CN111132702B - 紫外线杀菌装置及紫外线照射装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供即使在远离发光元件的位置也能够提高处理流路的中心附近处的紫外线的照度的紫外线杀菌装置。本发明的紫外线杀菌装置具有：流路管，在内部具有直线状的处理流路；发光元件，发出紫外线；以及反射器，具有将从所述发光元件发出的紫外线反射来向所述流路管聚光的反射面，该紫外线杀菌装置对在直线状的处理流路中流通的流体照射紫外线来对所述流体进行杀菌处理。

Description

紫外线杀菌装置及紫外线照射装置

技术领域

本发明涉及紫外线杀菌装置及紫外线照射装置。

背景技术

众所周知，能够使用紫外线对液体等流体进行杀菌处理。例如，专利文献1中记载了如下的流体杀菌装置：对沿轴向延伸的流路，向上述轴向照射紫外线，来对在流路内流通的液体进行杀菌。

具体而言，专利文献1中记载的流体杀菌装置具有：流路管，划分出沿轴向延伸的处理流路；以及取向角较大的发光元件(LED(发光二极管，Light-emitting diode)光源)，设置于上述流路管的一个端部附近，且朝向上述处理流路从上述一个端部沿上述轴向照射紫外线。从上述光源以较大角度照射的紫外线一边被流路管的内表面反射一边向处理流路的长度方向(轴向)传播，对处理流路的内部的流体进行杀菌。

专利文献1中记载有：优选将半功率角为120°左右的、取向角较大的发光元件配置为，半功率角的范围内的紫外线全部入射到处理流路的内部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-104230号公报

发明内容

发明所要解决的问题

为了针对在流路管中流通的流体有效地得到杀菌效果，希望对流通的流体以尽可能高的照度或尽可能长的时间、或者以这两者进行处理。

在如专利文献1中记载的流体杀菌装置那样使用取向角较大的发光元件的情况下，通常，若从发光元件射出光，则在发光面附近，虽然在出射光相对于发光面所成的角度为垂直或接近垂直的部分(光束的中心部)能够得到较高的照度，但是，随着出射光相对于发光面所成的角度接近平行而照度变低。因此，似乎可以认为，如果使上述光束的中心部与处理流路的中心附近大致一致，则处理流路的中心附近处的照度变得更高。但是，从取向角较大的发光元件发出的光，随着距发光面的距离变远，光束向更宽的范围扩展，因此，随着远离光源，照度分布容易变得均匀且照度容易下降。因此，在专利文献1中记载的流体杀菌装置中，虽然在发光元件附近，在处理流路的中心可得到较高的照度，但是，若远离发光元件，则难以提高处理流路的中心处的照度，其结果，难以在处理流路的整体，以较高的照度或较长的时间进行处理，难以充分地提高杀菌效果。

因此，本发明的目的在于，提供能够提高处理流路整体的杀菌效果的紫外线杀菌装置及紫外线照射装置，该紫外线杀菌装置对在处理流路的内部流通的流体照射来自发光元件的紫外线来对上述流体进行杀菌。

用于解决问题的方案

用于解决上述问题的本发明涉及的紫外线杀菌装置，是对在直线状的处理流路中流通的流体照射紫外线来对所述流体进行杀菌处理的紫外线杀菌装置，该紫外线杀菌装置具有：流路管，在内部具有所述直线状的处理流路；发光元件，发出紫外线；以及反射器，具有将从所述发光元件发出的紫外线反射来向所述流路管聚光的反射面。

另外，用于解决上述问题的本发明涉及的紫外线照射装置，是用于对在直线状的处理流路中流通的流体照射紫外线来对所述流体进行杀菌处理的紫外线照射装置，该紫外线照射装置具有：发光元件，发出紫外线；以及反射器，具有将从所述发光元件发出的紫外线反射来向配置有所述流路管的方向聚光的反射面。

发明效果

根据本发明，提供能够提高处理流路整体的杀菌效果的紫外线杀菌装置及紫外线照射装置。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式涉及的紫外线杀菌装置的、在沿着流路管的流体流通方向的方向上且在竖直方向上的剖面图。

图2是将透明板保持部和透明板固定盖分解后的、流路管的端部的示意性的前方立体分解图。

图3是反射器的示意性的立体图。

图4A是反射器的俯视图。

图4B是反射器的仰视图。

图4C是反射器的主视图。

图4D是反射器的后视图。

图4E是反射器的侧视图。

图4F是反射器的4F-4F线处的剖面图。

图5是表示从发光元件发出的紫外线中包含的代表性的光线的光路的光路图。

图6A是反射器的俯视图。

图6B是反射器的仰视图。

图6C是反射器的主视图。

图6D是反射器的后视图。

图6E是反射器的侧视图。

图6F是反射器的6F-6F线处的剖面图。

图7是表示从发光元件发出的紫外线中包含的代表性的光线的光路的光路图。

图8A是在不使用反射器的情况下，从与处理流路对置地配置的发光元件发出的紫外线经由透明板照射到处理流路时的光路图的一例。

图8B是使用了本发明的一个实施方式的一个形态涉及的具有反射器的紫外线照射装置时，从发光元件发出的紫外线经由透明板照射到处理流路时的光路图的一例。

图8C是使用了本发明的一个实施方式的另外的形态涉及的具有反射器的紫外线照射装置时，从发光元件发出的紫外线经由透明板照射到处理流路时的光路图的一例。

图9A是在本说明书中记载的设定条件1及设定条件3下的照度分布的仿真中，以距透明板的距离为X轴，以该距离下的照度为Y轴绘制成的、表示设定条件1及设定条件3下的中心照度的分布的图。

图9B是在本说明书中记载的设定条件1及设定条件3下的照度分布的仿真中，以距透明板的距离为X轴，以该距离下的照度为Y轴绘制成的、表示设定条件1及设定条件3下的周边部照度的分布的图。

