JP5745474B2 - 空気清浄機 - Google Patents

Description

本発明は、脱臭装置、空気清浄機、および換気扇に関する。

通過空気中の臭気を吸着剤で吸着し、吸着剤と混合された酸化触媒で臭気を分解し脱臭を行う脱臭装置では、より高い脱臭性能を得るとともに、脱臭性能を長期間維持するために、触媒をヒータで加熱することで活性化させて、臭気分解性能を上げる方法が採用される。

しかし、触媒を外部のヒータで加熱する方式では、触媒の温度が上がりにくく、加熱時間に長時間必要であったり、ヒータの消費電力が大きくなったりする。そのため、ヒータに密着させた金属フィンの表面に触媒層を形成し、その金属フィンを介して触媒を加熱する技術が例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。

特開平８−１５５２６６号公報 特許第３１４１６５９号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、加熱された周囲空気のドラフト効果があるため、金属フィンの上部が下部よりも高温になりやすく、金属フィン表面の触媒に温度ムラが発生する。触媒に温度ムラが発生すると、低温部では臭気の分解性能が低下し、必要以上の高温部では無駄な電力が消費されることになる。また、過度な高温部では触媒の組成が変化して、脱臭装置の脱臭性能が低下するおそれがあるという課題があった。

このような温度ムラは、反射板を設置して反射板での輻射を利用して解消することも可能な場合があるが、反射板の設置により構造が複雑になったり製造コストが増加したりするといった問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、酸化触媒で臭気を分解しヒータで加熱することによって長期間の脱臭性能維持を図る脱臭装置であって、簡易な構造でコストアップを抑えつつ、消費電力の抑制や脱臭性能の長期間の維持を図ることのできる脱臭装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ヒータと、臭気を吸着する吸着剤と臭気を分解する酸化触媒とが表面に担持されてヒータに接触固定された熱伝播フィンと、を備え、ヒータは、熱伝播フィンの高さ方向に並ぶように複数設けられ、複数のヒータは、熱伝播フィンの下側に向かって配列密度が高くなるように配置されることを特徴とする脱臭装置。

本発明によれば、熱伝播フィンの下側にヒータが密に配置されているため、ヒータからの熱伝導による加熱で熱伝播フィンの下側のほうが高温となる。そして、周囲空気のドラフト効果による加熱では、熱伝播フィンの上側のほうが高温となる。したがって、熱伝播フィンの上方部と下方部との温度ムラを抑えて、その表面の触媒全域の温度の均一化を図ることができる。

触媒温度が均一に高温となれば、触媒全域の分解性能が向上するとともに、必要以上の高温部の発生を抑えて電力消費の無駄を抑えることができる。また、過度な高温部の発生を抑えて、触媒の組成の変化を抑えることができる。また、低温部の発生を抑えることで、脱臭性能が低い部分に臭気成分が堆積することを抑えることができ、長期間の脱臭性能の維持を図ることができる。また、反射板等の追加部品を省略することで、メンテナンス性、省エネルギー、経済性を兼ね備えるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる脱臭装置の概略構成を示す正面図である。 図２は、図１に示す脱臭装置の概略構成を示す斜視図である。 図３は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。 図４は、熱伝播フィンの表面を模式的に示す図である。 図５は、脱臭装置における熱伝播フィンの高さと温度勾配および温度との関係を示す図である。 図６は、脱臭装置における熱伝播フィンの高さと温度との関係を示す図である。 図７は、脱臭装置を組み込んだ脱臭機能付きの空気清浄機の正面図である。 図８は、脱臭装置を組み込んだ脱臭機能付きの空気清浄機の側面図である。 図９は、貴金属を用いた触媒であるＰｄ（パラジウム）触媒の活性度と温度との関係および酸化マンガンを用いた触媒である二酸化マンガン触媒の活性度と温度との関係を示す図である。 図１０は、ヒータの温度制御回路を示すブロック図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかる脱臭装置、空気清浄機、および換気扇を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態にかかる脱臭装置の概略構成を示す正面図である。図２は、図１に示す脱臭装置の概略構成を示す斜視図である。図３は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。

図１、図２に示すように、脱臭装置５０は、発熱するヒータ１と、ヒータ１に接触固定されてヒータ１の熱を伝える熱伝播フィン２と、熱伝播フィン２の表面に担持された臭気を吸着する吸着剤３と、吸着剤３と混合されて臭気を分解する酸化触媒４とで構成される。なお、以下の説明において、吸着剤３と酸化触媒４とが混合されたものを単に触媒層２０ともいう。

