JP5598770B2

JP5598770B2 - 改良型の空気除染装置

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Publication number: JP5598770B2
Application number: JP2012501365A
Authority: JP
Inventors: モール，アラン
Original assignee: Tri Air Developments Ltd
Current assignee: Tri Air Developments Ltd
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2014-10-01
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Also published as: GB2468865A; HK1169339A1; BRPI1014746A2; US9005531B2; ES2544591T3; RU2540427C2; DK2411058T3; RU2011142736A; WO2010109160A1; JP2012521240A; EP2411058B1; GB2468865B; CN102427831B; GB0904978D0; CN102427831A; MX2011009986A; US20120093691A1; EP2411058A1

Description

本発明は、空気および表面を除染するための改良型の装置に関する。

無菌または衛生的であるといわれる病院や厨房などの環境では特に、空気の清浄度と、空気に取り込まれた汚染物質をむらなく除去できることが非常に重要である。医者の診察室および職場環境においても空気が除染されていることは有益であり、これにより病原菌や病気が蔓延しにくくなる。

微生物学的汚染物質に加え、化学的なガスや蒸気は、工業的処理の副産物またはテロ行為や化学戦争による悪意ある攻撃として深刻な危険を呈する可能性がある。

出願人の先行特許（特許文献１）では、効率的な方法が提供されている。有効成分はヒドロキシルラジカル（ＯＨ）である。これは、酸化種としてはフッ素のみに次ぐものであり、病原菌およびウイルスにとって致命的である一方、より高等な生物に対しては目立った毒性をもたないという利点を有する。

ヒドロキシルラジカルは、対流圏大気中に高濃度で存在する。これは、主としてオゾンや不飽和炭化水素といった、関連する対流圏の成分が存在するためである。このオゾンと不飽和炭化水素は、屋内の空気では見られないか、または激減し、ヒドロキシルラジカルの濃度はしたがって低くなる。出願人の先行発明は、屋内で対流圏の状態を再現してヒドロキシルラジカルの個数を増加させ、屋内または閉じた環境内において有害な汚染物質、特に細菌およびウイルスのレベルを低減するよう機能する。

出願人が先に開示した方法および装置は、屋外環境を屋内で再現する点で非常に効果的であることが分かったが、その効率および信頼性を高める余地は常にある。

欧州特許第１７９９３３０号明細書

本発明の目的は、空気および表面を除染するための改良型の装置を提供することである。

本発明の第１形態によると、空気流路を間に含んだ空気入口および空気出口を有するハウジングと、上記ハウジングを介して空気流を方向付ける手段と、を備える空気除染装置であって、上記ハウジングが非熱プラズマ・セル、紫外線発光デバイスおよびオゾン低減触媒を含み、上記非熱プラズマ・セルがアノード、誘電体およびカソードを備え、上記カソードが、上記紫外線発光デバイスおよびオゾン低減触媒を取り囲んで反応チャンバおよびファラデー・ケージを形成するメッシュ状の密閉容器の形をしている装置が提供される。

上記ハウジング内部の上記反応チャンバの下流に炭化水素放出器が設けられると好ましく、これは上記出口に隣接またはその近くに設けられると好ましい。あるいはまたはさらに、噴霧器の形をしていると好ましい水滴放出器を、脱イオン水の超微細な噴霧を上記反応チャンバ内に送出するために設けることができる。上記炭化水素放出器および水滴放出器は、適切な送出機構を有する適当な各供給源リザーバに接続されるはずであることを理解されたい。

上記ハウジングは、マグネトロンなどの一定の波長のマイクロ波を上記反応チャンバへ送り出す手段も含むことができる。これにより、上記紫外線発光デバイスに対する別個の電源回路の必要性がなくなる。

上記入口またはその近くに、上記流路を通過する空気を方向付けるためのファンまたはインペラが設けられると好ましい。

上記アノードは、炭素とアルミニウムの複合物などの網目状の導電性または半導電性要素を含むと好ましい。上記誘電体は、任意の適当な非導電性の材料または絶縁体であってよい。１つの好ましい実施形態では、上記誘電体は活性アルミナ・ペレットを備える。この材料は触媒材料でコーディングしてもよい。本発明の代替実施形態では、上記誘電体は脱イオン水の水滴または蒸気を含む。

