JP2018019670A - 液体の殺菌方法及び殺菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば野菜ジュースなどの有機物を含む液体に対して、その風味を損なうことなく効率的に紫外線殺菌を行うことが可能な紫外線殺菌方法及び紫外線殺菌装置を提供する。【解決手段】 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に際して、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ることなく、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。このとき、紫外線は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。【選択図】図２

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

特開２０１５−６２９０２号公報 特開２０００−４２３８２号公報 特開２０１２−２２３６７０号公報 特開２００６−２３７５６３号公報 特許第５５９１３０５号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（Ｈ_２Ｏ）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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／ｃｍ^２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 図１のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）面光源２を模式的に説明する平面図である。（ｂ）面光源２を模式的に説明する側面図である。（ｃ）面光源２の他の一例を模式的に説明する側面図である。 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Ｉ_１の座標依存性を説明するグラフを含む図である。 液体殺菌装置１１００を模式的に説明する断面図である。 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である。 棒状光源１１０を有する紫外線発生装置２４の横断面図である。 棒状光源１１０を有する紫外線発生装置２４の側面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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／ｃｍ^２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。

なお、前記有効光路長を規定する放射照度の値：０．００１ｍＷ／ｃｍ^２（１μＷ／ｃｍ^２）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／ｃｍ^２＝ｍＷ・ｓｅｃ／ｃｍ^２）である大腸菌の殺菌を考えた場合、１μＷ／ｃｍ^２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／ｃｍ^２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ｓ_１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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の一の実施形態に係る液体殺菌方法Ｓ_１について、図１〜図３を参照しつつ説明する。液体殺菌方法Ｓ_１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Ｓ_１１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Ｓ_１２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Ｌ_ａ、Ｌ_ｂの総和Ｌ_ａ＋Ｌ_ｂ以下とされる。ここで、各紫外線発光面２１ａ、２１ｂの有効光路長Ｌ_ａ、Ｌ_ｂ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／ｃｍ^２（１μＷ／ｃｍ^２）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Ｌ_ａ、Ｌ_ｂは別途測定される。

紫外線発光面２１ａ、２１ｂの有効光路長Ｌ_ａ、Ｌ_ｂの決定は、例えば次の工程（ａ）〜（ｅ）（Ｓ_１０１〜Ｓ_１０５）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Ｓ_１０１；
（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Ｓ_１０２；
（ｃ）セルを通過した透過紫外線の放射照度（単位：ｍＷ／ｃｍ^２）を測定する工程Ｓ_１０３；
（ｄ）上記工程（ａ）乃至（ｃ）（Ｓ_１０１〜Ｓ_１０３）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Ｓ_１０４；および、
（ｅ）上記工程（ｄ）（Ｓ_１０４）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Ｌ_ａ（又はＬ_ｂ）を決定する工程Ｓ_１０５。

上記工程（ｄ）〜（ｅ）（Ｓ_１０４〜Ｓ_１０５）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Ｉ_１は、光路長Ｌに対して、次の式（１）の関係にある。
ｌｏｇ（Ｉ_１／Ｉ_０）＝−αＬ …（１）
式（１）中、Ｉ_０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λ_ｐｅａｋ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λ_ｐｅａｋにおける吸光係数α（λ_ｐｅａｋ）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。
ｌｏｇＩ_１＝−αＬ＋ｌｏｇＩ_０ …（２）
したがって主ピーク波長λ_ｐｅａｋにおける透過紫外線の放射照度Ｉ_１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λ_ｐｅａｋにおける透過紫外線の放射照度Ｉ_１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Ｓ_１０４）。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Ｌ_ａ（又はＬ_ｂ）は、該回帰直線においてＩ_１＝０．００１ｍＷ／ｃｍ^２（１μＷ／ｃｍ^２）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Ｓ_１０５）。紫外線発光面２１ａ、２１ｂの発光強度が同一であればＬ_ａ＝Ｌ_ｂである。

上記工程（ａ）〜（ｅ）（Ｓ_１０１〜Ｓ_１０５）は、上記工程Ｓ_１１及びＳ_１２の前に別途行うことができる。

前記したように、液体殺菌方法Ｓ_１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Ｌ_ａ、Ｌ_ｂの総和Ｌ_ａ＋Ｌ_ｂ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Ｌ_ａ、Ｌ_ｂの総和Ｌ_ａ＋Ｌ_ｂ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。

