(57)【要約】  空気清浄・滅菌装置を提供するものである。本装置は、細長い内側電極と細長い外側電極とを有する少なくとも１つの細長い反応器を含む。外側電極は反応器の長手方向軸に沿って内側電極の少なくとも一部を取り囲む。外側電極および内側電極は、略同心関係に位置されて、これらの電極間に反応チャンバを画成する。また、本装置は、内側電極の端部で内側電極を保持する内側電極取付部材と、外側電極の端部で外側電極を保持する外側電極取付部材とを含む。更に、本装置は、反応チャンバ内にプラズマを生成して反応チャンバを通じて流れる空気を清浄化して滅菌するために、内側電極および外側電極に対して電力を供給するように適合された電源を含む。【選択図】  図１ａ
2009501580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）細長い内側電極と細長い外側電極とを備える少なくとも１つの細長い反応器であって、前記外側電極が前記反応器の長手方向軸に沿って前記内側電極の少なくとも一部を取り囲み、前記外側電極および前記内側電極が、略同心関係に位置され且つ間に反応チャンバを画成している、前記反応器と、
（ｂ）前記内側電極の一端部で前記内側電極を保持する内側電極取付部材と、
（ｃ）前記外側電極の一端部で前記外側電極を保持する外側電極取付部材と、
（ｄ）前記反応チャンバ内にプラズマを生成して反応チャンバを通じて流れる空気を清浄化し滅菌すべく、前記内側電極および前記外側電極に対して電力を供給するよう適合された電源と、
を備える空気清浄・滅菌装置。
【請求項２】
前記外側電極が、絶縁層と、該絶縁層の外面を覆う電極導体とを備え、
前記内側電極が、絶縁層と、該絶縁層の内面を覆う電極導体とを備える、
請求項１に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項３】
前記外側電極が、絶縁層と、該絶縁層中に埋設される電極導体とを備え、
前記内側電極が、絶縁層と、該絶縁層中に埋設される電極導体とを備える、
請求項１に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項４】
前記反応器の前記反応チャンバが、その両端に位置される吸気口および排気口を備える、請求項１に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項５】
前記外側電極取付部材が、前記反応器の反応チャンバの前記吸気口および前記排気口に対応する開口を備える、請求項４に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項６】
前記内側電極が前記外側電極よりも長い、請求項１に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項７】
前記内側電極取付部材が、前記内側電極を保持する突出部を備える、請求項１に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの細長い反応器が、互いに略平行に位置される複数の細長い反応器を備える、請求項１に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項９】
前記電源が、前記反応器の前記内側電極および前記外側電極に対して供給される電力を制御するように適合された制御ユニットを備え、
当該空気清浄・滅菌装置の滅菌作用が、前記電源の電圧と、前記電源のｏｆｆサイクルに対するｏｎサイクルの比率とを調整することによって制御される、
請求項１に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項１０】
前記電源の波形周期およびｏｎ／ｏｆｆサイクルが、空気が前記反応チャンバ内にとどまる時間よりも短くなるように設定される、請求項９に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項１１】
（ａ）細長い内側電極と細長い外側電極とを備える少なくとも１つの細長い反応器であって、前記外側電極が前記反応器の長手方向軸に沿って前記内側電極を取り囲み、前記外側電極および前記内側電極が、略同心関係に位置され且つ間に反応チャンバを画成し、前記内側電極の絶縁層と前記外側電極の絶縁層とが互いに一体に結合されている、前記反応器と、
（ｂ）前記反応チャンバ内にプラズマを生成して該反応チャンバを通じて流れる空気を清浄化し滅菌すべく、前記内側電極および前記外側電極に対して電力を供給するように適合された電源と、
を備える空気清浄・滅菌装置。
【請求項１２】
前記内側電極の前記絶縁層と前記外側電極の前記絶縁層とが前記反応器の第１の端部で一体に結合されている、請求項１１に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項１３】
前記内側電極の前記絶縁層と前記外側電極の前記絶縁層とが前記反応器の第２の端部で一体に結合されている、請求項１１に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項１４】
前記内側電極の前記絶縁層と前記外側電極の前記絶縁層とが前記反応器の長手方向軸に沿って一体に形成されている、請求項１１に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項１５】
