JP2009247613A

JP2009247613A - 殺菌装置

Info

Publication number: JP2009247613A
Application number: JP2008099361A
Authority: JP
Inventors: Noe Osato; 野恵大里; Matsuo Kamiya; 松雄神谷; Takeshi Nagasawa; 武長澤
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】安全性を備えかつ効率的に殺菌処理を行える殺菌装置を提供する。
【解決手段】本発明の殺菌装置１０は、開口を有する同形の一対の正負電極を備え、流路に沿って前記正負電極の開口中心が互いに重なるとともに、前記正負電極間を予め定めた離間距離で配置している。この場合において、前記正負電極のいずれか一方の電極開口に微生物を含む流体が流入する第１の通風孔２２を形成し、前記正負電極間を通過した前記流体が排出する第２の通風孔２０を他方の電極開口の外側に形成するとよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に流体中に含まれる微生物を殺菌あるいは除菌する殺菌装置に関する。

従来、空中浮遊菌の不活化や殺菌に対して、プラズマイオン殺菌装置やマイナスイオン発生装置が提案されている。これらはいずれも、コロナ放電によるプラズマによって発生するマイナスイオンや酸素ラジカルを利用して菌の不活化や殺菌を行うものである。

コロナ放電方式によるマイナスイオンの発生機構として、特許文献１のオゾン発生器がある。このオゾン発生器は、針状電極と筒状電極を組み合わせた電極間に高電圧を印加することで、イオンとオゾンを同時に発生することが提案されている。

また微生物は、細胞膜に絶縁破壊を起こすだけの電界強度を曝せば、放電を起こさずとも殺菌することができる。電気的に安定で強度が均一な平等電界を作るには、例えば特許文献２に開示されているような正負の両極に同型の平板電極を用いればよい。
特許第３０１７１４６号広報特許第３２５４１３４号広報

しかしながら、特許文献１のようなオゾン発生器は、コロナ放電を起こすために、電極の先端部に著しい電界の集中が起こるため、局所的に高い電界強度をつくり不平等電界を生じることになる。このような不平等電界は電気的に不安定であり、また人に害を及ぼすおそれのあるオゾンの発生を抑える必要がある。このため印加電圧や電極間距離を制限しなければならない。このように、プラズマイオン殺菌では、安全性を維持するために性能を低く設定したり、稼動条件を限定したりしなければならず、実際の殺菌性能が極めて低いという問題があった。

また特許文献２のような電気集塵装置では、電気力線の密度は電圧がかかる電極の面積に反比例するため、平板状の電極同士を対向させると、電極の面積が大きいほど電気力線の密度は小さくなる。一方、電極の面積を小さくすると電気力線の密度は大きくなるが、殺菌に必要な電界強度が生じる領域は小さくなり、殺菌処理の効率が極めて低くなってしまう。このように、平等電界では、殺菌に必要な電界を効率的に作るのが困難であるという問題があった。

そこで本発明は、上記従来技術の問題点を解決するため、安全性を備えかつ効率的に殺菌処理を行える殺菌装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため本発明の殺菌装置は、開口を中心に有し同一径で同形の一対の正負電極を備え、流路に沿って前記正負電極の開口中心が互いに重なるとともに、前記正負電極間を予め定めた離間距離で配置したことを特徴としている。

これにより、正負電極の間に、電気的に安定で、強度が均一な筒状の平等電界を作ることができる。中空状の電極は、電圧がかかる面積が小さいため、微生物の細胞膜に絶縁破壊を起こすのに必要な強度の電界をつくることができる。

この場合において、前記正負電極のいずれか一方の電極を備えた上流側支持具の電極開口に微生物を含む流体が流入する第１の通風孔を形成し、前記正負電極のいずれか他方の電極を備えた下流側支持具の電極の外側に前記正負電極間を通過した前記流体が排出する第２の通風孔を形成するとよい。

これにより、微生物を含む流体は必ず、前記電極間に生じた筒状の電界領域を通過することになり、処理するすべての微生物を同じ電界強度に曝すことができる。

また前記正負電極のいずれか一方の電極を備えた上流側支持具の電極の外側に微生物を含む流体が流入する第１の通風孔を形成し、前記正負電極のいずれか他方の電極を備えた下流側支持具の電極開口に前記正負電極間を通過した前記流体が排出する第２の通風孔を形成するとよい。

