JPH0427453A - 気体中の微粒子の捕集方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、気体中の微粒子の荷電方法に係り、特に熱電
子を用いる気体中の微粒子の荷電方法に関する。

本発明の微粒子の荷電方法は、荷電微粒子を捕集、除去
して清浄化気体を得る分野、例えば、家庭、事務所、病
院あるいは各種産業にあけるクリーンルーム、安全キャ
ビネット、無菌室等の気体の清浄化、又は、空気中ある
いは排ガス等の気体中の微粒子の測定を行う分野、微粒
子の分離、分級や表面改質、制御を行う分野等に適用で
きる。

〔従来の技術〕

従来の技術を、室内の空気清浄化を例に説明する。

従来の室内の空気清浄方法或いはその装置を大別すると
、 （１）機械的ろ過方式（例えばｔＩＢＰＡフィルター）
（２）静電的に微粒子の捕集を行なう、高電圧による荷
電及び導電性フィルターによるろ過方式（例えばＭＢＳ
＾フィルター） があるが、これらの方式には夫々次のような欠点があっ
た。

即ち、機械的ろ過方式においては、空気の清浄度（クラ
ス）をあげるためには目の細かいフィルターを使用する
必要があるが、この場合圧損が高く、また目づまりによ
る圧損の増加も著るしく、フィルターの寿命も短かく、
フィルターの維持、管理或いは交換が面倒であるばかり
でなく、フィルターの交換を行う場合、その間作業をス
トップする必要があり、復帰までには長時間を要してお
り、生産能率が悪いという欠点があった。

また、空気の洗浄度を上げる為に換気回数（ファンによ
る空気循環回数）を増加することも行われているが、こ
の場合動力費が高くつくという欠点があった。

また、従来のフィルターによる方法は微粒子の除去だけ
を目的としているので、工業用クリーンルーム用として
は使用できるが、フィルターには必ずと言ってよい程ピ
ンホールがあり、汚染空気の一部がリークするた約、バ
イオロジカルクリーンルームでの使用には限界があった
。

また、静電的に微粒子の捕集を行う方式においては、予
備荷電部に例えば１５〜７０ｋＶという高電圧を必要と
するため、装置が大型となり、また安全性、維持管理の
面で問題があった。

これらの問題点を解決するために本発明者は紫外線照射
、又は放射線照射による空気清浄方法を提案した（特開
昭６１−１７８０５０．特開昭６２−２４４４５９号公
報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の方法は、適用分野によっては有効であるが、特定
の分野、用途においては改善の余地がある。

例えば、これらの方法は、荷電条件によっては空気中の
水分濃度が高い状態で長時間連続運転すると、性能が低
下する場合があることや、微生物類の殺菌（滅菌）が不
十分となる場合がある等の課題があった。また、改善す
るに際しては、実用性が一層向上し、実用的により有利
な方式となる様行なう必要がある。

実用性を増すためには、電子放出材からの電子の放出を
一層効果的に行ない、微粒子への荷電を効率良く行なう
ことや、バイオテクノロジー分野の如く、微生物類の存
在が問題となる分野では、微生物類の殺菌を完全に行な
う必要がある。

そこで、本発明は、上記のような課題を解決し、実用性
の一層向上した気体中の微粒子の荷電方法を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、電子放出材を
加熱することにより熱電子を放出せし杓、該熱電子によ
り気体中に含まれる微粒子を荷電させることを特徴とす
る気体中の微粒子の荷電方法としたものである。

上記荷電方法において、電子放出材の加熱は、電場にお
いて行うのがよく、また、紫外線照射及び／又は放射線
照射を併用するのもよい。

次に、本発明の詳細な説明する。

本発明で用いる電子放出材は、加熱によりあるいは、加
熱と紫外線照射及び／又は放射線照射により電子を放出
するものであれば何れでも良い。

通常、仕事関数の小さい物質で熱的に安定な物質（形状
や形態が変化しないもの）が好ましい。

効果や経済性の面から、Ｂａ、　Ｓｒ、　Ｃａ、　Ｙ、
　Ｇｄ。

Ｌａ、　Ｃｅ、　Ｎｄ、　Ｔｈ、　Ｐｒ、　Ｂｅ、　Ｚ
ｒ、　Ｆａ、　Ｎｉ、　２ｎ。

Ｃｕ、　　Ａｇ、　　Ｐｔ、　　Ｃｄ、　　Ｐｂ、　　
＾１．　　Ｃ，Ｍｇ、　　Ａｕ、　　Ｉｎ、　　ロｉ。

Ｎｂ、　　Ｓｉ、　　Ｔｉ、　　Ｕ、　　Ｂ、　　Ｅｕ
、　　Ｔａ、　　Ｓｎ、　　Ｐ、　　Ｗ、　　Ｃｓのい
ずれか又はこれらの化合物又は合金が好ましく、これら
は単独で又は二種以上を複合して用いられる。複合材と
しては、アマルガムの如く物理的な複合材も用いろる。

