JP6509199B2 - 流体の菌を減少するための装置及びその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は流体の菌を減少するための装置に関する。本発明はまた、菌を含む流体の菌数を減少させるための当該装置の使用方法、及び燃料油、食物製品の菌減少、又は水の浄化、好ましくは廃水、工業プロセス水の汚染除去、又は飲料水の処理のための当該装置の使用に関する。

流体の菌を減少させることは、例えば公衆衛生、衛生学、飲料水目的のために、また医療及び食品産業において広く浸透している商業的な関心事である。本願における「菌」という用語は特に制限されるものではないが、微生物、特に病原性の又は腐敗性の微生物として定義される。

流体の菌減少のための装置には様々なタイプのものが知られており、それらは一般にろ過装置に基づいている。例えば、ＷＯ２００４／０５２９６１Ａ１は菌減少材料として特別なグアニジンコポリマーを利用する様々なろ過装置を開示している。しかし、これらのコポリマーは水溶性又はゲル状のいずれかの材料の形態でのみ開示されている。水溶性又はゲル状の材料は装置やその構成要素を構成するのに適した材料とはいえないことに留意すべきである。水溶性又はゲル状の材料はまた、一般に流体に曝されたときに長期の安定性を有しておらず、例えばその活性を有する構成要素を変形させるか喪失してしまうことがある。従来技術の潜在的に毒性で水溶性の殺生物性材料が装置及びその構成要素から浸出することは、環境、健康及び安全性、並びに（その他の）規制上の観点から一般的に望ましくない。

開示されたろ過装置において、グアニジンコポリマーは顆粒、粉末、又はゲルの形態であり、ろ過カラムに充填されている。次いで、処理される流体は、このろ過カラムを通過する。あるいは、グアニジンコポリマーは、紙、セルロース又は織物材料の上にコーティングされてもよく、次いでこれが装置内でろ過要素として使用されることが開示されている。ろ過装置には、その使用によって顕著な圧力低下を引き起こすという不利益がある。これらの圧力低下はその限定された空隙比（ボイド率）と高い比表面積によるもので、その両者が流体と固体相との間の高い界面接触を実現するのに利用されている。

グアニジン系のポリマーは菌減少に有効ではあるが、これらは、ほとんどの菌減少材料と同様に、まだ商品化された材料とはなっていないため、未だに、特殊ポリマー製造者から制限された製造量でしか購入できない比較的高価な特殊ポリマーである。そして、このような菌減少材料（殺生物剤）の比較的高いコストが、菌減少のための公知のろ過装置の欠点となっている。このようなろ過装置は一般に高価な菌減少材料を比較的大量に使用することを必要としている。これは、ろ過カラムが一般に、殺生物剤で処理されるべき流体の接触にとって比較的低い空隙比（ボイド率）しか有していないため、有効とするのに十分な滞留時間を生じさせるために、特定の比表面積あたりより低い流速又はより長いカラムを必要とすることによるものである。圧力低下を考慮して使用可能な比表面積に対するさらなる制限も生じる。

さらに、ＷＯ２００４／０５２９６１に記載されているように、顆粒、粉末、又はゲルの形態で殺生物剤のカラムを利用するろ過装置の場合、流体と接触し有効なのは、その顆粒、粉末、又はゲルの外表面だけであるため、殺生物剤の極めて大部分が「無駄」になってしまう。すなわち、顆粒、粉末、又はゲルの内部にある大部分の殺生物剤は流体と接触しないので不活性なままである。

ＷＯ２００４／０５２９６１Ａ１

そのため、高価な特殊殺生物剤材料をもっと効率的に利用する流体の菌減少のための装置が望まれている。このような装置は一定量の殺生物剤でより効率的な菌減少を可能にするであろう。このような装置は、圧力低下が大きいとか、殺生物剤の浸出など、流体への曝露により長期安定性が欠如するという不都合を持っていなければさらに望ましいであろう。さらに、従来技術のろ過装置と比較して、菌減少をさらにずっと改良することができれば好ましいであろう。

このような従来技術から出発して、本発明の目的は上で述べたような欠点、特に殺生物材料が効率よく利用されず、菌減少の効果も低いという欠点を持たない、流体の菌を減少するための装置を提供することである。本発明のさらなる目的には、当該装置を使用して、菌を含む流体の菌数を減少させる方法、及び燃料油、食物製品の菌減少、又は水の浄化、好ましくは廃水、工業プロセス水の汚染除去、又は飲料水の処理のための当該装置の使用を提供することも含まれる。

本発明によれば、これらの目的はハウジング（筐体）、注入口、排出口、該流体の菌数を減少させるようにした（embodied）殺生物剤を含む流体接触表面を含む、流体の菌減少のための装置であって、該流体接触表面が静的混合要素(static mixing element)の流体接触表面である上記装置により達成される。

本発明によれば、これらのさらなる目的は、本発明の装置を用いる、菌を含む流体の菌数を減少させるための方法であって、
‐該装置に注入口を介して該菌を含む流体を供給するステップ、
‐該菌を含む該流体を殺生物剤を含む流体接触表面で処理して、菌数が減少した流体を形成するステップ、
‐該菌数が減少した流体を排出口を介して装置から取り出すステップ
を含む方法によってまず達成される。

該装置と該方法は、燃料油、食物製品の菌減少、又は水の浄化、好ましくは廃水、工業プロセス水の汚染除去、又は飲料水の処理のために、本発明に従って用いられる。本願において「燃料油」とは、ディーゼル、ガソリン又は原油のような燃料として用いることができるすべての油（オイル）を指す。後で検討するように、このような流体及び方法が本発明から特に利益を得られる。

