(57)【要約】【課題】本発明は、酸性またはアルカリ性からなる処理液に気液接触させて汚染物質を溶解除去する空気清浄機で、温度調節を可能とすることで汚染物質の溶解除去効率を維持できる空気清浄機を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の空気清浄機は、汚染空気を酸性またはアルカリ性からなる処理液に接触させることにより、前記汚染空気中の汚染物質を前記処理液との中和反応を利用して溶解処理し減少させる気液接触手段と、前記処理液の温度を検出する温度検出手段と、前記処理液を冷却する冷却手段と、前記汚染空気を取り込み前記気液接触手段へ導入する送気手段および吸気手段の少なくともひとつと、前記温度検出手段で検出した前記処理液の温度が所定の値を超えないように前記冷却手段を制御する温度制御手段を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染空気を酸性またはアルカリ性からなる処理液に接触させることにより、前記汚染空気中の汚染物質を前記処理液との中和反応を利用して溶解処理し減少させる気液接触手段と、前記処理液を冷却する冷却手段と、前記汚染空気を取り込み前記気液接触手段へ導入する送気手段および吸気手段の少なくともひとつを備えたことを特徴とする空気清浄機。
【請求項２】
汚染空気を酸性またはアルカリ性からなる処理液に接触させることにより、前記汚染空気中の汚染物質を前記処理液との中和反応を利用して溶解処理し減少させる気液接触手段と、
前記処理液の温度を検出する温度検出手段と、
前記処理液を冷却する冷却手段と、
前記汚染空気を取り込み前記気液接触手段へ導入する送気手段および吸気手段の少なくともひとつと、
前記温度検出手段で検出した前記処理液の温度が所定の値を超えないように前記冷却手段を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とする空気清浄機。
【請求項３】
汚染空気を酸性またはアルカリ性からなる処理液に接触させることにより、前記汚染空気中の汚染物質を前記処理液との中和反応を利用して処理し減少させる気液接触手段と、
前記処理液の温度を検出する温度検出手段と、
前記処理液を冷却する冷却手段と、
前記処理液を加熱する加熱手段と、
前記汚染空気を取り込み前記気液接触手段へ導入する送気手段および吸気手段の少なくともひとつと、
前記温度検出手段で検出した前記処理液の温度を所定の範囲に保つように前記冷却手段および前記加熱手段を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とする空気清浄機。
【請求項４】
前記冷却手段は前記処理液を空気冷却する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の空気清浄機。
【請求項５】
前記冷却手段は前記処理液を、冷却水を使って水冷する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の空気清浄機。
【請求項６】
前記冷却手段はペルチェ素子を備え、前記冷却水を前記ペルチェ素子で冷却する請求項５記載の空気清浄機。
【請求項７】
前記冷却手段は前記処理液にペルチェ素子を直接接触させるかまたは熱伝導体を介して接触させて冷却する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の空気清浄機。
【請求項８】
前記加熱手段としてヒーターを備えた請求項３記載の空気清浄機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気清浄機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、部屋の空気に含まれる汚染物質を除去する空気清浄機の需要が高まっており、家庭、オフィス、喫煙室、病院、公共機関、老人ホーム、工場などで利用されている。特に、換気しにくい場所での空気清浄機の利用が注目されている。
【０００３】
