(57)【要約】【課題】簡便な機構によって内燃機関等からの排気ガスに含まれる浮遊粒子状物質を除去すること。また、汚濁された空気を火炎に由来する空気イオンを利用して浄化すること。【解決手段】空気流の上流側に位置する火炎の内部および／または周辺にて生成されたプラスイオンとマイナスイオンの混合気中に電極４２を配置し、電極４２に３Ｖ以上の正（または負）の電圧を印加することによってプラスイオン（またはマイナスイオン）の混合比を増大させ、空気流の下流側に位置する負（または正）の電圧を印加した集塵装置５により空気流に含まれる微細粉塵、浮遊粒子状物質、有害物質または悪臭物質等除去対象物質を集塵し、空気を浄化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流の上流側に位置する火炎の内部および／または周辺にて生成されたプラスイオンとマイナスイオンの混合気中に電極を配置し、該電極に３Ｖ以上の正（または負）の電圧を印加することによってプラスイオン（またはマイナスイオン）の混合比を増大させ、空気流の下流側に位置する負（または正）の電圧を印加した集塵装置により空気流に含まれる微細粉塵、浮遊粒子状物質、有害物質または悪臭物質等除去対象物質を集塵し、空気を浄化することを特徴とする空気浄化方法。
【請求項２】
空気流の上流側に位置する火炎の内部および／または周辺にて生成されたプラスイオンとマイナスイオンの混合気中に配置され、３Ｖ以上の正（または負）の電圧が印加されることによってプラスイオン（またはマイナスイオン）の混合比を増大させる電極と、
空気流の下流側に位置し、負（または正）の電圧が印加されることによって空気流に含まれる微細粉塵、浮遊粒子状物質、有害物質または悪臭物質等除去対象物質を集塵し、空気を浄化する集塵装置と、
を備えることを特徴とする空気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、船舶用、航空機用、陸上走行用、陸上定置用の各種内燃機関等からの排気ガスに含まれる浮遊粒子状物質を除去する空気浄化方法および空気浄化装置に関する。また、ボイラー、焼却炉、火力発電所、溶鉱炉等、可燃物を燃焼させる機構を有する装置の排気ガスを浄化するための空気浄化方法および空気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排ガス処理方法および排ガス処理装置として、コロナ放電を利用したものが提案されている（例えば、特許文献１，２，３参照）。
【０００３】
また、放射線、Ｘ線、紫外線などの電離放射線を利用した排ガス処理方法および排ガス処理装置が知られている。
【特許文献１】特開平５−５９９３４号公報
【特許文献２】特開２００１−２０５０３９公報
【特許文献３】特開２００２−３３９７２９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、コロナ放電を利用した排ガス処理方法および排ガス処理装置では、生成されるイオン量が少なく、効果の達成範囲が狭小な範囲に限られてしまう。また、高電圧の印加が必須であることから、高電圧を発生させる装置が不可欠となる。また、放電に伴って発生するオゾンや窒素酸化物等が対象物や人体に悪影響を及ぼす可能性がある。また、特に高温に曝されるような厳しい環境下では、放電電極の劣化が著しいため、イオン発生能力が低下しやすく、機能を維持するための保守管理が必要となる。
【０００５】
また、電離放射線を利用した排ガス処理方法および排ガス処理装置では、放射線被曝の危険性を伴う。
【０００６】
