WO2023276524A1 - 殺菌装置 - Google Patents

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WO2023276524A1
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fluid
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outlet
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Inventor
直洋 石川
俊範 岡田
翔 中村
Original Assignee
株式会社エンプラス
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light

Definitions

  • the present invention relates to a sterilization device that sterilizes fluid by irradiating it with ultraviolet light.
  • Patent Literature 1 describes a fluid sterilization device that irradiates a channel extending in the axial direction with ultraviolet rays in the axial direction to sterilize fluid flowing through the channel.
  • the fluid sterilizer described in Patent Document 1 has a light source including a semiconductor light emitting element that emits ultraviolet rays, and a housing having a flow path through which the fluid to be sterilized flows in the axial direction.
  • the light source is arranged at one axial end of the housing.
  • the casing has a tapered structure in which the cross-sectional area of the flow channel gradually increases from the one end to the other end.
  • the tapered structure has an inclination that matches the orientation angle of the semiconductor light emitting device.
  • a rectifying means for regulating the flow of fluid is provided at the other end of the housing.
  • the housing has a tapered structure having an inclination that matches the orientation angle of the semiconductor light emitting element, so that the ultraviolet rays can reach a position far from the light source, and the flow of the fluid is regulated by the rectifying means.
  • the ultraviolet rays are evenly applied to the fluid, so that the sterilization effect can be enhanced.
  • the sterilization device described in Patent Document 1 has room for improvement from the viewpoint of effectively irradiating the fluid with ultraviolet rays.
  • an object of the present invention is to provide a sterilization device that can sterilize fluid by effectively irradiating it with ultraviolet rays.
  • a sterilization device is a sterilization device that irradiates a fluid with ultraviolet rays to sterilize the fluid, and includes a substantially spherical reservoir for containing the fluid, and a supply port that is open to supply the fluid into the reservoir; an extraction port that is open to the reservoir and is used to take out the fluid in the reservoir; and a light source to irradiate ultraviolet rays into the reservoir.
  • the reservoir includes a substantially hemispherical first reservoir located upstream in the flow direction of the fluid in the supply port, and a substantially hemispherical second reservoir located downstream.
  • the supply port opens into the first reservoir
  • the outlet opens into the second reservoir, and extends along the inner surface of a supply channel connected to the reservoir at the supply port.
  • the present invention it is possible to provide a sterilization device capable of sterilizing fluid by effectively irradiating it with ultraviolet light.
  • FIG. 1 is a perspective view of a sterilization device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional perspective view of the sterilizer according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a projection view showing the positional relationship between the supply port and the extraction port when the supply port, the extraction port and the reservoir are projected onto a virtual plane.
  • FIG. 4 is a diagram showing the flow of fluid within the reservoir of the sterilization device according to the embodiment.
  • a sterilization device according to an embodiment of the present invention will be described below.
  • FIG. 1 and 2 are diagrams showing the configuration of a sterilization device 100 according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a sterilization device 100.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional perspective view of the sterilizer 100.
  • FIG. 3 is a projection diagram showing the positional relationship between the supply port 216 and the extraction port 217 when the supply port 216, the extraction port 217, and the reservoir 210 are projected onto a virtual plane (described later).
  • FIG. 4 is a diagram showing the flow of fluid in reservoir 210. As shown in FIG.
  • the sterilization device 100 is a sterilization device that sterilizes the fluid by irradiating the fluid with ultraviolet light. and a sealing member 150 .
  • Sterilizer 100 of the present embodiment further includes supply section 170 and extraction section 180 in addition to the above configuration.
  • the inner wall portion 110 constitutes a storage portion 210 , an irradiation port 215 , a supply port 216 and an extraction port 217 .
  • the storage part 210 is a substantially spherical space for containing a fluid arranged inside the inner wall part 110 .
  • the irradiation port 215 is a through hole that is open to the reservoir 210 and the outside and guides ultraviolet rays from the outside (light source 130 ) into the reservoir 210 .
  • the supply port 216 is a through-hole that opens to the reservoir 210 and the outside and supplies fluid into the reservoir 210 .
  • the outlet 217 is a through-hole that opens to the storage section 210 and the outside and is used to take out the fluid in the storage section 210 .
  • the inner diameter W1 of the reservoir 210 is not particularly limited.
  • the inner diameter W1 of the reservoir 210 is, for example, approximately 10 to 60 mm.
  • the inner diameter of the irradiation port 215 is preferably 20 to 50% of the inner diameter W1 of the reservoir 210.
  • the inner diameter of the irradiation port 215 By increasing the inner diameter of the irradiation port 215, a wide range of the storage section 210 can be directly irradiated with the ultraviolet rays.
  • the ratio of the ultraviolet reflective surface to the inner surface of the reservoir 210 can be increased.
  • the inner wall portion 110 may be composed of one member, or may be composed of a plurality of members. In this embodiment, the inner wall portion 110 is composed of two members, a first inner wall portion 111 and a second inner wall portion 112 . Further, the inner wall portion 110 constitutes a storage portion 210 , an irradiation port 215 , a supply port 216 and an extraction port 217 .
  • the first inner wall portion 111 constitutes a supply port 216 and a substantially hemispherical first storage portion 211 located upstream in the fluid flow direction (direction of arrow A shown in FIG. 2) in the supply port 216 .
  • a supply channel 270 is connected to the supply port 216 .
  • the second inner wall portion 112 defines an extraction port 217, an irradiation port 215, and a substantially hemispherical second storage portion 212 located downstream in the fluid flow direction (direction of arrow A in FIG. 2) in the supply port 216.
  • An extraction channel 280 is connected to the extraction port 217 .
  • the irradiation port 215 is covered with a window 120, through which the ultraviolet rays emitted from the light source 130 pass.
