WO2013085034A1 - 高電界殺菌装置 - Google Patents

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WO2013085034A1
WO2013085034A1 PCT/JP2012/081795 JP2012081795W WO2013085034A1 WO 2013085034 A1 WO2013085034 A1 WO 2013085034A1 JP 2012081795 W JP2012081795 W JP 2012081795W WO 2013085034 A1 WO2013085034 A1 WO 2013085034A1
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WO
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metal plate
electric field
high electric
rotating roller
passage
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PCT/JP2012/081795
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English (en)
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重信 井川
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Ikawa Shigenobu
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L3/00—Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs
    • A23L3/32—Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs by treatment with electric currents without heating effect
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/03—Electric current
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/48—Treatment of water, waste water, or sewage with magnetic or electric fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/04—Disinfection

Definitions

  • the present invention relates to a high electric field sterilizer for sterilizing a substance using a high electric field.
  • a plasma sterilization apparatus uses a method of destroying and sterilizing bacterial cell membranes.
  • the conventional sterilization apparatus has various problems such as a change in quality when used for food such as fresh fruit juice. There is also a problem that some sterilizers can be used only for liquid or gas.
  • an object of this invention is to provide the high electric field sterilizer which sterilizes a substance which can be safely used for both gas and a liquid without changing quality at low cost.
  • a first metal plate to be a negative electrode and a second metal plate to be a positive electrode are arranged at a predetermined interval and connected to the first metal plate and the second metal plate.
  • a high electric field is generated in a passage formed between the first metal plate and the second metal plate by a pulse power supply device, and a substance containing bacteria is passed through the passage in which the high electric field is generated.
  • a high electric field sterilization device that sterilizes by causing a potential difference in the bacterial cell membrane contained in the substance and destroying the cell membrane, on the surface of the first metal plate facing the second metal plate, A dielectric layer made of a dielectric material is formed by firing.
  • the pulse supplied by the pulse power supply device is temporarily interrupted between the falling edge and the rising edge of the pulse, and the high electric field is a high electric field generated by a DC power supply or a bipolar pulse power supply. Preferably there is.
  • the dielectric layers are formed on both surfaces of the first metal plate to be a negative electrode, and two second metal plates to be a positive electrode are disposed on both surfaces of the first metal plate at a predetermined interval, Two passages through which the substance passes are formed between the first metal plate and the two second metal plates, and a high electric field is generated in each of the two passages by the pulse power supply device to It is also possible to pass through and perform sterilization.
  • a partition plate is disposed between the first metal plate and the second metal plate in parallel with the first metal plate and the second metal plate to form a plurality of passages, and the pulse power supply device It is also possible to perform a sterilization process by generating a high electric field between the first metal plate and the second metal plate and passing the substance through the plurality of passages.
  • the dielectric layer is formed on both surfaces of the first metal plate to be a negative electrode, a second metal plate to be a positive electrode is disposed at a predetermined interval from the first metal plate, and a plurality of the metal plates are arranged.
  • a first metal plate and a plurality of the second metal plates are alternately arranged to form a passage through which the substance passes between the first metal plate and the two second metal plates, and the pulse A high electric field is generated in each of the two passages by the power supply device to allow the substance to pass and sterilize.
  • the first metal plate is formed in a columnar shape or a cylindrical shape
  • the dielectric layer is formed on a surface of the columnar shape or the cylindrical shape
  • the second metal surrounds the first metal plate.
  • an annular passage is formed by forming it in a cylindrical shape, and a high electric field is generated in the annular passage by the pulse power supply device to allow the substance to pass therethrough for sterilization.
  • the dielectric layer is formed on both surfaces of the first metal plate, and the first metal plate and the second metal plate arranged at a predetermined interval are wound in a state of maintaining a predetermined interval.
  • a spiral passage having a spiral cross section is formed, and a high electric field is generated in the annular passage by the pulse power supply device to allow liquid or gas to pass through to perform sterilization.
  • the first metal plate is formed into a columnar shape or a cylindrical shape to form a rotating roller
  • the dielectric layer is formed on the surface of the rotating roller made of the first metal plate
  • the second metal plate is formed into a curved surface.
  • the passage is formed between the rotation roller and the second metal plate by disposing the rotation roller at a predetermined interval, and a high electric field is generated in the passage by the pulse power supply device.
  • the material is passed through the passage by rotating the rotating roller to perform sterilization.
  • the first metal plate and the second metal plate may be reversed to form a rotating roller made of the second metal plate.
  • the first metal plate is formed into a columnar shape or a cylindrical shape to form a first rotating roller
  • the dielectric layer is formed on a surface of the first rotating roller made of the first metal plate
  • the second metal plate is
  • a second rotating roller is formed by forming into a columnar shape or a cylindrical shape, and the first rotating roller and the second rotating roller are arranged at a predetermined interval between the first rotating roller and the second rotating roller.
  • a passage is formed between the two, a high electric field is generated in the passage by the pulse power supply device, and the substance is passed through the passage by rotating the first rotating roller and the second rotating roller, thereby sterilizing treatment.
  • a first metal plate to be a negative electrode and a second metal plate to be a positive electrode are arranged at a predetermined interval and connected to the first metal plate and the second metal plate.
  • a high electric field is generated in a passage formed between the first metal plate and the second metal plate by a pulse power supply device, and a substance containing bacteria is passed through the passage in which the high electric field is generated.
  • a high electric field sterilization device that sterilizes by causing a potential difference in the bacterial cell membrane contained in the substance and destroying the cell membrane, on the surface of the first metal plate facing the second metal plate, By forming a dielectric layer made of a dielectric material by firing, it becomes possible to realize quality-invariant and safe sterilization at room temperature with a low-energy and inexpensive device, and further supplied by the pulse power supply device. Pulse Between the fall of the pulse rise, by pulsed supply of the is temporarily interrupted, it is possible to perform more efficiently sterilized.
  • the dielectric layers are formed on both surfaces of the first metal plate to be a negative electrode, and two second metal plates to be a positive electrode are disposed on both surfaces of the first metal plate at a predetermined interval, Two passages through which the substance passes are formed between the first metal plate and the two second metal plates, and a high electric field is generated in each of the two passages by the pulse power supply device to Sterilizing by passing, or forming the dielectric layer on both surfaces of the first metal plate to be a negative electrode, and a second metal plate to be a positive electrode at a predetermined interval from the first metal plate A plurality of first metal plates and a plurality of second metal plates arranged alternately, and a passage through which the substance passes between the first metal plates and the two second metal plates. And the high power is supplied to each of the two passages by the pulse power supply device.
  • the amount of the substance that can be sterilized at a time can be increased by generating a boundary and allowing the substance to pass through to perform the sterilization process.
  • a partition plate is disposed between the first metal plate and the second metal plate in parallel with the first metal plate and the second metal plate to form a plurality of passages, and the pulse power supply device A high electric field is generated between the first metal plate and the second metal plate, and the substance is passed through the plurality of passages for sterilization, thereby efficiently sterilizing without dispersing the high electric field. Will be able to.
  • the first metal plate is formed in a columnar shape or a cylindrical shape
  • the dielectric layer is formed on a surface of the columnar shape or the cylindrical shape
  • the second metal is surrounded by the cylindrical shape so as to surround the first metal plate.
  • An annular passage is formed, and a high electric field is generated in the annular passage by the pulse power supply device to allow liquid or gas to pass through, or sterilization is performed, or both surfaces of the first metal plate
  • the dielectric layer is formed on the first metal plate and the second metal plate, which are arranged at a predetermined interval, are wound in a state of maintaining a predetermined interval to form a spiral shape.
  • the outer shape of the high electric field sterilization device can be made into a pipe shape by forming and generating a high electric field in the annular passage by the pulse power supply device and passing the liquid or gas to perform sterilization treatment. And gas efficiency Passed through a Ku passage, effectively sterilizing treatment can be performed.
  • the first metal plate is formed into a columnar shape or a cylindrical shape to form a rotating roller
  • the dielectric layer is formed on the surface of the rotating roller made of the first metal plate
  • the second metal plate is formed into a curved surface.
  • the passage is formed between the rotation roller and the second metal plate by disposing the rotation roller at a predetermined interval, and a high electric field is generated in the passage by the pulse power supply device.
  • the sterilization treatment is performed by causing the substance to pass through the passage by rotating the rotary roller, or the first metal plate is formed into a columnar shape or a cylindrical shape to form a first rotary roller,
  • the dielectric layer is formed on a surface of a first rotating roller made of one metal plate
  • the second metal plate is formed into a columnar shape or a cylindrical shape to form a second rotating roller
  • the first rotating roller and the first rotating roller are formed.
  • Two rotation rollers at predetermined intervals A passage is formed between the first rotation roller and the second rotation roller, and a high electric field is generated in the passage by the pulse power supply device, so that the first rotation roller and the second rotation are generated.
  • the sterilizing process is performed by passing a liquid having a high viscosity, a liquid containing solid, or a solid as a material to be sterilized by the rotating roller. Processing can be performed.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the entire high electric field sterilizer of the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of the high electric field sterilizer 1 of the first embodiment
  • FIG. It is the schematic which shows the mechanism of a sterilization process.
