TW201702185A - 液體的殺菌方法及殺菌裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明中之液體殺菌方法，係包含：(1)使作為溶液或是懸濁液的被殺菌液體流通於流路的步驟，該流路為設有預定寬幅之間隙地形成在配置成平行的一對區隔壁之間、以及(2)從在該一對區隔壁之相對向的2面之一方或雙方所設置的1或2個紫外線發光面，對通過該流路的被殺菌液體照射紫外線的步驟，上述間隙之與紫外線發光面垂直之方向上的寬幅，為上述1或2個紫外線發光面的有效光路徑長度的總和以下，而紫外線發光面的有效光路徑長度，是定義為：從該紫外線發光面所照射出來的紫外線，在穿透被殺菌液體之層後之穿透紫外線的輻射照度成為0.001mW/cm2時之上述被殺菌液體之層的厚度。

Description

液體的殺菌方法及殺菌裝置
本發明，是關於使用紫外線之液體的殺菌方法及殺菌裝置。
紫外線殺菌，是與藉由藥劑的殺菌不同，並不會有殘留物，且安全性較高，對於被照射物幾乎不會帶來變化。因此，適宜作為對追求安心及安全性之飲料水等之液體的殺菌方法。並且，將紫外線殺菌使用在各種情況下之液體殺菌有著許多提案。
例如，於專利文獻1中記載有水中用殺菌裝置，其特徵在於是由：光源、芯體、以及筒狀的包層(clad)所組成；該光源，其可射出具有紫外線等殺菌作用之波長的光線；該芯體，為黏性液體狀、固體狀、或是膠狀；該筒狀的包層，其屈折率是比該芯體還小，且具有柔軟性並封入有該芯體；該水中用殺菌裝置並具備有：光傳播管以及殺菌光照射手段，該光傳播管，是用以將從光源所出射的光線導引於水中；該殺菌光照射手段，是用以 將由該光傳播管所導引的光線在水中進行照射。
於專利文獻2中記載有光觸媒裝置，其特徵在於具備：由透明材料所形成的導光體、及於該導光體的表面所形成之成為光觸媒的二氧化鈦的薄膜、以及近接地設置於該導光體並對該導光體輻射出波長360~400nm之紫外線的發光二極體。
於專利文獻3中記載有排水處理裝置，是處理排水中之有機物的排水處理裝置，其特徵在於具有：貯存排水的排水處理槽、照射紫外線的光源、光觸媒被覆漏洩導光體、導光體、以及氧氣供給部；並藉由光觸媒及由來自氧氣供給部所供給之氧氣所產生的臭氧(O3)將排水中的有機物分解除去。
其中，該光觸媒被覆漏洩導光體，是於排水處理槽內至少設置一個並以含有光觸媒之光觸媒層將具有導光部及漏洩部之漏洩導光體的表面予以被覆；該導光部，是導引從光源所照射的紫外線；該漏洩部，其光屈折率是與導光部相同或其以上並使來自導光部的紫外線漏洩；該導光體，是將從光源所照射的紫外線導引至光觸媒被覆漏洩導光體；該氧氣供給部，是設於排水處理槽內並朝向光觸媒被覆漏洩導光體供給氧氣。
又於專利文獻4中記載有面發光裝置，其特徵為：具有光源以及將該光源配置於側面的導光板，該導光板的表面或是背面之至少一方為輻射來自光源之光線的發光面，並輻射峰值波長為388nm以下的光線，且除了 導光板的發光面以及配置有光源的側面以外的面是形成為遮光面。
又，於專利文獻5中記載有紫外線照射水處理裝置，是將分別具備有於表面配置有複數個紫外線LED並且以不透水狀態將該紫外線LED予以覆蓋之保護外殼的第1傳熱板及第2傳熱板的背面彼此，使其第1傳熱板的紫外線LED與第2傳熱板的紫外線LED在以背對背不會相互疊合之狀態下組合後的LED模組配置於處置層的內部。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開平06-063106號公報
〔專利文獻2〕日本特開平09-038503號公報
〔專利文獻3〕日本發明專利第5566801號公報
〔專利文獻4〕日本特開2006-237563號公報
〔專利文獻5〕日本特開2012-115715號公報
〔專利文獻6〕日本發明專利第5591305號公報
然而，於專利文獻1至3所記載的發明中，具有光線沒有充分照射於殺菌對象物的現象，就是具有在光線沒有照射到的地方無法進行殺菌的問題。此現象，尤其是在以紫外線發光二極體(UV-LED)作為光源之情形 時特別顯著。在專利文獻4的發明中，亦由於光線沒有充分照射到被殺菌對象而產生殺菌效果不充分，還有深紫外線會被發光面所支持的光觸媒所吸收的問題。
尤其是現在，從控制的容易性或者消費電力較低而言UV-LED是備受注目，不過UV-LED仍有發光輸出較小的缺點。在專利文獻1至4所記載的技術中，以UV-LED作為紫外線光源來使用之情形時，被擔憂對殺菌對象物無法充分殺菌。
又，紫外線的透過率，是對應液體的種類而有變動。亦即，純水的紫外線透過率為較高者，而溶解有吸收紫外線之溶質的水溶液、或者含有吸收或是散射紫外線的懸濁物質的懸濁液體，紫外線線透過率就會降低，該降低率是依溶質或懸濁物質的種類或者含有量而顯著變化。例如，周知在蒸餾水中對253.7nm之紫外線的透過率成為10%時的厚度(光路徑長度：光線穿透試料內的長度)為300mm，相對於此，牛乳及果汁之同條件下的厚度分別為0.07mm及0.5~1mm。因此，對於溶液或者懸濁液，利用包含專利文獻5所記載之技術的以往技術來測試紫外線殺菌之情形時，被擔憂會更加升高殺菌不充分的可能性。
在此，本發明，是在於提供一種即使對於例如果汁或者牛乳等之溶液或懸濁液，仍能夠由UV-LED進行紫外線殺菌的液體殺菌方法，以及，可以在該液體殺菌方法所使用的液體殺菌裝置來作為課題。
〔1〕於一實施形態中，本發明的液體殺菌方法，其特徵為包含：(1)使作為溶液或是懸濁液的被殺菌液體流通於流路的步驟，該流路為設有預定寬幅之間隙地形成在配置成平行的一對區隔壁之間、以及(2)從在上述一對區隔壁之相對向的2面之一方或雙方所設置的1或2個紫外線發光面，對通過上述流路的上述被殺菌液體照射紫外線的步驟，上述間隙之與上述紫外線發光面垂直之方向上的寬幅，為上述1或2個紫外線發光面的有效光路徑長度的總和以下，上述紫外線發光面的有效光路徑長度，是定義為：從該紫外線發光面所照射出的紫外線，在穿透被殺菌液體之層後之穿透紫外線的輻射照度成為0.001mW/cm2(=1μW/cm2)時之上述被殺菌液體之層的厚度。
又，規定上述有效光路徑長度的輻射照度的值：0.001mW/cm2(1μW/cm2)，是在實用性的處理時間(紫外線照射時間)中，從可取得有效殺菌效果的觀點所決定的指標。例如，對大腸菌99.9%非活性化所必須之紫外線照射量(累積照射量)為約10(mJ/cm2=mW‧sec/cm2)之大腸菌的殺菌來考量時，在1μW/cm2的輻射照度下，以10,000秒(約2.8小時)的照射可達99.9%的 非活性化，不過於0.1μW/cm2的輻射照度下，就需要其10倍的時間約28小時，因此並不實際。上述本發明之方法的基本技術思想，是在於：在進行紫外線透過性較低的被殺菌液體的殺菌時，對於流動在流路內的殺菌液體層，為了不做出即使進行實用性時間的紫外線照射也不能得到殺菌所必須之累積照射量的區域，就要控制流路寬幅以及/或是從紫外線發光面所照射出來的紫外線強度。
於本發明的方法中，從為使其效果顯著之理由而言，作為被殺菌液體者，是以對253.7nm之紫外線的穿透率為10%時的厚度(光路徑長度：光線穿透試料內部的長度)為50mm以下且5μm以上之溶液或是懸濁液，特別是該厚度為10mm以下且10μm以上之溶液或懸濁液為佳。
〔2〕於上述〔1〕的形態中，是以對通過上述流路的上述被殺菌液體所照射的紫外線，為於200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值為佳。
於本案中，所謂紫外線於某波長區域中「具有主峰值」，是指該紫外線的功率頻譜具有1個以上的峰值，峰值高度為最大之峰值的峰值波長是存在於該波長區域中的意思。
〔3〕於上述〔1〕~〔2〕的形態中，本發明的液體殺菌方法，是以更具有以下步驟為佳：(a)對具有預定的光路徑長度之紫外線透過性光學測量用單元容器的內部，充填上述被殺菌液體的步驟；及(b)使上述紫外線發光面緊貼於上述光學測量用單 元容器，然後從該紫外線發光面，將以與殺菌處理時相同的發光條件下進行發光的紫外線，朝向該光學測量用單元容器內進行照射的步驟；及(c)測量通過上述單元容器後之穿透紫外線的輻射照度(單位：mW/cm2)的步驟；以及(d)對具有不同的光路徑長度之複數個上述光學測量用單元容器，藉由進行上述步驟(a)至(c)，求取上述穿透紫外線的輻射照度與光路徑長度之關係的步驟。
〔4〕於上述〔3〕的形態中，本發明的液體殺菌方法，是以更具有以下步驟為佳：(e)依據上述步驟(d)所求得之關係，來決定上述紫外線發光面之有效光路徑長度的步驟。
