JP2010035591A

JP2010035591A - 過熱水蒸気殺菌装置

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Publication number: JP2010035591A
Application number: JP2008198389A
Authority: JP
Inventors: Hisaharu Yagi; 久晴八木; Katsutsugu Morimoto; 克嗣森本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2028-07-31
Also published as: JP4836207B2

Abstract

【課題】過熱水蒸気を含む空気を用い、放電により活性化された粒子を混合して噴出することにより、殺菌を行なうことを可能とする過熱水蒸気殺菌装置を提供することを目的とする。
【解決手段】超音波発生素子１２の駆動により噴霧された水は、過熱水蒸気発生部Ａに配設された蒸気発生用ヒータ１４により摂氏約２００度に過熱されて過熱水蒸気となる。過熱水蒸気は、放電素子１５の近傍を通過する。放電素子１５は高圧電源１６から供給される交流電圧に接続された２電極およびそれらに挟まれたセラミックにより構成され、高圧電圧による放電により、過熱水蒸気中の分子を活性化し、反応性を有する粒子を生じさせる。粒子と過熱水蒸気とが混合されたガス１８Ｇは、噴出開口１１ａから第１風洞１１の外部へ噴出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電素子を用いて、空気中の気体分子を活性化し、得られた荷電粒子または活性物質（以下、荷電粒子および活性物質を総称して単に「粒子」と称する）を対象物へ照射することにより殺菌を行なう技術であって、効果的に殺菌を行なう殺菌装置に関する。

従来、健康改善や大気中の雑菌を排除するために、大気中にマイナスイオン或いはプラスイオンを発生させるイオン発生器が開発されている。これらのイオン発生器は、空気清浄器や、空気調和器（エアーコンディショナー）、掃除機等に搭載されている。

一方で、一般には病院などにおいて、様々な病原菌を除去するためには、アルコールなど様々な殺菌剤を用いた病原菌の除去や、煮沸消毒による除菌が行なわれている。下記特許文献１および特許文献２には、過熱水蒸気により殺菌を行なう装置が開示されている。しかし、この方法では、殺菌対象物の熱容量が大きい場合、表面で熱が失われてしまい、殺菌性能が低下するという問題があり、所定の効果を得るためには、装置の長時間の駆動が必要になる場合があった。

また、常圧加熱水蒸気とコロナ放電とを組み合わせた殺菌装置が特許文献３に開示されている。図５に概略構成を示す。この殺菌装置は、大気圧下で水蒸気を発生させて摂氏６０度以上に加熱する水蒸気供給手段と、この加熱水蒸気を殺菌対象物に噴出させる送風部を備えている。より具体的には、水蒸気供給部１、送風部２、帯電部３、センサー部４、および制御部５を備えている。

帯電部３からは高圧電流によりコロナ放電が発生される。これにより水蒸気を帯電させ、殺菌対象物への付着が促進される。また、噴気が対象物へ到達した時に温度が摂氏６０度以上になるように作動させている。以上の構成により、病原性大腸菌などを数秒から数十秒の短時間で死滅させることを可能としている。

また、類似の方法は、下記特許文献４でも示されており、放電電極へ微細な水滴を供給することによりイオン放出を行なう。
特開２００４−０６９１６８号公報特開２００７−１９５９５６号公報特開２００１−１８７１１９号公報特開２００２−２０３６５７号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に示す過熱水蒸気のみを利用する殺菌装置では、殺菌に時間を要し、装置が大掛かりであるという問題がある。また、特許文献３に示す殺菌装置では、使用中に水蒸気が放電部に付着するため、気体分子を放電により活性な物質へ変換することが困難となり、放電の効率が低下するという問題がある。そのため、殺菌性能が著しく低下するという問題があった。また、特許文献４のイオン発生器では、放電電極が水に覆われると、放電効率が著しく低下するという問題があった。

したがって本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、過熱水蒸気を含む空気を用い、放電により活性化された粒子を混合して噴出することにより、殺菌を行なうことを可能とする過熱水蒸気殺菌装置を提供することを目的とする。

