WO2022158169A1 - 流体殺菌装置 - Google Patents

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英明 田中
裕幸 加藤
和久 新野
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スタンレー電気株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fluid sterilization device that sterilizes fluid flowing through a flow path with ultraviolet light.
  • the fluid sterilization device of Patent Document 1 below includes a substrate on which a light source is mounted, a housing (fluid sterilization part) having a straight tube type flow path, a fluid inlet, and a fluid outlet. , reflectors and the like arranged to surround the cylinder. Since the cylinder is made of quartz, which is an ultraviolet light transmitting material, the ultraviolet light emitted from the light source is transmitted through the cylinder.
  • the fluid is emitted from the light source inserted into the opening of the reflector and exposed to the ultraviolet light diffused by the reflector. This promotes sterilization of the fluid (patent document 1/paragraphs 0038,0039,0050, FIG. 2).
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a compact fluid sterilization device capable of efficiently irradiating fluid with ultraviolet light.
  • the fluid sterilizer of the present invention comprises a cylindrical inner tube having an open end in the axial direction and having a radially penetrating cutout portion and a radially protruding outlet tube, and the inner tube.
  • an outer tube that has an annular space that communicates with a notch and accommodates the inner tube; an inflow tube that is provided in the outer tube and allows a fluid to flow in;
  • the inside of the inner tube is passed through an outflow tube that is connected to the outlet tube and causes the fluid that has passed through the annular space to flow out, and an ultraviolet light transmission window that seals the end of the outer tube on the one end side. and a light source for irradiating the passing fluid with ultraviolet light.
  • the fluid sterilizer is mainly composed of an inner tube and an outer tube.
  • the inner tube has a cylindrical shape, is open at one axial end, has a radially penetrating notch, and has a radially protruding outlet tube. Further, the light source irradiates the fluid passing through the inner tube through the ultraviolet light transmitting window with ultraviolet light, so that the fluid is sterilized.
  • the outer tube has an inflow tube and an outflow tube for the fluid, and has an annular space between the inner tube and the inner tube that communicates with the notch, and accommodates the inner tube therein. Also, the outflow tube is connected to the outlet tube of the inner tube. Fluid enters from the inlet tube and passes through the annular space. The fluid enters the inside of the inner tube through the notch, is sterilized, and flows out of the outflow tube through the outlet tube.
  • the fluid sterilization apparatus of the present invention can be made smaller in the linear direction than conventional apparatuses, and can efficiently irradiate the fluid with ultraviolet light.
  • the reflector for reflecting the ultraviolet light is provided on the surface of the ultraviolet light transmission window opposite to the inner tube.
  • the ultraviolet light Since the ultraviolet light is reflected by the reflector, the ultraviolet light travels not only to the inner tube but also to the annular space through the ultraviolet light transmission window. This allows the device to increase the sterilization efficiency of the fluid.
  • an illuminance sensor may be provided on the back side of the reflector, the reflector may have an opening, and the illuminance sensor may detect the illuminance of the ultraviolet light through the opening. preferable.
  • the fluid sterilizer of the present invention has an illuminance sensor on the back side of the reflector. Also, the reflector has an opening, and the illuminance sensor can detect the illuminance of the ultraviolet light through the opening. Therefore, the apparatus can confirm whether or not the fluid is irradiated with ultraviolet light.
  • the notches are provided in pairs at symmetrical positions with respect to the central axis of the inner tube.
  • the cutouts are provided in pairs at symmetrical positions with respect to the central axis of the inner tube. Therefore, the present device can cause the fluid that has flowed into the annular space to uniformly flow into the interior of the inner pipe, thereby achieving a homogenous flow velocity distribution.
  • the inner tube is preferably made of a resin material.
  • the inner tube is made of a resin material (eg, PTFE), the inner tube diffuses and reflects ultraviolet light. As a result, the present apparatus can improve the irradiation efficiency of ultraviolet light and further improve the fluid sterilization efficiency.
  • a resin material eg, PTFE
  • FIG. 1 is a perspective view of the fluid sterilizer of this embodiment
  • FIG. 2 is an exploded view of the fluid disinfection device of FIG. 1
  • FIG. 4 is a cross-sectional view IV-IV of the fluid sterilizer of FIG. 3
  • FIG. 2 is a plan view of the fluid sterilization device of FIG. 1 viewed from the front side
  • FIG. 4 is a VI-VI cross-sectional view of the fluid sterilizer of FIG. 3; VII-VII cross-sectional view of the fluid sterilizer of FIG. 3; (a) Flow velocity distribution in the IV-IV cross-sectional view of the fluid sterilizer in FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view of a fluid sterilization device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded view showing the constituent elements by disassembling the fluid sterilization device 1.
