(57)【要約】【課題】本発明は、空気中に含まれる極性の汚染物質に加えて無極性または低極性の汚染物質を溶解し除去す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、汚染空気を極性の高い溶媒および極性の低い溶媒に接触させる気液接触手段と、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を備え、前記汚染空気に含まれる極性物質を前記極性溶媒で処理して減少させ、かつ前記汚染空気に含まれる無極性物質または低極性物質を前記低極性溶媒で処理して減少させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染空気を極性の高い溶媒および極性の低い溶媒に接触させる気液接触手段と、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を備え、前記汚染空気に含まれる極性物質を前記極性の高い溶媒で処理して減少させ、かつ前記汚染空気に含まれる無極性物質または低極性物質を前記極性の低い溶媒で処理して減少させることを特徴とする空気清浄機。
【請求項２】
前記極性の高い溶媒は水または水溶液であり、前記極性の低い溶媒は有機溶媒である請求項１記載の空気清浄機。
【請求項３】
前記気液接触手段は、前記汚染空気を前記極性の高い溶媒および前記極性の低い溶媒へそれぞれ導入して散気することで気液接触させる請求項１記載の空気清浄機。
【請求項４】
前記気液接触手段は、前記極性の高い溶媒および前記極性の低い溶媒をそれぞれ空気中に流動させ、そこへ前記汚染空気を導入することで気液接触させる請求項１記載の空気清浄機。
【請求項５】
前記気液接触手段は、前記極性の高い溶媒を含む極性溶媒含浸部材と、前記極性の低い溶媒を含む低極性溶媒含浸部材とに、前記汚染空気を導入して通気することで気液接触させる請求項１記載の空気清浄機。
【請求項６】
前記気液接触手段は、前記極性溶媒含浸部材内に前記極性の高い溶媒を流動させ、前記低極性溶媒含浸部材内に極性の低い溶媒を流動させて、そこへ前記汚染空気を導入して通気することで気液接触させる請求項５記載の空気清浄機。
【請求項７】
前記気液接触手段は、前記汚染空気を、前記極性の高い溶媒および前記極性の低い溶媒に対して直列に気液接触させる請求項１，３，４，５，６のいずれか１項に記載の空気清浄機。
【請求項８】
前記気液接触手段は、前記汚染空気を、前記極性の高い溶媒および前記極性の低い溶媒に対して並列に気液接触させる請求項１，３，４，５，６のいずれか１項に記載の空気清浄機。
【請求項９】
汚染空気を極性の高い溶媒および極性の低い溶媒の混合液に接触させる気液接触手段と、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一つとを備え、前記汚染空気に含まれる極性物質および、低極性物質または無極性物質を前記混合液に溶解させて減少させることを特徴とする空気清浄機。
【請求項１０】
前記極性の高い溶媒は水であり、前記極性の低い溶媒は有機溶媒である請求項９記載の空気清浄機。
【請求項１１】
前記気液接触手段は、前記混合液に汚染空気を導入して散気することで気液接触させる請求項９記載の空気清浄機。
【請求項１２】
前記気液接触手段は、前記混合液を空気中に流動させ、そこへ前記汚染空気を導入することで気液接触させる請求項９記載の空気清浄機。
【請求項１３】
前記気液接触手段は、前記混合液を含む混合液含浸部材に、前記汚染空気を導入して通気することで気液接触させる請求項９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、トルエン、キシレン、ベンゾ−ａ−ピレンなどの芳香族化合物がある。空気中の汚染物質は、アルカリ性、酸性、中性、極性、低極性などさまざまな化学的性質を持つ物質の混合物である。空気清浄機はこれら幅広い化学的性質を持つ汚染物質を効果的に除去する必要があり、その方法として下記文献が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３３４９３５９号公報
【０００５】
