JP2013031827A - Active species generator, air purifier, wastewater purifier and steam cleaner - Google Patents

Active species generator, air purifier, wastewater purifier and steam cleaner Download PDF

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愛雄 一井
Hitoshi Isono
仁志 磯野
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重美 浅井
Yasuhisa Shiroyama
泰久 白山
Tetsuya Inui
哲也 乾
Masaaki Ozaki
正昭 尾崎
Yuzo Mori
勇蔵 森
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an active species generator, an air cleaner and a wastewater cleaner that can emit active species such as oxygen radical or hydroxy radical, these having disinfection action, into an indoor space, without generating even an insignificant dose of ozone or NOx that is harmful to the human body when discharging.SOLUTION: This active species generator includes a steam generating means that generates steam, a heating means that heats the generated steam and an electric discharge means that generates corona discharge between an electric discharge electrode and a counter electrode. In addition, it is characteristic that the internal steam pressure of the active species generator is higher than the external atmospheric pressure of the active species generator.

Description

本発明は、放電によりイオンや活性種などを発生させ、除菌等を行なう活性種発生装置、空気清浄装置、汚水浄化装置及びスチームクリーナに関するものである。   The present invention relates to an active species generator, an air cleaning device, a sewage purification device, and a steam cleaner that generate ions, active species, and the like by discharge to perform sterilization and the like.

近年、建物内や車両内の空気を常に清浄化された状態に維持するために空気清浄装置が広く使用されている。普及している空気清浄装置は、空気中で放電を生じさせることにより、空気中の水蒸気から正負のイオンやヒドロキシルラジカル(OHラジカル又はOH*)などの活性種を発生させる。 In recent years, air purifiers have been widely used in order to keep the air in buildings and vehicles in a clean state at all times. The popular air purifying apparatus generates active species such as positive and negative ions and hydroxyl radicals (OH radicals or OH * ) from water vapor in the air by causing discharge in the air.

そして、通常空気中で放電させた場合、窒素イオン(N 、N )や、酸素イオン(O 、O 、O、O)、窒素ラジカル(N)、酸素ラジカル(O*)、などの物質も同時に発生することが知られている。発生したラジカルは、即座に近傍の空気分子と結合する。例えば、空気中での放電ではO→2Oという反応で酸素ラジカルが生成したとき、酸素分子と接触すればO*+O2→O3という反応が起き、人体に有害なオゾンが生成される。また、同じように、N→2Nという反応でNが生成したとき、N+O→NO、N+O→NO、N+O+O→NOといった反応により、悪臭成分を持つNOxが生成される。このように、オゾン及びNOxが空気中では容易に発生してしまうという問題があった。それに加えて、印加電圧増加などにより所望の活性種等の濃度を増加させようとすると、オゾン及びNOxの濃度も増加するという問題もあった。そのため、放電によるオゾン及びNOxの発生を抑制しつつ、所望のイオンや活性種等の濃度を増加させるために、水蒸気を発生させ、その水蒸気中で放電を生じさせる手段が研究されてきた。 When discharged in the normal air, nitrogen ions (N 2 + , N 2 ), oxygen ions (O 2 , O 2 + , O , O + ), nitrogen radicals (N * ), oxygen It is known that substances such as radicals (O * ) are generated at the same time. The generated radicals immediately bind to nearby air molecules. For example, in the discharge in air, when oxygen radicals are generated by the reaction O 2 → 2O * , if they come into contact with oxygen molecules, a reaction O * + O 2 → O 3 occurs and ozone harmful to the human body is generated. . Similarly, when N * is generated by a reaction of N 2 → 2N * , malodorous components are removed by reactions such as N * + O 2 → NO 2 , N * + O * → NO, and N + O * + O * → NO 2. NOx possessed is generated. As described above, there is a problem that ozone and NOx are easily generated in the air. In addition, if the concentration of desired active species or the like is increased by increasing the applied voltage, the concentration of ozone and NOx also increases. Therefore, in order to increase the concentration of desired ions, active species, etc. while suppressing the generation of ozone and NOx due to discharge, means for generating water vapor and causing discharge in the water vapor have been studied.

例えば、特許文献1は、放電によって発生するオゾンや悪臭成分を抑制させた除電装置に関するものであり、図12に除電装置の構成を示す側面図を示す。この除電装置は、水の中に高圧エアーを吹き出して、水をクラスター状態で含んだ、湿度100%前後のエアーを作るエアー発生装置81及び、このエアー発生装置81に連結された送風路82を設けている。この送風路82内には、上記エアーを温めるヒーター85及び、ヒーター85と開口部83との間に上記エアー内のクラスターを単極帯電させる高圧放電電極86を設けて、この送風路82の開口部83を被処理物84に向けている。   For example, Patent Document 1 relates to a static eliminator that suppresses ozone and malodorous components generated by discharge, and FIG. 12 shows a side view of the configuration of the static eliminator. This static eliminator has an air generator 81 that blows out high-pressure air into water and contains water in a cluster state, and produces air with a humidity of around 100%, and an air passage 82 connected to the air generator 81. Provided. In the air passage 82, a heater 85 for heating the air and a high-voltage discharge electrode 86 for monopolar charging the cluster in the air are provided between the heater 85 and the opening 83. The part 83 is directed to the workpiece 84.

特許文献1では、高圧放電電極86近傍に、純水のクラスターが存在することで、オゾンの発生が抑制できると記載されている。また、純水のクラスターを利用するため、ホコリ粒子の少ないクリーンルームでの除電に適していると記載されている。   Patent Document 1 describes that the presence of ozone in the vicinity of the high-pressure discharge electrode 86 can suppress the generation of ozone. Moreover, it describes that it is suitable for static elimination in a clean room with few dust particles because it uses a cluster of pure water.

特許文献2及び非特許文献1では、大気圧の水蒸気流中にプラズマ流を生成し、そのプラズマ流により滅菌することができるプラズマ滅菌装置に関するものである。図13に示すように、この滅菌装置は、誘電体からなるとともに一端を大気開放され、滅菌の対象となる被滅菌物を内部に配置される管91と、管91の他端に接続され、管91の内部へ流通させるための水蒸気を発生させる水蒸気発生部92と、管91の中途に設けられ、管91の内部で誘電体バリア放電を起こす放電部93を備える。この構成によれば、誘電体バリア放電により、大気圧下において管91内の水蒸気がプラズマ化され、水蒸気のプラズマ流により滅菌することができると記載されている。   Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 relate to a plasma sterilization apparatus capable of generating a plasma flow in an atmospheric water vapor flow and sterilizing the plasma flow. As shown in FIG. 13, this sterilization apparatus is made of a dielectric and one end is opened to the atmosphere, and a sterilization target to be sterilized is placed inside a pipe 91 and the other end of the pipe 91, A water vapor generating unit 92 that generates water vapor to be circulated into the tube 91 and a discharge unit 93 provided in the middle of the tube 91 and causing dielectric barrier discharge inside the tube 91 are provided. According to this configuration, it is described that the water vapor in the tube 91 is converted into plasma under atmospheric pressure by dielectric barrier discharge and can be sterilized by the plasma flow of water vapor.

特開平9−115683号公報(平成9年5月2日公開)Japanese Patent Laid-Open No. 9-115683 (published on May 2, 1997) 特開2009−22391号公報(平成21年2月5日公開)JP 2009-22391 A (published February 5, 2009)

佐藤 岳彦、古居 剛、日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集、G605(2010)Takehiko Sato, Go Koi, Proceedings of the Japan Society of Mechanical Engineers Fluid Engineering Division, G605 (2010)

