(57)【要約】【課題】パルス電源とパルス電圧が印加される電極対との電気特性のマッチングを良好とし、パルス電源の作動状態を最適化したパルス電界殺菌方法及びパルス電界殺菌装置を提案する。【解決手段】被処理流体の流路と、この流路内で相互に対峙するように配置された電極対と、この電極対にパルス電流を出力するためのパルス電源とを有するパルス電界殺菌装置を用いて流体を殺菌する方法であって、ある基準値の導電率の流体を流路に満たしたときの電極対間の電気抵抗が、パルス電源の出力インピーダンスよりも大きくなるように電極対を設定する段階と、電極対を含む流路に上記基準値以上の導電率を有する被処理流体を流す段階と、電極対にパルス電圧を印加する段階とを含む。【選択図】図１
2009142768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理流体の流路と、この流路内で相互に対峙するように配置された電極対と、この電極対にパルス電流を出力するためのパルス電源とを有するパルス電界殺菌装置を用いて流体を殺菌する方法であって、
ある基準値の導電率の流体を流路に満たしたときの電極対間の電気抵抗が、パルス電源の出力インピーダンスよりも大きくなるように電極対を設定する段階と、
電極対を含む流路に上記基準値以上の導電率を有する被処理流体を流す段階と、
電極対にパルス電圧を印加する段階とを含むことを特徴とする、
パルス電界殺菌方法。
【請求項２】
被処理流体の流路と、
この流路内の対峙する２つの内壁面にそれぞれ配置された電極対と、
この電極対にパルス電流を出力するパルス電源とを有し、
流路内を導電率が１ｍＳ／ｍの水を満たしたときの電極対の間の抵抗がパルス電源の出力インピーダンスよりも大きくなるように構成したパルス電界殺菌装置。
【請求項３】
上記流路を、円棒部の外周面と、この円棒部と同心状に配置した円筒形の外周壁の内面とで形成し、かつ
上記円棒部の外周面に均等に線状電極を形成するとともに、外周壁の内面全体を面状電極としたことを特徴とする、請求項２記載のパルス電界殺菌装置。
【請求項４】
上記電極対の電極間隔を変更できるように設計したことを特徴とする、請求項２に記載のパルス電界殺菌装置。
【請求項５】
上記電極対の電極面積を変更できるように設計したことを特徴とする、請求項２に記載のパルス電界殺菌装置。
【請求項６】
被処理流体の流路を有し、この流路内の対峙する２つの内壁面に電極対をそれぞれ設置するとともに、この電極対にパルス電流を出力する給電手段を設け、少なくとも一方の内壁面の一部に電界及び電流が集中するように形成したパルス電界殺菌装置において、
上記流路は、上述の一方内壁面に設置した第１の電極の少なくとも縁部分を形成するエッジを有し、このエッジ近傍に誘電泳動作用により細菌や藻類などの異物を引き寄せるように形成しており、
複数のエッジ又は一本のエッジの各部分が相互に間隔を存して上記一方内壁面の全体に亘って配置されていることを特徴とする、パルス電界殺菌装置。
【請求項７】
上記エッジの曲率半径を電極対の電極間隔の１／８以下としたことを特徴とする、請求項６記載のパルス電界殺菌装置。
【請求項８】
上記第１の電極は、上記エッジを形成する電極部分が流れ方向又は流れと交差する方向に間隔を存して繰り返し表われるように配置されており、かつそのエッジの曲率半径を隣り合う電極部分のエッジ間の距離の１／１０以下にしたことを特徴とする、請求項６又は請求項７記載のパルス電界殺菌装置。
【請求項９】
上記エッジは、流れ方向に交差する向きに線状に延び、かつ流路の全周面に亘って配置されたことを特徴とする、請求項６から請求項８のいずれかに記載のパルス電界殺菌装置。
【請求項１０】
