JP2015094564A - 電圧制御装置、静電界発生装置および冷却庫 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が図られた電圧制御装置、静電界発生装置、および、冷却庫を提供する。
【解決手段】 電圧制御装置１０は、交流電源２０と並列に接続される複数の変換装置３０，３２と、複数の変換装置３０,３２が接続される選択スイッチング回路４０と、直流電圧を出力する制御電圧出力部６０とを含む。変換装置３０，３２は、交流電源２０から出力された交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、直流電圧を出力する第１の出力部３０ａ，３２ａおよび第２の出力部３２ａ，３２ｂを含む。第１の出力部３０ａ，３２ａは選択スイッチング回路４０に接続され、第２の出力部３０ｂ，３２ｂはスイッチング回路４０を介さずに制御電圧出力部６０に接続されている。選択スイッチング回路４０の出力端子４３は抵抗部５０を介して制御電圧出力部６０に接続され、選択スイッチング回路４０は変換装置３０，３２から出力された直流電圧のいずれか一つを選択する。
【選択図】図２

Description

本発明は、交流電圧を変換し直流電圧を出力する電圧制御装置、並びに、その電圧制御装置を含む静電界発生装置および保冷、保蔵又は冷凍庫に関する。

従来、食品等を中心とする生鮮品の保蔵方法として冷凍保蔵が行われてきた。

生鮮品などの食料品の劣化は抑え、品質を保持する方法として、マイナス１８℃以下で冷凍保存する方法や、０℃から１０℃程度で凍結しない程度に低温で保存する方法が一般的に採用されている。この保存方法を用いることで、細菌増殖などによる生鮮品の腐敗防止を行うことできる。

生鮮品を冷凍する理由は、非冷凍に比べて生鮮品の殺菌効果が大きくなり長期的に保存することが可能となるためである。しかし、生鮮品の細胞破壊が生じてしまうため、解凍時にドリップと呼ばれる多量の分解産物が発生し、結果的に鮮度が低下してしまうという現象が発生する。

一方、０℃から１０℃で凍結しない程度に低温で保存する、いわゆるチルド保存では、細胞の破壊は少ないが、保存期間が冷凍食品に比べて一般的に短くなるという傾向がある。

特開２０００−３５６４６２号公報

本発明の目的は、小型化が図られた電圧制御装置、静電界発生装置、および、冷却庫を提供することにある。

１．電圧制御装置
本発明の第１の電圧制御装置は、
交流電源と並列に接続される複数の変換装置と、
前記複数の変換装置が接続される選択スイッチング回路と、
前記選択スイッチング回路に接続され、直流電圧を出力する制御電圧出力部とを含み、
前記複数の変換装置の各々は、前記交流電源から出力された交流電圧を直流電圧に変換する整流回路を含み、直流電圧を前記選択スイッチング回路に出力し、
前記直流電圧出力部は、選択スイッチング回路に接続され、
前記選択スイッチング回路は、前記複数の変換装置から出力された直流電圧のいずれか一つを選択し、
前記選択スイッチング回路により選択された直流電圧は、前記制御電圧出力部に対して出力される。

この電圧制御回路によれば、選択する直流電圧や、直流電圧の選択時間を調整することで、擬似的に交流電圧の波形を有する電圧を出力することができる。

本発明においては、前記制御電圧出力部は、基準電位を出力する基準電位出力部を含むことができる。

本発明の第２の電圧制御装置は、
交流電源と並列に接続される複数の変換装置と、前記複数の変換装置が接続される選択スイッチング回路と、直流電圧を出力する制御電圧出力部とを含み、
前記複数の変換装置の各々は、前記交流電源から出力された交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、直流電圧を出力する、第１の出力部および第２の出力部とを含み、
前記第１の出力部は、選択スイッチング回路に接続され、
前記第２の出力部は、前記選択スイッチング回路を介さずに前記制御電圧出力部に接続され、
前記選択スイッチング回路の出力端子は、抵抗部を介して、前記制御電圧出力部に接続され、
前記選択スイッチング回路は、前記複数の変換装置から出力された直流電圧のいずれか一つを選択するものである。

本発明によれば、交流電源と並列に接続される複数の変換装置により、一つの交流電圧から複数の直流電圧に変換している。複数の直流電圧を、選択スイッチング回路により選択し、制御電圧出力部から直流電圧が出力される。選択スイッチング回路により、選択する直流電圧を変えることで、直流電圧から構成されるパルス波を生成することができる。また、交流電圧を直流電圧に変えて制御するため、交流電圧のまま制御してパルス波を生成する場合に比べて、装置自体の小型化を図ることができる。

