JP2020171777A - Air cleaning device using plasma - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大気圧プラズマを用いて病原菌、細菌、ウイルスあるいはカビ毒等を、殺菌あるいは滅菌あるいは不活化するプラズマを用いた空気清浄装置に関する。特に、新型コロナウイルス及び新型インフルエンザウイルスを対象にしたプラズマを用いた空気清浄装置に関する。 The present invention relates to an air purifier using plasma that sterilizes, sterilizes, or inactivates pathogenic bacteria, bacteria, viruses, mycotoxins, etc. using atmospheric pressure plasma. In particular, the present invention relates to an air purifier using plasma for the new coronavirus and the new influenza virus.
最近、新型コロナウイルスによる感染症の集団感染が世界規模で起こっており、大きな社会問題となっている。新型コロナウイルスの感染経路は、主として、飛沫感染及び接触感染と言われ、その予防対策として、マスク着用及び手洗いが効果的である、ということが知られている。また、感染予防の基本は3つの密を避けることである、と言われている。即ち、(い)換気の悪い密閉空間、(ろ)人が密集している所、(は)近距離での会話や発声が行わる所。この3密が重なると、感染リスクが最も高くなる。
周知のとおり、新型コロナウイルスの飛沫感染は2m離れると感染しないとされている。2mの距離があれば、新型コロナウイルスは2mの距離を浮遊して間に起こる乾燥によって感染力を失う。しかしながら、湿気のある空間では、空中に浮遊する新型コロナウイルスは乾燥しにくいことから、数10分程度は、充分に、感染力を維持している。エアロゾルの状態で3時間以上生存しているという知見もある。即ち、一般家庭、オフイス、病院、レストラン、居酒屋等のように、区切られた空間では、感染力を持った新型コロナウイルスが、エアロゾルとして浮遊している可能性が高いので、感染するリスクは増大する。
空中に浮遊する新型コロナウイルスから身を守るには、区切られた空間に存在する空気をほぼ完全に、常時換気する必要がある。換気ができない場合は、室内の空気を浄化あるいは殺菌することが求められる。特に、病院や老人介護施設等では、殺菌機能を備えた空調設備が求められる。
他方、例えば、非特許文献1〜3に記載されているように、大気圧プラズマを用いた農産物及び医療機器等の殺菌装置が注目されている。プラズマによる殺菌、滅菌は、プラズマの持つ、電気的、物理的及び化学的な作用を活用したもので、空気をプラズマ化することにより実現される。例えば、室内の空気中に浮遊する細菌やウイルスを殺菌する場合、その細菌やウイルスを含む空気をプラズマ化すれば良い。その場合、空気プラズマの中では、電界、プラスイオン、マイナスイオン、紫外線、活性酸素(Oラジカル、OHラジカル等)、活性窒素(Nラジカル、NOラジカル等)、オゾン等が発生するので、その中に存在する細菌やウイルスは、ほぼ確実に死滅、あるいは不活性化される。なお、市販されているオゾナイザー応用の空気清浄機は、オゾンの殺菌効果あるいは消臭効果を活用したものであり、新型コロナウイルスの殺菌に対しては全く役に立たないことが知られている。なお、濃度6.0ppmのオゾンを新型コロナウイルスに約1時間暴露すると不活化できる、という研究成果が報道されているが、オゾンは人体に有害であることから、日本ではオゾン濃度の規制値は0.1ppm以下となっている。
もしも、プラズマ殺菌効果を活用した空気清浄装置が実用化普及されれば、安全、安心の生活を過ごすことが可能になる。
新型コロナウイルスあるいは今後新たに現れる可能性のある新型ウイルスが空気中に浮遊しているという環境において活発な経済活動を促進するという観点からも、プラズマ殺菌効果を活用した空気清浄装置の実用化普及が期待される。
Recently, outbreaks of infectious diseases caused by the new coronavirus have occurred on a global scale, which has become a major social problem. The infection routes of the new coronavirus are mainly said to be droplet infection and contact infection, and it is known that wearing a mask and washing hands are effective as preventive measures. It is also said that the basis of infection prevention is to avoid the three densities. That is, (i) a closed space with poor ventilation, (ro) a place where people are crowded, and (ha) a place where conversations and vocalizations take place at short distances. When these three densities overlap, the risk of infection is highest.
As is well known, it is said that the droplet infection of the new coronavirus does not occur at a distance of 2 m. At a distance of 2 m, the new coronavirus loses its infectivity due to the drying that occurs while floating at a distance of 2 m. However, in a humid space, the new coronavirus floating in the air is difficult to dry, so that the infectivity is sufficiently maintained for about several tens of minutes. There is also a finding that it survives for 3 hours or more in the state of aerosol. That is, in a delimited space such as a general household, office, hospital, restaurant, pub, etc., there is a high possibility that the new coronavirus with infectivity is floating as an aerosol, so the risk of infection increases. To do.
To protect yourself from the new coronavirus floating in the air, it is necessary to ventilate the air in the separated space almost completely and constantly. If ventilation is not possible, it is required to purify or sterilize the air in the room. In particular, hospitals and nursing homes for the elderly are required to have air conditioning equipment with a sterilizing function.
On the other hand, for example, as described in
If an air purifier that utilizes the plasma sterilization effect is put into practical use and spread, it will be possible to live a safe and secure life.
From the perspective of promoting active economic activities in an environment where the new coronavirus or a new virus that may appear in the future is floating in the air, the practical application of air purifiers that utilize the plasma sterilization effect is widespread. There is expected.
プラズマを活用した空気清浄装置のアイデイアあるいは構想は、例えば、特許文献1ないし特許文献6に公開されている。
しかしながら、実用化普及を前提とする場合、消費電力が大きい、あるいは、製造コストが高い、いう問題等を抱えている。即ち、いずれも、実用性の面に問題を抱えている。
したがって、従来技術の問題点を解消可能なアイデイアの創出が期待される。そして、上記新型コロナウイルスでの飛沫感染あるいはエアロゾル感染防止に役立つ空気清浄装置の出現が期待される。
Ideas or concepts of air purifiers utilizing plasma are disclosed in, for example,
However, on the premise of practical use and widespread use, there are problems such as high power consumption or high manufacturing cost. That is, all of them have problems in terms of practicality.
Therefore, it is expected to create an idea that can solve the problems of the conventional technology. Then, it is expected that an air purifier that helps prevent droplet infection or aerosol infection with the above-mentioned new coronavirus will appear.
特許文献1に次のことが記載されている。即ち、 誘導電極を耐酸化性、可撓性を有する金属線材から形成し、該誘導電極の周囲を耐酸化性の誘電体絶縁材により被覆し、該誘電体絶縁材の外周に、耐酸化性の細い金属線材を螺旋状に巻くことによって、放電電極を形成したオゾン発生用電極。
The following is described in
特許文献2には次のことが記載されている。即ち、 複数の貫通孔を有する金属基板2枚を、該貫通孔同士の位置が一致するように平行に配設し、該金属基板間に電圧を印加して放電を発生させるとともに、該貫通孔に流体を通過させて流体を浄化する方法であって、該金属基板の対向する少なくとも一方の表面には、溶射方法によるポーラスな誘電体膜が露出して形成されていることを特徴とするプラズマを用いた流体浄化方法。複数の貫通孔を有する金属基板2枚を、該貫通孔同士の位置が一致するように平行に配設し、該金属基板間に電圧を印加して放電を発生させるとともに、該貫通孔に流体を通過させて流体を浄化する装置であって、該金属基板の対向する少なくとも一方の表面には、溶射方法によるポーラスな誘電体膜が露出して形成されていることを特徴とするプラズマを用いた流体浄化装置。
特許文献3には次のことが記載されている。即ち、上部導体電極と下部導体電極と、前記上部導体電極と下部導体電極が対向する内側で前記上部導体電極と下部導体電極の中で少なくとも一つの一表面に形成された一つ以上の導体電極突出部と、前記上部導体電極と下部導体電極が対向する内側で前記上部導体電極と下部導体電極の中で少なくとも一つの一表面に実質的に均一な厚さに形成された誘電体層と、前記上部導体電極と下部導体電極を密着させる時、前記導体電極突出部の突出効果により上下部導体電極の中で一つと誘電体層の間または相互対向する誘電体層の間に形成される所定の間隔(d)と、前記導体電極突出部の上部に均一な厚さに誘電体が形成された誘電体層突出部と、を含み、
前記上部導体電極、前記下部導体電極及び前記誘電体層には、前記上部導体電極から前記下部導体電極を貫通する貫通孔が少なくとも一つ形成されており、前記上部導体電極と下部導体電極にパルスまたは交流の電源を印加してプラズマを発生させることを特徴とする誘電体障壁放電方式の電極構造体。
Patent Document 3 describes the following. That is, one or more conductor electrodes formed on at least one surface of the upper conductor electrode and the lower conductor electrode, and the upper conductor electrode and the lower conductor electrode facing each other inside the upper conductor electrode and the lower conductor electrode. A protruding portion, a dielectric layer formed on at least one surface of the upper conductor electrode and the lower conductor electrode on the inner side where the upper conductor electrode and the lower conductor electrode face each other, and a substantially uniform thickness. When the upper conductor electrode and the lower conductor electrode are brought into close contact with each other, a predetermined shape is formed between one of the upper and lower conductor electrodes and the dielectric layer or between the opposing dielectric layers due to the protruding effect of the protruding portion of the conductor electrode. (D), and a dielectric layer protruding portion in which a dielectric is formed to a uniform thickness on the upper portion of the conductor electrode protruding portion.
At least one through hole is formed in the upper conductor electrode, the lower conductor electrode, and the dielectric layer so as to penetrate the lower conductor electrode from the upper conductor electrode, and the upper conductor electrode and the lower conductor electrode are pulsed. Alternatively, a dielectric barrier discharge type electrode structure characterized by applying an AC power source to generate plasma.
特許文献4には次のことが記載されている。即ち、 円筒状の絶縁体を挟んで対向する電極を設け、これらの電極間に交流電圧を印加することにより正イオンと負イオンを発生させるイオン発生装置において、前記正イオンとしてH+(H2O)nと負イオンとしてO2 ―(H2O)nとを発生するイオン発生装置に実効値0.44〜2.0kVで、かつ、周波数を人間の可聴周波数帯域の範囲外とした交流電圧を印加したことを特徴とするイオン発生装置。
Patent Document 4 describes the following. That is, in an ion generator in which electrodes facing each other with a cylindrical insulator sandwiched between them are provided and an AC voltage is applied between these electrodes to generate positive and negative ions, H + (H 2) is used as the positive ions. O) n and O 2 as a negative ion - (effective value 0.44~2.0kV in
特許文献5には次のことが記載されている。即ち、空気中に浮遊しているウイルスを捕捉することなく不活化する装置であって、 空気と共に浮遊ウイルスを風路に取り込む送風機と、浮遊ウイルスが通過する風路に配置され、 浮遊ウイルスを加熱処理する加熱装置と、浮遊ウイルスをプラズマ処理する高圧電極、およびこの高圧電極に対向して設置された接地電極と、正極と負極とで構成された第2電極と、前記高圧電極に高電圧を印加するために接続された高圧電源と、を備え、前記加熱装置による空気加熱温度を30℃以上とするとともに、前記風路の風上側から順に、前記加熱装置と、前記高圧電極と、前記接地電極と、前記第2電極と、を配置したことを特徴とするウイルス不活化装置。
特許文献6には次のことが記載されている。即ち、放電電極の少なくとも一部が誘電体で覆われた電極パネルを積層した構造を有し、隣接する前記電極パネル間の隙間に気体を流して電圧を印加することによりプラズマを発生させるプラズマパネル積層体を備えるプラズマ発生器と、 前記プラズマ発生器の下流側に配設され、オゾンを分解する触媒を触媒担体に担持させてなるオゾンフィルタとを備えたことを特徴とする空気清浄器。 Patent Document 6 describes the following. That is, a plasma panel having a structure in which electrode panels in which at least a part of discharge electrodes is covered with a dielectric material are laminated, and plasma is generated by flowing a gas through a gap between adjacent electrode panels and applying a voltage. An air purifier including a plasma generator including a laminated body and an ozone filter arranged on the downstream side of the plasma generator and having a catalyst for decomposing ozone supported on a catalyst carrier.
しかしながら、従来のプラズマを用いた空気清浄装置においては、殺菌対象あるいは処理対象が大量の空気の場合、確実に、漏れ無く、ムラなく殺菌することが困難という問題があった。更に、消費電力が大きいことに加えて、製造コストが高いという問題を抱えていた。
即ち、特許文献1に記載のオゾン発生用電極は、オゾンを高率よく生成可能であるが、オゾンを用いる殺菌装置はオゾン濃度規制値が0.1ppm以下であるので、新型コロナウイルスの殺菌への応用は困難である。しかも、消費電力大きいという問題を抱えている。
特許文献2に掲載のプラズマを用いた流体浄化装置は、大量の空気を対象にした応用では、前記貫通孔による圧損が大きくなり、送風機のパワーアップが必要となるが、更なる大容量化への対応は困難である、という問題を抱えている。前記貫通孔の直径を増大し圧損を少なくすると、処理対象の空気がプラズマ発生電界領域の外側を通過するので、プラズマ処理されない空気が素通りするという問題を抱えている。
特許文献3に記載の誘電体障壁放電方式の電極構造体は、特許文献2に掲載の装置と同様に、大量の空気を対象にした応用では、前記貫通孔による圧損が大きくなり、送風機のパワーアップが必要となり、更なる大容量化への対応は困難である、という問題を抱えている。前記貫通孔の直径を増大すると、特許文献2に掲載の装置と同様に、処理対象の空気がプラズマ発生の電界領域の外側を通過するので、プラズマ処理されない空気が素通りするという問題を抱えている。
特許文献4に記載のイオン発生装置は、オゾン生成に適した構造、即ち、円筒状の絶縁体を挟んで対向する一対のメッシュ電極を設けるという構造を有することから、誘電体の薄膜化が非常に困難であり、消費電力が大きくなるという問題を抱えている。
特許文献5に記載のウイルス不活化装置は、温度30℃以上の空気加熱と大気圧プラズマ発生電極を用いてウイルスを不活化する方式であり、空気加熱の消費電力が大きいこと及び該電極構造が通常の大気圧放電電極であるので、プラズマの特性がアーク放電的になりオゾン発生量が増大する。更に、消費電力が著しく大きい、という問題を抱えている。
特許文献6に記載の空気清浄器は、放電電極の少なくとも一部が誘電体で覆われた電極パネルを積層した平行平板電極を採用している。平行平板電極の間隔を狭くすると、プラズマ生成が容易であるが、空気の流路の圧損が著しく増大する。該間隔を広くとると、空気流れの圧損は小さくなるが、プラズマ生成が困難になり、その結果、消費電力が増大し、かつ、プラズマの特性がアーク放電的になりオゾン発生量が増大する。プラズマ特性と圧損抑制の両面から考えると、電極間隔は1mm〜2mm程度になる。この間隔では圧損が大きく、かつ、消費電力が大きくなる、という問題がある。
However, in the conventional air purifier using plasma, when the object to be sterilized or the object to be treated is a large amount of air, there is a problem that it is difficult to sterilize the air reliably, without leakage and evenly. Further, in addition to the large power consumption, there is a problem that the manufacturing cost is high.
That is, the ozone generation electrode described in
The plasma-based fluid purification device described in
Similar to the apparatus described in
Since the ion generator described in Patent Document 4 has a structure suitable for ozone generation, that is, a structure in which a pair of mesh electrodes facing each other with a cylindrical insulator sandwiched between them are provided, the dielectric can be made very thin. It is difficult to use and has a problem of high power consumption.
The virus inactivating device described in
The air purifier described in Patent Document 6 employs a parallel plate electrode in which at least a part of the discharge electrode is covered with a dielectric and an electrode panel is laminated. When the distance between the parallel plate electrodes is narrowed, plasma generation is easy, but the pressure loss in the air flow path is significantly increased. When the interval is widened, the pressure loss of the air flow becomes small, but the plasma generation becomes difficult, and as a result, the power consumption increases, the plasma characteristics become arc discharge, and the ozone generation amount increases. Considering both plasma characteristics and pressure loss suppression, the electrode spacing is about 1 mm to 2 mm. At this interval, there is a problem that the pressure loss is large and the power consumption is large.
上記のような問題を鑑みて、本発明は、プラズマの殺菌あるいは空気清浄化への応用に際し、処理対象の空気を大量処理できること、プラズマ殺菌あるいはプラズマ清浄化処理が漏れなく、ムラなく確実に可能であること、かつ、消費電力が少なく、製造コストが安いことを実現することを課題とし、それを解決可能な装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention can treat a large amount of air to be treated, and plasma sterilization or plasma cleaning treatment can be performed without omission and evenly and reliably when applied to plasma sterilization or air cleaning. It is an object of the present invention to realize that the power consumption is low and the manufacturing cost is low, and it is an object of the present invention to provide a device capable of solving the problem.