  • the high electric field sterilizer 1 of the present invention has a case 2 in which a first metal plate 3 serving as a negative electrode and a second metal plate 4 serving as a positive electrode are separated by a predetermined distance. And generating a high electric field between the first metal plate 3 and the second metal plate 4 using a pulse power supply device 8 connected to the first metal plate 3 and the second metal plate 4 The space formed between the first metal plate 3 and the second metal plate 4 serves as a liquid or gas passage 6 for performing sterilization treatment.
  • a dielectric layer 5 is formed on the surface of the first metal plate 3 facing the second metal plate 4 by baking a dielectric material by firing.
  • a dielectric material by firing stainless steel or the like is used as the first metal plate 3 and the second metal plate 4.
  • the dielectric layer 5 may be formed by, for example, a method of firing ceramic when manufacturing a ceramic capacitor when ceramic is used as a dielectric material.
  • the type of dielectric material and the firing method are not particularly limited to these, and other dielectric materials and firing methods can also be used.
  • the same effect as that of the dielectric layer formed by sintering the ceramic or the like can be obtained by using coating, for example, melamine coating or enamel processing. Can do.
  • the dielectric layer 5 used in the present invention is uniform even if a binder material is used in the middle of the formation, so that no binder material remains in the finally formed dielectric layer 5. It is arranged on the surface of the metal plate.
  • the high electric field sterilizer 1 is sterilized by supplying a pulse by the pulse power supply device 8 to the passage 6 formed by the first metal plate 3 and the second metal plate 4 in the case 2. It becomes possible.
  • a pulse a general pulse having a waveform as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) is supplied, a high electric field is repeatedly generated in the passage 6, and a liquid or Bacteria contained in the liquid or gas are sterilized by allowing the gas substance to pass through the passage 6.
  • a pulse supplied by the pulse power supply 8 for example, a pulse having an output frequency of 500 Hz and a pulse width of 20 ⁇ s is used.
  • the potential difference generated in the passage 6 by the pulse supplied from the pulse power supply device 8 is not sufficiently lowered when the pulse wave falls due to various factors such as pulse conditions. There is a fear that it does not bring about a bactericidal effect. Therefore, in order to enhance the sterilizing effect, the pulse power supply device 8 cuts off the supply of the pulse once between the falling edge of the pulse and the rising edge, as shown in FIGS. It is preferable to supply things continuously. Thereby, by reducing the potential difference generated between the first metal plate 3 and the second metal plate 4 to some extent, a potential difference for destroying the bacterial cell membrane is reliably generated when a high electric field is generated. And the sterilizing effect can be enhanced.
  • the high electric field in the high electric field sterilizer of the present invention can be either a high DC field using a DC power source or a high electric field using a bipolar pulse power source. It is preferable to interrupt the supply of the pulse once between the falling edge of the pulse and the rising edge and continuously supply the discharged one.
  • a liquid or gas which is a substance to be sterilized is supplied from the storage tank to the high electric field sterilizer 1 using a pump or the like, and the liquid or gas is passed through the passage 6 of the high electric field sterilizer 1.
  • the bacteria 30 included in the liquid or gas passing through the high electric field generated in the passage 6 by the pulse power supply device 8 connected to the first metal plate 3 and the second metal plate 4 constitutes the bacteria 30.
  • a potential difference having a magnitude proportional to the inner and outer film thicknesses of the cell membrane 31 and the diameter and electric field strength of the bacteria 30 is generated, and the cell membrane 31 of the bacteria 30 is destroyed by the potential difference as shown in FIG.
  • the cytoplasmic liquid 32 that constitutes is released to the outside, and the bacteria 30 are sterilized.
  • the leakage rate indicating the rate at which the cell membrane 31 is broken and the cytoplasmic fluid 32 inside leaks can be realized to near 0.5 at this stage, the cell membrane is almost destroyed, but further experiments It is possible to increase the leakage rate by repeating the steps.
  • the voltage supplied by the pulse power supply device 8 is a low voltage of 1.0 to 5.0 KV
  • the distance between the first metal plate 3 and the second metal plate 4 is, for example, 0.
  • the interval is about 3 to 5 mm, but may be set appropriately according to the magnitude of the voltage and the amount of sterilization treatment, and is not particularly limited thereto. Since it is possible to perform a sterilization process at such a low voltage, a sterilization process that has been conventionally performed at a high temperature due to a high voltage can realize a sterilization process at a normal temperature.
  • the survival rate of bacteria by the high electric field sterilization apparatus 1 has been lowered to about several percent so far, and it is considered that the survival rate can be further reduced to 0 by further experiments.
  • the high electric field sterilization apparatus 1 according to the present invention makes it possible to sterilize liquids and gases at room temperature safely and reliably with an inexpensive apparatus.
  • the high electric field sterilizers 1 ′ and 1 ′′ of the second and third embodiments provided with a plurality of passages 6 and 6 ′ will be described.
  • the high electric field sterilization apparatus 1 ′ of the second embodiment includes a first metal plate 3 having dielectric layers 5 and 5 ′ formed on both sides, which are negative electrodes in the case 2.
  • a first metal plate 3 having dielectric layers 5 and 5 ′ formed on both sides, which are negative electrodes in the case 2.
  • liquid or gas is applied to both surfaces of the first metal plate 3.
  • a pulse power supply device (not shown) is connected to the first metal plate 3 and the two second metal plates 4 and 4 ′, and a high electric field is generated in each of the two passages 6 and 6 ′ to perform sterilization treatment. I do.
  • the method of forming the dielectric layers 5 and 5 ' is formed by sintering a dielectric material as in the first embodiment.
  • a high electric field is generated in each of the two passages 6 and 6 ′ formed between the first metal plate 3 and the two second metal plates 4 and 4 ′ using a pulse power supply device (not shown).
  • a pulse power supply device not shown.
  • the liquid or gas passing through the two passages 6 and 6 ' can be sterilized at the same time.
  • the processing amount per unit time can be increased as compared with the high electric field sterilization apparatus 1 of the first embodiment.
  • a pulse having a pulse wave shown in FIG. 4 can be used as the pulse supplied by the pulse power supply device.
  • a partition plate parallel to the first metal plate 3 and the second metal plate 4 is disposed between the first metal plate 3 and the second metal plate 4.
  • This is a high electric field sterilizer 1 ′′ of the third embodiment.
  • the high electric field sterilizer 1 '' of the third embodiment is obtained by providing two partition plates 7 to the high electric field sterilizer 1 of the first embodiment, By arranging two partition plates at equal intervals between the first metal plate 3 having the conductive layer 5 formed on the surface and the second metal plate 4 serving as a positive electrode, the first metal plate 3 and the second metal plate 4 are formed with three passages 6 ′′ having the same size.
  • the structure other than the partition plate 7 is the same as that of the first embodiment.
  • a pulse power supply device (not shown) is connected to the first metal plate 3 and the second metal plate 4 to generate a high electric field between the first metal plate 3 and the second metal plate 4.
  • the partition plate 7 is a simple plate-like member that is not connected to a pulse power supply device (not shown) and is not formed with a conductive layer. At this time, if there is only one passage 6 as in the first embodiment, since a plate-like electrode is used, a high electric field is generated non-uniformly in the passage 6 (for example, a plate-like electrode).
  • the partition plate 7 Since the high electric field is generated via the, the bias of the high electric field is alleviated, and as a result, the sterilization efficiency can be increased.
  • FIG. 7 shows a high electric field sterilizer 10 according to the fourth embodiment.
  • the high electric field sterilizer 10 of the fourth embodiment arranges a cylindrical first metal plate 13 as a negative electrode in a cylindrical case 12 at the center of the case 12.
  • a second metal plate 14 having a cylindrical shape as a positive electrode is disposed so as to surround the first metal plate 13 having a cylindrical shape, whereby the first metal plate 13, the second metal plate 14, An annular passage 16 that allows liquid or gas to pass therethrough is formed therebetween.
  • the conductive layer 15 is formed on the surface of the cylindrical first metal plate 13 to be a negative electrode by sintering. Then, a pulse power supply device (not shown) is connected to the first metal plate 13 serving as the negative electrode and the second metal plate 14 serving as the positive electrode to supply pulses, and a high electric field is generated in the annular passage 16. By causing the potential difference to occur, the liquid or gas passing through the annular passage 16 is sterilized.
  • the first metal plate 13 formed in a cylindrical shape is used as the negative electrode as in this embodiment, a high electric field is uniformly generated in the passage 16, thereby increasing the current collection effect and passing through the passage 16. All of the liquid or gas can be sterilized uniformly, and the effect of sterilization can be enhanced.
  • the case 12 is formed in a cylindrical shape, so that the case 12 is disposed between a storage tank for storing liquid or gas to be sterilized and a filling device for filling the container or the like with sterilized liquid or gas. Since the high electric field sterilizer 10 (excluding the pulse power supply device) can be formed in a pipe shape, the high electric field sterilizer 10 can be efficiently arranged in a small space.
