JP5111631B2 - 紫外線光源 - Google Patents

Description

本発明は物質を消毒し殺菌するための滅菌装置の分野に関するものである。

浄水および物品の消毒に使用される滅菌システムにおいて紫外線（ＵＶ）放射線を使用することは公知である。ＵＶ放射線および空気中の酸素と共にＵＶ放射線によって生成されるオゾンが細菌と病原菌を殺すように作用する。またこのようなシステムにおいてＵＶ放射線源を励起するためにマイクロ波エネルギーを使用することも公知である。

公知のシステムにおける１つの問題点は、ＵＶ源に対して十分量の励起エネルギーを発生することが困難なことであり、また滅菌される物質に対してそのエネルギーを効果的に伝送することが困難なことである。従って、高エネルギーの高生産量の滅菌の目的に適したシステムを提供することが困難である。

効率的な高生産量の滅菌を実施することのできる滅菌装置を下記に説明する。滅菌装置は紫外線灯を有し、この紫外線灯はマイクロ波エネルギー源によって励起される。紫外線灯は紫外線透過性物質から成る導波管によって包囲される。

ＷＯ９６／４０２９８は、マイクロ波エネルギー源によって励起される紫外線灯を有する無電極滅菌装置を記載している。前記紫外線灯がその中に滅菌通路を画成するように形成されている。使用中に、滅菌される物質が前記紫外線灯中の滅菌通路を通過させられる。この滅菌通路のサイズとゼオメトリーが当然に、この装置を使用して滅菌される物質の型、および得られる生産性に対して制限を加えることが理解される。また水と滅菌灯との直接的接触が滅菌灯の滅菌性能に影響すると考えられる。また安全上の見地から、滅菌灯の破損の結果として有毒蒸気元素（例えば水銀）が滅菌される物質と接触する可能性がある。

ＵＳ−Ａ−５，１６６，５２８は、ほ乳びんおよびコンタクト・レンズなどの物品の表面殺菌用のマイクロ波励起型紫外線滅菌装置を記載している。この滅菌装置は、物品に対して直接に放射線を放射する複数のＵＶ電球を含む。

ＵＳ−Ａ−５，１４１，６３６に記載の浄水システムにおいては、水が流路にそってＵＶ源のそばを流れる。このＵＶ源のマイクロ波の励起については全く記載がない。

ＷＯ９７／３５６２４は滅菌手段としてのマイクロ波活性化ＵＶエネルギー源を使用する滅菌装置を記載している。しかしＵＶエネルギー源と滅菌される物質との間に導波管が備えられていない。

本発明の１つの態様によれば、紫外線灯と、前記紫外線灯を励起するためのマイクロ波エネルギー源と、前記紫外線灯を包囲し紫外線透過性導波管から成るエンクロージャとを含む滅菌装置が提供される。

滅菌装置とは、任意の滅菌、消毒、浄化または殺菌工程に使用されるに適した装置を言うものとする。

ＵＶ透過性導波管とは、ＵＶ放射線に対して実質的に透過性の導波管、代表的にはＵＶ放射線に対して９０％以上、好ましくは９５％以上の透過性を有する導波管を意味するものとする。

適当には、紫外線灯は電極を有しない。この種の紫外線灯は、蒸気の形の１元素または元素混合物を含む部分的に減圧された管を有するような無電極灯である。水銀がこの目的に適した好ましい元素であるが、さもなければ不活性ガスと水銀化合物、ナトリウムおよび硫黄との混合物を含む。好ましくはＵＶ灯によって発生される主的波長は２５４ｎｍである。

１つの態様において、導波管はエンクロージャから出るマイクロ波エネルギーの流れを制御する。滅菌行程において紫外線とマイクロ波放射線とを利用する本発明の実施態様においては、導波管を通るマイクロ波エネルギーの制御が有用である。

