WO2017073005A1 - 空気浄化装置 - Google Patents

Abstract

本体ケース（１）内に、吸込口（２）と吹出口（３）を連通する空気風路（４）と、空気風路（４）内を吸込口（２）から吹出口（３）に向けて空気を流す送風部（５）を設ける。さらに、空気風路（４）を遮るように空気風路（４）内に設けた回転可能な筒形状の空気清浄フィルタ（６）と、空気清浄フィルタを回転させる駆動部（１６）と、空気清浄フィルタ（６）の下部を水に浸すことのできる水槽（７）を設ける。そして、空気清浄フィルタ（６）は、開口を形成する繊維の太さが異なる少なくとも２枚の繊維基材（９）を含み、一方は、開口を形成する繊維が太いメイン繊維基材（１０）であり、他方は、開口を形成する繊維がメイン繊維基材よりも細いサブ繊維基材（１１）である。加えて、空気風路（４）内においてメイン繊維基材（１０）をサブ繊維基材（１１）よりも上流側に配置する。

Description

空気浄化装置

　本発明は、空気と水を含んだフィルタ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、この電解水を回転フィルタ部に供給し、湿潤状態の回転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、特許文献１参照）。

特開２０１２－０５２６９９号公報

　上記従来の空気浄化装置では、大量の水を使用し、その水が気化するために加湿量が多くなり、部屋の湿度が上がりすぎるという課題があった。

　本発明に係る空気浄化装置は、吸込口と吹出口を設けた本体ケースを有する。その本体ケース内には、吸込口と吹出口を連通する空気風路と、空気風路内を吸込口から吹出口に向けて空気を流す送風部と、を設ける。また、空気風路を遮るように空気風路内に設けた回転可能な筒形状の空気清浄フィルタと、空気清浄フィルタを回転させる駆動部と、駆動部で回転させた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、を設ける。そして、空気清浄フィルタは、開口を形成する繊維の太さが異なる少なくとも２枚の繊維基材を含み、繊維基材のうち一方は、開口を形成する繊維が太いメイン繊維基材であり、他方は、開口を形成する繊維がメイン繊維基材よりも細いサブ繊維基材である。さらに、空気風路内においてメイン繊維基材をサブ繊維基材よりも上流側に配置することを特徴とする。

　空気清浄機フィルタが、開口を形成する繊維の太さが異なる少なくとも２枚の繊維基材を含み、開口を形成する繊維が太い繊維基材をメイン繊維基材とするとともに、繊維が細い繊維基材をサブ繊維基材とする。加えて、メイン繊維基材を空気清浄フィルタの上流に配置することで、本発明は、加湿量が低いながら、高い脱臭性能を有する空気浄化装置を提供することができる。

　空気風路内を流れる室内空気と空気清浄フィルタ上に含まれる水との衝突が起こると、空気風路内を流れる室内空気に含まれる汚れ成分が空気清浄フィルタ上の水に溶け込み、脱臭が促進される。繊維の太い繊維基材は新鮮な水を多く含むため、繊維の太い繊維基材を空気清浄フィルタの上流に配置することで、衝突した際の汚れ成分の吸収率が高くなり脱臭の効率が良くなる。最初に衝突する際の繊維が太いと、開口が小さくなり、風路が狭まるため、水を含んだ繊維と空気風路内を流れる室内空気の衝突確率が高くなる。衝突が増えることで空気清浄フィルタ表面上に乱流が発生し、空気風路内を流れる室内空気とメイン繊維基材が衝突する機会が増えるため、脱臭が効率良く行われる。サブ繊維基材も少量の水を保持するので脱臭性能の向上に寄与するが、メイン繊維基材よりも繊維が細く、水を保持しにくい構造のため、圧力損失や加湿量を上げずに脱臭性能を向上することができる。これにより低加湿量でありながら、高い脱臭性能を持たせることができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態における空気浄化装置の概略図である。 図２Ａは、本発明の第１の実施の形態における空気浄化装置のメイン繊維基材の概略図である。 図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態における空気浄化装置のサブ繊維基材の概略図である。 図３Ａは、本発明の第１の実施の形態における空気浄化装置の空気清浄フィルタの裏面概略図である。 図３Ｂは、本発明の第１の実施の形態における空気浄化装置の筒状空気清浄フィルタの概略図である。 図３Ｃは、本発明の第１の実施の形態における空気浄化装置の筒状空気清浄フィルタの概略側面図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態における、楕円形状の空気清浄フィルタを備えた空気浄化装置の概略図である。 図５Ａは、本発明の第２の実施の形態における空気浄化装置の空気清浄フィルタ開口正面概略図である。 図５Ｂは、本発明の第２の実施の形態における空気浄化装置の空気清浄フィルタの開口側面概略図である。 図６は、本発明の第２の実施の形態における、電解水を用いる空気浄化装置の概略図である。