  • an annular groove 114 is arranged on the outer surface of the second inner wall portion 112 .
  • the supply port 216 may be configured to exist across the first inner wall portion 111 and the second inner wall portion 112 , and the outlet port 217 may exist across the second inner wall portion 112 and the first inner wall portion 111 .
  • the supply port 216 may open across the first reservoir 211 and the second reservoir 212
  • the outlet 217 may open across the second reservoir 212 and the first reservoir 211 .
  • the annular groove 114 is a groove for positioning the sealing member 150 .
  • the shape of the annular groove 114 is not particularly limited as long as the sealing member 150 can be appropriately arranged within a range that does not block the light from the light source 130 .
  • the annular groove 114 is arranged so as to surround the irradiation port 215 . Since the sealing member 150 can be deformed following the shape of the annular groove 114, the shape of the annular groove 114 may be the same as or different from the shape of the sealing member 150. .
  • the planar shape of the annular groove 114 is an elliptical shape, and the circular sealing member 150 is deformed and fitted accordingly.
  • the inner wall portion 110 is made of a member that is not deformed or damaged by the pressure of the flowing fluid.
  • materials for the inner wall portion 110 include metal such as aluminum and resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • the inner surface of the inner wall portion 110 may include an ultraviolet reflecting surface having a reflectance of 80% or more for the ultraviolet rays emitted from the light source 130. preferable.
  • materials for the UV reflecting surface include aluminum and polytetrafluoroethylene (PTFE), which have high UV reflectance.
  • the ultraviolet reflective surface may be configured by coating the inner surface of the inner wall portion 110 with an ultraviolet reflective paint or forming an ultraviolet reflective film.
  • the material of inner wall portion 110 (first inner wall portion 111 and second inner wall portion 112) is both PTFE.
  • the window 120 is arranged so as to cover the irradiation port 215 .
  • the shape of the window 120 is not particularly limited as long as it allows the ultraviolet rays emitted from the light source 130 to pass through the reservoir 210 .
  • the shape of the window 120 may be a flat plate shape, or may be a shape matching the inner surface of the reservoir 210 . In this embodiment, the shape of window 120 is flat.
  • the size of the window 120 is not particularly limited as long as the irradiation port 215 can be completely closed and the sealing member 150 can be appropriately arranged between the inner wall portion 110 and the window 120 .
  • the material of the window 120 is not particularly limited as long as it can transmit ultraviolet rays and has necessary strength. From the viewpoint of improving sterilization performance, the material of the window 120 is preferably a material that transmits ultraviolet rays with a wavelength of 200 nm or more and 350 nm or less, and more preferably a material that transmits ultraviolet rays with a wavelength of 200 nm or more and 280 nm or less. Examples of materials for the window 120 include quartz (SiO 2 ), sapphire (Al 2 O 3 ), amorphous fluorine-based resin, and the like.
  • the light source 130 irradiates the fluid in the reservoir 210 with ultraviolet rays.
  • the light source 130 may directly irradiate the fluid in the reservoir 210 with ultraviolet rays, or may irradiate the fluid in the reservoir 210 with ultraviolet rays through another member such as a window.
  • light source 130 is fixed to outer wall section 140 and irradiates storage section 210 with ultraviolet rays through window 120 . More specifically, in the present embodiment, light source 130 is arranged on the second reservoir 212 side.
  • the type of light source 130 is not particularly limited as long as it can emit ultraviolet rays. Examples of light sources 130 include light emitting diodes (LEDs), mercury lamps, metal halide lamps, xenon lamps, and laser diodes (LDs).
  • LEDs light emitting diodes
  • LDs laser diodes
  • light source 130 is a light emitting diode (LED).
  • the wavelength of the ultraviolet rays emitted by the light source 130 is not particularly limited. From the viewpoint of effective sterilization, the wavelength of the ultraviolet rays emitted by the light source 130 is preferably 200 nm or more and 350 nm or less, more preferably 200 nm or more and 280 nm or less. That is, the ultraviolet rays emitted from the light source 130 are preferably ultraviolet C waves (UVC).
  • Examples of commercially available light sources 130 include NCSU334A (Nichia Corporation), which is an ultraviolet light emitting diode with a peak wavelength of 280 nm.
  • Other examples of ultraviolet light emitting diodes with a peak wavelength of 280 nm include KLARAN (Asahi Kasei Corporation) and ZEU110BEAE (Stanley Electric Co., Ltd.).
  • the sterilization device of the present invention is not limited to this embodiment.
  • the light source 130 may be arranged on the first reservoir 211 side.
  • the light source 130 has an optical axis LA of 75° to 105° to a straight line connecting the center of gravity of the reservoir 210 and the center of gravity of the outlet 217 (more precisely, the opening of the outlet 217 to the reservoir 210). °, more preferably 80° to 100°, even more preferably 85° to 95°. As shown in FIG. 4, in this embodiment, the optical axis LA is arranged at 90° with respect to the straight line. Moreover, it is preferable that the optical axis LA intersects the center of gravity of the storing portion 210 . By arranging the light source 130 in this way, it is possible to efficiently irradiate the fluid with ultraviolet rays.
  • the center of gravity of storage section 210 and the center of gravity of outlet 217 are as follows in the present embodiment. That is, as shown in FIG. 3, an imaginary plane perpendicular to the extending direction of the inner surface of the supply channel 270 connected to the storage section 210 at the supply port 216 (the direction of the arrow A in FIG. 2). opening) and reservoir 210 are both circular. Therefore, in the present embodiment, the center of gravity of (the opening of) outlet 217 coincides with the center of (the opening of) outlet 217 , and the center of gravity of reservoir 210 coincides with the center of reservoir 210 . Further, as shown in FIG.