图10A是在本说明书中记载的设定条件1及设定条件3下的照度分布的仿真中，针对距透明板8mm的各位置，以该处距处理流路的轴PA的距离为X轴，以该距离下的照度为Y轴绘制成的、表示设定条件1及设定条件3下的照度的分布的图。

图10B是在本说明书中记载的设定条件1及设定条件3下的照度分布的仿真中，针对距透明板72mm的各位置，以该处距处理流路的轴PA的距离为X轴，以该距离下的照度为Y轴绘制成的、表示设定条件1及设定条件3下的照度的分布的图。

图11A是在本说明书中记载的设定条件2及设定条件3下的照度分布的仿真中，以距透明板的距离为X轴，以该距离下的照度为Y轴绘制成的、表示设定条件2及设定条件3下的中心照度的分布的图。

图11B是在本说明书中记载的设定条件2及设定条件3下的照度分布的仿真中，以距透明板的距离为X轴，以该距离下的照度为Y轴绘制成的、表示设定条件2及设定条件3下的周边部照度的分布的图。

图12A是在本说明书中记载的设定条件2及设定条件3下的照度分布的仿真中，针对距透明板8mm的各位置，以该处距处理流路的轴PA的距离为X轴，以该距离下的照度为Y轴绘制成的、表示设定条件2及设定条件3下的照度的分布的图。

图12B是在本说明书中记载的设定条件2及设定条件3下的照度分布的仿真中，针对距透明板72mm的各位置，以该处距处理流路的轴PA的距离为X轴，以该距离下的照度为Y轴绘制成的、表示设定条件2及设定条件3下的照度的分布的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一个实施方式详细地进行说明。

[紫外线杀菌装置的结构]

图1是表示具有流路管200及紫外线照射装置300的、本实施方式涉及的紫外线杀菌装置100的剖面图，其为在沿着流路管200的流体流通方向的方向上且在竖直方向上的剖面图。此外，在本说明书中，“流体”是包含液体及气体等能够在处理流路中流通的物质的。

流路管200在内部具有直线状的处理流路220，在该处理流路220中，要进行处理的流体从一端侧向另一端侧流通。在构成处理流路220的末端的流路管200的端部230，配置有透明板250，该透明板250与处理流路220相接，并能够透射紫外线。

紫外线照射装置300具有发出紫外线的发光元件310和将从发光元件310发出的紫外线聚光并向一个方向射出的反射器320。紫外线照射装置300配置于面对流路管200的端部230的、处理流路220的外侧，针对在处理流路220中流通的流体，将由反射器320聚光后的紫外线，经由透明板250，向如下方向照射，即，是直线状的处理流路220的上述直线方向且是与上述流体在处理流路220内流通的方向相对置的方向。

(流路管)

流路管200是具有内表面形成为大致圆柱状的流路壁225的直线状的管。流路管200具有一体成型的流入口210、规定处理流路220的外周的流路壁225、端部230及流出口240，流入口210、处理流路220及流出口240按照该顺序连通，从而以流体能够流通的方式构成。

流入口210是用于将通过照射紫外线而进行杀菌处理的流体导入到处理流路220的、设置于流路管200的一端侧的开口部，与外部的流体供给装置连结而构成为能够使来自流体供给装置的流体向处理流路220流通。例如，如图1所示，流入口210也可以具有以能够嵌入来自流体供给装置的软管的方式被缩窄而成的嵌进部212。另外，嵌进部212也可以具有流入系留部216，该流入系留部216具有向处理流路220的下游侧突出的爪状的形状，通过系留上述软管而阻碍上述软管的自由拔出，但并不易阻碍上述软管的插入。

处理流路220是使要进行处理的流体流通的直线状的流路，是大致圆柱状的流路，具有关于直线状的处理流路220的在上述直线方向形成的轴PA旋转对称的形状。处理流路220的大小只要是通过紫外线的照射能够充分地对流体进行杀菌处理的大小即可。例如，在每一个发光元件的光输出是30mW的情况下，可以将处理流路220的内径设为5cm以下，可以将处理流路220的流路长设为2cm以上且30cm以下。此外，在本说明书中，“处理流路的轴PA”所指的是连结如下剖面中的处理流路220的中心的虚拟直线，该剖面是沿着与处理流路220的流体的流通方向正交的方向的剖面。

流路壁225是流路管200的内壁面，内表面形成为大致圆柱状，并且，该流路壁225规定处理流路220的外周。

端部230是处理流路220的与流入口210相反一侧的端部。端部230具有：透明板保持部232，具有比处理流路220的内径和透明板250的外径大的外径；以及透明板固定盖234，与透明板保持部232接合来将透明板250固定。

流出口240是形成于端部230的附近的、用于使流体在处理流路220中流通后排出的设置于流路管200的另一端侧的开口部，构成为能够使处理流路220的流体向外部流通。流出口240形成于不使在处理流路220内流通的流体的流通方向与从流出口240排出的流体的流通方向在同一直线上的位置。例如，流出口240只要在端部230的附近，向与处理流路220大致正交的方向形成即可。这时，如图1所示，也可以将流出口240的开口244设置于从处理流路220的周围离开的位置，并设置从处理流路220连通到开口244的流出流路245。流出口240也可以具有能够嵌入用于将流体引导到流体储存部等的软管的形状。另外，流出口240也可以具有流出系留部246，该流出系留部246具有向处理流路220的上游侧突出的爪状的形状，通过系留上述软管而阻碍上述软管的自由拔出，但并不易阻碍上述软管的插入。

透明板250被端部230保持，是作为将从紫外线照射装置300照射的紫外线向处理流路220的内部引导的窗的、能够透射紫外线的部件。另外，透明板250是处理流路的外周的一部分，抑制流体从端部230向流通方向漏出。

图2是将透明板保持部232和透明板固定盖234分解后的端部230的示意性的前方立体分解图。此外，为了容易理解，在图2中，也示出透明板250(虚线)。另外，在图2和以下的记载中省略说明，但是，透明板保持部232和透明板固定盖234也可以具有供用于将它们接合的螺丝插入的螺丝孔等，透明板固定盖234也可以具有用于与反射器320接合的螺丝孔等。

