CN1273198C - 净化方法及净化装置 - Google Patents

Abstract

通过在放电电极3和对置电极4间施加脉冲波形发生畸变的高电压使流光放电发生，对存在于放电区域5的空气等净化对象进行杀菌净化。通过采用脉冲波形发生畸变的高电压，能够高效发生流光放电。在流光放电的放电区域5内，通过高速飞散的电子等飞散粒子和电位差等，能够使微生物、恶臭成分和有害成分发生物理化学变化。因此，能够对快速通过放电区域5的空气等净化对象7进行杀菌和除臭，并可除去其中的有害物质。

Description

净化方法及净化装置

技术领域

本发明涉及利用流光放电对空气等净化对象进行杀菌净化的净化方法及净化装置。

背景技术

以往，众所周知的方法及装置是利用离子和臭氧等活性粒子，防止存在于食品·调味品等与饮食有关的物品和公共卫生方面因微生物而产生问题的物品表面、及装有这些物品的空间中的微生物的繁殖。

例如有一种方法是将空气等气体导入电离室，通过控制使其电离及臭氧化时的放电电流，产生包含规定的低浓度的臭氧和高浓度的离子的气体，在前述电离室或与其连通的空间内，或将前述电离室产生的气体吹向物品，通过这样利用臭氧和离子的相乘效果防止微生物的繁殖(例如，参考日本专利特开平9-108313号公报)。

此外，还有一种方法是在发生脉冲流光放电而对杀菌对象进行杀菌处理时，减小施加的高电压脉冲波形的半幅值，使电压波峰形成高且尖的波形，通过这样来提高杀菌效率(例如，参考日本专利特开2002-263170号公报)。

但是，利用臭氧和离子的相乘效果的前一种方法，由于是以存在于物品表面或收纳空间内的微生物为处理对象，所以存在的问题是，若用于气体以非常快的速度流通的设备，则效果不佳，大多数情况下气体中的微生物没有受到损害而顺利通过。

此外，利用脉冲流光放电的后一种杀菌方法中存在的问题是，由于仅利用电压波峰高且尖的形状的高电压脉冲波形，因而无法高效发生流光放电，不能够充分地杀菌。同样存在用于气体以非常快的速度流通的设备时效果不佳的问题。

本发明是为了解决上述问题而完成的发明，其目的是提供在空气等净化对象以非常快的速度通过的情况下也能够进行杀菌净化的净化方法及净化装置。

发明内容

为了达到上述目的，本发明的净化方法的特征是，通过在放电电极和对置电极间施加脉冲波形发生畸变的高电压使流光放电发生，对存在于放电区域内的净化对象进行杀菌净化。

本发明的净化装置的特征是具备放电电极及对置电极、以及在这些电极间施加使流光放电发生的脉冲波形畸变的高电压的高电压施加装置。

通过采用上述脉冲波形发生畸变的高电压，能够使流光放电充分进行。然后，利用该放电区域内高速飞散的电子、离子和游离基等飞散粒子和电位差等，使存在于放电区域的微生物、恶臭成分和有害成分高效进行物理化学变化，能够使微生物死亡或惰性化，同时脱臭和除去有害物质。这样，即使净化对象快速通过放电区域，也能够充分净化。另外，净化对象可以是气体、液体、固体中的任一种。

较好的是在放电区域的下游侧对通过放电区域的净化对象进行过滤。这样能够分离回收尘埃、死亡或惰性化的微生物，以及流光放电产生的臭氧等。

因此，在放电区域的下游侧设置对通过放电区域的净化对象进行过滤的过滤器。

此外，较好的是高电压施加装置将频率控制为在通过放电区域的净化对象的通过时间内施加至少1次脉冲波形发生畸变的高电压。这样包含在净化对象中的微生物、恶臭成分和有害物质能够与利用前述高电压脉冲发生的流光放电至少相遇1次，能够有效对净化对象进行净化。

此外，较好的是高电压施加装置的构成为以极小的脉冲宽度施加脉冲波形发生畸变的高电压。由于这样能够使电压瞬时上升，所以能够使更多的电子发生高速飞散，缩短电压施加时间，减少对人体有害的臭氧的产生，并抑制火花放电。

