JP2021522874A - 空気消毒装置及びその使用方法 - Google Patents

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Abstract

空気消毒の方法及び装置（１０）において、第１の電極と第２の電極の間に高直流電圧（２２′、２２″）を印加することによって、第１の電極（１４）の電離部分（１５）と非電離第２の電極（１８）との間に単極コロナ放電帯（２６）を形成し、コロナ放電帯を通って搬送される気流（２５）中の水分子を過酸化水素分子に変換する。コロナ放電帯に近い気流を横切る電場（２７、２７′、２７″）を発生させ、イオンがコロナ放電帯から大気中に逃げるのを防止する。これにより、イオンが大気中に逃げた場合に許容されるよりも高いコロナ放電電流を流すことができ、その結果、過酸化水素の収率が高くなり、消毒効率が向上する。また、電離部分（１５）に塵埃が付着するのを防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、過酸化水素を使用する空気消毒に関する。
過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を消毒剤として使用する、大気圧下での空気消毒方法が知られている。既知の方法では、高圧放電によって２つの電極間に形成されるコロナ放電帯に水分子（Ｈ２Ｏ）を含む気流を通すことで、Ｈ２Ｏ２を得る。気流中の水分子は、コロナ放電イオンとの相互作用によりＨ２Ｏ２分子に変換される。
双極イオン発生器は、有人施設の空気消毒に最も一般的に使用されるようになってきた。このような装置は、例えば、特許文献１〜３に記載されており、水分子（湿度）を含む気流の全体又は一部のいずれかを通過させる反対極性の電離電極間にコロナ放電領域を発生させることに基づいて動作する。双極イオン発生器の出口では、気流は過酸化水素及びコロナ放電領域からの気流によって捕捉される正負イオンを同時に含む。
双極電離装置の大きな欠点は、消毒効率が９９．９〜９９．９９％と低いことである。９９．９９％という効率は高く見えるかもしれないが、これは空気中の１０，０００個の細菌のうち１個が電離装置によって除去されないことを意味する。理論的にはコロナ放電電流を増加させることで効率を向上させることができるが、実際には関連規格によって有人施設内の最大許容イオン濃度が設定されており、コロナ放電電流は５０，０００イオン／ｃｍ３に制限される。この制限により、細菌、ウイルス及びカビの消毒効率を大幅に向上させるような十分に高いコロナ放電を行うことができない。
消毒器の別の欠点は、特定の材料が異なる材料と擦れ合って分離した後に帯電するという摩擦電気効果により、帯電した塵埃粒子が気流中に永続的に存在するため、電離電極の塵埃を定期的に洗浄する必要があることである。例えば、高負電圧が印加された電離電極を含む消毒器に空気が流れると、静電引力のために正に帯電した塵埃が電極に付着する。電離電極の先端部の表面積が小さいことを考慮すると、たとえ先端部に付着した塵埃が少量であっても、電離過程を妨げ又は中止させるおそれがある。
これにより、消毒器の配備中に電極の塵埃を定期的に洗浄する必要がある。電極の塵埃を自動的に定期洗浄する既存の方法及び装置はソレノイド又は電気ワイパーのようなアクチュエータの使用に基づいており、このような消毒器の価格を大幅に高騰させている。
米国特許第９，８４３，１６９号明細書 米国特許第１０，０２０，１８０号明細書 米国特許第１０，１２８，０７５号明細書
したがって本発明の主な目的は、空気消毒の改良された方法及び装置を提供し、双極電離装置と比較して効率を大幅に向上させることである。
本発明のさらなる目的は、電離電極を常時洗浄する必要性を低減することである。
これらの目的は本発明によれば、それぞれの独立請求項の構成を有する空気消毒の方法及び装置によって実現される。
したがって１つの態様によれば、空気消毒方法が提供され、第１の電極及び第２の電極の間に高直流電圧を印加し、第１の電極の電離部分及び非電離の第２の電極の間に単極コロナ放電帯を形成するステップと、コロナ放電帯を通る気流を搬送して、水分子及びコロナ放電イオンの反応により気流中の水分子を過酸化水素分子に変換するステップと、コロナ放電帯に近い気流を横切る電場を発生させて、コロナ放電帯から大気中にイオンが放出されるのを防止するステップと、を含む。
これにより、イオンが大気中に放出される場合の関連規格よりも高いコロナ放電電流を流すことができ、その結果過酸化水素の収率が高くなり、消毒効率が向上する。
