JP2013523307A - 紫外線透過率の低い流体の殺菌に適する紫外線流体殺菌器 - Google Patents
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Abstract
本発明は紫外線流体殺菌器に関し、さらに詳しくは、紫外線透過率の低い流体の殺菌に適するように構成された紫外線流体殺菌器に関する。本発明は複数の紫外線殺菌ユニットを含み、紫外線殺菌ユニットは、小さい石英管と、上記小さい石英管の内部に設置されて、流体の内側で紫外線を照射する内側紫外線ランプと、上記小さい石英管の外側に同心円状に設置されて、流体の流れ空間を形成する大きい石英管と、上記小さい石英管の外径面に螺旋状に固定されて、流体に回転力を付与するスプリング状コイルと、上記スプリング状コイルを小さい石英管の外径面に密着固定させて、流体の流れ空間に異物が挟まれないようにする紫外線透過収縮フィルムとからなり、上記大きい石英管の外側には紫外線殺菌ユニットを流れる流体に外部から紫外線を照射するための複数の外側紫外線ランプが備えられることを特徴とする紫外線透過率の低い流体の殺菌に適する紫外線流体殺菌器である。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
本発明は紫外線流体殺菌器に関し、さらに詳しくは、紫外線透過率の低い流体の殺菌に適するように構成された紫外線流体殺菌器に関する。
紫外線殺菌は光を利用した物理的な殺菌方法で、紫外線波長の中で２５４ｎｍの波長の作用によって、微生物染色体情報を損傷させて、微生物が生育及び分裂をできないようにすることによって、微生物が死滅するようにする技術である。
紫外線殺菌は、流体の中の微生物（または水因性微生物）の殺菌に利用されてきた。この場合、殺菌する流体は、紫外線の透過率が一定レベル以上でなければならないが、それは、殺菌紫外線の波長が２５４ｎｍで非常に短いため、濁度や色度によって吸収されて透過力が顕著に低下するからである。
従って、流体に対する紫外線殺菌は、流体の紫外線透過率が通常６０％（または一部外国系会社では４０〜４５％）以上になる時、経済性があると判断されて適用されてきた。流体の透過率が４０％以下では流体殺菌に紫外線を適用しないことが一般的である。
このような理由で、紫外線の透過率が低い流体の殺菌は、大部分熱に依存するしかなかったが、このように、熱によって流体の殺菌を行う場合、エネルギーの費用が非常にかかり、同時に高熱によって流体内の特定成分が破壊される副作用を甘受しなければならない。
上記紫外線透過率とは、２５４ｎｍ波長の紫外線を１ｃｍ石英セルに収納された流体に透過させた後に測定された紫外線の強度を％で表示したもので、通常、飲む水は９８％以上であり、上水道原水は９６％、下水放流水は６０〜７０％の紫外線の透過率を現わす。
流体の中に紫外線を吸収する成分、例えば鉄、マンガンなどのような無機物または糖液（Sugar Syrup）のように、五炭糖、六炭糖などのようなベンゼン構造からなる物質などがあれば紫外線の透過率が低くなる。
紫外線の透過率が低い流体としては、青汁（ケール、セリ、にんじんなど）、果汁飲料（オレンジ、リンゴ、ザクロなど）、樹液（イタヤカエデ樹液、カエデ樹液など）酒類（地酒、マッコリ、リンゴ酒など）、各種健康飲料、ソース及び調味料（醤油、柿酢、果糖など）、潤滑油、医薬品、その他殺菌が必要な高粘土紫外線不透過性液体などがある。
特に、青汁は、天然有機農野菜を選別してプレスで押して出た植物の汁液で、搾汁した後には、通常ｍＬ当たり１０，０００〜１００，０００個（ｃｆｕ／ｍＬ）の一般の細菌が検出され、流通期間の間の変質を防止するために、大部分の会社では、冷蔵状態で一日以内に消費者に配達するようにしている。また、包装を開封した後には残さずに全て飲むことを勧める。