汚染物質の化学組成としては、例えばアンモニアやトリメチルアミンなどの窒素化合物、酢酸やイソ吉草酸などのカルボン酸、ホルムアルデヒドやアセトアルデヒドなどのカルボニル化合物、硫化水素やメチルメルカプタンなどの硫黄化合物がある。これらの物質を除去するため、汚染物質を含む汚染空気を処理液と気液接触させ、汚染物質を溶解除去する空気清浄機が知られている。処理液として、例えば水を使用した場合、水溶性の汚染物質を効果的に除去することが可能である。しかし、このような空気清浄機では、汚染物質の溶解に伴う溶解熱や、汚染空気を気液接触手段へ導入するためのファンやポンプの熱が発生し、水温が上昇して汚染物質の溶解度が低下する問題があった。また水温上昇に伴い汚染物質が再離散する問題や、湿度が上昇する問題もあった。そこで、上記問題を解決するために、下記文献が知られている。下記文献は、処理液としての水を冷却する空気清浄機について記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−０５８９４６号公報
【０００５】
上記汚染物質は酸性またはアルカリ性の物質を含んでいるので、中和反応を利用して溶解除去すると、さらに効果的である。例えば、酸性の処理液には、アンモニアなどのアルカリ性の物質が溶解しやすい。また、アルカリ性の処理液には酢酸などの酸性の物質が溶解しやすい。しかし、空気清浄機に中和反応を利用すると、溶解熱やファンの熱だけでなく、汚染物質と処理液の中和反応に伴う中和熱も発生し、処理液の温度を上昇させる原因となる。また、処理液の温度が上昇する問題とは別に、汚染空気の気温が低下したときは水が凍る問題もある。このように、処理液の中和反応に伴う温度上昇、または気温の低下によって、汚染物質の溶解除去効率は低下する。上記の問題を解決するために、酸性またはアルカリ性からなる処理液に気液接触させて汚染物質を溶解除去する空気清浄機で、温度調節を可能とすることで汚染物質の溶解除去効率を維持できる空気清浄機が望まれていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、酸性またはアルカリ性からなる処理液に気液接触させて汚染物質を溶解除去する空気清浄機で、温度調節を可能とすることで汚染物質の溶解除去効率を維持できる空気清浄機を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するため本発明の空気清浄機は、汚染空気を酸性またはアルカリ性からなる処理液に接触させることにより、前記汚染空気中の汚染物質を前記処理液との中和反応を利用して溶解処理し減少させる気液接触手段と、前記処理液を冷却する冷却手段と、前記汚染空気を取り込み前記気液接触手段へ導入する送気手段および吸気手段の少なくともひとつを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題を解決するため本発明の空気清浄機は、汚染空気を酸性またはアルカリ性からなる処理液に接触させることにより、前記汚染空気中の汚染物質を前記処理液との中和反応を利用して溶解処理し減少させる気液接触手段と、
前記処理液の温度を検出する温度検出手段と、
前記処理液を冷却する冷却手段と、
前記汚染空気を取り込み前記気液接触手段へ導入する送気手段および吸気手段の少なくともひとつと、
前記温度検出手段で検出した前記処理液の温度が所定の値を超えないように前記冷却手段を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決するため本発明の空気清浄機は、汚染空気を酸性またはアルカリ性からなる処理液に接触させることにより、前記汚染空気中の汚染物質を前記処理液との中和反応を利用して処理し減少させる気液接触手段と、
前記処理液の温度を検出する温度検出手段と、
前記処理液を冷却する冷却手段と、
前記処理液を加熱する加熱手段と、
前記汚染空気を取り込み前記気液接触手段へ導入する送気手段および吸気手段の少なくともひとつと、
