CN109956517A - 紫外光照射杀菌装置和流体杀菌装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供紫外光照射杀菌装置和流体杀菌装置。紫外光照射杀菌装置具有能够高效地冷却产生紫外光的光源，并且以低成本制造的构造。作为本发明的一个方式，提供的紫外光照射杀菌装置(1)具备：发光元件(10)，产生紫外光；容器(11)，具有供从发光元件(10)发出的光透过的光取出区域，收容发光元件(10)，且能够封闭；和冷却液(12)，具有电绝缘性，相对于发光元件(10)不活泼，供从发光元件(10)发出的光透过，热传导率高于空气，收容于容器(11)，浸泡发光元件(10)。
Description
技术领域
本发明涉及紫外光照射杀菌装置和流体杀菌装置。
背景技术
以往，公知有照射紫外光由此对水等流体进行杀菌的紫外光照射杀菌装置(例如，参照专利文献1、2)。产生紫外光的光源的发热量较大，因此在这样的紫外光照射杀菌装置中，通常设置有用于对光源进行冷却的机构。
根据专利文献1所记载的紫外光照射杀菌装置，在供冷却水、冷却用空气等冷却介质流动的管的外侧的表面安装作为光源的深紫外线LED，由此实现深紫外线LED的散热。
另外，根据专利文献2所记载的紫外光照射杀菌装置，在作为杀菌对象的流体的流路内设置间隔，划分出设置有用于向流体照射紫外光的作为光源的紫外线LED的流路、与通过在自身流动的流体对紫外线LED及其电源电路进行冷却的流路。
另外，以往，公知有在被绝缘性不活泼液体填满的空间设置有半导体发光贴片的发光元件(例如，参照专利文献3)。根据专利文献3所记载的发光元件，半导体发光贴片在动作过程中产生的热向绝缘性不活泼液体高效地扩散。
另外，以往，公知有照射紫外光，由此对水等流体进行杀菌的流体杀菌装置(例如，参照专利文献4)。
在专利文献4中，作为流体杀菌装置的结构之一，公开有将流路划分成包含圆筒形的水路的中心轴线的中心部分与包围该中心部分的圆筒形的部分，使液体按中心部分、圆筒形部分的顺序流动的结构。
专利文献1：日本特许5496306号公报
专利文献2：日本特许6153343号公报
专利文献3：日本特许3351103号公报
专利文献4：日本特表2016－511138号公报
然而，根据专利文献1所记载的紫外光照射杀菌装置，存在另外需要用于使冷却介质循环的大型的冷却装置的问题。另外，作为光源的深紫外线LED设置于氮气等不活泼气体、干燥空气等热传导率较低的气氛中，难以高效地进行散热。
另外，根据专利文献2所记载的紫外光照射杀菌装置，作为光源的紫外线LED设置于作为杀菌对象的流体的流路内。因此，存在在紫外线LED、电源电路中需要用于防止短路、腐蚀的防水设计，而使制造成本增加的问题。
另外，根据专利文献3所记载的发光装置，作为光源的半导体发光贴片直接安装、封入于装置，因此制造并不容易。特别是，为了向较大的面积照射光而安装、封入多个半导体发光贴片更加困难，因此难以应用于杀菌用装置。
另外，根据专利文献4所记载的流体杀菌装置，对于在流路的中心附近流动的液体与在壁面附近流动的液体而言，流速不同，因此在紫外光向液体的照射时间产生差别。因此，存在无法对液体的整体进行充分杀菌的担忧。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供一种具有能够对产生紫外光的光源高效地进行冷却并且能以低成本制造的构造的紫外光照射杀菌装置。
另外，本发明的其他的目的在于，提供一种减少被杀菌液体内的紫外光的照射时间的差别，由此能够充分且高效地杀菌被杀菌液体的整体的流体杀菌装置。
为了实现上述目的，本发明的一个方式提供下述[1]～[11]的紫外光照射杀菌装置。
[1]一种紫外光照射杀菌装置，具备：光源，产生紫外光；容器，具有供从上述光源发出的光透过的光取出区域，收容上述光源，且能够封闭；和冷却液，具有电绝缘性，相对于上述光源不活泼，供从上述光源发出的光透过，热传导率高于空气，收容于上述容器，浸泡上述光源。
[2]根据上述[1]所述的紫外光照射杀菌装置，其中，上述紫外光是UV－C。
[3]根据上述[1]或[2]所述的紫外光照射杀菌装置，其中，在上述冷却液中包含热传导率高于上述冷却液，具有电绝缘性，且相对于上述光源不活泼的分散剂。
[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的紫外光照射杀菌装置，其中，上述光源是LED贴片或者LD贴片。
[5]根据上述[1]～[4]中任一项所述的紫外光照射杀菌装置，其中，上述光源是LED贴片，上述容器是在内部具有用于使从上述光源发出的光接***行光的透镜部的管状容器，上述透镜部是凸透镜，具有作为上述容器的外表面的局部的曲面、和作为上述容器的内表面的局部且与上述光源对置的面。
[6]根据上述[4]或[5]所述的紫外光照射杀菌装置，其中，上述光源在安装于线框(wire frame)的状态下浸泡于上述冷却液。
[7]根据上述[1]～[4]中任一项所述的紫外光照射杀菌装置，其中，上述容器的收容上述光源和上述冷却液的区域的径向的截面呈环状，上述光取出区域包含于上述容器的靠外侧的壁中，上述光源安装于在上述容器的靠中心侧的壁的表面粘贴的片状的基板。
[8]根据上述[1]～[4]中任一项所述的紫外光照射杀菌装置，其中，上述容器的收容上述光源和上述冷却液的区域的径向的截面呈环状，上述光取出区域包含于上述容器的靠中心侧的壁中，上述容器的中心侧的壁的内侧是能够供液体流动的空腔。
