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技術 液状物質の殺菌方法及び装置

出願人 日本スピンドル製造株式会社公立大学法人兵庫県立大学
発明者 浅見圭一大西慶一郎岡好浩
出願日 2016年3月28日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2016-063092
公開日 2017年10月5日 (3年4ヶ月経過) 公開番号 2017-176201
状態 特許登録済
技術分野 電気・磁気による水処理 溶解、混合、フローミキサー 消毒殺菌装置
主要キーワード 気泡領域 概略楕円形状 放散面 横断面形 捻り板 軸心方向視 撹拌ポンプ 環状平板
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

小型の設備、装置で、大きな殺菌効果を得ることができる液状物質殺菌方法を提供すること。

解決手段

液状物質Rを吸引撹拌ポンプYの回転翼6により撹拌することによって、液状物質Rにキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質R中に発生する気泡中でプラズマ発生機構Zによりプラズマを発生させることによって液状物質Rの殺菌を行うようにする。

概要

背景

従来、液状物質の殺菌を行うために、液状物質にキャビテーションを起こさせ、このキャビテーションによって発生した気泡崩壊時に生じる衝撃波により液状物質中の微生物破砕、殺菌する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。

また、液液状物質にキャビテーションを起こさせ、このキャビテーションによって発生した気泡中でプラズマを発生させることにより液状物質中にヒドロキシルラジカル(hydroxyl radical)等の活性酸素を生成させ、キャビテーションによって発生した気泡の崩壊時に生じる衝撃波に加えて、活性酸素の酸化力により液状物質中の微生物を殺菌する方法も提案されている(例えば、特許文献2参照。)。

概要

小型の設備、装置で、大きな殺菌効果を得ることができる液状物質の殺菌方法を提供すること。液状物質Rを吸引撹拌ポンプYの回転翼6により撹拌することによって、液状物質Rにキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質R中に発生する気泡中でプラズマ発生機構Zによりプラズマを発生させることによって液状物質Rの殺菌を行うようにする。

目的

本発明は、上記の液状物質の殺菌方法が有する問題点に鑑み、小型の設備、装置で、大きな殺菌効果を得ることができる液状物質の殺菌方法及び装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

液状物質キャビテーションを起こさせ、それによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させることによって液状物質の殺菌を行うようにする液状物質の殺菌方法において、液状物質を回転翼により撹拌することによって、液状物質にキャビテーションを起こさせることを特徴とする液状物質の殺菌方法。

請求項2

前記回転翼により撹拌することによって流速を付与した液状物質を、絞り流路を通過させることによって、液状物質にキャビテーションを起こさせることを特徴とする請求項1に記載の液状物質の殺菌方法。

請求項3

液状物質にキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させることによって液状物質の殺菌を行うようにする液状物質の殺菌方法において、流速を付与した液状物質の流路に障害物を設置することによって、該障害物の後方で液状物質にキャビテーションを起こさせることを特徴とする液状物質の殺菌方法。

請求項4

回転翼の回転により生じる負圧吸引力によって液状物質を負圧吸引し、該吸引した液状物質を回転翼により撹拌することによりキャビテーションを起こさせる吸引撹拌ポンプと、キャビテーションによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマを発生させるプラズマ発生機構とを備えてなることを特徴とする液状物質の殺菌装置

請求項5

前記吸引撹拌ポンプが、回転翼により撹拌することによって流速を付与した液状物質を通過させる絞り流路を備えてなることを特徴とする請求項4に記載の液状物質の殺菌装置。

請求項6

前記吸引撹拌ポンプに連なる液状物質が吐出される吐出管に、プラズマ発生機構を備えてなることを特徴とする請求項4又は5に記載の液状物質の殺菌装置。

請求項7

前記吸引撹拌ポンプから吐出された液状物質を吸引撹拌ポンプに循環させる循環流路を備えてなることを特徴とする請求項4、5又は6に記載の液状物質の殺菌装置。

請求項8

液状物質に流速を付与する流速付与機構と、該流速付与機構により流速を付与した液状物質の流路に設置することによって、流速を付与した液状物質にキャビテーションを起こさせる障害物と、キャビテーションによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマを発生させるプラズマ発生機構とを備えてなることを特徴とする液状物質の殺菌装置。

請求項9

前記障害物が、プラズマ発生機構の電極であることを特徴とする請求項8に記載の液状物質の殺菌装置。

請求項10

前記障害物が、プラズマ発生機構の電極の上流側に設置した障害物であることを特徴とする請求項8に記載の液状物質の殺菌装置。

技術分野

0001

本発明は、液状物質殺菌方法及び装置に関し、液状物質にキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させることによって液状物質の殺菌を行うようにする液状物質の殺菌方法及び装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、液状物質の殺菌を行うために、液状物質にキャビテーションを起こさせ、このキャビテーションによって発生した気泡の崩壊時に生じる衝撃波により液状物質中の微生物破砕、殺菌する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。

0003

また、液液状物質にキャビテーションを起こさせ、このキャビテーションによって発生した気泡中でプラズマを発生させることにより液状物質中にヒドロキシルラジカル(hydroxyl radical)等の活性酸素を生成させ、キャビテーションによって発生した気泡の崩壊時に生じる衝撃波に加えて、活性酸素の酸化力により液状物質中の微生物を殺菌する方法も提案されている(例えば、特許文献2参照。)。