本発明によれば、消毒効率が実質的に１０倍以上に向上し、消毒器の長寿命に伴い電離電極上に塵埃が堆積するのを防止するとともに、高電圧発生器の簡素化、ひいては消毒器全体の簡素化を実現することができる。
一実施形態によれば、本発明は、非電離金属基部に取り付けられる電離部分として動作する１つ以上の細線形状電極（例えば、針先）から形成される電離電極を採用し、又は代替的に、細線形状電極を囲む筐体として機能する、適切な電気接点が取り付けられるプラスチックのような非導電性基部を採用する。
さらなる態様において、補助電極をコロナ放電帯の上流及び下流に配置し、気流中に存在する塵埃が第１の電極の電離部分に付着するのを妨げるそれぞれの補助電場を発生させる。
空気消毒装置は、吸気口及び排気口を有する筐体と、少なくとも２つの電極であって、電離部分及び非電離部分を有する第１の電極と、非電離部分である第２の電極と、高電圧出力及び低電圧出力が前記電極に接続される単極高電圧発生器を結合する接続端子と、を含む。第１の電極は、第１の電極の電離部分及び第２の電極の間にコロナ放電帯を形成するように第２の電極から一定の距離に位置している。第１の電極の非電離部分とコロナ放電帯の近くに取り付ける第２の電極との間に電場が発生する。第１の電極の電離部分は気流の外側に位置する。
本発明による空気消毒器の概略図である。 図１の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
本発明を理解し、それが実際にどのように実行され得るかを見るために、添付の図面を参照して非限定的な例としてのみ実施形態を説明する。
図１は、吸気口１２及び排気口１３を有する全体的に中空の筐体１１を含む、本発明の一実施形態による装置１０を概略的に示す。筐体内には、非電離部分を構成する導電性接点を有する基部１６内に取り付けられる電離部分１５を有する第１の電極１４が取り付けられており、機能的に第１の電極１４の非電離部分であると考えることができる第１の補助電極１７′及び第２の補助電極１７″が電気的に結合されていることが好ましい。非電離の第２の電極１８もまた、電極１７′、１７″及び第１の電極１４の非電離部分１５から変位して筐体内部に取り付けられている。図示のような筐体１１は、対向する壁面の開口部によって吸気口１２及び排気口１３を形成する正方形断面を有する。しかしながら、筐体の断面が円筒形又は多角形の形状である他の幾何学的形状も可能であることを理解されたい。使用時には、吸気口と排気口との間に強制的に空気が入る。これをどのように行うかは装置の使用用途に依る。例えば、気流を空調機の一部である外部ファンによって発生させてもよい。このような場合、装置を空調機の内部に、又は空気が既知の方法で搬送される空調ダクトの内部に取り付けてもよい。
筐体の外部には、適当な電源に結合する入力電源端子２１を有する単極高電圧源２０がある。高電圧源２０は、高電圧端子２２′と低電圧端子２２″との間にそれぞれ高電圧直流を生成する。高電圧端子２２′は第１の電極１４に接続され、低電圧端子２２″は第２の電極１８に接続される。
吸気口１２は筐体１１内の第１の補助電極１７′及び第２の電極１８の中間に位置し、排気口１３は第２の補助電極１７″及び第２の電極１８の中間に位置する。さらに、第１の電極１４の電離部分１５は第１の補助電極１７′及び第２の補助電極１７″よりも第２の電極１８から変位し、第１の電極１４の電離部分１５は、２５で示す気流の外側に位置している。
図２は、第１の電極１４の電離部分１５の構造を示す図１の線Ａ−Ａに沿った断面図である。このように、筐体１１は正方形又は長方形の断面を有し、第１の電極１４の電離部分１５は筐体の上面の中央に取り付けられ、第２の電極１８はその下面に取り付けられる。第１の電極１４は、実際には基部１６内に取り付けられる３つの離間したワイヤ又は針を含むが、他の構成を使用してもよいのは明らかである。補助電極１７′及び１７″は、筐体の対向する内壁面に取り付けられる平面電極であり、それぞれの吸気口及び排気口の上縁部に近接している。これらをより高い位置に取り付けてもよいが、補助電極１７′、１７″と第２の電極１８との間の電場を増大させるために、非電離の第２の電極１８により近い位置に取り付けることが好ましい。ただし、全気流が電場を通過するように、それぞれの吸気口及び排気口の頂部より低い位置に取り付けるべきではない。
