特許 6671683 液状物質の殺菌方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6671683

(24)【登録日】2020年3月6日

(45)【発行日】2020年3月25日

(54)【発明の名称】液状物質の殺菌方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   A61L 2/14 20060101AFI20200316BHJP

   B01F 5/16 20060101ALI20200316BHJP

   C02F 1/48 20060101ALI20200316BHJP

【ＦＩ】

   A61L2/14

   B01F5/16

   C02F1/48 B

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-63092(P2016-63092)

(22)【出願日】2016年3月28日

(65)【公開番号】特開2017-176201(P2017-176201A)

(43)【公開日】2017年10月5日

【審査請求日】2018年10月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000229047

【氏名又は名称】日本スピンドル製造株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】513099603

【氏名又は名称】公立大学法人兵庫県立大学

(74)【代理人】

【識別番号】100102211

【弁理士】

【氏名又は名称】森 治

(72)【発明者】

【氏名】浅見 圭一

(72)【発明者】

【氏名】大西 慶一郎

(72)【発明者】

【氏名】岡 好浩

【審査官】 吉岡 沙織

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−００３２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１２２７４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第０７／１３８７７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１１９３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０００７５３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第１６／１２９４３１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｌ ２／

Ｃ０２Ｆ １／

Ｂ０１Ｆ ５／

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転翼の回転により生じる負圧吸引力によって液状物質を負圧吸引し、該吸引した液状物質を回転翼により撹拌することによりキャビテーションを起こさせる吸引撹拌ポンプを備えるとともに、前記吸引撹拌ポンプに連なる液状物質が吐出される吐出管に、キャビテーションによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマを発生させるプラズマ発生機構を備えてなることを特徴とする液状物質の殺菌装置。

【請求項2】

前記吸引撹拌ポンプが、回転翼により撹拌することによって流速を付与した液状物質を通過させる絞り流路を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の液状物質の殺菌装置。

【請求項3】

前記吸引撹拌ポンプから吐出された液状物質を吸引撹拌ポンプに循環させる循環流路を備えてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の液状物質の殺菌装置。

【請求項4】

前記吸引撹拌ポンプに連なる液状物質が吐出される吐出管のプラズマ発生機構の電極の上流側に、液状物質にキャビテーションを起こさせる障害物を設置したことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の液状物質の殺菌装置。

【請求項5】

前記プラズマ発生機構が生起する放電形態が、グロー放電であることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の液状物質の殺菌装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液状物質の殺菌方法及び装置に関し、液状物質にキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させることによって液状物質の殺菌を行うようにする液状物質の殺菌方法及び装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、液状物質の殺菌を行うために、液状物質にキャビテーションを起こさせ、このキャビテーションによって発生した気泡の崩壊時に生じる衝撃波により液状物質中の微生物を破砕、殺菌する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

また、液液状物質にキャビテーションを起こさせ、このキャビテーションによって発生した気泡中でプラズマを発生させることにより液状物質中にヒドロキシルラジカル（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｒａｄｉｃａｌ）等の活性酸素を生成させ、キャビテーションによって発生した気泡の崩壊時に生じる衝撃波に加えて、活性酸素の酸化力により液状物質中の微生物を殺菌する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−３６５５５号公報

【特許文献2】特開２０１５−３２９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上記の液状物質の殺菌方法のうち、特許文献１に記載の液状物質の殺菌方法は、キャビテーションによって発生した気泡の崩壊時に生じる衝撃波により液状物質中の微生物を破砕、殺菌するものであるため、殺菌力が小さく、殺菌効果を得にくいという問題があった（後述の殺菌試験の結果参照。）。

【0006】

また、特許文献２に記載の液状物質の殺菌方法は、キャビテーションによって発生した気泡の崩壊時に生じる衝撃波に加えて、活性酸素の酸化力により液状物質中の微生物を殺菌するものであるため、大きい殺菌力が得られる反面、液状物質を貯留する貯留槽を設ける等、設備、装置が大型化するという問題があった。

【0007】

本発明は、上記の液状物質の殺菌方法が有する問題点に鑑み、小型の設備、装置で、大きな殺菌効果を得ることができる液状物質の殺菌方法及び装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本第１発明の液状物質の殺菌方法は、液状物質にキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させることによって液状物質の殺菌を行うようにする液状物質の殺菌方法において、液状物質を回転翼により撹拌することによって、液状物質にキャビテーションを起こさせることを特徴とする。

【0009】

この場合において、前記回転翼により撹拌することによって流速を付与した液状物質を、絞り流路を通過させることによって、液状物質にキャビテーションを起こさせることができる。

【0010】

また、目的を達成するため、本第２発明の液状物質の殺菌方法は、液状物質にキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させることによって液状物質の殺菌を行うようにする液状物質の殺菌方法において、流速を付与した液状物質の流路に障害物を設置することによって、該障害物の後方で液状物質にキャビテーションを起こさせることを特徴とする。

【0011】

また、上記本第１発明の液状物質の殺菌方法を実施する、本発明の液状物質の殺菌装置は、回転翼の回転により生じる負圧吸引力によって液状物質を負圧吸引し、該吸引した液状物質を回転翼により撹拌することによりキャビテーションを起こさせる吸引撹拌ポンプと、キャビテーションによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマを発生させるプラズマ発生機構とを備えてなることを特徴とする。

