JP2012120768A - 脱臭殺菌装置及び脱臭殺菌方法 - Google Patents

Abstract

【課題】活性種の生成量を増やすとともに、空気中の浮遊菌や臭気物質を一ヶ所に集めて、そこへ活性種が当たるようにして高効率な殺菌及び脱臭を実現する。
【解決手段】一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、前記流体流通孔を通過する流体の下流側に浮遊菌又は臭気物質を吸着する吸着部材を配置したことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、脱臭殺菌装置及び脱臭殺菌方法に関するものである。

近年のアトピー、ぜんそく、アレルギー症状保有者の増大や新型インフルエンザの爆発流行などにみられる感染性のリスク増大などによって、殺菌や脱臭など生活環境の空気質制御ニーズが高まっている。また生活が豊かになるにつれて、保管食品の量の増大や食べ残し食品の保管機会が増加しており、冷蔵庫に代表される保管機器内の環境制御も重要性を増している。

生活環境の空気質制御を目的とする従来技術は、フィルターに代表されるような物理的制御が一般的である。物理的制御は、空気中に浮遊する比較的大きな埃や塵、フィルター孔の大きさによっては、細菌やウィルスなども捕獲できる。また、活性炭のように無数の吸着サイトがある場合は、悪臭の臭気分子も捕獲可能である。しかし、捕獲するためには制御対象の空間内の空気を満遍なくフィルターに通す必要があり、装置が大型化し、フィルター交換等の維持コストもかさむという難点があるうえに、付着物に対しては効果が無い。そこで、付着物に対し殺菌や脱臭を可能とする手段として、化学的活性種を殺菌や脱臭を行いたい空間に放出することがあげられる。薬品の散布や芳香剤、消臭剤の放出では、あらかじめ活性種を用意する必要があり、定期的な補充が不可欠である。それに対し、大気中にプラズマを発生させそこで生成される化学的活性種を利用し、殺菌や脱臭を試みる手段が近年増えてきている。

大気中にプラズマを放電により発生させ、そこで生成されたイオンやラジカル（以下、活性種）によって殺菌や脱臭を行う技術は、次の２つの形式に分類できる。
（１）大気中に浮遊する菌やウィルス（以下、浮遊菌）、もしくは悪臭物質（以下、臭気）を装置内の限られた容積内で活性種と反応させる、いわゆる受動型のプラズマ発生装置（例えば、特許文献１）
（２）プラズマ発生部で生成された活性種を（１）よりも容積の大きな閉空間（例えば、居室、トイレ、乗用車の車内等）へ放出し、大気中での活性種と浮遊菌や臭気との衝突により反応させる、いわゆる能動型のプラズマ発生装置（例えば、特許文献２）

（１）の受動型のプラズマ発生装置の利点は、小容積内でプラズマを発生させて高濃度の活性種が生成されるため、高い殺菌効果及び脱臭効果が期待される。一方、欠点としては浮遊菌や臭気を装置内に導入する必要があるため、装置が大型化し、またプラズマ発生から副生成物としてオゾンが発生しやすく、オゾンを装置外に漏洩させないために、吸着もしくは分解するフィルターを別途設置する必要がある。

次に、（２）の能動型のプラズマ発生装置の利点は、装置を比較的小さくでき、浮遊菌の殺菌や空気中の臭気の分解に加え、衣類や生活用品の表面に付着した菌（以下、付着菌）の殺菌や表面に吸着した臭気の分解も期待できる点である。一方、欠点としては、活性種が装置の体積に比べて非常に大きな閉空間内に拡散されることから濃度が低くなるため、寿命の長い活性種のみに殺菌や脱臭の効果を期待せざるを得ない点である。その結果、臭気濃度の高い空間（活性種濃度に対して１万倍程度高い濃度）においてはほとんど脱臭効果が期待できないことになる。

以上のことから、受動型のプラズマ発生装置では、当該装置に流入する空気流に含まれる浮遊菌や臭気に対してのみ効果が限定され、能動型のプラズマ発生装置では濃度の低い浮遊菌、付着菌、臭気に対しての効果しか期待できない。即ち、従来技術を利用し実現できることは、「浮遊菌の殺菌と脱臭」、あるいは「濃度の低い浮遊菌、付着菌の殺菌および付着臭気の脱臭」のどちらかに限定されることになる。

ところが、日常生活環境内で付着菌の殺菌と高濃度臭気の脱臭を同時に行いたい状況がいくつかある。最も典型的な例は冷蔵庫の冷蔵室内であり、食品表面や保管容器等の表面に付着した菌が存在し、食品そのものや腐敗した食べ残し等から発生する臭気も同時に存在する。

特開２００２−２２４２１１号公報 特開２００３−７９７１４号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、活性種の生成量を増やすとともに、空気中の浮遊菌や臭気物質を一ヶ所に集めて、そこへ活性種が当たるようにして高効率な殺菌及び脱臭を実現することを主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る脱臭殺菌装置は、一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、前記流体流通孔を通過する流体の下流側に浮遊菌又は臭気物質を吸着する吸着部材を配置したことを特徴とする。なお、本明細書でいう対応する箇所とは、電極の面板方向から視て、双方の電極に形成された各流体流通孔が実質的に同じ位置にあることをいい、直交座標系においてｚ軸方向よりｘｙ平面状の一対の電極を見たときに、双方の電極において略同じ（ｘ、ｙ）の座標位置であることをいう。

