(57)【要約】  ガス流の流入部における汚染物質濃度が一時的に閾値濃度を超えた場合に、連携的動作によりガス流流出部における汚染物質濃度を制御することができる、第1のガス浄化器と第2のガス浄化器を備えたガス処理モジュール及びその方法。ガス処理モジュールの一実施例では、汚染物質濃度が閾値濃度より大きいか等しい場合に、ガス流中の汚染物質の少なくとも一部を一時的に保持する吸着材を備えている。この吸着剤は後で、濃度が閾値濃度より低くなったときに、ガス流の流出部或いは光触媒に向けて保持した汚染物質を放出する。ガス処理方法の一実施例では、ガス流の流入部における汚染物質濃度が一時的に閾値濃度を超えた場合に、ガス流の流出部における汚染物質濃度を制御することを含んでいる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連通して設置された第１及び第２のガス浄化器を備えたガス処理モジュールであって、前記第１ガス浄化器はガス流中の汚染物質濃度がある閾値濃度より大きいか等しい場合に汚染物質の少なくとも一部を一時的に保持し、且つその後で、前記汚染物質濃度が前記閾値濃度より小さくなった場合に保持した前記汚染物質の少なくとも一部を前記第２ガス浄化器に向けて放出することを特徴とするガス処理モジュール。
【請求項２】
前記第１及び第２のガス浄化器が、ガス流の流入部における前記汚染物質濃度が一時的に前記閾値濃度を超えている間、ガス流の流出部における前記汚染物質濃度を選択濃度範囲内に維持することを特徴とする請求項１に記載のガス処理モジュール。
【請求項３】
前記第１及び第２のガス浄化器はそれぞれ単独では前記ガス流の流出部における前記汚染物質濃度を選択濃度範囲内には維持できないことを特徴とする請求項２に記載のガス処理モジュール。
【請求項４】
前記閾値濃度が、前記ガス流の流出部における濃度を制御する前記第2ガス浄化器のガス浄化能力よりも一時的に大きい場合に、前記第１ガス浄化器がガス流の前記汚染物質濃度を前記第２ガス浄化器の浄化能力未満に一時的に維持することを特徴とする請求項２に記載のガス処理モジュール。
【請求項５】
前記汚染物質濃度が前記閾値濃度よりも低い場合に前記第１ガス浄化器が保持していた前記汚染物質を徐々に放出することを特徴とする請求項１に記載のガス処理モジュール。
【請求項６】
前記第１ガス浄化器が吸着剤を含み、前記第２ガス浄化器が酸化反応器を含んでおり、前記吸着剤は前記汚染物質を吸着して保持するとともに、前記汚染物質を脱着して前記酸化反応器に向けて放出することを特徴とする請求項１に記載のガス処理モジュール。
【請求項７】
前記第１ガス浄化器が触媒を含み、前記第２ガス浄化器が吸着剤を含んでおり、前記触媒は少なくとも汚染物質の一部を触媒表面に吸着し、吸着した部分の汚染物質を別の化合物へ化学変化させることを特徴とする請求項１に記載のガス処理モジュール。
【請求項８】
汚染物質濃度が閾値濃度より大きいか等しい場合にガス流中の汚染物質の少なくとも一部を一時的に保持し、その後、前記汚染物質濃度が前記閾値濃度より小さくなった時に、保持された汚染物質の少なくとも一部を放出する吸着剤と、
前記吸着剤と協調してガス流の流出部における前記汚染物質濃度を制御する、前記吸着剤と流体的に連結された反応器と、
を備えることを特徴とするガス処理モジュール。
【請求項９】
前記吸着剤は複数の異なるタイプの吸着材を含むことを特徴とする請求項８に記載のガス処理モジュール。
【請求項１０】
前記複数の異なるタイプの吸着剤は、ゼオライト、活性炭、チタンベースのもの、シリカゲル、活性粘土、或いはアルミニウムをベースとした吸着剤、の少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項９に記載のガス処理モジュール。
【請求項１１】
前記吸着剤と前記反応器は統合されて一体構造となっていることを特徴とする請求項８に記載のガス処理モジュール。
【請求項１２】
前記反応器はガス浄化能力を有し、且つ前記閾値濃度は前記ガス浄化能力より大きいことを特徴とする請求項８に記載のガス処理モジュール。
【請求項１３】
前記反応器が、放出された前記汚染物質を受け、かつ少なくともその一部を化学変化させる触媒を含むことを特徴とする請求項８に記載のガス処理モジュール。
【請求項１４】
