JP7438657B2 - Air purification device and air purification method - Google Patents
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- Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)
Description
本開示は、空気浄化装置、及び空気浄化方法に関する。 The present disclosure relates to an air purification device and an air purification method.
従来、空気浄化装置として、種々のタイプのものが開発されている。例えば、光触媒とプラズマを併用するタイプの空気浄化装置が知られている。
特許文献１には、光触媒より揮発性有機物を分解するとともに、その後、プラズマにより揮発性有機物を更に分解する空気浄化装置が開示されている。
また、特許文献２では、プラズマにより揮発性有機物を分解するとともに、プラズマ放電に伴って生じた光を光触媒に照射して揮発性有機物を更に分解する空気浄化装置が開示されている。
Conventionally, various types of air purification devices have been developed. For example, a type of air purification device that uses both a photocatalyst and plasma is known.
Further, Patent Document 2 discloses an air purification device that decomposes volatile organic substances using plasma and further decomposes the volatile organic substances by irradiating a photocatalyst with light generated by plasma discharge.
しかし、これらの技術では、浄化効率は必ずしも十分でなく、更なる浄化効率の向上が求められていた。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、浄化効率を更に高めた空気浄化装置、及び空気浄化方法を提供することを目的とする。本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
However, these techniques do not necessarily provide sufficient purification efficiency, and there has been a demand for further improvement in purification efficiency.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an air purification device and an air purification method with further improved purification efficiency. The present invention can be realized as the following forms.
〔１〕上流から下流に向けて空気を流通させる流路と、
前記流路の所定部位にプラズマを発生させるプラズマ発生ユニットと、
前記流路の前記所定部位よりも下流側に配された光触媒フィルタと、
前記光触媒フィルタに光を照射する光源と、
を備え、
前記プラズマ発生ユニットと、前記光源とは別部材である空気浄化装置。
[1] A channel for circulating air from upstream to downstream,
a plasma generation unit that generates plasma at a predetermined portion of the flow path;
a photocatalytic filter disposed downstream of the predetermined portion of the flow path;
a light source that irradiates the photocatalyst filter with light;
Equipped with
An air purification device in which the plasma generation unit and the light source are separate members.
〔２〕前記プラズマ発生ユニットは、印加電極と、接地電極と、を有し、
前記印加電極と、前記接地電極との間で放電することで、前記プラズマを発生する〔１〕に記載の空気浄化装置。
[2] The plasma generation unit includes an application electrode and a ground electrode,
The air purification device according to [1], wherein the plasma is generated by discharging between the application electrode and the ground electrode.
〔３〕前記プラズマ発生ユニットによる前記空気の分解で発生した活性種が前記光触媒フィルタに補足される〔１〕又は〔２〕に記載の空気浄化装置。 [3] The air purification device according to [1] or [2], wherein active species generated by decomposition of the air by the plasma generation unit are captured by the photocatalyst filter.
〔４〕プラズマ発生ユニットにより発生したプラズマで空気を処理する第１処理工程と、
光が照射されている光触媒フィルタに、前記第１処理工程の後の前記空気を通過させる第２処理工程と、
を備えた空気浄化方法。
[4] A first treatment step of treating air with plasma generated by a plasma generation unit;
a second treatment step of passing the air after the first treatment step through a photocatalyst filter that is irradiated with light;
Air purification method with.
〔５〕前記光触媒フィルタには、前記プラズマ発生ユニットによる前記空気の分解で発生した活性種が補足される請求項〔４〕に記載の空気浄化方法。 [5] The air purification method according to [4], wherein the photocatalytic filter is supplemented with active species generated by decomposition of the air by the plasma generation unit.
上記〔１〕の空気浄化装置によれば、浄化効率を高めることができる。
上記〔２〕の空気浄化装置によれば、印加電極と、接地電極との間で放電して生じたプラズマにより、揮発性有機物を分解できる。
上記〔３〕の空気浄化装置によれば、プラズマ発生ユニットによって発生したプラズマ活性種が光触媒フィルタに補足される。よって、プラズマ活性種による揮発性有機物の分解と、光触媒フィルタにおける揮発性有機物の光触媒分解とが同じ場所で行われ、両分解による相乗効果が得られる。
上記〔４〕の空気浄化方法によれば、浄化効率を高めることができる。
上記〔５〕の空気浄化方法によれば、プラズマ発生ユニットによって発生したプラズマ活性種が光触媒フィルタに補足される。よって、プラズマ活性種による揮発性有機物の分解と、光触媒フィルタにおける揮発性有機物の分解とが同じ場所で行われ、両分解による相乗効果が得られる。
According to the air purification device of [1] above, purification efficiency can be improved.
According to the air purifying device [2] above, volatile organic substances can be decomposed by plasma generated by discharge between the application electrode and the ground electrode.
According to the air purification device of [3] above, plasma active species generated by the plasma generation unit are captured by the photocatalyst filter. Therefore, the decomposition of the volatile organic matter by the plasma active species and the photocatalytic decomposition of the volatile organic matter in the photocatalytic filter are performed at the same location, and a synergistic effect is obtained by both decompositions.
According to the air purification method [4] above, purification efficiency can be improved.
According to the air purification method [5] above, plasma active species generated by the plasma generation unit are captured by the photocatalyst filter. Therefore, the decomposition of the volatile organic matter by the plasma active species and the decomposition of the volatile organic matter in the photocatalyst filter are performed at the same place, and a synergistic effect is obtained by both decompositions.
本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明する。
以下、本発明を詳しく説明する。なお、本明細書において、数値範囲について「～」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「１０～２０」という記載では、下限値である「１０」、上限値である「２０」のいずれも含むものとする。すなわち、「１０～２０」は、「１０以上２０以下」と同じ意味である。 The present invention will be explained in detail below. In this specification, descriptions using "~" for numerical ranges include the lower limit and upper limit unless otherwise specified. For example, the description "10 to 20" includes both the lower limit value of "10" and the upper limit value of "20". That is, "10 to 20" has the same meaning as "10 or more and 20 or less".