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、殺菌処理または清浄処理の対象である対象空間の空気を吸入する吸入口と前記対象空間に対して空気を吹き出す吹き出し口とを結ぶ空気流路を形成する筐体と、前記空気の流れを発生する送風機と、前記空気をプラズマ化してプラズマ処理するプラズマ発生手段と、を備えたプラズマを用いた空気清浄装置であって、
前記プラズマ発生手段は、電気的に非接地の非接地電極と、柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極と、前記非接地電極と前記接地電極の少なくとも一方を被覆する誘電体膜と、を一対とする複数対の電極を空間的に離間して備え、互いに対を成す前記非接地電極と前記接地電極の間に電圧を印加する交流電源を備えるとともに、
前記電極は、レイノルズ数Reが略40以上であること、即ち、「レイノルズ数Re=(空気密度)x(流速)x(前記電極の断面形状の代表的サイズ)/(粘性係数)」が略40以上であること、という流体力学的条件を備えていることを特徴とする。
The first invention of the present invention for solving the above-mentioned problems connects a suction port for sucking air in a target space to be sterilized or cleaned and an outlet for blowing air to the target space. An air purifier using plasma, comprising a housing for forming an air flow path, a blower for generating the air flow, and a plasma generating means for converting the air into plasma for plasma processing.
The plasma generating means includes an electrically ungrounded non-grounded electrode, a grounded electrode formed of columnar metal and electrically grounded, and a dielectric covering at least one of the non-grounded electrode and the grounded electrode. A film and a plurality of pairs of electrodes paired with each other are provided spatially separated from each other, and an AC power source for applying a voltage between the non-grounded electrode and the ground electrode paired with each other is provided.
The electrode has a Reynolds number Re of about 40 or more, that is, "Reynolds number Re = (air density) x (flow velocity) x (typical size of the cross-sectional shape of the electrode) / (viscosity coefficient)" is approximately It is characterized by having a hydrodynamic condition of being 40 or more.
第2の発明は、第1の発明において、前記複数対の電極はマトリクス(行列)状に配置されることを特徴とする。 The second invention is characterized in that, in the first invention, the plurality of pairs of electrodes are arranged in a matrix.
第3の発明は、第1の発明あるいは第2の発明において、前記接地電極と前記非接地電極の間隔は、パッシェンの法則での圧力pと電極間隔dとの積が0.2〜10mmHg・cm、即ち、p{mmHg}d{cm}=0.2〜10mmHg・cm、を満たす条件に略等しい値である3μmないし130μmの範囲にあることを特徴とする。 In the third invention, in the first invention or the second invention, the distance between the grounded electrode and the non-grounded electrode is such that the product of the pressure p and the electrode distance d according to Paschen's law is 0.2 to 10 mmHg. It is characterized in that it is in the range of 3 μm to 130 μm, which is a value substantially equal to the condition satisfying cm, that is, p {mmHg} d {cm} = 0.2 to 10 mmHg · cm.
第4の発明は、第1の発明から第3の発明のいずれか一つの発明において、前記接地電極は断面形状が円形または多角形であることを特徴とする。 A fourth invention is characterized in that, in any one of the first to third inventions, the ground electrode has a circular or polygonal cross-sectional shape.
第5の発明は、第1の発明から第4の発明のいずれか一つの発明において、前記接地電極のいくつかは前記接地電極の軸心同士が直交するように配置されることを特徴とする。 A fifth invention is characterized in that, in any one of the first to fourth inventions, some of the ground electrodes are arranged so that the axes of the ground electrodes are orthogonal to each other. ..
第6の発明は、第1の発明から第4の発明のいずれか一つの発明において、前記接地電極は、前記マトリクス状配置における行列が千鳥型配置であることを特徴とする。 A sixth invention is characterized in that, in any one of the first to fourth inventions, the ground electrode has a staggered arrangement in a matrix-like arrangement.
第7の発明は、第1の発明から第6の発明のいずれか一つの発明において、前記非接地電極は、前記接地電極に前記誘電体膜を介して、密着して螺旋状に巻かれることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth inventions, the non-grounded electrode is spirally wound around the grounded electrode in close contact with the grounding electrode via the dielectric film. It is characterized by.
第8の発明は、第7の発明において、前記非接地電極は、可撓性及び耐酸性に優れた誘電体膜で被覆されることを特徴とする。 An eighth invention is characterized in that, in the seventh invention, the non-grounded electrode is coated with a dielectric film having excellent flexibility and acid resistance.
第9の発明は、第1の発明から第6の発明のいずれか一つの発明において、前記プラズマ発生手段は、前記誘電体で被覆された断面矩形の柱状の非接地電極と、前記誘電体で被覆された断面矩形の柱状の接地電極と、を一対とする複数対の電極をそれぞれの電極の辺の少なくとも一辺が互いに密接する形態で一つの集合体として形成され、前記集合体を複数個、空間的に離間して備えることを特徴とする。 A ninth aspect of the invention is the invention of any one of the first to sixth aspects, wherein the plasma generating means is a columnar non-grounded electrode having a rectangular cross section coated with the dielectric and the dielectric. A plurality of pairs of electrodes, which are a pair of a covered columnar ground electrode having a rectangular cross section, are formed as one aggregate in a form in which at least one side of each electrode is in close contact with each other. It is characterized in that it is provided spatially separated.
第10の発明は、第1の発明から第9の発明のいずれか一つの発明において、前記接地電極の表面に形成される誘電体膜は、粒径が略10nmないし略65μmの範囲に入るマイカ(雲母)、フェライト、ネオジム、酸化シリコン(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化マンガン(MnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化錫(SnO2)、酸化マグネシウム(MgO)及び酸化チタン(TiO2)の誘電体の中から少なくとも2つ以上が含まれることを特徴とする。 The tenth invention is the mica in which the particle size of the dielectric film formed on the surface of the ground electrode is in the range of about 10 nm to about 65 μm in any one of the first to ninth inventions. (Mica), ferrite, neodymium, silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), manganese oxide (MnO 2 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), magnesium oxide (MgO) and It is characterized in that at least two or more of the dielectrics of titanium oxide (TiO 2 ) are contained.
第11の発明は、第1の発明から第10の発明のいずれか一つの発明において、前記交流電源は、可聴領域の周波数の電圧を前記非接地電極と前記接地電極の間に印加することを特徴とする。 The eleventh invention is the invention of any one of the first to tenth inventions, wherein the AC power supply applies a voltage having a frequency in the audible region between the non-grounded electrode and the grounded electrode. It is a feature.
第12の発明は、第1の発明から第11の発明のいずれか一つの発明において、前記誘電体で被覆された断面が矩形または台形または三角形の柱状の複数の非接地電極と、前記誘電体で被覆された断面が矩形または台形または三角形の柱状の複数の接地電極を一平面上に交互に密接して並べて一つの板状の集合体を形成し、前記板状の集合体を前記吸入口の近くに整流板として複数個配置することを特徴とする。 A twelfth invention is the invention of any one of the first to eleventh inventions, wherein a plurality of non-ground electrodes having a rectangular, trapezoidal, or triangular cross section coated with the dielectric and the dielectric. A plurality of ground electrodes having a rectangular, trapezoidal, or triangular cross section covered with a cross section are arranged alternately and closely on one plane to form one plate-shaped aggregate, and the plate-shaped aggregate is used as the suction port. It is characterized in that a plurality of rectifying plates are arranged near the.
第13の発明は、第1の発明から第12の発明のいずれか一つの発明において、前記筐体は、前記送風機と前記プラズマ発生手段とオゾンを分解する触媒とを備え、前記プラズマ発生手段及び前記オゾンを分解する触媒は、前記空気の流れの上流側から、この順に配置されることを特徴とする。 A thirteenth invention is the invention of any one of the first to twelfth inventions, wherein the housing includes the blower, the plasma generating means, and a catalyst for decomposing ozone, and the plasma generating means and the catalyst. The catalyst for decomposing ozone is arranged in this order from the upstream side of the air flow.
第14の発明は、第1の発明から第13の発明のいずれか一つの発明において、前記筐体は、前記流路内の空気を冷却する冷却フィンを備えることを特徴とする。 A fourteenth invention is characterized in that, in any one of the first to thirteenth inventions, the housing includes cooling fins for cooling air in the flow path.
第15の発明は、第1の発明から第14の発明のいずれか一つの発明において、前記筐体は、前記流路内の空気の湿度を調整する湿度調整手段を備えることを特徴とする。 A fifteenth invention is characterized in that, in any one of the first to fourteenth inventions, the housing includes a humidity adjusting means for adjusting the humidity of air in the flow path.
本発明の装置では、従来の装置が抱える課題、即ち、プラズマによる殺菌あるいは空気清浄化への応用に際し、処理対象の空気を大量処理できること、プラズマ殺菌あるいは清浄化処理が漏れなく、ムラなく確実に可能であること、かつ、消費電力が少なく、製造コストが安いこと、という課題を解決可能という効果を奏する。
即ち、本発明の装置では、筐体の中に、電気的に非接地の非接地電極と、柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極と、前記非接地電極と前記接地電極の少なくとも一方を被覆する誘電体膜と、を一対とする複数対の電極を空間的に離間して配置し、前記接地電極によりカルマン渦あるいは乱流発生させることにより、プラズマと空気を高率よく撹拌し、接触混合されるという効果が生じる。また、前記非接地電極と前記接地電極が
マトリクス(行列)状に配置されたことにより、カルマン渦あるいは乱流を効果的に発生することが観桜である。これにより、該プラズマと該空気に含まれるウイルス類が効率よく、接触混合するので、確実に、漏れなく、ムラなく殺菌あるいは不活化することが可能である、という効果を奏する。
更に、前記複数対の電極が空間的に離間して配置されているので圧損が少なく、大量の空気を処理可能である。また、前記複数対の電極は前記誘電体膜を挟んだナローギャッププラズマ生成方式であるので、低い電圧で、低消費電力でプラズマを生成可能である。その結果、従来の課題を解消できるという効果を奏する。
本発明によるプラズマを用いた空気清浄装置は、一般家庭、オフイス、病院、老人介護施設、レストラン等のように、区切られた空間(密閉空間)の空気を殺菌清浄化するプラズマを用いた空気清浄装置として実用に供することが可能である。その社会的貢献及び産業上の価値は著しく大きい。
The apparatus of the present invention has a problem that the conventional apparatus has, that is, when it is applied to sterilization by plasma or air purification, a large amount of air to be treated can be processed, plasma sterilization or purification treatment is not leaked, and it is surely evenly. It has the effect of being able to solve the problems of being possible, consuming less power, and lowering manufacturing costs.
That is, in the apparatus of the present invention, an electrically ungrounded non-grounded electrode, a grounded electrode formed of columnar metal and electrically grounded, and the non-grounded electrode and the grounded electrode are contained in the housing. A plurality of pairs of electrodes, which are a pair of a dielectric film covering at least one of the two electrodes, are arranged spatially separated from each other, and a Kalman vortex or a turbulent flow is generated by the ground electrode to generate plasma and air at a high rate. The effect of stirring and contact mixing is produced. Further, it is a cherry blossom viewing that the Karman vortex or turbulent flow is effectively generated by arranging the non-grounded electrode and the grounded electrode in a matrix. As a result, the plasma and the viruses contained in the air are efficiently and contact-mixed, so that it is possible to reliably sterilize or inactivate the plasma without leakage and evenly.
Further, since the plurality of pairs of electrodes are spatially spaced apart, pressure loss is small and a large amount of air can be treated. Further, since the plurality of pairs of electrodes are of the narrow gap plasma generation method in which the dielectric film is sandwiched, plasma can be generated with low voltage and low power consumption. As a result, it has the effect of solving the conventional problems.
The air purifier using plasma according to the present invention uses plasma to sterilize and purify the air in a partitioned space (sealed space) such as a general household, office, hospital, elderly care facility, restaurant, etc. It can be put into practical use as a device. Its social contribution and industrial value are remarkably great.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。各図において、同様の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。また、以下に示す図面は、説明の便宜上、各部材の縮尺が、実際と異なる場合がある。また、各図面間においても、縮尺が、実際と異なる場合がある。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, similar members are designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
The present invention is not limited to the following description, and can be appropriately modified without departing from the gist of the present invention. Further, in the drawings shown below, the scale of each member may differ from the actual one for convenience of explanation. In addition, the scale may differ from the actual scale between the drawings.
(第1の実施形態)
先ず、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の構成について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の構成を示す模式的外観図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の構成を示す模式的断面図である。図3は、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置のプラズマ発生手段の構成部材である第1の電極の模式的斜視図である。
(First Embodiment)
First, the configuration of the air purifier using plasma according to the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic external view showing the configuration of an air purifier using plasma according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an air purifier using plasma according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic perspective view of a first electrode which is a constituent member of a plasma generating means of an air purifier using plasma according to the first embodiment of the present invention.
符号1は筐体である。筐体1は、後述の吸入口2aと後述の吹き出し口2bを結び、後述の空気流路2cを形成する。筐体1の内部には、後述の第1のプラズマ発生手段20及び後述の送風機4が設置される。筐体1は、殺菌処理あるいは清浄処理の対象である対象空間の中の任意の場所あるいは該対象空間に隣接した場所に設置される。
符号2aは吸入口である。吸入口2aは筐体1に設けられ、殺菌処理あるいは清浄処理の対象である対象空間の空気2dを筐体1の内部へ吸入する。吸入口2aは開口を有する。
符号2bは吹き出し口である。吹き出し口2bは筐体1に設けられ、後述の送風機4から送風される空気2dを筐体1の外部へ吹き出す。
符号2cは空気流路である。空気流路2cは、後述の送風機4と連携して、吸入口2aから空気2dを、後述の第1のプラズマ発生手段20に接触させながら吹き出し口2bへ流す働きをする。
符号2dは空気である。空気2dは吸入口2aから筐体1に吸入され、後述の第1のプラズマ発生手段20に接触しながら通過し、吹き出し口2bから吹き出される。また、空気2dは、後述の第1、第2、第5及び第6の電極5aa、5ab,5ba、5bbによりカルマン渦を伴う状態、あるいは乱流状態になる。
符号4は送風機である。送風機4は空気2dの流れを発生する。送風機4は、殺菌処理あるいは清浄処理の対象である対象空間の空気を、吸入口2aから空気流路3を通過させて、吹き出し口2bから吹き出す働きをする。なお、ここでの送風機とは、殺菌処理あるいは清浄処理の対象である対象空間の空気を吸入口2aから筐体1に送り込み、該空気を後述の第1のプラズマ発生手段5でプラズマ処理し、その後、前記対象空間へ吹き出すに際し、空気2dに運動エネルギーを与えて気流を発生するものである。ここでは、モーターと羽根車を組み合わせた送風機を用いるが、これに限定されるものでない。送風機4は図2に示すように、第1のプラズマ発生手段20と吹き出し口2bの間に設置される。吸入口2aと第1のプラズマ発生手段20の間に設置しても良い。
Reference numeral 2c is an air flow path. The air flow path 2c functions in cooperation with the blower 4 described later to allow
Reference numeral 4 is a blower. The blower 4 generates a flow of
符号5aaは第1の電極である。第1の電極5aaは、図1及び図2に示されるように、前記吸入口2aの近くに、かつ、該吸入口2aの開口に平行な面内に、後述の第2の電極5abと互いに並行して配置される。ここでは、第1及び第2の電極5aa、5abの2本を配置するが、多数個を設置しても良い。両電極5aa、5abの間隔は、吸入口2aの開口を、例えば、3等分した値に略同じとする。
第1の電極5aaは、図3に示されるように、後述の電気的に非接地の非接地電極7aと、後述の円柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極6aと、接地電極6aを被覆するように形成された誘電体膜8aで構成される。
第1の電極5aaの直径Dは、該第1の電極5aaが吸入口2aから流入する空気にカルマン渦あるいは乱流を起こす大きさを選ぶ。一様な流れに置かれた柱状物体がカルマン渦を発生する条件は、流体力学が教えるところによれば、レイノルズ数Reが略40〜略300である。そして、レイノルズ数Reが略300以上であれば、乱流が発生する。例えば、筐体1の内部の空気流れの平均流速が0.5m/秒、柱状物体の直径Dが3cmの場合、レイノルズ数Reは、次に示す値になる。なお、1Pa=1kg/m・s2である。
レイノルズ数Re=(空気の密度)x(物体の代表的大きさ)x(流速)/粘性係数=(1.206kg/m3)x(0.03m)x(0.5m/s)/(1.83x10−5Pa・s)=990
ここでは、第1の電極5aaの直径Dを、例えば、3cmとする。第1の電極5aaの長さを、例えば、30cmとする。
該第1の電極5aaにより、空気2dの流れにカルマン渦が発生した場合、あるいは、乱流になった場合、第1の電極5aaの後流側の流れは、流れの方向及び速さが時間的、空間的に変動し、空気2dを撹拌するという作用が発生する。空気2dが撹拌されると、一般に、プラズマ化される空気に渦が伴う場合、あるいは、乱流状態の場合、該プラズマで生成されるライカル類と空気の接触混合が促進されることから、後述のプラズマ5aで発生するラジカル類の拡散が乱流拡散となり、プラズマ殺菌効果が高まるという作用がある。
ここで、第1の電極5aaによって発生するカルマン渦を伴う流れ及び乱流となった流れを、図2に示されるように、Ran1で示す。
Reference numeral 5aa is the first electrode. As shown in FIGS. 1 and 2, the first electrode 5aa and the second electrode 5ab, which will be described later, are located near the
As shown in FIG. 3, the first electrode 5aa includes an electrically ungrounded
The diameter D of the first electrode 5aa is selected so that the first electrode 5aa causes a Karman vortex or turbulence in the air flowing in from the
Reynolds number Re = (air density) x (typical size of object) x (flow velocity) / viscosity coefficient = (1.206 kg / m 3 ) x (0.03 m) x (0.5 m / s) / ( 1.83x10 -5 Pa · s) = 990
Here, the diameter D of the first electrode 5aa is, for example, 3 cm. The length of the first electrode 5aa is, for example, 30 cm.