前記吸着剤は前記反応器の下流に設置され、前記保持された汚染物質は前記反応器より受け取られたものであることを特徴とする請求項８に記載のガス処理モジュール。
【請求項１５】
前記吸着剤は濃度が閾値濃度より低くなった時に保持された汚染物質を徐々に放出することを特徴とする請求項８に記載のガス処理モジュール。
【請求項１６】
ガス流の流入部における汚染物質濃度が一時的に閾値濃度を超えた場合に、ガス流の流出部における前記汚染物質濃度を制御することを特徴とするガス処理方法。
【請求項１７】
前記ガス流の流入部における前記汚染物質濃度が一時的に前記閾値濃度より大きいか等しい場合に汚染物質を一時的に保持し、前記汚染物質濃度が前記閾値濃度より低い場合に前記汚染物質を放出し、そして前記ガス流の流出部における前記汚染物質濃度を選択された濃度範囲内に維持することを特徴とする請求項１６に記載のガス処理方法。
【請求項１８】
前記保持された汚染物質を徐々に放出すること、及び前記放出された汚染物質をその汚染物質が前記ガス流の流出部に流れ込む前に化学変化させることを特徴とする請求項１７に記載のガス処理方法。
【請求項１９】
前記汚染物質濃度の一部を化学変化させること、前記汚染物質濃度の残り部分を一時的に保持すること、及び後で前記汚染物質濃度が前記閾値濃度を超えなくなった場合に、前記ガス流の流出部における前記汚染物質濃度を選択された濃度範囲内に維持するために残り部分を放出することと、を含むことを特徴とする請求項１６に記載のガス処理方法。
【請求項２０】
前記閾値濃度がガス流における少なくとも１つのガス浄化器の浄化能力を超える場合、前記ガス流の流出部における前記汚染物質濃度を制御することを特徴とする請求項１６に記載のガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気処理モジュールに関し、特に、空気処理モジュールからの流出ガス流中の汚染物質濃度を協調制御する２基のガス浄化器を有する空気処理モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気処理モジュールは、自動車用、業務用、及び住宅用の暖房、換気、空調（HVAC）システムにおいて、循環ガス流の浄化のために広く用いられている。典型的な空気処理モジュールにおいては、空気浄化器を用いて循環するガス流中の揮発性有機化合物（VOC）などの汚染物質を除去する。空気浄化器は典型的には、例えば、フィルタ、吸着剤、光触媒、プラズマ反応器や、汚染物質を除去、処理、浄化或いは化学変化させるその他の手段、のいずれかを含んでいる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明者らが実験的に見出したように、既知の空気浄化器においては、空気浄化器に流入するVOC濃度が一時的に正常VOC濃度を超えた場合に、循環ガス流中のVOC濃度を適正に制御できないことがありうる。VOC濃度は、例えばある種の食物や飲料がある場合とか、アルコールをベースとした手拭を使用した場合とか、VOCを含有した製品がこぼれた時、などに一時的に正常値を超えることがある。
【０００４】
既知の空気浄化器においては通常のVOC濃度レベル（即ち、食物や飲料の量が過剰でない場合とか、アルコールベースではないか僅かのアルコールしか含まない手拭を使用した場合とか、こぼれ物がない場合とか）に対しては除去或いは処理が可能であるが、正常値を超えたVOC濃度の循環空気流に対しては完全には処理しきれない場合がある。例えば、吸着剤はVOCの発生速度に見合うだけの速さでVOCを速やかに吸着することができない場合がある。同様に、光触媒はVOCの発生速度に見合うだけの速さでVOCを保持して完全に化学変化させることはできない場合がある。その結果として、VOCは正常濃度以上の濃度として循環ガス流の中に残るか、同程度に望ましくないVOC中間生成物に変換されてしまうかのいずれかである。そうしてVOC及び／或いはVOC中間生成物は、循環ガス流中の臭気やその他の不快な条件として作用し続ける。
【０００５】
これまでに吸着剤の吸着サイトの増加とか光触媒のVOC保持、処理能力の高速化などの空気浄化器の高能力化の設計が提案されてきているが、これらは空気浄化器の大型化及び高価格化を招くものであった。
【０００６】
