JP2022189838A - Plasma sterilizing water generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば外気処理空気調和器の気化式加湿器の殺菌に用いられる、プラズマ殺菌水を生成するプラズマ殺菌水生成装置に関する。 The present invention relates to a plasma sterilized water generator for generating plasma sterilized water, which is used, for example, for sterilizing an evaporative humidifier of an outside air processing air conditioner.
近年、電子産業分野の工場等で用いられる外気処理空気調和器(外調機)に対し、一般的な蒸気加湿方式に比べ省エネルギーである気化式加湿方式を適用することで、消費エネルギーを大幅に削減することに成功している。省エネルギーに対する要望は、医薬品製造を始めとするバイオロジカルクリーンルームを有する施設に対しても高まっている。そのため、バイオロジカルクリーンルームにおいても気化式加湿方式による加湿を行うことが望まれている。 In recent years, energy consumption has been greatly reduced by applying the evaporative humidification method, which is more energy-saving than the general steam humidification method, to outdoor air processing air conditioners (external air conditioners) used in factories in the electronics industry. have succeeded in reducing Demands for energy saving are also increasing for facilities with biological clean rooms, including pharmaceutical manufacturing. Therefore, it is desired to perform humidification by the evaporative humidification method even in the biological clean room.
気化式加湿方式では、加湿用の給水を気化式加湿器のエレメント部に含浸させ、空調空気を通風させることで自然蒸散により加湿を行う。そのため、エレメント部は恒に湿潤状態であることから微生物が繁殖しやすい環境となる。また、微生物の繁殖は、悪臭の原因となることが知られている。特にバイオロジカルクリーンルームでは微生物による汚染制御が非常に重要であり、その懸念から気化式加湿方式が普及していないのが現状である。そこで、外調機の気化式加湿器の有効な殺菌方法の開発が必要であった。 In the evaporative humidification method, an element portion of an evaporative humidifier is impregnated with water for humidification, and conditioned air is ventilated to perform humidification by natural evaporation. Therefore, since the element portion is constantly in a wet state, it becomes an environment in which microorganisms easily propagate. In addition, the propagation of microorganisms is known to cause offensive odors. Especially in biological clean rooms, it is very important to control contamination by microorganisms. Therefore, it was necessary to develop an effective sterilization method for evaporative humidifiers of outdoor air conditioners.
殺菌方法としては、薬液や殺菌力を持つ機能水を、気化式加湿器に滴下される給水として用いる方式がある。殺菌力を持つ機能水としては、電解水やオゾン水などが用いられている。しかし、例えばオゾン水を用いた場合には、残留成分による臭気や周辺部材の腐食というような問題が生じた。また、紫外線ランプを用いて気化式加湿器の殺菌を行う方法も提案されている。しかし、殺菌範囲が紫外線の照射範囲に限定されることから、広範囲の殺菌を行うのには適していない。 As a sterilization method, there is a method of using chemical solution or functional water with sterilizing power as water supply dripped to the evaporative humidifier. Electrolyzed water, ozonized water, etc. are used as functional water having sterilizing power. However, when ozone water is used, for example, problems such as odor due to residual components and corrosion of peripheral members arise. A method of sterilizing an evaporative humidifier using an ultraviolet lamp has also been proposed. However, since the sterilization range is limited to the irradiation range of ultraviolet rays, it is not suitable for sterilization over a wide area.
他にも、気化式加湿器に対するマイクロ波照射や、加湿給水中への銀イオンの供給なども提案されている。しかし、マイクロ波照射装置はコストがかさみシステムも煩雑化する。また、銀イオンを供給するには、濃度管理が必要となる上、銀イオンの供給源である電極の寿命も問題となっていた。 In addition, microwave irradiation to an evaporative humidifier and supply of silver ions to humidifying water supply have been proposed. However, the microwave irradiation device is costly and the system is complicated. In addition, the supply of silver ions requires concentration control, and the service life of the electrode, which is the supply source of silver ions, is also a problem.
このような背景を受け、近年では、薬液等を用いない殺菌方法として、放電プラズマを利用した殺菌方法が提案されている。この方法は、放電プラズマにより生成する反応性の高い化学活性種やイオンの酸化力を用いて殺菌するものである。電気的なエネルギーのみで高い殺菌効果が得られ、薬液などを用いる方法のような残留性が無いことから様々な分野で応用されている。 Against this background, in recent years, a sterilization method using discharge plasma has been proposed as a sterilization method that does not use chemicals or the like. This method sterilizes using the oxidizing power of highly reactive chemically active species and ions generated by discharge plasma. A high sterilization effect can be obtained with only electrical energy, and since there is no persistence unlike methods using chemical solutions, it is applied in various fields.
プラズマを用いた殺菌には、電極を用いてコロナ放電を発生させ、生成したラジカル類により殺菌を行う方法がある。しかし、ラジカル類の寿命が短い上に、殺菌範囲が限定されるため、外調機の気化式加湿器を殺菌するのには適していない。また、被処理水中にて電極間に高電圧パルスを印加することで被処理水を絶縁破壊し、生成するラジカル類と衝撃波により被処理水を殺菌する方法も提案されている。この被処理水を用いて殺菌を行う場合には、外調機から気化式加湿器を取り外して被処理水槽に投入する必要が生じ、作業負荷が大きくなる。すなわち、外調機の気化式加湿器の殺菌に適したプラズマを用いた殺菌方法はいまだ提案されておらず、その開発が切望されている。 Sterilization using plasma includes a method of generating corona discharge using electrodes and performing sterilization with generated radicals. However, since the life of radicals is short and the sterilization range is limited, it is not suitable for sterilizing evaporative humidifiers of outdoor air conditioners. Also proposed is a method of applying a high voltage pulse between electrodes in the water to cause dielectric breakdown in the water to be treated, and sterilizing the water by the generated radicals and shock waves. When the water to be treated is used for sterilization, it is necessary to remove the evaporative humidifier from the outdoor air conditioner and put it into the water tank to be treated, which increases the workload. That is, a sterilization method using plasma suitable for sterilizing an evaporative humidifier of an outdoor air conditioner has not yet been proposed, and its development is eagerly awaited.
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。その目的は、高い殺菌効果を有するプラズマ殺菌水を生成するプラズマ殺菌水生成装置を提供することにある。 The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art as described above. It is an object of the present invention to provide a plasma sterilized water generator that generates plasma sterilized water having a high sterilizing effect.
上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ殺菌水生成装置は、以下のような特徴を有している。
(1)減圧チャンバと、前記減圧チャンバの内部に配置され、被処理水を貯留する箱型の水槽と、前記減圧チャンバの内部に配置される一対の電極と、前記一対の電極に交流電圧を印加する電源と、を有し、前記一対の電極は、前記水槽に貯留された被処理水の水面上方に位置するように設けられた平板状の電極と、前記平板状の電極の下面側に設けられ、前記水槽に貯留された被処理水の水面と空間を介して対向する誘電体と、前記水槽に貯留された被処理水中に位置するように設けられた接地極と、を有し、前記減圧チャンバには、前記減圧チャンバの内部が極低真空となるように気相雰囲気を減圧する減圧ポンプが接続され、前記水槽には、殺菌対象に対してプラズマ殺菌水を供給する供給配管が接続され、前記電源は、前記被処理水1Lあたり10Wh以上の電力を投入するように構成されている。
In order to achieve the above objects, the plasma-sterilized water generator of the present invention has the following characteristics.
(1) A decompression chamber, a box-shaped water tank arranged inside the decompression chamber for storing water to be treated, a pair of electrodes arranged inside the decompression chamber, and an AC voltage being applied to the pair of electrodes. and a power supply for applying power, wherein the pair of electrodes are a flat plate-shaped electrode provided so as to be positioned above the water surface of the water to be treated stored in the water tank, and a lower surface side of the flat plate-shaped electrode a dielectric body facing the water surface of the water to be treated stored in the water tank through a space; and a ground electrode provided so as to be positioned in the water to be treated stored in the water tank, A decompression pump is connected to the decompression chamber for decompressing the gas phase atmosphere so that the interior of the decompression chamber becomes an extremely low vacuum, and the water tank is provided with a supply pipe for supplying plasma sterilization water to the sterilization target. The power supply is configured to supply power of 10 Wh or more per 1 L of the water to be treated.
(2)前記電源は、前記被処理水1Lあたり20Wh以上の電力を投入するように構成されていても良い (2) The power supply may be configured to supply power of 20 Wh or more per liter of the water to be treated.
(3)水槽には、純水を供給する給水管が接続されていても良い。 (3) A water supply pipe for supplying pure water may be connected to the water tank.
(4)前記プラズマ殺菌水生成装置により生成されたプラズマ殺菌水が供給される殺菌対象が外調機の気化式加湿器であり、前記給水管が、前記外調機において前記気化式加湿器に純水を滴下水として供給する加湿給水用配管に接続されていても良い。 (4) A sterilization target to which the plasma sterilized water generated by the plasma sterilized water generator is supplied is an evaporative humidifier of an outdoor air conditioner, and the water supply pipe is connected to the evaporative humidifier in the outdoor air conditioner. It may be connected to a humidifying water supply pipe that supplies pure water as drip water.
(5)前記プラズマ殺菌水生成装置により生成されたプラズマ殺菌水が供給される殺菌対象が外調機の気化式加湿器であり、前記供給配管が、前記外調機において前記気化式加湿器に純水を滴下水として供給する加湿給水用配管に接続されていても良い。 (5) A sterilization target to which the plasma sterilized water generated by the plasma sterilized water generator is supplied is an evaporative humidifier of an outdoor air conditioner, and the supply pipe is connected to the evaporative humidifier in the outdoor air conditioner. It may be connected to a humidifying water supply pipe that supplies pure water as drip water.
(6)前記水槽が金属で形成されアース接続されることにより前記接地極となっても良い。 (6) The water tank may be made of metal and grounded to serve as the ground electrode.
(7)前記水槽には、前記水槽に貯留された被処理水を攪拌する攪拌装置が設けられていても良い。 (7) The water tank may be provided with a stirring device for stirring the water to be treated stored in the water tank.
(8)前記水槽には、被処理水を冷却する冷却装置が設けられ、プラズマ処理中の被処理水を10℃以下に冷却しても良い。 (8) The water tank may be provided with a cooling device for cooling the water to be treated, and the water to be treated during the plasma treatment may be cooled to 10° C. or less.
(9)前記水槽には、被処理水を冷却する冷却装置が設けられ、生成されたプラズマ殺菌水を7℃以下に冷却しても良い。 (9) The water tank may be provided with a cooling device for cooling the water to be treated, and the generated plasma sterilized water may be cooled to 7° C. or less.
(10)前記誘電体と前記水槽に貯留された被処理水の水面との間の空間は、5mm以上10mm以下であっても良い。 (10) A space between the dielectric and the surface of the water to be treated stored in the water tank may be 5 mm or more and 10 mm or less.
(11)前記水槽の内壁面と前記平板状の電極の側面との間に、50mm以上の空間が設けられていても良い。 (11) A space of 50 mm or more may be provided between the inner wall surface of the water tank and the side surface of the flat electrode.
本発明によれば、高い殺菌効果を有するプラズマ殺菌水を生成するプラズマ殺菌水生成装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a plasma sterilized water generator that generates plasma sterilized water having a high sterilizing effect.
[第1の実施形態]
[1.全体構成]
(装置構成概要)
本発明に係るプラズマ殺菌水生成装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
プラズマ殺菌水生成装置Aは、殺菌対象に供給されるプラズマ殺菌水を生成する装置である。プラズマ殺菌水は、被処理水に対してプラズマ放電を行うことで生成されたラジカル類が溶存する水である。このラジカル類が有するとされる殺菌力により、殺菌対象は殺菌される。
[First Embodiment]
[1. overall structure]
(Equipment configuration overview)
An embodiment of a plasma-sterilized water generating apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The plasma sterilized water generator A is a device that generates plasma sterilized water to be supplied to an object to be sterilized. Plasma sterilized water is water in which radicals generated by subjecting water to be treated to plasma discharge are dissolved. The sterilization target is sterilized by the sterilization power that the radicals are supposed to have.
