WO2021241488A1 - 空気清浄システム及び防護服 - Google Patents

Abstract

空気清浄システム（１）は、電磁的な共振が発生する線状電極（２０）と、電界の強さを計測する電界プローブ（４０）と、線状電極（２０）に供給する電力を制御する制御部（７０）を備える。制御部（７０）は、線状電極（２０）に供給する電力の周波数と、線状電極（２０）に対して電力を供給する位置とを操作し、電界の強さを示す信号の出力値が最大となるように制御する。酸素分子の解離エネルギー以上で窒素分子の解離エネルギー以下のエネルギーが、流入した気体に含まれる気体分子に与えられることでウイルスを分解するためのオゾンは生成されるが有害な窒素酸化物が生成されないように、生成したオゾンの量をモニタリングし、供給電力の振幅、変調を操作することで、オゾンの量が常に一定となるように帰還制御する。

Description

空気清浄システム及び防護服

　本開示は、空気清浄システム、及び、空気清浄システムを用いた防護服に関する。

　従来では、エンジン等の内燃機関から排気される排気ガス中に対して、ＮＯの酸化処理のために、大気圧中の高電圧プラズマを利用する処理装置が提案されている。

　高電圧プラズマを発生させるためには、１０ＭＨｚ以下の低い周波数帯域でよく用いられる電圧変換用のトランスフォーマを用いた場合、１００ＭＨｚ以上の高周波では、インダクタンス（リアクタンス）を小さくする必要がある。このため、コイルの巻き数及びコイルのサイズを小さくしなければならず、電線として用いるコイルの径も細くなるため、大きな電力を投入することができない、といった問題がある。

　一方、上記電圧変換をせずに、特性インピーダンスを例えば５０Ω等に低く保持したまま、電圧を高くする場合、例えば、１０００Ｖの電圧に対して１０ｋＷ（＝１０００^２・５０／２）の電力が必要となる。このような電力を投入する電源装置を備えることは、実際困難である。

　そこで、下記非特許文献１では、エンジン等の内燃機関から排気される排気ガス中のＮＯの酸化のために、数ｋＨｚの周波数でピーク電圧が５０００～１００００Ｖの高電圧パルスを電極にかけることで、電極間にプラズマを発生させるプラズマリアクターが提案されている。

非平衡プラズマと化学反応プロセスを併用した窒素酸化物の完全除去技術（従来型およびバリア型プラズマリアクターの性能比較）」，日本機械学会論文集　６６－６４６Ｂ，１５０１－１５０６（２０００）

　しかしながら、プラズマリアクターとして従来の空気清浄システムでは、印加されるパルス電圧の信号がインピーダンスの不整合により、電極に電力が十分に供給されないといった問題がある。さらに、数ｋＨｚの高電圧パルスでは、高電圧パルスによる放電時間と比べて高電圧パルス間の時間が長い。このとき、一度ガスから電離した電子が再結合するため、高電圧パルスを印加する度に電子の電離に多大のエネルギーを供給する必要があり、電力効率の低い装置となっている。このため、プラズマを発生させても、プラズマによって空気中の細菌及びウイルス等を分解する量が、投入電力に比して低い。

　また、従来の空気清浄システムでは、パルスの尖頭値に対応する強い電界によって引き起こされる酸素分子の解離だけでなく窒素分子の解離、及び窒素分子の解離よって発生する窒素酸化物を低減することは困難である。また、オゾンは発生するが、窒素酸化物を発生しないようにすることも従来技術では困難である。

　そこで、本開示は、上記課題を解消するために、従来に比べて投入電力を抑えつつプラズマを効率よく発生させることで、空気中の細菌及びウイルス等を分解することができる空気清浄システム、及び、防護服を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本開示の一態様に係る空気清浄システムは、電圧を用いてプラズマを発生させる空気清浄システムであって、電力が供給されることによって電磁的な共振を発生させる第１電極と、前記第１電極と離間した状態で、前記第１電極を囲むように配置される第２電極と、前記第１電極に電力を供給する給電部と、前記第１電極と前記第２電極との間の電界の強さを計測する電界プローブと、前記第１電極に供給する電力を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第１電極に供給する電力の周波数と、前記第１電極に対して電力を供給する位置とを操作し、前記電界プローブが計測した電界の強さを示す信号の出力値が最大となるように制御する。

　さらに、空気清浄システムでは、生成されるオゾンと窒素酸化物との量をモニタリングする検出器が組み込まれ、プラズマによって酸素分子は解離してオゾンが生成されるが、この空気清浄システムでは、窒素分子は解離せずに窒素酸化物の生成が最小限に抑えられるエネルギーが気体分子に投入されるように、オゾン生成量及び窒素酸化物生成量を目標値として、交流電力、周波数及び給電点を変えることで、プラズマに加わる電界を制御することが可能となる。

　また、上記目的を達成するため、本開示の一態様に係る防護服は、空気清浄システムと、前記空気清浄システムを搭載し、人の体表面を覆う被覆体とを備え、前記空気清浄システムは、外部から吸入した空気を清浄化させ、清浄化された空気を前記被覆体内に供給する。

　なお、これらの包括的または具体的な態様は、無人航空機、格納装置、１つまたは複数のスラスタ装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、それらの任意な組み合わせで実現されてもよい。

　本開示によれば、従来に比べて投入電力を抑えつつプラズマを効率よく発生させることで、空気中の細菌及びウイルス等を分解することができる。

図１は、実施の形態１に係る空気清浄システムを示す模式図である。 図２は、実施の形態１に係る空気清浄システムに吸入される空気の流れと、給電部が線状電極に供給する給電点の変化等を模式的に示す模式図である。 図３は、実施の形態１に係る空気清浄システムの共振器の長さの変化を示す模式図である。 図４は、実施の形態１に係る空気清浄システムのプラズマ発生領域で、ウイルスが分解される様子を示す模式図である。 図５は、実施の形態１の変形例に係る空気清浄システムに吸入される空気の流れと、給電部が線状電極に供給する給電点の変化等を模式的に示す模式図である。 図６は、実施の形態２に係る空気清浄システムであり、流量計付き流量制御弁等を有する空気清浄システムを示すブロック図である。 図７は、実施の形態２に係る空気清浄システムの本体部を示す模式図である。 図８は、実施の形態２の変形例１に係る空気清浄システムであり、第２フィルタ部、ヒータ部、第２検出器、第１フィルタ部、第１検出器及び配管等を有する空気清浄システムを示すブロック図である。 図９は、実施の形態２の変形例２に係る空気清浄システムであり、第２フィルタ部、ヒータ部、第２検出器、配管、第１フィルタ部及び第１検出器を有し、配管に第２検出器が設けられる空気清浄システムを示すブロック図である。 図１０は、実施の形態２の変形例３に係る空気清浄システムであり、第２フィルタ部、ヒータ部及び第１検出器を有し、制御部等を有する本体部１ａを用いた空気清浄システムを示すブロック図である。 図１１は、実施の形態２の変形例４に係る空気清浄システムであり、第２フィルタ部、ヒータ部及び第１検出器を有する空気清浄システムを示すブロック図である。 図１２は、実施の形態２の変形例５に係る空気清浄システムであり、第２フィルタ部及び第１検出器を有する空気清浄システムを示すブロック図である。 図１３は、実施の形態２の変形例６に係る空気清浄システムであり、第１検出器を有する空気清浄システムを示すブロック図である。 図１４は、実施の形態３に係る防護服の正面図と、防護服の表示部とを示す模式図である。 図１５は、実施の形態３に係る防護服を側方から見た場合を示す側面図である。 図１６は、実施の形態３に係る防護服に搭載される空気清浄システムが空気とともにウイルス等を吸い込む様子を示す正面図である。 図１７は、図１６のＸＶＩ－ＸＶＩ線における、実施の形態３に係る防護服に搭載される空気清浄システムを示す断面図である。

　以下では、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置、接続形態、工程、及び、工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

　なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。

　また、以下の実施の形態において、「略＊＊」等の表現を用いている。例えば、略中央部分は、完全に中央部分であることを意味するだけでなく、実質的に中央部分である、すなわち、例えば数％程度の誤差を含むことも意味する。また、略中央部分は、本開示による効果を奏し得る範囲において中央部分という意味である。他の「略」を用いた表現についても同様である。

　以下、本開示の実施の形態に係る空気清浄システム、及び、防護服について説明する。

　（実施の形態１）
　＜構成：空気清浄システム１＞
　本実施の形態における空気清浄システム１の構成について説明する。

　図１は、実施の形態１に係る空気清浄システム１を示す模式図である。図２は、実施の形態１に係る空気清浄システム１に吸入される空気の流れと、給電部３０が線状電極２０に供給する給電点Ｆの変化等を模式的に示す模式図である。

　図１及び図２に示すように、空気清浄システム１は、高周波数帯域の高電圧を用いて高周波プラズマ（以下、単にプラズマという）を発生させることができる高電圧プラズマ発生装置を用いて、空気中の細菌及びウイルス等を分解つまり死滅させて除去する空気清浄機である。本実施の形態では、空気清浄システム１は、１００ＭＨｚ～１０ＧＨｚの搬送波が変調された高電圧を用いてプラズマを発生させる。なお、高電圧とは、例えば、約１００Ｖ以上の電圧である。本実施の形態の高電圧は、１０^２～１０^５Ｖであってもよい。

