説明

紫外線放射を使用するモジュール式大容量高圧液体殺菌

【課題】
液体が貫流する管(20),複数の放射源(14)及び放射を液体に焦点合わせする複数の反射器(48)から構成された液体を放射露光する装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液体殺菌、特に紫外線(UV)放射を使用する液体殺菌に関する。
【背景技術】
【0002】
排水を含む水,ジュース,海水,マリネード,飲料等のような透明な又は不透明な液体を殺菌するためUV放射を使用することが公知である。幾つかの例が、米国特許第 3,527,940号明細書及び米国特許第 4,968,891号明細書を含む。これらの開示は、参照によってここで具体化されている。液体を殺菌するためにUV放射を使用することは、液体を殺菌するその他の方法に比べて多くの場合に非常に興味のある選択にさせる多くの利点を提供する。このUV放射は、多くの場合に速くて簡単で比較的安価な方法において改良された殺菌用に提供される。
【0003】
UV放射を使用して液体を殺菌する従来の装置及び方法には、まだ多くの欠点がある。例えば装置が比較的不十分な特性である場合、処理される流速及び使用される動作圧力が不本意に制限される。洗浄の目的に対して使用され得る同様に圧力及び流速に関して制限された比較的不十分な特性の装置は、適切な装置の洗浄の利便性を提供することをより困難にするか又は不可能にする。液体を殺菌するUV放射の効率が、主に液体中の乱流に起因して距離と共に指数のように急激に低下し、液体の殺菌を提供するものの信頼できない。また、殺菌の希望するレベルに対する露光時間が、多くの場合に希望しない大きい装置の使用又はこのような装置の希望しない多数のユニットの使用を招き、システムのコストを上げかつ貴重な床スペースを占有する。一般的な従来の技術のユニットでは、蛍光灯によって放出された放射の重要な部分が、処理されるべき液体に直接指向されずに無駄になり、放射及びこの放射を生成するために消費される電力を無効に使用させる。液体のUV殺菌を提供するために使用される従来のキャビネット又はユニットも、異なる流れパターン,流速及び処理時間においてほとんど柔軟性がないか又は柔軟性がない。さらに従来のキャビネット及びユニットは、保守及び修理が困難でありかつ時間がかかり、一般に全てのキャビネット又はユニットを停止することを要求し、長期間使用されない。
【特許文献1】米国特許第 3,527,940号明細書
【特許文献2】米国特許第 4,968,891号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の課題は、高効率を提供する放射によって液体を処理するシステム及び方法を提供することにある。
【0005】
さらに本発明の課題は、最小の調節によって平行流と連続流との間の柔軟な切替えを可能にする上述した種類のシステムを提供することにある。
【0006】
さらに本発明の課題は、高い圧力及び流速を処理する丈夫なシステムを提供する上述した種類のシステムを提供することにある。
【0007】
さらに本発明の課題は、蛍光灯やその他の要素の速くて簡単な交換を可能にするモジュール式照明ユニットを使用する上述した種類のシステムを提供することにある。
【0008】
さらに本発明の課題は、蛍光灯を使用することによって生成された放射を高効率に使用する上述した種類のシステムを提供することにある。
【0009】
さらに本発明の課題は、処理室の長さを長くすることなしに処理経路を長くする上述した種類のシステムを提供することにある。
【0010】
さらに本発明の課題は、処理すべき液体をより均一に露光する上述した種類のシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
この課題は、請求項1に記載の装置及び請求項15に記載の方法によって解決される。
【0012】
さらに本発明の課題は、処理室の同じ端部での液体の流入及び流出の利便性を提供する上述した種類のシステムを提要することにある。
【0013】