  • the fluid sterilization device 1 is a device that irradiates ultraviolet light to sterilize fluid flowing through a flow path, and is used in water storage tanks such as ice makers, water pipes, water heaters, water servers, circulation devices, drink servers, and the like. be done.
  • the outer tube 10 of the fluid sterilizer 1 is composed of a main body portion 11, an inflow pipe 12, an outflow pipe 13, a holding cap 14, a base plate 15 and a lid portion 16.
  • the main body 11, the inflow pipe 12 and the outflow pipe 13 are made of stainless steel, they can be changed to other metal materials or resin materials depending on the purpose.
  • the holding cap 14, the base plate 15 and the lid portion 16 are made of aluminum in consideration of heat dissipation.
  • the fluid to be sterilized proceeds from the inflow pipe 12 to the main body 11 and flows out of the outer pipe 10 from the outflow pipe 13 .
  • the outflow pipe 13 is a straight pipe type provided coaxially with the inflow pipe 12 . Therefore, there is an advantage that it is easy to incorporate into various systems as compared with a so-called L-shaped fluid sterilizer.
  • a substrate (not shown) mounted on the base plate 15 is provided with a light source to irradiate the fluid passing through the main body 11 with ultraviolet light. As a result, the fluid is sterilized, and finally the sterilized fluid flows out of the outflow tube 13 .
  • the inner tube 20 is housed inside the body portion 11 of the outer tube 10 .
  • the inner tube 20 is composed of a cylindrical portion 21 , an outlet tube 22 and a cap 23 .
  • each member constituting the inner tube 20 is preferably made of a resin (for example, PTFE) that diffuses and reflects ultraviolet light.
  • the cylindrical portion 21 of this embodiment is open at both ends in the axial direction.
  • six notches 21a are provided on one end side (the left end in the drawing) of the cylindrical portion 21 so as to penetrate in the radial direction. Since the outer diameter of the cylindrical portion 21 is one size smaller than the inner diameter of the body portion 11 of the outer tube 10 , a gap (annular space) is formed between it and the inner tube 20 . The fluid passes through the gap and flows into the cylindrical portion 21 through the notch portion 21a.
  • the other end side (right end in the drawing) of the cylindrical portion 21 is sealed with a cap 23 using an O-ring (not shown).
  • the cylindrical portion 21 has an opening 21b penetrating in the radial direction, and the outlet pipe 22 is attached to the opening 21b.
  • the outlet pipe 22 protrudes in the radial direction of the cylindrical portion 21 .
  • the outlet tube 22 is connected with the outflow tube 13 inside the outer tube 10 . Therefore, the fluid that has flowed into the cylindrical portion 21 flows out of the outer tube 10 from the outflow tube 13 via the outlet tube 22 .
  • notches 21a Although the number of notches 21a described above can be changed as appropriate, it is preferable that they are provided in pairs at symmetrical positions with respect to the central axis of the inner tube 20 . With such a configuration, the fluid that has flowed into the gap between the outer tube 10 and the inner tube 20 can be caused to flow into the cylindrical portion 21 evenly, and the flow velocity distribution can be homogenized.
  • An ultraviolet light transmission window 30 and a reflector 40 are accommodated inside the holding cap 14 . Also, the base plate 15 and the lid portion 16 are screwed to the holding cap 14 and fixed. A light source (not shown) is mounted on a substrate (not shown) on the base plate 15 .
  • the substrate is preferably made of copper or aluminum, which has excellent heat dissipation properties.
  • the light source (light source 55 described later) is a UV-LED, and the emitted ultraviolet light has a wavelength that has a sterilizing effect or a wavelength that decomposes chemical substances.
  • the wavelength of ultraviolet light is in the range of 240-380 nm.
  • the ultraviolet light transmitting window 30 is a circular quartz plate that transmits ultraviolet light, and is in surface contact with the end of the cylindrical portion 21 on the side having the notch 21a to seal the end.
  • an O-ring (not shown) for sealing is mounted around the ultraviolet light transmission window 30 , and the outer circumference of the O-ring presses the inner peripheral surface of the holding cap 14 .
  • the diameter of the ultraviolet light transmission window 30 is preferably equal to or greater than the outer circumference of the inner tube 20 (cylindrical portion 21).
