(57)【要約】【課題】ＰＭを直接加熱・分解させることで無害化させるとともに、フィルター交換も必要のないメンテナンスフリーなＰＭ除去空気浄化装置を提供する。【解決手段】空気を流すための移送ユニット１１と、空気を直接加熱することによりＰＭを分解除去する加熱ユニット１２と、１２により加熱された空気中に含まれる有害物質を無害化する浄化ユニット１３と、加熱・無害化された空気を室温付近まで冷却する冷却ユニット１４とを備える。加熱ユニット１２と浄化ユニット１３と冷却ユニットと１４をは直列でレイアウトされる。また加熱ユニット１２と浄化ユニット１３とを一体化した複合ユニットで構成することもできる。【選択図】図１
2015223579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染された空気を上流側から下流側へ流す間に、空気中の汚染物質を除去する空気浄化装置において、
空気を流すための移送ユニットと、
前記移送ユニットにより流されて来る空気を直接加熱することによりＰＭを分解除去する加熱ユニットと、
前記加熱ユニットから排出される加熱された空気中に含まれる有害物質を無害化する浄化ユニットと、
前記加熱・無害化された空気を室温付近まで冷却する冷却ユニットとを備え、
前記加熱ユニットと前記浄化ユニットと前記冷却ユニットとを直列でレイアウトしたことを特徴とするＰＭ除去空気浄化装置。
【請求項２】
汚染された空気を上流側から下流側へ流す間に、空気中の汚染物質を除去する空気浄化装置において、
空気を流すための移送ユニットと、
前記移送ユニットにより流されて来る空気を直接加熱することによりＰＭを分解除去する加熱ユニットと、
前記加熱ユニットから排出される加熱された空気中に含まれる有害物質を無害化する浄化ユニットと、
前記加熱・無害化された空気を室温付近まで冷却する冷却ユニットとを備え、
前記加熱ユニットと前記浄化ユニットとを、一体化した複合ユニットで構成すると共に、前記複合ユニットと前記冷却ユニットとを直列でレイアウトしたことを特徴とするＰＭ除去空気浄化装置。
【請求項３】
前記加熱ユニットと前記浄化ユニットと前記冷却ユニットとが、真空断熱パイプで覆われたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＰＭ除去空気浄化装置。
【請求項４】
前記加熱ユニット及び前記浄化ユニットにより加熱・無害化された空気を利用して空気を加湿する機能を有する加湿ユニットと、
前記加熱ユニット及び前記浄化ユニットにより加熱・無害化された空気を利用してデシカント除湿する機能を有するデシカント除湿ユニットと、
前記加熱ユニット及び前記浄化ユニットにより加熱・無害化された空気を利用して芳香成分を排出する芳香ユニットと、
空気中の硫黄酸化物、窒素酸化物、揮発性有機化合物の内の少なくとも何れか１種を除去する機能を有する除去ユニットと、
からなる群から選択的された少なくとも１種のユニットを有する追加機能部を具備することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のＰＭ除去空気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車排ガスや工場等から排出されるＰＭに汚染された空気を浄化する空気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＰＭ2.5は大気中に浮遊している2.5μm以下の小さな粒子で、従来から環境基準を定めて対策を進めてきた浮遊粒子状物質（SＰＭ：10μm以下の粒子）よりも小さく、肺の奥深くまで入りやすいため、呼吸系への影響に加え、循環器系への影響が懸念されている。
【０００３】
ＰＭ除去装置として空気清浄器等が開発されている。空気清浄器には、高性能フィルターで捕捉もしくは吸着した後、加熱再生する方式（例えば特許文献１、２）や、触媒で分解する方式（例えば特許文献３、４）など、様々な提案がなされている。しかし、高性能フィルターで捕捉できるＰＭサイズには限界があり、例えば0.3μm未満のＰＭを完全に捕捉することほぼ不可能である。またフィルターでの捕捉部や触媒部と加熱部を別々に設けるため装置が大型になるとともに、フィルターの場合は長期使用による目詰まりによる電力消費量の増加や定期的交換が必要などの課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７４４２０８号公報
【特許文献２】特許第３７６９９３９号公報
【特許文献３】特許第４０９２７８６号公報
【特許文献４】特許第５３１０８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ＰＭを捕捉・分解する従来技術とは異なり、ＰＭを直接加熱・分解させることで無害化させるとともに、フィルター交換も必要のないメンテナンスフリーなＰＭ除去空気浄化装置を提供することを目的とする。また、実施に際しては、小型化も容易に行うことができるようにシンプルな構造のＰＭ除去空気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、本発明に係るＰＭ除去空気浄化装置は、汚染された空気を上流側から下流側へ流す間に、空気中の汚染物質を除去する空気浄化装置に関して、ＰＭを含む汚染された空気を500℃〜600℃に直接加熱して、ＰＭを分解・除去するようにしたことを特徴とするものである。加えて、加熱された空気を加湿、除湿、芳香に有効利用することもできるものである。
【０００７】
具体的には、空気を流すための移送ユニットと、前記移送ユニットにより流されて来る空気を直接加熱することによりＰＭを分解除去する加熱ユニットと、前記加熱ユニットから排出される加熱された空気中に含まれる有害物質を無害化する浄化ユニットと、前記加熱・無害化された空気を室温付近まで冷却する冷却ユニットとを備えるものであり、前記加熱ユニットと前記浄化ユニットと前記冷却ユニットとが直列でレイアウトされているものである。
【０００８】
