(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無声放電によって塵埃粒子と有害ガスとを同時除去することが可能な無声放電形の電気集じん機であって、
光触媒物質を有する少なくとも１対の平板状放電電極からなる帯電部と、
前記平板状放電電極間内の空間に渡って無声放電を発生させることによって紫外線および複数の活性種を生成させ、該生成した活性種がもつエネルギーを活用し、該活性種を前記平板状放電電極表面の前記光触媒物質と反応させて該物質内で活性酸素種を生成し、該活性酸素種を前記有害ガスと反応させて該有害ガスを除去することができるように、前記平板状放電電極間に所定の電圧を印加する電圧印加手段と
を具えたことを特徴とする電気集じん機。
【請求項２】
前記放電電極は、前記光触媒物質からなる誘電体と、該誘電体により挟持された金属電極とを有することを特徴とする請求項１記載の電気集じん機。
【請求項３】
前記放電電極は、金属電極と、該金属電極の表面を被覆した前記光触媒物質からなる光触媒膜とを有することを特徴とする請求項１記載の電気集じん機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、トンネル内の空気を浄化するための空気清浄装置等に用いられる電気集じん機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車道トンネル内の空気は、自動車から排出される排気ガス中の有害ガス、煤煙、自動車が走行に伴って生じるタイヤや道路アスファルトの磨耗粉塵などのサブミクロンオーダの浮遊微粒子で汚染されている。
【０００３】
この汚染空気中の煤煙粒子を除去するために、帯電部および集じん部によって構成された２段式電気集じん装置を用いた空気浄化設備が実用化されている。
【０００４】
従来型の２段式電気集じん装置は、ナノメータ粒子に対しても集じん率が高く、また大流量処理に適している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来型の電気集じん装置においては、粒子の帯電のみを考慮し、有害ガスの除去はあまり考慮されていなかった。
【０００６】
また、粒子の帯電方式には、コロナ放電を用いるのが通常である。コロナ放電は、周知のように放電空間が小さい。従って、ラジカルの生成量は少なく、有害ガスの直接解離もほとんどないため、有害ガス除去率が非常に小さい。
【０００７】
このように従来の装置では、ガス中の有害ガスは、ほとんど除去できず、この有害ガスを高効率で除去する装置の開発が望まれている。
【０００８】
そして、近年では、浮遊する塵埃粒子と有害ガスとを同時に除去する無声放電式電気集じん装置が提案されている。また、この方式を採用するによって、殺菌、脱臭効果も期待できる。
【０００９】
このような無声放電式電気集じん装置を用いることによって、塵埃粒子と有害ガスの同時除去が可能となるが、有害ガスをさらに高効率に除去することが可能な装置が望まれている。
【００１０】
しかも、この種の無声放電式の装置には、流速の増加に対して性能が低下するなどの解決すべき課題が残されている。
【００１１】
そこで、本発明は、塵埃粒子のみならず、有害ガスも同時に高効率に除去することが可能な電気集じん機を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、無声放電によって塵埃粒子と有害ガスとを同時除去することが可能な無声放電形の電気集じん機であって、光触媒物質を有する少なくとも１対の平板状放電電極からなる帯電部と、前記平板状放電電極間内の空間に渡って無声放電を発生させることによって紫外線および複数の活性種を生成させ、該生成した活性種がもつエネルギーを活用し、該活性種を前記平板状放電電極表面の前記光触媒物質と反応させて該物質内で活性酸素種を生成し、該活性酸素種を前記有害ガスと反応させて該有害ガスを除去することができるように、前記平板状放電電極間に所定の電圧を印加する電圧印加手段とを具えることによって、電気集じん機を構成する。
【００１４】