このために、空気流路を間に含んだ空気入口および空気出口を有するハウジングと、上記ハウジングを通過する空気流を方向付ける手段と、を備える空気除染装置であって、上記ハウジングが非熱プラズマ・セル、紫外線発光デバイスおよびオゾン低減触媒を含み、上記非熱プラズマ・セルがアノード、誘電体およびカソードを備え、上記誘電体が脱イオン水の水滴または蒸気を含む装置が提供される。

上記カソードは、ＵＶ発光デバイスおよび触媒を取り囲むためのケージ状の構造体に形成された、導電性材料からなる多孔質メッシュを備えると好ましい。上記カソードはまた、上記ＵＶ発光デバイスを励起するために、一定の波長のマイクロ波を送り出すためのマイクロ波放射器を収容すると好ましい。上記マイクロ波放出器は、２４５０ＭＨｚなどの無線周波数範囲２２００〜２６００ＭＨｚの波長を発生させると好ましい。

上記触媒が上記ＵＶ発光デバイスを取り囲むと好ましい。上記ＵＶ発光デバイスが管状であり、オゾン触媒デバイスのメッシュで取り囲まれると好ましい。上記メッシュ上のコーディングが触媒を形成すると好ましい。

上記ケージと上記ＵＶ放出器／触媒の間、かつ／または上記放出器と上記触媒の間には、適切な支持部材を設けることができる。上記支持要素は、上記反応に対する触媒として作用する材料でコーディングされると好ましく、上記反応チャンバを通過する空気に渦運動を与えるよう輪郭形成することができる。

上記装置のための上記プラズマ・セルは、上記装置の効率を高めるために、代替の形で提供することができる。上記誘電体を、典型的には１８ＭΩ／ｃｍの最小抵抗を備えると好ましい脱イオン水の微細な水滴と置き換えると、空気送出システムに対する背圧が最小になり、エネルギー要求および騒音が低減され、さらに、ＯＨ^・ラジカルの収量が高まる。

このために、本発明の第３形態は、誘電体を間に含んだアノードおよびカソードを備え、上記誘電体が脱イオン水の水滴または蒸気を含む、空気を除染するための装置のための非熱プラズマ・セルを提供する。

上記セルが、上記アノードへの適当な電力供給を有するべきことを理解されたい。上記カソードが接地されると好ましい。

本発明の第３形態による非熱プラズマ・セルのカソードは、導電性材料からなる中空管を備えると好ましい。上記アノードは、誘電体空間を間に設けるために、上記管の内部に上記カソードを形成する壁から隔置されて設けられると好ましい。上記アノードが上記管の内部の中心に固定されるとさらに好ましい。

水リザーバが上記誘電体空間に接続されると好ましい。上記リザーバへ空気を送るための空気入口も設けられる。微細な水滴のミストを上記空間に供給するための噴霧器を設けることもできる。ファンなどの適切な空気移動手段が、水滴を上記誘電体空間に送り込むために設けられると好ましい。

上記プラズマ・セルは、周囲の環境からの空気などの代替供給源から上記誘電体空間へ空気を送るための追加の空気入口を備えることもできる。この場合も、この送りを補助するために空気移動手段を設けることができる。

空気流路を間に含んだ空気入口および空気出口を有するハウジングと、上記ハウジングを通過する空気流を方向付ける手段とを備え、上記ハウジングが非熱プラズマ・セルと、紫外線発光デバイスと、オゾン低減触媒とを含む空気除染装置の内部に、本発明の第３形態によるプラズマ・セルを設けることができることを理解されたい。

本発明の第４形態によると、柱状のセルを備え、そのセルがカソードで取り囲まれたほぼ中心のアノードを有し、そのカソードとアノードの間に誘電体を含んだ、非熱プラズマ・セルが提供される。

上記カソードが柱の壁を形成すると好ましい。上記柱は任意の３次元形状にできるが、円筒形であると好ましい。あるいは、上記柱は、少なくとも５つの面を有する多角柱であってもよい。上記多角柱は正多角柱であると好ましい。

上記カソードが、上記アノードとの間に設けられた上記誘電体を取り囲む導電性材料のメッシュからなると好ましい。任意の適切な非導電性材料を上記誘電体に使用することもできるが、材料は、活性アルミナ・ペレットまたは脱イオン水の水滴であると好ましい。

適当な電力供給を上記アノードに設けるべきであり、上記カソードが接地されると好ましい。

上記個々の柱状のセルをアレイに配置して、拡大した非熱的プラズマ体を形成することができる。このアレイは、空気除染装置に組み込んで、空気流に対抗する背圧を低減した、除染する空気が通過するためのプラズマ場を形成することができる。

