(57)【要約】【課題】シンプルな構成で消費エネルギーが少なく、室内に流入する空気流から、花粉を有効且つ確実に捕捉して、室内への流入を阻止することができる花粉粒捕捉装置を提供することを課題とする。【解決手段】３層の絶縁導線層１〜３と、絶縁導線層１〜３のうちの２つの外側絶縁導線層１，３に負電荷を供給する電圧発生器４と、絶縁導線層１〜３ののうちの中央絶縁導線層２に正電荷を供給する電圧発生器５とを備え、絶縁導線層１〜３は、適宜間隔を置いて平行に配置され、隣接する層内の絶縁導線同士が互いに他からオフセットされて成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３層の絶縁導線層と、前記３層の絶縁導線層のうちの２つの外側絶縁導線層に負電荷を供給すると共に、前記３層の絶縁導線層のうちの中央絶縁導線層に正電荷を供給する２つの電圧発生器を備え、
前記３層の絶縁導線層は、適宜間隔を置いて平行に配置され、隣接する層内の絶縁導線同士が互いに他からオフセットされて成ることを特徴とする花粉粒捕捉装置。
【請求項２】
前記各電圧発生器は、ソーラーパネルから電力を供給される蓄電池によって動作させる、請求項１に記載の花粉粒捕捉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、花粉粒捕捉装置に関するものであり、より詳細には、静電気を利用して室内に流入する空気流から花粉粒を捕捉する、花粉粒捕捉装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
花粉症は、空中の花粉によって引き起こされるアレルギー性疾患である。日本では、杉及びヒノキからの花粉が、主要な花粉症アレルゲンであり、２月から３月まで全国的に拡散する。日本では、２５０万人以上の人が、これら花粉アレルゲンに敏感であり、毎年、花粉シーズン中、頭痛、眼の充血及びかゆみ、水っ洟を伴うくしゃみの繰り返し、喉の炎症と痛み、倦怠感、集中力の低下等の症状を呈するとされている。
【０００３】
健康的な住宅においては、能率的な換気のためには、空気の流れが良いことが重要である。しかしながら、活発な空気の循環にはまた、否定的な側面がある。それは、空中の花粉が、空気流で室内に運ばれる可能性があるためである。そのため、窓等を通過して室内に流入する空気流から、花粉を排除することが望まれる。
【０００４】
従来より、花粉を吸着するための装置が種々提案されている。例えば、特開２００３−２６５９１２号公報（特許文献１）には、静電気が発生して帯電する材料を組み込んだフィルター素材を格子状に配置した花粉等濾過フィルターが開示されている。また、特開２０１１−２２６７４４号公報（特許文献２）には、花粉等の室内浮遊物質を効率よく除去するための空気清浄機として、空気中の塵埃を除去するフィルターと、水とナノコロイドからなる帯電水滴を通風経路部に霧化放射する静電霧化装置を備えた設備機器が開示されている。
【０００５】
更に、特開２００８−２０１３１号公報（特許文献３）には、プラス又はマイナスに帯電させるように構成した帯電物体を備え、帯電物体と人体とを接触させることで除電を行い、吹出風により人体に付着した花粉や粉塵を吹き飛ばす花粉分離手段を備えたことで、人体に有害なオゾンを発生させずにムラ無く除電でき、確実に花粉や塵埃を吹き飛ばすことができる花粉除去装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２６５９１２号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２６７４４号公報
【特許文献３】特開２００８−２０１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかるに、従来の上記花粉除去手段の場合は、機構が複雑且つ大掛かりでコスト高となる嫌いがあり、一般家庭において利用するのに適さないといった問題や、十分な花粉除去効果が期待できないといった問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、そのような問題がなく、シンプルな構成で消費エネルギーが少なく、室内に流入する空気流から、花粉を有効且つ確実に捕捉して、室内への流入を阻止することができる花粉粒捕捉装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、花粉シーズン中花粉症で悩む人々の生活の質を改善するため、住居内に無花粉の空間を創り出す途を模索した。そして、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、静電気引力を用いることによって、花粉粒が空気から家に入ることを防ぐことが可能であるとの知見を得て本発明を完成させるに至ったものである。