本発明において、前記変換装置は、交流電圧から変換された直流電圧を変圧する変圧回路を含むことができる。本発明によれば、直流電圧を変圧する変圧回路を含むため、交流電圧より高電圧又は低電圧のパルス波を生成することができる。

２．静電界発生装置
本発明の静電界発生装置は、本発明の電圧制御装置の制御電圧出力部から出力された直流電圧が印加される電極を含む。

本発明の静電界発生装置は、直流電圧から構成されるパルス波で静電界雰囲気を構成することができ、一つの電極で静電界雰囲気を発生させることができる。交流電圧により静電界を発生させる場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。

本発明において、前記電極は、箱状又は袋状の形状を有し、その内部に、静電界の発生空間を構成するように構成されていることができる。これによれば、静電界雰囲気に曝したい被処理物の周りを電極で覆うことになるため、静電界雰囲気をより効果的に発生させることができる。

本発明において、前記電極を収容する筐体を含み、前記電極と前記筐体との間に、絶縁物又は空間を介して電気的に浮いた状態で物理的に固定して取り付けられたフローティング電極を含むことができる。フローティング電極が存在することで、電極から筐体に直接に電荷が流れてしまうことを防ぐことができる。したがって、より効果的に静電界雰囲気を発生させることができる。

３．冷却庫
本発明の冷却庫は、本発明の静電界発生装置を含み、
前記静電界発生装置内の静電界の発生空間内に存在する被処理物を冷却するための冷却装置を含む。

本発明の冷却庫によれば、本発明の静電界発生装置を含むため、他の静電界発生装置を含む冷却庫に比べて、小型化を図ることができる。

電圧制御装置の基本的構成例を模式的に示す図である。 電圧制御装置および静電界発生装置を模式的に示す図である。 選択スイッチング回路の一例を示す図である。 電圧制御装置のタイミングチャートである。 冷却庫を模式的に示す図である。 冷却庫を模式的に示す正面図である。 冷却庫を模式的に示す側面図である。 図６のＡ−Ａ線に沿った断面を模式的に示す断面図である。 図７のＢ−Ｂ線に沿った断面を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。

１．電圧制御装置
（１）基本的構成
電圧制御装置１０の基本的構成例を説明する。

電圧制御装置１０は、交流電源２０と並列に接続される複数の変換装置３０，３２と、複数の変換装置３０，３２が接続される選択スイッチング回路４０と、直流電圧を出力する制御電圧出力部６０とを含む。制御電圧出力部６０は、選択スイッチング回路４０に接続されている。選択スイッチング回路４０により選択された直流電圧は、制御電圧出力部６０に対して出力される。

変換装置３０，３２は、必要に応じて、昇圧回路を含んでもよい。複数の変換装置３０，３２の各々は、交流電源２０から出力された交流電圧を直流電圧に変換する整流回路を含み、直流電圧を選択スイッチング回路４０に出力する。

選択スイッチング回路４０は、複数の変換装置３０，３２から出力された直流電圧のいずれか一つを選択する。

制御電圧出力部６０は、基準電位（たとえば、接地電位）を出力する基準電位出力部６２をさらに含むことができる。

この電圧制御回路１０によれば、選択する直流電圧や、直流電圧の選択時間を調整することで、擬似的に交流電圧の波形を有する電圧を出力することができる。変換装置は、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。変換装置のｎ個存在すれば、ｎ値の電圧波形を生成することができる。

（２）具体的構成
次に、電圧制御装置１０の具体的構成の一例を説明する。

電圧制御装置１０は、交流電圧を出力する交流電源２０と並列に接続される第１の変換装置３０および第２の変換装置３２と、第１および第２の変換装置３０，３２が接続される選択スイッチング回路４０と、直流電圧を出力する制御電圧出力部６０とを含む。

交流電源２０は、特に限定されないが、たとえば公知の交流電源（たとえば商用の交流電源）を適用することができる。交流電源２０と第１および第２の変換装置３０，３２との間に通電スイッチを設けることができる。

第１および第２の変換装置３０，３２は、交流電源２０から出力された交流電圧を直流電圧に変換する整流回路を含む。整流回路は、公知のＡＣ−ＤＣコンバーターを適用することができる。また、変換装置３０，３２は、交流電圧から変換された直流電圧を変圧する変圧回路を含むことができる。変圧回路は、公知の変圧回路を適用することができ、求める電圧まで変圧できるものであれば特に限定されない。