　また、高周波数帯域とは、約１００ＭＨｚ以上の周波数である。本実施の形態の高周波数帯域は、１００ＭＨｚ以上１０ＧＨｚであってもよい。また、本実施の形態のプラズマは、常圧大気中で発生させる大気圧プラズマである。なお、空気清浄システム１は、空気中を浮遊する埃、花粉、ダニ、煙等の微粒子を分解して除去することもできる。

　空気清浄システム１は、第１筐体１０と、線状電極２０と、給電部３０と、電界プローブ４０と、第２増幅器４１と、検波器４２と、電圧変換器３５と、アクチュエータ３６と、制御部７０と、ダクト１７と、第２筐体５０と、フィルタ６０と、ファン５１とを備える。

　第１筐体１０は、線状電極２０と離間した状態で線状電極２０を収容する長尺の空間１０ａを形成（規定）する。第１筐体１０は、アースされているため、アース電極として機能する。第１筐体１０は、線状電極２０を収容するため、線状電極２０を囲むように配置される。第１筐体１０の内部である空間１０ａには、線状電極２０を連結するための支持体１６ａが配置されて固定される。支持体１６ａは、第１筐体１０の内壁面と線状電極２０とを離間させ、かつ、線状電極２０を所定の姿勢で支持するための支持部材である。支持体１６ａは、例えばポリテトラフルオロエチレン等の材料が用いられる。

　第１筐体１０は、導電性の高い導体材料が用いられ、例えば、銀、銅、アルミニウム等の材料が用いられる。第１筐体１０は、第２電極の一例である。

　第１筐体１０は、線状電極２０を収容するため、線状電極２０の長さ方向と同一の方向に沿って長尺である。本実施の形態では、第１筐体１０は線状電極２０の形状に応じた形状であり、例えば筒状であるが、第１筐体１０の形状は特に限定されない。

　また、第１筐体１０には、空気を吸入する吸入口１２ａと、吸入口１２ａから吸入した空気をダクト１７に排出するための通気口１２ｂとが形成される。第１筐体１０の長さ方向の一端側には、吸入口１２ａが形成され、第１筐体１０の長さ方向の他端側には、通気口１２ｂが形成される。吸入口１２ａでは、第１筐体１０の外部に存在する空気等が吸入されて通過する。また、通気口１２ｂにはダクト１７が接続され、通気口１２ｂでは、吸入口１２ａを通過して第１筐体１０の空間１０ａを流れた空気が通過してダクト１７に流れる。

　また、第１筐体１０は、網状の枠体１３を有する。枠体１３は、吸入口１２ａに設けられ、吸入口１２ａの開口面を覆う。

　線状電極２０は、所定方向に長い長尺の電極である。線状電極２０は、第１筐体１０に収容され、第１筐体１０と離間した状態で設けられる。具体的には、線状電極２０は、第１筐体１０の内壁面から離間するように支持体１６ａに連結された状態で、第１筐体１０の長さ方向に沿って所定の姿勢で配置されて支持体１６ａを介して第１筐体１０に固定される。

　線状電極２０は、導電性の高い導体材料が用いられ、例えば、銀、銅、アルミニウム等の材料が用いられる。線状電極２０は、第１電極の一例である。なお、第１電極は、板状の電極であってもよく、線状電極２０に限定されない。

　図２に示すように、線状電極２０の給電点Ｆには、給電部３０から供給される変調された交流電力もしくは変調なしの交流電力が印加される。給電点Ｆは、線状電極２０の長さ方向における略中央部分であり、給電部３０から供給される変調された交流電力もしくは変調なしの交流電力が印加される点である。給電点Ｆは、電界プローブ４０が計測した電界の強さを示す信号の出力値（例えば出力電圧）に応じて、線状電極２０の長さ方向における略１／２の位置から、線状電極２０の長さ方向に沿って所定距離だけ変位する。線状電極２０の長さとは、線状電極２０本体の長さと、線状電極２０の長さ方向における第１誘電体２２及び第２誘電体２３の長さとの和である。

　線状電極２０の一端（吸入口１２ａ側の端部）には、第１誘電体２２と、第２誘電体２３とが設けられる。第１誘電体２２及び第２誘電体２３は、線状電極２０の一端が露出しないように、線状電極２０に設けられる。第１誘電体２２は、線状電極２０の一端において線状電極２０の周りに配置された、耐熱性の高い誘電体材料である。また、第２誘電体２３は、線状電極２０の一端の端面に配置された、耐熱性の高い誘電体材料である。第１誘電体２２及び第２誘電体２３のそれぞれは、例えば、石英ガラス、アルミナ等のセラミックである。本実施の形態では、第１誘電体２２は合成石英であり、第２誘電体２３はアルミナである。

　線状電極２０は、給電部３０からの交流電力が供給されることによって第１筐体１０内で共振を発生させる。線状電極２０では、最大効率の共振が生じるように、交流電力が供給される。

　図３は、実施の形態１に係る空気清浄システム１の共振時における１／２波長の変化を示す模式図である。第１筐体１０の空間１０ａ内の共振時における１／２波長は、線状電極２０の長さ方向の長さと、線状電極２０の一端と第１筐体１０の吸入口１２ａとの間のプラズマ発生領域Ｐで発生したプラズマの長さ（線状電極２０の長さ方向と平行な長さ）との和を示す。図３のａでは、プラズマ発生領域Ｐにプラズマが発生していない状態を示し、破線で示すように線状電極２０上で電磁波が共振したときの、電磁波の１／２波長は、線状電極２０の長さ方向の長さとなる。つまり、線状電極２０上で電磁波が共振したときの、電磁波の半波長の長さをλ／２とし、線状電極２０の長さをＬとしたとき、λ／２＝Ｌとなる。次に、図３のｂでは、プラズマ発生領域Ｐにプラズマが発生し始めた状態を示し、破線で示すように共振したときの電磁波の１／２波長は、線状電極２０の長さ方向の長さと、プラズマの長さとの和になる。つまり、プラズマの長さをｄ（変数）としたとき、λ／２＝Ｌ＋ｄとなる。次に、図３のｃでは、プラズマ発生領域Ｐでプラズマの大きさが最大の大きさとなった状態を示し、破線で示すように共振したときの電磁波の１／２波長を示す。

　本実施の形態では、１００ＭＨｚ～１０ＧＨｚの周波数帯域においてプラズマ発生領域Ｐで有効にプラズマが発生するように、線状電極２０の長さが設定される。

　プラズマ発生領域Ｐは、線状電極２０の一端と吸入口１２ａの開口面との間の領域であり、第１筐体１０の空間１０ａのうちプラズマを発生させるための領域である。プラズマ発生領域Ｐにおける、線状電極２０の一端と吸入口１２ａの開口面との第１最短距離は、線状電極２０の他端と通気口１２ｂの開口面との第２最短距離よりも短い。第１最短距離を第２最短距離よりも短くすることで、プラズマ発生領域Ｐに効果的にプラズマを発生させる。第１筐体１０を長さ方向に沿って見た場合、プラズマ発生領域Ｐは、吸入口１２ａの開口面と重なりかつ覆っている。プラズマ発生領域Ｐにおいて、発生するプラズマの大きさ及び開口面と対向する投影面積は、線状電極２０に供給される交流電力に応じて変化する。

　図１及び図２に示すように、給電部３０は、制御部７０に制御されることで周波数可変発振器＋変調器３１が出力した変調された交流電流もしくは変調なしの交流電流が、第１増幅器３２を介して供給されることで、線状電極２０の給電点Ｆに変調された交流電流もしくは変調なしの交流電流を供給する。給電部３０は、周波数可変発振器＋変調器３１と、第１増幅器３２と、給電端子３３と、給電線３４とを有する。

　周波数可変発振器＋変調器３１は、第１増幅器３２を介して、変調された交流電力もしくは変調なしの交流電流を線状電極２０の給電点Ｆに供給するボルテージコントロールオシレータ及び変調器の両方の機能を兼ね備えたものである。具体的には、周波数可変発振器＋変調器３１は、電界プローブ４０が計測した信号の出力値が最大（又は極大）となるように制御部７０に制御されることで、線状電極２０に供給する交流電力の周波数を制御する。つまり、周波数可変発振器＋変調器３１は、第１増幅器３２で増幅した交流電力を給電点Ｆに供給する際の電流（又は電圧）の位相が、第１筐体１０の空間１０ａ内で生じる共振時の電流の位相と同位相になる（同期する）ように、制御部７０に制御される。周波数可変発振器＋変調器は、これらの位相が互いに同期するように制御された交流電流を、第１増幅器３２に出力する。

　第１増幅器３２は、周波数可変発振器＋変調器３１が出力した当該交流電力を増幅し、増幅した交流電力を、給電線３４を介して給電点Ｆに供給する。第１増幅器３２は当該交流電力を所定倍率で増幅するが、増幅量は、適宜設定することができてもよい。

