JP3773767B2

JP3773767B2 - イオン発生装置を備えた空気清浄機並びに空気調和機

Info

Publication number: JP3773767B2
Application number: JP2000258028A
Authority: JP
Inventors: 昭雄宮田; 和男西川; 秀雄野島
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2020-08-28
Also published as: CN100529565C; JP2002065836A; CN1847737A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン発生装置を備えた空気清浄機並びに空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、住環境の高気密化に伴い、人体に有害な空気中の浮遊細菌を取り除き、健康で快適な生活を送りたいという要望が強くなっている。この要望に応えるため、各種のフィルタを備えた空気清浄機が開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような空気清浄機では、空間の空気を吸引してフィルタにより汚染物質を吸着若しくは分解する方式であるため、長期にわたる使用によリフィルタの交換等のメンテナンスが不可欠であり、しかも、フィルタの特性が充分でないため、満足のいく性能が得られていない。
【０００４】
それに対し、イオン発生装置を用いて、空気中のイオン濃度を増加させる空気清浄機や空気調和機も開発されているが、現在、市販されているものは、負イオンのみを発生させるものであったため、負イオンによる人間をリラックスさせる効果はある程度期待できるものの、空気中の浮遊細菌（生菌）の積極的な除去についてはほとんど効果が認められていない。
【０００５】
また、このような従来のイオン発生装置は、直流高電圧方式やパルス高電圧方式を用いて負イオンを放電針からイオンを発生させているので、電圧として５ｋＶ以上の高電圧を必要とし、このため、製品や周辺の機器等にホコリが多く付着する問題が生じている。更に、高電圧を使用するために機器の安全性に課題があり、安全回路を設置する等の対策が必要であった。
【０００６】
また、イオン発生装置においては、イオンが発生する際に、副次的にオゾンが発生する。元来、オゾンは自然界にも存在し、殺菌効果を有することは広く知られているが、高い濃度のオゾンガスは、呼吸器系に影響を及ぼすなど人体に対して好ましくないことからその発生量を抑制することが必要とされていた。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、比較的小さな交流電圧の印加で安定した減菌効果が得られ、かつ空気清浄あるいは空気調和が可能な空気清浄機並びに空気調和機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る空気清浄機は、絶縁体を挟んで対向する一対の電極を設け、両電極間に交流電圧を印加することにより正イオンとしてＨ ⁺ （Ｈ ₂ Ｏ） _nと負イオンとしてＯ ₂ ^- （Ｈ ₂ Ｏ） _nとを発生させるイオン発生装置と、脱臭及び／又は集塵を行うフィルタ部とを備え、空気の吸込口から吹出口に至る通風路の上流側にフィルタ部を、下流側に正イオンとしてＨ ⁺ （Ｈ ₂ Ｏ） _n と負イオンとしてＯ ₂ ^- （Ｈ ₂ Ｏ） _n とを発生するイオン発生装置をそれぞれ配置したことを特徴とするものである。
【０００９】
上記構成によれば、イオン発生装置の上流側のフィルタ部によって有機化合物や埃等を除去するために、イオン発生装置に汚れが付着しにくく、イオン発生装置を長期間使用することが可能になるとともに、安定したイオンの発生が可能となり、後述するように比較的小さな交流電圧の印加で優れた滅菌効果を得ることができる。
【００１０】
本発明で使用されるイオン発生装置においては、電極間に交流高電圧を印加することにより、大気中で放電等の電離現象が起こり、正イオン及び負イオンが発生する。このとき、発生する正イオンとしては、Ｈ⁺（Ｈ₂Ｏ）_n、負イオンとしてはＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_nが最も安定に生成する。
