JP2018117843A - 空気清浄装置及び空気清浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空気清浄装置の大型化を抑制しつつ、空気清浄能力を確保する。
【解決手段】空気清浄装置１は、第一電極１１と、平面視において、第一電極１１に面する位置に配置され、第一電極１１よりもそれぞれ長さの短い電極群（複数の電極体１２１）がお互い空間Ｓを有して配置された第二電極１２と、第一電極１１と第二電極１２との間に設けられた誘電体１３と、少なくとも誘電体１３の表面に設けられた触媒層１４と、第一電極１１と第二電極１２との間に電圧を印加し、空間Ｓ内にプラズマを発生させる電圧印加部２と、第一電極１１と第二電極１２とで形成された放電ユニット３０の空間Ｓ内に被処理空気を導入する空気導入部３１と、空間Ｓを流通した被処理空気を排出する空気排出部３２とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、空気清浄装置及び空気清浄方法に関する。

従来より、一対の電極間に基板を設け、一対の電極に電圧を印加して基板の端面に沿面放電を発生させることで、プラズマを発生させて空気を清浄する空気清浄装置が知られている（例えば特許文献１）。具体的には、特許文献１では、一対の電極間に基板が介在するようにこれらを積層しており、この積層方向に沿って被処理空気を流してプラズマに晒すことで、被処理空気の清浄を行っている。

特開２０１３−２５８１３７号公報

ところで、特許文献１に記載の空気清浄装置では、電極のエッジ付近ではプラズマが強くなるものの、その他の領域ではプラズマが小さいために、空気清浄能力が不十分であるのが実状である。また、被処理空気の流通方向に沿って一対の電極及び基板が積層されているので、空気清浄装置の大型化を招いている。

そこで、本発明は、空気清浄装置の大型化を抑制しつつ、空気清浄能力を確保することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る空気清浄装置は、第一電極と、平面視において、第一電極に面する位置に配置され、第一電極よりもそれぞれ長さの短い電極群がお互い空間を有して配置された第二電極と、第一電極と第二電極との間に設けられた誘電体と、少なくとも誘電体の表面に設けられた触媒層と、第一電極と第二電極との間に電圧を印加し、空間内にプラズマを発生させる電圧印加部と、第一電極と第二電極とで形成された放電ユニットの空間内に被処理空気を導入する空気導入部と、空間を流通した被処理空気を排出する空気排出部とを備える。

また、本発明の一態様に係る空気清浄方法は、第一電極と、平面視において、第一電極に面する位置に配置され、第一電極よりもそれぞれ長さの短い電極群がお互い空間を有して配置された第二電極と、第一電極と第二電極との間に設けられた誘電体と、少なくとも誘電体の表面に設けられた触媒層と、を備える放電ユニットに対して、第一電極と第二電極との間に電圧を印加することで、空間内にプラズマを発生させて、空間内を流通する被処理空気を清浄する。

本発明によれば、空気清浄装置の大型化を抑制しつつ、空気清浄能力を確保することができる。

実施の形態に係る空気清浄装置の概略構成を模式図である。 実施の形態に係る空気清浄装置の概略構成を示す部分断面図である。 実施の形態に係る本体部の概略構成を示す断面図である。 実施の形態に係る空気清浄方法の実行時の空気清浄装置内の状態を示す模式図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る空気清浄装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。

［空気清浄装置］
図１は、実施の形態に係る空気清浄装置１の概略構成を模式図である。図２は、実施の形態に係る空気清浄装置１の概略構成を示す部分断面図である。具体的には、図２では、空気清浄装置１の本体部１０を断面図で示している。なお、以降の説明において、本体部１０の幅方向をＸ軸方向、本体部１０の高さ方向をＹ軸方向、厚さ方向をＺ軸方向とする。

図１及び図２に示すように、空気清浄装置１は、本体部１０と、電圧印加部２と、ファン部３とを備えている。空気清浄装置１は、例えば空気清浄機、エアコンなどに搭載されるデバイスである。

電圧印加部２は、交流電源であり、本体部１０における第一電極１１と、第二電極１２とに電気的に接続されている。電圧印加部２は、第一電極１１と第二電極１２との間に電圧を印加することで、第一電極１１と第二電極１２とがなす空間Ｓ内にプラズマを発生させる。具体的には、電圧印加部２は、１ｋＨｚ以上の周波数で３Ｋｖ以上の電圧を、第一電極１１及び第二電極１２に対して印加する。ファン部３は、本体部１０に対して処理空気を送る送風部である。本実施の形態では、ファン部３による気体の流通方向は、Ｚ軸方向に平行な方向とする。

