(57)【要約】【課題】  高圧電極の金属導体を被覆する誘電体を熱応力から保護し、損傷を防止することにより、異常放電を発生させずに、安定的に空気浄化できる空気浄化装置を提供することを目的としている。【解決手段】  管状誘電体２ｂの管内に空隙２ｇを設けて金属導体２ａが挿入され、空隙２ｇの一部に、金属導体２ａと管状誘電体２ｂとを電気的に接続させる導電体２ｅが設けられた高圧電極２と、化学物質を吸着する吸着材３ｈに導電体３ｔが接続された接地電極３と、を備えた放電電極とそれを用いた空気浄化装置。金属導体２ａと管状誘電体２ｂに空隙２ｇがあるので放電時の熱応力による管状誘電体２ｂの損傷を防止でき、また、金属導体２ａと管状誘電体２ｂとが導電体２ｅにより繋がっているので、放電が安定し異常放電が発生し難い。【選択図】  図１
2008272736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状誘電体の管内に空隙を設けて金属導体が挿入され、前記空隙の一部で前記金属導体と前記管状誘電体とを電気的に接続させる第一の導電体が設けられた高圧電極と、
化学物質を吸着する吸着材に第二の導電体が接続された接地電極と、
を備え、
前記高圧電極と前記接地電極とが対向されていることを特徴とする空気浄化用の放電電極。
【請求項２】
管状誘電体の管内に空隙を設けて金属導体が挿入され、前記空隙の一部で前記金属導体と前記管状誘電体とを電気的に接続させる第一の導電体が設けられた高圧電極と、
化学物質を吸着する吸着材に第二の導電体が接続された接地電極と、
を備え、
前記吸着材が管形状であり、前記吸着材の管内に空隙を設けて前記高圧電極が挿入されていることを特徴とする空気浄化用の放電電極。
【請求項３】
管状誘電体の管内に空隙を設けて金属導体が挿入され、前記空隙の一部で前記金属導体と前記管状誘電体とを電気的に接続させる第一の導電体が設けられた高圧電極と、
化学物質を吸着する吸着材に第二の導電体が接続された接地電極と、
を備え、
前記吸着材が板形状であり、前記吸着材の板面に対して平行に形成された孔に空隙を設けて前記高圧電極が挿入されていることを特徴とする空気浄化用の放電電極。
【請求項４】
管状誘電体の内壁に導電膜が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の空気浄化用の放電電極。
【請求項５】
吸着材は、吸着剤としてゼオライトが基台に添着されたものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の空気浄化用の放電電極。
【請求項６】
吸着剤にマンガン、銅、ニッケル、亜鉛、鉄、チタン、コバルトの酸化物とこれらの複合体および金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウムから選ばれる少なくとも１種類以上の触媒が添加されていることを特徴とする請求項５に記載の空気浄化用の放電電極。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の放電電極に電源を供給する高圧電源と、前記放電電極に被処理空気を引き込む吸気用のファンと、前記被処理空気から塵埃を除去する除塵フィルタと、を備えたことを特徴とする空気浄化装置。
【請求項８】
高圧電極に対して直列または並列に可変誘導負荷を備えたことを特徴とする請求項７に記載の空気浄化装置。
【請求項９】
高圧電極に対して直列に可変抵抗を備えたことを特徴とする請求項７に記載の空気浄化装置。
【請求項１０】
接地電極に対して直列に可変抵抗を備えたことを特徴とする請求項７に記載の空気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば塗装工程などから排出される空気に含まれる揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：以下、ＶＯＣｓと称する。）を分解除去する装置に用いられる放電電極およびそれを用いた空気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
塗装工場や半導体工場、あるいは印刷工場などは多量の有機溶剤を使用している。このような工場から大気に排出されるＶＯＣｓは、太陽光やオゾンなどとの反応により炭化水素系微粒子を形成したり、大気中のオゾン濃度を増大させたりするなど大気環境に重大な影響を与えることが知られている。このため、ＶＯＣｓを回収し分解処理することが強く求められている。
２００４年に公布された改正大気汚染防止法では、光化学スモッグ、ＳＰＭ（浮遊粒子状物質）による大気汚染防止のため、その原因物質であるＶＯＣｓの排出及び飛散を抑止することを求めている。この改正大気汚染防止法によりＶＯＣｓの削減の必要性が顕著化し、ＶＯＣｓを分解・除去するさまざまな方法が検討されている。一方、近年労働環境に対する環境改善指向が高まっており、作業環境の改善としてＶＯＣｓなどの化学物質削減のニーズが高まっている。これら、ＶＯＣｓなどの化学物質を除去する方法として、活性炭などの吸着剤等に化学物質を捕集し除去する方法が一般的であった。しかしながら、この方法では長期間の使用により吸着剤が飽和し、浄化能力が低下することからコスト、メンテナンスの点、さらに化学物質が多量に吸着している吸着剤から化学物質が再放出するといった問題があり、新たな除去方法の開発が必要であった。そこで、吸着剤で吸着した化学物質を低エネルギで分解でき、かつメンテナンスが容易で一旦捕集した化学物質の再放出を抑制する浄化方法として放電プラズマと吸着剤を利用したものが注目されている。