本実施形態では、殺菌対象の一例として外調機の気化式加湿器を想定している。プラズマ殺菌水生成装置Aは、例えば、外調機の上や横等に設置される。プラズマ殺菌水生成装置Aは、プラズマ殺菌水の供給配管を介して、外調機の気化式加湿器に接続される。プラズマ殺菌水生成装置Aは、減圧チャンバ1、水槽2、一対の電極3、誘電体4、および電源5を有する。以下、各構成について、図1を参照しつつ詳細に説明する。
In this embodiment, an evaporative humidifier of an outdoor air conditioner is assumed as an example of a sterilization target. The plasma-sterilized water generator A is installed, for example, on or beside the outdoor air conditioner. The plasma sterilized water generator A is connected to the evaporative humidifier of the outdoor air conditioner via a plasma sterilized water supply pipe. A plasma-sterilized water generator A has a
(減圧チャンバ)
減圧チャンバ1は、金属または樹脂製の耐圧構造を有する真空容器である。減圧チャンバ1には、減圧ポンプ1aとバルブ1bを有する排気ダクトEが接続されている。排気ダクトEは、減圧チャンバ1の内部の気体を排出するためのダクトである。減圧ポンプ1aは、減圧チャンバ1の内部の気体を吸引して排出するためのポンプである。バルブ1bは、減圧チャンバ1の内部の気体を排気する際に、その排気量を調整するための弁である。減圧ポンプ1aとバルブ1bは、不図示の制御装置に接続されており、この制御装置からの制御信号により、減圧ポンプ1aの流量やバルブ1bの開度が制御される。
(decompression chamber)
The
減圧ポンプ1aは、具体的には減圧チャンバ1の気相雰囲気を減圧する。減圧ポンプ1aによる気相雰囲気の減圧により、誘電体バリア放電の発生に必要な印加電圧が低減される。ここで、減圧ポンプ1aは、空気の絶縁耐力をある程度低下させ、プラズマが進展しやすくなる程度の極低真空状態となるように、減圧チャンバ1の内部の気体を排出できれば良い。
Specifically, the decompression pump 1 a decompresses the gas phase atmosphere in the
極低真空とは、電源電圧が20kV/cmの場合、減圧度が50kPa(abs)以下の状態を示し、より好ましくは50kpa(abs)~30kPa(abs)程度の状態を示す。減圧チャンバ1を極低真空とすることで、放電に必要な印加電圧を約50%低くすることが可能となる。例えば、減圧チャンバ1が大気圧として30kVppの印加電圧が必要となる場合、減圧チャンバ1を30kPa(abs)の極低真空とすることで必要な印加電圧は14kVppとなる。
Ultra-low vacuum refers to a state in which the degree of pressure reduction is 50 kPa (abs) or less, more preferably about 50 kPa (abs) to 30 kPa (abs), when the power supply voltage is 20 kV/cm. By setting the
減圧チャンバ1は、内部は極低真空となっていれば良い上に、減圧チャンバ1の内部には水槽2が配置されるため減圧チャンバ1の気相容積は比較的小さい。そのため、減圧ポンプ1aとしては、到達圧力が20kPa(abs)~30kPa(abs)程度、排気速度が10L/min程度の比較的安価なポンプを用いても、減圧チャンバ1を極低真空状態とすることができる。市販価格数万円程度の比較的安価で小型のでも減圧ポンプでも、気相容積数10Lを数分で設定の極程真空状態とすることが可能である。
The
(水槽)
水槽2は、減圧チャンバ1の内部に配置され、被処理水を貯留する金属または樹脂製のタンクである。水槽2は、上面に開口を有する箱形の部材である。水槽2は、例えば5Lの被処理水を貯留できる程度の大きさを有する。被処理水の貯留量は、後述する一対の電極3および誘電体4による電極構成や、電源5の電源容量等を考慮して決定すれば良い。用いる電極構成および電源容量に対して被処理水の貯留量が多すぎる場合には、十分な殺菌力を有するプラズマ殺菌水を得ることができない。本実施形態では、5Lの被処理水に対して十分な殺菌力を与えることができる構成を例として説明する。
(water tank)
The
水槽2には、バルブ2aを有する給水管Sが接続されている。給水管Sは、水槽2の内部に被処理水となる液体を導入するための配管である。バルブ2aは、液体の導入量を調整するための弁である。バルブ2aは、不図示の制御装置に接続されており、この制御装置からの制御信号により、バルブ2bの開度が制御される。水槽2には、給水管Sから、純水又は水道水等の被処理水が供給される。水槽2に供給する被処理水としては、純水を用いることが好ましい。生成されるプラズマ殺菌水の殺菌力が向上するからである。
A water supply pipe S having a
殺菌対象となる外調機がバイオロジカルクリーンルームで使用されている場合、外調機の気化式加湿器には、純水が滴下水として供給されていることが一般的である。従って、外調機において気化式加湿器に対して滴下水を供給する加湿給水用配管に、水槽2の給水管Sをバルブを介して接続しても良い。このバルブを切り替えることにより、外調機の通常運転時においては気化式加湿器に純水が供給され、外調機の運転終了後には水槽2に純水が供給される。すなわち外調機で用いられる純水を被処理水として水槽2に供給することができる。このように構成することで、プラズマ殺菌水生成装置Aのために純水供給ラインを確保する必要がなくなるため好ましい。
When an outdoor air conditioner to be sterilized is used in a biological clean room, pure water is generally supplied as drip water to the evaporative humidifier of the outdoor air conditioner. Therefore, the water supply pipe S of the
水槽2には、バルブ2bおよび送液ポンプ2cを有する供給配管Dが接続されている。
供給配管Dは、殺菌対象に対してプラズマ殺菌水を供給するための配管である。供給配管Dは、例えば外調機の加湿給水用配管に、バルブを介して接続されていても良い。このバルブを切り替えることにより、外調機の通常運転時においては気化式加湿器に滴下水が供給され、外調機の運転終了後には気化式加湿器にプラズマ殺菌水が供給される。外調機の加湿給水用配管を利用する場合には、気化式加湿器に滴下水を滴下する加湿用滴下ヘッダーを介してプラズマ殺菌水が気化式加湿器に供給される。ただし、供給配管Dは、外調機の加湿給水用配管に連結せずに、殺菌対象である気化式加湿器に直接供給するように配管し専用の供給ヘッダーを設けることもできる。
A supply pipe D having a
The supply pipe D is a pipe for supplying plasma sterilized water to an object to be sterilized. The supply pipe D may be connected to, for example, a humidifying water supply pipe of the outdoor air conditioner via a valve. By switching this valve, dripping water is supplied to the evaporative humidifier during normal operation of the outdoor air conditioner, and plasma sterilized water is supplied to the evaporative humidifier after the operation of the outdoor air conditioner is finished. When using the humidifying water supply pipe of the outdoor air conditioner, the plasma sterilizing water is supplied to the evaporative humidifier through a humidifying drip header that drips dripping water into the evaporative humidifier. However, the supply pipe D may be connected directly to the evaporative humidifier to be sterilized without being connected to the humidifying water supply pipe of the outdoor air conditioner, and a dedicated supply header may be provided.
バルブ2bは、殺菌対象に対してプラズマ殺菌水を供給する際に、その供給量を調整するための弁である。送液ポンプ2cは、供給されるプラズマ殺菌水の流量を調整するためのポンプである。バルブ2bおよび送液ポンプ2cは、不図示の制御装置に接続されており、この制御装置からの制御信号により、バルブ2bの開度や送液ポンプ2cの流量が制御される。
The
プラズマ殺菌水の供給速度は、速い方が殺菌処理工程の時間短縮になる。ただし、プラズマ殺菌水の送液に外調機の加湿給水用配管および加湿用滴下ヘッダーを用いる場合、送液ポンプの流量は、加湿給水配管、および加湿用滴下ヘッダーの配管抵抗の制限を受けることになる。その場合は、加湿給水配管および加湿用滴下ヘッダーの配管抵抗の制限内で最大流量となるように、バルブ2bの開度や送液ポンプ2cの流量を制御する。
The faster the supply rate of the plasma sterilized water, the shorter the time required for the sterilization process. However, when using the humidifying water supply piping and humidifying drip header of the external air conditioner to feed plasma sterilized water, the flow rate of the liquid feeding pump must be limited by the piping resistance of the humidifying water supply piping and humidifying drip header. become. In that case, the opening degree of the
さらに、被処理水の水量が多く、水深が例えば100mm以上の場合に、被処理水を攪拌する攪拌装置を備えても良い。通常、誘電体バリア放電により被処理水の水面に揺れが生じるため、誘電体バリア放電が撹拌機能を有していると言える。ただし、水深が深い場合には、放電による揺れのみでは撹拌が不十分になる可能性があるので、水槽2に、貯留された被処理水中に位置するようにプロペラ等を設けると良い。 Furthermore, when the amount of water to be treated is large and the water depth is, for example, 100 mm or more, an agitating device for agitating the water to be treated may be provided. Since the surface of the water to be treated is usually swayed by the dielectric barrier discharge, it can be said that the dielectric barrier discharge has a stirring function. However, when the water depth is deep, there is a possibility that the agitation will be insufficient only by shaking due to discharge.
また、プラズマ殺菌水は、後述する電極3aの近傍である水面において生成される。一方、図2に示すように、プラズマ殺菌水の供給配管Dは、システムの構成上、水槽2の下部側に設けられる場合が多い。従って、水槽2の内部に撹拌装置を設けることで、殺菌対象に供給されるプラズマ殺菌水の殺菌力を一定に保つことができてよい。
Also, the plasma-sterilized water is generated on the water surface in the vicinity of
さらに、水槽2に冷却装置を設けて、被処理水を冷却する構成としても良い。プラズマ放電により被処理水の水温が上昇することで、殺菌因子が分解され殺菌効果が低減する可能性がある。特に、2L以上の被処理水に対してプラズマ処理を行う場合には、処理中または処理後における被処理水の水温上昇が顕著に表れる。また、プラズマ殺菌水生成装置Aのプラズマ放電の条件や、装置を用いた際の気温の影響を受け、2L以下の被処理水であっても被処理水の水温上昇が生じる場合がある。そのような場合には、被処理水を冷却することで、殺菌因子の分解を抑制し生成されたプラズマ殺菌水の殺菌力が高まる。
Furthermore, a cooling device may be provided in the
被処理水の冷却はプラズマ放電中のみならず、プラズマ処理において生成されたプラズマ殺菌水を保管する際にも行うことが好ましい。プラズマ処理後の被処理水を冷却することで、プラズマ殺菌水の殺菌力を長時間持続させることが可能となる。冷却機構による被処理水の冷却温度は、10℃以下とすることで、強力な殺菌力を有するプラズマ殺菌水が生成される。また、生成後のプラズマ殺菌水の殺菌効果をより長く持続するためには、プラズマ殺菌水の保管温度を7℃以下とすることが好ましい。 The water to be treated is preferably cooled not only during plasma discharge, but also when the plasma sterilized water generated in the plasma treatment is stored. By cooling the water to be treated after plasma treatment, the sterilizing power of the plasma sterilizing water can be maintained for a long time. By setting the cooling temperature of the water to be treated by the cooling mechanism to 10° C. or less, plasma sterilized water having strong sterilizing power is generated. In order to maintain the sterilizing effect of plasma sterilized water after generation for a longer period of time, the storage temperature of plasma sterilized water is preferably 7° C. or lower.
