(57)【要約】  帯電微細水滴供給手段、プラズマ生成手段を有し、前記帯電微細水滴供給手段とプラズマ生成手段は、空気の流れる方向に対して上流から帯電微細水滴供給手段、プラズマ生成手段の順で通風路壁面に設置された除菌装置において、前記プラズマ生成手段は、帯電微細水滴供給部とプラズマ発生器で構成され、前記帯電微細水滴供給部は、高圧電源と接地電極と水分供給手段によって水分が供給された電極から成り、水分が供給された前記電極は前記接地電極に対して負に高電圧が印加されており、前記プラズマ発生器は、一対のプラズマ生成電極と高周波電源から成り、前記プラズマ生成電極は、誘電体で覆われ、かつ前記誘電体と同一面内に設置され、前記プラズマ生成電極に前記高周波電源によって電圧が印加されることにより前記空気をプラズマ化して放出することにより、強力な除菌効果と有害物質の抑制を両立することができる。
2015015587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電微細水滴供給手段、プラズマ生成手段を有し、
前記帯電微細水滴供給手段とプラズマ生成手段は、空気の流れる方向に対して上流から帯電微細水滴供給手段、プラズマ生成手段の順で通風路壁面に設置され、
前記プラズマ生成手段は、帯電微細水滴供給部とプラズマ発生器で構成され、
前記帯電微細水滴供給部は、高圧電源と接地電極と水分供給手段によって水分が供給された電極から成り、水分が供給された前記電極は前記接地電極に対して負に高電圧が印加されており、
前記プラズマ発生器は、一対のプラズマ生成電極と高周波電源から成り、前記プラズマ生成電極は、誘電体で覆われ、かつ前記誘電体と同一面内に設置され、
前記プラズマ生成電極に前記高周波電源によって電圧が印加されることにより前記空気をプラズマ化して放出することを特徴とする除菌装置。
【請求項２】
前記帯電微細水滴供給部から生成される帯電微細水滴を含む空気を前記プラズマ生成手段によってプラズマ化して放出することを特徴とする請求項１記載の除菌装置。
【請求項３】
プラズマ生成部において、プラズマを挟むように誘電体を設置したことを特徴とする請求項１記載の除菌装置。
【請求項４】
前記空気の流路は前記プラズマ生成手段の後段において断面積が縮小することを特徴とする請求項１記載の除菌装置。
【請求項５】
前記空気の流路は前記プラズマ生成手段の後段において前記流路と流れ方向の異なる第二の流路が接続されていることを特徴とする請求項１記載の除菌装置。
【請求項６】
帯電微細水滴供給手段、プラズマ生成手段及び送風手段を有し、
前記送風手段によって供給される空気の送風方向に対して上流から帯電微細水滴供給手段、プラズマ生成手段の順で通風路壁面に設置され、
前記プラズマ生成手段は、帯電微細水滴供給部とプラズマ発生器で構成され、
前記帯電微細水滴供給部は、高圧電源と接地電極と水分供給手段によって水分が供給された電極から成り、水分が供給された前記電極は前記接地電極に対して負に高電圧が印加されており、
前記プラズマ発生器は、一対のプラズマ生成電極と高周波電源から成り、前記プラズマ生成電極は、誘電体で覆われ、かつ前記誘電体と同一面内に設置され、
前記プラズマ生成電極に前記高周波電源によって電圧が印加されることにより前記空気をプラズマ化して放出することを特徴とする除菌装置。
【請求項７】
前記帯電微細水滴供給部から生成される帯電微細水滴を含む空気を前記プラズマ生成手段によってプラズマ化して放出することを特徴とする請求項６記載の除菌装置。
【請求項８】
プラズマ生成部において、プラズマを挟むように誘電体を設置したことを特徴とする請求項６記載の除菌装置。
【請求項９】
該空気の流路は前記プラズマ生成手段の後段において断面積が縮小することを特徴とする請求項６記載の除菌装置。
【請求項１０】
該空気の流路は前記プラズマ生成手段の後段において前記流路と流れ方向の異なる第二の流路が接続されていることを特徴とする請求項６記載の除菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空中浮遊菌の除菌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療・バイオ分野における無菌室や、一般家庭における室内空間の除菌、脱臭等の用途で空中浮遊菌の除菌技術に対するニーズが高まっている。特に医療・バイオ分野では高い除菌効果を有し、かつ人体に対して安全性を確保可能な新しい除菌装置が求められている。従来の代表的な除菌技術としては、例えば、濾過除菌、紫外線・放射線除菌、ガス除菌、などがある。濾過除菌はＨＥＰＡフィルタなどで空気を濾過して微生物を除去する方法である。紫外線・放射線除菌は紫外線や放射線を微生物に照射することでＤＮＡや細胞壁を変質させて除菌を行う方法である。ガス除菌はエチレンオキサイドガスやホルムアルデヒドガスなどの有毒ガスを室内に充満させて除菌する方法である。【０００３】