[9]根据上述[8]所述的紫外光照射杀菌装置，其中，上述光源是等离子体发光管，嵌入上述容器的靠中心侧的壁的表面的凹陷。
[10]根据上述[1]～[4]中任一项所述的紫外光照射杀菌装置，其中，上述容器是上表面和下表面的宽度比厚度大的箱状的容器，上述光源在安装于片状的基板的状态下收容于上述容器，上述光取出区域包含于上述容器的与上述光源对置的壁中。
[11]根据上述[1]～[3]、[7]、[8]、[10]中任一项所述的紫外光照射杀菌装置，其中，上述光源是等离子体发光管。
另外，为了实现上述目的，本发明的其他的方式提供下述[12]～[19]的流体杀菌装置。
[12]一种流体杀菌装置，具备：流水管，具有入水口和出水口；光源，设置于上述流水管的长度方向的一端，沿着上述长度方向向上述流水管内照射紫外光；和分隔件，设置于上述流水管内，由沿着上述长度方向将流路分隔成多个部分的板状部件构成，被上述分隔件分隔成多个部分的流路形成一个从上述入水口连续地连接至上述出水口的流路，被上述分隔件分隔成多个部分的流路的整体的径向的截面积处在上述入水口的开口面积的1倍以上且10倍以下的范围内。
[13]根据上述[12]所述的流体杀菌装置，其中，上述入水口的开口形状呈轮廓的局部朝向中心以抛物线状凹陷的形状。
[14]根据上述[12]或[13]所述的流体杀菌装置，其中，将被上述分隔件分隔成多个部分的流路连接起来的开口部的开口形状呈轮廓的局部朝向中心以抛物线状凹陷的形状。
[15]根据上述[12]～[14]中任一项所述的流体杀菌装置，其中，将被上述分隔件分隔成多个部分的流路连接起来的开口部的开口面积大于上述入水口的开口面积。
[16]根据上述[12]～[15]中任一项所述的流体杀菌装置，其中，在被上述分隔件分隔成多个部分的流路的各自的内部具备沿着上述长度方向分隔流路的分隔板。
[17]根据上述[12]～[16]中任一项所述的流体杀菌装置，其中，上述入水口和上述出水口设置为与上述长度方向平行。
[18]根据上述[12]～[17]中任一项所述的流体杀菌装置，其中，上述光源具备：发光元件，产生紫外光；容器，具有供从上述发光元件发出的光透过的光取出区域，收容上述发光元件，且能够封闭；和冷却液，具有电绝缘性，相对于上述发光元件不活泼，供从上述发光元件发出的光透过，热传导率高于空气，收容于上述容器，浸泡上述发光元件。
[19]根据上述[12]～[18]中任一项所述的流体杀菌装置，其中，上述紫外光是UV－C。
根据本发明，能够提供一种具有能够对产生紫外光的光源高效地进行冷却并且以低成本制造的构造的紫外光照射杀菌装置。
另外，根据本发明，能够提供减少被杀菌液体内的紫外光的照射时间的差别，由此能够充分且高效地杀菌被杀菌液体的整体的流体杀菌装置。
附图说明
图1是第1实施方式的紫外光照射杀菌装置的立体图。
图2是表示发光元件安装于线框的状态的立体图。
图3是设置有用于将布线基板固定于容器的固定引导件的紫外光照射杀菌装置的立体图。
图4是通过使用了密封部件的盖封闭容器的开口部的紫外光照射杀菌装置的侧视图。
图5的(a)是容器具有透镜功能的紫外光照射杀菌装置的径向的剖视图。图5的(b)是表示该紫外光照射杀菌装置的使用方法的一个例子的示意图。
图6的(a)、(b)分别是第2实施方式的紫外光照射杀菌装置的径向的剖视图与局部的立体图。
图7的(a)、(b)分别是第3实施方式的紫外光照射杀菌装置的径向的剖视图与局部的立体图。
图8是放大了第3实施方式的紫外光照射杀菌装置的变形例的截面的局部的图。
图9的(a)、(b)分别是第4实施方式的紫外光照射杀菌装置的厚度方向的剖视图与立体图。
图10是实施方式的流体杀菌装置的立体图。
图11的(a)是沿着流体杀菌装置的长度方向的垂直剖视图，图11的(b)是沿着与流体杀菌装置的长度方向正交的方向的垂直剖视图。
图12是表示连接邻接的流路彼此的开口部由分隔件的边缘与流水管的壁面构成的情况下的例子的流体杀菌装置的水平剖视图。
图13的(a)是表示连接邻接的流路彼此的开口部由设置于分隔件的孔构成的情况下的例子的流体杀菌装置的水平剖视图。图13的(b)、(c)表示该情况下的开口部的开口形状的例子。
图14是在被分隔件分隔的流路的各自的内部设置有沿着长度方向分隔流路的分隔板的流体杀菌装置的水平剖视图。
图15是分隔件的在与长度方向正交的方向上的剖视图。
图16是入水口和出水口设置为与流水管的长度方向平行的流体杀菌装置的立体图。
图17的(a)、(b)是表示光源的变形例的结构的立体图和剖视图
附图标记的说明
1、2、3、4…紫外光照射杀菌装置；10…发光元件；11…容器；11a…透镜部；12、22…冷却液；13…布线基板；16…线框；20…等离子体发光管；21、31…容器；21a、31a…外侧的壁；21b、31b…中心侧的壁；31c…凹陷；23…片状基板；41…容器；41a…收容部；41b…透光透镜；101…流体杀菌装置；110…流水管；110a…入水口；110b…出水口；111、111a…光源；112…分隔件；114…开口部；115…分隔板；116…部件；211…发光元件；214…容器；215…冷却液。
具体实施方式
〔第1实施方式〕
(紫外光照射杀菌装置的结构)
图1是第1实施方式的紫外光照射杀菌装置1的立体图。紫外光照射杀菌装置1具备：作为光源的发光元件10，产生紫外光；容器11，供从发光元件10发出的光透过，收容发光元件10，且能够封闭；和冷却液12，具有电绝缘性，相对于发光元件10不活泼，供从发光元件10发出的光透过，热传导率高于空气，收容于容器11，浸泡发光元件10。