これらの課題,その他の課題及び利点を実現するため、放射処理方法及び装置が開示されている。この装置は、処理室及びこの処理室の近くに配置されたUV蛍光灯のような放射源から構成される。処理室は加熱器を有する。内管と外管とが、同軸状に整合されてこの加熱器に連結されている。これらの同軸状に整合された管は円環領域を形成する。静的ミキサが、円環を貫流する螺旋形を描く液体を確定する。出口経路が、内管の中央及びヘッダに設けられている。流入マニホールド及び流出マニホールドが提供されている。この代わりに、隣接する複数の処理室が、平行な流れ又は連続する流れを提供するために整合され連結されてもよい。モジュール式照明ユニットが使用される。このモジュール式照明ユニットは、2つの鏡像から構成されかつブラケットを有する。このブラケットは、反射器と各処理室に隣接するUV蛍光灯とを支持し整合させる。
【0014】
以下に、好適な実施の形態で推奨される本発明の構成,特徴及び利点を図面に基づいて詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
図1は、本発明の放射処理装置10を示す。この装置10は、処理室12及びこの処理室12の近くに配置された放射源14から構成される。
【0016】
処理室12は、ヘッダ16,内管18,外管20,静的ミキサ22及びエンドキャップ24を有する。ヘッダ16は、外側ハウジング26,内側ヘッダ管28,流入口32を有する流入管30及び流出口36を有する流出管34を備える。外側ハウジング26は、その上が開いていて、その底が閉じていてかつ対向する側に配置された2つの横開口部を有する。一方の開口部は、他方の開口部よりも大きい。取付部材38が、外側ハウジング26の底壁に確保されている。流入管が、2つの横開口部のうちの大きい横開口部に整合されて外側ハウジング26に連結されている。流出管34が、2つの横開口部のうちの小さい横開口部に整合されて外側ハウジング26に連結されている。流入管30及び流出管34は、共に約1.5 インチの内径を有する。流出管34の内径は、横開口部の直径よりも大きい。内側ヘッダ管28は、中央に配置されかつ外側ハウジング26に同軸状に整合された流入口及び2つの横開口部のうちの小さい開口部に整合された流出開口部を有する。内側ヘッダ管28の内径は、この横開口部の直径とほぼ同じである。ヘッダ16は、好ましくはステンレス鋼製であって適切に洗浄されている。当然に、ヘッダ16は、異なる材料や材料の組み合わせで形成してもよい。ヘッダ16は、異なる多数の部品から組み立てるか若しくは作ってもよいし又は1つ又は複数の一体部材として鋳造若しくは成形されてもよい。
【0017】
外管20は、UV放射又は使用される放射の種類に対して透明である材料から作られる。外管20は、好ましくはポリマーから構成され、より好ましくは蛍光ポリマーから構成され、最も好ましくはフッ化エチレンプロピレンから構成される。外管は、当然に希望の程度の透過性を呈する既知のあらゆる材料から構成されてもよい。外管20は、約60インチの長さを有しかつ約1.25インチの内径を有する。外管20の低い部分は、ホースクランプ40を使用することによってヘッダ16に対して確保されている。エンドキャップ24が、ホースクランプ40を使用することによって外管20の上部分に固着されている。エンドキャップ24の底面42が、液体を最小の圧力低下で方向転換させることを支援するために湾曲されている。
【0018】
内管18の流出端部が、内側ヘッダ管28の流入端部に連結されている。内管18は、同軸状に外管20に整合して外管20の高さ全体に沿って延在する。内管18は、好ましくは約0.5 インチ〜約3.25インチの範囲内の内径を有するステンレス鋼である。この内管は、約0.75インチ〜約3.5 インチの範囲内である外径を有する。内管18の外径及び外管20の内径は、比較的狭い円環44を約0.25インチの幅をこれらの間に作るために好適に選択される。内管18の内面は、内側の流路を形成する。外管20の内面及び内管18の外面は、外側の流路を形成する。内管18の末端部の開口部は、液体を外側の流路から内側の流路内に流す。内管18の外面は、放射源14からの放射に対して透明でなくて好ましくは放射を反射する。
【0019】
静的ミキサ及び螺旋状部材22は例えば溶接によって内管18の外径に固着されたオーガビットによる静的ミキサである。このミキサ22は、内管18の外壁と外管20の内壁との間に延在し、好ましくは外管20の内壁に接触する。ミキサ22は、好ましくはステンレス鋼である。異なる角度の螺旋が、装置10の希望する特性に応じて使用される。好適な実施の形態では、この螺旋は、円環44の各1インチに対して約3.9 インチの液体の流路を提供する。円環44の高さが約60インチである処理室12に対しては、この領域は、約 234インチの液体の流路を提供する。