このようなものであれば、対応する各流体貫通孔において発生するプラズマと流体との接触面積を可及的に大きくできることから活性種の発生量を多くすることができる。また、流体流通孔の下流側に吸着部材が配置されているので、仮に流体貫通孔を通過した空気中に不活化できなかった浮遊菌や分解できなかった臭気物質が含まれていたとしても、一旦吸着部材の吸着作用によって、それらを一ヶ所に集めることができ、さらに、この吸着部材に活性種が当たることにより、高効率な殺菌及び脱臭を可能にすることができる。

吸着部材に吸着された浮遊菌の殺菌性能や臭気物質の脱臭性能を十分に確保するためには、前記吸着部材表面又はその近傍における空気イオン数密度を１００００個／ｃｍ^３以上であることが望ましい。

上記の構成では、脱臭殺菌装置が設置された雰囲気下に気流が生じている場合には、その気流の方向に沿って設置することで効果を好適に奏することができる。一方、雰囲気下に十分な気流が存在しない場合において、流体流通孔及びその近傍に生じるプラズマから活性種が効率良く吸着部材にあたるようにするためには、前記流体流通孔に向かって強制的に風を送り、前記流体流通孔から前記吸着部材に向かって空気の流れを生じさせる送風機構を有することが望ましい。

吸着部材以外の周辺壁に付着した付着菌又は臭気物質を殺菌又は臭気できるようにするためには、前記送風機構が、前記流体流通孔とは反対側に強制的に風を送り、前記流体流通孔から前記吸着部材とは反対側に空気の流れを生じさせるものであることが望ましい。

流体流通孔を通過した空気が効率良く吸着部材にあたるようにするためには、前記吸着部材が、送風方向に沿った貫通孔を有するものであることが望ましい。吸着部材に貫通孔が無い場合には、通気性が低く圧力損失が大きいために、送風機構による送風量も小さくなってしまう。一方で、貫通孔を有するものでは、送風機構のよる送風量を十分に確保でき、同時に吸着材表面との確実な反応の確保することができる。また、脱臭、殺菌反応場である吸着材表面の反応の状態を、貫通孔を通過した空気を解析することで、間接的に検知することが可能となる。そこで、貫通孔の下流側にセンサを設けることによって、脱臭の進み具合や吸着能力の低下などの状態を検知して、例えば活性種の発生量を増加させたり、紫外線や熱源などによる外部からの補助的な因子により分解を促進させたり、フィードバック機構を実現することができる。

吸着部材の具体的な実施の態様としては、前記吸着部材が、シリカゲル、活性炭、ゼオライト又はメソポーラスシリカあるいはそれらの組み合わせからなる吸着材から構成されていることが考えられる。また、これらの吸着部材に種々の材料をコーティングしたら担持させたりしてもよい。たとえば酸化チタンや酸化マンガンなどのいわゆる光触媒、金属錯体、白金、パラジウム、ロジウムなどの貴金属などの微粒子などが考えられる。また、これらの材料を混合して担持させてももちろんよい。このように種々の材料を吸着部材に担持させることでさらに殺菌や脱臭の性能を向上させることが可能となる。このとき、前記吸着部材が、概略メッシュ形状をなす基体に吸着材を保持させてなるものであることが望ましい。

また、脱フロン対応の冷蔵庫には冷媒として可燃性ガスを使用している場合があり、従来技術に見られるような高電圧を必要とするプラズマ発生させる装置類を、そのような可燃性ガスが使用された冷蔵庫に適用することは、安全性に問題がある。使用されている可燃性冷媒が冷蔵庫内に漏洩する可能性があり、その雰囲気中で高電圧が原因となるスパークが発生すると着火し、爆発事故を招きかねない。そこで、前記一対の電極の外側に配置された保護カバーを有し、可燃性ガスが前記流体流通孔に流入してプラズマによって生じた火炎が、前記保護カバーを越えて外部に伝播しないように構成した防爆機構を有することが望ましい。このとき、この防爆機構の構成を有効活用して吸着部材を構成するためには、前記保護カバーに前記吸着部材が設けられていることが望ましい。

脱臭及び殺菌の能力を低下させることなく安全性を確保するためには、前記保護カバーが、前記一対の電極の外側に配置された金属メッシュを有し、当該金属メッシュの線径が１．５ｍｍ以下の範囲内であり、且つ金属メッシュの開口率が３０％以上であることが望ましい。

臭気物質の中には分子径の大きなものと小さなものが存在しており、例えば、代表的な臭気物質であるメチルメルカプタンの分子径はおよそ０．１８ｎｍであり、トリメチルアミンの分子径はおよそ０．３０ｎｍであり、分子径にはほぼ２倍の差がある。さらに分子量の大きなテルペン類などでは１ｎｍ程度の分子径をもつものも存在している。このような様々な大きさの臭気分子からなる臭気物質を吸着材により吸着する場合、細孔サイズの違いなどにより吸着特性の異なる複数種類の吸着材を使用したいケースが考えられる。このような場合、互いに吸着特性の異なる複数の吸着部材を有することが望ましい。また臭気物質や浮遊菌はそれらの分子特性や表面特性によって吸着材との親和性が異なる。このような場合には対象の臭気物質や浮遊菌の特性によって、吸着材表面の親水性・疎水性を制御したり、あるいは帯電電位の極性や帯電量を制御することが望ましい。

