JP4654982B2 - 活性粒子発生装置 - Google Patents
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まず、ファン2が外部の気体1を供給口4から取り込み、通気路3を経て電離室5内に導く。
この電離室5内には、複数の金属針電極7と、この金属針電極7と対向して配置された誘電体9に密着して取り付けられた金属平板接地電極8とが両電極7,8間の間隔(ギャップ長)を数mmとして配設されており、両電極7,8間に数kVの交流高電圧を印加すると、金属針電極7の先端近傍に、高い電界がかかり、コロナ放電と呼ばれる放電が起こる。
そして、気体1が放電中の電離室5内に導かれると、気体1に含まれる酸素分子等と電子が衝突して酸素分子等がイオン化し、気体1にイオンが含まれることになる。
そこで、オゾンを含むイオン化された気体10が流れる通気路3内の下流側に通気路3から電気的に絶縁してオゾン分解室11にオゾン分解触媒を配置し、このオゾン分解触媒によりオゾンを含むイオン化された気体10からオゾンを除去し、オゾンを含まないイオン化された気体13を作り出している。
一方、オゾンを用いて微生物の増殖を抑制する場合、0.1ppm以上のオゾン濃度で処理することが必要であるが、0.1ppm以上の濃度域では、オゾンが有する高酸化力のために、例えば食品によっては変色・変質したり、機材が腐食するなどの問題点があった。
以下、本発明の実施の形態を図について説明する。
図1は本発明の実施の形態1による微生物繁殖防止装置を示す構成図である。図において、1は外部の気体、2は気体1を取り込むファン、3はファン2により取り込まれた気体1が通気する通気路、4は気体1を取り込む供給口、5は通気路3内に設置され、下記の活性粒子発生電極間に高電圧を印加することにより起こる放電により取り込まれた気体1をイオン化するとともにオゾン化する活性粒子発生室で、この場合は電離室、6は絶縁材料からなるブッシング、7,8は活性粒子発生電極で、この場合はタングステン、ステンレス鋼、ニッケルなどの金属材料からなる金属針電極7と、金属針電極7と対向して配置された金属平板接地電極、10は電離室5でイオン化された、オゾンを含むイオン化された気体(イオン化気体と記す)、14は微生物が繁殖する物体、21は金属針電極7の近傍で放電を起こすための高電圧の源となる電力を供給する入力電源、22は入力電源21から供給された一次電圧を変換および昇圧する昇圧変換器、23は昇圧変換器22で昇圧された高電圧をパルス化するパルス変換器である。なお、本実施の形態では、入力電源21は交流100Vとし、昇圧変換器22により、入力された交流100Vは負極性の直流高電圧として出力されるケースについて説明する。
まず、ファン2が外部の気体1を供給口4から取り込み、通気路3を介して電離室5内に導く。
この電離室5内には、複数の金属針電極7と、この金属針電極7と対向して配置された金属平板接地電極8とが、金属針電極7と金属平板接地電極8との間隔(ギャップ長)を数mmに保持して設けられている。ここで、昇圧変換器22によって作られ、パルス変換器23によってパルス化された数kVの負極性直流パルス高電圧を金属針電極7に印加すると、金属針電極7の先端近傍に、高い電界がかかり、コロナ放電が起こる。
なお、オゾンは酸化力が強くオゾン濃度が高くなると、人体に有害であるとともに、構成物体の材料を腐食する虞れがあるため、イオン化気体10中のオゾン濃度は安全であるとされている作業基準値の0.1ppm以下になるように制御する必要がある。また、このようなオゾンを含んだ気体を食品保存などに適用する場合、実験によれば、オゾン濃度が0.05ppmを越えると、食品そのものを変質・変色させてしまうことがわかり、オゾンを含んだ気体を使用する際には、オゾン濃度は0.05ppm以下にしなければならないことが明らかになった。
また、このときのイオン化空気10中のイオン濃度は、微生物が繁殖している物体14の状態にもよるが、実験によれば、空気中に通常存在するイオン濃度(数10〜100個/cm3 程度)の数百倍程度にする必要があり、この濃度域に達すると増殖を防止される微生物(細菌類)が現れてくる。しかし、好ましくはその1000倍以上のイオン濃度、すなわち104個/cm3以上にするのが、様々な微生物の増殖を防止するのに有効である。従って、104個/cm3以上の高濃度のイオンを含むイオン化気体を供給するようにしている。
以上のように、微生物が繁殖(付着)した物体14表面に対してイオンおよびオゾンが継続して供給されることになるので、イオンとオゾンの相乗効果により、どちらか一方では微生物の繁殖を抑制できない濃度域でも、微生物の増殖を抑えられることになる。