【００１０】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、３層の絶縁導線層と、前記３層の絶縁導線層のうちの２つの外側絶縁導線層に負電荷を供給する電圧発生器と、前記３層の絶縁導線層のうちの中央絶縁導線層に正電荷を供給する電圧発生器とを備え、前記３層の絶縁導線層は、適宜間隔を置いて平行に配置され、隣接する層内の絶縁導線同士が互いに他からオフセットされて成ることを特徴とする花粉粒捕捉装置である。
【００１１】
一実施形態においては、前記各電圧発生器は、ソーラーパネルから電力を供給される蓄電池によって動作する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る花粉粒捕捉装置は上記のとおりであって、非常にシンプルな構成で製造容易であり、長期間に亘り、低いエネルギー消費量で絶え間なく動作し続けることができ、その間、室内に流入する空気流から花粉粒を有効且つ確実に捕捉し続けることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る花粉粒捕捉装置の構成を説明するための概略構成図である。
【図２】本発明に係る花粉粒捕捉装置の有効性を確認するために行った実験設備を説明するための実験設備構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態につき、添付図面を参照しつつ説明する。図１に示されるように本発明に係る花粉粒捕捉装置は、３層の絶縁導線層１〜３と、この３層の絶縁導線層１〜３のうちの２つの外側絶縁導線層１、３に負電荷を供給する電圧発生器４と、中央絶縁導線層２に正電荷を供給する電圧発生器５とを備えて成るものである。
【００１５】
この花粉粒捕捉装置は、電極として絶縁導線層１〜３を用いて電場を形成する。例えば、絶縁導線層１〜３は、鉄線（例えば、直径２ｍｍ、長さ１５〜５５ｃｍ）を透明の絶縁体ビニルスリーブ（例えば、厚さ１ｍｍ、バルク抵抗率１×１０９Ωｃｍ）に通して絶縁した絶縁導線により形成される。３層の絶縁導線層１〜３は、適宜間隔を置いて平行に配列され、これに負電圧を供給する静電直流（ＤＣ）電圧発生器４と、正電圧を供給する静電直流（ＤＣ）電圧発生器５が接続されて構成される（図１（Ａ），（Ｂ）参照）。
【００１６】
絶縁導線層１〜３は、例えば、各層間に５ｍｍの間隔を置いて平行に配置されて相互に接続され、負又は正の電圧発生器４、５に接続される。負又は正に帯電させた絶縁導線層１〜３は、図１（Ｂ）においてそれぞれ、ＩＣＷ（−）及びＩＣＷ（＋）で表してある。この絶縁導線層１〜３をフレーム内に収めて静電気バリア形成窓が形成される。その場合、中心の絶縁導線層２が（＋）層で両側の絶縁導線層１，３が（−）層となり、各３層は、平行且つ５ｍｍ間隔に配置され、また、隣り合う層内の絶縁導線層同士が、互いに他からオフセットして構成される（図１参照）。
【００１７】
電圧発生器４、５は、互いに他に結合され、（−）層である絶縁導線層１，３と（＋）層である絶縁導線層２との間に電場を生ずる電気回路が形成される（図１（Ｂ））。両方の電圧発生器４、５は、例えば、１５Ｗのソーラーパネルから電力を供給される１２Ｖの蓄電池６で動作させることができる。このシステムでは、絶縁導線層２からの自由電子を絶縁導線層１，３に押し出し、且つ、絶縁導線層１〜３の対向面の電荷が、それらの間に電場を形成する双極子として働く。
【００１８】
図１における符号７は、電圧発生器４、５間の電線路に組み込んだ検流計（ＰＣ７０００；三和電気計器、東京、日本）を示している。
【００１９】
本発明に係る花粉粒捕捉装置の有効性を確認するための実験を行った。図２はその実験設備を示すもので、該実験装置は、本発明に係る花粉粒捕捉装置を組み込んだ静電気バリア形成窓１１（２０×２０ｃｍ）と、エアーガン１３を介して空気圧縮機１４に連結された捕集瓶１２と、捕集瓶１２に装備されたスプレーノズル１５とで構成した。
【００２０】