【０００３】
特許文献１による空気浄化装置では、ＶＯＣｓを放電を行う両電極間に触媒を設けて誘電体を配設させることで、アセトアルデヒド及び揮発性有機化合物などのガス状汚染物質を浄化している。また、両電極間は誘電体で覆われているため、放電プラズマを利用する際に問題となる火花放電を抑制することができる。
【０００４】
また、特許文献２によるガス処理装置では、特許文献１による空気浄化装置が電極と平行に被処理空気を流しているため圧力損失の問題があるのに対して、被処理ガスが誘電体部材内を誘電体部材に対して垂直な方向に流通するようプラズマ処理室内に配置されているので、圧力損失が低減されている。さらに、誘電体部材の孔内空間に生成したプラズマと被処理ガスの接触確率が増し、処理効率を上げている。
【特許文献１】特開２００３−１３５５８２号公報
【特許文献２】特開２００６−１８７７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記、従来の空気浄化装置においては、高圧電極が熱膨張率の異なる誘電体で金属導体が被覆されているため、放電時に発生する熱により熱膨張率が小さい誘電体の一部が損傷し、異常放電が発生する可能性があるといった問題点があった。
【０００６】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、金属導体と誘電体の熱膨張差があっても、放電時に発生する熱によって誘電体が損傷せず、安定的で高い処理効率を維持できる空気浄化用の放電電極とそれを用いた空気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る空気浄化用の放電電極は、管状誘電体の管内に空隙を設けて金属導体が挿入され、空隙の一部で金属導体と管状誘電体とを電気的に接続させる第一の導電体が設けられた高圧電極と、化学物質を吸着する吸着材に第二の導電体が接続された接地電極と、を備え、高圧電極と接地電極とが対向されていることを特徴とするものである。この課題解決手段によれば、高圧電極と接地電極との放電で発生されたプラズマにより吸着材に吸着された化学物質を分解処理できる。また、金属導体と管状誘電体に空隙が設けられているので放電時の熱応力による管状誘電体の損傷を防止できる。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明の請求項２に係る空気浄化用の放電電極は、管状誘電体の管内に空隙を設けて金属導体が挿入され、空隙の一部で金属導体と管状誘電体とを電気的に接続させる第一の導電体が設けられた高圧電極と、化学物質を吸着する吸着材に第二の導電体が接続された接地電極と、を備え、吸着材が管形状であり、吸着材の管内に空隙を設けて高圧電極が挿入されていることを特徴とするものである。この課題解決手段によれば、高圧電極と接地電極との放電で発生されたプラズマにより吸着材に吸着された化学物質を分解処理できる。また、金属導体と管状誘電体に空隙が設けられているので放電時の熱応力による管状誘電体の損傷を防止できる。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、本発明の請求項３に係る空気浄化用の放電電極は、管状誘電体の管内に空隙を設けて金属導体が挿入され、空隙の一部で金属導体と管状誘電体とを電気的に接続させる第一の導電体が設けられた高圧電極と、化学物質を吸着する吸着材に第二の導電体が接続された接地電極と、を備え、吸着材が板形状であり、吸着材の板面に対して平行に形成された孔に空隙を設けて高圧電極が挿入されているものである。この課題解決手段によれば、高圧電極と接地電極との放電で発生されたプラズマにより吸着材に吸着された化学物質を分解処理できる。また、金属導体と管状誘電体に空隙が設けられているので放電時の熱応力による管状誘電体の損傷を防止できる。
【００１０】
また、本発明に係る空気浄化装置は、放電電極に電源を供給する高圧電源と、放電電極に被処理空気を引き込む吸気用のファンと、被処理空気から塵埃を除去する除塵フィルタと、を備えたものである。この課題解決手段によれば、高圧電極と接地電極との間の放電によりプラズマを発生させ、接地電極の吸着材に吸着されたＶＯＣｓなどの化学物質を反応により、分解処理することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の放電電極および空気浄化装置によれば、高圧電極の金属導体と誘電体との間に空隙を設け、金属導体と誘電体とを導電体により一部で接続させているので、放電時の熱の上昇により金属導体と誘電体間で熱膨張差が生じても、誘電体にストレスが加わることがないため誘電体が損傷を受けず、異常放電が発生せず安定した放電が維持できる効果がある。また、接地電極が吸着材で構成されているため、放電プラズマにより生成した酸素原子などの活性種と吸着材に濃縮されたＶＯＣｓなどの有機ガス分子とを効率良く反応させて化学物質を除去することができる効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態に係る放電電極および空気浄化装置の構成と動作について、図を参照しながら説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気浄化装置の構成を示す透視斜視図である。図２は、放電電極の接地電極部の構成を示す斜視図である。