先行技術

0004

特開2008−36555号公報
特開2015−3297号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、上記の液状物質の殺菌方法のうち、特許文献1に記載の液状物質の殺菌方法は、キャビテーションによって発生した気泡の崩壊時に生じる衝撃波により液状物質中の微生物を破砕、殺菌するものであるため、殺菌力が小さく、殺菌効果を得にくいという問題があった(後述の殺菌試験の結果参照。)。

0006

また、特許文献2に記載の液状物質の殺菌方法は、キャビテーションによって発生した気泡の崩壊時に生じる衝撃波に加えて、活性酸素の酸化力により液状物質中の微生物を殺菌するものであるため、大きい殺菌力が得られる反面、液状物質を貯留する貯留槽を設ける等、設備、装置が大型化するという問題があった。

0007

本発明は、上記の液状物質の殺菌方法が有する問題点に鑑み、小型の設備、装置で、大きな殺菌効果を得ることができる液状物質の殺菌方法及び装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上記目的を達成するため、本第1発明の液状物質の殺菌方法は、液状物質にキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させることによって液状物質の殺菌を行うようにする液状物質の殺菌方法において、液状物質を回転翼により撹拌することによって、液状物質にキャビテーションを起こさせることを特徴とする。

0009

この場合において、前記回転翼により撹拌することによって流速を付与した液状物質を、絞り流路を通過させることによって、液状物質にキャビテーションを起こさせることができる。

0010

また、目的を達成するため、本第2発明の液状物質の殺菌方法は、液状物質にキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させることによって液状物質の殺菌を行うようにする液状物質の殺菌方法において、流速を付与した液状物質の流路に障害物を設置することによって、該障害物の後方で液状物質にキャビテーションを起こさせることを特徴とする。

0011

また、上記本第1発明の液状物質の殺菌方法を実施する、本発明の液状物質の殺菌装置は、回転翼の回転により生じる負圧吸引力によって液状物質を負圧吸引し、該吸引した液状物質を回転翼により撹拌することによりキャビテーションを起こさせる吸引撹拌ポンプと、キャビテーションによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマを発生させるプラズマ発生機構とを備えてなることを特徴とする。

0012

この場合において、前記吸引撹拌ポンプが、回転翼により撹拌することによって流速を付与した液状物質を通過させる絞り流路を備えて構成することができる。

0013

また、前記吸引撹拌ポンプに連なる液状物質が吐出される吐出管に、プラズマ発生機構を備えて構成することができる。

0014

また、前記吸引撹拌ポンプから吐出された液状物質を吸引撹拌ポンプに循環させる循環流路を備えて構成することができる。

0015

また、上記本第2発明の液状物質の殺菌方法を実施する、本発明の液状物質の殺菌装置は、液状物質に流速を付与する流速付与機構と、該流速付与機構により流速を付与した液状物質の流路に設置することによって、流速を付与した液状物質にキャビテーションを起こさせる障害物と、キャビテーションによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマを発生させるプラズマ発生機構とを備えてなることを特徴とする。

0016

また、前記障害物を、プラズマ発生機構の電極で構成したり、プラズマ発生機構の電極の上流側に設置した障害物で構成することができる。

発明の効果

0017

本第1発明の液状物質の殺菌方法及び装置によれば、液状物質を回転翼により撹拌することにより液状物質にキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させ、プラズマの発生により生成される酸素ラジカルの酸化力により、液状物質中の微生物を殺菌することができる。特に、液状物質を回転翼により撹拌することにより、液状物質中にキャビテーションによる微細気泡を効率よく発生させることができるとともに、この微細気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを効率よく、均一に発生させることができ、小型の設備、装置で、大きな殺菌効果を得ることができる。

0018

また、回転翼により撹拌することによって流速を付与した液状物質を、絞り流路を通過させることによって、液状物質にキャビテーションによる微細気泡を効率よく発生させることができる。

0019

また、前記吸引撹拌ポンプに連なる液状物質が吐出される吐出管に、プラズマ発生機構を備えることにより、キャビテーションにより液状物質中に発生した気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを効率よく、均一に発生させることができる。

0020

また、吸引撹拌ポンプから吐出された液状物質を吸引撹拌ポンプに循環させる循環流路を備えることにより、吸引撹拌ポンプから吐出された液状物質を吸引撹拌ポンプに循環させることで、液状物質の処理時間を任意に設定することができ、効率よく確実な殺菌効果を得ることができる。

0021

また、本第2発明の液状物質の殺菌方法及び装置によれば、流速を付与した液状物質の流路に障害物を設置することによって液状物質にキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させ、プラズマの発生により生成される酸素ラジカルの酸化力により、液状物質中の微生物を殺菌することができる。特に、流速を付与した液状物質の流路に障害物を設置することによって液状物質中にキャビテーションによる微細気泡を効率よく発生させることができるとともに、この微細気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを効率よく、均一に発生させることができ、小型の設備、装置で、大きな殺菌効果を得ることができる。

0022

また、前記障害物を、プラズマ発生機構の電極で構成したり、プラズマ発生機構の電極の上流側に設置した障害物で構成することにより、簡易機構によって液状物質にキャビテーションによる微細気泡を効率よく発生させることができる。

