JP5177210B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

この発明は、空気調和装置に関するものである。

空気調和装置として、多くのマイナスイオンを放出させるものが提案されている。この空気調和装置の本体には、吸気口と縦長の排気口が形成される。吸気口と排気口とは、風路によって連通される。風路内には、集塵フィルタ、送風ファン、イオン発生手段が設けられる。イオン発生手段は、針状電極と対向電極とを備える。

針状電極と対向電極とは、風路の横幅の略中央で排気口の近傍に平行に配置される。このため、針状電極により発生されたマイナスイオンは、風路の壁面に吸収されにくくなる。すなわち、イオンの放出量を増やすことができる。このイオンにより、室内の粉塵等（浮遊する細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等を含む）が帯電する。帯電した粉塵等は、集塵フィルタに捕捉される。この際、帯電した粉塵等は、静電気の作用で、集塵フィルタに捕捉されやすくなる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−３１１２８５号公報

しかしながら、特許文献１の空気調和装置においては、室内に放出されたイオンの寿命が短い。このため、イオンを室内の広範囲に放出することができない。すなわち、粉塵等を帯電させることができる範囲が狭い。このため、室内の広範囲にわたって粉塵等を帯電させることができない。これに伴い、粉塵等が集塵フィルタに捕捉されにくくなる。このため、集塵性能が低い。

また、捕捉された細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等は、集塵フィルタ上に蓄積される。このため、集塵フィルタを清掃又は交換する等のメンテナンスが必要となる。すなわち、煩雑な手数がかかる。さらに、集塵フィルタ上に蓄積された細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等を不活化させる手段が別途必要となる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、室内に浮遊する細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等を効率よく除去することができる空気調和装置を提供することである。

この発明に係る空気調和装置は、吸気口と排気口とを有する本体と、前記吸気口から前記本体内へと空気を取り込み、前記排気口から空気を排出する空気流を形成する送風手段と、前記本体内で前記吸気口と前記送風手段との間に設けられ、前記吸気口から取り込まれた空気の熱交換を行い、前記熱交換の際にドレン水を生成する熱交換器と、前記本体内で前記空気流の風路上に設けられ、帯電した霧状の水を放出する静電霧化装置と、前記本体内かつ前記熱交換器の前記吸気口寄りで前記風路上に設けられ、前記熱交換器に対して前記霧状の水の帯電と同極側となる電圧が印加されることにより、前記熱交換器との間で電界を形成する電圧極と、を備え、前記吸気口は、前記本体の上部に設けられ、前記排気口は、前記本体の下部に設けられ、前記電圧極は、前記静電霧化装置よりも上方に設けられたものである。

この発明によれば、室内に浮遊する細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等を効率よく除去することができる。

この発明の実施の形態１における空気調和装置の縦断面図である。 この発明の実施の形態１における空気調和装置に利用される静電霧化装置の概略縦断面図である。 この発明の実施の形態１における空気調和装置に利用される熱交換器と高電圧極の概略斜視図である。 この発明の実施の形態１における空気調和装置を利用した場合の浮遊細菌数の変化を説明するための図である。

この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における空気調和装置の縦断面図である。
図１の空気調和装置はルームエアコンである。図１において、１は装置本体である。装置本体１の上部には、吸気口２が設けられる。吸気口２には、プレフィルタ３が設けられる。装置本体１の下部には、排気口４が設けられる。

装置本体１内には、送風ファン５が設けられる。送風ファン５は、吸気口２から装置本体１内へと空気を取り込み、取り込んだ空気を排気口４から本体１外へと排気する空気流を作り出す送風手段として機能する。装置本体１内では、送風ファン５の吸気口２側に熱交換器６が設けられる。熱交換器６は、送風ファン５側に開口するように略コ字状に折り曲げられる。この開口部内に、送風ファン５が配置される。これにより、送風ファン５の吸気口２側は、熱交換器６によって覆われる。

装置本体１内では、プレフィルタ３より風下側であって熱交換器６より風上側に、静電霧化装置７が設けられる。装置本体１内の静電霧化装置７上方では、プレフィルタ３より風下側であって熱交換器６より風上側における風路上の吸気口２寄りに、高電圧極８が設けられる。

なお、ここでは、静電霧化装置７を熱交換器６の風上側に配置した。しかしながら、静電霧化装置７は、装置本体１内のプレフィルタ３より風下側の風路上に設けられればよい。例えば、静電霧化装置７を吸気口２の近辺や排気口４の近辺に配置するようにしてもよい。