化合物としては、酸化物、はう化物、炭化物があり、酸
化物にはＢａｎ、　ＳｒＯ，Ｃａｎ、　Ｙ２Ｏ６゜Ｇｄ
Ｊｓ、　Ｎｄ２Ｑｓ、　Ｔｈ０２．２ｒＬ、　Ｆｅｚｅ
ｓ、　ＺｎＯ，Ｃｕｂ。

Ａｇ２Ｏ，Ｌａ２Ｏ５，ｐｔｏ、　ＰｂＯ，Ａｌ２Ｏ！
、　ＭｇＯ，Ｉｎ２Ｏ５゜Ｂｉｎ、　ＮｂＯ，ＲａＯな
どがあり、またほう化物にはＹＢａ、　　ＧｄＢａ、　
　Ｌａ５ｓ、　　ＮｄＢ５．　　ＣｅＢｓ、　　Ｈｕｅ
ｓ、　　ＰｒＢｓ。

ＺｒＢａなどがあり、さらに炭化物としては、ＵＣｌＺ
ｒＣ，ＴａＣ，ＴｉＣ，ＮｂＣなどがある。

また、合金としては、黄銅、青銅、リン青銅、八ｇとＭ
ｇとの合金　（Ｍｇが２〜２０ｗｔ％）、ＣｕとＢｅと
の合金（Ｂｅが１〜１０ｗｔ％）及びＢａと＾１との合
金を用いることができ、上記ＡｇとＭｇとの合金、Ｃｕ
とＢｅとの合金及びＢａと＾１との合金が好ましい。

酸化物は、金属表面のみを空気中で加熱したり、或いは
薬品で酸化することによっても得ることができる。

さらに他の方法としては、使用前に加熱し、表面に酸化
層を形成して、長期にわたって安定な酸化層を得ること
ができる。この例としては、Ｍｇと八ｇとの合金は水蒸
気中で３００〜４００℃の温度の条件下で、その表面に
酸化薄膜を形成させることができ、この酸化薄膜は長期
間にわたって安定なものである。

これらの材料の使用形状は、線状、棒状、板状、プリー
ツ状、格子状、網状等、があり表面の形状を適宜凹凸状
とし使用することが出来る。

又、凸部の先端を先鋭状あるいは球面状とすることも出
来る。

また、本発明者が光電子放出材の構造としてすでに提案
した多重構造も好適に使用でき池（特願平１−１５５８
５７号） 電子放出材の種類やこれらの最適な形状は、後述の電子
放出材の加熱方法、装置規模、形状、適用分野、電場の
かけ方、効果、経済性等で適宜予備試験を行い決めるこ
とが出来る。

電子放出材の加熱方法は、電子放出材が加熱されれば何
れでも良い。通常、効果や経済性から電子放出材に電流
を流し、加熱する方法や加熱ヒータを用いる方法がある
。

加熱ヒータは、電子放出材又はその近傍を加熱出来るも
のであれば何れでも良く、周知のものが電子放出材の種
類、形状、適用分野、効果、経済性等で適宜使用できる
。

例えば、平板状、曲面状、棒状、糸状の加熱ヒータ（例
、ニクロム線、タングステン線）を電子放出材に内蔵さ
せたり、該表面あるいは表面近傍に付設することで実施
される。赤外線ヒータも好適に使用できる。

又、加熱ヒータを流路の外部に設置し、反対面を利用し
て電子放出材又はその近傍を加熱しても良い。

又、加熱ヒータ以外の適宜の熱源も同様に利用できるこ
とは言うまでもない。

加熱温度は、電子放出材の種類、形状、適用分野、装置
規模、形状、電場の強さ、後述の紫外線及び／又は放射
線照射併用の有無、効果、経済性等で適宜予備試験を行
い決めることが出来る。

