JP7084574B2 - Uv殺菌装置およびこれを備えた飲料水供給設備 - Google Patents
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Description
そして、本発明のUV殺菌装置の設置例としては、ウォータサーバ、飲料用装置などの飲料水供給設備やエアークリーナなどの清浄機であるが、これら以外にも殺菌機能を必要とするものであれば、本発明のUV殺菌装置は、適用できることは言うまでもない。
なお、本発明のUV殺菌装置は、流量、流体温などの感知センサーを介在させて設置した場合、感知センサーから得られた流量、流体温などの検知データに基づいて紫外線発光素子から発光する紫外線光を光量調整して殺菌性能を制御することが可能となる。
そして、紫外線照射用管体の材質は、ステンレスなどの金属、ABS樹脂などの樹脂など如何なるものであっても構わない。
たとえば、紫外線光の透過効率が95%以上であれば、流体の速度が速い中心(中央)部の殺菌効果も発揮することができ、紫外線光の照射面積をより狭く絞り込み可能な透明型パイプを用いるとさらに殺菌効果も発揮することができ、より好ましい。
また、このような合成石英パイプを用いた場合には、流体が流通する際に流体の流速分布が均一化されて流体に乱流を発生させず、流体に含まれる種々の物質が合成石英パイプに付着しないため、紫外線光の透過効率を増加させることが可能となる。
上述したような合成石英パイプを用いた場合であっても開口端側の流速が乱れるため、合成石英パイプは、流入ポートに対して合成石英パイプの開口端をわずかに離隔した領域に設けるのがより好ましい。
また、この合成石英パイプの径は、紫外線照射用管体の径よりも狭く絞り込むと、紫外線光が集中して照射されるため、より確実に殺菌することが可能となる。
しかも、この合成石英パイプに換えて、サファイア製パイプを用いることも可能であるが、このサファイア製パイプよりも安価に制作することができる。
また、紫外線発光素子の具体的な形態については、紫外線光を照射発光するものであれば如何なる形態のものであっても差し支えないが、発光ダイオードからなる紫外線発光素子を用いた場合には、発光ダイオード素子の照射可能時間が蛍光ランプと比べて長いため、長期に亘って殺菌することができるので、より好ましい。
そして、本発明のUV殺菌装置に用いる拡散レンズと紫外線発光素子との具体的な配置形態については、紫外線発光素子から拡散レンズを介して合成石英パイプに向けて紫外線光を照射させることができれば、如何なる配置形態であっても構わない。
特に、拡散レンズおよび紫外線発光素子を流体の流れ方向に対して直交方向に向けて設置する場合は、紫外線照射ユニットの管状スペーサに対して拡散レンズおよび紫外線発光素子を流体の流れ方向に傾けて設置する必要がないため、紫外線照射ユニットの管状スペーサに対する拡散レンズおよび紫外線発光素子の取付け構造を簡素化することができる。
さらに、合成石英パイプに対する照射位置および照射範囲については、拡散レンズの中心を紫外線発光素子の中心に対して偏倚させて拡散レンズと紫外線発光素子との相対的な位置関係を調整することが可能になるため、合成石英パイプと拡散レンズとの相対的な姿勢や位置関係を変更することなく容易に調整するのがより好ましい。
また、放物線反射ミラーの具体的ミラー形態については、紫外線照射ユニットにおいて相互に対向配置する非球面からなる凹面鏡からなる放物線反射ミラーであれば良く、紫外線光を減衰させることなく集束させて繰り返し反射させることができ、例えば、凹面ミラーをUV高反射アルミニウムでコーティングした凹面広帯域金属コーティングミラーなどのような反射面形状を有する放物線反射ミラーであれば、紫外線光の光束横断面が拡大されて紫外線光が分散されないため、放物線反射ミラーによる紫外線光が繰り返し反射する際の拡散による紫外線照射強度の減衰を抑止するので、より好ましい。
ここで、2枚1組の放物線反射ミラーの具体的な形態については、紫外線光の光束横断面を一定に維持するように調整するために、相互に対向配置する放物線反射ミラーが、それぞれ異なった非球面からなる凹面鏡、あるいは、相互に異なった対向角度で設置されることは言うまでもない。
特に、管状スペーサが、前記紫外線照射用管体の管軸方向に沿って二分割で形成されている場合には、管状スペーサ内に保持する合成石英パイプ、紫外線発光素子、放物線反射ミラーの位置調整、清掃、保守交換を行う際の分解、組み立てを容易に行うことができるのでより好ましい。