此外，较好的是高电压施加装置的构成为施加负的脉冲波形的高电压。这样能够生成负离子，在净化对象为空气等气体的情况下，能够以包含负离子的状态流出到装置外。

附图说明

图1为本发明的实施例之一的净化装置的截面图。图2为从另一方向表示图1的净化装置的截面图。图3为使用了图1的净化装置的空气调节器的截面图。图4为表示本发明的另一实施例的净化装置的结构的截面图。图5为本发明的净化装置中施加的例1的高电压的波形图。图6为本发明的净化装置中施加的例2的高电压的波形图。图7为本发明的净化装置中施加的例3的高电压的波形图。图8为本发明的净化装置中施加的例4的高电压的波形图。图9为本发明的净化装置中施加的例5的高电压的波形图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明进行具体说明。

图1及图2为本发明的实施例之一的净化装置的截面图。

净化单元1中，配置于空气等气体通路内的净化部2中配置了多段丝状放电电极3，平板状的对置电极4互相并排配置以夹住各段放电电极3，在放电电极3和对置电极4间形成了放电区域5，形成的多个放电区域5以隔着放电电极3和对置电极4的状态互相连接，占据比气流通过区域6大的范围。放电电极3除了可以是丝状以外，只要是金属针状、锯齿状等引起放电的电极都可使用，没有任何限制。7表示流入气流通过区域6的上游气流，8表示从气流通过区域6流出的下游气流。

高电压施加装置9的构成是具有与放电电极3连接的正电极9a和与对置电极4连接的负电极9b(或地线9b)，在放电电极3和对置电极4间施加可使流光放电发生的脉冲波形畸变的高电压。作为高电压施加装置9可使用下述电路等，例如在倍压电路中通过IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等开关手段，以高频电压形成所希望的脉冲波形，利用高压变压器使其升压。这里，使用的是提高高压变压器一次侧的投入电流而施加脉冲波形发生畸变的高电压的电路，但只要能够施加所希望的脉冲波形和频率的高电压，则对其无特别限定，也可采用直流电源及AC电源。

以下，对上述构成的作用进行说明。

利用高电压施加装置9在放电电极3和对置电极4间施加规定的高电压脉冲、即脉冲波形发生畸变的高电压，在放电区域5使流光放电(以下称为脉冲流光放电)发生。

脉冲流光放电的发生机理是从放电电极3发射的电子的前方引起中性分子的电离，电子象雪崩般地发射，它们又引起其后的新的电子雪崩，这样的电子雪崩接连不断地发生，合在一起以高速进行，放电电流的大部分是电子形成的。

此时，放电电极3和对置电极4之间的放电电极3的附近存在明显的电场集中，所以施加的高电压只要足够大，就会出现电子雪崩般的释放，产生大量的离子和光子。

另外，由于此时以丝状的放电电极3作为正电极，所以在放电电极3的附近大量的光子向所有方向发射，发射的光子被其附近的中性分子吸收，产生电离，大量产生朝向放电电极3的方向的电子雪崩，与此同时产生的正离子中形成等离子柱。

由于在该等离子柱的前端，朝向对置电极4(即与负电极或地线连接的电极)的正离子以高密度集中，除了藉此产生的电场集中之外，这些正离子的空间电荷和电子雪崩群的空间电荷间形成了特别强的电场，所以进一步促进了等离子柱的前端的发光。

由于在放电区域5引起上述脉冲流光放电，所以如果流入放电区域5的上游气流7中含有霉菌、细菌和病毒等微生物，则利用在放电区域5中高速飞散的大量飞散粒子(从放电电极2发射的电子、气体分子本身(中性分子)、来源于此的电子、正离子和游离基等)和电位差等，微生物的外壁等蛋白质被破坏，DNA和RNA被损伤，微生物死亡或惰性化。

此外，如果上游气流7中包含NH₃(氨)等恶臭成分和有害成分，则即使流入时处于稳定的能级，但接受了由放电区域5的飞散粒子和电位差等供给的能量，所以将引发分解反应。例如，NH₃在第一阶段被分解为N和H，这种状态由于不稳定，因此在第二阶段又转变为N₂(氮)和H₂(氢)，进一步变化为H₂O(水)等，实现无臭化和无害化。

因此，通过将该净化单元1例如安装在风力较大的空气调节器中，就能够使空气调节器具备杀菌、除臭和除去有害物质这样的净化性能。图3表示净化单元1用于分体式空气调节器时的情况。空气调节器A中，装有净化部2的室内机B和室外机C通过致冷剂管道D1和D2连接。E表示室内侧热交换器，F表示送风扇，J表示通过送风扇F的运转而产生的空气流的流向。

净化部2也可以不配置在气体流路内，净化部2内可封入气体。在放电区域5内也可配置作为净化对象的固体或水等液体。

如图4所示，最好在净化部2的放电区域5的下游侧设置过滤器10。这样能够分离回收尘埃、杀灭或惰性化的菌及脉冲流光放电产生的臭氧等，可提高净化效果。作为达到这一目的的过滤器10可使用例如活性碳过滤器和Mn系催化剂过滤器，但并不仅限于此。

