JP4535748B2 - 空気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気中の悪臭成分や微生物、その他の有害物質を除去する空気浄化装置に関するものである。

従来、イオンやオゾン等の活性粒子を利用して、食品・調理用品などの食に関連する物体や公衆衛生上で微生物が問題となる物体の表面、これらの物体を収納する空間に存在する微生物の繁殖を防止する方法が知られている。

たとえば、通気路途中に配置した電極間に高電圧を印加して放電させることにより、通気路内に取り込む気体をイオンおよびオゾンを含んだイオン化気体とし、このイオン化気体を供給する室内の微生物をイオン，オゾンの相乗効果で不活化し死滅させるようにした室内殺菌装置がある。

また、通気路に設けた放電領域に水蒸気を導入してＯＨラジカルを発生させ、ＯＨラジカルが有するオゾンよりも強い酸化力で、通気路内に取り込む空気中の微生物を不活化し、繁殖を防止し、死滅させる（以下、単に殺菌という）とともに、悪臭成分を無臭成分に変える（以下、単に脱臭という）空気清浄装置がある。
特開２００１−９６１９０号公報 特開平９−２３４２３９号公報

ＯＨラジカルを多量に発生させるためには、放電領域で高速飛散している電子と水分子（水蒸気）とを高確率で衝突させる必要がある。しかし上記したような従来の装置では、放電領域での水分子と電子との衝突確率は極めて低く、ＯＨラジカルの発生量が十分でないため、脱臭や殺菌の効果も低いという問題がある。

本発明は上記課題を解決するもので、ＯＨラジカルを多量に発生させることができ、脱臭および殺菌の効果が高い空気浄化装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の空気浄化装置は、網状の放電電極と対向電極との間に複数の通気孔を有した水分吸着材と、前記水分吸着剤に向けて送られる空気を加熱する加熱手段とを備え、前記加熱手段は、ヒートシンクと、該ヒートシンクに密着しているヒータとを含み、前記ヒートシンクは、絶縁性と耐熱性とを有するフッ素樹脂からなるスペーサを介して前記浄化ユニットの上流側に設置される。これにより、装置内を通過する空気中の水分が水分吸着材に吸着するため、その状態で放電すると、前記水分吸着材が位置する電極間で放電密度が増加し、この放電領域で高速飛散している電子に通過空気中の水分子が衝突する機会が増えるとともに、水分吸着材の表面に保持された水に電子が衝突する機会も生じ、水分吸着材が存在しない場合に比べて水分子と電子との衝突確率が高まり、放電領域で発生する紫外線等の影響もあって、ＯＨラジカルを多量に発生させることができる。その結果、ＯＨラジカルと空気中の悪臭成分や、かび菌・細菌・ウイルス等の微生物などの有害物質との接触率を高めて、ＯＨラジカルの強い酸化力で脱臭や殺菌などを行うことができ、空気浄化効果を向上させることができる。

水分吸着材として、たとえばハニカム構造を有した水分吸着材を用いることができる。ハニカム構造は表面積が大きいため、表面に多くの水を吸着、保持させることができ、多量のＯＨラジカルを発生させるのに好適である。

放電電極と対向電極とを交互に多段に配置し、各電極間に水分吸着材を配置してもよい。多段にすることで放電密度が増加するため、水分子と電子との衝突確率が高まり、ＯＨラジカルの発生量が増大する。

前記ヒータはタイマー制御により所定時間だけ通電されることを特徴とする。

本発明の空気浄化装置は、放電電極と対向電極との間に複数の通気孔を有した水分吸着材を介在させたことにより、水分吸着材が位置する放電領域での水と電子との衝突確率を高めて、オゾンよりも強い酸化力を持つＯＨラジカルを多量に発生させることが可能になり、脱臭や殺菌等の空気浄化効果を向上できる。

表面積の大きいハニカム構造の水分吸着材を用いることにより、水分吸着材の表面に多くの水を吸着、保持することができ、多量のＯＨラジカルを発生させることが可能になる。

水分吸着材に向けて送られる空気を加熱する加熱手段を備えることにより、水分吸着材に吸着保持された水分を適宜に脱離、気化させることができ、ＯＨラジカルの発生量を増大させることが可能になる。