【００１１】
これらイオンは、正イオン若しくは負イオン単独では、空気中の浮遊細菌に対し、格別な効果はない。しかし、これらのイオンが同時に生成すると、化学反応によって活性種である過酸化水素Ｈ₂Ｏ₂又はラジカル・ＯＨが生成する。このＨ₂Ｏ₂又はラジカル・ＯＨは、極めて強力な活性を示すため、これにより、空気中の浮遊細菌を除去することができる。
【００１２】
通常のイオン発生装置では、直流高電圧方式又はパルス高電圧方式を用いているため、正イオンまたは負イオンのいずれか一方しか発生することができなかった。従って、正イオンと負イオンの反応による上記活性種Ｈ₂Ｏ₂又はラジカル・ＯＨが生成しないため、空気中の浮遊細菌の殺菌効果が得られなかった。これに対して、本発明で使用されるイオン発生装置は、正イオンと負イオンを同時に発生するため、上述した原理によって空気中の浮遊細菌を除去できる。
【００１３】
また、イオンの発生とともにオゾンが副次的に発生するが、このオゾンが有する殺菌作用によって、正及び負イオンによる滅菌効果を相乗的に増強することが可能となる。このとき、空気中のオゾン濃度は、自然界に存在する程度とすればよく、具体的には、産業衛生協会により定められた安全性の基準値である０．１ｐｐｍ以下であるのが好ましい。
【００１４】
なお、イオン発生装置から発生するオゾン量は、電極に印加する交流電圧の実効値と通風路を通過する空気の量により制御することが可能であり、空気清浄機にオゾンセンサを設置してオゾン濃度をモニターし、この検出結果をイオン発生装置にフィードバックすることにより予め設定した設定値にオゾン濃度を制御することができる。
【００１５】
イオン発生装置に印加する交流電圧は、実効値１．１〜１．４ｋＶとすることにより、イオン発生装置の電極間に高電圧を印加する際に必要となる安全装置が省け、コストダウンが図れるとともに、減菌効果を発揮する上記活性種Ｈ₂Ｏ₂又はラジカル・ＯＨを充分量発生できる。
【００１６】
脱臭及び／又は集塵を行うフィルタ部としては、脱臭フィルタや、集塵フィルタを単独、あるいは、夫々組合わせたものを使用することができる。脱臭フィルタとしては、オゾン等の悪臭・有害ガスや、ホルムアルデヒド、トルエン等の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を除去できるものが用いられ、具体的には、活性炭等のような吸着型のものや、光触媒のように紫外線等の光線を照射することによって物質を分解する機能を有する分解型のものを使用することが可能である。
【００１７】
特に、フィルタ部として脱臭フィルタを用い、通風路の上流側に脱臭フィルタを、下流側にイオン発生装置をそれぞれ配置すれば、イオン発生装置から副次的に発生するオゾンを有効利用しつつ、空気中の濃度を安全な範囲内で抑制することが可能となる。
【００１８】
すなわち、オゾンの寿命は正負イオンに比べて長く、そのためイオン発生装置を稼働させて空気中に一定濃度のイオンを供給しようとした場合、オゾン発生装置の運転条件を調整してオゾン発生量を制御しても、空気中のオゾン濃度が設定値以上に増加するおそれが生じる。このような場合、上記構成を採用すれば、イオン発生装置からイオン及びオゾンが放出される一方で、空気吸込口から空気とともに取込まれたイオン及びオゾンは脱臭フィルタである程度のオゾンが回収されるため、空気中のオゾン濃度は許容範囲に維持される。したがって、イオン発生装置から発生するオゾンを有効利用しつつ、空気中のオゾン濃度を安全な範囲内で制御することが可能となる。なお、脱臭フィルタを通過した正負イオンは、イオン発生装置で新たに発生したイオンとともに、再び空気中に放出される。
【００１９】
集塵フィルタは、その種類については特に限定されることなく使用することができるが、前述のように、イオン発生装置への埃等の付着を抑制できる程度の能力のものが好ましく、イオン及びオゾンにより殺菌された細菌を除去することが可能なＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air ）フィルタ（０．３μｍの塵埃を９９．９７％以上捕集できるもの）を使用するのがより好ましい。
