JP2008142687A - マイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温泉水浴槽又は一般浴槽又はプール又は各種水槽又は冷却塔又は上水道又は海産物洗浄用海水又は汚水処理水等のあらゆる水利施設に於けるレジオネラ菌、緑膿菌、有害な大腸菌等の水中細菌の殺菌を、マイクロ波照射によって行わせる方法と装置の提供。
【解決手段】殺菌装置の構成が、殺菌を目的とする水中へのマイクロ波照射領域３、マイクロ波発生装置１、該マイクロ波発生装置から前記マイクロ波照射領域へマイクロ波が有効に伝達されるためのインピーダンス整合領域２、前記マイクロ波照射領域に殺菌を目的とする水を送り込むための装置４及び５の４部分の基本要素からなる。前記マイクロ波発生装置から出力するマイクロ波が前記インピーダンス整合領域を経由して前記マイクロ波照射領域に入り、該マイクロ波照射領域内に取り込まれる殺菌を目的とする前記水に照射する。
【選択図】図２

Description

本発明は、温泉水浴槽又は一般浴槽又はプール又は各種水槽又は冷却塔又は上水道又は海産物洗浄用海水又は汚水処理水等のあらゆる水利施設に於ける水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌をマイクロ波照射によって行わせる方法と装置に関する。

浴槽又はプール又は空気調和設備等の冷却塔に於けるレジオネラ菌、緑膿菌、有害な大腸菌等の水中細菌、特に、レジオネラ菌の汚染が問題となっている。その他の水利施設に於いても、各種細菌の殺菌対策に関する要請が数多くある。

レジオネラ菌は増殖によって、温泉水等を使った循環式の浴槽システムに於いては浴槽からの蒸気から、又、冷却塔に於いては噴霧水滴から人体の肺に吸入されて甚大な肺炎を引き起こす事故が多発している。それゆえ、浴槽システムや冷却塔システムにレジオネラ菌の駆除対策が急務となっていて、有効な殺菌方法及び装置があるとはいい難いのが現状である。

一方、プールに於いても、レジオネラ菌の他、緑膿菌や有害な大腸菌等の水中細菌による感染の問題が旧来から指摘され、有力な対策が無いまま現在に至っている。

従来の上記対策の１として、バイパス路を設けてレジオネラ菌が死滅する摂氏６３度以上７０度以下に過熱する種々の高温殺菌方法が、特許文献１及び特許文献２及び特許文献３に提案されている。

従来の上記対策の２として、塩素等の薬剤を直接投入する方法が広く行き渡っている。

従来の上記対策の３として、前記塩素等の薬剤を直接投入する代わりに、特許文献４及び特許文献５及び特許文献６に食塩を電気分解することによって、又は、特許文献７に天然に含まれている塩分を電気分解することによって、効率的に次亜塩素酸イオンを作り出して殺菌する方法がある。

従来の上記対策の４として、オゾンによる殺菌方法が特許文献８にある。

従来の上記対策の５として、チタン酸化合物の酸化力を利用した殺菌方法が特許文献９にある。

従来の上記対策の６として、セラミック板による殺菌方法が特許文献１０にある。

従来の上記対策の７として、簡単な電極配置で電界型を利用した殺菌方法が特許文献１１にある。

従来の上記対策の８として、紫外線照射による殺菌方法が非特許文献１にある。

従来の上記対策の９として、永久磁石等の磁力を利用して、水流と磁界から誘起される誘電電流を利用して殺菌する方法が非特許文献２にある。

従来の上記対策の１０として、ヨード（ヨー素）による殺菌方法が非特許文献３にある。

特許第３１２７９９０号公報 特開２００５−５１０３５３号公報 特開平９−４７７５６号公報 特開２００６−８４０号公報 特許第３３５３４９７号公報 特許第３８０２８８８号公報 特開２００４−２０２４６６号公報 特許第３３９２７５４号公報 特開２００４−２３０１２９号公報 特開２００３−１４５１６６号公報 特開２００４−３３００７１号公報 株式会社ワイズカンパニーのホームページ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ９．ｏｃｎ．ｎｅ．ｊｐ／〜ｙｓｅｃｏ／ｇｙｏｕｍｕ−ｏｎｓｅｎ．ｈｔｍｌ 興研株式会社のホームページ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｏｋｅｎ−ｌｔｄ．ｃｏ．ｊｐ／ｅｃｏｂｅａｍ．ｈｔｍ 株式会社福井熱処理のホームページ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｎｓ−ｇｒｐ．ｊｐ／ｙｏｕｓｏｌｌ．ｈｔｍ