　給電端子３３は、第１増幅器３２が増幅した交流電力を、線状電極２０の給電点Ｆに供給するための接続端子である。給電端子３３は、給電線３４が線状電極２０の給電点Ｆと電気的に接続するために、第１筐体１０に固定される。給電端子３３は、第１筐体１０に対して給電線３４を保持する保持体である。

　給電線３４は、第１増幅器３２が増幅した交流電力を、線状電極２０の給電点Ｆに供給するための電力線である。給電線３４は、給電端子３３に保持され、アクチュエータ３６によって給電端子３３とともに線状電極２０の長さ方向に移動可能である。なお、給電線３４だけが、アクチュエータ３６によって線状電極２０の長さ方向に移動可能であってもよい。

　電界プローブ４０は、増幅された交流電力が線状電極２０に供給されたときの、線状電極２０と第１筐体１０との間の電界の強さを計測するセンサである。電界プローブ４０は、第１筐体１０の空間１０ａ内の電界の強さを計測することで、電界の強さに比例した計測信号（計測した信号）を、第２増幅器４１を介して検波器４２に出力する。電界プローブ４０は、後述するが、制御部７０が給電部３０及び電圧変換器３５を制御することで、出力値が最大（又は極大）となる計測信号を出力する。

　電界プローブ４０は、第１筐体１０に固定される。電界プローブ４０は、第１筐体１０の通気口１２ｂ側であり、線状電極２０の他端側と対向する第１筐体１０の位置に配置される。

　第２増幅器４１は、電界プローブ４０が出力した計測信号を増幅し、増幅した計測信号を、検波器４２に出力する。第２増幅器４１は当該計測信号を所定倍率で増幅するが、増幅量は、適宜設定することができてもよい。

　検波器４２は、第２増幅器４１で増幅された計測信号を取得し、取得した計測信号を検波する。例えば、検波器４２は、ショットキーバリアダイオードで計測信号を検波する。検波器４２は、検波した計測信号に基づく検波結果を示す信号を制御部７０に出力する。検波結果を示す信号は、第１筐体１０内の電界の強さがモニタリングされた結果を示す信号となる。

　電圧変換器３５は、制御部７０に制御されることで、外部電源等の可変電源に基づいてアクチュエータ３６に供給する電圧を調節する。電圧変換器３５は、検波器４２で検波された計測信号に基づく検波結果に応じて制御部７０に制御されることで、アクチュエータ３６に供給する電圧を調節する。つまり、電圧変換器３５は、アクチュエータ３６に印加する電圧を調節することで、アクチュエータ３６を駆動させる。

　アクチュエータ３６は、給電部３０の給電端子３３に連結され、電圧変換器３５から電圧が印加されることで駆動する。アクチュエータ３６は、例えば、電圧が印加されることで伸縮して駆動する圧電素子等である。アクチュエータ３６は、電圧変換器３５から電圧が印加されて駆動することで、給電線３４を線状電極２０の長さ方向に沿って移動させる。つまり、アクチュエータ３６は、駆動して給電線３４を移動させることで、線状電極２０に対して交流電力を供給する給電点Ｆの位置を変位させる。具体的には、アクチュエータ３６は、図２に示すように、線状電極２０に対して給電点Ｆの位置を線状電極２０の長さ方向に沿って距離Δｘだけ移動させて、線状電極２０に対する給電点Ｆの位置を調節する。距離Δｘは、任意の基準位置を設定したときの、基準位置に対する変位量であり、電圧変換器３５から供給される電圧Ｖ_ｉｎ１に依存する。基準位置は、例えば、交流電力を線状電極２０に供給していない状態での初期位置、又は、線状電極２０の長さ方向の１／２の位置等である。

　線状電極２０では、生成されるプラズマの密度に応じて平均導電率が変化するため、等価電極長が変化する。このため、結果的に整合給電点の位置が多少移動する。高い共振Ｑ値を示すほど投入電力に対するプラズマ発生の効率、ウイルス分解の効率に優れるが、Ｑ値が高いほど、この多少の移動ｗに合わせた給電点Ｆの制御と共振周波数の制御が極めて重要となり、本開示はその課題に対する解決策を示すものである。

　制御部７０は、例えば、マイクロコントローラ等である。制御部７０は、給電部３０及び電圧変換器３５を制御する。

　制御部７０は、給電部３０を制御することで、線状電極２０に供給する交流電力を制御する。つまり、制御部７０は、電界プローブ４０が計測した信号の出力値が最大となるように、線状電極２０に供給する交流電力の周波数を制御する。具体的には、制御部７０は、検波器４２で検波された計測信号に基づく検波結果に応じて、周波数可変発振器＋変調器３１を制御することで、線状電極２０に供給する交流電力の周波数を制御する。このとき、制御部７０は、給電点Ｆに供給する電流（又は電圧）の位相と、第１筐体１０の空間１０ａ内で生じる共振時の電流（又は電圧）の位相とが同位相となるように、周波数可変発振器＋変調器３１を制御する。

　また、制御部７０は、電圧変換器３５を制御することで、アクチュエータ３６に印加する電圧も制御する。つまり、制御部７０は、電界プローブ４０が計測した信号の出力値が最大となるように、線状電極２０に対する供給の位置も制御する。言い換えれば、制御部７０は、検波器４２で検波された計測信号に基づく検波結果に応じて、アクチュエータ３６を制御することで、給電点Ｆの位置を調節する。

　この共振状態を保つ自動制御において、検波器４２で検波された計測信号に基づく検波結果（共振状態では極大を示す）は制御量であり、周波数可変発振器＋変調器３１から出力される電力の周波数及び電圧変換器３５の出力に対応する給電点Ｆの位置は、本自動制御における操作量に対応する。

　制御部７０は、線状電極２０に供給する交流電力の周波数と、給電点Ｆの位置を調節するためのアクチュエータ３６に印加する電圧を操作し、第１筐体１０内の電界の強さを感知する電界プローブ４０で計測された計測信号が最大となるように、帰還制御する。

　ダクト１７は、第１筐体１０の空間１０ａと第２筐体５０の空間５０ａとを接続する配管であり、第１筐体１０の吸入口１２ａから吸入された空気が通過する。ダクト１７の一端は第１筐体１０の通気口１２ｂに接続され、ダクト１７の他端は第２筐体５０の通気口５０ｂに接続される。つまり、ダクト１７は、第１筐体１０の空間１０ａを流れる空気を、第２筐体５０の空間５０ａに案内する。

　第２筐体５０は、フィルタ６０とファン５１とを収容する空間５０ａを形成（規定）する。第２筐体５０の内部である空間５０ａには、フィルタ６０及びファン５１が配置されて固定される。第２筐体５０は、導電性の高い導体材料が用いられ、例えば、銀、銅、アルミニウム等の材料が用いられる。第２筐体５０は、第２電極の一部を構成する一例であってもよい。

　本実施の形態では、第２筐体５０は、例えば、長尺な筒状であるが、第２筐体５０の形状は特に限定されない。

　また、第２筐体５０は、ダクト１７で案内された空気が通過する通気口５０ｂと、通気口５０ｂから侵入した空気を第２筐体５０の外部に排出するための排出口５２とが形成される。第２筐体５０の長さ方向の一端側には、通気口５０ｂが形成され、第２筐体５０の長さ方向の他端側には、排出口５２が形成される。通気口５０ｂにはダクト１７が接続され、第１筐体１０及びダクト１７を通過した空気等が通過する。また、排出口５２では、通気口５０ｂを通過して第２筐体５０の空間５０ａのフィルタ６０等を通過した空気が外部に排出される。

　フィルタ６０は、第２筐体５０の通気口５０ｂ側から排出口５２側に流れる空気（第１筐体１０の吸入口１２ａから吸入した空気）が通過する際に、プラズマの発生によって生成された空気に含まれるオゾンを除去することができる。フィルタ６０は、オゾンを除去するために、第２筐体５０の空間５０ａ内であり、排出口５２の近傍に配置される。このような、フィルタ６０は、活性炭を含む。

　また、フィルタ６０は、細菌及びウイルス等の残骸等を吸着することもできる。フィルタ６０は、第１筐体１０及びダクト１７を通過した空気に含まれる細菌及びウイルス等の残骸等を吸着する。

　ファン５１は、第１筐体１０の吸入口１２ａから空気を吸い込ませ、吸い込んだ空気を第２筐体５０の排出口５２から排出させるために、第１筐体１０、ダクト１７及び第２筐体５０の内部で気流を発生させる送風機である。ファン５１は、第２筐体５０の空間５０ａ内に配置され、本実施の形態では、フィルタ６０よりも第２筐体５０の排出口５２側に配置される。また、ファン５１の電動モータが駆動することでファン５１のプロペラが回転する（ファン５１が駆動する）と、空気は、第１筐体１０の吸入口１２ａから吸入されて第１筐体１０の空間１０ａ及びダクト１７の内部を順番に通過した後に、第２筐体５０の空間５０ａに至り、フィルタ６０を通過して第２筐体５０の排出口５２から排出される。

