(57)【要約】【課題】循環精製により純水を精製するサブシステムにおいて純水を一時的に貯えるタンクにおける生菌の繁殖を抑制する方法であって、ランニングコストが低く、かつ、タンクを劣化させるおそれのない方法を提供する。【解決手段】タンクにおける純水の液面の上方から純水に向けて、紫外線ＬＥＤにより紫外線を間欠的に照射する。紫外線の照射は、例えば、１時間当たり１分以上１０分以下の照射時間で行なう。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環精製により純水を生成するサブシステム内に設けられて前記純水を貯留するタンクにおける生菌の繁殖を抑制する方法であって、
前記タンクにおける前記純水の液面の上方から前記純水に向けて紫外線ＬＥＤにより紫外線を間欠的に照射する方法。
【請求項２】
１時間当たりの前記紫外線の照射時間を３０秒以上１０分以下とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ユースポイントに純水を供給する純水製造装置であって、
循環精製を行って前記純水を生成するサブシステムを備え、
前記サブシステムは、
前記純水を貯留するタンクと、
前記タンクにおける前記純水の液面の上方から前記純水に向けて紫外線を照射するように配置された紫外線ＬＥＤと、
前記紫外線ＬＥＤを間欠的に駆動する制御回路と、
を有する純水製造装置。
【請求項４】
前記制御回路は、１時間当たりの前記紫外線の照射時間を１分以上１０分以下とするように前記紫外線ＬＥＤを駆動する、請求項３に記載の純水製造装置。
【請求項５】
前記タンクは、ポリエチレンまたはポリプロピレンから構成されている。請求項３または４に記載の純水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブシステムに設けられて純水を貯留するタンク内での生菌の繁殖を抑制する方法と純水製造装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオサイエンスなどの分野では、純水中の生菌数が多いと実験・分析結果が影響を受けるため、純水中の生菌数を低減させることが必要となる。そこで従来から、紫外線（ＵＶ）を水に照射することによって水の殺菌を行っている。殺菌のための紫外光源としては、古くから水銀ランプが多用されているが、近年、短波長で高出力の紫外線ＬＥＤを入手できるようになってきたので、水銀ランプの代わりに紫外線ＬＥＤを用いるようになってきている。例えば特許文献１には、被処理水を処理して純水を製造する純水製造装置内に、紫外線ＬＥＤにより発生した紫外線を被処理水に照射して殺菌を行う紫外線殺菌装置を組み込むことを開示している。また実験室などにおいて使用される水を殺菌するための装置として、特許文献２には、管の端部に紫外線ＬＥＤからなる紫外光源を設け、この管に通水して殺菌を行う装置が開示され、特許文献３には、容器の蓋部分に紫外線ＬＥＤからなる紫外光源を設け、容器内の被処理水を殺菌する構成が開示されている。
【０００３】
純水の製造では、一般に循環精製により純度を高めるサブシステムが使用され、サブシステムには紫外線酸化装置が設けられており、紫外線酸化処理では殺菌も行われるので、ユースポイントには殺菌された純水が供給されることになる。しかしながら、サブシステム内に設けられ一次純水が供給されるとともに循環した純水を一時的に貯えるタンクでは、水が滞留するので、生菌が繁殖しやすい。安定した品質で純水を製造して供給するためには、タンクにおける生菌の繁殖を抑制する必要がある。実験室用途などで純水を製造して供給する場合には、夜間や休日にはサブシステムを停止させることが多いので、タンクにおいて生菌が特に繁殖しやすくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１２３９３０号公報
【特許文献２】特表２０１６−５２３５９４号公報