ここで、前記放電電極は、前記光触媒物質からなる誘電体と、該誘電体により挟持された金属電極とを有することができる。
【００１５】
また、前記放電電極は、金属電極と、該金属電極の表面を被覆した前記光触媒物質からなる光触媒膜とを有することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
［第１の例］
本発明の第１の実施の形態を、図１〜図５に基づいて説明する。
【００１８】
（背景）
有害ガスの処理機構としては、一般的に、放電によって生成されたラジカルと有害ガスとの間の放電化学反応および放電プラズマによる有害ガスの直接解離である。このため、ラジカルを多く生成することや、放電プラズマ領域を大きくすることが有害ガス除去率の向上につながる。
【００１９】
そこで、本例では、電気集じん機として、ラジカルを多く生成して有害ガスを高効率に除去することが可能な無声放電式の電気集じん装置を例に挙げて説明する。
【００２０】
（装置構成）
まず、無声放電式の電気集じん機の全体構成を、図１〜図５に基づいて説明する。
本装置は、図１に示すように、帯電部１と集じん部２とから構成されている。
【００２１】
帯電部１は、２枚の平板状の放電電極３によって構成されており、平行平板構造として対向配置されている。各放電電極３は、光触媒物質からなる平板状の誘電体４と、この誘電体４によって被覆された金属電極５とから構成される。誘電体４として、例えば、通常のガラスを用いた場合には、数ｍｍ程度の厚さとなる。
【００２２】
金属電極５間には、交流高圧電源６が接続されている。この交流高圧電源６によって金属電極５間に交流電圧が印加され、無声放電７が発生する。なお、無声放電７は、オゾナイザ放電又は誘電バリア放電ともいう。
【００２３】
集じん部２は、２枚の平板状の金属電極板８によって構成され、平行平板構造として対向配置されている。
【００２４】
金属電極板８間には、直流高電圧電源９が接続されている。この直流高電圧電源９によって金属電極板８間に直流高電圧が印加され、一方がプラス極（＋）となり、他方がマイナス極（−）となって荷電粒子を吸着する。
【００２５】
そして、放電電極３は、塵埃粒子や有害ガスを含んだガス流Ａの流れ方向の上流側に配置されている。また、金属電極板８は、その放電電極３の下流側に配置されている。なお、ここでは、塵埃粒子や有害ガスは、粒子１０として示す。
【００２６】
（無声放電電極）
次に、無声放電電極の構造を詳細に説明する。
図２は、無声放電電極としての放電電極３の詳細な構成を示す。
【００２７】
放電電極３は、金属電極５が２枚の平板状の誘電体４により挟持されたサンドイッチ構造とされている。この場合、金属電極５は、光触媒物質からなる誘電体４によって完全に被覆され、金属電極５と誘電体４との間に空隙等が存在しないように設計する必要がある。
【００２８】
誘電体４を構成する光触媒物質としては、酸化チタン（ＴｉＯ2）が代表的な例であるが、これに限定されるものではなく、光触媒性をもつ物質全てを適応させることが可能である。
【００２９】
誘電体４として光触媒物質を用いることによって、無声放電によって発生する紫外線を光触媒の励起に利用できる。また、無声放電空間で生成された励起分子などの活性種が、光触媒物質表面と接触することによる光触媒の励起効果も得られる。
【００３０】
（有害ガスの除去原理）
次に、光触媒媒質を用いた有害ガスを含むガスの除去原理を、図３に基づいて説明する。
図３は、無声放電に伴って発生する誘電体４の光触媒媒質による放電化学反応のプロセスを示す。
【００３１】
今、窒素（Ｎ2）、酸素（Ｏ2）、水分（Ｈ2Ｏ）、ＮＯｘが主に存在するガス（粒子１０に相当する）を、無声放電空間に通過させるものとする。
【００３２】
このとき、放電空間内においては、放電化学反応によって、有害ガスであるＮＯｘは、主に硝酸（ＨＮＯ3）等に変化し除去される。また、この放電化学反応によって、励起窒素（Ｎ2*）、励起酸素（Ｏ2*）等の活性種や、紫外線等の光（ｈν）などが生成される。
【００３３】
また、その一方では、誘電体４が光触媒媒質からなることから、この誘電体材料は無声放電によって発生した活性種（Ｎ2*、Ｏ2*）や光（ｈν）と反応し、誘電体４内で電子が励起されて正孔が発生する。このため、ガス中の酸素（Ｏ2）および水分（Ｈ2Ｏ）が誘電体表面において反応し、活性酸素種（Ｏ2-、ＯＨ）を生成する。
