JPH08131748A

JPH08131748A - 空気清浄方法およびその装置

Info

Publication number: JPH08131748A
Application number: JP28059894A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Suzuki; 義信鈴木; Noriaki Kishi; 典明岸
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-11-15
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 1996-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】核粒子や粉塵を帯電させることなく、効率よ
く粉塵を除塵できる方法およびそのための空気清浄装置
の提供。【構成】空気清浄装置１は、備蓄容器１０に備蓄され
た、固体からなる核粒子２と、噴出部３と、集塵部４と
回収部５とダクト１６とからなる。固体からなる核粒子
２を、粉塵を含んだ気流の存在するダクト１６中に、噴
出ノズル７により噴出する。ダクト１６中で核粒子２と
粉塵とは衝突する。この際、核粒子２の粒径が大きくな
るにつれて、核粒子２の個数濃度が低くなように、適度
な核粒子２の粒径と個数濃度を設定することにより、固
体である核粒子２と粉塵とを帯電させることなく、粉塵
を核粒子２に付着させることができる。核粒子２の粒径
は、それ自身のみであっても、フィルタ８に捕集され得
る大きさであるので、粉塵は核粒子２とともにフィルタ
８に捕集され、除塵される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気清浄方法およびそ
の装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気清浄方法およびその装置に関
するものとしては、例えば特開昭６１−２１７５１号公
報が開示されている。前記特開昭６１−２１７５１号公
報では、静電気を帯びた粒子を荷電した粉塵に投入し、
電気的に粉塵を粒子に付着させた後、フィルターによっ
て粉塵を捕集し、除塵するという方法が開示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭６１−２１７５１号公報にあるような方法を用いた
空気清浄装置の場合、粒子を帯電させる装置および粉塵
を荷電する装置が必要であり、コストが高くなるといっ
た問題が生じる。また、フィルターによって捕集した粉
塵が付着した粒子は静電気を帯びているので、粉塵が付
着した粒子をフィルターから回収し、これを洗浄するこ
とは困難であり、粉塵が付着した粒子の回収、洗浄を行
うためには大がかりな装置が必要となる。

【０００４】ところで、「基礎エアロゾル工学」（高橋
幹二著養賢堂）に記されているように、流体である気
体の状態が乱流である場合、流体中の粒子は、二つの機
構によって衝突し、凝集する。一つは媒質である気体の
速度勾配によるものであり、他の一つは粒子の大きさや
密度によって異なる粒子間の相対速度によるものであ
る。この時、粒子の粒子半径をａ（cm）、粒子個数濃度
をｎ (個／cm³) 、緩和時間をτ(sec) とし、粒子密度
をρ_P( ｇ／cm³) 、流体密度をρ (ｇ／cm³)、流体
粘度をμ (ｇ／cm・sec)、流体の動粘度をν (cm²／se
c)、乱流エネルギー消散をε (cm²／sec³) とすると、
粒子の衝突回数Ｎは数式１によって求められる。

【０００５】

【数１】

【０００６】粒子は衝突すると、凝集により他の粒子に
付着するので、衝突が起こるたびに粒子数は減少する。
つまり、衝突回数が大きいと、粒子数の減少量は大き
い。ところで、数式１より粒子の粒子半径ａが一定であ
れば、粒子個数濃度ｎを大きくすれば、衝突回数Ｎは大
きくなり、粒子数の減少量を増大させることができる。
一方、粒子半径ａは粒子個数濃度ｎに反比例する。した
がって、粒子半径ａを大きくすれば、低い粒子個数濃度
ｎでも衝突回数Ｎは同じとなる。

【０００７】そこで、発明者らは上記の点に注目し、以
下のことを見出した。空気清浄装置において、粉塵を含
むエアロゾルの状態を乱流となるような状態に設定し、
除塵するために固体の核粒子をエアロゾル中に投入する
場合、粉塵と核粒子との衝突回数は数式２によって求め
られる。

