JP2014233646A - 水浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型かつ浄化効率の高い水浄化装置を提供する。
【解決手段】水浄化装置１００において、流路４０は、水の入口４２と出口４４を有する。光源３０は、流路４０を通る水に紫外光を照射する。光源３０は、波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の帯域に含まれる紫外光を発する発光ダイオードを有し、当該波長帯域における光出力が１Ｗ以上５０Ｗ以下である。流路４０は、１秒あたり５ｍＬ以上２５０ｍＬ以下の流量で水を通す。流路４０は、管形状を有する壁面により形成される。壁面は、その少なくとも一部に紫外光を透過する窓部２６が設けられる。光源３０は、窓部３６に対応する位置に設けられる。壁面は、その少なくとも一部に紫外光を反射する反射部２８が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、紫外光を照射して水を浄化する装置に関する。

水は、人間生活に欠かせないものであり、飲用水については安心安全でおいしい水が求められる。また、医療や食品分野における原料水として用いる場合、衛生的で不純物のない水であることが重要である。我が国においては、蛇口をひねれば衛生的な水をいつでも使うことができる環境が整っているが、一般に、水道水には殺菌のために塩素が添加されており、水本来のおいしさを損なう要因となっている。そこで、水道水に含まれる塩素などの添加薬剤を除去するとともに、ろ過や加熱処理等による殺菌処理を施すことで、衛生的かつ不純物の含まれない水が作られる。その他、湧き水などを用いる場合にも適宜殺菌処理が施した後に利用される。

水の殺菌処理方法として、紫外光が利用されることがある。特に、殺菌線といわれる波長２５４ｎｍ付近の紫外光は殺菌作用が高いことが知られており、そのような波長を発する光源として紫外線ランプが挙げられる。例えば、紫外線ランプを利用した水殺菌装置として、貯留される水を循環させながら繰り返し紫外光を照射することにより、水を衛生的に保つ装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１９２８４７号公報

医療や食品加工の現場では、すでに様々な機器が導入されていることが多く、スペース等の制約を考えると、装置は小型であることが求められる。また、家庭やオフィスなどに設置される浄水器やウォータサーバなどに組み込む場合には、機器そのものが小型であるため、組み込みが容易となるようにより小型の浄化装置が求められる。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、小型かつ浄化効率の高い水浄化装置の提供にある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の水浄化装置は、流路と、流路を通る水に紫外光を照射する光源と、を備える。光源は、波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の帯域に含まれる紫外光を発する発光ダイオードを有し、当該波長帯域における出力が１Ｗ以上５０Ｗ以下である。

上記態様の水浄化装置によれば、コップ一杯程度の水を数秒で殺菌することができるため、殺菌処理がなされた水を必要な分だけ短時間で供給することができる。また、光源として発光ダイオードを用いることにより、装置を小型化するとともに消費電力を抑えることができる。

上記態様の水浄化装置において、流路は、１秒あたり５ｍＬ以上２５０ｍＬ以下の流量で水を通すこととしてもよい。

上記態様の水浄化装置において、流路は、管形状を有する壁面により形成され、壁面は、その少なくとも一部に紫外光を透過する窓部が設けられ、光源は、窓部に対応する位置に設けられることとしてもよい。

