(57)【要約】【課題】簡易かつ安価に構成することができ、加熱時に十分な滅菌効果を得ることができ、滅菌されていない被処理排水が排出される虞がなく安全性が高く、真空ポンプに付随する滅菌用のフィルターが不要となり尚更コストダウンすることもできる排水滅菌装置および排水滅菌方法を提供する。【解決手段】滅菌タンク２０内に供給された実験排水を、滅菌タンク２０内に内装してある電気ヒータ３０により加熱して滅菌処理するための排水滅菌装置１０において、滅菌タンク２０内の圧力に変化を与える真空ポンプ４０を有し、電気ヒータ３０の作動により実験排水が昇温して滅菌タンク２０内の圧力が所定値以上になった後、真空ポンプ４０の作動により滅菌タンク２０内を一時的に減圧して滅菌タンク２０内の圧力に変化を与えることによって、実験排水に強制的に対流を発生させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉式のタンク内に供給された被処理排水を、加熱手段により加熱して滅菌処理するための排水滅菌装置において、
前記タンク内の圧力に変化を与える圧力変更手段を有し、
前記加熱手段の作動により被処理排水が昇温してタンク内の圧力が所定値以上になった後、前記圧力変更手段の作動により前記タンク内を一時的に減圧してタンク内の圧力に変化を与えることによって、被処理排水に強制的に対流を発生させることを特徴とする排水滅菌装置。
【請求項２】
前記加熱手段の作動により被処理排水が昇温してタンク内の圧力が所定値以上になった時、該加熱手段の作動を一旦停止して所定時間が経過した後、前記圧力変更手段の作動により前記タンク内を一時的に減圧してタンク内の圧力に変化を与えることで、被処理排水に強制的に対流を発生させ、該圧力変更手段の作動を停止させた後、再び前記加熱手段を作動させて被処理排水を所定温度まで昇温させることを特徴とする請求項１に記載の排水滅菌装置。
【請求項３】
排水槽に貯められた被処理排水を真空吸引して前記タンク内に送り込むための真空ポンプを有し、
前記真空ポンプを前記圧力変更手段として兼用することを特徴とする請求項１または２に記載の排水滅菌装置。
【請求項４】
前記真空ポンプは、ケーシングと、その内部に回転可能に配設した羽根車とから構成され、ケーシング内に封液を導入して羽根車を回転させることにより、連続的に吸入が可能な水封式真空ポンプから成り、
前記ケーシング内にて前記タンク内から吸引した空気と混合した封液を排出する際、フィルターを介さず前記排水槽内に導入することを特徴とする請求項３に記載の排水滅菌装置。
【請求項５】
前記タンク内に、その上部より底部に向かって延びるように排水用配管の上流端側が導入され、該排水用配管の下流端側は、前記上流端側の開口部より低い位置にて開口するように配設され、
前記タンク内にて滅菌処理済みの被処理排水は、前記排水用配管によりサイフォンの原理でタンク外に排出することを特徴とする請求項１，２，３または４に記載の排水滅菌装置。
【請求項６】
前記サイフォンを始動させるために前記排水用配管に滅菌処理済みの被処理排水を満たす際、前記タンク内の圧力を利用することを特徴とする請求項５に記載の排水滅菌装置。
【請求項７】
密閉式のタンク内に供給された被処理排水を、加熱手段により加熱して滅菌処理するための排水滅菌方法において、
吸引工程と、昇温工程と、滅菌工程と、排水工程とを、少なくとも備え、
前記吸引工程は、排水槽に貯められた被処理排水を、真空ポンプの作動により真空吸引して前記タンク内に送り込む工程であり、
前記昇温工程は、前記加熱手段の作動により被処理排水が昇温してタンク内の圧力が所定値以上になった時、該加熱手段の作動を一旦停止して所定時間が経過した後、前記真空ポンプの作動により前記タンク内を一時的に減圧してタンク内の圧力に変化を与えることで、被処理排水に強制的に対流を発生させ、該真空ポンプの作動を停止させた後、再び前記加熱手段を作動させて被処理排水を所定温度まで昇温させる工程であり、
前記滅菌工程は、前記所定温度を維持して被処理排水を滅菌する工程であり、
前記排水工程は、前記タンク内に、その上部より底部に向かって延びるように上流端側が導入され、該上流端側の開口部より低い位置にて下流端側が開口するように配設された排水用配管により、タンク内の滅菌処理済みの被処理排水をサイフォンの原理でタンク外に排出し、該サイフォンを始動させるために前記排水用配管に滅菌処理済みの被処理排水を満たす際、タンク内の圧力を利用する工程であることを特徴とする排水滅菌方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉式のタンク内に供給された被処理排水を、加熱手段により加熱して滅菌処理するための排水滅菌装置および排水滅菌方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の排水滅菌装置としては、例えば、滅菌すべき感染性排水を受け入れる滅菌槽（タンク）と、該滅菌槽内の感染性排水を加熱するための蒸気加熱手段とを有するものが知られている（特許文献１，２参照。）。蒸気加熱手段は、滅菌槽の外周に設置したジャケット内に蒸気を送入することで、蒸気の熱を滅菌槽の壁面を通して内部の感染性排水に作用させるものである。滅菌槽内においては、強制的に熱対流を起こさせるための手段は特別に設けられておらず、感染性排水の昇温だけによる自然対流に任されていた。
【０００３】