上記で示した一般的な除菌技術は各種専門分野において実用されているものの、高い除菌効果と人体への安全性を両立させるためには、更なる検討が必要である。例えば、濾過除菌は人体に無害であるが、フィルタ孔径よりも小さい微生物は除去できないことが課題である。また、フィルタ自体に除菌作用が無いため、一度トラップした微生物が再び空気中に飛散する懸念もある。紫外線除菌は除菌力の低さが課題であり、高い除菌効果を得るためには長時間の照射が必要となる。放射線除菌は放射線が除菌対象空間以外に広がることを防止するために大規模なシールド設備が必要となる。ガス除菌は有毒ガスを使用するため、除菌処理後の脱ガス工程で長時間を有すること、更には万一有毒ガスを吸引したときの危険性が課題である。これに対し、他の除菌方法よりも比較的安全であり、かつ高い除菌効果が得られる方法として、放電を用いた除菌技術が注目されている。放電を用いた除菌は、コロナ放電やストリーマ放電などで酸化作用を有する活性種を生成して除菌する方法であり、室内空間の除菌、脱臭を目的として家電製品などにも搭載され始めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０１９１２号公報
【特許文献２】特開２０１２−１２０６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
放電を用いた除菌技術は前述の通り比較的安全な除菌技術ではあるが、副生成物として有害物質であるオゾンを発生することが課題である。微量のオゾンは自然大気中にも存在するが、濃度が高くなると人体に有害である。放電を用いた除菌技術において、除菌に有効な活性種の生成量を増加させるために放電出力を増加させると、それに伴ってオゾンの発生量も増加することになる。つまり除菌効果とオゾンの発生量はトレードオフの関係にあり、発生オゾン量を人体に無害なレベルまで下げるためには除菌効果を抑制しなければならないのが現状である。【０００６】
放電を用いた除菌の例として、例えば、コロナ放電やストリーマ放電を用いて活性種を発生させる方法や、水分に高電圧をかけることで静電霧化により帯電微細水滴を発生させる方法がある。特許文献１には、放電装置で発生させた活性種と液滴発生装置で発生させた液滴を同時に利用する活性種放出装置が提案されている。この方法によれば、活性種と液滴を同時に発生させることにより活性種や液滴を単独で作用させるよりも高い除菌効果を得ることができる。【０００７】
しかし、特許文献１の除菌装置では、活性種を生成する放電装置と液滴発生装置がお互い干渉しないように独立しており、更に、放電装置は液滴発生装置よりも上流、あるいは並行に設置された構成となっているため、微細水滴と活性種の反応、放電による微細水滴の分解、などが装置構成上困難であり、高い除菌効果を有するＯＨラジカルの生成反応を起こすことはできない。また、特許文献１では、放電部構成として金属電極がプラズマに直接接触する放電方式（ストリーマ放電、コロナ放電など）が開示されている。この放電方式では、放電によって生成したプラズマによって電極がスパッタリングされて損耗・劣化し、更には空気中の水分が触れることによって錆びが生じる恐れがある。また、放電を用いた除菌装置において、放電電極が対向型構成である場合、放電を発生させるための電極間の狭ギャップ内に除菌対象の空気を流す必要がある。このため、空気の通路コンダクタンスが小さくなり、大流量の空気を流す用途には使用が困難となる。【０００８】
特許文献２では、プラズマ放電と微小液滴発生機構により機能性ミストを放出する機構が提案されている。特許文献２では、微小液滴を放電部で反応させてＯＨラジカルを生成させることができるので、高い除菌力を得ることが可能である。しかし、特許文献２の微小液滴発生機構では加熱蒸気などよる電気的に中性な微細水滴の発生手段が提案されており、液滴を負に帯電させることで、正の電位を有するプラズマ領域に電気的な作用を用いて効率的に供給する方法は開示されていない。そのため、供給した水分に対して、プラズマ領域で反応せずに放電部を素通りする水分が多くなり、ＯＨラジカルを効率的に生成することができない。更には加熱等で生成した水滴径は帯電によるレイリー分裂で生成された水滴径よりも大きいため、プラズマ中ですべてを分解することが困難となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の除菌装置は、（１）帯電微細水滴供給手段、プラズマ生成手段を有し、前記帯電微細水滴供給手段とプラズマ生成手段は、空気の流れる方向に対して上流から帯電微細水滴供給手段、プラズマ生成手段の順で通風路壁面に設置され、前記プラズマ生成手段は、帯電微細水滴供給部とプラズマ発生器で構成され、前記帯電微細水滴供給部は、高圧電源と接地電極と水分供給手段によって水分が供給された電極から成り、水分が供給された前記電極は前記接地電極に対して負に高電圧が印加されており、前記プラズマ発生器は、一対のプラズマ生成電極と高周波電源から成り、前記プラズマ生成電極は誘電体で覆われ、かつ前記誘電体と同一面内に設置されており、前記プラズマ生成電極に前記高周波電源によって電圧が印加されて該空気をプラズマ化して放出することを特徴とする。【００１０】