　なお、ファン５１は、制御部７０によって駆動が制御されてもよい。つまり、制御部７０が給電部３０及び電圧変換器３５を制御する際に、ファン５１の駆動を制御してもよい。

　＜交流電力の周波数及び給電点Ｆの位置＞
　電界プローブ４０が計測した信号の出力値が最大となる、給電点Ｆに供給する交流電力の周波数と、交流電力を供給する給電点Ｆの位置との関係について説明する。電圧変換器３５がアクチュエータ３６に供給する電圧をＶ_ｉｎ１とし、電圧Ｖ_ｉｎ１に依存する変数をν_１とし、給電点Ｆに供給する電力の周波数に対応する、周波数可変発振器＋変調器３１の周波数可変発振器の制御電圧をＶ_ｉｎ２とし、電圧Ｖ_ｉｎ２に依存する変数をν_２とし、検波器４２が制御部７０に出力する検波結果を示す、電極端の電界に対応する、検波器の出力信号の電圧をＶ_０とすると、以下の式（１）～（３）で示される。

　上記式（１）～（３）を用いて、電界プローブ４０が計測した信号の出力値が最大となる関数ｇ（ν_１，ν_２）を求める。つまり、ｇ（ν_１，ν_２）の最大値を求める。

　以下の（式４）及び（式５）が満たされることは、電界が最大となる条件である。ｇ（ν_１，ν_２）をもとに、新たな関数を（式６）及び（式７）に示すように定義する。

　（式６）及び（式７）を用いて、ｇ_１（ν_１，ν_２）及びｇ_２（ν_１，ν_２）がそれぞれ０になる点（ν_１，ν_２）を求めると、以下の（式８）及び（式９）で表される。

　（式８）及び（式９）において、

、

とし、

を無視する。すると、

及び

を用いた、以下の（式１０）及び（式１１）で表される。

　そして、（式１０）及び（式１１）を解くと、（式１２）及び（式１３）で示される。

　＜動作＞
　本実施の形態における空気清浄システム１の動作について説明する。

　図１及び図２に示すように、空気清浄システム１が駆動すると、制御部７０は、給電部３０及び電圧変換器３５の駆動を制御する。このとき、制御部７０が給電部３０及び電圧変換器３５の駆動とともにファン５１を駆動させてもよい。

　制御部７０は、給電部３０を制御することで、プラズマ発生領域Ｐにプラズマを発生させる。ファン５１の回転によって、第１筐体１０の吸入口１２ａから例えば細菌及びウイルス等を含んだ空気が吸入されると、当該空気は、吸入口１２ａと線状電極２０との間に形成されるプラズマ発生領域Ｐを通過する。

　図４に示すように、空気に含まれる細菌及びウイルス等は、プラズマ発生領域Ｐを通過する際に、プラズマによって分解されて滅菌される。例えば、プラズマの発生によって解離した分子、原子、イオン、電子等、並びに、プラズマによって発生したオゾン、紫外線が細菌及びウイルス等に衝突し、細菌及びウイルス等を分解する。また、空気に含まれる埃、花粉、ダニ、煙等の微粒子も分解される。図４は、実施の形態１に係る空気清浄システム１のプラズマ発生領域Ｐで、ウイルスが分解される様子を示す模式図である。

　図２に示すように、分解された細菌及びウイルス等の残骸等の塵は、空気とともに第１筐体１０の空間１０ａを通過し、ダクト１７を介して第２筐体５０に流れ、第２筐体５０のフィルタ６０で吸着されて空気から除去される。これにより、フィルタ６０を通過した空気は、清浄化され、第２筐体５０の排出口５２から排出される。このように、空気清浄システム１は、空気中の細菌及びウイルス等を空気から除去し、清浄な空気を供給することができる。

　＜変形例＞
　なお、実施の形態１の変形例として、空気清浄システム１は、上述のフィルタ６０を第１フィルタ６０とした場合、第１フィルタ６０とは別の第２フィルタ６１を備えていてもよい。

　図５は、実施の形態１の変形例に係る空気清浄システム１に吸入される空気の流れと、給電部３０が線状電極２０に供給する給電点Ｆの変化等を模式的に示す模式図である。

　図５に示すように、第２フィルタ６１は、第１フィルタ６０と第２筐体５０の通気口５０ｂとの間に配置される。つまり、第２フィルタ６１は、空気の流れにおける第１フィルタ６０の上流側に配置される。第２フィルタ６１は、例えば、ＮＯ_２フィルタである。

　＜作用効果＞
　本実施の形態における空気清浄システム１の作用効果について説明する。

　上述したように、本実施の形態に係る空気清浄システム１は、電圧を用いてプラズマを発生させる空気清浄システム１であって、交流電力が供給されることによって、電磁的な共振を発生する線状電極２０と、線状電極２０と離間した状態で、線状電極２０を囲むように配置される第１筐体１０と、線状電極２０に交流電力を供給する給電部３０と、線状電極２０と第１筐体１０との間の電界の強さを計測する電界プローブ４０と、線状電極２０に供給する交流電力を制御する制御部７０とを備える。そして、制御部７０は、線状電極２０に供給する電力の周波数と、線状電極２０に対して電力を供給する位置とを操作し、電界プローブ４０が計測した電界の強さを示す信号の出力値が最大となるように制御する。

　これによれば、線状電極２０に交流電力を供給することによって、線状電極２０と第１筐体１０との間にプラズマを発生させることができる。また、制御部７０は、交流電力の周波数と、線状電極２０に交流電力を供給する位置とを制御する。このため、交流電力が線状電極２０に供給される際の電流の位相と、線状電極２０に生じる共振時の電流の位相とが同位相になるように、プラズマの発生による共振周波数の変化に同期（追従）させることができる。このとき、共振周波数の変化に同期させた交流電力を線状電極２０に供給することができるため、常に電磁的な共振状態が保たれ、電界プローブ４０が計測した信号の出力値が常に最大となるように、制御することができる。

　したがって、この空気清浄システム１では、従来に比べて投入電力を抑えつつプラズマを効率よく発生させることで、空気中の細菌及びウイルス等を分解することができる。

　特に、この空気清浄システム１では、投入電力を抑えることができるため、高電圧回路、昇圧トランス等の作成が困難になり難く、空気清浄システム１の電源を構成する給電部３０が大型化しない。また、この空気清浄システム１では、電流値の増大による給電部３０の発熱及び発熱による電極の損傷等を抑制することもできる。このため、この空気清浄システム１では、製造コストが高騰化しない。

　なお、この空気清浄システム１では、共振のＱ値を高めるように設計されていてもよく、この場合、線状電極２０に投入する交流電力を抑えることができる。

　なお、過酢酸、過酸化水素、酸化エチレンガス、オゾン等を用いた化学的手段によって細菌及びウイルス等を除去する方法もあるが、人体への影響が懸念される。また、高圧蒸気、放射線、紫外線等の物理的手段によっても細菌及びウイルス等を除去する方法もあるが、この場合では人体への影響、使用条件の制約、低いエネルギー効率等の観点から現実的でない。しかし、本実施の形態の空気清浄システム１では、従来よりも安価かつ効果的に細菌及びウイルス等を除去することができる。

　また、本実施の形態に係る空気清浄システム１は、給電部３０が線状電極２０に対して交流電力を供給する給電点Ｆの位置を変位させるアクチュエータ３６を備える。そして、制御部７０は、アクチュエータ３６を制御することで、給電点Ｆの位置を調節する。

　これによれば、制御部７０は、電界プローブ４０が計測した信号の出力値が最大となるように、給電点Ｆの位置を変位させることができる。このため、この空気清浄システム１では、プラズマの発生による電磁的な共振における共振周波数の変化に、容易に追随させることができる。

　また、本実施の形態に係る空気清浄システム１において、制御部７０は、周波数と線状電極２０上の給電点Ｆの位置との２つのパラメータを制御して、電界プローブ４０の出力電圧が極大となるようにアクチュエータ３６及び給電部３０を制御する。言い換えれば、制御部７０は、周波数と線状電極２０上の給電点Ｆの位置を操作することによって、電界プローブ４０の出力電圧が極大となるように帰還制御する。

　これによれば、共振を維持することができるため、より確実に投入電力を抑えつつプラズマを効率よく発生させることができる。

　また、本実施の形態に係る空気清浄システム１において、第１筐体１０は、空気を吸入する吸入口１２ａが形成される筐体である。そして、吸入口１２ａから吸入した空気を排出する排出口５２の近傍に配置され、吸入口１２ａから吸入した空気が通過する際に、線状電極２０と第１筐体１０を有するプラズマリアクターによって生成される窒素酸化物及びオゾンを除去するフィルタ６０を備える。

　これによれば、プラズマによって分解された細菌及びウイルス等の残骸等の塵を除去した清浄化した空気を供給することができる。

　また、本実施の形態に係る空気清浄システム１において、線状電極２０は、長尺の電極である。また、第１筐体１０は、線状電極２０の長さ方向に沿って、線状電極２０を収容する長尺の空間１０ａを形成する。そして、線状電極２０と第１筐体１０の吸入口１２ａとの間には、空間１０ａのうちプラズマを発生させるためのプラズマ発生領域Ｐが形成される。

　これによれば、吸入口１２ａの近傍にプラズマ発生領域Ｐが形成されるため、吸入口１２ａを通過する空気が確実にプラズマ発生領域Ｐを通過することができる。このため、空気に含まれる細菌及びウイルス等を確実に分解することができる。

