JP2016202092A - 液体の殺菌方法及び殺菌装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(1)所定の幅の間隙を設けて平行に配置された一対の隔壁の間に形成された流路3に、溶液又は懸濁液である被殺菌液体を流通させる工程と、(2)該流路を通過する被殺菌液体に、該一対の隔壁の向かい合う2面の一方または両方に設けられた1又は2の紫外線発光面21a、21bから紫外線を照射する工程とを含み、上記間隙の、紫外線発光面に垂直な方向の幅は、上記1又は2の紫外線発光面の有効光路長の総和以下であり、紫外線発光面の有効光路長は、該紫外線発光面から照射される紫外線が被殺菌液体の層を透過したときの透過紫外線の放射照度が0.001mW/cm2となる前記被殺菌液体の層の厚さとして定義される、液体殺菌方法。
【選択図】図2
Description
また、特許文献5には、表面に複数の紫外線LEDを配置するとともに該紫外線LEDを水密状態で覆う保護カバーをそれぞれ備えた第1伝熱板及び第2伝熱板の裏面同士を、第1伝熱板の紫外線LEDと第2伝熱板の紫外線LEDとが背中合わせに重なり合わない状態で組み合わせたLEDモジュールを処置層の内部に配置した紫外線照射水処理装置が記載されている。
(1)所定の幅の間隙を設けて平行に配置された一対の隔壁の間に形成された流路に、溶液又は懸濁液である被殺菌液体を流通させる工程と、
(2)上記流路を通過する被殺菌液体に、前記一対の隔壁の向かい合う2面の一方または両方に設けられた1又は2の紫外線発光面から紫外線を照射する工程とを含み、
上記間隙の、上記紫外線発光面に垂直な方向の幅は、上記1又は2の紫外線発光面の有効光路長の総和以下であり、
上記紫外線発光面の有効光路長は、該紫外線発光面から照射される紫外線が上記被殺菌液体の層を透過したときの透過紫外線の放射照度が0.001mW/cm2(=1μW/cm2)となる上記被殺菌液体の層の厚さとして定義される
ことを特徴とする。
本発明の方法においては、その効果が顕著であるという理由から、被殺菌液体としては、253.7nmの紫外線に対する透過率が10%となるときの厚さ(光路長:光が試料内を透過する長さ)が50mm以下5μm以上である溶液又は懸濁液、特に該厚さが10mm以下10μm以上である溶液又は懸濁液であることが好ましい。
本出願において、紫外線が或る一の波長領域に「主ピークを有する」とは、当該紫外線のパワースペクトルが1つ以上のピークを有し、ピーク高さが最大であるピークのピーク波長が当該波長領域に存在することを意味する。
(a)所定の光路長を有する紫外線透過性光学測定用セルの内部に上記被殺菌液体を充填する工程と、
(b)上記紫外線発光面を上記光学測定用セルに密着させて、該紫外線発光面から殺菌処理時と同一の発光条件で発光させた紫外線を該光学測定用セル内に向けて照射する工程と、
(c)上記セルを通過した透過紫外線の放射照度(単位:mW/cm2)を測定する工程と、
(d)上記工程(a)乃至(c)を、異なる光路長を有する複数の上記光学測定用セルについて行うことにより、上記透過紫外線の放射照度と光路長との関係を求める工程と
をさらに有することが好ましい。
(e)上記工程(d)において求めた関係に基づいて、上記紫外線発光面の有効光路長を決定する工程をさらに有することが好ましい。
(f)上記紫外線発光面における透過紫外線の放射照度と光路長との関係、および、上記流路の紫外線発光面に垂直な方向の幅に基づいて、上記流路の紫外線発光面に垂直な方向における紫外線の放射照度分布、及び、該放射照度分布における最低放射照度(単位:mW/cm2)を決定する工程と、
(g)上記被殺菌液体の殺菌に必要な紫外線の積算照射量(単位:mJ/cm2)を決定する工程と、
(h)積算照射量を最低放射照度で除した値で定義される最低照射時間(単位:秒)を決定する工程と、
(i)上記被殺菌液体が上記流路内に滞在する滞在時間が最低照射時間以上となるように、上記流路の長さ及び/又は該流路を流れる上記被殺菌液体の流速を調整する工程と
をさらに有することが好ましい。
工程(1)において、2以上の上記流路に上記被殺菌液体を流通させ、