他の態様において、導波管は、マイクロ波エネルギーの流れがエンクロージャから出るのを阻止する。

適当には、エンクロージャは石英物質または紫外線透過性プラスチック物質から成る。

適当には、導波管は導電性物質を含む。導電性物質は一体型とし、または被覆あるいはライナーとして添設することができる。ライナーはエンクロージャの内側面と直接に接触し、または内側面から離間させることができる。

適当には、導波管は導電性メッシュを含む。好ましくは導電性メッシュは銅、アルミニウムおよびステンレス鋼から成るグループから選定される物質から成る。

適当には、紫外線灯はシガー状などの細長い形状を有する。

適当には、透過性導波管は円筒形または長方形とする。

適当には、紫外線灯は７０℃未満の作動温度を有する。

適当には、マイクロ波エネルギー源はマグネトロンから成る。ソリッド・ステート装置などの他のマイクロ波エネルギー源も考えられる。

適当には、滅菌装置はさらにマイクロ波エネルギーをマイクロ波エネルギー源から紫外線灯まで案内する案内路を有する。

１つの態様において、前記案内路はマイクロ波エネルギーの本質的に線形の通路を画成する。

他の態様において、前記案内路は少なくとも１つの直角を成す通路などの非線形通路を画成する。

適当には、滅菌装置はさらに前記エンクロージャのハウジングを含む。好ましくは、このハウジングは導入口と排出口とを含み、流体流を導入口からエンクロージャにそって排出口まで案内するように形成されている。好ましくは、流体は水および空気を含む。適当には、本発明の滅菌装置はさらに流体を導入口からエンクロージャにそって排出口までポンプ輸送するためのポンプを含む。さもなければ、流体流を送るために重力を利用することができる。

本発明の他の態様によれば、マイクロ波エネルギーによって励起可能の紫外線灯と、紫外線透過性導波管から成り紫外線灯を包囲するエンクロージャとを含む滅菌装置において使用される紫外線灯構造が提供される。

好ましくは、前記紫外線灯は電極を有しない。

本発明のさらに他の態様によれば、紫外線放射線を発生するため紫外線灯に対してマイクロ波エネルギーを加える段階と、物質を前記紫外線放射線に露出する段階とを含み、ここにエンクロージャが前記紫外線灯を包囲し、前記エンクロージャが紫外線透過性導波管から成ることを特徴とする物質滅菌法が提供される。

１つの態様において、物質がエンクロージャにそって流れる。

本発明による滅菌装置の望ましい実施態様について、添付の図面を参照して以下に説明する。

浄水用の本発明による滅菌装置の第１実施態様の概略断面図である。

浄水用の本発明による滅菌装置の第２実施態様の概略断面図である。 浄水用の本発明による滅菌装置の第３実施態様の概略断面図である。

空気浄化用の本発明による滅菌装置の第４実施態様の概略断面図である。 空気浄化用の本発明による滅菌装置の第５実施態様の概略断面図である。

本発明のＵＶ／マイクロ波滅菌法によって物体の滅菌に使用される滅菌装置の第６実施態様の概略断面図である。

発明の詳細な説明 以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

図１は、円筒形エンクロージャ２０によって包囲された紫外線灯１０を含む滅菌装置を示す。エンクロージャ２０の円筒形壁体は導波管を成し、この導波管は紫外線放射線に対して透過性の石英物質から成る。導電性銅メッシュ３０が導波管の内側面に配備される。円筒形エンクロージャの第１端部には閉鎖用エンド・フランジ２２が取付けられている。その第２端部には連結用フランジ２４が備えられ、このフランジ２４は直角(right angled)導波管４０に連結され、この導波管４０は矩形(rectangular)導波管５０に連結される。マグネトロン６０はマイクロ波エネルギー源として作用し、マイクロ波を、矩形導波管５０の中に、次に直角導波管４０の中に、最後に紫外線灯１０に供給し、紫外線灯がこれによって励起される。