　（実施の形態２）
　本実施の形態に係る空気清浄システム２ａについて説明する。

　本実施の形態では、空気清浄システム２ａは、さらに、第２フィルタ部１０１、ヒータ部１０２、第３フィルタ部１０３及び第１検知器１０５ａを備える点で実施の形態１と相違する。本実施の形態の空気清浄システム２ａにおける本体部１ａの構成は実施の形態１の空気清浄システムの構成と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。本実施の形態では、実施の形態１の空気清浄システム２ａを本体部１ａと呼ぶ。

　図６は、実施の形態２に係る空気清浄システム２ａであり、さらに流量計付き流量制御弁１１５等を有する空気清浄システム２ａを示すブロック図である。図７は、実施の形態２に係る空気清浄システム２ａの本体部１ａを示す模式図である。

　図６及び図７に示すように、空気清浄システム２ａは、本体部１ａと、第２フィルタ部１０１と、ヒータ部１０２と、第３フィルタ部１０３と、第１検知器１０５ａとを備える。

　本体部１ａは、プラズマリアクター３ａと、第１フィルタ部６０ａとを備える。

　プラズマリアクター３ａは、第１筐体１０、線状電極２０、電界プローブ４０、アクチュエータ３６、給電端子３３及び給電線３４の他に、分光器１１１と、第３誘電体１１２とを有する。なお、プラズマリアクター３ａは、周波数可変発振器＋変調器３１、第１増幅器１１３、第２増幅器１１４、第２増幅器４１、検波器４２、電圧変換器３５、制御部７０及びダクト１７の少なくとも１以上の構成を選択的に有していてもよい。

　なお、本実施の形態では、空気清浄システム２ａには、実施の形態１の第１増幅器の代わりに、第１増幅器１１３及び第２増幅器１１４が設けられる。第１増幅器１１３は、例えばインピーダンスを変換するオペアンプであり、第２増幅器１１４は、例えばパワーアンプである。第１増幅器１１３及び第２増幅器１１４は、給電部３０の構成に含まれる。

　分光器１１１は、第１筐体１０の吸入口１２ａ側に配置される。具体的には、分光器１１１は、第１筐体１０の吸入口１２ａ側であり、第１筐体１０の外周面に固定される。分光器１１１は、プラズマ発生領域Ｐにおけるプラズマの発光強度を検出する。なお、分光器１１１は検出した検出結果を制御部７０に出力してもよく、制御部７０は当該検出結果に応じて周波数（周波数可変発振器＋変調器３１）と給電点の位置（電圧変換機の出力電圧）を操作してもよい。

　第３誘電体１１２は、第１筐体１０の空間１０ａ内に配置される。具体的には、第３誘電体１１２は、第１筐体１０の吸入口１２ａを囲む又は挟むように、吸入口１２ａの近傍に配置される。第３誘電体１１２は、線状電極２０の一端の第２誘電体２３との近傍でもある。第３誘電体１１２は、耐熱性の高い誘電体材料である。第３誘電体１１２は、例えば、石英ガラス、アルミナ等のセラミックである。

　第１フィルタ部６０ａは、第２筐体５０、第１フィルタ６０、第２フィルタ６１、ファン５１及び流量計付き流量制御弁１１５及びを有する。なお、第１フィルタ部６０ａは、ダクト１７を有していてもよい。第１フィルタ６０は、本実施の形態では活性炭を用いているが、活性炭の代わりに、アンモニアと合わせることで、触媒によって窒素酸化物を分解してもよい。

　流量計付き流量制御弁１１５は、ファン５１と第１フィルタ６０との間に配置される。つまり、流量計付き流量制御弁１１５は、第１フィルタ６０からファン５１に流れる空気であり、第１フィルタ６０を通過した空気の流量を計測したり、制御したりする。

　第２フィルタ部１０１は、プラズマリアクター３ａの第１筐体１０の吸入口１２ａから外気として空気を吸気する前に、当該空気をろ過する。つまり、第２フィルタ部１０１は、プラズマリアクター３ａの上流側に配置される空気ろ過器である。第２フィルタ部１０１は、プラズマリアクター３ａに吸入される前の空気に含まれる浮遊粒子を除去する。浮遊粒子は、細菌及びウイルスだけでなく、埃、花粉、ダニ、煙等の微粒子を含む。第２フィルタ部１０１は、例えば、活性炭、光触媒、ＨＥＰＡ（Ｈｉｇｈ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ａｉｒ　Ｆｉｌｔｅｒ）フィルタ、ＵＬＰＡ（Ｕｌｔｒａ　Ｌｏｗ　Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　Ａｉｒ　Ｆｉｌｔｅｒ）フィルタ、ＭＥＰＡ（Ｍｅｄｉｕｍ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ａｉｒ　Ｆｉｌｔｅｒ）フィルタ等である。第２フィルタ部１０１を通過した空気であって浮遊粒子が除去された空気は、ヒータ部１０２に流れる。

　ヒータ部１０２は、第２フィルタ部１０１を通過した空気に含まれる水分量を調節することで、本体部１ａのプラズマリアクター３ａに流れる空気の水分量（湿度）を調節する。ヒータ部１０２は、通過する空気の湿度を調節するための調湿ヒータと、空気に含まれる水分を空気から分離するミストセパレータとを有する。ヒータ部１０２を通過した空気であって、湿度が調節された空気は、プラズマリアクター３ａに流れる。

　プラズマリアクター３ａは、ヒータ部１０２からプラズマリアクター３ａに流れた空気に含まれる細菌及びウイルス等を分解する。プラズマリアクター３ａには、プラズマによって、空気に含まれる酸素分子の解離エネルギー（約５ｅＶ）と窒素分子の解離エネルギー（約９ｅＶ）の中間のエネルギーが気体分子に与えられ、酸素分子のみが解離するように、制御部７０によって制御された交流電力が供給される。プラズマリアクター３ａを通過した空気は、第１フィルタ部６０ａにろ過されて、第３フィルタ部１０３に流れる。

　第３フィルタ部１０３は、プラズマリアクター３ａ及び第１フィルタ部６０ａを通過した空気をさらにろ過する。つまり、第３フィルタ部１０３は、プラズマリアクター３ａの下流側に配置される空気ろ過器である。第３フィルタ部１０３は、プラズマリアクター３ａを通過した空気に含まれる塵を除去する。第３フィルタ部１０３は、例えば、活性炭、光触媒、ＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ、ＭＥＰＡフィルタ等である。第３フィルタ部１０３を通過した空気であって塵が除去された空気（清浄化された空気）は、第１検知器１０５ａに流れる。

　第１検知器１０５ａは、プラズマの発生によって生成された空気であって清浄化された空気に含まれるオゾン及び窒素酸化物の含有量を検知して計測する。第１検知器１０５ａは、清浄化された空気に含まれるオゾン及び窒素酸化物の含有量を計測した計測結果を制御部７０に出力する。第１検知器１０５ａは、検知器の一例である。

　制御部７０は、第１検知器１０５ａによる空気に含まれるオゾン及び窒素酸化物の含有量を計測した計測結果に基づいて、プラズマの発生によって常にオゾンの量が一定、かつ窒素酸化物が実質的に発生しない酸素分子と窒素分子との解離エネルギーの中間値となるように制御するために、周波数可変発振器＋変調器３１及び増幅器３２を操作することで線状電極２０に供給する電力を操作する。この制御は、この操作を用いる帰還制御であってもよい。また、制御部７０は、規定量を超えるオゾン及び窒素酸化物が計測された場合、空気清浄システム２ａから清浄化された空気が排出されないように、空気清浄システム２ａを一時停止するように制御する。

　また、制御部７０は、常にオゾンの量が一定となるように制御するために、第１検知器１０５ａ等からの計測結果に基づいて周波数可変発振器＋変調器３１を介して、線状電極２０に供給する交流電力の振幅を操作したり、交流電力に振幅変調を施したり、振幅変調が間欠的に一定の値とゼロとを繰り返すように操作したりする。この制御は帰還制御であってもよい。例えば、制御部７０は、振幅変調により交流電力のデューティ比を操作することで、プラズマの生成量を制御する。これにより、清浄化された空気に含まれるオゾン及び窒素酸化物の含有量を制御できる。

　また、制御部７０が周波数可変発振器＋変調器３１を介して振幅変調を行うとき、線状電極２０に供給する交流電力の波形は、搬送波が振幅変調された波形となる。このとき、制御部７０は、例えば地球の大気中にもともと含まれるオゾン量以下であり、好ましくはオゾンの濃度が０．１ｐｐｍ以下にとなるように制御するために、周波数可変発振器＋変調器３１を介して線状電極２０に供給する電力を操作する。この制御は、帰還制御であってもよい。

　＜作用効果＞
　本実施の形態における空気清浄システム１の作用効果について説明する。

　例えば、従来の空気清浄システムでは、パルスの尖頭値における対応する強い電界によって引き起こされる窒素分子の解離、及びその結果によって発生する窒素酸化物の制御が困難である。

