JP2002095996A

JP2002095996A - 空気浄化装置

Info

Publication number: JP2002095996A
Application number: JP2000286664A
Authority: JP
Inventors: Akira Morikawa; 彰守川; Masahiko Fukuda; 正彦福田; Takuya Furuhashi; 拓也古橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2002-04-02
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: JP3632579B2

Abstract

(57)【要約】【課題】塵埃、臭気・有害ガス成分、浮遊微生物の
除去を同時に行い、コンパクトで、窒素酸化物の発生量
が少なく、電極や活性炭の寿命が長い空気浄化装置を提
供する。【解決手段】風路中に配設された導電性を有する触媒
フィルタと、この触媒フィルタの風上側に対向して設け
られ、触媒フィルタとの間に高電圧が印加された放電電
極と、この放電電極と触媒フィルタとの間に配置され、
強誘電体を構成要素とする繊維から形成された強誘電体
フィルタと、を備えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、空気や排ガス中
から塵埃、臭気・有害ガス成分、浮遊微生物などを除去
する空気浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に放電によって気体をプラズマ状
態にし、生成したラジカル種により臭気・有害ガス成分
を分解するガス除去方法が知られている。例えば特開平
２―５２０２１号公報には、一対の電極間に強誘電体か
らなる粒子を配置し、放電を発生させる方式の排ガス処
理装置が提案されている。図４は、この公報に開示され
ている従来の排ガス処理装置（空気浄化装置）の側断面
図である。図において１は円筒管、２は空気導入口、３
は空気排出口、４は風路、５、６は空気透過孔を有する
一対の銅製電極、７は区画壁、８は粒径約３ｍｍの球状
に加工されたチタン酸バリウム等からなる強誘電体粒子
を多数充填したガス処理層である。９は活性炭等の吸着
剤が充填された反応層であり、ガス処理層８と協働して
ガス除去フィルタとして作用する。１０は一対の銅製電
極５、６の間に５ｋＶ程度の高電圧を印加するためのパ
ルス発生手段もしくは交流電源である。

【０００３】このような構成において、銅製電極５、６
間に高電圧が印加された状態で臭気ガス成分を含む空気
がポンプ、ファン等の送風機によって円筒管１の空気導
入口２から円筒管１の風路４内に導入されると、強誘電
体粒子の周囲に生じる放電によって空気の一部がプラズ
マ状態となる。これにより周辺の水分子や酸素分子等が
解離され、化学的活性の高いラジカル種が生成される。
ラジカル種は極めて強い酸化力を有しており、これによ
って臭気ガス成分は構造の簡単な分子へと分解され、無
臭化される。また分解されずに残った臭気ガス成分は反
応層９に充填された吸着剤によって吸着除去され、円筒
管１の空気排出口３からは臭気ガス成分がほぼ完全に除
かれた清浄な空気が排出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の空気浄化装置は
以上のように構成されており、臭気・有害ガス成分の他
に塵埃やダストなどを含んだ空気を浄化しようとする
と、まず塵埃やダストを除く必要があり、風上側にＨＥ
ＰＡフィルタや電気集塵機などの除塵用のフィルタや装
置を配設する必要があった。このため装置全体が大きく
なり、コンパクトに構成することが困難であった。

【０００５】また、強誘電体粒子として、３ｍｍ程度の
ものを用いるが、粒子が大きいため、粒子間距離が大き
くなり、放電開始電圧が高くなっていた。この放電開始
電圧を下げるため、通常、誘電率の大きな強誘電体を用
いるようにするが、逆に窒素酸化物の発生量が増大して
放電電極の腐食が早まり、交換のサイクル（寿命）が短
くなっていた。

【０００６】また、吸着剤として使われる活性炭の表面
は、吸着された物質とラジカル種との反応を加速する触
媒能を有しているが、窒素酸化物中の二酸化窒素が、表
面に吸着されると、表面に吸着されている水分子と反応
し、反応部位に硝酸イオンを生成し、この部位から触媒
能を奪っていた。したがって窒素酸化物が増大すると、
活性炭表面から触媒能は次第に失われ、これによって活
性炭全体のラジカル反応が低下し、除去能力も低下して
いった。