工程(2)において、該2以上の流路を通過する被殺菌液体に紫外線を照射し、
該2以上の流路のそれぞれは、平行に配置された3以上の隔壁の、各一対の隣接する隔壁の間に形成された流路であり、
該3以上の隔壁のそれぞれの両面に、紫外線発光面が設けられていることが好ましい。
工程(1)において、2以上の上記流路に上記被殺菌液体を流通させ、
工程(2)において、該2以上の流路を通過する被殺菌液体に紫外線を照射し、
該2以上の流路のそれぞれは、平行に配置された3以上の隔壁の、各一対の隣接する隔壁の間に形成された流路であり、
該3以上の隔壁のそれぞれの片面のみに紫外線発光面が設けられており、
該3以上の隔壁は、紫外線発光面が設けられた面を同じ方向に向けて配置されている。
上記一対の隔壁は、第1の隔壁と第2の隔壁とからなり、
第1の隔壁は、少なくとも第2の隔壁と向かい合う面に、紫外線発光面を有し、
第2の隔壁は、少なくとも第1の隔壁と向かい合う面に、光触媒作用を有する面を有し、
工程(2)において、上記流路を通過する被殺菌液体に、200nm以上300nm未満の波長領域及び300nm以上400nm以下の波長領域に夫々主ピークを有する紫外線を、第1の隔壁の紫外線発光面から照射し、
上記流路の紫外線発光面に垂直な方向の幅は、上記200nm以上300nm未満の波長領域に主ピークを有する紫外線が当該被殺菌液体の層を透過し得る最大厚さ以下であることが好ましい。
本出願において、紫外線が「200nm以上300nm未満の波長領域及び300nm以上400nm以下の波長領域に夫々主ピークを有する」とは、その紫外線のパワースペクトルが2つ以上のピークを有し、最も大きなピーク高さを有するピークのピーク波長が、200nm以上300nm未満の波長領域及び300nm以上400nm以下の波長領域のうち一方の波長領域に存在し、かつ、2番目に大きなピーク高さを有するピークのピーク波長が、他方の波長領域に存在することを意味する。
紫外線を発する一対の紫外線発光面を有する面光源を複数有し、
該複数の面光源が相互に対向するように平行に配列されていることにより、隣接する二つの面光源に挟まれた、スリット状の流路を複数有し、
該スリット状の流路の、紫外線発光面に垂直な方向の幅が、該流路を挟む紫外線発光面の有効光路長の総和以下であり、
該スリット状の流路に液体を流通させることにより、当該液体を殺菌することを特徴とする。
紫外線発生装置は、紫外線を出射する棒状光源と、該棒状光源から出射された紫外線を集光する集光装置とを有し、
棒状光源は、円筒状または多角柱状の基体と、200nm以上300nm未満の波長領域に主ピークを有する紫外線を発光する複数の深紫外線発光ダイオードとを有し、
該複数の深紫外線発光ダイオードは、各紫外線発光ダイオードの光軸が基体の中心軸を通るように上記基体の側面に配置されており、前記中心軸に対して放射状に深紫外線を出射することが好ましい。
200nm以上300nm未満の波長領域及び300nm以上400nm以下の波長領域に夫々主ピークを有する紫外線を発する一対の紫外線発光面を有する面光源を複数有し、
複数の光触媒担持板を有し、
それぞれの光触媒担持板の表面には光触媒材料が担持されており、
上記複数の面光源および上記複数の光触媒担持板は平行に配列されており、
複数の光触媒担持板のそれぞれが、隣り合う一対の面光源の間に配置されることにより、隣接する面光源と光触媒担持板との間にスリット状の流路が形成されており、
スリット状の流路の、該流路の側面を構成する紫外線発光面に垂直な方向の幅が、該紫外線発光面の有効光路長以下であり、
スリット状の流路に液体を流通させることにより前記液体を殺菌することを特徴とする。
紫外線発生装置は、上記紫外線を出射する棒状光源と、該棒状光源から出射された紫外線を集光する集光装置とを有し、
該光源は、円筒状または多角柱状の基体と、200nm以上300nm未満の波長領域に主ピークを有する紫外線を発光する複数の深紫外線発光ダイオードと、300nm以上400nm以下の波長領域に主ピークを有する紫外線を発光する複数の紫外線発光ダイオードとを有し、
