(57)【要約】【課題】衝撃波に伴い発生する気泡を用いて効率的に対象の浄化を行なう浄化装置及び浄化方法を提供する。【解決手段】第１の液体と第２の液体とを隔離する隔離部３と、前記第１の液体から前記隔離部を透過して前記第２の液体へ伝播する衝撃波であって、前記第２の液体中で気泡の発生を伴う前記衝撃波を発生する衝撃波発生部４と、を備え、前記隔離部３は、前記第２の液体における前記衝撃波の伝播特性に基づいて選定された伝播特性を有する材料を用いて構成される。【選択図】図１
2017080656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の液体と第２の液体とを隔離する隔離部と、
前記第１の液体から前記隔離部を透過して前記第２の液体へ伝播する衝撃波であって、前記第２の液体中で気泡の発生を伴う前記衝撃波を発生する衝撃波発生部と、を備え、
前記隔離部は、
前記第２の液体における前記衝撃波の伝播特性に基づいて選定された伝播特性を有する材料を用いて構成された、
ことを特徴とする、浄化装置。
【請求項２】
前記第２の液体における前記伝播特性及び前記隔離部の前記材料が有する前記伝播特性は、それぞれ音響インピーダンスである、
ことを特徴とする、請求項１記載の浄化装置。
【請求項３】
前記隔離部の前記材料が有する前記音響インピーダンスと、前記第２の液体における前記音響インピーダンスとの比率は、０．２以上５．０以下である、
ことを特徴とする、請求項２記載の浄化装置。
【請求項４】
前記第１の液体における前記衝撃波の伝播特性は、前記第２の液体における前記衝撃波の伝播特性に基づいて選定された、
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の浄化装置。
【請求項５】
内壁及び外壁の各々が中心軸を共通とした筒形状を有する固体壁を備え、
前記固体壁において、前記中心軸に沿った前記第１の液体及び前記第２の液体のいずれか一方の流路が前記内壁側の筒形状空間に形成されるとともに、前記外壁側が気体に接し、
前記隔離部は、前記第１の液体及び前記第２の液体のいずれか他方を収容して前記固体壁の前記内壁側の前記筒形状空間に設けられる、
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の浄化装置。
【請求項６】
内壁及び外壁の各々が中心軸を共通とした筒形状を有する第１の固体壁及び第２の固体壁を備え、
前記第１及び前記第２の固体壁の各々は前記中心軸を共通とし、
前記第１の固体壁の内壁側、及び、前記第２の固体壁の外壁側は、それぞれ気体に接し、
前記第１の固体壁の外壁と、前記第２の固体壁の内壁との間の環状の筒形状空間に、前記中心軸に沿った前記第１の液体及び前記第２の液体のいずれか一方の流路が形成され、
前記隔離部は、前記第１の液体及び前記第２の液体のいずれか他方を収容して、前記第１の固体壁の前記外壁と、前記第２の固体壁の前記内壁との間の前記環状の筒形状空間に設けられる、
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の浄化装置。
【請求項７】
第１の固体壁及び第２の固体壁を備え、
前記第１の固体壁の第１面と、前記第２の固体壁の第１面との間の筒形状空間に前記第１の液体及び前記第２の液体のいずれか一方の流路が形成され、
前記第１及び前記第２の固体壁の各々において、前記第１面と対向する第２面側が気体に接し、
前記隔離部は、前記第１の液体及び前記第２の液体のいずれか他方を収容して、前記第１の固体壁の前記第１面と、前記第２の固体壁の前記第１面との間の前記筒形状空間に設けられる、
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の浄化装置。
【請求項８】
第１の固体壁及び第２の固体壁を備え、
前記第１の固体壁の第１面と、前記第２の固体壁の第１面との間の筒形状空間に前記第２の液体の流路が形成され、
前記第１及び前記第２の固体壁の各々において、前記第１面と対向する第２面側が気体に接し、
前記隔離部は、前記衝撃波発生部の少なくとも一部及び前記第１の液体を収容して、前記第１の固体壁の前記第１面と、前記第２の固体壁の前記第１面との間の前記筒形状空間に設けられる、
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の浄化装置。
【請求項９】
第２の液体における衝撃波の伝播特性に基づいて選定された伝播特性を有する材料を用いて構成された隔離部により、第１の液体と前記第２の液体とを隔離し、
前記第１の液体から前記隔離部を透過して前記第２の液体へ伝播する衝撃波であって、前記第２の液体中で気泡の発生を伴う前記衝撃波を発生させる、
ことを特徴とする、浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄化装置及び浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体中において、圧力差により短時間に複数の微小気泡の発生及び消滅が生じるキャビテーションと呼ばれる現象が知られている。
【０００３】
キャビテーションは、例えばアクリル製の薄型水槽に充填した水中での放電試験により観測することができる。薄型水槽を用いた放電試験では、放電により薄型水槽内を伝播する水中衝撃波の背後（後方）に複数の微小気泡が発生することが確認できる（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】T. Koita, K. Hayashi, M. Sun、Experimental Study of Underwater Shock Wave and Cavitation Generated by Underwater Electric Discharge in a Narrow Container、Proc. of 29th International Symposium on Shock Waves, Vol 2, pp 1505-1510、Madison, Wisconsin, U.S.A.、from July 14 to July 19, 2013
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
キャビテーションにおいて発生する微小気泡については種々の用途が研究されている。微小気泡の用途の一つとして、殺菌又は洗浄等の浄化が挙げられる。
【０００６】
１つの側面では、本発明は、衝撃波に伴い発生する気泡を用いて効率的に対象の浄化を行なう浄化装置及び浄化方法を提供することを目的とする。
【０００７】
なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的の１つとして位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの態様では、本件の浄化装置は、第１の液体と第２の液体とを隔離する隔離部と、前記第１の液体から前記隔離部を透過して前記第２の液体へ伝播する衝撃波であって、前記第２の液体中で気泡の発生を伴う前記衝撃波を発生する衝撃波発生部と、を備え、前記隔離部は、前記第２の液体における前記衝撃波の伝播特性に基づいて選定された伝播特性を有する材料を用いて構成される。
【０００９】
