(57)【要約】【課題】  イオン化部によってイオン化した汚染空気中の臭気分子や粉塵、細菌を、集塵部で高い確率で捕集し、汚染空気中の臭気分子や粉塵、細菌を低濃度域まで分解することができる空気清浄装置を得る。【解決手段】  臭気ガス成分に電荷を付与するイオン化部１２と、イオン化部１２によってイオン化した臭気ガス成分１５を捕集して浄化する集塵部１３と、通風方向１０，１１に電界を付与する第１の電極対６と、第１の電極対６に付与する電界方向に対して異なる方向の電界を付与する第２の電極対８とを備えた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
臭気ガス成分に電荷を付与するイオン化部と、前記イオン化部によってイオン化した臭気ガス成分を捕集して浄化する集塵部と、通風方向に電界を付与する第１の電極対と、該第１の電極対に付与する電界方向に対して異なる方向の電界を付与する第２の電極対とを備えたことを特徴とする空気清浄装置。
【請求項２】
前記第２の電極対は、前記第１の電極対により付与される電界の方向に対し、直角方向に電界を付与することを特徴とする請求項１記載の空気清浄装置。
【請求項３】
前記第２の電極対により付与される電界の強度を、周期的に制御することを特徴とする請求項１または２記載の空気清浄装置。
【請求項４】
前記集塵部は、触媒および吸着剤が添着され、前記集塵部内を通過するガス流方向の位置によって、触媒および吸着剤の添着量の割合が異なるように設定され、通風路上流側は前記吸着剤の割合が高くなるようにしたことを特徴とする請求項１，２，３のいずれかに記載の空気清浄装置。
【請求項５】
前記イオン化部は、λ＝２００〜２６０ｎｍの波長領域の紫外光を照射するための光源を備えていることを特徴とする請求項１，２，３，４のいずれかに記載の空気清浄装置。
【請求項６】
前記イオン化部に設けられたガス通風路の内壁を、前記紫外光の波長領域に対して高い反射率を有する材料により構成したことを特徴とする請求項１，２，３，４，５のいずれかに記載の空気清浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中の臭気ガス成分を除去し、空気を清浄化する空気清浄装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の空気清浄装置は、ガス流の入り口側に汚染空気中に含まれる臭気分子、粉塵、細菌を放電によってイオン化するための放電電極を備え、ガス通風路の下流側に誘電体粒子を充填してなる誘電体粒子層に交流電圧を印加し、静電力によって臭気分子や粉塵、細菌を捕集し、誘電体粒子層内で部分放電を発生させることによって、分解、殺菌する誘電体粒子充填フィルタを備えた構造が数多く提案されている。また、この誘電体粒子に触媒や吸着剤を添着した触媒部を設けることにより、より高い効率で空気を浄化することが可能である。
【０００３】
従来の誘電体粒子充填層フィルタ装置は、フィルタの外筒の中に粒径の小さい粒子層及び粒径の大きい粒子層からなる誘電体粒子層を有し、２層がガス流に沿って積層されている。これらの粒子層の両面には金網電極が設置され、交流高圧電源が接続されている。また、この誘電体粒子層の前方に粉塵や細菌を帯電するための放電極が設置され、放電極と金網電極は接地されている。また、ガスを装置外に排出するために、ファンがフィルタの出口に設置されている。
【０００４】
以上の構成において、粉塵、細菌を含むガスがフィルタ内に入ると、その空気中の粉塵、細菌は放電極のコロナ放電によって正又は負に帯電させられ、誘電体に取り込まれる。また、誘電体粒子内の電界強度は、隣り合う粒子間のわずかな空間に電界が集中するため、強い電界が得られ、そのわずかな空間に局部的な空気の電離による部分放電が発生し、高濃度のイオンやオゾンにより、粒子層に取り込まれたガス中の細菌は誘電体に捕集されると共に破壊され、清浄となったガスは、ファンを通じて出口から排出される（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１１９９５４号公報（第２頁３５〜６２行、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の従来の誘電体粒子充填層フィルタ装置における集塵部の捕集方法では、部分放電の近傍を通過しない臭気分子や粉塵、細菌については、ガス流の方向と同じ方向に電界が形成されるため、高い確率で捕集することができないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ガス流入り口側に備えたイオン化部によってイオン化した汚染空気中の臭気分子や粉塵、細菌を、集塵部で高い確率で捕集し、汚染空気中の臭気分子や粉塵、細菌を低濃度域