JP6411286B2 - 過酸化水素ガス除去装置 - Google Patents
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Description
この問題を解決するために、結露を発生させない湿度環境下で除染を行う必要がある。除染の評価確認には、指標菌(Geobacillus stearothermophilus)を付着させたバイオロジカルインジケーター(BI)を用いて行われるが、その除染効果は過酸化水素ガス濃度および湿度環境に依存する。
低湿度環境下では除染効果が低下するため、その分過酸化水素ガス濃度を高くする必要がある。一方、高湿度環境下では除染効果は増加するが、周囲環境の空調変動等により露点以下の状態となると、結露のリスクが高まる。このため、ゼオライト等の除湿剤を充填したカートリッジ型の除湿器を用いて除湿することも行われているが、この除湿器は高価であり、一定の水分を吸着して飽和状態となると交換しなければならないので、ランニングコストがかかるとともに交換作業に手間がかかるという問題がある。さらに除湿工程を経てから除染工程に入ると、より作業工程時間が長くかかるという問題がある。
前記除染対象空間に、当該除染対象空間を事前に除湿することなく、過酸化水素ガスを含む空気を供給するとともに、高分子膜式エアードライヤを用いて除湿した圧縮ガスを前記除染対象空間に供給することによって、前記除染対象空間を所定の相対湿度に保持して、所定濃度の過酸化水素ガスで満たすことを特徴とする。
また、除染対象空間に、当該除染対象空間を事前に除湿することなく、過酸化水素ガスを含む空気を供給するので、事前に除染対象空間を除湿する場合に比して、除染時間を短縮することができる。
前記除染対象空間の流出口に一端部が接続され、前記除染対象空間の流入口に他端部が接続された循環流路と、
この循環流路に設けられて、前記流出口側から前記流入口側に向けて空気または過酸化水素ガスを含む空気を送風して循環させる送風手段と、
前記循環流路に設けられて、前記流出口から流出された空気または過酸化水素ガスを含む空気中の相対湿度を検出する湿度センサと、
この湿度センサより下流側の前記循環流路に一端部と他端部とがそれぞれ接続された第1分岐流路と、
この第1分岐流路に設けられて、当該該1分岐流路を流れる空気または過酸化水素ガスを含む空気を圧縮する圧縮手段およびこの圧縮手段によって圧縮された圧縮ガスを除湿する高分子膜式エアードライヤと、
前記第1分岐流路の一端部と前記循環流路との接続部に設けられて、前記第1分岐流路に流す空気または過酸化水素ガスを含む空気の流量を調整する流量調整手段と、
前記第1分岐流路より下流側の前記循環流路に接続されて、当該循環流路に過酸化水素ガスを供給する過酸化水素供給手段と、
少なくとも前記湿度センサおよび前記流量調整手段が接続された制御部とを備え、
前記制御部が、前記湿度センサによって検出された相対湿度に基づいて、前記流量調整手段を制御することによって、前記除染対象空間を所定の相対湿度に保持して、所定濃度の過酸化水素ガスで満たすことを特徴とする。
このように流量調整手段を制御することによって、高分子膜式エアードライヤによって過酸化水素ガスを含む空気から水分を除去できるとともに、除去される水分量を調整できるので、相対湿度を所定の値に管理できるとともに結露を防止でき、この相対湿度に応じて過酸化水素ガスの濃度を所定の濃度に管理できる。
このようにして、相対湿度および過酸化水素ガス濃度を適切に管理することによって、除染対象空間を安定的に除染できる。
このように流量調整手段を制御することによって、第1分岐流路に流す流量を調整し、高分子膜式エアードライヤによる相対湿度の低下を抑制するともに、過酸化水素供給手段によって過酸化水素ガスとともに湿気が循環流路に供給されて、相対湿度が上昇する。
したがって、相対湿度を所定の値に管理でき、この相対湿度に応じて過酸化水素ガスの濃度を所定の濃度に管理できるので、除染対象空間を安定的に除染できる。
この第2分岐流路に過酸化水素ガスを分解する過酸化水素分解手段が設けられていることが好ましい。
図1は、本実施の形態に係る過酸化水素ガス除染装置の概略構成を示すブロック図である。