上記第１の電極を細線で形成し、この細線の周面全体をエッジとしたことを特徴とする、請求項６から請求項９のいずれかに記載のパルス電界殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体食品や液体と固体が混合した食品の殺菌、池や湖沼の水の殺菌や殺藻、冷却水や風呂水などの循環水、排水の殺菌、殺藻など液体を殺菌したり浄化するためのパルス電界方法及びパルス電界殺菌装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、飲料水などのパルス電界殺菌方法として、電極対間の距離をｄとし、印加パルス電圧をＶとすると平均電界強度Ｖ／ｄで電界強度を規定し、ある電界強度以上とすることにより殺菌できるという方法が記載されており、また、この方法を実施する装置として、被処理液体の流路の上流から下流へ亘る複数個所に、それぞれ一対のパルス電界用電極を配置したものが記載されている。
また、流体中に電圧を印加することで分極した標的粒子の挙動を制御するという誘電泳動技術は従来公知であるが（例えば特許文献２）、これを応用した殺菌方法も知られている。この方法は、被処理流体の通路内に配置した電極対の表面に、一部を除いて絶縁シートを貼着して、当該一部に電界を集中させ、そこに流体中の細菌を誘電泳動により電極に引き付け、殺菌作用を高めるものである（引用文献３）。
【特許文献１】特開２００７−２２９３１９号公報
【特許文献２】特開２００５−２２４１７１
【特許文献３】特開２００１−０１７９８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、食品やその他の用水などでは、電解質が大量に含まれ、電気導電率が大きい場合が多い。特許文献１の方法では、電極対が殺菌殺藻対象液体に露出し、該電極対間に電気導電率の高い物質を流したケースでは、規定の電界強度を印加するためにはパルス電源から供給するエネルギーを大きくして無理矢理印加電圧を上げていた。しかしこれではエネルギー効率が悪く、無用の経費を生ずる。
【０００４】
本出願人は、こうした問題点を鋭意検討し、殺菌・殺藻しようとする被処理流体に露出して設置された金属電極対間の電気的特性が、被処理流体の誘電率及び導電率と、電極対の幾何学的形状とによって表されるという知見を得た。
【０００５】
この知見に基づいて、本発明は、パルス電源とパルス電圧が印加される電極対との電気特性のマッチングを良好とし、パルス電源の作動状態を最適化することを第１の目的とする。
【０００６】
また特許文献１の装置では、また、処理対象液体中の細菌や藻などは液体とともに流れるため、殺菌や殺藻に有効な時間は処理対象液体が電極対を通過する時間に限られていた。  
【０００７】
さらにまた、特許文献１の装置では、殺菌殺藻された細胞は殺菌装置から流失し、特に、藻では池などで沈殿し池の底や縁が褐色になってしまう場合があった。
【０００８】
こうした問題点を解決するには、前述の特許文献３のように流路の一部に電界を集中させることが考えられる。しかしながら、電極面の一部を電気的に遮蔽して、実質的な電極面積を狭くするという構成だけでは、目視の実験においては、藻類などは電極対の電界印加エリアを素通りしてしまい、当該箇所に留めておくことができないことが判った。この藻の細胞は、数〜数十μｍ程度の大きさであって、細菌のサイズとさほどに変わらない。従って電極対の間を藻類が容易に素通りするのであれば、細菌についても同様であると理解される。従って十分な殺菌・殺藻力が期待し難い。
【０００９】
本発明の第２の目的は、処理対象液体中の細菌や藻などを電極対間の電界印加エリア内にできるだけ長くとどめて、殺菌殺藻性能を上げることである。
【００１０】
本発明の第３の目的は、殺菌殺藻された細胞を可能な限り殺菌装置内で捕獲することで、外部への流出量を低減することである。      
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の手段は、パルス電界殺菌方法であり、
被処理流体の流路と、この流路内で相互に対峙するように配置された電極対と、この電極対にパルス電流を出力するためのパルス電源とを有するパルス電界殺菌装置を用いて流体を殺菌する方法であって、
ある基準値の導電率の流体を流路に満たしたときの電極対間の電気抵抗が、パルス電源の出力インピーダンスよりも大きくなるように電極対を設定する段階と、
電極対を含む流路に上記基準値以上の導電率を有する被処理流体を流す段階と、
電極対にパルス電圧を印加する段階とを含む。