上記態様の水浄化装置において、壁面は、その少なくとも一部に紫外光を反射する反射部が設けられることとしてもよい。

上記態様の水浄化装置において、流路と連通する分岐口と、合流口とを有し、分岐口から合流口へと流れる水により光源を冷やす冷却水路をさらに備えてもよい。

上記態様の水浄化装置において、流路は、当該流路の入口または出口における通水断面積と比べて、光源が設けられる箇所における通水断面積が広くなることとしてもよい。

本発明の水浄化装置によれば、浄化効率を高めるとともに装置を小型化できる。

第１の実施形態に係る水浄化装置を示す外観図である。 水浄化装置の内部構成を示す断面図である。 実験に使用した流路管と光源の配置を示す図である。 光学解析により求めた流路管における紫外光の強度分布を示す図である。 水浄化装置を通過する間に照射される紫外光のエネルギー量と菌の生存数との関係を示すグラフである。 変形例１−１に係る水浄化装置の内部構成を示す断面図である。 変形例１−３に係る水浄化装置の内部構成を示す断面図である。 円弧状に湾曲した基板に配置される光源を示す斜視図である。 第２の実施形態に係る水浄化装置の内部構成を示す断面図である。 変形例２−１に係る水浄化装置を示す断面図である。 変形例２−２に係る水浄化装置を示す断面図である。 変形例２−３に係る水浄化装置を示す断面図である。 変形例２−４に係る水浄化装置を示す断面図である。 第３の実施形態に係る水浄化システムを示す概念図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る水浄化装置１００を示し、図２は水浄化装置１００の内部構成を示す。水浄化装置１００は、紫外光を発する光源３０が筐体１０の内部に設けられており、筐体１０の入口４２から出口４４に向けて流れる水に紫外光を照射して殺菌処理を施す。水浄化装置１００は、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ、Light Emitting Diode）を使用することにより装置を大幅に小型化することができるため、家庭やオフィスなどに設置される浄水器やウォータサーバなどに容易に組み込んで用いることができる。

水浄化装置１００は、筐体１０と、流路管２０と、光源３０と、基板３６と、電源部５０と、を備える。筐体１０は、本体部１２と、第１接続部１４と、第２接続部１６と、を有する。

本体部１２は、略直方体の箱型形状であり、鉄などを含む金属板や樹脂材料で構成される。本体部１２の内部には、流路管２０および光源３０が格納される。本体部１２は、紫外光を照射する光源３０を格納する容器となるため、紫外光を本体部１２の外部に漏らさないよう紫外光を遮断できる材料とすることが望ましい。

本体部１２の側面には、流路管２０の断面形状に対応した二つの開口１２ａ、１２ｂが設けられる。二つの開口１２ａ、１２ｂは、流路管２０の両端が配置される位置に一致するように設けられ、流路管２０の両端はそれぞれ対応する開口１２ａ、１２ｂに挿入される。また、一方の開口１２ａには、水の入口４２となる第１接続部１４が設けられ、他方の開口１２ｂには、水の出口４４となる第２接続部１６が設けられる。

第１接続部１４は、円筒形の部材であり、その一端が本体部１２の側面に設けられる開口１２ａと連通するように取り付けられる。第１接続部１４の他端の外側にはネジ切り１４ａが施され、水浄化装置１００に通す水を流す配管等が接続可能となる。

第２接続部１６は、同様に、円筒形の部材であり、その一端が本体部１２の側面に設けられる開口１２ｂと連通するように取り付けられる。第２接続部１６の他端の外側にはネジ切り１６ａが施され、水浄化装置１００により浄化された水を流す配管等が接続可能となる。

流路管２０は、水が通る流路４０を形成する管形状の部材であり、流路４０を通る水に紫外光を照射可能となるように紫外光を透過する材料で構成される。流路管２０の材料として、波長２６０ｎｍ付近の紫外光の透過率が高い材料を選択することが望ましく、例えば、石英（ＳｉＯ_２）やサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）やフッ素系樹脂等を用いればよい。流路管２０は、第１端部２２が開口１２ａに嵌め込まれ、第２端部２４が開口１２ｂに嵌め込まれることにより、本体部１２の内部に固定される。

流路管２０は、その壁面の一部に反射部２８が設けられる。反射部２８は、流路管２０の外側にアルミニウム（Ａｌ）の薄膜を蒸着することで形成される。なお、反射部２８が設けられない壁面は、紫外光が透過する窓部２６となる。これにより、窓部２６を通じて流路管２０の内部を透過し反射部２８に到達した紫外光を反射させて、再度流路管２０の内部を透過させることができ、流路管２０の内部における紫外光の強度を高めることができる。

光源３０は、本体部１２の内部に複数設けられ、流路管２０を通る水に紫外光を照射する。本実施形態では、光源３０として紫外光ＬＥＤを用い、その中心波長又はピーク波長が約２２０ｎｍ〜３００ｎｍの紫外領域に含まれるものを用いる。特に、殺菌効率の高い波長である２６０ｎｍ付近の紫外光を発するものを用いることが好ましい。このような紫外光ＬＥＤとして、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を用いたものが知られている。