【０００８】

【数２】

【０００９】ただし、核粒子の粒子半径をａ_c（cm）、
粒子個数濃度をｎ_c (個／cm³) 、緩和時間をτ_c(se
c) とし、粉塵の粒子半径をａ_d（cm），粒子個数濃度
をｎ_d(個／cm³) 、緩和時間をτ_d(sec) とし、粒子密
度をρ_P( ｇ／cm³) 、流体密度をρ (ｇ／cm³) 、流
体粘度をμ (ｇ／cm・sec)、流体の動粘度をν (cm²／s
ec)、乱流エネルギー消散をε (cm²／sec³) 、粉塵と
核粒子との衝突回数をＮ_cdとする。粉塵の粒子が核粒
子に衝突すると、凝集により核粒子に付着する。したが
って、衝突が起こるたびに流体中に含まれる粒子全体の
粒子数は減少する。ただし、粉塵が付着した核粒子を核
粒子とみなすとすると、核粒子数は変化せず、粒子全体
の粒子数の減少は粉塵の粒子数の減少であると考えるこ
とができる。つまり、衝突回数が多いと、粉塵の粒子数
の減少量は大きく、除塵効率も大きい。ところで、数式
２より、核粒子の粒子半径ａ_cが一定であれば、粒子個
数濃度ｎ_cを大きくすれば、衝突回数Ｎ_cdは大きくなる
ので、粉塵の粒子数の減少量を増大させることができ
る。

【００１０】一方、数式２において、核粒子粒子半径ａ
_cと粒子個数濃度をｎ_cとは反比例する。したがって、
粒子半径ａ_cが大きい核粒子を用いれば、低い粒子個数
濃度であっても同じ衝突回数とすることができる。した
がって、エアロゾル中に加える核粒子の粒径にあわせ
て、粒子個数濃度を適度に調整することにより除塵効果
を得ることができる。

【００１１】このように核粒子の粒径に応じた個数濃度
で核粒子をエアロゾル中に投入すれば、核粒子や粉塵に
帯電させることなく、粉塵を核粒子に付着させることが
できる。その結果、粉塵を集塵部により捕集しやすくす
ることができる。本発明は、上記の点に鑑みてなされた
もので、核粒子や粉塵を帯電させることなく、粉塵を効
率よく除塵できる方法、およびそのための空気清浄装置
の提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１は、粉塵を含んだエアロゾルの状態を乱流
にするとともに、前記エアロゾル中に、固体からなる核
粒子を投入し、前記エアロゾル中において前記粉塵と前
記核粒子とを衝突させて、前記粉塵を前記核粒子に付着
させる空気清浄方法であって、前記核粒子の粒径が大き
くなるにつれて、該核粒子の個数濃度を低くするように
前記核粒子を投入するという技術的手段を採用するもの
である。

【００１３】さらに請求項２では、請求項１において前
記粉塵が付着した前記核粒子を回収するという技術的手
段を採用するものである。さらに請求項３では、粉塵を
含んだエアロゾルが存在する空間部と、固体からなる核
粒子を備蓄する備蓄容器と、前記粉塵を含んだ前記エア
ロゾルの状態を乱流とせしめる送風装置と、前記空間部
内において、前記送風装置の下流に配置され、前記備蓄
容器に備蓄された前記核粒子を前記エアロゾル中に投入
させる噴出部とから構成されるという技術的手段を採用
するものである。

【００１４】さらに請求項４では、請求項３において、
前記空間部内において、前記噴出部の下流に配置され
た、前記粉塵が付着した核粒子を捕集する集塵部と、前
記集塵部に捕集された前記核粒子を集塵部から除去する
除去手段を有する回収部とを有するという技術的手段を
採用するものである。さらに請求項５では、請求項４に
おいて、前記除去手段が、前記集塵部から前記核粒子を
吸入する吸入部からなるという技術的手段を採用するも
のである。

【００１５】

【作用及び発明の効果】請求項１に示したように、粉塵
を含んだエアロゾルの状態を乱流とし、そのエアロゾル
中に、固体からなる核粒子を投入することによって、核
粒子と粉塵とは衝突する。この際、核粒子の粒径が大き
くなるにつれて、核粒子の個数濃度が低くなるように、
適度な核粒子の粒径と個数濃度を設定することにより、
固体である核粒子と粉塵とを帯電させることなく、粉塵
を核粒子に付着させることができるので、粉塵を除去で
きるような状態とすることができる。また、核粒子とし
て液体からなる粒子を用いる場合、細菌やかびなどが空
気清浄装置内に繁殖しやすく、臭いが生じやすい。しか
し、本発明では、核粒子が固体であることから、上記の
ような問題点は生じない。

