CN107921405A

CN107921405A - 照射装置及流体杀菌方法

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Publication number: CN107921405A
Application number: CN201680048449.2A
Authority: CN
Inventors: 越智铁美; 小永吉英典; 鸟井信宏; 木内裕纪
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2018-04-17
Also published as: WO2017056902A1; EP3357572A1; TW201718411A; EP3357572A4; US20180177908A1; KR20180058751A; JP2017064610A

Abstract

照射装置(10)包括：直管(20)，其由聚四氟乙烯(PTFE)构成；以及光源(40)，其被配置在直管(20)的端部(第1端部(22))，并向直管(20)的内部照射紫外光。光源(40)具有：发光元件(42)，其发出紫外光；以及调整机构(50)，其调整紫外光的方向，使得来自发光元件(42)的紫外光以75度以上的入射角(θ)入射到直管(20)的内壁面(20a)。

Description

照射装置及流体杀菌方法

技术领域

本发明涉及照射装置及流体杀菌方法，尤其涉及对流体照射紫外光而杀菌的技术。

背景技术

已知紫外光有杀菌能力，照射紫外光的装置被使用在医疗或食品加工的现场等的杀菌处理中。此外，也使用通过对水等流体照射紫外光来对流体连续地进行杀菌的装置。作为这样的装置，例如可以举出在由直管状的金属管形成的流路的管端部内壁上配置有紫外线LED的装置(例如参照专利文献1)。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1:日本特开2011-16074号公报

发明内容

[发明要解决的课题]

为了以高效率来对流过直管状的流路内的流体照射紫外光，优选采用在流路内壁面的紫外光反射率较高的构造。此外，希望用难以被在流路内流过的流体腐蚀的材料来构成流路内壁面。

本发明鉴于这样的问题而完成，其示例性的目的之一在于提供一种提高对直管内部的紫外光照射效率的照射装置。

用于解决课题的手段

本发明的一个方案的照射装置包括：直管，其由聚四氟乙烯(PTFE)构成；以及光源，其被配置在直管的端部，并向直管的内部照射紫外光。光源具有：发光元件，其发出紫外光；以及调整机构，其调整紫外光的方向，使得来自发光元件的紫外光以75度以上的入射角入射到直管的内壁面。

根据此方案，通过使紫外光以75度以上的入射角入射到PTFE的内壁面，从而能够提高内壁面的紫外光的反射率，并沿直管的长度方向高效地引导紫外光。根据发明人们的认识可知，若使紫外光以75度以上的入射角入射到PTFE的表面，则与漫反射成分相比，镜面反射成分增大，并且紫外光几乎发生全反射。因此，根据本方案，能够抑制紫外光在PTFE的内壁面透射、或由于漫反射占优从而紫外光返回到光源侧的影响，能够遍及直管的长度方向地较高地维持直管内部的紫外光强度。由此，能够提高在直管内部的紫外光的照射效率。此外，因为将作为化学性稳定的含氟树脂的PTFE用作构成流路的直管，所以能够提高装置的耐久性。

也可以是，调整机构调整紫外光的方向，使得被照射到直管的内部的紫外光的配光角在30度以下。

也可以是，关于直管，直管的长度为直管的直径的3倍以上。

也可以是，光源对流过直管的内部的流体照射紫外光来对流体实施杀菌处理。

本发明的另一方案为流体杀菌方法。该方法包括对流过由聚四氟乙烯(PTFE)构成的直管的内部的流体照射紫外光来对流体实施杀菌处理的工序。照射紫外光，使得其以75度以上的入射角入射到直管的内壁面上。

根据此方案，通过使紫外光以75度以上的入射角入射到PTFE的内壁面，从而能够提高在内壁面上的紫外光的反射率，沿直管的长度方向高效地引导紫外光。由此，能够提高直管内部的紫外光的照射效率，并提高对流过直管内部的流体的杀菌效率。此外，通过将作为化学性稳定的含氟树脂的PTFE用作构成流路的直管，从而能够提高直管的耐久性。

发明效果

根据本发明，能够提高对直管内部的紫外光照射效率，从而提高杀菌能力。

附图说明

图1是示意性地表示实施方式的照射装置的构成的剖面图。

图2是示意性地表示计测PTFE板的反射特性的情况的图。

图3是表示PTFE板的反射特性的图。

图4是示意性地表示比较例的照射装置的构成的剖面图。

图5是表示直管内部的紫外光强度的图。

图6是示意性地表示变形例的光源的构成的剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明用于实施本发明的方式。另外，在说明中对于相同的要素标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。

