JPWO2017170068A1 - 殺菌水生成装置及び殺菌水生成方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、殺菌水生成装置及び殺菌水生成方法に関する。殺菌水生成装置（１０Ａ）は、Ｈ２Ｏ２を含む液体（１２）と、液体（１２）中にオゾンを導入するオゾン発生部（１６）と、液体（１２）中に紫外線（１８）を照射する紫外線照射部（２０）と、オゾン発生部（１６）を制御して液体（１２）のオゾン濃度を一定以下に調整するオゾン濃度調整部（４０）とを有する。

Description

本発明は、殺菌水生成装置及び殺菌水生成方法に関する。

従来から、水中の有機物の分解や、殺菌を目的とした水処理についての技術が提案されている（特開平９−１２２６６２号公報、特開平９−２６７０９６号公報、特開平１１−０３３５６７号公報、特許第３９６０１２６号公報参照）。これら従来の技術は、上述のように水処理を目的としているため、高酸化力（殺菌力）のあるＯＨラジカルの生成が主流となっている。

例えばオゾンの添加方法としては、酸素又は空気を原料として放電によって発生させたオゾンガスを液体中にバブリングによって添加するようにしている。

また、ＯＨラジカルの生成方法としては、以下に示す方法が提案されている。
（ａ） オゾン水に紫外線を照射して、オゾンの分解を促進させることで、水中にＯＨラジカルを生成する。
（ｂ） オゾン水に過酸化水素を添加することで、オゾンと過酸化水素の分解を促進させることで、水中にＯＨラジカルを生成する。
（ｃ） オゾン水に過酸化水素を添加し、紫外線を照射し、オゾンと過酸化水素の分解を促進させることで、水中にＯＨラジカルを生成する。

また、オゾンの分解を促進するため、液体のｐＨをアルカリ性に調整することも提案されている（特許第３７３１２５７号公報参照）。

しかしながら、ＯＨラジカルは、高酸化力（殺菌力）ではあるが、短寿命（数ｎｓｅｃ〜数μｓｅｃ程度）である。水処理には適しているが、液体自体に殺菌効果を持たせることは難しい。

また、従来では、ＯＨラジカルの生成を促進させるために、液体をアルカリ性に調整したり、液体に溶存させるオゾンの量を増加させる場合がある。このような操作は、長寿命のラジカルの生成を阻害するという懸念がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、水処理ではなく、液体自体に殺菌効果を持たせることができ、食物や食器等の被殺菌対象物に接触させることで、被殺菌対象物の殺菌を行うことができる殺菌水を生成することが可能な殺菌水生成装置及び殺菌水生成方法を提供することを目的とする。

［１］ 第１の本発明に係る殺菌水生成装置は、Ｈ_２Ｏ_２を含む液体と、前記液体中にオゾンを導入するオゾン発生部と、前記液体中に紫外線を照射する紫外線照射部と、前記オゾン発生部を制御して前記液体のオゾン濃度を一定以下に調整するオゾン濃度調整部とを有することを特徴とする。

これにより、水処理ではなく、液体自体に殺菌効果を持たせることができ、食物や食器等の被殺菌対象物に接触させることで、被殺菌対象物の殺菌を行うことができる殺菌水を生成することが可能となる。また、液体中のオゾン濃度が高くなることによって生じるオゾンによるＨＯ_２ ^＊の分解反応を抑えることができる。

［２］ 第１の本発明において、前記液体に含まれるＨ_２Ｏ_２は、オゾンが導入された前記液体に前記紫外線が照射されることによって生成されてもよい。

［３］ 第１の本発明において、前記液体に含まれるＨ_２Ｏ_２は、前記液体中へのＨ_２Ｏ_２の添加によるものであってもよい。

［４］ 第１の本発明において、前記オゾン発生部は、発生したオゾンを、前記液体中にバブリングによって導入するオゾン導入部を有してもよい。

［５］ 第１の本発明において、前記オゾン発生部は、空気又は酸素を原料として発生したオゾンを前記液体中に直接導入してもよい。

［６］ 第１の本発明において、前記オゾン発生部は、液体を原料として電気分解によって生成されたオゾンを含む液体を前記液体中に導入してもよい。

［７］ 第１の本発明において、前記液体のｐＨを４．８以下に調整するｐＨ調整部を有することが好ましい。殺菌効果のあるラジカルであるＨＯ_２ ^＊を液体中に多量に生成することができる。

