特開 2023-81609 空気処理装置及びその処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023081609

(43)【公開日】2023-06-13

(54)【発明の名称】空気処理装置及びその処理方法

(51)【国際特許分類】

   B03C 3/40 20060101AFI20230606BHJP

   B03C 3/41 20060101ALI20230606BHJP

   B03C 3/53 20060101ALI20230606BHJP

   A61L 9/22 20060101ALI20230606BHJP

   A61L 9/16 20060101ALI20230606BHJP

   A61L 9/012 20060101ALI20230606BHJP

   B01D 53/14 20060101ALI20230606BHJP

   F24F 8/192 20210101ALI20230606BHJP

   F24F 8/30 20210101ALI20230606BHJP

   F24F 8/97 20210101ALI20230606BHJP

【ＦＩ】

B03C3/40 C

B03C3/41 C

B03C3/53

A61L9/22

A61L9/16 Z

A61L9/012

B01D53/14 210

F24F8/192

F24F8/30

F24F8/97

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021195456

(22)【出願日】2021-12-01

【新規性喪失の例外の表示】新規性喪失の例外適用申請有り

(71)【出願人】

【識別番号】000125347

【氏名又は名称】学校法人近畿大学

(71)【出願人】

【識別番号】512224729

【氏名又は名称】地方独立行政法人大阪府立環境農林水産総合研究所

(71)【出願人】

【識別番号】514207083

【氏名又は名称】株式会社園田製作所

(71)【出願人】

【識別番号】593033980

【氏名又は名称】トワロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100167416

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 佳男

(72)【発明者】

【氏名】角谷 晃司

(72)【発明者】

【氏名】松田 克礼

(72)【発明者】

【氏名】野々村 照雄

(72)【発明者】

【氏名】瀧川 義浩

(72)【発明者】

【氏名】豊田 秀吉

(72)【発明者】

【氏名】草刈 眞一

(72)【発明者】

【氏名】園田 隆博

(72)【発明者】

【氏名】藤本 和隆

【テーマコード（参考）】

4C180

4D020

4D054

【Ｆターム（参考）】

4C180AA02

4C180AA07

4C180AA17

4C180AA18

4C180AA19

4C180BB06

4C180BB08

4C180CB03

4C180CB08

4C180DD11

4C180EA52X

4C180EB06X

4C180EB29Y

4C180FF01

4C180HH02

4C180HH05

4D020AA03

4D020AA09

4D020AA10

4D020BA19

4D020BA23

4D020CB40

4D020CC21

4D020CD10

4D054AA11

4D054BA01

4D054BA19

4D054BB06

4D054BC21

4D054BC31

(57)【要約】

【課題】本発明は、空気中に浮遊する気体、エアロゾル、飛粒体やウイルス性病原体を容易に捕集するための空気処理装置及びその処理方法を提案することを目的とする。
【解決手段】本発明の空気処理装置は、被捕集成分を含む空気が通過すると該被捕集成分を捕集する装置で、導電性液体を収容し上面が開放された捕集槽と、複数の孔を備えた金属板に複数の突起部を固定した電極板とを備え、該電極板は、突起部の先端が該導電性液体の上面に対向するように捕集槽の上縁面に載せ置かれ、突起部に電荷を供給して静電場が発生すると、静電誘導で捕集槽に収容された導電性液体は、突起部に供給された電荷とは逆の電荷を帯電し、突起部の先端から導電体液体の上面に向かってイオン風が生起し、被捕集成分が前記導電性液体の側に捕集されることを特徴とする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被捕集成分を含む空気が通過すると該被捕集成分を捕集する空気処理装置であって、
アースに接地された導電性液体を収容し上面が開放された捕集槽と、複数の孔を備えた金属板に複数の突起部を固定した電極板とを備え、前記電極板は、前記突起部の先端が該導電性液体の上面に対向するように前記捕集槽の上縁面に載せ置かれ、
前記突起部に電荷を供給して静電場が発生すると、静電誘導で前記捕集槽に収容された前記導電性液体は、前記突起部に供給された電荷とは逆の電荷を帯電し、前記突起部の先端から前記導電体液体の上面に向かってイオン風が生起し、前記被捕集成分が前記導電性液体の側に捕集されることを特徴とする空気処理装置。

【請求項2】

前記導電性液体は水であって、前記被捕集成分が水溶性であるときは前記被捕集成分が該水内に溶けこんで捕集され、前記被捕集成分が非水溶性であるときは前記被捕集成分が該水の上面に捕集されることを特徴とする請求項１に記載の空気処理装置。

【請求項3】

前記導電性液体は、液体保持材に保持されて前記捕集槽に収容されたものであることを特徴とする請求項１に記載の空気処理装置。

【請求項4】

前記導電性液体は、ゲル状で前記捕集槽に収容されたものであることを特徴とする請求項１に記載の空気処理装置。

【請求項5】

前記導電性液体は水性であって、前記被捕集成分が水溶性である場合は前記被捕集成分が前記導電性液体内に捕集され、前記被捕集成分が非水溶性である場合は前記被捕集成分が前記導電性液体の上面に捕集されることを特徴とする請求項１のいずれかに記載の空気処理装置。

