JP4706681B2 - 放電装置及び空気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、ストリーマ放電を行う放電装置及び空気浄化装置に関し、特に、ストリーマ放電の騒音を低減するための技術に係るものである。

従来より、放電装置を備えた空気浄化装置は、放電によって生じたプラズマにより、臭気成分や有害成分を分解、除去する手段として利用されている。この放電方式の中で、ストリーマ放電方式は、比較的低い電力で高い分解効率が得られるため、有害成分の分解や脱臭を行うのに適している。

図８は、空気浄化装置における放電装置の構成を模式的に示したものである。この放電装置(29)においては、低温プラズマを発生するための放電電極として、突起状の放電電極(30)と、この放電電極(30)の先端部に対峙する平板状の対向電極(31)とを用いている。そして、両電極(30,31)間で放電を行い、低温プラズマを発生させ、この低温プラズマにより発生した活性種（高速電子、イオン、ラジカル、その他の励起分子等）に、処理対象ガス中の有害成分や臭気成分を通気接触させることで、これらの成分を分解、除去している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３３６６８９号公報

しかし、ストリーマ放電方式は、空気の絶縁破壊に伴い比較的大きな放電音が生じる。また、この放電音の周波数は、人間の聴覚に対して極めて敏感に感じられやすい範囲であるため、ストリーマ放電方式による空気浄化装置などの運転時には、この放電音が騒音となる可能性がある。したがって、このストリーマ放電方式は、居住空間や小規模店舗のように、ある程度の静寂さが望まれる場所には不向きと考えられる。逆に、ストリーマ放電の放電音を低減することが可能になれば、民生用などの小型の空気浄化装置にもストリーマ放電を適用でき、幅広い分野において、その高い分解効率を活かすことができる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ストリーマ放電を行う放電装置の騒音を低減し、ひいては民生用の空気浄化装置にも該放電装置を適用可能とし、その性能向上を図ることである。

本発明は、ストリーマ放電時の音の周波数を高周波化させ、人間の聴覚が敏感に作用する領域よりも高くすることで、ストリーマ放電時の騒音を低減するようにしたものである。

具体的に、第１の発明は、放電電極(13)と、該放電電極(13)に対峙する対向電極(14)と、上記両電極(13,14)に直流電圧を印加するように接続された電源手段(18)とを備え、上記両電極(13,14)の間では、一回の放電毎に、該両電極（13,14）の間に荷電粒子（22）が一時的に残留するストリーマ放電が行われるストリーマ放電を行う放電装置を対象とする。そして、この放電装置は、上記両電極(13,14)が、上記ストリーマ放電の音の周波数が６ｋＨｚ以上となるように上記放電電極(13)と上記対向電極(14)との間の距離(L)を１０ｍｍ以下としていることを特徴とするものである。

なお、上記「音の周波数」とは、ストリーマ放電時に電流がパルス状に流れるために発せられる放電音の中心周波数を意味している。また、この中心周波数は、実際に発生する放電音には周波数のばらつきがあるのに対し、周波数ごとに音圧レベルを測定したときに音圧レベルが最大となる周波数のことである。

ここで、人間の聴覚の感度と周波数の関係について、詳細に説明する。

騒音などに対する人間の聴覚の感度は、その音が有する周波数によって異なっている。そのため騒音計などで音の大きさを計測する際には、人間の感覚により近くなるように、周波数ごとに適切な数値補正を行うのが普通である。例えばＪＩＳ Ｃ １５０２「普通騒音計」の騒音測定法にも記されているように、Ａ特性と呼ばれる補正係数を各周波数ごとに加減算することで、全体の騒音レベルを人の聴感に最も近づけることができる。

このＡ特性によると、周波数が約１ｋＨｚ以上、６ｋＨｚ未満の範囲においては、補正係数が正の値であり、人間の聴覚がこの範囲の音を相対的に強く感じることを意味している。一方、周波数が６ｋＨｚ以上では、補正係数が負の値であり、人間の聴覚がこの範囲の音を相対的に弱く感じることを意味している。このように、発生する騒音の周波数は、人間が聴覚によって捕らえる騒音レベルに大きく影響を与えており、発生する周波数の主体（中心周波数）を６ｋＨｚ以上にすることができれば、人間が実際に感じる騒音のレベルを効果的に低減することができる。

次に、ストリーマ放電のメカニズムと、上記荷電粒子(22)の残留時間とについて、併せて説明する。

図４の(Ａ)、(Ｂ)、(Ｃ)は、ストリーマ放電における電子(21)及び荷電粒子(22)（プラスイオン）の移動概念について、段階的に示したものである。

ストリーマ放電時には、放電電極(13)から対向電極(14)に向かってリーダー(23)と呼ばれる微小アークが発生する。リーダー(23)の先端部分では、強い電位勾配によって空気が電子(21)と荷電粒子(22)とに電離している。そして、荷電粒子(22)が対向電極(14)側まで到達すると、一回の放電が終了する。

