JP2018064586A - Sterilizer for liquid - Google Patents
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Description
本発明は、紫外線を用いた液体の殺菌方法及び殺菌装置に関する。 The present invention relates to a liquid sterilization method and sterilization apparatus using ultraviolet rays.
紫外線殺菌は、薬剤による殺菌とは異なり残留する物がなく、安全性が高く、被照射物にはほとんど変化を与えない。そのため、安心と安全性を求められる飲料水などの液体に対する殺菌方法として適している。そして、紫外線殺菌を様々な場面で液体の殺菌に用いることが提案されている。 Unlike sterilization by chemicals, ultraviolet sterilization has no remaining material, is highly safe, and hardly changes the irradiated object. Therefore, it is suitable as a sterilization method for liquids such as drinking water that require safety and security. It has been proposed to use ultraviolet sterilization for liquid sterilization in various situations.
しかしながら、紫外線を吸収する溶質が溶解した水溶液や紫外線を吸収又は散乱する懸濁物質を含む懸濁液では、紫外線透過率は低下し、その低下率は溶質や懸濁物質の種類や含有量によって著しく変化する。たとえば、蒸留水において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)は300mmであるのに対し、牛乳およびジュースの同厚さは夫々0.07mmおよび0.5〜1mmであることが知られている。このため、牛乳、果汁、酒などのような紫外線を吸収するような液体に対する紫外線殺菌の効率は低くなってしまう。 However, in aqueous solutions in which solutes that absorb ultraviolet rays are dissolved and suspensions that contain suspended substances that absorb or scatter ultraviolet rays, the ultraviolet transmittance decreases, and the rate of decrease depends on the type and content of solutes and suspended substances. Change significantly. For example, in distilled water, the thickness (optical path length: the length of light passing through the sample) when the transmittance for ultraviolet rays of 253.7 nm is 10% is 300 mm, whereas the same thickness of milk and juice. The thicknesses are known to be 0.07 mm and 0.5-1 mm, respectively. For this reason, the efficiency of ultraviolet sterilization with respect to a liquid that absorbs ultraviolet rays, such as milk, fruit juice, and liquor, is lowered.
このような問題を解決する方法として、特許文献1には、「液体を紫外線照射器の前に通し、当該液体に紫外線を照射して殺菌する液体殺菌方法において、前記紫外線が照射される箇所での液体の厚みを、前記液体の表面での紫外線照度と当該表面からの最遠点での紫外線照度との比である照度比を20%以上とする厚みに制限しつつ、殺菌する微生物の生残率を所定値以下とする紫外線照射量が前記紫外線の照射箇所において得られる照射線強度、或いは照射時間で紫外線を照射することを特徴とする液体殺菌方法」が記載されている。
As a method for solving such a problem,
上記液体殺菌方法では、飲料水の流路を挟んで対向配置された、波長254nmの光を照射する直管型ランプを備えた一対の紫外線照射器と、この流路内に設けられ飲料水を一対の紫外線照射器の間に噴射するスリットノズルと、を有する殺菌装置が用いられている。そして、前記紫外線が照射される箇所での液体の厚みの制御は、スリットノズルのインレットから導入された飲料水がスリットのスリット幅に応じた膜厚で、スリット長に相当する長さの液膜として噴射することにより行われている。 In the liquid sterilization method described above, a pair of ultraviolet irradiators having a straight tube lamp that irradiates light having a wavelength of 254 nm, disposed opposite to each other with a drinking water channel interposed therebetween, and drinking water provided in the channel. A sterilizer having a slit nozzle that is sprayed between a pair of ultraviolet irradiators is used. And the control of the thickness of the liquid in the place irradiated with the ultraviolet ray is such that the drinking water introduced from the inlet of the slit nozzle has a film thickness corresponding to the slit width of the slit, and a liquid film having a length corresponding to the slit length. It is done by injecting as
一方、紫外線を用いた水処理方法としては紫外線により光触媒を励起し、その光触媒作用で殺菌や有機物の分解を行う方法も知られている(特許文献2乃至4参照)。
On the other hand, as a water treatment method using ultraviolet rays, a method is also known in which a photocatalyst is excited by ultraviolet rays and sterilization or decomposition of organic substances is performed by the photocatalytic action (see
すなわち、特許文献2には、被処理液が滲入する被処理液滲入面と、透過液が滲出する透過液滲出面と、前記被処理液滲入面と透過液滲出面との間に形成された透過層とを有し、且つ前記被処理液滲入面、前記透過液滲出面、及び前記透過層の少なくとも1つに、紫外線などの光照射により有機物の分解を促進する光触媒物質が保持されてなることを特徴とする分離膜を備える濾過器により水道水を処理する方法が記載されている。
In other words, in
特許文献3には、浄化槽と、前記浄化槽内に設けられた浄化部とを備え、前記浄化部は、複数の板状光触媒部材を含み、かつ、前記浄化槽で浄化される被処理水が流通する曲折した複数の流路を有し、前記板状光触媒部材は、面発光可能な板状発光体と、前記板状発光体の少なくとも一方の面上に設けられた光触媒層を有し、前記光触媒層は、前記流路の内壁を構成することを特徴とする水浄化装置が記載されている。
さらに、紫外線光源に関しては、次のような技術が知られている。すなわち、特許文献4には、光源と、この光源を側面に配置した導光板とを有し、この導光板の表面または裏面の少なくとも一方が光源からの光を放射する発光面であって、導光板の発光面及び光源が配置された側面以外の面が遮光面として形成され、ピーク波長が388nm以下の光を放射することを特徴とする面発光デバイスが記載されている。 Furthermore, the following techniques are known for the ultraviolet light source. That is, Patent Document 4 includes a light source and a light guide plate on which the light source is arranged on the side surface, and at least one of the front surface or the back surface of the light guide plate is a light emitting surface that emits light from the light source. A surface light emitting device is described in which a surface other than a light emitting surface of a light plate and a side surface on which a light source is disposed is formed as a light shielding surface, and emits light having a peak wavelength of 388 nm or less.
また、特許文献5には、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112の光軸が基体の中心軸を通るように基体の側面に配置されており、中心軸に対して放射状に深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する紫外線発生装置が記載されている。
前記特許文献1に記載された方法によれば、紫外線透過率の低い液体についても紫外線殺菌を行うことが可能となる。
According to the method described in
しかしながら、上記方法では、スリットノズルからスリット幅に応じた膜厚の液膜として被殺菌液体を噴射することにより膜厚制御を行うため、紫外線照射領域全体にわたって膜厚を一定に制御することが困難であるばかりでなく、噴霧するためには相当の速度で液体をノズルから噴射する必要があるため、被殺菌液体の流速を制御することが困難で、処理量にも限界がある。 However, in the above method, since the film thickness is controlled by spraying the liquid to be sterilized as a liquid film having a film thickness according to the slit width from the slit nozzle, it is difficult to control the film thickness uniformly over the entire ultraviolet irradiation region. In addition, since it is necessary to spray the liquid from the nozzle at a considerable speed for spraying, it is difficult to control the flow rate of the liquid to be sterilized, and the processing amount is limited.
さらに、紫外線光源として発光スペクトルの広い紫外線ランプを使用しているため、短波長の紫外線照射が避けられず、被殺菌液体の種類によっては、その変質が懸念されることが明らかとなった。 Furthermore, since an ultraviolet lamp having a broad emission spectrum is used as the ultraviolet light source, it has been clarified that short wavelength ultraviolet irradiation is unavoidable, and depending on the type of liquid to be sterilized, there is a concern about its alteration.
紫外線照射を長期間照射すると、紫外線が有するエネルギーによって物質を構成する分子の結合が切断されることに起因して、合成樹脂などが劣化することはよく知られた事実であるが、短時間の紫外線照射しか行わない紫外線殺菌において、その影響は殆ど問題視されていなかった。また、紫外線を用いて水を殺菌する方法においては、光触媒が多く使用されていることからも明らかなように、紫外線照射により発生するヒドロキシルラジカル(OHラジカル)やオゾンなどの活性種は、有効なものと考えられてきた。事実、液体の紫外線殺菌に関する技術において上記活性種による弊害を指摘するものは本発明者等の知る限りにおいて知られていない。 It is a well-known fact that when ultraviolet irradiation is applied for a long period of time, the bonds of molecules constituting the substance are broken by the energy of the ultraviolet rays, resulting in deterioration of the synthetic resin. In ultraviolet sterilization in which only ultraviolet irradiation is performed, the effect has hardly been regarded as a problem. Moreover, in the method of sterilizing water using ultraviolet rays, as is apparent from the fact that many photocatalysts are used, active species such as hydroxyl radicals (OH radicals) and ozone generated by ultraviolet irradiation are effective. Have been considered. In fact, as far as the present inventors know, nothing is pointed out in the technology relating to ultraviolet sterilization of liquids that points out the harmful effects of the above active species.
仮に、上記活性種による弊害があったとしても、光触媒を用いないようにすれば、容易に弊害を回避できると考えられる。極短波長の紫外線を照射した場合には、光触媒の非存在下であっても紫外線が水や酸素に直接作用して微量の活性種が発生するが、このような活性種の寿命は非常に短いことが知られており、通常の紫外線殺菌ではこれら微量の活性種が悪影響を及ぼすことは通常考え難い。 Even if there is a problem due to the active species, it is considered that the problem can be easily avoided if the photocatalyst is not used. When irradiating ultra-short wavelength ultraviolet rays, even in the absence of a photocatalyst, the ultraviolet rays directly act on water and oxygen to generate a small amount of active species, but the lifetime of such active species is very high. It is known to be short, and it is usually difficult to think that these trace amounts of active species will have an adverse effect in normal UV sterilization.
