(57)【要約】【課題】  疎水性のある汚染物質をも水で捕獲除去し得る高性能の空気浄化装置を提供する。【解決手段】  本体ケーシング２の内部に、少なくとも過飽和または過飽和に近い状態まで水分子密度を高めた加湿空間Ｂを形成し、同加湿空間Ｂの中に、化学物質や微細粒子等の汚染物質ａ，ａ・・・を含んだ空気を導入して、同水分子と混合させることにより、化学物質や微細粒子等汚染物質ａ，ａ・・・の周りに水分子クラスターｃ，ｃ・・・を形成し、それらを冷却手段１６で露点以下に冷却液滴化して排出することにより、疎水性汚染物質の除去効果をも十分に向上させた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染物質（ａ），（ａ）・・・を含む汚染空気が導入される汚染空気加湿空間（Ｂ）と、該汚染空気加湿空間（Ｂ）内の水分子密度を過飽和または過飽和に近い状態まで加湿し、上記導入された汚染空気中の汚染物質（ａ），（ａ）・・・を核とする水分子クラスター（ｃ），（ｃ）・・・を形成する加湿手段（９）と、該加湿手段（９）で加湿されることにより形成された上記汚染物質（ａ），（ａ）・・・を核とする水分子クラスター（ｃ），（ｃ）・・・を露点温度以下まで冷却する冷却手段（１６）とからなる空気浄化装置。
【請求項２】
加湿空間Ｂに導入される汚染物質（ａ），（ａ）・・・を＋または−に帯電させる荷電手段（７，８）を設けたことを特徴とする請求項１記載の空気浄化装置。
【請求項３】
加湿手段（９）が、水蒸気発生装置であることを特徴とする請求項１又は２記載の空気浄化装置。
【請求項４】
冷却手段（１６）が、ペルチェ式冷凍装置であることを特徴とする請求項１，２又は３記載の空気浄化装置。
【請求項５】
ペルチェ式冷凍装置の排熱を浄化された空気の調温に利用するようにしたことを特徴とする請求項４記載の空気浄化装置。
【請求項６】
汚染空気と加湿された空気との混合空気の温度と相対湿度とから絶対湿度を算出し、同算出された絶対湿度が予じめ設定された所望の絶対湿度になるように加湿手段の加湿量を調整するとともに、水分子クラスター（ｃ），（ｃ）・・・の冷却温度が露点温度以下となるようにペルチェ式冷凍装置の冷却温度を調整するようにしたことを特徴とする請求項５記載の空気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、空気中の汚染物質を除去する機能を備えた空気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気中の汚染物質（例えば半導体製造工場の半導体洗浄室などで生じるトルエンなどの化学物質）を除去する空気浄化装置としては、例えば図５に示すように、当該汚染物質ａ，ａ・・・を所定の冷却器１３の冷却面で凝縮させた水蒸気の凝縮水Ｗ中に溶解させて捕獲除去する汚染物質除去方式が採用されていた（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−５５１８８号公報（明細書第１−３頁、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、同装置の場合、除去すべき汚染物質ａ，ａ・・・が疎水性物質であるような場合には凝縮水Ｗへの溶解性が低く、除去効率が極端に低下する問題があった。
【０００５】
本願発明は、このような課題を解決するためになされたもので、少なくとも過飽和または過飽和に近い状態まで水分子密度を高めた加湿空間を形成し、同加湿空間の中に、化学物質や微細粒子等の汚染物質を含んだ空気を導入して同水分子と混合させることにより、化学物質や微細粒子等汚染物質を核とした水分子クラスターを形成し、それらを露点以下に冷却液滴化して排出することにより、疎水性汚染物質の除去効果をも向上させた空気浄化装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明は、上記の目的を達成するために、それぞれ次のような課題解決手段を備えて構成されている。
