JP2003260329A - ラジカル生成装置、物質除去装置及び空気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有害物質の分解過程に生成される有害な中間
物質の発生を防止するために十分な濃度のラジカルを発
生させ、空気中の物質を分解する際に、有害な中間物質
を生成することなく分解する。 【解決手段】 電源と、誘電体枠と、前記誘電体枠を挟
んで対抗し且つ前記電源と接続された外電極及び内電極
と、前記誘電体枠と内電極の間に設けられる誘電体粒と
を備え、前記電源により、外電極と内電極との間に電位
差を加えることにより、ラジカルを生成するラジカル生
成装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的濃度の高い
ラジカルを発生するラジカル生成装置、そのラジカルを
用いて物質を分解する物質分解装置、及び物質分解装置
を用いた空気浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、住環境の高密度化に伴い、人体に
有害な空気中の有害物質の除去が注目されている。例え
ば、車両から流出する排気ガスは窒素酸化物等の有害物
質を含有しており、国道沿いのような車両の通行量が多
いところでは、家屋の内部まで有害物質が侵入し、それ
を吸い込んだ居住者がアレルギー症状を訴えるようなこ
とも見うけられる。また、新築住宅に見られるハウスシ
ック症候群は、壁紙などの接着用の接着剤などから室内
に放出されるホルムアルデヒドが一因であるとも云われ
ている。

【０００３】このような状況において、室内空気の状態
を清浄化する手段として、空気清浄機がある。この空気
清浄機は、通常高性能のフィルタを備えており、吸引し
た空気をフィルタによって濾過し、例えばホコリ、ダ
ニ、タバコのヤニ等を除去する機能を備えているが、フ
ィルタの目詰まりがあるため、長期間使用する際には交
換する等のメンテナンスが必要であった。また、当該フ
ィルタは一般的に有害な化学物質の除去効果は無く、こ
れらを除去するには他の方法を用いる必要があった。

【０００４】これに対して有害な化学物質の除去或は分
解する手段として、光触媒を用いた分解技術が広く知ら
れているが、この光触媒は分解速度が遅いため、触媒に
接触している時間を相当長くしないと十分な分解効果が
得られない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような状況を鑑
みると、有害な化学物質が分解ができ、なお且つフィル
タのメンテナンスが不用な、空気の浄化装置の開発が望
まれることになるが、有害物質を短時間で分解する方法
の一つとして、ラジカルの利用が挙げられる。

【０００６】ラジカルは、非常に強力な酸化力を備えて
いるため、豊富にラジカルが存在する空間を作成し、有
害な化学物質を含む空気を前記空間に導くと、ラジカル
酸化力によって、空気中の有害な化学物質は酸化分解さ
れる。

【０００７】ここで、有害な化学物質を酸化する場合
は、反応速度が速いことが望ましい。もし、反応速度が
遅いと中間生成物が生成されることがあり、この中間生
成物が元の物質以上に強力な毒性を示す場合がある。こ
の場合の例としては、塩素系の物質が反応したときに発
生するダイオキシンがある。

【０００８】しかし、ラジカルにより化学物質を分解す
れば、その反応速度の速さから中間生成物が生成される
ことがないため、有害な中間生成物が発生せず非常に好
適である。

【０００９】かかるラジカルの酸化反応を利用して処理
ガスの酸化を行う例としては、特開平４−１３５６１５
号公報に記載の技術があり、被処理ガス中に含まれる臭
気成分などの化学物質の酸化分解・殺菌をラジカルによ
り行う旨の記載がある。

【００１０】上記公報の記載には、減圧雰囲気において
高電圧を加えて無声放電させ、そこに水蒸気を導入する
構成が記載されているが、その発生濃度については十分
考慮されておらず、上記の公報に記載の装置によって
は、中間物質の生成を十分に低減させるのに必要十分な
ラジカルの濃度を提供することは不可能である。

【００１１】そこで、本発明は、有害物質の分解過程に
生成される有害な中間物質の発生を防止するために十分
な濃度のラジカルを発生可能なラジカル生成装置を提供
することを目的の一つとしている。

【００１２】また、有害な中間物質の発生を防止した物
質分解装置を提供すること、及び、該物質分解装置を用
いた空気浄化装置を提供することを他の目的としてい
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、電源と、誘電体枠と、前記誘電体枠を挟
んで対抗し且つ前記電源と接続された外電極及び内電極
と、前記誘電体枠と内電極の間に設けられる誘電体粒と
を備え、前記電源により、外電極と内電極との間に電位
差を加えることにより、ラジカルを生成するラジカル生
成装置とする。