ところが、このような微量で短寿命の活性種であっても、その活性(酸化力)は大変強いため、被殺菌液体中に有機物質が存在する場合には、健康上又は衛生上は全く問題ないレベルの僅かな量の変化を起こし、味や香りに微妙な変化をもたらすことがある。人間の味覚や嗅覚に対する感度は非常に高く、その有効成分の僅な変質も感知することができるため、特に微妙な風味を特徴とする飲料や調味料においては、紫外線殺菌によって、その品質を低下させてしまうことが十分に想定される。 However, even if it is such a small amount of active species with a short life, its activity (oxidizing power) is very strong, so when organic substances are present in the liquid to be sterilized, there is no problem in health or hygiene. It can cause slight changes in the amount that are not at the same level, resulting in subtle changes in taste and aroma. The sensitivity to human taste and olfaction is extremely high, and even slight alteration of its active ingredients can be detected, so the quality of beverages and seasonings characterized by subtle flavors is reduced by UV sterilization. It is fully assumed that
このような問題が起こり得ることは、J. of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry, Vol.137, pp177-184, 2000やChem.Eng.Technol. Vol. 21, pp187-191, 1998に、水(H2O)やFe(OH)2+が紫外線照射によってOHラジカルを発生させること、及びこれらOHラジカル生成反応において、短波長の紫外線を用いると量子効率が高くなることが示されていること、特許第4332107号公報に、表面に水を粒状に保持可能な保水面を水滴で濡れた状態にして至近距離から波長254nmの紫外線を照射してOHラジカルを発生させると共に、該保水面に対してエチレンガスを含む気体を通風させてエチレンをエタンと水に改質する方法が記載されているからも理解できる。 Such problems may occur in J. of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Vol. 137, pp 177-184, 2000 and Chem. Eng. Technol. Vol. 21, pp 187-191, 1998. 2 O) and Fe (OH) 2+ generate OH radicals by ultraviolet irradiation, and it has been shown that quantum efficiency is increased when short wavelength ultraviolet rays are used in these OH radical generation reactions. No. 4332107 discloses that a water retaining surface capable of holding water on its surface in a granular state is wetted with water droplets and irradiates ultraviolet rays having a wavelength of 254 nm from a short distance to generate OH radicals, and ethylene gas is applied to the water retaining surface. It can also be understood from the description of a method for reforming ethylene into ethane and water by ventilating a gas containing benzene.
そして、このような問題が発生する確率は、流路幅を狭くすることにより極短波長の紫外線が被殺菌液体に、より照射されるようになることにより、確実に高まる。 And the probability that such a problem will generate | occur | produce reliably increases by making the to-be-sterilized liquid more irradiated with the ultraviolet-ray of a very short wavelength by narrowing a flow path width.
そこで本発明は、味覚、香り又は風味が重要な飲料や液体調味料などの有機物を含む溶液や懸濁液の紫外線殺菌に特有の上記課題を解決し、その品質を低下させることのない紫外線殺菌方法及び装置を提供すること、更にこのような特徴を持つことに加えて、工業的規模で実施が可能となるような効率性及び確実性をもって、紫外線殺菌を行うことのできる紫外線殺菌方法及び装置を課題とする。 Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems peculiar to ultraviolet sterilization of solutions and suspensions containing organic substances such as beverages and liquid seasonings in which taste, fragrance or flavor is important, and does not reduce the quality. An ultraviolet sterilization method and apparatus capable of performing ultraviolet sterilization with efficiency and certainty that can be implemented on an industrial scale, in addition to providing the method and apparatus, and having such characteristics. Is an issue.
本発明は、前記活性種を発生させる能力の高い250nm以下、更には220nm以下といった非常に短波長の(エネルギーが大きい)紫外線をできるだけ照射しないというコンセプト、および流速を制御可能な状態で且つ大量の被殺菌液体を幅の狭い流路を通過させながら紫外線照射を行うというコンセプトに基づきなされたものである。 The present invention has a concept of not irradiating ultraviolet rays having a very short wavelength (high energy) such as 250 nm or less and further 220 nm or less having a high ability to generate the active species as much as possible, and in a state where a flow rate is controllable and a large amount This is based on the concept of irradiating ultraviolet light while passing the liquid to be sterilized through a narrow channel.
すなわち、本発明の紫外線殺菌方法は、有機物を含有する溶液又は懸濁液からなる被殺菌液体に紫外線を照射して殺菌を行う紫外線殺菌方法であって、前記被殺菌液体に253nm以上280nm以下、好ましくは260nm以上280nm以下の波長領域の紫外線を選択的に照射する紫外線照射工程を含んでなり、前記紫外線照射工程において紫外線が照射される領域(以下、紫外線照射ゾーンともいう。)に存在する前記被殺菌液体を光触媒物質と接触させないことを特徴とする。 That is, the ultraviolet sterilization method of the present invention is an ultraviolet sterilization method for sterilizing a liquid to be sterilized composed of a solution or suspension containing an organic substance by irradiating ultraviolet light, wherein the liquid to be sterilized is 253 nm or more and 280 nm or less, Preferably, the method includes an ultraviolet irradiation step of selectively irradiating ultraviolet rays having a wavelength region of 260 nm or more and 280 nm or less, and exists in a region irradiated with ultraviolet rays (hereinafter also referred to as an ultraviolet irradiation zone) in the ultraviolet irradiation step. The liquid to be sterilized is not brought into contact with the photocatalytic substance.
ここで、253nm以上280nm以下、好ましくは260nm以上280nm以下の波長領域の紫外線を選択的に照射するとは、照射される紫外線について横軸を波長、縦軸を相対発光強度で表したスペクトルにおいて、253nm以上280nm以下、好ましくは260nm以上280nm以下の波長領域の紫外線の相対強度の総和が全波長領域の相対強度の総和の70%以上、好ましくは80%以上、最も好ましくは90%以上であることを意味する。この時、250nm以下の波長領域の相対強度の総和は10%以下、好ましくは5%以下、より好ましくは3%以下であることが好適であり、220nm以下の波長領域の相対強度の総和は7%以下、好ましくは3%以下、より好ましくは1%以下であることが好適である。 Here, selectively irradiating ultraviolet rays in a wavelength region of 253 nm or more and 280 nm or less, preferably 260 nm or more and 280 nm or less means that in the spectrum of the irradiated ultraviolet rays, the horizontal axis indicates the wavelength and the vertical axis indicates the relative emission intensity. The sum of the relative intensities of ultraviolet rays in the wavelength region of 280 nm or less, preferably 260 nm or more and 280 nm or less is 70% or more, preferably 80% or more, and most preferably 90% or more of the sum of the relative intensities of all wavelength regions. means. At this time, the sum of the relative intensities in the wavelength region of 250 nm or less is preferably 10% or less, preferably 5% or less, more preferably 3% or less, and the sum of the relative intensities in the wavelength region of 220 nm or less is 7%. % Or less, preferably 3% or less, more preferably 1% or less.
前記本発明の方法においては、より確実な紫外線殺菌を行うことができると共に、通常の(照射する紫外線の波長を特に制限しない)紫外線殺菌を行ったときと比べたときの被殺菌液体の品質劣化防止効果がより高いという理由から、前記紫外線照射工程において、紫外線が照射される領域に紫外線を1方向又は互いに対向する2方向から照射し、更に前記領域における照射される紫外線の光軸方向の幅を、当該領域に存在する全ての被殺菌液体に前記紫外線が照射されるような幅とすることが好ましい。具体的には、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したときに、前記1方向又は2方向から照射される紫外線の有効光路長の総和以下となるような幅とすることが好ましい。 In the method of the present invention, more reliable ultraviolet sterilization can be performed, and the quality deterioration of the liquid to be sterilized as compared with the normal ultraviolet sterilization (which does not limit the wavelength of the irradiated ultraviolet rays). For the reason that the prevention effect is higher, in the ultraviolet irradiation step, the region irradiated with ultraviolet rays is irradiated with ultraviolet rays from one direction or two opposite directions, and the width of the irradiated ultraviolet rays in the region in the optical axis direction. The width is preferably such that all the liquid to be sterilized in the region is irradiated with the ultraviolet light. Specifically, when defined as the layer thickness of the liquid to be sterilized so that the irradiance of the transmitted ultraviolet light when the irradiated ultraviolet light passes through the layer of liquid to be sterilized is 0.001 mW / cm 2 , It is preferable that the width be less than or equal to the sum of the effective optical path lengths of ultraviolet rays irradiated from the one direction or the two directions.
また、亜硝酸イオンなどを発生する硝酸性窒素を含む液又は懸濁液は紫外線照射により水酸化ラジカルが発生しやすいため(たとえば特許第4803684号公報参照)、上記本発明の方法は、有機物及び硝酸性窒素を含む溶液又は懸濁液からなる被殺菌液体の殺菌に採用することが好適である。 In addition, since a liquid or suspension containing nitrate nitrogen that generates nitrite ions and the like easily generates hydroxyl radicals upon irradiation with ultraviolet rays (see, for example, Japanese Patent No. 4803684), the method of the present invention described above includes organic substances and It is preferable to employ for sterilizing a liquid to be sterilized comprising a solution or suspension containing nitrate nitrogen.
さらに、前記活性種の発生やその反応性を低減するという観点から、本発明の紫外線殺菌方法においては、前記紫外線照射工程における被殺菌液体の温度を、0℃を越え10℃以下とすることが好ましいく、また、前記紫外線照射工程の前工程として、前記被殺菌液体に含まれる溶存酸素を低減又は除去する工程を更に含むことが好ましい。 Furthermore, from the viewpoint of reducing the generation of the active species and the reactivity thereof, in the ultraviolet sterilization method of the present invention, the temperature of the liquid to be sterilized in the ultraviolet irradiation step may be more than 0 ° C. and 10 ° C. or less. Preferably, it is preferable to further include a step of reducing or removing dissolved oxygen contained in the liquid to be sterilized as a pre-step of the ultraviolet irradiation step.