透明板保持部232具有：端部外壁部232a；作为圆柱形的嵌入部的透明板配置部232b，其配置为透射紫外线的透明板250被嵌入其中；以及作为圆柱形的嵌入部的流速缓和部232c，其为流体与透明板250接触的区域。端部外壁部232a、透明板配置部232b和流速缓和部232c从外侧向内侧而按该顺序形成。

端部外壁部232a是圆柱状的部件，具有比处理流路220的内径和透明板250的外径大的外径。由于进一步在其内侧以圆形形状嵌入形成有透明板配置部232b，因而端部外壁部232a的与透明板固定盖234相对置的表面为被两个同心圆夹着的形状。端部外壁部232a只要具有能够固定透明板250的大小和强度即可。端部外壁部232a也可以具有用于与透明板固定盖234的固定外壁部234a接合的螺丝孔(未图示)。

透明板配置部232b是形成于比端部外壁部232a更靠内侧的位置的、具有与透明板250的外径大致相同的外径的圆柱形的嵌入部。由于进一步在其内侧以圆柱形状嵌入形成有流速缓和部232c，因而透明板配置部232b是底面为被两个同心圆夹着的形状的、具有一定深度的嵌入部。透明板配置部232b具有比端部外壁部232a的外径小且比流速缓和部232c的外径大的外径，在由透明板配置部232b和流速缓和部232c形成的作为底面的台阶部保持透明板250。透明板配置部232b的深度只要与透明板250的厚度大致相同即可。上述两个同心圆之间的宽度只要是能够保持透明板250的大小即可。

流速缓和部232c是比透明板配置部232b靠内侧形成的圆柱形的嵌入部。由于进一步在其内侧开口有处理流路220，因而流速缓和部232c是底面为被两个同心圆夹着的形状的、具有一定深度的嵌入部。流速缓和部232c具有比透明板配置部232b和透明板250的外径小且比处理流路220的外径大的外径，形成如下的空间，即，使在处理流路中流通而来的流体的流速缓和(变慢)，从而抑制在处理流路220中流动而来的流体冲击透明板250而引起的透明板250的破损及损伤等的空间。流速缓和部232c的深度只要是能够使在处理流路220中流通而来的流体充分地在流速缓和部232c中扩展的深度即可。流速缓和部232c的大小只要是能够在上述台阶部保持透明板250的大小即可。

透明板固定盖234与透明板保持部232的端部外壁部232a接合，从外侧(与处理流路220相反的一侧)固定配置于透明板配置部232b的透明板250。透明板固定盖234具有：固定外壁部234a；以及形成于固定外壁部234a的内侧的作为通孔的紫外线照射孔234b。

固定外壁部234a能够与端部外壁部232a接合，且在与端部外壁部232a接合时，也与透明板250抵接而将透明板250的位置固定。固定外壁部234a只要具有能够通过与端部外壁部232a接合而将透明板250固定的大小及强度即可。固定外壁部242a也可以具有用于与紫外线照射装置300的反射器320接合的螺丝孔(未图示)。

紫外线照射孔234b是具有比透明板250的外径小且比处理流路220的外径大的外径的、形成于固定外壁部234a的通孔。紫外线照射孔234b的外径可以比流速缓和部232c的外径大，也可以比流速缓和部232c的外径小。紫外线照射孔234b使从紫外线照射装置300的反射器320射出的紫外线透射。透射后的紫外线经由透明板250而被向处理流路220引导。从通过使反射器320与透明板250之间的距离接近来抑制从反射器320射出的紫外线在空气中传播期间的光量的损耗的观点考虑，优选紫外线照射孔234b具有能够将反射器320的射出紫外线的一侧的外周收纳于通孔内部的形状。

被从流入口210向处理流路220导入的流体在从流入口210到端部230之间的处理流路220中流通的期间，经由透明板250被照射来自紫外线照射装置300的紫外线，从而进行杀菌处理。之后，已进行了杀菌处理的流体从流出口240被排出。此外，流体的一部分在处理流路220中被照射紫外线而进行了杀菌处理后，不流向端部230的方向，而直接从流出口240被排出。无论是对在哪个流动路径流通的流体，都能够在其流通于处理流路220中的期间，通过照射紫外线进行充分的杀菌。

上述流体只要是需进行杀菌处理的、能够在处理流路中流通的物质即可，例如，如果是液体则可以设为水等。另外，可以将上述流体设为包括饮用水和农业用水等的清洁供水、以及包括从工厂等排出的排水的污水。

上述流体的流速只要是能在处理流路220中流通的期间，通过照射紫外线充分地进行杀菌的速度即可，例如，在每一个发光元件的光输出为30mW，流体为液体的情况下，可以设为10l/min以下。

流路管200由不易因流通的流体的压力而变形或破损的材料形成，例如由金属材料和树脂材料等形成。另外，对于均为规定处理流路220的外周的部件的流路壁225和端部230(特别是流速缓和部232c)的内表面，可以由紫外线的反射率较高的材料形成，也可以由紫外线的反射率较低的材料形成。

在所述内表面由对紫外线的反射率较高的材料形成的情况下，例如，优选流路壁225和端部230的内表面由经过镜面抛光的铝(Al)和聚四氟乙烯(PTFE)等形成，更优选由更化学稳定且紫外线的反射率也高的PTFE形成。若流路壁225及端部230的内表面由紫外线的反射率较高的材料形成，则能够通过这些内表面，来反射从紫外线照射装置300向处理流路220导入的紫外线中的一边稍微扩展一边传播的光线。

另一方面，在所述内表面由紫外线的反射率较低的材料形成的情况下，例如，能够通过以使光线尽可能不在内表面反射而向流路管200内行进的方式设计所述反射器的形状，来维持较高的杀菌效率。由此，例如能够将氯乙烯等便宜的材料用于流路管，能够降低装置的成本。