【0020】
図2は、2つの鏡像部分47から構成されたモジュール式照明ユニット46を示す。これらの鏡像部分47は、ヒンジ49又はその他の便利な方法によって互いに連結されている。各鏡像部分47は、複数の蛍光灯14,1つ又は複数の反射器48及びブラケット50から構成される。ブラケット50は、蛍光灯14を支持し整合させかつこれらの蛍光灯14に隣接して位置決めされた1つの又は複数の反射器48を支持し整合させる。蛍光灯14の外側部分から処理室12の後に放出された放射を反射し焦点合わせするために配置され整合された各蛍光灯14に関連して、反射器48は、半円,双曲線又は放物線状の部分又はセグメントのような湾曲した部分又はセグメントで形成される。これらのセグメントは、反射器48が一般にクラムシェル形状であるように配置されている。したがって、隣接するセグメントの断面の共通の面に接する1つのセグメントの断面は、隣接するセグメントの断面を有する共通の円又は半円の部分を形成しない。各断面は、好ましくは半円である。セグメントの各断面は、約45°より大きいアーチ長さのを有する。反射器48の内面は、使用される放射を良く反射するように選択される。例えばUV蛍光灯14が使用される場合、内面は、好ましくは研磨されたアルミニウムである。各部分47は、その対応する部分47に対して確保され、キャビネットの後の壁やキャビネット66内に配置されたブラケットのようないろいろな方法でキャビネット66内に収納される。好適な実施の形態では、1つの部分47が、キャビネット66の後の部分に向かって配置され、これに対応する部分47が、キャビネット66の前の部分に向かって配置されている。その結果、前の部分47は、容易に開けられて処理室12及び照明ユニット46の部分47にアクセスできる。各部分47は、関連する処理室又は対応する部分47を取外す必要なしに独立して取外し可能である。各部分47のブラケット50は、蛍光灯14を外管20の外面に非常に近づけて設置するために配置される。モジュール概念が使用される好適な実施の形態では、独立したモジュール式照明ユニット46が、各処理室12に関連される。追加の又は予備のモジュール式照明ユニット46を装置10と共に提供することも好ましい。このことは、設置されたユニットが修理,保守又は交換の必要になった時に設置されたユニット46を予備のユニット46に迅速に交換することによって時間を節約する。
【0021】
図3,4中に示された代わりの実施の形態では、1つ又は複数の蛍光灯ラック52が、各処理装置10によって使用される蛍光灯14及び反射器48と共に複数の処理室12の複数の外管20を支持し整合させるために使用される。図3中に示すように、複数組の孔54及び開口部56が、外管20及び蛍光灯14をそれぞれ支持し整合させるために設けられている。
【0022】
図5では、流入マニホールド58及び流出マニホールド60が、設けられていて、複数の隣接する処理室12を貫流する液体の平行な流れを可能にするために配置されている。これらのマニホールドは、使用される希望する数の処理室12に対して一組の第1流入及び流出マニホールドセグメント58a,60a及び一組の第2流入及び流出マニホールドセグメント58b,60b等を有するモジュール配置で設けられている。各流入及び流出マニホールド58,60のセグメントの長さ62は、流入管30の流入口32と流出管34の流出口36との間の距離64に等しい。このことは、各処理室12を図5中に示したように平行な流れを提供するために又は図6中に示したように連続する流れを提供するために速くかつ容易に適合させることを可能にする。
【0023】
図6は、複数の処理室12に液体を連続して貫流させるために配置された複数の処理室12を示す。この配置では、希望する数の処理室12に対して、第1処理室12の流出管34の流出口36が、第2処理室12の流入管30の流入口32等に整合されている。
【0024】