１．第１実施形態
図１は、第１実施形態の空気浄化装置１の模式図を示す。図２は、より具体的な構成を示した空気浄化装置１の模式図を示す。
空気浄化装置１は、空気を流通させる流路３と、流路３の所定部位に配されプラズマを発生させるプラズマ発生ユニット５（プラズマ発生装置）と、流路３の前記所定部位よりも下流側に配された光触媒フィルタ７と、光触媒フィルタ７に光を照射する光源９と、を備える。
1. First Embodiment FIG. 1 shows a schematic diagram of an
The
（１）流路３
流路３は、筒状体６の内部空間であり、一端３Ａ及び他端３Ｂで開口している。一端３Ａは吸気口とされ、他端３Ｂは排気口とされている。流路３では、一端３Ａから他端３Ｂに向けて、空気が流れる。すなわち、流路３の一端３Ａ側が上流とされ、他端３Ｂ側が下流とされ、流路３の上流から下流に向けて空気が流通する。空気浄化装置１には、空気を流路３に送り込むとともに、空気を流路３内で流すために、例えばファン等の送風機１２が備えられている。送風機１２の設置位置は特に限定されない。空気の取り込みを効率的に行うとの観点から、流路３の一端３Ａ近傍に、送風機１２が設置されることが好ましい。
(1) Channel 3
The
（２）プラズマ発生ユニット５
流路３の一端３Ａと他端３Ｂの間の位置には、印加電極１１と接地電極１３とを備えたプラズマ発生ユニット５が配置されている。印加電極１１と接地電極１３とは、対向して配置されている。印加電極１１と接地電極１３の一方又は両方は、誘電体で覆われていてもよい。接地電極１３は、地面にアース接続されている。
印加電極１１と接地電極１３との間には、電源１５（高圧電源）により電圧が印加される。電源１５により印加する電圧は、直流電圧でもよいし、交流電圧またはパルス電圧でもよい。印加する電圧としては、大気中でプラズマを発生させ、かつ安全上の観点から、０．５ｋＶ～２０ｋＶが好ましく、１ｋＶ～１０ｋＶがより好ましく。３ｋＶ～１０ｋＶが更に好ましい。印加電圧が安定になるように、電極間距離を調整することができる。
放電の際の電流値は、印加電圧、電極間距離および電極サイズによって決まる。
プラズマ発生ユニット５は、コロナ放電するユニットである。プラズマ発生ユニット５により発生させるプラズマの種類は任意であるが、ＭＨｚ以上の高周波で放電させた高周波放電プラズマ、マイクロ波領域（１０３ＭＨｚ～１０４ＭＨｚ）で放電させたマイクロ波プラズマも使用できる。
(2)
A
A voltage is applied between the application electrode 11 and the ground electrode 13 by a power source 15 (high voltage power source). The voltage applied by the
The current value during discharge is determined by the applied voltage, the distance between the electrodes, and the electrode size.
The
なお、印加電極１１と接地電極１３との間は、空気浄化装置１のコストの観点から大気圧（１０１３ｈＰａ）の近傍の圧力（９５０ｈＰａ以上１０３０ｈＰａ以下）であることが好ましい。すなわち、プラズマ発生ユニット５は、大気圧プラズマを発生させることが好ましい。
Note that the pressure between the application electrode 11 and the ground electrode 13 is preferably close to atmospheric pressure (1013 hPa) (950 hPa or more and 1030 hPa or less) from the viewpoint of the cost of the
（３）光触媒フィルタ７
光触媒フィルタ７は、流路３におけるプラズマ発生ユニット５の設置位置よりも下流側に配置されている。
光触媒フィルタ７は、プラズマ発生ユニット５に隣接して配置されることが好ましい。例えば、図１の光触媒フィルタ７の上流側の端部７Ａが、プラズマ発生ユニット５の近傍に配置されることが好ましい。
特に、プラズマ発生ゾーン１７の下流側の端部１７Ａと、光触媒フィルタ７の上流側の端部７Ａとの距離Ｌが０～１００ｍｍであることが好ましく、０～５０ｍｍであることが更に好ましい。ここで、プラズマ発生ゾーン１７とは、プラズマが発生する空間であって、図２に示されるように、印加電極１１と接地電極１３との間に挟まれた空間である（以下、同じ）。
このように、光触媒フィルタ７が、プラズマ発生ユニット５のすぐ後段に設置されていると、次の効果を有する。有害有機ガス、又はにおい成分ガス（以下「有害有機ガス等」ともいう）が、空気浄化装置１内に導入されると、これらの有害有機ガス等は、最初にプラズマ発生ユニット５により発生したプラズマによって分解される。その後、未分解の有害有機ガス等と共に、プラズマ発生ユニット５により発生したプラズマ活性種が、光触媒フィルタ７に輸送される。この際、光触媒フィルタ７が、プラズマ発生ユニット５のすぐ後段にあるから、プラズマ活性種が、光触媒フィルタ７に補足され、そこに光が照射されていると光触媒フィルタ上でプラズマ活性種が変換され、効率的に有害有機ガス等を分解する。すると、光触媒フィルタ７においては、光を照射された光触媒によるガス分解と、プラズマ活性種によるガス分解とが共に行われる。よって、光触媒とプラズマ活性種とが相乗的に作用して、ガス分解機能が向上するのである。
なお、プラズマ活性種は、Ｏ、Ｎ、ＯＨ、Ｏ３などのラジカルや、イオン、励起種等である。Ｏ、Ｎ、ＯＨ等のラジカル、イオン、励起種等は短寿命でプラズマ発生ユニット内でのガス分解に主に寄与し、Ｏ３、ＨＯ２などは比較的寿命が長いので、光触媒フィルタ上で酸素（Ｏ）ラジカルに変換されガス分解に寄与する。
(3)
The
It is preferable that the
In particular, the distance L between the
In this way, when the
Note that the plasma active species include radicals such as O, N, OH, and O3 , ions, and excited species. Radicals, ions, excited species, etc. such as O, N, and OH have short lives and mainly contribute to gas decomposition within the plasma generation unit, while O 3 and HO 2 have relatively long lives, so they are It is converted into oxygen (O) radicals and contributes to gas decomposition.