また、本発明の除菌装置は、（２）帯電微細水滴供給手段、プラズマ生成手段及び送風手段を有し、前記送風手段によって供給される空気の送風方向に対して上流から帯電微細水滴供給手段、プラズマ生成手段の順で通風路壁面に設置され、前記プラズマ生成手段は、帯電微細水滴供給部とプラズマ発生器で構成され、
前記帯電微細水滴供給部は、高圧電源と接地電極と水分供給手段によって水分が供給された電極から成り、水分が供給された前記電極は、前記接地電極に対して負に高電圧が印加されており、前記プラズマ発生器は、一対のプラズマ生成電極と高周波電源から成り、前記プラズマ生成電極は誘電体で覆われ、かつ前記誘電体と同一面内に設置されており、
前記プラズマ生成電極に前記高周波電源によって電圧が印加されて前記空気をプラズマ化して放出することを特徴とする。【００１１】
さらに（１）または（２）において、前記帯電微細水滴供給部から生成される帯電微細水滴を含む空気を前記プラズマ生成手段によってプラズマ化して放出することでＯＨラジカルを生成することを特徴とする。【００１２】
さらに（１）または（２）において、プラズマの周囲を誘電体で覆うことを特徴とする。【００１３】
さらに（１）または（２）において、前記空気の流路は前記プラズマ生成手段の後段において断面積が縮小することを特徴とする。【００１４】
さらに（１）または（２）において、前記空気の流路は、前記プラズマ生成手段の後段において前記流路と流れ方向の異なる第二の流路が接続されていることを特徴とする。【００１５】
なお、本発明で言う除菌とは、消毒、滅菌、殺菌、脱臭と言い換えても良いものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の除菌装置を用いることによって、帯電微細水滴供給手段で生成した帯電微細水滴を下流にあるプラズマ生成手段に供給して、強力な除菌効果と有害物質の抑制を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一の実施例に係る除菌装置の構成図。
【図２】本発明の第一の実施例に係る空気の流路構造。
【図３】本発明の第一の実施例に係るその他の空気の流路構造。
【図４】本発明の第二の実施例に係るプラズマ生成部の構成。
【図５】本発明の第二の実施例に係るプラズマ生成部で生成されるプラズマを誘電体で挟んだ時と挟まない時のオゾン発生量を示したグラフ。
【図６】本発明の第三の実施例に係る空気調和機の全体構成図。
【図７】本発明の第三の実施例に係る除菌装置を備えた室内機の側断面図。
【図８】本発明の第三の実施例に係る除菌装置を備えた室内機の上面図。
【図９】本発明の第三の実施例に係る除菌装置の構成図。
【図１０】本発明の第四の実施例に係る除菌装置を備えたバイオクリーンルーム用自走式掃除機の概略図。
【図１１（ａ）】本発明の第四の実施例に係る除菌装置を備えた自走式掃除機の側面図。
【図１１（ｂ）】本発明の第四の実施例に係る除菌装置を備えた自走式掃除機の下面図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１８】
以下、本発明の第１の実施例について図１〜図３を用いて説明する。  図１は本発明の除菌装置の概略図であり、図２、図３は本発明の流路構造例である。【００１９】
除菌デバイスは送風手段１２、帯電微細水滴供給部２、プラズマ生成部３から構成される。送風手段１２によって供給された空気は、帯電微細水滴供給部２、プラズマ生成部３の順に通過するように設置される。帯電微細水滴供給部２は水分供給部８から水分を供給された霧化電極１０と霧化電極１０から１〜１０ｍｍ離れた位置にあるアースされた電極９と直流高電圧電源１１からなる。直流高電圧電源１１によって霧化電極１０に−１〜−１０ｋＶの高電圧が印加され、霧化電極１０に供給された水分を静電霧化する。高電界中の水分はレイリー分裂によって１０〜５０ｎｍにまで微細化する。水分を高電界によって静電霧化させやすくするために霧化電極１０の形状は角部を有し、電界集中部が存在することが望ましい。水分供給部８からの水分を霧化電極１０の高電界部へ供給するために、霧化電極１０はアクリル繊維やスポンジなどの吸湿性の材料を使用する。または、霧化電極の形状は針状でも良い。その場合、霧化電極１０内部に細い流路を設置し、毛細管現象を用いて水分を電解集中部に供給する方法を用いると良い。【００２０】
プラズマ生成部３は、高周波電源４によって電圧が印加される電極５とアースされた電極６と、電極５と電極６の表面を覆う誘電体７からなる。電極５と電極６と誘電体７は同一面内に設置される面放電型の放電方式で誘電体７表面近傍にプラズマを生成する。誘電体７にはオゾン触媒効果、及び高い耐プラズマ性を有するＡｌ２Ｏ３などの誘電体や、高いオゾン触媒効果を有するＭｎＯ２などを用いることが望ましい。電極５は１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数で３００Ｖ〜５ｋＶの電圧が印加され、誘電体７表面に高電界を生じさせ空気を絶縁破壊してプラズマ１を生成させる。誘電体７表面に電荷が一定量溜まると自動的に放電が止まるので、スパークが発生しない。また、ストリーマやコロナ放電などのように、プラズマが金属電極に直接触れる放電方式ではプラズマスパッタリングによる電極損耗や、供給された水分によって電極が錆び、性能劣化することがある。しかし、本実施例では金属電極は誘電体に覆われているのでそのような心配がない。【００２１】