图1是示意性地表示实施方式的照射装置10的构成的图。照射装置10包括直管20、连接管30、以及光源40。光源40被配置在直管20的端部(第1端部22)，向直管20的内部照射紫外光。照射装置10例如为了对流过直管20内部的水等流体照射紫外光来实施杀菌处理而被使用。

直管20具有第1端部22、第2端部24、窗部26、以及第2法兰28。直管20从第1端部22向第2端部24沿长度方向延伸，并具有内径(直径)d的3倍以上的长度l。在第1端部22设置有用于使来自光源40的紫外光透射的窗部26。窗部26由石英(SiO₂)、蓝宝石(Al₂O₃)、以及非晶质的氟系树脂等紫外光透射率较高的构件构成。在第2端部24设置有用于将直管20连接到其它配管等的法兰(第2法兰28)。

此外，在第1端部22安装有连接管30，该连接管30沿与直管20的长度方向交叉的方向或正交的方向延伸。连接管30在一端设置有法兰(第1法兰32)，在另一端安装有管20。直管20以及连接管30形成“L”字状的流路。例如，从第1法兰32流入的流体通过连接管30以及直管20而从第2法兰28流出。另外，也可以是，流体的流动方向为反方向，还可以被构成为从第2法兰28流入的流体从第1法兰32流出的方式。

直管20以及连接管30由作为全氟树脂的聚四氟乙烯(PTFE)构成。PTFE为化学性稳定的材料，且为耐久性、耐热性及耐化学性优秀的材料。此外，PTFE为紫外光反射率较高的材料。因此，直管20能够使光源40所发出的紫外光在内壁面20a反射而使紫外光沿直管20的长度方向传播。

另外，关于直管20以及连接管30，无需其整体由PTFE构成，只要至少构成流路而与流体接触的内壁面由PTFE构成即可。例如，也可以是，在由其它树脂材料或金属材料构成的管的内面安装PTFE的内衬来构成直管20或连接管30。

光源40包含发光元件42、基板44、以及调整机构50。发光元件42为发出紫外光的LED(Light Emitting Diode：发光二极管)，其中心波长或峰值波长被包含在约200nm～350nm的范围内。发光元件42优选发出作为杀菌效率较高的波长的260nm～270nm附近的紫外光的LED。作为这样的紫外光LED，已知例如使用了氮化镓铝(AlGaN)的LED。

发光元件42被与调整机构50相对地安装在基板44上。基板44由热传导性高的部件构成，例如将铜(Cu)或铝(Al)等用作基材。发光元件42所发出的热通过基板44被散发。

发光元件42为指向角或配光角在60度以上、90度以上或120度以上的宽配光角的LED。作为这样的发光元件42，可以举出输出强度较高的表面安装(SMD；surface mountdevice)型的LED。发光元件42所发出的紫外光入射到调整机构50中，并由调整机构50调整紫外光的方向。

调整机构50调整紫外光的方向，使得来自发光元件42的紫外光以75度以上的入射角θ入射到直管20的内壁面20a。调整机构50调整发光元件42所发出的紫外光的配光角，使得从调整机构50射出的紫外光的配光角成为30度以下。此外，调整机构50被配置为：从调整机构50射出的紫外光的光轴方向成为直管20的长度方向。通过使用这样的调整机构50来将入射到内壁面20a的紫外光的入射角θ设为75度以上，能够提高内壁面20a上的紫外光反射率，使高强度的紫外光沿直管20的长度方向传播。

调整机构50具有第1透镜51、第2透镜52、以及第3透镜53。各透镜由紫外光的透射率较高的石英玻璃构成。发光元件42所发出的紫外光按第1透镜51、第2透镜52、第3透镜53、以及窗部26的顺序透射，并被照射到直管20的内部。如图所示，第1透镜51为平凸透镜，第2透镜52为双凸透镜，第3透镜53为平凸透镜。另外，调整机构50可以由两个以下的透镜构成，也可以由四个以上的透镜构成。此外，调整机构50所具有的各透镜可以是如图所示的形状的透镜，也可以是不同形状的透镜。