【００１４】当該構成によって、前記誘電体の内部であ
って且つ外電極と前記内電極との間に存在する空間に、
粒状の誘電体が介在することにより、非常に広い表面積
でラジカルを発生させることができるとともに、粒状の
誘電体が配置された部分の空間（つまり、粒状の誘電体
どうしの隙間）の体積は小さいことから、該空間に高濃
度のラジカルが存在する空間を作り出すことができる。

【００１５】また、上記の構成に加えて、前記電源の電
圧を変化させる手段を備え、その変化に基づいて、発生
するラジカルを変化させるラジカル生成装置とする。

【００１６】当該構成によって、分解すべき物質の種類
により発生させるラジカルの種類を調整することが可能
となり、前記分解すべき物質に最も好適に作用するラジ
カルを選択的に発生させることが可能である。

【００１７】そして、外部から空気を取り入れるための
吸入口及び取り入れた空気を外部に流出させる流出口を
備えた筐体と、該筐体内にレーザーを照射するレーザー
発生器とを有し、前記レーザー発生器により発生するレ
ーザーに基づいてラジカルを発生させるラジカル生成装
置とする。

【００１８】当該構成によると、レーザーの発生に基づ
いてラジカルを発生するため、高濃度のラジカルを発生
させることができる。

【００１９】また、外部から空気を取り入れるための吸
入口及び取り入れた空気を外部に流出させる流出口を備
えた筐体と、該筐体内にレーザーを照射するレーザー発
生器と、該レーザー発生器のレーザー出力部近傍に配設
された散乱レンズと、該散乱レンズによって散乱された
レーザーを反射させ光路長を長くするための反射鏡とを
備え、前記レーザー発生器により発生するレーザーに基
づいてラジカルを発生させるラジカル生成装置とする。

【００２０】当該構成によると、レーザーの光路長が長
いことからラジカルをより多くの空気に接触させること
ができ、非常に高濃度のラジカルを発生させることが可
能である。

【００２１】加えて、前記レーザー発生器から発生させ
るレーザーの波長を変化させる波長変更手段を備え、前
記波長変更手段によりレーザーの波長を変更することに
より、発生するラジカル種を変化させるラジカル生成装
置とする。

【００２２】当該構成によって、分解すべき物質の種類
により発生させるラジカルの種類を調整することが可能
となり、前記分解すべき物質に対して最も好適に作用す
るラジカルを選択的に発生させることが可能である。

【００２３】そして、空気中にラジカルを生成するラジ
カル生成手段を備え、前記ラジカル生成手段から発生さ
せるラジカルにより空気中の物質を分解する物質分解装
置とする。

【００２４】当該構成によると、ラジカルを用いて物質
を分解するため有害な中間物質の生成を低減した物質分
解装置とすることができる。

【００２５】また、前記ラジカル生成手段が生成するラ
ジカル種を選択可能に構成する。

【００２６】これにより、分解すべき物質に対して最も
好適に作用するラジカルを選択的に発生させることが可
能である。

【００２７】さらに、上記したようなラジカル生成装置
を備え、前記ラジカル生成装置から発生させるラジカル
により空気中の物質を分解する物質分解装置とする。

【００２８】これにより、高濃度のラジカルを生成して
有害物質を分解できるため、有害な中間物質の生成をさ
らに低減する物質分解装置とすることができる。

【００２９】そして、前記したような物質分解装置と、
該物質分解装置のラジカルが発生している箇所に空気を
送るための送風手段を備え、前記送風手段により送られ
る空気に含まれる物質を分解する構成を含む空気浄化装
置とする。

【００３０】これにより、空気中に含まれる物質を、有
害な中間物質の発生を低減しつつ、分解可能な空気浄化
装置を提供することができる。特に、窒素酸化物のよう
な有害物質の分解に用いると、有害な中間生成物の生成
を減少させ、窒素酸化物を好適に分解可能である。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の第１の実施の形
態について、図１と共に説明する。図１は本発明にかか
る空気浄化装置１０の概略を示す略断面図である。この
空気浄化装置１０はラジカル生成装置２０ａ及び送風手
段４０とを有している。また、この実施形態におけるラ
ジカル生成装置２０ａは、ラジカル発生素子１１と電源
５とからなるものである。

【００３２】ラジカル発生素子１１は、誘電体枠６と、
該誘電体枠６の外側に設けられた外電極２と、該円筒の
中心軸に設けられた内電極４と、内電極４と誘電体枠６
との間の空間に備えられた誘電体粒１と、誘電体粒１を
誘電体枠６内に保持するため誘電体粒１の配置個所に対
して誘電体枠６の両開口側に設けられた保持手段３を有
している。

