JP6681533B2 - 空気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、水を含んだ空気清浄フィルタと空気とが気液接触することで、空気中の臭いなどの除去を行う空気浄化装置に関するものである。

従来のこの種の空気浄化装置の構造は、以下のようになっていた。

すなわち、水を電気分解して電解水を生成させ、この電解水を回転空気清浄フィルタ部に供給し、湿潤状態の回転空気清浄フィルタ部を通過する空気と電解水を接触させ、空気中の臭気等の除去を図る構成となっていた（例えば下記特許文献１）。

特開２０１２−０５２６９９号公報

この種の電解水を室内空気に接触させて、臭気などの除去を行う空気浄化装置においては、水を電気分解して電解水を生成させ、この電解水をフィルタ部に供給し、湿潤状態の回転フィルタ部において臭気等が水に吸収されるとフィルタ部に含まれている電解水が空気中の細菌、ウイルス、臭気物質等の除去、つまり除菌、脱臭を図る構成となっている。そのため、室内空気に含まれている臭気等の量に応じた適切な水の量を保持した空気清浄フィルタ部で気液接触を行い、臭気等の除去を行うことが求められる。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、水膜が形成される空気清浄フィルタを有し、空間の臭気濃度に応じて空気清浄フィルタ上に適切な量の水膜を形成して臭気等の除去を行う、高い脱臭性能の空気清浄装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために本発明は、吸気口と吹出口を設けた本体ケースと、前記本体ケース内には、前記吸気口と前記吹出口を連通する空気風路と、前記空気風路へ空気を流す送風手段と、前記空気風路を遮るように設けた回転可能な円筒形状の空気清浄フィルタと、前記空気風路を前記空気清浄フィルタの空気流入側と空気流出側とに仕切る隔壁と、前記空気清浄フィルタを回転させる駆動部と前記駆動部で回転させた前記空気清浄フィルタの下部を水に浸すことのできる水槽とを備え、前記空気清浄フィルタは、前記空気清浄フィルタが回転に伴い水槽から出る際に水膜が形成される空気清浄フィルタであり、前記水膜の量を測定する検知部と、前記水膜の量から空気の汚染度を推定するための基準値を備え、前記検知部の値と前記基準値を比較して前記空気清浄フィルタの回転速度を変化させる制御部とを備え、前記空気清浄フィルタの空気流入側全面に水膜が付着している状態になるように該空気清浄フィルタの回転速度を変化させることを特徴とするものである。そして、これら手段により、初期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、空気清浄フィルタ上の水膜の量で空気の汚染度を推定して、室内空気に含まれている臭気等の量に応じた適切な量の水膜を空気清浄フィルタ上に保つことができ、空気清浄フィルタの回転速度が通常の空気条件において「適切な水膜の量」を実現する速度のまま、空気の汚染度が高くなった場合には、水膜に臭気物質が早く吸収されるため、水膜の表面張力が弱くなり割れやすくなり、水膜の量が減少する。そのため、水膜の量が減少したことを検知した場合には、空気清浄フィルタの回転速度を上げ、水膜の表面張力が弱くなり割れる前に水槽に戻すことで、空気清浄フィルタ上の水膜を常に保持し、高い脱臭性能を維持する。

また、空気の汚染度が低い場合には、空気清浄フィルタの回転速度が通常の空気条件において「適切な水膜の量」を実現する回転速度でも水膜が割れにくいため、この状態を保って運転する。

これにより常に空気の汚染度に合わせた適切な水膜の量で運転することができ、余分な水を使用せずとも脱臭効果を高めることができる。これにより、空間の臭気濃度に基づいて適切な水膜の量を判断し、臭気等の除去を行う空気清浄装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１の空気浄化装置の概略図 本発明の実施の形態１に記載の空気清浄フィルタと水膜の概略図 本発明の実施の形態１の差圧測定装置を備えた空気浄化装置の概略図 本発明の実施の形態１の風速測定装置を備えた空気浄化装置の概略図 本発明の実施の形態２の制御フロー図 本発明の実施の形態２の電解水を用いる空気浄化装置の概略図

