JP5661094B2 - 空気清浄装置 - Google Patents

Description

本発明は環境保護分野に関する。より具体的には、本発明は空気清浄に適用できるインテリジェント装置に関する。

空気汚染物質は、２つの主要な物質の相に存在する。粒子の相の汚染物質は、かなりの物理的大きさをもつ汚染物質であり、塵埃粒子、空気によって運ばれた細菌や糸状菌が含まれる。これらは、異なる物体で異なる組成により構成され互いに結びつくことがある。気体の相の汚染物質は、単純な化学構造をもつ汚染物質である。気体の相の汚染物質の大きさは、オングストロームからナノまでと小さい。臭気分子や揮発性有機化合物は、気体の相の汚染物質に属する。

粒子の相の汚染物質またはかなりの物理的大きさの汚染物質を除去するために、静電集塵器や高効率粒子空気フィルタが前々から用いられている。除去効率は、８０％から場合によっては９９．９％に達する。しかしながら、気体の相の汚染物質を除去するのは必ずしも容易ではない。

オゾン生成器や電離化装置から発生するオゾンやヒドロキシル基などの酸化体は、非常によい反応体である。これらは、有害で低分子の物質を分解することができ、空気清浄に広く使用されてきている。しかしながら、空気清浄率は酸化体の濃度に依存する。オゾンおよびヒドロキシル基が空気中に直接放出されると、それらの濃度は直ちに希釈される。他方では、これらは流体中の他の非標的分子に衝突し減衰する。したがって、それらは汚染物質や有機分子を効果的に酸化させることができない。この理由により、ほとんどの電離化装置は空気を効果的に清浄することができない。高濃度のオゾンだけが空気を効果的に清浄することができる。上記の課題を解決するべく、いくつかの空気清浄装置は、空気を浄化するための触媒を採用している。例えば、光触媒を紫外線ランプの下で照射すると酸化体が発生し、汚染物質の酸化または還元反応が行われる。また、汚染物質を、汚染物質の分子の大きさ、配向、形および親水性に基づいて分子ふるいの孔に吸着させることを含む空気清浄方法もある。分子ふるいの孔の内部では、化学反応が行われ、汚染物質が分解される。

これらの空気清浄システムにおいては、２つの汚染物質の相が同時にシステムに取り込まれる。最初に粒子の相の汚染物質が粒子フィルタに捕らえられ、気体の相の汚染物質は触媒フィルタリングコアに取り込まれ、そこで気体の相の汚染物質を分解するための化学反応が行われる。しかしながら、もっとも効率の高い高効率粒子空気フィルタでも粒子の相の汚染物質全てを除去できるわけではない。喫煙区域のような劣悪で重い汚染の区域では、微粒子フィルタおよび触媒フィルタリングコアを含む（図１に示されるような）システムに取り込まれた汚染空気は、結果的に、ろ過されない粒子が触媒の表面に堆積し、触媒の活性点をふさいで触媒反応を妨げてしまう。その結果、気体の相の汚染物質を効果的に除外することはできない。粒子の相の汚染物質が触媒の表面に蓄積されることにより、バクテリアの成長の増殖域になるといった、他の問題も起こりうる。その結果、汚染された触媒フィルタリングコアを含んでいるこれらの空気清浄機を作動させることにより、もともと収集された汚染物質（例えば、バクテリア、臭気、塵埃等）が放出されてしまう。人は、フィルタを頻繁に交換することでこの問題を解決しようとするかもしれない。これは、望ましくない汚染触媒フィルタリングコアが２次汚染問題を作り出すことになるため、環境に優しくない。

本インテリジェント空気清浄システムでは、空気中の異なる相の汚染物質が、別々に異なる時間で浄化される。最初に、大きさがより大きい粒子の相の汚染物質が、その濃度が十分なレベルになるまで処理され、次に、大きさの小さい汚染物質および気体の相の汚染物質が処理される。本発明は、空気中の汚染物質が粒子フィルタおよび気体の相フィルタを一度に通過させられ気体フィルタが目詰まりを起こしてその機能が低下する従来の空気清浄システムと比べて、優れた空気清浄方法を提供する。本発明は、非常に効果的で、環境に優しく、２次汚染の恐れを減らすことのできる空気清浄の方法を提供する。