【００３４】
その生成された活性酸素種は、誘電体４の電極表面において電極表面エネルギーとなって、ＮＯｘ等の有害ガスと反応する。このような化学反応によって、硝酸等が生成されるため、ＮＯｘ等が除去される。従って、ＮＯｘ等の有害ガスは、放電空間内のみならず、誘電体４の電極表面においても除去されることになる。
【００３５】
ここで、比較例として、図４に示すような、光触媒媒質を使用していない従来の無声放電の原理について説明する。
【００３６】
ガス（窒素、酸素、水分、ＮＯｘ等を含む）を、無声放電空間に通過させると、ＮＯｘは、図３と同様に、放電化学反応によって硝酸（ＨＮＯ3）などに変化する。また、このとき、無声放電によって、活性種（Ｎ2*、Ｏ2*）や光が発生する。
【００３７】
しかし、その発生した活性種や光等の大部分は、熱に変換され、放出される。すなわち、ＮＯｘ等の有害ガスは、放電空間内において、その大部分が除去される。その結果、本発明に係る図３の例のような、誘電体４の電極表面での化学反応は生じない。
【００３８】
上述した図３および図４を比較してわかるように、無声放電によって発生する光や活性種のエネルギーが誘電体４の電極表面エネルギーに変換され、該変換された電極表面エネルギーが有害ガスの除去に寄与するため、放電空間内のみならず、電極表面においても化学反応によって有害ガスを除去することが可能となり、これにより、除塵および有害ガスの除去効率を一段と高めることができる。
【００３９】
（集じん処理）
次に、本装置の集じん処理の全体的な流れについて説明する。
図１に示すように、帯電部１において、放電電極３の金属電極５間には、交流高圧電源６によって交流電圧が印加されている。これにより、電極間の空間内には、無声放電７が発生している。
【００４０】
このような状態で、塵埃粒子やＮＯｘ等の有害ガスを含む粒子１０がガス流Ａの方向に沿って帯電部１内に流入すると、放電空間内の放電化学反応によってＮＯｘ等の有害ガスが除去される。
【００４１】
また、このとき、光触媒媒質からなる誘電体４の電極表面においては、活性酸素種が生成され、この活性酸素種がＮＯｘと化学反応して、ＮＯｘ等が除去される。従って、ＮＯｘ等の有害ガスは、放電空間内のみならず、誘電体４の電極表面近傍においても除去される。
【００４２】
その後、帯電部１の無声放電によって、プラス又はマイナスに荷電した粒子１０（以下、荷電粒子という）は、下流の集じん部２に導かれる。この集じん部２では、直流高電圧電源９によって金属電極板８間に直流高電圧Ｖが印加されているため、その荷電粒子１０を吸着する。
【００４３】
上述したように、誘電体４を構成する光触媒媒質による放電化学反応を利用して、無声放電によって発生する光や活性種のエネルギーを誘電体４の電極表面エネルギーに変換し、塵埃粒子やＮＯｘ等の有害ガスを一段と効率良く集じんすることができる。
【００４４】
なお、本例では、電気集じん機を、帯電部１と集じん部２とから構成したが、図５に示すように、集じん部２を取り除いた帯電部１のみの構造としてもよい。
【００４５】
（無声放電電極の変形例）
次に、無声放電電極の変形例について説明する。
無声放電電極を構成する誘電体４の厚さは、電圧印加および無声放電発生時における電気的ストレスや電界強度に耐える程度のものであればよい。従って、誘電体４は、板状、厚膜、薄膜等のいずれによっても構成することができる。
【００４６】
そこで、例えば、金属電極５の表面に、光触媒媒質からなるチタン膜を被覆するような構造としてもよい。この場合、金属電極５の被覆方法としては、特に限定されるものではなく、誘電体塗料による塗装や、ガラスコーティング等を用いることが可能である。
【００４７】
このような方式を採用することによって、装置全体の重量を軽減させ、チタン金属の量を減少することができ、これにより、安価で強度の高い電気集じん機を作製することが可能となる。
【００４８】
［第２の例］
