JP2014108315A

JP2014108315A - 微生物不活化デバイス

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Publication number: JP2014108315A
Application number: JP2012265295A
Authority: JP
Inventors: Ayumi Saiki; あゆみ斎木; Takuya Furuhashi; 拓也古橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-06-12

Abstract

【課題】オゾンの放出を抑制するとともに、異常放電の発生を抑制し、装置を薄型化することが可能な微生物不活化デバイスを提供すること。
【解決手段】本発明の微生物不活化デバイスは、第１の電極（高圧電極３０）と、第１の電極との間に空間を介して配置された第２の電極（対向電極４０）と、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、第１の電極と第２の電極との一方または両方は、導体電極３１を誘電体３２で被覆したものであり、誘電体３２の少なくとも表面に、オゾン分解作用を有する物質が含まれており、電圧印加手段により電圧を印加して第１の電極と第２の電極との間で放電させることにより、第１の電極と第２の電極との間を通る空気中に浮遊する微生物を不活化する。
【選択図】図３

Description

本発明は、放電を利用して空気中に浮遊する細菌、カビ、ウイルス、アレルギー物質等の微生物を不活化する微生物不活化デバイスに関する。

空気中に浮遊する細菌、カビ、ウイルス、アレルギー物質等の微生物（生物の細胞等の微粒子を含む。）を、放電を利用して不活化する装置が知られている。そのような装置において、放電生成物としてオゾンが発生する。しかしながら、オゾンは毒性があるため、人が存在する空間への放出を抑制する必要がある。

特許文献１に記載された電気集塵器では、オゾンの発生を抑制するために、放電電極を、導電性薄板の板面を絶縁体で被覆した板状体で構成し、この板状体の板面を空気流れ方向と直交するように配置し、導電性薄板の端面を対極と対向させるようにしている。これにより、放電電極の表面上には集中放電の生じる突起が存在せず、オゾン発生を抑制する、としている。

また、特許文献２には、オゾン発生を抑制するために、高圧電極を樹脂等の不導体で被覆し、高圧電極に静電界を印加することで不導体を分極し、不導体表面が分極することで誘起される電荷のクーロン力とグラジエント力によってコロナ放電を発生させることなく空気中の微生物等を除去する方法が開示されている。

特開平４−１８９４４号公報国際公開ＷＯ２００７／０９４３３９号公報

特許文献１の発明では、対極に対向する放電電極の端面で金属部分が露出しており、放電はこの露出した金属面で主に発生する。このため、放電電極の露出した金属部分と、対極のエッジ部とが近くなると、異常放電が発生する問題がある。更に、放電電極の板面を空気流れ方向と直交するように配置するため、気流を遮ることになり、圧力損失が増加するという問題がある。

特許文献２の発明では、クーロン力およびグラジエント力を利用し、空気中のカビ、細菌、ウイルス、アレルギー物質等を捕集するため、これらを不活化するには至らない。特許文献２の発明では、捕集された微生物が蓄積すると、帯電した不導体からの距離に応じてクーロン力が小さくなり、不活化されないまま再飛散するという問題がある。また、不導体表面に静電気を発生させるためには高い電圧が必要となり、絶縁空間や装置が必要となる。このため、絶縁空間確保のための装置の大型化やコスト増大という問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、オゾンの放出を抑制するとともに、異常放電の発生を抑制し、装置を薄型化することが可能な微生物不活化デバイスを提供することを目的とする。

本発明に係る微生物不活化デバイスは、第１の電極と、第１の電極との間に空間を介して配置された第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、第１の電極と第２の電極との一方または両方は、導体電極を誘電体で被覆したものであり、誘電体の少なくとも表面に、オゾン分解作用を有する物質が含まれており、電圧印加手段により電圧を印加して第１の電極と第２の電極との間で放電させることにより、第１の電極と第２の電極との間を通る空気中に浮遊する微生物を不活化するものである。