〔5〕於上述〔3〕的形態中，本發明的液體殺菌方法，是以更具有以下步驟為佳：(f)依據在上述紫外線發光面之穿透紫外線的輻射照度與光路徑長度的關係，以及上述流路之與紫外線發光面垂直之方向上的寬幅，來決定與上述流路之上述紫外線發光面垂直之方向上之紫外線的輻射照度分布，以及在該輻射照度分布中之最低輻射照度(單位：mW/cm2)的步驟；及(g)決定對上述被殺菌液體進行殺菌所必須之紫外線的累積照射量(單位：mJ/cm2)的步驟；及(h)決定以將累積照射量除以最低輻射照度之值所定義之最低照射時間(單位：秒)的步驟；以及 (i)以使上述被殺菌液體滯留在上述流路內的滯留時間為最低照射時間以上之方式，調整上述流路的長度以及/或是流動在該流路之上述被殺菌液體的流速的步驟。
〔6〕於上述〔1〕~〔5〕的形態中，以設成以下為佳：於步驟(1)中，使上述被殺菌液體流通於2個以上的上述流路，於步驟(2)中，對通過該2個以上之流路的被殺菌液體照射紫外線，該2個以上的流路，是分別形成於平行配置的3個以上之區隔壁的各一對鄰接的區隔壁之間的流路，於該3個以上的區隔壁之各個的兩面，設有紫外線發光面。
〔7〕於上述〔1〕~〔5〕的形態中，亦可以設為以下形態：於步驟(1)中，使上述被殺菌液體流通於2個以上的上述流路，於步驟(2)中，對通過該2個以上之流路的被殺菌液體照射紫外線，該2個以上的流路，是分別形成於平行配置的3個以上之區隔壁的各一對鄰接的區隔壁之間的流路，僅於該3個以上的區隔壁之各個的單面，設有紫外線發光面，該3個以上的區隔壁，係將設有紫外線發光面的面朝 向相同方向地配置。
〔8〕於上述〔1〕~〔5〕的形態中，設成以下形態為佳：上述一對區隔壁，是由第1區隔壁及第2區隔壁所構成，上述第1區隔壁，係於至少與上述第2區隔壁相對向之面，具有上述紫外線發光面，上述第2區隔壁，係於至少與上述第1區隔壁相對向之面，具備有具有光觸媒作用的面，於步驟(2)中，是從第1區隔壁的紫外線發光面，對通過上述流路的被殺菌液體進行照射：於200nm以上且未滿300nm的波長區域中以及於300nm以上且400nm以下的波長區域中分別具有主峰值的紫外線，上述流路之與紫外線發光面垂直之方向上的寬幅，是於上述200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值之紫外線能夠穿透該被殺菌液體之層的最大厚度以下。
於本案中，所謂紫外線為「於200nm以上且未滿300nm的波長區域中以及於300nm以上且400nm以下的波長區域中分別具有主峰值」，其意義是指該紫外線的功率頻譜具有2個以上的峰值，具有最大峰值高度之峰值之峰值波長，是存在於200nm以上且未滿300nm的波長區域中以及於300nm以上且400nm以下的波長區域中之一方的波長區域中，且，具有第2大的峰值高度之峰值的峰值波長，是存在於另一方的波長區域中。
〔9〕於一實施形態中，本發明的液體殺菌裝置，是藉由上述〔1〕之形態的液體殺菌方法用以進行液體殺菌的裝置，並具有複數個具有發出紫外線之一對紫外線發光面的面光源，藉由該複數個面光源以相互對向的方式平行地排列，而具有複數個被夾於鄰接之二個上述面光源之狹縫狀的流路，該狹縫狀的流路之與紫外線發光面垂直之方向上的寬幅，為夾著該流路之紫外線發光面的有效光路徑長度的總和以下，藉由使液體流通於該狹縫狀的流路，將該液體殺菌，來作為其特徵者。
〔10〕於上述〔9〕的形態中，設成以下為佳：上述面光源，具有：具有一對紫外線發光面的導光板，以及排列於該導光板之一方的端部，並發光出於200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值之紫外線的複數個深紫外線發光二極體。
〔11〕於上述〔9〕的形態中，設成以下為佳：上述面光源，具有：具有一對紫外線發光面的導光板；及從該導光板隔開配置用以產生上述紫外線的紫外線產生裝置；以及從該紫外線產生裝置將紫外線導引往導光板之一方的端部之紫外線導波手段，紫外線產生裝置，係具有出射紫外線的棒狀光源，以 及將從該棒狀光源所出射的紫外線予以集光的集光裝置，棒狀光源，係具有圓筒狀或多角柱狀的基體，以及發光出於200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值之紫外線的複數個深紫外線發光二極體，該複數個深紫外線發光二極體，是以其各深紫外線發光二極體的光軸通過基體的中心軸之方式配置於上述基體的側面，並對上述中心軸出射輻射狀的深紫外線。
〔12〕於一實施形態中，本發明的液體殺菌裝置，是藉由上述〔8〕之形態的液體殺菌方法用以進行液體殺菌的裝置，具有複數個面光源，該各個面光源係具有一對紫外線發光面，並發光出於200nm以上且未滿300nm的波長區域中以及於300nm以上且400nm以下的波長區域中分別具有主峰值之紫外線，並具備有複數個光觸媒載板，於各別之光觸媒載板的表面擔載有光觸媒材料，上述複數個面光源及上述複數個光觸媒載板為平行排列，複數個光觸媒載板之各個，藉由配置於相鄰之一對面光源之間，而於鄰接的面光源與光觸媒載板之間形成有狹縫狀的流路，狹縫狀的流路之與構成該流路之側面的上述紫外線發光面垂直之方向上的寬幅，是在該紫外線發光面的有效光路徑長度以下， 並藉由使液體流通於狹縫狀的流路將上述液體殺菌，來作為其特徵者。
〔13〕於上述〔12〕的形態中，設成以下為佳：上述面光源，具備有：具有一對紫外線發光面的導光板、以及排列於該導光板之一方的端部並發光出於200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值之紫外線的複數個深紫外線發光二極體以及發光出於300nm以上且400nm以下的波長區域中具有主峰值之紫外線的複數個紫外線發光二極體。
〔14〕於上述〔12〕的形態中，設成以下為佳：上述面光源，具備有：具有一對紫外線發光面的導光板；及從導光板隔開配置用以產生上述紫外線的紫外線產生裝置；以及從紫外線產生裝置將紫外線導引往導光板之一方的端部的紫外線導波手段，紫外線產生裝置，具備有出射上述紫外線的棒狀光源、以及將從該棒狀光源所出射的紫外線予以集光的集光裝置，該光源，具備有：圓筒狀或多角柱狀的基體、以及發光出於200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值之紫外線的複數個深紫外線發光二極體以及發光出於300nm以上且400nm以下的波長區域中具有主峰值之紫外線的複數個紫外線發光二極體，該複數個深紫外線發光二極體及該複數個紫外線發光二極體，其各深紫外線發光二極體以及各紫外線發光二極 體的光軸，是以通過上述基體的中心軸之方式配置於上述基體的側面，並對上述中心軸輻射狀地出射上述紫外線。
依據本發明的液體殺菌方法，即使對於例如果汁或牛乳等之溶液或懸濁液，也能夠藉由UV-LED進行紫外線殺菌。
本發明的液體殺菌裝置，是適宜使用在依本發明之液體殺菌方法所進行之液體的殺菌。
1‧‧‧殼體
1a‧‧‧流入口
1b‧‧‧流出口
2、1002、2002、3002‧‧‧面光源
21、2021‧‧‧導光板
21a、21b‧‧‧(一對)紫外線發光面
2021a、2021b‧‧‧(一對)紫外線發光面
21c、21d、2021c、2021d‧‧‧(導光板的)端部
22、112‧‧‧深紫外線發光二極體
23、2023‧‧‧光擴散點
23a、2023a‧‧‧光擴散點基材
23b‧‧‧光觸媒粒子
23c、2023c‧‧‧反射膜
24、3024‧‧‧紫外線產生裝置
25‧‧‧紫外線導波手段
26、3026‧‧‧紫外線發光二極體
3、2003‧‧‧(狹縫狀的)流路
4‧‧‧光觸媒載板
4a‧‧‧(光觸媒載板的)基材
4b‧‧‧障壁塗料層
4c‧‧‧光觸媒層
5‧‧‧被殺菌液體
110、3110‧‧‧棒狀光源
111‧‧‧(圓筒狀或是多角柱狀的)基體
120‧‧‧出射側反射鏡
121‧‧‧出射側反射鏡的焦點軸
122‧‧‧出射側反射鏡的集光軸
125‧‧‧出射側框體
123‧‧‧集光側反射鏡
124‧‧‧集光側反射鏡的焦點軸
126‧‧‧集光側框體
130‧‧‧深紫外光出射用開口部
140‧‧‧準直光學系
150‧‧‧本體
100、1100、2100、3100‧‧‧液體殺菌裝置
d‧‧‧各狹縫狀的流路3之與紫外線發光面21a、21b垂直之方向上的寬幅
La‧‧‧紫外線發光面21a的有效光路徑長度
Lb‧‧‧紫外線發光面21b的有效光路徑長度
第1圖是模式性地說明本發明之一實施形態的液體殺菌裝置100的圖面。
第2圖是第1圖的A-A斷面圖。
第3圖(a)是模式性地說明面光源2的平面圖；(b)是模式性地說明面光源2的側面圖；(c)是模式性地說明面光源2之另一例的側面圖。
第4圖是將鄰接的面光源(區隔壁)2、2從與紫外線發光面21a、21b平行的方向所觀察的模式斷面圖、以及包含用以說明穿透紫外線的輻射照度I1之座標依存性之圖表的圖面。