【特許文献３】特表２０１６−５２５９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
サブシステムにおいて純水を一時的に貯えるタンクでの生菌の繁殖を抑えるためにタンクにおいて常時、紫外線殺菌処理を行うことが考えられるが、紫外線殺菌処理を常時行うことに伴うランニングコストの上昇の問題が生ずる。また、タンクを構成する材料として、一般に、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などの樹脂が使用されるが、殺菌処理において使用する紫外線によるこれらの樹脂の劣化の問題も生じ得る。
【０００６】
本発明の目的は、サブシステムにおいて純水を一時的に貯えるタンクにおける生菌の繁殖を抑制する方法であって、ランニングコストが低く、かつ、タンクを劣化させるおそれのない方法を提供することにある。
【０００７】
また本発明の別の目的は、サブシステムを有しサブシステムにおいて純水を一時的に貯えるタンクを備える純水製造装置であって、低いランニングコストで、かつ、タンクを劣化させるおそれなく生菌の繁殖を抑制できる純水製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の生菌の繁殖を抑制する方法は、循環精製により純水を生成するサブシステム内に設けられて純水を貯留するタンクにおける生菌の繁殖を抑制する方法であって、タンクにおける純水の液面の上方から純水に向けて紫外線ＬＥＤにより紫外線を間欠的に照射する。
【０００９】
本発明の純水製造装置は、ユースポイントに純水を供給する純水製造装置であって、循環精製を行って純水を生成するサブシステムを備え、サブシステムは、純水を貯留するタンクと、タンクにおける純水の液面の上方から純水に向けて紫外線を照射するように配置された紫外線ＬＥＤと、紫外線ＬＥＤを間欠的に駆動する制御回路と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、サブシステム内に設けられて純水を一時的に貯えるタンクにおいて、低いランニングコストでかつタンクを劣化させることの恐れなく、生菌の繁殖を抑制できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の一形態の純水製造装置を示す図である。
【図２】生菌数の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の一形態の純水製造装置を示している。ここでは、実験室などにおいて採水ディスペンサー８０への純水の供給に適した純水製造装置を例に挙げて説明する。採水ディスペンサーは、ユースポイントにおいて純水を例えばビーカー、フラスコ、試験管などに採水するために用いられるものであり、一般に、純水を吐出するノズルと、ノズルへの純水の経路に設けられてノズルに対して純水を供給し、またこの供給を遮断する開閉弁とを備えている。採水ディスペンサーでは、利用者が開閉弁を操作することによってノズルから純水が吐出し、これにより、利用者はその必要に応じた量で純水を採水することができる。
【００１３】
図示される純水製造装置は、大別すると、水道水などが供給されて一次純水を生成する一次純水製造装置３０と、一次純水製造装置３０で生成された一次純水が配管４５を介して供給されてより純度の高い純水を生成するサブシステム（二次純水システム）５０と、からなっている。サブシステム５０は、循環精製系を備えている。
【００１４】