本発明によれば、オゾンの放出を抑制し、異常放電の発生を抑制し、装置を薄型化することが可能となる。

本発明の実施の形態１の微生物不活化デバイスを示す分解斜視図である。図１に示す微生物不活化デバイスを、高圧電極および対向電極の長手方向に垂直な平面で切断した断面図である。図１に示す微生物不活化デバイスが備える高圧電極および対向電極を長手方向に垂直な平面で切断した断面図である。本発明の実施の形態２の微生物不活化デバイスが備える高圧電極および対向電極を長手方向に垂直な平面で切断した断面図である。本発明の実施の形態３の微生物不活化デバイスを、高圧電極および対向電極の長手方向に垂直な平面で切断した断面図である。本発明の実施の形態４の微生物不活化デバイスを、高圧電極および対向電極の長手方向に垂直な平面で切断した断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の微生物不活化デバイスを示す分解斜視図である。図１に示すように、本実施の形態１の微生物不活化デバイス１は、上ケース枠１０と、下ケース枠２０と、高圧電極３０（第１の電極）と、対向電極４０（第２の電極）と、電極支持中間部品５０，６０と、高圧電極３０に高電圧を印加可能な電圧印加手段としての高圧電源（図示省略）とを備えている。

上ケース枠１０および下ケース枠２０は、高圧電極３０および対向電極４０等の構成要素を収納するケーシングとして機能する。上ケース枠１０および下ケース枠２０には、空気が通過可能な複数の開口部が格子状に形成されている。上ケース枠１０は風上側に配置され、下ケース枠２０は風下側に配置される。上ケース枠１０および下ケース枠２０は、例えば樹脂材料によって形成される。

対向電極４０は、略長方形状の板状をなしている。対向電極４０は、空気の流れ方向にほぼ平行に配置される。本実施形態では、５枚の対向電極４０が等間隔で互いに平行に配置される。本実施形態では、これらの対向電極４０が一体化され、接地給電端子７０が備えられている。対向電極４０は、下ケース枠２０上に配置され、電極支持中間部品５０，６０によって上側から固定される。電極支持中間部品５０，６０は、例えば樹脂材料によって形成される。

高圧電極３０は、細長い線状をなしている。高圧電極３０は、対向電極４０間の空間に配置される。高圧電極３０の両端部は、それぞれ、端子バネ３３を介して、高圧給電端子８０に接続される。端子バネ３３は、金属製の部材からなる。端子バネ３３は、高圧電極３０に所定の張力を付与するためのものである。すなわち、高圧電極３０は、端子バネ３３によって長手方向に引っ張られた状態で、高圧給電端子８０に取り付けられる。

電極支持中間部品５０，６０には、それぞれ、高圧電極３０の折り返し部分を支持する折り返し支持部５１，６１が設けられている。本実施形態では、電極支持中間部品５０には１箇所の折り返し支持部５１が設けられ、電極支持中間部品６０には、２箇所の折り返し支持部６１が設けられている。高圧電極３０は、各折り返し支持部５１，６１で折り返すことによって２往復して４列に並ぶ。このようにして、高圧電極３０は、５枚の対向電極４０によって４箇所に形成される対向電極４０間の空間を経由するように配置される。上ケース枠１０および下ケース枠２０には、対向電極４０を支持する複数のリブが形成されており、対向電極４０と高圧電極３０との極間距離を保持している。

図２は、図１に示す微生物不活化デバイス１を、高圧電極３０および対向電極４０の長手方向に垂直な平面で切断した断面図である。図２中、上側が風上側、下側が風下側である。すなわち、空気は、図２中で、上側から微生物不活化デバイス１に流入して下側から流出する。図２に示すように、高圧電極３０は、対向電極４０間に配置される。微生物不活化デバイス１では、高圧電極３０を線状体で構成していることから、高圧電極３０が空気流を遮ることがないため、圧力損失を低減することができる。このため、微生物不活化デバイス１を設置する機器本来の機能に影響を与えることなく、空気中のカビ、細菌、ウイルス、アレルギー物質等の微生物（生物の細胞等の微粒子を含む。以下同じ。）を不活化することができる。

また、本実施形態では、上ケース枠１０および下ケース枠２０の開口部が形成された面に対して対向電極４０が傾斜して配置されている。このため、上ケース枠１０および下ケース枠２０の開口部が形成された面に対して対向電極４０を垂直に配置する場合に比べて、微生物不活化デバイス１の厚さ寸法（図２中の上下方向の寸法）を小さくする、すなわち薄型化することができる。

図３は、図１に示す微生物不活化デバイス１が備える高圧電極３０および対向電極４０を長手方向に垂直な平面で切断した断面図である。図３に示すように、高圧電極３０は、導体で形成された導体電極３１を、誘電体３２で被覆した構成になっている。本実施形態では、導体電極３１は、円形断面の金属細線で構成されている。導体電極３１の構成材料は、例えば、タングステン、銅、ニッケル、ステンレス、亜鉛、鉄、モリブデン等が好適である。