流体貫通孔を通過した流体に含まれる活性種の数を可及的に増大させると共に、発生するオゾンの濃度を抑制するためには、前記各電極に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上３００μ秒以下の範囲内としていることが望ましい。

吸着部材に吸着した臭気物質や浮遊菌を分解するのに最適な活性種の種類は異なることが予想される。そこで、イオンの極性や発生量を制御することにより、脱臭に最も寄与する活性種の生成を増加させたり、殺菌に最も寄与する活性種の生成を増加させたりすることが、脱臭効率と殺菌率増加に有効である。このため、前記各電極に印加する電圧に対して直流のバイアス電圧を加え、そのバイアス電圧が−５００Ｖ以上＋５００Ｖ以下の範囲内であることが望ましい。

吸着部材に吸着した浮遊菌や臭気物質を分解するだけでなく、空気が流体流通孔に形成される脱臭反応場を通過することにより、より高濃度の臭気を分解することを可能とするためには、前記一対の電極の対応する流体流通孔が複数個設けられるとともに、それら複数の流体流通孔を連通する流路を形成する流路形成部材を備え、空気が連通された複数の流体流通孔を通過するように構成されており、前記流路形成部材により連通された一端の流体流通孔が送風方向上流側を向いており、他端の流体流通孔が前記吸着部材を向いていることが望ましい。

前記流体流通孔と前記吸着部材との間に、前記流体流通孔を通過して生成された活性種を前記吸着部材に導くための導入路が設けられ、前記導入路が前記活性種を滞留させるための滞留構造を有することが望ましい。これならば、浮遊菌、臭気物質及びプラズマ電極から発生した活性種を滞留構造において滞留させることにより、滞留構造の無い直線状の流路に比べて反応時間が長くなり、殺菌及び脱臭効率を高めることができる。

脱臭殺菌装置の具体的な動作において省電力が可能な態様としては、前記一対の電極への電圧印加を停止して、前記吸着部材に浮遊菌又は臭気物質を吸着させる吸着モードと、前記吸着モードの後、前記一対の電極に電圧を印加して、プラズマにより発生する活性種を前記吸着部材に供給する分解モードとの機能を有することが望ましい。

このように構成した本発明によれば、活性種の生成量を増やすとともに、空気中の浮遊菌や臭気物質を一ヶ所に集めて、そこへ活性種が当たるようにして高効率な殺菌及び脱臭を実現することができる。

本発明のプラズマ発生装置の一実施形態を示す斜視図。 プラズマ発生装置の作用を示す模式図。 電極部を示す平面図。 電極部及び防爆機構を示す断面図。 電極部の対向面の構成を示す拡大断面図。 流体流通孔及び貫通孔を模式的に示す部分拡大平面図及び断面図。 イオン数密度の測定距離依存性を示す図。 各脱臭方式による臭気濃度の分解変化を示す図。 各脱臭方式による脱臭効率の時間変化を示す図。 付着菌に対する殺菌率のイオン数密度の依存性を示す図。 吸着材の有無による殺菌率の違いを示す図。 イオン数密度とオゾン濃度とのパルス幅依存性を示す図。 バイアス電圧によるイオン極性と発生量を示す図。 変形実施形態における吸着部材の配置例を示す図。 変形実施形態における吸着部材の配置例を示す図。 円板状の吸着部材を回転させる場合の吸着領域及び分解領域を示す模式図。 流路形成部材を有する脱臭殺菌装置の模式図。 流路形成部材を有する脱臭殺菌装置のその他の模式図。 導入路形成部材を有する脱臭殺菌装置の模式図。 オゾン分解触媒を有する脱臭殺菌装置の模式図。 リフレッシュ機能を有する脱臭殺菌装置の模式図。 脱臭殺菌装置の動作方法を示す図。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る脱臭殺菌装置１００は、例えば冷蔵庫、洗濯機、衣類乾燥機、掃除機、空調機又は空気清浄機等の家庭電化製品に用いられるものであり、当該家庭電化製品の内部又は外部の空気の脱臭やそれら製品内部又は外部の浮遊菌又は付着菌を殺菌及び臭気物質を脱臭するものである。

具体的にこのものは、図１及び図２に示すように、マイクロギャッププラズマ（Micro Gap Plasma）によりイオンやラジカル等の活性種を生成させるプラズマ電極部２と、当該プラズマ電極部２の外部に設けられて当該プラズマ電極部２に強制的に風（空気流）を送る送風機構３と、前記プラズマ電極部２に対して前記送風機構３とは反対側に設けられて浮遊菌又は臭気物質を吸着する吸着部材４と、前記プラズマ電極部２の外部に設けられてプラズマ電極部２で生じる火炎が外部に伝播しないようにする防爆機構５、およびプラズマ電極部２に高電圧を印加するための電源６とを備えている。

