JP2004350890A

JP2004350890A - 浄化方法および浄化装置

Info

Publication number: JP2004350890A
Application number: JP2003151724A
Authority: JP
Inventors: Makoto Shimizu; 真清水; Masakatsu Iwashimizu; 正勝岩清水; Daisuke Tabata; 大輔田畑; Yuji Inoue; 雄二井上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16
Also published as: KR20040103400A; CN1273198C; CN1572329A; KR100635341B1

Abstract

【課題】装置内を速い速度で通過する浄化対象物をも殺菌等する。
【解決手段】放電電極３と対向電極４との間にパルス波形の歪んだ高電圧を印加してストリーマ放電を発生させることにより、放電領域５に存在する空気などの浄化対象物を殺菌し浄化する。パルス波形の歪んだ高電圧を用いることで、ストリーマ放電を効率よく発生させることが可能となり、放電領域５内で高速に飛散する電子やイオンやラジカル等の飛散粒子や電位差などによって、浄化対象物に含まれた微生物や臭気成分や有害成分に物理的・化学的変化を生ぜしめることができ、放電領域５を速い速度で通過する浄化対象物をも殺菌、脱臭、有害物質除去することができる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストリーマ放電を利用して空気などの浄化対象物を殺菌し浄化する浄化方法および浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、イオンやオゾン等の活性粒子を利用して、食品・調理用品などの食に関連する物体や公衆衛生上で微生物が問題となる物体の表面、これらの物体を収納する空間に存在する微生物の繁殖を防止する方法および装置が知られている。
【０００３】
例えば、空気などの気体を電離室に導いてイオン化およびオゾン化させる際の放電電流を制御することにより、所定の低濃度のオゾンと高濃度のイオンを含む気体を発生させ、前記電離室あるいはそれに連通する空間内で、あるいは電離室で発生した気体を物体に吹き付けることによって、オゾンとイオンとの相乗効果で微生物の繁殖を防止する方法がある（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
また、パルスストリーマ放電を発生させて殺菌対象物を殺菌する際に、印加する高電圧パルス波形の半値幅を狭め、電圧ピークの高い且つ尖った波形とすることにより、殺菌効率を高めるようにした方法がある（たとえば特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１０８３１３号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−２６３１７０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したオゾンとイオンとの相乗効果を利用する方法は、物体の表面や収納空間に存在する微生物を処理対象とするものであるため、気体が非常に速い速度で通流される機器に適用しても効果が少なく、微生物は損傷されずに通過してしまうことが多い、という問題があった。
【０００８】
またパルスストリーマ放電を利用する殺菌方法においては、電圧ピークが高く且つ尖った形状の高電圧パルス波形を用いるだけでは、ストリーマ放電を効率よく発生させることができず、十分に殺菌できない、という問題があった。上記と同様に、気体が非常に速い速度で通流される機器に適用しても効果が少ない、という問題もあった。
【０００９】
本発明は上記問題を解決するもので、速い速度で通過する浄化対象物をも殺菌等できる浄化方法および浄化装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の浄化方法は、放電電極と対向電極との間にパルス波形の歪んだ高電圧を印加してストリーマ放電を発生させることにより、放電領域に存在する浄化対象物を殺菌し浄化することを特徴とする。
