JP2000093973A - 多重円筒状電極を用いた殺菌装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多重の同心円状の円筒状電極を用いる手段に
より、円筒状電極の長さを長くすることなく殺菌効率を
上げ、また円筒状電極間に絶縁物や溝を配設することに
よって、構造的な強度保持や、停留時間延長や被殺菌対
象物の撹拌に起因する殺菌効率の向上を図る。 【解決手段】 水等の被殺菌対象物を殺菌する殺菌装置
であって、複数の同軸に配置された円筒状電極からな
り、交互に逆極性に接続された多重円筒状電極を備え、
前記各円筒状電極の間隙で前記被殺菌対象物の流路を形
成し、前記流路内に絶縁物を用いた流路規制部材を備え
た構成にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、衛生保持、医薬お
よび食品関連分野、上下水処理などにおいて問題とな
る、微生物を殺菌するために用いる、殺菌装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の高電界を用いる殺菌装置は、平板
電極と平板電極の間の距離を狭くして、高圧パルスを印
加し、殺菌を行なう装置であった。

【０００３】より低消費電力量で殺菌が可能である、高
電界域を用いた殺菌装置の例としては、水野彰らの方法
（特開昭６３ー８２６６６号公報「高電圧パルスによる
殺菌装置」）がある。

【０００４】これによると、円筒状電極と、円筒の中心
軸付近に円筒と絶縁して配設された線状電極により成
り、それらの電極間に、高電圧パルスを印加することに
より、殺菌を行なうものである。

【０００５】これによると、低消費電力で、効果的な殺
菌が可能であった。

【０００６】円筒状電極を複数用いたものには、特開平
７−１５５７６６号公報に開示された「電気化学的殺菌
装置とそれを用いた殺菌法」がある。これは、活性炭素
材により構成されており、直流電圧を印加した電極間で
殺菌を行うものであった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の平板―平板電極
や、円筒―線電極によると、その電極間の距離を短くす
ることにより殺菌効率は上がるが、大容量の処理は難し
いという問題点があった。

【０００８】また、円筒―線電極によると、円筒の長さ
つまりその対象物の流通経路の長さを長くすれば、殺菌
効率は上昇するが、中心部にある線電極が、水流により
破損する可能性があるという問題点があった。

【０００９】活性炭素材により構成された円筒状電極に
よると、被殺菌対象物の流れは円筒軸の垂直方向から電
極自体を通り抜けていくというものであり、円筒軸方向
に流れる場合を想定しておらず、殺菌ムラが生じるとい
う問題があった。

【００１０】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされた殺菌装置で、多重の同心円状の円筒状電
極を用いる手段により、円筒状電極の長さを長くするこ
となく殺菌効率を上げ、また円筒状電極間に絶縁物や溝
を配設することによって、構造的な強度保持や、停留時
間延長や被殺菌対象物の撹拌に起因する殺菌効率の向上
を図ったものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成によ
る殺菌装置は、水等の被殺菌対象物を殺菌する殺菌装置
であって、複数の同軸に配置された円筒状電極からな
り、交互に逆極性に接続された多重円筒状電極を備え、
前記各円筒状電極の間隙で前記被殺菌対象物の流路を形
成し、前記流路内に絶縁物を用いた流路規制部材を備え
たものである。

【００１２】また、本発明の第２の構成による殺菌装置
は、前記多重円筒状電極に、高電圧パルス、直流電圧、
交流電圧のうちの１つ、またはそれらを組合わせた電圧
を印加するものである。

【００１３】また、本発明の第３の構成による殺菌装置
は、前記多重円筒状電極に、立ちあがってすぐ立ち下が
る極短パルス波形あるいはパルス幅が数十μｓ以上の波
形の高電圧パルスを印加するものである。