図2は印加電圧のパルス周波数と負イオンおよびオゾン発生量との関係を示した特性図である。実線の特性曲線はパルス周波数と負イオン発生量との関係を、破線の特性曲線はパルス周波数とオゾン発生量との関係を示している。この実験例は、長さ1cmの金属針電極7を5mm間隔で5本配置し、この金属針電極7と、幅1cm、長さ3cmの金属平板接地電極8のギャップ長を10mm、金属針電極7に印加される負極性直流パルス高電圧のゼロピーク電圧を8kV、両電極間を通過する空気の風速を約1m/sとし、供給する空気の温度を20℃、湿度を60%として測定したものである。
例えば、パルス周波数を500Hzとした場合、ガス流量50L/minの空気中のオゾン濃度を0.03ppmに維持しながら、負イオン濃度を3×106 個/cm3 にすることができる。
このように、パルス周波数を制御することにより、オゾン濃度を低濃度域に保ちながら、負イオン濃度を高められることが分かる。
なお、微生物が繁殖する物体(シャーレ)14に供給する空気1の温度は20℃、湿度は80〜90%とし、負イオン濃度約106個/cm3で、オゾン濃度 0.03ppmのオゾンを含んだイオン化空気10で3日間連続的に処理した。
比較項目として、負イオンおよびオゾンともに発生させずに20℃の空気で処理した場合、負イオン濃度約106 個/cm3 で、オゾン濃度0.002ppm以下の20℃のイオン化空気で処理した場合、およびオゾン濃度0.05ppmで、負イオン濃度約102 個/cm3 以下の20℃のオゾン化空気で処理した場合を加えた。
また、オゾンを含んだイオン化空気10で処理した寒天培地を、処理を止めて、そのまま室温(約20℃)に放置した場合、バクテリアの再増殖はほとんど認められなかった。
また、胞子を形成する好気性の桿菌であるバチルス(Bacillus)属細菌等や、真菌類であるカビ等についても同様の効果が得られ、増殖を抑制することができると考えられる。
図4は本発明の実施の形態2による微生物繁殖防止装置を示す構成図であり、図において、26は入力電源21から供給される交流電圧を直流電圧に変換する整流器、27は直流電圧を蓄えるコンデンサ、28は直流電圧をパルス化するパルス発振器、29は直流パルス電圧を昇圧するパルストランスである。ここで、パルス発生器はコンデンサ27、パルス発振器28、パルストランス29で構成されている。なお、入力電源21から供給される電圧が直流電圧である場合は、整流器26は必要ない。
まず、ファン2が外部の気体1を供給口4から取り込み、通気路3を介して電離室5内に導く。
この電離室5内には、複数の金属針電極7と、この金属針電極7と対向して配置された金属平板接地電極8が、金属針電極7と金属平板接地電極8との間隔(ギャップ長)を数mmに保持して設けられている。
なお、上述したように、オゾンは酸化力が強くオゾン濃度が高くなると有害であるため、イオン化気体10中のオゾン濃度は作業基準値の0.1ppm以下になるように制御されている。
而して、微生物が繁殖した物体14表面に対してイオンおよびオゾンが継続して供給されることになるので、イオンとオゾンの相乗効果により、どちらか一方では微生物の繁殖を抑制できない濃度域でも、微生物の増殖を抑えられることになる。
なお、本実施の形態では、直流電圧をパルス発振器28によりパルス化した後、パルストランス29で昇圧して、直流パルス高電圧を作り出しているので、パルス発振器28に耐高電圧のものを使用する必要がなくなり、装置コストが安くなる。
上記実施の形態2では、直流電圧をパルス発振器28によりパルス化した後、パルストランス29で昇圧して、直流パルス高電圧を作り出すものを示したが、図5の回路図で示したような電気回路を用いて、直流パルス高電圧を作り出すようにしても同様の効果が得られる。図において、30a〜30dは抵抗、31a〜31eはダイオード、32a,32bはコンデンサ、33はサイリスタ、34は昇圧トランスで、これらでパルス発生器を構成している。
本実施例では、パルストランスを使用する必要がなく、通常のトランスを使用できるため、簡便で装置コストを低減できる。
上記実施の形態1では、電離室5内の金属針電極7に負極性の直流パルス高電圧を印加するようにして、放電時に流れる電流を制御することによって、オゾン濃度を低く維持しつつ、負イオン濃度をできるだけ高めたイオン化気体10を発生させる場合の例を示したが、図6の構成図に示すように、金属針電極7と対向して配置された金属平板接地電極8上に、セラミック、ガラス、石英等の誘電材料からなる平板状の誘電体9を蒸着または密着により取り付けるとともに、金属針電極7に直流高電圧を印加して、放電時に流れる電流を抑制するようにしても、オゾン濃度を低く維持しつつ、負イオン濃度をできるだけ高めたイオン化気体10を発生させることができ、同様の微生物増殖抑制効果が得られる。誘電体9は放電電流制御手段として作用する。
