(57)【要約】【課題】速い速度で通流される気体や液体中の微生物をも確実に殺滅または不活化できる殺菌方法および殺菌装置を提供する。【解決手段】放電電極３と対向電極４との間にパルス波形の高電圧を印加して両電極の近傍の気体中でストリーマ放電を発生させ、その放電領域５で高速に飛散する電子やイオン等の飛散粒子、および電位差によって前記気体や液体中に含まれる微生物を殺滅または不活化する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極と対向電極との間にパルス波形の高電圧を印加して両電極の近傍でストリーマ放電を発生させ、その放電領域で高速に飛散する電子やイオン等の飛散粒子、および電位差等によって前記放電領域に存在する微生物を殺滅または不活化する殺菌方法。
【請求項２】
放電電極および対向電極と、これらの電極間に、ストリーマ放電を発生させるパルス波形の高電圧を印加する高電圧印加手段とを備えた殺菌装置。
【請求項３】
高電圧印加手段は、放電電極と対向電極の近傍に形成される放電領域を所定速度で通過する気体や液体の通過時間内に少なくとも１回、ストリーマ放電を発生させる周波数に制御される請求項２記載の殺菌装置。
【請求項４】
高電圧印加手段は、所定の極小パルス幅の高電圧を印加するように構成された請求項２または請求項３のいずれかに記載の殺菌装置。
【請求項５】
高電圧印加手段は、負のパルス波形の高電圧を印加するように構成された請求項２〜請求項４のいずれかに記載の殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物を殺滅または不活化するための殺菌方法および殺菌装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、イオンやオゾン等の活性粒子を利用して、食品・調理用品などの食に関連する物体や公衆衛生上で微生物が問題となる物体の表面、これらの物体を収納する空間に存在する微生物の繁殖を防止する方法が知られている。
【０００３】
たとえば、空気などの気体を電離室に導いてイオン化およびオゾン化させる際の放電電流を制御することにより、所定の低濃度のオゾンと高濃度のイオンを含む気体を発生させ、前記電離室あるいはそれに連通する空間内で、あるいは電離室で発生した気体を物体に吹き付けることによって、オゾンとイオンとの相乗効果で微生物の繁殖を防止するようにした微生物繁殖防止方法および装置がある（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１０８３１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の微生物繁殖防止方法および装置は、物体の表面や収納空間に存在する微生物を処理対象とするものであるため、気体が非常に速い速度で通流される機器に適用しても効果が少なく、微生物は損傷されずに通過してしまうことが多い、という問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するもので、速い速度で通流される気体や液体中の微生物をも確実に殺滅または不活化できる殺菌方法および殺菌装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の殺菌方法は、放電電極と対向電極との間にパルス波形の高電圧を印加して両電極の近傍でストリーマ放電を発生させ、その放電領域で高速に飛散する電子やイオン等の飛散粒子、および電位差等によって前記放電領域に存在する微生物を殺滅または不活化することを特徴とする。
【０００８】
また、上記した殺菌方法を実施する本発明の殺菌装置は、放電電極および対向電極と、これらの電極間に、ストリーマ放電を発生させるパルス波形の高電圧を印加する高電圧印加手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
好ましくは高電圧印加手段は、放電電極と対向電極の近傍に形成される放電領域を所定速度で通過する気体や液体の通過時間内に少なくとも１回、ストリーマ放電を発生させる周波数に制御する。これにより、気体や液体中に含まれる全ての微生物は放電電極と対向電極の近傍を通過する間に少なくとも１回、ストリーマ放電に遭遇することになり、これら微生物を確実に殺滅または不活化できる。
【００１０】
また好ましくは高電圧印加手段は、所定の極小パルス幅の高電圧を印加するように構成する。これにより、瞬時に電圧を立ち上がらせることができ、より多量の電子を高速飛散させること、また電圧印加時間を短縮して人体に有害なオゾンの発生を低減することが可能となる。
【００１１】
また好ましくは高電圧印加手段は、負のパルス波形の高電圧を印加するように構成する。これにより、マイナスイオンを生成することができ、マイナスイオンを含んだきれいな空気を供給することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１および図２は本発明の一実施形態における殺菌装置の断面図である。なお、以下においては空気などの気体について説明するが、水などの液体でも同様である。
【００１３】