光触媒フィルタ７の種類は、特に限定されない。光触媒フィルタ７は、基材に光触媒を担持したものを好適に使用できる。基材は、特に限定されず、無機物、有機物であってもよい。基材としては、例えば、セラミック板状体が挙げられる。セラミック板状体では、一面側から他面側に細長い円柱状の孔が複数開いた構成であってもよい。また、基材としてセラミック多孔体を用いてもよい。また、基材としては、繊維を織らずに絡み合わせた不織布も好適に用いることができる。
基材の形態は、特に限定されない。プリーツ形状、板状、シート状等であってもよい。プリーツ形状とすることで、表面積を大きくして、低圧力損失にできる。
The type of
The form of the base material is not particularly limited. It may be pleated, plate-like, sheet-like, or the like. The pleated shape increases the surface area and reduces pressure loss.
光触媒は、特に限定されず、公知の幅広い光触媒を用いることができる。例えば、紫外光応答型光触媒では、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、可視光応答型光触媒では、窒素ドープ酸化チタン、硫黄ドープ酸化チタン、銅担持酸化チタン、銅担持酸化タングステン等が適用可能である。なお、酸化チタンとしては、アナターゼまたはルチル結晶の微粒子を用いるのが望ましい。 The photocatalyst is not particularly limited, and a wide variety of known photocatalysts can be used. For example, ultraviolet light-responsive photocatalysts include titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), tungsten oxide (WO 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), and visible light-responsive photocatalysts. As the photocatalyst, nitrogen-doped titanium oxide, sulfur-doped titanium oxide, copper-supported titanium oxide, copper-supported tungsten oxide, etc. are applicable. Note that as the titanium oxide, it is desirable to use fine particles of anatase or rutile crystals.
光触媒フィルタ７の例として、図３に板状のセラミックフィルタ２１を、図５にプリーツ形状の不織布フィルタ２３をそれぞれ示す。
As examples of the
（４）光源９
光源９は、光触媒フィルタ７に光を照射する。図面において、光源９から出ている矢印は照射する光を模式的に示している（全ての図面において同じ）。
光源９は、可視光（波長領域３８０ｎｍ～７８０ｎｍのうち５５０ｎｍ以下を含む光）、紫外線（波長領域３００ｎｍ～３８０ｎｍの任意の波長を含む光）のいずれか一方又は両方を照射するものであってもよい。光触媒とプラズマ活性種の相乗効果が特に高いことから、可視光の光源９が好ましい。光源９は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ブラックライト、蛍光灯が好適に使用される。
光触媒フィルタ７に照射される光の強度は、特に限定されない。光の強度は、光源および配置の観点から、１ｍＷ／ｃｍ２～３０ｍＷ／ｃｍ２が好ましい。
光触媒フィルタ７において、光源９によって照らされる場所は特に限定されない。光触媒フィルタ７が、略平らな形状の場合に、光触媒フィルタ７の片面に光を照射しても、両面に光を照射してもよい。また、光触媒フィルタ７に対して、下流側から光を照射してもよいし、上流側から光を照射してもよい。
第１実施形態では、図１，２に示すように、光触媒フィルタ７に対して、下流側から光を照射している。なお、光源９を、流路３の外に配置した場合には、流路３を構成する筒状体６のうち光の光路にあたる部分は、光が透過可能な材質にて形成されている（以下の第２～５実施形態も同様である）。光が透過可能な材質は、特に限定されない。例えば、無機系材料、有機系材料を幅広く用いることができる。
無機系材料としては、例えば、ガラスを用いることができる。
有機系材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系ポリマー、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエステル系ポリマー、ジアセチルセルロースやトリアセチルセルロース等のセルロース系ポリマー、ポリスチレンやアクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）等のスチレン系ポリマー、ポリカーボネート系ポリマーを用いることができる。なお、無機系材料と有機系材料のハイブリッド材料も用いることができる。
第１実施形態では、光源９によって光触媒フィルタ７に光が照射されるから、光触媒の触媒機能が十分に発揮される。なお、第１実施形態では、光触媒フィルタ７は、プラズマ発生ユニット５のすぐ後段に設置されているから、プラズマ発生ユニット５のプラズマ放電に伴って生じた紫外光によっても光触媒を励起できる。
(4)
The
The
The intensity of the light irradiated onto the
In the
In the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the
For example, glass can be used as the inorganic material.
Examples of organic materials include acrylic polymers such as polymethyl methacrylate, polyester polymers such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, cellulose polymers such as diacetyl cellulose and triacetyl cellulose, polystyrene and acrylonitrile-styrene copolymers ( Styrene-based polymers such as AS resin) and polycarbonate-based polymers can be used. Note that a hybrid material of an inorganic material and an organic material can also be used.
In the first embodiment, since the
（５）第１実施形態の作用効果
本実施形態では、送風機１２によって、有害有機ガス等が、空気浄化装置１内に導入されると、これらの有害有機ガス等は、最初にプラズマ発生ユニット５により発生したプラズマによって分解される。その後、未分解の有害有機ガス等と共に、プラズマ発生ユニット５により発生したプラズマ活性種が、光触媒フィルタ７に輸送される。この際、光触媒フィルタ７が、プラズマ発生ユニット５のすぐ後段にあるから、プラズマ活性種が、光触媒フィルタ７に補足され、そこに光が照射されていると光触媒フィルタ上でプラズマ活性種が変換され、効率的に有害有機ガス等を分解する。すると、光触媒フィルタ７においては、光を照射された光触媒によるガス分解と、プラズマ活性種によるガス分解とが共に行われる。よって、光触媒とプラズマ活性種とが相乗的に作用して、ガス分解機能が向上する。
ここで、有害有機ガス等の推定分解機構を説明する。
本実施形態の空気浄化装置１は、大気圧プラズマを利用している。よって、まず、有害有機ガス等は、プラズマによって分解される。さらに、大気圧プラズマを利用すると、Ｏ、Ｎ、ＯＨ、Ｏ３等のラジカル、イオン、励起種などのプラズマ活性種が生成する。プラズマ活性種のうち、Ｏ、Ｎ、ＯＨ等のラジカル、イオン等は短寿命であるためプラズマユニット内で有害有機ガス等の分解への寄与すると考えられる。他方、Ｏ３、ＨＯ２は、全般で有害有機ガス等分解に寄与すると考えられる。特に、Ｏ３は寿命が長いため、送風機１２によって光触媒フィルタ７の光触媒の存在するところまで移動するものと考えられる。ところで、光照射されている光触媒の表面には、励起電子及び正孔が存在するので、光触媒の表面にＯ３が到達すると、Ｏ３が励起電子及び正孔と反応し、Ｏ２
－、Ｏラジカル等の活性種に変換され、これらのラジカル等の活性種によって有害有機ガス等の迅速な分解が起きると推測される。
なお、本実施形態では、光触媒に光が照射されているから、光触媒内部では励起電子及び正孔が生成し、これらが光触媒表面にまで拡散し、正孔が空気中の酸素又は水と反応して酸化活性種にもなる。この酸化活性種によっても有害有機ガス等が分解されると推測される。
(5) Effects of the first embodiment In this embodiment, when harmful organic gases and the like are introduced into the
Here, the estimated decomposition mechanism of harmful organic gases, etc. will be explained.