すなわち、図1は、本発明の第1実施例であるUV殺菌装置100を備えたウォータサーバW10の概略を示す正面断面図であり、図2は、本発明の第1実施例であるUV殺菌装置の一部を切り欠いた概略説明図であり、図3は、図2の符号3-3で視た断面図であり、図4は、紫外線照射ユニットにおける深紫外線の照射状態を示す説明図であり、放物線反射ミラーにおける深紫外線の繰り返し反射状態を示す説明図である。
このうち、水容器W11は、上方に開口した開口部(水道水WT1の注入口)W11baを有する水容器本体W11bと、開口部W11baを開閉自在な蓋W11aとを備えている。
水容器本体W11bの底壁W11bcには、開口穴W11bdが形成され、浄化カートリッジW12が、開口穴W11bdに貫通して嵌め込まれている。
浄化水貯留容器W13は、ウォータサーバ本体W14の上方にある水容器W11の真下に設置され、浄化カートリッジW12の内部の通水路を流下して浄化された浄化水WT2を一時的に貯留するように構成されている。
このうち、温水タンクW14aは、浄化水貯留容器W13と第1配管W14fを介して接続され、浄化水貯留容器W13からこの温水タンクW14aに浄化水WT2が供給されるように構成されている。
さらに、温水タンクW14aは、内部に貯留した浄化水WT2を所定温度に加熱する加熱手段を有している。
また、温水タンクW14aは、図示しない配管を介して温水用蛇口W14cに接続され、この温水用蛇口W14cを開栓することで、温水タンクW14aの内部の温水がこの温水用蛇口W14cを通ってユーザに供給されるように設けられている。
そして、浄化水貯留容器W13からこの冷水タンクW14bに殺菌された浄化水WT2が供給されるように構成されている。
さらに、この冷水タンクW14bは、内部の浄化水WT2を冷却する冷却手段を有している。
なお、本実施例では、第2配管W14gの経路上にUV殺菌装置100を設けたが、冷水タンクW14bと冷水用蛇口W14eとを接続する配管(図示せず)の経路上にUV殺菌装置100を設けてもよい。
そして、常温水用蛇口W14dを開栓することで、浄化水貯留容器W13の内部の常温水がUV殺菌装置100を流通するときに殺菌され、この常温水用蛇口W14dを通ってユーザに供給されるように設けられている。
なお、温水用蛇口W14c~冷水用蛇口W14eの下には、これらの温水用蛇口W14cおよび冷水用蛇口W14eからこぼれ落ちた水を受ける水受皿W14iが設置されている。
また、本実施例では、ウォータサーバW10が、温水タンクW14aおよび冷水タンクW14bの両方を備えているが、温水タンクW14aまたは冷水タンクW14bの何れか一方のみを備えるものであってもよい。
浄化カートリッジW12の内部に導入された水道水WT1は、浄化カートリッジW12の各浄水エレメント(図示せず)を流通する毎に、それぞれの処理が施される。
冷水用蛇口W14eまたは温水用蛇口W14cが開栓されると、温水タンクW14aまたは冷水タンクW14bの内部の水が外に排出されるが、このとき、温水タンクW14a、冷水タンクW14bの内部の水量の低下に伴って浄化水貯留容器W13の内部の浄化水WT2が温水タンクW14a、冷水タンクW14bの内部にそれぞれ供給される。
なお、流入ポート110と紫外線照射用管体120との間、および、紫外線照射用管体120と流出ポート130との間には、(図示しないが)シールリングがそれぞれ介在している。
そして、前述した紫外線照射用管体120は、紫外線照射用管体120を流れる水に100乃至280nmの波長を有する紫外線光Lを照射して水を殺菌する紫外線照射ユニット140を内蔵している。
まず、図2乃至図3に示すように、紫外線照射ユニット140は、紫外線照射用管体120内に向かって100乃至280nmの波長の紫外線光L(La、Lb、Lc)を発光する発光ダイオード素子からなる紫外線発光素子141と、この紫外線発光素子141をカバーする平凸レンズからなる拡散レンズ142と、紫外線発光素子141に設けられて図示しない電源から発光ダイオード素子141へ電力を供給する基板143と、紫外線照射用管体120内に挿着して紫外線発光素子141を保持する管状スペーサ146と、紫外線照射用管体120内に水を流通させる内径10mmφ程度、パイプ長30mm程度のパイプ状を呈する合成石英パイプ147と、この合成石英パイプ147の上流側を跨いで対向配置して紫外線発光素子141から発光された紫外線光Lの大半を繰り返し反射させる一組の放物線反射ミラー148a、148bと、合成石英パイプ147の下流側を挿入した状態で合成石英パイプ147を位置決めするとともに管状スペーサ146と係合して合成石英パイプ147を保持する内径12mmφ程度、パイプ長15mm程度の円管状を呈したパイプ保持体149とで構成されている。