図1に示すように、過酸化水素ガス除染装置は、過酸化水素ガスを用いて、除染対象空間1を除染するものであり、循環流路2を備えている。循環流路2の一端部2aは除染対象空間1の流出口1aに接続され、他端部2bは除染対象空間1の流入口1bに接続されている。なお、除染対象空間1および循環流路2は基本的に密閉された閉鎖系となる。
除染対象空間1としては、例えば医薬品製造分野で使用されるアイソレーターの作業空間や、微生物実験やウイルスの取り扱い時に使用される安全キャビネットの作業空間が挙げられるがこれに限るものではない。
このような除染対象空間1は、基本的に気密構造となっているが、微量の漏れは存在し、また、除染時外部からの空気流入を防止するために陽圧に保持する必要がある。
送風手段3は、直流ブラシレスモータにより羽根が回転することによって、空気等の流体を送風する送風機である。この送風機(送風手段3)は羽根の回転数をリニアに制御可能であり、風量を無段階にて調整可能である。この送風手段3によって、除染対象空間1の流出口1aから流入口1bに向けて、空気または過酸化水素ガスを含む空気を送風して循環流路2を循環させるようになっている。なお、送風手段3は、流量調整手段8と後述するクッションタック23との間の循環流路2に設けられている。
温度センサ4と流出口1aとの間の循環流路2には、HEPAフィルター等のフィルター11が設けられており、このフィルター11によって、塵、微生物等の微粒子を捕捉するようになっている。また、このフィルター11は、何らかの要因で循環流路2を流通する空気等が逆流した場合に、除染対象空間1に前記微粒子が侵入するのを防止する機能も有している。
過酸化水素分解手段12は、主成分が白金から成り、その分解反応によって過酸化水素を無害化するようになっている。
過酸化水素分解手段12より上流側の第2分岐流路7には電磁バルブ13が設けられ、この電磁バルブ13は制御部10に接続されている。また、第2分岐流路7には、外部流出路14が接続され、この外部流出路14には電磁バルブ15が設けられ、この電磁バルブ15は制御部10に接続されている。また、過酸化水素分解手段12より下流側の第2分岐流路7には電磁バルブ16が接続され、この電磁バルブ16は制御部10に接続されている。
また、このヒータ18より下流側の循環流路2には前記過酸化水素供給手段9が設けられ、この過酸化水素供給手段9より下流側の循環流路2に第2分岐流路7の他端部が接続されている。
また、除染動作時、つまり除染対象空間1の除染時には、電磁バルブ13,15,16を閉じるとともに、電磁バルブ17を開けることによって、過酸化水素ガスを含む空気を循環流路2に流すことによって、過酸化水素分解手段12による過酸化水素ガスの分解を防止して、過酸化水素ガスの無駄を防止するようになっている。
クッションタンク22,23は、後述する圧縮手段25としての圧縮ポンプ25への吸入および吐出による、循環流路2および除染対象空間1の圧力変動を少なくするためのものである。
すなわち、流量調整手段8は、第1分岐流路6に流す流量(風量)と、循環流路2に流す流量(風量)とをリニアに制御可能であり、第1分岐流路6にのみ空気または過酸化水素ガスを含む空気を流す制御、循環流路2にのみ空気または過酸化水素ガスを含む空気を流す制御は勿論のこと、第1分岐流路6と循環流路2との双方にそれぞれ空気または過酸化水素ガスを含む空気をその流量を調整して流すような制御をリニアに行えるようになっている。したがって、流量調整手段8は、後述する高分子膜式エアードライヤ26を通過する風量をリニア制御し、これによって、相対湿度の調整を行えるようになっている。
圧縮手段25としては例えば圧縮ポンプ25を使用できるが、この圧縮ポンプ25を使用せずに、外部から圧縮空気や圧縮窒素ガス等を第1分岐流路6に導入してもよい。このようにすれば、装置構成が簡単になるという利点がある。
このような高分子膜式エアードライヤ26は、湿分分離時にパージエアーとして少量の圧縮ガスを排気するが、この少量の圧縮ガスを圧縮ポンプ25の入口側に戻すために、高分子膜式エアードライヤ26には、戻り流路28の一端部が接続され、当該戻り流路28の他端部は圧縮ポンプ25の入口側において、第1分岐流路6に接続されている。
そして、前記圧縮ガスの排気により除染対象空間1が陰圧にならないように、電磁バルブ33を開き、フィルター31によって塵等が除去されて清浄化された外気を圧縮ガスの排気量に応じて、外気流入路30を通して循環流路2に導入するようになっている。
