JP4789988B2 - 水の殺菌装置、その水の殺菌装置を用いた空調機、手乾燥機、加湿器 - Google Patents

Description

この発明は、汚染水などを殺菌処理する殺菌装置、その殺菌装置を備える空調機、手乾燥機および加湿器に関するものである。

近年、高電圧パルス等を利用する排水処理装置およびその処理方法が知られている。水面に対して、また、水中内で高電圧パルスを用いることにより、水分子と浮遊分子の分離／凝集／脱色／殺菌／化学物質分解を行い、排水処理をすることができるという特徴を持つ。従来例の排水処理装置においては、高電圧パルス印加電極と対向電極間を例えば１〜１０ｃｍに近接配置して、印加電極に１０〜１５ｋＶ／ｃｍ以上の高電圧パルスを例えば５０ｎｓ以上印加すると両電極間に短絡による放電が生じ、放電による衝撃波を利用して分離凝集等の排水処理を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、大口径の排水処理装置の一部側面を凹設して対向電極と高電圧パルス印加電極を収納する狭域空間を設け、該狭域空間において電気分解用電圧の印加により発生した気泡とプラズマにより、前記狭域空間より処理槽内に衝撃波を伝搬可能に構成している。また、流れ方向に沿って、対向電極と高電圧パルス印加電極が位置されるように、前記狭域空間近傍に処理水導入通路を設け、処理水導入通路での水分子と浮遊分子の分離／凝集／脱色殺菌／化学物質の分解等を一連の操作にて行うことを可能としている。

特開２００１−２５２６６５号公報

しかしながら、従来の高電圧パルス放電を用いた排水処理装置および方法では、流れ方向に沿って対向電極と高電圧パルス印加電極が位置されているため、水量が低下し、対向電極、高電圧パルス印加電極のどちらかが処理水に接触せず、その結果、処理水内で放電が発生せず、十分な殺菌効果が得られないという問題があった。また、高電圧パルス印加電極のみが処理水と接しなかった場合、水面に向かった放電が起こる。この放電が生じると、電力が消費されるだけで処理水を効率的に殺菌できないという問題があった。更に、このような放電を起こさないように、水位センサーなどにより、水位を感知しながら、処理水を殺菌しなければならないという課題もあった。

この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、被処理水量に関係なく、また、水位センサーなどにより、被処理水位を検知することなく、長期的に安定し、高い殺菌効率を得ることができる水の殺菌装置とその水の殺菌装置を用いた空調機、手乾燥機および加湿器を提供することを目的としている。

この発明に係る水の殺菌装置は、ドレンパンの被処理水面が上下する水の殺菌装置であって、被処理水面の上方から設けられた棒状の高電圧電極および高電圧電極と並列に配置された接地電極で構成され被処理水面からの高さ方向の距離が同等となる電極対と、電極対の対をなす電極間の抵抗値を測定する抵抗測定器と、抵抗値を用いて電極対と被処理水面との位置関係を判断し、電極対が同時に水の中に浸漬された場合には電極対の対をなす電極間に高電圧パルスを印加して放電させ、電極対が同時に被処理水面より高くなった場合には放電を停止させる制御手段とを備える。

この発明に係る水の殺菌装置の効果は、被処理水の水位に関係なく、高電圧パルスによる放電と同時に発生する被処理水の噴流により、被処理水を効率的に殺菌できる殺菌装置を提供できることである。また、殺菌に寄与しない放電を停止することができ、投入電力当たりの殺菌効率を最大限に高くすることができる殺菌装置を提供することができる効果がある。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る殺菌装置を示す概略断面図である。
この発明の実施の形態１に係る殺菌装置１は、図１に示すように、棒状の高電圧電極２と接地電極３とを対とする放電電極６、高電圧電極２を被覆する絶縁体４、被処理水８が貯えられる処理槽７、および、高電圧電極２と接地電極３の間に高電圧パルスを発生する電源９を備える。
高電圧電極２と接地電極３とが所定の間隙を設けて、処理槽７内で被処理水８に浸漬された状態で並列に配置されている。

次に、この発明の実施の形態１に係る殺菌装置１を用いた殺菌方法の動作原理について、図１を参照して説明する。
処理槽７内に被処理水８を入れて、電源９により、高電圧電極２と接地電極３との間に、２〜５０ｋＶ／ｃｍ、１００Ｈｚ〜２０，０００Ｈｚの負極性の高電圧パルスを印加し、放電を行う。
水中を浮遊する微生物や細菌は、放電時、高電圧電極２付近でのプラズマ発生により形成されるＯＨ、Ｈ、Ｏ、Ｏ_２ ⁻、Ｏ⁻、Ｈ_２Ｏ_２などの活性種および放電領域での発熱や、それにより生じる衝撃波により、処理される。ここでは、微生物、カビ、細菌などを破壊、消滅させることを殺菌と称している。

また、高電圧電極２および接地電極３が水中に設置され、高電圧電極２に２〜５０ｋＶ／ｃｍ、１００Ｈｚ〜２０，０００Ｈｚの負極性の高電圧パルスを印加し、放電を行うと、高電圧電極２より接地電極３に向かう噴流が生じる。この噴流に伴い、処理槽７内の被処理水８も流れを生じ、被処理水８に含まれる菌や微生物も次々に高電圧電極２に向かって流れ込み、高電圧電極２の先端部２ａでのプラズマにより、効率よく殺菌される。このように噴流が発生するような放電を行うことにより、滞留した被処理水８であっても被処理水８全体の微生物や菌を殺菌することが可能となる。

