JP2014050828A - 殺菌水の生成方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 次亜塩素酸、あるいは、二酸化塩素を主成分とする殺菌水は即効性があり、殺菌力が強力で、かつ、残留性の低い優れた殺菌水であることはよく知られている。しかし、電源がないと生成装置が稼動できず最も必要な被災地での使用が出来ないという問題点がある。
【解決手段】 本発明は、気体を圧力充填したボンベ、炭酸ガスボンベ、次亜塩素酸ナトリウムあるいは亜塩素酸ナトリウムを常備しておけば、電源がなくても水や海水さえあれば装置を稼動でき弱酸性の次亜塩素酸含有水溶液あるいは二酸化塩素含有水溶液を生成できる方法と装置を提案している。
【選択図】図１

Description

本発明は、水や海水に炭酸ガスを混合すると共に、次亜塩素酸ナトリウムあるいは亜塩素酸ナトリウムを混合して弱酸性の次亜塩素酸含有水容液あるいは二酸化塩素含有水溶液を生成する方法や装置に関する。

本発明は、災害時など電気が使えない場合において、電源を使わずに次亜塩素酸含有水溶液あるいは二酸化塩素含有水溶液を生成し、衛生状態を確保するための方法や装置に関する。

次亜塩素酸を主成分とする殺菌水は人体にほぼ無害であり、且つ殺菌効果が優れていることが現在では広く知られている。例えば、次亜塩素酸は次亜塩素酸ナトリウムを水で希釈して遊離塩素濃度が２００ｐｐｍ程度でｐＨ値が８．６程度にした次亜塩素酸ナトリウム水溶液に１０％程度含まれている。次亜塩素酸の比率は、ｐＨ値を下げて弱酸にすることにより、増加しｐＨ値が５近傍でほぼ１００％となることは、以前から知られている。

次亜塩素酸や二酸化塩素を主成分とする殺菌水の生成方法の一例としては、次亜塩素酸ナトリウム水溶液や亜塩素酸ナトリウム水溶液と塩酸などの酸性水溶液とを混合する方法が知られている。

次亜塩素酸を主成分とする殺菌水の生成方法の別の例としては、塩酸水溶液を直接電気分解する方法が知られている。さらには、プラス極とマイナス極の間に隔膜を有する有隔膜電解槽に、塩化ナトリウム水溶液を注入して電気分解することにより、プラス極側に次亜塩素酸水溶液を生成する方法や、塩酸と塩化ナトリウムの混合水溶液を直接電気分解して、生成する方法も知られている。

また、最近では、次亜塩素酸ナトリウム水溶液に炭酸ガスを混合することにより、弱酸性の次亜塩素酸水溶液を生成する方法も紹介されている。

発明が解決しようとする課題

東日本大震災に代表される災害時は、食料や水の確保もさることながら、衛生面の確保が非常に大事である。この衛生を確保するために次亜塩素酸水溶液は非常に有効であるが、電源がないと次亜塩素酸水溶液を生成する装置の運転が出来ないのが現状である。

災害時は、食料や水の確保が最優先されるが、電源普及には時間が掛かる。また、一部普及したとしても、全ての電気機器に通電するほどの容量が得られない場合が多く、必要最低限の機器への通電に限られてしまう。したがって、次亜塩素酸水溶液を生成する装置に通電できない場合が多い。

また、浸水などにより次亜塩素酸水溶液生成装置自体の電気系統が損傷して、装置そのものが使用できない場合も考えられる。したがって、電気を使用せずに次亜塩素酸水溶液を生成ができる装置が災害時には必須となる。

前回の東日本大震災においても、装置を稼動できず被災地以外で生成した次亜塩素酸水溶液を陸送で供給して衛生状態の維持を目指したが、道路の損傷により十分な輸送が出来ず、少量の供給ではとても衛生面の維持が出来なかったのが実情である。