殺菌ユニット１は、空気などの気体の流路内に配置されるものであり、ケーシング２の内部にワイヤ状の放電電極３が複数段に配置され、各段の放電電極３の間に平板状の対向電極４が互いに並列に配置されていて、各放電電極３と対向電極４との間に形成される放電領域５が互いに連続するように構成されている。なお、放電電極３はたとえば金属針状など、放電を起こす電極であればなんら限定なく使用できる。
【００１４】
この連続した放電領域５は、ケーシング２に開口した流入口、流出口（図示せず）により形成される気流の通過領域６よりも大きくなるように設定されている。７は気流通過領域６に流入する上流気流、８は気流通過領域６から流出する下流気流を示す。
【００１５】
高電圧印加装置９は、放電電極３に接続するプラス電極１０と、対向電極４に接続するマイナス電極１１（またはアース１１）とを有し、放電電極３と対向電極４との間に、ストリーマ放電を発生させ得るパルス波形の高電圧を印加するように構成されている。
【００１６】
この高電圧印加装置９としては、例えば倍電圧回路にＩＧＢＴ（Inslated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング手段を配して、所望のパルス波形かつ高周波数の電圧を生成し、高圧トランスで昇圧するようにした電装回路などが使用される。しかし所望のパルス波形、周波数の高電圧を印加できるものであれば、これに限定されず使用可能である。
【００１７】
以下、上記構成における作用を説明する。
高電圧印加装置９によって放電電極３と対向電極４との間に所定のパルス波形の高電圧を印加することにより、放電領域５にストリーマ放電（以下、パルスストリーマ放電という）を発生させる。
【００１８】
パルスストリーマ放電の発生機構は、放電電極３から放出される電子の前方で中性分子の電離が起こって電子がなだれのように放出され、これが次の新しい電子なだれを起こすというように、電子なだれが次々と起こって合体していくことにより高速に進行するものであり、放電電流の大部分は電子によるものである。
【００１９】
その際には、放電電極３と対向電極４との間における放電電極３の付近に著しい電界集中があるため、印加される高電圧が十分な大きさであれば、電子なだれが発生し、多量のイオンと光量子とが作り出される。
【００２０】
なおその際に、ワイヤ状の放電電極３をプラス電極としているため、放電電極３の付近で多量の光量子があらゆる方向に放出され、放出された光量子がその付近の中性分子に吸収されて電離を生起していき、放電電極３に向かう方向の電子なだれが多数に発生して、それと同時に作り出される正イオン中でプラズマ柱を形成する。
【００２１】
このプラズマ柱の前縁には対向電極３（つまりマイナス電極あるいはアースに接続した電極）に向かう正イオンが高密度で集中し、それによる電界集中の他に、これら正イオンの空間電荷と電子なだれ群の空間電荷との間に特に強力な電界が形成されるため、プラズマ柱の前縁の発光はさらに促進される。
【００２２】
このようなパルスストリーマ放電が放電領域５で起こるため、放電領域５に流入する上流気流７に微生物が含まれていると、放電領域５で高速に飛散している多量の電子等の飛散粒子（つまり、放電電極３から放出された電子；気体分子（中性分子）、それに由来する電子、正イオン等）や電位差等によって、微生物の外壁等のタンパク質などが破壊されたり、ＤＮＡやＲＮＡが損傷されることになり、微生物は殺滅または不活化される。
【００２３】
印加すべき高電圧は、パルスストリーマ放電を発生させ得る高電圧であり、放電電極３と対向電極４との間隙の大きさによっても異なるが、たとえば放電電極３と対向電極４との間隙が約１０ｍｍである時には約７ｋＶ以上、間隙が約８ｍｍである時には約６ｋＶ以上のパルス波形の高電圧が必要である。これは、エアコンなどで集塵を目的として一般に印加されているパルス波形の電圧よりも高い電圧値である。
【００２４】
微生物を確実に殺滅または不活化するためには、放電領域５を通過する気流の速度と高電圧のパルス周波数との関係が重要である。気流中の微生物（換言すると気流中の任意の１点）が放電領域５を通過する間に少なくとも１回、パルスストリーマ放電を発生させることができる高周波数が必要である。
【００２５】
たとえばエアコンの場合、室内機を通過する気流の速度は約１ｍ／ｓなので、気流の通過方向における放電領域５の幅が約１０ｍｍである時には、気流中の微生物は約１０ｍｓｅｃで放電領域５を通過する。したがって、高電圧を約１００Ｈｚにて印加することで、放電領域５を通過していく微生物を１回、パルスストリーマ放電に遭遇させることができる。
【００２６】
放電領域５を通過していく微生物を確実に殺滅または不活化するためには、上記した周波数約１００Ｈｚの数倍〜数十倍程度、つまり数百〜数千Ｈｚという高周波数の高電圧を印加すればよい。逆に言うと、このような高周波数の高電圧を印加することにより、気流が非常に速い速度で放電領域５を通過する場合も、気流中の微生物を確実に殺滅または不活化できるのである。気流中の微生物ではなく物体の表面や収納空間に存在する微生物を処理対象とする場合には、このような高周波数は必須ではない。
【００２７】