第5圖是模式性地說明液體殺菌裝置1100的斷面圖。
第6圖是棒狀光源(棒狀紫外線發光模組)110的(以X-X’面剖切時的)橫向斷面圖及縱向斷面圖。
第7圖是具備有棒狀光源110之紫外線產生裝置24的橫向斷面圖。
第8圖是具備有棒狀光源110之紫外線產生裝置24的側面圖。
第9圖是模式性地說明本發明之另一實施形態的液體殺菌裝置2100的圖面。
第10圖是第9圖的A’-A’斷面圖。
第11圖(a)是模式性地說明面光源2002的平面圖；(b)是模式性地說明面光源2002的側面圖；(c)是模式性地說明另一例的側面圖。
第12圖(a)是模式性地說明光觸媒載板4的平面圖。(b)是模式性地說明光觸媒載板4的側面圖。
第13圖是模式性地說明液體殺菌裝置3100的斷面圖。
第14圖是說明紫外線產生裝置3024所具備之棒狀光源3110的圖面，且是與第6圖對應的圖面。
本發明之上述作用及有利效果，係由用來實施以下所說明之發明的形態得以明確確立。以下，一面參照圖面，同時對本發明的實施形態進行說明。不過，本發明並非僅被限定於此等之形態者。又，在圖面中，會有將 一部分的符號予以省略的情形。
第1圖，是模式性地說明本發明之一實施形態的液體殺菌裝置100的圖面。液體殺菌裝置100，是本發明之一實施形態中的液體殺菌方法S1所使用的裝置。如第1圖所示，液體殺菌裝置100，係具有胴部的橫斷面為矩形之筒狀的殼體1，並分別地，於殼體1的一方端部設有流入口1a，而於殼體1的另一方端部設有流出口1b。從流入口1a流入至殼體1之內部的液體，係在殼體1的內部受到由紫外線所進行的殺菌之後，從流出口1b流出至殼體1的外部。
第2圖，是第1圖的A-A斷面圖。如第2圖所示，液體殺菌裝置100，係於殼體1的內部具有複數個面光源2、2、…(於以下亦有僅稱為「面光源2」的情形)。如後所述地各個面光源2係具有一對的紫外線發光面。於殼體1的內部，複數個面光源2、2、…，是以使紫外線發光面相互相向的方式所排列，並具有由鄰接之面光源2彼此所夾之複數個並排排列的狹縫狀的流路3、3、…(於以下亦有僅稱之為「流路3」的情形)。從流入口1a流入至殼體1內部的液體，在通過狹縫狀之流路3、3、…的期間，受到來自面光源2之紫外線的照射而被進行殺菌。已通過流路3、3、…之完成殺菌的液體，係從流出口1b流出至殼體1的外部。
第3圖(a)，是說明面光源2的平面圖；第3圖(b)是說明面光源2的側面圖。如第3圖(a)、 (b)所示，面光源2，是具備有：具有一對紫外線發光面21a、21b的導光板21、及排列在導光板21之一方的端部的複數個深紫外線發光二極體22、22、…(於以下亦有僅稱之為「深紫外線發光二極體22」的情形)、及設置於一對紫外線發光面21a、21b之表面的光擴散點23、23、…(於以下亦有僅稱之為「光擴散點23」的情形)。如第2圖所示，面光源2(更具體而言為導光板21)之一方的端部是朝向殼體1的胴部外側延伸出，並於該端部與深紫外線發光二極體22、22、…(於第2圖中並沒有圖示出。請參照第3圖。)連接，並且深紫外線發光二極體22、22、…是與沒有圖示出的電源連接，而發出紫外線。紫外線，是在200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值。從紫外線發光面21a、21b所發出的紫外線，是具有相同的主峰值波長。紫外線光擴散點23，其一方的表面是以接觸於紫外線發光面21a或是21b之方式所設置的，並具有：反射紫外線的反射膜23c、及設在反射膜23c之另一方的表面的光擴散點基材23a、以及被分散保持在光擴散點基材23a之內部的光觸媒粒子23b、23b、…(於以下亦有僅稱之為「光觸媒粒子23b」的情形)。如第3圖(b)的箭頭B所示，從深紫外線發光二極體22所發出的紫外線，是從導光板21之一方的端部21c入射於導光板21內部，然後藉由反射膜23c、23c、…一面被反射並一面傳播在導光板21的內部，並從沒有反射膜23c的紫外線發光面21a或21b、或是導光板 21之另一方的端部21d出射至導光板21的外部。
藉由光擴散點23、23、…配置於導光板21的表面，液體於流通在狹縫狀的流路3之時液體會撞及光擴散點23而產生亂流。由於藉由亂流產生使液體被攪拌，故可使由紫外線所進行的殺菌效率提升。
藉由在光擴散點基材23a的內部分散保持有光觸媒粒子23b，而能夠使紫外線的擴散效果提昇，又，除了由紫外線所進行的殺菌作用之外，亦能夠利用由光觸媒所產生的殺菌作用。
於第3圖(a)及(b)中，在反射膜23c之沒有與導光板21接觸的表面，設有光擴散點基材23a，雖已說明了其結果是光擴散點23從導光板21之紫外線發光面21a、21b的表面呈突出形態的面光源2，但面光源2並非受該形態所限定者，例如，亦能夠採用光擴散點23不從導光板21的紫外線發光面21a、21b突出之形態的面光源。第3圖(c)，是說明如此之面光源之另一例的側面圖，且是與第3圖(b)對應的圖。如第3圖(c)所示，亦可將光擴散點23，以埋沒於紫外線發光面21a或是21b之方式來設置。於第3圖(c)中，反射膜23c，是設置在光擴散點基材23a與導光板21的境界面。如此地依據使光擴散點埋沒於導光板表面之形態，可容易防止光擴散點的脫落。又，亦可以採用具有：如第3圖(b)所示地以從導光板表面突出之方式所設置的光擴散點、以及如第3圖(c)所示地以埋沒於導光板表面之方式所設置 的光擴散點之雙方形態的面光源。
再次參照第2圖。於液體殺菌裝置100中，具有一對紫外線發光面21a、21b的面光源2、2、…，由於是以相互對向之方式，也就是鄰接之面光源的紫外線發光面彼此間以相互對向之方式，平行地排列，所以可以從狹縫狀的流路3的兩側對液體照射紫外線，而可以效率佳地對液體進行殺菌。如後所述地，各狹縫狀的流路3之與紫外線發光面21a、21b垂直之方向上的寬幅d，為夾隔該流路3之紫外線發光面21a、21b的有效光路徑長度的總和以下。
關於本發明之一實施形態中的液體殺菌方法S1，一面參照第1圖~第3圖來進行說明。液體殺菌方法S1，是包含以下步驟：(1)使作為溶液或是懸濁液的被殺菌液體5流通於流路3的步驟S11，該流路3為設有預定寬幅之間隙地形成在配置成平行的一對區隔壁2、2(亦即鄰接的面光源2、2。)之間、以及(2)對通過流路3的被殺菌液體5，從在一對區隔壁2、2之相對向的2面雙方所設置的紫外線發光面21a、21b照射紫外線的步驟S12。並且，上述間隙(也就是鄰接之面光源2、2之間的距離。)之與紫外線發光面21a、21b垂直之方向上的寬幅d，是設為紫外線發光面21a、21b的有效光路徑長度La、Lb的總和La+Lb以下。在此，各紫外線發光面21a、21b的有效光路徑長度La、Lb，是定義為：從該紫外線發光面21a/21b所照射的紫外線在透過被殺菌液體5 層時之穿透紫外線的輻射照度成為0.001mW/cm2(=1μW/cm2)時之被殺菌液體5層的厚度。紫外線發光面21a、21b的有效光路徑長度La、Lb是另行測量。
紫外線發光面21a、21b之有效光路徑長度La、Lb的決定，例如可以藉由以下的步驟(a)~(e)(S101~S105)來進行：(a)在具有預定的光路徑長度之紫外線透過性光學測量用單元容器(於以下亦有僅稱為「單元容器」的情形)的內部，充填被殺菌液體5的步驟S101；(b)使紫外線發光面21a(或是21b)緊貼於單元容器，從紫外線發光面21a(或是21b)，將以與殺菌處理時相同發光條件下進行發光的紫外線，朝向單元容器內進行照射的步驟S102；(c)測量通過單元容器後之穿透紫外線的輻射照度(單位：mW/cm2)的步驟S103；(d)對於具有不同的光路徑長度之複數個單元容器，藉由進行上述步驟(a)至(c)(S101~S103)，求取所透過之紫外線的輻射照度與光路徑長度之關係的步驟S104；以及(e)依據上述步驟(d)(S104)所求得之穿透紫外線的輻射照度與光路徑長度的關係，來決定紫外線發光面21a(或是21b)之有效光路徑長度La(或是Lb)的步驟S105。
於上述步驟(d)~(e)(S104~S105) 中，穿透紫外線的輻射照度與光路徑長度的關係，是依藍伯特-比爾(Lambert-Beer)法則。亦即，穿透紫外線的輻射照度I1，相對於光路徑長度L，具有以下數式(1)的關係。
log(I1/I0)=-α L…(1)
數式(1)中，I0是入射於媒質之前之波長λ的紫外線的輻射照度，α是對應非殺菌液體5與波長λpeak所決定的比例常數(吸光係數)。一般而言，由於發光二極體的發光頻譜的峰值寬幅極為狹窄，故對於議論穿透紫外線的輻射照度之光路徑長度依存性，只要考量在深紫外線發光二極體22之發光峰值波長λpeak時的吸光係數α(λ peak)便足夠充分。數式(1)可以變形成如以下的數式(2)。
