JP2013220126A

JP2013220126A - 紫外線殺菌装置

Info

Publication number: JP2013220126A
Application number: JP2012091607A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Yasuda; 正治安田; Takayoshi Takano; 隆好高野; Kenji Tsubaki; 健治椿; Hiroshi Fukushima; 博司福島; Norimichi Noguchi; 憲路野口
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-10-28
Also published as: TWI496746B; TW201343565A; WO2013153728A1

Abstract

【課題】殺菌対象の液体に対し、広範囲により均一に紫外線を照射可能な紫外線殺菌装置を提供する。
【解決手段】液体２ａを注入する容器２と、液体２ａ中のウイルスや細菌の不活性化が可能な紫外線を発光する固体発光素子１ａと容器２中に突出させ固体発光素子１ａからの紫外線を液体２ａ中に照射する突出部１ｂとを備えた紫外線照射ユニット１と、紫外線を散乱する散乱体４を突出部１ｂ周りに供給する散乱体供給部３とを有する紫外線殺菌装置１０である。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線殺菌装置に関する。

従来より、細菌の殺菌・消毒手法として、加熱殺菌、塩素などの薬剤を用いた薬剤殺菌や紫外線照射による紫外線消毒（以下、紫外線殺菌とも言う）などが知られている。このうち紫外線殺菌は、紫外線を細菌に照射させ、細菌の遺伝子情報を司る核酸（ＤＮＡやＲＮＡ）に作用して光化学反応を引き起こさせる。光化学反応は、細菌の核酸の一部に障害を生じさせ、遺伝子からの転写制御が滞ることから新陳代謝異常により細菌が不活化するとされている。紫外線殺菌は、薬剤を用いた細菌の薬剤殺菌と異なり、不要な薬剤残留が生じない。また、紫外線殺菌は、薬剤を用いた細菌の薬剤殺菌と異なり、耐性菌をつくらない。そのため、細菌の殺菌・消毒手法として、紫外線殺菌装置が広く用いられている。

通常、紫外線殺菌装置は、紫外線を照射する光源として、低圧水銀ランプ（主となる輝線スペクトル：２５３．７ｎｍ）が用いられている。低圧水銀ランプは、細菌の核酸における吸収スペクトルの吸収帯に合致する殺菌効果の高い紫外線を効率よく発光することができる。

ところで、近年、紫外線を照射する光源として、近紫外線や深紫外線など紫外域の紫外線を発光可能な固体発光素子としてＬＥＤが盛んに研究・開発されている。紫外線を発光するＬＥＤは、低圧水銀ランプのように水銀を必要としないので、環境に与える負荷が少ない。また、ＬＥＤは、低圧水銀ランプと比較して、点灯のための高い電圧を必要とすることもない。そのため、ＬＥＤは、小型、軽量且つ低消費電力である利点を生かし、これまで低圧水銀ランプでの設置が困難であった小スペースの場所へも利用することができる。

この種の殺菌が可能な紫外線を発光するＬＥＤを備えた装置の例として、図６に示す光治療装置１０１が知られている（たとえば、特許文献１）。

特許文献１の光治療装置１０１は、光散乱体溶液１０３を貯め患部（図示していない）を挿入可能な挿入口１１０を備えた水槽１０４と、水槽１０４の内部に設置された複数の治療用光源１１４およびＬＥＤで構成された殺菌用光源１１５とを有している。光治療装置１０１は、赤外線送信部１１８および赤外線受信部１１９が、水槽１０４内の光散乱体溶液１０３の液面１２２より上で挿入口１１０より下に位置する内壁面１１２に設置されている。光治療装置１０１は、治療用光源１１４あるいは殺菌用光源１１５の光照射時に点灯する治療実施表示灯１０８および殺菌実施表示灯１０９を備えている。

光治療装置１０１は、制御部１２０が電源部１２１から治療用光源１１４や殺菌用光源１１５へ供給される電力を制御して、治療用光源１１４や殺菌用光源１１５の光照射を制御している。光治療装置１０１は、赤外線送信部１１８から送信された赤外線が赤外線受信部１１９で受信されなくなった場合、治療用光源１１４から光照射を開始する。また、光治療装置１０１は、赤外線送信部１１８から赤外線受信部１１９に向けて赤外線が送信された赤外線が赤外線受信部１１９で受信されている場合、治療用光源１１４から光照射を行なわず殺菌用光源１１５から光照射が行われる。

また、光治療装置１０１には、水槽１０４内部の内壁面１１２下部に、懸濁させた光散乱体の粒子を光散乱体溶液１０３中に均一に拡散させる攪拌装置１１６を備えている。光治療装置１０１には、患部を水槽１０４内に挿入した際、攪拌装置１１６に触れることができないようなガード１１７が設けられている。ガード１１７は、攪拌装置１１６により水槽１０４内の光散乱体溶液１０３の光散乱体を均一に攪拌するため、ガード１１７内外を光散乱体溶液１０３が行き来でき、ガード１１７内に患部が挿入できない大きさの透過孔を複数有している。

光治療装置１０１は、光散乱体溶液１０３を用いることにより、治療部位に均一な光を効率よく照射でき、治療ムラのない十分な光治療を行うことができる、としている。また、光治療装置１０１は、患部を挿入していない場合、殺菌用光源１１５により光散乱体溶液１０３および水槽１０４内部を殺菌することができる、としている。