【０００７】
（１）  第１の課題解決手段
この発明の第１の課題解決手段は、汚染物質ａ，ａ・・・を含む汚染空気が導入される汚染空気加湿空間Ｂと、該汚染空気加湿空間Ｂ内の水分子密度を過飽和または過飽和に近い状態まで加湿し、上記導入された汚染空気中の汚染物質ａ，ａ・・・を核とする水分子クラスターｃ，ｃ・・・を形成する加湿手段９と、該加湿手段９で加湿されることにより形成された上記汚染物質ａ，ａ・・・を核とする水分子クラスターｃ，ｃ・・・を露点温度以下まで冷却する冷却手段１６とから構成したことを特徴としている。
【０００８】
このような構成によると、加湿空間Ｂ内の水分子密度が過飽和または過飽和に近い状態となっていることから、汚染物質ａ，ａ・・・の親水性如何に依存することなく、当該汚染物質ａ，ａ・・・を核として、その表面に多数の水分子が集まり、水分子クラスターｃ，ｃ・・・、すなわちクラスター構造をなす水分子の集合体を形成する。
【０００９】
そして、この多数の水分子が集合した水分子クラスターｃ，ｃ・・・が冷却手段１６で露点以下に冷却され、液滴となって汚染物質ａ，ａ・・・を捕獲したまま外部に排出される。
【００１０】
したがって、このような構成によれば、汚染物質ａ，ａ・・・が疎水性のものである場合にも何らの支障なく液滴中に取り込むことができ、有効な除去効果を上げることができる。
【００１１】
（２）  第２の課題解決手段
この発明の第２の課題解決手段は、上記第１の課題解決手段の構成において、加湿空間Ｂに導入される汚染物質ａ，ａ・・・を＋または−に帯電させる荷電手段（７，８）を設けたことを特徴としている。
【００１２】
このような構成によると、汚染物質ａ，ａ・・・が＋または−に帯電する結果、汚染物質ａ，ａ・・・を核として、その表面に、より多数の水分子が、より速く集まり、水分子のクラスター化が促進される。
【００１３】
（３）  第３の課題解決手段
この発明の第３の課題解決手段は、上記第１又は第２の課題解決手段の構成において、加湿手段９が、水蒸気発生装置であることを特徴としている。
【００１４】
このような構成によると、水蒸気発生装置で豊富に発生する水蒸気により加湿空間Ｂ内の水分子密度が効果的に高まり、より水分子密度の過飽和または過飽和に近い状態を形成しやすくなる。
【００１５】
（４）  第４の課題解決手段
この発明の第４の課題解決手段は、上記第１，第２又は第３の課題解決手段の構成において、冷却手段１６が、ペルチェ式冷凍装置であることを特徴としている。
【００１６】
このような構成によると、同ペルチェ式の冷凍装置により、汚染物質ａ，ａ・・・を核とする水分子クラスターｃ，ｃ・・・を容易に露点以下に冷却液滴化することができるようになる。
【００１７】
（５）  第５の課題解決手段
この発明の第５の課題解決手段は、上記第４の課題解決手段の構成において、ペルチェ式冷凍装置の排熱を浄化された空気の調温に利用するようにしたことを特徴としている。
【００１８】
このような構成によると、上記水分子クラスターｃ，ｃ・・・の液滴化に有効な冷却手段としてのペルチェ式冷凍装置の排熱（温熱）を浄化された空気の調温に有効に活用することができ、調温機能を実現できるとともに排熱の有効利用が可能となる。
【００１９】
（６）  第６の課題解決手段
この発明の第６の課題解決手段は、上記第５の課題解決手段の構成において、汚染空気と加湿された空気との混合空気の温度と相対湿度とから絶対湿度を算出し、同算出された絶対湿度が予じめ設定された所望の絶対湿度になるように加湿手段の加湿量を調整するとともに、水分子クラスターｃ，ｃ・・・の冷却温度が露点温度以下となるようにペルチェ式冷凍装置の冷却温度を調整するようにしたことを特徴としている。