この実験例では、長さ1cmの金属針電極7を5mm間隔で5本配置し、この金属針電極7と、厚さ0.5mm の誘電体9を密着した幅1cm、長さ3cmの金属平板接地電極8のギャップ長を10mm、金属針電極7に印加される負極性直流高電圧のゼロピーク電圧を8kV、両電極間を通過する空気の風速を 約50cm/sとし、供給する空気の温度を20℃、湿度を60%とした。
以上のように、この参考例によれば、イオン化された気体10のイオン濃度を十分高く維持しながら、オゾンを低濃度に維持できることがわかる。
また、この参考例では、パルス変換器23を使用せずに、誘電体9の厚みを変更して、オゾンの発生量を低減化するとともに、制御しているので、装置構成が簡単で、装置を簡便に安く製作することができる効果がある。
図7は本発明の実施の形態4による微生物繁殖防止装置を示す構成図であり、図において、35は微生物が繁殖する物体14を収納する空間を有するとともに、電離室5において発生したオゾンを含むイオン化気体10が供給されるイオン供給室である。
まず、ファン2がイオン供給室35内部の気体1を供給口4から取り込み、通気路3を経て電離室5内に導く。
この電離室5内には、複数の金属針電極7と、この金属針電極7と対向して配置された金属平板接地電極8が、金属針電極7と金属平板接地電極8との間隔(ギャップ長)を数mmに保持して設けられている。ここで、昇圧変換器22によって作られ、パルス変換器23によってパルス化された数kVの負極性直流パルス高電圧を金属針電極7に印加すると、金属針電極7の先端近傍に、高い電界がかかり、コロナ放電が起こる。
なお、オゾンは酸化力が強くオゾン濃度が高くなると有害であるため、気体10中のオゾン濃度は作業基準値の0.1ppm以下になるように制御されている。
以上のように、微生物が繁殖した物体14表面およびその物体14を収納している空間に対してイオンおよびオゾンが継続して供給されることになるので、イオンとオゾンの相乗効果により、物体14表面にすでに存在している微生物およびイオン供給室35内の空間に浮遊し、物体14表面に落下して新たに増殖を開始する微生物の増殖を抑えられることになる。
なお、電離室5内の金属針電極7に約−10kVの電圧を印加して、イオン供給室35内の負イオン濃度は約105個/cm3とし、オゾン濃度は約0.05ppmとした。
図8は本発明の実施の形態5による微生物繁殖防止装置を示す構成図であり、図において、36は気体流制御手段で、この場合は金属針電極7と金属平板接地電極8の間の空間に気体1を強制的に流すとともに、気体流路断面を狭め両電極7,8間に流れる気体1の流速を速めるガス流方向制御板である。
まず、ファン2が外部の気体1を供給口4から取り込み、通気路3を経てガス流方向制御板36に導く。
このガス流方向制御板36に導かれた気体1は、ガス流方向制御板36により流れる方向を変更され、電離室5内に設けられた複数の金属針電極7と、この金属針電極7と対向して配置された金属平板接地電極8との間の放電空間に供給される。ここで、昇圧変換器22によって作られ、パルス変換器23によってパルス化された数kVの負極性直流パルス高電圧を金属針電極7に印加すると、金属針電極7の先端近傍に、高い電界がかかり、コロナ放電が起こる。
このことから、両電極7,8間に流す気体1の流速を高めることにより、オゾンの生成量を抑制しながら、気体1中に高濃度の負イオンを発生させることができるようになることが分かる。
このようにして生成した低濃度のオゾンおよび高濃度のイオンを含んだイオン化気体10が微生物が繁殖している物体14に供給されると、上記実施の形態と同様、イオンとオゾンの相乗効果により微生物の増殖を抑えられる。
上記実施の形態5では、金属針電極7と金属平板接地電極8間の放電空間に、ガス流方向制御板36により気体1を流すものを示したが、図9の電離室5部分を示す模式斜視図に示したように、電離室5内において、0.1〜0.2mm程度の複数の金属細線24と、この金属細線24と対向して配置された金属格子状接地電極25を設けるとともに、この金属細線24の上流側にガス流方向制御板36を設けて、金属細線電極24近傍のみに気体1が流れるようにし、気体流路を絞って気体1の流速が速くなるようにしても同様の効果が得られる。
また、放電電極を金属細線としていることにより、金属細線近傍に気体1を流す際の圧力損失を小さくすることができ、大風量の気体をながすことができる効果がある。