【0012】

この場合において、前記吸引撹拌ポンプが、回転翼により撹拌することによって流速を付与した液状物質を通過させる絞り流路を備えて構成することができる。

【0013】

また、前記吸引撹拌ポンプに連なる液状物質が吐出される吐出管に、プラズマ発生機構を備えて構成することができる。

【0014】

また、前記吸引撹拌ポンプから吐出された液状物質を吸引撹拌ポンプに循環させる循環流路を備えて構成することができる。

【0015】

また、上記本第２発明の液状物質の殺菌方法を実施する、本発明の液状物質の殺菌装置は、液状物質に流速を付与する流速付与機構と、該流速付与機構により流速を付与した液状物質の流路に設置することによって、流速を付与した液状物質にキャビテーションを起こさせる障害物と、キャビテーションによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマを発生させるプラズマ発生機構とを備えてなることを特徴とする。

【0016】

また、前記障害物を、プラズマ発生機構の電極で構成したり、プラズマ発生機構の電極の上流側に設置した障害物で構成することができる。

【発明の効果】

【0017】

本第１発明の液状物質の殺菌方法及び装置によれば、液状物質を回転翼により撹拌することにより液状物質にキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させ、プラズマの発生により生成される酸素ラジカルの酸化力により、液状物質中の微生物を殺菌することができる。特に、液状物質を回転翼により撹拌することにより、液状物質中にキャビテーションによる微細気泡を効率よく発生させることができるとともに、この微細気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを効率よく、均一に発生させることができ、小型の設備、装置で、大きな殺菌効果を得ることができる。

【0018】

また、回転翼により撹拌することによって流速を付与した液状物質を、絞り流路を通過させることによって、液状物質にキャビテーションによる微細気泡を効率よく発生させることができる。

【0019】

また、前記吸引撹拌ポンプに連なる液状物質が吐出される吐出管に、プラズマ発生機構を備えることにより、キャビテーションにより液状物質中に発生した気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを効率よく、均一に発生させることができる。

【0020】

また、吸引撹拌ポンプから吐出された液状物質を吸引撹拌ポンプに循環させる循環流路を備えることにより、吸引撹拌ポンプから吐出された液状物質を吸引撹拌ポンプに循環させることで、液状物質の処理時間を任意に設定することができ、効率よく確実な殺菌効果を得ることができる。

【0021】

また、本第２発明の液状物質の殺菌方法及び装置によれば、流速を付与した液状物質の流路に障害物を設置することによって液状物質にキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させ、プラズマの発生により生成される酸素ラジカルの酸化力により、液状物質中の微生物を殺菌することができる。特に、流速を付与した液状物質の流路に障害物を設置することによって液状物質中にキャビテーションによる微細気泡を効率よく発生させることができるとともに、この微細気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを効率よく、均一に発生させることができ、小型の設備、装置で、大きな殺菌効果を得ることができる。

【0022】

また、前記障害物を、プラズマ発生機構の電極で構成したり、プラズマ発生機構の電極の上流側に設置した障害物で構成することにより、簡易な機構によって液状物質にキャビテーションによる微細気泡を効率よく発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の液状物質の殺菌装置の一実施形態を示し、（ａ）は概略構成図、（ｂ）はプラズマ発生機構の説明図である。

【図2】吸引撹拌ポンプの内部構造を示す説明図である。

【図3】図２のＶ−Ｖ方向視での断面図である。

【図4】吸引撹拌ポンプの内部構造を示す分解斜視図である。

【図5】仕切板の概略構成図である。

【図6】再循環機構部の分離部の内部構造を示す説明図である。

【図7】本発明の液状物質の殺菌装置の一実施形態を示し、流速を付与した液状物質にキャビテーションを起こさせる障害物及びプラズマ発生機構の説明図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は下流側から見た横断面図ある。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の液状物質の殺菌方法及び装置の実施の形態を説明する。

【0025】

［液状物質の殺菌方法の概要］
本発明の液状物質の殺菌方法は、液状物質を回転翼により撹拌することにより液状物質にキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させ、プラズマの発生により生成される酸素ラジカルの酸化力により、液状物質中の微生物を殺菌するようにしたものである。
これにより、液状物質中にキャビテーションによる微細気泡を効率よく発生させることができるとともに、この微細気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを効率よく、均一に発生させることができ、小型の設備、装置で、大きな殺菌効果を得ることができる。

【0026】

［液状物質の殺菌装置］
以下、本発明の液状物質の殺菌方法を実施する、本発明の液状物質の殺菌装置の一実施形態を、図１〜図６に基づいて説明する。

【0027】

図１に、液状物質の殺菌装置１００の概要を示す。
この殺菌装置１００は、液状物質Ｒを供給する液状物質供給部Ｘと、液状物質供給部Ｘから供給される液状物質Ｒを負圧吸引して撹拌する吸引撹拌ポンプＹと、キャビテーションによって吸引撹拌ポンプＹから吐出された液状物質Ｒ中に発生する気泡中でプラズマを発生させるプラズマ発生機構Ｚと、その下流側で、吸引撹拌ポンプＹから吐出された液状物質Ｒの少なくとも一部を吸引撹拌ポンプＹに循環供給する再循環機構部７０とを備えて構成されている。

