JP2004041289A

JP2004041289A - 空気浄化装置

Info

Publication number: JP2004041289A
Application number: JP2002199740A
Authority: JP
Inventors: Keiichiro Yoshida; 吉田　恵一郎
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2022-07-09
Also published as: JP4019826B2

Abstract

【課題】触媒面に対して均一且つ効率良く放電を行なうことのできる空気浄化装置を提供する。
【解決手段】筒状の空気通路１ａを持つ筐体１と、空気通路１ａ中の空気流れ上流側に配置され、流通する空気の中に含まれる水分分子や塵埃等に正または負の電荷を帯電させるイオン化部２と、空気通路１ａ中でイオン化部２の空気流れ下流側に配置され、電極３ａの表面に触媒を担持させて触媒層３ｂを形成した触媒体３とを備え、触媒体３には、イオン化部２と同極性の電圧を印加すると共に、適当な周期でごく短時間だけイオン化部２と逆極性のパルス電圧Ｐを印加する。
これにより、微粒子Ｒと触媒体３との間に大きな電位差が生じて微粒子Ｒに帯電していた電荷が触媒体３に向けて放電される。よって、微粒子Ｒが触媒体３に付着することなく、触媒面に対して均一且つ効率良く放電を行なうことができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生活環境内で発生する室内の各種臭気や建材・家具等から発生するホルムアルデヒドや揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、および車両の車室内で発生したり外気から流入したりする各種臭気や排気ガスなど、空気中に含まれるガス状汚染物質を浄化する空気浄化装置に関するものであり、特に、放電のエネルギーによって触媒を活性化させるものにおいて、放電を効率的に行なうための放電構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、常温でも触媒作用を発揮すると共に放電のエネルギーによって活性化する触媒を、電極に担持させたり電極間に触媒層を形成したりし、電極間でコロナ放電や沿面放電を生じさせてガス状汚染物質の浄化と分解とを行なう空気浄化装置がある。図３はそのような従来の浄化部の基本構造例を表す模式図であり、（ａ）の４は放電電極、５は触媒を担持させた対向電極である。また、（ｂ）の６は金網等で形成した放電電極、７は触媒を担持させた触媒層、８は誘電材料からなる誘電体層、９は対向電極である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
高い浄化性能を得るためには触媒面に対して均一且つ効率良く放電を行なう必要がある。しかし、上記図３（ａ）のような基本構造では、触媒面に対して均一な放電をすることができないという問題点がある。また、上記図３（ｂ）のような基本構造では、触媒面に対して均一な放電が行なえるが、電極間の電気容量が非常に大きくなるため瞬間的に大電流が必要となり、放電させるために非常に容量の大きい高電圧電源が必要となるという問題点がある。
【０００４】
本発明は上記従来の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、触媒面に対して均一且つ効率良く放電を行なうことのできる空気浄化装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１および請求項２記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、筒状の空気通路（１ａ）を持つ筐体（１）と、空気通路（１ａ）中の空気流れ上流側に配置され、流通する空気の中に含まれる水分分子や塵埃等の微粒子（Ｒ）に正または負の電荷を帯電させるイオン化部（２）と、空気通路（１ａ）中でイオン化部（２）の空気流れ下流側に配置され、電極（３ａ）の表面に触媒を担持させて触媒層（３ｂ）を形成した触媒体（３）とを備え、触媒体（３）には、イオン化部（２）と同極性の電圧を印加すると共に、適当な周期でごく短時間だけイオン化部（２）と逆極性のパルス電圧（Ｐ）を印加することを特徴とする。
【０００６】
図１の（ａ）は本発明の一実施形態における空気浄化装置の浄化部の基本構造を表す模式図であり、（ｂ）は（ａ）中の印加電圧１としてイオン化部（２）に印加する電圧の波形を表す図、（ｃ）は（ａ）中の印加電圧２として触媒体（３）に印加する電圧の波形を表す図である。また、図２の（ａ）は負の電圧を印加している時の触媒体（３）表面の状態と電位分布とを表し、（ｂ）は正のパルス電圧を印加した瞬間の触媒体（３）表面の状態と電位分布とを表す説明図である。
【０００７】