本発明は、流体の菌数を減少させるようにした殺生物剤を含む流体接触表面が静的混合要素の流体接触表面であることで、これらの目的を達成し、この問題に解決策を提供する。その結果、圧力損失と、使用された殺生物材料の量のいずれも、顆粒の充填層(packed bed)のようなフィルターに比べて、静的混合器要素の場合にずっと低いものとなる。必要とする殺生物材料の量がこのように減少することは、静的混合器要素の表面だけが殺生物材料でコーティングされている場合に特に顕著になる。本発明の実施例及び従来技術ろ過装置との比較によって示されるように、菌数の有利な減少は本発明の装置ではより顕著である。さらに本発明の装置は、静的混合器要素からの浸出による流体相への殺生物剤の損失に対して安定性に優れることを示している。この結果は非常に驚くべきことであり、本発明の装置と方法が高価な特殊殺生物材料をより効率的に利用して、一定量の殺生物剤に対してより効率的な菌減少を可能にするだけでなく、菌減少が従来技術のろ過装置に比べて改善され得ることを実証する。

当業者は、「流体接触表面」が、殺生物剤を含み、該流体と相互作用することができる表面領域を意味することを理解するであろう。したがってこの表面領域はそれに伴う深さを有し、これは殺生物剤分子のサイズだけでなく、膨潤や多孔性のような因子による流体と表面の相互作用の特異的性質により幾分変化するであろう。ある実施形態では、表面領域の深さはＸ線光電子分光（ＸＰＳ）又はオージェ電子分光（ＡＥＳ）のような表面の組成を特性評価するために用いられる特定の分光学的方法に依存するであろう。一つの実施形態では、流体接触表面の深さは従来のＸＰＳ測定により特性評価されるものである。殺生物剤含有コーティングを伴う実施形態では、表面領域の深さはコーティング厚みと使用されるコーティング方法に依存するであろう。他の実施形態では、流体接触表面の深さは１〜１０００ミクロン（μｍ）である。

装置又は方法の一つの実施形態では、流体接触表面は流体に殺生物剤を実質的に放出しない。本願では、「実質的に放出しない」とは、放出が非常に遅くごくわずかであるために殺生物剤が装置により処理された流体中に感知できる濃度で存在しないことを意味するものとして定義される。例えば、処理される流体中の殺生物剤の濃度は、好ましくは５０ｐｐｍ未満、より好ましくは１５ｐｐｍ未満、さらにより好ましくは１ｐｐｍ未満であり、従来の分光学的方法又はクロマトグラフィー方法により測定したときに検出できないことが最も好ましい。一つの実施形態では、Ｃ．Ｊ．Ｋｏｅｓｔｅｒ＆Ｒ．Ｅ．Ｃｌｅｍｅｎｔ、“Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄｒｉｎｋｉｎｇ Ｗａｔｅｒ ｆｏｒ Ｔｒａｃｅ Ｏｒｇａｎｉｃｓ”（飲料水の痕跡量有機物についての分析）、Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗｓ ｉｎ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｖｏｌ．２４，Ｉｓｓｕｅ ４，１９９３に開示されているように、ガスクロマトグラフィー‐質量分析法（ＧＣ-ＭＳ）が用いられる。好ましくは処理される流体の殺生物剤の濃度は２４時間に亘る静的条件下(static condition)で測定される。この実施形態は、装置がその寿命に亘って「永久に」機能するという利点を有する。したがって、流体接触表面を置き換えたり更新したりする必要がなく、そのためメンテナンス及びサービスのコストと稼動停止時間を低減する。当業者は廃水に対する飲料水のような異なる応用で、流体への殺生物剤放出の寛容量に関して異なる要件があることを理解するであろう。

装置及び方法の他の実施形態では、流体接触表面はグアニジン又はその誘導体を含む。グアニジンは一般構造（Ｒ_１Ｒ_２Ｎ）（Ｒ_３Ｒ_４Ｎ）Ｃ＝Ｎ−Ｒ_５を有する。グアニジンとその誘導体は他の殺生物剤に対して幾つかの利点を有している。例えば、それらは容易に入手可能で、またナノシルバーのような他の殺生物剤よりもコストが低い。さらに、グアニジンとその誘導体は極めて優れた高温安定性を有している。その結果、それらは典型的には高温で実施される菌含有流体の菌数を減少させる方法に使用するのに十分適している。このような方法はそれゆえに殺生物剤と高温との相乗効果の利益を享受するであろう。

装置及び方法のさらに他の実施形態では、流体接触表面は殺生物剤含有ポリマーを含む。この実施形態にはいくつかの利点がある。殺生物剤をポリマー組成物に導入することにより、装置の寿命の間、殺生物剤の浸出が最小化され、殺生物剤活性の永続性が提供される。さらにポリマーは押出や鋳型成形により容易に熱処理され、静的混合要素のような形状に成形される。また、ポリマーを、金属のような他の材料から製造された静的混合要素のコーティングとして容易に用いることもできる。

さらなるより具体的な実施形態では、殺生物剤含有ポリマーはコポリマー又は好ましくはポリマー複合物(polymer compound)である。ポリマー複合物には、一般的に工業的な量では容易に商業的に利用できない高価なモノマーを必要とする殺生物剤コポリマーよりも単純で、安く、より製造しやすい（more versatile to produce）という利点がある。さらに、重合のプロセスと装置は、より複雑で、大きな投資を必要とし、配合設備(compounding facilities)よりもＥＨＳ懸念事項を多く有している。

