(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性ステンレス繊維の三次元構造体をバインダを用いずに加熱処理し焼結させて構成した室内浮遊アレルゲン除去フィルタ。
【請求項２】
浄化風路を有する筐体と、前記筐体の一部に設けられた吸込口と、前記筐体の一部に設けられた吹出口と、前記浄化風路内にあって室内空気を前記吸込口から取り入れ、前記吹出口から排出して室内空気を循環させる送風手段と、前記浄化風路内に設けられた請求項１記載の室内浮遊アレルゲン除去フィルタを有する空気清浄装置。
【請求項３】
室内浮遊アレルゲン除去フィルタ近傍に設けられた焼却手段と、前記室内浮遊アレルゲン除去フィルタ下流側に設けられた分解手段を有する請求項２記載の空気清浄装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生活環境内で発生する室内浮遊粉塵、特にダニの死骸やふん、真菌や細菌、花粉などのアレルギー原因物質（以下、アレルゲンという）を除去するフィルタとこのフィルタを用いた空気清浄装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の家庭用の空気清浄装置は、塵埃を帯電させて集塵極に捕集するものや、ファンで空気を吸引し、空気中に含まれる塵埃をフィルタを通過させて除去するものが用いられている。また、健康上の配慮からフィルタに特殊な抗菌処理を施したものもある。
【０００３】
さらに、ヒータを用いた空気清浄装置として特開平４−３０９７５１号公報に記載されているようなものが知られている。この装置は図６に示すように平板状のヒータ１を備え、空気中の臭い成分および微粒子をヒータ１近傍に捕集するための放電装置２と、捕集された臭い成分および微粒子のヒータ１による酸化分解を促進する酸化触媒３を絶縁体４に添着して構成されており、ヒータ１の加熱によって暖房を行うと同時に、放電装置２の放電極５から放電される陽イオンによって微粒子や臭気成分が帯電し、集塵極６に引き寄せられて絶縁体４に付着し、ヒータ１の熱と酸化触媒３によって酸化分解される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の空気清浄機ではフィルタや集塵板の交換やメンテナンスが必要であり、また、抗菌処理したものもウイルスの制菌、不活化のレベルであり、短時間で殺菌するまでには至らず、またカビ等に対する効果は不十分である。また、図７の構成のものでは、たばこ粒子などの極微細な粒子は分解可能なものの、平板状のヒータ１は酸化触媒３によって反応を促進する程度の熱なので、あまり高温にはなっておらず、比較的大きなアレルゲンや塵埃などの固体粒子を焼却する効果は不十分であり、また冬期以外はヒータ１によって室温が上昇するため使用できないという課題があった。さらに、コロナ放電によって健康に有害なオゾンが発生するという課題もあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、室内浮遊粉塵除去フィルタ（以下、フィルタという）を高温耐熱性の三次元構造体より構成するとともに、空気清浄装置を浄化風路を有する筐体と、この筐体の一部に設けられた吸込口と、筐体の一部に設けられた吹出口と、浄化風路内にあって室内空気を吸込口から取り入れ、吹出口から排出して室内空気を循環させる送風手段と、浄化風路内に設けられた高温耐熱性の三次元構造体より成るフィルタ、このフィルタ近傍に設けられた焼却手段とフィルタ下流側に設けられた分解手段を有する構成としている。
【０００６】
上記発明によれば、三次元構造の厚み方向で粒子を捕捉するので、低圧損で効果的に粉塵の除去が可能である。繊維径や平均気孔径、目付け重量や密度を適切に設定することにより、室内浮遊粉塵特にアレルゲンやこれらと同程度の大きさの粉塵を効果的に除去できる。また、捕捉、蓄積したアレルゲンや粉塵は焼却手段により焼却され、焼却時に発生する臭気は分解手段により分解されて無臭化される。フィルタは高温耐熱性であるので、フィルタ自体に損傷を与えることなく捕捉した粉塵やアレルゲンを焼却して再生するのでフィルタの特性が劣化することなく、初期の除去特性を維持することができ、交換やメンテナンスが不要となるとともにアレルギー対策としては非常に有効である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本願発明の室内浮遊アレルゲン除去フィルタは、耐熱性ステンレス繊維の三次元構造体をバインダを用いずに加熱処理し焼結させて構成したものである。