次に、電極間に噴流の生じる理由を説明する。上述のように、２〜５０ｋＶ／ｃｍ、１００Ｈｚ〜２０，０００Ｈｚの負極性の高電圧パルスを印加すると、高電圧電極２先端近傍で放電が起こり、そのエネルギーにより水が蒸発・気化することにより水蒸気が発生し、それが気泡となる。また、同時に高電圧電極２で電気分解が生じ、反応式（１）による水素（Ｈ_２）の気泡も発生する。

２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→ Ｈ_２ （１）

水のクラスタ構造は水分子（Ｈ_２Ｏ）と、これが電離して生じたＨ^＋とＯＨ⁻から構成されている。気泡表面の界面はＨ^＋とＯＨ⁻が集まりやすい特徴があり、気泡周辺の水に比べて、これらのイオン密度が高くなる傾向がある。特に、集まりやすさは、ＯＨ⁻の方が強く、気泡界面は負に帯電している場合が多い。

しかし、高電圧電極２に負極性の高電圧パルスを印加すると、高電圧電極２と接地電極３間に発生する電気力線は、接地電極３から高電圧電極２に向かう。そのため、高電圧電極２近傍で発生した気泡は、放電によって発生した電子の気泡への付着、且つ気泡自体が負に帯電しているため、接地電極３側に向かって移動する。このため、高電圧電極２側から接地電極３側に向かう気泡による噴流が発生する。

通常、気泡は発生したガスの集合体であり、浮力が重力より大きくなる気泡の大きさ（数ｍｍ）になると浮力により上方に向かって移動する。これに対して、本発明によって発生する気泡は、高電圧電極２付近で生じるとすぐに、電界の作用により高電圧電極２から接地電極３に向かって移動する。これは、本発明での気泡の大きさは、発生直後の直径が０．１μｍ〜数μｍ、発生後５００ｍｓでも直径１００〜数１００μｍと微細であるためである。また、これらの気泡は放電により生じているため、同極性に帯電しており、反発しあって気泡が結合して大きくなるのが防がれるためと考えられる。

次に、絶縁体４から高電圧電極２が突き出した長さ（出先長さ）Ｌと、高電圧電極２と接地電極３の長さ（ギャップ長Ｍ）の比と、電極間に生じる噴流の関係について説明する。図２は、絶縁体４から高電圧電極２の出先長さ／ギャップ長の比と電界強度および噴流速度の関係を示した図である。出先長さ／ギャップ長比が０〜０．２程度までであれば、高電圧電極２付近の電界強度が高くなり、噴流が起こっていることがわかる。また、それ以上になると、ほとんど噴流が起こらず、噴流による殺菌効果向上が望めないこともわかった。このため、放電ギャップ長２０ｍｍ以下の範囲において、顕著に噴流速度が増大する「出先長さ／ギャップ長比が０．１以下」となる範囲になるように、高電圧電極２と絶縁体４からの出先長さおよびギャップ長を調節する必要がある。

図３に示すように、高電圧電極２の先端部２ａおよび接地電極３の先端部３ａの両者より処理水面１０が上にある場合、高電圧電極２に負極性の高電圧パルスを印加すると、高電圧電極２の先端部２ａ近傍に不平等電界が発生し、高電圧電極２の先端部２ａ近傍で放電が発生する。このように放電が発生すると、前述したように、高電圧電極２から接地電極３に向かう噴流が発生し、高電圧電極２の先端部２ａの近傍に、水中の微生物が次々と流れ込み、殺菌される。

図４に示すように、高電圧電極２の先端部２ａおよび接地電極３の先端部３ａの両者よりも処理水面１０が下にある場合、空気中に存在している高電圧電極２に負極性の高電圧パルスを印加することになる。この場合、電圧の値を高くしていくと、空間でも絶縁破壊が起こり、放電が生じる。しかし、この放電では、水中の微生物はまったく殺菌できないため、本課題としては、まったく無意味な放電が起こっていることになる。したがって、このような場合に備えて、放電は起こらないように、高電圧電極２と接地電極３の間の距離を十分に大きくしておく必要がある。すなわち、空間の電界強度が３００Ｖ／ｍｍ以下になるようにしておく必要がある。

次に、高電圧電極２および接地電極３の高さが異なる場合を説明する。
図５に示すように、高電圧電極２の先端部２ａが接地電極３の先端部３ａより下にある場合、高電圧電極２に負極性の高電圧パルスを印加すると、放電が開始する。しかし、水は接地につながっていないため、電荷の行き場がなくなり、水は高電圧電極２と同等の電位になり、放電が停止する。このように放電が停止するため、水中の微生物は殺菌することはできなくなる。しかし、帯電した水の近傍に接地電極２がある場合、水と接地電極２の間の空間で放電が生じる。この放電も水中の殺菌に対する影響は全くないため、この放電も生じさせないようにする必要がある。この際には、高電圧電極２に高電圧パルスを印加する前に、高電圧電極２と接地電極３の間の抵抗値を測定するようにすることが有効である。その抵抗値が小さい場合は、電極が水中に存在すると判断し、高電圧電極２に高電圧パルスを印加するようにして、放電を開始する。一方、その抵抗値が大きい場合は、電極が空中に存在すると判断し、放電を行うことを停止する。このように運用することにより、水を殺菌する際に無効な放電を起こさないようにすることができる。
また、高電圧電極２と接地電極３の間の抵抗値の代わりに、高電圧電極２と接地電極３の間の静電容量を測定するようにしても同等の効果が得られる。すなわち、その静電容量が小さい場合は、電極が水中に存在すると判断し、高電圧電極２に高電圧パルスを印加するようにして、放電を開始する。一方、その静電容量が大きい場合は、電極が空中に存在すると判断し、放電を行うことを停止する。

