水曜日、2月16 2011 01:25

室内空気: イオン化

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イオン化は、空気から粒子状物質を除去するために使用される技術の XNUMX つです。 イオンは小さな粒子の凝縮核として機能し、それらがくっついて成長し、沈殿します。

密閉された屋内空間のイオン濃度は、原則として、追加のイオン源がない場合、開放空間のイオン濃度よりも低くなります。 したがって、室内空気中のマイナスイオンの濃度を高めると、空気の質が向上すると考えられています。

疫学的データに基づくいくつかの研究と計画された実験的研究は、作業環境でのマイナスイオンの濃度の増加が作業効率の向上と従業員の気分の向上につながり、プラスイオンは悪影響を与えると主張しています. しかし、並行研究は、労働者の生産性に対する陰イオン化の影響に関する既存のデータには一貫性がなく、矛盾していることを示しています。 したがって、マイナスイオンの発生が本当に有益であるとはまだ一概には言えません。

自然イオン化

大気中の個々のガス分子は、電子を獲得することによって負に、または電子を失うことによって正に電離することができます。 これが発生するには、特定の分子がまず十分なエネルギーを獲得する必要があります。 イオン化エネルギー その特定の分子の。 宇宙起源と地球起源の両方の多くのエネルギー源が自然界に存在し、この現象を生み出すことができます。大気中のバックグラウンド放射線。 太陽の電磁波(特に紫外線)、宇宙線、滝による水しぶきなどの液体の霧化、地表での大量の空気の動き、雷や嵐などの電気現象、燃焼と放射性物質のプロセス.

このようにして形成されるイオンの電気的配置は、まだ完全にはわかっていませんが、炭酸イオンとHのイオンが含まれているようです+、H3O+、O+は、N+、 ああ、H2O とO2. これらのイオン化された分子は、浮遊粒子 (霧、シリカ、およびその他の汚染物質) への吸着によって凝集する可能性があります。 イオンは、その大きさと移動度によって分類されます。 後者は、XNUMX センチメートルあたりの電圧 (cm/s/V/cm) による XNUMX 秒あたりのセンチメートルなどの単位として表される電場の速度として定義されます。

大気中のイオンは、再結合によって消失する傾向があります。 半減期はサイズに依存し、可動性に反比例します。 マイナスイオンは統計的に小さく、半減期は数分ですが、プラスイオンはより大きく、半減期は約 XNUMX 分です。 の 空間電荷 は、陽イオンの濃度と陰イオンの濃度の商です。 この関係の値は 1 よりも大きく、気候、場所、季節などの要因によって異なります。 生活空間では、この係数は XNUMX 未満の値を持つことがあります。 特性を表 XNUMX に示します。

表 1. 特定の移動度と直径のイオンの特性

可動性 (cm2/対)

直径(mm)

特性

3.0-0.1

0.001-0.003

小型、高機動、短寿命

0.1-0.005

0.003-0.03

中間、小さなイオンより遅い

0.005-0.002

> 0.03

スローイオン、粒子状物質の凝集体
(ランジュバンのイオン)

 

人工イオン化

人間の活動は、空気の自然なイオン化を変更します。 人工イオン化は、産業プロセス、原子力プロセス、および火災によって引き起こされる可能性があります。 空気中に浮遊する粒子状物質は、ランジュバン イオン (粒子状物質に凝集したイオン) の形成に有利に働きます。 電気ラジエーターは、正イオンの濃度を大幅に高めます。 エアコンも室内空気の空間電荷を増加させます。

職場には、機械的エネルギー (プレス機、紡績機、織機)、電気エネルギー (モーター、電子プリンター、コピー機、高圧線および設備) の重要なローカルソースである機械の場合のように、陽イオンと陰イオンを同時に生成する機械があります。 )、電磁エネルギー(陰極線スクリーン、テレビ、コンピューターモニター)または放射性エネルギー(コバルト42治療)。 これらの種類の装置は、陰イオンと比較して陽イオンの半減期が長いため、陽イオンの濃度が高い環境を作り出します。

イオンの環境濃度

イオンの濃度は、環境や気象条件によって異なります。 森や山、標高の高い場所など、汚染の少ない地域では、小さなイオンの濃度が高くなります。 放射能源、滝、または川の急流に近い地域では、濃度は 500 立方センチメートルあたり数千の小さなイオンに達する可能性があります。 一方、海が近く湿度が高いときは、大きなイオンが過剰になります。 一般に、きれいな空気中の陰イオンと陽イオンの平均濃度は、それぞれ 600 立方センチメートルあたり XNUMX イオンと XNUMX イオンです。