前記反応器の前記反応チャンバが、その両端に位置される吸気口および排気口を備える、請求項１１に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項１６】
前記電源が、前記反応器の前記内側電極および前記外側電極に対して供給される電力を制御するように適合された制御ユニットを備え、
当該空気清浄・滅菌装置の滅菌作用が、前記電源の電圧と、前記電源のｏｆｆサイクルに対するｏｎサイクルの比率とを調整することによって制御される、
請求項１１に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項１７】
前記電源の波形周期およびｏｎ／ｏｆｆサイクルが、空気が前記反応チャンバ内にとどまる時間よりも短くなるように設定される、請求項１６に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項１８】
（ａ）細長い内側電極と、細長い外側電極と、第１の端部キャップとを備える少なくとも１つの細長い反応器であって、前記外側電極が前記反応器の長手方向軸に沿って前記内側電極を取り囲み、前記外側電極および前記内側電極がも略同心関係に位置され且つ間に反応チャンバを画成し、前記第１の端部キャップが前記反応器の第１の端部で前記内側電極と前記外側電極とを結合している、前記反応器と、
（ｂ）前記反応チャンバ内にプラズマを生成して該反応チャンバを通じて流れる空気を清浄化し滅菌すべく、前記内側電極および前記外側電極に対して電力を供給するように適合された電源と、
を備える空気清浄・滅菌装置。
【請求項１９】
前記反応器の第２の端部で前記内側電極と前記外側電極とを結合する第２の端部キャップを更に備える、請求項１８に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項２０】
前記反応器の前記反応チャンバが、その両端に位置される吸気口および排気口を備える、請求項１８に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項２１】
前記電源が、前記反応器の前記内側電極および前記外側電極に対して供給される電力を制御するように適合された制御ユニットを備え、
当該空気清浄・滅菌装置の滅菌作用が、前記電源の電圧と、前記電源のｏｆｆサイクルに対するｏｎサイクルの比率とを調整することによって制御される、
請求項１８に記載の空気清浄・滅菌装置。
【請求項２２】
前記電源の波形周期およびｏｎ／ｏｆｆサイクルが、空気が前記反応チャンバ内にとどまる時間よりも短くなるように設定される、請求項２１に記載の空気清浄・滅菌装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、参照することによりその全体が本明細書に援用される２００５年７月２０日に出願された米国仮特許出願６０／７００，７４０号の利益を主張する。
【発明の分野】
【０００２】
本発明は、空気清浄・滅菌装置に関し、特に、プラズマを使用する空気清浄・滅菌装置に関する。
【背景】
【０００３】
市場で入手できる空気清浄装置は、広く、２つの主なタイプ、すなわち、ｉ）捕捉および濾過によって望ましくない粒子を除去するタイプと、ii）望ましくない粒子を破壊してその関連する有害な作用を排除し或いは有害な細菌（例えば、バクテリア）を利用不可能にするタイプとに分類される。濾過をベースとする装置は、空気濾過装置（フィルタ）を通じた空気循環を行ない、また、特定のサイズを超える粒子がフィルタによって捕捉される。フィルタを形成する材料およびその構成方法に応じて、数ミクロン以上の直径を有する粒子を循環空気から除去することができる。一部の濾過装置は、粒子に対して電荷を与えて捕捉効率を高めるために、更なる装置（例えば、静電集塵器）を組み込んでいる。ウイルスは、一般に、これらのフィルタを通過できる程、十分小さく、また、細菌も、十分に小さいサイズのエアロゾルによって運ばれてフィルタを通過する可能性がある。フィルタは、これらのウイルスや細菌を捕捉するが、これらを破壊しない。幾つかの既存の空気清浄システムは、捕捉された細菌を破壊するために紫外（ＵＶ）光を利用している。捕捉されない細菌は空気中に残存する。
【０００４】
また、浮遊微小粒子を除去するために、市場にはイオン発生器も提供されている。これらのイオン発生器はマイナスの電荷を生成し、電荷が浮遊微小粒子に対して加えられると、浮遊微小粒子は落下し、隣接する表面に付着する。
【０００５】
したがって、これらの装置は、有害な浮遊微小粒子を分離して除去する機能しかなく、これらの浮遊微小粒子を破壊する機能がない。
【０００６】
また、市場には、浮遊細菌を破壊するためのオゾン（Ｏ３）発生器も存在する。オゾンは、例えば３０００ｐｐｂを越える極めて高い危険なレベルを除き、浮遊細菌のための有効なバイオサイド（biocide）ではない。その結果、オゾン発生器は、浮遊細菌または病原微生物を破壊することができず、人間の健康にとって利益を得ることができない。これらの装置が誤って過度のレベルのオゾンを生成する場合、それは健康にとって有害となる。実際に、空気滅菌のために過度のオゾンを使用することに関して警告を与える多くの論文が発表されている。
【０００７】
ＵＶは、滅菌における幾つかの用途でうまく適用されてきた。浮遊細菌のＵＶ滅菌の研究は、顕著な滅菌レベルとするためには数分および数時間程度の滞留時間（すなわち、空気流にＵＶを放射する必要がある持続時間）が必要とされることを実証した。このレベルの効率は、実用的な期間では低いと見なされる。