［８］ 第２の本発明に係る殺菌水生成装置は、Ｈ_２Ｏ_２が添加された液体と、前記液体中に紫外線を照射する紫外線照射部と、前記液体のｐＨを４．８以下に調整するｐＨ調整部とを有することを特徴とする。

［９］ 第３の本発明に係る殺菌水生成方法は、Ｈ_２Ｏ_２を含む液体に、オゾンを導入し、前記液体に紫外線を照射し、前記液体のオゾン濃度を一定以下に調整し、前記液体のｐＨを４．８以下に調整することを特徴とする。

［１０］ 第４の本発明に係る殺菌水生成方法は、液体にＨ_２Ｏ_２を添加し、前記液体に紫外線を照射し、前記液体のｐＨを４．８以下に調整することを特徴とする。

本発明に係る殺菌水生成装置及び殺菌水生成方法によれば、水処理ではなく、液体自体に殺菌効果を持たせることができ、食物や食器等の被殺菌対象物に接触させることで、被殺菌対象物の殺菌を行うことができる殺菌水を生成することが可能となる。

図１は、第１の実施の形態に係る殺菌水生成装置（第１殺菌水生成装置）の一例を示す構成図である。 図２は、第１殺菌水生成装置の作用を示す説明図である。 図３は、第１殺菌水生成装置の他の例を示す構成図である。 図４は、第１殺菌水生成装置のさらに他の例を示す構成図である。 図５は、第２の実施の形態に係る殺菌水生成装置（第２殺菌水生成装置）の一例を示す構成図である。

以下、本発明に係る殺菌水生成装置及び殺菌水生成方法の実施の形態例を図１〜図５を参照しながら説明する。

先ず、第１の実施の形態に係る殺菌水生成装置（以下、第１殺菌水生成装置１０Ａと記す）は、図１に示すように、液体１２と、該液体１２が貯留あるいは流通する槽１４と、液体１２中にオゾンを導入するオゾン発生部１６と、液体１２中に紫外線１８を照射する紫外線照射部２０とを有する。

オゾン発生部１６は、高電圧パルスを発生するパルス電源２２と、パルス電源２２からの高電圧パルスの印加によってプラズマを発生するリアクタ２４とを有する。リアクタ２４は、互いに対向する第１電極２６ａと第２電極２６ｂとを有し、パルス電源２２からの高電圧パルスの供給に基づいて第１電極２６ａと第２電極２６ｂ間に放電を発生させる。第１電極２６ａと第２電極２６ｂ間には、空気又は酸素が供給される。これにより、第１電極２６ａと第２電極２６ｂ間での放電現象によって発生する電子により、供給された酸素がオゾンに変換され、リアクタ２４からはオゾンを含んだガス（オゾンガス２８）が放出される。

また、オゾン発生部１６は、発生したオゾンを液体１２中にバブリングによって導入するオゾン導入部３０を有する。オゾン導入部３０は、槽１４の下部や底部に設置されたバブラー３２と、リアクタ２４とバブラー３２とをつなぐ配管３４とを有する。バブラー３２は、液体１２中にオゾンを含んだ気泡を吹き出すための器具であり、セラミック、ガラス、金属、フッ素樹脂等で構成される。オゾン導入部３０によって、リアクタ２４からのオゾンガス２８が液体１２中に気泡３６として導入され、液体１２中にオゾンが溶解される。