この発明に基づいた過熱水蒸気殺菌装置においては、放電により発生させた粒子を照射することで被処理物の殺菌処理を行なう、過熱水蒸気殺菌装置であって、上記粒子を生成する放電素子と、過熱水蒸気を発生する過熱水蒸気発生部と、上記放電素子および上記過熱水蒸気発生部を収納する第１風洞とを備え、上記粒子と上記過熱水蒸気とが混合された状態で上記第１風洞から被処理面へ噴出されることを特徴とする。

また、上記過熱水蒸気殺菌装置の他の形態として、上記粒子と上記過熱水蒸気とが混合された状態で上記第１風洞から被処理面へ噴出させるための送風装置を備えている。

また、上記過熱水蒸気殺菌装置の他の形態として、過熱水蒸気発生部を、上記放電素子に対して噴出方向の上流側へ配置し、上記放電素子近傍の蒸気が過熱水蒸気の状態で通過することを特徴としている。

また、上記過熱水蒸気殺菌装置の他の形態として、上記放電素子を収納する第２風洞を上記第１風洞に対して分離して設け、上記放電により発生された上記粒子を上記過熱水蒸気発生部で発生させた過熱水蒸気と混合して上記第２風洞から被処理面へ噴出させることを特徴としている。

また、上記過熱水蒸気殺菌装置の他の形態として、上記放電により発生された上記粒子と、上記過熱水蒸気が混合される箇所において、上記過熱水蒸気の過熱状態が保たれるように温度または送風量を設定することを特徴としている。

この発明に基づいた過熱水蒸気殺菌装置によれば、上記放電により発生させた活性な粒子が、過熱水蒸気発生部で発生した過熱水蒸気と結合し、相乗効果により高い殺菌性能を得ることができる。また、発生した水蒸気によって放電装置の機能が妨げられることがなく、安定して強力な殺菌効果を得ることができる。

この発明に基づいた過熱水蒸気殺菌装置の他の形態によれば、過熱水蒸気の発生を少なくする場合、すなわち噴出ガスの温度を下げる場合においても、送風機の働きにより良好な状態で、粒子を第１風洞から噴出させることが可能となる。

この発明に基づいた過熱水蒸気殺菌装置の他の形態によれば、上記放電素子で発生させた粒子が、過熱水蒸気を含む空気と混合され、上記粒子を水蒸気が囲むため、上記粒子が安定化して、消滅することなく遠方へ送ることが可能となる。

この発明に基づいた過熱水蒸気殺菌装置の他の形態によれば、放電部分と過熱水蒸気発生部分を分離した構成を採用することで、殺菌性能を確保しながら、放電部分が腐食することなく、長寿命の装置を実現することが可能となる。

この発明に基づいた過熱水蒸気殺菌装置の他の形態によれば、放電により発生した上記粒子と、上記過熱水蒸気が混合する箇所において、上記過熱水蒸気の過熱状態が保たれるように温度または送風量を設定することで、過熱水蒸気と粒子が良好に混合したまま噴出されることとなる。これにより、効果的な殺菌を行なうことが可能となる。

以下、本発明に基づいた各実施の形態における過熱水蒸気殺菌装置について図を参照して説明する。なお、各実施の形態の説明において、同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。また、各実施の形態においては、家庭用調理器を適用事例としているが、家庭用調理器そのものは特別なものではないのでその図示は省略し、過熱水蒸気殺菌装置を収容する筐体のみを図示するものとする。

また、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組み合わせることは、当初から予定されている。

（実施の形態１）
図１および図２を参照して、本発明の実施の形態における過熱水蒸気殺菌装置の構成について説明する。なお、図１は、本実施の形態における過熱水蒸気殺菌装置１００の概略構成を示す断面図であり、図２は、本実施の形態における他の形態の過熱水蒸気殺菌装置１００Ａの概略構成を示す断面図であり、図３は、本実施の形態における過熱水蒸気殺菌装置１００，１００Ａの制御系統をブロック図で示したものである。

この過熱水蒸気殺菌装置１００は、一端側に噴出開口１１ａを備える第１風洞１１を有し、この第１風洞１１の内部には、超音波発生素子１２、貯水容器１３、蒸気発生用ヒータ１４、放電素子１５、高圧電源１６、および、温度検出装置１７が配設されている。貯水容器１３の内部には水１８が蓄えられ、超音波発生素子１２の駆動により水が噴霧される。