第１および第２の変換装置３０,３２の各々は、直流電圧を出力する第１の出力部３０ａ，３２ａおよび第２の出力部３０ｂ，３２ｂを含む。第１の出力部３０ａ，３２ａは、選択スイッチング回路４０に接続されている。すなわち、第１の変換装置３０の第１の出力部３０ａは、選択スイッチング回路４０の第１の入力端４２ａに接続されている。第２の変換装置３２の第１の出力部３２ａは、選択スイッチング回路４０の第２の入力端４２ｂに接続されている。第１の変換装置３０の第２の出力部３０ｂおよび第２の変換装置３０の第２の出力部３２ｂは、選択スイッチング回路４０を介さずに制御電圧出力部６０に接続されている。

選択スイッチング回路４０は、第１の変換装置３０の第１の出力部３０ａから出力された電圧、および、第２の変換装置３２の第２の出力部３２ａから出力された電圧のいずれか一つを選択して、制御電圧出力部６０に出力する。選択スイッチング回路４０は、図２に示すような選択スイッチ４１から構成することができる。選択スイッチング回路４０は、図４に示すように第１のスイッチ４４ａと第２のスイッチ４４ｂとを組み合わせ、それらの出力を共通出力端４４ｃに共通させ、選択した直流電圧を出力するように構成してもよい。

選択スイッチング回路４０は、上記の機能を実現することができるものであれば特に限定されず、たとえば、半導体スイッチ、パワーデバイス、リレースイッチなどにより構成することができる。

選択スイッチング回路４０の出力端子４３は、抵抗部５０を介して、制御電圧出力部６０に接続されている。抵抗部５０は、電流の流れを抑制するものであり、出力される電圧によっても異なるが、電圧がたとえば±１２ｋＶの直流電圧の場合には抵抗部５０の抵抗をたとえば８〜１０ＭΩに設定することができる。

２．電圧制御装置の動作および作用効果
電圧制御装置１０によれば、図３に示すように、交流電源２０から交流電圧を供給された第１の変換装置３０によって、交流電圧がたとえば正の直流電圧に変換され、必要に応じて、変圧回路により変圧（たとえば昇圧）される。第１の変換装置３０の第１の出力部３０ａから正の直流電圧が選択スイッチング回路４０に出力される一方、第１の変換装置３０の第２の出力部３０ｂから正の直流電圧が制御電圧出力部６０に出力される。第１の変換装置３０にて変圧する変圧倍率と、第２の変換装置３２の変圧する変圧倍率とは、同様とすることができる。

交流電源２０から交流電圧を供給された第２の変換装置３２においても、交流電圧がたとえば負の直流電圧に変換され、必要に応じて、変圧回路により変圧（たとえば昇圧）される。第２の変換装置３２の第１の出力部３２ａから負の直流電圧が選択スイッチング回路４０に出力される。第２の変換装置３２の第１の出力部３２ａから負の直流電圧が選択スイッチング回路４０に出力される一方、第２の変換装置３２の第２の出力部３２ｂから負の直流電圧が制御電圧出力部６０に出力される。

選択スイッチング回路４０は、入力された直流電圧のうちいずれかの直流電圧を選択し、抵抗部５０を介して、選択した直流電圧を制御電圧出力部６０に出力する。これにより、制御電圧出力部６０から出力される出力波形は、図３に示すように、選択スイッチング回路４０にて選択した直流電圧に対応した波形となる。つまり、選択スイッチング回路４０にて、正の直流電圧が選択された場合には制御電圧出力部６０の出力は正の直流電圧となり、負の直流電圧が選択された場合には制御電圧出力部の出力は負の直流電圧となる。これにより、直流電圧から構成されるパルス波を生成することができる。また、選択スイッチング回路４０の選択した直流電圧や選択時間などを制御することで、自由に直流電圧から構成されるパルス波の周波数（たとえば１０〜３０Ｈｚ）やパルス波の形状を制御することができる。

この電圧制御装置１０によれば、選択スイッチング回路４０により選択する直流電圧を切り替えて、制御電圧出力部６０から出力される直流電圧を選択しているため、鋭く立ち上がるパルス波を生成することができる。また、この電圧制御装置１０によれば、高圧の正の直流電圧と、高圧の負の直流電圧の切り替えを瞬時に行うことができる。

また、一般に、交流電源を変圧する場合には、大型のトランス回路が必要となる。この電圧制御装置１０によれば、直流電圧を変圧しているため、装置の小型化及び軽量化を実現することができると共に、電圧制御装置を低コストで量産できるという利点も有する。この電圧制御装置１０は電流がほとんど流れないため、消費電力が極めて少ない。