本体部１０は、平面視矩形状の平板状に形成されており、被処理空気の流路となる複数の空間Ｓがマトリクス状に配置されている。

以下、本体部１０について詳細に説明する。

図３は、実施の形態に係る本体部１０の概略構成を示す断面図である。具体的には、図３は、図２における本体部１０をIII−III面で切断した断面を示している。なお、図２の本体部１０は、図３における本体部１０をII−II面で切断した断面で示している。

図２及び図３に示すように、本体部１０は、複数の放電ユニット３０を備えている。

複数の放電ユニット３０は、平面視で、ファン部３による流通方向に対して直交する方向（Ｘ軸方向）に並べて設けられている。本実施の形態では、４つの放電ユニット３０が並べて設けられている場合を例示している。図２に示すように、放電ユニット３０のうち、流通方向の上流側の一端部は、空間Ｓ内に被処理空気を導入する空気導入部３１であり、流通方向の下流側の他端部は、空間Ｓを流通した被処理空気を排出する空気排出部３２である。

以下、放電ユニット３０について詳細に説明する。

複数の放電ユニット３０は、基本的には同じ構成となっている。ただし、図３に示す通り、隣り合う放電ユニット３０は、並び方向（Ｘ軸方向）で対称（図３では左右対称）となるように、配置されている。また、放電ユニット３０は、図３に示した断面形状が、本体部１０の厚み分、同形状で連続した構造となっている。

放電ユニット３０は、第一電極１１と、第二電極１２と、誘電体１３と、触媒層１４と、第一リード電極１５と、第二リード電極１６とから形成されている。

第一電極１１は、例えばステンレス鋼などの導電性部材によって形成されたＹ軸方向に長尺な板状の電極である。第一電極１１の一端部には、第一リード電極１５が接続されている。ここで、隣り合う放電ユニット３０間にまたがる第一電極（図３の第一電極１１ａ）は、その隣り合う放電ユニット３０それぞれの第一電極として共通化されている。つまり、１つの第一電極１１ａは、２つの放電ユニット３０の第一電極として機能する。

第一リード電極１５は、導電性部材によって形成されており、本線１５１と支線１５２とを備えている。本線１５１は、電圧印加部２に電気的に接続されており、各放電ユニット３０に対してＹ軸方向で対向するように、本体部１０の全幅にわたって形成されている。支線１５２は、複数設けられており、これら複数の支線１５２が本線１５１から一体的にＹ軸方向に分岐されて、第一電極１１の一端部に連結されている。これにより、第一リード電極１５が電圧印加部２と、各第一電極１１とを電気的に接続している。

第二電極１２は、複数の塊状の電極体１２１からなる電極群である。複数の電極体１２１は、いずれも同じ形状である。電極体１２１は、例えばステンレス鋼などの導電部材によって板状に形成されている。電極体１２１のＹ軸方向における長さＬ２は、第一電極１１の長さＬ１よりも短い。また、複数の電極体１２１は、お互い空間Ｓを有するように、Ｙ軸方向に沿って配列されている。この空間Ｓが被処理空気の流路となる。また、複数の電極体１２１は、いずれもＸ軸方向で第一電極１１に対向するように配置されている。つまり、第二電極１２は、平面視において、第一電極１１に面する位置に配置されている。各電極体１２１における第一電極１１とは反対側の面には、第二リード電極１６が接続されている。

第二リード電極１６は、導電性部材によって形成されており、本線１６１と第一支線１６２と第二支線１６３とを備えている。本線１５１は、電圧印加部２に電気的に接続されており、第一リード電極１５の本線１５１とは反対側で、各放電ユニット３０に対してＹ軸方向で対向するように、本体部１０の全幅にわたって形成されている。第一支線１６２は、複数設けられており、複数の第一支線１６２は、本線１６１から一体的にＹ軸方向に分岐されている。複数の第一支線１６２は、いずれも隣り合う放電ユニット３０間にまたがって配置されている。第一支線１６２におけるＸ軸方向の両面には、それぞれ第二支線１６３が複数、Ｘ軸方向に延在している。第一支線１６２の一方の面に設けられた複数の第二支線１６３は、隣り合う放電ユニット３０のうち一方の放電ユニット３０の電極体１２１に一対一で接続されている。第一支線１６２の他方の面に設けられた複数の第二支線１６３は、隣り合う放電ユニット３０のうち他方の放電ユニット３０の電極体１２１に一対一で接続されている。これにより、第二リード電極１６が電圧印加部２と、各第二電極１２とを電気的に接続している。