図面の簡単な説明

0023

本発明の液状物質の殺菌装置の一実施形態を示し、(a)は概略構成図、(b)はプラズマ発生機構の説明図である。
吸引撹拌ポンプの内部構造を示す説明図である。
図2のV−V方向視での断面図である。
吸引撹拌ポンプの内部構造を示す分解斜視図である。
仕切板の概略構成図である。
再循環機構部の分離部の内部構造を示す説明図である。
本発明の液状物質の殺菌装置の一実施形態を示し、流速を付与した液状物質にキャビテーションを起こさせる障害物及びプラズマ発生機構の説明図で、(a)は縦断面図、(b)は下流側から見た横断面図ある。

0024

以下、本発明の液状物質の殺菌方法及び装置の実施の形態を説明する。

0025

[液状物質の殺菌方法の概要
本発明の液状物質の殺菌方法は、液状物質を回転翼により撹拌することにより液状物質にキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させ、プラズマの発生により生成される酸素ラジカルの酸化力により、液状物質中の微生物を殺菌するようにしたものである。
これにより、液状物質中にキャビテーションによる微細気泡を効率よく発生させることができるとともに、この微細気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを効率よく、均一に発生させることができ、小型の設備、装置で、大きな殺菌効果を得ることができる。

0026

[液状物質の殺菌装置]
以下、本発明の液状物質の殺菌方法を実施する、本発明の液状物質の殺菌装置の一実施形態を、図1図6に基づいて説明する。

0027

図1に、液状物質の殺菌装置100の概要を示す。
この殺菌装置100は、液状物質Rを供給する液状物質供給部Xと、液状物質供給部Xから供給される液状物質Rを負圧吸引して撹拌する吸引撹拌ポンプYと、キャビテーションによって吸引撹拌ポンプYから吐出された液状物質R中に発生する気泡中でプラズマを発生させるプラズマ発生機構Zと、その下流側で、吸引撹拌ポンプYから吐出された液状物質Rの少なくとも一部を吸引撹拌ポンプYに循環供給する再循環機構部70とを備えて構成されている。

0028

〔液状物質供給部〕
図1に示すように、液状物質供給部Xは、貯留タンク51に貯留された液状物質Rを、吸引撹拌ポンプYの第1の供給部11に連続的に供給するように構成されている。
具体的には、液状物質供給部Xは、液状物質供給管51Rを介して供給される液状物質Rを貯留し、送出する貯留タンク51と、貯留タンク51から液状物質Rが送出される送出ポンプ52Pを介在させた供給管52と、貯留タンク51から供給管52に送出される液状物質Rの流量を設定流量に調整する流量調整バルブ(図示せず)と、供給管52を吸引撹拌ポンプYの第1の供給部11に接続する導入機構60とを備えて構成されている。
ここで、貯留タンク51は、後述するように、排出路22からの液状物質Rが導入されるように構成されている。
また、貯留タンク51には、撹拌機構51Kを配設するとともに、貯留タンク51内を大気圧に保持する空気(気体)Gの入出管51G及び殺菌処理された液状物質Rの排出路53を接続するようにする。

0029

〔吸引撹拌ポンプ〕
図1及び図2図6に基づいて、吸引撹拌ポンプYについて説明する。
図2に示すように、吸引撹拌ポンプYは、両端開口が前壁部2と後壁部3とで閉じられた円筒状の外周壁部4を備えたケーシング1を備え、そのケーシング1の内部に同心状で回転駆動自在に設けられたロータ5と、そのケーシング1の内部に同心状で前壁部2に固定配設された円筒状のステータ7と、ロータ5を回転駆動するポンプ駆動モータM等を備えて構成されている。

0030

図3に示すように、ロータ5の径方向外方側には、複数の回転翼6が、前壁部2側である前方側図2の左側)に突出し、かつ、周方向に等間隔で並ぶ状態でロータ5と一体的に備えられている。
円筒状のステータ7には、絞り流路となる複数の透孔7a、7bが周方向に夫々並べて備えられ、そのステータ7が、ロータ5の前方側(図2の左側)で、かつ、回転翼6の径方向の内側に位置させて前壁部2に固定配設されて、そのステータ7とケーシング1の外周壁部4との間に、排出室を兼ねた、回転翼6が周回する環状の翼室8が形成されている。

0031

図2図4に示すように、液状物質Rを、導入機構60を介して、回転翼6の回転によりケーシング1の内部に吸引導入する第1の供給部11が、前壁部2の中心軸(ケーシング1の軸心A3)よりも外周側に偏移した位置に設けられている。
図2及び図4に示すように、ケーシング1の前壁部2の内面環状溝10が形成され、環状溝10と連通する状態で第1の供給部11が設けられている。
図2及び図3に示すように、液状物質Rを吐出する円筒状の吐出部12が、ケーシング1の円筒状の外周壁部4の周方向における1箇所に、その外周壁部4の接線方向に延びて翼室8に連通する状態で設けられている。

0032

図1図2及び図6に示すように、この実施形態では、吐出部12から吐出された液状物質Rは、吐出路18を通して再循環機構部70に供給され、その再循環機構部70の分離部としての円筒状容器71にて気泡が分離された液状物質Rを、循環流路16を介して、ケーシング1内に循環供給する第2の供給部17がケーシング1の前壁部2の中央部(軸心A3と同心状)に設けられている。
また、図2図4に示すように、ステータ7の内周側を前壁部2側の第1の導入室13とロータ5側の第2の導入室14とに区画する仕切板15が、ロータ5の前方側に当該ロータ5と一体回転する状態で設けられるとともに、仕切板15の前壁部2側に掻出翼9が設けられている。掻出翼9は、同心状に、周方向において均等間隔で複数(図4では、4つ)備えられ、各掻出翼9がその先端部9Tを環状溝10内に進入した状態でロータ5と一体的に周回可能に配設されている。

