JP4972282B2 - 望ましくない微生物の紫外線処理 - Google Patents

Description

本発明は、紫外線により望ましくない微生物を撲滅する、又はその成長を抑制するための方法及び装置に関する。一実施例において、本発明の装置及び方法は、生鮮果物及び野菜全体及びカット品の望ましくない微生物を紫外線で処理して、その保存寿命を向上させるのに用いられる。他の実施例において、該方法及び装置は、廃水中の望ましくない微生物を撲滅するのに用いられる。

水を処理するための紫外線システムが知られている。１つの種類のシステムでは、紫外線を透過させる筐体に紫外線球又はチューブが取りつけられる。これは、処理される水を含む垂直配向環状チャンバに囲まれている。いくつかの実施例において、紫外線は、水を滅菌するオゾンを生成するのに使用される。他の実施例において、紫外線が直接滅菌を行う。当該技術の代表的な特許としては、米国特許第４，１４１，８３０号、米国特許第４，２７３，６６０号、米国特許第６，０９９，７９９号及び米国特許第６，１９３，８９４号がある。

米国特許第６，０１５，２２９号から、流体の流れの方向に垂直な断面を有する紫外線ランプの均一なアレイを介して流体を流すことによって流体を滅菌することも知られている。流れ分離用三角翼を配置して、同一方向又は互いに反対方向に回転する渦の対を発生させて、紫外線にさらしながら流体の混合を助ける。

米国特許第５，９９４，７０４号には、紫外線を使用する流動光化学反応器が記載されている。偏向板を流路に組み込んで乱流を発生させて、チューブ内の光源から放射する光子の流体への照射の均一性を高める。流路は、中央光源に対して実質的に環状である。

紫外線により、水中に懸濁又は溶解した微生物を撲滅する、又はその成長を抑制するためのシステムを提供することが望ましい。必要とされるだけ完全に、確実に撲滅するためには、微生物に対する照射時間を単純な方法で制御できることが必要である。

本発明の目的は、この目標の達成に向けて前進し、又は少なくとも一般の人々に有用な選択肢を提供することである。

よって、本発明は、広義には、水中の微生物を撲滅する、又はその成長を抑制するための方法であって、
両端が開放された垂直配向紫外線透過チューブを通じて、前記微生物を含む水の渦乱流を発生させること、
前記チューブ内に、及び前記渦流を介して紫外線の流れを生成し、それによって、前記チューブを通過している間に前記微生物を前記紫外線にさらすこと、及び
前記チューブを励起した後に前記水を回収することを含む方法であるといえる。

好ましくは、前記微生物を含む水の噴流を、前記チューブにその頂部又は頂部付近で実質的に接線に沿って投入することによって、前記渦を増大する。

好ましくは、前記チューブ内の前記微生物の滞留時間を制御するように、前記噴流の流速を制御する。

１つの代替形態において、前記紫外線の強度を、前記チューブ内で前記微生物がさらされている間に変化させる。

好ましくは、前記微生物は、前記渦乱流内の対象上にある。

好ましくは、前記対象は、前記チューブを励起した後に回収される。

好ましくは、前記対象は食料品である。

好ましくは、前記食料品は野菜又は果物である。

より好ましくは、前記食料品は新鮮な状態でカットされた果物である。

好ましくは、前記食料品には、それが前記渦流内に配置される前に防腐剤が浸透している。

好ましくは、前記食料品は、前記チューブを励起する前に乾燥される。

好ましくは、前記紫外線は、２００から２８０ナノメートルの波長を有する。

最も好ましくは、前記紫外線は２５３．７ナノメートルの波長を有する。

好ましくは、前記微生物が前記紫外線にさらされるときの前記渦流の温度は約４２℃である。

また、本発明は、広義には、水中の微生物を撲滅する、又はその成長を抑制するための装置、或いは、
紫外線を透過させ、上端及び下端を有する垂直配向チューブと、
前記チューブ内に渦流を発生させるように、前記上端に水を供給する手段と、
前記チューブ、及び前記微生物を含む水に紫外線を放射するように構成された、前記チューブを囲む放射手段と、
前記チューブの前記下端からの排出手段とを備えた装置であるといえる。