　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。

　（第１の実施の形態）
　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の側面には、略四角形状の吸込口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を設けている。本体ケース１内には、吸込口２と吹出口３を連通する空気風路４と、空気風路内を吸込口２から吹出口３に向けて空気を流す送風部５と、空気清浄フィルタ６と、空気清浄フィルタ６下部を浸漬する水槽７が設けられている。空気清浄フィルタ６は回転可能な筒形状であり、空気風路４を遮るように配置されている。空気清浄フィルタ６は、図２Ａおよび図２Ｂに示す開口８を形成する繊維の太さが異なる２枚の繊維基材９を含んでおり、２枚の繊維素材のうち一方は開口８を形成する繊維が太いメイン繊維基材１０であり、もう一方は、開口８を形成する繊維が細いサブ繊維基材１１である。そして、図１に示すように、空気清浄フィルタ６はメイン繊維基材１０をサブ繊維基材１１よりも上流に配置するとともに、駆動部１６により回転する回転動作（矢印Ａで示す方向へ回転）に伴い、水槽７から出る際に水を含む構成となっている。

　筒形状とは、図３Ｂ、図３Ｃに示す形状であり、メイン繊維基材１０およびサブ繊維基材１１の原反を四角形に裁断したものの向かい合う端辺同士を接合し無端状としたものである。

　送風部５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７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の下部に配置されるとともに、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。

　駆動部１６は空気清浄フィルタ６の回転中心に備えられた歯車形状で示したものであり、モータ（図示せず）等の回転動作を空気清浄フィルタ６に伝達することで、空気清浄フィルタ６を矢印Ａ方向に回転駆動する。

　空気清浄フィルタ６は、図２Ａに示すメイン繊維基材１０と図２Ｂに示すサブ繊維基材１１とにより形成され、メイン繊維基材１０とサブ繊維基材１１は共に繊維によって作られている。メイン繊維基材１０は太い繊維により作られた開口８を有し、サブ繊維基材１１はメイン繊維基材１０の繊維より細い繊維により作られた開口８を有している。なお、サブ繊維基材１１の開口８の開口面積はメイン繊維基材１０の開口８の開口面積より大きい。

　この空気清浄フィルタ６の構成により、メイン繊維基材１０と空気が接触した後、空気はサブ繊維基材１１に妨げられることなく通過することができるため、圧力損失が小さくてすむ。

　また、メイン繊維基材１０およびサブ繊維基材１１の開口８は三角形、四角形、六角形などの多角形が考えられる。このような構成では、メイン繊維基材１０とサブ繊維基材１１に、相似する形状または同等サイズの開口を連続して設けることができ、閉塞部を作ることなく連続的な開口８を得ることができる。これにより空気風路４において空気清浄フィルタ６により空気が妨げられることが少なくなり圧力損失が小さくなる。

　また、空気清浄フィルタ６は、図３Ａ～図３Ｃに示すように、メイン繊維基材１０とサブ繊維基材１１とが間に所定の空間を有する状態で近接して形成されている。図３Ａでは、説明を容易にするために、黒い太い実線でメイン繊維基材１０を示し、細い白い実線でサブ繊維基材１１を示している。メイン繊維基材１０が形成する格子形状とサブ繊維基材１１が形成する格子形状が重なっている。これにより、空気風路内を流れる室内空気と空気清浄フィルタ６上に含まれる水との衝突が起こると、空気風路内を流れる室内空気に含まれる汚れ成分が空気清浄フィルタ６上の水に溶け込み、脱臭が促進される。太いメイン繊維基材１０は新鮮な水を多く含むため、繊維の太いメイン繊維基材１０を空気清浄フィルタ６の上流に配置することで、衝突した際の汚れ成分の吸収率が高くなり脱臭の効率が高くなる。また最初に衝突する際の繊維が太いと、開口が小さくなり、風路が狭まるため、水を含んだ繊維と空気風路４内を流れる室内空気の衝突確率が高くなる。繊維と室内空気の衝突が増えることで空気清浄フィルタ６表面上に乱流が発生し、空気風路４内を流れる室内空気とメイン繊維基材１０が衝突する機会が増えるため、脱臭が効率良く行われる。サブ繊維基材１１は、空気清浄フィルタ６の下流側に存在するが、繊維が細く、水を保持しにくい構造のため、圧力損失や加湿量を上げずにメイン繊維基材１０の脱臭性能ならびに強度を担保することができる。