また、前記正負電極は、電極間距離を５ｍｍとし、電極の電圧がかかる面積をＳ（ｍｍ^２）、単位面積当たりの殺菌に必要な電圧を１７４Ｖ、印加電圧をＶ（ｋＶ）としたとき、

の関係を満たすことを特徴としている。

これにより、流体に含まれる微生物は必ず、微生物の細胞膜に絶縁破壊を起こすのに必要な電界強度に曝されることになり、原理的にほぼ１００％の殺菌性能を達成することができる。

上記構成による本発明の殺菌装置によれば、正負両極の電極間に、安定した強度で均一な平等電界を形成することができる。開口を中心に有する同形の一対の正負電極は、電圧がかかる面積が小さいため、微生物の細胞膜に絶縁破壊を起こすのに必要な強度の電界を容易に形成することができる。

また本発明の殺菌装置は、電気的に安定で強度が均一な筒状の平等電界であって、微生物の細胞膜に絶縁破壊を起こすのに必要な強度の電界領域を形成している。よって微生物を含む流体は必ず、前記電界領域を通過するため、放電を起こさず、オゾンの発生しない安全な殺菌方法で原理的にほぼ１００％の殺菌性能を達成することができる。

以下、本発明の殺菌装置の実施形態を添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は第１実施形態の殺菌装置の概略説明図である。同図（１）は流路に沿って取り付けた殺菌装置の断面図である。また同図（２）は（１）のＡ矢視図およびＢ矢視図であり、それぞれ正負電極の平面図を示している。なお図中では正負電極の接続配線および電源を省略している。

図示のように殺菌装置１０は、微生物を含む流体の流路に沿って取り付ける上流側リング電極１２と、下流側リング電極１４および上流側支持具１６と、下流側支持具１８とを主な構成要件としている。

一対の正負電極となる上流側リング電極１２と下流側リング電極１４は、金属性であり、いずれも開口を備えた円形で直径が同一、すなわち環状で同一径に形成してある。そして上流側リング電極１２、下流側リング電極１４はいずれも絶縁性の上流側支持具１６、下流側支持具１８にそれぞれ固定している。

また上流側支持具１６と下流側支持具１８はいずれも微生物を含む流体が通過する通風孔２０、２２を穿孔している。

上流側支持具１６は、上流側リング電極１２と同一の開口を穿孔してあり、上流側支持具１６の開口と上流側リング電極１２の開口が一致するように取り付けている。そして上流側支持具１６の開口は流体が流入する第１の通風孔２２となる。このように上流側支持具１６に開口した第１の通風孔２２は、上流側リング電極１２の内径に開口している。

また下流側支持具１８は、下流側リング電極１４の取り付け箇所の周囲に第２の通風孔２０を穿孔している。本実施形態では、（２）に示すように下流側リング電極１４の周りであって支持具の４隅に等間隔で４つ通風孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを穿孔してある。このように下流側支持具１８に開口した第２の通風孔２０は、下流側リング電極１４の周辺部であって、リング電極よりも小径に複数形成している。

そして上流側リング電極１２および下流側リング電極１４は、開口の中心が流路（図中矢印Ｃ）に沿って重なるように配置している。

また上流側リング電極１２と下流側リング電極１４は、あらかじめ定めた離間距離（電極間距離）で配置している。そして上流側リング電極１２および下流側リング電極１４からなる一対の正負電極に電圧を印加すると、両極間に電界強度の均一な平等電界が生じる。このとき電界は、電極に挟まれた空間に生じるので、リング電極対が生じる電界領域は円柱状となる。

ところで電気力線の密度は前述のように、電極間距離が大きいほど、また電圧にかかる面積が大きいほど小さくなる。そこで、枯草菌芽胞を指標菌に殺菌実験を行い、殺菌に必要な電界強度をあらかじめ測定した。枯草菌芽胞は、一般的な室内環境に生息する一般細菌の一種で、電気的手法を含め、多くの殺菌処理への耐性が強い菌として知られている。

図２は実験結果をもとに、電極間距離５ｍｍを一定として、電圧がかかる面積と殺菌に必要な電圧の関係を示した図である。同図縦軸は電圧（ｋＶ）を示し、横軸は面積（ｍｍ^２）を示している。実線の傾きは、単位面積（ｍｍ^２）当たりの殺菌に必要な電圧に相当し、電極間距離５ｍｍの場合は、単位面積（ｍｍ^２）当たり約１７４Ｖである。

