JP2013208523A - 活性種発生装置、汚水浄化装置及び空気清浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電極の両端部付近において、アーク放電が起こりにくい活性種発生装置を実現する。
【解決手段】 本発明に係る活性種発生装置１は、容器４の内部に水を蒸発させる水蒸気発生部２と、コロナ放電を起こす放電部３を備えており、放電部３は、放電電極７と対向電極８を備えており、対向電極８は、両端部付近で外側が広がる円筒形状であり、放電電極７は、線状であり、対向電極８内のほぼ中心に配置されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

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、汚水浄化装置及び空気清浄装置に関するものである。

従来から、室内や車内等の空気を清浄するための空気清浄装置や、家庭排水や工場排水などの水を浄化するための汚水浄化装置が使用されている。普及しているこれらの装置の多くは、放電を起こすことにより生じるイオンやラジカル等の活性種を用いて、空気中や水中に含まれる有機物・微生物を分解処理している。

例えば、特許文献１は、水処理装置に関するものであり、図５に水処理装置の構成を表した断面図を示す。この水処理装置は、円筒状電極１０１と、この円筒状電極１０１の円筒内を臨むように配置された線状電極１０２とを容器１０３内に有し、円筒状電極１０１と線状電極１０２との間に高電圧を印加することによって放電を生じさせ、オゾンやＯＨラジカル等の活性種を発生させる。さらに、シャワーノズル１０４から噴射された被処理水ミストの水滴が円筒状をした放電空間内を落下していく間にこれら活性種に接触し、各水滴中の有機物等が効率よく分解処理されるようになっている。

特開２００９−２４１０５５号公報（平成２１年１０月２２日公開）

しかしながら、特許文献１では、円筒状電極１０１の両端部において電界集中が起こり、電界強度が高くなるため、円筒状電極１０１の両端部と線状電極１０２との間でアーク放電が起こりやすいという問題がある。アーク放電は、電気回路の故障や電極の劣化を引き起こすおそれがある。

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、電極の両端部付近において、アーク放電が起こりにくい活性種発生装置を実現することにある。

本発明に係る活性種発生装置は、容器の内部に水を蒸発させる水蒸気発生部と、コロナ放電を起こす放電部を備える活性種発生装置であって、放電部は、放電電極と対向電極を備えており、対向電極は、両端部付近で外側が広がる円筒形状であり、放電電極は、線状であり、対向電極内のほぼ中心に配置されていることを特徴とする。

また、放電電極の両端部は、絶縁体からなる固定部材により容器に固定されており、固定部材付近での容器と放電電極との離間距離は、放電電極と対向電極との離間距離よりも広いことを特徴としている。また、放電電極の両端部は、絶縁体からなる固定部材により容器に固定されており、固定部材付近での容器と放電電極との離間距離は、放電電極と対向電極との離間距離よりも広いことを特徴としている。また、対向電極は、側面に複数の孔を備えることを特徴としている。また、容器の周りに容器内の温度を調整する温度調整装置を備え、容器の内部の水蒸気圧が、容器の外部の気圧よりも高いことを特徴としている。

前記活性種発生装置は、汚水浄化装置あるいは空気清浄装置に用いても良い。

本発明によれば、電極の両端部付近において、アーク放電が起こりにくい活性種発生装置を実現することができる。

実施形態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。 実施形態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。 実施形態２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。 実施形態３における汚水浄化装置の構成例を示した斜視図である。 特許文献１に係る水処理装置の構成を示した断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る活性種発生装置１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１は、水蒸気発生部２及び放電部３を備えており、容器４に覆われる形で構成されている。水蒸気発生部２は、活性種発生装置１の内側で水蒸気を発生させる役割を有しており、水５と加熱装置６から構成される。水５は、容器４内に存在し、容器４の下部に配置された加熱装置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、放電部３を含む容器４内を充填する。容器４は、耐熱性材料であればよく、金属、セラミックス、耐熱樹脂であるとよい。

放電部３は、イオンやラジカル等の活性種を発生させる役割を有しており、容器４の内部に金属からなる放電電極７及び対向電極８を有する。放電電極７は、線状の構造であり、対向電極８は、両端部付近で外側に広がっている略円筒形状の構造であり、その側面には複数の孔を有する。放電電極７は、両端部にて絶縁体からなる固定部材９により容器４と接続されることによって、対向電極８のほぼ中心軸に配置されるように固定されている。また対向電極８は、容器４の内部に配置されていれば良く、対向電極８の外側の面と容器４の内側の面が数ｍｍ以上離れている。