これは、青汁を常温で放置する場合、微生物が発育され、発育された微生物によって、一日に容器が膨らんで膨脹する現象が発生するからであり、このような現象を防ぐためには、微生物の殺菌が切実に必要であるにもかかわらず、従来には紫外線による殺菌がまともに行われないという問題があった。
本発明は、紫外線の殺菌の限界性を克服して、紫外線の透過殺菌と表面殺菌の概念が同時に具現されるように、紫外線ランプの周辺を流れる流体の厚さを薄膜の形態に作ると同時に、流体の流れを乱流化させ、このように薄膜の形態に乱流化されて流れる流体に対して、内側と外側で同時に紫外線を照射することによって、紫外線の透過率が低い流体の場合にも、効果的に紫外線殺菌が行われることができる紫外線流体殺菌器を提供することを目的とする。
上記のような目的を達するための本発明の実施例に基づいて、複数の紫外線殺菌ユニットを含み、紫外線殺菌ユニットは、小さい石英管と、上記小さい石英管の内部に設置されて、流体の内側で紫外線を照射する内側紫外線ランプと、上記小さい石英管の外側に同心円状に設置されて、流体の流れ空間を形成する大きい石英管と、上記小さい石英管の外径面に螺旋状に固定されて、流体に回転力を付与するスプリング状コイルと、上記スプリング状コイルを小さい石英管の外径面に密着固定させ、流体の流れ空間に異物が挟まれないようにする紫外線透過収縮フィルムとからなり、上記大きい石英管の外側には、紫外線殺菌ユニットを流れる流体に外部から紫外線を照射するための複数の外側紫外線ランプが備えられることを特徴とする紫外線の透過率の低い流体の殺菌に適する紫外線流体殺菌器が提供される。
上記大きい石英管と小さい石英管はテフロン（登録商標）チューブで代替することも可能である。
また、上記内側紫外線ランプと外側紫外線ランプは石英管と並んで設置された棒状紫外線ランプからなる。
本発明による紫外線流体殺菌器は、流体の流れが薄膜化されると同時に乱流化されるので、紫外線ランプの照射効率が増加され、上記のように、薄膜化及び乱流化されて流れる流体の内側と外側で同時に紫外線を照射するようになっているので、流体の内側のみで紫外線を照射する従来の紫外線流体殺菌器に比べて照射面積が２倍以上増加され、これによって紫外線透過率の低い流体も効果的に殺菌することができる。
また、スプリング状コイルの外周に設置された紫外線透過収縮フィルムによって、流体の流れが円滑になるとともに、流体内部に含まれている可能性がある小さい異物がコイル状スプリングにかかって累積される現象を防止して、殺菌効率をさらに向上させることができる。
本発明の実施例を添付された図面を参照して詳細に説明する。以下の実施例は本発明の内容を理解するために提示された好ましい実施例に過ぎず、当該分野において通常の知識を有する者であれば本発明の技術思想の範囲内で多様に変形可能である。従って、本発明の権利範囲は以下の実施例に限定されるものに解釈されてはならない。
図１及び図２は本発明の一実施例による紫外線流体殺菌器の概略正面図及び側面図であり、図３は紫外線殺菌ユニットを拡大して示した断面図であり、図４は図３の縦断面図である。
本発明の実施例による紫外線流体殺菌器は、複数の紫外線殺菌ユニット１０が直列的または並列的に連結されている。上記紫外線殺菌ユニット１０を直列的に連結すると、殺菌効率の面で有利であり、並列的に連結すると、殺菌処理流量が増加する。
本発明の実施例の図１及び図２では、紫外線殺菌ユニット１０が直列的に連結された状態を示し、紫外線殺菌ユニット１０を直列的に連結する場合には、ユニットの差圧などを考慮して、２〜５個の単位で連結することが好ましい。この実施例で流体入口に流入した流体は、直列に連結された複数の紫外線殺菌ユニット１０を順次に通過する間、紫外線ランプで照射される紫外線によって殺菌された後、流体出口を通じて排出される。
