JP4039435B2 - オゾン殺菌装置及び殺菌方法 - Google Patents

Description

本発明は、寝具等の被殺菌物を殺菌する際に用いられるオゾン殺菌装置及び殺菌方法関するものである。

寝具等を殺菌、滅菌する殺菌装置として、殺菌用ガスとしてオゾンを用い、オゾン雰囲気中に被殺菌物を晒すことにより、被殺菌物をオゾン殺菌する装置が提案されている。

一般的に、ベッドマットや枕等の被殺菌物は、その内部に多量の空気を含むため、オゾン雰囲気中に晒すだけでは被殺菌物内部を十分に殺菌することが困難である。そのため、被殺菌物を収容した処理室を真空ポンプ等で吸引排気することにより、被殺菌物の内部の空気を除去し、オゾンを被殺菌物内部に浸透しやすくしている。

したがって、オゾン殺菌装置は、オゾン発生装置と、オゾン発生装置に接続される酸素製造装置（ＰＳＡ）等の他に、処理室内の空気を吸引排気する真空ポンプ等を備えている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３７８５１号公報

しかしながら、従来のオゾン殺菌装置では、酸素製造装置の備える空気吸引手段と、処理空間内を減圧するための空気吸引手段とがそれぞれ別の系で構成されていた。そのため、ＰＳＡに接続されるコンプレッサと処理空間に接続される真空ポンプとが必要になり、オゾン殺菌装置を構成する機器に重複が生じるといった問題があった。

構成機器の重複は、初期コスト及び運転コストが多くなると共に、オゾン殺菌装置の設置スペースが大きくなってしまう。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、機器構成を簡単にすることができるオゾン殺菌装置及び殺菌方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、処理室内に収容した内部にオゾンが浸透しにくい被殺菌物を殺菌するオゾン殺菌装置において、上記処理室に接続され処理室内の空気を吸引して処理室を減圧すると共にその空気を圧縮する圧縮機と、その圧縮機からの圧縮空気を収容すると共に処理室内を所定圧力まで減圧できる容積に形成されたバッファタンクと、そのバッファタンク内の圧縮空気を導入して酸素を製造する酸素製造装置と、その酸素製造装置から供給される酸素からオゾンを発生させると共にそのオゾンを上記処理室内に供給するオゾン発生装置とを備えるオゾン殺菌装置である。

請求項２の発明は、上記処理室と上記圧縮機との間にはオゾン分解触媒部が接続される請求項１記載のオゾン殺菌装置である。

請求項３の発明は、上記バッファタンクの容積Ｖ_b［m³］が、上記処理室の容積をＶ［m³］とし、処理室の減圧後の圧力をＰ［MPa］とし、バッファタンクの定格圧力をＰ_b[MPa]とし、大気圧をＰ₀[MPa]とすると、以下の式：
Ｖ_b＝（Ｐ₀−Ｐ）Ｖ／（Ｐ_b−Ｐ₀）
を満たすよう形成される請求項１または２記載のオゾン殺菌装置である。

請求項４の発明は、上記酸素製造装置が、上記バッファタンクからの圧縮空気を導入して窒素を吸着して酸素を上記オゾン発生装置へ流す複数の吸着筒と、その吸着筒を切り換える切換弁とを備える請求項１〜３いずれかに記載のオゾン殺菌装置である。

請求項５の発明は、処理室内に収容した内部にオゾンが浸透しにくい被殺菌物を殺菌するオゾン殺菌方法において、上記処理室に接続される圧縮機で処理室内の空気を吸引して処理室を減圧すると共にその空気を圧縮し、上記処理室内を所定圧力まで減圧できる容積に形成されたバッファタンクに圧縮空気を収容し、上記バッファタンクに接続される酸素製造装置に圧縮空気を導入して酸素を製造し、酸素製造装置に接続されるオゾン発生装置に酸素を供給してオゾンを発生させると共にそのオゾンを上記処理室内に供給して上記被殺菌物をオゾン殺菌するオゾン殺菌方法である。

請求項６の発明は、オゾン殺菌後の処理室にバッファタンクからの圧縮空気を供給しながら処理室内のオゾンを含む空気をオゾン分解触媒部を介して圧縮機に吸引すると共にバッファタンクを介して循環させる請求項５記載のオゾン殺菌方法である。

本発明によれば装置の構成を簡単にできるという優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本発明のオゾン殺菌装置の好適な実施の形態を示した模式図である。