これは、放電電極が有形の導体でなくとも、帯電した空気中の微粒子で形成される空間電荷を擬似的な電極として放電させることに着想したものである。本発明の空気浄化装置では、イオン化部（２）で正または負（図１・２の説明では負とする）の電荷を帯電された微粒子（Ｒ）は、空気通路（１ａ）内の空気流れに乗って下流の触媒体（３）周りの空間に運ばれる。
【０００８】
しかし、触媒体（３）には通常イオン化部（２）と同極性の電圧が印加されているため（図２（ａ）の状態）、帯電した微粒子（Ｒ）は触媒体（３）と反発して遠ざかる方向に力を受けるため、触媒体（３）に付着して浄化性能を悪くすることはない。そして、適当な周期でごく短時間だけイオン化部（２）と逆極性のパルス電圧（Ｐ）を印加すると（図２（ｂ）の状態）、微粒子（Ｒ）と触媒体（３）との間に大きな電位差が生じて微粒子（Ｒ）に帯電していた電荷が触媒体（３）に向けて放電される。
【０００９】
この逆極性のパルス電圧（Ｐ）は、帯電した微粒子（Ｒ）が電気的引力によって加速され触媒体（３）に向かって移動する時間よりも短い印加時間としており、質量の小さい電荷のキャリアである電子だけが加速されて気中放電を成すものである。これにより、微粒子（Ｒ）が触媒体（３）に付着することなく、触媒面に対して均一且つ効率良く放電を行なうことができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、触媒は、常温でも触媒作用を発揮すると共に、放電のエネルギーによって活性化する触媒であることを特徴とする。これにより、触媒の貴金属および金属酸化物と放電エネルギーによる活性酸素の発生により、ガス状汚染物質の浄化および酸化・分解を効率良く行なうことができる。尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。図１の（ａ）は本発明の一実施形態における空気浄化装置の浄化部の基本構造を表す模式図であり、（ｂ）は（ａ）中の印加電圧１としてイオン化部２に印加する電圧の波形を表す図、（ｃ）は（ａ）中の印加電圧２として触媒体３に印加する電圧の波形を表す図である。
【００１２】
まず、図１において１は、内部に空気通路１ａを有する筐体である。そして、その空気通路１ａ中の空気流れ上流側には、流通する空気の中に含まれる水分分子や塵埃等の微粒子Ｒに正または負の電荷を帯電させるイオン化部２が配置されている。このイオン化部２の構造は、図３の従来の浄化部基本構造に類似して放電電極と対向する対向電極とを備えており、放電電極に高電圧を印加することにより通過する空気中の水分分子や塵埃等の微粒子Ｒに正または負の電荷を帯電させるものである。
【００１３】
次に、先の空気通路１ａ中で、上記イオン化部２の空気流れ下流側には、触媒体３が配置されている。この触媒体３は、導電材料からなり電源に接続されて電圧が印加される電極３ａの表面に、触媒を担持させて触媒層３ｂを形成したものであり、空気通路１ａを流通する空気の中で主に臭気、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）およびホルムアルデヒド等、空気中に含まれるガス状汚染物質を除去するために設けられたものである。
【００１４】
イオン化部に接続する電源は、図１（ｂ）に示すように正極性か負極性の直流または脈流の電圧を印加する電圧発生器である。また、触媒体３に接続する電源は、図１（ｃ）に示すようにイオン化部２と同極性の直流または脈流の電圧を印加すると共に、適当な周期でごく短時間だけイオン化部２と逆極性で数ｋＶと高いパルス電圧Ｐを電極３ａに印加する電圧発生器である。
【００１５】
ここで担持させている触媒は、常温でも触媒作用を発揮すると共に、放電のエネルギーによって活性化する触媒であり、具体的には、マンガンと二酸化チタンとの混合物を用いているが、これに限らず、好ましくは、鉄（Ｆｅ）・マンガン（Ｍｎ）・アルミニウム（Ａｌ）のいずれかの酸化物と、鉄（Ｆｅ）・マンガン（Ｍｎ）に対して銀（Ａｇ）・コバルト（Ｃｏ）・銅（Ｃｕ）・アルミニウム（Ａｌ）・ニッケル（Ｎｉ）・チタン（Ｔｉ）のいずれかを組み合わせた複合酸化物と、それらの全てに対して二酸化チタン（ＴｉＯ_２）または金（Ａｕ）を混合させたものとのいずれかを用いても良い。
【００１６】
次に、以上の構成による本実施形態の作動について説明する。まず、図示しない運転スイッチを作動させると、同じく図示しない通風手段としての送風機が回転すると共に、イオン化部２に所定の電圧が印加される。イオン化部２で正または負（図１・２の説明では負とする）の電荷を帯電された微粒子Ｒは、空気通路１ａ内の空気流れに乗って下流の触媒体３周りの空間に運ばれる。
【００１７】
図２の（ａ）は負の電圧を印加している時の触媒体３表面の状態と電位分布とを表し、（ｂ）は正のパルス電圧を印加した瞬間の触媒体３表面の状態と電位分布とを表す説明図である。触媒体３には通常イオン化部２と同極性の電圧が印加されているため（図２（ａ）の状態）、帯電した微粒子Ｒは触媒体３と反発して遠ざかる方向に力を受け、触媒体３に付着して浄化性能を悪くすることはない。
【００１８】