このために、本発明の第５形態は、複数の非熱プラズマ・セルを備える、非熱プラズマ・セルのアレイを提供する。空気流路を間に含んだ空気入口および空気出口を有するハウジングと、そのハウジングを通過する空気流を方向付ける手段とを備え、上記ハウジングが非熱プラズマ・セルのアレイと、紫外線発光デバイスと、オゾン低減触媒とを含む空気除染装置の内部に、上記非熱プラズマ・セルのアレイを設けることができる。

上記アレイは、本発明の第４形態による柱状セルの、隣接する列が互い違いになっている複数列を備えると好ましい。上記アレイを構成する個々のセルは、そのセルへの電力供給が瞬間的に途切れても、個々のセルで非熱プラズマを維持するのに十分な周波数で、順次切り替えることができる。かかる順次切替は、独自の自動配電技術、電気機械技術、または半導体技術を使用するなど、当技術分野で知られている任意の適当な手段によって実現することができる。

プラズマ・セルのアレイを収容する外壁が、例えばシリコーンゴムなどの層状構造体で絶縁されると好ましい。

任意選択的に、上記アレイを通過する空気流を補助するため、そのアレイ内部の位置またはそれを取り囲む位置に、バッフルを設けることができる。

本発明の第１の態様による空気除染装置の縦断面図である。図１に示されている装置の横断面図である。本発明の他の態様による非熱プラズマ・セルの概略図である。図３ａに示されているＡ−Ａを通る横断面図である。本発明の他の態様による非熱プラズマ・セルのアレイの上面縦断面図である。図４に示されているアレイの単一プラズマ・セルの縦断面図である。図４に示されている非熱プラズマ・セルのアレイの部分端面概略図である。

次に、本発明について、例として添付の図面を参照してより詳細に説明する。

添付の図面の図１および２を参照すると、本発明の第１の態様による空気除染装置が示されている。この空気除染装置はハウジング１を備え、ハウジング１は、流路２と、流路２への空気入口４と、流路２から出る空気出口６と、を有する。空気を押してハウジング１を通過させるため、ファンまたはインペラ２０の形をした空気流発生器が設けられる。運転中のインペラへの不測の接触を防止するために、空気入口４を横切るグリル（図示せず）を安全対策として設けることができる。電力供給部（図示せず）は独自の製品でよいが、１０〜３０ｋＨｚの間で１２〜２５ｋＶの電力を供給可能であるべきである。

図１において３０として集合的に識別される非熱プラズマ・フィルタは、アノードすなわち高電圧電極３１と、誘電体３２と、ケージの形をした多孔質メッシュ３３と、を備える。多孔質メッシュ３３は、カソードとしてだけでなく、反応チャンバの端部としても機能する。

アノード３１は、網目状（３次元的に多孔質）の導電性要素を備え、この場合、導電性要素はアルミニウムと炭素の複合物である。しかしながら、任意の剛性を有する網目状の導電性または半導電性材料を使用することができる。誘電体３２は、呼び径３〜４ミリメートルの活性アルミナ・ペレットである。しかしながら、同様に、誘電体３２は様々な用途および特定の要件に合うように、任意の適当な材料であってよい。この誘電体は、多孔質発泡体の非導電性マトリックスからなっていてもよく、かつ／または触媒材料でコーディングされていてもよい。触媒は、特定の化合物または化合物群の分解を対象とするように選択可能である。カソード３３は、広げたステンレス鋼メッシュなどの導電性材料からなる多孔質メッシュを備え、これはハウジングの内部輪郭をほぼたどって中空のケージを形成する。これは、外部静電場を遮蔽すると共に、一定の波長の放射のみを内部に入れるように働く「ファラデー・ケージ」として機能することができる。このケージは、紫外線（ＵＶ）触媒材料、この場合はアナターゼ型二酸化チタンの、内部コーディングを有していてもよい。

カソード３３で形成されたケージは、光触媒要素４２で囲まれた紫外線管を備えた紫外線発光デバイス４０を収容する。また、ケージは、マグネトロン６２に接続されたマイクロ波放出器６０を含む。さらに、ケージには、放出ノズル、すなわちオリフィス７０が設けられる。オリフィス７０は、脱イオン水７５の微細な噴霧を送出するために脱イオン水リザーバ７２に接続される。