【００３３】この保持手段３は、誘電体枠６の開口の一
側から他側に向かって風を流したときに通風可能とする
ための孔を備えている。この孔の径を小さくすることに
より、放電部となる内電極４と外電極２の間の空間に塵
埃が進入するのを防止するフィルターを兼用させること
ができる。特に、保持手段３をＨＥＰＡフィルターのよ
うに目の細かいフィルターで形成した場合には、非常に
好適に内電極４と外電極２の間に塵埃が進入するのを防
止することが可能となる。

【００３４】また、誘電体粒１には、酸化又は還元しに
くく且つ導電性の低い材料を用いる必要があり、小径の
球体からなるガラスビーズを用いることができる。な
お、材質としてのガラスは一例であって、その材質はア
ルミナ、シリカ等のセラミック系の物質であってもよ
い。また、その形状は球体以外の楕円体、凹凸形状を備
えた球体及び楕円体等であってもよく、所定の体積下に
詰め込んだ時にある程度の隙間ができる形状であればよ
い。なお、図１において誘電体粒１は、誘電体枠６内に
詰込んだ状態で記載されていないが、実際には互いに接
触する程度に密な状態に詰め込まれている。

【００３５】さらに、誘電体枠６は、内電極４と外電極
２とを離間させるスペーサとしての役割を備える。内電
極４と外電極２との距離が各箇所で一定でなければ局部
的に放電を起こす問題があるため、誘電体枠６を例えば
円筒に形成し、該誘電体枠６に外電極２を巻き付け、内
電極４を前記円筒の軸に合わせると、容易に配置するこ
とができる。

【００３６】そして、電源５には高電圧を印可する装置
が用いられる。ここで印可する電圧は、所望のラジカル
が発生する程度の電圧を印可可能なものが選択される。
印可すべき電圧はラジカル発生素子１１の形状等により
異なり、具体的には内電極４と外電極２との距離、誘電
体枠の内径、外形及びその材質、誘電体粒の形状及び材
質等の影響を受ける。したがって、発生させるラジカル
種及び電圧はラジカル発生素子１１の形状等により印加
電圧の調整を行う必要がある。

【００３７】また、電圧の印可は内電極４に高電圧を印
可し、外電極２を接地電位として、両電極間に電圧を印
可する。このように構成すると、外電極２を接地電極と
することにより、当該ラジカル生成装置２０ａと隣接す
るものとの間の短絡を防止することが可能となるからで
ある。

【００３８】以上の記載を総合して、第１の実施の形態
にかかるラジカル生成装置２０ａの最も好適な例を示す
と、ガラスからなる誘電体枠６の外周に外電極２を設け
ると共に、円筒の中心軸に内電極４を設け、外電極２と
内電極４の間に小径の球状のガラスビーズからなる誘電
体粒１を設け、誘電体粒１を保持するＨＥＰＡフィルタ
ーからなる保持手段３を設け、内電極４を電圧印可側電
極とし外電極２を接地電極として電源５に接続したもの
が挙げられる。

【００３９】上記の好適な例の動作について説明する。
電源５を動作させ、外電極２と内電極４との間に電圧を
印可すると、外電極２と内電極４の間の空間でプラズマ
放電が起こる。

【００４０】プラズマ放電が発生すると、電極間に挟ま
れた空間に存在している誘電体粒１の表面では、その表
面近傍に存在する気体が電離状態となり、電子励起によ
るラジカルが生成される。このラジカルは非常に高い活
性を有するため、周辺の有害物質を分解する。このとき
発生するラジカルの活性は非常に高いことから、その反
応速度は非常に早く、例えばオゾンと比較すると、その
反応速度は１００万倍程度の反応速度である。そのた
め、このラジカルを利用して物質を分解させると、有害
な中間物質の生成を防止して物質を分解することが可能
である。

【００４１】従って、ラジカル発生手段から生成される
ラジカルを用いて空気中に含まれる物質を分解させる
と、有害な中間物質の生成を防止して物質を分解する装
置とすることができる。なお、本明細書では、このよう
に、ラジカル生成装置を気体中に含まれる物質の分解を
目的として使用するものを物質分解装置と称している。