The
In this embodiment, since the photocatalyst is irradiated with light, excited electrons and holes are generated inside the photocatalyst, which diffuse to the photocatalyst surface, and the holes react with oxygen or water in the air. It also becomes an oxidative active species. It is presumed that harmful organic gases and the like are also decomposed by these oxidizing active species.
２．第２実施形態
次に、第２実施形態の空気浄化装置１について、図４を参照しつつ説明する。第２実施形態の空気浄化装置１では、光源９の配置が第１実施形態の空気浄化装置１と異なる。その他の構成については、第１実施形態の空気浄化装置１と略同一であり、略同じ構成部位には同符号を付けて、構造、作用、及び効果の説明は省略する。
光源９は、流路３の中に配置されている。第２実施形態では、光源９は、光触媒フィルタ７に対して、下流側から光を照射している。
2. Second Embodiment Next, an
A
３．第３実施形態
次に、第３実施形態の空気浄化装置１について、図６を参照しつつ説明する。第３実施形態の空気浄化装置１では、光触媒フィルタ７と、光源９が第１実施形態の空気浄化装置１と異なる。その他の構成については、第１実施形態の空気浄化装置１と略同一であり、略同じ構成部位には同符号を付けて、構造、作用、及び効果の説明は省略する。
第３実施形態の空気浄化装置１では、光触媒フィルタ７として、プリーツ形状の不織布フィルタ２３が用いられている。不織布フィルタ２３は、不織布フィルタ２３の長手方向が、空気の流れる方向（図６において横方向）に沿うようにして、流路３の中に配置されている。
２つの光源９は、流路３の外に配置されている。２つの光源９は、不織布フィルタ２３の両面に光を照射している。
第３実施形態では、不織布フィルタ２３の両面から光が照射されるから、光触媒のガス分解効率が向上する。
第３実施形態において、プラズマ発生ゾーン１７の下流側の端部１７Ａと、不織布フィルタ２３の上流側の端部２３Ａとの距離Ｌが０～１００ｍｍであることが好ましく、０～５０ｍｍであることがより好ましい。
このように、不織布フィルタ２３が、プラズマ発生ユニット５のすぐ後段に設置されていると、次の効果を有する。不織布フィルタ２３が、プラズマ発生ユニット５のすぐ後段にあるから、プラズマ活性種が、不織布フィルタ２３に補足される効率が高まる。すると、不織布フィルタ２３においては、光を照射された光触媒によるガス分解と、プラズマ活性種によるガス分解とが共に行われる。よって、光触媒とプラズマ活性種とが相乗的に作用して、ガス分解機能が向上する。
なお、プラズマ発生ゾーン１７の下流側の端部１７Ａと、不織布フィルタ２３の上流側の端部２３Ａとの関係は、後述する第４～５実施形態でも同様である。
3. Third Embodiment Next, an
In the
Two
In the third embodiment, since light is irradiated from both sides of the
In the third embodiment, the distance L between the
Thus, when the
Note that the relationship between the
４．第４実施形態
次に、第４実施形態の空気浄化装置１について、図７を参照しつつ説明する。第４実施形態の空気浄化装置１では、光源９の個数が第３実施形態の空気浄化装置１と異なる。その他の構成については、第３実施形態の空気浄化装置１と略同一であり、略同じ構成部位には同符号を付けて、構造、作用、及び効果の説明は省略する。
第４実施形態の空気浄化装置１では、光触媒フィルタ７として、プリーツ形状の不織布フィルタ２３が用いられ、光源９は１つとされている。
4. Fourth Embodiment Next, an
In the
５．第５実施形態
次に、第５実施形態の空気浄化装置１について、図８，９を参照しつつ説明する。第５実施形態の空気浄化装置１では、不織布フィルタ２３と、光源９が第３実施形態の空気浄化装置１と異なる。その他の構成については、第３実施形態の空気浄化装置１と略同一であり、略同じ構成部位には同符号を付けて、構造、作用、及び効果の説明は省略する。
第５実施形態の空気浄化装置１では、光触媒フィルタ７として、プリーツ形状の不織布フィルタ２３が用いられている。光触媒フィルタ７は、流路３を構成する筒状体６の内面に沿って筒状に配されている。図９に示すように、光源９は、筒状の不織布フィルタ２３で囲まれた空間内に配置されている。光源９は、不織布フィルタ２３の内側に光を照射する。
5. Fifth Embodiment Next, an
In the
６．空気浄化方法
（１）空気浄化方法の説明
空気浄化方法は、プラズマ発生ユニット５により発生したプラズマで空気を処理する第１処理工程と、光が照射されている光触媒フィルタ７に、第１処理工程の後の空気を通過させる第２処理工程と、を備える。この空気浄化方法は、上述の第１～５実施形態のいずれかの空気浄化装置１によって実施できる。
光触媒フィルタ７には、プラズマ発生ユニット５において発生した活性種が補足されることが好ましい。
なお、プラズマ発生ユニット５については、上述の「１．（２）プラズマ発生ユニット５」の記載を、そのまま適用することができる。
光触媒フィルタ７については、上述の「（３）光触媒フィルタ７」の記載を、そのまま適用することができる。
6. Air purification method (1) Description of air purification method The air purification method includes a first treatment step in which air is treated with plasma generated by the
It is preferable that the active species generated in the
In addition, regarding the
Regarding the
（２）空気浄化方法の作用効果
この空気浄化方法では、第１処理工程においてプラズマで空気が処理されて、有害有機ガス等が分解される。その後、第２処理工程では、光が照射されている光触媒フィルタ７に、第１処理工程の後の空気が通過する。第２処理工程では、光触媒フィルタ７において、光を照射された光触媒によってガスが分解されると共に、更に光触媒フィルタ７に補足されたプラズマ活性種によってもガスが分解され、光触媒とプラズマ活性種とが相乗的に作用して、ガス分解機効率が向上する。
(2) Effects of air purification method In this air purification method, air is treated with plasma in the first treatment step to decompose harmful organic gases and the like. Thereafter, in the second treatment step, the air after the first treatment step passes through the
以下、実施例により更に具体的に説明する。なお、分解実験１及び分解試験２において、光触媒フィルタ７として、酸化チタンを担持したセラミックフィルタ２１を用いた。
Hereinafter, a more specific explanation will be given with reference to Examples. In addition, in the
１．揮発性有機化合物の分解実験１（紫外光の利用）
（１）実験方法
（１．１）実験例１（実施例）