さらに、放電電極７は、電圧印加装置１０が接続されており、対向電極８は、容器４と電気的に接続し、接地されている。この構成において、放電電極７に電圧を印加し、放電電極７と対向電極８の間でコロナ放電を生じさせることによって、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を生成する。

このとき、放電部３内には、水蒸気発生部２で生成された水蒸気が多量に存在する。水蒸気は、放電によって
Ｈ_２Ｏ→Ｈ^＋＋ＯＨ^＊＋ｅ−
ＯＨ^＊＋ＯＨ^＊→Ｏ^＊＋Ｈ_２Ｏ
Ｈ_２Ｏ＋ｅ−→ＯＨ⁻＋Ｈ^＊
Ｈ^＊＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＯＨ^＊
等といった反応を起こし、ヒドロキシルラジカル（ＯＨ^＊）、酸素ラジカル（Ｏ^＊）や水素ラジカル（Ｈ^＊）等の活性種を生成する。これらの活性種は、反応性が高いため、カビ菌やウィルス、有機物を分解し、ニオイを除去することができる。本実施形態では、放電部３に多量の水蒸気が存在するため、空気中で放電を起こす場合よりも高濃度の活性種を生成することができる。また、放電部３内には水蒸気が多量に存在するため、酸素や窒素等の空気の割合が低くなる。そのため、人体に有害なオゾンや悪臭成分を持つ窒素酸化物が生成されにくくなるといった効果もある。

しかし、放電部３内に多量の水蒸気が存在すると、対向電極８や容器４の表面に結露により水滴が形成され、その水滴と放電電極７との間でアーク放電が起こる危険性がある。特に、対向電極８の両端部では、電界集中が起こるため、対向電極８の両端部付近で、対向電極８や容器４の内側の面に水滴が形成されると、アーク放電が起こりやすくなる。アーク放電が起こると、一気に電流が流れてしまうため、電気回路が故障したり、電極が劣化してしまう。そこで、対向電極８の両端部において、アーク放電が起こりにくくなるように、対向電極８や容器４に工夫を凝らした。

対向電極８は、両端部において外側に広がる構造を有する。内径がほぼ均一の円筒形状から構成される対向電極を用いて放電を行った場合、その両端部において、アーク放電が起こりやすいことが実験からわかった。これは、両端部においては電界集中が起こり、電界強度が大きくなることが原因である。そのため、本発明のように、対向電極８の両端部付近において、外側に広がる構造を備え、電極間距離を広げることによって、アーク放電を起こりにくくすることができる。

また、容器４も、対向電極８と同様に、対向電極８の両端部付近において外側に広がる構造を有する。上記でも述べた通り、対向電極８の両端部では、電界集中が起こり、アーク放電が起こりやすい。その上、対向電極８の両端部付近において、容器４の内側に水滴が生じた場合、さらに、アーク放電が起こりやすくなる。そのため、対向電極８の両端部を外側に広げるとともに、容器４も外側に広げることによって、アーク放電を起こりにくくすることができる。

また、対向電極８は、側面に複数の孔を有する。対向電極８の内側の表面に水滴が形成されると、その箇所では、放電電極７との離間距離が狭くなるため、アーク放電が起こりやすくなるという問題がある。そこで対向電極８の側面に孔を備えることで、対向電極８の内側の表面に水滴が形成されたとしても、水滴が近くの孔の中に入り込むため、対向電極８の内側の表面に水滴が形成されにくくなる。このとき、対向電極８の側面に備える孔は、径が数ｍｍであり、均一の間隔で複数備えられているほうが好ましい。

さらに、放電電極７の両端部と容器４を固定する固定部材９付近での容器４と放電電極７との離間距離は、放電電極７と対向電極８との離間距離よりも広くしている。固定部材９付近での容器４と放電電極７との離間距離が狭いと、絶縁体の表面を沿って起こる沿面放電により漏電が起こる可能性がある。漏電が起こると、放電電極７と対向電極８の間でコロナ放電が起こらなくなってしまう。そのため、固定部材９付近での容器４と放電電極７との離間距離を放電電極７と対向電極８との離間距離よりも広くすることによって、コロナ放電が優先的に起こるようにする。

また、図１のように放電部３において、容器４の内側の表面に絶縁層１１を形成しても良い。特に、容器が金属など、導電性の高い材質の場合、容器４と放電電極７との間でアーク放電や漏電が起こりやすくなる。そのため、容器４の内側に絶縁層１１を形成することによって、アーク放電や漏電が起こりにくくすることができる。

