JP5314374B2 - 酸化・還元微粒子発生装置 - Google Patents

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Description

本発明は、酸化力のある微粒子と、還元作用のある微粒子とを選択的に生成させるための酸化・還元微粒子発生装置に関するものである。
従来から、霧化電極と、霧化電極に水を供給する供給手段とを備え、霧化電極に高電圧を印加することで霧化電極に保持された水を静電霧化してナノメータサイズの帯電微粒子水を生成する静電霧化装置が知られている。
この静電霧化装置が発生するナノメータサイズの帯電微粒子水はヒドロキシラジカルといったラジカルが含まれていて、該ラジカルによる酸化作用により脱臭効果や、ウイルス、カビ菌の除菌、抑制効果などがあることがわかっている。
そして、このような帯電微粒子水を食品に付着浸透させて、殺菌、脱臭、有害物質の分解、あるいは保湿等を行なうようにすることが特許文献1により提案されている。
上記特許文献1においては、帯電微粒子水の持つ酸化作用により殺菌、脱臭、有害物質の分解、あるいは保湿等を行なうことで、食品の保存を行おうというものである。
ところで、食品を含め、物の劣化とは、上記のように菌の作用による劣化だけでなく、酸化による劣化もある。
したがって、上記従来例においては、菌による劣化は抑制できても、酸化による劣化は抑制できないという問題があった。
特開2007−167796号公報
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、酸化作用を有する微粒子、還元作用を有する微粒子を選択的に発生させることができる酸化・還元微粒子発生装置を提供することを課題とするものである。
上記課題を解決するために本発明に係る酸化・還元微粒子発生装置は、霧化電極1と、霧化電極1に水を供給する水供給手段2と、高電圧印加手段3とを備えて、高電圧を印加することで霧化電極1に供給された水を静電霧化してラジカルを含んだマイナスに帯電した帯電微粒子水Aを発生させる酸化モードと、霧化電極1に水を供給することなく高電圧を印加して空放電することで霧化電極1の表面から還元作用のある微粒子Bを発生させる還元モードとを有し、切り替え手段4により酸化モードと、還元モードとを切り替え自在とし、酸化モードにおいては、高電圧印加手段3がオン、水供給手段2がオンとなるように制御し、還元モードにおいては、高電圧印加手段3がオン、水供給手段2がオフとなるように制御されることを特徴とするものである。更に、酸化モードにおける水の供給を自動的に行って、安定して帯電微粒子水Aを生成でき、また、還元モードにおいては、水の供給を自動的に停止して、省エネルギーを図ることができる。
このような構成とすることで、切り替え手段4を操作して酸化モードで運転すると、ラジカルを含んだマイナスに帯電した帯電微粒子水Aを発生させ、マイナスに帯電した帯電微粒子水Aに含まれているラジカルである[・OH]、[・O]により殺菌、脱臭、有害物質の分解等を行なうことができ、また、切り替え手段4を操作して還元モードで運転すると、空放電して霧化電極1の表面から還元作用のある微粒子Bを生成させ、還元作用のある微粒子Bにより対象物の酸化を抑制して、酸化による劣化防止を図ることができる。
また、酸化モードにおいて高電圧が印加される霧化電極1と、還元モードにおいて空放電のために高電圧が印加される霧化電極1とが共通の電極により兼用されていることが好ましい。
このような構成とすることで、切り替え手段4による酸化モードと、還元モードの切り替え操作を行うことにより、共通の電極を用いて簡単な構成で、ラジカルを含む帯電微粒子水Aの生成と、空放電による還元作用のある微粒子Bの生成とを選択的に行うことができる。
また、酸化モードにおいて高電圧が印加される霧化電極1aと、還元モードにおいて空放電のために高電圧が印加される霧化電極1bとが別体の電極であることが好ましい。