図１，２に示す空気浄化装置１を用いて、揮発性有機化合物の分解実験を行った。揮発性有機化合物として、アセトアルデヒド（初期濃度：４０ｐｐｍ）を用いた。
実験条件は以下の通りである。実験例１では、プラズマ発生ユニット５により大気圧プラズマを発生させ、かつ、紫外光を光触媒フィルタ７に照射している。
＜実験条件＞
・大気圧プラズマの発生条件：８ｋＶ，０．３ｍＡ
・光触媒：酸化チタン
・照射光：波長３６０ｎｍ（ＵＶ、ブラックライト），照度２ｍＷ／ｃｍ２
・光触媒フィルタサイズ：１０ｃｍ×１０ｃｍ
・流路内の容積：４０Ｌ
・アセトアルデヒド初期濃度：４０ｐｐｍ
1. Decomposition experiment of volatile organic compounds 1 (use of ultraviolet light)
(1) Experimental method (1.1) Experimental example 1 (Example)
A volatile organic compound decomposition experiment was conducted using the
The experimental conditions are as follows. In Experimental Example 1, the
<Experimental conditions>
・Atmospheric pressure plasma generation conditions: 8kV, 0.3mA
・Photocatalyst: Titanium oxide ・Irradiation light: Wavelength 360 nm (UV, black light), illuminance 2 mW/cm 2
・Photocatalyst filter size: 10cm x 10cm
・Volume inside flow path: 40L
・Acetaldehyde initial concentration: 40ppm
（１．２）実験例２（比較例）
図１，２に示す空気浄化装置１を用いて、揮発性有機化合物の分解実験を行った。揮発性有機化合物として、アセトアルデヒド（初期濃度：２０ｐｐｍ）を用いた。
実験条件は以下の通りである。実験例２では、プラズマ発生ユニット５により大気圧プラズマを発生させているが、紫外光を光触媒フィルタ７に照射していない。よって、実験例２では酸化チタンは機能していない。
＜実験条件＞
・大気圧プラズマの発生条件：８ｋＶ，０．３ｍＡ
・光触媒：酸化チタン
・照射光：なし
・光触媒フィルタサイズ：１０ｃｍ×１０ｃｍ
・流路内の容積：４０Ｌ
・アセトアルデヒド初期濃度：２０ｐｐｍ
(1.2) Experimental example 2 (comparative example)
A volatile organic compound decomposition experiment was conducted using the
The experimental conditions are as follows. In Experimental Example 2, atmospheric pressure plasma was generated by the
<Experimental conditions>
・Atmospheric pressure plasma generation conditions: 8kV, 0.3mA
・Photocatalyst: Titanium oxide ・Irradiation light: None ・Photocatalyst filter size: 10cm x 10cm
・Volume inside flow path: 40L
・Acetaldehyde initial concentration: 20ppm
（１．３）実験例３（比較例）
図１，２に示す空気浄化装置１を用いて、揮発性有機化合物の分解実験を行った。揮発性有機化合物として、アセトアルデヒド（初期濃度：２０ｐｐｍ）を用いた。
実験条件は以下の通りである。実験例３では、プラズマ発生ユニット５により大気圧プラズマを発生させていないが、紫外光を光触媒フィルタ７に照射している。
＜実験条件＞
・大気圧プラズマの発生条件：－（大気圧プラズマを発生させていない）
・光触媒：酸化チタン
・照射光：波長３６０ｎｍ（ＵＶ、ブラックライト），照度２ｍＷ／ｃｍ２
・光触媒フィルタサイズ：１０ｃｍ×１０ｃｍ
・流路内の容積：４０Ｌ
・アセトアルデヒド初期濃度：２０ｐｐｍ
(1.3) Experimental example 3 (comparative example)
A volatile organic compound decomposition experiment was conducted using the
The experimental conditions are as follows. In Experimental Example 3, atmospheric pressure plasma was not generated by the
<Experimental conditions>
・Atmospheric pressure plasma generation conditions: - (Atmospheric pressure plasma is not generated)
・Photocatalyst: Titanium oxide ・Irradiation light: Wavelength 360 nm (UV, black light), illuminance 2 mW/cm 2
・Photocatalyst filter size: 10cm x 10cm
・Volume inside flow path: 40L
・Acetaldehyde initial concentration: 20ppm
（２）実験結果
図１０に、実験結果のグラフを示す。このグラフは、大気圧プラズマと光触媒を同時に作用させた実験例１、大気圧プラズマのみを作用させた実験例２、光触媒のみを作用させた実験例３の分解量を比較して示している。実験例１～３のいずれの場合においても時間と共にアセトアルデヒドガスは、分解されることがわかる。
グラフ中で「参考例１（プラズマとＵＶの和）」は、実験例２（大気圧プラズマのみ作用させた場合）の分解量と、実験例３（光触媒のみ作用させた場合）の分解量を単純に合計した分解量を示している。なお、実験例１のアセトアルデヒドガスの初期濃度（４０ｐｐｍ）は、実験例２，３の初期濃度（２０ｐｐｍ）の２倍となっている。
実験例１は、実験例２，３に比べて、分解速度が格段に速くなっていることがわかる。
また、グラフをみると、実験例１が参考例１（プラズマとＵＶの和）よりも、初期の傾きが大きい。よって、実験例１は、参考例１よりも分解速度が速いことが分かる。つまり、空気浄化装置１を用いて、プラズマ発生ユニット５により大気圧プラズマを発生させ、かつ、紫外光を光触媒フィルタ７に照射すると、大気圧プラズマ単独による分解と、光触媒単独による分解の単純な和よりも分解効率が向上していることが分かる。言い換えれば、空気浄化装置１を用いると、大気圧プラズマ及び光触媒の相乗効果を得ることができる。
実験例１では、アセトアルデヒドは、最初にプラズマ発生ユニット５により発生した大気圧プラズマによって分解される。その後、送風機１２によって、未分解のアセトアルデヒドは、プラズマ発生ユニット５により発生したプラズマ活性種と共に、光触媒フィルタ７に輸送される。この際、光触媒フィルタ７が、プラズマ発生ユニット５のすぐ後段にあるから、プラズマ活性種が活性状態のままで、光触媒フィルタ７に補足される確率が高まる。光触媒フィルタ７においては、紫外光を照射された光触媒によってアセトアルデヒドが分解されると共に、更にプラズマ活性種によってもアセトアルデヒドが分解され、光触媒とプラズマ活性種とが相乗的に作用して、アセトアルデヒドの分解効率が高まる。
