特開 2024-95051 紫外線処理装置及び紫外線処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024095051

(43)【公開日】2024-07-10

(54)【発明の名称】紫外線処理装置及び紫外線処理方法

(51)【国際特許分類】

   A61L 2/10 20060101AFI20240703BHJP

   C02F 1/32 20230101ALI20240703BHJP

   C12M 1/12 20060101ALI20240703BHJP

【ＦＩ】

A61L2/10

C02F1/32

C12M1/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022212051

(22)【出願日】2022-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100188891

【弁理士】

【氏名又は名称】丹野 拓人

(72)【発明者】

【氏名】小野 仁

(72)【発明者】

【氏名】桝井 啓

(72)【発明者】

【氏名】澁谷 慶太

【テーマコード（参考）】

4B029

4C058

4D037

【Ｆターム（参考）】

4B029AA27

4B029BB01

4C058AA01

4C058BB06

4C058KK02

4C058KK22

4C058KK32

4D037AA01

4D037AB03

4D037BA18

(57)【要約】

【課題】狭流路を用いることなく、処理液に対して充分に紫外線を照射できる紫外線処理装置及び紫外線処理方法の提供。
【解決手段】紫外線処理装置１は、処理液１００が通液する流路平面１０を有する処理槽２と、流路平面１０上の処理液１００に紫外線を照射する紫外線照射部２０と、少なくとも紫外線照射部２０の照射範囲Ａ１において、処理液１００の液面から流路平面１０まで透過できる紫外線の透過厚さよりも、処理液１００の厚さＴ１を小さくする処理液厚さ調整部３０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理液が通液する流路平面を有する処理槽と、
前記流路平面上の前記処理液に紫外線を照射する紫外線照射部と、
少なくとも前記紫外線照射部の照射範囲において、前記処理液の液面から前記流路平面まで透過できる前記紫外線の透過厚さよりも、前記処理液の厚さを小さくする処理液厚さ調整部と、を備える、
紫外線処理装置。

【請求項2】

前記処理液厚さ調整部は、前記処理液を斜め下方または垂直に落下させることで、前記処理液の厚さを小さくする、
請求項１に記載の紫外線処理装置。

【請求項3】

前記処理液厚さ調整部は、前記流路平面に形成された斜面を含む、
請求項２に記載の紫外線処理装置。

【請求項4】

前記処理液厚さ調整部は、前記流路平面に立設する堰を含む、
請求項１に記載の紫外線処理装置。

【請求項5】

前記処理液を溜めるタンクと、
前記タンクから前記処理槽に前記処理液を供給する供給部と、
前記処理槽を通液した前記処理液を前記タンクに戻す返送部と、を備える、
請求項１に記載の紫外線処理装置。

【請求項6】

前記流路平面の少なくとも一部に、反射板が設けられている、
請求項１に記載の紫外線処理装置。

【請求項7】

前記処理槽を通液する前記処理液の流量を調整する流量調整部を備える、
請求項１に記載の紫外線処理装置。

【請求項8】

前記紫外線照射部は、前記処理液に対して前記紫外線を照射する平面状の紫外線照射面を備える、
請求項１～７のいずれか一項に記載の紫外線処理装置。

【請求項9】

流路平面に沿って流れる処理液に対して紫外線を照射する紫外線照射工程と、
少なくとも前記紫外線の照射範囲において、前記処理液の液面から前記流路平面まで透過できる前記紫外線の透過厚さよりも、前記処理液の厚さを小さくする処理液厚さ調整工程と、を備える、
紫外線処理方法。