前記温度検出手段で検出した前記処理液の温度を所定の範囲に保つように前記冷却手段および前記加熱手段を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
一般に気体の溶解度は温度の低下と共に上昇するので、処理液を冷却すると、気体からなる汚染物質の吸収効率を上げることができる。しかし冷却しすぎると処理液が凍ってしまうので、一定の温度範囲を保つようにするとよい。そのために、電気的に動作する冷却装置または加熱装置を用意し、処理液の温度を検出してそれに応じて冷却装置または加熱装置に流れる電流を断続するかまたは強弱を制御する。処理液の氷点に近い温度では汚染物質の吸収効率が高いので、凍らない範囲で可能な限り低い温度を保つのが望ましい。冷却のしすぎや、外気の低下で処理液が凍ってしまう場合は加熱する必要がある。しかし、凍らないように制御できる場合は冷却装置だけを備えていてもよい。
【００１１】
処理液の温度を検出する温度検出装置から、温度を電気信号として温度制御装置に送信する。温度検出装置としては例えばサーミスターなどの温度センサーがある。また、温度制御装置はマイコンを使って電子的に制御するものを用い、冷却装置または加熱装置を制御することができる。
【００１２】
処理液の冷却装置としては、ペルチェ素子や、ＮＨ３やＣＯ２などの冷媒を使用した冷媒冷却装置を利用することができる。ペルチェ素子は、異なる２種の半導体に電流を流すと温度差が発生する現象を利用したものである。素子自体の大きさが比較的小さいので、ペルチェ素子を利用すると空気清浄装置を小さく作ることができる。また、冷媒を使用した冷却装置は、比較的高い冷却能力を確保できる。ペルチェ素子も冷媒冷却装置も、熱の移動をすることで冷却を実現しており、装置内に発熱部分と吸熱部分が存在する。長時間使用すると、発熱部分の温度上昇が著しくなるので、ファンなどで放熱してもよい。
【００１３】
処理液の加熱装置としては、例えばヒーターやペルチェ素子がある。ペルチェ素子は電流の向きを逆にすると吸熱部分と発熱部分が逆になるので、昇温装置として利用することもできる。
【００１４】
処理液の温度検出装置と、温度制御装置を一体化することもできる。例えば、バイメタルサーモスタットを使用することができる。バイメタルサーモスタットは、熱膨張率の異なる２枚の金属板を接着したバイメタルを利用し、電気接点を開閉する温度スイッチで、大電流を流すことが可能である。バイメタルサーモスタットを冷却装置または加熱装置に直接接続すれば、冷却装置または加熱装置を制御できる。この場合は、バイメタルサーモスタットが温度制御装置を兼ねている。
【００１５】
以下、処理液の冷却方法について説明する。まず、処理液または処理液を入れた水槽を、前述した冷却装置に直接接触させて冷却する方法がある。または、熱伝導体を介して接触させてもよい。この方法は、冷却装置によって処理液または水槽が直接的に冷却されるので冷却効果が高く、処理液を氷点近くまで冷却することができる。
【００１６】
他の冷却方法としては、処理液を入れた水槽を冷却水で水冷する方法がある。また、冷却水をペルチェ素子やファンで冷却すると冷却効率を高めることができる。この方法を利用した場合も水槽は、なるべく冷却水が接触しやすいように表面積が大きく、熱伝導率のよい素材を使用していることが望ましい。
【００１７】
さらに、処理液を入れた水槽を空冷する方法がある。この方法は、ペルチェ素子などの冷却装置を使った方法に比べると、処理液の氷点近くまで冷却することは難しい。しかし特別な装置を必要とせず、ファンなどの送風手段があればよいので簡易的に処理液を冷却することができる。水槽は、形状や素材を限定するものではないが、なるべく空気が接触しやすいように表面積が大きく、熱伝導率のよい素材を使用していることが望ましい。また、処理液の表面に送風して空冷してもよい。
【００１８】
以上、処理液の冷却方法として、空冷、水冷、直接接触による冷却方法を説明したが、処理液を冷却できればよく、処理液の冷却方法は上記の方法に限定するものではない。
【００１９】