【００１４】また、本発明の第４の構成による殺菌装置
は、前記円筒状電極を金属で形成したものである。

【００１５】また、本発明の第５の構成による殺菌装置
は、前記円筒状電極の表面を導電性または非導電性の非
金属物質で被覆したものである。

【００１６】また、本発明の第６の構成による殺菌装置
は、前記円筒状電極を形成する金属表面をこの金属より
イオン化傾向の小さな金属で被覆したものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明にお
ける同軸の多重円筒状電極を用いた殺菌装置の構成を示
す図である。図において、１は多重円筒状電極、２は電
源、１１は多重円筒状電極１の各円筒状電極、１２は最
内周の円筒状電極、１３は最外周の円筒状電極、１４は
水等の被殺菌対象物の注入口、１５は排出口である。各
円筒状電極１１はほぼ等間隔に多重に重ねられ、交互に
逆極性の電圧が印加されるように、電源２と接続されて
いる。このように接続することにより、すべての円筒状
電極間にほぼ均一に電界を発生することができる。ま
た、このような接続は、外部に放射する妨害電磁波を少
なくする点でも好ましい。

【００１８】電源２は、高電圧パルス、直流電圧および
交流電圧を発生できる多機能型のものである。また、妨
害電磁波の放射を少なくするため、電源の出力電圧を正
負の等電位とする中点接地にするとよい。

【００１９】電極間の距離が短ければより高電界が生成
される。隣の同心円との間の距離は、微生物を殺すこと
が可能な高電界を作りだす程度の距離である。

【００２０】他の配管に接続された、被殺菌対象物注入
口１３から、被殺菌対象物を注入すると、最も内にある
円筒より外、最も外の円筒よりは内を、被処理体が、電
極間を円筒軸方向に、円筒状電極の隙間を、通過あるい
は滞留する。その際に、電界により殺菌される。殺菌さ
れた被殺菌対象物は、排出口１５から流出し、次の配管
に流入する。

【００２１】円筒状電極の高さを大きくし、通過距離を
長くすると、殺菌効率が上昇する。また、円筒の数を増
やし、被殺菌対象物の流量を増やすことができる。

【００２２】下水配管などに接続し、下水殺菌処理に利
用する場合もある。

【００２３】この円筒状電極の素材は、金属から構成さ
れる。あるいは導電性材料でも使用できる。例えば、導
電性樹脂や炭素などでもよい。

【００２４】実施の形態２．図２に、多重円筒状電極を
示す。直径の異なる同心円状の円筒状電極２１が、陽
極、陰極と交互に並んでいる多重円筒状電極である。こ
れは、各電極が一様な材質でできている。電界が電極を
介して逆方向に働く、つまり電極を挟んで外側と内側に
おいて逆方向に電界がかかるため高電圧パルスを印加し
ても静電気力による衝撃が相殺され、電極位置保持の安
定性が良い。

【００２５】電界強度（印加電圧／各電極間距離）を７
ｋＶ／ｃｍ程度になるように、高圧パルス（パルス間隔
がマイクロ秒〜秒、パルス幅がマイクロ秒〜ミリ秒）を
印加すると、多重円筒状電極間に電界が形成され、その
電界を通過する被殺菌対象物に対して、殺菌が行なわれ
る。印加電圧は、数ｋＶが主であるが、電極間の距離に
よっては数万Ｖを用いる場合もある。電磁波防止のため
には、被殺菌対象物注入口１４と排出口１５に金属メッ
シュなどによる電磁しゃへいを設けるか、または電極全
体を接地された金属配管中に配置する。

【００２６】流量が多い場合には、電極数を増やし、そ
の直径を大きくすることで対処する。

【００２７】また、１つの電源を、図１のように接続す
ることにより、電力効率も良く、装置がコンパクトにな
る。

【００２８】あるいは、幾つかの電極毎に異なる電源を
使用するといったように、複数の電源を使用することに
より、場所によっての電界強度を変更したり、あるいは
流量によっては流通路を制限あるいは閉鎖することがで
きる。