本発明の紫外線殺菌装置は、有機物を含有する溶液又は懸濁液からなる被殺菌液体に紫外線照射を行うための処理槽と、前記処理槽に前記被殺菌流体を供給するための供給手段と、を有する紫外線殺菌装置であって、前記処理槽内には、複数の隔壁を所定の間隙を設けて平行に配置することにより、夫々所定の幅を有する複数の独立した流路が並列配置されており、前記複数の流路夫々の互いに対向する壁面の少なくとも一方は紫外線発光面を有しており、前記複数の流路夫々の幅、すなわち前記が互いに対向する壁面間の距離は、前記紫外線発光面から照射される紫外線の前記有効光路長の総和以下であり、前記紫外線発光面は、253nm以上280nm以下、好ましくは260nm以上280nm以下の波長領域の紫外線を選択的に出射し、前記流路内の前記被殺菌液体と接触する部分には光触媒物質が存在しないことを特徴とする。 The ultraviolet sterilizer of the present invention is a treatment tank for irradiating a liquid to be sterilized comprising a solution or suspension containing an organic substance with ultraviolet rays, and a supply means for supplying the fluid to be sterilized to the treatment tank, In the processing tank, a plurality of independent flow paths each having a predetermined width are arranged in parallel by arranging a plurality of partition walls in parallel with a predetermined gap in the processing tank. And at least one of the mutually facing wall surfaces of each of the plurality of flow paths has an ultraviolet light emitting surface, and the width of each of the plurality of flow paths, that is, the distance between the wall surfaces facing each other is Less than the sum of the effective optical path lengths of ultraviolet rays irradiated from the surface, and the ultraviolet light emitting surface selectively emits ultraviolet rays in a wavelength region of 253 nm to 280 nm, preferably 260 nm to 280 nm. And, wherein the absence of the photocatalytic material in the portion in contact with the disinfection liquid in the channel.
なお、ここで、253nm以上280nm以下、好ましくは260nm以上280nm以下の波長領域の紫外線を選択的に出射するとは、横軸を波長、縦軸を相対発光強度で表したスペクトルにおいて、253nm以上280nm以下、好ましくは260nm以上280nm以下の波長領域の紫外線の相対強度の総和が全波長領域の相対強度の総和の70%以上、好ましくは80%以上、最も好ましくは90%以上であるスペクトルを有する紫外線を出射することを意味する。この時、250nm以下の波長領域の相対強度の総和は10%以下、好ましくは5%以下、より好ましくは3%以下であることが好適であり、220nm以下の波長領域の相対強度の総和は7%以下、好ましくは3%以下、より好ましくは1%以下であることが好適である。 Here, selectively emitting ultraviolet rays in a wavelength region of 253 nm or more and 280 nm or less, preferably 260 nm or more and 280 nm or less means that in the spectrum in which the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents relative emission intensity, 253 nm or more and 280 nm or less. UV light having a spectrum in which the sum of the relative intensities of the ultraviolet rays in the wavelength region of preferably 260 nm or more and 280 nm or less is 70% or more, preferably 80% or more, and most preferably 90% or more of the sum of the relative intensities of all the wavelength regions. It means to emit. At this time, the sum of the relative intensities in the wavelength region of 250 nm or less is preferably 10% or less, preferably 5% or less, more preferably 3% or less, and the sum of the relative intensities in the wavelength region of 220 nm or less is 7%. % Or less, preferably 3% or less, more preferably 1% or less.
上記本発明の装置は、有機物及び硝酸性窒素を含む溶液又は懸濁液からなる被殺菌液体を殺菌するための装置であることが好ましい。 The apparatus of the present invention is preferably an apparatus for sterilizing a liquid to be sterilized comprising a solution or suspension containing an organic substance and nitrate nitrogen.
また、発明の装置は、(1)253nm以上280nm以下、好ましくは260nm以上280nm以下の波長領域の紫外線を透過し、且つ265nm波長を有する紫外線の透過率が220nmの波長の紫外線の透過率よりも10%以上高い樹脂フィルムで前記紫外線発光面が覆われてなる、(2)温度制御手段を更に有する、及び(3)溶存酸素低減又は除去手段を更に有する、という特徴の中から選ばれる少なくとも一つの特徴を有することが好ましい。 The device of the invention is (1) transmitting ultraviolet rays in a wavelength region of 253 nm or more and 280 nm or less, preferably 260 nm or more and 280 nm or less, and the transmittance of ultraviolet rays having a wavelength of 265 nm is higher than the transmittance of ultraviolet rays having a wavelength of 220 nm. The ultraviolet light emitting surface is covered with a resin film that is 10% or more higher, at least one selected from the following features: (2) further having temperature control means, and (3) further having dissolved oxygen reduction or removal means. It preferably has one feature.
本発明の液体殺菌方法又は殺菌装置によれば、味覚、香り又は風味が重要な飲料や液体調味料などの有機物を含む溶液や懸濁液に対して、その味覚、香り又は風味を損なうことなく紫外線殺菌を行うことができる。しかも、工業的規模で実施が可能となるような効率性及び確実性をもって、紫外線殺菌を行うことも可能となる。 According to the liquid sterilization method or sterilization apparatus of the present invention, a solution or suspension containing an organic substance such as a beverage or liquid seasoning in which taste, fragrance or flavor is important, without impairing the taste, fragrance or flavor. UV sterilization can be performed. Moreover, ultraviolet sterilization can be performed with such efficiency and certainty that it can be carried out on an industrial scale.
本発明の紫外線殺菌方法は、有機物を含有する溶液又は懸濁液からなる被殺菌液体に紫外線を照射して殺菌を行う紫外線殺菌方法であって、前記被殺菌液体に253nm以上280nm以下の波長領域の紫外線を選択的に照射する紫外線照射工程を含んでなり、前記紫外線照射工程において紫外線が照射される領域に存在する前記被殺菌液体を光触媒物質と接触させないことを特徴とする。 The ultraviolet sterilization method of the present invention is an ultraviolet sterilization method for performing sterilization by irradiating a liquid to be sterilized comprising a solution or suspension containing an organic substance with ultraviolet rays, wherein the liquid to be sterilized has a wavelength region of 253 nm or more and 280 nm or less. An ultraviolet irradiation step of selectively irradiating the ultraviolet ray, and the liquid to be sterilized present in the region irradiated with the ultraviolet ray in the ultraviolet irradiation step is not brought into contact with the photocatalytic substance.
被殺菌液体は、有機物を含有する溶液又は懸濁液であれば特に限定されないが、本発明の効果が顕著であるという理由から、味、香り及び又は風味が重要な、有機物として各種糖類や芳香成分となるエステル化合物などを含有する水溶液又は水性懸濁液からなる飲料又は液体調味料であることが好ましい。また、硝酸性窒素化合物によるOHラジカル生成促進効果を抑制することができ、本発明も効果がより顕在化するという理由から、本発明の方法は、トマトジュースや野菜ジュースなどの硝酸性窒素化合物を含有する被殺菌液体適用することが好ましい。 The liquid to be sterilized is not particularly limited as long as it is a solution or suspension containing an organic substance, but for the reason that the effect of the present invention is remarkable, the taste, aroma and / or flavor are important, and various sugars and aromas are used as organic substances. A beverage or liquid seasoning comprising an aqueous solution or aqueous suspension containing an ester compound as a component is preferred. In addition, since the effect of promoting the generation of OH radicals by nitrate nitrogen compounds can be suppressed, and the effect of the present invention becomes more obvious, the method of the present invention uses nitrate nitrogen compounds such as tomato juice and vegetable juice. It is preferable to apply the liquid to be sterilized.
本発明の方法では、前記被殺菌液体に253nm以上280nm以下、好ましくは260nm以上280nm以下の波長領域の紫外線を選択的に照射する。253nm以上280nm以下、好ましくは260nm以上280nm以下の波長領域の紫外線を選択的に照射することにより、細菌類のDNAを損傷させる殺菌効果を最大限に得つつ、高エネルギーの紫外線が被殺菌液体に含まれる水や溶存酸素に作用して、OHラジカルやオゾンなどの活性種が生成することを極力抑えることができ、被殺菌液体の品質を保つことが可能になる。 In the method of the present invention, the liquid to be sterilized is selectively irradiated with ultraviolet rays having a wavelength range of 253 nm to 280 nm, preferably 260 nm to 280 nm. By selectively irradiating ultraviolet rays in a wavelength region of 253 nm or more and 280 nm or less, preferably 260 nm or more and 280 nm or less, high-energy ultraviolet rays are applied to the liquid to be sterilized while maximizing the bactericidal effect of damaging bacterial DNA. It can suppress generation | occurrence | production of active species, such as OH radical and ozone, acting on the water and dissolved oxygen which are contained, and it becomes possible to maintain the quality of the liquid to be sterilized.
ここで、253nm以上280nm以下、好ましくは260nm以上280nm以下の波長領域の紫外線を選択的に照射するとは、照射される紫外線について横軸を波長、縦軸を相対発光強度で表したスペクトルにおいて、253nm以上280nm以下、好ましくは260nm以上280nm以下の波長領域の紫外線の相対強度の総和が全波長領域の相対強度の総和の70%以上、好ましくは80%以上、最も好ましくは90%以上であることを意味する。この時、250nm以下の波長領域の相対強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の10%以下、好ましくは5%以下、より好ましくは3%以下であることが好適であり、220nm以下の波長領域の相対強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の7%以下、好ましくは3%以下、より好ましくは1%以下であることが好適である。さらに、所謂光回復又は再活性化を防止する観点から、300nm以上の波長領域の紫外線強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の7%以下、好ましくは3%以下、より好ましくは1%以下であることが好適である。 Here, selectively irradiating ultraviolet rays in a wavelength region of 253 nm or more and 280 nm or less, preferably 260 nm or more and 280 nm or less means that in the spectrum of the irradiated ultraviolet rays, the horizontal axis indicates the wavelength and the vertical axis indicates the relative emission intensity. The sum of the relative intensities of ultraviolet rays in the wavelength region of 280 nm or less, preferably 260 nm or more and 280 nm or less is 70% or more, preferably 80% or more, and most preferably 90% or more of the sum of the relative intensities of all wavelength regions. means. At this time, the sum of the relative intensities in the wavelength region of 250 nm or less is preferably 10% or less, preferably 5% or less, more preferably 3% or less of the sum of the relative intensities in all the wavelength regions, and 220 nm or less. The sum of the relative intensities in the wavelength region is 7% or less, preferably 3% or less, more preferably 1% or less, of the sum of the relative intensities in all the wavelength regions. Furthermore, from the viewpoint of preventing so-called photorecovery or reactivation, the sum of the ultraviolet intensities in the wavelength region of 300 nm or more is 7% or less, preferably 3% or less, more preferably 1% of the sum of the relative intensities in all the wavelength regions. % Or less is preferable.