気流の方向は、第２の電極１８の平面と実質的に平行である。補助電極１７′、１７″は、吸気口１２及び排気口１３の上方に位置している。その結果、吸気口１２を通って入ると、全気流はコロナ放電帯２６に入る前に補助電極１７′及び第２の電極１８を横切って発生する電場を通って流れることを強いられる。同様に、コロナ放電帯２６を出た後、気流は排気口１３を通って出る前に補助電極１７″及び第２の電極１８を横切って発生する電場を通って流れることを再び強いられる。
この装置は次のように動作する。高電圧源２０の端子２１に電源を印加すると、第１の電極１４と第２の電極１８との間に高電圧直流が供給され、それによって第１の電極１４の電離部分１５と第２の電極１８との間にコロナ放電帯２６が形成される。第１の電極１４の基部接点は電離部分１５と同じ高直流電位にあるため、基部１６と第２の電極１８との間には、電離部分１５を取り囲む図２に一点鎖線で模式的に示す電場２７が形成される。電場２７はコロナ放電帯２６を取り囲み、静電フィルタとして動作してコロナ放電帯内の荷電イオンが放出されるのを防止する。具体的には、コロナ放電帯内の正イオンが基部１６に印加される高正電圧によって反発し、第２の電極１８に付着する。逆に、負イオンは基部１６に向かって引き寄せられる。その結果、排気口１３を通る気流と共に出ていくイオンは非常に少なくなり、これは最大許容イオン濃度を超えることなく、双極電離装置で可能な場合よりもはるかに大きなコロナ放電電流を流すことができることを意味する。水からＨ２Ｏ２への変換効率はコロナ放電電流の関数であり、本発明の実施形態において、Ｈ２Ｏ２濃度は１０ｐｐｂであり、米国食品医薬品局（ＦＤＡ）の最大許容濃度１００ｐｐｂの範囲内に収まっており、電力は０．１Ｗとわずかであった。これは、同等の電力の双極電離装置のＨ２Ｏ２濃度（通常は１ｐｐｂ）と比較している。
第１の電極１４の基部１６と第２の電極１８との間に形成される電場に加えて、第１の補助電極１７′と非電離第２の電極１８との間に電場２７′が発生し、第２の補助電極１７″と非電離の第２の電極１８との間に電場２７″が発生する。
コロナ放電帯２６を通過する気流中に存在するＨ２Ｏの分子はＨ２Ｏ２に変換され、排気口１３を通して消毒器１０の筐体１１から除去される。Ｈ２Ｏ及びＨ２Ｏ２分子は帯電していないため、電場２７′及び２７″の影響を受けない。一方、電荷極性に依存する気流２５に存在する帯電塵埃は静電フィルタの原理により電場２７′及び２７″の作用を受けて、第１の補助電極１７′、第２の補助電極１７″及び第２の電極１８の表面に付着する。
補助電極１７′及び１７″に捕捉されない塵埃粒子はコロナ放電帯２６に到達し、コロナ放電イオンの力で第１の電極１４に印加される電圧と同極性に帯電し、塵埃は同極性の電荷の静電反発力によって第１の電極１４の電離部分１５に近づくことができなくなる。その結果、このような塵埃粒子は第２の電極１８に付着する。同様に、電場２７′及び２７″は消毒器１０の外部のいかなる電場の影響も防止し、さもなければコロナ放電イオンを筐体の外部及び大気中に引き込む可能性がある。そのようなイオンは大気中に放出される前に捕捉する電場２７′及び２７″によって防止される。
本発明者は消毒器の概念的試作品を構築し、試験により設定目標の達成が認められた。
概念的試作品の仕様は以下の通りである。
Figure 2021522874
エアロゾル・リサーチ・アンド・エンジニアリング・ラボラトリーズ社（Aerosol Research and Engineering Laboratories Inc．米国カンザス州オイレサ）のメチシリン耐性表皮ブドウ球菌（ＭＲＳＥ）菌を用いて消毒効率試験を行った。消毒効率は、１５０分で９９．９９９９９８９％、９０分で９９．９９９６％に達した。９９．９９％の消毒効率を有する典型的な双極電離装置と比較すると、９０分で２桁の改善、１５０分で３桁の改善が見られ、すなわち優れた双極電離装置によって達成されるよりも１０３倍高い効率が得られることが分かる。
第１の電極１４の電離部分１５への塵埃の付着防止についても試験し、電極間のコロナ放電電流が６ヶ月間変化しなかったことを測定した。
本発明の範囲から逸脱することなく、装置の構造に修正を加えてもよいことが理解されよう。例えば、補助電極１７′、１７″は主に第１の電極１４の電離部分１５に塵埃が付着するのを防止するが、電場はまたイオンが大気中に放出されるのを防止する。上述のように、コロナ放電帯の近くに電場が発生する第１の電極の上述の構成では、ほとんどのイオンが筐体内部に保持されることになる。しかし、基部接点がない場合には、補助電極１７′、１７″もこの機能を果たし、したがって、第１の電極１４の非電離部分としても動作することができる。説明した装置では、高電圧発生器の高電圧端子は第１の電極の電離部分に接続され、低電圧端子は典型的にはＧＮＤで第２の電極に接続される。しかしながら、これらの接続が逆である場合にも本発明が動作することは容易に理解されよう。