図7中に示されたように、本発明の放射処理装置10は、キャビネット66及び関連する要素も有数する。1つ又は複数の処理室12,複数組の関連する蛍光灯14,反射器48,流入マニホールド58及び流出マニホールド60が、キャビネット66内に収納されている。キャビネット66は、好ましくは主にステンレス鋼製である。その他の要素は、キャビネット66内に又はその近くに配置される。例えば電力線68が、電力を各蛍光灯14に関連する制御部70及び安定器72に供給する。これらは、キャビネット66内又は独立してキャビネット66の上に収納される。ファン74を安定器72及び制御部70を冷却するために設けてもよい。ドレイン管78をキャビネット66の床に設けてもよい。好適な実施の形態では、独立したファン74が、各モジュール式照明ユニット46に関連する。ファン74は、正圧キャビネットを提供するために配置される。当然に、異なるファン74の配置を使用してもよい。1つ又は複数のファンを正圧キャビネット又は負圧キャビネットを提供するために配置してもよい。キャビネット66の下側の壁に配置された1つ又は複数の流入又は流出管80,82,84を設けてもよい。例えば処理室12が図5中に示されたように整合されている場合に液体を処理室12に平行に貫流させる流路を提供するため、図8中に示されたように、外管80,82が、流入及び流出マニホールド58,60にそれぞれ整合するために配置されている。処理室12が、図6中に示されたように連続する流れに対して整合される場合、中央に位置された管84は、処理室12の流入管30及び流出管34に整合させるために配置されている。
【0025】
図5,6では、複数の処理室12が、動作中に液体を希望する数の処理室12に平行に又は直列に貫流させるために整合されている。当然に、希望であるならば単一の処理室12を使用してもよい。処理室12が希望通りに整合され、キャビネット86がUV放射に対して曝されることを保護するために閉ざされると、蛍光灯14が起動してUVを放射する。次いで処理される液体が、希望の圧力及び流速で装置10に供給される。装置は、排水を含む水,ジュース,海水,マリネード,飲料等のような透明な又は不透明な液体を含みこれらに限定されないあらゆる液体に関連して使用してもよい。
【0026】
平行な流れでは(図5)、液体が、希望する数の流入マニホールドセグメント58a,58b,58cを貫流して満たし、そして各流入マニホールド58セグメントから関連する処理室12内に流入する。図1中に良く見えるように、液体が、流入管30及びハウジング26を通じて内管18と外管20との間の円環44内に流入する。静的ミキサ22は、液体を水密な螺旋パターンで螺旋状の経路に沿って上に向かって円環44を通じて処理室12の上部に送る。液体が、蛍光灯14近くの狭い円環44を通過するにつれて、蛍光灯14からのUV放射が、希望する程度の殺菌を提供する。螺旋形の静的ミキサ22の使用は、液体が円環44を上に貫流しる時に液体の重要な混合及び攪拌を提供する。その結果、液体の異なる部分が、蛍光灯14に向かって近づいて、そしてさらに蛍光灯14から遠ざかるように移動される。このことは、液体にわたる放射の露光を保証しかつ比較的処理されなかったか又は相当に過剰処理された隔離部分を残す可能性を低減するエンドキャップ24は、液体の上の流れを阻止して液体を内管18を通じて下流に流す。次いで液体は、内管18,内側ヘッダ管28そして流出管34を貫流する。処理室12が、平行な流れを提供するために整合されている場合(図5)、液体が、さらなる使用及び処理のために流出管34から関連する流出マニホールド60を貫流する。処理室12が、連続する流れを提供するために整合されている場合(図6)、液体が、上述した処理を繰り返すために1つの処理室12の流出管34から別の処理室12の流入管30に流入する。
【0027】
本発明の堅牢な装置10は、この装置10の損傷のおそれなしに広い範囲又は圧力及び流速下で作動されてもよい。例えば本発明の装置10は、好ましくは実質的に約30psig〜約60psigの範囲内にある、さらに好ましくは約57psigである圧力に達するか又は超える作業圧力で安全に作動される。装置10は、好ましくは実質的に約 100psig〜約 300psigの範囲ないにある、さらに好ましくは約 286psigである圧力に達するか又は超える爆発圧力に耐える。多くの用途で希望される流速は、一般に毎分約1ガロン〜毎分約20ガロンの範囲内にある。同様に、一般的な洗浄に対して希望される流速は、毎分25ガロン以下である。さらに高い流速が、ジュースのバッチ処理のような用途に対して望ましい。ジュースのバッチ処理では、毎分70ガロンに達するか又は超える流速を処理することが時として望ましい。従来の放射処理装置の比較的壊れやすい特性に起因した限界のために、UV放射装置が、このような高い流速を要求する装置で使用されるとは信じられていなかった。反対に本発明のこの堅牢な構造は、好ましくは毎分約30ガロン、さらに好ましくは毎分約55ガロン、最も好ましくは毎分約80ガロンまでの流速を安全に処理することを可能にする。1つの処理室12は、一般に毎分約10〜12ガロンを処理する。
