JP5861204B2

JP5861204B2 - 小型脱臭器

Info

Publication number: JP5861204B2
Application number: JP2012048907A
Authority: JP
Inventors: 俊介細川
Original assignee: Masuda Research Inc
Current assignee: Masuda Research Inc
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2032-03-06
Also published as: JP2013183769A

Description

本発明は、住宅、オフィス、病院などの居住空間やトイレ、収納庫などの空間の脱臭に用いるためのコンパクトな脱臭器に関するものである。

一般的な脱臭機はファンで脱臭する空間の空気を吸い込み、脱臭処理した後に、臭いのない空気を放出することで脱臭するものであった。特に、脱臭能力を上げるためには循環空気量を大きくする必要があり、必然的に、据え置き式の大きな筺体を有する装置となってしまう。

また、空間内の壁、家具、カーペットなどに吸着した悪臭物質は室温の変動で放出されたり、再度、吸着したりする結果、空間内の空気を脱臭しても悪臭の無い快適な居住空間を創成することが容易ではなかった。

そこで特許文献１の図１ならびに図５に記載のような、コンセントに差し込んで使用できる脱臭装置が考案された。この脱臭装置は、その本体に取り付けられた差し込みプラグを通常のコンセントに差し込んで使用することができる。また、ファンも有していない。すなわち、「誘電体基板の肉厚の少なくとも一部分を介してお互いに対向する線状電極と面状電極で構成する電界素子における線状電極側の表面に発生する沿面放電によって行うので、その際に発生する熱で電界素子の温度が上昇し、其の付近の空気を過熱して僅かな上昇流を発生し、ケーシングの通気口から空気が出入りし、それに伴って先に発生したオゾンガスが流動し、脱臭しようとする室内の空気を緩やかに自動的に循環して脱臭することができる」ことを特徴としている。

この場合、脱臭しようとする室内の空気はケーシングの通気口からケーシング内に導入され電界素子の表面で発生する沿面放電で曝され、沿面放電によって生成されるオゾンや活性種が空気中の悪臭物質と反応することで脱臭される。

しかしながら、沿面放電によって発生する熱で僅かな上昇流を発生させて室内の空気を循環するため、空気中の悪臭を脱臭するための時間は非常に長くなってしまう。

また、沿面放電によって生成されるオゾンや活性種と空気中の悪臭物質の気中での反応はそれれの衝突確率からも小さいものである。

すなわち、特許文献１に記載の脱臭器は、沿面放電によって生成されるオゾンならびに長寿命の活性種がケーシングから放出され、空間内の壁、家具、カーペットなどに吸着した悪臭物質をそれらの表面で分解することによって脱臭するものであった。

特開平６−１４２１６９号公報

差し込みプラグが一体的に取り付けられた脱臭器で、その差し込みプラグを家庭の壁などのコンセントに差し込むだけで使用することができる程小型であり、かつ、ファンも有していない脱臭器の脱臭能力を高めることである。

特に脱臭器のケーシングに流出入する空気量を増大しつつケーシング内での脱臭性能を促進するとともに、脱臭器から放出するオゾンならびに長寿命の活性種を脱臭に十分ではあるが、人に影響を与えるほど過剰とならないように制御することである。

本発明は、掌で一握りできる大きさのケーシングの背面にコンセントに差し込むためのプラグピンをが取り付けられており、そのケーシングの内部がプラグピン側と仕切板で隔離された空気の流通口を上下に有する放電部側に２分割され、加熱器を有する平板型の沿面放電素子の放電電極が放電部側に露出するように取り付け、プラグピン側にその沿面放電素子を駆動する高周波高電圧電源を置き、前記沿面放電素子に間欠的に高周波高電圧を印加し沿面放電を発生させることでオゾン、活性種、ならびに紫外線を生成するとともにその沿面放電素子の放電電極に対向して設置した光触媒を担持させた薄板（光触媒板）を置いて、前記紫外線でこの光触媒を活性化することを特徴としている。

ここで発生する沿面放電によって空気中の酸素や窒素、水分などの分子を励起することで様々な活性種を生成する。その中には非常に短い時間で消滅するものから長寿命の活性種があり、さらに、反応性に富むが空気中では比較的安定なオゾンも効率よく生成される。