【０００８】
また、荷電粒子（イオン群）が滅菌効果を有し得るという論文も報告されている。ＵＶ滅菌と同様、この滅菌メカニズムの効率も低く、イオン群に対して数時間程度晒すことが一般に必要とされる。
【０００９】
プラズマは、自由に移動するイオン、電子、中性粒子からなる電気的に中性のイオン化ガスである。プラズマは、今日、空気清浄・滅菌を含む様々な商業用途において使用されている。作動形態に応じて、プラズマは、荷電粒子（電子およびイオン）、励起種、フリーラジカル、オゾン、ＵＶ光子からなるものとすることができ、これらは化合物を分解して細菌を破壊できる。既存の商業的に入手できるプラズマ空気清浄器は、別個の装置内に収容されるプラズマによって生成されたオゾンまたはＵＶ光子を使用することにより、あるいは、浮遊微小粒子を帯電させることにより、イオン発生器の作用形態と同様の形態で間接的に作用する。
【００１０】
プラズマは、気体放電の形態を成す電気的手段によって形成することができ、それによれば、一組の電極、すなわち、陽極および陰極に対して高電圧が印加される。印加された電圧が十分に高く且つ絶縁破壊電圧よりも大きくなる場合には、電極の両端間にアークが形成され始める。電気的な絶縁破壊またはアーク形成における閾値は、絶縁破壊電圧を電極間の隙間サイズおよびガス圧に関連付けられる周知のパッシェンの法則に従う。
【００１１】
絶縁破壊は、衝突、励起、および、他のエネルギ損失プロセスに起因するエネルギ損失を補償するのに十分なエネルギを電子が取得できる程度に、印加電圧、または、より正確には局所電界が十分に大きい場合に生じる。絶縁破壊プロセスは、外部から印加された電場の影響下で陽極に向かって加速する幾つかの自由電子または残留電子の存在に端を発する。これらの電子が陽極に向かって加速すると、流れている電子がガス原子と衝突し、その結果、衝撃により直接的に或いは光イオン化により間接的にイオン化が引き起こされる。電子雲が形成し始め、この電子雲は、電子雲に先んじる電離波面または絶縁破壊波面と共に陽極へと伝搬し、それにより、イオンが遅れをとった状態となり、結果として、印加電場に抗する双極子を伴うプラズマチャンネルが生じる。そのようなストリーマーの形成は、抑制がない場合には、電荷密度の急速な増大、アバランシェの高速成長、ストリーマーのアークへの変換をもたらす。
【００１２】
適切な電流制限機構またはクエンチング機構を導入して大きなアークの形成を防止することにより、電極間の隙間を埋めるマイクロアークまたはフィラメント（１０−４ｍ程度の寸法を有する）を伴う準定常状態を確立することができる。従来、これは、一方または両方の電極を覆う誘電体バリアまたは絶縁体を配置することにより達成される。絶縁層または誘電体層が一方または両方の電極に組み込まれる放電は、誘電体バリア放電として知られている。誘電体層または絶縁層の非導電特性は、表面上における電荷蓄積を可能にし、それにより、印加電場に対して反対の電場が生成される。また、誘電体層または絶縁層に隣接して形成される空間電荷は、電場に反発する電子を増大させる。反対の電場は、印加電場を打ち消し、フィラメントが大きなアークへと成長することを防止するとともに、放電フィラメントを消滅させる。したがって、誘電体における低い電荷移動度は、フィラメントの自己捕捉をもたらすとともに、それらの側方への延在を制限し、それにより、複電離波面数のフィラメントが互いに近接して形成するのを可能にする。また、複数の電離波面の併合が生じると、フィラメント状放電は、空間的に更に均一な特性を有する拡散グロー放電へと変換する。また、印加電圧を注意深く制御してアークへの移行を防止することにより、電流クエンチングを達成することもできる。電流クエンチングは、ニードル状電極を使用して更に小さい或いは更に鋭い電極の周りに空間電荷領域を形成することにより作り出すことができる。また、電流クエンチングは、電極間に存在するベッド中に非導電パッキング材料を含ませることにより達成することもできる。
【００１３】
大気圧に近い範囲で作用する誘電体バリア放電では、電子エネルギが一般に１〜１０ｅＶの範囲であり、イオンエネルギが周囲のガス温度に近い。電子とイオン種との間のエネルギ格差により、これらの放電は非熱プラズマとして分類される。一般に、荷電粒子の密度は中性の周囲ガスよりも十分に小さく、また、プラズマ挙動は衝突効果によって左右される。電子のエネルギは、原子および分子を励起するために利用され、それにより、化学反応および／または放射線の放出を開始することができる。エネルギ電子は、分子の幾つかの化学結合の破壊をもたらして、背景分子と衝突することができ、それにより、分子鎖の破壊、イオン化および励起が生じるとともに、Ｏ，ＯＨ，ＨＯ２などの自由原子およびフリーラジカルが生成される。ラジカルは、有害な有機分子を攻撃することができるとともに、空気中の汚染物質を分解するのに役立つ。Ｏ２の分解は、Ｏ２と結合してオゾンを形成するために必要なＯを与える。低エネルギ電子は、中性原子または分子に取り付いてマイナスイオンを形成することができ、これにより、汚染物質を分解する反応および細菌を破壊する反応を促進することができる。電子は、衝突により、バクテリアおよびウイルスを含む有機化合物を直接に破壊することができる。再結合および緩和による特にＵＶ領域での放出は、分子結合を破壊することにより、したがって、細菌を破壊して滅菌効果をもたらすことにより、光物理的および光化学的なプロセスを開始することができる。