【0028】
その他の変更や置換は上述している。場合によっては、本発明の幾つかの特徴が、その他の特徴を使用することなしに採用される。例えば多数の処理室12を使用してもよい。同様に、1つの処理室12に8つの蛍光灯14を使用することが好ましいものの、1つの処理室12に任意の数の蛍光灯14を使用してもよい。異なる種類のミキサ22を円環44内に使用してもよいし又はミキサ22を省略してもよい。さらに、好適な実施の形態で説明した数と逆の制限されない任意の数の流路を使用してもよい。同様に、完全に連続する流れ、完全に平行な流れ又は連続する流れと平行な流れとを任意に組み合わせた流れを使用してもよい。またヘッダ16は、処理室12の上部のように異なる位置に配置されてもよい。同様に、液体を円環44と内環18とに流入及び流出させるため、任意の異なる方法を使用してもよい。UV放射を提供する蛍光灯14が好ましいものの、希望する用途に応じて任意の異なる種類の放射及び放射源14を使用してもよい。さらに反射器48を任意の形,大きさ若しくは構造にしてもよいし又は省略してもよい。さらに、装置の様々な要素を支持し整合させるため、任意の数の異なる構造及び配置を使用してもよい。同様に、使用者を遮蔽し放射露光から周囲を包囲するため、任意の数の異なる構造及び配置を設けてもよい。好適な実施の形態は、特に液体を処理するために役に立つものの、当然に本発明は、任意の異なる形態や物を処理するために使用してもよい。例えば本発明の装置は、限定されないものの固体物質を含む気体又は液体物質を処理するために使用してもよい。当然に、全ての定量的な情報が、例だけによって与えられて本発明の範囲を限定するものでない。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明の放射処理室の一部を形成する処理室の部分側面図である。
【図2】本発明の放射処理装置の部分上面図である。
【図3】本発明の放射処理装置の別の実施の形態の部分側面図である。
【図4】本発明の放射処理装置の別の実施の形態の部分上面図である。
【図5】本発明の放射処理室の平行な流れの整合の上面図である。
【図6】本発明の放射処理装置の連続する流れの整合の上面図である。
【図7】本発明の放射処理装置を収納するためのキャビネットの前面図である。
【図8】本発明の放射処理装置を収納するためのキャビネットの部分側面図である。
【符号の説明】
【0030】
10 放射処理装置
12 処理室
14 放射源
16 ヘッダ
18 内管
20 外管
22 静的ミキサ
24 エンドキャップ
26 外側ハウジング
28 内側ヘッダ管
30 流入管
32 流入口
34 流出管
36 流出口
38 取付部材
40 ホースクランプ
44 円環
46 モジュール式照明ユニット
47 鏡像部分
48 反射器
49 ヒンジ
50 ブラケット
52 蛍光灯ラック
54 孔
56 開口部
58 流入マニホールド
60 流出マニホールド
66 キャビネット
68 電力線
70 制御部
72 安定器
74 ファン
78 ドレイン管
80 流入管
82 流出管

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内面を有する外管を有し;
内面及び外面を有する内管を有し、この内管は、外管内に配置され、その結果、この外管の内面及びこの内管の外面が、外側の流路を形成し、その結果、この内管の内面が、内側の流路を形成し、この内管は、開口部を有し、この開口部が、この外側の流路をこの内側の流路に連結し;
この外管に隣接して配置された放射源を有する装置。
【請求項2】
外側の流路内に配置された螺旋状部材をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項3】
装置は、ヘッダをさらに有し、このヘッダは、外管の端部の近くと内管の端部の近くとに固着され、このヘッダは、この外管とこの内管とに連結されている請求項1に記載の装置。
【請求項4】
