JPH11502805A - 炭素繊維で構成されるイオン化電極を使用して、大気圧下に於いてガス状の酸素アニオンラジカルを製造する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、炭素繊維で構成されるイオン化電極を使用して大気圧下でガス状の酸素アニオンラジカルを生成するための方法と装置に関する。本発明の目的は、イオン化工程に於いて空気又は医療用酸素をイオン化する際に形成される望ましくない副産物が原因となり得る有害な汚染を効果的に防止するような方法と装置を提供することにある。この課題は、窒素酸化物及びオゾンのようなイオン化工程による任意の無電荷副産物を吸込みによって分離するという本発明による方法により解決される。ある好適な実施例では、イオン化電極(4)の周辺全域に影響を与える環状の対向電極(7)を使用して範囲及び電圧が限定された電界の構築を可能にしている。本発明の課題は、生成する酸素アニオンラジカルからイオン化工程で発生する無電荷副産物を分離することのできる吸込み装置(11、12、13)を装備する本発明の装置によって解決される。

Description

【発明の詳細な説明】 炭素繊維で構成されるイオン化電極を使用して、大気圧下に於いてガス状の酸素 アニオンラジカルを製造する方法と装置 本発明は、炭素繊維で構成されるイオン化電極を使用して、大気圧下に於いて ガス状の酸素アニオンラジカルを製造する方法と装置に関する。 DE42 34 707 A1は、医療用酸素のイオン化によって既存の空気イオン化装置を 使用する場合より遙かに高濃度のスーパーオキシドを達成し、又窒素酸化物及び オゾンの形成を防止するようなこのタイプの装置を記載している。 従って、医療用酸素のイオン化の方が空気のイオン化よりさらに有益である。 但し、医療用酸素を供給するには、多くの装置を使用する必要があり、又コスト も増加する。さらに医療用酸素のイオン化の過程では、危険な副産物、いわゆる オゾンが生成される可能性がある。 従って、空気がイオン化される際にイオン化の過程で生成される望ましくない 副産物によって発生する可能性のある有毒な汚染を防止することのできる、費用 効率のよい酸素アニオンラジカル製造方法と装置を提供することが本発明の課題 である。 この課題は、窒素酸化物及びオゾンのようなイオン化処理の無電荷副産物を全 て吸込みによって分離する本発明の方法によって解決される。 本発明による解決法によって、特に空気をイオン化する際に生成される窒素酸 化物及びオゾン等の健康に害を及ぼすイオン化工程の副産物による危険な被曝か ら治療中の患者を保護する。 本発明による解決法の好ましき一実施例に於いては、イオン化工程の際の無電 荷副産物の最適分離は、吸込み通風をイオン化電極の周辺領域へと方向付けし、 吸込み効果を基本的にイオン化電極の周辺領域に限定して幾分離れた使用領域で は生 成される酸素アニオンラジカルに目立った影響を及ぼさないようにすることによ り達成される。 本発明による解決法の他の好適な実施例は、高電圧電源の基準電位に対し-1kV 乃至-7kVの負電圧がイオン化電極に接続されていることを特徴としている。-5kV の負電圧からのみ相当量のオゾンが生成されたが、これは本発明の装置では吸込 み通風を増加することにより相殺することが可能である。このようにして、オゾ ン生成は完全に防止されるか、或いは少なくとも有害な影響がなくなる。 数多くの試験に於いて、本発明に沿ったプロトタイプのイオン化電極に-3kV乃 至-4kVの高負電圧を生成した。結果的な電場、イオン化電極周辺の電界強度分布 、及び回路の基準電位に対する対向電極（1 ギガオーム）の高抵抗整合に基づい て、電極間の電位差2kV及び静電流1μAを測定した。大気中の通常のオゾン濃度 の範囲内又はそれ以下のオゾン濃度が測定されたのは、イオン化電極から2cmの 所であった。 本発明による解決法の他の好適な実施例では、イオン化される気体、イオン化 電極及び／又はイオン化電極の周囲を加熱する。これはイオン化される気体又は 空気の湿度を減少させ、生成される酸素アニオンラジカルの早期放電を防止して いる。さらに、電極上での呼吸空気からの凝縮液の形成を防いでいる。 