【００１１】
また本発明の浄化装置は、放電電極および対向電極と、これらの電極間にストリーマ放電を発生させるパルス波形の歪んだ高電圧を印加する高電圧印加手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記したようなパルス波形の歪んだ高電圧を用いることにより、ストリーマ放電を十分に発生させることが可能となり、放電領域内で高速に飛散する電子やイオンやラジカル等の飛散粒子や電位差などによって、浄化対象物に含まれた微生物や臭気成分や有害成分に物理的・化学的変化を生ぜしめることができ、放電領域を速い速度で通過する浄化対象物をも殺菌、脱臭、有害物質除去することができる。なお、浄化対象物は気体、液体、固体のいずれであってもよい。
【００１３】
好ましくは、放電領域を通過する浄化対象物については、放電領域の下流側でろ過を行なう。これにより、塵埃、死滅あるいは不活化された菌、さらにはストリーマ放電で発生したオゾンなどを分離回収することができる。
【００１４】
そのために、放電領域を通過する浄化対象物のろ過を行なうフィルタを放電領域の下流側に設ける。
また好ましくは、高電圧印加手段は、放電領域を通過する浄化対象物の通過時間内に少なくとも１回、パルス波形の歪んだ高電圧を印加する周波数に制御する。これにより浄化対象物に含まれた微生物や臭気物質や有害物質は、前記高電圧パルスによるストリーマ放電に少なくとも１回、遭遇することになり、効果的に浄化できる。
【００１５】
また好ましくは、高電圧印加手段は、パルス波形の歪んだ高電圧を極小パルス幅にて印加するように構成する。これにより、電圧を瞬時に立ち上がらせることができ、より多量の電子を高速飛散させること、電圧印加時間を短縮して人体に有害なオゾンの発生を低減すること、火花放電を抑制することが可能となる。
【００１６】
また好ましくは高電圧印加手段は、負のパルス波形の高電圧を印加するように構成する。これにより、マイナスイオンを生成することができ、浄化対象物が空気等の気体である場合に、マイナスイオンを含んで装置外に流出させることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１および図２は本発明の一実施形態における浄化装置の断面図である。浄化ユニット１において、空気などの気体の流路内に配置される浄化部２は、放電電極３が複数段に配置され、各段の放電電極３を挟むように平板状の対向電極４が互いに並列に配置されていて、各放電電極３と対向電極４との間に放電領域５が形成されるようになっている。放電電極３は、ワイヤ状、金属針状、鋸歯状など、放電を起こす電極であればなんら制限なく使用できる。
【００１８】
形成された各放電領域５は放電電極３，対向電極４が介在する状態で互いに連続し、気流の通過領域６よりも大きい領域を占めることになる。７は気流通過領域６に流入する上流気流、８は気流通過領域６から流出する下流気流を示す。
【００１９】
高電圧印加装置９は、放電電極３に接続するプラス電極９ａと、対向電極４に接続するマイナス電極９ｂ（またはアース９ｂ）とを有し、放電電極３と対向電極４との間に、ストリーマ放電を発生させ得るパルス波形の歪んだ高電圧を印加するように構成されている。
【００２０】
高電圧印加装置９としては、例えば倍電圧回路にＩＧＢＴ（ＩｎｓｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング手段を配して、所望のパルス波形かつ高周波数の電圧を生成し、高圧トランスで昇圧するようにした電装回路などが使用される。ここでは、高圧トランス一次側の投入電流を上げ、パルス波形の歪んだ高電圧を印加させる。しかしこの高電圧印加装置９は、所望のパルス波形、周波数の高電圧を印加できるものであれば、これに限定されず使用可能である。
【００２１】
以下、上記構成における作用を説明する。
高電圧印加装置９によって放電電極３と対向電極４との間に所定のパルス波形の高電圧、つまりパルス波形の歪んだ高電圧を印加することにより、放電領域５にストリーマ放電（以下、パルスストリーマ放電という）を発生させる。
【００２２】