一方、図６に示すように、高電圧電極２の先端部２ａが接地電極３の先端部３ａより上にある場合、高電圧電極２に負極性の高電圧パルスを印加すると、導電体の水に接地電極３が浸かっているため、水は電極となり、高電圧電極２から水に向かって、気中放電が起こる。気中放電は、高電圧電極２と水表面でのみ放電が起こるため、水中の殺菌を行うことはできず、その殺菌効果は水中放電に比べ著しく小さい。そのため、このような放電は起こさないようにする方が望ましい。この場合、高電圧電極２に流れる電流をモニタリングし、その値によって放電を停止するようにすることが有効である。すなわち、気中放電と水中放電を比較すると、水中放電に比べて気中放電で流れる放電電流は小さいため、通常動作の電流値を制御機器にインプットしておき、その値に対して５０％以上小さくなった場合は、気中放電が発生していると判断して、高電圧電極２への高電圧パルスの供給を停止する。このように、放電電流をモニタリングしておくことにより、放電の可否を判断するようにすることにより、無効な放電を停止することができ、高効率な水殺菌装置を実現することができる。

次に、接地電極３の材料に関して説明する。
正極となる接地電極３では、電気分解が生じ、反応式（２）による水素イオン（Ｈ^＋）が発生する。そのため、電極付近のｐＨは３付近まで低下する。

２Ｈ_２Ｏ→ Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ （２）

また、正極となるため、処理水中の陰イオン（Ｃｌ^‐などのハロゲンイオン、ＳＯ_４ ^２‐、ＮＯ_３ ^‐）が凝集する。そのため、接地電極材料としては、ｐＨ１、ハロゲンイオンなどなどに耐性のある白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）などの金属を用いるのがよい。また、耐性の弱いチタン（Ｔｉ）に白金などをメッキしたものを用いても良い。
形状としては、平板の他、円盤状、棒状、線状であってもよく、大きさに制限されない。なお、耐性の弱い金属チタンなどを用いる場合は、メッシュ形状の表面積の大きいものを用いるのが望ましい。

次に、高電圧電極２の形状および材料に関して説明する。
処理水中で放電を生じさせるためには、絶縁破壊を起こさせるために電界を集中させる必要がある。そのため、高電圧電極２は針電極形状が良い。その直径は１．０ｍｍ以下であれば良い。望ましくは、低周波数（１００Ｈｚ程度）においてもプラズマを発生させることができる直径０．１ｍｍ〜０．０５ｍｍであれば良い。
高電圧電極２の材料は、水中で使用されるため、ｐＨ５〜８、酸化還元電位ＯＲＰ程度で、腐食しない金属であるチタン、白金、金などが望ましい。

また、針の先端に強い電界を作用させるために、針先端部分を残して、絶縁する必要がある。高電圧電極２と対向に配置された接地電極３との間での放電により、熱が発生し、被覆された絶縁体４が高温になる。このため、高電圧電極２を被覆する絶縁体４は、高電圧パルスの放電により発生する熱に耐え得るもので、耐熱性を有するものであることが望ましく、特に、高周波（１ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ）の場合、高電圧電極２の温度が１０００℃にもなり、絶縁体４は、軟化温度又は分解温度のいずれか低い方が３００℃以上である耐熱性を有する材料であるものが望ましく、吸水率が低く、熱伝導性のよいものが適している。例えば、その条件を満たす材料としては、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、セラミックスやガラスが挙げられる。

また、絶縁体４の厚みを２ｍｍ以下とすることにより、放熱性が改善され、絶縁体４に樹脂を使ったものでも変形や劣化を抑制することができる。
また、絶縁体４は、その熱膨張率が、使用する電極材料の熱膨張率に近いものが望ましい。これにより、高電圧電極２の電極材料の金属に絶縁体４を被覆成形する際に、両材料が同じ速度で収縮しながら固化され、金属と絶縁体との密着性を向上させることができ、使用時の温度上昇に伴う応力を低減し、安定した動作を期待することができる。
また、高電圧電極２と接地電極３との間隙は１〜５０ｍｍであれば良く、望ましくは５〜２０ｍｍであれば良い。
処理槽７は、絶縁体であることが好ましく、例えばアクリル樹脂、ガラスなどが使用できる。

この発明の実施の形態１に係る殺菌装置１によれば、高電圧電極２と接地電極３の位置を高さ方向でほぼ同等にしたこと、また、高電圧パルスを高電圧電極２に供給する前に高電圧電極２と接地電極３の間の抵抗や静電容量を調べるようにしたこと、更に、高電圧電極２に流れる放電電流をモニタリングすることにより、気中放電の発生を防止でき、確実に水中で放電を起こすことができるので、長期的にかつ安定的に被処理水８中に含まれる微生物や菌を直接的に効率よく処理するといった従来の装置にはない顕著な効果を奏するものである。

