JP2008504094A - 空気汚染除去機器及び方法 - Google Patents

Abstract

空気汚染物質除去装置は、空気流生成器（２０）、非熱プラズマフィルタ（２２）、紫外線発生装置（２４）、オゾン触媒装置（２６）、及び炭化水素生成器（２８）を備える。空気流生成器（２０）は空気流を生成し、非熱プラズマフィルタ（２２）、ＵＶ線発生装置（２４），オゾン触媒装置（２６）、及び炭化水素生成器（２８）へ導く。非熱プラズマフィルタ（２２）は、それにより空気流中の汚染物質が中和される、フリーラジカルを生成する。ＵＶ線発生装置（２４）は、オゾン触媒装置（２６）により触媒されて、空気流中のオゾンを破壊する。炭化水素生成器（２８）は、空気流が人体暴露に適するように、残留オゾンと優先的に反応するため、芳香族炭化水素を空気流中に導入する。方法もまた提供される。

Description

本発明は空気を汚染除去する方法、及び装置又は前記方法の利用に関する。

空気清浄、及び空気中に混入される汚染物質を絶えず除去可能であることは、病院や台所といった、特に恐らく無菌若しくは衛生的な環境において、非常に重要である。細菌及び病気が拡散することをより困難にするために、医者による手術及び執務室の環境において空気を汚染除去することは有益である。

微生物学的汚染物質に加え、化学ガス又は蒸発物は、産業処理の副産物として又はテロリズム若しくは化学戦を介した悪質な攻撃として、深刻な危険を引き起こしうる。

本願発明は、これらの問題に対する解決手段を提供しようとするものである。

本願発明における第１の側面によれば、空気汚染除去方法が提供される。その方法は、
ａ）空気流中の汚染物質を中和するフリーラジカルが生成されるように、非熱プラズマフィルタを通過して汚染除去される空気流を導き、
ｂ）非熱プラズマフィルタから出力される空気流中のオゾンを破壊し、
ｃ）空気流が人体暴露に適するように、残留オゾンと優先的に反応するため芳香族炭化水素を空気流に導入するステップを備える。

本願発明による第１の側面の好ましい及び／又は選択的な特徴は、請求項２から８において述べられ、含まれる。

本願発明による第２の側面によれば、本願発明の第１の側面による方法に用いられる空気汚染除去機が提供され、その機器は非熱プラズマフィルタと、紫外線発生装置と、オゾン触媒装置と、炭化水素生成器と、空気流生成器とを備え、空気流は、空気流生成器により生成され、非熱プラズマフィルタ、ＵＶ線発生装置、オゾン触媒装置、及び炭化水素生成器を通過又は横断するように導かれる。

本願発明による第２の側面の好ましい及び／又は選択的な特徴は、請求項１０から２１において述べられ、含まれる。

本発明は、本願発明の第２の側面に応じて、空気汚染除去機の概略的な断面図を示す添付図面を参照し、例示という手段によって、より適切に説明されうる。

図面を参照すると、流路１２を有するハウジング１０と、流路１２及び流路１２から出る排気口１６に繋がる吸気口１４と、流路１２に隣接するコンパートメント１８とを備える空気汚染物質除去装置が示される。空気流生成器２０、非熱プラズマフィルタ２２、紫外線（ＵＶ）発生装置２４，オゾン触媒装置２６、及び炭化水素生成器２８は流路１２に設けられる。

空気流生成器２０は流路１２の吸気口１４に隣接して設けられる。空気流生成器２０は、本実施形態において、ハウジング１０のコンパートメント１８に設けられる商用電源又はバッテリーパック（図示しない）により電力供給される電動ファン３０である。安全対策として、グリル３２は、動作中のファン３０への不慮の接触を防止するため吸気口１４にまたがって設けられる。

非熱プラズマフィルタ２２は、吸気口１４の下流にあるファン３０の隣に位置する。プラズマフィルタ２２はカソード３４及びアノード３６を備え、それらの間に誘電体３８が挟まれる。カソード３４及びアノード３６は、ハウジング１０のコンパートメント１８内に収容される電力供給ユニット（ＰＳＵ）４０により電力供給される。