【０００８】
そして、焼結によりステンレス繊維同士の接点に無数の結合ができるので、フィルタとしての機械的強度が増し、加熱冷却を繰り返しても、変形や繊維の脱離が起こりにくく、長期間安定した形状が保持できる。
【０００９】
また、高い熱伝導率によって、焼却時の昇温を速やかに行うとともに、フィルタの温度分布の均一化が図れるので、焼却を効率的に行うことができる。
【００１０】
また、空気清浄装置を、浄化風路を有する筐体と、この筐体の一部に設けられた吸込口と、筐体の一部に設けられた吹出口と、浄化風路内にあって室内空気を吸込口から取り入れ、吹出口から排出して室内空気を循環させる送風手段と、浄化風路内に設けられたフィルタを有する構成としている。
【００１１】
そして、送風手段によって粉塵やアレルゲンを含む室内空気は、フィルタを通過させることによって除去、浄化される。フィルタに捕捉された粉塵やアレルゲンは、別の焼却手段によって焼却すれば、フィルタを初期状態に戻し、再び集塵に供することができる。したがってフィルタの特性が劣化することなく、初期の除去特性を維持することができる。また、アレルゲンは焼却してしまうのでアレルギー対策としては極めて有効である。
【００１２】
また、空気清浄装置を、浄化風路を有する筐体と、この筐体の一部に設けられた吸込口と、筐体の一部に設けられた吹出口と、浄化風路内にあって室内空気を吸込口から取り入れ、吹出口から排出して室内空気を循環させる送風手段と、浄化風路内に設けられたフィルタと、フィルタ近傍に設けられた焼却手段と、前記フィルタ下流側に設けられた分解手段を有する構成としている。
【００１３】
そして、フィルタに捕捉された塵埃は、焼却手段への通電によって焼却、分解されるので、フィルタに捕捉されたアレルゲンは完全に除去される。したがってフィルタは再生され、再生後は再び、集塵が可能となるので特性が劣化することなく初期の除去特性を保持するとともに、フィルタの交換やメンテナンスが不要となる。また焼却時に発生する臭気は、熱ドラフトによって下流側の分解手段を通過し、ここで酸化分解されて無臭の空気となって吹出口から放出されるので快適に粉塵やアレルゲンの除去が可能である。
【００１４】
【実施例】
以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の空気清浄装置の断面図である。筐体７の下部には吸込口８、上部には吹出口９を有し、筐体7内には浄化風路１０を形成する。１１は浄化風路１０内に着脱自在に設定されたフィルタで高温耐熱性の三次元構造体よりなる。１２は浄化風路１０内に設けられた送風装置であるファンで、室内の空気を吸込口８から取り入れ、フィルタ１１を通過させて空気中に含まれる粉塵やアレルゲン等を除去し、吹出口９から排出することによって室内空気の浄化を行う。所定時間運転して粉塵やアレルゲンがフィルタ１１に蓄積されたときは、筐体７から取り外して別の加熱手段（図示せず）で加熱し、蓄積した粉塵やアレルゲンを焼却してフィルタ１１を再生する。
【００１６】
フィルタ１１は粉塵やアレルゲンの焼却温度に絶えるように高温耐熱性の三次元構造体で構成するが、その構成としてはセラミックやステンレスのフォームや繊維の不職布が使用可能である。しかしフォーム材は気孔径が大きいため径の小さな粒子を捕捉するためには厚みをかなり厚くする必要があり、圧損が大きくなるためにファン１２が大きくなり筐体も大型化するのに加え、騒音も大きくなるので家庭用の機器には使用しにくい。
【００１７】
これに対し図２に示すように高温耐熱性繊維の三次元構造体である不職布１３は繊維１４の複雑な絡みの中を空気が通過するうちに、繊維１４の交差部分に粉塵やアレルゲンが捕捉されるため不職布１３の平均孔径１／１０程度の小さな粒子まで捕捉可能である。したがってフィルタ１１の圧損を低くすることができるので、ファン１２の小型化延いては筐体の小型化を図ることができる。フィルタ１１を構成する不職布１３は繊維１４の脱落を防止するため成形が必要である。その方法として、バインダを用いて接合する方法、ニードルパンチによる方法、焼結する方法等があるが、フィルタ１１は加熱処理を行うので、有機バインダは使用不可である。また、無機バインダも加熱冷却の繰り返しによる剥離や、気孔の閉塞等の課題がある。特にステンレス繊維の場合は熱膨張係数が大きく異なるので、使用できない。ニードルパンチは一般に不職布の成形によく用いられているが、接合点の数が限られるので、特にステンレス繊維では加熱冷却の繰り返しによる接合点間の気孔径の膨張収縮により、初期の気孔形状が維持できなくなる危険性がある。これに対し焼結は繊維同士の接触点に無数の接合点が形成されるので、加熱冷却を繰り返しても初期の気孔形状を維持することができ、また、機械的強度も確保できる。ただし、ステンレス繊維の場合は表面酸化が起こらないように、不活性ガス雰囲気下で焼結する必要がある。
