JP2007537821A - マイクロ波エネルギーを使用して殺菌流体を蒸発させる方法および装置 - Google Patents

Abstract

マイクロ波エネルギーを使用して殺菌流体を蒸発させる方法および装置を提供する。殺菌流体を噴霧化して殺菌流体のスプレイ、薄い霧または濃い霧を生成する。その後、噴霧化した殺菌流体をマイクロ波発生装置によって生成したマイクロ波エネルギーに曝す。殺菌流体の少なくとも１つの化学成分の分子をマイクロ波エネルギーへ曝すことによって回転させ、それによって殺菌流体を蒸発させる。
【選択図】図１

Description

本発明は一般に殺菌流体の蒸発に関し、特にマイクロ波エネルギーを使用して殺菌流体を蒸発させる方法および装置に関する。

物品は通常、蒸発殺菌剤に曝すことで殺菌または汚染除去される。先行技術において、高温面上に液体殺菌剤を計量して液体殺菌剤を蒸発させることが周知である。高温面で液体殺菌剤を加熱することで蒸気殺菌剤は生成される。この方法で蒸発させる場合には多くの欠点がある。例えば、高温面を所望の温度に加熱するためには相当の時間が必要となる。さらにこの種類の蒸発システムにはエネルギーを消費する高出力加熱器が必要となる。

本発明は先行技術のこれらの欠点を解消し、マイクロ波エネルギー源を使用して蒸発チャンバで殺菌流体を蒸発させ、これにより殺菌または汚染除去プロセスで使用する適切な蒸気を生成する蒸発システムを提供するものである。

本発明によると、殺菌システムにおける殺菌流体を蒸発させる方法が提供され、この方法は（ａ）少なくとも第１の化学成分の分子から構成される殺菌流体を噴霧化し、（ｂ）噴霧化した殺菌流体を第１の周波数を有するマイクロ波エネルギーに曝して殺菌流体を蒸発させ、その際、第１の周波数を有するマイクロ波エネルギーに応じて第１の化学成分の分子を回転させるステップから構成される。

本発明の別の態様によると、殺菌システムにおいて殺菌流体を蒸発させる蒸発システムが提供され、このシステムは（ａ）少なくとも第１の化学成分の分子で構成された殺菌流体を噴霧化する手段と、（ｂ）殺菌流体を蒸発するため第１の周波数を有するマイクロ波エネルギーを生成する第１のマイクロ波発生装置で構成され、第１の化学成分の分子は第１の周波数を有するマイクロ波エネルギーに応じて回転する。

本発明のさらに別の態様によると、殺菌成分およびキャリア成分で構成された殺菌流体を蒸発させる方法が提供され、この方法は（ａ）前記殺菌成分および前記キャリア成分の少なくとも一方の成分が放射に反応する正味電気双極子モーメントを有する分子で構成された殺菌流体を噴霧化し、（ｂ）噴霧化した殺菌流体を第１の周波数を有する放射に曝して殺菌流体を蒸発させ、その際、第１の周波数を有する放射に応じて前記分子を回転させるステップから構成される。

本発明の利点は従来の熱加熱システムよりも効果的に殺菌流体を蒸発させる蒸発方法および装置を設けることにある。
本発明の別の利点は容積が変動する殺菌流体の蒸発が簡単に測れる蒸発方法および装置を設けることにある。

本発明のさらに別の利点はマイクロ波エネルギーで多成分からなる殺菌流体の分子を選択的に励起できる蒸発方法および装置を設けることにある。
これらの利点は図面および特許請求の範囲とともに好ましい実施形態についての下記記載から明らかになる。

図面を参照するに際しては、図面は発明の好ましい実施形態を説明する目的のためのみにあり、発明を限定する目的のためではない。図１は本発明の好ましい実施形態による蒸発システム１０のブロック図を示す。ここでは殺菌剤（殺菌）および汚染除去剤（汚染除去）の用語は交換可能に使用されるものとする。

蒸発システム１０は一般に蒸発器アセンブリ２０、噴射システム６０、およびマイクロ波発生装置９０で構成される。蒸発器アセンブリ２０には入口導管２２、出口導管３２、およびハウジング４０が含まれる。ハウジング４０は蒸発チャンバ４２を形成する。入口導管２２はキャリアガスが蒸発チャンバ４２に入る通路となる。以下に詳述するように、出口導管３２はキャリアガスおよび蒸発流体が蒸発チャンバ４２から出る通路となる。出口導管３２は、物品の殺菌／汚染除去を効果的に実施するため物品を蒸発流体に曝す処理チャンバまたは領域（図示しない）に流体的に通じる。蒸発チャンバ４２を通してキャリアガスを運ぶのに送風機または扇風機（図示しない）が作動する。