放電電極と対向電極と水分吸着材とを多段に配置することにより、放電密度を増加させることができ、ＯＨラジカルの発生量を増大させることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の空気浄化装置をセパレート型空気調和機に適用した場合を示している。

室内機Ａと室外機Ｂとが冷媒配管Ｄ１，Ｄ２で接続されている。Ｅは室内側熱交換器、Ｆは送風ファンである。Ｊは送風ファンＦの運転によって発生する空気流の流れ方向を示している。室内機Ａには、空気浄化装置１が設けられている。

図２に示すように、空気浄化装置１の浄化ユニット２は、線径が約０．１ｍｍのラスメタル網からなる放電電極３と対向電極４とを互いに平行に配置し、その間に複数の通気孔５ａを有した水分吸着材５を挟んで構成されている。

放電電極３と対向電極４との間隔は、印加電圧を４〜７ｋＶとした時にアーク放電が発生しないように調整されている。
水分吸着材５としては、ゼオライト吸着材料を担持した一般にハニカムフィルターと呼ばれるハニカム構造体が、通気孔５ａが放電電極３，対向電極４の網目と同一方向を向いて開口するように、放電電極３，対向電極４との間に若干の隙間を設けて配置されている。この水分吸着材５は、放電電極３，対向電極４と同等の縦横寸法と、通気孔５ａを通過する空気中の水分を吸着する厚みとを有するものが用いられ、たとえば４０＊４０＊ｔ５ｍｍ，５００セル程度のものを２枚配置した時には、一定時間のオン・オフで３．５ｇ／ｈ程度吸着させることが可能である。なおゼオライトは、周知のように３次元網目状構造を有していて、結晶格子内の空間に水分子を弱い結合で保持可能な材料である。

図示を省略するが、放電電極３と対向電極４との間に高電圧を印加する高電圧印加装置が設けられている。この高電圧印加装置は、例えば倍電圧回路にＩＧＢＴ（Inslated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング手段によって高周波数の電圧で所望のパルス波形を生成し、これを高圧トランスで昇圧するように構成されている。より詳しくは、放電電極３に接続されたプラス電極と対向電極４に接続されたマイナス電極との間にパルス波形の高電圧、好ましくはパルス波形の歪んだ高電圧を印加して、放電電極３と対向電極４との間にストリーマ放電を発生させ得るように構成されている。ただし電圧印加はパルス波形に限定されず、直流電源・ＡＣ電源でもよい。

上記した空気調和機の運転を開始すると、室内機Ａの風回路に設置された空気浄化装置１を空気流が矢印で示すＪ方向に通過し、空気流中の水分は水分吸着材５に吸着される。この状態で放電電極３に通電すると、放電電極３，対向電極４間で水分吸着材５が存在することにより高密度に放電が起こり、その放電領域で高速飛散している電子に空気流中の水が高確率で衝突するとともに、水分吸着材５の表面に保持された水に電子が衝突するため、水分吸着材５が存在しない場合に比べて水分子と電子との衝突確率が高くなり、放電領域で発生する紫外線等の影響もあって、ＯＨラジカルが多量に発生する。

その結果、ＯＨラジカルと空気中の悪臭成分や、かび菌・細菌・ウイルス等の微生物などの有害物質との接触率が高くなり、ＯＨラジカルの強い酸化力等によって脱臭や殺菌が効果的に行われる。そして、浄化された処理済み空気となって浄化ユニット２から放出され、室内側熱交換器Ｅを通過して室内に放出される。放出された空気中にもＯＨラジカルが含まれているので、室内の壁面やカーテン等も脱臭・殺菌されることになる。

ストリーマ放電について詳述する。ストリーマ放電の発生機構は、放電電極３から放出される電子の前方で中性分子の電離が起こって電子がなだれのように放出され、これが次の新しい電子なだれを起こすというように、電子なだれが次々と起こって合体していくことにより高速に進行するものであり、放電電流の大部分は電子によるものである。