【００２９】実施の形態３．本実施の形態は、多重円筒
状電極の各円筒状電極の間隙に絶縁物からなる流路規制
部材を配置して、殺菌過程を制御するものである。図３
のように、絶縁物で作られた小さな物体２１を、電極間
に配置する。この間を通り抜けて出るため、流路が長く
なり、電界中の停留時間が長くなるため、殺菌効率が上
がる。また、電極間は、これら絶縁物の配置により、隣
の電極との間の距離を保つことが可能になると同時に、
構造的強度を保持できる。この絶縁物が、穴が入り組ん
だ多孔質ものであるとさらに殺菌効率は上がる。

【００３０】あるいは、図４のように、絶縁物で作られ
た中が空洞であるチューブ３１を多量に束ねたものを、
流路が長くなるように巻き込み、電極間に配置する。被
殺菌対象物は、チューブの中やチューブ間を流れ、流路
が長くなり、電界中の停留時間が長くなるため、殺菌効
率が上がる。この空洞チューブの代わりに、流路を導く
目的の細いファイバーを束ねたものでも良い。

【００３１】図５も、電極間に絶縁物を配設する例であ
る。電極間を円筒の中心軸と垂直方向に、リング状の絶
縁物４１をはめ込み設置し、各電極を隔離、絶縁する。
その絶縁物に穴をあけて、通過流量を絞るポイントを作
り、停留時間を作ることができる。

【００３２】このとき、電極間の電界の偏りを考慮し
て、小さい径の円筒側よりに穴を空けると、より高電界
下になるため、殺菌効率が上がる。

【００３３】リングや穴の数や、穴の大きさの調節によ
り、円筒状電極を通過する時間や、殺菌効率を調整する
こともできる。あるいは、円筒状電極全体として見た場
合の殺菌効率の偏りをなくすため、外側の円筒状電極と
内側の円筒状電極において、穴の大きさを調節すること
により殺菌効率を調整することもできる。

【００３４】図６に示すように、各円筒状電極の側面
に、流れの方向を誘導するための絶縁物の整流板５１を
備えた多重円筒状電極としてもよい。被殺菌対象物が接
触する、各円筒状電極の内側や外側の側面に、流れの方
向を変えるよう考慮した、らせん状などの凹凸を設ける
ものである。整流板５１がつくる溝を通り抜けることに
より、電極中における流通距離の合計が増し、殺菌効率
が上がる。

【００３５】各円筒状電極の側面に、流れを変更するた
めの撹拌孔６１を備えた多重円筒状電極を図７に示す。
水圧に押され、撹拌孔６１を通り抜けることにより、被
殺菌対象物は撹拌され、殺菌効率が上がる。

【００３６】ここに例示した各種の流路規制部材は、各
円筒状電極間の流速のバランスを均一にする点でも有効
に作用する。

【００３７】実施の形態４．本実施の形態は、電源２の
印加電圧の形態に関するものである。本発明の殺菌装置
の殺菌用電極１に印加する電圧の形態としては、高電圧
パルス、交流電圧、直流電圧のいずれの形態も殺菌に有
効である。

【００３８】図８および図９は、殺菌用電極１に印加す
る高電圧パルスの一例を示す図である。高電圧パルスと
は、図８に示すような矩形波、あるいは図９に示すよう
な指数関数的に減衰するパルス波形（以下、指数関数的
パルス波形と呼ぶ）であり、そのパルス幅は、矩形波に
おいてはＤＣ部分の時間間隔、つまり、電圧が上昇し所
定の電圧に収束したときの値を持続する時間間隔を、指
数関数的パルス波形では電圧の半値幅に相当する時間間
隔（電圧が上昇し、その値が最大値の１／２となり、最
大値をとった後、下降し再び最大値の１／２となるまで
の時間間隔）を、パルス幅と定義する。高電圧パルス殺
菌法は、矩形波においては、０〜数ｍｓ、指数関数的パ
ルス波形では数ｎｓ〜数ｍｓのパルス幅の高電圧パルス
を電極に印加し、殺菌対象の水中に数ｋＶ／ｃｍ〜数十
ｋＶ／ｃｍの強電界を発生させるものである。この強電
界により菌体に電位差を生じさせ、細胞膜の破壊または
代謝機能の破壊により殺菌するものである。放電を生じ
る条件では電極金属の溶出等が問題となることがあるの
で、通常は放電を生じない電圧範囲でパルス印加を行
う。また、パルス立ち上がり時間は短い方がより殺菌効
果がよく、ｎｓオーダの立ち上がり時間をもつパルスを
用いた方が、効率よく殺菌できる。

