JP2022024609A - 流体殺菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外光を照射することにより水等の流体を殺菌する流体殺菌装置であって、内部に流体が流れる流路管の材料にフッ素樹脂が用いられつつも、製造コストが抑えられた流体殺菌装置を提供する。【解決手段】流路１０１、流入口１０２、及び流出口１０３を有する流路管１０と、流路１０１内に紫外光を照射する紫外光照射モジュール１４と、を備え、流路管１０が、筒状の第１の部分１１と、第１の部分１１の一方の端部に連結された第２の部分１２とを有し、第１の部分１１が、紫外光照射モジュール１４から発せられる紫外光を反射するフッ素樹脂からなり、第２の部分１２が、紫外光照射モジュール１４を取り付けるための取り付け部１２１と、流出口１０３を有し、流路１０１の内壁となる第２の部分１４の内面に、紫外光照射モジュール１４から発せられる紫外光を反射するフッ素樹脂からなる反射材１７が設けられた、流体殺菌装置１を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、流体殺菌装置に関する。

従来、紫外光を照射することにより水等の流体を殺菌する流体殺菌装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の流体殺菌装置は、殺菌対象の流体が軸方向に流れる流路と、流体が流入する流入口と、流体が流出する流出口とを有する筐体を備えており、筐体の軸方向の一端部に流入口が設けられ、筐体の他端部に紫外光を発する光源モジュール装置が取り付けられている。

また、光源モジュール装置の発する紫外光の波長は２４０～３８０ｎｍであり、内面に紫外光が照射される筐体の材料としてステンレスが挙げられている。

特開２０２０－８９４６２号公報

特許文献１に記載されているような流体殺菌装置においては、内面に紫外光が照射される筐体の材料には、フッ素樹脂などの紫外光に対する耐性や反射率に優れる材料を用いることが求められる。

しかしながら、フッ素樹脂は高価な材料である。特に、殺菌効果の高いＵＶ－Ｃと呼ばれる波長域（２８０ｎｍ未満）の紫外光に対する反射率に優れるフッ素樹脂であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）は、溶融粘度が非常に高いために通常の溶融加工ができず、目的の形状に加工するためには、ＰＴＦＥパウダーを圧縮、焼成することにより製造されるブロックから切削する必要があり、材料費や加工費が非常に高い。

このため、特許文献１に記載されているような流体殺菌装置において、筐体の材料を単純にフッ素樹脂に置き換えると、筐体の紫外光の反射率が高くなるために殺菌効率が高くなるものの、製造コストが非常に高くなってしまう。

本発明の目的は、紫外光を照射することにより水等の流体を殺菌する流体殺菌装置であって、内部に流体が流れる流路管の材料にフッ素樹脂が用いられつつも、製造コストが抑えられた流体殺菌装置を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］～［６］の流体殺菌装置を提供する。

［１］殺菌対象である流体を流すための流路、前記流体を前記流路に流入させるための流入口、及び前記流体を前記流路から流出させるための流出口を有する流路管と、前記流路内に紫外光を照射する紫外光照射モジュールと、を備え、前記流路管が、筒状の第１の部分と、前記第１の部分の一方の端部に連結された第２の部分とを有し、前記第１の部分が、前記紫外光照射モジュールから発せられる紫外光を反射するフッ素樹脂からなり、前記第２の部分が、前記紫外光照射モジュールを取り付けるための取り付け部と、前記流入口又は前記流出口を有し、前記流路の内壁となる前記第２の部分の内面に沿って、前記紫外光照射モジュールから発せられる紫外光を反射するフッ素樹脂からなるシート状の反射材が設けられた、流体殺菌装置。
［２］前記反射材が、前記第２の部分の内面に沿って設けられた、前記流体が通過する孔を有するシートである、上記［１］に記載の流体殺菌装置。
［３］前記反射材が、前記第２の部分の内面に沿って環状に丸められて設置された長方形のシートである、上記［２］に記載の流体殺菌装置。
［４］前記孔の面積が、前記流入口及び前記流出口の面積よりも大きい、上記［２］又は［３］に記載の流体殺菌装置。
［５］前記第２の部分が前記流出口を有し、前記第１の部分の前記第２の部分側の端部の反対側の端部が、その中心から離れた位置に前記流体が通過する孔を有する、前記流入口から流入した前記流体を拡散させる平板状の拡散板により覆われ、前記拡散板が、前記紫外光照射モジュールから発せられる紫外光を反射するフッ素樹脂からなる、上記［１］～［４］のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
［６］前記第１の部分及び前記第２の部分が、ポリテトラフルオロエチレンからなる、上記［１］～［５］のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。