スイスのフェーン、米国のサンタアナ、北アフリカのシロッコ、ロッキー山脈のチヌーク、中東のシャラフなど、陽イオンを大量に運ぶ風もあります。

有意なイオン化要因がない職場では、大きなイオンが蓄積することがよくあります。 これは、密閉された場所や鉱山などで特に当てはまります。 室内空間や汚染された場所やほこりの多い場所では、マイナスイオンの濃度が大幅に低下します。 エアコンのある室内空間でもマイナスイオン濃度が低下するのには、さまざまな理由があります。 理由の XNUMX つは、マイナス イオンがエア ダクトやエア フィルターに閉じ込められたままになるか、プラスに帯電した表面に引き寄せられることです。 たとえば、陰極線スクリーンやコンピューターのモニターは正に帯電しており、そのすぐ近くでは負イオンが不足した微気候が形成されています。 粒子状物質による汚染レベルを最小限に抑える必要がある「クリーンルーム」用に設計された空気ろ過システムも、マイナスイオンを除去するようです。

一方、湿度が高すぎるとイオンが凝縮し、不足すると静電荷の多い乾燥した環境が形成されます。 これらの静電荷は、室内と人体の両方で、プラスチックや合成繊維に蓄積します。

イオン発生器

発電機は、大量のエネルギーを供給することによって空気をイオン化します。 このエネルギーは、アルファ線源 (トリチウムなど) から、または鋭利な電極に高電圧を印加することによって電気源から得られます。 放射能の二次的な問題のため、ほとんどの国で放射能源は禁止されています。

発電機は、クラウンに囲まれた尖った電極でできています。 電極には数千ボルトの負電圧が供給され、クラウンは接地されています。 マイナスイオンは放出され、プラスイオンは発生器に引き付けられます。 発生するマイナスイオンの量は、印加電圧と内蔵電極の数に比例して増加します。 電圧が 8,000 ~ 10,000 ボルトを超えると、発電機はイオンだけでなくオゾンや亜酸化窒素も生成するため、電極の数が多く、電圧が低い発電機はより安全です。 イオンの拡散は、静電反発によって達成されます。

イオンの移動は、放出点とそれを取り囲む物体との間に生成される磁場の配置に依存します。 発電機の周囲のイオン濃度は均一ではなく、発電機からの距離が大きくなるにつれて大幅に減少します。 この装置にファンを取り付けると、イオン分散ゾーンが増加します。 ジェネレーターのアクティブな要素は、適切に機能させるために定期的にクリーニングする必要があることを覚えておくことが重要です。

発生器はまた、水噴霧、熱電効果または紫外線に基づくものであってもよい。 発電機にはさまざまな種類とサイズがあります。 天井や壁に設置したり、小型のポータブルタイプであればどこにでも設置できます。

イオンの測定

イオン測定装置は、0.75 cm 離して XNUMX 枚の導電板を配置し、可変電圧を印加することによって作成されます。 収集されたイオンはピコアンペアメーターで測定され、電流の強さが記録されます。 可変電圧により、移動度の異なるイオンの濃度を測定できます。 イオン濃度(N) は、次の式を使用して生成された電流の強度から計算されます。

コラボレー I はアンペア単位の電流、 V は気流の速さ、 q は一価イオンの電荷です (1.6x10-19) クーロンと A 集電板の有効面積です。 すべてのイオンは単一の電荷を持ち、それらはすべてコレクタに保持されると想定されています。 この方法には、バックグラウンド電流や、湿度や静電気場などの他の要因の影響による制限があることに注意してください。

体へのイオンの影響

小さなマイナスイオンは、移動性が高いため、生物学的効果が最も大きいと考えられています。 高濃度のマイナスイオンは、微視的な病原体の成長を殺したりブロックしたりできますが、人間への悪影響は報告されていません.

一部の研究では、高濃度のマイナスイオンにさらされると、一部の人々に生化学的および生理学的変化が生じ、リラックス効果があり、緊張と頭痛が軽減され、注意力が向上し、反応時間が短縮されることが示唆されています. これらの影響は、神経ホルモンのセロトニン (5-HT) と負イオンが負荷された環境でのヒスタミンの抑制による可能性があります。 これらの要因は、人口の過敏なセグメントに影響を与える可能性があります。 ただし、他の研究では、マイナスイオンが体に及ぼす影響について異なる結論に達しています。 したがって、負イオン化の利点はまだ議論の余地があり、問題が決定される前にさらなる研究が必要です.

 

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内容

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