誘電体１３は、例えばアルミナ、酸化チタンなどの誘電体である。誘電体１３は、第一誘電体層１３１、第二誘電体層１３２、第三誘電体層１３３及び第四誘電体層１３４を備えている。

第一誘電体層１３１は、第一電極１１に積層されている。具体的には、第一誘電体層１３１は、第一電極１１における第二電極１２側の表面に積層されている。これにより、第一誘電体層１３１は、第一電極１１と第二電極１２との間に配置されている。

第二誘電体層１３２は、第一リード電極１５に積層されている。具体的には、第二誘電体層１３２は、第一リード電極１５の本線１５１における支線１５２が設けられた側の表面に対して積層されている。第二誘電体層１３２には、第一リード電極１５の支線１５２が貫通している。当該貫通した箇所において第二誘電体層１３２は、支線１５２に対して密着している。

第三誘電体層１３３は、第二リード電極１６の本線１６１に積層されている。具体的には、第三誘電体層１３３は、第二リード電極１６の本線１６１における第一支線１６２が設けられた側の表面に対して積層されている。第三誘電体層１３３には、第二リード電極１６の第一支線１６２が貫通している。当該貫通した箇所において第三誘電体層１３３は、第一支線１６２に対して密着している。

第四誘電体層１３４は、第二リード電極１６の第一支線１６２に積層されている。具体的には、第四誘電体層１３４は、第一支線１６２におけるＸ軸方向の両面に対して積層されている。第四誘電体層１３４には、第二リード電極１６の第二支線１６３が貫通している。当該貫通した箇所において第四誘電体層１３４は、第二支線１６３に対して密着している。

触媒層１４は、誘電体１３の表面に設けられている。具体的には、触媒層１４は、第一触媒層１４１、第二触媒層１４２、第三触媒層１４３及び第四触媒層１４４を備えている。

第一触媒層１４１は、第一誘電体層１３１における第一電極１１とは反対側の表面に積層されている。第一触媒層１４１の一部は、第二電極１２の電極体１２１に覆われており、その他の部分は空間Ｓで露出している。

第二触媒層１４２は、第二誘電体層１３２における第一リード電極１５とは反対側の表面に積層されている。この第二触媒層１４２には、第一リード電極１５の支線１５２が貫通しており、第一電極１１、第一誘電体層１３１、電極体１２１、第四誘電体層１３４及び第一支線１６２が密着している。また、第二触媒層１４２は、第一触媒層１４１と第四触媒層１４４とに連続している。

第三触媒層１４３は、第三誘電体層１３３における第二リード電極１６の本線１６１とは反対側の表面に積層されている。この第三触媒層１４３には、第二リード電極１６の第一支線１６２が貫通しており、第一電極１１、第一誘電体層１３１、電極体１２１、第四誘電体層１３４及び第一支線１６２が密着している。また、第三触媒層１４３は、第一触媒層１４１と第四触媒層１４４とに連続している。

第四触媒層１４４は、第四誘電体層１３４における第二リード電極１６の第一支線１６２とは反対側の表面に積層されている。第四触媒層１４４には、第二リード電極１６の第二支線１６３が貫通している。また、第四触媒層１４４の一部は、第二電極１２の電極体１２１に覆われており、その他の部分は空間Ｓで露出している。つまり、空間Ｓは、第一触媒層１４１と、第四触媒層１４４と、隣り合う一対の電極体１２１とによって囲まれた空間である。換言すると、電極体１２１は、空間Ｓの厚みの全体にわたって配置されている。一方、第一電極１１は、第一誘電体層１３１及び第一触媒層１４１を介して、空間Ｓの厚みの全体にわたって対向するように、配置されている。このため、第一電極１１と、電極体１２１とに電圧が印加されると、流通方向（厚さ方向：Ｚ軸方向）における空間Ｓの全体にわたって沿面放電が発生することになる。なお、空間Ｓは、直方体状であり、その幅Ｗが３ｍｍ以内、高さＨが３ｍｍ以内に収められている。

そして、触媒層１４は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｒｅ、Ｔｃ、Ｍｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉのうちの少なくとも一種もしくは少なくとも一種の酸化物を含有している。これにより触媒層１４は、被処理空気に対する処理を促進する活性種を、プラズマによって当該触媒層１４の表面上に生成する。また、触媒層１４は、プラズマにより発生するオゾンに対する処理を促進する。オゾンに対する処理には、オゾンを分解する処理が含まれる。ここで、触媒層１４は、Ｍｎ、Ｆｅの少なくとも一種若しくは少なくとも一種の酸化物を含有していると、オゾンに対する処理効率を高めることができる。