好ましくは、前記チューブはフッ化ポリマーで構成される。

１つの代替形態において、前記水を前記チューブに供給する前記手段は、螺旋流路を有する漏斗を備える。

他の代替形態において、前記漏斗と併用される前記チューブ内に制御可能な渦乱流を付与する接線射水口が設けられる。

さらなる実施例において、前記微生物を含む前記水を供給する唯一の手段として、接線射水口が設けられる。

好ましくは、前記紫外線放射手段は、低圧水銀蒸気水晶チューブである。

好ましくは、前記低圧水銀蒸気水晶チューブは、２５３．７ナノメートルの波長の紫外線を放射する。

好ましくは、前記紫外線放射手段を囲み、その内面に紫外線を反射させる反射手段を有する前記ケースが存在する。

好ましくは、前記チューブ及び前記紫外線放射手段と連動して、前記紫外線を放射する温度を制御する温度制御システムが存在する。

好ましくは、前記チューブを流れる前記水の温度を制御する温度制御手段が存在する。

好ましくは、前記排出手段は管である。

好ましくは、前記チューブに水を供給する前記手段の上流に送込みタンクが設けられる。

好ましくは、前記送込みタンクに食料品を連続的に供給する手段が存在する。

好ましくは、前記排出手段が前記チューブを通過した水及び食料品を排出できる保持タンクが、前記排出手段の下流に存在する。

好ましくは、食料品を前記保持タンクから搬出する手段が存在する。

好ましくは、前記保持タンクから前記送込みタンクへ水を循環させる手段が存在する。

好ましくは、前記水を循環させる前記手段は、主タンクと、前記保持タンクから前記主タンクへ水を排出する管と、前記主タンクから前記送込みタンクへの導管手段と、前記導管手段内のポンプ及び濾過手段とを備え、前記導管手段の遠端は水を前記送込みタンクへ戻す。

また、本発明は、広義には、実質的に図１から６を参照しながら本明細書に説明されている装置にあるといえる。

また、本発明は、広義には、個別又は集合的に本願の明細書に言及又は示されている部品、要素及び特徴、並びに前記部品、要素又は特徴の任意の２つ又はそれ以上の任意又はすべての組合せにあるということができ、本発明が関わる技術分野における知られている均等物である完全体が言及されている場合は、当該知られている均等物は、個別的に記載されているように本明細書に組み込まれているものと見なされる。

添付の図面を参照することによって本発明をより深く理解することができる。

装置の構成
装置は、送込みタンク１２と、保持タンク１６と、主タンク２１とから構成される。装置の紫外線処理部はチャンバ１０に収容されており、その構成については、図２を参照しながら以下により詳細に説明する。送込みタンク１２には、汚染物質を避けるためのカバー１５が設けられている。送込みコンベヤ１１がシュート２６に合わせて配置されて、（食料品等の）製品をタンク１２に供給する。タンク１２の内部には処理液３３がある。処理液は水、又は当業者に知られている防腐剤を含む水であってもよい。製品がスライスされた生鮮果物である場合は、１から７％（Ｗ／Ｗ）の水酸化カルシウム溶液を使用できる。

送込みタンク１２の上流端には、管２４からの液を送込みタンク１２に供給する堰２５が存在する。

タンク１２の下流端には漏斗１４が存在し、その構成については図３を参照しながら説明する。

処理チャンバ１０の下端は、２つの１８０°の湾曲部を有し、その開口で終端して、液体を保持タンク１６に排出する出口管１８に接続されている。保持タンク１６にも汚染物質を避けるためのカバー１５が設けられている。保持タンク１６の底は、送出しコンベヤ１３を受け入れるように断面が実質的にｖ字形になっている。送出しコンベヤ１３は、処理された食料品をさらなる処理に向けて搬送するさらなるコンベヤ１７の上に配置される。

管１９は、例示されるように、処理液を主タンク２１に排出するように配置される。主タンク２１は、ポンプ２２につながる戻り管２０を有する。次に、これは濾過システム２３につながる。さらなる戻り管２４が堰２５に接続して、回路を完成する。

蠕動ポンプ（図示せず）は、必要に応じて超飽和カルシウム補給溶液を主タンク２１に注入する。

図２を参照しながら紫外線チャンバ１０の構成を説明する。中央通路から半径方向に外側に移しながらチャンバを説明する。紫外線を透過させる高度なフッ化ポリマー（ＡＦＰ−８４０（商標））から作製されたチューブ３４は、漏斗１４から出口管１８に伸びる通路３６を定める。チューブ３４は、圧縮リング３２によって両端の所定位置に保持され、圧縮バンド３５によってその間に保持される。リング３２は、好ましくはステンレス鋼のホース・クリップである。それらの目的は、漏れを止めることである。

チューブ３４を囲む環状チャンバ３９には、一連の紫外線チューブ３０が配置されている。好ましい実施例において、これらのチューブは、低圧水銀水晶型である。最大の殺菌機能を達成するための最適な紫外線波長は、２５３．７ナノメートルである。これは、ランプの表面温度が４２．２℃であるときに効率が１００％になると考えられている。