  • the center of gravity of outlet 217 is intersection point X between center line L of outlet channel 280 and the imaginary surface of the sphere of reservoir 210 .
  • the optical axis LA mentioned above means a light ray at the center of a three-dimensional light flux emitted from the light source 130 .
  • the fluid flowing from supply port 216 to outlet 217 revolves around a straight line connecting the center of gravity of reservoir 210 and the center of gravity of outlet 217 .
  • Cheap By arranging the light source 130 as described above, the ultraviolet rays are irradiated at an angle of approximately 90° with respect to the axis of rotation, and sterilization can be effectively performed.
  • optical axis LA becomes the axis of rotation. is approximately 90° to the fluid, and the fluid can be effectively irradiated with ultraviolet rays.
  • the outer wall portion 140 covers the inner wall portion 110 and the window 120 and presses the inner wall portion 110 and the window 120 .
  • the outer wall portion 140 covers the light source 130 in addition to the inner wall portion 110 and the window 120 .
  • the outer wall portion 140 has a first outer wall portion 141 and a second outer wall portion 142 .
  • the first outer wall portion 141 covers the first inner wall portion 111 from the upstream side in the fluid flow direction.
  • the first outer wall portion 141 is arranged to cover the first inner wall portion 111 and part of the second inner wall portion 112 on the first inner wall portion 111 side.
  • the second outer wall portion 142 covers the second inner wall portion 112 from the downstream side in the fluid flow direction. In the present embodiment, it is arranged to cover part of the downstream side of the second inner wall portion 112 in the direction of fluid flow.
  • a positioning step portion 143 for positioning the window 120 is arranged on the second outer wall portion 142 .
  • the positioning stepped portion 143 is arranged so as to surround the irradiation port 215 .
  • the light source 130 is arranged so as to face the window 120 positioned by the positioning step portion 143 .
  • the joint portion between the first outer wall portion 141 and the second outer wall portion 142 does not coincide with the joint portion between the first inner wall portion 111 and the second inner wall portion 112 in the flow direction of the fluid. More specifically, in the flow direction of the fluid, the joint portion of the first outer wall portion 141 and the second outer wall portion 142 is arranged downstream of the joint portion of the first inner wall portion 111 and the second inner wall portion 112. there is A joining method of the first outer wall portion 141 and the second outer wall portion 142 is not particularly limited. In this embodiment, the first outer wall portion 141 and the second outer wall portion 142 are joined by fitting.
  • the sealing member 150 is an elastic member arranged between the inner wall portion 110 and the window 120 to seal between the inner wall portion 110 and the window 120 .
  • the sealing member 150 is arranged between the inner wall portion 110 and the window 120 so as to surround the irradiation port 215 .
  • the configuration of the sealing member 150 is not particularly limited as long as the space between the inner wall portion 110 and the window 120 can be properly sealed.
  • the sealing member 150 is, for example, an O-ring or packing. In this embodiment, sealing member 150 is an O-ring.
  • the sealing member 150 (O-ring) is arranged in the annular groove 114 of the second inner wall portion 112 .
  • the second inner wall portion 112 in which the sealing member 150 and the window 120 are arranged in order is accommodated in the second outer wall portion 142 to which the light source 130 is fixed.
  • the supply part 170 supplies fluid into the storage part 210 inside the inner wall part 110 .
  • the supply section 170 has a supply channel 270 .
  • One end of the supply channel 270 is connected to the supply port 216 of the inner wall portion 110, and the other end is connected to a fluid supply device (not shown).
  • the supply channel 270 is preferably arranged in the reservoir 210 along the wall of the reservoir 210 so that the fluid can be supplied smoothly.
  • the inner surface of supply channel 270 and the inner surface of reservoir 210 are aligned along the direction of fluid flow at supply port 216 (the direction of arrow A in FIG. 2) and in a cross section that includes the center of gravity of reservoir 210.
  • part of the inner surface of the supply channel 270 is arranged smoothly and continuously with the inner surface of the storing portion 210 so as to match the tangent line of the inner surface of the storing portion 210 in the first connecting portion 271 . ing.
  • the takeout part 180 takes out the sterilized fluid in the storage part 210 inside the inner wall part 110 .
  • the take-out portion 180 constitutes a take-out channel 280 .
  • One end of the take-out channel 280 is connected to the take-out port 217 of the inner wall portion 110, and the other end is connected to a fluid take-out device (not shown).
  • Extraction portion 180 is preferably arranged in storage portion 210 (second storage portion 212) at a position where ultraviolet rays emitted from light source 130 do not directly reach. It is preferable that the extraction flow path 280 is arranged so that the fluid can be extracted smoothly from the reservoir 210 along the wall of the reservoir 210 .
  • the inner surface of extraction channel 280 and the inner surface of storage section 210 are aligned along the direction of flow of fluid at extraction port 217 (the direction of arrow B in FIG. 2) and in a cross section including the center of gravity of storage section 210.
  • a part of the inner surface of the extraction channel 280 is arranged smoothly continuous with the inner surface of the storing portion 210 so as to match the tangent line of the inner surface of the storing portion 210 at the second connecting portion 281 .
  • supply channel 270 and extraction channel 280 are parallel to each other.
  • a spherical storage A fluid flow can be created along the wall surface of the portion 210, and the fluid can be taken out after being retained in the storage portion 210 while being rotated in a certain direction.
  • the fluid is uniformly irradiated with ultraviolet rays, so that the fluid can be sufficiently sterilized.
  • the inner diameter W2 of the supply port 216 (the supply channel 270) and the inner diameter W3 of the outlet 217 (the outlet channel 280) are not particularly limited, but from the viewpoint of reducing pressure loss of the fluid while maintaining the sterilization performance. is preferably in the range of 25 to 40% of the inner diameter W1 of the reservoir 210.