このように生成された長寿命の活性種やオゾンは、ケーシングから放出され、空間内の壁、家具、カーペットなどに吸着した悪臭物質をそれらの表面で分解することによって脱臭する。

一方、沿面放電によって発生する紫外線、特に窒素分子によって生ずる紫外線が沿面放電素子に対向して設置された光触媒板に担持された光触媒を活性化させ、この光触媒で悪臭物質を分解することで、空気中の悪臭物質を低減させ、脱臭性能（脱臭に要する時間）を向上させることができる。

この場合、光触媒を活性化させるのは紫外線によってのみならず、オゾンや活性種も期待できる。すなわち、短寿命の活性種もケーシング内に設置され沿面放電発生部から僅かな距離にある光触媒を活性化できると考えられ、沿面放電によって生成される紫外線のみならず多くの活性種を効果的に活用できることになる。

本発明によって従来活用できなかった沿面放電によって生成される紫外線、比較的短い時間で消滅する活性種も脱臭に寄与せしめことが可能となり、脱臭性能の向上をはかることができる。

その結果、脱臭器のケーシング内での脱臭を促進がなされる一方、脱臭器から放出するオゾンが抑制され、過剰なオゾンが放出されることを防止できる。

図１は本発明による脱臭器の断面図を模式的に示したものである。図２は本発明による脱臭器に用いる平板型の沿面放電素子の例である。図３は本発明による脱臭器において沿面放電によって生じる紫外線が光触媒を担持させたメッシュ状の薄板に照射される様子を模式的に示した例である。図４は本発明による脱臭器の脱臭原理を模式的に描いたものである。図５は本発明による脱臭器の電気回路を模式的に描いたものである。図６は本発明による脱臭器によるアンモニア脱臭実験結果の１例を示すものである。

本発明は、図１に示すように掌で一握りできる大きさのケーシング下蓋５の背面にコンセント４のプラグ受け２に差し込むためのプラグ１が取り付けられており、仕切板１２で仕切られたケーシングプラグピン側１９には高周波高電圧回路基板６や配線１７が納められ、ケーシング放電部側１８の内部に沿面放電素子９の放電電極が露出させて設置すると共に、光触媒板１１をその放電電極に対向して取り付けておく。

ケーシング上蓋１０の下面に設けたスリット（空気の流入口）１３から外部の空気が流入し、ケーシング放電部側１８の内部の空気流路１３で沿面放電と光触媒によって脱臭されるとともに、沿面放電で生成されたオゾンや活性種とともなってケーシング上蓋１０の上面に設けたとスリット（空気の流出口）８から空気が流出して室内に拡散していく。

この時用いる沿面放電素子は例えば図２に示すように、誘電体２６の内部に誘導電極２３を、また、その表面に放電電極２１を形成した上、放電電極２１を覆ってコーティング２２を施す。

また、誘電体２６の背面には誘電体に密着する加熱器（チップ抵抗器）１６を取り付け、誘電体２６を加温することで空気中の湿度によって誘電体２６、特にその表面が湿るのを防止すると共に、ケーシング上蓋１０の内部の空気を暖め、上昇気流を発生させることで部屋の空気が空気流路１３に流入・流出することを促進する。

沿面放電素子９の誘導電極２３に接続されている誘導電極ターミナル２４と放電電極２１に接続されている放電電極ターミナル２５の間に高周波高電圧を印加すると、図３に示すように沿面放電３３が生じ紫外線３２を生成されるが、この沿面放電素子９に対向して設置した光触媒を担持させた光触媒板１１をこの紫外線３２で活性化する。

沿面放電３３から放出される紫外線３２は、波長２７０ｎｍから３７０ｎｍの間にいくつかのピークを有するが、これらは空気中の窒素が励起された場合に発生する波長（主に第二正帯の遷移によって放出される光）に相当する。特に、光触媒としてこの波長の紫外線に対して大きな吸光係数を有しているアナターゼ型酸化チタンを使用すると、アナターゼ型酸化チタンが効率良く活性化される。

この場合、チタン薄板を例えばエッチングなどによってメッシュ状として、その表面（メッシュ内部も含む）にアナターゼ型酸化チタン粒子を担持させるとそれらは強力に接着するとともに、アナターゼ型酸化チタンの全表面積も大きくすることができる。