帯電微細水滴供給部２において、霧化電極１０から発生する帯電微細水滴は、負の電位を持った霧化電極１０からの電気的斥力によって負に帯電した帯電微細水滴のみが空間中に放出される。前記負に帯電した微細水滴は正の電位を持つプラズマに対して電気的に引き付けられるため、プラズマ発生領域で効率よく反応することが出来る。更に、帯電微細水滴は粒径が１０〜５０ｎｍであり、粒径が１μｍよりも大きいスチームなどの水分生成方式と比べて極めて小さく、同一体積に対して表面積が大きい。したがって、スチームなどと比べて帯電微細水滴の方が、化学反応が進行しやすいため、同一量の水分添加でもオゾン低減効果とＯＨラジカル生成効果が高くなる。【００２２】
帯電微細水滴供給部２で生成される帯電微細水滴は、プラズマ発生器３において、例えば反応式（３），（５），（６）に表されるような反応によってオゾンＯ３を消費する。また、プラズマ発生領域で生成したＯ原子が水との反応で消費されると反応式（１）で表されるオゾン生成反応が起こりにくくなる。以上の効果により、帯電微細水滴をプラズマ発生器３に供給することでオゾン生成量を減少させることができる。また、反応式（２），（４），（５）で表されるような反応によって酸化力の強いＯＨラジカルが生成される。ＯＨラジカルの減少時定数は５０−１００μｓと短く、空気中に残留しないので、本実施例によれば、通過した空気のみを除菌することが出来、人体に対して安全である。
Ｏ＋Ｏ２＋Ｍ→Ｏ３                        …（１）
ｅ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ＋ＯＨ＋ｅ                  …（２）
ＯＨ＋Ｏ３→Ｏ２＋ＨＯ２                  …（３）
ＨＯ２＋Ｏ→Ｏ２＋ＯＨ                    …（４）
ＨＯ２＋Ｏ３→Ｏ２＋Ｏ２＋ＯＨ            …（５）
Ｈ２Ｏ＋Ｏ３→ＯＨ＋ＯＨ＋Ｏ２            …（６）
また、プラズマは壁面に対して正の電位（プラズマポテンシャル）を持つため、負に帯電した微細水滴は電気的にプラズマに引き付けられプラズマ発生領域で効率よく反応して、オゾン量低減効果とＯＨラジカル生成効果を高めることが可能である。更に、帯電微細水滴は送風手段によってプラズマ生成部に向けて強制的に送風されるので、プラズマへの水分添加効果を向上できる。【００２３】
図２を用いて、除菌手段を通過する空気の流路構造例を説明する。ＯＨラジカルの反応時定数は５０−１００μｓと短いため、プラズマの極近傍の空気しか除菌されかねない。そこで、プラズマ生成手段３の後段において上段に比べて断面積が縮小した流路（ｈ１＞ｈ２）を設置する。プラズマ生成手段の下流に断面積が小さい流路を設けることで強制対流によってプラズマ発生器近傍で生成したＯＨラジカルを主流に運び、通過空気の多くを除菌することが出来る。または、図３に示すように、プラズマ生成手段の下流に第二の流路を設置し、第二の流路から空気を供給することによってもプラズマ発生器近傍で生成したＯＨラジカルを主流に運ぶことができる。【００２４】
更に、本実施例のプラズマ生成方式は面放電式であるから、電極が対向式である放電方式と比べて、流路構造に制約がない。例えば流路径ｈを大きくして通過空気のコンダクタンスを大きくすることが出来る。すなわち、大流量の通過空気を流して高速除菌することができる。【００２５】
また、実施例１において処理対象物が空中浮遊菌である場合を説明したが、除菌装置から生成されるＯＨラジカルが処理対象物に接触しさえすれば除菌力が得られるので、ＯＨラジカルが失活しないように、除菌装置を壁面に近くするか、もしくは送風手段によって高速に送風すれば付着菌に対しても有効であることは言うまでもない。
【実施例２】
【００２６】
実施例１で示した構成のプラズマ生成部３において、オゾン生成量を低減できる好適な実施形態について図４を用いて説明する。【００２７】
プラズマ生成部３において、プラズマ１を挟むように誘電体１３、１４を設置する。誘電体１３、１４はオゾン触媒反応を有するＡｌ２Ｏ３，ＭｎＯ２などが望ましい。誘電体１３、１４を設置することにより、プラズマ１が触媒に接触する面積が増えてオゾン分解反応が促進される。上記効果を検証するために誘電体１３，１４にＡｌ２Ｏ３を利用して、帯電微細水滴を供給しなかった場合のオゾン生成量を測定した実験を行った。前記実験結果について図５を用いて説明する。図５はオゾン濃度計でプラズマ生成部下流３５ｍｍ位置でのオゾン濃度を測定した結果である。プラズマを誘電体で挟まなかったときはオゾン濃度が１．３５ｐｐｍであったのに対し、プラズマを挟むように誘電体を設置した際は０．１６ｐｐｍであり、オゾン生成量を８８％低減できた。実施例１で示したように、帯電微細水滴を供給することによって、オゾン量を低減可能である。【００２８】
