(57)【要約】【課題】光触媒モジュールの経時変化によって素子に流れる電流値が低下した場合に、入力電圧は一定のままで高周波インバータの発振周波数を制御することによって電流値を可変し、脱臭装置の出力電圧を一定に維持することで光触媒モジュールのスパークの発生を抑制して脱臭性能を保持することができるようにした脱臭装置を提供する。【解決手段】高電圧を発生させる高周波インバータ12と、高電圧放電によってオゾンおよび紫外線を発生させる手段９と、前記高電圧放電手段で発生させた紫外線により活性化され空気中に含まれている臭気成分や有害物質などの分解作用をおこなう光触媒モジュール３と、前記高電圧放電手段により発生させたオゾンを分解するオゾン分解手段４とを送風経路２内に配置した脱臭装置１において、前記高周波インバータの発振周波数を制御することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧を発生させる高周波インバータと、高電圧放電によってオゾンおよび紫外線を発生させる手段と、前記高電圧放電手段で発生させた紫外線により活性化され空気中に含まれている臭気成分や有害物質などの分解作用をおこなう光触媒モジュールと、前記高電圧放電手段により発生させたオゾンを分解するオゾン分解手段とを送風経路内に配置した脱臭装置において、前記高周波インバータの発振周波数を制御することを特徴とする脱臭装置。
【請求項２】
高周波インバータは、脱臭装置に流れる電流を検知することにより発振周波数を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の脱臭装置。
【請求項３】
高周波インバータは、脱臭装置への入力電流を検知することにより発振周波数を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の脱臭装置。
【請求項４】
高周波インバータは、脱臭装置の周辺湿度により発振周波数を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の脱臭装置。
【請求項５】
高周波インバータは、一定時間毎に現在の発振周波数に対して所定値だけ増減させた周波数で駆動し、前記双方の発振周波数における脱臭装置への入力電流を比較することで負荷の状態を判断するようにしたことを特徴とする請求項１記載の脱臭装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中に含まれている臭気成分や有害物質などを分解して脱臭をおこなう脱臭装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、屋外空気や騒音など環境汚染の定常化にともない、住宅の高気密化が進むとともに居住空間内における空気質改善の要望が高まっている。空気質の中でも、タバコの煙の臭いや介護環境などにおける代謝臭気の低減、または住宅建材から発生するＶＯＣ（揮発性有機物）に代表される有害ガス成分の除去に対するニーズは特に大きくなっている。
【０００３】
これらに要望に対しては、従来より、活性炭に代表される吸着剤による脱臭、あるいは臭気成分を他の薬剤成分と反応させて臭気の質を変えて臭気低減する方法が採用されてきたが、従来技術のうち、吸着剤による脱臭や有害ガス成分の除去については、吸着量に限界があるため、長期に亙る使用に際しては脱臭フィルタの交換は不可欠であった。また、脱臭フィルタの寿命期間中であっても、寿命末期には吸着した臭い成分が再び放出されることによる臭気発生の問題があった。
【０００４】
一方、臭気成分を他の薬剤成分と反応させることで臭気の質を変え、臭気を低減する方法については、薬剤成分消耗による吸収薬剤の交換の煩雑さや、薬剤成分を臭気環境中に放出させる場合の放出量の制御に難点があった。
【０００５】
また、ホルムアルデヒトのような有害ガス成分の分解除去をおこなうには、酸化還元電位の高い触媒反応が必要となるが、オゾンによる酸化分解では完全分解にまで至らず中間分解生成物の段階で止まってしまうため、完全に無害化することは困難であった。
【０００６】
そしてまた、酸化チタンに代表される光触媒に紫外線を照射することにより、上記有害ガス成分を完全に分解することは可能であるが、従来は紫外線光源として、管内に水銀が含まれる蛍光管ランプを使用しているため、製品廃棄時の環境負荷の観点からは好ましくなかった。
