JP2006015282A - 空気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 イオン化部と電気的集塵部とを備えた空気浄化装置において、該イオン化部に被処理成分を分解する機能を付与する。
【解決手段】 イオン化部(40)をストリーマ放電によってプラズマを生成するストリーマ放電部で構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気浄化装置に係り、特に、空気中の塵埃を帯電させるイオン化部と、該イオン化部によって帯電された塵埃を捕集する電気的集塵部とを備えた空気浄化装置に関するものである。

従来より、空気中の塵埃を電気的に捕集する空気浄化装置が知られている。例えば特許文献１に開示されている空気浄化装置は、図１０に示すように、空気が流通する空気通路内に、イオン化線(61)と対向電極(62)とからなるイオン化部(60)が設けられている。また、上記イオン化部(60)の下流側には、静電フィルタ（電気的集塵部）(63)が設けられている。この静電フィルタ(63)は、プラスとマイナスとの電荷を帯びる繊維によって構成されている。さらに、空気浄化装置には、上記イオン化部(60)に電圧を印加する高圧交流電源(64)が備えられている。

以上の構成において、高圧交流電源(64)からイオン化部(60)に電圧が印加されると、イオン化部(60)よりグローコロナ放電が生じ、空気中の塵埃が正と負とに帯電する。その後、正と負とに帯電された塵埃は、プラスとマイナスとを帯びた静電フィルタ(63)に静電気力によって引き寄せられ、静電フィルタ(63)に付着する。このように、この空気浄化装置では、イオン化部(60)によって塵埃を正と負との双方に帯電させることにより、静電フィルタ(63)の表面におけるプラス部とマイナス部との双方を塵埃の捕集に利用し、塵埃の捕集効率を向上させるようにしている。
特開２００１−１７９１３１号公報

ところで、特許文献１に開示されているような空気浄化装置は、空気中の塵埃を除去するのみならず、その空気中の有害成分や悪臭成分（以降、被処理成分と称す）を分解するために用いられるのが一般的である。

しかしながら、特許文献１の空気浄化装置のようにグローコロナ放電で塵埃を捕集するものでは、被処理成分の分解を図るための装置を別に設ける必要があり、その場合には、空気浄化装置が大型化、複雑化されてしまう。また、上記グローコロナ放電によって生じるプラズマを被処理成分の分解に利用することも考えられるが、一般的にグローコロナ放電によるプラズマ発生量は比較的少なく、空気中の有害成分や悪臭成分を効果的に分解することは困難である。

本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、空気中の塵埃を帯電させるイオン化部に被処理成分を分解する機能を付与することである。

本発明は、イオン化部(40)をストリーマ放電によりプラズマを生成するストリーマ放電部によって構成するようにしたものである。

具体的に、第１の発明は、空気中の塵埃を帯電させるイオン化部(40)と、該イオン化部(40)によって帯電された塵埃を捕集する電気的集塵部(33)とを備えた空気浄化装置を前提としている。そして、この空気浄化装置は、上記イオン化部(40)が、ストリーマ放電によりプラズマを生成するストリーマ放電部で構成されているものである。

上記第１の発明では、空気浄化装置で処理される空気がイオン化部(40)を流通する際、イオン化部(40)によって空気中の塵埃が帯電される。そして、帯電された塵埃は、静電気力によって電気的集塵部(33)に引き寄せられ、これらの塵埃が電気的集塵部(33)に捕集される。

ここで、本発明では、上記イオン化部(40)をストリーマ放電部で構成している。このため、ストリーマ放電によってプラズマ（低温プラズマ）が生成すると、空気中で活性種（高速分子、ラジカル、励起分子など）が生じ、空気中の悪臭成分や有害成分（被処理成分）が分解される。このようにしてストリーマ放電で生じる活性種の生成量は、上述した特許文献１のグローコロナ放電と比較して格段に多いため、空気中の被処理成分を効果的に分解できる。

第２の発明は、第１の発明の空気浄化装置において、電気的集塵部(33)が静電フィルタにより構成されているものである。なお、ここで言う「静電フィルタ」は、例えば繊維などの基材がプラスとマイナスとに帯電されているフィルタを意味するものである。

