(57)【要約】空気処理システムは、空気処理システムを流れる空気流を浄化し、かつ、光触媒を汚染物質による不動態化作用から守るために協働する、フィルタおよび加熱素子と、プラズマ装置と、光触媒およびＵＶ光と、を備える。空気処理システムは、２つの異なる態様で動作する。第１の態様では、空気処理システムは、加熱素子およびプラズマ装置が選択的に切られた状態で、空間から空気を吸い込み、空間に空気を戻すことを主に行う。第２の態様では、空気処理システムは、加熱素子を用いて、フィルタを選択的に加熱し、吸着汚染物質を放出して、フィルタを再生する。このプラズマ装置は放出汚染物質に選択的に向けられ、放出された汚染物質を固体の汚染物質生成物に化学変化させる。固体の汚染物質生成物は、プラズマ装置のバイアス電極に析出する。ＵＶ光は、汚染物質が放出されて変化する間に光触媒が作用しないように、オフの状態にされている。本質的に動けない不活性な固体の汚染物質生成物は、析出されると、光触媒に害を与えることは殆どない。
2008522822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体流路に配置されたフィルタと、
上記フィルタと流体連通にある光触媒と、
上記光触媒と流体連通し、かつ、上記気体流路中の汚染物質を処理するために配置されたプラズマ装置と、
を備える、汚染物質を含む気体流を処理する気体処理システム。
【請求項２】
上記プラズマ装置が、上記光触媒より上流に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の気体処理システム。
【請求項３】
上記プラズマ装置が、上記フィルタより下流に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の気体処理システム。
【請求項４】
上記フィルタは、上記光触媒がオンの状態のとき上記気体流中の汚染物質の少なくとも一部を保持し、その後に上記光触媒がオフの状態のとき上記汚染物質を選択的に放出し、上記プラズマ装置が、上記フィルタが放出する汚染物質を化学変化させるためにフィルタに隣接して配置されることを特徴とする、請求項１に記載の気体処理システム。
【請求項５】
上記フィルタが、ヒータを含み、上記ヒータが、上記汚染物質を選択的に放出するために上記フィルタを加熱することを特徴とする、請求項４に記載の気体処理システム。
【請求項６】
上記プラズマ装置と流体連通しているオゾン分解物質であって、少なくとも上記プラズマ装置からオゾンを受け取るオゾン分解物質を含むことを特徴とする、請求項４に記載の気体処理システム。
【請求項７】
上記フィルタが、少なくとも活性炭を含み、上記気体流が上記活性炭に接触したときに、上記活性炭が、上記気体流から汚染物質を吸着して上記汚染物質を保持することを特徴とする、請求項１に記載の気体処理システム。
【請求項８】
上記プラズマ装置が、上記光触媒と流体連通にある複数のプラズマ装置のうちの一つであることを特徴とする、請求項１に記載の気体処理システム。
【請求項９】
互いに流体連通する第１の気体処理部材および第２の気体処理部材であって、オンとオフとの状態に選択的に制御可能な第１の気体処理部材および第２の気体処理部材と、
上記第１の気体処理部材および上記第２の気体処理部材と流体連通する第３の気体処理部材であって、上記第１の気体処理部材または上記第２の気体処理部材のうち少なくとも一方の上記オンまたはオフの状態に基づいて、上記汚染物質を選択的に保持または放出する第３の気体処理部材と、
を備える、汚染物質を含む気体流を処理する気体処理システム。
【請求項１０】
上記第３の気体処理部材が、上記第１の気体処理部材または上記第２の気体処理部材の少なくとも一方が上記オフの状態にあるとき、上記汚染物質を放出することを特徴とする、請求項９に記載の気体処理システム。
【請求項１１】
上記オフの状態にある上記第１の気体処理部材または上記第２の気体処理部材が、光触媒および光源を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の気体処理システム。
【請求項１２】
上記オフの状態にある上記第１の気体処理部材または上記第２の気体処理部材の他方が、プラズマ装置を含み、上記第３の気体処理部材が汚染物質を放出するときに、上記プラズマ装置がオンの状態にあって、プラズマを発生することを特徴とする、請求項１１に記載の気体処理システム。
【請求項１３】
上記第３の気体処理部材が、吸着フィルタおよびヒータを含み、上記ヒータが熱を供給するとき、上記吸着フィルタは汚染物質を放出し、上記ヒータが熱を供給しないとき、上記吸着フィルタは汚染物質を保持することを特徴とする、請求項１２に記載の気体処理システム。