そして、適当な周期でごく短時間だけイオン化部２と逆極性のパルス電圧Ｐを印加すると（図２（ｂ）の状態）、微粒子Ｒと触媒体３との間に大きな電位差が生じて微粒子Ｒに帯電していた電荷が触媒体３に向けて放電される。この逆極性のパルス電圧Ｐは、帯電した微粒子Ｒが電気的引力によって加速され触媒体３に向かって移動する時間よりも短い印加時間としており、質量の小さい電荷のキャリアである電子だけが加速されて気中放電を成すものである。
【００１９】
これにより、微粒子Ｒが触媒体３に付着して浄化性能を悪化させることなく、触媒面に対して均一且つ効率良く放電を行なうことができる。そして、この気中放電が起きることにより、活性酸素が生成され、触媒の表面でガス状汚染物質を活性酸素と化学吸着を起こすと共に、吸着物質を活性酸素による酸化で分解を行なうことで除去の熱エネルギーが少なくてもできるものであり、ガス状汚染物質の浄化および酸化・分解を効率良く行なうことができる。
【００２０】
すなわち、一般的に吸着されたガス状物質を酸化させるためには、加熱などの熱エネルギーを必要とするが気中放電によると活性酸素により低エネルギーで対応できるため従来と比較して電力消費が低減でき少電力となる。また、気中放電によると吸着を行ないつつ酸化分解を行なうので、特別な再生運転モードを設定しなくてもよく、簡素な構造の制御装置で対応でき低コストの製品を提供できる。
【００２１】
更に、例えば、金（Ａｕ）の超微微粒子などの混合物の触媒を用いるとアルデヒド類は放電によりＣＯが多量に生成するが、特に、金（Ａｕ）は特異的にＣＯの酸化（ＣＯ→ＣＯ_２）に対して非常に高い活性を示すことにより、氷点下による反応も可能である。よって、アルデヒドの中でホルムアルデヒドおよびアセトアルデヒド（煙草の臭いの成分）などの浄化および酸化に好適である。他にアンモニアガス・酢酸ガス・揮発性有機化合物（ＶＯＣ）などのガス状物質を除去するにも好適である。
【００２２】
このように、空気通路１ａ内に、図示しない送風機によりガス状汚染物質が含まれる空気を流通させると共に、その空気中に含まれる微粒子Ｒに正または負の電荷を帯電させ、その電荷を触媒体３に適当な周期でごく短時間だけ逆極性のパルス電圧Ｐを印加して放電させることにより触媒を活性化させながら、空気中のガス状汚染物質の浄化と分解とを行ない、浄化された空気が室内に吹き出されて室内浄化を行なうものである。
【００２３】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、イオン化部２で負の電荷を帯電させるようになっているが、これに限るものではなく、勿論正の電荷を帯電させても良く、触媒体３に負のパルス電圧Ｐを加えた時に触媒体３の方から電子が飛び出して放電が成されるだけで同様の効果が得られる。
【００２４】
また、上述の実施形態では電極３ａの表面に直接触媒層３ｂを形成しているが、これに限るものではなく、電極３ａの表面に誘電材料からなる誘電層を形成して覆い、その誘電層の表面に触媒層を形成しても良い。また、触媒体３は一番簡素な形状で示してあるが、多数枚構成やハニカム形状等で表面積（触媒面積）の広い構造が良い。
【００２５】
また、上述の実施形態では、生活環境内の臭気や建材・壁・家具等から発生するアセトアルデヒド等の汚染ガスの浄化について説明したが、これに限らず、車両車室内のタバコ臭などの各種臭気、および外気から侵入する排気ガス中の有害成分、各種臭気等の浄化にも適用できるのはもちろんである。尚、触媒体３で放電を終えた空気中の塵埃等の微粒子Ｒは、触媒体３の空気流れ下流に集塵フィルタ等を設けて捕捉するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態における空気浄化装置の浄化部の基本構造を表す模式図であり、（ｂ）は（ａ）中の印加電圧１でイオン化部に印加する電圧の波形を表す図、（ｃ）は（ａ）中の印加電圧２で触媒体に印加する電圧の波形を表す図である。
【図２】（ａ）は負の電圧を印加している時の触媒体表面の状態と電位分布とを表し、（ｂ）は正のパルス電圧を印加した瞬間の触媒体表面の状態と電位分布とを表す説明図である。
【図３】（ａ）・（ｂ）とも従来の浄化部の基本構造例を表す模式図である。
【符号の説明】
１　筐体
１ａ　空気通路
２　イオン化部
３　触媒体
３ａ　電極
３ｂ　触媒層
Ｐ　パルス電圧
Ｒ　微粒子

Claims

筒状の空気通路（１ａ）を持つ筐体（１）と、
前記空気通路（１ａ）中の空気流れ上流側に配置され、流通する空気の中に含まれる水分分子や塵埃等の微粒子（Ｒ）に正または負の電荷を帯電させるイオン化部（２）と、
前記空気通路（１ａ）中で前記イオン化部（２）の空気流れ下流側に配置され、電極（３ａ）の表面に触媒を担持させて触媒層（３ｂ）を形成した触媒体（３）とを備え、
前記触媒体（３）には、前記イオン化部（２）と同極性の電圧を印加すると共に、適当な周期でごく短時間だけ前記イオン化部（２）と逆極性のパルス電圧（Ｐ）を印加することを特徴とする空気浄化装置。
前記触媒は、常温でも触媒作用を発揮すると共に、放電のエネルギーによって活性化する触媒であることを特徴とする請求項１に記載の空気浄化装置。