以上より、冷却機構としては、5~10Lの処理水を、10~15分程度で10℃以下に冷却可能な、700W程度の能力のチラーを用いることが好ましい。このチラーに付帯して、水槽2内に金属チューブの熱交換器を設置することで、水槽2内の被処理水の冷却が可能となる。冷却機構の金属チューブの熱交換器は、下記接地極3bと兼用しても良い。
From the above, as a cooling mechanism, it is preferable to use a chiller with a capacity of about 700 W, which can cool 5 to 10 L of treated water to 10° C. or less in about 10 to 15 minutes. By installing a metal tube heat exchanger in the
(一対の電極と誘電体)
減圧チャンバ1の内部には、一対の電極3に相当する電極3aと接地極3bが対向するように配置されている。また、電極3aと接地極3bの間には誘電体4が設置されている。
(a pair of electrodes and a dielectric)
Inside the
電極3aは、平板状の電極であり、金属で構成されている。金属としては、耐腐食性のある金属として、例えばニッケル、各種ステンレス鋼、アルミ、銅を用いることができる。他には、誘電体4の一例であるガラスとの相性からコバールを用いても良い。電極3aの水平方向の大きさは、水槽2の開口部分より小さく、水槽の内部に収まる程度の大きさとする。すなわち、電極3aの平面の面積は、水面の面積と同程度となる。これにより、水面の面積と同程度の面積を有する面状の誘電体バリア放電を発生させる。
The
平板状の電極3aは、円盤状または四角形において角部分を丸めた形状とすると良い。角を有さない形状とすることで、エッジ部への電解集中や火花放電の進展が防止される。以上より、電極3aは、例えばφ150mmの円盤形状とすることができる。なお、電極3aの金属部には交流電圧印加による発熱が伝導する。従って、電極3aの上面に金属製のヒートシンクを設置し、放熱を促してもよい。
The flat plate-
電極3aは、水槽2の上部側に配置される。具体的には、図2に示すように、電極3aは、水槽2において被処理水が満水となるように供給された場合において、被処理水の水面上方に位置するように設けられている。すなわち、被処理水の水面と電極aとの間には空間が生じる。
The
本実施形態では、電極3aの下面側は誘電体4で被覆されている。よって、誘電体4は、水槽2に貯留された被処理水の水面と空間を介して対向することになる。従って、上記電極3aと被処理水の水面との間の空間は、実際には誘電体4と被処理水の水面との空間を意味する。
In this embodiment, the lower surface side of the
誘電体4と被処理水の水面との間の空間は、狭い方が抵抗は低くなるため放電し易い。ただし、プラズマ殺菌水生成装置Aは外調機の上部等、微細な揺れが生じる場所に載置されることがある。そのため、振動等により被処理水が波立った際に、誘電体4と被処理水が接触する恐れがある。そのため誘電体4と被処理水の水面との間の空間は、5mm以上10mm以下とすることが好ましい。特に、空間を8mmとすることで、適度な印加電圧で放電可能であるとともに、誘電体4と被処理水の接触を防止できることを確認した。 The narrower the space between the dielectric 4 and the surface of the water to be treated, the lower the resistance and the easier the discharge. However, the plasma-sterilized water generator A may be placed in a place where slight shaking occurs, such as the upper part of an outdoor air conditioner. Therefore, when the water to be treated is undulated due to vibration or the like, the dielectric 4 may come into contact with the water to be treated. Therefore, the space between the dielectric 4 and the surface of the water to be treated is preferably 5 mm or more and 10 mm or less. In particular, it was confirmed that by setting the space to 8 mm, it is possible to discharge with an appropriate applied voltage and prevent contact between the dielectric 4 and the water to be treated.
誘電体4は、比誘電率(εr)が比較的大きく、誘電正接(tanδ)が小さく、絶縁耐力(KV/mm)が良いことが好ましい。ただし、比誘電率が数1000を超えるようなチタン酸バリウム等に代表される強誘電体を用いた場合、交流電圧印加による誘電効果がもたらす発熱が高温に達する可能性がある。その場合には、電極3aにヒートシンク等の放熱機構を設け、発熱を発散させる構成を設けると良い。誘電体4の厚さについては、薄い方が放電し易い。ただし、後述する電源5の印加電圧と誘電体4の絶縁耐力との兼ね合いを考慮する必要がある。また、電極3aとしての耐久性・機械的な強度も考慮した上で、誘電体4の厚みを決定する。
Preferably, the
以上の条件を考慮すると、誘電体4の材料としては、ガラス(εr:3~10、tanδ:0.003)、ポリエチレン(εr:2~2.5、tanδ:~0.0005)、ポリプロピレン(εr:2~2.3、tanδ:~0.0005)、ポリテトラフルオロエチレン(εr:2.0、tanδ:~0.0002)、アルマイト(蓚酸アルマイト;εr:6~10、tanδ:~0.001)や窒化ケイ素(εr:7~8、tanδ:0.0005)等のセラミックスを用いることができる。例えば、誘電体4として十分な強度を有するように2~3mm程度のガラス板やセラミック板を用い、この上に電極3aとして50μm程度の金属層を蒸着することができる。蒸着する金属としては、例えばニッケルやチタンとすると良い。特にガラスとニッケルは相性が良く、ニッケル層に孔等が生じないように均一に蒸着することができるので良い。また、誘電体にコバール封着ガラスを用いてコバールと溶着することも可能である。
Considering the above conditions, materials for the dielectric 4 include glass (εr: 3 to 10, tan δ: 0.003), polyethylene (εr: 2 to 2.5, tan δ: ~0.0005), polypropylene ( εr: 2 to 2.3, tan δ: ~0.0005), polytetrafluoroethylene (εr: 2.0, tan δ: ~0.0002), alumite (oxalic acid alumite; εr: 6 to 10, tan δ: ~0 .001) or silicon nitride (εr: 7-8, tan δ: 0.0005). For example, a glass plate or a ceramic plate having a thickness of about 2 to 3 mm can be used as the dielectric 4 so as to have sufficient strength, and a metal layer of about 50 μm can be vapor-deposited thereon as the
接地極3bは、水槽2の下部側に配置されている。図1の例では、水槽2は樹脂で形成されており、接地極3bは、水槽2に貯留された被処理水中に水没する位置に設けられている。誘電体バリア放電の放電電流は、被処理水中を経由して接地極3bに流れる構造とする。
The
接地極3bの材質は金属であれば良く、その形状も自由に変更可能である。ただし、誘電体バリア放電の放電電流を確実にアースに導くことができるように構成する。後述の通り、プラズマによって生成する硝酸の影響により、被処理水はpH3程度となることが実験から明らかとなっている。そのため、水槽2の非処理水中に接地極3bを水没させる場合、水中における耐腐食性に優れ、比較的硝酸系の酸にも耐力がある金属として、例えばステンレスを用いると良い。
The material of the
なお、水槽2を金属にて形成した場合には、水槽2をアースに接続することで水槽2に接地極3bの機能を持たせることができて良い。すなわち、被処理水2の水中に配置される接地極3bは、水槽2そのものを含む。ただし、水槽2が金属で形成されている場合、被処理水の水面から気相側に露出した水槽2の内壁面が、電極3aと著しく近くなると、水槽2の内壁面に向かう火花放電が発生することが考えられる。
When the
そのため、図2に示すように、電極3aの側面と水槽2の内壁面との間に、所定の距離を確保すると良い。この距離は、電極3aへの印加電圧、誘電体4の厚み、および減圧チャンバ1の気圧により異なるが、空気の絶縁が1cmあたり30kVであることを考慮すると、50mm以上確保することで火花放電を防止できる。また、水槽2の内壁面の気相に露出する部分を、樹脂コーティング2dを用いて絶縁被覆しても良い。
Therefore, as shown in FIG. 2, it is preferable to secure a predetermined distance between the side surface of the
(電源)
電源5は、一対の電極3に誘電体バリア放電発生用の交流電圧を印加する高圧電源である。電源5は、交流の交番周波数が数kHz~数十kHz、印加電圧は最大で10kV0-p(2~3kV/cm)程度、電源容量は500VA程度のものを用いることができる。電源5は、被処理水の容量等を考慮し、電圧の印加時間を30分以下とした場合に、プラズマ殺菌水の殺菌力のピークが得られる電源を適宜選択すればよい。電源5は、減圧チャンバ1の外部に設けられ、電極3aに接続される。
(power supply)
The
電源装置の回路構成は、数kHz~数十kHzの正弦波、三角波、パルス波で、10kV0-p(2~3kV/cm)程度の交流電圧が発生できるものであれば良い。印加電圧は高い方が処理効率は高くなるが、減圧チャンバ1において気相部が50kPa以下の極低真空に減圧されていることから、10kV0-p(2~3kV/cm)程度の印加電圧でプラズマを進展させることができる。 The circuit configuration of the power supply device may be one that can generate an alternating voltage of about 10 kV 0-p (2 to 3 kV/cm) with a sine wave, triangular wave, or pulse wave of several kHz to several tens of kHz. The higher the applied voltage , the higher the processing efficiency. can develop plasma.
ここで、電源5は、被処理水1Lに対して、10Wh以上、より好ましくは20Wh以上の電力を投入するように構成されている。例えば、3Lの被処理水を180Wで20分処理することで、被処理水1Lに対して20Whの電力を投入することができる。なお、同じ電力量を投入する場合、電力と投入時間が異なっても、トータルの投入電力量が同じであれば、同様の殺菌効果が得られる。本実施形態のプラズマ殺菌水生成装置Aでは、10Wh/L以上の電力を投入すれば、殺菌効果を持つプラズマ処理水が生成される。投入する電力を20Wh/L以上とすることで、生成されたプラズマ殺菌水の殺菌効果が向上される。投入電力量は、電源系統に電力計を搭載すればモニタリング可能である。
Here, the
[2.殺菌水生成工程]
以上のような構成を有するプラズマ殺菌水生成装置Aは、図3に示す通り、以下の工程によりプラズマ殺菌水を生成する。
(1)水槽2に対する被処理水供給工程
(2)減圧チャンバ1の減圧工程
(3)誘電体バリア放電によるプラズマ処理工程
(4)減圧チャンバ1の大気圧開放工程
(5)プラズマ殺菌水の供給工程
[2. Sterilized water generation process]
As shown in FIG. 3, the plasma-sterilized water generator A having the above configuration generates plasma-sterilized water through the following steps.
(1) Process of supplying water to be treated to water tank 2 (2) Process of depressurizing decompression chamber 1 (3) Process of plasma treatment by dielectric barrier discharge (4) Process of releasing
本実施形態における殺菌対象である気化式加湿器は、吸水した加湿フィルタ等のエレメント部に送風することにより気体を加湿する加湿器である。この加湿フィルタは、5~15L程度の液体を吸水する。一般的な外調機には、加湿フィルタが2枚設けられていることが多い。そのため、以下の殺菌水生成工程では、30Lのプラズマ殺菌水を生成するのに適した構成および条件を一例として記載する。 The evaporative humidifier to be sterilized in this embodiment is a humidifier that humidifies gas by blowing air to an element part such as a humidifying filter that absorbs water. This humidifying filter absorbs about 5 to 15 liters of liquid. A typical outdoor air conditioner is often provided with two humidifying filters. Therefore, in the sterilized water generation step below, a configuration and conditions suitable for generating 30 L of plasma sterilized water will be described as an example.
また、プラズマ殺菌水による気化式加湿器の殺菌は、外調機の運転終了後である夜間などに行われることを想定している。従って、上記30Lのプラズマ殺菌水は必ずしも一度に生成する必要がない。プラズマ殺菌水を数Lに分けて複数回生成し、その都度気化式加湿器に供給する構成とすると良い。以下の説明では、5Lのプラズマ殺菌水を6回生成することにより、30Lのプラズマ殺菌水を生成する処理工程を詳述する。 In addition, it is assumed that the sterilization of the evaporative humidifier with plasma sterilization water is performed at night after the operation of the outdoor air conditioner is finished. Therefore, the 30 L of plasma-sterilized water need not necessarily be generated at once. It is preferable that the plasma sterilized water is divided into several liters and generated a plurality of times and supplied to the vaporization type humidifier each time. The following description details the process of producing 30L of plasma-sterilized water by producing 6 times 5L of plasma-sterilized water.