When a Karman vortex is generated in the flow of
Here, the flow accompanied by the Karman vortex generated by the first electrode 5aa and the turbulent flow are shown by Ran1 as shown in FIG.
符号5abは第2の電極である。第2の電極5abは、図1及び図2に示されるように、前記吸入口2aの近くに、かつ、該吸入口2aの開口に平行な面内に、第1の電極5aaと互いに並行して配置される。ここでは、第1及び第2の電極5aa、5abの2本を配置するが、多数個を設置しても良い。両電極5aa、5abの間隔は、吸入口2aの開口を、例えば、3等分した値に略同じとする。第2の電極5abの直径Dは、第1の電極5aaと同様である。
第2の電極5abは、第1の電極5aaと同様に、電気的に非接地の非接地電極7bと、円柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極6bと、接地電極6bを被覆するように形成された誘電体膜8bで構成される。
第2の電極5abの直径Dは、第1の電極と同様に、該第2の電極5abが吸入口2aから流入する空気にカルマン渦あるいは乱流を起こす大きさを選ぶ。一様な流れに置かれた柱状物体がカルマン渦を発生する条件は、流体力学が教えるところによれば、レイノルズ数Reが略40〜略300である。そして、レイノルズ数Reが略300以上であれば、乱流が発生する。
一般に、プラズマ化される空気に渦が伴う場合、あるいは、乱流状態の場合、該プラズマで生成されるライカル類と空気の接触混合が促進されることから、後述のプラズマ5aで発生するラジカル類の拡散が乱流拡散となり、プラズマ殺菌効果が高まるという作用がある。
ここでは、第2の電極5abによって発生するカルマン渦を伴う流れ及び乱流となった流れを、図2に示されるように、Ran1で示す。
Reference numeral 5ab is a second electrode. As shown in FIGS. 1 and 2, the second electrode 5ab is parallel to the first electrode 5aa in the vicinity of the
Like the first electrode 5aa, the second electrode 5ab is an electrically ungrounded non-grounded electrode 7b, a grounding electrode 6b formed of a columnar metal and electrically grounded, and a grounding electrode 6b. It is composed of a dielectric film 8b formed so as to cover the above.
The diameter D of the second electrode 5ab is selected to have a size that causes the second electrode 5ab to cause a Karman vortex or turbulence in the air flowing in from the
In general, when the air to be plasma is accompanied by a vortex or in a turbulent state, the contact mixing of the lycals generated by the plasma and the air is promoted, so that the radicals generated in the
Here, the flow accompanied by the Karman vortex generated by the second electrode 5ab and the turbulent flow are shown by Ran1 as shown in FIG.
符号5baは第5の電極である。第5の電極5baは、図1及び図2に示されるように、前記第1及び第2の電極5aa、5abが配置された面に、略平行した面内に、かつ、空間的に離間して設置される。そして、第5の電極5baの軸心が、第1及び第2の電極5aa、5abのそれぞれの軸心と、互いに直交する位置関係になるように設定される。第5の電極5baの直径Dは、第1の電極5aaと同様である。
なお、第5の電極5baの軸心と第1及び第2の電極5aa、5abのそれぞれの軸心が、互いに直交する位置関係になるように設定されると、第5の電極5baが発生するカルマン渦あるいは乱流による空気2dの撹拌作用が強くなる。
第5の電極5baは、第1の電極5aaと同様に、電気的に非接地の非接地電極7eと、円柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極6eと、接地電極6eを被覆するように形成された誘電体膜8eで構成される。
符号5bbは第6の電極である。第6の電極5bbは、図1及び図2に示されるように、前記第1及び第2の電極5aa、5abが配置された面に、略平行した面内に、かつ、空間的に離間して設置される。そして、第6の電極5bbの軸心が、第1及び第2の電極5aa、5abのそれぞれの軸心と、互いに直交する位置関係になるように設定される。第6の電極5bbの直径Dは、第1の電極5aaと同様である。
なお、第6の電極5bbの軸心と第1及び第2の電極5aa、5abのそれぞれの軸心が、互いに直交する位置関係になるように設定されると、第6の電極5bbが発生するカルマン渦あるいは乱流による空気2dの撹拌作用が強くなる。
第6の電極5bbは、第1の電極5aaと同様に、電気的に非接地の非接地電極7fと、円柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極6fと、接地電極6fを被覆するように形成された誘電体膜8fで構成される。第6の電極5bbの直径Dは、第1の電極5aaと同様である。
Reference numeral 5ba is a fifth electrode. As shown in FIGS. 1 and 2, the fifth electrode 5ba is spatially separated in a plane substantially parallel to the plane on which the first and second electrodes 5aa and 5ab are arranged. Will be installed. Then, the axis of the fifth electrode 5ba is set so as to have a positional relationship orthogonal to the axis of each of the first and second electrodes 5aa and 5ab. The diameter D of the fifth electrode 5ba is the same as that of the first electrode 5aa.
When the axes of the fifth electrode 5ba and the axes of the first and second electrodes 5aa and 5ab are set so as to be orthogonal to each other, the fifth electrode 5ba is generated. The stirring action of
Like the first electrode 5aa, the fifth electrode 5ba includes an electrically ungrounded non-grounded electrode 7e, a grounding electrode 6e formed of a columnar metal and electrically grounded, and a grounding electrode 6e. It is composed of a dielectric film 8e formed so as to cover the above.
Reference numeral 5bb is a sixth electrode. As shown in FIGS. 1 and 2, the sixth electrode 5bb is spatially separated in a plane substantially parallel to the plane on which the first and second electrodes 5aa and 5ab are arranged. Will be installed. Then, the axis of the sixth electrode 5bb is set so as to have a positional relationship orthogonal to the axis of each of the first and second electrodes 5aa and 5ab. The diameter D of the sixth electrode 5bb is the same as that of the first electrode 5aa.
When the axes of the sixth electrode 5bb and the axes of the first and second electrodes 5aa and 5ab are set so as to be orthogonal to each other, the sixth electrode 5bb is generated. The stirring action of
Like the first electrode 5aa, the sixth electrode 5bb includes an electrically ungrounded non-grounded electrode 7f, a grounded electrode 6f formed of a columnar metal and electrically grounded, and a grounding electrode 6f. It is composed of a dielectric film 8f formed so as to cover the above. The diameter D of the sixth electrode 5bb is the same as that of the first electrode 5aa.
符号Ran1は乱流である。乱流Ran1は、図2に示されるように、第1及び第2の電極5aa、5abの周りに発生する渦あるいは乱流であり、時間的、空間的にランダムに変動する。即ち、第1及び第2の電極5aa、5abの周りを通過した気流は、流れの方向及び速さが時間的、空間的に変動し、筐体1内部の全領域へ流れるという性質を持つ流れRan1になる。乱流になった空気2dは、流れ方向が四方八方に向きながら流れるので、第5及び第6の電極5ba、5bbで生成される後述の誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5aの発生領域の内部に積極的に侵入し、プラズマと接触、混合しながら、移動する。また、前記プラズマ5aで発生するラジカル類の拡散が乱流拡散となり、プラズマ殺菌効果が高まるという作用がある。即ち、乱流Ran1は、前記プラズマ5aと空気2dを高率よく接触、混合させる。
符号Ran2は乱流である。乱流Ran2は、乱流Ran1が第5及び第6の電極5ba、5bbに当たり、更に、渦あるいは乱れが加算された気流になったものである。乱流Ran2になった空気2dは、流れ方向が四方八方に向きながら流れるので、後述の誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5aで発生されるラジカル類と接触、混合しながら、移動する。また、前記プラズマ5aで発生するラジカル類の拡散が乱流拡散となり、プラズマ殺菌効果が高まるという作用がある。即ち、乱流Ran2は、前記プラズマ5aと空気2dを高率よく接触、混合させる。
The symbol Ran1 is turbulent. As shown in FIG. 2, the turbulent flow Ran1 is a vortex or turbulent flow generated around the first and second electrodes 5aa and 5ab, and varies randomly in time and space. That is, the airflow that has passed around the first and second electrodes 5aa and 5ab has the property that the direction and speed of the flow fluctuate temporally and spatially and flow to the entire region inside the
The symbol Ran2 is turbulent. The turbulent flow Ran2 is an airflow in which the turbulent flow Ran1 hits the fifth and sixth electrodes 5ba and 5bb, and vortices or turbulence are added. Since the
符号6aは接地電極である。接地電極6aは電気的に接地される。接地電極6aは、断面形状が、例えば、円形である。また、接地電極6aの表面に後述の誘電体膜8aが均一に被覆される。そして、誘電体膜8aの上に、後述の非接地電極7aが密着して、螺旋状に巻かれる。非接地電極7aと接地電極6aの間に、後述の交流電源9から交流電圧が印加される。
符号7aは非接地電極である。非接地電極7aは電気的に非接地である。非接地電極7aは、線状あるいは帯状の形を有し、接地電極6aに誘電体膜8aを介して密接して巻かれる。ここでは、図3に示すように、非接地電極7aは、接地電極6aに巻き付くように、誘電体膜8aを介して、密着して、螺旋状に巻かれる。
非接地電極7aには直径の小さい被覆電線、例えば、50μm〜500μm程度のエナメル線、ホルマル線、あるいはポリウレタン線、あるいはポリエステル線を使う。非接地電極7aはプラズマに曝されるので、可撓性及び耐酸性に優れた誘電体膜で被覆されるのが良い。また、可撓性及び耐酸性に優れた金属であれば、裸線を使っても良い。
非接地電極7aと接地電極6aの間の距離は短いのが良い。両電極6a、7aの間の隙間(ギャップ)は可能な限り、狭いのが良い。
非接地電極7aと接地電極6aを用いた誘電体バリア放電プラズマを低電圧で発生させるには、例えば、非特許文献4によれば、パッシェンの法則での圧力pと電極間隔dとの積が0.2〜10mmHg・cmの条件を選ぶのが良い。プラズマを低電圧で発生するための条件は次の通りである。前記電極6a、7aの間の距離(ギャップ)dを、
d{cm}=0.2〜10mmHg・cm/p{mmHg}
=0.2〜10mmHg・cm/760{mmHg}
を満たす条件に略等しい値である3μmないし130μmから選ぶのが良い。
Reference numeral 6a is a ground electrode. The ground electrode 6a is electrically grounded. The ground electrode 6a has, for example, a circular cross-sectional shape. Further, the surface of the ground electrode 6a is uniformly coated with the dielectric film 8a described later. Then, the
For the
The distance between the
In order to generate a dielectric barrier discharge plasma using the
d {cm} = 0.2 to 10 mmHg · cm / p {mmHg}
= 0.2 to 10 mmHg · cm / 760 {mmHg}
It is preferable to select from 3 μm to 130 μm, which is a value substantially equal to the condition satisfying the condition.
符号8aは誘電体膜である。誘電体膜8aは接地電極6aの表面に密着して均一に形成される。誘電体膜8aの材料は誘電体が用いられる。
誘電体膜8aが接地電極6aの表面に被覆され、接地電極6aと非接地電極7aの間に交流電圧が印加されると、プラズマが発生する。これは、誘電体バリア放電ナローギャッププラズマと呼ばれる放電現象であり、特別の特徴を有する。
第1、第2、第5及び第6の電極5aa、5ab、5ba、5bbの場合、図3に示されるように、誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5aが発生する。
誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5aを発生の条件及びその特徴を以下に、列記する。
(a)非接地電極7aと接地電極6aの間隔は、パッシェンの法則により3μmないし130μmの範囲にあるのが良い。
(b)接地電極6aと非接地電極7aの一方あるいは両方の表面を誘電体膜で被覆すること。即ち、接地電極6aの上に誘電体膜を被覆する、あるいは、非接地電極7aの上に誘電体膜を被覆するだけでよい。あるいは、接地電極6aと非接地電極7aの両者に誘電体膜を被覆しても良い。
(c)誘電体バリア放電プラズマの発生のための電圧、電力は、誘電体の厚み(電界方向の厚み)に強く依存する。一般に、膜厚みは薄い方が、誘電体バリア放電プラズマの発生のための電力消費が少ない。なお、電界強度E(V/cm)=印加電圧V(V)/電極間距離d(cm)、であるので、電極間距離dが短い場合、電界強度E(V/cm)が大きくなりプラズマは容易に発生する。
(d)誘電体膜8aの厚みは均一が良い。ただし、光学的に粗面と呼ばれる凹凸は電界の集中化に役に立つ。
(e)接地電極6aと非接地電極7aの間に印加する電圧は交流電圧であること。パルス電圧でもよい(パルス波形は、数多くの周波数の正弦波の合成波である)。誘電体バリア放電プラズマは両電極の少なくとも一方に誘電体が介在し、誘電体固有の現象である分極が重要な役割を演じる。接地電極6aと非接地電極7aの間に交流電圧が印加されると、両電極6a、7aの間に電界(単位:V/cm)が発生し、該電界により誘電体膜に分極が発生する。物性物理学が教えるところによれば、分極には、電子分極、イオン分極、配向分極、界面分極の4つがあり、印加電圧の周波数に依存する。誘電体の表面及び内部には、分極現象により、電荷が蓄積される。そして、誘電体バリア放電の発生及び維持に必要な電流及び電圧の値は蓄積された電荷に大きな影響を受ける。また、誘電体膜の非誘電率の値は誘電体バリア放電プラズマの発生、維持に影響する。界面分極は周波数が数kHz以下で発生するので、これを活用するには、可聴周波数が良い。
Reference numeral 8a is a dielectric film. The dielectric film 8a is uniformly formed in close contact with the surface of the ground electrode 6a. A dielectric is used as the material of the dielectric film 8a.
When the dielectric film 8a is coated on the surface of the ground electrode 6a and an AC voltage is applied between the ground electrode 6a and the
In the case of the first, second, fifth and sixth electrodes 5aa, 5ab, 5ba and 5bb, a dielectric barrier discharge
The conditions for generating the dielectric barrier discharge
(A) The distance between the
(B) The surface of one or both of the ground electrode 6a and the
(C) Dielectric barrier The voltage and power for generating discharge plasma strongly depend on the thickness of the dielectric (thickness in the electric field direction). In general, the thinner the film, the less power is consumed for generating the dielectric barrier discharge plasma. Since the electric field strength E (V / cm) = the applied voltage V (V) / the distance between the electrodes d (cm), when the distance d between the electrodes is short, the electric field strength E (V / cm) becomes large and the plasma Occurs easily.
(D) The thickness of the dielectric film 8a is preferably uniform. However, the unevenness optically called a rough surface is useful for centralizing the electric field.
(E) The voltage applied between the ground electrode 6a and the
従来の大気圧誘電体バリア放電プラズマの応用では、電極間の距離を略1mm以上に設定するので、印加電圧が高くなり、熱発生を伴い、消費電力が大きくなる。
ここでは、上記(a)〜(e)を考慮して、誘電体膜8aとして、粒径が略10nmないし略65μmの範囲に入るマイカ(雲母)、フェライト、ネオジム、酸化シリコン(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化マンガン(MnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化マグネシウム(MgO)及び酸化チタン(TiO2)の誘電体の中から少なくとも2つ以上を選び、薄膜形成する。
誘電体膜8aは、例えば、ゾルゲル法で形成される。例えば、原料となる粒子状の誘電体を、可塑剤と溶剤と一緒に混合し、スラリー状にして、接地電極6aの上に膜状に塗布する。そして、乾燥し、焼成するという方法行う。
なお、誘電体膜8aの製膜方法は、特に、限定されない。また、誘電体膜8aの中に気泡が形成されない製膜法が良い。
また、誘電体膜8aの原料となる粒子状の誘電体の粒径が略65μmより大きくなると、上記パッシェンの法則を考慮した電極間隔d=130μmの略1/2を超えるので、膜質の低下を招く恐れがある。また、粒径10nm以上の微粒子は、微粒子メーカから安価に、容易に入可能である。また、誘電体の誘電率は、接地電極6aと非接地電極7aの間の蓄積電荷量が多くなることから、大きい方が良い。
In the application of the conventional atmospheric pressure dielectric barrier discharge plasma, since the distance between the electrodes is set to about 1 mm or more, the applied voltage becomes high, heat is generated, and the power consumption becomes large.
