JP2005021319A

JP2005021319A - 空気浄化装置

Info

Publication number: JP2005021319A
Application number: JP2003189351A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Iwashimizu; 正勝岩清水; Makoto Shimizu; 真清水; Daisuke Tabata; 大輔田畑; Yuji Inoue; 雄二井上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】放電により集塵・脱臭する空気浄化装置において、微生物やウイルスを含む空気が放電部を通過した場合でも、微生物やウイルスを破壊または不活化させることができる空気浄化装置を提供することを目的としたものである。
【解決手段】放電電極２と対向電極３を設け、両電極間に高周波数の極小パルス幅の高電圧を印加させる高周波数極少パルス幅高電圧印加装置４と前記放電電極に突起１１を設け、前記両電極間でストリーマ放電を発生させ電子等の高速飛散によりその領域を通過する空気中の微生物を破壊または不活化させる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電することにより空気中の有害物質や臭気成分や埃の除去・微生物の破壊や不活化を行う空気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放電による空気浄化装置は、空気流通経路内に設置されてある電極間に直流高電圧を印加し塵埃を帯電させて後方に設置されたコレクタ部で集塵したり、さらに直流高電圧＋パルス状電圧を印可し、前記集塵性能を維持しつつコロナ放電を発生させることにより得られるラジカルの酸化反応により、臭気物質の分解などを行い空気中の浄化を行っていた（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−５１７３５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の方法で発生するコロナ放電のエネルギーは、電圧印加時の電流値が数１００〜数１０００μＡ程度のものであることからパルス幅はおよそ数十μｓｅｃと広く、放電のエネルギーが小さいため脱臭性能や集塵性能としては非常に小さい。また、それ以上に高エネルギーを持つ放電を必要とする、有害物質の除去や微生物・ウイルスを死滅させたり不活化することは、さらに困難であり、十分な空気浄化を実現できていないという課題を有していた。そこで、本発明は上記のような課題を解決するものであり、高周波数の極小パルス幅の高電圧を放電電極に印加させることにより、コロナ放電のエネルギーに比べてはるかに大きいエネルギーを発生させ、従来の脱臭性能を大きく向上させるとともに、有害物質除去、さらには微生物やウイルスの破壊や不活化を確実に行うことができる空気浄化装置を提供することを目的としたものである。
【０００５】
【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記載の本発明の空気浄化装置は、放電電極と対向電極と、その両電極間に高周波数の極小パルス幅の高電圧を前記両電極間に印加させる高周波数極小パルス幅高電圧印加装置を備え、さらに前記放電電極に突起を設けたものである。
【０００６】
また、請求項２記載の本発明の空気浄化装置は、前記放電電極の突起を、前記放電電極の長手方向に対し垂直方向に複数設けたものである。
【０００７】
また、請求項３記載の本発明の空気浄化装置は、前記放電電極の突起の間隔を少なくとも突起の底辺の長さより長い間隔であるこものである。
【０００８】
また、請求項４記載の本発明の空気浄化装置は、前記放電電極の厚みを２．０ｍｍ以下であるものである。
【０００９】
ここで、高周波数極小パルス幅高電圧印加装置は、例えば、倍電圧回路にＩＧＢＴなどのスイッチングを備え、高周波数のパルス波形の電圧を生成し、さらに高圧トランスで昇圧するなど、高周波数の極小パルス幅の高電圧を印加する電装回路であり、またその種類については何ら限定しない。
【００１０】
