(57)【要約】【課題】電極間に有害物質や臭気物質を一回通過させるだけで高い確率で分解可能な空気浄化装置を提供することを目的とする。【解決手段】所定間隔をおいて対向配置された平板状の第１電極１及び第２電極２と、両電極間に電圧を印加する電圧印加手段８とを備え、前記電極１、２の対向面の一方の表面が平板状の絶縁体３で覆われ、両電極間の空間にプラズマを発生させる構成とし、さらに好ましくは、外部から空気を送り込む送風手段６を設け、電極１、２の下流側に吸着フィルター７を配置した構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔をおいて対向配置された平板状の第１電極及び第２電極と、両電極間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記電極の対向面の一方の表面が平板状の絶縁体で覆われ、両電極間の空間にプラズマを発生させることを特徴とする空気浄化装置。
【請求項２】
所定間隔をおいて対向配置された平板状の第１電極及び第２電極と、両電極間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記電極の対向面の両方の表面が絶縁体で覆われ、両電極間の空間にプラズマを発生させることを特徴とする空気浄化装置。
【請求項３】
前記絶縁体は、前記電極よりも一回り大きく、平板面に対して垂直方向から見たときに絶縁体の輪郭線と電極の輪郭線との間に一定以上の間隔が存在するように配されたことを特徴とする請求項１又は２記載の空気浄化装置。
【請求項４】
前記第１電極及び第２電極が交互に複数配置されたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の空気浄化装置。
【請求項５】
前記電圧印加手段が、両電極間に交流電圧を印加する請求項１〜４のいずれかに記載の空気浄化装置。
【請求項６】
前記電極に外部から空気を送り込む送風手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空気浄化装置。
【請求項７】
前記送風手段の送風方向に対して、電極の下流側に吸着フィルターを配置したことを特徴とする請求項６記載の空気浄化装置。
【請求項８】
前記送風手段の送風方向に対して、電極の下流側にオゾンを分解する触媒を配置したことを特徴とする請求項６又は７記載の空気浄化装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の空気浄化装置を備えたことを特徴とする空気調節装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気中に含まれる有害物質や臭気物質を除去する空気浄化装置に関するものであるとともに、その特徴的な空気浄化装置を備えた空気調節装置（例えば、空気清浄機、エアコン、除湿機、加湿機、電気暖房機、石油暖房機、ガス暖房機、および冷蔵庫等）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題の顕在化や住環境の高気密化に伴い、空気中の有害物質や臭気物質を取り除き、健康で快適な生活を送りたいという要望が強くなっている。この要望に応えるため、各種のフィルターを備えた空気清浄機が開発されている。これらの空気清浄機は、空間の空気を吸引してフィルターにより有害物質や臭気物質を吸着する方式を採用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フィルターの吸着能力は除去しようとする有害物質や臭気物質の種類により大きく異なる。例えば、燃料を燃焼させる方式の暖房機器や自動車等から排出され、居住空間に滞在する有害な一酸化窒素および二酸化窒素を活性炭フィルターなどの吸着フィルターを利用して除去しようとすると、二酸化窒素は速い速度で除去することが可能であるが、一酸化窒素はその量が減少するにつれて除去速度が著しく低下するので、十分に除去することができない。このように、有害物質や臭気物質の種類によっては、従来の空気清浄機では十分に取り除くことができないという問題点があった。
【０００４】
この問題点を解決するために、例えば、特開２０００−５１７３５号公報に記載されているように、プラズマを発生させて、プラズマの構成因子であるラジカルによって有害物質や臭気物質を分解する方式の空気清浄機が開発されている。この空気清浄機を図面を基に説明する。図６は、空気清浄機の空気浄化部を示す斜視図であり、図７は、空気浄化部の側面図である。