  • the reflector 40 is a PTFE circular plate that reflects ultraviolet light, and is provided on the surface of the ultraviolet light transmission window 30 opposite to the inner tube 20 .
  • the center of the reflecting plate 40 is a recess, and has an opening through which ultraviolet light is emitted at the center of the recess. The ultraviolet light is reflected by the surface of the reflecting plate 40 and irradiates the fluid that has flowed into the cylindrical portion 21 .
  • the ultraviolet light transmitting window 30 can guide the ultraviolet light to the gap (annular space) by utilizing the reflection on the reflecting plate 40 as well. Therefore, the sterilization progresses also for the fluid passing through the gap, so that the sterilization efficiency can be improved.
  • the reflector 40 has an opening 40a for an illuminance sensor. Since the illuminance sensor detects the illuminance of the ultraviolet light through the opening 40a, it can be confirmed whether or not the fluid is irradiated with the ultraviolet light.
  • FIG. 3 is a plan view of the fluid sterilizer 1 viewed from the lid portion 16 side.
  • the lid portion 16 is provided with a central opening 16a and four peripheral openings 16b.
  • the opening 16a is an opening for drawing out the wiring of the light source and the illuminance sensor.
  • the opening 16b is a screw hole for fixing the board on which the light source is mounted.
  • FIG. 4 shows a IV-IV cross-sectional view of the fluid sterilizer 1 of FIG.
  • the inner tube 20 is housed inside the outer tube 10 .
  • the cap 23 of the inner tube 20 is in contact with the end (the right end in the drawing) of the body portion 11 of the outer tube 10, and an annular space 28 exists in the outer peripheral portion of the inner tube 20.
  • the outlet tube 22 of the inner tube 20 is fitted inside the outflow tube 13 .
  • the notch 21a is formed at the end of the cylindrical portion 21 (on the side of the ultraviolet light transmission window 30). Therefore, the fluid that has flowed in from the inflow pipe 12 always passes through the vicinity of the light source 55 and is reliably irradiated with ultraviolet light.
  • a communicating hole penetrating in the radial direction may be formed on the end side of the cylindrical portion 21 closer to the ultraviolet light transmission window 30 than the axis of the inflow pipe 12 and the outflow pipe 13 .
  • the ultraviolet light emitted from the light source 55 on the substrate 50 irradiates the cylindrical portion 21 through the ultraviolet light transmission window 30 and is partly reflected by the reflector 40 .
  • Ultraviolet light irradiates the inside of the cylindrical portion 21 and the annular space 28, which are sterilization processing spaces, through the ultraviolet light transmission window 30. As shown in FIG.
  • An ultraviolet light illuminance sensor 45 is mounted on the substrate 50 . Furthermore, the illuminance sensor 45 is arranged on the back side of the opening 40 a of the reflector 40 . Therefore, ultraviolet light enters through the opening 40 a and is detected by the illuminance sensor 45 .
  • the illuminance value detected by the illuminance sensor 45 is used to confirm the intensity of the light source 55 . For example, when the intensity of the ultraviolet light falls below a predetermined threshold value, the user can determine that it is time to replace the light source 55 .
  • FIG. 5 is a plan view of the fluid sterilizer 1 viewed from the front side. The flow of fluid in the fluid sterilizer 1 will be described below. 6 shows a VI-VI cross-sectional view of the fluid sterilizer 1 of FIG. 5, and FIG. 7 shows a VII-VII cross-sectional view of the fluid sterilizer 1 of FIG.
  • the fluid flowing from the inflow pipe 12 first reaches the annular space 28 and passes through the outer circumference of the inner pipe 20 (cylindrical portion 21). Then, it enters the inside of the cylindrical portion 21 through the six cutout portions 21 a present at the end portion of the cylindrical portion 21 .
  • the fluid advances in the direction of the opening 21b of the cylindrical portion 21 and flows out of the outflow pipe 13 via the outlet pipe 22.
  • the fluid sterilizer 1 is of a straight tube type, the fluid travels inside the outer tube 10 while changing direction. Therefore, the flow velocity distribution can be homogenized. Since the ultraviolet light is applied during the period from when the fluid advances into the annular space 28 until it reaches the outlet tube 22, the fluid is reliably sterilized.
  • FIG. 8A(a) is the flow velocity distribution in the IV-IV cross-sectional view of the fluid sterilizer 1 in FIG. 8A(b) and 8A(c) are the flow velocity distributions in the VI-VI cross-sectional view of the fluid sterilizer 1 in FIG. 5 and the VII-VII cross-sectional view of the fluid sterilizer 1 in FIG. 5, respectively.