【００１２】
本手段では、高濃度の電解質を含む被処理流体にパルス電界を効率的に印加することができる方法を提案する。即ち、パルス電源の出力インピーダンスよりも殺菌殺藻対象液体に露出して設置された金属電極対間の抵抗成分を大きくすることを提案している。「基準値以上の導電率を有する」という条件を課したのは、導電率が所定値を超えると、電極対の静電容量に比べて導電率が支配的となるからである。導電率の基準値は、１ｍＳ／ｍとすることができる。この基準値を上回る被処理液体の例を挙げると、例えばオレンジジュースなどの導電率は、２００〜３００ｍＳ／ｍ、緑茶の導電率は５０ｍＳ／ｍ、藻を含む池の水の導電率は１８〜２０ｍＳ／ｍである。本発明の名称は、殺菌方法となっているが、投入する電流量によっては殺菌の他に殺藻の機能を持つものであっても構わない。電極対の設定は現場で行ってもよいが、用途に応じて予め設定をしたものを用いてもよい。
【００１３】
第２の手段は、
被処理流体の流路と、
この流路内の対峙する２つの内壁面にそれぞれ配置された電極対と、
この電極対にパルス電流を出力するパルス電源とを有し、
流路内を導電率が１ｍＳ／ｍの水を満たしたときの電極対の間の抵抗がパルス電源の出力インピーダンスよりも大きくなるように構成している。
【００１４】
本手段は、第１の手段であるパルス電界殺菌方法の実施に適した装置を提案している。予めそうした構成とすることで、現場で電極対の調整をする作業を省略することができる。なお、導電率を１ｍＳ／ｍと規定したのは、上記の如く導電率が大きければ電極対の間の抵抗分だけを考えて電気特性を考えることができるから、又この範囲であれば本発明の対象である各種の被処理液体の導電率をカバーできるからである。
【００１５】
第３の手段は、第２の手段を有し、かつ
上記流路を、円棒部の外周面と、この円棒部と同心状に配置した円筒形の外周壁の内面とで形成し、かつ
上記円棒部の外周面に均等に線状電極を形成するとともに、外周壁の内面全体を面状電極としている。
【００１６】
本手段では、パルス電界殺菌装置の電気特性を損なわないようにしながら、殺菌性能を高めた殺菌装置を提案している。即ち、電極対のうち一方電極を線状電極としたから、その近傍に電界及び電流が集中する。これにより細菌類は流れに抗して電極対の間に長く留まり（誘電泳動）、殺菌力が高まる。しかし、外周壁の内面を面状電極とし、円棒部の外周面に均等に線状電極を配置したから、外周壁と円棒部との間の水の容量に比例した抵抗が得られ、良好な電気特性を維持することができる。
【００１７】
第４の手段は、第２の手段を有し、かつ上記電極対の電極間隔を変更できるように設計している。
【００１８】
例えば浄化対象である水槽の水質が季節によって変化したときに、これに追随して電極間の抵抗値をある程度調整させたい場合がある。本手段では、電極間隔を変更することで電極対の抵抗を調整できるようにしている。
【００１９】
第５の手段は、第２の手段を有し、かつ電極対の電極面積を変更できるように設計している。
電極対の電極面積を変えるとは、電圧が印加されている範囲を変えるということであり、たとえば線状（或いは面状）の電極のうち通電され、電極として機能している部分の面積を変更するということでもよいし、あるいは面積の異なる二組の電極対を流路に別々に設けておき、それらを切り替えるということであってもよい。このようにすることで電極間の抵抗を調整することができる。
【００２０】
第６の手段は、
被処理流体の流路を有し、この流路内の対峙する２つの内壁面に電極対をそれぞれ設置するとともに、この電極対にパルス電流を出力する給電手段を設け、少なくとも一方の内壁面の一部に電界及び電流が集中するように形成したパルス電界殺菌装置において、
上記一方の内壁面に設置した第１の電極は、周縁部を、内壁面に比べて尖鋭なエッジとし、このエッジの近傍に誘電泳動作用により細菌類を引き寄せるようにしており、
上記エッジは、内壁面から流路内方へ突出して流路を通る流れの中に露出しており、
かつ流路の流れ方向又は流れと交差する方向にこれらエッジを分散して配置することで、電極対を設置した電界印加エリアに電界集中箇所が間欠的に表われるように構成している。