前記排水滅菌装置において、加熱による滅菌処理後の排水は、滅菌槽の底部に接続されている排水用配管に設けたバルブを開いて排水されていた。また、滅菌槽内には、排水ピット（排水槽）に一旦貯められた感染性排水が、真空ポンプによって真空吸引されるようになっている。真空ポンプと滅菌槽とを連通するためポンプ管には、滅菌槽内の空気を吸引する時に、吸引空気に含まれているかもしれない菌を捕捉するためのフィルターが介装されていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５３３２６号公報
【特許文献２】特開２００４−３１３９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述したような従来の排水滅菌装置では、先ず滅菌するための加熱の方式が、滅菌槽の外周に設置したジャケット内に蒸気を送入する蒸気加熱手段による間接加熱方式であるため、装置全体が複雑で大型化し、部品点数も多くなり、組立て工数が増大して、コストアップの要因になるという問題点があった。
【０００６】
また、滅菌槽内における加熱時には、たとえ間接加熱方式であっても、滅菌槽内の感染性排水の温度は自然対流によってのみ上昇していた。従って、感染性排水の温度分布が悪く、滅菌槽内の上部は所定の温度まで上昇するのに対し、下部は所定の温度まで十分に上昇せずに温度ムラができ、滅菌効果が減殺されるという問題点があった。
【０００７】
特に、前記間接加熱方式ではなく、例えば滅菌槽内にヒータを内装して直接的に加熱するような従来一般の装置の構成の場合には、装置全体の構成の簡易化は可能となるが、滅菌槽内において、ヒータの配置位置よりも上側でなければ温度が上昇しないという問題点があった。これは、滅菌槽内の上部の空気層の圧力が上昇することにより、感染性排水の流れを妨げるため対流が発生しないからであると推測される。
【０００８】
また、滅菌処理後の排水は、滅菌槽の底部に接続された排水用配管から排水していたので、滅菌槽底部と排水バルブの配管内に貯まった感染性排水は、加熱時に対流が起こらず、また蒸気加熱手段の熱も伝わらないため、所定の滅菌温度に達しなかった。そのため、滅菌されていない感染性排水が排水されて安全でないという問題点があった。
【０００９】
さらに、真空ポンプでは、滅菌槽からの吸引空気に含まれている可能性のある菌を捕捉するためのフィルターを介装するため、余分で高価な部品が必要になると共に、万一フィルターが詰まった場合には、真空ポンプがオーバーロードになり、排水滅菌装置が停止したり故障の原因になるという問題点もあった。
【００１０】
本発明は、以上のような従来技術の有する問題点に着目してなされたもので、装置全体を簡易かつ安価に構成することができ、加熱時には強制的に対流を起こさせることにより十分な滅菌効果を得ることができ、また、滅菌されてない被処理排水が排出される虞がなく安全性が高く、さらに、真空ポンプに付随する滅菌用のフィルターが不要となり尚更コストダウンすることが可能な排水滅菌装置および排水滅菌方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、以下の各項の発明に存する。  
［１］密閉式のタンク（２０）内に供給された被処理排水を、加熱手段（３０）により加熱して滅菌処理するための排水滅菌装置（１０）において、
前記タンク（２０）内の圧力に変化を与える圧力変更手段（４０）を有し、
前記加熱手段（３０）の作動により被処理排水が昇温してタンク（２０）内の圧力が所定値以上になった後、前記圧力変更手段（４０）の作動により前記タンク（２０）内を一時的に減圧してタンク（２０）内の圧力に変化を与えることによって、被処理排水に強制的に対流を発生させることを特徴とする排水滅菌装置（１０）。
【００１２】
［２］前記加熱手段（３０）の作動により被処理排水が昇温してタンク（２０）内の圧力が所定値以上になった時、該加熱手段（３０）の作動を一旦停止して所定時間が経過した後、前記圧力変更手段（４０）の作動により前記タンク（２０）内を一時的に減圧してタンク（２０）内の圧力に変化を与えることで、被処理排水に強制的に対流を発生させ、該圧力変更手段（４０）の作動を停止させた後、再び前記加熱手段（３０）を作動させて被処理排水を所定温度まで昇温させることを特徴とする［１］に記載の排水滅菌装置（１０）。
【００１３】
［３］排水槽（１）に貯められた被処理排水を真空吸引して前記タンク（２０）内に送り込むための真空ポンプ（４０）を有し、
前記真空ポンプ（４０）を前記圧力変更手段（４０）として兼用することを特徴とする［１］または［２］に記載の排水滅菌装置（１０）。
【００１４】
［４］前記真空ポンプ（４０）は、ケーシングと、その内部に回転可能に配設した羽根車とから構成され、ケーシング内に封液を導入して羽根車を回転させることにより、連続的に吸入が可能な水封式真空ポンプ（４０）から成り、
前記ケーシング内にて前記タンク（２０）内から吸引した空気と混合した封液を排出する際、フィルターを介さず前記排水槽（１）内に導入することを特徴とする［３］に記載の排水滅菌装置（１０）。
【００１５】
［５］前記タンク（２０）内に、その上部より底部に向かって延びるように排水用配管（５５）の上流端側が導入され、該排水用配管（５５）の下流端側は、前記上流端側の開口部より低い位置にて開口するように配設され、
前記タンク（２０）内にて滅菌処理済みの被処理排水は、前記排水用配管（５５）によりサイフォンの原理でタンク（２０）外に排出することを特徴とする［１］，［２］，［３］または［４］に記載の排水滅菌装置（１０）。
【００１６】
［６］前記サイフォンを始動させるために前記排水用配管（５５）に滅菌処理済みの被処理排水を満たす際、前記タンク（２０）内の圧力を利用することを特徴とする［５］に記載の排水滅菌装置（１０）。