以下、各部２〜６について各図を参照して説明する。

プラズマ電極部２は、図２〜図６に示すように、対向面に誘電体膜２１ａ、２２ａを設けた一対の電極２１、２２を有し、それら電極２１、２２間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものである。各電極２１、２２は、特に図３に示すように、平面視において（電極２１、２２の面板方向から見たときに）概略矩形状をなすものであり、例えばＳＵＳ４０３といったステンレス鋼から形成されている。なお、電極部２の電極２１、２２の縁部には、電源６からの電圧が印加される印加端子２Ｔが形成されている（図３参照）。ここで電源６によるプラズマ電極部２への電圧印加方法は、各電極２１、２２に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上かつ３００μ秒以下の範囲内としている。これにより、オゾン発生量を抑制し、プラズマで生成された活性種を、従来技術に良く見られるようなフィルター等で失うことなく、効率的に放出することができ、その結果、付着菌の殺菌を短時間で実現することが可能となる。

また、図５に示すように、電極２１、２２の対向面には、例えばチタン酸バリウム等の誘電体が塗布されて誘電体膜２１ａ、２２ａが形成されている。この誘電体膜２１ａ、２２ａの表面粗さ（本実施形態では算出平均粗さＲａ）は０．１μｍ以上１００μｍ以下である。この他表面粗さとしては、最大高さＲｙ、十点平均粗さＲｚを用いて規定しても良い。このように誘電体膜２１ａ、２２ａの平面粗さを上記範囲内の値にすることによって、各電極２１、２２を重ね合わせるだけで、対向面間に空隙が形成されて、当該空隙内にプラズマが発生することになる。これにより、各電極２１、２２間にプラズマ形成用の空隙を形成するためのスペーサを不要としている。なお、前記誘電体膜２１ａ、２２ａの表面粗さは、溶射法などの薄膜形成方法によって制御することが考えられる。また、電極に塗布する誘電体としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化シリコン、燐酸銀、チタン酸ジルコン酸鉛、シリコンカーバイド、酸化インジウム、酸化カドミニウム、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化鉄、カーボンナノチューブなどを用いてもよい。

さらに図３、図４及び図６に示すように、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔２１ｂ、２２ｂを設けてこれらが連通して貫通するように構成するとともに、電極２１、２２の面板方向から視たときに（平面視において）、対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂの輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成されている。つまり、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの平面視形状と、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの平面視形状とが互いに異なるように構成されている。

具体的には、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂは、平面視において概略円形状をなすものであり（図３、図６参照）、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの開口サイズ（開口径）が、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの開口サイズ（開口径）よりも小さく（例えば開口径が１０μｍ以上小さく）形成されている。

また、同じく図３、図６に示すように、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂと他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂとは同心円状に形成されている。なお、本実施形態では、一方の電極２１に形成された複数個の流体流通孔２１ｂは全て同一形状をなし、他方の電極２２に形成された複数個の流体流通孔２２ｂも全て同一形状をなし、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂ全てが、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂよりも小さく形成されている。本実施例では概略円形状として効果を示したが、開口部は円形に限らずどのような形でもよく、平面視において対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成されていればよい。

また、プラズマ電極部２は、図３及び図６に示すように、流体流通孔２１ｂ、２２ｂとは別に、一方の電極２１に貫通孔２１ｃを設けてこの貫通孔２１ｃが他方の電極２２によってその対向面側の開口が塞がれるように構成している。なお、前記各電極２１、２２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂからなるものを以下、完全開口部という場合があるが、これとの比較において貫通孔２１ｃにより形成されるものは半開口部という。

貫通孔２１ｃの開口サイズは、流体流通孔２１ｂの開口サイズよりも１０μｍ以上小さく形成している。貫通孔２１ｃは、規則的に設けられた流体流通孔２１ｂの一部を置き換えて形成されており、貫通孔２１ｃは流体流通孔２１ｂの周囲に設けられている（図３参照）。

送風機構３は、前記プラズマ電極部２の他方の電極２２側に配置されており、プラズマ電極部２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂ（完全開口部）に向かって強制的に風を送る送風ファンを有するものである。そして、この送風機構３によって、流体流通孔２１ｂ、２２ｂから吸着部材４に向かって空気の流れが生じる。具体的にこの送風機構３は、流体流通孔２１ｂ、２２ｂを通過させる風の流速を０．１ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓ以下の範囲内となるようにしている。

また、この送風機構３は、流体流通孔２１ｂ、２２ｂとは反対側に向かって強制的に風を送る機能を有する。具体的には、送風方向を反転させることができる。そして、この送風機構３によって、流体流通孔２１ｂ、２２ｂから吸着部材４とは反対側に向かって空気の流れが生じる。これにより、プラズマ電極部２から活性種を空間へ放出し、その先の物体表面に付着した菌を殺菌することもできる。なお、送風方向を反転させる態様としては、送風機構３である送風ファンを逆回転させる他、送風ファンの送風方向を変更する変更機構を設けることや、それぞれ送風方向が異なる複数の送風ファンを設けることなどが考えられる。