VOC濃度が正常値を超えている間、循環ガス流中の汚染物質濃度を制御できるより効率的かつ経済的な空気処理モジュールの設計及び開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ガス処理モジュールに第１及び第２のガス浄化器が含まれており、ガス流の流入部における汚染物質濃度が一時的に閾値濃度に等しいか大きい場合に、ガス流の流出部における汚染物質濃度を協調して制御する。一実施例として、それぞれ単独では所定の設定濃度範囲に維持することはできない流出部における汚染物質濃度を、第１ガス浄化器と第２ガス浄化器とでその設定濃度範囲に維持する。
【０００８】
別の実施例としては、ガス流中の汚染物質濃度に対応して汚染物質を吸着したり、脱着したりする吸着剤がある。その吸着剤は汚染物質の濃度がある閾値濃度より大きいか等しい場合には主として汚染物質を吸着する。濃度がその閾値濃度より低くなった場合には、吸着剤はガス流の流出部或いは光触媒に向けて汚染物質を脱着する。
【０００９】
ガス処理方法の一実施例としては、ガス流の流入部における汚染物質濃度が一時的に閾値濃度を超えた場合に、ガス流の流出部における汚染物質濃度を制御することを含んでいる。
【００１０】
本発明の種々の特徴及び利点は、以下に述べる現在の好適な実施態様の詳細な記述により当業者にとって明確となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は例えば住居用、業務用、車両用構造物などの構造物１０を図示しており、構造物１０は、部屋、オフィス、車両キャビンなどの内部空間１２を含む。暖房、換気及び空調（HVAC）システム１４は、ユーザのHVACシステム１４へのインプットに基づいて内部空間１２を選択的に暖房したり、冷房したりする。ファン、ブロワー、及び／或いはコンプレッサなどの空気移動ユニット１５は構造１０の内部空間１２から流入路１６を通してHVACシステム１４へ空気を移動させる。そして換気部１７はHVACシステム１４と外気との間の空気の入替えを行なう。
【００１２】
HVACシステム１４は、空気処理モジュール１８を備え、この空気処理モジュール１８が、流入した空気を浄化する。次いで空気移動ユニット１５は浄化された空気を流出路２０を通して内部空間１２に戻す。本説明で用いられている、「浄化」、「浄化された」という用語、及びそれらの派生語は、埃、揮発性有機化合物（VOC）、生物複合物、或いはその他の汚染物質を除去すること、浄化すること、化学変化させること、或いはその他の方法で空気を汚染物質なしにすることを意味している。
【００１３】
図２は、図１のHVACシステム１４における空気処理モジュール１８の一実施例の模式的断面図である。空気処理モジュール１８には、流入路１６(図１)と流体的に連結された第１ガス浄化器３０と第２ガス浄化器３２とがあり、第１ガス浄化器３０と第２ガス浄化器３２とは内部空間１２から流入路１６を通してガス流３４の形で空気を受け取る。
【００１４】
一実施例において、ガス流３４は、ある濃度の汚染物質３６をガス流３４の流入部３８に含んでいる。汚染物質３６の発生源は、例えばアルコールをこぼしたとか、食物や飲料がある等の、内部空間１２における短期的状況によるものである。第１ガス浄化器３０と第２ガス浄化器３２は連携して汚染物質３６の濃度を制御し、ガス流３４の流出部４０における汚染物質３６の濃度を選択された濃度範囲に維持する。
【００１５】
一実施例において、汚染物質３６の濃度がある閾値濃度に等しいかそれより高く、第１ガス浄化器３０と第２ガス浄化器３２のいずれもそれぞれ単独ではガス流３４の流出部４０における汚染物質３６の濃度を設定した濃度範囲に維持することができない場合がある。しかしながら、第１ガス浄化器３０と第２ガス浄化器３２を連携させると、流出部４０における濃度を設定した濃度範囲に制御可能である。
【００１６】
周知の空気処理システムにおいては、例えばアルコールをこぼしたというような短期的事象により汚染物質３６の濃度が一時的に閾値を超えた場合には、流出部における汚染物質３６の濃度は急激に増加することがある。しかしながら、第１ガス浄化器３０と第２ガス浄化器３２を連携させることによりこの急激な濃度上昇を軽減するか、なくすことが可能である。
【００１７】