发光元件10例如是LED贴片(Light Emitting Diode)或者LD贴片(Laser Diode)。发光元件10在安装于布线基板13的状态下收容于容器11。
根据紫外光照射杀菌装置1的具体的使用方法，可以将发光元件10安装(单面安装)于布线基板13的一个面，也可以安装(两面安装)于双面。在容器11的整体为光取出区域的情况下，在单面安装的情况下，主要从紫外光照射杀菌装置1的单侧放射光，在双面安装的情况下，从紫外光照射杀菌装置1的大致整周放射光。
例如，在将紫外光照射杀菌装置1浸泡于作为杀菌对象的液体(被杀菌液体)来使用时，在设置于收容该液体的储水槽、流水管等容器的壁附近的情况下，以单面安装的发光元件10的光取出方向朝向壁的相反一侧的方式设置发光装置，由此能够高效地进行液体的杀菌等。
发光元件10产生的紫外光例如是称为UV－A的波段(400～315nm)的紫外光、称为UV－B的波段(315～280nm)的紫外光、称为UV－C的波段(不足280nm)的紫外光，优选其中杀菌效果最高的UV－C。
容器11例如由具有供从发光元件10发出的光透过的性质的玻璃、氟树脂等树脂材料构成。紫外光照射杀菌装置1的容器11是管状的容器。在容器11的整体由具有供从发光元件10发出的光透过的性质的材料构成的情况下，其整体能够成为光取出区域。容器11的径向的截面的形状不被特别地限定，但为了高效地取出从光源发出的光，优选是正圆或者椭圆。
为了扩大紫外光的照射范围，如图1所示，优选使多个发光元件10沿着容器11的长度方向呈线状并排，将由该呈线状并排的多个发光元件10构成的线光源设为紫外光照射杀菌装置1的光源。
另外，容器11优选具有在一端具有开口部，该开口部被能够开闭的盖封闭的构造。使用能够开闭的盖，由此例如，在容器11内的冷却液12因挥发而减少时，能够从开口部补充冷却液。
另外，容器11所使用的盖优选在局部具备供气体通过、并且几乎不使冷却液通过的多孔质膜等部件。在该情况下，例如，在容器11内的冷却液12、空气等气体因发光元件10的发热而产生了膨胀时，能够使压力增高的气体向容器11的外部散逸。
在图1所示的例子中，作为盖使用能够相对于容器11的开口部拆装的密封帽14，在密封帽14贯通有用于经由布线基板13向发光元件10供给电源的电源线15。
冷却液12如上述那样，具有如下性质：具有电绝缘性，相对于发光元件10不活泼，供从发光元件10发出的光透过，具有高于空气的热传导率(0.0241W/(m·K))的热传导率。作为具有这样的性质的冷却液12，例如能够使用氟类不活泼液体、硅油。
硅油、全氟聚醚氟类不活泼液体(例如，Solvay公司制的Galden(注册商标))供UV－A、UV－B紫外光透过。另外，具有氟碳(PFC)构造的氟类不活泼液体(例如，3M公司制的Fluorinert(注册商标))也供UV－C紫外光透过。因此，在使用产生UV－C紫外光的发光元件10作为光源的情况下，能够使用具有氟碳构造的氟类不活泼液体，作为冷却液12的材料。
冷却液12与发光元件10直接接触，能够使发光元件10的热高效地向冷却液12散逸。另一方面，冷却液12具有电绝缘性，因此不存在在发光元件10产生短路的担忧。另外，冷却液12相对于发光元件10、布线基板13等收容于容器11的部件不活泼，因此不存在给发光元件10等造成腐蚀等损伤的担忧。因此，不需要在发光元件10进行基于玻璃密封等的防水设计。不过，也可以对发光元件10进行玻璃密封。
使用冷却液12，由此能够不使用散热片等大型的散热用部件而高效地进行发光元件10的冷却，因此能够使紫外光照射杀菌装置1小型化。另外，冷却液12也具有作为气体阻隔的功能，因此能够防止发光元件10、布线基板13的由外部空气导致的腐蚀等损伤。
在紫外光照射杀菌装置1动作时，发光元件10的四周的冷却液12的温度上升并朝向铅垂上方向移动，由此在容器11中引起冷却液12的对流。冷却液12在容器11中自动地循环，由此散热效果更大。
准备在布线基板13上安装5个作为发光元件10的产生UV－A的LED贴片，并浸泡于作为冷却液12的Fluorinert的紫外光照射杀菌装置1，由本发明人确认了若使LED贴片发光，则LED贴片的表面的温度上升至56℃并饱和。此外，Fluorinert的温度从22℃上升至40℃并饱和。另一方面，若不使用Fluorinert(在LED贴片被空气覆盖的状态下)使LED贴片发光，则LED贴片的表面的温度上升至124℃。这是表示紫外光照射杀菌装置1的由冷却液12实现的发光元件10的冷却效果的一个例子。
为了更加提高发光元件10的冷却效果，冷却液12也可以包含分散剂，该分散剂的热传导率高于冷却液12，具有电绝缘性，相对于发光元件10不活泼。作为这样的分散剂，能够使用玻璃微珠、纳米二氧化硅等。分散剂优选供从发光元件10发出的光透过。另外，具有比发光元件产生的光的波长短的直径的分散剂，由于不反射发光元件10产生的光，所以优选。
此外，使用分散剂，由此溶液11中的冷却液12的量减少，因此能够减少由在容器11加装密封帽14等的盖时的压力变化导致的冷却液12的位移量。
另外，冷却液12也可以包含荧光体、量子点。从发光元件10发出的光是紫外光，因此无法直接肉眼确认紫外光照射杀菌装置1是动作状态这种情况(发光元件10是发光状态这种情况)，但通过荧光体、量子点的发光能够肉眼确认该情况。
(紫外光照射杀菌装置的作用)