図１（ａ）に示すように、空気浄化装置１は、金属導体２ａが管状誘電体２ｂ内に空隙２ｇを設けて挿入配置された複数本の高圧電極２と所定の距離を隔てて対向する接地電極３とにより構成された放電電極対、高圧電極２に接続された高圧電源４、また、放電電極対の後方に設けられた吸気用のファン５、放電電極対の前方に配置された除塵フィルタ６から構成されている。図１（ｂ）に、高圧電極２の断面図を示す。管状誘電体２ｂの内壁には、導電膜２ｃが形成されており、金属導体２ａと導電膜２ｃの間の空隙２ｇには、金属導体２ａと導電膜２ｃとを電気的に接続させる状態で第一の導電体である導電体２ｅが取り付けられている。図２に示すように、接地電極３は、板状吸着材３ｈとこの周囲側面に取り付けられた金属などの第二の導電体である帯状導電体３ｔから構成されている。
【００１４】
次に、実施の形態１に係る空気浄化装置の動作について、図１を参照して説明する。
まず、ＶＯＣｓが含まれる被処理空気７が吸気用のファン５により空気浄化装置１内に導入されるが、除塵フィルタ６により被処理空気７中に含まれる空気中に浮遊している塵や埃、ペンキカスなどの粒子などの塵埃が取り除かれる。次に、高圧電極２間をすり抜けた被処理空気７に含まれるＶＯＣｓなどの有機ガス分子を始めとする化学物質は接地電極３の板状吸着材３ｈで吸着される。高圧電極２と接地電極３には高圧電源４から交流高電圧が印加され無声放電により、プラズマが発生し、接地電極３の板状吸着材３ｈに吸着されている有機ガス分子が式（１）から式（６）で示される反応により、酸化され、二酸化炭素と水とに分解処理される。なお、分解処理は交流高電圧が印加された放電時に行なわれるが、吸着は放電時、非放電時に係らず行なわれる。また、放電時には吸着材から放出されるもののみならず、吸着されずにプラズマ中に直接飛来したものも分解される。その後、有機ガス分子が分解除去された清浄空気８は、空気浄化装置１外に排出される。
【００１５】
放電により発生されたプラズマによる被処理空気中に含まれる炭化水素やアルデヒドなどのＶＯＣｓの有機ガス分子の分解に関わる主な反応は、式（１）から式（６）で表される。具体的には、有機ガス分子の分解は、放電により生成されたオゾン（Ｏ３）による分解、酸素原子（Ｏ）による分解、およびペルオキシドラジカル（ＯＨ）による分解とに分けられる。
まず、式（１）から式（３）で示すオゾンによる分解では、式（１）で示されるように、酸素分子（Ｏ２）が電子（ｅ）により酸素原子（Ｏ）に分解される。次に、式（２）で示されるように、酸素原子（Ｏ）と酸素分子（Ｏ２）とによりオゾン（Ｏ３）が生成される。続いて、式（３）に示されるように、このオゾン（Ｏ３）により有機ガス分子（ＣｋＨｍＯｎ、ここで、ｋ、ｍ、ｎは整数）は二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに分解される。式（４）で示す酸素原子（Ｏ）による分解では、式（１）で示される酸素原子（Ｏ）により有機ガス分子（ＣｋＨｍＯｎ）は二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）に分解される。また、式（５）と式（６）に示すペルオキシドラジカル（ＯＨ）による分解では、式（５）で示されるように、水（Ｈ２Ｏ）と酸素分子（Ｏ２）が反応してペルオキシドラジカル（ＯＨ）が生成され、次に、式（６）で示されるように、このペルオキシドラジカル（ＯＨ）により有機ガス分子（ＣｋＨｍＯｎ）は二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに分解される。
ｅ＋Ｏ２  →  ｅ＋Ｏ＋Ｏ                                                （１）
ここで、ｅは電子を表し、電子は放電により生じる。
Ｏ＋Ｏ２  →  Ｏ３                                                        （２）
ＣｋＨｍＯｎ＋（２ｋ＋ｍ／２−ｎ）Ｏ３  →  ｋＣＯ２＋（ｍ／２）Ｈ２Ｏ
＋（２ｋ＋ｍ／２−ｎ）Ｏ２  （３）
ＣｋＨｎＯｎ＋（２ｋ＋ｍ／２−ｎ）Ｏ  →  ｋＣＯ２＋（ｍ／２）Ｈ２Ｏ        （４）
Ｈ２Ｏ＋１／２Ｏ２  →  ２ＯＨ                                            （５）
ＣｋＨｍＯｎ＋（４ｋ＋ｍ−２ｎ）ＯＨ  →  ｋＣＯ２＋（２ｋ＋ｍ−ｎ）Ｈ２Ｏ  （６）
【００１６】
