JP2005164176A - 浄化方法および浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 通過する空気を確実に浄化できる浄化方法および浄化装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 通風回路中にストリーマ放電が発生している放電領域８を形成する浄化ユニット１に対して、前記通気回路の上手側に霧化ユニット９で発生した霧体Ｋを供給して前記放電領域８を通過させて前記通風回路の下手側７に放出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気調和機などに使用される浄化方法および浄化装置に関するものである。

従来、イオンやオゾン等の活性粒子を利用して、食品・調理用品などの食に関連する物体や公衆衛生上で微生物が問題となる物体の表面、これらの物体を収納する空間に存在する微生物の繁殖を防止する方法が知られている。

例えば、空気などの気体を電離室に導いてイオン化およびオゾン化させる際の放電電流を制御することにより、所定の低濃度のオゾンと高濃度のイオンを含む気体を発生させ、前記電離室あるいはそれに連通する空間内で、あるいは電離室で発生した気体を物体に吹き付けることによって、オゾンとイオンとの相乗効果で微生物の繁殖を防止するようにした微生物繁殖防止方法および装置がある。たとえば（特許文献１）参照。

また、例えば、図１１に示すように放電電極と接地側電極の間において、放電電極に印加するパルス波形の高電圧の半値幅を狭めることにより、電圧ピークが高く且つ尖った形状の高電圧パルス波形を印加し、殺菌する方法などがある。たとえば（特許文献２）参照。
特開平９−１０８３１３号公報 特開２００２−２６３１７０公報

しかしながら、上記した従来の浄化方法では、物体の表面や収納空間に存在する微生物を処理対象とするものであるため、浄化しようとする空気が流れている場合には、微生物は損傷されずに通過してしまって高い浄化効果を期待できない。

また、部屋の窓に施されたカーテンなどに付いた雑菌の殺菌や脱臭などの効果を期待できないものである。
本発明は、浄化しようとする空気が流れている場合にも高い浄化効果を期待でき、部屋の窓に施されたカーテンなどに付いた雑菌の殺菌や脱臭などの効果を期待できる浄化方法と浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の浄化方法は、浄化対象の空間の空気が流れる通風回路中にストリーマ放電が発生している放電領域を形成し、ＯＨ基を含む液体を霧化して前記放電領域に対して前記通風回路の下手側に放出し、この放電領域に浄化対象を通過させて浄化するとともに、霧化した前記液体が前記ストリーマ放電に遭遇して発生したラジカルやイオンを前記通風回路の下手側に放出して前記浄化対象の空間を浄化することを特徴とする。

本発明の請求項２記載の浄化装置は、通風回路中にストリーマ放電が発生している放電領域を形成する浄化ユニットと、前記浄化ユニットに対して前記通気回路の上手側に配設されてＯＨ基を含む液体を霧化して放出する霧化ユニットとを備え、前記霧化ユニットで発生した霧体を前記浄化ユニットの放電領域を通過させて前記通風回路の下手側に放出するように構成したことを特徴とする。

本発明の請求項３記載の浄化装置は、通風回路中にストリーマ放電が発生している放電領域を形成する浄化ユニットと、ＯＨ基を含む液体を霧化する霧化ユニットと、前記霧化ユニットで発生した霧体を前記浄化ユニットに対して前記通気回路の上手側に供給して前記放電領域を通過させて前記通風回路の下手側に放出する霧体配給手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項４記載の浄化方法は、請求項１において、ＯＨ基を含む液体として、空気から除湿して得た水を使用することを特徴とする。

本発明によれば、殺菌、脱臭、有害物質除去できるとともに、水や加湿空気等を放電領域に通過させることにより生成されたラジカルやイオン等を放出させ、放出された領域を殺菌、脱臭、有害物質除去することができる。

以下、本発明の浄化方法を具体的な実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の（実施の形態１）の浄化装置をセパレート型空気調和機に適用した場合を示している。