【請求項１４】
気体処理部材が気体流路中の選択された汚染物質を受け取ることを防ぐ方法であって、
（ａ）上記気体処理部材が第１の状態にあるとき、上記気体流路中の上記汚染物質を保持するステップと、
（ｂ）上記気体処理部材が異なる第２の状態にあるとき、上記汚染物質を上記気体流路へ放出するステップと、
（ｃ）上記汚染物質を、上記汚染物質とは異なる化学的に変化した汚染物質に化学変化させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
上記気体処理部材が光触媒および対応する光源を含み、上記対応する光源がオンまたはオフの状態のとき、上記光触媒をそれぞれ活性化または失活させ、かつ、第１の状態がオンの状態にある光源を含み、第２の状態がオフの状態にある光源を含む、ことを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
上記ステップ（ｂ）が、上記気体流路中の気体流速がおよそゼロであるとき、上記汚染物質を放出することを含み、上記ステップ（ｃ）が、気体流路中の気体流速がおよそゼロであるとき、上記汚染物質を化学変化させることを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
上記ステップ（ａ）が、上記汚染物質を吸着媒体上へ吸着することを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
上記ステップ（ｂ）が、上記吸着媒体を加熱することを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
上記ステップ（ｃ）が、上記化学的に変化した汚染物質を生成するために、プラズマを発生させて上記汚染物質を上記プラズマに曝すことを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
上記ステップ（ｃ）が、上記化学的に変化した汚染物質をプラズマ装置の受け取り部に析出させることを含む請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気処理モジュールに関し、詳しくは、空気処理気流から汚染物質を除去するためにコロナ放電装置を用いて空気処理モジュール中の光触媒を保護する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気処理モジュールは、空気を動かして浄化するために、自動車用、商業用、および住宅用の、暖房装置、換気装置、および空調（ＨＶＡＣ）装置に広く使用されている。一般に、空気処理モジュールを流れる空気流は、生物種、塵、粒子、臭気、一酸化炭素、半揮発性有機化合物（ＳＶＯＣｓ）や、オゾン、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、トルエン、プロパノール、ブテン、およびケイ素含有ＶＯＣｓなどの揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）、などの微量の汚染物質を含む。
【０００３】
汚染物質を除去および／または分解することによって気流を浄化するために、一般にはフィルタおよび光触媒が使用される。一般のフィルタは、空気流から汚染物質を物理的に分離するフィルタ媒体を含む。一般の光触媒は、ハニカムなどの二酸化チタン被覆モノリス、および紫外光源を含む。二酸化チタンは、紫外光が照射されたときに、汚染物質を分解する光触媒として作用する。紫外光の光子は二酸化チタンに吸収されると、電子を価電子帯から伝導帯に励起させ、価電子帯に正孔を生成して、伝導帯に電子を加える。励起した電子は酸素と反応し、価電子帯に残った正孔は、水と反応して反応性に富むヒドロキシルラジカルをつくる。空気流中の汚染物質がハニカムを流れて二酸化チタン被膜に吸着されたとき、ヒドロキシルラジカルは、汚染物質を攻撃して、水、二酸化炭素、あるいは他の物質に酸化する。紫外光は、照射を受けた空気流に含まれる生物種を死滅させる働きもする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的な空気処理モジュールフィルタは、汚染物質の吸着容量が限られている点で不都合である。フィルタは、汚染物質の吸着容量に達すると、空気流から汚染物質を物理的に分離しなくなる。すると空気流中の汚染物質は、フィルタを通過して、光触媒によって酸化されることがある。このことは、光触媒がケイ素含有ＶＯＣｓまたはＳＶＯＣｓを酸化して、光触媒の表面にケイ素基ガラスが形成されると特に問題になる。ケイ素基ガラスは、二酸化チタンを通過空気流から絶縁して、二酸化チタンを不動態化する場合がある。不利な条件では、２週間以内にフィルタが汚染物質の吸着容量に達して、光触媒の触媒活性の多くが失われることがある。光触媒の不動態化を防ぐために、汚染物質の吸着容量に達する前にフィルタを交換するか、追加のフィルタを使用して、さらに多くの量の汚染物質を物理的に分離することができるが、フィルタの交換を短い間隔で行うか、絶えずモニターするためには、高価で不都合なメンテナンスが必要とされる。