図１において、５０として集合的に示されている炭化水素放出器は、ファラデー・ケージの下流で、ハウジング１からの出口６に対して隣接するか、またはその近くにおいて設けられる。炭化水素放出器５０は再充填可能な炭化水素リザーバ５５を含み、炭化水素リザーバ５５は液体の芳香族炭化水素（例えばテルペンなどのオレフィン）を収容する。炭化水素放出器５０の送出システムは、ステップ・モータ５３まで貫通するねじ付きバー５２を備える。このバーは、ピストン５４をリザーバ５５の端から端まで押し動かして、管５６を介して噴霧ヘッド５７から炭化水素を押し出す。ただし、蒸発させた芳香族炭化水素を空気流に供給するその他の適当な任意の手段も使用可能であることを理解されたい。

空気除染装置は、幹線電力のみからで電力供給されても、あるいは再充電可能であってもよいバッテリ・パックのみから電力供給されても、あるいは両方の電源によって選択的に通電可能であってもよい。

空気除染装置は携帯型装置の形で製造することができ、小型のブリーフケースと同じかまたはほぼ同じ大きさをとることができる。あるいは、空気除染装置は、一旦設置したら同じ位置に留めることを意図したより大型の装置として製造することもできる。後者の装置は、工業用または商用の設備および施設に適しているが、これに限定されない。

使用の際、空気除染装置は除染する位置に配置される。この装置は、建物、部屋、閉鎖空間、ダクト、管、導管またはその他の密閉またはほぼ密閉された領域内部の空気を除染するためのものである。ただし、十分な貫流容量がある場合は、開放された外側環境の空気を除染することもできる。

上記装置が通電されると、ファン２０が、図１の矢印で示されているようにハウジング１の流路２に沿って周囲空気の流れを発生させる。この空気流は最初に、非熱プラズマ・フィルタ３０を形成するアノード３１、誘電体３２およびカソード３３と接触する。このフィルタは、非熱プラズマの特性を利用して、誘電体中心部内で空気の構成成分を「プラズマ化」させる。一般的な言い方をすると、空気（主として酸素と窒素）を構成する元素の原子構造における外側リングの電子が、典型的には２０ｋＨｚで１０ｋＶの非熱プラズマで発生された強烈な電子場によって「励起」される。この励磁された電子は、衝突によってエネルギーを解放する。しかしながら、電子は実質的に質量がなく、衝突の結果イオン化が行われないことから、熱はほとんどまたは全く放出されない。解放されるエネルギーは、Ｏ^・やＯＨ⁻などのフリーラジカルを空気流内部に発生させるには十分である。フリーラジカルは強力な酸化剤であり、細菌、ウイルス、胞子、イースト菌、臭気などの典型的にはＰＭ２．５（２．５×１０^−６メートル）以下の粒子や、炭化水素、有機ガスを酸化させる。酸化に耐えるのは、通常、最も不活性な元素または化合物のみである。

上記の酸化反応の結果として生じるものの多くは、蒸気圧がゼロであるため、一時的かつ表面的な作用であることから、非熱プラズマの誘電体材料の一部または全てに分子厚の触媒コーティングを施すことによって、非熱プラズマ内部で例えば神経ガス剤などの特定の分子または化合物の酸化を目的にすることができる。

非熱プラズマ・フィルタ３０は、副産物の１つとしてオゾンを発生させる。オゾンの半減期は大気状態に依存する。オゾンはそれ自体が強力な酸化剤であり、通常の環境下において、プラズマ中心部から出た後でも空気中で長く反応し続ける。このことは、人が操作し、かつ通常人の近傍にある装置においては容認しがたい。このため、このプラズマ・フィルタのカソードで形成されたファラデー・ケージは、オゾン触媒デバイス４２のメッシュで囲まれたＵＶ発光管４０を収容している。ＵＶ発光管内部の水銀は、固定出力または可変出力のマグネトロン６２によってメガヘルツ周波数で発生させたマイクロ波によって励起される。空気流に取り込まれたオゾンを分解するよう作用する、典型的には２５４ナノメートルと３１３ナノメートル波長ピークを有する紫外線が放射される。メッシュ４２上のコーティングは、この分解に触媒作用を及ぼすよう作用する。ＵＶ光の励起にマイクロ波を使用すると、ＵＶ管に電力供給するための別個の回路の必要性がなくなるため、構成部品の複雑性と個数が低減される。

