(57)【要約】  本発明は、液体（１０）を殺菌するための装置（１）に関し、本装置（１）は少なくとも１種の感光剤（２０）と、放射源（４０）を含み、放射源（４０）から放射される光（４２）が液体（１０）を通過するように構成された少なくとも１つのバイパス（３０）とを含む。バイパス（３０）は、放射源（４０）が中に配置される少なくとも１つの層（５０）を有し、放射源（４０）は可視光（４２）を放射する。本発明はさらに、本発明による装置（１）を用いて液体（１０）を殺菌するための方法に関し、本方法では、放射源（４０）から放射される光（４２）が少なくとも１種の感光剤（２０）を基底状態から励起状態へ励起し、および、励起状態からエネルギー的により低い状態へ遷移するときに感光剤（２０）によって分配されるエネルギーによって活性酸素種が形成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体（１０）を殺菌するための装置（１）であって、少なくとも１種の感光剤（２０）と、放射源（４０）を含み、前記放射源（４０）から放射される光（４２）が前記液体（１０）を通過するように構成された少なくとも１つのバイパス（３０）とを含む装置（１）において、
前記バイパス（３０）が、前記放射源（４０）が中に配置される少なくとも１つの層（５０）を有し、前記放射源（４０）が可視光（４２）を放射することを特徴とする装置（１）。
【請求項２】
層（６０）、好ましくは半透明材料から作製された層（６０）が、前記放射源（４０）が中に配置される前記層（５０）と、前記液体（１０）との間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。
【請求項３】
前記放射源（４０）が反射表面（４４）に位置付けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置（１）。
【請求項４】
前記バイパス（３０）が、該バイパス（３０）を横切るキャビティ（７０）を有し、前記キャビティ（７０）内で前記液体（１０）は前記バイパス（３０）を通して供給されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項５】
前記層（５０）または前記層（６０）あるいはその両方が、前記キャビティ（７０）の周囲に好ましくは対称に位置付けられることを特徴とする、請求項４に記載の装置（１）。
【請求項６】
前記放射源（４０）が、前記キャビティ（７０）に対向する２つの側で前記層（５０）内に配置されることを特徴とする、請求項５に記載の装置（１）。
【請求項７】
前記放射源（４０）が、互いにオフセットされた状態で、前記キャビティ（７０）に対向する２つの側で前記層（５０）内に配置されることを特徴とする、請求項５に記載の装置（１）。
【請求項８】
前記バイパス（３０）が入口界面（３２）および出口界面（３４）によって液体回路（１２）に接続されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項９】
前記装置（１）が制御装置（８０）またはポンプ（８２）あるいはその両方を有し、それによって前記バイパス（３０）を通る前記液体（１０）の流速が調節されることを特徴とする、請求項８に記載の装置（１）。
【請求項１０】
前記少なくとも１種の感光剤（２０）が、好ましくは注入装置（９０）を用いて、前記液体（１０）に供給され、および前記液体（１０）と混合されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１１】
前記装置（１）がセンサ（１００）を有し、前記センサ（１００）によって前記液体（１０）中の細菌または少なくとも１種の感光剤（２０）あるいはその両方の濃度が測定されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１２】
前記少なくとも１種の感光剤（２０）がコーティングに溶解され、そのコーティングが、前記液体（１０）に隣接する表面に塗布されることを特徴とする、請求項１または請求項２〜９のいずれか一項と組み合わせた請求項１に記載の装置（１）。
【請求項１３】
前記バイパス（３０）の外形が、実質的に円筒形、特に角柱の形態、平行六面体または同様の形状の形態であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置（１）を有する液体（１０）を殺菌するための方法であって、前記放射源（４０）から放射される光（４２）が前記少なくとも１種の感光剤（２０）を基底状態から励起状態へ励起し、および、前記励起状態からエネルギー的により低い状態へ遷移するときに前記感光剤（２０）によって分配されるエネルギーによって活性酸素種が形成される方法。
【請求項１５】