エンクロージャ２０は管状ハウジング７０の中に配置される。ハウジング７０は水導入口および水排出口７４を備える。この装置の使用中に、導入口７２からの水流がエンクロージャ２０にそって流れ、排出口７４に向かう。水流がエンクロージャ２０にそって流れる際に、水は紫外線灯１０によって発生されたＵＶ放射線を放射される。放射線そのものがエンクロージャ１２０ａ、１２０ｂのＵＶ透過壁体を通過して水と接触する。

図２ａと図２ｂは関連の滅菌装置を示す。これらの装置はそれぞれ円筒形エンクロージャ１２０ａ、１２０ｂによって包囲されたＵＶ水銀灯１１１ａ，１１１ｂを有する。これらのエンクロージャ１２０ａ、１２０ｂは導波管を成し、ＵＶ放射線に対して透過性の石英物質から成る。導波管の内側面に対して導電性銅メッシュ１３０ａ、１３０ｂが配置されている。エンクロージャ１２０ａ、１２０ｂの中に空気または窒素が循環する。円筒形エンクロージャの一端には閉鎖用エンド・フランジ１２２ａ、１２２ｂが配備される。他端には連結用フランジ１２４ａ、１２４ｂが配備され、このフランジは防水チャンバ１５０ａ、１５０ｂと連結し、このチャンバは黄銅導波管１４０ａ、１４０ｂとマグネトロン１６０ａ、１６０ｂを収容する。マグネトロン１６０ａ、１６０ｂはマイクロ波を黄銅導波管１４０ａ、１４０ｂの中に供給し次に紫外線灯１１０ａ、１１０ｂに供給し、この紫外線灯がマイクロ波によって励起される。

エンクロージャ１２０ａ、１２０ｂは管状ハウジング１７０ａ、１７０ｂの中に配置される。ハウジング１７０ａ、１７０ｂは水導入口１７２ａ、１７２ｂと水排出口１７４ａ、１７４ｂとを配備されている。装置の使用中に、水流が導入口１７２ａ、１７２ｂからエンクロージャ１２０ａ、１２０ｂにそって排出口１７４ａ、１７４ｂにむかって流れる。水がエンクロージャ１２０ａ、１２０ｂそって流れる際に、水は紫外線灯１１０ａ、１１０ｂによって発生されたＵＶ放射線によって照射される。放射線そのものはエンクロージャ１２０ａ、１２０ｂのＵＶ透過性壁体を透過して水と接触する。

図３ａと図３ｂは図２ａおよび図２ｂに図示の滅菌装置の構造と類似のメッキ装置であるが、空気浄化のために使用される。これらの装置は、それぞれ円筒形エンクロージャ２２０ａ、２２０ｂによって包囲された紫外線放射水銀灯２１０ａ、２１０ｂを有する。エンクロージャ２２０ａ、２２０ｂの円筒形壁体は導波管を成し、紫外線放射線に対して透過性の石英材料から成る。エンクロージャ２２０ａ、２２０ｂの中を空気または窒素が循環する。円筒形エンクロージャの一端に対して閉鎖用エンド・フランジが２２２ａ、２２２ｂが配備される。他端には連結用フランジ２２４ａ、２２４ｂが配備され、このフランジが気密チャンバ２５０ａ、２５０ｂと連結し、この気密チャンバは黄銅導波管２４０ａ、２４０ｂおよびマグネトロン２６０ａ，２６０ｂを収容する。マグネトロン２６０ａ，２６０ｂはマイクロ波エネルギー源として作用して、マイクロ波を黄銅導波管２４０ａ，２４０ｂの中に供給し、従って紫外線灯２１０ａ、２１０ｂの中に供給して、この紫外線灯を励起させる。