３．静電界発生装置および冷却庫
静電界発生装置１００は、電圧制御装置１０から出力された直流電圧のパルス波が印加される電極９０を含む。電圧制御装置１０と電極９０との間において、通電スイッチ８０を介在させることができる。通電スイッチ８０により、電圧制御装置１０と電極９０との間の導通・非導通を切り替えることができる。通電スイッチ８０は、通電時間計測部７０により、通電時間（たとえば５〜６０秒間隔）により自動的に導通・非導通を制御することができる。

電極９０は、箱状又は袋状の形状を有し、その内部に、静電界の発生空間を区画するように構成されることができる。電極９０には、孔を設けても良い。電極９０は、静電界の発生空間を区画する面により構成され、多面形状（たとえば６面形状）、球面状、円錐形状、多角錐形状とすることができる。電極９０の周囲には、電極９０と絶縁されたフローティング電極９２を設けることができる。電極９０およびフローティング電極９２の材質は特に限定されないが、金属や導電性の材質（ＩＴＯなど）からなることができる。電極９０およびフローティング電極９２は、導電膜が基体（たとえばガラス）にコーティングされたものであってもよい。

この静電界発生装置１００によれば、直流電圧から構成されるパルス波で静電界雰囲気を構成することができ、一つの電極で静電界雰囲気を発生させることができる。また、この静電界発生装置１００によれば、交流電圧により静電界を発生させる場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。

図５〜図９に示すように、静電界発生装置１００が冷却庫２００の筐体の内部に適用された場合に、静電界発生装置１００の電極９０と筐体１３０との間に、フローティング電極９２を絶縁物（ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂など）１２０又は空間を介して電気的に浮いた状態で物理的に固定して取り付けることができる。フローティング電極９２が存在することで、電極９０が帯びた電荷が筐体１３０を通じて逃げにくくなる。また、電極９０において過剰な電荷が帯びた場合には、フローティング電極９２を介して、筐体１３０に電荷を逃がすことができる。冷却庫２００は、冷却庫２００内を冷却するための冷却装置１４０が設けられている。冷却装置１４０は、冷蔵庫や冷凍庫に用いられる公知の冷却装置を適用することができる。冷却庫１００には、筐体１３０内に被処理物を入れるための開閉扉１３２が設けられている。

この冷却庫２００によれば、電極９０により区画された空間に冷却する生鮮品などの被冷却物を入れることで静電界処理を行うことができる。すなわち、電極９０に電圧を印加することで、電極９０により区画された空間が静電界雰囲気となり、被冷却物に対して静電界処理をすることができ、その被冷却物の殺菌を行うことができる。

冷却庫２００の使用例の一例を以下に説明する。

冷却庫２００内の静電界発生装置１００の電極９０に区画される領域に被冷却物を載せる。冷却庫１００内の温度を氷点下にすると共に、電圧制御装置１０により電極９０に高電圧のパルス波を印加し、静電界発生装置１００内を高電圧静電界雰囲気にし、被冷却物を静電界処理する。これにより、高電圧静電界内における物質界面の熱交換促進により、被処理物をその雰囲気温度の氷点下温度まで温度下降が促進される。このように高電圧静電界処理をしながら、冷却することで、被処理物が凍結すること無く、氷点下に温度を速やかに下げることができるため、細菌の増殖期間を激減させることができる。したがって、旨味成分などの劣化や変色などをおこすことなく、被処理物の急速な温度低下を実現することができる。旨味成分を損なわない理由としては、高電圧静電界雰囲気によって、生鮮品に含まれる水分の分子活動が活性化されるため、氷点下中であっても生鮮品は凍結し難く、細胞膜や細胞壁が破壊され難い。また、高電圧静電界処理の高電圧パルスにより、氷点以下の温度になった被処理物は深部、表層部の区別なく急速に冷凍することになりが、凍結膨張をおこす事がない。このような理由から、ドリップ現象と呼ばれる旨味成分の流出を防止することができる。このように、被処理物の急激な温度低下を実現でき、かつ、高品質な状態での長期的な生鮮品保存も可能となる。また、高鮮度のまま長期間保存ができるため、被処理物の腐敗廃棄や鮮度が落ちることに起因する廃棄などが無くなり、コスト削減効果も期待できる。さらに、本成熟状態の果実野菜類などを瞬間冷凍で運搬することにより、従来では提供することができなかった遠隔地の生鮮品を、鮮度を保った状態で運搬・提供することができる。