このような構成とすることで、切り替え手段4を操作して、帯電微粒子水Aを生成している酸化モードの運転から空放電による還元モード運転に切り替えた際、霧化電極1aに水が残っている状態であっても、確実に空放電をさせて還元作用のある微粒子Bを発生させることができる。また、空放電により還元作用のある微粒子Bを生成している還元モードの運転から酸化モードの運転に切り替えた際、酸化モード用の霧化電極1aに水が供給されていれば、直ぐにラジカルを含む帯電微粒子水Aを生成することができる。
また、水供給手段2が熱交換器5により構成され、酸化モードにおいて、熱交換器5に通電することで熱交換器5の冷却部6側による冷却で空気中の水分を結露させて霧化電極1の先端に水を供給するものであることが好ましい。
このような構成とすることで、酸化モードにおける水の供給を自動的に行って、安定して帯電微粒子水Aを生成でき、また、還元モードにおいては、水の供給を自動的に停止して、省エネルギーを図ることができる。
また、切り替え手段4により酸化モードと、還元モードとの切り替えが光センサー12による検出値に基づいて、所定の明るさ以上の場合は酸化モードに、所定の明るさに達していない場合は還元モードとすることが好ましい。
このような構成とすることで、明るい場合は人が活動しているとみなすことができ、酸化モードで運転し、人の活動に伴って発生する臭いを脱臭することができ、併せて殺菌、有害物質の分解等を行なうことができる。また、暗い場合は人が活動していない(寝ている)とみなすことができ、還元モードで運転することで、人が寝ている間に肌や髪の劣化防止、つまり、肌や髪の潤いや保湿ができる。
また、切り替え手段により酸化モードと、還元モードとの切り替えが臭いセンサー13による検出値に基づいて、検出値が所定値以上の場合は酸化モードに、所定値に達していない場合は還元モードとすることが好ましい。
このような構成とすることで、臭いセンサー13による検出値が所定値以上の場合は、人が活動して臭いを発生しているとみなすことができ、酸化モードで運転し、人の活動に伴って発生する臭いを脱臭することができ、併せて殺菌、有害物質の分解等を行なうことができる。また、臭いセンサー13による検出値が所定値に達していない場合は、人が活動していない(寝ている)ので臭いが所定値に達していないとみなすことができ、還元モードで運転することで、人が寝ている間に肌や髪の劣化防止、つまり、肌や髪の潤いや保湿ができる。
また、切り替え手段により酸化モードと、還元モードとの切り替えが人の動きを検知する人体検知センサー14により人の動きを検知した場合は酸化モードに、人の動きを検知していない場合は還元モードとすることが好ましい。
このような構成とすることで、人の動きを検知した場合は、人が活動して臭いを発生しているとみなすことができ、酸化モードで運転し、人の活動に伴って発生する臭いを脱臭することができ、併せて殺菌、有害物質の分解等を行なうことができる。また、人の動きを検知しない場合は、人が活動していない(寝ている)ので臭いが所定値以下であるとみなすことができ、還元モードで運転することで、人が寝ている間に肌や髪の劣化防止、つまり、肌や髪の潤いや保湿ができる。
本発明は、上記のように、高電圧を印加することで霧化電極に供給された水を静電霧化してラジカルを含んだマイナスに帯電した帯電微粒子を発生させる酸化モードと、霧化電極に水を供給することなく高電圧を印加して空放電することで霧化電極の表面から還元作用のある微粒を発生させる還元モードとを有しているので、切り替え手段により酸化モードと、還元モードとを選択的に切替えることで、ラジカルを含んだ帯電微粒子を発生させて、殺菌、脱臭、有害物質の分解等を行なったり、あるいは、空放電により還元作用のある微粒を発生させて対象物の酸化を抑制して、酸化による劣化防止、例えば、食品の酸化による劣化の抑制や、あるいは、人体の皮膚や細胞等の酸化による劣化(老化)の抑制を図ることができる。
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。
本発明の酸化・還元微粒子発生装置は、霧化電極1、霧化電極1に水を供給する水供給手段2、霧化電極1に高電圧を印加する高電圧印加手段3、切り替え手段4を備えたもので、切り替え手段4を切り替えることで、霧化電極1に水供給手段2で水を供給すると共に該水が供給された霧化電極1に高電圧印加手段3で高電圧を印加してラジカルを含むナノメータサイズの帯電微粒子水Aを生成する酸化モードの運転としたり、あるいは、霧化電極1に水を供給することなく高電圧を印加して空放電することにより霧化電極1の表面から還元作用のある微粒子Bを発生させる還元モードの運転としたりできるようになっている。