【請求項10】

流路平面に沿って流れる処理液に対して平面状に紫外線を照射する、
紫外線処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、紫外線処理装置及び紫外線処理方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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、食品、医療品など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に適用することが提案されている。
下記特許文献１には、有機物を含有する溶液、又は、有機物を含有する懸濁液からなる被殺菌液体する流体に、紫外線を照射して殺菌を行う紫外線殺菌装置が開示されている。この紫外線殺菌装置は、内部に複数の紫外線光源を有する処理槽を備える。複数の紫外線光源の間には、複数のスリット状の流路が形成され、処理槽の内部に流入した液体は、これらスリット状の流路を通過する間に、紫外線光源からの紫外線の照射を受けて殺菌される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１８／０２６００８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、水等に比べて比較的粘度の高い処理液においては、狭流路（例えば、上記スリット状の流路や、細い配管）を通過させる場合、圧力損失が大きくなることから、送液ポンプの動力が大きくなるという課題がある。また、固形分を含む処理液は、狭流路において詰まりの懸念があり、上記狭流路の採用が困難であった。その一方で、糖液、培養液等の粘度の高い処理液は、紫外線の吸光度が高く、紫外線透過率が大きくないため、流路の底面まで紫外線が到達せず、充分な殺菌を行うことができないという課題がある。

【0005】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、狭流路を用いることなく、処理液に対して充分に紫外線を照射できる紫外線処理装置及び紫外線処理方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る紫外線処理装置は、処理液が通液する流路平面を有する処理槽と、前記流路平面上の前記処理液に紫外線を照射する紫外線照射部と、少なくとも前記紫外線照射部の照射範囲において、前記処理液の液面から前記流路平面まで透過できる前記紫外線の透過厚さよりも、前記処理液の厚さを小さくする処理液厚さ調整部と、を備える。

【0007】

上記紫外線処理装置においては、前記処理液厚さ調整部は、前記処理液を斜め下方または垂直に落下させることで、前記処理液の厚さを小さくしてもよい。
上記紫外線処理装置においては、前記処理液厚さ調整部は、前記流路平面に形成された斜面を含んでもよい。
上記紫外線処理装置においては、前記処理液厚さ調整部は、前記流路平面に立設する堰を含んでもよい。
上記紫外線処理装置においては、前記処理液を溜めるタンクと、前記タンクから前記処理槽に前記処理液を供給する供給部と、前記処理槽を通液した前記処理液を前記タンクに戻す返送部と、を備えてもよい。
上記紫外線処理装置においては、前記流路平面の少なくとも一部に、反射板が設けられていてもよい。
上記紫外線処理装置においては、前記処理槽を通液する前記処理液の流量を調整する流量調整部を備えてもよい。
上記紫外線処理装置においては、前記紫外線照射部は、前記処理液に対して前記紫外線を照射する平面状の紫外線照射面を備えてもよい。

【0008】

また、本発明の一態様に係る紫外線処理方法は、流路平面に沿って流れる処理液に対して紫外線を照射する紫外線照射工程と、少なくとも前記紫外線の照射範囲において、前記処理液の液面から前記流路平面まで透過できる前記紫外線の透過厚さよりも、前記処理液の厚さを小さくする処理液厚さ調整工程と、を備える。

【0009】

また、本発明の一態様に係る紫外線処理方法は、流路平面に沿って流れる処理液に対して平面状に紫外線を照射する。

【発明の効果】

【0010】

上記本発明の一態様によれば、狭流路を用いることなく、処理液に対して充分に紫外線を照射できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係る紫外線処理装置の構成図である。

【図2】第２実施形態に係る紫外線処理装置の構成図である。

【図3】第３実施形態に係る紫外線処理装置の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0013】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る紫外線処理装置１の構成図である。
図１に示す紫外線処理装置１は、処理槽２と、タンク３と、供給部４と、返送部５と、を備えている。

【0014】

紫外線処理装置１は、処理槽２を通液する処理液１００に対して紫外線を照射し、処理液１００を殺菌処理する。処理液１００としては、水よりも比較的粘度が高い糖液、培養液等を例示できる。処理液１００の粘度は、例えば、常温（２０℃）で１０～２０センチポアズ（ｃＰ）程度である。なお、処理液１００としては、上記より高い粘度の液体でもよく、また水等の粘度が低い液体であっても構わないが、紫外線処理装置１は、粘度の高い液体に優位に作用する。