Here, in consideration of the above (a) to (e), as the dielectric film 8a, mica (mica), ferrite, neodymium, silicon oxide (SiO 2 ) having a particle size in the range of about 10 nm to about 65 μm, A thin film is formed by selecting at least two or more dielectrics of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), manganese oxide (MnO 2 ), zinc oxide (ZnO), magnesium oxide (MgO) and titanium oxide (TIO 2 ). ..
The dielectric film 8a is formed by, for example, a sol-gel method. For example, a particulate dielectric material as a raw material is mixed with a plasticizer and a solvent to form a slurry, which is applied as a film on the ground electrode 6a. Then, the method of drying and firing is performed.
The method for forming the dielectric film 8a is not particularly limited. Further, a film forming method in which bubbles are not formed in the dielectric film 8a is preferable.
Further, when the particle size of the particulate dielectric material used as the raw material of the dielectric film 8a is larger than about 65 μm, the electrode spacing d = 130 μm in consideration of Paschen's law exceeds about 1/2, so that the film quality is deteriorated. There is a risk of inviting. Further, fine particles having a particle size of 10 nm or more can be easily and inexpensively entered from a fine particle manufacturer. Further, the dielectric constant of the dielectric material is preferably large because the amount of accumulated charges between the grounded electrode 6a and the
符号9は交流電源である。交流電源9は周波数が可聴領域(略20kHz以下)で、例えば、2kHzの正弦波の電圧を発生し、接地電極6aと非接地電極7aの間に印加する。なお、交流電源9は、正弦波電圧ではなく、パルス状波形の電圧を出力しても良い。ここでは、交流電源9出力電圧は、振幅値で略10V〜2kV程度の範囲である。平均電流は電極の面積に依存するが、略5mA〜10A程度の範囲である。電源の周波数は可聴領域の範囲の商用周波数(50Hz或は60Hz)〜20kHzであれば良い。
略20kHz以下の周波数の場合、誘電体の4つの分極、即ち、電子分極、イオン分極、配向分極、界面分極の発生が容易なので、蓄積電荷の増大という観点から、好ましい。電圧の波高値は、概ね500V〜2kV程度の範囲である。平均電流は電極の面積に依存するが、概ね20mA〜10A程度の範囲である。また、電源の周波数は1kHz〜1000MHzといった低周波から超高周波に至る領域のいずれの帯域でもよいが、電極温度上昇などを考慮して10kHz〜100kHz程度の帯域の周波数が好ましい。電圧の波高値は、概ね500V〜2kV程度の範囲である。平均電流は電極の面積に依存するが、概ね20mA〜10A程度の範囲である。また、電源の周波数は1kHz〜1000MHzといった低周波から超高周波に至る領域のいずれの帯域でもよいが、電極温度上昇などを考慮して10kHz〜100kHz程度の帯域の周波数が好ましい。
符号10a、10bは第1及び第2の給電線である。第1及び第2の給電線10a、10bは、後述の第1及び第2の端子11a、11b及び後述の第1及び第2の導入線12a、12bと組み合わせて用いられ、交流電源9の出力電圧を接地電極6aと非接地電極7aの間に印加する。第1の給電線10aは交流電源9と第1の端子11aを接続する。第2の給電線10bは交流電源9と第2の端子11bを接続する。
符号11a、11bは第1及び第2の端子である。第1の端子11aは、第1の給電線10aと後述の第1の導入線12aを接続する。第2の端子11bは、第2の給電線10bと後述の第2の導入線12bを接続する。
符号12a、12bは第1及び第2の導入線である。第1の導入線12aは、非接地電極7aと第1の端子11aを接続する。第2の導入線12bは、接地電極6aと第2の端子11bを接続する。
When the frequency is about 20 kHz or less, four polarizations of the dielectric, that is, electron polarization, ionic polarization, orientation polarization, and interfacial polarization are easily generated, which is preferable from the viewpoint of increasing the accumulated charge. The peak value of the voltage is generally in the range of about 500V to 2kV. The average current depends on the area of the electrode, but is generally in the range of about 20 mA to 10 A. The frequency of the power supply may be any band in the region from low frequency to ultra-high frequency such as 1 kHz to 1000 MHz, but a frequency in a band of about 10 kHz to 100 kHz is preferable in consideration of an increase in electrode temperature and the like. The peak value of the voltage is generally in the range of about 500V to 2kV. The average current depends on the area of the electrode, but is generally in the range of about 20 mA to 10 A. The frequency of the power supply may be any band in the region from low frequency to ultra-high frequency such as 1 kHz to 1000 MHz, but a frequency in a band of about 10 kHz to 100 kHz is preferable in consideration of an increase in electrode temperature and the like.
ここで、第1、第2、第5及び第6の電極5aa、5ab、5ba、5bbと、前記第1、第2、第5及び第6の電極5aa、5ab、5ba、5bbに電力を供給する交流電源9と、第1及び第2の給電線10a、10b、第1及び第2の端子11a、11b、第1及び第2の導入線12a12bを備えた一式のプラズマ発生手段を、第1のプラズマ発生手段20と呼ぶ。
Here, power is supplied to the first, second, fifth, and sixth electrodes 5aa, 5ab, 5ba, and 5bb, and the first, second, fifth, and sixth electrodes 5aa, 5ab, 5ba, and 5bb. A set of plasma generating means including an
図3において、符号5aは誘電体バリア放電ナローギャッププラズマである。誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5aは、図3に示されるように、誘電体膜8aで被覆された接地電極6aと非接地電極7aの間に交流電源9の高電圧が印加され、両電極6a、7aの間の電界が放電開始電圧に到達すると、発生する。
誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5aが発生すると、プラスイオン、マイナスイオン、紫外線、活性酸素(Oラジカル、OHラジカル等)、活性窒素(Nラジカル、NOラジカル等)、オゾン等が発生し、プラズマ化学反応及びプラズマ物理反応を促進する。
誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5aが発生すると、プラズマ化学反応効果及びプラズマ物理反応効果により、その中に存在する細菌やウイルスは、ほぼ確実に死滅、あるいは不活性化される。プラズマによる殺菌あるいは滅菌は、殺菌効果が強く、例えば、非特許文献1〜3に示されているように、数秒以内に、ほぼ100%を死滅あるいは滅菌することが可能であることが知られている。
即ち、新型コロナウイルスが空気2dに混ざった状態で、吸入口2aから乱流Ran1及び乱流Ran2に混ざって第1のプラズマ発生手段20の周辺に搬送されると、空気2dに混ざった状態でプラズマ化される。その結果、略数秒以内に、殺菌あるいは不活化される。新型コロナウイルスが略数秒以内に、殺菌あるいは不活性化されるということは、誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5aの室内空気線状装置への応用に関し、大きなメリットの一つである。
In FIG. 3,
When the dielectric barrier discharge
When the dielectric barrier discharge
That is, when the new coronavirus is mixed with the
空気清浄装置では、プラズマ方式以外に、いろいろな方式が採用されている。しかしながら、それらは殺菌に要する時間(暴露時間)が長いので、実用価値はあまりない。紫外光を用いる殺菌方法は眼に危険(白内障、翼状片等を誘発)であるほか、数10秒〜60秒以上の照射時間が必要である。光触媒法は数10分以上の処理時間が掛かり、かつ、その殺菌効果は非常に緩やかである。オゾンを用いる殺菌方法は、オゾンが人体に有害であるので、低濃度のオゾンを使うことから、その殺菌効果は非常に緩やかである。
オゾンで新型コロナウイルスを不活性化できるということは、周知の通りである。例えば、新型コロナウイルスに濃度6.0ppmのオゾンを約1時間、曝しておけば新型コロナウイルスを不活性化可能であるという知見がある。ただし、オゾンは人体に有害であるので、応用に際して、高濃度オゾンの室内への放出は危険である。
周知のとおり、オゾンは、非常に不安定で、強い酸化力を持ち反応性が高い物質であり、濃度が高い場合には強い毒性を示す。水分に吸収されにくいため、呼吸器系に取り込まれた場合には肺の深部にまで到達して、呼吸器障害(肺水腫等)を引き起こす。オゾン濃度0.01〜0.02ppmで臭気を感じる。オゾン濃度0.1ppmで強い臭気を感じ、鼻と喉に刺激を感じる。オゾン濃度0.2〜0.5ppm、3〜6時間で、視覚低下の症状がでる。オゾン濃度1〜2ppmでは、人は2時間で頭痛、胸部痛、上部気道の渇きと咳が起こる。オゾン濃度5〜10ppmで脈拍増加、肺気腫の症状が出る。オゾン濃度15〜20ppmで小動物は2時間以内に死亡する。日本では、産業衛生学会、中央労働災害防止協会が0.1ppmを労働環境における抑制濃度として規定している。
In the air purifier, various methods other than the plasma method are adopted. However, they have little practical value because they take a long time to sterilize (exposure time). The sterilization method using ultraviolet light is dangerous to the eyes (inducing cataracts, pterygium, etc.) and requires an irradiation time of several tens of seconds to 60 seconds or more. The photocatalytic method requires a treatment time of several tens of minutes or more, and its bactericidal effect is very gentle. Since ozone is harmful to the human body, the sterilization method using ozone uses a low concentration of ozone, so that the sterilization effect is very mild.
It is well known that ozone can inactivate the new coronavirus. For example, there is a finding that the new coronavirus can be inactivated by exposing the new coronavirus to ozone having a concentration of 6.0 ppm for about 1 hour. However, since ozone is harmful to the human body, it is dangerous to release high-concentration ozone into the room during application.
As is well known, ozone is a very unstable substance with strong oxidizing power and high reactivity, and exhibits strong toxicity when its concentration is high. Since it is difficult to be absorbed by water, when it is taken into the respiratory system, it reaches the deep part of the lung and causes respiratory disorders (pulmonary edema, etc.). An odor is felt at an ozone concentration of 0.01 to 0.02 ppm. A strong odor is felt at an ozone concentration of 0.1 ppm, and the nose and throat are irritated. At an ozone concentration of 0.2 to 0.5 ppm for 3 to 6 hours, symptoms of visual impairment appear. At an ozone concentration of 1-2 ppm, a person will have headache, chest pain, thirst and cough in the upper airways in 2 hours. At an ozone concentration of 5 to 10 ppm, the pulse increases and the symptoms of emphysema appear. Small animals die within 2 hours at an ozone concentration of 15-20 ppm. In Japan, the Japan Society for Occupational Health and the Central Occupational Accident Prevention Association have defined 0.1 ppm as the controlled concentration in the working environment.
次に、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置を用いて、空気中に浮遊する新型コロナウイルスやインフルエンザウイルス等のエンベロープ型ウイルスを殺菌あるいは不活化する方法を説明する。ここでは、例えば、日本家屋の6畳間を対象空間とする。なお、6畳間の空間容積を、3.6mx2.7mx高さ2.4m=23.3m3とする。
6畳間に含まれる空気を、例えば、10分間で殺菌処理できる風量で本発明の第1の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置に吸気し、そして、プラズマ処理した空気を吹き出しながら、該空気の中に含まれる新型コロナウイルスやインフルエンザウイルス等のエンベロープ型ウイルスを殺菌あるいは不活性化する、ことを説明する。
本発明の第1の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の構成部材である送風機の送風能力を、例えば、2.33m3/分とする。筐体1のサイズを、例えば、内寸法で、30cmx30cmx50cmとする。
筐体1の入り口2aの面積を、例えば、略900cm2(例えば、縦30cmx横30cmの開口)とする。
第1及び第2の電極5aa、5ab、第5及び第6の電極5ba、5bbの直径と長さを、それぞれ、例えば、3cm及び30cmとする。第1及び第2の電極5aa、5abは、例えば、略10cmの間隔で、吸入口2aから、例えば、略5cm離れた位置に設置される。第5及び第6の電極5ba、5bbは、第1及び第2の電極5aa、5abの位置から後流側に、例えば、略43cm離れた位置に設置される。送風機4は、第2及び第4の電極5ba、5bbの位置から、後流側に、例えば、略10cm離れた位置に設置される。
筐体1の内部の平均流速は略略43cm/秒である。なお、風量(Q:m3/分)と、筐体1の断面積(S:m2)と、平均流速(v:m/秒)の関係式、Q=S・vより計算した値である。ただし、断面積Sは30cmx0cm=900cm2、風量Qは、23.3m3/10分とした。
この場合、レイノルズ数Re=(空気の密度)x(物体の代表的大きさ)x(流速)/粘性係数=(1.206kg/m3)x(0.03m)x(0.43m/s)/(1.83x10−5Pa・s)=850、である。
新型コロナウイルスやインフルエンザウイルス等のエンベロープ型ウイルスを含む空気2dは、筐体1内部を平均流速は略43cm/秒で通過するので、第1及び第2の電極5aa、5abと第5及び第6の電極5ba、5bbに挟まれる領域を通過する時間は略1秒である。その間、第1及び第2の電極5aa、5abで生成される誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5aの領域と、第5及び第6の電極5ba、5bbで生成される誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5aの領域を通過する。すなわち、誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5aの領域に2回曝される。また、新型コロナウイルスやインフルエンザウイルス等のエンベロープ型ウイルスを含む空気2dは、第1及び第2の電極5aa、5abと第5及び第6の電極5ba、5bbに挟まれる領域に存在するプラズマ発生によるラジカル類と接触、混合される。
Next, a method for sterilizing or inactivating enveloped viruses such as the new type coronavirus and influenza virus floating in the air will be described using the air purifier using plasma according to the first embodiment of the present invention. .. Here, for example, the target space is 6 tatami mats of a Japanese house. The space volume between 6 tatami mats is 3.6mx 2.7mx height 2.4m = 23.3m 3 .
The air contained in the 6 tatami mats is sucked into an air purifier using the virus according to the first embodiment of the present invention with an air volume capable of sterilizing in 10 minutes, and the plasma-treated air is blown out. Explain that it sterilizes or inactivates enveloped viruses such as new corona virus and influenza virus contained in the air.
The blowing capacity of the blower, which is a component of the air purifier using plasma according to the first embodiment of the present invention, is, for example, 2.33 m 3 / min. The size of the
The area of the
The diameters and lengths of the first and second electrodes 5aa and 5ab, and the fifth and sixth electrodes 5ba and 5bb are, for example, 3 cm and 30 cm, respectively. The first and second electrodes 5aa and 5ab are installed, for example, at a distance of about 10 cm from the
The average flow velocity inside the
In this case, Reynolds number Re = (air density) x (typical size of object) x (flow velocity) / viscosity coefficient = (1.206 kg / m 3 ) x (0.03 m) x (0.43 m / s) ) / (1.83x10 -5 Pa · s ) = 850, it is.
先ず、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置を対象空間である6畳間の任意の場所に設置する。
次に、送風機4を稼働させ、該6畳間の空気を筐体1に吸入し、吹き出しする。そして、交流電源9の電圧を所定の値に設定し、稼働させる。なお、交流電源9の電圧及び電流等の操作条件は、プラズマ発生手段20を筐体1に取り付けた際に、予め、該電圧、電流とオゾン発生量の関係をデータとして把握し、そのデータを評価、分析して最適条件を選定する。上記データの取得に際し、オゾン濃度の規制値0.01ppm以下での実験を行うのが望ましい。
交流電源9から第1及び第2の給電線10a、10b、第1及び第2の端子11a、11b及び第1及び第2の導入線12a、12bを介して、非接地電極7aと接地電極6aの間に電圧が印加されると、図3に示されるように、誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5aが生成される。
誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5aが生成されると、新型コロナウイルスやインフルエンザウイルス等のエンベロープ型ウイルスは、上述のとおり、プラスイオン、マイナスイオン、紫外線、活性酸素(Oラジカル、OHラジカル等)、活性窒素(Nラジカル、NOラジカル等)、オゾン等のプラズマ化学反応及びプラズマ物理反応により、ほぼ確実に死滅、あるいは不活性化される。
本発明の第1の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置では、プラズマ処理対象の空気2dは、誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5aの領域に2回曝されるので、プラズマ殺菌効果が期待できる。また、新型コロナウイルスやインフルエンザウイルス等のエンベロープ型ウイルスを含む空気2dは、第1及び第2の電極5aa、5abと第5及び第6の電極5ba、5bbに挟まれる領域に存在するプラズマ発生によるラジカル類と接触、混合されるので、プラズマ殺菌効果が期待できる。
本発明の第1の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の運用は、常時運転あるいは決められた時間帯に稼働させるなど、任意に可能である。
First, the air purifier using plasma according to the first embodiment of the present invention is installed at an arbitrary place between 6 tatami mats, which is the target space.
Next, the blower 4 is operated, and the air between the 6 tatami mats is sucked into the
When the dielectric barrier discharge
In the air purifier using plasma according to the first embodiment of the present invention, the
The operation of the air purifier using plasma according to the first embodiment of the present invention can be arbitrarily performed, such as constant operation or operation at a predetermined time zone.
