JP2022052356A - 空気清浄機 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で有機物分解能力が高い空気清浄機を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る空気清浄機１は、対向する平面的な第１内壁面２１及び第２内壁面４１の間に画定され、前記第１内壁面２１及び前記第２内壁面４１の間隔が小さい扁平な流路断面を有し、前記第１内壁面２１及び前記第２内壁面４１と平行な面内で蛇行する空気流路４と、平板メッシュ状の担持体及び前記担持体の表面に担持される光触媒を有し、前記空気流路４の内部に前記第１内壁面２１及び前記第２内壁面４１と平行に配置される触媒部材３０と、前記第２内壁面４１に分散して配設され、前記触媒部材３０に前記光触媒を活性化する光を照射する複数の光源５１と、を備える。【選択図】図３

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 令和２年９月８日、ベータ・ジャパン合同会社に販売。 令和２年９月１６日、ほんわか保育園に販売。

本発明は、空気清浄機に関する。

酸化チタン等の光触媒を用いて有機物を分解することにより脱臭効果及び殺菌効果を得る空気清浄機が実用化されている。このような空気清浄機では、光触媒を担持する触媒部材と、触媒部材に光触媒を活性化させる光を照射する光源と、周囲の空気を吸い込んで光触媒に接触させる気流生成手段と、を備える（例えば特許文献１参照）。

光触媒を利用する空気清浄機では、光触媒に効果的に光を照射して光触媒を十分に活性化させること、及び光触媒に効率よく空気を接触させることが求められる。例えば特許文献１には、ファンにより気流が生成されるダクトの中に、気流の流れ方向に垂直に延びる棒状の光源と、光源を同軸に取り囲む円筒状に形成された光触媒シートと、を配設した空気清浄機が開示されている。

特許第５４７４６１２号公報

空気清浄機が一般家庭等に普及するに従って、空気清浄機の小型化が求められるようになっている。特許文献１に記載されるように、棒状の光源及び円筒状の光触媒シートを気流に垂直に配設すると、空気の流路の断面積が大きくなるため、装置全体の小型化が容易ではない。このため、本発明は、小型で有機物分解能力が高い空気清浄機を提供することを課題とする。

本発明の一態様に係る空気清浄機は、対向する平面的な第１内壁面及び第２内壁面の間に画定され、前記第１内壁面及び前記第２内壁面の間隔が小さい扁平な流路断面を有し、前記第１内壁面及び前記第２内壁面と平行な面内で蛇行する空気流路と、平板メッシュ状の担持体及び前記担持体の表面に担持される光触媒を有し、前記空気流路の内部に前記第１内壁面及び前記第２内壁面と平行に配置される触媒部材と、前記第２内壁面に分散して配設され、前記触媒部材に前記光触媒を活性化する光を照射する複数の光源と、を備える。

上述の空気清浄機は、前記空気流路の入口部にラビリンス構造を形成するよう、前記第１内壁面側から延びる第１整流板及び前記第２内壁面側から延びる第２整流板をさらに備えてもよい。

上述の空気清浄機において、前記光源は、それぞれ前記第２内壁面に形成される凹部の中に収容されてもよい。

上述の空気清浄機は、前記空気流路から前記空気を吸い出す排気ファンをさらに備え
前記複数の光源は、前記凹部の底部を形成する回路基板に実装され、前記回路基板の外側の空間は、前記空気流路に比して断面積が小さい開口を通して前記排気ファンの吸込側の流路に連通してもよい。

上述の空気清浄機は、前記触媒部材を支持する支持構造を有する筐体と、前記筐体の内部に配置され、前記第１内壁面を形成する平滑な案内板と、をさらに備えてもよい。

上述の空気清浄機は、前記第１内壁面を形成し、電気的構成要素が配設される中底をさらに備え、前記筐体は、前記案内板が固定される下部筐体と、前記下部筐体と着脱可能に組み合わされ、前記中底が固定され、前記電気的構成要素を覆う上部筐体とを有してもよい。

上述の空気清浄機において、前記触媒部材と前記第１内壁面との間隔は、１ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、前記触媒部材と前記第２内壁面との間隔は、４ｍｍ以上１２ｍｍ以下であり、且つ前記触媒部材と前記第１内壁面との間隔よりも大きくてもよい。