【００１４】
有害な汚染物質は、広く、化学的汚染物質、揮発性有機化合物、バクテリア、菌類、および、ウイルスにグループ分けすることができ、各グループは、構成分子またはラジカルの量および複雑度によって特徴付けられる。これらの有害な汚染物質を破壊しおよび／または当該汚染物質の成長を防止するためには、プラズマ特性が最適化されなければならない。１つの重要な要件は、実用的な用途における十分に高い流量をサポートしつつ、これらの有害な汚染物質が反応装置内で適切な滞留時間を持つようにすることである。
【００１５】
有害な粒子を減らすためにプラズマを利用することができるが、プラズマの生成は、有害となり得る副生成ガスも生み出す。副生成ガスの典型例はオゾンおよび二酸化窒素（ＮＯ２）である。
【００１６】
したがって、望ましくない副生成ガスの生成を最小限に抑えつつ汚染物質の効率的な破壊を達成するのに適した滞留時間および有効プラズマ電力蓄積をもたらす屋内空気清浄・滅菌用プラズマを生成するための装置を提供することが望ましい。
【概要】
【００１７】
空気清浄・滅菌装置を提供するものである。一態様において、本装置は、細長い内側電極と細長い外側電極とを有する少なくとも１つの細長い反応器を含む。外側電極は反応器の長手方向軸に沿って内側電極の少なくとも一部を取り囲む。外側電極および内側電極は、略同心関係に位置されて、これらの電極間に反応チャンバを画成する。また、本装置は、内側電極の端部で内側電極を保持する内側電極取付部材と、外側電極の端部で外側電極を保持する外側電極取付部材とを含む。更に、本装置は、反応チャンバ内にプラズマを生成して反応チャンバを通じて流れる空気を清浄化し滅菌するために、内側電極および外側電極に対して電力を供給するように適合された電源を含む。
【００１８】
反応器の反応チャンバは、その両端に位置される吸気口および排気口を含んでいてもよい。外側電極取付部材は、反応器の反応チャンバの吸気口および排気口に対応する開口を含んでいてもよい。
【００１９】
一実施形態では、内側電極が外側電極よりも長い。他の実施形態において、内側電極取付部材は、内側電極を保持する突出部を含む。
【００２０】
一実施形態において、本装置は、互いに略平行に位置される複数の細長い反応器を含む。
【００２１】
一実施形態において、外側電極は、絶縁層と、この絶縁層の外面を覆う電極導体とを含み、内側電極は、絶縁層と、この絶縁層の内面を覆う電極導体とを含む。他の実施形態において、外側電極は、絶縁層と、この絶縁層中に埋設される電極導体とを含み、内側電極は、絶縁層と、この絶縁層中に埋設される電極導体とを含む。
【００２２】
一実施形態において、電源は、反応器の内側および外側電極に対して供給される電力を制御するように適合された制御ユニットを含む。電源の波形周期およびｏｎ／ｏｆｆサイクルは、空気が反応チャンバ内にとどまる時間よりも短くなるように設定される。
【００２３】
他の態様において、空気清浄・滅菌装置は、細長い内側電極と細長い外側電極とを有する少なくとも１つの細長い反応器を含む。外側電極は、反応器の長手方向軸に沿って内側電極を取り囲む。外側電極および内側電極は、略同心関係で位置されて、これらの電極間に反応チャンバを形成する。内側電極の絶縁層と外側電極の絶縁層は互いに一体に結合される。また、本装置は、反応チャンバ内にプラズマを生成して反応チャンバを通じて流れる空気を清浄化し滅菌するために、内側電極および外側電極に対して電力を供給するように適合された電源を更に含む。
【００２４】
反応器の反応チャンバは、その両端に位置される吸気口および排気口を含んでいてもよい。
【００２５】
一実施形態において、内側電極の絶縁層および外側電極の絶縁層は、反応器の第１の端部で一体に結合される。内側電極の絶縁層および外側電極の絶縁層は、反応器の第２の端部で一体に結合されてもよい。他の実施形態において、内側電極の絶縁層および外側電極の絶縁層は、反応器の長手方向軸に沿って一体に形成される。
【００２６】
一実施形態において、本装置は、互いに略平行に位置される複数の細長い反応器を含む。
【００２７】
一実施形態において、外側電極は、絶縁層と、この絶縁層の外面を覆う電極導体とを含み、内側電極は、絶縁層と、この絶縁層の内面を覆う電極導体とを含む。他の実施形態において、外側電極は、絶縁層と、この絶縁層中に埋設される電極導体とを含み、内側電極は、絶縁層と、この絶縁層中に埋設される電極導体とを含む。
【００２８】
一実施形態において、電源は、反応器の内側および外側電極に対して供給される電力を制御するように適合された制御ユニットを含む。電源の波形周期およびｏｎ／ｏｆｆサイクルは、空気が反応チャンバ内にとどまる時間よりも短くなるように設定される。
【００２９】
他の態様において、空気清浄・滅菌装置は、細長い内側電極と、細長い外側電極と、第１の端部キャップとを有する少なくとも１つの細長い反応器を含む。外側電極は、反応器の長手方向軸に沿って内側電極を取り囲む。外側電極および内側電極は、略同心関係に位置されて、これらの電極間に反応チャンバを画成する。第１の端部キャップは、反応器の第１の端部で内側電極と外側電極とを結合する。また、本装置は、反応チャンバ内にプラズマを生成して反応チャンバを通じて流れる空気を清浄化し滅菌するために、内側電極および外側電極に対して電力を供給するように適合された電源を更に含む。
【００３０】