１つの態様では、本件の浄化方法は、第２の液体における衝撃波の伝播特性に基づいて選定された伝播特性を有する材料を用いて構成された隔離部により、第１の液体と前記第２の液体とを隔離し、前記第１の液体から前記隔離部を透過して前記第２の液体へ伝播する衝撃波であって、前記第２の液体中で気泡の発生を伴う前記衝撃波を発生させる。
【発明の効果】
【００１０】
１つの側面では、衝撃波に伴い発生する気泡を用いて効率的に対象の浄化を行なう浄化装置及び浄化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る殺菌装置の構成例を示す図である。
【図２】電極ユニットの構成例を示す図である。
【図３】音響インピーダンスについて説明する図である。
【図４】音響インピーダンスとエネルギー透過率との関係の一例を示す図である。
【図５】音響インピーダンスとエネルギー透過率との関係の一例を示す図である。
【図６】菌体容器のフィルム材料の一例を示す図である。
【図７】放電後における水中衝撃波の伝播及びキャビテーションの生成を連続的に捉えた例を示す図である。
【図８】最初の気泡リバウンド後の水中衝撃波の伝播及びキャビテーションの生成を連続的に捉えた例を示す図である。
【図９】放電による水中衝撃波の圧力推移の一例を示す図である。
【図１０】最初の気泡リバウンド後に現れる衝撃波の圧力推移の一例を示す図である。
【図１１】水中衝撃波の伝播及びキャビテーションの生成を水槽の側面から連続的に捉えた例を示す図である。
【図１２】実験装置の構成例を示す図である。
【図１３】電極ユニットの構成例を示す図である。
【図１４】放電電圧Ｖ＝４．５ｋＶ及び３．３ｋＶのそれぞれの実験条件を示す図である。
【図１５】４．５ｋＶでの放電回数と生存細胞数との関係の実験結果を示す図である。
【図１６】４．５ｋＶ及び３．３ｋＶのそれぞれの場合における放電回数と生存細胞数との関係の実験結果を示す図である。
【図１７】ユニット隔絶タイプの殺菌装置の構成例を示す図である。
【図１８】浄化対象隔絶タイプの殺菌装置の構成例を示す図である。
【図１９】円筒形状を有する水槽をそなえる殺菌装置の構成例を示す図である。
【図２０】円筒形状を有する水槽をそなえる殺菌装置の構成例を示す図である。
【図２１】多重円筒形状を有する水槽をそなえる殺菌装置の構成例を示す図である。
【図２２】多重円筒形状を有する水槽をそなえる殺菌装置の構成例を示す図である。
【図２３】多重円筒形状を有する水槽をそなえる殺菌装置の構成例を示す図である。
【図２４】多層型の水槽をそなえる殺菌装置の構成例を示す図である。
【図２５】隔膜独立型の水槽をそなえる殺菌装置の構成例を示す図である。
【図２６】放電タイプの衝撃波発生ユニットの構成例を示す図である。
【図２７】レーザ照射タイプの衝撃波発生ユニットの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。すなわち、本実施形態を、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。なお、以下実施形態で用いる図面において、同一符号を付した部分は、特に断らない限り、同一若しくは同様の部分を表す。
【００１３】
〔１〕一実施形態
〔１−１〕キャビテーションにおいて発生する気泡を用いた浄化について
キャビテーションにおいて発生する気泡の用途の例として、気泡の崩壊による浄化対象、例えば液体又は固体の浄化が挙げられる。浄化には液体の殺菌や固体表面に付着した汚れの洗浄等が含まれてよい。以下、浄化対象の浄化として液体の殺菌を例に挙げて説明する。
【００１４】
例えば、海洋ビブリオ属細菌を用いた生物学的実験により、水中衝撃波によって誘発される微小気泡の崩壊の殺菌効果を観測することができる。海洋ビブリオ属細菌を用いた実験では、微小気泡の崩壊の衝撃による殺菌で、海洋バクテリアの不活化効果が確認できる。なお、微小気泡は数ｍｍ〜数ｎｍのサイズであり、気泡内部は真空、液体に融解した気体、又は水蒸気によって満たされている。
【００１５】
上述した気泡による液体の殺菌を簡素な構成で実現するために、例えば浄化対象の液体で満たされた水槽と、液体中で気泡の発生を伴う衝撃波を発生させる衝撃波発生ユニットとをそなえた浄化装置を用いることが考えられる。なお、衝撃波発生ユニットとしては、放電やレーザ照射等の種々の手法により液体中で衝撃波を発生させる装置が挙げられる。
【００１６】
しかしながら、衝撃波発生ユニットが液体中で衝撃波を発生させる際に、液体の汚染が生じることがある。例えば衝撃波の発生の過程で生じる熱等のエネルギーにより液体自体が変質する場合がある。また、放電に用いる電極の融解又は破壊により、金属が液体中に溶け出したり、金属の破片が液体中に混入したりする場合もある。
【００１７】
浄化装置は、排水処理等の他に、電子工場における超純水又は精製水の殺菌処理や、食品工場での材料又は容器等の洗浄水又は冷却水の殺菌処理等、多岐に亘る用途で用いることができるため、浄化対象の液体が衝撃波の発生の過程で汚染されることは好ましくない。
【００１８】
〔１−２〕一実施形態に係る浄化装置の構成例
そこで、一実施形態においては、浄化対象を衝撃波の発生によって汚染されることを抑止しつつ、効率的に浄化対象の浄化を行なうことのできる浄化装置について説明する。
【００１９】
図１は一実施形態に係る殺菌装置１の構成例を示す図であり、図１（ａ）は殺菌装置１を上面からみた平面図、図１（ｂ）は殺菌装置１を正面又は背面からみた正面図を示す。図２は殺菌装置１の電極ユニット４５の構成例を示す図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図を示す。
【００２０】
殺菌装置１は、液体中で気体の発生を伴う衝撃波を発生させ、発生する気泡により浄化対象である液体の殺菌を行なう装置であり、浄化対象の浄化を行なう浄化装置の一例である。なお、以下の説明では、殺菌装置１が電極間の放電により衝撃波を発生するものとする。
【００２１】
図１（ｂ）の正面図に示すように、殺菌装置１は、例示的に、水槽２、菌体容器３、衝撃波発生ユニット４、及び電極支持部５をそなえる。
【００２２】
水槽２は、衝撃波を伝播させる媒質である第１の液体により満たされる水槽であり、図１（ｂ）に示す例では、高さ及び幅に対して奥行きのサイズが小さい直方体形状の薄型水槽である。一実施形態において、水槽２に満たされる第１の液体は蒸留水であるものとする。
【００２３】
水槽２の材料としては、水密性及び耐衝撃性の高い種々の材料が用いられてよい。一例として、水槽２の固体壁２１の材料としてステンレス部材等の金属、アクリル樹脂又はＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）等の合成樹脂、又はこれらの組み合わせ等が挙げられる。
【００２４】
菌体容器３は、水槽２に満たされる第１の液体と浄化対象の第２の液体とを隔離する隔離部の一例である。一実施形態において、菌体容器３はシリコーンゴムフィルムを材料とした直方体形状の容器であり、水槽２の上部から挿入され水槽２内に設置される。
【００２５】
菌体容器３には、殺菌対象の菌体を含む菌体溶液が第２の液体の一例として注入される。一実施形態においては、菌体として、毒性が無く取り扱いの容易な海洋ビブリオ属細菌が用いられ、この海洋ビブリオ属細菌を海水に加えてできた液体が、菌体溶液として用いられるものとする。
【００２６】