吸着部材４は、前記プラズマ電極部２の一方の電極２１側において流体流通孔２１ｂ、２２ｂを通過する流体の下流側に配置されている。具体的に吸着部材４は、シリカゲル、活性炭、ゼオライト又はメソポーラスシリカ等の多孔質材料あるいはそれらの組み合わせからなる吸着材から構成されている。吸着部材４の形状は、平面視概略円形状をなす平板状である。臭気物質（臭気分子）は、これら多孔質材料の表面に吸着することで空気中に単独で存在しているよりもエネルギー的に安定するため、外部から電気的・機械的な力を与えずとも自発的に吸着反応が進行する。そして、この吸着部材４は、送風方向に沿った複数の貫通孔４ｈを有する。これにより、送風機構３からの空気流が吸着部材４に当たり易くして、吸着部材表面での脱臭殺菌反応が確実となるように構成している。

防爆機構５は、図４に示すように、一対の電極２１、２２の外側に配置された保護カバー４１を有し、可燃性ガスが流体流通孔２１ｂ、２２ｂに流入してプラズマによって生じた火炎が、保護カバー４１を越えて外部に伝播しないように構成されたものである。具体的に防爆機構５は、その保護カバー４１が、一対の電極２１、２２の外側に配置された金属メッシュ４１１を有し、当該金属メッシュ４１１の線径が１．５ｍｍ以下の範囲内であり、且つ金属メッシュ４１１の開口率が３０％以上である。

次に、本実施形態のプラズマ発生装置１００を用いた実験例について説明する。まず、イオン数密度の距離依存性について述べる。図７に空気イオン測定器による負イオンの数密度の距離依存性を示す。プラズマで生成された活性種のうち空気イオンとして検出されるものは比較的寿命の長い活性度の低いイオンが中心であるが、生成された活性種の量と検出されるイオンとの間の相関を利用し、本実験例では空気イオン濃度を指標として用いている。図７に示されるように、電極部２により発生するイオンは電極から数ｃｍの距離において最も濃度が高く、それよりも距離が大きくなると濃度が低下する傾向にある。高濃度イオンが検出される距離は風速や他の環境因子にも左右されるが、吸着部材４の表面をこの高濃度イオンの距離以内に設置することが重要である。具体的には後述する殺菌能力より求められる最低イオン数密度(１００００個／ｃｍ^３)以上の位置に設置する必要がある。

次に吸着部材４の表面での脱臭反応について述べる。図８に示すように吸着による脱臭の結果、臭気濃度は減衰曲線に沿って減少する。しかし、同様な吸着を繰り返すことで、脱臭に要する時間は次第に増加する。これは吸着サイトが徐々に減少するためであり、ついには全く吸着ことなく脱臭能力を完全に失う。つまり吸着部材（吸着材）４には寿命が存在する。一方、活性種による脱臭はプラズマにおいて生成される活性種濃度が経過時間に依存しないため、吸着による脱臭のように寿命がない。そこで、両者の特長を組み合わせた脱臭方法、つまり吸着材と活性種の組み合わせによる脱臭は、脱臭に要する時間が短くなることに加え、繰り返し臭気にさらしても脱臭能力が衰えることは無い。これは、吸着による脱臭の欠点である飽和吸着が、活性種による分解によって繰り返し吸着性能を示すからである。したがって、実際の使用環境のように、臭気濃度が絶えず変化し、臭気の発生源も同時に存在する場合では、脱臭効率の比較を行うと図９に示すように常に一定の脱臭効率を示す本実施形態の脱臭殺菌装置１００に対し、吸着材のみの場合は徐々に低下する。

次に、送風方向を変化させることで可能となる、付着菌の殺菌について述べる。実証試験の殺菌対象は大腸菌で、室温にて１００Ｌの容器内で大腸菌を塗布した培地に対し、６時間活性種を放出し、その後培地上の菌を培養し、形成されたコロニーの数をカウントした。その結果より１２時間後の殺菌率を計算したものを図１０に示す。殺菌率は活性種の生成量に依存し、空気イオン数密度に対し約１００００個／ｃｍ^３以上の条件でほぼ完全な殺菌（９９％）が実現することが分かる。

次に、吸着部材４の表面で起こる浮遊菌の殺菌について述べる。図１１は、電極部２から２ｃｍの位置（前述の最低イオン数密度の範囲内）に吸着部材を配置した場合と、電極部２から５ｃｍの位置（前述の最低イオン数密度の範囲外）に吸着材４を配置した場合、及び吸着材４を使用していない場合での殺菌率の違いを示している。実証試験の殺菌対象は大腸菌で、吸着材４を電極の風下側に配置した状態で６時間活性種を放出し、その後吸着材表面での生菌数を測定したものである。２ｃｍの位置に配置した場合では６ｈで９９％の殺菌率を達成しているが、５ｃｍの位置では殺菌率は２５％と急激に低下している。さらに、吸着剤４を配置しない場合では１０％とさらに減少している。これより、吸着材４を配置することで殺菌率は劇的に向上し、さらにその殺菌性能は活性種の生成量（吸着材の電極に対する距離）に依存することが分かる。