上記第２の発明では、ストリーマ放電部(40)によって低温プラズマが生じることで、空気中の塵埃が帯電される。ここで、ストリーマ放電では、図８に示すように、放電電極(41)と対向電極(42)との間の空間全域で低温プラズマが生じる。このため、低温プラズマに伴って生じる電離領域(Ｒ)は、放電電極(41)と対向電極(42)との間の空間全域に形成され、その結果、この空間全域においてプラスとマイナスイオンが発生する（図８(Ａ)）。したがって、この空間を流通する空気中の塵埃を正と負との両方に帯電させることができる（図８(Ｂ)）。

一方、静電フィルタ(33)は、プラスとマイナスとを帯びているため、正に帯電された塵埃が静電フィルタ(33)のマイナス部に付着する一方、負に帯電された塵埃が静電フィルタ(33)のプラス部に付着する。よって、塵埃の捕集に用いられる静電フィルタ(33)の表面を有効活用でき、塵埃の捕集効率を向上させることができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明の空気浄化装置において、ストリーマ放電部(40)の電源手段(45)が直流電源により構成されているものである。

上記第３の発明では、直流電源(45)からストリーマ放電部(40)に直流電圧が印加されることで、ストリーマ放電部(40)より低温プラズマが生成する。ところで、例えば従来のグローコロナ放電の空気浄化装置において直流電源を用いると、図９に示すように、電離領域(Ｒ)は放電電極（イオン化線）(41)の近傍のみにしか形成されないため、マイナスイオンは速やかに放電電極(41)に到達する一方、空気が流通する空間には、対向電極(42)に移動するプラスイオンばかりが残存することとなる（図９(Ａ)）。よって、この空間を流通する空気は、ほとんとが正の電荷に帯電されることとなる（図９(Ｂ)）。したがって、特許文献１に開示されているグローコロナ放電の空気浄化装置のように、正の高圧電源と負の高圧電源とをそれぞれ異なる電極に用いる、あるいは同一の電極に対して高圧交流電源を用いる必要があった。

一方、本発明では、ストリーマ放電部(40)に直流電源(45)を用いた場合にも、上述した図８に示すように、塵埃を正と負との双方に帯電させることができる。したがって、電源手段の構成を単純かつ廉価に構成することができる。

上記第１の発明によれば、イオン化部(40)をストリーマ放電部で構成することによって、活性種を積極的に発生させ、被処理成分を分解できるようにしている。すなわち、この空気浄化装置に悪臭成分や有害成分の分解能を付与することができる。ここで、ストリーマ放電部(40)は、空気中の塵埃の帯電と被処理成分の分解との双方の機能を有することとなるため、この空気浄化装置の単純化、小型化を図ることができる。

上記第２の発明によれば、ストリーマ放電部(40)によって正と負とに帯電された塵埃を静電フィルタ(33)のプラス部とマイナス部とで捕集できるようにしている。したがって、この空気浄化装置の捕集効率を向上させることができる。

また、ストリーマ放電部(40)で生じる活性種を静電フィルタ(33)に流通させることで、静電フィルタ(33)における除菌、及びアレルゲンの不活化を図ることができる。このため、菌類の増殖に伴う静電フィルタ(33)の目詰まりを回避できるとともに、静電フィルタ(33)の長寿命化を図ることができる。さらに、静電フィルタ(33)のメンテナンス時において菌類やアレルゲンが飛散してしまうことを抑制できる。

上記第３の発明によれば、ストリーマ放電部(40)の電源手段(45)を直流電源で構成しながら、塵埃を正と負とに帯電できるようにしている。したがって、イオン化部(40)の電源を単純かつ廉価に構成しながら、空気浄化装置の集塵効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

<イオン化部及び電気的集塵部の基本構成>
まず、この空気浄化装置(10)に用いられるイオン化部(40)及び電気的集塵部(33)の基本構成について図１及び図２を参照しながら説明する。なお、図１は、実施形態に係る空気浄化装置(10)に適用されるイオン化部(40)の概略構成図であり、図２は、電気的集塵部(33)の要部拡大図である。