該複数の深紫外線発光ダイオードおよび該複数の紫外線発光ダイオードは、各深紫外線発光ダイオードおよび各紫外線発光ダイオードの光軸が上記基体の中心軸を通るように上記基体の側面に配置されており、上記中心軸に対して放射状に前記紫外線を出射することが好ましい。
(a)所定の光路長を有する紫外線透過性光学測定用セル(以下において単に「セル」ということがある。)の内部に、被殺菌液体5を充填する工程S101;
(b)紫外線発光面21a(又は21b)をセルに密着させて、紫外線発光面21a(又は21b)から、殺菌処理時と同一の発光条件で発光させた紫外線を、セル内に向けて照射する工程S102;
(c)セルを通過した透過紫外線の放射照度(単位:mW/cm2)を測定する工程S15;
(d)上記工程(a)乃至(c)(S101〜S103)を、異なる光路長を有する複数のセルについて行うことにより、透過紫外線の放射照度と光路長との関係を求める工程S104;および、
(e)上記工程(d)(S104)において求めた、透過紫外線の放射照度と光路長との関係に基づいて、紫外線発光面21a(又は21b)の有効光路長La(又はLb)を決定する工程S105。
log(I1/I0)=−αL …(1)
式(1)中、I0は媒質に入射する前の波長λの紫外線の放射照度であり、αは非殺菌液体5と波長λpeakに対応して定まる比例定数(吸光係数)である。一般に、発光ダイオードの発光スペクトルのピーク幅は極めて狭いので、透過紫外線の放射照度の光路長依存性を議論するにあたっては、深紫外線発光ダイオード22の発光ピーク波長λpeakにおける吸光係数α(λpeak)のみを考えれば十分である。式(1)は次の式(2)のように変形できる。
logI1=−αL+logI0 …(2)
したがって主ピーク波長λpeakにおける透過紫外線の放射照度I1の対数と、セルの光路長Lとの組を複数得ることにより、主ピーク波長λpeakにおける透過紫外線の放射照度I1と光路長Lとを関係付ける回帰直線を求めることができる(上記(d)工程S104)。回帰直線の算出には例えば最小二乗法等の公知の方法を用いることができる。そして紫外線発光面21a(又は21b)の有効光路長La(又はLb)は、該回帰直線においてI1=0.001mW/cm2(=1μW/cm2)を与える光路長Lとして求めることができる(上記(e)工程S105)。紫外線発光面21a、21bの発光強度が同一であればLa=Lbである。
上記工程(a)〜(e)(S101〜S105)は、上記工程S11及びS12の前に別途行うことができる。
流路3の長さ及び/又は被殺菌液体5の流速(流路3の長さが調整可能でない場合には、被殺菌液体5の流速)は、被殺菌液体5の殺菌に必要な紫外線の積算照射量Iint(mJ/cm2)が確実に達成されるように定めることが好ましい。これは例えば、上記工程(a)〜(d)(S101〜S104)および、次の工程(f)〜(i)(S106〜S109)により行うことができる:
(f)紫外線発光面21a、21bにおける透過紫外線の放射照度I1と光路長Lとの関係、および、流路3の紫外線発光面21a、21bに垂直な方向の幅dに基づいて、流路3の紫外線発光面21a、21bに垂直な方向における紫外線の放射照度分布、及び、該放射照度分布における最低放射照度Imin(単位:mW/cm2)を決定する工程S106;
(g)被殺菌液体5の殺菌に必要な紫外線の積算照射量Iint(単位:mJ/cm2)を決定する工程S107;
(h)積算照射量Iintを最低放射照度Iminで除した値で定義される最低照射時間tmin(単位:秒)を決定する工程S108;および、
(i)被殺菌液体5が流路3内に滞在する滞在時間Tが最低照射時間tmin以上となるように、流路3の長さl及び/又は流路3を流れる被殺菌液体5の流速(線速度)vを調整する工程S109。
Ia(x)=I0,a・10−αx …(3a)
Ib(x)=I0,b・10−α(d−x) …(3b)
ただしdは流路3の紫外線発光面21a、21bに垂直な方向の幅である。
したがって座標xにおける透過紫外線の放射照度I(x)は、
I(x)=Ia(x)+Ib(x)