【０００５】
図中、１０１は平行に配置された複数の平板状の対向電極、１０２は複数の対向電極１０１の間に配置された平板状の放電電極である。放電電極１０２は、電極基部１０２ａの長手方向に対して一側に複数の第１の突起１０２ｂを備え、他側に複数の第２の突起１０２ｃを備え、かつ電極基部１０２ａを中心に双方の突起は互い違い（千鳥状）となるように配置されている。
【０００６】
また、対向電極１０１、第１の突起１０２ｂ、第２の突起１０２ｃは、空気流に対して平行になるように配置される。そして、対向電極１０１と放電電極１０２との間に直流の高電圧にパルス状の電圧が重畳される複合波形を持つ電圧を印加することにより、第１の突起１０２ｂおよび第２の突起１０２ｃから対向電極１０１に向かって流れるコロナ放電電流の領域（図７中のＡ、Ｂ）にプラズマが発生する。
【０００７】
このプラズマ中に含まれ、化学的活性種であるラジカルによって、電極間を通過する有害物質や臭気物質が分解される。この方式の空気清浄機によれば、上記フィルター単独方式の空気清浄機と比較して、より多くの種類の有害物質や臭気物質を十分に微量になるまで減少させることができる。
【０００８】
しかしながら、上記従来の空気清浄機では、プラズマが発生する領域（図７中のＡ、Ｂ）が狭い。したがって、有害物質や臭気物質が電極間を一回通過するだけでラジカルと化学反応を起こす確率が小さいため、これらを完全に分解しようとすると、これらを含む空気を繰り返し電極間を通過させる必要がある。このため、有害物質や臭気物質を分解する速度が遅いという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、電極間に有害物質や臭気物質を一回通過させるだけで高い確率で分解可能な空気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、所定間隔をおいて対向配置された平板状の第１電極及び第２電極と、両電極間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、電極の対向面の一方の表面が平板状の絶縁体で覆われ、両電極間の空間にプラズマを発生させることを特徴とする。
【００１１】
上記構成において電圧印加手段に電圧を印加すると、第１電極と第２電極との間に電界が発生する。電極間の空間に存在する空気が持つ誘電率と、絶縁体が持つ誘電率を比較すると、後者の方が大きいので、絶縁体が受ける電界よりも、電極間に存在する空気が受ける電界の方が強い。しかも、電極間に存在する空気の方が、絶縁体よりも低い電界で絶縁破壊を起こす。
【００１２】
したがって、電圧印加手段に印加する電圧を増加させて所定範囲の電圧にすると、電極間に存在する空気の放電が穏やかに起きて、プラズマが発生する。ここで、電極間に存在する空気が受ける電界強度は均一なので、第１電極と第２電極とで囲まれた空間に広く均一にプラズマを発生させることが可能となり、この空間に有害物質や臭気物質を一回通過させるだけで、高い確率で無害でかつ無臭の物質に分解することが可能となる。
【００１３】
絶縁体は、第１電極及び第２電極の対向面の一方の表面を覆うように設けてもよいし、両方の表面を覆うように設けてもよい。このとき、絶縁体は、対向面に対して密着するように形成するのが好ましい。
【００１４】
また、絶縁体は、前記電極よりも一回り大きく形成し、平板面に対して垂直方向から見たときに絶縁体の輪郭線と電極の輪郭線との間に一定以上の間隔が存在するように配すれば、互いの電極端面間に導電性の高い放電路が形成されて大きな電流が流れるのを確実に防止することが可能となる。
【００１５】
電極は、第１電極と第２電極とをそれぞれ一つずつ使用してもよいが、第１電極及び第２電極を交互に複数配置すれば、より広い空間にプラズマを発生させることができ、単位時間あたりの空気浄化量を増やすことが可能となる点で好ましい。
【００１６】
電極間に印加する電圧は、電圧が時間変化しない直流電圧の場合、絶縁体の存在によって第１電極または第２電極に流れ込めない電荷が絶縁体の表面に蓄積されてゆき、電極間に存在する空気に加わる電界が減少するので、放電がすぐに止まってしまう。
【００１７】
そこで、該電圧印加手段が、交流電圧などの極性が周期的に変化する電圧を印加可能とし、これにより、安定してプラズマを維持することができる。