【００２０】
集塵フィルタは、１種類のフィルタを単独で使用するほかに、２種類以上のフィルタを組合わせて使用することも可能である。特に、ＨＥＰＡフィルタを使用する場合、ＨＥＰＡフィルタは高性能であるが故に目づまりしやすいため、ＨＥＰＡフィルタの上流側に、大粒径のチリや埃を除去するプレフィルタを配置し、次いで脱臭フィルタを配置する構成を採用すれば、除塵による目詰まりは専らプレフィルタにて生じ、ＶＯＣ等のガス成分及びＨＥＰＡフィルタを劣化させる原因となるオゾンは脱臭フィルタで除去されることからＨＥＰＡフィルタの目詰まり及び劣化が軽減されて交換の頻度はプレフィルタや脱臭フィルタに比べて少なくてすむという利点を有する。
【００２１】
前述のように、脱臭フィルタは、オゾンを除去可能なものであればよいが、吸着型である活性炭を使用する場合、吸着したオゾンにより活性炭自身が劣化して性能が低下するおそれが生じるため、本発明においては脱臭フィルタとして、オゾン分解触媒が担持された活性炭フィルタを採用可能とし、これにより、オゾンによる活性炭の劣化を防止し、脱臭フィルタを長期間使用可能とした。オゾン分解触媒としては、二酸化マンガンや活性アルミナ等を挙げることができるが、特に二酸化マンガンが好ましい。
【００２２】
また、脱臭フィルタのガス吸着材として、粒状活性炭のように粒状の吸着材を使用すれば、吸着材粒子同士によって形成される空隙が、一種の集塵フィルタ的な機能を有し、埃等を除去することが可能になるという利点を有する。
【００２３】
また、空気清浄機又は空気調和機における送風路の空気吹出口の内部近傍にイオン発生装置を設ければ、活性種を効率よく部屋の空間の隅々まで行き届かせることができる。
【００２４】
以上、イオン発生装置を備えた空気清浄機について説明したが、この空気清浄機は、空気を清浄化する目的であれば適用場所については特に限定されることなく使用可能であり、例えば、建物の部屋用、車両用、トイレ用等に使用することが可能である。また、本発明におけるイオン発生装置は、空気清浄機のほかに、空気調和機にも搭載することができる。
【００２５】
この場合、空気調和機には熱交換器が備えられており、熱交換器への埃等の付着は熱交換効率の低下を招くとともに、オゾン等の腐食性物質により腐食されやすいことから、フィルタ部としては脱臭及び集塵を行うものであることが好ましく、より具体的には、フィルタ部として、集塵用のプレフィルタと、オゾンを除去するための脱臭フィルタとからなるものを使用するのが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態を示す図であり、イオン発生装置を備えた空気清浄機の概略的な側面断面図である。図１において、空気清浄機には、外部から空気を取込む空気吸込口１２と、取込んだ空気を清浄化して外部に放出する空気吹出口１７とを有する通風路１９が形成されており、イオン発生装置１１は通風路１９の空気吹出口１７近傍に配置され、このイオン発生装置１１と空気を清浄化するフィルタ部１８との間に送風ファン１６が配置されている。
【００２７】
フィルタ部１８は、通風路１９の上流側から、ポリプロピレン製ネットからなるプレフィルタ１３、オゾン分解触媒が担持された活性炭からなる脱臭フィルタ１４、ＨＥＰＡフィルタ１５が順次配置されてなるものであり、このように配置することにより、通常の塵埃を専らプレフィルタ１３にて除去し、ＶＯＣ等のガス成分及びオゾンを脱臭フィルタ１４にて除去し、ＨＥＰＡフィルタ１５では花粉や殺菌後の細菌等の微小粒子を除去するようにし、ＨＥＰＡフィルタ１５の交換頻度が少なくて済むような構成とされている。
【００２８】
イオン発生装置１１のイオン発生管の概略的な構成は、図２に示すように、一端部が閉管された円筒状の絶縁体であるパイレックス製ガラス管２１（厚さ１ｍｍ）を挟んで内側と外側にそれぞれ、金属のメッシュからなる筒状の外電極２２と、内電極２３とが対向して配設されている。なお、金属電極２２及び２３の材料としてはステンレス（ＳＵＳ３０４）を用い、外電極２２を接地電位として、内電極２３に高周波回路を用いて交流電圧を印加するようになっている。