【0028】

〔液状物質供給部〕
図１に示すように、液状物質供給部Ｘは、貯留タンク５１に貯留された液状物質Ｒを、吸引撹拌ポンプＹの第１の供給部１１に連続的に供給するように構成されている。
具体的には、液状物質供給部Ｘは、液状物質供給管５１Ｒを介して供給される液状物質Ｒを貯留し、送出する貯留タンク５１と、貯留タンク５１から液状物質Ｒが送出される送出ポンプ５２Ｐを介在させた供給管５２と、貯留タンク５１から供給管５２に送出される液状物質Ｒの流量を設定流量に調整する流量調整バルブ（図示せず）と、供給管５２を吸引撹拌ポンプＹの第１の供給部１１に接続する導入機構６０とを備えて構成されている。
ここで、貯留タンク５１は、後述するように、排出路２２からの液状物質Ｒが導入されるように構成されている。
また、貯留タンク５１には、撹拌機構５１Ｋを配設するとともに、貯留タンク５１内を大気圧に保持する空気（気体）Ｇの入出管５１Ｇ及び殺菌処理された液状物質Ｒの排出路５３を接続するようにする。

【0029】

〔吸引撹拌ポンプ〕
図１及び図２〜図６に基づいて、吸引撹拌ポンプＹについて説明する。
図２に示すように、吸引撹拌ポンプＹは、両端開口が前壁部２と後壁部３とで閉じられた円筒状の外周壁部４を備えたケーシング１を備え、そのケーシング１の内部に同心状で回転駆動自在に設けられたロータ５と、そのケーシング１の内部に同心状で前壁部２に固定配設された円筒状のステータ７と、ロータ５を回転駆動するポンプ駆動モータＭ等を備えて構成されている。

【0030】

図３に示すように、ロータ５の径方向の外方側には、複数の回転翼６が、前壁部２側である前方側（図２の左側）に突出し、かつ、周方向に等間隔で並ぶ状態でロータ５と一体的に備えられている。
円筒状のステータ７には、絞り流路となる複数の透孔７ａ、７ｂが周方向に夫々並べて備えられ、そのステータ７が、ロータ５の前方側（図２の左側）で、かつ、回転翼６の径方向の内側に位置させて前壁部２に固定配設されて、そのステータ７とケーシング１の外周壁部４との間に、排出室を兼ねた、回転翼６が周回する環状の翼室８が形成されている。

【0031】

図２〜図４に示すように、液状物質Ｒを、導入機構６０を介して、回転翼６の回転によりケーシング１の内部に吸引導入する第１の供給部１１が、前壁部２の中心軸（ケーシング１の軸心Ａ３）よりも外周側に偏移した位置に設けられている。
図２及び図４に示すように、ケーシング１の前壁部２の内面に環状溝１０が形成され、環状溝１０と連通する状態で第１の供給部１１が設けられている。
図２及び図３に示すように、液状物質Ｒを吐出する円筒状の吐出部１２が、ケーシング１の円筒状の外周壁部４の周方向における１箇所に、その外周壁部４の接線方向に延びて翼室８に連通する状態で設けられている。

【0032】

図１、図２及び図６に示すように、この実施形態では、吐出部１２から吐出された液状物質Ｒは、吐出路１８を通して再循環機構部７０に供給され、その再循環機構部７０の分離部としての円筒状容器７１にて気泡が分離された液状物質Ｒを、循環流路１６を介して、ケーシング１内に循環供給する第２の供給部１７がケーシング１の前壁部２の中央部（軸心Ａ３と同心状）に設けられている。
また、図２〜図４に示すように、ステータ７の内周側を前壁部２側の第１の導入室１３とロータ５側の第２の導入室１４とに区画する仕切板１５が、ロータ５の前方側に当該ロータ５と一体回転する状態で設けられるとともに、仕切板１５の前壁部２側に掻出翼９が設けられている。掻出翼９は、同心状に、周方向において均等間隔で複数（図４では、４つ）備えられ、各掻出翼９がその先端部９Ｔを環状溝１０内に進入した状態でロータ５と一体的に周回可能に配設されている。

【0033】

第１の導入室１３及び第２の導入室１４は、ステータ７の複数の透孔７ａ、７ｂを介して翼室８と連通されるように構成され、第１の供給部１１が第１の導入室１３に連通し、第２の供給部１７が第２の導入室１４に連通するように構成されている。
具体的には、第１の導入室１３と翼室８とは、ステータ７における第１の導入室１３に臨む部分に周方向に等間隔で配設された複数の第１の導入室１３側の透孔７ａにて連通され、第２の導入室１４と翼室８とは、ステータ７における第２の導入室１４に臨む部分に周方向に等間隔で配設された複数の第２の導入室１４側の透孔７ｂにて連通されている。

【0034】

吸引撹拌ポンプＹの各部について説明する。
図２に示すように、ロータ５は、その前面が概ね円錐台状に膨出する形状に構成されるとともに、その外周側に、複数の回転翼６が前方に突出する状態で等間隔に並べて設けられている。なお、図３では、周方向に等間隔に１０個の回転翼６が配設されている。また、この回転翼６は、内周側から外周側に向かうに連れて、回転方向後方に傾斜するようにロータ５の外周側から内周側に突出形成されており、回転翼６の先端部の内径は、ステータ７の外径よりも若干大径に形成されている。
このロータ５が、ケーシング１内においてケーシング１と同心状に位置する状態で、後壁部３を貫通してケーシング１内に挿入されたポンプ駆動モータＭの駆動軸１９に連結されて、そのポンプ駆動モータＭにより回転駆動される。
そして、ロータ５が、その軸心方向視（図３に示すような図２のＶ−Ｖ方向視）において回転翼６の先端部が前側となる向きに回転駆動されることにより、回転翼６の回転方向の後側となる面（背面）６ａには、キャビテーション（局所沸騰）が発生するように構成されている。

