JP5945885B2 - 殺菌装置 - Google Patents

Description

本発明は、クリーンルーム壁面等を含む対象空間の殺菌に使用する過酸化水素ガスの発生装置に関する。

従来、クリーンルーム内の殺菌にはホルムアルデヒドガスが使用されてきた。しかしホルムアルデヒドガスは急性毒性や発癌性など、人体への有害性が問題視されるようになったことから、代替ガスを使用することが求められている。

代替ガスの中でも、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）ガスは、２Ｈ_２Ｏ_２→２Ｈ_２Ｏ+Ｏ_２の化学式のように分解することで最終的に酸素と水になり、有害な物質が発生しないことから注目されている。そのため、過酸化水素ガスは、特許文献１〜３に示すように、チャンバ内や室内の殺菌に使用されている。

特開２０１１−１２５７８８号公報 特表２００３−５０９１６５号公報 特開２００６−２８８６４７号公報

しかしながら、過酸化水素ガスを発生させるために使用する過酸化水素水は通常３５ｗｔ％の水溶液として市販されているため、これを殺菌に用いる場合、以下のような理由から、対象室内の湿度が上昇するという問題点があった。
（１）過酸化水素水を蒸発させると、過酸化水素ガスと水蒸気が発生する。
（２）室内の殺菌では、過酸化水素ガスを所定の時間、所定の濃度以上に維持する必要がある。しかし、過酸化水素ガスは大気中で徐々に分解するため、所定の濃度以上に維持するためには継続して過酸化水素水をガス化する必要がある。そのため、それに伴って水蒸気も発生する。

上記２つの理由により、従来の技術では対象室内の湿度が上昇する。そのため、壁面等に水蒸気の結露が発生し、クリーンルームの構造材を腐食させるという問題があった。なお、過酸化水素ガス発生時に結露が発生しないように十分な除湿を行うためには冷却コイルを有する除湿装置等の大型で複雑な装置が必要となるが、そのような装置を殺菌装置に組み込むのは経済性や設置スペースの観点からも現実的ではない。

例えば、特許文献１のチャンバにおける滅菌装置では、蒸発させた水蒸気を含む過酸化水素ガスの除湿を除湿剤で行うことで、結露水の発生を防止している。しかし、除湿剤を要する装置は、チャンバ程度の容積を対象としたときには効率的に機能するが、クリーンルーム等の大きな容積を対象として活用するのは装置が大型になるため現実的ではない。

また、例えば特許文献２および３のように、冷却コイルを有する除湿装置を用いる技術もある。しかし、これらの装置では、水蒸気を含む過酸化水素ガスを冷却する際に冷却コイルに結露水が生じ、この結露水に過酸化水素ガスが溶け込むことにより、除湿と同時に過酸化水素ガス濃度も低下する。また、冷却コイルの温度と過酸化水素ガス濃度によっては過酸化水素ガス自体が結露するため、過酸化水素ガスを所定の濃度以上に維持することが困難となる。

本発明は、上記のような問題点を解決するために提案されたものである。本発明の目的は、水蒸気の割合が少ない過酸化水素ガスと水蒸気の混合ガス(低湿度過酸化水素ガス)を対象空間に安定して供給することのできる殺菌装置を提供することである。

本実施形態の殺菌装置は、次の構成を有することを特徴とする。

（１）過酸化水素水を蒸発させて対象空間を殺菌する殺菌装置において、ガス発生チャンバ内で過酸化水素水を蒸発させるガス発生部と、過酸化水素ガスに対して耐食性があり、過酸化水素ガスと水蒸気を分離する樹脂からなる中空糸状フィルタを有する除湿部と、分離した水蒸気を冷却凝縮する水蒸気回収部と、凝縮しなかった水蒸気を前記対象空間に放出する残余水蒸気排出路と、を備える。

（２）中空糸状フィルタの内部を加圧、あるいは周囲を減圧、またはその両方を同時に行う圧力制御手段を備えることが好ましい。

（３）前記樹脂としては、シリコーンゴムを用いることが好ましい。

（４）前記水蒸気回収部は、内部に冷却部を設けても良い。

本発明によれば、過酸化水素水を蒸発させて過酸化水素ガスと水蒸気を発生させた場合に、中空糸状フィルタによって過酸化水素ガスと水蒸気を効果的に分離することができる。これにより、室内壁面などの構成材料に対して腐食性の少ない低湿度過酸化水素ガスを対象室内に供給して殺菌することが可能となる。