紫外光照射杀菌装置1用于液体、气氛的杀菌和细菌的繁殖的抑制，例如，使用为浸泡于作为杀菌对象的液体(被杀菌液体)、暴露在作为杀菌对象的气氛(被杀菌气氛)中。
在使用为浸泡于作为被杀菌液体的存积水、流水的情况下，被杀菌液体使冷却液12冷却，因此能够更加高效地冷却发光元件10。此外，在以往的浸泡型的杀菌装置使用包含水银的冷阴极管，但紫外光照射杀菌装置1不包含水银，因此对环境友善。
(变形例)
图2是表示发光元件10安装于线框16的状态的立体图。发光元件10也可以在如上安装于线框16的状态下收容于容器11，浸泡于冷却液12。
线框16比布线基板13廉价，因此使用线框16，由此能够减少紫外光照射杀菌装置1的制造成本。另外，线框16的整体是导电部件，因此具有发光元件10双面安装较容易的特征。
另外，线框16由金属构成，因此热传导率较高，能够经由线框16将发光元件10的热向冷却液12高效地散热。另外，与安装于布线基板13之上的发光元件10相比安装于线框16的发光元件10，与冷却液12接触的面积较大，因此能够高效地散热。
此外，供发光元件10安装的基体不限定于上述的布线基板13、线框16。另外，组装有安装于布线基板13、线框16等基体的发光元件10的模块也可以收容于容器11，浸泡于冷却液12。
图3是设置有用于将布线基板13固定于容器11的固定引导件17的紫外光照射杀菌装置1的立体图。固定引导件17可以设置于管状的容器11的内表面，也可以具有布线基板13的基体包含作为固定引导件17的突起的形状。固定引导件17的形状不被特别地限定，但优选不与发光元件10接触地，保持布线基板13的基体。作为固定引导件17的材料，能够使用树脂、橡胶、金属等，但不限定于这些。
图4是容器11的开口部被使用了密封部件18c的盖封闭的紫外光照射杀菌装置1的侧视图。此外，在图4中，仅示出了密封部件18c的与纸面平行的截面。在该图4所示的紫外光照射杀菌装置1中，通过固定于容器11的开口部的外侧的环状的基体18a、堵塞容器11的开口部的盖18b、包围容器11的开口部的环状的密封部件18c、固定基体18a与盖18b的螺钉18d，封闭容器11的开口部。
密封部件18c例如是O型圈、填密件，通过基体18a与盖18b夹持密封部件18c并适当地将其压缩，由此发挥密封功能。在盖18b贯通有用于经由布线基板13向发光元件10供给电源的电源线19。另外，盖18b优选在局部具备供气体通过，并且几乎不使冷却液通过的多孔质膜等的部件。
图5的(a)是容器11具有透镜功能的紫外光照射杀菌装置1的径向的剖视图。在发光元件10是LED贴片等产生指向性较低的光的元件的情况下，使光从紫外光照射杀菌装置1向其径向呈放射状发出。图5所示的容器11的透镜功能使从发光元件10呈放射状发出的光接***行光(理想上形成平行光)。
容器11所含的透镜部11a是具有作为管状的容器11的外表面的局部的曲面11b、和作为容器11的内表面的局部且与发光元件10对置的面11c的凸透镜。图5的(a)中的箭头L表示通过透镜部11a接***行光的光的路径。此外，透镜部11a也可以与容器11的主体(透镜部11a以外的部分)分体，粘贴于容器11的主体。在该情况下，容器11的主体的材料也可以是不供从发光元件10发出的光透过的材料，例如是铝等金属。
图5的(b)是表示使用了具有透镜部11a的容器11的紫外光照射杀菌装置1的使用方法的一个例子的示意图。紫外光照射杀菌装置1设置于作为被杀菌液体的流路的流水管50的内部的端部，通过透镜部11a接***行光的光在流水管50内前进，而高效地杀菌被杀菌流体。
〔第2实施方式〕
第2实施方式主要在紫外光照射杀菌装置的容器与光源的形态中与第1实施方式不同。省略或者简化与第1实施方式相同的点的说明。
(紫外光照射杀菌装置的结构)
图6的(a)、(b)分别是第2实施方式的紫外光照射杀菌装置2的径向的剖视图与局部的立体图。紫外光照射杀菌装置2具备：等离子体发光管20，作为产生紫外光的光源；容器21，收容等离子体发光管20，且能够封闭；和冷却液22，具有电绝缘性，相对于等离子体发光管20不活泼，供从等离子体发光管20发出的光透过，热传导率高于空气，收容于容器21，浸泡等离子体发光管20。
如图6的(a)、(b)所示，容器21的收容等离子体发光管20和冷却液22的区域的径向的截面呈环状(典型地，呈正圆环状或者椭圆环状)。容器21的外侧的壁21a在至少局部包含供从等离子体发光管20发出的光透过的材料所构成的光取出区域。
容器21的外侧的壁21a例如由具有供从等离子体发光管20发出的光透过的性质的玻璃、氟树脂等树脂材料构成。在靠外侧的壁21a的整体由具有供从等离子体发光管20发出的光透过的性质的材料构成的情况下，其整体能够成为光取出区域。
在容器21的包含长度方向(轴向)的中心的区域设置有长度方向与容器21一致的圆柱状的芯材24。容器21的靠中心侧的壁21b由芯材24的表面构成。芯材24无需供从等离子体发光管20发出的光透过。此外，容器21的内部也可以是空腔。容器21的长度方向的端部例如成为一侧关闭且另一侧被能够开闭的盖封闭的开口部。
等离子体发光管20安装于在容器21的靠中心侧的壁21b的表面(芯材24的表面)粘贴的片状基板23。从等离子体发光管20发出的光透过容器21的靠外侧的壁21a，向容器21的外侧放射。
等离子体发光管20产生的紫外光例如是UV－A、UV－B、UV－C，优选其中杀菌效果最高的UV－C。等离子体发光管20的径向的截面形状不被特别地限定。例如，作为典型的形状，公知有角带圆弧的四边形。