熱伝播フィン２は、複数枚の金属製の薄板で構成される。この複数枚の薄板を互いに略平行となるように等間隔で並べて配置することで熱伝播フィン２が構成される。熱伝播フィン２における薄板同士の隙間が、脱臭装置５０によって脱臭される処理空気が通過するための風路となる。

熱伝播フィン２を構成する薄板には、風路の幅と略同寸法となる曲げや突起が成形されている。この薄板同士を曲げや突起が当たるまで詰めて配置すれば、風路が等間隔に形成された熱伝播フィン２とすることができる。

ヒータ１は、熱伝播フィン２によって形成された風路と直交して延びる棒状形状を呈している。ヒータ１は、脱臭装置５０の使用時の姿勢における高さ方向に並ぶように複数本設けられる。本実施の形態では、３本のヒータ１を設けた例を挙げて説明するが、３本より多くのヒータ１を設けてもよい。

高さ方向に並ぶように３本設けられたヒータ１は、熱伝播フィン２の下側に向かって配列密度が高くなるように配置される。具体的には、最も上側に配置された上段ヒータ１Ａと中段に配置された中段ヒータ１Ｂとの間隔よりも、最も下側に配置された下段ヒータ１Ｃと中段ヒータ１Ｂとの間隔のほうが小さくなるように各ヒータ１Ａ〜Ｃが配置されている。なお、３本より多くのヒータ１を用いた場合には、下側に向かうほどヒータ１同士の間隔が小さくなるようにすればよい。

ヒータ１と熱伝播フィン２とは、ヒータ１からの熱を熱伝播フィン２に効率よく伝導させるために、互いの接触面積が大きくなるように密着させられる。また、ヒータ１と熱伝播フィン２との隙間を埋めて固定するための接着剤には、熱伝導性の高い接着剤が用いられる。

図４は、熱伝播フィン２の表面を模式的に示す図である。図４に示すように、熱伝播フィン２の表面には、臭気を吸着する吸着剤３と臭気を分解する酸化触媒４とが混合された触媒層２０が、熱伝播フィン２に焼付けられて強固に密着している（担持されている）。

脱臭装置５０に通風を行うと、熱伝播フィン２によって形成された風路に処理空気が通過する。風路を通過する処理空気に含まれる臭気成分が吸着剤３に吸着されたり、酸化触媒４に衝突して酸化分解されたりすることで、処理空気の臭気強度が低減される。なお、吸着剤３に吸着された臭気成分は、酸化触媒４で分解される。

図３に示すように、熱伝播フィン２は処理空気が通過する風路の入口側と出口側が折り曲げられており、風路を通過する処理空気が吸着剤３や酸化触媒４に衝突接触しやすくなっている。吸着剤３や酸化触媒４に処理空気が衝突接触しやすくすることで、臭気の吸着や酸化分解を促進して、臭気分解性能の向上を図ることができる。

また、ヒータ１に通電することによりヒータ１が発熱し、ヒータ１に接した熱伝播フィン２の温度が上昇する。熱伝播フィン２の表面に担持された吸着剤３と酸化触媒４の温度も熱伝播フィン２の温度上昇と同様に上昇する。酸化触媒４は、高温になると活性化して分解性能が上がるため、脱臭装置５０の臭気分解性能も向上する。

通電されたヒータ１に加熱されることで、熱伝播フィン２の温度は、ヒータ１の近傍が高温となり、ヒータ１から遠ざかるほど低温となる。また、熱伝播フィン２の周囲空気の温度が上がることで、周囲空気のドラフト効果が発生する。そのため、熱伝播フィン２の上方部分では、ヒータ１による加熱に加えて、周囲空気のドラフト効果による加熱が行われる。そのため、熱伝播フィン２の下方よりも上方のほうが高温になりやすい。これにより、熱伝播フィン２に担持された触媒層２０も上方に担持されたもののほうが高温になりやすい。

図５は、脱臭装置５０における熱伝播フィン２の高さと温度勾配および温度との関係を示す図である。図６は、脱臭装置５０における熱伝播フィン２の高さと温度との関係を示す図である。