金属導体とそれを覆うように誘電体を備えた高圧電極においては、放電時に発生する熱の影響により誘電体に比べて熱膨張率が高い金属導体が膨張し、金属導体に誘電体を密着させた場合には誘電体を損傷させる可能性がある。このため、本実施の形態１では、金属導体２ａと管状誘電体２ｂとの間に空隙を設け、金属導体２ａと管状誘電体２ｂとの間の一箇所で導電体２ｅにより電気的に接続されているので、熱膨張による管状誘電体２ｂの損傷を抑制することができるだけでなく、これによる異常放電も抑制することができる。高圧電源４から交流高電圧を供給する事により、高圧電極２と板状吸着材３ｈとの放電空間で無声放電を発生させ、プラズマを生成させる。このプラズマにより生成した酸素原子などの活性種と、板状吸着材３ｈに吸着・濃縮されたＶＯＣｓなどの有機ガス分子の化学物質とを反応させることにより有機ガス分子を分解除去し、板状吸着材３ｈの化学物質の吸着・濃縮能力が回復される。本実施の形態１の構成により、高圧電極２からの火花放電を抑制でき、かつ、高圧電極２と接地電極３とによる放電電極対に投入できる電力を増大させることができる。この結果、有機ガス分子を分解除去する酸素ラジカルの高い生成効率を実現でき、分解効率の高い空気浄化装置を実現することができる。また、熱膨張による管状誘電体２ｂの損傷を抑制することができるので、金属導体２を冷却する必要がなく、放電に伴う熱を利用して分解効率の向上も可能となり、空気浄化装置の小型化が図れる。
【００１７】
板状吸着材３ｈは、空気を流した時の圧力損失を減らすために１ｃｍ２あたり１６〜１５５個のハニカムもしくはコルゲート形状のセルを持つセラミック基台に、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）とその複合体および金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）から選ばれる少なくとも１種類以上の触媒が添加されたＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３からなるＦＡＵ構造やＭＦＩ構造をもつゼオライトなどの吸着剤が添着されたものである。ここでＦＡＵ、ＭＦＩは国際ゼオライト学会（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｚｅｏｌｉｔｅ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：ＩＺＡ）で決定された構造コードであり、ＦＡＵはフォージャサイトとも呼ばれ、細孔径１．２ｎｍ程度の比較的大きな細孔を持つ１２員環のゼオライトであり、ＭＦＩ構造はＺＳＭ５ともよばれ１０員環、細孔０．５〜０．６ｎｍの細孔を持つゼオライトである。触媒は有機ガス分子の酸化分解反応を促進する作用を持つ。また、板状吸着材３ｈの導電性を向上させるために、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）あるいはコバルト（Ｃｏ）の金属を添加してもよい。上記金属を複数種類、添加することは触媒被毒に耐性を持たせ、長時間分解性能を維持させる上で望ましい。
【００１８】
板状吸着材３ｈの別の製法として、ゼオライトの粉末と粘土やアルミナなどのつなぎ（バインダー）でハニカムやコルゲート状に押し出し成型後、焼成したものを基台として、これに二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）やその複合体からなる触媒をイオン交換や含浸により添着したものであってもよい。一般的にゼオライトなどの吸着剤はポーラスであるため、空気中の水分を吸着して導電性を持つ。しかし、疎水性ゼオライトにイオン交換により触媒を添着した場合には、吸湿性が低いため導電性が低くなるので、金属粒子をハニカム基台に混ぜる、もしくは、金属基台に吸着剤を添着させることによって導電性を持たせることができる。さらに、金属粒子に粒径数ナノメートルの粒子を利用する、あるいは、チタン、亜鉛、白金、金、銀などの金属で基台を作ることによりに金属自体に触媒作用を持たせることもできる。
【００１９】
また、放電プラズマを用いて有機ガス分子やＮＨ３などの臭気成分を分解除去するため、放電生成物としてオゾン（Ｏ３）が生成される。生成されたオゾンは微量では問題ないが、高濃度になると有害であるため、板状吸着材３ｈにはオゾンを分解する能力を有する吸着剤を用いるのが望ましく、活性炭などのオゾン分解触媒を添加すると空気浄化装置１から漏れ出すオゾンを低減することができる。さらに二酸化マンガン、鉄、銅、ニッケルなどのオゾン分解触媒を用いた場合、オゾンを酸素分子（Ｏ２）とオゾンよりも酸化力の高い酸素原子（Ｏ）に分解することが出来る。生成した酸素原子はオゾン分解触媒上に留まっているため、オゾン分解触媒上に吸着した有機ガス分子と接触反応し、分解することができるという効果もある。
【００２０】
金属導体２ａは、例えば、材料はステンレス、鉄、銅、タングステンであり、形状は板、棒、線の何れの形状であってもよいが、高圧電極２としての外形形状は、接地電極３の板状吸着材３ｈ全面に対して均一に被処理空気が行き届き、かつ板状吸着材３ｈ全面に亙って一様に放電させるために棒状が好ましい。一例として、高圧電極２の寸法は、金属導体２ａの径が１ｍｍφ、管状誘電体２ｂの外径が３ｍｍφ、肉厚が０．５ｍｍ、導電膜２ｃの膜厚が０．３ｍｍ、空隙２ｇの距離が０．２ｍｍ、全体の長さは１００ｍｍである。管状誘電体２ｂの材質としては、石英、ガラス、ジルコニア、アルミナ、ムライト、ステアタイトセラミックなどがあげられるが、耐電圧、耐熱性、比誘電率が高く、誘電損失の低い誘電体であればよく、これらに限定されるものではない。また、金属導体２ａの形状を円柱状とした場合、それを覆う管状誘電体２ｂは円筒状の形状が望ましい。
【００２１】