【請求項6】

前記導電性液体は油性であって、前記被捕集成分が油溶性である場合は前記被捕集成分が前記導電性液体内に溶け込んで捕集され、前記被捕集成分が非油溶性である場合は前記被捕集成分が前記導電性液体の上面に捕集されることを特徴とする請求項１に記載の空気処理装置。

【請求項7】

前記突起部の先端と前記導電性液体の上面との距離は、該先端に印加する電圧と比例して変動して離隔したものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の空気処理装置。

【請求項8】

前記突起部は尖頭であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の空気処理装置。

【請求項9】

被捕集成分は、病原体、農薬、煙草の煙、二酸化炭素、アンモニア、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドのほか、空気中に含まれる気体、エアロゾル、飛粒体であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の空気処理装置。

【請求項10】

被捕集成分を含む空気が通過すると該被捕集成分を捕集する空気処理方法であって、
導電性液体を収容し上面が開放された捕集槽と、複数の孔を備えた金属板に複数の突起部を固定した電極板とを備えた空気処理装置において、前記電極板が、前記突起部の先端が該導電性液体の上面に対向するように前記捕集槽の上縁面に載せ置かれ、
前記突起部に電荷を供給して静電場が発生すると、静電誘導で前記捕集槽に収容された前記導電性液体は、前記突起部に供給された電荷とは逆の電荷を帯電し、前記突起部の先端から前記導電体液体の上面に向かってイオン風が生起し、前記被捕集成分が前記導電性液体の側に捕集されることを特徴とする空気処理方法。

【請求項11】

前記導電性液体は水性であって、前記被捕集成分が水溶性である場合は前記被捕集成分が前記導電性液体内に捕集され、前記被捕集成分が非水溶性である場合は前記被捕集成分が前記導電性液体の上面に捕集されることを特徴とする請求項１０に記載の空気処理方法。

【請求項12】

前記導電性液体は油性であって、前記被捕集成分が油溶性である場合は前記被捕集成分が前記導電性液体内に溶け込んで捕集され、前記被捕集成分が非油溶性である場合は前記被捕集成分が前記導電性液体の上面に捕集されることを特徴とする請求項１０に記載の空気処理方法。

【請求項13】

被捕集成分は、病原体、農薬、煙草の煙、二酸化炭素、アンモニア、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドのほか、空気中に含まれる気体、エアロゾル、飛粒体であることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載の空気処理方法。

【請求項14】

請求項１０ないし１３のいずれかに記載の空気処理方法を用いて前記導電性溶液に回収された前記被捕集成分を、前記導電性溶液からサンプリングすることにより一定量の空気に存在している量を定量し、連続的にモニタリングする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電場を発生させて形成した静電場スクリーン（静電場の幕）の原理を適用し、空気中に浮遊する気体、エアロゾル、飛粒体を回収したり、ウイルス性病原体の飛沫感染を排除したりするための空気処理装置及びその処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、コロナウイルス感染症（COVID-19）の大流行を受けて、世界保健機関（WHO）は、環境の浄化と消毒が最も重要であること、また、手指衛生、呼吸器系のエチケット、物理的な距離、発熱や呼吸器系の症状がある人との無防備な接近接触を避けることの重要性を継続的に強調している。
呼吸器系の感染症は、さまざまな大きさの飛沫を介して感染する。直径5～10μm以上の飛沫は呼吸器飛沫と呼ばれ、直径5μm未満の飛沫はエアロゾル（飛沫核）と呼ばれています。最近の研究では、COVID-19ウイルスは、空気感染ではなく、主に呼吸器系の飛沫や接触経路を介して人と人との間で感染することが報告されている。飛沫は、人が咳をしたり、くしゃみをしたり、話したりしたときに発生するので、病原体を含んだこれらの呼吸器系の飛沫を捕捉することができれば、人から人への感染の拡大を防ぐことができると思われる。

【0003】

一般的に空気清浄機は電気集塵装置の仕組みを利用したものであり、電極間でコロナ放電を発生させて塵埃を帯電させる帯電部と、この帯電部により帯電された塵埃をクーロン力で集塵板に付着させる集塵部とで構成される。
例えば、特許文献１に係る電気集塵装置は、放電電極と対向電極との間でコロナ放電を発生させて空気中の塵埃を帯電させる帯電部と、この帯電部で帯電された塵埃を捕集する高圧電極と集塵電極とからなる集塵部とを備えたものであって、対向電極と集塵電極とを一体化した共用対向電極を空気の流れに沿って平行に複数配列すると共に、これらの共用対向電極間に平板状の半絶縁性樹脂からなる高圧電極を配置し、この高圧電極の上流側端部にその長手方向に沿って所定間隔毎に半絶縁性樹脂からなる複数の電極支持部を設け、ワイヤーで構成される放電電極を電極支持部で支持し、共用対向電極と対向するように配置している。このような空気清浄機においては、浮遊ウイルスをコロナ放電により正又は負の電荷を与え帯電させ、帯電したウイルスを逆の極性に帯電させた導体で捕集することになる。なお、捕集したウイルスは紫外線やオゾン、クレベリンを使用して不活化する。