前記方法が、作動用の物質、具体的には冷却潤滑剤、または廃水、空調およびエアレーション設備内の水、飲用水、雨水、浴槽水、または水道管および液体（１０）に隣接する他の表面、あるいはこれらの組み合わせを殺菌するために使用されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部による液体殺菌装置、および請求項１３の前提部による液体殺菌方法に言及する。
【背景技術】
【０００２】
産業施設において、汚染物質は、細菌の増殖を促すものであるが、処理水中に形成され、処理水はしばしば高温に曝される。特に、冷却潤滑剤は、工業生産において決定的な役割を果たすものであるが、機械工具中で激しい汚れに曝される。油、脂肪および外部に由来する他の汚染物質は、特に水と混合された冷却潤滑剤中で、細菌の形成を引き起こす。冷却潤滑剤が殺菌されない場合、ｐＨ値が酸の範囲に低下する。これは冷却潤滑剤の潤滑特性に悪影響を及ぼすばかりでなく、機械工具の油圧系の妨害となり、腐食の、ひいては対応する機械部品の損傷の危険性を増大する。さらに細菌は機械工具の操作者の健康リスクを高める。これらの理由から、液体の殺菌は特に重要である。ここでおよび以下において、液体は、水と混合された液体など、酸素を含有する液体が考慮される。
【０００３】
液体のＵＶ殺菌が知られている。紫外光による照射は遺伝物質に回復不能の損傷を引き起こし、したがって細菌の死滅を引き起こす。このＵＶ放射線のスペクトルは短い波長範囲内にある。この場合、問題は、ＵＶ放射線が液体中の汚染物質によって吸収され、したがって消費されるという事実である。ゆえに放射線の貫通深さは低減され、それによってＵＶ放射線の効果は多くの量を殺菌するのに不十分である。さらに、ＵＶ放射線は、皮膚および目に負の効果を有するので、ヒトにとって危険である。
【０００４】
殺生物剤の使用も知られている。毒性殺生物剤は、細胞膜を損傷することによって、または生きるのに必要な代謝プロセスを遮断することによって、殺菌効果を有する。しかしながら、大きな欠点は、微生物だけでなくより高次の生物体の細胞も攻撃されることであり、それによって殺生物剤は体に有害でありまた毒性である。
【０００５】
液体を殺菌するために電解法および低温殺菌を用いることが同じく知られている。
抗菌性光力学システムが環境に優しい方法で液体中の細菌を排除し得ることも知られている。光力学システムでは、感光剤が抗菌効果を生じさせるために使用される。感光剤は感光性物質であり、光によって励起される。感光剤は照射中に光学エネルギーを吸収し、一重項−基底状態Ｓ０からエネルギー的により高い一重項状態Ｓ１への転換を達成する。転換によって、すなわち熱または蛍光の放出によって、これは基底状態Ｓ０に再度戻される。さらなる可能性は、感光剤のより高い一重項状態Ｓ１から三重項状態Ｔ１への遷移に含まれる。その後、励起三重項状態Ｔ１から隣接酸素分子への、光力学効果に決定的なエネルギー移行が起こり、それによって活性酸素種、いわゆるＲＯＳの形成が引き起こされる。生成されたＲＯＳは、細菌の直接的な酸化損傷および死滅を引き起こす。光力学原理は、例えば、特別出版物である（非特許文献１）中に記載されている。（非特許文献２）の記事の中に、光力学システムは同じように記載されている。
【０００６】
別の最先端技術は、（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９９３７８３４号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「医学におけるフリーラジカル生物学（Ｆｒｅｅ  Ｒａｄｉｃａｌ  Ｂｉｏｌｏｇｙ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）」（出版社エルゼビア（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ））中の「ＳＡＰＹＲによる光力学的生物膜不活性化−排他的一重項酸素感光剤（Ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ  ｂｉｏｆｉｌｍ  ｉｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎ  ｂｙ  ＳＡＰＹＲ−Ａｎ  ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ  ｓｉｎｇｌｅｔ  ｏｘｙｇｅｎ  ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｚｅｒ）」（ファビアン・シエプリク（Ｆａｂｉａｎ  Ｃｉｅｐｌｉｋ）ら著）
【非特許文献２】「光が抗生物質耐性菌を破滅させる（Ｌｉｃｈｔ  ｓｏｌｌ  Ａｎｔｉｂｉｏｔｉｋａ−ｒｅｓｉｓｔｅｎｔｅ  Ｋｅｉｍｅ  Ｖｅｒｎｉｃｈｔｅｎ）」ＶＤＩ  ナーハリヒテン（Ｎａｃｈｒｉｃｈｔｅｎ）、２０１４年６月１３日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、考慮される種類の液体殺菌装置を改良すること、および対応する液体殺菌方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、請求項１の特徴を有する液体殺菌装置によって、および請求項１３の特徴を有する液体殺菌方法によって達成される。