ここで、次亜塩素酸ナトリウム水溶液や亜塩素酸ナトリウム水溶液と酸性水溶液を混合して殺菌水を生成する方法は、手軽に殺菌水を生成できるという利点があるが、混合する酸性水溶液の量のコントロールが難しく、微量定量送りポンプなどにより各液体の注入量をコントロール必要で、電源なくしては使用に耐えない。

また、塩酸水溶液を直接電気分解する方法やプラス極とマイナス極の間に隔膜を有する有隔膜電解槽に、塩化ナトリウム水溶液を注入して電気分解することにより、プラス極側に次亜塩素酸水溶液を生成する方法や、塩酸と塩化ナトリウムの混合水溶液を直接電気分解して、生成する方法においては、電気分解であるため、電源を使わずに稼動させることは不可能である。

課題を解決するための手段

本発明は、水や海水に電源を使わずに次亜塩素酸ナトリウムあるいは亜塩素酸ナトリウムと炭酸ガスを混合することにより、弱酸性の次亜塩素酸水溶液を生成する方法と装置を提案している。

具体的には、水や海水を入れたタンクにボンベから気体を注入することによりタンクに圧力を掛けて、タンク内の水や海水を押し出して装置に送水する。送水された水に炭酸ガスボンベから炭酸ガスを注入し、さらに、その水を断面積縮小部を通して流速を上げることにより動圧を上げ、結果的に発生する負圧を利用して、次亜塩素酸ナトリウムあるいは亜塩素酸ナトリウムを吸い上げて混合する方法である。

ここで、炭酸ガスの混合は、水を流したときに手動でコックを開けることにより供給しても良いし、送水された水の圧力によりピストンを動作させ、その動作によりメカニカルバルブを開けることにより自動的に供給しても良い。次亜塩素酸ナトリウムあるいは亜塩素酸ナトリウムは送水により発生する負圧により吸い上げられるので、自動的に送水時のみに吸い上げられる。

本発明により、気体を圧力充填したボンベ（例えば窒素ボンベ）と炭酸ガスボンベおよび次亜塩素酸ナトリウム溶液または塩素酸ナトリウム溶液を用意しておけば、電源を使わずに次亜塩素酸水溶液あるいは二酸化塩素含有水溶液の生成が出来十分目的を達成できる。

図１は、本発明の模式図を示す。ボンベ１には、窒素ガスが圧力充填されている。ボンベの出口には、圧力調整器２が設けられており、０．０５から０．３ＭＰａ程度に減圧される。圧力調整器の下流には、手動コック３が設けられ、窒素供給管４によりタンク６の窒素注入部５に接続されている。これによい、手動バルブ３を開けることにより、圧力調整器２で設定された圧力がタンク６に加わることになる。

タンク６の底部近傍には排水口７が設けられており、排水口７には送水管８が接続されている。送水管８はフィルター３６、手動コック２９、混合部２３、殺菌剤注入部２４を通過して外部に開放されている。また、送水管８は手動コック２９下流の分岐部９でシリンダ１１と管路１０で接続されており、その下流の炭酸ガス注入部１８でメカニカルバルブ１７の出口と管路１４で接続されている。図では、炭酸ガス注入部１８が殺菌剤注入部２４の上流に位置しているが、殺菌剤注入部２４の下流に位置しても良い。

また、殺菌剤注入部２４と殺菌剤容器２５は管路２６により接続されており、管路２６には流量調整器２７が設けられている。さらに、炭酸ガスが圧力充填されたボンベ２８の出口には圧力調整器２２と手動コック２１が設けられている。手動コック２１とメカニカルバルブ１７の入口は管路２０で接続されており、途中に流量調整器１９が設けられている。

手動コック２をあけると、窒素ガスが窒素供給管４を通ってタンク６に送り込まれる。このとき、タンク６は窒素ガスがタンク６の外に漏れない機密性を有しているため、タンク６内部に窒素ガスの圧力が加わる。つぎに、手動コック２１をあけた状態で手動コック２９をあけると、タンク６内部の水が送水管路６に押し出される。