【０００５】
従って、光触媒が汚染物質に対して不動態化しないように、さらに効果的に光触媒を保護する空気処理モジュールフィルタが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、概して、空気処理システム中の光触媒が、ある種の汚染物質の酸化によって不動態化されないように、光触媒を保護する装置および方法に関する。
【０００７】
一例において、空気処理モジュールは、フィルタおよび加熱素子と、プラズマ装置と、空気処理モジュールを流れる空気流を浄化するために協働する光触媒およびＵＶ光と、を含む。空気処理モジュールは、２つの異なる態様で動作する。第１の態様において、空気処理モジュールは、空間から空気を吸い込み、空間へ空気を戻すことを主として行う。このとき加熱素子およびプラズマ装置は切られている。第２の態様において、空気処理モジュールは、フィルタを加熱して吸着汚染物質を放出する加熱素子を使用して、フィルタを再生する。プラズマ装置は、放出された汚染物質に対して選択的に向けられ、放出された汚染物質を不活性な固体の汚染物質生成物に化学変化させ、プラズマ装置のバイアス電極に析出させる。汚染物質が放出され変化している間に、光触媒が作用しないことを確実にするため、ＵＶ光はオフの状態にされている。本質的に動けない不活性な固体の汚染物質生成物は、析出されると、光触媒に害を与えることは殆どない。
【０００８】
例示の方法では、光触媒が作用条件にあるときには、気体流路に含まれる汚染物質を保持し、光触媒が非作用条件にあるときには、汚染物質を気体流路へ放出し、汚染物質を化学変化させて、化学的に変化した異なる汚染物質にする。
【０００９】
本発明の種々の特徴および利点は、以下の最良の実施形態の詳細な説明から当業者に明らかとなる。詳細な説明に添付の図面は、以下の通りに簡単に説明され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、部屋、オフィス、または車のキャビンなどの室内空間１２を含む、住宅用の、商業用の、車両用の、または他の構造体１０を示している。ＨＶＡＣシステム１４は、室内空間１２の暖房または冷房をする。室内空間１２内の空気は、吸気路１６を通じてＨＶＡＣ装置１４に吸引される。ＨＶＡＣシステム１４は、温度を変化させ、かつ空気処理モジュール１８を用いて吸い込まれた空気を浄化する。浄化され、温度変化した空気は、排気路２０を通じて室内空間１２に戻される。
【００１１】
図２は、例示の空気処理モジュール１８の斜視図を示している。空気処理モジュール１８は、空気を吸引して排出するコンプレッサ３０を含む。室内空間１２から吸い込まれた空気は、空気流３２として、空気処理モジュール１８を流れる空気流路を形成するフィルタキャビネット３４に流れる。フィルタキャビネット３４は、空気流３２を浄化するために協働する、フィルタ３６、プラズマ装置３８、および光触媒４０を収容する。空気流３２は、フィルタキャビネットを流れ続けてコイル４２に至る。コイル４２は、所望の室内空間１２温度に応じて、空気流３２を暖めるか、冷やす。コンプレッサ３０は、暖められたか冷やされた空気流３２を、排気路２０を通じて室内空間１２に戻す。図の空気処理モジュール１８は一例に過ぎず、本発明はこのような構成に限定されないことを理解されたい。
【００１２】
図３は、例示のフィルタ３６、プラズマ装置３８、および光触媒４０の概観を示している。フィルタ３６は、空気流３２を受けて、空気流３２から汚染物質を吸着する。フィルタ３６は、繊維質メッシュ４４の層の間に保持される公知の活性炭フィルタ媒体を含む。一例において、公知の活性炭は、調節されるか、含浸されるか、あるいは細孔制御される。公知のように、過マンガン酸カリウム等の調節剤または他の調節剤を活性炭に含浸させて、活性炭の吸着特性を調節しても良い。活性炭の細孔容積を所望の範囲に制御して、吸着特性を調節してもよい。これらの吸着特性は、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、トルエン、プロパノール、ブテン、ケイ素含有ＶＯＣｓ、または他のＶＯＣｓなどの、ある種の汚染物質を優先的に吸着するフィルタ３６を設計する際に有効である。