【００１６】さらに、請求項２では、請求項１と同様の
作用と効果が得られるとともに、粉塵が付着した核粒子
を回収することにより、再利用することができる。請求
項３では、請求項１と同様の作用と効果が得られる。請
求項４では、請求項３と同様の作用と効果が得られると
ともに、粉塵が付着した核粒子を捕集するための集塵部
が設けられているため、粉塵が付着した核粒子を確実に
捕集でき、粉塵が付着した核粒子が再飛散することを防
止できる。また、粉塵が付着した核粒子を回収すること
によって、再利用することが可能となる。

【００１７】請求項５では、請求項４と同様の作用と効
果が得られるとともに、容易に粉塵が付着した核粒子を
回収することができる。

【００１８】

【実施例】以下本発明を図に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。〔実施例１〕図１は本発明の一実施例である、車両用空
調装置に本発明を適用した場合の構成を示す模式的な図
である。空気清浄装置１は、車両用空調装置内におい
て、送風送風ブロア２０と熱交換機２１との間に設置さ
れる。

【００１９】空気清浄装置１は、粉塵を含んだエアロゾ
ルが存在する空間部であるダクト１６、セラミックから
なる核粒子２を備蓄する備蓄容器１０と、ダクト１６に
存在する、粉塵を含んだエアロゾル中に投入するための
噴出部３、粉塵が付着した核粒子２を捕集する集塵部
４、集塵部４によって捕集された核粒子２を除去し、回
収する回収部５と、送風装置である送風ブロア２０とか
らなる。なお、送風ブロア２０は、空気清浄装置１の一
部であり、かつ車両用空調装置の一部でもある。

【００２０】噴出部３は、噴射ポンプ６と多数の噴出口
７ａが設けられた噴出ノズル７とからなる。なお、噴出
ポンプ６と噴出ノズル７とは接続されている。集塵部４
として、充填率０．１、フィルタ厚１mm、繊維径４２．
５μｍのフィルタ８を用いた。図３に示したようにフィ
ルタ８は外枠８ａにはめられており、外枠８ａの一方の
側にはラック８ｂが設けられており、ラック８ｂと対向
する側には、フィルタ８が配置された面に凸部を有する
レール８ｃが設けられている。

【００２１】ところで、核粒子２の粒径はフィルタ８に
捕集され得る大きさである必要がある。上記に示した特
性をもつフィルタ８の場合、図２に示したように、粒径
が１μｍ以上であれば、優れた除塵効果を示す。したが
って、核粒子２として、粒径が１μｍ以上のものが望ま
しい。回収部５は、フィルタ８によって捕集された核粒
子２を吸い込むことにより、捕集された核粒子２をフィ
ルタ８から除去し回収する吸入部９と、フィルタ８の通
気抵抗を検知する装置である差圧計１１とからなる。な
お、吸入部９は、連結手段であるパイプ１２を介して備
蓄容器１０と接続されている。吸入部９はパイプ状の胴
部１３と、吸入ポンプ１４と、上下に移動可能な伸縮自
在なダクト１５とからなる。ダクト１５は胴部１３に連
通しており、ダクト１５を介して吸入ポンプ１４と胴部
１３は接続されている。胴部１３の一端にはレール８ｃ
とかみ合うように溝１３ｃが形成されている。一方、他
端にはモータ１３ａとモータ１３ａに取りつけられたピ
ニオンギア１３ｂが設けられている。また、胴部１３の
中間部には吸入口（図示なし）が設けられており、吸入
口（図示なし）はフィルタ８の、核粒子２が付着する側
の面に接している。なお、ピニオンギア１３ｂはフィル
タ８の外枠８ａに設けられたラック８ｂと噛み合うよう
になっており、モータ１３ａの回転とダクト１５が伸縮
することによって、吸込口（図示なし）はフィルタ８を
上下に移動するようになっている。