すなわち、照射される紫外線のスペクトルは、下記(1)から(6)に向かって、より好ましくなる。 That is, the spectrum of the irradiated ultraviolet rays becomes more preferable from (1) to (6) below.
(1)253nm以上280nm以下の波長領域の紫外線の相対強度の総和が全波長領域の相対強度の総和の70%以上であり、250nm以下の波長領域の相対強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の10%以下であり、300nm以上の波長領域の紫外線強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の7%以下であるスペクトル;(2)260nm以上280nm以下の波長領域の紫外線の相対強度の総和が全波長領域の相対強度の総和の70%以上であり、250nm以下の波長領域の相対強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の10%以下であり、300nm以上の波長領域の紫外線強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の7%以下であるスペクトル;(3)253nm以上280nm以下の波長領域の紫外線の相対強度の総和が全波長領域の相対強度の総和の80%以上であり、250nm以下の波長領域の相対強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の5%以下であり、300nm以上の波長領域の紫外線強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の3%以下であるスペクトル;(4)260nm以上280nm以下の波長領域の紫外線の相対強度の総和が全波長領域の相対強度の総和の80%以上であり、250nm以下の波長領域の相対強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の5%以下であり、300nm以上の波長領域の紫外線強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の3%以下であるスペクトル;(5)253nm以上280nm以下の波長領域の紫外線の相対強度の総和が全波長領域の相対強度の総和の90%以上であり、250nm以下の波長領域の相対強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の3%以下であり、300nm以上の波長領域の紫外線強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の1%以下であるスペクトル;(6)260nm以上280nm以下の波長領域の紫外線の相対強度の総和が全波長領域の相対強度の総和の90%以上であり、250nm以下の波長領域の相対強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の3%以下であり、300nm以上の波長領域の紫外線強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の1%以下であるスペクトル。 (1) The sum of the relative intensities of ultraviolet rays in the wavelength region of 253 nm or more and 280 nm or less is 70% or more of the sum of the relative intensities of all the wavelength regions, and the sum of the relative intensities of the wavelength regions of 250 nm or less is relative to all the wavelength regions. A spectrum that is 10% or less of the sum of intensities, and the sum of UV intensities in the wavelength region of 300 nm or more is 7% or less of the sum of relative intensities in all wavelength regions; (2) UV in the wavelength region of 260 nm or more and 280 nm or less The total sum of relative intensities is 70% or more of the sum of relative intensities in all wavelength regions, the sum of relative intensities in the wavelength regions of 250 nm or less is 10% or less of the sum of relative intensities in all wavelength regions, and is 300 nm or more. The sum of the ultraviolet intensities in the wavelength region is a spectrum that is 7% or less of the sum of the relative intensities in all the wavelength regions; (3) the ultraviolet rays in the wavelength region from 253 nm to 280 nm. The sum of the pair strengths is 80% or more of the sum of the relative intensities in the whole wavelength region, the sum of the relative intensities in the wavelength region of 250 nm or less is 5% or less of the sum of the relative intensities in all the wavelength regions, and is 300 nm or more. A spectrum in which the total sum of ultraviolet intensities in the wavelength region is 3% or less of the sum of relative intensities in all wavelength regions; (4) The sum of the relative intensities of ultraviolet rays in the wavelength region of 260 nm or more and 280 nm or less is the relative intensity of all wavelengths. 80% or more of the total sum, the sum of relative intensities in the wavelength region of 250 nm or less is 5% or less of the sum of the relative intensities in all the wavelength regions, and the sum of the ultraviolet intensities in the wavelength region of 300 nm or more is the total wavelength region (5) The sum of the relative intensities of ultraviolet rays in the wavelength region of 253 nm or more and 280 nm or less is 90% or more of the sum of the relative intensities of all the wavelength regions. , The sum of the relative intensities in the wavelength region of 250 nm or less is 3% or less of the sum of the relative intensities in all the wavelength regions, and the sum of the ultraviolet intensities in the wavelength region of 300 nm or more is 1 of the sum of the relative intensities in all the wavelength regions. (6) The sum of the relative intensities of ultraviolet rays in the wavelength region of 260 nm or more and 280 nm or less is 90% or more of the sum of the relative intensities of all wavelength regions, and the sum of the relative intensities in the wavelength region of 250 nm or less is A spectrum in which the sum of relative intensities in all wavelength regions is 3% or less and the sum of ultraviolet intensities in wavelength regions of 300 nm or more is 1% or less of the sum of relative intensities in all wavelength regions.
このような波長領域の紫外線を選択的に照射するためには、照射したい波長領域以外の波長領域の紫外線を吸収又は反射する光学フィルターを用いる方法、モノクロメータにより特定波長の紫外線を取り出して照射する方法、特定の波長領域の紫外線を発光するように設計された紫外線発光ダイオード(以下、UV−LEDともいう。)を用いる方法等が採用できる。これら方法の中でも、紫外線発光ダイオードの優れた特徴、たとえば瞬時起動が可能、低電力駆動が可能、長寿命、水銀を使用しない等の特徴、によるメリットを得ることができるという理由から、253nm以上280nm以下、好ましくは260nm以上280nm以下の波長領域に主ピークを有し、且つ前記した様な発光スペクトルを有するUV−LEDを光源として使用するのが好適である。 In order to selectively irradiate ultraviolet rays in such a wavelength region, a method using an optical filter that absorbs or reflects ultraviolet rays in a wavelength region other than the wavelength region to be irradiated, or irradiates by extracting ultraviolet rays having a specific wavelength with a monochromator. For example, a method using an ultraviolet light-emitting diode (hereinafter also referred to as UV-LED) designed to emit ultraviolet light in a specific wavelength region can be employed. Among these methods, 253 nm or more and 280 nm can be obtained because of the advantages of the excellent characteristics of the ultraviolet light emitting diodes, such as instantaneous startup, low power drive, long life, and no use of mercury. Hereinafter, it is preferable to use a UV-LED having a main peak in a wavelength region of preferably 260 nm or more and 280 nm or less and having an emission spectrum as described above as a light source.
本発明の方法では、前記紫外線照射工程において紫外線照射ゾーンに存在する前記被殺菌液体を光触媒物質と接触させないことが必要である。ここで光触媒物質とは、水や溶存酸素の存在下において光照射によって励起されてスーパーオキシド、過酸化水素、OHラジカル、オゾン等の活性種を発生させる機能(光触媒機能)を有する物質を意味し、代表的な光触媒物質としては酸化チタン、酸化タングステンなどを挙げることができる。紫外線照射ゾーンに存在する前記被殺菌液体を光触媒物質と接触させないためには、該紫外線照射ゾーンにおいて被殺菌液体と接触する部分にこのような光触媒物質を存在させなければよい。また、紫外線照射ゾーン供給される被殺菌液体に光触媒物質が混入しないように、たとえば上流に必要に応じて配置されるフィルターや撹拌機などの各種部材の接液部に光触媒物質を含む材料を使用しないようにすることが好ましい。 In the method of the present invention, it is necessary that the liquid to be sterilized existing in the ultraviolet irradiation zone is not brought into contact with the photocatalytic substance in the ultraviolet irradiation step. Here, the photocatalytic substance means a substance having a function (photocatalytic function) that is excited by light irradiation in the presence of water or dissolved oxygen to generate active species such as superoxide, hydrogen peroxide, OH radical, and ozone. Typical photocatalytic substances include titanium oxide and tungsten oxide. In order to prevent the liquid to be sterilized present in the ultraviolet irradiation zone from coming into contact with the photocatalytic substance, it is sufficient that such a photocatalytic substance does not exist in a portion in contact with the liquid to be sterilized in the ultraviolet irradiation zone. In addition, in order to prevent the photocatalytic substance from being mixed into the liquid to be sterilized supplied to the ultraviolet irradiation zone, for example, a material containing the photocatalytic substance is used in the wetted part of various members such as a filter and a stirrer arranged upstream as necessary. It is preferable not to do so.
前記本発明の方法においては、前記紫外線照射ゾーンにおける紫外線の照射方法並びに該紫外線照射ゾーンの形状及び大きさは特に限定されるものではないが、より確実な紫外線殺菌を行うことができると共に、特定波長の紫外線を選択的に照射しない場合と比べたときの被殺菌液体の品質劣化防止効果がより高いという理由から、紫外線照射ゾーンに紫外線を1方向又は互いに対向する2方向から照射し、更に該紫外線照射ゾーンにおける、照射される紫外線の光軸方向の幅を、前記1方向又は2方向から照射される紫外線の有効光路長の総和以下とすることが好ましい。 In the method of the present invention, the ultraviolet irradiation method in the ultraviolet irradiation zone and the shape and size of the ultraviolet irradiation zone are not particularly limited. For the reason that the effect of preventing deterioration of the quality of the liquid to be sterilized when compared with the case of not selectively irradiating ultraviolet rays having a wavelength, the ultraviolet irradiation zone is irradiated with ultraviolet rays from one direction or two directions opposite to each other, and In the ultraviolet irradiation zone, it is preferable that the width of the irradiated ultraviolet light in the optical axis direction is not more than the sum of the effective optical path lengths of the ultraviolet light irradiated from the one direction or the two directions.