前記加熱ユニットと前記浄化ユニットとは、別々のユニットであってもよいが、一体化した複合ユニットで構成されることも可能である。
前記加熱ユニットと前記浄化ユニットと前記冷却ユニットとは、真空断熱パイプで覆うことも望ましい。
【０００９】
また、本発明のＰＭ除去空気浄化装置にあっては、前記手段に加えて、追加機能部を具備したものとすることもできる。追加機能部としては、前記加熱ユニット及び前記浄化ユニットにより加熱・無害化された空気を利用して空気を加湿する機能を有する加湿ユニット、前記加熱ユニット及び前記浄化ユニットにより加熱・無害化された空気を利用してデシカント除湿する機能を有するデシカント除湿ユニット、前記加熱ユニット及び前記浄化ユニットにより加熱・無害化された空気を利用して芳香成分を排出する芳香ユニット、空気中の硫黄酸化物、窒素酸化物、揮発性有機化合物の内の少なくとも何れか１種を除去する機能を有する除去ユニットなどを挙げることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、空気中のＰＭは加熱式空気浄化装置により除去されるとともに、加熱・触媒反応により消臭や除菌なども同時に行われ、我々の生活環境の大幅な改善に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係るＰＭ除去空気浄化装置の構成を示すもので、（Ａ）は平面構成説明図、（Ｂ）は正面構成説明図。
【図２】本発明の他の実施の形態に係るＰＭ除去空気浄化装置の構成を示すもので、（Ａ）は平面構成説明図、（Ｂ）は正面構成説明図。
【図３】本発明装置を用いて実施したＰＭ除去実験結果の示すものであり、2.5μm未満のＰＭ量と温度の関係を示すグラフ。
【図４】本発明装置を用いて実施したＰＭ除去実験結果の示すものであり、2.5μm未満のＰＭ量と温度の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（構造の概略）
この実施の形態に係るＰＭ除去空気浄化装置は、移送ユニット１１、加熱ユニット１２、浄化ユニット１３、冷却ユニット１４、温度調整ユニット１５、追加機能部１６及び電源供給部１７を備える。このＰＭ除去空気浄化装置は、図１に示すように、加熱ユニット１２、浄化ユニット１３、冷却ユニット１４を格納した浄化機能部２０を備える。浄化機能部２０は、外パイプ２１、中パイプ２２、内パイプ２３からなるステンレス鋼製パイプの3層構造をなしており、外パイプ２１と中パイプ２２との間に外流路２４が形成され、中パイプ２２と内パイプ２３との間に中流路２５が形成され、内パイプ２３の内部に内流路２６が形成されている。
【００１３】
（空気の流路）
この浄化機能部２０の上流側には移送ユニット１１が配置され、移送ユニット１１によって送られてくる空気は、図示下部から外流路２４に導入される。導入された空気は外流路２４内を上昇して、外流路２４の上端から中流路２５の上端に導入される。中流路２５の上端にはフィルターを備えた空気取り入れ部２７が配置され、フィルターを通過した空気は中流路２５内を下降して、中流路２５の下端に至る。さらに空気は、中流路２５の下端に開口した内流路２６の下端から、内流路２６内に導入され、内流路２６内を上昇して、内流路２６内に直列で配置された加熱ユニット１２と浄化ユニット１３とを通過することによって加熱・浄化された後、冷却ユニット１４を通過することで冷却され、内流路２６の上端の排気口２８から外部に排出される。
【００１４】
外流路２４、中流路２５、内流路２６の流路断面積は本発明の作用を発揮できることを条件に適宜変更して実施することができるが、これらの流路断面積は、互いに略等しく設定でき、室内での利用を想定した場合、2,500〜25,000mｍ2程度が適当である。
【００１５】
（移送ユニット）
移送ユニット１１は、外部からＰＭに汚染された空気を取り入れるもので、下流側に配置された吸引式のものであってもよいが、上流側に配置して取り込んだ空気を下流側の加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３の高温部を通過させる押し込み式が効果的であり、この例では、空気の送り込みファンが用いられている。
【００１６】
本発明の作用を発揮できることを条件に単位時間当たりの風量は適宜変更して実施することができるが、室内での利用を想定した場合、風量約1〜8ｍ3／分を付与できるものが適当である。
（加熱ユニット）
加熱ユニット１２は、上流側の移送ユニット１１から押し込まれて来て通過する空気を500℃以上600℃以下に直接加熱するものであり、そのために温度調整ユニットu１５の制御を受けて適正な温度制御ができるものを採用する。温度調整ユニット１５としては、従来から一般的に使用されている温調器が適用できる。
【００１７】
この加熱ユニット１２による高温加熱によって、ＰＭは分解される。加えて住まいに存在する臭いやほこり、ダニなどの有害な有機物も分解除去される。
加熱手段は特に限定はなく、電気、ガス、灯油、LNGなどいずれでも適用することが可能であるが、ここでは一例として電気式加熱を適用したものであり、具体的には加熱ヒーターを内流路２６内に配置したものである。
加熱条件は、500℃以上600℃以下に通過する空気を加熱できる範囲で設定することができるが、前記の流路断面積、風量、流速の条件下であれば、流路長さ100〜150mmの範囲に800℃までに発熱するヒーターを配置して実施することが適当である。
【００１８】
（浄化ユニット）
浄化ユニット１３は加熱ユニット１２の下流側（図の内流路２６内では上側）に直列で接続されている。浄化ユニット１３には、触媒が担持された触媒担体が配置されており、加熱ユニット１２を通過することで加熱された空気中に存在する有害物質を触媒反応により分解・浄化する。特に、１２と１３とを直結することによって、高温の空気を１３に送り込むことができ、触媒作用がより有効に発揮される。触媒に白金や酸化触媒が、触媒担体はアルミナ等のセラミックス、Fe-Cr-Al合金等の金属がそれぞれ適用できる。
【００１９】
（複合ユニット化）