【0035】

図２、図４及び図５に示すように、仕切板１５は、ステータ７の内径よりも僅かに小さい外径を有する概ね漏斗状に構成されている。この漏斗状の仕切板１５は、具体的には、その中央部に、頂部が円筒状に突出する筒状摺接部１５ａにて開口された漏斗状部１５ｂを備えるとともに、その漏斗状部１５ｂの外周部に、前面及び後面共にケーシング１の軸心Ａ３に直交する状態となる環状平板部１５ｃを備える形状に構成されている。
そして、図２及び図３に示すように、この仕切板１５が、頂部の筒状摺接部１５ａがケーシング１の前壁部２側を向く姿勢で、周方向に等間隔を隔てた複数箇所（この実施形態では、４箇所）に配設された間隔保持部材２０を介して、ロータ５の前面の取付部５ａに取り付けられる。

【0036】

図３及び図５（ｃ）に示すように、仕切板１５を複数箇所夫々で間隔保持部材２０を介してロータ５に取り付ける際には、撹拌羽根２１が、ケーシング１の後壁部３側に向く姿勢で仕切板１５に一体的に組み付けられ、ロータ５が回転駆動されると、４枚の撹拌羽根２１がロータ５と一体的に回転するように構成されている。

【0037】

図２及び図４に示すように、この実施形態では、円筒状の第２の供給部１７が、ケーシング１と同心状で、そのケーシング１の前壁部２の中心部に設けられている。この第２の供給部１７には、循環流路１６の内径よりも小径で、仕切板１５の筒状摺接部１５ａよりも小径となり流路面積が小さな絞り部１４ａが形成されている。ロータ５の回転翼６が回転することにより、吐出部１２を介して液状物質Ｒが吐出され、第２の供給部１７の絞り部１４ａを介して液状物質Ｒが導入されることになるので、吸引撹拌ポンプＹ内が減圧される。

【0038】

図２〜図４に示すように、第１の供給部１１は、そのケーシング１内に開口する開口部（入口部）が、環状溝１０における周方向の一部を内部に含む状態で、ケーシング１内に対する第２の供給部１７の開口部の横側方に位置するように、前壁部２に設けられている。また、第１の供給部１１は、平面視（図１及び図２の上下方向視）において軸心Ａ２がケーシング１の軸心Ａ３と平行となり、かつ、ケーシング１の軸心Ａ３に直交する水平方向視（図１及び図２の紙面表裏方向視）において、軸心Ａ２がケーシング１の前壁部２に近づくほどケーシング１の軸心Ａ３に近づく下向きの傾斜姿勢で、ケーシング１の前壁部２に設けられている。ちなみに、第１の供給部１１の水平方向（図１及び図２の左右方向）に対する下向きの傾斜角度は、４５度程度である。

【0039】

図２及び図４に示すように、ステータ７は、ケーシング１の前壁部２の内面（ロータ５に対向する面）に取り付けられて、ケーシング１の前壁部２とステータ７とが一体となるように固定されている。ステータ７において、第１の導入室１３に臨む部分に配設された複数の第１の導入室１３側の透孔７ａは、概略円形状に形成され、第１の導入室１３の流路面積よりも複数の第１の導入室１３側の透孔７ａの合計流路面積が小さくなるように設定されており、また、第２の導入室１４に臨む部分に配設された複数の第２の導入室１４側の透孔７ｂは、概略楕円形状に形成され、第２の導入室１４の流路面積よりも複数の第２の導入室１４側の透孔７ｂの合計流路面積が小さくなるように設定されている。ロータ５の回転翼６が回転することにより、吐出部１２を介して液状物質Ｒが吐出され、第１の導入室１３室側の透孔７ａを介して液状物質Ｒが供給されるとともに、第２の供給部１７を介して液状物質Ｒが導入されることになるので、吸引撹拌ポンプＹ内が減圧される。

【0040】

図４及び図５に示すように、この実施形態では、各掻出翼９が棒状に形成され、ロータ５の径方向視（図５（ｂ）の紙面表裏方向視）で、当該棒状の掻出翼９の先端側ほど前壁部２側に位置し、かつ、ロータ５の軸心方向視（図５（ａ）の紙面表裏方向視）で、当該棒状の掻出翼９の先端側ほどロータ５の径方向内方側に位置する傾斜姿勢で、当該棒状の掻出翼９の基端部９Ｂがロータ５と一体回転するように固定され、ロータ５が、その軸心方向視（図５（ａ）の紙面表裏方向視）において掻出翼９の先端が前側となる向き（図２〜図５において矢印にて示す向き）に回転駆動される。

【0041】

図３〜図５に基づいて、掻出翼９について説明する。
掻出翼９は、仕切板１５に固定される基端部９Ｂ、第１の導入室１３に露呈する状態となる中間部９Ｍ、環状溝１０に嵌め込まれる（すなわち、進入する）状態となる先端部９Ｔを基端から先端に向けて一連に備えた棒状に構成されている。

【0042】

図３、図４及び図５（ｂ）に示すように、掻出翼９の基端部９Ｂは、概ね矩形板状に構成されている。
図３、図４、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、掻出翼９の中間部９Ｍは、横断面形状が概ね三角形状になる概ね三角柱状に構成されている（特に、図３参照）。そして、掻出翼９が上述の如き傾斜姿勢で設けられることにより、三角柱状の中間部９Ｍの三側面のうちのロータ５の回転方向前側を向く一側面９ｍ（以下、「放散面」と記載する場合がある。）は、ロータ５の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ５の径方向に対して径方向外方側に向く（以下、「斜め外向き」と記載する場合がある。）ように構成されている（特に、図４及び図５参照）。