以下、気液接触をするための方法について説明する。気液接触手段としては、散気または曝気を利用した方法がある。処理液に、ポンプやファンを用いて汚染空気を吹き込み、散気する。すると汚染空気の気泡が発生する。気泡と処理液との気液接触が起こり、汚染物質を溶解して除去することができる。
【００２０】
その他には、放水を利用した気液接触方法がある。処理液を放水し、噴霧状または水膜状にして空気中を流動させる。そこへファンやポンプなどを用いて汚染空気を導入すると、噴霧状または水膜状になった処理液に汚染空気が接触して、汚染物質が除去される。空気中へ放水し流動させるのは、汚染空気との接触面積が上がり、さらに相対速度が高まることで汚染物質の吸収効率が上がるためである。
【００２１】
また、通気性のある部材に処理液を含ませた処理液含浸部材へ汚染空気を通気させる気液接触方法がある。部材を通った汚染空気は部材中の処理液と気液接触して、汚染物質が減少する。このような、通気性のある部材には、ウレタンのようなスポンジ状のものや、布や綿、シリカゲルなどが利用できる。処理の方法としては、大風量で空気を繰り返し循環させる循環処理と、小風量で気液接触効率を高めたワンパス処理に分けられる。密度が低い部材は大風量が得られるため、循環処理とするのが望ましい。また、密度が高い部材は接触効率が高いため、ワンパス処理とするのが望ましい。
【００２２】
以上、気液接触手段として散気を利用する方法、放水を利用する方法、処理液含浸部材を利用する方法について説明したが、汚染空気を気液接触させることができればよく、これらの方法に限定するものではない。
【００２３】
本明細書ではファンを汚染空気の入り口に設置して、加圧することで汚染空気を気液接触手段に導入する手段を送気手段と呼ぶ。また、ファンを汚染空気の出口に設置して、汚染空気を吸い込む手段を吸気手段と呼ぶ。空気を導入することができればどちらの手段を利用してもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の空気清浄機の、実施の形態を図面とともに説明する。図１は本発明の実施形態であり、酸性またはアルカリ性からなる処理液と汚染空気を気液接触させて、汚染物質を中和して除去する気液接触手段と、ペルチェ素子２４で処理液３を冷却する冷却手段と、温度検出手段と、温度制御手段と、ｐＨ制御手段を備えている。ペルチェ素子２４は熱伝導部１２を介して水槽４に接触している。処理液３は水槽４から送液管１７を通って処理液循環ポンプ１６により圧送され、放出部１８から噴霧状または水膜状に放水される。噴霧状または水膜状の処理液２０は空気中を流動し、水槽４に戻って装置内を循環する。汚染物質を含む吸入空気１は空気導入口１９から装置内に入り、空気中を流動する処理液２０と気液接触する。ここで汚染物質は処理液３の中和反応により除去され、汚染空気は空気排出口９から清浄空気８として排出される。
【００２５】
汚染物質と処理液３を中和反応を利用して除去すると、中和熱および溶解熱が発生して処理液３の温度が上昇する。そのため、ペルチェ素子を使って処理液３の温度を下げ、一定の温度範囲を保つようにする。このとき、できるだけ冷却したほうが汚染物質の溶解度は上がるが、あまり冷却しすぎると凍ってしまうので、処理液が凍る直前の温度を保つのが望ましい。そのために温度検出部１０から、処理液３の温度を温度制御部１１へ送信し、温度制御部はそれに応じてペルチェ素子２４に流れる電流を制御する。
【００２６】
図１では冷却装置としてペルチェ素子を使用したが、冷媒冷却装置を使用してもよい。これらの冷却装置は、長時間稼動していると発熱部の温度が上昇するので、ファンを使って放熱してもよい。
【００２７】
図１の実施形態は処理液３のｐＨ値を制御するためにｐＨセンサー２８、ｐＨ制御部２５、酸性物質貯蔵部２６、アルカリ性物質貯蔵部２７を備えている。酸性物質貯蔵部２６およびアルカリ性物質貯蔵部２７には、それぞれ酸性またはアルカリ性を示す溶液か、水に溶解して酸性またはアルカリ性を示す固体状ないし粉末状物質が貯蔵されている。これらの酸性物質またはアルカリ性物質を処理液３に供給することで、処理液３のｐＨ値を制御する。
【００２８】