本装置は、反応器の第２の端部で内側電極と外側電極とを結合する第２の端部キャップを含んでいてもよい。
【００３１】
反応器の反応チャンバは、その両端に位置される吸気口および排気口を含んでいてもよい。
【００３２】
一実施形態において、本装置は、互いに略平行に位置される複数の細長い反応器を含む。
【００３３】
一実施形態において、外側電極は、絶縁層と、この絶縁層の外面を覆う電極導体とを含み、内側電極は、絶縁層と、この絶縁層の内面を覆う電極導体とを含む。他の実施形態において、外側電極は、絶縁層と、この絶縁層中に埋設される電極導体とを含み、内側電極は、絶縁層と、この絶縁層中に埋設される電極導体とを含む。
【００３４】
一実施形態において、電源は、反応器の内側および外側電極に対して供給される電力を制御するように適合された制御ユニットを含む。電源の波形周期およびｏｎ／ｏｆｆサイクルは、空気が反応チャンバ内にとどまる時間よりも短くなるように設定される。
【詳細な説明】
【００３５】
以下、本発明の特定の実施形態について詳しく言及し、その幾つかの例も以下の説明で与えられる。本発明の典型的な実施形態について詳しく説明するが、明確化の目的で、本発明の理解にとってあまり重要ではない幾つかの特徴は示されていない場合があることは当業者ならば理解されよう。
【００３６】
また、本発明が以下で説明する実施形態に限定されず、本発明の思想または範囲から逸脱することなく下記実施形態の様々な変形および改良が当業者により成されてもよいことは言うまでもない。例えば、異なる例示的な実施形態の要素および／または特徴は、この開示内容および添付の請求項の範囲内で、互いに組み合わされてもよくおよび／または互いに置き換えられてもよい。
【００３７】
更に、この開示内容、図面および添付の請求項を読んだ後に当業者にとって明らかとなる改良および変更は、本発明の思想および範囲内であるとみなされる。
【００３８】
ここで、図面を参照すると、図１ａは、空気清浄・滅菌装置の反応器アセンブリ１０を示している。反応器アセンブリ１０は、互いに略平行に配置可能な細長い複数の反応器１１を含む。これらの反応器は、取付部材２０，２１および支持部材２２，２３によって、反応器アセンブリ１０の状態で固定され得る。図１ｂに示されるように、各反応器１１は、細長い外側電極１３と細長い内側電極１６とを含む。各外側電極１３は、少なくとも１つの外側電極取付部材２０によって所定位置に保持され、また、各内側電極１６は、少なくとも１つの内側電極取付部材２１によって所定位置に保持され得る。
【００３９】
図２は、図１ａに示された反応器アセンブリ１０の構造を更に詳しく示している。外側電極１３は、開口２４を有する外側電極取付部材２０によって両端が所定位置に保持され得る。内側電極１６は、開口２５を有する内側電極取付部材２１によって両端が所定位置に保持され得る。２つの外側電極取付部材２０は複数の支持部材２２によって互いに保持され得る。内側電極取付部材２１は複数の支持部材２３によって外側電極取付部材２０に対して固定され得る。反応器１１の略平行な形態は、汚染物質の効果的な破壊にとって望ましいレベルの滞留時間を得ることができる。滞留時間は、外側電極１３と内側電極１６との間の空間を通じて空気が流れる持続時間である。
【００４０】
図３ａ〜図３ｄは、図１ａの反応器アセンブリにおける反応器１１の一実施形態を示している。図示実施形態では、反応器１１が円筒形状を成している。反応器１１は外側電極１３と内側電極１６とを含む。外側電極１３は、反応器１１の長手方向軸に沿って内側電極の一部を取り囲んでいる。外側電極１３および内側電極１６は略同心関係を成すことができる。外側電極１３および内側電極１６は、これらの電極間に、外側電極１３と内側電極１６とを分離する反応チャンバ１２を画成している。反応チャンバ１２内では、放電が励起されてプラズマが生成される。反応器１１は吸気口５２と排気口５３とを含む。吸気口５２および排気口５３は互いに反対方向に面している。
【００４１】
図示実施形態においては、内側電極１６が外側電極１３よりも長い。内側電極１６の２つの端部は、外側電極１３によって取り囲まれることなく位置されている。したがって、図２に示されるように、外側電極取付部材２０および内側電極取付部材２１のそれぞれによって内側電極１６および外側電極１３を所定位置に保持することができる。吸気口５２および排気口５３は外側電極取付部材２０の開口２４に一致しており、それにより、清浄されるべき空気は開口２４を通り抜けて流れることができる。
【００４２】
外側電極１３は、絶縁層１５と、絶縁層１５の外面を覆う電極導体１４とを含む。導体１４は、例えば機械的力、接着剤などのような多くの色々な方法によって、所定位置に保持され得る。あるいは、導体１４を絶縁体１５の内部に埋設することもできる。内側電極１６は、絶縁層１８と、絶縁層１８の内面を覆う電極導体１７とを含む。外側電極の構造と同様、導体１７は、例えば機械的力、接着剤などのような多くの色々な方法によって所定位置に保持されたり、絶縁体１８の内部に埋設されたりすることができる。図示実施形態において、内側絶縁層１８と外側絶縁層１５は、ガラスなどの絶縁材料から形成されており、管状とすることができる。電極導体１４，１７は、導電シート、メッシュまたは堆積物から形成され得る。
【００４３】