=I0,a・10−αx+I0,b・10−α(d−x) …(4)
で表される。I(x)は流路3の紫外線発光面21a、21bにおける紫外線の放射照度分布である。dI(x)/dx=0を与える座標x1は
x1=(log(I0,a/I0,b)+αd)/2α …(6)
である。紫外線発光面21a、21bの発光強度が同一である場合にはI0,a=I0,bなので、この場合には式(6)はαの値に関わらず
x1=d/2 …(7)
となる。0≦x≦dにおいて常に
d2I(x)/dx2>0 …(8)
であるので、式(6)の座標x1において透過紫外線の放射照度I(x)は極小値(最小値)I(x1)をとる。I(x1)は放射照度分布I(x)における最低放射照度Iminである。
tmin=Iint/Imin …(9)
T=l/v …(10)
によって定まる。上記(h)工程S108において求めた最低照射時間tminに対して
T=l/v≧tmin …(11)
となるように、l及び/又はvを調整する。複数の流路3、3、…が存在し、流路によって被殺菌液体5の流速が異なる場合には、最も流速の大きな流路について式(11)が満たされるべきである。流路3の長さlが調整可能でない場合には、被殺菌液体5の流速vを調整する。被殺菌液体5の流速vは、液体殺菌装置100の上流側および/または下流側に配置される送液ポンプ(不図示)の送液速度を変更することにより容易に調整できる。
また、上記工程(1)において、単一の流路3に被殺菌液体5を流通させ、上記工程(2)において、該単一の流路3を通過する被殺菌液体5に紫外線を照射する形態の液体殺菌方法とすることも可能である。
液体殺菌装置100以外の装置で好適な装置を例示すれば、各面光源が、一対の紫外線発光面を有する導光板と、該導光板から離隔して配置され、紫外線を発生する、紫外線発生装置と、該紫外線発生装置から導光板の一方の端部へ紫外線を導く、紫外線導波手段とを有する形態の液体殺菌装置を挙げることができる。図5は、そのような他の一の実施形態に係る液体殺菌装置1100を説明する図である。図5は、液体殺菌装置1100を模式的に説明する断面図であって、図5の紙面に垂直な方向が被殺菌液体5の流通する方向である。図5において、図1〜4に表れた要素と同一の要素には図1〜4における符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
なお、幅d’の下限値は、液体殺菌方法S1と同様にして決定すればよい。
I(x)=I0・10−αx …(4’)
として表される。ただし0≦x≦d’である。これは座標x=d’において最小値I(d’)をとる。これが放射照度分布I(x)における最低放射照度Iminである。
1a 流入口
1b 流出口
2、1002、2002、3002 面光源
21、2021 導光板
21a、21b (一対の)紫外線発光面
2021a、2021b (一対の)紫外線発光面
21c、21d、2021c、2021d (導光板の)端部
22、112 深紫外線発光ダイオード
23、2023 光拡散ドット
23a、2023a 光拡散ドット基材
23b 光触媒粒子
23c、2023c 反射膜
24、3024 紫外線発生装置
25 紫外線導波手段
26、3026 紫外線発光ダイオード
3、2003 (スリット状の)流路
4 光触媒担持板
4a (光触媒担持板の)基材
4b バリアコート層
4c 光触媒層
5 被殺菌液体
110、3110 棒状光源
111 (円筒状または多角柱状の)基体
120 出射側反射ミラー
121 出射側反射ミラーの焦点軸
122 出射側反射ミラーの集光軸
125 出射側筐体
123 集光側反射ミラー
124 集光側反射ミラーの焦点軸
126 集光側筐体
130 深紫外光出射用開口部
140 コリメート光学系
150 本体
100、1100、2100、3100 液体殺菌装置
Claims (14)
- (1)所定の幅の間隙を設けて平行に配置された一対の隔壁の間に形成された流路に、溶液又は懸濁液である被殺菌液体を流通させる工程と、
(2)前記流路を通過する前記被殺菌液体に、前記一対の隔壁の向かい合う2面の一方または両方に設けられた1又は2の紫外線発光面から紫外線を照射する工程と