本発明の請求項１記載の空気浄化装置は、吸気口と吹出口を設けた本体ケースと、前記本体ケース内には、前記吸気口と前記吹出口を連通する空気風路と、前記空気風路へ空気を流す送風手段と、前記空気風路を遮るように設けた回転可能な円筒形状の空気清浄フィルタと、前記空気風路を前記空気清浄フィルタの空気流入側と空気流出側とに仕切る隔壁と、前記空気清浄フィルタを回転させる駆動部と前記駆動部で回転させた前記空気清浄フィルタの下部を水に浸すことのできる水槽とを備え、前記空気清浄フィルタは、前記空気清浄フィルタが回転に伴い水槽から出る際に水膜が形成される空気清浄フィルタであり、前記水膜の量を測定する検知部と、前記水膜の量から空気の汚染度を推定するための基準値を備え、前記検知部の値と前記基準値を比較して前記空気清浄フィルタの回転速度を変化させる制御部とを備え、前記空気清浄フィルタの空気流入側全面に水膜が付着している状態になるように該空気清浄フィルタの回転速度を変化させることを特徴とする。

これにより、水膜の量で空気の汚染度を推定して、室内空気に含まれている臭気等の量に応じた適切な量の水膜を空気清浄フィルタ上に保つことができ、空気清浄フィルタの回転速度が通常の空気条件において「適切な水膜の量」を実現する速度のまま、空気の汚染度が高くなった場合には、水膜に臭気物質が早く吸収されるため、水膜の表面張力が弱くなりすぎて割れやすくなり、水膜の量が減少する。そのため、水膜の量が減少したことを検知した場合には、空気清浄フィルタの回転速度を上げ、水膜の表面張力の値が下がりすぎて割れる前に水槽に戻すことで、空気清浄フィルタ上の水膜を常に保持し、高い脱臭性能を維持する。

また、空気の汚染度が低い場合には、空気清浄フィルタの回転速度が通常の空気条件において「適切な水膜の量」を実現する速度でも水膜が割れにくいため、この状態を保って運転する。

これにより常に空気の汚染度に合わせた適切な水膜の量で運転することができ、余分な水を使用せずとも脱臭効果を高めることができる。

本発明の請求項２記載の空気浄化装置は、前記検知部は、前記隔壁に設置され、送風手段前室の圧力を測定するためのダクトと大気圧を測定するためのダクトが設置されており、送風手段前室の圧力と大気圧との圧力差を測定する差圧測定装置であり、圧力差が基準値より低い場合には、空気清浄フィルタの回転速度が上げられることを特徴とする。

これにより、差圧から水膜の量を測定し、測定値から空気中の汚染度を推定することができ、空気中の汚染度に基づき空気清浄フィルタの回転速度を上げて空気浄化を行うことができるため、においや煙を感知するセンサーがなくとも、空気の汚染度に合わせた適切な水膜の量で運転することができ、余分な水を使用せずとも脱臭効果を高めることができる。

本発明の請求項３記載の空気浄化装置は、前記検知部は、前記隔壁と前記空気清浄フィルタの間に存在するバイパス風路に設置され、前記バイパス風路内の面速度を測定し、面速度が基準値より低い場合には、空気清浄フィルタの回転速度が上げられることを特徴とする。

これにより、風速から水膜の量を測定し、測定値から空気中の汚染度を推定することができ、空気中の汚染度に基づき空気清浄フィルタの回転速度を上げて空気浄化を行うことができるため、においや煙を感知するセンサーがなくとも、空気の汚染度に合わせた適切な水膜の量で運転することができ、余分な水を使用せずとも脱臭効果を高めることができる。

本発明の請求項４記載の空気浄化装置は、前記空気清浄フィルタは、前記制御部により回転速度が上げられた後に、再度、前記検知部により水膜の量が少ないと推定された場合には、前記空気清浄空気清浄フィルタが汚れていると判断することを特徴とする。

これにより、水膜の量を推定することにより、空気清浄フィルタの状態に合わせてお手入れができるので、使用状態に適応したお手入れのタイミングが分かり、常に良い状態の空気清浄フィルタで空気清浄することができる。また、空気清浄フィルタの汚れが少ない状態でメンテナンスできるため、空気清浄フィルタの効果が持続し、空気清浄フィルタの寿命を延ばすことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に示すように、本実施の形態の空気浄化装置においては、略箱形状の本体ケース１を備えている。本体ケース１の両側面には、略四角形状の吸気口２を設け、また本体ケース１の天面には、略四角形状の吹出口３を設けており、本体ケース１内には、吸気口２と吹出口３を連通する空気風路と、送風手段４と空気清浄フィルタ５と空気清浄フィルタ５下部を浸漬する水槽６とさらに空気清浄フィルタ５を空気流入側と空気流出側とに仕切る隔壁７が設けられている。空気清浄フィルタ５は回転可能な円筒形状であり、空気風路を遮るように設けられている。