超音波発生素子１２、貯水容器１３、蒸気発生用ヒータ１４、放電素子１５、および温度検出装置１７は、噴霧された水の流れ方向の上流側から下流側（噴出開口１１ａ）に沿って配置されている。超音波発生素子１２、貯水容器１３、および、蒸気発生用ヒータ１４により、過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生部Ａが構成される。

図３を参照して、この過熱水蒸気殺菌装置１００の制御系統は、制御装置１Ａを有し、この制御装置１Ａにより、過熱水蒸気発生部Ａの超音波発生素子１２の電力量制御、過熱水蒸気発生部Ａの蒸気発生用ヒータ１４の通電量制御、および、放電素子１５の高圧電源１６のＯＮ−ＯＦＦ制御が、予め定められたプログラムに基づいて実行される。

また、温度検出装置１７については、その検出結果に基づき、前述の物理量を制御し規定の運転を行なう。また、送風ファン１９（図２参照）が設置された場合は、その通電量制御もしくは回転数制御による送風量制御が行なわれる。なお、温度検出装置１７および制御装置１Ａは、本過熱水蒸気殺菌装置１００が搭載される家庭用調理器等の調理温度の設定と制御を行なう装置を兼ねることも可能である。

再び、図１を参照して、超音波発生素子１２の駆動により噴霧された水は、過熱水蒸気発生部Ａに配設された蒸気発生用ヒータ１４により摂氏約２００度に過熱されて過熱水蒸気となる。過熱水蒸気は、放電素子１５の近傍を通過する。放電素子１５は高圧電源１６から供給される交流電圧に接続された２電極およびそれらに挟まれたセラミックにより構成され、高圧電圧による放電により、過熱水蒸気中の分子を活性化し、反応性を有する粒子を生じさせる。粒子と過熱水蒸気とが混合されたガス１８Ｇは、噴出開口１１ａから第１風洞１１の外部へ噴出される。なお、放電素子１５は、図１の形態に限られず、針状電極型や平板電極型など、どのような方式のものでもかまわない。

噴出開口１１ａから外部へ噴出されたガス１８Ｇは、装置の外部に存在する殺菌対象物である例えば皿Ｄ１へ衝突させられ、この皿Ｄ１へは熱風と上記活性化された空気とが照射される。なお、図１においては、第１風洞１１の形状として、超音波発生素子１２および貯水容器１３の上方に蒸気発生用ヒータ１４を配置することで、水から水蒸気への急激な体積膨張だけで、送風装置を用いることなく、ガス１８Ｇを噴出開口１１ａから外部へ噴出させることが可能である。なお、図２に示すように、蒸気発生用ヒータ１４の背面側に送風ファン１９を備える、過熱水蒸気殺菌装置１００Ａの採用も可能である。

ここで、放電素子１５の設置部を、過熱水蒸気が通過する際に放電部に結露することがないように、過熱水蒸気の過熱水蒸気状態を保つことが重要である。結露を生じると、（ｉ）噴出ガス温度が低下する、（ｉｉ）放電部より送出された正負イオンが結露水に吸収される、などの現象により殺菌効果が減少するからである。また、水滴が対象被処理物に滴下するなどで２次的な汚染を招く恐れがあるからである。そのために、風洞を断熱する、風洞を短くする、または、風洞の出口近傍に過熱水蒸気発生部および放電部を設置するなどの工夫が必要である。

また、過熱状態を確保するために温度検出装置１７を設けて、蒸気発生用ヒータ１４の通電量を制御し、過熱水蒸気温度の最適化を図ること、超音波発生素子１２の電力を制御して水の噴霧量を増減して過熱水蒸気量を制御することは、本実施の形態における効果を確実にする上で好ましい。

この過熱水蒸気殺菌装置１００において、放電電極近傍で生成するプラズマにより、下記のイオンが生成される。正または負に荷電した粒子としては、Ｈ^＋（Ｈ_２Ｏ）ｍ（ｍは任意の自然数）で表す正イオン、Ｏ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）ｎ（ｎは任意の自然数）で表す負イオンを中心として、その他のプラズマ、ラジカル等が挙げられる。

放電条件により様々に電離作用が起きるため、粒子はこれらに限定されるものではない。このような構成によれば、過熱水蒸気に含まれた上記活性なガスが送風され、殺菌対象物に付着して殺菌が行われる。特に、上記の正イオンと負イオンとの効果が著しい。また、両者の共存でその効果がさらに著しいため、これらの生成比率を高めるように条件を最適化することが好ましいといえる。