  • the flow velocity of the fluid is slow (0.2 to 0.4 [m/s]) between the inflow pipe 12 and the annular space 28, and the notch 21a At the portion where the water flows into the inside of the portion 21, the flow speed becomes faster (0.6 to 0.8 [m/s]) for a moment. Further, according to FIG. 8A(c), the flow velocity inside the cylindrical portion 21 is relatively slow (0.2 to 0.6 [m/s]), and the flow velocity increases again when reaching the outflow tube 13 (0 .6 to 1.0 [m/s]).
  • FIG. 8B(a) is the flow velocity distribution of the horizontal cross section H of the fluid sterilizer 1 of FIG. 8B(b) and 8B(c) are the flow velocity distributions of the slanted sections X and Y of the fluid sterilizer 1 of FIG. 6, respectively. 8B (a) to (c), it can be seen that the flow velocity is high at the portion where the liquid flows into the cylindrical portion 21 from the notch 21a, and the flow velocity is low inside the cylindrical portion 21 (especially near the center).
  • FIG. 9A(a) is the illuminance distribution in the IV-IV cross-sectional view of the fluid sterilizer 1 in FIG. 9A(b) and 9A(c) are the illuminance distributions in the VI-VI cross-sectional view of the fluid sterilizer 1 in FIG. 5 and the VII-VII cross-sectional view of the fluid sterilizer 1 in FIG. 5, respectively.
  • the illuminance near the end of the cylindrical portion 21 having the notch 21a is the highest (0.8 to 20 [mW/cm 2 ]), and in the direction of the outflow pipe 13 The illuminance decreases as it approaches (0.6 to 0.8 [mW/cm 2 ]).
  • the illuminance at the center of the cylindrical portion 21 is the highest (0.8 to 20 [mW/cm 2 ]), and the illuminance decreases toward the inner wall of the cylindrical portion 21 (0.8 to 20 [mW/cm 2 ]). 6 to 0.8 [mW/cm 2 ]).
  • FIG. 9B(a) is the illuminance distribution of the horizontal cross section H of the fluid sterilizer 1 of FIG. 9B(b) and 9B(c) are the illuminance distributions of the oblique sections X and Y of the fluid sterilizer 1 of FIG. 6, respectively.