特開２０１１−２２４１０６号公報

ところで、ＬＥＤは、半導体を用いた固体発光素子であり、通常、チップ状などの小型に形成され、点光源として用いられている。紫外線を発光するＬＥＤは、指向性が強く、線光源とされる低圧水銀ランプと比較して、広範囲に均一な紫外線を照射させることが難しい。

紫外線殺菌装置では、殺菌対象の液体に対し、広範囲により均一に紫外線を照射させるため、固体発光素子の数を単純に増やすと構造が複雑になり製造コストが高くなるという問題もある。紫外線殺菌装置では、用途の拡大に伴い、より広範囲に多量の液体を殺菌処理することが望まれており、上記特許文献１の構成だけでは十分ではなく、更なる改良が求められている。

本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、殺菌対象の液体に対し、広範囲により均一に紫外線を照射可能な紫外線殺菌装置を提供することにある。

本発明の紫外線殺菌装置は、液体を注入する容器と、上記液体中のウイルスや細菌の不活性化が可能な紫外線を発光する固体発光素子と上記容器中に突出させ上記固体発光素子からの紫外線を上記液体中に照射する突出部とを備えた紫外線照射ユニットと、上記紫外線を散乱する散乱体を上記突出部周りに供給する散乱体供給部とを有することを特徴とする。

この紫外線殺菌装置において、上記散乱体供給部は、上記液体中において上記散乱体となる気泡を供給することが好ましい。

この紫外線殺菌装置において、上記散乱体供給部は、上記突出部を囲むメッシュ状の仕切部を備え、該仕切部で仕切られた上記突出部側において上記散乱体となる粒子を上記液体で強制対流させることが好ましい。

この紫外線殺菌装置において、上記粒子は、上記粒子の材料が金属材料または上記液体と屈折率の異なる透光性材料であることが好ましい。

本発明の紫外線殺菌装置は、殺菌対象の液体に対し、広範囲により均一に紫外線を照射可能になるという効果がある。

実施形態１の紫外線殺菌装置の断面説明図である。実施形態１の紫外線殺菌装置を示す略平面図である。実施形態１の紫外線殺菌装置の要部を示す斜視図である。実施形態２の紫外線殺菌装置の断面説明図である。実施形態２の紫外線殺菌装置を示す略平面図である。従来の光治療装置の側断面図である。

（実施形態１）
以下、本実施形態の紫外線殺菌装置１０について、図１ないし図３を用いて説明する。なお、図中において同じ部材に対しては、同じ番号を付している。

紫外線殺菌装置１０は、液体２ａを注入する容器２と、液体２ａ中のウイルスや細菌の不活性化が可能な紫外線を発光する固体発光素子１ａと容器２中に突出させ固体発光素子１ａからの紫外線を液体２ａ中に照射する突出部１ｂとを備えた紫外線照射ユニット１と、紫外線を散乱する散乱体４を突出部１ｂ周りに供給する散乱体供給部３とを有している。

これにより、本実施形態の紫外線殺菌装置１０は、殺菌対象の液体に対し、広範囲により均一に紫外線を照射可能になる。

より具体的には、本実施形態の紫外線殺菌装置１０は、殺菌対象となる液体２ａを入れる外形が直方体状の容器２を有している。容器２は、容器２よりも大きな矩形板状の支持台８に載置されている。容器２は、容器２の側壁２ａａに第１配管５ａが接続されている。第１配管５ａには、第１バルブ５が設けられており、第１バルブ５の弁体を開くことにより、第１バルブ５を介して容器２内に液体２ａを注入することができる。また、容器２は、容器２の側壁２ａａに第２配管６ａが接続されている。第２配管６ａには、第２バルブ６が設けられており、第２バルブ６の弁体を開くことにより、第２バルブ６を介して容器２の外部に液体２ａを取り出すことができる。第１配管５ａと第２配管６ａとは、直方体状の容器２において対向する一対の側壁２ａａに各別に設けており、第２配管６ａを第１配管５ａよりも容器２の内底面２ａｂ側に配置している。

また、容器２には、第１配管５ａが接続された容器２の側壁２ａａから対向する第２配管６ａが接続された側壁２ａａ側に向かって容器２の内部に突出する円筒状の突出部１ｂが設けられている。突出部１ｂは、容器２の内底面２ａｂ側と略平行に配置している。突出部１ｂには、円筒状の突出部１ｂの表面に複数個の固体発光素子１ａが実装されている。複数個の固体発光素子１ａは、突出部１ｂの突出方向に沿って設けられている。また、複数個の固体発光素子１ａは、突出部１ｂの外周方向に沿っても設けられている（図２および図３を参照）。

さらに、容器２には、第２配管６ａが接続された容器２の側壁２ａａから対向する第１配管５ａが接続された側壁２ａａ側に向かって容器２の内部に突出する第３配管３ａ１が設けられている。第３配管３ａ１は、外形が矩形状で内部が空洞としている。第３配管３ａ１は、容器２の内底面２ａｂ側と略平行に配置している。突出部１ｂと第３配管３ａ１とは、直方体状の容器２において対向する一対の側壁２ａａに各別に設けており、第３配管３ａ１を突出部１ｂよりも容器２の内底面２ａｂ側に配置している。第３配管３ａ１は、平面視において、矩形状の短手方向の寸法を円筒状の突出部１ｂの外径寸法よりも大きくしている。第３配管３ａ１は、平面視において、矩形状の第３配管３ａ１における短手方向の中央部に円筒状の突出部１ｂが長手方向に沿って重なるように、第３配管３ａ１と突出部１ｂとの相対的な位置を規定して配置している（図２を参照）。