透明板250由能够透射紫外线的材料形成。例如，优选透明板250由能够透射波长200nm以上且350nm以下的紫外线的材料形成，更优选由能够透射杀菌效率更高的波长260nm以上且290nm以下的紫外线的材料形成。透明板250的材料包括石英(SiO₂)、蓝宝石(Al₂O₃)及非晶氟树脂等对上述波长的紫外线的透射率较高的材料。

(紫外线照射装置)

紫外线照射装置300具有装配在基板330上的发光元件310、和将从发光元件310发出的紫外线聚光的反射器320。

发光元件310是能够发出紫外线的元件，例如可以是中心波长或峰值波长为200nm以上且350nm以下的发光二极管(LED)等，优选是波长为260nm以上且290nm以下、即杀菌效率更高的波长的发光二极管(LED)。

优选发光元件310为取向角较宽的LED，例如优选是半功率角为60°以上的LED，上述半功率角是如下方向之间的角度，即，亮度为峰值的50％的方向之间的角度。

发光元件310被装配在基板330上，基板330被安装于基板安装部340。

反射器320是具有将从发光元件310发出的紫外线反射来聚光的反射面326、以及供被聚光的紫外线射出的出射口327的聚光部件。

图3是反射器320的示意性的立体图。图4A、图4B、图4C、图4D、图4E及图4F、以及图5是表示满足后述的条件1及条件2的反射器的形状的图。另外，图6A、图6B、图6C、图6D、图6E及图6F、以及图7是表示满足后述的条件1及条件3的反射器的形状的图。

图4A及图6A是反射器320的俯视图，图4B及图6B是反射器320的仰视图，图4C及图6C是反射器320的主视图，图4D及图6D是反射器320的后视图，图4E及图6E是反射器320的侧视图，图4F及图6F是反射器320的4F-4F线或6F-6F线处的剖面图。图5及图7是表示从发光元件310发出的紫外线中包含的代表性的光线的光路的光路图。

如图3、图4A～图4F及图6A～图6F所示，反射器320具有：壳体322，其具有内表面，该内表面的形状是构成下面详述的反射面326的形状；以及壳体固定部323，在壳体322的侧面突出。

通过将螺丝朝向壳体固定部323的底面插入到形成于壳体固定部323的螺丝孔323a，来将反射器320与基板330一起固定安装于基板安装部340。进而，通过将螺丝朝向壳体固定部323的正面插入到形成于壳体固定部323的螺丝孔323b，来将反射器320固定安装于流路管200的透明板固定盖234(具体为固定外壁部234a)。

这时，优选反射器320被安装在壳体322的底面与发光元件310的上表面位于大致同一平面上的位置。但是，也可以将反射器320以壳体322的底面位于比发光元件310的上表面更靠竖直方向上方的位置的方式安装。

若已将反射器320与装配了发光元件310的基板330一起安装在基板安装部340，则发光元件310配置在形成于反射器320的底面的开口部325或其外部，且作为壳体322的内表面的反射面326与发光元件310的上表面对置地配置。另外，若已将反射器320安装在透明板固定盖234，则形成于反射器320的正面的开口部(出射口327)隔着透明板250与处理流路220对置地配置。这时，发光元件310的光轴OA与处理流路220的轴PA大致正交，虚拟轴EA与发光元件310的光轴OA正交且与处理流路220的轴PA平行，该虚拟轴EA是朝向由反射面326反射后的紫外线的光束从出射口327射出的方向而设定的虚拟轴。由此，从发光元件310发出的紫外线被反射面326反射而聚光，从出射口327射出，经由透明板250照射到处理流路220。此外，发光元件的光轴OA是指来自发光元件310的立体的出射光束的中心的光线。

更具体地说明的话，壳体322的内表面是反射紫外线的反射面326，其将从发光元件310发出的紫外线向与发光元件310的光轴OA大致正交的方向反射并聚光，使紫外线向出射口327的方向(也是虚拟轴EA的行进方向)行进。

反射面326的剖面与抛物线类似(参照图1、图4F、图5、图6F及图7)，且反射面326具有以下形状：关于朝向反射后的紫外线的出射方向而设定的虚拟轴EA中的一个虚拟轴EA旋转对称，但是，是将上述旋转对称的立体形状中的、对从发光元件310发出的紫外线的反射不做贡献的部分切掉后的形状。反射面326具有以下形状：当将发光元件310配置于在将反射面326视为抛物面时被视为其焦点的位置FP时，反射面326反射从发光元件310发出的紫外线，从而使其大部分成为从出射口327朝向处理流路220的方向的出射光线。

更具体地说明的话，优选反射面326具有以下的形状：在将从发光元件310的发光中心射出的紫外线中包含的一个光线的出射角设为θ1，并将以出射角θ1发出并由反射面326反射后的光线从出射口327射出的出射角设为θ2时，能够以满足以下的条件1的方式反射从发光元件310发出的紫外线的形状。

条件1：在-60°<θ1<-5°及5°<θ1<60°的范围内，发光光线在所述反射面反射而成的反射光线的出射角θ2的绝对值比该发光光线的出射角θ1的绝对值小。

此外，如图5及图7所示，θ1是从发光元件310的发光中心发出的紫外线中包含的一个光线(以下也简称为“发光光线”)相对于发光元件310的光轴OA所成的角度(0°以上且90°以下)。本说明书中，在某个发光光线相对于光轴OA，向与出射方向ED相反的方向(是与虚拟轴EA的行进方向相反的方向，是与从发光元件310朝向流路管200的方向相反的方向，也是与从发光元件310朝向出射口327的方向相反的方向)倾斜地行进时，将该发光光线所成的角度θ1设为正值，在某个发光光线相对于光轴OA，向出射方向(是虚拟轴EA的行进方向，是从发光元件310朝向流路管200的方向，也是从发光元件310朝向出射口327的方向)倾斜地行进时，将该发光光线所成的角度θ1设为负值。