【0043】

つまり、棒状の掻出翼９が、上述の如き傾斜姿勢で設けられることにより、掻出翼９のうち第１の導入室１３に露呈する中間部９Ｍが環状溝１０に嵌め込まれる先端部９Ｔよりもロータ５の径方向外方に位置し、しかも、その中間部９Ｍの回転方向前側を向く放散面９ｍが、ロータ５の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ５の径方向に対して斜め外向きに傾斜している。これにより、掻出翼９の先端部９Ｔにより環状溝１０から掻き出された液状物質Ｒは、掻出翼９の中間部９Ｍの放散面９ｍにより、第１の導入室１３内においてロータ５の径方向外方側に向けて流動するように案内される。

【0044】

図４、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、掻出翼９の先端部９Ｔは、横断面形状が概ね矩形状になる概ね四角柱状であり、ロータ５の軸心方向視（図５（ａ）の紙面表裏方向視）において、四側面のうちのロータ５の径方向外方側に向く外向き側面９ｏが環状溝１０の内面における径方向内方側を向く内向き内面に沿い、かつ、四側面のうちのロータ５の径方向内方側に内向き側面９ｉが環状溝１０の内面における径方向外方側を向く外向き内面に沿う状態となる弧状に構成されている。
また、四角柱状の先端部９Ｔの四側面のうちの、ロータ５の回転方向前側を向く掻き出し面９ｆは、ロータ５の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ５の径方向に対して径方向外方側に向く（以下、「斜め外向き」と記載する場合がある。）になるように構成されている。
これにより、掻出翼９の先端部９Ｔにより環状溝１０から掻き出された液状物質Ｒは、掻出翼９の先端部９Ｔの掻き出し面９ｆにより、ロータ５の径方向外方側に向けて第１の導入室１３内に放出されることになる。
さらに、掻出翼９の先端部９Ｔの先端面９ｔは、その先端部９Ｔが環状溝１０に嵌め込まれた状態で環状溝１０の底面と平行になるように構成されている。

【0045】

また、ロータ５が、その軸心方向視（図５（ａ）の紙面表裏方向視）において掻出翼９の先端が前側となる向きに回転駆動されると、掻出翼９の基端部９Ｂ、中間部９Ｍ、先端部９Ｔそれぞれに、回転方向の後側となる面（背面）９ａが形成される。この背面９ａには、掻出翼９が回転することにより、キャビテーション（局所沸騰）が発生するように構成されている。

【0046】

上述のような形状に構成された４個の掻出翼９が、上述の如き傾斜姿勢で、中心角で９０度ずつ間隔を隔てて周方向に並べた形態で、夫々、基端部９Ｂを仕切板１５の環状平板部１５ｃに固定して設けられている。

【0047】

図２に示すように、掻出翼９が設けられた仕切板１５が、間隔保持部材２０によりロータ５の前面と間隔を隔てた状態でロータ５の前面の取付部５ａに取り付けられ、このロータ５が、仕切板１５の筒状摺接部１５ａが第２の供給部１７に摺接回転可能に嵌め込まれた状態でケーシング１内に配設される。
これにより、ロータ５の膨出状の前面と仕切板１５の後面との間に、ケーシング１の前壁部２側ほど小径となる先細り状の第２の導入室１４が形成され、第２の供給部１７が仕切板１５の筒状摺接部１５ａを介して第２の導入室１４に連通するように構成されている。
また、ケーシング１の前壁部２と仕切板１５の前面との間に、第１の供給部１１に連通する環状の第１の導入室１３が形成される。

【0048】

そして、ロータ５が回転駆動されると、筒状摺接部１５ａが第２の供給部１７に摺接する状態で、仕切板１５がロータ５と一体的に回転することになり、ロータ５及び仕切板１５が回転する状態でも、第２の供給部１７が仕切板１５の筒状摺接部１５ａを介して第２の導入室１４に連通する状態が維持されるように構成されている。

【0049】

〔再循環機構部〕
再循環機構部（分離部の一例）７０は、円筒状容器７１内において液状物質Ｒを分離するように構成され、図１に示すように、吸引撹拌ポンプＹの吐出部１２から吐出路１８を通して供給される液状物質Ｒから気泡を分離し、その一部（例えば、１０〜９０％の任意の割合）の液状物質Ｒを循環流路１６に、残部の液状物質Ｒを、液状物質Ｒに含まれる気泡と共に、排出路２２にそれぞれ分離して供給するように構成されている。吐出路１８及び循環流路１６は、夫々、円筒状容器７１の下部に接続され、排出路２２は、円筒状容器７１の上部に形成された排出部７３から貯留タンク５１に接続される。
ここで、再循環機構部７０は、図６に示すように、吐出路１８が接続される導入パイプ７２を円筒状容器７１の底面から内部に突出して配設し、円筒状容器７１の上部に排出路２２に接続される排出部７３を備えるとともに、下部に循環流路１６に接続される循環部７４を備え、導入パイプ７２の吐出上端に、導入パイプ７２から吐出される液状物質Ｒの流れを旋回させる捻り板７５を配設して構成されている。これにより、気泡を含まない液状物質Ｒを、循環流路１６を介して、第２の導入室１４内に供給するようにしている。