次に、付着菌および浮遊菌の殺菌を実現するために必要な、オゾン発生抑制の方法について述べる。図１２にイオン数密度とオゾン濃度のパルス幅依存性を示す。このときの条件として、パルスの繰り返し周波数とピーク電圧値は１ｋＶと一定に保ち、パルス幅のみを変化させたときの測定である。図１２に見られるように、パルス幅を１００μ秒以下においてイオン数が測定され、かつオゾン濃度が低くなり、パルス幅が小さくなるに従って、イオン数は増加し、オゾン濃度は減少する。そのため、パルス幅を１００μ秒以下にすることでオゾン発生の抑制が可能となる。

次に、印加電圧に直流成分のバイアスを加えることで、発生するイオンの極性と生成量のバランスを制御する方法について述べる。吸着材４に吸着した臭気物質や浮遊菌を分解するのに最適な活性種の種類は異なることが予想される。そこで、イオンの極性や発生量を制御することにより、脱臭に最も寄与する活性種の生成を増加させたり、殺菌に最も寄与する活性種の生成を増加させたりすることが、脱臭効率と殺菌率増加に有効である。図１３に示すように、直流電圧のバイアスを変化させることにより、発生するイオンの割合が、正イオンが多く発生する条件と負イオンが多く発生する条件と、また両方を発生させる条件と制御可能であることが分かる。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る脱臭殺菌装置１００によれば、対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂにおいて発生するプラズマと流体との接触面積を可及的に大きくできることから活性種の発生量を多くすることができる。また、流体流通孔２１ｂ、２２ｂの下流側に吸着部材４が配置されているので、仮に流体貫通孔を通過した空気中に不活化できなかった浮遊菌や分解できなかった臭気物質が含まれていたとしても、一旦吸着部材の吸着作用によって、それらを一ヶ所に集めることができ、さらに、この吸着部材に活性種が当たることにより、高効率な殺菌及び脱臭を可能にすることができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、１つのプラズマ電極部に対して１つの吸着部材を配置しているが、１つの電極に対して複数の吸着部材を配置する、又は１つの吸着部材に対して複数のプラズマ電極部を配置するようにしても良い。

複数の吸着部材を配置する場合においては、図１４、図１５に示すように、互いに異なる吸着性能を有する吸着部材４を配置することが考えられる。配置の態様としては、複数の吸着部材をプラズマ電極部に対して図１４に示すように、並列に配置しても良いし、図１５に示すように、直列に配置しても良い。なお、直列に配置する場合には、大きい粒子径に対して吸着性能を有する吸着部材４及び小さい粒子径に対して吸着性能を有する吸着部材４をプラズマ電極部２側からこの順で配置することが好ましい。

また、吸着部材の貫通孔に効率良く空気を通すために、吸着部材の上流側に整流板を設けても良い。

さらに吸着部材として前記実施形態では、平板上に吸着材を塗布したものを挙げているが、その他、図１６に示すように、円板状に吸着材を設けた吸着部材４として、その吸着部材４を回転させるようにしても良い。具体的にこの吸着部材４は、１回転する間に、浮遊菌及び臭気物質を含む空気が当たる吸着領域と、電極から発生する活性種により殺菌及び脱臭される分解領域とを移動して、吸着部材４が１回転する間に、吸着された浮遊菌及び臭気物質が殺菌及び除菌されるように構成する。また、回転円板の他に、シート状の吸着部材を循環機構によって循環させることによって吸着領域と分解領域とを移動するように構成しても良い。

吸着部材の形状としては、前記実施形態のように平面視円形状の他、矩形状、多角形状等の種々の形状とすることができる。

さらに、吸着部材としては平板上に吸着材を塗布したものの他、概略メッシュ形状をなす基体に吸着材を保持させたものであっても良い。このとき、防爆機構の金属メッシュに吸着材を保持させることによって、装置構成を簡単化しつつも吸着部材を構成することができる。

また、吸着部材の近傍に紫外線ランプを配置することで、殺菌脱臭の補助手段としてもよく、吸着部材表面に光触媒を担持させてそこへ紫外線ランプを照射するようにしても良い。

その上、図１７に示すように、複数の流体流通孔Ａ〜Ｃを連通する流路を形成する流路形成部材７を備え、空気が連通された複数の流体流通孔Ａ〜Ｃを通過するように構成されており、前記流路形成部材７により連通された一端の流体流通孔Ａが送風方向上流側を向いており、他端の流体流通孔Ｃが前記吸着部材４を向いているように構成することが考えられる。具体的に流路形成部材７は、少なくともプラズマ電極部２の一方の電極２１側に設けられた第１の流路形成部７１及び他方の電極２２側に設けられた第２の流路形成部７２を備える。第１の流路形成部７１は、図１７において流体流通孔Ａとこれに隣接する流体流通孔Ｂとを連通するものである。第２の流体形成部７２は、第１の流路形成部７１により一方の開口が連通された流体流通孔Ｂと流体流通孔Ｃとを連通するものである。このような流路形成部７１、７２により、流体流通孔Ａ上流側開口と流体流通孔Ｃの下流側開口とが連通する。

このとき、図１８に示すように、第１の流路形成部７１は、流体流通孔Ａと流体流通孔Ｂとを連通するだけでなく一方の電極２１に形成された貫通孔Ｄも併せて連通するとともに、第２の流路形成部７２は、流体流通孔Ｂと流体流通孔Ｃとを連通するだけでなく、他方の電極２２に形成された貫通孔Ｅも併せて連通するように構成することが考えられる。これにより、脱臭性能をより一層向上させることができる。