この場合、スリット（空気の流入口）１４を通して空気流路１３に流入した悪臭を伴う空気は、図４に示すように光触媒板１１上で、酸化分解される。すなわち、沿面放電で発生した紫外線３２が光触媒に吸着した酸素分子など４１から酸素ラジカル、ヒドロキシラジカル、窒素ラジカルなどの活性種を生成する（光触媒上での活性種の生成４５）。この活性種と悪臭分子が反応し（光触媒上での悪臭分子の反応４３）、酸化還元反応により分解したり無臭の分子となって光触媒板１１から離脱し空気の流れ３１に乗ってスリット（空気の流出口）７から流出していく。

空気流路１３内では沿面放電素子の熱（加熱器や沿面放電によって発生）やイオン風（沿面放電によって発生）により空気の流れが誘起され、悪臭を伴う空気がメッシュ状の光触媒板を通過したり接触することで上述の効果が発生する。

さらに沿面放電３３で発生したオゾンも一部光触媒上で紫外線３２によって分解され（光触媒上でのオゾン分子の分解４４）、酸素と酸素原子となるが、この酸素原子は酸化力が非常に強く悪臭分子を酸化することが可能である。

また沿面放電３３で発生したオゾン４８や活性種４６は空気の流れ３１とともにスリット（空気の流出口）７から放出され、部屋のカーテン、カーペット、家具などの表面に吸着している悪臭分子を脱臭する。

光触媒板１１を活性化する紫外線は強力な方がよいが、そのために、沿面放電を強く発生させるとオゾンも大量に発生し、室内（居住空間）に過剰なオゾンが供給される恐れがある。

そこで、沿面放電素子９に印加する高周波高電圧を間欠的に印加して、沿面放電素子９を間欠的ではあるが十分強力に放電をさせることで、光触媒を活性化することが出来る紫外線を発生することができる。この際、放電の間隔を適当に選ぶことで沿面放電で生成するオゾンの量を十分ではあるが過剰とならない程度とする。

沿面放電素子９の表面では空気中の悪臭成分を含む種々の分子から酸や塩の生成物、例えば硝酸アンモニウムが析出する場合がある。これらが空気中の水分を吸湿し導電性となると沿面放電が停止したり、アーク状の異常放電が発生する恐れがある。吸湿を防止するために、加熱器（チップ抵抗）１５を沿面放電素子９の背面に取り付けるとよい。さらに、通常の沿面放電のみならず、前記異常放電が発生しても放電電極２１のスパッタリングによる消耗を防止するためにコーティング２２を施す。

また、沿面放電素子９で生成されたオゾンや活性種が高周波高電圧回路基板や配線、プラグピンに接触することを防止するために仕切り板１２で、沿面放電素子９で発生する沿面放電３３を隔離しておくとよい。

この場合、整流回路、発振回路、高電圧トランス駆動回路からなる高周波高電圧電源回路と沿面放電素子９が一体的に１つの高周波高電圧回路基板６に取り付け、基板表面には沿面放電素子９の放電電極２１が空気流路１３に露出するようにの高周波高電圧回路基板６を仕切板１２に取付けるとよい。

また、高周波高電圧回路は図５に示すように、商用交流入力をフィルター５５ならびにダイオード５１（整流回路）を通した後、沿面放電素子の背面に取り付けた加熱器（チップ抵抗器）１６を接続したのち、発振回路５８ならびに高電圧トランス駆動回路５９の直流電源５７を充電するようにすれば、本発明による小型脱臭器の消費電力を大きく低減することが可能である。

この場合、発振回路５８ならびに高電圧トランス駆動回路５９に必要な電流を供給するとともに、誘電体２６を加温することもできるように加熱器（チップ抵抗器）１６の値を選ぶ。

この回路構成では、沿面放電素子２６が瞬時的には十分強力で光触媒を活性化することが出来る紫外線を発生し、放電条件を適当に選ぶことで沿面放電で生成するオゾンの量を十分ではあるが過剰とならない程度とするために、沿面放電素子９に印加する高周波高電圧を間欠的に、例えば、０．５秒から２秒間隔で、印加周波数２０ｋＨｚから５０ｋＨｚで、１０μｓ以下の放電持続時間で印加するように発振回路５８によって制御すればよい。