そして、微生物やウイルスを死滅させたり不活化させるためには、コロナ放電の中でも放電エネルギーの高いストリーマ放電と言われる放電を発生させることが重要である。特定の空間距離の中で効率良くラジカルを発生させるためにはパルス波形の電圧を印加させる方法が最も適している。微生物やウイルスを死滅させたり不活化するだけのエネルギーを印加するためには、パルス幅を短くした方がエネルギーレベルは大きくなるため短くする方が良く、約１μｓｅｃ以下が良い。電圧は放電電極と対向電極間の距離で異なる。印加電圧をパルス状にすることで０Ｖから高電圧まで立ち上がり時間が急峻となり、電極間のイオンの移動を少なくし、分子に衝突させてイオンやラジカルを創る電子を効率良く加速させることができる。
【００１１】
そして、微生物やウイルスはストリーマ放電により発生した、加速した電子やイオンやラジカル等の衝突によりＤＮＡやＲＮＡを破壊する。また、放電電極に突起を設けることで突起部に放電エネルギーが集中し、従来よりも安定した高エネルギーを持つストリーマ放電が得られる。これにより微生物やウイルスを含む空気が放電部分を通過する際、電子やイオンやラジカル等の衝突回数を増やすことができ、微生物やウイルスを十分に破壊または不活化させることができ空気浄化効率が向上する。また、ストリーマ放電により発生した電子やイオンやラジカル等の相乗効果で有害物質や臭気成分の分解も可能となる。またパルスを正のパルスまたは負のパルスのどちらか一方を電極間に印可し塵埃を帯電させた後、後方に設置した逆電位のコレクタ電極やエレクトリックフィルター等で回収する電気集塵も可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態における空気清浄装置は、放電電極の両側に対向電極を配設し、両電極間に放電を発生させる高電圧を印加する高電圧印加装置を設けた空気浄化装置において、前記放電電極に突起を設けたものであって、突起を設けた放電電極と対向電極と前記電極間に高周波数の極小パルス幅の高電圧を印加させる高周波数極小パルス幅高電圧印加装置を設け電圧を印加することで安定した高エネルギーを持つストリーマ放電が得られ、有害物質や微生物等を含む空気が放電部分を通過する際、イオンやラジカルや加速した電子等の衝突回数を増やすことができる。
【００１３】
そしてこれにより、安定した高エネルギーを持ったストリーマ放電により、得られたイオンやラジカルや加速した電子等により微生物のもつＤＮＡやＲＮＡ等に衝突し、破壊または不活化させることができ、空気浄化効率を向上することができるという作用を有する。
【００１４】
【実施例】
以下本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１において、１は空気浄化装置、２は放電電極、３は対向電極、４は高周波数極小パルス幅高電圧印加装置、５はプラス電極、６はアースまたはマイナス電極、７は気流通過領域である。図２は、図１の断面図であり、８は空気浄化装置上流気流、９は空気浄化装置下流気流、１０は放電領域である。図３は電極部の側面拡大図である。
【００１６】
以上のような構成において、以下その動作について説明する。
【００１７】
空気浄化装置１は、放電電極２、対向電極３を備えており、高周波数極小パルス幅高電圧印加装置４のプラス電極５を放電電極２に、アースまたはマイナス電極６を対向電極３に接続し、高周波数極小パルス幅高電圧印加装置４により高周波数極小パルス幅高電圧を放電電極２に印加することにより、放電領域１０において、ストリーマ放電が行われる。
【００１８】
このストリーマ放電の発生機構は、電子のなだれの前方で中性分子の電離によって電子が作られ、これが次の新しい電子なだれを起こし、次々とこれらのなだれが合体し、高速でなだれが進行するものであり、電流の大部分は電子によるものである。
【００１９】
放電電極２と対向電極３の間の電解は放電電極２付近に著しい電界集中があるため電圧が十分であれば電子なだれで多量のイオンと光量子が作り出される。放電電極２を、プラス電極とすることにより放電電極２付近では多量の光量子があらゆる方向に放出され付近の中性分子に吸収され、これを電離していくため、放電電極２に向かう多数の電子なだれが形成され正イオン中に流出してプラズマ柱を形成する。この場合、プラズマ前面にはマイナスやアースに向かう正イオンが高密度で集中し電界集中のほかに、空間電荷と飛散する新しい電子なだれ群の空間電荷との間に特に強力な電界が形成され、これによって発光がさらに促進される。