【００１７】
［７］密閉式のタンク（２０）内に供給された被処理排水を、加熱手段（３０）により加熱して滅菌処理するための排水滅菌方法において、
吸引工程と、昇温工程と、滅菌工程と、排水工程とを、少なくとも備え、
前記吸引工程は、排水槽（１）に貯められた被処理排水を、真空ポンプ（４０）の作動により真空吸引して前記タンク（２０）内に送り込む工程であり、
前記昇温工程は、前記加熱手段（３０）の作動により被処理排水が昇温してタンク（２０）内の圧力が所定値以上になった時、該加熱手段（３０）の作動を一旦停止して所定時間が経過した後、前記真空ポンプ（４０）の作動により前記タンク（２０）内を一時的に減圧してタンク（２０）内の圧力に変化を与えることで、被処理排水に強制的に対流を発生させ、該真空ポンプ（４０）の作動を停止させた後、再び前記加熱手段（３０）を作動させて被処理排水を所定温度まで昇温させる工程であり、
前記滅菌工程は、前記所定温度を維持して被処理排水を滅菌する工程であり、
前記排水工程は、前記タンク（２０）内に、その上部より底部に向かって延びるように上流端側が導入され、該上流端側の開口部より低い位置にて下流端側が開口するように配設された排水用配管（５５）により、タンク（２０）内の滅菌処理済みの被処理排水をサイフォンの原理でタンク（２０）外に排出し、該サイフォンを始動させるために前記排水用配管（５５）に滅菌処理済みの被処理排水を満たす際、タンク（２０）内の圧力を利用する工程であることを特徴とする排水滅菌方法。
【００１８】
次に、前述した解決手段に基づく作用を説明する。  
本発明に係る排水滅菌装置（１０）において、排水滅菌装置（１０）の構成を簡易化してコスト低減を実現するためには、滅菌のための加熱手段（３０）を、前述した従来の蒸気加熱手段による間接加熱方式ではなく、例えばタンク（２０）内に内装したヒータとすることが有効である。ところが、ヒータを用いた直接加熱方式の場合は、タンク（２０）内において被処理排水の自然対流がほとんど生じないため、ヒータの配置位置よりも上側でなければ温度が上昇しなかった。
【００１９】
かかる問題を解決するためには、加熱時にタンク（２０）内の被処理排水に対流を発生させる必要があるが、発明者らの研究調査によれば、前記［１］に記載の排水滅菌装置（１０）のように、加熱手段（３０）の作動により被処理排水が昇温してタンク（２０）内の圧力が所定値以上になった後、圧力変更手段（４０）の作動によりタンク（２０）内を一時的に減圧してタンク（２０）内の圧力に変化を与えることによって、被処理排水に強制的に対流を発生させることができることが判明した。
【００２０】
これにより、前記加熱手段（３０）を、例えばタンク（２０）内に内装したヒータとして、装置全体の構成を簡易化した場合であっても、加熱手段（３０）の種類を問わず強制的に対流を発生させることができるから、コストダウンを実現すると共に、タンク（２０）内の水温分布を均一化することができ、被処理排水における温度ムラが生ずることがなく、全域で所望の滅菌温度に加熱することが可能となる。
【００２１】
より具体的には、前記［２］に記載の排水滅菌装置（１０）のように、加熱手段（３０）の作動により被処理排水が昇温してタンク（２０）内の圧力が所定値以上になった時、該加熱手段（３０）の作動を一旦停止して所定時間が経過した後、圧力変更手段（４０）の作動によりタンク（２０）内を一時的に減圧してタンク（２０）内の圧力に変化を与えることで、被処理排水に強制的に対流を発生させることができる。前記圧力変更手段（４０）の作動を停止させた後、再び加熱手段（３０）を作動させて被処理排水を所定温度まで昇温させれば良い。
【００２２】
ところで、前記［３］に記載の排水滅菌装置（１０）のように、排水槽（１）に貯められた被処理排水を、真空ポンプ（４０）により真空吸引して前記タンク（２０）内に送り込むような場合、この真空ポンプ（４０）を前記圧力変更手段（４０）として兼用すれば良い。これにより、圧力変更手段（４０）を別途用意する必要はなく、元もと必須の構成である真空ポンプ（４０）をそのまま利用することにより、さらなる装置全体における構成の簡易化が可能となる。
【００２３】
ここで、前記真空ポンプ（４０）は、具体的には例えば前記［４］に記載したように、ケーシングと、その内部に回転可能に配設した羽根車とから構成され、ケーシング内に封液を導入して羽根車を回転させることにより、連続的に吸入が可能な水封式真空ポンプ（４０）から構成すると良い。
【００２４】
この場合に、ケーシング内にてタンク（２０）内から吸引した空気と混合した封液を排出する際には、フィルターを介さず前記排水槽（１）内に導入する。これにより、水封用の水は加熱滅菌処理されるため、滅菌のためのフィルターが不要となる。従って、フィルターの目詰りにより排水滅菌装置（１０）が停止することや故障の虞もなく、また、フィルターのメンテナンスも不要となる。
【００２５】
また、前記［５］に記載の排水滅菌装置（１０）によれば、前記タンク（２０）内に、その上部より底部に向かって延びるように排水用配管（５５）の上流端側を導入し、該排水用配管（５５）の下流端側を、前記上流端側の開口部より低い位置にて開口するように配設して、滅菌処理済みの被処理排水は、前記排水用配管（５５）によりサイフォンの原理でタンク（２０）外に排出する。
【００２６】