また、説明した装置では第１の電極の非電離部分が基部によって構成されているが、同様に動作する他の多くの形態の電離電極が知られていることを理解されたい。第２の電極は電離電極よりも補助電極に近いことが好ましいが、補助電極はコロナ放電を完全に取り囲むように位置することができる。その場合は帯電塵埃を空気中に捕捉する効果は小さくなるが、コロナ放電中のイオンが大気中に放出されるのを防止することができる。このような構成では、補助電極が説明した実施形態の第１の電極の非電離部分と同じ機能を果たす。したがって、本発明及び添付の特許請求の範囲内において第１の電極の「非電離部分」という用語は、これが１つ以上の補助電極によって構成される可能性も含む。これらは、筐体内のコロナ放電帯にイオンを保持すると同時に、第１の電極の電離部分に塵埃が付着するのを妨げるという二重の機能を果たすことができる。
また、本装置は、気流が発生する方法について特に言及せずに説明されていることが理解されよう。いくつかの用途では、装置は単極高電圧発生器と気流を生成するファンとを収容するケーシング内に封入することができる独立型装置である。このような独立型装置は住宅のような家庭内の設備に配備することができ、あるいはバス、飛行機等のような自家用車及び公共用車両の両方に配備することができる。他の用途では、装置を空調機ダクト又は空調機ユニットのような既存の空気流内部に取り付けることができ、その場合、ファンを省略することができる。
本発明は、過酸化水素を使用する空気消毒に関する。
過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を消毒剤として使用する、大気圧下での空気消毒方法が知られている。既知の方法では、高圧放電によって２つの電極間に形成されるコロナ放電帯に水分子（Ｈ２Ｏ）を含む気流を通すことで、Ｈ２Ｏ２を得る。気流中の水分子は、コロナ放電イオンとの相互作用によりＨ２Ｏ２分子に変換される。
双極イオン発生器は、有人施設の空気消毒に最も一般的に使用されるようになってきた。このような装置は、例えば、特許文献１〜３に記載されており、水分子（湿度）を含む気流の全体又は一部のいずれかを通過させる反対極性の電離電極間にコロナ放電領域を発生させることに基づいて動作する。双極イオン発生器の出口では、気流は過酸化水素及びコロナ放電領域からの気流によって捕捉される正負イオンを同時に含む。
双極電離装置の大きな欠点は、消毒効率が９９．９〜９９．９９％と低いことである。９９．９９％という効率は高く見えるかもしれないが、これは空気中の１０，０００個の細菌のうち１個が電離装置によって除去されないことを意味する。理論的にはコロナ放電電流を増加させることで効率を向上させることができるが、実際には関連規格によって有人施設内の最大許容イオン濃度が設定されており、コロナ放電電流は５０，０００イオン／ｃｍ３に制限される。この制限により、細菌、ウイルス及びカビの消毒効率を大幅に向上させるような十分に高いコロナ放電を行うことができない。
消毒器の別の欠点は、特定の材料が異なる材料と擦れ合って分離した後に帯電するという摩擦電気効果により、帯電した塵埃粒子が気流中に永続的に存在するため、電離電極の塵埃を定期的に洗浄する必要があることである。例えば、高負電圧が印加された電離電極を含む消毒器に空気が流れると、静電引力のために正に帯電した塵埃が電極に付着する。電離電極の先端部の表面積が小さいことを考慮すると、たとえ先端部に付着した塵埃が少量であっても、電離過程を妨げ又は中止させるおそれがある。
これにより、消毒器の配備中に電極の塵埃を定期的に洗浄する必要がある。電極の塵埃を自動的に定期洗浄する既存の方法及び装置はソレノイド又は電気ワイパーのようなアクチュエータの使用に基づいており、このような消毒器の価格を大幅に高騰させている。
特許文献４は、空気殺菌浄化装置及び方法を開示している。この装置は、プラズマ反応器と、パルス電源と、ファン構成要素と、制御装置と、電源アダプタと、筐体ケースと、を備える。
特許文献５は、放電電極を含む電気集塵部を有する空気清浄装置を開示している。荷電粒子の流れに平行に配置された電極が電場を発生させ、集塵電極は対応する２つの隣接する電場形成電極の間にそれぞれ平行に配置される。
