JP2007054465A

JP2007054465A - 殺菌装置

Info

Publication number: JP2007054465A
Application number: JP2005245336A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nagasawa; 武長澤
Original assignee: Utsunomiya University
Current assignee: Utsunomiya University
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】たとえば汚れた大気中や濁った水中などにおいても光触媒を活性化することができ、十分な殺菌を行うことができる殺菌装置を提供することである。
【解決手段】紫外線を発光するＵＶ管を光触媒性膜でコーティングして殺菌装置の殺菌灯を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は殺菌装置に関し、特に、ＵＶ（紫外線）や光触媒を用いて殺菌を行う殺菌装置に関する。

従来、紫外線や、ＴｉＯ_２などの光触媒に滅菌効果や殺菌効果があることが知られている。

たとえば特許文献１に記載の発明では、病原微生物が付着している医療機器を、光触媒性酸化チタンと硝酸とアルコールとを含む混合用液に浸漬させ、そこにＵＶ照射することによって滅菌洗浄する方法を開示している。

このように従来から、ＵＶ照射による殺菌法、光触媒性酸化チタンにＵＶ照射し活性化させる殺菌法は知られていた。

特開２００３−３３９８２６号公報

ところが、上述の従来の滅菌、殺菌方法では以下のような問題があった。

すなわち、ＵＶ照射による殺菌法では、たとえば水中の殺菌をしたい場合などでは、その液体が濁っていると、紫外線の透過率が悪く紫外線が減衰して殺菌効果が十分に発揮できないという問題があった。また、ＵＶ照射による殺菌法では、その殺菌力が不十分であり、生き残る菌が存在する。

また、光触媒性酸化チタンにＵＶ照射し活性化させる殺菌法での場合も、光触媒を水中に入れ、そこに紫外線を照射する必要があるが、光触媒とＵＶ光源との間の液体が濁っていると、紫外線の透過率が悪く紫外線が減衰してしまい、光触媒に十分に達することができず、光触媒が活性化されずに殺菌効果が十分でないという問題があった。また、水中ではなく大気中の場合も、大気の汚れによって紫外線の透過率が悪くなって紫外線が減衰し、光触媒に照射する紫外線が弱くなってしまい、十分な殺菌効果が得られない場合があるという問題があった。

本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、たとえば汚れた大気中や濁った水中などにおいても光触媒を活性化することができ、十分な殺菌を行うことができる殺菌装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、紫外線を発光するＵＶ管を光触媒性膜でコーティングして殺菌装置の殺菌灯を構成した。

また本発明は、前記光触媒性膜のコーティングが前記ＵＶ管の外表面の全面をコーティングするものであることを特徴とする。

また本発明は、前記光触媒性膜のコーティングが前記ＵＶ管の外表面のうち該ＵＶ管が露出する部分を残してコーティングするものであることを特徴とする。

また本発明は、前記光触媒性膜のコーティングがメッシュ状に行われることを特徴とする。

また本発明は、前記光触媒性膜がＴｉＯ_２であることを特徴とする。

本発明によれば、たとえば汚れた大気中や濁った水中などにおいても光触媒を活性化することができ、十分な殺菌を行うことができる殺菌装置を提供することができる。

すなわち本発明によれば、紫外線を発光するＵＶ管を光触媒性膜でコーティングして殺菌装置の殺菌灯としたため、周辺環境の汚れや濁りに関わらず、光触媒性膜に対してＵＶを効率よく照射することができ、十分な殺菌効果を奏することができる。

また本発明によれば、たとえば光触媒性膜のコーティングをメッシュ状にすることによって、ＵＶ管が露出する部分を残し、ＵＶによる殺菌を行うこともできる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態による殺菌装置の構成を示す図であり、（ａ）は殺菌装置の主要部の概略斜視図であり、（ｂ）は殺菌灯の長手方向に垂直な面での断面図であり、（ｃ）は殺菌灯の長手方向に平行な面での断面図である。

図１（ａ）に示すように、本実施の形態の殺菌装置１は、殺菌灯２と、殺菌灯２を点灯する電源であるインバータ３および直流電源装置４とから構成される。

殺菌灯２は、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、ＵＶ（紫外線）を発光するＵＶ管のガラス管２ａの外表面に光触媒性膜（たとえばＴｉＯ_２）２ｂをコーティングして構成される。

直流電源装置４による直流電圧は、インバータ３を介して殺菌灯２に印加される。殺菌灯２は、この電圧印加によってＵＶを発光し、このＵＶは、ガラス管２ａの外表面にコーティングされた光触媒性膜２ｂを活性化させ、たとえば大気中においてはＯＨラジカルを生成し、また水中においてはＯＨラジカルやＯ_２ ⁻ラジカルを生成する。

ＯＨラジカルは、その酸化ポテンシャルは酸化電位２．８［Ｖｏｌｔｓ］であり、オゾン（２．０７［Ｖｏｌｔｓ］）と比べても強い酸化力を有し、有機化合物、無機化合物、ウイルス、細菌等の酸化分解、還元作用、無害化、死滅、殺菌、不活性化等を行うことができる。