これにより、従来は一般に、タンク（２０）の底部に排水管を連通するように接続したり、この接続部ないし排水管の途中に開閉する排水バルブを設けていたが、これらの構成が不要となる。また、タンク（２０）底部と排水管内に貯まった加熱不十分な被処理排水を排出する虞もなくなり、安全性および信頼性を高めることができる。排水はタンク（２０）底部より空気を吸ってサイフォン作用が途切れるまでであり、タンク（２０）底部の滅菌されていない虞のある被処理排水は排出されない。
【００２７】
ここで、前記［６］に記載したように、前記サイフォンを始動させるために前記排水用配管（５５）に滅菌処理済みの被処理排水を満たす際、前記タンク（２０）内の圧力をそのまま利用すれば、サイフォン始動のための特別な吸引操作ないし装置は不要となる。なお、タンク（２０）内の圧力は、加熱による滅菌処理の直後であれば、タンク（２０）内の被処理排水ないし上層の空気が熱せられて体積膨張により、通常の大気圧よりも加圧された状態となっている。
【００２８】
さらにまた、前記［１］ないし［６］に記載の排水滅菌装置（１０）を用いた具体的な処理としては、前記［７］に記載した排水滅菌方法が適している。すなわち、滅菌処理のサイクルとして、少なくとも吸引工程と、昇温工程と、滅菌工程と、排水工程とから成り、全て自動で行うことができるように制御する。
【００２９】
前記吸引工程では、排水槽（１）に貯められた被処理排水を、真空ポンプ（４０）の作動により真空吸引してタンク（２０）内に送り込む。  
前記昇温工程では、加熱手段（３０）の作動により被処理排水が昇温してタンク（２０）内の圧力が所定値以上になった時、該加熱手段（３０）の作動を一旦停止して所定時間が経過した後、真空ポンプ（４０）の作動によりタンク（２０）内を一時的に減圧してタンク（２０）内の圧力に変化を与えることで、被処理排水に強制的に対流を生じさせ、該真空ポンプ（４０）の作動を停止させた後、再び加熱手段（３０）を作動させて被処理排水を所定温度まで昇温させる。
【００３０】
前記滅菌工程では、前記所定温度を維持して被処理排水を滅菌する。  
前記排水工程は、前記タンク（２０）内に、その上部より底部に向かって延びるように上流端側が導入され、該上流端側の開口部より低い位置にて下流端側が開口するように配設された排水用配管（５５）により、タンク（２０）内の滅菌処理済みの被処理排水をサイフォンの原理でタンク（２０）外に排出する。ここで、サイフォンを始動させるために排水用配管（５５）に滅菌処理済みの被処理排水を満たす際、タンク（２０）内の圧力を利用する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る排水滅菌装置および排水滅菌方法によれば、圧力変更手段の作動によりタンク内の圧力に変化を与えることによって、加熱手段の種類を問わず被処理排水に強制的に対流を発生させることができるから、コストダウンを実現すると共に、タンク内の水温分布を均一化することができ、被処理排水における温度ムラが生ずることがなく、全域で所望の滅菌温度に加熱することが可能となる。ここで圧力変更手段以外には、強制的に対流を起こさせるための特別な手段（エアー混入、撹拌用プロペラ等）も一切不要となる。
【００３２】
また、前記圧力変更手段を兼用する真空ポンプが水封式真空ポンプから成り、該水封式真空ポンプのケーシング内にてタンク内から吸引した空気と混合した封液を排出する際、フィルターを介さず排水槽内に導入することにより、水封用の水は加熱滅菌処理されるため、滅菌のためのフィルターが不要となり、フィルターの目詰りによる装置の停止ないし故障の虞もなく、フィルターのメンテナンスも不要となる。
【００３３】
さらに、前記タンク内における滅菌処理済みの被処理排水を、排水用配管によりサイフォンの原理を利用してタンク外に排出することにより、従来一般にタンクの底部に接続した排水管が不要となり、タンク底部に貯まった加熱不十分な被処理排水を排出する虞もなくなり、安全性および信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面に基づき、本発明を代表する一の実施の形態を説明する。  
図１〜図８は、本発明の一実施の形態を示している。  
図１は、本発明の一実施の形態に係る排水滅菌装置の概念図である。図２は、同じく、排水滅菌装置の主要部を模式的に示す斜視図である。図３は、排水滅菌装置の主要部の外観を示す正面図である。
【００３５】
本実施の形態に係る排水滅菌装置１０は、滅菌タンク（密閉式のタンク）２０内に供給された実験排水（被処理排水）を、滅菌タンク２０内に内装してあるヒータ（加熱手段）３０により加熱して滅菌処理する装置である。以下、遺伝子の組換え実験において出る実験排水（被処理排水）を加熱滅菌するための装置に適用した場合を例に説明する。
【００３６】
図１に示すように、排水滅菌装置１０は、装置本体を成すハウジング１１（図２参照）に内装される滅菌タンク２０、電気ヒータ３０、真空ポンプ４０および図示省略した制御盤等の他、各種配管と、ハウジング１１の外部に配設される実験排水槽（排水槽）１および排水樋２を有している。実験排水槽１は、実験室から排水された実験排水を規定水位まで貯留するための水槽であり、排水樋２は、滅菌処理済みの実験排水を受け入れる樋である。
【００３７】
滅菌タンク２０は、単壁構造の円筒形の缶体として密閉式に構成された簡易圧力容器であり、上面は平板で底部は半球形の鏡板により構成されている。なお、保温のために外周にはグラスウール層を装着すると良い。滅菌タンク２０内には、供給される実験排水のそれぞれ別々の高さ位置を検出するための２つの水位センサ２１，２２が配設されている。また、下方に位置する水位センサ２２の直ぐ下側で、滅菌タンク２０内の略中間の高さ位置には、電気ヒータ３０が略水平に延びる状態で配設されている。