電極間距離を５ｍｍとし、電極の電圧がかかる面積をＳ（ｍｍ^２）、単位面積当たりの殺菌に必要な電圧を１７４Ｖ、印加電圧をＶ（ｋＶ）としたとき、正負電極の印加電圧は

の関係となる。

ここで電圧がかかる面積は、電極同士が対面する面の表面積である。これはリング電極の場合、内径と外径によって定まる。本実施形態の殺菌装置１０は、一例としてリング電極の外径は１６ｍｍ、内径は１４ｍｍに設定している。本リング電極の電圧がかかる面積Ｓ（ｍｍ^２）は、π×８^２−π×７^２より４７．１ｍｍ^２となる。

従って印加電圧Ｖ（ｋＶ）は、前述の数式１に基づいて、４７．１（ｍｍ^２）×１．７４（V）より約８．２ｋVとなる。以上よりこのリング電極対には８．２ｋＶの電圧Ｖを高圧電源装置から印加するとよい。
なお殺菌効果が得られる印加電圧Ｖの範囲には、実線の約±１０％の許容範囲がある。そこで正負電極の印加電圧Ｖは、許容範囲の−１０％を考慮して、少なくとも

の関係、すなわち図２中の破線よりも上の領域を満たす範囲に設定することができる。

図３は第１実施形態の殺菌装置をダクトに配置した殺菌装置の説明図である。同図（１）はダクトの流路に沿って取り付けた殺菌装置の断面図である。同図（２）は、（１）のＡ矢視図およびＢ矢視図であり、それぞれ殺菌装置１００の２枚の支持具の平面図を示している。

殺菌装置１００は、図示のように図１の殺菌電極構造を１つの構成単位として、ダクト１１０内を通過する微生物を含む流体を殺菌処理するため複数構成することができる。

図３（２）に示すように、本実施形態の上流側支持具１６０および下流側支持具１８０は、一例としてダクトの断面形状と同じ形状、すなわち矩形に形成している。そして２枚の支持具、すなわち上流側支持具１６０および下流側支持具１８０は、支持具間を支柱３００によって固定している。支柱３００の長さは、２枚の支持具間をあらかじめ定めた離間距離となる長さに設定している。また上流側支持具１６０の上端および下端の４隅には、ボルト穴３２０を穿孔してあり、ダクト１１０に形成してあるダクト接続部１１２にボルト３３０などの固着手段によって固定されている。上流側支持具１６０の一方の面には複数の上流側リング電極１２０を形成している。上流側リング電極１２０は、縦横各６列で隣接する電極同士が等間隔となるように配置している。また上流側支持具１６０には、流体の流路となる第１の通風孔２２０を、図１の殺菌装置と同様に、上流側リング電極１２０の内径と対応する位置に複数穿孔している。

また下流側支持具１８０の一方の面には複数の下流側リング電極１４０を形成してある。下流側リング電極１４０は、縦横６列で隣接する電極同士が等間隔であって、上流側リング電極１２０と対向する位置に複数配置している。さらに下流側支持具１８０の下流側リング電極１４０の電極間には、第２の通風孔２００を隣接する孔同士が等間隔となるように複数穿孔している。

このようにダクト中に形成した殺菌装置１００は、一例として上流側支持具１６０および下流側支持具１８０に縦横それぞれ６列×６列の合計３６対のリング電極対を取り付けている。ここで３６対のリング電極対はそれぞれ並列に配線され、図示しない高圧電源装置に接続している。これによりすべてのリング電極対に印加される電圧は等しくなり、同じ電界強度を持つ３６個の円柱状の電界領域を形成することができる。

次に上記構成による本発明の殺菌装置の作用について、以下説明する。
殺菌装置１００は、上流側支持具１６０および下流側支持具１８０からなり、それぞれ複数のリング電極と通風孔を等間隔に形成し、ダクト１１０の断面方向に取り付けている。これにより、ダクト１１０を通過する微生物を含む流体は、まず上流側支持具１６０に設けた第１の通風孔２２０に流入する。そして上流側支持具１６０と下流側支持具１８０の間に流入した流体は、上流側リング電極１２０と下流側リング電極１４０の間に形成された円筒状の電界領域を通過する。このとき流体に含まれる微生物は、微生物の細胞膜の絶縁破壊を起こすのに必要な電界強度を備えた電界領域中で菌の不活化や殺菌がなされる。そして電界領域を通過した流体は、下流側支持具１８０に形成した第２の通風孔２００を通り抜け、ダクト下流側へと流れる。

