JP6922396B2 - 換気装置 - Google Patents

Description

この発明は、換気装置に関するものである。

天井の近傍に設置されるケーシングと、このケーシング内の空気通路に配置されて被処理空気を浄化する空気浄化手段と、を備え、空気浄化手段は、被処理空気中の塵埃を帯電させる荷電部と、この荷電部で帯電させた塵埃を電気的に捕集する集塵部とを有する電気集塵ユニットを含む空気清浄機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−０６３９４７号公報

しかしながら、特許文献１に示されるような空気清浄機を、屋外の空気を屋内に導入する換気装置に適用した場合、雨又は湿度の高い屋外の空気が電気集塵ユニットに侵入する可能性がある。そして、空気中に含まれる水分により、電気集塵ユニットの荷電部で異常放電が発生し、除塵性能が低下してしまうおそれがある。また、屋外の空気に含まれるシロキサン化合物、硫黄化合物、窒素化合物等のガス状物質が、電気集塵ユニットの荷電部の電極表面に析出し、異常放電を発生させたり、付着した電極表面を腐食したりし、除塵性能が低下してしまうおそれもある。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものである。その目的は、屋外の空気を屋内に導入する際に、空気中の粒子状物質を帯電させて除去する集塵装置によって、安定した集塵性能の発揮を図ることができる換気装置を得ることにある。

この発明に係る換気装置は、屋外の空気を取り入れるための外気導入開口部と、前記外気導入開口部から導入した空気を屋内に吹き出すための給気開口部と、放電電極と対向電極とを有し通過する空気中の粒子状物質を帯電させる荷電部、前記荷電部の前記放電電極と前記対向電極との間に電圧を印加する電源部及び前記荷電部により帯電された粒子状物質を捕集する捕集部を有する集塵装置と、通過する空気の相対湿度を低下させる調湿装置と、通過する空気中のガス状物質を除去する脱臭装置と、前記調湿装置を通過した空気の相対湿度を検出する湿度センサと、屋外の空気中の粒子状物質の量を検出する粉塵センサと、を備え、前記集塵装置は、前記外気導入開口部から前記給気開口部に通じる風路に配置され、前記調湿装置は、前記風路における前記集塵装置よりも前記外気導入開口部側に配置され、前記脱臭装置は、前記風路における前記集塵装置よりも前記外気導入開口部側に配置され、前記電源部は、前記調湿装置を通過した空気の相対湿度と屋外の空気中の粒子状物質の量とに応じて、前記放電電極と前記対向電極との間に印加する電圧を変化させる。

この発明に係る換気装置によれば、屋外の空気を屋内に導入する際に、空気中の粒子状物質を帯電させて除去する集塵装置によって、安定した集塵性能の発揮を図ることができるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る換気装置の全体構成を模式的に示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る換気装置が備える集塵装置の構成を模式的に示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る集塵装置が備える対向電極の構成を模式的に示す断面図である。

この発明を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化又は省略する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

実施の形態１．
図１から図３は、この発明の実施の形態１に係るもので、図１は換気装置の全体構成を模式的に示す断面図、図２は換気装置が備える集塵装置の構成を模式的に示す断面図、図３は集塵装置が備える対向電極の構成を模式的に示す断面図である。

この発明の実施の形態１に係る換気装置は、換気の対象となる部屋１の屋内に、屋外の空気を導入するためのものである。図１に示すように、この発明の実施の形態１に係る換気装置は、本体１０、屋外側中間ダクト２０及び屋内側中間ダクト３０を備えている。本体１０は、中空の箱状を呈する。本体１０は、部屋１の天井裏すなわち天井２の上側に設置されている。

部屋１の壁３の天井２より上側の部分には、壁３の屋内側と屋外側とを貫通する開口が形成されている。この壁３の開口には、吸込口形成部材２１が取り付けられている。吸込口形成部材２１は、その一部が屋外に突出して設けられている。吸込口形成部材２１には、吸込口２２が形成されている。吸込口２２は、屋外の空気を取り入れるための外気導入開口部である。