本発明によれば、小型で有機物分解能力が高い空気清浄機を提供できる。

本発明の一実施形態の空気清浄機を示す斜視図である。 図１の空気清浄機の分解斜視図である。 図１の空気清浄機の断面図である。 図１の空気清浄機の上部の構成要素を取り外した状態の平面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態の空気清浄機１を示す斜視図である。図２は、空気清浄機１の分解斜視図である。図３は、空気清浄機１の断面図である。図４は、空気清浄機１の上部の構成要素を取り外した状態の平面図である。

図１の空気清浄機１は、概略ドーナツ型に形成される。空気清浄機１は、外周部の１箇所に径方向に外気を吸い込む吸気口２を有し、内周部の吸気口２と反対側の部分に浄化され空気を径方向内向きに吹き出す吹出口３を有する。空気清浄機１は、吸気口２から吸い込んだ空気を、図１に一点鎖線で示すように、半時計回りに案内する空気流路４を備える。なお、以降の説明において、上下等の位置関係を用いるが、便宜上、空気清浄機１の１つの典型的な使用状態における位置関係を用いて説明するものであり、空気清浄機１の使用時の向きを限定するものではない。

空気清浄機１は、図２に示すように、下部筐体１０と、案内板２０と、触媒部材３０と、中底４０と、回路基板５０と、排気ファン６０と、上部筐体７０と、カバー８０と、中央化粧部材９０と、を備える。下部筐体１０及び案内板２０は、一体に固定されることにより空気清浄機１の下側半体を形成する。中底４０、回路基板５０、排気ファン６０及び上部筐体７０は、一体に固定されることにより、前記下側半体に着脱可能な上側半体を形成する。触媒部材３０は、前記下側半体と上側半体との間に挟み込んで保持される。このような構成により、空気清浄機１は、下側半体と上側半体とを分離することで触媒部材３０のメンテナンスを行うことができる。カバー８０及び中央化粧部材９０は、装飾のための構成である。

空気流路４は、図３に示すように、案内板２０により形成される平面的な第１内壁面（底面）２１と、中底４０により構成される平面的な第２内壁面(天面)４１と、の間に画定される。下部筐体１０及び中底４０は、空気流路４の側壁を構成する部分を有する。

空気流路４は、第１内壁面２１及び第２内壁面４１の間隔、つまり厚みが小さい扁平な流路断面をする。このように、扁平な空気流路４に空気を通すことで、後述する触媒部材３０に空気を効率よく接触させられる。

また、図４にハッチングで示すように、空気流路４は、第１内壁面２１及び第２内壁面４１と平行な面内で蛇行する。空気流路４が蛇行することにより、空気と触媒部材３０との接触面積を増大できると共に、空気流路４の内部での空気の流速のバラツキを抑制し、空気の触媒部材３０への接触を促進できる。空気流路４の蛇行量としては、空気流路４の平均幅の５０％以上が好ましい。これにより、空気流路４の入口から出口を見通すことができなくなるので、空気が空気流路４の一部に集中して直線的に吹き抜けることを防止できる。また、空気流路４は、全体として蛇行するだけでなく、内部に隔壁等が設けられることでより均等に空気を流せるよう構成されてもよい。

下部筐体１０の内側には、案内板２０が例えばねじ等によって固定される。また、下部筐体１０は、触媒部材３０を支持する支持構造を有する。この支持構造は、空気流路４の内部で案内板２０を貫通して延びる突起、空気流路４の側壁に形成される段差等を含み得る。このような支持構造を有することで、下部筐体１０は、触媒部材３０を案内板２０との間に一定の間隔を空けて支持する。

下部筐体１０は、空気流路４の入口部に、下側（第１内壁面２１側）から空気流路４の幅全体に亘って延びる第１整流板１１を有する。また、下部筐体１０には、吸気口２となる部分に異物の進入を防止するフィルタ部材１２が取り付けられる。このように複雑な形状を有する下部筐体１０は、樹脂成形体によって形成することができる。