また、放電により、正および負のイオンを放出することで、正または負のイオンが偏在することで起こる第１風洞１１内における電荷の偏りがなくなるため、空間における電界発生が抑制され、上記荷電粒子が壁面の電界効果により不必要な方向に移動することに起因する衝突および減少を抑制でき、ひいては上記正および負イオンの消滅を抑制するため、効果的に殺菌を行なうことができる。

（実施の形態２）
次に、図４を参照して、実施の形態２における過熱水蒸気殺菌装置２００について説明する。なお、図４は、本実施の形態における過熱水蒸気殺菌装置２００の概略構成を示す図である。本実施の形態における過熱水蒸気殺菌装置２００は、超音波発生素子１２、貯水容器１３、蒸気発生用ヒータ１４、および温度検出装置１７を備える第１風洞２１と、放電素子１５、高圧電源１６、および送風ファン１９を備える第２風洞２２と、を有している。

送風ファン１９から送風された空気は、第２風洞２２内で放電素子１５近傍を通過し、放電素子により発生したプラズマにより活性化される。第２風洞２２で発生した粒子を含む空気は、過熱水蒸気発生部Ａにおいて貯水容器１３から噴霧された水を蒸気発生用ヒータ１４により摂氏約２５０度に過熱することによって生成された過熱水蒸気と、第１風洞２１と第２風洞２２との合流点Ｐで混合される。

また、上記の過熱水蒸気が噴出する際に結露することがないように、過熱水蒸気の過熱水蒸気状態を保つことが重要である。そのためには、（ｉ）過熱水蒸気発生部Ａから第１風洞２１の風洞出口２１ａまでの断熱をする、（ｉｉ）過熱水蒸気発生部Ａから風洞出口２１ａまでを短くする、（ｉｉｉ）風洞出口２１ａ近傍に過熱水蒸気発生部Ａおよび合流点Ｐを設ける、または（ｉｖ）粒子と過熱水蒸気とが混合されたガス１８Ｇを第１風洞２１に循環させるなどの工夫が必要である。

また、第２風洞２２に外気を導入する場合は、過熱蒸気との混合ガスが摂氏１００度以下にならないように送風量を規制するなど工夫が必要である。本実施の形態においては、外気導入を考慮して当初の過熱水蒸気温度を摂氏約２５０度に設定し、実施の形態１の摂氏２００度よりも高い温度設定としている。

また、（ｉ）過熱状態を確保するために温度検出装置１７を設けて蒸気発生用ヒータ１４の通電量を制御し過熱水蒸気温度を安定させる、（ｉｉ）超音波発生素子１２の電力を制御して噴霧量を増減し過熱水蒸気量を制御する、ことは本発明の効果を確実にする上で好ましいといえる。

粒子と過熱水蒸気との混合部において、放電素子から供給されたイオンやラジカルは、過熱水蒸気中の水分子に囲まれ、粒子となる。

その一例として下記が挙げられる。
正イオン：Ｈ^＋＋ｍＨ_２Ｏ → Ｈ^＋（Ｈ_２Ｏ）ｍ（ｍは整数）
負イオン：Ｏ_２ ⁻ ＋ｎＨ_２Ｏ → Ｏ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）ｎ（ｎは整数）
上記の過程を経て装置から噴出した粒子を含む過熱水蒸気はこのあと、上記粒子は被処理対象物Ｄ１へ付着する。そして、これらの粒子は付着物上で凝縮し、上記活性な粒子が反応する。

その一例として、下記が挙げられる。
Ｈ^＋（Ｈ_２Ｏ）ｍ＋Ｏ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）ｎ → ３・ＯＨ＋（Ｈ_２Ｏ）ｍ＋ｎ^−１
この・ＯＨはヒドロキシラジカルであり、微生物やウイルスに反応してそれらの細胞膜を破壊するなどして機能を停止させる働きをするため、付着した微生物を除去することができる。

（実施例）
本実施の形態における過熱水蒸気殺菌装置２００を用いて生成した粒子と過熱水蒸気とが混合されたガス１８Ｇを、サルモネラ菌を付着させた食事用の皿Ｄ１へ照射した。なお、風洞出口２１ａから１０ｃｍ離れた位置に皿を配置した。