装置及び方法のさらに他の実施形態では、静的混合器要素は流体接触表面を包含する表面領域にのみ殺生物剤を含有している。表面領域にのみ殺生物剤を提供することにより、必要とする殺生物剤の量を減少させることができ好都合である。また、バルク領域の表面領域下に位置する殺生物剤は流体と接触することがないため、菌減少において効果はないであろう。本願では、表面領域の深さは、最も薄い箇所で測定した静的混合器要素の合計厚さの８０％以下であるとして定義される。この実施形態はしばしばコーティング技術の使用により達成され、この技術は一般に比較的低コストのプロセスと原材料の消費量の低減をもたらす。さらに金属又はプラスチックから作られているような従来の静的混合器要素をコーティングすることも有益である。当業者であれば、例えば、極めて薄い金属支持体を用いて殺生物剤含有コーティングの機械的安定性を提供できることを理解するであろう。このような実施形態では、コーティングは薄い金属支持体に関して比較的厚いであろう。他の実施形態では、静的混合器要素を共押出し方法により基礎を成す支持層の上に殺生物剤含有表面層を与えて形成してもよい。

本発明の方法は、広く様々な流体で十分に作用するという点で多くの有利な点を有する。さらに、それゆえに本発明の方法によって中性化及び殺菌方法を比較的低コストで環境にやさしい方法で置き換えることができる。また、処理すべき流体が食物製品や飲料製品である場合は、本発明の方法であれば栄養の損失は、厳しい従来の光化学的、熱的又は化学的殺菌方法での栄養損失よりも少なくなるであろう。非常に重要なこととして、原材料コストと、保存剤の使用に関する健康被害の可能性や消費者の懸念を限定的なものとするか回避することができるであろう。

方法の一つの実施形態によれば、装置内での滞留時間は６００秒未満、好ましくは１８０秒未満、より好ましくは６０秒未満、さらにより好ましくは１０秒未満、さらにより好ましくは５秒未満、最も好ましくは１秒未満である。当業者であれば、様々な応用及び／又は様々な流体が、効果的な菌減少のために、様々な滞留時間の使用を必要とすることを理解するであろう。滞留時間は実質的には、流体の一部が装置内に留まる時間の平均長さである。本願では、滞留時間は装置のハウジング（筐体）中の流体の量を、排出口からの流体の流速で割った値として定義される。複数の排出口がある場合は、流出量の合計を用いて滞留時間を決定する。本発明の装置は殺生物剤の高度に有効な使用のために相対的に短い滞留時間、延いては短い処理時間を可能にするという利点がある。流体の処理時間を減少させると、装置のサイズと「設置面積」だけでなく投資額と操作コストを最小化でき有益である。

方法の他の実施形態によれば、装置内の流体の温度は０〜２００℃、好ましくは１０〜１００℃、より好ましくは１０〜６０℃、最も好ましくは２０〜３０℃である。本願では、装置内の流体の温度は注入口で測定された流体の温度として定義される。本発明の殺生物剤の効果的な使用により顕著な菌減少を比較的低温で起こすことができる。そのためこれは装置を加熱するための投資額と操作コストを有利に減少させることができる。

方法のさらなる実施形態によれば、流体の菌数はその方法によりｌｏｇ０．５〜７、好ましくは２〜６だけ、最も好ましくは３〜５だけ減少する。本発明の殺生物剤の高度に効果的な使用により、その方法においてこのような顕著な菌減少が可能になる。本願では、菌数はＩＳＯ、９３０８−１、７８９９−１、１６２６６、１９２５０、６２２２、３８４１１、及び３８４１２のような、飲料水又は廃水の微生物分析のための適用可能なＩＳＯ方法にしたがって測定された菌数として定義される。

方法のさらなる他の実施形態では、方法における流体の圧力は、１００バール以下、好ましくは３２バール以下、より好ましくは１６バール以下、さらにより好ましくは１０バール以下、最も好ましくは６バール以下である。これらの圧力は装置の即座の構築及び／又はその定型的な応用、例えば飲料水の処理に最も適している。本願において、流体の圧力は装置の排出口で測定された圧力として定義される。

方法のさらに他の実施形態によれば、装置の体積に対する活性表面積の比は５０ｍ^２／ｍ^３より大きく、好ましくは１５０ｍ^２／ｍ^３より大きく、より好ましくは３００ｍ^２／ｍ^３より大きく、最も好ましくは６００ｍ^２／ｍ^３より大きい。このような最小比は装置の有益な高い効率性とコンパクトなサイズを可能にし、本発明の静的混合器要素の比較的開放された構造と高い空隙比（ボイド率）のために、そのような利益は大きな圧力損失なしに達成することができる。本願においては、体積に対する活性表面積の比は、静的混合器要素を包含する装置の作業体積（ｗｏｒｋｉｎｇ ｖｏｌｕｍｅ）における静的混合器要素の利用可能な外表面のすべてとして定義される。

方法のさらなる他の実施形態では、流体の粘度は、１０００Ｐａ・ｓ未満、好ましくは１０Ｐａ・ｓ未満、より好ましくは０．１Ｐａ・ｓ未満である。このような粘度は望ましくない圧力損失を最小化し、静的混合要素の流体接触表面と処理される流体との接触を容易にする助けとなる。本願では、粘度は、透明及び不透明な液体の粘度測定のためのＩＳＯ ３１０４：１９９４のような適切なＩＳＯ方法にしたがって測定されるものとして定義される。粘度測定についての更なる情報はＡ．Ｙ．Ｍａｌｋｉｎ及びＡ．Ｉ．Ｉｓａｙｅｖによる“Ｒｈｅｏｌｏｇｙ：Ｃｏｎｃｅｐｔｓ，Ｍｅｔｈｏｄｓ，Ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”（レオロジー：概念、方法、及び応用），Ｃｈｅｍ Ｔｅｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇにより刊行、カナダ ２００５年（ＩＳＢＮ−１３：９７８−１８９５１９８３３１）に開示されている。