本発明によれば、紫外光を照射することにより水等の流体を殺菌する流体殺菌装置であって、内部に流体が流れる流路管の材料にフッ素樹脂が用いられつつも、製造コストが抑えられた流体殺菌装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る流体殺菌装置の斜視図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ流体殺菌装置の長手方向から見た側面図、長手方向に直交する方向から見た側面図である。 図３は、図２（ａ）に示される切断線Ａ－Ａに沿って切断された流体殺菌装置の断面図である。 図４（ａ）は、長方形のシートからなる反射材の平面図であり、図４（ｂ）は、環状に丸めた状態の長方形のシートからなる反射材の斜視図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、拡散板の一例の平面図及び断面図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、拡散板の他の一例の平面図及び断面図である。

〔実施の形態〕
（流体殺菌装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る流体殺菌装置１の斜視図である。図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ流体殺菌装置１の長手方向から見た側面図、長手方向に直交する方向から見た側面図である。図３は、図２（ａ）に示される切断線Ａ－Ａに沿って切断された流体殺菌装置１の断面図である。

流体殺菌装置１は、流体（主に水などの液体）の殺菌及び菌の繁殖の抑制を行うための装置であり、殺菌対象である流体を流すための流路１０１、流体を流路１０１に流入させるための流入口１０２、流体を流路１０１から流出させるための流出口１０３を有する流路管１０と、流路１０１内に紫外光を照射する紫外光照射モジュール１４とを備える。

流路管１０は、筒状の第１の部分１１と、第１の部分１１の一方の端部に連結された、流出口１０３を有する第２の部分１２と、第１の部分１２の他方の端部に連結された、流入口１０２を有する第３の部分１３とを有する。ここで、第１の部分１１、第２の部分１２、及び第３の部分１３の内面、主に第１の部分１１及び第２の部分１２の内面が流路１０１の内壁を構成する。

第１の部分１１は、紫外光照射モジュール１４から発せられる紫外光を反射するフッ素樹脂からなる。このため、流路１０１の内壁を構成する第１の部分１１の内面で、紫外光照射モジュール１４から発せられる光を効率的に反射することができる。ここで、第１の部分１１の材料として用いられるフッ素樹脂は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などの紫外光に対する耐性及び反射率の高いフッ素樹脂であり、通常、白色である。

特に、ＵＶ－Ｃ波長域（２８０ｎｍ未満）の紫外光（以下、ＵＶＣ光と呼ぶ）に対する反射率に優れるＰＴＦＥを第１の部分１１の材料として用いることにより、ＵＶＣ光を発する紫外光照射モジュール１４を用いて効果的に殺菌を行うことができる。

第１の部分１１の形状は、筒状というシンプルな形状であるため、市販されている汎用のフッ素樹脂パイプなどをほぼそのまま用いることができる。また、パイプなどの汎用品の加工工程をより低減するため、第１の部分１１の形状は、その内面及び外面に凹凸のない筒状であることが好ましい。

第２の部分１２は、紫外光照射モジュール１４を取り付けるための取り付け部１２１と、流出口１０３を有する。また、流路１０１の内壁となる第２の部分１２の内面に沿って、紫外光照射モジュール１４から発せられる紫外光を反射するフッ素樹脂からなるシート状の反射材１７が設けられている。

第２の部分１２は、第１の部分１１と連結するための開口部１２３を有し、開口部１２３の内側に第１の部分１１の一端を嵌め込むことにより、第１の部分１１と第２の部分１２が連結される。ここで、第１の部分１１と第２の部分１２の界面からの流体の漏れ出しを防ぐため、第１の部分１１と第２の部分１２の重なり部分にＯリング２０１などのシール部材を用いることが好ましい。

紫外光照射モジュール１４は、例えば、後述する紫外光照射モジュール１４のヒートシンク１４６及びカバー１４７を第２の部分１２の取り付け部１２１にネジ１４８を用いてネジ止めすることにより、第２の部分１２に取り付けられる。紫外光照射モジュール１４から発せられた光は、取り付け部１２１に含まれる開口部１２２を通過して、流路１０１内の流体に照射される。なお、開口部１２２は紫外光照射モジュール１４によって塞がれており、開口部１２２から水が漏れ出すことはない。

図１～３に示される例では、第２の部分１２の流出口１０３側の開口部１２４に流出管１６が接続されている。流出管１６は、開口部１２４の内側に嵌め込まれて固定され、流出管１６の開口部１２４と反対側の開口部が流出口１０３として機能する。この場合、第２の部分１２と流出管１６の界面からの流体の漏れ出しを効果的に防ぐため、流出管１６の開口部１２４に嵌め込まれる部分の周囲にシールテープなどを巻くことが好ましい。