その際には、放電電極３と対向電極４との間における放電電極３の付近に著しい電界集中があるため、印加される高電圧が十分な大きさであれば、電子なだれが発生し、多量のイオンと光量子とが作り出される。

なおその際に、放電電極３をプラス電極としているため、放電電極３の付近で多量の光量子があらゆる方向に放出され、放出された光量子がその付近の中性分子に吸収されて電離を生起していき、放電電極３に向かう方向の電子なだれが多数に発生して、それと同時に作り出される正イオン中でプラズマ柱を形成する。

プラズマ柱の前縁には対向電極４（つまりマイナス電極あるいはアースに接続した電極）に向かう正イオンが高密度で集中し、それによる電界集中の他に、これら正イオンの空間電荷と電子なだれ群の空間電荷との間に特に強力な電界が形成されるため、プラズマ柱の前縁の発光はさらに促進される。

このようなパルスストリーマ放電の放電領域では、通過する空気流に微生物が含まれていると、当該放電領域で高速に飛散している多量の電子等の飛散粒子（つまり、放電電極３から放出された電子；気体分子（中性分子）、それに由来する電子、正イオン等）、電位差およびラジカル等によって、かび菌や細菌やウイルス等の微生物が不活化され、微生物の外壁等のタンパク質が破壊されたり、ＤＮＡやＲＮＡが損傷されることになり、繁殖を防止し死滅させることができる。

また、空気流にＮＨ_３（アンモニア）等の臭気成分や有害成分が含まれていると、放電領域で高速に飛散している多量の電子等の飛散粒子（つまり、放電電極３から放出された電子；気体分子（中性分子）、それに由来する電子、正イオン等）、電位差およびラジカル等によってエネルギーが与えられ、分解される。たとえばＮＨ_３の場合、第一段階でＮとＨに分解され、そのままでは不安定なため、第二段階でＮ_２（窒素）とＨ_２（水素）になり、さらにはＨ_２Ｏ（水）などに変化して、無害化、無臭化される。

なおこのとき、上述した水分吸着材５の表面に保持された水や空気流に含まれた水がＯラジカルやイオンと反応して、ＯＨラジカルやイオンやＨ_２Ｏ_２等、酸化力の高いラジカルやイオンを豊富に生成し、これらＯＨラジカル等が殺菌や脱臭に大きく寄与する。

効率よくストリーマ放電を発生させるためには、放電電極３と対向電極４との間に、たとえば電極３，４間の間隙が約１０ｍｍである時に約７ｋＶ以上、間隙が約８ｍｍである時に約６ｋＶ以上、間隙が約５ｍｍである時に約４ｋＶ以上、のパルス波形の歪んだ高電圧を印加することが必要である。

確実に殺菌、脱臭、有害物質除去などの浄化を行うためには、放電領域を通過する空気流の速度と高電圧のパルス周波数との関係が重要である。空気流に含まれている微生物（換言すると空気流中の任意の１点）や臭気または有害物質が放電領域を通過する間に少なくとも１回、ストリーマ放電を発生させることができる周波数の高電圧が必要である。

たとえば、一般の空気調和機の場合、室内機Ａを通過する気流の速度は約１ｍ／ｓなので、空気流の通過方向における放電領域の幅が約１０ｍｍである時には、気流中の微生物は約１０ｍｓｅｃで放電領域を通過する。したがって、高電圧を約１００Ｈｚにて印加することで、放電領域を通過していく微生物を１回、パルスストリーマ放電に遭遇させることができる。

放電領域を通過していく微生物や物質を確実に殺菌または分解するためには、上記した周波数約１００Ｈｚの数倍〜数十倍程度、つまり数百〜数千Ｈｚという高周波数の高電圧を印加すればよい。
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２の空気浄化装置の斜視図である。