図1、図2には本発明の酸化・還元微粒子発生装置の一実施形態が示してあり、図1、図2に示す実施形態では酸化モードの運転に用いる霧化電極1aと、還元モードの運転に用いる霧化電極1bとが共通の霧化電極1で兼用している例が示してある。この実施形態の場合、霧化電極1は還元モードの運転の際に霧化電極1に高電圧を印加することで、空放電により霧化電極1の表面から還元作用を有する微粒子が発生するように、表面又は全体が白金のように還元力のある物質で形成してある。
水供給手段2としては、空気中の水分を結露水として生成することで、霧化電極1の先端部に水を供給する方式と、タンクに溜めた水を搬送手段で搬送して霧化電極1の先端部に水を供給する方式とがある。
図1、図2には空気中の水分を結露水として生成する場合の一例が示してある。この実施形態においては、ペルチェユニットのような熱交換器5の冷却部6に霧化電極1を接続し、ペルチェユニット用電源9からペルチェユニットに通電することで、冷却部6を冷却し、これにより霧化電極1を冷却することで、空気中の水分を霧化電極1に結露水として生成させるようにした例を示している。図中7はペルチェユニットのような熱交換器5の放熱部である。
また、図示を省略しているが、熱交換器5の冷却部6で冷却板を冷却して冷却板に結露水を生成し、該冷却板に生成した結露水を搬送手段により霧化電極1に搬送して供給するようにしてもよい。
添付図面に示す実施形態では、霧化電極1の先端部に対向するように対向電極8が設けてある。添付図面に示す実施形態では高電圧印加手段3の一端部を霧化電極1に、他端を対向電極8に接続してあるが、対向電極8はフレームグランド(例えば、本発明の静電霧化装置を組み込む電気機器などのフレーム)に接続してもよい。
高電圧印加手段3、ペルチェユニット用電源9の制御は制御部10からの制御信号により行うようになっている。
ここで、霧化電極1への高電圧を印加した際における放電電流を検知することで、放電状態を推定し、これに基づいて酸化モードの際に高電圧印加手段3、ペルチェユニット用電源9を制御し、また、還元モードの際に高電圧印加手段3を制御するようにしてもよい。
本発明においては、高電圧を印加することで霧化電極1に供給された水を静電霧化してラジカルを含んだ帯電微粒子水Aを発生させる酸化モードと、霧化電極1に水を供給することなく高電圧を印加して空放電することで霧化電極1の表面から還元作用のある微粒子Bを発生させる還元モードとを有しており、切り替えスイッチのような切り替え手段4を操作することで、酸化モードによる運転と、還元モードによる運転とを選択的に行うことができるようになっている。
つまり、切り替え手段4により酸化モードの運転に設定すると、高電圧印加手段3がオン、熱交換器5がオン(つまりペルチェユニット用電源9がオン)となるように制御部10により制御される。
これにより、ペルチェユニットに通電されて、冷却部6が冷却されることで霧化電極1が冷却され、空気中の水分が結露水となって霧化電極1に供給される。
このように霧化電極1に水が供給された状態で、高電圧印加手段3により霧化電極1側がマイナスとなるように高電圧を印加することで、霧化電極1と対向電極8との間にかけられた高電圧により霧化電極1の先端部に供給された水と対向電極8との間にクーロン力が働いて、水の液面が局所的に錐状に盛り上がり(テーラーコーン)が形成される。このようにテーラーコーンTが形成されると、該テーラーコーンの先端に電荷が集中してこの部分における電界強度が大きくなって、これによりこの部分に生じるクーロン力が大きくなり、更にテーラーコーンを成長させる。このようにテーラーコーンが成長し該テーラーコーンの先端に電荷が集中して電荷の密度が高密度となると、テーラーコーンの先端部分の水が大きなエネルギー(高密度となった電荷の反発力)を受け、表面張力を超えて***・飛散(レイリー***)を繰り返して活性種(ラジカル)を有するマイナスに帯電したナノメータサイズの帯電微粒子水Aを大量に生成するようになっている。図1には上記の酸化モードの運転を示している。