なお、実施の形態１では、負極性の高電圧パルスを高電圧電極２に印加する場合について説明したが、正極性の高電圧パルスを高電圧電極２に印加しても、同様の殺菌効果が得られる。しかし、高電圧電極２へ負極性の高電圧パルスを供給することで、高電圧電極２の腐食も抑制することができる。金属のｐＨ−電位図によれば、多くの金属において、負電位では非腐食状態に維持できるためである。
また、実施の形態１では、絶縁体４の垂直断面形状は、円筒形状としたが、円筒形状のみならず、四角筒形状であっても良く、また、必ずしもこれらの形状に限るものではない。
また、実施の形態１では、放電電極６として高電圧電極２と接地電極３が一対の場合について説明したが、複数対の場合であっても良く、殺菌処理能力を向上させることができる。また、複数の高電圧電極２と共通の１つの接地電極３との構成としてもよい。
また、接地電極３も高電圧電極２と同じ形状を持つもの、また、高電圧電極２と接地電極３が一体で成形されているものであっても良い。

次に、被処理水８の水量の違いによる放電有無を確認するために処理槽７に大腸菌を添加した被処理水８を入れ、放電有無を確認した。
図７は、放電電極の処理槽の底面からの高さに対する放電状態の依存性を示す図である。図８は、放電電極を実験条件１に設置したときの被処理水の中の大腸菌の数の変化を示すグラフである。
実験には、高電圧電極２として、直径０．２ｍｍ、長さ５０ｍｍのチタン（Ｔｉ）線を用い、この高電圧電極２の周囲を、絶縁体４として射出成形により、直径１０ｍｍのエポキシ樹脂で被った。また、接地電極３として、チタン製エキスパンドメタル（１インチ平方あたりのメッシュ数８０、線径０．１ｍｍ）に、白金（Ｐｔ）を無電解めっきにより担持密度０．６ｍｇ／ｃｍ^２でめっきしたメッシュ状電極長さ３ｃｍ３回折を用いた。高電圧電極２と接地電極３との間隙は１０ｍｍとした。また、処理槽７は、ガラス製のものを用い、この中に大腸菌が１０^５ＣＦＵ／ｍｌ添加された被処理水８を５０ｍｌ入れた（ＣＦＵ：Ｃｏｌｏｎｙ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｕｎｉｔ）。被処理水の深さは１０ｍｍである。

ここで、実験条件１としては、電圧−５ｋＶ、繰り返し周期１００Ｈｚ、パルス幅４μｓで、負極性の高電圧パルスを印加した。なお、高電圧電極２の先端部２ａおよび接地電極３の先端部３ａの上下方向の位置が同じで、且つ処理水面１０の上下を模擬するために、処理槽７の底面から上に５ｍｍ（接地電極３の先端部３ａが被処理水８に浸漬）の位置から処理槽７の底面から上に１５ｍｍまでの位置までゆっくり上昇させた。
比較試験として、比較条件１（Ａ）の放電条件としては、電極高さが５ｍｍ（接地電極３の方が高い）で、電圧−５ｋＶ、繰り返し周期１００Ｈｚ、パルス幅４μｓで、処理槽７の底面から上に５ｍｍの位置から処理槽７の底面から上に１５ｍｍの位置までゆっくり上昇させながら、負極性の高電圧パルスを印加した。比較条件１（Ｂ）の放電条件としては、電極高さが５ｍｍ（高電圧電極２の方が高い）で、電圧−５ｋＶ、繰り返し周期１００Ｈｚ、パルス幅４μｓで、処理槽７の底面から上に５ｍｍの位置から処理槽７の底面から上に１５ｍｍの位置までゆっくり上昇させながら、負極性の高電圧パルスを印加した。
実験条件１および比較条件１（Ａ、Ｂ）における放電状態を図７に示す。実験条件１では、被処理水８に各電極が浸漬している間は、放電が起こったが、浸漬しなくなった時点から放電が自動的に停止した。一方、比較条件１（Ａ、Ｂ）においては、実験条件１と同様に処理水中に高電圧電極２および接地電極３の両者が浸漬している間は、放電が起こったが、片方の電極が浸漬しなくなった時点で、気中放電や、帯電が起きてしまった。

これらのことから、実験条件１では、放電電極６の先端部の位置により、自動的に放電が発生、または停止し、放電かつ微生物の殺菌が安定的にかつ長期的に行われることが分かる。
一方で、比較条件１では、放電電極６の先端部の位置によっては、異常放電が発生する場合が生じ、水位センサーを使用し、現状の水位をモニタリングしながら、放電、殺菌を行う必要があることが分かる。
また、実験条件１において、電極位置を変化させながら、数十日間連続的に放電を行った結果、新たな被処理水８を入れ放電を行った結果、図８に示すように、各電極が浸漬している間は、１ｈｒで１桁以上大腸菌が減少した。

実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２に係る殺菌装置を示す概略断面図である。
図８に示すように、実施の形態２に係る殺菌装置１Ｂは、放電に寄与する高電圧電極２の先端部２ａと接地電極３の間に、絶縁体でできた噴流流れ誘導体３３を設置している点を除けば実施の形態１の図１と同様であり、他の構成については説明を省略する。

次に、噴流流れ誘導体３３の材料および作成方法について説明する。
噴流流れ誘導体３３は、パルス放電により劣化せず、かつ、水への溶解成分の少ないエポキシ樹脂などの樹脂成分を用いる。また、同様の性質を有するガラスやセラミックスを用いても良い。形状としては、高電圧電極２および絶縁体４と、接地電極３間を覆う形で、図９に示すようなものを用いる。図には、円筒形の噴流流れ誘導体３３を記載したが、四角形、三角形など形状にこだわらず、被処理水８の流れが、高電圧電極２上流部に流入口が、接地電極３方向下流部に流出口があり、その方向に一応に流れる形状であればよく、被処理水流れ直径は、気泡および水が十分に流れる１０ｍｍ前後がよい。また、板状、メッシュ状でもよい。厚みは噴流によりゆれの生じない程度、０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度でよい。高電圧電極２および接地電極３を樹脂成形により一体型で作成し、上述のような形状を作成しても良い。