このとき、電極間に存在する空気中の分子、イオン、電子のうち、電子は体積および質量が非常に小さいため、生成してから空気中の他の分子等に衝突するまでに電界によって十分に加速されて非常に温度が高くなる。しかし、分子やイオンは体積および質量が大きいため、あまり加速されず温度が高くならない。
【００１８】
つまり、所定範囲にあって極性が周期的に変化する電圧を電極に印加すると、分子やイオンと、電子との間に温度差がある状態のプラズマである、非平衡プラズマを穏やかに発生させることができる。さらに、第１電極および第２電極と、絶縁体との間の広い空間に、均一な強度の非平衡プラズマを安定して維持することができる。
【００１９】
そして、上記非平衡プラズマによって、酸素ラジカル、水酸基ラジカル等のラジカルや、オゾン、正イオン及び負イオン等の活性種が生成される。すなわち、電極間の広い空間に一様にラジカル等の活性種が生成される。これらのラジカル等の活性種は活性度が高く、空気中の有害物質や臭気物質と非常に速い速度で反応する。
【００２０】
その結果、空気中の有害物質や臭気物質は、電極間を一回通過するだけで高い確率で、無害でかつ無臭の物質に分解または変換されるか、あるいは、吸着等の手段によって除去しやすい別の物質に分解または変換される。したがって、浄化したい空気に含まれる有害物質や臭気物質を速い速度で除去することができる。
【００２１】
以上説明したところの空気浄化装置は、電極を浄化すべき空気に接触するようにして設置し、自然対流あるいは自然拡散を利用して空気を処理してもよいが、電極をケース内に収容し、外部から電極に空気を送り込み、プラズマで処理した後の空気を外部に放出するようにすれば、空気の処理能力を高めることができる点で好ましい。
【００２２】
また、空気中に含まれる物質のうち、無害でかつ無臭の物質については、そのまま空気浄化装置の外部に放出してもよいが、有害物質あるいは臭気物質については、空気浄化装置の内部で除去する必要がある。
【００２３】
そこで、本発明では、送風手段の送風方向に対して、電極の下流側に吸着フィルターを配置した構成を採用可能とし、これにより、プラズマによって生成する活性種で分解できなかった有害物質あるいは臭気物質を吸着フィルターで除去することが可能となる。
【００２４】
また、一酸化窒素のように吸着フィルターによる捕集効率の低い有害物質の場合、プラズマによる活性種の作用により二酸化窒素に変化するため、フィルターにより容易に吸着除去することが可能となる。このように、プラズマによる活性種とフィルターの組合せにより、有害物質等を効率よく除去することができる。
【００２５】
また、上記の非平衡プラズマによって生成したラジカル等の活性種のうち、酸素ラジカルや水酸基ラジカル等のラジカルは生成してから消滅するまでの時間が非常に短いので、空気浄化装置の外部に放出されることはないが、オゾン、正イオンおよび負イオンは、一部分が空気浄化装置の外部に放出される。
【００２６】
放出される微量の正イオン、負イオンは元々自然界に存在するもので、無害かつ無臭である上、空気を浄化する作用があるので、そのまま空気浄化装置の外部に放出してもよい。
【００２７】
しかし、比較的多く生成するオゾンに関しては、そのまま空気浄化装置の外部に放出すると、不快なオゾン臭がする上、人体に悪い影響を及ぼす場合がある。そこで、本発明においては、送風方向に対して電極の下流側にオゾン分解触媒を単体で配置するか、フィルターの組成にオゾンを分解する効果を持つ触媒を加えるか、あるいは、フィルター表面にオゾンを分解する効果を持つ触媒を付着させる構成を採用可能とした。
【００２８】
いずれにしても、フィルターの表面にオゾンを分解する効果を持つ触媒を露出させることにより、オゾンがフィルターを通過する際、触媒反応によってオゾンを無害な酸素に分解することが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態を図１〜３に示す。図１は空気浄化装置を示す概略構成図を、図２は電極の斜視図を、図３は電極の側面図を、夫々示す。本実施形態においては、電極の対向面の一方の面が平板状の絶縁体で覆われている点が特徴とされ、これにより、電極間の空間Ｃに均一にプラズマが発生するようになっている。
【００３０】