更に、誘電体７、１３、１４内部にヒータを設置して加熱することで触媒を活性化し、オゾン分解効果を高めても良い。あるいは、ヒータを設置する代わりに誘電体７、１３、１４に誘電損失の大きいＢａＴｉＯ３などを利用しても良い。誘電損失の大きいＢａＴｉＯ３などの誘電体に高周波電圧を印加すれば誘電損失によって誘電加熱される。また、低誘電率の誘電体（Ａｌ２Ｏ３など）では放電開始電圧は１ｋＶ以上であるのに対して、高誘電率のＢａＴｉＯ３などでは放電開始電圧を３００〜５００Ｖ程度まで下げることが出来る利点がある。もしくは、赤外線などで外部から誘電体７、１３、１４表面を加熱してもよい。【００２９】
以上により、放電によって生成されるオゾンを劇的に減少させることができ、人体への安全性を更に高めることができる。換言すれば、放電電力を更に上げても、安全性を保ちながら除菌力を高めることができる。
【実施例３】
【００３０】
実施例１、２で示した構成の除菌装置を、例えば空気調和機の室内機に適用した実施例について図６〜８を用いて説明する。空気調和機は、室内空気を熱交換器に通過させて、加熱、冷却、除湿された空気（調和空気）とし、これを室内に吹出す。室内空気には様々な臭い成分を含む不快物質や、カビ類、ウイルス、菌などの有害物質が含まれており、これらを除去することが望まれている。【００３１】
図６は本実施例の空気調和機１５の全体構成図である。空気調和機１５は、室内機１６と室外機１７から構成され、それらの間には冷媒の通る接続配管１８が繋がっている。空気調和機１５は室外機１７内にある圧縮機によって冷媒が循環する。室外機１７において、冷媒は室外空気から、吸熱、あるいは放熱して温度調節される。室内機１６を通過する室内空気は前記冷媒と熱交換して、空気吹出し口１９から吹出され、室内を空気調和する。【００３２】
室内機１６内部の基本的な構造体及び本発明に係る除菌装置について、図７、８を用いて説明する。図７は本発明に係る除菌装置を備えた室内機１６の側断面図であり、図８は上面図である。図７において、室内機１６内部には送風ファン２０、熱交換器２１、露受皿２２，２３が取付けられる。熱交換器２１は送風ファン２０の吸込側に配置され、略逆Ｖ字状に形成されている。図８において、ファンモータ２６によって送風ファン２０を回転させ、前記送風ファン２０に備わった多数の羽根により送風される。結果、図７、８において、空気は白抜き矢印のように流れる。送風ファン２０は、室内空気を空気吸込み口２４，２５から吸い込んで、空気吹出し口１９から吹出すように室内機１６内の中央に配置されている。空気吸出し口１９には、送風方向を制御可能な風向板を設置して、所望の方向に送風できることが望ましい。空気吸込み口２４，２５には、吸い込まれた室内空気中に含まれる塵埃を取り除くためにフィルタを設置することが望ましい。図７において、本発明に係る除菌装置は露受け皿２３の送風ファン２０側の壁面上に設置されている。【００３３】
上記除菌装置の詳細について図９を用いて説明する。上記除菌装置は帯電微細水滴供給部２とプラズマ生成部から成り、上記除菌装置の送風手段は送風ファン２０による風である。送風ファン２０によって、室内機１６を通過する風は黒矢印のように流れる。露受け皿２３、ペルチェ素子２７、ヒートシンク２８、冷却板２９で帯電微細水滴供給部２の霧化電極１０へ供給する水分が生成される。ペルチェ素子２７は直流電源３１に接続されており、同一面上に直列に複数個設置されている。これらペルチェ素子２７間には断熱材３０が設置されている。ペルチェ素子２７に通電することにより、ペルチェ素子２７の冷却板２９側の表面が冷却され、ヒートシンク２８側の表面は加熱される。水分は冷却板２９表面で空気中の水分が結露することによって得られる。ペルチェ素子２７のヒートシンク２８側の表面から発生する熱はヒートシンク２８に伝熱し、送風ファン２０からの送風によって空冷される。ヒートシンク２８は熱伝導性の良いアルミニウムからなり、通過空気に効率的に放熱するためにヒートシンク２８の送風ファン２０側の壁面に送風方向に複数の溝部を有するなど通過空気との接触面積が大きいことが望ましい。また、ヒートシンク２８の形状は下流の流路を狭める形状とすることにより、実施例１で説明したように、生成した活性種と帯電微細水滴を効果的に反応させることが可能となる。また、空気調和機１５において室内空気を加熱させる動作を行っている場合は、ヒートシンク２８からの放熱が室内空気の加熱にも寄与するので、効率的である。【００３４】
また、室内空気を冷却や除湿する動作を行っている場合の水分生成は上述の方法に加えて、露受け皿２３に溜まる水分も利用することができる。なぜならば、室内空気を冷却や除湿する際は、熱交換器２１が室内温度よりも低くなるため、室内空気が熱交換器２１表面で水分が結露し、結露した水分は熱交換器２１下側の露受皿２３に溜まるようになっているためである。また、室内空気を除湿する時は熱交換器２１の温度を下げて空気中の水分を結露させて空気中の水分を除去すると同時に、室内空気の温度を下げないように熱交換器２１を通過した空気を再度暖めなおす動作をするときがあり、電力消費量が冷房動作と比べて大きくなることがある。ヒートシンク２８からの放熱は室内空気の冷却を妨げる効果があり、除湿運転時にも効率的に働く。【００３５】