【0015】

処理槽２は、例えば、底部、側壁部、及び天井部を有する箱状に形成されている。処理槽２の天井部には、紫外線照射部２０が設けられている。紫外線照射部２０は、処理槽２内の気相中に設けられている。なお、紫外線照射部２０の一部または全部は、処理液１００の液相中に設けてもよく、流路平面１０が紫外線を透過できれば、流路平面１０の裏側（下側）に設けてもよい。

【0016】

紫外線照射部２０は、処理槽２を通液する処理液１００に対し、紫外線を照射する。紫外線照射部２０は、紫外線光源として、複数の紫外線発光ダイオードを備えている。なお、紫外線光源としては、紫外線発光ダイオード以外の光源、例えば、紫外線ランプ等を用いても構わない。

【0017】

紫外線の波長については、特に制限するものではないが、殺菌や滅菌として用いるには１００～２８０ナノメートル（ｎｍ）の短波長のＵＶ－Ｃ（深紫外線）が好ましい。紫外線の波長は、一般に微生物や菌類のＤＮＡ吸収波長に近い２６５ナノメートル（ｎｍ）近辺の波長だと、なお望ましい。

【0018】

紫外線照射部２０は、処理液１００に対して紫外線を照射する平面状の紫外線照射面２１を備えている。紫外線照射面２１から照射された紫外線は、処理液１００に対して平面状に照射される。なお、紫外線照射面２１は、導光板や拡散板を含んでいてもよい。また、紫外線照射部２０は、紫外線光源で生じた紫外線を、処理液１００に向かう平行光にするレンズ、ミラー、プリズム等の光学素子を備えても構わない。

【0019】

返送部５は、処理槽２を通液した処理液１００をタンク３に戻す。タンク３は、処理液１００を溜める。供給部４は、タンク３から処理槽２に処理液１００を供給する。供給部４及び返送部５は、必要に応じて送液ポンプやバルブ等を備えている。タンク３は、処理液１００を溜める充分な容積を有する。

【0020】

処理液１００は、供給部４及び返送部５によって、処理槽２とタンク３との間を循環することで殺菌処理される。処理液１００は、処理槽２とタンク３との間の循環によって充分に殺菌された後、タンク３から所定の場所に移送される。つまり、本実施形態の紫外線処理装置１は、バッチ式の殺菌装置となっている。

【0021】

処理槽２には、処理液１００が通液する流路平面１０が形成されている。流路平面１０は、頂面１１と、斜面１２と、を備えている。流路平面１０の頂面１１は、水平部分であり、紙面奥行き方向にも延びている。流路平面１０の頂面１１には、供給部４から処理液１００が供給されてくる。

【0022】

頂面１１と斜面１２との間には、凸部１３が形成されている。凸部１３は、頂面１１の端に所定高さで立設し、処理液１００のオーバーフローにより、処理液１００を斜面１２に供給する。凸部１３には、紙面奥行き方向における処理液１００のオーバーフロー量の偏りを防止するべく、その上端から一定深さの切り欠き（不図示）が紙面奥行き方向に一定の間隔で複数形成されている。

【0023】

なお、凸部１３は、頂面１１に対する高さを調整することで、斜面１２に供給する処理液１００の流量を調整する流量調整部としても機能する。なお、流量調整部は、例えば、供給部４の図示しない送液ポンプ、または、供給部４の流路を絞る図示しないバルブ等であっても構わない。

【0024】

流路平面１０の斜面１２は、斜面部分であり、紙面奥行き方向にも延びている。斜面１２は、処理槽２の底部に向かって斜め下方に延び、少なくとも紫外線照射部２０の照射範囲Ａ１を通過している。斜面１２は、処理液１００に重力加速度を与えて流速を高め、処理液１００の流体膜を形成する。斜面１２は、処理液１００の厚さＴ１を、紫外線の透過厚さよりも小さくする処理液厚さ調整部３０として機能する。