5Lのプラズマ殺菌水を生成する場合に必要な電源容量は、電源容量500VA~1000VAである。また、直径150mm程度の円盤状の電極3aを用い、誘電体4はガラスとすると良い。誘電体4であるガラスの厚みは、電極容量を考慮すると2~3mmとし、十分な強度を持たせた。
The power capacity required to generate 5 L of plasma-sterilized water is 500 VA to 1000 VA. Further, it is preferable to use a disk-shaped
(被処理水供給工程)
被処理水供給工程では、水槽2に被処理水である純水を5L供給する。すなわち、制御装置からの制御信号により、水槽2のバルブ2aが開状態となる。バルブ2aが開放されることにより、外調機の加湿給水用配管に接続された水槽2の給水管Sを介して、水槽2に純水が供給される。ここでは、水槽2に5Lの純水が供給された時点で、制御装置からの制御信号によりバルブ2aは閉状態に戻される。
(Process for supplying water to be treated)
In the water-to-be-treated supply step, 5 L of pure water, which is water to be treated, is supplied to the
(減圧工程)
減圧工程では、減圧チャンバ1の内部の気体を排出し減圧状態とする。すなわち、制御装置からの制御信号により、減圧チャンバ1のバルブ1bが開状態となる。バルブ1bが開放されると、制御装置からの制御信号により、減圧ポンプ1aが稼働する。減圧ポンプ1aは、減圧チャンバ1が極低真空状態となるまで、減圧チャンバ1の内部の気体を吸引して排出する。ここでは極低真空とは、減圧度が50kPa以下の状態を示す。制御装置は、減圧チャンバ1が極低真空状態となった後に、減圧ポンプ1aを停止しバルブ1bを閉状態とする。
(Decompression process)
In the decompression step, the gas inside the
(プラズマ処理工程)
プラズマ処理工程では、誘電体4が被覆された電極3aと、被処理水の水面との間の空間に、誘電体バリア放電によりプラズマを生成する。すなわち、電極3aに電源5からの高電圧が印加されると、被処理水の水面と誘電体4との間の空間に、プラズマが生成される。被処理水が、接地極3bと導通していることから、被処理水の水面と誘電体4との間の空間にプラズマが生成されるのである。この気相において生成されたプラズマにより、被処理水においてラジカル類が生成されるため、プラズマ殺菌水を得ることができる。
(Plasma treatment process)
In the plasma treatment step, plasma is generated by dielectric barrier discharge in the space between the
(大気圧開放工程)
大気圧開放工程では、減圧チャンバ1の減圧を大気圧に開放する。すなわち、制御装置からの制御信号により、減圧チャンバ1のバルブ1bを開状態とする。
(Atmospheric pressure release process)
In the atmospheric pressure release step, the pressure in the
(プラズマ殺菌水供給工程)
プラズマ殺菌水供給工程では、生成されたプラズマ殺菌水を外調機の気化式加湿器に供給する。すなわち、制御装置からの制御信号により、水槽2のバルブ2bが開状態となる。バルブ2bが開放されると、制御装置からの制御信号により、送液ポンプ2cが稼働する。送液ポンプ2cは、水槽2に貯留されている5Lのプラズマ殺菌水が排出されるまで、水槽2の内部のプラズマ殺菌水を吸引して排出する。プラズマ殺菌水の供給配管Dは、外調機の加湿給水用配管に接続されているため、水槽2から排出されたプラズマ殺菌水は外調機の気化式加湿器に供給され気化式加湿器を殺菌する。そして、水槽2の内部のプラズマ殺菌水が全て排出されたときに、制御装置からの制御信号によりバルブ2bは閉状態に戻される。
(Plasma sterilized water supply step)
In the plasma sterilized water supply step, the generated plasma sterilized water is supplied to the evaporative humidifier of the outdoor air conditioner. That is, the
以上のようなプラズマ殺菌水生成工程を6回繰り返すことで、合計30Lのプラズマ殺菌水を生成し、外調機の気化式加湿器に供給する。なお、外調機の気化式加湿器の下部にはドレンパンが設けられている。そのため、気化式加湿器から滴下したプラズマ殺菌水は、このドレンパンを介して外調機の外部に排出される。プラズマ殺菌水のpHは低いが、通常運転時において気化式加湿器に供給される純水により十分に希釈されることから、外調機に腐食等の影響を与えることはない。 By repeating the above plasma-sterilized water generation process six times, a total of 30 L of plasma-sterilized water is generated and supplied to the evaporative humidifier of the outdoor air conditioner. A drain pan is provided below the evaporative humidifier of the outdoor air conditioner. Therefore, the plasma sterilized water dropped from the evaporative humidifier is discharged to the outside of the outdoor air conditioner through this drain pan. Although the pH of the plasma sterilized water is low, it is sufficiently diluted with the pure water supplied to the evaporative humidifier during normal operation, so that it does not corrode the outdoor air conditioner.
[3.プラズマ殺菌水の殺菌原理について]
以下では、本実施形態のプラズマ殺菌水生成装置が生成したプラズマ殺菌水が、殺菌対象を殺菌する原理について説明する。
[3. About the sterilization principle of plasma sterilization water]
Hereinafter, the principle of sterilizing the object to be sterilized by the plasma sterilized water generated by the plasma sterilized water generator of the present embodiment will be described.
まず、気相のプラズマによって生成されるラジカル類の代表的な例として、ヒドロキシラジカル(OH・)やスーパーオキシドアニオンラジカル(O2
-・)、ヒドロペルオキシラジカル(HOO・)などがあり。これらのラジカル類がプラズマ殺菌水に溶存・拡散して殺菌力を発揮する。これまでの研究によれば、高い殺菌力を有するヒドロキシラジカル(OH・)は寿命が非常に短く、殺菌対象液中にほとんど拡散しないとされている。一方、スーパーオキシドアニオンラジカル(O2
-・)は、水中でも数秒間存在でき、式(1)に示す通り、液中の水素イオン(H+)と反応することで極めて殺菌力の高いヒドロペルオキシラジカル(HOO・)を形成するとされる。そして、このヒドロペルオキシラジカル(HOO・)により、液中の菌が殺菌されるとされている。
[O2
-・] + [H+] ⇔ [HOO・] ・・・・(1)
First, representative examples of radicals generated by gas-phase plasma include hydroxyl radicals (OH.), superoxide anion radicals ( O.sub.2- .), and hydroperoxy radicals (HOO.). These radicals are dissolved and diffused in the plasma sterilization water to exhibit sterilization power. According to previous studies, hydroxy radicals (OH.), which have high sterilizing power, have a very short lifespan and hardly diffuse into liquids to be sterilized. On the other hand, the superoxide anion radical (O 2 − .) can exist in water for several seconds, and as shown in formula (1), it reacts with hydrogen ions (H + ) in the liquid, resulting in hydroperoxy It is said to form a radical (HOO.). It is believed that this hydroperoxy radical (HOO.) kills bacteria in the liquid.
[O 2 -・] + [H + ] ⇔ [HOO・] (1)
この平衡反応の酸解離定数がpKa4.8である。そのため、液中のpHが4.8よりも低い状態では式(1)の反応が右に進行し、ヒドロペルオキシラジカル(HOO・)が増加する。そのため、従来のプラズマ殺菌水生成装置では、予め液体のpHを4.8以下に調整することで所望の殺菌力を有するプラズマ殺菌水を得ていた。 The acid dissociation constant for this equilibrium reaction is pKa 4.8. Therefore, when the pH of the liquid is lower than 4.8, the reaction of formula (1) proceeds to the right, and hydroperoxy radicals (HOO.) increase. Therefore, in the conventional plasma-sterilized water generator, plasma-sterilized water having a desired sterilization power was obtained by adjusting the pH of the liquid to 4.8 or less in advance.
本実施形態で得られるプラズマ殺菌水においても、気相の誘電体バリア放電で生成したラジカル類が、被処理水中に溶存・拡散することで殺菌力を得ていると考えられる。その殺菌因子としては、ヒドロペルオキシラジカル(HOO・)であると思われる。ここで、本実施形態のプラズマ殺菌水生成装置Aでは、減圧チャンバ1内部の気相に対し誘電体バリア放電が作用することにより気相が含有する窒素分が酸化され、被処理水中に最終的に硝酸として溶解することが確認されている。そのため、表1に示す通り、自動的にpHが3前後まで低下することが実験データから確認された。
In the plasma-sterilized water obtained in the present embodiment, it is considered that the radicals generated by gas-phase dielectric barrier discharge are dissolved and diffused in the water to be treated to obtain the sterilizing power. The bactericidal factor is believed to be the hydroperoxy radical (HOO.). Here, in the plasma sterilized water generator A of the present embodiment, the dielectric barrier discharge acts on the gas phase inside the
次に、従来の研究では、殺菌力の高いヒドロペルオキシラジカル(HOO・)の供給源としては、過硝酸(ペルオキシ硝酸:HOONO2)が示されている。化学反応などによって合成された過硝酸(HOONO2)は、式(2)に示すように、液中で水素イオン(H+)、スーパーオキシドアニオンラジカル(O2
-・)、二酸化窒素(NO2・)などを生成するとされており、生じたスーパーオキシドアニオンラジカル(O2
-・)は、強酸性条件下で殺菌力の高いヒドロペルオキシラジカル(HOO・)を生成して殺菌力が得られるとされている。
[HOONO2] ⇔ [H+] + [O2
-・] + [NO2・] ・・・・(2)
Next, according to conventional studies, pernitric acid (peroxynitric acid: HOONO 2 ) is shown as a source of hydroperoxy radicals (HOO.) with high sterilizing power. Pernitric acid (HOONO 2 ) synthesized by a chemical reaction or the like is hydrogen ions (H + ), superoxide anion radicals (O 2 − ·), nitrogen dioxide (NO 2・), etc., and the resulting superoxide anion radical (O 2 -・) is said to produce hydroperoxy radicals (HOO・) with high bactericidal activity under strongly acidic conditions, resulting in bactericidal activity. It is
[HOONO 2 ] ⇔ [H + ] + [O 2 - .] + [NO 2. ] (2)
また、過硝酸(HOONO2)の生成機構については、式(3)~式(5)に示す通り、とされている。すなわち、亜硝酸(HNO2)と過酸化水素(H2O2)が反応してペルオキシナイトライト(HOONO)が生成する。そして、酸性下で水素イオン(H+)と反応してニトロニウムイオン(NO2
+)と水(H2O)を生成する。さらに、ニトロニウムイオン(NO2
+)が過酸化水素(H2O2)と反応して過硝酸(HOONO2)と水素イオン(H+)を生成する反応が、強酸性下で進行するとされている。
[HNO2] + [H2O2] → [HOONO] ・・・・(3)
[HOONO] + [H+] ⇔ [NO2
+] + [H2O] ・・・・(4)
[NO2
+] + [H2O2] ⇔ [HOONO2] + [H+] ・・・・(5)
In addition, the mechanism for producing pernitric acid (HOONO 2 ) is said to be as shown in formulas (3) to (5). That is, nitrous acid (HNO 2 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) react to form peroxynitrite (HOONO). Then, it reacts with hydrogen ions (H + ) under acidic conditions to produce nitronium ions (NO 2 + ) and water (H 2 O). Furthermore, the reaction of nitronium ions (NO 2 + ) with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) to produce pernitric acid (HOONO 2 ) and hydrogen ions (H + ) is believed to proceed under strongly acidic conditions. ing.
[HNO 2 ] + [H 2 O 2 ] → [HOONO] (3)
[HOONO] + [H + ] ⇔ [NO 2 + ] + [H 2 O] (4)
[NO 2 + ] + [H 2 O 2 ] ⇔ [HOONO 2 ] + [H + ] (5)
ここで、一般に、大気圧プラズマの放電場では様々な反応生成物が生じており、その中には過酸化水素(H2O2)や亜硝酸(HNO2)も含まれることが報告されている。上記表1に記載の通り、本実施形態のプラズマ殺菌水生成装置Aにて生成したプラズマ殺菌水においては、過酸化水素(H2O2)および硝酸(HNO3)の含有が確認されている。従って、被処理水に誘電体バリア放電が作用することで、過硝酸(HOONO2)の前駆体である亜硝酸(HNO2)と過酸化水素(H2O2)が生成される。この前駆体の生成により、被処理水中に過硝酸(HOONO2)が生成されていると考えられる。 Here, in general, various reaction products are generated in the discharge field of atmospheric pressure plasma, and it has been reported that these include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and nitrous acid (HNO 2 ). there is As shown in Table 1 above, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and nitric acid (HNO 3 ) are confirmed to be contained in the plasma sterilized water produced by the plasma sterilized water generator A of the present embodiment. . Therefore, when the dielectric barrier discharge acts on the water to be treated, nitrous acid (HNO 2 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), which are precursors of pernitric acid (HOONO 2 ), are generated. It is considered that pernitric acid (HOONO 2 ) is generated in the water to be treated due to the generation of this precursor.
上述の通り、プラズマ殺菌水生成装置Aが生成するプラズマ殺菌水のpHは3.1前後の強酸性下である。従って、誘電体バリア放電により亜硝酸(HNO2)と過酸化水素(H2O2)により過硝酸(HOONO2)を生成され、被処理水中に溶解する。これらの物質が、高い殺菌力を持つヒドロペルオキシラジカル(HOO・)の供給源となっていると考えられる。 As described above, the pH of the plasma sterilized water generated by the plasma sterilized water generator A is strongly acidic at around 3.1. Therefore, pernitric acid (HOONO 2 ) is generated from nitrous acid (HNO 2 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) by dielectric barrier discharge and dissolved in the water to be treated. These substances are considered to be the supply sources of hydroperoxy radicals (HOO.) with high bactericidal activity.