接下来，说明构成直管20的内壁面20a的PTFE的反射特性。虽然PTFE为被以各种用途通用地利用的树脂材料，但是其对于深紫外光的定量的反射特性尚未确切知晓。虽然PTFE在作为树脂材料这样的特性上，启示了反射光的角度分量可以根据入射光的角度而不同这样的特征，但是其照射深紫外光时的详细的反射特性尚未确切知晓。因此，本发明人们想到要通过测定PTFE针对深紫外光的反射特性，并成功地利用该特性，从而提高使用了PTFE的照射装置10的光学特性。

图2是示意性地表示计测PTFE板70的反射特性的情况的图。来自发出紫外光的光源71的入射光73在PTFE板70的表面70a发生透射、反射、或散射。在物体表面的反射，一般而言，已知能够分为以下三类：第1镜面反射(specular spike)成分76、第2镜面反射(specular lobe)成分77、以及漫反射(diffuse lobe)成分78。本发明人们通过用测定器72来计测具有与入射光73的入射角θ₁相同的反射角θ₂的反射光74、以及具有与入射角θ₁不同的散射角θ₃的散射光75等的强度，来求得PTFE板70的这三种成分的反射特性。

如图2所示的三种成分中，第1镜面反射成分76是指，在表面70a被反射，并沿镜面反射方向θ₂在极窄的角度范围内射出的非常强的反射光。第2镜面反射成分77是指，在表面70a被反射，且大致以镜面反射方向θ₂为中心地具有一定扩散性地射出的较强的反射光。漫反射成分78是指，反复进行在PTFE板70内部的散射而被射出的反射光，并不依赖于放射角θ₃地从表面70a均匀地射出。

图3为表示PTFE板70的反射特性的图，表示将相对于入射光73的入射角θ₁的第1镜面反射成分76、第2镜面反射成分77、以及漫反射成分78的反射率这三种成分的反射率相加后的合计反射率。作为光源71，使用了发出波长λ＝280nm的紫外光的LED。如图所示，可知在入射角θ₁为0度到60度的范围内，大部分反射光为漫反射成分78，第1镜面反射成分76及漫反射成分78的比例较小。此外，可知合计反射率小于80％，入射光73的20％以上未被反射地发生了透射。

另一方面，若入射角θ₁超过60度而达到70度以上，则漫反射成分78的比例减少，第2镜面反射成分77的比例增加。此外，合计反射率达到100％，因入射光73的透射导致的损失的影响消失。进而，可知若入射角θ₁在75度以上，则漫反射成分78达到20％左右或20％以下，入射光73的80％左右或80％以上沿镜面反射方向被无损地反射。从该测定结果，本发明人们认为，如果将入射到PTFE的内壁面20a的紫外光的入射角θ设为75度以上，则能够引导使大部分反射光沿直管20的长度方向传播到更远的强度较高的紫外光。

接下来，参照比较例说明照射装置10的效果。图4为示意性地表示比较例的照射装置110的构成的剖面图。照射装置110在如下的点上与上述实施方式不同：采用了在光源140中不包含上述的调整机构50，且使发光元件42所发出的紫外光直接照射到直管20的内部的构成。

光源140将来自发光元件42的紫外光直接照射到了直管20的内部，其配光角比上述实施方式的光源40大。因此，光源140照射的紫外光的一部分如图所示，以比75度小的入射角θ₄、θ₅入射到直管20的内壁面20a。具有像这样的入射角θ₄、θ₅的紫外光的镜面反射成分较小，入射的紫外光的大部分通过漫反射而均匀地散射，或从直管20的内壁透射。于是，沿直管20的长度方向反射的成分变得极小，难以使强度较高的紫外光沿直管20的长度方向导光。

图5为表示直管20的内部的紫外光强度的图，表示了具有调整机构50的实施方式的照射装置10中的紫外光强度、以及没有调整机构50的比较例的照射装置110中的紫外光强度。图5表示了使直管20的内径为d＝20mm，并使直管20的长度l发生变化的情况下，在直管20的中心位置的紫外光强度。

如图所示，在没有调整机构50的比较例的计测结果中，可知紫外光强度根据直管20的长度l而在逐渐减少。认为这是由于每当在直管20的内壁面20a发生反射，朝向直管20的长度方向的成分就会减少。另一方面，在具有调整机构50的实施方式的计测结果中，可知即使直管20的长度l变长，也会维持预定以上的强度。尤其可知，直管20的长度l在作为内径d(20mm)的3倍以上的60mm以上的范围内，与比较例相比，实施方式中的紫外光强度显著地较大。