実施の形態２における殺菌装置を用いた殺菌のメカニズムは、実施の形態１の電極間に噴流が生じる場合のメカニズムと同等のため、説明を省略する。
高電圧電極２の先端部２ａから接地電極３にかけて、噴流流れ誘導体３３を設けることにより、噴流による水の流れは、図３であれば、高電圧電極２から接地電極３に向かって一定方向に生じる。そのため、噴流流れ誘導体３３をもうけることにより、実施の形態１に比べ、噴流が一定方向に噴射される。そのおかげで、噴流による攪拌効果を高めることができるため、被処理水８中の微生物が高電圧電極２の先端部ａ付近へ流入する割合も向上し、殺菌効率が上がる。
このように、実施の形態２に係る殺菌装置によれば、実施の形態１の殺菌装置よりも気泡による噴流がある一定方向に向かい進むため、効率よく、被処理水を攪拌することができ、殺菌効率がさらに向上するといった顕著な効果を期待することができる。

実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３に係る殺菌装置を示す概略断面図である。
この発明の実施の形態３に係る殺菌装置１Ｃは、図１０に示すように、この発明の実施の形態１に係る殺菌装置１の高電圧電極２および接地電極３にそれぞれ浮輪１１を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。なお、高電圧電極２および接地電極３と電源９とを接続するリード線１２の長さに被処理水８の水量変化による深さ変化分程度の余裕を持たせておくが、容器の底面にあたる長さにはしない。

浮輪１１の材質としては、放電により容易に溶解、分解されず、かつ被処理水８への溶出物の少ない絶縁体が好ましい。また、式（３）を満たす浮輪１１の質量ｂと体積Ｂから式（４）で求まる密度Ｍを有する物質が良い。なお、絶縁体４自身の密度が式（４）を満たしても良いし、また、例え絶縁体４の密度が大きくても、中に空洞を設けるなどすることにより、見かけ上の密度が式（４）を満たす物質でも良い。但し、ａは放電電極６全体の質量、ｂは浮輪１１の質量、Ａは放電電極６全体の体積、Ｂは浮輪１１の体積、Ｍは浮輪１１の密度である。

（ａ＋ｂ）／（Ａ＋Ｂ）＜１ （３）
Ｍ＝ｂ／Ｂ （４）

実施の形態３に係る殺菌装置１Ｃを用いた殺菌のメカニズムは、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
図１０に示すように、放電電極６の先端部は、被処理水８の処理水面１０が変化したり、処理水面１０が波打ったりしても、浮輪１１により調節されて、水面下に存在する。そのため、被処理水８の水位の変化などに関係なく、安定的に長期間放電を維持、殺菌することができる。
このように、実施の形態３に係る殺菌装置１Ｃは、実施の形態１の殺菌装置１よりも、水位に関係なく、長期間放電を維持、制御可能といった今までにない顕著な効果を期待することができる。

実施の形態４．
図１１は、この発明の実施の形態４に係る殺菌装置を示す概略断面図である。図１２は、図１１のＡ−Ａ断面での断面図である。
この発明の実施の形態４に係る殺菌装置１Ｄは、図１１に示すように、この発明の実施の形態１に係る殺菌装置１と、接地電極１３が異なり、高電圧電極２と接地電極１３の下方を覆う絶縁体１４が追加され、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。

接地電極１３は、高電圧電極２の周辺を覆うメッシュ状の部材である。接地電極１３は、メッシュ状、すなわち網目構造を持ち、被処理水８の流れに作用するため、殺菌性能に影響する。具体的には、５ｍｍ×（２．５〜５．０）ｍｍの穴が開いたメッシュを用いることが好ましい。接地電極１３の材料としては、電気伝導率が高く、かつ酸化されにくい材質で、白金（Ｐｔ）または、酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）などが望ましい。また、チタン（Ｔｉ）などの金属材質に白金、または酸化イリジウムをメッキしても良い。例えば、基材には、チタン（Ｔｉ）金属繊維の焼結体（繊維径２０μｍ、長さ５０〜１００ｍｍの単繊維を織り込んで焼結体としたもの）からなる密度２００ｇ／ｃｍ^２の布（半径５０ｍｍ、厚み３００μｍ）や、チタン製の網目構造を持つエキスパンドメタルを用いる。この基材に、白金（Ｐｔ）または、酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）を０．２５〜２ｍｇ／ｃｍ^２の密度でめっきすることにより作製する。

絶縁体１４は、筒状且つメッシュ状の部材である。特に、その網目構造は、被処理水８の流れに作用するため、殺菌性能に影響する。そのため、具体的には、（１〜１０）ｍｍ×（１〜２０）ｍｍの穴が開いたメッシュを用いることが好ましい。材料は絶縁体であればよく、特に制約はない。
なお、実施の形態４における殺菌装置１Ｄを用いた殺菌のメカニズムは、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