次に、図１に示した殺菌装置を用いた実験結果について説明する。

図２は、図１に示した殺菌装置１を用いて水中の大腸菌を殺菌する実験の実験環境を示す図である。

この実験では、光触媒性膜２ｂをコーティングしたＵＶ管である殺菌灯２を用いている。この殺菌灯２は、波長が２５４μｍのＵＶを発光するＵＶ管にＴｉＯ_２をコーティングしたものであり、直径８ｍｍ、長さ１００ｍｍである。

水槽５には、水６を６０ｃｃ入れ、その中に大腸菌６ａを注入してある。この実験では、図２に示すように水槽５の中に殺菌灯２を沈め、この殺菌灯２に対してインバータ３を介して電圧印加を行う。直流電源装置４は直流電圧９Ｖを出力する電源であり、電力は３．６Ｗで一定にする。

このような実験環境で、実験１として、殺菌灯２によってＵＶを発光させ殺菌を開始した後の経過時間ｔにおける大腸菌の数の比率Ｎ／Ｎ_０を測定した。ここで、Ｎは経過時間ｔにおける水６内の大腸菌の数であり、Ｎ_０は経過時間ｔ＝０における水６内の大腸菌の数すなわち殺菌開始前の大腸菌の数である。

また、実験１と比較するために、実験２として、殺菌灯２の代わりにＵＶ管（ＴｉＯ_２コーティングなし）を水槽５に沈め、このＵＶ管によってＵＶを発光させ殺菌を開始した後の経過時間ｔにおける大腸菌の数の比率Ｎ／Ｎ_０を測定した。やはり、Ｎは経過時間ｔにおける水６内の大腸菌の数であり、Ｎ_０は経過時間ｔ＝０における水６内の大腸菌の数すなわち殺菌開始前の大腸菌の数である。

実験１および実験２の実験結果を、図３に示す。

図３は、殺菌の開始からの経過時間ｔと大腸菌の数の比率Ｎ／Ｎ_０との関係の実験結果を示すグラフであり、縦軸はＮ／Ｎ_０（対数目盛）であり、横軸はｔ［秒］である。

図３によれば、時間的な菌の減衰は、実験１については数１で表され、実験２については数２で表される。

また、図３に示すように、実験１によれば殺菌開始後２７秒経過の時点で９９％殺菌でき、実験２の２３倍の殺菌効果が検証でき、本実施の形態の殺菌装置１に十分な殺菌効果があることが証明された。

図４は、空気中での光源からの距離と紫外線強度との関係を示すグラフであり、縦軸は紫外線強度であり、横軸は光源からの距離を示す。

図４においては、本実施の形態の殺菌灯２を光源とした場合の測定を実験３として、その測定結果を図４中に□で示し、ＵＶ管（ＴｉＯ_２コーティングなし）を光源とした場合の測定を実験４として、その測定結果を図４中に○で示した。

図４に示すように、光源からの距離が１ｃｍのときには、実験３と実験４との紫外線強度の差は２００［μＷ］ある。すなわち、実験３ではＴｉＯ_２コーティングがあるために、ＴｉＯ_２に紫外線が吸収されたことになる。吸収された紫外線はＴｉＯ_２の光触媒の活性に寄与し、多くのＯＨラジカルを生成すると考えられる。図３に示された殺菌効果の差は、水中でのＵＶによるＯＨラジカル生成よりも、ＵＶおよびＴｉＯ_２でＯＨラジカルを生成するほうが生成量が多く、酸化殺菌が多く行われたことを示すと考えられる。

図４を参照すると、実験４の場合の、紫外線強度の光源からの距離による減衰状態からわかるように、紫外線は距離とともに急激に減衰する。よってＴｉＯ_２への紫外線照射距離は短いほどよく、図１に示した実施の形態のように、ＵＶ管の外表面にＴｉＯ_２をコーティングするのが、ＯＨラジカル生成に最も効果があり、殺菌灯２の表面にてＯＨラジカルが効率よく生成される。

ところで、殺菌効果を上げるためには、液体内の菌を殺菌灯２の表面に効率よく接近させる必要がある。これは、ＯＨラジカルの寿命が１０^−６程度と非常に短いためである。

液体中の菌を殺菌灯２の表面に効率よく接近させるための構成の例について、図５、図６を参照しながら説明する。

図５は、管内を流れる液体中の菌を殺菌灯２の表面に効率よく接近させるための構成の一例を示す図であり、（ａ）は管内の様子を示す斜視図であり、（ｂ）は管の長手方向に垂直な面での断面図であり、（ｃ）は管の長手方向に平行な面で内部が見えるように管を切り欠いた側面図である。

この例では、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、管２０の内面にらせん状につば部２１を設け、このつば部２１によって水流にともなう渦を生じさせ、管２０内を流れる液体内の菌の殺菌灯２への接近効率を高めている。管２０内を流れる液体内の菌は殺菌灯２に接近することによって殺菌される。