衝撃波発生ユニット４は、第１の液体から菌体容器３を透過して第２の液体へ伝播し第２の液体中で気泡の発生を伴う衝撃波を発生する衝撃波発生部の一例である。衝撃波発生ユニット４は、例示的に、電圧源４１、コンデンサ４２、スパークトリガ４３、ケーブル４４、及び電極ユニット４５をそなえる。
【００２７】
電圧源４１は出力電圧範囲の中から所望の値の直流電圧を出力する装置である。コンデンサ４２は電圧源４１と並列に接続され、電圧源４１からの出力電圧に基づき放電のための電荷を蓄積する回路素子である。スパークトリガ４３はコンデンサ４２に蓄積された電荷の放電を行なうためのスイッチである。
【００２８】
換言すれば、電圧源４１、コンデンサ４２、及びスパークトリガ４３は、放電のための電力供給を行なう放電ドライバ回路４０として位置付けられる。
【００２９】
ケーブル４４は放電ドライバ回路４０から供給される電力を水槽２の近傍へ導く２本のケーブルである。電極ユニット４５はケーブル４４を介して供給される電力により水槽２内で衝撃波を発生させる放電電極である。
【００３０】
図１（ａ）及び（ｂ）並びに図２（ａ）及び（ｂ）に例示するように、電極ユニット４５は、ケーブル４４に接続され絶縁体で被膜された２本の導線４５ａと、２本の導線４５ａの先端を導通させるように例えばハンダ接続されたワイヤ４５ｂとをそなえる。導線４５ａは例えば銅線であってよく、ワイヤ４５ｂは銅であってよい。なお、電極ユニット４５の先端近傍（ワイヤ４５ｂ近傍）の導線４５ａ間にパテ等の絶縁体を挟むことで、電極同士の接触によるショートを防いでもよい。
【００３１】
以上のように構成された衝撃波発生ユニット４によれば、スパークトリガ４３のショートにより、電極ユニット４５の電極間に誘起された高圧放電が銅線をプラズマ化し、水中衝撃波を発生させることができる。
【００３２】
なお、電極ユニット４５の先端部は放電ごとに爆発し破壊されるが、電極ユニット４５をケーブル４４と接続可能に形成することで、電極ユニット４５自体の交換により短時間で放電準備を整えることが可能となる。
【００３３】
電極支持部５は、水槽２の上面から水槽２内に挿入される電源ユニット４５を支持するものである。電極支持部５の材質は少なくとも電源ユニット４５と接触する部分が絶縁体であることが好ましい。
【００３４】
次に、殺菌装置１がそなえる各構成の材質若しくは形状、又は構成間の配置関係について、詳細に説明する。
【００３５】
（菌体容器３の材料について）
図３に例示するように、衝撃波は、異なる物質間の界面に入射すると、一部は界面で反射し一部は界面を通過する。なお、図３において、Ｚ０は菌体容器３の隔膜の音響インピーダンス（単位［Ｐａ・ｓ／ｍ３］）を表し、Ｚ１は水槽２内の液体（例えば蒸留水）の音響インピーダンスを表し、Ｚ２は菌体容器３内の液体（例えば菌体溶液）の音響インピーダンスを表す。
【００３６】
音響インピーダンスは、媒質の密度又は媒質中の音速に関連する指標であり、媒質における衝撃波の伝播特性の一例である。
【００３７】
蒸留水における衝撃波を弾性波と近似すると、隔膜のエネルギー通過率Ｔは下記の式（１）で表される。
【００３８】
【数１】
2017080656.tif 000003
【００３９】
ここで、隔膜の音響インピーダンスＺ０が衝撃波の進行方向前後の物質の音響インピーダンスＺ１及びＺ２と等しい場合、エネルギー通過率Ｔは１００％となる。従って、隔膜の音響インピーダンスＺ０が下記の式（２）を満たす場合に、エネルギーの最大通過率が達成される。
【００４０】
【数２】
2017080656.tif 000004
【００４１】
以上のことから、菌体容器３の材料としては、上記の式（２）を満たす材料が選定されることが好ましい。
【００４２】
例えば音響インピーダンスＺ１及びＺ２の値が近い場合（Ｚ１≒Ｚ２）、隔膜のエネルギー通過率は図４及び図５に示す表で表される。図４及び図５に例示するように、菌体容器３の隔膜の音響インピーダンスＺ０がＺ１及びＺ２の０．２倍以上５倍以内であれば、通過率を３０％以上確保することができる。また、菌体容器３の隔膜の音響インピーダンスＺ０がＺ１及びＺ２の０．５倍以上２倍以内であれば、通過率を７０％以上確保することができる。さらに、菌体容器３の隔膜の音響インピーダンスＺ０がＺ１及びＺ２の０．６６７倍以上１．５倍以内であれば、通過率を９０％以上確保することができる。
【００４３】
換言すれば、菌体容器３の材料が有する音響インピーダンスと、第２の液体における音響インピーダンスとの比率は、０．２以上５．０以下が好ましい。また、当該比率は、０．５以上２．０以下がより好ましく、０．６６７以上１．５以下がさらに好ましい。
【００４４】
なお、殺菌装置１の導入にあたっては、はじめに菌体容器３に注入する殺菌対象の液体が決定されるものと考えられる。このため、菌体容器３の材料及び水槽２に満たされる液体は、決定された殺菌対象の液体の音響インピーダンスに基づき選定された音響インピーダンスを有することが好ましい。換言すれば、菌体容器３は、第２の液体における衝撃波の伝播特性に基づいて選定された伝播特性を有する材料を用いて構成される。
【００４５】
図１に示す殺菌装置１においては、菌体容器３内の菌体溶液の音響インピーダンスが１．５×１０６（Ｎｓ／ｍ３）である。このため、水槽２内には、海水の塩分濃度に依存する誤差が存在するものの実質的に同程度の音響インピーダンスを有する蒸留水が用いられ、菌体容器３の材料には１．２×１０６〜１．５×１０６（Ｎｓ／ｍ３）の音響インピーダンスを有するシリコーンフィルムが用いられる。
【００４６】
なお、菌体容器３の材料としては、シリコーンフィルム以外にも、菌体溶液と同程度の音響インピーダンスを有する図６に例示するフィルム材料が用いられてもよい。
【００４７】
（水槽２の形状について）
水槽２の形状は、図１に示す薄型水槽のように、少なくとも１つの対向する内壁間の距離が所定の大きさ以下であることが好ましい。なお、対向する内壁間の距離が５ｍｍの水槽を用いる場合、微小気泡群が放電点から１０〜４８ｍｍの領域で観測されることが実験により明らかになっている。従って、内壁間距離の所定の大きさとしては、対向する内壁のそれぞれの厚みに応じて変化し得るが、例えば衝撃波発生ユニット４による微小気泡の発生領域の半径の１０．４〜５０％程度であってもよい。なお、水槽２の形状は薄型水槽に限定されるものではない。水槽２の形状のバリエーションについては後述する。
【００４８】
このような水槽２の形状が好ましい理由は、壁面又は水面で反射した水中衝撃波（反射波）により効率的に微小気泡を発生させるためである。以下、図７〜図１１を参照して詳細に説明する。
【００４９】
図７（ａ）〜（ｈ）及び図８（ａ）〜（ｄ）に放電後における水中衝撃波の伝播及びキャビテーションの生成を連続的に捉えた様子を示す。なお、図７及び図８は、図１に示す水槽２と同様の形状であって正面及び背面がいずれもアクリル部材である薄型水槽において、水中衝撃波を水槽の正面又は背面から影写真法（Shadowgraph method）により撮影した図である。
【００５０】
放電タイミングをｔ＝０とすると、図７（ｂ）に示すように、ｔ＝１２．６７μｓにおいて弾性応力波（Elastic Stress wave；ＥＳ）の伝播と、水中衝撃波（Shock wave；ＳＷ）の伝播とが確認できる。また、図７（ｄ）〜（ｈ）に示すように、衝撃波の伝播方向の背後（後方）、換言すれば衝撃波の内側にキャビテーションの発生が確認できる。
【００５１】