を含み、
前記間隙の、前記紫外線発光面に垂直な方向の幅は、前記1又は2の紫外線発光面の有効光路長の総和以下であり、
前記紫外線発光面の有効光路長は、該紫外線発光面から照射される紫外線が前記被殺菌液体の層を透過したときの透過紫外線の放射照度が0.001mW/cm2となる前記被殺菌液体の層の厚さとして定義される
ことを特徴とする、液体殺菌方法。 - 前記流路を通過する前記被殺菌液体に照射される前記紫外線は、200nm以上300nm未満の波長領域に主ピークを有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- (a)所定の光路長を有する紫外線透過性光学測定用セルの内部に前記被殺菌液体を充填する工程と、
(b)前記紫外線発光面を前記光学測定用セルに密着させて、該紫外線発光面から殺菌処理時と同一の発光条件で発光させた紫外線を該光学測定用セル内に向けて照射する工程と、
(c)前記セルを通過した透過紫外線の放射照度(単位:mW/cm2)を測定する工程と、
(d)前記工程(a)乃至(c)を、異なる光路長を有する複数の前記光学測定用セルについて行うことにより、前記透過紫外線の放射照度と光路長との関係を求める工程と
をさらに有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。 - (e)前記工程(d)において求めた前記関係に基づいて、前記紫外線発光面の有効光路長を決定する工程をさらに有することを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- (f)前記紫外線発光面における前記透過紫外線の放射照度と光路長との関係、および、前記流路の前記紫外線発光面に垂直な方向の幅に基づいて、前記流路の前記紫外線発光面に垂直な方向における紫外線の放射照度分布、及び、該放射照度分布における最低放射照度(単位:mW/cm2)を決定する工程と、
(g)前記被殺菌液体の殺菌に必要な紫外線の積算照射量(単位:mJ/cm2)を決定する工程と、
(h)前記積算照射量を前記最低放射照度で除した値で定義される最低照射時間(単位:秒)を決定する工程と、
(i)前記被殺菌液体が前記流路内に滞在する滞在時間が前記最低照射時間以上となるように、前記流路の長さ及び/又は該流路を流れる前記被殺菌液体の流速を調整する工程と
をさらに有することを特徴とする、請求項3又は4に記載の方法。 - 前記工程(1)において、2以上の前記流路に前記被殺菌液体を流通させ、
前記工程(2)において、前記2以上の流路を通過する前記被殺菌液体に紫外線を照射し、
前記2以上の流路のそれぞれは、平行に配置された3以上の隔壁の、各一対の隣接する隔壁の間に形成された流路であり、
前記3以上の隔壁のそれぞれの両面に、紫外線発光面が設けられていることを特徴とする、
請求項1〜5のいずれかに記載の方法。 - 前記工程(1)において、2以上の前記流路に前記被殺菌液体を流通させ、
前記工程(2)において、前記2以上の流路を通過する前記被殺菌液体に紫外線を照射し、
前記2以上の流路のそれぞれは、平行に配置された3以上の隔壁の、各一対の隣接する隔壁の間に形成された流路であり、
前記3以上の隔壁のそれぞれの片面のみに紫外線発光面が設けられており、
前記3以上の隔壁は、前記紫外線発光面が設けられた面を同じ方向に向けて配置されていることを特徴とする、
請求項1〜5のいずれかに記載の方法。 - 前記一対の隔壁は、第1の隔壁と第2の隔壁とからなり、
前記第1の隔壁は、少なくとも前記第2の隔壁と向かい合う面に、前記紫外線発光面を有し、
前記第2の隔壁は、少なくとも前記第1の隔壁と向かい合う面に、光触媒作用を有する面を有し、
前記工程(2)において、前記流路を通過する前記被殺菌液体に、200nm以上300nm未満の波長領域及び300nm以上400nm以下の波長領域に夫々主ピークを有する紫外線を、前記第1の隔壁の紫外線発光面から照射し、
前記流路の前記紫外線発光面に垂直な方向の幅は、前記200nm以上300nm未満の波長領域に主ピークを有する紫外線が前記被殺菌液体の層を透過し得る最大厚さ以下であることを特徴とする、