まで分解することができる空気清浄装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る空気清浄装置は、臭気ガス成分に電荷を付与するイオン化部と、イオン化部によってイオン化した臭気ガス成分を捕集して浄化する集塵部と、通風方向に電界を付与する第１の電極対と、第１の電極対に付与する電界方向に対して異なる方向の電界を付与する第２の電極対とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る空気清浄装置によれば、臭気分子、粉塵、細菌等の捕集率を向上させることができ、低濃度域までの悪臭成分や有害物質を吸着および化学反応により分解除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明を実施するための実施の形態１に係る空気清浄装置の概略図である。この空気清浄装置は、通風路入り口付近に備えられたプレフィルタ１、臭気分子、粉塵、細菌に紫外光を照射してイオン化させるための紫外光照射ユニット３を備えたイオン化部１２、さらに、イオン化した臭気分子や粉塵、細菌を捕集、分解する誘電体粒子層フィルタ５と、誘電体粒子層フィルタ５を挟み込むように設けた電界印加用の第２の電極対８を備えた集塵部１３により構成されている。
【００１１】
より具体的には、矢印１０より装置内に取り込まれた臭気分子や粉塵、細菌を含む汚染空気は、通風路入り口付近に備えたプレフィルタ１によって粗大な粉塵が捕集され、次に、プレフィルタ１を通過した臭気分子、粉塵、細菌は、紫外光照射ユニット３を設けたイオン化部１２を通過する際に、光源３ａによる紫外光（波長領域：λ＝２００〜２６０ｎｍに含まれる波長）が照射されることによってイオン化される。紫外光照射ユニット３には、石英ガラス製バルブからなる水銀ランプが配置されており、通風路２の空間には紫外光が均一な強度で照射される。
なお、上記の説明では、紫外光源３ａに水銀ランプを用いているが、これに限らず、上記波長範囲に含まれるＬＥＤやＬＤなどを用いてもよい。
また、本実施の形態では、光イオン化部に備える光源ユニットは、紫外光を照射するものを記載したが、これに限定されるものではなく、例えば軟Ｘ線を照射する光源であってもよい。
【００１２】
また、通風路２の下流側には交流電圧電源７が接続された金属網またはパンチングメタル等の金属構造体によって形成された第１の電極対６が設置され、この電極間には、表裏面上に誘電体が通風路２内のガス流に沿って積層された複数の誘電体粒子層から成る誘電体粒子層フィルタ５が設置されている。誘電体粒子層フィルタ５は、誘電体から成る基板あるいはセラミックス等の基板上に粒径が数μｍ〜数１００μｍの誘電体粒子を均一に積層して形成した層の表面に、触媒および吸着剤を添着して形成したものである。
【００１３】
上記誘電体には、チタン酸バリウム、酸化タンタル等の比較的誘電率の高い材料を用い、上記触媒には鉄、銅、亜鉛、コバルト、ニッケル、マンガン等の酸化物や金、白金、銀等の貴金属を単独もしくは混合して使用し、上記吸着剤にはゼオライト、シリカ、活性炭等を用いる。なお、触媒および吸着剤は、対象となる臭気分子の種類によって上記記載の中から最適なものを選定する。誘電体粒子層フィルタ５の両端は第１の電極対６を形成する一対の金網電極と接続されており、誘電体粒子層フィルタ５の両端に金網電極間で絶縁破壊が生じない範囲で設定された数ｋＶ／ｃｍ〜数１０ｋＶ／ｃｍ、より好ましくは４ｋＶ／ｃｍ〜６ｋＶ／ｃｍの電界を付与する。この際、印加する電圧は交流、パルスのいずれでもよい。
また、誘電体粒子層フィルタ５を挟むように設置された第２の電極対８には直流電源９が接続されており、電極間には数ｋＶ〜数１０ｋＶ、より好ましくは４ｋＶ〜６ｋＶの電圧が印加される。
【００１４】
図２は、誘電体粒子層フィルタ５を説明するための説明図である。図において、誘電体粒子層フィルタ５の表面は、粒径が数μmから数百μｍの誘電体粒子５１を１層以上積層した構造を有し、第１の電極対６を形成する金網電極対より、交流またはパルスの高電圧が印加されると、誘電体粒子層内の隣接する粒子間のわずかな空間に電界が集中することによって高い電界強度を有する電場が形成され、この空間には空気を媒体とした部分放電が発生する。イオン化部１２を通過してプラスイオンまたはマイナスイオンとなった臭気分子１４や粉塵、細菌は、通風路上流側の金網電極を通過した後、上記電場によって発生した静電力によって誘電体粒子層フィルタ５の誘電体粒子層に吸引され、誘電体粒子５１間に発生する部分放電によって、局所空間に生成されるオゾンなどの酸化性活性種と反応して分解される。また、本発明の空気清浄装置に備えたイオン化部の紫外光照射ユニットはイオン化のみに寄与するだけではなく、例えば、空気中の有害物質の一つであるオゾンを酸素分子と酸素分子に分解する効果を有している。