誘電体３２は、導体電極３１の表面を密着して被覆している。誘電体３２は、オゾンを分解する作用を有する物質、すなわちオゾン分解触媒として作用する物質で構成されている。そのような作用を有する誘電体３２の構成物質としては、例えば、二酸化マンガン、ニッケル酸化物、炭酸ニッケル、酸化銅（Ｉ）、炭酸銅、四酸化三鉄等が挙げられるが、二酸化マンガンが特に好適である。また、これらの複数の物質のうちの２種以上を組み合わせて使用しても良い。

誘電体３２は、電気抵抗率（例えば２０℃における電気抵抗率）が１０^−５〜１０^８Ω・ｃｍのものであることが好ましい。誘電体３２の電気抵抗率が１０^−５Ω・ｃｍ未満であると、誘電体３２の導電性が過大になり、電荷を保持できなくなる場合がある。また、放電箇所が顕在化し、異常放電が発生し易くなる場合がある。一方、誘電体３２の電気抵抗率が１０^８Ω・ｃｍを超えると、放電電流を発生させるために必要な印加電圧が過大になる場合がある。

導体電極３１と誘電体３２との間に微小な空隙が発生すると、異常放電が発生し、誘電体３２の劣化が発生する。このため、導体電極３１の表面粗さを粗くすることにより誘電体３２との密着性を高めても良い。また、導体電極３１の表面に粒径の小さい物質を付加することで誘電体３２との密着性を高めても良い。また、導体電極３１と誘電体３２とをバインダー（接着剤）を介して密着させても良い。これらの何れかの方法によって導体電極３１と誘電体３２との密着性を高めることにより、導体電極３１と誘電体３２との間に微小な空隙が発生することを抑制し、誘電体３２の劣化を確実に抑制することができる。

対向電極４０は、金属製の板状部材に、切断と曲げ加工とを行うことで作製される。対向電極４０を構成する金属としては、例えば、タングステン、銅、ニッケル、ステンレス、亜鉛、鉄、モリブデン等が好適である。また、対向電極４０を、上記金属を主成分とする合金で構成したり、上記金属の表面に銀、金、白金等の貴金属をメッキしたもので構成したりしても良い。

本実施形態の微生物不活化デバイス１では、対向電極４０を接地し、高圧電極３０に高圧電源により電圧を印加する。高圧電源が高圧電極３０に印加する電圧は、経時的に変動する電圧であり、その波形は、例えば正弦波、矩形波、パルス波等が好適である。また、上記波形は、０Ｖ基準としても良いし、オフセット電圧を乗算しても良い。本実施形態と異なり、高圧電極３０に静電圧を印加した場合には、誘電体３２の表面で電荷が蓄積し、放電電流の発生が停止し、放電生成物による微生物不活化効果が得られなくなる場合がある。

次に、本実施形態の微生物不活化デバイス１の動作について説明する。接地された対向電極４０に対して、経時的に変動する電圧を高圧電源が高圧電極３０に印加すると、対向電極４０と高圧電極３０との間に無声放電が発生する。この際、導体電極３１を誘電体３２で被覆しているため、導体電極３１上に電荷が偏在することがなく、放電が安定する。また、誘電体３２は、不導体より電気抵抗が低いため、不導体で導体電極３１を被覆した場合に比べて、印加電圧が低くても放電が開始される。このように、本実施形態によれば、放電に必要な電圧を低くすることができるので、必要な絶縁距離が短縮され、微生物不活化デバイス１全体の小型化が可能となる。

また、不導体よりも電気抵抗の低い誘電体３２で導体電極３１を被覆して高圧電極３０を形成することで、放電し易くなるため、誘電体３２の被覆が無い場合に比較して、同じ印加電圧に対して対向電極４０と高圧電極３０との極間距離を長く配置しても、同程度の放電電流を確保できる。このため、本実施形態では、対向電極４０と高圧電極３０との極間距離を拡大することにより、微生物不活化デバイス１を通過する空気流の圧力損失を低減することができる。

また、本実施形態では、誘電体３２で導体電極３１を被覆することで、対向電極４０のエッジ部分と、高圧電極３０との間に発生する可能性のある異常放電を確実に抑制することができる。このため、対向電極４０の幅方向の寸法を短くすることができる。これにより、微生物不活化デバイス１の厚さ寸法（図２中の上下方向の寸法）を小さくする、すなわち薄型化することができるため、設置スペースが小さくて済むとともに、圧力損失を更に低減することができる。特に、本実施形態では、導体電極３１の全体（全周）を誘電体３２で被覆している。このため、異常放電の発生をより確実に抑制することができる。