室内機Ａと室外機Ｂとが冷媒配管Ｄ１，Ｄ２で接続されている。Ｅは室内側熱交換器、Ｆは送風ファンである。Ｊは送風ファンＦの運転によって発生する空気流の流れ方向を示している。

室内機Ａには、図２に示す浄化ユニット１が設けられている。
浄化ユニット１は、複数段に配置された平板状の対向電極３と、この対向電極３の間を隣接する対向電極３の間を通過するように蛇行して引き回されたワイヤ状の放電電極２と、対向電極３と放電電極２の間に高電圧を印加する高電圧印加装置４とで構成されている。

高電圧印加装置４としては、例えば倍電圧回路にＩＧＢＴ（Inslated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング手段によって高周波数の電圧で、かつ所望のパルス波形を生成し、これを高圧トランスで昇圧するように構成されている。さらに詳しくは、前記放電電極２に接続されたプラス電極４１と対向電極３に接続されたマイナス電極４２との間に、パルス波形の歪んだ高電圧を印加して前記放電電極２と対向電極３との間にストリーマ放電を発生させ得るように構成されている。

なお、対向電極３と放電電極２の間に形成された前記ストリーマ放電の放電領域８の大きさは、開口５から入ってこの浄化ユニット１の内部を通過する空気流６が確実に放電領域８を通過するように、開口５よりも大きく形成されている。

一方、前記室外機Ｂには、通常の空気調和機に見られる冷媒回路の他に、水を霧化する霧化ユニット９が設けられており、この霧化ユニット９で発生した水粒子Ｋは配管Ｄ３を介して室内機Ａの側の前記浄化ユニット１の近傍に供給されている。さらに詳しくは、配管Ｄ３の先端Ｍは室内機Ａの内部において、浄化ユニット１の前記放電領域８に対して前記空気流の流れ方向Ｊの上手側の位置で開口しており、前記霧化ユニット９で発生した水粒子Ｋを放出している。

この実施の形態では、浄化ユニット１に対して室内機Ａの通気回路の上手側に水粒子Ｋを供給して前記放電領域８を通過させて前記通風回路の下手側に放出する霧体配給手段は、前記配管Ｄ３の単独である場合と、霧化ユニット９で発生した水粒子Ｋを強制的に吸い込むファン装置（図示せず）とで構成される場合などがある。室内機Ａの送風力を利用して室内機Ｂの側の前記霧化ユニット９で発生した水粒子Ｋを吸い込むようにも構成できる。

図３は霧化ユニット９で発生した水粒子Ｋの前記浄化ユニット１における作用の説明図で、浄化ユニット１の前記放電領域８には、空気流の流れ方向Ｊで示される空気流６は、単独ではなく、前記霧化ユニット９で発生した水粒子Ｋを伴って前記開口５から前記放電領域８を通過して浄化処理を受ける。

さらに詳しく説明する。
放電電極２と対向電極３との間に形成されたストリーマ放電の発生機構は、放電電極２から放出される電子の前方で中性分子の電離が起こって電子がなだれのように放出され、これが次の新しい電子なだれを起こすというように、電子なだれが次々と起こって合体していくことにより高速に進行するものであり、放電電流の大部分は電子によるものである。

その際には、放電電極２と対向電極３との間における放電電極２の付近に著しい電界集中があるため、印加される高電圧が十分な大きさであれば、電子なだれが発生し、多量のイオンと光量子とが作り出される。

その際、ワイヤ状の放電電極２をプラス電極としているため、放電電極２の付近で多量の光量子があらゆる方向に放出され、放出された光量子がその付近の中性分子に吸収されて電離を生起していき、放電電極２に向かう方向の電子なだれが多数に発生して、それと同時に作り出される正イオン中でプラズマ柱を形成する。