【００１５】
なお、本実施の形態に記載した誘電体粒子層フィルタ５は、平板状の誘電体基板上に誘電体粒子５１をガス流に沿って積層させた構造を示したが、これに限らず、六角形や四角形の孔を有するハニカム構造の立方体や、コルゲート構造を持った誘電体、もしくはセラミックス等の基材から成る立方体の構造体を用いてもよく、ガス流を通過させる構造体内部の通風路の内壁には誘電体層が均一に形成され、さらにその表面に触媒および吸着剤が添着されたものを用いてもよい。
【００１６】
図３は、本発明を実施するための実施の形態１に係る空気清浄装置において、臭気分子および粉塵、細菌を吸着、分解する機構を説明するための説明図である。図において、集塵部１３には、金網電極対によりガス流に沿って形成される電界の方向に対し、垂直方向に電界を形成するために、誘電体粒子層フィルタ５を挟み込むように第２の電極対８を備えている。矢印１０の方向よりプレフィルタ１を通過して装置内に取り込まれた臭気分子１４は、イオン化部１２で紫外光４が照射されてイオン化された後、誘電体粒子層の内部および表面で形成された放電空間の近傍を通過することで、静電力の作用により吸引される。
【００１７】
また、放電空間の近傍を通過しないプラスまたはマイナスのイオンとなった臭気分子１５は、第２の電極対８によって形成される垂直方向の電界の作用により、空気の流れ方向に対して異なる方向、より好ましくは垂直方向の吸引力が与えられることにより、イオン化した臭気分子１５の通風路内における軌道を変えることができ、誘電体粒子層へ取り込まれる確率を高めることができる。この第２の電極対８を備えることにより、従来技術に比べ、放電空間の近傍を通過しないプラスまたはマイナスイオンとなった臭気分子１５を捕集する確率を向上させることができ、低濃度域までの悪臭成分や有害物質を吸着および化学反応により除去することができる。
【００１８】
以上のように構成した本実施の形態に係る空気清浄装置によれば、イオン化した臭気分子、粉塵、細菌を高効率で捕集、分解することができるため、低濃度域の悪臭成分や有害物質を吸着および化学反応により除去することができる。
【００１９】
実施の形態２．
図４は、本発明を実施するための実施の形態２に係る空気清浄装置の誘電体粒子層フィルタ５を説明するための説明図である。実施の形態１においては、第１の電極対６には金網電極あるいはパンチングメタル等の金属構造体により電極対を設置したが、本実施の形態では、図に示したように、ガス流入り口側の放電電極をステンレスや銅等の金属により形成された平板突起型電極６１とすると共に、ガス流出口側の対向電極に金属線等によって形成された電極６２を設置した電極対構造とし、さらに、金属線等で形成した電極６３および６４を集塵部入り口部に配置し、電源９３より数ｋＶ〜数１０ｋＶの直流電圧を印加することによって、電極６２との間の空間には、平板突起型電極６１と電極６２とにより形成される電界とは異なる向きの高電界が形成される。なお、電極６３および６４は、平板突起型電極６１との間に放電が生じることのない距離を有する位置に配置され、かつ、電位差が小さくなるように印加電圧値が設定されている。
以上のような構造としても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２０】
実施の形態３．
図５は、本発明を実施するための実施の形態３に係る空気清浄装置において、臭気分子および粉塵、細菌を吸着、分解する機構の詳細を説明するための説明図であり、通風路のガス流方向に対して垂直方向の電界を均一にした場合、及び周期的に変化させた場合の説明図である。イオン化部１２を通過してプラスイオンまたはマイナスイオンとなった臭気分子１５１〜１５４や、イオン化した粉塵、細菌は、通風路上流側の第１の電極対６を形成する金網電極を通過して、誘電体粒子層の触媒および吸着剤、誘電体に吸着する。
通常、通風路のガス流方向に対して垂直方向の電界を均一に付与した場合には、イオン化した臭気分子１５１〜１５４のうち、例えばホルムアルデヒドのような質量の小さいものは、通風路上流側の誘電体粒子層に設けられた触媒および吸着剤、誘電体に吸引され、一方、トルエンのような質量の大きいものは、通風路上流よりも後方で吸引される傾向がある。
【００２１】
また、誘電体粒子層フィルタ５を挟み込むように備えられた第２の電極対８に印加する電圧を制御することにより、質量の大きいイオン化した臭気分子１５１，１５２が吸引される位置をコントロールすることができる。具体的には、図６に示すような電圧波形１６、すなわち周期的パターンの高電圧を第２の電極対８に印加することにより、通風路方向において質量の大きいイオン化した臭気分子１５１，１５２が吸引される誘電体粒子層上の位置を変化さることができる。