【００２０】
このように、加湿空間Ｂ内に取り込んだ汚染空気と水蒸気との混合空気の温度と相対湿度をそれぞれ計測し、それらから絶対湿度を算出して、同算出した絶対湿度が予じめ設定された所望の絶対湿度となるように加湿手段の加湿量を調整するとともに、生成された水分子クラスターｃ，ｃ・・・を冷却する冷却温度が露点温度以下になるようにペルチェ式冷凍装置の冷却温度を調整するようにすると、浄化後の空気の湿度を所望の値以下に適切にコントロールすることができるようになり、調湿機能が実現される。
【発明の効果】
【００２１】
以上の結果、本願発明によると、汚染物質の親水性、疎水性の如何に拘わらず全ての汚染物質の水による捕獲、除去が可能となり、前述したトルエン等の化学物質だけでなくウイルス、微生物、塵、花粉等各種の汚染物質の除去効率を向上させることができる。
【００２２】
また、フィルターを使用しないため、除去効率の経時的な劣化がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１〜図５は、本願発明の最良の実施の形態に係る空気浄化装置の構成および作用等を示している。
【００２４】
（装置の構成）
図１中、先ず符号２は、同空気浄化装置１の本体ケーシングであり、この本体ケーシング２の内部は、一方側空気吸込口２ａから他方側送風機１５を備えた空気吹出口２ｂ方向に空気が流れる空気流通空間を形成している。そして、この空気流通空間は、上記空気吸込口２ａから吸込まれた空気中の塵埃や、化学物質、花粉、ウイルス、細菌等の汚染物質ａ，ａ・・・を、例えば（＋）電位に帯電させる荷電電極７を備えた荷電空間Ａと、該荷電空間Ａの下流側にあって、上記（＋）に荷電した汚染物質ｂ，ｂ・・・が導入される一方、上方側の加熱タンク９ａ内からの加熱水蒸気ｆが蒸気パイプ１０を介して供給される加湿空間Ｂと、該加湿空間Ｂの下流側にあって、冷却手段としてペルチェ式冷凍装置１６の冷却グリル１３が設けられた冷却空間Ｄと、該冷却空間Ｄの下流側にあって、浄化空気の調温手段としてペルチェ式冷凍装置１６の加熱グリル１４が設けられた調温空間Ｅとの４つの空間が区画形成されている。なお、第１の隔壁３の中央には加湿された空気の空気導入口３ａが、また第４の隔壁６の中央には冷却グリル１３部分で汚染物質ａ，ａ・・・を含む凝縮液滴ｄ，ｄ・・・が分離され、湿度が低下した清浄な空気を調温空間Ｅ側に導出する空気導出口６ａが、それぞれ設けられている。また上記第２の隔壁４は下方に短かい一方、第３の隔壁５は上方に短かくなっていて、これら第２の隔壁４と第３の隔壁５との間には、下方から上方への水分子クラスターｃ，ｃ・・・の通路Ｃが形成されている。
【００２５】
上記荷電電極（放電電極）７は、汚染物質ａ，ａ・・・を含む汚染空気が通過流通するように、例えば導電性金属よりなるグリル構造に形成され、その下端部をアースすることなくフローティング状態に支持するとともに、その上端部に高電圧発生器８の＋側電源端子を接続して構成されている。
【００２６】
加熱タンク９ａは、内部に所定量の水を収容しているとともに、その底面部に電熱ヒータ等の加熱手段（図示省略）を備えていて、収容された水を同加熱手段により加熱沸とうさせることにより、十分な量の水蒸気ｆを発生させ、当該水蒸気ｆを上記蒸気パイプ１０を介して上記加湿空間Ｂ内に過飽和状態となるまで供給する加湿手段としての水蒸気発生装置９を構成している。この加熱タンク９ａの底部側面には、同加熱タンク９ａ内の水の温度を検出し、後述する制御用マイコン２０に入力する湯温センサ１１が付設されている。
【００２７】
