JP2010058036A - 水の殺菌装置、その水の殺菌装置を用いた空調機、手乾燥機、加湿器 - Google Patents
水の殺菌装置、その水の殺菌装置を用いた空調機、手乾燥機、加湿器 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】水の殺菌装置は、水を殺菌する殺菌装置において、上記水を溜めた殺菌容器内に対をなす電極部からなる少なくとも一対の電極対を備えるとともに、上記電極対の対をなす電極部が同時に上記水の中に浸漬されるように配置され、上記電極対の対をなす電極部間に高電圧パルスを印加して電極部間に放電を発生する。
【選択図】図1
Description
図1は、この発明の実施の形態1に係る殺菌装置を示す概略断面図である。
この発明の実施の形態1に係る殺菌装置1は、図1に示すように、棒状の高電圧電極2と接地電極3とを対とする放電電極6、高電圧電極2を被覆する絶縁体4、被処理水8が貯えられる処理槽7、および、高電圧電極2と接地電極3の間に高電圧パルスを発生する電源9を備える。
高電圧電極2と接地電極3とが所定の間隙を設けて、処理槽7内で被処理水8に浸漬された状態で並列に配置されている。
処理槽7内に被処理水8を入れて、電源9により、高電圧電極2と接地電極3との間に、2〜50kV/cm、100Hz〜20,000Hzの負極性の高電圧パルスを印加し、放電を行う。
水中を浮遊する微生物や細菌は、放電時、高電圧電極2付近でのプラズマ発生により形成されるOH、H、O、O2 −、O−、H2O2などの活性種および放電領域での発熱や、それにより生じる衝撃波により、処理される。ここでは、微生物、カビ、細菌などを破壊、消滅させることを殺菌と称している。
図5に示すように、高電圧電極2の先端部2aが接地電極3の先端部3aより下にある場合、高電圧電極2に負極性の高電圧パルスを印加すると、放電が開始する。しかし、水は接地につながっていないため、電荷の行き場がなくなり、水は高電圧電極2と同等の電位になり、放電が停止する。このように放電が停止するため、水中の微生物は殺菌することはできなくなる。しかし、帯電した水の近傍に接地電極2がある場合、水と接地電極2の間の空間で放電が生じる。この放電も水中の殺菌に対する影響は全くないため、この放電も生じさせないようにする必要がある。この際には、高電圧電極2に高電圧パルスを印加する前に、高電圧電極2と接地電極3の間の抵抗値を測定するようにすることが有効である。その抵抗値が小さい場合は、電極が水中に存在すると判断し、高電圧電極2に高電圧パルスを印加するようにして、放電を開始する。一方、その抵抗値が大きい場合は、電極が空中に存在すると判断し、放電を行うことを停止する。このように運用することにより、水を殺菌する際に無効な放電を起こさないようにすることができる。
また、高電圧電極2と接地電極3の間の抵抗値の代わりに、高電圧電極2と接地電極3の間の静電容量を測定するようにしても同等の効果が得られる。すなわち、その静電容量が小さい場合は、電極が水中に存在すると判断し、高電圧電極2に高電圧パルスを印加するようにして、放電を開始する。一方、その静電容量が大きい場合は、電極が空中に存在すると判断し、放電を行うことを停止する。
正極となる接地電極3では、電気分解が生じ、反応式(2)による水素イオン(H+)が発生する。そのため、電極付近のpHは3付近まで低下する。
形状としては、平板の他、円盤状、棒状、線状であってもよく、大きさに制限されない。なお、耐性の弱い金属チタンなどを用いる場合は、メッシュ形状の表面積の大きいものを用いるのが望ましい。
処理水中で放電を生じさせるためには、絶縁破壊を起こさせるために電界を集中させる必要がある。そのため、高電圧電極2は針電極形状が良い。その直径は1.0mm以下であれば良い。望ましくは、低周波数(100Hz程度)においてもプラズマを発生させることができる直径0.1mm〜0.05mmであれば良い。