【０００７】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、塵埃、臭気・有害ガス成分、浮遊
微生物の除去を同時に行い、コンパクトで、窒素酸化物
の発生量が少なく、したがって電極や活性炭の寿命が長
い空気浄化装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる空気浄化
装置は、風路中に配設された導電性を有する触媒フィル
タと、この触媒フィルタの風上側に対向して設けられ、
触媒フィルタとの間に高電圧が印加された放電電極と、
この放電電極と触媒フィルタとの間に配置され、強誘電
体を構成要素とする繊維から形成された強誘電体フィル
タと、を備えるようにしたものである。

【０００９】また、強誘電体フィルタは、強誘電体繊
維、もしくは表面に強誘電体粒子を添着した無機材料に
よる繊維から構成するようにしたものである。

【００１０】また、強誘電体の誘電率は、５０以上３０
００以下であるようにしたものである。

【００１１】また、放電電極もしくは触媒フィルタを活
性炭素繊維で構成するようにしたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】実施の形態１図１は、本発明の実施の形態１に係る空気浄化装置の側
断面図を示したものである。従来例と同一もしくは同一
相当部分には同じ符号を付して表し、説明を省略する。
異なる部分について説明する。図において、１１は風路
上、空気の流れと直交する方向に配され、空気が通るよ
うに構成された金属からなる放電電極、１２は放電電極
１１の下流側に、空気の流れと直交する方向に配され、
導電性と空気透過性を有し、ラジカル種との化学反応を
加速する触媒フィルタ、１３は放電電極１１と触媒フィ
ルタ１２の間に高電圧を印加するためのパルス発生手段
もしくは交流電源である。１４は線径１０μｍ程度のジ
ルコニウム等の強誘電体からなる繊維（以下、強誘電体
繊維と呼称）を厚みが１．５ｍｍ程度のフェルト状のシ
ートに加工し、これをプリーツ状に折り曲げ、全体とし
ての厚みが５ｍｍ程度となるように構成した強誘電体フ
ィルタである。また１５は送風機である。

【００１３】以上のように構成された空気浄化装置の動
作を、図１をもとに説明する。図において、塵埃、臭気
ガス成分、浮遊微生物を含む汚染空気は、後段に配され
た送風機１５によって吸引され、空気導入口２から放電
電極１１を通って、強誘電体フィルタ１４に導かれる。

【００１４】ここで放電電極１１と触媒フィルタ１２の
間には交流電源１３により高電圧が印加されており、強
誘電体フィルタ１４が設置された放電電極１１と触媒フ
ィルタ１２の間には強電界が生じている。この強電界に
より強誘電体フィルタ１４を構成している各強誘電体繊
維間に分極が起こり、放電が起こってイオンシャワーが
発生する。また、同時に周辺の空気の一部はプラズマ状
態となってラジカル種が生成される。

【００１５】これにより強誘電体フィルタ１４内を通過
する汚染空気に、イオンシャワーとラジカル種が混ざ
り、汚染物質にイオンが付着したり、汚染物質とラジカ
ル種の間で化学反応（酸化分解）が起こったりする。こ
の点について説明する。

【００１６】まず、塵埃は、イオンシャワーによってイ
オンが付着し、帯電される。帯電された塵埃は、クーロ
ン力により強誘電体繊維の表面に付着し、汚染空気中か
ら取り除かれる。繊維に付着した塵埃は、ラジカル種に
よって酸化され、やがて酸化しきれない残余が灰として
残る。

【００１７】また、臭気ガス成分は、ラジカル種によっ
て速やかに酸化され、簡単な分子へと分解され、無臭化
される。併せて、分解されずに残った臭気ガス成分は、
後段の触媒フィルタ１２に物理吸着され、飛来してくる
ラジカル種との化学反応によって酸化分解される。この
二段階の分解作用によって、臭気ガス成分はほとんど取
り除かれる。

【００１８】さらにまた、浮遊微生物は大きさがミクロ
ンオーダであり、塵埃同様、イオンシャワーによって帯
電され、クーロン力により強誘電体フィルタ１４に捕捉
される。捕捉された微生物は、ラジカル種の酸化作用に
より細胞壁が破壊され、殺菌される。殺菌の結果残った
芥雑物は、ラジカル種によって酸化され、やがて酸化し
きれない残余が強誘電体フィルタ１４に灰として残る。