【００１８】
表１に主なアレルゲンの大きさを示した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
アレルゲンはほぼ１μ以上であり、また１０μｍ以上の粒子は速やかに落下することから、通常、アレルゲンのうち室内に浮遊しているものはほとんどが１μｍから１０μｍの範囲ということができる。したがって、１０μｍ以下の粒子が捕捉できればほとんどのアレルゲンは除去できる。
【００２１】
図３はステンレス繊維の各繊維径について密度と平均孔径の関係を示したものである。図中の曲線はａ：繊維径２０μｍ、ｂ：繊維径１２μｍ、ｃ：繊維径４μｍ、ｄ：繊維径２μｍである。いずれの場合も、平均孔径は１００μｍ以下となっている。通常、繊維の三次元構造体では平均孔径の１／１０程度の粒子まで除去可能であり、したがって、平均孔径が１００μｍ以下であれば１０μｍの粒子の捕捉が可能である。したがって図３の結果から繊維径２０μｍ以下であれば１０μｍ以下の粉塵やアレルゲンの除去が可能である。図３には示していないが繊維径２０μｍ以上でも平均孔径１００μｍ以上を満足することはできる。しかし、繊維径２０μｍ以上になると密度を高くしなければならず、また、均一な組織を得るためにある程度厚みが必要になるので加工性が悪くなる。また、繊維径２μｍ以下では圧損が高くなりすぎるなどの問題があり、好ましくは４μｍから１２μｍが適当である。本発明の実施例では繊維径２μｍから２０μｍ、長さが１ｍｍから１２ｍｍのものを用いている。繊維長は短すぎると繊維同士の接合点が少なくなって、機械的強度が落ち、また長すぎると、繊維の分散性が悪くなって均一な気孔の形成ができにくくなる。
【００２２】
図４は平均孔径の異なるフィルタ１１について標準粒子を用いて除去効率を測定した結果である。図中の曲線はそれぞれＡ：平均孔径２５μｍ、Ｂ：平均孔径６０μｍ、Ｃ：平均孔径１００μｍである。平均孔径１００μｍの場合でも１０μｍ以下の粒子の捕捉は可能である。しかし、１〜３μｍの小さな粒子の除去効率が悪いので、平均孔径は好ましくは６０μｍ以下であるほうが望ましい。また、平均孔径が２５μｍ以下のフィルタ１１を用いれば、１μｍ以下のかなり細かい粒子まで捕捉することができる。
【００２３】
また、フィルタ１１は密度０．５〜４ｇ／ｃｍ３、目付け重量５０〜５００ｇ／ｍ２を有している。好ましくは密度１〜３ｇ／ｃｍ３、目付け重量１００〜３００ｇ／ｍ２である。密度０．５ｇ／ｃｍ３以下、目付け重量５０ｇ／ｃｍ２以下ではフィルタ１１の厚みが薄すぎたり均一な気孔の形成か困難であり、逆に密度４ｇ／ｃｍ３以上、目付け重量５００ｇ／ｍ２以上では、粉塵の除去効率は上がらずに圧損のみが上昇する。
【００２４】
繊維１４の材質としてはセラミックでもステンレスでもよい。セラミックとしてはアルミナ、シリカ、ジルコニアなどが、利用できる。セラミックの場合は耐熱性に優れるので、捕捉した粉塵やアレルゲンをより高温で焼却することができるので焼却を効果的に行うことができる。さらに、セラミック繊維は熱膨張係数が小さいので、加熱冷却の繰り返しによる変形がなく長期間安定した形状を維持することができる。一方、ステンレスは高い熱伝導率によって、焼却時の昇温を速やかに行うとともに、フィルタ１１の温度分布の均一化を図ることができる。
【００２５】
（実施例２）
図５は本発明の実施例２の空気清浄装置の斜視図である。実施例１と異なる点のみ説明すると、１５はフィルタ１１の近傍に設けられた焼却手段、１６はフィルタ１１下流に設けられた吸着手段、１７は吸着手段１６下流に設けられた分解手段である、１８はファン１２、焼却手段１５、分解手段１７の切替え手段である。焼却手段１５は図５では棒状ヒータを用いているが、フィルタ１１に堆積したアレルゲンや粉塵の焼却温度以上に昇温できるものであればどのような形状でもよい。吸着手段１６はアルミナーシリカのコルゲートハニカムに吸着剤を坦持したものである。分解手段１７はエキスパンドメタルにＰｔ−Ｐｄ等の酸化触媒を担持したものに直接通電するか、別設の加熱手段（図示せず）で間接的に加熱する。