さらに、この第１殺菌水生成装置１０Ａは、液体１２を酸性（ｐＨ４．８以下）に調整するｐＨ調整部３８を有する。ｐＨ調整部３８の詳細は図示しないが、液体１２中に二酸化炭素ガス（ＣＯ_２）をバブリングによって導入する装置や、液体１２を電気分解する装置等が挙げられる。

液体１２に含まれるＨ_２Ｏ_２は、液体１２中へのＨ_２Ｏ_２の添加によるものでもよいし、後述するように、オゾンが導入された液体１２に紫外線１８が照射されることによって生成されるものであってもよい。もちろん、これら両者であってもよい。

ここで、第１殺菌水生成装置１０Ａの作用について図２も参照しながら説明する。

オゾン（Ｏ_３）が導入された液体１２に紫外線１８が照射されることによって、下記反応式（１）に示すように、Ｈ_２Ｏ_２（過酸化水素）が生成される。なお、ｈνは紫外線のエネルギーを示す。以下同様である。
Ｏ_３ ＋ Ｈ_２Ｏ ＋ ｈν → Ｏ_２ ＋ Ｈ_２Ｏ_２ ……（１）

液体１２中のＨ_２Ｏ_２に紫外線１８が照射されることによって、下記反応式（２）に示すように、ＯＨ^＊（ヒドロキシルラジカル）が生成される。
Ｈ_２Ｏ_２ ＋ ｈν → ２ＯＨ^＊ ……（２）

液体１２中のオゾンと生成されたＯＨ^＊（反応式（２）参照）とによって、下記反応式（３）に示すように、ＨＯ_２ ^＊（ヒドロペルオキシルラジカル）が生成される。ＨＯ_２ ^＊は、殺菌に効果のあるラジカルである。すなわち、殺菌に効果のあるラジカルが液体１２中に生成される。
Ｏ_３ ＋ ＯＨ^＊ → ＨＯ_２ ^＊ ＋ Ｏ_２ ……（３）

また、液体１２中のオゾンと生成されたＯＨ^＊（反応式（２）参照）とによって、下記反応式（４）を経て反応式（５）に示すように、ＨＯ_２ ^＊が生成される。
Ｏ_３ ＋ ＯＨ^＊ → Ｏ_３ＯＨ^＊ ……（４）
↓
Ｏ_３ＯＨ^＊ → Ｏ_２ ＋ ＨＯ_２ ^＊ ………（５）

生成されたＯＨ^＊（反応式（２）参照）と液体１２中のＨ_２Ｏ_２とによって、下記反応式（６）に示すように、ＨＯ_２ ^＊が生成される。
ＯＨ^＊ ＋ Ｈ_２Ｏ_２ → Ｈ_２Ｏ ＋ ＨＯ_２ ^＊ ……（６）

そして、上述した反応式（３）、（５）及び（６）に示すように生成された、殺菌に効果のあるＨＯ_２ ^＊は、ｐＨが４．８以下の液体１２中において、下記反応式（７）に示すような可逆反応が起こって平衡状態となる（特許第４４０８９５７号参照）。つまり、殺菌効果のあるラジカルであるＨＯ_２ ^＊を液体１２中に多量に生成することができる。
ＨＯ_２ ^＊ ⇔ Ｈ^＋ ＋ Ｏ_２ ^−＊ ……（７）

これにより、水処理ではなく、液体１２自体に殺菌効果を持たせることができ、食物や食器等の被殺菌対象物に接触させることで、被殺菌対象物の殺菌を行うことができる殺菌水を生成することが可能となる。

ところで、液体１２中のオゾン濃度が高くなると、下記反応式（８）に示すように、オゾンによるＨＯ_２ ^＊の分解反応が生じる。
Ｏ_３ ＋ ＨＯ_２ ^＊ → ２Ｏ_２ ＋ ＯＨ^＊ ……（８）

そこで、本実施の形態では、液体１２中のオゾン濃度を一定以下に調整するオゾン濃度調整部４０を有する。このオゾン濃度調整部４０は、液体１２中のオゾン濃度を測定するオゾン濃度測定器４２と、測定したオゾン濃度が一定以下になるようにパルス電源２２の電力をフィードバック制御するオゾン濃度制御部４４とを有する。