【００３８】
電気ヒータ３０は、具体的には例えば、丸棒状のフランジヒータやプラグヒータを用いると良い。滅菌タンク２０内における電気ヒータ３０の配設位置は、加熱効率上はタンク底部に設けることが適するが、電気ヒータ３０は定期的に交換する等のメンテナンス上の問題があるので、タンク底部ではなく図１中に示したタンク内の略中間の高さ位置に配設する。また、滅菌タンク２０の底部付近には、温度センサ２３が配設されている。これにより、滅菌タンク２０内の底部付近が所定の温度に達していることを判断することができるようになっている。
【００３９】
また、滅菌タンク２０には、配管を通じて真空ポンプ４０が接続されている。真空ポンプ４０は水封式であり、ケーシングと、その内部に回転可能に配設した羽根車とから構成され、羽根車はケーシングと偏心した位置に取り付けられている。ケーシング内に封液を導入して羽根車を回転させることにより、封液は遠心力によりケーシング内壁に押し付けられ水のリング（水環）を形成するように設定されている。
【００４０】
ケーシング内において、前記水のリングの内壁と羽根車の羽根によって囲まれた空間の容積は、羽根車はケーシングとは偏心した位置に取り付けられているので、羽根車が回転するにつれて容積が変化する。この容積変化を利用して吸入、圧縮、排気の作用を連続的に行えるように構成されている。
【００４１】
さらに、図１に示すように、滅菌タンク２０や真空ポンプ４０には、様々な配管が連通するように接続されている。本実施の形態に係る排水滅菌装置１０を構成する配管としては、給水用配管５１、真空ポンプ吸気用配管５２、実験排水吸引用配管５３、真空ポンプ排水用配管５４、滅菌処理済み排水用配管５５等が、それぞれ適所に配設されている。また、各種配管の随所には、後述するが電磁弁や手動弁等が配設されている。
【００４２】
給水用配管５１は、その上流端が装置外部にある市水の給水栓（図示せず。）に接続され、下流側は装置内部に延ばされて途中で２経路に分岐している。分岐した一方の第１給水用配管５１Ａの下流端は、真空ポンプ４０に接続され、他方の第２給水用配管５１Ｂの下流端は、後述する滅菌処理済み排水用配管５５の下流側途中に混合弁５０１を介して接続されている。
【００４３】
給水用配管５１の途中には、給水栓に接続される上流側から順に、手動弁５１１、圧力計５５１、圧力スイッチ５６１がそれぞれ配設されている。また、第１給水用配管５１Ａの途中には、手動弁５１２、電磁弁５２１が配設されている。また、第２給水用配管５１Ｂの途中には、電磁弁５２２が配設されている。
【００４４】
真空ポンプ吸気用配管５２は、真空ポンプ４０と滅菌タンク２０の上部（空気層）との間を連通するように接続されており、真空ポンプ４０の作動によって真空ポンプ吸気用配管５２より真空ポンプ４０内の空気は吸い出されて減圧される。真空ポンプ吸気用配管５２の途中には、真空ポンプ４０側から順に逆止弁５３１、電磁弁５２３、ストレーナ５７１、それに圧力計５５２、圧力スイッチ５６２〜５６４がそれぞれ配設されている。圧力計５５２および圧力スイッチ５６２〜５６４によって、滅菌タンク２０内の圧力を測定することができるようになっている。
【００４５】
実験排水吸引用配管５３は、その上流端が実験排水槽１の内部まで延ばされており、下流端は滅菌タンク２０の上部に接続されている。実験排水吸引用配管５３の途中には、その上流側から順に手動弁５１３、ストレーナ５７２、電磁弁５２４、逆止弁５３２がそれぞれ配設されている。
【００４６】
真空ポンプ排水用配管５４は、その上流端が真空ポンプ４０に対して前記第１給水用配管５１Ａと連通するように接続され、下流端は実験排水槽１の内部を臨む位置まで延ばされている。真空ポンプ排水用配管５４は、真空ポンプ４０で使用した封水を排出するための配管である。このように、真空ポンプ４０のケーシング内にて前記滅菌タンク２０から吸引した空気と混合した封液を排出する際には、滅菌フィルターを介さず実験排水槽１内に導入するように設定されている。
【００４７】
滅菌処理済み排水用配管５５は、その上流端が滅菌タンク２０の上部より底部に向かって延びるように滅菌タンク２０内に導入され、下流端は、前記上流端側の開口部より低い位置にて開口するように、排水樋２を臨む位置まで延ばされている。滅菌処理済み排水用配管５５の途中には、その上流側から順にストレーナ５７３、手動弁５１４、電磁弁５２５、前記第２給水用配管５１Ｂの下流端が接続する混合弁５０１、それに温度センサ５８１がそれぞれ配設されている。
【００４８】
滅菌タンク２０内にて滅菌処理済みの実験排水は、滅菌処理済み排水用配管５５によりサイフォンの原理で滅菌タンク２０外に排出されるように構成されている。ここでサイフォンを始動させるために、滅菌処理済み排水用配管５５に滅菌処理済みの実験排水を満たす際、詳しくは後述するが滅菌タンク２０内の圧力を利用するようになっている。
【００４９】
また、滅菌タンク２０の底部には、実験排水戻り用配管５６の上流端が接続されている。この実験排水戻り用配管５６は本来は不要であるが、滅菌タンク２０のメンテナンス用に設けられている。なお、滅菌タンク２０の上部には、安全弁逃し用配管５７の上流端が接続されている。安全弁逃し用配管５７は、滅菌タンク２０内が圧力異常の際に、滅菌タンク２０内を減圧するためのものである。
【００５０】
次に、本実施の形態に係る排水滅菌装置１０の作用を説明する。  
排水滅菌装置１０において、加熱手段として電気ヒータ３０を採用したことにより、間接加熱方式の装置に比べて構成を簡易化しコスト低減を実現することができる。ところが、電気ヒータ３０を用いた直接加熱方式の場合には、従来一般の装置では、滅菌タンク２０内において実験排水の自然対流がほとんど生じなかった。