log I1=-α L+logI0…(2)
因此，藉由取得複數組在主峰值波長λpeak時之穿透紫外線的輻射照度I1的對數，與單元容器的光路徑長度L的關係，便可求取在主峰值波長λpeak時之穿透紫外線的輻射照度I1與光路徑長度L相關的回歸直線(上述(d)步驟S104)。對於回歸直線的計算，例如可以使用最小平方法等之周知的方法。然後紫外線發光面21a(或是21b)的有效光路徑長度La(或是Lb)，於該回歸直線中可以求出當給予I1=0.001mW/cm2(=1μW/cm2)的光路徑長度L(上述(e)步驟S105)。紫外線發光面21a、21b的發光強度為相同的話，則La=Lb。
上述步驟(a)~(e)(S101~S105)，可以在上述 步驟S11及S12之前另行進行。
如上所述，於液體殺菌方法S1中，與紫外線發光面21a、21b垂直之方向上的寬幅d，是設為紫外線發光面21a、21b之有效光路徑長度La、Lb的總和La+Lb以下。此時，d的下限值，是由以下的觀點所決定：考量從使用之面光源的紫外線發光面所照射之紫外線強度的可控制範圍(特別是最高強度)或是被殺菌液體之流速的可控制範圍(特別是最低流速)，取得在假設的處理時間(紫外線照射時間內)進行殺菌所必要的累積照射量。d的下限值，是以有效光路徑長度La、Lb之總和La+Lb的10%~90%為佳，以20%~80%更佳，以30%~70%最為理想。
流路3的長度及/或是被殺菌液體5的流速(於流路3的長度不能調整之情形時，則被殺菌液體5的流速)，是以可確實地達成對被殺菌液體5進行殺菌時所必要之紫外線的累積照射量Iint(mJ/cm2)之方式來訂定為佳。此訂定例如，可以藉由上述步驟(a)~(d)(S101~S104)，以及以下的步驟(f)~(i)(S106~S109)來進行：(f)依據在紫外線發光面21a、21b中之穿透紫外線的輻射照度I1及光路徑長度L的關係，以及流路3之與紫外線發光面21a、21b垂直之方向上的寬幅d，來決定與流路3之紫外線發光面21a、21b垂直之方向上之紫外線的輻射照度分布，以及在該輻射照度分布中之最低輻射照度 Imin(單位：mW/cm2)的步驟S106；(g)決定對被殺菌液體5進行殺菌所必要之紫外線的累積照射量Iint(單位：mJ/cm2)的步驟S107；(h)決定以將累積照射量Iint除以最低輻射照度Imin之值所定義之最低照射時間tmin(單位：秒)的步驟S108；以及(i)以使被殺菌液體5滯留在流路3內的滯留時間T為最低照射時間tmin以上之方式，調整流路3的長度l以及/或是流動在流路3之被殺菌液體5的流速(線速度)v的步驟S109。
於上述步驟(f)(S106)中，紫外線發光面21a、21b相關之穿透紫外線的輻射照度I1與光路徑長度L的關係，是藉由上述步驟(a)~(d)(S101~S104)所求出。參照第4圖。於第4圖，是將鄰接的面光源(區隔壁)2、2從與紫外線發光面21a、21b平行的方向所觀察的模式斷面圖、以及，說明穿透紫外線的輻射照度I1的座標依存性之圖表。以與紫外線發光面21a、21b垂直之方向為x軸，以紫外線發光面21a的位置作為x軸的原點。從紫外線發光面21a、21b所發出之紫外線，對於位在座標x之穿透紫外線的輻射照度I(x)的貢獻Ia(x)、Ib(x)，是以以下的數式(3a)及(3b)來表示。
Ia(x)=I0,a‧10-α x…(3a)
Ib(x)=I0,b‧10-α(d-x)…(3b)在此，d為與流路3之紫外線發光面21a、21b垂直之方 向上的寬幅。因此，位在座標x之穿透紫外線的輻射照度I(x)是以數式(4)來表示。
I(x)=Ia(x)+Ib(x)=I0,a‧10-α x+I0,b‧10-α(d-x)…(4)I(x)是位在流路3之紫外線發光面21a、21b中之紫外線的輻射照度分布。給予dI(x)/dx=0之座標x1如下。
x1=(log(I0,a/I0,b)+α d)/2 α…(6)在紫外線發光面21a、21b之發光強度為相同之情形時，由於I0,a=I0,b，此情形時數式(6)與α的值無關，成為：x1=d/2…(7)於0≦x≦d，由於始終為d2I(x)/dx2>0…(8)，故於數式(6)的座標x1中，穿透紫外線的輻射照度I(x)取極小值(最小值)I(x1)。I(x1)為位在輻射照度分布I(x)中的最低輻射照度Imin。
於上述步驟(g)(S107)，對被殺菌液體5進行殺菌所必要之紫外線的累積照射量Iint(單位：mJ/cm2)，是可以依據從紫外線發光面21a、21b所照射之紫外線的主峰值波長(也就是深紫外線發光二極體22的發光峰值波長λpeak)、以及被假設在被殺菌液體5中所含有之所要殺菌的微生物來訂定。作為Iint者，例如可以選擇在照射波長λpeak的深紫外線之後，所要殺菌之微生物的99.9%會死滅的累積照射量。如此的累積照射量， 可以藉由預備實驗或是文獻所得知。
於上述步驟(h)(S108)中，最低照射時間tmin，是可以從上述(f)步驟S106中所決定的最低輻射照度Imin、以及上述(g)步驟S107中所決定的累積照射量Iint，藉由以下的數式(9)而決定。
tmin=Iint/Imin…(9)
於上述步驟(i)(S109)中，被殺菌液體5滯留於流路3內的滯留時間T，是從流路3的長度l及流動在流路3之被殺菌液體5的流速(線速度)v，藉由以下的數式(10)而決定。
T=1/v…(10)並對於上述(h)步驟S108中所求得的最低照射時間tmin，以使得滿足數式(11)之方式來調整1及/或是v。
T=1/v≧tmin…(11)
若存在有複數個流路3、3、…，被殺菌液體5的流速依流路而有不同之情形時，對於流速最大之流路應要滿足數式(11)。若流路3的長度l無法調整之情形時，就要調整被殺菌液體5的流速v。被殺菌液體5的流速v，係藉由變更配置在液體殺菌裝置100之上游側及/或是下游側之供液泵浦(圖示省略)的供液速度，就可以容易地調整。
在關於本發明的上述說明中，雖是例示出：於上述(1)步驟S11，使被殺菌液體5流通於2個以上的流路3、3、…，於上述(2)步驟S12，對通過該2個以上 之流路3、3、…的被殺菌液體5照射紫外線，該2個以上的流路3、3、…的各個流路3，是形成在平行所配置之3個以上的區隔壁2、2、…之各一對鄰接的區隔壁2、2之間的流路3，於上述3個以上的區隔壁2、2、…之各個區隔壁的兩面，設有紫外線發光面21a、21b之形態的液體殺菌方法，但本發明的液體殺菌方法並不受該形態所限定。例如，亦能夠實施成僅在上述3個以上的區隔壁2、2、…之各個的單面設置紫外線發光面21a(不存在紫外線發光面21b)，上述3個以上的區隔壁2、2、…，係將設置有該紫外線發光面21a的面朝向相同方向(參照第2圖。)之形態的液體殺菌方法。作為如此的形態者，例如於第3圖(a)~(c)中，可以例示出紫外線發光面21b為全部以紫外線反射膜所覆蓋之形態。於此形態中，上述步驟(2)，便成為從一對區隔壁2、2之相對向的2面中的一方所設置的1個紫外線發光面21a，對通過流路3的被殺菌液體5照射紫外線的步驟。
又，亦能夠實施成：於上述步驟(1)中，使被殺菌液體5流通於單一的流路3，並於上述步驟(2)中，對通過該單一的流路3的被殺菌液體5照射紫外線之形態的液體殺菌方法。
在關於本發明的上述說明中，雖是例示出：各面光源2，為具有一對紫外線發光面21a、21b的導光板21、以及排列於該導光板21之一方的端部21c之具有：於200nm以上且未滿300nm的波長區域具有主峰值 之發出紫外線的複數個深紫外線發光二極體22、22、…之形態的液體殺菌裝置100，但本發明的液體殺菌裝置並不受該形態所限定。例如，關於面光源，除了其他形態的導光板之外，亦能夠使用如專利文獻5所記載之LED模組般，將深紫外線發光二極體22整齊排列配置於多數平面上者。但是，如此之面光源必然性地面光源的厚度變得較厚，不僅難以使裝置緊緻化，由於深紫外線發光二極體22本身必須配置在殼體1內部，導致裝置的保養維修變得煩雜。由如此之理由故以利用導光板作為面光源者為佳。
若要例示出除了液體殺菌裝置100以外的裝置中之適宜裝置，可舉出具有以下形態的液體殺菌裝置：各面光源為具有一對紫外線發光面的導光板、及從該導光板離開地配置，用以產生紫外線的紫外線產生裝置、以及從該紫外線產生裝置將紫外線朝向導光板的一方的端部導引之紫外線導波手段。第5圖，是用以說明如此之另一實施形態的液體殺菌裝置1100的圖面。第5圖，是模式性地說明液體殺菌裝置1100的斷面圖，與第5圖之紙面垂直的方向為被殺菌液體5的流通方向。於第5圖中，對於與已顯示於第1~4圖之要素相同的要素則標示與第1~4圖之符號相同的符號，並省略說明。
