JP5633759B2 - 空気清浄装置及び空気清浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、空気清浄に関する、具体的には空気清浄装置と空気清浄方法に関するものである。

今では、室内の空気の質は人間の健康被害の原因として認識されているので、人々からますます関心を集めている。空気汚染物質は、例えば全揮発性有機化合物（ＴＶＯＣ）、アンモニア、硫化水素、細菌やウイルスなど、人間の健康を脅かす可能性がある。これらの問題に対する解決策が必要になる。

米国特許第７４７３０７４号公報と第５０４２４５７号公報は、新鮮な空気を使用した空気汚染物質の稀釈が、優れた室内の空気の質のために効果的な方法であることを公開する。しかし、取付状況の制限によって、特にエアダクトおよび送風ユニットが取り付けにくい場合、新鮮な空気へのアクセスは出来ないことがある。しかも、上記方法は空気汚染物質を除去することができず、ほかの地域に移送し、結局より深刻な問題を引き起こす可能性がある。

米国特許第６１５２９９６号公報、第５３５０４４４号公報と第７３１６７３６号公報は、空気清浄機が室内の空気の質を向上させるための代替案であることを公開する。ほとんどの空気清浄機は送風ユニットとフィルタを備えている。背後の動作原理は、空気汚染物質は、空気がその方向を送風ユニットによって転換し空気清浄機に流入すると、フィルタに吸着されるというものである。こういう空気清浄機は以下の欠点がある：
空気汚染物質は、二次汚染を引き起こす可能性があるフィルタに吸着されている。
こういう空気清浄機は、サイズが送風ユニットの存在のために大きい。
ノイズ障害は送風ユニットによって発生する可能性がある。
送風ユニットは、電源が必要になる。

従って、これまで放置する必要は、前記の欠陥や不便に対処するために、当技術分野で存在している。

本発明は、様々な場合に広く用いられるように、環境に対する障害と二次汚染を発生させることがなく、空気汚染物質を除去する空気清浄方法と空気清浄装置に関するものである。

本発明の第一の観点は、ドメスチックエリア，コマーシャルエリア或いは工業地域での全揮発性有機化合物（ＴＶＯＣ）、アンモニア、硫化水素、細菌やウイルスなどの空気汚染物質を除去する空気清浄装置を提供する。

本発明による空気清浄装置は、少なくとも１つの吸着フィルタと少なくとも１つの反応性酸化種（ＲＯＳ）発生器を取り付けられているハウジングを備えており、前記吸着フィルタは前記ハウジングの表面に配置され、且つ空気に晒されており、前記ＲＯＳ発生器は、前記ハウジングと前記吸着フィルタで囲まれている。

拡散によって空気汚染物質を吸着するための前記吸着フィルタは、吸着材と多孔質エンクロージャを備えている。前記ＲＯＳ発生器は、前記吸着材に向かって拡散し空気汚染物質を分解することによって前記吸着フィルタを更に吸着のために活性化させる反応性酸化種を発生するために用いられている。前記吸着材は、前記ＲＯＳ発生器が前記ハウジングと前記吸着フィルタで囲まれているため、過剰なＲＯＳを分解することによって、ＲＯＳの漏れを回避する。

本発明は活性化系統を提供しており、前記活性化系統には、空気汚染物質とＲＯＳが前記吸着材の孔に限定されている。空気汚染物質とＲＯＳが、気相反応と違って、ナノメートルスケールの範囲で互いに密着に維持させることにより、空気汚染物質を水や二酸化炭素のような非有害物質に分解するＲＯＳの効率を向上させ、二次汚染を回避する。酸化生成物は、あまりに小さくて孔の中に維持されることもできず、更に空気汚染物質の吸着のために孔の中から外へ拡散する。

本発明は、空気汚染物質を吸着するステップと吸着フィルタを活性化するステップとを２つに備えている。この２つのステップは異なる時間または同時に行うことができる。従って、動作中の組み合わせは、二種類がある。