【００２９】
実際の交流電圧の条件としては、周波数１５ｋＨｚ、電圧１．１〜１．４ｋＶ（実効値）とした。このような条件において、上述した構成を有するイオン発生装置１１から放出されるイオンを空気イオンカウンタによつて測定した。移動度１ｃｍ²／Ｖｓｅｃ以上の小イオンを検出した結果、イオン発生装置１１のガラス管２１の側面からの距離２０ｃｍの位置で、２０〜４０万個／ｃｃ程度の正イオンと負イオンが同時に測定された。
【００３０】
このような特性を持つイオン発生装置１１を、図１に示すように、通風路１９の空気吹出口１７の近傍に設置し、空気中の浮遊細菌に対する除去性能を評価した。比較（比較例１）として、通常の集塵フィルタと、イオン発生装置１１とを搭載した空気清浄機を用い、本実施形態に記載した空気清浄機との性能を比較した。
【００３１】
具体的には容積１ｍ³の容器中に空気清浄機を設置し、予め培地上で培養した一般生菌と真菌を容器内に散布した。そして、イオン発生装置１１を動作させるとともに、空気清浄機の運転を開始し、所定の時間毎に、細菌の濃度をエアーサンプラーで測定した。エアーサンプラーは、４０リットル／分の割合で容器内の空気を吸引し、４分間のサンプリングを行った。
【００３２】
サンプリング後の試料は倍地に均一塗布し、所定時間経過後に形成されたコロニー数をカウントし、これを生菌数とした。その結果を表１に示す。なお、試験開始直後の生菌数を１００％とし、所定時間経過後の生菌数から生菌の減少率を求め、その値を表に併記した。
【００３３】
【表１】

【００３４】
空気清浄機の運転を開始してから３時間後、比較例１の空気清浄機では、一般生菌は８３％、真菌は８８％、本実施形態では、一般生菌は９０％、真菌は９１％を除去できた。
【００３５】
従って、本実施形態に係るイオン発生装置を備えた空気清浄機を使用することにより、きわめて良好に空気中の浮遊細菌（生菌）の大部分を除去できることが確認できた。また、正イオンと負イオンと一緒に発生したオゾンは、オゾン分解触媒により分解除去するため、空気清浄機を連続運転してもオゾン特有の臭いは感じられなかった。
【００３６】
［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態を示す図であり、イオン発生装置を備えた空気調和機の概略的な側面断面図である。図３において、空気調和機には、第１の実施形態と同様、空気吸込口４２と、空気吹出口４７とを有する通風路４９が形成され、空気吹出口４７には、ルーバー４９が設置されており、これにより任意の角度で空気を放出可能となっている。イオン発生装置１１は通風路１９の空気吹出口４７近傍に配置され、このイオン発生装置１１とフィルタ部１８との間に上流側から熱交換器４８と送風ファン４６とがこの順番に配置されている。
【００３７】
フィルタ部１８は、通風路１９の上流側から、オゾン分解触媒が担持された活性炭からなる脱臭フィルタ４４、ポリプロピレン製ネットからなるプレフィルタ４３が順次配置されてなるものであり、上記第１の実施形態と同様に、空気中の浮遊細菌に対する除去性能を評価した。比較（比較例２）として、プレフィルタとイオン発生装置１１を搭載した空気調和機を用い、本実施形態に記載した空気調和機との性能を比較した。
【００３８】
評価方法は第１の実施形態と同様にして行った。その結果を表２に示す。空気調和機の運転を開始してから３時間後、比較例２の空気調和機では、一般生菌は８７％、真菌は９０％が除去され、本実施形態では、一般生菌は８９％、真菌は９２％を除去できた。この結果は、本実施形態ではオゾン分解触媒が担持された活性炭からなる脱臭フィルタ４４を使用しており、この脱臭フィルタが集塵フィルタとして機能したためと考えられた。また、正イオン及び負イオンと一緒に発生したオゾンは、オゾン分解触媒によりすみやか分解除去され、オゾン特有の臭いは感じられなかった。
【００３９】
【表２】

【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるイオン発生装置に印加する交流高電圧の実効値は１．１〜１．４ｋＶ程度で充分な除菌性能を得ることができ、従来、印加電圧が５ｋＶ以上であった高圧放電方式のイオン発生装置に対し、機器の安全性や信頼性が飛躍的に向上する。従って、簡便な構造で安全性に優れたイオン発生装置が得られ、従来は困難であった空気中の浮遊細菌の除去が可能な空気清浄機または空気調和機を提供することができる。