液體殺菌裝置1100，對於取代面光源2、2、…而具有面光源1002、1002、…此點，是與上述所說明的液體殺菌裝置100不同。各面光源1002，係具備： 具有一對紫外線發光面21a、21b的導光板21、及從該導光板21離開配置，用以產生紫外線的紫外線產生裝置24、以及從該紫外線產生裝置24將紫外線朝向導光板21之一方的端部21c進行導引的紫外線導波手段25。於第5圖中，為了精簡圖面，故省略了設置於導光板21之表面的光擴散點23、23、…。作為紫外線導波手段25者，並無特別限制地可以採用：例如，折彎的導光板、由可撓性的導光薄膜相互貼合，內壁是由紫外線反射材料所構成的導波管等、能夠傳播帶狀的平行光的導波路。於液體殺菌裝置1100，為了使導光板21的端部21c與紫外線導波手段25的連接容易施作，故導光板21的一部分，是穿過設在殼體1之一側壁的貫通孔地從殼體1的內部延伸至殼體1的外部，使紫外線導波手段25之一方的端部連接在：存在於殼體1之外部的導光板21的端部21c。紫外線導波手段25之另一方的端部是連接於紫外線產生裝置24。
關於紫外線產生裝置24，一面參照第6~8圖進行說明。紫外線產生裝置24，係具有：出射紫外線的棒狀光源110、以及從棒狀光源110將出射之紫外線予以集光的集光裝置。棒狀光源110，係具有：圓筒狀或是多角柱狀的基體111、及在200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值之發出紫外線的複數個深紫外線發光二極體112、112、…，該複數個深紫外線發光二極體112、112、…，是使各深紫外線發光二極體112的光軸通過基體111之中心軸114的方式配置於基體11的側面，並對 中心軸114輻射狀地出射深紫外線。如此之紫外線產生裝置，是被記載於日本發明專利第5591305號公報(專利文獻6)，其內容係被參照並組入於此。
於第6圖，是顯示棒狀光源(棒狀紫外線發光模組)110的(以X-X’面剖切時的)橫向斷面圖及縱向斷面圖。如第6圖所示，在棒狀光源110中，於圓筒狀基體111的表面上整齊排列配置有複數個深紫外線發光二極體112、112、…(於以下亦有僅稱為「深紫外LED112」的情形)，並於該圓筒狀基體111的內部形成有冷卻媒體用流路113。又，載有深紫外LED112的圓筒狀基體111，是覆蓋有由石英等之紫外線透過性材料所形成的外殼116。該外殼116係使用封填劑或是密封墊料、O型環等之密封構件117呈氣密或是不透水地裝著於圓筒狀基體111，於該內部為了提高深紫外LED112的耐久性而被封入有非活性氣體或是乾燥空氣。
深紫外LED112、112、…，是使元件搭載於副載具(submount)之狀態或是被容納於封裝物的狀態所配置，並朝向一定方向射出紫外線。又，圖面上沒有顯示，於副載具或是封裝物中，形成有從外部用以將電力供給至深紫外LED112的配線或是使深紫外LED112正常動作的迴路等，對該配線或迴路之電力的供給，是經由形成在圓筒狀基體111的表面或是內部的配線所進行。
圓筒狀基體111，除了發揮用以將深紫外LED112予以固定及保持之作為支撐體的功能之外，還具 有作為散熱槽的功能，藉由在內部的冷卻媒體用流路113中流通冷卻水或是冷卻用空氣等之冷卻媒體118，可以防止由深紫外LED112散發的熱所導致的溫度上昇，並能夠幫助元件安定動作，延長元件壽命。
為了效率良好地除去在深紫外LED112所產生的熱，故圓筒狀基體111，主要以銅、鋁等之熱導電性較高的金屬或是陶瓷等所構成為佳，又，為了使冷卻媒體118的熱交換面積增大，以在冷卻媒體用流路113的內壁面施以溝槽加工為佳。再者，以金屬材料構成圓筒狀基體111之情形時，以形成有：用以謀求與從外部電源用來對深紫外LED112供給電力之銅線或是迴路呈絕緣的絕緣層為佳。
於圓筒狀基體111的側面，沿著其周方向，複數個深紫外LED112、112、…，是以使各深紫外LED112的光軸115通過基體111的中心軸114之方式所配置。其結果，從深紫外LED112所出射的深紫外線，相對於基體111的中心軸114是呈輻射狀出射。又，所謂深紫外LED112的光軸115，是意指從深紫外LED112所出射之光芒的中心軸，與該光芒的進行方向大致同義。又，在此，所謂「以使光軸115通過基體111的中心軸114之方式所配置」，是指以儘可能實現如此的狀態的方式進行配置的意思，即使從該狀態稍呈傾斜亦不會有問題。
於第6圖，雖是顯示在基體111的周方向配置有4個深紫外LED的例子，但並不受該形態所限定， 深紫外LED112的配置數量是可以因應圓筒狀基體111的外徑適當地變更。配置於周方向之深紫外LED112的數量，通常為3~20個，較佳為4~12個的範圍，不過由於配置於周方向之深紫外LED112的數量愈多，從深紫外光照射手段44’所出射的被深紫外線的強度(光量子束密度)就愈高，所以若必須更高強度的深紫外線之情形時，可以增大圓筒狀基體111的直徑，將配置於周方向之紫外線發光元件的數量，超過上述範圍予以增多。
深紫外LED112、112、…，是如第6圖的縱向斷面圖所示地，在圓筒狀基體111的長邊方向以形成列的方式來配置為佳。此時，深紫外LED112、112、…，為了使棒狀光源110之位在軸向的發光強度成為均一，以緊密有規律地排列之方式配置在圓筒狀基體111側面為佳。
於第7圖及第8圖，是顯示具有棒狀光源110之紫外線產生裝置24的橫向斷面圖及側面圖。紫外線產生裝置24，是具有：其內面是由長橢圓反射鏡所構成而成為出射側反射鏡120的出射側框體125、及其內面是由長橢圓反射鏡所構成而成為集光側反射鏡123並且形成有紫外線出射用開口部130的集光側框體126、以及由配置於紫外線出射用開口部130的準直光學系140所構成的本體150，於該本體150的內部配置有棒狀光源110。於本體150，出射側框體125與集光側框體126是以能夠相互裝卸或是使用鉸鏈等而設成能夠開閉者為佳。又，本體150之位在第7圖及第8圖的上下兩端的開口部，設有用 以防止紫外線漏出至外部的外殼(圖示省略)。
在第7圖及第8圖所示的形態中，由於出射側反射鏡120與集光側反射鏡123是實質上同形狀的長橢圓反射鏡，故於本體150，由出射側框體125及集光側框體126所結合而形成之內部空間的形狀，是具有分別以出射側反射鏡的焦點軸121及出射側反射鏡的集光軸122的2軸作為焦點軸之橢圓形斷面(不過在此，相當於開口部130的部分為缺損。)的柱狀體。出射側反射鏡120及集光側反射鏡123的表面，對深紫外線有較大反射率的材料，例如為包含有釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉑(Pt)等之白金族金屬、鋁(Al)、銀(Ag)、鈦(Ti)等此等金屬之至少一種的合金、或是由氧化鎂所構成者為佳，從反射率特別高的理由而言，以由鋁(Al)、白金族金屬或是含有白金族金屬的合金、或是氧化鎂所形成者是特別理想。
於集光側反射鏡123及集光側框體126，狹縫狀地設有紫外線出射用開口部130，於該開口部130，配置有將集光後的紫外線轉換成平行或者大致平行之光束的準直光學系140。準直光學系140是由合成或是天然的石英、藍寶石、紫外線透過性樹脂等之紫外線透過性較高材料所構成為佳。該準直光學系140是以能夠裝卸地安裝於紫外線出射用開口部130為佳。
於紫外線產生裝置24，棒狀光源110，是以使其中心軸114與出射側反射鏡的焦點軸121一致之方式 所配置。由於棒狀光源110是配置在如此的位置，所以從該棒狀光源110呈輻射狀所出射的深紫外線是由出射側反射鏡120及集光側反射鏡123反射後以收斂於集光側反射鏡的焦點軸124(也是出射側反射鏡的集光軸122)之方式被集光，被集光後的深紫外線是從紫外線出射用開口部130入射於紫外線導波手段25之一方的(與連接於導波板21的端部為相反側的)端部。
如此地，在紫外線產生裝置24中，於原理上，是可以將從棒狀光源110呈輻射狀所出射的深紫外線全部都集光於集光側反射鏡123的焦點軸124上，即使朝向沒有面向深紫外線出射用開口部130方向的方向(例如相反方向或是橫向方向)所出射的深紫外線也可以有效地利用。亦即，於棒狀光源110中，沒有必要以使光軸115朝向紫外線出射用開口部130方向之方式地將深紫外LED112、112、…全部都配置在同一平面上，而是成為也能夠朝向橫向方向或是相反方向進行配置。因此，棒狀光源110，是可以大幅增加每單位空間所配置之深紫外線發光二極體的數量，紫外線產生裝置24，是可以將更高強度的紫外線供給至導光板21。