図１に示すように、イオン化部(40)は、空気浄化装置(10)で処理される空気中の塵埃を帯電させるものである。このイオン化部(40)は、ストリーマ放電によりプラズマ（低温プラズマ）を発生するストリーマ放電部で構成されている。ストリーマ放電部(40)は、詳細は後述する放電電極(41)と、該放電電極(41)に対向する対向電極(42)とで構成されている。また、ストリーマ放電部(40)には、電源手段(45)として直流電源が備えられている。そして、直流電源(45)よりストリーマ放電部(40)に電圧が印加されることで、放電電極(41)と対向電極(42)との間でストリーマ放電が行われる。その結果、低温プラズマの生成に伴い空気中でプラスイオンとマイナスイオンとが生じ、空気中の塵埃が正と負とに帯電される。また、ストリーマ放電部(40)は、低温プラズマを生成させることで被処理成分を分解する活性種を発生させるように構成されている。

一方、電気的集塵部(33)は、上記ストリーマ放電部(40)によって正と負とに帯電された塵埃を捕集するものである。この電気的集塵部(33)は、図２に示すような静電フィルタで構成されている。静電フィルタ(33)は、プラスとマイナスとを帯びた繊維で構成されている。そして、ストリーマ放電部(40)で正に帯電された塵埃は、静電フィルタ(33)のマイナス部(33a)の静電気力によって引き寄せられ、このマイナス部(33a)に付着する。一方、ストリーマ放電部(40)で負に帯電された塵埃は、静電フィルタ(33)のプラス部(33b)の静電気力によって引き寄せられ、このプラス部(33b)に付着する。以上のようにして、静電フィルタ(33)は、空気中の塵埃をその表面上に捕集するように構成されている。

<空気浄化装置の構成>
次に、上記イオン化部(40)及び電気的集塵部(33)が適用される空気浄化装置(10)の具体構成について図３から図５を参照しながら説明する。なお、図３は、本実施形態に係る空気浄化装置(10)の分解斜視図であり、図４は、空気浄化装置(10)の内部を上方から視た図である。この空気浄化装置(10)は、一般家庭や小規模店舗などで用いられる民生用の空気浄化装置である。

空気浄化装置(10)は、一端が開放された箱形のケーシング本体(21)と、該ケーシング本体(21)の開放端面に装着される前面プレート(22)とからなるケーシング(20)を備えている。ケーシング本体(21)の両側面及び上面と、前面プレート(22)の前面中央部には、室内空気が導入される空気吸込口(23)が形成されている。また、ケーシング本体(21)の天板の背面側寄りには、室内空気が流出する空気吹出口(24)が形成されている。

ケーシング本体(21)内には、空気吸込口(23)から空気吹出口(24)までに亘って室内空気が流れる空気通路(25)が形成されている。この空気通路(25)には、室内空気の流れの上流側（図２において下側）から順に、空気浄化を行う各種の機能部品と、該空気通路(25)に室内空気を流通させるための遠心送風機(26)とが配置されている。

上記機能部品は、前面プレート(22)側より順に、プレフィルタ(31)、イオン化部(
ストリーマ放電部）(40)、電気的集塵部（静電フィルタ）(33)、及び触媒フィルタ(34)が配置されて構成されている。また、空気浄化装置(10)のケーシング本体(21)の後部下側寄りには、電源手段として上述した直流電源(45)が設けられている。

プレフィルタ(31)は、室内空気中に含まれる比較的大きな塵埃を捕集するフィルタである。また、上述したように、ストリーマ放電部(40)は、プレフィルタ(31)を通過した比較的小さな塵埃を正と負の電荷に帯電させるとともに、低温プラズマの生成に伴い活性種を発生するものであり、放電電極(41)と対向電極(42)とで構成されている。

放電電極(41)は、複数の「コ」の字が連なった水平断面形状を有する波形部材(38)の後側近傍に配置されている。なお、波形部材(38)の後端部には、網目状のメッシュ部材(37)が連結されている。放電電極(41)は、ストリーマ放電部(40)の拡大斜視図である図５(Ａ)に示すように、線状ないし棒状に形成され、上下方向に延在する電極保持部材(43)に支持されている。この電極保持部材(43)は、水平断面が「コ」の字型に形成されており、所定の部位には前方に向かって屈曲形成された複数の支持板（固定部材）(44)が形成されている。そして、線状ないし棒状の放電電極(41)は、該放電電極(41)を挟み込むようにしてかしめられた支持板(44)の先端部によって支持されている（図５(Ｂ)、放電装置の水平断面図参照）。以上のようにして、放電電極(41)の両端部は、支持板(44)から上下方向に突出した状態となっている。なお、本実施形態において、放電電極(41)はタングステンを材料として構成されている。