高電圧電極2の材料は、水中で使用されるため、pH5〜8、酸化還元電位ORP程度で、腐食しない金属であるチタン、白金、金などが望ましい。
また、絶縁体4は、その熱膨張率が、使用する電極材料の熱膨張率に近いものが望ましい。これにより、高電圧電極2の電極材料の金属に絶縁体4を被覆成形する際に、両材料が同じ速度で収縮しながら固化され、金属と絶縁体との密着性を向上させることができ、使用時の温度上昇に伴う応力を低減し、安定した動作を期待することができる。
また、高電圧電極2と接地電極3との間隙は1〜50mmであれば良く、望ましくは5〜20mmであれば良い。
処理槽7は、絶縁体であることが好ましく、例えばアクリル樹脂、ガラスなどが使用できる。
また、実施の形態1では、絶縁体4の垂直断面形状は、円筒形状としたが、円筒形状のみならず、四角筒形状であっても良く、また、必ずしもこれらの形状に限るものではない。
また、実施の形態1では、放電電極6として高電圧電極2と接地電極3が一対の場合について説明したが、複数対の場合であっても良く、殺菌処理能力を向上させることができる。また、複数の高電圧電極2と共通の1つの接地電極3との構成としてもよい。
また、接地電極3も高電圧電極2と同じ形状を持つもの、また、高電圧電極2と接地電極3が一体で成形されているものであっても良い。
図7は、放電電極の処理槽の底面からの高さに対する放電状態の依存性を示す図である。図8は、放電電極を実験条件1に設置したときの被処理水の中の大腸菌の数の変化を示すグラフである。
実験には、高電圧電極2として、直径0.2mm、長さ50mmのチタン(Ti)線を用い、この高電圧電極2の周囲を、絶縁体4として射出成形により、直径10mmのエポキシ樹脂で被った。また、接地電極3として、チタン製エキスパンドメタル(1インチ平方あたりのメッシュ数80、線径0.1mm)に、白金(Pt)を無電解めっきにより担持密度0.6mg/cm2でめっきしたメッシュ状電極長さ3cm3回折を用いた。高電圧電極2と接地電極3との間隙は10mmとした。また、処理槽7は、ガラス製のものを用い、この中に大腸菌が105CFU/ml添加された被処理水8を50ml入れた(CFU:Colony Forming Unit)。被処理水の深さは10mmである。
比較試験として、比較条件1(A)の放電条件としては、電極高さが5mm(接地電極3の方が高い)で、電圧−5kV、繰り返し周期100Hz、パルス幅4μsで、処理槽7の底面から上に5mmの位置から処理槽7の底面から上に15mmの位置までゆっくり上昇させながら、負極性の高電圧パルスを印加した。比較条件1(B)の放電条件としては、電極高さが5mm(高電圧電極2の方が高い)で、電圧−5kV、繰り返し周期100Hz、パルス幅4μsで、処理槽7の底面から上に5mmの位置から処理槽7の底面から上に15mmの位置までゆっくり上昇させながら、負極性の高電圧パルスを印加した。
実験条件1および比較条件1(A、B)における放電状態を図7に示す。実験条件1では、被処理水8に各電極が浸漬している間は、放電が起こったが、浸漬しなくなった時点から放電が自動的に停止した。一方、比較条件1(A、B)においては、実験条件1と同様に処理水中に高電圧電極2および接地電極3の両者が浸漬している間は、放電が起こったが、片方の電極が浸漬しなくなった時点で、気中放電や、帯電が起きてしまった。
一方で、比較条件1では、放電電極6の先端部の位置によっては、異常放電が発生する場合が生じ、水位センサーを使用し、現状の水位をモニタリングしながら、放電、殺菌を行う必要があることが分かる。
また、実験条件1において、電極位置を変化させながら、数十日間連続的に放電を行った結果、新たな被処理水8を入れ放電を行った結果、図8に示すように、各電極が浸漬している間は、1hrで1桁以上大腸菌が減少した。
図9は、この発明の実施の形態2に係る殺菌装置を示す概略断面図である。