  • the inner diameter W2 of the supply port 216 and the inner diameter W3 of the outlet 217 are, for example, 10% or more of the inner diameter W1 of the reservoir 210. may be
  • the supply port 216 and the extraction port 217 are arranged on a virtual plane orthogonal to the extending direction of the inner surface of the supply channel 270 connected to the reservoir 210 at the supply port 216 (direction of arrow A in FIG. 2).
  • the supply port 216 and the extraction port 217 are arranged such that the center of gravity of the supply port 216 and the center of gravity of the extraction port 217 are separated from each other when the reservoir 210 is projected.
  • supply port 216 and extraction port 217 are arranged such that supply port 216 and extraction port 217 are separated from each other when projected as described above.
  • window 120 (light source 130) is arranged so as not to overlap supply port 216 and extraction port 217 when projected as described above.
  • supply port 216, outlet 217, and reservoir 210 are all circular when projected onto the virtual plane. Therefore, the center of gravity of supply port 216 coincides with the center of supply port 216 , the center of gravity of outlet 217 coincides with the center of outlet 217 , and the center of gravity of reservoir 210 coincides with the center of reservoir 210 .
  • a straight line connecting the center of gravity of the supply port 216 and the center of gravity of the reservoir 210 and , and a straight line connecting the center of gravity of the outlet 217 and the center of gravity of the reservoir 210 preferably falls within the range of 75 to 165°, more preferably within the range of 120 to 150°.
  • the angle formed by two straight lines means the smaller of the two angles formed by the two straight lines.
  • the fluid to be sterilized (for example, water) is introduced into the reservoir 210 through the supply port 216 and the fluid in the reservoir 210 is taken out through the outlet 217 .
  • the fluid may be moved by pressurizing the supply port 216 (supply channel 270) side, or by depressurizing the outlet 217 (extraction channel 280) side to move the fluid.
  • the storage portion 210 has a substantially spherical shape, and the supply port 216 and the outlet 217 are arranged so as to satisfy predetermined conditions. Circling inside the reservoir 210 .
  • the light source 130 is arranged at an angle of 75° to 105° with respect to the straight line connecting the center of gravity of the reservoir 210 and the center of gravity of (the opening of) the outlet 217 . As a result, the fluid is taken out from the outlet 217 in a sufficiently sterilized state.
  • the fluid can be effectively sterilized by arranging the light source 130 as described above.
  • the sterilization device according to the present embodiment is useful, for example, in sterilizing purified water, agricultural water, food washing water, various washing waters, bath water, pool water, and the like.
