JP2020044272A - 流体殺菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】殺菌性能を確保しつつ小型化する。【解決手段】実施形態の流体殺菌装置は、管状部材と、基体と、光源とを具備する。管状部材は、両端が開口し、内部に流体を流す。基体は、管状部材を収容する収容部と、収容部の一端と連通する貫通口とを有する。光源は、収容部の他端に対向して配置され、収容部に紫外線を照射する。収容部の内径Ａと、管状部材の内径Ｂとは、１．０＜Ａ／Ｂ≦５．０を満たす。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、流体殺菌装置に関する。

光源の発光素子が発する紫外線を、例えば、水、気体等の流体が流れる流路に向けて照射することで、流体を殺菌する流体殺菌装置が知られている。この種の流体殺菌装置では、光源として、紫外線を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）が実装された基板を有するものがある。

特開２０１７−０６０６６８号公報

流路を流れる流体に対してＬＥＤが発する紫外線を照射して流体を殺菌する場合、より一層高い殺菌効果を得るために、紫外線が照射される領域の流路を長くしたり、ＬＥＤの実装数を増やしたりすることが想定されるが、流体殺菌装置の大型化が懸念される。

そこで、本発明は、殺菌性能を確保しつつ小型化することができる流体殺菌装置を提供することを目的とする。

実施形態の流体殺菌装置は、管状部材と、基体と、光源とを具備する。管状部材は、両端が開口し、内部に流体を流す。基体は、管状部材を収容する収容部と、収容部の一端と連通する貫通口とを有する。光源は、収容部の他端に対向して配置され、収容部に紫外線を照射する。収容部の内径Ａと、管状部材の内径Ｂとは、１．０＜Ａ／Ｂ≦５．０を満たす。

本発明によれば、殺菌性能を確保しつつ小型化することができる。

実施形態に係る流体殺菌装置の適用例を示す模式図である。 実施形態に係る流体殺菌装置を示す断面図である。 実施形態に係る流体殺菌装置を示す図２のＩ−Ｉ断面図である。 実施形態に係る流体殺菌装置を示す図２の部分拡大図である。

以下に説明する実施形態に係る流体殺菌装置１は、管状部材２と、基体３と、光源６とを具備する。管状部材２は、両端が開口し、内部に流体を流す。基体３は、管状部材２を収容する収容部４と、収容部４の一端４ａと連通する貫通口５とを有する。光源６は、収容部４の他端４ｂに対向して配置され、収容部４に紫外線を照射する。収容部４の内径Ａと、管状部材２の内径Ｂとは、１．０＜Ａ／Ｂ≦５．０を満たす。

また、以下に示す実施形態に係る光源６と収容部４の他端４ｂとの距離Ｌは、光源６から照射される紫外線の、収容部４に対する最大入射角をθとしたとき、Ｌ＝Ａ／（２ｔａｎθ）、ただし、０°＜θ＜９０°を満たす。

以下、実施形態に係る流体殺菌装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態は、一例を示すものであって、発明を限定するものではない。また、以下に示す各実施形態は、矛盾しない範囲で適宜組合せることができる。また、各実施形態の説明において、同一構成には同一符号を付与して後出の説明を適宜省略する。

（実施形態）
図１は、実施形態に係る流体殺菌装置の適用例を示す模式図である。図２は、実施形態に係る流体殺菌装置を示す断面図である。図３は、図２と別の断面で示す断面図である。図４は、図２に示す流体殺菌装置の部分拡大図である。

なお、説明を分かりやすくするために、図２には、鉛直上向きを正方向とし、鉛直下向きを負方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、後出の説明に用いる他の図面でも示している。

（流体殺菌装置の構成）
図１に示すように、実施形態の流体殺菌装置１は、流体を供給する給水タンク１６に連結されると共に、紫外線が照射された流体を回収する回収タンク１７に連結されている。図１及び図２に示すように、流体殺菌装置１は、上流側が、上流側流路部材１８を介して給水タンク１６に連結されている。上流側流路部材１８には、給水タンク１６から流体殺菌装置１へ流体を送るポンプ２１が設けられている。また、流体殺菌装置１は、下流側が、下流側流路部材１９を介して回収タンク１７に連結されている。下流側流路部材１９には、流体殺菌装置１から回収タンク１７へ送る流体の流量を調整する流量調整機構２２が設けられている。

流体殺菌装置１は、例えば、飲料水供給装置において、給水タンク１６内の水を殺菌処理するために用いられる。本実施形態では、流体として、例えば、上水等の液体に適用されるが、気体に適用されてもよい。

図２に示すように、流体殺菌装置１は、基体３と、管状部材２と、光源６と、基板７と、カバー部材８と、支持部２０とを備える。

基体３は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であり、紫外線を反射する。基体３は、外形が略円柱状であり、収容部４と、第１貫通口５と、第２貫通口１０とを有する。収容部４は、外周をＹ軸方向に沿うように延びる周壁９で囲まれた円柱状の空間であり、一端４ａが第１貫通口５と連通し、他端４ｂがカバー部材８に面している。また、収容部４は、内部に管状部材２が収容される。