薄型水槽において最初の気泡リバウンド（bubble rebound）が起こると衝撃波が現れる。図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、薄型水槽において気泡リバウンド後にもキャビテーションが確認できる。
【００５２】
なお、気泡リバウンドとは、微小気泡が崩壊した後に再び発生する現象である。図９及び図１０に例示するように、最初の気泡リバウンド後に現れる衝撃波の圧力は、放電による水中衝撃波の圧力と比べておよそ半分程度である。
【００５３】
水中衝撃波は、本来は衝撃の発生ポイントを中心として球状に半径方向に伝播する。しかし、薄型水槽では奥行きのサイズが小さいため、図７及び図８に示すように、水中衝撃波は円柱状に半径方向に伝播する。換言すれば１つの軸方向のサイズが小さい直方体の薄型水槽において、水中衝撃波は、薄型水槽における他の２軸上の平面と平行な方向（長手方向）にリング状に伝播する。
【００５４】
図１１（ａ）〜（ｄ）に、図７及び図８と同様の条件で水中衝撃波を水槽の側面から撮影した様子を示す。図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、放電後、水中衝撃波は薄型水槽の正面及び背面（図１１（ａ）又は（ｂ）の紙面上で左右の側面）のアクリルガラスで反射され、反射された複数の波（反射波）は水中衝撃波の背後に観測される。また、キャビテーションがアクリルガラス近傍において複数の波の背後に発生する。同様に、図１１（ｃ）及び（ｄ）に示すように、気泡リバウンド後についても、キャビテーションがアクリルガラス近傍において気泡リバウンド後に生じる。
【００５５】
このように、薄型水槽において水中衝撃波が発生すると、壁面近傍においてキャビテーションの発生を伴う複数の衝撃波（反射波）が現れる。換言すれば、菌体容器３の位置等の微小気泡を発生させたい位置に、反射波を効率的に集中させる（重ね合わせる）ことで、菌体容器３中で発生する微小気泡の数を増加させることができる。
【００５６】
従って、水槽２として少なくとも１つの対向する内壁間の距離が所定の大きさ以下である水槽を用いることで、効率的に微小気泡を発生させることができ、効率的な殺菌を行なうことができる。
【００５７】
また、水槽２内で効率的に水中衝撃波を反射させるために、水槽２の外壁は気体、例えば大気等の空気に接することが好ましい。
【００５８】
上述したように、水槽２の内部の液体、例えば蒸留水の音響インピーダンスは約１．５×１０６（Ｎｓ／ｍ３）である。また、水槽２の固体壁２１の一例としてステンレス部材の音響インピーダンスは約４５．７×１０６（Ｎｓ／ｍ３）である。これに対し、空気の音響インピーダンスは約４．１×１０２（Ｎｓ／ｍ３）である。
【００５９】
このように、水槽２の固体壁２１の外部が気体である場合、水槽２内の液体を伝播する衝撃波が水槽２の固体壁２１を通過したとしても、固体壁２１と外部の気体との界面で衝撃波が実質的に全反射して水槽２内の液体を伝播することになる。
【００６０】
従って、水槽２の固体壁２１の外部を気体とすることで、水中衝撃波（反射波）のロスを低減させることができ、効率的に微小気泡を発生させることができる。
【００６１】
（衝撃波発生ユニット４の設置位置について）
また、電極ユニット４５の固定位置としては、先端部の爆発位置が水槽２及び菌体容器３の中心となることが好ましい。水中衝撃波は、水中放電を用いたワイヤ４５ｂの線爆発により放電が行なわれた放電ポイントを中心として生成され、複数の微小気泡の殆どは放電ポイント周囲のリング状の領域内に現れるためである。
【００６２】
さらに、微小気泡による殺菌効果を効率的に得るために、電極ユニット４５の先端部は菌体容器３における殺菌効率の高い位置の近傍に設置されることが好ましい。
【００６３】
一実施形態においては、菌体容器３中の菌体は菌体容器３の底面側に沈殿する性質を持つ。このため、微小気泡による殺菌効果を効率的に得るために、電極ユニット４５の先端部を菌体容器３の底面側に設置することが好ましい。
【００６４】
以上のように、浄化装置の一例としての殺菌装置１によれば、第２の液体中で衝撃波による気泡が発生するため、気泡による浄化作用により第２の液体の浄化を行なうことができる。
【００６５】
また、浄化装置の一例としての一例としての殺菌装置１によれば、菌体容器３により第１の液体と第２の液体とが隔離されるため、衝撃波の発生により第１の液体の汚染が生じたとしても第２の液体に汚染した液体が流入することを抑制できる。
【００６６】
さらに、浄化装置の一例としての殺菌装置１によれば、菌体容器３が第２の液体における衝撃波の伝播特性に基づいて選定された伝播特性を有する材料を用いて構成される。これにより、衝撃波が菌体容器３を透過して第２の液体へ効率的に伝播するように菌体容器３の材料を選定することができ、効率的に気泡を発生させることができる。
【００６７】
従って、殺菌装置１により、衝撃波に伴い発生する気泡を用いて効率的に対象の浄化を行なうことができる。
【００６８】
〔１−３〕実験例
発明者らは、衝撃波の入射による衝撃圧及びその背後に生成される気泡群の運動によって殺菌効果が得られるか否かを確認するために、薄型水槽を用いた菌体実験を実施した。
【００６９】
本実験では、海洋ビブリオ属細菌を使用して、（１）衝撃波背後に微小気泡群が発生する放電電圧４．５ｋＶでの実験、及び（２）衝撃波背後に微小気泡群が発生しない放電電圧３．３ｋＶでの実験を行なった。
【００７０】
〔１−３−１〕実験装置及び実験手順
本実験で使用した薄型水槽の実験装置（殺菌装置１′）の構成例を図１２に示す。図１２（ａ）は平面図を示し、図１２（ｂ）は正面図を示す。図１２（ｂ）に示すように、殺菌装置１′は基本的に図１に示す殺菌装置１と同様の構成をそなえるため、重複した説明は省略する。なお、便宜上、殺菌装置１に対応する殺菌装置１′の構成には、符号に“′”（ダッシュ）を付す。
【００７１】
水槽２′の内寸は、高さ３２０ｍｍ、幅２４０ｍｍ、奥行５ｍｍである。水槽２′の側壁及び底壁はステンレス製であり、厚さ１０ｍｍのアクリル製の正面壁でステンレス部材を挟んで作製された。水槽２′内には、厚さ０．１ｍｍ、硬度６０度、透過率９５％のシリコーンゴムフィルムで自作した高さ１５０ｍｍ、幅１００ｍｍ、奥行４．５ｍｍの直方体形状の菌体容器３′を上部から挿入し設置した。なお、シリコーンフィルムは冨田マテックス製のＧＦＳＣ６０００を用いた。
【００７２】
シリコーンフィルム製の菌体容器３内′には菌体を含む人工海水を注入し、水槽２′内において菌体容器３′の周囲を高杉製薬製の蒸留水で満たした。水槽２内′で発生させる水中衝撃波の壁面や水面による反射波の影響を考慮して、水槽２′内の蒸留水の水深を３００ｍｍとし、菌体容器３′内の水面も一致させた。このとき、菌体容器３内′の菌体溶液の容量は５８．５ｍｌであった。
【００７３】
水中衝撃波は、水中放電を用いた銅線（直径０．０５ｍｍ、長さ１．８ｍｍ）の線爆発により生成され、爆発位置が水槽２′の中心となる様に交換式の電極ユニット４５′が水槽２′の上部から挿入され配置された。
【００７４】
実験では、毒性が無く取り扱いの容易な洋ビブリオ属細菌（Vibrio sp.）を使用した。菌体溶液は、ＮａＣｌ（４００ｍＭ／ｌ）、ＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ（５３ｍＭ／ｌ）、ＫＣｌ（１０ｍＭ／ｌ）、Ｎａ２ＳＯ４（２８ｍＭ／ｌ）、ＣａＣｌ２・２Ｈ２（１０ｍＭ／ｌ）を蒸留水に溶かして作成された人工海水１リットルに、海水から単離して準備された菌体原液１ｍ３（１０９ｃｆｕ／ｍｌの菌体数を含有）を加えて作成された。なお、ｃｆｕは菌体が形成するコロニーを示す単位である。