【０００７】
これらの問題を解決するため、高電圧放電によってオゾンや紫外線を発生させ、この紫外線により活性化された光触媒作用で空気中に含まれている臭気成分や有害物質などの分解をおこなう光触媒モジュールと、高電圧放電手段により発生させたオゾンを分解するオゾン分解手段とを備えた脱臭装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３３９８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記高電圧放電方式は、電極間に数ｋＶの高電圧を数１０ｋＨｚの周波数で動作させているため、脱臭装置周辺の湿度や温度にも影響されるが、ある値以上の電圧を受けるとスパークが発生する。その特性としては、温湿度とスパーク電圧との関係を示す図６や図７に示すように、周囲雰囲気が高温高湿になるほどスパーク発生頻度は高くなり、また、スパーク放電回数と電極消耗度との関係を示す図８に示すように、度重なるスパークの発生は放電電極の劣化を進行させることになるため、その発生を抑制する必要がある。
【０００９】
この高電圧放電方式は、電圧が高いほどオゾンおよび紫外線の発生量が多くなり、脱臭性能を上げることができるが、従来の入力電圧を一定とする方式は、周辺環境が高温高湿になった場合にはスパークが発生しないように、あらかじめ入力電圧を低く設定しておく必要があり、脱臭性能を充分に発揮することができなかった。また、何らかの理由で入力電圧が低下した場合には、脱臭装置の性能は低下したままとなる問題があった。
【００１０】
また、上記高電圧放電方式の脱臭装置における出力電圧を検知し、その状態に応じて脱臭装置への入力電圧を制御することによって、脱臭性能を最大限に発揮させようとする構成も提案されている。これは、図９に示す脱臭装置の例のように、ＡＣ１００Ｖから供給され整流された約１４０Ｖの直流電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ（56）に入力するものであり、その内部にスイッチング回路を有しているＤＣ−ＤＣコンバータ（56）が、コンバータ駆動回路（58）の信号に基づいてスイッチング素子のデューティ比（オンオフ比）を制御することにより、入力電圧が変動しても常に一定の出力電圧を維持できるようにしている。
【００１１】
（55）は光触媒モジュール（43）に印加する高周波を発生させるための高周波インバータであり、自励式のスイッチング回路で構成されている。自励式のスイッチング回路は部品数が少なく、コストを低く抑えることができる反面、周辺部品のコンデンサやトランスの巻線比などで発振周波数が決まってしまうため、状況に応じて発振周波数を可変することができないものであり、前記スイッチング回路で生成された高周波は昇圧トランス（55）で必要な電圧、例えば、５．５ｋＶまで昇圧され、光触媒モジュール（43）に加えられる。
【００１２】
脱臭装置の高電圧インバータ（55）は、例えば、２０ｋＨｚなどの一定周波数で供給された入力電圧に応じた高電圧を発生するものであり、周波数が一定であると、発生する電圧によって高電圧放電によるオゾンおよび紫外線の発生量が決まるため、脱臭性能が決まる。
【００１３】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（56）は、自身の入力電圧の変動以外に、昇圧トランス（55）の２次側の電圧変動に対しても、これを検出して高電圧インバータ（52）への入力電圧を調整するものであり、これによって、ＡＣ１００Ｖの入力電圧が上昇して光触媒モジュール（43）への入力電圧が上昇するため、光触媒モジュール（43）がスパークを起こすといった不具合をなくすことができるが、高電圧放電によって発生させたオゾンと反応して臭気成分の分解をおこなう光触媒モジュール（43）は、時間の経過とともに周囲の埃などの影響を受けて徐々に電流が流れなくなり、出力電力が低下するという問題点があり、また、周囲の湿度が上昇すると同じ入力電圧であってもスパークを起こす問題があった。
【００１４】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、光触媒モジュールの経時変化によって素子に流れる電流値が低下した場合に、入力電圧は一定のままで高周波インバータの発振周波数を制御することによって電流値を可変し、脱臭装置の出力電圧を一定に維持して脱臭性能を保持することができるようにした脱臭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】