　これにより低加湿量でありながら、高い脱臭性能を持たせることができる。

　なお、本実施の形態とは異なり、空気清浄フィルタ６として、繊維の太い繊維基材を２枚貼り合うようにした場合には、空気との接触が増えて圧力損失が高くなるとともに、保持水分量が増えて加湿量も上がるために本目的に適さない。

　また、繊維の細い繊維基材を空気清浄フィルタ６の上流側に設置し、繊維の太い繊維基材を空気清浄フィルタ６の下流に配置した場合は、保持水分量が少ない繊維の細い繊維基材に空気風路４内を流れる室内空気が当たり、乱流が発生し、空気風路４内を流れる室内空気と繊維の細い繊維基材が衝突する。しかし、水分量の少ない繊維基材上での衝突機会が増えるため、空気の汚染成分が繊維内の水分にとけこみにくく、脱臭効率が低くなる。

　また、空気清浄フィルタ６の上流側と下流側の両方を、細い繊維と太い繊維の中間の太さの繊維基材にすると、空気風路４内を流れる室内空気は繊維との衝突が少なく、開口８を通り抜けていく空気が増える。さらに繊維がある程度の水を保持しているため、加湿効率が上がるため、本目的に適さない構造となる。

　また、空気清浄フィルタ６の上流側と下流側の両方を、繊維の細い繊維基材を使用すると、空気風路内を流れる室内空気は繊維との衝突が少なく、また繊維に水をほとんど含まないため、開口８を通り抜けていく空気が増え、加湿効率も脱臭性能も下がり、本目的に適さない構造となる。

　よって、繊維が太い繊維基材を空気清浄フィルタ６の上流側、繊維が細い繊維基材を空気清浄フィルタの下流側に設置することで、新鮮な水を多く含み、繊維の太い繊維基材を空気清浄フィルタ６の上流に配置することで、室内空気が衝突した際の汚れ成分の吸収率が高くなり脱臭の効率が高くなる。また、最初に室内空気が衝突する際の繊維が太いと、開口が小さくなり、風路が狭まるため、水を含んだ繊維と空気風路内を流れる室内空気の衝突確率が高くなる。衝突が増えることで空気清浄フィルタ６の表面上に乱流が発生し、空気風路４内を流れる室内空気と繊維が太い繊維基材が衝突する機会が増えるため、脱臭が効率良く行われる。サブ繊維基材１１は、空気清浄フィルタ６の下流側に存在するが、繊維が細く、水を保持しにくい構造のため、圧力損失や加湿量を上げずにメイン繊維基材１０の脱臭性能ならびに強度を担保することができる。これにより、低加湿量でありながら、高い脱臭性能を持たせることができる。

　また、メイン繊維基材１０とサブ繊維基材１１により形成される繊維基材９の表面に直交する方向から見たときに繊維基材９を構成するメイン繊維基材１０の開口８とサブ繊維基材１１の開口８が連通するように空気清浄フィルタ６が形成されている。

　これにより、空気風路４内を流れる室内空気はサブ繊維基材１１に妨げられることなく通過することができるため、圧力損失を小さく保つことができる。

　また、メイン繊維基材１０とサブ繊維基材１１は、２種類の異なる繊維部材により形成されているようにしてもよい。メイン繊維基材１０とサブ繊維基材１１を構成する材料としては、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。本実施の形態では、繊維基材の材質は、メイン繊維基材１０とサブ繊維基材１１ともにポリエステルが採用される。

　次に、図３Ｂに筒形状にした空気清浄フィルタ６の概略図を示す。空気清浄フィルタ６は筒形状であり、筒の形状は円筒形状でも図４に示すように楕円筒形状などでも良い。この構成のように柔軟性の高い空気清浄フィルタ６を用いることで形状が自由になり、本体ケース１の形状の自由度が広がり、本体ケース１のコンパクト化などが可能となる。