一次純水製造装置５０において、水道水などの供給水は、弁３１を介して活性炭カートリッジ３２に導入される。活性炭カートリッジ３２の出口水は、圧力スイッチ（ＰＳ）３３及びポンプ３４を介して、逆浸透膜を備える逆浸透装置（ＲＯ）３５に送られる。逆浸透装置３５の濃縮側にはオリフィス３６を備える配管４３が接続し、濃縮側からの排水はこの配管４３を介して排出される。オリフィス３６は、逆浸透装置３５の濃縮側の圧力を一定に保つために設けられている。逆浸透装置３５の逆浸透膜を透過した水は、次に、２段直列に配置されたた非再生型イオン交換装置（ＣＰ：カートリッジポリッシャーともいう）３９，４１に順次通水される。非再生型イオン交換装置３９，４１は、いずれも、強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂とが混床で充填されたものである。逆浸透装置３５と１段目の非再生型イオン交換装置３９のと間の配管には、非再生型イオン交換装置３９に送られる水の導電率及び温度をそれぞれ計測する導電率計（ＣＩ）３７及び温度計（ＴＩ）３８が接続している。１段目と２段目の非再生型イオン交換装置３９，４１の間の配管にも導電率計４０が設けられている。非再生型イオン交換装置４１の出口にはチェック弁４２が設けられている。チェック弁４２の出口は、一次純水製造装置３０の出口となるものであり、配管４５が接続している。一次純水製造装置５０において、活性炭カートリッジ３２、逆浸透装置３５及び非再生型イオン交換装置３９，４１は、いずれも容易に交換可能なカートリッジタイプのものとして設けられている。
【００１５】
サブシステム５０は、配管４５から弁５２を介して一次純水が供給され、純水を貯留するタンク５１を備えている。タンク５１には、タンク５１内の純水に紫外線を照射して殺菌を行うための紫外線照射装置５３と、タンク５１内の純水のレベルを検知するレベルセンサ（ＬＳ）５４と、ベントフィルター５５とが設けられている。ベントフィルター５５を介してタンク５１は大気に連通しており、タンク５１内の圧力が大気圧に維持される。紫外線照射装置５３は、後述するように、紫外線ＬＥＤによって紫外線を発生する。
【００１６】
タンク５１の出口には、タンク５１内の純水を給送するポンプ５６が設けられており、ポンプ５６の出口には、紫外線酸化装置（ＵＶ）５７、直列２段に設けられた非再生型イオン交換装置５８，５９及び限外濾過装置（ＵＦ）６０がこの順で設けられている。ポンプ５６の出口配管から分岐する配管１０１が設けられており、配管１０１の先端には出口ポート７１が設けられている。限外濾過装置６０において限外濾過膜の一次側の水を排水するための配管１０６が設けられており、配管１０６には弁１０７が設けられている。限外濾過装置６０の出口には、出口ポート７２に接続する配管１０２が接続し、配管１０２には、そこを流れる純水の電気抵抗率及び温度をそれぞれ測定するための抵抗率計６３及び温度計６４が接続している。限外濾過装置６０の出口には、純水をタンク５１側に戻すための配管１０３も設けられており、配管１０３の先端には、定流量弁６１が取り付けられている。配管１０３には、そこを流れる純水の全有機炭素（ＴＯＣ）濃度を計測するＴＯＣ計６２が接続している。定流量弁６１の出口には、タンク５１に戻る配管１０４と、出口ポート７３に接続する配管１０５が接続している。配管１０５には背圧弁６５が設けられている。純水のサンプリングに用いられるサンプリング弁６６は、配管１０４に取り付けられている。
【００１７】
サブシステム５０では、タンク５１からポンプ５６、紫外線酸化装置５７、非再生型イオン交換装置５８，５９、限外濾過装置６０、定流量弁６１を経てタンク５１に戻る循環精製系が形成されており、一次純水がこの循環精製系を循環する間にさらに精製され、これにより、ユースポイントに供給されるべき純水が得られる。水を解離できることが必要であるので、紫外線酸化装置５７における紫外線源としては、一般に低圧水銀ランプが使用される。また、サブシステム５０では、配管４５からの一次純水をそのまま排水として排出するために、配管４５に弁６８が接続する。タンク５１の出口には、タンク５１内を排水するための弁６９も設けられている。この弁６９の排水側とタンク５１の入口側との間にはチェック弁６７が設けられている。さらに、純水製造装置の全体の動作を制御するために、制御装置７０が設けられている。制御装置７０には、純水製造装置における水漏れを検出するセンサーが接続されていてもよい。なお、紫外線酸化装置５７は、純水中の全有機炭素を分解するためのものであって殺菌作用も有するが、夜間や休日にはサブシステム５０の運転を停止することがあり、その停止期間中においてもタンク５１における生菌の繁殖を確実に抑制するために、本実施形態においては紫外線酸化装置５７とは別にタンク５１に紫外線照射装置５３を設けている。