しかしながら、特許文献1に示す技術は、水タンクに高圧エアー噴出させることにより、水をクラスター状態で含んだ、湿度100%前後のエアーを作り出す技術である為、そのエアー中には酸素及び窒素を含むことが前提である。そこで、高電圧による放電により窒素ラジカル及び酸素ラジカルが発生し、その結果、文献1に開示の技術ではオゾン及びNOxを十分に減少させることができないという問題があった。さらに、特許文献1に示す技術では空気を含んでしまうため、水蒸気100%のときと比較して、同一電力ではヒドロキシルラジカルが発生されにくくなる。例えば、空気を含んでいる状態で、放電電極に負電圧を与えたときは、O+e-→O という電子付着反応が起きる。この反応に必要なエネルギーは0.36eVであるため、空気をわずかでも含んでしまうと、活性種が生成するよりも、先に多くのイオンが生成されてしまう。このため除電装置としては、効果を発揮するかもしれないが、ヒドロキシルラジカルなどの活性種を多く生成しようとすると、水蒸気100%のときと比較して、消費電力が増大してしまう。そのほかにも、通風路を温める温度が30〜90℃と低いため、水蒸気が放電電極に結露してしまい、放電しなくなる恐れもあった。 However, since the technique shown in Patent Document 1 is a technique that creates air with a humidity of around 100% containing water in a cluster state by jetting high-pressure air into a water tank, oxygen and nitrogen are contained in the air. It is a premise to include. Therefore, nitrogen radicals and oxygen radicals are generated by discharge with a high voltage, and as a result, the technique disclosed in Document 1 has a problem that ozone and NOx cannot be reduced sufficiently. Furthermore, since the technique shown in Patent Document 1 includes air, hydroxyl radicals are less likely to be generated with the same electric power as compared with the case of 100% water vapor. For example, when a negative voltage is applied to the discharge electrode in a state containing air, an electron attachment reaction of O 2 + e− → O 2 occurs. Since the energy required for this reaction is 0.36 eV, if even a small amount of air is included, more ions are generated before the active species are generated. For this reason, the static eliminator may be effective, but if it tries to generate a large amount of active species such as hydroxyl radicals, the power consumption increases as compared with the case of 100% water vapor. In addition, since the temperature for warming the ventilation path is as low as 30 to 90 ° C., water vapor is condensed on the discharge electrode, and there is a possibility that the discharge may not be performed.

また、特許文献2及び非特許文献1に示す技術では、誘電体バリア放電によって、プラズマ領域を大きくすることができ、管路内においては活性種が多く発生する。しかしながら、放電電極と対向電極の間に誘電体を介しているために、印加電圧を大きく設定する必要がある。このため、高価な電源を必要とし、広く普及させることができない。さらには、誘電体バリア放電では、原料ガスを分解するために、ある一定の周波数を印加することが必要であり、電磁波が発生する。このような滅菌装置は、医療現場などで用いられるが、電磁波により医療機器の誤動作につながる恐れもある。それに加えて、滅菌対象物は管路内に存在する必要が有り、滅菌空間が狭いという問題があった。   In the techniques shown in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1, the plasma region can be enlarged by dielectric barrier discharge, and many active species are generated in the pipeline. However, since a dielectric is interposed between the discharge electrode and the counter electrode, it is necessary to set a large applied voltage. For this reason, an expensive power supply is required and cannot be widely spread. Furthermore, in the dielectric barrier discharge, it is necessary to apply a certain frequency in order to decompose the raw material gas, and electromagnetic waves are generated. Such a sterilization apparatus is used in a medical field or the like, but there is a possibility that an electromagnetic wave may lead to a malfunction of the medical device. In addition, there is a problem that the object to be sterilized needs to be present in the pipeline, and the sterilization space is narrow.

そこで、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、オゾンやNOxをほとんど発生させずに、除菌作用を持つ酸素ラジカルやヒドロキシルラジカル等の活性種を発生させる、汎用的な装置を実現することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to generate active species such as oxygen radicals and hydroxyl radicals having a sterilizing action without generating ozone or NOx. It is to realize a general-purpose device.

本発明に係る活性種発生装置は、水蒸気を発生させる水蒸気発生手段と、発生させた水蒸気を加熱する加熱手段と、放電電極及び対向電極間でコロナ放電を生じさせる放電手段とを備え、活性種発生装置の内部は、水蒸気圧が、活性種発生装置の外部の気圧よりも高いことを特徴とする。   An active species generating apparatus according to the present invention includes a water vapor generating unit that generates water vapor, a heating unit that heats the generated water vapor, and a discharge unit that generates corona discharge between the discharge electrode and the counter electrode. The inside of the generator is characterized in that the water vapor pressure is higher than the atmospheric pressure outside the active species generator.

更なる本発明に係る活性種発生装置は、放電電極に正電圧を印加する第1の活性種発生装置及び、放電電極に負電圧を印加する第2の活性種発生装置で構成され、第1及び第2の活性種発生装置は水蒸気を発生させる水蒸気発生手段と、発生させた水蒸気を加熱する加熱手段と、放電電極及び対向電極間でコロナ放電を生じさせる放電手段とを備え、第1及び第2の活性種発生装置の内部は、水蒸気圧が、前記第1及び第2の活性種発生装置の外部の気圧よりも高いことを特徴とする。   The active species generator according to the present invention further includes a first active species generator that applies a positive voltage to the discharge electrode and a second active species generator that applies a negative voltage to the discharge electrode. And the second active species generator includes a water vapor generating means for generating water vapor, a heating means for heating the generated water vapor, and a discharge means for generating a corona discharge between the discharge electrode and the counter electrode. The interior of the second active species generator is characterized in that the water vapor pressure is higher than the atmospheric pressure outside the first and second active species generators.

前記活性種発生装置は、空気清浄装置、汚水浄化装置あるいはスチームクリーナに用いても良い。   The active species generator may be used for an air purifier, a sewage purifier, or a steam cleaner.

本発明によれば、放電部の内部を略100%の水蒸気で充填することにより、放電の際に人体に有害なオゾン、NOxをほとんど発生させることなく、除菌作用を持つ酸素ラジカルやヒドロキシルラジカル等の活性種を室内空間へ放出することが可能となる。   According to the present invention, the inside of the discharge part is filled with substantially 100% water vapor, so that oxygen radicals and hydroxyl radicals having a sterilizing action are generated without generating ozone or NOx harmful to the human body at the time of discharge. It becomes possible to discharge | release active species, such as to indoor space.

実施例1における活性種発生装置の構成例を示した断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of an active species generator in Example 1. FIG. 実施例1における活性種発生装置の構成例を示した斜視図である。1 is a perspective view showing an example of the configuration of an active species generator in Example 1. FIG. 実施例2における活性種発生装置の構成例を示した断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration example of an active species generator in Example 2. 実施例3における活性種発生装置の構成例を示した断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration example of an active species generator in Example 3. 実施例4における活性種発生装置の構成例を示した断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration example of an active species generator in Example 4. 実施例4における活性種発生装置の構成例を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the structural example of the active species generator in Example 4. FIG. 実施例5における活性種発生装置の構成例を示した断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration example of an active species generator in Example 5. 本発明の活性種発生装置による過酸化水素の生成を示したグラフである。It is the graph which showed the production | generation of hydrogen peroxide by the active species generator of this invention. 実施例6における測定装置を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the measuring apparatus in Example 6. FIG. 実施例7における汚水浄化装置の構成例を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the structural example of the sewage purification apparatus in Example 7. FIG. 実施例8におけるスチームクリーナの構成例を示した斜視図である。FIG. 10 is a perspective view illustrating a configuration example of a steam cleaner according to an eighth embodiment. 特許文献1に係る除電装置の構成の側面図である。It is a side view of the structure of the static elimination apparatus which concerns on patent document 1. 特許文献2に係る滅菌装置の構成図である。It is a block diagram of the sterilizer based on patent document 2. FIG.

本発明は、空気がほとんどなく水蒸気で満たされている活性種発生装置内部でコロナ放電を生じさせることで、オゾン及びNOxをほとんど発生させずに、除菌作用を持つ酸素ラジカルやヒドロキシルラジカル等の活性種を生成させることを特徴とするが、そのメカニズムについて以下に記す。   The present invention generates corona discharge inside an active species generator that is almost free of air and filled with water vapor, so that ozone and NOx are hardly generated, and oxygen radicals and hydroxyl radicals having a sterilizing action are generated. It is characterized by generating active species, and the mechanism is described below.

水蒸気中では、HOしか存在しないため、正の電圧を印加し放電させた場合、
O→H+OH+e-
という反応により、水素イオン及びヒドロキシルラジカルが生成し、さらに、水素イオンは、電子を与えて中和すると、水素ラジカルが生成される。ヒドロキシルラジカルは活性度が高いことが知られており、除菌だけでなく、各種材料を酸化することに利用されている。
Since only H 2 O exists in water vapor, when a positive voltage is applied and discharged,
H 2 O → H + + OH * + e −
By the above reaction, hydrogen ions and hydroxyl radicals are generated. Further, when hydrogen ions are neutralized by giving electrons, hydrogen radicals are generated. Hydroxyl radicals are known to have high activity and are used not only for sterilization but also for oxidizing various materials.