第３配管３ａ１は、矩形状の第３配管３ａ１の短手方向において、突出部１ｂを介して両端部から気体を供給可能な供給孔３ａ３を設けている。第３配管３ａ１は、複数個（１２個×２列）の供給孔３ａ３を矩形状の第３配管３ａ１の長手方向に沿って列設している。第３配管３ａ１は、容器２の外部において、高圧の空気を供給するコンプレッサを備えた駆動部３ａ２と接続されている。紫外線殺菌装置１０は、第３配管３ａ１の供給孔３ａ３から気体が供給され容器２の液体２ａ中に散乱体４たる気泡４ａを発生させるバブリングを行うことができるように構成している。したがって、紫外線殺菌装置１０は、供給孔３ａ３を備えた第３配管３ａ１と第３配管３ａ１に空気を送るための駆動部３ａ２とでバブリングユニット３ａを構成している。

紫外線殺菌装置１０では、突出部１ｂに形成された回路パターン（図示していない）を介して複数個の固体発光素子１ａが電気的に直列接続されている。紫外線照射ユニット１は、複数個の固体発光素子１ａが制御回路部１ｃにより点灯制御されて、液体２ａ中に含有されるウイルスや細菌の不活性化が可能な紫外線を発光する。固体発光素子１ａは、たとえば、３００ｎｍ以下に発光ピーク波長を有する紫外線として、波長２６０ｎｍの紫外線が発光可能なものを用いている。

本実施形態の紫外線殺菌装置１０では、バブリングユニット３ａが供給孔３ａ３から空気などの気体を放出することにより、液体２ａ中において固体発光素子１ａからの紫外線を散乱する散乱体４となる気泡４ａを突出部１ｂ周りに供給することができる。すなわち、本実施形態の紫外線殺菌装置１０において、バブリングユニット３ａは、散乱体供給部３として機能することができる。

本実施形態の紫外線殺菌装置１０は、紫外線により殺菌処理を行うことで、薬品などの処理を行う必要もなく、薬品などに対して耐性を有する菌やウイルスに対しても殺菌処理を行うことが可能となる。

本実施形態の紫外線殺菌装置１０は、固体発光素子１ａを用いていることにより、長寿命かつ低消費電力とすることができる。また、紫外線殺菌装置１０は、紫外線を散乱させる散乱体４を供給する散乱体供給部３を備えることで、より少ない数の固体発光素子１ａでも大量の液体２ａを一度に殺菌処理を行うことが可能となる。すなわち、紫外線殺菌装置１０は、広範囲に均一に紫外線を照射可能であり、液体２ａを殺菌処理するのに必要な固体発光素子１ａの個数を減らすことができる。そのため、本実施形態の紫外線殺菌装置１０では、装置構成を簡略化でき、組み立てコストや工数を大幅に削減することも可能となる。

以下、本実施形態の紫外線殺菌装置１０に用いられる各構成について、より詳細に説明する。

紫外線照射ユニット１は、液体２ａ中に紫外線を照射させ、液体２ａ中におけるウイルスや細菌の不活性化が可能なものである。紫外線照射部１は、液体２ａ中のウイルスや細菌の不活性化が可能な紫外線として、たとえば、３８０ｎｍ以下に発光ピーク波長を有する固体発光素子１ａを備えている。また、紫外線照射部１は、容器２の外部から容器２の内部に突出し固体発光素子１ａからの紫外線を液体２ａ中に照射する突出部１ｂを備えている。さらに、紫外線照射ユニット１は、固体発光素子１ａの点灯を点灯制御する制御回路部１ｃを備えている。

固体発光素子１ａは、液体２ａ中に照射する紫外線の主となる発光ピーク波長が３８０ｎｍ以下のものを好適に用いることができる。固体発光素子１ａは、細菌をより効率よく消毒するために照射する紫外線の発光ピーク波長は３００ｎｍ以下であることが好ましい。固体発光素子１ａは、紫外線の照射により細菌などの消毒をするため、菌の種類（大きさや形状）などによって左右されるものの、発光ピーク波長が特に２５０ｎｍから２８０ｎｍの紫外線を発光できることがさらに好ましい。

通常、細菌などのＤＮＡの光吸収スペクトルは、波長２６０ｎｍ付近に吸収ピークを備えている。そのため、紫外線照射ユニット１は、細菌に２５０ｎｍから２８０ｎｍ付近の波長をもった紫外線を照射することで、細菌のＤＮＡに光化学反応を効率的に生じさせ、細菌の殺菌効果を高めることができると考えられる。

なお、紫外線照射ユニット１は、容器２の大きさ形状などに応じて、容器２に設置する突出部１ｂの個数、設置間隔や設置位置などを適宜に設定することができる。また、固体発光素子１ａは、容器２の大きさ、形状などに応じて、固体発光素子１ａの個数、固体発光素子１ａ間の間隔や配置などを適宜に設定することができる。固体発光素子１ａは、複数個の固体発光素子１ａを突出部１ｂに実装させる場合、必ずしも同種の固体発光素子１ａのみで構成する必要もない。固体発光素子１ａは、たとえば、発光する紫外線の発光ピーク波長が異なる複数個の固体発光素子１ａを組み合わせて用いてもよい。