１）空気汚染物質を、前記吸着フィルタを飽和させるまで吸着し、その後、ＲＯＳを前記吸着フィルタを活性化するために放出する。

２）前記吸着フィルタによって空気汚染物質を吸着すると同時に、ＲＯＳを吸着フィルタの活性化のために放出する。

第一の組み合わせについては、空気汚染物質の吸着と吸着フィルタの活性化が異なった場所で行われることができる。空気汚染物質の吸着時間と吸着フィルタの活性化時間とは、制限されてなく、アプリケーションに基づいて独立的に調整することができる。

第二の組み合わせについては、空気汚染物質の吸着と吸着フィルタの活性化は、同時に、しかも同じ場所で行われる。

本発明の空気清浄装置は、伝統的な空気清浄機と異なり、吸着過程中には電気なしで動作することによって、フレックスタイム内の異なった場所で適用される。また、当該空気清浄装置には送風ユニットが取り付けられていないので、動作の制限（例えば、電気の供給）と環境に対する障害（例えば、エアフローとノイズ）を回避することができる。前記吸着フィルタの吸着過程をスピードアップするため、本発明における空気清浄装置は、ファンとエアコンとのアウトレットなどのエアフローがある環境に配置されることができる。

本発明の第二の観点は、本発明による空気清浄装置を利用して空気汚染物質を除去するための空気清浄方法を提供する。前記方法は下記のステップを含む。

１）空気清浄装置は、汚染された環境に配置される。

２）前記空気清浄装置の吸着フィルタは環境からの空気汚染物質を吸着する。

３）前記吸着フィルタで空気汚染物質を吸着する過程中またはその後、ＲＯＳは、空気汚染物質の分解と前記吸着フィルタの活性化とのためにＲＯＳ発生器から放出される。

また、前記吸着フィルタは、更に吸着のために再び使用される。

本発明のこれら及び他の側面は、以下の図面と合わせて好ましい実施形態を説明することで明らかになるが、本発明の新しい概念の精神及び範囲から逸脱しない場合には、本発明に対して様々な変更や変化などをすることができる。

以下の図面は、本発明の１つまたは複数の実施形態を示し、明細書と一緒に本発明の原則を説明するためのものである。同一の符号は可能な限り、本発明の同一または同様の要素を参考するために図面で使用されている。
図１は本発明の一実施形態における空気清浄装置を示す概略図である。 図２は本発明の一実施形態における吸着フィルタを示す概略図である。 図３は本発明の一実施形態における空気清浄装置を利用する空気清浄方法を示す図である。

本発明のこれら及び他の利点と側面と新規な特徴だけではなく、図示の実施形態の詳細は、以下の説明と図面に基づいてより完全に理解することができる。本発明の様々な実施形態は実施例で説明するが、本発明を制限するために記載されるものではない。

一実施形態（図１参考）では、本発明の空気清浄装置は、吸着フィルタ２とＲＯＳ発生器３が取り付けられているハウジング１を備えている。吸着フィルタ２はハウジング１の表面に配置され、且つ空気に晒されることによって、吸着フィルタ２が空気汚染物質を拡散で周囲環境から吸着するより大きい表面を持っている。ＲＯＳ発生器３は上記ハウジング１と上記吸着フィルタ２で囲まれており、ＲＯＳを発生するために用いられている。吸着フィルタ２とＲＯＳ発生器３の間には、ＲＯＳが吸着された空気汚染物質の分解と上記吸着フィルタ２の活性化のために吸着フィルタ２に拡散できるように、境界が存在していない。

ハウジング１の形状は直方体、正六面体、立方体、円柱、または他の規則或いは不規則な形状にすることができる。ハウジング１の材料は金属、木材、プラスチック、セラミックまたは他の適当な材料であることができる。ハウジング１は、ＲＯＳの漏れを避けるために封止されている。