露受け皿２３と冷却板２９で得られた水分は吸湿性のスポンジからなる霧化電極１０に供給される。放電を安定にするために、霧化電極１０の周囲には接地された電極９が設置されている。霧化電極１０は複数の角部を有し、−１〜−１０ｋＶの高電圧を印加すると角部に電界が集中して霧化電極１０に供給された水分がレイリー分裂して帯電微細水滴になる。複数の角部は通風路に対して突き出た構造になっているので、生成された帯電微細水滴は風とプラズマへの電気的引力によって、下流のプラズマ生成部３に効率的に供給される。【００３６】
プラズマ生成部３はヒートシンク２８の通風路側の壁面に設置されている。プラズマ生成部３は実施例２の図４で示した構成である。放電電極はＡｌ２Ｏ３で覆われており、また、プラズマを挟むように設置されている。誘電体１３、１４の高さは０．１〜１．０ｍｍ程度であり、電極間距離は０．１〜０．５ｍｍである。プラズマ生成部３はヒートシンク２８からの熱により加熱されるので、Ａｌ２Ｏ３のオゾン触媒効果が高まり、オゾンを劇的に減らした状態でプラズマ１を生成することが可能である。オゾン生成を抑制しながらＯＨラジカルなどの活性種を生成することが出来るため、安全に通過空気を高速除菌できる。
【実施例４】
【００３７】
実施例１〜３の図１〜４、図９で説明した除菌装置をバイオクリーンルーム（以下、ＢＣＲ）内に設置する自走式掃除機に適用した実施例について下記に示す。実施例１〜３においては、除菌装置の処理対象物が空中浮遊菌であったが、本実施例では処理対象物に床上の付着菌も含まれる場合について説明する。【００３８】
図１０に示すように、自走式掃除機３２は赤外線センサなどのセンサや室内に設置されたカメラ映像など、掃除機内外から得られる情報に基づき、対象の屋内の障害物３３を避けて自律走行で隈なく移動しながら、床上の粉塵などのゴミを除去する。移動する際は掃除機下部の車輪３４を回転させて、掃除機の進行方向を変更、前進、後退させるなどの動作をさせることができる。【００３９】
図１１に本発明に係る除菌装置を自走式の掃除機に搭載した例を示す。図１１（ａ）は、自走式掃除機の側面図であり、図１１（ｂ）は下面図である。上記装置３２動作時は、掃除機内部のファンモータ３５によりファン３６を駆動して、掃除機内部を大気に対して負圧にし、また、掃除機底面にある回転ブラシ３７をブラシモータ３８によって回転させて、吸気口３９からゴミを吸い取る。吸い取ったゴミはダストボックス４０に集まり、排気はフィルタ４１を介して行われる。図１１における白矢印は自走式掃除機の進行方向、黒矢印は空気の排気方向を示している。本発明に係る除菌装置は自走式掃除機底面に設置されており、掃除機の進行方向側から順に帯電微細水滴供給部２、プラズマ生成部３で構成される。除菌装置の詳細は実施例３の図９と同様であり、本実施例の除菌装置はプラズマ生成部３の放電面が下面になるように設置される。【００４０】
帯電微細水滴供給部２に供給する水分は、実施例３で説明したように空気中の水分を結露させて水分を得る方法にすると、水の補給がいらなくなるため便利である。例えば、水分生成に実施例３で説明したペルチェ素子を利用する場合、ペルチェ素子から発生する熱量を取り除くために、ヒートシンク２８を吸気口３９近傍の流路壁面に設置し、空冷させることが望ましい。その他の水分供給方法として、例えば装置内部に水を貯めるタンクを設置しても良い。この場合、タンクの水がなくなれば適宜水を補給するようにすれば良い。【００４１】
自走式掃除機を利用する際に、除菌装置を稼動させながら移動させることで、床上のゴミを除去すると共に、除菌装置直下にある床上の付着菌１００や除菌装置を通過する空気に含まれる空中浮遊菌の除去が可能となる。実施例１で説明したように、ＯＨラジカルは生成してから失活するまでの時間が短いため、付着菌の除菌に適用する際はプラズマ生成部３を床上から０．５〜５．０ｍｍ程度になるように床面に近づくように設置すれば良い。【００４２】
更に、上記装置３２は装置内の充電池から電力を得て動作させ、ＢＣＲ内を一通り移動した後、ＢＣＲ内に設置された充電スペースに戻るようにすればよい。上記装置３２を稼動させるタイミングは、ＢＣＲに求められるクリーン度の維持のために常に動作させておくことや、数時間に一度、または一日一回程度稼動させればよい。【００４３】
作業者が作業中であっても上記装置３２を稼動させることは可能であるが、夜間に作業者がＢＣＲ内からいなくなった時に稼動させてもよい。これにより、除菌処理のためにＢＣＲの稼動を数日間に亘って完全停止させる必要もなく、また室内を常にクリーンに保つことができる。また、付着菌除去のためには除菌装置を掃除機の底面に設置することが望ましい。空中浮遊菌除去に重きを置く場合は掃除機の上面や排気口近傍に設置してもよく、除菌装置の設置箇所は目的に応じて変えたり、もしくは複数箇所に設置しても良い。また、本実施例では、除菌装置を備えた自走式掃除機について説明したが、掃除機の機能を有さない自走式の除菌装置として用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明が提案する、放電を用いた除菌装置は、室内空間、バイオクリーンルーム内、無菌室内、培養装置内など、空中浮遊菌の除菌を必要とする場所に用いることが可能であり、かつ人や動物のいる空間でも安全に使用可能である。