本発明に係る殺菌装置の第１の実施形態を示す構成図である。 本発明に係る殺菌装置の中空糸状フィルタの機能を示す模式図である。 中空糸状フィルタが過酸化水素ガスと水蒸気を分離する機能を持っていることを検証するための実験装置の構成図である。 中空糸状フィルタの前後における気体の絶対湿度を示すグラフである。

以下、本発明に係る殺菌装置の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

［第１の実施形態］
［1．構成］
第１の実施形態に係る殺菌装置の構成を図１に示す。図１に示すように、この殺菌装置は、主にガス発生部Ａ、中空糸状フィルタを有する除湿部Ｂ、および水蒸気回収部Ｃにより構成されている。各構成部について、図を参照しながら詳細に説明する。

［Ａ．ガス発生部］
ガス発生部Ａは、過酸化水素水を蒸発させることで過酸化水素ガスと水蒸気を発生させるものであって、ガス発生チャンバ１、過酸化水素水を貯溜する過酸化水素水タンク２および送液手段３を有する。ガス発生チャンバ１の内部には、加熱部４が設けられている。過酸化水素水タンク２の過酸化水素水が送液手段３によってガス発生チャンバ１内の加熱部４に滴下され、滴下された過酸化水素水は加熱蒸発する。ガス発生チャンバ１には、ガス供給口５が設けられている。ガス供給口５には、後述する除湿部Ｂのガス導入口７と通ずるように、ガス供給路５ａが設けられている。

［Ｂ．除湿部］
除湿部Ｂは、ガス発生部Ａで発生した過酸化水素ガスと水蒸気を分離するものであって、筒状のフィルタ容器６を有する。フィルタ容器６の上流側にはガス導入口７が設けられている。前述の通り、このガス導入口７とガス発生部Ａのガス供給口５とは、ガス供給路５ａによって連通されている。

フィルタ容器６の内部には、過酸化水素ガスに対して耐食性を有するシリコーン製の中空糸状フィルタ８が設けられている。中空糸状フィルタ８は、数千本単位の中空糸状かつ無孔質のシリコーン樹脂よりなり、その中空部がガス導入口７と後述の低湿度過酸化水素ガス供給口９に連通するように配設される。ガス発生部Ａで発生した水蒸気の割合が多い過酸化水素ガスと水蒸気の混合ガス(高湿度過酸化水素ガス)は、この中空糸状フィルタ８の中空部を通過する。

フィルタ容器６の下流側には、低湿度過酸化水素ガス供給口９が設けられている。低湿度過酸化水素ガス供給口９は、低湿度過酸化水素ガス供給路９ａを介して対象室内へ開放されている。この低湿度過酸化水素ガス供給路９ａには中空糸状フィルタ８内の圧力を上げるために増圧手段１０が設けられている。増圧手段としては、バルブやポンプを用いることができる。

フィルタ容器６の下流側の側面には、水蒸気排出口１１が設けられている。この水蒸気排出口１１と後述する水蒸気回収部Ｃの水蒸気導入口１６とは、水蒸気排出路１１ａによって連通されている。この水蒸気排出路１１ａには、中空糸状フィルタ８周囲の圧力を下げるために、減圧手段１２が設けられている。減圧手段としては、ポンプを用いることができる。

中空糸状フィルタ８内の増圧、および中空糸状フィルタ８周囲の減圧は、一方もしくは同時に行う。すなわち、除湿部Ｂにおける中空糸状フィルタ８の内部とフィルタ容器６の内部の圧力差を調整する。圧力差を調整することにより、中空糸状フィルタ８の内部を通過する水蒸気が対象空間の壁面に結露水が生じない量となるように調整する。圧力差は90kPa以上とすることが好ましい。通過する水蒸気の量は対象室内の相対湿度が好ましくは７０％以下、より好ましくは５０％以下となるように調節する。また、対象空間の過酸化水素ガス濃度が、２００ｐｐｍ以上に維持されるように制御することが好ましい。