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Ｉ_ｉｎｔ（ｍＪ／ｃｍ^２）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）（Ｓ_１０１〜Ｓ_１０４）および、次の工程（ｆ）〜（ｉ）（Ｓ_１０６〜Ｓ_１０９）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Ｉ_１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Ｉ_ｍｉｎ（単位：ｍＷ／ｃｍ^２）を決定する工程Ｓ_１０６；
（ｇ）被殺菌液体５の殺菌に必要な紫外線の積算照射量Ｉ_ｉｎｔ（単位：ｍＪ／ｃｍ^２）を決定する工程Ｓ_１０７；
（ｈ）積算照射量Ｉ_ｉｎｔを最低放射照度Ｉ_ｍｉｎで除した値で定義される最低照射時間ｔ_ｍｉｎ（単位：秒）を決定する工程Ｓ_１０８；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ｔ_ｍｉｎ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Ｓ_１０９。

上記工程（ｆ）（Ｓ_１０６）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Ｉ_１と光路長Ｌとの関係は、上記工程（ａ）〜（ｄ）（Ｓ_１０１〜Ｓ_１０４）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Ｉ_１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Ｉ_ａ（ｘ）、Ｉ_ｂ（ｘ）は、次の式（３ａ）及び（３ｂ）で表される。
Ｉ_ａ（ｘ）＝Ｉ_０，ａ・１０^−αｘ …（３ａ）
Ｉ_ｂ（ｘ）＝Ｉ_０，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）＝Ｉ_ａ（ｘ）＋Ｉ_ｂ（ｘ）
＝Ｉ_０，ａ・１０^−αｘ＋Ｉ_０，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ｘ_１は
ｘ_１＝（ｌｏｇ（Ｉ_０，ａ／Ｉ_０，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Ｉ_０，ａ＝Ｉ_０，ｂなので、この場合には式（６）はαの値に関わらず
ｘ_１＝ｄ／２ …（７）
となる。０≦ｘ≦ｄにおいて常に
ｄ^２Ｉ（ｘ）／ｄｘ^２＞０ …（８）
であるので、式（６）の座標ｘ_１において透過紫外線の放射照度Ｉ（ｘ）は極小値（最小値）Ｉ（ｘ_１）をとる。Ｉ（ｘ_１）は放射照度分布Ｉ（ｘ）における最低放射照度Ｉ_ｍｉｎである。

上記工程（ｇ）（Ｓ_１０７）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Ｉ_ｉｎｔ（単位：ｍＪ／ｃｍ^２）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λ_ｐｅａｋ）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。Ｉ_ｉｎｔとしては例えば、波長λ_ｐｅａｋ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。

上記工程（ｈ）（Ｓ_１０８）において、最低照射時間ｔ_ｍｉｎは、上記（ｆ）工程Ｓ_１０６において決定された最低放射照度Ｉ_ｍｉｎと、上記（ｇ）工程Ｓ_１０７において決定された積算照射量Ｉ_ｉｎｔとから、次の式（９）によって決定することができる。
ｔ_ｍｉｎ＝Ｉ_ｉｎｔ／Ｉ_ｍｉｎ …（９）
上記工程（ｉ）（Ｓ_１０９）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Ｓ_１０８において求めた最低照射時間ｔ_ｍｉｎに対して
Ｔ＝ｌ／ｖ≧ｔ_ｍｉｎ …（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。

本発明に関する上記説明では、上記（１）工程Ｓ_１１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Ｓ_１２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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有機物を含有する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ず、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含むことを特徴とする。

本発明の紫外線殺菌装置は、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、紫外線照射を行う前に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、溶存酸素低減又は除去手段と、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、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／ｃｍ ^２ 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、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。

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有機物を含有する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、前記紫外線照射工程において、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％以上である紫外線を照射し、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。

本発明の紫外線殺菌装置は、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、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／ｃｍ ^２ 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、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、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を特徴とする。

Claims (10)

1. 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前記紫外線殺菌方法。
2. 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、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／ｃｍ^２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、前記領域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前記有効光路長の総和以下とすることを特徴とする請求項１に記載の紫外線殺菌方法。
3. 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方法であることを特徴とする請求項１又は２に記載の紫外線殺菌方法。
4. 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℃以下とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の紫外線殺菌方法。
5. 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を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の紫外線殺菌方法。
6. 有機物を含有する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紫外線殺菌装置。
7. 有機物及び硝酸性窒素を含む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を特徴とする請求項６に記載の紫外線殺菌装置。
8. ２５３ｎｍ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ことを特徴とする請求項６又は７に記載の紫外線殺菌装置。
9. 温度制御手段を更に有する請求項６乃至８の何れかに記載の紫外線殺菌装置。
10. 溶存酸素低減又は除去手段を更に有する請求項６乃至９の何れかに記載の紫外線殺菌装置。

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