対向電極４０と高圧電極３０との間に発生する無声放電により、空気中に酸素原子（Ｏ）が生成され、この酸素原子が誘電体３２に吸着される。酸素原子が更に生成されると、この酸素原子と、誘電体３２に吸着されていた酸素原子とが結合して安定な酸素分子（Ｏ_２）となり、この酸素分子が誘電体３２から開放される。また、放電により生成したオゾン（Ｏ_３）も誘電体３２に吸着され、酸素原子と酸素分子とに乖離し、酸素分子は誘電体３２より開放され、酸素原子は別の酸素原子と結合することで酸素分子となり、誘電体３２より開放される。このようにして、本実施形態では、オゾン分解作用を有する物質で構成した誘電体３２の被覆を高圧電極３０に設けたことにより、微生物不活化デバイス１からオゾンを外部に放出することを確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、前述したように印加電圧を低くすることができるので、放電によって生じる電子が十分に加速されず、電子の持つエネルギー分布が低くなる。電子のエネルギー分布が低くなると、酸素分子は乖離効率が低下し、オゾン発生のための酸素原子発生が抑制される。更に、オゾンの乖離する電子エネルギー分布は酸素分子よりも低いため、発生したオゾンは、放電により生成した低エネルギーの電子と衝突することで酸素原子と酸素分子へ乖離する。本実施形態によれば、このような理由から、オゾンの放出量を更に低減できる。

放電によって生成され誘電体３２で吸着される酸素原子は、不対電子を有しており、活性種の一種である。このため、本実施形態によれば、誘電体３２の表面上に吸着した酸素原子やオゾン、空気中に発生した電子や酸素原子、あるいは高圧電極３０および対向電極４０により形成される電界によって、微生物不活化デバイス１を空気が通過する際に、空気中を浮遊する細菌、カビ、ウイルス、アレルギー物質等の微生物を効率良く不活化することができる。

以上説明したように、本実施形態の微生物不活化デバイス１によれば、オゾン分解作用を有する物質で構成した誘電体３２によって導体電極３１を被覆して高圧電極３０を形成することにより、オゾンの放出および異常放電を抑制し、印加電圧および圧力損失を低減することができるとともに、微生物不活化デバイス１の小型化（薄型化）が図れる。

なお、誘電体３２の全体を、オゾン分解作用を有する物質で構成しなくてもよく、誘電体３２の表面のみをオゾン分解作用を有する物質で構成してもよい。この場合であっても、上記と同様の効果が得られる。

実施の形態２．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。

図４は、本発明の実施の形態２の微生物不活化デバイス１が備える高圧電極３０および対向電極４０を長手方向に垂直な平面で切断した断面図である。図４に示すように、本実施の形態２では、対向電極４０は、導体で形成された導体電極４１を、オゾン分解作用を有する物質で構成された誘電体４２で被覆した構成になっている。この点以外の構成は、実施の形態１と同様である。導体電極４１の構成材料については、導体電極３１について説明したものと同様である。誘電体４２の構成材料および電気抵抗率については、誘電体３２について説明したものと同様である。また、誘電体４２の全体を、オゾン分解作用を有する物質で構成しなくてもよく、誘電体４２の表面のみをオゾン分解作用を有する物質で構成してもよい。また、導体電極４１と誘電体４２との密着性を、前述した方法で高めることが好ましい。

本実施の形態２によれば、高圧電極３０だけでなく、対向電極４０にも誘電体４２の被覆を設けたことにより、実施の形態１に比べて更に放電し易くなる。このため、対向電極４０と高圧電極３０との極間距離を更に長くすることが可能になるので、微生物不活化デバイス１を通過する空気流の圧力損失を更に低減することができる。また、異常放電をより確実に抑制することができるため、対向電極４０の幅方向の寸法を更に短くすることができる。これにより、微生物不活化デバイス１の厚さ寸法を更に小さくすることができる。