上記紫外線殺菌ユニット１０の外側にはそれぞれの紫外線殺菌ユニット１０を通過する流体に外部から紫外線を照射するための複数の棒状外側紫外線ランプ３０が紫外線殺菌ユニット１０と並んで設置されている。添付された図面の実施例では、上記外側紫外線ランプ３０が側面から見る時、それぞれの紫外線殺菌ユニット１０の周りに正方形を成すように配列されている例を示したが、外側紫外線ランプ３０の数と配列は上記例に限定されず、多様に変形されることができる。また、紫外線殺菌ユニット１０の一側に、紫外線流体殺菌器の作動が停止された時、大きい石英管１５の洗浄状態を感知するための紫外線センサー２０が設置されている。
図３及び図４は紫外線殺菌ユニット１０を説明するための図面で、紫外線殺菌ユニット１０は内側紫外線ランプ１１と、小さい石英管１２と、スプリング状コイル１３と、紫外線透過収縮フィルム１４と、大きい石英管１５とからなる。
上記小さい石英管１２と大きい石英管１５は、紫外線殺菌波長（２５４ｎｍ）がよく透過されなければならない特性から、石英材質で作られた管を用いることが好ましいが、これとは異なって、紫外線が透過されることができるテフロンチューブで代替することも可能である。しかし、小さい石英管１２をテフロン管で代替する場合、流体の圧力によって管が潰れる虞があるため石英管を用いることが好ましい。
上記内側紫外線ランプ１１は棒状紫外線ランプで、小さい石英管１２の内部中心に小さい石英管１２と並んで設置される。大きい石英管１５は小さい石英管１より大きい内径を有し、小さい石英管１２を囲むように小さい石英管１２の外側に同心円に配置される。従って、小さい石英管１２と大きい石英管１５との間には流体が流れることができる空間が形成される。
上記スプリング状コイル１３は小さい石英管１２の外径面に密着固定されて、紫外線殺菌ユニット１０に沿って流れる流体を乱流化させる役割を果たす。
上記紫外線透過収縮フィルム１４はスプリング状コイル１３上に被せられて、スプリング状コイル１３を固定させる役割を果たす。また、紫外線透過収縮フィルム１４は流体が乱流化されて回転しながら流れる時、流体に含有されている繊維質や固形物が挟まることができる空間を遮断しながら、流体の抵抗を減少させて、流体が効果的に流れるようにするだけでなく、抵抗によるエネルギーの損失を防ぐ。この紫外線透過収縮フィルム１４は紫外線殺菌波長を透過させることができる材質として、収縮性が良好であるとともに、紫外線殺菌波長に長く耐えることができる材質ではなければならない。
上記外側紫外線ランプ３０は大きい石英管１５の外側に大きい石英管１５と並んで複数が配置され、内側紫外線ランプ１１を基準にする時、各外側紫外線ランプ３０が等距離で対称して配列されることが好ましい。
上記大きい石英管１５の内径は紫外線透過収縮フィルム１４の外径より大きく形成されて、紫外線透過収縮フィルム１４の外径と大きい石英管１５の内径との間には、図６のように、流体が流れることができる間隙ｄが存在する。従って、流体は間隙ｄを通じる直線型流れとスプリング状コイル１３による回転型流れによって乱流化される。この時、間隙ｄを小さくするほど、乱流化をさせるのに理想的な条件を揃えることはできるが、流体の種類によって、繊維質や固形物が間隙ｄに挟まることができるので、間隙ｄは適当な距離に設計されなければならない。
同心断面積に流れる流体に紫外線ランプから出る紫外線を均一に照射するためには、流体がよく混ぜられるように乱流化されることが好ましい。このような乱流化は、流体の中に含まれる可能性のある小さい固形異物が大きい石英管１５の内径面と紫外線透過収縮フィルム１４の外径面にくっつくことができないようにして、固形異物によって紫外線が遮断されて殺菌機能が低下されることを防止する役割を果たす。即ち、殺菌器を長時間可動させる時に紫外線殺菌機能が低下されることを防止するのに好ましい。