なお、パルス幅を極小パルス幅とすることによって、電圧を瞬時に立ち上がらせることが可能になり、それにより、放電領域８でより多量の電子を高速飛散させること、また電圧印加時間を短縮して人体に有害なオゾンの発生を低減することが可能となる。できるだけ小さいパルス幅が望ましいが、約１μｓｅｃ以下とすることで好ましい殺菌効果が得られる。
【００２８】
また負のパルス波形の高電圧を印加することによって、放電領域５でマイナスイオンを生成することができ、下流気流８としてマイナスイオンを含んだきれいな空気を供給して、リラックスできる雰囲気を提供することが可能となる。
【００２９】
使用可能な高電圧の波形例を図３〜図７に示す。
図３は正弦波や振動波形であるパルス波形を示し、図４はその一部である正のパルス波形を示し、図５はその一部である負のパルス波形を示す。
【００３０】
図６は極小パルス幅の正のパルス波形を示し、図７は極小パルス幅の負のパルス波形を示す。同様の矩形のパルス波形を用いてもよいことは言うまでもない。（評価）
本発明の殺菌装置による殺菌効果を以下の高電圧パルス条件を用いて固定暴露試験とワンパス試験とにより確認した。なお、各試験ともブランクは処理前と後でほとんど変化がない（生存率が約１００％）ことを事前に確認している。
（高電圧パルス条件）
Ａ）電圧；５kV、周波数；２kHz(pps)、パルス幅；１μsec
Ｂ）電圧；８kV、周波数；２kHz(pps)、パルス幅；１μsec
Ｃ）電圧；８kV、周波数；２kHz(pps)、パルス幅；２０μsec
条件Ａ、Ｂ，Ｃの波形はそれぞれ図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す通りである。（固定暴露試験）
図１、図２に示したのと同様の殺菌ユニット（厚み４０ｍｍ）を容器（１８０×８０×４０ｍｍ）内に設置し、この殺菌ユニットの放電電極と対向電極との間隙（１０ｍｍ）に順次に微生物サンプルをセットして、高電圧パルス条件Ａ〜Ｃの高電圧パルスに３０秒間暴露させた。各微生物サンプルは市販のバチルス菌懸濁液をアクリル製サンプルチップ（８×８）に等量ずつ採取して自然乾燥させたものである。高電圧パルス条件Ａ〜Ｃで処理した各微生物サンプルのバチルス菌をＴｗｅｅｎ８０中に回収し、等量ずつ寒天培地で培養して（３７℃，２４ｈ）、コロニー数をカウントした。
（ワンパス試験）
図１、図２に示したのと同様の殺菌ユニット（厚み４０ｍｍ）をファンを備えた容器（１８０×８０×６００ｍｍ）内の流路途中に設置し、容器内に空気を約１ｍ／ｓで通流させながら、その吸込み口の近傍で微生物（クロカワカビ）を刷毛で飛散させて空気流中に含ませる状態において、高電圧パルス条件Ａ〜Ｃの高電圧を印加した。各高電圧パルス条件Ａ〜Ｃにおける殺菌ユニットの上流側（処理前）および下流側（処理後）の空気をそれぞれエアーサンプラー内に取り入れて、エアーサンプラー内に設置しておいた寒天培地にクロカワカビを採取した。採取したクロカワカビをそのまま寒天培地で培養し（２５℃，１６８ｈ）、コロニー数をカウントした。
【００３１】
以上の固定暴露試験とワンパス試験とで得られた計数値から処理前，処理後を求め、処理前の値を処理後の値で除して生存率（％）とした。固定暴露試験の結果を表１に、ワンパス試験の結果を表２に示す。固定暴露試験で効果のなかったＡ）の条件ではワンパス試験では実施していない。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
【表２】
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表１および表２から、出力電圧５ｋＶでは殺菌効果が得られなかったのに対して出力電圧８ｋＶで大きな殺菌効果が得られたこと、出力電圧一定（８ｋＶ）の場合はパルス幅が小さい方が殺菌効果が大きいことがわかる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、放電電極と対向電極との間にパルス波形の高電圧を印加して両電極の近傍の気体中でパルスストリーマ放電を発生させることにより、前記気体中に含まれる微生物のタンパク質やＤＮＡ・ＲＮＡを損傷して微生物を殺滅または不活化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における殺菌装置の概略構成を示す断面図
【図２】図１の殺菌装置を別の方向から示した断面図
【図３】図１の殺菌装置で印加される第１例の高電圧の波形図
【図４】図１の殺菌装置で印加される第２例の高電圧の波形図
【図５】図１の殺菌装置で印加される第３例の高電圧の波形図
【図６】図１の殺菌装置で印加される第４例の高電圧の波形図
【図７】図１の殺菌装置で印加される第５例の高電圧の波形図
【図８】本発明の殺菌装置の殺菌効果を試験する際に用いた高電圧の波形図
【符号の説明】
１…殺菌ユニット
２…殺菌室
３…放電電極
４…対向電極
５…放電領域
６…気流通過領域
９…高電圧印加装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004194930.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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