固体発光素子１ａは、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどの窒化物半導体材料を発光層に用いた半導体発光素子やダイヤモンド薄膜を発光層に用いた半導体発光素子を使用することができる。固体発光素子１ａは、上記発光層の混晶比で紫外線の発光ピーク波長を調整することもできる。固体発光素子１ａは、上記発光層に窒化物半導体材料を用いた場合、Ａｌの含有量を増やすにつれ、紫外線の発光ピーク波長を短くすることができる。一般に、細菌の消毒作用における分光特性は、約２６０ｎｍ付近において消毒作用が強く約２６０ｎｍをピークとして細菌の消毒作用が低下する傾向にある。そのため、紫外線照射ユニット１は、固体発光素子１ａが発光する紫外線の発光ピーク波長を２６０ｎｍに設定すればよい。

なお、固体発光素子１ａは、たとえば、基板上に、バッファ層、ｎ型コンタクト層、量子井戸構造の発光層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層とを順次に積層した構成とすることができる。固体発光素子１ａは、基板としてサファイヤ、バッファ層としてＡｌＮ、ｎ型コンタクト層としてＳｉがドープされたＡｌＧａＮを用いることができる。また、固体発光素子１ａは、量子井戸構造の発光層として、ＡｌＧａＮの井戸層と井戸層よりもＡｌの混晶比が小さいＡｌＧａＮの障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造のものを用いることができる。さらに、固体発光素子１ａは、ｐ型クラッド層として、ＭｇがドープされＡｌの混晶比が異なる２種類のＡｌＧａＮを交互に積層した多重量子構造のものを用いることができ、ｐ型コンタクト層としてＭｇがドープされたＧａＮを用いることができる。なお、固体発光素子１ａは、ｎ型コンタクト層をｎ型クラッド層としても機能させることができる。

紫外線照射ユニット１は、突出部１ｂから照射される紫外線の発光強度を高めるために、２６０ｎｍ付近に発光ピーク波長のある複数個の固体発光素子１ａを直列接続させてもよいし、並列接続や直並列接続させて出力を向上させてもよい。

ここで、細菌の生存率は、細菌の種類（大きさや形状）などによって種々異なるが、たとえば、大腸菌を消毒するためには、波長が２５３．７ｎｍの紫外線を６．６ｍＷ・ｓｅｃ／ｃｍ^２の照度で照射すればよいことが知られている。この場合、紫外線照射ユニット１では、細菌の消毒のため発光波長２５４ｎｍ付近となる深紫外の紫外線が上述の程度で照射できればよい。固体発光素子１ａは、金属製のキャンパッケージやセラミックパッケージ内に半導体発光素子を実装させたものを用いてもよいし、ベアチップの半導体発光素子を用いてもよい。なお、固体発光素子１ａから放出される紫外線の主となる発光波長のスペクトルは、一般に低圧水銀ランプなどから放出される水銀の輝線スペクトルよりもスペクトル幅が広い。そのため、固体発光素子１ａが発光する紫外線は、細菌が吸収する紫外線量を多くさせることも可能となる。紫外線照射部１は、紫外線を液体２ａ中の異なる方向へ照射できるように複数個の固体発光素子１ａを円筒状の突出部１ｂの表面に配置していることが好ましい。

突出部１ｂは、容器２中に突出できればよく、突出部１ｂの形状が円筒状のものだけに限られない。突出部１ｂは、角柱状、円錐状、円錐台状、角錐状や角錐台状など種々の形状とすることができる。突出部１ｂは、突出部１ｂの材料として、たとえば、アルミニウム、銅などの金属材料やセラミック材料などを利用することができる。突出部１ｂは、樹脂材料と比較して熱伝導性の高い金属材料やセラミック材料などを用いることで、固体発光素子１ａの発光に伴い生ずる熱を効率よく放熱させることが可能となる。突出部１ｂは、突出部１ｂの表面に形成させた絶縁層と絶縁層の上に形成させた上記回路パターンとを備えたものを用いることができる。突出部１ｂは、たとえば、複数個の固体発光素子１ａを銅からなる円筒状の表面に実装するとともに、上記絶縁層に設けた上記回路パターンと電気的に接続させればよい。突出部１ｂは、突出部１ｂの表面側において、円筒状の周方向に沿って複数個の固体発光素子１ａを実装させている。また、突出部１ｂは、円筒状の長手方向に沿って複数個の固体発光素子１ａを実装させている。これにより、突出部１ｂは、固体発光素子１ａからの紫外線を液体２ａ中の異なる方向へ照射することが可能となる。

紫外線照射ユニット１は、紫外線を発光する固体発光素子１ａと、液体２ａとが直接触れないように紫外線透過性保護カバー（図示していない）を設けてもよい。紫外線照射ユニット１は、紫外線透過性保護カバーが、固体発光素子１ａが発光する紫外線を効率よく透過させることが可能なものであって、防水可能なものが好ましい。紫外線透過性保護カバーは、たとえば、固体発光素子１ａが実装された突出部１ｂを被覆する低融点ガラスを用いることができる。また、紫外線透過性保護カバーは、固体発光素子１ａが実装された突出部１ｂを囲む有底円筒状の石英ガラスでもよい。