従来の上記対策の１に記述のバイパス路による種々の高温殺菌方法は、装置が大型になり、上記温度に設定する加熱器を用意することが容易ではない。又、装置の運転と維持管理が簡単ではない。

従来の上記対策の２に記述の塩素等の薬剤の直接投入方法は、薬剤の取り扱い並びに装置の操作方法が煩雑であり、薬剤の濃度を上げないと効果が薄く、残留薬剤の人体並びに布類・衣類への影響や刺激臭の不快感の懸念がある。

従来の上記対策の３に記述の電気分解で作られる次亜塩素酸イオンによって殺菌する方法は、設備の構造設計が難しく、且つ、保守が容易でない。

従来の上記対策の４に記述のオゾンによる殺菌方法は、オゾンの人体への影響が明らかでなく、又、オゾン発生装置の寿命に問題があり、殺菌効果も期待し難い。

従来の上記対策の５に記述のチタン酸化合物の酸化力を利用した殺菌方法は、チタン酸化合物の定期的交換が必要であり、この方法がどの程度の効力があるかが開示されていない。

従来の上記対策の６に記述のセラミック板による殺菌方法は、構造が複雑であり、この方法の効力が開示されていない。

従来の上記対策の７に記述の電界型を利用した殺菌方法は、水の比誘電率に対して電極を保護する絶縁体の誘電率が小さいことや水中の各種シオンの影響等で、どの程度有効に電界が水中に浸透するかが不明であり、この方法の効力が開示されていない。

従来の上記対策の８に記述の紫外線照射による殺菌方法は、照射装置の石英管が水中の不純物等で曇り易く、殺菌効果が短時間に落ちるという問題を抱えている。

従来の上記対策の９に記述の永久磁石等の磁力で誘起される誘電電流を利用して殺菌する方法は、水流の速度に依存せざるを得ないので安定した効果が得られない。

従来の上記対策の１０に記述のヨード（ヨー素）による殺菌方法は、薬剤のヨー素の材料コストが課題であり、ペレットに不純物が付着することによる効力の低下も課題となる。

以上、従来の諸方法は、それぞれ難しい課題を抱えている。総じて、装置の運転や装置並びに薬剤等の維持管理が簡単ではないという課題を抱えている。

このため、本発明に係るマイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌方法にあっては、水中の細菌並びに水中のレジオネラ菌の殺菌を行わせるための今までにない手段として、殺菌を目的とする水中にマイクロ波を照射し、その強力なマイクロ波電磁界の照射に伴う細菌体内の物理作用並びに生理化学作用によって、水中の細菌並びに水中のレジオネラ菌の確実な殺菌を行わせる方法を用いて解決するものである。

前記方法の構成が、殺菌を目的とする水中へのマイクロ波照射領域、マイクロ波発生手段、該マイクロ波発生手段から前記マイクロ波照射領域へマイクロ波が有効に伝達されるためのインピーダンス整合領域、前記マイクロ波照射領域に殺菌を目的とする水を送り込む手段の４部分の基本要素を備え、前記マイクロ波発生手段から出力するマイクロ波が前記インピーダンス整合領域を経由して前記マイクロ波照射領域に入り、該記マイクロ波照射領域内に取り込まれる殺菌を目的とする前記水に照射することにより解決するものである。

一方、本発明に係るマイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌装置にあっては、水中の細菌並びに水中のレジオネラ菌の殺菌を行わせるための今までにない装置として、殺菌を目的とする水中にマイクロ波を照射し、その強力なマイクロ波電磁界の照射に伴う細菌体内の物理作用並びに生理化学作用によって、水中の細菌並びに水中のレジオネラ菌の確実な殺菌を行わせる装置を用いて解決するものである。

前記装置の構成が、殺菌を目的とする水中へのマイクロ波照射領域、マイクロ波発生装置、該マイクロ波発生装置から前記マイクロ波照射領域へマイクロ波が有効に伝達されるためのインピーダンス整合領域、前記マイクロ波照射領域に殺菌を目的とする水を送り込む装置の４部分の基本要素を具備し、前記マイクロ波発生装置から出力するマイクロ波が前記インピーダンス整合領域を経由して前記マイクロ波照射領域に入り、該記マイクロ波照射領域内に取り込まれる殺菌を目的とする前記水に照射することにより解決するものである。