パルスストリーマ放電の発生機構は、放電電極３から放出される電子の前方で中性分子の電離が起こって電子がなだれのように放出され、これが次の新しい電子なだれを起こすというように、電子なだれが次々と起こって合体していくことにより高速に進行するものであり、放電電流の大部分は電子によるものである。
【００２３】
その際には、放電電極３と対向電極４との間における放電電極３の付近に著しい電界集中があるため、印加される高電圧が十分な大きさであれば、電子なだれが発生し、多量のイオンと光量子とが作り出される。なおその際に、ワイヤ状の放電電極３をプラス電極としているため、放電電極３の付近で多量の光量子があらゆる方向に放出され、放出された光量子がその付近の中性分子に吸収されて電離を生起していき、放電電極３に向かう方向の電子なだれが多数に発生して、それと同時に作り出される正イオン中でプラズマ柱を形成する。このプラズマ柱の前縁に、対向電極４（つまりマイナス電極あるいはアースに接続した電極）に向かう正イオンが高密度で集中し、それによる電界集中の他に、これら正イオンの空間電荷と電子なだれ群の空間電荷との間に特に強力な電界が形成されるため、プラズマ柱の前縁の発光はさらに促進される。
【００２４】
このようなパルスストリーマ放電が放電領域５で起こるため、放電領域５に流入する上流気流７に微生物が含まれていると、放電領域５で高速に飛散している多量の電子等の飛散粒子（放電電極２から放出された電子；気体分子（中性分子）、それに由来する電子、正イオン、ラジカル等）、電位差などによって、微生物の外壁やタンパク質が破壊されたり、ＤＮＡやＲＮＡが損傷されることになり、微生物は殺滅または不活化される。
【００２５】
また、たとえば臭気物質であり有害物質でもあるＮＨ_３（アンモニア）が含まれていると、流入時に安定なエネルギーレベルにあっても、放電領域５の飛散粒子、電位差等によりエネルギー供給を受け、分解反応に至る。ＮＨ_３は第一段階でＮとＨに分解され、そのままでは不安定であるため第二段階でＮ_２（窒素）とＨ_２（水素）に、さらにＨ_２Ｏ（水）などに変化することになり、無臭化、無害化される。
【００２６】
したがって、この浄化ユニット１を例えば風量の大きい空気調和機に搭載することで、空気調和機に殺菌、脱臭、有害物質除去という浄化性能を持たせることが可能となる。しかし浄化部２を気体流路内に配置するのでなく、浄化部２内に気体を封入するようにしてもよい。放電領域５内に浄化対象物としての固体、水などの液体を配置してもよい。
【００２７】
図３に示すように、浄化部２の放電領域５の下流側にフィルタ１０を設けるのが望ましい。このことにより、塵埃、殺滅または不活化された菌、パルスストリーマ放電で生成したオゾンなどを分離回収することができ、浄化効果が高まる。そのためのフィルタ１０としては、たとえば活性炭フィルタやＭｎ系触媒フィルタを使用可能であるが、これらに限定されない。
【００２８】
放電電極３と対向電極４との間に印加すべき高電圧は、効率よくパルスストリーマ放電を発生させ得るパルス波形の高電圧であり、両電極間の間隙の大きさによっても異なるが、たとえば間隙が約１０ｍｍである時には約７ｋＶ以上、約８ｍｍである時には約６ｋＶ以上、約５ｍｍである時には約４ｋＶ以上が必要である。
【００２９】
この際のパルス波形の高電圧は、波形が歪んだ高電圧パルスであること、つまりパルストップに複数のピークが存在する高電圧パルスであることが重要である。ピーク数や、ピークどうしが等高であるか高低差があるかなどには特に制限はない。歪みのない高電圧パルスを伴ってもよいし、伴わなくともよい。
【００３０】
確実な浄化のためにはさらに、放電領域５を通過する気流の速度と高電圧のパルス周波数との関係が重要である。気流中の微生物や臭気物質や有害物質（以下、汚染物質という。気流中の任意の１点に相応する。）が放電領域５を通過する間に少なくとも１回、波形が歪んだ高電圧パルスを供給してパルスストリーマ放電を発生させ得る高周波数が必要である。
【００３１】
たとえば空気調和機の場合、室内機を通過する気流の速度は約１ｍ／ｓなので、気流の通過方向における放電領域５の幅が約１０ｍｍである時には、気流中の汚染物質は約１０ｍｓｅｃで放電領域５を通過する。したがって、高電圧を約１００Ｈｚにて印加することで、放電領域５を通過していく汚染物質を１回、パルスストリーマ放電に遭遇させることができる。