管状誘電体２ｂの肉厚は薄いほど放電開始電圧を小さくすることができるが、強度が低下し損傷する可能性が高くなる。また、管状誘電体２ｂの肉厚が厚くなると印加電圧が高くなり、被処理空気の透過を妨げる要因となり得ることから、管状誘電体２ｂの肉厚としては０．５〜１ｍｍを用いることが望ましい。この範囲の肉厚の誘電体を用いることにより、低い放電開始電圧で放電プラズマを発生させることができ、誘電体の損傷を抑止することができる。また、高圧電極２と板状吸着材３ｈとの放電ギャップ長が１ｍｍ未満であると、被処理空気７が高圧電極２の背後の板状吸着材３ｈの面に行き届かず、圧力損失の増加に繋がる。放電ギャップ長が５ｍｍ以上であると、放電開始に必要な電圧が高くなるため、高圧電源４の負荷が増大する。このため、放電ギャップ長は１〜５ｍｍ程度であることが望ましい。
【００２２】
金属導体２ａと管状誘電体２ｂとの空隙２ｇの距離は、金属導体２ａ、管状誘電体２ｂの体積膨張率により決定されるが、例えば、金属導体２ａにＳＵＳ３０４、誘電体３にアルミナセラミックを用いた場合には、放電に伴う温度上昇が１５０℃であるとすると、ＳＵＳ３０４の体積膨張率は、０．００７８であるのに対して、アルミナセラミックの体積膨張率は０．００３６であることから、金属導体２ａの体積に対して１．５％以上の距離を設けることにより管状誘電体の損傷を抑制することができる。
【００２３】
ここで、金属導体２ａと管状誘電体２ｂとの間を接触接続する導電体２ｅとしては、導電性を有する材質であれば良く、導電性を有する物質を充填する以外に、例えば、金属製ばね、金属製メッシュなどであってもよく、金属導体２ａと誘電体２ｂを電気的に接続させることにより、放電時に金属導体２ａが膨張した際には、金属製ばねもしくは金属製メッシュが収縮することにより誘電体２ｂにかかる応力を低減できるため、管状誘電体２ｂの損傷を抑制することができる。接触接続する導電体２ｅは、金属導体２ａの膨張による管状誘電体２ｂの応力を考慮すると一箇所であることが好ましい。
【００２４】
また、管状誘電体２ｂの内壁に導電膜２ｃを形成する方法としては、めっき、塗布、貼り付け、スパッタによる方法などがある。この導電膜２ｃにより、金属導体２ａと管状誘電体２ｂとの空隙２ｇでの異常放電を抑え、かつ放電時の発熱が引き起こす金属導体２ａの膨張による管状誘電体２ｂの損傷の発生を抑制できる。
【００２５】
接地電極３の板状吸着材３ｈに吸着されたＶＯＣｓなどの有機ガス分子やアンモニアなどの臭気物質を分解するために、高圧電源４により発生させた波高値１〜３０ｋＶ、周波数５０〜１０，０００Ｈｚの正弦波もしくは矩形波交流高電圧、または、パルス的に発生する正負両極性もしくは正また負のみの単極性電圧を印加して、高圧電極２と接地電極３の板状吸着材３ｈとの間で放電させればよい。なお、放電させる印加電圧と周波数は、高圧電極２と接地電極３との距離、吸着した有機ガス分子を分解するために必要な投入エネルギにより決定される。金属導体２ａと板状吸着材３ｈとの間に管状誘電体２ｂが存在することにより、放電が開始されると管状誘電体２ｂ表面に電荷の移動が起こり、高圧電極２表面で一様に放電を発生させることが可能になる。また、この管状誘電体２ｂの存在により金属導体２ａと板状吸着材３ｈとの間での短絡が抑制される。
【００２６】
図３に、投入電力に対する板状吸着材の体積抵抗率と放電電力の関係の一例を示す。ここで、電源周波数は１ｋＨｚ、高圧電極２と板状吸着材３ｈとの放電ギャップ長は２ｍｍ、被処理空気の含有水分濃度が１３，０００ｐｐｍ（露点温度：１１℃）の場合である。板状吸着材３ｈの体積抵抗率が８．５ＭΩｍの場合、１２ｋＶの交流高電圧を印加した際の放電電力が５８Ｗであるのに対して、体積抵抗率が１５ＭΩｍの場合には、同じ１２ｋＶの交流高電圧を印加した場合でも３３Ｗであり、体積抵抗率が増加するに従い、同一印加電圧に対する放電電力が低下する傾向がある。この図から放電プラズマを発生させる場合、接地電極３の板状吸着材３ｈの電気抵抗が高くなるにつれ放電電流が流れ難くなり、投入電力に対して放電電力が低くなることが分かる。従って、この条件で、放電プラズマで分解処理を行う場合には、板状吸着材３ｈの体積抵抗率が８．５ＭΩｍ以下のものを使用することが望ましい。
【００２７】
図４は、高圧電源４から高圧電極２へ高電圧を印加する給電方法を示す図である。図４（ａ）は、複数の高圧電極２に対して金属製の板ばね給電子９で固定、給電する方法である。図４（ｂ）は、線状給電子１０で接続して、給電する方法である。他に線状の替わりに板状給電子（図示せず）なども利用できる。特に、板ばね給電子９を用いることにより高圧電極２を固定できるため、板状吸着材３ｈに対して均一な放電プラズマを実現することができる。
高圧電極２に高電圧が印加されるので、高圧電極２と対向する板状吸着材３ｈとの放電ギャップ長が不均一であると電界が一点に集中し、火花放電に進展する可能性が高くなり、均一に放電プラズマが生成されない。この結果、吸着材が局所的にしか再生されず、板状吸着材３ｈに濃縮される化学物質を完全に分解除去することができない。そこで、高圧電極２と接地電極３との距離を一定の値に保ち、固定保持する例の斜視図を図５に示す。絶縁性を有する支持体１１に凹部１１ｓを設けて高圧電極２を固定することにより板状吸着材３ｈとの放電ギャップ長を均一に維持し、板ばね給電子９により複数の高圧電極２を高圧電源４に接続することで複数の高圧電極２を同電位に調整できる。また、絶縁性の支持体１１の凹部１１ｓ内に板ばね給電子９を埋め込むことで、板ばね給電子９から板状吸着材３ｈへの異常放電を防ぐことができる。高圧電極２の金属導体２ａは、板ばね給電子９で接続され、高圧電源４に繋がっている。一方、接地電極３は板状吸着材３ｈの側面周囲に取り付けられた帯状導電体３ｔにより接地されている。