この図示する実施形態において、また蒸発器アセンブリ２０には入口導管２２に関連する入口スクリーン２４、および出口導管３２に関連する出口スクリーン３４が含まれる。入口スクリーン２４および出口スクリーン３４はここを流れる流体から粒子を除去するフィルタとして作用する。

図示する実施形態によると、噴射システム６０は一般に噴射マニホールド７０、複数の噴射装置７２、制御ユニット８０、およびポンプ６２で構成される。詳細を後述するように、噴射システム６０は殺菌流体を噴霧化して殺菌流体のスプレイ、薄い霧または濃い霧を生成する。

マニホールド７０は複数の出口導管に導く入口導管で構成される。噴射装置７２はマニホールド７０の各出口導管にそれぞれ設けられる。噴射装置７２の作動は制御ユニット８０で制御される。マニホールド７０の入口導管はポンプ６２に流体的に通じる。ポンプ６２は殺菌流体源１００からマニホールド７０に流体を送る。好ましい実施形態では、ポンプ６２で殺菌流体は適当な圧力に上昇する。

噴射装置７２は内燃機関で使用されるような通常の液体噴射装置であるのが好ましい。噴射装置７２に電圧を印加すると、電磁力でプランジャが移動して噴射装置７２の弁が開く。これで加圧された殺菌流体は小さいノズルを通って噴出する。制御ユニット８０で噴射装置７２の電圧を印加および遮断して、噴射装置７２の弁を開閉する。

マイクロ波発生装置９０はマイクロ波エネルギーの源となる。マイクロ波発生装置９０はマイクロ波エネルギーにパルスを与えるパルスモードで作動できる。マイクロ波の波長はほぼ３０ｃｍ（１ＧＨｚの周波数に相当）から１ｍｍ（３００ＧＨｚの周波数に相当）の範囲にある。好ましい実施形態によると、マイクロ波発生装置９０はマグネトロンの形態をとる。マグネトロンはコーヒーレントなマイクロ波を発生する高出力真空管である。真空管には直流で印加され共鳴空所内に組み込まれた高温フィラメント、およびフィラメントから沸騰して空所にエネルギーを付加する電子を偏向する磁界に置かれた全アセンブリが含まれる。

マイクロ波発生装置９０は、限定はしないが、クライストロンまたはメーザーを含む別の形態にすることができる。メーザーはマイクロ波周波数で作動することを除いてはレーザーに類似する装置である。

次に蒸発システム１０の操作について以下に詳しく述べる。ポンプ６２を作動させて殺殺菌流体源１００からの殺菌流体を加圧する。以下に詳述するように、殺菌流体には少なくとも１つの殺菌剤または汚染除去化学成分が含まれる。制御ユニット８０で噴射装置７２に電力を印加して殺菌流体をそこから放出させ、噴霧化したスプレイ、薄い霧または濃い霧を蒸発チャンバ４２内に放出する。蒸発チャンバ４２内では殺菌流体の噴霧化したスプレイ、薄い霧または濃い霧が、マイクロ波発生装置９０によって生成されたマイクロ波に曝される。以下に詳述するように、マイクロ波発生装置９０を「同調」させて、殺菌流体を蒸発するマイクロ波エネルギーを生成する。

キャリアガス（例えば、空気）を入口導管２２を通して蒸発チャンバ４２内に流し入れる。蒸発チャンバ４２内で生じた蒸発殺菌流体は蒸発チャンバ４２から出口導管３２を通して運び出す。出口導管３２は処理チャンバ（図示しない）に流体的に通じるが、そこで物品の殺菌または汚染除去を有効に行うため物品は蒸発殺菌流体に曝される。

殺菌流体は２つ以上の化学成分、すなわち、殺菌成分およびキャリア成分で構成することができる。殺菌成分は殺菌または汚染除去処理用の活性化学物質である。キャリア成分は殺菌成分を希釈する成分として作用する流体である。キャリア成分は殺菌または汚染除去処理用の活性化学物質にもなるものと理解される。