【００３２】
より確実な浄化のためには、上記した周波数約１００Ｈｚの数倍〜数十倍程度、つまり数百〜数千Ｈｚという高周波数の高電圧を印加すればよい。逆に言うと、このような高周波数の高電圧を印加することにより、気流が非常に速い速度で放電領域５を通過する場合も、気流中の汚染物質を確実に浄化できるのである。浄化対象の気体、液体、固体が静止している場合には、このような高周波数は必須ではない。
【００３３】
なおその際に、パルス幅を極小パルス幅とすることによって、電圧を瞬時に立ち上がらせることが可能になり、それにより、放電領域５でより多量の電子を高速飛散させること、また電圧印加時間を短縮して人体に有害なオゾンの発生を低減すること、また火花放電を抑制することが可能となる。できるだけ小さいパルス幅が望ましいが、約１μｓｅｃ以下とすることで好ましい浄化効果が得られる。
【００３４】
また負のパルス波形の高電圧を印加することによって、放電領域５でマイナスイオンを生成することができ、マイナスイオンを含んだ下流気流８を流出させて、リラックスできる雰囲気を提供することが可能となる。
【００３５】
使用可能な高電圧の波形例を図４〜図８に示す。
図４は正弦波や振動波形に近いパルス波形を示す。正負のパルスが交互に３組並んだ１サイクルのパルス列の内、最も振幅が大きい正のパルスのパルストップが歪んでいる。拡大図示したように、歪み部分Ａには、第１ピークｐ１とそれより高い第２ピークｐ２がある。このパルスのパルス幅は極小パルス幅（μｓｅｃ）とされている。
【００３６】
図５は正のパルス波形を示し、図６は負のパルス波形を示す。両パルス波形とも、正または負のパルスが３個並んだ１サイクルのパルス列の内、最も振幅が大きいパルスのパルストップが歪んでいる。
【００３７】
図７は正のパルス波形を示し、図８は負のパルス波形を示す。両パルス波形とも、正または負のパルスが一定周期で繰り返されており、各パルスのパルストップが歪んでいる。
【００３８】
同様の矩形のパルス波形を用いてもよいことは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、波形が歪んだ高電圧パルスを供給することにより、パルスストリーマ放電を効率よく発生させることができ、放電領域を速い速度で通過する浄化対象物についても、殺菌、脱臭、有害物質除去などの浄化処理を効果的に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における浄化装置の概略構成を示す断面図
【図２】図１の浄化装置を別の方向から示した断面図
【図３】本発明の他の実施形態における浄化装置の概略構成を示す断面図
【図４】本発明の浄化装置で印加される第１例の高電圧の波形図
【図５】本発明の浄化装置で印加される第２例の高電圧の波形図
【図６】本発明の浄化装置で印加される第３例の高電圧の波形図
【図７】本発明の浄化装置で印加される第４例の高電圧の波形図
【図８】本発明の浄化装置で印加される第５例の高電圧の波形図
【符号の説明】
１…殺菌ユニット
３…放電電極
４…対向電極
５…放電領域
６…気流通過領域
９…高電圧印加装置
１０…フィルタ

Claims

放電電極と対向電極との間にパルス波形の歪んだ高電圧を印加してストリーマ放電を発生させることにより、放電領域に存在する浄化対象物を殺菌し浄化する浄化方法。
放電領域を通過する浄化対象物については、放電領域の下流側でろ過を行なう請求項１記載の浄化方法。
放電電極および対向電極と、これらの電極間にストリーマ放電を発生させるパルス波形の歪んだ高電圧を印加する高電圧印加手段とを備えた浄化装置。
放電領域を通過する浄化対象物のろ過を行なうフィルタを放電領域の下流側に備えた請求項３記載の浄化装置。
高電圧印加手段は、放電領域を通過する浄化対象物の通過時間内に少なくとも１回、パルス波形の歪んだ高電圧を印加する周波数に制御される請求項３または請求項４のいずれかに記載の浄化装置。
高電圧印加手段は、パルス波形の歪んだ高電圧を極小パルス幅にて印加するように構成された請求項３から請求項５のいずれかに記載の浄化装置。
高電圧印加手段は、負のパルス波形の高電圧を印加するように構成された請求項３〜請求項６のいずれかに記載の浄化装置。