上記の流路形成部材７１、７２を設けた場合には、その流路形成部材７１、７２の内面に吸着材を設けて空気中の浮遊菌及び臭気物質を付着させるようにしても良い。これにより、脱臭性能をより一層向上させることができる。

その上、プラズマ電極部２（流体流通孔２１ｂ、２２ｂ）と吸着部材４との間に、流体流通孔２１ｂ、２２ｂを通過して生成された活性種を吸着部材４に導くための導入路形成部材８を設けても良い。そして、この導入路形成部材８は、活性種を滞留させるための滞留構造８Ａを有する。この滞留構造８Ａとしては、図１９に示すように、導入路の一部において、その流路の断面積を拡大させて空気流を滞留させることが考えられる。これにより、滞留部分の無い直線状の流路に比べて反応時間が長くなり、殺菌及び脱臭効率を高めることが可能となる。

その他、導入路を渦状の流路やラビリンス状の流路とすることでも活性種と臭気物質・浮遊菌の接触時間を長くすることが可能であり、殺菌及び脱臭効率を高めることが可能となる。

上記の導入路形成部材を設けた場合、その導入路形成部材の内面に吸着材を設けて、空気中の浮遊菌及び臭気物質を付着させるようにしても良い。これにより、脱臭性能をより一層向上させることができる。

加えて、前記実施形態では、オゾンの発生をパルス電圧を印加することによって低減しているが、オゾンを積極的に活用するものであっても良い。この場合、図２０に示すように、プラズマ電極部２の下流側であって、吸着部材４の周囲にオゾン分解触媒９を配置する。これによりオゾンによる脱臭殺菌効果も併せて得ることができ、装置全体として一層の脱臭殺菌効果を得ることができる。

また前記実施形態の脱臭殺菌装置にリフレッシュ機能を設けることも考えられる。このリフレッシュ機能は、図２１に示すように、吸着部材４を加熱する加熱機構１０により構成される。この加熱機構１０は例えば吸着部材を加熱するヒータ１０ａとこのヒータ１０ａを制御する温度調整器１０ｂとからなる。そして、定期的に加熱機構１０を用いて吸着部材４を加熱することによって、吸着部材４の表面に蓄積した臭気物質を再放出させる。このとき、プラズマ電極部２及び送風機構３を用いて活性種を供給することによって、再放出された臭気物質及び浮遊菌を脱臭及び殺菌する。これにより、吸着部材４の吸着性能を回復することができる。

さらに前記実施形態の脱臭殺菌装置と１００しては、吸着機能と分解機能とをそれぞれ個別に発揮するような装置構成としても良い。具体的には、例えば図２２に示すように、プラズマ電極部２への電圧印加を停止するとともに送風機構３による送風を行って、吸着部材４に浮遊菌又は臭気物質を吸着させる吸着モードと、吸着モードの後、プラズマ電極部２に電圧を印加して、プラズマにより発生する活性種を吸着部材４に供給する分解モードとを切り換え可能に構成することが考えられる。このとき、吸着部材４の下流側にセンサ（不図示）を設けることで、吸着部材４の吸着能力を検出し、その検出結果を用いて、吸着モード及び分解モードを切り替えることが考えられる。またその検出結果を用いて送風機構３による送風量をフィードバック制御するようにしても良い。

また、前記実施形態の脱臭殺菌装置は送風機構を有するものであったが、空気の流れが発生する場所（例えば、洗濯機の槽内や扇風機の送風部など）で使用する場合には、送風機構を有さないものであっても良い。この場合、プラズマ電極部及び吸着部材は、その空気流れに沿って上流側がプラズマ電極部、下流側が吸着部材となるように配置することが好ましい。

前記実施形態では、吸着部材と送風機構をそれぞれ別個に配置していたが、送風機構の全体もしくは一部に吸着材を設けることで、送風機構自体に吸着能力を持たせるような形態も可能である。

前記実施形態では電極２１の複数の流体流通孔２１ｂが同一形状をなし、また電極２２の複数の流体流通孔２２ｂが同一形状をなすものであったが、それぞれ異なる形状をなすものであっても良い。

また、前記実施形態では電極２１の全ての流体流通孔２１ｂが、電極２２の複数の流体流通孔２２ｂよりも小さく又は大きく形成されているが、電極２１の一部の流体流通孔２１ｂが電極２２の流体流通孔２２ｂにより小さく形成されており、その他の流体流通孔２１ｂが電極２２の流体流通孔２２ｂよりも大きく形成されていても良い。

さらに、前記実施形態では一方の電極２１又は他方の電極２２のいずれかに貫通孔が形成されているが、両方に貫通孔（半開口部）を形成するようにしても良い。

その上、前記実施形態では流体流通孔は等断面形状をなすものであったが、その他、各電極に形成される流体流通孔にテーパ面を有するもの、すり鉢状またはお椀状の形状、つまり一方の開口から他方の開口に行くに従って縮径又は拡径するものであっても良い。