【００５１】
そこで、本排水滅菌装置１０では、電気ヒータ３０の作動により実験排水が昇温して滅菌タンク２０内の圧力が所定値以上になった後、真空ポンプ４０の作動により滅菌タンク２０内を一時的に減圧して滅菌タンク２０内の圧力に変化を与えることによって、実験排水に強制的に対流を発生させる。
【００５２】
これにより、前記電気ヒータ３０など加熱手段の種類を問わず、強制的に対流を発生させることができるから、コストダウンを実現すると共に、滅菌タンク２０内の水温分布を均一化することができ、実験排水における温度ムラが生ずることがなく、実験排水の全域で所望の滅菌温度に加熱することが可能となる。
【００５３】
滅菌タンク２０内の圧力の変化により実験排水が強制的に対流する原理は、必ずしも明らかではないが、滅菌タンク２０内の実験排水ないし上層の空気が熱せられて体積膨張により加圧された状態において、急激に圧力が下がることにより、強制的に対流が発生するものと考えられる。
【００５４】
このような原理は、滅菌タンク２０の容量に関係なく応用可能であることが発明者らの実験により実証されている。本排水滅菌装置１０においては、滅菌タンク２０内の圧力に変化を与える真空ポンプ４０以外には、強制的に対流を起こさせるための特別な手段（エアー混入、撹拌用プロペラ等）は一切不要となる。
【００５５】
詳しくは後述するが、より具体的には、電気ヒータ３０の作動により実験排水が昇温して滅菌タンク２０内の圧力が所定値以上になった時、該電気ヒータ３０の作動を一旦停止して所定時間が経過した後、真空ポンプ４０の作動により滅菌タンク２０内を一時的に減圧して滅菌タンク２０内の圧力に変化を与えることで、実験排水に強制的に対流を発生させることができる。
【００５６】
ここで、電気ヒータ３０の作動を一旦停止して所定時間が経過してから、滅菌タンク２０内の圧力に変化を与えることにより、いっそう確実に実験排水に強制的な対流が発生することが、発明者らの実験により確認されている。その原理としては、電気ヒータ３０の作動を一旦停止することで、実験排水が冷えて比重が重くなり、これにより対流がより発生しやすいことが推測される。
【００５７】
そして、前記真空ポンプ４０の作動を停止させた後、再び電気ヒータ３０を作動させて実験排水を所定温度まで昇温させる。これにより、実験排水における温度ムラが生ずることがなく、その全域で所望の滅菌温度に加熱することが可能となる。なお、電気ヒータ３０の作動による加熱時には、原則として真空ポンプ４０の作動は停止している状態にあり、滅菌タンク２０内における圧力変化を発生させる時のみ一時的に作動させることになる。
【００５８】
以上のような排水滅菌装置１０を用いた具体的な排水滅菌方法としては、１サイクルが待機工程、吸引工程、真空工程、昇温工程、滅菌工程、排水工程、通気工程の全部で７工程の制御から成り、排水滅菌装置１０によって全て自動で行うことができる。このうち特に、吸引工程と、昇温工程と、滅菌工程と、排水工程の４つの工程は必須となる。本実施の形態に係る排水滅菌装置１０の基本的な仕様としては、処理能力は１サイクルで２５リットルであり、最高使用温度は１２１℃、１サイクルの処理時間は約２時間、排水温度は４５℃以下である。
【００５９】
以下、各々の工程を図４に示す制御フローチャートに沿って説明する。  
先ず待機工程は、排水滅菌装置１０が作動せずに待機状態にある工程である。待機工程では、実験排水槽１の水量（水位）が、未だ滅菌処理の規定水量に達していない状態となっている。規定水量であるか否かは、実験排水槽１に付設された外部センサによって判断される。この待機工程では、全ての電動弁５２１〜５２５は、それぞれ閉状態にある。なお、待機時には、図示省略した「待機」ランプが点灯するようになっている（図４参照）。
【００６０】
次の吸引工程は、実験排水槽１の実験排水を滅菌タンク２０に汲み上げる工程である。実験排水槽１の水量が滅菌処理の規定水量に達した場合には、真空ポンプ４０が作動し滅菌タンク２０内を陰圧にして、実験排水槽１内の実験排水を圧力差によって滅菌タンク２０内まで吸い上げる。
【００６１】
吸引工程では、給水用配管５１にある電磁弁５２１、真空ポンプ吸気用配管５２にある電磁弁５２３、実験排水吸引用配管５３にある電動弁５２４を、それぞれ開状態にし、第２給水用配管５１Ｂにある電磁弁５２２は閉状態にする。かかる状態での実際の経路の流れは図６に示す。実験排水が滅菌タンク２０内の運転水位（例えば２５リットル）まで達すると、水位センサ２１によって検知される。なお、吸引時には、図示省略した「吸引」ランプが点灯するようになっている（図４参照）。
【００６２】
このように、実験排水槽１に貯められた実験排水を、真空ポンプ４０により真空吸引して滅菌タンク２０内に送り込むが、真空ポンプ４０を前記圧力変更手段として兼用したことにより、圧力変更手段を別途用意する必要はなく、元もと必須の構成である真空ポンプ４０をそのまま利用することにより、さらなる装置全体における構成の簡易化が可能となる。
【００６３】
真空工程は、滅菌タンク２０内の空気抜きを行う工程である。滅菌タンク２０内の水量が滅菌処理の規定水量に達した場合には、実験排水吸引用配管５３にある電動弁５２４を閉状態に切り替えて、真空ポンプ４０はそのまま作動させて、滅菌タンク２０内の上部に貯まっている空気抜きを行う。かかる状態での実際の経路の流れは図７に示す。
【００６４】