空気清浄フィルタ５は回転に伴い、水槽６から出る際に空気清浄フィルタ５上に水膜８を形成する構成となっており、水膜８の量を測定する検知部９と、水膜８の量によって空気清浄フィルタ５の回転速度を変化させる制御部１０が設けられている。

送風手段は、本体ケース１の上部に設けられ、モータとモータにより回転する羽根車とそれらを囲むケースとから構成されるいわゆるシロッコファンとして形成されている。

水槽６は、天面を開口した箱形状をしており、水を貯水できる構造となっており、本体ケース１の下部に配置され、本体ケース１から水平方向にスライドして着脱可能となっている。

図２に示すように、空気清浄フィルタ５は網状の格子１１を備えており、空気清浄フィルタ５が水中から空気中に移動する際に網状の格子１１に水膜８が形成される。各格子１１は水面から離れる際に表面張力により水を引っ張るが、格子１１のすべての頂点が水面から離れる際に、格子１１と水は完全に離れ、格子１１上に水膜８が形成される。ただし、格子１１に限らず水膜８を形成することができる多孔体または網でも良い。格子１１に水膜８が形成されない場合は、図２で白く示すように格子１１の内側に水が存在しない。

図３に示すように、検知部９は差圧測定装置１２であってもよく、差圧測定装置１２は隔壁７に設けられ、差圧測定装置１２から空気清浄フィルタ５の空気流入側と空気流出側にそれぞれダクト１３が接続されている。また送風手段前室１４は空気清浄フィルタ５と送風手段４との間に形成されている空間を示しており、送風手段前室１４の圧力と空気清浄フィルタ５の空気流入側の圧力（吸気口の圧力損失は非常に少ないので大気圧とほぼ等しい）の差を測定することができる。このダクト１３間の圧力の差が、基準値より低い場合には、制御部１０によって、空気清浄フィルタ５に形成されている水膜８の形成率が低く、空気の汚染度が高いと推定され、空気清浄フィルタ５の回転速度が上げられ、一方で圧力差が基準値と同等の値を示す場合には、制御部１０によって、空気清浄フィルタ５に形成されている水膜８の形成率が高く、空気の汚染度が低いと推定され、現在の空気清浄フィルタ５の回転速度を維持する。

また、図４に示すように、検知部９は風速測定装置１５であってもよく、検知部９は、前記隔壁７と前記空気清浄フィルタ５の狭い空間に存在するバイパス風路１６に設けられ、バイパス風路１６を通過する風の面速度を測定し、面速度が基準値より低い場合には、制御部１０によって空気の汚染度が高いことが推定され、空気清浄フィルタ５の回転速度が上げられ、一方で面速度が基準値と同等の値を示す場合には、制御部１０によって空気の汚染度が低いと推定され、現在の回転速度を維持する。

また、検知部９で用いた基準値とは空気清浄フィルタ５が適切な水膜８の量を維持している場合に、検知部９が示す値とする。

また、空間内の空気の汚染度が低い状態で運転を開始した際に、空気清浄フィルタ５の空気流入側の全面に水膜８ができている状態に付着している水の量を「適切な水膜の量」とする。これは、空気の汚染度が高くなった場合には、水膜８に臭気物質が早く吸収されるため、水膜８の表面張力が弱くなりすぎて割れやすくなり、水膜８の量が減少するという性質を活かしたものであり、水膜８が割れずに空気流入側の全面にできるときには、空気中の臭気濃度と水膜８の形成スピードが伴っているときであり、脱臭率を高く保つことができる。つまり、空気清浄フィルタ５の空気流入側全面に水膜８が付着している状態にすることで少ない水量で高い脱臭力を保つことができる。このときの水の付着量を「適切な水膜の量」とする。

（実施の形態２）
また、図５に示すように、空気清浄フィルタ５の制御運転について説明する。運転開始時に空気清浄フィルタ５を第一回転速度で回転させたときの水膜８を検知した際に、水膜形成が基準値以上の場合は、第一回転速度を維持して運転を続ける。一方で水膜８形成が基準値以下の場合、制御部１０により空気清浄フィルタ５の回転速度が上げられ、空気清浄フィルタ５は第二回転速度とされる。