普通の殺菌成分には、限定はしないが、液体過酸化水素、過酢酸などの過酸、および漂白剤が含まれる。殺菌成分は、限定はしないが、オゾン、二酸化塩素、および酸化エチレンを含むガスであってもよいと考えられる。普通のキャリア成分には、限定はしないが、水、脱イオン水、蒸留水、アルコール（例えば、第三級アルコール）、過酸化物、グリコール含有化合物、およびそれらの組み合わせが含まれる。グリコール含有化合物には、限定はしないが、ポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、グリコールエーテル、ポリプロピレングリコール、プロピレングリコール、およびそれらの組み合わせが含まれる。上記液体殺菌成分（例えば、過酸化水素）はキャリア成分としても使用できるものと考えられる。

殺菌成分とキャリア成分との典型的な組み合わせには、限定はしないが、過酸化水素と水、漂白剤と水、過酢酸と水、過酸化水素とアルコール、アルコールと水、およびオゾンと水が含まれる。電気双極子モーメントを有する分子は１つまたは複数の特定の周波数のマイクロ波放射によって励起される。この点、正味電気双極子モーメントを有する分子に突き当たるマイクロ波放射はその分子にトルクを与える。適用された放射の発振電界は電気双極子モーメントを電界軸に沿って揃えようとする。マイクロ波放射の電界はその大きさおよび方向が連続的に変化するので、双極子モーメントにしたがって分子を回転させることになる。電気双極子モーメントを有する分子によっては１つまたは複数の特定周波数の赤外線放射によって励起されるものと考えられる。

電界が分子を回転させる度合は慣性モーメント（Ｉ）などの分子の特性によって変わる。慣性モーメント（Ｉ）は次の式で表される。
Ｉ＝Σｍ_ｉ（ｒ_ｉ）^２
ここで、ｍ_ｉは分子の質量であり、ｒ_ｉは分子の原子までの距離である。

例えば、殺菌剤が過酸化水素と水とで構成されているとすると、過酸化水素分子は水分子の約２倍の質量を有し、２つの酸素原子の分離距離は０．１４９ｎｍである。特に、過酸化水素分子の慣性モーメント（Ｉ）は約３４×１０^−４０（グラム）（ｃｍ^２）であり、一方、水分子の慣性モーメント（Ｉ）は約１．１×１０^−４０（グラム）（ｃｍ^２）である。このように、過酸化水素分子の慣性モーメント（Ｉ）は水分子の慣性モーメント（Ｉ）の約３４倍大きい。水分子の慣性モーメント（Ｉ）はより小さいので、マイクロ波エネルギーで水分子を回転させるのはマイクロ波エネルギーで過酸化水素分子を回転させることよりもより容易である。さらに、水滴形態においては過酸化水素分子の構造はダンベル状をしているので、過酸化水素分子を回転させることよりも水分子を回転させる方が一層簡単である。

以上の記載には、各分子へのエネルギー移動のメカニズムにおいて役立つ水素結合の効果は含まれないものと理解されたい。すなわち、以上の記載では空間領域で単一の水分子および単一の過酸化水素分子にマイクロ波放射で衝撃を与えることが考慮される。

以上に示したように、殺菌流体を蒸発させるマイクロ波を発生するようにマイクロ波発生装置９０を「同調」させる。本発明の一実施形態では、殺菌成分の分子を「励起」させる周波数を有するマイクロ波を生成するようにマイクロ発生装置９０を同調させる。本発明の第２の実施形態では、キャリア成分の分子を「励起」させる周波数を有するマイクロ波を生成するようにマイクロ発生装置９０を同調させる。本発明のさらに別の実施形態では、殺菌成分の分子を励起させる第１の周波数とキャリア成分の分子を励起させる第２の周波数の間で交替するマイクロ波をマイクロ発生装置９０で生成する。さらに別の実施形態では、２つのマイクロ波発生装置を同時に使用する。この点、マイクロ波発生装置９０で殺菌成分の分子を励起する第１の周波数のマイクロ波を生成し、第２のマイクロ波発生装置でキャリア成分の分子を励起させる第２の周波数のマイクロ波を同時に生成する。