この際、電離により発生した電子(21)は、放電電極(13)に向かって移動し、荷電粒子(22)は対向電極(14)に移動する（図４(Ａ)）。ここで、電離により生じた上記荷電粒子(22)は、上記電子(21)と比較すると、相対的に質量が大きいため、移動速度は、電子(21)よりも、荷電粒子(22)の方が遅くなる。したがって、一回の放電時において、両電極(13,14)の間には、荷電粒子(22)が一時的に残留することになる（図４(Ｂ)）。この際、一回の放電により、荷電粒子(22)が両電極(13,14)の間に残留する時間のことを残留時間と定義する。そして、この残留した荷電粒子(22)が、完全に対向電極(14)に移動すると、両電極(13,14)の間は、元の電界に戻り、再び放電が始まる（図４(Ｃ)）。以上のように、ストリーマ放電時には、(Ａ)→(Ｂ)→(Ｃ)のサイクルが繰り返されており、このサイクルで発生する荷電粒子(22)の間欠的な移動により、ストリーマ放電では電流がパルス状に流れている。

ここで従来技術のストリーマ放電においては、両電極間に１０ｍｍよりも長い距離を設けていた。しかし、両電極間の距離が広がると、荷電粒子(22)が対向電極に到達するまでの距離が長くなり、その結果、荷電粒子(22)の残留時間も長くなる。このため、ストリーマ放電時における音の周波数は低周波化されるから、この音の周波数は、人間の聴覚に対して敏感に作用する１ｋＨｚ以上、６ｋＨｚ未満の範囲になりやすい。

一方、第１の発明では、放電電極(13)と対向電極(14)との間の距離(L)を１０ｍｍ以下と、従来よりも短縮化したから、ストリーマ放電により発生した荷電粒子(22)が、対向電極(14)まで移動する距離は短くなる。したがって、上記荷電粒子(22)が両電極(13,14)の間に残留する残留時間も短くなり、音の周波数は高周波化されてストリーマ放電の音の周波数が６ｋＨｚ以上となる。よって、ストリーマ放電時における音の周波数（中心周波数）は、人間の聴覚が敏感に作用する範囲よりも高くなり、放電音は低減される。

第２の発明は、第１の発明の放電装置において、上記放電電極(13)が、突起状の放電端(17)を複数有し、上記対向電極(14)は、板状に形成され、上記放電電極(13)の放電端(17)の先端部と、上記対向電極(14)の電極面とが、対向して配置されることを特徴とするものである。

なお、ここで上記対向電極(14)の形状を示す「板状」とは、厚さが薄い扁平な形状であることを意味しており、例えば上記対向電極(14)は、平板の他、穴のあいたパンチング板であってもよいし、金網（メッシュ）状であってもよい。

上記第２の発明では、放電電極(13)に突起状の放電端(17)を複数配置し、上記放電端(17)と対峙する対向電極(14)を板状としている。そして、この構成においては、上記放電端(17)と上記対向電極(14)との間で、ストリーマ放電を行っている。

前述したようにストリーマ放電は、放電電極(13)と対向電極(14)との間における、電子(21)及び荷電粒子(22)の移動によって行われる。この際、上記放電電極(13)より、上記対向電極(14)に向かって、リーダー(23)（微小アーク）が連続的に進展している。この微小アークの発生領域（放電領域）において、対象ガスを分解するための活性種（高速電子、イオン、ラジカル、その他の励起分子等）が発生している。

この際、放電端(17)の電極面は、対向電極(14)の電極面に対して相対的に面積が小さいため、前述した微小アークは、上記放電端(17)より上記対向電極(14)に向かって広がり、フレア状に進展する。このため、放電領域が広がり、対象ガスを分解するための活性種が広範囲にわたり発生する。

また、上記放電電極(13)には、複数の放電端(17)が配置されているから、この複数の放電端(17)より、それぞれ微小アークがフレア状に進展する。よって、放電電極(13)と対向電極(14)との間に生じる放電領域は、より広範囲となり、より多くの活性種が発生する。

第３の発明は、第２の発明の放電装置において、上記放電電極(13)が有する放電端(17)が、平板状に形成されたことを特徴とするものである。

上記第３の発明では、放電端(17)を平板状にして、薄くすることで、放電端(17)の放電面を狭くしている。このように、放電面が狭くなると、放電領域における電界の不平等性が高まる。

ところで、放電電極(13)と対向電極(14)との間の距離(L)が短縮化されると、スパークが発生しやすくなるため、電圧を上げすぎるとストリーマ放電が安定して生じにくい可能性がある。一方、請求項５に記載の発明では、放電電極(13)の放電面を狭くすることで、放電領域における電界の不平等性を増大することができるため、スパークの発生を抑制しながら、両電極(13,14)間の距離(L)を短縮化することができる。したがって、荷電粒子(22)が対向電極(14)に到達する時間をより短縮化でき、ストリーマ放電の音の周波数を高周波化することができる。よって、放電音をより低減することができる。