紫外線透過性保護カバーは、平滑な表面を有することで細菌などの付着を低減させることができる。紫外線透過性保護カバーは、紫外線透過性保護カバーと固体発光素子１ａが実装された突出部１ｂとを空間を介して離間して設けることにより、固体発光素子１ａの点灯に伴って生ずる熱が紫外線透過性保護カバーに熱伝導されることを抑制することもできる。紫外線透過性保護カバーは、細菌の付着が問題とならない場合、固体発光素子１ａが発光する紫外線を液体２ａ中に対して散乱して照射するための凹凸を有していてもよい。

紫外線照射ユニット１は、突出部１ｂから液体２ａ中に紫外線が照射できればよく、必ずしも固体発光素子１ａ自体が突出部１ｂに実装されている必要もない。この場合、紫外線照射ユニット１は、固体発光素子１ａと突出部１ｂとを別体に配置させ、固体発光素子１ａと光結合した光ファイバーを介して突出部１ｂから液体２ａ中に紫外線を照射させる構成とすることもできる。

制御回路部１ｃは、商用電源や電池などと電気的に接続され、制御回路部１ｃを介して固体発光素子１ａに電力を供給できるように電気的に接続している。なお、固体発光素子１ａは、パルス点灯が比較的容易なため、ダイナミック点灯させることでスタティック点灯した場合と比較し、消費電力を抑制することができる。そのため、制御回路部１ｃは、固体発光素子１ａをパルス点灯させることにより、固体発光素子１ａの消費電力を低減させることもできる。制御回路部１ｃは、マイクロコンピュータなどを用いて適宜構成することができる。

容器２は、たとえば、容器２に接続された第１配管５ａから容器２内に紫外線殺菌を行う液体２ａを注入する。容器２は、たとえば、容器２に接続された第２配管６ａから容器２内で紫外線殺菌を行なった液体２ａを取り出す。なお、紫外線殺菌装置１０は、紫外線照射部１から照射される紫外線が液体２ａを透過する透過率によって殺菌能力が異なる。紫外線殺菌装置１０では、液体２ａ中に不要な浮遊物がある場合、浮遊物中に細菌が混入され殺菌効果が低下する恐れがある。そのため、紫外線殺菌装置１０は、紫外線殺菌装置１０の用途によって、第１バルブ５の弁体を開いて供給される第１配管５ａに液体２ａ中の浮遊物を除去するフィルタなどの濾過装置（図示していない）を適宜に備えることもできる。紫外線殺菌装置１０は、容器２内に液体２ａを所定レベルとなるまで貯めて殺菌処理する場合、第１バルブ５を調整して容器２に殺菌を行う液体２ａを所定のレベルまで注入して第１バルブ５を閉じた状態としている。この場合、紫外線殺菌装置１０は、容器２から液体２ａを取り出す第２バルブ６を閉じた状態としている。

また、紫外線殺菌装置１０は、殺菌を行う液体２ａを循環させながら容器２で殺菌処理する場合、殺菌処理を効率よく行うため、第１バルブ５を調整して容器２に注入させる液体２ａの注入量を適宜に設定することができる。同様に、紫外線殺菌装置１０は、殺菌を行う液体２ａを循環させながら容器２で殺菌処理する場合、殺菌処理を効率よく行うため、第２バルブ６を調整して容器２から取り出す液体２ａの取出量を適宜に設定することもできる。また、容器２は、バブリングにより生ずる気泡４ａを容器２の外へ適宜に排出できるように、容器２に開口部を適宜に形成させてもよい。なお、紫外線殺菌装置１０は、容器２の上記開口部から紫外線が外部に漏れ出ないように遮蔽板などを備えた構成することが好ましい。

容器２は、容器２の材質として、耐腐食性や耐久性などを考慮し、たとえば、陶器、ガラス、金属表面にガラス結晶を形成させたホーローを用いることができる。また、容器２は、紫外線に対して効率よく反射するステンレス鋼などの金属材料で形成することもできる。これにより容器２は、紫外線照射ユニット１の突出部１ｂから照射された紫外線を、容器２の側壁２ａａや内底面２ａｂ側で反射させ有効利用することが可能となる。

散乱体供給部３は、散乱体４を突出部１ｂ回りに供給可能なものである。紫外線殺菌装置１０は、紫外線を液体２ａに照射する突出部１ｂの一部が汚れると、複数個の固体発光素子１ａのうち、一部の固体発光素子１ａからの紫外線を十分に照射できない場合がある。固体発光素子１ａを用いた紫外線殺菌装置１０では、低圧水銀ランプを用いた場合と比較して、突出部１ｂの一部が汚れると紫外線が十分に照射できない範囲が大きくなり易く殺菌効果が大きく低下する恐れがある。散乱体供給部３は、散乱体４を突出部１ｂ周りに供給することで、紫外線を液体２ａに照射する突出部１ｂが汚れることを抑制することもできる。本実施形態の紫外線殺菌装置１０では、紫外線を液体２ａ中に照射する突出部１ｂの直下に、液体２ａ中において散乱体４となる気泡４ａを供給させるバブリングユニット３ａを設置している。すなわち、バブリングユニット３ａは、散乱体４を突出部１ｂ回りに供給する散乱体供給部３として機能する。