この実施の形態２の空気浄化装置が実施の形態１のものと相違するのは、浄化ユニット２の上流側に、空気流を加熱するためのアルミニウム製のヒートシンク６とセラミックヒータ７とを密着させて設置している点である。ここでは、ヒートシンク６は板部材を適当間隔で並列に配列することで隙間６ａを備えた構造とし、このヒートシンク６の板部材の一側にセラミックヒータ７を配置している。ただし、ヒートシンク６と対向電極４とが直接接触してショートしないように、絶縁性および耐熱性を有するフッ素樹脂（たとえばテフロン（登録商標））などからなるスペーサ８で幾分かの隙間をあけて、浄化ユニット２に一体化している。

この構成の空気浄化装置１を室内機Ａの風回路内に設置して空気流を通過させると、実施の形態１と同様に、空気流中の水分が水分吸着材５に吸着され、放電電極３，対向電極４間で水分吸着材５が存在することにより高密度に放電が起こり、その放電領域で高速飛散している電子に空気流中の水が高確率で衝突するとともに、水分吸着材５の表面に保持された水に電子が衝突するため、水分吸着材５が存在しない場合に比べて水分子と電子との衝突確率が高くなり、ＯＨラジカルが多量に発生する。

このときセラミックヒータ７にタイマー制御により所定時間だけ通電されて、ヒートシンク６が加熱され、ヒートシンク６を通過する空気が昇温され、この空気が水分吸着材５を加熱するため、水分吸着材５に吸着保持されていた水分が脱離する。水分吸着材５は上述したようにハニカム構造を有しているため水分の脱離量も多い。このため、実施の形態１の装置に比べて、水分子と電子との衝突確率が周期的に高くなり、ＯＨラジカルがより多量に発生する。よって、実施の形態１の装置よりも空気浄化効果を向上させることができる。
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３の空気浄化装置の正面図である。

この実施の形態３の空気浄化装置が実施の形態２のものと相違するのは、浄化ユニット２を、放電電極３と対向電極４とを交互に多段に配置し、各電極３，４間に水分吸着材５を配置して構成した点である。

これによれば、水分吸着材５の段数分に応じて放電密度が増加するため、水分子と電子との衝突確率が高まり、ＯＨラジカルの発生量が増大する。よって、実施の形態２の装置よりも空気浄化効果を向上させることができる。

以上のように、実施の形態１，２，３の空気浄化装置は、ハニカム構造などの水分吸着材を配置することによって、放電密度を増やし、また水分を吸着・脱離させるようにしたため、酸化力の強いＯＨラジカルを多量に発生させることが可能になったものであり、ワンパスでの脱臭や殺菌性能も向上することができる。

本発明の空気浄化装置は、単独で用いる他、空気調和機や加湿器などに組み込んで利用することができる。

本発明の実施の形態１の空気浄化装置をセパレート型空気調和機に適用した状態を示した断面図 図１の空気浄化装置の一部破断図 本発明の実施の形態２の空気浄化装置の斜視図 本発明の実施の形態３の空気浄化装置の正面図

１…空気浄化装置
２…浄化ユニット
３…放電電極
４…対向電極
５…水分吸着材
５ａ…通気孔
６…ヒートシンク
６ａ…隙間
７…セラミックヒータ

Claims (4)

1. 網状の放電電極と対向電極との間に複数の通気孔を有した水分吸着材を有する浄化ユニットと、前記水分吸着剤に向けて送られる空気を加熱する加熱手段とを備え、前記加熱手段は、ヒートシンクと、該ヒートシンクに密着しているヒータとを含み、
   前記ヒートシンクは、絶縁性と耐熱性とを有するフッ素樹脂からなるスペーサを介して前記浄化ユニットの上流側に設置されることを特徴とする、空気浄化装置。
2. 水分吸着材がハニカム構造を有した請求項１記載の空気浄化装置。
3. 放電電極と対向電極とを交互に多段に配置し、各電極間に水分吸着材を配置した請求項１または２に記載の空気浄化装置。
4. 前記ヒータはタイマー制御により所定時間だけ通電されることを特徴とする、請求項１に記載の空気浄化装置。

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