特許文献６は、部屋の天井に電気的に接続され、板の反対側に対向電極を有する薄い誘電体板上に取り付けられた露出電極を有する電離装置を開示している。
特許文献７は、空気中のコロナ放電帯を通して気液又は蒸気流を搬送する原理に基づいて動作する過酸化水素を発生させる方法及び発生器を開示している。
米国特許第９，８４３，１６９号明細書 米国特許第１０，０２０，１８０号明細書 米国特許第１０，１２８，０７５号明細書 米国特許出願公開第２０１２２６９６７７号明細書 米国特許第４，６７３，４１６号明細書 米国特許第３，４１７，３０２号明細書 米国特許出願公開第２０１６１７５８０３号明細書
したがって本発明の主な目的は、空気消毒の改良された方法及び装置を提供し、双極電離装置と比較して効率を大幅に向上させることである。
本発明のさらなる目的は、電離電極を常時洗浄する必要性を低減することである。
これらの目的は本発明によれば、それぞれの独立請求項の構成を有する空気消毒の方法及び装置によって実現される。
したがって１つの態様によれば、空気消毒方法が提供され、第１の電極及び第２の電極の間に高直流電圧を印加し、第１の電極の電離部分及び非電離の第２の電極の間に単極コロナ放電帯を形成するステップと、コロナ放電帯を通る気流を搬送して、水分子及びコロナ放電イオンの反応により気流中の水分子を過酸化水素分子に変換するステップと、コロナ放電帯を囲む気流を横切って第１の電極の非電離部分と第２の電極との間に電場を発生させるステップと、を含み、第２の電極とコロナ放電帯の上流及び下流にそれぞれ配置されるそれぞれの補助電極との間にそれぞれの補助電場を発生させて、コロナ放電帯を囲むそれぞれの直流電場を発生させ、コロナ放電帯から大気中にイオンが逃げるのを防止するとともに、気流中に存在する塵埃が第１の電極の電離部分に付着するのを妨げることを特徴とする。
これにより、イオンが大気中に放出される場合の関連規格よりも高いコロナ放電電流を流すことができ、その結果過酸化水素の収率が高くなり、消毒効率が向上する。
本発明によれば、消毒効率が実質的に１０倍以上に向上し、消毒器の長寿命に伴い電離電極上に塵埃が堆積するのを防止するとともに、高電圧発生器の簡素化、ひいては消毒器全体の簡素化を実現することができる。
一実施形態によれば、本発明は、非電離金属基部に取り付けられる電離部分として動作する１つ以上の細線形状電極（例えば、針先）から形成される電離電極を採用し、又は代替的に、細線形状電極を囲む筐体として機能する、適切な電気接点が取り付けられるプラスチックのような非導電性基部を採用する。
さらなる態様において、補助電極をコロナ放電帯の上流及び下流に配置し、気流中に存在する塵埃が第１の電極の電離部分に付着するのを妨げるそれぞれの補助電場を発生させる。
空気消毒装置は、吸気口及び排気口を有する筐体と、少なくとも２つの電極であって、電離部分及び非電離部分を有する第１の電極と、非電離部分である第２の電極と、高電圧出力及び低電圧出力が前記電極に接続される単極高電圧発生器を結合する接続端子と、を含む。第１の電極は、第１の電極の電離部分及び第２の電極の間にコロナ放電帯を形成するように第２の電極から一定の距離に位置している。第１の電極の非電離部分とコロナ放電帯の近くに取り付ける第２の電極との間に電場が発生する。第１の電極の電離部分は気流の外側に位置する。
本発明による空気消毒器の概略図である。 図１の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
本発明を理解し、それが実際にどのように実行され得るかを見るために、添付の図面を参照して非限定的な例としてのみ実施形態を説明する。
図１は、吸気口１２及び排気口１３を有する全体的に中空の筐体１１を含む、本発明の一実施形態による装置１０を概略的に示す。筐体内には、非電離部分を構成する導電性接点を有する基部１６内に取り付けられる電離部分１５を有する第１の電極１４が取り付けられており、機能的に第１の電極１４の非電離部分であると考えることができる第１の補助電極１７′及び第２の補助電極１７″が電気的に結合されていることが好ましい。非電離の第２の電極１８もまた、電極１７′、１７″及び第１の電極１４の非電離部分１５から変位して筐体内部に取り付けられている。図示のような筐体１１は、対向する壁面の開口部によって吸気口１２及び排気口１３を形成する正方形断面を有する。しかしながら、筐体の断面が円筒形又は多角形の形状である他の幾何学的形状も可能であることを理解されたい。使用時には、吸気口と排気口との間に強制的に空気が入る。これをどのように行うかは装置の使用用途に依る。例えば、気流を空調機の一部である外部ファンによって発生させてもよい。このような場合、装置を空調機の内部に、又は空気が既知の方法で搬送される空調ダクトの内部に取り付けてもよい。