捕集瓶１２には、試験用花粉として、和光純薬工業（大阪、日本）から購入したスギ花粉を投入した。試験サイズの静電気バリア形成窓１１の絶縁導線層１〜３に、同じ負及び正電圧（０．５〜４．０ｋＶ）を加え、試験用花粉の全てを捕捉するための電圧範囲を求めた。スプレーノズル１４の先端を通して圧縮空気（１．５ｋｇ／ｃｍ2）を送って、絶縁導線層１〜３間の空間に、捕集瓶１２内の花粉粒を吹き込んだ。
【００２１】
その際、異なる風速（１〜３ｍ／秒）を作り出すため、スプレーノズル１４の先端と絶縁導線層１〜３の表面との間の距離を変更した。そして、高感度風力計（クリモマスター６５３３；カノマックス、東京、日本）を用いて、絶縁導線層１〜３の表面において風速を測定した。
【００２２】
静電気バリア形成窓１１の裏面側には、表面接着剤板（２０×２０ｃｍ）（Insect-Trapping Adhesive Plate ESC0641；アース環境サービス、東京、日本）を設置して、静電気バリア形成窓１１を通過する花粉を捕集した。静電気バリア形成窓１１に向けて花粉を吹き付けた後、絶縁導線層１〜３の全てにおける花粉粒の数（捕捉に成功した花粉の数）及び接着剤板における花粉粒の数（捕捉されなかった花粉の数）を勘定し、各電圧及び風速における捕捉率を求めた。
【００２３】
実験は５回繰り返し、データを平均値±標準偏差で出した。データ間の有意差は、テューキー法を用いて解析した。この実験の結果を表1に示す。表１の各縦欄の平均値に付されたアルファベットは、テューキー法による有意差（ｐ＜０．０５）を示している。なお、花粉牽引の見本過程も、高精細度ディジタル顕微鏡（ＫＨ−２７００；ヒロックス、東京、日本）付きのディジタルＥＯＳカメラ（キヤノン、東京、日本）を用いて記録した。
【００２４】
＜表１＞
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【００２５】
別途行った実用化試験では、窓サイズの静電気バリア形成窓（６０×６０ｃｍ）（図２（Ｂ））を、試験室の２つの対向する窓のそれぞれに設置した。対照として、同じ大きさ及び構造の隣接した部屋を、静電気バリア形成窓無しで、用いた。各部屋に花粉検出器（花粉センサＰＳ２；神栄テクノロジー、神戸、日本）を３個設置し、窓を通して入ってくる花粉を監視した。監視は、1ヶ月間継続し、且つ、年間でスギ花粉の拡散が最も活発になる期間（２月〜４月）において、同じ実験一式を３回繰り返した。
【００２６】
本発明に基づき、間隙の無い多数の電場を有する静電気バリア形成窓を作成したが、このような静電気バリア形成窓を作成したのは、花粉捕捉の成功は、花粉が通過できる空間が全く無い静電気バリアの形成如何にかかっていると考えられたからである。この電場を形成する際の重要なステップは、絶縁電極を荷電することである。２つの電圧発生器４，５のコッククロフト・ウォルトン回路（高電圧発生回路）を介して発生させた高電圧を用い、絶縁導線層１，３に電子を加え、絶縁導線層２から電子を押し出して、両方の電極を帯電させた。
【００２７】
表１は、異なる電圧で帯電させた絶縁導線層１〜３及び静電気バリア形成窓１１上に設置した接着剤板によって捕捉された花粉の百分率のリストである。接着剤板で捕捉された花粉粒の数は、印加電圧が増加するに伴って減少した。この電場では、花粉は、静電牽引力及び空気流の力に影響され、その方向は、これら２つの力の合成ベクトルによって決定される。
【００２８】
絶縁導線層１〜３は、電極を３．５ｋＶ以上で帯電させた際に発生する電場内では、花粉の全てを捕捉することができたが、より低い電圧で電極を帯電させた場合には、花粉は、静電気バリア形成窓を通過した。より低い電圧条件の下では、電場の力は、空気流の力より弱かった。これらの結果から、捕捉力は、電圧が低減するにつれて減少することが理解される。
【００２９】
花粉牽引力のメカニックについて探求するために、絶縁導線層１，３の両側に接地金属網を設置し、絶縁導線層１，３と接地金属網との間に電場を発生させた。このシステムでは、絶縁導線層１，３は、絶縁導線層１，３の近くに放たれた昆虫の表面の角皮層（導体）から自由電子を押し出して、昆虫に正味の正電荷を与え、一方、絶縁導線層２近くの昆虫は、角皮層に自由電子が加えられて正味の負電荷を得た。そして、究極的には、負及び正に帯電した昆虫が、逆帯電した電極に牽引された。
【００３０】