【００２１】
本手段では、電極対のうち少なくとも一方がシャープなエッジを有し、そのエッジの近傍に電界及び電流が集中する構造としている。その作用は、第１に、当該電極に細菌や藻類などの誘電泳動で引き寄せられることで、被処理液体の細菌や藻類が電極対間の有効処理範囲内に滞留する時間を長くすることである。第２に、電界が十分に強いときには、殺菌殺藻された細胞を電極に引き寄せられ、電極面に付着するとともに、電極面に付着した細胞に別の細胞が付着するということを繰り返して、数珠つなぎに連なるという効果（数珠玉形成力）を発現することである。これにより、上記細胞が可能な限り殺菌装置内で捕獲され、外部への流出量を低減することができる。なお、本手段において、給電手段とは、パルス電源を含んでいてもよく、またパルス電源と電極対との間を通電する手段としてもよい。
【００２２】
ここで「エッジ」とは、流路の内面のうち周囲から内方に突き出た部分であって、第１の電極の少なくとも縁部分で形成されるものである。従って図７に示すように細線状の第１の電極全体がエッジであってもよい。第１の電極が帯板や細線で形成される場合、流路を横断する断面上でみて上記エッジは、少なくとも帯板乃至細線の巾に相当する長さだけ、内壁面よりも流路内方へ突出しており、流れの中に突入している。これにより流れ中の細菌類が付着し易いようにしている。
【００２３】
第７の手段は、第６の手段を有し、かつ
上記エッジの曲率半径を電極対の電極間隔の１／８以下としている。
【００２４】
本手段では、電極間の距離に対してエッジの曲率半径を小さく、即ち曲率を大きくすることで特に電界及び電流の集中度を高めることを提案している。これにより、パルス電圧の印加に伴って発生する電界（電流）分布がこの曲率を有する第１の電極に集中し、細胞や藻類などの粒子が誘電泳動により引き寄せられ、細胞や藻類がパルス電極に晒される時間が長くなる。これと同時に、細菌や藻類などの粒子が分極して形成された分極電界に、さらに、分極した細胞や藻類などの粒子が引き寄せられ、付着することを繰り返すという機構（数珠玉形成機構）が成立する。これにより更に粒子が電極に吸い寄せられようになる。
エッジの曲率半径は、電極間隔の１／８以下としている。実用的に好適な範囲は電極曲率の１／１０以下である。理論的には、電極曲率半径は小さければ小さいほどよい。しかしながら、曲率半径を小さくするときには、その電極の曲り部分に過剰に電界が集中するために損傷を生じやすい。また、電極の間隙を大きくするには、大きな電力を必要としてしまう。そこで電極対の作成し易さという点を考慮した、実用上の好適範囲は上記の通りとなる。
【００２５】
第８の手段は、第６の手段又は第７の手段を有し、かつ
上記第１の電極は、上記エッジを形成する電極部分が流れ方向又は流れと交差する方向に間隔を存して繰り返し表われるように配置されており、かつそのエッジの曲率半径を隣り合う電極部分のエッジ間の距離の１／１０以下としている。
【００２６】
本手段では、エッジが流れ方向に繰り返し表われることで細菌類が吸引されるポイントを複数形成するようにしている。もっともエッジ同士の距離が近すぎると、その電極を面電極とした場合とあまり変わらなくなってしまう。これを回避するためには、曲率半径をエッジ間の距離の１／１０以下（より好ましくは１／２０以下）にするとよい。エッジ間の距離の１／１０以下という数値は経験的に設定した値である。後述の実施例では、らせん状電極におけるピッチを２０ｍｍ、電線の半径を１ｍｍとしている。
【００２７】
第９の手段は、第６の手段から第８の手段のいずれかを有し、かつ
上記エッジは、流れ方向に交差する向きに線状に延び、かつ流路の全周面に亘って配置されている。
以上の各手段に関して、第１〜第５の手段に係る発明と、第６〜第９の手段に係る発明とを併用することは可能である。そこで第１〜第５の手段に記載した事項は、第６〜第９の手段に援用し、また第６〜第９の手段に記載した事項は、第１〜第５の手段に援用するものとする。
【００２８】