【００１８】
サブシステム５０に設けられる出口ポート７１〜７３は、採水ディスペンサー８０の接続位置となるポートである。採水ディスペンサー８０は、例えば可撓性を有する配管７５によって、いずれかの出口ポート７１〜７３に接続される。ここでは３つの出口ポート７１〜７３が設けられているが、サブシステム５０での出口ポートの接続箇所は、図２に示されるものに限定されるものではない。ただし、水質や圧力の観点からは、出口ポート７２に対して採水ディスペンサー８０を接続することが好ましい。サブシステム５０に接続する出口ポートの数は３に限定されるものではなく、増減することができる。例えば、限外濾過装置６０の出口に接続する複数の出口ポートを設け、これらの出口ポートごとに１つずつ採水ディスペンサー８０を接続するようにしてもよい。
【００１９】
次に、採水ディスペンサー８０について説明する。サブシステム５０には紫外線照射装置５３や紫外線酸化装置５７が設けられており、サブシステム５０内を循環する純水に対しては殺菌処理が行われるが、サブシステム５０から分岐する配管、例えば、配管７５，１０１，１０２，１０５や採水ディスペンサー８０の内部の純水は循環しないので、これらの位置で生菌が繁殖するおそれが残る。そこでここで説明する採水ディスペンサー８０は、それ自体に紫外線ＬＥＤを使用した紫外線殺菌機構を備えており、含まれる生菌の数を低減した純水を常に供給することが可能としている。
【００２０】
採水ディスペンサー８０は、大別すると、ヘッド部８０ａと本体部８０ｂとから構成されており、ヘッド部８０ａと本体部８０ｂとは可撓性を有する配管８４によって接続されている。採水ディスペンサー８０の使用形態として、例えば、実験台の上に整列して置かれた多数の試験管に対して次々と純水を注ぐために用いる、というものがある。そこで、採水ディスペンサー８０として機能させるために必要な制御機構などは本体部８０ｂに設けるとともに、実際に純水の注ぎ口となる部分は、利用者によって把持されて所望の位置に動かすことができるヘッド部８０ａに設けるようにしている。
【００２１】
ヘッド部８０ａは、本体部８０ｂから配管８４を介して送られてきた純水を吐出するものであり、配管８４に接続する流路８５と、流路８５の末端に設けられて純水を吐出するノズル８６と、流路８５を流れる純水に対して紫外線を照射する紫外線照射部８７を備えている。紫外線照射部８７は紫外線殺菌機構を構成するものであって、紫外線照射部８７における紫外線源としては、紫外線ＬＥＤが用いられている。さらにヘッド部８０ａは、利用者の需要に応じて純水を吐出するために、利用者によって操作されるスイッチ８８を備えている。
【００２２】
一方、本体部８０ｂには、サブユニット５０からの配管７５に一端が接続する配管８１と、配管８１に設けられた流量センサー８２と、配管８１の他端に取り付けられた電磁弁８３と、採水ディスペンサー８０の動作を制御する制御部９０と、制御部９０に接続する操作パネル８９とが設けられている。操作パネル８９は、利用者からの例えば採水量や採水モード（例えば、定量モードや任意量モード）の設定を受け付けるとともに、利用者に対して必要な表示を行うものである。制御部９０は、採水ディスペンサー８０の全体の制御を行うものであり、例えば、ヘッド部８０ａのスイッチ８８を介して入力した利用者からの採水要求を受け付け、採水モードが定量モードである場合には、流量センサー８２で検出される流量の累積値が設定値となるまで電磁弁８３を開放することにより、その設定値で示される量の純水がヘッド部８０ａに送水されるようにする制御を行う。採水モードが任意量モードである場合には、制御部９０は、スイッチ８８が操作されている期間だけ電磁弁８３を開放する制御を行う。また制御部９０は、採水モードによらず、電磁弁８３が開放しているときのみ、紫外線照射部８７内の紫外線ＬＥＤが駆動されるように制御を行う。