これに対して本発明における電場での花粉の牽引は、不均一な電場による花粉の誘電泳動が原因であると考えられる。誘電泳動は、不均一な電場内で、誘電体粒子（極性が反対の粒子）に力が加えられる現象であるが、この力は、粒子が帯電していることを必要としない。なぜなら、粒子は全て、不均一な電場が存在する場合、誘電泳動活動を示すからである。花粉が誘電的に極性を与えられたのは、明らかに、本実験において使用された円形電極により、不均一な電場が生じたからである。
【００３１】
この誘電泳動理論によれば、周囲の電場に比例する花粉の分極化は、電場強度の勾配に沿って変化する。花粉は、この変化し得る分極化によって、電極に向かって動くことが可能になる。事実、花粉は、最も近い電極に向かって、即ち、電極によって生成される電場強度が増大する方向に移動した。本実験では、電極は、等しい電圧によって逆帯電され、従って、両電極は、同じ電場強度の勾配を生じた。そして、これらの逆帯電電極は、同じ花粉牽引力を発揮した。電場強度の勾配は、電極に加わる電圧と共に増大し、結果として、両電極は、花粉を捕捉するのに十分な力を生ずることが確認された。
【００３２】
第２の実験では、静電気バリア形成窓１６を実際の部屋の窓に設置して、静電気バリア形成窓１６により、空中の花粉が、空気の通りが良い部屋に入るのを効果的に防げることを確認した。本発明者らの主な関心事は、静電気バリア形成窓１６を通過する空気流から空中の花粉を排除することにあった。花粉の捕捉効率は、空気の流速によって影響された。そして本発明者らの発見は、花粉が、３ｍ／秒（データは示さないが研究中に記録された最高の風速）の自然な風で吹きつけられた場合でも、静電気バリア形成窓１６が、３．５ｋＶの印加電圧で、静電気バリア形成窓１６に入る花粉の全てを捕捉できたことである。
【００３３】
事実、静電気バリア形成窓１６を有する部屋は、実験を通して無花粉の状態であった。対照的に、保護しなかった部屋では、大量のスギ花粉及びヒノキ花粉が見出され、それぞれ、1日当りの花粉粒は、平均、６７００．８±３９１３．９３及び７９６０．６±１７２６.１／ｍ3であった。これらの花粉のレベルは、花粉症の症状を引き起こすのに十分である。本実験の結果、静電気バリア形成窓１６が、装置を通過する空気流から花粉を完全に除去できる有望な花粉静電集塵器であることを確認することができた。
【００３４】
本発明において提案される静電気バリア形成窓システムは、花粉を捕捉するその能力に加え、消費電力が低いことが、実用上重要な特徴である。我が国は、例えば、地震の後で起こるような、頻繁な大停電の危機に常に晒されており、その際には、花粉の捕捉が停止状態になってしまう。静電気バリア形成窓では、電圧発生器が、電源を必要とする唯一の駆動部分であり、その電力は僅か５Ｗで、これは、小さな電球の電力に相当する。
【００３５】
従って、電圧発生器に電力を供給するための方法として、太陽光発電法の使用が可能になったのである。このシステムを用いて、部屋の窓に取り付けられた２つの静電気バリア形成窓１６を1ヶ月の間絶えず動作させた。実験中、電源は安定しており、天候の変化による外乱は受けず、従って、静電気バリア形成窓は、その花粉捕捉の動作を絶えず行った。
【００３６】
以上のように本発明は、基本的な静電気学を用いて、人間の環境を改善するものであり、静電気バリア形成窓は、この目的のために開発されたユニークな装置である。静電気バリア形成窓の構造は非常に簡単であり、その作成には、いかなる特殊な技術も必要としない。静電気バリア形成窓は、長期間に亘って、低い消費電力で正常に動作可能である。本発明に係る静電気バリア形成窓は、花粉症を防ぐための予防手段としての無花粉居住空間を容易にもたらし得るものであり、その産業上の利用可能性は大である。
【符号の説明】
【００３７】
１〜３         絶縁導線層
４、５         電圧発生器
６             蓄電池
７             検流計
１１           静電気バリア形成窓（試験サイズ）
１２           花粉捕集瓶
１３           エアーガン
１４           空気圧縮機
１５           スプレーノズル  
１６           静電気バリア形成窓（窓サイズ）
【図１】
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【図２】
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