案内板２０は、例えばアルミニウム、ステンレス鋼等の金属板から形成され得る。案内板２０は、触媒部材３０の下側の空間を空気がスムーズに流れるよう、平滑な第１内壁面２１を提供する。また、案内板２０は、後述するように第２内壁面４１側から照射され、触媒部材３０の開口を通過した光を反射することで、触媒部材３０の裏面側を活性化させる反射板としても機能する。

案内板２０により第１内壁面２１を画定することで、下部筐体１０の設計が容易となる。逆に、第１内壁面２１を用いずに平滑な第１内壁面２１を画定しようとすると、下部筐体１０の裏面、つまり空気清浄機１の底部の外側に下部筐体１０の強度を確保するためのリブ等を設けることが必要になるという不都合が生じる。

触媒部材３０は、空気流路４の内部に、第１内壁面２１及び第２内壁面４１と平行に、且つ第１内壁面２１及び第２内壁面４１との間にそれぞれ間隔を空けて配置される。触媒部材３０は、平板メッシュ状の担持体及び担持体の表面に担持される光触媒を有する触媒本体３１と、触媒本体３１を補強するフレーム３２とを有する構成とすることができる。

触媒本体３１は、全体としても、光が通過する多数の開口を有するメッシュ状である。なお、「メッシュ状」とは、多数の開口が平面的に形成されたシート状を意味し、線状の材料を縦横に組み合わせて形成される形状に限られない。触媒本体３１の開口率（光が通過する面積の割合）としては、例えば１５％以上５５％以下とすることができ、２０％以上５０％以下がより好ましい。これにより、第２内壁面４１側から発せられて触媒部材３０を透過した光が案内板２０によって反射されて触媒部材３０の下面側に照射されるので、触媒本体３１の光触媒作用がより活性化されて有機物等を分解する効果が向上する。

具体例として、担持体としては、金属箔をエッチングしてランダムな微細開口を形成したシート、ワイヤーメッシュ、樹脂成形メッシュ、パンチングメタル等を用いることができるが、光触媒を担持する能力、機械的特性及び経済性に優れるエキスパンドメタルが特に好適に用いられる。担持体をチタンにより形成し、その表面を酸化処理すれば、担持体と光触媒との密着性を向上することができる。また、担持体をアルミニウムによって形成すれば、比較的安価で加工性に優れた触媒本体３１を得ることができる。

光触媒としては、特に限定されないが、現時点で優れた光触媒作用を有する材料として知られるアナターゼ型酸化チタンを用いることができる。空気との接触面積を大きくするために、光触媒は、担持体の表面を覆う粒子状体又は粉状体であることが好ましい。このような光触媒は、焼結により担持体の表面に固定されてもよい。具体的には、担持体に光触媒の粒子を分散したスラリーを塗布したものを焼成することによって、担持体の表面に光触媒を固定した触媒本体３１を得ることができる。

フレーム３２は、例えば樹脂成形体によって構成することができる。フレーム３２は、触媒本体３１を挟み込むよう形成できる。フレーム３２は、触媒本体３１の外周部を保持する部分と、触媒本体３１を横断する部分とを有し得る。

触媒部材３０と第１内壁面２１との間隔の下限としては、空気をスムーズに流すために１ｍｍが好ましく２ｍｍがより好ましい。一方、触媒部材３０と第１内壁面２１との間隔の上限としては、空気を光触媒に効率よく接触させるために８ｍｍが好ましく５ｍｍがより好ましい。

触媒部材３０と第２内壁面４１との間隔の下限としては、触媒部材３０に均等に光を照射するために４ｍｍが好ましく６ｍｍがより好ましい。一方、触媒部材３０と第２内壁面４１との間隔上限としては、空気を光触媒に効率よく接触させるために１２ｍｍが好ましく１０ｍｍがより好ましい。また、触媒部材３０と第２内壁面４１との間隔は、触媒部材３０と第１内壁面２１との間隔よりも大きいことが好ましい。

中底４０は、空気流路４の第２内壁面４１を提供する天板部４２と、排気ファン６０を収容するファン収容部４３と、空気流路４の入口部に上側（第２内壁面４１側）から空気流路４の幅全体に亘って延びる第２整流板４４と、を有する。また、中底４０は、触媒部材３０を下部筐体１０の支持構造に押し付ける例えば突起、段差等の押圧構造を有する。このような複雑な形状を有する中底４０は、樹脂成形体によって形成することができる。