これにより、液体１２中のオゾン濃度を測定し、液体１２中のオゾン濃度が上昇してきたら、オゾン発生部１６を制御することで、液体１２中のオゾン濃度を一定以下に管理することができる。液体１２中のオゾン濃度を管理することで、上述したオゾンによるＨＯ_２ ^＊の分解反応を抑えることができる。

紫外線１８が照射される前の液体１２中のオゾン濃度は１〜５ｐｐｍが好ましい。紫外線１８が照射され、ＨＯ_２ ^＊が生成された後の液体１２中のオゾン濃度は０．０１〜０．１ｐｐｍであることが好ましい。オゾン濃度調整部４０は、紫外線１８が照射されている間の液体１２中のオゾン濃度を検知して、オゾン濃度が０．０１〜０．１ｐｐｍとなるように制御することで、紫外線１８が照射される前の液体１２中のオゾン濃度を１〜５ｐｐｍにすることができる。

そして、第１殺菌水生成装置１０Ａにて生成された殺菌水は、次亜塩素酸やオゾンによる殺菌と比して、殺菌後、人体に無害な液体に戻るため、取り扱いが容易になる。また、次亜塩素酸やオゾンによる殺菌と比して、残留が少なく、金属や樹脂の腐食が少ない。残留が少ないことから、次亜塩素酸やオゾンに比べ、殺菌後のすすぎ水の使用を少なくすることができる。つまり、第１殺菌水生成装置１０Ａによって環境にも優しい殺菌水を得ることができる。

上述の例では、リアクタ２４にて発生したオゾンを配管３４及びバブラー３２を通じて液体１２中に導入するようにしたが、その他、図３に示すように、リアクタ２４を液体１２の上方に位置させ、リアクタ２４にて発生したオゾンガス２８を直接液体１２中に導入するようにしてもよい。この場合、リアクタ２４への空気又は酸素の導入方向を液体１２の水面１２ａに向けるようにし、さらに、液体１２の水面１２ａとリアクタ２４との間隔を１〜１０ｍｍ程度にする。これにより、リアクタ２４で発生したオゾンが空気や酸素の流れに沿って瞬時に液体１２中に導入される。空気又は酸素の流量は、液体１Ｌに対し、１０〜３０Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。

また、上述の例では、オゾン発生部１６は、酸素又は空気を原料として、リアクタ２４の第１電極２６ａ及び第２電極２６ｂ間の放電によってオゾンを発生させるようにしたが、その他、以下の構成を採用してもよい。すなわち、図４に示すように、オゾン発生部１６は、液体を原料として、電気分解部４６での電気分解によって、オゾンを含む液体（オゾン水４８）を生成するようにしてもよい。オゾン水４８は、例えば配管５０を通じて槽１４内に供給される。

次に、第２の実施の形態に係る殺菌水生成装置（以下、第２殺菌水生成装置１０Ｂと記す）について図５を参照しながら説明する。

この第２殺菌水生成装置１０Ｂは、図５に示すように、上述した第１殺菌水生成装置１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、オゾン発生部１６及びオゾン濃度調整部４０が存在しない点で異なる。液体１２に含まれるＨ_２Ｏ_２は、液体１２中へのＨ_２Ｏ_２の添加による。

ここで、第２殺菌水生成装置１０Ｂの作用について説明する。

Ｈ_２Ｏ_２が添加された液体１２に紫外線１８が照射されることによって、下記反応式（９）に示すように、ＯＨ^＊（ヒドロキシルラジカル）が生成される。
Ｈ_２Ｏ_２ ＋ ｈν → ２ＯＨ^＊ ……（９）