図8に示すように、実施の形態2に係る殺菌装置1Bは、放電に寄与する高電圧電極2の先端部2aと接地電極3の間に、絶縁体でできた噴流流れ誘導体33を設置している点を除けば実施の形態1の図1と同様であり、他の構成については説明を省略する。
噴流流れ誘導体33は、パルス放電により劣化せず、かつ、水への溶解成分の少ないエポキシ樹脂などの樹脂成分を用いる。また、同様の性質を有するガラスやセラミックスを用いても良い。形状としては、高電圧電極2および絶縁体4と、接地電極3間を覆う形で、図9に示すようなものを用いる。図には、円筒形の噴流流れ誘導体33を記載したが、四角形、三角形など形状にこだわらず、被処理水8の流れが、高電圧電極2上流部に流入口が、接地電極3方向下流部に流出口があり、その方向に一応に流れる形状であればよく、被処理水流れ直径は、気泡および水が十分に流れる10mm前後がよい。また、板状、メッシュ状でもよい。厚みは噴流によりゆれの生じない程度、0.5mm〜2mm程度でよい。高電圧電極2および接地電極3を樹脂成形により一体型で作成し、上述のような形状を作成しても良い。
高電圧電極2の先端部2aから接地電極3にかけて、噴流流れ誘導体33を設けることにより、噴流による水の流れは、図3であれば、高電圧電極2から接地電極3に向かって一定方向に生じる。そのため、噴流流れ誘導体33をもうけることにより、実施の形態1に比べ、噴流が一定方向に噴射される。そのおかげで、噴流による攪拌効果を高めることができるため、被処理水8中の微生物が高電圧電極2の先端部a付近へ流入する割合も向上し、殺菌効率が上がる。
このように、実施の形態2に係る殺菌装置によれば、実施の形態1の殺菌装置よりも気泡による噴流がある一定方向に向かい進むため、効率よく、被処理水を攪拌することができ、殺菌効率がさらに向上するといった顕著な効果を期待することができる。
図10は、この発明の実施の形態3に係る殺菌装置を示す概略断面図である。
この発明の実施の形態3に係る殺菌装置1Cは、図10に示すように、この発明の実施の形態1に係る殺菌装置1の高電圧電極2および接地電極3にそれぞれ浮輪11を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。なお、高電圧電極2および接地電極3と電源9とを接続するリード線12の長さに被処理水8の水量変化による深さ変化分程度の余裕を持たせておくが、容器の底面にあたる長さにはしない。
M=b/B (4)
図10に示すように、放電電極6の先端部は、被処理水8の処理水面10が変化したり、処理水面10が波打ったりしても、浮輪11により調節されて、水面下に存在する。そのため、被処理水8の水位の変化などに関係なく、安定的に長期間放電を維持、殺菌することができる。
このように、実施の形態3に係る殺菌装置1Cは、実施の形態1の殺菌装置1よりも、水位に関係なく、長期間放電を維持、制御可能といった今までにない顕著な効果を期待することができる。
図11は、この発明の実施の形態4に係る殺菌装置を示す概略断面図である。図12は、図11のA−A断面での断面図である。
この発明の実施の形態4に係る殺菌装置1Dは、図11に示すように、この発明の実施の形態1に係る殺菌装置1と、接地電極13が異なり、高電圧電極2と接地電極13の下方を覆う絶縁体14が追加され、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
なお、実施の形態4における殺菌装置1Dを用いた殺菌のメカニズムは、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
これに対して、実施の形態4では、図11に示すように高電圧電極2を被覆する絶縁体4とメッシュ状接地電極13との間に筒状の絶縁体14が取り付けられているため、高電圧電極2とメッシュ状の接地電極13の間にほこりなどの微生物以外の固形型有機物が混入する恐れがなく、電極間の短絡を防ぐことができ、長期安定的に、殺菌効率を低下させずに微生物や細菌などを効率的に処理することができる。