図７は電圧変化によって質量の大きいイオン化した臭気分子１５１，１５２の吸着位置を変化させる様子を示す説明図であり、図示したように、より高い電界を付与した場合には、質量の大きいイオン化した臭気分子１５１，１５２は通風路上流側で吸引される確率を高めることができる。
【００２２】
以上のように構成した本実施の形態記載の空気清浄装置によれば、誘電体粒子層フィルタ５内のガス流の上下流の位置において、ガス流に沿って設けられた誘電体粒子層に吸引される質量の大きいイオン化した臭気分子１５１，１５２の上下流の位置に寄る吸着量の偏りを低減させることが出来、触媒および吸着剤の劣化の偏りを抑制することができるため、寿命を向上させることができる。また、誘電体粒子層に発生するオゾンなどの酸化性活性種を高効率で消費させることが可能になるため、従来に比べ、装置外への酸化性活性種の流出を低減することができる。
【００２３】
実施の形態４．
図８は、本発明を実施するための実施の形態４に係る誘電体粒子層フィルタを説明するための説明図である。図において、誘電体粒子層フィルタ５内に形成した誘電体粒子層の粒子表面には、吸着剤および触媒の添着部５２１と、これと混合比率の異なる吸着剤および触媒の添着部５２２が添着されている。添着部５２２は、吸着剤濃度の比率が高くなっており、通風路の空気の流れ方向の上流および下流の位置によって、吸着剤の濃度勾配が付与されている。例えば、上流側の添着部５２２は、吸着剤濃度の比率が高くなっている。
【００２４】
また、誘電体粒子層上に添着形成した触媒は、通風路内のガス流上流部と下流部で異なる材料を用いてもよく、例えば上流部の触媒には、ホルムアルデヒドなどの質量の小さい臭気分子に対して最適な銅、亜鉛、コバルト、ニッケル、マンガン等の酸化物や金、白金、銀等の貴金属を単独もしくは混合して使用し、下流部の触媒には、トルエンなどの質量の大きい臭気分子や粉塵などに対して最適なものを選択して設ける構造とすることにより、臭気分子の分解効率を高めると共に、吸着しても分解されずに残る臭気分子の残渣による触媒および吸着剤の劣化を抑制することができる。
【００２５】
以上のように構成した本実施の形態記載の空気清浄装置によれば、誘電体粒子層フィルタ５に添着した吸着剤と触媒の混合比率を通風路方向で変化させ、上流側の触媒および吸着剤の添着部５２２において吸着剤濃度を高くすることにより、上流側に吸着され易いホルムアルデヒドのような質量の小さい臭気分子を極めて高い確率で捕集することができ、上下流の位置で最適な触媒を選定して設置することにより、低濃度域まで悪臭成分や有害物質を吸着および化学反応により除去することができる。
【００２６】
実施の形態５．
図９は、本発明を実施するための実施の形態５に係る紫外光源を説明するための説明図であり、図１および図２に示した光源とは異なり、縦長の柱状の光源を通風路内に設置したものである。図に示したように、縦長の柱状の光源３ｂを通風路内に設置することによって、イオン化部１２の通風路内で臭気分子１４に照射される紫外光４強度が増加するため、より高いイオン化効率を得ることができる。さらにイオン化部１２から照射される紫外光４は、空間的に遮蔽されていないため、集塵部１３の内部にまで照射されるので、集塵部１３内部の誘電体粒子層上に形成した触媒に光触媒を用いれば、これを活性化させるための励起源となる。なお、本実施の形態において、図９は光源３ｂの配置方法の一例を示しているものであり、高いイオン化効率が得られ、かつ低圧損であれば、光源の配置方法はこれに限られず、例えば、通風方向と平行に配置してもよい。
【００２７】
以上のように構成した本実施の形態記載の空気清浄装置は、ファンデルワールス力の低い質量の小さい臭気分子の捕集率を飛躍的に向上させることができるため、低濃度域までの悪臭成分や有害物質を吸着し、化学反応によって除去することができる。
【００２８】
実施の形態６．
図１０は、本発明を実施するための実施の形態６に係る紫外光源を説明するための説明図である。本実施の形態では図１、図２に示した位置に光源３ａを配設したものであるが、集塵部１３の誘電体粒子層を傾斜させて設置したものであり、集塵部１３の入り口およびその周辺の触媒への照射量が多くなるため、極めて高効率で光励起されるようになり、活性度を向上させることができる。
【００２９】
以上のように構成した本実施の形態記載の空気清浄装置は、ファンデルワールス力の低い質量の小さい臭気分子の捕集率を飛躍的に向上させることができるため、低濃度域までの悪臭成分や有害物質を吸着し、化学反応によって除去することができる。
【００３０】
実施の形態７．
図１１は、本発明を実施するための実施の形態６に係る紫外光源を説明するため説明図である。本実施の形態では図９に示した位置に光源３ｂを配設したものであるが、集塵部１３の誘電体粒子層を傾斜させて設置したものである。