本発明は今までにない手段を用いているため、従来の方法が抱えている上述の課題を全てクリヤでき、しかも、本発明の装置の構成が簡単で、搬送可能な小型化が可能であり、運転操作や維持管理も簡単に行える。また、煩雑である薬剤等の濃度管理も不要となる。

（マイクロ波照射領域へのマイクロ波吸収効率を検査するための理論）
マイクロ波発生装置から出力されたマイクロ波がマイクロ波照射領域へ有効に照射吸収されるかを、照射対象となる水のマイクロ波吸収による水の温度上昇によって、検査するための理論を以下に記述する。

前記マイクロ波照射領域に満たされている水が、マイクロ波照射吸収によって増加する水の総熱量ΔＱ［ｃａｌ］の時間変化は、前記マイクロ波照射領域に流入する水の温度が一定であるとすると、熱に関する連続の式により、
但し、ｔ［秒］は時間、Ｐ［Ｗ］は前記マイクロ波照射領域に存在する水に照射吸収されるマイクロ波電力、Ｗ［ｃａｌ／秒］は核マイクロ波照射領域から水が流出することによる１秒当りの流失熱量を示す。なお、（１）式中のＰの係数０．２４は、１［ｃａｌ］＝０．２４［Ｗ×秒］の単位換算に由来する。

水の比熱を１として、ΔＱについて次式が成り立つ。
ΔＱ＝ＶΔＴ （２）
但し、Ｖ［ｃｃ］は前記マイクロ波照射領域に存在する水の体積、ΔＴ［℃］は前記マイクロ波照射吸収による水の温度上昇分を示す。

また、水の比熱を１として、Ｗについて次式が成り立つ。
Ｗ＝ＵΔＴ （３）
但し、Ｕ［ｃｃ／秒］は前記マイクロ波照射領域から流出する水の１秒当りの流出量を示す。

（１）式から（３）式より、ΔＱとＷを消去すれば、次式を得る。

前記マイクロ波照射吸収の開始後、十分に時間が経った定常状態では、（４）式の左辺の時間変化をゼロとして解くと、水の温度上昇分は次式で与えられる。

実装置において、ＰとＵを適宜設定して定常状態での水の温度上昇分ΔＴを測定し、（５）式による理論計算結果の５０％以上であれば、前記マイクロ波照射領域へのマイクロ波吸収が適切に行われていると判断する。そうでなければ、前記インピーダンス整合領域の設計が適切でないと判断する。

（前記マイクロ波照射領域の水中に於けるマイクロ波電界強度を見積もる理論）
前記マイクロ波照射領域の水中に於けるマイクロ波のポインティング・ベクトルΠ［Ｗ／ｍ^２］は
但し、Ｅ_ｍ［Ｖ／ｍ］は前記マイクロ波照射領域の水中に於けるマイクロ波の電界強度の最大値、Ｈ_ｍ［Ａ／ｍ］は前記マイクロ波照射領域の水中に於けるマイクロ波の磁界強度の最大値、ｃ［ｍ／秒］は光速、ε［Ｆ／ｍ］は水の誘電率、を示す。

前記マイクロ波照射領域に於けるマイクロ波進行方向に垂直な断面積をＳ［ｍ^２］とし、電界強度はその断面積上で平等と仮定すると、次式となる。
Π＝ＰＳ （７）
但し、Ｐは該マイクロ波照射領域に存在する水に照射吸収される前記マイクロ波電力である。

（６）式と（７）式からΠを消去すれば、次式のようなＥ_ｍとＰの関係が得られる。

例えば、前記マイクロ波照射領域に照射される前記マイクロ波電力がＰ＝６００［Ｗ］、該マイクロ波照射領域におけるマイクロ波進行方向に垂直な断面積が
Ｓ＝１．２×１０^−２［ｍ^２］のとき、光速ｃ＝２．９９７×１０^８［ｍ／秒］、水の誘電率
ε＝ε_ｓε_Ｏ＝８０×８．８５４×１０^−１２［Ｆ／ｍ］を考慮すると、前期電界強度の前記最大値Ｅ_ｍは、
Ｅ_ｍ＝６８５［Ｖ／ｍ］ （９）
となる。