【００１９】なお、塵埃や浮遊微生物が酸化された後に
残された灰は、除去能力を低下させるため、定期的な水
洗浄などで取り除く必要がある。

【００２０】このように放電によるイオンシャワーとラ
ジカル種によって汚染物質を捕捉、酸化分解することで
き、除塵、脱臭、殺菌の三つの機能を有す空気浄化装置
をコンパクトに構成することができる。また、触媒や活
性炭を単独で構成した装置で除去するよりも、除去能力
が大きく、長寿命の装置が期待できる。

【００２１】実施の形態２図２は本発明の実施の形態２に係る空気浄化装置の強誘
電体フィルタの要部拡大図を示したものである。基本構
成は実施の形態１と同じである。フィルタ基材が異なっ
ており、この点について説明する。図において１６は強
誘電体フィルタの基材であるガラス、セラミックス等の
無機材料からなる繊維、１７は無機材料からなる繊維１
６の表面に添着されたチタン酸バリウム等からなる強誘
電体粒子である。実施の形態１では放電は、強誘電体フ
ィルタ１４を構成する強誘電体繊維間で起こるのに対
し、本実施の形態では無機材料からなる繊維１６に添着
した強誘電体粒子１７間で起こる。

【００２２】ここで強誘電体の誘電率や添着量と、放電
開始電圧、窒素酸化物発生量の間に成り立つ関係につい
て実験結果を基に説明する。

【００２３】強誘電体としてチタン酸バリウムを取り上
げ、誘電率と放電開始電圧、窒素酸化物発生量の関係を
実験によって調べた。結果を図３に示す。図において横
軸は誘電率、縦軸はそれぞれ左が放電開始電圧、右が窒
素酸化物発生量を表している。ここで実験条件は、ダク
ト断面の大きさが１０ｃｍ×１０ｃｍ、フィルタ１２の
厚さが１０ｍｍ、強誘電体の目付け量が１平方ｍ当たり
１０ｇ、流速が秒速１ｍである。

【００２４】図から明らかなように、放電開始電圧は誘
電率が低くなると急増し、放電が起こりにくくなる。逆
に窒素酸化物の発生量は誘電率に略比例しながら増大す
る。このように放電開始電圧と窒素酸化物発生量は相反
する傾向を示しており、誘電率は放電開始電圧と窒素酸
化物発生量のトレードオフによって決まる。したがって
放電開始電圧を１０ｋＶ以下、窒素酸化物の発生量を１
ｐｐｍ以下に抑えるという基準を設けると、誘電率の範
囲として５０〜３０００が決まる。

【００２５】一方、図示していないが、添着量と放電開
始電圧、窒素酸化物発生量の関係についても同様な傾向
が認められた。即ち、誘電率が３０００のチタン酸バリ
ウムを用いた実験によると、添着量が１平方ｍ当たり２
ｇ以下では放電開始電圧は１０ｋＶ以上となり、１平方
ｍ当たり２０ｇ以上では窒素酸化物の発生量が急増して
１ｐｐｍを越える結果になった。このことから放電開始
電圧を１０ｋＶ以下に抑え、窒素酸化物の発生量を１ｐ
ｐｍ以下に抑えようとすると、１平方ｍ当たりの添着量
の範囲として２〜２０ｇが決まる。

【００２６】また、誘電率、もしくは添着量が上記範囲
内にある時、除去性能については差異は認められなかっ
た。

【００２７】また、放電によってイオンシャワーとラジ
カル種が生成し、これにより塵埃、臭気ガス、浮遊微生
物などの汚染質が除去される行程は実施の形態１と同じ
であるので省略する。

【００２８】以上説明したように無機材料からなる繊維
の表面にチタン酸バリウム等の強誘電体粒子を添着し、
誘電率、添着量を上記範囲から選ぶことにより除去性能
を損なうことなく、放電開始電圧と窒素酸化物発生量を
低減した空気浄化装置を得ることができる。また窒素酸
化物発生量が低減されたことにより、放電電極や活性炭
の寿命が延び、経済性が向上する。