  • FIG. 8 is a perspective view of a high electric field sterilizer 10 ′ of the fifth embodiment.
  • the high electric field sterilization apparatus 10 ′ of the fifth embodiment is a negative electrode, a first metal plate 13 ′ having conductive layers 15 and 15 ′ formed by sintering on both surfaces, and a second metal plate that becomes a positive electrode. 14 'are arranged at a predetermined interval, and as shown in FIG. 8, the first metal plate 13' and the second metal plate 14 'are wound in a spiral shape while maintaining a predetermined interval.
  • the passage 16 ′ disposed between the first metal plate 13 ′ and the second metal plate 14 ′ is disposed in the case 12, and the cross section is formed in two spiral shapes in the case 2. Has been.
  • a pulse power supply device is connected to the first metal plate 13 ′ serving as a negative electrode and the second metal plate 14 ′ serving as a positive electrode, and the first metal plate 13 ′ and the first metal plate 13 ′ are formed in a spiral shape.
  • a high electric field is generated between the two metal plates 14 ′, and the bacterial cell membrane contained in the liquid or gas passing through the passage 16 ′ is destroyed by a potential difference to perform sterilization.
  • the passage 16 ' is not as wide as the passage 16 of the fourth embodiment, but the narrow portions overlap each other. Therefore, in order to destroy the cell membrane, 1 V per 1 ⁇ m is used. Considering that it is necessary to generate the above potential difference, it is possible to bring about the same effect with a smaller potential difference than the high electric field sterilization apparatus 10 ′ of the fourth embodiment. That is, even when the external appearance is the same pipe shape, the high electric field sterilization apparatus 10 ′ of the fifth embodiment can perform sterilization treatment at a lower voltage. However, when the first metal plate 13 ′ and the second metal plate 14 ′ are wound in a spiral shape while maintaining a predetermined interval, it is difficult to keep the interval uniform. Costs can increase.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the high electric field sterilizer 1a in the transverse direction.
  • the high-stage sterilization apparatus 1a performs sterilization treatment by alternately arranging a plurality of first metal plates 3a serving as minus electrodes and a plurality of second metal plates 4a serving as plus electrodes.
  • a plurality of passages 6a through which a substance passes are formed.
  • Dielectric layers 5a are formed on both surfaces of the first metal plate 3a to be a negative electrode, and the second metal plate 4a to be a positive electrode is spaced from the first metal plate 3a by a spacer 9 at a predetermined interval. It arrange
  • a pulse power supply device (not shown) is connected to the first metal plate 3a serving as the negative electrode and the second metal plate 4a serving as the positive electrode, and a high electric field is generated in each of the passages 6a to perform sterilization treatment. Do.
  • the dielectric layer 5a is formed by sintering a dielectric material as in the first embodiment. In the present embodiment, a pulse having a pulse wave shown in FIG. 4 can be used as the pulse supplied by the pulse power supply device.
  • the high electric field sterilization apparatus 1a of 6th Embodiment arrange
  • the number and size of the first metal plate 3a and the second metal plate 4a can be freely changed according to the processing amount.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the high electric field sterilizer 10a of the seventh embodiment.
  • the first metal plate 13a to be a negative electrode is formed into a columnar shape or a cylindrical shape to form the rotating roller 17, and the sterilizing treatment is performed using the rotating roller 17. It is a structure that moves substances.
  • a dielectric layer 15a is formed on the surface of the rotating roller 17 made of the first metal plate 13a to be a negative electrode. Then, the second metal plate 14 a serving as a positive electrode is formed to have a curved shape matching the surface of the rotating roller 17. As shown in FIG. 10, when a plurality of rotating rollers 17 are arranged, one second metal plate 14a is formed in a corrugated shape and arranged so as to have a predetermined distance from each rotating roller 17. A wall 18 is formed between the adjacent rotating rollers 17 so as to have a predetermined distance from the second metal plate 17a.
  • a passage 16a is formed between the second metal plate 14a and the rotating roller 17 and the wall 18 made of the first metal plate 13a.
  • the rotating roller 17 is configured to be rotated by a driving device, and the substance passing through the passage 16a is allowed to pass through the passage 16a using a high viscosity liquid, a liquid containing solid, or a solid solid pump. When it is difficult, the substance to be sterilized by the rotation of the rotating roller 17 can pass through the passage 16a.
  • a pulse power supply device (not shown) is applied to the first metal plate 13a serving as the minus electrode and the second metal plate 14a serving as the plus electrode.
  • the substance is moved by the rotation of the rotating roller 17 and passes through the passage 16a, so that a substance such as a solid can be sterilized. .
  • the rotating roller 17 by using the rotating roller 17, it is possible to sterilize a substance such as a highly viscous liquid, a liquid containing a solid, or a solid.
  • various substances other than liquid and gas can be sterilized by the high electric field sterilizer 10a.
  • the wall 18 may be formed by the first metal plate 13a serving as a negative electrode, and the dielectric layer 15a may be formed on the surface thereof, so that the structure can be sterilized even between the adjacent rotating rollers 17. .
  • the rotary roller 17 is formed by the first metal plate 13a serving as a negative electrode.
  • the rotary roller 17 is formed by a second metal plate 14a serving as a positive electrode.
  • the first metal plate 13a serving as the negative electrode may be formed to have a curved shape matching the surface of the rotating roller 17, and the dielectric layer 15a may be formed on the surface.
  • a passage 16a through which a substance to be sterilized passes is formed between the first metal plate 13a and the rotating roller 17 and the wall 18 made of the second metal plate 14a.
  • a pulse power supply device (not shown) is applied to the first metal plate 13a serving as a negative electrode and the second metal plate 14a serving as a positive electrode.
  • a substance such as a solid can be sterilized by passing a substance to be sterilized in a state where a high electric field is generated in the passage 16a.
  • the wall 18 is formed by the second metal plate 14a serving as a positive electrode, so that a structure in which sterilization treatment is performed between the adjacent rotary rollers 17 can also be made.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the high electric field sterilizer 10a of the eighth embodiment.
  • the first metal plate 13b to be a negative electrode is formed into a columnar shape or a cylindrical shape to form a first rotating roller 17b, and further, a second metal to be a positive electrode.
  • the plate 14b is formed into a columnar shape or a cylindrical shape to form the second rotating roller 19, and a structure for moving a material to be sterilized using the first rotating roller 17b and the second rotating roller 19 is used. is there.
  • a dielectric layer 15b is formed on the surface of the first rotating roller 17b made of the first metal plate 13b serving as a negative electrode.
  • the said 2nd rotation roller 19 used as a plus electrode is arrange
  • a plurality of the first rotating roller 17b and the second rotating roller 19 which are paired are arranged as shown in FIG.
  • each 1st rotation roller 17b is arrange
  • a curved wall 25 matching the curved surface of the second rotating roller 19 is disposed between the adjacent first rotating rollers 17b so as to face the second rotating roller 19, and the adjacent second rotating rollers 19 are arranged.
  • a curved wall 26 matched with the curved surface of the first rotating roller 17b is disposed so as to face the first rotating roller 17b. Accordingly, a passage 16b through which a substance to be sterilized passes is formed between the first rotating roller 17b and the wall 25, and the second rotating roller 19 and the wall 26.
  • a driving device for rotating the first rotating roller 17b and the second rotating roller 19 is provided, and the first rotating roller 17b and the second rotating roller 19 are in opposite directions (directions indicated by arrows in FIG. 12).
  • a pulse power supply device (not shown) is connected to the first metal plate 13b serving as the negative electrode and the second metal plate 14b serving as the positive electrode, and the first rotating roller 17b in the passage 16b.
  • sterilization processing can be performed at two locations on one first rotating roller 17b.
  • the high electric field sterilizer 10b of this embodiment can move the substance which passes the channel
  • the wall 25 is formed by the first metal plate 13b serving as the negative electrode, the dielectric layer 15b is formed on the surface, and the wall 26 is formed by the second metal plate 14b serving as the positive electrode. Sterilization treatment is performed not only between the first rotating roller 17b and the second rotating roller 19, but also between the first rotating roller 17b and the wall 26, and between the second rotating roller 19 and the wall 25. A structure is also possible.
  • a high electric field sterilizer 20 of the ninth embodiment shown in FIG. 13 is a combination of two high electric field sterilizers 10 of the fourth embodiment. As described in the description of the high electric field sterilization apparatus 10 according to the fourth embodiment, the high electric field sterilization apparatus 20 according to the present embodiment utilizes this advantage that can be formed into a pipe shape. Since the two high electric field sterilizers 10 used in the present embodiment use the high electric field sterilizer 10 of the fourth embodiment as described above, the description of the structure is omitted.
  • the high electric field sterilizer 20 includes a storage tank 21 that stores liquid or gas to be sterilized and a filling device 22 that fills a container or the like with sterilized liquid or gas.