在關於本發明的上述說明中，雖是例示出各個狹縫狀的流路3是由鄰接之面光源2、2所界定之形態的液體殺菌裝置100，但本發明並不受該形態所限定。例如，亦可以實施成：狹縫狀的流路是由載持有光觸媒的板與面光源所界定，而進一步利用光觸媒的殺菌作用之形態 的液體殺菌裝置。第9圖，是模式性地說明如此之另一實施形態的液體殺菌裝置2100的圖面。第10圖是第9圖的A’-A’斷面圖。又第11圖，是模式性地說明液體殺菌裝置2100所具備之面光源2002的圖面。於第9~12圖中，對於與已顯示於第1~8圖之要素相同的要素則標示與第1~8圖之符號相同的符號，並省略說明。
如第10圖所示，液體殺菌裝置2100，係具有面光源2002、2002、…(於以下亦有僅稱之為「面光源2002」的情形)，其除了具有一對紫外線發光面2021a、2021b(於後述之)可發光出於200nm以上且未滿300nm的波長區域以及300nm以上且400nm以下的波長區域中分別具有主峰值之紫外線之外，更進一步地還具有複數個光觸媒載板4、4、…(於以下亦有僅稱之為「光觸媒載板4」的情形)。複數個面光源2002、2002、…以及複數個光觸媒載板4、4、…是平行地排列，並使光觸媒載板4之各個，配置在相鄰之一對面光源2002、2002之間，藉此在鄰接的面光源2002與光觸媒載板4之間形成有狹縫狀的流路2003。各狹縫狀的流路2003之與構成該流路2003之側面的紫外線發光面2021a(或是2021b)垂直之方向上的寬幅d’，為該紫外線發光面2021a(或是2021b)的有效光路徑長度以下。於液體殺菌裝置2100中，藉由使液體流通在狹縫狀的流路2003、2003、…中來進行液體的殺菌。
第11圖(a)是模式性地說明面光源2002的 平面圖，是與第3圖(a)相對應的圖面。第11圖(b)是模式性地說明面光源2002的側面圖，是與第3圖(b)相對應的圖面。如第11圖(a)所示，面光源2002，是具備有：具有一對紫外線發光面2021a、2021b的導光板2021、及排列於導光板2021之一方的端部2021c且於200nm以上且未滿300nm的波長區域中發出具有主峰值之紫外線的複數個深紫外線發光二極體22、22、…和於300nm以上且400nm以下的波長區域中發出具有主峰值之紫外線的複數個紫外線發光二極體26、26、…、以及設置於一對紫外線發光面2021a、2021b之表面的光擴散點2023、2023、…(於以下亦有僅稱之為「光擴散點2023」的情形)。如第10圖所示，面光源2002(更具體而言為導光板2021)之一方的端部2021c是延伸於殼體1之胴部的外側，並於該端部與深紫外線發光二極體22、22、…以及紫外線發光二極體26、26、…(於第10圖沒有圖示出，請參照第11圖)連接，並且深紫外線發光二極體22、22、…以及紫外線發光二極體26、26、…是連接於沒有圖示出的電源，而分別發出波長200nm以上且未滿300nm的深紫外線以及波長300nm以上且400nm以下的深紫外線。光擴散點2023，係具有：反射紫外線的反射膜2023c，其一方的表面是與紫外線發光面2021a或是2021b以接觸的方式所設置、以及設置在反射膜2023c之另一方的表面的光擴散點基材2023a。如第11圖(b)的箭頭B’所示，從深紫外線發光二極體22或是從紫外線 發光二極體26所發出的紫外線，是從導光板2021之一方的端部2021c入射至導光板2021內部，然後藉由反射膜2023c、2023c、…一面反射一面傳播在導光板2021的內部，並從沒有反射膜2023c的紫外線發光面2021a或2021b、或是從導光板2021之另一方的端部2021d出射至導光板2021的外部。如第11圖(b)所示，光擴散點2023、2023、…是配置在導光板2021的表面，藉此，液體流通在狹縫狀的流路2003時，液體會撞及光擴散點2023而產生亂流。由於藉由亂流產生使液體被攪拌，故可使殺菌效率提升。
於第11圖(a)及(b)中，在反射膜2023c之沒有與導光板2021接觸的表面設有光擴散點基材2023a，雖已說明了其結果是光擴散點2023從導光板2021之紫外線發光面2021a、2021b的表面呈突出之形態的面光源2002，但面光源2002並非受該形態所限定，例如，亦能夠採用光擴散點23沒有從導光板2021的紫外線發光面2021a、2021b突出之形態的面光源。第11圖(c)，是說明如此之面光源之另一例的側面圖，且是與第11圖(b)對應的圖。如第11圖(c)所示，亦可將光擴散點2023，以埋沒於紫外線發光面2021a或是2021b之方式來設置。於第11圖(c)中，反射膜2023c，是設置在光擴散點基材2023a與導光板2021的境界面。如此地依據使光擴散點埋沒於導光板表面之形態，可容易防止光擴散點的脫落。又，亦可以採用具有：如第11圖(b) 所示地以從導光板表面突出之方式所設置的光擴散點，以及如第11圖(c)所示地以埋沒於導光板表面之方式所設置的光擴散點之雙方形態的面光源。
又，由於液體殺菌裝置2100具備有光觸媒載板4、4、…，所以並不需要將光觸媒粒子分散保持於面光源2002之光擴散點2023內部。藉由不使光觸媒分散保持於光擴散點內部，可以容易地防止因光觸媒的作用所導致之面光源2002的劣化。
第12圖(a)是模式性地說明光觸媒載板4的平面圖；(b)是模式性地說明光觸媒載板4的側面圖。如第12圖(b)所示，光觸媒載板4，係具有：基材4a、及被覆於基材4a之表面的障壁塗料層4b、以及被覆於障壁塗料層4b之表面的光觸媒層4c。藉由在光觸媒載板的基材4a與光觸媒層4c之間設置障壁塗料層4b，可以藉由光觸媒層4c的光觸媒作用來抑制光觸媒載板的基材4a產生劣化的事態。光觸媒載板的基材4a，是由具有充分強度以維持光觸媒載板4之形狀的材料所形成。作為如此之材料者，可例示出各種金屬、陶瓷、玻璃、各種樹脂等。障壁塗料層4b，是保護光觸媒載板的基材4a避免光觸媒層4c受氧化作用的層，例如，是由聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、4氟化乙烯-6氟化丙烯共聚物、全氟烷氧基氟樹脂等之氟樹脂所形成。光觸媒層4c，為含有光觸媒的被膜層，具有藉由受到光照射而具有將有機物氧化分解的功能。作為含有光觸媒層 4c之光觸媒者，從安全性的觀點而言可以使用氧化鈦為佳。又，於光觸媒載板的基材4a形成光觸媒層4c的手段並沒有特別地限制，例如，可以將含有光觸媒氧化鈦及黏著劑的塗佈劑塗佈在障壁塗料層4b的表面之後，藉由使該塗佈劑硬化而形成。作為黏著劑者，並無特別限制地可以使用，例如矽酸鹽系黏著劑、磷酸鹽系黏著劑、無機膠體、金屬烷氧化物、氟樹脂等之能夠在不使光觸媒載板的基材4a劣化的溫度下硬化之周知的黏著劑。液體殺菌裝置2100所要殺菌的液體為食品(例如牛乳或清涼飲料、酒類等)之情形時，以使用在硬化後不會使其成分溶出至該液體的硬化劑為佳，從如此的觀點而言，較佳可以採用氟樹脂系黏著劑。
再次參照第10圖。於液體殺菌裝置2100中，藉由使各光觸媒載板4，配置在相鄰的一對面光源2002、2002之間，藉此在鄰接的面光源2002與光觸媒載板4之間形成狹縫狀的流路2003。當使液體流通於流路2003時，於流路2003中之接近面光源2002的區域中，主要是由深紫外線進行殺菌，而在流路2003中接近光觸媒載板4的區域中，主要是由光觸媒作用進行殺菌。依據液體殺菌裝置2100，如此地實施，能夠效率良好地對液體殺菌。
對於本發明之另一實施形態的液體殺菌方法S2，一面參照第9~12圖來進行說明。液體殺菌方法S2，是包含以下步驟：(1)使作為溶液或是懸濁液的被 殺菌液體5流通於流路2003的步驟S21，該流路2003為設有預定寬幅之間隙地形成在配置成平行的一對區隔壁2002、4(亦即鄰接的面光源2002及光觸媒載板4)之間、以及(2)對通過流路2003的被殺菌液體5，從在一對區隔壁2002、4之相對向的2面之一方所設置的紫外線發光面2021a(或是2021b)照射紫外線的步驟S22。並且，上述間隙(也就是鄰接之面光源2002與光觸媒載板4之間的距離)之與紫外線發光面2021a(或是2021b)垂直之方向上的寬幅d’，為構成該間隙之一方的側面的紫外線面光源2002的紫外線發光面2021a(或是2021b)的有效光路徑長度La(或是Lb)以下。在此，紫外線發光面2021a、2021b之有效光路徑長度La、Lb的定義是與上述說明之液體殺菌方法S1相同，並另行測量。