カソード３４及びアノード３６は、本実施例においてアルミニウム及び炭素複合材である、網状組織（三次元多孔質）の電導性要素を備える。しかしながら、いかなる堅い網状の電導体又は半導体が用いられ得る。

誘電体３８は、直径が公称３から４ミリメータの活性化されたアルミナペレットである。しかしながら、繰り返すと、誘電体３８は、変化する応用例及び明確な要求に合致するいかなる適した素材であり得る。誘電体３８の素材は触媒物質で覆われ得る。

ＵＶ線発生装置２４は、ハウジング１０のコンパートメント１８内に収容されるＰＳＵ４４により電力供給される紫外線発光管４２を有する。ＵＶ光発光管４２は、流路１２内、非熱プラズマフィルタ２２の下流、及びオゾン触媒装置２６に一致して設けられる。

オゾン触媒装置２６は、流路１２を横断し、ＵＶ光発光管４２を取り囲むメッシュ４６を備える。メッシュ４６は、チタン、鉛及びマンガン酸化物の混合物といったオゾン触媒物質によるコーティングを有する。

炭化水素生成器２８は、ハウジング１０のコンパートメント１８内に収容されるリチャージブル炭化水素貯蔵器４８と、貯蔵器４８に蓄えられる液体炭化水素を蒸発させるための蒸発器５０と、それにより流路１２に気体状の炭化水素を放出するポンプ（図示しない）とを有する。貯蔵器４８には、例えば、テルペン、より正確にはミルセンといったオレフィンのような、液体芳香族炭化水素が入っている。炭化水素生成器２８の排気口１６は、ハウジング１０の流路１２の中心、又はその近傍、ＵＶ光発光管４２及びオゾン触媒装置２６であるメッシュ４６の下流に設けられる。炭化水素生成器２８の排気口１６はハウジング１０の流路１２の排気口１６に隣接して設けられる。

炭化水素生成器２８の排気口１６に気化された芳香族炭化水素を供給するための他の好適な手段が用いられ得る。

空気汚染物質除去装置は、商用電源のみにより電力供給され、再充電可能なバッテリーパックのみにより電力供給され、あるいは両方の電源により選択的に電力供給されうる。

空気汚染物質除去装置は携帯機器の形状で提供され、そしてスーツケースの大きさ、又は実質的にスーツケースの大きさを採りうる。言い換えると、空気汚染物質除去装置は一旦取り付けられたある位置に留まることを意図する大きな機器として製造され得る。後者の装置は、工業的又は商業的な設備及び店舗により適するが、限定されない。

使用において、空気汚染物質除去装置は汚染除去される場所に置かれる。装置は、ビル、部屋、構内、トランク、パイプ、溝、あるいは他の閉じた、又は実質的に閉じた空間の中の空気を汚染除去することを意図する。しかしながら、十分な通気能力を有するのであれば、屋外環境において空気を汚染除去することもできる。

装置は電力供給されると、ファン３０はハウジング１０の流路１２に沿う空気全体の流れを生成する。空気流は非熱プラズマフィルタ２２を初めに通過する。フィルタは、誘電性コア内の空気の構成物質を「プラズマライズ」する非熱プラズマフィルタの特性を利用する。一般的な言葉では、空気（主に酸素及び窒素）を構成する元素の原子構造における外側リング電子は、典型的に20kHzで10kvの非熱プラズマにより生成される激しい電子フィールドに「励起」される。エネルギーを与えられた電子は、衝突を介してエネルギーを放出する。しかし、熱は、電子のわずかな質量、及びイオン化欠乏が生じる結果のため、ほとんどあるいは全く生ぜられない。放出されたエネルギーは、空気流の中で例えばＯ^・及びＯＨ^-といったフリーラジカルを発生させるために充分である。フリーラジカルは強力なオキシダントであり、炭化水素、有機気体、及び例えばバクテリア、ウイルス、胞子、麹カビ、及び臭気といった典型的には２．５ピコメータ以下の粒子を酸化する。最も不活性である元素または合成物だけが、通常、酸化に耐える。

酸化反応の結果物の多くは、非熱プラズマの誘電材料の一部又は全ての上に分子厚触媒コーティングを提供することにより、０蒸気圧を有することが原因で、過渡的かつ表面的な反応であるため、非熱プラズマの中の例えば神経ガス物質といった特定の分子又は化合物の酸化が対象とされうる。