ところで、気体分子に電離温度以上の熱エネルギーを与えると気体分子がプラスイオンとマイナスイオンに電離する物理現象が現れる。しかし、この物理現象によって発生したプラスイオンとマイナスイオンは必ず同量であり、従来、その混合比を自由に制御することは不可能であった。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、簡便な機構によって内燃機関等からの排気ガスに含まれる浮遊粒子状物質を除去することを目的とする。また、汚濁された空気を火炎に由来する空気イオンを利用して浄化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の空気浄化方法は、空気流の上流側に位置する火炎の内部および／または周辺にて生成されたプラスイオンとマイナスイオンの混合気中に電極を配置し、該電極に３Ｖ以上の正（または負）の電圧を印加することによってプラスイオン（またはマイナスイオン）の混合比を増大させ、空気流の下流側に位置する負（または正）の電圧を印加した集塵装置により空気流に含まれる微細粉塵、浮遊粒子状物質、有害物質または悪臭物質等除去対象物質を集塵し、空気を浄化することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の空気浄化装置は、空気流の上流側に位置する火炎の内部および／または周辺にて生成されたプラスイオンとマイナスイオンの混合気中に配置され、３Ｖ以上の正（または負）の電圧が印加されることによってプラスイオン（またはマイナスイオン）の混合比を増大させる電極と、空気流の下流側に位置し、負（または正）の電圧が印加されることによって空気流に含まれる微細粉塵、浮遊粒子状物質、有害物質または悪臭物質等除去対象物質を集塵し、空気を浄化する集塵装置とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の空気浄化方法および空気浄化装置において、気体分子は電離温度以上の熱エネルギーを与えると同量のプラスイオンとマイナスイオンに電離する。例えば、可燃性気体や可燃性液体、可燃性固体といった可燃物を燃焼させると、燃焼により火炎の内部および／または周辺の気体分子は同量のプラスイオンとマイナスイオンに電離した状態となる。
【００１１】
この混合気中に配置した電極に３Ｖ以上の例えば正の電圧を印加し、かつ、下流側の集塵装置に負の電圧を印加した場合、マイナスイオンは電極に吸引され電気的に中和され、一方、プラスイオンは電極とは電気的に反発する。このため、混合気中においてプラスイオンの量が多い状態が作り出され、マイナスイオンに対するプラスイオンの混合比が増大する。そして、この混合比は印加電圧が大きい程大きくなる。プラスイオンの混合比が増大した空気流において、空気中に存在する微細粉塵、浮遊粒子状物質、有害物質または悪臭物質等除去対象物質の多くは正に帯電することになる。正に帯電した除去対象物質は、負の電圧を印加した集塵装置を通過する際、負の電圧を印加した集塵装置によって効率良く集塵され、これにより、浄化された空気を得ることができる。
【００１２】
一方、電極に３Ｖ以上の負の電圧を印加し、かつ、集塵装置に正の電圧を印加した場合には、プラスイオンに対するマイナスイオンの混合比が増大し、空気中の除去対象物質の多くは負に帯電するようになり、負に帯電した除去対象物質は、正の電圧を印加した集塵装置によって集塵され、これにより、浄化された空気を得ることができる。
【００１３】
気体分子が電離するために必要とされる熱エネルギーの与え方は、特に制限はないが、可燃物の燃焼によることが好ましい。可燃物は、気体、液体、固体を問わない。気体としては、メタンガス、プロパンガス、都市ガスなどが挙げられる。液体としては、エタノールなどアルコール系燃料、ガソリン、灯油、Ａ重油など炭化水素系燃料などが挙げられる。固体としては、パラフィン系燃料、木材、蝋、紙、可燃性廃棄物などが挙げられる。一般的に不燃物とされる金属、例えば、アルミニウム、マグネシウムなどでも応用できる。
【００１４】
本発明は、内燃機関、火力発電装置、焼却炉など、燃焼工程を伴う全ての装置に利用可能である。
【００１５】
電極の形状は、特に制限されないが、火炎による気流を妨げない形状であるリング状、筒状、網目状、スリット状であることが好ましい。
【００１６】
電極の素材は、導電性を有していればよい。高い導電性と汎用性から、鉄、銅、銀、アルミニウム、亜鉛、ステンレススチールなどが好ましい。
【００１７】
燃焼機器、燃焼装置において、火炎を形成する部分が導電性を有した素材であり、電気的に絶縁された状態に置かれている場合には、火炎を形成する部分全体を電極に見立ててもよい。
【００１８】
電極の位置は、熱エネルギーによりプラスイオンとマイナスイオンが生成される空間、または、生成されたプラスイオンとマイナスイオンが存在する空間であればよい。イオン濃度の観点から、火炎の内部や直上が好ましい。