次に、生成した水素ラジカルが、さらに、水と反応すると、
+HO→H+OH ・・・(1)
の反応により、酸化作用の強いヒドロキシルラジカルが生成する。また、生成されたヒドロキシルラジカル同士で結合した場合、
OH+OH→O+HO ・・・(2)
の反応により、酸素ラジカルが生成される。この酸素ラジカルも、酸化作用が強く、除菌作用がある。
Next, when the generated hydrogen radical further reacts with water,
H * + H 2 O → H 2 + OH * (1)
By this reaction, a hydroxyl radical having a strong oxidizing action is generated. In addition, when bonded with the generated hydroxyl radicals,
OH * + OH * → O * + H 2 O (2)
Oxygen radicals are generated by this reaction. This oxygen radical also has a strong oxidizing action and a sterilizing action.

一方、負の電圧を印加し放電させた場合、
O+e→OH+H ・・・(3)
という反応により、水酸化物イオン及び水素ラジカルが生成する。水素ラジカルから、除菌作用のあるヒドロキシルラジカル及び酸素ラジカルが生成される反応は式(1)の通りで、水酸化物イオンについても、
OH→OH+e-
の反応により、除菌作用のあるヒドロキシルラジカルが生成される。
On the other hand, when a negative voltage is applied and discharged,
H 2 O + e → OH + H * (3)
By this reaction, hydroxide ions and hydrogen radicals are generated. The reaction in which hydroxyl radicals and oxygen radicals having a sterilizing action are generated from hydrogen radicals is as shown in formula (1).
OH → OH * + e−
By this reaction, a hydroxyl radical having a sterilizing action is generated.

このように、水蒸気中でコロナ放電を生じさせることで、除菌作用を持つヒドロキシルラジカル及び酸素ラジカルを生成することができる。このように生成したヒドロキシルラジカルは反応性が高いため、一部のヒドロキシルラジカルは(2)の反応を経由した酸素ラジカルとはならずに、
OH+OH→H ・・・(4)
という反応により過酸化水素に変化する。また、水分子と反応し、
OH+HO→H+H ・・・(5)
という反応によっても過酸化水素に変化する。過酸化水素は、ヒドロキシルラジカル及び酸素ラジカルよりも低い除菌作用を持つが、比較的安定しているためヒドロキシルラジカル及び酸素ラジカルよりも長時間存在することができる。
Thus, by generating corona discharge in water vapor, hydroxyl radicals and oxygen radicals having a sterilizing action can be generated. Since the hydroxyl radicals thus generated are highly reactive, some hydroxyl radicals do not become oxygen radicals via the reaction of (2),
OH * + OH * → H 2 O 2 (4)
The reaction changes to hydrogen peroxide. It reacts with water molecules,
OH * + H 2 O → H 2 O 2 + H * (5)
This also changes to hydrogen peroxide. Hydrogen peroxide has a lower sterilization effect than hydroxyl radicals and oxygen radicals, but can be present longer than hydroxyl radicals and oxygen radicals because it is relatively stable.

さらに、過酸化水素は、活性種とともに放電によって生成されたHやOH等の負イオンと反応することで
+H→OH+OH+HO ・・・(6)
+OH+H→OH+OH+HO ・・・(7)
の反応により再びヒドロキシルラジカルを生成することができる。この式(6)(7)の反応が起こりうるかについて、量子力学第1原理分子動力学法を用いて、見積もった。右辺の物質のトータルエネルギーから、左辺の物質のトータルエネルギーを差分すると、その差分値は、式(6)の場合、−1.48eVで、式(7)の場合、−3.03eVであった。すなわち、式(6)、(7)いずれの反応も、左辺の物質から右辺の物質へと変化する際に、発熱し安定化すると考えられ、Hに、HやOHという負イオンを作用させることで、ヒドロキシルラジカルが容易に生成すると考えられる。
Furthermore, hydrogen peroxide reacts with negative ions such as H 2 O and OH generated by discharge together with the active species, so that H 2 O 2 + H 2 O → OH * + OH + H 2 O. (6)
H 2 O 2 + OH + H * → OH * + OH + H 2 O (7)
Hydroxyl radicals can be generated again by the above reaction. Whether the reactions of the formulas (6) and (7) can occur was estimated using the quantum mechanics first-principles molecular dynamics method. When the total energy of the substance on the left side is subtracted from the total energy of the substance on the right side, the difference value is -1.48 eV in the case of equation (6) and -3.03 eV in the case of equation (7). . That is, it is considered that both reactions of the formulas (6) and (7) generate heat and stabilize when changing from the substance on the left side to the substance on the right side, and H 2 O 2 is replaced with H 2 O or OH −. It is thought that hydroxyl radicals are easily generated by the action of negative ions.

また、オゾンがほとんど発生しない理由は、水蒸気中で放電した際に生成する物質からオゾンが生成されるまでの反応経路が複雑となるためである。例えば、正の電圧による放電で生成されたヒドロキシルラジカルから最もオゾンが発生しやすい反応を考えた場合、まず、ヒドロキシルラジカルによる式(2)の反応がおき、酸素ラジカルが生成する。酸素ラジカルが別の酸素ラジカルと反応すれば、
2O*→O2 ・・・(8)
の反応により、酸素分子が生成される。さらに、生成された酸素分子と別の過程で生成された酸素ラジカルとが反応して、
*+O2→O3 ・・・(9)
という反応が起き、初めてオゾンが生成される。したがって、空気中とは違って、水蒸気中では、確率の低い反応を数回経由することが必要である。つまり、大気に比べて非常に酸素分子の割合が低い、略水蒸気100%内で放電することで、オゾンの生成確率が大幅に下がり、オゾンを減少することができる。
The reason that ozone is hardly generated is that the reaction path until ozone is generated from a substance generated when discharged in water vapor becomes complicated. For example, when considering a reaction in which ozone is most likely to be generated from hydroxyl radicals generated by discharge with a positive voltage, first, the reaction of formula (2) by hydroxyl radicals occurs to generate oxygen radicals. If an oxygen radical reacts with another oxygen radical,
2O * → O 2 (8)
Oxygen molecules are generated by this reaction. Furthermore, the generated oxygen molecules react with oxygen radicals generated in another process,
O * + O 2 → O 3 (9)
Ozone is generated for the first time. Therefore, unlike in air, it is necessary to go through a reaction with low probability several times in water vapor. That is, by performing discharge within approximately 100% of water vapor, which has a much lower proportion of oxygen molecules than the atmosphere, the probability of ozone generation is greatly reduced, and ozone can be reduced.

同様に、負の電圧による放電で生成された水素ラジカルから最もオゾンが発生しやすい反応を考えた場合、
+HO→OH+H ・・・(10)
という反応で生成したヒドロキシルラジカルから、式(2)、(8)、(9)の反応によりオゾンを生成するため、オゾンの生成確率が大幅に下がる。また、NOxに関しても、水蒸気100%であれば、窒素が存在しないため生成しない。
Similarly, when considering a reaction in which ozone is most likely to be generated from hydrogen radicals generated by discharge with a negative voltage,
H * + H 2 O → OH * + H 2 (10)
Since ozone is generated from the hydroxyl radical generated by the reaction by the reactions of formulas (2), (8), and (9), the probability of ozone generation is greatly reduced. Further, NOx is not generated if water vapor is 100% because nitrogen does not exist.

このように、窒素及び酸素がない水蒸気中で放電することで、オゾン、NOxをほとんど発生させずに、酸素ラジカルやヒドロキシルラジカル、水素ラジカル等の活性種を生成できる。ヒドロキシルラジカル、酸素ラジカルは、強力な酸化力を有し、菌・カビ菌を除菌し、有機化合物・ニオイを分解することができる。また、水素ラジカルは強い還元力を持つことから、式(10)の反応によりヒドロキシルラジカルを生成することができ、同様の作用を発揮することができる。さらには、水蒸気中であれば、反応性の高いヒドロキシルラジカルは一部、過酸化水素に変化すると考えられるが、その後、負イオンと結合することで、再びヒドロキシラジカルに戻ることができる。したがって、放電空間に限らず、広範囲にわたって除菌力の高い、ヒドロキシルラジカルを作用させることができる。   As described above, by discharging in water vapor without nitrogen and oxygen, active species such as oxygen radicals, hydroxyl radicals, and hydrogen radicals can be generated with little generation of ozone and NOx. Hydroxyl radicals and oxygen radicals have a strong oxidizing power and can disinfect bacteria and molds and decompose organic compounds and odors. Further, since the hydrogen radical has a strong reducing power, a hydroxyl radical can be generated by the reaction of formula (10), and the same action can be exhibited. Furthermore, if it is in water vapor | steam, it will be thought that a part of hydroxyl radical with high reactivity will change into hydrogen peroxide, but it can return to a hydroxy radical again by couple | bonding with a negative ion after that. Therefore, not only the discharge space but also a hydroxyl radical having a high sterilizing power can be applied over a wide range.