【００２８】
支持材１１の材質としては、金属導体２ｅと板状吸着材３ｈとの間での異常放電の発生を抑制する必要があるため、絶縁性が高いものが望ましい。例えば、ポリエチレン、塩化ビニル、天然ゴム、磁器、ガラス、ポリエステル・エポキシ・メラミン・フェノール・ポリウレタンなどの合成樹脂、マイカ・石綿・ガラス繊維など無機材料などの絶縁性を有するものが望ましい。さらに、放電プラズマにより発熱することから耐熱性に優れた材料が好ましい。また、支持材１１により高圧電極２と板状吸着材３ｈとの間の放電ギャップ長が一定に保たれるので、板状吸着材３ｈとの界面で均一な放電プラズマを生成でき、板状吸着材３ｈの完全再生が可能となる。
【００２９】
図６は、管状誘電体２ｂの内壁に導電膜が形成されていない場合における放電電極対部の断面図を示すものである。導電体２ｅは、管状誘電体２ｂの長さ方向に亙って金属導体２ａと管状誘電体２ｂとの空隙に設けられ、管状誘電体２ｂの半径方向に対して一箇所で金属導体２ａと管状誘電体２ｂが接続されている。導電体２ｅは、放電により高圧電極２と接地電極３との間で放電によるプラズマが発生することを考えると、板状吸着材３ｈと対面する側の管状誘電体２ｂの内壁側に設けるのが望ましい。
【００３０】
支持材１１の沿面距離が十分ではない場合、沿面放電が進展し、高圧電極２と板状吸着材３ｈとの空間で放電プラズマが生成されない。高圧電極２に印加する電圧値は、支持材１１の材質などにより決定されるが、沿面距離Ｓと放電ギャップ長Ｄが同じ距離の場合、高圧電極２と板状吸着材３ｈとの間で支持材に沿って沿面放電が進展し、放電プラズマが生成できない可能性がある。ここで、図６に示すように沿面距離Ｓが放電ギャップ長Ｄよりも長くなるように、支持材１１に板状吸着材３ｈ側の開口部が大きくなるように角度θのテーパ部１２を設けておけばよく、角度θを９０度未満にすれば、沿面距離Ｓを放電ギャップ長Ｄより長くすることができる。好ましくは、角度θを１５〜４５度の範囲に設定することにより、沿面距離Ｓが長くなり、高圧電極２と板状吸着材３ｈの沿面放電を抑制することができる。さらに、角度θを設けることにより、板状吸着材３ｈの実効吸着面積を増やすことになり、被処理空気７に対する圧力損失を低減できる。また、支持材１１の側面に凹凸を形成することにより、沿面距離を長くしても同様の効果が得られる。
【００３１】
このように、実施の形態１に係る空気浄化装置によれば、高圧電極２の金属導体２ａと管状誘電体２ｂの間に空隙２ｇを設け、導電体２ｅで金属導体２ａと管状誘電体２ｂの内壁の間に導電体２ｅにより接触接続されているため、管状誘電体２ｂが放電に伴う金属導体２ａの熱膨張の影響を受けず、管状誘電体２ｂの損傷を低減させ異常放電を起こすことなく、接地電極３の板状吸着材３ｈに吸着されている有機ガス分子の放電分解処理を行うことができる効果がある。また、管状誘電体２ｂの内壁に導電膜２ｃが形成されているので、高圧電極２表面で一様に放電させることができ、安定した放電をさせることができる効果もある。
【００３２】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る空気浄化装置の構成を示す透視斜視図および放電電極対の断面図である。
図７（ａ）、（ｂ）において、接地電極１３の円筒状吸着材１３ｈ内に空隙１３ｇを設けて高圧電極２が同心円状に挿入設置され、円筒状吸着材１３ｈに帯状導電体１３ｔが取り付けられている点を除けば、実施の形態１の図１と同様であるので、他の符号の説明を省略する。
【００３３】
次に、実施の形態２に係る空気浄化装置の動作について、図７を参照して説明する。
まず、ＶＯＣｓが含まれる被処理空気７が吸気用のファン５により空気浄化装置１内に導入されるが、除塵フィルタ６により被処理空気７中に含まれる空気中に浮遊している塵や埃、ペンキカスなどの粒子などの塵埃が取り除かれる。次に、被処理空気７に含まれるＶＯＣｓなどの有機ガス分子を始めとする化学物質は、接地電極１３の円筒状吸着材１３ｈで吸着される。高圧電極２と接地電極１３には高圧電源４から高電圧が印加され放電により、プラズマが発生し、接地電極１３の円筒状吸着材１３ｈに吸着されている有機ガス分子が酸化され、二酸化炭素と水とに分解処理される。その後、有機ガス分子が分解除去された清浄空気８は、空気浄化装置１外に排出される。
【００３４】
このように、実施の形態２に係る空気浄化装置によれば、金属導体２ａと管状誘電体２ｂの内壁の間に導電体２ｅにより接触接続されているため、管状誘電体２ｂが放電に伴う金属導体２ａの熱膨張の影響を受けず、管状誘電体２ｂの損傷を低減させ異常放電を起こすことなく、接地電極３の円筒状吸着材１３ｈに吸着されている有機ガス分子の放電分解処理が行えるという実施の形態１と同様の効果を有するとともに、高圧電極２が円筒状吸着材１３ｈ内に空隙１３ｇを設けて、挿入配置されているので、高圧電極２と接地電極１３とのそれぞれの放電電極対の放電距離を独立して調整できるので、距離の調整が容易になるとともに精度が向上し、また、放電が安定するという効果もある。