【００１３】
他の実施例において、フィルタ３６は、ある種の汚染物質を優先的に吸着するために、ゼオライトを追加して使用してもよいし、および／または繊維質メッシュ４４の層の間で他の種類のフィルタ媒体を追加して活性炭と混合して利用してもよい。あるいは、活性炭フィルタ媒体は、繊維質メッシュ４４を作製する繊維に活性炭を被覆して繊維質のメッシュ４４と一体にされてもよい。
【００１４】
図４に示すように、他の実施例において、活性炭フィルタ媒体が第１の層４６に与えられ、ゼオライト媒体および／または他のフィルタ媒体が、隣接する第２の層４８に与えられてもよい。
【００１５】
以下に詳しく考察する加熱素子５０は、フィルタ３６を囲み、かつ、オンの状態とオフの状態とに選択的に操作可能である。
【００１６】
一例において、プラズマ装置３８は、フィルタ３６より概ね下流に配置され、かつ、オンの状態とオフの状態とに選択的に操作可能である。プラズマ装置３８は、プラズマグロー放電を生成するコロナ放電装置であることが好ましい。プラズマ装置３８は、ワイヤカソード(wire cathode)などのバイアス電極５４を含むことが更に好ましい。
【００１７】
一例において、光触媒４０はプラズマ装置３８より下流に配置されている。光触媒４０は、紫外（ＵＶ）光５６が照射されたときに、汚染物質を分解する光触媒として作用するハニカムなどの二酸化チタン被覆モノリスであるのが好ましい。二酸化チタン以外の光触媒物質や、示されていない構成（例えば、光触媒４０をフィルタ３６と一体化して、単一のまとまった繊維構造またはハニカム構造にする）を使用してもよいことを理解されたい。
【００１８】
ＵＶ光５６は、光触媒４０が汚染物質を分解するために作用するオンの状態と、光触媒４０が作用できないオフの状態とに選択的に操作可能である。一例において、ＵＶ光５６は、ＵＶ−Ｃの波長範囲で光触媒４０を照射するが、光触媒の種類および／または空気処理モジュール１８での空気浄化の必要性に応じて、他のＵＶ波長範囲を利用してもよい。
【００１９】
例示の空気処理モジュール１８は、操作上は２つの異なる態様で機能する。第１の態様において、空気処理モジュール１８は、室内空間１２から空気を取り込んで浄化し、室内空間１２へ戻す機能を主に行う。第１の態様において、加熱素子５０は選択的にオフにされ、プラズマ装置３８は選択的にオフにされ、ＵＶ光５６は選択的にオンにされている。こうしてフィルタ３６は、空気流３２からＶＯＣｓおよびＳＶＯＣｓなどの汚染物質を、捕捉し、トラップにかけ、吸着する。光触媒４０は、フィルタ３６を通過してくる他の汚染物質を分解するために機能する。加熱素子５０およびプラズマ装置３８は、第１の態様では機能しないが、他の例においては、加熱素子５０と、空気をろ過し空気を動かす機能をもつプラズマ装置３８と、を同時に動作させることが有効な場合もある。
【００２０】
第２の態様において、空気処理モジュール１８は、フィルタ３６を再生する機能を主に行う。すなわち、活性炭または他の吸着材フィルタ媒体が、以前に吸着された汚染物質を脱離するように調整される。フィルタキャビネット３４内で、空気流速がおよそゼロになるように、空気流３２が止められる。加熱素子５０は選択的にオンの状態にされ、フィルタ３６を約１００℃まで加熱するが、他の加熱温度または他の加熱分布を使用してもよい。フィルタ３６は、以前に吸着された汚染物質を脱離し、放出する。プラズマ装置３８は、選択的にオンの状態にされていて、プラズマを発生させる。光触媒が放出された汚染物質を酸化しないように、ＵＶ光５６はオフの状態にされていることが好ましい。
【００２１】
フィルタキャビネット３４は、放出された汚染物質を保持し、かつ本質的にプラズマ装置３８の反応容器として働く。フィルタ３６は、ＶＯＣｓ、ＳＶＯＣｓまたは他の汚染物質などの放出された汚染物質を吸着／脱離するように設計され、これらの汚染物質は、プラズマ装置３８によって生成されたプラズマと接触する。プラズマは、汚染物質を固体の汚染物質生成物に化学変化させ、この固体の汚染物質生成物を、バイアス電極５４上の受け部に析出させる。本質的に動けない不活性な固体の汚染物質生成物は、析出すると、光触媒４０を害することは殆どない。一例において、プラズマは、固体の汚染物質生成物をワイヤカソード上に析出させる。ワイヤカソードは、予め決められた回数の析出サイクルを終えると、プラズマ装置３８から取り外され、廃棄されるか洗浄される。