また、放電電極(13)の放電面を狭くし、両電極(13,14)間の距離(L)を狭くすることで、放電領域の電界強度を増大することができる。ここで、荷電粒子(22)の移動速度は、この電界強度と比例関係であるため、電界強度が増大すると、荷電粒子(22)が対向電極(14)に移動する速度も増大する。したがって、上記荷電粒子(22)が、両電極(13,14)間に残存する残留時間は短くなる。よって、ストリーマ放電の音の周波数はさらに高周波化されるから、ストリーマ放電時の騒音をさらに低減することができる。

第４の発明は、第１の発明の放電装置において、放電電極(13)は線状ないし棒状に形成され、対向電極(14)と実質的に平行に配置されていることを特徴とするものである。なお、ここで、放電電極(13)の形状を表している「線状ないし棒状」は、断面積が実質的に一定で細長い形状のことを言う。また、「放電電極(13)が対向電極(14)と実質的に平行に配置されている」とは、具体的に放電電極(13)が対向電極(14)の電極面と平行に配置されていることを意味するが、この対向電極(14)の電極面は、平面状であっても曲面状であってもよいし、細長の線状又は棒状であってもよい。

上記第４の発明では、対向電極(14)と実質的に平行に配置された放電電極(13)の先端から対向電極(14)の電極面に向かってストリーマ放電が発生する。この場合、放電時に発生する高速電子や活性種のために放電電極(13)の先端が損耗しても、放電電極(13)が対向電極(14)と実質的に平行に配置されているため、放電電極(13)と対向電極(14)との間隔は一定に保持される。

また、放電電極(13)は線状ないし棒状であり、損耗しても先端形状は変化しない。したがって、放電電極(13)が損耗した場合であっても放電の特性が保たれるので、ストリーマ放電が安定して発生する。

第５の発明は、両電極(13,14)の間に被処理ガスを通気し、放電装置によって被処理ガスを処理する空気浄化装置を前提としており、上記放電装置が、第１から４のいずれか１の発明の放電装置であることを特徴とするものである。

上記第５の発明では、空気浄化装置に、第１から第６の発明の作用を有する放電装置を具備することとしたから、ストリーマ放電時の騒音が低減され、かつ高分解性能の空気浄化装置を提供することができる。

本発明では、以下の効果が発揮される。

上記第１の発明によれば、ストリーマ放電時の音の周波数が６ｋＨｚ以上となるように、放電電極(13)と対向電極(14)との間の距離(L)を１０ｍｍ以下とした。これにより、放電音の周波数は人間の聴覚に敏感な１ｋＨｚ以上、６ｋＨｚ未満の範囲を越え、効果的な放電音の低減が可能である。したがって、ストリーマ放電時の騒音は低減されるから、民生用途など、より広範囲の空気浄化装置に、放電装置(11)を適用することができる。

また、両電極(13,14)の間の距離(L)を短縮化すると、ストリーマ放電に必要な電圧は低くなる。一方、放電に必要な電圧が高い場合、例えば絶縁設計の観点から、放電電極(13)とケーシングとの空間距離や沿面距離を十分にとる必要がある。これに対し、ストリーマ放電に必要な電圧が低くなれば、必要な絶縁距離を狭くすることができる。よって上記放電装置(11)を装備した空気浄化装置のコンパクト化を図ることができる。

上記第２の発明によれば、放電電極(13)を突起状の放電端(17)とし、対向電極(14)を板状として、ストリーマ放電を行うものとした。これにより、上記放電端(17)より発生する微小アークはフレア状に進展する。よって、放電領域が広がり、対象ガスを分解するための活性種もより広範囲に発生する。このため、ストリーマ放電による対象ガスの分解効率を向上することができる。

また、上記放電電極(13)には、複数の放電端(17)が配置されているから、微小アークは、この複数の放電端(17)より、それぞれフレア状に進展する。両電極(13,14)間における放電領域は、より広範囲となり、より多くの活性種が発生する。これにより、対象ガスの分解効率をさらに向上することができる。

上記第３の発明によれば、放電電極(13)の放電端(17)の形状を平板状としたので、放電電極の放電面が狭くなり、放電領域の電界の不平等性が高まる。したがって、スパークが発生することなく、両電極(13,14)間の距離(L)を短縮化できる。さらに、距離(L)の短縮化により、電界強度を増大することができるため、荷電粒子(22)の移動速度をさらに増加することができる。このため、ストリーマ放電により生じる音の周波数は高周波化され、放電音をより低減することができる。

