JP6021724B2 - 脱臭装置、空気清浄機、および換気扇 - 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ている。

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、棒状に延びる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、ヒータの延びる方向に沿った端部付近では、中央部分よりも放熱が多いため、ヒータの端部付近のほうが中央部分よりも低温になりやすい。そのため、ヒータの両端付近に密着する金属フィン部分と中央部分に密着する金属フィン部分との間で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、金属フィンに担持されて臭気を分解する酸化触媒の温度ムラを低コストかつ簡易な構造で抑えて、脱臭性能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、第１の方向に延びるとともに前記第１の方向に沿って発熱素子とスペーサ素子とが配列されたヒータと、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た熱伝播フィンと、を備え、前記第１の方向に沿った前記ヒータの端部に、前記ヒータの中央部分よりも前記発熱素子が密に配列される領域を設けることを特徴とする。

本発明によれば、放熱と発熱の差が端部部分と中央部分とで均一化が図られるため、ヒータの水平方向の温度差が抑えられ、脱臭装置内の熱伝播フィンと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度となれば、触媒全域の分解性能が向上するため、必要以上の高温部の発生による無駄な電力の消費を抑えることができる。また、過度な高温部で触媒の組成が変化したり、低温の脱臭性能が低い部分に臭気成分が堆積したりすることが抑えられるため、長期間の脱臭性能の維持を図ることができる。また、脱臭装置は、ヒータ、熱伝播フィン、触媒の構成であり、反射板等の追加部品を不要とすることができる。したがって、メンテナンス性、省エネルギー性、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１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、ヒータに配列される発熱素子とスペーサ素子を模式的に示す図である。 図６は、比較例として示すヒータに配列される発熱素子とスペーサ素子を模式的に示す図である。 図７は、脱臭装置が備えるヒータと比較例として示すヒータの加熱時の温度測定結果を示す図である。 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正面図である。 図９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１０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１１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１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。

脱臭装置５０は、発熱素子１１とスペーサ素子１２とを有するヒータ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。

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）。

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（第１の方向に）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。

図５は、ヒータ１に配列される発熱素子１１とスペーサ素子１２を模式的に示す図である。ヒータ１の延びる方向に沿ってヒータ１の端部部分のほうが、ヒータ１の中央部分よりも発熱素子１１が密に配列される。図５に示す例では、ヒータ１の端部に、２つの発熱素子１１が隣接して配列される。そして、隣接して配置された端部の発熱素子１１からヒータ１の中央部分に向かって、スペーサ素子１２が２つ、発熱素子が１つの順で交互に配列される。

この配置によれば、ヒータ１の端部部分では、３つの素子のうち２つの素子が発熱素子１１となっている。一方、ヒータ１の中央部分では、３つの素子のうち発熱素子１１は１つだけであり、端部部分のほうが、発熱素子１１が密に配列されている。なお、発熱素子１１とスペーサ素子１２の配列は、図５に示す例に限られない。例えば、隣接して配置される発熱素子１１の数が３つ以上であってもよいし、発熱素子１１が隣接して配置される領域が、端部から一定の範囲に設けられてもよい。

発熱素子１１は、ヒータ１に通電された際に自らが発熱する素子である。一方、スペーサ素子１２は、ヒータ１の通電時に発熱しない素子または発熱素子１１に比べて発熱が小さい素子である。ヒータ１に通電することで、発熱素子１１が発熱して、ヒータ１が加熱される。

図６は、比較例として示すヒータ１０１に配列される発熱素子１１とスペーサ素子１２を模式的に示す図である。比較例として示すヒータ１０１では、ヒータ１０１の端部部分と中央部分とで発熱素子１１が同じ密度で配列されている。例えば、図６に示す例では、ヒータ１０１の全体にわたって、発熱素子１１とスペーサ素子１２とが１つずつ交互に並べて配列されている。

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。臭気の酸化分解、脱臭は、臭気である水素や炭素、酸素原子から構成される分子量の比較的大きな有機物が、酸化により水や二酸化炭素などの分子量の小さい化合物に分解されることによる。

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。

図７は、脱臭装置５０が備えるヒータ１と比較例として示すヒータ１０１の加熱時の温度測定結果を示す図である。図７に示す「温度測定位置」は、図５，６に示すＮｏ１〜１５と対応している。

ここで、棒状形状を呈するヒータ１，１０１では、端部付近での放熱量のほうが中央部分での放熱量よりも大きくなりやすい。そのため、比較例として示すヒータ１０１では、中央部分よりも端部部分のほうで温度が低くなり、温度ムラが発生している。

一方、ヒータ１では、端部部分のほうが中央部分よりも発熱素子１１が密に配列されているため、放熱量の大きい端部部分のほうが中央部分よりも発熱量が大きくなっている。そのため、端部部分での放熱量の大きさを補うことができ、ヒータ１の全体で温度差が小さくなっている。

具体的には、図７において、比較例として示すヒータ１０１では、端部部分と中央部分との温度差が２１Ｋ（ケルビン）となっている。一方、ヒータ１では、端部部分と中央部分との温度差が５Ｋ（ケルビン）となっており、ヒータ１内での水平方向の温度の均一化が図られている。

熱伝播フィン２に担持された吸着剤３および酸化触媒４の温度は、ヒータ１を熱源として、熱伝播フィン２を介して伝わっていく温度である。そのため、ヒータ１の温度の均一化が図られれば、熱伝播フィン２の表面に担持された吸着剤３、酸化触媒４の温度も均一化が図られる。