図２は本発明の一実施形態における吸着フィルタ２の構造を示す。吸着フィルタ２は、多孔質エンクロージャ４と吸着材５を備えている。吸着フィルタ２の形状は直方体、正六面体、立方体、円柱、または他の規則或いは不規則な形状にすることができる。吸着材５は、少なくとも１つの被覆層６とフレームワーク７を含む多孔質エンクロージャ４に保持される。被覆層６の孔径は、空気汚染物質やＲＯＳが吸着材５に拡散できるような大きさを持っていると同時に、吸着材５の損失を防止するために吸着材５の直径よりも小さくなっている。被覆層６はプラスチックネット、金属網、クロース、ＨＥＰＡフィルタ（Ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）および／または発泡体にすることができる。フレームワーク７は、吸着フィルタ２の形状を形成し、吸着フィルタ２に機械的な支持を提供する。フレームワーク７の材料は金属、紙、木材、プラスチック或いは他の適当な材料であることができる。

吸着材５は活性炭、ゼオライト、金属酸化物のフレームワーク（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）、アルミナ、シリカまたはこれらの混合物にすることができる。吸着材５の形状は球形、円柱形または他の長方形または不規則な形状、または長さや直径が１から１０ミリメートルの範囲内にあるペレットと、顆粒の形式にすることができる。また、吸着材５は吸着顆粒または粉体でスポンジコーティング（ｓｐｏｎｇｅ ｃｏａｔｉｎｇ）されることができる。吸着材５の孔径は、空気汚染物質を効果的に吸着するために４−２０オングストロームの範囲で調整されることができる。吸着材５の特性は、極性空気汚染物質または非極性空気汚染物質の吸着能力を高めるために、疎水性または親水性またはその両方の物理的な混合物にしてもよい。触媒（例えば、遷移金属）は、空気汚染物質の分解速度を向上させるように、吸着材５の多孔質構造に組み込むことができる。吸着材５の種類および量は、空気汚染物質の性質および量に決定されるが、本技術分野の従業者は、汚染された環境に基づいて吸着材５の種類および量を適宜選択することができる。

別の一実施形態（図１参考）では、ＲＯＳ発生器３は、ＲＯＳ発生器３によって発生されたＲＯＳが空気汚染物質の分解のために吸着フィルタ２に拡散できるよう、吸着フィルタ２の近くに配置されている。ＲＯＳ発生器３はイオン発生器、荷電粒子発生器、オゾン発生器、過酸化物発生器、ラジカル発生器（例えば、水酸基ラジカル発生器）、反応性酸化性ガス発生器および／または電気集塵機であることができる。当該ＲＯＳは陽イオン、陰イオン、荷電粒子、オゾン、過酸化物、ラジカル（例えば、水酸基ラジカル）または他の適当な反応性酸化性ガスであることができる。ＲＯＳは電気集塵やコロナ放電などの電気的な方法、化学方法および光分解方法（例えば、ＵＶ）で発生することができる。過剰なＲＯＳは、容易に限定されており、漏れの回避のために吸着材５で分解される。ＲＯＳの種類および量は、空気汚染物質の性質および量に決定されるが、本技術分野の従業者は、汚染された環境に基づいてＲＯＳの種類および量を適宜選択することができる。

本発明では、空気清浄装置は、送風ユニットが取り付けられていないので、吸着過程中に電気とエアフローやノイズのような障害がなくても動作することができる。活性化過程は吸着フィルタを、二次汚染を引き起こすことなく半永久的にさせることができる。本発明は、吸着過程と活性化過程が独立的に行われることができるため、電気供給がない場合でも、フレックスタイム内の異なった場所でより広く適用される。

本発明は活性化系統を更に提供しており、上記活性化系統には、吸着材５を更に吸着のためにＲＯＳで活性化させる。気相反応と違って、空気汚染物質とＲＯＳが、吸着材５の孔に限定されており、且つナノメートルスケールの範囲で互いに密着に維持させることにより、空気汚染物質を水や二酸化炭素などの非有害物質に分解するＲＯＳの効率を向上させ、二次汚染を回避する。酸化生成物は、あまりに小さくて孔の中に維持されることもできず、更に空気汚染物質の吸着のために孔の中から拡散し、吸着材５を活性化させる。