反射材１７は、例えば、第２の部分１２の内面に沿ってフッ素樹脂からなるシートを設置したり、第２の部分１２の内面にフッ素樹脂からなる塗料を塗布したりすることにより設けられる。反射材１７と第１の部分１１の隙間からの紫外光の漏れ出しを防ぐため、反射材１７は第１の部分１１の端部に隙間なく接していることが好ましい。なお、反射材１７は第２の部分１２の内面に密着していてもよく、第２の部分１２の内面との間に隙間があってもよい。

反射材１７が、フッ素樹脂からなるシートである場合は、流体が通過する孔１７１を有する。孔１７１は、１つであってもいいし、複数の孔の集合体であってもよい。流路管１０内での流体の流速の低下や流路管１０内の圧力の上昇を抑えるため、孔１７１の面積（複数の孔の集合体である場合はそれらの合計面積）が、流入口１０２及び流出口１０３の面積よりも大きいことが好ましい。

反射材１７の材料であるフッ素樹脂には、第１の部分１１の材料と同様の、紫外光照射モジュール１４から発せられる光を反射するフッ素樹脂を用いることができる。特に、ＰＴＦＥを反射材１７の材料として用いることにより、ＵＶＣ光を発する紫外光照射モジュール１４を用いて効果的に殺菌を行うことができる。

また、反射材１７が第２の部分１２への向かう紫外光の多くを遮るため、第２の部分１２の紫外光暴露による劣化を抑えることができる。このため、第２の部分１２が紫外光への耐性を有する必要がなく、第２の部分１２の材料の選択の幅が広がる。例えば、第２の部分１２の材料としてポリカーボネートを用いることができる。

紫外光照射モジュール１４から発せられた光を流路１０１内に効率的に照射させるためには、第２の部分１２の紫外光照射モジュール１４から発せられた光を取り込む開口部１２２と、第１の部分１１と連結するための開口部１２３が対向していることが好ましく、この場合、第２の部分１２内の反射材１７を設置する領域は円柱形になる。このため、長方形のフッ素樹脂からなるシートを第２の部分１２の内面に沿って環状に丸めて設置し、反射材１７として用いることができる。

また、この場合、反射材１７と第２の部分１２が、第２の部分１２に対する反射材１７の位置ずれを防ぐ位置ずれ防止構造を有することが好ましい。例えば、反射材１７が位置ずれ防止用のノッチ（切り欠き）１７２を有することが好ましい。このノッチ１７２を第２の部分１２の内面に設けられたリブ（突起）１２５に嵌め込むことにより、第２の部分１２に対する反射材１７の位置ずれを防ぐことができる。なお、第２の部分１２のリブ１２５は反射材１７に覆われていないため、紫外光が当たり難い紫外光照射モジュール１４側に設けられることが好ましい。

図４（ａ）は、長方形のシートからなる反射材１７の平面図であり、図４（ｂ）は、環状に丸めた状態の長方形のシートからなる反射材１７の斜視図である。図４（ａ）、（ｂ）に示される例では、孔１７１は４つの孔の集合体からなる。

なお、紫外光照射モジュール１４から発せられる光には、通常、紫外光の他に可視光も含まれている。このため、第２の部分１２の材料に、可視光を透過する材料、例えば、透明なポリカーボネートを用いることにより、反射材１７の孔１７１から漏れて、第２の部分１２を透過した可視光を視認して、紫外光照射モジュール１４の動作を確認することができる。

第３の部分１３は、第１の部分１１の第３の部分１３側の端部を覆うような形状を有し、流入口１０２を有する。

第３の部分１３は、第１の部分１１と連結するための開口部１３１を有し、開口部１３１の内側に第１の部分１１の一端を嵌め込むことにより、第１の部分１１と第３の部分１３が連結される。ここで、第１の部分１１と第３の部分１３の界面からの流体の漏れ出しを防ぐため、第１の部分１１と第３の部分１３の重なり部分にＯリング２０２などのシール部材を用いることが好ましい。

図１～３に示される例では、第３の部分１３の流入口１０２側の開口部１３２に流入管１５が接続されている。流入管１５は、開口部１３２の内側に嵌め込まれて固定され、流入管１５の開口部１３２と反対側の開口部が流入口１０２として機能する。この場合、第３の部分１３と流入管１５の界面からの流体の漏れ出しを効果的に防ぐため、流入管１５の開口部１３２に嵌め込まれる部分の周囲にシールテープなどを巻くことが好ましい。