【００３５】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る空気浄化装置の構成を示す透視斜視図である。
図８において、接地電極１４の板状吸着材１４ｈ内に空隙１４ｇを設けて高圧電極２が同心円状に挿入設置され、板状吸着材１４ｈに帯状導電体１４ｔが取り付けられている点を除けば、実施の形態１の図１と同様であるので、他の符号の説明を省略する。
【００３６】
次に、実施の形態３に係る空気浄化装置の動作について、図８を参照して説明する。
まず、ＶＯＣｓが含まれる被処理空気７が吸気用のファン５により空気浄化装置１内に導入されるが、除塵フィルタ６により被処理空気７中に含まれる空気中に浮遊している塵や埃、ペンキカスなどの粒子などの塵埃が取り除かれる。次に、被処理空気７に含まれるＶＯＣｓなどの有機ガス分子を始めとする化学物質は、接地電極１４の板状吸着材１４ｈで吸着される。高圧電極２と接地電極１４には高圧電源４から高電圧が印加され放電により、プラズマが発生し、接地電極１４の板状吸着材１４ｈに吸着されている有機ガス分子が酸化され、二酸化炭素と水とに分解処理される。その後、有機ガス分子が分解除去された清浄空気８は、空気浄化装置１外に排出される。
【００３７】
このように、実施の形態３に係る空気浄化装置によれば、金属導体２と管状誘電体２ｂの内壁の間に導電体２ｅにより接触接続されているため、管状誘電体２ｂが放電に伴う金属導体２ａの熱膨張の影響を受けず、管状誘電体２ｂの損傷を低減させ異常放電を起こすことなく、接地電極１４の板状吸着材１４ｈに吸着されている有機ガス分子の放電分解処理が行えるという実施の形態１と同様の効果を有するとともに、高圧電極２が板状吸着材１４ｈ内に空隙１４ｇを設けて、挿入配置されているので、高圧電極２と接地電極１４とのそれぞれの放電電極対の放電距離を独立して調整できるので、距離の調整が容易になるという効果がある。また、吸着材が板状であるので、被処理空気と吸着材の接触面積を落とすことなく効率良く処理できる効果もある。
【００３８】
実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４に係る空気浄化装置を示すの透視斜視図である。
図９において、高圧電極２と高圧電源４との間に直列に可変誘導負荷Ｌが設置されている点を除けば、実施の形態１の図１と同様であるので、他の符号の説明を省略する。
【００３９】
次に、実施の形態４に係る空気浄化装置の動作について、図９を参照して説明する。高圧電極２の管状誘電体２ｂには、静電容量Ｃ１が、管状誘電体２ｂと板状吸着材３ｈとの放電ギャップには静電容量Ｃ２が存在する（図示せず）。高圧電源４から交流高電圧を印加する場合、印加電圧波形と放電電流波形との位相がずれることにより、印加電圧に対する電力効率が低下する。可変誘導負荷Ｌを設けることにより、位相ずれを解消し、電力効率を向上させることができる。必要な付加誘電負荷値は、管状誘電体２ｂの静電容量Ｃ１と放電ギャップの静電容量Ｃ２の合成容量Ｃ（＝（Ｃ１＋Ｃ２）／Ｃ１・Ｃ２）、高圧電源４の電源周波数ｆの値にもよるが、例えば、電源周波数を１ｋＨｚ、管状誘電体２ｂの静電容量と放電ギャップ長の付加容量との合成容量Ｃが４０ｐＦである場合における付加誘導負荷値と電力効率の関係の例を図１０に示す。この例では、電力効率を８０％以上にするには、誘導負荷値を６２０〜６５０Ｈに設定することが望ましい。この範囲外の誘電負荷値の場合は、印加電圧に対する投入電力が低下する。必要な電力を投入するためには印加電圧を上げる必要がある。印加電圧を上げると、高圧電極２から空気浄化装置１の筐体などへの異常放電を誘発する可能性がる。上記の誘導負荷の範囲内に設定することにより、印加電圧波形と放電電流波形の位相ずれを無くし、高圧電源の電力効率を向上させることができる。また、可変誘導負荷Ｌを高圧電極２と並列に設置してもよく、直列と並列の両方を備えていてもよい。
【００４０】
このように、実施の形態５に係る空気浄化装置によれば、高圧電極２に対して直列もしく並列、あるいは両方に可変誘導負荷Ｌを設置することにより、管状誘電体２ｂの静電容量と高圧電極２と板状吸着材３ｈとの放電ギャップの静電容量による高圧電源４から印加される交流高電圧の印加電圧波形と放電電流波形との位相のずれを付加する付加誘導負荷値を最適化することにより解消でき、高圧電源４の電力効率を向上させることができる効果を有する。また、印加電圧を最適化し、低く抑えることができるので異常放電を抑制する効果も有する。
【００４１】
実施の形態５．
図１１は、本発明の実施の形態５に係る空気浄化装置を示す透視斜視図である。
図１１において、接地電極３とアースとの間に直列に板状吸着材３ｈの導電率を調整用するための可変抵抗Ｒ１が設置されている点を除けば、実施の形態１の図１と同様であるので、他の符号の説明を省略する。
【００４２】