また、両電極(13,14)間の電界強度が増大すると、ストリーマ放電がより安定して行われるため、対象ガスに対して、より安定した分解効率を得ることができる。

上記第４の発明によれば、棒状ないし線状の放電電極(13)と対向電極(14)とを実質的に平行に配置した。よって、放電電極(13)の先端が活性種や高速電子によって損耗しても、両電極(13,14)の間の距離を一定に保つことができる。したがって、両電極(13,14)の間の距離を最適な間隔に保つことができ、上述したような騒音低減効果を安定して得ることができる。また、両電極(13,14)間の距離を最適な間隔に保つことで、この放電装置(11)におけるストリーマ放電の安定性の向上を図ることができる。

さらに本発明では、放電電極(13)の先端が損耗しても、放電電極(13)の先端形状が変化しないようにしているので、元来の放電特性を継続して維持することが可能となり、ストリーマ放電を一層安定させることができる。したがって、放電電極(13)の先端形状の変化に起因してスパークや放電異常が生じてしまうことを防止できる。

上記５の発明によれば、空気浄化装置に、第１から第４のいずれか１の発明の効果を有する放電装置を具備することとしたから、放電音が低減され、かつ高分解効率の空気浄化装置を提供することができる。したがって、特に静音での使用が望まれる民生用途として、上記空気浄化装置を適用することができる。

《発明の実施形態１》
以下、本発明の実施形態１について図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態１に係る空気浄化装置(1)の分解斜視図である。この空気浄化装置(1)は、一般家庭や小規模店舗などで用いる民生用の空気浄化装置である。

空気浄化装置(1)は、一端が開放された箱形のケーシング本体(2)と、上記開放部に嵌合する前面カバー(3)とを備えている。上記前面カバー(3)の両端には、被処理ガスを導入するための空気吸込口(4)が形成されている。また、上記ケーシング本体(2)の上面には、被処理ガスが流出する空気吐出口(5)が形成されている。さらに、上記ケーシング本体(2)には、被処理ガスを流通させるための図示しないファンと、上記被処理ガスの流通経路(6)と、空気清浄を行うために設けた機能部品(7)とが、配置されている。

上記機能部品(7)は、プレフィルタ(8)、イオン化部(9)、集塵フィルタ(10）、放電装置(11)、さらに触媒部(12)で構成されている。

プレフィルタ(8)は、被処理ガスの前処理として、空気中に含まれている比較的大きな塵埃などを捕集するためのものである。次のイオン化部(9)は、比較的小さな塵埃などを帯電させるためのもので、帯電された塵埃などは、集塵フィルタ(10)（静電フィルタ）により捕集される。さらに、上記集塵フィルタ(10)の後段階には、ストリーマ放電を行うための放電装置(11)及び触媒部(12)が配置されている。上記触媒部(12)は、例えばハニカム構造をしており、上記放電装置(11)の放電によって生じる低温プラズマの活性を高め、反応を促進させるための触媒作用を有している。

次に上記放電装置(11)について、詳細に説明する。

図２(Ａ)は、放電装置(11)の電極構造を示す要部拡大図であり、図２(Ｂ)は、放電電極(13)の要部正面図である。

放電装置(11)は、放電電極(13)と、上記放電電極(13)に対峙する対向電極(14)と、上記両電極(13,14)を支持するための電極枠(15)とで構成されている。両電極(13,14)は、上記電極枠(15)の枠内に位置し、上記放電電極(13)と上記対向電極(14)とが、交互に一定の間隔となるように並設されている。

上記放電電極(13)は、図２(Ａ)、(Ｂ)に示すように、上記電極枠(15)に支持されている板状の放電基板(16)と、突起状の放電端(17)で構成されている。この放電端(17)は、平板状で三角形状をしており、上記放電基板(16)に、所定の間隔で複数枚設けられている。なお、この放電端(17)の平板の板厚(d)は、０．１ｍｍ程度が好ましい。また、上記放電基板(16)に複数枚設けられた放電端(17)は、図２(Ｃ)に示すように、放電基板(16)に対して水平方向に所定の角度で折り曲げた構成にしてもよい。

一方、上記放電電極(13)と対峙する対向電極(14)は、板状であり、上記対向電極(14)の電極面が、放電端(17)の先端部と略直交するように上記電極枠(15)に取り付けられている。この際、上記放電電極(13)が有する放電端(17)の先端部から、上記対向電極(14)の電極面までの距離(L)は、１０ｍｍ以下が好ましく、より最適な距離(L)は、３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下である。なお、本実施形態における放電装置(11)においては、上記距離(L)を５ｍｍとしている。

また、本実施の形態においては、放電電極(13)の放電基板(16)には、上記放電端(17)が図２の左右両側に設けられている。これに対応して、上記対向電極(14)も両側に電極面を有している。そして、この構造において、電極枠(15)に交互に配列された両電極(13,14)は、上記放電電極(13)の左右両側でストリーマ放電を行う。

また、放電装置(11)は、上記放電電極(13)及び対向電極(14)に放電電圧を印加するための電源手段(18)を備えている。この電源手段(18)の放電電圧として、本実施の形態では、直流電圧を印加している。この際、放電電流値が一定となるように制御を行う方法が好ましい。