本発明のさらなる実施形態および発展形態は従属項に記載されている。
【００１１】
少なくとも１種の感光剤と、放射源を含みかつ放射源から放射される光が液体を通過するように構成された少なくとも１つのバイパスとを備えた、液体を殺菌するための発明的装置は、バイパスが、放射源が中に配置される少なくとも１つの層を有し、放射源が可視光を放射することを特徴とする。放射源を層内に配置する利点は、層の位置を変えることによって、バイパスを通る液体の体積流れを修正できることである。このようにして、流速に加えエネルギー密度を変えることもできる。可視スペクトル範囲内の光は健康に良く、したがってヒトに危険がない。放射源の光スペクトルは好ましくは３９０〜４２０ｎｍの間の波長範囲内にある。
【００１２】
本発明の発展形態において、層、好ましくは半透明材料の層が、放射源が配置される層と、液体との間に配置される。この層のために、放射源は液体に直接隣接せず、したがってより良く保護される。半透明層の光透過性を介して、バイパス内の放射強度を調整することができる。
【００１３】
放射源は、反射表面に有利に位置付けられる。反射表面によって、全体的な反射を達成することができ、それによって、バイパス内の放射強度を最適に使用することができる。同様に、放射源の放射強度は、外部条件に適合させることができる。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態において、バイパスは、バイパスを横切るキャビティを有し、キャビティ内で液体はバイパスを通して供給されてもよい。液体はそのようなキャビティを通ってバイパスを通過してもよい。このようにしてバイパスは液体回路に適用されてもよい。
【００１５】
放射源が中に配置される層、および／または、放射源が中に配置される層と液体との間に位置付けられる層は、好ましくはキャビティの周囲に対称に配置される。そのような配置により、液体は、放射源の放射光によって全ての側から照射されることができる。
【００１６】
放射源は好ましくはキャビティに対向する２つの側で層内に配置される。このようなやり方で、バイパス中の液体の照射を向上させることができる。
層中の放射源は、互いにオフセットされた状態で、キャビティに対向する２つの側に配置される。放射源のオフセット配置により、使用する放射源の数は低減されてもよく、ゆえに製造コストは、低減されたレベルに維持されてもよい。
【００１７】
本発明の特に好ましい実施形態では、バイパスは入口地点および出口地点によって液体循環部分に接続される。液体が入口地点を介してバイパスに入った後、液体は出口地点を介して液体循環部分に戻ることができる。液体はこのようにしてバイパスを通って規則的に流れることができ、それにより連続的な殺菌プロセスを実行することができる。
【００１８】
本発明のさらなる実施形態によれば、装置は制御装置および／またはポンプを有し、それによってバイパスを通る液体の流速は調節されてもよい。制御装置は液体の体積流れを有利に調節することができる、したがって液体チャージの流れをまたは任意選択的に停止を許容することができる。必要に応じて液体は追加ポンプを介してバイパスに供給することができる。
【００１９】
本発明の発展形態では、少なくとも１種の感光剤が液体に、好ましくは注入装置を用いて供給されてもよく、また液体と混合されてもよい。したがって液体の感光剤の濃度を調整することができる。
【００２０】
装置は有利にはセンサを有し、それによって液体中の細菌のおよび／または少なくとも１種の感光剤の濃度を測定することができる。センサは測定値を注入装置に送ることができ、それによって感光剤の濃度は対応して調整し調節されてもよく、その結果、感光剤の効果的な使用が促進される。
【００２１】
本発明の代替実施形態によれば、少なくとも１種の感光剤はコーティング中に溶解され、そのコーティングが、液体に隣接する表面に塗布されてもよい。表面コーティングは表面に細菌および生物膜が堆積することを妨げることができる。このような方法で感光剤は自己殺菌表面として提供されてもよい。
【００２２】
好ましくは、バイパスの外形は、本質的に円筒、角柱、平行六面体または同様の形状の形態である。このようにバイパスの外形は柔軟性がある。
先に記載したもののような装置を備えた液体を殺菌するための発明的方法は、放射源によって放射される光が少なくとも１種の感光剤を基底状態から励起状態へ励起し、および、励起状態からエネルギー的により低い状態へ遷移するときに感光剤によって分配されるエネルギーによって活性酸素種が形成されることを特徴とする。活性化された酸素は、液体の水から形成されるものであるが、細菌と直接接触し、それらを酸化的な方法で破滅させることができる。このようにして液体中の細菌を不活性化することができる。