为了扩大紫外光的照射范围，如图6的(a)、(b)所示，优选将由在片状基板23上并排的多个等离子体发光管20构成的面光源设为紫外光照射杀菌装置2的光源。
另外，也可以代替等离子体发光管20，而呈面状并排地使用多个发光元件(LED贴片、LD贴片等)，作为紫外光光源。例如，在将紫外光照射杀菌装置2使用为工业用等大型的杀菌装置的情况下，优选使用等离子体发光管20，在使用为家庭用等的小型的杀菌装置的情况下，优选使用发光元件。另外，在紫外光照射杀菌装置2中，也可以使用等离子体发光管20与发光元件双方，作为紫外光光源。
作为冷却液22，能够使用与第1实施方式的紫外光照射杀菌装置1的冷却液12相同的冷却液。另外，也可以与冷却液12相同，包含分散剂、荧光体、量子点等。
(紫外光照射杀菌装置的作用)
与第1实施方式的紫外光照射杀菌装置1相同，紫外光照射杀菌装置2用于液体、气氛的杀菌和细菌的繁殖的抑制，例如，使用为浸泡于被杀菌液体、暴露在被杀菌气氛中。
〔第3实施方式〕
第3实施方式主要在紫外光照射杀菌装置的紫外光的照射方向上与第2实施方式不同。省略或者简化与第2实施方式相同的点的说明。
(紫外光照射杀菌装置的结构)
图7的(a)、(b)分别是第3实施方式的紫外光照射杀菌装置3的径向的剖视图与局部的立体图。紫外光照射杀菌装置3具备：等离子体发光管20，作为产生紫外光的光源；容器31，收容等离子体发光管20，且能够封闭；和冷却液22，具有电绝缘性，相对于等离子体发光管20不活泼，供从等离子体发光管20发出的光透过，热传导率高于空气，收容于容器31，浸泡等离子体发光管20。
如图7的(a)、(b)所示，容器31的收容等离子体发光管20和冷却液22的区域的径向的截面呈环状(典型地，呈正圆环状或者椭圆环状)。容器31的靠中心侧的壁31b在至少局部包含供从等离子体发光管20发出的光透过的材料所构成的光取出区域。
容器31的中心侧的壁31b例如由具有供从等离子体发光管20发出的光透过的性质的玻璃、氟树脂等树脂材料构成。在靠中心侧的壁31b的整体由具有供从等离子体发光管20发出的光透过的性质的材料构成的情况下，其整体能够成为光取出区域。
容器31的靠中心侧的壁31b的内侧(例如，容器31的包含长度方向的中心轴线的圆柱状的区域)是能够供被杀菌液体流动的空腔34。容器31的长度方向的端部例如成为一侧关闭且另一侧被能够开闭的盖封闭的开口部。
等离子体发光管20安装于在容器21的靠外侧的壁31a的内表面粘贴的片状基板23。从等离子体发光管20发出的光透过容器31的靠中心侧的壁31b，向在空腔34流动的被杀菌液体照射。容器21的靠外侧的壁31a优选不供从等离子体发光管20发出的光透过。
为了扩大紫外光的照射范围，如图7的(a)、(b)所示，优选将由在片状基板23上并排的多个等离子体发光管20构成的面光源设为紫外光照射杀菌装置3的光源。
另外，也可以代替等离子体发光管20，将多个发光元件(LED贴片、LD贴片等)呈面状并排，而使用为紫外光光源。另外，在紫外光照射杀菌装置3中，也可以使用等离子体发光管20与发光元件双方，作为紫外光光源。
图8是放大了紫外光照射杀菌装置3的变形例的截面的局部的图。在该变形例中，等离子体发光管20嵌入、固定于在容器31的中心侧的壁31b的表面设置的凹陷31c。在该情况下，等离子体发光管20的设置位置接近作为被杀菌液体的流路的空腔34，因此能够高效地进行被杀菌液体的杀菌。
〔第4实施方式〕
第4实施方式主要在紫外光照射杀菌装置的容器的形态中与第2实施方式不同。省略或者简化与第2实施方式相同的点的说明。
(紫外光照射杀菌装置的结构)
图9的(a)、(b)分别是第4实施方式的紫外光照射杀菌装置4的厚度方向的剖视图与立体图。紫外光照射杀菌装置4具备：等离子体发光管20，作为产生紫外光的光源；容器41，收容等离子体发光管20，且能够封闭；和冷却液22，具有电绝缘性，相对于等离子体发光管20不活泼，供从等离子体发光管20发出的光透过，热传导率高于空气，收容于容器41，浸泡等离子体发光管20。
如图9的(a)、(b)所示，容器41是上表面和下表面的宽度大于厚度的箱状(典型地，呈平面形状为四边形的箱状)的容器。容器41具有收容安装于片状基板23的等离子体发光管20的收容部41a、与堵塞收容部41a的开口部的平板状的透光透镜41b。
作为容器41的与等离子体发光管20对置的壁的透光透镜41b在至少局部包含由供从等离子体发光管20发出的光透过的材料构成的光取出区域。从等离子体发光管20发出的光透过容器41的透光透镜41b，向容器41的外侧放射。
透光透镜41b例如由具有供从等离子体发光管20发出的光透过的性质的玻璃、氟树脂等树脂材料构成。在透光透镜41b的整体由具有供从等离子体发光管20发出的光透过的性质的材料构成的情况下，其整体能够成为光取出区域。
为了扩大紫外光的照射范围，如图9的(a)、(b)所示，优选将由在片状基板23上并排的多个等离子体发光管20构成的面光源设为紫外光照射杀菌装置4的光源。
另外，也可以代替等离子体发光管20，将多个发光元件(LED贴片、LD贴片等)呈面状并排，而使用为紫外光光源。另外，在紫外光照射杀菌装置4中，也可以使用等离子体发光管20与发光元件双方，作为紫外光光源。
(紫外光照射杀菌装置的作用)
与第2实施方式的紫外光照射杀菌装置2相同，紫外光照射杀菌装置4用于液体、气氛的杀菌和细菌的繁殖的抑制，例如，使用为浸泡于被杀菌液体、暴露在被杀菌气氛中。
〔第5实施方式〕
(流体杀菌装置的结构)