【００１９】
印加する電圧は３Ｖ以上の正または負の電圧である。３Ｖ未満では、イオンの混合比制御性能が不十分となる。イオンの混合比制御性能面からは、１０Ｖ〜５０００Ｖが好ましい。５０００Ｖを超えると、電極の形状によってはコロナ放電を引き起こすおそれがある。電流量には特に制限はないが、経済性と取扱性から、より少ない電流量が好ましい。電流量は抵抗を用いることによって容易に制御できる。
【００２０】
帯電した除去対象物質を集塵する集塵装置としては、導電性素材で構成された電気集塵機であればよい。導電性素材としては、鉄、アルミニウム、ステンレススチールなどの金属類、段ボール、加工紙などの紙類、紙類に導電性素材を担持あるいは含浸させたものなどが挙げられる。例えばスリット状の金属板に電圧を印加した集塵板を有する電気集塵機、紙製のハニカム状集塵層を有する電気集塵機が挙げられる。集塵機の構造は気流を著しく妨げない構造であれば特に制限されない。
【００２１】
集塵機に印加する電圧の極性は、電極に印加する電圧の反対の極性でなければならない。例えば、電極に正の電圧を印加したときは、プラスイオンの混合比が増大した空気となるため、除去対象物質は正に帯電し、負の電圧を印加した集塵機によって集塵される。これとは逆に、電極に負の電圧を印加したときは、マイナスイオンの混合比が増大した空気となるため、除去対象物質は負に帯電し、正の電圧を印加した集塵機によって集塵される。
【００２２】
集塵機に印加する電圧は５００Ｖ〜８ｋＶが好ましい。５００Ｖ未満では集塵能力が低下し、８ｋＶを超えると、周囲への放電の危険性が生じる。
【００２３】
本発明は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンの排気ガスの浄化に適用することができる。ガソリンエンジン等の内燃機関は、内部における燃料の燃焼に伴い、浮遊粒子状物質ならびに同量のプラスイオンとマイナスイオンを含んだ排気ガスを発生する。エンジンの排気口に電極を設けてイオン混合比を制御し、電極の極性とは逆の極性の電圧を印加した集塵機を空気流の下流に設けることによって、排気ガスに含まれる浮遊粒子状物質を除去し、排気ガスを浄化することができる。
【００２４】
また、焼却炉、火力発電所等で可燃物を燃焼させる際に生じる微細粉塵についても、本発明により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】
【００２５】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
（１）第１実施形態
図１は、第１実施形態に係る空気浄化装置の構成図を示す。
【００２７】
図１において、空気浄化装置は、上流側が２つに分岐した空気通路１を備える。２つの分岐通路１１，１２のうち一方の分岐通路１１は、ファン２の回転によって外部から取り入れた汚染空気を流す。他方の分岐通路１２には、ファン３の回転によって外部から空気が取り入れられる。分岐通路１２には、イオン混合比制御装置４を配置する。イオン混合比制御装置４は、空気をプラスイオンとマイナスイオンに電離する火炎発生源例えばガスバーナー４１と、火炎発生源４１が発生した火炎の内部および／または周辺に生成されたプラスイオンとマイナスイオンの混合気中に配置する電極４２と、この電極４２に高電圧を印加する高圧電源４３とを備える。２つの分岐通路１１，１２の合流点よりも下流側の空気通路１３に、集塵機５を配置する。集塵機５には、高圧電源６により高電圧を印加する。
【００２８】
上記の如き構成の空気浄化装置において、空気汚染源として線香の煙を用い、空気通路１を塩化ビニル製パイプで形成するとともに、集塵機５としてアルミニウム板のスリットで形成された集塵セルを装填した集塵機を用いかつこの集塵機５に−５０００Ｖの高電圧を印加するようにし、電極４２に複数の大きさの異なる電圧を印加して、パイプ１から排気された空気の清浄度をダストモニターを用いて測定したところ、下記表１に示すような結果を得た。なお、電極４２の印加電圧を０Ｖとし、ガスバーナー４１を点火せず、集塵機５の印加電圧を０Ｖとしたときには、排気中に含まれる粉塵量は０．６９ｍｇ／ｍ3であった。