噴霧化された殺菌流体にマイクロ波放射で衝撃を与えるので、励起した分子の双極子モーメントが回転することから、マイクロ波の周波数で「励起」した分子は本質的に、励起しない分子から「駆動」されまたは「沸騰蒸発」する。したがって、励起した分子も励起していない分子も蒸気として放出される。励起した分子は励起していない分子に衝突するので、運動エネルギーは励起していない分子にも与えられ、このように励起した分子および励起していない分子の蒸発が促進される。

本発明は、殺菌流体の殺菌成分および／またはキャリア成分が特定の周波数または複数の周波数のマイクロ波放射を吸収する正味電気双極子モーメントを有する分子で構成される殺菌流体を蒸発させるのに使用される。したがって、殺菌流体の殺菌成分またはキャリア成分のみが特定の周波数または複数の周波数のマイクロ波放射を吸収する正味電気双極子モーメントをもつ必要がある。この点、本発明に関連して使用する適当な殺菌流体はマイクロ波放射によって励起され得ない分子を有する殺菌成分と、マイクロ波放射によって励起され得る分子を有するキャリア成分で構成するか、またはその逆で構成することができる。

水分子は約２．４５０ＧＨｚの周波数でマイクロ波エネルギーを吸収する。過酸化水素分子のマイクロ波吸収周波数はほぼ表１のようになる。

本発明は殺菌剤成分およびキャリア成分から構成された殺菌剤に関連して記載してきたが、本発明は殺菌成分のみで構成された殺菌流体に関連して使用することもできる。殺菌成分は前記したように噴霧化し、次に殺菌成分の分子を励起する周波数を有するマイクロ波に曝すことによって、殺菌成分を蒸発させる。

明細書によって他の変更および修正が考えられる。このようなすべての修正および変更は特許請求の範囲またはそれと均等な範囲内にある限り本発明に含まれるものである。

本発明は一定の部分および部分の配置において具体的な形態をとり、その好ましい実施形態は明細書で詳細に記述し、かつ一部を形成する付帯する図面で説明する。
本発明の好ましい実施形態による蒸発システムのブロック図である。

Claims (37)