次に、図２を用いて、静電霧化装置７を説明する。
図２はこの発明の実施の形態１における空気調和装置に利用される静電霧化装置の概略縦断面図である。

図２において、９はペルチェ素子である。ペルチェ素子９の下端側には、冷却部が形成される。ペルチェ素子９の冷却部は、付着した水滴が滴下しやすいように表面処理されている。ペルチェ素子９の下方には、ケーシング１０が配置される。ケーシング１０内では、ペルチェ素子９の直下に、貯水トレイ１１が配置される。

貯水トレイ１１の底部近傍の側壁には、放電電極１２が貫通している。放電電極１２の先端には、尖った突起部が形成される。放電電極１２の材質は、チタン等の発泡金属（金属多孔質体）である。この金属多孔質体における孔径は５０〜１５０μｍで、空隙率は７０〜８０％である。このような孔径、空隙率とすることで、水が金属全体に行き渡るようになっている。

放電電極１２の突起部と所定の間隔をあけて、対向電極１３が対向する。対向電極１３は、金属板で形成される。放電電極１２の材質は、導電性をもったものであればよい。ここでは、例えば、放電電極１２の材質として、ステンレスが用いられる。対向電極１３には、略円形の孔が形成される。対向電極１３は、放電電極１２の突起部の先端の延長線上に、対向電極１３の円形孔の中心が位置するように調整される。

放電電極１２と対向電極１３には、高圧電源１４が電気的に接続される。高圧電源１４は、放電電極１２及び対向電極１３間に高電圧（３〜１０ｋＶ）の正又は負の直流電圧を印加する。

この静電霧化装置７においては、ペルチェ素子９への通電により、ペルチェ素子９の冷却部の温度が下がる。ペルチェ素子９の周囲の空気中に含まれる水分は、ペルチェ素子９の冷却部で冷却される。冷却された水分は、凝縮する。凝縮した水分は、ペルチェ素子９の冷却部の表面に水滴となって付着する。当該水滴は、ペルチェ素子９の下方へと自重により滴下する。

滴下した水滴は、貯蓄トレイ内の水Ｗ１として貯められる。水Ｗ１内は、放電電極１２の突起部まで含浸される。この状態で、高圧電源１４により放電電極１２及び対向電極１３間に３〜１０ｋＶの正又は負の直流電圧が印加される。これにより、放電電極１２の先端に保持された水と対向電極１３との間にクーロン力が働く。

このクーロン力により、水の表面が局所的に盛り上がって、テイラーコーンが生成される。クーロン力が水の表面張力を超えると、テイラーコーンが分裂する。この分裂により、直径数ｎｍ程度の霧状の帯電水滴Ｗ２が形成される。この帯電水滴Ｗ２は、空気中に放出される。

なお、放電電極１２の突起部の数は、１個でもよいし複数個でもよい。放電電極１２に突起部を複数個設けた場合は、設けた突起部の数に応じて帯電水滴Ｗ２の量が増加する。

また、放電電極１２にナノコロイドを含有させてもよい。ナノコロイドとしては、粒子径が１〜５０ｎｍ程度の白金、金、銀等の貴金属が使用される。ナノコロイドは、次のようにして放電電極１２に担持される。まず、ナノコロイドの表面が、分散素材であるクエン酸やアスコルビン酸等で覆われる。次に、分散素材で覆われたナノコロイドが放電電極１２に添着される。その後、加熱されることでナノコロイドが放電電極１２の表面に担持される。

この際、分散素材は、加えられた熱により消失する。このため、ナノコロイドのみが放電電極１２に担持される。なお、加熱温度を変化させることで、ナノコロイドの担持の強度が変化する。この担持強度の変化により、帯電水滴Ｗ２に含有させるナノコロイド量を変化させることができる。

ここで、ナノコロイドを担持させたのちの放電電極１２の発泡金属の空隙率を６０％以上とすれば、帯電水滴Ｗ２の放出量を一定値に保つことができる。また、担持させるナノコロイドは、そのまま担持させてもよいが、コロイダルシリカ等のセラミック粉に担持させたものを放電電極１２に担持させてもよい。ここで、セラミック粉は、給水性を有する。このため、水を効果的に搬送することができる。なお、コロイダルシリカ等のセラミック粉のみを放電電極１２に担持させてもよい。