【００２０】
上記が放電領域１０でおこなわれるため、この放電領域１０では空気浄化装置上流気流８、空気浄化装置下流気流９へと気流を通過させた場合、空気浄化装置上流気流８に微生物やウイルスが含まれていると、放電領域１０において、微生物は通過中にイオンやラジカルや加速した電子等の高速飛散により、外壁やたんぱく質が破壊される。さらにはＤＮＡやＲＮＡが変形されたりするなど、すなわち、微生物やウイルスは通過中に破壊または不活化されて下流気流９へと通過することになる。
【００２１】
しかしながら、放電領域１０において、確実に微生物やウイルスを通過中に破壊または不活化させるためには、空気浄化装置上流気流８、空気浄化装置下流気流９のように気流を通過させた場合の、放電領域１０における気流の通過風速と、高電圧を印加させるパルス周波数との関係が重要である。すなわち、微生物が放電領域１０を通過する前に、少なくとも１回以上高電圧を印加させ、多量電子の高速飛散により、外壁やたんぱく質を破壊しなくてはならない。
【００２２】
たとえば、エアコンなどではエアコン室内機を通過する気流の風速は、約１ｍ／ｓである。放電領域８の幅が数ｍｍ〜数１０ｍｍとすると、数１００〜数ｋＨｚという高い周波数で高電圧を印加させる必要がある。
【００２３】
また、より多量の電子の高速飛散を行わせるためには、瞬時に電圧を立ち上がらせるほうが有利であり、かつ、電圧印加時間を短いほうが人体に有害のオゾンの発生を少なくすることができる。すなわち、極小パルス幅の高電圧を印加させる必要がある。
【００２４】
以上のように上記によれば、放電電極２と対向電極３に、高周波数極小パルス幅高電圧印加装置４により、瞬時に電圧を立ち上がらせオゾンの発生を少なくする極小パルス幅を考慮し、高周波数の極小パルス幅の高電圧を印加させることが必要になるが３条件を満足させるためには非常に複雑な回路となり大型になる。そこで有害物質や微生物やウイルスを含む気体が非常に早い速度で両電極間を通過した場合でも微生物と放電によるイオンやラジカルや加速した電子等との衝突回数を増やすことができるように突起１１を設けた放電電極２に高周波数の極小パルス幅の高電圧を印加することで、安定した高エネルギーを持つストリーマ放電を発生させることが可能となる。すなわち、空気中の有害物質や微生物やウイルスが放電領域１０を通過する際、放電による電子やイオンやラジカル等の衝突回数が多くなり、ワンパスでの空気浄化効果を向上することができるものである。
【００２５】
また、高エネルギーを持ったストリーマ放電であり、放電領域１０を通過する有害物質や臭気成分も分解することができ、さらにパルスを正のパルスまたは負のパルスのどちらか一方を電極間に印可し塵埃を帯電させた後、後方に設置した逆電位のコレクタ電極やエレクトリックフィルター等で回収する電気集塵も可能である。
【００２６】
（実施例２）
他の実施例を図４、図５で説明する。２１は放電電極である。放電電極２１は突起１１を気流通過方向に対して上下に設けてあり、その他の構成は上記実施例１と同様に構成してある。また、この動作は上記実施例１と同様にして有害物質除去や、微生物やウイルスを含む気体の殺菌も行うことができるものであるが、放電電極２１に突起１１を気流通過方向に対して上下に設けることで、放電領域が気流通過方向に対して増加するため、結果的に放電領域を通過する時間が長くなり、ストリーマ放電による電子やイオンやラジカル等の衝突回数が多くなるためワンパスでの有害物質除去や殺菌効果を向上することができるものである。さらにパルスを正のパルスまたは負のパルスのどちらか一方を電極間に印可し塵埃を帯電させた後、後方に設置した逆電位のコレクタ電極やエレクトリックフィルター等で回収する電気集塵も可能である。
【００２７】
（実施例３）
他の実施例を図６で説明する。２２は放電電極である。放電電極２２は略三角形をした突起１１を有している。突起１１は電圧を印加したとき放電エネルギーを集中させる作用を有しているが、放電による有害物質や臭気成分の分解・微生物やウイルスの破壊等を行う場合、性能に影響が出ないように突起１１の間隔を確認した。