图10是实施方式的流体杀菌装置101的立体图。图11的(a)是沿着流体杀菌装置101的长度方向DL的垂直剖视图，图11的(b)是沿着与流体杀菌装置101的长度方向DL正交的方向的垂直剖视图。这里，长度方向DL是流水管110的长度方向。
流体杀菌装置101是用于进行液体的杀菌和细菌的繁殖的抑制的装置，具备：流水管110，具有用于供作为杀菌对象的水等液体(被杀菌液体)流动的入水口110a和出水口110b；光源111，设置于流水管110的长度方向DL的一端，沿着长度方向DL向流水管110内照射紫外光；和分隔件112，设置于流水管110内，由沿着长度方向DL将流路分隔成多个部分的板状部件构成。
在流体杀菌装置101中，的流水管110内的被分隔件112分隔成多个部分的流路形成一个从入水口110a连续地连接至出水口110b的流路。另外，被分隔件112分隔成多个部分的流路的整体的径向的截面积处在入水口110a的开口面积(连接入水口110a与流水管110的主体的开口部110c的面积)的1倍以上且10倍以下的范围内。
流水管110优选由相对于从光源111发出的紫外光的反射率较高的铝等材料构成，或者利用这样的材料涂敷内表面。流水管110的形状不被特别地限定，但典型地，呈圆筒形或者长方体。
光源111具有安装于布线基板210的多个发出紫外光的发光元件211，典型地，发光元件211沿着流水管110的径向的面以阵列状等的图案配置。另外，多个发光元件211优选以能够向流水管110内均匀地照射紫外光的方式以等间隔配置。
发光元件211例如是LED贴片(Light Emitting Diode)或者LD贴片(LaserDiode)。
发光元件211产生的紫外光例如是称为UV－A的波段(400～315nm)的紫外光、称为UV－B的波段(315～280nm)的紫外光、称为UV－C的波段(不足280nm)的紫外光，优选其中杀菌效果最高的UV－C。
另外，如图11所示，在光源111中，各个发光元件211的侧面也可以被反射器212围起，在发光元件211的光轴上设置聚光透镜213。反射器212由相对于从光源111发出的紫外光的反射率较高的铝等的材料构成。聚光透镜213向流水管110内高效地照射紫外光，因此能够使从发光元件211发出的紫外光接***行光。
流水管110内的被杀菌液体的流路与光源111被壁板113隔开，从而不存在被杀菌液体侵入光源111侧的情况。壁板113由具有供从光源111发出的紫外光透过的性质的石英玻璃、氟树脂等树脂材料构成。
分隔件112由1张或者多张板状部件构成，将流水管110内的流路沿着长度方向DL分隔成多个部分。典型地，被由1张板状部件与和该板状部件垂直交叉的1张、2张、或者3张板状部件构成的分隔件112分隔成4个、6个、或者8个流路。
在图10、图11所示的例子中，分隔件112由正交的2张板状部件构成，流水管110内的流路被分隔件112分隔成4个流路F1～F4。
如上述那样，在流体杀菌装置101中，被分隔件112分隔的流路连续地连接，形成一个流路。因此，通过分隔件112分隔流路，由此能够使流水管110内的流路的距离延长，由此，能够增加向被杀菌液体照射紫外光的时间，而高效地进行杀菌等。
另外，通常，在流路的直径越大则流体的流动越紊乱之处，在流体杀菌装置101中，被分隔件112分隔成多个的流路的整体的径向(与长度方向DL正交的方向)的截面积在入水口110a的开口面积的1倍以上且10倍以下的范围内，因此能够抑制被杀菌液体的流动的紊乱。因此，能够抑制被杀菌液体内的紫外光的照射时间的差别。
另外，通常，在流路流动的流体的流速越接近壁越因摩擦阻力而变小，在与流路的中心的流速之差增大之处，通过分隔件112分隔流路，由此流路的直径变小，因此流路内的被杀菌液体的流速差变小。因此，被杀菌液体内的紫外光的照射时间的差别变小。
作为将被分隔件112分隔成多个部分的流路连接起来的被杀菌液体的通道的开口部114是设置于分隔件112的孔，或者是由分隔件112的边缘与流水管110的壁面构成的开口部。在开口部114是设置于分隔件112的孔的情况下，流路的长度方向DL的端部与开口部114之在长度方向DL上的距离例如是零以上且是流路的长度方向DL的长度的1/10以下的范围内。
开口部114的开口形状优选呈轮廓的局部朝向中心以抛物线状凹陷的形状。在该情况下，与开口部114的开口形状不包含凹陷的情况相比，相对于除了开口部114之外的流入被杀菌液体的接下来的在流路的壁面附近的部分的流速，在流入中心附近的部分的流速减少。
在通常的状态下，流路的中心附近的流速大于壁面附近的流速，因此将开口部114的开口形状形成轮廓的局部朝向中心以抛物线状凹陷的形状，由此能够抵消开口部114的之前的流路内的被杀菌液体的在流路的中心附近的流速与在壁面附近的流速之差。由此，能够缩小被杀菌液体内的紫外光的照射时间的差别。
图12是表示开口部114由分隔件112的边缘与流水管110的壁面构成的情况下的例子的流体杀菌装置101的水平剖视图。在图12所示的例子中，位于分隔件112的邻接的2个流路之间的部分的一端以抛物线状弯曲。因此，开口部114的开口形状成为四边形的一边朝向中心以抛物线状凹陷的形状，能够减少开口部114的之前的流路内的被杀菌液体的速度差。
图13的(a)是表示开口部114由设置于分隔件112的孔构成的情况下的例子的流体杀菌装置101的水平剖视图。图13的(b)、(c)表示该情况下的开口部114的开口形状的例子。图13的(b)、(c)所示的开口部114的开口形状成为圆形的轮廓上的2处或者4处朝向中心以抛物线状凹陷的形状，能够减少开口部114的之前的流路内的被杀菌液体的速度差。