  • the fluid sterilization device 1 of the present embodiment is a straight tube and small device, but it is devised to suppress the flow velocity inside it, and the flow velocity distribution is homogenized. Since the fluid passes through the vicinity of the light source 55 that emits ultraviolet light, the sterilization efficiency of the fluid can be improved.
  • the above embodiment is just an example, and can be changed as appropriate according to the application.
  • the size and shape of the cylinder of the fluid sterilizer 1 can be changed because the flow rate differs depending on the application.
  • the fluid sterilizer 1 can be used horizontally so that the inflow pipe 12 and the outflow pipe 13 are oriented horizontally.

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Abstract

流体殺菌装置１は、軸方向の径方向に貫通する切欠部２１ａと、径方向に突出する出口管２２を有する円筒状の内側管２０と、内側管２０との間に切欠部２１ａに連通する環状空間２８を有し、内側管２０を収容する外側管１０と、外側管１０に流体を流入させる流入管１２と、流入管１２と同軸上に設けられ、出口管２２と接続されて環状空間２８を通過した流体を流出させる流出管１３と、紫外光透過窓３０を介して内側管２０の内部を通過する流体に対して紫外光を照射する光源５５を備えている。

Description

流体殺菌装置
　本発明は、流路を流れる流体を紫外光によって殺菌する流体殺菌装置に関する。
　近年、紫外線（波長２４０～３８０ｎｍ）の殺菌作用が、食品庫の殺菌灯や医療用装置等に利用されている。また、流路を流れる流体に対して、紫外ＬＥＤにより紫外光を照射し、流体を殺菌して洗浄用水等に用いる装置もよく知られている。
　例えば、下記の特許文献１の流体殺菌装置は、光源が実装された基板と、直管型の流路を有する筐体（流体の殺菌部）と、流体の流入口と、流体の流出口と、筒体の周囲を取り囲むように配設されたリフレクタ等で構成されている。筒体は、紫外光透過材料である石英で作られているため、光源から出射された紫外光は筒体を透過する。
　流体は、リフレクタの開口部に嵌入された光源から出射され、リフレクタで拡散された紫外光に晒される。これにより、流体の殺菌が促進される（特許文献１／段落００３８，００３９，００５０、図２)。
特開２０２０－９２８５６号公報
　特許文献１の流体殺菌装置は、流路が直管型であるため、助走区間を長くすることで流速分布の均質化を図っている。しかしながら、このような流体殺菌装置は、従来のものよりもリアクターを長くしないと殺菌効率が向上せず、装置が大型化するという問題があった。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、流体に紫外光を効率良く照射することができる小型の流体殺菌装置を提供することを目的とする。
　本発明の流体殺菌装置は、軸方向の一端が開放され、径方向に貫通する切欠部と、径方向に突出する出口管とを有する円筒状の内側管と、前記内側管との間に前記切欠部と連通する環状空間を有し、前記内側管を収容する外側管と、前記外側管に設けられ、流体を流入させる流入管と、前記外側管の前記流入管と同軸上に設けられ、前記出口管と接続されて前記環状空間を通過した前記流体を流出させる流出管と、前記一端側の前記外側管の端部を封止する紫外光透過窓を介して、前記内側管の内部を通過する前記流体に対して紫外光を照射する光源と、を備えていることを特徴とする。
　流体殺菌装置は、主に内側管と外側管とで構成されている。内側管は円筒状であり、軸方向の一端が開放され、径方向に貫通する切欠部を有すると共に、径方向に突出する出口管を有している。また、光源は、紫外光透過窓を介して内側管の内部を通過する流体に紫外光を照射するため、流体が殺菌される。
　外側管は、流体の流入管及び流出管を有すると共に、内側管との間に切欠部に連通する環状空間を有し、その内部に内側管を収容する。また、流出管は、内側管の出口管と接続している。流体は流入管から流入し、環状空間を通過する。そして、流体は切欠部から内側管の内部に浸入して殺菌され、さらに出口管を経由して流出管から流出する。これにより、本発明の流体殺菌装置は、従来よりも直線方向が短い小型の装置とすることができ、流体に紫外光を効率良く照射することができる。
　本発明の流体殺菌装置において、前記紫外光を反射する反射板が、前記紫外光透過窓の前記内側管と反対側の面に設けられていることが好ましい。