筐体の外部には、適当な電源に結合する入力電源端子２１を有する単極高電圧源２０がある。高電圧源２０は、高電圧端子２２′と低電圧端子２２″との間にそれぞれ高電圧直流を生成する。高電圧端子２２′は第１の電極１４に接続され、低電圧端子２２″は第２の電極１８に接続される。
吸気口１２は筐体１１内の第１の補助電極１７′及び第２の電極１８の中間に位置し、排気口１３は第２の補助電極１７″及び第２の電極１８の中間に位置する。さらに、第１の電極１４の電離部分１５は第１の補助電極１７′及び第２の補助電極１７″よりも第２の電極１８から変位し、第１の電極１４の電離部分１５は、２５で示す気流の外側に位置している。
図２は、第１の電極１４の電離部分１５の構造を示す図１の線Ａ−Ａに沿った断面図である。このように、筐体１１は正方形又は長方形の断面を有し、第１の電極１４の電離部分１５は筐体の上面の中央に取り付けられ、第２の電極１８はその下面に取り付けられる。第１の電極１４は、実際には基部１６内に取り付けられる３つの離間したワイヤ又は針を含むが、他の構成を使用してもよいのは明らかである。補助電極１７′及び１７″は、筐体の対向する内壁面に取り付けられる平面電極であり、それぞれの吸気口及び排気口の上縁部に近接している。これらをより高い位置に取り付けてもよいが、補助電極１７′、１７″と第２の電極１８との間の電場を増大させるために、非電離の第２の電極１８により近い位置に取り付けることが好ましい。ただし、全気流が電場を通過するように、それぞれの吸気口及び排気口の頂部より低い位置に取り付けるべきではない。
気流の方向は、第２の電極１８の平面と実質的に平行である。補助電極１７′、１７″は、吸気口１２及び排気口１３の上方に位置している。その結果、吸気口１２を通って入ると、全気流はコロナ放電帯２６に入る前に補助電極１７′及び第２の電極１８を横切って発生する電場を通って流れることを強いられる。同様に、コロナ放電帯２６を出た後、気流は排気口１３を通って出る前に補助電極１７″及び第２の電極１８を横切って発生する電場を通って流れることを再び強いられる。
この装置は次のように動作する。高電圧源２０の端子２１に電源を印加すると、第１の電極１４と第２の電極１８との間に高電圧直流が供給され、それによって第１の電極１４の電離部分１５と第２の電極１８との間にコロナ放電帯２６が形成される。第１の電極１４の基部接点は電離部分１５と同じ高直流電位にあるため、基部１６と第２の電極１８との間には、電離部分１５を取り囲む図２に一点鎖線で模式的に示す電場２７が形成される。電場２７はコロナ放電帯２６を取り囲み、静電フィルタとして動作してコロナ放電帯内の荷電イオンが放出されるのを防止する。具体的には、コロナ放電帯内の正イオンが基部１６に印加される高正電圧によって反発し、第２の電極１８に付着する。逆に、負イオンは基部１６に向かって引き寄せられる。その結果、排気口１３を通る気流と共に出ていくイオンは非常に少なくなり、これは最大許容イオン濃度を超えることなく、双極電離装置で可能な場合よりもはるかに大きなコロナ放電電流を流すことができることを意味する。水からＨ２Ｏ２への変換効率はコロナ放電電流の関数であり、本発明の実施形態において、Ｈ２Ｏ２濃度は１０ｐｐｂであり、米国食品医薬品局（ＦＤＡ）の最大許容濃度１００ｐｐｂの範囲内に収まっており、電力は０．１Ｗとわずかであった。これは、同等の電力の双極電離装置のＨ２Ｏ２濃度（通常は１ｐｐｂ）と比較している。
第１の電極１４の基部１６と第２の電極１８との間に形成される電場に加えて、第１の補助電極１７′と非電離第２の電極１８との間に電場２７′が発生し、第２の補助電極１７″と非電離の第２の電極１８との間に電場２７″が発生する。
コロナ放電帯２６を通過する気流中に存在するＨ２Ｏの分子はＨ２Ｏ２に変換され、排気口１３を通して消毒器１０の筐体１１から除去される。Ｈ２Ｏ及びＨ２Ｏ２分子は帯電していないため、電場２７′及び２７″の影響を受けない。一方、電荷極性に依存する気流２５に存在する帯電塵埃は静電フィルタの原理により電場２７′及び２７″の作用を受けて、第１の補助電極１７′、第２の補助電極１７″及び第２の電極１８の表面に付着する。