−運転動作−
次に、この空気浄化装置(1)の運転動作について説明する。

空気浄化装置(1)に通電すると、図示しないファンが起動して、被処理ガスが、前面カバー(3)の空気吸引口(4)より吸引され、流通経路(6)に導入される。そして、第１段階で、プレフィルタ(8)により被処理ガス中の比較的大きな塵埃が捕集、除去される。さらに、第２段階では、イオン化部(9)により被処理ガス中の比較的小さな塵埃が帯電して、下流側に流れ込み、集塵フィルター(10)により、これらの帯電した塵埃が捕集、除去される。以上、２段階の物理的処理により、被処理ガス中の塵埃は概ね捕集、除去される。

次に、前述の２段階の処理が行われた被処理ガスは、第３段階として、放電装置(11)へ導入される。放電装置(11)の上記放電電極(13)と対向電極(14)の間には、ストリーマ放電により低温プラズマが発生しており、被処理ガスは、この低温プラズマ発生領域を通過する。この際、上記両電極(13,14)間には、上記低温プラズマに起因する反応性の高い活性種（高速電子、イオン、ラジカル、その他の励起分子等）が発生しており、被処理ガス中の有害物質や臭気成分は、上記活性種と通気接触することで分解、除去される。また、上記放電装置(11)の近傍には、触媒部(12)が配置されており、この触媒部(12)の触媒作用によって、被処理ガスの分解を促進することができる。このような構成により、被処理ガス中の有害物質や臭気成分は、低温プラズマと触媒作用の相乗効果により、高効率に分解、除去される。

以上の処理によって浄化された被処理ガスは、ケーシング本体(2)の空気吐出口(5)より上部方向へ排出される。

次に、本実施の形態におけるストリーマ放電音の低減効果について実験により検証した結果について説明する。

図３は、ストリーマ放電時における放電電極(13)と対向電極(14)間の距離(L)と、この際生じる音の周波数の関係を実験的に求めたものである。本実験は、突起状の放電端(17)を有する放電電極(13)と、板状の対向電極(14)を備えた放電装置(11)において、ストリーマ放電を行ったものである。この際、両電極(13,14)の間の距離(L)を変えながら、ストリーマ放電により生じる音の周波数を詳しく計測している。なお、図３に示す音の周波数は、ストリーマ放電から発せられる放電音の中心周波数を測定したものである。ここで、中心周波数とは、周波数ごとに音圧レベルを測定したとき、レベルが最大となるような周波数を意味している。

また、図３において、実線(e)は、放電電極(13)一本あたりの電流値（電流密度）を２０μＡとした際の、距離(L)と音の周波数の関係を示すものである。また、破線(f)は、両電極(13,14)の距離(L)に対応して、ストリーマ放電が可能な最低限度の電流密度で電流を流した際の、距離(L)と音の周波数との関係を示したものである。したがって、破線(f)の上方の領域において、所定のストリーマ放電が可能であり、破線(f)の下方ではストリーマ放電ができないことを意味している。

図３に示すように、放電電極(13)と対向電極(14)の距離(L)を短くすると、ストリーマ放電時の音の周波数は高くなっている。このことは、両電極(13,14)間の距離(L)を短くすることで、ストリーマ放電時に生じた荷電粒子(22)が対向電極(14)に到達する時間が短縮され、上記荷電粒子(22)の残留時間が減少したことに起因している。

図３によると、ストリーマ放電時の両電極(13,14)間の距離(L)を１０ｍｍとした場合、実線(e)及び破線(f)の双方において、音の周波数は６ｋＨｚを越えている。また、破線(f)において、距離(L)を９ｍｍとした場合、約１０μＡ以上の電流密度でストリーマ放電が可能であり、この際の音の周波数は約６．５ｋＨｚに高周波化されている。さらに、距離(L)を本実施形態と同様の５ｍｍとした場合には、約３μＡ以上の電流密度で、ストリーマ放電が可能であり、この際の音の周波数はさらに約８ｋＨｚに高周波化されていることがわかる。なお、このように音の周波数は６ＫＨｚ以上であれば、放電音を人間の聴覚に対して聞こえにくくすることができるが、この音の周波数の実質的な上限値は、人間の聴覚では現実的に捕らえることが不可能に近い２０ＫＨｚ、好ましくは３０ＫＨｚである。

−実施形態１の効果−
上記実施形態１において、ストリーマ放電時の両電極(13,14)間の距離(L)を１０ｍｍ以下とすると、ストリーマ放電の音の周波数は６ｋＨｚ以上となる。一方、両電極(13,14)間における荷電粒子(22)の残留時間は、言い換えると、音の周波数の逆数を意味しており、音の周波数が６ｋＨｚ以上の場合、残留時間は０．１７ｍｓ以下となる。