【００１５】
上記課題を解決するために本発明の脱臭装置は、高電圧を発生させる高周波インバータと、高電圧放電によってオゾンおよび紫外線を発生させる手段と、前記高電圧放電手段で発生させた紫外線により活性化され空気中に含まれている臭気成分や有害物質などの分解作用をおこなう光触媒モジュールと、前記高電圧放電手段により発生させたオゾンを分解するオゾン分解手段とを送風経路内に配置した脱臭装置において、前記高周波インバータの発振周波数を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の構成によれば、経時変化によって光触媒モジュールの素子に流れる電流値が低下した場合にも、高周波インバータの発振周波数を制御することで電流値を可変して脱臭装置の出力電圧を一定に維持することができ、光触媒モジュールにおけるスパークの発生を抑制して脱臭性能を保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づき本発明の１実施形態について説明する。図１は、家庭内の厨房におけるレンジフードなどに取り付けた本発明に係る脱臭装置の概略図であり、脱臭をおこなう対象エリアに設けた風路（２）内には、脱臭装置（１）を配設している。この脱臭装置（１）は、光触媒モジュール（３）とオゾン分解触媒（４）とを備え、前記風路（２）内を流通する空気に含まれる臭い分子や有機物質を吸着し脱臭するものである。
【００１８】
光触媒モジュール（３）は、アルミナやシリカ等の多孔質セラミックからなる基体の表面に、酸化チタンに代表される光触媒粒子を固定した光触媒フィルタ（５）を２枚隣接し、この光触媒フィルタ間にはステンレス等の薄板をエッチングして網目状に形成した放電電極（６）を立設するとともに、前記２枚の光触媒フィルタ（５）（５）の風上と風下側には前記放電電極と同様に形成した対極（７）（７）をそれぞれ配置することで構成されている。
【００１９】
なお、前記光触媒モジュール（３）における光触媒フィルタ（５）は、必ずしも２枚隣設せずとも、臭気成分や有害物質が比較的少ない場合には、１枚の光触媒フィルタの前後に対極（７）と放電電極（６）を設ける構成でもよい。
【００２０】
（８）は電源装置であり、トランスなどの高電圧発生部（９）により前記放電電極（６）と各対極（７）との間に正のパルス状直流高電圧を印加するものであって、この構成により、放電電極（６）と対極（７）は紫外線発生用の放電手段として機能し、双方の電極間に放電が起きて波長が３８０ｎｍ以下である紫外線が発生する。また、（10）は集塵フィルタ、（11）はファンであり、風路（２）内の空気流通を促進して脱臭作用を助長するものである。
【００２１】
上記脱臭装置（１）は、電源装置（８）に通電して高電圧発生部（９）から放電電極（６）と対極（７）との間に高電圧を与えることで電極間に放電が起き、発生した紫外線が光触媒フィルタ（５）（５）に照射されることで光触媒を活性化させ、発生した活性酸素が風路（２）を流下し、水酸化ラジカル（遊離基）の強い酸化作用で光触媒フィルタ（５）（５）の表面に付着した臭気ガス成分や有機化合物の結合を分解し、無臭化若しくは低臭気化することで脱臭するものである。
【００２２】
また、菌細胞膜を脆化させ抗菌をおこなうとともに、酸化分解作用によって光触媒フィルタ（５）（５）表面の微生物、特に好気性細菌の繁殖を抑制して、脱臭装置（１）や周囲壁表面の汚れを分解除去する。
【００２３】
そしてまた、この放電電極（６）と対極（７）が放電すると、紫外線とともにオゾンが発生するため、前記光触媒モジュール（３）は、紫外線による活性酸素の発生で有機物質を分解させる機能とともに、オゾン発生手段としても機能するものであり、臭気成分を含んだ空気を発生したオゾンと混合し反応させることで臭気成分を酸化分解し脱臭することができる。
【００２４】
光触媒モジュール（３）の風下側には、所定距離を空けて２酸化マンガンを主体にしたハニカム形状の焼結体からなるオゾン分解触媒（４）を設置しており、臭気物質と反応しないでそのまま流下する所定値以上の余剰オゾンを分解するようにしている。なお、オゾン発生手段は、上記の光触媒モジュール（３）によるものだけでなく、沿面放電電極と高電圧トランスを組み合わせたものや電解方式によるものでもよい。