滅菌タンク２０内が真空であるか否かは、真空ポンプ吸気用配管５２の途中に接続されている圧力スイッチ５６２〜５６４によって検知し、滅菌タンク２０内の圧力が、例えば−０．０２ＭＰａ未満になったら、真空ポンプ４０の作動を停止する。滅菌タンク２０内の圧力は、真空ポンプ吸気用配管５２の途中に接続された圧力計５５２および圧力スイッチ５６２〜５６４によって測定することができる。なお、空気抜き時は、図示省略した「吸引」ランプが点灯するようになっている（図４参照）。
【００６５】
ところで、前記吸引工程や前記真空工程において、真空ポンプ４０の作動中にケーシング内で滅菌タンク２０内から吸引した空気と混合した封液を排出する際には、真空ポンプ排水用配管５４によりフィルターを介さず排水槽１内に封水を導入している。これにより、水封用の水は加熱滅菌処理されるため、滅菌のためのフィルターが不要となる。従って、フィルターの目詰りにより排水滅菌装置１０が停止することや故障の虞もなく、また、フィルターのメンテナンスも不要となる。
【００６６】
昇温工程は、滅菌タンク２０内の実験排水を電気ヒータ３０により加熱する工程である。昇温工程では、真空ポンプ４０の作動は停止しており、給水用配管５１にある電磁弁５２１、真空ポンプ吸気用配管５２にある電磁弁５２３、実験排水吸引用配管５３にある電動弁５２４は、それぞれ閉状態にある。
【００６７】
電気ヒータ３０の加熱による実験排水の昇温によって、滅菌タンク２０内の圧力が高まるが、所定値（例えば０．０５ＭＰａ）以上になったら、電気ヒータ３０の通電を一旦停止する。そして、電気ヒータ３０の停止から所定時間（例えば３分）の経過後に、真空ポンプ４０を一時的に短時間（例えば１５秒）だけ作動させて、滅菌タンク２０内の圧力に変化を与える。
【００６８】
すなわち、滅菌タンク２０内を急激に減圧する。これにより、実験排水に強制的に対流が発生して、滅菌タンク２０内の水温分布を均一化することができ、実験排水における温度ムラが生ずることがなく、実験排水の全域で加熱することが可能となる。なお、真空ポンプ４０の作動中は、第１給水用配管５１Ａにある電磁弁５２１と真空ポンプ吸気用配管５２にある電磁弁５２３を、それぞれ一時的に開状態とする。
【００６９】
図５は、実験排水の温度と時間の経過との相関関係を示すグラフである。図５中に示したように、昇温工程の前半では、電気ヒータ３０の作動により、該電気ヒータ３０よりも上層の実験排水は徐々に昇温するが、電気ヒータ３０よりも下層の実験排水ではほとんど温度変化が見られない。
【００７０】
電気ヒータ３０よりも上層の実験排水の温度（図５中の温度センサ１により検知）が、１１１℃まで昇温すると滅菌タンク２０内の圧力は０．０５ＭＰａとなり、この時点で電気ヒータ３０の通電を一旦停止する。そして、電気ヒータ３０の停止から３分経過後に、真空ポンプ４０を一時的に１５秒だけ作動させると、滅菌タンク２０内の圧力変化により強制的に対流が発生し、電気ヒータ３０よりも下層の実験排水の温度（図５中の温度センサ２により検知）も急激に上昇する。
【００７１】
電気ヒータ３０の上層と下層の実験排水の温度が、１０１℃で等しくなった時点で再び電気ヒータ３０に通電して、実験排水を所定の滅菌温度（例えば１２１℃）まで昇温させる。なお、昇温時は、図示省略した「昇温」ランプが点灯するようになっている（図４参照）。
【００７２】
滅菌工程は、前記滅菌温度（例えば１２１℃）を維持して、実験排水を滅菌して不活化する工程である。滅菌工程では、前記昇温工程と同様に真空ポンプ４０の作動は停止しており、給水用配管５１にある電磁弁５２１、真空ポンプ吸気用配管５２にある電磁弁５２３、実験排水吸引用配管５３にある電動弁５２４は、それぞれ閉状態にある。
【００７３】
滅菌工程における滅菌温度と、この温度に対応した滅菌時間は予め設定されている。本実施の形態では、具体的には例えば、滅菌温度が１２１℃で滅菌時間を２０分と設定している。かかる滅菌温度を維持するように、電気ヒータ３０のＯＮないしＯＦＦが滅菌時間に亘って制御される。
【００７４】
詳しくは、温度センサ２３（図１参照）により検知された温度が、１２１．５℃以下に下がったら電気ヒータ３０の通電をＯＮとし、１２２．５℃以上に上がったら電気ヒータ３０の通電をＯＦＦにする制御を、滅菌時間に亘って繰り返すことになる。なお、滅菌時は、図示省略した「滅菌」ランプが点灯するようになっている（図４参照）。
【００７５】
排水工程は、前述した滅菌工程の終了後に滅菌タンク２０内の実験排水を排水する工程である。排水工程では、滅菌処理済み排水用配管５５にある電磁弁５２５、第２給水用配管５１Ｂにある電磁弁５２２をそれぞれ開状態とする。詳しくは、第２給水用配管５１Ｂにある電磁弁５２２を先ず開状態とし、その後例えば５秒間が経過した後、滅菌処理済み排水用配管５５にある電動弁５２５を開状態とすると良い。
【００７６】
滅菌タンク２０内には、図１に示すように、滅菌処理済み排水用配管５５の上流端側がタンク上部より底部に向かって延びるように導入され、該滅菌処理済み排水用配管５５の下流端側は、前記上流端側の開口部より低い位置にて開口する。かかる滅菌処理済み排水用配管５５によって、滅菌タンク２０内の滅菌処理済みの実験排水は、サイフォンの原理で滅菌タンク２０外に排出される。
【００７７】
滅菌タンク２０内の圧力は滅菌時には０．１１ＭＰａ（11mH20）となり、この圧力をそのまま利用して前記サイフォンを始動させ、滅菌タンク２０内の実験排水をタンク内部より押し出すように排水することができる。このように滅菌タンク２０内の圧力をそのまま利用することで、サイフォン始動のための特別な吸引操作ないし装置は不要となる。