方法のさらなる他の実施形態では、流体の圧力損失は、１バール未満、好ましくは０．３バール未満、最も好ましくは０．１バール未満である。圧力損失を最小化することは、様々なエネルギー、ポンピング、機械的強度、及び安全要件を最小化することにより装置の複雑さとコストを低減するので有益である。本願では、圧力損失は周囲条件下で水を用いて水平方向で測定した排出口と注入口との間の静止差（ｓｔａｔｉｃ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）として定義される。適した圧力測定方法としては“Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｍｉｎｅｒａｌ，ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ”（化学、鉱物学、及び金属学的プロセスのための計装と制御）、Ｖ．Ｒ．Ｒａｄｈａｋｒｉｓｈｎａｎによる、Ａｌｌｉｅｄ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、インド、１９９７年（ＩＳＢＮ：８１−７０２３−７２３−８）に開示されたものがあげられる。

方法と装置の使用の一つの実施形態は、燃料油、食品の菌減少、又は水の浄化、好ましくは廃水、工業プロセス水の汚染除去、又は飲料水の処理のためのものである。本発明はそのような流体の菌減少に特に有用であることが実証されている。

当業者は、本発明の様々な請求項及び実施形態の主題の組み合わせが、それが技術的に実現可能である範囲で、制限なく可能であることを理解するであろう。この組合せでは、一つの請求項の主題を一つ以上の他の請求項の主題と組み合わせてもよい。主題のこの組合せでは、いずれの一つの方法請求項の主題を、一つ以上の他の方法請求項の主題、又は一つ以上の装置請求項の主題、又は一つ以上の方法請求項と装置請求項を混合する主題と組み合わせてもよい。同様に、いずれの一つの装置請求項の主題を、一つ以上の他の装置請求項の主題、又は一つ以上の方法請求項の主題、又は一つ以上の方法請求項と装置請求項とを混合する主題と組み合わせてもよい。

当業者は本発明の様々な実施形態の主題の組み合わせが本発明を制限することなく可能であると理解するであろう。例えば、上記装置実施形態の一つの主題を、制限されることなく、一つ以上の上記の他の方法実施形態の主題と組み合わせてもよく、またその逆でもよい。

本発明は以下に、本発明の様々な実施形態と図面を参照してより詳細に説明されるであろう。概略図は以下のものを示す。

図１は本発明による流体の菌減少のための装置の１つの実施形態の概略図を示す。 図２は複数管装置の形態の本発明の装置の１つの実施形態の概略図を示す。 図３は静的混合要素がらせん状の静的混合要素である図２の装置のより具体的な実施形態の概略図を示す。 図４は静的混合要素がクロスウェブ(crossed web)の静的混合要素である図２の装置の他のより具体的な実施形態の概略図を示す。 図５は充填要素で充填したカラムの形態の本発明の装置の代替的な実施形態を示す。 図６は本発明で使用するのに適したポリマー状グアニジンの一般式（Ａ）の実施形態を示す。 図７は５秒の滞留時間を有する方法における本発明の装置の一実施形態により得られる菌数の減少の実施例データを示す。 図８は１０秒の滞留時間を有する方法における本発明の装置の他の実施形態により得られる菌数の減少の実施例データを示す。 図９は殺生物剤のフルオロポリマー系化合物でコーティングされた静的混合要素の一実施形態から殺生物剤が移行することに対する好ましい安定性を示す。

図１は本発明による流体２の菌減少のための装置の実施形態の概略図を示し、全体として参照番号１で表示されている。装置１は具体的に他の指示がなければ、形態、形状、構成又は組成に関して特に制限されない。装置１は：
‐ハウジング（筐体）１０、
‐注入口１２、
‐排出口１４、
‐該流体２の菌数を減少させるようにした殺生物剤２２を含む流体接触表面２０
を含み、該流体接触表面２０は静的混合要素３０の流体接触表面２０である。

処理されるべき流体２は特に制限はないが、液相又は気相、好ましくは液相であってもよい。例示の流体２としては、空気、水、水溶液、燃料油、液体食物製品、及び飲料があげられる。

静的混合要素３０と静的混合器及びそれらの構成と操作は、例えばＨａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｍｉｘｉｎｇ：Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ（工業的混合のハンドブック：科学と実践）、Ｅ．Ｌ．Ｐａｕｌ，Ｖ．Ａ．Ａｔｉｅｍｏ−Ｏｂｅｎｇ，Ｓ．Ａ．Ｋｒｅｓｔａ編、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ刊、２００４年（ＩＳＢＮ ０−４７１−２６９１９−０）に開示されているように、当業界に周知である。具体的に他の指示がなければ、従来の構成材料及び手段、並びに成分及び付属品を装置１で使用することができ、装置１は、当業界で知られているように操作温度、操作圧力、及び滞留時間等の従来のプロセスパラメータを用いて従来の方法で静的混合プロセスにおいて操作することができる。例えば、これらの引用教科書は、静的混合器及び他の設備で静的混合要素３０とともに用いるための様々な従来の予熱器、分配器、マニホールド（連結管）、内部装置、ポンプ、及びバルブを開示している。