本発明は、空気汚染物質を吸着するステップと吸着フィルタ２を活性化するステップを２つに備えている。この２つのステップは異なった時間または同時に行うことができる。従って、動作中の組み合わせは、二種類がある。

１）空気汚染物質を、前記吸着フィルタ２を飽和させるまで吸着し、その後、ＲＯＳを前記吸着フィルタ２を活性化するために放出する。

２）前記吸着フィルタ２によって空気汚染物質を吸着すると同時に、ＲＯＳを吸着フィルタ２の活性化のために放出する。

動作中の２つの組み合わせのいずれも、様々なアプリケーションに適用されることができる。第一の組み合わせについては、空気汚染物質の吸着と吸着フィルタ２の活性化が異なった場所で行うことができる。従って、電気は吸着過程での作業環境に対して不要になる。空気汚染物質の吸着期間と吸着フィルタ２の活性化期間とは、制限されてなく、現実的なアプリケーションに基づいて独立的に調整することができる。

第二の組み合わせについては、空気汚染物質の吸着と吸着フィルタの活性化は、同時に、しかも同じ場所で行う。吸着フィルタ２は、電気がＲＯＳ発生器３の作業環境に対して不要になって、連続的に活性化することができるため、空気汚染物質の除去率はより高くなる。

本発明によれば、活性化過程は吸着フィルタを、二次汚染を引き起こすことなく半永久的にさせることができる。本発明は、吸着過程と活性化過程が独立的に行われることができるので、電気供給がなくても、フレシックタイム内の異なった場所でより便利に利用される。吸着フィルタの吸着過程をスピードアップするため、本発明における空気清浄装置は、ファンとエアコンとのアウトレットなどのエアフローがある環境に配置されることができる。

図３は本発明の一実施形態における空気清浄装置を利用する空気清浄方法を示す。本発明の方法は以下のステップを含む。

ステップ１には、空気清浄装置は、汚染された環境に配置される。

ステップ２には、空気清浄装置の吸着フィルタは環境からの空気汚染物質を吸着する。

ステップ３には、吸着フィルタで空気汚染物質を吸着する過程中またはその後、ＲＯＳは、空気汚染物質の分解と吸着フィルタの活性化とのためにＲＯＳ発生器から放出される。

ステップ４には、前記吸着フィルタは、更に吸着のために再び使用される。

本発明の他の一実施形態では、上述の他の空気清浄装置は図３に公開されたフローチャートを実施することができる。また、本発明による吸着フィルタは、追加清浄がなくても、何度も使用することができる。

前述の説明は、ただの本発明の好ましい実施形態であり、特に本発明を限定するものではない。本発明の精神および範囲から逸脱しないすべての変更や変化や改善などは、本発明の範囲に含まれるべきである。

Claims (21)