例えば、荷電において紫外線照射を併用する場合は、１
００〜２５０℃程度でも効果的であり、特に空気中の微
生物類の殺菌（滅菌）効果が顕著となる。

紫外線照射が無い場合は、一般に比較的高温を要し、例
えば３００〜８００℃の温度とするのが好ましい。例と
して、電子放出材として八ｇを電場で用いる場合、３５
０〜５００℃で用いると効果的である。

電場電圧は、０．０１〜２０ｋＶ、好ましくＧｔｏ、０
１〜５ｋＶで、好適な電場の強さは、電子放出材の種類
、形状、適用分野、装置規模、形状、後述紫外線及び／
又は放射線照射の有無、効果、経済性等で適宜予備試験
を行い決めることが出来る。

荷電は、例えば、電場において加熱した電子放出材によ
り、電子を放出させ粒子を荷電する方法とか、他の方法
として加熱電子放出材に紫外線照射及び／又は放射線照
射を併用し実施することができ、適用分野によっては有
効である。

加熱電子放出材に該照射を行う方法は、照射エネルギー
が少くても電子放出が効果的に起こるので、実用上好ま
しい。

すなわち、加熱と該照射の組合せは、電子放出材の仕事
関数が下がる（電子が出やすくなる）ので、好ましい。

次に、紫外線及び／又は放射線の照射について述べれば
、紫外線の光源は、電子放出材料が紫外線照射により光
電子を放出するものであれば良く、水銀灯、水素放電管
、キセノン放電管、ライマン放電管などを適宜利用出来
る。

放射線を用いる場合の線源も同様に、照射により光電子
を放出するものであれば良く、α線、β線、Ｔ線などが
用いられ、照射手段としてコバルト６０１セシウム１３
７、ストロンチウム９０などの放射性同位元素、又は原
子炉内で生成する放射性廃棄物及びこれに適当な処理加
工した放射性物質など適宜利用出来る。

紫外線あるいは放射線の種類は、適用分野、装置規模、
形状、効果、経済性等で適宜決めることが出来る。

紫外線及び／又は放射線照射による粒子の荷電法は、本
発明者がすでに提案している。

本発明の方法により荷電された荷電粒子の捕集には、周
知の荷電粒子補集材が使用でき、適宜の捕集板、捕集フ
ィルタ、捕集電極が使用できる。

通常の荷電装置における集じん板（集じん電極）や静電
フィルタ一方式が一般的であるが、スチールウール電極
としたような捕集部内体が電極を構成する構造のものも
有効である。エレクトレット材も好適に使用できる。

又、本発明者がすでに提案したイオン交換フィルター（
又は繊維）を用いて捕集する方法も有効である（特開昭
６３−５４９５９．同６３−７７５５７、同６３−８４
６５６号公報）。

イオン交換フィルターは、荷電微粒子の捕集に加えて、
共存する酸性ガス、アルカリ性ガス、臭気性ガス等も同
時に捕集できるので実用上好ましい。

使用するアニオン交換フィルター及びカチオン交換フィ
ルターの種類、使用量及びその比率は、気体中の荷電微
粒子の荷電状態やその濃度、或いは同伴する酸性ガス、
アルカリ性ガス、臭気性ガスの種類、濃度等に応じて適
宜決めることができる。

例えば、アニオン交換フィルターは負荷電微粒子や酸性
ガスの捕集に、またカチオン交換フィルターは正荷電の
微粒子やアルカリ性ガスの捕集に効果的である。フィル
ターの使用量やその比率は、上述の捕集すべき物質の濃
度や濃度比率に対応して、これらに見合う量を、装置の
適用分野、形状、構造、効果、経済性等を考慮して適宜
決めれば良い。

これらの捕集材（方法）は、１種類又は２種類以上を適
宜組合せて用いることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面により具体的に説明するが、本発明
はこれに限定されない。

実施例１ 事務所における空気清浄を例として、第１図に示した本
発明の概略説明図を用いて説明する。

第１図において、室内１には、タバコの煙等に起因した
微粒子（粒子）２が浮遊している。そして、微生物類は
主に粒子２に付着し、浮遊している。

空気の清浄化は、主に加熱ヒータ３、電子放出材４、電
極５より成る荷電部Ａ、荷電粒子の捕集板より成る荷電
粒子捕集ＲＢ、及び空気吸引用ファン部Ｃより構成され
実施される。