ここで、図５に示す温度勾配Ａは、熱伝播フィン２の中心に対してヒータ１を上下対称に配置した場合の、熱伝播フィン２の下面から上面までの温度差を示している。このように、熱伝播フィン２の中心に対して上下対称にヒータ１を配置したにも拘らず発生するこの温度差は、上述した周囲空気のドラフト効果によるものである。そして、周囲空気のドラフト効果によって、熱伝播フィン２の下方よりも上方のほうが高温になっている。

熱伝播フィン２の上下での温度差を抑えて温度の均一化を図るために、周囲空気のドラフト効果を除いた熱伝播フィン２の温度Ｂが、温度勾配Ａと逆の傾きとなる温度勾配Ａ´を底辺とするように、ヒータ１の配置が決定される。

例えば、熱伝播フィンの高さを１２０ｍｍとした場合のヒータ１の配置は、熱伝播フィン２の高さを１０としたときに、熱伝播フィン２の下端から下段ヒータ１Ｃまでの距離、中段ヒータ１Ｂまでの距離、上段ヒータ１Ａまでの距離の比が０．７５：３．８：７．７となるように各ヒータ１Ａ〜Ｃが配置される。すなわち、熱伝播フィン２の下側に向かって配列密度が高くなるようにヒータ１が配置されていることとなる。

吸着剤３、酸化触媒４の温度、すなわち熱伝播フィン２の温度は、近似的にＡ＋Ｂと表される。この結果が、図６における温度Ｃとして示されている。ヒータ１を上下対称に配置した場合には、熱伝播フィン２の上下で温度差が１０Ｋ（ケルビン）であるのに対して、熱伝播フィン２の下側に向かって配列密度が高くなるようにヒータ１を配置した場合には、温度差が４Ｋ（ケルビン）となり温度ムラの低減効果が得られることがわかる。

このように、本実施の形態では、熱伝播フィン２の下側に向かって配列密度が高くなるようにヒータ１を配置することで、熱伝播フィン２の上方部と下方部との温度の均一化、すなわち触媒層２０の温度の均一化が図られる。

図７は、脱臭装置５０を組み込んだ脱臭機能付きの空気清浄機の正面図である。図８は、脱臭装置５０を組み込んだ脱臭機能付きの空気清浄機の側面図である。この空気清浄機１００は、一般家庭の調理臭を脱臭する空気清浄機、例えばレンジフード（換気扇）である。空気清浄機１００には、脱臭装置５０と送風機８０とが組み込まれており、送風機８０が運転されることで脱臭装置５０に処理空気が通過される。

このような空気清浄機１００では、製品高さＸを６００ｍｍ以内に収めることが要求される場合がある。これは、床からの天井までの高さが２２００ｍｍの居室において、高さ８００ｍｍの加熱調理器と組み合わせたときに、加熱調理器の天面から空気処理装置の離隔距離が防災上十分な８００ｍｍを確保できるようにするためである。

ここで、上記各ヒータ１Ａ〜Ｃの配置の説明では、高さＹが１２０ｍｍの熱伝播フィン２を例に挙げて説明しているが、これは、空気清浄機１００において製品高さＸを６００ｍｍ以内に収めることが要求されることを考慮したものである。

空気清浄機１００に脱臭装置５０を組み込む場合に、送風性能等を考慮すると送風機８０には高さが３５０ｍｍ程度のサイズが要求される。そして、調理臭を含む汚染空気を効率よく捕集するためのフード部９０の高さを合わせ、製品高さを６００ｍｍ以内に収めようとすると、熱伝播フィン２には高さ（脱臭装置５０の高さ）Ｙが１２０ｍｍ程度のサイズが要求される。

なお、ヒータ１の本数や脱臭装置のサイズによって、温度ムラの範囲は変化する。しかし、上記に例示したヒータ１の本数やサイズと異なる脱臭装置であっても、周囲空気のドラフト効果による温度差と逆の温度勾配を底辺とする温度分布となるようにヒータ１の配置を設計することで、熱伝播フィン２の上方部と下方部との温度の均一化、すなわち触媒層２０の温度の均一化を図ることができる。

また、脱臭装置５０のサイズが大きくなった場合には、熱伝導による温度差とドラフト効果による温度差が大きくなる。このような場合で酸化触媒４の脱臭性能が低下せず、かつ酸化触媒４の組成が変化しないという適切な温度範囲に設定しきれないときには、ヒータ１の本数を増やすことによって、熱伝導による温度差とドラフト効果による温度差を小さくすることができ、適切な温度範囲とすることが出来る。