［空気清浄方法］
次に、本実施の形態に係る空気清浄方法について説明する。図４は実施の形態に係る空気清浄方法の実行時の空気清浄装置１内の状態を示す模式図である。具体的には図４は図２に対応する図である。

まず、被処理空気の流れについて説明する。空気清浄方法の開始により、ファン部３が回転駆動して、本体部１０の外部から空気導入部３１に向けて被処理空気を送る（図４中、矢印Ｙ１）。これにより、被処理空気は、空気導入部３１から空間Ｓを通過して、空気排出部３２から排出される（図４中、矢印Ｙ２）。

一方、空気清浄方法の開始に伴って、電圧印加部２は、第一リード電極１５及び第二リード電極１６を介して、第一電極１１及び第二電極１２に対して１ｋＨｚ以上の周波数で３Ｋｖ以上の電圧を印加する。これにより、空間Ｓ内では沿面放電が生じて、プラズマが発生する。プラズマの発生によって、空間Ｓ内にはプラスイオンとマイナスイオンとが放出される。プラスイオンとマイナスイオンは、被処理空気中の汚染物質（細菌、ウィルス、微粒子、ＶＯＣなど）に付着して、非常に酸化力の強いＯＨラジカルに変化する。ＯＨラジカルは、汚染物質の表面のタンパク質から水素を抜き取り、汚染物質を分解する。

ここで、空間Ｓ内においては、触媒層１４（第一触媒層１４１及び第四触媒層１４４）が露出している。この露出した触媒層１４の表面では、プラズマの発生に伴って、処理空気に対する処理を促進する活性種（例えばＯＨラジカルなど）が生成されている。これにより、ＯＨラジカルが触媒層１４の表面で高密度化する。被処理空気は、触媒層１４の表面に沿って空間Ｓを流通するので、空間Ｓの流通時に活性種に晒されることになる。被処理空気が触媒層１４に晒されることで、被処理空気中の汚染物質に活性種が付着することにより、汚染物質が分解されることになる。このように、被処理空気は、空間Ｓを通過することによって、浄化されることになる。

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る空気清浄装置１は、第一電極１１と、平面視において、第一電極１１に面する位置に配置され、第一電極１１よりもそれぞれ長さの短い電極群（複数の電極体１２１）がお互い空間Ｓを有して配置された第二電極１２と、第一電極１１と第二電極１２との間に設けられた誘電体１３と、少なくとも誘電体１３の表面に設けられた触媒層１４と、第一電極１１と第二電極１２との間に電圧を印加し、空間Ｓ内にプラズマを発生させる電圧印加部２と、第一電極１１と第二電極１２とで形成された放電ユニット３０の空間Ｓ内に被処理空気を導入する空気導入部３１と、空間Ｓを流通した被処理空気を排出する空気排出部３２とを備える。

また、本実施の形態に係る空気清浄方法は、第一電極１１と、平面視において、第一電極１１に面する位置に配置され、第一電極１１よりもそれぞれ長さの短い電極群がお互い空間Ｓを有して配置された第二電極１２と、第一電極１１と第二電極１２との間に設けられた誘電体１３と、少なくとも誘電体１３の表面に設けられた触媒層１４と、を備える放電ユニット３０に対して、第一電極１１と第二電極１２との間に電圧を印加することで、空間Ｓ内にプラズマを発生させて、空間Ｓ内を流通する被処理空気を清浄する。

この構成によれば、放電を起因としたプラズマによる空気清浄効果と、触媒層１４を起因とした空気清浄効果を被処理空気に適用することができ、処理能力を高めることができる。特に、第一電極１１と、第二電極１２の電極体１２１とが空間Ｓの厚み方向の全体にわたって配置されているので、流通方向（厚さ方向：Ｚ軸方向）における空間Ｓの全体にわたって沿面放電が発生することになる。つまり、空気清浄装置１の本体部１０の厚み全体で沿面放電を発生させることができるので、プラズマによる効果を高めることができ、空気清浄装置１全体での処理能力を高めることができる。処理能力が高められれば、空気清浄装置１の大型化を抑制することができる。

また、放電ユニット３０は平面視において複数並列して設けられている。

この構成によれば、複数の放電ユニット３０が並列して設けられているので、複数の放電ユニット３０のそれぞれで空気を浄化することができ、処理能力をより高めることができる。