上記マイクロ波はまた、炭化水素の酸化によるプラズマ・セルからの放出に存在する水分子を励起する働きをし、これはプラズマ・セルの効率にも資する。このため、カソード構成部品３３のメッシュは、マイクロ波エネルギーがケージを通過してプラズマ・セルに入るのを可能にするのに十分な幅を有する必要がある。さらに、この周波数のマイクロ波が非熱プラズマ場の強度を増し、上記装置の効率全体を向上させる働きをすることは広く知られている。

リザーバ７２から脱イオン水のミスト７５を（任意選択的に）導入すれば、上記装置を通過する空気の相対湿度を９０％超まで高めるのに十分である。この働きにより、ヒドロキシルラジカル（ＯＨ^・）の収率が増大し、プラズマ・セルからの放出における遊離オゾンと窒素酸化物（ＮＯｘ）のレベルが低減する。脱イオン水の抵抗は１８．２ＭΩ／ｃｍまたはその近傍になるはずである。プロセスのこの段階においてＯＨ^・フリーラジカルの数を上昇させると、反応運動経路の早い段階で続く段階の効率が高まり、このプロセスで放出する空気中オゾンの必要性が低減する。

上記二重機能のファラデー・ケージ／反応チャンバはまた、ＵＶ発光管４０のための支持体９０も含んでいる。これらの支持体は、オゾンを水分子によってＯＨ^・フリーラジカルに分解する触媒材料でコーティングされ、さらにチャンバを通過する空気に渦流または回転を引き起こすように形作られる。適当なコーティング材料は、アナターゼ型の二酸化チタンである。内部表面１１全てを同様にコーティングすることが好ましい。

このオゾンの分解（光酸化）により、空気流内部のフリーラジカルのレベル、特にヒドロキシルラジカルＯＨ⁻のレベルが高まる。こういったフリーラジカルもまた、空気流内部に留まっている汚染物質を激しく酸化させる。

プラズマ・フィルタリング後の空気流内にあるフリーラジカルによって光酸化過程中のヒドロキシルラジカルの発生率がかなり上昇することが、実験により示された。

反応チャンバを通過してメッシュ３３から放出される処理済みの空気は、ＯＨ^・ラジカルに富み、少量のオゾン（典型的には１００ｐｐｂ未満）と水蒸気を含む。処理を行う部屋にオゾンがほとんど入らないようにするために、排出空気は、噴霧ヘッド５７によって導入された計量済みの炭化水素と混合される。上記炭化水素は、テルペン、典型的にはミルセン（周知の毒性は無い）であると好ましい。テルペン分子における不飽和二重結合がオゾンと優先的に反応し、より多くのＯＨ^・ラジカルを産出する。このオゾン−テルペン反応は本発明の装置内部で起き、その結果、この反応の生成物のみが（この生成物がＯＨ^・ラジカルを発生させる）処理を行う部屋／閉鎖空間内に放出される。炭化水素放出器５０のステップ・モータ５３の回転速度により、テルペンの送出速度が決まる。ステップ・モータを制御パネル（図示せず）にリンクすることによってテルペン送出速度を正確に制御でき、これにより排気中の遊離オゾンが適切な量のテルペンと反応するようになる。これらの反応の結果生じる空気流は、「オープンエアファクター（Open Air factor）」として知られるカスケード反応を含んでおり、これは、外気における自然の過程を模すものであって、外気を連続的に除染する役割を果たす。

こういった選択的反応の生成物は、蒸気圧がゼロであり、それゆえ空気流中に残った粒子や表面上で凝縮する。その結果、除染された空気流がハウジング１の出口６を通って出ると、周囲空気内部、およびより緩やかには各表面上で、汚染物質の除染が行われる。

除染装置の外側で開始されるこういった凝縮反応は、小さな微粒子の「成長」を引き起こし、その結果極端な場合には、目に見える霧や靄が生じる可能性がある。これは望ましくないが、一定の環境内部で空気を効果的に再循環／再除染するこの空気除染装置により、こういった小さな微粒子はいずれにしても非熱プラズマ・フィルタ２２内部で取り除かれる。

この小さな微粒子は実際には有益である。というのは、こういった微粒子は再循環されると、プラズマ・フィルタ３０内部におけるヒドロキシルラジカルの生成を促進するからである。したがって、目に見える霧が発生してしまう可能性は望ましくないにしても、除染装置の効率を向上し、ひいては結果として得られる周囲空気の安全性を向上する点でこの小さな微粒子は有益である。