次に空気清浄フィルタ５が第二回転速度で回転している状態での水膜８を検知した際に、水膜形成が基準値以上の場合には、第二回転速度を維持して運転を続ける。一方で水膜形成が基準値以下の場合は、制御部１０により空気清浄フィルタ５の回転速度が上げられ、空気清浄フィルタ５は限界回転速度とされる。更に空気清浄フィルタ５が限界回転速度で回転している状態での水膜８を検知した際に、水膜形成が基準値以上のばあいには、限界回転速度を維持して運転を続ける。一方で水膜形成が基準値以下の場合は、制御部１０により空気清浄フィルタ５が、スケールや汚れなどの付着により水膜８が形成しにくくなっていると推定し、運転を停止するか、ユーザーにお手入れを促すような表示を行う。

また、空気清浄フィルタ５の回転速度変化条件は何段階であっても良い。

また、図５の点線の制御フローで示すように、一定時間経過するごとに、水膜検知を行う制御システムを設けてもよい。水膜検知は運転開始時における空間内の空気汚染度に合わせて空気清浄フィルタ５の回転速度を変化させ、その回転速度を保つ。しかし、空間内の空気汚染度は時間により変化するものであるので、空気が清浄された後は空気清浄フィルタ５の回転速度が上げられた状態で維持しておく必要はない。そのため、空気清浄フィルタ５の回転速度を上げている場合には、一定時間ごとに、空気清浄フィルタ５の回転速度を初期回転速度に戻して、水膜検知を繰り返し行う。これによりその都度の空気の汚染度に合わせて必要最低限の水膜形成を行うことができる。

なお、空気清浄フィルタ５を構成する材料としては、セルロース等の紙や木質素材をコルゲート形状に加工したもの、絹・毛・綿・麻等の天然繊維、レーヨン・アセテート・トリアセテート等の合成繊維をコルゲート状にしたもの、セラミックスハニカムなどを用いることができる。たとえば合成繊維ではポリオレフィン、ポリエステル、アクリル、ナイロン、ビニロン、レーヨン、ポリノジック、キュプラ、アセテート、トリアセテート、プロミックスなどが挙げられる。天然繊維としては、絹、毛、綿、麻などが挙げられる。ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコールスポンジ、ナイロンマイクロファイバーなどを用いても良い。セルロース等の紙や木質素材、絹・毛・綿・麻等の天然繊維、レーヨン・アセテート・トリアセテート等の合成繊維、セラミックスを用いてもよい。またポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等）、ＰＥＴ（ポリエチレン・テレフタラート樹脂）、ポリアミド系樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ等）、セルロース系材料又はセラミック系材料等が使用され、本実施例では、空気清浄フィルタ５の材質は、水膜８が形成されやすいポリエチレンが採用される。
以上の構成において、空気浄化装置の動作を説明する。

運転が開始されると、空気清浄フィルタ５は回転することにより水に浸漬されている部分が移動する。空気清浄フィルタ５の水槽６の水へ浸漬されていた部分では空気清浄フィルタ５の回転に伴い、水膜８を形成した状態で水槽６より空中へ出てくる。検知部９により水膜８の形成率が測定される。このとき水膜形成率が低ければ、空気の汚染度が高いと判断され、制御部１０により空気清浄フィルタ５の回転速度が上げられる。一方で、水膜形成率が高い場合は、空気の汚染度が低いと判断され、空気清浄フィルタ５の回転速度を維持して回転を続ける。

そして室内空気は、送風手段が空気流路に吸気口２から送風することにより、本体ケース１内に吸込まれて空気清浄フィルタ５を通過する。

その際、本体ケース１内に吸込まれた室内空気に含まれる臭気物質などは、空気清浄フィルタ５にできた水膜８上で主に接触、捕捉され、脱臭される。

室内空気通過後の空気清浄フィルタ５は回転に伴い空気中から再度水中へ入り、新鮮な水で水膜８を形成し、空気中へ出て行く。

また、空気清浄フィルタ５の格子１１の辺の長さは１０ｍｍ以下が好ましい。水の表面張力を考慮すると、水膜形状を維持できる限界だからである。

また、空気清浄フィルタ５の多孔体、格子１１形状は円、三角形、四角形、六角形など考えられるが、正六角形が好ましい。水膜８と格子１１間において張力、斥力が生じるが、その釣り合いがよいためである。

また、空気清浄フィルタ５の回転方向が空気流路の下流側から水の中に入り、空気流路の上流側に移動する方向とすることが好ましい。このような構成により、吸い込まれた室内空気がまず、新鮮な水を多く含んだ空気清浄フィルタ５部に導入されることにより、脱臭効果を高めることができる。

以上のように、本実施例によれば、空間の臭気濃度に応じて空気清浄フィルタ５上に適切な量の水膜８を形成して臭気等の除去を行う、高い脱臭性能の空気浄化装置を提供することができる。