【００２３】
好ましくは本発明の方法は、作動用の物質、具体的には冷却潤滑剤、ならびに／または汚水、空調およびエアレーション設備内の水、飲用水、雨水、浴槽水、ならびに／または水道管および液体に隣接する他の表面を殺菌するために使用されてもよい。このようにして本方法の幅広い適用範囲が得られる。
【００２４】
以下の図面を用いて本発明を以下で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】液体回路の例示的実施形態内にある発明的装置の例示的実施形態の断面図を示す。
【図２】バイパスの例示的実施形態の断面図を示す。
【図３】発明的装置のさらなる例示的実施形態の側面図を示す。
【図４】図３による装置の層構造の詳細図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
各図中、同じ参照記号は同じ意味を有し、他に説明のない限り、同じ参照部分を定める。
図１は、バイパス３０を備えた液体１０を殺菌するための装置１を示し、バイパス３０は入口地点３２および出口地点３４を介して液体回路１２に一体化される。バイパス３０はキャビティ７０を有し、キャビティ７０はバイパス３０を横切り、液体１０はキャビティ７０を介して供給されてもよい。キャビティ７０はバイパス３０中を、例えばくし状に延在してもよい。
【００２７】
バイパス３０を液体回路１２内に配置することによって、液体１０が液体回路１２を通過する間の殺菌が可能になり、それにより中断は起こらない。
図１において、バイパス３０は正方形の断面領域を有する。しかしながら本発明の範囲は、バイパス３０が円形の基表面、または三角形の基表面もしくは多角形の基表面などのように別様に成形された基表面を有してもよい。
【００２８】
図２は、図１のバイパス３０の断面図を示す。図２において示される放射源４０は、対称に配置される。放射源４０の光４２は、３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの間の可視波長範囲内にある。放射源４０は光ダイオードであってもよく、液体１０の流れ方向に沿って配置される。放射源４０の放射強度はまた、対応する偶発事象に対して適合されてもよい。層５０内の放射源４０の特定の配置は、バイパス３０内の放射強度の最適な使用を保証する。
【００２９】
図３は図１のバイパス３０の側面図を示す。入口地点３２および出口地点３４は、それぞれの制御装置８０を有し、それによって液体１０の体積流量を調整することができる。
各制御装置８０はポンプ８２を含み、それによって、必要であれば、バイパス３０を介した液体１０の供給が向上する。各制御装置８０は注入装置９０も含む。各注入装置９０にセンサ１００が配置され、センサ１００は液体１０の各特性を、特に細菌数のおよび感光剤２０の濃度を測定し監視する。情報を注入装置９０に送ることによって、対応して感光剤２０の濃度を調整しかつ調節することができ、その結果、感光剤２０の効率的な使用が促進される。
【００３０】
感光剤２０は、濃縮物として液体１０に供給され、それと混合される。この様子は図４の図にも示されている。
液体１０はバイパス３０のキャビティ７０を通って流れる。キャビティ７０はステンレス鋼の成型部分として提供されてもよい。この成形部分は液体１０の通路としてチャネルを形成する。キャビティ７０は層６０に囲まれる。層６０は好ましくは半透明材料から作製される。放射源４０は層５０の中に配置される。図４の例示的実施形態では、層５０中の放射源４０は、キャビティ７０の２つの対向する側に、相互にオフセットされた状態で配置される。層５０の表面４４はキャビティ７０への光４２の反射を引き起こす。表面４４は例えば白色表面であり、その結果、全体的な反射を通して、バイパス３０内の放射強度の最適な使用が達成される。
【００３１】
バイパス３０は固定手段３６を有し、それによってバイパス３０をハウジングフレームに固定することができる。固定手段３６は例えばねじであってもよい。本発明の範囲内に、固定手段３６は接着剤または他の手段であってもよいという事実が含まれる。固定手段３６を介して、キャビティの高さおよびチャネルの容積幅を変化させることによって、体積流量を修正し、それを液体１０の体積に適合させてもよい。流速に加えて、エネルギー密度が同様に修正されてもよい。
【００３２】
感光剤２０は、それらが細菌に直接付着するようなやり方で調製されてもよい。感光剤２０は、液体１０中に存在するものであるが、放射源４０からの可視光４２によって照射されると、光エネルギーを吸収し、それを液体の水の中に含まれる酸素に移すことができる。活性化された酸素は、細菌と直接接触するので、細菌を酸化的な方法で破壊する。このようにして液体１０中の細菌を非活性化することができる。
【００３３】