このようにダクトに取り付けた殺菌装置を複数並列に接続し、流路と直交する方向（ダクトの断面方向）に配置しているため、微生物を含む流体は必ず上流側支持具１６０および下流側支持具１８０の通風孔２００，２２０を通り抜ける。このとき流体は殺菌装置の電界領域を必ず通過する構成となる。このため、印加電圧を大きくすることなく大容量の空気を殺菌処理することができる。

図４は第２実施形態の殺菌装置の説明図である。本発明の殺菌装置に用いる電極の形状は、電圧がかかる面積が小さく、電界強度の高い平等電界が生じる効果が得られる形状であれば、第１実施形態のようなリング状の電極に限定する必要はない。すなわち図示のように、正負電極の形状は開口を備えた多角形、一例として枠状の電極（上流側枠状電極４００、下流側枠状電極４２０）であってもよい。

また殺菌装置の支持具１６、１８に形成する通風孔は、これを通過する空気がすべて電極間の電界領域を通過するような配置であれば、第１実施形態のような円に限る必要はなく、楕円、多角形などの形状でもよい。すなわち一例として図４に示すように、上流側支持具１６の枠状電極４００の開口と同一形状の四角形の第１の通風孔２６と，下流側支持具１８の枠状電極４２０の周囲に複数形成する四角形の第２の通風孔２７であってもよい。

図５は第３実施形態の殺菌装置の説明図である。第３実施形態に係る殺菌装置１０１は、第１実施形態と同様に上流側支持具１６１と下流側支持具１８１、上流側リング電極１２１と下流側リング電極１４１を主な構成要件としている。そして、第１実施形態と異なる構成は、流体の流路である。すなわち第３実施形態の殺菌装置１０１は、上流側支持具１６１に取り付けた上流側リング電極１２１の周辺に第１の通風孔２２１を複数形成している。また、下流側支持具１８１に下流側リング電極１４１の開口と同一形状に穿孔した第２の通風孔２０１を形成している。

このように本発明の殺菌装置を通過する気流は、気流の全量が上流側リング電極と下流側リング電極の間に形成された電界領域を通過するという条件を満たしていればよく、例えば第１実施形態の殺菌装置と流体の流れの向きが逆方向となる殺菌装置の構成であっても同様の効果が得られる。

本発明は、電気的に安定な平等電界を利用した安全性の高い殺菌装置であり、周辺に人や生物がいる環境であっても殺菌処理が可能である。これに加え、処理する流体の全量が電界領域を通過する電極と支持具の構造により、高効率、短時間での殺菌が可能である。このため安全性と高機能性を兼ね備えた殺菌装置を必要とする医薬品工場、医工学研究施設、病院、食品工場など幅広い分野の気体、液体の殺菌装置としての利用が可能である。

第１実施形態の殺菌装置の概略構成図である。電圧と面積の関係を示す図である。流路に取り付けた殺菌装置の説明図である。第２実施形態の殺菌装置の説明図である。第３実施形態の殺菌装置の説明図である。

符号の説明

１０………殺菌装置、１２………上流側リング電極、１４………下流側リング電極、１６、１６０………上流側支持具、１８、１８０………下流側支持具、２０、２００………第２の通風孔、２２、２２０………第１の通風孔、１１０………ダクト、１１２………ダクト接続部、３００………支柱、３２０………ボルト穴、３３０………ボルト、４００………上流側枠状電極、４２０………下流側枠状電極。

Claims

開口を中心に有し同一径で同形の一対の正負電極を備え、
流路に沿って前記正負電極の開口中心が互いに重なるとともに、前記正負電極間を予め定めた離間距離で配置したことを特徴とする殺菌装置。
前記正負電極のいずれか一方の電極を備えた上流側支持具の電極開口に微生物を含む流体が流入する第１の通風孔を形成し、
前記正負電極のいずれか他方の電極を備えた下流側支持具の電極の外側に前記正負電極間を通過した前記流体が排出する第２の通風孔を形成したことを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。
前記正負電極のいずれか一方の電極を備えた上流側支持具の電極の外側に微生物を含む流体が流入する第１の通風孔を形成し、
前記正負電極のいずれか他方の電極を備えた下流側支持具の電極開口に前記正負電極間を通過した前記流体が排出する第２の通風孔を形成したことを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。
前記正負電極は、電極間距離を５ｍｍとし、電極の電圧がかかる面積をＳ（ｍｍ^２）、単位面積当たりの殺菌に必要な電圧を１７４Ｖ、印加電圧をＶ（ｋＶ）としたとき、

の関係を満たすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の殺菌装置。