【００２９】
【表１】
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上記表１から、電極４２に印加する電圧の増大にしたがって、空気通路１から排出される空気に含まれる汚染物質の濃度が低下し、空気が浄化されることが分かる。
【００３０】
（２）第２実施形態
図２は、第２実施形態に係る空気浄化装置の構成図を示す。
【００３１】
図２において、空気浄化装置は、ファン３の回転によって外部から取り入れた空気を流す空気通路１を備える。空気通路１内には、ファン３の下流側に空気汚染源７を配置する。空気汚染源７の下流側にはイオン混合比制御装置４を配置する。イオン混合比制御装置４は、空気をプラスイオンとマイナスイオンに電離する火炎発生源例えばガスバーナー４１と、火炎発生源４１が発生した火炎の内部および／または周辺に生成されたプラスイオンとマイナスイオンの混合気中に配置する電極４２と、この電極４２に高電圧を印加する高圧電源４３とを備える。火炎発生源４１の下流側に集塵機５を配置する。集塵機５には、高圧電源６により高電圧を印加する。
【００３２】
上記の如き構成の空気浄化装置において、空気汚染源７として線香の煙を用い、集塵機５としてアルミニウム板のスリットで形成された集塵セルを装填した集塵機を用いかつこの集塵機５に−５０００Ｖの高電圧を印加するようにし、電極４２に複数の大きさの異なる電圧を印加して、空気通路１から排気された空気の清浄度をダストモニターを用いて測定したところ、下記表２に示すような結果を得た。なお、電極４２の印加電圧を０Ｖとし、ガスバーナー４１を点火せず、集塵機５の印加電圧を０Ｖとしたときには、排気中に含まれる粉塵量は０．７５ｍｇ／ｍ3であった。
【００３３】
【表２】
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上記表２から、電極４２に印加する電圧の増大にしたがって、空気通路１から排出される空気に含まれる汚染物質の濃度が低下し、空気が浄化されることが分かる。
【００３４】
（３）第３実施形態
図３は、第３実施形態に係る空気浄化装置の構成図を示す。
【００３５】
図３において、空気浄化装置は、ディーゼル車の排気口から排出された排気ガスを流す空気通路１を備える。空気通路１内には、エンジン内で軽油を燃焼させたことに起因するプラスイオンとマイナスイオンを同量含んだ排気ガスが流入する。また、排気ガス中には、黒煙に代表される浮遊粒子状物質が含まれる。空気通路１内には、イオン混合比制御装置４を配置する。イオン混合比制御装置４は、電極４２と、この電極４２に高電圧を印加する高圧電源４３とを備える。電極４２の下流側に集塵機５を配置する。
【００３６】
上記の如き構成の空気浄化装置に対し、自動車点検整備推進協議会の開発による黒煙チャート紙を用いて排気ガスの清浄度を評価したところ、下記表３に示すような結果を得た。
【００３７】
【表３】
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上記表３から、空気通路１から排出される空気に含まれる黒煙の濃度が低下し、排気ガスが浄化されることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空気浄化装置の構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る空気浄化装置の構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る空気浄化装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    空気通路
４    イオン混合比制御装置
４１    火炎発生源
４２    電極
４３    高圧電源
５    集塵機（集塵装置）
６    高圧電源  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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