第１貫通口５は、Ｙ軸方向に沿うように基体３のＹ軸正方向側の端面３ｂまで延びる開口であり、収容部４の一端４ａと連通する。第２貫通口１０は、管状部材２の長さ方向、すなわちＹ軸方向と交差する方向、例えばＺ軸方向に延び、収容部４の一端４ａ側における側面と連通する。すなわち、第１貫通口５および第２貫通口１０は、収容部４を介して連通している。第１貫通口５は、接続部１５を介して上流側流路部材１８に接続されている。また、第２貫通口１０には、下流側流路部材１９が取り付けられている。すなわち、流体殺菌装置１は、第１貫通口５から供給された流体を第２貫通口１０から排出する構成を有している。なお、第１貫通口５および第１貫通口５に連通する収容部４の一端４ａは、図示するように基体３の端面３ｂ寄りに配置すると、後述する第２流路１２の流路長を確保することができるが、Ｙ軸負方向側の端面３ａ寄りに配置されてもよく、端面３ａ、３ｂの中間に配置されてもよい。

ここで、第２貫通口１０と下流側流路部材１９との接続様式について説明する。図２に示すように、流体殺菌装置１は、基体３に設けられた第２貫通口１０に、下流側流路部材１９が挿入されるように取り付けられている。このような構成とすることで、基体３と下流側流路部材１９との接続を任意の形態とすることが可能となる。例えば、第２貫通口１０と下流側流路部材１９とのそれぞれにねじ山を設けることで、第２貫通口１０と下流側流路部材１９とがねじ山同士の嵌合により接続をより強固とすることができる。このような形態は、例えば、流体殺菌装置１の基体３にかかる圧力が高いとき、すなわち、流体殺菌装置１を流通する流体の流速が速いときに有効である。なお、第２貫通口１０と下流側流路部材１９との接続様式は特に限定されない。例えば、第２貫通口１０と下流側流路部材１９との間に介在する不図示のジョイントで接続されてもよい。

管状部材２は、例えば、石英管であり、紫外線を透過する。管状部材２は、両端が開口した円筒状の部材である。管状部材２は、収容部４の周壁９と一定の間隔となるようにＹ軸方向に沿って配置されており、図３に示すように管状部材２および周壁９は、断面視で同心円状に設けられている。また、管状部材２は、Ｙ軸負方向側の一端２ａが所定の間隔でカバー部材８と対向するように配置され、他端は接続部１５を介して上流側流路部材１８に連通している。接続部１５は、例えば上流側流路部材１８を基体３に接続するための継手部材である。なお、接続部１５は、管状部材２と一体であってもよく、基体３または上流側流路部材１８と一体であってもよい。

光源６は、紫外線を発する発光素子であり、基板７上に実装される。光源６は、例えばＬＥＤである。光源６は、図示しない電源から電力が供給され、発光する。光源６は、収容部４の他端４ｂに対向して配置され、収容部４に紫外線を照射する。また、光源６としては、寿命と出力とを勘案して波長２８０ｎｍ近辺にピーク波長を有するものが好ましいが、例えば２６０ｎｍ〜２９０ｎｍといった殺菌作用を奏する波長帯域であればよく、紫外線の波長を限定するものではない。すなわち、光源６は、ＬＥＤに限らず、レーザダイオード（ＬＤ）等の所定の波長帯域の紫外線を発する他の半導体素子であってもよい。

基板７は、金属材料を母材として形成されている。基板７上には、図示しないが、絶縁層を介して所望の導電パターン（配線パターン）が形成されており、導電パターン上に光源６が設けられている。なお、基板７の母材は、金属材料に限らず、例えばアルミナ等のセラミックスが用いられてもよい。基板７は、支持部２０に固定されて支持される。

カバー部材８は、例えば、石英ガラスによって形成された紫外線透過部材であり、光源６および基板７を覆って配置されている。カバー部材８は、支持部２０に固定されており、支持部２０との間に囲まれた空間の内部が気密に閉じられている。カバー部材８は、光源６が発した紫外線を透過し、収容部４内を流れる流体に対して紫外線が照射される。カバー部材８の主面８ａは、収容部４の他端４ｂに面しており、管状部材２の一端２ａとの間に後述する第１流路１１および第２流路１２を接続する接続流路としての第３流路１３が形成される。なお、カバー部材８は、深紫外領域の光に対する透過性を有し、劣化が少ないものであれば特に限定されるものではなく、例えば紫外線透過性を有するフッ素樹脂であってもよい。

（流体殺菌装置の流路構成）
図２〜図４に示すように、上流側流路部材１８から第１貫通口５を介して流体殺菌装置１に供給された流体は、第１流路１１としての管状部材２の内側に供給され、第３流路１３で折り返されて第２流路１２としての管状部材２の外側、具体的には管状部材２の外面１４と周壁９との間に送られ、第２貫通口１０から下流側流路部材１９に排出される。すなわち、第１流路１１および第２流路１２は、Ｙ軸方向に沿うように管状部材２を挟んで互いに反対の方向に流体が流動するように形成されており、流体殺菌装置１に送られた流体は、収容部４内をＹ軸方向に往復するように流動する。