また、本実施の形態では水道水を用いたが、活性酸素種を含む電解水等であっても同様に脱臭効果に加えて除菌効果を高めることができる。この場合の空気浄化装置を図６に示す。実施の形態１で示している空気浄化装置と基本構成を同じくする空気浄化装置に加えて、電解ユニット１８を備えている。このような空気浄化装置において、水槽６に、塩化ナトリウムタブレット１７が投入される。塩化物イオンを含んだ水に対して、電極を含む電解ユニット１８により通電されると、電気分解して、活性酸素種を含む電解水を生成する。

ここで、活性酸素種とは、通常の酸素よりも高い酸化活性を持つ酸素分子と、その関連物質のことであり、スーパーオキシドアニオン、一重項酸素、ヒドロキシラジカル、或いは過酸化水素といった所謂狭義の活性酸素に、オゾン、次亜塩素酸（次亜ハロゲン酸）等といった所謂広義の活性酸素を含むものであり、高い除菌効果を示すことが知られている。

差圧測定装置１２は隔壁７に設けられ、差圧測定装置１２から空気清浄フィルタ５の空気流入側と空気流出側にダクト１３がそれぞれ接続されている。また送風手段前室１４は空気清浄フィルタ５と送風手段４との間に形成されている空間を示しており、送風手段前室１４の圧力と大気圧との差を測定することができる。このダクト１３間の圧力の差が、基準値より低い場合には、制御部１０によって空気の汚染度が高いと推定され、空気清浄フィルタ５の回転速度が上げられ、一方で圧力差が基準値と同等の値を示す場合には、制御部１０によって空気の汚染度が低いと推定され、現在の空気清浄フィルタ５の回転速度を維持する。

空気清浄フィルタ５に適切な量の電解水の水膜８が形成されるので、脱臭の効果に加え除菌効果を高めることができる。

家庭用や事務用、公共空間などの、臭気等の除去などの空気浄化装置等としての活用が期待されるものである。

１ 本体ケース
２ 吸気口
３ 吹出口
４ 送風手段
５ 空気清浄フィルタ
６ 水槽
７ 隔壁
８ 水膜
９ 検知部
１０ 制御部
１１ 格子
１２ 差圧測定装置
１３ ダクト
１４ 送風手段前室
１５ 風速測定装置
１６ バイパス風路
１７ 塩化ナトリウムタブレット
１８ 電解ユニット

Claims (4)

1. 吸気口と吹出口を設けた本体ケースと、
   前記本体ケース内には、前記吸気口と前記吹出口を連通する空気風路と、
   前記空気風路へ空気を流す送風手段と、
   前記空気風路を遮るように設けた回転可能な円筒形状の空気清浄フィルタと、
   前記空気風路を前記空気清浄フィルタの空気流入側と空気流出側とに仕切る隔壁と、
   前記空気清浄フィルタを回転させる駆動部と前記駆動部で回転させた前記空気清浄フィルタの下部を水に浸すことのできる水槽とを備え、
   前記空気清浄フィルタは、前記空気清浄フィルタが回転に伴い水槽から出る際に水膜が形成される空気清浄フィルタであり、
   前記水膜の量を測定する検知部と、
   前記水膜の量から空気の汚染度を推定するための基準値を備え、
   前記検知部の値と前記基準値を比較して前記空気清浄フィルタの回転速度を変化させる制御部とを備え、
   前記空気清浄フィルタの空気流入側全面に水膜が付着している状態になるように該空気清浄フィルタの回転速度を変化させることを特徴とする空気浄化装置。
   
2. 前記検知部は、前記隔壁に設置され、
   送風手段前室の圧力を測定するためのダクトと大気圧を測定するためのダクトが設置されており、
   送風手段前室の圧力と大気圧との圧力差を測定する差圧測定装置であり、
   圧力差が基準値より低い場合には、空気清浄フィルタの回転速度が上げられることを特徴とする請求項１に記載の空気浄化装置。
3. 前記検知部は、前記隔壁と前記空気清浄フィルタの間に存在するバイパス風路に設置され、
   前記バイパス風路内の面速度を測定する風速測定装置であり、
   面速度が基準値より低い場合には、空気清浄フィルタの回転速度が上げられることを特徴とする請求項１に記載の空気浄化装置。
4. 前記空気清浄フィルタは、
   前記制御部により回転速度が上げられた後に、
   再度、前記検知部により水膜の量が少ないと推定された場合には、
   前記空気清浄フィルタが汚れていると判断することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の空気浄化装置。
   

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