前記の加熱ユニット１２と浄化ユニット１３とは、両者を一体化させた複合ユニットとして実施することも可能である。この場合、大幅な省スペース化が可能となる。複合ユニットとしては、例えば加熱ヒーターと触媒担体としての機能を有する絶縁処理された多孔質Fe-Cr-Al合金箔を重環し、両端に電極を取り付けたものが適している。電極に通電し加熱された複合ユニットの中をＰＭで汚染された空気が通過することにより、空気は直接加熱され、ＰＭが分解除去されるとともに有害物質も触媒反応により分解され、空気は浄化される。
【００２０】
（冷却ユニット）
冷却ユニット１４は、前記の加熱ユニット１２と浄化ユニット１３の上流側に直列に配置されている。加熱ユニット１２で加熱されて浄化ユニット１３を通過した後の空気は、500℃程度の高温状態にあるが、冷却ユニット１４にて取り入れ温度と同等までに冷却する。
【００２１】
冷却ユニット１４は空冷式、水冷式のいずれも適用できる。水冷式は冷却能力があり効果的であるが、水タンクが必要となり、かつ給水が必要となる。空冷式は水冷式よりも冷却能力は劣るがメンテナンス不要であるという特長がある。
冷却ユニット１４は熱交換器として機能し、中流路２５と内流路２６との間で熱交換がなされる。より詳しくは、空気取り入れ部２７から中流路２５内に導入される室温の空気(低温空気)は、内流路２６内における加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３を通過した高温空気との間で、順次熱交換が行われる。これにより、中流路２５内の空気(低温空気)は加温され、加熱ユニット１２に導入される前には高温状態となる。したがって、加熱ユニット１２及び冷却ユニット１４が定常運転状態になると、空気を加温するために加熱ユニット１２が消費するエネルギーは最低限に抑えられる。
【００２２】
（断熱材）
加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３は、全体を断熱材、特に真空断熱材で覆うことで、装置からの放熱が抑制され、更に消費エネルギーが低減される。真空断熱材にはステンレス製真空断熱パイプを適用することが望ましい。ステンレス製であるため、耐熱グラスウールと同等の断熱性能で薄肉化が可能となり、装置の小型化が可能となる。この真空断熱材は、図示は省略するが、加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３の設けられた部位で、外パイプの外側と中パイプの外側との少なくとも何れか一方に配置することがで適当である。
【００２３】
（電源供給部）
電源供給部１７は、移送ユニット１１による送風や加熱ユニット１２の加熱等のＰＭ除去空気浄化装置の各ユニットの作動のために必要な電気を供給するもので、必要に応じて制御基盤等を備える。電源供給部１７には電源コードを巻き取ることができるコードリールを配置することも好ましい。
【００２４】
（追加機能部）
上述のとおり、この実施の形態に係るＰＭ除去空気浄化装置は、加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３によって空気中のＰＭにより除去されるとともに、加熱・触媒反応により消臭や除菌なども同時に行われる基本性能を発揮する。これに加えて、追加機能部１６により種々の機能を追加することができる。追加機能部１６の機能としては、加湿、除湿、芳香、硫黄酸化物等の除去の４種類の機能を例示することができ、これらは選択的に採用することができる。
【００２５】
（加湿ユニット）
加湿ユニットは、加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３により加熱・無害化された空気を利用して空気を加湿する加湿機能を発揮する。具体的には、冷却ユニット１４に水冷式を適用した場合、高温の空気を利用して、水を加温させ、スチーム加湿を供給できる。また気化式加湿器にも適用できる。この場合、従来にはない温風が室内に供給できる。この加湿の対象となる空気は、加熱・浄化ユニットで無害化された空気であってもよく、別の経路から取り入れた空気であってもよい。また、加湿後の空気は、排気口２８から外部に排出することも可能であり、別個の排出口を設けて実施することも可能である。
【００２６】
（デシカント除湿ユニット）
デシカント除湿ユニットは、加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３により加熱・無害化された空気を利用してデシカント除湿する機能を発揮する。具体的には、水分を吸着するシリカゲルやゼオライトなどの吸着剤を適用することで、室内の湿度を低減させることができる。冷却ユニット１４に水冷式を適用した場合、加熱された空気を利用して吸着剤に吸着された水分を蒸発させ、吸着剤を再生させることができる。本発明の場合、従来のデシカント除湿機では必要となる加熱ヒーターが不要となり、また、省スペース化が可能となる。さらに、温風を室内に供給できるというメリットもある。この除湿の対象となる空気は、加熱・浄化ユニットで無害化された空気であってもよく、別の経路から取り入れた空気であってもよい。また、除湿後の空気は、排気口２８から外部に排出することも可能であり、別個の排出口を設けて実施することも可能である。
【００２７】
（芳香ユニット）
芳香ユニットは、加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３により加熱・無害化された空気を利用して芳香成分を排出する芳香機能を発揮するものである。具体的には、冷却ユニット１４に水冷式を適用した場合、温かい空気を利用して、担体(例えばゼオライト、竹炭)に芳香成分(例えばアロマ液)を吸着させたユニットを兼備することで芳香成分を有効に気化させることができる。この芳香成分を付加する空気は、加熱・浄化ユニットで無害化された空気であってもよく、別の経路から取り入れた空気であってもよい。また、芳香成分を付加した後の空気は、排気口２８から外部に排出することも可能であり、別個の排出口を設けて実施することも可能である。