以上の説明で示したように、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置は、第1及び第2の電極5aa、5abと、第5及び第6の電極5ba、5bcが発生するカルマン渦あるいは乱流により、前記第1及び第2の電極5aa、5abと、第5及び第6の電極5ba、5bcが発生するプラズマと処理対象の空気とを効果的に、接触、混合させることが可能である。また、処理対象の空気2dが、第1及び第2の電極5aa、5abと第5及び第6の電極5ba、5bbに挟まれる領域において、カルマン渦あるいは乱流により効果的に撹拌することが可能である。
これにより、空気に含まれる殺菌対象物あるいは浄化対象物が、確実に、漏れなく、ムラなくプラズマと接触混合し、プラズマ殺菌が効果的に可能である。
しかも、前記複数対の電極が空間的に離間して配置されているので圧損が少なく、大量の空気を処理可能である。また、前記複数対の電極は前記誘電体膜を挟んだナローギャッププラズマ生成方式であるので、低い電圧で、低消費電力でプラズマを生成可能である。その結果、従来の課題を解消できるという効果を奏する。
本発明の第1の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置は、一般家庭、オフイス、病院、老人介護施設、レストラン等のように、区切られた空間(密閉空間)の空気を殺菌清浄化するプラズマを用いた空気清浄装置として実用に供することが可能である。その社会的貢献及び産業上の価値は著しく大きい。
As shown in the above description, the plasma-based air purifier according to the first embodiment of the present invention includes the first and second electrodes 5aa and 5ab and the fifth and sixth electrodes 5ba and 5bc. The Kalman vortex or turbulent flow generated by the above-mentioned first and second electrodes 5aa and 5ab effectively contact the plasma generated by the fifth and sixth electrodes 5ba and 5bc with the air to be processed. It is possible to mix. Further, the
As a result, the sterilization target or the purification target contained in the air is reliably and evenly contact-mixed with the plasma, and plasma sterilization is effectively possible.
Moreover, since the plurality of pairs of electrodes are spatially separated from each other, there is little pressure loss and a large amount of air can be treated. Further, since the plurality of pairs of electrodes are of the narrow gap plasma generation method in which the dielectric film is sandwiched, plasma can be generated with low voltage and low power consumption. As a result, it has the effect of solving the conventional problems.
The air purifier using plasma according to the first embodiment of the present invention sterilizes and purifies the air in a partitioned space (sealed space) such as a general household, office, hospital, elderly care facility, restaurant, etc. It is possible to put it into practical use as an air purifier using plasma. Its social contribution and industrial value are remarkably great.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置について、図4及び図5を用いて説明する。図1ないし図3も参照する。
先ず、本発明の第2の実施形態に係わる大気圧プラズマ殺菌処理装置の構成について、説明する。
図4は、本発明の第2の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の構成を示す模式的斜視図である。図5は、本発明の第2の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の構成を示す模式的断面図である。
(Second Embodiment)
Next, the air purifier using plasma according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. See also FIGS. 1 to 3.
First, the configuration of the atmospheric pressure plasma sterilization processing apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a configuration of an air purifier using plasma according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an air purifier using plasma according to the second embodiment of the present invention.
符号5aa、5abは、図1に示される第1及び第2の電極と同様の電極である。
符号5acは第3の電極である。第3の電極5acは、図4に示されるように、吸入口2aの開口に平行な面内に、第1、第2及び後述の第4の電極5aa、5ab、5adと並んで、空間的に離間して配置される。第3の電極5acは、第1の電極5aaと同様に、電気的に非接地の非接地電極7cと、柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極6cと、接地電極6cを被覆するように形成された誘電体膜8cで構成される。
第3の電極5acの直径Dは、第1の電極5aaと同様に、該第3の電極5acが吸入口2aから流入する空気にカルマン渦あるいは乱流を起こす大きさを選ぶ。一様な流れに置かれた柱状物体がカルマン渦を発生する条件は、流体力学が教えるところによれば、レイノルズ数Reが略40〜略300である。そして、レイノルズ数Reが略300以上であれば、乱流が発生する。
一般に、プラズマ化される空気に渦が伴う場合、あるいは、乱流状態の場合、該プラズマで生成されるライカル類と空気の接触混合が促進されることから、後述のプラズマ5aで発生するラジカル類の拡散が乱流拡散となり、プラズマ殺菌効果が高まるという作用がある。ここでは、第3の電極5acによって発生するカルマン渦を伴う流れ及び乱流となった流れを、図5に示されるように、Ran1で示す。
符号5adは第4の電極である。第4の電極5adは、図4に示されるように、吸入口2aの開口に平行な面内に、第1、第2及び第3の電極5aa、5ab、5acと並んで、空間的に離間して配置される。第4の電極5adは、第1の電極5aaと同様に、電気的に非接地の非接地電極7dと、円柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極6dと、接地電極6dを被覆するように形成された誘電体膜8dで構成される。
第4の電極5adの直径Dは、第1の電極5aaと同様に、該第4の電極5adが吸入口2aから流入する空気にカルマン渦あるいは乱流を起こす大きさを選ぶ。一様な流れに置かれた柱状物体がカルマン渦を発生する条件は、流体力学が教えるところによれば、レイノルズ数Reが略40〜略300である。そして、レイノルズ数Reが略300以上であれば、乱流が発生する。
一般に、プラズマ化される空気に渦が伴う場合、あるいは、乱流状態の場合、該プラズマで生成されるライカル類と空気の接触混合が促進されることから、後述のプラズマ5aで発生するラジカル類の拡散が乱流拡散となり、プラズマ殺菌効果が高まるという作用がある。ここでは、第4の電極5adによって発生するカルマン渦を伴う流れ及び乱流となった流れを、図5に示されるように、Ran1で示す。
Reference numerals 5aa and 5ab are electrodes similar to the first and second electrodes shown in FIG.
Reference numeral 5ac is a third electrode. As shown in FIG. 4, the third electrode 5ac is spatially arranged in a plane parallel to the opening of the
As for the diameter D of the third electrode 5ac, the size at which the third electrode 5ac causes a Karman vortex or turbulence in the air flowing in from the
In general, when the air to be plasma is accompanied by a vortex or in a turbulent state, the contact mixing of the lycals generated by the plasma and the air is promoted, so that the radicals generated in the
Reference numeral 5ad is a fourth electrode. As shown in FIG. 4, the fourth electrode 5ad is spatially separated along with the first, second and third electrodes 5aa, 5ab and 5ac in a plane parallel to the opening of the
The diameter D of the fourth electrode 5ad is selected to have a size that causes the fourth electrode 5ad to cause a Karman vortex or turbulence in the air flowing in from the
In general, when the air to be plasma is accompanied by a vortex or in a turbulent state, the contact mixing of the lycals generated by the plasma and the air is promoted, so that the radicals generated in the
なお、ここでは、図4及び図5に示される電極の配置形態をマトリクス(行列)状配置と呼ぶ。第1、第2、第3及び第4の電極5aa、5ab、5ac、5adを、本発明の第2の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置のマトリクス(行列)状配置における第1行に位置する電極と呼ぶ。 Here, the arrangement form of the electrodes shown in FIGS. 4 and 5 is referred to as a matrix-like arrangement. The first row in the matrix arrangement of the first, second, third and fourth electrodes 5aa, 5ab, 5ac and 5ad in a plasma-based air purifier according to a second embodiment of the present invention. It is called an electrode located in.
符号5ba、5bbは、図1に示される第5及び第6の電極と同様の電極である。
符号5bcは第7の電極である。第7の電極5bcは、図4に示されるように、吸入口2aの開口に平行な面内に、第5、第6及び後述の第8の電極5ba、5bb、5bdと並んで、空間的に離間して配置される。第5、第6、第7及び後述の第8の電極5ba、5bb、5bc、5bdはそれらの軸心が第1、第2、第3及び第4の電極5aa、5ab、5ac、5adのそれぞれの軸心に対して直交するように配置される。
第7の電極5bcは、第1の電極5aaと同様に、電気的に非接地の非接地電極7gと、円柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極6gと、接地電極6gを被覆するように形成された誘電体膜8gで構成される。
第7の電極5bcの直径Dは、第1の電極5aaと同様に、該第7の電極5bcが吸入口2aから流入する空気にカルマン渦あるいは乱流を起こす大きさを選ぶ。一様な流れに置かれた柱状物体がカルマン渦を発生する条件は、流体力学が教えるところによれば、レイノルズ数Reが略40〜略300である。そして、レイノルズ数Reが略300以上であれば、乱流が発生する。
一般に、プラズマ化される空気に渦が伴う場合、あるいは、乱流状態の場合、該プラズマで生成されるライカル類と空気の接触混合が促進されることから、後述のプラズマ5aで発生するラジカル類の拡散が乱流拡散となり、プラズマ殺菌効果が高まるという作用がある。ここでは、第7の電極5bcによって発生するカルマン渦を伴う流れ及び乱流となった流れを、図5に示されるように、Ran2で示す。
なお、第7の電極5bcの軸心と第1及び第2の電極5aa、5abのそれぞれの軸心が、互いに直交する位置関係になるように設定されると、第7の電極5bcが発生するカルマン渦あるいは乱流による空気2dの撹拌作用が強くなる。
Reference numerals 5ba and 5bb are electrodes similar to the fifth and sixth electrodes shown in FIG.
Reference numeral 5bc is a seventh electrode. As shown in FIG. 4, the seventh electrode 5bc is spatially arranged in a plane parallel to the opening of the
Similar to the first electrode 5aa, the seventh electrode 5bc includes an electrically ungrounded non-grounded electrode 7g, a grounding electrode 6g formed of a columnar metal and electrically grounded, and a grounding electrode 6g. It is composed of 8 g of a dielectric film formed so as to cover the above.
As for the diameter D of the seventh electrode 5bc, similarly to the first electrode 5aa, the size at which the seventh electrode 5bc causes a Karman vortex or turbulence in the air flowing in from the
In general, when the air to be plasma is accompanied by a vortex or in a turbulent state, the contact mixing of the lycals generated by the plasma and the air is promoted, so that the radicals generated in the
When the axis of the seventh electrode 5bc and the axis of the first and second electrodes 5aa and 5ab are set so as to be orthogonal to each other, the seventh electrode 5bc is generated. The stirring action of
符号5bdは第8の電極である。第8の電極5bdは、図4に示されるように、吸入口2aの開口に平行な面内に、第5、第6及び第7の電極5ba、5bb、5bcと並んで、空間的に離間して配置される。
第8の電極5bdは、第1の電極5aaと同様に、電気的に非接地の非接地電極7hと、円柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極6hと、接地電極6hを被覆するように形成された誘電体膜8hで構成される。
第8の電極5bdの直径Dは、第1の電極5aaと同様に、該第8の電極5bdが吸入口2aから流入する空気にカルマン渦あるいは乱流を起こす大きさを選ぶ。一様な流れに置かれた柱状物体がカルマン渦を発生する条件は、流体力学が教えるところによれば、レイノルズ数Reが略40〜略300である。そして、レイノルズ数Reが略300以上であれば、乱流が発生する。
一般に、プラズマ化される空気に渦が伴う場合、あるいは、乱流状態の場合、該プラズマで生成されるライカル類と空気の接触混合が促進されることから、後述のプラズマ5aで発生するラジカル類の拡散が乱流拡散となり、プラズマ殺菌効果が高まるという作用がある。ここでは、第8の電極5bcによって発生するカルマン渦を伴う流れ及び乱流となった流れを、図5に示されるように、Ran2で示す。
なお、第8の電極5bdの軸心と第1及び第2の電極5aa、5abのそれぞれの軸心が、互いに直交する位置関係になるように設定されると、第8の電極5bdが発生するカルマン渦あるいは乱流による空気2dの撹拌作用が強くなる。
Reference numeral 5bd is the eighth electrode. As shown in FIG. 4, the eighth electrode 5bd is spatially separated from the fifth, sixth, and seventh electrodes 5ba, 5bb, and 5bc in a plane parallel to the opening of the
Like the first electrode 5aa, the eighth electrode 5bd includes an electrically ungrounded non-grounded electrode 7h, a grounding electrode 6h formed of a columnar metal and electrically grounded, and a grounding electrode 6h. It is composed of a dielectric film 8h formed so as to cover the above.
The diameter D of the eighth electrode 5bd is selected to have a size that causes the eighth electrode 5bd to cause a Karman vortex or turbulence in the air flowing in from the
In general, when the air to be plasma is accompanied by a vortex or in a turbulent state, the contact mixing of the lycals generated by the plasma and the air is promoted, so that the radicals generated in the
When the axis of the eighth electrode 5bd and the axis of the first and second electrodes 5aa and 5ab are set so as to be orthogonal to each other, the eighth electrode 5bd is generated. The stirring action of
ここで、図4及び図5に示される電極の配置形態をマトリクス(行列)状配置と呼ぶ。第5、第6、第7及び第8の電極5ba、5bb、5bc、5bdを、本発明の第2の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置のマトリクス(行列)状配置における第2行に位置する電極と呼ぶ。 Here, the arrangement form of the electrodes shown in FIGS. 4 and 5 is referred to as a matrix-like arrangement. The second row in the matrix arrangement of the fifth, sixth, seventh and eighth electrodes 5ba, 5bb, 5bc, 5bd in the plasma-based air purifier according to the second embodiment of the present invention. It is called an electrode located in.
符号5caは第9の電極である。第9の電極5ca、図4に示されるように、吸入口2aの開口に平行な面内に、後述の第10、第11及び第12の電極5cb、5cc、5cdと並んで、空間的に離間して配置される。第9、第10、第11及び第12の電極5ca、5cb、5cc、5cdはそれらの軸心が第1、第2、第3及び第4の電極5aa、5ab、5ac、5adのそれぞれの軸心に対して平行になるように配置される。
第9の電極5caは、第1の電極5aaと同様に、電気的に非接地の非接地電極7iと、円柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極6iと、接地電極6iを被覆するように形成された誘電体膜8iで構成される。
第9の電極5caの直径Dは、第1の電極5aaと同様に、該第9の電極5caが吸入口2aから流入する空気にカルマン渦あるいは乱流を起こす大きさを選ぶ。
一般に、プラズマ化される空気に渦が伴う場合、あるいは、乱流状態の場合、該プラズマで生成されるライカル類と空気の接触混合が促進されることから、後述のプラズマ5aで発生するラジカル類の拡散が乱流拡散となり、プラズマ殺菌効果が高まるという作用がある。ここでは、第9の電極5caによって発生するカルマン渦を伴う流れ及び乱流となった流れを、図5に示されるように、Ran3で示す。
符号5cb、5cc及び5cdは、第10、第11、第12の電極である。第10、第11、第12の電極5cb、5cc及び5cdは第9の電極と同様の構造を有し、その直径Dは第9の電極と同様である。
Reference numeral 5ca is a ninth electrode. As shown in the ninth electrode 5ca and FIG. 4, spatially, along with the tenth, eleventh, and twelfth electrodes 5cc, 5cc, and 5cd described later, in a plane parallel to the opening of the
Similar to the first electrode 5aa, the ninth electrode 5ca includes an electrically ungrounded non-grounded electrode 7i, a grounding electrode 6i formed of a columnar metal and electrically grounded, and a grounding electrode 6i. It is composed of a dielectric film 8i formed so as to cover the above.
As for the diameter D of the ninth electrode 5ca, similarly to the first electrode 5aa, the size at which the ninth electrode 5ca causes a Karman vortex or turbulence in the air flowing in from the
In general, when the air to be plasma is accompanied by a vortex or in a turbulent state, the contact mixing of the lycals generated by the plasma and the air is promoted, so that the radicals generated in the
Reference numerals 5cc, 5cc and 5cd are tenth, eleventh and twelfth electrodes. The tenth, eleventh, and twelfth electrodes 5cc, 5cc, and 5cd have the same structure as the ninth electrode, and their diameter D is the same as that of the ninth electrode.
ここで、図4及び図5に示される電極の配置形態をマトリクス(行列)状配置と呼ぶ。第9、第10、第11及び第12の電極5ca、5cb、5cc、5cdを、本発明の第2の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置のマトリクス(行列)状配置における第3行に位置する電極と呼ぶ。 Here, the arrangement form of the electrodes shown in FIGS. 4 and 5 is referred to as a matrix-like arrangement. The third row in the matrix-like arrangement of the ninth, tenth, eleventh and twelfth electrodes 5ca, 5cc, 5cc and 5cd in the matrix-like arrangement of the air purifier using plasma according to the second embodiment of the present invention. It is called an electrode located in.