上記のように、霧化電極1の先端に供給した供給した水に高電圧を印加すると、印加された高電圧のエネルギーで[・H]、[・OH]、[・O]というフリーラジカルが発生するが、この時、霧化電極側がマイナスとなるように高電圧を印加すると、電子(e)が霧化電極1側からテイラーコーン部分に供給されるので、[・H]が電子と結合してHとなり、[・OH]、[・O]が残り、静電霧化により活性酸素が含まれた帯電微粒子水となり、したがって、このマイナスに帯電した帯電微粒子水は[・OH]、[・O]というフリーラジカルを含み、酸化作用があり、この[・OH]、[・O]というフリーラジカルにより殺菌、脱臭、有害物質の分解等を行なうことができ、また、帯電微粒子水Aはナノメータサイズときわめて小さいため、広範囲に浮遊し、衣類等の対象物の内部の奥深くに浸透して上記殺菌、脱臭、有害物質の分解等の効果を発揮することができる。また、ナノメータサイズの帯電微粒子水Aは野菜や果物、肉等の食品の内部まで浸透して保湿効果を発揮できる。また、人の肌の内部に浸透し、保湿効果を発揮できる。
一方、切り替え手段4を操作して還元モードの運転にすると、高電圧印加手段3がオン、熱交換器5がオフとなるように制御部10により制御され、霧化電極1に高電圧が印加されて空放電を行い、該空放電により霧化電極1の表面から還元作用を有する微粒子Bが発生する。図2には上記還元モードの運転を示している。
本発明において、還元モードとは、酸化したものの還元化だけでなく、抗酸化も含む。すなわち、物質Mが酸化される状態とはM+O→MOであるが、抗酸化状態とは、M+O+X→M+XOである。
このようにして発生させる還元作用のある微粒子Bにより対象物の酸化を抑制して、酸化による劣化防止を図ることができる。例えば、野菜、果物、肉、魚等の食品に対して、還元作用のある微粒子Bを付着させることで、これらの食品の酸化を抑制し、食品の酸化による劣化を抑制することができる。
また、人体に対しても、酸化による人体組織の老化を抑制することが可能となる。
ここで、例えば、食品を保存する場合、始めに酸化モードで運転してラジカルを含む帯電微粒子水Aを食品に付着させることで、食品の殺菌、脱臭、有害物質の除去を行うと共に保湿を行い、その後、還元モードで運転して、殺菌、脱臭、有害物質の除去及び保湿を行った状態の食品に還元作用のある微粒子Bを付着させて食品が酸化により劣化するのを抑制するようにしてもよい。
このようにすることで、食品に対してラジカルを含む帯電微粒子水Aを付着させるだけの場合、あるいは、食品に対して還元作用のある微粒子Bを付着させるだけの場合に比べて長時間新鮮な状態で保存することが可能となる。
上記のように、共通の霧化電極1を、酸化モード用の霧化電極1a、還元モード用の霧化電極1bとして兼用することで、部材点数を削減し、装置のコンパクト化を図ることができる。この場合、耐酸性を考慮すると、霧化電極1の表面又は全体を構成する還元力のある物質としては白金が望ましい。他の金属では、酸化モードの時に、酸化力のある帯電微粒子水Aの中に還元力のある金属粒子が混入するため好ましくない。
また、上記実施形態では、共通の霧化電極1を、酸化モード用の霧化電極1a、還元モード用の霧化電極1bとして兼用した例を示したが、酸化モード用の霧化電極1a、還元モード用の霧化電極1bを別々に設けてもよい。
図3にはその一実施形態を示している。図3において11は切り替えスイッチである。本実施形態では、酸化モードの運転においては、制御部10により熱交換器5がオン(つまりペルチェユニット用電源9がオン)となるように制御部10により制御し、更に、高電圧印加手段3をオンにすると共に切り替えスイッチ11を制御して霧化電極1aに高電圧を印加してラジカルを含むナノメータサイズの帯電微粒子水Aを発生させるようになっている。
一方、還元モードの運転においては、制御部10により熱交換器5をオフ(つまりペルチェユニット用電源9をオフ)となるように制御部10により制御し、また、高電圧印加手段3をオンにすると共に切り替えスイッチ11を制御して霧化電極1bに高電圧を印加して霧化電極1bの空運転により還元作用を有する微粒子を発生させるようになっている。