このように、本実施形態では、放電装置(11)の両電極(13,14)を、ストリーマ放電の音の周波数が６ｋＨｚ以上となるように構成しているため、放電音の周波数は、人間の聴覚に敏感な周波数領域を越えることになる。したがって、ストリーマ放電時の騒音の低減効果を十分にすることができる。

また、本実施の形態においては、放電電極(13)に突起状の放電端(17)を複数設け、板状の対向電極(14)との間でストリーマ放電を行う構造としている。この構造により、放電領域が広がり、活性種が広範囲に発生するため、対象ガスの分解効率を高めることができる。

さらに、上記放電端(17)は平板状であり、板厚(d)を０．１ｍｍと薄くしているため、上記放電端(17)より発生する放電領域の電界の不平等性が高まり、スパークが発生しにくくなる。したがって、両電極(13,14)の距離(L)をさらに短縮することができる。また、距離(L)を短縮化することで電界強度も増大することができるため、荷電粒子(22)の移動速度が速くなり、上記荷電粒子(22)の残留時間が短くなる。したがって、放電時の音の周波数をさらに高周波化することができ、ストリーマ放電時の騒音もさらに低減することができる。

また、上記実施形態１において、放電装置(11)の電源手段(18)の放電電圧として、直流電圧を印加している。これにより、放電装置(11)の運転に係わるコストを低減することができる。この際、上記放電電圧の放電電流値を一定となるように制御すると、ストリーマ放電時の音の周波数が安定するとともに、異常放電によるスパークを防ぎやすくすることができる。このため、放電音の低減が可能となる。

《発明の実施形態２》
次に、本発明の実施形態２について図面に基づいて詳細に説明する。

図５は、実施形態２に係る空気浄化装置(1)の分解斜視図であり、図６は、空気浄化装置(1)の内部を上方から視た図である。この空気浄化装置(1)は、実施形態１の空気浄化装置と同様、一般家庭や小規模店舗などで用いられる民生用の空気浄化装置である。

空気浄化装置(1)は、一端が開放された箱形のケーシング本体(2)と、該ケーシング本体(2)の開放端面に装着される前面カバー(3)とを備えている。前面カバー(3)の両側面及び前面中央部には、被処理ガスである室内空気が導入される空気吸込口(4)が形成されている。また、ケーシング本体(2)の天板の背面側寄りには、室内空気が流出する空気吐出口(5)が形成されている。

ケーシング本体(2)内には、空気吸込口(4)から空気吐出口(5)までに亘って室内空気が流れる流通通路(6)が形成されている。この流通通路(6)には、室内空気の流れの上流側（図６において下側）から順に、空気浄化を行う各種の機能部品(7)と、該流通通路(6)に室内空気を流通させるための遠心送風機(40)とが配置されている。

上記機能部品(7)は、前面カバー(3)側より順に、プレフィルタ(8)、イオン化部(9)、放電装置(11)、集塵フィルタ(10)、及び触媒フィルタ(12)が配置されて構成されている。また、空気浄化装置(1)のケーシング本体(2)の後部下側寄りには、放電装置(11)の電源手段(18)が設けられている。

プレフィルタ(8)は、室内空気中に含まれる比較的大きな塵埃を捕集するフィルタである。また、イオン化部(9)は、プレフィルタ(8)を通過した比較的小さな塵埃を帯電させ、この塵埃をイオン化部(9)の下流側に配置されている集塵フィルタ（静電フィルタ）(10)により捕集するためのものである。このイオン化部(9)は、複数のイオン化線(9a)と、各イオン化線(9a)に対応する対向電極(9b)とで構成されている。

上記複数のイオン化線(9a)は、波型形状ないし複数の「コ」の字が連なった水平断面形状を有する波形部材(15)の前側に配置されている。なお、本実施形態においては、２つの波形部材（15）が左右に配列されている。また、波形部材(15)の前側には、複数の前側開口部(15a)が形成されており、各イオン化線(9)は、各前側開口部(15a)内において波形部材(15)の上端から下端までに亘って張架されている。一方、上記イオン化線(9a)に対応する対向電極(9b)は、波形部材(15)の前側開口部(15a)を形成する壁面に設けられている。なお、この波形部材(15)の後側寄りの面には、集塵フィルタ(10)と平行に配置されるメッシュ板(19)が連結されている。

放電装置(11)は、複数の放電電極(13)と、各放電電極(13)に対向する面状の対向電極(14)とを備えている。

上記放電電極(13)は、線状ないし棒状に形成されており、上記波形部材(15)の後側に配置されている。この放電電極(13)は、放電装置(11)の拡大斜視図である図７(Ａ)に示すように、波形部材(15)の後側開口部(15b)内に配置されるとともに上下方向に延在する電極保持部材(20)に支持されている。この電極保持部材(20)は、水平断面が「コ」の字型に形成されており、所定の部位には前方に向かって屈曲形成された複数の支持板(20a)が形成されている。そして、線状ないし棒状の放電電極(13)は、該放電電極(13)を挟み込むようにしてかしめられた支持板(20a)の先端部によって支持されている（図７(Ｂ)、放電装置の水平断面図参照）。以上のようにして、放電電極(13)の両端部は、支持板(20a)から上下方向に突出した状態となっている。なお、本実施形態において、放電電極(13)はタングステンを材料として構成されている。また、この放電電極(13)の線径は約０．２ｍｍとなっている。