  • Two high electric field sterilizers 10 are arranged, and the first high electric field sterilizer 10 is arranged so that liquid or gas flows upward from a pipe 23 extending in a horizontal direction from the storage tank 21,
  • the 2nd high electric field sterilizer 10 is arrange
  • the liquid or gas sent out from the storage tank 21 by the pump is sterilized for the first time while passing through the first high electric field sterilizer 10 from the bottom to the top, and the inverted U-shaped pipe.
  • the second sterilization process is performed while passing through the second high electric field sterilizer 10 from the top to the bottom.
  • the number of bacteria is further reduced. Therefore, the survival rate of bacteria can be obtained by repeatedly sterilizing as in this embodiment. Can be further reduced.
  • the two high electric field sterilizers 10 are arranged in parallel rather than in a straight line, they can be accommodated in a smaller space, so that a compact high electric field sterilizer 20 can be realized.
  • the high electric field sterilization apparatus 20 using two high electric field sterilization apparatuses 10 according to the fourth embodiment has been described.
  • the other high electric field sterilization apparatuses according to the first to third and fifth to eighth embodiments are each 2 Can be used, and different types of high-field sterilizers can be combined.
  • a plurality of high electric field sterilizers are combined into one high electric field sterilizer, and it becomes possible to further reduce the survival rate of bacteria by repeatedly sterilizing, thereby performing more effective sterilization. be able to.
  • the high electric field sterilization apparatus of the present invention uses various forms to reduce the target substance for sterilization treatment, such as liquid, gas, solid, and liquid containing solids. It can be effectively sterilized by voltage, and can be safely sterilized without changing the quality of the treated material. Moreover, the manufacturing cost is also low, and the cost of sterilization can be reduced. Due to such advantages, it can be considered to be used in various fields such as fluid drinks, food processing, water treatment, medical equipment, indoor environment, and electronic equipment manufacturing.

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Abstract

【課題】低価格で品質を変化させることなく安全に様々な物質の殺菌処理を行うことが可能な高電界殺菌装置を提供する。 【解決手段】本発明の高電界殺菌装置は、マイナス電極となる第１金属板と、プラス電極となる第２金属板とを所定の間隔で配置し、前記第１金属板と前記第２金属板に接続したパルス電源装置によって前記第１金属板と前記第２金属板との間に形成された通路に高電界を発生させ、前記高電界が発生した前記通路の中を細菌を含んだ物質を通過させて、前記物質に含まれる細菌の細胞膜に電位差を生じさせて前記細胞膜を破壊することで殺菌を行う高電界殺菌装置であって、前記第１金属板の前記第２金属板と対向する表面に、焼成によって誘電材からなる誘電層を形成する。

Description

高電界殺菌装置
　本発明は、高電界を用いて物質を殺菌する高電界殺菌装置に関する。
　従来の殺菌装置として、高温度、薬剤、紫外線、オゾン、プラズマ、電解等、様々な方法を用いたものが存在する。例えば、薬剤として塩素等を使用した化学殺菌処理は、浄水場で水道水の処理等として幅広く用いられている。また高電界殺菌装置としては、プラズマを用いたものが存在する（特許文献１参照）。プラズマを用いたこうでんかい殺菌装置は、細菌の細胞膜を破壊して殺菌する方法を用いている。
特開２００３－３４０４５４号公報
　塩素等を使用した化学殺菌処理では、装置の濃度管理や安定効果に問題があった。また、プラズマを用いた殺菌装置は、７．０～５０ＫＶという高電圧でプラズマを発生させるために、数百Ｗ以上の高電力装置が必要となり、大規模で高価になると言う問題があった。また、殺菌の際にオゾンが発生すると言う問題もある。
　その他にも、従来の殺菌装置では、生果汁等の食品に使用するには品質が変化する等の様々な問題があった。また、殺菌装置によっては液体あるいは気体のどちらかにしか使用できないと言う問題もあった。
そこで、本発明は、低価格で品質を変化させることなく安全に気体と液体の両方に使用することができる、物質を殺菌する高電界殺菌装置を提供することを目的とする。
　本発明の高電界殺菌装置は、マイナス電極となる第１金属板と、プラス電極となる第２金属板とを所定の間隔で配置し、前記第１金属板と前記第２金属板に接続したパルス電源装置によって前記第１金属板と前記第２金属板との間に形成された通路に高電界を発生させ、前記高電界が発生した前記通路の中を細菌を含んだ物質を通過させて、前記物質に含まれる細菌の細胞膜に電位差を生じさせて前記細胞膜を破壊することで殺菌を行う高電界殺菌装置であって、前記第１金属板の前記第２金属板と対向する表面に、焼成によって誘電材からなる誘電層を形成したことを特徴とする。
　さらに、前記パルス電源装置によって供給されるパルスは、パルスの立下りから立ち上がりの間で、パルスの供給が一時的に遮断されており、前記高電界は、直流電源あるいはバイポーラパルス電源による高電界であることが好ましい。
　そして、マイナス電極となる前記第１金属板の両面に前記誘電層を形成し、前記第１金属板の両面に所定の間隔で、プラス電極となる２枚の第２金属板を配置し、前記第１金属板と２枚の前記第２金属板との間に、前記物質が通過する２つの通路を形成し、前記パルス電源装置によって２つの前記通路にそれぞれ高電界を発生させて前記物質を通過させて殺菌処理を行うことも可能である。
　また、前記第１金属板と前記第２金属板との間に、前記第１金属板および前記第２金属板と平行に仕切り板を配置して複数の通路を形成し、前記パルス電源装置によって前記第１金属板と前記第２金属板との間に高電界を発生させ、前記複数の通路に前記物質を通過させて殺菌処理を行うことも可能である。
　別の形態として、マイナス電極となる前記第１金属板の両面に前記誘電層を形成し、前記第１金属板と所定の間隔で、プラス電極となる第２金属板を配置し、複数の前記第1金属板と複数の前記第２金属板を交互に配置して、前記第１金属板と２枚の前記第２金属板との間に、前記物質が通過する通路を形成し、前記パルス電源装置によって２つの前記通路にそれぞれ高電界を発生させて前記物質を通過させて殺菌処理を行う。