0033

第1の導入室13及び第2の導入室14は、ステータ7の複数の透孔7a、7bを介して翼室8と連通されるように構成され、第1の供給部11が第1の導入室13に連通し、第2の供給部17が第2の導入室14に連通するように構成されている。
具体的には、第1の導入室13と翼室8とは、ステータ7における第1の導入室13に臨む部分に周方向に等間隔で配設された複数の第1の導入室13側の透孔7aにて連通され、第2の導入室14と翼室8とは、ステータ7における第2の導入室14に臨む部分に周方向に等間隔で配設された複数の第2の導入室14側の透孔7bにて連通されている。

0034

吸引撹拌ポンプYの各部について説明する。
図2に示すように、ロータ5は、その前面が概ね円錐台状に膨出する形状に構成されるとともに、その外周側に、複数の回転翼6が前方に突出する状態で等間隔に並べて設けられている。なお、図3では、周方向に等間隔に10個の回転翼6が配設されている。また、この回転翼6は、内周側から外周側に向かうに連れて、回転方向後方に傾斜するようにロータ5の外周側から内周側に突出形成されており、回転翼6の先端部の内径は、ステータ7の外径よりも若干大径に形成されている。
このロータ5が、ケーシング1内においてケーシング1と同心状に位置する状態で、後壁部3を貫通してケーシング1内に挿入されたポンプ駆動モータMの駆動軸19に連結されて、そのポンプ駆動モータMにより回転駆動される。
そして、ロータ5が、その軸心方向視図3に示すような図2のV−V方向視)において回転翼6の先端部が前側となる向きに回転駆動されることにより、回転翼6の回転方向の後側となる面(背面)6aには、キャビテーション(局所沸騰)が発生するように構成されている。

0035

図2図4及び図5に示すように、仕切板15は、ステータ7の内径よりも僅かに小さい外径を有する概ね漏斗状に構成されている。この漏斗状の仕切板15は、具体的には、その中央部に、頂部が円筒状に突出する筒状摺接部15aにて開口された漏斗状部15bを備えるとともに、その漏斗状部15bの外周部に、前面及び後面共にケーシング1の軸心A3に直交する状態となる環状平板部15cを備える形状に構成されている。
そして、図2及び図3に示すように、この仕切板15が、頂部の筒状摺接部15aがケーシング1の前壁部2側を向く姿勢で、周方向に等間隔を隔てた複数箇所(この実施形態では、4箇所)に配設された間隔保持部材20を介して、ロータ5の前面の取付部5aに取り付けられる。

0036

図3及び図5(c)に示すように、仕切板15を複数箇所夫々で間隔保持部材20を介してロータ5に取り付ける際には、撹拌羽根21が、ケーシング1の後壁部3側に向く姿勢で仕切板15に一体的に組み付けられ、ロータ5が回転駆動されると、4枚の撹拌羽根21がロータ5と一体的に回転するように構成されている。

0037

図2及び図4に示すように、この実施形態では、円筒状の第2の供給部17が、ケーシング1と同心状で、そのケーシング1の前壁部2の中心部に設けられている。この第2の供給部17には、循環流路16の内径よりも小径で、仕切板15の筒状摺接部15aよりも小径となり流路面積が小さな絞り部14aが形成されている。ロータ5の回転翼6が回転することにより、吐出部12を介して液状物質Rが吐出され、第2の供給部17の絞り部14aを介して液状物質Rが導入されることになるので、吸引撹拌ポンプY内が減圧される。

0038

図2図4に示すように、第1の供給部11は、そのケーシング1内に開口する開口部(入口部)が、環状溝10における周方向の一部を内部に含む状態で、ケーシング1内に対する第2の供給部17の開口部の横側方に位置するように、前壁部2に設けられている。また、第1の供給部11は、平面視(図1及び図2の上下方向視)において軸心A2がケーシング1の軸心A3と平行となり、かつ、ケーシング1の軸心A3に直交する水平方向視図1及び図2紙面表裏方向視)において、軸心A2がケーシング1の前壁部2に近づくほどケーシング1の軸心A3に近づく下向きの傾斜姿勢で、ケーシング1の前壁部2に設けられている。ちなみに、第1の供給部11の水平方向(図1及び図2の左右方向)に対する下向きの傾斜角度は、45度程度である。

0039

図2及び図4に示すように、ステータ7は、ケーシング1の前壁部2の内面(ロータ5に対向する面)に取り付けられて、ケーシング1の前壁部2とステータ7とが一体となるように固定されている。ステータ7において、第1の導入室13に臨む部分に配設された複数の第1の導入室13側の透孔7aは、概略円形状に形成され、第1の導入室13の流路面積よりも複数の第1の導入室13側の透孔7aの合計流路面積が小さくなるように設定されており、また、第2の導入室14に臨む部分に配設された複数の第2の導入室14側の透孔7bは、概略楕円形状に形成され、第2の導入室14の流路面積よりも複数の第2の導入室14側の透孔7bの合計流路面積が小さくなるように設定されている。ロータ5の回転翼6が回転することにより、吐出部12を介して液状物質Rが吐出され、第1の導入室13室側の透孔7aを介して液状物質Rが供給されるとともに、第2の供給部17を介して液状物質Rが導入されることになるので、吸引撹拌ポンプY内が減圧される。