ここで、有効光路長とは、紫外線光源又は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ものであり、その決定方法については後で詳述する。 Here, the effective optical path length is the liquid to be sterilized in which the irradiance of the transmitted ultraviolet light is 0.001 mW / cm 2 when the ultraviolet light irradiated from the ultraviolet light source or the ultraviolet light emitting surface passes through the layer of the liquid to be sterilized. The determination method is described later in detail.
なお、前記有効光路長を規定する放射照度の値:0.001mW/cm2(1μW/cm2)は、その数値自体に臨界的意義があるわけではなく、実用的な処理時間(紫外線照射時間)において、有効な殺菌効果を得ることができるという観点から決定した指標である。例えば、99.9%不活性化に必要な紫外線照射量(積算照射量)が約10(mJ/cm2=mW・sec/cm2)である大腸菌の殺菌を考えた場合、1μW/cm2の放射照度では10,000秒(約2.8時間)の照射で99.9%の不活性化が可能であるが、0.1μW/cm2の放射照度ではその10倍の約28時間を要し、現実的ではない。すなわち、有効光路長で流路の厚みを規定することの基本的な技術思想は、紫外線透過性の低い被殺菌液体の殺菌を行うに際し、流路内を流れる被殺菌流体層において、実用的な時間の紫外線照射を行っても殺菌に必要な積算照射量を得ることができないような領域を作らないようにするという点にある。 Incidentally, the irradiance that defines the effective optical path length values: 0.001mW / cm 2 (1μW / cm 2) is not necessarily has critical significance in that number itself, a practical processing time (ultraviolet irradiation time ) Is an index determined from the viewpoint that an effective bactericidal effect can be obtained. For example, when considering the sterilization of Escherichia coli having an ultraviolet irradiation amount (integrated irradiation amount) necessary for 99.9% inactivation of about 10 (mJ / cm 2 = mW · sec / cm 2 ), 1 μW / cm 2 99.9% inactivation is possible with irradiation of 10,000 seconds (about 2.8 hours) with irradiance of 0.1 μW / cm 2 , but about 28 hours, 10 times that with 0.1 μW / cm 2 irradiance. In short, it's not realistic. That is, the basic technical idea of defining the thickness of the flow path with the effective optical path length is practical in the sterilized fluid layer flowing in the flow path when sterilizing the liquid to be sterilized with low UV transmittance. This is to avoid creating an area where the integrated irradiation amount necessary for sterilization cannot be obtained even if ultraviolet irradiation is performed for a long time.
本発明の方法においては、連続法により紫外線殺菌を行うことができるという理由から、前記紫外線照射工程において流路を流通する前記被殺菌液体に紫外線を照射することが好ましい。流路は、その内部を流通する被殺菌液体を照射できるものであれば特に限定されず、たとえば石英やフッ素樹脂などの紫外線透過性物質で構成された、外部に配置された紫外線光源から出射される紫外線を内部に取り入れるための窓部を有する管状、スリット状若しくは溝状の流路、又は側壁面に紫外線出射面が配置されたスリット状若しくは溝状の流路などが採用できる。前者の場合、窓部を特に設けず、石英板や石英管などのように、紫外線透過性材料で全流路を構成してもよい。そのような例としては、特開2016−106682号公報の図1及び2に示される装置における流路を挙げることができる。 In the method of the present invention, it is preferable to irradiate the liquid to be sterilized which circulates in the flow path in the ultraviolet irradiation step with ultraviolet rays because ultraviolet sterilization can be performed by a continuous method. The flow path is not particularly limited as long as it can irradiate the liquid to be sterilized that circulates inside the flow path. For example, the flow path is emitted from an ultraviolet light source arranged outside and made of an ultraviolet light transmissive material such as quartz or fluororesin. A tubular, slit-shaped or groove-shaped flow path having a window for taking in ultraviolet light inside, or a slit-shaped or groove-shaped flow path with an ultraviolet light emitting surface arranged on the side wall surface can be adopted. In the former case, the entire flow path may be made of an ultraviolet light transmissive material, such as a quartz plate or a quartz tube, without providing a window portion. As such an example, the flow path in the apparatus shown by FIG. 1 and 2 of Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-106682 can be mentioned.
これら流路は、紫外線を1方向又は互いに対向する2方向から照射できるような、より具体的には、互いに対向する一対の壁面の一方又は両方に設けられた窓部又は紫外線発光面から紫外線を照射することができるような、スリット状又は溝状の流路であり、且つ該流路における照射される紫外線の光軸方向の厚み(幅)を、前記1方向又は2方向から照射される紫外線の有効光路長の総和以下とした流路であることが好ましい。 These flow paths can irradiate ultraviolet rays from one direction or from two opposite directions, more specifically, ultraviolet rays from windows or ultraviolet light emitting surfaces provided on one or both of a pair of opposing wall surfaces. An ultraviolet ray that is a slit-like or groove-like channel that can be irradiated and that is irradiated with the thickness (width) in the optical axis direction of the ultraviolet ray that is irradiated in the channel from the one or two directions. It is preferable that the flow path be equal to or less than the sum of the effective optical path lengths.
本発明の方法においては、前記活性種の発生を抑制し、更に不可避的に発生する前記活性種の反応性を低減するという観点から、前記紫外線照射工程における被殺菌液体の温度を、0℃を越え10℃以下とすることが好ましいく、また、前記紫外線照射工程の前工程として、前記被殺菌液体に含まれる溶存酸素を低減又は除去する工程を更に含むことが好ましい。 In the method of the present invention, the temperature of the liquid to be sterilized in the ultraviolet irradiation step is set to 0 ° C. from the viewpoint of suppressing the generation of the active species and further reducing the reactivity of the active species that are inevitably generated. It is preferable that the temperature exceeds 10 ° C., and it is preferable to further include a step of reducing or removing dissolved oxygen contained in the liquid to be sterilized as a pre-step of the ultraviolet irradiation step.
前記紫外線照射工程における被殺菌液体の温度を上記範囲とするためには、上流において、熱交換器等を通して被殺菌液体の温度を上記範囲に制御してから紫外線照射ゾーンに供給すればよい。また、溶存酸素を低減又は除去するとしては、窒素ガスや水素ガスをバブリングする方法等が採用できる。 In order to set the temperature of the liquid to be sterilized in the ultraviolet irradiation step within the above range, the temperature of the liquid to be sterilized may be controlled upstream through a heat exchanger or the like before being supplied to the ultraviolet irradiation zone. Further, as a method for reducing or removing dissolved oxygen, a method of bubbling nitrogen gas or hydrogen gas can be employed.
さらに本発明の方法では、前記紫外線殺菌工程終了後、400nm以下の波長を有する紫外線を遮断した状態を維持しながら、紫外線殺菌された被殺菌液体を400nm以下の波長を有する紫外線を透過しない容器内に充填、封止する充填工程を更に有することが好ましい。 Further, in the method of the present invention, after completion of the ultraviolet sterilization step, the liquid to be sterilized with ultraviolet rays sterilized without passing ultraviolet rays having a wavelength of 400 nm or less is maintained in a container that does not transmit ultraviolet rays having a wavelength of 400 nm or less. It is preferable to further have a filling step of filling and sealing.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。なお、図では、一部の符号を省略することがある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these forms. In the drawing, some symbols may be omitted.