【0004】

また、特許文献２、３及び非特許文献１には、米国のエアドッグ社製の空気清浄機の構成が示されている。当該空気清浄機には「TPAフィルタ」と呼ばれる特殊なフィルタが搭載されている。「TPAフィルタ」は、プレフィルタとイオン化ワイヤーフレームと集塵フィルタとオゾン除去フィルタとからなり、該イオン化ワイヤーフレームに電磁場をつくることにより有害物質をプラスイオンで帯電させ、磁石のようにフィルタに汚れを吸着して除去する仕組みである。この仕組みにより、一般的な空気清浄機に使用されている紙フィルタ「HEPAフィルタ」では除去が困難な、ウイルスより細かい0.1μｍ以下の微細粒子0.0146μｍの除去を実現できるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３７０２７２６号公報

【特許文献2】米国特許９８６８１２３B２

【特許文献3】米国特許９７３５５６８B

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】エアドッグ社（日本法人）ホームページhttps://airdogjapan.com/

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、従来の空気清浄機や特許文献１に係る電気集塵装置は、フィルタの目詰まりに対する清掃のわずらわしさやフィルタそのものの定期的な交換が必要である。また、特許文献２、３及び非特許文献１に記載されている米国のエアドッグ社製の空気清浄機は、従来の空気清浄機等に比較して、フィルタの目詰まりは起きにくいとしているものの、フィルタのメンテナンスは必要であり、装置そのものは複雑な構造であり高価である。

【0008】

そこで、上記問題に鑑み、本発明は、空気中に浮遊する気体、エアロゾル、飛粒体やウイルス性病原体を容易に捕集するための空気処理装置及びその処理方法を提案することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明の空気処理装置は、被捕集成分を含む空気が通過すると該被捕集成分を捕集する装置で、導電性液体を収容し上面が開放された捕集槽と、複数の孔を備えた金属板に複数の突起部を固定した電極板とを備え、該電極板は、突起部の先端が該導電性液体の上面に対向するように捕集槽の上縁面に載せ置かれ、突起部に電荷を供給して静電場が発生すると、静電誘導で捕集槽に収容された導電性液体は、突起部に供給された電荷とは逆の電荷を帯電し、突起部の先端から導電体液体の上面に向かってイオン風が生起し、被捕集成分が前記導電性液体の側に捕集されることを特徴とする。

【0010】

導電性液体が水である場合で、被捕集成分が水溶性であるときは被捕集成分が水内に溶けこんで捕集されるし、他方、被捕集成分が非水溶性であるときは被捕集成分が水の上面に捕集されることになる。
また、導電性液体は、液体保持材に保持されて捕集槽に収容されるようにしてもよいし、ゲル状で捕集槽に収容されるようにしてもよい。
さらに、導電性液体が水性である場合は、上述の水の場合と同様に、被捕集成分が水溶性である場合は被捕集成分が導電性液体内に捕集され、被捕集成分が非水溶性である場合は被捕集成分が導電性液体の上面に捕集されることになる。そして、導電性液体は油性である場合は、被捕集成分が油溶性である場合は被捕集成分が導電性液体内に溶け込んで捕集され、被捕集成分が非油溶性である場合は被捕集成分が導電性液体の上面に捕集されることになる。

【0011】

電極板は、使用する金属板をパンチング加工金型やレーザー加工で孔を穿って形成し、釘のような尖頭突起状の金属棒を複数固定することで構成することができる。なお、突起部は先端が尖頭であることが望ましい。また、突起部の先端と水の水面との距離が該先端に印加する電圧と比例して変動して離隔するように調整するとよい。より詳細には、当該距離が５～１５ｍｍ程度に調整するとよい。

【0012】

被捕集成分は、病原体、農薬、煙草の煙、二酸化炭素、アンモニア、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドのほか、空気中に含まれる気体、エアロゾル、飛粒体である。

【0013】

本発明の空気処理方法は、被捕集成分を含む空気が通過すると該被捕集成分を捕集する方法であって、導電性液体を収容し上面が開放された捕集槽と、複数の孔を備えた金属板に複数の突起部を固定した電極板とを備えた空気処理装置において、電極板が突起部の先端が該導電性液体の上面に対向するように捕集槽の上縁面に載せ置かれ、突起部に電荷を供給して静電場が発生すると、静電誘導で捕集槽に収容された導電性液体は、突起部に供給された電荷とは逆の電荷を帯電し、突起部の先端から導電体液体の上面に向かってイオン風が生起し、被捕集成分が導電性液体の側に捕集されることを特徴とする。