【００２８】
（除去ユニット）
除去ユニットは、空気中の硫黄酸化物、窒素酸化物、揮発性有機化合物の内の少なくとも何れか１種を除去する機能を発揮する。より詳しくは、ＰＭには、物の燃焼などによって直接生成されるものと、硫黄酸化物（SOx）、窒素酸化物（NOx）、揮発性有機化合物（VOC）等のガス状大気汚染物質が環境大気中での化学反応等により粒子化したものがある。したがって、加熱・浄化ユニットで無害化された空気中にはガス状のSOxが残存している可能性がある。そこで、本ユニットではガス状SOxを固定化する(例えばCaCO3と反応させ、CaSO4として固定化する)ことで空気中から除去することができる。このように、加熱・浄化ユニットで無害化された空気に対して、除去ユニットにて上記除去を行った後、排気口２８から外部に排出することにより、ガス状大気汚染物質への対応も可能となる。
【００２９】
（他の実施の形態）
次に、図２を参照して他の実施の形態を説明するが、上述の実施の形態と実質的に同じ部分については、同じ符号を付して、その説明を省略する。この実施の形態に係るＰＭ除去空気浄化装置は、加熱ユニット１２、浄化ユニット１３、冷却ユニット１４を格納した浄化機能部３０を備える。先の例では、浄化機能部２０を3層構造としたが、この例では外パイプ３１と内パイプ３２からなるステンレス鋼製パイプの2層構造としたものである。外パイプ３１と内パイプ３２との間に外流路３３が形成され、内パイプ３２の内部に内流路３４が形成されている。
【００３０】
この浄化機能部３０の上部には移送ユニット１１が配置され、移送ユニット１１によって送られてくる空気は、図示上部から外流路３３に導入される。導入された空気は外流路３３内を下降して、内流路３４の下端から、内流路３４内に導入され、内流路３４内を上昇して、内流路２６内に直列で配置された加熱ユニット１２と浄化ユニット１３とを通過することによって加熱・浄化された後、冷却ユニット１４を通過することで冷却され、内流路２６の上端の排気口２８から外部に排出される。加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３に対応する位置を含む外パイプの外周には、真空断熱材３５が配置されている。なお、上部に移送ユニット１１を配置した関係上、追加機能部１６は下部に配置されているが、これらの配置は適宜変更して実施する事ができる。この実施の形態にあっては、浄化機能部３０が２層構造となっているため、３層構造の先の実施の形態に比してダウンサイジングが可能であり、また同じサイズで実施した場合には流路面積を増加させることができる。
【００３１】
より具体的には、風量は1〜8m3の範囲で可変とし、8畳部屋相当の13m3の空気を、7分〜20分で清浄する場合の風量を、図１の３層構造のタイプと、図２の２層構造のタイプとでそれぞれ計算で求めた。
その際、流路面積を外パイプの径の最小値φ100mmとした場合と、最大値φ250mmとした場合で、設計可能な内流路の流路面積と風量とを求めた。
【００３２】
（３層構造）
図１の３層構造のタイプでは、下記のパイプ径のように設計することができ、その際の風速は下記のとおりとなった。
・最小=(外パイプ)φ100mm/(中パイプ)φ83mm/(内パイプ)φ60mm
内流路の流路面積=2,500mm2
風速=3m/秒
・最大=(外パイプ)φ250mm/(中パイプ)φ210mm/(内パイプ)φ10mm
内流路の流路面積=14,000mm2
風速=1.2m/秒
（２層構造）
・最小=(外パイプ)φ100mm/(内パイプ)φ75mm
内流路の流路面積=3,000mm2
風速=5m/秒
・最大=(外パイプ)φ250mm/(内パイプ)φ180mm
内流路の流路面積=25,000mm2
風速=0.7m/秒
（結果）
以上の結果、３層構造と２層構造とを比較すると、２層構造の方が流路断面積を大きく設計でき、風速も抑制できることが、明らかとなった。
【実施例】
【００３３】
本発明の理解を高めるために、実施例を示すが、本発明はこの実施例に限定して理解されるべきではない。
試験装置として、内径86ｍｍのステンレス管内に長さ120ｍｍに渡って800℃までに発熱するヒーターを配置し、その一端からディーゼル排ガスの供給部を配置し、他端に吸引機能付きの測定装置（ニッタ株式会社製Aero Trak9306）を配置した。処理温度（ヒーターによる加熱温度）を変化させつつ、同測定装置によって風量2.83リットル／分でディーゼル排ガスを吸引し、ＰＭ量を測定した。その結果を、ＰＭ除去率として、表１、図３及び図４に示す。
除去率は、処理前のＰＭ量を除去率0％とすると共に、ＰＭ量が0の場合を除去率100％として、測定されたＰＭ量の値をＰＭ除去率に換算した。
【００３４】
【表１】
2015223579.tif 000003
【００３５】
表１、図３に示すように、2.5μm未満のＰＭの除去率は処理温度100〜800℃で99％以上の値を示した。一方、表１、図４に示すように、2.5μm以上のＰＭ除去率も100〜800℃で高い値を示したが、より詳細には、300℃以上で99％以上の値で安定した反面、700℃以上で若干低下した。したがって、適正な加熱ユニット１２による加熱温度は、400℃〜600℃、より好ましくは500〜600℃であることが確認された。
なお、ＰＭを高温で燃焼除去することに伴う弊害としては、ダイオキシンの発生が考えられる。このダイオキシンは塩素源（漂白紙、塩、しょうゆ、海水，ＰＶＣ等）と炭素源が空気中で約250℃〜400℃の低温で不完全燃焼することによって発生するものであるが、本発明ではＰＭ量が安定して低減する500℃〜600℃で運転することから、ＰＭ除去に伴うダイオキシン発生の懸念も排除される。
【符号の説明】
【００３６】
１１  移送ユニット
１２  加熱ユニット
１３  浄化ユニット
１４  冷却ユニット
１５  温度調整ユニット
１６  追加機能部
１７  電源供給部
２０  浄化機能部
２１  外パイプ
２２  中パイプ
２３  内パイプ
２４  外流路