　さらに別の形態として、前記第１金属板を円柱形または円筒形に形成し、前記円柱形または前記円筒形の表面に前記誘電層を形成し、前記第２金属を前記第１金属板を取り囲むように円筒形に形成することで環状の通路を形成し、前記パルス電源装置によって前記環状の通路に高電界を発生させて前記物質を通過させて殺菌処理を行う。
　その他の形態として、前記第１金属板の両面に前記誘電層を形成し、所定の間隔で配置された前記第１金属板と前記第２金属板とを、所定の間隔を保った状態で巻いて渦巻状にし、断面が渦巻状の通路を形成し、前記パルス電源装置によって前記環状の通路に高電界を発生させて液体または気体を通過させて殺菌処理を行う。
　前記第１金属板を円柱形または円筒形に成形して回転ローラを形成し、前記第１金属板からなる回転ローラの表面に前記誘電層を形成し、前記第２金属板を曲面に形成して、前記回転ローラと所定の間隔を有するように配置することで、前記回転ローラと前記第２金属板との間に通路を形成し、前記パルス電源装置によって前記通路に高電界を発生させて、前記回転ローラを回転させることにより前記通路に前記物質を通過させて殺菌処理を行う。前記第１金属板と前記第２金属板を逆にして、前記第２金属板からなる回転ローラとしてもよい。
　前記第１金属板を円柱形または円筒形に成形して第１回転ローラを形成し、前記第１金属板からなる第１回転ローラの表面に前記誘電層を形成し、前記第２金属板を円柱形または円筒形に成形して第２回転ローラを形成し、前記第１回転ローラと前記第２回転ローラを所定の間隔で配置することで、前記第１回転ローラと前記第２回転ローラとの間に通路を形成し、前記パルス電源装置によって前記通路に高電界を発生させて、前記第１回転ローラおよび前記第２回転ローラを回転させることにより前記通路に前記物質を通過させて殺菌処理を行う
　複数の前記高電界殺菌装置を組み合わせることも可能であり、この場合、複数の殺菌処理装置を直列に接続して、液体または気体を繰り返し殺菌処理することを特徴とする。
　本発明の高電界殺菌装置は、マイナス電極となる第１金属板と、プラス電極となる第２金属板とを所定の間隔で配置し、前記第１金属板と前記第２金属板に接続したパルス電源装置によって前記第１金属板と前記第２金属板との間に形成された通路に高電界を発生させ、前記高電界が発生した前記通路の中を細菌を含んだ物質を通過させて、前記物質に含まれる細菌の細胞膜に電位差を生じさせて前記細胞膜を破壊することで殺菌を行う高電界殺菌装置であって、前記第１金属板の前記第２金属板と対向する表面に、焼成によって誘電材からなる誘電層を形成したことにより、常温下において品質不変で安全な殺菌処理を、低エネルギーの安価な装置で実現することが可能となり、さらに、前記パルス電源装置によって供給されるパルスは、パルスの立下りから立ち上がりの間で、パルスの供給が一時的に遮断されていることで、より効率良く殺菌処理を行うことが可能となる。
　そして、マイナス電極となる前記第１金属板の両面に前記誘電層を形成し、前記第１金属板の両面に所定の間隔で、プラス電極となる２枚の第２金属板を配置し、前記第１金属板と２枚の前記第２金属板との間に、前記物質が通過する２つの通路を形成し、前記パルス電源装置によって２つの前記通路にそれぞれ高電界を発生させて前記物質を通過させて殺菌処理を行うこと、あるいは、マイナス電極となる前記第１金属板の両面に前記誘電層を形成し、前記第１金属板と所定の間隔で、プラス電極となる第２金属板を配置し、複数の前記第1金属板と複数の前記第２金属板を交互に配置して、前記第１金属板と２枚の前記第２金属板との間に、前記物質が通過する通路を形成し、前記パルス電源装置によって２つの前記通路にそれぞれ高電界を発生させて前記物質を通過させて殺菌処理を行うにより、一度に殺菌処理できる前記物質の量を増加させることができる。
　また、前記第１金属板と前記第２金属板との間に、前記第１金属板および前記第２金属板と平行に仕切り板を配置して複数の通路を形成し、前記パルス電源装置によって前記第１金属板と前記第２金属板との間に高電界を発生させ、前記複数の通路に前記物質を通過させて殺菌処理を行うことにより、高電界を分散させることなく効率良く殺菌処理することができるようになる。
　あるいは、前記第１金属板を円柱形または円筒形に形成し、前記円柱形または前記円筒形の表面に前記誘電層を形成し、前記第２金属を前記第１金属板を取り囲むように円筒形に形成することで環状の通路を形成し、前記パルス電源装置によって前記環状の通路に高電界を発生させて液体または気体を通過させて殺菌処理を行うこと、または、前記第１金属板の両面に前記誘電層を形成し、所定の間隔で配置された前記第１金属板と前記第２金属板とを、所定の間隔を保った状態で巻いて渦巻状にし、断面が渦巻状の通路を形成し、前記パルス電源装置によって前記環状の通路に高電界を発生させて液体または気体を通過させて殺菌処理を行うことにより、高電界殺菌装置の外形をパイプ状とすることができるので、液体および気体を効率良く通路を通過させて、効果的に殺菌処理を行うことができる。
　前記第１金属板を円柱形または円筒形に成形して回転ローラを形成し、前記第１金属板からなる回転ローラの表面に前記誘電層を形成し、前記第２金属板を曲面に形成して、前記回転ローラと所定の間隔を有するように配置することで、前記回転ローラと前記第２金属板との間に通路を形成し、前記パルス電源装置によって前記通路に高電界を発生させて、前記回転ローラを回転させることにより前記通路に前記物質を通過させて殺菌処理を行う、あるいは、前記第１金属板を円柱形または円筒形に成形して第１回転ローラを形成し、前記第１金属板からなる第１回転ローラの表面に前記誘電層を形成し、前記第２金属板を円柱形または円筒形に成形して第２回転ローラを形成し、前記第１回転ローラと前記第２回転ローラを所定の間隔で配置することで、前記第１回転ローラと前記第２回転ローラとの間に通路を形成し、前記パルス電源装置によって前記通路に高電界を発生させて、前記第１回転ローラおよび前記第２回転ローラを回転させることにより前記通路に前記物質を通過させて殺菌処理を行うことにより、殺菌処理を行う物資として、粘度の高い液体、固体を含む液体、または固体を前記回転ローラによって通過させながら殺菌処理を行うことが可能となる。
　複数の前記高電界殺菌装置を組み合わせることも可能であり、この場合、複数の殺菌処理装置を直列に接続して、液体または気体を繰り返し殺菌処理することにより、より確実な殺菌処理を実現することができる。
本発明の第１の実施形態の高電界殺菌装置の全体を示す斜視図図である。 第１の実施形態の高電界殺菌装置の概略断面図である。 第１の実施形態の高電界殺菌装置における殺菌処理を示す概略図である。 パルス波の波形を示す図であり、（ａ）、（ｂ）が一般的なパルス波、（ｃ）、（ｄ）が一般的なパルス波を一時的に遮断しながら供給した場合の波形を示す。 第２の実施形態の高電界殺菌装置の概略断面図である。 第３の実施形態の高電界殺菌装置の概略断面図である。 第４の実施形態の高電界殺菌装置を途中で切断した概略斜視図である。 第５の実施形態の高電界殺菌装置を途中で切断した概略斜視図である。 第６の実施形態の高電界殺菌装置の概略断面図である。 第７の実施形態の高電界殺菌装置の概略断面図である。 第８の実施形態の高電界殺菌装置の概略断面図である。 図１１の高電界殺菌装置において第１金属板と第２金属板を入れ方場合の概略断面図である。 第９の実施形態の高電界殺菌装置の全体を示す斜視図図である。
　本発明を、図を用いて以下に詳細に説明する。図１が本発明の第１の実施形態の高電界殺菌装置の全体を示す斜視図であり、図２が第１の実施形態の高電界殺菌装置１の構造を示す概略断面図、図３が殺菌処理の仕組みを示す概略図である。
　まず初めに、第１の実施形態の高電界殺菌装置１の構造を説明する。図１，２に示すように、本発明の高電界殺菌装置１は、ケース２の中に、マイナス電極となる第１金属板３と、プラス電極となる第２金属板４とを所定の間隔で配置し、前記第１金属板３と前記第２金属板４に接続したパルス電源装置８を用いて前記第１金属板３と前記第２金属板４との間に高電界を発生させるものであり、前記第１金属板３と前記第２金属板４との間に形成された空間が、殺菌処理を行う液体または気体の通路６となる。
　前記第１金属板３の前記第２金属板４と対向する表面には、焼成によって誘電材を焼き付けて誘電層５を形成している。ここでは前記第１金属板３および前記第２金属板４としてはステンレス等を用いている。また、前記誘電層５の形成方法は、例えば、誘電材としてセラミックを用いる場合、セラミックコンデンサの製造の際にセラミックを焼成する方法を用いることができる。誘電材の種類や焼成方法は、特にこれらに限定するものではなく、その他の誘電材や焼成方法を用いることもできる。
　前記誘電層５の形成方法としては、焼結以外にも、塗装、例えばメラミンの塗装、あるいは、ホーロー加工を用いることにより、前記セラミック等の焼結により形成された誘電層と同じ効果をもたらすことができる。いずれの方法を用いた場合でも、本発明で用いる誘電層５は、形成途中でバインダー材を用いたとしても、最終的に形成された誘電層５にはバインダー材が残らないで誘電材が均一に金属板の表面に配置されていることを特徴とする。
　このようにして前記ケース２内に前記第１金属板３と前記第２金属板４によって形成した通路６に前記パルス電源装置８によってパルスを供給することにより、前記高電界殺菌装置１は殺菌処理可能な状態となる。パルスを供給する際に、図４（ａ）、（ｂ）に示すような波形を有する一般的なパルスを供給し、前記通路６に繰り返し高電界を発生させて、ポンプ等を用いて液体または気体である物質を前記通路６を通過させることで、液体または気体に含まれる細菌を殺菌する。前記パルス電源８によって供給するパルスとしては、例えば、出力周波数が５００Ｈｚ、パルス幅が２０μｓのパルスを用いる。
