JP3227618U - コロナ放電による微粒子荷電部を有するマスク - Google Patents

Abstract

【課題】コロナ放電で帯電させた微粒子をフィルタで捕集する方式を小型化して応用するマスクを提供する。
【解決手段】フレキシブルなプラスチック基板１に小型ブロア２、コロナ放電部３を設ける。基板１はゴムにより顔に装着できる。小型ブロア２で外気を取り入れコロナ放電部２に導入する。コロナ放電部３はコロナ放電電極４と対向する接地電極５で構成する。コロナ放電に必要な電圧は高電圧電源６から供給する。コロナ放電部３を通過した空気は、エレクトレットフィルタ７を通過した後に顔面８に供給される。コロナ放電部３を通過した空気中の浮遊微粒子は帯電されるため、エレクトレットフィルタ７で効率的に捕集され、清浄空気が顔面８に供給される。
【選択図】図１

Description

顔に着けるマスクの濾過性能を補完する技術分野の考案

マスクは風邪などの感染防止に役立つとされている。特に電荷を付与したエレクトレットフィルタ不織布がマスクの素材として広く使われており、不織布内を通過するウイルスなどの微粒子は、繊維間の不平等電界によりグラディエント力を受け、また電荷を帯びている微粒子はクーロン力を受けるため、微粒子の捕集効果が高く、感染防止に役立っている。しかし、マスクは正しく装着しないと隙間から空気が入り込み、感染防止の効果が低くなる。

電気集塵装置はコロナ放電で浮遊微粒子を荷電し、電界を有する集塵電極の中で微粒子に静電気力を働かせて集塵するもので、産業用に広く使われている。しかし高電圧を使うことから感電の危険を有している。

ポリプロピレンなどの原料を用いて不織布とし、それにコロナ放電などを用いて電荷を注入することでエレクトレットフィルタとすると、微粒子の濾過性能が高くできることが知られており、多くのマスクはエレクトレットを使っている。例えば特許文献特表２００９−５２６１４１（Ｐ２００９−５２６１４１Ａ）エレクトレット及びエレクトレットに有用な化合物にはその組成と製造方法が記載されており、また、濾過する微粒子の性質によっては濾過性能が阻害されることが記されている。

コロナ放電によって微粒子を帯電させた後にフィルタで捕集すると微粒子の捕集効率が向上することは既知であり、水野彰、電気集塵および低温プラズマ化学反応によるディーゼル自動車排ガス処理、エアロゾル研究 ｖｏｌ．３０ ｎｏ．２ｐｐ．１００−１０７（２０１５）ｄｏｉ：１０．１１２０３／ｊａｒ．３０．１００ には、セラミックフィルタの前に直流コロナ放電を行って微粒子を荷電してからフィルタに導入することで、微粒子の捕集効率が大きく向上することが紹介されている。 コロナ放電に伴って人体に有害なオゾンが発生する。この発生量はコロナ放電の極性によって大きく異なり、正極性コロナ放電でのオゾン発生量は負極性コロナ放電に比べて小さい。また正極性コロナ放電でのオゾン生成は、電極材料によって影響を受けることが知られており、例えば、Ｙｅｈｉａ ｅｔ．ａｌ．，Ｏｎ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｏｚｏｎｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｃ ｃｏｒｏｎａｓ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３３（２０００）８３１８３５．、には正負コロナ放電のオゾン生成量の比較が述べられている。 また、水野彰、静電技術の空気清浄への応用、静電気学会誌２９、５（２００５）２５３−２５８ にはコロナ放電によるオゾン生成に関し、正極性コロナ放電では、オゾン発生量が放電電極材料の影響を大きいことが紹介されている。

コロナ放電により微粒子を帯電させた後にフィルタで捕集する方法は微粒子の捕集に有効であるが、コロナ放電の発生のためには高電圧を使う必要があり、またコロナ放電が発生すると人体に有害なオゾンが生成されるため、マスクに利用することは困難であった。

コロナ放電を発生させるためには針状のコロナ放電電極となめらかな接地電極とを対向させて配置し、この電極間に高電圧を印加することが必要である。このコロナ放電発生のための高電圧の値をできるだけ低くすることが、装置を小型化してマスクに応用するために必要である。このためにはコロナ放電発生用の針状電極の先端曲率をできるだけ小さくすることが必要である。また、電極間隔を小さくすればコロナ放電発生電圧は低くできるが、微粒子を荷電するために必要十分な電極間隔を持たせることも重要であり、現実的には電極間隔は５ｍｍ程度は必要である。

またコロナ放電に伴って発生するオゾンの濃度を０．１ｐｐｍ以下に抑制することも、呼吸する空気の浄化には重要である。このため、正コロナ放電を用い、かつ銀あるいは炭素を電極素材として用いること、ならびにコロナ放電が発生する高電界領域、すなわち電離領域を、小さい曲率半径のコロナ放電極を用いることで小さくすることで、オゾン発生濃度を低減できる。

