CN1507921A - 杀菌方法及杀菌装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种杀菌方法及杀菌装置，通过在放电电极(3)与相对电极(4)之间加上脉冲波形的高电压，使得在两电极的附近产生流光放电，来杀灭或失活处理放电区域(5)中存在的微生物。由于在流光放电区域(5)中，有高速飞散的电子、离子、原子团等飞散粒子、以及电位差等，因此能够可靠地杀灭或失活处理以高速通过放电区域(5)的气体甚至液体中所含有的微生物。

Description

杀菌方法及杀菌装置

技术领域

本发明涉及杀灭或失活处理微生物用的杀菌方法及杀菌装置。

背景技术

以往知道一种防止微生物繁殖的方法，它是利用离子或臭氧等活性粒子，防止在食品及烹调用品等与饮食有关的物体及公共卫生方面微生物将产生问题的物体的表面存在的、或存放这些物体的空间中存在的微生物进行繁殖。

例如，在日本专利特开平9-108313号公报中揭示了微生物繁殖防止方法及装置，它是将空气等气体引入电离室，控制产生离子及臭氧时的放电电流，使其产生含有规定的低限度臭氧及高浓度离子的电离气体，在前述电离室或与其连通的空间内，或者将产生的电离气体猛吹物体，通过这样利用臭氧与离子的共同作用的效果，来防止微生物繁殖。

但是，迄今为止的微生物繁殖防止方法及装置，由于如上所述是以物体表面或存放空间中存在的微生物作为处理对象，因此即使用于气体以非常高的速度通过的设备，效果也很差，多数情况下微生物未受到伤害而通过。因此，需要解决的问题是要可靠地杀灭或失活处理以高速流通的气体甚至液体中的微生物。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明的杀菌方法，在放电电极与相对电极之间加上脉冲波形的高电压，使得在两电极的附近产生流光放电，杀灭或失活处理放电区域中存在的微生物。

另外，本发明的杀菌装置，具有放电电极及相对电极、以及在所述电极之间加上使其产生流光放电用的脉冲波形高电压的高电压施加装置。

根据这样的杀菌方法及杀菌装置，利用在流光放电区域中高速飞散的电子、离子或原子团等飞散粒子及电位差等，能够杀灭或失活处理微生物。

最好是，高电压施加装置控制频率，使得在以规定速度通过在放电电极与相对电极的附近形成的放电区域的气体或液体的通过时间内至少产生一次流光放电。通过这样，气体或液体中所含的全部微生物在通过放电电极与相对电极的附近的期间内，将至少遇到一次流光放电，能可靠杀灭或失活处理微生物。

另外最好是，使构成的高电压施加装置施加极小脉宽的高电压。其中更加好的是使构成的高电压施加装置施加1μsec及1μsec以下的极小脉宽的高电压。通过这样，能够使电压瞬时上升，使更大量的电子高速飞散，另外能够缩短电压施加时间，减少对人体有害的臭氧的产生。

另外最好是，使构成的高电压施加手段施加负脉冲波形的高电压。通过这样，能够生成负离子，能够供给含有负离子的清新空气。

附图说明

图1所示为本发明一实施例的杀菌装置的简要构成剖视图。

图2所示为从其它方向来看图1的杀菌装置的剖视图。

图3为图1的杀菌装置中所加的第一例高电压的波形图。

图4为图1的杀菌装置中所加的第二例高电压的波形图。

图5为图1的杀菌装置中所加的第三例高电压的波形图。

图6为图1的杀菌装置中所加的第四例高电压的波形图。

图7为图1的杀菌装置中所加的第五例高电压的波形图。

图8为试验本发明杀菌装置的杀菌效果时所用的高电压波形图。

具体实施方式

实施例

下面根据附图具体说明本发明的实施例。这里，虽然是针对空气等气体进行说明的，但对于水等液体也同样能够处理。

在图1及图2中，杀菌单元1配置在空气等气体的流通路径内，在壳体2的内部配置多段线状的放电电极3，在各段放电电极3之间，互相平行地配置平板状的相对电极4，在各放电电极3与相对电极4之间形成的放电区域5相互连续，占有的区域大于利用壳体2开口的流入口及流出口(未图示)所形成的气流通过区域6。7表示流入气流通过区域6的上流气流，8表示从气流通过区域6流出的下流气流。另外，放电电极3例如若是金属针状等引起放电的电极，则没有任何限定，都能够使用。

高电压施加装置9这样构成，它具有与放电电极3连接的正电极10、以及与相对电极4连接的负电极11(或接地11)，在放电电极3与相对电极4之间加上能使其产生流光放电的脉冲波形高电压。作为该高电压施加装置9可以采用下述的电路，例如在倍压电路中配置IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)等开关手段，生成所希望的脉冲波形而且高频的电压，再用高压变压器升压。但是，若是能够施加所希望所脉冲波形及频率的高电压，则不限定于此，都能够使用。