【００２２】上記構成からなる空気清浄装置１を車両用
空調装置に取り付けた状態を図１に示した。粉塵を含ん
だエアロゾルが存在する空間部であるダクト１６は、空
気採取口１７を介して外気と、および通風口１８を介し
て室内と連通している。ダクト１６の空気採取口１７側
に噴射ノズル７を設置する。また、室内側に噴射ノズル
７から所定の距離だけ離れた位置に集塵部４であるフィ
ルタ８を設置する。フィルタ８の、核粒子２が付着する
側の面に、吸入部９の吸入口（図示なし）が接するよう
に吸入部９を配置する。吸入部９に接続された伸縮自在
なダクト１５は、ダクト１６を貫通するように配置され
る。さらに、核粒子２を備蓄した備蓄容器１０は吸入ポ
ンプ１４を介してダクト１５と連通しており、ダクト１
６の外部に配置される。なお、備蓄容器１０はパイプ１
２を介して噴射ポンプ６に接続されている。このように
噴出部３、集塵部４、回収部５とを配置することによっ
て、核粒子２は、噴出部３、ダクト１６、集塵部４、回
収部５、備蓄容器１０によって形成されるループの中を
移動する。なお、車両用空調装置において、空気の流れ
は図１中の矢印Ａであり、ダクト１６中で核粒子２は矢
印Ａの方向へ移動する。

【００２３】なお、図１中の、１９は内外気切替え用ダ
ンパ、２０は送風ブロア、２１は熱交換機、２２はエア
ミックスダンパ、２３はヒータコア、２４は膨張弁、２
５は空気清浄装置１を制御するＣＰＵである。続いて本
実施例の作動について説明する。備蓄容器１０に蓄えら
れた核粒子２は噴射ポンプ６によって噴出ノズル７に送
られ、噴出口７ａからダクト１６にまんべんなく噴出さ
れる。一方、送風ブロア２０を作動させると、空気採取
口１７から、タバコの煙などの粉塵を含んだ空気がダク
ト１６に侵入する。

【００２４】粉塵と噴出ノズル７から噴出された核粒子
２は、送風ブロア２０から得られる気流により、ダクト
１６の中を図１中矢印Ａ方向へと移動する。この際、ダ
クト中の気流は乱流であり、ダクト１６の中を移動する
間に核粒子２と粉塵とは、数式２によって示される回数
だけ互いに衝突を繰り返し、凝集によって粉塵は核粒子
２に付着する。核粒子２の粒径はそれ自身のみでもフィ
ルタ８により回収され得る大きさであるので、粉塵は核
粒子２とともに、フィルタ８によって捕集される。

【００２５】数式２において、核粒子２の粒径は一定で
あるので、核粒子２の粒子個数濃度を増大させれば、核
粒子２と粉塵の粒子との衝突回数を増やすことができ
る。衝突回数が増えると、粉塵が核粒子２に付着するこ
とにより除塵される粉塵の量は増加する。ところで、数
式２において、核粒子２の粒径と核粒子２の個数濃度は
反比例の関係にあるので、核粒子２の粒径を大きくすれ
ば、核粒子２の粒子個数濃度は低くても、エアロゾル中
の粉塵は充分に除塵される。

【００２６】以下、本発明において、粒径０．３μｍ、
初期粒子個数濃度が９．４６×１０ ⁵個／cm³の粉塵
を、風速２００cm／sec で直径２０cm、長さ５０cmの円
形ダクトに流した場合に、粒径が１μｍおよび２μｍの
核粒子を、それぞれ表１および表２に示した粒子個数濃
度で加えた際の除塵効率について、表１および表２に示
した。また、同様の条件下において、粉塵の粒子個数濃
度が初期粒子個数濃度の１／１０となる、つまり粉塵の
９０％が凝集によって核粒子に付着するのに必要な核粒
子の個数濃度について、表３に示した。なお、粒子個数
濃度は光散乱式の粉塵計で測定した。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】表１、２に示したように、核粒子２の粒子個数濃度が大
きくなるにつれて、除塵される粉塵の量が増大し、その
結果、除塵効率は上昇する。