加えて、流体流通孔は、円形状の他、楕円形状、矩形状、直線状スリット形状、同心円状スリット形状、波形状スリット形状、三日月形状、櫛形状、ハニカム形状又は星形状であっても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・プラズマ発生装置
２１・・・一方の電極
２２・・・他方の電極
２１ａ、２２ａ・・・誘電体膜
２１ｂ、２２ｂ・・・流体流通孔
２１ｃ・・・貫通孔
３・・・送風機構
４・・・吸着部材
４ｈ・・・貫通孔
５・・・防爆機構
５１・・・保護カバー
７・・・流路形成部材
８・・・導入路形成部材
８Ａ・・・滞留構造

Claims (21)

1. 一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、前記流体流通孔を通過する流体の下流側に浮遊菌又は臭気物質を吸着する吸着部材を配置したことを特徴とする脱臭殺菌装置。
2. 前記吸着部材表面又はその近傍における空気イオン数密度を１００００個／ｃｍ^３以上である請求項１記載の脱臭殺菌装置。
3. 前記流体流通孔に向かって強制的に風を送り、前記流体流通孔から前記吸着部材に向かって空気の流れを生じさせる送風機構を有する請求項１又は２記載の脱臭殺菌装置。
4. 前記送風機構が、前記流体流通孔とは反対側に強制的に風を送り、前記流体流通孔から前記吸着部材とは反対側に空気の流れを生じさせるものである請求項３記載の脱臭殺菌装置。
5. 前記吸着部材が、送風方向に沿った貫通孔を有するものである請求項１乃至４のいずれかに記載の脱臭殺菌装置。
6. 前記吸着部材が、シリカゲル、活性炭、ゼオライト又はメソポーラスシリカあるいはそれらの組み合わせからなる吸着材から構成されている請求項１乃至５のいずれかに記載の脱臭殺菌装置。
7. 前記吸着部材が、概略メッシュ形状をなす基体に吸着材を保持させてなるものである請求項１乃至６のいずれかに記載の脱臭殺菌装置。
8. 前記一対の電極の外側に配置された保護カバーを有し、可燃性ガスが前記流体流通孔に流入してプラズマによって生じた火炎が、前記保護カバーを越えて外部に伝播しないように構成した防爆機構を有し、
   前記保護カバーに吸着材が設けられている請求項１乃至７のいずれかに記載の脱臭殺菌装置。
9. 互いに吸着特性の異なる複数の吸着部材を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の脱臭殺菌装置。
10. 前記各電極に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上かつ３００μ秒以下の範囲内としている請求項１乃至９のいずれかに記載の脱臭殺菌装置。
11. 前記各電極に印加する電圧に対して直流のバイアス電圧を加え、そのバイアス電圧が−５００Ｖ以上＋５００Ｖ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の脱臭殺菌装置。
12. 前記一対の電極の対応する流体流通孔が複数個設けられるとともに、それら複数の流体流通孔を連通する流路を形成する流路形成部材を備え、空気が連通された複数の流体流通孔を通過するように構成されており、
    前記流路形成部材により連通された一端の流体流通孔が送風方向上流側を向いており、他端の流体流通孔が前記吸着部材を向いていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の脱臭殺菌装置。
13. 前記流体流通孔と前記吸着部材との間に、前記流体流通孔を通過して生成された活性種を前記吸着部材に導く導入路を形成する導入路形成部材が設けられ、
    前記導入路形成部材が前記活性種を滞留させるための滞留構造を有する請求項１乃至１２のいずれかに記載の脱臭殺菌装置。
14. 前記一対の電極への電圧印加を停止して、前記吸着部材に浮遊菌又は臭気物質を吸着させる吸着モードと、
    前記吸着モードの後、前記一対の電極に電圧を印加して、プラズマにより発生する活性種を前記吸着部材に供給する分解モードとの機能を有する請求項１乃至１３のいずれかに記載の脱臭殺菌装置。
15. 一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、前記流体流通孔を通過する流体の下流側に浮遊菌又は臭気物質を吸着する吸着部材を配置したことを特徴とする脱臭殺菌方法。
16. 前記吸着部材表面又はその近傍における空気イオン数密度が１００００個／ｃｍ^３以上である請求項１５記載の脱臭殺菌方法。
17. 前記流体流通孔に向かって強制的に風を送る送風機構を用いて、前記流体流通孔から前記吸着部材に向かって送風することを特徴とする請求項１５又は１６記載の脱臭殺菌方法。
18. 前記送風機構を用いて、前記流体流通孔から前記吸着部材とは反対側に送風することを特徴とする請求項１７記載の脱臭殺菌方法。
19. 前記吸着部材が、シリカゲル、活性炭、ゼオライト又はメソポーラスシリカあるいはそれらの組み合わせからなる吸着材から構成されている請求項１５乃至１８のいずれかに記載の脱臭殺菌方法。
20. 前記各電極に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上かつ３００μ秒以下の範囲内としている請求項１５乃至１９のいずれかに記載の脱臭殺菌方法。
21. 前記各電極に印加する電圧に対して直流のバイアス電圧を加え、そのバイアス電圧が−５００Ｖ以上＋５００Ｖ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１５乃至２０のいずれかに記載の脱臭殺菌方法。