汚染物質を中和反応によって除去すると、しだいに処理液３のｐＨ値が変化する。そこでｐＨセンサー２８にて処理液３のｐＨ値を測定し、その値に応じて適切な量の酸性物質またはアルカリ性物質を供給し、処理液３のｐＨ値を調整する。酸性物質またはアルカリ性物質の供給量は、ｐＨ制御部２５が制御する。
【００２９】
空気中に含まれる汚染物質は一般に、酸性物質およびアルカリ性物質の混合物なので、処理液３のｐＨ値を一定にしておくと、片方の汚染物質しか効果的に除去できない。例えば、処理液３を酸性にしておくと、アルカリ性の汚染物質のみ中和され、酸性物質を除去する効率が悪くなる。その問題を解決するには、処理液３のｐＨ値を経時的に変化させる方法がある。または、図１の気液接触手段を２つ用意し、片方の処理液を酸性にし、もう片方をアルカリ性にしておくこともできる。
【００３０】
図２は、酸性またはアルカリ性からなる処理液３に汚染空気を導入して気泡にすることで気液接触させて、汚染物質を中和して溶解除去する気液接触手段と、ペルチェ素子２４により処理液３を冷却する冷却手段と、温度検出手段と、温度制御手段と、ｐＨ制御手段を備えた実施形態である。ペルチェ素子２４は熱伝導部１２を介して水槽４に接触している。図２の実施形態では、汚染物質を含む吸入空気１を、ファン２によって気泡発生部６へ導入する。そこで気泡７が発生し、気液接触により空気中の汚染物質が除去され、空気排出口９から清浄空気８として排出される。温度制御および処理液のｐＨ値制御については、図１と同じなので、同一符号をつけて説明を省略する。
【００３１】
図３は、酸性またはアルカリ性からなる処理液３に汚染空気を導入して気泡にすることで気液接触させて、汚染物質を中和して溶解除去する気液接触手段と、ペルチェ素子２４により処理液３を冷却する冷却手段と、ヒーター２１により処理液３を加熱する加熱手段と、温度検出手段と、温度制御手段と、ｐＨ制御手段を備えた実施形態である。図３の実施形態は、ヒーター２１を設置した点が図２と異なる。外気の温度低下や、ペルチェ素子で冷却しすぎた場合には温度検出部１０から処理液の温度が温度制御部１１に送信され、温度制御部１１はヒーター２１を作動して処理液を昇温する。この機能により、処理液が氷点以下に冷却された場合でも効果的に加熱できる。なお気液接触方法は図２と同じであり、ｐＨ制御と温度制御については図１と同じなので、同一符号をつけて説明を省略する。
【００３２】
図４は通気性部材に酸性またはアルカリ性からなる処理液３を含ませた処理液含浸部材１３に、汚染空気を導入することで気液接触させて、汚染物質を中和して溶解除去する気液接触手段と、ペルチェ素子２４で処理液３を冷却する冷却手段と、温度検出手段と、温度制御手段と、ｐＨ制御手段を備えた実施形態である。ペルチェ素子２４は水槽４に熱伝導部１２を介して接触している。図４の実施形態では、処理液３は水槽４から送液管１７を通って処理液循環ポンプ１６により圧送され、処理液含浸部材１３の中を流動し、水槽４に戻って循環する。汚染空気は処理液含浸部材１３を通過し、ここで気液接触がおこり浄化される。処理液３の冷却方法およびｐＨ制御方法については図１と同じなので、同一符号をつけて説明を省略する。
【００３３】
図１から図４の実施形態では、水槽４を介して冷却しているが、ペルチェ素子２４を処理液３に直接、接触させて冷却してもよい。
【００３４】
図５は、酸性またはアルカリ性からなる処理液と汚染空気を気液接触させて、汚染物質を中和して溶解除去する気液接触手段と、空気冷却により処理液３を冷却する冷却手段と、温度検出手段と、温度制御手段と、ｐＨ制御手段を備えた実施形態である。水槽４は冷却ファン１４から送られた空気が接触する構造をもっている。図５の実施形態は、空冷する点が図１と異なる。気液接触、温度検出およびｐＨ値制御に関する部分は図１と同じなので、同一符号をつけて説明を省略する。
【００３５】