このものにおいては、切り替え手段4を操作して、帯電微粒子水Aを生成している酸化モードの運転から空放電による還元モード運転に切り替えた際、霧化電極1aに水が残っている状態であっても、直ちに霧化電極1bを空放電させて還元作用のある微粒子Bを確実に発生させることができる。
また、空放電により還元作用のある微粒子Bを生成している還元モードの運転から酸化モードの運転に切り替えた際、酸化モード用の霧化電極1aに水が供給されていれば、直ぐにラジカルを含む帯電微粒子水Aを生成することができる。
図4には本発明の他の実施形態が示してある。すなわち、本実施形態においては、本発明の酸化・還元微粒子発生装置を室内に設置して室内空間にラジカルを含んだマイナスに帯電した帯電微粒子水と、還元作用のある微粒子を選択的に放出するに当り、室内の明るさの状態を検出する光センサー12を設け、切り替え手段4による酸化モードと、還元モードとの切り替えを光センサー12による検出値に基づいて行うようにしているものである。すなわち、本実施形態においては、光センサー12による室内の明るさの検出値が所定の明るさ以上の検出値の場合は切り替え手段4により酸化モードに、所定の明るさの検出値に達していない場合は還元モードに切り換えるようになっている。
ここで、室内が明るい場合は室内で人が活動しているとみなすもので、図4(a)に示すように酸化モードで運転することにより、人の活動に伴って発生する臭いを脱臭することができ、併せて殺菌、有害物質の分解等を行なうことができる。
また、室内が暗い場合は人が活動していない(つまり、寝ている)とみなすもので、図4(b)に示すように還元モードで運転することにより、人が寝ている間に肌や髪の劣化防止、つまり、肌や髪の潤いや保湿を行うことができる。
図5には本発明の他の実施形態が示してある。すなわち、本実施形態においては、本発明の酸化・還元微粒子発生装置を室内に設置して室内空間にラジカルを含んだマイナスに帯電した帯電微粒子水と、還元作用のある微粒子を選択的に放出するに当り、室内に臭いセンサー13を設け、切り替え手段4による酸化モードと、還元モードとの切り替えを臭いセンサー13による検出値に基づいて行うようにしているものである。すなわち、本実施形態においては、臭いセンサー13によって室内の臭いの検出値が所定値以上の場合は切り替え手段4により酸化モードに、所定値に達していない場合は還元モードに切り換えるようになっている。
ここで、室内の臭いが所定値以上であるということは室内で人が活動しているので活動に基づいて臭いが発生しているとみなすもので、図5(a)に示すように酸化モードで運転することにより、人の活動に伴って発生する臭いを脱臭することができ、併せて殺菌、有害物質の分解等を行なうことができる。
また、室内の臭いが所定値に達していないということは室内で人が活動していない(つまり、寝ている)とみなすもので、図5(b)に示すように還元モードで運転することにより、人が寝ている間に肌や髪の劣化防止、つまり、肌や髪の潤いや保湿を行うことができる。
図6には本発明の他の実施形態が示してある。すなわち、本実施形態においては、本発明の酸化・還元微粒子発生装置を室内に設置して室内空間にラジカルを含んだマイナスに帯電した帯電微粒子水と、還元作用のある微粒子を選択的に放出するに当り、室内における人の動きを検出する人体検知センサー14を設け、切り替え手段4による酸化モードと、還元モードとの切り替えを人体検知センサー14による人の動きの検出結果に基づいて行うようにしているものである。すなわち、本実施形態においては、人体検知センサー14により室内における人の動きを検出した場合は切り替え手段4により酸化モードに、室内における人の動きを検出しない場合(この場合は、動きが僅かである場合も含む)は還元モードに切り換えるようになっている。
ここで、人体検知センサー14で室内における人の動きを検出する場合は、室内で人が活動しているので活動に基づいて臭いが発生していることになり、図6(a)に示すように酸化モードで運転することにより、人の活動に伴って発生する臭いを脱臭することができ、併せて殺菌、有害物質の分解等を行なうことができる。