前記マイクロ波照射領域に満たされている水並びに細菌の両者が、例えば、海水又はそれに近いような電解質の場合、導電流成分が生じる。この場合を考えると、レジオネラ菌等の細菌の平均長ｌ＝３［μｍ］にかかる最大電位差Ｖ_ｍは
Ｖ_ｍ＝Ｅ_ｍｌ＝０．００２０［Ｖ］ （１０）
となり、比例則でいえば、水中の人体が１１００ボルトの電圧に感電するのに相当する。この（１０）式の前記最大電位差が前記細菌内に導電流を誘起し、電気的生理化学作用による殺菌が十分に可能である。なお、マイクロ波は電界と磁界が互いに誘導し合う誘導電磁界であり、（９）式で与えられるような前記電界強度はマイクロ波の変動磁界によって生じる誘導電界そのものであるから、前記導電流は、前記変動磁界が誘起する誘導電流と言い換えることができる。

一方、前記マイクロ波照射領域内の水を純粋の誘電体と考えるとき、前記マイクロ波磁界を作り出すのは変位電流であり、この該変位電流の単位面積当りの密度、即ち、変位電流密度ｊ_ｄ［Ａ／ｍ^２］は
で与えられる。但し、Ｄ［Ａ・秒／ｍ^２］は電束密度の瞬時値、ｔ［秒］は時間、Ｅ［Ｖ／ｍ］は電界強度の瞬時値を示し、この該電界強度の瞬時値Ｅは前記電界強度の前記最大値Ｅ_ｍとマイクロ波角周波数ω［秒^−１］を用いて次式で表される。
Ｅ＝Ｅ_ｍｓｉｎωｔ （１２）

電流連続の理により、水中の前記変位電流密度が細菌の個体内に、細菌が電解質と考えられるときは等量の導電流密度を、細菌が純粋の電解質の考えられるときは該等量の変位電流密度を誘起するが、何れにしても細菌の個体内に誘起される該等量の電流密度を変位電流密度ｊ_ｄ［Ａ／ｍ^２］という呼称に統一しておく。

（１１）式と（１２）式より、細菌の個体内の前記変位電流密度ｊ_ｄは、
ｊ_ｄ＝ωεＥ_ｍｃｏｓωｔ （１３）
となるので、細菌の個体内の該変位電流密度の最大値ｊ_ｄｍは、
ｊ_ｄｍ＝ωεＥ_ｍ （１４）

例えば、（９）式の場合と同じ例、即ち、前記マイクロ波照射領域に照射される前記マイクロ波電力がＰ＝６００［Ｗ］、前記マイクロ波照射領域におけるマイクロ波進行方向に垂直な前記断面積がＳ＝１．２×１０^−２［ｍ^２］のとき、（９）式の結果と水の誘電率
ε＝ε_ｓε_Ｏ＝８０×８．８５４×１０^−１２［Ｆ／ｍ］を考慮すると、細菌の個体内の前記変位電流密度の最大値ｊ_ｄｍは（１４）式より、
ｊ_ｄｍ＝５．２×１０^５［Ａ／ｍ^２］ （１５）

人の場合、致死域は心臓に０．０３９［Ａ］以上の電流が流れるときと言われるが、心臓の筋肉の断面積を０．０００１［ｍ^２］と見積もって致死量となる電流密度ｊ_Ｏ［Ａ／ｍ^２］を概算すると、
ｊ_Ｏ＝３９０［Ａ／ｍ^２］ （１６）

電流密度は生物の大小を問わず共通に比較できると考えられるので、（１５）式と（１６）式との直接的比較が意味を持つ。（１５）式で与えられる細菌の個体内の前記変位電流密度の最大値ｊ_ｄｍは、（１６）式で与えられる人の前記致死域となる前記電流密度ｊ_Ｏをはるかに越えている。

現実には、前記マイクロ波照射領域に満たされている水並びに細菌は、それぞれ誘電体的性質と導体的性質を併せ持つことが多いので、９０度の位相差をもって流れる前記導電流と前記変位電流の両者を併せ持ち、上述のように、両者共に殺菌効果の可能性が大きい。結局、細菌の個体内には、（８）式又は（９）式に示される電界によって流れる前記導電流と（１４）式又は（１５）式に示される前記変位電流が９０度の位相差でベクトル的に合成された電流が流れる。細菌が電解質と考えられる場合でも、細菌が誘電体考えられる場合でも、細菌に流れる大きな電流密度は、細菌の個体内の分極化された分子、イオン、電子の多量の移動又は変位を来たすことを意味しており、この移動又は変位が高周波振動で繰り返し起きているので、分子同士や分子とイオン間の振動摩擦が細菌の組織を物理的に破壊し、又、摩擦で生じるイオンが化学的に細菌の生理作用を停止させるに至る。