光源３０は、紫外光を発する発光面３２と、発光面３２に背向する取付面３４とを有する。光源３０は、取付面３４が基板３６と接するように基板３６の上に複数配置される。光源３０が取り付けられた基板３６は、発光面３２が流路管２０の外壁と対向するように、本体部１２の内部に設けられる。基板３６は、光源３０および本体部１２と熱的に接続し、光源３０が発する熱を筐体１０の外部に放熱させる。

電源部５０は、基板３６を介して光源３０と接続され、光源３０に駆動電流を供給して光源３０の発光を制御する。電源部５０は、流路管２０の内部に水が通過するタイミングに合わせて光源３０を点灯させる。電源部５０は、例えば、水浄化装置１００に水を供給するポンプの駆動信号などを入力として、光源３０の点灯、消灯を制御する。仮に、紫外線ランプを用いた場合には、ランプへの通電を開始してから出力が安定するまで時間がかかるが、ＬＥＤの場合には瞬時に必要とする出力の紫外光を照射することができるため、電源部５０による制御により、水が通過する時だけ光源３０を発光させることができる。これにより、常時光源３０を点灯させておく場合に比べて消費電力量を下げ、消費電力に対する殺菌効率を高めることができる。

以上の構成により、水浄化装置１００は、入口４２から流入し、流路管２０により形成される流路４０を通り、出口４４から流出する水に対して、光源３０により照射される紫外光により殺菌処理を施す。

次に、水浄化装置１００を用いた殺菌処理の実験内容について示す。実験では、まず、光源３０が発する紫外光の強度分布を光学シミュレーション解析により算出した。その後、得られた紫外光の強度分布の値から、水浄化装置１００を通過させる菌液に対する殺菌効果を調べた。

図３は、実験に使用した流路管２０と光源３０の配置を示す図である。流路管２０は、断面形状が幅Ｗ＝６ｍｍ角の矩形であり、長さＬ＝８０ｍｍの石英管である。光源３０は、中心波長が２８０ｎｍ、半値全幅が約１０ｎｍの紫外光を出力し、発光面の大きさが５ｍｍ角である表面実装型ＬＥＤ（日機装製）である。このＬＥＤを４個ずつモジュール化した第１モジュール４６と第２モジュール４７を使用し、流路管２０に対して、第１モジュール４６の中心位置が第１端部２２から約２０ｍｍの位置となるように配置し、第２モジュール４７の中心位置が第１端部２２から約６０ｍｍの位置に配置した。

図４は、光学解析により求めた流路管２０における紫外光の強度分布を示す図である。本図は、長さＬが８０ｍｍの流路管２０を６ｍｍ角×１ｍｍの８０個の単位セルに分割した場合に、各単位セルに照射される紫外光の光束量を示す。まず、図３に示す流路管２０と光源３０の配置関係に対応して光学解析用のモデルを構築し、各単位セルに照射される光強度分布をシミュレーションにより求めた。その後、積分球を用いて計測したＬＥＤ１個あたりの全光束量をシミュレーション結果に組み入れることで図４に示す値を得た。なお、図４に示すグラフは、各ＬＥＤに６０ｍＡの駆動電流を供給した場合の値に対応する。

光学解析の結果、８個のＬＥＤを使用し、それぞれのＬＥＤに６０ｍＡの駆動電流を供給する場合、全体として１４４ｍＷの光出力が得られることが分かった。また、流路管２０の側面の面積が０．６ｃｍ×８ｃｍ＝４．８ｃｍ^２であることから、場所に依存した強度のばらつきを無視すると平均で３０ｍＷ／ｃｍ^２の照度が得られることが分かった。同様に、ＬＥＤに１００ｍＡの駆動電流を供給する場合についても計算を行い、この場合は、全体として２５２ｍＷの光出力が得られ、平均照度は、５３ｍＷ／ｃｍ^２となった。