屋外側中間ダクト２０は、中空筒状の部材である。屋外側中間ダクト２０の一端は、壁３の屋内側から吸込口形成部材２１に接続されている。屋外側中間ダクト２０の他端は、本体１０の一端側に接続されている。本体１０の内部は、屋外側中間ダクト２０の内部と吸込口形成部材２１の吸込口２２とを介して、屋外に通じている。

部屋１の天井２には、天井２の上側と下側とを貫通する開口が形成されている。この天井２の開口には、吹出口形成部材３１が取り付けられている。吹出口形成部材３１には、吹出口３２が形成されている。吹出口３２は、外気導入開口部である吸込口２２から導入した空気を部屋１の屋内に吹き出すための給気開口部である。

屋内側中間ダクト３０は、中空筒状の部材である。屋内側中間ダクト３０は、中空筒状の部材である。屋内側中間ダクト３０の一端は、天井２の上側から吹出口形成部材３１に接続されている。屋内側中間ダクト３０の他端は、本体１０の他端側に接続されている。本体１０の内部は、屋内側中間ダクト３０の内部と吹出口形成部材３１の吹出口３２とを介して、部屋１の内部空間すなわち屋内に通じている。

このようにして、屋外側中間ダクト２０、本体１０及び屋内側中間ダクト３０の内部には、外気導入開口部である吸込口２２から、給気開口部である吹出口３２まで通じる風路が形成されている。

本体１０は、調湿装置１１、脱臭装置１２、集塵装置１００及び送風ファン１３を備えている。これらの調湿装置１１、脱臭装置１２、集塵装置１００及び送風ファン１３は、本体１０の内部に収容されている。

調湿装置１１は、通過する空気の相対湿度を低下させる装置である。調湿装置１１は、例えば、デシカントロータ、ペルチェ素子、熱交換機及びヒータ等の１つ又は複数を備えている。デシカントロータは、表面に担持された吸湿剤により通過する空気中の水分を取り除く。ペルチェ素子及び熱交換機は、通過する空気を冷却することで空気中の水分を凝集させて取り除く。ヒータは、通過する空気を加熱することで相対湿度を下げる。

脱臭装置１２は、通過する空気中のガス状物質を除去する装置である。脱臭装置１２が除去するガス状物質には、具体的に例えば、シロキサン化合物、硫黄化合物、窒素化合物、その他のＶＯＣ（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：揮発性有機化合物）等が含まれる。脱臭装置１２は、例えば周知の脱臭フィルタ等を用いることで構成される。

集塵装置１００は、通過する空気中の粒子状物質を除去する装置である。集塵装置１００が除去する粒子状物質には、具体的に例えば、塵、埃、綿ゴミ、ダニ、ＰＭ２．５及び花粉等が含まれる。図２を参照しながら、集塵装置１００の構成について説明する。同図に示すように、集塵装置１００は、荷電部１１０、電源部１２０及び捕集部１３０を備えている。

荷電部１１０は、捕集部１３０よりも集塵装置１００を通過する空気流の上流側に配置されている。荷電部１１０は、通過する空気中の粒子状物質を帯電させるためのものである。荷電部１１０は、放電電極１１１及び対向電極１１２を備えている。放電電極１１１は複数設けられる。対向電極１１２も複数設けられる。放電電極１１１及び対向電極１１２は、捕集部１３０に沿って交互に並んでいる。換言すれば、放電電極１１１及び対向電極１１２は、集塵装置１００を通過する空気流の方向と直交する方向に沿って、交互に並んでいる。

放電電極１１１は、長尺な板状部材で構成されている。放電電極１１１の材質には導電体が用いられる。具体的には、タングステン、銅、ニッケル、亜鉛、鉄等の金属、又は、これらの金属を主成分とするステンレス等の合金、もしくは、これらの金属又は合金の表面に、銀、金、白金等の貴金属をメッキしたもの、あるいは、これらの金属又は合金の表面に、炭素（グラファイト）層又は酸化膜を生成したもの等を用いることができる。