図1は、本発明の一の実施形態に係る液体殺菌装置100を模式的に説明する図である。液体殺菌装置100は、本発明の一の実施形態に係る液体殺菌方法S1に用いられる装置である。図1に示すように、液体殺菌装置100は、胴部の横断面が矩形である筒状の殺菌槽1を有しており、殺菌槽1の一方の端部には流入口1aが、殺菌槽1の他方の端部には流出口1bが、それぞれ設けられている。流入口1aから殺菌槽1の内部に流入した液体は、内部で紫外線による殺菌を受けた後、流出口1bから外部に流出する。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a
図2は、図1のA−A断面図である。図2に示すように、液体殺菌装置100は、殺菌槽1の内部に複数の面光源2、2、…(以下において単に「面光源2」ということがある。)を有している。後述するようにそれぞれの面光源2は一対の紫外線発光面を有している。殺菌槽1の内部には、複数の面光源2、2、…が、その紫外線発光面を相互に対向させるように配列されており、隣接する面光源2同士に挟まれた複数の並列に並んだスリット状の流路3、3、…(以下において単に「流路3」ということがある。)を有している。流入口1aから殺菌槽1内部に流入した液体は、分岐して、複数のスリット状の流路3、3、…を通過する間に、面光源2からの紫外線の照射を受けて殺菌される。上記複数の流路3、3、…は、互いに独立した、同じ幅を有する紫外線照射ゾーンを形成している。各流路3は、途中で連通することが無いので、紫外線照射ゾーンにおいて確実に一定の幅(厚み)を維持することができ、被殺菌液体の照射される紫外線の光軸方向の厚み(幅)も一定に保たれるようになっている。流路3、3、…を通過した殺菌済みの液体は、下流で合流して、流出口1bから殺菌槽1の外部に流出する。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. As shown in FIG. 2, the
図3(a)は、面光源2を説明する平面図であり、図3(b)は面光源2を説明する側面図である。図3(a)、(b)に示すように、面光源2は、一対の紫外線発光面21a、21bを有する導光板21と、導光板21の一方の端部に配列された複数の深紫外線発光ダイオード22、22、…(以下において単に「深紫外線発光ダイオード22」ということがある。)と、一対の紫外線発光面21a、21bの表面に設けられた光拡散ドット23、23、…(以下において単に「光拡散ドット23」ということがある。)を有している。図2において詳細は割愛しているが、面光源2(より具体的には導光板21)の一方の端部は殺菌槽1の胴部の外側に延出し、該端部において深紫外発光ダイオード22、22、…と接続されると共に、深紫外発光ダイオード22、22、…は不図示の電源に接続されており、紫外線を発する。深紫外発光ダイオード22、22、…は、横軸を波長、縦軸を相対発光強度で表した発光スペクトルにおいて、253nm以上280nm以下、好ましくは260nm以上280nm以下の波長領域に主ピークを有し、且つ253nm以上280nm以下、好ましくは260nm以上280nm以下の波長領域の紫外線の相対強度の総和が全波長領域の相対強度の総和の70%以上、好ましくは80%以上、最も好ましくは90%以上であり、250nm以下の波長領域の相対強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の10%以下、好ましくは5%以下、より好ましくは3%以下であり、220nm以下の波長領域の相対強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の7%以下、好ましくは3%以下、より好ましくは1%以下であり、さらに、300nm以上の波長領域の紫外線強度の総和は、全波長領域の相対強度の総和の7%以下、好ましくは3%以下、より好ましくは1%以下である発光スペクトル(以下このような発光スペクトルを「特定発光スペクトル」ともいう)を有する。
FIG. 3A is a plan view illustrating the
紫外線発光面21a、21bから発せられる紫外線は、同一の発光スペクトルを有している。紫外線光拡散ドット23は、一方の表面が紫外線発光面21aまたは21bに接するように設けられた、紫外線を反射する反射膜23cと、反射膜23cの他方の表面に設けられた光拡散ドット基材23aと、光拡散ドット基材23aの内部に分散保持された光拡散剤23b、23b、…(以下において単に「光拡散剤23b」ということがある。)と、を有している。図3(b)の矢印Bに示すように、深紫外発光ダイオード22から発せられた紫外線は、導光板21の一方の端部21cから導光板21内部に入射し、反射膜23c、23c、…によって反射されながら導光板21の内部を伝播し、反射膜23cのない紫外線発光面21a若しくは21b又は導光板21の他方の端部21dから導光板21の外部に出射される。
The ultraviolet rays emitted from the ultraviolet
なお、光拡散剤23bとしては、253nm以上280nm以下の波長領域の紫外線に対する反射率が高く、この様な紫外線を有効に拡散できる、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、アルミニウム等の微粒子が好適に使用される。上記波長領域の紫外線を吸収しやすい材料を光拡散剤として使用することは好ましくなく、光触媒物質を光拡散剤として使用することはできない。
The
光拡散ドット23、23、…が導光板21の表面に配置されていることにより、液体がスリット状の流路3を流通する際に液体が光拡散ドット23にぶつかり、乱流が発生する。乱流が発生することによって液体が撹拌されるので、紫外線による殺菌効率が向上する。
.. Are disposed on the surface of the
図3(a)及び(b)においては、反射膜23cの導光板21と接していない表面に光拡散ドット基材23aが設けられ、その結果光拡散ドット23が導光板21の紫外線発光面21a、21bの表面から突出している形態の面光源2を説明したが、面光源2は当該形態に限定されるものではなく、例えば、光拡散ドット23が導光板21の紫外線発光面21a、21bから突出していない形態の面光源を採用することも可能である。図3(c)は、そのような面光源の他の一例を説明する側面図であって、図3(b)に対応する図である。図3(c)に示すように、光拡散ドット23を、紫外線発光面21a又は21bに埋没するように設けてもよい。図3(c)において、反射膜23cは、光拡散ドット基材23aと導光板21との界面に設けられている。このように光拡散ドットを導光板表面に埋没させた形態によれば、表面を253nm以上280nm以下の波長領域の紫外線を透過するフィルムで覆うことも可能となる。たとえば、ポリクロロトリフルオロエチレン(PDTFE)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)、パーフルオロエチレンプロパンコポリマー(FEP)、エチレンテトラフルオロエチレン(ETFE)などのフッ素樹脂フィルム又はポリエチレン(PE)などのポリオレフィンフィルムは、253nm以上280nm以下の波長領域の紫外線に対する透過率が高いため、紫外線発光面をこれらフィルムで被覆した場合には、防汚性が改良されるばかりでなく、汚れ度合いに応じて適宜フィルムを交換することにより、常に紫外線の照射状態を良好な状態に保つことができ、メンテナンスが容易となる。これらフィルムの中でも、ETFE,FEP,PFA,PE等の265nm波長を有する紫外線の透過率が220nmの波長の紫外線の透過率よりも10%以上高い樹脂フィルムで覆った場合には、光学フィルターとしても機能し、ブロードな発光スペクトルを有する光源を使用することが可能となる。これらフィルムの厚さは特に限定されないが通常は、5〜25μmである。
3A and 3B, the light diffusion
再び図2を参照する。液体殺菌装置100においては、一対の紫外線発光面21a、21bを有する面光源2、2、…が、相互に対向するように、すなわち隣接する面光源の紫外線発光面どうしが相互に対向するように、平行に配列されているので、スリット状の流路3の両側から液体に紫外線を照射することができ、効率よく液体を殺菌することができる。後述するように、各スリット状の流路3の、紫外線発光面21a、21bに垂直な方向、すなわち、照射される紫外線の光軸方向の幅(厚み)dは、該流路3を挟む紫外線発光面21a、21bの有効光路長の総和以下となっている。
Refer to FIG. 2 again. In the
本発明の一の実施形態に係る液体殺菌方法S1について、図1〜図3を参照しつつ説明する。液体殺菌方法S1は、(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2、2(すなわち隣接する面光源2、2)の間に形成された流路3に、有機物を含有する溶液又は懸濁液からなる被殺菌液体5を流通させる工程S11と、(2)流路3を通過する被殺菌液体5に、一対の隔壁2、2の向かい合う2面の両方に設けられた紫外線発光面21a、21bから紫外線を照射する工程S12とを含む。そして、上記間隙(すなわち隣接する面光源2、2の間の距離。)の、紫外線発光面21a、21bに垂直な方向の幅dは、紫外線発光面21a、21bの有効光路長La、Lbの総和La+Lb以下とされる。ここで、各紫外線発光面21a、21bの有効光路長La、Lbは、該紫外線発光面21a/21bから照射される紫外線が被殺菌液体5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)となる被殺菌液体5の層の厚さとして定義される。紫外線発光面21a、21bの有効光路長La、Lbは別途測定される。
For liquid sterilization method S 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Liquid sterilization method S 1 is in the
紫外線発光面21a、21bの有効光路長La、Lbの決定は、例えば次の工程(a)〜(e)(S101〜S105)により行うことができる:
(a)所定の光路長を有する紫外線透過性光学測定用セル(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S103;
(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。
The effective optical path lengths L a and L b of the ultraviolet
(A) Step S 101 of filling the sterilized liquid 5 into the inside of an ultraviolet transmissive optical measurement cell having a predetermined optical path length (hereinafter sometimes simply referred to as “cell”);
(B) The ultraviolet
(C) Step S 103 of measuring the irradiance (unit: mW / cm 2 ) of the transmitted ultraviolet light that has passed through the cell;
(D) the steps (a) to the (c) (S 101 ~S 103 ), by performing a plurality of cells having different optical path lengths, the step S 104 to determine the relationship between the irradiance and the optical path length of the transmitted ultraviolet ;and,
(E) The effective optical path length L a (or L b ) of the ultraviolet
上記工程(d)〜(e)(S104〜S105)において、透過紫外線の放射照度と光路長との関係は、Lambert−Beerの法則に従う。すなわち、透過紫外線の放射照度I1は、光路長Lに対して、次の式(1)の関係にある。
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は被殺菌液体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。
In the steps (d) to (e) (S 104 to S 105 ), the relationship between the irradiance of transmitted ultraviolet light and the optical path length follows Lambert-Beer's law. That is, the irradiance I 1 of transmitted ultraviolet rays is in the relationship of the following equation (1) with respect to the optical path length L.
log (I 1 / I 0 ) = − αL (1)
In Equation (1), I 0 is the irradiance of ultraviolet light having a wavelength λ before entering the medium, and α is a proportionality constant (absorption coefficient) determined corresponding to the liquid to be sterilized 5 and the wavelength λ peak . In general, the peak width of the emission spectrum of a light emitting diode is extremely narrow. Therefore, in discussing the dependence of the irradiance of transmitted ultraviolet rays on the optical path length, the extinction coefficient α (λ peak ) at the emission peak wavelength λ peak of the deep ultraviolet
logI 1 = −αL + logI 0 (2)
Therefore, by obtaining a plurality of pairs of the logarithm of the transmitted ultraviolet irradiance I 1 at the main peak wavelength λ peak and the optical path length L of the cell, the transmitted ultraviolet irradiance I 1 and the optical path length L at the main peak wavelength λ peak Can be obtained (step (d) above, step S 104 ). For example, a known method such as a least square method can be used to calculate the regression line. The effective optical length L a of the ultraviolet light-emitting
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。 The steps (a) to (e) (S 101 to S 105 ) can be performed separately before the steps S 11 and S 12 .