【００２６】
ファン１２に通電してと室内の空気を強制的に吸込口８から吸引し、吹出口９から排出して室内空気を循環させる。流入した空気中に含まれる１μｍ以上の粉塵、アレルゲンなどはフィルタ１１捕捉除去される。同時に、空気中に含まれる臭気物質はフィルタ１１を通過して吸着手段１６に吸着される。集塵操作を続けるとフィルタ１１表面の微細孔に粉塵やアレルゲン粒子が蓄積するため、そのまま放置すると集塵効率が低下するとともに、かえって表面でカビ、ダニなどが繁殖する危険性がある。そこで、焼却手段１５に通電してフィルタ１１を高温加熱し、捕捉した粉塵やアレルゲンを焼却、除去する。この時、焼却手段１５によって吸着手段１６も間接的に加熱されるので、吸着手段１６に吸着された臭気物質は脱着され、熱ドラフトによって下流側の分解手段１７に導入される。ここで、焼却手段１５とほぼ同時に分解手段１７へも通電すれば、分解手段１７も活性化温度に達し、フィルタ１１に蓄積した粉塵の焼却時に発生する臭気や、吸着手段１６から脱着した臭気成分を酸化、分解し、無害、無臭の空気を室内に放出する。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本願発明に係るフィルタは高温耐熱性の三次元構造体より成る構成としているので、三次元構造の厚み方向で粒子を捕捉することができ、低圧損で効果的に粉塵の除去が可能である。また、高温耐熱性であるのでフィルタ自体に損傷を与えることなく捕捉した粉塵やアレルゲンを焼却して再生、再利用することができる。
【００２８】
また、高温耐熱性繊維の三次元構造体をバインダを用いずに加熱処理し焼結させた構成としているので、繊維同士の接点に無数の結合ができ、フィルタとしての機械的強度が増し、加熱冷却を繰り返しても、変形や繊維の脱離が起こりにくく、長期間安定した形状を保持することができる。
【００２９】
また、高温耐熱性ステンレス繊維で構成しているので、高い熱伝導率によって、焼却時の昇温を速やかに行うとともに、フィルタの温度分布の均一化を図り、効率的に焼却を行うことができる。
【００３０】
また、本願発明に係る空気清浄装置は、浄化風路を有する筐体と、この筐体の一部に設けられた吸込口と、筐体の一部に設けられた吹出口と、浄化風路内にあって室内空気を吸込口から取り入れ、吹出口から排出して室内空気を循環させる送風手段と、浄化風路内に設けられた前記請求項１〜６記載の浮遊粉塵除去フィルタを有する構成としているので、低圧損で粉塵やアレルゲンを除去し、長期の耐久性に優れた空気清浄装置とすることができる。また、フィルタに捕捉された粉塵やアレルゲンは、別の焼却手段によって焼却すれば、フィルタを初期状態に戻し、再び集塵に供することができる。
【００３１】
また、フィルタ近傍に設けられた焼却手段と、フィルタ下流側に設けられた分解手段を有する構成としているので低圧損で室内空気含まれる粉塵やアレルゲンは除去される。また、所定時間フィルタに捕捉された塵埃は、焼却手段への通電によって焼却、分解されるので、フィルタに捕捉されたアレルゲンは完全に除去され、フィルタは再生され、再生後は再び、集塵が可能となる。また焼却時に発生する臭気は、熱ドラフトによって下流側の分解手段を通過し、ここで酸化分解されて無臭の空気となって吹出口から放出される。したがってフィルタの交換やメンテナンスが不要となる。また、通常は送風手段のみ運転し、焼却時のみ焼却手段に通電するので、室温上昇はほとんど起こらないので冬期以外での使用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の空気清浄装置の斜視図
【図２】  本発明のフィルタの概念図
【図３】  本発明の効果を説明するための密度−平均孔径関係図
【図４】  本発明の効果を説明するための除去効率特性図
【図５】  本発明の実施例２の空気清浄装置の斜視図
【図６】  従来の空気清浄装置の断面図
【符号の説明】
７  筐体
８  吹込口
９  吹出口
１０  浄化風路
１１  フィルタ
１２  ファン（送風手段）
１５  焼却手段
１６  吸着手段
１７  分解手段
【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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