　そこで、本実施の形態の空気清浄システム２ａでは、生成されるオゾンと窒素酸化物量とをモニタリングする第１検知器１０５ａが設けられる。プラズマによって酸素分子は解離してオゾンが生成されるが、この空気清浄システム２ａでは、窒素分子が解離せずに窒素酸化物の生成が最小限に抑えられるように、エネルギーが気体分子に投入され、オゾン生成量及び窒素酸化物生成量を制御対象の目標値として、電磁的な共振状態は保ちつつも、投入する電力の波形を操作したり、振幅変調を操作したり、プラズマに加わる電界を操作したりして、有害なガスを排出することを防き、安全で高い効率の空気清浄が可能となる。これらの操作に対応する制御は、帰還制御であってもよい。

　このように、本実施の形態に係る空気清浄システム１において、制御部７０は、線状電極２０と第１筐体１０との間（又はプラズマ発生領域Ｐ）を通過した空気に含まれるオゾンの含有量を計測した計測結果を第１検知器１０５ａから取得し、取得した計測結果に基づいて、線状電極２０と第１筐体１０との間を通過する空気をプラズマの発生によって常に生成されるオゾンの量が一定、かつ窒素酸化物が実質的に発生しない酸素分子と窒素分子との解離エネルギーの中間値となるように制御するために、供給する電力を操作する。この操作は、帰還制御であってもよい。

　これによれば、プラズマリアクター３ａで、ウイルスを分解するために必要最小限のオゾンを効率よく発生させたうえで、清浄化した空気に含まれるオゾンの濃度を人体等に害の無い濃度にすることができるとともに、空気に含まれる細菌及びウイルスを死滅させるとともに、発生したオゾンをフィルタ６０で容易に除去できる。

　また、本実施の形態に係る空気清浄システム１において、線状電極２０に供給する電力は、交流電力である。そして、制御部７０は、常に生成されるオゾンの量が一定となるように制御する。例えば地球の大気中にもともと含まれるオゾン量以下となるように制御するために、供給する交流電力の振幅を操作する。この制御は帰還制御であってもよい。

　この場合でも、清浄化した空気に含まれるオゾンの濃度を、より人体等に害の無い濃度、例えば地球の大気中にもともと含まれるオゾン量以下となるように、することができるとともに、空気に含まれる細菌及びウイルスを死滅させるとともに、発生したオゾンをフィルタ６０で容易に除去できる。

　また、本実施の形態に係る空気清浄システム１において、線状電極２０に供給する交流電力の波形は、搬送波が振幅変調された波形である。そして、制御部７０は、生成されるオゾンの量が一定となるように制御するために、例えば地球の大気中にもともと含まれるオゾン量以下となるように、振幅変調を操作する。この制御は、帰還制御であってもよい。

　この場合でも、清浄化した空気に含まれるオゾンの濃度を、より人体等に害の無い濃度、例えば地球の大気中にもともと含まれるオゾン量以下となるようにすることができるとともに、空気に含まれる細菌及びウイルスを死滅させるとともに、発生したオゾンをフィルタ６０で容易に除去できる。

　また、本実施の形態に係る空気清浄システム１において、線状電極２０に供給する交流電力の波形は、搬送波が振幅変調された波形である。そして、制御部７０は、生成するオゾンの量が一定となるように制御する。例えば地球の大気中にもともと含まれるオゾン量以下となるように制御するために、振幅変調が間欠的に一定の値とゼロとを繰り返すように、その時間間隔を操作する。この制御は、帰還制御であってもよい。

　この場合でも、清浄化した空気に含まれるオゾンの濃度を、より人体等に害の無い濃度、例えば地球の大気中にもともと含まれるオゾン量以下となるように、することができるとともに、空気に含まれる細菌及びウイルスを死滅させるとともに、発生したオゾンをフィルタ６０で容易に除去できる。

　また、本実施の形態に係る空気清浄システム１において、制御部７０は、オゾンの濃度を０．１ｐｐｍ以下にとなるように制御することを目的として、供給する電力を操作する。この制御は、帰還制御であってもよい。

　この場合でも、清浄化した空気に含まれるオゾンの濃度を、より人体等に害の無い濃度、例えば地球の大気中にもともと含まれるオゾン量以下となるように、にすることができるとともに、空気に含まれる細菌及びウイルスを死滅させるとともに、発生したオゾンをフィルタ６０で容易に除去できる。

　また、本実施の形態に係る空気清浄システム１では、１００ＭＨｚ～１０ＧＨｚの周波数変調された連続波の高電圧を用いてプラズマを発生させる。

　この空気清浄システム１では、Ｑ値が１０００以上となるため、入力した高周波の電圧を正確に１０００倍以上に昇圧することができる。この場合、第１増幅器３２から空気清浄システム１の線状電極２０への電力効率が９９％以上で供給されることとなるため、電力効率は、実質的に１００%となる。１００ＭＨｚから１０ＧＨｚという高周波の高電圧を線状電極２０に供給した場合、第１筐体１０内の電子の振動振幅がさほど大きくなく、電子の速度も限られた範囲となるため、高密度プラズマを生成することができるようになる。

　例えば、窒素分子の解離エネルギーは約９ｅＶであり、酸素分子の解離エネルギーは約５ｅＶであり、例えば空気に含まれるウイルスのエンベロープ破壊エネルギーは約５ｅＶ以下である。空気清浄システム１では、窒素酸化物の発生を抑制しつつ、酸素分子を解離させることで効率的にオゾンを発生させるように、気体分子に対して約５ｅＶ以上のエネルギーを加える。これにより、電離したイオンや電子、ラジカルのウイルスへの直接アタックすなわち非弾性衝突だけでなく、酸素分子の解離によってオゾンを効率的に発生させ、ウイルスを分解することができ、かつ有害な窒素酸化物が発生することが抑制される。また、本発明では、流入する気体分子の種類や量、プラズマ状態の変化に伴う、共振状態の変化を、投入する電力の周波数と給電点の位置を調整、操作することで、常に電磁的な共振状態を保つように帰還制御し、高い“電力―ウイルス”分解効率を維持することが可能であるとともに、投入する電力の強さ（平均的な強さでもよい）、手段としては、例えば、共振状態における投入する電力の波形、振幅を操作することで、ウイルスを分解するために必要最低限な量のオゾンを効率的に生成しながらも、最終的に空気清浄機から排出される人間の呼吸に使用される空気に含まれる、オゾンの濃度を０．１ｐｐｍ以下、又は、もともと地球上の大気に含まれる量程度となるように、制御することができる。これら一連の操作に対応する制御は帰還制御であってもよい。

　また、オゾンの濃度が０．１ｐｐｍ以下であれば、フィルタ６０等によって除去することができる。プラズマリアクター３ａに入力された気体分子に対して酸素の解離エネルギー以上、窒素の解離エネルギー以下のエネルギー、もしくは酸素の解離エネルギーに相当するエネルギーを気体分子に与えるために、第１検知器１０５の検出結果を制御部７０にフィードバックする。このため、細菌及びウイルス等を分解に必要な必要最小限のオゾンは生成しつつも、かつ窒素酸化物の発生が抑制された清浄化された空気を、人間は呼吸に必要となる清浄化された空気として供給することができる。

　なお、高周波の高電圧を線状電極２０に供給することで、プラズマリアクター３ａに入力された気体に含まれる窒素分子の解離エネルギーを超えるエネルギーを与えてしまうと、空気に含まれる窒素分子によって窒素酸化物も生成されてしまうとともに、ウイルスを分解する目的としては、過剰なオゾンが生成されてしまう。窒素酸化物の発生がなく、清浄化した空気に含まれるオゾンの濃度を人体等に害の無い濃度（例えば０．１ｐｐｍ）となるように、プラズマの生成を制御する（制御部７０が線状電極２０に供給する高周波の交流電力を制御する）ことで、必要最小限のオゾンで空気に含まれる細菌及びウイルスを死滅させるとともに、余剰なオゾンをフィルタ６０で容易に除去できる。

　＜変形例１＞
　図８は、実施の形態２の変形例１に係る空気清浄システム２ｂであり、第２フィルタ部１０１、ヒータ部１０２、第２検出器１０５ｂ、第１フィルタ部６０ａ、第１検出器１０５ａ及び配管１７ａを有する空気清浄システム２ｂを示すブロック図である。図８では、外気としての空気の流れを実線の矢印で示し、計測結果等の信号の流れを破線の矢印で示す。

　本変形例の空気清浄システム２ｂは、本体部１ｂが制御部７０を備える点等で、実施の形態２と相違する。

　実施の形態２の変形例１として、空気清浄システム２ｂは、本体部１ｂと、第２フィルタ部１０１と、ヒータ部１０２と、第２検知器１０５ｂと、第１フィルタ部６０ａと、第１検知器１０５ａとを備える。本変形例では、空気清浄システム２ｂは、実施の形態２の第３フィルタ部を有していない。本変形例では、実施の形態２の第３フィルタ部の代わりに第１フィルタ部６０ａを用いる。

　本体部１ｂは、プラズマリアクター３ｂと、制御部７０とを備える。本実施の形態では、本体部１ｂは、第１フィルタ部６０ａを有していない。第１フィルタ部６０ａは、プラズマリアクター３ｂを通過した空気が流入するため、プラズマリアクター３ｂの下流側に配置される。なお、本体部１ｂは、図７に示す周波数可変発振器＋変調器３１、第１増幅器１１３、第２増幅器１１４、第２増幅器４１、検波器４２、電圧変換器３５、ダクト１７、第２筐体５０、フィルタ６０及びファン５１等を有するが、図８では構成を簡略化して記載している。