另外，在图13的(a)中，利用虚线表示将不包含于截面的入水口110a与流水管110的主体连接起来的开口部110c的水平方向的位置，但也可以是，如该虚线表示的那样，与开口部114的开口形状相同，入水口110a的开口形状(开口部110c的形状)呈轮廓的局部朝向中心以抛物线状凹陷的形状。在该情况下，能够减少入水口110a的之前的流路(最初的流路)内的被杀菌液体的速度差。
另外，使开口部114的开口面积大于入水口110a的开口面积，由此能够减少流水管110内的内压。由此，能够降低流水管110的设计强度，因此能够实现流体杀菌装置101的轻型化。
图14是在被分隔件112分隔出的流路的各自的内部设置有沿着长度方向DL分隔流路的分隔板115的流体杀菌装置101的水平剖视图。如图14所示，分隔板115优选设置于流路的宽度方向的中央。设置分隔板115，由此能够降低流路的中心的被杀菌液体的流速，减少流路内的速度差，另外，能够减少流动的紊乱而接近整流。因此，能够缩小被杀菌液体内的紫外光的照射时间的差别。
图15是与长度方向DL正交的方向的分隔件112的剖视图。如图15所示，在分隔件112由2张以上板状部件构成的情况下，优选在沿着长度方向DL形成于板状部件的交叉部分的角112a设置有填满角112a的部件116。设置部件116，由此能够抑制被杀菌液体所含的微小的异物(例如，未被设置于流体杀菌装置101的近前的过滤器完全除去的异物)堆积于角112a。
为了更加高效地抑制微小的异物的体积，如图15所示，向部件116的流路侧暴露的面116a优选是朝向角112a弯曲的曲面。该曲面的曲率半径例如设定为1mm以上。
图16是入水口110a和出水口110b设置为与长度方向DL平行的流体杀菌装置101的立体图。在该情况下，入水口110a和出水口110b内的流路的方向与流水管110内的流路的方向一致，因此能够减少流水管110内的被杀菌液体的流动的紊乱而接近整流。因此，能够缩小被杀菌液体内的紫外光的照射时间的差别。
图17的(a)、(b)是表示作为光源111的变形例的光源111a的结构的立体图和剖视图。光源111a具备：发光元件211，产生紫外光；容器214，至少在光取出侧的面收容供从发光元件211发出的光透过的发光元件211，且能够封闭；和冷却液215，收容于容器214，浸泡发光元件211。
发光元件211在安装于布线基板210的状态下收容于容器214。
冷却液215具有如下性质：具有电绝缘性，相对于发光元件211不活泼，供从发光元件211发出的光透过，具有高于空气的热传导率(0.0241W/(m·K))的热传导率。作为具有这样的性质的冷却液215，例如，能够使用氟类不活泼液体、硅油。
硅油、全氟聚醚氟类不活泼液体(例如，Solvay公司制的Galden(注册商标))供UV－A、UV－B紫外光透过。另外，具有氟碳(PFC)构造的氟类不活泼液体(例如，3M公司制的Fluorinert(注册商标))也供UV－C紫外光透过。因此，在作为光源使用产生UV－C紫外光的发光元件211的情况下，能够使用具有氟碳构造的氟类不活泼液体，作为冷却液215的材料。
冷却液215与发光元件211直接接触，能够使发光元件211的热高效地向冷却液215散逸。另一方面，冷却液215具有电绝缘性，因此不存在在发光元件211产生短路的担忧。另外，冷却液215相对于发光元件211、布线基板210等收容于容器214的部件不活泼，因此不存在对发光元件211等造成腐蚀等损伤的担忧。因此，在发光元件211无需进行由玻璃密封等形成的防水设计。不过，也可以对发光元件211进行玻璃密封。
使用冷却液215，由此能够不使用散热片等大型的散热用部件，而高效地进行发光元件211的冷却，因此能够使流体杀菌装置101小型化。另外，冷却液215也具有作为气体阻隔的功能，因此能够防止发光元件211、布线基板210的由外部空气导致的腐蚀等损伤。
为了更加提高发光元件211的冷却效果，冷却液215也可以包含分散剂，该分散剂的热传导率高于冷却液215，具有电绝缘性，相对于发光元件211不活泼。作为这样的分散剂，能够使用玻璃微珠、纳米二氧化硅等。分散剂优选供从发光元件211发出的光透过。另外，具有比发光元件产生的光的波长短的直径的分散剂不反射发光元件211产生的光，因此优选。
此外，使用分散剂，由此容器214中的冷却液215的量减少，因此能够减少由在容器214加装了后述的盖216时的压力变化导致的冷却液215的位移量。
容器214优选具有在流水管110的相反一侧具有开口部，其开口部被能够通过螺纹开闭的盖(螺杆帽)等能够开闭的盖216封闭的构造。使用能够开闭的盖216，由此例如在容器214内的冷却液215因挥发而减少时，能够从开口部补充冷却液215。
另外，也可以是，如图17的(b)所示，容器214被使用环状的密封部件217封闭。密封部件217例如是O型圈、填密件，通过容器214与盖216夹持密封部件217并适当地将其压缩，由此发挥密封功能。
在图17所示的例子中，在盖216的内侧的面上设置有布线基板210。另外，虽未图示，但在盖216贯通有用于经由布线基板210向发光元件211供给电源的电源线。
另外，容器214通过形成于侧面的螺纹等固定于流水管110。在光源111a中，容器214作为供从发光元件211发出的光透过的壁板113发挥功能。
(实施方式的效果)