酸素アニオンラジカルの生成量も印加される高負電圧の範囲に依存し、又オゾ ン生成も電圧の増大によって増加するため、比較的低い高電圧を印加すれば多量 のオゾンを生成することなく十分な量の酸素アニオンラジカルを製造することが 可能である。 本発明の他の効果的な実施例の特徴は、下位の請求項に於いて記述されている 。 次に、幾つかの実施例に基づき、又添付の図面を参照しつつ本発明をより詳細 に説明していく。 図１は、開いた状態のスペーサを備えた気道治療用吸入装置の形をした本発明 の装置の縦断面図である。 図２は、スペーサを閉じた状態の図１に示された吸入装置の正面図である。 図３は、対向電極及び反射体を有するイオン化電極の部分断面の側面図である 。 図４は、図３に示されたイオン化電極、対向電極、反射体の平面図を含む吸入 装置の一部を示している。 図５は、イオン化電極、対向電極、反射体の部分断面図を有する他の実施例の 側面図である。 図６は、図５に示されたイオン化電極、対向電極、反射体の平面図である。 図７は、イオン化電極、対向電極、反射体の部分断面図を有する他の実施例の 側面図である。 図８は、図７に示されたイオン化電極、対向電極、反射体の平面図である。 図１及び図２に示すような吸入装置１は、開閉可能にヒンジ付けされたスペー サ３を有する分割された曲面ハウジング２で構成されている。吸入装置が生成す る酸素アニオンラジカルを吸入するときは、スペーサ３をフラップ状に開き、吸 入者の鼻骨に当てる。こうすれば十分な量の酸素アニオンラジカルが吸入者の使 用領域に到達する。イオン化電極と使用領域との間隔が拡大するとアニオンラジ カルの喪失もかなり増加するため、その間隔が10cmを越えてはならない。 吸入装置１は、幾つかの接触面を介して電子回路８に接続されたキーボードを 使用して操作可能である。制御パネルは、オン／オフキー、細かい間隔で使用時 間を設定する２つの設定用キー、使用を開始及び停止するためのキーを含んでい る。ディスプレイ26には、既定の使用時間又は残存使用時間が表示される（図２ 参照）。 酸素アニオンラジカルは、炭素繊維27で構成され、図３乃至図６に示すイオン 化電極４を使用して生成される。炭素繊維27はコードに束ねて管状電極４上に横 方向に置かれており、管状電極４自体は、電極ホルダー５の中に挿入されるか、 同ホルダー上に取り付けられている。 炭素繊維製の電極を使用する顕著な優位点は、時折使用される金属製針状タイ プの電極を除くこのタイプの電極がクロム等の有害な金属を出さない（放出しな い） ことにある。この場合は、電極が徐々に焼け落ちる間に微量の二酸化炭素が生成 されるだけである。 イオン化に好適な気体は大気であり、これは例えば小型吸入器ユニットで吸入 し、管状電極ホルダー５に接続された配管を通じてイオン化電極４へ供給するこ とができる。イオン化する気体及び／又はイオン化電極４の周辺領域を加熱する ための電気加熱装置は、前記配管、電極ホルダー５、及び／又は反射体14に接続 が可能である。 本発明の吸入装置に於いて万が一有害な副産物が生成された場合、これは有害 な作用がなくなる程度にまでイオン化電極４の内部換気によって薄められる。 吸入装置１は、図１、図３及び図４に示すように、小型吸引器11及び取付具21 を有する吸込みキャップ20を含む吸込み装置を装備している。吸込みキャップ20 は、幾つかの吸込み孔13を含む反射体14の裏側に取り付けられ、前記反射体14と 共に環状閉管12を形成するように設計されている。 吸込み孔13をイオン化電極４の直近の外周上に配置しているため、吸込み通風 を、イオン化電極４の近辺のみに吸込み効果を持ち、使用領域では生成される酸 素アニオンラジカルに目立った影響を及ぼさないように設定することができる。 さらに、吸入装置１のハウジング２は、電源の比較的低電圧を、コロナ放電を 引き起こし、イオン化電極４に於いて酸素アニオンラジカルを生成するだけの高 い負電圧に変換する電子回路８を含んでいる。イオン化電極４に印加する好適な 負電圧は、電子回路８の基準電位に対して-1kV乃至-7kVの範囲内である。 高負電圧の第２極は患者に接続される。この接続は患者の手の平を経由して行 われ、吸入装置を持つと自動的に「接地電極」に接続され、この接地電極は、同 装置のハンドルに取り付けられたプレート、及び分割されたハウジングの接合部 に配置された２つのアルミニウムワイヤーで構成される。 