【００３０】また、表３に示したように，核粒子２の粒
径が大きくなるにつれて、粉塵の９０％を除塵するため
に必要な核粒子２の粒子個数濃度は低くなる。したがっ
て、核粒子２の粒径が大きいほど必要な核粒子の量は少
なくてもよい。しかし、核粒子２の粒径が大きすぎる
と、核粒子２が気流にうまくのることができず、理想的
な凝集が起こりにくいので、核粒子２の粒径は１００μ
ｍ以下が望ましい。

【００３１】ところで、フィルタ８の通気抵抗は差圧計
１１によって測定される。フィルタ８の通気抵抗があら
かじめ設定した閾値を超えたり、備蓄容器１０内の核粒
子２の量が一定量以下となった場合、吸入ポンプ１４に
よりフィルタ８に付着した核粒子２は吸入口（図示な
し）から吸入され、ダクト１５を介して備蓄容器１０に
回収され、蓄えられる。なお、以上に示した核粒子２の
回収、供給はＣＰＵ２５によって制御される。

【００３２】以上のように、固体からなる核粒子２を、
その粒径に応じた適度な個数濃度で粉塵に加えること
で、核粒子２や粉塵に荷電させることなく、核粒子２と
粉塵を凝集させることができる。そのため、核粒子２や
粉塵に荷電させるための装置を必要とせず、簡潔な構造
の空気清浄装置１とすることができる。また、それとと
もにコストを低くすることができる。

【００３３】さらに、核粒子２や粉塵に荷電させること
なく、核粒子２と粉塵を凝集させることができるので、
容易にフィルタ８から回収することができる。また、核
粒子２として液体の粒子を用いると、細菌やかびなどが
空気清浄装置内に繁殖しやすく、臭いが生じやすい。ま
た、そのため、なんらかの除湿手段を必要とする。しか
し、本発明では核粒子２として固体の粒子を用いること
から、上記のような問題点は発生しない。また、本発明
では核粒子２として固体の粒子を用いることから、より
容易にフィルタ８から粒子を回収しやすい。

【００３４】〔実施例２〕次に、フィルタに振動を加え
ることにより、核粒子をフィルタから除去する回収部を
有する実施例について示す。図４は実施例２の回収部の
一部の模式図である。回収部５は、振動部材である振動
子２６と、切替え部材であるふたつのダンパ２７、２８
と回収管２９と、差圧計１１とからなる。回収管２９が
配置されるダクト１６の下面には取込口３０が開口して
いる。取込口３０のへりの、空気の流れの下流側には壁
面３１がダクト１６の気流を一部遮るように配置され
る。なお、この壁面３１の最上部にはフィルタ８が取り
付けられている。この際、フィルタ８はダクト１６の通
風方向と平行に配置する。また、フィルタ８の側面には
振動子２６が設けられ、ＣＰＵ２５により制御されてい
る。

【００３５】ダンパ２７はダクト１６の上面に、ダンパ
２８はダクト１６の下面にそれぞれ設けられている。た
だし、ダンパ２７、ダンパ２８とも、ダクト１６の気流
を遮るような状態となる場合には、フィルタ８の、壁面
３１と対向する側に、ダンパ２７、２８の端部が接続す
るような位置に配置する。なお、空気採取口１７には、
図示しないが、除塵用のフィルタが設けられている。こ
のフィルタは、空調時と核粒子２の回収時には、その状
態が切り替わるようになっており、核粒子２の回収時の
み作動し、ダクト１６中に清浄な空気を採取できるよう
になっている。

【００３６】なお、その他の構成については、実施例１
と同様であるので説明を省略する。次に本実施例の作動
について説明する。図４（ａ）には、空調時のダンパ２
７、２８の状態を、また図４（ｂ）には、核粒子２の回
収時のダンパ２７、２８の状態を示した。空調時にはダ
ンパ２７は、ダクト１６の気流を遮るような状態になっ
ている。一方、ダンパ２８はダクト１６の通風方向と平
行に配置され、取込口３０を塞ぐような状態になってい
る。そのため、ダクト１６中の気流は図中矢印Ｂの方向
となり、粉塵が付着した核粒子２はフィルタ８により捕
集される。