［Ｃ．水蒸気回収部］
図１に示すように、水蒸気回収部Ｃは水蒸気回収チャンバ１３を有し、その内部に冷却部１４が設けられている。

水蒸気回収チャンバ１３には、水蒸気導入口１６と残余水蒸気排出口１７とが設けられている。前述のとおり、水蒸気導入口１６と除湿部Ｂの水蒸気排出口１１とは、水蒸気排出路１１ａによって連通されている。また、冷却部１４は１０〜２０℃に冷却されている。

［２．動作原理］
本発明の実施形態に係る殺菌装置の除湿部Ｂに用いられる中空糸状フィルタ８の動作原理を、図２に基づいて詳細に説明する。図２では説明の便宜上、高湿度過酸化水素ガス２０を、水蒸気２１と過酸化水素ガス２２に分けて図示する。高湿度過酸化水素ガス２０は、中空糸状フィルタ８の中空部を通過する。このとき中空糸状フィルタ８の外部を減圧すると、中空糸状フィルタ８の中空部に供給された高湿度過酸化水素ガス２０に含有される水蒸気２１は、中空糸膜を透過してフィルタ外部へと放出されるが、過酸化水素ガス２２は中空糸膜を透過しない。したがって、中空糸状フィルタ８から対象室内に供給されるガスは一部の水蒸気が除去されており、低湿度過酸化水素ガス２３となっている。

このような、中空糸状フィルタ８は様々なガスの分離に応用されている。しかし、過酸化水素ガスには腐食性があることから、過酸化水素ガスに対して耐食性のある材質による中空糸状フィルタを用いる必要がある。そこで、過酸化水素ガスに対して耐食性を有するとして知られている、シリコーンゴムを用いた中空糸状フィルタの適用が考えられた。しかしながら、シリコーンゴム製の中空糸状フィルタについて過酸化水素ガスと水蒸気を分離する機能に関する知見がなく、殺菌装置等に応用された実績がないことから、後述する実験を行いその性能を確かめた。

［Ａ．実験器具および条件］
本実験には、３５ｗｔ％の過酸化水素水を使用した。また、実験器具および条件は以下に示す通りとした。
（１） 三角フラスコ
（２） 温湿度計測器
（３） 定流量ポンプ（流量：３Ｌ／ｍｉｎ）
（４） 除湿部（シリコーンゴム製の無孔質中空糸状フィルタ内蔵）
（５） 真空ポンプ（流量：４Ｌ／ｈ、圧力：６２．６ｋＰａ）
（６） ふた口フラスコ
（７） 過酸化水素ガス用検知管

［Ｂ．実験装置の構成］
実験の概要を図３に基づいて詳細に説明する。過酸化水素ガスと水蒸気の発生方法は、三角フラスコ内に入れた３５ｗｔ％の過酸化水素水からの自然蒸発とした。定流量ポンプ３４を運転することで、発生した過酸化水素ガスと水蒸気が三角フラスコ３１周辺のエアとともに吸引され、除湿部３５の上流側に設けたゴム栓がされた三角フラスコ３２を介して除湿部３５に供給されるようにした。また、除湿部３５で中空糸状フィルタ４０の外側へ移動しなかったガスが除湿部３５の下流側に設けられた三角フラスコ３６へ供給されるようにした。三角フラスコ３２には温湿度計測器３３を設け、除湿部３５の上流におけるガスの温湿度を計測できるようにした。また、三角フラスコ３６には温湿度計測器３７を設け、除湿部３５の下流におけるガスの温湿度を計測できるようにした。さらに、過酸化水素ガス用検知管３８も三角フラスコ３６に挿入し、除湿部３５の下流におけるガスの過酸化水素濃度を測定できるようにした。

除湿部３５に供給するガスは、中空糸状フィルタ４０の内部を通過させる。除湿部３５は、真空ポンプ４１を運転することにより中空糸状フィルタ４０の外側が減圧状態となるようにした。また、中空糸状フィルタ４０の外側へ移動したガスが除湿用エア導入口４４から４Ｌ／ｈで導入されたエアとともに、ふた口フラスコ４２へ向かうようにした。ふた口フラスコ４２には過酸化水素ガス用検知管４３を設け、過酸化水素ガスが中空糸状フィルタ４０を透過した場合には検出されるようにした。