前記したように、液体殺菌方法S1において、紫外線発光面21a、21bに垂直な方向の幅dは、紫外線発光面21a、21bの有効光路長La、Lbの総和La+Lb以下とする。このとき、dの下限値は、使用する面光源の紫外線発光面から照射される紫外線強度の制御範囲(特に最高強度)や被殺菌液体の流速の制御範囲(特に最低流速)を考慮して、想定する処理時間(紫外線照射時間内)で殺菌に必要な積算照射量を得るという観点から決定される。dの下限値は、有効光路長La、Lbの総和La+Lbの10〜90%であることが好ましく、20〜80%であることがより好ましく、30〜70%であることが最も好ましい。
As described above, in the liquid sterilizing method S 1, ultraviolet light-emitting
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。
The length of the
(F) The flow path based on the relationship between the irradiance I 1 of the transmitted ultraviolet light on the ultraviolet
(G) Step S 107 for determining an integrated irradiation amount I int (unit: mJ / cm 2 ) of ultraviolet rays necessary for sterilization of the liquid 5 to be sterilized;
(H) a step S 108 of determining a minimum irradiation time t min (unit: second) defined by a value obtained by dividing the integrated irradiation amount I int by the minimum irradiance I min ; and
(I) The
上記工程(f)(S106)において、紫外線発光面21a、21bに係る透過紫外線の放射照度I1と光路長Lとの関係は、上記工程(a)〜(d)(S101〜S104)により求められる。図4を参照する。図4には、隣接する面光源(隔壁)2、2を紫外線発光面21a、21bに平行な方向から見た模式断面図、及び、透過紫外線の放射照度I1の座標依存性を説明するグラフが表れている。紫外線発光面21a、21bに垂直な方向にx軸をとり、紫外線発光面21aの位置をx軸の原点とする。座標xにおける透過紫外線の放射照度I(x)に対する、紫外線発光面21a、21bから発せられた紫外線の寄与Ia(x)、Ib(x)は、次の式(3a)及び(3b)で表される。
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。
In the step (f) (S 106 ), the relationship between the irradiance I 1 of the transmitted ultraviolet rays and the optical path length L related to the ultraviolet
I a (x) = I 0, a · 10 −αx (3a)
I b (x) = I 0, b · 10 −α (d−x) (3b)
However, d is the width | variety of the direction perpendicular | vertical to the ultraviolet
Therefore, the irradiance I (x) of the transmitted ultraviolet light at the coordinate x is
I (x) = I a (x) + I b (x)
= I 0, a · 10 −αx + I 0, b · 10 −α (d−x) (4)
It is represented by I (x) is an ultraviolet irradiance distribution on the ultraviolet
It is. When the light emission intensities of the ultraviolet
It becomes. When 0 ≦ x ≦ d, it is always d 2 I (x) / dx 2 > 0 (8)
Therefore, the irradiance I (x) of the transmitted ultraviolet ray takes the minimum value (minimum value) I (x 1 ) at the coordinate x 1 in the equation (6). I (x 1 ) is the lowest irradiance I min in the irradiance distribution I (x).
上記工程(g)(S107)において、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)は、紫外線発光面21a、21bから照射される紫外線の主ピーク波長(すなわち深紫外線発光ダイオード22の発光ピーク波長λpeak)と、被殺菌液体5に含まれることが想定される、殺菌すべき微生物とに基づいて定めることができる。Iintとしては例えば、波長λpeakの深紫外線を照射したときに、殺菌すべき微生物の99.9%が死滅する積算照射量を選択することができる。そのような積算照射量は、予備実験または文献により知ることができる。
In the step (g) (S 107 ), the cumulative irradiation amount I int (unit: mJ / cm 2 ) of ultraviolet rays necessary for sterilization of the liquid 5 to be sterilized is the main amount of ultraviolet rays irradiated from the ultraviolet
上記工程(h)(S108)において、最低照射時間tminは、上記(f)工程S106において決定された最低放射照度Iminと、上記(g)工程S107において決定された積算照射量Iintとから、次の式(9)によって決定することができる。
tmin=Iint/Imin …(9)
上記工程(i)(S109)において、被殺菌液体5が流路3内に滞在する滞在時間Tは、流路3の長さl及び流路3を流れる被殺菌液体5の流速(線速度)vから、
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、最も流速の速い流路について式(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。
In step (h) (S 108 ), the minimum irradiation time t min is the minimum irradiance I min determined in (f) step S 106 and the integrated irradiation amount determined in (g) step S 107 . From I int , it can be determined by the following equation (9).
t min = I int / I min (9)
In the step (i) (S 109 ), the staying time T during which the
T = 1 / v (10)
It depends on. (H) T = 1 / v ≧ t min (11) with respect to the minimum irradiation time t min obtained in step S 108 .
Adjust l and / or v so that When there are a plurality of
本発明に関する上記説明では、上記(1)工程S11において、2以上の流路3、3、…に被殺菌液体5を流通させ、上記(2)工程S12において、該2以上の流路3、3、…を通過する被殺菌液体5に紫外線を照射し、該2以上の流路3、3、…のそれぞれは、平行に配置された3以上の隔壁2、2、…の、各一対の隣接する隔壁2、2の間に形成された流路3であり、上記3以上の隔壁2、2、…のそれぞれの両面に、紫外線発光面21a、21bが設けられている形態の液体殺菌方法を例示したが、本発明の液体殺菌方法は当該形態に限定されない。例えば、上記3以上の隔壁2、2、…のそれぞれの片面のみに紫外線発光面21aが設けられており(紫外線発光面21bが存在せず)、上記3以上の隔壁2、2、…は、該紫外線発光面21aが設けられた面を同じ方向に向けて(図2参照)配置される形態の液体殺菌方法とすることも可能である。そのような形態としては例えば、図3(a)〜(c)において、紫外線発光面21bが全て紫外線反射膜で覆われている形態を例示できる。かかる形態においては、上記工程(2)は、流路3を通過する被殺菌液体5に、一対の隔壁2、2の向かい合う2面の一方に設けられた1の紫外線発光面21aから紫外線を照射する工程となる。
In the above description regarding the present invention, the sterilized
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。
Moreover, in the said process (1), the to-
本発明に関する上記説明では、各面光源2が、一対の紫外線発光面21a、21bを有する導光板21と、該導光板21の一方の端部21cに配列された、特定発光スペクトルを有する複数の深紫外線発光ダイオード22、22、…とを有する形態の液体殺菌装置100を例示したが、本発明の液体殺菌装置は当該形態に限定されない。例えば、面光源に関しては、他の形態の導光板の他、特開2012−115715公報に記載された前記LEDモジュールのように、深紫外発光ダイオード22を多数平面上に整列配置したものを使用することも可能である。しかし、このような面光源では必然的に面光源の厚さが厚くなり装置のコンパクト化が困難となるばかりでなく、深紫外発光ダイオード22自体を殺菌槽1内部に配置しなければならないことから装置のメンテナンスが煩雑となる。このような理由から面光源としては導光板を利用したものが好ましい。
In the above description regarding the present invention, each
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。
As an example of a suitable device other than the
液体殺菌装置1100は、面光源2、2、…に代えて面光源1002、1002、…を有する点において、上記説明した液体殺菌装置100と異なっている。各面光源1002は、一対の紫外線発光面21a、21bを有する導光板21と、該導光板21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24と、該紫外線発生装置24から導光板21の一方の端部21cへ紫外線を導く、紫外線導波手段25とを有している。図5においては、図面を簡単にするため、導光板21の表面に設けられる光拡散ドット23、23、…は省略している。紫外線導波手段25としては例えば、折り曲げられた導光板、可撓性の導光フィルムの張り合わせ、内壁が紫外線反射材で構成された導波管等、帯状の平行光を伝送できる導波路が特に制限なく採用できる。液体殺菌装置1100において、導光板21の端部21cと紫外線導波手段25との接続を容易にするため、導光板21の一部は、殺菌槽1の一の側壁に設けられた貫通孔を通じて殺菌槽1の内部から殺菌槽1の外部に延在しており、殺菌槽1の外部に存在する導光板21の端部21cに紫外線導波手段25の一方の端部が接続されている。紫外線導波手段25の他方の端部は紫外線発生装置24に接続されている。
The
紫外線発生装置24について、図6〜8を参照しつつ説明する。紫外線発生装置24は、紫外線を出射する棒状光源110と、棒状光源110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110は、円筒状または多角柱状の基体111と、特定発光スペクトルを有する複数の深紫外線発光ダイオード112、112、…とを有し、該複数の深紫外線発光ダイオード112、112、…は、各深紫外線発光ダイオード112の光軸が基体111の中心軸114を通るように基体111の側面に配置されており、中心軸114に対して放射状に深紫外線を出射する、このような紫外線発生装置は、特許第5591305号公報(特許文献5)に記載されており、その内容はここに参照をもって組み入れられる。
The
図6には、棒状光源(棒状紫外線発光モジュール)110の(X−X´面で切断したときの)横断面図および縦断面図を示している。図6に示されるように、棒状光源110は円筒状基体111の表面上に複数の、特定発光スペクトルを有する深紫外線発光ダイオード112、112、…(以下において単に「深紫外LED112」ということがある。)が整列配置されており、該円筒状基体111の内部には冷却媒体用流路113が形成されている。また、深紫外LED112が搭載された円筒状基体111は、石英などの紫外線透過性材料から形成されるカバー116で覆われている。該カバー116は封止剤やパッキン、O−リング等のシール部材117を用いて気密又は水密に円筒状基体111に装着され、その内部には深紫外LED112の耐久性を高めるために不活性ガスまたは乾燥空気が封入されている。
FIG. 6 shows a transverse sectional view and a longitudinal sectional view of the rod-shaped light source (rod-shaped ultraviolet light emitting module) 110 (when cut along the XX ′ plane). As shown in FIG. 6, the rod-shaped
深紫外LED112、112、…は、素子がサブマウントに搭載された状態またはパッケージに収容された状態で配置され、一定方向に向かって紫外線を出射する。なお、図示しないが、サブマウント又はパッケージには、外部から深紫外LED112に電力を供給するための配線や深紫外LED112を正常に作動させるための回路等が形成されており、該配線や回路への電力の供給は円筒状基体111の表面又は内部に形成された配線を介して行われる。
The deep