静的混合要素３０は特に制限はないが、一般には典型的なシリンダー型（チューブ）又は角型ハウジング１０に含まれる、典型的にはらせん形状のバッフルである。適切な静的混合器要素３０は、殺生物剤２２と処理すべき流体との間の接触を可能にするための流体接触表面２０を提供する機能を満たすであろう。この機能を満たすため、静的混合器要素３０は５０％超、好ましくは６５％超、より好ましくは７０％超の空隙比（ボイド率）を有するであろう。本願において空隙比（ボイド率）は静的混合器要素を包含する装置の作業体積（ｗｏｒｋｉｎｇ ｖｏｌｕｍｅ）に対する、流体にとって利用可能な自由体積（Ｆｒｅｅ ｖｏｌｕｍｅ）の比として定義される。

一つの実施形態では、要素はらせん状又は擬似らせん状であり、一連の交互に左右１８０°にひねった形状で配置されている。要素は入ってくる流体を二つの流れに分け、次いでそれらを１８０°回転させる。他の実施形態では静的混合器要素は、栓流進行と組み合わせて急速な混合を促進する交差する波型のプレートとチャネルからなる。

適切な静的混合器の設計タイプは、波型プレート、壁掛け式の羽（翼）、横木、及びらせん状ツイスト型があげられる。本発明で使用するための具体的な適切な静的混合器は、Ｓｕｌｚｅｒ Ｃｈｅｍｔｅｃｈ ＳＭＸ（登録商標）及びＳＭＸ（登録商標）Ｐｌｕｓ、ＳＭＶ（登録商標）静的混合器があげられる。

適切な静的混合器要素３０としては、ＧＢ１３７３１４２（Ａ）、ＵＳ３９１８６８８（Ａ）、及びＧＢ２０６１７４６（Ａ）に開示されたものがあげられる。一つの実施形態では、静的混合器要素３０は互いに接触した複数の層を含み、各層は流体用の流路を区画し、その軸は対応する層に実質的に平行であり、各層の少なくとも二つの流路の長軸は平行であり、隣接する層（単数又は複数）の流路の少なくともいくつかの長軸に対して傾いており、各層の流路の少なくともいくつかは隣接する層の流路と連通するように配置されている。

他の実施形態では、静的混合器要素３０はチューブの軸とある角度で置かれたクロスウェブの一つの混合器要素を含み、この網は少なくとも二つのグループで置かれ、要素のいずれの一つのグループの網はお互いに実質的に平行に延びており、一つのグループの網は他のグループの網と交差し、最大網幅（ｂ）はチューブ径（ｄ）の０．１〜０．１６７倍であり、各グループにおける正常な網間距離（ｍ）はチューブ径（ｄ）の０．２〜０．４倍であり、混合器要素の長さ（ｌ）はチューブ径（ｄ）の０．７５〜１．５倍である。

一般的に複数の静的混合要素３０がハウジング１０内に連続して置かれる。特定の応用のための混合要素３０の必要な数は、流体２と殺生物剤２２を含む流体接触表面２０との間に要求される均一性と接触に依存する。当業者は流体２の増加した菌含量、より強く求められる菌減少、又は流体接触表面２０中の殺生物剤２２含量の減少のような因子がより多くの静的混合要素３０の使用を必要とするかもしれないことを理解するであろう。他の実施形態での静的混合器要素３０はランダム又は構造化されたパッキング要素の形態であってもよい。適切なランダムパッキンとしては、Ｐａｌｌリング、Ｎｕｔｔｅｒリング、及び薄い金属シートから典型的に製造され、物質移動応用で典型的に使用される他の構造があげられる。適切な構造化されたパッキンとしては、Ｓｕｌｚｅｒ Ｍｅｌｌａｐａｋ（登録商標）又はＭｅｌｌａｐａｋＰｌｕｓ（登録商標）の商標下での構造化パッキンがあげられ、このような構造化されたパッキンは典型的には波形金属シート又はワイヤメッシュ又はガーゼから製造され、典型的には物質移動応用で使用される。

図２は、構成上マルチチューブ熱交換器に類似した、一連の平行チューブ内に収めた、ハウジング１０、注入口１２、排出口１４、及び静的混合要素３０を含む装置１の一実施形態を示す。図３及び図４は、静的混合器要素３０がらせん状静的混合要素の形態（図３）又はクロスウェブ（図４）にある特定の実施形態を示す。

図５は、構成上パッキング要素で充填したカラムに類似した、ハウジング１０、注入口１２、排出口１４、及び静的混合要素３０を含む装置１の別の実施形態を示す。図５における特定の実施形態では、パッキング要素は構造化されたパッキング要素である。他の実施形態では、パッキング要素はランダムパッキング要素であってもよい。

装置１及び静的混合要素３０のようなその構成要素の適切な構成材料としては、プラスチック、好ましくはＰＥ、ＰＰ、ＰＡ、ＰＵ又はＰＶＤＦのような熱可塑性プラスチック；又はアルミニウム、スチール、若しくは銅のような金属；又はセラミクスがあげられる。

本発明に使用するための殺生物剤２２は特に制限されない。本願では、殺生物剤は、有害な有機体（生命体）を抑止し、無害にし、又は制限的効果を与えることのできる化学物質として定義される。例えば、Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｂｉｏｃｉｄｅｓ：Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ（工業的殺生物剤：選択と応用）、Ｄ．Ｒ．Ｋａｒｓａ及びＤ．Ａｓｈｗｏｒｔｈ編、ｔｈｅ Ｒｏｙａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ刊、２００２年（ＩＳＢＮ０−８５４０４−８０５−７）に開示されているような工業的殺生物剤が当業界で知られている。適切な殺生物剤２２としては、ポリマー状グアニジン、四級アンモニウム化合物、フェノール類、クレゾール類、アルコール類、アルデヒド類、グルタールアルデヒド類、エチレンオキシド、有機酸、金属塩／イオン、イソチアゾリノン類、ペルオキシド類、塩素化合物、ハロゲン、アニオン性−、両性−及びカチオン性物質、ヨードフォア、ジブロモ誘導体、ペンタミジン類、プロパミジン類、及び／又は上記のサブグループ、及び／又は上記及び／又はそれらのサブグループの二つ以上の混合物があげられる。他の殺生物剤及びそれらの二つ以上の混合物及び／又はそれらの一つ以上を含有するものも同様に適切であり得る。