【0050】

〔制御部〕
殺菌装置１００に備えられる制御部は、図示しないが、ＣＰＵや記憶部等を備えた公知の演算処理装置からなり、殺菌装置１００を構成する液状物質供給部Ｘ、吸引撹拌ポンプＹ等の各機器の運転を制御可能に構成されている。
特に、制御部は、回転翼６の周速度（ロータ５の回転数）を制御可能に構成され、第１の導入室１３及び第２の導入室１４内の圧力が所定の負圧状態となるように、回転翼６の周速度（ロータ５の回転数）を設定し、当該設定された周速度（ロータ５の回転数）で回転翼６を回転することで、少なくとも、ステータ７の第１の導入室１３側の透孔７ａ及び第２の導入室１４側の透孔７ｂを通過した直後の翼室８内の領域を、翼室８内の全周に亘って連続して、液状物質Ｒの微細気泡（マイクロバブル）が多数発生した微細気泡領域（キャビテーション（局所沸騰）による気泡発生領域）として形成させることができるように構成されている。

【0051】

ここで、第１の導入室１３及び第２の導入室１４内の圧力（本実施形態においては、第１の導入室１３内の圧力（ここで、第１の導入室１３と第２の導入室１４は、ほぼ同圧となる。））を測定するための圧力計８０を設けるようにしている。

【0052】

［液中プラズマ発生機構］
吸引撹拌ポンプＹの吐出部１２に接続された、液状物質Ｒが通過する吐出路１８に、プラズマ発生機構Ｚを配設するようにする。
プラズマ発生機構Ｚは、図１（ｂ）に示すように、吸引撹拌ポンプＹの吐出部１２と再循環機構部７０とを接続する吐出路１８内に設置される、銅、タングステン等の金属からなる電極８１と、電極８１間にパルス電圧を印加するための電源８２とで構成されている。
このプラズマ発生機構Ｚは、絶縁性の気泡領域で、パルス電圧による高電圧絶縁破壊放電により気化物が電離（プラズマ化）して液中プラズマを発生させるものである。

【0053】

この場合において、パルス電圧によって生起される放電形態は、液状物質Ｒが通過する吐出路１８と直交する方向に電極８１を対向して設置するようにしたグロー放電であることが好ましく、これにより、低温での液中プラズマ処理を行うことができる。

【0054】

液中プラズマ処理により、液状物質Ｒ中にヒドロキシルラジカル（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｒａｄｉｃａｌ）等の活性酸素を生成させ、この活性酸素の酸化力により液状物質中の微生物を殺菌することができる。また、電極８１間の電界（プラズマ生成前に電極間に高電圧が印加されるときに生じる電界）やプラズマ生成時にプラズマから放出される紫外線による殺菌効果も期待できる。

【0055】

〔殺菌装置の動作〕
次に、この殺菌装置１００の動作について説明する。
まず、液状物質供給部Ｘの貯留タンク５１に、液状物質供給管５１Ｒを介して、殺菌処理の対象となる液状物質Ｒを供給し、貯留するようにする。
そして、液状物質供給部Ｘの貯留タンク５１から液状物質Ｒを供給しながらロータ５を回転させ、吸引撹拌ポンプＹの運転を所定時間継続する。

【0056】

ロータ５が回転駆動されて、そのロータ５と一体的に仕切板１５が回転すると、その仕切板１５に同心状に設けられた掻出翼９が、環状溝１０に先端部９Ｔが嵌め込まれた状態で周回する。
これにより、図２及び図３において実線矢印にて示すように、第１の供給部１１を流動して環状溝１０に導入された液状物質Ｒは、環状溝１０に嵌め込まれて周回する掻出翼９の先端部９Ｔにより掻き出され、その掻き出された液状物質Ｒは、概略的には、第１の導入室１３内を仕切板１５における漏斗状部１５ｂの前面と環状平板部１５ｃの前面とに沿いながらロータ５の回転方向に流動し、さらに、ステータ７の第１の導入室１３側の透孔７ａを通過して翼室８に流入し、その翼室８内をロータ５の回転方向に流動して、吐出部１２から吐出される。

【0057】

環状溝１０に導入された液状物質Ｒは、掻出翼９の先端部９Ｔにより掻き出されるときに、剪断作用を受ける。この場合、掻出翼９の先端部９Ｔの外向き側面９ｏと内側の環状溝１０の内向き内面との間、及び、掻出翼９の先端部９Ｔの内向き側面９ｉと内側の環状溝１０の外向き内面との間において剪断作用が働く。同時に、掻出翼９の回転方向背面側の背面９ａにおいては、掻出翼９が回転することにより、キャビテーション（局所沸騰）が発生する。また、ステータ７の第１の導入室１３側の透孔７ａを通過する際に、剪断作用が働く。
つまり、第１の導入室１３内の液状物質Ｒに剪断力を作用させるとともに、局所沸騰を発生させることができるので、掻き出される液状物質Ｒは、掻出翼９及び第１の導入室１３側の透孔７ａから剪断作用を受けるとともに、掻出翼９の背面９ａには、キャビテーション（局所沸騰）が発生する。

【0058】

一方、吐出部１２から吐出された液状物質Ｒは、吐出路１８を通して再循環機構部７０に供給され、再循環機構部７０において、液状物質Ｒから気泡を分離し、その一部（例えば、１０〜９０％の任意の割合）の液状物質Ｒは、循環流路１６を介して、再び吸引撹拌ポンプＹの第２の供給部１７に供給され、残部の液状物質Ｒは、液状物質Ｒに含まれる気泡と共に、排出路２２を通して貯留タンク５１に供給される。