次に，本発明の第２の実施の形態を、図６および図７に基づいて説明する。なお、前述した第１の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
【００４９】
本例は、電気集じん機として、コロナ放電式の電気集じん機を用いた場合の例である。
【００５０】
図６は、コロナ放電電極の構成を示す。
【００５１】
コロナ放電電極としての放電電極２０は、２枚の平板電極２１と、これら平板電極２１間に配置された線状の線電極２２とにより構成される。
【００５２】
平板電極２１の一面には、光触媒物質からなるストライプ状の光触媒電極２３が形成されている。
【００５３】
線電極２２と２枚の平板電極２１との間には、直流高電圧Ｖが印加される。この場合、線電極２２はプラス電極とされ、平板電極２１はマイナス電極とされてアース接続されている。
【００５４】
なお、光触媒電極２３は、ストライプ状の形状に限るものではなく、渦巻き状に形成してもよく、特に限定されるものではない。また、板状や塗料としての光触媒を製造するに当り、光触媒粒子のバインターとして導電性材料を用いれば、平板電極全体を被覆してもよい。
【００５５】
図７は、直流高電圧Ｖを印加した場合のコロナ放電が形成されている状態を示す。コロナ放電は、線電極２２の周囲近傍の放電空間Ｂのみに形成される。
【００５６】
この放電空間Ｂ内における光触媒によるＮＯｘ等の有害ガスを処理する化学プロセスは、前述した第１の例の無声放電と同様である。従って、本例においても、光触媒を使用しない従来のコロナ放電方式に比べて有害ガスの除去率を各段に向上させることができる。
【００５７】
ただし、コロナ放電における放電空間Ｂは、線電極２２の近傍であることや、放電発光量が少ないことから、無声放電式に比べれば有害ガスの除去率は低くなる。
【００５８】
しかし、コロナ放電式は、無声放電式に比べて構造が簡単で、安価、軽量であることから、高い集じん率をそれほど望まないような使用環境においては、有益な装置となり得る。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光触媒物質からなる誘電体若しくは光触媒膜を有する電極によって帯電部を構成して無声放電を行わせ、無声放電によって発生する光や活性種のエネルギーを光触媒性の電極表面に蓄積して誘電体の電極表面エネルギーに変換し、該変換された電極表面エネルギーを有害ガスの除去に寄与させるようにしたので、電極表面におけるガス中の有害物質除去のエネルギー効率および除去率を一段と向上させることが可能となり、これにより、塵埃粒子のみならず、有害ガスを一段と効率良く除去することができる。
【００６０】
また、本発明によれば、無声放電式帯電部の誘電体材質を適当に選択することによって、有害ガスの除去率を向上させると同時に、エネルギー効率も向上させることができ、これにより、一段と経済的な装置を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である無声放電式電気集じん機の構成を示す斜視図である。
【図２】無声放電電極の構成を示す斜視図である。
【図３】光触媒媒質を用いて無声放電式により有害ガスを除去する原理を示す説明図である。
【図４】図３の比較例であり、従来の無声放電式により有害ガスを除去する原理を示す説明図である。
【図５】無声放電式電気集じん機の変形例を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態であるコロナ放電式電気集じん機の構成例を示す斜視図である。
【図７】光触媒媒質を用いてコロナ放電式により有害ガスを除去する原理を示す説明図である。
【符号の説明】
１  帯電部
２  集じん部
３  放電電極
４  誘電体（光触媒媒質）
５  金属電極
６  交流高圧電源
７  無声放電
８  金属電極板
９  直流高電圧電源
１０  粒子（塵埃粒子、有害ガス）
２０  放電電極
２１  平板電極
２２  線電極
２３  光触媒電極
【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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