　プラズマリアクター３ｂは、第１筐体１０、線状電極２０、給電部３０、電界プローブ４０、アクチュエータ３６、分光器１１１、第３誘電体１１２、第１増幅器１１３、第２増幅器１１４、第２増幅器４１、検波器４２及び電圧変換器３５を有する。

　第２検知器１０５ｂは、プラズマリアクター３ｂと第１フィルタ部６０ａとの間に配置され、プラズマリアクター３ｂを通過した空気が通過する。第２検知器１０５ｂは、プラズマによって、清浄化された気体であって細菌及びウイルス等が分解された気体に含まれる、オゾン及び窒素酸化物の含有量を検知して計測する。第２検知器１０５ｂも、第１検知器１０５ａと同様に、清浄化された空気に含まれるオゾン及び窒素酸化物の含有量を計測した計測結果を制御部７０に出力する。第２検知器１０５ｂも、検知器の一例であってもよい。

　制御部７０は、第２検知器１０５ｂの当該計測結果を制御対象として、給電部３０及びプラズマリアクター３ｂの線状電極２０に供給する交流電力を操作する。この操作は、帰還制御であってもよい。制御部７０は、規定量を超えるオゾン及び窒素酸化物が計測された場合、オゾン及び窒素酸化物の発生を抑制するように制御するために、線状電極２０に供給する交流電力を操作する。この操作は、帰還制御であってもよい。

　また、本変形例の空気清浄システム２ｂでは、第２検知器１０５ｂを通過した空気を再度、プラズマリアクター３ｂに戻す配管１７ａが設けられる。例えば、配管１７ａは、プラズマリアクター３ｂの第１筐体１０の排出口側から、吸入口１２ａ側までを接続する。本実施の形態では、配管１７ａは、第２検知器１０５ｂと第１フィルタ部６０ａとを接続するダクトから、ヒータ部１０２とプラズマリアクター３ｂとを接続するダクトまでを接続する。配管１７ａは、第１筐体１０を通過した空気の一部を巡回させるように、第１筐体１０の吸入口１２ａ側に戻す。なお、配管１７ａには、プラズマリアクター３ｂに空気を戻すためのファン等が設けられていてもよい。

　第１検知器１０５ａでは、第１フィルタ部６０ａを通過した気体であって清浄化された気体が通過する。

　このような、本変形例に係る空気清浄システム２ｂは、吸入口１２ａから吸入された空気であって第１筐体１０（プラズマリアクター３ｂ）の内部を通過した空気の一部を、吸入口１２ａ側に戻す配管１７ａを有する。

　これによれば、第１筐体１０を通過した空気の一部を再度、吸入口１２ａ側に戻すことで、再び細菌及びウイルス等の浮遊物質を確実に分解することができる。このように、第１筐体１０を通過した空気の一部を巡回させることで、空気のさらなる清浄化を実現することができる。

　＜変形例２＞
　図９は、実施の形態２の変形例２に係る空気清浄システム２ｃであり、第２フィルタ部１０１、ヒータ部１０２、第２検出器１０５ｂ、配管１７ａ、第１フィルタ部６０ａ及び第１検出器１０５ａを有し、配管１７ａに第２検出器１０５ｂが設けられる空気清浄システム２ｃを示すブロック図である。

　本変形例の空気清浄システム２ｃでは、第２検知器１０５ｂが配管１７ａ上に設けられている点で、実施の形態２の変形例１と相違する。

　図９に示すように、配管１７ａは、プラズマリアクター３ｂと第１フィルタ部６０ａとを接続するダクトから、ヒータ部１０２とプラズマリアクター３ｂとを接続するダクトまでを接続する。配管１７ａ上には、第２検知器１０５ｂが配置される。なお、本体部１ｂは、図７に示す周波数可変発振器＋変調器３１、第１増幅器１１３、第２増幅器１１４、第２増幅器４１、検波器４２、電圧変換器３５、ダクト１７、第２筐体５０、フィルタ６０及びファン５１等を有するが、図９では構成を簡略化して記載している。

　第１フィルタ部６０ａは、プラズマリアクター３ｂと接続され、プラズマリアクター３ｂを通過した空気をろ過する。

　空気清浄システム２ｃでは、人体に有害な窒素酸化物の生成を防ぐために、Ｎ_２の解離エネルギー（例えば約９ｅＶ）以下で、Ｏ_２の解離エネルギー（例えば約５ｅＶ）近傍のエネルギーが、空気清浄システム２ｃに流入した空気中に含まれる分子（Ｏ_２，Ｎ_２等）に与えられるように制御することを目的として、制御部７０は、プラズマリアクターへの投入電力の強さもしくは波形（平均的な強さ）を操作する。この操作は帰還制御であってもよい。制御部７０の制御においては、プラズマリアクター３ｂ内又は外部の第２検知器１０５ｂの出力が、例えばオゾン発生量１ｐｐｍ以下となるように制御する。

　このように、本変形例では、制御部７０は、吸入口１２ａから吸入した空気に含まれる酸素分子の解離エネルギー以上で、窒素分子の解離エネルギー以下のエネルギー、プラズマリアクター３ｂに入力した気体に与えられるように制御することを目的として、プラズマリアクター３ｂへの投入電力を操作する。この操作は、帰還制御であってもよい。

　＜変形例３＞
　図１０は、実施の形態２の変形例３に係る空気清浄システム２ｅであり、第２フィルタ部１０１、ヒータ部１０２及び第１検出器１０５ａを有し、制御部７０等を有する本体部１ａを用いた空気清浄システム２ｅを示すブロック図である。

　本変形例の空気清浄システム２ｅは、第２検知器及び配管が設けられていない点、及び、本体部１ｃが第１フィルタ部６０ａを有する点で、実施の形態２の変形例２と相違する。

　図１０に示すように、本変形例の本体部１ｃは、プラズマリアクター３ｂと、第１フィルタ部６０ａと、制御部７０とを有する。なお、本体部１ｃは、図７に示す周波数可変発振器＋変調器３１、第１増幅器１１３、第２増幅器１１４、第２増幅器４１、検波器４２、電圧変換器３５、ダクト１７、第２筐体５０、フィルタ６０及びファン５１等を有するが、図１０では構成を簡略化して記載している。

　＜変形例４＞
　図１１は、実施の形態２の変形例４に係る空気清浄システム２ｆであり、第２フィルタ部１０１、ヒータ部１０２及び第１検出器１０５ａを有する空気清浄システム２ｆを示すブロック図である。

　本変形例の空気清浄システム２ｆは、図６の本体部１ａを用いている点で、実施の形態２の変形例３と相違する。

　図１１に示すように、本体部１ａは、プラズマリアクター３ａと、第１フィルタ部６０ａとを有する。プラズマリアクター３ａは、図７に示す第１筐体１０、線状電極２０、給電部３０、アクチュエータ３６、分光器１１１、第３誘電体１１２、電界プローブ４０、第２増幅器４１、検波器４２、電圧変換器３５及び制御部７０等を有する。

　＜変形例５＞
　図１２は、実施の形態２の変形例５に係る空気清浄システム２ｇであり、第２フィルタ部１０１及び第１検出器１０５ａを有する空気清浄システム２ｇを示すブロック図である。

　本変形例の空気清浄システム２ｇでは、ヒータ部が設けられていない点で実施の形態２の変形例４と相違する。

　図１２に示すように、第２フィルタ部１０１は本体部１ａと接続され、第２フィルタ部１０１を通過した空気は、本体部１ａのプラズマリアクター３ａに吸入される。

　＜変形例６＞
　図１３は、実施の形態２の変形例６に係る空気清浄システム２ｈであり、第１検出器１０５ａを有する空気清浄システム２ｈを示すブロック図である。

　本変形例の空気清浄システム２ｈでは、第２フィルタ部が設けられていない点で実施の形態２の変形例５と相違する。

　図１３に示すように、本体部１ａのプラズマリアクター３ａは、周囲の外気である空気を直接的に吸入する。

　（実施の形態３）
　本実施の形態に係る防護服２００について説明する。

　本実施の形態では、空気清浄システム１００を搭載した防護服２００である点で実施の形態１と相違する。本実施の形態の空気清浄システム１００の構成は実施の形態１の空気清浄システムの構成と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。

　図１４は、実施の形態３に係る防護服２００の正面図と、防護服２００の表示部２０１ｄとを示す模式図である。図１５は、実施の形態３に係る防護服２００を側方から見た場合を示す側面図である。

　図１４及び図１５に示すように、防護服２００は、空気清浄システム１００と、被覆体２０１と、表示部２０１ｄとを備える。

　空気清浄システム１００は、外部から吸入した空気を清浄化させ、清浄化された空気を被覆体２０１内に供給する。つまり、空気清浄システム１００は、空気に含まれる細菌及びウイルス等を分解して除去することで空気を清浄化して、清浄化した空気を被覆体２０１内に供給する。