上記のメカニズムを実現するための実施例について図面に基づき説明する。   An embodiment for realizing the above mechanism will be described with reference to the drawings.

図1は、実施例1に係る活性種発生装置の断面図であり、図2はこの装置の斜視図である。この活性種発生装置は、蒸発部1、水蒸気通路部2、放電部3から構成される。まず、蒸発部1は容器4から構成されており、その内部に水5を有している。水5は容器4の下部に配置された水蒸気発生手段をしての第1の加熱手段6により加熱され、水蒸気に変化させられる。生成された水蒸気は、容器4と接続されている水蒸気通路部2を経由し、放電部3に搬送される。水蒸気通路部2は、中が空洞の構造であり、熱を伝えやすい材質よりできている。   FIG. 1 is a cross-sectional view of an active species generator according to Embodiment 1, and FIG. 2 is a perspective view of the device. This active species generator is composed of an evaporation unit 1, a water vapor passage unit 2, and a discharge unit 3. First, the evaporation part 1 is comprised from the container 4, and has the water 5 in the inside. The water 5 is heated by the first heating means 6 as a water vapor generating means arranged at the lower part of the container 4 and is changed into water vapor. The generated water vapor is conveyed to the discharge unit 3 via the water vapor passage unit 2 connected to the container 4. The water vapor passage portion 2 has a hollow structure and is made of a material that easily conducts heat.

放電部3は、対向電極9と開口部11に囲まれており、その内部に放電電極8が配置される。放電電極8は、ワイヤー状の金属から成り、電圧印加装置10が接続され、対向電極9は、金属から成り、接地される。開口部11は、開放されていても、対向電極9と電気的に接続された、メッシュ状の金属線等で囲われていても良いが、開口部11は開放されている方がより好ましい。   The discharge part 3 is surrounded by the counter electrode 9 and the opening part 11, and the discharge electrode 8 is disposed therein. The discharge electrode 8 is made of a wire-like metal, to which the voltage application device 10 is connected, and the counter electrode 9 is made of a metal and is grounded. The opening 11 may be open or may be surrounded by a mesh-like metal wire or the like that is electrically connected to the counter electrode 9, but it is more preferable that the opening 11 is open.

放電部3には、蒸発部1で生成された水蒸気が搬送されてくるが、放電電極8付近に空気が存在しないようにするためには、空気が開口部11から装置内へ流入しないように、活性種発生装置の内部の水蒸気圧を外部の気圧以上にする必要がある。例えば、外部の気圧が1気圧であるとすると、活性種発生装置の内部が99.8℃以上であれば、水蒸気圧を1014hPaまで上昇させることができ、1気圧以上とすることができる。つまり、第2の加熱手段12により蒸発部1、水蒸気通路部2、放電部3を加熱し、装置内部を99.8℃以上にすれば、水蒸気は開口部11から放出されるようになり、空気が開口部11から装置内へ流入しないようなる。第2の加熱手段12は、装置全体を加熱するため、例えばリボン状のヒーターで、装置に巻き付けてあると良い。   The water vapor generated in the evaporation unit 1 is transported to the discharge unit 3, but in order to prevent air from being present near the discharge electrode 8, air is prevented from flowing into the apparatus from the opening 11. The water vapor pressure inside the active species generator needs to be higher than the external atmospheric pressure. For example, if the external atmospheric pressure is 1 atm, the water vapor pressure can be increased to 1014 hPa and the atmospheric pressure can be 1 atm or higher if the inside of the active species generator is 99.8 ° C. or higher. That is, if the evaporation part 1, the water vapor passage part 2, and the discharge part 3 are heated by the second heating means 12, and the inside of the apparatus is set to 99.8 ° C. or more, the water vapor is released from the opening part 11, Air is prevented from flowing into the apparatus from the opening 11. The second heating means 12 may be wound around the apparatus with, for example, a ribbon-like heater in order to heat the entire apparatus.

このとき、活性種発生装置の内部の水蒸気圧を外部の気圧以上にすることで、活性種発生装置の内部が水蒸気濃度ほぼ100%の状態になり、放電部3に酸素及び窒素がほとんど存在しなくなる。この構成において、放電電極8に正あるいは負の電圧を印加し、対向電極9との間でコロナ放電を生じさせると、オゾン及びNOxをほとんど発生させずに、除菌作用を持つ酸素ラジカルやヒドロキシルラジカル等の活性種を生成させる。放電電極8に印加する電圧の絶対値は1kV〜10kVが好ましい。1kV以下の場合、放電電極8及び対向電極9間の距離が2mm以下である必要があり、これらの電極間に静電気で埃等が付着して、漏電してしまう危険性があり、10kV以上の場合、装置の安全上の問題が生じる恐れがあるためである。また、低い電圧で活性種を多く発生させるためには、直流電圧が好ましい。この場合、他の医療機器等に電磁波による悪影響を与えることがないため、医療現場等で使用することができる。生成した活性種は、水蒸気の発生による圧力で、開口部11を通り、室内空間へ放出する。   At this time, by setting the water vapor pressure inside the active species generator to an external pressure or higher, the inside of the active species generator is in a state where the water vapor concentration is almost 100%, and oxygen and nitrogen are almost present in the discharge part 3. Disappear. In this configuration, when a positive or negative voltage is applied to the discharge electrode 8 to generate a corona discharge with the counter electrode 9, oxygen radicals and hydroxyl groups having a sterilizing action are generated without generating ozone and NOx. Generates active species such as radicals. The absolute value of the voltage applied to the discharge electrode 8 is preferably 1 kV to 10 kV. In the case of 1 kV or less, the distance between the discharge electrode 8 and the counter electrode 9 needs to be 2 mm or less, and there is a risk that dust or the like will adhere between these electrodes due to static electricity, resulting in electric leakage. This is because there is a possibility that a safety problem of the apparatus may occur. In order to generate many active species at a low voltage, a DC voltage is preferable. In this case, since it does not adversely affect other medical devices and the like due to electromagnetic waves, it can be used at medical sites. The generated active species are released into the indoor space through the opening 11 by the pressure generated by the generation of water vapor.

また、放電部3での水蒸気の結露を防ぐために、第2の加熱手段12によって放電部3内を100℃以上に保つことが望ましい。結露してしまうと、放電電極8及び対向電極9間でアーク放電や沿面放電が生じ、装置が故障する危険性がある。また、結露により生じた水滴を通じて電極間で漏洩電流が流れてしまい、放電しなくなる可能性がある。   In order to prevent the condensation of water vapor in the discharge part 3, it is desirable to keep the inside of the discharge part 3 at 100 ° C. or higher by the second heating means 12. If condensation occurs, arc discharge or creeping discharge occurs between the discharge electrode 8 and the counter electrode 9, and there is a risk that the apparatus will break down. In addition, a leakage current flows between the electrodes through water droplets generated by condensation, and there is a possibility that discharge will not occur.

図3は、実施例2に係る活性種発生装置の構成図であり、実施例1の活性種発生装置を2つ並べたものである。第1の活性種発生装置は、放電部に放電電極8及び対向電極9を備え、第2の活性種発生装置は、放電部に放電電極13及び対向電極14を備える。それぞれの活性種発生装置は、実施例1の活性種発生装置と同様に、水を有する容器を備え、その水は容器の下部に配置された第1の加熱手段により加熱され、水蒸気に変化させられる。発生した水蒸気は、放電部に達し、放電部を外部の気圧よりも高い水蒸気圧にする。このとき、放電部を含む活性種発生装置の内部の水蒸気圧を外部の気圧以上にすることで、活性種発生装置の内部が水蒸気濃度ほぼ100%の状態になり、放電部3に酸素及び窒素がほとんど存在しなくなる。この状態の放電部において、第1の活性種発生装置の放電電極8に正電圧を印加し、対向電極9との間で放電させ、第2の活性種発生装置の放電電極13に負電圧を印加し、対向電極14との間で放電させる。これらの構成によって除菌作用を持つ酸素ラジカルやヒドロキシルラジカル等の活性種と共に、第1の活性種発生装置は正イオンを、第2の活性種発生装置は負イオンを生成する。生成した活性種及び正負イオンは、水蒸気の発生による圧力で、開口部11を通り、室内空間へ放出する。また、低い電圧で活性種を多く発生させるためには、直流電圧が好ましい。   FIG. 3 is a configuration diagram of an active species generator according to the second embodiment, in which two active species generators according to the first embodiment are arranged. The first active species generator includes a discharge electrode 8 and a counter electrode 9 in the discharge unit, and the second active species generator includes a discharge electrode 13 and a counter electrode 14 in the discharge unit. Each of the active species generators includes a container having water, similar to the active species generator of Example 1, and the water is heated by the first heating means disposed at the lower part of the container to change into water vapor. It is done. The generated water vapor reaches the discharge part, and makes the discharge part have a water vapor pressure higher than the external atmospheric pressure. At this time, by setting the water vapor pressure inside the active species generating apparatus including the discharge part to be equal to or higher than the external atmospheric pressure, the inside of the active species generating apparatus is in a state where the water vapor concentration is almost 100%. Almost disappears. In the discharge section in this state, a positive voltage is applied to the discharge electrode 8 of the first active species generator and discharged between the counter electrode 9 and a negative voltage is applied to the discharge electrode 13 of the second active species generator. Applied and discharged between the counter electrode 14. With these configurations, the first active species generator generates positive ions and the second active species generator generates negative ions together with active species such as oxygen radicals and hydroxyl radicals having a sterilizing action. The generated active species and positive and negative ions are released into the indoor space through the opening 11 by the pressure generated by the generation of water vapor. In order to generate many active species at a low voltage, a DC voltage is preferable.