請求項1〜5のいずれかに記載の方法。 - 請求項1に記載の方法により液体の殺菌を行うための装置であって、
紫外線を発する一対の紫外線発光面を有する面光源を複数有し、
前記複数の面光源が相互に対向するように平行に配列されていることにより、隣接する二つの前記面光源に挟まれた、スリット状の流路を複数有し、
前記スリット状の流路の、前記紫外線発光面に垂直な方向の幅が、該流路を挟む前記紫外線発光面の有効光路長の総和以下であり、
前記スリット状の流路に液体を流通させることにより、前記液体を殺菌することを特徴とする、液体殺菌装置。 - 前記面光源は、
一対の紫外線発光面を有する導光板と、
該導光板の一方の端部に配列された、200nm以上300nm未満の波長領域に主ピークを有する紫外線を発光する複数の深紫外線発光ダイオードとを有する、
請求項9に記載の液体殺菌装置。 - 前記面光源は、
一対の紫外線発光面を有する導光板と、
前記導光板から離隔して配置され、前記紫外線を発生する、紫外線発生装置と、
前記紫外線発生装置から前記導光板の一方の端部へ前記紫外線を導く、紫外線導波手段とを有し、
前記紫外線発生装置は、前記紫外線を出射する棒状光源と、該棒状光源から出射された前記紫外線を集光する集光装置とを有し、
前記棒状光源は、円筒状または多角柱状の基体と、200nm以上300nm未満の波長領域に主ピークを有する紫外線を発光する複数の深紫外線発光ダイオードとを有し、
該複数の深紫外線発光ダイオードは、各深紫外線発光ダイオードの光軸が前記基体の中心軸を通るように前記基体の側面に配置されており、前記中心軸に対して放射状に深紫外線を出射する、
請求項9に記載の液体殺菌装置。 - 請求項8に記載の方法により液体の殺菌を行うための装置であって、
200nm以上300nm未満の波長領域及び300nm以上400nm以下の波長領域に夫々主ピークを有する紫外線を発する一対の紫外線発光面を有する面光源を複数有し、
複数の光触媒担持板を有し、
それぞれの前記光触媒担持板の表面には光触媒材料が担持されており、
前記複数の面光源および前記複数の光触媒担持板は平行に配列されており、
前記複数の光触媒担持板のそれぞれが、隣り合う一対の前記面光源の間に配置されることにより、隣接する面光源と光触媒担持板との間にスリット状の流路が形成されており、
前記スリット状の流路の、該流路の側面を構成する前記紫外線発光面に垂直な方向の幅が、該紫外線発光面の有効光路長以下であり、
前記スリット状の流路に液体を流通させることにより前記液体を殺菌する、
液体殺菌装置。 - 前記面光源は、
一対の紫外線発光面を有する導光板と、
該導光板の一方の端部に配列された、200nm以上300nm未満の波長領域に主ピークを有する紫外線を発光する複数の深紫外線発光ダイオード及び300nm以上400nm以下の波長領域に主ピークを有する紫外線を発光する複数の紫外線発光ダイオードとを有する、
請求項12に記載の液体殺菌装置。 - 前記面光源は、
一対の紫外線発光面を有する導光板と、
前記導光板から離隔して配置され、前記紫外線を発生する、紫外線発生装置と、
前記紫外線発生装置から前記導光板の一方の端部へ前記紫外線を導く、紫外線導波手段とを有し、
前記紫外線発生装置は、前記紫外線を出射する棒状光源と、該棒状光源から出射された前記紫外線を集光する集光装置とを有し、
前記棒状光源は、円筒状または多角柱状の基体と、200nm以上300nm未満の波長領域に主ピークを有する紫外線を発光する複数の深紫外線発光ダイオードと、300nm以上400nm以下の波長領域に主ピークを有する紫外線を発光する複数の紫外線発光ダイオードとを有し、
前記複数の深紫外線発光ダイオードおよび前記複数の紫外線発光ダイオードは、各深紫外線発光ダイオードおよび各紫外線発光ダイオードの光軸が前記基体の中心軸を通るように前記基体の側面に配置されており、前記中心軸に対して放射状に前記紫外線を出射する、
請求項12に記載の液体殺菌装置。
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