【0059】

吸引撹拌ポンプＹの第２の供給部１７に供給された液状物質Ｒは、第２の供給部１７の絞り部１４ａを介して流量が制限された状態で第２の導入室１４内に導入される。その第２の導入室１４内においては、回転する複数の撹拌羽根２１により剪断作用を受け、さらに、第２の導入室１４側の透孔７ｂの通過の際にも剪断作用を受ける。この際には、第２の導入室１４側の透孔７ｂを介して流量が制限された状態で翼室８に導入される。そして、翼室８内において、高速で回転する回転翼６により剪断作用を受けた後、液状物質Ｒは、第１の導入室１３からの液状物質Ｒと混合されて吐出部１２から吐出される。

【0060】

ここで、制御部は、回転翼６の周速度（ロータ５の回転数）を制御可能に構成され、第１の導入室１３及び第２の導入室１４内の圧力が所定の負圧状態となるように、回転翼６の周速度（ロータ５の回転数）を設定し、当該設定された周速度（ロータ５の回転数）で回転翼６を回転することで、少なくとも、ステータ７の第１の導入室１３側の透孔７ａ及び第２の導入室１４側の透孔７ｂを通過した直後の翼室８内の領域を、翼室８内の全周に亘って連続して、液状物質Ｒの微細気泡（マイクロバブル）が多数発生した微細気泡領域（キャビテーション（局所沸騰）による気泡発生領域）として形成させることができる。

【0061】

この場合、吸引撹拌ポンプＹを運転しているときに、第１の導入室１３及び第２の導入室１４内の圧力が、−０．０１〜−０．１０ＭＰａ、好ましくは、−０．０３〜−０．０９ＭＰａ、より好ましくは、−０．０４〜−０．０８ＭＰａの範囲の負圧状態となるように、吸引撹拌ポンプＹの回転翼６の周速度を、６〜８０ｍ／ｓ、好ましくは、１５〜５０ｍ／ｓに設定するようにする。
ここで、前記負圧状態は、圧力計８０により測定した第１の導入室１３及び第２の導入室１４内の圧力をいう。

【0062】

ところで、この殺菌装置１００においては、吸引撹拌ポンプＹの吐出部１２に接続された、液状物質Ｒが供給、通過する吐出路１８に、プラズマ発生機構Ｚを配設するようにしている。
そして、このプラズマ発生機構Ｚの電源８２によって電極８１の間にパルス電圧を印加する。
これによって、キャビテーションにより液状物質Ｒ中に発生する気泡中でプラズマを発生させ、液状物質Ｒに対して液中プラズマ処理を行うようにする。
この液中プラズマ処理により、液状物質Ｒ中にヒドロキシルラジカル（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｒａｄｉｃａｌ）等の酸素ラジカルを生成させ、プラズマの発生により生成される酸素ラジカルの酸化力により、液状物質Ｒ中の微生物を殺菌することができる。また、電極８１間の電界（プラズマ生成前に電極間に高電圧が印加されるときに生じる電界）やプラズマ生成時にプラズマから放出される紫外線による殺菌効果も期待できる。特に、液状物質Ｒを回転翼６により撹拌することにより、液状物質Ｒ中にキャビテーションによる微細気泡を効率よく発生させることができるとともに、この微細気泡中でプラズマ発生機構Ｚによりプラズマを効率よく、均一に発生させることができ、小型の設備、装置で、大きな殺菌効果を得ることができる。

【0063】

パルス電圧によって生起される放電形態は、グロー放電であることが好ましく、低温での液中プラズマ処理を行うことができ、例えば、殺菌装置１００に設けた冷却手段、例えば、吸引撹拌ポンプＹに設けたジャケット冷却手段（図示省略）を稼働することによって、液状物質を常温（液温１０〜２５℃）で処理することができる。

【0064】

このようにして生成された殺菌処理された液状物質Ｒは、貯留タンク５１に貯留され、その後、吸引撹拌ポンプＹの運転を停止する。
そして、貯留タンク５１に貯留されている殺菌処理された液状物質Ｒは、排出路５３を介して排出される。

【実施例】

【0065】

次に、殺菌装置１００を用いて行った殺菌試験について説明する。

【0066】

［試験方法］
１．試験菌
Escherichia coli NBRC 3301（大腸菌）
２．菌数測定用培地及び培養条件
SCDLP寒天培地（日本製薬社製）、混釈平板培養法、３５℃±１℃、２日間
３．試験菌液の調製
試験菌を普通寒天培地（栄研化学社製）で３５℃±１℃、１８〜２４時間培養した後、精製水に浮遊させ、菌数が約１０^８／ｍＬとなるように調製し、試験菌液とした。
４．検体の前処理
殺菌装置１００（以下、「検体」という。）に約０．０２％となるように調製した次亜塩素酸ナトリウム溶液を液状物質供給部Ｘの貯留タンク５１に投入し、検体をプラズマなしの条件で１５分間作動させた。排水後、水道水、０．００２％チオ硫酸ナトリウム添加水道水、蒸留水の順で検体内をすすぎ、排水を行った。
５．試験操作
前処理後の検体に蒸留水１Ｌ及び試験菌液１ｍＬからなる試験液を液状物質供給部Ｘの貯留タンク５１に投入した。検体を以下に示す試験条件で作動させた後、経時的に検体を停止させ、試験液を採取した。採取後、検体を再作動させた。また、採取後の試験液は、SCDLP寒天培地（日本製薬社製）で直ちに１００倍に希釈し、試験液中の生菌数を、菌数測定用培地を用いて測定した。なお、検体作動前の試験液についても生菌数を測定し、開始時とした。
６．試験条件
殺菌装置１００の吸引撹拌ポンプＹのロータ５を回転駆動するポンプ駆動モータＭの回転数：７２００ｒｐｍ
プラズマ発生機構Ｚ：２００Ｖ（７Ａ）、１．５μｓ（パルス幅）、６０ｋＨｚ
処理時間：１、５、１０、２０及び３０分
検体作動条件１：タングステン電極
検体作動条件２：銅電極
検体作動条件３：プラズマなし（キャビテーションのみ）