ここで負の電圧を印加し放電させた場合、式(3)の反応により、水酸化物イオン及び水素ラジカルが生成される。量子力学第一原理分子動力学法にて、水酸化物イオン及び水素ラジカルの合計のエネルギーと、Hのエネルギーを比較した場合、Hの方が1.559eVだけ低く、より安定な物質であると考えられる。したがって、生成した水酸化物イオン及び水素ラジカルが再度衝突することで、
+OH→H ・・・(11)
という反応により、Hが生成し、さらにHが水素イオンと反応することで
+H→H+HO ・・・(12)
という反応により、再度水素ラジカルが生成する。この水素ラジカルが、水分子と反応すると式(10)の反応によりヒドロキシルラジカルを生成することができる。
Here, when a negative voltage is applied and discharged, hydroxide ions and hydrogen radicals are generated by the reaction of formula (3). When the total energy of hydroxide ions and hydrogen radicals is compared with the energy of H 2 O − by the quantum mechanics first-principles molecular dynamics method, H 2 O is lower by 1.559 eV, It is considered a stable substance. Therefore, the generated hydroxide ions and hydrogen radicals collide again,
H * + OH → H 2 O (11)
H 2 O is generated by this reaction, and further H 2 O reacts with hydrogen ions, so that H + + H 2 O → H * + H 2 O (12)
As a result, hydrogen radicals are generated again. When this hydrogen radical reacts with a water molecule, a hydroxyl radical can be generated by the reaction of formula (10).

ヒドロキシルラジカルは反応性が高いため、ごくわずかな時間で別物質に変化するといわれているが、この方法によれば、イオンの届く範囲において、ヒドロキシルラジカルを生成できる。したがって、実施例1のように一組の放電電極、対向電極間での放電による除菌方法とは違い、イオンは部屋空間に広がるため、除菌できる空間が広がる。   Since the hydroxyl radical is highly reactive, it is said that it changes into another substance in a very short time, but according to this method, a hydroxyl radical can be generated within the reach of ions. Therefore, unlike the sterilization method by discharge between a pair of discharge electrodes and counter electrodes as in the first embodiment, ions spread in the room space, so that the space that can be sterilized is expanded.

図4は、実施例3に係る活性種発生装置の構成図であり、実施例1の活性種発生装置と、その開口部11の近辺に電子発生装置15を備える構成である。電子発生装置15は、電気抵抗の大きい電線から成り、高温にすることで熱電子を放出し、放出された電子は、開口部11から放出される水素イオンと反応し、
+e→H
という反応で水素ラジカルを生成する。この水素ラジカルが、水分子と反応すると式(10)の反応によりヒドロキシルラジカルを生成され、除菌効率を高くすることができる。
FIG. 4 is a configuration diagram of the active species generating apparatus according to the third embodiment, and includes an active species generating apparatus according to the first embodiment and an electron generating device 15 in the vicinity of the opening 11 thereof. The electron generating device 15 is made of an electric wire having a large electric resistance, emits thermoelectrons at a high temperature, and the emitted electrons react with hydrogen ions emitted from the opening 11,
H + + e → H *
This generates hydrogen radicals. When this hydrogen radical reacts with a water molecule, a hydroxyl radical is generated by the reaction of formula (10), and the sterilization efficiency can be increased.

図5は、実施例4に係る活性種発生装置の構成図であり、実施例1の活性種発生装置の放電電極8と対向電極9の間に、籠電極16を配置した構成である。図6はその装置の放電部の斜視図で、透視した状態を示す。籠電極16は、ワイヤー状の放電電極8の周りを囲うように配置され、対向電極9は、さらに籠電極16の周りを囲うように配置される。放電電極8は、電圧印加装置10に接続され、対向電極9との間で放電が生じるように、正あるいは負の電圧を印加される。また、籠電極16は、電圧印加装置17に接続され、放電電極8に印加された電圧と同極性の数V〜数百Vの電圧を印加される。   FIG. 5 is a configuration diagram of the active species generating apparatus according to the fourth embodiment, in which a soot electrode 16 is disposed between the discharge electrode 8 and the counter electrode 9 of the active species generating apparatus of the first embodiment. FIG. 6 is a perspective view of the discharge part of the apparatus, showing a transparent state. The soot electrode 16 is disposed so as to surround the wire-shaped discharge electrode 8, and the counter electrode 9 is further disposed so as to surround the soot electrode 16. The discharge electrode 8 is connected to the voltage application device 10 and is applied with a positive or negative voltage so that a discharge occurs between the discharge electrode 8 and the counter electrode 9. Further, the saddle electrode 16 is connected to a voltage application device 17 and is applied with a voltage of several V to several hundred V having the same polarity as the voltage applied to the discharge electrode 8.

この構成によれば、放電部3内の電界が、放電電極8から籠電極16の方向へ向いているため、放電電極8から発生したイオンは、籠電極16に向かい、接地された対向電極9に接触し消滅する。このように、放電電極8と対向電極9の間に、放電電極8に印加する電圧と同極性の低電圧が印加される電極を配置することで、効率よく所望のラジカルを放出することができる。なお、本実施例では籠電極16に電圧印加装置17を接続したが、その代わりに籠電極16とアースの間に抵抗を備えてもよい。   According to this configuration, since the electric field in the discharge part 3 is directed from the discharge electrode 8 toward the soot electrode 16, ions generated from the discharge electrode 8 face the soot electrode 16 and are grounded. Touch and disappear. Thus, by arranging an electrode to which a low voltage having the same polarity as the voltage applied to the discharge electrode 8 is disposed between the discharge electrode 8 and the counter electrode 9, a desired radical can be efficiently released. . In the present embodiment, the voltage applying device 17 is connected to the saddle electrode 16, but a resistor may be provided between the saddle electrode 16 and the ground instead.

図7は、実施例5に係る活性種発生装置の構成図であり、実施例1の活性種発生装置の蒸発部1、水蒸気通路部2、放電部3を一つにまとめたものである。装置内は、水5、放電電極8、対向電極9から構成され、放電電極8は、水5に触れないように先端付近以外を絶縁体18で覆われ、先端部が水面近傍になるように配置される。対向電極9は、放電電極8の先端付近に配置され、接地される。この構成において、第1の加熱手段により水5を蒸発させ、水蒸気中で放電を生じさせる。このとき、水面近傍に放電部を設けることで、空気に流入を防ぎやすくなる。また、水蒸気通路部をなくすことで、装置の小型化を行うことができる。   FIG. 7 is a configuration diagram of the active species generating apparatus according to the fifth embodiment, in which the evaporation section 1, the water vapor passage section 2, and the discharge section 3 of the active species generating apparatus of the first embodiment are combined into one. The inside of the apparatus is composed of water 5, a discharge electrode 8, and a counter electrode 9. The discharge electrode 8 is covered with an insulator 18 except for the vicinity of the tip so as not to touch the water 5, and the tip is located near the water surface. Be placed. The counter electrode 9 is disposed near the tip of the discharge electrode 8 and is grounded. In this configuration, the water 5 is evaporated by the first heating means, and discharge is generated in the water vapor. At this time, it becomes easy to prevent inflow into the air by providing the discharge part in the vicinity of the water surface. Further, the apparatus can be reduced in size by eliminating the water vapor passage.