【0014】

また、本発明は、上述の空気処理方法を用いて導電性溶液に回収された被捕集成分を、導電性溶液からサンプリングすることにより一定量の空気に存在している量を定量し、連続的にモニタリングする方法であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明の空気処理装置及び空気処理方法によれば、静電場スクリーンの原理を適用し、導電性液体を電極とすることで、帯電した病原体を水やその他導電性液体に容易に捕集することができるほか、空気中に含まれる農薬、煙草の煙、二酸化炭素、アンモニア、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドのほか、空気中に含まれる気体、エアロゾル、飛粒体を捕集することができる。フィルタが不要であり、メンテナンスは水の入れ替えだけで済むので利便性が高い。また、例えば水にクレベリン等任意の不活剤を添加ができ、水に溶ける極性の高い物質であれば回収も可能となり、不活化のリサイクルが可能である。さらに、捕集した病原体を生きた状態で回収でき、モニタリングも可能となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る空気処理装置１を示す斜視図である。

【図2】本発明に係る空気処理装置１の電極板１０を示す図である。

【図3】本発明に係る空気処理装置１の基本原理を示すための図である。

【図4】本発明に係る空気処理装置１において、イオン風が生起する状態を示すための図である。

【図5】本発明に係る空気処理装置１において、イオン風が生起することで、被捕集成分Ｘを導電性液体Ｆに捕集する様子を示す概念図である。

【図6】本発明の実施例２に係る空気処理装置２を示す図である。

【図7】空気処理装置２の電界中での印加電圧とコロナ放電（ａ）、マイナスイオン発生（ｂ）、イオン風の体積流量（ｃ）の関係を示すグラフである。

【図8】（ａ）は、 異なる電圧で負に帯電させた空気処理装置２の接地水に捕捉されたFITCを示すグラフで、（ｂ）は、 空気処理装置２の電界中でのFITCの捕捉とマイナスイオンの発生について示すグラフである。

【図9】互いに連結された3台の空気処理装置とオゾン発生装置（OG）を含むトータルシステムＴＳの模式図である。

【図10】実施例３に係るトータルシステムに使用されるオゾン発生器の模式図である。

【図11】実施例３に係るトータルシステムに使用されるオゾン発生器において、オゾンの生産性とオゾン発生器への印加電圧との間の正の相関関係（ａ）と、オゾン発生器で発生したマイクロバブルにさらされたファージの致死率の時間変化（ｂ）を示すグラフである。

【図12】(ａ)は、 実施例３に係るトータルシステムに使用される空気処理装置のうち１台～３台を用いて空気中に噴霧したファージの捕捉について示すグラフである。

【図13】公知技術での静電場スクリーン発生装置の静電場及び静的電場の形成を簡単に説明する図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0017】

以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。各図において、同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。また、図面は、本発明を理解するために誇張して表現している場合もあり、必ずしも縮尺どおり精緻に表したものではないことに留意されたい。なお、本発明の技術的範囲は以下の実施形態に示した具体的な用途や形状・寸法などには限定されるものではない。以下、図面を参照しつつ、本発明の空気処理装置の実施形態を説明する。

【0018】

本発明は、本願発明者が以前に開発した、特にＳＤ－スクリーン（単印加・双極型静電場スクリーン）と呼ばれる静電場スクリーン発生装置の原理を利用してさらに改良し発明に至ったものである。実施例を説明する前に、図１３を参照しながら、公知技術（特許第５２５２４４９号）に示されるＳＤ－スクリーンの原理について説明する。被覆体０１は、軟質塩化ビニル０１ｂに鉄棒０１ａを通して作製される。この被覆体１の片側には、ステンレス製のアース網（アース電極）０２がある。被覆体０１とアース網０２（アース電極）の間隔は３ｍｍとして、各層面が平行になるように配置する。まず、被覆体０１に電圧を印加すると各被覆体の周りに静電場が形成される。この静電場にアース網０２（アース電極）を挿入するのである。そうすると、例えば被覆体０１にマイナス電圧を印加すると、アース網０２（アース電極）の被覆体に対向する側がプラスに分極する。すなわち、静電場にアース網０２（アース電極）を挿入することにより、静電場空間に正負一対の電極を作り、静電場の内部に電場（以下、「静的電場」という。）を形成させるのである。この静的電場には、常に可動電荷をマイナス極（被覆体０１）からプラス極（アース網０２）に押しやる力が働き、虫等が入ると虫等の持つ電荷が押し出され、押し出された電荷はアース網０２（アース電極）に吸収される。そうすると、電荷を奪われた虫等はプラスに帯電し、マイナス極（被覆体０１）に強く誘引・捕捉される原理であり、「電界発生方式」ともいわれる。
電界発生方式は、公衆衛生上の問題を引き起こす生物的・非生物的な空気中の有害物質を制御する画期的な技術である。ウイルスや細菌、カビの胞子などの感染性粒子、花粉症の原因となる花粉粒、通常の防虫ネットを通過する小型飛翔性害虫、一部のアレルゲン、受動喫煙の原因となるタバコの煙などが含まれる。既存の電界発生方式は、いずれも電界中に被捕集成分を直接捕捉する方法であった。
本発明では、上述の原理を利用し、かつ、水を電極とするとともに帯電した被捕集成分を水等の導電性液体そのものに捕集する仕組みであり、コストの低減化を図ることを目的として提案されていることが理解されるであろう。