バブリングユニット３ａは、液体２ａ中に気体を供給する第３配管３ａ１と、第３配管３ａ１に高圧の空気を送るコンプレッサを駆動させる駆動部３ａ２とを備えている。駆動部３ａ２は、図示していないが、上記コンプレッサと、コンプレッサを制御する制御部と、コンプレッサに電力を供給する電源部とを備えている。第３配管３ａ１は、矩形板状の形状だけに限られず、散乱体４を突出部１ｂ周りに供給できれば種々の形状とすることができる。第３配管３ａ１は、突出部１ｂから照射された紫外線を反射する材料で形成することができる。第３配管３ａ１は、第３配管３ａ１の材料として、たとえば、亜鉛メッキした鉄、ステンレスやアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。また、第３配管３ａ１は、突出部１ｂと対向する表面側に凹凸を形成して、突出部１ｂから照射された紫外線を反射・散乱させてもよい。さらに、第３配管３ａ１は、光触媒として機能するＴｉＯ_２やＺｎＯの微粒子を上記表面側に膜状に形成させていてもよい。

また、バブリングユニット３ａは、駆動部３ａ２と接続され第３配管３ａ１に液体２ａ中に気泡を発生させる複数個の供給孔３ａ３が配置されている。バブリングユニット３ａは、第３配管３ａ１に突出部１ｂの長手方向に沿って複数個の供給孔３ａ３を設けている。供給孔３ａ３は、突出部１ｂの周りで散乱体４たる気泡４ａを供給できればよく、適宜の大きさとすることができる。また、バブリングユニット３ａは、平面視において、円形の供給孔３ａ３を備えた第３配管３ａ１を備えているが、供給孔３ａ３の形状は円形だけに限られず、矩形や楕円形など種々の形状に設けることができる。また、供給孔３ａ３は、１種類の形状だけに限られず、複数種の形状を組み合わせてもよい。供給孔３ａ３は、第３配管３ａ１に長手方向に沿って複数個の列状に配置させてもよいし、マトリックス状や千鳥足状に配置させることもできる。

次に、本実施形態の紫外線殺菌装置１０を用いて液体２ａを紫外線殺菌する殺菌処理工程について説明する。

本実施形態の紫外線殺菌装置１０では、まず、第１バルブ５の弁体を開いて第１配管５ａより殺菌を行う液体２ａを所定のレベルまで容器２に注入する。次に、紫外線殺菌装置１０は、固体発光素子１ａを点灯して突出部１ｂから液体２ａ中に紫外線を照射する。また、紫外線殺菌装置１０は、散乱体供給部３の駆動部３ａ２を駆動させ、第３配管３ａ１の供給孔３ａ３から高圧の空気を噴出させバブリングによる気泡４ａを液体２ａ中に供給して殺菌処理する。紫外線殺菌装置１０は、突出部１ｂから照射された紫外線をバブリングにより発生した気泡４ａによって散乱させ、短時間で広範囲にわたり、より均一に液体２ａの殺菌処理を行うことが可能となる。紫外線殺菌装置１０は、第２バルブ６の弁体を開いて、容器２から第２配管６ａを経由して殺菌処理した液体２ａを外部へ取り出す。本実施形態の紫外線殺菌装置１０では、殺菌対象とする液体２ａを容器２内に一度貯めておいて殺菌処理を行う例を記載したが、液体２ａを常時循環させながら殺菌処理を行うものでもよい。すなわち、紫外線殺菌装置１０では、容器２で突出部１ｂから紫外線を照射させながら、液体２ａを第２配管６ａから第１配管５ａに供給させるように液体２ａの循環経路を構成するものでもよい。

また、本実施形態の紫外線殺菌装置１０では、高圧の空気を用いてバブリングを行う散乱体供給部３により、散乱体４たる気泡４ａを供給しているがこれだけに限られない。したがって、紫外線殺菌装置１０は、殺菌対象とする液体２ａと化学反応などが生じないように希ガスなどの不活性ガスを散乱体供給部３から供給するものでもよい。また、紫外線殺菌装置１０は、殺菌対象とする液体２ａによっては、散乱体供給部３からオゾンガスを供給するものでもよい。紫外線殺菌装置１０は、固体発光素子１ａからの紫外線をオゾンガスに照射させることにより、オゾンを分解して活性酸素とすることで殺菌効果を向上させることもできる。この場合、紫外線殺菌装置１０は、オゾンなどが容器２から排出されないように気密容器とすることが好ましい。オゾンは、たとえば、無声放電法で作られるオゾン発生装置を利用することができる。

（実施形態２）
図４に示す本実施形態の紫外線殺菌装置１０は、図１に示す実施形態１の散乱体供給部３としてバブリングユニット３ａを用いる代わりに、散乱体４として機能する粒子４ｂを仕切部７で仕切られた液体２ａ中で循環させる循環ユニット３ｂを備えた点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