非熱プラズマフィルタ２２は副産物の１つとしてオゾンを生成する。これは非熱プラズマフィルタ２２を離れる空気流に乗せられる。オゾンの半減期は大気の状態に依存し、そして、強力なオキシダントであるそれ自体が、通常の大気の下で、プラズマコアを励起しているずっと後でも空気中において反応し続ける。これは、一般に人体の近傍で動かされる機器には受け入れられない。

非熱プラズマフィルタ２２を離れる空気流は、それゆえにＵＶ光発光管４２に進み、そしてオゾン触媒装置２６の包囲メッシュ４６を通過する。紫外線は、プラズマフィルタ２２を離れる空気流に乗せられるオゾンを破壊するようにふるまうＵＶ光発光管４２により、２５３．４ナノメータの波長で生成される。メッシュ４６上のコーティングはこの破壊に触媒作用を及ぼすようにふるまう。

オゾンのこの破壊（光酸化）は、空気流の中のフリーラジカルの量、特に水酸基ラジカルＯＨ^-の量を増加する。これらのフリーラジカルはまた、空気流中に残留する汚染物質を活発に酸化する。

試験は、プラズマフィルタリング後の空気流中に存在するフリーラジカルが、光酸化処理の間、フリーラジカルの生成の割合を著しく増加させることを示した。

ＵＶ線生成装置２４及びオゾン触媒装置２６を用いてプラズマフィルタ２２から空気流中に乗せられるオゾンの全てを破壊することは、不可能である。実験は、７ｐａｒｔｓ−ｐｅｒ−ｍｉｌｌｉｏｎ（ｐｐｍ）のオゾンを含む空気流が、この処理を切り抜ける１０％から１２％のオゾンを有することを示している。この潜在的な結果は、人体暴露に対する推奨レベルの略８倍である、８４０ｐａｒｔｓ−ｐｅｒ−ｂｉｌｌｉｏｎ（ｐｐｂ）程度のオゾン濃縮となる。

空気流は、このようにオゾン触媒装置２６を出て、炭化水素生成器２８へ流路１２に沿って通過する。炭化水素生成器２８は、残る残留オゾンを受容レベルに減少させるために、空気流中へ気化された芳香族炭化水素を放出する。ミルセンが提案されるのは、天然物であり、既知の毒性を有さず、香水や香りを「拡散させる」ために広く用いられているためである。

ミルセンは、その分子構造に３つの炭素＝炭素二重結合を含む。オゾンは空気流中に蒸発されるミルセンと優先的に反応する。ミルセンがオゾンと反応すると、「フリーラジカルカスケード」が誘発される。３０以上の相関する反応が生じ、その多くは、ヒドロペルオキシド、スーパーオキシド、ヒドロ−オキシペルオキシド、及びヒドロキシペルオキシドといった半減期が短い一組のオキシダントを生成する。これらオキシダントのそれぞれは、同様にこれら酸化剤の生成を促進する、フリーラジカルをさらに放出しながら壊れる。この処理は、全ての残留オゾンが利用されるまで継続する。

これら優先的反応による生成物は０蒸気圧を有し、一方で空気流又は表面の残留粒子上に凝結する。その結果、周囲空気内における汚染物質の汚染除去は、一度汚染物質除去された空気流がハウジング１０の排気口１６を通じて出ると、生じる。

汚染物質除去装置の外部におけるこれら初期の凝縮反応は、小さな微粒子が、その結果、極端な事例では、霧、又はもやに発達することの原因となる。これは望ましくない。しかしながら、空気汚染物質除去装置が、周囲環境の空気を効果的に再循環、及び再汚染除去するため、これらの微粒子は非熱プラズマフィルタ２２内でどのようなときでも除去される。

微粒子は、一度再循環されると、プラズマフィルタ２２内でヒドロキシラジカルの生成を助長するという点で、実際に有益である。このように、可視霧の可能性が望ましくないにもかかわらず、汚染物質除去装置の効率、そしてこのように周囲空気の結果としての安全を増加させる点で有益である。