実施例6では、ヒドロキシルラジカル及び過酸化水素等の活性種とともに負イオンを発生させる活性種発生装置について説明する。実施例1では、放電電極8への印加電圧は、正あるいは負の電圧であったが、実施例6では、放電電極8に負の電圧を印加することに限定していることが異なる。実施例6の詳細について下記で説明する。   Example 6 describes an active species generator that generates negative ions together with active species such as hydroxyl radicals and hydrogen peroxide. In the first embodiment, the voltage applied to the discharge electrode 8 is a positive or negative voltage. However, the sixth embodiment is different from the first embodiment in that the negative voltage is applied to the discharge electrode 8. Details of the sixth embodiment will be described below.

本実施例の活性種発生装置で発生させるヒドロキシルラジカルは、反応性が高く、菌等を分解することが可能であるが、別の物質と反応しやすい。水蒸気中では式(4)、(5)により過酸化水素に変化してしまう。ここで生成する過酸化水素は、ヒドロキシルラジカルと比較すると除菌作用が弱いが、安定性が高いため、長時間存在することができ、人体への影響も少ない。そのうえ、過酸化水素は、負イオンと反応すると、式(6)、(7)のようにヒドロキシルラジカルを生成する。このため、放電を起こしている付近でなくとも、過酸化水素と負イオンが存在すれば、ヒドロキシルラジカルを生成でき、除菌することが可能になる。   Hydroxyl radicals generated by the active species generator of this example are highly reactive and can decompose bacteria and the like, but easily react with other substances. In water vapor, it is changed to hydrogen peroxide by the formulas (4) and (5). The hydrogen peroxide produced here has a weak sterilization effect as compared with hydroxyl radicals, but has high stability, and therefore can exist for a long time and has little influence on the human body. Moreover, when hydrogen peroxide reacts with negative ions, it generates hydroxyl radicals as shown in formulas (6) and (7). For this reason, hydroxyl radicals can be generated and sterilized if hydrogen peroxide and negative ions are present, even if not near the discharge.

上記の反応を利用するために実施例6では、図1の活性種発生装置の放電電極8に印加する電圧V1は、対向電極9に印加する電圧V2よりも低く、対向電極9に印加する電圧V2は、0V以下とする(V1<V2≦0)。この条件を用いて、放電部3にて放電を引き起こすと、各種の活性種とともに水酸化イオンや負の電荷を帯びた水分子Hも生成され、室内空間に放出される。これらの負イオンは、式(4)、(5)により生成された過酸化水素と式(6)、(7)の反応を起こし、ヒドロキシルラジカルを生成する。 In Example 6, the voltage V1 applied to the discharge electrode 8 of the active species generator of FIG. 1 is lower than the voltage V2 applied to the counter electrode 9, and the voltage applied to the counter electrode 9 in Example 6 to use the above reaction. V2 is 0 V or less (V1 <V2 ≦ 0). When discharge is caused in the discharge part 3 using this condition, hydroxide ions and negatively charged water molecules H 2 O are also generated together with various active species and released into the indoor space. These negative ions cause the reaction of hydrogen peroxide generated by the formulas (4) and (5) and the formulas (6) and (7) to generate hydroxyl radicals.

ここで、上記の現象を実証するための実験を行ったので、説明する。まず、実施例1に係る図1の活性種発生装置において、水蒸気中でヒドロキシルラジカルが生成したときに、式(4)、(5)の反応を経由して生成すると考えられる過酸化水素の濃度を確認するための実験を行った。放電電極8に正あるいは負の電圧を印加して放電を起こし、放電部を通過したガスを凝縮した液体に含まれる過酸化水素濃度を、過酸化水素濃度検査試薬(パックテストWAK−H2O2、株式会社共立理化学研究所製)により評価した。図8は、その実験結果を示す。この実験から、正電圧及び負電圧においてほぼ同量の過酸化水素が生成されていて、印加した電力に比例して、過酸化水素が高濃度化する結果となった。   Here, an experiment for demonstrating the above phenomenon will be described. First, in the active species generator of FIG. 1 according to Example 1, when hydroxyl radicals are generated in water vapor, the concentration of hydrogen peroxide that is considered to be generated via the reactions of formulas (4) and (5) An experiment was conducted to confirm this. The discharge electrode 8 is applied with a positive or negative voltage to cause discharge, and the hydrogen peroxide concentration contained in the liquid condensed from the gas that has passed through the discharge portion is determined as a hydrogen peroxide concentration test reagent (pack test WAK-H2O2, stock Evaluation was made by Kyoritsu Corporation. FIG. 8 shows the experimental results. From this experiment, almost the same amount of hydrogen peroxide was generated at the positive voltage and the negative voltage, and the hydrogen peroxide concentration was increased in proportion to the applied power.

次に、負イオンを同時に発生させた場合の除菌作用の強さを検証するための実験を行った。図9は、実験で使用した測定装置の模式図であり、水蒸気通路部2の形状を変化させた点以外は、実施例1の活性種発生装置と同様の構造となっており、開口部11の先にインジゴカルミン水溶液30を配置する。インジゴカルミン水溶液30は、濃い青色をしているが、ヒドロキシルラジカル、酸素ラジカル、過酸化水素等の活性種との反応によって、分解され、脱色される。この性質を用いて、除菌作用の強さを検証した。   Next, an experiment was conducted to verify the strength of the sterilization effect when negative ions were generated simultaneously. FIG. 9 is a schematic diagram of the measuring apparatus used in the experiment, and has the same structure as that of the active species generator of Example 1 except that the shape of the water vapor passage section 2 is changed. The indigo carmine aqueous solution 30 is arranged at the tip of the above. The indigo carmine aqueous solution 30 has a deep blue color, but is decomposed and decolorized by reaction with active species such as hydroxyl radicals, oxygen radicals, and hydrogen peroxide. Using this property, the strength of the sterilization action was verified.

まず、放電電極8に正電圧あるいは負電圧を印加した場合について、インジゴカルミン水溶液30の脱色の程度を比較する実験を行った。正電圧の場合、放電電極8に+7.8kVを印加し、対向電極9を接地させ、負電圧の場合、放電電極8に−7.9kVを印加し、対向電極9を接地させて、それぞれ1時間放電を行った。このとき、かかる電力は正負ともに3.8Wである。   First, an experiment was conducted to compare the degree of decolorization of the indigo carmine aqueous solution 30 when a positive voltage or a negative voltage was applied to the discharge electrode 8. In the case of positive voltage, +7.8 kV is applied to the discharge electrode 8 and the counter electrode 9 is grounded. In the case of negative voltage, −7.9 kV is applied to the discharge electrode 8 and the counter electrode 9 is grounded. Time discharge was performed. At this time, the electric power is 3.8 W in both positive and negative directions.

測定の結果、負電圧を印加したときのほうが、正電圧を印加したときに比べてインジゴカルミン水溶液30がより早く脱色された。これは、負電圧を印加したときのほうが、除菌作用が強いことを示している。負電圧を印加し、負イオンを発生させることで、式(6)、(7)の反応により、除菌作用の強いヒドロキシルラジカルを正電圧印加時より多く生成できることが理由だと考えられる。   As a result of the measurement, the indigo carmine aqueous solution 30 was decolorized earlier when a negative voltage was applied than when a positive voltage was applied. This indicates that the sterilization effect is stronger when a negative voltage is applied. It is thought that this is because, by applying a negative voltage and generating negative ions, more hydroxyl radicals having a strong sterilizing action can be generated by the reactions of formulas (6) and (7) than when a positive voltage is applied.

次に、放電電極8に負電圧を印加する活性種発生装置において、開口部11を開放している場合と、メッシュ状の金属線で囲っている場合について、インジゴカルミン水溶液30の脱色の程度を比較する実験を行った。この実験では、放電電極8に−7.9kVを印加し、対向電極9、及びメッシュ状の金属線を接地させ、1時間放電を行った。   Next, in the active species generator that applies a negative voltage to the discharge electrode 8, the degree of decolorization of the indigo carmine aqueous solution 30 is determined for the case where the opening 11 is opened and the case surrounded by a mesh-like metal wire. A comparative experiment was performed. In this experiment, −7.9 kV was applied to the discharge electrode 8, the counter electrode 9 and the mesh-shaped metal wire were grounded, and discharge was performed for 1 hour.