　紫外光は反射板で反射されるため、紫外光が紫外光透過窓を介して内側管のみならず、環状空間にも進む。これにより、本装置は、流体の殺菌効率を高めることができる。
　また、本発明の流体殺菌装置において、前記反射板の裏面側に照度センサを備え、前記反射板は開口を有し、前記照度センサが前記開口を介して前記紫外光の照度を検出することが好ましい。
　本発明の流体殺菌装置は、反射板の裏面側に照度センサを備えている。また、反射板は開口を有し、照度センサは前記開口を介して紫外光の照度を検出することができる。そのため、本装置は、流体に紫外光が照射されているか否かを確認することができる。
　また、本発明の流体殺菌装置において、前記切欠部は、前記内側管の中心軸に関して対称位置に対をなして設けられていることが好ましい。
　切欠部は、内側管の中心軸に関して対称位置に対をなして設けられている。そのため、本装置は、環状空間に流入した流体を均等に内側管の内部に流入させ、流速分布の均質化を図ることができる。
　また、本発明の流体殺菌装置において、前記内側管は、樹脂材料でできていることが好ましい。
　内側管を樹脂材料（例えば、ＰＴＦＥ）とすると、内側管が紫外光を拡散、反射する。これにより、本装置は、紫外光の照射効率が向上し、流体の殺菌効率をさらに高めることができる。
本実施形態の流体殺菌装置の斜視図。 図１の流体殺菌装置の分解図。 図１の流体殺菌装置を蓋部側から見た平面図。 図３の流体殺菌装置のIV-IV断面図。 図１の流体殺菌装置を正面側から見た平面図。 図３の流体殺菌装置のVI-VI断面図。 図３の流体殺菌装置のVII-VII断面図。 （ａ）図３の流体殺菌装置のIV-IV断面図における流速分布。（ｂ）図５の流体殺菌装置のVI-VI断面図における流速分布。（ｃ）図５の流体殺菌装置のVII-VII断面図における流速分布。 （ａ）図６の流体殺菌装置の水平断面Ｈにおける流速分布。（ｂ）図６の流体殺菌装置の斜断面Ｘにおける流速分布。（ｃ）図６の流体殺菌装置の斜断面Ｙにおける流速分布。 （ａ）図３の流体殺菌装置のIV-IV断面図における照度分布。（ｂ）図５の流体殺菌装置のVI-VI断面図における照度分布。（ｃ）図５の流体殺菌装置のVII-VII断面図における照度分布。 （ａ）図６の流体殺菌装置の水平断面Ｈにおける照度分布。（ｂ）図６の流体殺菌装置の斜断面Ｘにおける照度分布。（ｃ）図６の流体殺菌装置の斜断面Ｙにおける照度分布。
　以下では、図面を参照しつつ、本発明の流体殺菌装置の実施形態について説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る流体殺菌装置１の斜視図である。また、図２は、流体殺菌装置１を分解して構成要素を示した分解図である。流体殺菌装置１は、流路を流れる流体に対して紫外光を照射して殺菌する装置であり、製氷機等の貯水タンク、送水管、給湯器、ウォーターサーバー、循環装置、ドリンクサーバー等に利用される。
　図１に示すように、流体殺菌装置１の外側管１０は、本体部１１、流入管１２、流出管１３、保持キャップ１４、ベース板１５及び蓋部１６で構成されている。本体部１１、流入管１２及び流出管１３はステンレス製であるが、目的に応じて他の金属材料又は樹脂材料に変更することができる。また、保持キャップ１４、ベース板１５及び蓋部１６は、放熱性を考慮してアルミニウム製となっている。
　殺菌対象の流体は、流入管１２から本体部１１に進み、流出管１３から外側管１０の外部に流出される。流出管１３は、流入管１２と同軸上に設けられた直管型である。そのため、いわゆるＬ字型の流体殺菌装置と比較して、各種システムに組み込み易いという利点がある。
　ベース板１５上に取り付けられた基板（図示省略）には光源が設けられ、本体部１１を通過する流体に対して紫外光を照射する。これにより、流体が殺菌され、最終的に殺菌された流体が流出管１３から流出される。
　図２に示すように、外側管１０の本体部１１の内部には、内側管２０が収容されている。内側管２０は、円筒部２１、出口管２２、キャップ２３で構成されている。なお、内側管２０を構成する各部材は、紫外光を拡散、反射する樹脂製（例えば、ＰＴＦＥ）であることが好ましい。
　本実施形態の円筒部２１は、軸方向の両端が開放されている。また、円筒部２１の一端側（図中の左端）に、径方向に貫通する６つの切欠部２１ａが設けられている。円筒部２１の外径は、外側管１０の本体部１１の内径よりも一回り小さいため、内側管２０との間に隙間（環状空間）ができる。流体は当該隙間を通過し、切欠部２１ａから円筒部２１の内部に流入する。また、円筒部２１の他端側（図中の右端）は、Ｏリング（図示省略）を用いてキャップ２３で封止されている。
　円筒部２１は径方向に貫通する開口２１ｂを有し、開口２１ｂには出口管２２が取り付けられる。出口管２２を取り付けると、出口管２２は円筒部２１の径方向に突出する。さらに、出口管２２は、外側管１０の内部で流出管１３と接続される。そのため、円筒部２１の内部に流入した流体は、出口管２２を経由して流出管１３から外側管１０の外部に流出する。