（装置全体の最良の形態）
本発明を実現する装置の概要を請求項２及び請求項４に則って図１に示し、代表的な装置の構成を請求項２及び請求項４及び請求項５及び請求項６及び請求項７及び請求項８に則って図２に示す。以下、図２を参照して実施の形態を説明する。

マイクロ波発生装置１から出力されたマイクロ波がインピーダンス整合領域２を経由してマイクロ波照射領域３に最も有効に伝達される形態は、請求項８に記述するように、図２に示す円筒同軸型である。全体装置の中央に前記マイクロ波照射領域３、その左右にそれぞれ前記インピーダンス整合領域２、更にその左右に２個の前記マイクロ波発生装置１が連結される。この形態によってマイクロ波が無駄なく細菌を包含する水中に照射吸収させることが可能となる。

（前記マイクロ波照射領域３の最適な軸方向長さ１３）
マイクロ波が前記インピーダンス整合領域２から境界窓９を通して前記マイクロ波照射領域３に照射され、マイクロ波が軸方向に減衰しながら前記マイクロ波照射領域３に侵入するので、マイクロ波電界が減衰する回転対称軸６方向の距離以内に収まるように前記マイクロ波照射領域３の軸方向長さ１３を設定する必要がある。

応用価値の高い周波数ｆ＝２．４５［ＧＨｚ］（波長λ＝０．１２２５［ｍ］）のマイクロ波を用いた場合の軸方向減衰の様子を、照射マイクロ波電力やマイクロ波電界検出用プローブの種々の条件で測定した結果を図３の半対数グラフに示す。縦軸はマイクロ波強度で任意目盛り、横軸は前記マイクロ波照射領域３と前記境界窓９との境界面から前記マイクロ波照射領域３内にマイクロ波が侵入する軸方向深度の距離を表す。なお、測定は、前記外側円筒導体７の直ぐ内側に前記マイクロ波照射領域３内のマイクロ波に殆ど影響を与えないように細い導入管を設けて電界検出プローブを挿入して行った。

図３に於けるマイクロ波強度 対 軸方向進入距離の関係はどの条件でも同じ傾きで減衰していることが分り、この様子から、どの条件でも水中マイクロ波の減衰距離が
δ＝０．０１３［ｍ］ （１７）
であることが分る。

図２の装置では、マイクロ波が前記マイクロ波照射領域３の左右両側から照射入力されるので、該マイクロ波照射領域３の最適な軸方向長さ１３は（１７）式で与えられる距離の２倍程度が最適と考えられる。

（前記インピーダンス整合領域２の最適な軸方向長さ１２）
前記マイクロ波発生装置１から出力されたマイクロ波が有効に前記マイクロ波照射領域３に照射入力される為には、該マイクロ波照射領域３と前記境界窓９との境界面、及び、前記マイクロ波発生装置１の出力端の双方が共に、マイクロ波振動の腹の位置になるようにしなければならない。このためには、前記インピーダンス整合領域２の最適な軸方向長さ１２はマイクロ波の半波長程度でなければならない。例えば、周波数がｆ＝２．４５［ＧＨｚ］のときは、前記インピーダンス整合領域２の最適な軸方向長さ１２が
程度である必要がある。

（前記マイクロ波照射領域３における殺菌を目的とする水の満たし方と供給方法）
請求項５に記述するように、該マイクロ波照射領域３の前記内側円筒状導体８と前記外側円筒状導体７との間に殺菌を目的とする水を満たし、水以外の誘電体を包含しないようにする。この理由は水以外の多くの誘電体の誘電率が水のそれに比べて小さいので、もし、殺菌を目的とする水中に他の誘電率の小さ誘電体が存在するときは、静電理論により、誘電率の小さな他の誘電体に大きな電界が掛かり、対象とする水に掛かる電界が可也減少する恐れがあるためである。

殺菌を目的とする水の前記マイクロ波照射領域３への供給方法は、請求項５に記述するように、前記外側円筒状導体７に、殺菌を目的とする水の流入口と流出口、即ち、照射前の水の流入口４と照射後の水の流出口５を設ける。