放電電極１１１の断面は、短辺及び長辺によって周囲が囲まれた矩形形状を呈する。放電電極１１１の断面の短辺の長さは、例えば、０．０１ｍｍから０．１ｍｍである。放電電極１１１の断面の長辺の長さは、例えば、０．１ｍｍから１．０ｍｍである。放電電極１１１をこのような形状にすることで、放電電極１１１の強度を増すことができる。したがって、放電電極１１１をこのような形状にすることで、放電電極１１１の形状の経年変化を大幅に抑制することが可能である。

図３に示すように、対向電極１１２は、基部１１３とメッキ部１１４とを備えている。基部１１３は、板状を呈する樹脂製の部材である。メッキ部１１４は、基部１１３の表面に金属等の導電体がメッキされることで形成されている。このようにすることで、対向電極１１２の全体を金属で構成した場合と比較して、対向電極１１２を、軽量でも厚みを大きくすることが可能である。そして、対向電極１１２の表面の曲率半径を大きくすることができ、対向電極１１２の表面の一部に電荷が集中することを緩和することが可能である。このため、集塵装置１００を通過する空気中に水分の多い場合でも異常放電を生じさせにくくすることができる。

再び図２を参照しながら説明を続ける。電源部１２０は、荷電部１１０に電圧を印加する。電源部１２０は、例えば、接地電位に対して４〜７ｋＶの電圧を放電電極１１１に印加する。この際、放電電極１１１に正の高電圧を印加することで放電により生成するオゾン発生量を抑制することができる。対向電極１１２は、接地されている。このように、電源部１２０は、放電電極１１１と対向電極１１２との間に電圧を印加する。

捕集部１３０は、荷電部１１０により帯電された粒子状物質を捕集するためのものである。捕集部１３０は、例えば、電荷を帯びたエレクトレットフィルタを備えている。このエレクトレットフィルタは、例えば、濾材をプリーツ形状、コルゲート形状又はハニカム形状等にしたものに帯電させることで構成される。

なお、捕集部１３０をフィルタ形状にせず、他に例えば、平行平板状の金属又は樹脂を積層したもので構成してもよい。平行平板状の部材を積層して捕集部１３０を構成した場合、例えば、捕集部１３０を天井２から部屋１内へと引き出せるような構造にすることで、捕集部１３０を水等で洗浄するメンテナンスが可能となり、フィルタの交換コストを低減することができる。

以上のように構成された集塵装置１００を通過する空気は、まず、荷電部１１０の放電電極１１１と対向電極１１２との間の空間を通過する。このとき、電源部１２０が荷電部１１０に電圧を印加していれば、放電電極１１１と対向電極１１２との間でコロナ放電が生じる。そして、空気中の粒子状物質は、コロナ放電が起きている放電電極１１１と対向電極１１２との間の空間を通過する際に帯電される。荷電部１１０を通過した空気は、次に捕集部１３０を通過する。この際、荷電部１１０の通過時に帯電された粒子状物質は、捕集部１３０のエレクトレットフィルタにクーロン力等により吸着され、捕集部１３０において捕集される。このようにして、集塵装置１００は通過する空気中から粒子状物質を除去する。

次に、再び図１を参照しながら説明を続ける。前述したように、集塵装置１００は、前述した風路の一部である本体１０の内部に配置されている。すなわち、集塵装置１００は、外気導入開口部である吸込口２２から給気開口部である吹出口３２に通じる風路に配置されている。

また、調湿装置１１は、本体１０の内部における集塵装置１００よりも屋外側中間ダクト２０側に配置されている。換言すれば、調湿装置１１は、前述の風路における集塵装置１００よりも吸込口２２側に配置されている。

脱臭装置１２も、本体１０の内部における集塵装置１００よりも屋外側中間ダクト２０側に配置されている。換言すれば、脱臭装置１２は、前述の風路における集塵装置１００よりも吸込口２２側に配置されている。なお、図１に示す例では、脱臭装置１２は、調湿装置１１と集塵装置１００との間に配置されている。