上記文献ではアルカリ性水および酸性水を用いることにより、汚染物質を中和し、除去する方法について記載されている。この方法では、水に溶けやすい極性物質は除去可能である。しかし、汚染物質の多くは無極性または低極性であり、水という極性溶媒を用いただけでは効果的に除去することができない。特にタバコの煙には、数百種もの有害物質が含まれており、従来の空気清浄機では効果的にタバコの有害物質を除去することができなかった。
【０００６】
従来技術としては、その他にオゾンと紫外線照射、またはオゾンと過酸化水素水を使って活性酸素を作り、汚染物質を分解する方法も知られている。活性酸素は上記の極性物質、無極性物質および低極性物質を選ばず分解するが、オゾン濃度が低いため活性酸素の濃度も低く、汚染物質の分解効率が低い問題があった。そこで極性の汚染物質および、無極性または低極性の汚染物質を同時に除去し、かつ除去効率を向上できる方法が望まれていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、空気中に含まれる極性の汚染物質に加えて無極性または低極性の汚染物質を溶解し除去する空気清浄機を提供することを課題とする。
【０００８】
【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、汚染空気を極性の高い溶媒および極性の低い溶媒に接触させる気液接触手段と、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を備え、前記汚染空気に含まれる極性物質を前記極性の高い溶媒で処理して減少させ、かつ前記汚染空気に含まれる無極性物質または低極性物質を前記極性の低い溶媒で処理して減少させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の空気清浄機は、汚染空気を極性の高い溶媒および極性の低い溶媒の混合液に接触させる気液接触手段と、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一つとを備え、前記汚染空気に含まれる極性物質および無極性物質を前記混合液に溶解させて減少させることを特徴とする。
【００１０】
空気中に含まれる低極性または無極性の汚染物質を除去するには極性の低い溶媒、特に有機溶媒を用いるのが効果的であり、極性物質を除去するには極性の高い溶媒、特に水が効果的である。水に汚染空気を混合し、気液接触させることにより汚染物質を溶解させ、減少させることができる。さらに水で溶解されなかった物質も有機溶媒と気液接触させることで溶解させ、減少させることができる。上記の水は、純水でも極性物質を吸収することができるが、酸性またはアルカリ性物質の水溶液を使用すると、中和反応を利用して汚染物質を溶解除去することが可能となり、気液接触効率を向上できる。
【００１１】
汚染空気と各溶媒とを気液接触させるには、なるべく接触面積を大きくして接触効率を上げることと、汚染空気を流通する際に生じる圧力損失（圧損）を下げることが重要である。また、これらの溶媒は利用に伴い汚染物質の濃度が徐々に上昇する。ある濃度以上になると吸収性能が低下するので、交換が容易になるように取り扱い性を向上させることも重要である。
【００１２】
上記のように、溶媒に汚染物質を溶解し除去する方法は、例えば活性酸素を使って分解する従来技術に比較すると、除去速度が向上する。その理由は、溶媒中の分子密度は気体に比べて高いので、汚染分子が溶媒分子に接触する機会が多いためである。
【００１３】
具体的な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。極性溶媒と低極性溶媒とにそれぞれ、ポンプやファンを用いて汚染空気を吹き込み、散気する。すると各溶媒中に、それぞれ汚染空気の気泡が発生する。気泡と各溶媒との気液接触が起こり、汚染物質を溶解して減少させることができる。
【００１４】
その他には、放水を利用した気液接触方法がある。極性溶媒と低極性溶媒とをそれぞれ放水し、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各溶媒に汚染空気が接触して、汚染物質が除去される。各溶媒をそれぞれ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。
【００１５】