また、放電電極７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、放電をするには、放電電極７及び対向電極８間の距離が１ｍｍ以下である必要がある。しかし、電極間距離が狭いと、電極表面に結露による水滴が形成され、アーク放電や漏電が起こりやすくなる。そのため、放電電極７に印加する電圧の絶対値は、少なくとも１ｋＶ以上に設定し、電極間距離を広げるほうが好ましい。１０ｋＶ以上の場合は、装置の安全上の問題が生じる恐れが出てくる。

また、放電電極７に印加する電圧の波形は、直流、パルス、交流等、特に制限されないが、直流電圧、もしくは、低周波の正負交番電圧を印加することが好ましい。本発明の活性種発生装置は、除菌作用を持つ活性種を生成し、空間中に放出することが可能であるため、清潔に保つ必要がある病院等で使用することができる。この場合、印加電圧を直流電圧、もしくは、低周波の正負交番電圧にすることによって、医療機器等に電磁波による悪影響を与えることがない。

〔実施形態２〕
実施形態２の活性種発生装置１ａは、容器４の外側に温度調整装置１２が配置されていること以外は実施形態１の活性種発生装置と同様の構成を有している。

図３は、実施形態２に係る活性種発生装置１ａの断面図である。温度調整装置１２は、装置全体を加熱することによって、装置内の温度を調整する役割を有し、例えば、リボン状のヒータなどでも良い。温度調整装置１２を用いて容器４の内部を加熱していくと、容器４内の水蒸気圧が上昇し、あるところで、その水蒸気圧が装置の外部の気圧よりも高くなる。この状態で、装置内の温度を一定に保つと、気圧差により外部の空気が装置内に流入しなくなるため、放電部３内は、水蒸気で満たされ、空気がほとんど存在しなくなる。例えば、活性種発生装置１ａの外部が大気圧１０１３ｈＰａだとすると、９９．８℃のときの水蒸気圧は１０１４ｈＰａであるため、温度調整装置１２を用いて活性種発生装置１ａの内部を９９．８℃以上に保つことによって、容器４内をほぼ水蒸気で満たすことができる。

このように水蒸気で満たした空間で放電を起こした場合、放電部３に空気がほとんど存在しないため、オゾンや窒素酸化物はほとんど生成されず、高い濃度で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することが可能になる。また、放電部３内を高い温度で保つことができるため、対向電極８や容器４への結露を抑制し、アーク放電が起こりにくくすることができる。

〔実施形態３〕
図４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２１の構成図である。図４は、活性種が汚水２２に放出されるように、容器４の形状を変化させた点以外は、実施形態１の活性種発生装置と同様の構造となっている。汚水２２とは、家庭排水や工場排水のことを指し、雑菌、有機物、金属などを含む。雑菌及び有機物は、放出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により分解される。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。

また、図４では汚水２２の水面に向けて活性種を放出しているが、活性種の放出口を汚水２２の中に配置し、汚水２２中で活性種を発生させても良い。ただし、この場合、装置の停止や周囲の気温の低下によって、装置内の水蒸気が凝縮すると、汚水２２が容器４の中に逆流する危険性があるため、容器４内への逆流を防ぐために容器４内に空気を送り込むための空気弁を備えるほうが良い。この構成によると、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。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態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およ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。

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、実施形態１の放電電極７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、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。

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。

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。

１ 活性種発生装置
１ａ 活性種発生装置
２ 水蒸気発生部
３ 放電部
４ 容器
５ 水
６ 加熱装置
７ 放電電極
８ 対向電極
９ 固定部材
１０ 電圧印加装置
１１ 絶縁層
１２ 温度調整装置
２１ 汚水浄化装置
２２ 汚水

Claims (7)

1. 容器の内部に水を蒸発させる水蒸気発生部と、コロナ放電を起こす放電部を備える活性種発生装置であって、
   前記放電部は、放電電極と対向電極を備えており、
   前記対向電極は、両端部付近で外側が広がる円筒形状であり、
   前記放電電極は、線状であり、前記対向電極内のほぼ中心に配置されていることを特徴とする活性種発生装置。
2. 前記容器は、前記対向電極の両端部付近において外側に広がる構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の活性種発生装置。
3. 前記放電電極の両端部は、絶縁体からなる固定部材により前記容器に固定されており、前記固定部材付近での前記容器と前記放電電極との離間距離は、前記放電電極と前記対向電極との離間距離よりも広いことを特徴とする請求項１または２に記載の活性種発生装置。
4. 前記対向電極は、側面に複数の孔を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の活性種発生装置。
5. 前記容器の周りに容器内の温度を調整する温度調整装置を備え、前記容器の内部の水蒸気圧が、前記容器の外部の気圧よりも高いことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の活性種発生装置。
6. 請求項１〜５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。
7. 請求項１〜５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。