本発明は以下のように実現される。

空気清浄用装置は、筐体を備えている。筐体は、空気入口と空気出口とを有している。筐体の内部には以下の部品が設置される。
（ｉ）塵埃浄化装置
（ii）筐体内の気流通路の制御用バルブ
（iii）反応体生成器
（iv）触媒フィルタリングコア
（v）空気引き込み用排気ファン
（vi）塵埃レベルセンサ
（vii）中央処理装置

この装置の優れた特徴は、以下のとおりである。塵埃浄化装置は反応体生成器の上流位置に設けられ、バルブおよび触媒フィルタリングコアは反応体生成器の下流位置に設けられる。排気ファンは、装置内の任意の位置に取り付けられ、上流位置から下流位置まで空気を引き込んで流れさせる。上記バルブが閉じられると、触媒フィルタリングコアと同じ水平面になる。空気は、塵埃浄化装置および反応体生成器を通過した後、外に流れる前に触媒フィルタリングコアを通らなくてはならない。

バルブを開けると、空気が通過するのに抵抗のない開口部となる。そこで、空気は、塵埃浄化装置および反応体生成器を通過した後、触媒フィルタリングコアではなくこの抵抗のない開口部を通過する。塵埃レベルの高い空気汚染物質は空気抵抗の大きい触媒フィルタリングコアを通過せず、触媒フィルタリングコアは塵埃に汚染されないので、フィルタの寿命がのびることになる。

触媒フィルタリングコアが作動していないときに反応体が漏れ出るのを防ぐため、反応体生成器はバルブが開けられると作動を停止しなければならない。この設計では、オゾン生成器が反応体生成器として用いられていてもオゾンが外の環境に漏れることがない。

バルブの開閉動作は、装置の塵埃レベルセンサおよび中央処理装置によって制御される。

塵埃浄化装置は物理的大きさが約０．０１μｍかそれ以上の塵埃を除去できることになっている。

塵埃浄化装置には、静電集塵器が含まれる。

塵埃浄化装置には、高効率粒子空気フィルタが含まれる。

触媒フィルタリングコアが分子ふるいフィルタである場合、反応体生成器はオゾンを生成できる紫外線殺菌ランプである。この設計では、バクテリア殺菌機能がさらに増すことに加え、発生したオゾンが分子ふるいでの反応のための酸化体となる。

触媒フィルタリングコアが分子ふるいである場合、反応体生成器は酸化体生成器である。これは、いくつかの気体の相の汚染物質は酸化反応を行っているときにのみ分解されるからである。

触媒フィルタリングコアが分子ふるいである場合、反応体生成器は還元体生成器である。これは、いくつかの気体の相の汚染物質は還元反応を行っているときにのみ分解されるからである。

触媒フィルタリングコアが二酸化チタンフィルタである場合、反応体生成器は酸化体生成器とすることができる。

触媒フィルタリングコアが二酸化チタンフィルタである場合、反応体生成器は紫外線殺菌ランプであり、二酸化チタンフィルタの表面を有効な波長で照射する。紫外線殺菌ランプは、二酸化チタンフィルタの表面での汚染物質の酸化反応に十分な強さのエネルギーを供給する。

高効率粒子空気フィルタを、分子ふるいフィルタの上部に設けることができる。バルブを閉めると、全ての空気が分子ふるいフィルタを通過させられ、高効率粒子空気フィルタは分子ふるいフィルタの最後の保護として機能する。紫外線殺菌ランプは高効率粒子空気フィルタの表面に照射を行い、高効率粒子空気フィルタ表面でのバクテリアの増殖のいかなる機会も防止する。