本実施の形態に係るオゾン殺菌装置１０は、被殺菌物Ａを収容する処理室１１と、その処理室１１に接続される圧縮機（コンプレッサ）１２と、圧縮機１２に接続されるバッファタンク（圧力タンク）１３と、バッファタンク１３に接続される酸素製造装置１４と、酸素製造装置１４と処理室１１とに接続されるオゾン発生装置（オゾナイザ）１５とを備える。

圧縮機１２、バッファタンク１３、酸素製造装置１４及びオゾン発生装置１５は処理室１１の外部に設けられ、圧縮機１２が室内ガス吸引ライン１６を介して処理室１１と接続され、オゾン発生装置１５がオゾン供給ライン１７を介して処理室１１と接続されている。

処理室１１は、被殺菌物Ａを収容可能で気密な空間であればよく、例えば、建物の一室、或いは可搬性の袋や箱等が挙げられる。

オゾン殺菌装置１０で殺菌する被殺菌物Ａは、寝具（ベットマットや枕）等、その内部に空気を含むものに特に効果を有するが、シーツ等の殆ど空気を含有しないリネン製品の殺菌にも用いることができる。

圧縮機１２は、処理室１１内のガスを吸引してバッファタンク１３に圧送する装置である。バッファタンク１３は、圧縮機１２により圧縮された圧縮空気を一時的に溜めるタンクであり、処理室１１内を所定の圧力まで減圧するまで、処理室１１内の空気を収容できる容積に形成されている。

酸素製造装置（ＰＳＡ：Pressure Swing Adsorption）１４は、複数（図１では２つ）の吸着筒１８と、各吸着筒１８へ流入させる空気の経路を切り換える切換弁１９とを備える。吸着筒１８は、窒素を吸着する媒体を備えており、空気から窒素を取り除いて酸素を流すものである。酸素製造装置１４では、各吸着筒１８のバッファタンク１３側のラインにそれぞれ設けられる切換弁１９の開閉を制
御することで、吸着筒１８の窒素吸着状態と窒素開放（媒体再生）状態とを切り換える。

オゾン発生装置１５は、供給される酸素を原料として、その酸素からオゾンを発生させ、そのオゾンを処理室１１へ供給する装置である。オゾン発生装置１５は、酸素取込口（図示せず）側が酸素製造装置１４に接続され、オゾン吐出口（図示せず）側がオゾン供給ライン１７を介して処理室１１に接続されている。オゾン発生装置１５としては、プラズマ放電型のオゾナイザ等が挙げられる。オゾン供給ライン１７にはオゾン供給バルブ２４が設けられている。

また、室内ガス吸引ライン１６の途中には、オゾンを含む空気からオゾンを除去するオゾン分解触媒部２１が設けられている。バッファタンク１３には、処理室１１と直接接続され、バッファタンク１３内のガスを処理室１１へ送る空気供給ライン２２が設けられ、その空気供給ライン２２にはリークバルブ２３が設けられている。

次に、オゾン殺菌装置１０の作動方法について説明する。

まず、リークバルブ２３及びオゾン供給バルブ２４を閉じ、処理室１１内の空気を圧縮機１２で吸引する。吸引された空気は圧縮機１２で圧縮されて、その圧縮空気がバッファタンク１３に収容される。このとき処理室１１内は空気吸引のため減圧され、処理室１１内の被殺菌物Ａ内の空気も吸引される（脱気される）。

ここで、処理室１１を所望の圧力まで減圧するために必要なバッファタンク１３の容積Ｖ_bは、処理室１１の容積と減圧後の圧力とに関係して決定され、ボイルの法則から導出される。処理室１１の容積をＶ［ｍ³］とし、減圧後の処理室１１の圧力をＰ［MPaG］とし、バッファタンク１３の定格圧力をＰ_b［MPaG］とすると、バッファタンクの容積Ｖ_b［ｍ³］は、
Ｖ_b＝（−Ｐ／Ｐ_b）Ｖ （１）
で表される。例えば、５気圧（0.4MPaG）まで加圧可能なバッファタンク１３を用いたとき、バッファタンク１３の容積は、処理室１１の容積に対して１／４にすればよい。具体的な例として、容積２ｍ³の処理室を-0.1MPaGまで減圧するのに必要なバッファタンク１３の容積は0.5ｍ³となる。

本実施の形態では、処理室１１の減圧後の室内圧力を-0.09〜-0.05［MPaG］（0.01〜0.05［MPa］）とするべく、バッファタンク１３の容積は、処理室１１の容積に対して1/300〜1倍となるようにするのが好ましく、バッファタンク１３の定格圧力を0.1〜１５［MPaG］（0.2〜15［MPa］）とするのが好ましい。