６は、粗大粒子状物質を除去するためのプレフィルタで
ある。

浮遊粒子２は、加熱ヒータ３により加熱された電子放出
材４から放出される電子７により荷電され、荷電粒子８
となる。

該荷電粒子８は、後流の荷電粒子捕集部Ｂにて捕集され
る。又同時に浮遊している微生物類は熱エネルギにより
殺！！！（滅１ｌｌ）される。このようにして室内１の
浮遊粒子２を含む汚染空気９は清浄化され、殺菌（滅菌
）された清浄空気１０が得られ室内１は清浄化される。

電極５は、粒子の荷電を電場で行うために設置している
（電子放出材４と電極５間に電場を形成している）。

該電場の設置は、電子放出材４からの電子放出を促進さ
せるので、荷電が効果的になり好ましい。

又、荷電部Ａ、荷電微粒子捕集部Ｂ及びファン部Ｃの位
置は適宜の位置に設置して行うことができる。例えば本
例のごとくたてに並べたり、別の設置として横方向に並
べることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば次のような効果を奏することができる。

（１）電子放出材又はその近傍を加熱することにより、
あるいは適宜電場を設置し、該電子放出材に紫外線及び
／又は放射線照射することにより、■　電子放出材から
の電子放出が促進され、気体中の微粒子の荷電が効率良
〈実施された。

■　水分濃度が高い場合であっても、水分の影響を受け
ないで長時間安定な荷電となった。

■　超微粒子（＜０．１μｍ）も同様に高効率に荷電さ
れるので、 例えば、（ａ）空気清浄の分野では、超微細粒子が高効
率に捕集除去できるので、 超高清浄空気室（スーパークＩＪ　− ンな室）ができる。

ら）測定の分野では、精度の良い超微 粒子測定器ができる。

（Ｃ）分級の分野では、分級精度の良い分級器ができる
。

（２）電子放出材又はその近傍を加熱することによる、
熱エネルギにより、微生物類の殺菌（滅菌）作用を有し
、 ■　殺菌が完全となる。

■　殺菌によりクリーンな気体が得られる。

■　バイオテクノロジー分野の如く、微生物類の存在が
特に影響を及ぼす分野において、特に有効である。

（３）　　電子放出材又はその近傍を加熱することによ
り、紫外線照射及び／又は放射線照射を併用した場合は
、該照射エネルギーが減少でき、実用的に有利となった
。

【図面の簡単な説明】 第１図は、事務所における空気清浄化を示す本発明の一
例の概略説明図である。 １−・・室内、２・・・微粒子、３・・・加熱ヒータ、
４１．。 電子放出材、５・・・電極、６・・・プレフィルタ、７
・・・電子、８・・・荷電粒子、９・・・汚染空気、１
０・・・清浄空気、Ａ−・・荷電部、Ｂ・・・荷電粒子
捕集部、Ｃ・・・吸引用ファン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子放出材を加熱することにより熱電子を放出せし
   め、該熱電子により気体中に含まれる微粒子を荷電させ
   ることを特徴とする気体中の微粒子の荷電方法。 ２、前記電子放出材の加熱を、電場において行うことを
   特徴とする請求項１記載の気体中の微粒子の荷電方法。 ３、前記電子放出材の加熱を、紫外線照射及び／又は放
   射線照射において行うことを特徴とする請求項１又は２
   記載の気体中の微粒子の荷電方法。 ４、前記電子放出材が、仕事関数の小さい物質より成る
   、請求項１、２又は３記載の気体中の微粒子の荷電方法
   。 ５、前記電子放出材が、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｙ、Ｇｄ、
   Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｔｈ、Ｐｒ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｎ
   ｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｃ、
   Ｍｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｕ
   、Ｂ、Ｅｕ、Ｓｎ、Ｐ、Ｗ、Ｃｓ及びその化合物から選
   ばれた一種の材料より成る、請求項４記載の気体中の微
   粒子の荷電方法。 ６、前記電子放出材が、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｙ、Ｇｄ、
   Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｔｈ、Ｐｒ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｎ
   ｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｃ、
   Ｍｇ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｕ
   、Ｂ、Ｅｕ、Ｓｎ、Ｐ、Ｗ、Ｃｓ及びその化合物から選
   ばれた二種以上の合金又は混合物又は複合材より成る、
   請求項４記載の気体中の微粒子の荷電方法。 ７、前記電場における電圧が、０．０１〜２０ｋＶ、好
   ましくは０．０１〜５ｋＶである、請求項２記載の気体
   中の微粒子の荷電方法。