(2) Experimental results Figure 10 shows a graph of the experimental results. This graph shows a comparison of the amount of decomposition in Experimental Example 1 in which atmospheric pressure plasma and photocatalyst were applied simultaneously, Experimental Example 2 in which only atmospheric pressure plasma was applied, and Experimental Example 3 in which only photocatalyst was applied. It can be seen that in all of Experimental Examples 1 to 3, acetaldehyde gas is decomposed over time.
In the graph, "Reference Example 1 (sum of plasma and UV)" indicates the amount of decomposition in Experimental Example 2 (when only atmospheric pressure plasma is applied) and the amount of decomposition in Experimental Example 3 (when only photocatalyst is applied). It simply shows the total amount of decomposition. Note that the initial concentration of acetaldehyde gas (40 ppm) in Experimental Example 1 is twice the initial concentration (20 ppm) in Experimental Examples 2 and 3.
It can be seen that the decomposition rate of Experimental Example 1 is much faster than that of Experimental Examples 2 and 3.
Furthermore, looking at the graph, Experimental Example 1 has a larger initial slope than Reference Example 1 (sum of plasma and UV). Therefore, it can be seen that Experimental Example 1 has a faster decomposition rate than Reference Example 1. In other words, when atmospheric pressure plasma is generated by the
In Experimental Example 1, acetaldehyde is first decomposed by atmospheric pressure plasma generated by the
２．揮発性有機化合物の分解実験２（可視光の利用）
（１）実験方法
（１．１）実験例４（実施例）
図１，２に示す空気浄化装置１を用いて、揮発性有機化合物の分解実験を行った。揮発性有機化合物として、アセトアルデヒド（初期濃度：４０ｐｐｍ）を用いた。
実験条件は以下の通りである。実験例４では、プラズマ発生ユニット５により大気圧プラズマを発生させ、かつ、可視光を光触媒フィルタ７に照射している。
＜実験条件＞
・大気圧プラズマの発生条件：８ｋＶ，０．３ｍＡ
・光触媒：銅担持酸化チタン
・照射光：波長４５０ｎｍ（可視光、青色ＬＥＤ、３０００Ｌｘ），照度１０ｍＷ／ｃｍ２
・光触媒フィルタサイズ：１０ｃｍ×１０ｃｍ
・流路内の容積：４０Ｌ
・アセトアルデヒド初期濃度：４０ｐｐｍ
2. Decomposition experiment of volatile organic compounds 2 (use of visible light)
(1) Experimental method (1.1) Experimental example 4 (Example)
A volatile organic compound decomposition experiment was conducted using the
The experimental conditions are as follows. In Experimental Example 4, the
<Experimental conditions>
・Atmospheric pressure plasma generation conditions: 8kV, 0.3mA
・Photocatalyst: Copper-supported titanium oxide ・Irradiation light: Wavelength 450nm (visible light, blue LED, 3000Lx), illuminance 10mW/cm 2
・Photocatalyst filter size: 10cm x 10cm
・Volume inside flow path: 40L
・Acetaldehyde initial concentration: 40ppm
（１．２）実験例５（比較例）
図１，２に示す空気浄化装置１を用いて、揮発性有機化合物の分解実験を行った。揮発性有機化合物として、アセトアルデヒド（初期濃度：２０ｐｐｍ）を用いた。
実験条件は以下の通りである。実験例５では、プラズマ発生ユニット５により大気圧プラズマを発生させているが、可視光を光触媒フィルタ７に照射していない。よって、実験５では酸化チタンは機能していない。
＜実験条件＞
・大気圧プラズマの発生条件：８ｋＶ，０．３ｍＡ
・光触媒：酸化チタン
・照射光：なし
・光触媒フィルタサイズ：１０ｃｍ×１０ｃｍ
・流路内の容積：４０Ｌ
・アセトアルデヒド初期濃度：２０ｐｐｍ
(1.2) Experimental example 5 (comparative example)
A volatile organic compound decomposition experiment was conducted using the
The experimental conditions are as follows. In Experimental Example 5, atmospheric pressure plasma was generated by the
<Experimental conditions>
・Atmospheric pressure plasma generation conditions: 8kV, 0.3mA
・Photocatalyst: Titanium oxide ・Irradiation light: None ・Photocatalyst filter size: 10cm x 10cm
・Volume inside flow path: 40L
・Acetaldehyde initial concentration: 20ppm
（１．３）実験例６（比較例）
図１，２に示す空気浄化装置１を用いて、揮発性有機化合物の分解実験を行った。揮発性有機化合物として、アセトアルデヒド（初期濃度：２０ｐｐｍ）を用いた。
実験条件は以下の通りである。実験例６では、プラズマ発生ユニット５により大気圧プラズマを発生させていないが、可視光を光触媒フィルタ７に照射している。
＜実験条件＞
・大気圧プラズマの発生条件：－（大気圧プラズマを発生させていない）
・光触媒：銅担持酸化チタン
・照射光：波長４５０ｎｍ（可視光、青色ＬＥＤ、３０００Ｌｘ），照度１０ｍＷ／ｃｍ２
・光触媒フィルタサイズ：１０ｃｍ×１０ｃｍ
・流路内の容積：４０Ｌ
・アセトアルデヒド初期濃度：１０ｐｐｍ
(1.3) Experimental example 6 (comparative example)
A volatile organic compound decomposition experiment was conducted using the
The experimental conditions are as follows. In Experimental Example 6, atmospheric pressure plasma was not generated by the