  • REFERENCE SIGNS LIST 100 sterilizer 110 inner wall 111 first inner wall 112 second inner wall 114 annular groove 120 window 130 light source 140 outer wall 141 first outer wall 142 second outer wall 143 positioning step 150 sealing member 170 supply 180 extractor 210 storage section 211 first storage section 212 second storage section 215 irradiation port 216 supply port 217 extraction port 270 supply channel 271 first connection portion 280 extraction channel 281 second connection portion

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Abstract

本発明は、流体に紫外線を効果的に照射して殺菌できる殺菌装置を提供することに関する。殺菌装置は、流体を収容するための略球状の貯留部と、前記貯留部内に前記流体を供給するための供給口と、前記貯留部内の前記流体を取り出すための取出口と、紫外線を照射するための光源と、を有する。前記貯留部は、前記供給口における前記流体の流動方向において上流側に位置する略半球状の第１貯留部と、下流側に位置する略半球状の第２貯留部と、を含む。前記供給口において前記貯留部に接続される供給流路の内面の延在方向に直交する仮想平面に前記供給口および前記取出口を投影したとき、前記供給口の重心と前記取出口の重心とは離間している。前記光源は、その光軸が、前記貯留部の重心と、前記取出口の重心とを結ぶ直線に対して７５°～１０５°になるように配置されている。

Description

殺菌装置
　本発明は、流体に紫外線を照射して前記流体を殺菌処理する殺菌装置に関する。
　紫外線を用いて液体などの流体を殺菌処理できることは広く知られている。たとえば、特許文献１には、軸方向に延びる流路に対して、上記軸方向に紫外線を照射して、流路内を流れる流体を殺菌する流体殺菌装置が記載されている。
　具体的には、特許文献１に記載の流体殺菌装置は、紫外線を出射する半導体発光素子を含む光源と、殺菌対象の流体が軸方向に流れる流路を有する筐体と、を有する。上記光源は、筐体の軸方向の一端部に配置される。上記筐体は、上記一端部から他端部に向けて流路の断面積が徐々に大きくなるテーパ構造を有する。当該テーパ構造は、上記半導体発光素子の配向角に合わせた傾斜を有している。また、上記筐体の他端部に、流体の流れを整える整流手段が設けられている。
　特許文献１では、筐体が半導体発光素子の配向角に合わせた傾斜を有するテーパ構造を有することにより、光源から遠い位置まで紫外線を到達させることができ、かつ、整流手段で流れを整えた流体に紫外線を照射することで、流体に万遍なく紫外線が照射されるので、殺菌効果を高めることができるとされている。
特開２０１９－９８０５５号公報
　特許文献１に記載の殺菌装置には、流体に紫外線を効果的に照射する観点から改善の余地がある。
　そこで、本発明の目的は、流体に紫外線を効果的に照射して殺菌できる殺菌装置を提供することである。
　本発明の一実施の形態に係る殺菌装置は、流体に紫外線を照射して前記流体を殺菌処理する殺菌装置であって、前記流体を収容するための略球状の貯留部と、前記貯留部に開口し、前記貯留部内に前記流体を供給するための供給口と、前記貯留部に開口し、前記貯留部内の前記流体を取り出すための取出口と、前記貯留部内に紫外線を照射するための光源と、を有し、前記貯留部は、前記供給口における前記流体の流動方向において上流側に位置する略半球状の第１貯留部と、下流側に位置する略半球状の第２貯留部と、を含み、前記供給口は、前記第１貯留部に開口し、前記取出口は、前記第２貯留部に開口し、前記供給口において前記貯留部に接続される供給流路の内面の延在方向に直交する仮想平面に前記供給口および前記取出口を投影したとき、前記供給口の重心と前記取出口の重心とは離間しており、前記光源は、その光軸が、前記貯留部の重心と、前記取出口の重心とを結ぶ直線に対して７５°～１０５°になるように配置されている。
　本発明によれば、流体に紫外線を効果的に照射して殺菌できる殺菌装置を提供することができる。
図１は、実施の形態に係る殺菌装置の斜視図である。 図２は、実施の形態に係る殺菌装置の断面斜視図である。 図３は、仮想平面に供給口、取出口および貯留部を投影したときの、供給口と取出口との位置関係を示す投影図である。 図４は、実施の形態に係る殺菌装置の貯留部内における流体の流れを示す図である。
　以下、本発明の実施の形態に係る殺菌装置について説明する。
　（殺菌装置の構成）
　図１、図２は、本発明の一実施の形態に係る殺菌装置１００の構成を示す図である。図１は、殺菌装置１００の斜視図である。図２は、殺菌装置１００の断面斜視図である。図３は、仮想平面（後述）に供給口２１６、取出口２１７および貯留部２１０を投影したときの、供給口２１６と取出口２１７との位置関係を示す投影図である。図４は、貯留部２１０における流体の流れを示す図である。
　図１および図２に示されるように、殺菌装置１００は、流体に紫外線を照射して流体を殺菌処理する殺菌装置であって、内壁部１１０と、窓１２０と、光源１３０と、外壁部１４０と、封止部材１５０とを有する。本実施の形態の殺菌装置１００は、上記の構成に加え、供給部１７０と、取出部１８０とをさらに有する。
　内壁部１１０は、貯留部２１０と、照射口２１５と、供給口２１６と、取出口２１７とを構成する。貯留部２１０は、内壁部１１０の内部に配置された、流体を収容するための略球状の空間である。照射口２１５は、貯留部２１０および外部に開口し、外部（光源１３０）からの紫外線を貯留部２１０内に導く貫通孔である。供給口２１６は、貯留部２１０および外部に開口し、貯留部２１０内に流体を供給するための貫通孔である。取出口２１７は、貯留部２１０および外部に開口し、貯留部２１０内の流体を取り出すための貫通孔である。
　貯留部２１０の内径Ｗ１は、特に限定されない。貯留部２１０の内径Ｗ１は、例えば１０～６０ｍｍ程度である。貯留部２１０の内径Ｗ１を１０～６０ｍｍ程度にすることにより、光源１３０として１個のＵＶ－Ｃ　ＬＥＤのみを用いた場合でも、内壁部１１０内の流体を十分に殺菌できる。