　上述の切欠部２１ａの数は適宜変更することができるが、内側管２０の中心軸に関して対称位置に対をなして設けられていることが好ましい。このような構成とすることで、外側管１０と内側管２０との隙間に流入した流体を均等に円筒部２１の内部に流入させ、流速分布の均質化を図ることができる。
　保持キャップ１４の内部には、紫外光透過窓３０及び反射板４０が収容される。また、ベース板１５及び蓋部１６は保持キャップ１４に対してねじ止めし、固定する。光源（図示省略）は、ベース板１５上の基板（図示省略）に実装される。当該基板は、放熱性に優れた銅、アルミニウム製のものが好ましい。
　光源（後述する光源５５）はＵＶ－ＬＥＤであり、出射される紫外光は、殺菌効果を有する波長又は化学物質を分解する波長を有している。なお、紫外光の波長は、２４０～３８０ｎｍの範囲である。
　紫外光透過窓３０は紫外光を透過する石英の円形板であり、円筒部２１の切欠部２１ａを有する側の端部に面接触して、当該端部を封止する。詳細には、紫外光透過窓３０の周囲に封止のためのＯリング（図示省略）を装着し、Ｏリングの外周が保持キャップ１４の内周面を圧着する。紫外光透過窓３０の直径は、内側管２０（円筒部２１）の外周以上であることが好ましい。
　反射板４０は紫外光を反射するＰＴＦＥ製の円形板であり、紫外光透過窓３０の内側管２０とは反対側の面に設けられている。反射板４０の中央は、凹部となっており、凹部中心に紫外光が放出される開口を有している。紫外光は、反射板４０の表面で反射され、円筒部２１の内部に流入した流体を照射する。
　また、紫外光透過窓３０は、反射板４０での反射も利用して隙間（環状空間）に対して紫外光を導光することができる。そのため、当該隙間を通過する流体に対しても殺菌が進むため、殺菌効率を向上させることができる。
　詳細は後述するが、反射板４０は、照度センサ用の開口４０ａを有している。照度センサは、開口４０ａを介して紫外光の照度を検出するので、流体に紫外光が照射されているか否かを確認することができる。
　図３は、流体殺菌装置１を蓋部１６側から見た平面図である。蓋部１６には、中央の開口１６ａと、周辺部の開口１６ｂ（４個）が設けられている。開口１６ａは、光源や照度センサの配線を引き出すための開口である。また、開口１６ｂは、光源が実装された基板を固定するためのねじ穴である。
　次に、図４に、図３の流体殺菌装置１のIV-IV断面図を示す。
　図示するように、内側管２０は、外側管１０の内部に収容されている。詳細には、内側管２０のキャップ２３は外側管１０の本体部１１の端部（図中の右端）に接触しており、内側管２０の外周部には環状空間２８が存在する。また、内側管２０の出口管２２は、流出管１３の内部に嵌入されている。
　切欠部２１ａは、円筒部２１の端部（紫外光透過窓３０側）に形成されている。そのため、流入管１２から流入した流体は、必ず光源５５付近を通過することになり、紫外光が確実に照射される。切欠部２１ａを設ける代わりに、流入管１２及び流出管１３の軸線よりも紫外光透過窓３０に近い円筒部２１の端部側に、径方向に貫通する連通孔を形成してもよい。
　基板５０上の光源５５から出射された紫外光は、紫外光透過窓３０を介して円筒部２１を照射すると共に、一部は反射板４０で反射される。紫外光は、紫外光透過窓３０を介して殺菌処理空間である円筒部２１の内部及び環状空間２８を照射する。
　また、基板５０上には、紫外光の照度センサ４５が実装されている。さらに、照度センサ４５は、反射板４０の開口４０ａの裏面側に配設されている。そのため、紫外光が開口４０ａから入射し、照度センサ４５で検出される。
　照度センサ４５が検出した照度の値は、光源５５の強度を確認するために利用される。例えば、紫外光の強度が予め定めた閾値以下となった場合には、ユーザは、光源５５の交換時期と判断することができる。
　図５は、流体殺菌装置１を正面側から見た平面図である。以下では、流体殺菌装置１の流体の流れについて説明する。また、図６に図５の流体殺菌装置１のVI-VI断面図を示し、図７に図５の流体殺菌装置１のVII-VII断面図を示す。
　図６に示すように、流入管１２から流入した流体は、まず、環状空間２８に到達し、内側管２０（円筒部２１）の外周部を通過する。そして、円筒部２１の端部に存在する６つの切欠部２１ａから円筒部２１の内部に浸入する。
　その後、図７に示すように、流体が円筒部２１の開口２１ｂ方向に進み、出口管２２を経由して流出管１３から流出する。流体殺菌装置１は直管型であるが、流体は外側管１０の内部で方向を変えながら進む。そのため、流速分布を均質化することができる。紫外光は、流体が環状空間２８に進んでから出口管２２に到達するまでの期間照射されるので、流体が確実に殺菌される。
　次に、図８Ａ、図８Ｂを参照して、流体の流量が７［Ｌ／ｍｉｎ］のときの流速分布シミュレーションの結果を説明する。