於液體殺菌方法S2中，一對的區隔壁2002、4，是由：第1區隔壁2002(亦即面光源2002)、以及第2區隔壁4(亦即光觸媒載板4)所構成。第1區隔壁2002，係於至少與第2區隔壁4相對向的面，具有紫外線發光面2021a(或是2021b)；第2區隔壁4，係於至少與第1區隔壁2002相對向的面，具有光觸媒作用的面。於上述(2)的步驟S22中，是從第1區隔壁2002的紫外線發光面2021a(或是2021b)，對通過流路2003的被殺菌液體5進行照射：在200nm以上且未滿300nm的波長區域中以及在300nm以上且400nm以下的波長區域中分別具有主峰值的紫外線。流路2003之與紫外線發光面 2021a(或是2021b)垂直之方向上的寬幅d’，是設為：依據200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值之紫外線所決定的有效光路徑長度La(或是Lb)以下。在將發光出於200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值之紫外線的深紫外線發光二極體22與發光出於300nm以上且400nm以下的波長區域中具有主峰值之紫外線的紫外線發光二極體26予以併用作為光源之情形時，一般來說，由於紫外線發光二極體26的發光強度會較深紫外線發光二極體22的發光強度更高，所以只要寬幅d’是在：由依據從深紫外線發光二極體22所發出之波長200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值之深紫外線所決定出的有效光路徑長度La(或是Lb)以下，就可以使成為光觸媒的激勵光之300nm以上且400nm以下的波長區域中具有主峰值的紫外線到達第2區隔壁4(亦即光觸媒載板4)。
又，寬幅d’的下限值，是與液體殺菌方法S1以同樣方式實施來決定即可。
紫外線發光面2021a、2021b之有效光路徑長度La、Lb的決定，是可以藉由與上述液體殺菌方法S1同樣的步驟(a)~(e)(S101~S105)來進行。
流路2003的長度及/或是被殺菌液體5的流速(於流路2003的長度無法調整之情形時，被殺菌液體5的流速)，是以可確實地達成對被殺菌液體5進行殺菌時所必要之紫外線的累積照射量Iint(mJ/cm2)之方式來訂 定為佳。其可以藉由上述步驟(a)~(d)(S101~S104)以及上述步驟(f)~(i)(S106~S109)同樣地進行。不過，於上述(f)的步驟S106中，由於相對向的一對區隔壁的一方為不具有紫外線發光面的光觸媒載板4，故以與接觸該流路2003之紫外線發光面2021a(或是2021b)垂直的方向為x軸，以該紫外線發光面2021a(或是2021b)的位置作為x軸的原點，則位在座標x之穿透紫外線的輻射照度I(x)被表示如下。
I(x)=I0‧10-α x…(4’)
在此，為0≦x≦d’。此是於座標x=d’中取最小值I(d’)。此為位在輻射照度分布I(x)中的最低輻射照度Imin。
在關於本發明之上述說明中，雖是例示出於上述(1)步驟S21中，是使被殺菌液體5流通於2個以上的流路2003、2003、…，於上述(2)步驟S22中，是對通過該2個以上之流路2003、2003、…的被殺菌液體5照射紫外線之形態的液體殺菌方法S2，但本發明並不受該形態所限定。例如，亦能夠實施成：於上述步驟(1)中，使被殺菌液體5流通於單一的流路2003，並於上述步驟(2)中，對通過該單一的流路2003的被殺菌液體5照射紫外線之形態的液體殺菌方法。
在關於本發明的上述說明中，雖是例示出：各面光源2002，為具有一對紫外線發光面2021a、2021b的導光板2021、以及排列於該導光板2021之一方的端部21c之具有：發光出於200nm以上且未滿300nm的波長區 域中具有主峰值之紫外線的複數個深紫外線發光二極體22、22、…、以及發光出於300nm以上且400nm以下的波長區域中具有主峰值之紫外線的複數個紫外線發光二極體26、26、…之形態的液體殺菌裝置100，但本發明的液體殺菌裝置並不受該形態所限定。例如，亦能夠實施成：各面光源，係具有：一對紫外線發光面的導光板、及離開該導光板而配置，用以產生紫外線的紫外線產生裝置、以及從該紫外線產生裝置將紫外線朝向導光板之一方的端部進行導引的紫外線導波手段之形態的液體殺菌裝置。第13圖，是用以說明如此之另一實施形態的液體殺菌裝置3100的圖面。第13圖是模式性地說明液體殺菌裝置3100的斷面圖，且與第13圖的紙面垂直之方向為被殺菌液體5流通的方向。於第13圖中，對於與已顯示於第1~12圖之要素相同的要素則標示與第1~12圖之符號相同的符號，並省略說明。
液體殺菌裝置3100，係具有面光源3002、3002、…來取代面光源2002、2002、…，此點是與上述所說明的液體殺菌裝置2100不同。各面光源3002，是具有：具有一對紫外線發光面2021a、2021b的導光板2021、及離開該導光板而配置，用以產生紫外線的紫外線產生裝置3024、以及從該紫外線產生裝置3024將紫外線導引往導光板2021之一方的端部2021c的紫外線導波手段25。於第13圖中，為了精簡圖面，故省略了設置於導光板2021之表面的光擴散點。於液體殺菌裝置3100，為 了使導光板2021的端部2021c與紫外線導波手段25的連接容易進行，故導光板2021的一部分，是穿過設在殼體1之一側壁的貫通孔地從殼體1的內部延伸至殼體1的外部，使紫外線導波手段25之一方的端部連接在：存在於殼體1之外部的導光板2021的端部2021c。紫外線導波手段25之另一方的端部是連接於紫外線產生裝置3024。
紫外線產生裝置3024，係具備有棒狀光源3110來取代棒狀光源110此點，是與一面參照第6~8圖於上述所說明的紫外線產生裝置24不同。第14圖，是說明紫外線產生裝置3024所具有之棒狀光源3110的圖面，且是與第6圖對應的圖面。於第14圖中，對於與已顯示於第6~8圖之要素相同的要素則標示與第6~8圖之符號相同的符號，並省略說明。棒狀光源3110，是具備有：圓筒狀或是多角柱狀的基體111、及發光出於200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值之紫外線的複數個深紫外線發光二極體112、112、…、以及發光出於300nm以上且400nm以下的波長區域中具有主峰值之紫外線的複數個紫外線發光二極體3026、3026、…。該複數個深紫外線發光二極體112、112、…以及該複數個紫外線發光二極體3026、3026、…，其各深紫外線發光二極體112以及紫外線發光二極體3026的光軸是以通過基體111的中心軸114之方式被配置於基體111的側面，並對中心軸114出射輻射狀的深紫外線及紫外線。亦即，棒狀光源3110，是使在棒狀光源110中之深紫外線發光二極 體112、112、…的一部分，被取代成發光出於300nm以上且400nm以下的波長區域中具有主峰值之紫外線的複數個紫外線發光二極體3026、3026、…此點，是與上述所說明的棒狀光源110不同。
深紫外線發光二極體112、112、…及紫外線發光二極體3026、3026、…，如第6圖的縱向斷面圖所示，是以在圓筒狀基體111的長邊方向上形成有：深紫外線發光二極體112、112、…的列以及紫外線發光二極體3026、3026、…的列之方式來配置為佳。藉由如此地配置，可以降低從紫外線產生裝置3024所出射之紫外線在棒狀光源3110軸向上之強度的不均一。
在紫外線產生裝置3024中，於原理上，是可以將從棒狀光源3110呈輻射狀所出射的深紫外線全部都集光於集光側反射鏡123的焦點軸124上，即使朝向沒有面向深紫外線出射用開口部130方向的方向(例如相反方向或是橫向方向)所出射的紫外線也可以有效地利用。亦即，於棒狀光源3110中，沒有必要以使光軸115朝向紫外線出射用開口部130方向之方式地將深紫外LED112、112、…以及紫外線發光二極體3026、3026、…全部都配置在同一平面上，而是成為也能夠朝向橫向方向或是相反方向進行配置。因此，棒狀光源3110，是可以大幅增加每單位空間所配置之深紫外線發光二極體以及紫外線發光二極體的數量，紫外線產生裝置3024，是可以將更高強度的紫外線供給至導光板2021。
在關於本發明的上述說明中，雖然是例示出具有光擴散點的面光源之形態的液體殺菌裝置100、1100、2100、3100，但本發明的液體殺菌裝置並不受該形態所限定。例如，也可以實施成具備無光擴散點的面光源之形態的液體殺菌裝置。
1‧‧‧殼體
2‧‧‧面光源
21a、21b‧‧‧(一對)紫外線發光面
3‧‧‧(狹縫狀的)流路
d‧‧‧各狹縫狀的流路3之與紫外線發光面21a、21b 垂直之方向上的寬幅
La‧‧‧紫外線發光面21a的有效光路徑長度
Lb‧‧‧紫外線發光面21b的有效光路徑長度

Claims (14)