[4.実験]
(1)常温のプラズマ殺菌水を用いた実験
本実施形態のプラズマ殺菌水生成装置Aが生成したプラズマ殺菌水について、その殺菌効果を検証した結果を以下に示す。実験に用いたプラズマ殺菌水は、被処理水として常温(約25℃)の純水1Lを用いて生成した。減圧チャンバ1の減圧度は50kPa(abs)とし、電源5の交番周波数を20kHz、印加電圧を10kV0-p(18kVp-p)にて発生させた正弦波により誘電体バリア放電を発生させた。電圧の印加時間、すなわちプラズマの生成時間は、30分とした。
[4. experiment]
(1) Experiment using Plasma Sterilized Water at Normal Temperature The result of verifying the sterilization effect of the plasma sterilized water generated by the plasma sterilized water generator A of the present embodiment is shown below. Plasma sterilized water used in the experiment was generated using 1 L of pure water at room temperature (approximately 25° C.) as water to be treated. The degree of pressure reduction in the
実験は、濃度約108CFU/mLに調整した大腸菌(ATCC13706)懸濁液1mLを採取したアンプルを4つ用意して行った。アンプルのうち、1つには純水を9mL添加して10倍希釈し、濃度約108CFU/mLのコントロール検体とした。残りの3のアンプルには、プラズマ殺菌水を9mL添加して10倍希釈し、試験検体とした。試験検体については、生成直後のプラズマ殺菌水、生成後30分経過したプラズマ殺菌水、および生成後60分経過したプラズマ殺菌水、の3種のプラズマ殺菌水を用いて各試験検体を作成した。コントロール検体と3種の試験検体を培養後、コロニー数をカウントした。
The experiment was performed by preparing four ampoules each containing 1 mL of an E. coli (ATCC13706) suspension adjusted to a concentration of about 10 8 CFU/mL. 9 mL of pure water was added to one of the ampoules and diluted 10-fold to obtain a control sample having a concentration of about 10 8 CFU/mL. To the remaining 3 ampoules, 9 mL of plasma-sterilized water was added and diluted 10-fold to prepare test samples. Three types of plasma-sterilized water were used as test specimens: plasma-sterilized water immediately after generation, plasma-sterilized
コロニー数をカウントした結果を図4に示す。図4より、プラズマ処理直後のプラズマ殺菌水を用いた試験検体の生菌数は、コントロール検体に対して6桁以上減少しており、生成直後のプラズマ殺菌水が強力な殺菌力を有していることが分かる。また、プラズマ処理後30分経過したプラズマ殺菌水を用いた試験検体では、コントロール検体に対して5桁以上生菌が減少しており、十分高い殺菌力を有していた。一方、プラズマ処理後60分経過したプラズマ殺菌水を用いた試験検体では、他の2種のプラズマ殺菌水と比較して殺菌力が低下していることが分かる。
The results of counting the number of colonies are shown in FIG. From Fig. 4, the number of viable bacteria in the test specimen using plasma sterilized water immediately after plasma treatment is reduced by more than 6 orders of magnitude compared to the control specimen, indicating that the plasma sterilized water immediately after plasma treatment has a strong sterilizing power. I know there is. Also, in the test specimen using the plasma-sterilized
以上の結果より、本実施形態のプラズマ殺菌水生成装置Aにより生成された常温のプラズマ殺菌水は、プラズマ処理終了後30分程度は殺菌効果が持続することが確認された。 From the above results, it was confirmed that the normal-temperature plasma-sterilized water produced by the plasma-sterilized water generator A of the present embodiment maintained its sterilizing effect for about 30 minutes after the plasma treatment was finished.
(2)プラズマ殺菌水の殺菌効果に関する実験
本実施形態のプラズマ殺菌水生成装置Aが生成したプラズマ殺菌水の殺菌効果と、殺菌用途に用いられる市販の電解水の殺菌効果を比較した。比較対象とした電解水は、外調機の気化式加湿器の殺菌にも利用されているもので、pH6付近の微酸性の次亜塩素酸水(HCLO)である。以下の実験に用いたプラズマ殺菌水は、純水500mLを用いて生成した。減圧チャンバ1の条件は上記実験(1)と同じである。電圧の印加時間、すなわちプラズマの生成時間は、10分とした。
(2) Experiment on sterilization effect of plasma sterilized water The sterilization effect of plasma sterilized water generated by the plasma sterilized water generator A of the present embodiment was compared with the sterilization effect of commercially available electrolyzed water used for sterilization. The electrolyzed water used for comparison is also used for sterilizing evaporative humidifiers of outdoor air conditioners, and is slightly acidic hypochlorous acid water (HCLO) around
実験方法は、上記の2つの実験と同様であり、大腸菌(ATCC13706)懸濁液1mLを、コントロール検体では純水9mL、試験検体では本実施形態のプラズマ殺菌水生成装置Aが生成したプラズマ殺菌水9mL、比較検体では電解水(微酸性次亜塩素酸水)9mLを用いて、それぞれ10倍希釈した。これら3つの検体を培養してコロニー数をカウントした。 The experimental method is the same as the above two experiments, 1 mL of E. coli (ATCC 13706) suspension, 9 mL of pure water as a control sample, and plasma sterilized water generated by the plasma sterilized water generator A of this embodiment as a test sample. 9 mL, and 9 mL of electrolyzed water (slightly acidic hypochlorous acid water) was used for the comparative sample, and each was diluted 10 times. These three specimens were cultured and colony counts were performed.
図5より、試験検体および比較検体の生菌数は、コントロール検体に対して6桁以上減少し、検出限界に達していた。これより、本実施形態のプラズマ殺菌水生成装置Aが生成したプラズマ殺菌水は、気化式加湿器の殺菌にも用いられる市販の電解水(微酸性次亜塩素酸水)と同等の、強力な殺菌効果を有することが証明された。 From FIG. 5, the number of viable bacteria in the test sample and comparative sample decreased by 6 digits or more compared to the control sample, reaching the detection limit. From this, the plasma sterilized water generated by the plasma sterilized water generator A of the present embodiment is as strong as the commercially available electrolyzed water (slightly acidic hypochlorous acid water) that is also used for sterilizing vaporization humidifiers. It has been proven to have a bactericidal effect.
(3)低温の被処理水を用いた実験
常温(約25℃)の被処理水を用いて生成したプラズマ殺菌水と、冷却状態(約5℃)の被処理水を用いて生成したプラズマ殺菌水の殺菌力の比較を行った。実験に用いたプラズマ殺菌水は、それぞれ純水500mLを用いて生成した。減圧チャンバ1の条件は上記実験(1)と同じである。電圧の印加時間、すなわちプラズマの生成時間は、10分とした。
(3) Experiment using low-temperature water to be treated Plasma sterilization water generated using water to be treated at room temperature (about 25°C) and plasma sterilization generated using water to be treated in a cooled state (about 5°C) We compared the sterilizing power of water. The plasma-sterilized water used in the experiment was generated using 500 mL of pure water. The conditions of
実験は、濃度約108CFU/mLに調整した大腸菌(ATCC13706)懸濁液1mLを採取したアンプルを8つ用意して行った。コントロール検体については、上記(1)と同様に作成した。同じものを冷却した純水にて作成し、冷却した場合のコントロール検体とした。また、3つのアンプルには、プラズマ殺菌水を9mL添加して10倍希釈し、試験検体とした。試験検体については、生成直後のプラズマ殺菌水、生成後30分経過したプラズマ殺菌水、および生成後60分経過したプラズマ殺菌水、の3種のプラズマ殺菌水を用いて各試験検体を作成した。さらに3つのアンプルには、同じものを冷却して生成された各種プラズマ殺菌水にて作成し、冷却した場合の試験検体とした。2種のコントロール検体と6種の試験検体を培養後、コロニー数をカウントした。
The experiment was conducted by preparing eight ampoules each containing 1 mL of an E. coli (ATCC13706) suspension adjusted to a concentration of about 10 8 CFU/mL. A control specimen was prepared in the same manner as in (1) above. The same sample was prepared with cooled pure water and used as a control sample when cooled. In addition, 9 mL of plasma-sterilized water was added to the three ampoules, diluted 10-fold, and used as test samples. Three types of plasma-sterilized water were used as test specimens: plasma-sterilized water immediately after generation, plasma-sterilized
コロニー数をカウントした結果を図6に示す。図6には、被処理水が常温であった場合と冷却されていた場合の結果を並べて示す。まず、常温の被処理水を用いて生成されたプラズマ殺菌水では、プラズマ処理後30分程度は高い殺菌力を有するが、60分経過すると殺菌効果が著しく低下した。一方、5℃程度に冷却した被処理水を用いて生成されたプラズマ殺菌水では、プラズマ処理後60分経過しても、コントロール検体に対して5桁以上菌が減少していた。 The result of counting the number of colonies is shown in FIG. FIG. 6 shows the results when the water to be treated was normal temperature and when the water was cooled. First, the plasma sterilized water produced using the water to be treated at normal temperature had a high sterilizing power for about 30 minutes after the plasma treatment, but the sterilizing effect significantly decreased after 60 minutes. On the other hand, in the plasma-sterilized water produced using the water cooled to about 5°C, the number of bacteria decreased by more than 5 orders of magnitude compared to the control sample even after 60 minutes from the plasma treatment.
上記の通り、プラズマ殺菌水生成装置Aが生成するプラズマ殺菌水には、殺菌因子として過硝酸が含まれる。この過硝酸は、温度上昇により消失するため、被処理水を冷却することにより殺菌因子を長寿命化できたと考えられる。以上の結果より、被処理水の水温を低く保ってプラズマ処理を施すことで、生成されるプラズマ殺菌水の殺菌効果の持続性を向上できることがわかった。 As described above, the plasma sterilized water generated by the plasma sterilized water generator A contains pernitric acid as a sterilizing factor. Since this pernitric acid disappears as the temperature rises, it is thought that cooling the water to be treated could prolong the life of the sterilizing factor. From the above results, it was found that the durability of the sterilizing effect of the generated plasma sterilizing water can be improved by performing the plasma treatment while keeping the temperature of the water to be treated low.
(4)被処理水に対する投入電力量に関する実験
本実施形態のプラズマ殺菌水生成装置Aにより投入される電力量と、生成されたプラズマ殺菌水の殺菌効果の関係を検証した結果を以下に示す。第1の実験に用いたプラズマ殺菌水は、被処理水として冷却した純水4Lを用いて生成した。減圧チャンバ1の条件は上記実験(1)と同じである。そして、電源5は、被処理水4Lに対して、240wの電力を10分間印加した。すなわち、第1の実験における投入電力量は、10Wh/Lである。
(4) Experiment on the amount of power input to water to be treated The results of verification of the relationship between the amount of power input by the plasma sterilized water generator A of this embodiment and the sterilization effect of the generated plasma sterilized water are shown below. The plasma sterilized water used in the first experiment was generated using 4 L of cooled pure water as the water to be treated. The conditions of
実験は、濃度約108CFU/mLに調整した大腸菌(ATCC13706)懸濁液1mLを採取したアンプルを10用意して行った。半分の5つのアンプルには純水を9mL添加して10倍希釈し、濃度約108CFU/mLのコントロール検体とした。残りの5のアンプルには、プラズマ殺菌水を9mL添加して10倍希釈し、試験検体とした。試験検体については、生成直後のプラズマ殺菌水のプラズマ殺菌水を用いて各試験検体を作成した。コントロール検体と試験検体を培養後、コロニー数をカウントした。 The experiment was conducted by preparing 10 ampoules each containing 1 mL of an E. coli (ATCC13706) suspension adjusted to a concentration of about 10 8 CFU/mL. 9 mL of pure water was added to the five halves of the ampules and diluted 10-fold to obtain control samples having a concentration of about 10 8 CFU/mL. To the remaining 5 ampules, 9 mL of plasma-sterilized water was added to dilute 10-fold to prepare test samples. As for test specimens, plasma-sterilized water immediately after production was used to prepare each test specimen. After culturing the control sample and the test sample, the number of colonies was counted.