【0025】

ここで「紫外線の透過厚さ」とは、紫外線が、処理液１００の液面から流路平面１０（底面）まで透過できる処理液１００の厚さをいう。紫外線が処理液１００を「透過できる」厚みとは、好ましくは、紫外線の透過率が９９％以上となる、処理液１００の厚みである。「透過率」とは、光（紫外線）が溶液（処理液１００）を通った時に何％の光の強さが通り抜けるかを示す値である。

【0026】

なお、斜面１２の角度、斜面１２の表面粗さを変えることで、処理液１００の厚さＴ１を調整してもよい。また、本実施形態では、斜面１２によって処理液１００の厚さＴ１を小さくしているが、例えば流路平面１０に垂直面を設けて、垂直面によって処理液１００の厚さＴ１を小さくしても構わない。また、流路平面１０は、一部曲面を含んでもよい。なお、流路平面１０は、紫外線照射エネルギーを処理液１００に対し均等に与えるため、平面で構成することが望ましい。

【0027】

上記構成の紫外線処理装置１によれば、タンク３から供給部４を介して処理槽２の頂面１１に供給された処理液１００が、凸部１３からオーバーフローし、斜面１２（処理液厚さ調整部３０）に供給される。斜面１２においては、流速の増加により、処理液１００の厚さＴ１が薄くなり、少なくとも紫外線照射部２０の照射範囲Ａ１において、処理液１００の厚さＴ１が上記紫外線の透過厚さよりも小さくなる。このため、処理槽２の流路平面１０（底面）まで紫外線を到達させて、処理液１００を充分に殺菌することができる。

【0028】

このように、上述した本実施形態に係る紫外線処理装置１は、処理液１００が通液する流路平面１０を有する処理槽２と、流路平面１０上の処理液１００に紫外線を照射する紫外線照射部２０と、少なくとも紫外線照射部２０の照射範囲Ａ１において、処理液１００の液面から流路平面１０まで透過できる紫外線の透過厚さよりも、処理液１００の厚さＴ１を小さくする処理液厚さ調整部３０と、を備える。この構成によれば、狭流路を用いることなく、処理液１００に対して充分に紫外線を照射できる。

【0029】

また、本実施形態においては、紫外線処理装置１においては、処理液厚さ調整部３０は、処理液１００を斜め下方または垂直に落下させることで、処理液１００の厚さＴ１を小さくする。この構成によれば、重力加速度を利用して、処理液１００の厚さＴ１を小さくすることができる。

【0030】

また、本実施形態においては、紫外線処理装置１においては、処理液厚さ調整部３０は、流路平面１０に形成された斜面１２を含む。この構成によれば、垂直面に比べて、処理液１００の液面が安定し易く、処理液１００の厚さＴ１を制御し易くなる。

【0031】

また、本実施形態においては、処理液１００を溜めるタンク３と、タンク３から処理槽２に処理液１００を供給する供給部４と、処理槽２を通液した処理液１００をタンク３に戻す返送部５と、を備える。この構成によれば、循環処理によって、小さい装置で紫外線の照射時間を長くすることが可能になり、殺菌力を高めることができる。
なお、処理槽２に対する一回の通液で処理液１００に充分な殺菌力が与えられる場合、処理液１００をタンク３に戻さずに後の工程に移送しても構わない。つまり、紫外線処理装置１は、連続式の殺菌装置であってもよい。

【0032】

また、本実施形態においては、処理槽２を通液する処理液１００の流量を調整する流量調整部（凸部１３または供給部４の送液ポンプ、バルブ）を備える。この構成によれば、処理液１００の流量を調整し、処理液１００の厚さＴ１を紫外線の透過厚さよりも小さくすることができる。

【0033】

また、本実施形態においては、紫外線照射部２０は、処理液１００に対して紫外線を照射する平面状の紫外線照射面２１を備える。この構成によれば、紫外線による効率的な殺菌が可能になる。

【0034】

また、上述した本実施形態に係る紫外線処理方法は、流路平面１０に沿って流れる処理液１００に対して紫外線を照射する紫外線照射工程と、少なくとも紫外線の照射範囲Ａ１において、処理液１００の液面から流路平面１０まで透過できる紫外線の透過厚さよりも、処理液１００の厚さＴ１を小さくする処理液厚さ調整工程と、を備える。この構成によれば、狭流路を用いることなく、処理液１００に対して充分に紫外線を照射できる。