送風ファン１３は、本体１０の内部における集塵装置１００よりも屋内側中間ダクト３０側に配置されている。送風ファン１３は、前述の風路中を吸込口２２から本体１０内部を経て吹出口３２へと流れる空気流を発生させるためのものである。

以上のように構成された換気装置において、送風ファン１３が駆動すると、吸込口２２及び屋外側中間ダクト２０を介して、屋外の空気が本体１０の内部に取り込まれる。本体１０の内部に取り込まれた空気は、まず、調湿装置１１を通過する。調湿装置１１を通過した空気は、通過前と比較して相対湿度が低下している。

調湿装置１１を通過して相対湿度が低下した空気は、次に、脱臭装置１２を通過する。脱臭装置１２を通過する際、空気中に含まれるガス状物質が除去される。したがって、脱臭装置１２を通過した空気は、通過前と比較してガス状物質の濃度が低下している。そして、脱臭装置１２を通過した空気は、次に、集塵装置１００を通過する。集塵装置１００を通過する際、空気中に含まれる粒子状物質が除去される。

そして、集塵装置１００を通過した空気は、送風ファン１３を通過する。送風ファン１３を通過した空気は、本体１０から出て屋内側中間ダクト３０を通り、吹出口３２から部屋１内の空間に吹き出される。

このように、この発明の実施の形態１に係る換気装置においては、屋外から取り込まれた空気は、調湿装置１１を通過して相対湿度が低下した後に集塵装置１００を通過する。したがって、集塵装置１００内の荷電部１１０の放電電極１１１と対向電極１１２との間を通過する空気は相対湿度が低下されている。

このため、荷電部１１０での異常放電の発生を抑制することができるので、粒子状物質の捕集効率の向上を図り、安定した集塵性能を発揮することが可能である。また、荷電部１１０を通過する空気の相対湿度を低下させることで、粒子状物質に帯電させた電荷が空気中の水分を介して逃げてしまうことを抑制し、粒子状物質の帯電効率の向上を図ることができる。このため、粒子状物質の捕集効率のさらなる向上を図ることが可能である。

また、この発明の実施の形態１に係る換気装置においては、屋外から取り込まれた空気は、脱臭装置１２を通過してガス状物質の濃度が低下した後に集塵装置１００を通過する。したがって、集塵装置１００内の荷電部１１０の放電電極１１１と対向電極１１２との間を通過する空気はガス状物質の濃度が低下している。

空気中のガス状物質、例えば、シロキサン化合物、硫黄化合物、窒素化合物等は、荷電部１１０の電極表面に析出し、異常放電を発生させたり、付着した電極表面を腐食したりする。また、電極表面に付着したこれらの物質を取り除く必要が生じるため、メンテナンス頻度の増加を招く。集塵装置１００を通過する空気中におけるこれらの物質の濃度を脱臭装置１２により低下させておくことで、荷電部１１０の電極表面でのこれらの物質の析出を抑制し、異常放電の発生の抑制、電極表面へのこれらの物質の付着と腐食の抑制を図ることができる。そして、安定した集塵性能を発揮するとともに、メンテナンス頻度の低減も図ることが可能である。

この際、調湿装置１１を通過して相対湿度が低下した空気を脱臭装置１２に通過させるようにすることで、空気中の水分による脱臭装置１２におけるガス状物質の除去効率の低下を抑制することができる。

なお、この発明の実施の形態１に係る換気装置は、送風ファン１３を必ずしも備えている必要はない。例えば、部屋１に本換気装置の他に部屋１内の空気を外部に排出する換気扇が設置されている場合には、この換気扇を動作させれば、部屋１内の気圧が低下し、送風ファン１３がなくとも、前述の風路中を吸込口２２から吹出口３２へと流れる空気流を発生させることができる。