　被覆体２０１は、空気清浄システム１００を搭載し、人の体表面を覆う防護服２００である。被覆体２０１は、人の全身を覆い、かつ、内部を密閉状態に保つことが可能である。被覆体２０１は、着用者である人の頭部、上肢、体幹及び下肢を覆う外皮部２０１ｘと、外皮部２０１ｘの上から頭部を保護するヘルメット２０１ａと、両手を保護するグローブ２０１ｂと、両足先を保護するブーツ２０１ｃを備える。外皮部２０１ｘ及びヘルメット２０１ａはジョイント部等の接合体によって接合し、外皮部２０１ｘ及びグローブ２０１ｂは別の接合体によって接合し、外皮部２０１ｘ及びブーツ２０１ｃはさらに別の接合体によって接合する。

　被覆体２０１の背面側には、空気清浄システム１００を収容した収容体９０が取り付けられる。収容体９０は、空気清浄システム１００の外装カバーを構成する。収容体９０は、防護服２００の構成に含まれていてもよく、空気清浄システム１００の構成に含まれていてもよい。

　図１６は、実施の形態３に係る防護服２００に搭載される空気清浄システム１００が空気とともにウイルス等を吸い込む様子を示す正面図である。図１７は、図１６のＸＶＩ－ＸＶＩ線における、実施の形態３に係る防護服２００に搭載される空気清浄システム１００を示す断面図である。図１７の矢印は、空気の吸気と排気とを示す。

　図１６及び図１７に示すように、空気清浄システム１００では、収容体９０の背面側（被覆体２０１側と反対側）に形成された複数の吸入口１２ａから周囲の空気を吸入する。吸入された空気は、空気清浄システム１００で清浄化されて、供給管９１を通して防護服２００内に供給される。また、空気清浄システム１００では、収容体９０の背面側に形成された複数の排出口５２から被覆体２０１に吸入した空気を排出する。排出される空気は、防護服２００内の空気が供給管９２を通して防護服２００外に排出する。防護服２００では、空気清浄システム１００を介して清浄化した空気を防護服２００の内部に供給したり、防護服２００の内部で人が呼吸した空気を防護服２００の内部から外部に排出したりする。防護服２００の内部に供給する清浄化された空気及び排出する空気は、マイクロポンプユニット等によって行われる。つまり、防護服２００の内部で人が呼吸できるように、清浄化された空気が供給されるとともに、排出される。なお、収容体９０の内部には、人が呼吸によって排出した二酸化炭素を処理することができる二酸化炭素吸収材が搭載されていてもよい。

　本実施の形態では、収容体９０の背面側に形成される複数の吸入口１２ａと複数の排出口５２は、１ずつ交互に配列される。なお、吸入口１２ａと排出口５２との配置は、本実施の形態に限定されず、例えば複数個ずつ交互に配列されてもよい。

　表示部２０１ｄは、被覆体２０１の前面側に取り付けられるモニタである。表示部２０１ｄは、例えば、被覆体２０１の内部の情報を表示する。情報は、例えば、被覆体２０１内における清浄化された空気のレベル、被覆体２０１内の温度、湿度、及び、バッテリー残量レベル等を表示する。表示部２０１ｄは、空気清浄システム１００の制御部７０によって制御されることで、当該情報を表示する。

　＜作用効果＞
　本実施の形態における防護服２００の作用効果について説明する。

　上述したように、本実施の形態に係る防護服２００は、空気清浄システム１００と、空気清浄システム１００を搭載し、人の体表面を覆う被覆体２０１とを備える。そして、空気清浄システム１００は、外部から吸入した空気を清浄化させ、清浄化された空気を被覆体２０１内に供給する。

　これによれば、空気中に細菌及びウイルス等が漂っている環境においても、人が安全に行動することができる。

　また、この防護服２００においても、上述の実施の形態１等と同様の作用効果を奏する。

　（その他の変形例等）
　以上、本開示について、実施の形態１～３に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態１～３に限定されるものではない。

　例えば、実施の形態１～３の空気清浄システム及び空気清浄システムを用いた防護服では、線状電極及び第１筐体の共振器のＱ値を高めるように設計される。共振のＱ値は、線状電極の抵抗と給電線の抵抗（投入電力損失）との比によって決定される。

　例えば、実施の形態２の空気清浄システムにおいて、図７に示すように、プラズマリアクターと第１フィルタ部とで構成されていてもよい。

　その他、実施の形態１～３に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態１～３における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。

　本開示の空気清浄システム及び空気清浄システムを用いた防護服は、空気清浄機等の装置に用いたり、細菌及びウイルス等が蔓延している地域で活動する際に使用したりできる。

　１、１００　空気清浄システム
　３ａ、３ｂ　プラズマリアクター
　１０　第１筐体（第２電極）
　１０ａ　空間
　１２ａ　吸入口
　２０　線状電極（第１電極）
　３０　給電部
　３６　アクチュエータ
　４０　電界プローブ
　５２　排出口
　６０　フィルタ
　７０　制御部
　１０５ａ　第１検知器
　２００　防護服
　２０１　被覆体
　Ｐ　プラズマ発生領域

Claims (13)

1. 　電圧を用いてプラズマを発生させる空気清浄システムであって、
   　電力が供給されることによって電磁的な共振を発生させる第１電極と、
   　前記第１電極と離間した状態で、前記第１電極を囲むように配置される第２電極と、
   　前記第１電極に電力を供給する給電部と、
   　前記第１電極と前記第２電極との間の電界の強さを計測する電界プローブと、
   　前記第１電極に供給する電力を制御する制御部とを備え、
   　前記制御部は、前記第１電極に供給する電力の周波数と、前記第１電極に対して電力を供給する位置とを操作し、前記電界プローブが計測した電界の強さを示す信号の出力値が最大となるように制御する
   　空気清浄システム。
2. 　前記制御部は、前記第１電極と前記第２電極との間を通過した空気に含まれるオゾンの含有量を計測した計測結果を検知器から取得し、取得した前記計測結果に基づいて、供給する電力を操作し、プラズマの発生によって常に生成されるオゾンの量が一定、かつ、窒素酸化物が実質的に発生しない酸素分子と窒素分子との解離エネルギーの中間値となるように制御する
   　請求項１に記載の空気清浄システム。
3. 　前記第１電極に供給する電力は、交流電力であり、
   　前記制御部は、供給する交流電力の振幅を操作し、常に生成されるオゾンの量が一定となるように制御する
   　請求項２に記載の空気清浄システム。
4. 　前記第１電極に供給する交流電力の波形は、搬送波が振幅変調された波形であり、
   　前記制御部は、振幅変調を操作し、生成されるオゾンの量が一定となるように制御する
   　請求項３に記載の空気清浄システム。
5. 　前記第１電極に供給する交流電力の波形は、搬送波が振幅変調された波形であり、
   　前記制御部は、振幅変調が間欠的に一定の値とゼロとを繰り返すように操作し、生成されるオゾンの量が一定となるように制御する
   　請求項４に記載の空気清浄システム。
6. 　前記制御部は、供給する電力を操作し、生成されるオゾンの濃度を０．１ｐｐｍ以下にとなるように制御する
   　請求項１～５のいずれか１項に記載の空気清浄システム。
7. 　前記給電部が前記第１電極に対して電力を供給する給電点の位置を変位させるアクチュエータを備え、
   　前記制御部は、前記アクチュエータを操作することで、前記給電点の位置を調節する
   　請求項１～６のいずれか１項に記載の空気清浄システム。
8. 　前記制御部は、前記周波数と前記第１電極上の給電点の位置との２つのパラメータを操作することによって、前記電界プローブの出力電圧が極大となるように制御する
   　請求項７に記載の空気清浄システム。
9. 　前記第２電極は、空気を吸入する吸入口が形成される筐体であり、
   　前記吸入口から吸入した空気を排出する排出口の近傍に配置され、前記吸入口から吸入した空気が通過する際に、前記第１電極及び前記第２電極を有するプラズマリアクターによって生成される窒素酸化物及びオゾンを除去するフィルタを備える
   　請求項１～８のいずれか１項に記載の空気清浄システム。
10. 　前記第１電極は、長尺の電極であり、
    　前記第２電極は、前記第１電極の長さ方向に沿って、前記第１電極を収容する長尺の空間を形成し、
    　前記第１電極と前記第２電極の吸入口との間には、前記空間のうちプラズマを発生させるためのプラズマ発生領域が形成される
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の空気清浄システム。
11. 　前記制御部は、前記吸入口から吸入した空気に含まれる酸素分子の解離エネルギーが与えられるように、前記プラズマリアクターへの投入電力を操作する
    　請求項９又は１０に記載の空気清浄システム。
12. 　１００ＭＨｚ～１０ＧＨｚの搬送波を、オゾン生成量が一定となるように、振幅変調した波形の電力を用いてプラズマを発生させる
    　請求項１～１１のいずれか１項に記載の空気清浄システム。
13. 　請求項１～１２のいずれか１項に記載の空気清浄システムと、
    　前記空気清浄システムを搭載し、人の体表面を覆う被覆体とを備え、
    　前記空気清浄システムは、外部から吸入した空気を清浄化させ、清浄化された空気を前記被覆体内に供給する
    　防護服。

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