そして、上述した平凸レンズからなる拡散レンズ142は、レンズ倍率が5~7倍の範囲であるのが良く、管状スペーサ146に形成されたレンズ挿通穴146aに嵌合され基板143側に平坦面を呈する円環状のレンズつば部142a(図示していない)と、合成石英パイプ147側に向かって凸状球面142bとを有して、紫外線発光素子141の紫外線光Lを拡散させる。
これにより、管状スペーサ146に対して紫外線発光素子141および拡散レンズ142を設置調整する必要がなく、管状スペーサ146に対する紫外線発光素子141および拡散レンズ142の取付け構造を簡素化し、しかも、紫外線発光素子141と拡散レンズ142との相対的な位置関係を設定するだけで合成石英パイプ147に対する照射位置および照射範囲を調整している。
なお、本実施例の場合、流入ポート110から流入する水の流速が乱れ易いため、合成石英パイプ147の開口端は、流入ポート110に対してわずかに離隔した領域(例えば、合成石英パイプ147の開口端から10mm程度の離隔した領域)に設けている。
これにより、UV殺菌装置が奏する殺菌効果は、合成石英パイプ147の上流側と下流側でおおよそ7:3の割合で発揮する。
なお、図4に示す紫外線光Lbは、合成石英パイプ147の上流側と下流側との間で一組の放物線反射ミラー148a、148bやパイプ保持体149と関与せずに、紫外線発光素子141から一方的に照射されて紫外線光である。
また、これらの放物線反射ミラー148a、148bの具体的なミラー形状については、図5に示すように、紫外線光Laの光束横断面を拡大して紫外線光Laを分散させないように、すなわち、紫外線光Lを減衰させることなく集束させて繰り返し反射させるために、それぞれ異なった非球面からなる反射面形状を有するように設計し、さらに、これらの放物線反射ミラー148a、148bのミラー配置形態については、紫外線光Lの光束横断面を一定に維持するように調整するために、相互に異なった対向角度で設置されていることは言うまでもない。
また、紫外線照射ユニット140が、円管状のパイプ保持体148を有していることにより、合成石英パイプ147の上流側での殺菌効果に加えて、合成石英パイプ147の下流側でも殺菌効果を奏することができる。
ここで、図6は、本発明の第2実施例であるUV殺菌装置200の要部を示す分解斜視図であり、図7は、本発明の第2実施例であるUV殺菌装置200の要部を示す断面図である。
第2実施例のUV殺菌装置200は、第1実施例のUV殺菌装置100における平凸レンズ142と基板143との間にレンズスペーサ244を設置するとともに、基板143の背面に放熱プレート245を設置したものであり、多くの要素について第1実施例のUV殺菌装置100と共通するので、共通する事項については詳しい説明を省略し、下2桁が共通する200番台の符号を付すのみとする。
なお、発光ダイオード素子241から平凸レンズ242までの距離を変更するには、レンズスペーサ244の厚みを変更すればよい。
また、レンズスペーサ244には、発光ダイオード素子からなる紫外線発光素子241を収容するダイオード収容孔244aが設けられ、さらに、このダイオード収容孔244aの周壁は、発光ダイオード素子241からの深紫外線光Lを反射自在に設けられ、発光ダイオード素子241の周囲がダイオード収容孔244aの周壁で囲まれて配光+90度方向および配光-90度方向への散乱光の漏れが殆ど無くなっている。
なお、本第2実施例で意味する「配光分布の0度」は、発光ダイオード素子241に対して真正面である。
さらに、本第2実施例では、ダイオード収容孔244aの周壁が、基板243側から平凸レンズ242側へ向かって漸次拡がるテーパ状に形成され、配光+90度方向および配光-90度方向への散乱光を平凸レンズ242へ反射させることにより、上述した第1実施例と比べて集光率を約30%向上させている。
110 ・・・ 流入ポート
120 ・・・ 紫外線照射用管体
130 ・・・ 流出ポート
140 、240 ・・・ 紫外線照射ユニット
141 、241 ・・・ 発光ダイオード素子(紫外線発光素子)
142 、242 ・・・ 平凸レンズ(拡散レンズ)
142a、242a・・・ レンズつば部
142b、242b・・・ 凸状球面
143 、243 ・・・ 基板
244 ・・・ レンズスペーサ
244a・・・ ダイオード収容孔
245 ・・・ 放熱プレート
146 ・・・ 管状スペーサ
146a ・・・ レンズ挿通穴
147 ・・・ 合成石英パイプ