另外，如图5及图7所示，θ2是从发光元件310发出并由反射面326反射后的紫外线中包含的一个光线(以下，也简称为“反射光线”)相对于虚拟轴EA所成的角度(0°以上且90°以下)。本说明书中，在某个反射光线相对于处理流路220的轴PA及虚拟轴EA，向光轴OA的行进方向倾斜地行进时，将该反射光线所成的角度θ2设为正值，在某个反射光线相对于处理流路220的轴PA及虚拟轴EA，向与光轴OA的行进方向相反的方向倾斜地行进时，将该反射光线所成的角度θ2设为负值。

条件1意味着，在-60°<θ1<-5°及5°<θ1<60°的范围内，出射光线不扩展，而是向出射口327的方向聚光。通过满足条件1，从发光元件310发出并被反射的紫外线中包含的光线的大部分成为从出射口327朝向处理流路220的方向的出射光线。因此，从具有满足条件1的反射器320的紫外线照射装置300射出的紫外线不易扩展，因而容易不在流路壁225反射而在处理流路220中在其长度方向上以较短的路径传播。由此，从紫外线照射装置300照射出的紫外线的在处理流路220中的照度不易下降，能够保持较高的照度不变地，在处理流路220内传播更长的距离。

在本实施方式的一个形态中，从进一步提高处理流路中的流体的杀菌效率的观点考虑，优选反射面326具有以下形状：能够以满足上述条件1和以下的条件2的方式将从发光元件310发出的紫外线反射。

条件2：在-50°<θ1<50°的范围内，θ2的最大值与θ2的最小值之差低于3°。

条件2意味着，在-50°<θ1<50°的范围内，出射光线不从虚拟轴EA大幅倾斜。通过满足条件2，从发光元件310发出并被反射的紫外线保持中心部的照度更高的状态不变地被聚光并传播下去，该中心部是聚集了大部分的反射光线的光束的中心部。因此，从具有满足条件2的反射器的紫外线照射装置300射出的紫外线，即使是在远离出射口的位置，也容易保持光束的中心部的照度更高的状态不变地，在处理流路220内传播下去。

应予说明，反射面326只要具有当在上述被视为焦点的位置FP配置了发光元件310时，能够满足条件1及条件2的形状即可。

在本实施方式的另外的形态中，从进一步提高处理流路中的流体的杀菌效率的观点考虑，优选反射面326具有以下的形状：能够以满足上述条件1和以下的条件3的方式反射从发光元件310发出的紫外线。

条件3：在-40°<θ1<55°的范围内，随着θ1变小而θ2变大。

条件3意味着，在-40°<θ1<55°的范围内，出射光线不相互重叠地扩展。通过满足条件3，从发光元件310发出并被反射的紫外线不易成为在光束的中心部聚集的斑点状，而容易保持更均匀的照度分布不变地传播下去。

应予说明，反射面326只要具有当在上述被视为焦点的位置FP配置了发光元件310时，能够满足条件1及条件3的形状即可。

在上述任何一个形态中，都优选将紫外线照射装置300配置在使从出射口327射出的紫外线的亮度为最高的光束的中心部更接近处理流路220的轴PA的位置，更优选配置在使上述光束的中心部与处理流路220的轴PA大致一致的位置。此外，从紫外线照射装置300射出的紫外线中，从配置有发光元件310的发光面的位置向光轴OA的行进方向稍微错开的位置成为从出射口327射出的紫外线的光束的中心部，因此，优选以如下方式配置发光元件310，即，发光面的位置为，相对于处理流路220的轴PA，向与光轴OA的行进方向相反的方向错开的位置。

紫外线照射装置300例如由金属材料、玻璃及树脂材料等形成。但是，优选反射面326由紫外线的反射率较高的材料形成。例如，优选反射面326由经过镜面抛光的铝(Al)、配置于玻璃及树脂材料等的表面的铝膜、以及聚四氟乙烯(PTFE)等形成。不特别地限制所述铝膜的制作方法，例如可以通过真空蒸镀等制作。

另外，从控制流路管内的光线的行进的观点考虑，与反射面326是使紫外线发生漫反射的面相比，更优选反射面326是使紫外线发生镜面反射的面。

图8A是在不使用反射器的情况下，从与处理流路对置地配置的发光元件发出的紫外线经由透明板照射到处理流路时的光路图的一例。所发出的紫外线向较宽的角度扩展的同时照射到处理流路。这时，如果用紫外线的反射率较高的材料来形成处理流路的流路壁，则所照射的紫外线一边被流路壁反射一边在处理流路内传播。但是，若其中很多的紫外线被流路壁反射，则难以进行处理流路内的照度分布的控制，难以进一步提高处理流路的中心即轴PA附近的照度。另外，若其中很多的紫外线被流路壁反射，则紫外线中包含的各个光线在处理流路220中在其长度方向上以更长的路径传播，因此，容易随着在处理流路220中在长度方向上前进而照度降低。

图8B是使用了本实施方式的上述一个形态涉及的具有满足条件1及条件2的反射器320的紫外线照射装置300时，从发光元件310发出的紫外线经由透明板照射到处理流路时的光路图的一例。通过了透明板250的紫外线保持处理流路的中心即轴PA附近的照度更高的状态不变地，在处理流路内传播下去。

图8C是使用了本实施方式的上述另外的形态涉及的具有满足条件1及条件3的反射器320的紫外线照射装置300时，从发光元件310发出的紫外线经由透明板照射到处理流路时的光路图的一例。通过了透明板250的紫外线在处理流路220内均匀地扩展并在处理流路220内传播下去。

这样，若使用本实施方式涉及的紫外线照射装置300，则容易控制处理流路内的照度分布。另外，若使用上述一个形态涉及的紫外线照射装置300，则紫外线中包含的各个光线在处理流路220中在处理流路220的长度方向上以更短的路径传播，因此，能够保持较高的照度不变地在处理流路220中在长度方向上传播更长的距离。