放電中の高電圧電極２と接地電極３の間に固形物がくると、短絡し、長期安定的に放電できなくなる場合がある。また、高電圧電極２の先端部２ａ付近に有機物が混入すると、放電エネルギーが有機物分解に奪われ、放電エネルギーの殺菌への寄与率も低下する。以上のことから、高電圧電極２と接地電極３の間にほこりなどの微生物以外の固形型有機物が混入すると、長期安定的に、放電、殺菌することができなくなる。
これに対して、実施の形態４では、図１１に示すように高電圧電極２を被覆する絶縁体４とメッシュ状接地電極１３との間に筒状の絶縁体１４が取り付けられているため、高電圧電極２とメッシュ状の接地電極１３の間にほこりなどの微生物以外の固形型有機物が混入する恐れがなく、電極間の短絡を防ぐことができ、長期安定的に、殺菌効率を低下させずに微生物や細菌などを効率的に処理することができる。

また、実施の形態４では、接地電極１３が、高電圧電極２の周りを覆い、かつ接地電極１３および高電圧電極２の下部を絶縁体１４で覆う形状となり、結果として、高電圧電極２と接地電極１３との間にほこりなどが混入しない形態になっていたが、実施の形態１の放電電極６の周りをメッシュ状の絶縁体で覆うなど、高電圧電極２と接地電極３との間にほこりなどの微生物以外の固形型有機物が混入しない形態であれば、必ずしも、これらの形状に限るものではない。ほこりなどが一方向にしか流れない場合、放電電極６の周りをメッシュ状の接地電極１３が覆う形状であっても良い。

この発明の実施の形態４に係る殺菌装置１Ｄによれば、高電圧電極２を被覆する絶縁体４とメッシュ状の接地電極１３との間に、筒状の絶縁体１４を取り付けることにより、ほこりなどの微生物以外の固形型有機物が混入する恐れがなく、微生物、カビや細菌、ウイルスなどを、長期安定的に、効率的に処理することができるため、殺菌効率を低下させずに電極間の短絡を防ぐことができる効果があるといった従来にない顕著な効果を期待することができる。

実施の形態５．
図１３は、この発明の実施の形態５に係る殺菌装置を冷暖房機能を有する空調機に設置した例を示す概略断面図である。
空気中の水蒸気は熱交換器２１の表面において冷却され、熱交換器２１の表面で凝縮され凝縮水２２となる（凝縮水のことを以下「ドレン水」と呼ぶ）。熱交換器２１の表面は親水化処理されているため、ある一定以上の凝縮水２２が付着すると自然落下を始めて、ドレン水２２として、ドレンパン２３に回収される。ドレンパン２３に設置されたこの発明に係る殺菌装置１を用い、ドレン水中のカビや細菌などを除去する。
このように、この発明に係る殺菌装置１、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを設置した空調機によると、殺菌装置１、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄによりドレン水２２中の微生物、カビや細菌を殺菌することにより、ドレンパン２３表面でのカビや細菌の発生、しいてはスライムの発生を抑制し、ドレンポンプ２４のつまりを抑制することができる効果があるといった従来にない顕著な効果を期待することができる。

次に、高電圧電極２の先端部２ａと接地電極３の先端部３ａの上下方向の位置関係を変えて試験を実施した。殺菌条件としては、実施の形態１における、高電圧電極２と接地電極３の間隙が１０ｍｍで、−１０ｋＶ、１００Ｈｚで、負極性のパルス放電を行った。また、殺菌装置１を構成する材料としても、実施の形態１で説明したものと同じものを用いた。

図１４は、８ｈｒ冷房運転し、１６ｈｒ停止する空調機のドレン水の深さと水量の変化を示すグラフである。
空気中の水蒸気は熱交換器２１の表面において冷却され、熱交換器２１の表面で凝縮されて凝縮水２２なる。熱交換器２１の表面は親水化処理されているため、単位面積あたり０．１ｍｇ／ｃｍ^２以上の凝縮水２２が付着すると自然落下を始めて、ドレンパン２３に回収されてドレン水２２となる。空調機運転中は、ドレンパン２３上のドレン水２２が８００ｍｌを超えると、ドレンポンプ２４が動き始め、ドレン水２２はドレンポンプ２４から空調機の外へ排出される。空調機の運転が終了すると、ドレンポンプ２４が止まり、ドレンポンプ２４により排出されなかったドレン水２２の５００ｍｌがドレンパン２３に残存する。その後、ドレン水２２は乾燥していく。１日において８ｈｒ冷房運転し、１６ｈｒ停止するという運転条件でのドレンパン２３上でのドレン水２２の水量変化を図１２に示す。また、試験では、ドレン水２２中に大腸菌数１０^５ＣＦＵ／ｍｌを生育させておき、殺菌装置１よる大腸菌の菌数の変化を測定した。

実験条件２では、高電圧電極２の先端部２ａと接地電極３の先端部３ａの位置を揃えた放電電極６を用い、高電圧電極２の先端部２ａの位置が底面より５ｍｍ上にくるようにした。
比較条件２では、Ａとして高電圧電極２の先端部２ａが接地電極３の先端部３ａよりも５ｍｍ低くなるように設置された放電電極６を用い、Ｂとして接地電極３の先端部３ａが高電圧電極２の先端部２ａよりも５ｍｍ低くなるように設置された放電電極６を用い、低い方の先端部の位置は、ドレンパン２３の底面よりも２．５ｍｍ上にくるようにした。
実験条件２および比較条件２（Ａ、Ｂ）で、空調機運転とともに、常に電源９もＯＮした状態で、放電性能および殺菌性能試験を行った。