図１において、空気浄化装置４は、第１電極１及び第２電極２から構成される空気浄化部５、送風装置６およびフィルター７を備えており、これらは図示しないケース内に収容されている。送風装置６は、装置の外部から吸込んだ空気を空気浄化部５からフィルター７へと送り、処理後の空気は外部へ放出するようになっている。
【００３１】
空気浄化部５には、図２及び図３に示すように、所定間隔をおいて平板状の第１電極１と、平板状の第２電極２とが交互に複数ずつ対向配置されている。この電極の配列方向は、送風装置６によって送り込まれる空気の流れに対して直交する方向とされている。これにより、空気浄化部５に送り込まれた空気は、各電極間の空間Ｃを通過するようになっている。
【００３２】
第１電極１及び第２電極２はすべて、同一片側の表面の全面が平板状の絶縁体３によって密着するように覆われている。第１電極１、第２電極２および絶縁体３は、すべて平行になるように配置されている。
【００３３】
絶縁体３が形成する平板面は、第１電極１および第２電極２の平板面よりも一回り大きく、これらの平板面に対して垂直な方向から見たとき、第１電極１および第２電極２が持つ輪郭線と、絶縁体３が持つ輪郭線との間には、所定値以上の間隔が存在するような配置とされている。
第１電極１、第２電極２および絶縁体３を上記のように配置することにより、第１電極１と第２電極２が直接導電性の高い放電路で結ばれ、大きな電流が流れることを防ぐようになっている。
【００３４】
第１電極１および第２電極２は、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス、タングステン等の金属薄板から形成される。あるいは、絶縁体３の表面にアルミニウム、銅、タングステン等の金属薄膜を物理的または化学的に堆積させることにより、第１電極１および第２電極２を形成してもよい。絶縁体３は、例えば、ガラス、セラミックス等の絶縁体薄板から形成される。
【００３５】
空気浄化装置４には、第１電極１と、第２電極２との間に交流電圧を印加する電圧印加手段８が設けられている。電圧印加手段８によって第１電極１と、第２電極２との間に交流電圧を印加すると、図３に示すように、第１電極１および第２電極２の対向面の間に形成される空間Ｃに、均一な強度の非平衡プラズマが発生し、安定に維持される。
【００３６】
したがって、送風装置６によって外部から空気浄化部５に送り込まれた空気に含まれる有害物質や臭気物質は、電極１、２間を一回通過するだけで高い確率で無害な物質に分解または変換されるか、あるいは、吸着等の手段によって除去しやすい別の物質に分解または変換される。
【００３７】
空気浄化部５の下流側にはフィルター７が配置されており、非平衡プラズマの作用によって生成した物質のうち、有害物質あるいは臭気物質については、このフィルター７で除去するようになっている。
【００３８】
フィルター７は、フィルターを構成する材料の組成中に適切な吸着剤を含有するか、又は、フィルター表面に適切な吸着剤を付着させた構成とされている。いずれにしても、フィルター７の表面には適切な吸着剤が露出しているので、空気浄化部５を通過して送り込まれた空気に含まれる有害物質や臭気物質を吸着によって除去できる。
【００３９】
また、フィルター７には、プラズマ放電により生成するオゾンを除去するために、フィルター７を構成する材料の組成中にオゾンを分解する効果を持つ触媒を加えるか、あるいは、フィルター表面にオゾンを分解する効果を持つ触媒を付着させた構成とされている。いずれにしても、フィルター７の表面にオゾンを分解する効果を持つ触媒を露出させることにより、オゾンがフィルター７を通過する際、触媒反応によってオゾンを無害な酸素に分解する。
【００４０】
ただし、空気浄化部５を通過する空気の温度が十分に高い場合は、熱によってオゾンが速やかに無害な酸素に分解されるので、オゾンを分解する効果を持つ触媒を用いなくてもよい。例えば、石油ファンヒーターやガスファンヒーターなどの燃焼機器に空気浄化装置４を搭載する場合は、熱によってオゾンが速やかに無害な酸素に分解されるため、オゾンを分解する効果を持つ触媒を用いなくてもよい場合がある。
【００４１】
以下に、上記の空気浄化装置を使用した場合における、有害物質の代表例であるＮＯｘ（本明細書では、一酸化窒素及び二酸化窒素をまとめて呼ぶ時に用いる）の分解特性について、試験方法および試験結果を述べる。
【００４２】