本実施形態の紫外線殺菌装置１０は、液体２ａを注入する容器２と、液体２ａ中のウイルスや細菌の不活性化が可能な紫外線を発光する固体発光素子１ａと容器２中に突出させ固体発光素子１ａからの紫外線を液体２ａ中に照射する突出部１ｂとを備えた紫外線照射ユニット１と、紫外線を散乱する散乱体４を突出部１ｂ周りに供給する散乱体供給部３とを有している。特に、紫外線殺菌装置１０の散乱体供給部３は、突出部１ｂを囲むメッシュ状の仕切部７を備えている。また、散乱体供給部３は、仕切部７で仕切られた突出部１ｂ側において散乱体４となる粒子４ｂを液体２ａで強制対流させることができるように構成している。

本実施形態の紫外線殺菌装置１０は、実施形態１と同様に、殺菌対象の液体２ａに対し、広範囲により均一に紫外線を照射可能とすることができる。

より具体的には、本実施形態の紫外線殺菌装置１０は、殺菌対象となる液体２ａを入れる外形が直方体状の容器２を有している。容器２は、容器２よりも大きな矩形板状の支持台８に載置されている。容器２は、容器２の側壁２ａａに第１配管５ａが接続されている。第１配管５ａには、第１バルブ５が設けられており、第１バルブ５の弁体を開くことにより、第１バルブ５を介して容器２内に液体２ａを注入することができる。また、容器２は、容器２の側壁２ａａに第２配管６ａが接続されている。第２配管６ａには、第２バルブ６が設けられており、第２バルブ６の弁体を開くことにより、第２バルブ６を介して容器２の外部に液体２ａを取り出すことができる。第１配管５ａと第２配管６ａとは、直方体状の容器２において同一の側壁２ａａ側に設けており、第２配管６ａを第１配管５ａよりも容器２の内底面２ａｂ側に配置している。

また、容器２には、第１配管５ａが接続された容器２の側壁２ａａから対向する側壁２ａａ側に向かって容器２の内部に突出する円筒状の突出部１ｂが設けられている。突出部１ｂは、容器２の内底面２ａｂ側と略平行に配置している。突出部１ｂには、円筒状の突出部１ｂの表面に複数個の固体発光素子１ａが実装されている。複数個の固体発光素子１ａは、突出部１ｂの突出方向に沿って設けられている。また、複数個の固体発光素子１ａは、突出部１ｂの外周方向に沿っても設けられている。

容器２には、第１配管５ａおよび第２配管６ａが接続された容器２の側壁２ａａと対向する側壁２ａａから第１配管５ａおよび第２配管６ａが接続された側壁２ａａ側に向かって容器２の内部に突出する第４配管３ｂ１が設けられている。第４配管３ｂ１は、外形が矩形状としている。第４配管３ｂ１は、容器２の内底面２ａｂ側と略平行に配置している。突出部１ｂと第４配管３ｂ１とは、直方体状の容器２において対向する一対の側壁２ａａに各別に設けており、第４配管３ｂ１を突出部１ｂよりも容器２の内底面２ａｂ側に配置している。第４配管３ｂ１は、平面視において、矩形状の短手方向の寸法を円筒状の突出部１ｂの外径寸法よりも大きくしている。第４配管３ｂ１は、平面視において、矩形状の第４配管３ｂ１における短手方向の中央部に円筒状の突出部１ｂが長手方向に沿って重なるように、第４配管３ｂ１と突出部１ｂとの相対的な位置を規定して配置している（図５を参照）。第４配管３ｂ１は、平面視において、矩形状の第４配管３ｂ１の短手方向における突出部１ｂを介して両端部から液体２ａを循環させ容器２中で強制対流が可能な複数個（１２個×２列）の循環孔３ｂ３を矩形状の長手方向に沿って列設している。第４配管３ｂ１は、容器２の外部において、循環孔３ｂ３の一部から吸引した液体２ａを別の循環孔３ｂ３から噴出させるためのコンプレッサを備えた駆動部３ｂ２と接続されている。

本実施形態の紫外線殺菌装置１０は、紫外線照射ユニット１の固体発光素子１ａが制御回路部１ｃにより点灯制御されて、液体２ａ中に含有されるウイルスや細菌の不活性化が可能な紫外線を発光する。また、紫外線殺菌装置１０は、第４配管３ｂ１の循環孔３ｂ３から容器２の液体２ａを強制対流を行うことができるように構成している。循環孔３ｂ３は、たとえば、第４配管３ｂ１の長手方向に沿って、一方の端部（図５の紙面の上側）の循環孔３ｂ３が液体２ａを吸引し、他方の循環孔３ｂ３（図５の紙面の下側）が吸引された液体２ａを噴出できるように内部に管を通している。したがって、紫外線殺菌装置１０は、循環孔３ｂ３を備えた第４配管３ｂ１と、第４配管３ｂ１に液体２ａを吸引および噴出させる駆動部３ｂ２とで循環ユニット３ｂを構成している。

紫外線殺菌装置１０では、循環ユニット３ｂが第４配管３ｂ１の複数個の循環孔３ｂ３から液体２ａを吸引および噴出させることにより、液体２ａに強制対流を生じさせ突出部１ｂから照射された紫外線を散乱する散乱体４たる粒子４ｂを突出部１ｂ周りに供給することができる。すなわち、本実施形態の紫外線殺菌装置１０において、循環ユニット３ｂは、散乱体供給部３として機能することができる。