【００３９】また、等しいエネルギーを与えた場合、パ
ルス幅によって殺菌効果は同じでない。従って、エネル
ギー効率をよくするために、パルス幅はほぼゼロにする
（立ち上がってすぐ立ち下がる波形）か、あるいはパル
ス幅が数十μｓ以上の高電圧パルスを用いる。また、同
じ印加回数条件下では、パルス幅が大きくなるとＤＣ成
分による電解生成物が関与した殺菌効果が上乗せされ、
より殺菌効果がよくなる。

【００４０】直流電圧または交流電圧を印加する方法で
は、ｍＡ／ｃｍ²のオーダ以上の電流を殺菌対象の水中
に流し、電解生成物や電極から溶出した金属により殺菌
する。この場合の印加電圧は高電圧である必要はなく、
１〜１００Ｖ程度でよい。金属イオンを利用した殺菌に
は銀や銅が有効である。電極金属の溶出が望ましくない
場合は、直流通電より交流通電が望ましい。交流の周波
数は商用周波数でも有効であるがｋＨｚのオーダとする
と更によい。更にＭＨｚのオーダにすると、イオンの移
動が抑制されるため、電極の電気分解が極めて起こりに
くい、あるいは電気分解が起こらなくなり、電極の溶出
を殆ど若しくは完全に無くすことができる。直流または
交流通電の方法では、高電圧パルス法に比べて電磁波妨
害が少ない利点がある。交流法や高電圧パルス法では電
磁波妨害を少なくするために、出力電位基準を中点接地
にするとよい。

【００４１】これらの各種の電圧印加方法は単独で用い
ても、組合わせて用いても有効である。各種の電圧印加
法を時分割的に行い、複数の殺菌機構を併用することに
より、更に殺菌効果を強めることができる。

【００４２】これらの各種の電圧を印加するために、電
源２は各種の電圧が発生できる多機能型電源とするとよ
い。

【００４３】実施の形態５．本実施の形態は、電極の構
成材料に関するものである。電極を金属で形成し、電極
金属の溶出が望ましくない場合は、電極金属としてステ
ンレス鋼が適している。また、電極材料として、金（Ａ
ｕ）、白金（Ｐｔ）といったような鉄や銅よりもイオン
化傾向の小さな金属を用いる、あるいは電極材料を形成
する金属よりもイオン化傾向が小さな、例えば、金（Ａ
ｕ）、白金（Ｐｔ）といったような金属を電極にめっき
などで被覆したものを用いると、電極金属の溶出を更に
押さえることができる。また、電極を導電性塗料等の非
金属物質で被覆してもよい。

【００４４】高電圧パルス法や交流通電法では、塗料が
導電性であることは必ずしも必要でない。この場合は、
非導電性塗料、セラミック塗料等を用いることができ
る。また、電極をアルミニウムとし、これにアルマイト
処理をしたものも使用可能である。

【００４５】

【発明の効果】本発明の第１の構成による殺菌装置は、
水等の被殺菌対象物を殺菌する殺菌装置であって、複数
の同軸に配置された円筒状電極からなり、交互に逆極性
に接続された多重円筒状電極を備え、前記各円筒状電極
の間隙で前記被殺菌対象物の流路を形成し、前記流路内
に絶縁物を用いた流路規制部材を備えたので、大量の被
殺菌対象物を均一に高効率で殺菌できる。