また、空中浮遊菌のみならず、表面付着菌の除菌にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１…プラズマ、２…帯電微細水滴供給部、３…プラズマ生成部、４…高周波電源、５…高周波電極、６…接地電極、７…誘電体、８…水分供給部、９…接地電極、１０…霧化電極、１１…高圧電源、１２…送風手段、１３…誘電体、１４…誘電体、１５…空気調和機、１６…室内機、１７…室外機、１８…接続配管、１９…空気吹出し口、２０…送風ファン、２１…熱交換器、２２…露受け皿、２３…露受け皿、２４…空気吸込み口、２５…空気吸込み口、２６…ファンモータ、２７…ペルチェ素子、２８…ヒートシンク、２９…冷却板、３０…断熱材、３１…直流電源、３２…自走式掃除機、３３…障害物、３４…車輪、３５…ファンモータ、３６…ファン、３７…回転ブラシ、３８…ブラシモータ、３９…吸気口、４０…ダストボックス、４１…フィルタ、１００…表面付着菌
【図１】
2015015587.tif 000003
【図２】
2015015587.tif 000004
【図３】
2015015587.tif 000005
【図４】
2015015587.tif 000006
【図５】
2015015587.tif 000007
【図６】
2015015587.tif 000008
【図７】
2015015587.tif 000009
【図８】
2015015587.tif 000010
【図９】
2015015587.tif 000011
【図１０】
2015015587.tif 000012
【図１１（ａ）】
2015015587.tif 000013
【図１１（ｂ）】
2015015587.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月7日(2016.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電微細水滴供給部とプラズマ生成部で構成され、
前記帯電微細水滴供給部とプラズマ生成部は、空気の流れる方向に対して上流から帯電微細水滴供給部、プラズマ生成部の順で通風路壁面に設置され、
前記帯電微細水滴供給部は、高圧電源と接地電極と水分供給部によって水分が供給された電極から成り、水分が供給された前記電極は前記接地電極に対して負に高電圧が印加されており、
前記プラズマ生成部は、一対のプラズマ生成電極と高周波電源から成り、前記プラズマ生成電極は、電極周囲が誘電体で覆われており、前記プラズマ生成電極に前記高周波電源によって電圧が印加されることにより前記空気をプラズマ化して放出することを特徴とする除菌装置。
【請求項２】
前記帯電微細水滴供給部から生成される帯電微細水滴を含む空気を前記プラズマ生成部によってプラズマ化して放出することを特徴とする請求項１記載の除菌装置。
【請求項３】
前記プラズマ生成部において、プラズマを挟むように誘電体を設置したことを特徴とする請求項１記載の除菌装置。
【請求項４】
前記空気の流路は前記プラズマ生成部の後段において断面積が縮小することを特徴とする請求項１記載の除菌装置。
【請求項５】
前記空気の流路は前記プラズマ生成部の後段において前記流路と流れ方向の異なる第二の流路が接続されていることを特徴とする請求項１記載の除菌装置。
【請求項６】
帯電微細水滴供給部と、プラズマ生成部及び送風手段で構成され、
前記送風手段によって供給される空気の送風方向に対して上流から帯電微細水滴供給部、プラズマ生成部の順で通風路壁面に設置され、
前記帯電微細水滴供給部は、高圧電源と接地電極と水分供給部によって水分が供給された電極から成り、水分が供給された前記電極は前記接地電極に対して負に高電圧が印加されており、
前記プラズマ生成部は、一対のプラズマ生成電極と高周波電源から成り、前記プラズマ生成電極は、電極周囲が誘電体で覆われており、前記プラズマ生成電極に前記高周波電源によって電圧が印加されることにより前記空気をプラズマ化して放出することを特徴とする除菌装置。
【請求項７】
前記帯電微細水滴供給部から生成される帯電微細水滴を含む空気を前記プラズマ生成部によってプラズマ化して放出することを特徴とする請求項６記載の除菌装置。
【請求項８】
前記プラズマ生成部において、プラズマを挟むように誘電体を設置したことを特徴とする請求項６記載の除菌装置。
【請求項９】
該空気の流路は前記プラズマ生成部の後段において断面積が縮小することを特徴とする請求項６記載の除菌装置。
【請求項１０】