光源６から出射された紫外線は、第１流路１１、第３流路１３および第２流路１２を流れる流体を殺菌する。光源６から第３流路１３を経由して第１流路１１に向けて出射された紫外線は、周壁９で反射し、外面１４側から管状部材２を透過して第２流路１２を照射し、さらに内面２４側から管状部材２を透過して反対側の周壁９まで到達して反射され、以後、管状部材２の透過と周壁９での反射が繰り返される。また、光源６から第３流路１３を経由して管状部材２の内側の第２流路１２に向けて出射された紫外線は、管状部材２を透過して周壁９まで到達して反射され、管状部材２の透過と周壁９での反射が繰り返される。

このように、実施形態に係る流体殺菌装置１は、光源６から収容部４に向けて出射される紫外線により、収容部４内を往復するように流動する流体を継続的に照射する。このため、殺菌性能を確保しつつ小型化することができる。

ここで、収容部４の内径Ａと、管状部材２の内径Ｂとは、１．０＜Ａ／Ｂ≦５．０、好ましくは２．０≦Ａ／Ｂ≦４．０を満たす。１．０≧Ａ／Ｂの場合、第１流路１１を形成する空間が確保できず、流体殺菌装置として使用できない。また、Ａ／Ｂ＞５．０の場合、収容部４に光源６からの紫外線が照射されない箇所が生じ、十分な殺菌性能を確保することができないことがある。なお、管状部材２の厚みＣは、例えば１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とすることができる。Ｃが１．０ｍｍ未満の場合、流体の圧力による割れが発生することがある。一方、Ｃが３．０ｍｍを超えると、管状部材２を透過する紫外線が管状部材２で吸収され、減少することがある。ただし、厚みＣは上記した範囲に限られず、例えば厚みＣの下限は、管状部材２に要求される強度に応じて設定することができる。

また、光源６の発光面６ａからカバー部材８の主面８ａまでの距離、すなわち光源６と収容部４の他端４ｂとの距離Ｌは、光源６から照射される紫外線の、収容部４に対する最大入射角をθとしたとき、Ｌ＝Ａ／（２ｔａｎθ）、ただし、０°＜θ＜９０°、好ましくは２５°≦θ＜９０°を満たす。ここで、最大入射角θとは、他端４ｂに面した周壁９の端部に光源６から出射した紫外線が照射されたときの、光源６の光軸を基準とした角度をいう。このように距離Ｌを規定することにより、光源６から出射される紫外線を収容部４に向けてより確実に到達させることができ、十分な殺菌性能を確保することができる。

上述したように、実施形態に係る流体殺菌装置１は、管状部材２と、基体３と、光源６とを具備する。管状部材２は、両端が開口し、内部に流体を流す。基体３は、管状部材２を収容する収容部４と、収容部４の一端４ａと連通する貫通口５とを有する。光源６は、収容部４の他端４ｂに対向して配置され、収容部４に紫外線を照射する。収容部４の内径Ａと、管状部材２の内径Ｂとは、１．０＜Ａ／Ｂ≦５．０を満たす。これにより、実施形態に係る流体殺菌装置１によれば、殺菌性能を確保しつつ小型化することができる。

また、実施形態に係る光源６と収容部４の他端４ｂとの距離Ｌは、光源６から照射される紫外線の、収容部４に対する最大入射角をθとしたとき、Ｌ＝Ａ／（２ｔａｎθ）、ただし、０°＜θ＜９０°を満たす。これにより、光源６から放射された紫外線は収容部４内をより確実に照射することとなり、高い殺菌性能が得られる。

なお、上述した各実施形態では、基体３の外形が略円柱状として説明したが、これに限らず、例えば略直方体または略立方体であってもよい。

また、上述した各実施形態では、流体は第１貫通口５側から供給されて第２貫通口１０側から排出されるとして説明したが、これに限らず、第２貫通口１０側から供給されて第１貫通口５側から排出される構成としてもよい。すなわち、第１貫通口５が下流側流路部材１９に接続され、第２貫通口１０が上流側流路部材１８に接続されてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 流体殺菌装置
２ 管状部材
３ 基体
４ 収容部
５ 第１貫通口
６ 光源
９ 周壁
１０ 第２貫通口

Claims (2)

1. 両端が開口し、内部に流体を流すための管状部材と；
   前記管状部材を収容する収容部と、前記収容部の一端と連通する貫通口とを有する基体と；
   前記収容部の他端に対向して配置され、前記収容部に紫外線を照射する光源と；
   を具備し、
   前記収容部の内径Ａと、前記管状部材の内径Ｂとは、１．０＜Ａ／Ｂ≦５．０
   を満たす、流体殺菌装置。
2. 前記光源と前記収容部の前記他端との距離Ｌは、前記光源から照射される前記紫外線の、前記収容部に対する最大入射角をθとしたとき、Ｌ＝Ａ／（２ｔａｎθ）、ただし、０°＜θ＜９０°
   を満たす、請求項１に記載の流体殺菌装置。

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