このため、制御部10には、圧力センサ37が接続されており、この圧力センサ37によって除染対象空間1の圧力を検出可能となっている。
そして、除染対象空間1に微量の空気漏れがあった場合に、それに起因する圧力低下を圧力センサ37が検出し、制御部10が電磁バルブ33を開くことにより、外部の空気をフィルター31によって清浄化して、循環流路2に漏れた分の空気を補給するようになっている。
過酸化水素供給手段9は、蒸発槽40と、過酸化水素水が充填された容器41と、この容器41と蒸発槽40との間に設けられた配管42と、この配管42の途中に設けられたポンプ43とを備えている。ポンプ43が制御部10に接続されており、このポンプ43を制御することによって、容器41から過酸化水素水を単位時間当たり一定の量で配管42を通して蒸発槽40に供給するようになっている。なお、過酸化水素水は市販品の濃度35wt%のものを使用している。
蓋部材50には滴下ノズル53が略鉛直に取り付けられ、この滴下ノズル53の基端部(上端部)に前記配管42が接続されている。したがって、配管42を流れてきた過酸化水素水は滴下ノズル53の先端部(下端部)から単位時間当たり一定の量で滴下されるようになっている。
また、蒸発プレート54の下側には、複数のヒータ55と温度センサ56が設けられ、この温度センサ56が制御部10に接続されている。そして、蒸発プレート54はヒータ55と温度センサ56によって、過酸化水素水を瞬時に蒸発(フラッシュ蒸発)できる温度に制御されるようになっている。
そして、滴下ノズル53から滴下された過酸化水素は傾斜した蒸発プレート54上を流れながら蒸発するが、その一方で接続部52aから空気または過酸化水素ガスを含む空気が流入し、接続部52b側に向けて流れる。その際、その空気が仕切板57に衝突して渦流となり、蒸発する過酸化水素ガスと効果的に混ざって、接続部52bから流出して循環流路2から流入口1bを通って除染対象空間1に供給される。また、蒸発プレート54が傾斜しているので、過酸化水素水の滴下量が増加した場合でも安定的に、過酸化水素ガスが蒸発可能である。
すなわちまず、過酸化水素供給手段9を作動させるとともに、送風手段3を作動させる。この送風手段3によって、空気を除染対象空間1および循環流路2を循環させるとともに、電磁バルブ33,36,13,15,16を閉じ、電磁バルブ17を開けて過酸化水素ガスを含む空気を循環流路2に流し、さらに、流量調整手段8を介して、当該過酸化水素ガスを含む空気の一部を第1分岐流路6に所定量だけ流し、さらに必要に応じてヒータ18によって過酸化水素ガスを含む空気を加熱する。なお、第1分岐流路6に流された過酸化水素ガスを含む空気は、過酸化水素分解手段24によって過酸化水素ガスが除去されたうえで、循環流路2に流される。また、過酸化水素分解手段24によって過酸化水素ガスが除去された空気を、圧縮手段25によって圧縮し、この圧縮手段25によって高温、高圧となっている空気を冷却手段27によって冷却したうえで、高分子膜式エアードライヤ26によって除湿し、さらに必要に応じてヒータ18によって当該空気を加熱する。
過酸化水素供給手段9では、過酸化水素ガスが発生し、この過酸化水素ガスを単位時間当たり一定の量で循環流路2に供給する。なお、除染対象空間1の広さに応じて、過酸化水素供給手段9のポンプ43を制御して、蒸発によって発生させる過酸化水素ガスの単位時間当たりの量を調整する。
そして、この過酸化水素ガスを含む空気の湿度および温度が湿度センサ5および温度センサ4によってそれぞれ検出される。
この検出された相対湿度が所定の相対湿度より高い場合、制御部10が流量調整手段8を制御して、循環流路2を流通する過酸化水素ガスを含む空気の第1分岐流路6への流量を調整する。第1分岐流路6に流された過酸化水素ガスを含む空気は、過酸化水素分解手段24によって過酸化水素ガスが除去されたうえで、圧縮手段(圧縮ポンプ)25によって圧縮されたうえで、高分子膜式エアードライヤ26に供給され、これによって除湿され、この除湿された空気がクッションタンク23で循環流路2を流れる過酸化水素ガスを含む空気と合流されたうえで、除染対象空間1に供給される。