放電は、空気滅菌および清浄のためのプラズマを生成するために反応チャンバ１２内にて形成される。エネルギ電子が原子および分子を励起し、それにより、化学反応および放射線の放出が開始される。結果として生じる放射線は、分子の幾つかの化学結合の破壊を引き起こすことができる。エネルギ電子が背景分子と衝突し、それにより、分子鎖の破壊、イオン化および励起が生じるとともに、Ｏ，ＯＨまたはＨＯ２などのラジカルや自由原子が生成される。これらの生成物および反応は、有害な有機分子を解離させることができるとともに、空気中の汚染物質を分解することができる。プラズマが満たされた反応チャンバ１２を通じて空気を循環させることにより、空気中の汚染粒子および細菌が破壊される。
【００４４】
反応器アセンブリ１０内の反応器１１の数は、空気清浄・滅菌装置の総空気流量要件に合うように調整することができる。そのような拡張可能なモジュール構造により、構成に自由度を与えることができ、それにより、反応器アセンブリ１０を中央換気システムまたはエアコンの一部として、あるいはそれ自体独立型の空気清浄機として、容易に組み込むことができる。
【００４５】
図２に示されるように外側電極１３および内側電極１６は電極取付部材２０，２１によってそれぞれ保持されるが、他の取付構造によって外側電極１３および内側電極１６を保持できることは言うまでもない。
【００４６】
図４の概略図に示されるように、電極１３，１６を高電圧交流（ＡＣ）電源４０に接続することができる。図示実施形態では、電源４０が電子制御ユニット４１と高電圧発生器４２とを含む。電源４０は、絶縁破壊を引き起こして反応チャンバ１２内にプラズマを生成するのに十分な電圧を供給することができる。一般に２ｍｍ〜２０ｍｍの範囲の反応チャンバ１２の環状空間を用いる場合、印加電圧は１０〜５０ｋＶの範囲でよい。波形の周期（一般的には、１０−１〜１０２ｍｓの範囲）および形状は、反応チャンバ１２の環状空間および電極のサイズ並びに反応チャンバ１２を通過する空気の滞留時間に適合するように選択することができる。例えば、反応チャンバが１２ｍｍ幅であり、外側電極の内径が１８ｍｍの場合、反応チャンバ１２の断面積は約９ｃｍ２である。各反応器１１が１０００ｌ／分の空気流量をサポートする場合には、滞留時間が約８ｍｓとなり、波形周期が８ｍｓ以下とすることができる。
【００４７】
電子制御ユニット４１は、高電圧発生器４２を駆動させるために必要な波形形状および周期を生成することができ、高電圧発生器４２は、プラズマを生成するために必要な高電圧を生成してもよく、また、反応器が特定の分解・破壊作用で動作するように維持してもよい。電源の波形周期およびｏｎ／ｏｆｆサイクルは、調整可能であるとともに、空気流が反応チャンバ内にとどまる時間よりも短くなるように設定できる。プラズマ強度は、印加される高電圧と滞留時間内におけるｏｆｆサイクルに対するｏｎサイクルの比率とを調整することにより制御できる。
【００４８】
図５ａは、反応器アセンブリ１０を組み込む空気清浄・滅菌装置を示している。図５ｂは、図５ａの空気清浄・滅菌装置の分解図を示している。図示実施形態において、空気清浄・滅菌装置は、ブロワ３３と、反応器ハウジング３０内に取り付けられた反応器アセンブリ１０とを含む。随意的であるが、空気清浄・滅菌装置は、フィルタハウジング３１内に取り付けられたフィルタ３２と粗いフィルタ３４とを含む。
【００４９】
動作中、浄化されるべき空気３５は、滅菌および清浄が行なわれる反応チャンバ１２に引き込まれる前に、大きな粒子および塵埃を除去するために粗いフィルタ３４を通じて引き込まれる。処理された空気は、その後、一組のフィルタ３２を通じて引き込まれ、最終的に、浄化された空気３６としてブロワ３３により排出される。
【００５０】
図６ａ〜図６ｃは他の実施形態に係る反応器１１１を示している。この実施形態において、反応器１１１は、細長い円筒形状を成している。反応器１１１は、細長い外側電極１１３と、細長い内側電極１１６とを含む。外側電極１１３は、反応器１１１の長手方向軸に沿って内側電極を取り囲んでいる。外側電極１１３および内側電極１１６は略同心関係とすることができる。外側電極１１３および内側電極１１６は、これらの電極間に、外側電極１１３と内側電極１１６とを分離する反応チャンバ１１２を画成している。反応チャンバ１１２内では、放電が励起されてプラズマが生成される。
【００５１】
内側電極１１６は、内側絶縁体１１８と、内側絶縁体１１８の内面を覆う内側電極導体１１７とを含む。外側電極１１３は、外側絶縁体１１５と、外側絶縁体１１５の外面を覆う外側電極導体１１４とを含む。内側および外側絶縁体１１８，１１５は、ガラスなどの絶縁材料から形成されており、管状とすることができる。電極導体１１４，１１７は、導電シート、メッシュまたは堆積物から形成され得る。
【００５２】
図示実施形態において、反応器１１１は、反応器１１１の２つの端部１７２，１７４で内側および外側絶縁体１１８，１１５が互いに結合される一体ユニットである。導体１１４，１１７は、例えば機械的力、接着剤などの多くの色々な方法によってそれらの対応する絶縁体１１５，１１８に対して所定位置に保持することができ、あるいは、それらの対応する絶縁体１１５，１１８の内部に埋設することもできる。これらの複数の反応器１１１は、汚染物質の効果的な破壊にとって望ましいレベルの滞留時間を得るために、略平行な形態で取付部材上に保持させることができる。
【００５３】
