(57)【要約】【課題】低エネルギー電子線で無菌化効率を向上させること。【解決手段】液流を通すダクト２と、ダクト２の中の液流に電子線透過窓５を介して電子線流を導入する電子線生成器３とから構成されている。電子線流は液流の流れ方向に概ね直交し、液流の流れ方向に直交する直交方向の幅は、電子線流の有効飛行距離の２倍より狭い。低エネルギー電子線で無菌化効率が向上する。その直交方向の幅は、電子線流の有効飛行距離に概ね等しく、低エネルギー電子線の利用効率がより高い。直交方向の幅は、０．５ｍｍ又は０．５ｍｍより狭いことが重要である。このように液流の幅が狭く設定され、低エネルギー電子線が有効に利用される。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液流を通すダクトと、
前記ダクトの中の前記液流に電子線透過窓を介して電子線流を導入する電子線生成器とを具え、
前記電子線流は前記液流の流れ方向に概ね直交する
殺菌装置。
【請求項２】
前記液流の前記流れ方向に直交する直交方向の幅は、前記電子線流の有効飛程に概ね等しい
請求項１の殺菌装置。
【請求項３】
前記液流の前記流れ方向に直交する直交方向の幅は、０．５ｍｍ又は０．５ｍｍより狭い
請求項２の殺菌装置。
【請求項４】
前記電子線流は、前記液流に直交方向に対向する両側から前記液流に照射される
請求項１の殺菌装置。
【請求項５】
前記液流の前記流れ方向に直交する直交方向の幅は、前記電子線流の有効飛行距離の２倍に概ね等しい
請求項１の殺菌装置。
【請求項６】
前記液流は、
前記液流の前記流れ方向に直交する直交方向の幅が狭い第１液流部位と、
前記直交方向の幅が前記第１液流部位の前記幅より広い第２液流部位とを備え、
前記電子線流は前記第１液流部位に照射される
請求項１〜６から選択される１請求項の殺菌装置。
【請求項７】
前記電子線透過窓に対向する側で前記液流に直接に接触し前記電子線流を反射する電子線反射板
を更に具える請求項１〜６から選択される１請求項の殺菌装置。
【請求項８】
前記液流は循環型液流である
請求項１〜７から選択される１請求項の殺菌装置。
【請求項９】
前記液流の前記流れ方向に直交する直交方向の幅は、前記電子線流の有効飛行距離に概ね等しいか、又は、前記有効飛行距離より広い
請求項８の殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、殺菌装置に関し、特に、液体中の微生物の生理活性を無効化する殺菌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球規模的にネットワーク化される市場に投入される医薬品、食料品のような人体内投入医学生理学的物質は、その量がますますに増大している。複雑にネット化される近未来の量産システムは、生産、管理、流通、販売の任意のプロセスで、人体内投入医学生理学的物質が無菌状態に一分の隙なしに保持されることが肝要である。そのような無菌状態の保持のためには、初期のプロセスで無菌化されることが重要である。ここで、無菌化は、人体内で増殖し人体に悪影響を与える物質の医学生理学的作用の無効化を意味する。ここで、菌は、カビ、その他の菌類を含む細菌、ウイルスのような自己増殖物質を意味する。
【０００３】
無菌化技術又は殺菌技術として、加熱殺菌、急冷殺菌、乾燥殺菌、水洗浄、化学薬品投入が知られている。これらの殺菌技術は、化学薬品、水、加熱・冷却用媒体が必須に用いられ、使用後の処理（例示：水排水）が困難であり、設備コストとランニングコストの増大を招いている。このような化学的処理技術に代わって、Ｘ線照射、γ線照射による物理的殺菌の技術が有望視されている。高エネルギー線であるＸ線又はγ線は、微生物透過性が高くそのエネルギーの高さの割には殺菌効果が弱く、殺菌のために使われずに透過する高エネルギー線は周囲環境を放射性物質に変える環境悪化効果が顕著に現れる。高エネルギー線発生装置は、その設備コストが顕著に大きい。電荷を持たない光粒子であるＸ線、γ線は、減衰せずに物体を透過する。
【０００４】
電子線の殺菌効果の顕著性は、余り気づかれていない実状である。電子線を生成する電子線生成器のコストは、Ｘ線生成器、γ線生成器のコストに比べて桁外れに低い。Ｘ線は、電子線の制動放射により生成される。γ線は、放射性物質の崩壊により生成される。電子線は、電荷を持ち物質に対する透過性が低く、１個の電子は、微生物の細胞を一撃で破壊する。そのような電子線のエネルギー（電子１個のエネルギー）は、３００ｋｅＶ以下であることが好ましい。高エネルギー線は透過性が高いが、透過性が低い低エネルギー線はその微生物破壊効果が高い。
【０００５】
透過性が低い低エネルギー電子線は、厚い物体の中に浸透しない。３００ｋｅＶ以下の電子線は、殺菌が強く求められ大量に市場に投入される飲料水がその通常の流通過程におかれる状態の０．５ｍｍ以上の厚みの液層を貫通しない。電子線により水流に対して殺菌処理を行う技術には、後掲特許文献１で知られている最近の技術がある。
【０００６】