本発明の範囲内にあるのは、液体を殺菌するための発明的方法は、製品を製造するためばかりでなく、機械的システム内部で処理水において使用することもできるということである。産業界において、処理水は、製品の製造および処理用に、洗浄および浄化プロセス用に、ニス掛けプロセス用に、希釈用に、冷却および空調用に、ならびに加熱および移送用に使用される。処理水は、例えば製造会社、発電所、洗濯場および洗浄工場で使用される。産業工場内の処理水はしばしば超高温に曝され、それによって細菌の増殖が著しく促進される。さらに産業界において、処理は様々な材料で行われ、それら材料はしばしば水と接触し、したがって汚染を引き起こす。これらの汚染物質により細菌の増殖は確実に増大する。
【００３４】
特に冷却潤滑剤は、現代の機械工具の性能が完全に使用されることを可能にするだけなので、産業製造技術において決定的な役割を有する。冷却潤滑剤は、機械加工プロセスにおいて、工具を冷却するための添加剤として、ならびにそれらの接触領域を潤滑するための、および生成された切屑を運び去るための添加剤として必要とされる。冷却潤滑剤をバイパス３０内で殺菌するために、バイパス３０は機械工具の冷却潤滑剤回路に適用される。入口地点３２および出口地点３４を介して、冷却潤滑剤は機械工具からバイパス３０へ供給される。細菌は可視光４２で冷却潤滑剤を照射することによって不活性化される。冷却潤滑剤はバイパス３０を通過した後、出口地点３４を介して機械工具の冷却潤滑剤回路に戻る。
【００３５】
本発明の範囲はまた、表面コーティングのための本方法の使用を含む。このために感光剤２０は、表面におよび導管内に塗布できる、ワニスなどのコーティングに溶解される。放射源４０は、バイパス３０内にまたは他の表面に配置され、細菌によって被覆された表面を照射する。この際、使用される放射源の光スペクトルは、３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの間の可視波長範囲内にある。このようにして細菌および生物膜の堆積は予め妨げられる。このようにして感光剤２０は抗菌効果を展開可能である、または自己殺菌表面として提供可能である。
【００３６】
本発明の装置および方法のさらなる可能な適用は、産業的に充填する前の液体食品の殺菌、ディーゼル燃料の殺菌、収集容器からの水の殺菌、飲用水および雨水の殺菌、ならびに汚水および廃水の殺菌である。
【００３７】
本発明は、３つの構成要素、すなわち、可視スペクトル範囲内の光４２、感光剤２０および酸素の相互作用を必要とする。
使用される放射源４０の光スペクトルは可視領域内にあり、それにより有害なＵＶ光線は放射されない。本方法はゆえにヒトの健康に優しく、操作者が安全に使用することができる。
【００３８】
感光剤２０は、水に溶解された改良ビタミンを主成分とし、食品として使用でき、天然色素を有し、毒性化学物質を含まない。
ごく少量の濃縮物が、冷却潤滑剤中の効果的な作用に同じく必要とされる。したがってこの方法は、環境に優しく持続可能な資源の使用を促し、保証し得る。
【００３９】
構成要素の酸素は無料であり、常時利用可能である。
さらに殺菌プロセスは感光剤２０が光４２で照射されないと開始されない。したがってこの方法は選択的に制御することができる。
【００４０】
液体を殺菌するための本方法はまた、複数種の細菌、バクテリア、ウィルスおよびキノコに対して非常に効果的であり、広範な作用を可能にする。
さらなる利点はバイパス３０の柔軟性である。バイパス３０はあらゆる水回路またはあらゆる他の設備で使用可能であり、その結果、バイパス３０は新規使用だけでなく改造するための使用にも提供可能である。
【００４１】
本方法はまた、２つの可能な適用を提供する。感光剤２０は、濃縮物の形態で液体と混合されてもよく、または自己殺菌表面の形態で提供されてもよい。
抗菌性光力学機能を液体の殺菌へ適用することで液体の寿命は大幅に延長される。これにより、供給のための、ひいては処分のためのコストが削減される。
【符号の説明】
【００４２】
１…装置、１０…液体、１２…液体回路、２０…感光剤、３０…バイパス、３２…入口地点、３４…出口地点、３６…固定手段、４０…放射源、４２…光、４４…表面、５０…層、６０…層、７０…キャビティ、８０…制御装置、８２…ポンプ、９０…注入装置、１００…センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３−４】
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【国際調査報告】
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2018523517.tif 000007
2018523517.tif 000008
2018523517.tif 000009
2018523517.tif 000010
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