【００７５】
菌体溶液は、上述したシリコーンフィルム製の菌体容器３′によって水槽２′内で放電電極部である電極ユニット４５′と隔離されており、水中放電誘起のプラズマや電極からの溶融金属イオン等による殺菌への影響は排除される。
【００７６】
また、本実験で使用したシリコーンフィルム（ゴム）の音響インピーダンスは、蒸留水の音響インピーダンスと同じあるため、水中衝撃波は菌体容器３′の底面で反射せずに透過し、菌体溶液へ伝播する。水中衝撃波の伝播に伴って生じる微小気泡群の発生領域は、図１２に例示するように電極を中心として半径５０ｍｍであることから、線爆発位置とシリコーン製の菌体容器３′の底面との間の距離をＬ＝２０ｍｍとした。
【００７７】
図１２（ｂ）に示すように、水中衝撃波生成のための放電システム（衝撃波発生ユニット４′）では、電圧源４１′として松定プレシジョン製のＨＪＰＱ−１０＊３（出力電圧範囲０〜１０ｋＶ、出力電流３ｍＡ）の高電圧源を用いた。また、コンデンサ４２′としては、Ｃ＝０．２μＦの容量のコンデンサを用いた。
【００７８】
図１３に放電電極としての電極ユニット４５′の構成例を示す。図１２（ａ）は平面図を示し、図１２（ｂ）は正面図を示す。図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、先端から２ｍｍを残して外径１．７ｍｍの絶縁体の熱収縮チューブ（絶縁性能２０ｋＶ／ｍｍ）で被膜された２本の銅線（導線４５ａ′；直径１．０ｍｍ）を幅４．５ｍｍで平行に配置した。そして、当該２本の銅線の先端を、銅線（ワイヤ４５ｂ′；長さ１．８ｍｍ、直径０．０５ｍｍ）でハンダ接続した電極ユニット４５′を作製した。
【００７９】
なお、電極先端近くの銅線間にパテを挟むことで電極同士の接触によるショートを防ぐ工夫を施した。また、電極ユニット４５′自体を交換できるようにし、短時間で放電準備を整えることを可能とした。
【００８０】
上述した構成の殺菌装置１′を用いて、スパークトリガ４３′による手動トリガで放電を起動する。放電の起動により、電極間に誘起された高圧放電が銅線をプラズマ化し、水中衝撃波を発生させる。
【００８１】
水槽２′内で放電電圧Ｖ＝４．５ｋＶの条件で水中衝撃波を発生させる場合、衝撃波背後に微小気泡群が発生することが確認されている（例えば、非特許文献１参照）。また、Ｖ＝３．３ｋＶの条件では微小気泡群は発生しないことが確認されている（例えば、“小板丈敏, 孫明宇、薄型水槽内で放電による水中衝撃波誘起キャビテーションおよび発生電圧閾値に関する研究、日本混相流学会混相流シンポジウム2013, No. B133 (2013)”参照）。
【００８２】
従って、Ｖ＝４．５ｋＶの菌体実験によって水中衝撃波及び微小気泡群による殺菌効果、並びに、Ｖ＝３．３ｋＶの実験によって水中衝撃波のみの殺菌効果を調査できると考えた。
【００８３】
理論的な放電エネルギーＥはＥ＝１／２ＣＶ２で計算され、Ｖ＝４．５ｋＶ，３．３ｋＶでの放電エネルギーＥｅは、それぞれ、Ｅｅ＝２．０２５Ｊ，１．０８９Ｊである。また、放電電圧が下がると水中衝撃波のピーク圧力も下がることから、菌体容器３′の底面に入射する水中衝撃波のピーク圧力を一致させるために、Ｖ＝３．３ｋＶの実験の際の爆発位置をＶ＝４．５ｋＶの実験の際の爆発位置よりも菌体容器３′の底面側に近づけた。
【００８４】
〔１−３−２〕実験条件及び定性的な実験結果
図１４に、放電電圧Ｖ＝４．５ｋＶ及び３．３ｋＶのそれぞれの実験条件を示す。殺菌装置１′を用いて図１４に示す実験条件で実験を行ない、以下の結果が得られた。
【００８５】
（ｉ）キャビテーションが生成される条件であるＶ＝４．５ｋＶの場合、放電回数２０以上で菌体の減少傾向が明確に得られた。
【００８６】
図１５に、４．５ｋＶでの放電回数と生存細胞数との関係の実験結果を示す。なお、図１５では図１４に示す２ｎｄセットによる結果の他に、エラーによりｃｆｕの値にエラーのある１ｓｔセットによる結果も含まれている。図１５に示すように、１０回を超える放電により、ｃｆｕの減少傾向が得られた。
【００８７】
（ii）キャビテーションが生成されない条件であるＶ＝３．３ｋＶの場合、殺菌効果は得られなかった。
【００８８】
図１６に、４．５ｋＶ及び３．３ｋＶのそれぞれの場合における放電回数と生存細胞数との関係の実験結果を示す。図１６に示すように、４．５ｋＶでの放電では１５回以降の放電により、明確に生存細胞数の減少が見られた。一方、３．３ｋＶの放電では生存細胞数は一定値付近を保った。なお、実験条件の誤差により、Ｖ＝３．３ｋＶの場合であっても実際には微量ながら微小気泡が発生した可能性もある。しかしながら、微小気泡の殺菌効果が微小気泡の数に依存することから、Ｖ＝３．３ｋＶの場合に発生した微小気泡による殺菌効果は、Ｖ＝４．５ｋＶの場合における殺菌効果と比して僅かであったと考えられる。
【００８９】
（iii）キャビテーションの有無による殺菌効果への影響を確認できた。この実験結果により、キャビテーションの生成は殺菌効果を得るための重要な条件であることが示唆される。
【００９０】
以上のように、殺菌装置１′を用いた実験により、菌体容器３′中で水中衝撃波の背後に発生する微小気泡によって殺菌効果が得られることが分かった。
【００９１】
〔２〕浄化装置の他の構成例
ここまで、一実施形態に係る浄化装置の一例として、図１に示す殺菌装置１について説明したが、一実施形態に係る浄化装置は図１に例示する構成に限定されるものではない。以下、浄化装置の他の構成例について殺菌装置を例に挙げて説明する。
【００９２】
〔２−１〕隔膜の配置のバリエーション
浄化装置は、第１の液体と第２の液体とを隔離する隔膜の配置手法により、以下の２つのタイプに分類することができる。
【００９３】
〔２−１−１〕衝撃波発生ユニットを浄化対象から隔絶する態様（ユニット隔絶タイプ）
図１に示す殺菌装置１では、浄化対象の菌体溶液を隔膜の一例としての菌体容器３中に充填したが、図１７に例示する殺菌装置１００のように、衝撃波発生ユニット４００の少なくとも一部を隔膜３００で覆ってもよい。
【００９４】
図１７に示す殺菌装置１００では、隔膜３００内部に衝撃波の伝播媒質である第１の液体が充填されるとともに、隔膜３００内部に衝撃波発生ユニット４００の少なくとも一部（例えば電極ユニット。以下同様）が収容される。また、水槽２００の内部には浄化対象である第２の液体が注入される。
【００９５】
なお、衝撃波発生ユニット４００の少なくとも一部を格納する隔膜３００は水槽２００内においていずれかの位置に設けられてもよく、衝撃波発生ユニット４００の他の構成（例えば放電ドライバ回路等の装置。以下同様）は水槽２００の外部に設けられてもよい。或いは、衝撃波発生ユニット４００全体を小型化して隔膜３００内に格納できるのであれば、衝撃波発生ユニット４００全体を格納する隔膜３００が水槽２００内においていずれかの位置に設けられてもよい。
【００９６】
このように、図１７に示す殺菌装置１００においても、衝撃波発生ユニット４００が隔膜３００の内部で発生させた衝撃波は、空気と水槽２００との界面での反射を通じて第１の液体及び隔膜３００を通過し、水槽２００内の第２の液体中で微小気泡を発生させる。従って、微小気泡による第２の液体の殺菌を実現することができる。