コロニー数をカウントした結果を図7に示す。図7より、殺菌効果にバラつきはあるものの、3桁~6桁生菌が減少しており、殺菌力を有していることが分かる。以上の結果より、本実施形態のプラズマ殺菌水生成装置Aの電源5を、被処理水1Lに対して10Whの電力を投入する構成とすることで、殺菌力を有するプラズマ殺菌水が生成可能であることが確認された。
The results of counting the number of colonies are shown in FIG. From FIG. 7, although the sterilization effect varies, the number of viable bacteria is reduced by 3 to 6 digits, indicating that it has sterilization power. From the above results, plasma sterilized water having sterilizing power can be generated by configuring the
次に、電源5による投入電力量を増加して第2の実験を行った。第2の実験に用いたプラズマ殺菌水は、被処理水として冷却した純水3Lを用いて生成した。減圧チャンバ1の条件は上記実験(1)と同じである。そして、電源5は、被処理水3Lに対して、180Wの電力を20分間印加した。すなわち、第2の実験における投入電力量は、20Wh/Lである。
Next, a second experiment was conducted by increasing the amount of power supplied by the
実験は、濃度約108CFU/mLに調整した大腸菌(ATCC13706)懸濁液1mLを採取したアンプルを14用意して行った。半分の7つのアンプルには純水を9mL添加して10倍希釈し、濃度約108CFU/mLのコントロール検体とした。残りの7のアンプルには、プラズマ殺菌水を9mL添加して10倍希釈し、試験検体とした。試験検体については、生成直後のプラズマ殺菌水のプラズマ殺菌水を用いて各試験検体を作成した。コントロール検体と試験検体を培養後、コロニー数をカウントした。 The experiment was conducted by preparing 14 ampoules each containing 1 mL of an E. coli (ATCC13706) suspension adjusted to a concentration of about 10 8 CFU/mL. 9 mL of pure water was added to the seven halves of the ampules to dilute them 10-fold to obtain control samples having a concentration of about 10 8 CFU/mL. To the remaining 7 ampoules, 9 mL of plasma-sterilized water was added to dilute 10-fold to prepare test samples. As for test specimens, plasma-sterilized water immediately after production was used to prepare each test specimen. After culturing the control sample and the test sample, the number of colonies was counted.
コロニー数をカウントした結果を図8に示す。図8より、第2の実験では、1つを除くほぼすべての検体において、6桁以上生菌が減少しており、非常に高い殺菌力を有していることが分かる。以上の結果より、本実施形態のプラズマ殺菌水生成装置Aの電源5を、被処理水1Lに対して20Whの電力を投入する構成とすることで、より高い殺菌力を有するプラズマ殺菌水を確実に生成可能であることが確認された。
The results of counting the number of colonies are shown in FIG. From FIG. 8, in the second experiment, viable bacteria decreased by 6 digits or more in almost all the samples except one, indicating that the sample has extremely high bactericidal activity. From the above results, by configuring the
(5)被処理水に対する投入電力量の検討
本実施形態のプラズマ殺菌水生成装置Aの電源5が投入する電力と、投入時間が生成されたプラズマ殺菌水に与える影響を検討した。具体的には、プラズマ殺菌水Aとして、被処理水として冷却した純水3Lに対して、180Wの電力を20分間印加した殺菌水を用意した。プラズマ殺菌水Aに対する電力投入量は20Wh/Lである。また、プラズマ殺菌水Bとして、被処理水として冷却した純水4Lに対して、400Wの電力を10分間印加した殺菌水を用意した。プラズマ殺菌水Bに対する電力投入量は17Wh/Lである。
(5) Investigation of amount of electric power supplied to water to be treated A study was conducted on the power supplied by the
実験は、濃度約108CFU/mLに調整した大腸菌(ATCC13706)懸濁液1mLを採取したアンプルを10用意して行った。5つのアンプルには純水を9mL添加して10倍希釈し、濃度約108CFU/mLのコントロール検体とした。残りのアンプルのうち、3つのアンプルには、プラズマ殺菌水Aを9mL添加して10倍希釈し、試験検体とした。また、2つのアンプルには、プラズマ殺菌水Bを9mL添加して10倍希釈し、試験検体とした。試験検体については、生成直後のプラズマ殺菌水のプラズマ殺菌水を用いて各試験検体を作成した。コントロール検体と試験検体を培養後、コロニー数をカウントした。 The experiment was conducted by preparing 10 ampoules each containing 1 mL of an E. coli (ATCC13706) suspension adjusted to a concentration of about 10 8 CFU/mL. 9 mL of pure water was added to each of the five ampoules and diluted 10-fold to obtain a control sample having a concentration of about 10 8 CFU/mL. Of the remaining ampules, 9 mL of plasma-sterilized water A was added to 3 ampules, diluted 10-fold, and used as test samples. In addition, 9 mL of plasma sterilized water B was added to the two ampoules and diluted 10-fold to prepare test samples. As for test specimens, plasma-sterilized water immediately after production was used to prepare each test specimen. After culturing the control sample and the test sample, the number of colonies was counted.
コロニー数をカウントした結果を図9に示す。図9より、プラズマ殺菌水Aを用いた場合と、プラズマ殺菌水Bを用いた場合では、どちらも6桁以上生菌が減少しており、非常に高い殺菌力を有していることが分かる。すなわち、ほぼ同じ電力量を投入する場合であれば、電力と投入時間が異なっても、トータルの電力量に基づいた殺菌力を有するプラズマ殺菌水が生成可能であることが確認された。 The results of counting the number of colonies are shown in FIG. From FIG. 9, it can be seen that both the cases of using plasma sterilized water A and the case of using plasma sterilized water B have reduced viable bacteria by more than 6 orders of magnitude, and have extremely high sterilizing power. . In other words, it was confirmed that plasma sterilized water having a sterilizing power based on the total amount of electric power can be generated if substantially the same amount of electric power is applied, even if the electric power and the input time are different.
(6)被処理水量と水温に関する実験
上記(1)に記載の実験の通り、被処理水の水量が1L以下である場合には、常温でプラズマ処理を行っても殺菌力を有するプラズマ殺菌水を生成することが可能であった。そこで、本実験では、被処理水として常温(約25℃)の純水2Lに増加させて生成された常温のプラズマ殺菌水の殺菌力を検証した。
(6) Experiments on the amount of water to be treated and water temperature As in the experiment described in (1) above, when the amount of water to be treated is 1 L or less, the plasma sterilized water has sterilizing power even when the plasma treatment is performed at room temperature. It was possible to generate Therefore, in this experiment, the sterilizing power of room temperature plasma sterilized water produced by increasing the amount of pure water at room temperature (approximately 25° C.) to 2 L as the water to be treated was verified.
減圧チャンバ1の条件は上記実験(1)と同じである。まず、電源5が、常温の被処理水2Lに対して、180Wの電力を20分間印加したものを、常温のプラズマ殺菌水Cとした。次に、電源5が、常温の被処理水2Lに対して、180Wの電力を30分間印加したものを、常温のプラズマ殺菌水Dとした。
The conditions of
実験は、濃度約108CFU/mLに調整した大腸菌(ATCC13706)懸濁液1mLを採取したアンプルを5つ用意して行った。コントロール検体については、上記(1)と同様に作成した。残りの4つアンプルには、生成後1分間静置したプラズマ殺菌水C、D、および生成後30分間静置したプラズマ殺菌水CおよびDをそれぞれ9mL添加して10倍希釈し、試験検体とした。コントロール検体と試験検体を培養後、コロニー数をカウントした。 The experiment was performed by preparing five ampoules each containing 1 mL of an E. coli (ATCC13706) suspension adjusted to a concentration of about 10 8 CFU/mL. A control specimen was prepared in the same manner as in (1) above. To the remaining four ampules, 9 mL each of plasma-sterilized water C and D left standing for 1 minute after generation and plasma-sterilized water C and D left standing for 30 minutes after generation were added and diluted 10-fold, and the test sample and did. After culturing the control sample and the test sample, the number of colonies was counted.
コロニー数をカウントした結果を図10に示す。なお、図10では、コントロール検体のコロニー数はグラフ上部に点線で示している。図10より、静置時間を問わず、プラズマ殺菌水Cおよびプラズマ殺菌水Dのいずれもが、十分な殺菌力を有していなかった。なお、被処理水2Lに対して、投入電力量を330W×20分、および330W×30分としてプラズマ殺菌水を生成しても殺菌効果を得ることはできなかった。この結果は、被処理水の水量が増加する場合、プラズマのパワーを増加させる必要が生じ、被処理後の水温が上昇することに原因があると考えられた。上記実験では、プラズマ処理開始前の被処理水の温度は20℃程度であったものの、処理後の被処理水の温度は30~40℃であった。プラズマ放電による水温上昇により、殺菌因子が分解され、殺菌効果がなくなっていることが予想された。 The results of counting the number of colonies are shown in FIG. In addition, in FIG. 10, the number of colonies of the control specimen is indicated by a dotted line at the top of the graph. From FIG. 10, neither the plasma sterilized water C nor the plasma sterilized water D had sufficient sterilizing power regardless of the standing time. Even if the plasma sterilizing water was generated with the input power of 330 W×20 minutes and 330 W×30 minutes with respect to 2 L of the water to be treated, no sterilizing effect could be obtained. It was considered that this result was caused by the fact that when the amount of water to be treated increases, the plasma power needs to be increased, and the temperature of the water to be treated rises. In the above experiment, the temperature of the water to be treated was about 20.degree. It was expected that the bactericidal factor was decomposed due to the water temperature rise caused by the plasma discharge, and the bactericidal effect was lost.
そこで、プラズマ処理工程時において、純水2Lを2℃に冷却して同様の実験を行った。まず、電源5が、被処理水に対して、180Wの電力を10分間印加したものを、常温のプラズマ殺菌水Eとした。次に、電源5が、の被処理水に対して、180Wの電力を20分間印加したものを、常温のプラズマ殺菌水Fとした。最後に、電源5が、被処理水に対して、180Wの電力を30分間印加したものを、常温のプラズマ殺菌水Gとした。
Therefore, a similar experiment was conducted by cooling 2 L of pure water to 2° C. during the plasma treatment process. First, the
実験は、濃度約108CFU/mLに調整した大腸菌(ATCC13706)懸濁液1mLを採取したアンプルを13用意して行った。コントロール検体については、上記(1)と同様に作成した。残りの12のアンプルのうち、2つのアンプルには、生成後1分間静置したプラズマ殺菌水Eを9mL添加して10倍希釈し、試験検体とした。他の2つのアンプルには、生成後1分間静置したプラズマ殺菌水Fを9mL添加して10倍希釈し、試験検体とした。また他の2つのアンプルには、生成後1分間静置したプラズマ殺菌水Gを9mL添加して10倍希釈し、試験検体とした。さらに残りの6つのアンプについては、生成後30分間静置したプラズマ殺菌水E、F、Gを用いて、同様に試験検体を作成した。コントロール検体と試験検体を培養後、コロニー数をカウントした。 The experiment was conducted by preparing 13 ampoules containing 1 mL of E. coli (ATCC13706) suspension adjusted to a concentration of about 10 8 CFU/mL. A control specimen was prepared in the same manner as in (1) above. Of the remaining 12 ampoules, 9 mL of plasma-sterilized water E left to stand for 1 minute after production was added to 2 ampoules, diluted 10-fold, and used as test samples. To the other two ampules, 9 mL of plasma-sterilized water F, which had been left standing for 1 minute after generation, was added and diluted 10-fold to prepare test samples. To the other two ampoules, 9 mL of plasma-sterilized water G, which had been left standing for 1 minute after generation, was added and diluted 10-fold to prepare test specimens. Furthermore, for the remaining six amplifiers, test specimens were prepared in the same manner using plasma-sterilized water E, F, and G that had been allowed to stand for 30 minutes after generation. After culturing the control sample and the test sample, the number of colonies was counted.
コロニー数をカウントした結果を図11に示す。図11より、生成後1分間静置したプラズマ殺菌水では、5桁以上生菌が減少しており、十分な殺菌効果が得られていた。特に、電力投入量が30Wh/L以上であるプラズマ殺菌水FおよびGでは、6桁以上生菌が減少しており、強力な殺菌効果を有するプラズマ殺菌水が得られていることが分かった。被処理水が2L以上である場合には、被処理水を冷却することで殺菌効果を有するプラズマ殺菌水を生成できることが確認できた。 The results of counting the number of colonies are shown in FIG. As shown in FIG. 11, the plasma sterilized water left standing for 1 minute after generation reduced viable bacteria by five orders of magnitude or more, and sufficient sterilization effect was obtained. In particular, in the plasma-sterilized water F and G, in which the amount of power input is 30 Wh/L or more, viable bacteria are reduced by six orders of magnitude or more, indicating that the plasma-sterilized water having a strong sterilizing effect is obtained. It was confirmed that plasma sterilizing water having a sterilizing effect can be generated by cooling the water to be treated when the volume of the water to be treated is 2 L or more.