　図８Ａ（ａ）は、図３の流体殺菌装置１のIV-IV断面図における流速分布である。また、図８Ａ（ｂ）、図８Ａ（ｃ）は、それぞれ図５の流体殺菌装置１のVI-VI断面図、図５の流体殺菌装置１のVII-VII断面図における流速分布である。
　図８Ａ（ａ）、図８Ａ（ｂ）によれば、流入管１２から環状空間２８の間では流体の流速が遅く（０．２～０．４［ｍ／ｓ］）、切欠部２１ａから円筒部２１の内部に流入する部分で一瞬流速が速くなる（０．６～０．８［ｍ／ｓ］）。また、図８Ａ（ｃ）によれば、円筒部２１の内部の流速は比較的遅く（０．２～０．６［ｍ／ｓ］）、流出管１３に至ると再び流速が速くなる（０．６～１．０［ｍ／ｓ］）。
　図８Ｂ（ａ）は、図６の流体殺菌装置１の水平断面Ｈの流速分布である。また、図８Ｂ（ｂ）、図８Ｂ（ｃ）は、それぞれ図６の流体殺菌装置１の斜断面Ｘ，Ｙの流速分布である。図８Ｂ（ａ）～（ｃ）によっても、切欠部２１ａから円筒部２１の内部に流入する部分で流速が速く、円筒部２１の内部（特に、中心付近）では流速が遅いことが分かる。
　最後に、図９Ａ、図９Ｂを参照して、流体の流量が７［Ｌ／ｍｉｎ］のときの紫外光の照度分布シミュレーションの結果を説明する。
　図９Ａ（ａ）は、図３の流体殺菌装置１のIV-IV断面図における照度分布である。また、図９Ａ（ｂ）、図９Ａ（ｃ）は、それぞれ図５の流体殺菌装置１のVI-VI断面図、図５の流体殺菌装置１のVII-VII断面図における照度分布である。
　図９Ａ（ａ），（ｃ）によれば、円筒部２１の切欠部２１ａを有する端部付近の照度が最も高く（０．８～２０［ｍＷ／ｃｍ２］）、流出管１３の方向に近づくにつれて照度が低くなる（０．６～０．８［ｍＷ／ｃｍ２］）。また、図９Ａ（ｂ）によれば、円筒部２１の中心の照度が最も高く（０．８～２０［ｍＷ／ｃｍ２］）、円筒部２１の内壁に近づくにつれて照度が低くなる（０．６～０．８［ｍＷ／ｃｍ２］）。
　図９Ｂ（ａ）は、図６の流体殺菌装置１の水平断面Ｈの照度分布である。また、図９Ｂ（ｂ）、図９Ｂ（ｃ）は、それぞれ図６の流体殺菌装置１の斜断面Ｘ，Ｙの照度分布である。
　図９Ｂ（ａ）～（ｃ）によっても、切欠部２１ａを有する端部付近の照度が最も高く、流出管１３の方向に近づくにつれて照度が低くなることが分かる。また、環状空間２８の照度は比較的低いが（０．２～０．４［ｍＷ／ｃｍ２］）、紫外光が入射していることが分かる。
　以上のように、本実施形態の流体殺菌装置１は、直管かつ小型の装置であるが、その内部で流速を抑える工夫がなされており、流速分布が均質化されている。流体は、紫外光が出射される光源５５の付近を通過するため、流体の殺菌効率を向上させることができる。
　上記実施形態は一例に過ぎず、用途に応じて適宜変更することができる。流体殺菌装置１の筒体は、用途により流量が異なるため、サイズや形状を変更することができる。また、流体殺菌装置１は、流入管１２、流出管１３が水平方向を向くように、横置きして使用することもできる。
　１…流体殺菌装置、１０…外側管、１１…本体部、１２…流入管、１３…流出管、１４…保持キャップ、１５…ベース板、１６…蓋部、１６ａ，１６ｂ…開口、２０…内側管、２１…円筒部、２１ａ…切欠部、２１ｂ…開口、２２…出口管、２３…キャップ、２８…環状空間、３０…紫外光透過窓、４０…反射板、４０ａ…開口、４５…照度センサ、５０…基板、５５…光源。

Claims (5)

  1. 　軸方向の一端が開放され、径方向に貫通する切欠部と、径方向に突出する出口管とを有する円筒状の内側管と、
    　前記内側管との間に前記切欠部と連通する環状空間を有し、前記内側管を収容する外側管と、
    　前記外側管に設けられ、流体を流入させる流入管と、
    　前記外側管の前記流入管と同軸上に設けられ、前記出口管と接続されて前記環状空間を通過した前記流体を流出させる流出管と、
    　前記一端側の前記外側管の端部を封止する紫外光透過窓を介して、前記内側管の内部を通過する前記流体に対して紫外光を照射する光源と、
    を備えていることを特徴とする流体殺菌装置。
  2. 　前記紫外光を反射する反射板が、前記紫外光透過窓の前記内側管と反対側の面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流体殺菌装置。
  3. 　前記反射板の裏面側に照度センサを備え、
    　前記反射板は開口を有し、前記照度センサが前記開口を介して前記紫外光の照度を検出することを特徴とする請求項２に記載の流体殺菌装置。
  4. 　前記切欠部は、前記内側管の中心軸に関して対称位置に対をなして設けられていることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の流体殺菌装置。
  5. 　前記内側管は、樹脂材料でできていることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の流体殺菌装置。
    　
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