应施加于放电电极3和对置电极4间的高电压是能够有效使脉冲流光放电发生的脉冲波形的高电压，可因两电极间的间隙的大小而不同，例如间隙约为10mm时必须在约7kV以上，约8mm时必须在约6kV以上，约5mm时必须在约4kV以上。

非常重要的是，此时的脉冲波形高电压为波形发生了畸变的高电压脉冲，即脉冲顶端存在多个波峰的高电压脉冲。对波峰的数目、波峰之间是等高还是有高低差等无特别限定。可伴有或不伴有未发生畸变的高电压脉冲。

为了实现切实的净化，通过放电区域5的气流速度和高电压的脉冲频率的关系也很重要，必须是高频，使得气流中的微生物、恶臭物质和有害物质(以下称为污染物质)在通过放电区域5的过程中必须至少有1次供给高电压脉冲，使脉冲流光放电发生。

例如，一般的空气调节器的情况下，由于通过室内机A的气流的速度约为1m/s，所以气流通过方向的放电区域5的宽度约为10mm时，气流中的污染物质以约10msec通过放电区域5。因此，通过施加约100Hz的高电压，能够使通过放电区域5的污染物质与脉冲流光放电至少相遇1次。

为了实现更切实的净化，只要施加上述频率约100Hz的数倍～数十倍左右，即数百～数千Hz这样的高频高电压即可。换言之，通过施加这样的高频高电压，即使在气流以非常快的速度通过放电区域5的情况下，也能够切实地净化气流中的污染物质。在作为净化对象的气体、液体、固体是静止的情况下，不需要这样的高频。

另外，此时通过使脉冲宽度为极小的脉冲宽度，能够使电压瞬时上升，这样就使放电区域5中有大量的电子高速飞散，还可缩短电压施加时间，减少对人体有害的臭氧的产生，并可抑制火花放电。虽然希望尽可能小的脉冲宽度，但如果在约1μsec以下，就能够获得良好的净化效果。

此外，通过施加负的脉冲波形的高电压，能够在放电区域5生成负离子，使包含了负离子的下游气流8流出，能够提供新鲜空气的气氛。

可使用的高电压的波形例子如图5～图9所示。

图5表示接近正弦波和振动波形的脉冲波形。在正负脉冲交替3组排列的1个循环的脉冲串内，振幅最大的正脉冲的脉冲顶端发生畸变。如放大图所示，畸变部分A中有第1波峰p1和高于其的第2波峰p2。该脉冲的脉冲宽度为极小脉冲宽度(μsec)。

图6表示正的脉冲波形，图7表示负的脉冲波形。两脉冲波形都是在3个正或负的脉冲排列的1个循环的脉冲串内，振幅最大的脉冲的脉冲顶端发生畸变。

图8表示正的脉冲波形，图9表示负的脉冲波形。两脉冲波形都是正或负的脉冲以一定周期重复，各脉冲的脉冲顶端发生畸变。

如上所述，本发明通过供给波形发生畸变的高电压脉冲，能够高效地发生冲流光放电，对于快速通过放电区域的净化对象，也能够有效地进行杀菌、除臭、除去有害物质等净化处理。

Claims (7)

1.净化方法，其特征在于，通过在放电电极3和对置电极4间施加脉冲顶端存在波峰的脉冲波形发生畸变的高电压使流光放电发生，对存在于放电区域5的净化对象进行杀菌净化。

2.如权利要求1所述的净化方法，其特征还在于，在放电区域5的下游侧对通过放电区域5的净化对象7进行过滤。

3.净化装置，其特征在于，具备放电电极3及对置电极4、以及在电极3和4间施加脉冲顶端存在波峰的使流光放电发生的脉冲波形畸变的高电压的高电压施加装置9。

4.如权利要求3所述的净化装置，其特征还在于，在放电区域5的下游侧具备对通过放电区域5的净化对象7进行过滤的过滤器10。

5.如权利要求3所述的净化装置，其特征还在于，高电压施加装置9将频率控制为施加至少1次脉冲波形发生畸变的高电压。

6.如权利要求3所述的净化装置，其特征还在于，高电压施加装置9的构成为以极小的脉冲宽度施加脉冲波形发生畸变的高电压。

7.如权利要求3所述的净化装置，其特征还在于，高电压施加装置9的构成为施加负的脉冲波形的高电压。

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