　照射口２１５の内径は、貯留部２１０の内径Ｗ１の大きさに対して、２０～５０％の大きさであることが好ましい。照射口２１５の内径を大きくすることで、貯留部２１０の広い範囲に紫外線を直接照射ができる。一方、照射口２１５の内径を小さくすることで、貯留部２１０の内面に占める紫外線反射面の割合を大きくすることができる。
　内壁部１１０は、１つの部材で構成されていてもよいし、複数の部材で構成されていてもよい。本実施の形態では、内壁部１１０は、第１内壁部１１１と、第２内壁部１１２との２部材で構成されている。また、内壁部１１０は、貯留部２１０と、照射口２１５と、供給口２１６と、取出口２１７とを構成する。
　第１内壁部１１１は、供給口２１６と、供給口２１６における流体の流動方向（図２に示される矢印Ａ方向）において上流側に位置する略半球状の第１貯留部２１１とを構成する。供給口２１６には、供給流路２７０が接続されている。
　第２内壁部１１２は、取出口２１７と、照射口２１５と、供給口２１６における流体の流動方向（図２における矢印Ａ方向）において下流側に位置する略半球状の第２貯留部２１２とを構成する。取出口２１７には、取出流路２８０が接続されている。照射口２１５は、窓１２０により覆われており、光源１３０から出射された紫外線が通過する。本実施の形態では、第２内壁部１１２の外面には、環状溝１１４が配置されている。
　なお、上記では供給口２１６は第１内壁部１１１に存在し、取出口２１７は第２内壁部１１２に存在するように説明したが、供給口２１６、取出口２１７の態様はこれに限定されない。供給口２１６は、第１内壁部１１１および第２内壁部１１２に渡って存在するように構成されてもよいし、取出口２１７は、第２内壁部１１２および第１内壁部１１１に渡って存在するように構成されてもよい。すなわち、供給口２１６は、第１貯留部２１１および第２貯留部２１２に渡って開口し、取出口２１７は第２貯留部２１２および第１貯留部２１１に渡って開口してもよい。
　環状溝１１４は、封止部材１５０を位置決めするための溝である。環状溝１１４の形状は光源１３０からの光を妨げない範囲で封止部材１５０を適切に配置することができれば特に限定されない。本実施の形態では、環状溝１１４は、照射口２１５を取り囲むように配置されている。環状溝１１４の形状に倣って封止部材１５０を変形させることが可能であるため、環状溝１１４の形状は、封止部材１５０の形状と同じ形状であっても、異なる形状であってもよい。本実施の形態では、環状溝１１４の平面視形状は、楕円形状であり、円形状である封止部材１５０がこれに合わせて変形されてはめ込まれる。
　内壁部１１０は、流れる流体の圧力によって変形または破損しない部材で形成されている。内壁部１１０の材料の例には、アルミニウムなどの金属、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの樹脂が含まれる。また、内壁部１１０内の流体に対して効率よく紫外線を照射する観点から、内壁部１１０の内面は、光源１３０から照射される紫外線の反射率が８０％以上である紫外線反射面を含むことが好ましい。紫外線反射面の材料の例には、紫外線に対して高い反射率を有するアルミニウム、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が含まれる。また、紫外線反射面は、内壁部１１０の内面に紫外線反射塗料を塗布することや紫外線反射膜を形成することで構成されてもよい。本実施の形態では、内壁部１１０（第１内壁部１１１および第２内壁部１１２）の材料は、いずれもＰＴＦＥである。
　窓１２０は、照射口２１５を覆うように配置されている。窓１２０の形状は、光源１３０から出射された紫外線を貯留部２１０に透過させることができれば、特に限定されない。窓１２０の形状は、平板状でもよいし、貯留部２１０の内面に合わせた形状でもよい。本実施の形態では、窓１２０の形状は、平板状である。窓１２０の大きさは、照射口２１５を完全に塞ぎ、かつ内壁部１１０と窓１２０との間に封止部材１５０を適切に配置することができれば特に限定されない。
　窓１２０の材料は、紫外線を透過させることができ、かつ必要な強度を有していれば、特に限定されない。殺菌性能を向上させる観点からは、窓１２０の材料は、波長２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の紫外線を透過させる材料であることが好ましく、２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を透過させる材料であることがより好ましい。窓１２０の材料の例には、石英（ＳｉＯ２）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）および非晶質のフッ素系樹脂などが含まれる。
　光源１３０は、貯留部２１０の流体に紫外線を照射する。光源１３０は、貯留部２１０の流体に直接紫外線を照射してもよいし、窓などの他の部材を介して貯留部２１０の流体に紫外線を照射してもよい。本実施の形態では、光源１３０は、外壁部１４０に固定されており、窓１２０を通して貯留部２１０に紫外線を照射する。より具体的には、本実施の形態において、光源１３０は第２貯留部２１２側に配置されている。光源１３０の種類は、紫外線を出射できれば特に限定されない。光源１３０の例には、発光ダイオード（ＬＥＤ）、水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、レーザーダイオード（ＬＤ）が含まれる。本実施の形態では、光源１３０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。光源１３０が出射する紫外線の波長は、特に限定されない。光源１３０が出射する紫外線の波長は、効果的に殺菌する観点から、２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下が好ましく、２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下がより好ましい。すなわち、光源１３０から出射される紫外線は、紫外線Ｃ波（ＵＶＣ）が好ましい。市販されている光源１３０の例には、ピーク波長が２８０ｎｍの紫外線発光ダイオードであるＮＣＳＵ３３４Ａ（日亜化学工業株式会社）が含まれる。また、ピーク波長が２８０ｎｍの紫外線発光ダイオードの他の例には、ＫＬＡＲＡＮ（旭化成株式会社）、ＺＥＵ１１０ＢＥＡＥ（スタンレー電気株式会社）が含まれる。
　なお、上記では光源１３０が、第２貯留部２１２側に配置されている態様を説明したが、本発明の殺菌装置はこの態様に限定されない。光源１３０は、第１貯留部２１１側に配置されていてもよい。