例えば、電源に220Ｖ主回路網を使用すると、安全絶縁変圧器によって主電源 から絶縁されている電子回路８は、変圧器とイオン化電極４の電源用であるカス ケー ド接続で構成することができる。短絡時（即ち、イオン化電極に接触した場合） に電流を制限するためには、抵抗器を介したカスケード接続への高抵抗結合が設 けられている。 イオン化電極４は、反射体14の環状溝に配置されたリング状の対向電極７に取 り囲まれている。対向電極７は、高抵抗結合、好ましくは１ギガオーム、を使用 して電子回路８の基準電位に接続されている。従って、U_基準電位＜U_対向電極＜ U_{イオン化電極}である場合に電位差が生じる。 対向電極７の内径は反射体14の内側表面15と面一の接合を形成するように寸法 取りする。又、図３はねじ止めされた電極ホルダー５の回転フランジ６が、段付 き反射体孔16の中に面一で取り付け可能であることを示している。こうした寸法 取り、並びに反射体のキャップ形状によって装置のこの部位の清掃が簡単に行え る。 対向電極７のリング形状及びイオン化電極４に対する対向電極７の同軸配置に より、範囲及び電圧が限定された電界を構築できるようにイオン化電極の全域に 影響を及ぼすことが保証される。又、対向電極７を-7kVより低い負電圧に接続す ることもできる。イオン化電極の周辺に構築する好適な電界強度は、30kV/m乃至 1500kV/mである。 図６及び図７は、本発明による吸入装置の他の実施例を示している。この場合 も又、イオン化電極4'が、反射体14'内部に於ける同電極の形状合わせを行うフ ランジ6'と、径違いの外ネジ22と、ナット19'とで構成される電極ホルダー5'を 使用してキャップ形反射体14'の中心部に配置されている。電極ホルダー5'はさ らに、イオン化電極4'に隣接する幾つかの吸込み孔13'で構成されている。外ネ ジ22の下には、外径が前記外ネジ22よりも小さい取付具23がある。取付具23と外 ネジ22の下部には、イオン化工程の無電荷副産物を吸い取るための配管24及び25 が設けられている。 配管25はその吸込み側において小型吸引器（図示されていない）に接続されて おり、配管24はイオン化する気体をイオン化電極4'に供給する。この気体は、例 えば、圧力シリンダーからの取り出しが可能な大気又は医療用酸素とすることが できる。 図７及び図８は、イオン化工程の副産物をイオン化電極４を介して直接吸い取 る他のさらなる実施例を示したものである。この場合は、小型吸引器に接続する 排出配管が管状の電極ホルダー５に取り付けられている。この実施例には、追加 の小型吸引器のような大気用の特別な供給装置は含まれていない。 副産物の選択排気は、無電荷副産物とは異なり負電荷の酸素アニオンラジカル が最低電位ポイントへ至る軌道に沿ってゆっくり移動すること、又基本的に吸い 込み通風に影響されないことで促進される。従って、電極（イオン化電極及び対 向電極）の特別設計及び特別配置によって、又電気的パラメータの構成によって 決定される電界が無電荷の副産物の分離に多大に貢献する。副産物は、より遠距 離に於いて自由に設定される。又、これらをさらに化学処理することも可能であ る。 本発明の範囲は、前記の実施例に限定されるものではない。反対に、前記のも のとは全く異なる実施例を有する場合であっても本発明の解決法を利用した多様 な変形を想定可能である。 使用した符号のリスト 1:吸入装置 2:ハウジング 3:スペーサ 4，4':イオン化電極 5，5':電極ホルダー 6，6':フランジ 7，7':対向電極 8:電子回路 11:吸引器 12:円形閉管 13，13':吸込み孔 14，14':反射体 15:反射体の内面 16:反射体内部の孔 18:接触板 19，19':ナット 20:吸込みキャップ 21:取付具 22:外ネジ 23:取付具 24:配管 25:配管 26:ディスプレイ 27:炭素繊維

