JP2005130891A

JP2005130891A - 浄化方法および浄化装置

Info

Publication number: JP2005130891A
Application number: JP2003367084A
Authority: JP
Inventors: Makoto Shimizu; 真清水; Masakatsu Iwashimizu; 正勝岩清水; Daisuke Tabata; 大輔田畑
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】速い速度で通過する気体、液体、を確実に浄化できる浄化方法および浄化装置を提供する。
【解決手段】ペレットを充填した電極間にパルス波形の歪んだ高電圧を印加し近傍の気体や液体中でプラズマを発生させ、その放電領域で浄化する。
【選択図】図２

Description

本発明は、気体、液体などの浄化方法および浄化装置に関するものである。

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が知られている。

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ようにした微生物繁殖防止方法および装置がある（たとえば特許文献１参照）。

また、例えば、図８に示すように放電電極と接地側電極の間において、放電電極に印加するパルス波形の高電圧の半値幅を狭めることにより、電圧ピークを高く且つ尖った形状の高電圧パルス波形を印加し、殺菌する方法などがある（たとえば特許文献２参照）。
特開平９−１０８３１３号公報特開２００２−２６３１７０号公報

しかしながら、上記した従来の微生物繁殖防止方法および装置は、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、という課題があった。

また、電圧ピークを高く且つ尖った形状の高電圧パルス波形を印加するだけでは効率よくプラズマが発生しない、また、十分に殺菌できない。さらには前記同様に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、という課題があった。

本発明は上記問題を解決するもので、効率よくプラズマを発生させ、且つ速い速度で通過する気体、液体、などを殺菌、脱臭、有害物質除去す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。

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ペレットを充填し、前記電極間にパルス波形の歪んだ高電圧を印加して両電極の近傍でプラズマを発生させ、その放電領域で高速に飛散する電子やイオン等の飛散粒子、電位差およびラジカル等によって前記放電領域を通過する気体、液体、などを殺菌、脱臭、有害物質除去することを特徴とする。

また、上記した浄化方法を実施する本発明の浄化装置は、放電電極および対向電極と、これらの電極間にペレットを充填し、前記電極間に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。これにより、効率よくプラズマを発生させることができる。

好ましくは高電圧印加手段は、放電電極と対向電極の近傍に形成される放電領域を気体、液体、などが通過する時間内に少なくとも１回、歪んだ高電圧を印加させる周波数に制御される。これにより、気体、液体、は放電電極と対向電極の近傍を通過する間に少なくとも１回、プラズマに遭遇することになり、気体、液体、などの浄化が確実にできる。

また好ましくは高電圧印加手段は、所定の極小パルス幅の歪んだ高電圧を印加するように構成する。これにより、瞬時に電圧を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、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。

また好ましくは高電圧印加手段は、負のパルス波形の歪んだ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、マイナスイオンを含んだきれいな空気を供給することが可能となる。

本発明によれば、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両電極の近傍で効率よくプラズマを発生させることにより、気体、液体、などを殺菌脱臭、有害物質除去することができる。

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。なお、以下では空気などの気体について説明するが、水などの液体、でも同様である。

浄化ユニット１は、気体の流路内に配置されるものであり、ワイヤ状の放電電極２が複数段に配置され、各段の放電電極２の間に平板状の対向電極３が互いに並列に配置されていて、各放電電極２と対向電極３との間に形成される放電領域８が互いに連続するように構成されている。なお、放電電極２たとえば金属針状、鋸歯状など、放電を起こす電極であればなんら限定しない。

この連続した放電領域８は、開口した流入口、流出口（図示せず）により形成される気流の通過領域５よりも大きくなるように設定されている。６は気流通過領域５に流入する上流気流、７は気流通過領域５から流出する下流気流を示す。

高電圧印加装置４は、放電電極２に接続するプラス電極４１と、対向電極３に接続するマイナス電極４２（またはアース４２）とを有し、放電電極２と対向電極３との間にペレット９を充填し、放電電極２と対向電極３との間にプラズマ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。

この高電圧印加装置４としては、例えば倍電圧回路にＩＧＢＴ（Inslated Gate Bipolar Transistor）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。しかし所望のパルス波形、周波数の歪んだ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。ペレット９としては、例えばＴｉＯ_２やＢａＴｉＯ_３など、プラズマを発生させ得るものであれば限定しない。

以下、上記構成における作用を説明する。高電圧印加装置４によって放電電極２と対向電極３との間に所定のパルス波形の歪んだ高電圧を印加することにより、ペレット９を充填した放電領域８にプラズマを発生させる。