まず、比較試験のため、放電を行なわず、過熱水蒸気のみを送風した試験を行なった。試験開始時に熱風の温度は対象物近傍で摂氏８０度に低下したが、その後、連続して送風をした結果、３分後には摂氏２００度に上昇した。

この試験では、初期に付着させたサルモネラ菌は総数１０００ＣＦＵ(colony forming unit:コロニー形成単位)であったが、３分間の処理後には菌数は２３ＣＦＵであった。この残存した菌は、皿Ｄ１の熱容量の影響で、皿Ｄ１の温度が上がらず、十分な殺菌ができなかったものと考えられる。

一方、過熱水蒸気と、放電を同時に行った試験では、初期に付着させたサルモネラ菌は総数１０００ＣＦＵであったが、３分の処理後には菌は検出されず、殺菌効果が著しく高まっていることが確認された。

以上、上記各実施の形態における過熱水蒸気殺菌装置によれば、従来から使用されていた蒸気（過熱水蒸気ではない）による殺菌装置では充分に殺菌できない場合においても、放電により発生したイオンおよびその他の活性種を併用することにより充分な殺菌効果を発揮することができる。

また、放電部分に過熱水蒸気を供給することで放電部を常に乾燥した状態に保ち、その機能低下を起こさずに、上記のイオンおよびその他の活性種を発生させることができると共に、過熱水蒸気との相乗効果により大きな殺菌効果が発揮できる。

以上、今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の実施の形態においては一般的な家庭用調理器を念頭において説明したが、このような設定で発明を実施することは、放電部、過熱水蒸気発生部を小型化することを要求し、結果として多くの機器に搭載可能な大きさとなった。たとえば、理髪店や病院施設などで使用される代表的な殺菌装置であるオートクレーブなどへの適用が可能となる。上記の説明から理解されるように、従来はオートクレーブなどで時間を掛けて行っていた器具の消毒殺菌などをより短時間で確実に行なうことが可能になる。従って、殺菌を必要とする装置への適用が可能となる。

実施の形態１における過熱水蒸気殺菌装置の概略構成を示す断面図である。実施の形態１の他の形態における過熱水蒸気殺菌装置の概略構成を示す断面図である。実施の形態１における過熱水蒸気殺菌装置の制御系統を示すブロック図である。実施の形態２における過熱水蒸気殺菌装置の概略構成を示す断面図である。背景技術における殺菌装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１Ａ制御装置、１１，２１第１風洞、１１ａ噴出開口、１２超音波発生素子、１３貯水容器、１４蒸気発生用ヒータ、１５放電素子、１６高圧電源、１７温度検出装置、１８水、１８Ｇガス、１９送風ファン、２２第２風洞、１００，１００Ａ，２００過熱水蒸気殺菌装置、Ａ過熱水蒸気発生部、Ｄ１皿。

Claims

放電により発生させた粒子を照射することで被処理物の殺菌処理を行なう、過熱水蒸気殺菌装置であって、
前記粒子を生成する放電素子と、
過熱水蒸気を発生する過熱水蒸気発生部と、
前記放電素子および前記過熱水蒸気発生部を収納する第１風洞とを備え、
前記粒子と前記過熱水蒸気とが混合された状態で前記第１風洞第１風洞から噴出されることを特徴とする、過熱水蒸気殺菌装置。
前記粒子と前記過熱水蒸気とが混合された状態で上記第１風洞から噴出させるための送風装置を備える、請求項１に記載の過熱水蒸気殺菌装置。
前記第１風洞において、前記過熱水蒸気発生部を、前記放電素子に対して噴出方向の上流側へ配置し、前記放電素子近傍の蒸気が過熱水蒸気の状態で通過することを特徴とする、請求項１または２に記載の過熱水蒸気殺菌装置。
前記放電素子を収納する第２風洞を前記第１風洞に対して分離して設け、前記放電により発生された前記粒子を前記過熱水蒸気発生部で発生させた過熱水蒸気と混合して前記第１風洞から噴出させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の過熱水蒸気殺菌装置。
前記粒子と前記過熱水蒸気とが混合される箇所において、前記過熱水蒸気の過熱状態が保たれるように、温度または送風量を設定することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の過熱水蒸気殺菌装置。