上記装置の電力供給部は、環境状態の変動を受ける非熱プラズマ・セルにとって最適な共振周波数で当該プラズマ・セルを動作可能な帰還回路を備えることが好ましい。実験から、上記セルを通過する空気の成分自体が標準から変動すると、上記セルの共振周波数とその容量はかなり変動することが観察されている。このように、変動する共振を電力供給によって継続的に整合することにより、最適な効率が確保される。

さらに、電力供給部は、容量と共振周波数の変化を監視する検出器回路（図示せず）を備えると好ましい。この回路からの信号は場合により増幅を必要とする。この信号は、例えばガスまたは生物攻撃の警告を提供するため、空気成分状態が変化したという信号をオペレータに送るインジケータの駆動に使用することができる。この信号は、上記装置内部に配置された複数または二重の構成部品を連動するためのスイッチの操作にも使用可能である。これにより、高まる攻撃に応じて強化した除染力をもたらすこともできる。

空気流発生器は逆に駆動することもできる。これにより、空気流に取り込まれた余分なフリーラジカルを引き戻して装置内に通し、装置内部を除染することができる。したがって、この装置は概ね自浄式（self-cleaning）であるといえる。

添付の図面の図３ａおよび３ｂに、本発明の代替の形態が示されている。この形態においては、プラズマ・セルの誘電体が、脱イオン水の微細なミストと置き換えられている。この実施形態は、空気送出システムに対する背圧を最小にして、必要なエネルギーと騒音を減少させる。さらに、非熱プラズマ内に水滴が存在すると、ＯＨ^・ラジカルの収量が劇的に増大する。さらに、これまで用いられた従来設計の「誘電体サンドイッチ」型プラズマよりも、過酸化水素レベルとペルオキソン（peroxone）（またはペルオキソゾン（peroxozone））を増加させることによって、オゾンのレベルを低下させる。

さらに詳細には、プラズマ・セル２００は管状の構成部品２０１を備える。この管の壁は、カソードとして働く。この管は、中心に固定されたアノード２０３を有し、アノード２０３は、高電圧／高周波数の電力供給部２０５に接続される。この電力供給部２０５は、カソードとの間に設けられた誘電体空間２１０に非熱プラズマを作り出すのに必要である。上記カソードは２１２で接地される。

誘電体空間２１０における誘電体は、脱イオン水の微細なミストで形成される。この水滴は空気中を自在に浮遊する程度まで小さくする必要がある。これは、リザーバ２２０に設けられた、例えば独自の超音波噴霧器などを用いることにより実現することができる。脱イオン水の蒸気はファン２２２によりリザーバから誘電体空間２１０内へ送られ、リザーバ内には空気入口２３０から供給空気（feed air）が供給される。このリザーバでは、供給空気が水のミストで飽和され、Ｂにおいて管状のプラズマ・セル２００の中へ送り込まれる。周囲環境（すなわち除染される部屋）の空気Ｃは、独立した入口２４０から導入され、ファン２４５によって誘電体空間内に送り込まれる。

ファン２２２、２４５の相対速度を制御することにより、誘電体空間における脱イオン水滴の個数の制御および調節が可能になる。

添付の図面の図４〜６に、本発明の別の形態による代替のプラズマ・セル３００およびセルのアレイ４００が示されている。アレイ４００の各プラズマ・セル３００は柱状であり、典型的には直径５〜６ｍｍの活性アルミナ・ペレット３０４の誘電体によって取り囲まれた、高電圧、高周波数の中心電極３０２を有する。活性アルミナ・ペレットは、当該ペレットの保持に適したサイズのカソード・メッシュ３０６によって、中心アノードに対して所定の位置に保持される。典型的には２０ｋＨｚで１０ｋＶの、適当な電力供給３１５が電極に加えられると、アノード３０２とカソード３０６の間にある誘電体３０４内に非熱プラズマが作り出される。実験から、有効非熱プラズマ場３０８（図４、図５中の破線で示されている）は、何らかの方法で、おそらくセル内部に作り出されたエネルギーによって解放された電子によって、セルの物理的サイズを超えて広がることが明らかとなっている。

図４に示されている互い違いの列になった個々の柱状のセルの配置によれば、除染システム内部の背圧を最小限にしつつアレイによって方向付けた空気（図４において矢印で示されている）を処理するために、「広がった」プラズマ場３０８を利用できる。この場合、このプラズマ場３０８によって、より効率的かつ経済的な装置が実現する。アレイの各外壁は、例えば図５に示されるようにシリコーンゴムなどの層状構造体３１０の形をした、絶縁材を備える。