【００２３】
次に、タンク５１と、タンク５１に設けられる紫外線照射装置５３について説明する。タンク５１は、例えばポリプロピレンあるいはポリエチレンからなっている。タンク５１の天井板には、紫外線照射装置５３とベントフィルター５５とが設けられている。紫外線照射装置５３は、紫外線ＬＥＤを有している。この紫外線ＬＥＤは天井板を貫通するように設けられ、図示矢印で示すようにタンク５１内部に向けて紫外線を照射するように配置されている。この紫外線ＬＥＤは、制御回路７０によって駆動される。タンク５１の天井部から下方に紫外線を照射する構成、すなわち、純水の液面よりも上方からタンク５１内の純水に向けて紫外線を照射する構成であるから、タンク５１内の純水の量によっては、水による吸収によってタンク５１の底部まで紫外線が届かない可能性もある。しかしながら、タンク５１内で繁殖すると考えられる細菌は好気性細菌であり、好気性細菌は溶存酸素濃度が高い領域すなわち液面に近い領域に多く存在すると考えられるから、上方より液面に向けて紫外線を照射して殺菌処理を行うことにより、効果的に生菌の繁殖を抑制できることになる。また、本実施形態においては、紫外線ＬＥＤによって発生する紫外線により殺菌処理を行うので、紫外線ＬＥＤが発生する紫外線は殺菌効果の高い波長のものである必要がある。この観点から、紫外線ＬＥＤとしては、その発光ピーク波長が２６０ｎｍ以上２８５ｎｍ以下の範囲内にあるものを使用することが好ましい。このような短波長の紫外線を発生する紫外線ＬＥＤは動作時の発熱量が大きいから、紫外線照射装置５３には、例えば放熱板などを設けることが好ましい。
【００２４】
紫外線照射装置５３における紫外線ＬＥＤの駆動方法について説明する。本実施形態では、紫外線ＬＥＤからの紫外線による殺菌処理を行っているが、殺菌処理に使用されるような波長の紫外線は、タンク５１を構成するポリプロピレンやポリエチレンの劣化を促進することが知られている。したがって紫外線ＬＥＤを連続して動作させた場合には、タンク５１の劣化が生じることが懸念される。また、一般に市販されている紫外線ＬＥＤの公称寿命は例えば１万時間程度であり、これは連続動作させたとすると１年２ヶ月弱となるので、ある程度の期間ごとに紫外線ＬＥＤの交換が必要になると考えられる。そこで本実施形態では、例えば１時間の期間ごとに連続して１分間だけ紫外線ＬＥＤを点灯するというように、制御回路７０により間欠的に紫外線ＬＥＤを動作させ、紫外線をタンク５１内の純水に照射している。後述の実施例から明らかになるように、本発明者らの実験によれば、例えば１時間当たり１分間照射するだけでも十分に生菌の繁殖を抑制することができた。間欠的な紫外線照射では、紫外線ＬＥＤの点灯時間を１時間当たり１分以上１０分以下とすることが好ましい。本発明者が行なった結果によれば、１時間ごとに１分間紫外線を照射することで、菌の繁殖を効果的に抑制できた。また、１時間当たりの点灯時間が１０分を超えると、紫外線ＬＥＤで発生するための熱を放散させる放熱部材（ヒートシンク）を大型化したり、あるいは冷却ファンの設置が必要となり、装置構成が複雑化する。紫外線ＬＥＤが連続して非駆動とされる消灯時間が長すぎるとその間の生菌の繁殖を無視できなくなる。
【００２５】
本実施形態ではタンク５１内の純水に向けて間欠的に紫外線を照射している。水銀ランプを紫外線源として用いる場合には、ランプの点灯と消灯とを繰り返すことによってランプ寿命が著しく短縮することが知られているが、紫外線ＬＥＤの場合にはそのような寿命短縮の恐れはない。１時間ごとに１分間、紫外線ＬＥＤを駆動するとすると、紫外線ＬＥＤの駆動時間は年間約１５０時間となるが、紫外線ＬＥＤの寿命は例えば１万時間であるので、純水製造装置の一般的な使用期間内では紫外線照射装置５３の紫外線ＬＥＤを交換する必要がなくなって、ランニングコストが削減できるものと予想される。さらに、紫外線の照射が間欠的であるので、連続照射の場合に比べ、タンク５１を構成するポリプロピレンまたはポリエチレンの劣化を抑制することができる。