このプラズマ柱の前縁には対向電極３（つまりマイナス電極あるいはアースに接続した電極）に向かう正イオンが高密度で集中し、それによる電界集中の他に、これら正イオンの空間電荷と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るため、プラズマ柱の前縁の発光はさらに促進される。

このようなパルスストリーマ放電が放電領域８で起こるため、放電領域８に流入する空気流６に微生物が含まれていると、放電領域８で高速に飛散している多量の電子等の飛散粒子（つまり、放電電極２から放出された電子；気体分子（中性分子）、それに由来する電子、正イオン等）、電位差およびラジカル等によって、微生物の外壁やタンパク質が破壊されたり、ＤＮＡやＲＮＡが損傷されることになり、微生物は殺滅または不活化されて処理済み空気流６Ａとなって浄化ユニット１から放出され、室内側熱交換器Ｅを通過して室内７に放出される。

また、空気流６にＮＨ_３（アンモニア）などの臭いの原因物質が含まれていると、放電領域８で高速に飛散している多量の電子等の飛散粒子（つまり、放電電極３から放出された電子；気体分子（中性分子）、それに由来する電子、正イオン等）、電位差およびラジカル等によって、あるエネルギーレベルで安定していたＮＨ_３はエネルギーを与えられ分解反応が促進される。

すなわち、第一段階ではＮとＨに分解され、そのままでは不安定なため、第二段階ではＮ_２（窒素）とＨ_２（水素）に、さらにはＨ_２Ｏ（水）などに変化し、浄化されて浄化ユニット１から放出され、室内側熱交換器Ｅを通過して室内７に放出される。

さらに、前記水粒子Ｋを、浄化ユニット１の放電領域８を通過させることにより、
（Ｏラジカルやイオン）＋Ｈ_２Ｏ → ２（ＯＨラジカルやイオン）
（Ｏラジカルやイオン）＋Ｈ_２Ｏ → Ｈ_２Ｏ_２ラジカルやイオン
の反応がおこり、放電領域８の下流に、ＯＨラジカルやイオン、Ｈ_２Ｏ_２ラジカルやイオン等、酸化力の高いラジカルやイオン１１を豊富に生成することができる。この生成されたＯＨラジカルやイオン１１は、酸化力が高く、微生物の外壁やタンパク質が破壊することができ、放電領域８における微生物の殺滅，不活化が促進されるとともに、処理済み空気流６Ａに伴われて浄化ユニット１から放出され、室内側熱交換器Ｅを通過して室内７に放出されるので、この放出された室内７を殺菌、脱臭、有害物質除去することができ、浄化できる。

高電圧印加装置４から放電電極２と対向電極３との間に印加される高電圧波形を具体的に説明する。
効率よく前記ストリーマ放電を発生させるためには、放電電極２と対向電極３との間隙の大きさによっても異なるが、この間隙が約１０ｍｍである時には約７ｋＶ以上、間隙が約８ｍｍである時には約６ｋＶ以上、間隙が約５ｍｍである時には約４ｋＶ以上のパルス波形の歪んだ高電圧が必要である。

確実に殺菌、脱臭、有害物質除去などの浄化を行うためには、放電領域８を通過する空気流６の速度と高電圧のパルス周波数との関係が重要である。つまり、空気流６に含まれている微生物（換言すると空気流６中の任意の１点）や汚れた物質が放電領域８を通過する間に少なくとも１回のストリーマ放電を発生させることができる周波数の高電圧が必要である。

たとえば、一般の空気調和機の場合、室内機Ａを通過する気流の速度は約１ｍ／ｓなので、空気流６の通過方向における放電領域８の幅が約１０ｍｍである時には、気流中の微生物は約１０ｍｓｅｃで放電領域８を通過する。したがって、高電圧を約１００Ｈｚにて印加することで、放電領域８を通過していく微生物を１回、パルスストリーマ放電に遭遇させることができる。