また、触媒層１４は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｒｅ、Ｔｃ、Ｍｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉのうちの少なくとも一種もしくは少なくとも一種の酸化物を含有し、被処理空気に対する処理を促進する活性種を、プラズマによって触媒層１４の表面上に生成する。

この構成によれば、プラズマによって触媒層１４の表面上に活性種が生成されるので、触媒層１４による空気清浄効果をより高めることができる。

また、触媒層１４は、プラズマにより発生するオゾンに対する処理を促進する。

この構成によれば、プラズマによって発生したオゾンを触媒層１４で処理することができ、処理空気とともにオゾンが排出されることを抑制することができる。

また、電圧印加部２は、交流電源であり、１ｋＨｚ以上の周波数で３ｋＶ以上の電圧を印加する。

この構成によれば、電圧印加部２が第一電極１１と第二電極１２との間に１ｋＨｚ以上の周波数で３ｋＶ以上の電圧を印加するので、空間Ｓ内にプラズマを安定して発生させることができる。

特に、上記実施の形態では、空間Ｓの幅Ｗが３ｍｍ以内、高さＨが３ｍｍ以内に収められているので、沿面放電を空間Ｓ内で確実に発生させることができる。

［その他］
以上、本発明に係る空気清浄装置について、上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態では、４つの放電ユニット３０を備えた本体部１０を例示して説明した。本体部１０に備わる放電ユニット３０の総数は、１つであってもよいし、４つ以外の複数であってもよい。また、１つの放電ユニット３０に備わる空間Ｓの総数も１つであってもよいし、４つ以外の複数であってもよい。

また、上記実施の形態では、ファン部３が空気導入部３１に対して被処理空気を送る場合を例示したが、ファン部３を空気排出部３２側に配置して、当該ファン部３で空気排出部３２から空間Ｓ内の空気を吸引することも可能である。

また、上記実施の形態では、ファン部３を備えた空気清浄装置１を例示して説明したが、ファン部を備えていない空気清浄装置に対して、上記実施の形態の特徴部分を適用することも可能である。

また、上記実施の形態では、第二電極１２の電極体１２１が空間Ｓで露出している場合を例示したが、この電極体の空間Ｓ側の表面に誘電体層を積層することも可能である。これにより、プラズマによる空気清浄効果と、触媒層を起因とした空気清浄効果との相乗効果を一層高めることができる。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１ 空気清浄装置
２ 電圧印加部
１１、１１ａ 第一電極
１２ 第二電極
１３ 誘電体
１４ 触媒層
３０ 放電ユニット
３１ 空気導入部
３２ 空気排出部
Ｓ 空間

Claims (6)

1. 第一電極と、
   平面視において、前記第一電極に面する位置に配置され、前記第一電極よりもそれぞれ長さの短い電極群がお互い空間を有して配置された第二電極と、
   前記第一電極と前記第二電極との間に設けられた誘電体と、
   少なくとも前記誘電体の表面に設けられた触媒層と、
   前記第一電極と前記第二電極との間に電圧を印加し、前記空間内にプラズマを発生させる電圧印加部と、
   前記第一電極と前記第二電極とで形成された放電ユニットの前記空間内に被処理空気を導入する空気導入部と、
   前記空間を流通した被処理空気を排出する空気排出部とを備える
   空気清浄装置。
2. 前記放電ユニットは平面視において複数並列して設けられている
   請求項２に記載の空気清浄装置。
3. 前記触媒層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｒｅ、Ｔｃ、Ｍｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉのうちの少なくとも一種もしくは少なくとも一種の酸化物を含有し、前記被処理空気に対する処理を促進する活性種を、前記プラズマによって前記触媒層の表面上に生成する
   請求項１又は２に記載の空気清浄装置。
4. 前記触媒層は、前記プラズマにより発生するオゾンに対する処理を促進する
   請求項３に記載の空気清浄装置。
5. 前記電圧印加部は、交流電源であり、１ｋＨｚ以上の周波数で３ｋＶ以上の電圧を印加する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気清浄装置。
6. 第一電極と、
   平面視において、前記第一電極に面する位置に配置され、前記第一電極よりもそれぞれ長さの短い電極群がお互い空間を有して配置された第二電極と、
   前記第一電極と前記第二電極との間に設けられた誘電体と、
   少なくとも前記誘電体の表面に設けられた触媒層と、を備える放電ユニットに対して、前記第一電極と前記第二電極との間に電圧を印加することで、前記空間内にプラズマを発生させて、前記空間内を流通する被処理空気を清浄する
   空気清浄方法。

Images