補助電極１７′及び１７″に捕捉されない塵埃粒子はコロナ放電帯２６に到達し、コロナ放電イオンの力で第１の電極１４に印加される電圧と同極性に帯電し、塵埃は同極性の電荷の静電反発力によって第１の電極１４の電離部分１５に近づくことができなくなる。その結果、このような塵埃粒子は第２の電極１８に付着する。同様に、電場２７′及び２７″は消毒器１０の外部のいかなる電場の影響も防止し、さもなければコロナ放電イオンを筐体の外部及び大気中に引き込む可能性がある。そのようなイオンは大気中に放出される前に捕捉する電場２７′及び２７″によって防止される。
本発明者は消毒器の概念的試作品を構築し、試験により設定目標の達成が認められた。
概念的試作品の仕様は以下の通りである。
Figure 2021522874
エアロゾル・リサーチ・アンド・エンジニアリング・ラボラトリーズ社（Aerosol Research and Engineering Laboratories Inc．米国カンザス州オイレサ）のメチシリン耐性表皮ブドウ球菌（ＭＲＳＥ）菌を用いて消毒効率試験を行った。消毒効率は、１５０分で９９．９９９９９８９％、９０分で９９．９９９６％に達した。９９．９９％の消毒効率を有する典型的な双極電離装置と比較すると、９０分で２桁の改善、１５０分で３桁の改善が見られ、すなわち優れた双極電離装置によって達成されるよりも１０３倍高い効率が得られることが分かる。
第１の電極１４の電離部分１５への塵埃の付着防止についても試験し、電極間のコロナ放電電流が６ヶ月間変化しなかったことを測定した。
本発明の範囲から逸脱することなく、装置の構造に修正を加えてもよいことが理解されよう。例えば、補助電極１７′、１７″は主に第１の電極１４の電離部分１５に塵埃が付着するのを防止するが、電場はまたイオンが大気中に放出されるのを防止する。上述のように、コロナ放電帯の近くに電場が発生する第１の電極の上述の構成では、ほとんどのイオンが筐体内部に保持されることになる。しかし、基部接点がない場合には、補助電極１７′、１７″もこの機能を果たし、したがって、第１の電極１４の非電離部分としても動作することができる。説明した装置では、高電圧発生器の高電圧端子は第１の電極の電離部分に接続され、低電圧端子は典型的にはＧＮＤで第２の電極に接続される。しかしながら、これらの接続が逆である場合にも本発明が動作することは容易に理解されよう。
また、説明した装置では第１の電極の非電離部分が基部によって構成されているが、同様に動作する他の多くの形態の電離電極が知られていることを理解されたい。第２の電極は電離電極よりも補助電極に近いことが好ましいが、補助電極はコロナ放電を完全に取り囲むように位置することができる。その場合は帯電塵埃を空気中に捕捉する効果は小さくなるが、コロナ放電中のイオンが大気中に放出されるのを防止することができる。このような構成では、補助電極が説明した実施形態の第１の電極の非電離部分と同じ機能を果たす。したがって、本発明及び添付の特許請求の範囲内において第１の電極の「非電離部分」という用語は、これが１つ以上の補助電極によって構成される可能性も含む。これらは、筐体内のコロナ放電帯にイオンを保持すると同時に、第１の電極の電離部分に塵埃が付着するのを妨げるという二重の機能を果たすことができる。
また、本装置は、気流が発生する方法について特に言及せずに説明されていることが理解されよう。いくつかの用途では、装置は単極高電圧発生器と気流を生成するファンとを収容するケーシング内に封入することができる独立型装置である。このような独立型装置は住宅のような家庭内の設備に配備することができ、あるいはバス、飛行機等のような自家用車及び公共用車両の両方に配備することができる。他の用途では、装置を空調機ダクト又は空調機ユニットのような既存の空気流内部に取り付けることができ、その場合、ファンを省略することができる。

Claims (14)

  1. 空気消毒方法であって、
    第１の電極（１４）と第２の電極（１８）との間に高直流電圧を印加して前記第１の電極（１４）の電離部分（１５）と非電離の第２の電極（１８）との間に単極コロナ放電帯（２６）を形成するステップと、
    前記コロナ放電帯を通る気流（２５）を搬送して、水分子のコロナ放電イオンとの反応により、前記気流中の前記水分子を過酸化水素分子に変換するステップと、を含み、
    前記コロナ放電帯に近い気流を横切る電場（２７、２７′、２７″）を発生させてイオンが前記コロナ放電帯から大気中に逃げるのを防止し、