プラズマがペレット９を充填した放電領域８で起こるため、放電領域８に流入する上流気流６に微生物が含まれていると、放電領域８で高速に飛散している多量の電子等の飛散粒子（つまり、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、正イオン等）、電位差およびラジカル等によって、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。

また、放電領域８に流入する上流気流６に例えばＮＨ₃（アンモニア）の汚れた物質が含まれていると、放電領域８で高速に飛散している多量の電子等の飛散粒子（つまり、放電電極３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、正イオン等）、電位差およびラジカル等によって、あるエネルギーレベルで安定していたＮＨ₃は、エネルギーを与えられ分解反応が促進される。すなわち、第一段階ではＮとＨに分解され、そのままでは不安定なため、第二段階ではＮ₂（窒素）とＨ₂（水素）に、さらにはＨ₂Ｏ（水）などに変化し、浄化される。

印加すべき高電圧は、効率よくプラズマを発生させ得る歪んだ高電圧であり、放電電極２と対向電極３との間隙の大きさ、充填したペレット９によっても異なるが、たとえば放電電極２と対向電極３との間隙が約１０ｍｍである時には約６ｋＶ以上、間隙が約８ｍｍである時には約５ｋＶ以上、間隙が約５ｍｍである時には約３ｋＶ以上のパルス波形の歪んだ高電圧が必要である。

確実に殺菌、脱臭、有害物質除去などの浄化を行うためには、放電領域８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（換言すると気流中の任意の１点）や汚れた物質が放電領域８を通過する間に少なくとも１回、プラズマを発生させることができる高周波数が必要である。

たとえばエアコンに利用する場合、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８の幅が約１０ｍｍである時には、気流中の微生物は約１０ｍｓｅｃで放電領域８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８を通過していく微生物を１回、プラズマに遭遇させることができる。

放電領域８を通過していく微生物や物質を確実に殺菌または分解するためには、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８を通過する場合も、気流中の微生物や汚れた物質を確実に浄化できるのである。気流や液体、が物体の表面や収納空間に存在する場合には、このような高周波数は必須ではない。

なお、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８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５μｓｅｃ以下、すなわち数μｓｅｃ以下とすることで好ましい浄化効果が得られる。

また負のパルス波形の歪んだ高電圧を印加することによって、放電領域８でマイナスイオンを生成することができ、下流気流７としてマイナスイオンを含んだきれいな空気を供給して、リラックスできる雰囲気を提供することが可能となる。

使用可能な歪んだ高電圧の波形例を図３〜図７に示す。図３は正弦波や振動波形である
パルス波形を示している。図３においてＡ部を拡大し歪んだ高電圧の波形を示す。拡大部にあるよう歪んだ高電圧の波形は、例えば第１ピークと第２ピークをもつものである、またピークは複数であり１つ以上のピークをもてばなんら限定しない。さらに第１ピークと第２ピークのどちらか一方が高い、または等しいなどピークを持つものであればその相対差は限定しない。図４はその一部である正のパルス波形を示し、図５はその一部である負のパルス波形を示す。

図６は極小パルス幅の正のパルス波形を示し、図７は極小パルス幅の負のパルス波形を示す。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。

なお、本浄化装置を、例えば風量の大きい空気調和機に搭載すると、さらに浄化性能を向上させることができる。

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正面図同上浄化装置の断面側面図図１の浄化装置で印加される第１例の歪んだ高電圧の波形図図１の浄化装置で印加される第２例の歪んだ高電圧の波形図図１の浄化装置で印加される第３例の歪んだ高電圧の波形図図１の浄化装置で印加される第４例の歪んだ高電圧の波形図図１の浄化装置で印加される第５例の歪んだ高電圧の波形図従来の浄化装置で印可される高電圧の波形図

符号の説明

１浄化ユニット
２放電電極
３対向電極
４高電圧印可装置
９ペレット

Claims

放電電極と対向電極との間にペレットを充填し、前記両電極間にパルス波形の歪んだ高電圧を印加してプラズマを発生させ、その放電領域を通過する気体、液体、などを殺菌または脱臭または有害物質除去する浄化方法。
放電電極および対向電極と、これらの電極間にペレットを充填し、前記電極間に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。
高電圧印加手段は、放電電極と対向電極の近傍に形成される放電領域を気体または液体などが通過する時間内に少なくとも１回、歪んだ高電圧を印加させる周波数に制御される請求項２記載の浄化装置。
高電圧印加手段は、所定の極小パルス幅の歪んだ高電圧を印加するようにした請求項２または請求項３に記載の浄化装置。
高電圧印加手段は、負のパルス波形の歪んだ高電圧を印加するようにした請求項２〜４のいずれかに記載の浄化装置。