図10は本発明の実施の形態7による微生物繁殖防止装置を示す構成図であり、図において、37は一方の通気路内に設置され、ファン2により取り込まれる気体1中のオゾンを分解するためのオゾン分解装置であり、本実施の形態では二酸化マンガン、活性アルミナ等のオゾン分解触媒が用いられている。また、38は一方の通気路と他方の通気路の合流部分に設けられ、オゾン分解装置37を通過する気体1の流量と通過しない気体1の流量の比率を制御し、電離室5に取り込まれる気体中のオゾン濃度を調節するガス流量制御装置である。このオゾン分解装置とガス流量制御装置でオゾン濃度調節手段を構成している。
まず、ファン2およびガス流量制御装置38により、オゾン分解装置37を通過する気体1と通過しない気体1が、ある混合比率で混合されて取り込まれ、通気路3を介して電離室5内に導かれる。
この電離室5内には、複数の金属針電極7と、この金属針電極7と対向して配置された金属平板接地電極8が、金属針電極7と金属平板接地電極8との間隔(ギャップ長)を数mmに保持して設けられている。ここで、昇圧変換器22によって作られ、パルス変換器23によってパルス化された数kVの負極性直流パルス高電圧を金属針電極7に印加されると、金属針電極7の先端近傍に、高い電界がかかり、コロナ放電が起こる。
これにより、微生物が繁殖する物体14に供給するオゾンを含んだイオン化気体10中のオゾン濃度を制御しやすくなるとともに、高濃度に達すると有害であるオゾンを低い濃度域に維持でき、安全で効率的に微生物の増殖を防止することができる。
上記実施の形態7では、オゾン分解装置37とガス流量制御装置38により、電離室5に吸入される気体1中のオゾン濃度が一定に維持されるものを示したが、図11の構成図に示したように、電離室5の上流側に、オゾン分解用加熱電線39を設けて、オゾン分解用加熱電線39の温度が一定になるように制御して、気体1中のオゾンが常に一定量分解されるようにして、電離室5に吸入される気体1中のオゾン濃度が一定に維持されるようにしても同様の効果が得られる。
また、部品点数を低減でき、装置の構成が簡単で、制御が容易になる。
図12は本発明の実施の形態9による微生物繁殖防止装置を示す構成図であり、図において、40は金属針電極7に流れ込む電流値を測定する電流計、41は電流計40からの入力信号を受けて、昇圧変換器22に出力信号を送る制御装置である。
まず、ファン2が外部の気体1を供給口4から取り込み、通気路3を介して電離室5内に導く。
この電離室5内には、複数の金属針電極7と、この金属針電極7と対向して配置された金属平板接地電極8が、金属針電極7と金属平板接地電極8との間隔(ギャップ長)を数mmに保持して設けられている。ここで、昇圧変換器22によって作られ、パルス変換器23によってパルス化された数kVの負極性直流パルス高電圧を金属針電極7に印加すると、金属針電極7の先端近傍に、高い電界がかかり、コロナ放電が起こり、低濃度のオゾンと負イオンが含まれたイオン化気体10が生成される。
さらにまた、異常電流が流れた場合は、金属針電極7に高電圧を印加することを停止でき、火災などが発生するのを未然に防止することができる。
これにより、微生物が繁殖する物体14に供給するオゾンを含んだイオン化気体10中のオゾン濃度を制御しやすくなるとともに、高濃度に達すると有害であるオゾンを低い濃度域に維持でき、安全で効率的に微生物の増殖を防止することができる。
上記実施の形態9では、電流計40により、金属針電極7に流れ込む電流値を計測し、制御装置41を介して電流計40から昇圧変換器22に信号を送り、金属針電極7に印加される電圧が低減させるようにして、気体1中のオゾン濃度が一定に維持されるものを示したが、図13の構成図で示したように、金属平板接地電極8とアースとの間に、電流計40を設けて、両電極7,8間に流れる放電電流を測定するようにしても同様の効果が得られる。
また、電流計40を高電圧が印加されていない部分に設置しているので、電流計40の仕様を高電圧仕様にする必要がなく、装置コストを低減できる効果がある。
Claims (1)
- 活性粒子発生電極が設けられ、上記電極間に直流電圧を印加することにより起こる放電により、取り込まれた酸素を含む気体をイオン化およびオゾン化する活性粒子発生室と、上記活性粒子発生電極に供給する直流電圧を間欠的にするパルス発生器とを備え、上記直流電圧は負極性であり、イオンによる連続処理及び上記パルス発生器のパルス周波数の値を制御してオゾンによる間欠処理を行うことを特徴とする活性粒子発生装置。
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