　前記パルス電源装置８から供給されるパルスによって前記通路６に生じる電位差は、パルスの条件等、様々な要因によって、パルス波の立下りの際に十分に下がりきらないで蓄積されることにより、十分な殺菌効果をもたらさない恐れがある。そこで、殺菌効果を高めるために、前記パルス電源装置８によって、図４（ｃ）、（ｄ）に示すような、パルスの立下りから立ち上がりの間で、一度パルスの供給を遮断し、放電したものを連続して供給することが好ましい。これにより、前記第１金属板３と前記第２金属板４の間に生じている電位差をある程度下げることにより高電界を発生させたときに細菌の細胞膜を破壊するための電位差を確実に生じることができ、殺菌効果を高めることが可能となる。
　本発明の高電界殺菌装置における高電界は、直流電源を用いた直流高電界、およびバイポーラパルス電源を用いた高電界のどちらでも可能である。パルスの立下りから立ち上がりの間で、一度パルスの供給を遮断し、放電したものを連続して供給することが好ましい。
　図４（ｃ）に示すような矩形波でパルス電源装置８からパルスが供給される場合には、パルスが低下した状態のところで一度パルスの供給を切断し、直ぐにパルスの供給を再開する。これにより、前記第１金属板３と前記第２金属板４の間の電位差は完全とまではいかなくても一時的に下がった状態となる。また、図４（ｄ）に示すような正弦波でパルスが供給される場合にはマイナスの部分をカットすることで、パルスの立下りから立ち上がりの間でパルスの供給を遮断した状態を作り出すことができる。このようにしてパルスの供給と遮断を繰り返すことにより、前記第１金属板３と前記第２金属板４の間の電位差を保ち、効果的に殺菌処理を行うことが可能になる。
　前記高電界殺菌装置１による殺菌処理について説明する。殺菌処理を行う物質である液体または気体を、貯蔵槽からポンプ等を使用して前記高電界殺菌装置１へと供給し、前記高電界殺菌装置１の通路６に液体または気体を通過させる。この時、前記第１金属板３と前記第２金属板４に接続した前記パルス電源装置８によって前記通路６に生じた高電界を通過する液体または気体に含まれる細菌３０は、細菌３０を構成する細胞膜３１の内外の膜厚と細菌３０の直径と電界強度に比例した大きさの電位差が生じ、前記電位差によって、図３に示すように、細菌３０の細胞膜３１が破壊されて中から細菌３０を構成する細胞質内液３２が外へ放出され、細菌３０が殺菌処理される。前記細胞膜３１が破壊されて内部の前記細胞質内液３２が漏出する率を示す漏出率が今の段階で、０．５近くまで実現できており、ほぼ細胞膜破壊は出来ているが、更なる実験を重ねれば漏出率を高めることが可能である。
　前記細胞膜３１を破壊するには、前記細胞膜３１の内外に１μｍ当たり１Ｖ以上の電位差を生じさせる必要がある。また、前記パルス電源装置８によって供給される電圧は１．０～５．０ＫＶの低電圧であることから、前記第１金属板３と前記第２金属板４との間隔は、例えば、０．３～５ｍｍ程度の間隔とするが、電圧の大きさや殺菌処理量に応じて適切に設定すればよく、特にこれに限定するものではない。このような低電圧で殺菌処理を行うことが可能であることにより、従来であれば高電圧のために高温下で行われていた殺菌処理が、常温下での殺菌処理を実現可能とする。
　前記高電界殺菌装置１による細菌の生存率は、今のところ数パーセント程度まで下げることを実現しており、さらに実験を重ねることにより、生存率をさらに０に近付けることができると考えている。このように、本発明の高電界殺菌装置１によって、液体および気体を常温下で安全・確実にそして安価な装置で殺菌処理することが可能となる。
　高電界殺菌装置１による殺菌処理の際に時間当たりの処理量を増やすためには、通路６を通過する液体または気体の量を増やすことが考えられる。そこで、複数の通路６，６’を設けた第２，３の実施形態の高電界殺菌装置１’、１’’について説明する。
　第２の実施形態の高電界殺菌装置１’は、図５に示すように、ケース２の中に、マイナス電極となる、両面に誘電層５，５’が形成された第１金属板３と、前記第１金属板３の両面に所定の間隔で、プラス電極となる２枚の第２金属板４，４’を配置することにより、前記第１金属板３の両面に、液体または気体が通過する２つの通路６，６’を形成したものである。前記第１金属板３と２枚の前記第２金属板４，４’に、パルス電源装置（図示せず）を接続し、２つの通路６，６’にそれぞれ高電界を発生させて殺菌処理を行う。前記誘電層５，５’の形成方法は、第１の実施形態と同様に誘電材を焼結することにより形成されている。
　前記第１金属板３と２枚の第２金属板４，４’との間に形成された２つの通路６，６'にパルス電源装置（図示せず）を用いてそれぞれ高電界を発生させて電位差を生じさせることにより、２つの通路６，６’を通過する液体または気体を同時に殺菌処理することができる。これにより、前記通路６，６’を通過する液体または気体の量が増加するので、第１の実施形態の高電界殺菌装置１に比べて、単位時間当たりの処理量を増加させることができる。第２の実施形態において前記パルス電源装置によって供給されるパルスは、図４に示すパルス波を有するものを用いることができる。
　また、通路を増加させる別の方法として、前記第１金属板３と前記第２金属板４との間に、前記第１金属板３と前記第２金属板４に平行な仕切り板を配置する方法がある。これを第３の実施形態の高電界殺菌装置１’’とする。図６に示すように、第３の実施形態の高電界殺菌装置１’’は、第1の実施形態の高電界殺菌装置１に２枚の仕切り板７を設けたものであり、マイナス電極となる、表面に導電層５が形成された第１金属板３と、プラス電極となる第２金属板４との間に２枚の仕切り板を等間隔で配置することで、前記第１金属板３と前記第２金属板４との間に３つの同じ大きさの通路６’’を形成したものである。前記仕切り板７以外の構造は第１の実施形態と同じものを用いる。
　前記第１金属板３と前記第２金属板４にパルス電源装置（図示せず）を接続し、前記第１金属板３と前記第２金属板４との間に高電界を発生させる。前記仕切り板７はパルス電源装置（図示せず）と接続されておらず、導電層も形成されていない単なる板状の部材である。この時、第１の実施形態のように１つの通路６しか存在しなければ、板状の電極を用いていることから通路６には高電界が不均一に発生する（例えば、板状の電極の両端に高電界が偏って発生する）が、本実施形態のように記第１金属板３と前記第２金属板４との間に仕切板７を配置していると、前記仕切り板７を介して高電界が発生することにより高電界の偏りが緩和されるので、その結果、殺菌効率を高めることが可能となる。
　ここまでは、断面が矩形の通路が形成された高電界殺菌装置について説明してきたが、次に通路の断面形状が環状あるいは渦巻状の高電界殺菌装置について説明する。図７に示すのが、第４の実施形態の高電界殺菌装置１０である。
　図７に示すように、第４の実施形態の高電界殺菌装置１０は、円筒形のケース１２内に、マイナス電極として円筒形にした第１金属板１３を前記ケース１２の中心に配置し、プラス電極として円筒形にした第２金属板１４を、円筒形の前記第１金属板１３を取り囲むように配置したものであり、これにより、前記第１金属板１３と前記第２金属板１４との間には、液体または気体を通過させる環状の通路１６が形成される。
　マイナス電極となる円筒形の第１金属板１３の表面には、焼結により導電層１５を形成する。そして、マイナス電極となる第１金属板１３とプラス電極となる第２金属板１４とにパルス電源装置（図示せず）を接続してパルスを供給し、前記環状の通路１６に高電界を発生させて電位差を生じさせることにより、環状の通路１６を通過する液体または気体を殺菌処理する。
　本実施形態のように、マイナス電極として円筒形に形成した第１金属板１３を用いると、前記通路１６において高電界が均一に発生することにより集電効果が高くなり、前記通路１６の通過する液体または気体の全てを均一に殺菌処理することができ、殺菌処理の効果を高めることができる。
　また、本実施形態では前記ケース１２を円筒形とすることにより、殺菌処理する液体または気体を貯留する貯蔵槽と、殺菌処理された液体または気体を容器等に充填する充填装置との間に配置する高電界殺菌装置１０（パルス電源装置を除く）をパイプ状に形成することができるので、小スペースに効率良く高電界殺菌装置１０を配置することができるようになる
　マイナス電極に円筒形の第１金属板１３を用いる場合について説明してきたが、マイナス電極として内部が空度となる円筒形だけではなく、円柱形を用いることも可能であり、円柱形とした場合でも同じ効果をもたらすことが可能である。
　次に、第４の実施形態の高電界殺菌装置１０と同様に外観をパイプ状とすることができる第５の実施形態の高電界殺菌装置１０’について説明する。図８に示すのが第５の実施形態の高電界殺菌装置１０'の斜視図である。
　第５の実施形態の高電界殺菌装置１０’は、マイナス電極となる、両面に導電層１５，１５’が焼結により形成された第１金属板１３’と、プラス電極となる第２金属板１４’とを所定の間隔で配置し、図８に示すように、前記第１金属板１３’と前記第２金属板１４’とを、所定の間隔を保った状態で巻いて渦巻状にして、ケース１２内に配置したものであり、前記第１金属板１３’と前記第２金属板１４’との間に形成される通路１６’は、断面がケース２内で２つの渦巻形状に形成されている。