押し出された水は、混合部２３を通過して薬液注入部２４内部の断面積縮小部を通り外部に放出される。この時、断面積縮小部上流の圧力が上昇するため、管路１０を通してシリンダ１１に圧力が加わり、ピストン１３を押し出す。これにより、支点１５を中心にレバー１２が回動し、メカニカルバルブ１７のボタン１６を押し込む。

ボタン１６が押し込まれることにより、メカニカルバルブ１７が開き炭酸ガスボンベ２８内の炭酸ガスがメカニカルバルブ１７を通り抜けて管路１４を通り、炭酸ガス注入部１８で送水管８に送り込まれる。送り込まれた炭酸ガスは、混合部２３で送水管８を流れる水と撹拌混合されて水に溶け込む。この時、送水管に送り込まれる炭酸ガスの量は、流量調整器１９により調整される。

レバー１２の支点１５に対し、ピストン１３がレバー１２に当たる位置よりもメカニカルバルブ１７のボタン１６がレバー１２に当たる位置を支点１５に近づけることにより、小さなシリンダ１１によりボタン１６を押し込めるため、シリンダ１１に掛かる圧力が無くなった際にボタン１６を戻すバネ（メカニカルバルブ１７に内臓）の力でも容易にピストン１３を押し戻してメカニカルバルブを閉じて炭酸ガスの供給を遮断することが出来る。

ここで、ボタン１６を戻すバネが十分強い場合やピストンの滑り抵抗が小さい場合は、レバー１２を設けずに直接ピストン１３によりボタン１６を押し込んでも良いし、メカニカルバルブ１７の代わりに流体駆動開閉バルブ（図示せず）の駆動圧力入口に管路１０を接続して流体駆動開閉バルブにより直接炭酸ガス供給ライン（管路２０と管路１４）を開閉しても良い。

次に、炭酸ガスが溶解した水は、殺菌剤注入部２４内部の断面積縮小部を通過するが、その際、流速が上がり、それに伴い動圧が上昇する。これにより、断面積縮小部における静圧が下がり負圧となる。この負圧により、容器２５内の殺菌剤が管路２６を通じて吸い込まれる。この際、吸い込まれる量が流量調整器２７により調整され殺菌剤の混合比率が調整される。すなわち、放出される殺菌剤混合水の塩素濃度が調整される。

次に図２および図３によりメカニカルバルブ１７の動作原理を説明する。図２は、シリンダ１１に圧力が加えられていない状態を示し、図３はシリンダ１１に圧力が加えられて状態を示している。シリンダ１１に圧力が加わっていない場合は、メカニカルバルブ１７内に内蔵されたばねによりボタン１６が突き出しており、メカニカルバルブ１７が閉じている状態になっている。したがって、このときは、メカニカルバルブ１７の入口に炭酸ガスの圧力が掛かっていても、メカニカルバルブ１７の出口から炭酸ガスは出ない。

次に、図３に示すように、シリンダ１１に圧力が加わると、ピストン１３が飛び出し、これによってレバー１２が支点１５を中心に回動し、ボタン１６を押し込む。この時、支点１５に対して、ボタン１６よりもピストン１３が遠い位置にあることにより、小さな力でボタン１６を押し込むことが出来る。

ボタン１６が押し込まれると、メカニカルバルブ１７の内部の弁が開き、メカニカルバルブ１７の入口から出口に向かって炭酸ガスが流れる。すなわち、窒素ガスの圧力により送水管８に水が押し出されて送水管８の圧力が上がることにより、ピストン１３が突き出しボタン１６を押し込むことにより、メカニカルバルブ１７で遮断されていた炭酸ガスが開放されて、炭酸ガス注入部１８から送水管８に送り込まれることになる。