【実施例】
【００２６】
次に、実施例により、本発明をさらに詳しく説明する。
【００２７】
（実施例１）
容積が２０Ｌであるポリプロピレン製のタンクを２つ用意した。一方のタンクには、その天井板に、内部の液体に対して紫外線を照射するように紫外線ＬＥＤを取り付けた。そして、予め過酸化水素で殺菌処理を行った純水をそれぞれのタンクに注水し、紫外線ＬＥＤを取り付けた方のタンクでは、１時間ごとに１分間、紫外線ＬＥＤを駆動して、タンク内で純水の液面の上方から純水に紫外線を照射した。その後、各タンク内の純水をサンプリングし、サンプリングされた純水中の生菌数をカウントし、注水からの経過日数と生菌数との関係を調べた。結果を図２に示す。図２において、「紫外線照射あり」は、紫外線ＬＥＤを備えて純水への紫外線の間欠的な照射が行われたタンクにおける生菌数の検出結果であり、「紫外線照射なし」は、紫外線ＬＥＤを備えず、したがって紫外線の照射も行われなかったタンクにおける生菌数の検出結果である。
【００２８】
各タンクは循環精製の経路に組み込まれたものではないが、図２によれば、１時間ごとに１分というような休止時間の割合が大きい間欠的照射であっても、紫外線を照射することによってタンクでの生菌の繁殖を抑制できることが分かる。
【００２９】
（実施例２）
紫外線ＬＥＤによって紫外線を照射したことによるタンクの強度の劣化について検討した。タンクがポリプロピレンで構成されているとして、ポリプロピレン製の試験片を用意し、紫外線ＬＥＤを１時間に１分間だけ点灯することを５０年間繰り返した場合と照射量が同じになるように、至近距離から試験片に紫外線を照射し、劣化度を評価した。ＵＶを照射した試験片と比較するために、ＵＶ照射を行わなかった試験片も用意してこれをブランクの試験片とした。
【００３０】
ＵＶ照射を行なった試験片とブランクの試験片の各々について、降伏強度を測定したところ、ブランクの試験片の降伏応力は２９Ｎ／ｍｍ2であったのに対し、ＵＶ照射を行なった試験片での降伏応力は２５Ｎ／ｍｍ2であった。
【００３１】
ところで、タンクの容積が１００Ｌであり、最大容量での純水の液面深さが６５ｃｍであるとすると、タンクの水頭圧は０．００６４Ｎ／ｍｍ2となる。ＵＶ照射を行なうことによってポリプロピレンの強度は低下するが、紫外線を１時間ごとに１分間照射することを５０年間続けたとしても、上記の降伏応力と水頭圧とを比較すると、紫外線照射による強度の低下は実用上問題にならない、と判断される。
【００３２】
（実施例３）
紫外線照射によるタンクの劣化の一形態として、タンクからの有機物の溶出について検討した。ポリプロピレン製の試験片を６枚用意し、このうち試験片＃１〜＃３に対し、紫外線ＬＥＤを１時間に１分間だけ点灯することを１０年間繰り返した場合と照射量が同じになるように、至近距離から紫外線を照射した。試験片＃４〜＃６はブランクの試験片であって、紫外線照射を行なわなかった。その後、試験片ごとに、その試験片をＴＯＣ（全有機炭素）濃度が１ｐｐｂ以下である純水に２４時間浸漬し、浸漬水のＴＯＣを分析した。結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
2018202292.tif 000003
紫外線を照射した試験片（試験片＃１〜＃３）と紫外線を照射しなかった試験片（試験片＃４〜＃６）とでは、浸漬水におけるＴＯＣに有意な差は認められず、タンク内の純水に対して紫外線ＬＥＤからの紫外線を間欠的に照射した場合には、紫外線照射が純水のＴＯＣに影響は与えることがないものと判断される。
【符号の説明】
【００３４】
５０    サブシステム
５１    タンク
５３    紫外線照射装置
７０    制御回路
【図１】
2018202292.tif 000004
【図２】
2018202292.tif 000005