２５  中流路
２６  内流路
２７  空気取り入れ部
２８  排気口
３０  浄化機能部
３１  外パイプ
３２  内パイプ
３３  外流路
３４  内流路
３５  真空断熱材
【図１】
2015223579.tif 000004
【図２】
2015223579.tif 000005
【図３】
2015223579.tif 000006
【図４】
2015223579.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月22日(2015.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を上流側から下流側へ流す間に、空気中の物質を除去する空気浄化装置において、
空気を流すための移送ユニットと、
前記移送ユニットにより流されて来る空気を直接加熱することにより空気中のＰＭや有機物などの前記物質を分解除去する加熱ユニットと、
前記加熱ユニットから排出される加熱された空気中に含まれる物質を無害化する浄化ユニットと、
前記加熱・無害化された空気を室温付近まで冷却する冷却ユニットとを備え、
前記加熱ユニットと前記浄化ユニットと前記冷却ユニットとを直列でレイアウトしたことを特徴とする空気浄化装置。
【請求項２】
空気を上流側から下流側へ流す間に、空気中の物質を除去する空気浄化装置において、
空気を流すための移送ユニットと、
前記移送ユニットにより流されて来る空気を直接加熱することにより空気中の前記物質を分解除去する加熱ユニットと、
前記加熱ユニットから排出される加熱された空気中に含まれる物質を無害化する浄化ユニットと、
前記加熱・無害化された空気を室温付近まで冷却する冷却ユニットとを備え、
前記加熱ユニットと前記浄化ユニットとを、一体化した複合ユニットで構成すると共に、前記複合ユニットと前記冷却ユニットとを直列でレイアウトしたことを特徴とする空気浄化装置。
【請求項３】
前記加熱ユニットと前記浄化ユニットと前記冷却ユニットとが、真空断熱パイプで覆われたことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気浄化装置。
【請求項４】
前記加熱ユニット及び前記浄化ユニットにより加熱・無害化された空気を利用して空気を加湿する機能を有する加湿ユニットと、
前記加熱ユニット及び前記浄化ユニットにより加熱・無害化された空気を利用してデシカント除湿する機能を有するデシカント除湿ユニットと、
前記加熱ユニット及び前記浄化ユニットにより加熱・無害化された空気を利用して芳香成分を排出する芳香ユニットと、
空気中の硫黄酸化物、窒素酸化物、揮発性有機化合物の内の少なくとも何れか１種を除去する機能を有する除去ユニットと、
からなる群から選択的された少なくとも１種のユニットを有する追加機能部を具備することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の空気浄化装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車排ガスや工場等から排出されるＰＭや有機物等の物質を含んだ空気を浄化する空気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＰＭ2.5は大気中に浮遊している2.5μｍ以下の小さな粒子で、従来から環境基準を定めて対策を進めてきた浮遊粒子状物質（ＳＰＭ：10μｍ以下の粒子）よりも小さく、肺の奥深くまで入りやすいため、呼吸系への影響に加え、循環器系への影響が懸念されている。
【０００３】
ＰＭ除去装置として空気清浄器等が開発されている。空気清浄器には、高性能フィルターで捕捉もしくは吸着した後、加熱再生する方式（例えば特許文献１、２）や、触媒で分解する方式（例えば特許文献３、４）など、様々な提案がなされている。しかし、高性能フィルターで捕捉できるＰＭサイズには限界があり、例えば0.3μｍ未満のＰＭを完全に捕捉することほぼ不可能である。またフィルターでの捕捉部や触媒部と加熱部を別々に設けるため装置が大型になるとともに、フィルターの場合は長期使用による目詰まりによる電力消費量の増加や定期的交換が必要などの課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７４４２０８号公報
【特許文献２】特許第３７６９９３９号公報
【特許文献３】特許第４０９２７８６号公報
【特許文献４】特許第５３１０８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ＰＭを捕捉・分解する従来技術とは異なり、ＰＭや有機物等の物質を直接加熱・分解させることで無害化させるとともに、フィルター交換も必要のないメンテナンスフリーな空気浄化装置を提供することを目的とする。また、実施に際しては、小型化も容易に行うことができるようにシンプルな構造の空気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、本発明に係る空気浄化装置は、空気を上流側から下流側へ流す間に、空気中の物質を除去する空気浄化装置に関して、ＰＭや有機物等の物質を含む空気を500℃〜600℃に直接加熱して、ＰＭを分解・除去するようにしたことを特徴とするものである。加えて、加熱された空気を加湿、除湿、芳香に有効利用することもできるものである。
【０００７】
具体的には、空気を流すための移送ユニットと、前記移送ユニットにより流されて来る空気を直接加熱することによりＰＭや有機物等の物質を分解除去する加熱ユニットと、前記加熱ユニットから排出される加熱された空気中に含まれる物質を無害化する浄化ユニットと、前記加熱・無害化された空気を室温付近まで冷却する冷却ユニットとを備えるものであり、前記加熱ユニットと前記浄化ユニットと前記冷却ユニットとが直列でレイアウトされているものである。
【０００８】
前記加熱ユニットと前記浄化ユニットとは、別々のユニットであってもよいが、一体化した複合ユニットで構成されることも可能である。