【００９７】
また、図１７に示す構成においては、水槽２００内の第２の液体を流動させることもできる。例えば水槽２００内で隔膜３００の近傍を通過するように第２の液体を循環させるようにすれば、衝撃波発生ユニット４００から定期的に衝撃波を発生させることにより、第２の液体を均一に殺菌することができる。
【００９８】
なお、図１７の例では、水槽２００における隔膜３００の近傍の領域を抽出して示しており、実際には固体壁２１０が水流方向及び／又は水流方向に直交する方向に延在してもよい。
【００９９】
〔２−１−２〕浄化対象を衝撃波発生ユニットから隔絶する態様（浄化対象隔絶タイプ）
また、図１８に例示する殺菌装置１１０のように、浄化対象を隔膜３００で覆い、浄化対象を衝撃波発生ユニット４００の少なくとも一部から隔絶してもよい。図１に示す殺菌装置１は、図１８に例示するタイプに分類される。
【０１００】
図１８に示す殺菌装置１１０では、隔膜３００内部に浄化対象である第２の液体が充填される。また、水槽２００の内部には、衝撃波の伝播媒質である第１の液体が注入されるとともに、衝撃波発生ユニット４００の少なくとも一部、例えば電極ユニットが設置される。
【０１０１】
なお、浄化対象を収容する隔膜３００及び衝撃波発生ユニット４００の少なくとも一部は、それぞれ水槽２００内においていずれかの位置に固定されてもよく、衝撃波発生ユニット４００の他の構成、例えば放電ドライバ回路等の装置は水槽２００の外部に設置されてもよい。或いは、衝撃波発生ユニット４００全体を小型化して、衝撃波発生ユニット４００全体が水槽２００内においていずれかの位置に固定されてもよい。また、隔膜３００については、水槽２００内の第１の液体を流動させ、隔膜３００を第１の液体の水流により移動可能としてもよい。
【０１０２】
また、隔膜３００は、図１に示す殺菌装置１のように第１の液体と第２の液体とが混合しない範囲で例えば上部に開口が設けられてもよいし、図１８に示すように第２の液体を密閉してもよい。
【０１０３】
このように、図１８に示す殺菌装置１１０においても、衝撃波発生ユニット４００が第１の液体内且つ隔膜３００外部で発生させた衝撃波は、空気と水槽２００との界面での反射を通じて第１の液体及び隔膜３００を通過して、隔膜３００内の第２の液体中で微小気泡を発生させる。従って、微小気泡による第２の液体の殺菌を実現することができる。
【０１０４】
なお、図１８の例では、水槽２００における隔膜３００の近傍の領域を抽出して示しており、実際には固体壁２１０が延在してもよい。
【０１０５】
また、図１７及び図１８に示す例において、隔膜３００の材料は、図１の殺菌装置１と同様の手法によって選定される。
【０１０６】
〔２−２〕水槽の形態のバリエーション
次に、図１９〜図２５を参照して、図１７又は図１８に示す殺菌装置１００又は１１０における、水槽２００の形態のバリエーションについて説明する。なお、以下の説明における水槽は、ユニット隔絶タイプ及び浄化対象隔絶タイプの双方の態様に適用可能である。また、以下の説明において、図１９〜図２５に表す衝撃波発生ユニット４００は、衝撃波発生ユニット４００の少なくとも一部を示す。また、衝撃波発生ユニット４００の少なくとも一部が隔膜３００によって覆われていてもよい。
【０１０７】
〔２−２−１〕円筒形状
図１９〜図２３に例示するように、殺菌装置１０００ａ〜１０００ｃは、円筒形状を有する水槽２００ａ〜２００ｃをそなえてもよい。
【０１０８】
（第１のパターン）
図１９（ａ）及び図２０（ａ）に例示するように、殺菌装置１０００ａは水槽２００ａをそなえる。水槽２００ａは、内壁及び外壁の各々が中心軸を共通とした円筒形状を有する固体壁２１０ａをそなえる。固体壁２１０ａでは、中心軸に沿った液体の流路が内壁側の円筒形状空間に形成されるとともに、外壁側が気体に接する。
【０１０９】
図１９（ｂ）及び図２０（ｂ）に、水槽２００ａの中心軸を通る平面上での断面図を示す。図１９（ｂ）及び図２０（ｂ）に示すように、水槽２００ａには、内壁側の円筒形状空間の液体の流路上に１以上の衝撃波発生ユニット４００が配置されてよい。なお、水中衝撃波の反射波による微小気泡の生成効率を高めるために、衝撃波発生ユニット４００の少なくとも一部は水槽２００ａの中心軸上に配置されることが好ましい。
【０１１０】
なお、図１９及び図２０に示すように、水槽２００ａに形成された流路を通過する液体は、衝撃波の伝播媒質である第１の液体（図２０参照）、及び、浄化対象である第２の液体（図１９参照）のいずれか一方である。この場合、隔膜３００は、第１の液体及び第２の液体のいずれか他方を収容して、固体壁の内壁側の円筒形状空間に設けられればよい。
【０１１１】
例えば、図１９に示すように、水槽２００ａに形成された流路を通過する液体が第２の液体である場合、隔膜３００は、第１の液体とともに衝撃波発生ユニット４００の少なくとも一部を収容して流路内に設けられる。これにより、水槽２００ａに形成された流路を通過する第２の液体が、複数設けられた隔膜３００の近傍を通過する都度、第２の液体の殺菌が行なわれる。
【０１１２】
また、図２０に示すように、水槽２００ａに形成された流路を通過する液体が第１の液体である場合、隔膜３００は、第２の液体を収容して、流路内に移動可能に設けられる。この隔膜３００は、円筒形状空間において第１の液体中を水流に沿って移動してもよい。これにより、水流に沿って移動する隔膜３００が、複数設けられた衝撃波発生ユニット４００の近傍を通過する都度、隔膜３００内の第２の液体の殺菌が行なわれる。
【０１１３】
なお、後述する図２１〜図２５の説明においても、水槽２００ｂ〜２００ｅ′に形成された流路を通過する液体は、第１の液体及び第２の液体のいずれか一方であり、隔膜３００は、第１の液体及び第２の液体のいずれか他方を収容して、流路に設けられればよい。以下、図２１〜図２５の説明においては、流路を通過する液体が第２の液体である、換言すれば隔膜３００がユニット隔絶タイプであるものとする。図２１〜図２５に示す例において、流路を通過する液体が第１の液体である、換言すれば浄化対象隔絶タイプである場合には、図２０を参照して説明したように、隔膜３００は第２の液体を収容して流路内に移動可能に設けられればよい。
【０１１４】
（第２のパターン）
図２１（ａ）に例示するように、殺菌装置１０００ｂは多重円筒形状の水槽２００ｂをそなえる。水槽２００ｂは、内壁及び外壁の各々が中心軸を共通とした円筒形状を有する固体壁２１０ｂ及び２１０ｂ′を複数そなえる。複数の固体壁２１０ｂ及び２１０ｂ′の各々も中心軸を共通としており、内側の第１の固体壁２１０ｂは、内壁側が気体に接し、外側の第２の固体壁２１０ｂ′は、外壁側が気体に接する。また、第１の固体壁２１０ｂの外壁と、第２の固体壁２１０ｂ′の内壁との間の環状の筒形状空間に、中心軸に沿った液体の流路が形成される。
【０１１５】
図２１（ｂ）に、水槽２００ｂの中心軸を通る平面上での断面図を示す。図２１（ｂ）に示すように、水槽２００ｂには、液体の流路上に複数の衝撃波発生ユニット４００が配置されてよい。なお、水中衝撃波の反射波による微小気泡の生成効率を高めるために、衝撃波発生ユニット４００の少なくとも一部は水槽２００ｂの液体の流路において第１の固体壁２１０ｂ及び第２の固体壁２１０ｂ′の中間位置に配置されることが好ましい。
【０１１６】
なお、水槽２００ｂにおいては、第１及び第２の固体壁２１０ｂ及び２１０ｂ′を１組の固体壁とし、中心軸を共通とすると、気体層を挟んで複数組の固体壁が形成されてもよい。