【００２２】
第２の態様の間に、加熱素子５０およびプラズマ装置３８は、選択された予め決められた長さの時間、動作する。この時間は、ｉ）フィルタ３６から汚染物質のほとんどを放出することによりフィルタ３６を再生し、かつ、ｉｉ）汚染物質を固体の汚染物質生成物に変化させる、ことに十分であるのが好ましい。必要とされる時間は、温度と、フィルタ媒体の寸法および形式と、フィルタキャビネット３４の寸法と、使用されるプラズマ装置３８の寸法および形式と、により異なる。
【００２３】
固体の汚染物質生成物に変化されなかった残りの汚染物質から光触媒４０を保護するために、第２の態様から第１の態様に切り換えるとき、ＵＶ光５６はオフの状態のままにされることが好ましい。ＵＶ光５６を照射して光触媒４０を作用させる前に、空気流３２は選択された予め決められた長さの時間、フィルタキャビネット３４を流れ、放出されて残った汚染物質をパージ(purge)する。
【００２４】
他の実施例において、汚染物質生成物は、ケイ素含有ＶＯＣｓおよびケイ素含有ＳＶＯＣｓなどの有機ケイ素化合物を含む。フィルタ３６は、加熱されると有機ケイ素化合物を放出し、プラズマ装置３８によって発生されたプラズマが、有機ケイ素化合物を二酸化ケイ素あるいは他のケイ素基ガラスに化学変化させる。プラズマは、二酸化ケイ素または他のケイ素基ガラスをバイアス電極５４に析出させる。
【００２５】
他の実施例において、フィルタ３６は、プリーツ係数（pleating factor）がおよそ８で約１００ｇの活性炭フィルタ媒体を有する単層のプリーツ層(pleated layer)を含む。フィルタ３６は、入ってくる空気流３２に含まれる有機ケイ素化合物のうち約９０％を吸着し、およそ１２時間使用すると、第１の態様の動作での吸着容量に完全に達する。空気処理モジュール１８は、１２時間後くらいに、制御装置などを使って第２の態様に自動変換し、フィルタ３６を再生する。代替的に、または制御装置に加えて、操作者は、各態様への変換を制御することができる。
【００２６】
図５に示される他の実施例では、公知の金属酸化物触媒などのオゾン分解物質５８が、プラズマ装置３８と光触媒４０との間に含まれる。オゾン分解物質５８は、例えばハニカム構造体６０に配置されていてもよく、ＵＶ光５６をオンに切り替える前にプラズマ装置３８からオゾンを受ける。オゾン分解物質５８は、その表面にオゾンを吸着し、オゾンを分解する。この特性は、オゾンの量を減らして、光触媒４０の不動態化の一因となるオゾンに光触媒が曝されることを減らすという利点を提供できる。オゾン分解物質５８は、図に示した以外に、フィルタキャビネット３４の他の位置に代替的に配置されてもよいことを理解されたい。
【００２７】
図６は、フィルタ３６を収容する第２のプラズマ装置１３８を含む他の空気処理モジュール１８の構成の概観を示している。第２のプラズマ装置１３８は、バイアス電極１５４を含み、プラズマ装置３８と同様に、かつ、プラズマ装置３８と連携して動作し、放出された汚染物質を固体の汚染物質生成物に化学変化させる。第２のプラズマ装置１３８を利用することにより、フィルタ３６から放出された汚染物質を完全に化学変化させるための時間を短縮することができる、あるいは、放出された汚染物質を変化させる効率を高めることができる。同様に、多くのプラズマ装置を追加して使用してもよい。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態を開示したが、当業者であれば、所定の変更が本発明の範囲内でなされることを理解するであろう。この理由から、特許請求の範囲は、本発明の正確な範囲および内容を決定するために考慮されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】空気処理モジュールを含むＨＶＡＣ装置。
【図２】例示の空気処理モジュールの斜視図。
【図３】例示のフィルタ、プラズマ装置、および光触媒の概略図。
【図４】図３におけるフィルタの他の例の概略図。
【図５】オゾン分解物質を含む例の空気処理モジュールの概略図。
【図６】第２のプラズマ装置を含む他の空気処理モジュールの構成を示す概略図。
【図１】
2008522822.tif 000003
【図２】
2008522822.tif 000004
【図３】
2008522822.tif 000005
【図４】
2008522822.tif 000006
【図５】
2008522822.tif 000007
【図６】
2008522822.tif 000008
【国際調査報告】
2008522822.tif 000009