また、ここで、図4及び図5に示される第1ないし第12の電極5aa、5ab、5ac,5ad、5ba、5bb、5bc、5bd、5ca、5cb、5cc、5cdと、それら前記電極に電力を供給する交流電源9と、第1及び第2の給電線10a、10b、第1及び第2の端子11a、11b、第1及び第2の導入線12a、12bを備えた一式のプラズマ発生手段を、第2のプラズマ発生手段21と呼ぶ。
第2のプラズマ発生手段21において、交流電源9から非接地電極7と接地電極6の間に高電圧を印加すると、図3に示されるように、誘電体バリア放電プラズマ5aが生成される。
Further, here, the first to twelfth electrodes 5aa, 5ab, 5ac, 5ad, 5ba, 5bb, 5bc, 5bd, 5ca, 5cc, 5cc, and 5cd shown in FIGS. A set of plasma generating means including an
When a high voltage is applied between the non-grounded electrode 7 and the grounded electrode 6 from the
符号17はオゾン分解触媒である。オゾン分解触媒17は第2のプラズマ発生手段21と吹き出し口2bの間に配置され、オゾンを分解し、安全な酸素に変質させる。第2のプラズマ発生手段21で微量のオゾンが発生するので、該オゾンを分解して、酸素に変質させる。その結果、該オゾンは筐体1の外部へ漏れない。オゾン分解触媒17は、市販されている活性炭や二酸化マンガンや酸化ニッケル等の触媒を用いて良い。プラズマ支援の触媒でも良い。
次に、本発明の第2の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置を用いて、空気中に浮遊する新型コロナウイルスやインフルエンザウイルス等のエンベロープ型ウイルスを殺菌あるいは不活化する方法を説明する。
ここでは、例えば、日本家屋の6畳間を対象空間とする。なお、6畳間の空間容積を、3.6mx2.7mx高さ2.4m=23.3m3とする。
6畳間に含まれる空気を、例えば、10分間で殺菌処理できる風量で本発明の第2の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置に吸気し、そして、プラズマ処理した空気を吹き出しながら、該空気の中に含まれる新型コロナウイルスやインフルエンザウイルス等のエンベロープ型ウイルスを殺菌あるいは不活性化する、ことを説明する。
Next, a method for sterilizing or inactivating enveloped viruses such as the new type coronavirus and influenza virus floating in the air will be described using the air purifier using plasma according to the second embodiment of the present invention. ..
Here, for example, the target space is 6 tatami mats of a Japanese house. The space volume between 6 tatami mats is 3.6mx 2.7mx height 2.4m = 23.3m 3 .
The air contained in the 6 tatami mats is sucked into an air purifier using the virus according to the second embodiment of the present invention with an air volume capable of sterilizing in 10 minutes, and the plasma-treated air is blown out. Explain that it sterilizes or inactivates enveloped viruses such as new corona virus and influenza virus contained in the air.
本発明の第2の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の構成部材である送風機の送風能力を、例えば、2.33m3/分とする。筐体1のサイズを、例えば、内寸法で、30cmx30cmx100cmとする。
筐体1の入り口2aの面積を、例えば、略900cm2(例えば、縦30cmx横30cmの開口)とする。
図4において、第1ないし第12の電極5aa、5ab、5ac,5ad、5ba、5bb、5bc、5bd、5ca、5cb、5cc、5cdの直径及び長さを、それぞれ、例えば、3cm及び30cmとする。
第1ないし第4の電極5aa、5ab,5ac、5adは、例えば、略6cmの間隔で、吸入口2aから、例えば、略5cm離れた面内に平行に設置される。
第5ないし第8の電極5ba、5bb,5bc、5bdは、第1ないし第4の電極5aa、5ab、5ac,5adの位置から後流側に、例えば、略21.5cm離れた位置に平行に設置される。第5ないし第8の電極5ba、5bb,5bc、5bdのそれぞれの軸心は、第1ないし第4の電極5aa、5ab,5ac、5adの軸心と90度ずらして配置される。即ち、第5ないし第8の電極5ba、5bb,5bc、5bdのそれぞれの軸心と、第1ないし第4の電極5aa、5ab,5ac、5adの軸心は直交する位置関係にある。両者が直交する位置関係にあるので、空気の流れ2dを乱流にする働きが強くなる、という作用がある。第5ないし第8の電極5ba、5bb,5bc、5bdの間隔は、例えば,6cmである。
第9ないし第12の電極5ca、5cb,5cc、5cdは、第5ないし第8の電極5ba、5bb,5bc、5bdが設置された位置から後流側に、例えば、略21.5cm離れた位置に平行に設置される。第9ないし第12の電極5ca、5cb,5cc、5cdのそれぞれの軸心は、第1ないし第4の電極5aa、5ab,5ac、5adの軸心と平行に配置される。即ち、第5ないし第8の電極5ba、5bb,5bc、5bdのそれぞれの軸心と、第9ないし第12の電極5ca、5cb,5cc、5cdの軸心は直交する位置関係にある。両者が直交する位置関係にあるので、空気の流れ2dを乱流にする働きが強くなる、という作用がある。第9ないし第12の電極5ca、5cb,5cc、5cdの間隔は、例えば,6cmである。
The blowing capacity of the blower, which is a component of the air purifying device using plasma according to the second embodiment of the present invention, is, for example, 2.33 m 3 / min. The size of the
The area of the
In FIG. 4, the diameters and lengths of the first to twelfth electrodes 5aa, 5ab, 5ac, 5ad, 5ba, 5bb, 5bc, 5bd, 5ca, 5cab, 5cc, and 5cd are, for example, 3 cm and 30 cm, respectively. ..
The first to fourth electrodes 5aa, 5ab, 5ac, and 5ad are installed in parallel, for example, at intervals of about 6 cm in a plane separated from the
The fifth to eighth electrodes 5ba, 5bb, 5bc, and 5bd are parallel to the wake side from the positions of the first to fourth electrodes 5aa, 5ab, 5ac, and 5ad, for example, approximately 21.5 cm away. Will be installed. The axes of the fifth to eighth electrodes 5ba, 5bb, 5bc, and 5bd are arranged 90 degrees apart from the axes of the first to fourth electrodes 5aa, 5ab, 5ac, and 5ad. That is, the axes of the fifth to eighth electrodes 5ba, 5bb, 5bc, and 5bd and the axes of the first to fourth electrodes 5aa, 5ab, 5ac, and 5ad are in an orthogonal positional relationship. Since the two are in an orthogonal positional relationship, there is an action that the function of making the
The 9th to 12th electrodes 5ca, 5cc, 5cc, and 5cd are located on the wake side from the position where the 5th to 8th electrodes 5ba, 5bb, 5bc, and 5bd are installed, for example, approximately 21.5 cm away. It is installed parallel to. The axes of the ninth to twelfth electrodes 5ca, 5cc, 5cc, and 5cd are arranged parallel to the axes of the first to fourth electrodes 5aa, 5ab, 5ac, and 5ad. That is, the axes of the 5th to 8th electrodes 5ba, 5bb, 5bc, and 5bd and the axes of the 9th to 12th electrodes 5ca, 5cc, 5cc, and 5cd are orthogonal to each other. Since the two are in an orthogonal positional relationship, there is an action that the function of making the
オゾン分解触媒17は、第9ないし第12の電極5ca、5cb,5cc、5cdの位置から、後流側に、例えば、略10cm離れた位置に設置される。
送風機4は、オゾン分解触媒17の位置から、後流側に、例えば、略10cm離れた位置に設置される。
筐体1の内部の平均流速は略略43cm/秒である。なお、風量(Q:m3/分)と、筐体1の断面積(S:m2)と、平均流速(v:m/秒)の関係式、Q=S・vより計算した値である。ただし、断面積Sは30cmx0cm=900cm2、風量Qは、23.3m3/10分とした。
この場合、レイノルズ数Re=(空気の密度)x(物体の代表的大きさ)x(流速)/粘性係数=(1.206kg/m3)x(0.03m)x(0.43m/s)/(1.83x10−5Pa・s)=850、である。
新型コロナウイルスやインフルエンザウイルス等のエンベロープ型ウイルスを含む空気2dは、カルマン渦状の気流で、あるいは乱流状態で、平均流速43cm/sで流れる。
前記ウイルスを含む空気2dは、カルマン渦あるいは乱流状態Ran1、Ran2及びRan3になって、第2のプラズマ発生手段21の近傍を通過するので、誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5aと効率よく接触混合される。マトリクス状配置の第1行の第1ないし第4の電極5aa、5ab,5ac、5adと、マトリクス状配置の第3行の第9ないし第12の電極5ca、5cb,5cc、5cdに挟まれる領域を通過する時間は略1秒である。その間、第2のプラズマ発生手段21で生成される誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5aの領域で、該プラズ5aと空気2dが効果的に、接触、混合されるので、前記ウイルス類は確実に、死滅あるいは不活化される。また、前記ウイルス類は、第2のプラズマ発生手段21が生成するラジカル類と撹拌されながら拡散するので、プラズマ殺菌効果作用が効果的に働く。
なお、本発明の第2の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置では、マトリクス(行列)状配置を3行3列としているが、例えば、5行5列の配置や10行10列の配置等を選ぶことができる。
また、マトリクス(行列)状配置において、1行毎に互い違いの配置、即ち、千鳥型配置を選んでも良い。
The
The blower 4 is installed on the wake side from the position of the
The average flow velocity inside the
In this case, Reynolds number Re = (air density) x (typical size of object) x (flow velocity) / viscosity coefficient = (1.206 kg / m 3 ) x (0.03 m) x (0.43 m / s) ) / (1.83x10 -5 Pa · s ) = 850, it is.
The
In the air purifier using plasma according to the second embodiment of the present invention, the matrix (matrix) arrangement is 3 rows and 3 columns, but for example, 5 rows and 5 columns and 10 rows and 10 columns are arranged. You can choose the arrangement etc.
Further, in the matrix-like arrangement, a staggered arrangement, that is, a staggered arrangement may be selected for each row.
以上の説明で示したように、本発明の第2の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置は、前記第2のプラズマ発生手段21が、電気的に非接地の非接地電極と、柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極と、前記非接地電極と前記接地電極の少なくとも一方を被覆する誘電体膜と、を一対とする複数対の電極を空間的に離間して備え、互いに対を成す前記非接地電極と前記接地電極の間に電圧を印加する交流電源を備えるとともに、前記複数対の電極はマトリクス(行列)状に配置され、前記接地電極の断面の代表的大きさはレイノルズ数Reが略40以上になる大きさであること、即ち、レイノルズ数Re=(空気密度)x(流速)x(前記断面形状の代表的サイズ)/(粘性係数)の関係式で導出されるレイノルズ数が略40以上になるように前記接地電極の代表的サイズが選ばれることを特徴とする。
これにより、空気に含まれる殺菌対象物あるいは浄化対象物が、カルマン渦あるいは乱流として撹拌、拡散され、確実に、漏れなく、ムラなくプラズマと接触混合し、プラズマ殺菌が効果的に実行可能である。しかも、前記複数対の電極が空間的に離間して配置されているので圧損が少なく、大量の空気を処理可能である。また、前記複数対の電極は前記誘電体膜を挟んだナローギャッププラズマ生成方式であるので、低い電圧で、低消費電力でプラズマを生成可能である。その結果、従来の課題を解消できるという効果を奏する。
本発明の第2の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置は、一般家庭、オフイス、病院、老人介護施設、レストラン等のように、区切られた空間(密閉空間)の空気を殺菌清浄化するプラズマを用いた空気清浄装置として実用に供することが可能である。その社会的貢献及び産業上の価値は著しく大きい。
As shown in the above description, in the air purifying device using plasma according to the second embodiment of the present invention, the second plasma generating means 21 has an electrically ungrounded non-grounded electrode and a columnar column. A plurality of pairs of electrodes, which are a pair of a ground electrode formed of the metal of the above and electrically grounded, and a dielectric film covering at least one of the non-ground electrode and the ground electrode, are spatially separated from each other. It is equipped with an AC power supply that applies a voltage between the non-ground electrode and the ground electrode that are paired with each other, and the plurality of pairs of electrodes are arranged in a matrix, which is typical of the cross section of the ground electrode. The size is such that the Reynolds number Re is approximately 40 or more, that is, the relational expression of the Reynolds number Re = (air density) x (flow velocity) x (typical size of the cross-sectional shape) / (viscosity coefficient). The representative size of the ground electrode is selected so that the number of Reynolds derived in (1) is approximately 40 or more.
As a result, the sterilization target or purification target contained in the air is agitated and diffused as a Karman vortex or turbulent flow, and is reliably and evenly contact-mixed with the plasma, and plasma sterilization can be effectively performed. is there. Moreover, since the plurality of pairs of electrodes are spatially separated from each other, there is little pressure loss and a large amount of air can be treated. Further, since the plurality of pairs of electrodes are of the narrow gap plasma generation method in which the dielectric film is sandwiched, plasma can be generated with low voltage and low power consumption. As a result, it has the effect of solving the conventional problems.
The air purifier using plasma according to the second embodiment of the present invention sterilizes and purifies the air in a partitioned space (sealed space) such as a general household, office, hospital, elderly care facility, restaurant, etc. It is possible to put it into practical use as an air purifier using plasma. Its social contribution and industrial value are remarkably great.
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置について、図6ないし図8を用いて説明する。図1ないし図5も参照する。
先ず、本発明の第3の実施形態に係わる大気圧プラズマ殺菌処理装置の構成について、説明する。
図6は、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置を示す模式的斜視図である。図7は、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の構成部材である電極を示す模式的斜視図(a)及び断面図(b)である。図8は、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の構成を示す模式的断面図である。
(Third Embodiment)
Next, the air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 8. See also FIGS. 1-5.
First, the configuration of the atmospheric pressure plasma sterilization processing apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a schematic perspective view showing an air purifier using plasma according to a third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic perspective view (a) and a cross-sectional view (b) showing electrodes which are constituent members of an air purifier using plasma according to a third embodiment of the present invention. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an air purifier using plasma according to a third embodiment of the present invention.
本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置は、筐体1の中に、後述の第3のプラズマ発生手段22、オゾン分解触媒17、後述の冷却フイン18及び送風機4を備える。
本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置は、以下に説明するように、マトリクス(行列)状に配置された第13ないし第21の電極5da、5db、5dc、5ea、5eb、5ec、5fa、5fb、5fcを備える。
ここでは、第13、第14及び第15の電極5da、5db、5dcを、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置のマトリクス(行列)状配置における第1行に位置する電極と呼ぶ。また、第16、第17及び第18の電極5ea、5eb、5ecを、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置のマトリクス(行列)状配置における第2行に位置する電極と呼ぶ。また、第19、第20及び第21の電極5fa、5fb、5fcを、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置のマトリクス(行列)状配置における第3行に位置する電極と呼ぶ。
In the air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention, the third plasma generating means 22, the
The plasma-based air purifier according to the third embodiment of the present invention has the 13th to 21st electrodes 5da, 5db, 5dc, 5ea, arranged in a matrix (matrix), as described below. It includes 5 eb, 5 ec, 5 fa, 5 fb, and 5 fc.
Here, the 13th, 14th, and 15th electrodes 5da, 5db, and 5dc are located in the first row in the matrix-like arrangement of the air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention. It is called an electrode to be used. Further, the 16th, 17th and 18th electrodes 5ea, 5eb and 5ec are located in the second row in the matrix-like arrangement of the air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention. Called an electrode. Further, the 19th, 20th and 21st electrodes 5fa, 5fb and 5fc are located in the third row in the matrix-like arrangement of the air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention. Called an electrode.
符号5daは第13の電極である。第13の電極5daは、図6及び図8に示されるように、後述の第14及び第15の電極5db、5dcと組み合わせて用いられる。第13、第14及び第15の電極5da、5db、5dcは、図6及び図8に示されるように、吸入口2aの開口に平行な面内に、等間隔に配置される。
吸入口2aから筐体1に空気2dが吸入されると、第13の電極5daに当たりカルマン渦が発生する。なお、レイノルズ数が略40〜略300では、空気の流れの中に置かれた断面が円形あるいは矩形の物体の周りにはカルマン渦が発生する。レイノルズ数が略300以上では。乱流となる。即ち、吸入口2aから流入する空気2dは、第13の電極5daにより、カルマン渦が発生した流れあるいは乱流状態の流れになる。その状態を、図8に乱流Ran1で示す。Ran1の状態では、空気2dは、時間的、空間的に撹拌されながら、後流側に位置する後述の第16の電極5eaの方へ流れる。
第13の電極5daは、複数の矩形形状電極が組み合わせて形成される。ここでは、図7(a)、(b)に示されるように、例えば、接地電極2個と非接地電極2個誘電体で被覆された矩形の柱状の前記非接地電極2個と、前記誘電体で被覆された矩形の柱状の前記接地電極2個と、を一対とする複数対の電極をそれぞれの電極の一辺が互いに密接する形態で一つの集合体として形成される。
第13の電極5daは、図7(a)、(b)に示されるように、電気的に非接地の非接地電極7ma、7mbと、断面が矩形で柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極6ma、6mbと、前記非接地電極7ma、7mb及び前記接地電極6ma、6mbを被覆するように形成された誘電体膜8mで構成される。
前記接地電極6ma、6mbと前記非接地電極7ma、7mbの間に交流電源9からプラズマ生成のための電圧が印加される。流電源9から前記接地電極6ma、6mbと前記非接地電極7ma、7mbの間の高電圧が印加されると、図7(b)に示すように、誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5bが生成される。該誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5bは、前記接地電極6ma、6mbと前記非接地電極7ma、7mbの隣り合うそれぞれの隙間及び角部分に生成される。該誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5bは外見上、帯状に見える。
Reference numeral 5da is the thirteenth electrode. As shown in FIGS. 6 and 8, the thirteenth electrode 5da is used in combination with the fourteenth and fifteenth electrodes 5db and 5dc described later. The thirteenth, fourteenth and fifteenth electrodes 5da, 5db and 5dc are arranged at equal intervals in a plane parallel to the opening of the
When
The thirteenth electrode 5da is formed by combining a plurality of rectangular electrodes. Here, as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), for example, two ground electrodes and two non-ground electrodes, two rectangular columnar non-ground electrodes coated with a dielectric, and the dielectric. The two ground electrodes having a rectangular columnar shape covered with a body and a plurality of pairs of electrodes paired with each other are formed as an aggregate in a form in which one side of each electrode is in close contact with each other.