したがって、触媒層２０に温度ムラが発生することによって、低温部で臭気の分解性能が低下したり、必要以上の高温部で無駄な電力が消費されたりすることが起きにくくなる。また、過度な高温部の発生によって、触媒の組成が変化してしまい、脱臭装置の脱臭性能が低下することも起きにくくなる。

また、脱臭装置５０は、ヒータ１、熱伝播フィン２、触媒層２０の構成であり、反射板等の追加部品を不要とすることができる。したがって、メンテナンス性、省エネルギー性、経済性を兼ね備えるという効果を奏する。

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１００の正面図である。図９は、脱臭装置５０を組み込んだ脱臭機能付きの空気清浄機１００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。

空気清浄機１００では、吸い込み口８１に金網フィルター９１を配置し、調理時に発生した油煙等を取り除く。その後、送風機８０を介して上方の脱臭装置５０に通風させ、臭気を取り除き、洗浄された空気を室内吹出口８２から吹き出させて室内へ戻す。調理中における送風機８０の運転中は、脱臭装置５０のヒータ１はＯＦＦの状態で、脱臭装置５０に通風することにより、吸着剤３に臭気を吸着させる。

そして、調理後に送風機８０が停止したときにヒータ１を一定時間ＯＮすることによって、酸化触媒４で臭気を酸化分解していく。調理中にヒータ１をＯＮにしないのは、脱臭装置５０を通過する空気の温度が上昇することで、室内温度が上昇して、調理者をはじめとする室内居住者を不快にすることを避けるためである。

送風機８０と脱臭装置５０の間には風路切替ダンパー９２が設けられている。風路切替ダンパー９２は、吸い込み口８１から吸い込まれた空気の排出方向を室内吹出口８２と室外排出口８３とに切り替える。室外排出口８３は、図示しないダクト等を介して屋外等の室外に連通されている。

通常の調理においては、上述したように、吸い込み口８１から吸い込まれた空気を室内吹出口８２から吹き出させればよい。一方、通常より臭気の強い調理や排湿が必要な場合には、風路切替ダンパー９２を切替えて、空気の排出方向を室外排出口８３側にすることで、吸い込み口８１から吸い込まれた空気を屋外へ排気することができる。

また、空気の排出方向を室外排出口８３側にしていれば、送風機８０を運転して換気しつつ、ヒータ１をＯＮにすることで、吸着剤３に吸着された臭気を酸化触媒４で酸化分解することも可能である。これは、調理後に室内に残った臭気や湿度を排出したい場合や、常時換気運転したい場合の運転モードとして用いることができる。

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。

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Ｙ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Ｘ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）Ｚが１２０ｍｍ程度のサイズが要求される。

また、上記説明における発熱素子１１等の配列は、一般家庭用の調理臭を脱臭する空気清浄機サイズである幅が３３０ｍｍの場合を考慮している。上述したサイズ以外の脱臭装置５０であっても、ヒータ１における発熱素子１１とスペーサ素子１２の配列について、端部部分のほうが中央部分よりも発熱素子１１の密度が高くなるようにしつつ、各々の装置サイズに適した配置を求めればよい。

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。

なお、脱臭装置５０内の吸着剤３、酸化触媒４の温度は、ヒータ１近傍ではヒータ１に近い温度で、ヒータ１から遠ざかり熱伝播フィン２の端に向かうにしたがって温度が低下する。脱臭装置内の全ての吸着剤３、酸化触媒４の温度を１８０℃以上に加熱させるために、本発明にかかる実施の形態ではヒータ温度を２４０℃〜２５０℃程度に調整している。

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１１は、ヒータ１の温度制御回路を示すブロック図である。図１１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出来る。

１ 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 ＯＮ・ＯＦＦ運転制御リレー、７ 制御回路、１１ 発熱素子、１２ スペーサ素子、２０ 触媒層、５０ 脱臭装置、８０ 送風機、８１ 吸い込み口、８２ 室内吹出口、８３ 室外排出口、９０ フード部、９１ 金網フィルター、９２ 風路切替ダンパー、１００ 空気清浄機、１０１ ヒータ。

Claims (8)

1. 第１の方向に延びるとともに前記第１の方向に沿って発熱素子とスペーサ素子とが配列されたヒータと、
   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た熱伝播フィンと、を備え、
   前記第１の方向に沿った前記ヒータの端部に、前記ヒータの中央部分よりも前記発熱素子が密に配列される領域を設けることを特徴とする脱臭装置。
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に記載の脱臭装置。
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に記載の脱臭装置。
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から３のいずれか１つに記載の脱臭装置。
5. 前記ヒータの端部では、前記発熱素子と前記スペーサ素子とが２：１の比率で配列され、
   前記ヒータの中央部分では、前記発熱素子と前記スペーサ素子とが１：２の比率で配列されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の脱臭装置。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の脱臭装置と、
   前記脱臭装置に処理空気を通過させる送風機と、を備えることを特徴とする空気清浄機。
7. 前記脱臭装置と前記送風機の間に設けられた風路切替えダンパーをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の空気清浄機。
8. 請求項１から５のいずれか１つに記載の脱臭装置と、
   前記脱臭装置に処理空気を通過させる送風機と、を備えることを特徴とする換気扇。

Images