４．変形例
上記の実施の形態においては、２つの変換装置の例を示したが、これに限定されず、３つ以上の変換装置を適用し、それらの変換装置を選択スイッチング回路に出力するような構成としてもよい。この場合には、ｎ個の変換装置が選択スイッチング回路に接続されている場合には、ｎ値の直流電圧から構成されるパルス波（矩形波など）を生成することができる。

次に、実施例について説明する。

６面体の電極からなる静電界発生装置に電圧１２０００Ｖに印加し、静電界雰囲気を発生させ、その静電界雰囲気内にて水を２４時間放置した。

大腸菌群数測定用の乾式フィルム培地（住友スリーエム株式会社製）を２つ用意し、各培地にて大腸菌を培養した。一方の培地は静電界雰囲気内にて放置した水で培養し、他方の培地はその雰囲気内に置いていない水により培養した。培養条件は、３５℃にて２４時間の培養時間とした。

２つの培地における大腸菌の培養状態を確認したところ、静電界雰囲気内にて放置した水により培養した培地は、静電界雰囲気内にて放置していない水により培養したものに比べて、大腸菌群が格段に少ないことを確認した。

本実施の形態は、本発明の範囲内において種々の変形が可能である。

本発明は、電圧を制御する装置や静電界を発生させる装置として、広く産業に適用される。

１０ 電圧制御装置
１２ スイッチ
２０ 交流電源
３０ 第１の変換装置
３０ａ 第１の出力部
３０ｂ 第２の出力部
３２ 第２の変換装置
３２ａ 第１の出力部
３２ｂ 第２の出力部
４０ 選択スイッチング回路
４１ 選択スイッチ
４２ａ 第１の入力端
４２ｂ 第２の入力端
４３ 選択スイッチの出力端
４４ａ 第１のスイッチ
４４ｂ 第２のスイッチ
４４ｃ スイッチの共通出力端
５０ 抵抗部
６０ 制御電圧出力部
７０ 通電時間計測部
８０ 通電スイッチ
９０ 電極
９２ フローティング電極
１００ 静電界発生装置
１１０ フローティング電極
１２０ 絶縁部
１３０ 筐体
１３２ 開閉扉
２００ 冷却庫

Claims (8)

1. 交流電源と並列に接続される複数の変換装置と、
   前記複数の変換装置が接続される選択スイッチング回路と、
   前記選択スイッチング回路に接続され、直流電圧を出力する制御電圧出力部とを含み、
   前記複数の変換装置の各々は、前記交流電源から出力された交流電圧を直流電圧に変換する整流回路を含み、直流電圧を前記選択スイッチング回路に出力し、
   前記直流電圧出力部は、選択スイッチング回路に接続され、
   前記選択スイッチング回路は、前記複数の変換装置から出力された直流電圧のいずれか一つを選択し、
   前記選択スイッチング回路により選択された直流電圧は、前記制御電圧出力部に対して出力される、電圧制御装置。
2. 請求項１において、
   前記制御電圧出力部は、基準電位を出力する基準電位出力部を含む、電圧制御装置。
3. 交流電源と並列に接続される複数の変換装置と、
   前記複数の変換装置が接続される選択スイッチング回路と、
   直流電圧を出力する制御電圧出力部とを含み、
   前記複数の変換装置の各々は、前記交流電源から出力された交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、直流電圧を出力する、第１の出力部および第２の出力部とを含み、
   前記第１の出力部は、選択スイッチング回路に接続され、
   前記第２の出力部は、前記選択スイッチング回路を介さずに前記制御電圧出力部に接続され、
   前記選択スイッチング回路の出力端子は、抵抗部を介して、前記制御電圧出力部に接続され、
   前記選択スイッチング回路は、前記複数の変換装置から出力された直流電圧のいずれか一つを選択する、電圧制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記変換装置は、交流電圧から変換された直流電圧を変圧する変圧回路を含む電圧制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の電圧制御装置の制御電圧出力部から出力された直流電圧が印加される電極を含む静電界発生装置。
6. 請求項５において、
   前記電極は、箱状又は袋状の形状を有し、その内部に、静電界の発生空間を構成するように構成されている静電界発生装置。
7. 請求項５又は６において、
   前記電極を収容する筐体を含み、
   前記電極と前記筐体との間に、絶縁物又は空間を介して電気的に浮いた状態で物理的に固定して取り付けられたフローティング電極を含む、静電界発生装置。
8. 請求項５〜７のいずれか記載の静電界発生装置を含み、
   前記静電界発生装置内の静電界の発生空間内に存在する被処理物を冷却するための冷却装置を含む冷却庫。

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