また、上記冷却空間Ｄの上流側には、同冷却空間Ｄに入ってくる多数の水分子クラスターｃ，ｃ・・・よりなる加湿空気の温度と湿度とを計測する温湿度センサー１２が設けられており、この温湿度センサー１２により検出された温度と湿度の検出値も、同様に制御用のマイコン２０に入力される。
【００２８】
さらに、水分子クラスターｃ，ｃ・・・冷却手段としてのペルチェ式冷凍装置１６は、上述のように、その低温側デバイス１６ａをヒートレーン等の高効率の伝熱手段を介して冷却空間Ｄ側の冷却グリル１３に、また高温側放熱デバイス１６ｂをヒートレーン等の高効率の伝熱手段を介して調温空間Ｅ側の調温グリル１４に、各々接続されている。そして、その作動温度（冷却／加熱温度）は、上記制御用のマイコン２０によって後述のように制御されるようになっている（図２のフローチャート参照）。
【００２９】
符号１７は、上記冷却空間Ｄの下方に位置して設けられた排出水収容槽であり、下方側大容量の排出水処理槽１７ｂと本体ケーシング２との接続口部１７ａとからなっている。
【００３０】
なお、以上の加湿空間Ｂ内における水分子クラスターｃ，ｃ・・・の生成に関し、生成空間の水蒸気飽和度が高いほど水分子のクラスター化の速度が大きい。また、その場合の凝縮核については、単一成分蒸気のみが凝縮する均質核生成の場合に比べて、水蒸気中の不純物（例えば有機物分子、微結晶など）が既存核となる不均質生成の場合がはるかにクラスター化が生じやすい。しかも、それらが荷電（イオン化）されている場合には、さらにクラスター化が顕著に促進される。
【００３１】
（装置の作用）
以上のような構成によると、加湿空間Ｂでは加熱タンク９ａ側から供給される十分な量の水蒸気ｆ，ｆ・・・より過飽和または過飽和に近い状態まで水分子密度が高くなっており、しかも汚染空気中の汚染物質ａ，ａ・・・は（＋）に帯電していることから、その疎水性に依存することなく同（＋）に帯電した汚染物質ａ，ａ・・・を核として、その表面に多数の水分子ｗ，ｗ・・・が集まり、効果的に水分子クラスターを形成する（図１のｃ，ｃ・・・参照）。
【００３２】
そして、このクラスター構造をなす水分子の集合体ｃ，ｃ・・・が通路Ｃを経て冷却空間Ｄに入り、ペルチェ式冷凍装置１６の冷却グリル１３で露点温度以下に冷却され、例えば図４のように汚染物質ａ，ａ・・・を核とする液滴ｄ，ｄ・・・となって汚染物質Ｄを捕獲したまま下方に落下し、排出水収容槽１７の排出水処理槽１７ｂ内に排出される。
【００３３】
したがって、このような構成によれば、汚染物質ａ，ａ・・・が疎水性のものである場合にも何らの支障なく液滴中に取り込むことができ、有効な除去効果を上げることができる。
【００３４】
しかも、この場合、上記汚染物質ａ，ａ・・・は汚染物質導入空間Ａに導入された時点で先ず（＋）に荷電されることから、同汚染物質ａ，ａ・・・を核として、その表面に多数の水分子ｗ，ｗ・・・が集まりやすくなり、水分子のクラスター化ｃ，ｃ・・・が極めて高効率に促進される。
【００３５】
したがって、より除去効率が向上する。
【００３６】
また、同構成では、加湿空間Ｂの加湿手段が、水蒸気発生装置９よりなっており、多量の水蒸気が豊富に発生する。
【００３７】
したがって、このような構成によると、水分子密度を高くしやすく、より水分子密度の過飽和または過飽和に近い状態を実現しやすくなる。
【００３８】
また、同構成では、冷却手段が、ペルチェ式冷凍装置１６よりなっている。
【００３９】
したがって、このような構成では、同ペルチェ式の冷凍装置１６により、水分子クラスターｃ，ｃ・・・を容易に露点以下に冷却液滴化することができる。
【００４０】
しかも、同構成では、同ペルチェ式冷凍装置の非冷却側（高温側）の排熱（温熱）を浄化された空気の調温に利用するようにしている。
【００４１】
このような構成によると、上記水分子クラスターｃ，ｃ・・・の液滴化に有効な冷却手段としてのペルチェ式冷凍装置１６の排熱（温熱）を浄化された空気の調温に有効に活用することができ、熱効率が向上するとともに省エネ性能が向上する。