【００２５】
しかして、放電ユニットとして使用される光触媒モジュール（３）のフィルタ（５）は、前述のように、一般には焼結セラミックで形成されており、共振回路構成時には容量負荷であるコンデンサとして動作するものであって、このコンデンサ静電容量（Ｃ）は、トランスのインダクタンス（Ｌ）と合わせてＬＣ共振回路を構成する。
【００２６】
そして、インダクタンス（Ｌ）と静電容量（Ｃ）とが直列に接続された場合、そのリアクタンス（χ）は、角周波数をωとすると、
χ＝ωＬ−１／（ωＣ）
で表され、このＬＣ共振回路におけるリアクタンス（χ）と角周波数（ω）との関係は、図２に示すとおりとなる。
【００２７】
ωＬ＝１／（ωＣ）のとき、リアクタンスは最も小さくなり、回路に流れる電流は最大になる。このときの周波数ω０  を共振周波数と呼び、放電ユニットの出力電圧は最大になり、この周波数を中心に発振周波数を可変すると、リアクタンスが誘導性もしくは容量性領域に移動して回路に流れる電流は減少する。
【００２８】
この原理により、インバータの発振周波数を可変することで共振回路のリアクタンスを増減させることができ、リアクタンスを増減させることで光触媒モジュール（３）に流れる電流も増減させることができ、入力電圧一定の状態においても出力電圧を可変することができる。
【００２９】
図３は、本発明の第１の実施例を示す脱臭装置（１）の回路図である。オゾンを発生させる高周波インバータ（12）は、ハーフブリッジ回路で形成され、高周波インバータの駆動回路（13）の信号に応じて発振周波数を可変させることが可能になっている。
【００３０】
脱臭装置（１）を連続して駆動すると、周囲の環境によって光触媒モジュール（３）の容量が変化し、これに応じてＬＣ共振回路の共振周波数が変化する。これにより、当初の共振周波数近傍に設定していたインバータ（12）の発振周波数と共振周波数とがずれてしまい、リアクタンスが増すことによって電流値が低下する。
【００３１】
この電流値の低下分を電流トランス（14）で検出し、電流の低下の度合に合わせて高周波インバータ（12）の発振周波数を可変する。すなわち、静電容量（Ｃ）の変化分を、インバータの発振周波数（ω）を変化させることで相殺することにより、共振回路のリアクタンスを一定に保つことができる。
【００３２】
ＡＣ１００Ｖの入力電圧変動や昇圧トランス（15）の電圧変動については、電源回路のＤＣ−ＤＣコンバータ（16）で一定に保つことができるので、これらを組み合わせることにより、光触媒モジュール（３）の入力電圧を一定にすることができ、脱臭性能の低下を防ぐことができる。なお、（18）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ駆動回路である。
【００３３】
次に、前記図３と同一部分に同一符号を附した図４の回路図により、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例は前記第１実施例に比して、電流トランス（14）を昇圧トランス（15）の２次側ではなく、脱臭装置（１）への入力電流を検出する箇所に挿入されている。
【００３４】
すなわち、昇圧トランス（15）の２次側の電流を検出する代わりに、装置全体の電流を検出するようにしたものであり、この構成においても、リアクタンス変動にともなう電流値の減少を検出することが可能であり、前述の実施例と同等の効果を得ることができる。この場合、電流トランス（14）は、装置全体の入力電流を検出することができるので、装置自体の保護回路としても使用できる。すなわち、回路の異常などによって装置に過大な電流が加えられようとした際には、インバータの出力を低下させて装置の破損を防ぐことができる。
【００３５】
続いて、前記同様に符号を附した図５の回路により、本発明の第３実施例を説明する。例えば、温度が２０℃で湿度が６０％のときに脱臭装置（１）を８ｋＶ程度の電圧で動作させている場合は、周辺温度が２０℃の場合における湿度とスパーク電圧との関係を示す前記図４から理解されるようにスパークは発生しない。しかしながら、周囲の湿度が高くなるとスパークを起こす限界電圧が低下し、湿度が８５％まで上がった場合に８ｋＶで動作させているとスパークを発生させる恐れがある。