前記加熱ユニットと前記浄化ユニットと前記冷却ユニットとは、真空断熱パイプで覆うことも望ましい。
【０００９】
また、本発明の空気浄化装置にあっては、前記手段に加えて、追加機能部を具備したものとすることもできる。追加機能部としては、前記加熱ユニット及び前記浄化ユニットにより加熱・無害化された空気を利用して空気を加湿する機能を有する加湿ユニット、前記加熱ユニット及び前記浄化ユニットにより加熱・無害化された空気を利用してデシカント除湿する機能を有するデシカント除湿ユニット、前記加熱ユニット及び前記浄化ユニットにより加熱・無害化された空気を利用して芳香成分を排出する芳香ユニット、空気中の硫黄酸化物、窒素酸化物、揮発性有機化合物の内の少なくとも何れか１種を除去する機能を有する除去ユニットなどを挙げることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、空気中のＰＭや有機物等の物質は加熱式空気浄化装置により除去されるとともに、加熱・触媒反応により消臭や除菌なども同時に行われ、我々の生活環境の大幅な改善に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る空気浄化装置の構成を示すもので、（Ａ）は平面構成説明図、（Ｂ）は正面構成説明図。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る空気浄化装置の構成を示すもので、（Ａ）は平面構成説明図、（Ｂ）は正面構成説明図。
【図３】本発明装置を用いて実施したＰＭ除去実験結果の示すものであり、2.5μｍ未満のＰＭ量と温度の関係を示すグラフ。
【図４】本発明装置を用いて実施したＰＭ除去実験結果の示すものであり、2.5μｍ未満のＰＭ量と温度の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（構造の概略）
この実施の形態に係る空気浄化装置は、移送ユニット１１、加熱ユニット１２、浄化ユニット１３、冷却ユニット１４、温度調整ユニット１５、追加機能部１６及び電源供給部１７を備える。この空気浄化装置は、図１に示すように、加熱ユニット１２、浄化ユニット１３、冷却ユニット１４を格納した浄化機能部２０を備える。浄化機能部２０は、外パイプ２１、中パイプ２２、内パイプ２３からなるステンレス鋼製パイプの3層構造をなしており、外パイプ２１と中パイプ２２との間に外流路２４が形成され、中パイプ２２と内パイプ２３との間に中流路２５が形成され、内パイプ２３の内部に内流路２６が形成されている。
【００１３】
（空気の流路）
この浄化機能部２０の上流側には移送ユニット１１が配置され、移送ユニット１１によって送られてくる空気は、図示下部から外流路２４に導入される。導入された空気は外流路２４内を上昇して、外流路２４の上端から中流路２５の上端に導入される。中流路２５の上端にはフィルターを備えた空気取り入れ部２７が配置され、フィルターを通過した空気は中流路２５内を下降して、中流路２５の下端に至る。さらに空気は、中流路２５の下端に開口した内流路２６の下端から、内流路２６内に導入され、内流路２６内を上昇して、内流路２６内に直列で配置された加熱ユニット１２と浄化ユニット１３とを通過することによって加熱・浄化された後、冷却ユニット１４を通過することで冷却され、内流路２６の上端の排気口２８から外部に排出される。
【００１４】
外流路２４、中流路２５、内流路２６の流路断面積は本発明の作用を発揮できることを条件に適宜変更して実施することができるが、これらの流路断面積は、互いに略等しく設定でき、室内での利用を想定した場合、2,500〜25,000mｍ2程度が適当である。
【００１５】
（移送ユニット）
移送ユニット１１は、外部からＰＭに汚染された空気を取り入れるもので、下流側に配置された吸引式のものであってもよいが、上流側に配置して取り込んだ空気を下流側の加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３の高温部を通過させる押し込み式が効果的であり、この例では、空気の送り込みファンが用いられている。
【００１６】
本発明の作用を発揮できることを条件に単位時間当たりの風量は適宜変更して実施することができるが、室内での利用を想定した場合、風量約1〜8ｍ3／分を付与できるものが適当である。
（加熱ユニット）
加熱ユニット１２は、上流側の移送ユニット１１から押し込まれて来て通過する空気を500℃以上600℃以下に直接加熱するものであり、そのために温度調整ユニットu１５の制御を受けて適正な温度制御ができるものを採用する。温度調整ユニット１５としては、従来から一般的に使用されている温調器が適用できる。
【００１７】
この加熱ユニット１２による高温加熱によって、ＰＭは分解される。加えて住まいに存在する臭いやほこり、ダニなどの有害な有機物も分解除去される。
加熱手段は特に限定はなく、電気、ガス、灯油、LNGなどいずれでも適用することが可能であるが、ここでは一例として電気式加熱を適用したものであり、具体的には加熱ヒーターを内流路２６内に配置したものである。
加熱条件は、500℃以上600℃以下に通過する空気を加熱できる範囲で設定することができるが、前記の流路断面積、風量、流速の条件下であれば、流路長さ100〜150mmの範囲に800℃までに発熱するヒーターを配置して実施することが適当である。
【００１８】
（浄化ユニット）
浄化ユニット１３は加熱ユニット１２の下流側（図の内流路２６内では上側）に直列で接続されている。浄化ユニット１３には、触媒が担持された触媒担体が配置されており、加熱ユニット１２を通過することで加熱された空気中に存在する有害物質を触媒反応により分解・浄化する。特に、１２と１３とを直結することによって、高温の空気を１３に送り込むことができ、触媒作用がより有効に発揮される。触媒に白金や酸化触媒が、触媒担体はアルミナ等のセラミックス、Fe-Cr-Al合金等の金属がそれぞれ適用できる。
【００１９】
（複合ユニット化）