　光源１３０は、その光軸ＬＡが、貯留部２１０の重心と、取出口２１７（より正確には貯留部２１０への取出口２１７の開口部）の重心とを結ぶ直線に対して７５°～１０５°になるように配置されることが好ましく、８０°～１００°であることがさらに好ましく、８５°～９５°であることがさらに好ましい。図４に示されるように、本実施の形態においては、光軸ＬＡは上記の直線に対して９０°になるように配置されている。また、光軸ＬＡは、貯留部２１０の重心と交わることが好ましい。このように光源１３０が配置されることで、流体に効率的に紫外線を照射することができる。
　なお、上記の貯留部２１０の重心および取出口２１７の重心とは本実施の形態において以下のようなものである。すなわち、図３に示されるように、供給口２１６において貯留部２１０に接続される供給流路２７０の内面の延在方向（図２における矢印Ａ方向）に直交する仮想平面に取出口２１７（の開口部）および貯留部２１０を投影したとき、これらはいずれも円形である。したがって、本実施の形態において、取出口２１７（の開口部）の重心は、取出口２１７（の開口部）の中心と一致し、貯留部２１０の重心は、貯留部２１０の中心と一致する。また、図４に示されるように、本実施の形態において、上記の取出口２１７の重心は、取出流路２８０の中心線Ｌと、貯留部２１０の球の仮想表面との交点Ｘである。また、上記の光軸ＬＡとは、光源１３０からの立体的な出射光束の中心の光線を意味する。
　図４に示されるように、貯留部２１０内において、供給口２１６から取出口２１７へ向かう流体は、上記の貯留部２１０の重心と、取出口２１７の重心とを結ぶ直線を中心軸として旋回しやすい。ここで光源１３０が上記のように配置されることで、旋回の軸に対して紫外線がおおむね９０°の角度で照射されて効果的に殺菌することができる。
　なお、上記の旋回の軸は、貯留部２１０内への流体の供給量などによって、角度が変化するが、光源１３０が上記の角度の範囲で配置されることで、光軸ＬＡが旋回の軸に対しておおむね９０°となり、流体に紫外線を効果的に照射することができる。
　外壁部１４０は、内壁部１１０および窓１２０を覆い、内壁部１１０および窓１２０を押圧する。本実施の形態では、外壁部１４０は、内壁部１１０、窓１２０に加え、光源１３０も覆う。本実施の形態では、外壁部１４０は、第１外壁部１４１と、第２外壁部１４２とを有する。
　第１外壁部１４１は、第１内壁部１１１を流体の流動方向における上流側から覆う。本実施の形態では、第１外壁部１４１は、第１内壁部１１１と、第２内壁部１１２の第１内壁部１１１側の一部を覆うように配置されている。
　第２外壁部１４２は、第２内壁部１１２を流体の流動方向における下流側から覆う。本実施の形態では、第２内壁部１１２の流体の流動方向における下流側の一部を覆うように配置されている。また、第２外壁部１４２には、窓１２０を位置決めする位置決め段部１４３が配置されている。位置決め段部１４３は、照射口２１５を取り囲むように配置されている。また、位置決め段部１４３により位置決めされた窓１２０に対向するように光源１３０が配置されている。
　第１外壁部１４１と、第２外壁部１４２とを接合すると、第１内壁部１１１と、第２内壁部１１２とが接合される。本実施の形態では、流体の流動方向において、第１外壁部１４１および第２外壁部１４２の接合部分と、第１内壁部１１１および第２内壁部１１２の接合部分は、一致していない。より具体的には、流体の流動方向において、第１外壁部１４１および第２外壁部１４２の接合部分は、第１内壁部１１１および第２内壁部１１２の接合部分よりも下流側に配置されている。第１外壁部１４１および第２外壁部１４２の接合方法は、特に限定されない。本実施の形態では、第１外壁部１４１および第２外壁部１４２は、嵌合により接合されている。
　封止部材１５０は、内壁部１１０および窓１２０の間に配置された弾性を有する部材であって、内壁部１１０および窓１２０の間を封止する。封止部材１５０は、内壁部１１０および窓１２０の間に照射口２１５を取り囲むように配置されている。封止部材１５０の構成は、内壁部１１０および窓１２０の間を適切に封止できれば特に限定されない。封止部材１５０は、例えばＯリングや、パッキンである。本実施の形態では、封止部材１５０は、Ｏリングである。本実施の形態では、封止部材１５０（Ｏリング）は、第２内壁部１１２の環状溝１１４に配置されている。本実施の形態では、光源１３０が固定された第２外壁部１４２に、封止部材１５０および窓１２０を順番に配置した第２内壁部１１２を収容する。
　供給部１７０は、内壁部１１０内の貯留部２１０内に流体を供給する。供給部１７０は、供給流路２７０を有する。供給流路２７０の一方の端部は、内壁部１１０の供給口２１６に接続しており、他方の端部は、図外の流体供給装置に接続されている。供給流路２７０は、貯留部２１０内に貯留部２１０の壁に沿って滑らかに流体を供給できるように配置されていることが好ましい。本実施の形態では、供給口２１６における流体の流動方向（図２における矢印Ａ方向）に沿い、かつ貯留部２１０の重心を含む断面における、供給流路２７０の内面と貯留部２１０の内面との第１接続部２７１において、供給流路２７０の内面の一部は、第１接続部２７１における貯留部２１０の内面の接線と一致するように、貯留部２１０の内面と滑らかに連続して配置されている。
　取出部１８０は、内壁部１１０内の貯留部２１０内の殺菌された流体を取り出す。取出部１８０は、取出流路２８０を構成する。取出流路２８０の一方の端部は、内壁部１１０の取出口２１７に接続しており、他方の端部は、図外の流体取出装置に接続されている。取出部１８０は、貯留部２１０（第２貯留部２１２）において、光源１３０から出射された紫外線が直接到達しない位置に配置されていることが好ましい。取出流路２８０は、貯留部２１０から貯留部２１０の壁に沿って滑らかに流体を取り出せるように配置されていることが好ましい。本実施の形態では、取出口２１７における流体の流動方向（図２における矢印Ｂ方向）に沿い、かつ貯留部２１０の重心を含む断面における、取出流路２８０の内面と貯留部２１０の内面との第２接続部２８１において、取出流路２８０の内面の一部は、第２接続部２８１における貯留部２１０の内面の接線と一致するように、貯留部２１０の内面と滑らかに連続して配置されている。本実施の形態では、供給流路２７０および取出流路２８０は、互いに平行である。
　供給流路２７０の内面と貯留部２１０の内面との第１接続部２７１、および取出流路２８０の内面と貯留部２１０の内面との第２接続部２８１において段差を無くすことにより、球状の貯留部２１０の壁面に沿った流体の流れを作ることができるとともに、貯留部２１０内で流体を一定の方向に回転させながら滞留させた後に流体を取り出すことができる。これにより、流体に紫外線が均一に照射されるので、流体の十分な殺菌を行うことができる。