中底４０には、回路基板５０及び排気ファン６０が固定される。また、中底４０には、回路基板５０及び排気ファン６０に電力を供給する電源４５等、全ての電気的構成要素が配設される。このため、上側半体と下側半体との間にはで電気的接続のためのコネクタが必要ない。

天板部４２には、触媒本体３１に対向する領域に分散して、後述する回路基板５０から触媒部材３０を活性化する光を照射するための複数の投光開口４６が形成されている。投光開口４６は、光を広い範囲に照射できるよう、空気流路４に向かって拡大するよう形成されることが好ましい。

ファン収容部４３の天板部４２側の部分には、天板部４２に積層される回路基板５０の外側（上側）の空間と、排気ファン６０の吸込側の流路に連通する連通開口４７が形成されている（図２参照）。連通開口４７の断面積は、空気流路４の断面積に比して十分に小さく、回路基板５０の上側の空間から少量の空気が排気ファン６０によって吸い込まれる。連通開口４７に吸い込まれる空気の流れは、回路基板５０を冷却する効果をもたらす。本実施形態の連通開口４７は、スリット状であるが、特にその形状は限定されない。

第２整流板４４は、第１整流板１１と共に、空気流路４の入口部に、上流側から下流側を直視できないラビリンス構造を形成する。第１整流板１１及び第２整流板４４は、それぞれ流路の高さを小さくすることにより、流路断面積を局所的に第１内壁面２１と第２内壁面４１との間における流路断面積よりも小さくする。これにより、空気の吹き抜けを防止することができるので、空気流路４の全体に空気を供給し、空気の触媒部材３０への接触を促進できる。

回路基板５０は、天板部４２の上面に密着して配設され、複数の投光開口４６の上側を封止することで第２内壁面４１に複数の凹部を画定する。回路基板５０は、それぞれの投光開口４６の中に配置されるよう実装され、触媒部材３０を活性化する光を発する複数の光源５１を有する。光源５１は、投光開口４６の中、つまり第２内壁面４１の凹部の中に収容され、空気流路４側に突出しないよう配設される。光源５１としては、例えば紫外線発光ダイオードを用いることができる。

このように、それぞれ第２内壁面４１の凹部に収容される小さい複数の光源５１を分散して配設することによって、扁平で比較的容積が小さい空気流路４の中に比較的面積が大きい触媒部材３０を配置しても、触媒部材３０を全体的に活性化させられる。これにより、空気清浄機１の大型化を抑制しつつ、空気中の有機物等を分解して空気を清浄化できる。また、光源５１が第２内壁面４１から突出しないように凹部に収容して配設されることによって、空気流路４における空気の流れを阻害しないので、空気の触媒部材３０との効率的な接触を促進できる。

排気ファン６０は、中底４０のファン収容部４３に、天板部４２側に吸込流路となる空間を残して収容される。排気ファン６０としては、比較的静圧が大きい遠心ファンが好適に用いられる。

上部筐体７０は、下部筐体１０と着脱可能に組み合わされ、下部筐体１０と共に空気清浄機１の機能的構成要素を収容する筐体を構成する。上部筐体７０は、中底４０に接続され、回路基板５０等の電気的構成要素を覆う。このように、上側半体に電気的構成要素を収容することによって、ユーザが感電することを防止できる。また、上部筐体７０は、排気ファン６０から吐出される空気を排気口に案内する排気流路形成部７１を有する。このような上部筐体７０は、樹脂成形体によって形成することができる。

カバー８０は、上部筐体７０を覆い、意匠性を向上するための部材であり、機能的にはなくてもよい。カバー８０は、構造が簡素であるため、金属のプレス品等から形成することができ、空気清浄機１の質感を向上することができる。

中央化粧部材９０は、さらに意匠性を向上するために、空気清浄機１の中央の開口部を封止するよう装着でされる。特に、中央化粧部材９０は、省略してもよく、例えば時計の針を有する部材、照明装置等、異なる意匠及び付加機能を実現する部材と交換されてもよい。