なお、流路管１０における流入口１０２と流出口１０３の機能は逆であってもよい。すなわち、第２の部分１２の流出口１０３から流路１０１に流体を流入させ、第３の部分１３の流入口１０２から流体を流出させてもよい。

流入口１０２から流路１０１に流体を流入させ、流出口１０３から流体を流出させる場合、すなわち流入口１０２を流入口として機能させ、流出口１０３を流出口として機能させる場合には、第１の部分１１の第３の部分１３側の端部（第２の部分１２側の端部の反対側の端部）、すなわち第１の部分１１の流体の流入口が、平板状の拡散板１８により覆われていることが好ましい。

図５（ａ）、（ｂ）は、拡散板１８の一例の平面図及び断面図である。図５（ｂ）に示される拡散板１８の断面は、図５（ａ）に示される切断線Ｂ－Ｂで切断したときの断面である。

拡散板１８は、その中心から離れた位置に流体が通過する孔１８１を有し、流入口１０２から流入した流体を拡散させる。孔１８１は、拡散板１８の中心には設けられておらず、拡散板１８の外周部の近く、又は外周部に接する位置に設けられているため、孔１８１を通過した流体は、第１の部分１１の内壁近くに流れ込む。

一般に、流路を流れる流体の流速は流路の内壁に近いほど摩擦抵抗により小さくなり、流路の中心における流速との差が大きくなるところ、拡散板１８を用いて流体を第１の部分１１の内壁近くに流入させることにより、第１の部分１１の内壁近くの流速を相対的に大きくし、第１の部分１１の中心近傍と内壁近傍の流速差を小さくすることができる。これによって、流路１０１内の流体の滞留時間が平均化されるため、流体の流路の違いによる紫外光の照射時間のばらつきが小さくなり、効率的に殺菌を行うことができる。

第１の部分１１の内壁近くになるべく均等に流体を流し込むため、複数の孔１８１が拡散板１８の円周方向に沿って等間隔で配置されていることが好ましい。また、流路管１０内での流体の流速の低下や流路管１０内の圧力の上昇を抑えるため、孔１８１の面積（複数の孔１８１が設けられている場合はそれらの合計面積）が、流入口１０２及び流出口１０３の面積よりも大きいことが好ましい。

殺菌効率を高めるため、拡散板１８は、第１の部分１１の材料と同様の、紫外光照射モジュール１４から発せられる光を反射するフッ素樹脂からなることが好ましい。特に、ＰＴＦＥを拡散板１８の材料として用いることにより、ＵＶＣ光を発する紫外光照射モジュール１４を用いて効果的に殺菌を行うことができる。

また、拡散板１８を用いる場合、拡散板１８が第３の部分１３へ向かう紫外光の多くを遮るため、第３の部分１３の紫外光暴露による劣化を抑えることができる。このため、第３の部分１３が紫外光への耐性を有する必要がなく、第３の部分１３の材料の選択の幅が広がる。この場合、例えば、第３の部分１３の材料としてポリカーボネートを用いることができる。

拡散板１８の流体殺菌装置１への固定方法は特に限定されない。例えば、図３に示されるように、拡散板１８を第１の部分１１と第３の部分１３の間に挟んで固定することができる。ここで、図５（ａ）の点線の外側の部分が、第１の部分１１と第３の部分１３に挟まれる部分である。

図６（ａ）、（ｂ）は、拡散板１８の他の一例の平面図及び断面図である。図６（ｂ）に示される拡散板１８の断面は、図６（ａ）に示される切断線Ｃ－Ｃで切断したときの断面である。

図６（ａ）、（ｂ）に示されるように、拡散板１８の孔１８１は、第３の部分１３側から第１の部分１１側に近づくにしたがって外周側に広がるような傾きを有していてもよい。

なお、平板状の拡散板１８の代わりに立体的形状を有する拡散部材を用いてもよいが、平板状の方が構造的にシンプルであるため、高価なフッ素樹脂、特にブロックからの切削が必要なＰＴＦＥを材料に用いる場合の製造コストを抑えることができる。

ケース１９は、第１の部分１１の長さ方向に平行な板状部分１９１と、第３の部分１３に被せられる板状部分１９２を有し、板状部分１９２により第３の部分１３を第１の部分１１の方へ押し付けた状態でケース１９を第２の部分１２に固定することにより、第１の部分１１、第２の部分１２、第３の部分１３を固定することができる。すなわち、ケース１９を用いて、第１の部分１１、第２の部分１２、第３の部分１３の３つの部品を固定することができる。

図１～図３に示される例では、ケース１９は第２の部分１２のケース１９側の面に沿った板状部分１９３を有し、板状部分１９３を第２の部分１２にネジ１９４を用いてネジ止めすることにより、ケース１９を第２の部分１２に固定する。ケース１９は、例えば、ステンレスからなる。