【００３７】核粒子２の回収時にはダンパ２７は、ダク
ト１６の気流を遮らないような状態に切り換える。一
方、ダンパ２８は、ダクト１６の気流を遮るような状態
になっており、取込口３０は開口している。そのため、
ダクト１６中の気流は図中矢印Ｃの方向となるととも
に、振動子２６が振動することによって、フィルタ８に
捕集された粉塵が付着した核粒子２はフィルタ８から振
るい落とされ、取込口３０を経て回収管２９へ回収され
る。

【００３８】このように、ダクト１６中に設けた二つの
ダンパ２７、２８の状態を切り換えることによって、フ
ィルタ８に対するダクト１６中の気流の向きが変わると
ともに、回収時に振動子２６を振動させることで、フィ
ルタ８に捕集された粉塵が付着した核粒子２を効率良く
回収することができる。なお、本実施例では、核粒子の
材質をセラミックとしたが、ポリプロピレンやガラスな
どを用いてもよく、その材質は特に限定されない。

【００３９】また、本実施例では、車両用空調装置に適
用した場合について示したが、家電用のエアコンや、精
密機械や薬品、食品などの製造工程などに使用される清
浄室などにも適用することが可能であり、本発明の用途
をこれに限定するものではない。また、本実施例では空
気清浄装置１を空調装置に組み込んで配置したが、図５
に示したように、空気清浄装置１を空調装置の前段階に
配置してもよい。すなわち、空気清浄装置１を配置する
位置はこれに限定するものではない。

【００４０】なお、実施例１では、吸入部を、伸縮自在
なダクトとしたが、図６に示したようにダクト１５の一
端に吸入口１３を取り付け、該ダクト１５の一端を中心
として、吸入口１３が回転するような構造としてもよ
い。ただし、この場合、フィルタ８は円形であると効率
良くフィルタ８に捕集された核粒子を回収することがで
きる。このように、フィルタの形状および吸入部の形態
は、様々な変形が可能であり、以上に示したものに限定
されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示す模式図である。

【図２】フィルタ８を空気清浄装置１に用いた場合の、
核粒子２の粒径と除塵効率との関係を示す図である。

【図３】集塵部４および吸入部９を示す斜視図である。

【図４】実施例２を示す模式図である。

【図５】その他の実施例を示す模式図である。

【図６】その他の実施例を示す模式図である。

【符号の説明】

１空気清浄装置２核粒子３噴出部４集塵部５回収部９吸入部１０備蓄容器１２連結手段であるパイプ１６粉塵を含んだエアロゾルが存在する空間部である
ダクト２０送風装置である送風ブロア２６振動部材である振動子２７切替え部材であるダンパ２８切替え部材であるダンパ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉塵を含んだエアロゾルの状態を乱流にす
るとともに、前記エアロゾル中に、固体からなる核粒子
を投入し、前記エアロゾル中において前記粉塵と前記核
粒子とを衝突させて、前記粉塵を前記核粒子に付着させ
る空気清浄方法であって、前記核粒子の粒径が大きくな
るにつれて、該核粒子の個数濃度を低くするように前記
核粒子を投入することを特徴とする空気清浄方法。
【請求項２】前記粉塵が付着した前記核粒子を回収する
ことを特徴とする請求項１記載の空気浄化方法。
【請求項３】粉塵を含んだエアロゾルが存在する空間部
と、固体からなる核粒子を備蓄する備蓄容器と、前記粉
塵を含んだ前記エアロゾルの状態を乱流とせしめる送風
装置と、前記空間部内において、前記送風装置の下流に
配置され、前記備蓄容器に備蓄された前記核粒子を前記
エアロゾル中に投入させる噴出部とから構成されること
を特徴とする空気清浄装置。
【請求項４】前記空間部内において、前記噴出部の下流
に配置された、前記粉塵が付着した核粒子を捕集する集
塵部と、前記集塵部に捕集された前記核粒子を集塵部か
ら除去する回収部とを有することを特徴とする請求項３
記載の空気清浄装置。
【請求項５】前記除去手段が、前記集塵部から前記核粒
子を吸入する吸入部からなることを特徴とする請求項４
記載の空気清浄装置。