ヘッダは、流入する流路及び独立した流出する流路を形成し、この流入する流路は、この外側の流路又はこの内側の流路に連結されていて、この流出する流路は、その他の外側の流路又は内側の流路に連結されている請求項3に記載の装置。
【請求項5】
ヘッダは、流入する流路及び独立した流出する流路を形成し、この流入する流路は、この外側の流路に連結されていて、この流出する流路は、この内側の流路に連結されている請求項3に記載の装置。
【請求項6】
外管の末端部分に固着されたエンドキャップをさらに有する請求項1に記載の装置。
【請求項7】
内管の開口部は、内管の末端部分に配置されている請求項6に記載の装置。
【請求項8】
内管は、放射源からの放射に対して透過性でない請求項1に記載の装置。
【請求項9】
内管は、ステンレス鋼製である請求項1に記載の装置。
【請求項10】
処理室を有し;
この処理室の近くに配置された放射源を有し、この放射源は:
この処理室の近くに配置された第1蛍光灯を有し;
この処理室の近くに配置された第2蛍光灯を有し;
第1蛍光灯の近くに配置された第1反射器セグメントを有し、この第1反射器セグメントは、第1断面を有し;
第2反射器セグメントが、この第1反射器セグメントに隣接し、この第2蛍光灯の近くに配置され、この第2反射器セグメントは、この第1断面と共通の平面に第2断面を有し、この第1断面及びこの第2断面は、共通の円又は半円の一部を形成しない装置。
【請求項11】
第1断面及び第2断面は、半円である請求項10に記載の装置。
【請求項12】
第1断面は、約45°より大きい第1アーチの長さを有する請求項10に記載の装置。
【請求項13】
処理室の第1部分の近くに配置された第1ブラケットを有し;
この処理室の第2部分の近くに配置された第2ブラケットを有し、第1,第2及び第3反射器セグメントが、この第1ブラケットに固着されている請求項12に記載の装置。
【請求項14】
処理室の近くに配置された第4蛍光灯を有し;
この処理室の近くに配置された第5蛍光灯を有し;
この第4蛍光灯の近くに配置された第4反射器セグメントを有し、この第4反射器セグメントは、第4断面を有し;
第5反射器セグメントが、この第4反射器セグメントに隣接しかつこの第5蛍光灯の近くに配置されていて、この第5反射器セグメントは、この第4反射器セグメントと共通の平面にある第5断面を有し、この第4断面及びこの第5断面は、共通の円又は半円の一部を形成しない請求項13に記載の装置。
【請求項15】
(1)第1管及び第2管を設け、この第2管の少なくとも一部が、この第1管内に配置されていて;
(2)液体をこの第1管の内壁とこの第2管の外壁との間に貫流させ;
(3)この液体が、この第1管の内壁とこの第2管の外壁との間に貫流する時に、この液体を放射線に当て、そして
(4)ステップ(2)の前又は後に、この液体をこの第2管の内部に送ることから成る方法。
【請求項16】
ステップ(4)は:
ステップ(2)後に液体を第2管の内部に送ることから成る請求項15に記載の方法。
【請求項17】
ステップ(2)は、液体を第1管の内壁と第2管の外壁との間の螺旋路に沿って送ることから成る請求項15に記載の方法。
【請求項18】
ステップ(3)は、液体が第1管の内壁と第2管の外壁との間を貫流する時にこの液体をUV蛍光灯によって放射線に当てることから成る請求項17に記載の方法。
【請求項19】
ステップ(2)は、液体を約30psig以上の圧力で第1管の内壁と第2管の外壁との間を貫流させることから成る請求項15に記載の方法。
【請求項20】
ステップ(2)は、液体を約毎分10ガロン以上の流速で第1管の内壁と第2管の外壁との間を貫流させることから成る請求項15に記載の方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公表番号】特表2006−514852(P2006−514852A)
【公表日】平成18年5月18日(2006.5.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−567393(P2004−567393)
【出願日】平成15年9月3日(2003.9.3)
【国際出願番号】PCT/US2003/028218
【国際公開番号】WO2004/067048
【国際公開日】平成16年8月12日(2004.8.12)
【出願人】(505172008)セーフ・フーズ・コーポレイション (2)
【Fターム(参考)】