図３に示した例は、第１ガス浄化器３０は吸着剤層５０を備えており、既知の光触媒５２を備えた第２ガス浄化器３２と直列に配置されている。吸着剤層５０はガス流３４からの汚染物質を吸着する。吸着剤層５０の一実施例では、第１スクリーン５６と第２スクリーン５８の間に吸着剤５４を備えている。光触媒５２は汚染物質３６を、例えばより環境にやさしい化合物へと化学変化させる。
【００１８】
一実施例において、既知の光触媒５２は、ハニカム構造６３に担持された二酸化チタン触媒６２と、触媒６２を照射して汚染物質３６の化学変化を活性化させる紫外線光源６４と、を備えている。光触媒はハニカム構造６３を通して流入するガス流３４及び汚染物質３６を受ける。紫外線光源６４が触媒６２を照射すると、紫外線の光子が二酸化チタンに吸収されて価電子帯の電子を伝導帯へ励起し、価電子帯に正孔を形成する。励起された電子は酸素と反応し、価電子帯に残された正孔は水と反応して、活性ヒドロキシル基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ  ｒａｄｉｃａｌ）を形成する。ガス流３４中の汚染物質３６がハニカム構造６３を通して流入し、二酸化チタン触媒６２の表面に吸着すると、ヒドロキシル基が作用して汚染物質３６を酸化し、水や二酸化炭素やその他の物質へと変換する。
【００１９】
別の吸着剤層５０の実施例において、吸着剤５４はガス流３４が吸着剤５４を通過するときにガス流３４から汚染物質３６を吸着する。即ち、吸着剤５４はその表面６０に汚染物質３６を吸着保持することにより、ガス流３４からの汚染物質を保持する。
【００２０】
吸着剤５４の一実施例において、吸着剤５４の種類は、ゼオライト、活性炭、アルミナ含有吸着剤、チタン含有吸着剤、のいずれかから選ばれる。
【００２１】
周知のように、吸着剤表面６０における汚染物質３６の平衡濃度に対するガス流３４中の汚染物質３６の相対濃度に応じて、吸着剤５４は汚染物質３６の吸着、脱着を行なう。汚染物質３６の濃度が平衡濃度よりも高い場合には、汚染物質は表面６０に吸着する。逆に、汚染物質３６の濃度が平衡濃度よりも低い場合には、汚染物質は表面６０から脱着する。
【００２２】
汚染物質３６の吸着速度或いは脱着速度は、汚染物質３６の濃度と平衡濃度との差に比例し、例えば、温度と、汚染物質３６の濃度と平衡濃度との差の大きさと、に依存する。吸着剤５４による吸着及び脱着の過程は、汚染物質３６の濃度と平衡濃度との差の関数としてその規模が連続的に変わる。吸着剤５４による汚染物質の吸着速度、或いは吸着剤５４からの脱着速度は、温度などの他の因子とともに、吸着剤５４の表面６０における汚染物質３６の平衡濃度と、気相中での汚染物質３６の濃度との相対的差の大きさとその極性（＋か−か）に依存する。
【００２３】
別の実施例では、吸着剤５４は少なくとも２種類の異なるタイプの吸着剤を備えている。少なくとも２種類の異なる吸着剤を利用することに関する利点は、吸着剤層５０に所望の吸着親和性を生じさせることである。ここで、「吸着親和性」というのは、吸着剤５４の特定の汚染物質３６に対する保持、放出の傾向を示している。つまり、吸着剤５４が、例えばアルコールベースの汚染物質３６などの、特定タイプの汚染物質３６に対して高い吸着親和性をもっている場合には、ガス流３４の正常状態（ほぼ定常流であり、且つほぼ一定で特に高くはない汚染物質濃度の状態）においてその特定タイプの汚染物質３６を放出するよりも保持する傾向が強くなる。吸着剤５４が特定タイプの汚染物質３６に対して低い吸着親和性をもっている場合には、ガス流３４の正常状態においてその特定タイプの汚染物質を顕著に保持する傾向はなく、保持されている量を容易に放出する傾向となる。
【００２４】
異なるタイプの吸着剤５４は異なるタイプの汚染物質３６に対してそれぞれに異なる吸着親和性を示す。例えば、ゼオライトは水の吸着に対しては高い親和性を有するが、炭化水素の吸着に対しては親和性が低い。活性炭は炭化水素の吸着に対しては親和性が高いが、水の吸収に対する親和性は低い。異なるタイプの吸着剤、例えばゼオライトと活性炭、を混合すると、混合物中の吸着剤５４のタイプの割合に応じた吸着親和性を有する複合吸着剤５４を作ることができる。一実施例として、ゼオライトと活性炭を１対１に混合した吸着剤は、複合して、炭化水素と水に対する中間的な親和性を有する。これは吸着剤層５０の吸着親和性として望ましいものの一実施例である。
【００２５】