次に、水浄化装置１００に通した菌液に対する殺菌実験について示す。
菌株として、枯草菌（芽胞）のBacillus Substills NBRC3134を用いた。菌数が１ｍＬあたり約１０^５個となるように調整した菌液を水浄化装置１００に通過させ、通過前および通過後の菌液に含まれる菌数を公知のコロニーカウントによる手法により計測することにで殺菌率を求めた。実験条件として、光源３０の光出力および流路管２０を通過させる菌液の流量を変化させ、それぞれの条件における殺菌率を得た。実験条件および対応する実験結果を下記の表１に示す。

光源３０の光出力として、８個配列したＬＥＤのそれぞれに６０ｍＡの電流を流した場合に対応する１４４ｍＷと、ＬＥＤのそれぞれに１００ｍＡの電流を流した場合に対応する２５２ｍＷの２条件を設定した。また、流路管２０を通過させる流量として、３０、５０、１００、１５０、２００、３００ｍＬ／分の６条件を設定した。なお、流速は、通水断面積が０．３６ｃｍ^２である流路管２０を通過する場合の速度であり、通水時間は、紫外光が照射される流路管２０の長さ８０ｍｍを通過するのにかかる時間である。照射エネルギーは、光出力に通水時間を乗じた値である。

図５は、水浄化装置１００を通過する間に照射される紫外光のエネルギー量と菌の生存数との関係を示すグラフであり、表１の実験結果をグラフ化したものである。本図より、流路管２０を通過する水に照射されるエネルギー量が増えるほど、殺菌効果が高まることが示された。また、枯草菌（芽胞）の生存数が−３Ｌｏｇ（９９．９％不活化)となる殺菌効果を得るためには、照射エネルギーが４３０ｍＪ以上となるように波長２８０ｎｍの紫外光を照射すればよいことが示された。このとき、紫外光の照射面積を流路管２０の側面の面積４．８ｃｍ^２に等しいと仮定すると、生存数が−３Ｌｏｇとなる効果を得るためには、波長２８０ｎｍの紫外光を積算照度が９０ｍＪ／ｃｍ^２以上となるように照射すればよいことが分かった。

以上より、水浄化装置１００は、光出力を２５２ｍＷとした場合、流路管２０を通過する時間を約１．８秒以上とすることで、好適に流水を殺菌することができる。したがって、水浄化装置１００は、１分あたり約１００ｍＬの水を浄化することができる。

（変形例１−１）
上述した実施形態では、光源３０を流路管２０の一つの側面に設けられる場合を示したが、変形例として複数の側面に対応する位置に光源を配置してもよい。以下、複数の側面に対応する位置に光源を設けた変形例について示す。

図６は、変形例１−１に係る水浄化装置１０１の断面構造を示す。水浄化装置１０１は、角管形状の流路管２０の４つの側面に対応して、光源３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ（以下、総称して光源３０ともいう）が設けられる点で第１の実施形態に係る水浄化装置１００と相違する。水浄化装置１０１では、４枚の基板３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ（以下、総称して基板３６ともいう）が設けられることから、１枚の基板３６に対して第１の実施形態と同数の光源３０を配置することで４倍の光出力を得ることができ、殺菌効率を高めることができる。

光源３０は、第１の実施形態と同様、中心波長が２８０ｎｍ、半値全幅が約１０ｎｍの紫外光を出力する紫外光ＬＥＤである。１枚の基板３６に８個のＬＥＤを配置することで１枚あたり２５２ｍＷの出力を得ることができることから、基板４枚を設けることにより、水浄化装置１０１の全体としての出力は約１Ｗとなる。このとき、出力１Ｗの紫外光を０．４３秒以上照射すれば照射エネルギーを４３０ｍＪ以上とすることができ、枯草菌（芽胞）の生存数が−３Ｌｏｇとなる殺菌効果を得ることができる。したがって、水浄化装置１０１を通過する水の通過時間が０．４３秒以上となる流速であれば好適な殺菌効果を得ることができることが分かる。

ここで、水の通過時間が０．４３秒となる流量は４００ｍＬ／分であるから、水浄化装置１０１は、１分あたり４００ｍＬの水を殺菌することができる。例えば、コップ一杯２００ｍＬ程度の水であれば、３０秒で殺菌を完了させることができる。つまり、波長２８０ｎｍ、出力１Ｗの紫外光を用いることによって、水浄化装置１０１は、１秒あたり約６ｍＬの水を好適に殺菌することができる。