次に、図３を用いて、熱交換器６と高電圧極８とを説明する。
図３はこの発明の実施の形態１における空気調和装置に利用される熱交換器と高電圧極の概略斜視図である。

図３には、熱交換器６と高電圧極８との対向部が示される。熱交換器６は、アルミ等の平板を水平方向に積層したものである。平板には、凹凸や切り込み等が加工される。この加工により、平板の熱交換率が高まる。熱交換器６には、親水性の皮膜が形成される。皮膜は、例えば、ポリアニリンで形成される。これにより、熱交換器６の親水性が高まるとともに、細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等の付着が抑制される。

高電圧極８は、熱交換器６の風上側で、各平板と垂直となるように配置される。高電圧極８は、半導電性樹脂で形成される。半導電性樹脂としては、カーボン、酸化錫、酸化亜鉛等の半導電性フィラーを、ＡＢＳ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＰＥＴ樹脂、ポリカーボネート樹脂等の熱可塑性樹脂を混合したものが使用される。なお、ポリアミド等の導電性高分子を、ＡＢＳ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＰＥＴ樹脂、ポリカーボネート樹脂等の熱可塑性樹脂に混合したものが使用される場合もある。

高電圧極８には、貫通穴が形成される。貫通穴は、吸気口２側から熱交換器６側へ貫通する。例えば、高電圧極８を格子状にすることで、貫通穴が形成される。また、高電圧極８にパンチングすることで、貫通穴が形成される場合もある。

高電圧極８には、高圧電源（図示せず）が接続される。高圧電源により、高電圧極８には、３〜１０ｋＶの正又は負の直流電圧が印加される。この高圧電源は、高圧電源１４と共用でもよいし、高圧電源１４とは別のものでもよい。

これに対し、熱交換器６は接地される。このため、高電圧極８と熱交換器６との間には、電圧差が生じる。この電圧差により、高電圧極８と熱交換器６との間には、電界が生成される。

次に、図１を再び用いて、空気調和装置の動作を説明する。
空気調和装置が稼動すると、送風ファン５が稼動する。この稼動により、室内の空気が吸気口２から吸引される。この際、空気中の比較的大きなごみやほこり等は、プレフィルタ３に捕捉される。プレフィルタ３を通過した空気は、熱交換器６により熱交換される。この際、熱交換器６は、ドレン水を生成する。熱交換器６を通過した空気は、排気口４から排出される。

このとき、静電霧化装置７からは、帯電水滴Ｗ２が放出される。帯電水滴Ｗ２は、送風ファン５からの風により排気口４から室内に放出される。この帯電水滴Ｗ２は、室内に浮遊する細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等と接触し、これらを帯電させ、吸気口２から吸引される。

帯電した細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等は、室内の空気とともに、吸気口２から吸引される。帯電した細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等の持つ電荷は、帯電水滴Ｗ２が持つ電荷と同極である。これに対し、高電圧極８にも同極の電位が形成されている。このため、細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等は、高電圧極８による反発力と熱交換器６による吸引力によって、熱交換器６に捕捉される。

捕捉された細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等はドレン水とともに熱交換器６から流れ落ちる。流れ落ちた細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等は、ドレンホース（図示せず）等によって室外へ排出される。

特に、放電電極１２にナノコロイドを含有させた場合、ナノコロイドを含んだ帯電水滴Ｗ２は、ナノコロイドを含まない帯電水滴Ｗ２と比較して、帯電量が多く、寿命が長い。このため、室内の細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等をより多く帯電させる。

次に、図４を用いて、本実施の形態の空気調和装置を利用した場合の浮遊細菌数の変化を説明する。
図４はこの発明の実施の形態１における空気調和装置を利用した場合の浮遊細菌数の変化を説明するための図である。図４の横軸は時間である。図４の縦軸は浮遊細菌数である。

「自然減衰」は、装置を稼動しない場合の浮遊細菌数の変化である。「静電霧化装置のみ」は、静電霧化装置７のみを使用した場合の浮遊細菌数の変化である。「高電圧極のみ」は、高電圧極８のみを使用した場合の浮遊細菌数の変化である。「本実施の形態」は、静電霧化装置７と高電圧極８とを使用した場合の浮遊細菌数の変化である。

図４に示すように、「自然減衰」の場合でも、浮遊細菌数は、時間の経過とともに減衰する。「静電霧化装置のみ」の場合は、「自然減衰」の場合よりも、浮遊細菌数の減衰速度が速い。「高電圧極のみ」の場合は、「自然減衰」の場合よりも、浮遊細菌数の減衰速度が速いものの、「静電霧化装置のみ」の場合よりも、浮遊細菌数の減衰速度が遅い。