図13は、この発明の実施の形態5に係る殺菌装置を冷暖房機能を有する空調機に設置した例を示す概略断面図である。
空気中の水蒸気は熱交換器21の表面において冷却され、熱交換器21の表面で凝縮され凝縮水22となる(凝縮水のことを以下「ドレン水」と呼ぶ)。熱交換器21の表面は親水化処理されているため、ある一定以上の凝縮水22が付着すると自然落下を始めて、ドレン水22として、ドレンパン23に回収される。ドレンパン23に設置されたこの発明に係る殺菌装置1を用い、ドレン水中のカビや細菌などを除去する。
このように、この発明に係る殺菌装置1、1B、1C、1Dを設置した空調機によると、殺菌装置1、1B、1C、1Dによりドレン水22中の微生物、カビや細菌を殺菌することにより、ドレンパン23表面でのカビや細菌の発生、しいてはスライムの発生を抑制し、ドレンポンプ24のつまりを抑制することができる効果があるといった従来にない顕著な効果を期待することができる。
空気中の水蒸気は熱交換器21の表面において冷却され、熱交換器21の表面で凝縮されて凝縮水22なる。熱交換器21の表面は親水化処理されているため、単位面積あたり0.1mg/cm2以上の凝縮水22が付着すると自然落下を始めて、ドレンパン23に回収されてドレン水22となる。空調機運転中は、ドレンパン23上のドレン水22が800mlを超えると、ドレンポンプ24が動き始め、ドレン水22はドレンポンプ24から空調機の外へ排出される。空調機の運転が終了すると、ドレンポンプ24が止まり、ドレンポンプ24により排出されなかったドレン水22の500mlがドレンパン23に残存する。その後、ドレン水22は乾燥していく。1日において8hr冷房運転し、16hr停止するという運転条件でのドレンパン23上でのドレン水22の水量変化を図12に示す。また、試験では、ドレン水22中に大腸菌数105CFU/mlを生育させておき、殺菌装置1よる大腸菌の菌数の変化を測定した。
比較条件2では、Aとして高電圧電極2の先端部2aが接地電極3の先端部3aよりも5mm低くなるように設置された放電電極6を用い、Bとして接地電極3の先端部3aが高電圧電極2の先端部2aよりも5mm低くなるように設置された放電電極6を用い、低い方の先端部の位置は、ドレンパン23の底面よりも2.5mm上にくるようにした。
実験条件2および比較条件2(A、B)で、空調機運転とともに、常に電源9もONした状態で、放電性能および殺菌性能試験を行った。
実験条件2においては、ドレンパン23中のドレン水22に高電圧電極2および接地電極3の両者が浸漬されると同時に放電が開始し、冷房運転が停止し、ドレン水22が乾燥し、ドレン水22の水面が高電圧電極2の先端部2aおよび接地電極3の先端部3aの両者より下がるまで、放電が続いている。その後、ドレン水22の水面が高電圧電極2の先端部2aおよび接地電極3の先端部3aの両者より低くなってしまうと、異常放電を起こすことなく、放電が停止した。
実験条件2においては、冷房運転され、常時ドレン水22が発生、ドレンポンプ24で排水するという処理を行っていた際には、105CFU/mlからわずかに大腸菌数が低下するだけであったが、停止後約6hr程度放電したため、残留しているドレン水22中の大腸菌数は101CFU/ml以下にまで低下し、その後大腸菌が増加することはなかった。
比較条件2においては、冷房運転され、常時ドレン水22が発生、ドレンポンプ24で排水するという処理を行っていた際には、実験条件2とほぼ同等に、105CFU/mlからわずかに大腸菌数が低下するだけであったが、停止後ドレン水22の水面が片方の電極より下がってしまい放電できなかったため、停止後約3hr程度しか放電できなかったので、残留しているドレン水22中の大腸菌数は102〜103CFU/mlになり、その後わずかであるが、大腸菌数は増加した。このように、高電圧電極2の先端部2aと接地電極3の先端部3aを揃えた実験条件2では、放電状態が長く続くため、殺菌性能も向上するという効果がある。