【００２９】さらに、実施の形態１もしくは２におい
て、放電電極１１もしくは触媒フィルタ１２の基材に活
性炭素繊維を用いてもよい。活性炭素繊維は、活性炭と
同じようにラジカル種との反応を加速する触媒能をもつ
一方、導電性、吸着性の点では活性炭より格段に優れて
いる。このため、活性炭素繊維を基材として触媒フィル
タ１２を構成すると、後段の触媒フィルタ１２まで達し
た未分解の臭気ガス成分は、ほぼ完全に物理吸着され
る。吸着された臭気ガス成分は、飛来してくるラジカル
種によって簡単かつ無臭、無害な分子へと酸化分解され
る。これにより活性炭素繊維は再生され、次の臭気ガス
成分の吸着に備えることが出来る。このようにして臭気
ガス成分は完全に取り除かれる。

【００３０】また、放電電極１１に、活性炭素繊維を基
材として用いた場合、通常の放電電極として機能するの
みならず、臭気ガス成分の除去・分解を行う。即ち、臭
気ガス成分の一部は、放電電極１１を通過する際、活性
炭素繊維を基材とした放電電極１１に吸着される。吸着
された臭気ガス成分が、ラジカル種によって簡単かつ無
臭、無害な分子へと酸化分解され、活性炭素繊維が再生
される点は触媒フィルタ１２のケースと同じである。

【００３１】このように、吸着能力の極めて高い活性炭
素繊維を用いることにより、大気中に僅かしか含まれ
ず、除去するのが難しい毒性の強いガス成分、例えばダ
イオキシン類、ＰＡＨ（多環芳香族炭化水素Ｐｏｌｙ
ｃｙｃｌｉｃＡｒｏｍａｔｉｃＨｙｄｒｏｃａｒｂ
ｏｎｓの略）等を確実に捕捉することができる。またこ
のようにして捕捉された物質も、上記のように飛来して
くるラジカル種により酸化分解され、確実に無毒化され
る。

【００３２】さらにまた、実施の形態１もしくは２の構
成において放電電極１１の風上側に耐熱性を有する除塵
フィルタを設けてもよい。これはディーゼル排ガスなど
高温の汚染ガスの浄化を目的としたもので、放電電極１
１の風上側に配設された耐熱性の除塵フィルタは、プレ
フィルタとして機能する。したがって除塵フィルタは強
誘電体フィルタよりも目の粗いもの、具体的にはＪＩＳ
比色法５０％程度の中性能の除塵能力を有するものが選
ばれる。

【００３３】また、ディーゼルなどの排ガスは高温であ
るため、放電電極１１は耐熱性の金属とし、強誘電体フ
ィルタは耐熱性のセラミック繊維に触媒と強誘電体粒
子、もしくは触媒能を有す強誘電体粒子を添着した構成
となっている。さらにディーゼルなどの排ガスには窒素
酸化物が多量に含まれているので、強誘電体フィルタ１
４のセラミック繊維に添着する触媒、もしくは触媒能を
有す強誘電体粒子と、触媒フィルタには、還元性の触媒
能を有するものを用いる。

【００３４】ディーゼルエンジンなどの排ガス中には粉
塵、硫黄酸化物、窒素酸化物などが多量に含まれてい
る。この排ガスは、上記構成のもと、まず除塵フィルタ
によって大きい粒径の粉塵が除去され、放電電極１１を
通って強誘電体フィルタ１４に導かれる。ここで除塵フ
ィルタで除去されなかった小さな粒子は、イオンシャワ
ーによって帯電され、クーロン力によって繊維に付着す
る。また硫黄酸化物、臭気・有害ガス成分などはラジカ
ル種によって分解される。さらに窒素酸化物は強誘電体
フィルタ１４と触媒フィルタ１２を構成する還元性触媒
によって分解される。

【００３５】以上説明したように実施の形態１の構成に
おいて風上側に耐熱性を有す中性能の除塵フィルタを配
設し、耐熱性を有すフィルタ基材、還元性触媒と強誘電
体粒子、もしくは還元性の触媒能を有す強誘電体粒子を
用いることによりディーゼルなどの高温排ガスの浄化が
可能なコンパクトな空気浄化装置を得ることができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明に係わる空気浄化装置は、以上説
明したように構成されているので、以下に示す効果を奏
する。