測定の結果、開放している場合のほうが、メッシュ状の金属線で囲っている場合と比べてインジゴカルミン水溶液30が脱色された。これは、開口部11を開放している場合のほうが、除菌作用が強いことを示している。開口部11を開放している場合、生成した活性種及び負イオンは効率よく放出されるが、それに対して、開口部11を接地されたメッシュ状の金属線で囲っている場合、負イオンはクーロン力によって金属線に引き寄せられ、電子が奪われてしまうため、負イオンの放出される割合が低くなってしまう。そのため、開放している場合のほうが、負イオンを効率よく放出することができ、除菌作用の強いヒドロキシルラジカルを多く生成することができると考えられる。   As a result of the measurement, the indigo carmine aqueous solution 30 was decolorized in the open case compared to the case surrounded by the mesh-like metal wire. This indicates that the sterilization effect is stronger when the opening 11 is opened. When the opening 11 is opened, the generated active species and negative ions are efficiently released. On the other hand, when the opening 11 is surrounded by a grounded metal wire, the negative ions are Since the Coulomb force attracts the metal wire and deprives the electrons, the rate at which negative ions are released decreases. For this reason, it is considered that negative ions can be released more efficiently and more hydroxyl radicals having a strong sterilizing action can be generated when they are open.

上記2つの実験結果より、ヒドロキシルラジカル及び酸素ラジカル等の活性種とともに負イオンを放出することで、除菌作用を強められることがわかった。さらに、負イオン及び過酸化水素は、不安定なヒドロキシルラジカルに比べると安定している。このため、活性種発生装置から離れた場所においても、負イオンを作用させることで、ヒドロキシルラジカルを生成し、除菌することができる。このことで、従来は、活性種発生装置近傍しか除菌できなかったが、遠くの対象物に対しても除菌することができるようになる。このとき、例えば、除菌したい対象物あるいは部分をゼロ電位、もしくは正電位にしておけば、負イオンがそこに向かうため、除菌作用を上げることができる。   From the above two experimental results, it was found that the sterilization action can be enhanced by releasing negative ions together with active species such as hydroxyl radical and oxygen radical. Furthermore, negative ions and hydrogen peroxide are more stable than unstable hydroxyl radicals. For this reason, hydroxyl radicals can be generated and sterilized by allowing negative ions to act even at locations away from the active species generator. Thus, conventionally, only the vicinity of the active species generating device could be sterilized, but it becomes possible to sterilize a distant object. At this time, for example, if an object or a portion to be sterilized is set to zero potential or positive potential, negative ions are directed there, so that the sterilization action can be improved.

図10は、本発明に係る活性種発生装置を搭載した汚水浄化装置の構成図である。図10(a)は、活性種が放出される開口部が汚水20に向くように、水蒸気通路部2の形状を変化させた点以外は、実施例1の活性種発生装置と同様の構造となっている。また、図10(b)は、実施例1の活性種発生装置の開口部の先に活性種通路部21を備え、活性種通路部21の一端を汚水20の中に配置させたものである。さらに、第2の加熱手段12を停止させ、活性種発生装置内の圧力が下がったときに起こる汚水の逆流を防ぐために、装置内に空気を送り込むための第1の弁22及び、活性種発生装置の運転開始時に装置内に残存する空気を外部に放出するための第2の弁23を備えている。図10(b)の汚水浄化装置は、直接、汚水の中に活性種を放出させるので、効率の良い浄化効果をもたらすことができる。   FIG. 10 is a configuration diagram of a sewage purification apparatus equipped with an active species generator according to the present invention. FIG. 10A shows the same structure as that of the active species generator of Example 1, except that the shape of the water vapor passage 2 is changed so that the opening from which the active species are discharged faces the sewage 20. It has become. FIG. 10B shows an active species passage portion 21 provided at the tip of the opening of the active species generator of Example 1, and one end of the active species passage portion 21 is disposed in the sewage 20. . Furthermore, in order to stop the 2nd heating means 12 and to prevent the backflow of sewage which occurs when the pressure in the active species generator decreases, the first valve 22 for sending air into the device and the generation of active species A second valve 23 is provided for releasing air remaining in the apparatus to the outside when the apparatus starts operation. Since the sewage purification apparatus of FIG. 10B directly releases the active species into the sewage, an efficient purification effect can be brought about.

また、ここでいう汚水とは、雑菌、有機物、金属などを含む水を指す。雑菌及び有機物に関しては、発生させた水素ラジカル、ヒドロキシルラジカル及び酸素ラジカルを放出することより、雑菌や有機物が分解される。金属に関しては、特に重金属が下水汚泥等に含まれることが問題となっているが、この問題は重金属が脂溶性タンパク質に取り込まれていることから、電気分解等により適切に除去できないことが原因である。本発明では、発生させた活性種を脂溶性タンパク質と反応させ、分解し、重金属を含む汚水を適切に処理することが可能となる。   Moreover, the sewage here means water containing various bacteria, organic substances, metals and the like. As for various germs and organic matter, the germs and organic matter are decomposed by releasing the generated hydrogen radicals, hydroxyl radicals and oxygen radicals. Regarding metals, it is a problem that heavy metals are contained in sewage sludge in particular, but this problem is caused by the fact that heavy metals are incorporated in fat-soluble proteins and cannot be removed properly by electrolysis or the like. is there. In the present invention, the generated active species can be reacted with a fat-soluble protein, decomposed, and wastewater containing heavy metals can be appropriately treated.

図11は、本発明に係る活性種発生装置を搭載したスチームクリーナの構成図であり、実施例1の活性種発生装置の開口部の先にノズル40を備え、水5を有する容器4の底に移動手段41を備える構造になっている。ノズル40は、放電部3で発生させた除菌作用を持つ酸素ラジカルやヒドロキシルラジカル等の活性種を放出し、床や壁に付着している油、カビ等を取り除く。また、ノズル40は、汚れを拭き取るためのブラシ等を備えても良い。移動手段41は、スチームクリーナ全体を移動させるためものであり、例えばキャスタ等である。移動手段41は、スチームクリーナあるいは容器の大きさや重さに応じて、1つ以上備えれば良い。   FIG. 11 is a configuration diagram of a steam cleaner equipped with the active species generator according to the present invention, and includes a nozzle 40 at the tip of the opening of the active species generator of Example 1 and the bottom of the container 4 having water 5. The moving means 41 is provided. The nozzle 40 releases active species such as oxygen radicals and hydroxyl radicals generated by the discharge unit 3 and having a sterilizing action, and removes oil, mold and the like adhering to the floor and walls. The nozzle 40 may include a brush or the like for wiping off dirt. The moving means 41 is for moving the entire steam cleaner, and is a caster, for example. One or more moving means 41 may be provided depending on the size and weight of the steam cleaner or the container.

本発明のスチームクリーナは、強い除菌作用を備える点が従来のスチームクリーナと異なる。従来のスチームクリーナは、高温・高圧の蒸気の力で汚れを浮かして取る掃除用具であり、熱による除菌作用も有する。それに対して、本発明のスチームクリーナは、高温・高圧の蒸気に加え、除菌作用を持つ酸素ラジカルやヒドロキシルラジカル等の活性種を放出するため、従来のスチームクリーナでは除菌出来なかったボツリヌス菌の芽胞や、破傷風菌の芽胞等多種の菌の芽胞までも除菌することが可能になる。   The steam cleaner of the present invention is different from the conventional steam cleaner in that it has a strong sterilizing action. A conventional steam cleaner is a cleaning tool that removes dirt by the power of high-temperature and high-pressure steam, and also has a sterilizing action by heat. In contrast, the steam cleaner of the present invention releases active species such as oxygen radicals and hydroxyl radicals having a sterilizing action in addition to high-temperature and high-pressure steam. Therefore, Clostridium botulinum that could not be sterilized by conventional steam cleaners. It is possible to sterilize various types of spore such as spore and tetanus spore.

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of the present invention is indicated by the scope of claims, and the meaning and scope equivalent to the scope of claims. All changes within are intended to be included.

例えば、本発明の実施例では、放電電極8にはワイヤー状の電極を用いているが、針状、球状、鋸歯状であっても良い。   For example, in the embodiment of the present invention, a wire electrode is used as the discharge electrode 8, but it may be needle-shaped, spherical, or saw-tooth shaped.

また、放電電極8に印加する電圧は、電極の形状、電極間の距離、発生させたい活性種の量等に応じて設定される。電圧波形は、直流が最も好ましいが、直流、パルス、交流であってもよく、指定はしない。   The voltage applied to the discharge electrode 8 is set according to the shape of the electrodes, the distance between the electrodes, the amount of active species to be generated, and the like. The voltage waveform is most preferably direct current, but direct current, pulse, or alternating current may be used and is not specified.