この発明の実施の形態１に係る換気装置は、図１に示すように、湿度センサ１４及び粉塵センサ２３の一方又は両方を備えるようにしてもよい。そして、集塵装置１００の電源部１２０は、湿度センサ１４及び粉塵センサ２３の一方又は両方の検出結果に基づいて、集塵装置１００の荷電部１１０に印加する電圧を制御するようにしてもよい。以下においては、湿度センサ１４及び粉塵センサ２３の両方を備えた場合の例について説明する。

湿度センサ１４は、調湿装置１１を通過した空気の相対湿度を検出するものである。湿度センサ１４は、本体１０の内部における調湿装置１１よりも屋内側中間ダクト３０側に設置される。なお、図１に示す例では、湿度センサ１４は、前述の風路中の調湿装置１１と脱臭装置１２の間に配置されている。

粉塵センサ２３は、屋外の空気中の粒子状物質の量を検出するものである。粉塵センサ２３が濃度を検出する粒子状物質には、具体的に例えば、塵、埃、綿ゴミ、ダニ、ＰＭ２．５及び花粉等が含まれる。図１に示す例では、粉塵センサ２３は、吸込口形成部材２１に取り付けられて、前述の風路中に配置されている。

粉塵センサ２３は、例えば、１つの発光素子と２つの受光素子とを備え、空気中の粒子状物質を光学的に検出する。発光素子は、周囲の空間にレーザー光を照射する。発光素子が照射するレーザー光の波長は、例えば６６０ｎｍである。また、レーザー光の照射強度は、例えば２．５ｍＷ以上が好適である。発光素子から照射されたレーザー光は、空気中に存在する粒子状物質に当たると散乱される。受光素子は、空気中に存在する粒子状物質によって生じた散乱光を受光する。そして、受光素子は、受光強度、受光回数等に応じた信号を出力する。

粉塵センサ２３は、２つの受光素子の出力に基づいて、空気中の粒子状物質の量、粒子状物質の個数、粒子状物質の濃度、粒子状物質の大きさ及び粒子状物質の形状等を検出する。より詳しくは、粉塵センサ２３は、受光素子の出力の大きさに基づいて、粒子状物質の量、粒子状物質の個数及び粒子状物質の大きさを検出する。また、粉塵センサ２３は、２つの受光素子の出力の差分に基づいて、粒子状物質の形状を検出する。

空気中に存在する粒子状物質の形状が球形である場合、２つの受光素子の出力の差分は比較的小さい。一方、粒子状物質の形状が球形でない場合、２つの受光素子の出力の差分は、球形の場合よりも大きくなる。例えば、粒子状物質が粒子径２．５μｍ以下で球形のＰＭ２．５である場合、２つの受光素子の出力の差分は小さい。また、例えば、粒子状物質が花粉である場合も、２つの受光素子の出力の差分は小さい。

したがって、２つの受光素子の出力の差分が予め設定された基準値より小さい場合、空気中に存在する粒子状物質は、ＰＭ２．５又は花粉であると判定できる。そして、この場合の粒子状物質がＰＭ２．５又は花粉のどちらであるかは、受光素子の出力の大きさによって判別できる。すなわち、花粉はＰＭ２．５よりも粒子径が大きいため、ＰＭ２．５による散乱光よりも花粉による散乱光の方が多くなる。このため、粒子状物質が花粉である場合は、粒子状物質がＰＭ２．５である場合よりも受光素子の出力が大きい。

一方、２つの受光素子の出力の差分が前述の基準値以上である場合、空気中に存在する粒子状物質は、埃、綿ゴミ及びダニ等であると判定できる。

なお、粉塵センサ２３は、以上で説明したような光学的に空気中の粒子状物質を検出するものに限られず、他の方式によるものであってもよい。また、粉塵センサ２３の設置箇所についても、吸込口形成部材２１又は屋外側中間ダクト２０内に限られず、他に例えば屋外等に設置されてもよい。さらに、粉塵センサ２３に代えて、粒子状物質の量に関する情報をインターネット等を介して外部から取得する通信装置を備えるようにしてもよい。