エレクトレットフィルタに入る空気中の微粒子をあらかじめコロナ放電で荷電することで、微粒子の捕集効率を高くできる。このとき、コロナ放電電極の先端曲率半径を１０ミクロン程度まで小さくすると、コロナ放電開始電圧を低くできる。電極間隔１０ｍｍ程度、印加電圧３ｋＶでコロナ放電を発生でき、コロナ放電電極を小さくできるため、マスクの表面にコロナ放電電極を配置することができる。またフィルタ表面に活性炭を置くことで、生成したオゾンを分解できる。

フレキシブルなプラスチック基板（１）などに小型ブロア（２）、コロナ放電部（３）を設ける。基板（１）はゴムなどにより顔に装着できる。小型ブロア（２）で外気を取り入れコロナ放電部（２）に導入する。コロナ放電部（３）はコロナ放電電極（４）と対向する接地電極（５）で構成する。コロナ放電に必要な電圧は高電圧電源（６）から供給する。コロナ放電部（３）を通過した空気は、エレクトレットフィルタ（７）を通過した後に顔面（８）に供給される。コロナ放電部（３）を通過した空気中の浮遊微粒子は帯電されるため、エレクトレットフィルタ（７）で効率的に捕集され、清浄空気が顔面（８）に供給される。コロナ放電部ではわずかではあるがオゾンが生成される可能性があるため、必要に応じて、エレクトレット表面には活性炭あるいはオゾン分解触媒（９）を配置してオゾンを分解する。 図１に示す装置は、通常のマスク（１０）を装着した上に装着して、通常マスクのカバーとすることにより、マスクの周辺の漏れ込み部（１１）からも清浄な空気が入るため、清浄な空気を呼吸できる効果を有している。 コロナ放電による微粒子帯電部は直接エレクトレットフィルタに接して配置する方法だけでなく、コロナ放電部（３）を顔面（８）から離れた場所に置き、帯電微粒子を含む空気をチューブ（１２）で顔面に輸送することもできる。コロナ放電部（３）を通過する微粒子は帯電され、まずはコロナ放電部での静電気力で捕集される。また、コロナ放電部の後に配置するエレクトレットフィルタ（７）で、コロナ放電部で捕集されなかった帯電微粒子の捕集ができる。コロナ放電部の後に活性炭あるいはオゾン分解触媒（９）を配置し、わずかではあるが発生するオゾンを分解する。その後、清浄空気はチューブ（１２）を通り、顔面（８）に供給される。チューブ出口にもエレクトレットフィルタ（５）を配置することで、供給する清浄空気の流れがより均一にできる。通常のマスク（１０）を付けた上から、この装置構成により清浄空気を供給することでも、マスク周辺の漏れ込み部（１１）からも清浄な空気が入るため、清浄な空気を呼吸できる。

小型ブロアとコロナ放電部を設けた微粒子帯電部をエレクトレットフィルタ―前面に設置し、空気中に浮遊する微粒子を帯電してからエレクトレットフィルターに導入することで、高効率に微粒子を捕集し、呼吸用の清浄空気を供給する。

図１の構成で実施した例を述べる。小型ブロア―は約５０ｍｍｘ５０ｍｍｘ１０ｍｍのサイズである。またコロナ放電極は直径１２ミクロン、長さ３ｍｍのステンレスファイバーであり、ブロア―出口に設置した。接地電極は直径１０ｍｍの円筒であり、コロナ放電極先端から１０ｍｍの位置に配置した。 これらを８０ｍｍｘ１８０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのプラスチック板上に配置した。ブロア―の空気取り入れ口をプラスチック版に設け、外気をプラスチック板の反対側から導入できるようにした。ブロア―およびコロナ放電部の上をエレクトレット不織布フィルタで覆い、取り入れた外気がコロナ放電部を通り、その後エレクトレット不織布を通過するように装置を構成した。またエレクトレット不織布フィルタの表面に粉末の活性炭を薄く配置した。この装置のフィルタ面が顔面側となるように装置を装着し、風量約２０Ｌ／分で外気を取り入れ、装置を通過させて空気を顔面に供給した。コロナ放電電圧＋３ｋＶにて、０．５ミクロン径の浮遊微粒子の捕集効率９９．５％が得られ、清浄な空気を呼吸できることが確認できた。

マスクとして使用することで清浄な空気を呼吸することができ、感染予防に役立つ。また微粒子で汚染された環境で作業を行う場合にも清浄な空気を呼吸できる。

１．フレキシブル基板
２．小型ブロア
３．コロナ放電部
４．コロナ放電電極
５．接地電極
６．高電圧電源
７．エレクトレットフィルタ
８．顔面
９．活性炭またはオゾン分解触媒
１０．通常のマスク
１１．空気の漏れ込み部
１２．チューブ

Claims (1)

1. 曲率半径２０ミクロン以下の尖った形状のコロナ放電極を用いてコロナ放電を行い、通過する空気中の微粒子を帯電し、その空気を顔面を覆うフィルタを通して濾過し、清浄空気を顔面に供給するマスク

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