円筒状基体111は、深紫外LED112を固定および保持するための支持体として機能するほか、ヒートシンクとしての機能も有し、内部の冷却媒体用流路113に冷却水や冷却用エアーなどの冷却媒体118を流通することにより深紫外LED112が発する熱による温度上昇を防止して、素子の安定作動を助け、素子寿命を延ばすことが可能となる。
The
深紫外LED112で発生した熱を効率よく除去するため、円筒状基体111は、主として銅、アルミニウムなどの熱導電性の高い金属やセラミックスなどで構成されていることが好ましく、また、冷却媒体118の熱交換面積を増大させるために冷却媒体用流路113の内壁面には溝加工を施すことが好ましい。さらに、円筒状基体111を金属材料で構成する場合には、外部電源から深紫外LED112に電力を供給するための銅線または回路との絶縁を図るための絶縁層が形成されていることが好ましい。
In order to efficiently remove the heat generated by the deep
円筒状基体111の側面には、その周方向に沿って、複数の深紫外LED112、112、…が、各深紫外LED112の光軸115が基体111の中心軸114を通るように配置されている。その結果、深紫外LED112から出射される深紫外線は、基体111の中心軸114に対して放射状に出射されることになる。なお、深紫外LED112の光軸115とは、深紫外LED112から出射される光芒の中心軸を意味し、該光芒の進行方向とほぼ同義である。また、ここで、「光軸115が基体111の中心軸114を通るように配置する」とは、なるべくこのような状態を実現するように配置するという意味であり、その状態から僅かに傾いていても問題はない。
A plurality of deep
図6には、基体111の周方向に4個の深紫外LEDを配置した例を示しているが、当該形態に限定されるものではなく、深紫外LED112の配置数は円筒状基体111の外径に応じて適宜変更できる。周方向に配置する深紫外LED112の数は、通常3〜20個、好ましくは4〜12個の範囲であるが、周方向に配置する深紫外LED112の数が多いほど棒状光源110から出射される深紫外線の強度(光量子束密度)は高くなるので、より高強度の深紫外光が必要な場合には、円筒状基体111の径を大きくし、周方向に配置する紫外線発光素子の数を、上記範囲を超えて多くすることができる。
FIG. 6 shows an example in which four deep ultraviolet LEDs are arranged in the circumferential direction of the
深紫外LED112、112、…は、図6の縦断面図に示すように円筒状基体111の長手方向に列を形成するように配置することが好ましい。このとき、深紫外LED112、112、…は、棒状光源110の軸方向における発光強度が均一になるように、円筒状基体111側面に密に規則正しく配列するように配置することが好ましい。
The deep
図7及び図8には、棒状光源110を有する紫外線発生装置24の横断面図及び側面図を示した。紫外線発生装置24は、内面が長楕円反射ミラーからなる出射側反射ミラー120となっている出射側筐体125と、内面が長楕円反射ミラーからなる集光側反射ミラー123となっていると共に紫外線出射用開口部130が形成されている集光側筐体126と、紫外線出射用開口部130に配置されたコリメート光学系140からなる本体150を有し、該本体150の内部に棒状光源110が配置されている。本体150において出射側筐体125と集光側筐体筐体126とは互いに着脱可能に又はヒンジ等を用いて開閉可能とされていることが好ましい。また、本体150の図7及び図8における上下両端開口部には、紫外線が外部に漏れ出ることを防止するためのカバー(不図示)が設けられている。
7 and 8 show a cross-sectional view and a side view of the
図7及び図8に示す態様では、出射側反射ミラー120と集光側反射ミラー123とは実質的に同形状の長楕円反射ミラーであるので、本体150において、出射側筐体125と集光側筐体126とが結合されて形成される内部空間の形状は、出射側反射ミラーの焦点軸121及び出射側反射ミラーの集光軸122の2軸をそれぞれ焦点軸とする楕円形の断面(ただし、開口部130に相当する部分が欠損している。)を有する柱状体となる。出射側反射ミラー120および集光側反射ミラー123の表面は、深紫外線に対する反射率が大きい材質、たとえばRu、Rh、Pd、Os、Ir、Pt等の白金族金属、Al、Ag、Ti、これらの金属の少なくとも一種を含む合金、又は酸化マグネシウムで構成されることが好ましく、反射率が特に高いという理由から、Al、白金族金属又は白金族金属を含む合金、又は酸化マグネシウムで形成されていることが特に好ましい。
7 and 8, the exit-
集光側反射ミラー123及び集光側筐体126には、スリット状に紫外線出射用開口部130が設けられ、該開口部130には、集光された紫外線を平行若しくは略平行な光束に変換するコリメート光学系140が配置されている。コリメート光学系140は合成又は天然石英、サファイア、紫外線透過性樹脂等の紫外線透過性の高い材質で構成されることが好ましい。該コリメート光学系140は紫外線出射用開口部130に脱着可能に取り付けられていることが好ましい。
The condensing-
紫外線発生装置24において、棒状光源110は、その中心軸114が出射側反射ミラーの焦点軸121と一致するように配置される。このような位置に棒状光源110が配置されるので、該棒状光源110から放射状に出射される深紫外光は出射側反射ミラー120および集光側反射ミラー123で反射されて集光側反射ミラーの焦点軸124(すなわち出射側反射ミラーの集光軸122)上に収斂するように集光され、集光された深紫外光は紫外線出射用開口部130から紫外線導波手段25の一方の(導光板21に接続されている端部とは反対側の)端部に入射する。
In the
このように、紫外線発生装置24では、原理的には、棒状光源110から放射状に出射される深紫外線の全てを集光側反射ミラー123の焦点軸124上に集光でき、深紫外線出射用開口部130方向に向かわない方向(たとえば反対方向や横方法)に出射された深紫外線をも有効に利用することができる。すなわち、棒状光源110において、光軸115が紫外線出射用開口部130方向に向かうように深紫外LED112、112、…の全てを同一平面上に配置する必要はなく、横方向や反対方向に向けて配置することも可能となる。したがって、棒状光源110は、単位空間当たりに配置される深紫外線発光ダイオードの数を大幅に増やすことができ、紫外線発生装置24は、より高い強度の紫外線を導光板21に供給することができる。
Thus, in principle, the
本発明の紫外線殺菌装置は、図面に示されるものに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。 The ultraviolet sterilizer of the present invention is not limited to that shown in the drawings, and can be arbitrarily modified and applied without departing from the spirit of the present invention.
たとえば、殺菌槽1よりも上流側に、冷却器や熱交換器等の温度制御手段を設け、殺菌槽に供給する被殺菌液体の温度を、0℃を越え10℃以下とするようにしてもよい。また、同じく殺菌槽1よりも上流側に、窒素ガスや水素ガスをバブリングするバブリング装置等の溶存酸素低減又は除去手段を設置してもよい。
For example, a temperature control means such as a cooler or a heat exchanger is provided upstream of the
さらに、殺菌槽1よりも下流側に400nm以下の波長を有する紫外線を遮断した状態を維持しながら、紫外線殺菌された被殺菌液体を400nm以下の波長を有する紫外線を透過しない容器内に充填、封止する充填手段を配置してもよい。
Furthermore, while maintaining the state where ultraviolet light having a wavelength of 400 nm or less is blocked downstream from the
1 殺菌槽
1a 流入口
1b 流出口
2、1002、 面光源
21 導光板
21a、21b (一対の)紫外線発光面
21c、21d (導光板の)端部
22、112 深紫外線発光ダイオード
23 光拡散ドット
23a 光拡散ドット基材
23b 光拡散剤
23c 反射膜
24 紫外線発生装置
25 紫外線導波手段
26 紫外線発光ダイオード
3 (スリット状の)流路
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 液体殺菌装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
当該紫外線殺菌装置は前記被殺菌液体に紫外線照射を行うための処理槽と、前記処理槽に前記被殺菌流体を供給するための供給手段とを有し、
前記処理槽内には、複数の隔壁を所定の間隙を設けて平行に配置することにより、夫々所定の幅を有する複数の独立した流路が並列配置されており、
前記複数の流路夫々の互いに対向する壁面の少なくとも一方は紫外線発光面を有しており、
紫外線が照射される領域に紫外線を1方向又は互いに対向する2方向から照射し
更に、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を有効光路長として定義したとき、前記複数の流路夫々の幅は、前記紫外線発光面から照射される紫外線の前記有効光路長の総和以下であり、
前記紫外線発光面は、260nm以上280nm以下の波長領域の紫外線の相対強度の総和が全波長領域の相対強度の総和の90%以上である紫外線を出射し、
前記流路内の前記被殺菌液体と接触する部分には光触媒物質が存在しないこと、
により活性種の発生を抑えることで味覚や風味が損なわれないことを特徴とする紫外線殺菌装置。 It is an ultraviolet sterilizer that sterilizes the liquid to be sterilized by irradiating the liquid to be sterilized with ultraviolet light, which contains an organic substance consisting of saccharides and / or fragrance components and water, respectively, as a liquid to be sterilized,
The ultraviolet sterilizer has a treatment tank for irradiating the liquid to be sterilized with ultraviolet light, and a supply means for supplying the fluid to be sterilized to the treatment tank,
In the treatment tank, a plurality of independent flow paths each having a predetermined width are arranged in parallel by disposing a plurality of partition walls in parallel with a predetermined gap.
At least one of the opposing wall surfaces of each of the plurality of flow paths has an ultraviolet light emitting surface;
The region irradiated with ultraviolet rays is irradiated with ultraviolet rays from one direction or from two opposite directions. Further, the irradiance of the transmitted ultraviolet rays when the irradiated ultraviolet rays pass through the layer to be sterilized is 0.001 mW / cm 2. When the thickness of the layer of the liquid to be sterilized is defined as an effective optical path length, the width of each of the plurality of flow paths is equal to or less than the sum of the effective optical path lengths of the ultraviolet rays irradiated from the ultraviolet light emitting surface,
The ultraviolet light emitting surface emits ultraviolet light having a total sum of relative intensities of ultraviolet rays in a wavelength region of 260 nm or more and 280 nm or less being 90% or more of a sum of relative intensities in all wavelength regions,
That there is no photocatalytic substance in the portion in contact with the liquid to be sterilized in the flow path;
The ultraviolet sterilizer is characterized in that the taste and flavor are not impaired by suppressing the generation of active species .
The ultraviolet sterilizer according to any one of claims 1 to 4 , further comprising means for reducing or removing dissolved oxygen.
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