塵埃レベルセンサは、周辺環境の塵埃レベルを得るために使用される。そして塵埃レベルのデータは中央処理装置に入力される。中央処理装置はバルブの開閉動作を制御する。中央処理装置の判断は、得られた塵埃レベルを事前に設定してあるレベルと比較することによってなされる。得られた塵埃レベルが事前に設定してあるレベルより高ければ、周辺の塵埃レベルが高いということになる。静電集塵器および高効率粒子空気フィルタは一度に全ての塵埃粒子を除去することはできず、触媒フィルタリングコアが汚染され得る。したがって、まずバルブを開けて全ての塵埃粒子を処理することが必要である。塵埃レベルが事前に設定してあるレベルより低ければ、周辺の塵埃レベルが十分なレベルになったということであり、静電集塵器および高効率粒子空気フィルタは一度に全ての塵埃粒子を除去することができる。その結果バルブを閉じることができ、空気清浄は気体の相の汚染物質の除去に集中して行われる。

また、空気清浄装置は臭気レベルセンサおよび中央処理装置を含むものとする。

臭気レベルセンサは、周辺の揮発性有機化合物の濃度を測定する。次に、濃度は、さらなる判断および排気ファンの速度の制御のために中央処理装置に入力される。この設計では、異なるレベルの気体の相の汚染物質が空気清浄システムでインテリジェントに処理できる。

塵埃レベルセンサは、静電集塵器によって収集されている塵埃の量を計算するために周辺の塵埃の濃度を測定する。保持された累積した塵埃の量が事前に設定した値より高い場合、中央処理装置は警告を出し、ユーザに静電集塵器を清掃するよう注意を促す。

静電集塵器によって収集された塵埃の累積は、以下の式に従って計算される。
静電集塵器により保持された塵埃の総計＝（ファンの速度×空気清浄装置の作動時間×周辺の塵埃レベル）＋前回作動時に静電集塵器により保持された塵埃の総計

塵埃浄化装置は、清掃およびメンテナンスのために全体の空気清浄装置から取り外すことができる。

環境要因が異なるため、汚染物質のレベルに対する認識や感じやすさは人によって異なる。塵埃や臭気レベルに、より敏感な人もいるだろう。従って、塵埃レベルセンサおよび中央処理装置を用いてバルブの開閉動作を制御するほかに、ユーザは塵埃レベルセンサを用いる代わりに自分の感じやすさの判断を用いてバルブを手動で制御してもよい。

本発明は、装置内の気流通路がバルブの開閉動作の制御によって管理され、触媒の不機能につながる触媒フィルタリングコアの表面上での塵埃の堆積を防止する、空気清浄装置を提供する。バルブの開閉動作は、実際には塵埃レベルセンサおよび中央処理装置による空気品質評価に基づいている。周辺の空気の塵埃レベルが不十分なレベルである場合、中央処理装置はバルブを開けるよう指示する。反応体生成器は停止される。これにより、触媒フィルタリングコアが作動していないときに反応体が漏出することを防ぐことができる。空気中の塵埃レベルが十分なレベルに達すると、中央処理装置はバルブを閉じるよう指示し、反応体生成器を作動させる。反応体が発生し、触媒フィルタリングコアの表面で気体の相の有機汚染物質と反応する。そして気体の相の汚染物質が分解される。本発明は、粒子の相および気体の相の汚染物質を順番に、かつインテリジェントに除去することに役立つ。触媒フィルタリングコアの寿命は延びることになる。２次汚染は避けられる。真の環境保護の目的が達成される。

バルブを開放した状態の本発明の模式図である。 バルブを中央処理装置により制御する手順についての本発明のフローチャートである。 バルブを閉じた状態の本発明の模式図である。 本発明と従来のシステムとによる空気清浄の性能を比較した表である。 他の実施例の内部構造を示す本発明の透視図である。

図１を参照すると、空気清浄装置１０は、筐体１５、静電集塵器または高効率粒子空気フィルタなどの塵埃除去部１４、空気清浄装置内の気流の通路を制御するためのバルブ２２、反応体生成器１６、触媒フィルタリングコア１７、塵埃センサ２３、および中央処理装置２４を備える。塵埃センサ２３は中央処理装置２４に接続され、中央処理装置２４はバルブ２２に接続されてその開閉状況を制御する。触媒フィルタリングコア１７は、分子ふるいフィルタである。反応体生成器１６は、オゾンを放出するとともに、バクテリアを殺菌するのに適した波長の紫外線を提供する、紫外線ランプとすることができる。高効率粒子空気フィルタを、触媒フィルタリングコア１７の上流位置に設置することができる。そして、紫外線ランプ１６は高効率粒子空気フィルタ１４の表面に照射し、バクテリアがフィルタ１４の塵埃面で増殖するのを防ぐ。触媒フィルタリングコア１７として二酸化チタンを用いる場合、反応体生成器１６は、酸素体生成器または二酸化チタン１７の表面に照射するために有効な波長で紫外線を発光することのできる紫外線ランプであってもよい。