（前記マイクロ波照射領域３に於ける殺菌を目的とする水の供給の別方法）
該マイクロ波照射領域３において、前記同一の回転対称軸６上に配置される前記内側円筒状導体８と前記外側円筒状導体７との間に鋏まれた領域に殺菌を目的とする水が満たされる代わりに、請求項１０に記述するように、殺菌を目的とする水を流通させる誘電体であるホース又は誘電体であるパイプ（管）を前記内側円筒状導体８と前記外側円筒状導体７との間にコイル状に巻いて前記マイクロ波照射領域３を構成する方式も考えられが、前記ホース又は前記パイプ（管）の誘電率が水の誘電率よりも小さいときに、マイクロ波電界が該ホース又は該パイプ（管）に集中することになり、困難が予想される。また、該ホース間隙又は該パイプ（管）間隙の空気層も同様の影を与えるので、空気層を出来るだけ排除しなければ困難が予想される。

（装置の形態と寸法）
図２のように、左右両側にマイクロ波発生装置１を接続した同軸型装置を作成し、該同軸型装置の各寸法を外側円筒状導体７の直径１０をＤ＝０．１０８［ｍ］、内側円筒状導体８の直径１１をｄ＝０．０１８［ｍ］、インピーダンス整合領域２の軸方向長さ１２をＬ_１＝０．０５５［ｍ］、マイクロ波照射領域３の軸方向長さ１３をＬ_２＝０．０５０［ｍ］とした場合につき、以下の各試験を行った。なお、前記マイクロ波発生装置１を除いた該同軸型装置全体の軸長は約２０センチメートル、直径は約１５センチメートルという小型で実現できた。

（前記インピーダンス整合領域２の性能試験）
左右の各前記マイクロ波発生装置１から前記マイクロ波照射領域３に照射入力されるマイクロ波電力の総計をＰ＝３５０［Ｗ］に設定して、該マイクロ波照射領域３に不純物のない水を満たした後に、該マイクロ波照射領域３に不純物のない水を一定流速Ｕ＝３０［ｃｃ／秒］で流し込んだ。このとき、水温の温度上昇が（５）式による理論によればΔＴ＝２．８［℃］と算出されるのに対して、実測温度の上昇がΔＴ＝２．６［℃］と、ほぼ理論値と一致した。このことは、前記マイクロ波発生装置１から前記マイクロ波照射領域３にマイクロ波電力が効率よく照射入力されることを意味し、前記インピーダンス整合領域２の性能が発揮されていることを示している。前記インピーダンス整合領域２の前記軸方向長さＬ_１＝０．０５５［ｍ］が（１８）式で与えられる理論長と１０パーセントの誤差で合っていることからも裏付けられる。

（試験液）
細菌のサンプルとしてカスピ海ヨーグルトの素材となる乳酸菌に選んで、井戸水５．０［リットル］当り、この該乳酸菌を含むヨーグルト原液を０．２［リットル］を均一に混入させ、一日熟成させて試験液とした。

（本試験）
本発明による殺菌効果を確かめる本試験として、左右の各前記マイクロ波発生装置１から前記マイクロ波照射領域３に照射入力されるマイクロ波電力の総計をＰ＝６００［Ｗ］に設定して、前記マイクロ波照射領域３に前記試験液を満たした後に、該マイクロ波照射領域３に該試験液を一定流速Ｕ＝１００［ｃｃ／秒］で流し込んだ。

以上の準備の下、前記試験液５．２［リットル］を１回だけ前記マイクロ波照射領域３に通過させるマイクロ波照射実験を行った。該マイクロ波照射領域３に流入させる流速がＵ＝１００［ｃｃ／秒］なので、前記試験液５．２［リットル］を照射するのに５２秒かかった。照射前後の生菌の状況を位相型顕微鏡で観測し、その映像を５２秒のうちの２０秒間、ＣＣＤカメラで撮影し、コンピュータにビデオ映像として保存した。この映像から、マイクロ波照射前後の各々で、映像視界に写る生菌の個数を算定する。マイクロ波照射前の映像の一場面を図４に、マイクロ波照射後の映像の一場面を図５に示す。

図４では２２個の生菌が観測されるが、図５では、たまたま、１個の生菌が見られるものの、死菌の残骸が多く観測された。２０秒間の（瞬時々々の生菌の個数）×（観測時間［２０秒］）をマイクロ波照射前後で算出すると、次の表１のようになった。

表１を見ると、照射前に比べて照射後の生菌の個数は約３０分の１に激減していることが分る。

前記試験液が前記マイクロ波照射領域３で照射される時間ｔ_ｉは、該マイクロ波照射領域３に於ける前記試験液の占める体積Ｖ＝４４５［ｃｃ］を該マイクロ波照射領域３に流
マイクロ波照射だけで、照射前後の生菌の個数が約３０分の１に激減していることは、本発明の効果が絶大であるといえる。