148a、148b・・・ 放物線反射ミラー
149 ・・・ パイプ保持体
L ・・・ 紫外線光(深紫外線光)
La ・・・ 紫外線光
Lb ・・・ 紫外線光
Lc ・・・ 紫外線光
C1 ・・・ 発光ダイオード素子の中心
C2 ・・・ 平凸レンズの中心
W10 ・・・ ウォータサーバ(飲料水供給設備)
W11 ・・・ 水容器
W11a ・・・ 蓋
W11b ・・・ 水容器本体
W11ba・・・ 開口部(水道水の注入口)
W11bc・・・ 底壁
W11bd・・・ 開口穴
W12 ・・・ 浄化カートリッジ
W13 ・・・ 浄化水貯留容器
W14 ・・・ ウォータサーバ本体
W14a ・・・ 温水タンク
W14b ・・・ 冷水タンク
W14c ・・・ 温水用蛇口
W14d ・・・ 常温水用蛇口
W14e ・・・ 冷水用蛇口
W14f ・・・ 第1配管
W14g ・・・ 第2配管
W14h ・・・ 第3配管
W14i ・・・ 水受皿
PT ・・・ ピッチャー
WT1 ・・・ 水道水
WT2 ・・・ 水(浄化水)
Claims (10)
- 流体を流入させる流入ポートと該流入ポートから流入させた流体に紫外線光を照射して殺菌する紫外線照射用管体と該紫外線照射用管体から流体を流出させる流出ポートとを備えたUV殺菌装置であって、
前記紫外線照射用管体が、該紫外線照射用管体内に向かって紫外線光を発光する紫外線発光素子と、該紫外線発光素子から発光された紫外線光を拡散させる拡散レンズと、前記紫外線照射用管体内に挿着して紫外線発光素子を保持する管状スペーサと、前記紫外線照射用管体内に流体を流通させる円管状の合成石英パイプと、該合成石英パイプの上流側を跨いで対向配置して前記拡散レンズの中心を紫外線発光素子の中心に対して合成石英パイプの上流側に偏倚させた状態で紫外線発光素子から合成石英パイプに向けて発光された紫外線光の大半となる合成石英パイプの上流側の紫外線光を繰り返し反射させる2枚1組または2枚複数組の凹面鏡からなる放物線反射ミラーとで少なくとも構成される紫外線照射ユニットを内蔵し、
該紫外線照射ユニットが、前記合成石英パイプを跨いで対向配置した凹面鏡からなる放物線反射ミラーの相互間で紫外線光の光減衰率を抑えた状態で紫外線光を繰り返し反射させながら前記流体を流通させることを特徴とするUV殺菌装置。 - 前記紫外線照射ユニットが、前記紫外線照射用管体に合成石英パイプの下流側を挿入した状態で位置決めして前記管状スペーサと係合するとともに前記紫外線発光素子から合成石英パイプに向けて発光された紫外線光の残りとなる下流側の紫外線光を繰り返し反射させる円管状のパイプ保持体を有していることを特徴とする請求項1に記載のUV殺菌装置。
- 前記パイプ保持体が、反射剤で表面加工された反射内周面を有していることを特徴とする請求項2に記載のUV殺菌装置。
- 前記放物線反射ミラーが、非球面からなる凹面鏡であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載のUV殺菌装置。
- 前記放物線反射ミラーが、前記紫外線光の繰り返し反射された光束横断面を一定に維持する反射面形状を有していることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1つに記載のUV殺菌装置。
- 前記紫外線発光素子が、発光ダイオードであることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1つに記載のUV殺菌装置。
- 前記紫外線発光素子が、該紫外線発光素子から発光された紫外線光を拡散させる拡散レンズでカバーされていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1つに記載のUV殺菌装置。
- 前記紫外線発光素子の発光する紫外線光が、100乃至280nmの波長を有する深紫外線であることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1つに記載のUV殺菌装置。
- 前記管状スペーサが、前記紫外線照射用管体の管軸方向に沿って二分割可能に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1つに記載のUV殺菌装置。
- 請求項1乃至請求項9のいずれかいずれか1つに記載のUV殺菌装置を前記流体である水の配管の経路上に設けた飲料水供給設備。
Priority Applications (2)
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