【0067】

表１に、上記殺菌試験の結果を示す。

【0068】

【表1】

【0069】

表１に示す殺菌試験の結果からも明らかなように、キャビテーション作用に液中プラズマ処理を併用するようにした、検体作動条件１及び２では、処理時間を５分間以上取ることによって、生菌数を実質的にゼロにすることができ、確実な殺菌効果を得ることができることを確認した。
一方、キャビテーション作用のみで、液中プラズマ処理を行わない、検体作動条件３では、殺菌効果が小さいことを確認した。

【0070】

ところで、上記実施例においては、掻出翼９が回転することにより、キャビテーション（局所沸騰）が発生するように構成したり、ステータ７の第１の導入室１３側の透孔７ａ及び第２の導入室１４側の透孔７ｂを通過した直後の翼室８内の領域を液状物質Ｒの微細気泡（マイクロバブル）が多数発生した微細気泡領域（キャビテーション（局所沸騰）による気泡発生領域）として形成するようにし、これらによって液状物質Ｒ中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させることによって液状物質の殺菌を行うようにしたが、これらに加えて（又はこれらに代えて）、流速を付与した液状物質Ｒの流路に障害物を設置することによって、この障害物の後方で液状物質Ｒにキャビテーション（局所沸騰）を起こさせ、これらによって液状物質Ｒ中に発生する気泡中でプラズマ発生機構Ｚによりプラズマを発生させることによって液状物質Ｒの殺菌を行うようにすることもできる。

【0071】

具体的には、障害物を、図１（ｂ）に示すように、流速を付与した液状物質Ｒの流路である、液状物質Ｒが通過する吐出路１８に設置したプラズマ発生機構Ｚの電極８１（電極８１の支持部材８１ａを含む。）で構成したり、図７に示すように、プラズマ発生機構Ｚの電極８１の上流側に設置した障害物９０（障害物９０として、本実施例においては、円盤形状の物体を液状物質Ｒが通過する吐出路１８に設置するようにしたが、障害物９０の形状は、特に限定されず、例えば、棒形状等、任意の形状の物体を設置することができる。）で構成することができる。
これにより、簡易な機構によって液状物質Ｒにキャビテーションによる微細気泡を効率よく発生させることができる。

【0072】

このように、流速を付与した液状物質の流路に設置したプラズマ発生機構Ｚの電極８１（電極８１の支持部材８１ａを含む。）や障害物９０を設置することによって液状物質Ｒにキャビテーションを起こさせ、それによって液状物質Ｒ中に発生する気泡中でプラズマ発生機構Ｚによりプラズマを発生させ、液中プラズマ処理を行うことができる。
この液中プラズマ処理により、液状物質Ｒ中にヒドロキシルラジカル（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｒａｄｉｃａｌ）等の酸素ラジカルを生成させ、プラズマの発生により生成される酸素ラジカルの酸化力により、液状物質Ｒ中の微生物を殺菌することができる。
なお、本実施例においては、吸引撹拌ポンプＹによって、液状物質Ｒに流速を付与するようにしているが、液状物質Ｒに流速を付与する流速付与機構は、これに限定されず、汎用のポンプ等に水流発生機構を用いることができる。

【0073】

以上、本発明の液状物質の殺菌方法及び装置について、その実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態に記載した内容に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

【産業上の利用可能性】

【0074】

本発明の液状物質の殺菌方法及び装置は、小型の設備、装置で、大きな殺菌効果を得ることができることから、従来、この種の液状物質の殺菌方法及び装置が処理対象としていたバラスト水や排水液のほか、各種の液状物質を処理対象とし、工業製品（例えば、食品工業製品）の殺菌の用途に好適に用いることができる。

【符号の説明】

【0075】

Ｘ 液状物質供給部
Ｙ 吸引撹拌ポンプ
Ｚ プラズマ発生機構
Ｒ 液状物質
Ｇ 空気（気体）
１ ケーシング
２ 前壁部
３ 後壁部
４ 外周壁部
５ ロータ
６ 回転翼
６ａ 背面部
７ ステータ
７ａ 絞り流路（透孔）
７ｂ 絞り流路（透孔）
８ 翼室（排出室）
９ 掻出翼
１０ 環状溝
１１ 第１の供給部
１２ 吐出部
１３ 第１の導入室
１４ 第２の導入室
１４ａ 絞り部
１５ 仕切板
１６ 循環流路
１７ 第２の供給部
２２ 排出路
５１ 貯留タンク
５２ 供給管
５２Ｐ 送出ポンプ
６０ 導入機構
７０ 再循環機構部
７１ 円筒状容器（分離部）
８０ 圧力計
８１ 電極
８２ 電源
９０ 障害物
１００ 殺菌装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】