図６は酸性またはアルカリ性からなる処理液と汚染空気を気液接触させて、汚染物質を中和して溶解除去する気液接触手段と、水冷器２２により水槽４を水冷する冷却手段と、温度検出手段と、温度制御手段と、ｐＨ制御手段を備えた実施形態である。図６の冷却手段は、冷却水１５を循環させる冷却水循環ポンプ２３と、冷却水１５が循環する水冷器２２と、冷却水１５を冷却するペルチェ素子２４を備えている。水槽４は、水冷器２２を介して冷却水１５に接触する構造を有している。温度検出部１０によって測定された処理液３の水温が所定の値を超えた場合、温度制御部１１はペルチェ素子２４を制御して冷却水１５を冷却する。水冷器２２を流れる冷却水１５によって処理液３は水冷される。なお、図６の実施形態では水冷器２２が水槽４を介して冷却するようにしたが、処理液３に直接、接触するようにしてもよい。
【００３６】
以上の実施形態では水槽４を使用したが、水槽を使用しなくても実施することができる。図７は水槽を使用せず、通気性部材に酸性またはアルカリ性からなる処理液３を含ませた処理液含浸部材１３に、汚染空気を導入することで気液接触させて汚染物質を中和して溶解除去する気液接触手段と、ペルチェ素子２４で処理液３を冷却する冷却手段と、温度検出手段と、温度制御手段と、ｐＨ制御手段を備えた実施形態である。処理液３は処理液含浸部材１３から送液管１７を通って処理液循環ポンプ１６により圧送され、再び処理液含浸部材１３に戻って循環する。温度検出部１０は送液管１７を流れる処理液３の温度を検出し、それに応じてペルチェ素子２４を制御して温度制御する。ペルチェ素子２４は送液管１７を介して処理液３を冷却する。また、ｐＨセンサー２８は送液管１７を流れる処理液３のｐＨ値を測定し、それに応じて酸性物質貯蔵部２６またはアルカリ性物質貯蔵部２７から供給される酸性物質またはアルカリ性物質の供給量をｐＨ制御部２５にて制御する。酸性物質またはアルカリ性物質は、送液管１７を流れる処理液３に供給される。
【００３７】
図１、図４〜図７の実施形態は汚染空気の導入手段として、空気排出口９側にファン２を設置し、吸気手段としたが、空気清浄機に汚染空気を導入させることができればどのようにしてもよい。例えば、空気導入口１９側にファン２を設置して送気手段としてもよいし、吸気手段と排気手段を両方利用してもよい。
【００３８】
以上説明したように、本発明の空気清浄機を使えば、酸性またはアルカリ性からなる処理液を凍らない範囲で冷却することができ、処理液と汚染物質の中和反応に伴う中和熱による温度上昇や汚染物質の再離散を防ぐことができるとともに、処理液が空気中の汚染物質を吸収する吸収効率を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】放水し、空気中を流動する処理液を用いた実施形態を示す構成図。
【図２】気泡方式を用いた実施形態を示す構成図。
【図３】気泡方式を用い、温度調節装置としてヒーターを備えた実施形態を示す構成図。
【図４】処理液含浸部材を用いた実施形態を示す構成図。
【図５】空冷の実施形態を示す構成図。
【図６】水冷の実施形態を示す構成図。
【図７】水槽を用いない実施形態を示す構成図。
【符号の説明】
１  吸入空気
２  ファン
３  酸性またはアルカリ性からなる処理液
４  水槽
５  送気用ホース
６  気泡発生部
７  気泡
８  清浄空気
９  空気排出口
１０  温度検出部
１１  温度制御部
１２  熱伝導部
１３  処理液含浸部材
１４  冷却ファン
１５  冷却水
１６  処理液循環ポンプ
１７  送液管
１８  放出部
１９  空気導入口
２０  噴霧状または水膜状の処理液
２１  ヒーター（加熱装置）
２２  水冷器
２３  冷却水循環ポンプ
２４  ペルチェ素子（冷却装置）
２５  ｐＨ制御部
２６  酸性物質貯蔵部
２７  アルカリ性物質貯蔵部
２８  ｐＨセンサー
【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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【図６】
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【図７】
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