また、本発明によれば、活性種だけでなく、イオンも発生させることができるので、イオン発生装置としても使用することが可能である。例えば、実施例1の放電電極8に負の電圧を印加し、負イオンを発生させれば、リラックス効果を生むことができる。また、実施例2の放電電極8に負の電圧、第2の電極13に正の電圧を印加することで、正負両イオンを発生させれば、空気中に浮遊するカビ菌やウィルスの分解、ニオイの除去の効果を生むことができる。   Further, according to the present invention, not only active species but also ions can be generated, so that it can be used as an ion generator. For example, if a negative voltage is applied to the discharge electrode 8 of Example 1 to generate negative ions, a relaxing effect can be produced. In addition, if negative and positive ions are generated by applying a negative voltage to the discharge electrode 8 of Example 2 and a positive voltage to the second electrode 13, decomposition of mold and viruses floating in the air, The effect of removing odor can be produced.

また、本発明に係る活性種発生装置は、空気清浄装置に搭載することが可能である。なお、ここでいう空気清浄装置は、空気調和機、除湿器、加湿器、空気清浄機、ファンヒ−タ等であり、主として、家屋の室内、ビルの一室、病院の病室、自動車の車室内、飛行機の機内、船の船室内、無菌環境が必要な室内等の空気を調整すべく用いられる装置である。   Moreover, the active species generator according to the present invention can be mounted on an air purifier. Air purifiers here are air conditioners, dehumidifiers, humidifiers, air purifiers, fan heaters, etc., mainly in the interior of a house, a room in a building, a hospital room, a car cabin. It is a device that is used to adjust the air in an airplane cabin, a ship cabin, a room that requires a sterile environment, and the like.

また、本発明に係る活性種発生装置は、汚水浄化装置に搭載することが可能である。なお、ここでいう汚水浄化装置は、家庭排水だけでなく、レジストを含んだ工場排水などの処理に用いることができる。   Moreover, the active species generator according to the present invention can be mounted on a sewage purification apparatus. In addition, the sewage purification apparatus here can be used not only for domestic wastewater but also for treatment of factory wastewater containing resist.

また、本発明に係る活性種発生装置は、スチームクリーナに搭載することが可能である。なお、ここでいうスチームクリーナは、主として、キッチン、風呂、洗面所といった水まわりや、病院の病室、手術室等の床や壁を洗浄することができる。特に、従来のスチームクリーナから噴出する100℃の水蒸気でも除菌出来なかったボツリヌス菌の芽胞や、破傷風菌の芽胞等、多種類の菌の芽胞までも除菌することが可能になり、院内感染を予防することにもつながる。   The active species generator according to the present invention can be mounted on a steam cleaner. In addition, the steam cleaner here can mainly wash the surroundings of water such as kitchens, baths, and washrooms, and the floors and walls of hospital rooms and operating rooms. In particular, it is possible to sterilize spores of botulinum bacteria and spores of tetanus bacteria that could not be sterilized even with 100 ° C water vapor spouted from a conventional steam cleaner. It also leads to prevention.

1 蒸発部
2 水蒸気通路部
3 放電部
4 容器
5 水
6 第1の加熱手段
8 放電電極
9 対向電極
10 電圧印加装置
11 開口部
12 第2の加熱手段
13 放電電極
14 対向電極
15 電子発生装置
16 籠電極
17 電圧印加装置
18 絶縁体
20 汚水
21 活性種通路部
22 第1の弁
23 第2の弁
30 インジゴカルミン水溶液
40 ノズル
41 移動手段
81 エアー発生装置
82 送風路
83 開口部
84 被処理物
85 ヒーター
86 高圧放電電極
91 管
92 水蒸気発生部
93 放電部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Evaporation part 2 Water vapor | steam passage part 3 Discharge part 4 Container 5 Water 6 1st heating means 8 Discharge electrode 9 Counter electrode 10 Voltage application apparatus 11 Opening part 12 2nd heating means 13 Discharge electrode 14 Counter electrode 15 Electron generator 16籠 Electrode 17 Voltage application device 18 Insulator 20 Sewage 21 Active species passage 22 First valve 23 Second valve 30 Indigo carmine aqueous solution 40 Nozzle 41 Moving means 81 Air generator 82 Air passage 83 Opening 84 Processed object 85 Heater 86 High-pressure discharge electrode 91 Tube 92 Water vapor generation part 93 Discharge part

Claims (13)

活性種を発生させる活性種発生装置であって、
該活性種発生装置は、
水蒸気を発生させる水蒸気発生手段と、
発生させた水蒸気を加熱する加熱手段と、
放電電極及び対向電極間でコロナ放電を生じさせる放電手段とを備え、
前記活性種発生装置の内部は、水蒸気圧が、前記活性種発生装置の外部の気圧よりも高いことを特徴とする活性種発生装置。
An active species generator for generating active species,
The active species generator is
Water vapor generating means for generating water vapor;
Heating means for heating the generated water vapor;
A discharge means for generating corona discharge between the discharge electrode and the counter electrode,
The active species generator is characterized in that the water vapor pressure inside the active species generator is higher than the atmospheric pressure outside the active species generator.
放電電極に正電圧を印加する第1の活性種発生装置及び、放電電極に負電圧を印加する第2の活性種発生装置で構成される活性種発生装置であって、
前記第1及び第2の活性種発生装置は
水蒸気を発生させる水蒸気発生手段と、
発生させた水蒸気を加熱する加熱手段と、
放電電極及び対向電極間でコロナ放電を生じさせる放電手段とを備え、
前記第1及び第2の活性種発生装置の内部は、水蒸気圧が、前記第1及び第2の活性種発生装置の外部の気圧よりも高いことを特徴とする活性種発生装置。
An active species generator comprising a first active species generator that applies a positive voltage to a discharge electrode and a second active species generator that applies a negative voltage to a discharge electrode,
The first and second active species generators generate water vapor generating means for generating water vapor;
Heating means for heating the generated water vapor;
A discharge means for generating corona discharge between the discharge electrode and the counter electrode,
The active species generator according to claim 1, wherein the first and second active species generators have a water vapor pressure higher than an atmospheric pressure outside the first and second active species generators.
前記水蒸気の発生による圧力で外部に活性種を放出することを特徴とする請求項1又は2記載の活性種発生装置。   The active species generator according to claim 1 or 2, wherein active species are released to the outside by the pressure generated by the generation of water vapor. 前記活性種発生装置は、内側に水を備え、前記水を前記水蒸気に変化させることを特徴とする請求項1記載の活性種発生装置。   The active species generator according to claim 1, wherein the active species generator includes water inside and changes the water into the water vapor. 前記活性種発生装置の開口部近傍に電子発生装置を配置することを特徴とする請求項1記載の活性種発生装置。   2. The active species generator according to claim 1, wherein an electron generator is disposed in the vicinity of the opening of the active species generator. 前記放電電極と前記対向電極の間に、前記放電電極に印加する電圧と同極性の電圧が印加される電極を備えることを特徴とする請求項1記載の活性種発生装置。   2. The active species generator according to claim 1, further comprising an electrode to which a voltage having the same polarity as a voltage applied to the discharge electrode is applied between the discharge electrode and the counter electrode. 前記放電電極には、直流電圧を印加することを特徴とする請求項1又は2記載の活性種発生装置。   The active species generator according to claim 1, wherein a direct current voltage is applied to the discharge electrode. 前記放電手段は、前記水蒸気が発生する近傍に配置されることを特徴とする請求項1又は2記載の活性種発生装置。   The active species generator according to claim 1 or 2, wherein the discharge means is disposed in the vicinity of the generation of the water vapor. 前記放電電極への印加電圧をV1、前記対向電極への印加電圧をV2としたとき、
V1<V2≦0
であることを特徴とする請求項1記載の活性種発生装置。
When the applied voltage to the discharge electrode is V1, and the applied voltage to the counter electrode is V2,
V1 <V2 ≦ 0
The active species generator according to claim 1, wherein:
前記第1の活性種発生装置及び前記第2の活性種発生装置は、内側に水を備え、前記水を前記水蒸気に変化させることを特徴とする請求項2記載の活性種発生装置。   The active species generator according to claim 2, wherein the first active species generator and the second active species generator are provided with water inside and change the water into the water vapor. 請求項1〜10のいずれかに記載の活性種発生装置を備えることを特徴とする空気清浄装置。   An air cleaning device comprising the active species generator according to claim 1. 請求項1〜10のいずれかに記載の活性種発生装置を備えることを特徴とする汚水浄化装置。   A sewage purification apparatus comprising the active species generator according to claim 1. 請求項1〜10のいずれかに記載の活性種発生装置を備えたことを特徴とするスチームクリーナ。   A steam cleaner comprising the active species generator according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPWO2015015587A1 (en) * 2013-07-31 2017-03-02 株式会社日立製作所 Disinfection device using electric discharge

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