また、図11より、生成後30分静置されたプラズマ殺菌水では、殺菌効果が得られなかった。本実験では、プラズマ処理中のみ被処理水を冷却したため、静置中にプラズマ殺菌水の水温が上昇し、殺菌因子が分解されたと考えられる。 Further, from FIG. 11, the plasma sterilized water left standing for 30 minutes after generation did not have a sterilizing effect. In this experiment, since the water to be treated was cooled only during the plasma treatment, the water temperature of the plasma sterilized water rose during standing, and the sterilization factors were decomposed.
(7)冷却温度と投入電力量に関する実験
本実施形態のプラズマ殺菌水生成装置Aにおいて、冷却機構による冷却温度と、投入電力量が生成されたプラズマ殺菌水に与える影響を検討した。減圧チャンバ1の条件は上記実験(1)と同じである。電源5が、2℃に冷却された被処理水3Lに対して、180Wの電力を10分間印加したものプラズマ殺菌水Hとした。電源5が、2℃に冷却された被処理水3Lに対して、180Wの電力を20分間印加したものプラズマ殺菌水Iとした。電源5が、2℃に冷却された被処理水3Lに対して、180Wの電力を30分間印加したものプラズマ殺菌水Jとした。
(7) Experiment on Cooling Temperature and Input Power Amount In the plasma sterilizing water generator A of the present embodiment, the effect of the cooling temperature by the cooling mechanism and the input power amount on the generated plasma sterilizing water was examined. The conditions of
また、電源5が、10℃に冷却された被処理水3Lに対して、180Wの電力を10分間印加したものプラズマ殺菌水Kとした。電源5が、10℃に冷却された被処理水3Lに対して、180Wの電力を20分間印加したものプラズマ殺菌水Lとした。電源5が、10℃に冷却された被処理水3Lに対して、180Wの電力を30分間印加したものプラズマ殺菌水Mとした。
Plasma sterilized water K was obtained by applying power of 180 W to 3 L of water cooled to 10° C. for 10 minutes by the
実験は、濃度約108CFU/mLに調整した大腸菌(ATCC13706)懸濁液1mLを採取したアンプルを7つ用意して行った。コントロール検体については、上記(1)と同様に作成した。残りの6のアンプルには、放電時間10分のプラズマ殺菌水H、K、放電時間20分のプラズマ殺菌水I、L、および放電時間30分のプラズマ殺菌水J、Mをそれぞれ9mL添加して10倍希釈し、試験検体とした。試験検体については、生成直後のプラズマ殺菌水のプラズマ殺菌水を用いて各試験検体を作成した。コントロール検体と試験検体を培養後、コロニー数をカウントした。 The experiment was performed by preparing seven ampoules each containing 1 mL of an E. coli (ATCC13706) suspension adjusted to a concentration of about 10 8 CFU/mL. A control specimen was prepared in the same manner as in (1) above. To the remaining 6 ampoules, 9 mL each of plasma sterilized water H and K with a discharge time of 10 minutes, plasma sterilized water I and L with a discharge time of 20 minutes, and plasma sterilized water J and M with a discharge time of 30 minutes were added. It was diluted 10 times and used as a test sample. As for test specimens, plasma-sterilized water immediately after production was used to prepare each test specimen. After culturing the control sample and the test sample, the number of colonies was counted.
コロニー数をカウントした結果を図12に示す。なお、図12では、コントロール検体のコロニー数はグラフ上部に点線で示している。図12より、電力投入量が15Wh/Lであったプラズマ殺菌水HとGを比較すると、被処理水が2℃に冷却されたプラズマ殺菌水Hでは、5桁以上生菌が減少しており、殺菌効果が得られていた。一方、被処理水が10度に冷却されたプラズマ殺菌水Kでは、十分な殺菌効果が得られていなかった。 The results of counting the number of colonies are shown in FIG. In addition, in FIG. 12, the number of colonies of the control specimen is indicated by a dotted line at the top of the graph. From FIG. 12, comparing plasma sterilized water H and G with a power input of 15 Wh/L, the plasma sterilized water H, in which the water to be treated is cooled to 2°C, has a five-digit reduction in viable bacteria. , had a bactericidal effect. On the other hand, the plasma sterilized water K in which the water to be treated was cooled to 10°C did not provide a sufficient sterilization effect.
一方、電力投入量が20Wh/L以上であるプラズマ殺菌水I、L、J、およびMでは、冷却温度に関わらず、6桁以上生菌が減少しており、優れた殺菌効果が得られていた。以上の結果より、冷却温度は10℃以下のより低い温度が好ましいことが確認された。また、電力投入量を20Wh/Lとすることで、殺菌力の高いプラズマ殺菌水が生成できることが分かった。 On the other hand, in plasma sterilized water I, L, J, and M, which have power inputs of 20 Wh/L or more, viable bacteria are reduced by six orders or more regardless of the cooling temperature, and an excellent sterilization effect is obtained. rice field. From the above results, it was confirmed that a lower cooling temperature of 10° C. or lower is preferable. It was also found that plasma sterilized water with high sterilizing power can be generated by setting the power input amount to 20 Wh/L.
(8)プラズマ殺菌水の保管温度に関する実験
上記(6)の実験より、冷却してプラズマ処理を行っても、30分間静置した場合には殺菌効果が低減することが分かった。そこで、プラズマ殺菌水の保管温度についてさらに検討を行った。図13(a)は、同一のプラズマ殺菌水について、保管温度を5℃、12℃、14℃、および20℃とし、プラズマ殺菌水の殺菌効果の持続時間を測定した結果である。この結果より、冷却温度が低いほど、殺菌効果の持続時間が長いことが分かった。
(8) Experiment on Storage Temperature of Plasma Sterilized Water From the experiment (6) above, it was found that the sterilization effect was reduced when the plasma treatment was performed after cooling for 30 minutes. Therefore, we further investigated the storage temperature of the plasma sterilized water. FIG. 13(a) shows the results of measuring the duration of the sterilizing effect of plasma sterilized water at storage temperatures of 5° C., 12° C., 14° C., and 20° C. for the same plasma sterilized water. From this result, it was found that the lower the cooling temperature, the longer the duration of the sterilization effect.
図13(a)の結果から、図13(b)のグラフを作成し、殺菌効果の持続時間と保管温度の関係を求めたところ、30分間殺菌効果を持続させるためには7℃以下に冷却する必要があることが分かった。プラズマ殺菌水生成装置Aで生成されたプラズマ殺菌水は、殺菌対象への供給スピードを考慮して、ある程度の殺菌効果を持続させる必要がある。プラズマ殺菌水の保管温度を7℃以下とすることで、供給時間を考慮した構成とできることが分かった。 From the results of FIG. 13(a), the graph of FIG. 13(b) was created to determine the relationship between the duration of the sterilization effect and the storage temperature. I found that I needed to. The plasma sterilized water generated by the plasma sterilized water generator A needs to maintain its sterilizing effect to some extent in consideration of the supply speed to the object to be sterilized. It was found that by setting the storage temperature of the plasma sterilized water to 7° C. or lower, it is possible to take the supply time into account.
(9)プラズマ処理時の冷却温度と保管温度に関する実験
上記(7)の実験より、プラズマ処理時の冷却温度は、10℃以下とすることが好ましいことが分かった。また、上記(8)の実験より、生成されたプラズマ殺菌水の保管温度は7℃以下とすることが好ましいことが分かった。冷却エネルギーを生成時、保管時で共通化するために、処理温度と、保管温度を10℃と7℃で共通化して検証した。
(9) Experiment on Cooling Temperature and Storage Temperature During Plasma Processing From the experiment (7) above, it was found that the cooling temperature during plasma processing is preferably 10° C. or less. Also, from the experiment (8) above, it was found that the storage temperature of the generated plasma-sterilized water is preferably 7° C. or lower. In order to standardize the cooling energy for generation and storage, the processing temperature and storage temperature were standardized at 10°C and 7°C for verification.
図14(a)は、処理温度と保管温度をともに10℃とした場合の、保管時間と殺菌効果の関係を示すグラフである。図14(a)より、10℃処理・10℃保管の条件では、プラズマ処理後は高い殺菌効果があるものの、バラつきもあり、時間の経過とともに殺菌効果が弱まっていることが分かった。また、図14(b)は、処理温度と保管温度をともに7℃とした場合の、保管時間と殺菌効果の関係を示すグラフである。図14(b)より、7℃処理・7℃保管の条件では、プラズマ処理直後から30分経過しても、6桁以上生菌が減少しており、プラズマ殺菌水の殺菌効果が高い状態で持続されることが分かった。以上より、処理温度と保管温度を共通化する場合には、保管温度を基準として、双方における冷却温度を7℃以下とすることが好ましいことが確認された。 FIG. 14(a) is a graph showing the relationship between storage time and sterilization effect when the treatment temperature and storage temperature are both 10°C. From FIG. 14(a), it was found that under the conditions of 10° C. treatment and 10° C. storage, although a high sterilization effect was obtained after plasma treatment, there was variation, and the sterilization effect weakened over time. FIG. 14(b) is a graph showing the relationship between storage time and sterilization effect when the treatment temperature and storage temperature are both 7°C. From FIG. 14(b), under the conditions of 7°C treatment and 7°C storage, even after 30 minutes from immediately after plasma treatment, viable bacteria decreased by more than 6 orders of magnitude, indicating that the sterilization effect of plasma sterilization water is high. found to persist. From the above, it was confirmed that when the processing temperature and the storage temperature are shared, it is preferable to set the cooling temperature for both to 7° C. or lower with the storage temperature as the standard.
[5.作用効果]
以上のような本実施形態のプラズマ殺菌水生成装置の作用効果は、以下のとおりである。
(1)減圧チャンバ1と、減圧チャンバ1の内部に配置され、被処理水を貯留する箱型の水槽2と、減圧チャンバ1の内部に配置される一対の電極3と、一対の電極3に交流電圧を印加する電源5と、を有し、一対の電極3は、水槽2に貯留された被処理水の水面上方に位置するように設けられた平板状の電極3aと、平板状の電極3aの下面側に設けられ、水槽2に貯留された被処理水の水面と空間を介して対向する誘電体4と、水槽2に貯留された被処理水中に位置するように設けられた接地極3bと、を有し、減圧チャンバ1には、減圧チャンバ1の内部が極低真空となるように気相雰囲気を減圧する減圧ポンプ1aが接続されている。
[5. Action effect]
The effects of the plasma sterilized water generator of the present embodiment as described above are as follows.
(1) A
以上の構成により、誘電体4が被覆された電極3aと、被処理水の水面との間の空間に、誘電体バリア放電によりプラズマを生成することが可能となる。この気相において生成されたプラズマにより、被処理水においてラジカル類が生成されるため、高い殺菌効果を有するプラズマ殺菌水を得ることができる。
With the above configuration, plasma can be generated by dielectric barrier discharge in the space between the
また、減圧ポンプ1aが、減圧チャンバ1の気相雰囲気を減圧することにより、誘電体バリア放電の発生に必要な印加電圧が低下される。気相雰囲気の減圧は、減圧チャンバ1が極低真空状態となればよいため、比較的安価なポンプを用いても、減圧チャンバ1を極低真空状態とすることができる。
In addition, the decompression pump 1a decompresses the gas phase atmosphere in the
(2)電源5は、被処理水1Lあたり10Wh以上の電力を投入するように構成されている。
(2) The
電源5の投入電力を10Wh/Lとすることで、殺菌効果を有するプラズマ殺菌水を得ることができる。投入電力と投入時間が異なっても、トータルの投入電力量が同じであれば、同様の殺菌効果を有するプラズマ殺菌水を得ることができる。従って、投入電力により、得られるプラズマ殺菌水の殺菌効果を制御することが可能となる。
Plasma sterilized water having a sterilizing effect can be obtained by setting the input power of the
(3)水槽2には、純水を供給する給水管Sが接続されている。
(3) A water supply pipe S for supplying pure water is connected to the
被処理水として純水を用いることで、生成されるプラズマ殺菌水の殺菌効果を高めることができる。 By using pure water as the water to be treated, the sterilization effect of the generated plasma sterilized water can be enhanced.