0040

図4及び図5に示すように、この実施形態では、各掻出翼9が棒状に形成され、ロータ5の径方向視図5(b)の紙面表裏方向視)で、当該棒状の掻出翼9の先端側ほど前壁部2側に位置し、かつ、ロータ5の軸心方向視(図5(a)の紙面表裏方向視)で、当該棒状の掻出翼9の先端側ほどロータ5の径方向内方側に位置する傾斜姿勢で、当該棒状の掻出翼9の基端部9Bがロータ5と一体回転するように固定され、ロータ5が、その軸心方向視(図5(a)の紙面表裏方向視)において掻出翼9の先端が前側となる向き(図2図5において矢印にて示す向き)に回転駆動される。

0041

図3図5に基づいて、掻出翼9について説明する。
掻出翼9は、仕切板15に固定される基端部9B、第1の導入室13に露呈する状態となる中間部9M、環状溝10に嵌め込まれる(すなわち、進入する)状態となる先端部9Tを基端から先端に向けて一連に備えた棒状に構成されている。

0042

図3図4及び図5(b)に示すように、掻出翼9の基端部9Bは、概ね矩形板状に構成されている。
図3図4図5(a)及び(b)に示すように、掻出翼9の中間部9Mは、横断面形状が概ね三角形状になる概ね三角柱状に構成されている(特に、図3参照)。そして、掻出翼9が上述の如き傾斜姿勢で設けられることにより、三角柱状の中間部9Mの三側面のうちのロータ5の回転方向前側を向く一側面9m(以下、「放散面」と記載する場合がある。)は、ロータ5の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ5の径方向に対して径方向外方側に向く(以下、「斜め外向き」と記載する場合がある。)ように構成されている(特に、図4及び図5参照)。

0043

つまり、棒状の掻出翼9が、上述の如き傾斜姿勢で設けられることにより、掻出翼9のうち第1の導入室13に露呈する中間部9Mが環状溝10に嵌め込まれる先端部9Tよりもロータ5の径方向外方に位置し、しかも、その中間部9Mの回転方向前側を向く放散面9mが、ロータ5の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ5の径方向に対して斜め外向きに傾斜している。これにより、掻出翼9の先端部9Tにより環状溝10から掻き出された液状物質Rは、掻出翼9の中間部9Mの放散面9mにより、第1の導入室13内においてロータ5の径方向外方側に向けて流動するように案内される。

0044

図4図5(a)及び(b)に示すように、掻出翼9の先端部9Tは、横断面形状が概ね矩形状になる概ね四角柱状であり、ロータ5の軸心方向視(図5(a)の紙面表裏方向視)において、四側面のうちのロータ5の径方向外方側に向く外向き側面9oが環状溝10の内面における径方向内方側を向く内向き内面に沿い、かつ、四側面のうちのロータ5の径方向内方側に内向き側面9iが環状溝10の内面における径方向外方側を向く外向き内面に沿う状態となる弧状に構成されている。
また、四角柱状の先端部9Tの四側面のうちの、ロータ5の回転方向前側を向く掻き出し面9fは、ロータ5の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ5の径方向に対して径方向外方側に向く(以下、「斜め外向き」と記載する場合がある。)になるように構成されている。
これにより、掻出翼9の先端部9Tにより環状溝10から掻き出された液状物質Rは、掻出翼9の先端部9Tの掻き出し面9fにより、ロータ5の径方向外方側に向けて第1の導入室13内に放出されることになる。
さらに、掻出翼9の先端部9Tの先端面9tは、その先端部9Tが環状溝10に嵌め込まれた状態で環状溝10の底面と平行になるように構成されている。

0045

また、ロータ5が、その軸心方向視(図5(a)の紙面表裏方向視)において掻出翼9の先端が前側となる向きに回転駆動されると、掻出翼9の基端部9B、中間部9M、先端部9Tそれぞれに、回転方向の後側となる面(背面)9aが形成される。この背面9aには、掻出翼9が回転することにより、キャビテーション(局所沸騰)が発生するように構成されている。

0046

上述のような形状に構成された4個の掻出翼9が、上述の如き傾斜姿勢で、中心角で90度ずつ間隔を隔てて周方向に並べた形態で、夫々、基端部9Bを仕切板15の環状平板部15cに固定して設けられている。

0047

図2に示すように、掻出翼9が設けられた仕切板15が、間隔保持部材20によりロータ5の前面と間隔を隔てた状態でロータ5の前面の取付部5aに取り付けられ、このロータ5が、仕切板15の筒状摺接部15aが第2の供給部17に摺接回転可能に嵌め込まれた状態でケーシング1内に配設される。
これにより、ロータ5の膨出状の前面と仕切板15の後面との間に、ケーシング1の前壁部2側ほど小径となる先細り状の第2の導入室14が形成され、第2の供給部17が仕切板15の筒状摺接部15aを介して第2の導入室14に連通するように構成されている。
また、ケーシング1の前壁部2と仕切板15の前面との間に、第1の供給部11に連通する環状の第1の導入室13が形成される。

0048

そして、ロータ5が回転駆動されると、筒状摺接部15aが第2の供給部17に摺接する状態で、仕切板15がロータ5と一体的に回転することになり、ロータ5及び仕切板15が回転する状態でも、第2の供給部17が仕切板15の筒状摺接部15aを介して第2の導入室14に連通する状態が維持されるように構成されている。