エッジの配向方向としては、流れ方向に配列することも可能であるが、エッジ同士の間には、電界・電流の集中を得るのに十分な距離を取らなければならないので、エッジ同士の間を流れる細菌類が素通りしてしまう可能性がある。そこで本手段では、エッジを流れと交差する方向に配列して万遍なく誘引することができるようにしている。
【００２９】
第１０の手段は、第６の手段から第９の手段のいずれかを有し、かつ
上記第１の電極を細線で形成し、この細線の周面全体をエッジとしている。
【００３０】
本手段では、細線の周囲全体をエッジとしたから、断面方向から見て、内壁面との連結箇所を除く全方位から細菌類を引き寄せることができる。
【発明の効果】
【００３１】
第１の手段に係る発明によれば、基準値の導電率の流体を流路に満たしたときの電極対間の電気抵抗が、給電手段の出力インピーダンスよりも電極対の間の流体の電気抵抗が大きくなるように電極対を設定したから、電圧利用率を高くすることができる。
【００３２】
第２の手段に係る発明によれば、流路内を導電率が１ｍＳ／ｍの水を満たしたときの電極対の間の抵抗がパルス電源の出力インピーダンスよりも大きくなるように構成したから、本発明のパルス電界殺菌方法を実行し易い。
【００３３】
第３の手段に係る発明によれば、電極対の一方を線状電極としたから、誘電泳動作用により殺菌力が高まるとともに、外周壁内面の全体を面状電極とし、円棒部の外周面に均等に線状電極を配置したから、外周壁と円棒部との間の水の容量に応じた電気抵抗が得られ、良好な電気特性が保たれる。
【００３４】
第４の手段に係る発明によれば、電極対間の電極距離を可変としたから、流体の導電率に応じて電極対の抵抗値を最適化することができる。
【００３５】
第５の手段に係る発明によれば、電極対間の電極面積を可変としたから、流体の導電率に応じて電極対の抵抗値を最適化することができる。
【００３６】
第６の手段に係る発明によれば次の効果を奏する。
○第１の電極が鋭いエッジを有するように付形したから、電界及び電流の集中度が上がり、誘電作用が高まる。
○エッジは流路内方へ突出し、流れの中に露出するようにしたから、流れ中の細菌類が付着し易く、殺菌効果が高まる。
【００３７】
第７の手段に係る発明によれば、誘電泳動作用が高まり、流れ中の細菌や藻類の少なくとも一部を電界印加エリアに滞留させることで殺菌力が高まる。
【００３８】
第８の手段に係る発明によれば、電界印加エリア全体に亘って誘電泳動作用を発揮することができ、殺菌能力が向上する。
【００３９】
第９の手段に係る発明によれば、エッジは流れと交差する方向に延びるから、細菌類を万遍なく誘引することができる。
【００４０】
第１０の手段に係る発明によれば、細線の周囲全体をエッジとしたから、断面方向から見て、内壁面との連結箇所を除く全方位から細菌類を引き寄せることができる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１〜図５は本発明の実施形態に係るパルス電界殺菌方法を実施するための装置、及びこの方法の実験結果を示している。
【００４２】
図１は、この装置を利用したパルス電界殺菌方法の実施例を示している。図中１は、パルス電界殺菌装置であり、Ｔは水槽であり、Ｃは循環路であり、Ｐはポンプである。本実施形態では、パルス電界殺菌装置の構成のうち、電気特性に関することを中心に説明し、電界・電流の集中に関する事項は別の実施形態で説明する。
【００４３】
このパルス電界殺菌装置は、図２に示す如く第１の部材１Ａと、第２の部材１Ｂとで形成されている。
【００４４】
第１の部材１Ａは、架台１２と、給電手段１１と、ベース体３と、第１の電極４とを含む。上記架台１２は、底板１２ａと頂板１２ｂと有し、これら底板と頂板とを連結材１２ｃで連結している。さらに頂板の上面からは棒状のサポート碍子１０を起立し、この上に支持板１４を架設している。上記給電手段１１は、架台の頂板に液密に上下方向に貫設したブラッシング端子９と、このブラッシング端子の上端の高圧電極端子８から第１の電極４に至る電線とからなる。ブラッシング端子の下端には高圧供給端子１３が設けられている。上記ベース体３は、架台１２の支持板の上から起立している。このベース体は、セラミックで形成することができる。上記第１の電極４は、ベース体の周面に金属線を螺旋状に巻いた線状電極としている。この第１の電極は、ブラッシング端子の高圧電極端部８に通電させている。