生成されたＯＨ^＊と液体１２中のＨ_２Ｏ_２とによって、下記反応式（１０）に示すように、ＨＯ_２ ^＊が生成される。
ＯＨ^＊ ＋ Ｈ_２Ｏ_２ → Ｈ_２Ｏ ＋ ＨＯ_２ ^＊ ……（１０）

そして、上述した反応式（１０）に示すように生成された、殺菌に効果のあるＨＯ_２ ^＊は、ｐＨが４．８以下の液体中において、下記反応式（１１）に示すような可逆反応が起こって平衡状態となる。つまり、殺菌効果のあるラジカルであるＨＯ_２ ^＊を液体１２中に多量に生成することができる。
ＨＯ_２ ^＊ ⇔ Ｈ^＋ ＋ Ｏ_２ ^−＊ ……（１１）

これにより、水処理ではなく、液体１２自体に殺菌効果を持たせることができ、食物や食器等の被殺菌対象物に接触させることで、被殺菌対象物の殺菌を行うことができる殺菌水を生成することが可能となる。特に、この第２殺菌水生成装置１０Ｂでは、液体１２中にオゾンを供給しないため、オゾンによるＨＯ_２ ^＊の分解反応は生じにくい。従って、液体１２中のオゾン濃度を一定以下に調整するオゾン濃度調整部４０の設置を省略することができ、装置構成の簡略化を図ることができる。

なお、本発明に係る殺菌水生成装置及び殺菌水生成方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims (10)

1. Ｈ_２Ｏ_２を含む液体（１２）と、
   前記液体（１２）中にオゾンを導入するオゾン発生部（１６）と、
   前記液体（１２）中に紫外線（１８）を照射する紫外線照射部（２０）と、
   前記オゾン発生部（１６）を制御して前記液体（１２）のオゾン濃度を一定以下に調整するオゾン濃度調整部（４０）とを有することを特徴とする殺菌水生成装置。
2. 請求項１記載の殺菌水生成装置において、
   前記液体（１２）に含まれるＨ_２Ｏ_２は、オゾンが導入された前記液体（１２）に前記紫外線（１８）が照射されることによって生成されることを特徴とする殺菌水生成装置。
3. 請求項１又は２記載の殺菌水生成装置において、
   前記液体（１２）に含まれるＨ_２Ｏ_２は、前記液体（１２）中へのＨ_２Ｏ_２の添加によるものであることを特徴とする殺菌水生成装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の殺菌水生成装置において、
   前記オゾン発生部（１６）は、発生したオゾンを、前記液体（１２）中にバブリングによって導入するオゾン導入部（３０）を有することを特徴とする殺菌水生成装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の殺菌水生成装置において、
   前記オゾン発生部（１６）は、空気又は酸素を原料として発生したオゾンを前記液体（１２）中に直接導入することを特徴とする殺菌水生成装置。
6. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の殺菌水生成装置において、
   前記オゾン発生部（１６）は、液体を原料として電気分解によって生成されたオゾンを含む液体を前記液体（１２）中に導入することを特徴とする殺菌水生成装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の殺菌水生成装置において、
   前記液体（１２）のｐＨを４．８以下に調整するｐＨ調整部（３８）を有することを特徴とする殺菌水生成装置。
8. Ｈ_２Ｏ_２が添加された液体（１２）と、
   前記液体（１２）中に紫外線（１８）を照射する紫外線照射部（２０）と、
   前記液体（１２）のｐＨを４．８以下に調整するｐＨ調整部（３８）とを有することを特徴とする殺菌水生成装置。
9. Ｈ_２Ｏ_２を含む液体（１２）に、オゾンを導入し、
   前記液体（１２）に紫外線（１８）を照射し、
   前記液体（１２）のオゾン濃度を一定以下に調整し、
   前記液体（１２）のｐＨを４．８以下に調整することを特徴とする殺菌水生成方法。
10. 液体（１２）にＨ_２Ｏ_２を添加し、
    前記液体（１２）に紫外線（１８）を照射し、
    前記液体（１２）のｐＨを４．８以下に調整することを特徴とする殺菌水生成方法。

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