一方、対向電極(42)は、上記放電電極(41)が配置される波形部材(38)の第１面（後面）(38a)に形成されている。そして、支持板(44)から突出する放電電極(41)が、対向電極(42)と略平行に配置されている。なお、対向電極(42)の上端部及び下端部には、それぞれ対向電極(42)と上記電極保持部材(43)とに介設されるスペーサー(46)が設けられている。このスペーサー(46)は、本実施形態において絶縁性の碍子で構成されている。そして、放電電極(41)の先端部から対向電極(42)までの間の距離が上記スペーサー(46)によって一定間隔に保持されている。

上述した静電フィルタ(33)は、上記ストリーマ放電部(40)の下流側に配置されている。この静電フィルタ(33)は、上流側の面において、上記ストリーマ放電部(40)によって帯電された比較的小さな塵埃を捕集する一方、下流側の面には光触媒（光半導体）が担持されている。この光触媒は、ストリーマ放電部(40)の放電によって生成される活性種を更に活性化し、室内空気中の被処理成分の分解を促進する。なお、この光触媒は、例えば二酸化チタンや酸化亜鉛、あるいはタングステン酸化物や硫化カドミウムなどが用いられる。また、静電フィルタ(33)は、水平断面が波形状に屈曲して形成された、いわゆるプリーツフィルタで構成されている。

上記触媒フィルタ(34)は、静電フィルタ(33)の下流側に配置されている。この触媒フィルタ(34)は、ハニカム構造の基材の表面にプラズマ触媒を担持したものである。このプラズマ触媒は、上記光触媒と同様に、ストリーマ放電部(40)の放電によって生成される活性種を更に活性化し、室内空気中の被処理成分の分解を促進する。このプラズマ触媒には、マンガン系触媒や貴金属系触媒、更にこれらの触媒に活性炭などの吸着剤を添加したものが用いられる。

−運転動作−
空気浄化装置(10)の運転中は、遠心送風機(26)が起動し、室内空気がケーシング本体(21)内の空気通路(25)を流通する。また、ストリーマ放電部(40)には直流電源(45)から高電圧が印加される。

室内空気がケーシング本体(21)内に導入されると、まずプレフィルタ(31)において比較的大きな塵埃が除去される。プレフィルタ(31)を通過した室内空気は、ストリーマ放電部(40)へと流れる。ストリーマ放電部(40)では、放電電極(41)と対向電極(42)との間でストリーマ放電が行われる。そして、ストリーマ放電部(40)の近傍において、比較的小さな塵埃が正と負とに帯電する（図１参照）。この帯電した塵埃を含む室内空気は、静電フィルタ(33)へ流入する。そして、静電フィルタ(33)において、これらの帯電した塵埃が捕集される。

同時にストリーマ放電部(40)では、ストリーマ放電により低温プラズマが発生し、この低温プラズマの発生に伴い活性種が生じる。そして、この活性種が室内空気中の被処理成分を分解する。また、上記活性種が静電フィルタ(33)に達すると、静電フィルタ(33)に担持された光触媒によって更に活性化し、室内空気中の被処理成分が更に分解される。さらに、この活性種が触媒フィルタ(34)に達すると、活性種は一層活性化し、室内空気中の被処理成分が一層効果的に分解される。

以上のようにして塵埃が除去されるとともに有害物質や臭気物質も除去された清浄な室内空気は、遠心送風機(26)へと取り込まれ、空気吹出口(24)から室内空間へ供給される。

−実施形態の効果−
上記実施形態では、イオン化部(40)をストリーマ放電部で構成することによって、ストリーマ放電で空気中の塵埃を帯電させるのみならず、低温プラズマの生成に伴って生じる活性種で被処理成分を効率的に分解できるようにしている。すなわち、ストリーマ放電部(40)によって空気中の塵埃の帯電と被処理成分の分解との双方の機能を果たすことができる。したがって、この空気浄化装置(10)の単純化、小型化を図ることができる。