【実施例0019】

実施例１においては、空気処理装置１の基本的構造と被捕集成分の捕集の基本的原理を図面に基づき説明する。
まず、空気処理装置１の基本的構造を説明する。図１は、本発明に係る空気処理装置１を示す斜視図である。図２は、本発明に係る空気処理装置１の電極板１０を示す図で、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は下方から斜めに見上げた状態を示す斜視図である。図３は、本発明に係る空気処理装置１の基本原理を説明するための図である。

【0020】

図１ないし３を参照する。図１ないし３に示すとおり、本発明の空気処理装置１は、導電性液体Ｆを収容し上面が開放された捕集槽１１と、複数の孔１０２を備えた金属板１００に複数の突起部１０１を固定した電極板１０とを備える。被捕集成分を含む空気が捕集槽１１を通過すると該被捕集成分を捕集し、通過した空気Ａは浄化されることになる。
電極板１０は、突起部１０１の先端が導電性液体Ｆの上面に対向するように捕集槽１１の上縁面に載せ置かれている。電極板１０には電圧印加装置１２からリード線Ｌを介して電荷が印加される。また、捕集槽１１に収容されている導電性液体Ｆにはリード線Ｌを介した接地がなされる。電極板１０は、使用する金属板をパンチング加工金型やレーザー加工で孔１０２を穿って形成して基板１００とし、釘のような尖頭突起状の金属棒を突起部１０１として複数固定することで構成することができる。なお、突起部１０１は先端が尖頭であることが望ましい。また、突起部１０１の先端と導電性液体Ｆの液面との距離が該先端に印加する電圧と比例して変動して離隔するように調整するとよい。より詳細には、当該距離が５～１５ｍｍ程度に調整するとよい。過度の放電を防止するためである。

【0021】

次に、空気処理装置１による、被捕集成分Ｘの捕集の基本的原理を図面に基づき説明する。図４は、本発明に係る空気処理装置１において、イオン風が生起する状態を示すための図であり、図５は、本発明に係る空気処理装置１において、イオン風が生起することで、被捕集成分Ｘを導電性液体Ｆに捕集する様子を示す概念図である。

【0022】

図４を参照する。図４は、本発明に係る空気処理装置１において、イオン風が生起する状態を示すための図であり、（ａ）は電極板１０に電荷が印加される前の状態を示す図であり、（ｂ）は電極板１０に電荷が印加された状態を示す図であり、（ｃ）はイオン風Iが生起した状態を示す図である。実施例１においては、図４（ｂ）に示すとおり、電圧印加装置１２から電極板１０に負の電荷を供給しているが、突起部１０１と導電性液体Ｆとの間に静電場が発生する。すなわち、静電誘導で捕集槽１１に収容された導電性液体Ｆは、突起部１０１に供給された電荷とは逆の電荷、すなわち正の電荷を帯電することになる。そうすると、図４（ｃ）に示すとおり、突起部１０１の先端から導電体液体Ｆの上面に向かってイオン風Iが生起することになる。なお、ここでは、誘電被覆体１１は負極として負極誘電被覆体としたが、その極性を逆にして、正極誘導被覆体とする構成も可能である。極性を入れ替える点以外は同じ原理であるので、極性が逆の構成の説明は省略する。

【0023】

図５は、本発明に係る空気処理装置１において、イオン風が生起することで、被捕集成分Ｘを導電性液体Ｆに捕集する様子を示す概念図であり、（ａ）は被捕集成分Ｘを含む空気Ａが捕集槽内に入ってくる様子を示す図であり、（ｂ）は被捕集成分Ｘが導電性液体Ｆに捕集された様子を示す図である。図５（ａ）は図４（ｃ）と同じ状態を示しており、この状態で被捕集成分Ｘを含む空気Ａが電極板１０に設けられた複数の孔１０２を通過して捕集槽内に入ると、イオン風Iの生起に伴い、被捕集成分Ｘは導電性液体Ｆの側に捕集されることになる。そうすると、空気Ａは被捕集成分Ｘが捕集され空気Ａｃに処理され、イオン風の発生により溶液Ｆの水面を跳ね返り捕集槽１１から矢印に示すとおり出ることになる。

【0024】

なお、導電性液体Ｆが水である場合で、被捕集成分Ｘが水溶性であるときは被捕集成分Ｘは水内に溶けこんで捕集されるし、他方、被捕集成分Ｘが非水溶性であるときは被捕集成分Ｘは水の上面に捕集されることになる。
また、導電性液体Ｆは、例えば、スポンジ等液体保持材に保持されて捕集槽１１に収容されるようにしてもよいし、寒天のようなゲル状で捕集槽１１に収容されるようにしてもよい。
さらに、導電性液体Ｆが水性である場合は、上述の水の場合と同様に、被捕集成分Ｘが水溶性である場合は被捕集成分Ｘが導電性液体Ｆに溶け込んで捕集され、被捕集成分Ｘが非水溶性である場合は被捕集成分Ｘは導電性液体Ｆの上面に捕集されることになる。水性の導電性液体とは、例えば水性アルコール等である。
導電性液体Ｆは油性である場合は、被捕集成分Ｘが油溶性である場合は被捕集成分Ｘが導電性液体Ｆに溶け込んで捕集され、被捕集成分Ｘが非油溶性である場合は被捕集成分Ｘが導電性液体Ｆの上面に捕集されることになる。油性の導電性液体とは、例えば油性アルコール等である。