次に、実施の形態５に係る空気浄化装置の動作について説明する。接地電極が吸着材により構成されているが、吸着材が被処理空気に含まれている水分を吸着すると導電性が変化し、吸着材の電気抵抗値が変化する。一例として、電源周波数を１ｋＨｚ、高圧電極２と板状吸着材３ｈとの放電ギャップ長を２ｍｍとした場合の被処理空気に含まれる水分濃度が１，８００ｐｐｍ（露点温度：−２０℃）、６，０００ｐｐｍ（０℃）、１３，０００ｐｐｍ（１１℃）における印加電圧と放電電力の関係を図１２に示す。水分濃度により高圧電源４からの印加電圧に対する放電電力が異なることが分かる。季節、天候などのより環境条件が異なるため、接地電極３の板状吸着材３ｈの電気抵抗値を一定の値に維持することは困難であるため、高圧電極２に対して直列又は並列に吸着材の導電率を調整用するための可変抵抗Ｒ１を接続することにより、放電電極対のインピーダンスを一定の値に維持し、一定の処理効率に保つことができる。この可変抵抗Ｒ１の値が数ＧΩ以上であると、可変抵抗Ｒ１での電力損失が増大するため、数ＭΩ以下の抵抗値とすることが望ましい。なお、上記説明では、接地電極に直列に可変抵抗Ｒ１を設置する場合について述べたが、接地電極に対して並列に設置したものであってもよい。
【００４３】
このように、実施の形態５に係る空気浄化装置によれば、接地電極３と接地との間に直列に可変抵抗Ｒ１を設置することにより、板状吸着材３ｈに水分が吸着され電気抵抗値が変化しても、その抵抗値を調整することにより、放電電極対のインピーダンスを一定の値に維持し、一定の処理効率に保つことができる効果がある。
【００４４】
実施の形態６．
図１３は、本発明の実施の形態６に係る空気浄化装置を示す透過斜視図である。
図１３において、高圧電極２と高圧電源４との間に直列にアーク放電抑制用の可変抵抗Ｒ２が設置されている点を除けば、実施の形態１の図１と同様であるので、他の符号の説明を省略する。
【００４５】
次に、実施の形態６に係る空気浄化装置の動作について説明する。通常、高圧電極２に高圧電源４から交流高電圧を印加して無声放電を発生させて、被処理空気７中に含まれるＶＯＣｓなどの有機ガス分子の分解処理を行う。しかしながら、環境雰囲気などの要因により放電空間の導電率が上昇し、高圧電極２と接地電極３との間において無声放電からアーク放電に進展する可能性がある。さらに、管状誘電体２ｂの肉厚によっては火花放電への進展も考えられるため、高圧電極２に直列にアーク放電抑制用の可変抵抗Ｒ２を設置して、この抵抗値を調整することによって、アーク放電を抑え、一定の処理効率を保つことができる。ここで、アーク放電抑制用の可変抵抗Ｒ２の値としては、短絡時の放電電流を１ｍＡ以下に抑えられる抵抗値を有するものであれば良く、抵抗値としては、〔最大印加電圧値／１０−３〕Ω以上とすることが望ましい。
【００４６】
このように、実施の形態６に係る空気浄化装置によれば、高圧電極２と高圧電源４との間に直列に可変抵抗Ｒ２を設置して、放電空間の導電率の変化を抵抗値を調整することにより、無声放電がアーク放電に進展するのを抑制し、一定の処理効率を保つことができる効果がある。
【００４７】
なお、上記実施の形態では、吸着剤としてゼオライトを使用する場合について述べたが、同じＭＦＩ構造を持つＳｉＯ２が主成分であるシリカライトを用いても同様の効果が期待できる。
【００４８】
また、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施の形態１に係る空気浄化装置の構成を示す透視斜視図および断面図である。
【図２】実施の形態１に係る空気浄化装置の接地電極を示す略斜視図である。
【図３】実施の形態１に係る空気浄化装置における投入電力に対する板状吸着材の体積抵抗率と放電電力の関係を示す略斜視図である。
【図４】実施の形態１に係る空気浄化装置の高圧電極への給電方法を示す斜視図である。
【図５】実施の形態１に係る空気浄化装置の放電電極対の構成を示す斜視図である。
【図６】実施の形態１に係る空気浄化装置の動作を説明するための放電電極対の断面図である。
【図７】実施の形態２に係る空気浄化装置の構成を示す透視斜視図および断面図である。
【図８】実施の形態３に係る空気浄化装置の構成を示す透視斜視図である。
【図９】実施の形態４に係る空気浄化装置の構成を示す透視斜視図である。
【図１０】実施の形態４に係る空気浄化装置における付加誘導負荷値と電力効率の関係を示す図である。
【図１１】実施の形態５に係る空気浄化装置の構成を示す透視斜視図である。
【図１２】実施の形態５に係る空気浄化装置における水分濃度に対する印加電圧と放電電力の関係を示す図である。
【図１３】実施の形態６に係る空気浄化装置の構成を示す透視斜視図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  空気浄化装置
２  高圧電極
２ａ  金属導体
２ｂ  管状誘電体
２ｃ  導電膜
２ｄ  空隙
２ｅ  導電体
３  接地電極
３ｈ，１４ｈ  板状吸着材
３ｔ，１３ｈ，１４ｈ  帯状導電体
４  高圧電源
５  ファン
６  除塵フィルタ
１３ｈ  円筒状吸着材
Ｌ  可変誘導負荷
Ｒ１，Ｒ２  可変抵抗
【図１】
2008272736.tif 000003
【図２】
2008272736.tif 000004
【図３】
2008272736.tif 000005
【図４】
2008272736.tif 000006
【図５】
2008272736.tif 000007
【図６】
2008272736.tif 000008
【図７】
2008272736.tif 000009
【図８】
2008272736.tif 000010
【図９】
2008272736.tif 000011
【図１０】
2008272736.tif 000012
【図１１】
2008272736.tif 000013
【図１２】
2008272736.tif 000014
【図１３】
2008272736.tif 000015