［Ｃ．実験内容］
まず、真空ポンプ４１を常時運転し、除湿部３５の減圧状態を維持した。温湿度の測定は除湿部３５の上流（三角フラスコ３２）と下流（三角フラスコ３６）において、真空ポンプ４１の運転開始時から行った。真空ポンプ４１の運転開始から１時間経過した後に、定流量ポンプ３４の運転を開始し上流と下流における温湿度の変化を測定した。また、分離した水蒸気を含有するエア(ふた口フラスコ４２)と除湿部３５の下流（三角フラスコ３６）におけるガスの過酸化水素濃度を測定した。

［Ｄ．実験結果］
図４は、除湿部３５の前後における過酸化水素ガスと水蒸気の混合ガスの絶対湿度を示すグラフである。グラフの横軸を時間とし、除湿部３５の上流および下流で測定した温湿度を基に算出した絶対湿度をプロットした。真空ポンプ４１の運転および温湿度の測定開始から１時間経過後、定流量ポンプ３４の運転を開始した。この定流量ポンプ３４の運転時において、下流側の絶対湿度が上流側の絶対湿度より、平均して０．００２ｋｇ／ｋｇ’低くなった。また、三角フラスコ３６の過酸化水素ガス用検知管３８によって、１０ｐｐｍ以上の過酸化水素ガスが検出された。一方、ふた口フラスコ４２の過酸化水素ガス用検知管４３では、過酸化水素ガスは未検出であった。

以上の結果から、シリコーンゴム性の無孔質中空糸状フィルタによって、過酸化水素ガスと水蒸気を分離できることが確認された。

［３．作用］
本実施形態における殺菌装置について、図１を参照しながら、実際の水蒸気・ガスの流れに沿って作用効果を説明する。

まず、殺菌装置を起動すると、過酸化水素水タンク２より送液手段３によって過酸化水素水が加熱部４に供給される。供給された例えば３５ｗｔ％の過酸化水素水は、加熱部４によって加熱されて、蒸発する。この際過酸化水素水に含まれる水も過酸化水素とともに蒸発するため、発生するガスは、高湿度になる。過酸化水素水が蒸発してガスになるとガス発生チャンバ１内の圧力が高くなるため、ガス発生チャンバ１内のガスはガス供給口５から排出され、ガス供給路５ａを介して除湿部Ｂに供給される。

除湿部Ｂのガス導入口７から除湿部Ｂの内部へ供給された高湿度過酸化水素ガスは、シリコーンゴム製の中空糸状フィルタ８の中空に導入される。除湿部Ｂは減圧手段１２により減圧状態となっているため、高湿度過酸化水素ガスに含まれる水蒸気の一部は、中空糸状フィルタ８を透過して排出される。従って、除湿部Ｂの下流側では低湿度過酸化水素ガスとなる。低湿度過酸化水素ガスは、低湿度過酸化水素ガス供給路９ａを介して対象室内に放出される。すなわち、ガスの流れは、ガス発生部Ａ（高湿度）→ガス供給路５ａ→除湿部Ｂ（低湿度化）→低湿度過酸化水素ガス供給路９ａ→対象室内、となる。

一方、中空糸状フィルタ８の外部へ排出された水蒸気は、除湿部Ｂのフィルタ容器６の水蒸気排出口１１より排出され、水蒸気排出路１１ａを通り、水蒸気回収部Ｃに供給される。水蒸気が冷却部１４によって冷却されることで凝縮水１５となり、水蒸気回収チャンバ１３に貯留される。凝縮しなかった水蒸気は、残余水蒸気排出路１７ａを通り対象室内に放出される。すなわち、水蒸気の流れは、ガス発生部Ａ（高湿度）→ガス排出路５ａ→除湿部Ｂ（分離）→水蒸気排出路１１ａ→水蒸気回収部Ｃ（水蒸気の一部を回収）→残余水蒸気排出路１７ａ→対象室内、となる。

［４．効果］
本実施形態の殺菌装置によれば、次のような効果が発揮される。
（１）加熱蒸発により発生した過酸化水素ガスと水蒸気は、除湿部Ｂのシリコーンゴム製の中空糸状フィルタ８により、水蒸気の一部が分離される。これにより、対象室内に水蒸気の結露を発生させることなく殺菌することができる。従って、対象室内の建材を腐食させることがない。