空気流生成器は反転して運転されることができ、装置を通じて戻る空気流に乗せられる過剰なフリーラジカルを引き出すことにより、装置内部の汚染除去を可能にする。このように、装置は大部分が自己洗浄式である。

ここに説明された実施形態は例示の方法のみによって与えられ、変形は、追加の請求項によって定義される本願発明の範囲から逸脱する事なく、当業者にとって明らかである。

空気汚染物質除去装置の断面を模式的に示した図である。

符号の説明

１０ ハウジング
１２ 流路
１４ 吸気口
１６ 排気口
１８ コンパートメント
２０ 空気流生成器
２２ 非熱プラズマフィルタ
２４ 紫外線（ＵＶ）発生装置
２６ オゾン触媒装置
２８ 炭化水素生成器
３０ 電動ファン
３２ グリル
３４ カソード
３６ アノード
３８ 誘電体
４０ ＰＳＵ
４２ ＵＶ光発光管
４４ ＰＳＵ
４６ メッシュ
４８ 炭化水素生成器
５０ 蒸発器

Claims (22)

1. 空気汚染物質除去方法であって、
   ａ）空気流中の汚染物質を中和するフリーラジカルが生成されるように、非熱プラズマフィルタを通過して汚染除去される前記空気流を導き、
   ｂ）前記非熱プラズマフィルタから出力される前記空気流中のオゾンを破壊し、
   ｃ）前記空気流が人体暴露に適するように、残留オゾンと優先的に反応するため、炭化水素を前記空気流に導入する、
   ステップを備える前記方法。
2. ステップ（ｂ）において、前記空気流は紫外線にさらされる、請求項１に記載の方法。
3. ステップ（ｂ）において、前記空気流は前記オゾンの破壊を加速する触媒にさらされる、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記触媒はチタン、鉛、及びマンガン酸化物の混合物である、請求項３に記載の方法。
5. 前記炭化水素はオレフィンである、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 前記オレフィンはテルペンである、請求項５に記載の方法。
7. 前記テルペンはミルセンである、請求項６に記載の方法。
8. 前記炭化水素は前記空気流に蒸発させられる、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の方法に用いられる空気汚染物質除去装置であって、非熱プラズマフィルタと、紫外線発生装置と、オゾン触媒装置と、炭化水素生成器と、空気流生成器とを備え、それにより空気流が生成され、前記非熱プラズマフィルタ、前記紫外線発生装置、前記オゾン触媒装置、前記炭化水素生成器、及び前記空気流生成器を通過、又は横断するように向けられる、前記装置。
10. 前記非熱プラズマフィルタは前記紫外線発生装置の上流にあり、前記炭化水素生成器は前記紫外線発生装置の下流にある請求項９に記載の装置。
11. 前記非熱プラズマフィルタは前記オゾン触媒装置の上流にあり、前記炭化水素生成器は前記オゾン触媒装置の下流にある請求項９又は１０に記載の装置。
12. 前記紫外線発生装置及び前記オゾン触媒装置はお互い実質的に一致する請求項９から１１のいずれかに記載の装置。
13. 前記オゾン触媒装置は前記紫外線発生装置を取り囲む請求項１２に記載の装置。
14. 前記紫外線発生装置は紫外線発光管である請求項９から１３のいずれかに記載の装置。
15. 前記オゾン生成装置はオゾン触媒物質でコーティングされるメッシュである請求項９から１４のいずれかに記載の装置。
16. 前記オゾン触媒装置は、チタン、鉛、及びマンガン酸化物の混合物である請求項１５に記載の装置。
17. 前記炭化水素生成器は、炭化水素の貯蔵器と、前記炭化水素を前記紫外線発生装置の出口に気体として供給する手段とを含む請求項９から１６のいずれかに記載の装置。
18. 前記空気流生成器はファン形状である請求項９から１７のいずれかに記載の装置。
19. 前記ファンは前記非熱プラズマフィルタの上流に位置する請求項１８に記載の装置。
20. 前記ファンは前記装置の自己汚染物質除去を可能にするために反転可能である請求項１８から１９に記載の装置。
21. 前記装置は携帯可能である請求項９から２０のいずれかに記載の装置。
22. 添付図面を参照して実質的に明細書に記載される空気汚染物質除去装置。

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