図１５は、８ｈｒ冷房運転し、１６ｈｒ停止する空調機のドレンパンに実験条件２および比較条件２で設置された放電電極での放電状態の変化を示すグラフである。
実験条件２においては、ドレンパン２３中のドレン水２２に高電圧電極２および接地電極３の両者が浸漬されると同時に放電が開始し、冷房運転が停止し、ドレン水２２が乾燥し、ドレン水２２の水面が高電圧電極２の先端部２ａおよび接地電極３の先端部３ａの両者より下がるまで、放電が続いている。その後、ドレン水２２の水面が高電圧電極２の先端部２ａおよび接地電極３の先端部３ａの両者より低くなってしまうと、異常放電を起こすことなく、放電が停止した。

一方、比較条件２においては、ＡおよびＢに関わらず、ドレンパン２３中のドレン水２２に高電圧電極２または接地電極３の一方が浸かり始めると、異常放電または水の帯電が始まり、意図的に放電をとめることが必要である。その後、浸かっていない方の電極が浸かると放電を開始したが、冷房運転が停止し、ドレン水が乾燥し、ドレン水２２の水面が片方の電極の先端部より下がると、また異常放電が起こった。以上の結果から、実験条件２では、水位センサーなどを追加することなく、必要時に放電が開始停止し、長期的にかつ安定的にドレン水中で放電できる効果があることが認められる。

図１６は、８ｈｒ冷房運転し、１６ｈｒ停止する空調機のドレンパンに実験条件２および比較条件２で放電電極が設置されたときのドレン水の大腸菌数の変化を示すグラフである。
実験条件２においては、冷房運転され、常時ドレン水２２が発生、ドレンポンプ２４で排水するという処理を行っていた際には、１０^５ＣＦＵ／ｍｌからわずかに大腸菌数が低下するだけであったが、停止後約６ｈｒ程度放電したため、残留しているドレン水２２中の大腸菌数は１０^１ＣＦＵ／ｍｌ以下にまで低下し、その後大腸菌が増加することはなかった。
比較条件２においては、冷房運転され、常時ドレン水２２が発生、ドレンポンプ２４で排水するという処理を行っていた際には、実験条件２とほぼ同等に、１０^５ＣＦＵ／ｍｌからわずかに大腸菌数が低下するだけであったが、停止後ドレン水２２の水面が片方の電極より下がってしまい放電できなかったため、停止後約３ｈｒ程度しか放電できなかったので、残留しているドレン水２２中の大腸菌数は１０^２〜１０^３ＣＦＵ／ｍｌになり、その後わずかであるが、大腸菌数は増加した。このように、高電圧電極２の先端部２ａと接地電極３の先端部３ａを揃えた実験条件２では、放電状態が長く続くため、殺菌性能も向上するという効果がある。

また、１日において空調運転８ｈｒと停止１６ｈｒを１サイクルとして３０サイクル行った場合のドレン水中の大腸菌数およびスライムの発生状況について述べる。
実験条件２においては、図１７に示すように、３０日間、空調運転終了後、殺菌装置１により殺菌を行った空調機では、大腸菌数は１０^５ＣＦＵ／ｍｌから徐々に減少し、１〜１０^１ＣＦＵ／ｍｌで推移し、スライムの発生は確認されなかった。
一方、比較条件２においては、殺菌装置１で放電をおこなっていたが、大腸菌数１０^２ＣＦＵ/ｍｌ以上の大腸菌が残存し、その大腸菌数はわずかながら徐々に増加し、１４日付近からスライムが観察され始めた。

このように、この発明の実施の形態５に係る殺菌装置１を設置した空調機によると、ドレン水２２を殺菌することにより、ドレンパン２３でのカビや細菌の発生を抑制できるとともにスライム発生も抑制できる効果があることを確認できた。

実施の形態６．
図１８は、この発明の実施の形態６に係る殺菌装置を手乾燥機に設置した例を示すドレンパン部の概略断面図である。
濡れた手２５の両面に吹きつけられたジェット風２６により、水滴２７は一気に吹き飛ばされて、ドレン水２２となり、ドレンパン２３に回収される。ドレン水量は、使用者の水滴量、使用人数、掃除回数などにより異なるが、ドレンパン２３に設置された本発明に係る殺菌装置１により、ドレン水２２が、所定の位置以上になった場合は、長期的にかつ安定的に中のカビや細菌などを除去する。
このように、この発明の実施の形態６に係る殺菌装置を設置した手乾燥機によると、ドレンパン２３中のドレン水２２の微生物、カビや細菌を殺菌することで、ドレンパン２３から発生する異臭を抑制することができるという従来にない顕著な効果を期待することができる。

実施の形態７．
図１９は、この発明の実施の形態７に係る殺菌装置を設置した加湿器の概略断面図である。
図１９に示すように加湿器は、空気を加湿するための水を貯めておく貯水タンク２８、加湿素子２９から水を回収するドレンパン２３、このドレンパン２３から貯水タンク２８にドレン水２２を送る配管３０、貯水タンク２８と加湿素子２９を結ぶ配管３０などから構成されている。
環境条件、使用時間、加湿水添加量およびなどにより、ドレン水量は異なるが、ある一定以上になると、ドレンパン２３に、殺菌装置１を設置し、貯水タンク２８に貯まっている水を長期的にかつ安定的に殺菌することにより、水は常時殺菌された状態になり、貯水タンク２８のみならず、加湿素子２９、ドレンパン２３などのカビ発生の抑制にもつながる。

この発明の実施の形態７に係る殺菌装置１を設置した加湿器によると、加湿器で水分が蓄積しやすい部分、特に加湿素子２９、ドレンパン２３などはカビが発生しやすいという問題があるが、加湿器で噴霧する水は殺菌されているため、微生物、カビや細菌の発生を抑制するという従来にない顕著な効果を期待することができる。

