JP2005168533A

JP2005168533A - 浄化方法および浄化装置

Info

Publication number: JP2005168533A
Application number: JP2003408361A
Authority: JP
Inventors: Makoto Shimizu; 真清水; Masakatsu Iwashimizu; 正勝岩清水
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2003-12-08
Publication date: 2005-06-30

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を形成し、この放電領域において酸化力の高いラジカルやイオンを形成し、前記通風回路の下手側に放出する。
【選択図】図２

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基を含む液体に前記放電領域においてストリーマ放電を作用させてラジカルやイオン等を含んだ粒子を生成し、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、ラジカルやイオン等を含んだ前記粒子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を有し、この放電領域に浄化対象を通過させて浄化する浄化装置であって、前記浄化ユニットは、高電圧が印加されてストリーマ放電が発生している電極間の少なくとも一方の電極に、ＯＨ基を含む液体を供給する液体供給手段を有し、ＯＨ基を含む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含んだ粒子を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。

本発明によれば、通過する空気の殺菌、脱臭、有害物質除去できるとともに、ストリーマ放電領域で発生させ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、タンク５に溜められた水９に基端部が浸された放電電極２と、針状の放電電極２の先端とは空隙を隔てて対向した平板状の対向電極３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。

なお、放電電極２は多孔質セラミックスの一部に電極２Ａを付着させて構成されており、毛細管現象によって前記水９が基端部から先端部に吸い上げられて、水９を含浸したセラミックスが導電性になって電極として作用している。

このようなタンク５と放電電極２及び対向電極３とで構成されるものを一組として、これが室内機Ａの室内空気吸い込み口の長さ方向に複数組が所定間隔で配列されている。
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、前記複数組の各放電電極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の放電領域８を発生させ得るように構成されている。

図３は浄化ユニット１の説明図である。
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、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、水９を含浸して導電性になった放電電極２と対向電極３との間でストリーマ放電することによって、このストリーマ放電に遭遇した前記放電電極２の表面の水９は、
（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。すなわち、室内の壁面やカーテン等の付着した臭気、ウイルス、かびなどの、脱臭や除菌をも行うことができる。

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１０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。

なお、上記の各実施の形態においてタンク５には水９を溜めて動作させたが、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、タンク５に入れる液体としてはＯＨ基を有する液体であれば使用可能である。また、水を使用する場合には、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、上記の実施の形態では放電電極２の毛細管現象によってタンク５の液体を吸い上げて放電領域８でのストリーマ放電に遭遇させるように構成したが、放電電極２の表面に前記液体を滴下または噴霧して放電領域８でのストリーマ放電に遭遇させるように構成することも出来る。

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。

上記の実施の形態では針状の放電電極２を有した複数個のユニットを配列して浄化ユニット１を構成したが、放電電極２はたとえば金属針状、鋸歯状などの形状のものを使用できる。室内機Ａの室内空気吸い込み口の長さ方向に鋸歯状が連続する放電電極２を使用した場合には、前記ユニットの数を少なくすることができる。

また、上記の実施の形態では放電領域８に遭遇させて前記液体から酸化力の高いラジカルやイオン１１を発生させたため、浄化ユニット１の外部で前記液体を霧化させてから浄化ユニット１に導入して放電領域８に遭遇させる形式に比べて、前記液体で濡れるエリアが少ないため、衛生的で、より長期間にわたって安定した運転を期待できる。

本発明の浄化方法および浄化装置は、空気調和機の他、空気清浄器，加湿器などに利用できる。

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浄化ユニットの構成図同実施の形態の浄化ユニット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に印加される第５例の高電圧の波形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
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タンク
６空気流
７室内（浄化対象の空間）
８放電領域
９水

Claims

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基を含む液体に前記放電領域においてストリーマ放電を作用させてラジカルやイオン等を含んだ粒子を生成し、
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、ラジカルやイオン等を含んだ前記粒子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。
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を有し、この放電領域に浄化対象を通過させて浄化する浄化装置であって、
前記浄化ユニットは、高電圧が印加されてストリーマ放電が発生している電極間の少なくとも一方の電極に、ＯＨ基を含む液体を供給する液体供給手段を有し、
ＯＨ基を含む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含んだ粒子を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。