放電領域８を通過していく微生物や物質を確実に殺菌または分解するためには、上記した周波数約１００Ｈｚの数倍〜数十倍程度、つまり数百〜数千Ｈｚという高周波数の高電圧を印加すればよい。

逆に言うと、このような高周波数の高電圧を印加することにより、気流が非常に速い速度で放電領域８を通過する場合も、気流中の微生物や汚れた物質を確実に浄化できる。
パルス幅については、放電領域８でより多量の電子を高速飛散させること、また電圧印加時間を短縮して人体に有害なオゾンの発生を低減すること、また火花放電を抑制するなどの観点から、できるだけ小さいパルス幅が望ましいが、約５μｓｅｃ以下の数マイクロ秒以下のパルス幅の高電圧とすることで、好ましい浄化効果が得られる。

さらに、高電圧波形については、負のパルス波形の歪んだ高電圧を印加することによって、放電領域８でマイナスイオンを生成することができ、処理済み空気流６Ａとしてマイナスイオンを含んだきれいな空気を供給して、リラックスできる雰囲気を提供することが可能となる。

使用可能な各波形例を図５〜図９に示す。比較例として一般の浄化装置で採用されている高電圧パルス波形を図１１に示す。
（第１例）
図５は高電圧印加装置４から発生する正弦波や振動波形であるパルス波形の（第１例）を示している。

図１１のＢ部を拡大した拡大部にあるように一般の浄化装置で採用されている高電圧パルス波形は単峰波形であったが、この（第１例）では、図５のＡ部を拡大した拡大部にあるように、歪んだ高電圧の波形は、２つ以上のピークを有している。この図５では第１ピークｐ１と第２ピークｐ２を有している。第２ピークｐ２が第１ピークｐ１よりも高電圧の場合を図示したが、第２ピークｐ２が第１ピークｐ１よりも電圧が低い場合、複数のピークの電圧が同じ場合でも実施可能である。

図４は放電電極２と対向電極３との間隙が約５ｍｍで約４ｋＶのパルス波形の歪んだ（第１例）の高電圧を印加して空気調和機を運転した場合の浄化性能を表している。
（第２例）
図６は高電圧印加装置４から発生するパルス波形の（第２例）を示している。

この（第２例）は正のパルス波形だけであって負の成分を有していない。パルス幅電圧値については（第１例）と同様である。
（第３例）
図７は高電圧印加装置４から発生するパルス波形の（第３例）を示している。

この（第３例）は負のパルス波形だけであって正の成分を有していない。パルス幅電圧値については（第１例）と同様である。
（第４例）
図８は高電圧印加装置４から発生するパルス波形の（第４例）を示している。

図６に示した（第２例）のパルス波形では、第１ピークｐ１と第２ピークｐ２を有している第１パルスＰ１と、この第１パルスＰ１よりもピーク電圧の低い第２パルスＰ２と、第２パルスＰ２よりもピーク電圧の低い第３パルスＰ３との繰り返しであったが、この（第４例）では、第１パルスＰ１だけの繰り返しで、（第２例）に見られたような第２，第３パルスＰ２，Ｐ３を有していない。

（第５例）
図９は高電圧印加装置４から発生するパルス波形の（第５例）を示している。
図８に示した（第４例）のパルス波形では、正のパルス波形であったが、この（第５例）では負のパルス波形である点だけが異なっている。

なお、この（第１例）〜（第５例）では電圧波形の立ち上がりが基準のアース電位から次第に離れて正または負のピークに近づき、立ち下りが正または負のピークから基準のアース電位に次第に近づく形状のパルス波形であったが、（第１例）〜（第５例）と比べると電圧波形の立ち上がりが基準のアース電位からより迅速に正または負のピークに近づき、立ち下りが正または負のピークから基準のアース電位により迅速に近づく矩形状のパルス波形であった場合も同様の効果を期待できる。