前記マイクロ波照射領域３に照射入力されるマイクロ波電力を大きくする、又は、前記マイクロ波照射領域３に殺菌を目的とする水を流入させる流速を減らす、又は、照射回数を複数回にする等で、照射後の生菌の個数を限りなく減少させることは容易である。

以上、本発明による方法と装置による水中の殺菌の可能性が大であると言える。

参考までに、上記実験条件Ｐ＝６００［Ｗ］、Ｕ＝１００［ｃｃ／秒］の場合、１０［ｍ^３］の大型浴槽の水を全てマイクロ波照射するのに掛かる時間は約２８時間となり、このときの積算電力は１６．８［ｋＷｈ］で、この電力料金は５００円に満たない。前記マイクロ波電力Ｐを大きくすれば照射時間を減らすことができる。この場合でも、電力と時間の積で決まる積算電力は変わらない。

以上のように、本発明は温泉水浴槽又は一般浴槽又はプール又は各種水槽又は冷却塔又は上水道又は海産物洗浄用海水又は汚水処理水等のあらゆる水利施設における水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌への適用が可能で、次のような効果がある。
（１） 本発明の装置は小型化が容易であり、殺菌を対象とするシステムに固定して設置できることは勿論、殺菌を対象とするシステムと着脱容易で且つ移動搬送可能に構成されることが可能である。
（２） 従来の方法及び装置では、装置の運転や装置の維持管理並びに薬剤等の維持管理と濃度管理が簡単ではないという課題を抱えているのに対して、本発明は運転操作や維持管理も簡単に行え、且つ、煩雑である薬剤等の維持管理と濃度管理も不要となる。
（３） 従来の方法及び装置では、安定した殺菌効果を維持することが難しいのに対して、本発明では安定した殺菌効果が得られる。
（４） 本発明の装置の設備設計が容易である。

以上、本発明が浴槽又はプール又は各種水槽又は冷却塔又は上水道又は海産物洗浄用海水又は汚水処理水等のあらゆる水利施設に於ける水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌に適用することによる医学的衛生効果、環境効果、及び、経済効果が、従来の方法及び装置に比較して大であるといえる。

本発明を実現する装置の概要 本発明を実現する代表的な装置の構成 水中マイクロ波の減衰距離を査定するために使用する「マイクロ波強度 対軸方向進入距離」の関係を示す測定グラフ マイクロ波照射前の水中乳酸菌の位相差顕微鏡写真（１０００倍）。白抜きの矢印が生菌で２２個存在する。 マイクロ波照射後の水中乳酸菌の位相差顕微鏡写真（１０００倍）。白抜きの矢印が生菌で１個しか存在せず、死菌の残骸が多く存在する。生菌が見られない時間帯もある。

符号の説明

１ マイクロ波発生装置
２ インピーダンス整合領域
３ マイクロ波照射領域
４ 照射前の水の流入口
５ 照射後の水の流出口
６ 回転対称軸
７ 外側円筒状導体
８ 内側円筒状導体
９ 境界窓
１０ 外側円簡状導体の直径Ｄ
１１ 内側円筒状導体の直径ｄ
１２ インピーダンス整合領域の軸方向長さＬ_１
１３ マイクロ波照射領域の軸方向長さＬ_２

Claims (12)