　図３Ｃに筒形状にした空気清浄フィルタ６の概略側面図を示す。空気清浄フィルタ６は空気風路内に回転可能な形状で設けられているので、メイン繊維基材１０とサブ繊維基材１１を順に通過した室内空気は、ふたたびサブ繊維基材１１とメイン繊維基材１０を順に通過することとなる。しかし、メイン繊維基材１０とサブ繊維基材１１を一度通過した後の室内空気は既に繊維基材９によりに臭気成分が脱臭されているため、その後に、室内空気がサブ繊維基材１１とメイン繊維基材１０を順に通過しても脱臭に対して寄与が低い。即ち、最初に室内空気とメイン繊維基材１０が接触するように「メイン繊維基材１０がサブ繊維基材１１よりも上流側に配置する」ことが重要である。

　本実施の形態では、空気清浄フィルタ６に、太い繊維により作られたメイン繊維基材１０と、メイン繊維基材１０の繊維より細い繊維により作られたたサブ繊維基材１１の２枚の繊維基材を近接させた構成を例示している。しかし、空気清浄フィルタ６は、本実施の形態の構成に限るものではなく、繊維基材を複数層設けるようにしてもよい。この場合には、最も太い繊維により作られた繊維基材から順に、順次細い繊維を使用して作られた繊維基材を近接させる構成の空気清浄フィルタであってもよい。

　（第２の実施の形態）
　次に、空気清浄フィルタにモノフィラメントを用いた接合層を備えた場合の説明を行う。図５Ａは繊維基材の開口の正面図を示し、図５Ｂは繊維基材の開口の側面図を示す。

　図５Ｂに示すように、空気清浄フィルタのメイン繊維基材１０とサブ繊維基材１１の間に、モノフィラメント１２を用いた接合層１３を形成し、メイン繊維基材１０とサブ繊維基材１１とを間隔をもたせる。なお、メイン繊維基材１０とサブ繊維基材１１は共に繊維によって作られ、メイン繊維基材１０は太い繊維により作られた開口８を有し、サブ繊維基材１１は細い繊維により作られた開口８を有する。サブ繊維基材１１の開口８の開口面積はメイン繊維基材１０の開口８の開口面積より大きい。

　この構成によりメイン繊維基材１０の形状の安定性が増し、空気清浄フィルタ６の洗浄時に繰り返し発生する可能性のある変形に対する耐久性が向上する。

　接合層１３は、空気清浄フィルタ６のメイン繊維基材１０とサブ繊維基材１１が直接接触せず、メイン繊維基材１０とサブ繊維基材１１の間に空間を持たせた状態で接合するものであり、接合したメイン繊維基材１０の開口８とサブ繊維基材１１の開口８の位置が基材の表面に直交する方向で一致している。

　なお、モノフィラメント１２は用途や耐久性に合わせて本数を変えても良い。特に、モノフィラメント１２同士の間隔は空いている方が良く、繊維同士の間で毛細管現象が起こらない間隔が好ましい。これにより、空気清浄フィルタ６の厚み方向に水を保持しなくなり、室内空気と空気清浄フィルタ６が接触しても気化が起こりにくく、これにより空気清浄フィルタ６に低加湿量でありながら、高い脱臭性能を持たせることができる。

　また、接合層１３では水分を保持せず、メイン繊維基材１０とサブ繊維基材１１をつなぐためのみの効果を持つため、空気清浄フィルタ６に保持される水分が少なく、圧力損失を低く抑えることができる。

　なお、モノフィラメント１２を構成する材料としては、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。本実施の形態では、モノフィラメント１２の材質は、ナイロンが採用される。

　以上のメイン繊維基材１０とサブ繊維基材１１の間にモノフィラメント１２による接合層１３を形成した空気清浄フィルタを用いた場合の空気浄化装置の動作を、図１を参考に説明する。

　空気浄化装置の基本的動作は、第１の実施の形態に述べたとおりであり、空気清浄フィルタ６の構成が、上述した図５Ａおよび図５Ｂに示す空気清浄フィルタに置き換えられる。

　つまり、送風部５が空気風路４に吸込口２から送風することにより、室内空気が本体ケース内に吸込まれて空気清浄フィルタ６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６の上流にあるメイン繊維基材１０に接触、捕捉され、脱臭がなされる。

　なお、上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態において、脱臭用の媒体として水道水を用いたが、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。第１の実施の形態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、水槽７に電極ユニット１４を備えている。このような空気浄化装置において、水槽７、塩化ナトリウムタブレット１５を投入することにより、塩化物イオンを含んだ水に対して、電極を含む電極ユニット１４により通電され、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る。そしてその関連物質は、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。