なお、光源３０としてさらに高出力の紫外光ＬＥＤを用いたり、使用するＬＥＤの個数を増やすことによって単位時間あたりに殺菌することのできる水の量を増やすことができる。例えば、水浄化装置１０１全体としての出力が５Ｗとなるように設計することで、コップ一杯２００ｍＬ程度の水であれば、約６秒で殺菌を完了させることができる。家庭用の一般的な浄水器およびウォーターサーバや、カップ式自動販売機などで使用される水の流量は２０〜１００ｍＬ／秒であることから、これらの機器に水浄化装置１０１を組み込んだとしても、流量を犠牲にすることなく好適に殺菌処理を施すことができる。仮に、波長２８０ｎｍ、出力５０Ｗの紫外光を用いることによって、１秒あたり２５０ｍＬの水を好適に殺菌することができる。

なお、基板３６を設ける枚数は４枚に限られず、流路管２０の４つの側面のうち、いずれかの２面もしくは３面に対応する位置に基板３６を設けることとしてもよい。また、複数の基板３６に配置される光源３０の個数は基板３６ごとに異なる個数としてもよく、流路管２０の形状等に応じて光源３０の配置および個数を変えることとしてもよい。

（変形例１−２）
上述した実施形態の変形例として、光源３０として用いるＬＥＤの出力波長を異なるものとしてもよい。例えば、波長２６０ｎｍの紫外光は波長２８０ｎｍの紫外光と比べて殺菌効率が高いため、波長２６０ｎｍの紫外光を発するＬＥＤを用いることで水の浄化能力を高めることができる。以下、波長２８０ｎｍの紫外光を用いる場合と、波長２６０ｎｍの紫外光を用いる場合とでの殺菌効果の違いを検証した実験内容について示す。

本実験では、調整した枯草菌（芽胞）の菌液０．１ｍＬをシャーレに載せ、その菌液に対して１０ｍｍの距離に配置した１個のＬＥＤから紫外光を照射し、生存数が−３Ｌｏｇとなる照射時間を求めた。光源は、波長２６０ｎｍの紫外光源として、中心波長が２６０ｎｍ、半値全幅が約１０ｎｍである日機装製のＡｌＧａＮ系の紫外光ＬＥＤを使用した。波長２８０ｎｍの紫外光源は上述した実施形態に用いたものと同じである。得られた実験結果を下記の表２に示す。

表２に示す通り、−３Ｌｏｇの殺菌効果を得るためには、波長２６０ｎｍの場合に照度１．３ｍＷ／ｃｍ^２の紫外光を１４０秒照射する必要があるのに対し、波長２８０ｎｍの場合には２．４ｍＷ／ｃｍ^２の紫外光を２４０秒照射する必要があった。このことから、波長２６０ｎｍの場合に必要な積算照度は１８２ｍＪ／ｃｍ^２であるのに対し、波長２８０ｎｍの場合には、５７８ｍＪ／ｃｍ^２必要であることが分かった。言いかえれば、波長２６０ｎｍの紫外光源を用いることで、波長２８０ｎｍの紫外光源に比べて殺菌効率が約３．１倍に高まることが分かった。したがって、上述の実施形態に用いた光源として、波長２６０ｎｍのＬＥＤを使用することで、同じ光出力に対して約３．１倍の殺菌効率が得ることができる。

なお、水浄化装置に用いる光源の中心波長は、２６０ｎｍと２８０ｎｍに限られず、生体のＤＮＡに作用して殺菌効果を得ることができる紫外光であればその他の波長を用いてもよい。例えば２２０ｎｍ〜３００ｎｍの波長帯域に含まれる紫外光の中から所定波長の紫外光を選択してもよい。また、中心波長の異なる紫外光ＬＥＤを複数組み合わせることとしてもよい。

（変形例１−３）
上述した第１の実施形態の変形例として、断面が矩形の流路管の代わりに円筒形状の流路管を用いてもよい。

図７は、変形例１−３に係る水浄化装置１０３を示す断面斜視図である。水浄化装置１０３は、筐体１０と、流路管２０と、光源３０と、基板３６を有する。筐体１０は、円筒形状の本体部１２と、漏斗形状の第１連結部６２および第２連結部６４を有する。