    これにより、イオンが前記大気中に逃げた場合に許容されるよりも高いコロナ放電電流を流すことができ、その結果、酸化水素の収率が高くなり、消毒効率が向上することを特徴とする、方法。
  2. 前記電場（２７′、２７″）がさらに前記気流中に存在する塵埃が前記第１の電極の前記電離部分に付着するのを妨げる機能を果たす、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１の電極（１４）の非電離部分（１６）と前記第２の電極（１８）との間に前記電場（２７）を発生させる、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記第１の電極（１４）の前記電離部分（１５）を前記第１の電極（１４）の前記非電離部分（１６）の近くに取り付ける、請求項３に記載の方法。
  5. 前記第２の電極（１８）と前記コロナ放電帯の上流及び下流にそれぞれ配置されるそれぞれの補助電極（１７′、１７″）との間にそれぞれの補助電場（２７′、２７″）を発生させて、前記気流中に存在する塵埃が前記第１の電極の前記電離部分に付着するのを妨げるステップを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記第１の電極（１４）の前記電離部分（１５）と前記第２の電極（１８）との間の前記電場（２７）に対してより大きな補助電場（２７′、２７″）を配備するステップを含む、請求項５に記載の方法。
  7. 前記補助電極（１７′、１７″）を前記第２の電極（１８）から第１の高さｈ１に配置し、前記第１の電極（１４）の前記電離部分（１５）を前記第２の電極（１８）から第２の高さｈ２に配置し、ｈ１がｈ２より小さい、請求項６に記載の方法。
  8. 空気消毒装置（１０）であって、
    吸気口（１２）及び排気口（１３）を通って空気を搬送する前記吸気口（１２）及び前記排気口（１３）を有する筐体（１１）と、
    前記筐体の上面に向かって前記筐体の内部に取り付けられる、電離部分（１５）及び非電離部分（１６）を有する第１の電極（１４）と、
    前記第１の電極（１４）に面する前記筐体の内部に取り付けられる非電離の第２の電極（１８）と、
    単極高電圧発生器の高電圧出力及び低電圧出力に結合する前記第１の電極及び前記第２の電極に電気的に接続される端子（２２′、２２″）によって前記第１の電極（１４）の前記電離部分（１５）と第２の電極（１８）との間に気流を横切るコロナ放電帯が形成される、前記端子（２２′、２２″）と、を備え、
    前記第１の電極（１４）の前記非電離部分（１６）と前記第２の電極（１８）との間に前記気流を横切る電場（２７、２７′、２７″）が発生することにより、イオンが前記コロナ放電帯から大気中に逃げるのを防止し、
    これにより、イオンが前記大気中に逃げた場合に許容されるよりも高いコロナ放電電流を流すことができ、その結果、過酸化水素の収率が高くなり、消毒効率が向上することを特徴とする、装置。
  9. 前記第１の電極（１４）の非電離部分（１６）と前記第２の電極（１８）との間に前記電場（２７）を発生させる、請求項８に記載の装置。
  10. 前記第１の電極（１４）の前記電離部分（１５）を前記第１の電極（１４）の前記非電離部分（１６）の近くに取り付ける、請求項９に記載の装置。
  11. 前記コロナ放電帯の上流及び下流にそれぞれ配置される第１の補助電極及び第２の補助電極（１７′、１７″）を含み、前記気流中に存在する塵埃が前記第１の電極の前記電離部分に付着するのを妨げるそれぞれの補助電場（２７′、２７″）を発生させる、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の装置。
  12. 前記補助電極（１７′、１７″）を前記第２の電極（１８）から第１の高さｈ１に配置し、前記第１の電極（１４）の前記電離部分（１５）を前記第２の電極（１８）から第２の高さｈ２に配置し、ｈ１がｈ２より小さい、請求項１１に記載の装置。
  13. 請求項８〜１２のいずれか一項に記載の装置を収容するケーシングを有し、前記ケーシング内に単極高電圧発生器をさらに備える、独立空気消毒装置。
  14. 前記ケーシング内に前記気流を生成する前記吸気口の外部のファンをさらに備えることを特徴とする、請求項１３に記載の独立型空気消毒装置。
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