1. 少なくとも１つの吸着フィルタと少なくとも１つのＲＯＳ発生器を取り付けられているハウジングから構成され、
   前記吸着フィルタは前記ハウジングの表面に配置され、且つ空気汚染物質の吸着のために空気に晒されており、
   前記ＲＯＳ発生器は、前記ハウジングと前記吸着フィルタで囲まれ、ＲＯＳを発生し、
   前記ＲＯＳは、吸着材に吸着された空気汚染物質を分解するために用いられており、更に吸着のために前記吸着フィルタを活性化させ、
   前記空気汚染物質を、前記吸着フィルタが飽和するまで吸着し、その後、前記ＲＯＳ発生器を作動させて前記ＲＯＳ放出して、吸着フィルタを活性化させる動作、および、
   前記吸着フィルタによって空気汚染物質を吸着しながら、前記ＲＯＳ発生器を作動させて前記ＲＯＳを放出して、吸着フィルタを活性化させる動作が可能であることを特徴とする空気清浄装置。
2. 複数の吸着フィルタは前記ハウジングの表面に配置されており、
   複数のＲＯＳ発生器は前記ハウジングと前記複数の吸着フィルタで囲まれていることを特徴とする請求項１に記載の空気清浄装置。
3. 前記ハウジングの形状は直方体、球形、円柱形、立方体または正六面体であることを特徴とする請求項１に記載の空気清浄装置。
4. 前記吸着フィルタの形状は直方体、球形、円柱形、立方体または正六面体であることを特徴とする請求項１に記載の空気清浄装置。
5. 前記吸着フィルタは、吸着材が保持された多孔質エンクロージャを備えていることを特徴とする請求項４に記載の空気清浄装置。
6. 前記多孔質エンクロージャは、前記吸着フィルタの形状を形成するフレームワークと前記フレームワークを被覆する少なくとも１つの被覆層とを含むことを特徴とする請求項５に記載の空気清浄装置。
7. 前記被覆層の孔径は、空気汚染物質やＲＯＳが前記吸着材に拡散できるような大きさを持っていると同時に、
   前記吸着材の損失を防止するために前記吸着材の直径よりも小さくなっていることを特徴とする請求項６に記載の空気清浄装置。
8. 前記フレームワークの材料は金属、紙、木材またはプラスチックであり、
   前記被覆層はプラスチックネット、金属網、クロース、ＨＥＰＡフィルタおよび／またはフォームであることを特徴とする請求項６に記載の空気清浄装置。
9. 前記吸着材は活性炭、ゼオライト、金属酸化物のフレームワーク、アルミナ、シリカまたはこれらの物理的な混合物であることを特徴とする請求項５に記載の空気清浄装置。
10. 前記吸着材の形状は、球形、円柱形、長方形、不規則形状またはサイズが１から１０ミリメートルの範囲内にあるペレットまたは顆粒の形式であることを特徴とする請求項９に記載の空気清浄装置。
11. 前記吸着剤の孔径は、４−２０オングストロームの範囲にあることを特徴する請求項９に記載の空気清浄装置。
12. 前記吸着材は疎水性、親水性またはその両方の物理的な混合物であることを特徴とする請求項９に記載の空気清浄装置。
13. 触媒は、空気汚染物質の分解速度を向上させるように、前記吸着材の多孔質構造に組み込むことを特徴とする請求項９に記載の空気清浄装置。
14. 前記吸着材は、吸着顆粒または粉体でスポンジコーティングされていることを特徴とする請求項５に記載の空気清浄装置。
15. 前記ＲＯＳは陽イオン、陰イオン、荷電粒子、オゾン、過酸化物、ラジカルまたは反応性酸化性ガスであることを特徴とする請求項１に記載の空気清浄装置。
16. 前記ＲＯＳ発生器は、下記イオン発生器、荷電粒子発生器、オゾン発生器、過酸化物発生器、ラジカル発生器、反応性酸化性ガス発生器と電気集塵機の少なくとも１つの発生器を含むことを特徴とする請求項１５に記載の空気清浄装置。
17. 前記ＲＯＳは、電気的な方法、化学方法および光分解方法で発生することを特徴とする請求項１５に記載の空気清浄装置。
18. 空気汚染物質は、前記吸着材の孔に吸着されることを特徴とする請求項１１に記載の空気清浄装置。
19. 前記ＲＯＳは、前記吸着材の孔に吸着された空気汚染物質を非有害物質に分解し、前記吸着材の孔を活性化させることを特徴とする請求項１８に記載の空気清浄装置。
20. 過剰なＲＯＳは、前記吸着材で漏れの回避のために分解されることを特徴とする請求項１５に記載の空気清浄装置。
21. ａ） 空気清浄装置が汚染された環境に配置されるステップ、
    ｂ） 前記空気清浄装置の吸着フィルタが環境からの空気汚染物質を吸着するステップと、
    ｃ） 前記吸着フィルタで空気汚染物質を吸着する過程中またはその後、ＲＯＳが空気汚染物質の分解と前記吸着フィルタの活性化とのためにＲＯＳ発生器から放出されるステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１−２０のいずれに記載の空気清浄装置を利用して空気汚染物質を清浄する空気清浄方法。

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