また、通気性のある部材に極性溶媒を含ませた極性溶媒含浸部材と、低極性溶媒を含ませた低極性溶媒含浸部材を用意し、これらの部材へ汚染空気を導入して通気させる気液接触方法がある。部材を通気した汚染空気は部材中の、極性溶媒および低極性溶媒と気液接触して、汚染物質が減少する。このような部材には、ウレタンのようなスポンジ状のものや、布や綿、シリカゲルなどが考えられる。通気性のあるものであれば特に限定しないが、なるべく圧力損失の少ないものが好ましい。
【００１６】
以上、気液接触手段として気泡にする方法と、空気中を流動させる方法と、通気性部材を用いる方法を説明したが、汚染空気と吸収液を気液接触させることが重要であり、具体的手段としてはこれらの方法に限定しない。また、汚染空気を極性溶媒と低極性溶媒に直列に気液接触させてもよいし、並列に気液接触させてもよい。また、極性溶媒と低極性溶媒の混合液を使用して、極性物質と、低極性物質または無極性物質を同時に除去することもできる。
【００１７】
汚染空気を気液接触手段に導入する手段としては、ファンを汚染空気の入り口に設置して、加圧する送気手段としてもよいし、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吸気手段としてもよい。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。
【００１８】
気体からなる汚染物質には以上説明した方法が有効だが、花粉や粉塵などの粒子成分を除去するには濾材などの物理的フィルターが依然有効であり、以上説明した方法と併用することができる。例えば、以上説明した方法に、さらに汚染空気の入り口に濾材を配置することができる。
【００１９】
以下、極性の低い汚染物質を除去する手段について説明する。極性の低い汚染物質の例としては、タバコの煙に含まれるベンゾ−ａ−ピレンがある。この物質は、多環式芳香族炭化水素の代表的な発がん物質である。水などの極性溶媒に溶解しずらい。
【００２０】
しかし、ベンゾ−ａ−ピレンは、有機溶媒には溶解しやすい。表１は各種有機溶媒を使ってベンゾ−ａ−ピレンを抽出し、抽出効率を求めた実験結果である。有機溶媒として、表１に記載した各有機溶媒を用いた。ガラス繊維フィルター上にベンゾ−ａ−ピレンを添加し、これを各溶媒により溶解させた後、ベンゾ−ａ−ピレンを抽出し、抽出効率を求めた。なお、試験は各５回繰り返して行った。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
このように、ベンゾ−ａ−ピレンは有機溶媒を使うことで、ほぼ完全に抽出できることがわかる。有機溶媒の例としては、表１に記載したジクロロメタン、アセトニトリル、トルエン、トルエン−エタノール３：１混合物を例示することができる。これらは抽出効率のよい有機溶媒の例を示したのであって、これらに限定するものではない。対象とする汚染物質の化学的性質により最適な有機溶媒を選択することができる。純粋な有機溶媒に限らず数種類の有機溶媒をブレンドして使用することも可能である。さらに、有機溶媒としては合成されたものに限らず、油脂など、天然の有機化合物を利用したものでもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。極性の高い溶媒の具体例としては水を用い、極性の低い溶媒の具体例としては有機溶媒を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態の一例を示す断面図であり、水および有機溶媒に汚染空気を散気して汚染物質を溶解除去するものである。図１において、本発明の空気清浄機は水槽８と有機溶媒槽９を備えてある。汚染物質を含んだ吸入空気１を、ファン２によって、気泡発生部５まで導入する。そこで気泡６が生じ、水３と気泡６とが接触する。この気液接触部分において、極性の高い親水性汚染物質が溶解する。ここで溶解しなかった、極性の低い親油性汚染物質は有機溶媒４に溶解し、清浄空気７となって空気排出口１１から排気される。このようにして、特性の異なる汚染物質を効果的に除去し、清浄化できる。なお図１では水と有機溶媒を直列に配置し、かつ水を先に配置したが有機溶媒を先に配置してもよい。
【００２４】