下面说明上述构成的作用。

利用高电压施加装置9，在放电电极3与相对电极4之间加上规定的脉冲波形的高电压，通过这样在放电区域5产生流光放电(下面称为脉冲流光放电)

脉冲流光放电的发生机理是，在从放电电极3放出的电子的前方，产生中性分子的电离，电子像雪崩那样放出，该电子雪崩又引起接下来的新的电子雪崩那样，接连不断地引起电子雪崩，合并起来而高速进行，放电电流的大部分是由电子形成的。

这时，由于在放电电极3与相对电极4之间的最近放电电极3的附近，电场显著集中，因此若所加的高电压足够大，则产生电子雪崩，产生出大量的离子及光子。

另外，这时由于将线状的放电电极3作为正电极，因此在放电电极3的附近，大量的光子向所有方向放出，放出的光子被它附近的中性分子吸收，不断产生电离，面向放电电极3的方向大量产生电子雪崩，与此同时在产生的正离子中形成等离子柱。

在该等离子柱的前端，面向相对电极3(即与负电极或接地连接的电极)的正离子高密度集中，除了由此而引起的电场集中以外，由于在这些正离子的空间电荷与电子雪崩群的空间电荷之间形成特别强的电场，因此更促进了等离子柱的前端发光。

由于在放电区域5引起这样的脉冲流光放电，因此若流入放电区域5的上流气流7中含有微生物，则利用在放电区域5中高速飞散的大量电子等飞散粒子即从放电电极3放出的电子、气体分子(中性分子)、由它而产生的电子、正离子、原子团等、以及电位差等，破坏微生物外壁等的蛋白质等，或使DNA或RNA损伤，而杀灭或失活处理微生物。

应该加上的高电压是能够产生脉冲流光放电的高电压，因放电电极3与相对电极4的间隙大小而异，例如放电电极3与相对电极4的间隙约为10mm时，需要约7kV以上的脉冲波形高电压，而间隙约为8mm时，则需要约6kV以上的脉冲波形高电压。这个电压值高于空调器等中以集尘为目的而一般所加的脉冲波形电压。

为了可靠地杀灭或失活处理微生物，通过放电区域5的气流速度与高电压脉冲频率的关系是很重要的。所需要的频率是，气流中的微生物(换句话说是气流中的任意一点)在通过放电区域5的期间内，至少能够产生一次脉冲流光放电。

例如在空调器的情况下，由于通过室内机的气流速度约为1m/s，因此在气流通过方向的放电区域5的宽度约为10mm时，气流中的微生物以约10msec通过放电区域5。因而，通过以约100Hz加上高电压，则能够使通过放电区域5的微生物至少遇到一次脉冲流光放电。

为了可靠地杀灭或失活处理通过放电区域5的微生物，只要加上上述频率的约100Hz的几倍～几十倍左右、即几百～几千Hz的高频高电压即可。反过来说，通过加上这样的高频高电压，在气流以非常高的速度通过放电区域5时，也能够可靠地杀灭或失活处理气流中的微生物。在不是气流中的微生物，而将物体表面上或存放空间中存在的微生物作为处理对象时，不需要这样的高频。

再有，通过使脉宽采用极小的脉宽，能够使电压瞬时上升，因而在放电区域8内更大量的电子高速飞散，另外能够缩短电压施加时间，减少对有体有害的臭氧的发生。希望脉宽更尽可能小，通过采用几μsec以下，特别是1μsec以下，能够得到很好的杀菌效果。

另外，通过加上负脉冲波形的高电压，能够在放电区域5生成负离子，作为下流气流8能够供给含有负离子的清新空气，提供可使人轻松舒适的气氛。

图3～图4所示为能够使用的高电压波形。

图3所示为正弦波或振荡波形的脉冲波形第一例。在该第一例中，是重复第一脉冲、峰值电压比第一脉冲低的第二脉冲、以及峰值电压再比第二脉冲低的第三脉冲。

图4所示为脉冲波形的第二例。该第二例仅仅是正脉冲波形，而没有负的分量。关于脉宽及电压值，则与第一例相同。

图5所示为脉冲波形的第三例。该第三例仅仅是负脉冲波形，而没有正的分量。关于脉宽及电压值，则与第一例相同。

图6所示为脉冲波形的第四例。该第四例是仅仅重复极小脉宽的单一正脉冲波形，没有负的分量。

图7所示为脉冲波形的第五例。该第五例是仅仅重复极小脉宽的单一负脉冲波形，没有正的分量。

在这些第一例～第五例中，电压波形的上升沿是逐渐离开基准的接地电位，接近正或负的峰值，而下降沿是从正或负的峰值逐渐接近基准的接地电位，形成这样形状的脉冲波形，但是与第一例～第五例相比，在电压波形的上升沿是从基准的接地电位更迅速地接近正或负的峰值、而下降沿是从正或负的峰值更迅速地接近基准的接地电位的这种矩形脉冲波形的情况下，也能够期望获得同样的效果。