（実施の形態２）
図１０は本発明の（実施の形態２）の浄化装置をセパレート型空気調和機に適用した場合を示している。

（実施の形態１）では室内機Ａに浄化ユニット１を配設し、室外機Ｂに霧化ユニットＢを配置したが、この（実施の形態２）では、室内機Ａに浄化ユニット１と霧化ユニット９を配置した点が異なっている。その他は、（実施の形態１）と同様である。

なお、上記の各実施の形態において霧化ユニット９は水を霧化させたが、水の他、エタノール，メタノールなどのアルコール類であっても効果を期待することができ、霧化ユニット９で霧化する液体としてはＯＨ基を有する液体であれば使用可能である。また、水を霧化する場合には、空気中の水分を回収したものを使用することもできる。

また、霧化ユニット９のメカニズムとしては超音波型や加熱型の加湿手段、デシカント応用加湿手段などを使用できる。
上記の各実施の形態では、空気調和機を例に挙げて説明したが、温度調節機能や除湿機能などを有していない空気清浄器などで実施することによって、使用環境の浄化を実現できる。

本発明の浄化方法および浄化装置は、空気調和機、空気清浄器，加湿器などに利用して使用環境の浄化を実現できる。

本発明の（実施の形態１）の浄化装置をセパレート型空気調和機に適用した場合の全体の断面図 同実施の形態の放電領域の正面断面図 同実施の形態の放電領域の側面断面図と浄化装置の動作説明図 本発明の浄化装置の有害物質除去効果の結果図 同実施の形態の放電領域の対向電極に印加される第１例の高電圧の波形図 同実施の形態の放電領域の対向電極に印加される第２例の高電圧の波形図 同実施の形態の放電領域の対向電極に印加される第３例の高電圧の波形図 同実施の形態の放電領域の対向電極に印加される第４例の高電圧の波形図 同実施の形態の放電領域の対向電極に印加される第５例の高電圧の波形図 本発明の（実施の形態２）の浄化装置をセパレート型空気調和機に適用した場合の室内機の断面図 従来の浄化装置で使用されている高電圧の波形図

符号の説明

Ａ 室内機
Ｂ 室外機
Ｄ１，Ｄ２ 冷媒配管
Ｄ３ 配管
Ｅ 室内側熱交換器
Ｆ 送風ファン
Ｊ 空気流の流れ方向
１ 浄化ユニット
２ 放電電極
３ 対向電極
４ 高電圧印加装置
５ 開口
６ 空気流
７ 室内（浄化対象の空間）
８ 放電領域
９ 霧化ユニット
Ｋ 水粒子

Claims (4)

1. 浄化対象の空間の空気が流れる通風回路中にストリーマ放電が発生している放電領域を形成し、
   ＯＨ基を含む液体を霧化して前記放電領域に対して前記通風回路の下手側に放出し、
   この放電領域に浄化対象を通過させて浄化するとともに、霧化した前記液体が前記ストリーマ放電に遭遇して発生したラジカルやイオンを前記通風回路の下手側に放出して前記浄化対象の空間を浄化する
   浄化方法。
2. 通風回路中にストリーマ放電が発生している放電領域を形成する浄化ユニットと、
   前記浄化ユニットに対して前記通気回路の上手側に配設されてＯＨ基を含む液体を霧化して放出する霧化ユニットとを備え、
   前記霧化ユニットで発生した霧体を前記浄化ユニットの放電領域を通過させて前記通風回路の下手側に放出するように構成した
   浄化装置。
3. 通風回路中にストリーマ放電が発生している放電領域を形成する浄化ユニットと、
   ＯＨ基を含む液体を霧化する霧化ユニットと、
   前記霧化ユニットで発生した霧体を前記浄化ユニットに対して前記通気回路の上手側に供給して前記放電領域を通過させて前記通風回路の下手側に放出する霧体配給手段とを備えた
   浄化装置。
4. ＯＨ基を含む液体として、空気から除湿して得た水を使用する請求項１記載の浄化方法。

Images