紫外光照射モジュール１４は、上述のように、第２の部分１２に取り付けられて、流路１０１を流れる流体に紫外光を照射する。紫外光照射モジュール１４の発する紫外光は、例えば、ＵＶ－Ａと呼ばれる波長域（４００～３１５ｎｍ）の紫外光、ＵＶ－Ｂと呼ばれる波長域（３１５～２８０ｎｍ）の紫外光や、上述のＵＶＣ光であり、このうち最も殺菌効果の高いＵＶＣ光であることが好ましい。

紫外光照射モジュール１４の構成は特に限定されないが、図１～図３に示される例では、紫外光を発する発光素子１４１と、発光素子１４１が実装された配線基板１４２と、配線基板１４２の配線に接続された、外部から発光素子１４１に電力などを供給するためのケーブル１４３と、発光素子１４１を囲むリフレクター１４４と、リフレクター１４４上に発光素子１４１の上方を覆うように設置された防水シート１４５と、配線基板１４２の裏側に設置されたヒートシンク１４６と、これらの各部品を覆って固定するカバー１４７とを備える。発光素子１４１が実装される領域は密閉されて防水性が確保されており、発光素子１４１から発せられた光は防水シート１４５を透過して取り出される。

発光素子１４１は、例えば、紫外光を発するＬＥＤチップ（Light Emitting Diode）やＬＤチップ（Laser Diode）と、配光を調節するためのレンズを備える。

第２の部分１２の取り付け部１２１と紫外光照射モジュール１４のカバー１４７の間にはＯリング２０３などのシール部材が用いられ、第２の部分１２と紫外光照射モジュール１４の界面からの流体の漏れ出しを防いでいる。

（実施の形態の効果）
上記実施の形態に係る流体殺菌装置１によれば、流路管１０の第１の部分１１として汎用のフッ素樹脂からなるパイプなどを用いることができ、また、第２の部分１２にはフッ素樹脂からなる反射材１７を用いることにより、流路１０１の内壁の紫外光の反射率を大きくして優れた殺菌効率を確保しながらも、製造コストを抑えることができる。特に、フッ素樹脂としてＰＴＦＥを用いる場合には、ＰＴＦＥブロックからの切削加工を必要としないため、製造コストを低減する効果がより大きくなる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。

また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１ 流体殺菌装置
１０ 流路管
１０１ 流路
１０２ 流入口
１０３ 流出口
１１ 第１の部分
１２ 第２の部分
１２１ 取り付け部
１３ 第３の部分
１４ 紫外光照射モジュール
１５ 流入管
１６ 流出管
１７ 反射材
１７１ 孔
１８ 拡散板
１８１ 孔
１９ ケース

Claims (6)

1. 殺菌対象である流体を流すための流路、前記流体を前記流路に流入させるための流入口、及び前記流体を前記流路から流出させるための流出口を有する流路管と、
   前記流路内に紫外光を照射する紫外光照射モジュールと、
   を備え、
   前記流路管が、筒状の第１の部分と、前記第１の部分の一方の端部に連結された第２の部分とを有し、
   前記第１の部分が、前記紫外光照射モジュールから発せられる紫外光を反射するフッ素樹脂からなり、
   前記第２の部分が、前記紫外光照射モジュールを取り付けるための取り付け部と、前記流入口又は前記流出口を有し、
   前記流路の内壁となる前記第２の部分の内面に沿って、前記紫外光照射モジュールから発せられる紫外光を反射するフッ素樹脂からなるシート状の反射材が設けられた、
   流体殺菌装置。
2. 前記反射材が、前記第２の部分の内面に沿って設けられた、前記流体が通過する孔を有するシートである、
   請求項１に記載の流体殺菌装置。
3. 前記反射材が、前記第２の部分の内面に沿って環状に丸められて設置された長方形のシートである、
   請求項２に記載の流体殺菌装置。
4. 前記孔の面積が、前記流入口及び前記流出口の面積よりも大きい、
   請求項２又は３に記載の流体殺菌装置。
5. 前記第２の部分が前記流出口を有し、
   前記第１の部分の前記第２の部分側の端部の反対側の端部が、その中心から離れた位置に前記流体が通過する孔を有する、前記流入口から流入した前記流体を拡散させる平板状の拡散板により覆われ、
   前記拡散板が、前記紫外光照射モジュールから発せられる紫外光を反射するフッ素樹脂からなる、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
6. 前記第１の部分及び前記第２の部分が、ポリテトラフルオロエチレンからなる、
   請求項１～５のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。

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