すなわち、縦長の柱状の光源３ｂを通風路内に設置することによって、イオン化部１２の通風路内で臭気分子１４に照射される紫外光４強度が増加するため、より高いイオン化効率を得ることができる。さらにイオン化部１２から照射される紫外光４は、空間的に遮蔽されていないため、集塵部１３の内部にまで照射されるので、集塵部１３内部の誘電体粒子層上に形成した触媒に光触媒を用いれば、これを活性化させるための励起源となる。
【００３１】
また、集塵部１３の誘電体粒子層を傾斜させて設置したので、集塵部１３の入り口およびその周辺の触媒への照射量が多くなるため、極めて高効率で光励起されるようになり、活性度を向上させることができる。
【００３２】
以上のように構成した本実施の形態記載の空気清浄装置は、ファンデルワールス力の低い質量の小さい臭気分子の捕集率を飛躍的に向上させることができるため、低濃度域までの悪臭成分や有害物質を吸着し、化学反応によって除去することができる。
【００３３】
実施の形態８．
図１２は、本発明を実施するための実施の形態８に係る空気清浄装置のイオン化部の構造を説明するための概略図である。本実施の形態においては、図１に示した空気清浄装置のイオン化部１２の通風路２内壁を、高い反射率特性を有した紫外光反射材料１７によって形成してものである。図において、紫外光が照射されるイオン化部１２の通風路２の内壁は、λ＝２００〜２６０ｎｍの波長範囲に対して高い反射率特性を有する紫外光反射材料１７によって形成されており、照射された紫外光４は通風路２内で反射が繰り返されるため、臭気分子への照射量を増加させることができるので、高いイオン化効率を得ることができる。本実施の形態においては、紫外光反射材料１７にアルミニウムを加工形成して、通風路２の内壁を形成した。また、通風路２の製作においては、金属または樹脂を加工した基材に、蒸着やスパッタにより成膜したものを用いても良い。さらに、アルミニウム蒸着面は紫外線による酸化によって経時的に反射率が低下するため、酸化防止膜としてフッ化マグネシウムやフロロカーボンをアルミニウム表面にコーティングすることで、紫外光の酸化による反射率の低下を抑制する効果が得られる。
【００３４】
以上のように構成した本実施の形態記載の空気清浄装置によれば、紫外光４が照射されるイオン化部の通風路２内壁が、λ＝２００〜２６０ｎｍの波長範囲に対して高い反射率特性を有する紫外光反射材料１７によって形成されており、照射された紫外光４は通風路２内で反射が繰り返されるため、臭気分子への照射量が増加し、高効率でイオン化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空気清浄装置の概略図である。
【図２】図１の誘電体粒子層フィルタの説明図である。
【図３】図２の詳細説明図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る空気清浄装置の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る空気清浄装置の吸着、分解機構の説明図である。
【図６】図５に示した第２の電極対に印加する電圧パターンの説明図である。
【図７】図５の電圧変化による質量の大きい臭気イオンの吸着位置の変化を示した説明図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る空気清浄装置の集塵部の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係る空気清浄装置のイオン化部の説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態６に係る空気清浄装置のイオン化部および集塵部の説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態７の空気清浄装置に係るイオン化部および集塵部の説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態８に係る空気清浄装置のイオン化部の概略図である。
【符号の説明】
【００３６】
２  通風路、３  紫外光照射ユニット、５  誘電体粒子層フィルタ、６  第１の電極対、８  第２の電極対、１２  イオン化部、１３  集塵部、１４  臭気分子、１５  イオン化した臭気分子、１７  紫外光反射材料、５２，５２１，５２２  触媒および吸着剤の添着部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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