本実施形態の紫外線殺菌装置１０では、突出部１ｂから照射された紫外線を反射可能なアルミニウムなど紫外線に対して反射率の高い金属材料からなる微小な粒子４ｂおよび液体２ａを循環させて粒子４ｂを液体２ａで強制対流させる循環ユニット３ｂ、粒子４ｂを強制対流させるエリアを限定するメッシュ状の仕切部７から主として構成されている。メッシュ状の仕切部７は、開口寸法が粒子４ｂの外形寸法よりも小さくなるように設計している。メッシュ状の仕切部７は、紫外線照射部１の突出部１ｂおよび循環ユニット３ｂの第４配管３ｂ１を囲んで設けられている。循環ユニット３ｂは、第４配管３ｂ１に形成された循環孔３ｂ３から突出部１ｂに向かって噴出される液体２ａにより、複数個の固体発光素子１ａを実装した突出部１ｂ周りを粒子４ｂが対流し、突出部１ｂから照射された紫外線を散乱させる。

本実施形態の紫外線殺菌装置１０では、まず、第１バルブ５の弁体を開いて第１配管５ａより容器２に所定のレベルまで殺菌を行う液体２ａを容器２内に注入する。次に、紫外線殺菌装置１０は、紫外線照射部１の固体発光素子１ａを点灯して突出部１ｂから液体２ａ中に紫外線を照射する。また、紫外線殺菌装置１０は、循環ユニット３ｂを用いて液体２ａの循環を行う。紫外線殺菌装置１０は、メッシュ状の仕切部７で仕切られた突出部１ｂ側において散乱体４となる粒子４ｂを液体２ａで強制対流させながら容器２中の液体２ａを殺菌処理する。紫外線殺菌装置１０は、固体発光素子１ａの紫外線を金属材料からなる粒子４ｂによって散乱させ、短時間で広範囲にわたり、より均一に液体２ａの殺菌処理が可能となる。紫外線殺菌装置１０は、第２バルブ６の弁体を開いて、容器２から第２配管６ａを経由して殺菌処理した液体２ａを外部へ取り出す。

なお、本実施形態の紫外線殺菌装置１０では、液体２ａの循環により強制対流させる粒子４ｂの材料を金属材料としたが、金属材料だけに限られない。紫外線殺菌装置１０は、紫外線の屈折や回折、全反射などを利用して、紫外線を液体２ａ中に拡散させる材料から構成した粒子４ｂでも、同様の効果が得られる。紫外線殺菌装置１０は、液体２ａ中に強制対流させる粒子４ｂの材料として、たとえば、ガラス片やシリコン酸化物などの誘電体材料を用いてもよい。

また、本実施形態の紫外線殺菌装置１０は、散乱体４となる粒子４ｂに、ＴｉＯ_２材料やＺｎＯ材料などからなる光触媒を用いてもよい。固体発光素子１ａは、固体発光素子１ａが発光する発光波長が、たとえば、近紫外域にある３５５ｎｍから３７５ｎｍ程度の比較的長波長域にある場合は、細菌に対する消毒作用が低い。光触媒は、突出部１ｂから照射される近紫外域の紫外線によって活性化され、光触媒の酸化作用によって光触媒に接した細菌を殺菌することも可能となる。

本実施形態の紫外線殺菌装置１０は、液体２ａ中に強制対流させる粒子４ｂの外形形状として、たとえば、球形状、角柱形状や燐片形状など突出部１ｂから照射される紫外線の発光ピーク波長や材質に応じて適宜に選択することが可能となる。また、紫外線殺菌装置１０は、循環ユニット３ｂとして、液体２ｂの吸引および噴出させるものだけに限られず、実施形態１のバブリングユニット３ａを循環ユニット３ｂとして利用することもできる。これにより、紫外線殺菌装置１０は、散乱体４として、気泡４ａと粒子４ｂとを突出部１ｂ周りに供給することができる。

本実施形態の紫外線殺菌装置１０は、突出部１ｂの周辺に金属材料などからなる微小の粒子４ｂを強制対流させ紫外線を散乱させているため、より少ない数の固体発光素子１ａでも大量の液体２ａを一度に殺菌処理を行うことが可能となる。

１紫外線照射ユニット
１ａ固体発光素子
１ｂ突出部
２容器
２ａ液体
３散乱体供給部
４散乱体
４ａ気泡
４ｂ粒子
７仕切部
１０紫外線殺菌装置

Claims

液体を注入する容器と、前記液体中のウイルスや細菌の不活性化が可能な紫外線を発光する固体発光素子と前記容器中に突出させ前記固体発光素子からの紫外線を前記液体中に照射する突出部とを備えた紫外線照射ユニットと、前記紫外線を散乱する散乱体を前記突出部周りに供給する散乱体供給部とを有することを特徴とする紫外線殺菌装置。
前記散乱体供給部は、前記液体中において前記散乱体となる気泡を供給することを特徴とする請求項１に記載の紫外線殺菌装置。
前記散乱体供給部は、前記突出部を囲むメッシュ状の仕切部を備え、該仕切部で仕切られた前記突出部側において前記散乱体となる粒子を前記液体で強制対流させることを特徴とする請求項１に記載の紫外線殺菌装置。
前記粒子は、前記粒子の材料が金属材料または前記液体と屈折率の異なる透光性材料であることを特徴とする請求項３に記載の紫外線殺菌装置。