0049

〔再循環機構部〕
再循環機構部(分離部の一例)70は、円筒状容器71内において液状物質Rを分離するように構成され、図1に示すように、吸引撹拌ポンプYの吐出部12から吐出路18を通して供給される液状物質Rから気泡を分離し、その一部(例えば、10〜90%の任意の割合)の液状物質Rを循環流路16に、残部の液状物質Rを、液状物質Rに含まれる気泡と共に、排出路22にそれぞれ分離して供給するように構成されている。吐出路18及び循環流路16は、夫々、円筒状容器71の下部に接続され、排出路22は、円筒状容器71の上部に形成された排出部73から貯留タンク51に接続される。
ここで、再循環機構部70は、図6に示すように、吐出路18が接続される導入パイプ72を円筒状容器71の底面から内部に突出して配設し、円筒状容器71の上部に排出路22に接続される排出部73を備えるとともに、下部に循環流路16に接続される循環部74を備え、導入パイプ72の吐出上端に、導入パイプ72から吐出される液状物質Rの流れを旋回させる捻り板75を配設して構成されている。これにより、気泡を含まない液状物質Rを、循環流路16を介して、第2の導入室14内に供給するようにしている。

0050

〔制御部〕
殺菌装置100に備えられる制御部は、図示しないが、CPUや記憶部等を備えた公知の演算処理装置からなり、殺菌装置100を構成する液状物質供給部X、吸引撹拌ポンプY等の各機器運転を制御可能に構成されている。
特に、制御部は、回転翼6の周速度(ロータ5の回転数)を制御可能に構成され、第1の導入室13及び第2の導入室14内の圧力が所定の負圧状態となるように、回転翼6の周速度(ロータ5の回転数)を設定し、当該設定された周速度(ロータ5の回転数)で回転翼6を回転することで、少なくとも、ステータ7の第1の導入室13側の透孔7a及び第2の導入室14側の透孔7bを通過した直後の翼室8内の領域を、翼室8内の全周に亘って連続して、液状物質Rの微細気泡(マイクロバブル)が多数発生した微細気泡領域(キャビテーション(局所沸騰)による気泡発生領域)として形成させることができるように構成されている。

0051

ここで、第1の導入室13及び第2の導入室14内の圧力(本実施形態においては、第1の導入室13内の圧力(ここで、第1の導入室13と第2の導入室14は、ほぼ同圧となる。))を測定するための圧力計80を設けるようにしている。

0052

液中プラズマ発生機構
吸引撹拌ポンプYの吐出部12に接続された、液状物質Rが通過する吐出路18に、プラズマ発生機構Zを配設するようにする。
プラズマ発生機構Zは、図1(b)に示すように、吸引撹拌ポンプYの吐出部12と再循環機構部70とを接続する吐出路18内に設置される、銅、タングステン等の金属からなる電極81と、電極81間にパルス電圧印加するための電源82とで構成されている。
このプラズマ発生機構Zは、絶縁性気泡領域で、パルス電圧による高電圧絶縁破壊放電により気化物電離プラズマ化)して液中プラズマを発生させるものである。

0053

この場合において、パルス電圧によって生起される放電形態は、液状物質Rが通過する吐出路18と直交する方向に電極81を対向して設置するようにしたグロー放電であることが好ましく、これにより、低温での液中プラズマ処理を行うことができる。

0054

液中プラズマ処理により、液状物質R中にヒドロキシルラジカル(hydroxyl radical)等の活性酸素を生成させ、この活性酸素の酸化力により液状物質中の微生物を殺菌することができる。また、電極81間の電界プラズマ生成前電極間高電圧が印加されるときに生じる電界)やプラズマ生成時にプラズマから放出される紫外線による殺菌効果も期待できる。

0055

〔殺菌装置の動作〕
次に、この殺菌装置100の動作について説明する。
まず、液状物質供給部Xの貯留タンク51に、液状物質供給管51Rを介して、殺菌処理の対象となる液状物質Rを供給し、貯留するようにする。
そして、液状物質供給部Xの貯留タンク51から液状物質Rを供給しながらロータ5を回転させ、吸引撹拌ポンプYの運転を所定時間継続する。

0056

ロータ5が回転駆動されて、そのロータ5と一体的に仕切板15が回転すると、その仕切板15に同心状に設けられた掻出翼9が、環状溝10に先端部9Tが嵌め込まれた状態で周回する。
これにより、図2及び図3において実線矢印にて示すように、第1の供給部11を流動して環状溝10に導入された液状物質Rは、環状溝10に嵌め込まれて周回する掻出翼9の先端部9Tにより掻き出され、その掻き出された液状物質Rは、概略的には、第1の導入室13内を仕切板15における漏斗状部15bの前面と環状平板部15cの前面とに沿いながらロータ5の回転方向に流動し、さらに、ステータ7の第1の導入室13側の透孔7aを通過して翼室8に流入し、その翼室8内をロータ5の回転方向に流動して、吐出部12から吐出される。