　空気清浄フィルタ６のメイン繊維基材１０に適切な量の電解水が含まれるので、脱臭の効果に加え除菌効果を高めることができる。

　以上説明したように、本発明に係る空気浄化装置は、吸込口と吹出口を設けた本体ケースを有する。また、本体ケース内には、吸込口と吹出口を連通する空気風路と、空気風路内を吸込口から吹出口に向けて空気を流す送風部と、空気風路を遮るように空気風路内に設けた回転可能な筒形状の空気清浄フィルタと、空気清浄フィルタを回転させる駆動部と、駆動部で回転させた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、を設ける。また、空気清浄フィルタは、開口を形成する繊維の太さが異なる少なくとも２枚の繊維基材を含み、繊維基材のうち一方は、開口を形成する繊維が太いメイン繊維基材であり、他方は、開口を形成する繊維がメイン繊維基材よりも細いサブ繊維基材であり、空気風路内においてメイン繊維基材をサブ繊維基材よりも上流側に配置する。

　この構成において、空気風路内を流れる室内空気と空気清浄フィルタ上に含まれる水との衝突が起こると、空気風路内を流れる室内空気に含まれる汚れ成分が空気清浄フィルタ上の水に溶け込み、脱臭が促進される。また、太い繊維は新鮮な水を多く含むため、繊維の太いメイン繊維基材を空気清浄フィルタの上流に配置することで、室内空気が衝突した際の汚れ成分の吸収率が高くなり脱臭の効率が高くなる。

　また、最初に室内空気が衝突する際の繊維が太いと、開口が小さくなり、風路が狭まるため、水を含んだ繊維と空気風路内を流れる室内空気の衝突確率が高くなる。衝突が増えることで空気清浄フィルタ表面上に乱流が発生し、空気風路内を流れる室内空気とメイン繊維基材が衝突する機会が増えるため、脱臭が効率良く行なわれる。

　また、サブ繊維基材は、空気清浄フィルタの下流側に存在するが、繊維が細く、水を保持しにくい構造のため、圧力損失や加湿量を上げずにメイン繊維基材の脱臭性能ならびに強度を担保することができる。

　これにより、空気清浄フィルタに低加湿量でありながら高い脱臭性能を持たせることができる。

　また、空気清浄フィルタのメイン繊維基材とサブ繊維基材の間にモノフィラメントを用いた接合層を備えることを特徴としてもよい。これにより、繊維基材同士をモノフィラメントで連結し、かつモノフィラメント同士の間隔を空けて配置することで、モノフィラメント間に水を保持する現象を防ぐことができるため、加湿量を増やすことなく、空気清浄フィルタの強度を担保することができる。

　また、空気清浄フィルタの強度を上げることで、空気清浄フィルタの耐久性が上がり、長い間劣化することなく使用することができる。

　また、加湿は接触時間を長くし、空気清浄フィルタ間を撫でるように風が流れることで促進される。そのため、下流側の繊維を細くすることで、接触時間が短くなり、加湿量を抑える効果がある。これにより空気清浄フィルタに、低加湿量でありながら、高い脱臭性能を持たせることができる。

　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　吸込口
　３　吹出口
　４　空気風路
　５　送風部
　６　空気清浄フィルタ
　７　水槽
　８　開口
　９　繊維基材
　１０　メイン繊維基材
　１１　サブ繊維基材
　１２　モノフィラメント
　１３　接合層
　１４　電極ユニット
　１５　塩化ナトリウムタブレット
　１６　駆動部

Claims (2)

1. 　吸込口と吹出口を設けた本体ケースを有し、
   　前記本体ケース内には、
   前記吸込口と前記吹出口を連通する空気風路と、
   前記空気風路内を前記吸込口から前記吹出口に向けて空気を流す送風部と、
   前記空気風路を遮るように前記空気風路内に設けた回転可能な筒形状の空気清浄フィルタと、
   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、を設け、
   　前記空気清浄フィルタは、開口を形成する繊維の太さが異なる少なくとも２枚の繊維基材を含み、
   　前記繊維基材のうち一方は、前記開口を形成する繊維が太いメイン繊維基材であり、他方は、前記開口を形成する繊維が前記メイン繊維基材よりも細いサブ繊維基材であり、
   前記空気風路内において前記メイン繊維基材を前記サブ繊維基材よりも上流側に配置することを特徴とする空気浄化装置。
2. 　前記空気清浄フィルタの前記メイン繊維基材と前記サブ繊維基材の間にモノフィラメントを用いた接合層を備えることを特徴とする請求項１に記載の空気浄化装置。

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