As shown in FIGS. 7A and 7B, the thirteenth electrode 5da is electrically formed of the electrically ungrounded non-grounded electrodes 7ma and 7mb and a metal having a rectangular cross section and a columnar shape. It is composed of grounded ground electrodes 6ma and 6mb, and a
A voltage for plasma generation is applied from the
なお、ここでは、非接地電極7ma,7mb及び接地電極6ma,6mbは断面形状が、矩形であるが、これに限定されない。矩形に代えて、三角形、台形等でも良い。 Here, the non-grounded electrodes 7ma and 7mb and the grounding electrodes 6ma and 6mb have a rectangular cross-sectional shape, but the cross-sectional shape is not limited to this. Instead of a rectangle, a triangle, a trapezoid, or the like may be used.
符号5dbは第14の電極である。第14の電極5dbは、図6及び図8に示されるように、第14の電極5db及び後述の第15の電極5dcと組み合わせて用いられる。
吸入口2aから筐体1に空気2dが流れてくると、第14の電極5dbに当たりカルマン渦が発生する。なお、レイノルズ数が略40〜略300では、空気の流れの中に置かれた断面が円形あるいは矩形の物体の周りにはカルマン渦が発生する。レイノルズ数が略300以上では。乱流となる。即ち、吸入口2aから流れてきた空気2dは、第14の電極5dbにより、カルマン渦が発生した流れあるいは乱流状態の流れになる。その状態を、図8に乱流Ran1で示す。Ran1の状態では、空気2dは、時間的、空間的に撹拌されながら、後流側に位置する後述の第17、第18の電極5ea,5ecの方へ流れる。
第14の電極5dbは、複数の矩形形状電極が組み合わせて形成される。ここでは、図7(a)、(b)に示されるように、例えば、接地電極2個と非接地電極2個誘電体で被覆された矩形の柱状の前記非接地電極2個と、前記誘電体で被覆された矩形の柱状の前記接地電極2個と、を一対とする複数対の電極をそれぞれの電極の一辺が互いに密接する形態で一つの集合体として形成される。
第14の電極5dbは、第13の電極5daと同様に、電気的に非接地の非接地電極7na、7nbと、断面が矩形で柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極6na、6nbと、前記非接地電極7na及び接地電極6naを被覆するように形成された誘電体膜8nで構成される。そして、前記接地電極6na、6nbと前記非接地電極7na、7nbの間に交流電源9からプラズマ生成のための電圧が印加される。流電源9から前記接地電極6na、6nbと前記非接地電極7na、7nbの間の高電圧が印加されると、誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5bが生成される。該誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5bは、前記接地電極6na、6nbと前記非接地電極7na、7nbの隣り合うそれぞれの隙間及び角部分に生成される。該誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5bは外見上、帯状に見える。
Reference numeral 5db is the 14th electrode. As shown in FIGS. 6 and 8, the 14th electrode 5db is used in combination with the 14th electrode 5db and the 15th electrode 5dc described later.
When
The 14th electrode 5db is formed by combining a plurality of rectangular electrodes. Here, as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), for example, two ground electrodes and two non-ground electrodes, two rectangular columnar non-ground electrodes coated with a dielectric, and the dielectric. The two ground electrodes having a rectangular columnar shape covered with a body and a plurality of pairs of electrodes paired with each other are formed as an aggregate in a form in which one side of each electrode is in close contact with each other.
Similar to the thirteenth electrode 5da, the fourteenth electrode 5db includes the electrically ungrounded non-grounded electrodes 7na and 7nb, and the grounding electrode 6na which is formed of a columnar metal having a rectangular cross section and is electrically grounded. , 6nb, and a dielectric film 8n formed so as to cover the non-grounded electrode 7na and the grounding electrode 6na. Then, a voltage for plasma generation is applied from the
符号5dcは第15の電極である。第15の電極5dcは、図6及び図8に示されるように、第13の電極5da及び第14の電極5dbと組み合わせて用いられる。吸入口2aから筐体1に空気2dが流れてくると、第15の電極5dcに当たりカルマン渦が発生する。なお、レイノルズ数が略40〜略300では、空気の流れの中に置かれた断面が円形あるいは矩形の物体の周りにはカルマン渦が発生する。レイノルズ数が略300以上では。乱流となる。即ち、吸入口2aから流れてきた空気2dは、第15の電極5dcにより、カルマン渦が発生した流れあるいは乱流状態の流れになる。その状態を、図8に乱流Ran1で示す。Ran1の状態では、空気2dは、時間的、空間的に撹拌されながら、後流側に位置する後述の第17、第18の電極5eb、5ecの方へ流れる。
第15の電極5dcは、第13の電極daと同様に、電気的に非接地の非接地電極7pa、7pbと、断面が矩形で柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極6pa、6pbと、前記非接地電極7pa及び接地電極6paを被覆するように形成された誘電体膜8pで構成される。そして、前記接地電極6pa、6pbと前記非接地電極7pa、7pbの間に交流電源9からプラズマ生成のための電圧が印加される。流電源9から前記接地電極6pa、6pbと前記非接地電極7pa、7pbの間の高電圧が印加されると、誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5bが生成される。該誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5bは、前記接地電極6pa、6pbと前記非接地電極7pa、7pbの隣り合うそれぞれの隙間及び角部分に生成される。該誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5bは外見上、帯状に見える。
なお、ここでは、非接地電極7ma,7mb及び接地電極6ma,6mbは断面形状が、矩形であるが、これに限定されない。矩形に代えて、三角形、台形等でも良い。
ここで、吸入口2aの開口に平行に並んで配置された、第13、第14及び第15の電極5da、5db、5dcを、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置のマトリクス(行列)状配置における第1行に位置する電極と呼ぶ。
Reference numeral 5dc is a fifteenth electrode. The fifteenth electrode 5dc is used in combination with the thirteenth electrode 5da and the fourteenth electrode 5db as shown in FIGS. 6 and 8. When
Similar to the thirteenth electrode da, the fifteenth electrode 5dc includes the electrically ungrounded non-grounded electrodes 7pa and 7pb, and the grounded electrode 6pa which is formed of a columnar metal having a rectangular cross section and is electrically grounded. , 6pb, and a dielectric film 8p formed so as to cover the non-grounded electrode 7pa and the grounding electrode 6pa. Then, a voltage for plasma generation is applied from the
Here, the non-grounded electrodes 7ma and 7mb and the grounding electrodes 6ma and 6mb have a rectangular cross-sectional shape, but the cross-sectional shape is not limited to this. Instead of a rectangle, a triangle, a trapezoid, or the like may be used.
Here, the 13th, 14th, and 15th electrodes 5da, 5db, and 5dc arranged side by side in parallel with the opening of the
符号5eaは第16の電極である。第16の電極5eaは、図6及び図8に示されるように、後述の第17の電極5eb及び第18の電極5ecと組み合わせて用いられる。第16、第17及び第18の電極5ea、5eb、5ecは、図8に示されるように、マトリクス(行列)状配置における第1行に位置する電極5da、5db、5dcの後流側に距離を置いて、吸入口2aの開口に平行な面内に、等間隔に配置される。上流側から空気2dが流れてくると、第16の電極5eaに当たりカルマン渦が発生する、あるいは乱流になる。即ち、上流側から流れてきた空気2dは第16の電極5eaにより、図8に示されるように乱流Ran2となり、撹拌されながら、後流側に位置する後述の第19及び第20の電極5fa、5fbの方へ流れる。
第16の電極5eaは、第13の電極daと同様に、電気的に非接地の非接地電極7qa、7qbと、断面が矩形で柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極6qa、6qbと、前記非接地電極7qa及び接地電極6qaを被覆するように形成された誘電体膜8qで構成される。そして、前記接地電極6qa、6qbと前記非接地電極7qa、7qbの間に交流電源9からプラズマ生成のための電圧が印加される。流電源9から前記接地電極6qa、6qbと前記非接地電極7qa、7qbの間の高電圧が印加されると、誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5bが生成される。該誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5bは、前記接地電極6pa、6pbと前記非接地電極7pa、7pbの隣り合うそれぞれの隙間及び角部分に生成される。該誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5bは外見上、帯状に見える。
符号5ebは第17の電極である。第17の電極5ebは、図6及び図8に示されるように、第16の電極5ea及び後述の第18の電極5ecと組み合わせて用いられる。上流側から空気2dが流れてくると、第17の電極5ebに当たりカルマン渦が発生する、あるいは乱流になる。即ち、上流側から流れてきた空気2dは第17の電極5ebにより、図8に示される乱流Ran2となり、撹拌されながら、後流側に位置する後述の第20及び第21の電極5fb、5fcの方へ流れる。
第17の電極5ebの構成は第16の電極と同様である。
符号5ecは第18の電極である。第18の電極5ecは、図6及び図8に示されるように、第16及び第17の電極5ea、5ebと組み合わせて用いられる。上流側から空気2dが流れてくると、第18の電極5ecに当たりカルマン渦が発生する、あるいは乱流となる。即ち、上流側から流れてきた空気2dは、第18の電極5ecにより、図8に示さる乱流Ran2となり、撹拌されながら、後流側に位置する後述の第20及び第21の電極5fb、5fcの方へ流れる。
第18の電極5ecの構成は第16の電極と同様である。
なお、ここでは、第16、第17及び第18の電極5ea、5eb、5ecを、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置のマトリクス(行列)状配置における第2行に位置する電極と呼ぶ。
Reference numeral 5ea is the 16th electrode. As shown in FIGS. 6 and 8, the 16th electrode 5ea is used in combination with the 17th electrode 5eb and the 18th electrode 5ec, which will be described later. As shown in FIG. 8, the 16th, 17th, and 18th electrodes 5ea, 5eb, and 5ec are distanced to the wake side of the electrodes 5da, 5db, and 5dc located in the first row in the matrix arrangement. Are placed at equal intervals in a plane parallel to the opening of the
Similar to the thirteenth electrode da, the sixteenth electrode 5ea includes the electrically ungrounded non-grounded electrodes 7qa and 7qb and the grounded electrode 6qa which is formed of a columnar metal having a rectangular cross section and is electrically grounded. , 6qb, and a dielectric film 8q formed so as to cover the non-grounded electrode 7qa and the grounding electrode 6qa. Then, a voltage for plasma generation is applied from the
Reference numeral 5eb is the 17th electrode. As shown in FIGS. 6 and 8, the 17th electrode 5eb is used in combination with the 16th electrode 5ea and the 18th electrode 5ec described later. When
The configuration of the 17th electrode 5eb is the same as that of the 16th electrode.
The configuration of the 18th electrode 5ec is the same as that of the 16th electrode.
Here, the second row in the matrix-like arrangement of the 16th, 17th, and 18th electrodes 5ea, 5eb, and 5ec in the matrix-like arrangement of the air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention. It is called an electrode located in.
符号5fa、5fb、5fcは第19,第20及び第21の電極である。第19、第20及び第21の電極fa、fb、fcは、図8に示されるように、マトリクス(行列)状配置における第2行に位置する第16、第17及び第18の電極5ea、5eb、5ecの後流側に距離を置いて、吸入口2aの開口に平行な面内に、等間隔に配置される。上流側から空気2dが流れてくると、第19,第20及び第21の電極5fa、5fb、5fcに当たりカルマン渦が発生する、あるいは、乱流になる。即ち、上流側から流れてきた空気2dは第19の電極5faにより、図8に示される乱流Ran3となり、撹拌されながら、後流側へ流れる。
第19、第20及び第21の電極fa、fb、fcの構成は、第16、第17及び第19の電極5ea、5eb、5ecと同様である。
なお、ここで、吸入口2aの開口に平行に並んで配置された、第19、第20及び第21の電極5fa、5bb、5fcを、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置のマトリクス(行列)状配置における第3行に位置する電極と呼ぶ。
マトリクス(行列)状に配置された第13ないし第21の電極5da、5db、5dc、5ea、5eb、5ec、5fa、5fb、5fcを纏めて一式を、第3のプラズマ発生手段22と呼ぶ。
Reference numerals 5fa, 5fb, and 5fc are the 19th, 20th, and 21st electrodes. The 19th, 20th and 21st electrodes fa, fb and fc are located in the second row in the matrix arrangement, as shown in FIG. 8, the 16th, 17th and 18th electrodes 5ea, They are arranged at equal intervals in a plane parallel to the opening of the
The configurations of the 19th, 20th and 21st electrodes fa, fb and fc are the same as those of the 16th, 17th and 19th electrodes 5ea, 5eb and 5ec.
Here, the 19th, 20th, and 21st electrodes 5fa, 5bb, and 5fc arranged side by side in parallel with the opening of the
A set of the 13th to 21st electrodes 5da, 5db, 5dc, 5ea, 5eb, 5ec, 5fa, 5fb, and 5fc arranged in a matrix is collectively referred to as a third plasma generating means 22.
符号18は冷却フインである。冷却フイン18は空気を通過させながら冷却する。冷却フイン18は後述の冷媒入口管18aから冷媒を供給され、後述の冷媒出口管18bから排出する。冷却フイン18は、一般的なエアコンと同様に、空気を略10℃から略40℃の範囲で、任意の温度に調整できる。
符号18aは冷媒入口管である。冷媒入口管18aは、略10℃から略40℃の任意の温度に調整された冷媒を冷却フイン18に供給する。
符号18bは、冷媒出口管である。冷媒出口管18bは、冷却フイン18から冷媒を外部へ排出する。冷却フイン18、冷媒入口管18a及び冷媒出口管18bは連携して用いられる。
図示しない湿度調整器を設置しても良い。図示しない湿度調整器の接地場所は、吸入口2aの近傍、あるいは、冷却フイン18の後流側でもよい。任意の位置に、設置できる。
A humidity controller (not shown) may be installed. The grounding location of the humidity controller (not shown) may be near the
次に、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置を用いて、空気中に浮遊する新型コロナウイルスやインフルエンザウイルス等のエンベロープ型ウイルスを殺菌あるいは不活化する方法を説明する。
ここでは、例えば、日本家屋の6畳間を対象空間とする。なお、6畳間の空間容積を、3.6mx2.7mx高さ2.4m=23.3m3とする。
6畳間に含まれる空気を、例えば、10分間で殺菌処理できる風量で本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置に吸気し、そして、プラズマ処理した空気を吹き出しながら、該空気の中に含まれる新型コロナウイルスやインフルエンザウイルス等のエンベロープ型ウイルスを殺菌あるいは不活化する、ことを説明する。
本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の構成部材である送風機の送風能力を、例えば、2.33m3/分とする。筐体1のサイズを、例えば、内寸法で、30cmx30cmx105cmとする。
筐体1の入り口2aの面積を、例えば、略900cm2(例えば、縦30cmx横30cmの開口)とする。
第13ないし第21の電極5da、5db、5dc、5ea、5eb、5ec、5fa、5fb、5fcのサイズを、それぞれ、例えば、外寸法で3cm角x長さ30cmとする。
本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置のマトリクス(行列)状配置における第1行に位置する電極である第13、第14及び第15の電極5da、5db、5dcを吸入口2aの開口に平行に、該開口から、例えば、1cmの位置に配置する。前記電極の間隔を、例えば、6cmとする。筐体1の壁と前記電極の間の距離を、例えば、4.5cmとする。
本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置のマトリクス(行列)状配置における第2行に位置する電極である第16、第17及び第18の電極5ea、5eb、5ecを、マトリクス(行列)状配置における第1行に位置する電極から、例えば、略22cmの距離をおいて配置する。前記第16、第17及び第18の電極5ea、5eb、5ecの間隔を、例えば、6cmとする。筐体1の壁と前記電極の間の距離を、例えば、4.5cmとする。
本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置のマトリクス(行列)状配置における第3行に位置する電極である第19、第20及び第21の電極5fa、5fb、5fcを、マトリクス(行列)状配置における第2行に位置する電極から、例えば、略22cmの距離をおいて配置する。前記第19、第20及び第21の電極5fa、5fb、5fcの間隔を、例えば、6cmとする。筐体1の壁と前記電極の間の距離を、例えば、4.5cmとする。
本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置のマトリクス(行列)状配置における第3行に位置する電極である第19、第20及び第21の電極5fa、5fb、5fcとオゾン分解触媒17の距離を、例えば、20cmとする。
Next, a method for sterilizing or inactivating enveloped viruses such as the new type coronavirus and influenza virus floating in the air will be described using the air purifying device using plasma according to the third embodiment of the present invention. ..
Here, for example, the target space is 6 tatami mats of a Japanese house. The space volume between 6 tatami mats is 3.6mx 2.7mx height 2.4m = 23.3m 3 .
The air contained in the 6 tatami mats is taken into an air purifier using the virus according to the third embodiment of the present invention with an air volume capable of sterilizing in 10 minutes, and the plasma-treated air is blown out. Explain that the enveloped virus such as a new type corona virus or influenza virus contained in the air is sterilized or inactivated.