排気ファンは、装置内の任意の位置に設置してよく、空気を上流位置１２から下流位置１３に引き込んで流れさせる。空気が静電集塵器または高効率粒子空気フィルタ１４を通過するとき、より大きな塵埃粒子１１はすでに除去（１３）されている。大きさの小さい残りの塵埃粒子は反応体生成器１６およびバルブ２２を通過して、そこを離れる。それらは触媒フィルタリングコア１７の表面１８に堆積しない。従って、触媒フィルタリングコア１７は汚染されず、機能しなくはならない。
図２を参照すると、空気清浄装置１０の中央処理装置２４によるバルブ２２の操作手順が示されている。塵埃センサ２３および周辺環境の塵埃レベルを用いて、静電集塵器１４により収集できる塵埃の量を計算する。静電集塵器１４により収集された塵埃の量が所定の値に達すると、中央処理装置２４は警告を出して（２０４）ユーザに静電集塵器を清掃するよう注意を促す。また、中央処理装置２４は周辺環境の塵埃レベルを別の所定の値と比較する（２０５）。塵埃レベルが所定の値より高い場合、バルブ２２を開け（２０８）、反応体生成器１６を停止させる。空気は、周辺環境の塵埃レベルが十分なレベルに達するまで、上流位置から下流位置に連続的に引き込まれる（２０９）。そして、揮発性有機化合物のセンサは、周辺の揮発性有機化合物のレベルを収集する（２０６）。揮発性有機化合物のレベルに基づいて、それを分解するための反応時間を推定し、空気清浄装置内の排気ファンの速度を適切に調節する（２０７）。このように、装置１０は汚染物質のレベルに応じてインテリジェントに空気を浄化する。

図３を参照すると、バルブ２２が閉じられた本発明の模式図が示されている。周辺環境の塵埃レベルが十分なレベル１１ａに達したと塵埃センサ２３が検出すると、中央処理装置２４は指示を出してバルブ２２を閉じる。すると、バルブ２２は触媒フィルタリングコア１７と同一レベルになる。そして、反応体生成器１６を作動させる。空気は、静電集塵器１４および反応体生成器１６を通過した後、こんどは触媒フィルタリングコア１７を通過させられる。従って、生成された反応体および気体の相の汚染物質が触媒フィルタリングコア１７に吸着される。そこで、気体の相の汚染物質の分解反応が起こる。

図４を参照すると、本発明の装置１０による空気清浄の性能と従来のシステムのものとを比較した表が示されている。この試験は２００平方フィート、高さ３メートルの大きさの喫煙室で行われた。従来の空気清浄装置がこの試験で用いられた場合、空気清浄装置による揮発性有機化合物の除去性能は、１０本目のたばこに火が付けられたときに効果がなくなった。フィルタに蓄積した汚染物質は、周辺に放出すらされた。従って、周辺の汚染レベルは増加した。本発明の装置１０を適用すると、汚染物質は効果的にかつ順番に処理された。気体の相の汚染物質を処理するのが目的である触媒フィルタリングコア１７は汚染されず、機能しなくなることはなかった。従って、空気清浄装置は長期運転して汚染物質を処理することができる。