1. 水中の細菌並びに水中のレジオネラ菌の殺菌をマイクロ波照射によって行わせることを特徴とするマイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌方法。
2. 水中の細菌並びに水中のレジオネラ菌の殺菌をマイクロ波照射によって行わせることを特徴とするマイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌装置。
3. 前記殺菌方法の構成が、殺菌を目的とする水中へのマイクロ波照射領域、マイクロ波発生手段、該マイクロ波発生手段から前記マイクロ波照射領域へマイクロ波が有効に伝達されるためのインピーダンス整合領域、前記マイクロ波照射領域に殺菌を目的とする水を取り込む手段の４部分の基本要素を備え、前記マイクロ波発生手段から出力するマイクロ波が前記インピーダンス整合領域を経由して前記マイクロ波照射領域に入り、該マイクロ波照射領域内に取り込まれる殺菌を目的とする前記水に照射して成ることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌方法。
4. 前記殺菌装置の構成が、殺菌を目的とする水中へのマイクロ波照射領域、マイクロ波発生装置、該マイクロ波発生装置から前記マイクロ波照射領域へマイクロ波が有効に伝達されるためのインピーダンス整合領域、前記マイクロ波照射領域に殺菌を目的とする水を取り込む装置の４部分の基本要素を具備し、前記マイクロ波発生装置から出力するマイクロ波が前記インピーダンス整合領域を経由して前記マイクロ波照射領域に入り、該マイクロ波照射領域内に取り込まれる殺菌を目的とする前記水に照射して成ることを特徴とする請求項２記載のマイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌装置。
5. 前記マイクロ波照射領域が、同一の回転対称軸上に配置される２本の円筒状導体、即ち、断面円半径が軸方向に一定であるか又は一定でないかの何れかである内側円筒状導体と断面円半径が軸方向に一定であるか又は一定でないかの何れかである外側円筒状導体の２本の前記円筒状導体に鋏まれた領域で構成され、該領域の軸方向両端にアクリル板等の誘電体で成る境界窓を設けて該領域を密閉すると共に、前記外側円筒状導体に殺菌を目的とする水の流入口及び流出口を設置して、前記領域に殺菌を目的とする水が満たされる同軸円筒型構成で成ることを特徴とする請求項４記載のマイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌装置。
6. 前記インピーダンス整合領域が、同一の回転対称軸上に配置される２本の円筒状導体の間に、即ち、断面円半径が軸方向に一定であるか又は一定でないかの何れかである内側円筒状導体と断面円半径が軸方向に一定であるか又は一定でないかの何れかである外側円筒状導体との間に鋏まれた領域で構成され、該領域に空気又は真空又は誘電体によって満たされて成ることを特徴とする請求項４記載のマイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌装置。
7. 請求項６のインピーダンス整合領域が請求項５のマイクロ波照射領域と共通の回転対称軸上に配置されていると共に、該マイクロ波照射領域を構成する前記外側円筒状導体と前記インピーダンス整合領域を構成する前記外側円筒状導体が直接又は平板リングを介して間隙なく接続され、且つ、前記マイクロ波照射領域を構成する前記内側円筒状導体と前記インピーダンス整合領域を構成する前記内側円筒状導体が直接又は平板リングを介して隙間なく接続して成ることを特徴とする請求項４記載のマイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌装置。
8. 請求項５のマイクロ波照射領域が回転対称軸上に１個設置され、該回転対称軸上に請求項６のインピーダンス整合領域が前記マイクロ波照射領域の左側及び右側に各々連結させて合計２個設置され、該左側に設置する前記インピーダンス整合領域の更に左側にマイクロ波発生装置を１個接続し、前記右側に設置する前記インピーダンス整合領域の更に右側に更にもう１個のマイクロ波発生装置を接続して構成して成ることを特徴とする請求項４記載のマイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌装置。
9. 請求項５のマイクロ波照射領域が回転対称軸上に１個設置され、該回転対称軸上に請求項６のインピーダンス整合領域が前記マイクロ波照射領域の左側又は右側に連結させて設置され、該左側又は該右側に設置する前記インピーダンス整合領域の更に左側又は右側にマイクロ波発生装置を接続して構成して成ることを特徴とする請求項４記載のマイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌装置。
10. 請求項５のマイクロ波照射領域が、前記回転対称軸上に配置される前記内側円筒状導体と前記外側円筒状導体との間に鋏まれた領域に殺菌を目的とする水が満たされる代わりに、殺菌を目的とする水を流通させる誘電体のホース又は誘電体のパイプ（管）を前記内側円筒状導体と前記外側円筒状導体との間にコイル状に巻いて成ることを特徴とする請求項４記載のマイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌装置。
11. マイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌方法に於いて、インピーダンス整合領域がマイクロ波発生手段の出力としてのアンテナを備える任意形状の導波管で成る手段を備え、該インピーダンス整合領域が、殺菌を目的とする水の流入口並びに流出口を備え且つ該水を溜める機能を備える任意形状の導波管又は任意形状の共鳴箱で構成されるマイクロ波照射領域に接続して成ることを特徴とする請求項１又は請求項３記載のマイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌方法。
12. マイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌装置に於いて、インピーダンス整合領域がマイクロ波発生装置の出力としてのアンテナを具備する任意形状の導波管で成ると共に、該インピーダンス整合領域が、殺菌を目的とする水の流入口並びに流出口を具備し且つ該水を溜める機能を具備する任意形状の導波管又は任意形状の共鳴箱で構成されるマイクロ波照射領域に接続して成ることを特徴とする請求項２又は請求項４記載のマイクロ波照射による水中細菌並びに水中レジオネラ菌の殺菌装置。