前記の加熱ユニット１２と浄化ユニット１３とは、両者を一体化させた複合ユニットとして実施することも可能である。この場合、大幅な省スペース化が可能となる。複合ユニットとしては、例えば加熱ヒーターと触媒担体としての機能を有する絶縁処理された多孔質Fe-Cr-Al合金箔を重環し、両端に電極を取り付けたものが適している。電極に通電し加熱された複合ユニットの中をＰＭで汚染された空気が通過することにより、空気は直接加熱され、ＰＭが分解除去されるとともに有害物質も触媒反応により分解され、空気は浄化される。
【００２０】
（冷却ユニット）
冷却ユニット１４は、前記の加熱ユニット１２と浄化ユニット１３の上流側に直列に配置されている。加熱ユニット１２で加熱されて浄化ユニット１３を通過した後の空気は、500℃程度の高温状態にあるが、冷却ユニット１４にて取り入れ温度と同等までに冷却する。
【００２１】
冷却ユニット１４は空冷式、水冷式のいずれも適用できる。水冷式は冷却能力があり効果的であるが、水タンクが必要となり、かつ給水が必要となる。空冷式は水冷式よりも冷却能力は劣るがメンテナンス不要であるという特長がある。
冷却ユニット１４は熱交換器として機能し、中流路２５と内流路２６との間で熱交換がなされる。より詳しくは、空気取り入れ部２７から中流路２５内に導入される室温の空気(低温空気)は、内流路２６内における加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３を通過した高温空気との間で、順次熱交換が行われる。これにより、中流路２５内の空気(低温空気)は加温され、加熱ユニット１２に導入される前には高温状態となる。したがって、加熱ユニット１２及び冷却ユニット１４が定常運転状態になると、空気を加温するために加熱ユニット１２が消費するエネルギーは最低限に抑えられる。
【００２２】
（断熱材）
加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３は、全体を断熱材、特に真空断熱材で覆うことで、装置からの放熱が抑制され、更に消費エネルギーが低減される。真空断熱材にはステンレス製真空断熱パイプを適用することが望ましい。ステンレス製であるため、耐熱グラスウールと同等の断熱性能で薄肉化が可能となり、装置の小型化が可能となる。この真空断熱材は、図示は省略するが、加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３の設けられた部位で、外パイプの外側と中パイプの外側との少なくとも何れか一方に配置することがで適当である。
【００２３】
（電源供給部）
電源供給部１７は、移送ユニット１１による送風や加熱ユニット１２の加熱等の空気浄化装置の各ユニットの作動のために必要な電気を供給するもので、必要に応じて制御基盤等を備える。電源供給部１７には電源コードを巻き取ることができるコードリールを配置することも好ましい。
【００２４】
（追加機能部）
上述のとおり、この実施の形態に係る空気浄化装置は、加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３によって空気中のＰＭにより除去されるとともに、加熱・触媒反応により消臭や除菌なども同時に行われる基本性能を発揮する。これに加えて、追加機能部１６により種々の機能を追加することができる。追加機能部１６の機能としては、加湿、除湿、芳香、硫黄酸化物等の除去の４種類の機能を例示することができ、これらは選択的に採用することができる。
【００２５】
（加湿ユニット）
加湿ユニットは、加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３により加熱・無害化された空気を利用して空気を加湿する加湿機能を発揮する。具体的には、冷却ユニット１４に水冷式を適用した場合、高温の空気を利用して、水を加温させ、スチーム加湿を供給できる。また気化式加湿器にも適用できる。この場合、従来にはない温風が室内に供給できる。この加湿の対象となる空気は、加熱・浄化ユニットで無害化された空気であってもよく、別の経路から取り入れた空気であってもよい。また、加湿後の空気は、排気口２８から外部に排出することも可能であり、別個の排出口を設けて実施することも可能である。
【００２６】
（デシカント除湿ユニット）
デシカント除湿ユニットは、加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３により加熱・無害化された空気を利用してデシカント除湿する機能を発揮する。具体的には、水分を吸着するシリカゲルやゼオライトなどの吸着剤を適用することで、室内の湿度を低減させることができる。冷却ユニット１４に水冷式を適用した場合、加熱された空気を利用して吸着剤に吸着された水分を蒸発させ、吸着剤を再生させることができる。本発明の場合、従来のデシカント除湿機では必要となる加熱ヒーターが不要となり、また、省スペース化が可能となる。さらに、温風を室内に供給できるというメリットもある。この除湿の対象となる空気は、加熱・浄化ユニットで無害化された空気であってもよく、別の経路から取り入れた空気であってもよい。また、除湿後の空気は、排気口２８から外部に排出することも可能であり、別個の排出口を設けて実施することも可能である。
【００２７】
（芳香ユニット）
芳香ユニットは、加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３により加熱・無害化された空気を利用して芳香成分を排出する芳香機能を発揮するものである。具体的には、冷却ユニット１４に水冷式を適用した場合、温かい空気を利用して、担体(例えばゼオライト、竹炭)に芳香成分(例えばアロマ液)を吸着させたユニットを兼備することで芳香成分を有効に気化させることができる。この芳香成分を付加する空気は、加熱・浄化ユニットで無害化された空気であってもよく、別の経路から取り入れた空気であってもよい。また、芳香成分を付加した後の空気は、排気口２８から外部に排出することも可能であり、別個の排出口を設けて実施することも可能である。
【００２８】
（除去ユニット）