他の実施例では、他のタイプの吸着剤５４、異なる混合割合、及び／或いは２種より多数の異なる吸着剤５４を含んでおり、特定の汚染物質３６に合わせて選択された吸着親和性等の所望吸着親和性を実現する。その特定の汚染物質の一実施例としては、炭化水素、水、アルコール、或いはアルデヒド、などがある。これは、これらの特定汚染物質３６を含む汚染物質３６の異なるタイプ間で、光触媒５２の活性触媒サイトに対して競合がある場合に、ガス流３４中の特定汚染物質３６の濃度を制御できる利点がある。
【００２６】
他の実施例では、ガス流３４の流入部３８における汚染物質３６の濃度が閾値濃度に等しいかそれより大きい場合に、吸着剤５４が汚染物質３６の少なくとも一部を保持する。後で、濃度が閾値濃度より低くなったときに、吸着剤は保持していた汚染物質をガス流３４の流出部４０に向けて(吸着剤層５０が光触媒５２の下流に設置されている場合)、或いは、化学変化させるために光触媒５２に向けて(吸着剤層５０が光触媒５２の上流に設置されている場合) 徐々に放出する。即ち、閾値濃度より高い場合には吸着剤５４は主として汚染物質３６を吸着し、閾値濃度より低い場合には吸着剤５４は主として汚染物質３６を放出する。
【００２７】
この特徴により、流入部における濃度が閾値濃度に等しいかそれより大きい場合に、吸着剤層５０と光触媒５２とは協調してガス流３４の流出部４０における汚染物質３６の濃度を制御できるという利点が生じる。
【００２８】
別の実施例では、閾値濃度が光触媒５２のガス浄化能力を超えている。ガス浄化能力とは、その濃度を超えると光触媒が汚染物質３６の化学変化を行なえなくなる濃度のことを言う。つまり、ガス浄化能力は、光触媒５２が受け取った全汚染物質３６のうち、完全に化学変化できた汚染物質３６のパーセンテージであるガス浄化効率に関連している。吸着剤層５０がなければ、ガス浄化能力を超えた過剰の汚染物質３６は光触媒５２を通過して流出ガス流４０に入り、最初に化学変化を受けることなしに室内空間１２に戻ってしまう。しかし、吸着剤層５０がある場合には吸着剤層５０が調整部として働き、汚染物質３６の少なくとも一部を保持し、濃度が閾値濃度を超えている間、光触媒５２に入る汚染物質３６の濃度をガス浄化能力より低く抑えてくれる。そうして、ガス流３４中の汚染物質３６の濃度が閾値濃度より低くなったら、吸着剤層５０は保持していた汚染物質３６を徐々に放出して光触媒５２へ送り化学変化を進めさせる。
【００２９】
図４は、図１のHVACシステム１４における空気処理モジュール１８の別の実施例の模式的断面図である。この空気処理モジュール１８には一体化した第１及び第２浄化器７４が備わっている。即ち、第２図における第１ガス浄化器３０と第２ガス浄化器３２とは統合されて一体構造となっている。
【００３０】
図５に示した一体化した第１及び第２浄化器７４の一実施例では、吸着剤８４及び触媒材料８６はハニカム構造８８上に堆積され、ガス流３４がハニカム開口部９０を通って流れると吸着剤８４と触媒材料８６とに接触することができる。上述の利点の他に一体化した第１及び第２浄化器７４は、より小型の空気処理モジュール１８を実現することができる。
【００３１】
従って、ここで例示した空気処理モジュール１８では、流入ガス流３８における汚染物質３６の濃度が一時的に閾値濃度を超えた場合にも流出ガス流４０での汚染物質３６の濃度の制御が可能である。
【００３２】
本発明の好適な実施態様を開示したが、当業者であれば本発明の範囲内での変更が可能であることがわかるであろう。その理由により、本発明の真の範囲と内容は請求項を詳細に検討して判定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】暖房、換気及び空調システムを含む構造の一実施例の模式的断面図。
【図２】空気処理モジュールの一実施例の模式的断面図。
【図３】吸着剤層及び光触媒の一実施例の断面図。
【図４】空気処理モジュールの別の実施例の模式的断面図。
【図５】一体化されたガス浄化器の一実施例の透視図。
【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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【国際調査報告】
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