根据上述第1实施方式～第4实施方式，能够提供具有高效地冷却产生紫外光的光源，并且以低成本制造的构造的紫外光照射杀菌装置。
根据上述第5实施方式，能够提供减少被杀菌液体内的紫外光的照射时间的差别，由此能够充分且高效地杀菌被杀菌液体的整体的流体杀菌装置。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述的实施方式，能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种变形实施。另外，能够在不脱离发明的主旨的范围内，任意地组合上述实施方式的构成要素。
例如，也可以是，使用第1实施方式～第4实施方式的紫外光照射杀菌装置1～4中的任一个装置，作为第5实施方式的流体杀菌装置101的光源。
另外，上述的实施方式不对权利要求书的发明进行限定。另外，应注意在实施方式中说明的特征的组合的全部不限定于在用于解决发明的课题的手段中是必须的这点。
Claims (19)
1.一种紫外光照射杀菌装置，具备：
光源，产生紫外光；
容器，具有供从所述光源发出的光透过的光取出区域，***述光源，且能够封闭；和
冷却液，具有电绝缘性，相对于所述光源不活泼，供从所述光源发出的光透过，热传导率高于空气，收容于所述容器，浸泡所述光源。
2.根据权利要求1所述的紫外光照射杀菌装置，其中，
所述紫外光是UV－C。
3.根据权利要求1或2所述的紫外光照射杀菌装置，其中，
在所述冷却液中包含分散剂，所述分散剂的热传导率高于所述冷却液，具有电绝缘性，相对于所述光源不活泼。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的紫外光照射杀菌装置，其中，
所述光源是LED贴片或者LD贴片。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的紫外光照射杀菌装置，其中，
所述光源是LED贴片，
所述容器是在内部具有用于使从所述光源发出的光接***行光的透镜部的管状容器，
所述透镜部是凸透镜，具有作为所述容器的外表面的局部的曲面和作为所述容器的内表面的局部且与所述光源对置的面。
6.根据权利要求4或5所述的紫外光照射杀菌装置，其中，
所述光源在安装于线框的状态下浸泡于所述冷却液。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的紫外光照射杀菌装置，其中，
所述容器的***述光源和所述冷却液的区域的径向的截面呈环状，
所述光取出区域包含于所述容器的靠外侧的壁中，
所述光源安装于在所述容器的靠中心侧的壁的表面粘贴的片状的基板。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的紫外光照射杀菌装置，其中，
所述容器的***述光源和所述冷却液的区域的径向的截面呈环状，
所述光取出区域包含于所述容器的靠中心侧的壁中，
所述容器的靠中心侧的壁的内侧是能够供液体流动的空腔。
9.根据权利要求8所述的紫外光照射杀菌装置，其中，
所述光源是等离子体发光管，嵌入所述容器的靠中心侧的壁的表面的凹陷。
10.根据权利要求1～4中任一项所述的紫外光照射杀菌装置，其中，
所述容器是上表面和下表面的宽度比厚度大的箱状的容器，
所述光源在安装于片状的基板的状态下收容于所述容器，
所述光取出区域包含于所述容器的与所述光源对置的壁中。
11.根据权利要求1～3、7、8、10中任一项所述的紫外光照射杀菌装置，其中，
所述光源是等离子体发光管。
12.一种流体杀菌装置，具备：
流水管，具有入水口和出水口；
光源，设置于所述流水管的长度方向的一端，沿着所述长度方向向所述流水管内照射紫外光；和
分隔件，设置于所述流水管内，由沿着所述长度方向将流路分隔成多个部分的板状部件构成，
被所述分隔件分隔成多个部分的流路形成一个从所述入水口连续地连接至所述出水口的流路，
被所述分隔件分隔成多个部分的流路的整体的径向的截面积处在所述入水口的开口面积的1倍以上且10倍以下的范围内。
13.根据权利要求12所述的流体杀菌装置，其中，
所述入水口的开口形状呈轮廓的局部朝向中心以抛物线状凹陷的形状。
14.根据权利要求12或13所述的流体杀菌装置，其中，
将被所述分隔件分隔成多个部分的流路连接起来的开口部的开口形状呈轮廓的局部朝向中心以抛物线状凹陷的形状。
15.根据权利要求12～14中任一项所述的流体杀菌装置，其中，
将被所述分隔件分隔成多个部分的流路连接起来的开口部的开口面积大于所述入水口的开口面积。
16.根据权利要求12～15中任一项所述的流体杀菌装置，其中，
在被所述分隔件分隔成多个部分的流路的各自的内部具备沿着所述长度方向分隔流路的分隔板。
17.根据权利要求12～16中任一项所述的流体杀菌装置，其中，
所述入水口和所述出水口设置为与所述长度方向平行。
18.根据权利要求12～17中任一项所述的流体杀菌装置，其中，
所述光源具备：发光元件，产生紫外光；容器，具有供从所述发光元件发出的光透过的光取出区域，***述发光元件，且能够封闭；和冷却液，具有电绝缘性，相对于所述发光元件不活泼，供从所述发光元件发出的光透过，热传导率高于空气，收容于所述容器，浸泡所述发光元件。
19.根据权利要求12～18中任一项所述的流体杀菌装置，其中，
所述紫外光是UV－C。
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