【0035】

また、上述した本実施形態に係る紫外線処理方法は、流路平面１０に沿って流れる処理液１００に対して平面状に紫外線を照射する。この構成によれば、狭流路を用いることなく、紫外線による効率的な殺菌が可能になる。

【0036】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

【0037】

図２は、第２実施形態に係る紫外線処理装置１の構成図である。
図２に示すように、第２実施形態では、処理槽２の流路平面１０が水平面となっており、処理液厚さ調整部３０は、流路平面１０に立設する堰１４となっている。

【0038】

堰１４は、所定高さ以上の処理液１００をオーバーフローさせることにより、処理液１００の厚さＴ１を調整する。なお、堰１４をオーバーフローした処理液１００は、返送部５によってタンク３に戻される。タンク３に戻された処理液１００は、供給部４によって再び処理槽２に供給される。

【0039】

処理液厚さ調整部３０として堰１４を用いる場合、処理槽２内の通液は、層流・乱流どちらでも構わない。層流の場合、処理液１００の大部分に均等に殺菌力を与えることができる。なお、乱流の場合、仮に処理液１００が一部固体分を含む場合であっても、堆積なく、当該固体分による紫外線の照射減を防いだ通液が可能となる。

【0040】

このように、上述した第２実施形態においては、処理液厚さ調整部３０は、流路平面１０に立設する堰１４を含む。この構成によれば、処理液１００のオーバーフローにより、少なくとも紫外線照射部２０の照射範囲Ａ１において、処理液１００の厚さＴ１を紫外線の透過厚さよりも小さくすることができる。

【0041】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

【0042】

図３は、第３実施形態に係る紫外線処理装置１の構成図である。
図３に示すように、第３実施形態では、処理槽２の流路平面１０が階段状になっており、処理液厚さ調整部３０は、流路平面１０に形成された複数の段差１６によって形成されている。

【0043】

段差１６は、斜面１２と、斜面１２に連なる水平面１５によって形成されている。流路平面１０は、凸部１３の下流側に、複数の段差１６を有する。つまり、流路平面１０は、凸部１３の下流側に、斜面１２と水平面１５とを交互に有する。なお、段差１６は、斜面１２ではなく、垂直面であっても構わない。つまり、段差１６は、垂直面と水平面１５によって形成されていても構わない。

【0044】

上述した第１実施形態では、単一の斜面１２により処理液１００に重力加速度を与え、処理液１００の厚さＴ１を小さくしていたが、処理液１００の流速は下流に向かうに従って徐々に速くなり、それに伴い処理液１００の厚さＴ１も徐々に小さくなる。このため、処理液１００の厚さＴ１の調整は、紫外線の照射範囲Ａ１の上流側で行うことが好ましい。
一方、第３実施形態によれば、流路平面１０が階段状になることから、処理液１００の流速の増加を一定の範囲内に収めることができ、処理液１００の厚さＴ１の調整が容易になる。

【0045】

また、第３実施形態では、流路平面１０の少なくとも一部に、反射板１７が設けられている。この構成によれば、処理液１００を透過した紫外線が、反射板１７によって反射されるため、処理液１００に対して満遍なく紫外線を照射できる。なお、反射板１７は、紫外線を透過する流路平面１０の背面側に配置されてもよく、流路平面１０そのものを形成してもよい。

【0046】

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

【符号の説明】

【0047】

１…紫外線処理装置、２…処理槽、３…タンク、４…供給部、５…返送部、１０…流路平面、１１…頂面、１２…斜面、１３…凸部、１４…堰、１５…水平面、１６…段差、１７…反射板、２０…紫外線照射部、２１…紫外線照射面、３０…処理液厚さ調整部、１００…処理液、Ａ１…照射範囲

【図1】

【図2】

【図3】