【0025】

なお、上述した被捕集成分は、病原体、農薬、煙草の煙、二酸化炭素、アンモニア、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドのほか、空気中に含まれる気体、エアロゾル、飛粒体である。

【実施例0026】

実施例２を図面に基づき説明する。実施例２に示す空気処理装置２は、空気中に含まれる病原体を捕集するための病原体捕集装置として説明する。
図６は、尖頭突起部２０１を備えた多孔ステンレス板２０と水容器２１からなる空気処理装置２の模式図（ａ）と、尖頭突起部２０１の先端と接地された水Ｆの水面の間の電界（断面図）（ｂ）である。図６（ｂ）の矢印は、電界中で発生するイオン風Iの方向を表している。

【0027】

図６（ａ）に示すとおり、実施例２に用いた空気処理装置２は、一定の間隔で複数の丸い孔２０２を穿ったステンレス製の金属板２００（4×20cm²、厚さ0.5mm）からなる電極板２０と、捕集槽２１として水を入れる容器（底面積24×6cm²、壁の高さ6cm）とからなる。より具体的に、金属板２００に２０本のピン（ピンヘッドの直径5mm、針の長さ8mm）を導電性両面テープで貼り付けて、電極板２０を構築した。そして、図６（ｂ）に示すとおり、電極板２０は、４本の脚を持つ四角い筐体部２３（4×20cm²、高さ10cm）の開いた下端に取り付けている。
電極板２０を装着した筐体部２３を、水（100mL）を入れた捕集槽２１に被せて尖頭突起部２０１の尖頭が水中に浸るように設置し、水にはアース線を挿入した。また、電極板２０には接着テープの端を直流の電圧印加装置２２（電流制限10mA）（AMA-20K10NKBX1、 Max-Electronics、 Tokyo、 Japan）にリード線Ｌを介して接続し、異なる電圧で負帯電させた。
実施例２において、電極板２０の尖頭突起部２０１の尖頭の負の表面電荷が水中で静電誘導を起こし、接地された水には反対の表面電荷が発生する（水の正帯電）。この互いに正負逆の電荷の間には電界（静電場）が形成される。電極板２０側から水側の接地への自由電子の移動は、接地線に組み込まれた2つのガルバノメータＧ（PC7000；三和電気計器、東京、日本）を用いて測定した。

【0028】

実施例２においては、上述の空気処理装置２を用いて、本願発明に係る基本的な原理を証明するための実験を行なったので詳細に説明する。

【0029】

ウイルスや細菌を含む流体試料は、適切なネブライザを用いて霧状の粒子にすることができることから、実施例２において、本願発明者等は、質量メジアン径（MMD）が5μmのミスト粒子を生成するネブライザを用いて、水や微生物のサンプルを霧化し、当該霧化したサンプルを、本発明に係る空気処理装置２で捕集できることを実証した。なお、生成されたミスト粒子のサイズ範囲は1～10μmであり、50%以上の生成粒子の直径は～5 μmであった。このサイズ範囲は、呼吸器系の飛沫（5～10μm）やエアロゾル（≦5μm）のサイズに対応している。また、本実験では、COVID-19ウイルスのモデルとして、Pseudomonas syringae var. syringaeの病原性バクテリオファージ（ファージ）φ6を用いた。これは、このファージが脂質エンベロープとスパイクを備えた、COVID-19ウイルスに類似する六角二十面体構造を有しているためである。

【0030】

ウイルス性ファージφ6（NBRC105899）および宿主細菌P. syringae var. syringae（MAFF810047）は、独立行政法人製品評価技術基盤機構（東京都）から購入した。このファージは、宿主細菌細胞に溶解感染して増殖させ、ポリエチレングリコールで沈殿させた後、既述の方法に従って遠心分離法で精製した。最終的に得られたファージ粒子のペレットを滅菌水に溶解し、異なる希釈を行って、二重層寒天法による１mlあたりのプラーク形成単位（PFU）を測定した。具体的には、ファージ溶液を宿主細菌細胞の一晩培養液と混合した。次に、この混合物を溶かしたアガロース（0.6% w/v）と混合し、最後にペトリ皿に入れた寒天（1.2% w/v）で固めたSSE培地の上に流し込んだ。一晩インキュベートした後、プラークを数えた。ファージ液を10⁶、10⁷、10⁸PFU/mLに調製し、後述の霧化に使用した。