このように流量調整手段8を制御することによって、高分子膜式エアードライヤ26によって空気から水分を除去できるとともに、除去される水分量を調整できるので、相対湿度を所定の値に管理できるとともに結露を防止でき、この相対湿度に応じて過酸化水素ガスの濃度を所定の濃度に管理できる。
また、除染対象空間1が陰圧にならないように、電磁バルブ33を開き、フィルター31によって塵等が除去されて清浄化された外気を外気流入路30を通して循環流路2に導入する。これによって、除染対象空間1を所定の陽圧に保持することができる。
このように流量調整手段8を制御することによって、第1分岐流路6の高分子膜式エアードライヤ26に流す流量を調整し、この高分子膜式エアードライヤ26による相対湿度の低下を抑制するともに、過酸化水素供給手段9によって過酸化水素ガスとともに湿気が循環流路2に供給されて、相対湿度が上昇する。
したがって、相対湿度を所定の値に管理でき、この相対湿度に応じて過酸化水素ガスの濃度を所定の濃度に管理できるので、除染対象空間1を安定的に除染できる。
一方、空気膨張により除染対象空間1の空気が所定以上膨張した場合、それに起因する圧力上昇を圧力センサ37が検出し、制御部10が電磁バルブ36,13,15を開くことにより、循環流路2の過酸化水素ガスを含む空気を、過酸化水素分解手段32,12によって過酸化水素ガスを分解したうえで外部に放出する。
このようにして、除染対象空間1の圧力を所定の値に管理できる。
すなわち、過酸化水素供給手段9を停止させるとともに、電磁バルブ17,33,36,15を閉じるとともに、流量調整手段8を制御することによって第1分岐流路6への流れを閉鎖し、電磁バルブ13を開けて過酸化水素ガスを含む空気を第2分岐流路7に流して過酸化水素分解手段12に供給して、この過酸化水素分解手段12によって過酸化水素ガスを分解して除去したうえで、除染対象空間1に循環させる。これによって、初期の高濃度の過酸化水素ガスは所定の濃度まで低下する。例えば、初期の高濃度の過酸化水素ガスの濃度は比較的短時間で10ppm程度まで低下する。
これによって、過酸化水素ガスは1ppm以下まで分解除去され、除染対象空間1の過酸化水素ガスを分解除去する。また、過酸化水素ガスを除去した後の空気を外部に排気した分、清浄化された外気を外気流入路30を通して循環流路2に導入することによって、除染対象空間1を所定の陽圧に保持する。
このように、低濃度時のエアレーション効率を上げ、エアレーション時間の短縮が可能となるとともに、除染対象空間1を所定の陽圧に保持することができる。
図3は、過酸化水素供給手段9における過酸化水素水の滴下量を1.0g/minとして一定とし、除染対象空間1の設定相対湿度を60〜95%まで変化させた場合の、相対湿度と過酸化水素濃度の関係を示す。
この状態で、過酸化水素供給手段9の過酸化水素水の滴下量を調整することで、過酸化水素ガス濃度を調整することも可能となる。
図4は過酸化水素分解手段12の分解触媒に全量の空気を通過させた場合の、除染対象空間1の相対湿度と、過酸化水素濃度の関係を示す。上述した実験とは異なり、設定相対湿度を高くした場合の過酸化水素濃度が上昇しない。これは、分解触媒にて過酸化水素が分解されてしまうため、同量の過酸化水素滴下量では濃度を上昇させることができないためである。このことより分解触媒をバイパスさせることで、つまり過酸化水素を含む空気を第2分岐流路7に流すことで、過酸化水素の消費量を低減することが可能となる。
BIの除染効果を図5に示す。除染効果は一般的にD値によって示される。D値とは定められた条件下で、試験に用いる微生物数の90%を不活化するのに要する時間であり、値が小さいほど除染効果が高い。本実験では、過酸化水素滴下量を1.0g/minとし、除染対象空間1の過酸化水素濃度を約380ppmとして一定とした。本条件にて、除染対象空間内にBIを設置し、空間内相対湿度を約70〜90%に変化させた場合のD値を測定した。本結果より、相対湿度が高いほど、除染効果が高いことが分かる。
また、除染対象空間1を結露しない条件において、できるだけ高い相対湿度に保持することで、低濃度の過酸化水素ガス濃度、例えば300〜400ppmにて短時間で除染を行うことが可能である。また、過酸化水素の使用量を低減できることより、過酸化水素の発生から分解までを含めた一連の工程時間を短縮することが可能となる。