一方、対向電極(14)は、このようにして放電電極(13)が配置される波形部材(15)の後側開口部(15b)内の第１面（後面）(15c)に形成されている。そして、この第１面(15c)が放電電極(13)に対向する電極面として機能している。このようにして、支持板(13a)から突出する放電電極(13)が、対向電極(14)の電極面と略平行に配置されている。なお、対向電極(14)の上端部及び下端部には、それぞれ対向電極(14)と上記電極保持部材(20)とに介設されるスペーサー(41)が設けられている。このスペーサー(41）は、本実施形態において絶縁性の碍子で構成されている。そして、放電電極(13)の先端部から対向電極(14)までの間の距離(L)が上記スペーサー(41)によって一定間隔に保持されている。なお、本実施形態において、両電極(13,14)の間の距離(L)は６．１±０．３ｍｍとなっている。

上述した静電フィルタ(10)は、上記放電装置(11)の下流側に配置されている。静電フィルタ(10)は、上流側の面において、上述したイオン化部(9)によって帯電された比較的小さな塵埃を捕集する一方、下流側の面には光触媒（光半導体）が担持されている。この光触媒は、放電装置(11)の放電によって生成される低温プラズマ中の反応性の高い物質（電子、イオン、オゾン、ラジカルなどの活性種）によって更に活性化され、室内空気中の有害物質や臭気物質の分解を促進する。なお、この光触媒は、例えば二酸化チタンや酸化亜鉛、あるいはタングステン酸化物や硫化カドミウムなどが用いられる。また、静電フィルタ(10)は、水平断面が波形状に屈曲して形成された、いわゆるプリーツフィルタで構成されている。

上記触媒フィルタ(12)は、静電フィルタ(10)の下流側に配置されている。この触媒フィルタ(12)は、ハニカム構造の基材の表面にプラズマ触媒を担持したものである。このプラズマ触媒は、上記光触媒と同様に、放電装置(11)の放電によって生成される低温プラズマ中の反応性の高い物質（電子、イオン、オゾン、ラジカルなどの活性種）によって更に活性化され、室内空気中の被処理成分である有害物質や臭気物質の分解を促進する。このプラズマ触媒には、マンガン系触媒や貴金属系触媒、更にこれらの触媒に活性炭などの吸着剤を添加したものが用いられる。

−運転動作−
空気浄化装置(1)の運転中は、遠心送風機(40)が起動し、被処理ガスである室内空気がケーシング本体(2)内の流通通路(6)を流通する。また、この状態において、イオン化部(9)及び放電装置(11)へは、電源手段(18)から高電圧が印加される。

室内空気がケーシング本体(2)内に導入されると、まずプレフィルタ(8)において比較的大きな塵埃が除去される。プレフィルタ(8)を通過した室内空気は、イオン化部(9)へと流れる。イオン化部(9)では、イオン化線(9a)と対向電極(9b)との間での放電により室内空気中の比較的小さな塵埃が帯電する。この帯電した塵埃を含む室内空気は、静電フィルタ(10)へ流入する。そして、静電フィルタ(10)において、これらの帯電した塵埃が捕集される。

一方、放電装置(11)では、放電電極(13)と対向電極(14)との間でのストリーマ放電により低温プラズマが発生している。このため、放電装置(11)により発生した低温プラズマが、室内空気とともに下流側に流れる。

この低温プラズマには、反応性の高い物質（活性種）が含まれている。そして、この反応性の高い物質は、室内空気と接触して室内空気中の有害物質や臭気物質を分解する。また、上記活性種が、静電フィルタ(10)に達すると、静電フィルタ(10)に担持された光触媒によって更に活性化し、室内空気中の有害物質や臭気成分が更に分解される。さらに、この活性種が触媒フィルタ(12)に達すると、これらの物質は一層活性化し、室内空気中の有害物質や臭気物質が一層分解される。

以上のようにして塵埃が除去されるとともに有害物質や臭気物質も除去された清浄な室内空気は、遠心送風機(40)へと取り込まれ、空気吐出口(5)から室内へ吹き出される。

−実施形態２の効果−
上記実施形態２では、放電装置(11)における放電電極(13)と対向電極(14)との間の距離(L)を６．１±０．３ｍｍ、すなわち１０ｍｍ以下としている。その結果、ストリーマ放電の音の周波数を６ＫＨｚ以上とすることができる。このため、ストリーマ放電の放電音の周波数を、人間の聴覚に敏感な周波数領域より大きくすることができる。したがって、この実施形態２においてもストリーマ放電時の騒音の低減を図ることができる。