チューブ３０は、チューブ・ホルダ２９の両端に保持される。これらは、配線ルーム３１によって動力供給される。

チューブ３６を囲む環状チャンバ３９の外側には、円筒形の反射遮蔽板２８がある。内側の反射面２８は、紫外線に対する反射性が高い研磨アルミニウムである。

紫外線放射チャンバ構成は、ステンレス鋼で構成されうる円筒形の外ケース２７によって完成されている。チャンバ１０の底部には、基板３８が存在する。

チューブ３４の下端から、通路３６の下端を出口管１８に接続する漏斗形部３７が出ている。図２に示される実施例において、図１に示される管の延長につながる管１８の開放端上にスリーブ取付具４３が存在する。

送込みタンク１２の縁から紫外線チャンバ１０の上部に至る漏斗１４が、図３の平面図に示されている。浮動する食料品を含む水溶液が流れる送込みタンク１２の側面の開口部が、堰４２の上方に設けられている。堰４２から、下方傾斜水路４４が、急傾斜部４５をスクローリング部４６に沿って下って、通路３６の上部に入り込んでいる。傾斜側面４８が、漏斗１４の上縁からスクローリング部４６に下る通路を完成する。

図４及び５に示される実施例において、通路３６は、図２に示されるものより短く、直径が大きい。それ以外では、構成要素及び構成は実質的に同じである。加えて、図４の矢印Ａで示されるように、水を漏斗形部３７に注入する補助的な接線噴出口４０が設けられる。以下に説明するように、この噴出口の注入は、通路３６内に形成される渦の流動速度に影響を与える。噴出口４０は、高圧水源に接続される。

図６に示される実施例において、送込みタンク１２は、適切な水頭を提供するように、保持タンク１６よりわずかに高度が高くなるように配置される。第１のＡＦＰチューブ３４と、エルボ部５４と、続いて第２のＡＦＰチューブ５２と出口５０を接続する漏斗１４によって、送込みタンク１２から保持タンク１６までの通路３６が下流方向に定められる。

堰４２は、送込みタンク１２内の漏斗１４の口に設けられる。漏斗１４は、図３に示されるタイプのものである。しかし、接線に沿って、第１のＡＦＰチューブ３４の上端に隣接する漏斗１４に向けられた射水口４１が設けられる。射水口４１の体積及び速度を、例えば一般的な給水栓バルブで制御することができる。

３つの紫外線チューブ３０が示されている。本実施例において、ケース（図示せず）は、両ＡＦＰチューブ３４と、ＵＶチューブ３０の外リングの外側までを占める装置の全放射部を囲む。

場合によっては、やはり接線に沿ってエルボ５４に向けられた第２の射水口４０を設けることができる。それは、射水口４１と共通の制御弁を有する。

装置の動作
図１を参照しながら装置の全体的な動作を説明する。食料品、例えばスライスされたリンゴを送込みコンベヤ１１上に配置し、シュート２６を下って送込みタンク１２内の処理液３３に入れる。処理液３３は防腐剤を含有する。好ましい処理水溶液は、１から７％のＷ／Ｗ水酸化カルシウムを含有する。

堰２５を越えて循環処理液３３が流入すると、送込みタンク１２に沿い、かつ堰４２を越えて漏斗１４に入る流れが生じる。果物を含む液３３がスクローリング経路４６を下るに従って、渦が発生し、次いでそれが旋回しながら通路３６を下って、紫外線チャンバ１０を通過する。

図１及び３に示されている実施例において、乱流渦の流速を変えることはできない。図４から６に示されている実施例において、主流内の水の噴流を接線に沿って注入することによって、乱流渦の速度を変えることができる。射水口４０及び４１フロー弁は、それらの流速を制御することができる。乱流渦の速度が速くなるほど、ＡＦＰチューブ（群）における滞留時間が長くなる。

紫外線処理の効果は、放射線の暴露時間、放射線の波長、及び放射線を照射する温度に左右される。通路３６内に渦を形成する利点は、放射線を照射する間の通路３６における滞留時間を制御できることである。渦内の果物は、渦が通路３６を下る速度に応じて、多かれ少なかれ静止状態を維持することができる。紫外線チャンバ内の果物を懸濁する上で有効な渦は、図３を参照しながら説明した送込み漏斗１４を使用することによって達成されうる。

上述の特定のチューブを使用して最善の滅菌を達成する４２．２℃の最適温度を、紫外線チューブによって生成された熱によってチャンバ内に達成することができる。５０℃までの温度を採用することができる。恒温器及び空気調節によって、温度を所望のレベルに維持することができる。

紫外線チャンバ１０において処理が完了すると、果物は、管１８から保持タンク１６へ排出される。コンベヤ１３は時計方向に移動する。コンベヤ１３の上方ラップが果物を拾い上げ、さらなるコンベヤ１７上に排出する。果物は、通常乾燥及び梱包を含むさらなる処理に向けてコンベヤ１７から採取される。紫外線の照射による滅菌であるため、果物は無菌包装で梱包されると、その保存寿命が向上することになる。