【０１１７】
（第３のパターン）
図２２（ａ）に例示するように、殺菌装置１０００ｃは水槽２００ｃをそなえる。水槽２００ｃは、図２１に示す水槽２００ｂにおける第１の固体壁２１０ｂの内壁側に、図１９に示す水槽２００ａを第３の固体壁２１０ｃとして配置した構成である。水槽２００ｃでは、第１の固体壁２１０ｂの内壁と第３の固体壁２１０ｃの外壁とにより、気体層が形成される。このように、第１のパターンと第２のパターンとを組み合わせてもよい。
【０１１８】
（第１〜第３のパターンの変形例）
図２３（ａ）に断面図として例示するように、図１９に示す水槽２００ａに対して、液体の流路上流側に液体の合流路（“Ａ”で示す範囲を参照）２２０ａを形成又は接続し、液体の流路下流側に液体の分岐路（“Ｂ”で示す範囲を参照）２３０ａを形成又は接続してもよい。なお、水槽２００ａに対して合流路２２０ａ及び分岐路２３０ａのいずれか一方が設けられてもよい。
【０１１９】
また、図２３（ｂ）に断面図として例示するように、図２１に示す水槽２００ｂに対して、液体の流路上流側に液体の分岐路（“Ａ”で示す範囲を参照）２２０ｂを形成又は接続し、液体の流路下流側に液体の合流路（“Ｂ”で示す範囲を参照）２３０ｂを形成又は接続してもよい。なお、水槽２００ｂに対して分岐路２２０ｂ及び合流路２３０ｂのいずれか一方が設けられてもよい。
【０１２０】
なお、液体の分岐路及び合流路に対しても衝撃波発生ユニット４００の少なくとも一部が配置されてよい。
【０１２１】
また、図２３（ａ）及び（ｂ）の各々に示す分岐路及び合流路は、水槽２００ａと水槽２００ｂとの接続部材として用いられてもよい。なお、接続部材としては、図２３（ａ）及び（ｂ）に例示するものに限定されるものではない。例えば水槽２００ａ又は２００ｂの流路上流側には、パイプやホース、水道の蛇口等を接続可能な部材が設けられてもよいし、流路下流側には、殺菌が行なわれた第２の液体の排出経路に適合した部材、例えばパイプやホース、蛇口やシャワーヘッド等を接続可能な部材が設けられてもよい。或いは、蛇口やシャワーヘッド自体が形成されてもよい。
【０１２２】
さらに、図１９〜図２３に示す殺菌装置１０００ａ〜１０００ｃにおいて、水槽２００ａ〜２００ｃの形状は円筒形状に限定されるものではなく、角筒形状であってもよく、少なくとも筒形状であればよい。
【０１２３】
〔２−２−２〕多層型
図２４に例示するように、殺菌装置１０００ｄ又は１０００ｄ′は、多層型の水槽２００ｄ又は２００ｄ′をそなえてもよい。
【０１２４】
図２４（ａ）に例示するように、殺菌装置１０００ｄは水槽２００ｄをそなえる。水槽２００ｄは、第１の固体壁２１０ｄ及び第２の固体壁２１０ｄ′をそなえる。この水槽２００ｄでは、第１の固体壁２１０ｄの第１面と、第２の固体壁２１０ｄ′の第１面との間の筒形状（例えば立方体形状等の角筒形状）空間に液体の流路が形成されるとともに、第１及び第２の固体壁２１０ｄ及び２１０ｄ′の各々において第１面と対向する第２面側が気体に接する。
【０１２５】
また、水槽２００ｄには、図２４（ａ）に示すように、第１及び第２の固体壁２１０ｄ及び２１０ｄ′の第１面側における液体の流路上に複数の衝撃波発生ユニット４００が配置されてよい。なお、水中衝撃波の反射波による微小気泡の生成効率を高めるために、衝撃波発生ユニット４００の少なくとも一部は液体の流路において第１及び第２の固体壁２１０ｄ及び２１０ｄ′の中間位置に配置されることが好ましい。
【０１２６】
図２４（ｂ）に例示するように、殺菌装置１０００ｄ′は水槽２００ｄ′をそなえる。水槽２００ｄ′では、図２４（ａ）に示す水槽２００ｄの第１及び第２の固体壁２１０ｄ及び２１０ｄ′を１組の固体壁とし、気体層を挟んで複数組の固体壁が形成される。
【０１２７】
図２４に示す殺菌装置１０００ｄ又は１０００ｄ′によれば、水槽２００ｄ又は２００ｄ′を容易に多層化できるため、大量の浄化対象を浄化する比較的規模の大きい浄化システムに用いて好適である。
【０１２８】
なお、図２４に示す殺菌装置１０００ｄ又は１０００ｄ′において、水槽２００ｄ又は２００ｄ′の固体壁２１０ｄ又は２１０ｄ′は平面の形状に限定されるものではなく、曲面であってもよい。
【０１２９】
〔２−２−３〕隔膜独立型
図２５に例示するように、殺菌装置１０００ｅ又は１０００ｅ′は、隔膜独立型の水槽２００ｅ又は２００ｅ′をそなえてもよい。
【０１３０】
図２５（ａ）に例示するように、殺菌装置１０００ｅは水槽２００ｅをそなえる。水槽２００ｅは、第１の固体壁２１０ｅ及び第２の固体壁２１０ｅ′をそなえる。この水槽２００ｅでは、第１の固体壁２１０ｅの第１面と、第２の固体壁２１０ｅ′の第１面との間の筒形状（例えば立方体形状等の角筒形状）空間に液体の流路が形成されるとともに、第１及び第２の固体壁２１０ｅ及び２１０ｅ′の各々において、第１面と対向する第２面側が気体に接する。また、第１及び第２の固体壁２１０ｅ及び２１０ｅ′と平行な２つの隔膜３００で挟まれた衝撃波発生ユニット４００が、液体の流路を２分するように、第１及び第２の固体壁２１０ｅ及び２１０ｅ′間に設置される。なお、図２５（ａ）に示す液体としては、浄化対象である第２の液体が挙げられる。
【０１３１】
換言すれば、隔壁３００は、衝撃波発生ユニット４００の少なくとも一部及び第１の液体を収容して、第１の固体壁２１０ｅの第１面と、第２の固体壁２１０ｅ′の第１面との間の筒形状空間に設けられる。
【０１３２】
水槽２００ｅには、図２５（ａ）に示すように、隔膜３００間に１以上の衝撃波発生ユニット４００が配置されてよい。なお、水中衝撃波の反射波による微小気泡の生成効率を高めるために、衝撃波発生ユニット４００は液体の流路において第１及び第２の固体壁２１０ｅ及び２１０′の中間位置に配置されることが好ましい。
【０１３３】
図２５（ｂ）に例示するように、殺菌装置１０００ｅ′は水槽２００ｅ′をそなえる。水槽２００ｅ′では、図２５（ａ）に示す水槽２００ｅの第１及び第２の固体壁２１０ｅ及び２１０ｅ′を１組の固体壁とし、気体層を挟んで複数組の固体壁が形成される。
【０１３４】
図２５に示す殺菌装置１０００ｅ又は１０００ｅ′によれば、隔膜３００及び衝撃波発生ユニット４００が１つのユニットとして、液体の流路に設置される。従って、水槽２００ｅ又は２００ｅ′を容易に多層化できるため、大量の浄化対象を浄化する比較的規模の大きい浄化システムに用いて好適である。また、隔膜３００及び衝撃波発生ユニット４００を容易に交換することができるため、メンテナンスの作業効率を向上させることができる。
【０１３５】
なお、図２５に示す殺菌装置１０００ｅ又は１０００ｅ′において、水槽２００ｅ又は２００ｅ′の固体壁２１０ｅ又は２１０ｅ′は平面の形状に限定されるものではなく、曲面であってもよい。
【０１３６】
〔２−３〕衝撃波発生ユニットのバリエーション
次に、図１７〜図２５に示す隔膜３００又は衝撃波発生ユニット４００の内部の構成例について、衝撃波発生ユニット４００による衝撃波の発生手法に着目して説明する。
【０１３７】
〔２−３−１〕衝撃波発生ユニットによる衝撃波の発生手法
衝撃波発生ユニット４００による水中衝撃波の発生手法としては、放電、衝突、圧電素子、爆発、火薬、レーザ照射、電磁振動、衝撃波管、又は高圧ガス等が挙げられる。
【０１３８】