エンクロージャ２２０ａ、２２０ｂは管状ハウジング２７０ａ、２７０ｂの中に配置される。ハウジング２７０ａ，２７０ｂは空気導入口２７４ａ、２７４ｂおよび空気排出口２７４ａ，２７４ｂを配備される。装置の使用中に、空気流が導入口２７２ａ，２７２ｂからエンクロージャ２２０ａ２２０ｂにそって排出口２７４ａ、２７４ｂに向かって流れる。空気流がエンクロージャ２２０ａ、２２０ｂにそって流れる際に、この空気は紫外線灯２１０ａ、２１０ｂによって発生された紫外線放射線によって放射される。放射線そのものがエンクロージャ２２０ａ、２２０ｂの紫外線透過性壁体を通過して空気と接触し、空気中の細菌および病原菌を殺す。

図４は医療機器などの物体の滅菌に使用するに適したキャビネット型滅菌装置である。紫外線放射水銀灯３１０が円筒形エンクロージャ３２０によって包囲されている。エンクロージャ３２０の円筒形壁体が導波管を成し、またこのエンクロージャの壁体は紫外線放射線に対しては透過性であるがマイクロ波放射線に対しては部分的にのみ透過性の石英材料から成る。導電性銅メッシュ３３０が導波管の内側面に配備される。エンクロージャ３２０はオプションとして、その中に空気または窒素を循環される。円筒形エンクロージャの第１末端には閉鎖用エンド・フランジ３２２が備えられる。第２端部には連結フランジ３２４が備えられ、この連結フランジは線形案内路３４０と連結され、この案内路がマグネトロン３６０に連結される。マグネトロン３６０はマイクロ波エネルギー源として作用し、マイクロ波を案内路３４０の中に供給し、次に紫外線灯３１０に供給して、この紫外線灯が励起される。

エンクロージャ３２０はハウジング３７０の中に配置され、ハウジング３７０は入口ドア３８０を備えている。装置の使用に際して、金属物品を含むことのできる被滅菌物品がハウジング３７０の中に配置される。これらの物品は紫外線灯３１０によって発生されるＵＶ放射線と、マグネトロン３６０から誘導されるマイクロ波放射線とによって放射される。この放射線そのものはエンクロージャ３２０のＵＶ透過性でマイクロ波に対して部分的に透過性の壁体を通して物品に接触する。オプションとして、ハウジング３７０はＵＶ透過性の物品用棚を備えることができる。またハウジング３７０に対して、内側反射性ライニング、例えばアルミニウム・ホイル・ライニングを備えることができる。

本発明の滅菌装置は、人の消費する水の滅菌、廃水および下水の滅菌、医療機器を含む金属および非金属物体の滅菌、病院、事務所および家庭などの建造物中の空気の滅菌、接着剤および特殊インキの硬化、イーピーロムの消去、および食品表面の細菌の殺菌による食品貯蔵期間の延長に使用するのに適当である。

また本発明は１つの態様において、車、トラックおよびバスなどの車両などの空調システムに使用するに適している。本発明の滅菌装置は車の空調システムの中に適合するようなサイズおよび形状、従って代表的には大規模な空気処理システムおよび水処理システムに使用する場合よりも小さなサイズおよび形状を有することができる。

さらに本発明の滅菌装置によって発生されるＵＶ光は高密度の光源として伝達することができる。適当な用途はビルディング中の照明および車、トラックおよびバスなどの車両用の照明である。

Claims (9)