【００４２】また、ラジカル生成装置２０の誘電体枠６
の内部の空間に風を送るための送風手段４０を設けて、
該送風手段４０により外部から保持手段３を通してラジ
カルが生成している個所に、人体に対して有害な物質
（以下、有害物質と称する）を有する空気を運び込むよ
う構成すると、運び込まれた有害物質はラジカルにより
高速で分解され、有害な中間物質を生成することなく空
気は浄化される。このように構成すると、ワンパスであ
っても空気中の有害物質を除去し得る空気浄化装置とす
ることが可能である。

【００４３】なお、上記のラジカルは電源５に基づく電
圧を制御してラジカルを発生させる空間に与える電子エ
ネルギーを制御することにより、発生させるラジカルの
種類（ラジカル種）を制御することが可能である。これ
は、分子種の電子衝突断面積は電子エネルギーに依存す
ることによるものであり、例えば、電子エネルギーが５
〜１０ｅＶの場合には酸素ラジカルが主に生成される。

【００４４】次に、本発明の第２の実施の形態として、
レーザー光により空気中の分子を励起させてラジカルを
生成するラジカル生成装置を備えた空気浄化装置につい
て図２とともに説明する。図２は、本発明の第２の実施
の形態の概略構成を示す略断面図である。

【００４５】図２において、ラジカル生成装置２０ｂ
は、筐体２１と、該筐体２１内にレーザーを照射するレ
ーザー発生器７と、該レーザー発生器７のレーザーが出
力される端側に設けられた散乱レンズ８と、該散乱レン
ズ８によって散乱されたレーザーを筐体２１内で反射さ
せレーザーの光路長を長くするための複数の反射鏡９
と、筐体２１に外部から空気を取り込むための吸入口２
２と、該吸入口２２から筐体２１に吸い込んだ空気を外
部に放出するための流出口２３とを備えている。

【００４６】ここで用いられるレーザー発生器７の一例
として、希ガスとハロゲンガスの混合ガスを励起して発
信させる気体レーザー（エキシマレーザー）が挙げられ
る。上記の例のようなレーザー発生器７を運転させて、
１２５ｎｍ〜２５０ｎｍの波長光を酸素分子に照射する
と、酸素分子が好適に励起され酸素ラジカルが多量に発
生する。上記の波長光を発生させるには、ＡｒＦ（１９
３ｎｍ）、ＫｒＦ（２４９ｎｍ）の気体レーザーを用い
ればよい。

【００４７】また、吸入口２２から流出口２３に向かっ
て空気の流れを形成するための送風手段４０を、前記ラ
ジカル生成装置２０ｂに装着すると、ラジカル生成装置
２０内に取り込まれた空気に含まれていた物質は、ラジ
カルが非常に活性であることにより高速で分解されるこ
とになる。このとき、ラジカルの分解速度はオゾンの１
００万倍程度の速さであるため、非常に短時間で多量の
物質の分解が可能である。

【００４８】したがって、ラジカル生成装置の誘電体枠
の内部の空間に風を送るための送風手段４０を設け、該
送風手段４０により外部から保持手段３を通してラジカ
ルが生成している個所に、有害物質を有する空気を運び
込むよう構成すると、運び込まれた有害物質はラジカル
により高速で分解され、有害な中間物質を生成すること
なく空気は浄化される。このように構成すると、ワンパ
スであっても空気中の有害物質を除去し得る空気浄化装
置１０ｂとすることが可能である。

【００４９】なお、励起される分子は、レーザーの波長
によって決定されるため、いずれの分子を選択してどの
ようなラジカル種を生成するかは、レーザーの波長を変
換することによって決定することができる。すなわち、
ラジカル生成装置２０ｂにレーザー発生器の発振周波数
を可変する手段を加えると、発生させるラジカル種を選
択して発すること可能なラジカル生成装置２０ｂを形成
することができる。

【００５０】図３に酸化分解性と還元分解性を備えるラ
ジカル種の組織図を示す。第１の実施の形態においては
電圧を、第２の実施の形態においてはレーザー波長を調
整することにより、図３に示したような種々のラジカル
を発生させることが可能である。したがって、分解すべ
き物質が既知の場合は、その物質の分解能力の高いラジ
カルを選択的に生成することにより、効率よく物質を分
解できる。

【００５１】図４には、このラジカルと有害物質の分解
反応式を、物質がアンモニア、アセトアルデヒド、ホル
ムアルデヒド、酢酸、窒素酸化物、一酸化炭素といった
有害物質である場合について示す。図４に示す通り、有
害物質は本発明のラジカル生成装置によって生成された
ラジカルによって、有害な中間物質を生成することなく
無害な物質へと分解される。

【００５２】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明のラジカル生
成装置によれば、中間物質を生成することなく物質を分
解するために十分な濃度のラジカルを発生することがで
きる。