在以上的构成中，照射装置10对流过由PTFE构成的直管20的内部的流体照射紫外光来对流体实施杀菌处理。照射紫外光，使得其以75度以上的入射角θ入射到直管20的内壁面20a上。以75度以上的入射角θ入射到内壁面20a的紫外光几乎全部成分都在内壁面20a被反射，并且其大部分成分被镜面反射而沿直管20的长度方向行进。因此，能够针对沿直管20的长度方向流动的流体，遍及其长度方向地照射强度较高的紫外光。由此，能够加大强度较高的紫外光对流体所作用的范围及时间，提高对流体的杀菌作用。

根据本实施方式，因为将PTFE使用于直管20的内壁，所以与使用铝(Al)等金属材料的情况相比，能够提高直管20的可靠性。虽然已知铝为紫外光反射率较高的材料，但是在将水用作流体的情况下，因与水接触导致被电蚀或被腐蚀，紫外光反射率降低、或产生卫生方面的担忧。另一方面，根据本实施方式，因为使用化学性稳定的PTFE，所以能够减少这样的担忧。因此，根据本实施方式，能够提高紫外光的照射效率，并且提高照射装置10的可靠性。

图6是示意性地表示变形例的光源240的构成的剖面图。光源240包含发光元件42、基板44、以及调整机构250。比较例的调整机构250在如下的点上与上述实施方式不同：通过反射型的构成来调整来自发光元件42的紫外光的方向。以下，以不同点为中心进行说明。

调整机构250具有反射体252。反射体252由金属材料或树脂材料构成，反射面254由紫外线反射率较高的材质构成。反射体252例如由对紫外线反射率较高的铝(Al)进行镜面研磨来构成，反射面254被氟化镁(MgF₂)覆盖。也可以是，反射体252由PTFE等含氟树脂材料构成。

反射体252具有碗形状，并具有作为凹曲面的反射面254。在反射体252的底部附近，设置有用于配置发光元件42的安装孔256。反射体252使发光元件42所发出的紫外光的一部分反射，并调整紫外光的方向，使得从开口部258射出的紫外光的配光角在30度以内。通过在上述的照射装置中应用本变形例的调整机构250，从而能够起到与上述实施方式同样的效果。

以上，基于实施例说明了本发明。本领域技术人员应理解的是，本发明不限于上述实施方式，可能有多种设计变更，并可能有各种变形例，此外，那样的变形例也在本发明的范围内。

作为用于对流体照射紫外光来实施杀菌处理的装置说明了上述实施方式的照射装置10。在变形例中，也可以将本照射装置使用于通过紫外光的照射使流体中所含有的有机物分解的净化处理。

作为用于对流体之一例的水等液体照射紫外光来实施杀菌处理的装置，说明了上述实施方式的照射装置10。在变形例中，也可以是，作为流体，以气体为对象照射紫外光。

[附图标记说明]

10…照射装置、20…直管、20a…内壁面、40…光源、42…发光元件、50…调整机构。

[工业可利用性]

根据本发明，能够提高对直管内部的紫外光的照射效率，从而提高杀菌能力。

Claims

1.一种照射装置，其特征在于，包括：

直管，其由聚四氟乙烯(PTFE)构成，以及

光源，其被配置在上述直管的端部，并向上述直管的内部照射紫外光；

上述光源具有：

发光元件，其发出紫外光，以及

调整机构，其调整上述紫外光的方向，使得来自上述发光元件的紫外光以75度以上的入射角入射到上述直管的内壁面。

2.如权利要求1所述的照射装置，其特征在于，上述调整机构调整上述紫外光的方向，使得被照射到上述直管的内部的紫外光的配光角在30度以下。

3.如权利要求1或2所述的照射装置，其特征在于，关于上述直管，上述直管的长度为上述直管的直径的3倍以上。

4.如权利要求1～3的任何一项所述的照射装置，其特征在于，上述光源对流过上述直管的内部的流体照射紫外光来对上述流体实施杀菌处理。

5.一种流体杀菌方法，其特征在于，

包括对流过由聚四氟乙烯(PTFE)构成的直管的内部的流体照射紫外光来对上述流体实施杀菌处理的工序；

上述紫外光被以按75度以上的入射角入射到上述直管的内壁面的方式照射。