まず、石油ファンヒータの吹き出し口に外側から空気浄化装置４を取り付け、石油ファンヒータの燃焼運転を開始する。なお、この場合には、ファンヒータから空気が送り込まれるため、空気浄化装置としては、送風装置は不要となる。吹き出し口から空気浄化装置４を通過して排出される温風には、一酸化窒素と二酸化窒素が含まれる。
【００４３】
この一酸化窒素濃度と二酸化窒素濃度との経過時間に対する変化を測定する。一定時間経過後、空気浄化装置４の電圧印加手段８に電圧を印加する。なお、空気浄化装置４の空気浄化部５の構成に関しては、第１電極１及び第２電極２は、空気流方向の長さが５０ｍｍ、厚み０．０５ｍｍのステンレス板で形成し、絶縁体３は、空気流方向の長さが８０ｍｍ、厚み０．５５ｍｍのホウ珪酸ガラス板で形成し、絶縁体３の配置間隔を１．１ｍｍとする。電圧印加手段８に印加する電圧は、振幅１０ｋＶ、周波数６０Ｈｚの交流電圧とする。
【００４４】
上記の試験による試験結果を図４に示す。図４は横軸に上記経過時間（単位：分）を、縦軸に一酸化窒素および二酸化窒素の濃度（単位：ｐｐｍ）をとり、一酸化窒素濃度および二酸化窒素濃度の経時変化を示している。図４の横軸が示す経過時間において、５分以降、空気浄化装置４の電圧印加手段に継続して電圧を印加する。
【００４５】
図４からも明らかなように、空気浄化装置４の運転によって石油ファンヒータから排出される一酸化窒素の９９％以上が除去され、その大部分は二酸化窒素に変換される。なお、図４において、電圧印加開始後、一酸化窒素濃度がほぼゼロになるまでに２分弱の時間が経過しているが、これは、測定に必要な測定装置の応答時間によるものであり、実際には電圧印加後、瞬時に一酸化窒素濃度がほぼゼロになる。
【００４６】
ここで、二酸化窒素はフィルターによる吸着除去が容易なので、空気流に対して空気浄化装置４の下流側に配置されたフィルター７により、石油ファンヒーターから排出されるＮＯｘの大部分が除去される。
【００４７】
また、本実施形態における空気浄化装置を空気調節装置（空気の物性を変化させて所望の雰囲気状態を作り出す装置をいい、この空気調節装置には、空気清浄機、エアコン、除湿機、加湿機、電気暖房機、石油暖房機、ガス暖房機、および冷蔵庫等が含まれる）に搭載することにより、調節しようとする空気中に含まれる有害物質や臭気物質を除去し、健康で快適な雰囲気状態を作り出すことができる。
【００４８】
［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態を示す図であり、電極と絶縁体との配置を示す側面図である。本実施形態においては、電極の対向面の両方の面が平板状の絶縁体で覆われている点が特徴とされ、その他の構成は第１の実施形態と同じとされている。
【００４９】
図５において、平板状の第１電極１と、平板状の第２電極２とが所定間隔をおいて交互に複数個配置されている。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、これらの電極がすべて、同一片側の表面を平板状の絶縁体３によって覆われるのではなく、両側の表面全面が平板状の絶縁体３によって覆われる点である。
【００５０】
このように第１電極１、第２電極２および絶縁体３を配置しても、第１の実施形態と同様に空間Ｃに非平衡プラズマを安定的に発生させることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所定間隔をおいて対向配置された平板状の第１電極及び第２電極の対向する一方の表面全面を平板状の絶縁体で覆ったため、両電極間の広い空間にプラズマを一様に発生させることが可能となり、空気中に含まれる有害物質や臭気物質を速い速度で除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の空気浄化装置を示す概略構成図
【図２】図１における電極の配置を示す斜視図
【図３】上記電極の側面図
【図４】石油ファンヒータの燃焼運転におけるＮＯｘの濃度を示すグラフ
【図５】第２の実施形態を示す電極の側面図
【図６】従来の空気清浄機の空気浄化部を示す斜視図
【図７】上記空気浄化部の側面図
【符号の説明】
１　　第１電極
２　　第２電極
３　　絶縁体
４　　空気浄化装置
５　　空気浄化部
６　　送風装置
７　　フィルター
８　　電圧印加手段
【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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