　このような渦巻状に形成したマイナス電極となる前記第１金属板１３’と、プラス電極となる前記第２金属板１４’にパルス電源装置を接続し、前記第１金属板１３’と前記第２金属板１４’との間に高電界を発生させて前記通路１６’を通過する液体または気体に含まれる細菌の細胞膜を電位差によって破壊して殺菌処理を行う。
　この時、前記通路１６’は第４の実施形態の通路１６のように幅が大きいのではなく、幅が狭いのが重なった状態となっているので、細胞膜を破壊するには、１μｍ当たり１Ｖ以上の電位差を生じさせることが必要なことを考えると、第４の実施形態の高電界殺菌装置１０’よりも少ない電位差で同じ効果をもたらすことが可能となる。つまり、外観を同じパイプ状とした場合でも、第５の実施形態の高電界殺菌装置１０’は、より低電圧で殺菌処理を行うことができる。しかしながら、前記第１金属板１３’と前記第２金属板１４’とを、所定の間隔を保った状態で巻いて渦巻状に形成する際に、間隔を均一に保つのは難しいために、製造コストは増加する恐れがある。
　次に、第６の実施形態の高電界殺菌装置１ａについて説明する。図９に示すのは、前記高電界殺菌装置１ａの横断方向の断面図である。図９に示すように、前記高段階殺菌装置１ａは、マイナス電極となる複数の第１金属板３ａおよびプラス電極となる複数の第２金属板４ａを交互に配置することにより、殺菌処理を行う物質が通過する通路６ａを複数形成したものである。
　マイナス電極となる前記第１金属板３ａの両面に誘電層５ａを形成し、プラス電極となる前記第２金属板４ａをスペーサー９を用いて前記第１金属板３ａと所定の間隔で、前記第１金属板３ａと交互に、そして前記第１金属板３ａよりも数が１つ多くなるように、ケース２ａ内に配置する。これにより、複数の通路６ａ、本実施形態では１０個の通路６ａが形成される。マイナス電極となる前記第１金属板３ａとプラス電極となる前記第２金属板４ａに、パルス電源装置（図示せず）を接続し、全ての通路６ａにそれぞれ高電界を発生させて殺菌処理を行う。前記誘電層５ａの形成方法は、第１の実施形態と同様に誘電材を焼結することにより形成されている。本実施形態において前記パルス電源装置によって供給されるパルスは、図４に示すパルス波を有するものを用いることができる。
　このように、第６の実施形態の高電界殺菌装置１ａは、マイナス電極となる複数の第１金属板３ａとプラス電極となる第２金属板４ａを交互に配置することによって、複数の通路６ａを形成することで、一度に大量の物質を殺菌することが可能となる。また処理量に応じて前記第１金属板３ａと前記第２金属板４ａの数や大きさを自由に変更することができる。
　次に、第７の実施形態の高電界殺菌装置１０ａについて、図１０を用いて説明する。図１０に示すのが第７の実施形態の高電界殺菌装置１０ａの概略断面図である。第７の実施形態の高電界殺菌装置１０ａは、マイナス電極となる第１金属板１３ａを円柱形または円筒形に成形して回転ローラ１７を形成し、前記回転ローラ１７を利用して殺菌処理する物質を移動させる構造である。
　マイナス電極となる前記第１金属板１３ａからなる回転ローラ１７の表面に誘電層１５ａを形成する。そして、プラス電極となる第２金属板１４ａを前記回転ローラ１７の表面に合わせた曲面形状を有するように形成する。図１０に示すように、複数の回転ローラ１７を配置する場合には、１枚の第２金属板１４ａを波型に形成し、各回転ローラ１７と所定の間隔を有するように配置する。そして、隣接する回転ローラ１７の間には、前記第２金属板１７ａと所定の間隔を有するように壁１８を形成する。
　これにより、前記第２金属板１４ａと、前記第１金属板１３ａからなる前記回転ローラ１７および前記壁１８との間に、殺菌処理を行う物質を通過させる通路１６ａが形成される。前記回転ローラ１７は駆動装置によって回転する構造とし、前記通路１６ａを通過させる物質が、高粘度の液体、固体を含む液体、または固体と言ったポンプ等を使用して前記通路１６ａを通過させることが難しい場合に、前記回転ローラ１７の回転によって殺菌処理を行う物質を前記通路１６ａを通過させることができる。
　そして、前記回転ローラ１７を図１０に矢印で示す方向に回転させながら、マイナス電極となる前記第１金属板１３ａとプラス電極となる前記第２金属板１４ａに、パルス電源装置（図示せず）を接続し、前記通路１６ａに高電界を発生させた状態で、前記回転ローラ１７の回転によって物質が移動されて前記通路１６ａを通過することによって、固体等の物質の殺菌処理を行うことができる。
　本実施形態では、上述のように、回転ローラ１７を用いることによって、高粘度の液体、固体を含む液体、または固体等の物質を殺菌処理することが可能となる。これにより、高電界殺菌装置１０ａによって、液体および気体以外の様々な物質を殺菌処理することが可能となる。また、前記壁１８をマイナス電極となる第１金属板１３ａによって形成し、その表面に誘電層１５ａを形成することによって、隣接する回転ローラ１７の間でも殺菌処理する構造とすることも可能である。
　第８の実施形態として、回転ローラ１７をマイナス電極となる前記第１金属板１３ａによって形成しているが、図１１に示すように、回転ローラ１７をプラス電極となる第２金属板１４ａによって形成し、マイナス電極となる第１金属板１３ａを前記回転ローラ１７の表面に合わせた曲面形状を有するように形成して、その表面に誘電層１５ａを形成してもよい。この場合、前記第１金属板１３ａと、前記第２金属板１４ａからなる前記回転ローラ１７および壁１８との間に、殺菌処理を行う物質を通過させる通路１６ａを形成する。
　そして、前記回転ローラ１７を図１１に矢印で示す方向に回転させながら、マイナス電極となる前記第１金属板１３ａとプラス電極となる前記第２金属板１４ａに、パルス電源装置（図示せず）を接続し、前記通路１６ａに高電界を発生させた状態で、殺菌処理を行う物質を通過させることによって、固体等の物質の殺菌処理を行うことができる。このような場合、前記壁１８をプラス電極となる前記第２金属板１４ａによって形成することによって、隣接する回転ローラ１７の間でも殺菌処理する構造とすることも可能である。
　次に、第７の実施形態と同様に、回転ローラを用いた第８の実施形態の高電界殺菌装置１０ｂについて、図１２を用いて説明する。図１２に示すのが第８の実施形態の高電界殺菌装置１０ａの概略断面図である。
　第８の実施形態の高電界殺菌装置１０ｂは、マイナス電極となる第１金属板１３ｂを円柱形または円筒形に成形して第１回転ローラ１７ｂを形成し、さらに、プラス電極となる第２金属板１４ｂを円柱形または円筒形に成形して第２回転ローラ１９を形成したものであり、前記第１回転ローラ１７ｂおよび前記第２回転ローラ１９を利用して殺菌処理する物質を移動させる構造である。
　マイナス電極となる前記第１金属板１３ｂからなる第１回転ローラ１７ｂの表面に誘電層１５ｂを形成する。そして、前記第１回転ローラ１７ｂと対向するようにプラス電極となる前記第２回転ローラ１９を所定の間隔で配置する。このように、対になった前記第１回転ローラ１７ｂと前記第２回転ローラ１９を、図１２に示すように、複数配置する。この時、各第１回転ローラ１７ｂは、対になった第２回転ローラ１９だけでなく、隣に配置された第２回転ローラ１９に対しても同じ間隔を有するように配置する。
　そして隣接する第１回転ローラ１７ｂの間に、前記第２回転ローラ１９の曲面に合わせた曲面状の壁２５を前記第２回転ローラ１９と対向するように配置し、隣接する第２回転ローラ１９の間に、前記第１回転ローラ１７ｂの曲面に合わせた曲面状の壁２６を前記第１回転ローラ１７ｂと対向するように配置する。これにより、前記第１回転ローラ１７ｂおよび前記壁２５と、前記第２回転ローラ１９と前記壁２６との間に、殺菌処理が行われる物質が通過する通路１６ｂが形成される。
　そして、前記第１回転ローラ１７ｂおよび前記第２回転ローラ１９を回転させる駆動装置を設けて、前記第１回転ローラ１７ｂおよび前記第２回転ローラ１９を互いに反対方向（図１２に矢印で示す方向）に回転させながら、マイナス電極となる前記第１金属板１３ｂとプラス電極となる前記第２金属板１４ｂに、パルス電源装置（図示せず）を接続し、前記通路１６ｂの前記第１回転ローラ１７ｂと前記第２回転ローラ１９との間に高電界を発生させた状態で、前記第１回転ローラ１７および前記第２回転ローラ１９の回転によって物質を前記通路１６ｂを通過させると、前記第１回転ローラ１７ｂと前記第２回転ローラ１９との間で、物質を殺菌処理することができる。
　このように、前記第１回転ローラ１７ｂと前記第２回転ローラ１９を配置することで、１つの第１回転ローラ１７ｂにおいて２箇所で殺菌処理を行うことが可能となる。そして、本実施形態の高電界殺菌装置１０ｂは、対向する第１回転ローラ１７ｂおよび第２回転ローラ１９を共に回転させることによって、通路１６ｂを通過する物質をより確実に移動させることができるので、より高粘度の液体、固体を含む液体および固体をスムーズに移動させて、効率良く物質の殺菌処理を行うことが可能となる。
　前記壁２５をマイナス電極となる第１金属板１３ｂによって形成し、その表面に誘電層１５ｂを形成し、さらに、前記壁２６をプラス電極となる第２金属板１４ｂによって形成することによって、前記第１回転ローラ１７ｂと前記第２回転ローラ１９の間だけでなく、前記第１回転ローラ１７ｂと前記壁２６との間、そして、前記第２回転ローラ１９と前記壁２５との間でも殺菌処理する構造とすることも可能である。
　ここまでは、１つの高電界殺菌装置によって液体または気体を処理する場合について説明してきたが，複数の高電界殺菌装置を組み合わせることでより殺菌処理の効果を高める方法について説明する。