実験条件2においては、図17に示すように、30日間、空調運転終了後、殺菌装置1により殺菌を行った空調機では、大腸菌数は105CFU/mlから徐々に減少し、1〜101CFU/mlで推移し、スライムの発生は確認されなかった。
一方、比較条件2においては、殺菌装置1で放電をおこなっていたが、大腸菌数102CFU/ml以上の大腸菌が残存し、その大腸菌数はわずかながら徐々に増加し、14日付近からスライムが観察され始めた。
図18は、この発明の実施の形態6に係る殺菌装置を手乾燥機に設置した例を示すドレンパン部の概略断面図である。
濡れた手25の両面に吹きつけられたジェット風26により、水滴27は一気に吹き飛ばされて、ドレン水22となり、ドレンパン23に回収される。ドレン水量は、使用者の水滴量、使用人数、掃除回数などにより異なるが、ドレンパン23に設置された本発明に係る殺菌装置1により、ドレン水22が、所定の位置以上になった場合は、長期的にかつ安定的に中のカビや細菌などを除去する。
このように、この発明の実施の形態6に係る殺菌装置を設置した手乾燥機によると、ドレンパン23中のドレン水22の微生物、カビや細菌を殺菌することで、ドレンパン23から発生する異臭を抑制することができるという従来にない顕著な効果を期待することができる。
図19は、この発明の実施の形態7に係る殺菌装置を設置した加湿器の概略断面図である。
図19に示すように加湿器は、空気を加湿するための水を貯めておく貯水タンク28、加湿素子29から水を回収するドレンパン23、このドレンパン23から貯水タンク28にドレン水22を送る配管30、貯水タンク28と加湿素子29を結ぶ配管30などから構成されている。
環境条件、使用時間、加湿水添加量およびなどにより、ドレン水量は異なるが、ある一定以上になると、ドレンパン23に、殺菌装置1を設置し、貯水タンク28に貯まっている水を長期的にかつ安定的に殺菌することにより、水は常時殺菌された状態になり、貯水タンク28のみならず、加湿素子29、ドレンパン23などのカビ発生の抑制にもつながる。
Claims (9)
- 水を殺菌する殺菌装置において、
上記水を溜めた殺菌容器内に対をなす電極からなる少なくとも1つの電極対を備えるとともに、上記電極対の対をなす電極が同時に上記水の中に浸漬されるように配置され、
上記電極対の対をなす電極間に高電圧パルスを印加して電極間に放電を発生することを特徴とする水の殺菌装置。 - 上記電極対は、高電圧電極および上記高電圧電極に対向するように配置された接地電極から構成され、
上記高電圧電極に高電圧パルスを印加する電源を備えることを特徴とする請求項1に記載の水の殺菌装置。 - 上記高電圧パルスは、負極性のパルスであることを特徴とする請求項1または2に記載の水の殺菌装置。
- 上記高電圧電極と上記接地電極との間に設けられた噴流流れ誘導体を備えることを特徴とする請求項2または3に記載の水の殺菌装置。
- 上記高電圧電極と上記接地電極とに装着される浮輪を備えることを特徴とする請求項2または3に記載の水の殺菌装置。
- メッシュ状の接地電極または絶縁体が、上記高電圧電極周辺を覆っていることを特徴とする請求項2または3に記載の水の殺菌装置。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の水の殺菌装置を備えてドレンパン内を除菌することを特徴とする空調機。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の水の殺菌装置を備えてドレンパン内を除菌し且つ脱臭することを特徴とする手乾燥機。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の水の殺菌装置を備えて加湿水を殺菌し、加湿素子を洗浄することを特徴とする加湿器。
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