これに対し、「本実施の形態」の場合は、「自然減衰」、「静電霧化装置のみ」、「高電圧極のみ」の場合よりも、浮遊細菌数の減衰速度が著しく速い。具体的には、静電霧化装置７と高電圧極８を動作させてから３０分も経過すれば、浮遊細菌数は検出限界の１．Ｅ＋１０ＣＦＵ／ｍＬに達する。

以上で説明した実施の形態１によれば、静電霧化装置７が帯電水滴Ｗ２を放出する。このため、室内に浮遊する細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等と帯電水滴Ｗ２の接触確率を増加させ、室内に浮遊する細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等を効率よく帯電させることができる。

また、高電圧極８には、熱交換器６に対して帯電水滴Ｗ２の帯電と同極側となる電圧が印加される。この電圧によって形成された電界により、室内に浮遊する細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等を熱交換器６のドレン水によって効率よく除去することができる。また、集塵能力が低下しにくく、装置の長寿命化や省エネルギー化を図ることができる。

また、高電圧極８は、静電霧化装置７よりも上方に設けられる。このため、静電霧化装置７に放出された帯電水滴Ｗ２が装置本体１内で細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等と混ざることを防止することができる。

また、熱交換器６には、吸気口２側から熱交換器６側に貫通する貫通穴が形成される。このため、細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等を効率よくドレン水と混ぜることができる。

また、高電圧極８は、半導電性樹脂で形成される。このため、異常放電を抑制しつつ、高い電界を形成することができる。これにより、細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等をより効率よく除去することができる。

なお、高電圧極８は、金属や導電性樹脂等の導電性素材を絶縁皮膜等の絶縁性素材で被覆したものでもよい。この場合も、異常放電を抑制しつつ、高い電界を形成することができる。これにより、細菌・かび・アレルゲン・ウイルス等をより効率よく除去することができる。

以上においては、静電霧化装置７や高電圧極８をルームエアコンに適用した場合について説明した。しかしながら、本願発明に係る静電霧化装置７や高電圧極８の適用先は、ルームエアコンに限られない。例えば、パッケージエアコン、クリーナー（電気掃除機）、ハンドドライヤー、空気清浄機、加湿機、除湿機や冷蔵庫等の製品に、本願発明に係る静電霧化装置７や高電圧極８を組み込んで使用することができる。この場合でも、当該製品の使用者の快適性を向上し、利便性を向上することができる。

１ 装置本体
２ 吸気口
３ プレフィルタ
４ 排気口
５ 送風ファン
６ 熱交換器
７ 静電霧化装置
８ 高電圧極
９ ペルチェ素子
１０ ケーシング
１１ 貯水トレイ
１２ 放電電極
１３ 対向電極
１４ 高圧電源

Claims (4)

1. 吸気口と排気口とを有する本体と、
   前記吸気口から前記本体内へと空気を取り込み、前記排気口から空気を排出する空気流を形成する送風手段と、
   前記本体内で前記吸気口と前記送風手段との間に設けられ、前記吸気口から取り込まれた空気の熱交換を行い、前記熱交換の際にドレン水を生成する熱交換器と、
   前記本体内で前記空気流の風路上に設けられ、帯電した霧状の水を放出する静電霧化装置と、
   前記本体内かつ前記熱交換器の前記吸気口寄りで前記風路上に設けられ、前記熱交換器に対して前記霧状の水の帯電と同極側となる電圧が印加されることにより、前記熱交換器との間で電界を形成する電圧極と、
   を備え、
   前記吸気口は、前記本体の上部に設けられ、
   前記排気口は、前記本体の下部に設けられ、
   前記電圧極は、前記静電霧化装置よりも上方に設けられた空気調和装置。
2. 前記熱交換器は、前記電圧極との対向位置に、水平方向に平面を向けた平板を有し、
   前記電圧極は、前記風路上の前記吸気口側から前記熱交換器側に貫通する貫通穴を有した請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記電圧極は、半導電性樹脂で形成された請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置。
4. 前記電圧極は、
   前記熱交換器に対して前記霧状の水の帯電と同極側となる電圧が印加される導電性素材と、
   前記導電性素材を被覆した絶縁性素材と、
   を備えた請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置。

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