【００４５】
第２の部材１Ｂは、流路の外周壁、即ち管路である管体と、この管体の上端を液密に閉塞する蓋とを含む。上記管体は、第２の電極５を兼ねる。第２の電極は、作業員が触っても感電しないように接地電極としてる。第２の電極５を形成する管体は、下端部を大径とし、その大径管部内にサポート碍子１０及び支持板を挿入させて、管の下端部を架台１２の頂板上面に液密にかつ着脱自在に取り付けている。この大径管部の一側部に流入口７を開口し、また管体の上部に流出口２を開口している。なお、流入口７を処理水流路６に対して、接線方向に設けることで、殺菌殺藻対象液体が処理水流路６を回転しながら流れるようにした。この第２の電極５と高圧供給端子１３とはそれぞれパルス電源に接続している。
【００４６】
この方法の手順は、少なくとも
(a)浄化対象である池とパルス電界殺菌装置１とを循環路Ｃで接続する段階と、
(b)池の水で循環路を満たしたときに電極対４，５の間の抵抗がパルス電極の出力インピーダンスよりも大きくなるように調整する段階と、
(c)この循環路内に池の水を循環させる段階と、
(d)電極対にパルス電極を印加する段階とからなる。ここで重要な段階は（ｂ）である。電極対は、電気抵抗と静電容量とを有するが、被処理流体の導電率が高くなると、前者の寄与が大きくなる。従って電極対間の電気抵抗のみを問題とすればよい。このことを説明するために、理論的考察を以下に述べる。図３は、上記パルス電界殺菌装置と等価の回路である。パルス電源を除く装置部分が抵抗−コンデンサとの並列回路に置き換えられている。
【００４７】
本出願人は、被処理流体中の一対の金属電極間の静電容量と抵抗値とを、被処理流体を流した状態でＬＣＲメータで測定した。この場合、印加しようとするパルスの主成分の周波数で測定する。そして測定した静電容量をＣＬ、測定した抵抗をＲＬとすると、この電極対の等価回路（パルス電源から見た負荷インピーダンス）はＣＬとＲＬとの並列回路で表現できることを見いだした。
【００４８】
その結果、パルス電源の出力インピーダンスをＺ０とすると、ＲＬがＺ０よりも大きな場合には、出力される電極対の間に処理対象液体を流した状態で、効率よくパルス電圧が印加できる。こうした方法を用いることにより、パルス電源が効率よくパルス電界を発生させることができる。
【００４９】
図１に示す池を模擬した水槽Ｔに栄養塩を適宜投入し、藻類が繁殖するようにした。そしてこの水槽から図２に示すパルス電界殺菌装置１に、２０リットル毎分で水を供給し、パルス電界殺菌処理を行った後に水槽に戻す循環処理を行った。この時のパルス電界殺菌装置の諸元を表１に示す。
【００５０】
【表１】
2009142768.tif 000003
【００５１】
この時用いたパルス電源のならびに等価回路図を図３（図中ＡＢの左側）に示す。電極対の等価回路はＣＬとＲＬとの並列接続として（図中ＡＢの右側）示した。この時、表１よりＣＬ＝１．２ｎＦ、ＲＬ＝１２０Ωであった。
【００５２】
パルス電源の出力インピーダンスＺ０は数式１で近似でき、Ｚ０＝２９Ωとなる。
【数式１】
【００５３】
ＲＬ＝ＣＬ−１×ε×（ε０／σ）
また、実際に印加されたパルス電圧ならびに図３の等価回路で計算したパルス電圧波形を図４に示す。実測波形と等価回路から計算した波形はほぼ一致しており、図３の等価回路でパルス電界殺菌装置を表現できることが判明した。
【００５４】
また、パルス電界殺菌装置の静電容量も条件によって変化するが、導電率ほど大きな変化ではない。そのため、殺菌殺藻の対象となる処理水の導電率範囲（１ｍＳ／ｍ以上）だと、パルス電界殺菌装置の特性は抵抗成分のみを考えれば良いことが判明した。
【００５５】
その場合、パルス電源から有効にパルス電界殺菌装置にパルス電圧を供給するためにはパルス電源の出力インピーダンスがパルス電界殺菌装置の抵抗成分よりも小さいことが重要となる。
【００５６】