(4)プラズマ殺菌水生成装置Aにより生成されたプラズマ殺菌水が供給される殺菌対象が外調機の気化式加湿器であり、給水管Sが、外調機において気化式加湿器に純水を滴下水として供給する加湿給水用配管に接続されている。 (4) The sterilization target to which the plasma sterilized water generated by the plasma sterilized water generator A is supplied is the evaporative humidifier of the outdoor air conditioner, and the water supply pipe S is connected to the evaporative humidifier in the outdoor air conditioner with pure water. is connected to a humidifying water supply pipe that supplies water as drip water.
給水管Sを加湿給水用配管に接続することで、外調機で用いられる純水を被処理水として水槽2に供給することができる。従って、プラズマ殺菌水生成装置Aのために純水供給ラインを確保する必要がなくなるため、より安価かつ簡易な構造のプラズマ殺菌水生成装置Aを提供することが可能となる。
By connecting the water supply pipe S to the humidifying water supply pipe, the pure water used in the outdoor air conditioner can be supplied to the
(5)プラズマ殺菌水生成装置Aにより生成されたプラズマ殺菌水が供給される殺菌対象が外調機の気化式加湿器であり、水槽2には、殺菌対象に対してプラズマ殺菌水を供給する供給配管Dが接続され、供給配管Dが、外調機において気化式加湿器に純水を滴下水として供給する加湿給水用配管に接続されている請求項1-5いずれか1項に記載のプラズマ殺菌水生成装置。 (5) The object to be sterilized to which the plasma sterilized water generated by the plasma sterilized water generator A is supplied is the evaporative humidifier of the outdoor air conditioner. The supply pipe D is connected, and the supply pipe D is connected to a humidification water supply pipe that supplies pure water as drip water to an evaporative humidifier in the outdoor air conditioner. Plasma sterilized water generator.
供給配管Dを加湿給水用配管に接続することで、加湿用滴下ヘッダーを含む外調機側の構成を用いてプラズマ殺菌水を殺菌水である気化式加湿器に供給することができる。プラズマ殺菌水供給用の配管を外調機側に設ける必要がなくなるため、より安価かつ簡易な構造のプラズマ殺菌水生成装置を提供することが可能となる。 By connecting the supply pipe D to the humidifying water supply pipe, plasma sterilized water can be supplied to the evaporative humidifier, which is sterilized water, using the structure of the outdoor air conditioner including the humidifying drip header. Since there is no need to provide a pipe for supplying plasma-sterilized water on the outdoor air conditioner side, it is possible to provide a plasma-sterilized water generator that is less expensive and has a simpler structure.
(6)水槽2が金属で形成されアース接続されることにより接地極3bとなる。
(6) The
以上のように構成することで、接地極3bを水槽2の内部に別途設ける必要が無くなる。よって、より安価かつ簡易な構造のプラズマ殺菌水生成装置を提供することが可能となる。
With the configuration as described above, the need to separately provide the
(7)水槽2には、水槽2に貯留された被処理水中に位置するように、攪拌装置が設けられている。
(7) The
水槽2の内部に撹拌装置を設けることで、被処理水の水量が多く、水深が深い場合であっても、被処理水全体に対して誘電体バリア放電を施すことが可能となる。そのため、高い殺菌効果を有するプラズマ殺菌水を生成することができる。また、殺菌対象に供給されるプラズマ殺菌水の殺菌力を一定に保つことができる。
By providing an agitating device inside the
(8)水槽2には、被処理水を冷却する冷却装置が設けられ、プラズマ処理中の被処理水を10℃以下に冷却する。
(8) The
冷却装置によりプラズマ処理中の被処理水を10℃以下に冷却することで、強力な殺菌力を有するプラズマ殺菌水を生成することができる。 By cooling the water to be treated to 10° C. or less during the plasma treatment with the cooling device, it is possible to generate plasma sterilized water having strong sterilizing power.
(9)水槽2には、被処理水を冷却する冷却装置が設けられ、生成されたプラズマ殺菌水を7℃以下に冷却する
(9) The
冷却装置により、生成後のプラズマ殺菌水を7℃以下に冷却して保管することで、プラズマ殺菌水の殺菌効果を長期に渡り持続させることが可能となる。 By cooling the produced plasma-sterilized water to 7° C. or less by the cooling device and storing it, the sterilizing effect of the plasma-sterilized water can be maintained for a long period of time.
(10)誘電体4と水槽2に貯留された被処理水の水面との間の空間は、5mm以上10mm以下である。
(10) The space between the dielectric 4 and the surface of the water to be treated stored in the
誘電体4と被処理水との間の空間を、5mm以上10mm以下とすることで、適度な印加電圧で放電可能とすることができる。また、振動等により、誘電体4と被処理水が接触することが防止される。 By setting the space between the dielectric 4 and the water to be treated to 5 mm or more and 10 mm or less, it is possible to discharge with an appropriate applied voltage. Moreover, contact between the dielectric 4 and the water to be treated due to vibration or the like is prevented.
(11)水槽2の内壁面と平板状の電極3aの側面との間に、50mm以上の空間が設けられている。
(11) A space of 50 mm or more is provided between the inner wall surface of the
水槽2が金属で形成されている場合、被処理水の水面から気相側に露出した水槽2の内壁面が、電極3aと著しく近い場合には、水槽2の内壁面に向かう火花放電が発生することが考えられる。水槽2の内壁面と平板状の電極3aの側面との間の空間を、50mm以上確保することで火花放電を防止できる。
When the
[その他の実施の形態]
(1)上記実施形態では、水槽2に被処理水を冷却する冷却装置を設けるとした。しかし、外調機の冷却コイルの冷媒として用いられる空調用冷水(通常7℃程度)を被処理水として用いてもよい。すなわち、外調機の空調用冷水の供給配管に、水槽2の給水管Sを接続することができる。プラズマ処理開始時の水温を低くすることで、プラズマ殺菌水の水温を低く保つことが可能である。従って、生成されたプラズマ殺菌水の殺菌力を長時間持続させることができる。
[Other embodiments]
(1) In the above embodiment, the
(2)上記実施形態に記載した投入電力量を用いたプラズマ殺菌水生成装置Aの制御は、被処理水の水量と電力に基づいて制御装置が電圧印加時間を算出して制御する構成としても良い。上記実施形態では制御装置はプラズマ殺菌水生成装置Aに内蔵されていることを想定しているが、外部の制御装置がプラズマ殺菌水生成装置Aに接続されている構成としても良い。制御装置は、コンピュータを所定のプログラムで制御することによって、若しくは専用の電子回路によって実現できる。なお、被処理水の水量、投入電力量および電圧印加時間は、ユーザが入力する構成とすることもできる。 (2) The control of the plasma sterilized water generator A using the input power amount described in the above embodiment may be configured such that the control device calculates and controls the voltage application time based on the amount of water to be treated and the power. good. In the above embodiment, it is assumed that the controller is built in the plasma sterilized water generator A, but an external controller may be connected to the plasma sterilized water generator A. The controller can be realized by controlling a computer with a predetermined program or by a dedicated electronic circuit. It should be noted that the amount of water to be treated, the amount of electric power supplied, and the voltage application time can also be configured to be input by the user.
(3)殺菌対象が外調機の気化式加湿器である場合、外調機の空調運転停止後に気化式加湿器の乾燥運転を実施すると良い。プラズマ殺菌水生成装置が生成したプラズマ殺菌水が加湿エレメント部に浸み込みやすくなり、プラズマ殺菌水による殺菌効果を向上させることができる。 (3) When the object to be sterilized is the evaporative humidifier of the outdoor air conditioner, it is preferable to perform the drying operation of the evaporative humidifier after stopping the air conditioning operation of the outdoor air conditioner. The plasma sterilized water generated by the plasma sterilized water generator can easily permeate the humidifying element, and the sterilization effect of the plasma sterilized water can be improved.
(4)上記実施形態では、殺菌対象を外調機の気化式加湿器として説明したが、殺菌対象はこれに限定されない。例えば、家庭用気化式加湿器、家庭用気化式加湿機能付き空気清浄機などに応用可能である。これらの機器は、気化式加湿用のエレメント(濾材、フィルター)の一部が、加湿用貯水部の水に常時接触、もしくは回転しながら接触している構造が多い。よって、その加湿用貯水部の水に対して誘電体バリア放電を作用させることで、加湿用の水の殺菌、および加湿用の水を含浸する気化式加湿器エレメント(濾材、フィルター)の殺菌が可能となる。 (4) In the above embodiment, the object to be sterilized is the evaporative humidifier of the outdoor air conditioner, but the object to be sterilized is not limited to this. For example, it can be applied to household evaporative humidifiers, household evaporative humidifying air cleaners, and the like. Many of these devices have a structure in which a part of the evaporative humidification element (filter material, filter) is in contact with the water in the humidification water reservoir at all times or while rotating. Therefore, by applying a dielectric barrier discharge to the water in the humidifying reservoir, the humidifying water is sterilized, and the evaporative humidifier element (filter material, filter) impregnated with the humidifying water is sterilized. It becomes possible.
A プラズマ殺菌水生成装置
1 減圧チャンバ
E 排気ダクト
1a 減圧ポンプ
1b バルブ
2 水槽
S 給水管
2a バルブ
D 供給配管
2b バルブ
2c 送液ポンプ
3a 電極
3b 接地極
4 誘電体
5 電源
A Plasma sterilized
Claims (11)
前記減圧チャンバの内部に配置され、被処理水を貯留する箱型の水槽と、
前記減圧チャンバの内部に配置される一対の電極と、
前記一対の電極に交流電圧を印加する電源と、を有し、
前記一対の電極は、
前記水槽に貯留された被処理水の水面上方に位置するように設けられた平板状の電極と、
前記平板状の電極の下面側に設けられ、前記水槽に貯留された被処理水の水面と空間を介して対向する誘電体と、
前記水槽に貯留された被処理水中に位置するように設けられた接地極と、を有し、
前記減圧チャンバには、前記減圧チャンバの内部が極低真空となるように気相雰囲気を減圧する減圧ポンプが接続され、
前記水槽には、殺菌対象に対してプラズマ殺菌水を供給する供給配管が接続され、
前記電源は、前記被処理水1Lあたり10Wh以上の電力を投入するように構成されているプラズマ殺菌水生成装置。 a vacuum chamber;
a box-shaped water tank arranged inside the decompression chamber for storing the water to be treated;
a pair of electrodes arranged inside the decompression chamber;
a power supply that applies an alternating voltage to the pair of electrodes,
the pair of electrodes,
a plate-shaped electrode provided so as to be positioned above the water surface of the water to be treated stored in the water tank;
a dielectric provided on the lower surface side of the flat electrode and facing the water surface of the water to be treated stored in the water tank with a space therebetween;
a ground electrode provided so as to be positioned in the water to be treated stored in the water tank;
A decompression pump is connected to the decompression chamber for decompressing the gas phase atmosphere so that the inside of the decompression chamber becomes an extremely low vacuum,
A supply pipe for supplying plasma sterilized water to a sterilization target is connected to the water tank,
The plasma sterilized water generating apparatus, wherein the power supply is configured to supply power of 10 Wh or more per liter of the water to be treated.
前記給水管が、前記外調機において前記気化式加湿器に純水を滴下水として供給する加湿給水用配管に接続されている請求項3に記載のプラズマ殺菌水生成装置。 The object to be sterilized to which the plasma sterilized water generated by the plasma sterilized water generator is supplied is an evaporative humidifier of an outdoor air conditioner,
4. The plasma sterilized water generating apparatus according to claim 3, wherein said water supply pipe is connected to a humidification water supply pipe for supplying pure water as drip water to said evaporative humidifier in said outdoor air conditioner.
前記供給配管が、前記外調機において前記気化式加湿器に純水を滴下水として供給する加湿給水用配管に接続されている請求項1-4いずれか1項に記載のプラズマ殺菌水生成装置。 The object to be sterilized to which the plasma sterilized water generated by the plasma sterilized water generator is supplied is an evaporative humidifier of an outdoor air conditioner,
The plasma sterilized water generating apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the supply pipe is connected to a humidification water supply pipe that supplies pure water as drip water to the evaporative humidifier in the outdoor air conditioner. .
The plasma sterilized water generating apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein a space of 50 mm or more is provided between the inner wall surface of the water tank and the side surface of the flat electrode.
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