図２は、本発明の実施形態の一例を示す断面図であり、並列に配置した水と有機溶媒とに、汚染空気を散気して汚染物質を除去するものである。吸入空気１を、ファン２を使って水槽８と有機溶媒槽９中の気泡発生部５へ導入し、気泡を発生させて気液接触させる。有機溶媒槽９を通過した空気は親油性成分を除去できるが親水性成分が残留しており水槽８を通過した空気は親水性成分を除去できるが親油性成分が残留している。しかし排出された空気は、本発明の空気清浄機が稼動している室内を循環し、吸入空気１として再度処理されるので循環を繰り返すうちに、親水性成分と親油性成分とを除去できる。
【００２５】
図２のように水槽８と有機溶媒槽９を並列に配置すると汚染空気を何度も処理する必要があるため効率が悪いが、装置内の圧力損失を小さくできる利点がある。
【００２６】
図３は本発明の実施形態の一例を示す断面図であり、水と有機溶媒の混合液１２に汚染空気を散気して汚染物質を除去するものである。図３において、本発明の空気清浄機は吸入空気１を、水と有機溶媒の混合液槽１３中の気泡発生部５へ導入し、気泡を発生して気液接触させる。混合液では、汚染空気に含まれる親水性の汚染物質と親油性の汚染物質を同時に除去できる。通常、極性の低い有機溶媒と、極性の高い水は互いに溶解せず分離する。しかし、混合液に散気すると、同時に液を攪拌することになる。混合液は微小な水と有機溶媒の混合物となり、効率的に気液接触することができるようになる。
【００２７】
図１〜図３では気泡発生部５を使用したが、使用しなくても、気泡を発生させることはできる。例えば、送気管１０から直接、気泡を発生させるようにすることもできる。
【００２８】
図４は本発明の実施形態の一例を示す斜視図であり、水と有機溶媒とをそれぞれ放出し、流動化したしたところに汚染空気を導入して気液接触させるものである。図４において本発明の空気清浄機は、水槽８と有機溶媒槽９を備えてある。水３および有機溶媒４をそれぞれ循環ポンプ１４によって放出部１５まで圧送して、噴霧状または水膜状に放水する。ここにファン２を用いて汚染空気を導入すると、まず流動している水１７と汚染空気とが接触し空気中の水溶性汚染物質を溶解し、除去できる。ここで除去できなかった親油性の物質も、次のステップで放出した有機溶媒１８と接触し、除去できる。このようにして親水性および親油性の汚染物質を効果的に除去し、清浄化できる。なお、図４では水と有機溶媒を直列に配置し、かつ水を先に配置したが、有機溶媒を先に配置してもよい。
【００２９】
図５は、本発明の実施形態の一例を示す斜視図であり、水と有機溶媒を並行に配置し、それぞれを放出して流動化したところへ汚染空気を導入して気液接触させるものである。本実施形態では装置内に隔壁２０を設け、汚染空気を水および有機溶媒に対して並列に処理した。水を通過した空気は親水性成分を除去できるが親油性成分が残留しており、有機溶媒を通過した空気は親油性成分を除去できるが親水性成分が残留している。しかし排出された空気は、本発明の空気清浄機が稼動している室内を循環し、吸入空気１として再度処理される。循環を繰り返すうちに、親水性汚染物質と親油性汚染物質とを除去できる。
【００３０】
図６は、本発明の実施形態の一例を示す斜視図であり、水−有機溶媒混合液を放出し、流動化したところへ汚染空気を導入して気液接触させるものである。図６において本発明の空気清浄機は水−有機溶媒混合液１２を循環ポンプ１４によって放出部１５まで圧送して、噴霧状または水膜状に放水する。混合液が空気中を流動化し、気液接触が起こる。混合液では水と有機溶媒が混在しており、空気中に含まれる極性の汚染物質（親水性成分）と無極性の汚染物質（親油性成分）とを同時に除去できる。
【００３１】
図４〜図６で使用した各吸収液を放出し流動化させる方法としては、各吸収液を上から放出する方法、横から噴射する方法、噴水のように下から噴き上げる方法が考えられる。水および有機溶媒をそれぞれ空気中へ流動させることができれば、その方法を特に限定するものではない。
【００３２】
図７は本発明の実施形態の一例を示す斜視図である。図７において本発明の空気清浄機は通気性部材に水を含ませた水含浸部材２２と、有機溶媒を含ませた有機溶媒含浸部材２３とを備えてある。汚染物質を含んだ汚染空気は水含浸部材２２を通過し、水と空気の接触部分にて極性の化学物質を除去できる。ここで除去できなかった無極性の物質は、有機溶媒含浸部材２３で除去される。このようにして親水性および親油性の汚染物質を効果的に除去し、清浄化できる。なお、図７では水含浸部材２２と有機溶媒含浸部材２３を直列に配置し、かつ水含浸部材２２を先に配置したが、有機溶媒含浸部材２３を先に配置してもよい。