脱臭装置５０に用いる酸化触媒４としては、酸化マンガンを用いることにより貴金属を用いた場合に比較して安価であることに加え、低温度で活性化させることが可能である。このため、酸化触媒４に貴金属を用いる場合よりも低温で臭気分解することが可能となる。これにより、装置の安全性の向上を図ることができるとともに、脱臭装置５０に断熱剤等を用いる必要が無くなり、コストの抑制を図ることができる。

図９は、貴金属を用いた触媒であるＰｄ（パラジウム）触媒の活性度と温度との関係および酸化マンガンを用いた触媒である二酸化マンガン触媒の活性度と温度との関係を示す図である。図９に示すように、二酸化マンガン触媒が１８０℃程度で示す活性度をＰｄ（パラジウム）触媒で得るためには３００℃程度の高温が必要となってしまう。

また、脱臭装置５０に用いるヒータ１は、正の温度係数の抵抗変化特性であるＰＴＣヒータを用いれば高温になると抵抗が大きくなり電流による発熱が抑えられる温度上昇自己温度制御性を持つため、異常に高温になることがなく安全で、省エネルギー性を得ることができる。すなわち１８０℃以上で急激に電気抵抗が大きくなる特性を持ったヒータ１を使用することによりヒータ１の制御回路が故障した場合でもヒータ１は１８０℃以上に上昇することがなく安全である。

図１０は、ヒータ１の温度制御回路を示すブロック図である。図１０に示すように、ヒータ１は、熱伝播フィン２の温度を検出する温度検知サーミスタ５とヒータ１のＯＮ・ＯＦＦを制御するＯＮ・ＯＦＦ運転制御リレー６とを連結した制御回路７によって温度制御がなされる。

制御回路７は、温度検知サーミスタ５によって検出された熱伝播フィン２の温度に基づいてヒータ１のＯＮ・ＯＦＦ時間を調整し、熱伝播フィン２の温度を調整する。これにより、脱臭装置５０を設置する周囲環境の温度が変化しても、吸着剤３、酸化触媒４の温度を臭気分解に適した目標温度内に収めることが可能となる。

さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。

例えば、上記実施の形態においてそれぞれに示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。さらに、上記実施の形態における構成要件を適宜組み合わせてもよい。

以上のように、本発明にかかる脱臭装置は、高性能で消費電力が小さく、また、メンテナンスが不要となるので、家庭用・産業用等用途に拠らず広い範囲の脱臭装置に用いることにより、省エネと経済性の向上に貢献することができる。

１ ヒータ、１Ａ 上段ヒータ、１Ｂ 中段ヒータ、１Ｃ 下段ヒータ、２ 熱伝播フィン、３ 吸着剤、４ 酸化触媒、５ 温度検知サーミスタ、６ 運転制御リレー、７ 制御回路、２０ 触媒層、５０ 脱臭装置、８０ 送風機、９０ フード部、１００ 空気清浄機（換気扇）。

Claims (6)

1. ヒータと、
   臭気を吸着する吸着剤と臭気を分解する酸化触媒とが表面に担持されて前記ヒータに接触固定され、等間隔に配列された熱伝播フィンと、
   前記熱伝播フィンの間に横方向に処理空気を通過させる送風機と、を備え、
   前記ヒータは、前記熱伝播フィンの高さ方向に並ぶように複数設けられ、
   前記複数のヒータは、前記熱伝播フィンの鉛直下側に向かって配列密度が高くなるように配置されることを特徴とする空気清浄機。
2. 前記ヒータは、自己温度制御型のヒータであることを特徴とする請求項１に記載の空気清浄機。
3. 前記熱伝播フィンの温度を検出する温度検知手段と、
   前記ヒータのＯＮ・ＯＦＦ運転制御装置を連結した温度制御回路と、をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の空気清浄機。
4. 前記酸化触媒は酸化マンガンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の空気清浄機。
5. 前記ヒータの本数が３本であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の空気清浄機。
6. 前記ヒータの配置が熱伝播フィン下端からの寸法比で略０．７５：３．８：７．７であることを特徴とする請求項５に記載の空気清浄機。

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