【0031】

電極板２０の尖頭突起部２０１の尖頭から常時発生するコロナ放電（連続コロナ電流）は、-1～-10kVの電圧範囲で測定され、ミスト粒子に吸引力を及ぼしていた。コロナ放電による電流を内蔵のガルバノメータで記録し、コロナ放電の光芒を暗視野で長時間露光して撮影した。また、高感度風速計（Climomaster 6533; Kanomax、Tokyo、Japan）を用いて、コロナ放電により発生した電極板２０の尖頭突起部２０１の尖頭から水面への気流（イオン風Ｉ）の速度を空気処理装置２の上部出口で測定し、Q（m³/min）＝V（m²）×A（m/s）×60（s）の式で体積流量（m³/min）を算出した。さらに、吹出口の外側に設置したゲルディエン社製大気イオンカウンタ（NKMH-103；北斗電子、兵庫県）を用いて、気流に含まれるマイナスイオンの数を推定した。

【0032】

この実験では、コンプレッサ式ネブライザ（アトマイザ）（NE-C-28；オムロン株式会社、京都、日本）（内蔵水タンクの容量、7 mL；ミスト発生速度、0.35 mL/min；MMD、5 μm）を用いて、フルオレセインイソチオシアネート（以下、「FITC」という。）（富士フィルム和光純薬株式会社、大阪、日本）またはファージ粒子を含む液体試料を霧化した。ネブライザのノズルは、空気処理装置２から２０ｃｍの高さに設置し、ミストは四角い筐体部２３内に向かって噴出させた。

【0033】

第１回目の実験では、帯電していない空気処理装置２に向けてFITC水（100 μg/mL）を連続的に噴出させ、ミスト粒子が水面から跳ね返り、噴出力によって空気処理装置２外に弾かれることを目視で確認した。次に、異なる電圧（-1～-10kV）で空気処理装置２の電極板２０を負に帯電させ、FITC水を30秒間噴出させて、各電圧で水面に捕捉されたミスト粒子の量（ミスト粒子から水面に移行したFITCの量）を測定した。水中のFITC量は、あらかじめ形成した光学濃度ベースの検量線から推定した。FITCミストの捕捉の様子は、青色発光ダイオード（旭電機、大阪）の照明下でビデオ撮影した。

【0034】

２回目の実験では、ファージサンプル（10⁵-10⁷PFU/mL）を、異なる電圧（-3～-10kV）で帯電させた空気処理装置２に1分間射出した。水面に捕集されたファージ粒子の量は、上述の二重層寒天法で測定した。

【0035】

ここで、放電とは、電界中の気体の絶縁破壊により、対向する極の間に電位差に応じた電流が発生することと定義されている。一方の極（電気を受ける側）に接地された導体があると、この導体が無制限（この実験では電圧印加装置の最大電流10mA）に電気を受けるので、放電が起こりやすくなる。電界中では、まずコロナ放電が発生し、印加電圧が高くなるか、あるいは極間の距離が短くなると、グロー放電（または表面放電）からブラシ状の放電へと変化し、両極間でアーク放電が発生して放電が停止する。本実施例の焦点は、電界中でのグロー・コロナ放電の発生であり、複数の負電荷を帯びた金属の尖頭突起部が、既報の原理に従って水面に向けてマイナスイオンとイオン風Ｉを発生させることである。

【0036】

図６（ｂ）に示すとおり、空気処理装置２の静電構成では、電圧印加装置２２のコッククロフト回路で作られた高電圧が地面から電気を拾って電極板２０の尖頭突起部２０１の先端に供給され、その負の表面電荷が水の自由電子を地面に押し付けて反対の極、すなわち正の極を作るという仕組みになっている。
本発明に係る空気処理装置２では、負の極（尖頭突起部の先端）の放電が起こると、電気（自由電子）が地面から地面へと移動する電気回路を形成した。コロナ放電は、先の尖った金属導体の周囲の電界の強さ（電位勾配）が、導電性領域を形成するのに十分な強さでありながら、近くの物体に電気的破壊やアーク放電を引き起こすのに十分でない場合に発生する。実施例２に係る静電デバイスである空気処理装置２では、帯電した尖頭突起部２０１の先端と水面が向き合い、電界が発生するように構成されている。この電界の中で、電極板２０の尖頭突起部２０１の先端から水面に向けて、常にコロナ放電が発生している。

【0037】

次に空気処理装置２に係る実験について説明する。
実験日： 令和３年２月
実験場所：近畿大学薬学総合研究所
すべての実験は５回繰り返し、データは平均値と標準偏差で示した。解析は、EZRソフトウェアバージョン1.54（自治医科大学、日本、埼玉）を用いて行い、条件間の有意差や因子間の相関関係を明らかにした。図７は、空気処理装置の電界中での印加電圧とコロナ放電（ａ）、マイナスイオン発生（ｂ）、イオン風の体積流量（ｃ）の関係。(ｄ)イオン風Ｉの体積流量とマイナスイオン発生量の関係を示す。