いくつかの選ばれた実施形態では、殺生物剤２２はポリマー状グアニジンを含む表面活性材料（ＳＡＭ）のような殺生物剤含有ポリマーの形態である。図６は、適切なポリマー状グアニジンの一般式を示し、ここでＲ１とＲ２は互いに独立に、Ｈ、［−Ｃ（＝ＮＨ）−ＮＨＲ３］、又は脂肪族、脂環式、芳香脂肪族、若しくはアリール有機基、又はそのような有機基を含むアシル基であり；Ｒ３はＨ、脂肪族、脂環式、芳香脂肪族、若しくはアリール有機基、又はそのような有機基を含むアシル基であり；Ｉ⁻はアニオンであり、ｎ≧２である。適切なポリマー状グアニジンとしては、“Ｂｉｏｃｉｄｅ ｇｕａｎｉｄｉｎｅ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ”（殺生物剤グアニジン含有ポリマー、合成、構造及び性質）、Ｎ．Ａ．Ｓｉｖｏｖ、Ｎｅｗ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ Ｉｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ（ポリマー科学の新しい概念）、ＶＳＰ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｌｅｉｄｅｎ（ライデン）２００６年（ＩＳＢＮ−１３：９７８−９０６７６４４４７１）に開示されているものがあげられる。

本発明に使用するためにふさわしい殺生物剤含有コポリマーとしては、（ＥＰ２３３８３４２Ａ１及び／又はＥＰ２３３８９２３Ａ１に開示されているような）コモノマーとしてポリマー化グアニジンを用いるポリウレタン及び／又はポリカルバミド、及び／又は四級化ポリウレタンがあげられる。

特定のより具体的な選択された実施形態では、殺生物剤２２はポリマー複合物に含まれている。このような殺生物剤の複合物を作成するのに適切なポリマーは特に制限されない。好ましい実施形態では、ポリマーとしては、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステル、ポリエーテル、ポリテトラフルオロエチレン、シリコーン、ポリビニルクロリド、及びポリカルバミドがあげられる。他の適切なポリマーとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチロール、ポリフェニレンスルフィド、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、シラン、エポキシド、ゴム、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチロール、デュロプラスト（Ｄｕｒｏｐｌａｓｔｓ）、アミノ樹脂（アミノプラスト）、メラミン、アラミド、ポリアミジミド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリルニトリル、ポリアクリルアミド、ポリイミド、ポリフェニレン、ポリシラン、ポリシロキサン;ポリベンズイミダゾール;ポリベンゾチアゾール;ポリオキサゾール;ポリスルフィド;ポリアリーレンビニレン;ポリエーテルケトン;ポリエーテルエーテルケトン;ポリスルホン、無機‐有機ハイブリッドポリマー;全芳香族コポリエステル、ポリ（アルキル）アクリレート、ポリ（アルキル）メタクリレート;ポリヒドロキシエチルメタクリレート;ポリ酢酸ビニル、ポリ酪酸ビニル、ポリイソプレン、合成ゴム;変性及び非変性セルロース誘導体、アルファ‐オレフィンのホモ及びコポリマー、ポリビニルアルコール、ポリアルキレンオキシド、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンイミド、ポリ‐Ｎ‐ビニルピロリドン;全芳香族コポリエステル、ポリ（アルキル）アクリレート、ポリ（アルキル）メタアクリレート;ポリヒドロキシエチルメタクリレート;ポリ酢酸ビニル、ポリ酪酸ビニル、ポリイソプレン、合成ゴム;変性及び非変性セルロース誘導体、アルファ‐オレフィンのホモ及びコポリマー、ポリビニルアルコール、ポリアルキレンオキシド、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンイミド、ポリ‐Ｎ‐ビニルピロリドン;並びに上記の二つ以上の混合物があげられる。他のポリマー及び／又はプラスチック及びそれらの二つ以上の混合物及び／又はそれらの一つ以上を含有するものも同様に適切であり得る。

ポリマー中に配合するための適切な殺生物剤２２としては上記のものがあげられる。本発明で使用するための適切なポリマー複合物としては、ＥＰ２３３８９２３Ａ１及びＥＰ２３３８３４２Ａ１に開示されたものがあげられる。配合のための適切なポリマーとしては、上で開示したポリマーがあげられる。好ましいポリマー複合物としては、ポリマー化グアニジン及び／又は四級アンモニウム化合物及び／又は金属塩／イオン及び／又はイソチアゾリノン及び／又はアルデヒド及び／又はフェノールと共に、ＰＥ及び／又はＰＰ及び／又はＰＡ及び／又はＰＶＤＦ及び／又はＰＵ及び／又はポリカルバミドを含む。より好ましいポリマー複合物としては、ポリマー化グアニジンと共に、ＰＥ及び／又はＰＰ及び／又はＰＡ及び／又はＰＶＤＦ及び／又はＰＵ及び／又はポリカルバミドを含み、最も好ましいポリマー複合物は、ポリマー化グアニジンを用いるＰＡ及び／又はＰＵがあげられる。