そして、手動コック２９を閉じると、送水管８の圧力が無くなり、シリンダに掛かる圧力がなくなる。これによって、メカニカルバルブ１７のボタン１６の戻り力が勝り、ボタン１６が突き出してメカニカルバルブ１７が閉じ、手動コック２９を締めることにより炭酸ガスが自動的に遮断される。つまり、手動コック２９をあけると炭酸ガスが入り、手動コック２９を閉じると炭酸ガスも止まる。

次に、殺菌剤注入部２４内部の断面積縮小部の例を図４および５に示す。断面積縮小部は、図３に示すように緩やかに縮小し、緩やかに拡大する形状が望ましい。緩やかな断面積変化により、流線の乱れが少なく滑らかな流れとなる。しかし、成型加工しない場合は加工費が高くなる。そこで、図４に示すように、急激に断面積を変化させる形状を使うこともある。この場合、流れが乱流になるが、負圧を発生させると言う目的は達成される。もちろん、これ以外の形状でも、流速を上げて負圧を発生させられる形状であれば特にこだわらない。

この断面積縮小部の最も流速が上がる位置３０および３１に、流線と直角方向に細い穴３２を設けることにより、穴３２に負圧が生じ、穴３２から外気を吸い込む。この穴３２に管路２６を接続することにより、容器２５内の殺菌剤を吸い込んで断面積縮小部を流れる水に注入することが出来る。

最後に、本発明のイメージ図を図５に示す。装置３３内部には、分岐部９、シリンダ１１、レバー１２、支点１５、メカニカルバルブ１７、炭酸ガス注入部１８、混合部２３、殺菌剤注入部２４が内臓されている。手動コック２９下流の送水管８、炭酸ガスを送る管路１４、殺菌剤を送る管路２６と流量調整器２７が装置に接続されている。送水管８から水を送ることで、炭酸ガスを混合し、さらに容器２５から殺菌剤を吸い上げて注入混合し吐水管３５から弱酸性の殺菌剤混合水が放出される。

さらに、装置３３には供給される炭酸ガスの圧力を表示できる圧力ゲージが設けられており、炭酸ガスがなくなった場合はゲージで目視できるようになされている。もちろん、圧力ゲージは無くても良い。

また、図１にはフィルター３６、手動コック３、１９、２９が使用されているが、必ずしもこれらは無くても良い。さらに、混合部２３が殺菌剤注入部２４の下流にあっても良いし、混合部２３が無くても良い。

図１の説明では、シリンダ１１、レバー１２、メカニカルバルブ１７を用いて、送水により自動的に炭酸ガスの供給および停止を行っているが、これらを無くして送水した際に手動コック１９を開いて炭酸ガスを供給しても良い。
さらに、炭酸ガス注入部１８は殺菌剤注入部２４の下流に位置しても良い。また、前記説明では窒素ガスを使用しているが、別のガスでも良い。

前記説明では、流量調整器１９および２７を使用しているが、予め内径を定めた固定絞りを使用しても良い。さらに、管路２６に逆流防止弁を設置すれば、手動コック２９は、殺菌剤注入部２４の下流に設置しても良い。

発明の効果

本発明により、災害時に電気が供給されていない状況に置いても、窒素ボンベあるいは別の気体が圧力充填されたボンベと炭酸ガスボンベおよび次亜塩素酸ソーダあるいは亜塩素酸ソーダを常備しておけば、弱酸性の次亜塩素酸含有水溶液あるいは二酸化塩素含有水溶液を生成でき、これらの強い殺菌力により被災地における衛生状態を改善することが出来る。

また、風呂やプールに溜められた水や池の水を使用しても、その水を殺菌水として使用できるし、場合によっては海水を使用することも出来るので、ゴミを除去する簡易的なフィルターを用いることにより、汚れた水も殺菌水として十分使用可能になる。

さらに、フィルターで汚れを除去した水を使って、さらに塩素濃度を抑えれば（１ｐｐｍ以下）海水以外の水であれば飲用水としても使うことが出来る。したがって、被災地での水不足や衛生状態の改善に非常に有効である。