(评价)

用以下的高电压脉冲条件通过固定暴露试验及一次通过试验，对利用本发明的杀菌装置的杀菌效果进行了评价。各试验都确认，空白试验在处理前及处理后基本上没有变化，生存率约为100％。

(高电压脉冲条件)

A)电压为5kV，频率为2kHz(pps)，脉宽为1μsec。

B) 电压为8kV，频率为2kHz(pps)，脉宽为1μsec。

C)电压为8kV，频率为2kHz(pps)，脉宽为20μsec。

条件A、B、C的波形分别为图8(a)、(b)、(c)所示的波形，是与图3相同的脉冲波形。

(固定暴露试验)

将与图1及图2所示的相同的杀菌单元(厚40mm)设置在容器(180×80×40mm)内，在该杀菌单元的放电电极与相对电极的间隙(10mm)中依次放置微生物试样，暴露在上述各高电压脉冲条件的高电压下30秒钟。各微生物试样是将市售的杆菌悬浮液在丙稀制取样片(8×8)各采取等量悬浮液后经自然干燥而成。将高电压脉冲处理后的各微生物试样的杆菌回收在Tween80中，各用等量的琼脂培养基进行培养(37℃，24h)，将菌落数进行计数。用从空白试验得到的计数值除以从高电压脉冲条件A～C的处理后的微生物试验得到的计数值，作为生存率(％)。结果如表1所示。

                            表1

条件	输出电压	频率	脉宽	生存率
					A	5kV	2kHz(pps)	1μsec	103(％)
B	8kV	2kHz(pps)	1μsec	38(％)
					C	8kV	2kHz(pps)	20μsec	66(％)

(一次通过试验)

将与图1及图2所示的相同的杀菌单元(厚40mm)设置在具有风扇的容器(180×80×600mm)内的流通路径中，一面使容器内的空气以约1m/s的速度流通，一面在其吸入口的附近，用刷子使作为试验微生物的黑皮霉飞散，包含在空气流中，加上上述各高电压脉冲条件的高电压，将杀菌单元的上流侧(处理前)及下流侧(处理后)的空气分别取入空气取样器，对空气取样器内设置的琼脂培养基采取黑皮霉。将采取的黑皮霉照原样用琼脂培养基进行培养(25℃，1 68h)，将菌落数进行计数。用从处理后的试验得到的值除以从处理前的试验得到的值，作为生存率(％)。结果如表2所示。对于固定暴露试验中没有效果的A，不进行实验。

                           表2

条件	输出电压	频率	脉宽	生存率
					A	5kV	2kHz(pps)	1μsec	-
B	8kV	2kHz(pps)	1μsec	41(％)
					C	8kV	2kHz(pps)	20μsec	94(％)

根据表1及表2可知，用输出电压5kV，得不到杀菌效果，而相反用输出电压8kV，能得到大的杀菌效果，另外在输出电压一定(8kV)的情况下，脉宽越小，则杀菌效果越大。

如上所述，根据本发明，通过在放电电极与相对电极之间加上脉冲波形高电压，使得在两电极附近的气体中产生脉冲流光放电，能够杀灭或失活处理前述气体中所含有的微生物。

Claims (6)

1.一种杀菌方法，其特征在于，

在放电电极与相对电极之间加上脉冲波形高电压，使得在两电极的附近产生流光放电，杀灭或失活处理放电区域中存在的微生物。

2.一种杀菌装置，其特征在于，

具有放电电极(3)及相对电极(4)、以及在所述电极之间(3)(4)加上使其产生流光放电用的脉冲波形高电压的高电压施加装置(9)。

3.如权利要求2所述的杀菌装置，其特征在于，

高电压施加装置(9)控制频率，使得在以规定速度通过在放电电极(3)与相对电极(4)的附近形成的放电区域(5)的气体或液体的通过时间内至少产生一次流光放电。

4.如权利要求2或3所述的杀菌装置，其特征在于，

使构成的高电压施加装置(9)施加极小脉宽的高电压。

5.如权利要求2或3所述的杀菌装置，其特征在于，

使构成的高电压施加装置(9)施加1μsec及1μsec以下的极小脉宽的高电压。

6.如权利要求2所述的杀菌装置，其特征在于，

使构成的高电压施加装置(9)施加负脉冲波形的高电压。

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