另外，根据本实施方式，从发光元件310发出的紫外线由反射器320聚光后照射到处理流路220。因此，本实施方式中，容易控制从发光元件310发出的紫外线的光路来调整处理流路220内的紫外线的照度分布。

另外，根据本实施方式，由于由反射面326满足条件1的反射器320将发出的紫外线聚光，因此，处理流路220中的紫外线的照度不易下降，紫外线能够在处理流路220中在长度方向上传播较长的距离。

另外，根据本实施方式的上述一个形态，由于由反射面326满足条件2的反射器320将发出的紫外线聚光，因此，即使是在远离出射口的位置，紫外线也容易保持处理流路的中心即轴PA附近的照度更高的状态不变地，在处理流路220内传播。

另外，根据本实施方式的上述另外的形态，由于由反射面326满足条件3的反射器320将发出的紫外线聚光，因此，发射出的紫外线不容易成为在光束的中心部聚集的斑点状，而容易保持更均匀的照度分布不变地传播下去。

这样，本实施方式中，由向流路管聚光的反射面反射从发光元件射出的紫外线的光，来控制紫外线的光束，由此，能够进一步提高处理流路整体的杀菌效果。

[照度分布的仿真结果]

下面，示出使用具有紫外线照射装置300的紫外线杀菌装置100向处理流路220照射紫外线时的、在处理流路220内的紫外线的照度分布仿真的结果。另外，为了进行比较，也示出使用不具备紫外线照射装置300的紫外线杀菌装置，将从与处理流路对置地配置的发光元件发出的紫外线向处理流路照射时(参照图8A)的、在处理流路中的紫外线的照度分布仿真的结果。

按以下的设定条件进行了仿真。

(设定条件1及设定条件2)

如图1所示，在基板安装部340安装了装配有LED即发光元件310的基板、以及具有满足条件1及条件2(实施例1)或满足条件1及条件3(实施例2)的反射面326的反射器320，作为紫外线照射装置300。此外，在将反射器320的反射面326视为抛物面时成为焦点的位置FP配置了发光元件310。另外，以使反射器320的底面与发光元件310的上表面位于同一平面上的方式安装了反射器320。将紫外线照射装置300固定安装于具有处理流路220且流路壁225反射紫外线的流路管200中。并且，以使发光元件310的上表面处于比处理流路220的轴PA稍微靠竖直方向下方的位置的方式，配置了紫外线照射装置300。

如以下方式设定了发光元件310、反射器320、透明板250及处理流路220、以及各自的位置关系。

·发光元件的中心波长：265nm

·发光元件的半功率角：105°

·发光元件的出射面的外径：

(芯片尺寸为1mm×1mm)

·发光元件的光轴与透明板之间的距离：30.4mm

·反射器的出射口的形状：半圆形

·反射器的出射口的内径：

·透明板的厚度：2mm

·处理流路的剖面形状：圆形

·处理流路的内径：20mm

·处理流路的长度：140mm

·处理流路内的流体：水(H₂O)

表1示出该紫外线照射装置中的、实施例1的发光光线相对于发光元件310的光轴OA所成的角度θ1与反射光线相对于虚拟轴EA所成的角度θ2的关系，表2示出实施例2的所述θ1与所述θ2的关系。

[表1]

θ1(°)	θ2(°)
		60	-0.3
55	-0.3
		50	-0.4
45	-0.4
		40	-0.4
35	-0.4
		30	-0.4
25	-0.4
		20	-0.4
15	-0.4
		10	-0.5
5	-0.5
		0	-0.5
-5	-0.5
		-10	-0.5
-15	-0.6
		-20	-0.6
-25	-0.6
		-30	-0.7
-35	-0.7
		-40	-0.7
-45	-0.8
		-50	-0.8
-55	-0.9
		-60	-1.0

[表2]

θ1(°)	θ2(°)
		60	-8.1
55	-8.0
		50	-7.6
45	-7.1
		40	-6.4
35	-5.6
		30	-4.7
25	-3.8
		20	-2.8
15	-1.9
		10	-1.0
5	-0.2
		0	0.7
-5	1.5
		-10	2.2
-15	2.9
		-20	3.6
-25	4.4
		-30	5.1
-35	5.7
		-40	6.1
-45	5.8
		-50	4.6
-55	3.6
		-60	-1.8

(设定条件3)

为了进行比较，将相同的发光元件与处理流路对置地配置在处理流路的轴PA与该发光元件的光轴OA一致的位置。发光元件的出射面与透明板之间的距离设为0.1mm。除此以外，设定为与设定条件1及设定条件2的设定相同。

(仿真1)

在设定条件1及设定条件3下，分别研究了处理流路的长度方向(距透明板7.5mm～135.5mm)上的、处理流路的轴PA上的照度(以下也简称为“中心照度”)的分布、以及处理流路的上端、下端、右端及左端处的照度中的最小的值(以下也简称为“周边部照度”)的分布。

图9A是以距透明板的距离为X轴，以该距离下的照度为Y轴绘制成的、表示设定条件1及设定条件3下的中心照度的分布的图。在图9A中，以如下方式分别表示：实线表示设定条件1下的仿真结果，虚线表示设定条件3下的仿真结果。与不使用紫外线照射装置300的设定条件3相比较，在使用紫外线照射装置300的设定条件1下，紫外线维持较高的中心照度不变地在处理流路内传播到了更远离透明板的位置。

图9B是以距透明板的距离为X轴，以该距离下的照度为Y轴绘制成的、表示设定条件1及设定条件3下的周边部照度的分布的图。在图9B中，以如下方式分别表示：实线表示设定条件1下的仿真结果，虚线表示设定条件3下的仿真结果。与不使用紫外线照射装置300的设定条件3相比较，在使用紫外线照射装置300的设定条件1下，紫外线维持较高的周边部照度不变地在处理流路内传播到了更远离透明板的位置。