【００３７】空気透過性を有す放電電極１１と、空気透
過性と導電性を有す触媒フィルタ１２の間に、強誘電体
繊維、もしくは強誘電体粒子を添着した無機材料からな
る繊維によって形成された強誘電体フィルタ１４を挿入
し、放電電極１１と触媒フィルタ１２の間に高電圧を印
加し、イオンシャワーとラジカル種を発生させるように
したので、塵埃、臭気・有害ガス成分、浮遊微生物な
ど、全てを除去できる長寿命かつコンパクトな空気浄化
装置が得られる。

【００３８】また、強誘電体フィルタ１４を、無機材料
からなる繊維で構成するようにしたのでフィルタ全体の
難燃性が向上し、安全性の高い空気浄化装置が得られ
る。

【００３９】また、強誘電体の誘電率を５０以上３００
０以下としたので塵埃、臭気・有害ガス成分、浮遊微生
物に対する除去性能を損なうことなく、放電開始電圧が
低く、窒素酸化物の発生量が低減された空気浄化装置が
得られる。また、窒素酸化物の発生量が低減されたこと
により放電電極１１や活性炭の寿命が延び、経済的な空
気浄化装置が得られる。

【００４０】また、放電電極１１もしくは触媒フィルタ
１２を活性炭素繊維で構成するようにしたので、大気中
に僅かしか含まれず、除去するのが難しい毒性の強いガ
ス成分を取り除くことができ、高いガス除去性能を有す
空気浄化装置が得られる。

【００４１】さらにまた、上流側から順に耐熱性を有す
る除塵フィルタ、放電電極、導電性を有す還元性触媒か
らなる触媒フィルタを配し、放電電極と触媒フィルタの
間に強誘電体を構成要素とし還元性の触媒能を有す繊維
から形成された強誘電体フィルタを挿入し、触媒フィル
タと放電電極の間に高電圧を印加するようにしたので、
高温排ガス中の粉塵、硫黄酸化物、窒素酸化物など、全
てを除去できる長寿命かつコンパクトな空気浄化装置が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る空気浄化装置の
側面断面図を示したものである。

【図２】本発明の実施の形態２に係る空気浄化装置の
強誘電体フィルタの要部拡大図を示したものである。

【図３】本発明の実施の形態２に係る誘電率と放電開
始電圧、窒素酸化物発生量との関係を示した図である。

【図４】従来の排ガス処理装置の側面断面図を示した
ものである。

【符号の説明】

１円筒管２空気導入口３空気排出口４風路５銅製電極６銅製電極７区画壁８ガス処理層９反応層１０交流電源１１放電電極１２触媒フィルタ１３交流電源１４強誘電体フィルタ１５送風機１６無機材料による繊維１７強誘電体粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０３Ｃ 3/02 Ｂ０３Ｃ 3/02 Ａ 3/09 3/09 3/12 3/12 3/155 3/28 3/28 3/60 3/60 3/14 ＢＣ (72)発明者古橋拓也東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 4C080 AA05 AA07 BB02 BB05 CC01 HH01 HH05 JJ05 KK02 KK08 LL10 MM01 QQ17 4D054 AA13 BA03 BA06 BB02 BC12 BC13 BC14 BC24 BC25 BC31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】風路中に配設された導電性を有する触媒
フィルタと、この触媒フィルタの風上側に対向して設け
られ、該触媒フィルタとの間に高電圧が印加された放電
電極と、この放電電極と前記触媒フィルタとの間に配置
され、強誘電体を構成要素とする繊維から形成された強
誘電体フィルタと、を備えたことを特徴とする空気浄化
装置。
【請求項２】前記強誘電体フィルタは、強誘電体繊
維、もしくは表面に強誘電体粒子を添着した無機材料か
らなる繊維によって構成されたことを特徴とする請求項
１記載の空気浄化装置。
【請求項３】前記強誘電体の誘電率は、５０以上３０
００以下であることを特徴とする請求項１もしくは２に
記載の空気浄化装置。
【請求項４】前記放電電極もしくは前記触媒フィルタ
が活性炭素繊維で構成されたことを特徴とする請求項
１、２、３のいずれかに記載の空気浄化装置。