図６は、管内を流れる液体中の菌を殺菌灯２の表面に効率よく接近させるための構成の一例を示す図であり、殺菌灯２の長手方向を水流と垂直な方向に向け、複数の殺菌灯２を設けた場合の管内の様子を示す斜視図である。

この図６に示す例では、管３０内に殺菌灯２を４本設け、この殺菌灯２の向きは、その長手方向が水流と垂直な方向になるようにしている。この例では、図６に示すように殺菌灯２を配置することによって、殺菌灯２が管３０内の水流を乱流化し、流れる液体内の菌の殺菌灯２への接近効率を高めている。管２０内を流れる液体内の菌は殺菌灯２に接近することによって殺菌される。

図７は、本発明の、図１とは別の実施の形態による殺菌装置の構成を示す図であって、殺菌装置の主要部の概略斜視図である。

図７に示すように、この実施の形態の殺菌装置１１は、殺菌灯１２と、殺菌灯１２を点灯する電源であるインバータ３および直流電源装置４とから構成される。

殺菌灯１２は、図７に示すように、ＵＶ（紫外線）を発光するＵＶ管のガラス管１２ａの外表面に、光触媒性膜（たとえばＴｉＯ_２）１２ｂをメッシュ状にコーティングして構成される。すなわち、図１に示した実施の形態では、ガラス管２ａの外表面の全面に光触媒性膜２ｂをコーティングしたが、この図７の実施の形態では、ガラス管１２ａの外表面の全面が光触媒性膜１２ｂで覆われているわけではなく、ガラス管１２ａが露出している部分を残してある。このようなコーティングの仕方でも殺菌効果を発揮することができる。なお、コーティングの形状はメッシュ状に限定されるものではなく、どのような形状であってもかまわない。

直流電源装置４による直流電圧は、インバータ３を介して殺菌灯１２に印加される。殺菌灯１２は、この電圧印加によってＵＶを発光し、このＵＶは、ガラス管１２ａの外表面にコーティングされた光触媒性膜１２ｂを活性化させ、たとえば大気中においてはＯＨラジカルを生成し、また水中においてはＯＨラジカルやＯ_２ ⁻ラジカルを生成する。また本実施の形態においてはＵＶによる殺菌も行われる。

なお、上述の殺菌装置１、１１は、水中のみで用いられるものではなく、空気中で用いても十分な殺菌効果を発揮するし、その他、いかなる環境においても用いることができる。

本発明の一実施の形態による殺菌装置の構成を示す図であり、（ａ）は殺菌装置の主要部の概略斜視図であり、（ｂ）は殺菌灯の長手方向に垂直な面での断面図であり、（ｃ）は殺菌灯の長手方向に平行な面での断面図である。図１に示した殺菌装置１を用いて水中の大腸菌を殺菌する実験の実験環境を示す図である。殺菌の開始からの経過時間ｔと大腸菌の数の比率Ｎ／Ｎ_０との関係の実験結果を示すグラフであり、縦軸はＮ／Ｎ_０（対数目盛）であり、横軸はｔ［秒］である。空気中での光源からの距離と紫外線強度との関係を示すグラフであり、縦軸は紫外線強度であり、横軸は光源からの距離を示す。管内を流れる液体中の菌を殺菌灯２の表面に効率よく接近させるための構成の一例を示す図であり、（ａ）は管内の様子を示す斜視図であり、（ｂ）は管の長手方向に垂直な面での断面図であり、（ｃ）は管の長手方向に平行な面で内部が見えるように管を切り欠いた側面図である。管内を流れる液体中の菌を殺菌灯２の表面に効率よく接近させるための構成の一例を示す図であり、殺菌灯２の長手方向を水流と垂直な方向に向け、複数の殺菌灯２を設けた場合の管内の様子を示す斜視図である。本発明の、図１とは別の実施の形態による殺菌装置の構成を示す図であって、殺菌装置の主要部の概略斜視図である。

符号の説明

１殺菌装置
２殺菌灯
２ａガラス管
２ｂ光触媒性膜
３インバータ
４直流電源装置
５水槽
６水
６ａ大腸菌

Claims

紫外線を発光するＵＶ管を光触媒性膜でコーティングしてなることを特徴とする殺菌灯。
前記光触媒性膜のコーティングが前記ＵＶ管の外表面の全面をコーティングするものであることを特徴とする請求項１に記載の殺菌灯。
前記光触媒性膜のコーティングが前記ＵＶ管の外表面のうち該ＵＶ管が露出する部分を残してコーティングするものであることを特徴とする請求項１に記載の殺菌灯。
前記光触媒性膜のコーティングがメッシュ状に行われることを特徴とする請求項３に記載の殺菌灯。
前記光触媒性膜がＴｉＯ_２であることを特徴とする請求項１ないし４のうちのいずれか１項に記載の殺菌灯。
請求項１ないし５のうちのいずれか１項に記載の殺菌灯と、前記殺菌灯を点灯させる電源装置とを備えたことを特徴とする殺菌装置。