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ， ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ ，ＳＤ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．炭素繊維で構成されるイオン化電極を使用して大気圧下でガス状の酸素アニ オンラジカルを生成するための方法であって、生成する酸素アニオンラジカルか ら吸込みによって窒素酸化物又はオゾンのようなイオン化工程の無電荷副産物を 分離することを特徴とする方法。 ２．吸込み効果が基本的に前記イオン化電極(4)の周辺区域近傍に限定され、使 用領域から幾分離れた場所では生成される酸素アニオンラジカルに目立った影響 がないように吸込み通風がイオン化電極(4)周辺領域へと方向付けされることを 特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．前記イオン化電極(4)の全範囲に影響を及ぼす対向電極(7)を使用して範囲及 び電圧が限定された電界の構築を可能にすることを特徴とする請求項１又は２に 記載の方法。 ４．前記対向電極(7)を高抵抗接合を介して高電圧電源の基準電位に接続し、又U_基準電位 <U_対向電極<U_{イオン化電極}である場合に電位差を生じることを特徴とす る請求項３に記載の方法。 ５．前記対向電極(7)を-7kV 未満の負電圧に接続することを特徴とする請求項３ に記載の方法。 ６．30kV/m乃至1500kV/mの強度を有する電界をイオン化電極(4)の領域内に構築 することを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の方法。 ７．イオン化する気体と、イオン化電極(4)、及び／又はイオン化電極(4)の周囲 を加熱することを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。 ８．イオン化する気体を、イオン化電極の内部を換気するように前記イオン化電 極(4)へ供給することを特徴とする前記請求項の何れかに記載の方法。 ９．炭素繊維で構成されるイオン化電極を使用して大気圧下でガス状の酸素アニ オンラジカルを生成するための装置であって、生成する酸素アニオンラジカルか らイ オン化工程の無電荷副産物を分離することのできる吸込み装置からなることを特 徴とする装置。 10．前記吸込み装置(11、12)の吸込み孔(13)をイオン化電極(4)の直近に配置する ことを特徴とする請求項９に記載の装置。 11．前記吸込み孔(13')を電極ホルダー(5')内に配置することを特徴とする請求 項10に記載の装置。 12．前記イオン化電極(4)を１つ又は複数の吸込み孔(13)を有する反射体(14)の 中央に配置し、前記吸込み孔を、吸込み通風がイオン化電極(4)の周辺領域に発 生し、その吸込み効果がイオン化電極(4)の近傍に限定されて使用領域から幾分 離れた場所では、生成される酸素アニオンラジカルに目立った影響を与えないよ うに配置することを特徴とする請求項９又は10に記載の装置。 13．U_基準電位<U_対向電極<U_{イオン化電極}である場合に電位差を生じるべく、前 記反射体(14)がキャップ形状であり、さらに高抵抗接合を介して高電圧電源の基 準電位に接続される環状の対向電極(7)から構成されてなることを特徴とする請 求項12に記載の装置。 14．前記イオン化電極(4)を高電圧電源の基準電位に対して-1 乃至-7kV の負電 圧に接続することを特徴とする請求項９乃至13の何れかに記載の装置。 15．-7kV 未満の負電圧に接続した対向電極(7)を備えてなることを特徴とする請 求項９乃至12の何れかに記載の装置。 16．イオン化電極(4)の周辺域に30kV/m乃至1500kV/mの強度を有する電界を構築 可能であることを特徴とする請求項９乃至15の何れかに記載の装置。 17．イオン化する気体と、イオン化電極(4)、及び／又はキャップ形状の反射体( 14)を加熱可能な加熱装置を備えてなることを特徴とする請求項９乃至16の何れ かに記載の装置。 18．イオン化電極(4)が管状であり、又イオン化工程の無電荷副産物を吸込みに よって分離する配管に接続されていることを特徴とする請求項９乃至17の何れか に 記載の装置。 19．前記イオン化電極(4)を、イオン化する気体を前記イオン化電極(4)に供給す る配管(24)に接続することを特徴とする請求項９乃至17の何れかに記載の装置。 20．イオン化する気体が、吸入器ユニットを通じて吸入される大気であることを 特徴とする請求項19に記載の装置。