この発明の実施の形態１に係る殺菌装置を示す概略断面図である。 突き出し長さ／ギャップ長比に対する電界強度および噴流速度相対比の関係を示すグラフである。 放電電極と被処理水の水面との関係を示す図である。 放電電極と被処理水の異なった水面との関係を示す図である。 高電圧電極と接地電極との位置が揃っていないときの被処理水の水面との関係を示す図である。 高電圧電極と接地電極との位置が揃っていないときの被処理水の異なった水面との関係を示す図である。 放電電極の処理槽の底面からの高さに対する放電状態の依存性を示す図である。 放電電極を実験条件１に設置したときの被処理水の中の大腸菌の数の変化を示すグラフである。 この発明の実施の形態２に係る殺菌装置を示す概略断面図である。 この発明の実施の形態３に係る殺菌装置を示す概略断面図である。 この発明の実施の形態４に係る殺菌装置を示す概略断面図である。 図１１のＡ−Ａ断面での断面図である。 この発明の実施の形態５に係る殺菌装置を冷暖房機能を有する空調機に設置した例を示す概略断面図である。 ８ｈｒ冷房運転し、１６ｈｒ停止する空調機のドレン水の深さと水量の変化を示すグラフである。 ８ｈｒ冷房運転し、１６ｈｒ停止する空調機のドレンパンに実験条件２および比較条件２で設置された放電電極での放電状態の変化を示すグラフである。 ８ｈｒ冷房運転し、１６ｈｒ停止する空調機のドレンパンに実験条件２および比較条件２で放電電極が設置されたときのドレン水の大腸菌数の変化を示すグラフである。 実施の形態５における殺菌装置を設置した空調機におけるドレン水の除菌効果の実験結果を示す図である。 この発明の実施の形態６に係る殺菌装置を設置した手乾燥機のドレンパンの概略断面図である。 この発明の実施の形態７に係る殺菌装置を設置した加湿器の概略断面図である。

符号の説明

１、１Ｂ、１Ｃ 殺菌装置、２ 高電圧電極、２ａ （高電圧電極の）先端部、３ 接地電極、３ａ （接地電極の）先端部、４ 絶縁体、６ 放電電極、７ 処理槽、８ 被処理水、９ 電源、１０ 処理水面、１１ 浮輪、１２ リード線、１３ メッシュ状接地電極、１４ メッシュ状絶縁体、２１ 熱交換器、２２ 凝縮水（ドレン水）、２３ ドレンパン、２４ ドレンポンプ、２５ 濡れた手、２６ ジェット風、２７ 水滴、２８ 貯水タンク、２９ 加湿素子、３０、３１ 配管、３３ 噴流流れ誘導体。

Claims (9)

1. ドレンパンの被処理水面が上下する水の殺菌装置であって、
   上記被処理水面の上方から設けられた棒状の高電圧電極および上記高電圧電極と並列に配置された接地電極で構成され上記被処理水面からの高さ方向の距離が同等となる電極対と、
   上記電極対の対をなす電極間の抵抗値を測定する抵抗測定器と、
   上記抵抗値を用いて上記電極対と上記被処理水面との位置関係を判断し、上記電極対が同時に上記水の中に浸漬された場合には上記電極対の対をなす電極間に高電圧パルスを印加して放電させ、上記電極対が同時に上記被処理水面より高くなった場合には上記放電を停止させる制御手段とを備えることを特徴とする水の殺菌装置。
2. ドレンパンの被処理水面が上下する水の殺菌装置であって、
   上記被処理水面の上方から設けられた棒状の高電圧電極および上記高電圧電極と並列に配置された接地電極で構成され上記被処理水面からの高さ方向の距離が同等となる電極対と、
   上記電極対の対をなす電極間の電流値を測定する電流計と、
   上記電流値を用いて上記電極対と上記被処理水面との位置関係を判断し、上記電極対が同時に上記水の中に浸漬された場合には上記電極対の対をなす電極間に高電圧パルスを印加して放電させ、上記電極対が同時に上記被処理水面より高くなった場合には上記放電を停止させる制御手段とを備えることを特徴とする水の殺菌装置。
3. 電流値が水中で放電したときの電流値の５０％以下の場合には電極対が被処理水面より高くなったと判断することを特徴とする請求項２に記載の水の殺菌装置。
4. 電極対は、浮輪を用いて被処理水面からの高さ方向の距離が同等となるよう調整されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水の殺菌装置。
5. 浮輪は、電極対の質量をａ、体積をＡ、浮輪の質量をｂ、体積をＢとしたとき、
   （ａ＋ｂ）／（Ａ＋Ｂ）＜１
   を満たす上記浮輪の質量ｂおよび体積Ｂから
   Ｍ＝ｂ／Ｂ
   により求まる密度Ｍを有する物質であることを特徴とする請求項４に記載の水の殺菌装置。
6. 電極対は、高電圧電極および上記高電圧電極が内部に配置された筒状かつメッシュ状の接地電極から構成され、
   絶縁体から上記高電圧電極が突き出した長さと電極間の長さとの比が０．１以下となるように調節され、
   メッシュ状の絶縁性部材で上記高電圧電極と上記接地電極との下方が覆われることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水の殺菌装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の水の殺菌装置を備えてドレンパン内を除菌することを特徴とする空調機。
8. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の水の殺菌装置を備えてドレンパン内を除菌し且つ脱臭することを特徴とする手乾燥機。
9. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の水の殺菌装置を備えて加湿水を殺菌し、加湿素子を洗浄することを特徴とする加湿器。

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