個々のプラズマ・セル３００の間に空気を案内するため、アレイ４００の内壁には、セルの列同士の間に、バッフル(baffle)３１２がさらに設けられる。プラズマ場３０８は（セルの間隔と印加される場に応じて）接触または重なり合っており、そのため空気はアレイを通過すると必ずプラズマ状態に入る。この空気の物理的制御により、空気流がプラズマ柱で方向付けられ、より大きい粒子および分子が誘電体材料３０４に部分的に吸着され、プラズマ場３０８により長く露出できるようになり、より大きな汚染物質を破壊するように作用する固有の酸化作用が可能になる。

アレイを構成する個々のセルは、そのセルへの電力供給が瞬間的に途切れても個々のセルで非熱プラズマを維持するのに十分な周波数で、順次切り替えることができる。これは、パルス化された非熱プラズマ状態が、それを作り出すのに必要な電気エネルギーのパルスより数１０ミリ秒間長く存在するという観測結果によるものである。かかる順次的な切り替えは、独自の自動配電技術、電気機械技術、または半導体技術を使用することによって実現することができる。

上述の実施形態は例として示したにすぎず、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなしに複数の変更形態があることは当業者には明らかであろう。
本発明は下記の特徴を有するものである。
［１］空気入口、空気出口、および前記空気入口と前記空気出口との間の空気流路を有するハウジングと、
前記ハウジングを介して空気流を方向付ける手段と、を備える空気除染装置であって、
前記ハウジングが、非熱プラズマ・セルと、紫外線発光デバイスと、オゾン低減触媒と、を含み、
前記非熱プラズマ・セルが、アノードと、誘電体と、カソードと、を有し、
前記カソードが、前記紫外線発光デバイスおよびオゾン低減触媒を取り囲んで反応チャンバおよびファラデー・ケージを形成するメッシュ状の容器の形態である装置。
［２］炭化水素放出器が、前記ハウジング内部において、前記反応チャンバの下流に設けられる、［１］に記載の装置。
［３］水滴放出器が、前記ハウジング内部において、前記反応チャンバ内へと水の微細な噴霧を送出するために設けられる、［１］または［２］に記載の装置。
［４］前記ハウジングが、前記反応チャンバへと一定の波長のマイクロ波を送出する手段を含む、［１］、［２］または［３］に記載の装置。
［５］前記誘電体が、活性アルミナ・ペレットを含む、［１］〜［４］のいずれかに記載の装置。
［６］前記誘電体が、脱イオン水の水滴または蒸気を含む、［１］〜［４］のいずれかに記載の装置。
［７］前記カソードが、前記紫外線発光デバイスおよび触媒を取り囲むためにケージ状の構造体に形成された導電性材料の多孔質メッシュを備える、［１］〜［６］のいずれかに記載の装置。
［８］前記カソードが、上記紫外線発光デバイスを励起するために一定の波長のマイクロ波を送出するためのマイクロ波放射器を収容する、［７］に記載の装置。
［９］前記触媒が、前記紫外線発光デバイスを取り囲む、［１］〜［８］のいずれかに記載の装置。
［１０］アノードおよびカソードと、前記アノードおよびカソードの間の誘電体と、を備える、空気除染装置のための非熱プラズマ・セルであって、
前記誘電体が、脱イオン水の水滴または蒸気を含む、プラズマ・セル。
［１１］前記非熱プラズマ・セルの前記カソードが、導電性材料の中空管を備える、［１０］に記載のプラズマ・セル。
［１２］前記アノードが、前記カソードとの間に誘電体空間を設けるために、前記カソードを形成する壁から隔置されて前記管の内部に設けられる、［１１］に記載のプラズマ・セル。
［１３］水リザーバが、水を送出するために前記誘電体に接続される、［１０］、［１１］または［１２］に記載のプラズマ・セル。
［１４］空気入口が、前記リザーバに空気を送出するために設けられる、［１３］に記載のプラズマ・セル。
［１５］噴霧器が、水滴の微細なミストを発生させるために設けられる、［１０］〜［１４］のいずれかに記載のプラズマ・セル。
［１６］前記水滴を前記誘電体空間内に送り込むために適当な空気移動手段が設けられる、［１０］〜［１５］のいずれかに記載のプラズマ・セル。
［１７］前記セルが、他の供給源から前記誘電体空間へ空気を送るための第２の空気入口を備える、［１４］〜［１６］のいずれかに記載のプラズマ・セル。
［１８］空気入口、空気出口、および前記空気入口と前記空気出口との間の空気流路を有するハウジングと、
前記ハウジングを通過する空気流を方向付ける手段と、を備え、
前記ハウジングが、［１０］〜［１７］のいずれかに記載の非熱プラズマ・セルと、紫外線発光デバイスと、オゾン低減触媒と、を含む、空気除染装置。
［１９］柱状のセルを備え、前記セルが略中央にアノードを有し、前記アノードがカソードで取り囲まれ、前記カソードと前記アノードとの間に誘電体を含む、非熱プラズマ・セル。
［２０］前記カソードが前記柱の壁を形成する、［１９］に記載のプラズマ・セル。
［２１］前記柱が円筒形である、［１９］または［２０］に記載のプラズマ・セル。
［２２］前記柱が、少なくとも５つの面を有する多角柱である、［１９］または［２０］に記載のプラズマ・セル。
［２３］前記カソードが、前記カソードと前記アノードとの間に設けられた前記誘電体を取り囲む導電性材料のメッシュを備える、［２０］〜［２２］のいずれかに記載のプラズマ・セル。
［２４］［１９］〜［２３］のいずれかに記載の非熱プラズマ・セルを複数備える、非熱プラズマ・セルのアレイ。
［２５］前記アレイが前記柱状のセルを複数列備え、隣接する列が互い違いになっている、［２４］に記載のアレイ。
［２６］前記アレイが絶縁されている、［２４］または［２５］に記載のアレイ。
［２７］少なくとも１つのバッフルが、前記アレイを通過する空気流を補助するために、前記アレイ内の位置または前記アレイを取り囲む位置に設けられる、［２４］〜［２６］のいずれかに記載のアレイ。
［２８］空気入口、空気出口、および前記空気入口と前記空気出口との間の空気流路を有するハウジングと、
前記ハウジングを通過する空気流を方向付ける手段と、を備え、
前記ハウジングが、［２４］〜［２７］のいずれかに記載の非熱プラズマ・セルのアレイと、紫外線発光デバイスと、オゾン低減触媒と、を含む、空気除染装置。
［２９］空気入口、空気出口、および前記空気入口と前記空気出口との間の空気流路を有するハウジングと、
前記ハウジングを通過する空気流を方向付ける手段と、を備える空気除染装置であって、
前記ハウジングが、非熱プラズマ・セルと、紫外線発光デバイスと、オゾン低減触媒と、を含み、
前記非熱プラズマ・セルが、アノードと、誘電体と、カソードと、を有し、
前記誘電体が脱イオン水の水滴または蒸気を含む装置。
［３０］添付の図面の図１および２を参照して実質的に本明細書で説明したとおりの空気除染装置。
［３１］添付の図面の図３ａおよび３ｂまたは５を参照して実質的に本明細書で説明したとおりの非熱プラズマ・セル。
［３２］添付の図面の図４および６を参照して実質的に本明細書で説明したとおりの非熱プラズマ・セルのアレイ。