【００４１】
本発明に係る空気清浄機及び空気調和機においては、通風路の上流側にフィルタ部を、下流側にイオン発生装置をそれぞれ配置したことにより、イオン発生装置に汚れが付着しにくく、安定したイオンの発生が可能となり、長期間の使用が可能となる。
【００４２】
特に、フィルタ部として、脱臭フィルタを用いた場合には、イオン発生装置から発生する正負イオンに加えて、副次的に発生するオゾンを安全に利用することが可能となり、オゾンが有する殺菌作用によって正負イオン同士の化学反応によって生じる活性種の滅菌効果を相乗的に増強することが可能となる。
【００４３】
また、フィルタ部として、プレフィルタ及びＨＥＰＡフィルタからなる集塵フィルタと、脱臭フィルタとを使用し、脱臭フィルタの上流側にプレフィルタを、下流側にＨＥＰＡフィルタを配置すれば、ＨＥＰＡフィルタの目詰まり及び劣化が軽減され、交換頻度はプレフィルタや脱臭フィルタに比べて少なくてすむという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るイオン発生装置を備えた空気清浄機の概略的な側面断面図
【図２】イオン発生装置の概略的な側面断面図
【図３】第２の実施形態に係るイオン発生装置を備えた空気調和機の概略的な側面断面図
【符号の説明】
１１イオン発生装置
１２、４２空気吸込口
１３、４３プレフィルタ
１４、４４脱臭フィルタ
１５ＨＥＰＡフィルタ
１６、４６送風ファン
１７、４７空気吹出口
１８フィルタ部
１９通風路
４８熱交換器

Claims

絶縁体を挟んで対向する一対の電極を設け、両電極間に交流電圧を印加することにより正イオンとしてＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_nと負イオンとしてＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_nとを発生させるイオン発生装置と、脱臭及び／または集塵を行なうフィルタ部とを備え、空気の吸込口から吹出口に至る通風路の上流側にフィルタ部を、下流側にイオン発生装置をそれぞれ配置し、前記イオン発生装置に実効値１．１ｋＶ〜１．４ｋＶの交流電圧を印加し、正イオンとしてＨ ⁺ （Ｈ ₂ Ｏ） _n と、負イオンとしてＯ ₂ ^- （Ｈ ₂ Ｏ） _n とを放出して空気中に浮遊する浮遊細菌を殺菌することを特徴とする空気清浄機。
前記フィルタ部は、脱臭フィルタである請求項１記載の空気清浄機。
前記フィルタ部は、通風路の上流側からプレフィルタ、脱臭フィルタ、ＨＥＰＡフィルタが順次配置されてなるものである請求項１記載の空気清浄機。
前記脱臭フィルタは、オゾン分解触媒が担持された活性炭フィルタである請求項２又は３記載の空気清浄機。
前記オゾン分解触媒が二酸化マンガンである請求項４記載の空気清浄機。
絶縁体を挟んで対向する一対の電極を設け、両電極間に交流電圧を印加することにより正イオンとしてＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_nと負イオンとしてＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_nとを発生させるイオン発生装置と、脱臭及び集塵を行うフィルタ部とを備え、空気の吸込口から吹出口に至る通風路の上流側にフィルタ部を、下流側にイオン発生装置をそれぞれ配置し、前記イオン発生装置に実効値１．１ｋＶ〜１．４ｋＶの交流電圧を印加し、正イオンとしてＨ ⁺ （Ｈ ₂ Ｏ） _n と、負イオンとしてＯ ₂ ^- （Ｈ ₂ Ｏ） _n とを放出して空気中に浮遊する浮遊細菌を殺菌することを特徴とする空気調和機。
前記フィルタ部は、プレフィルタと、脱臭フィルタとからなるものである請求項６記載の空気調和機。
前記脱臭フィルタは、オゾン分解触媒が担持された活性炭フィルタである請求項６又は７記載の空気調和機。
前記オゾン分解触媒が二酸化マンガンである請求項８記載の空気調和機。