【００３６】
すなわち、脱臭装置（１）の光触媒モジュール（３）周囲の湿度が上昇すると、同じ電圧であってもモジュールからスパークが発生する可能性がでてくることから、本実施例では、脱臭装置（１）に湿度センサー（17）を取り付け、脱臭装置（１）周囲の湿度を検出し、湿度が８０％以上が上昇した場合には、放電電圧を６ｋＶ程度まで低下させてスパークの発生を抑える。
【００３７】
しかし、この場合、電圧の低下によって脱臭装置（１）の能力が低下してしまうので、電圧低下分の共振回路のリアクタンスを減らして電流量が増えるように高周波インバータ（12）の発振周波数を制御する。これにより、スパーク防止のために放電電圧を下げても出力電力は維持され、脱臭性能が低下することがない。
【００３８】
さらに、本発明の実施例４について説明する。ＬＣ共振回路のリアクタンスは、共振周波数ω０  で最も小さくなり、ω０  からずれるにしたがって大きくなる。このとき周波数が低くなると、
χ＝ωＬ−１／（ωＣ）
における１／（ωＣ）の部分が大きくなり、回路は容量性リアクタンスとなる。同様に、周波数が高くなると、ωＬの部分が大きくなり、回路は誘導性リアクタンスになる。
【００３９】
回路が、容量性リアクタンスになると、回路を流れる無効電流が増加するため、一般的には、誘導性リアクタンスの領域で使用するが、出力電力を最大付近で使用したい場合、、インバータの発振周波数は、最もリアクタンスが小さく電流の流れる共振周波数の近傍になり、このとき、何らかの理由で共振周波数がずれた場合、現在の発振周波数が容量性リアクタンス領域に入ってしまうと制御上不具合なことが発生する。
【００４０】
すなわち、誘導性リアクタンス領域であれば、インバータの発振周波数を上げることでリアクタンスは増加するのに対して、容量性リアクタンス領域では、インバータの発振周波数を上げるとリアクタンスが減少することになり、周波数領域が異なるのと同じ制御でも全く逆の結果となってしまう。
【００４１】
これを避けるために、一定の時間毎に、現在の発振周波数を中心に、±Δｆ、例えば、±２ｋＨｚ程度ずらした周波数でインバータを駆動させるようにする。このとき、脱臭装置に流れる電流が、＋Δｆで減少し、−Δｆで増加すれば、現在の発振周波数は誘導性リアクタンス領域にあり、正常に動作していると判断できるものであり、逆に電流が、＋Δｆで増加し、−Δｆで減少すれば、現在の発振周波数は容量性リアクタンス領域にあるということになるので、インバータの発振周波数を高くして誘導性リアクタンス領域に戻すような制御をおこなうようにする。
【００４２】
本発明は以上のように構成されているが、脱臭装置（１）の設置場所については、前記した厨房などの家庭内居住空間に限るものではなく、公共の場所に置かれた分煙機、ゴミ収集場、あるいは、エアコンや冷蔵庫の内部貯蔵空間の脱臭をおこなうように送風経路に設けられた脱臭装置にも適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の１実施形態を示す脱臭装置の概略構成図である。
【図２】ＬＣ共振回路のリアクタンスと角周波数との関係を示すグラフである。
【図３】図１における脱臭装置の第１の実施例を示す回路図である。
【図４】図１における脱臭装置の第２の実施例を示す回路図である。
【図５】図１における脱臭装置の第３の実施例を示す回路図である。
【図６】周辺温度が２０℃の場合の湿度とスパーク電圧との関係を示すグラフである。
【図７】周辺温度が４０℃の場合の湿度とスパーク電圧との関係を示すグラフである。
【図８】スパーク放電回数と電極消耗度との関係を示すグラフである。
【図９】従来の脱臭装置の回路図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…脱臭装置
２…風路
３…光触媒モジュール
４…オゾン分解触媒
８…電源装置
９…高電圧発生部
12…高周波インバータ
13…高周波インバータ駆動回路
14…電流トランス
15…昇圧トランス
16…ＤＣ−ＤＣコンバータ
17…湿度センサー
18…ＤＣ−ＤＣコンバータ駆動回路
【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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