：本実施例の模式図を示す ：メカニカルバルブが閉じている状態を示す ：メカニカルバルブが開いている上体を示す ：断面積縮小部の例を示す。 ：断面積縮小部の別の例を示す ：本発明のイメージ図を示す

１ 窒素ボンベ 、２ 圧力調整器 、３ 手動コック
４ 窒素供給管 、５ 窒素注入部 、６ タンク 、７ 排水口
８ 送水管路 、９ 分岐部 、１０ 管路 、１１ シリンダ
１２ レバー 、１３ ピストン 、１４ 管路
１５ 支点 、１６ ボタン 、１７ メカニカルバルブ
１８ 炭酸ガス注入部 、１９ 流量調整器 、２０ 管路
２１ 手動コック 、２２ 圧力調整器 、２３ 混合部
２４ 殺菌剤注入部 、２５ 容器 、２６ 管路
２７ 流量調整器 、２８ 炭酸ガスボンベ 、２９ 手動コック
３０ 流速が上がる位置 、３１ 流速が上がる位置
３２ 穴 、３３ 装置 、３４ 圧力ゲージ 、３５ 吐水管
３６ フィルター

Claims (6)

1. 水あるいは海水（以下、原水と言う）に次亜塩素酸ナトリウムあるいは亜塩素酸ナトリウム（以下、殺菌剤と言う）と炭酸ガスを混合して弱酸性の次亜塩素酸水溶液あるいは二酸化塩素含有水水溶液を生成ずる方法において、タンクなどの密閉容器に原水を入れ、ボンベに圧力充填された気体を配管を通じて前記容器に排気し、その圧力により前記容器内の原水を容器出口に設けられた送水管を通して加圧送水し、その送水された水にボンベから炭酸ガスを注入すると共に、送水された原水を内径の小さな部分を通過させて動圧を上げることにより発生する負圧を利用して殺菌剤を吸い上げて原水に混合することを特徴とする殺菌水生成方法
2. 水あるいは海水（以下、原水と言う）を貯留できて、さらに、気密性を確保できる原水容器を有し、該容器に原水を投入できる入口と排水できる排水口および気体を注入できる注入口を有し、前記排水口には送水管を有し、気体を圧力充填したボンベを有し、該ボンベと前記注入口をつなぐ管路を有し、該管路の途中に圧力を調整する圧力調整器を有し、炭酸ガスを圧力充填した炭酸ガスボンベを有し、前記送水管路途中と前記炭酸ガスボンベをつなぐ管路を有し、該管路の途中に圧力を調整する圧力調整器を有し、さらに送水管路の先に断面積縮小部を有し、該断面製縮小部の流線方向と直角方向に小径の穴を有し、次亜塩素酸ナトリウムあるいは亜塩素酸ナトリウム（以下、殺菌剤と言う）を貯留できる殺菌剤容器を有し、該殺菌剤容器と前記小径の穴をつなぐ管路を有することを特徴とする殺菌水生成装置
3. 前記送水管路の途中で断面積縮小部の手前に分岐部を有し、圧力を加えることによりピストンが突き出す機構を有し、ボタンを押すことにより開閉する開閉器を有し、前記ピストンを突き出すと前記ボタンが押し込まれる位置に前記ピストンと前記開閉器を配置し、前記分岐部とピストンを有する機構をつなぐ管路を有することを特徴とする請求項２に記載の殺菌水生成装置
4. 前記炭酸ガスボンベと送水管路をつなぐ管路途中で圧力調整器の下流に流量調整器を有することを特徴とする請求項２から３に記載の殺菌水生成装置
5. 前記気体が窒素ガスであることを特徴とする請求項２から４に記載の殺菌水生成装置
6. 前記送水管の途中にスタティックミキサーなどの混合部を有することを特徴とする請求項２から５に記載の殺菌水混合装置

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