また、本実施の形態２によれば、対向電極４０と高圧電極３０との間に発生する無声放電により、空気中に酸素原子（Ｏ）が生成され、この酸素原子が誘電体３２および４２に吸着される。酸素原子が更に生成されると、この酸素原子と、誘電体３２および４２に吸着されていた酸素原子とが結合して安定な酸素分子（Ｏ_２）となり、この酸素分子が誘電体３２および４２から開放される。また、放電により生成したオゾン（Ｏ_３）も誘電体３２および４２に吸着され、酸素原子と酸素分子とに乖離し、酸素分子は誘電体３２および４２より開放され、酸素原子は別の酸素原子と結合することで酸素分子となり、誘電体３２および４２より開放される。このようにして、本実施の形態２では、オゾン分解作用を有する物質で構成した誘電体４２を対向電極４０側にも設けたことにより、微生物不活化デバイス１からオゾンを外部に放出することを、実施の形態１に比べて更に確実に抑制することができる。また、本実施の形態２では、誘電体３２および４２の表面上に吸着した酸素原子やオゾン、空気中に発生した電子や酸素原子、あるいは高圧電極３０および対向電極４０により形成される電界によって、微生物不活化デバイス１を空気が通過する際に、空気中を浮遊する細菌、カビ、ウイルス、アレルギー物質等の微生物を効率良く不活化することができる。このため、実施の形態１に比べて、空気中の微生物をより高効率に不活化することができる。

なお、本実施の形態２では、高圧電極３０と対向電極４０との双方に誘電体３２，４２の被覆を設けた構成について説明したが、本発明では、対向電極４０にのみ誘電体４２の被覆を設け、高圧電極３０を導体電極３１のみで構成しても良い。

実施の形態３．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図５は、本発明の実施の形態３の微生物不活化デバイス１Ａを、高圧電極３０および対向電極４０の長手方向に垂直な平面で切断した断面図である。

図５に示すように、本実施の形態３の微生物不活化デバイス１Ａでは、上ケース枠１０および下ケース枠２０の開口部が形成された面に対して対向電極４０を垂直に配置している。このため、微生物不活化デバイス１Ａを通過する空気流の圧力損失を、実施の形態１に比べて更に低減することができる。

実施の形態４．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図６は、本発明の実施の形態４の微生物不活化デバイス１Ｂを、高圧電極３０および対向電極４０の長手方向に垂直な平面で切断した断面図である。

図６に示すように、本実施の形態４の微生物不活化デバイス１Ｂでは、上ケース枠１０および下ケース枠２０の開口部が形成された面に対して、対向電極４０の傾斜角度を、実施の形態１に比べて更に小さくしている。このため、実施の形態１に比べて、微生物不活化デバイス１Ｂの厚さ寸法（図６中の上下方向の寸法）を更に小さくすることができる。

本発明の微生物不活化デバイスは、例えば、ルームエアコン、パッケージエアコン、クリーナー、ハンドドライヤー、空気清浄機、加湿機、除湿機、冷蔵庫といった製品の内部に搭載することができる。

１，１Ａ，１Ｂ微生物不活化デバイス、１０上ケース枠、２０下ケース枠、３０高圧電極、３１導体電極、３２，４２誘電体、３３端子バネ、４０対向電極、４１導体電極、５０，６０電極支持中間部品、５１，６１折り返し支持部、７０接地給電端子、８０高圧給電端子

Claims

第１の電極と、
前記第１の電極との間に空間を介して配置された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との一方または両方は、導体電極を誘電体で被覆したものであり、
前記誘電体の少なくとも表面に、オゾン分解作用を有する物質が含まれており、
前記電圧印加手段により電圧を印加して前記第１の電極と前記第２の電極との間で放電させることにより、前記第１の電極と前記第２の電極との間を通る空気中に浮遊する微生物を不活化する微生物不活化デバイス。
前記誘電体は、前記導体電極の全体を被覆する請求項１記載の微生物不活化デバイス。
前記導体電極と前記誘電体とがバインダーを介して密着している請求項１または２記載の微生物不活化デバイス。
前記誘電体の電気抵抗率が１０^−５〜１０^８Ω・ｃｍである請求項１乃至３の何れか１項記載の微生物不活化デバイス。
前記電圧印加手段は、経時的に変動する電圧を印加する請求項１乃至４の何れか１項記載の微生物不活化デバイス。
前記物質は、二酸化マンガン、ニッケル酸化物、炭酸ニッケル、酸化銅（Ｉ）、炭酸銅、四酸化三鉄のうちの１種または２種以上である請求項１乃至５の何れか１項記載の微生物不活化デバイス。
前記第１の電極は、線状をなし、
前記第２の電極は、板状をなす請求項１乃至６の何れか１項記載の微生物不活化デバイス。