0057

環状溝10に導入された液状物質Rは、掻出翼9の先端部9Tにより掻き出されるときに、剪断作用を受ける。この場合、掻出翼9の先端部9Tの外向き側面9oと内側の環状溝10の内向き内面との間、及び、掻出翼9の先端部9Tの内向き側面9iと内側の環状溝10の外向き内面との間において剪断作用が働く。同時に、掻出翼9の回転方向背面側の背面9aにおいては、掻出翼9が回転することにより、キャビテーション(局所沸騰)が発生する。また、ステータ7の第1の導入室13側の透孔7aを通過する際に、剪断作用が働く。
つまり、第1の導入室13内の液状物質Rに剪断力を作用させるとともに、局所沸騰を発生させることができるので、掻き出される液状物質Rは、掻出翼9及び第1の導入室13側の透孔7aから剪断作用を受けるとともに、掻出翼9の背面9aには、キャビテーション(局所沸騰)が発生する。

0058

一方、吐出部12から吐出された液状物質Rは、吐出路18を通して再循環機構部70に供給され、再循環機構部70において、液状物質Rから気泡を分離し、その一部(例えば、10〜90%の任意の割合)の液状物質Rは、循環流路16を介して、再び吸引撹拌ポンプYの第2の供給部17に供給され、残部の液状物質Rは、液状物質Rに含まれる気泡と共に、排出路22を通して貯留タンク51に供給される。

0059

吸引撹拌ポンプYの第2の供給部17に供給された液状物質Rは、第2の供給部17の絞り部14aを介して流量が制限された状態で第2の導入室14内に導入される。その第2の導入室14内においては、回転する複数の撹拌羽根21により剪断作用を受け、さらに、第2の導入室14側の透孔7bの通過の際にも剪断作用を受ける。この際には、第2の導入室14側の透孔7bを介して流量が制限された状態で翼室8に導入される。そして、翼室8内において、高速で回転する回転翼6により剪断作用を受けた後、液状物質Rは、第1の導入室13からの液状物質Rと混合されて吐出部12から吐出される。

0060

ここで、制御部は、回転翼6の周速度(ロータ5の回転数)を制御可能に構成され、第1の導入室13及び第2の導入室14内の圧力が所定の負圧状態となるように、回転翼6の周速度(ロータ5の回転数)を設定し、当該設定された周速度(ロータ5の回転数)で回転翼6を回転することで、少なくとも、ステータ7の第1の導入室13側の透孔7a及び第2の導入室14側の透孔7bを通過した直後の翼室8内の領域を、翼室8内の全周に亘って連続して、液状物質Rの微細気泡(マイクロバブル)が多数発生した微細気泡領域(キャビテーション(局所沸騰)による気泡発生領域)として形成させることができる。

0061

この場合、吸引撹拌ポンプYを運転しているときに、第1の導入室13及び第2の導入室14内の圧力が、−0.01〜−0.10MPa、好ましくは、−0.03〜−0.09MPa、より好ましくは、−0.04〜−0.08MPaの範囲の負圧状態となるように、吸引撹拌ポンプYの回転翼6の周速度を、6〜80m/s、好ましくは、15〜50m/sに設定するようにする。
ここで、前記負圧状態は、圧力計80により測定した第1の導入室13及び第2の導入室14内の圧力をいう。

0062

ところで、この殺菌装置100においては、吸引撹拌ポンプYの吐出部12に接続された、液状物質Rが供給、通過する吐出路18に、プラズマ発生機構Zを配設するようにしている。
そして、このプラズマ発生機構Zの電源82によって電極81の間にパルス電圧を印加する。
これによって、キャビテーションにより液状物質R中に発生する気泡中でプラズマを発生させ、液状物質Rに対して液中プラズマ処理を行うようにする。
この液中プラズマ処理により、液状物質R中にヒドロキシルラジカル(hydroxyl radical)等の酸素ラジカルを生成させ、プラズマの発生により生成される酸素ラジカルの酸化力により、液状物質R中の微生物を殺菌することができる。また、電極81間の電界(プラズマ生成前に電極間に高電圧が印加されるときに生じる電界)やプラズマ生成時にプラズマから放出される紫外線による殺菌効果も期待できる。特に、液状物質Rを回転翼6により撹拌することにより、液状物質R中にキャビテーションによる微細気泡を効率よく発生させることができるとともに、この微細気泡中でプラズマ発生機構Zによりプラズマを効率よく、均一に発生させることができ、小型の設備、装置で、大きな殺菌効果を得ることができる。

0063

パルス電圧によって生起される放電形態は、グロー放電であることが好ましく、低温での液中プラズマ処理を行うことができ、例えば、殺菌装置100に設けた冷却手段、例えば、吸引撹拌ポンプYに設けたジャケット冷却手段(図示省略)を稼働することによって、液状物質を常温液温10〜25℃)で処理することができる。

0064

このようにして生成された殺菌処理された液状物質Rは、貯留タンク51に貯留され、その後、吸引撹拌ポンプYの運転を停止する。
そして、貯留タンク51に貯留されている殺菌処理された液状物質Rは、排出路53を介して排出される。