電源部１２０は、湿度センサ１４の検出結果と粉塵センサ２３の検出結果とに基づいて、荷電部１１０に印加する電圧を変化させる。すなわち、電源部１２０は、調湿装置１１を通過した空気の相対湿度と屋外の空気中の粒子状物質の量とに応じて、放電電極１１１と対向電極１１２との間に印加する電圧を変化させる。

より詳しくは、調湿装置１１を通過した空気の相対湿度が予め設定された基準湿度以上の場合、電源部１２０は、相対湿度が基準湿度未満の場合と比較して、放電電極１１１と対向電極１１２との間に印加する電圧を低くする。この際の基準湿度は、例えば８０％とする。このようにすることで、相対湿度が高く、空気中に含まれる水分により異常放電が発生しやすい条件下では、印加する電圧を低下させて、荷電部１１０での異常放電の発生を抑制することができる。

また、電源部１２０は、屋外の空気中の粒子状物質の量が予め設定された環境基準値以上の場合に荷電部１１０に電圧を印加し、前述の環境基準値未満の場合には、荷電部１１０に電圧を印加しない。このようにすることで、屋外の空気中の粒子状物質の量が環境基準値以上である場合だけ粒子状物質の捕集を行い、環境基準値未満のときは粒子状物質の捕集を行わないようにすることができる。このため、必要以上に粒子状物質の捕集をすることがなくなりメンテナンス頻度を低減することができる。

なお、この発明に係る換気装置はユーザーにメンテナンス時期を知らせる表示部を備えていてもよい。このようにすることで、天井２に設置された換気装置を適切にメンテナンスすることができる。また、この発明に係る換気装置は、例えば、家庭又はオフィス等に設けられた換気ダクト及びダクトを有する空気調和機に適用することができる。

１ 部屋
２ 天井
３ 壁
１０ 本体
１１ 調湿装置
１２ 脱臭装置
１３ 送風ファン
１４ 湿度センサ
２０ 屋外側中間ダクト
２１ 吸込口形成部材
２２ 吸込口
２３ 粉塵センサ
３０ 屋内側中間ダクト
３１ 吹出口形成部材
３２ 吹出口
１００ 集塵装置
１１０ 荷電部
１１１ 放電電極
１１２ 対向電極
１１３ 基部
１１４ メッキ部
１２０ 電源部
１３０ 捕集部

Claims (3)

1. 屋外の空気を取り入れるための外気導入開口部と、
   前記外気導入開口部から導入した空気を屋内に吹き出すための給気開口部と、
   放電電極と対向電極とを有し通過する空気中の粒子状物質を帯電させる荷電部、前記荷電部の前記放電電極と前記対向電極との間に電圧を印加する電源部及び前記荷電部により帯電された粒子状物質を捕集する捕集部を有する集塵装置と、
   通過する空気の相対湿度を低下させる調湿装置と、
   通過する空気中のガス状物質を除去する脱臭装置と、
   前記調湿装置を通過した空気の相対湿度を検出する湿度センサと、
   屋外の空気中の粒子状物質の量を検出する粉塵センサと、を備え、
   前記集塵装置は、前記外気導入開口部から前記給気開口部に通じる風路に配置され、
   前記調湿装置は、前記風路における前記集塵装置よりも前記外気導入開口部側に配置され、
   前記脱臭装置は、前記風路における前記集塵装置よりも前記外気導入開口部側に配置され、
   前記電源部は、前記調湿装置を通過した空気の相対湿度と屋外の空気中の粒子状物質の量とに応じて、前記放電電極と前記対向電極との間に印加する電圧を変化させる換気装置。
2. 前記調湿装置は、前記風路における前記脱臭装置よりも前記外気導入開口部側に配置される請求項１に記載の換気装置。
3. 前記対向電極は、樹脂製の基部と前記基部の表面に形成された導電体のメッキ部を備えた請求項１又は請求項２に記載の換気装置。

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