　図１３に示す第９の実施形態の高電界殺菌装置２０は、第４の実施形態の高電界殺菌装置１０を２つ組み合わせたものである。第４の実施形態の高電界殺菌装置１０は、その説明で述べたように、外観をパイプ状とすることができるこの利点を利用したものが本実施形態の高電界殺菌装置２０である。本実施形態で用いている２つの高電界殺菌装置１０は、上述のように第４の実施形態の高電界殺菌装置１０を用いていることから、構造についての説明は省略する。
　図１３に示すように、前記高電界殺菌装置２０は、殺菌処理する液体または気体を貯留する貯蔵槽２１と、殺菌処理された液体または気体を容器等に充填する充填装置２２との間に２つの高電界殺菌装置１０を配置したものであり、１つ目の高電界殺菌装置１０を、貯蔵槽２１から水平方向に出ているパイプ２３から上方へと液体または気体が流れるように配置され、２つ目の高電界殺菌装置１０を、１つ目の高電界殺菌装置と平行に配置し、その下方に前記充填装置２２を配置する。そして、１つ目の高電界殺菌装置１０と２つ目の高電界殺菌装置１０とを逆Ｕ字型のパイプ２４で接続する。
　これにより、前記貯蔵槽２１からポンプによって送り出される液体または気体は、１つ目の高電界殺菌装置１０を下から上へと通過しながら１度目の殺菌処理が行われ、逆Ｕ字型のパイプ２４を通過した後、２つ目の高電界殺菌装置１０を上から下へと通過しながら２度目の殺菌処理が行われる。１つの高電界殺菌装置によって殺菌処理した液体または気体を再び高電界殺菌装置によって殺菌処理すると、細菌の数はさらに減少することから、本実施形態のように繰り返し殺菌処理することで細菌の生存率をさらに低下させることができる。また、２つの高電界殺菌装置１０を直線ではなく平行に配置することで、より少ないスペースで納めることができるので、コンパクトな高電界殺菌装置２０を実現できる。
　ここでは、第４の実施形態の高電界殺菌装置１０を２つ用いた高電界殺菌装置２０について説明したが、その他の第１～３，５～８の実施形態の高電界殺菌装置をそれぞれ２つ用いることも可能であり、異なる種類の高電界殺菌装置を組み合わせることも可能である。また、組み合わせる数も２つ以上とすることによりさらなる殺菌効果をもたらすことも可能である。
　いずれの場合にも、複数の高電界殺菌装置を組み合わせて１つの高電界殺菌装置とし、繰り返し殺菌処理することで細菌の生存率をさらに低下させることが可能となり、より効果的な殺菌処理を行うことができる。
　本発明の高電界殺菌装置は、ここまで説明してきたように、様々な形態を用いることで殺菌処理の対象物質を、液体、気体、固体、固体を含む液体等、様々な状態の物質を低電圧で効果的に殺菌処理することが可能であり、さらに、処理された物質の品質を変えることなく安全に殺菌処理することが可能である。また、その製造コストも安価であり、殺菌処理の費用も低コストで可能となる。このような利点により、流体飲料、食品加工、水処理、医療機器、室内環境、電子機器製造等、様々な分野で利用することが考えられる。
　１，１’，１’’，１ａ　高電界殺菌装置
　２，２ａ　　　　ケース
　３，３ａ　　　　第１金属板
　４，４’，４ａ　第２金属板
　５，５’，５ａ　誘電層
　６，６’，６’’，６ａ　通路
　７　　　　　　　仕切り板
　８　　　　　　　パルス電源装置
　９　　　　　　　スペーサー
　１０，１０’，１０ａ，１０ｂ　高電界殺菌装置
　１２　　　　　　ケース
　１３，１３’，１３ａ，１３ｂ　第１金属板
　１４，１４’，１４ａ，１４ｂ　第２金属板
　１５，１５’，１５ａ，１５ｂ　誘電層
　１６，１６’，１６ａ，１６ｂ　通路
　１７　　　　　　回転ローラ
　１７ｂ　　　　　第１回転ローラ
　１８　　　　　　壁
　１９　　　　　　第２回転ローラ
　２０　　　　　　高電界殺菌装置
　２１　　　　　　貯蔵槽
　２２　　　　　　充填装置
　２３，２４　　　パイプ
　２５，２６　　　壁

Claims (13)

  1. 　マイナス電極となる第１金属板と、プラス電極となる第２金属板とを所定の間隔で配置し、前記第１金属板と前記第２金属板に接続したパルス電源装置によって前記第１金属板と前記第２金属板との間に形成された通路に高電界を発生させ、前記高電界が発生した前記通路の中を細菌を含んだ物質を通過させて、前記物質に含まれる細菌の細胞膜に電位差を生じさせて前記細胞膜を破壊することで殺菌を行う高電界殺菌装置であって、
    　前記第１金属板の前記第２金属板と対向する表面に、焼成によって誘電材からなる誘電層を形成したことを特徴とする高電界殺菌装置。
  2. 　前記パルス電源装置によって供給されるパルスは、パルスの立下りから立ち上がりの間で、パルスの供給が一時的に遮断されていることを特徴とする請求項１に記載の高電界殺菌装置。
  3. 　前記高電界は、直流による直流高電界であることを特徴とする請求項１または２に記載の高電界殺菌装置。
  4. 　前記高電界は、バイポーラパルス電源による高電界であることを特徴とする請求項２に記載の高電界殺菌装置。
  5. 　マイナス電極となる前記第１金属板の両面に前記誘電層を形成し、前記第１金属板の両面に所定の間隔で、プラス電極となる２枚の第２金属板を配置し、前記第１金属板と２枚の前記第２金属板との間に、前記物質が通過する２つの通路を形成し、前記パルス電源装置によって２つの前記通路にそれぞれ高電界を発生させて前記物質を通過させて殺菌処理を行うことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の高電界殺菌装置。
  6. 　前記第１金属板と前記第２金属板との間に、前記第１金属板および前記第２金属板と平行に仕切り板を配置して複数の通路を形成し、前記パルス電源装置によって前記第１金属板と前記第２金属板との間に高電界を発生させ、前記複数の通路に前記物質を通過させて殺菌処理を行うことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の高電界殺菌装置。
  7. 　マイナス電極となる前記第１金属板の両面に前記誘電層を形成し、前記第１金属板と所定の間隔で、プラス電極となる第２金属板を配置し、複数の前記第1金属板と複数の前記第２金属板を交互に配置して、前記第１金属板と２枚の前記第２金属板との間に、前記物質が通過する通路を形成し、前記パルス電源装置によって２つの前記通路にそれぞれ高電界を発生させて前記物質を通過させて殺菌処理を行うことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の高電界殺菌装置。
  8. 　前記第１金属板を円柱形または円筒形に形成し、前記円柱形または前記円筒形の表面に前記誘電層を形成し、前記第２金属を前記第１金属板を取り囲むように円筒形に形成することで環状の通路を形成し、前記パルス電源装置によって前記環状の通路に高電界を発生させて前記物質を通過させて殺菌処理を行うことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の高電界殺菌装置。
  9. 　前記第１金属板の両面に前記誘電層を形成し、所定の間隔で配置された前記第１金属板と前記第２金属板とを、所定の間隔を保った状態で巻いて渦巻状にし、断面が渦巻状の通路を形成し、前記パルス電源装置によって前記環状の通路に高電界を発生させて前記物質を通過させて殺菌処理を行うことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の高電界殺菌装置。
  10. 　前記第１金属板を円柱形または円筒形に成形して回転ローラを形成し、前記第１金属板からなる回転ローラの表面に前記誘電層を形成し、前記第２金属板を曲面に形成して、前記回転ローラと所定の間隔を有するように配置することで、前記回転ローラと前記第２金属板との間に通路を形成し、前記パルス電源装置によって前記通路に高電界を発生させて、前記回転ローラを回転させることにより前記通路に前記物質を通過させて殺菌処理を行うことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の高電界殺菌装置。
  11. 　前記第２金属板を円柱形または円筒形に成形して回転ローラを形成し、前記第１金属板を曲面に形成して、前記曲面の表面に前記誘電層を形成して、前記第１金属板を前記回転ローラと所定の間隔を有するように配置することで、前記回転ローラと前記第１金属板との間に通路を形成し、前記パルス電源装置によって前記通路に高電界を発生させて、前記回転ローラを回転させることにより前記通路に前記物質を通過させて殺菌処理を行うことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の高電界殺菌装置。
  12. 　前記第１金属板を円柱形または円筒形に成形して第１回転ローラを形成し、前記第１金属板からなる第１回転ローラの表面に前記誘電層を形成し、前記第２金属板を円柱形または円筒形に成形して第２回転ローラを形成し、前記第１回転ローラと前記第２回転ローラを所定の間隔で配置することで、前記第１回転ローラと前記第２回転ローラとの間に通路を形成し、前記パルス電源装置によって前記通路に高電界を発生させて、前記第１回転ローラおよび前記第２回転ローラを回転させることにより前記通路に前記物質を通過させて殺菌処理を行うことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の高電界殺菌装置。
  13. 　請求項１～１２のいずれか１項に記載の高電界殺菌装置を複数組み合わせた高電界殺菌装置であって、複数の殺菌処理装置を直列に接続して、繰り返し殺菌処理することを特徴とする高電界殺菌装置。
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