　供給口２１６（供給流路２７０）の内径Ｗ２および取出口２１７（取出流路２８０）の内径Ｗ３の大きさは、特に限定されないが、殺菌性能を維持しつつ流体の圧力損失を低減する観点からは、貯留部２１０の内径Ｗ１に対して、２５～４０％の範囲内が好ましい。供給口２１６の内径Ｗ２および取出口２１７の内径Ｗ３を大きくすることで、殺菌装置１００における流体の圧力損失を低減することができる。一方、供給口２１６の内径Ｗ２および取出口２１７の内径Ｗ３を小さくすることで、供給口２１６から供給された流体が貯留部２１０に留まる時間が長くなり、殺菌性能を向上させることができる。より具体的には、供給口２１６（供給流路２７０）の内径Ｗ２および取出口２１７（取出流路２８０）の内径Ｗ３の大きさは、例えば、貯留部２１０の内径Ｗ１に対して１０％以上であってもよい。
　図３に示されるように、供給口２１６において貯留部２１０に接続される供給流路２７０の内面の延在方向（図２における矢印Ａ方向）に直交する仮想平面に供給口２１６、取出口２１７および貯留部２１０を投影したとき、供給口２１６の重心と取出口２１７の重心とが離間するように、供給口２１６および取出口２１７は配置されている。本実施の形態では、上記のように投影したときに、供給口２１６と取出口２１７とが離間するように、供給口２１６および取出口２１７は配置されている。このように供給口２１６および取出口２１７を配置した場合、図４に示されるように、供給口２１６から貯留部２１０内に供給された流体は、取出口２１７に直線的に向かうことなく、貯留部２１０内を何度も旋回した上で取出口２１７に到達する。したがって、流体は、十分な量の紫外線を照射され、十分に殺菌された上で取出口２１７に到達する。なお、本実施の形態では、上記のように投影したときに、窓１２０（光源１３０）は、供給口２１６および取出口２１７と重ならないように配置されている。なお、本実施の形態では、図４に示されるように、上記仮想平面に投影したとき、供給口２１６、取出口２１７、および貯留部２１０は、いずれも円形である。したがって、供給口２１６の重心は、供給口２１６の中心と一致し、取出口２１７の重心は、取出口２１７の中心と一致し、貯留部２１０の重心は、貯留部２１０の中心と一致する。
　また、本実施の形態では、図３に示すように、上記仮想平面に供給口２１６、取出口２１７および貯留部２１０を投影したとき、供給口２１６の重心および貯留部２１０の重心を結ぶ直線と、取出口２１７の重心および貯留部２１０の重心を結ぶ直線とのなす角度αは、７５～１６５°の範囲内であることが好ましく、１２０～１５０°の範囲内であることがより好ましい。角度αを上記の範囲内とすることで、十分な殺菌性能を維持しつつ流体の圧力損失をより低減することができる。ここで２つの直線がなす角度とは、２つの直線がなす２つの角度のうち小さい方の角度を意味する。
　（殺菌装置の使用方法）
　次に、本実施の形態に係る殺菌装置１００の使用方法について説明する。
　光源１３０から紫外線を出射させた状態で、殺菌対象の流体（例えば水）を供給口２１６から貯留部２１０内に導入するとともに、貯留部２１０内の流体を取出口２１７から取り出す。このとき、供給口２１６（供給流路２７０）側を加圧して流体を移動させてもよいし、取出口２１７（取出流路２８０）側を減圧して流体を移動させてもよい。前述のとおり、本実施の形態に係る殺菌装置１００では、貯留部２１０の形状を略球状とし、かつ供給口２１６および取出口２１７を所定の条件を満たすように配置したため、殺菌対象の流体は、貯留部２１０内を旋回する。また、光源１３０は、前述の通り、貯留部２１０の重心と、取出口２１７（の開口部）の重心とを結ぶ直線に対して７５°～１０５°になるように配置されている。これにより流体は十分に殺菌された状態で取出口２１７から取り出される。
　（効果）
　以上のように、本実施の形態に係る殺菌装置１００によれば、上記の様に光源１３０が配置されることで、流体を効果的に殺菌することができる。
　本出願は、２０２１年６月３０日出願の特願２０２１－１０９４４３に基づく優先権を主張する。この出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
　本実施の形態に係る殺菌装置は、例えば、浄水や農業用水、食品用洗浄水、各種洗浄水、浴場の水、プールの水などの殺菌において有用である。
　１００　殺菌装置
　１１０　内壁部
　１１１　第１内壁部
　１１２　第２内壁部
　１１４　環状溝
　１２０　窓
　１３０　光源
　１４０　外壁部
　１４１　第１外壁部
　１４２　第２外壁部
　１４３　位置決め段部
　１５０　封止部材
　１７０　供給部
　１８０　取出部
　２１０　貯留部
　２１１　第１貯留部
　２１２　第２貯留部
　２１５　照射口
　２１６　供給口
　２１７　取出口
　２７０　供給流路
　２７１　第１接続部
　２８０　取出流路
　２８１　第２接続部

Claims (6)

  1. 　流体に紫外線を照射して前記流体を殺菌処理する殺菌装置であって、
    　前記流体を収容するための略球状の貯留部と、
    　前記貯留部に開口し、前記貯留部内に前記流体を供給するための供給口と、
    　前記貯留部に開口し、前記貯留部内の前記流体を取り出すための取出口と、
    　前記貯留部内に紫外線を照射するための光源と、
    　を有し、
    　前記貯留部は、前記供給口における前記流体の流動方向において上流側に位置する略半球状の第１貯留部と、下流側に位置する略半球状の第２貯留部と、を含み、
    　前記供給口は、前記第１貯留部に開口し、
    　前記取出口は、前記第２貯留部に開口し、
    　前記供給口において前記貯留部に接続される供給流路の内面の延在方向に直交する仮想平面に前記供給口および前記取出口を投影したとき、前記供給口の重心と前記取出口の重心とは離間しており、
    　前記光源は、その光軸が、前記貯留部の重心と、前記取出口の重心とを結ぶ直線に対して７５°～１０５°になるように配置されている、
    　殺菌装置。
  2. 　前記貯留部の重心は、前記供給口の重心と前記取出口の重心とを結ぶ直線から離間している、請求項１に記載の殺菌装置。
  3. 　前記貯留部の重心は、前記供給口と前記取出口との間に位置しない、請求項２に記載の殺菌装置。
  4. 　前記取出口は、前記光源から出射された紫外線が直接到達しない位置に配置されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の殺菌装置。
  5. 　前記光源は、前記第２貯留部側に配置されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の殺菌装置。
  6. 　前記貯留部を構成する壁は、紫外線を透過させる窓を含み、
    　前記光源は、前記窓を通して前記貯留部内に紫外線を照射する、
    　請求項１～５のいずれか一項に記載の殺菌装置。
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