除去ユニットは、空気中の硫黄酸化物、窒素酸化物、揮発性有機化合物の内の少なくとも何れか１種を除去する機能を発揮する。より詳しくは、ＰＭには、物の燃焼などによって直接生成されるものと、硫黄酸化物（SOx）、窒素酸化物（NOx）、揮発性有機化合物（VOC）等のガス状大気汚染物質が環境大気中での化学反応等により粒子化したものがある。したがって、加熱・浄化ユニットで無害化された空気中にはガス状のSOxが残存している可能性がある。そこで、本ユニットではガス状SOxを固定化する(例えばCaCO3と反応させ、CaSO4として固定化する)ことで空気中から除去することができる。このように、加熱・浄化ユニットで無害化された空気に対して、除去ユニットにて上記除去を行った後、排気口２８から外部に排出することにより、ガス状大気汚染物質への対応も可能となる。
【００２９】
（他の実施の形態）
次に、図２を参照して他の実施の形態を説明するが、上述の実施の形態と実質的に同じ部分については、同じ符号を付して、その説明を省略する。この実施の形態に係る空気浄化装置は、加熱ユニット１２、浄化ユニット１３、冷却ユニット１４を格納した浄化機能部３０を備える。先の例では、浄化機能部２０を3層構造としたが、この例では外パイプ３１と内パイプ３２からなるステンレス鋼製パイプの2層構造としたものである。外パイプ３１と内パイプ３２との間に外流路３３が形成され、内パイプ３２の内部に内流路３４が形成されている。
【００３０】
この浄化機能部３０の上部には移送ユニット１１が配置され、移送ユニット１１によって送られてくる空気は、図示上部から外流路３３に導入される。導入された空気は外流路３３内を下降して、内流路３４の下端から、内流路３４内に導入され、内流路３４内を上昇して、内流路２６内に直列で配置された加熱ユニット１２と浄化ユニット１３とを通過することによって加熱・浄化された後、冷却ユニット１４を通過することで冷却され、内流路２６の上端の排気口２８から外部に排出される。加熱ユニット１２及び浄化ユニット１３に対応する位置を含む外パイプの外周には、真空断熱材３５が配置されている。なお、上部に移送ユニット１１を配置した関係上、追加機能部１６は下部に配置されているが、これらの配置は適宜変更して実施する事ができる。この実施の形態にあっては、浄化機能部３０が２層構造となっているため、３層構造の先の実施の形態に比してダウンサイジングが可能であり、また同じサイズで実施した場合には流路面積を増加させることができる。
【００３１】
より具体的には、風量は1〜8m3の範囲で可変とし、8畳部屋相当の13m3の空気を、7分〜20分で清浄する場合の風量を、図１の３層構造のタイプと、図２の２層構造のタイプとでそれぞれ計算で求めた。
その際、流路面積を外パイプの径の最小値Φ100mmとした場合と、最大値Φ250mmとした場合で、設計可能な内流路の流路面積と風量とを求めた。
【００３２】
（３層構造）
図１の３層構造のタイプでは、下記のパイプ径のように設計することができ、その際の風速は下記のとおりとなった。
・最小=(外パイプ)Φ100mm/(中パイプ)Φ83mm/(内パイプ)Φ60mm
内流路の流路面積=2,500mm2
風速=3m/秒
・最大=(外パイプ)Φ250mm/(中パイプ)Φ210mm/(内パイプ)Φ10mm
内流路の流路面積=14,000mm2
風速=1.2m/秒
（２層構造）
・最小=(外パイプ)Φ100mm/(内パイプ)Φ75mm
内流路の流路面積=3,000mm2
風速=5m/秒
・最大=(外パイプ)Φ250mm/(内パイプ)Φ180mm
内流路の流路面積=25,000mm2
風速=0.7m/秒
（結果）
以上の結果、３層構造と２層構造とを比較すると、２層構造の方が流路断面積を大きく設計でき、風速も抑制できることが、明らかとなった。
【実施例】
【００３３】
本発明の理解を高めるために、実施例を示すが、本発明はこの実施例に限定して理解されるべきではない。
試験装置として、内径86ｍｍのステンレス管内に長さ120ｍｍに渡って800℃までに発熱するヒーターを配置し、その一端からディーゼル排ガスの供給部を配置し、他端に吸引機能付きの測定装置（ニッタ株式会社製Aero Trak9306）を配置した。処理温度（ヒーターによる加熱温度）を変化させつつ、同測定装置によって風量2.83リットル／分でディーゼル排ガスを吸引し、ＰＭ量を測定した。その結果を、ＰＭ除去率として、表１、図３及び図４に示す。
除去率は、処理前のＰＭ量を除去率0％とすると共に、ＰＭ量が0の場合を除去率100％として、測定されたＰＭ量の値をＰＭ除去率に換算した。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１、図３に示すように、2.5μｍ未満のＰＭの除去率は処理温度100〜800℃で99％以上の値を示した。一方、表１、図４に示すように、2.5μｍ以上のＰＭ除去率も100〜800℃で高い値を示したが、より詳細には、300℃以上で99％以上の値で安定した反面、700℃以上で若干低下した。したがって、適正な加熱ユニット１２による加熱温度は、400℃〜600℃、より好ましくは500〜600℃であることが確認された。
なお、ＰＭを高温で燃焼除去することに伴う弊害としては、ダイオキシンの発生が考えられる。このダイオキシンは塩素源（漂白紙、塩、しょうゆ、海水，ＰＶＣ等）と炭素源が空気中で約250℃〜400℃の低温で不完全燃焼することによって発生するものであるが、本発明ではＰＭ量が安定して低減する500℃〜600℃で運転することから、ＰＭ除去に伴うダイオキシン発生の懸念も排除される。
【符号の説明】
【００３６】
１１  移送ユニット
１２  加熱ユニット
１３  浄化ユニット
１４  冷却ユニット
１５  温度調整ユニット
１６  追加機能部
１７  電源供給部
２０  浄化機能部
２１  外パイプ
２２  中パイプ
２３  内パイプ
２４  外流路
２５  中流路
２６  内流路
２７  空気取り入れ部
２８  排気口
３０  浄化機能部
３１  外パイプ
３２  内パイプ
３３  外流路
３４  内流路
３５  真空断熱材