また、人体検知センサー14で室内における人の動きを検出しない場合ということは室内で人が活動していない(つまり、寝ている)とみなすもので、図6(b)に示すように還元モードで運転することにより、人が寝ている間に肌や髪の劣化防止、つまり、肌や髪の潤いや保湿を行うことができる。
本発明の酸化・還元微粒子発生装置の一実施形態の酸化モードによる運転を示す説明のための概略構成図である。 同上の還元モードによる運転を示す説明のための概略構成図である。 本発明の酸化・還元微粒子発生装置の他の実施形態の概略構成図である。 (a)は本発明の酸化・還元微粒子発生装置の更に他の実施形態の酸化モードによる運転を示す説明のための概略構成図であり、(b)は還元モードによる運転を示す説明のための概略構成図である。 (a)は本発明の酸化・還元微粒子発生装置の更に他の実施形態の酸化モードによる運転を示す説明のための概略構成図であり、(b)は還元モードによる運転を示す説明のための概略構成図である。 (a)は本発明の酸化・還元微粒子発生装置の更に他の実施形態の酸化モードによる運転を示す説明のための概略構成図であり、(b)は還元モードによる運転を示す説明のための概略構成図である。
符号の説明
1 霧化電極
2 水供給手段
3 高電圧印加手段
4 切り替え手段
5 熱交換器
6 冷却部
12 光センサー
13 臭いセンサー
14 人体検知センサー

Claims (7)

  1. 霧化電極と、霧化電極に水を供給する水供給手段と、高電圧印加手段とを備えて、
    高電圧を印加することで霧化電極に供給された水を静電霧化してラジカルを含んだマイナスに帯電した帯電微粒子水を発生させる酸化モードと、
    霧化電極に水を供給することなく高電圧を印加して空放電することで霧化電極の表面から還元作用のある微粒子を発生させる還元モードと
    を有し、
    切り替え手段により酸化モードと、還元モードとを切り替え自在とし
    酸化モードにおいては、高電圧印加手段がオン、水供給手段がオンとなるように制御し、還元モードにおいては、高電圧印加手段がオン、水供給手段がオフとなるように制御されることを特徴とする酸化・還元微粒子発生装置。
  2. 酸化モードにおいて高電圧が印加される霧化電極と、還元モードにおいて空放電のために高電圧が印加される霧化電極とが共通の電極により兼用されていることを特徴とする請求項1記載の酸化・還元微粒子発生装置。
  3. 酸化モードにおいて高電圧が印加される霧化電極と、還元モードにおいて空放電のために高電圧が印加される霧化電極とが別体の電極であることを特徴とする請求項1記載の酸化・還元微粒子発生装置。
  4. 水供給手段が熱交換器により構成され、酸化モードにおいて、熱交換器に通電することで熱交換器の冷却部側による冷却で空気中の水分を結露させて霧化電極の先端に水を供給するものであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の酸化・還元微粒子発生装置。
  5. 切り替え手段により酸化モードと、還元モードとの切り替えが光センサーによる検出値に基づいて、所定の明るさ以上の場合は酸化モードに、所定の明るさに達していない場合は還元モードとすることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の酸化・還元微粒子発生装置。
  6. 切り替え手段により酸化モードと、還元モードとの切り替えが臭いセンサーによる検出値に基づいて、検出値が所定値以上の場合は酸化モードに、所定値に達していない場合は還元モードとすることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の酸化・還元微粒子発生装置。
  7. 切り替え手段により酸化モードと、還元モードとの切り替えが人の動きを検知する人体検知センサーにより人の動きを検知した場合は酸化モードに、人の動きを検知していない場合は還元モードとすることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の酸化・還元微粒子発生装置。
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