【００７８】
滅菌処理済み排水用配管５５による排水は、滅菌タンク２０底部に延びた滅菌処理済み排水用配管５５の下流端開口より空気を吸ってサイフォン作用が途切れるまでであり、滅菌タンク２０底部における実験排水は排水されず、滅菌が不十分な虞のある実験排水は滅菌タンク２０内に残ったままとなる。これにより、排水滅菌装置１０の安全性および信頼性が高まる。
【００７９】
滅菌タンク２０から排出された実験排水は、その排出途中で第２給水用配管５１Ｂから供給された冷却水（市水）と混合され、所定の排水温度（例えば４５℃）以下に冷却されてから排水樋２に排出される。かかる状態での実際の経路の流れは図８に示す。なお、温度センサ５８１による検知温度が排水温度（例えば４５℃）を越える時は、電動弁５２５を閉状態として実験排水の排出を中断する。
【００８０】
実験排水の排水完了は、滅菌タンク２０に連通した真空ポンプ吸気用配管５２にある圧力計５５２により判断する。すなわち、圧力計５５２により検出した滅菌タンク２０内の圧力が０．０４ＭＰａ以下になったら、排水を完了したと判断する。なお、排水時は、図示省略した「排水」ランプが点灯するようになっている（図４参照）。
【００８１】
通気工程は、前述した排水工程の終了後に、滅菌タンク２０内に通気して圧力を常圧に戻す工程である。通気工程では、前記排水工程に続いて滅菌処理済み排水用配管５５にある電動弁５２５は開状態とするが、第２給水用配管５１Ｂにある電磁弁５２２は閉状態とする。なお、通気時は、図示省略した「通気」ランプが点灯するようになっている（図４参照）。
【００８２】
前述した７つの工程から成る排水滅菌方法は、排水滅菌装置１０の制御盤（図示せず）により全て自動的に実行される。制御盤は、より具体的には、各種制御の中枢的機能を果たすＣＰＵ（中央処理装置）と、ＣＰＵの実行するプログラムや各種の固定的データを記憶するＲＯＭと、プログラムを実行する上で一時的に必要になるデータを記憶するためのＲＡＭ等を主要部とする回路により構成されている。
【００８３】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は前述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。例えば、実験排水吸引用配管５３に設けたストレーナ５７２の目詰まりを事前に把握するため、「目詰」ランプを装備して、ストレーナ５７２が目詰まりを起こし始めている時に「目詰」ランプを点灯させるように制御しても良い。
【００８４】
また、排水滅菌装置１０における安全装置として過電流継電器、ヒータリミッタ等を附属させて、機器に異常が生じた場合には、安全装置を作動させて必要な処置を実行すると共に、同時にエラーコード表示により異常を表示し、ブザーを鳴らすように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る排水滅菌装置を示す概念図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る排水滅菌装置の主要部を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る排水滅菌装置の主要部の外観を示す正面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る排水滅菌方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の一実施の形態に係る排水滅菌装置における実験排水の温度と時間の経過との相関関係を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施の形態に係る排水滅菌方法における吸引工程の経路を説明するための概念図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る排水滅菌方法における真空工程の経路を説明するための概念図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る排水滅菌方法における排水工程の経路を説明するための概念図である。
【符号の説明】
【００８６】
１…実験排水槽
２…排水樋
１０…排水滅菌装置
２０…滅菌タンク
２１…水位センサ
２２…水位センサ
２３…温度センサ
３０…電気ヒータ
４０…真空ポンプ
５１…給水用配管
５１Ａ…第１給水用配管
５１Ｂ…第２給水用配管
５２…真空ポンプ吸気用配管
５３…実験排水吸引用配管
５４…真空ポンプ排水用配管
５５…滅菌処理済み排水用配管
５６…実験排水戻り用配管
５７…安全弁逃し用配管
５０１…混合弁
５１１…手動弁
５１２…手動弁
５１３…手動弁
５１４…手動弁
５２１…電磁弁
５２２…電磁弁
５２３…電磁弁
５２４…電磁弁
５２５…電磁弁
５３１…逆止弁
５３２…逆止弁
５５１…圧力計
５５２…圧力計
５６１…圧力スイッチ
５６２…圧力スイッチ
５６３…圧力スイッチ
５６４…圧力スイッチ
５７１…ストレーナ
５７２…ストレーナ
５７３…ストレーナ
５８１…温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008200564.tif 000006
【図５】
2008200564.tif 000007
【図６】
2008200564.tif 000008
【図７】
2008200564.tif 000009
【図８】
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