根据这些结果可知，与不使用紫外线照射装置300的设定条件3相比较，在使用紫外线照射装置300的设定条件1下，紫外线在处理流路的剖面方向的整个区域中，维持更高的照度不变地在处理流路内传播。

(仿真2)

在设定条件1及设定条件3下，分别研究了在距透明板8mm的位置处的通过处理流路的轴PA的水平线上的照度分布、以及在距透明板72mm的位置处的通过处理流路的轴PA的水平线上的照度分布。

图10A是针对距透明板8mm的各位置，以该处距处理流路的轴PA的距离为X轴，以该距离下的照度为Y轴绘制成的、表示设定条件1及设定条件3下的照度的分布的图。在图10A中，以如下方式分别表示：实线表示设定条件1下的仿真结果，虚线表示设定条件3下的仿真结果。

图10B是针对距透明板72mm的各位置，以该处距处理流路的轴PA的距离为X轴，以该距离下的照度为Y轴绘制成的、表示设定条件1及设定条件3下的照度的分布的图。在图10B中，以如下方式分别表示：实线表示设定条件1下的仿真结果，虚线表示设定条件3下的仿真结果。

在使用紫外线照射装置300的设定条件1下，在距透明板8mm的位置和距透明板72mm的位置这两者中，均在接近处理流路的轴PA的位置形成了照度分布的峰值。另一方面，在不使用紫外线照射装置300的设定条件3下，虽然在距透明板8mm的位置中，在接近处理流路的轴PA的位置形成了照度分布的峰值，但是在距透明板72mm的位置中，没有形成照度分布的峰值。

根据这些结果可知，与不使用紫外线照射装置300的设定条件3相比较，在使用紫外线照射装置300的设定条件1下，紫外线维持较高的中心照度不变地，在处理流路220的长度方向上传播更长的距离。

(仿真3)

在所述仿真1中，将设定条件1变更为设定条件2，进行了同样的仿真。

图11A是以距透明板的距离为X轴，以该距离下的照度为Y轴绘制成的、表示设定条件2及设定条件3下的中心照度的分布的图。在图11A中，以如下方式分别表示：实线表示设定条件2下的仿真结果，虚线表示设定条件3下的仿真结果。与不使用紫外线照射装置300的设定条件3相比较，在使用紫外线照射装置300的设定条件2下，紫外线维持较高的中心照度不变地在处理流路内传播到了更远离透明板的位置。

图11B是以距透明板的距离为X轴，以该距离下的照度为Y轴绘制成的、表示设定条件2及设定条件3下的周边部照度的分布的图。在图11B中，以如下方式分别表示：实线表示设定条件2下的仿真结果，虚线表示设定条件3下的仿真结果。与不使用紫外线照射装置300的设定条件3相比较，在使用紫外线照射装置300的设定条件2下，紫外线维持较高的周边部照度不变地在处理流路内传播到了更远离透明板的位置。

根据这些结果可知，与不使用紫外线照射装置300的设定条件3相比较，在使用紫外线照射装置300的设定条件2下，紫外线在处理流路220的剖面方向的整个区域中，维持更高的照度不变地在处理流路220的长度方向上传播更长的距离。

(仿真4)

在所述仿真2中，将设定条件1变更为设定条件2，进行了同样的仿真。

图12A是针对距透明板8mm的各位置，以该处距处理流路的轴PA的距离为X轴，以该距离下的照度为Y轴绘制成的、表示设定条件2及设定条件3下的照度的分布的图。在图12A中，以如下方式分别表示：实线表示设定条件2下的仿真结果，虚线表示设定条件3下的仿真结果。

图12B是针对距透明板72mm的各位置，以该处距处理流路的轴PA的距离为X轴，以该距离下的照度为Y轴绘制成的、表示设定条件2及设定条件3下的照度的分布的图。在图12B中，以如下方式分别表示：实线表示设定条件2下的仿真结果，虚线表示设定条件3下的仿真结果。

与不使用紫外线照射装置300的设定条件3相比较，在使用紫外线照射装置300的设定条件2下，距透明板8mm的位置处的中心照度与周边部照度之差更小。在使用紫外线照射装置300的设定条件2下，即使是在距透明板72mm的位置处，紫外线也保持着中心照度与周边部照度之差较小的状态传播。

根据这些结果可知，与不使用紫外线照射装置300的设定条件3相比较，在使用紫外线照射装置300的设定条件2下，紫外线维持更均匀的照度分布不变地，在处理流路内，在处理流路的长度方向上传播更长的距离。

[其他实施方式]

此外，上述实施方式不过示出实施发明时的具体的一例，不能以此限定性地解释本发明的技术范围。即，本发明在不脱离其主旨或其主要特征的情况下，可以以各种方式实施。

例如，在上述实施方式中，将紫外线照射装置配置在向与处理流路中流通的流体的流通方向相对置的方向照射紫外线的位置。但是，也可以将紫外线照射装置配置在向沿着流体的流通方向的方向照射紫外线的位置。

另外，也可以是，为了使照度分布更均匀从而更均匀地对处理流路内部的整体进行杀菌，而一边使紫外线照射装置旋转一边向处理流路照射紫外线。

本申请主张基于在2017年9月28日提出的日本专利申请2017-188148号的优选权，该申请的说明书、权利要求及附图中记载的内容引用于本申请。

工业实用性

根据本发明，能够进一步提高基于紫外线杀菌装置的、在处理流路内流通的流体的杀菌效果。因此，根据本发明，可以期待在对清洁供水或农业用流体等的杀菌方面普及紫外线杀菌装置，并期待该技术领域的进一步发展。