図７は１ｍ^３のボックス内にアンモニアを４ｐｐｍ程度の濃度で封入し、本発明による脱臭器（光触媒を取り付けた場合）とそこから光触媒を取り除いた場合の時間の経過に伴うアンモニア濃度の減少の様子をアンモニア濃度の残存率で示した。この場合、対照として脱臭器を取り付けず、自然にアンモニア濃度が減衰する様子も示している。

なお、この場合本発明による小型脱臭器は、沿面放電素子９の放電電極２１として電極長２０ｍｍの枝付き電極を、０．８秒間隔で、５．８ｍｓの間４５ｋＨｚで高電圧を印加して沿面放電を発生させた。また、使用した光触媒１１は縦２４ｍｍ横４５ｍｍのチタンメッシュプレートにアナターゼ型酸化チタンを担持させたものを用いた。

本発明による脱臭器では最もアンモニア濃度の減衰が大きく、光触媒を取り除いた場合はアンモニア濃度の減衰が小さくなっており、沿面放電と光触媒の相乗効果が確認できた。

また、この場合、図５の回路構成では消費電力は０．７Ｗであったが、誘電体２６を加温する加熱器（チップ抵抗器）１６を直流電源５７と切り離して独立して商用電源を接続した場合は１Ｗとなった。すなわち、加熱器（チップ抵抗器）１６を直流電源５７の直流充電回路として用いる本発明の回路構成では３０％の省電力が達成できた。勿論、これらの場合、加熱器（チップ抵抗器）１６と沿面放電素子９での消費電力は同じとした。

本発明による脱臭器は家庭用のコンセントに差し込むだけで簡単かつ安全、さらに電力も僅かに消費するだけで効果的に家庭などで発生する生活臭を除去することが可能である。

１プラグ
２プラグ受け
３壁
４コンセント
５ケーシング下蓋
６高周波高電圧回路基板
７空気の流出
８スリット（空気の流出口）
９沿面放電素子
１０ケーシング上蓋
１１光触媒板
１２仕切板
１３空気流路
１４スリット（空気の流入口）
１５空気の流入
１６加熱器（チップ抵抗器）
１７配線
１８ケーシング放電部側
１９ケーシングプラグピン側
２１放電電極
２２コーティング
２３誘導電極
２４誘導電極ターミナル
２５放電電極ターミナル
２６誘電体
３１空気の流れ
３２紫外線
３３沿面放電
４１光触媒に吸着された酸素分子など
４２悪臭分子
４３光触媒上での悪臭分子の反応
４４光触媒上でのオゾン分子の分解
４５光触媒上での活性種の生成
４６沿面放電で生成された活性種
４７悪臭分子が酸化分解された分子
４８沿面放電で生成されたオゾン
５１ダイオード
５２放電電極配線
５３高圧出力端子
５４商用電源
５５フィルター
５６誘導電極配線
５７直流電源
５８発振回路
５９高電圧トランス駆動回路

Claims

掌で一握りできる大きさのケーシングの背面にコンセントに差し込むためのプラグピンが取り付けられており、
そのケーシングの内部がプラグピン側と仕切板で隔離された空気の流通口を上下に有する放電部側に２分割され、
加熱器を有する平板型の沿面放電素子の放電電極が放電部側に露出するように取り付けられ、プラグピン側にその沿面放電素子を駆動する高周波高電圧電源を置き、
前記沿面放電素子に間欠的に高周波高電圧を印加し沿面放電を発生させることでオゾンならびに長寿命の活性種をケーシングの外部に放出する脱臭器において、
前記ケーシングの放電部側に形成された空気の流通路内の空間に光触媒を担持させたメッシュ状の薄板（光触媒板）を該沿面放電素子の放電電極に対向して流路に平行に設置し、
前記沿面放電素子の沿面放電で発生する紫外線で光触媒を活性化することでケーシング内部に流入した空気中の悪臭を分解することを特徴とする脱臭器。
前記沿面放電素子が平板型のセラミックの表面に放電電極、さらには、放電電極を覆うように保護層を設け、内部に誘導電極が一体的に形成されていると共に、裏面に加熱器としてチップ型抵抗器を取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の脱臭器。
前記光触媒板がチタン製メッシュ状薄板に２７０ｎｍから３７０ｎｍの波長に吸収スペクトルを有するアナターゼ型酸化チタン粒子を担持させたものであることを特徴とする請求項１から２に記載の脱臭器。