図５は図３の等価回路において、パルス形成コンデンサーの充電電圧をＶ０とし、パルス電界殺菌装置の抵抗成分を変えていったときのパルス電界殺菌装置に印加されるパルス電圧の波高値Ｖｐの比率Ｖｐ／Ｖ０を電圧利用率として縦軸に示したものである。なお、図５は図３の等価回路からＲＬの値を変化させ計算から求めたものである。
【００５７】
この実施例では、Ｚ０＝２９Ω＜ＲＬ＝１２０Ωとなり、電圧利用率も１００％以上となり、パルス電源の出力エネルギーも１．２Ｊ／パルス以下と小型パルス電源とすることができた。
【００５８】
図５にはＲＬ＝１２０ΩならびにＲＬ＝５６Ωの場合の電圧利用率の実測値も示しているが、計算値とほぼ一致している。
【００５９】
図５から明白なように、電圧利用率を０．５以上にするためにはＺ０≦ＲＬである必要がある。Ｚ０＞ＲＬとなるとＲＬが低下するに伴って電圧利用率が大きく低下し、その場合、パルス電界殺菌装置に所定の電界を印加するためには、パルス電源のパルス形成コンデンサーの充電電圧が大きくなり、大型で不経済なパルス電源となってしまう。
【００６０】
逆にＺ０≦ＲＬであれば、電圧利用率は０．５以上が達成でき、経済的なパルス電源を構成することが可能となる。
【００６１】
次に本実施形態のパルス電界殺菌方法の実施に適した殺菌装置の実施例について説明する。図２の装置では、第１の電極を線状電極としている。これは、後述の如く誘電泳動の作用により細菌や藻を電極近傍に引き寄せ、殺菌力を高めるためであるが、それとともに、ベース体３上に線状の第１の電極を等しいピッチで螺旋形に巻きつけるとともに、対向する管路（外周壁）全体を第２の電極としている。これにより管路とベース体との間の空間全体に充填された水の容量に応じた電気抵抗が得られ、良好な電気特性が担保される。
【００６２】
また浄化対象の水源の水質があまり変化しないときには、図２に示す如く電極対の電極間距離及び電極面積が一定のタイプを用いればよい。これら電極間隔などは予めその水質に応じて、その水で電気対間の流路部分を満たしたときに、電極間抵抗がパルス電源の出力インピーダンスより大きくなるように設計すればよい。また、池の水の如く季節によって水質が変化するときには、電極対の間の抵抗を調整できるようにしてもよい。図６に示すタイプのものは、電極距離及び電極面積の何れかを任意に変化させることで、そうした調整を可能としている。すなわち、流路の内壁面の一部を構成する、相互に対峙する平行壁の対向面にそれぞれ電極を設置し、かつその一方を可動壁とすることで電極間隔を変化させることができる。さらに電極対のうち一方（第１の電極）を、一方平行壁の上に、各線分が均等に間隔を存して延びる線状電極とするとともに、その線分の途中から電線を分岐Ｄさせ、線状電極の一端Ｅ１から他端Ｅ２まで通電する場合と、一端Ｅ１から分岐点Ｄまで通電する場合とで、電極面積及び有効通電範囲が異なるように設計している。図示例では、線状電極は、平行板上を蛇行するように配置しているが、渦巻き型その他の適当な配置に変更することができる。
【００６３】
次に本発明の第２実施形態に係るパルス電界殺菌方法及びパルス電界殺菌装置を、図７から図９を用いて説明する。装置全体の構成及び装置の使用例に関しては、第１実施形態の図２及び図１を援用する。また第１実施形態と同じ構成については説明を省略する。
【００６４】
本実施形態では、第１の電極が周縁部に鋭いエッジを有し、エッジの近傍で電界及び電流が集中するようにしたものである。その曲率は、曲率半径が電極間距離の１／８以下とする。また、図示の例では、第１の電極を断面円形の細線とし、ベース体への設置箇所を除く細線の外周全体をエッジ１６としている。細線の形は電界及び電流を集中することに役立つが、同極の細線同士の間が過度に狭くなると、その周囲の電界・電流の集中度は低下する。そこで螺旋状の細線のピッチを曲率半径の１０倍以上としている。
【００６５】
こうした構成とすることで、第１の電極の周囲の電界が強くなり、図７に示すようにその電界中で分極された細菌や藻の細胞が誘電泳動により電極面に引き寄せられる。第１の電極を形成する螺旋状の細線のうち流路下流側では、特に細菌や藻類が付着し易い。電界が一定以上の強度であると、藻などの細胞は数珠のように連なった状態となる。