  1. 一種液體殺菌方法，其特徵為包含：(1)使作為溶液或是懸濁液的被殺菌液體流通於流路的步驟，該流路為設有預定寬幅之間隙地形成在配置成平行的一對區隔壁之間、以及(2)從在上述一對區隔壁之相對向的2面之一方或雙方所設置的1或2個紫外線發光面，對通過上述流路的上述被殺菌液體照射紫外線的步驟，上述間隙之與上述紫外線發光面垂直之方向上的寬幅，為上述1或2個紫外線發光面的有效光路徑長度的總和以下，上述紫外線發光面的有效光路徑長度，是定義為：從該紫外線發光面所照射出的紫外線，在穿透上述被殺菌液體之層後之穿透紫外線的輻射照度成為0.001mW/cm2時之上述被殺菌液體之層的厚度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液體殺菌方法，其中，對通過上述流路的上述被殺菌液體所照射的上述紫外線，為於200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之液體殺菌方法，其中，更具有：(a)對具有預定的光路徑長度之紫外線透過性光學測量用單元容器的內部，充填上述被殺菌液體的步驟；及(b)使上述紫外線發光面緊貼於上述光學測量用單 元容器，然後從該紫外線發光面，將以與殺菌處理時相同的發光條件下進行發光的紫外線，朝向該光學測量用單元容器內進行照射的步驟；及(c)測量通過上述單元容器後之穿透紫外線的輻射照度(單位：mW/cm2)的步驟；以及(d)對於具有不同的光路徑長度之複數個上述光學測量用單元容器，藉由進行上述步驟(a)至(c)，求取上述穿透紫外線的輻射照度與光路徑長度之關係的步驟。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之液體殺菌方法，其中，更具有：(e)依據上述步驟(d)所求得之上述關係，來決定上述紫外線發光面之有效光路徑長度的步驟。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之液體殺菌方法，其中，更具有：(f)依據在上述紫外線發光面之上述穿透紫外線的輻射照度與光路徑長度的關係，以及上述流路之與上述紫外線發光面垂直之方向上的寬幅，來決定與上述流路之上述紫外線發光面垂直之方向上之紫外線的輻射照度分布，以及在該輻射照度分布中之最低輻射照度(單位：mW/cm2)的步驟；及(g)決定對上述被殺菌液體進行殺菌所必須之紫外線的累積照射量(單位：mJ/cm2)的步驟；及(h)決定以將上述累積照射量除以上述最低輻射照度之值所定義之最低照射時間(單位：秒)的步驟；以及 (i)以使上述被殺菌液體滯留在上述流路內的滯留時間為上述最低照射時間以上之方式，調整上述流路的長度以及/或是流動在該流路之上述被殺菌液體的流速的步驟。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之液體殺菌方法，其中，於上述步驟(1)中，使上述被殺菌液體流通於2個以上的上述流路，於上述步驟(2)中，對通過上述2個以上之流路的上述被殺菌液體照射紫外線，上述2個以上的流路，是分別形成於平行配置的3個以上之區隔壁的各一對鄰接的區隔壁之間的流路，於上述3個以上的區隔壁之各個的兩面，設有紫外線發光面。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之液體殺菌方法，其中，於上述步驟(1)中，使上述被殺菌液體流通於2個以上的上述流路，於上述步驟(2)中，對通過上述2個以上之流路的上述被殺菌液體照射紫外線，上述2個以上的流路，是分別形成於平行配置的3個以上之區隔壁的各一對鄰接的區隔壁之間的流路，僅於上述3個以上的區隔壁之各個的單面，設有紫外線發光面， 上述3個以上的區隔壁，係將設有上述紫外線發光面的面朝向相同方向地配置。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之液體殺菌方法，其中，上述一對區隔壁，是由第1區隔壁及第2區隔壁所構成，上述第1區隔壁，係於至少與上述第2區隔壁相對向之面，具有上述紫外線發光面，上述第2區隔壁，係於至少與上述第1區隔壁相對向之面，具備有具有光觸媒作用的面，於上述步驟(2)中，是從上述第1區隔壁的紫外線發光面，對通過上述流路的上述被殺菌液體進行照射：於200nm以上且未滿300nm的波長區域中以及於300nm以上且400nm以下的波長區域中分別具有主峰值的紫外線，上述流路之與上述紫外線發光面垂直之方向上的寬幅，是於上述200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值之紫外線能夠穿透上述被殺菌液體之層的最大厚度以下。
  9. 一種液體殺菌裝置，是藉由申請專利範圍第1項所述之液體殺菌方法來進行液體殺菌的裝置，並具有複數個具有發出紫外線之一對紫外線發光面的面光源，藉由上述複數個面光源以相互對向的方式平行地排 列，而具有複數個被夾於鄰接之二個上述面光源之狹縫狀的流路，上述狹縫狀的流路之與上述紫外線發光面垂直之方向上的寬幅，為夾著該流路之上述紫外線發光面的有效光路徑長度的總和以下，藉由使液體流通於上述狹縫狀的流路，將上述液體殺菌。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之液體殺菌裝置，其中，上述面光源，具有：具有一對紫外線發光面的導光板，以及排列於該導光板之一方的端部並發光出於200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值之紫外線的複數個深紫外線發光二極體。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之液體殺菌裝置，其中，上述面光源，具有：具有一對紫外線發光面的導光板；及從上述導光板隔開配置之產生上述紫外線的紫外線產生裝置；以及從上述紫外線產生裝置將上述紫外線導引往上述導光板之一方的端部之紫外線導波手段，上述紫外線產生裝置，係具有出射上述紫外線的棒狀光源、以及將從該棒狀光源所出射的上述紫外線予以集光 的集光裝置，上述棒狀光源，係具有圓筒狀或多角柱狀的基體、以及發光出於200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值之紫外線的複數個深紫外線發光二極體，該複數個深紫外線發光二極體，是以其各深紫外線發光二極體的光軸通過上述基體的中心軸之方式配置於上述基體的側面，並對上述中心軸出射輻射狀的深紫外線。
  12. 一種液體殺菌裝置，係藉由申請專利範圍第8項所述之液體殺菌方法來進行液體殺菌的裝置，具有複數個面光源，該各個面光源係具有一對紫外線發光面可發光出於200nm以上且未滿300nm的波長區域中以及於300nm以上且400nm以下的波長區域中分別具有主峰值之紫外線，並具備有複數個光觸媒載板，於各別之上述光觸媒載板的表面擔載有光觸媒材料，上述複數個面光源及上述複數個光觸媒載板為平行排列，上述複數個光觸媒載板之各個，藉由配置於相鄰之一對上述面光源之間，而於鄰接的面光源與光觸媒載板之間形成有狹縫狀的流路，上述狹縫狀的流路之與構成該流路之側面的上述紫外線發光面垂直之方向上的寬幅，是在該紫外線發光面的有效光路徑長度以下，並藉由使液體流通於上述狹縫狀的流路將上述液體殺 菌。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之液體殺菌裝置，其中，上述面光源，具備有：具有一對紫外線發光面的導光板、以及排列於該導光板之一方的端部並發光出於200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值之紫外線的複數個深紫外線發光二極體以及發光出於300nm以上且400nm以下的波長區域中具有主峰值之紫外線的複數個紫外線發光二極體。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之液體殺菌裝置，其中，上述面光源，具備有：具有一對紫外線發光面的導光板；及從上述導光板隔開配置之產生上述紫外線的紫外線產生裝置；以及從上述紫外線產生裝置將上述紫外線導引往上述導光板之一方的端部的紫外線導波手段，上述紫外線產生裝置，具備有出射上述紫外線的棒狀光源、以及將從該棒狀光源所出射的上述紫外線予以集光的集光裝置，上述棒狀光源，具備有：圓筒狀或多角柱狀的基體、以及發光出於200nm以上且未滿300nm的波長區域中具有主峰值之紫外線的複數個深紫外線發光二極體以及發光 出於300nm以上且400nm以下的波長區域中具有主峰值之紫外線的複數個紫外線發光二極體，上述複數個深紫外線發光二極體及上述複數個紫外線發光二極體，其各深紫外線發光二極體以及各紫外線發光二極體的光軸，是以通過上述基體的中心軸之方式配置於上述基體的側面，並對上述中心軸輻射狀地出射上述紫外線。
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