1. 殺菌システムにおいて殺菌流体を蒸発させる方法であって、
   少なくとも第１の化学成分の分子から構成される殺菌流体を噴霧化し、
   噴霧化した殺菌流体を第１の周波数を有するマイクロ波エネルギーに曝して殺菌流体を蒸発させ、その際、第１の周波数を有するマイクロ波エネルギーに応じて第１の化学成分の分子を回転させる
   ステップから構成される方法。
2. 前記第１の化学成分は殺菌成分である、請求項１に記載の方法。
3. 前記殺菌成分は過酸化水素、過酸、および漂白剤からなる群から選択される、請求項２に記載の方法。
4. 前記第１の化学成分はキャリア成分である、請求項１に記載の方法。
5. 前記キャリア成分は水、脱イオン水、蒸留水、アルコール、過酸化物、グリコール含有化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
6. 前記グリコール含有化合物はポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、グリコールエーテル、ポリプロピレングリコール、プロピレングリコール、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
7. 前記殺菌流体は第１の化合物の分子、および第２の化合物の分子で構成される、請求項１に記載の方法。
8. 前記第１の化学成分は殺菌成分であり、第２の化合成分はキャリア成分である、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の化学成分はキャリア成分であり、第２の化学成分は殺菌成分である、請求項７に記載の方法。
10. 請求項７に記載の方法であって、前記方法はさらに、噴霧化した殺菌流体を第２の周波数を有するマイクロ波エネルギーに曝し、第２の周波数を有するマイクロ波エネルギーに応じて第２の化学成分の分子を回転させることから構成される。
11. 第１の周波数を有する前記マイクロ波エネルギーを第２の周波数を有する前記マイクロ波エネルギーとを同時に生成する、請求項１０に記載の方法。
12. 第１の周波数を有する前記マイクロ波エネルギーと第２の周波数を有する前記マイクロ波エネルギーとを交互に生成する、請求項１０に記載の方法。
13. 前記第１の周波数は１ＧＨｚから３００ＧＨｚの範囲にある、請求項１に記載の方法。
14. 前記第１の周波数は約２．４５０ＧＨｚである、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１の周波数は、約１４．８２９ＧＨｚ、約３７．５１８ＧＨｚ、約２２．０５４ＧＨｚ、約２７．６４０ＧＨｚ、約１１．０７２ＧＨｚ、約３５．９１６ＧＨｚ、約３９．０３３ＧＨｚ、約３９．４９５ＧＨｚ、および約３９．７９０ＧＨｚからなる周波数群から選択される、請求項１３に記載の方法。
16. 前記マイクロ波エネルギーをパルス状にする、請求項１に記載の方法。
17. 殺菌システムにおいて殺菌流体を蒸発させる蒸発システムであって、
    少なくとも第１の化学成分の分子で構成された殺菌流体を噴霧化する手段と、
    殺菌流体を蒸発するため第１の周波数を有するマイクロ波エネルギーを生成する第１のマイクロ波発生装置で構成され、第１の化学成分の分子は第１の周波数を有するマイクロ波エネルギーに応じて回転する
    蒸発システム。
18. 前記第１の化学成分は殺菌成分である、請求項１７に記載の蒸発システム。
19. 前記殺菌成分は過酸化水素、過酸、および漂白剤からなる群から選択される、請求項１８に記載の蒸発システム。
20. 前記第１の化学成分はキャリア成分である、請求項１７に記載の蒸発システム。
21. 前記キャリア成分は水、脱イオン水、蒸留水、アルコール、過酸化物、グリコール含有化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２０に記載の蒸発システム。
22. 前記グリコール含有化合物はポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、グリコールエーテル、ポリプロピレングリコール、プロピレングリコール、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２１に記載の蒸発システム。
23. 前記殺菌流体は第１の化合物の分子、および第２の化合物の分子で構成される、請求項１７に記載の蒸発システム。
24. 前記第１の化学成分は殺菌成分であり、第２の化合成分はキャリア成分である、請求項２３に記載の蒸発システム。
25. 前記第１の化学成分はキャリア成分であり、第２の化学成分は殺菌成分である、請求項２３に記載の蒸発システム。
26. 請求項２３に記載の蒸発システムであって、前記システムは、第２の周波数を有するマイクロ波エネルギーを生成する第２のマイクロ波発生装置をさらに備え、第２の周波数を有するマイクロ波エネルギーに応じて第２の化学成分の分子を回転させる、蒸発システム。
27. 第１の周波数を有する前記マイクロ波エネルギーを第２の周波数を有する前記マイクロ波エネルギーとを同時に生成する、請求項２６に記載の蒸発システム。
28. 前記マイクロ波発生装置で第２の周波数を有するマイクロ波エネルギーを生成し、第２の周波数を有するマイクロ波エネルギーに応じて第２の化学成分の分子を回転させ、第１の周波数を有する前記マイクロ波エネルギーと第２の周波数を有する前記第２のマイクロ波エネルギーとを交互に生成する、請求項２３に記載の蒸発システム。
29. 前記第１の周波数は１ＧＨｚから３００ＧＨｚの範囲にある、請求項１７に記載の蒸発システム。
30. 前記第１の周波数は約２．４５０ＧＨｚである、請求項２９に記載の蒸発システム。
31. 前記第１の周波数は、約１４．８２９ＧＨｚ、約３７．５１８ＧＨｚ、約２２．０５４ＧＨｚ、約２７．６４０ＧＨｚ、約１１．０７２ＧＨｚ、約３５．９１６ＧＨｚ、約３９．０３３ＧＨｚ、約３９．４９５ＧＨｚ、および約３９．７９０ＧＨｚからなる周波数群から選択される、請求項２９に記載の蒸発システム。
32. 前記第１のマイクロ波発生装置で発生する前記マイクロ波エネルギーをパルス状にする、請求項１７に記載の蒸発システム。
33. 殺菌成分およびキャリア成分で構成された殺菌流体を蒸発させる方法であって、
    前記殺菌成分および前記キャリア成分の少なくとも一方の成分が放射に反応する正味電気双極子モーメントを有する分子で構成された殺菌流体を噴霧化し、
    噴霧化した殺菌流体を第１の周波数を有する放射に曝して殺菌流体を蒸発させ、その際、第１の周波数を有する放射に応じて前記分子を回転させる
    ステップから構成される方法。
34. 前記殺菌成分のみが、放射に反応する正味電気双極子モーメントを有する分子で構成される、請求項３３に記載の方法。
35. 前記キャリア成分のみが、放射に反応する正味電気双極子モーメントを有する分子で構成される、請求項３３に記載の方法。
36. 前記放射はマイクロ波放射である、請求項３３に記載の方法。
37. 前記放射は赤外線放射である、請求項３３に記載の方法。

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