<Experimental conditions>
・Atmospheric pressure plasma generation conditions: - (Atmospheric pressure plasma is not generated)
・Photocatalyst: Copper-supported titanium oxide ・Irradiation light: Wavelength 450nm (visible light, blue LED, 3000Lx), illuminance 10mW/cm 2
・Photocatalyst filter size: 10cm x 10cm
・Volume inside flow path: 40L
・Acetaldehyde initial concentration: 10ppm
（２）実験結果
図１１に、実験結果のグラフを示す。このグラフは、大気圧プラズマと光触媒を同時に作用させた実験例４、大気圧プラズマのみを作用させた実験例５、光触媒のみを作用させた実験例６の分解量の比較を示している。実験例４～６のいずれの場合においても時間と共にアセトアルデヒドガスは、分解されることがわかる。
グラフ中で「参考例２（プラズマと可視光の和）」は、実験例５（大気圧プラズマのみ作用させた場合）の分解量と、実験例６（光触媒のみ作用させた場合）の分解量を単純に合計した分解量を示している。なお、実験例４のアセトアルデヒドガスの初期濃度（４０ｐｐｍ）は、実験例５，６の初期濃度（２０ｐｐｍ）の２倍となっている。
実験例４は、実験例５，６に比べて、分解速度が格段に速くなっていることがわかる。
また、グラフをみると、実験例４が参考例２（プラズマと可視光の和）よりも、初期の傾きが大きい。よって、実験例４は、参考例２よりも分解速度が速いことが分かる。つまり、空気浄化装置１を用いて、プラズマ発生ユニット５により大気圧プラズマを発生させ、かつ、可視光を光触媒フィルタ７に照射すると、大気圧プラズマ単独による分解と、光触媒単独による分解の単純な和よりも分解効率が向上していることが分かる。言い換えれば、空気浄化装置１を用いると、大気圧プラズマ及び光触媒の相乗効果を得ることができる。
実験例４では、アセトアルデヒドは、最初にプラズマ発生ユニット５により発生した大気圧プラズマによって分解される。その後、送風機１２によって、未分解のアセトアルデヒドは、プラズマ発生ユニット５により発生したプラズマ活性種と共に、光触媒フィルタ７に輸送される。この際、光触媒フィルタ７が、プラズマ発生ユニット５のすぐ後段にあるから、プラズマ活性種が活性状態のままで、光触媒フィルタ７に補足される確率が高まる。光触媒フィルタ７においては、可視光を照射された光触媒によってアセトアルデヒドが分解されると共に、更にプラズマ活性種によってもアセトアルデヒドが分解され、光触媒とプラズマ活性種とが相乗的に作用して、アセトアルデヒドの分解効率が高まる。
(2) Experimental results Figure 11 shows a graph of the experimental results. This graph shows a comparison of the amount of decomposition in Experimental Example 4 in which atmospheric pressure plasma and photocatalyst were applied simultaneously, Experimental Example 5 in which only atmospheric pressure plasma was applied, and Experimental Example 6 in which only photocatalyst was applied. It can be seen that in all cases of Experimental Examples 4 to 6, acetaldehyde gas is decomposed over time.
In the graph, "Reference Example 2 (sum of plasma and visible light)" is the amount of decomposition in Experimental Example 5 (when only atmospheric pressure plasma is applied) and the amount of decomposition in Experimental Example 6 (when only photocatalyst is applied). It shows the amount of decomposition that is simply the sum of the amounts. Note that the initial concentration of acetaldehyde gas (40 ppm) in Experimental Example 4 is twice the initial concentration (20 ppm) in Experimental Examples 5 and 6.
It can be seen that the decomposition rate of Experimental Example 4 is much faster than that of Experimental Examples 5 and 6.
Furthermore, looking at the graph, Experimental Example 4 has a larger initial slope than Reference Example 2 (sum of plasma and visible light). Therefore, it can be seen that Experimental Example 4 has a faster decomposition rate than Reference Example 2. In other words, when atmospheric pressure plasma is generated by the
In Experimental Example 4, acetaldehyde is first decomposed by atmospheric pressure plasma generated by
３．分解実験１と分解実験２の比較検討
ここで、紫外光を用いた分解実験１の結果を示す図１０と、可視光を用いた分解実験２の結果を示す図１１とを比較検討する。実験開始から２０分における分解量に着目する。
図１０より、２０分の時点で、参考例１の分解量を１００％とした場合に、実験例１の分解量は、参考例１よりも１５％増加していることが分かる。この増加分は、大気圧プラズマ及び光触媒の相乗効果によるものである。
図１１より、２０分の時点で、参考例２の分解量を１００％とした場合に、実験例４の分解量は、参考例２よりも６４％増加していることが分かる。この増加分は、大気圧プラズマ及び光触媒の相乗効果によるものである。
以上の検討から、図１１の可視光を用いた分解実験２の方が、大気圧プラズマ及び光触媒の相乗効果がより多く現れていることが分かる。
3. Comparative Study of
From FIG. 10, it can be seen that the decomposition amount of Experimental Example 1 is 15% higher than that of Reference Example 1, when the decomposition amount of Reference Example 1 is taken as 100% at the time of 20 minutes. This increase is due to the synergistic effect of atmospheric pressure plasma and photocatalyst.