1. 流体の殺菌に用いられる紫外線光源であって、
   マイクロ波に励起されて紫外線放射線を発生する紫外線灯と、
   前記紫外線灯にマイクロ波エネルギーを供給するマイクロ波エネルギー源と、
   前記マイクロ波エネルギーを、マイクロ波エネルギー源から紫外線灯に案内する導波管であって、前記マイクロ波エネルギー源に連結された線形導波管と該線形導波管に接続された非線形導波管とを含む複数の導波管と、
   紫外線透過性材料から形成され、前記紫外線灯の全体を包囲するエンクロージャとを具え、
   前記エンクロージャは、内面に導電性材料が配備され、該導電性材料は前記紫外線透過性材料と共に紫外線透過性導波管を形成し、
   前記エンクロージャは、一方の端部に紫外線透過性材料を非線形導波管に連結する連結用フランジが配備され、反対側の他方の端部に、マイクロ波エネルギーの流れがエンクロージャから出るのを阻止する閉鎖用エンド・フランジが配備されている、紫外線光源。
2. 導電性材料は紫外線透過性材料と一体に形成されている、請求項１の紫外線光源。
3. 導電性材料は紫外線透過性材料の内面にコーティングとして施されている、請求項１の紫外線光源。
4. 導電性材料は紫外線透過性材料から離間している、請求項１の紫外線光源。
5. 導電性材料は金属メッシュであり、該金属メッシュは、銅、アルミニウム及びステンレス鋼からなる群から選択される材料を含んでいる、請求項１の紫外線光源。
6. 少なくともエンクロージャを取り囲む管状ハウジングをさらに具えており、該管状ハウジングは、流体の導入口と流体の排出口とを有し、流体が、導入口からエンクロージャに沿って排出口の方へ流れる形状に形成されており、エンクロージャに沿って流れる流体に、紫外線灯によって発生した紫外線放射線が放射される、請求項１の紫外線光源。
7. 紫外線透過性材料は石英材料である、請求項１の紫外線光源。
8. 流体の殺菌に用いられる紫外線光源であって、
   マイクロ波に励起されて紫外線放射線を発生する紫外線灯と、
   前記紫外線灯にマイクロ波エネルギーを供給するマイクロ波エネルギー源と、
   前記マイクロ波エネルギーを、マイクロ波エネルギー源から紫外線灯に案内する導波管であって、前記マイクロ波エネルギー源に連結された線形導波管と該線形導波管に接続された非線形導波管とを含む複数の導波管と、
   紫外線透過性石英材料から形成され、前記紫外線灯の全体を包囲するエンクロージャとを具え、
   前記エンクロージャは、内面に導電性材料の金属メッシュが配備され、該金属メッシュは前記紫外線透過性材料と共に紫外線透過性導波管を形成し、
   前記エンクロージャは、一方の端部に紫外線透過性石英材料を非線形導波管に連結する連結用フランジが配備され、反対側の他方の端部に、マイクロ波エネルギーの流れがエンクロージャから出るのを阻止する閉鎖用エンド・フランジが配備されており、
   紫外線光源は、少なくともエンクロージャを取り囲む管状ハウジングをさらに具え、
   該管状ハウジングは、ハウジングの内面に施された反射性ライニングと、流体の導入口と流体の排出口とを有し、流体が、導入口からエンクロージャに沿って排出口の方へ流れる形状に形成されており、エンクロージャに沿って流れる流体に、紫外線灯によって発生した紫外線放射線が放射される、紫外線光源。
9. 流体の殺菌に用いられる紫外線光源であって、
   マイクロ波に励起されて紫外線放射線を発生する紫外線灯と、
   前記紫外線灯にマイクロ波エネルギーを供給するマイクロ波エネルギー源と、
   前記マイクロ波エネルギーを、マイクロ波エネルギー源から紫外線灯に案内する導波管であって、前記マイクロ波エネルギー源に連結された線形導波管と該線形導波管に接続された非線形導波管とを含む複数の導波管と、
   紫外線透過性材料から形成され、前記紫外線灯の全体を包囲するエンクロージャとを具え、
   前記エンクロージャは、内面に導電性材料のコーティングが配備され、該コーティングは前記紫外線透過性材料と共に紫外線透過性導波管を形成し、
   前記エンクロージャは、一方の端部に紫外線透過性材料を非線形導波管に連結する連結用フランジが配備され、反対側の他方の端部に、マイクロ波エネルギーの流れがエンクロージャから出るのを阻止する閉鎖用エンド・フランジが配備されている、紫外線光源。
   

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