The blowing capacity of the blower, which is a component of the air purifying device using plasma according to the third embodiment of the present invention, is, for example, 2.33 m 3 / min. The size of the
The area of the
The sizes of the 13th to 21st electrodes 5da, 5db, 5dc, 5ea, 5eb, 5ec, 5fa, 5fb, and 5fc are, for example, 3 cm square x 30 cm in external dimensions, respectively.
The 13th, 14th, and 15th electrodes 5da, 5db, and 5dc, which are the electrodes located in the first row in the matrix-like arrangement of the air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention. It is arranged parallel to the opening of the
The 16th, 17th, and 18th electrodes 5ea, 5eb, and 5ec, which are the electrodes located in the second row in the matrix-like arrangement of the air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention. , The electrodes are arranged at a distance of, for example, about 22 cm from the electrodes located in the first row in the matrix arrangement. The distance between the 16th, 17th, and 18th electrodes 5ea, 5eb, and 5ec is, for example, 6 cm. The distance between the wall of the
The 19th, 20th, and 21st electrodes 5fa, 5fb, and 5fc, which are the electrodes located in the third row in the matrix-like arrangement of the air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention. , Arranged at a distance of, for example, approximately 22 cm from the electrodes located in the second row in the matrix arrangement. The distance between the 19th, 20th and 21st electrodes 5fa, 5fb and 5fc is set to, for example, 6 cm. The distance between the wall of the
The 19th, 20th, and 21st electrodes 5fa, 5fb, and 5fc, which are the electrodes located in the third row in the matrix-like arrangement of the air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention. The distance of the
前記オゾン分解触媒17と、冷却フイン18との距離を、例えば、10cmとする。前記冷却フイン18と送風機4の距離を、例えば、10cmとする。
筐体1の内部の平均流速は略略43cm/秒である。なお、風量(Q:m3/分)と、筐体1の断面積(S:m2)と、平均流速(v:m/秒)の関係式、Q=S・vより計算した値である。ただし、断面積Sは30cmx0cm=900cm2、風量Qは、23.3m3/10分とした。
風速0.43m/s、第3のプラズマ発生手段22の構成部材である電極の代表的大きさDは3cmであるので、レイノルズ数は、次に示す値になる。
レイノルズ数Re=(空気の密度)x(物体の代表的大きさ)x(流速)/粘性係数=(1.206kg/m3)x(0.03m)x(0.43m/s)/(1.83x10−5Pa・s)=850。レイノルズ数Reが850であるので、第3のプラズマ発生手段22の中を通過する空気2dは、乱流状態である。すなわち、空気2dは、図8に示されているRan1、Ran2、Ran3のように、時間的、空間的に変化しながら流れる。
これにより、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置のマトリクス(行列)状配置における第2行に位置する電極である第16、第17及び第18の電極5ea、5eb、5ecの近傍を通過する際は、乱流状態の空気2dはプラズマ5bと効率よく、接触混合される。さらに、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置のマトリクス(行列)状配置における第3行に位置する電極である第19、第20及び第21の電極5fa、5fb、5fcの近傍を通過する際は、乱流状態の空気2dはプラズマ5bと効率よく、接触混合される。
The distance between the
The average flow velocity inside the
Since the wind speed is 0.43 m / s and the typical size D of the electrodes, which are the constituent members of the third plasma generating means 22, is 3 cm, the Reynolds number has the following values.
Reynolds number Re = (air density) x (typical size of object) x (flow velocity) / viscosity coefficient = (1.206 kg / m 3 ) x (0.03 m) x (0.43 m / s) / ( 1.83x10 -5 Pa · s) = 850 . Since the Reynolds number Re is 850, the
As a result, the electrodes 5ea, 5eb of the 16th, 17th, and 18th electrodes located in the second row in the matrix-like arrangement of the air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention. When passing in the vicinity of 5 ec, the
先ず、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置を対象空間である6畳間の任意の場所に設置する。
次に、送風機4を稼働させ、該6畳間の空気を筐体1に吸入し、吹き出しする。そして、交流電源9の電圧を所定の値に設定し、稼働させる。なお、交流電源9の電圧及び電流等の操作条件は、プラズマ発生手段22を筐体1に取り付けた際に、予め、該電圧、電流とオゾン発生量の関係をデータとして把握し、そのデータを評価、分析して最適条件を選定する。上記データの取得に際し、オゾン濃度の規制値0.01ppm以下での実験を行うのが望ましい。
交流電源9から第1及び第2の給電線10a、10b、第1及び第2の端子11a、11b及び第1及び第2の導入線12a、12bを介して、第3のプラズマ発生手段22に電圧が印加されると、図7(a)、(b)に示されるように、誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5bが生成される。
誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5bが生成されると、新型コロナウイルスやインフルエンザウイルス等のエンベロープ型ウイルスは、プラスイオン、マイナスイオン、紫外線、活性酸素(Oラジカル、OHラジカル等)、活性窒素(Nラジカル、NOラジカル等)、オゾン等のプラズマ化学反応及びプラズマ物理反応により、ほぼ確実に死滅、あるいは不活化される。
本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置では、プラズマ処理対象の空気2dは、誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5bの領域に乱流状態で、撹拌されながら流れるので、該プラズマ5bと効率よく接触混合される。これにより、プラズマ殺菌効果が期待できる。
なお、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置では、マトリクス(行列)状配置を3行3列としているが、例えば、5行5列の配置や10行10列の配置等を選ぶことができる。
また、マトリクス(行列)状配置において、1行毎に互い違いの配置、即ち、千鳥型配置を選んでも良い。
本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の運用は、常時運転あるいは決められた時間帯に稼働させるなど、任意に可能である。
First, the air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention is installed at an arbitrary place between 6 tatami mats, which is the target space.
Next, the blower 4 is operated, and the air between the 6 tatami mats is sucked into the
From the
When the dielectric barrier discharge
In the air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention, the
In the air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention, the matrix (matrix) arrangement is 3 rows and 3 columns, but for example, 5 rows and 5 columns and 10 rows and 10 columns are arranged. You can choose the arrangement etc.
Further, in the matrix-like arrangement, a staggered arrangement, that is, a staggered arrangement may be selected for each row.
The operation of the air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention is arbitrarily possible, such as constant operation or operation at a predetermined time zone.
以上の説明で示したように、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置は、新型コロナウイルスやインフルエンザウイルス等のエンベロープ型ウイルスを含む空気2dが、第3のプラズマ発生手段22の周辺で乱流状態になることから、誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5bと効率よく接触混合される。その結果、プラズマ殺菌あるいは不活化が、確実に、漏れなく、ムラなく実行可能である。しかも、前記電極が空間的に離間して配置されているので圧損が少なく、大量の空気を処理可能である。また、前記複数対の電極は前記誘電体膜を挟んだナローギャッププラズマ生成方式であるので、低い電圧で、低消費電力でプラズマを生成可能である。その結果、従来の課題を解消できるという効果を奏する。
本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置は、一般家庭、オフイス、病院、老人介護施設、レストラン等のように、区切られた空間(密閉空間)の空気を殺菌清浄化するプラズマを用いた空気清浄装置として実用に供することが可能である。その社会的貢献及び産業上の価値は著しく大きい。
As shown in the above description, in the air purifying device using plasma according to the third embodiment of the present invention,
The air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention sterilizes and purifies the air in a partitioned space (sealed space) such as a general household, office, hospital, elderly care facility, restaurant, etc. It is possible to put it into practical use as an air purifier using plasma. Its social contribution and industrial value are remarkably great.
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置について、図9及び図10を用いて説明する。図1ないし図8も参照する。
先ず、本発明の第4の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の構成について、説明する。
図9は、本発明の第4の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の構成を示す模式的断面図である。図10は、本発明の第4の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の構成部材である整流板を示す模式的斜視図(a)及び断面図(b)である。
(Fourth Embodiment)
Next, the air purifier using plasma according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. See also FIGS. 1-8.
First, the configuration of the air purifier using plasma according to the fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an air purifier using plasma according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 10 is a schematic perspective view (a) and a cross-sectional view (b) showing a rectifying plate which is a constituent member of an air purifier using plasma according to a fourth embodiment of the present invention.
本発明の第4の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置は、筐体1の中に、後述の第1ないし第3の整流板5xa、5xb、5xc、マトリクス(行列)状に配置された第13ないし第21の電極5da、5db、5dc、5ea、5eb、5ec、5fa、5fb、5fc、オゾン分解触媒17、冷却フイン18及び送風機4を備える。
前記第1ないし第3の整流板5xa、5xb、5xcは、後述の誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5cを生成可能であり、かつ、空気の流れを調整可能である。
The plasma-based air purifier according to the fourth embodiment of the present invention is arranged in the
The first to third straightening vanes 5xa, 5xb, and 5xc can generate the dielectric barrier discharge
符号5xa、5xb及び5xcは第1、第2及び第3の整流板である。第1、第2及び第3の整流板5xa、5xb、5xcは、吸入口2aの近傍に配置され、吸入口2aから筐体1へ吸入される空気の流れを調整する。そして、第1、第2及び第3の整流板5xa、5xb、5xcは、図9(a)、(b)に示されるように、誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5cを生成可能である。
ここでは、例えば、第1、第2及び第3の整流板5xa、5xb、5xcと、例えば、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置を組み合わせた場合について、以下に説明する。
第1、第2及び第3の整流板5xa、5xb、5xcの構成は、次の通りである。図9(a)、(b)に示すように、断面形状が矩形の短冊状の非接地電極7x、7yと接地電極6x、6y、6zを隣合わせて、一平面状に並べて、密接して図示しない固定手段で固定される。前記非接地電極7x、7yと接地電極6x、6y、6zの表面に、それぞれ、誘電体薄膜8x、8y、8zが形成される。厚みは、薄いのが良い。例えば、80μmとする。材質は、誘電体であれば良い。前記誘電体薄膜8x、8y、8zは、粒径が略10nmないし略65μmの範囲に入るマイカ(雲母)、フェライト、ネオジム、酸化シリコン(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化マンガン(MnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化錫(SnO2)、酸化マグネシウム(MgO)及び酸化チタン(TiO2)の誘電体の中から少なくとも2つ以上が含まれる誘電体膜が、好ましい。
前記非接地電極7x、7yと接地電極6x、6y、6zの間には、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の場合と同様に、交流電源9から高電圧が印加される。
非接地電極7x、7yと接地電極6x、6y、6zの間に高電圧が印加されると、隣り合う非接地電極7xと接地電極6xの隙間及び該電極の角の部分に誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5cが生成する。
同様に、隣り合う非接地電極7xと接地電極6yの隙間及び該電極の角の部分に誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5cが生成する。同様に、隣り合う非接地電極7yと接地電極6yの隙間及び該電極の角の部分に誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5cが生成する。同様に、隣り合う非接地電極7yと接地電極6zの隙間及び該電極の角の部分に誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5cが生成する。
Reference numerals 5xa, 5xb and 5xc are first, second and third straightening vanes. The first, second, and third straightening vanes 5xa, 5xb, and 5xc are arranged in the vicinity of the
Here, for example, the case where the first, second and third straightening vanes 5xa, 5xb and 5xc are combined with, for example, the air purifier using plasma according to the third embodiment of the present invention is described below. explain.
The configurations of the first, second and third straightening vanes 5xa, 5xb and 5xc are as follows. As shown in FIGS. 9A and 9B, strip-shaped
Between the
When a high voltage is applied between the
Similarly, a dielectric barrier discharge
第1、第2及び第3の整流板5xa、5xb、5xcの断面形状は、矩形に限定されない。台形、三角形及び半円形等を用いることができる。 The cross-sectional shapes of the first, second and third straightening vanes 5xa, 5xb and 5xc are not limited to rectangles. Trapezoidal, triangular, semi-circular and the like can be used.
次に、本発明の第4の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置を用いて、空気中に浮遊する新型コロナウイルスやインフルエンザウイルス等のエンベロープ型ウイルスを殺菌あるいは不活化する方法であるが、第1ないし第3の整流板5xa、5xb、5xcを吸入口2aの近くに設置する以外は、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置の場合と同様である。
Next, there is a method of sterilizing or inactivating enveloped viruses such as new corona virus and influenza virus floating in the air by using an air purifier using plasma according to a fourth embodiment of the present invention. , 1st to 3rd sterilizing plates 5xa, 5xb, 5xc are installed near the
以上の説明で示したように、本発明の第4の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置は、空気の流れを調整可能で、かつ、誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ5cを生成可能である第1ないし第3の整流板5xa、5xb、5xcを備えることから、新型コロナウイルスやインフルエンザウイルス等のエンベロープ型ウイルスを含む空気2dを効果的に、確実に、漏れなく、ムラなく実行可能である。しかも、前記電極が空間的に離間して配置されているので圧損が少なく、大量の空気を処理可能である。また、前記複数対の電極は前記誘電体膜を挟んだナローギャッププラズマ生成方式であるので、低い電圧で、低消費電力でプラズマを生成可能である。その結果、従来の課題を解消できるという効果を奏する。
本発明の第4の実施形態に係わるプラズマを用いた空気清浄装置は、一般家庭、オフイス、病院、老人介護施設、レストラン等のように、区切られた空間(密閉空間)の空気を殺菌清浄化するプラズマを用いた空気清浄装置として実用に供することが可能である。その社会的貢献及び産業上の価値は著しく大きい。
As shown in the above description, the air purifier using plasma according to the fourth embodiment of the present invention can adjust the air flow and can generate a dielectric barrier discharge
The air purifier using plasma according to the fourth embodiment of the present invention sterilizes and purifies the air in a partitioned space (sealed space) such as a general household, office, hospital, elderly care facility, restaurant, etc. It is possible to put it into practical use as an air purifier using plasma. Its social contribution and industrial value are remarkably great.
1・・・筐体、
2a・・・吸入口、
2b・・・吹き出し口、
2c・・・空気流路、
4・・・送風機、
Ran1、Ran2、rann3・・・乱流、
5a、5b、5c・・・誘電体バリア放電ナローギャッププラズマ、
6a・・・接地電極、
7a・・・非接地電極、
8a・・・誘電体膜、
9・・・交流電源、
5aa、5ab、5ac、5ad、5ba、5bb、5bc、5bd、5ca、5cb、5cc及び5cd・・・第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第8、第9、第10、第11及び第12の電極、
5da、5db、5dc、5ea、5eb、5ec、5fa、5fb及び5fc・・・第13、第14、第15、第16、第17、第18、第19、第20及び第21の電極、
5xa、5xb、5xc・・・第1、第2、第3の整流板。
1 ... housing,
2a ... Inhalation port,
2b ... outlet,
2c ... air flow path,
4 ... Blower,
Ran1, Ran2, runn3 ... Turbulence,
5a, 5b, 5c ... Dielectric barrier discharge narrow gap plasma,
6a ... Ground electrode,
7a ... Non-grounded electrode,
8a ... Dielectric film,
9 ... AC power supply,
5aa, 5ab, 5ac, 5ad, 5ba, 5bb, 5bc, 5bd, 5ca, 5cab, 5cc and 5cd ... Ninth, tenth, eleventh and twelfth electrodes,
5da, 5db, 5dc, 5ea, 5eb, 5ec, 5fa, 5fb and 5fc ... 13th, 14th, 15th, 16th, 17th, 18th, 19th, 20th and 21st electrodes,
5xa, 5xb, 5xc ... First, second, third straightening vanes.
Claims (15)
前記プラズマ発生手段は、電気的に非接地の非接地電極と、柱状の金属で形成されて電気的に接地された接地電極と、前記非接地電極と前記接地電極の少なくとも一方を被覆する誘電体膜と、を一対とする複数対の電極を空間的に離間して備え、互いに対を成す前記非接地電極と前記接地電極の間に電圧を印加する交流電源を備えるとともに、
前記電極は、レイノルズ数Reが略40以上であること、即ち、「レイノルズ数Re=(空気密度)x(流速)x(前記電極の断面形状の代表的サイズ)/(粘性係数)」が略40以上であること、という流体力学的条件を備えていることを特徴とするプラズマを用いた空気清浄装置。 A housing that forms an air flow path connecting an intake port that sucks in air in a target space to be sterilized or cleaned and an outlet that blows air out to the target space, and an air flow are generated. An air purifier using plasma provided with a blower and a plasma generating means for converting the air into plasma and processing the air.
The plasma generating means includes an electrically ungrounded non-grounded electrode, a grounded electrode formed of columnar metal and electrically grounded, and a dielectric covering at least one of the non-grounded electrode and the grounded electrode. A film and a plurality of pairs of electrodes paired with each other are provided spatially separated from each other, and an AC power source for applying a voltage between the non-grounded electrode and the ground electrode paired with each other is provided.
The electrode has a Reynolds number Re of about 40 or more, that is, "Reynolds number Re = (air density) x (flow velocity) x (typical size of the cross-sectional shape of the electrode) / (viscosity coefficient)" is approximately An air purifier using plasma, which is characterized by having a hydrodynamic condition of being 40 or more.
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