Claims

空気入口、空気出口、および前記空気入口と前記空気出口との間の空気流路を有するハウジングと、
前記ハウジングを介して空気流を方向付ける手段と、を備える空気除染装置であって、
前記ハウジングが、非熱プラズマ・セルと、紫外線発光デバイスと、オゾン低減触媒と、を含み、
前記非熱プラズマ・セルが、アノードと、誘電体と、カソードと、を有し、
前記カソードが、前記紫外線発光デバイスおよびオゾン低減触媒を取り囲んで反応チャンバおよびファラデー・ケージを形成するメッシュ状の容器の形態である装置。
炭化水素放出器が、前記ハウジング内部において、前記反応チャンバの下流に設けられる、請求項１に記載の装置。
水滴放出器が、前記ハウジング内部において、前記反応チャンバ内へと水の微細な噴霧を送出するために設けられる、請求項１または請求項２に記載の装置。
前記ハウジングが、前記反応チャンバへと一定の波長のマイクロ波を送出する手段を含む、請求項１、２または３に記載の装置。
前記誘電体が、活性アルミナ・ペレットを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
前記誘電体が、脱イオン水の水滴または蒸気を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
前記カソードが、前記紫外線発光デバイスおよび触媒を取り囲むためにケージ状の構造体に形成された導電性材料の多孔質メッシュを備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
前記カソードが、上記紫外線発光デバイスを励起するために一定の波長のマイクロ波を送出するためのマイクロ波放射器を収容する、請求項７に記載の装置。
前記触媒が、前記紫外線発光デバイスを取り囲む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。