【００４２】
これらの結果、上記実施の形態の空気浄化装置によると、親水性、疎水性の如何に拘わらず全ての汚染物質の水による捕獲、除去が可能となり、前述したトルエン等の化学物質だけでなくウイルス、微生物、塵、花粉等各種の汚染物質の除去効率を向上させることができる。
【００４３】
また、フィルターを使用しないため、除去効率の経時的な劣化がない。
【００４４】
（装置の制御）
次に図２のフロチャートおよび図３のグラフは、上記制御用マイコン２０を使用した図１の空気浄化装置の制御方法および作用を示している。
【００４５】
同制御では、先ず汚染物質ａ，ａ・・・を含む汚染空気と水蒸気により加湿された空気との混合空気の温度と相対湿度とを測定する（ステップＳ1）。
【００４６】
次に、これら測定された温度と湿度から、絶対湿度を算出して、上述の温湿度センサー１２で検出される湿度が予じめ設定した所望の絶対湿度になるように、上記加熱タンク９ａの加熱温度をコントロールして上記水蒸気発生量を調整する（ステップＳ2）。
【００４７】
次に、同状態における露点温度を算出する（ステップＳ3）。
【００４８】
そして、該算出された露点温度に基いて、同露点温度以下になるように上記ペルチェ式冷凍装置１６の冷却デバイス１６ａ側の冷却温度を調整する。
【００４９】
このように、取り込んだ汚染空気と加湿水蒸気との混合空気の温度と相対湿度を計測し、それらから絶対湿度を算出して、同算出値が予じめ設定された所望の絶対湿度になるように加熱タンク９ａからの水蒸気発生量を調整するとともに、上記水分子クラスターｃ，ｃ・・・の冷却温度が露点温度以下になるように上記ペルチェ式冷凍装置１６の冷却温度を調整するようにすると、浄化後の空気の温度および湿度を所望の値に適切にコントロールすることができる。
【００５０】
（実施例）
今、上述の図１の構成における入口２ａ側の空気と出口２ｂ側の空気を一定量サンプリングして、それら空気中の化学物質濃度をガスクロマトグラフ質量分析装置で測定して、汚染物質除去率を算出した。
【００５１】
そして、その除去能力についての結果を、以下の表１に示した。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
前述の従来方式（図５）では、５０％の除去であったが、本発明方式（図４）では、９９％まで除去することができ、厚生労働省の定めた室内濃度指針の０．０７ｐｐｍ以下にすることができた。
【００５４】
この結果から見ると、例えば化学物質過敏症対策用空気浄化器などとしても期待できる高精度な空気浄化装置であることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本願発明の最良の実施の形態に係る空気浄化装置の全体的な構成を示す断面図である。
【図２】同装置の制御方法を示すフロチャートである。
【図３】同制御における混合空気の温度と絶対湿度との関係を示すグラフである。
【図４】同装置の要部の作用を示す説明図である。
【図５】同装置の構成を採用しない従来例の場合の作用を図４の場合と対比して示す説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１は空気浄化装置、２は本体ケーシング、３は第１の隔壁、４は第２の隔壁、５は第３の隔壁、６は第４の隔壁、７はメッシュ状の荷電電極、８は高電圧発生器、９は水蒸気発生装置、９ａは加熱タンク、１０は蒸気パイプ、１６はペルチェ式冷凍装置、２０は制御用マイコンである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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