【００２８】
間隔は突起１１の底辺の長さより長い間隔で複数設置することで隣同士のストリーマ放電が重ならない放電を得ることができ、その結果、入力電圧も低く、効率の良い高エネルギーを持ったストリーマ放電が得られ有害物質や臭気成分の分解・微生物やウイルスなどの殺菌が可能となる。
【００２９】
（実施例４）
ストリーマ放電のエネルギーを大きくするために放電電極の厚みを変化させ最適な厚みを確認した。放電の条件は周波数２ｋＨｚ・パルス幅約１μｓｅｃ・電圧５ｋｖで行った。放電エネルギーは放電電極を薄くする方が大きくなるが、強度が弱くなってくるため切れやすくなったり、腐食に弱くなってくるといった欠点があるため薄くする場合は使用条件により十分な検討が必要となる。また厚みを２．１ｍｍ以上にするとストリーマ放電は暗くなり、放電エネルギーは低下してくるため、放電電極の厚みは２．０ｍｍ以下で最適な放電エネルギーが得られる。この厚みの範囲で良好な有害物質や臭気成分の分解・微生物やウイルスなどの殺菌が可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、放電電極と対向電極と、両電極間に高周波数の極小パルス幅の高電圧を印加させる高周波数極少パルス幅高電圧印加装置とを備え、さらに前記放電電極に突起を設ることで、コロナ放電のエネルギーに比べてはるかに高いエネルギーを持ったストリーマ放電が得られる。
【００３１】
その結果、高エネルギーを持ったストリーマ放電により得られた加速した電子やイオンやラジカル等が、微生物の外壁を破壊しＤＮＡやＲＮＡ等を十分に破壊または菌を不活化させることができ、殺菌効率が向上する。また、高エネルギーを持った放電であり、放電領域を通過する有害物質や臭気成分も分解することができる。
【００３２】
また、放電電極の長手方向に対し垂直方向に複数突起を設けることで、放電領域が気流通過方向に対して増加するため、放電領域を通過する時間が長くできる。その結果、微生物にストリーマ放電による加速した電子やイオンやラジカル等の衝突回数が多くなるためワンパスでの殺菌効果を、より向上することができるものである。また、高エネルギーを持った放電であり、放電領域を通過する有害物質や臭気成分も、より分解することができる。
【００３３】
また、突起の間隔を突起の底辺の長さより長い間隔で複数設置することで隣同士のストリーマ放電が重なることなく入力電圧も低く無駄のない安定した放電を得られる。その結果、有害物質や臭気成分の分解・微生物やウイルスなどの殺菌がよりいっそう可能となる。
【００３４】
また、放電電極の厚みを２．０ｍｍ以下にすることで、さらに高いエネルギーを持ったストリーマ放電が得られる。その結果、この厚みの範囲で良好な有害物質や臭気成分の分解・微生物やウイルスなどの殺菌がさらにいっそう可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく空気浄化装置の正面図
【図２】本発明の空気浄化装置の断面図
【図３】電極部側面の拡大図
【図４】第２の空気浄化装置の電極部側面の拡大図
【図５】第２の空気浄化装置の放電場所を示す断面図
【図６】第３の空気浄化装置の電極部側面の拡大図
【符号の説明】
１空気浄化装置
２、２１、２２、２３放電電極
３、３１、３２対向電極
４高周波数極小パルス幅高電圧印加装置
５プラス電極
６アースまたはマイナス電極
７気流通過領域
８空気浄化装置上流気流
９空気浄化装置下流気流
１０放電領域
１１突起

Claims

放電電極の両側に対向電極を配設し、両電極間に放電を発生させる高電圧を印加する高電圧印加装置を設けた空気浄化装置において、前記放電電極に突起を設けたことを特徴とした空気浄化装置。
前記放電電極の突起を、長手方向に対し垂直方向に複数設けてなることを特徴とした請求項１に記載の空気浄化装置。
前記放電電極の突起の間隔が少なくとも突起の底辺の長さより長い間隔であることを特徴とした請求項１または２に記載の空気浄化装置。
前記放電電極の厚みが２．０ｍｍ以下であることを特徴とした請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の空気浄化装置。