附图标记说明：

100：紫外线杀菌装置；

200：流路管；

210：流入口；

212：嵌进部；

216：流入系留部；

220：处理流路；

225：流路壁；

230：端部；

232：透明板保持部；

232a：端部外壁部；

232b：透明板配置部；

232c：流速缓和部；

234：透明板固定盖；

234a：固定外壁部；

234b：紫外线照射孔；

240：流出口；

244：开口；

245：流出流路；

246：流出系留部；

250：透明板；

300：紫外线照射装置；

310：发光元件；

320：反射器；

322：壳体；

323：壳体固定部；

323a、323b：螺丝孔；

325：开口部；

326：反射面；

327：出射口；

330：基板；

340：基板安装部。

Claims (9)

1.一种紫外线杀菌装置，其对在直线状的处理流路中流通的流体照射紫外线来对所述流体进行杀菌处理，该紫外线杀菌装置具有：

流路管，在内部具有所述直线状的处理流路；

发光元件，发出所述紫外线；以及

反射器，具有将从所述发光元件发出的所述紫外线反射来向所述流路管聚光的反射面，

所述反射器配置于所述反射面与所述发光元件的发光面相对置的位置，

所述反射器的所述反射面具有以下形状：以在包含所述发光元件的光轴的剖面中出射角θ1和出射角θ2满足下述条件1的方式，反射从所述发光元件发出的紫外线，该出射角θ1是从所述发光元件的发光中心发出的发光光线的出射角，该出射角θ2是所述发光光线在所述反射面反射而成的反射光线的出射角，

条件1：在-60°<θ1<-5°和5°<θ1<60°的范围内，发光光线在所述反射面反射而成的反射光线的出射角θ2的绝对值比该发光光线的出射角θ1的绝对值小，

其中，将从所述发光元件的发光中心发出的紫外线中包含的发光光线相对于所述发光元件的光轴所成的角度设为θ1，这时，在所述发光光线相对于所述光轴，向与朝向所述流路管的方向相反的方向倾斜地行进时，将该发光光线所成的角度θ1设为正值，在所述发光光线相对于所述光轴，向朝向所述流路管的方向倾斜地行进时，将该发光光线所成的角度θ1设为负值，

并且，将被所述反射器的反射面反射后的紫外线中包含的反射光线相对于所述处理流路的轴所成的角度设为θ2，这时，在所述反射光线相对于所述处理流路的轴，向所述光轴的行进方向倾斜地行进时，将该反射光线所成的角度θ2设为正值，在所述反射光线相对于所述处理流路的轴，向与所述光轴的行进方向相反的方向倾斜地行进时，将该反射光线所成的角度θ2设为负值。

2.如权利要求1所述的紫外线杀菌装置，其中，

所述反射器的所述反射面具有以下形状：以使所述出射角θ1和所述出射角θ2还满足下述条件2的方式，反射从所述发光元件发出的紫外线，

条件2：在-50°<θ1<50°的范围内，θ2的最大值与θ2的最小值之差小于3°。

3.如权利要求1所述的紫外线杀菌装置，其中，

所述反射器的所述反射面具有以下形状：以使所述出射角θ1和所述出射角θ2还满足下述条件3的方式，反射从所述发光元件发出的紫外线，

条件3：在-40°<θ1<55°的范围内，随着θ1变小而θ2变大。

4.如权利要求1所述的紫外线杀菌装置，其中，

所述发光元件以向与所述处理流路的轴大致正交的方向发出所述紫外线的朝向配置。

5.如权利要求1所述的紫外线杀菌装置，其中，

所述发光元件以如下方式配置：发光面的位置为相对于所述处理流路的轴，向与所述发光元件的光轴的行进方向相反的方向错开的位置。

6.如权利要求1所述的紫外线杀菌装置，其中，

所述发光元件和所述反射器配置于所述处理流路的外部。

7.如权利要求6所述的紫外线杀菌装置，其中，

所述流路管在所述处理流路的端部具有能够透射紫外线的透明板，

所述反射器配置于使聚光后的紫外线经由所述透明板照射到所述处理流路的位置。

8.如权利要求1所述的紫外线杀菌装置，其中，

所述反射器配置于为所述处理流路的一端侧，且使所述反射面与所述发光元件的发光面相对置的位置，

在所述处理流路中流通的流体从所述处理流路的另一端侧向所述一端侧流通。

9.一种紫外线照射装置，其用于对在直线状的处理流路中流通的流体照射紫外线来对所述流体进行杀菌处理，该紫外线照射装置具有：

发光元件，发出紫外线；以及

反射器，具有将从所述发光元件发出的紫外线反射来向配置有流路管的方向聚光的反射面，

所述反射器配置于所述反射面与所述发光元件的发光面相对置的位置，

所述反射器的所述反射面具有以下形状：以在包含所述发光元件的光轴的剖面中出射角θ1和出射角θ2满足下述条件1的方式，反射从所述发光元件发出的紫外线，该出射角θ1是从所述发光元件的发光中心发出的发光光线的出射角，该出射角θ2是所述发光光线在所述反射面反射而成的反射光线的出射角，

条件1：在-60°<θ1<-5°和5°<θ1<60°的范围内，发光光线在所述反射面反射而成的反射光线的出射角θ2的绝对值比该发光光线的出射角θ1的绝对值小，

其中，将从所述发光元件的发光中心发出的紫外线中包含的发光光线相对于所述发光元件的光轴所成的角度设为θ1，这时，在所述发光光线相对于所述光轴，向与朝向所述流路管的方向相反的方向倾斜地行进时，将该发光光线所成的角度θ1设为正值，在所述发光光线相对于所述光轴，向朝向所述流路管的方向倾斜地行进时，将该发光光线所成的角度θ1设为负值，

并且，将被所述反射器的反射面反射后的紫外线中包含的反射光线相对于所述处理流路的轴所成的角度设为θ2，这时，在所述反射光线相对于所述处理流路的轴，向所述光轴的行进方向倾斜地行进时，将该反射光线所成的角度θ2设为正值，在所述反射光线相对于所述处理流路的轴，向与所述光轴的行进方向相反的方向倾斜地行进时，将该反射光线所成的角度θ2设为负值。

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