図１に模式的に示すような特定の実施形態では、静的混合要素３０は流体接触表面２０を包含する表面領域２１にのみ殺生物剤２２を含有する。このような静的混合要素３０の調製は積層、押出し、ディップコーティング、スプレーコーティング、又は蒸着のような様々な従来からの加熱又は溶液処理方法により行うことができる。適切なコーティング方法は例えばＢＡＳＦ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｎ Ｂａｓｉｃｓ Ｏｆ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（コーティング技術の基本についてのＢＡＳＦハンドブック）、Ａ．Ｇｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔ及びＨ．−Ｊ．Ｓｔｒｅｉｔｂｅｒｇｅｒによる、Ｖｉｎｃｅｎｔｚ Ｎｅｔｗｏｒｋ刊、２００３年（ＩＳＢＮ３−８７８７０−７９８−３）に開示されている。

コーティングの場合、静的混合器要素３０はしばしば、コーティングされた静的混合器要素３０’のコーティングの結合と永続性の強度を増大させるために表面領域２１の下にプライマー層を含む。本発明に使用するための、スチールやアルミニウムのような金属のための適切な化学的下塗層としては、リン酸亜鉛、リン酸鉄、アルキッド樹脂、２Ｋエポキシ‐リン酸亜鉛、シラン、及び２Ｋエポキシ樹脂があげられる。本発明で使用するための適切なコーティングとしては、塩素化ゴム、ゴム、ニトロセルロース、ポリエステル、フェノール樹脂、ウレア及びメラミン樹脂、エポキシ樹脂、エポキシシラン、アクリル樹脂及びフルオロポリマーのような、２Ｋ又は１Ｋ溶液があげられる。好ましいコーティングとしては、塩素化ゴム、エポキシ樹脂、フルオロポリマー、及びエポキシシラン、及びゴムがあげられる。コーティング剤の具体的な実施形態にはフルオロポリマーがあげられる。

コーティングの場合、表面領域２１の典型的な厚さは１０〜１５０μｍであろう。当業者は、応用においてストレス（応力）があるか、あるいはより長い寿命が要求されるのであれば表面領域２１はより厚い方がよいと理解するであろう。当業者は、様々なコーティング方法により典型的には様々な厚みになるであろうことを理解するであろう。

装置１の補助装置は従来の当業界で周知のものであり、電力供給装置、冷媒及び加熱流体供給装置及び分配器、レベル制御装置、ポンプ、バルブ、パイプ及びライン、貯留層、ドラム、タンク、並びに流量、温度、レベルのようなパラメータを測定するためのセンサーがあげられる。本発明の装置１と方法は適切なセンサーを備えたコンピューターインターフェースにより制御できることが好都合である。

簡略化のため模式図には示していないが、当業者は、供給パイプ及び／又は汚水槽、熱交換器、支持プレート及びグリッド、分散機、分散機／支持プレート、連続相分配器、支持及び押さえ板、バッフル、そらせ板、同調分離機、及び固定器具／再分配器のような供給装置のような、他の従来の内部装置が本発明において制限なく使用できることを理解するであろう。

本発明の他の局面は、本発明の装置１を用いて菌含有流体２’の菌数を減少させるための方法である。このような方法は図１に模式的に示されている。菌含有流体２’が注入口１２を介して装置１に供給され、次いで菌含有流体２’は殺生物剤２２を含む流体接触表面上で処理されて、菌数の減少した流体２”を形成する。菌数の減少した流体２”は次いで排出口１４を介して装置１から除去される。装置１を経由する流体２’と２”の流れが図１に矢印を用いて模式的に図示されている。

流体中の菌減少のための方法は、例えば先に引用した参照文献だけでなく、Ｄｉｓｉｎｆｅｃｔｉｏｎ，Ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄ Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ（消毒、殺菌、及び保存）、Ｓ．Ｓ．Ｂｌｏｃｋ編、Ｌｉｐｐｉｎｃｏｔｔ Ｗｉｌｌｉａｍｓ ａｎｄ Ｗｉｌｋｉｎｓ刊、第５版、２００１年（ＩＳＢＮ０−６８３−３０７４０−１）にも開示されているように当業界で周知である。特に断りがなければ、このような従来のタイプの菌減少方法の様々な流体供給流及び操作パラメータ及び条件が、本発明の菌減少方法及び装置１の利用において一般に用いることができる。また、具体的な実施形態で、本発明の装置は単独で又は当業界で知られた菌減少（ｇｅｍ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）装置と一緒に用いることができる。一つの実施形態では、本発明の装置はＨＦ−励起ガス放電ランプのような紫外線菌減少装置とともに用いられるであろう。

以下の実施例は当業者に、流体２の菌減少のための装置１、菌含有流体２’の菌数を減少させるための方法、及びここで主張された使用がどのように評価されるかについての詳細な説明を提供するために示されるものであって、発明者が彼らの発明とみなしているものの範囲を限定することを意図したものではない。

これらの実施例において、本発明の装置１及び方法は、本発明の装置について予見される応用領域で通常見られる菌数を大きく超える菌数、すなわち１ｍＬあたり約７ｘ１０^７〜７ｘ１０^８細胞の大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）を含有する水試料の菌数の減少のための典型的な応用で首尾よく用いることができた。

実施例において、Ｓｕｌｚｅｒ ＳＭＶ（登録商標）ＤＮ１５静的混合要素３０を以下のポリマー複合物の形態の殺生物剤含有ポリマーでコーティングした。殺生物剤２２としてグアニジン若しくはその誘導体を配合したポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、フルオロポリマー、又はポリウレタン（ＰＵ）。コーティングは、静的混合要素３０を初めに１０秒間コーティング浴に入れディップコーティング方法で行った。浴から除去した後、溶媒を蒸発させ、静的混合要素３０を室温で２時間、その後で６５℃で２時間、次いで室温で８時間、その後６５℃で１時間、処理することにより、コーティングを硬化させた。得られた静的混合要素３０は殺生物剤２２を含む流体接触表面２０を有していた。次いで、装置１を殺生物剤でコーティングされた静的混合要素３０を合計で５つ含むシリコーンチューブの形態のハウジング１０を用いて構築した。

