かし、らわん、なら）などの木材およびモウソウ竹、真竹、チシマザサなどの竹材、その他植物由来の物質のいずれでも利用して熱処理により炭素化することが可能である。このような木材、竹材、植物由来の原材料を炭素化したものは人体、動物に安全、無害の物質であり、一部ではせっけん、歯磨き剤、食品添加物としても利用されている。

本考案では、原材料を炭素化処理する過程において、活性炭のように高温処理や賦活化処理を行った炭素材を用いることも可能であるが、高温処理炭素材は、高温で炭化させるほど結晶化またはグラファイト化してしまうため、より安全性を高めるためには５００℃以下の低温で熱処理して炭素化する低温炭素材を使用する方がより望ましい。

ほとんどの炭素材は、炭素材内部にミクロ孔、メソ孔、マクロ孔などの微細孔が形成されており、この大きさと数が大きく影響する。つまり、最も微小なウイルスなどは、炭素材のミクロ孔で捕捉され、より大きいエンベロープなどを有するウイルスや細菌類は、メソ孔で捕捉され、さらに大きな真菌や細胞レベルの微粉末などはメソ孔やマクロ孔で捕捉される傾向があると考えられている。

炭素材による吸着特性は、主として表面積の大きさ（比表面積）、細孔の大きさと数、炭素材の表面極性による疎水性・親水性が要因として作用するものと考えられている。特に、脱臭・消臭、抗菌、ウイルス吸着などの目的に使用する場合、ウイルスのような微小被吸着物質の吸着においては、ミクロ孔（細孔径２ｎｍ以下）、メソ孔（細孔径２ｎｍ〜３０ｎｍ）、マクロ孔（細孔径３０ｎｍ以上）の細孔径、比表面積、細孔数の主たる要因をどう満足するかにより性能・効果の良し悪しが決定される。つまり、空気還流においてウイルス、細菌類などの微小物質は多孔性炭素材の物理的吸着作用により炭素材に吸着される。

このような吸着効果を有する多孔質炭素材を本実施例ではブロック状の成形品を複数並べて空気還流に触れるように配置しているが、炭素材は、粉状やチップ状にして用いても良いし、シート、ボード、ブロックなどの成形品として使用しても良い。いずれの場合も空気還流に効果的に触れるよう配置する。多孔質炭素材は、その細孔が多ければより吸着効果は持続し、空気還流が適切に行われていれば数か月から数年に亘って効果が長期的に持続する。

また、この多孔質炭素材は、抗菌剤、抗ウイルス剤、消臭剤、防臭剤などの機能性剤および金属類の触媒を担持させることで、多種のウイルス類、細菌類、ＶＯＣ揮発性有害物質（ホルムアルデヒド、トルエン、キシレン、アセトアルデヒドなど）、不快臭（アンモニア、イソ吉草酸、硫化水素、ノネナール、酢酸、エタノールなど）をより効果的に吸収することができる。本考案においては、貴金属類である金および白金族であるルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、プラチナのいずれか、またはそれらの組み合わせのナノ粒子を担持することでより吸着効果を上げている。このような金および白金族は、従来多用されてきた銀などと比べ人体や動物に対し安全性が確認されている。そのため、多孔性炭素材による物理吸着効果とナノ粒子化した金・白金族による触媒吸着効果との組み合わせにより人体、動物に安全性の高い、より強力な除菌・消臭効果を得ることができる。これらの機能性剤や金属類の触媒を炭素材に担持しなくても、多孔質炭素材の物理吸着作用により除菌・消臭効果を発揮するので、必ずしも炭素材に担持したり、添加したりして用いなくても良い。

このような多孔質炭素材は、機能性剤や貴金属類担持の有無にかかわらず、除菌・消臭効果は数か月以上持続することが知られているが、長時間使用の場合除菌・消臭効果は徐々に低下する。多孔質炭素材の微性物質吸着作用は化学吸着でなく物理吸着であるため、水洗いにより容易に再生、復活することが可能である。そのためこれらの炭素材は、水洗により再生利用が可能であり、新規入れ替えを必要とせず、長期的にコストを抑えて使用することができる。