また、実施形態２では、棒状の放電電極(13)と対向電極(14)とを平行に配置している。よって、放電電極(13)の先端が活性種や高速電子によって損耗しても、両電極(13,14)の間の距離を一定に保つことができる。したがって、両電極(13,14)の間の距離(L)を最適な間隔に保つことができ、上述した騒音低減効果を確実に得ることができる。また、このように両電極(13,14)の間の距離を最適な間隔に保つことで、ストリーマ放電の安定性の向上を図ることができる。

さらに実施形態２では、放電電極(13)の先端が損耗しても、放電電極(13)の先端形状が変化しないようにしているので、元来の放電特性を継続して維持することが可能となり、ストリーマ放電を一層安定させることができる。したがって、放電電極(13)の先端形状の変化に起因してスパークや放電異常が生じてしまうことを防止できる。

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

例えば、上記実施形態１では、放電電極(13)に設けた放電端(17)を平板で三角形状としているが、上記放電端(17)の形状は、例えば四角柱の形状であってもよいし、先端に向かうほど径が細くなるようなテーパ状であってもよい。

また、上記実施形態１では、放電基板(16)の両側に放電端(17)を配置して放電電極(13)を構成しており、上記放電電極(13)の両側に対向電極(14)を設けて、ストリーマ放電を行うものとしているが、放電基板(16)には、必ずしも両側に放電端(17)を配置する必要はなく、放電基板(16)の片側に放電端(17)を配置してもよい。この場合、上記放電基板(16)の片側に設けられた放電端(17)に対峙するように、対向電極(14)を電極枠(15)に構成すればよい。

さらに、上記実施形態では、電源手段(18)の放電電圧として、直流電圧を印加しているが、上記直流電圧以外に、交流電圧やパルス電圧を印加してもよい。

また、上記実施形態では、放電装置(11)の下流側に、例えばマンガン系触媒や貴金属系触媒などのプラズマ触媒が基材に担持された触媒フィルタ(12)を設けている。しかしながら、放電装置(11)の下流側には、この触媒フィルタ(12)に代わって例えば活性炭やゼオライトなどの吸着剤が基材に担持された吸着処理部を設けるようにしてもよい。

本発明の実施形態１に係る空気浄化装置の分解斜視図である。 図２(Ａ)は放電装置の電極構造を示す要部拡大図であり、図２(Ｂ)は放電電極の要部正面図である。また、図２(Ｃ)は放電装置の電極構造に係る変形例を示す要部拡大図である。 ストリーマ放電時における放電電極と対向電極の間との距離と、音の周波数の関係図である。 図４(Ａ)、図４(Ｂ)、図４(Ｃ)は、ストリーマ放電のメカニズムを示す説明図である。 本発明の実施形態２に係る空気浄化装置の分解斜視図である。 実施形態２の空気浄化装置の内部を上方から視た図である。 図７(Ａ)は放電装置の電極構造を示す要部拡大図であり、図７(Ｂ)は放電装置の水平断面図である。 従来技術における放電装置の概略図である。

(1) 空気浄化装置
(11) 放電装置
(13) 放電電極
(14) 対向電極
(17) 放電端
(22) 荷電粒子
(L) 放電電極と対向電極の間の距離

Claims (5)

1. 放電電極(13)と、該放電電極(13)に対峙する対向電極(14)と、上記両電極(13,14)に直流電圧を印加するように接続された電源手段(18)とを備え、
   上記両電極(13,14)の間では、一回の放電毎に、該両電極（13,14）の間に荷電粒子（22）が一時的に残留するストリーマ放電が行われる放電装置であって、
   上記両電極(13,14)は、上記ストリーマ放電の音の周波数が６ｋＨｚ以上となるように上記放電電極(13)と上記対向電極(14)との間の距離(L)を１０ｍｍ以下としていることを特徴とする放電装置。
2. 請求項１に記載の放電装置において、
   上記放電電極(13)は、突起状の放電端(17)を複数有し、
   上記対向電極(14)は、板状に形成され、
   上記放電電極(13)の放電端(17)の先端部と、上記対向電極(14)の電極面とが、対向して配置されることを特徴とする放電装置。
3. 請求項２に記載の放電装置において、
   上記放電電極(13)の放電端(17)は、平板状に形成されたことを特徴とする放電装置。
4. 請求項１に記載の放電装置において、
   放電電極(13)は線状ないし棒状に形成され、対向電極(14)と実質的に平行に配置されていることを特徴とする放電装置。
5. 上記両電極(13,14)間に被処理ガスを通気し、放電装置によって被処理ガスを処理する空気浄化装置であって、
   上記放電装置は、請求項１から４のいずれか１に記載の放電装置であることを特徴とする空気浄化装置。

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