比較例として、３又は５ｍｍの直径を有し、同じ殺生物剤含有ポリマーを含む顆粒を、シリコーンチューブハウジング中に殺生物剤含有顆粒の充填層を構成することにより試験した。充填層は、上記実施例の装置１と同様の活性殺生物剤含有表面領域を有するように構成した。

本発明の実施例の装置１と従来技術の充填層の菌数減少特性の比較試験を静的条件下及び動的条件下の両方で行った。「ブランク」の対照例も、殺生物剤含有ポリマーでコーティングされていない静的混合要素を用いて構成された装置を用いて行った。実施例及び比較例の処理流体を、一般に使用されるＩＳＯ菌計数方法論に基づく増殖アッセイを用いて菌数について分析した。

図７は本発明の装置１の一実施形態（コーティングされた静的混合要素）と対照装置（コーティングされていない静的混合要素）の動的試験における菌数減少についての代表的な結果を示す。わずか５秒の滞留時間の後、菌数の減少は、殺生物剤含有ポリマーでコーティングされた静的混合要素３０の場合に少なくとも５ｘ１０^５のオーダーであり、活性な菌は検出できなかった。コーティングされていない静的混合器を有するブランクの制御装置の場合は菌数に減少は検出されなかった。

図８は本発明の装置１（コーティングされた静的混合要素）の一実施形態と対照装置（コーティングされていない静的混合要素）の動的試験における菌数減少についての代表的な結果を示す。コーティングされた静的混合要素３０は実施例ではＰＥかＰＡのいずれかを基礎とする殺生物剤を含有するポリマー複合物でコーティングされた。１０秒の滞留時間をこれらの動的試験で用いた。上述の実施例の場合と同様に、菌数は実施例の場合１０秒後には本質的に検出することができなかったが、コーティングされていない静的混合要素を用いる対照試験では本質的に変化がなかった。

粒子床に基づく比較例では、圧力損失が本発明の装置１の実施形態に基づく上記実施例よりも有意に高かっただけでなく、同様の活性殺生物剤含有表面領域を有する実施例の場合よりも粒子の充填層の場合において菌減少も概してずっと劣っていた。

図９は殺生物剤のフルオロポリマー複合物でコーティングされたアルミニウムを基礎とするモデルの静的混合要素３０からの殺生物剤の移動に対する安定性の長期試験を示す。９５日に亘って３７℃の水中静的条件下で、フルオロポリマー複合物でコーティングされた静的混合要素３０又はコーティングされていないブランク対照試料のいずれの場合も、分光学的分析では周囲の水中に殺生物剤は検出できなかった。

様々な実施形態を説明の目的で示してきたが、上記の記載は本明細書において範囲を限定するものとみなすべきではない。したがって、当業者にとって様々な変更、適応、及び代替が本発明の精神と範囲から逸脱することなく考えられ得る。

Claims (11)

1. ハウジング（筐体）（１０）、
   注入口（１２）、
   排出口（１４）、および
   流体（２）の菌数を減少させるようにした殺生物剤（２２）を含む流体接触表面（２０）
   を含む、該流体（２）の菌減少のための装置であって、
   該流体接触表面（２０）が静的混合要素（３０）の流体接触表面（２０）であり、
   前記流体接触表面（２０）が、
   ポリマー状グアニジン、
   ポリマー状グアニジンと、ポリエチレン、プロピレン、ポリアミド、ＰＶＤＦ、ポリウレタン及びポリカルバミドからなる群から選択される少なくとも１種とを含むポリマー複合物、或いは、
   グアニジン又はその誘導体と、ポリアミド、ポリエチレン、フルオロポリマー及びポリウレタンからなる群から選択される少なくとも１種とを含むポリマー複合物
   を含み、処理される流体中の殺生物剤の濃度が、５０ｐｐｍ未満であることを特徴とする、装置。
2. 前記静的混合器要素（３０）が前記流体接触表面（２０）を包含する表面領域（２１）にのみ殺生物剤（２２）を含む、請求項１に記載の装置（１）。
3. 請求項１又は２に記載の装置（１）を用いて菌含有流体（２’）の菌数を減少させる方法であって、
   該菌含有流体（２’）を該装置（１）に注入口（１２）を介して供給するステップ、
   該菌含有流体（２’）を殺生物剤（２２）を含む流体接触表面上で処理して、菌数が減少した流体（２”）を形成するステップ、
   該菌数が減少した流体（２”）を排出口（１４）を介して該装置（１）から取り出すステップ
   を含む、方法。
4. 前記装置（１）における滞留時間が６００秒未満である、請求項３に記載の方法。
5. 前記装置（１）における前記流体（２’）の温度が０〜２００℃である、請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記流体（２’）の菌数がその方法によりｌｏｇ０．５〜７減少する、請求項３〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. その方法における前記流体（２”）の圧力が、１００バール以下である、請求項３〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記装置（１）の体積に対する活性表面積の比が５０ｍ^２／ｍ^３より大きい、請求項３〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. その方法における前記流体（２’）の粘度が１０００Ｐａ・ｓ未満である、請求項３〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記流体（２’）の圧力損失が１バール未満、好ましくは０．３バール未満、最も好ましくは０．１バール未満である、請求項３〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 燃料油、食物製品の菌減少、又は水浄化における、請求項１又は２に記載の装置（１）の使用。