0065

次に、殺菌装置100を用いて行った殺菌試験について説明する。

0066

試験方法
1.試験菌
Escherichia coli NBRC 3301(大腸菌
2.菌数測定用培地及び培養条件
SCDLP寒天培地(日本製薬社製)、混釈平板培養法、35℃±1℃、2日間
3.試験菌液の調製
試験菌を普通寒天培地(栄研化学社製)で35℃±1℃、18〜24時間培養した後、精製水に浮遊させ、菌数が約108/mLとなるように調製し、試験菌液とした。
4.検体の前処理
殺菌装置100(以下、「検体」という。)に約0.02%となるように調製した次亜塩素酸ナトリウム溶液を液状物質供給部Xの貯留タンク51に投入し、検体をプラズマなしの条件で15分間作動させた。排水後、水道水、0.002%チオ硫酸ナトリウム添加水道水、蒸留水の順で検体内すすぎ、排水を行った。
5.試験操作
前処理後の検体に蒸留水1L及び試験菌液1mLからなる試験液を液状物質供給部Xの貯留タンク51に投入した。検体を以下に示す試験条件で作動させた後、経時的に検体を停止させ、試験液を採取した。採取後、検体を再作動させた。また、採取後の試験液は、SCDLP寒天培地(日本製薬社製)で直ちに100倍に希釈し、試験液中生菌数を、菌数測定用培地を用いて測定した。なお、検体作動前の試験液についても生菌数を測定し、開始時とした。
6.試験条件
殺菌装置100の吸引撹拌ポンプYのロータ5を回転駆動するポンプ駆動モータMの回転数:7200rpm
プラズマ発生機構Z:200V(7A)、1.5μs(パルス幅)、60kHz
処理時間:1、5、10、20及び30分
検体作動条件1:タングステン電極
検体作動条件2:銅電極
検体作動条件3:プラズマなし(キャビテーションのみ)

0067

表1に、上記殺菌試験の結果を示す。

0068

0069

表1に示す殺菌試験の結果からも明らかなように、キャビテーション作用に液中プラズマ処理を併用するようにした、検体作動条件1及び2では、処理時間を5分間以上取ることによって、生菌数を実質的にゼロにすることができ、確実な殺菌効果を得ることができることを確認した。
一方、キャビテーション作用のみで、液中プラズマ処理を行わない、検体作動条件3では、殺菌効果が小さいことを確認した。

0070

ところで、上記実施例においては、掻出翼9が回転することにより、キャビテーション(局所沸騰)が発生するように構成したり、ステータ7の第1の導入室13側の透孔7a及び第2の導入室14側の透孔7bを通過した直後の翼室8内の領域を液状物質Rの微細気泡(マイクロバブル)が多数発生した微細気泡領域(キャビテーション(局所沸騰)による気泡発生領域)として形成するようにし、これらによって液状物質R中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させることによって液状物質の殺菌を行うようにしたが、これらに加えて(又はこれらに代えて)、流速を付与した液状物質Rの流路に障害物を設置することによって、この障害物の後方で液状物質Rにキャビテーション(局所沸騰)を起こさせ、これらによって液状物質R中に発生する気泡中でプラズマ発生機構Zによりプラズマを発生させることによって液状物質Rの殺菌を行うようにすることもできる。

0071

具体的には、障害物を、図1(b)に示すように、流速を付与した液状物質Rの流路である、液状物質Rが通過する吐出路18に設置したプラズマ発生機構Zの電極81(電極81の支持部材81aを含む。)で構成したり、図7に示すように、プラズマ発生機構Zの電極81の上流側に設置した障害物90(障害物90として、本実施例においては、円盤形状の物体を液状物質Rが通過する吐出路18に設置するようにしたが、障害物90の形状は、特に限定されず、例えば、棒形状等、任意の形状の物体を設置することができる。)で構成することができる。
これにより、簡易な機構によって液状物質Rにキャビテーションによる微細気泡を効率よく発生させることができる。

0072

このように、流速を付与した液状物質の流路に設置したプラズマ発生機構Zの電極81(電極81の支持部材81aを含む。)や障害物90を設置することによって液状物質Rにキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質R中に発生する気泡中でプラズマ発生機構Zによりプラズマを発生させ、液中プラズマ処理を行うことができる。
この液中プラズマ処理により、液状物質R中にヒドロキシルラジカル(hydroxyl radical)等の酸素ラジカルを生成させ、プラズマの発生により生成される酸素ラジカルの酸化力により、液状物質R中の微生物を殺菌することができる。
なお、本実施例においては、吸引撹拌ポンプYによって、液状物質Rに流速を付与するようにしているが、液状物質Rに流速を付与する流速付与機構は、これに限定されず、汎用ポンプ等に水流発生機構を用いることができる。

実施例

0073

以上、本発明の液状物質の殺菌方法及び装置について、その実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態に記載した内容に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

0074

本発明の液状物質の殺菌方法及び装置は、小型の設備、装置で、大きな殺菌効果を得ることができることから、従来、この種の液状物質の殺菌方法及び装置が処理対象としていたバラスト水や排水液のほか、各種の液状物質を処理対象とし、工業製品(例えば、食品工業製品)の殺菌の用途に好適に用いることができる。

0075

X液状物質供給部
Y吸引撹拌ポンプ
Zプラズマ発生機構
R 液状物質
G 空気(気体)
1ケーシング
2前壁部
3後壁部
4外周壁部
5ロータ
6回転翼
6a 背面部
7ステータ
7a絞り流路(透孔)
7b 絞り流路(透孔)
8翼室(排出室)
9掻出翼
10環状溝
11 第1の供給部
12吐出部
13 第1の導入室
14 第2の導入室
14a 絞り部
15仕切板
16循環流路
17 第2の供給部
22排出路
51貯留タンク
52供給管
52P送出ポンプ
60導入機構
70再循環機構部
71円筒状容器(分離部)
80圧力計
81電極
82電源
90障害物
100 殺菌装置

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