上記の（１）式は各圧力の単位をゲージ圧力（単位［MPaG］）で表したものであり、各圧力を絶対圧力（単位［MPa］）で表すと、バッファタンク１３の容積Ｖ_bは、大気圧の圧力をＰ₀としたとき以下の（２）式で表される。

Ｖ_b＝（Ｐ₀−Ｐ）Ｖ／（Ｐ_b−Ｐ₀） （２）
処理室１１内を所定の圧力まで減圧した後、圧縮機１２を停止する、或いは圧縮機１２とバッファタンク１３間に設けられる図示しないバルブを閉の状態にする。

次に、酸素製造装置１４の切換弁１９を開の状態にすると、バッファタンク１３内の圧縮空気が酸素製造装置１４に供給される。また、切換弁１９と共に、オゾン供給バルブ２４も開の状態にする。

酸素製造装置１４では、吸着筒１８にて空気中の窒素が吸収され、酸素がオゾン発生装置１５に供給される。具体的には、一方の切換弁１９を開、他方の切換弁１９を閉にし、一方の吸着筒１８を窒素を吸着する。所定時間経た後、各切換弁１９の開閉を逆にし、切換弁１９を開とした吸着筒１８では窒素を吸着し、切換弁を閉とした吸着筒１８では窒素を開放する（吸着媒体を再生する）。切換弁１９，１９を交互に開閉して、各吸着筒１８，１８で、窒素吸着状態と窒素開放（再生）状態とが交互に遷移するようにして空気から酸素を分離している。

このとき、吸着筒１８から開放した窒素は、図示しないラインを通して処理室１１へ戻してもよく、オゾンガスと共にオゾン供給ライン１７を通して処理室１１へ供給してもよい。

酸素製造装置１４にて空気から分離された酸素は、オゾン発生装置１５にて、オゾンとなる。オゾン発生装置１５は、酸素からオゾンを生成し、そのオゾンをオゾン供給ライン１７を介して処理室１１へ供給する。

これにより、処理室１１内は、オゾンガスが流入されてオゾン雰囲気となる。このとき、被殺菌物Ａは、オゾンを吸収しながら体積を膨張（復元）させるので、オゾンが被殺菌物Ａの表面だけでなく被殺菌物Ａの内部へも浸透し、被殺菌物Ａを十分に殺菌することができる。

被殺菌物Ａの殺菌を行った後、リークバルブ２３及び酸素製造装置１４の切換弁１９を全て閉じ、圧縮機１２とバッファタンク１３との間にある図示しないバルブを開にする、或いは圧縮機１２を再駆動して、処理室１１内のオゾンを含む空気を吸引し減圧する。減圧により、処理室１１内の被殺菌物Ａ内のオゾンも吸引される（脱気される）。吸引されたオゾンは、オゾン分解触媒部２１を通ることで除去されて、空気のみがバッファタンク１３に収容される。次に、リークバルブ２３を開にして、バッファタンク１３内に収容された空気を処理室１１に流入（返還）させる。

この処理室１１内のオゾンをオゾン分解触媒部２１で除去し、オゾンが除去されたバッファタンク１３内の空気を処理室１１内へ送る循環工程を所定時間或いは所定回数行い、処理室１１のオゾンを十分に除去する。最後に、処理室１１のオゾンが十分に除去された後、処理室１１から被殺菌物Ａを取り出して終了となる。

オゾン殺菌装置１０では、圧縮機１２が、処理室１１内を減圧すると共に、バッファタンク１３へ空気を圧送している。そのため、処理室１１に通じて設けられる処理室減圧用の真空ポンプ等を別に設ける必要がなく、省略することができる。

また、オゾン殺菌装置１０では、処理室１１内の空気中の酸素を原料としてオゾンを生成している。そのため、オゾン発生装置１５に接続される酸素供給源等を設ける必要がなく、省略することができる。

したがって、本実施の形態のオゾン殺菌装置１０は、従来のオゾン殺菌装置に比べて装置を構成する機器が少なく、簡単に装置を構成することができ、設置スペースを小さくすることができる。