図５を参照すると、装置６００の内部構造を示す本発明の実施例の図が示されている。
装置６００は、筐体６０７、排気ファン６０６、本装置で塵埃浄化装置として機能する静電集塵器６０１、オゾンを放出できるとともにバクテリアを殺菌するのに有効な波長の紫外線を提供し本装置において反応体生成器として機能する紫外線ランプ６０４、および触媒フィルタリングコアとして機能する密でタイトな分子ふるい６０３を備えている。触媒フィルタリングコア６０３の上部に、高効率粒子空気フィルタ６０２を設置してもよい。紫外線ランプ６０４を、高効率粒子空気フィルタ６０２の表面に照射するように向けて、バクテリア殺菌効果を増強してもよい。バルブ６０５は触媒フィルタリングコアと同一レベルに設置される。塵埃レベルが高いと、バルブ６０５が開く。空気は触媒フィルタリングコア６０３を通過することなく外に流れる。従って、空気清浄装置６００は、高レベルの粒子の相の汚染物質を優先的に処理する。

Claims (15)

1. 粒子の相の汚染物質および気体の相の汚染物質からなる汚染された空気を浄化する装置であって、
   前記気体の相の汚染物質を処理する触媒フィルタリングコアと、
   開放位置と閉鎖位置との間を移動可能に構成され、内部の気流通路を選択的に制御するバルブと、を備え、
   前記汚染された空気中の粒子の相の汚染物質の量が所定の値を超える場合、前記空気が前記触媒フィルタリングコアを迂回できるよう前記バルブが前記開放位置に移動し、
   前記汚染された空気中の粒子の相の汚染物質の量が所定の値よりも少ない場合、前記空気の全てが前記触媒フィルタリングコアを通過するように前記バルブが前記閉鎖位置に移動すること
   を特徴とする装置。
2. 前記汚染された空気から前記粒子の相の汚染物質を除去する塵埃除去部をさらに備え、前記触媒フィルタリングコアが前記塵埃除去部の下流に配置されたことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記汚染された空気中の粒子の相の汚染物質の量を測定する塵埃レベルセンサをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 化学反応により前記気体の相の汚染物質を処理する触媒フィルタリングコアをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 前記塵埃レベルセンサにより測定された粒子の相の汚染物質の量に応じて前記開放位置から前記閉鎖位置への前記バルブの動作を制御する演算装置をさらに備えたことを特徴とする請求項３記載の装置。
6. オゾンを生成するとともに前記汚染された空気中の細菌を殺菌する紫外線光を放射する反応体生成部をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか1項に記載の装置。
7. 前記反応体生成部は、前記触媒フィルタリングコアが使用されていない場合に前記反応体生成部により生成されたオゾンの漏出を防ぐため、前記バルブが開放位置にある場合に動作を停止することを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 前記汚染された空気を吸気口から装置内に取り入れ排気口から排気させる排気ファンをさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記塵埃除去部は、０．０１μｍ以上の粒径の塵埃を除去する静電集塵器または高効率粒子空気フィルタからなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記触媒フィルタリングコアは、分子ふるいフィルタまたは二酸化チタンフィルタからなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記反応体生成部は、オゾンを生成できる紫外線殺菌ランプ、または酸化体生成器からなることを特徴とする請求項６記載の装置。
12. 高効率粒子空気フィルタが前記分子ふるいフィルタの上流に配置されたことを特徴とする請求項１０記載の装置。
13. 空気中の揮発性有機化合物の濃度を測定する臭気レベルセンサをさらに備え、
    前記濃度の測定の結果は、前記演算部に提供されて前記汚染された空気を引き込む排気ファンの速度を決定すること
    を特徴とする請求項５記載の装置。
14. 前記バルブは、ユーザにより手動で調整可能に構成されたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
15. 塵埃除去部、触媒フィルタリングコア、および、開放位置および閉鎖位置の間を移動可能に構成され内部の気流の通路を選択的に制御するバルブを備えた清浄装置を用いた空気浄化方法であって、
    空気中の粒子の相および気体の相の汚染物質を除去し、
    周囲の塵埃レベルが所定の量よりも高い場合に、前記バルブを前記開放位置に制御して前記清浄装置内の前記気流の通路を制御し、前記空気を前記触媒フィルタリングコアから迂回させ、
    周囲の塵埃レベルが所定の量よりも低い場合に、前記バルブを前記閉鎖位置に制御して前記清浄装置内の前記気流の通路を制御し、前記空気の全てを前記触媒フィルタリングコアに通過させること
    を特徴とする空気浄化方法。

Images