このような技術では、液流の電子線有効距離を一定に保持するために、液流速度を一定に保持し、又は、ノズル形状を適宜に変化させる必要があり、照射電子線が連続ビームではないため、液流のような流体に内在する速度分布に起因する時間的な無効照射液の発生が危惧される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平３−１０９９８６号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、連続ビームが得られる低エネルギー電子線で無菌化効率を向上させる技術を確立することができる殺菌装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、無菌化効率を向上させることができる状態の殺菌対象物質に対して低エネルギー電子線が適用される殺菌装置を提供することにある。
本発明の更に他の課題は、完全無菌化されないが菌数の顕著な減少を実現する殺菌装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【００１０】
本発明による殺菌装置は、液流を通すダクト（２）と、ダクト（２）の中の液流に電子線透過窓（５）を介して電子線流を導入する電子線生成器（３）とから構成されている。確実に有効に殺菌効果を発揮する電子線ビームは、連続ビームに限られる。連続ビームの生成のために、出力の低エネルギー化が必須である。電子線流は液流の流れ方向に概ね直交し、液流の流れ方向に直交する直交方向の幅は、電子線流の有効飛行距離に概ね等しい。電子線流の有効飛行距離は、電子線のエネルギーによって異なる。電子線エネルギーが連続ビームの生成が可能である最大エネルギーである３００ｋｅＶである場合に、電子線流の有効飛行距離は０．５ｍｍである。従って、その直交方向の幅は、０．５ｍｍ又は０．５ｍｍより狭いことが重要である。このように、液流の幅を狭く設定することにより、低エネルギー電子線が有効に利用される。本発明は、このような低エネルギーにより確実に殺菌効果を発揮することができる。
【００１１】
液流は、直交方向の幅が狭い第１液流部位（７）と、直交方向の幅が第１液流部位（７）の幅より広い第２液流部位（８）とから形成され、電子線流は第１液流部位（７）に照射される。部分的に狭い幅の流路の形成は、電子線エネルギーの有効利用のために効果的である。第１液流部位（７）は第２液流部位（８）より上流側に形成されている。液流は、直交方向の幅が第１液流部位（７）の幅より広い第３液流部位（９）を更に形成する。この場合には、第３液流部位（９）は第２液流部位（８）より下流側に形成されている。流れが対称的に形成されその流れ抵抗が低減される。
【００１２】
直交方向の幅が狭い第１液流部位（７）の幅を広げ、その処理量を増大させるために、以下の手段がある。電子線流は、液流の両側から液流に直交方向に対向して照射される。このような両側から照射することは、電子線エネルギーを増大させることなく、直交方向の幅を倍増させることができる。この場合には、電子線生成器（３）と電子線透過窓（５）は、鏡面対称に配置されることが効果的であり、その直交方向の幅は、１．０ｍｍ又は１．０ｍｍより狭いことが重要である。両側から照射することは、直交方向の幅が一定である場合に、電子線エネルギーを半分に低減することができることを意味する。電子線流のエネルギーは、電子線透過窓（５）を透過した時点で２００ｋｅＶより小さく設定され得る。電子線透過窓（５）に対向する側で液流に接触し電子線流を反射する電子線反射板が配置されることは、エネルギーの有効利用を更に促進する。
【００１３】
液流に対して確実な電子線照射を指向した装置の構成は、既述の通りである。循環型水路に対する殺菌では、殺菌済み液流は、十分な殺菌がなされていないプールのような液溜まりに合流する。このため、殺菌レベルは、統計学に立脚して考えることが大事である。液流を完全に殺菌することは意味をなさない。従って、直交方向の幅を電子線流の有効飛行距離以上にすることはかえって有効である。
【００１４】
本発明による殺菌装置は、液流を通すダクト（２）と、ダクト（２）の中の液流に電子線透過窓（５）を介して電子線流を導入する電子線生成器（３）とから構成されている。液流は、その液流に直交する直交方向の幅が狭い第１液流部位と、その直交方向の幅が第１液流部位の幅より広い第２液流部位とから形成されている。電子線流は、第１液流部位に照射される。その狭い流路が照射を受ける部位であり、流体抵抗の増大が抑制される。第１液流部位は、第２液流部位より上流側に形成される。液流は、直交方向の幅が第１液流部位の幅より広い第３液流部位を更に形成し、第３液流部位は第１液流部位より下流側に形成されている。照射を受ける狭い流路は、流路全体のうちの一部分に限られ、流体抵抗の低減が最大限に抑制される。第１液流部位の幅は０．５ｍｍ又は０．５ｍｍより狭いことが重要である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明による殺菌装置は、液流ダクトに電子線生成器が併設されている。その電子線生成器１は、図１に示されるように、液流ダクト２に電子線透過窓５を介して結合している。電子線生成器１は、真空容器本体３と、真空容器本体３の中の真空室に電子を放出する電子離脱電極を有する電子離脱器４と、その真空室の中で電子離脱器４から離脱する電子をその真空室の中で加速して電子線を生成する加速電極（図示されず）とを構成している。その真空室は、電子線透過窓５を介して液流ダクト２の中の液体流路６に接続している。電子線透過窓５を形成する材料として、Ｔｉ薄膜が好適に例示される。そのＴｉ薄膜の薄さとして、０．０２ｍｍ以下であることが特に好ましい。液体として、医薬品等の原料水が好適に例示される。