使用時、空気は、第１の方向に面する外側チューブ１１５の一方側に設けられた吸気口１５２を通じて反応チャンバ１１２内に入るとともに、第２の方向に面する外側チューブ１１５の他方側に沿って設けられた排気口１５３を経て流出する。図示の実施形態において、吸気口１５２は、反応器１１１の長手方向軸に対して略垂直な第１の方向に面しており、また、排気口１５３は、反応器１１１の長手方向軸に対して同様に略垂直な第２の方向に面している。プラズマが満たされた一体の絶縁体内の反応チャンバ１１２を通じて空気を循環させることにより、空気中の汚染粒子および細菌を破壊することができる。吸気口１５２および排気口１５３は、必要とされる気流経路に適するように様々な方向に向けることができる。
【００５４】
図７ａおよび図７ｂは、反応器１１１の実施形態に対応する反応器アセンブリ１１０を示している。上側取付部材１５０および下側取付部材１５１は、協働して反応器１１１を所定位置に保持して反応器アセンブリ１１０を形成している。
【００５５】
図８ａ〜図８ｃは他の実施形態の反応器２１１を示している。この実施形態において、反応器２１１は、細長い円筒形状を成している。反応器２１１は、細長い外側電極２１３と、細長い内側電極２１６とを含む。外側電極２１３は、反応器２１１の長手方向軸に沿って内側電極を取り囲んでいる。外側電極２１３および内側電極２１６は略同心関係とすることができる。外側電極２１３および内側電極２１６は、これらの電極間に、外側電極２１３と内側電極２１６とを分離する反応チャンバ２１２を画成している。反応チャンバ２１２内では、放電が励起されてプラズマが生成される。各キャップ２２１，２２２は、反応器２１１の２つの端部で外側電極２１６および内側電極２１３を保持する。外側電極２１６の長さは内側電極２１３の長さにほぼ等しい。
【００５６】
内側電極２１６は、内側絶縁体２１８と、内側絶縁体２１８の内面を覆う内側電極導体２１７とを含む。外側電極は、外側絶縁体２１５と、外側絶縁体２１５の外面を覆う外側電極導体２１４とを含む。導体２１４，２１７は、多くの色々な方法によって、例えば機械的力、接着剤などによって、それらの対応する絶縁体２１５，２１８に対して所定位置に保持することができ、あるいは、それらの対応する絶縁体２１５，２１８の内部に埋設することもできる。
【００５７】
これらの複数の反応器は、汚染物質の効果的な破壊にとって望ましいレベルの滞留時間を得るために、略平行な形態で取付部材上に取り付けられ得る。図９は、反応器２１１の実施形態における対応する反応器アセンブリ２４０を示している。第１の取付部材２４１および第２の取付部材２４２は、協働して反応器２１１を所定位置に保持して反応器アセンブリ２４０を形成している。
【００５８】
反応器２１１は、反応器２１１の一端に設けられた吸気口２５２と、反応器２１１の他端に設けられた排気口２５３とを含む。吸気口２５２および排気口２５３は互いに反対方向に向いている。
【００５９】
使用時、空気は、吸気口２５２を通じて反応チャンバ２１２内に入り、排気口２５３を通して流出する。プラズマで満たされたサブアセンブリ反応器内の反応チャンバを通じて空気を循環させることにより、空気中の汚染粒子および細菌を破壊することができる。
【００６０】
図１０は、反応器の他の実施形態の側断面図である。この実施形態において、反応器３１１は、細長い円筒形状を成している。反応器３１１は外側電極３１３と内側電極３１６とを含む。外側電極３１３は、反応器３１１の長手方向軸に沿って内側電極を取り囲んでいる。外側電極３１３および内側電極３１６は略同心関係を成すことができる。外側電極３１３および内側電極３１６は、これらの電極間に、外側電極３１３と内側電極３１６とを分離する反応チャンバ３１２を画成している。反応チャンバ３１２内では、放電が励起されてプラズマが生成される。
【００６１】
内側電極３１６は内側絶縁体および内側電極導体を含む。外側電極３１３は外側絶縁体と外側電極導体とを含む。内側および外側絶縁体は、ガラスなどの絶縁材料から形成されており、管状を成すことができる。電極導体は、導電シート、メッシュまたは堆積物から形成され得る。
【００６２】
この実施形態において、反応器３１１は、電極取付部材３２０，３２１によって反応器アセンブリの状態で固定される。反応器３１１は、反応チャンバ３１２を画成する細長い外側電極３１３および細長い内側電極３１６を含む。外側電極３１３は外側電極取付部材３２０によって所定位置に保持され、また、各内側電極３１６は内側電極取付部材３２１によって所定位置に保持され得る。各内側電極取付部材３２１は、内側電極３１６を所定位置に保持するようになっている突出部３３５を含む。突出部３３５は、内側電極取付部材３２１の主面３５６に対して略垂直に反応器３１１の長手方向軸に沿って位置されている。反応器３１１は吸気口３５２および排気口３５３を含む。吸気口３５２および排気口３５３は互いに反対方向に面している。
【００６３】
これらの複数の反応器３１１は、汚染物質の効果的な破壊にとって望ましいレベルの滞留時間を得るために、略平行な形態で取付部材３２０，３２１上に保持させることができる。プラズマが満たされた一体絶縁体内の反応チャンバ３１２を通じて空気を循環させることにより、空気中の汚染粒子および細菌を破壊することができる。
【００６４】
図１１ａおよび図１１ｂは、反応器アセンブリの他の実施形態を示している。この実施形態において、反応器４１１は、細長い円筒形状を成している。反応器４１１は外側電極４１３と内側電極４１６とを含む。外側電極４１３は、反応器４１１の長手方向軸に沿って内側電極を取り囲んでいる。外側電極４１３および内側電極４１６は略同心関係とすることができる。外側電極４１３および内側電極４１６はこれらの電極間に反応チャンバ４１２を画成している。反応チャンバ３１２内では、放電が励起されてプラズマが生成される。