2 循環流路
3 送風手段
5 湿度センサ
6 第1分岐流路
7 第2分岐流路
8 流量調整手段
9 過酸化水素供給手段
10 制御部
12,24 過酸化水素分解手段
25 圧縮ポンプ(圧縮手段)
26 高分子膜式エアードライヤ
30 外気流入路
33 電磁バルブ(弁)
54 蒸発プレート
Claims (7)
- 過酸化水素ガスを用いて除染対象空間を除染する過酸化水素ガス除染装置であって、
前記除染対象空間の流出口に一端部が接続され、前記除染対象空間の流入口に他端部が接続された循環流路と、
この循環流路に設けられて、前記流出口側から前記流入口側に向けて空気または過酸化水素ガスを含む空気を送風して循環させる送風手段と、
前記循環流路に設けられて、前記流出口から流出された空気または過酸化水素ガスを含む空気中の相対湿度を検出する湿度センサと、
この湿度センサより下流側の前記循環流路に一端部と他端部とがそれぞれ接続された第1分岐流路と、
この第1分岐流路に設けられて、当該1分岐流路を流れる空気または過酸化水素ガスを含む空気を圧縮する圧縮手段およびこの圧縮手段によって圧縮された圧縮ガスを除湿する高分子膜式エアードライヤと、
前記第1分岐流路の一端部と前記循環流路との接続部に設けられて、前記第1分岐流路に流す空気または過酸化水素ガスを含む空気の流量を調整する流量調整手段と、
前記第1分岐流路より下流側の前記循環流路に接続されて、当該循環流路に過酸化水素ガスを供給する過酸化水素供給手段と、
前記第1分岐流路に前記圧縮手段より上流側において設けられた過酸化水素分解手段と、
少なくとも前記湿度センサおよび前記流量調整手段が接続された制御部とを備え、
前記制御部が、前記湿度センサによって検出された相対湿度に基づいて、前記流量調整手段を制御することによって、前記除染対象空間を所定の相対湿度に保持して、所定濃度の過酸化水素ガスで満たし、
前記過酸化水素分解手段によって過酸化ガスが除去された空気を前記圧縮手段によって圧縮することにより、圧縮手段の腐食を防止することを特徴とする過酸化水素ガス除染装置。 - 前記高分子膜式エアードライヤに、戻り流路の一端部が接続され、当該戻り流路の他端部は前記圧縮手段の入口側において、前記第1分岐流路に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の過酸化水素ガス除染装置。
- 前記第1分岐流路より下流側の前記循環流路に一端部が接続され、前記過酸化水素供給手段より下流側の前記循環流路の他端部が接続された第2分岐流路を備え、
この第2分岐流路に過酸化水素ガスを分解する過酸化水素分解手段が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の過酸化水素ガス除染装置。 - 前記循環流路に外気を流入するための外気流入路が接続され、前記第2分岐流路に前記過酸化水素ガス分解手段より下流側において、外部流出路が接続されていることを特徴とする請求項3項に記載の過酸化水素ガス除染装置。
- 前記循環経路に、前記圧縮手段による前記循環経路および前記除染対象空間の圧力変動を少なくするためのクッションタンクが設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の過酸化水素ガス除染装置。
- 前記過酸化水素供給手段は、滴下された過酸化水素水を蒸発させる蒸発プレートを備え、
この蒸発プレートが水平面に対して傾斜していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の過酸化水素ガス除染装置。 - 前記過酸化水素供給手段は、上端開口が閉塞され、かつ内部に前記蒸発プレートが設けられた容器を備え、
前記容器の対向する側壁には、それぞれ前記循環流路が接続される接続部が取り付けられ、一方の前記接続部から空気または過酸化水素ガスを含む空気が容器に流入し、他方の接続部から過酸化水素ガスを含む空気が容器から流出するようになっており、
前記蒸発プレートの傾斜方向の略中央部の上方に、仕切板が略鉛直にかつ前記接続部に対向して設けられていることを特徴とする請求項6に記載の過酸化水素ガス除染装置。
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