【００１６】
電子線は、そのような原料水の流れ方向に対して概ね直交する直交方向にその飲料水に照射される。液流ダクト２は、電子線が照射される部位である第１部位７と、第１部位７より上流側に位置する第２部位８と、第１部位７より下流側に位置する第３部位とを形成している。第２部位８の流れ方向に直交する直交方向の幅は、第１部位７の流れ方向に直交する直交方向の幅より広い。第３部位９の流れ方向に直交する直交方向の幅は、第１部位７の流れ方向に直交する直交方向の幅より広い。電子線のエネルギーは、電子線透過窓５を透過した時点で３００ｋｅＶ又はそれより低いことが顕著に好ましい。この場合には、第１部位７の流れ方向に直交する直交方向の幅は、０．５ｍｍ又は０．５ｍｍより狭いことが重要である。このような制限は、水に限られず多様な液体に対して有効である。
【００１７】
第１部位７に位置対応する流れ部分の流速は、他の部位の流速より速い。電子線の面密度を増大させることは電子線生成器１のコストの増大を招くが、そのコスト増の影響の度合いは無視できる程度に小さい。
【００１８】
電子線透過窓５を透過した時点の電子線のエネルギーの最大値は、３００ｋｅＶより小さい。このような低エネルギー電子線は透過力が小さく、原料水の水分子に衝突して散乱し、図２に示されるように、任意の一点で有効散乱範囲角度θを持って散乱的に液層を透過する。このような散乱的透過は、現象としては、電子波の回折現象に類似している。水分子に衝突しない電子は、徐々にそのエネルギーを減衰させながら透過を続け有効飛行距離（飛程）を飛行して対向側のダクト壁で吸収される。このように散乱的に透過する電子線は、飲料水中の微生物に衝突し、一撃でその微生物の生理活性を無効化する。電子線は、エネルギー的に減衰し、ますますに非透過性を増大してより多くが微生物に吸収され、最後まで吸収されない電子線は電子線透過窓５の対向面にようやく到達する。
【００１９】
このような電子線の有効利用のための第２形態として、電子線生成器１が流路の中心面Ｓに対して鏡面対称に配置されることが顕著に有効である。この追加は、顕著に効果的である。電子線生成器１の追加は、２つの電子線生成器１の出力エネルギーを更に弱くすることができ、装置コストを更に低減し、且つ、液流ダクト２の周面に現れる電子を消去する消去技術又は電子線が放出するＸ線を遮蔽する遮蔽技術の装置負担を軽減することができる。更に、このような追加は、流路層の厚さを２倍に拡大することを許容し、又は、電子線のエネルギーが１５０ｋｅＶ〜２００ｋｅの範囲に低下することを許容する。更に、このような追加は、流速の２倍化を許容する。
【００２０】
電子線生成器１の追加が実施されない場合には、電子線透過窓５の対向面に電子線を反射させる電子線反射板（図示されず）を液流ダクト２の内面側に配置することが顕著に好ましい。電子線反射板で反射する電子線は、殺菌用電子線として液体流路６の中に再度に浸透して再入射する。
【００２１】
３つの電子線生成器１が液流ダクト２の周囲に等角度間隔で配置されることは好ましい。この場合には、液流ダクト２は、その断面が正三角形又は円に形成される。電子線ビームは、その断面が液体流路６の中で円形又は矩形になるように、既述の電子離脱電極は、広域的グリッド電極又は格子状電極として形成され、電子線は、電子線束状電子ビームとして加速成形されることが可能である。
【００２２】
本発明による殺菌装置は、液体が医薬品等の原料水に限られず、液体一般に適用され得る。本発明による殺菌装置は、飲料水に限られず、工業用純水、内服医薬品、医薬用点滴液、水溶性タンパク質のような医学生理学活性物質、微生物培養液、その他の液状物質に適用され得る。
【００２３】
【発明の効果】
本発明による殺菌装置は、低エネルギー電子線で無菌化効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による殺菌装置の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図２は、図１の一部の拡大図である。
【符号の説明】
２…ダクト
３…電子線生成器
５…電子線透過窓
７…第１液流部位
８…第２液流部位
９…第３液流部位
【図１】
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【図２】
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