以上の構成を有する空気清浄機１は、第１内壁面２１と第２内壁面４１との間に、扁平な流路断面を有し、厚み方向と垂直な面内で蛇行する空気流路４を画定し、この空気流路４の内部に、平板メッシュ状の触媒部材３０を配置し、第２内壁面４１に分散して配設される複数の光源５１が発する光によって触媒部材３０を活性化するので、空気流路４の容積に比して触媒部材３０の面積を大きくできる。このため、空気清浄機１は、小型で有機物分解能力が高い。

また、空気清浄機１は、小型で意匠性に優れるため、例えばコートハンガーのようなポール状の部材の頂部に取り付けたり、上下を入れ換えて天井から吊り下げたり、中心軸を水平にして壁に取り付けたりして使用することができる。この場合、上述のように中央化粧部材９０の選択によって空気清浄機１にさらなる意匠及び付加機能を付与できることが利点となる。

以上、本発明の一実施形態に係る空気清浄機について説明したが、本発明に係る空気清浄機の構成及びその効果は、上述したものに限定されない。例として、本発明に係る空気清浄機の形状は、ドーナツ型に限られず、例えば矩形状、三角形状等、任意の形状とすることができる。

１ 空気清浄機
２ 吸気口
３ 吹出口
４ 空気流路
１０ 下部筐体
１１ 第１整流板
１２ フィルタ部材
２０ 案内板
２１ 第１内壁面
３０ 触媒部材
３１ 触媒本体
３２ フレーム
４０ 中底
４１ 第２内壁面
４２ 天板部
４３ ファン収容部
４４ 第２整流板
４５ 電源
４６ 投光開口
４７ 連通開口
５０ 回路基板
５１ 光源
６０ 排気ファン
７０ 上部筐体
７１ 排気流路形成部
８０ カバー
９０ 中央化粧部材

上述の空気清浄機は、前記第２内壁面を形成し、電気的構成要素が配設される中底をさらに備え、前記筐体は、前記案内板が固定される下部筐体と、前記下部筐体と着脱可能に組み合わされ、前記中底が固定され、前記電気的構成要素を覆う上部筐体とを有してもよい。

Claims (7)

1. 対向する平面的な第１内壁面及び第２内壁面の間に画定され、前記第１内壁面及び前記第２内壁面の間隔が小さい扁平な流路断面を有し、前記第１内壁面及び前記第２内壁面と平行な面内で蛇行する空気流路と、
   平板メッシュ状の担持体及び前記担持体の表面に担持される光触媒を有し、前記空気流路の内部に前記第１内壁面及び前記第２内壁面と平行に配置される触媒部材と、
   前記第２内壁面に分散して配設され、前記触媒部材に前記光触媒を活性化する光を照射する複数の光源と、
   を備える、空気清浄機。
2. 前記空気流路の入口部にラビリンス構造を形成するよう、前記第１内壁面側から延びる第１整流板及び前記第２内壁面側から延びる第２整流板をさらに備える、請求項１に記載の空気清浄機。
3. 前記光源は、それぞれ前記第２内壁面に形成される凹部の中に収容される、請求項１又は２に記載の空気清浄機。
4. 前記空気流路から空気を吸い出す排気ファンを備え
   前記複数の光源は、前記凹部の底部を形成する回路基板に実装され、
   前記回路基板の外側の空間は、前記空気流路に比して断面積が小さい開口を通して前記排気ファンの吸込側の流路に連通する、請求項３に記載の空気清浄機。
5. 前記触媒部材を支持する支持構造を有する筐体と、
   前記筐体の内部に配置され、前記第１内壁面を形成する平滑な案内板と、
   をさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載の空気清浄機。
6. 前記第１内壁面を形成し、電気的構成要素が配設される中底をさらに備え、
   前記筐体は、前記案内板が固定される下部筐体と、前記下部筐体と着脱可能に組み合わされ、前記中底が固定され、前記電気的構成要素を覆う上部筐体と、を有する、請求項５に記載の空気清浄機。
7. 前記触媒部材と前記第１内壁面との間隔は、１ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、
   前記触媒部材と前記第２内壁面との間隔は、４ｍｍ以上１２ｍｍ以下であり、且つ前記触媒部材と前記第１内壁面との間隔よりも大きい、請求項１から６のいずれかに記載の空気清浄機。

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