該空気の流路は前記プラズマ生成部の後段において前記流路と流れ方向の異なる第二の流路が接続されていることを特徴とする請求項６記載の除菌装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の除菌装置は、（１）帯電微細水滴供給部、プラズマ生成部を有し、前記帯電微細水滴供給部とプラズマ生成部は、空気の流れる方向に対して上流から帯電微細水滴供給部、プラズマ生成部の順で通風路壁面に設置され、前記帯電微細水滴供給部は、高圧電源と接地電極と水分供給部によって水分が供給された電極から成り、水分が供給された前記電極は前記接地電極に対して負に高電圧が印加されており、前記プラズマ生成部は、一対のプラズマ生成電極と高周波電源から成り、前記プラズマ生成電極は、電極周囲が誘電体で覆われており、前記プラズマ生成電極に前記高周波電源によって電圧が印加されて該空気をプラズマ化して放出することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明の除菌装置は、（２）帯電微細水滴供給部、プラズマ生成部及び送風手段を有し、前記送風手段によって供給される空気の送風方向に対して上流から帯電微細水滴供給部、プラズマ生成部の順で通風路壁面に設置され、前記帯電微細水滴供給部は、高圧電源と接地電極と水分供給部によって水分が供給された電極から成り、水分が供給された前記電極は、前記接地電極に対して負に高電圧が印加されており、前記プラズマ生成部は、一対のプラズマ生成電極と高周波電源から成り、前記プラズマ生成電極は、電極周囲が誘電体で覆われており、かつ前記誘電体と同一面内に設置されており、
前記プラズマ生成電極に前記高周波電源によって電圧が印加されて前記空気をプラズマ化して放出することを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
さらに（１）または（２）において、前記帯電微細水滴供給部から生成される帯電微細水滴を含む空気を前記プラズマ生成部によってプラズマ化して放出することでＯＨラジカルを生成することを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
さらに（１）または（２）において、前記空気の流路は前記プラズマ生成部の後段において断面積が縮小することを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
さらに（１）または（２）において、前記空気の流路は、前記プラズマ生成部の後段において前記流路と流れ方向の異なる第二の流路が接続されていることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の除菌装置を用いることによって、帯電微細水滴供給部で生成した帯電微細水滴を下流にあるプラズマ生成部に供給して、強力な除菌効果と有害物質の抑制を両立することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
帯電微細水滴供給部２で生成される帯電微細水滴は、プラズマ生成部３において、例えば反応式（３），（５），（６）に表されるような反応によってオゾンＯ３を消費する。また、プラズマ発生領域で生成したＯ原子が水との反応で消費されると反応式（１）で表されるオゾン生成反応が起こりにくくなる。以上の効果により、帯電微細水滴をプラズマ生成部３に供給することでオゾン生成量を減少させることができる。また、反応式（２），（４），（５）で表されるような反応によって酸化力の強いＯＨラジカルが生成される。ＯＨラジカルの減少時定数は５０−１００μｓと短く、空気中に残留しないので、本実施例によれば、通過した空気のみを除菌することが出来、人体に対して安全である。
Ｏ＋Ｏ２＋Ｍ→Ｏ３                        …（１）
ｅ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ＋ＯＨ＋ｅ                  …（２）
ＯＨ＋Ｏ３→Ｏ２＋ＨＯ２                  …（３）
ＨＯ２＋Ｏ→Ｏ２＋ＯＨ                    …（４）
ＨＯ２＋Ｏ３→Ｏ２＋Ｏ２＋ＯＨ            …（５）
Ｈ２Ｏ＋Ｏ３→ＯＨ＋ＯＨ＋Ｏ２            …（６）
また、プラズマは壁面に対して正の電位（プラズマポテンシャル）を持つため、負に帯電した微細水滴は電気的にプラズマに引き付けられプラズマ発生領域で効率よく反応して、オゾン量低減効果とＯＨラジカル生成効果を高めることが可能である。更に、帯電微細水滴は送風手段によってプラズマ生成部に向けて強制的に送風されるので、プラズマへの水分添加効果を向上できる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
図２を用いて、除菌手段を通過する空気の流路構造例を説明する。ＯＨラジカルの反応時定数は５０−１００μｓと短いため、プラズマの極近傍の空気しか除菌されかねない。そこで、プラズマ生成部３の後段において上段に比べて断面積が縮小した流路（ｈ１＞ｈ２）を設置する。プラズマ生成部の下流に断面積が小さい流路を設けることで強制対流によってプラズマ生成部近傍で生成したＯＨラジカルを主流に運び、通過空気の多くを除菌することが出来る。または、図３に示すように、プラズマ生成部の下流に第二の流路を設置し、第二の流路から空気を供給することによってもプラズマ生成部近傍で生成したＯＨラジカルを主流に運ぶことができる。
【国際調査報告】
2015015587.tif 000015
2015015587.tif 000016