なお、放電による水中衝撃波の発生手法としては、ギャップ放電、ストリーマ放電、又は線爆発等が挙げられる。また、衝突による水中衝撃波の発生手法としては、ピストンを液体に衝突させる手法が挙げられる。なお、衝撃波管による水中衝撃波の発生では、管端部にシリコーンフィルムを装着した衝撃波管を用いればよい。
【０１３９】
〔２−３−２〕放電タイプの一例
以下、放電タイプの衝撃波発生ユニット４００について説明する。例えば図２６に示すように、隔膜３００内部には、衝撃波発生ユニット４００のうちの電極ユニット４５０又は電極ユニット４５０′がそなえられてもよい。
【０１４０】
図２６（ａ）に示す例では、電極ユニット４５０は電極４５０ａをそなえる。電極４５０ａは、例えば銅線であり、図２に例示する導線４５ａのように少なくとも先端以外の部分が絶縁体により被膜されていてもよい。図２６（ａ）に示す例では、２本の電極４５０ａの先端が例えば５０μｍ程度の間隔を空けて同軸上に対向して配置される。
【０１４１】
図２６（ａ）に示す構成によれば、衝撃波発生ユニット４００は電極４５０ａに５０Ｖ程度の低電圧を印加することで、放電により水中衝撃波を連続して発生させることができる。また、図２に示す電極ユニット４５のようなワイヤ４５ｂの線爆発ではなく、絶縁破壊による放電を用いて水中衝撃波を発生させるため、放電の都度、電極ユニット４５０を交換しなくてよい。
【０１４２】
一方、図２６（ｂ）に示す例では、電極ユニット４５０′は図２６（ａ）と同様の電極４５０ａに加えて、ワイヤ４５０ｂをそなえる。ワイヤ４５０ｂは、例えば銅であり、図２に例示するワイヤ４５ｂのように、２本の導線４５０ａの先端を導通させるようにハンダ接続されてよい。図２６（ｂ）に示す例では、２本の電極４５０ａの先端が例えば０．５ｍｍ程度の間隔を空けて同軸上に対向して配置され、ワイヤ４５０ｂにより２本の電極４５０ａの先端が接続される。
【０１４３】
図２６（ｂ）に示す構成によれば、２本の導線４５０ａ間でワイヤ４５０ｂを通じて放電が行なわれるために放電の制御が容易となり、安定した放電を行なうことができる。
【０１４４】
なお、図２６（ａ）及び（ｂ）において図示を省略しているが、衝撃波発生ユニット４００は、図１に示す放電ドライバ回路４０及びケーブル４４と同様の構成をさらにそなえてもよい。
【０１４５】
〔２−３−３〕レーザ照射タイプの一例
次に、レーザ照射タイプの衝撃波発生ユニット４００について説明する。例えば図２７に示すように、隔膜３００内部には、衝撃波発生ユニット４００が有するレーザ照射ユニット４６０又は４６０′がそなえられてもよい。なお、図２７（ａ）及び（ｂ）において図示を省略しているが、衝撃波発生ユニット４００は、レーザ光源をそなえてもよい。
【０１４６】
図２７（ａ）に示す例では、レーザ照射ユニット４６０は集光レンズ４６０ａをそなえる。集光レンズ４６０ａは、レーザ光を衝撃波発生領域に集光させて衝撃波を発生させるレンズである。なお、例えば光ファイバケーブル等によって光源から集光レンズ４６０ａへレーザ光を導いてよい。
【０１４７】
図２７（ｂ）に示す例では、レーザ照射ユニット４６０は光ファイバケーブル４６０ｂをそなえる。光ファイバケーブル４６０ｂは、先端を半球状に丸める加工が施されている。これにより、先端に達したレーザ光を衝撃波発生領域に集光させることができるため、集光レンズ４６０ａを省略することができる。例えば光ファイバケーブル４６０ｂの直径は０．３ｍｍ程度とすることができるため、レーザ照射ユニット４６０′を収容する隔膜３００全体の大きさも１ｍｍ程度と小型化することができる。
【０１４８】
ここまで、衝撃波発生ユニット４００の例として、放電又はレーザ照射により衝撃波を発生させる態様を説明したが、これに限定されるものではない。上述の如く例示した種々の手法を実現可能な衝撃波発生ユニット４００が用いられてよい。
【０１４９】
〔２−４〕浄化装置を適用可能な場面
一実施形態に係る浄化装置は様々な場面で利用可能である。例えば水中衝撃波と微小気泡群とを用いた殺菌手法は、排水処理、工場等での各種殺菌処理等で使用される。
【０１５０】
一例として、排水処理では、バラスト水の殺菌処理、海又は湖等への工業排水の終末殺菌処理、下水処理、貯水タンク水の殺菌処理等に用いることができる。
【０１５１】
また、工場等での各種殺菌処理では、食品工場での材料又は容器の洗浄水又は冷却水の殺菌、電子工場における超純水又は精製水の殺菌、電子工場におけるクリーンルーム又は工場の洗浄水の殺菌等に用いることができる。さらに、養殖産業では、カキ又はホタテ等の貝類又は稚魚等の循環養殖水又は洗浄水の殺菌、殖排水の終末殺菌処理等に用いることができる。また、農業では、水根栽培用水の殺菌や、農業用溜池の殺菌で用いることができる。さらに、環境保護では、湖の細菌やプランクトンの殺菌等、湖又は海等の環境保護に対する殺菌に用いることができる。
【０１５２】
なお、殺菌手法は、施設利用者の安全対策を行なった上で、例えば浴場の湯やプールの水の殺菌処理等に用いることもできる。
【０１５３】
ここまで、一実施形態に係る浄化装置の一例として、殺菌装置について説明したが、上述した殺菌装置１、１′、１００、１１０、及び１０００ａ〜１０００ｅ′の構成は、固体表面の洗浄を行なう洗浄装置に対しても同様に適用することができる。
【０１５４】
水中衝撃波及び微小気泡群を用いた高圧発生による洗浄では、水中衝撃波及び微小気泡群の発生領域に洗浄の対象物を、第２の液体の一例としての洗浄液を注入した容器３、３′、又は隔膜３００で覆い、水槽２、２′、２００、２００′、又は２００ａ〜２００ｅ′へ挿入すればよい。なお、洗浄対象とともに容器３、３′、又は隔膜３００へ注入される洗浄液としては、例えば蒸留水、精製水、又は洗浄水等の、洗浄対象への影響が少ない（例えば変質させない）液体であることが好ましい。
【０１５５】
〔３〕その他
上述した一実施形態に係る技術は、以下のように変形、変更して実施することができる。
【０１５６】
上述した菌体容器３又は隔膜３００の数、衝撃波発生ユニット４又は４００の数、水槽２、２００ａ〜２００ｅ′における固体壁の数等は上述した数に限定されるものではなく、任意の数であってよい。
【０１５７】
また、微小気泡のサイズは、殺菌対象又は洗浄対象の菌体又は汚れによって適切なサイズが変化し得る。従って、衝撃波発生ユニット４又は４００の調整等により適切なサイズの微小気泡を生成することが好ましい。
【符号の説明】
【０１５８】
１、１′、１００、１１０、１０００ａ〜１０００ｅ′    殺菌装置
２、２′、２００、２００′、２００ａ〜２００ｅ′    水槽
２１、２１′、２１０、２１０ａ〜２１０ｅ′    固体壁
２２０ａ、２３０ｂ    合流路
２２０ｂ、２３０ａ    分岐路
３、３′    菌体容器
３００    隔膜
４、４′、４００    衝撃波発生ユニット
４０′    放電ドライバ回路
４１、４１′    電圧源
４２、４２′    コンデンサ
４３、４３′    スパークトリガ
４４、４４′    ケーブル
４５、４５′、４５０    電極ユニット
４５ａ、４５ａ′    導線
４５ｂ、４５ｂ′、４５０ｂ    ワイヤ
４５０ａ    電極
４６０、４６０′    レーザ照射ユニット
４６０ａ    集光レンズ
４６０ｂ    光ファイバケーブル
５、５′    電極支持部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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