【0038】

図７（ａ）は、印加電圧とコロナ放電の発生量の関係を示したものであるが、実施例２に係る空気処理装置２では、印加電圧が-6～-10kVの範囲では、コロナ放電の発生電流が印加電圧に比例して大きくなっている。
図７（ｂ）に示すとおり、イオン検出器を用いた測定では、電圧が大きいほど大量のマイナスイオンが発生することが確認された。ここで、イオン風Ｉとは、地面に対して高電圧をかけた鋭利な導体（ポイントやブレードなど）の先端で発生するコロナ放電に連動した静電気力によって引き起こされる気流と定義される。
図７（ｃ）に示すとおり、印加電圧とイオン風Ｉの発生量に明確な相関関係があり、印加電圧に比例して発生量が増加することが判明した。
また、図７（ｄ）に示すとおり、イオン風Ｉの体積流量と、イオン風Ｉに含まれるマイナスイオンの数に正の相関があることを示している。イオン風は、電極板２０の尖頭突起部２０１の尖った先端か水面に向けて吹いた。空気処理装置２で発生したイオン風Ｉは、外気を空気処理装置２の電界に取り込むのに十分な強さ（1.5～2.0m/s）であった。

【0039】

コロナ放電発生電界では、適切に帯電された非絶縁導体極は、適切な距離に置かれた反対側の極に対してコロナ放電を発生させ、二次的に周囲の空気中に多数の電荷を発生させ、これらの電荷は被捕集成分Ｘに付与され、その被捕集成分Ｘを帯電させることができる。この電界の中で、帯電した被捕集成分Ｘは反対側の電極に引き寄せられる。空気処理装置２の構成では、水面が正の電荷を持つ捕集極として機能したといえる。

【0040】

図８のグラフを説明する。図８（ａ）は、異なる電圧で負に帯電させた空気処理装置２の接地水に捕捉されたFITCを示すグラフである。FITCを含むミストを30秒間噴出させた。平均値と標準偏差は、5回の実験を繰り返して算出した。各列の文字（a-c）は、Tukey法による有意差（p＜0.05）を示す。図８（ｂ）は、 空気処理装置２の電界中でのFITCの捕捉とマイナスイオンの発生について示すグラフである。空気処理装置２の電界中でのFITCの捕捉とマイナスイオンの発生については正の相関がある。

【0041】

ファージフリーのミスト粒子を捕らえる最初のアッセイでは、FITCを含んだ水をアトマイザから噴出させた。アトマイザからのミスト粒子を目視で確認することができた。実際に、ミスト粒子は水面に到達し、その表面から跳ね返ってきたのである。この方法により、ミストの跳ね返りを止めるために空気処理装置２にかけるべき最適な電圧を簡単かつ効果的に決定することができた。この方法では、ミストの跳ね返りを止めるために空気処理装置２に印加すべき最適な電圧を、簡単かつ効果的に決定することができた。本実施例においては、空気処理装置２にかける電圧が-8kVになると、ミスト粒子の跳ね返りが抑えられることがわかる。さらに、この電圧で空気処理装置２にFITCミストを連続的に注入すると、水に溶け込んだFITCの量が連続的に増加することがわかった。

【0042】

図８（ａ）に示すとおり、異なる電圧で負に帯電させた空気処理装置２において捕集槽２１の水面に統合されたFITCの量の変化を示している。これらの結果は、水面がミスト粒子の捕集極として機能し、印加する電圧に正比例してミスト粒子の捕集能力が高まることを強く示している。
また、図８（ｂ）に示すとおり、-6～-10kVの電圧範囲において、マイナスイオンの発生量とFITCミストの捕捉量に正の相関があることを示している。これらの結果は、空気処理装置２の電界中での粒子の静電引力にマイナスイオンが関与していることを強く示唆している。このように、マイナスイオンがミスト粒子をイオン化することで、水面上の反対側の電荷に向かって引力を発生させることができるという予想に合致した結果が得られた。

【0043】

下記の表１を説明する。表１は、空気処理装置２の接地水から回収されたファージφ6粒子によって生成されたプラークの数である。
２回目のアッセイでは、ファージ濃度の異なるサンプル溶液を、-3～-10kVの範囲で帯電させた空気処理装置２に射出し、G-WTのアリコート（100μL）を採取して、水面に捕捉されたファージの濃度を測定した。その結果、水面はファージを担持したミスト粒子を捕捉しており、捕捉したファージの数は印加電圧の増加とともに段階的に増加し、-8～-10kVの間で高原状態に達した。これらの結果から、空気処理装置は8kV以上の負電圧で帯電させれば、ファージを含むミスト粒子を十分に捕捉できると結論づけた。
また、今回の結果から、空気処理装置２によるミスト粒子の捕捉は、ミスト粒子に含まれるファージの濃度とは無関係に起こることがわかった。
以上のように、ミスト粒子の捕獲は、ミスト粒子の表面がマイナスイオンでイオン化され、それに続いて反対の極に引き寄せられることに依存していた。これらの結果から、空気処理装置２は、飛沫感染による各種細菌性疾患（ジフテリア、百日咳、髄膜炎、ペスト、肺炎）、ウイルス性疾患（インフルエンザ、髄膜炎、おたふく風邪、風疹、肺炎）、マイコプラズマなどの病原体に適用できることが示唆された。

【表1】