次に、本考案の除菌・消臭溶液について説明する。本考案で用いられる除菌・消臭溶液としては、いずれの除菌・消臭剤でも用いることができる。本考案の実施例としては、より安全性および持続性を考慮した金および白金族であるルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、プラチナ（白金）のいずれか、またはそれらの組み合わせのナノ粒子を用いることが望ましい。

除菌・消臭溶液として白金を使用する場合、白金を数ナノから数十ナノ（ｎｍ）の粒径に微小化し、白金ナノコロイド溶液として用いる。このナノコロイド溶液は、いずれの方法にても作成可能であるが、白金イオン化物質（例えば、塩化白金酸イオン）を還元剤により水中で反応させ、白金イオンを還元することで調整する。また、安定剤としてヒドロキシカルボン酸（塩化ナトリウム）などを添加してもよい。このようなコロイド溶液は、前述の通り安全性にも優れているため、本考案の空気清浄機１で常時室内へ噴霧して使用することが可能である。

本考案の空気清浄機によれば、空気還流による多孔質炭素材を用いた除菌・消臭効果と除菌・消臭溶液を噴霧させることによる除菌・消臭効果とを併用するため、よりその効果を高めると共に、溶液が途切れた場合でも炭素材による除菌・消臭効果は長期に亘り持続する。また、炭素材による空気還流が途絶えた場合でも、除菌・消臭溶液および溶液に含まれるナノ白金などの貴金属の室内付着により除菌・消臭効果が持続する。そのため持続性と継続性に優れた空気清浄機を提供することができる。更に、除菌・消臭溶液の噴霧により空気還流の状態や様子が目視で確認することが可能となり、空気清浄機の効果的配置や使用が可能となる。

上述の通り、本考案に基づく空気清浄機は、より強力な除菌・消臭効果が期待でき、安全性、持続性、継続性、利便性に優れた除菌・消臭空気清浄機を提供できるため、医療、介護施設用または家庭用の空気清浄機に限らず、抗菌、抗ウイルス、殺菌、消臭、脱臭、防臭などが求められる各種産業において広く応用することができる。

１ 空気清浄機
２ 多孔質炭素材
３ 除菌・消臭溶液
４ 炭素材ブロック
５ 空気還流ファン
６ 空気吸入孔
７ 空気排出孔
８ 超音波気化手段
１０ 蒸気案内ダクト
１１ 蒸気噴出孔
１２ フィルター（マクロ径）
１３ フィルター（ミクロ径）
２１ 除菌・消臭溶液タンク
２３ 超音波振動子
２４ 超音波駆動手段
２５ 噴霧調節部

本考案は、除菌・消臭用空気清浄機であって、前記空気清浄機は、多孔質炭素材の成形品と、除菌・消臭溶液と、空気還流手段と、溶液噴霧手段とを具備し、前記空気還流手段により還流された空気の除菌、消臭を行う前記多孔質炭素材の成形品と、前記除菌・消臭溶液を空中噴霧して空気中の除菌、消臭を行う前記溶液噴霧手段との組み合わせにより構成されることを最も主要な特徴とする。

Claims (4)

1. 除菌・消臭用空気清浄機であって、
   前記空気清浄機は、多孔質炭素材と、除菌・消臭溶液と、空気還流手段と、溶液噴霧手段とを具備し、
   前記多孔質炭素材は、前記空気還流手段により還流された空気の除菌、消臭を行い、
   前記除菌・消臭溶液は、前記溶液噴霧手段により空中噴霧されることにより空気中の除菌、消臭を行うことを特徴とする空気清浄機。
2. 前記多孔質炭素材は、木材、竹材、籾殻または植物性由来物質を炭化加熱により熱処理された炭素材であることを特徴とする請求項１記載の空気清浄機。
3. 前記多孔質炭素材は、貴金属類である金および白金族であるルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、プラチナのいずれか、またはそれらの組み合わせのナノ粒子を担持していることを特徴とする請求項２記載の空気清浄機。
4. 前記除菌・消臭溶液は、貴金属類である金および白金族であるルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、プラチナのいずれか、またはそれらの組み合わせのナノ粒子を含むことを特徴とする請求項１記載の空気清浄機。

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