【００３３】
図８は本発明の実施形態の一例を示す斜視図である。図８において本発明の空気清浄機は通気性のある部材に水を含ませた水含浸部材２２と、有機溶媒を含ませた有機溶媒含浸部材２３とを並列に配置した。汚染物質を含む汚染空気は、水含浸部材２２または有機溶媒含浸部材２３のいずれかを通る。水含浸部材２２を通過した空気は親水性成分を除去できるが親油性成分が残留し、有機溶媒を通過した空気は親油性成分を除去できるが親水性成分が残留している。しかし排出された空気は、本発明の空気清浄機が稼動している室内を循環し、吸入空気１として再度処理される。循環を繰り返すうちに、親水性成分と親油性成分とを除去できる。
【００３４】
図９は本発明の実施形態の一例を示す斜視図である。図９において本発明の空気清浄機は通気性部材に水−有機溶媒混合液を含ませた部材２４を備えてある。この部材では水と有機溶媒が混在しており、空気中に含まれる極性の汚染物質と無極性の汚染物質とを同時に除去できる。
【００３５】
図７〜図９の実施形態では装置を稼動しているうちに水含浸部材２２または有機溶媒含浸部材２３が乾燥してしまう場合がある。図１０は、そのような問題を解決するための実施形態を示した断面図である。図１０では、水含浸部材２２の一部を水槽８に浸し、有機溶媒含浸部材２３の一部を有機溶媒槽９に浸した。さらに、各吸収液をポンプ１４でくみ上げ、各含浸部材の中を流れ、液が循環するようにした。こうすることで、各含浸部材の乾燥を防げる。
【００３６】
図１〜図１０の実施形態では、極性の高い溶媒として酸性またはアルカリ性を示す水溶液を使用することもできる。すなわち汚染物質を、中和反応を利用して溶解除去するのである。酸性の水溶液ならば、アンモニアなどのアルカリ性の汚染物質を中和でき、アルカリ性の水溶液ならば、酢酸などの酸性の汚染物質を中和できるので、気液接触効率を向上させることができる。
【００３７】
図４〜図１０の実施形態は汚染空気の導入手段として、空気排出口１１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２５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】
水および有機溶媒は、利用に伴い汚染物質の濃度が徐々に上昇する。ある濃度以上になると吸収性能が低下するので、定期的に交換しなければならないが、図７〜図１０の実施形態は各部材をフィルター状に加工したため、交換する際の取り扱い性を向上できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】散気方式（直列）を用いた実施形態を示す断面図
【図２】散気方式（並列）を用いた実施形態を示す断面図
【図３】散気方式（水−有機溶媒混合液）を用いた実施形態を示す断面図
【図４】水および有機溶媒を流動させた（直列）実施形態を示す斜視図
【図５】水および有機溶媒を流動させた（並列）実施形態を示す斜視図
【図６】水および有機溶媒の混合液を流動させた実施形態を示す斜視図
【図７】水含浸部材および有機溶媒含浸部材（直列）を用いた実施形態を示す斜視図
【図８】水含浸部材および有機溶媒含浸部材（並列）を用いた実施形態を示す斜視図
【図９】水−有機溶媒含浸部材を用いた実施形態を示す斜視図
【図１０】水含浸部材および有機溶媒含浸部材の内部に各吸収液が流動する実施形態を示す断面図
【符号の説明】
１  吸入空気
２  ファン
３  水
４  有機溶媒
５  気泡発生部
６  気泡
７  清浄空気
８  水槽
９  有機溶媒槽
１０  送気管
１１  空気排出口
１２  水と有機溶媒の混合液
１３  水と有機溶媒の混合液槽
１４  循環ポンプ
１５  放出部
１７  流動している水
１８  流動している有機溶媒
１９  送液管
２０  隔壁
２１  流動している水−有機溶媒混合液
２２  水含浸部材
２３  有機溶媒含浸部材
２４  水−有機溶媒混合液を含む部材
２５  空気導入口
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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