（２）除湿部Ｂにて分離された水蒸気は水蒸気回収部Ｃで回収される。この構成により、分離された水蒸気をそのまま対象空間に放出することがないため、対象空間を低湿度に保つことが可能となる。また、凝縮水はチャンバで回収されるため、対象空間の過酸化水素ガスが凝縮水に溶解することはない。すなわち、対象空間を低湿度かつ所定以上の過酸化水素ガス濃度に維持することができる。

また、殺菌装置で室内を殺菌する場合には、対象室外へ過酸化水素ガスを漏洩させないために、対象室の出入り口等の開口を目張りする作業が必要となる。殺菌装置にチューブを設け、水蒸気を対象室外へ放出する場合には、チューブ(水蒸気排出路１１ａ)周りの目張りという作業が生じてしまうが、本発明の実施形態ではそのような作業をする必要がない。

（４）本実施形態では、過酸化水素ガスに対して耐食性を有するシリコーンゴム製の中空糸状フィルタ８を除湿部Ｂに適用している。従って、除湿部Ｂを度々メンテナンスしたり交換したりする必要がない。

（５）低湿度過酸化水素ガス供給路９ａには増圧手段１０が設けられている。これにより、除湿部Ｂにおける中空糸状フィルタ８の内部の圧力を高くすることができるため、フィルタ容器６内との圧力差を大きくすることで、中空糸状フィルタ８を透過する水蒸気量を多くすることができる。

［その他の実施の形態］
本明細書においては、本発明に係る実施形態を１つ説明したが、この実施形態は例として提示したものである。本実施形態では、除湿部Ｂで除去した水蒸気の一部を水蒸気回収部Ｃで回収しているが、水蒸気回収部Ｃを設けず、代わりにフィルタ容器６を冷却することで水蒸気を凝縮させても良い。また、本実施形態ではガス発生部Ａに加熱部４を設けたが、噴霧や超音波により過酸化水素水を蒸発させても良い。このように、本実施形態は、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができ、様々な形態で実施されることが可能である。そして、それらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Ａ ガス発生部
Ｂ 除湿部
Ｃ 水蒸気回収部
１ ガス発生チャンバ
２ 過酸化水素水タンク
３ 送液手段
４ 加熱部
５ ガス供給口
５ａ ガス供給路
６ フィルタ容器
７ ガス導入口
８ 中空糸状フィルタ
９ 低湿度過酸化水素ガス供給口
９ａ 低湿度過酸化水素ガス供給路
１０ 増圧手段
１１ 水蒸気排出口
１１ａ 水蒸気排出路
１２ 減圧手段
１３ 水蒸気回収チャンバ
１４ 冷却部
１５ 凝縮水
１６ 水蒸気導入口
１７ 残余水蒸気排出口
１７ａ 残余水蒸気排出路
２０ 高湿度過酸化水素ガス
２１ 水蒸気
２２ 過酸化水素ガス
２３ 低湿度過酸化水素ガス
３１、３２、３６ 三角フラスコ
３３、３７ 温湿度計測器
３４ 定流量ポンプ
３５ 除湿部
３８、４３ 過酸化水素ガス用検知管
４０ 中空糸状フィルタ
４１ 真空ポンプ
４２ ふた口フラスコ
４４ 除湿用エア導入口

Claims (4)

1. 過酸化水素水を蒸発させて対象空間を殺菌する殺菌装置において、
   過酸化水素水を蒸発させるガス発生部と、
   過酸化水素ガスに対して耐食性がある樹脂からなる、水蒸気を分離する中空糸状フィルタを有する除湿部と、
   分離した水蒸気を冷却凝縮する水蒸気回収部と、
   凝縮しなかった水蒸気を前記対象空間に放出する残余水蒸気排出路と、
   を備えることを特徴とする殺菌装置。
2. 前記中空糸状フィルタの内部を加圧、あるいは周囲を減圧、またはその両方を同時に行う圧力制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。
3. 前記樹脂が、シリコーンゴムであることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の殺菌装置。
4. 前記水蒸気回収部は、内部に冷却部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の殺菌装置。

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