図５及び図６は同心断面積内での流体の流れを説明するための図面で、流体は、図６のように大きい石英管１５と紫外線透過収縮フィルム１４との間の間隙ｄに流れる直線状流れ、及び図５のようにスプリング状コイル１４の形状に付いて流れる螺旋状流れを有する。上記で流量と同心断面積との比例を調節して、螺旋状流れを乱流化させれば乱流化された螺旋状流れが直線状流れと衝突して、間隙ｄに流れる流体の乱流化が加重され、このような螺旋状流れの乱流化は流量と流路断面積によって影響される。
流体の流れを表す層流と乱流は、通常レイノルズ数によって分けられ、このレイノルズ数が２、０００以下であると層流、４、０００以上であると乱流に定義される。また、レイノルズ数は、流体の密度、流速、管の直径、粘性などによって決められ、流量が同じであると仮定する時、管の直径が小さいほど、粘度が低下するほど、密度（温度）が下がるほどレイノルズ数は増加する。
従って、間隙ｄの大きさとスプリング状コイル１３のピッチなどを適切に調節して、流体の流れを乱流化させることができ、スプリング状コイル１３のピッチ間隔が狭すぎると、スプリング状コイル１３が流体抵抗の役割を果たすことができなくなり、ピッチ間隔が広すぎるとむしろ乱流の発生を妨害する。
上記本発明の実施例による紫外線流体殺菌器は、流体が大きい石英管１５と紫外線透過収縮フィルム１４との間の空間で乱流化されて流れる間、内側紫外線ランプ１１で紫外線が照射されるとともに、外側紫外線ランプ３０でも紫外線が照射されるので、紫外線の殺菌効率が高くなる。
即ち、流体の内外側で流体に向けて同時に紫外線が照射されるので、従来の紫外線流体殺菌器に比べて照射面積が２倍以上広くなって紫外線殺菌効率が向上される。
１０：紫外線殺菌ユニット
１１：内側紫外線ランプ
１２：小さい石英管
１３：スプリング状コイル
１４：紫外線透過収縮フィルム
１５：大きい石英管
２０：紫外線センサー
３０：外側紫外線ランプ
１１：内側紫外線ランプ
１２：小さい石英管
１３：スプリング状コイル
１４：紫外線透過収縮フィルム
１５：大きい石英管
２０：紫外線センサー
３０：外側紫外線ランプ
Claims (4)
- 複数の紫外線殺菌ユニットを含み、
紫外線殺菌ユニットは、
小さい石英管と、
前記小さい石英管の内部に設置されて、流体の内側で紫外線を照射する内側紫外線ランプと、
前記小さい石英管の外側に同心円状に設置されて、流体の流れ空間を形成する大きい石英管と、
前記小さい石英管の外径面に螺旋状に固定されて、流体に回転力を付与するスプリング状コイルと、
前記スプリング状コイルを小さい石英管の外径面に密着固定させ、流体の流れ空間に異物が挟まれないようにする紫外線透過収縮フィルムとからなり、
前記大きい石英管の外側には、紫外線殺菌ユニットを流れる流体に外部から紫外線を照射するための複数の外側紫外線ランプが備えられることを特徴とする紫外線の透過率の低い流体の殺菌に適する紫外線流体殺菌器。 - 前記大きい石英管をテフロン（登録商標）チューブで構成することを特徴とする請求項１に記載の紫外線の透過率の低い流体の殺菌に適する紫外線流体殺菌器。
- 前記小さい石英管をテフロンチューブで構成することを特徴とする請求項１に記載の紫外線の透過率の低い流体の殺菌に適する紫外線流体殺菌器。
- 前記内側紫外線ランプと外側紫外線ランプが、石英管と並んで設置された棒状紫外線ランプであることを特徴とする請求項１に記載の紫外線の透過率の低い流体の殺菌に適する紫外線流体殺菌器。
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