【００６６】
図示例では、第１の電極４は半径１ｍｍとし、管路兼用の第２の電極５との距離ｄ＝２０ｍｍの１／２０としている。そしてこの時の平均電界強度Ｅ＝Ｖｐ／ｄは１０ｋＶ／ｃｍとしている（ＲＬ＝１２０Ωの場合）として実験を行うと、図１０に示す如く第１の電極に変色した藻が付着するのが観察された。これは、殺藻されたのちの死んだ藻類が堆積したものである。
【００６７】
表２は、図２の装置でパルス電界殺菌法による殺藻実験を行った結果を示す。ここでは、本発明によるパルス電界殺菌法を適用した場合の対象データを、「高圧パルス処理」の列に、同じ循環量でパルス電界殺菌法を施さず、循環のみを行った場合の対象データを「無処理」の列にそれぞれ記載している。対象データは、循環水に含まれるクロロフィルの量及び循環水の濁度（ＳＳ）である。本発明を適用した場合には、クロロフィルの量及び濁度ともに減少しているのに対して、無処理の場合には逆にクロロフィル及び濁度ともに増加している。この表２から、本実施例による本パルス電界方法の殺菌・殺藻性能が確認できている。
【００６８】
【表２】
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【００６９】
図８及び図９は、本実施形態の第１の電極の変形例であり、第１の電極は、全体として矩形であって両側から互い違いに延びる帯状部分を有する。
具体的には長方形の基板の上に、第１の電極を形成する導電板を貼着する。この導電板には、左右に蛇行する切欠１８を穿設し、残された板部分の左右両側から帯状部分が延びるように形成する。図９に示す如くこの帯状部分の側面と上面との間の稜線及びその近傍をエッジ１６としている。こうすることで電界及び電流の集中度をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るパルス電界殺菌方法及びパルス電界殺菌装置の実施の例を示す図である。
【図２】図１の装置の縦断面図である。
【図３】図１のパルス電界殺菌装置とパルス電源の等価回路図である。
【図４】本発明による実測とシミュレーションによるパルス電圧波形である。
【図５】電圧利用率とパルス電界殺菌装置の抵抗の関係を示したものである。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るパルス電界殺菌装置の要部を示す平面図である。
【図８】本実施形態に係る第１の電極の変形例を示す平面図である。
【図９】図８の要部の作用説明図である。
【図１０】電極状に付着した死滅した藻類の写真である。
【符号の説明】
【００７１】
１  パルス電界殺菌装置            ２    流出口
３  ベース体（高圧電極サポート用セラミックベース）
４  第１の電極                        ５    第２の電極（管路兼用接地電極）
６  流路                              ７    流入口
８  高圧電極端子                      ９    ブラッシング端子
１０  サポート碍子                    １１    給電手段
１２  架台                            １３    高圧供給端子
１４  支持板                          １６    エッジ
１８  切欠き                        
２１パルス形成コンデンサー（６ｎＦ））
２２  パルス電源インダクタンス（３μＨ）
２３    高圧スイッチ
２４    配線インダクタンス（２μＨ）  
２５パルス電源内部抵抗（３００ｋΩ）
２６    パルス電界殺菌装置静電容量（ＣＬ＝１．２ｎＦ）
２７    パルス電界殺菌装置抵抗（ＲＬ＝１２０Ω）
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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