保持タンク１６内の処理液３３は、管１９の上部に流れ込み、主タンク２１に排出されることになる。必要に応じて、補給処理液３３を加えてもよい。

次いで、ポンプ２２は、処理液３３を戻り管２０から矢印Bの方向に濾過システム２３を通じて堰２５上の管２４まで輸送し、そこで送込みタンク１２に再充填することによりこの回路を完了する。

その方法を、カットした果物に関連して説明した。しかし、紫外線による滅菌の恩恵を受けることのできる任意の形の食料品に対してこの方法を用いることが可能である。

図６に示される実施例を図１に示されるタンク１２、１６及び２１と併用することができる。それにより、送込みタンク１２から保持タンク１６までの高さが圧縮されるとともに、紫外線の滞留時間が、チューブ３４とチューブ５２を縦に並べた場合に達成される滞留時間と同等になる。出口５０をタンク１６の底部に配置することにより、やはり装置の全高が削減される。送込みタンク２において処理液３３の流れが止まると、チューブ３４の液面が保持タンク１６の液面になる。

特に食料品の処理について本発明を説明した。当該処理を通じて、紫外線は、食品の微生物を撲滅する、又はその成長を抑制する。食料品を劣化させるのは微生物である。

本発明の装置及び方法を用いて、廃水中の微生物を撲滅する、又はその成長を抑制することもできる。廃水処理装置は、食料品の回収を必要とせず、図１に示す閉ループ系ではなく連続流通系である。

廃水が特に濁っている場合は、処理チャンバでの滞留時間を長くする手段に加えて、より強度の高い紫外線源を使用できる。図６に示されるチューブ及びループに加えて追加的なチューブを採用することができる。より高速の接線射水口を採用して、渦乱流の流速を高めることができる。これによって、力の半径方向モーメントが増加し、流路３６に沿う力の軸方向モーメントが減少する。これは、つまり、廃水が流路３６に沿ってより低速で流れるため、チャンバにおけるその滞留時間が長くなることを意味している。

低圧水銀蒸気水晶紫外線放射チューブの最適温度での使用を通じて本発明を説明したが、当業者に知られている紫外線の他の光源及び条件を用いることもできる。

本発明の他の置換え及び組合せを当業者なら理解するであろう。

本発明の一実施例による処理装置に伴うすべての構成要素の略側面図である。 本発明による装置の紫外線処理部の好ましい実施例の側面断面図である。 本発明の一実施例による装置の処理チューブの上端へ送込みタンクから水を供給するための漏斗の上面図である。 図２に示される装置の部分の代替的な実施例の側面断面図である。 図４に示される実施例の部分分解等角図である。 廃水の処理に特に有効である本発明の他の代替的な実施例の側面図である。

Claims (10)

1. 少なくとも一つの食品片を紫外線で処理して、食品片上の腐食性微生物を低減させる装置において、
   少なくとも一つの部分を垂直に延在させた、入口のある上方の第１端と出口のある下方の第２端とを有する、紫外線が透過可能のチューブ、
   少なくとも一つの部分に渦流を生じさせるようにして、チューブの第１端からチューブに液体と食品片とを供給する供給手段、
   チューブの周りに設けられ、チューブ内に紫外線を放射する紫外線放射手段、ならびに
   チューブの第２端から液体と食品片とを取り出す手段
   を有する腐食性微生物を低減させる装置。
2. チューブの第２端から液体と食品片とを取り出す手段が、液体と食品片を受けるタンクおよびタンクから食品片を取り出すコンベヤとを有する、請求項１に記載の装置。
3. 供給手段が、液体と食品片をそれぞれ受けて一緒にする供給タンクを含む、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記チューブがフッ化ポリマー製である、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. チューブの第２端から液体と食品片とを取り出す手段が、液体を供給手段に戻す循環手段を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記液体に水酸化カルシウムを含んでいる、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記紫外線放射手段の外周は、反射遮蔽板で囲まれている、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 供給タンク内で液体と食品片を導入して一緒にする段階、
   液体と食品片を紫外線が透過可能なチューブを通して渦流を生起させながら流下させる段階、
   液体と食品片を流下させる際にチューブの周りから紫外線をチューブ内に照射させる段階、ならびに
   チューブを流下した液体と食品片を取り出す段階
   を有する食品片上の腐食性微生物を低減させる方法。
9. チューブから液体と食品片を取り出し後に液体と食品を分離する段階をさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 食品片から分離した液体を供給タンクに戻す段階をさらに含む、請求項９に記載の方法。

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