【００４６】また、本発明の第２の構成による殺菌装置
は、多重円筒状電極に、高電圧パルス、直流電圧、交流
電圧のうちの１つ、またはそれらを組合わせた電圧を印
加するようにしたので、電界による殺菌機構の選択や組
合わせができるので、多種の微生物に対して最適な殺菌
方法を構成することができる。

【００４７】また、本発明の第３の構成による殺菌装置
は、円筒状電極に、立ちあがってすぐ立ち下がる極短パ
ルス波形あるいはパルス幅が数十μｓ以上の波形の高電
圧パルスを印加するので、高効率殺菌を実現することが
できる。

【００４８】また、、本発明の第４の構成による殺菌装
置は、円筒状電極を金属で形成したので、電極の成形・
加工が容易にできる。

【００４９】また、本発明の第５の構成による殺菌装置
は、円筒状電極の表面を導電性または非導電性の非金属
物質で被覆したので、被殺菌対象物への金属の溶出を防
止できる。

【００５０】また、本発明の第６の構成による殺菌装置
は、円筒状電極を形成する金属表面をこの金属よりもイ
オン化傾向が小さな金属で被覆したので、電極金属の溶
出を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 多重円筒状電極を用いた殺菌装置の構成を示
す図である。

【図２】 陽極、陰極と交互に並んでいる多重円筒状電
極の図である。

【図３】 絶縁物を挟み込んだ構造の多重円筒状電極の
断面図である。

【図４】 絶縁物を挟み込んだ構造の多重円筒状電極の
断面図である。

【図５】 絶縁物を挟み込んだ構造の多重円筒状電極の
断面図である。

【図６】 整流板を備えた多重円筒状電極の図である。

【図７】 円筒状電極の側面に撹拌孔を持つ多重円筒状
電極の図である。

【図８】 高電圧パルス波形の一例を示す図である。

【図９】 高電圧パルス波形の他の例を示す図である。

【符号の説明】

１ 同軸の多重円筒状電極、２ 電極、１１ 多重円筒
状電極の各円筒状電極、１２ 最円周の円筒状電極、１
３ 最外周の円筒状電極、１４ 被殺菌対象物の注入
口、１５ 被殺菌対象物の排出口、２１ 絶縁物の小物
体、３１ 絶縁物のチューブ、４１ 絶縁物のリング、
５１ 絶縁物の整流板、６１ 円筒状電極に設けた撹拌
孔。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水等の被殺菌対象物を殺菌する殺菌装置
   であって、複数の同軸に配置された円筒状電極からな
   り、交互に逆極性に接続された多重円筒状電極を備え、
   前記各円筒状電極の間隙で前記被殺菌対象物の流路を形
   成し、前記流路内に絶縁物を用いた流路規制部材を備え
   た殺菌装置。
2. 【請求項２】 前記多重円筒状電極に、高電圧パルス、
   直流電圧、交流電圧のうちの１つ、またはそれらを組合
   わせた電圧を印加する請求項１記載の殺菌装置。
3. 【請求項３】 前記多重円筒状電極に、立ちあがってす
   ぐ立ち下がる極短パルス波形あるいはパルス幅が数十μ
   ｓ以上の波形の高電圧パルスを印加する請求項１記載の
   殺菌装置。
4. 【請求項４】 前記円筒状電極を金属で形成した請求項
   １記載の殺菌装置。
5. 【請求項５】 前記円筒状電極の表面を導電性または非
   導電性の非金属物質で被覆した請求項１または４記載の
   殺菌装置。
6. 【請求項６】 前記円筒状電極を形成する金属表面をこ
   の金属よりイオン化傾向の小さな金属で被覆した請求項
   ４記載の殺菌装置。