From FIG. 11, it can be seen that when the decomposition amount of Reference Example 2 is taken as 100% at the time of 20 minutes, the decomposition amount of Experimental Example 4 is 64% higher than that of Reference Example 2. This increase is due to the synergistic effect of atmospheric pressure plasma and photocatalyst.
From the above study, it can be seen that the synergistic effect of the atmospheric pressure plasma and the photocatalyst appears more in the decomposition experiment 2 using visible light in FIG. 11.
前述の例は単に説明を目的とするものでしかなく、本発明を限定するものと解釈されるものではない。本発明を典型的な実施形態の例を挙げて説明したが、本発明の記述及び図示において使用された文言は、限定的な文言ではなく説明的及び例示的なものであると理解される。ここで詳述したように、その形態において本発明の範囲又は本質から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内で変更が可能である。ここでは、本発明の詳述に特定の構造、材料及び実施例を参照したが、本発明をここにおける開示事項に限定することを意図するものではなく、むしろ、本発明は添付の特許請求の範囲内における、機能的に同等の構造、方法、使用の全てに及ぶものとする。 The foregoing examples are for illustrative purposes only and are not to be construed as limiting the invention. Although the invention has been described with reference to exemplary embodiments, the language used in describing and illustrating the invention is to be understood to be in a descriptive and illustrative rather than a restrictive sense. Changes may be made in the form as detailed herein without departing from the scope or spirit of the invention and within the scope of the appended claims. Although reference has been made herein to specific structures, materials and embodiments in the detailed description of the invention, it is not intended to limit the invention to the disclosure herein; rather, the invention is defined by the appended claims. It shall cover all functionally equivalent structures, methods and uses within the scope.
なお、実験例では、有害有機ガス、又はにおい成分ガスとして、揮発性有機化合物であるアセトアルデヒドを例に挙げて説明したが、特に限定されず、本発明は幅広いガスに適用できる。例えば、本発明は、空気清浄機、脱臭機、ＶＯＣ除去装置等に好適に利用できる。 In the experimental examples, acetaldehyde, which is a volatile organic compound, was used as an example of the harmful organic gas or odor component gas, but the present invention is not particularly limited and can be applied to a wide range of gases. For example, the present invention can be suitably used in air cleaners, deodorizers, VOC removal devices, and the like.
１ …空気浄化装置
３ …流路
３Ａ …一端
３Ｂ …他端
５ …プラズマ発生ユニット
６ …筒状体
７ …光触媒フィルタ
７Ａ …上流側の端部
９ …光源
１１ …印加電極
１２ …送風機
１３ …接地電極
１５ …電源
１７ …プラズマ発生ゾーン
１７Ａ…下流側の端部
２１ …セラミックフィルタ
２３ …不織布フィルタ
２３Ａ…上流側の端部
Ｌ …距離
1...
Claims (3)
前記流路を構成する筒状体と、
前記流路の所定部位にプラズマを発生させるプラズマ発生ユニットと、
前記流路の前記所定部位よりも下流側に配された光触媒フィルタと、
前記光触媒フィルタに光を照射する光源と、
を備え、
前記プラズマ発生ユニットと、前記光源とは別部材であり、
前記プラズマ発生ユニットは、印加電極と、接地電極と、を有し、
前記印加電極と、前記接地電極との間で放電することで、前記プラズマを発生し、
前記印加電極と前記接地電極との間に挟まれた空間であるプラズマ発生ゾーンの下流側の端部と、前記光触媒フィルタの上流側の端部との距離が０～１００ｍｍであり、
前記光触媒フィルタは、前記プラズマ発生ユニットに面した上流側の表面と、前記プラズマ発生ユニットに面していない下流側の裏面と、を有し、
前記光源は、前記光触媒フィルタよりも下流側かつ前記流路の外に配されるとともに、前記光触媒フィルタの前記裏面に光を照射し、
前記筒状体のうち光の光路にあたる部分は、光が透過可能な材質にて形成されている、空気浄化装置。 A flow path that circulates air from upstream to downstream,
a cylindrical body constituting the flow path;
a plasma generation unit that generates plasma at a predetermined portion of the flow path;
a photocatalytic filter disposed downstream of the predetermined portion of the flow path;
a light source that irradiates the photocatalyst filter with light;
Equipped with
The plasma generation unit and the light source are separate members,
The plasma generation unit includes an application electrode and a ground electrode,
generating the plasma by discharging between the application electrode and the grounding electrode;
The distance between the downstream end of the plasma generation zone, which is the space sandwiched between the application electrode and the ground electrode, and the upstream end of the photocatalyst filter is 0 to 100 mm,
The photocatalyst filter has an upstream surface facing the plasma generation unit and a downstream back surface not facing the plasma generation unit,
The light source is disposed downstream of the photocatalyst filter and outside the flow path , and irradiates the back surface of the photocatalyst filter with light,
In the air purifying device , a portion of the cylindrical body that corresponds to the optical path of light is formed of a material through which light can pass .
前記プラズマ発生ユニットにより発生した前記プラズマで前記空気を処理する第１処理工程と、
光が照射されている前記光触媒フィルタに、前記第１処理工程の後の前記空気を通過させる第２処理工程と、
を備えた空気浄化方法。 Using the air purification device according to claim 1 or claim 2,
a first treatment step of treating the air with the plasma generated by the plasma generation unit;
a second treatment step of passing the air after the first treatment step through the photocatalyst filter that is irradiated with light;
Air purification method with.
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