また、上記実施形態では、ストリーマ放電部(40)によって正と負とに帯電された塵埃を静電フィルタ(33)のマイナス部(33a)とプラス部(33b)とに付着して捕集できるようにしている。よって、静電フィルタ(33)の表面を塵埃の捕集に有効に活用でき、この空気浄化装置(10)の集塵効率を高めることができる。また、静電フィルタ(33)の小型化、薄型化を図ることができる。

さらに、上記実施形態では、ストリーマ放電部(40)の電源手段として、直流電源(45)を用いている。このため、ストリーマ放電部(40)の電源手段を単純かつ廉価に構成することができる。

−実施形態の変形例１−
次に、上記実施形態の変形例１について説明する。この変形例１は、上述した実施形態とストリーマ放電部(40)の構成が異なるものである。具体的に、上記実施形態では、棒状ないし線状の放電電極(41)を対向電極(42)に対して平行に配置しているのに対し、変形例１では、先端が突出した針状ないし三角形状の放電電極(41)を対向電極(42)に対して略直交に対峙させて配置するようにしたものである（図６参照）。この変形例１においても、ストリーマ放電部(40)のストリーマ放電で空気中の塵埃を正と負とに帯電させることができるとともに、低温プラズマの生成に伴い発生する活性種によって空気中の被処理成分を効果的に分解することができる。

−実施形態の変形例２−
次に、実施形態の変形例２について説明する。この変形例２は、上述した実施形態と電気的集塵部(33)の構成が異なるものである。具体的に、上記実施形態では、電気的集塵部(33)を静電フィルタで構成しているのに対し、変形例２では、電気的集塵部(33)を正極板(51)と負極板(52)とからなる集塵極板で構成している。なお、この集塵極板(33)には、正極板(51)に対応する第１電源(46)と、負極板(52)に対応する第２電源(47)とが備えられている。そして、集塵極板(33)は、図７に示すように、ストリーマ放電部(40)で負に帯電された塵埃を正極板(51)に付着させて捕集する一方、ストリーマ放電部(40)で正に帯電された塵埃を負極板(52)に付着させて捕集する。よって、この変形例２においても、ストリーマ放電部(40)で帯電された塵埃を効果的に捕集することができる。

《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態では、ストリーマ放電部(40)の下流側に、例えばマンガン系触媒や貴金属系触媒などのプラズマ触媒が基材に担持された触媒フィルタ(34)を設けている。しかしながら、放電装置(40)の下流側には、この触媒フィルタ(34)の代わりに、例えば活性炭やゼオライトなどの吸着剤が基材に担持された吸着処理部材を設けるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明は、イオン化部と電気的集塵部とを備えた空気浄化装置について有用である。

実施形態に係る空気浄化装置のイオン化部の概略構成図である。 実施形態に係る空気浄化装置の静電フィルタの要部拡大図である。 実施形態に係る空気浄化装置の分解斜視図である。 実施形態に係る空気浄化装置の内部を上方から視た図である。 図３(Ａ)は放電装置の電極構造を示す要部拡大図であり、図３(Ｂ)は放電装置の水平断面図である。 変形例１に係る空気浄化装置のイオン化部の概略構成図である。 変形例２に係る空気浄化装置の電気的集塵部の概略構成図である。 ストリーマ放電による集塵メカニズムを示す概念図である。 従来のグローコロナ放電による集塵メカニズムを示す概念図である。 従来技術に係る空気浄化装置の概略構成図である。

符号の説明

(10) 空気浄化装置
(20) ケーシング
(33) 静電フィルタ（電気的集塵部）
(40) ストリーマ放電部（イオン化部）
(41) 放電電極
(42) 対向電極
(45) 直流電源（電源手段）

Claims (3)

1. 空気中の塵埃を帯電させるイオン化部(40)と、該イオン化部(40)によって帯電された塵埃を捕集する電気的集塵部(33)とを備えた空気浄化装置であって、
   上記イオン化部(40)は、ストリーマ放電によりプラズマを生成するストリーマ放電部で構成されている空気浄化装置。
2. 請求項１に記載の空気浄化装置において、
   電気的集塵部(33)が静電フィルタにより構成されている空気浄化装置。
3. 請求項１又は２に記載の空気浄化装置において、
   ストリーマ放電部(40)の電源手段(45)が直流電源により構成されている空気浄化装置。

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