次に、オゾン殺菌装置の他の好適な実施形態について図２に基づいて説明する。

基本的な構成部分は、上述した図１のオゾン殺菌装置１０とほぼ同様であり、同一構成部分には、図１の場合と同一の符号を付してあり、その説明は省略する。

図２に示すように、本実施の形態のオゾン殺菌装置３０は、処理室１１内に圧縮機１２、バッファタンク１３、酸素製造装置１４、オゾン発生装置１５及びオゾン分解触媒部２１を収容したものである。ガス吸引ライン１６、オゾン供給ライン１７及びリークライン２２は、処理室１１内で開口して設けられている。

さらに、処理室１１内がオゾンガス雰囲気になった際、圧縮機１２及び酸素製造装置１４をオゾンガスから保護するべく、圧縮機１２及び酸素製造装置１４はそれぞれ保護ケース３１，３２内に収容されている。図中では、圧縮機１２及び酸素製造装置１４がそれぞれ保護ケース３１，３２で収容されているが、複数の装置（例えば、圧縮機１２、バッファタンク１３、酸素製造装置１４、オゾン発生装置１５及びオゾン分解触媒部２１）を一つの保護ケース内に収容してもよい。

さらに、圧縮機１２、酸素製造装置１４及びオゾン発生装置１５等の各装置、及び各バルブ２３，２４の開閉を操作する制御装置が処理室１１の外に設けられる（図示せず）。

本実施の形態のオゾン殺菌装置３０は、前実施の形態のオゾン殺菌装置１０と同様な作用効果を有する。

また、処理室１１内は完全に、或いはほぼ完全に密閉状態にあると共に、殺菌ガスとして用いるオゾンは分解触媒部２１において除去されるように、空気が装置１０内を循環している。したがって、処理室１１内と装置外部との間にオゾンガスを含有する空気の受け渡しがなく、処理室１１を完全に隔離することができる。

本実施の形態のオゾン殺菌装置を示す模式図である。 他の実施の形態のオゾン殺菌装置を示す模式図である。

符号の説明

１０ オゾン殺菌装置
１１ 処理室
１２ 圧縮機
１３ バッファタンク
１４ 酸素製造装置
１５ オゾン発生装置
Ａ 被殺菌物

Claims (6)

1. 処理室内に収容した内部にオゾンが浸透しにくい被殺菌物を殺菌するオゾン殺菌装置において、上記処理室に接続され処理室内の空気を吸引して処理室を減圧すると共にその空気を圧縮する圧縮機と、その圧縮機からの圧縮空気を収容すると共に処理室内を所定圧力まで減圧できる容積に形成されたバッファタンクと、そのバッファタンク内の圧縮空気を導入して酸素を製造する酸素製造装置と、その酸素製造装置から供給される酸素からオゾンを発生させると共にそのオゾンを上記処理室内に供給するオゾン発生装置とを備えることを特徴とするオゾン殺菌装置。
2. 上記処理室と上記圧縮機との間にはオゾン分解触媒部が接続される請求項１記載のオゾン殺菌装置。
3. 上記バッファタンクの容積Ｖ_b［m³］は、上記処理室の容積をＶ［m³］とし、処理室の減圧後の圧力をＰ［MPa］とし、バッファタンクの定格圧力をＰ_b[MPa]とし、大気圧をＰ₀[MPa]とすると、以下の式：
   Ｖ_b＝（Ｐ₀−Ｐ）Ｖ／（Ｐ_b−Ｐ₀）
   を満たすよう形成される請求項１または２記載のオゾン殺菌装置。
4. 上記酸素製造装置は、上記バッファタンクからの圧縮空気を導入して窒素を吸着して酸素を上記オゾン発生装置へ流す複数の吸着筒と、その吸着筒を切り換える切換弁とを備える請求項１〜３いずれかに記載のオゾン殺菌装置。
5. 処理室内に収容した内部にオゾンが浸透しにくい被殺菌物を殺菌するオゾン殺菌方法において、上記処理室に接続される圧縮機で処理室内の空気を吸引して処理室を減圧すると共にその空気を圧縮し、上記処理室内を所定圧力まで減圧できる容積に形成されたバッファタンクに圧縮空気を収容し、上記バッファタンクに接続される酸素製造装置に圧縮空気を導入して酸素を製造し、酸素製造装置に接続されるオゾン発生装置に酸素を供給してオゾンを発生させると共にそのオゾンを上記処理室内に供給して上記被殺菌物をオゾン殺菌することを特徴とするオゾン殺菌方法。
6. オゾン殺菌後の処理室にバッファタンクからの圧縮空気を供給しながら処理室内のオゾンを含む空気をオゾン分解触媒部を介して圧縮機に吸引すると共にバッファタンクを介して循環させる請求項５記載のオゾン殺菌方法。
   

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