【００６５】
内側電極４１６は内側絶縁体および内側電極導体を含む。外側電極４１３は外側絶縁体と外側電極導体とを含む。内側および外側絶縁体は、ガラスなどの絶縁材料から形成されており、管状とすることができる。電極導体は、導電シート、メッシュまたは堆積物から形成され得る。
【００６６】
この実施形態において、反応器４１１は、電極取付部材４２９によって反応器アセンブリの状態で固定される。内側電極４１６の絶縁層および外側電極４１８の絶縁層は、反応器４１１の長手方向軸に沿って一体的に形成されている。その結果、一部品の取付部材４２９が反応器４１１の端部で内側電極４１６および外側電極４１８の両方を保持することができる。図１１ｂに示されるように、反応チャンバ４１２の正断面図は文字「Ｃ」形状を成している。反応器４１１は吸気口４５２および排気口４５３を含む。吸気口４５２および排気口４５３は互いに反対方向に面している。
【００６７】
これらの複数の反応器４１１は、汚染物質の効果的な破壊にとって望ましいレベルの滞留時間を得るために、略平行な形態で取付部材４２９上に保持させることができる。プラズマが満たされた一体絶縁体内の反応チャンバ４１２を通じて空気を循環させることにより、空気中の汚染粒子および細菌を破壊することができる。
【００６８】
反応器アセンブリまたは反応器は、従来の換気システムに組み込むことができる。例えば、反応器アセンブリまたは反応器は、換気システムで一般に使用されるフィルタユニットに置換されることができ、あるいは、当該フィルタユニットと協働させることができる。反応器アセンブリまたは反応器は、エアコン、空気加湿器、空気除湿器、および、中央空調システムなどの、空気循環システムまたは空調システムに取り付けることができる。同様に、反応器アセンブリまたは反応器は、部屋に入る空気および部屋からメイン空気循環システムへ戻る空気の両方を改善するために、オフィスで使用される換気装置などの換気ユニットに取り付けることができる。したがって、汚染された空気が部屋に入る前に、その汚染された空気を滅菌することができるとともに、汚染された空気がメイン換気回路に入る前に、その汚染された空気を滅菌することができ、それにより、同じ換気回路が対象としている他の領域へと汚染物質を広げることが回避される。
【００６９】
以上の実施形態から理解されるように、プラズマ装置は、空気中の微生物を破壊して所望の清浄および滅菌を達成するために、任意の換気システムに取り付けることができる。
【００７０】
本明細書中で使用される表現および専門用語は、説明目的であり、限定的であるとみなされるべきでないことは言うまでもない。したがって、以上の説明は、本発明の原理の単なる一例であるとみなすべきである。また、当業者であれば多数の改良および変更を容易に想起できるため、本発明を、図示して説明した正にその構成および動作に限定することは望ましくなく、したがって、全ての適した改良および等価物が本発明の範囲内に入るものである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１ａ】空気清浄・滅菌装置の反応器アセンブリの一実施形態の斜視図である。
【図１ｂ】図１ａに示される反応器アセンブリの円形部分の拡大図である。
【図２】反応器の配置を示す図１ａの反応器アセンブリの分解図である。
【図３ａ】図１ａの反応器アセンブリの反応器のうちの１つの斜視図である。
【図３ｂ】内側電極と外側電極との間の反応チャンバを示す図３ａの反応器の正断面図である。
【図３ｃ】２つの電極および２つの電極間の反応チャンバを示す図３ａの反応器の側断面図である。
【図４】図３ａの少なくとも１つの反応器を利用する空気清浄・滅菌装置の電気回路の概略図である。
【図５ａ】図１ａの反応器アセンブリを組み込む空気清浄・滅菌装置の斜視図である。
【図５ｂ】図５ａに示される空気清浄・滅菌装置の分解図である。
【図６ａ】反応器の他の実施形態の斜視図である。
【図６ｂ】図６ａの反応器の正断面図である。
【図６ｃ】図６ａの反応器の側断面図である。
【図７ａ】図６ａに示される反応器における対応する反応器アセンブリの平面図である。
【図７ｂ】図７ａの反応器アセンブリの側断面図である。
【図８ａ】反応器の他の実施形態の斜視図である。
【図８ｂ】図８ａに示される反応器の正断面図である。
【図８ｃ】図８ａに示される反応器の分解図である。
【図９】図８ａに示される反応器における対応する反応器アセンブリの斜視図である。
【図１０】反応器および電極取付部材を示す反応器アセンブリの他の実施形態の側断面図である。
【図１１ａ】反応器および電極取付部材を示す反応器アセンブリの他の実施形態の側断面図である。
【図１１ｂ】図１１ａの反応器アセンブリの正断面図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
2009501580.tif 000015
【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０】
2009501580.tif 000022
【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
2009501580.tif 000024
【国際調査報告】
2009501580.tif 000025
2009501580.tif 000026