【００５３】また、本発明の物質分解装置によれば、物
質の分解過程において発生する有害な中間物質の生成
を、十分に低減した物質分解装置とすることができる。

【００５４】そして、本発明の空気浄化装置によれば、
空気中に含まれる有害物質を、分解過程において有害な
中間物質の生成を、十分に低減した空気清浄装置とする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる空気浄化装置の一例（第１の実
施の形態）の概略構成を示す略断面図である。

【図２】本発明にかかる空気浄化装置の一例（第２の実
施の形態）の概略構成を示す略断面図である。

【図３】本発明のラジカル生成装置が生成する酸化分解
性と還元分解性を備えるラジカル種の組織図である。

【図４】本発明の空気浄化装置が浄化し得る有害物質
と、その有害物質の分解反応過程を示す図である。

【符号の説明】

１ 誘電体粒 ２ 外電極 ３ 保持手段 ４ 内電極 ５ 電源 ６ 誘電体枠 ７ レーザー発生器 ８ 散乱レンズ ９ 反射鏡 １０ａ、１０ｂ 空気浄化装置 １１ ラジカル発生素子 ２０ａ、２０ｂ ラジカル生成装置 ４０ 送風装置

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｂ０１Ｊ 19/12 Ｂ０１Ｊ 19/12 Ｂ Ｃ０１Ｂ 13/02 Ｃ０１Ｂ 13/02 Ｚ Ｆ２４Ｆ 7/00 Ｆ２４Ｆ 7/00 Ｂ Ｇ２１Ｆ 9/02 Ｇ２１Ｆ 9/02 Ｚ Ｈ０５Ｈ 1/24 Ｈ０５Ｈ 1/24 (72)発明者 野島 秀雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 4C080 AA09 BB10 CC01 CC08 NN02 NN03 NN06 NN30 QQ17 4G042 BA44 BB02 BC03 BC06 4G075 AA03 BA01 BA10 BB07 CA15 CA36 DA02 EB33 FC15

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源と、誘電体枠と、前記誘電体枠を挟
   んで対抗し且つ前記電源と接続された外電極及び内電極
   と、前記誘電体枠と内電極の間に設けられる誘電体粒と
   を備え、前記電源により、外電極と内電極との間に電位
   差を加えることにより、ラジカルを生成するラジカル生
   成装置。
2. 【請求項２】 加えて、前記電源の電圧を変化させる手
   段を備え、その変化に基づいて、発生するラジカルを変
   化させる請求項１に記載のラジカル生成装置。
3. 【請求項３】 外部から空気を取り入れるための吸入口
   及び取り入れた空気を外部に流出させる流出口を備えた
   筐体と、該筐体内にレーザーを照射するレーザー発生器
   とを有し、前記レーザー発生器により発生するレーザー
   に基づいてラジカルを発生させるラジカル生成装置。
4. 【請求項４】 外部から空気を取り入れるための吸入口
   及び取り入れた空気を外部に流出させる流出口を備えた
   筐体と、該筐体内にレーザーを照射するレーザー発生器
   と、該レーザー発生器のレーザー出力部近傍に配設され
   た散乱レンズと、該散乱レンズによって散乱されたレー
   ザーを反射させ光路長を長くするための反射板とを備
   え、前記レーザー発生器により発生するレーザーに基づ
   いてラジカルを発生させるラジカル生成装置。
5. 【請求項５】 加えて、前記レーザー発生器から発生さ
   せるレーザーの波長を変化させる波長変更手段を備え、
   前記波長変更手段によりレーザーの波長を変更すること
   により、発生するラジカル種を変化させる請求項３又は
   請求項４に記載のラジカル生成装置。
6. 【請求項６】 空気中にラジカルを生成するラジカル生
   成手段を備え、前記ラジカル生成手段から発生させるラ
   ジカルにより空気中の物質を分解する物質分解装置。
7. 【請求項７】 前記ラジカル生成手段は、生成するラジ
   カル種を選択可能であることを特徴とする請求項６に記
   載の物質分解装置。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項５のいずれか一項に
   記載のラジカル生成装置を備え、前記ラジカル生成装置
   から発生させるラジカルにより空気中の物質を分解する
   物質分解装置。
9. 【請求項９】 請求項６から請求項８のいずれか一項に
   記載の物質分解装置と、前記物質分解装置のラジカルが
   発生している箇所に空気を送るための送風手段を備え、
   前記送風手段により送られる空気に含まれる物質を分解
   する構成を含む空気浄化装置。