第１連結部６２は、円錐部６２ａと、円筒部６２ｂを有する。第１連結部６２の円錐部６２ａは大きく開口した上部端６２ｃを有し、流路管２０の第１端部２２と接続される。円錐部６２ａの底部には連通口６２ｅが設けられ、円筒部６２ｂの端部が取り付けられる。円筒部６２ｂは、筐体１０の開口１２ａに挿入した状態で固定され、入口４２となる下部端６２ｄが筐体１０の外側に露出する。

第２連結部６４は、第１連結部６２と同様に、円錐部６４ａと、円筒部６４ｂとを有する。第２連結部６４の円錐部６４ａは大きく開口した上部端６４ｃを有し、流路管２０の第２端部２４と接続される。円錐部６４ａの底部には連通口６４ｅが設けられ、円筒部６４ｂの端部が取り付けられる。円筒部６４ｂは、筐体１０の開口１２ｂに挿入した状態で固定され、出口４４となる下部端６４ｄが筐体１０の外側に露出する。

流路管２０は、円筒形状の部材であり、その通水断面積が流路４０の入口４２および出口４４と比べて広くなっている。流路管２０の第１端部２２は、第１連結部６２と接続され、流路管２０の第２端部２４は第２連結部６４に接続される。これにより、流路管２０は、筐体１０の本体部１２の内部に固定され、入口４２および出口４４と連通する流路４０を形成する。

光源３０は、円筒形状の本体部１２の内壁に沿って円弧状に湾曲した基板３６に複数設けられる。図８は、円弧状に湾曲した基板３６に配置される光源３０を示す斜視図である。例えば、基板３６として柔軟性のあるフレキシブル基板を用いることで、基板３６を円弧状に湾曲させることができる。これにより、基板３６を本体部１２の内壁に沿って設けることができ、円筒形状の本体部１２の内壁に沿って光源３０を複数配置できる。光源３０を本体部１２の内壁に沿って配置することで、円筒形状の流路管２０の内部に紫外光をムラなく照射できる。

なお、図８では複数の光源３０を円周上に一列に間隔をあけて配置する場合を示したが、光源３０を円周上に二列以上配置してもよいし、間隔をあけずに密に配置することとしてもよい。光源３０を密集して配置することで紫外光の照射強度を高めることができるため、より小型で浄化能力の高い水浄化装置とすることができる。

（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態に係る水浄化装置２００を示す。水浄化装置２００は、第１の実施形態における筐体１０と流路管２０の代わりに水の流路４０を形成する直管１１０が設けられる点で、第１の実施形態に係る水浄化装置１００と異なる。以下、第１の実施形態との相違点を中心に述べる。

水浄化装置２００は、直管１１０と、光源３０と、基板３６と、図示しない電源部を備える。直管１１０は、側壁部１１２と、第１接続部１１４と、第２接続部１１６を備える。

側壁部１１２は、円筒形状を有し、鉄などを含む金属や樹脂材料で構成される。側壁部１１２の一部は、光源３０および基板３６が格納される空洞として格納部１１８が設けられるとともに、流路４０と連通する窓部１２６が設けられる。第１接続部１１４および第２接続部１１６は、水浄化装置２００に通す水を流す配管等が接続可能となっており、それぞれ、水の入口４２および出口４４となる。

光源３０および基板３６は、格納部１１８に収容されることで側壁部１１２に埋め込まれる。光源３０は、窓部１２６に露出するように設けられ、窓部１２６を介して流路４０を流れる水に紫外光を照射する。光源３０の発光面３２と基板３６の表面には、防水のための保護部１３３が設けられる。保護部１３３は、紫外光の透過率が高い材料とすることが望ましく、例えば、石英（ＳｉＯ_２）やサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）やフッ素系樹脂等を用いればよい。なお、側壁部１１２の内壁の一部に反射部を設けることとしてもよい。例えば、窓部１２６に対向する位置に反射部を設けることで、窓部１２６を通じて直管１１０の内部に照射された紫外光を反射させて、直管１１０の内部における紫外光の強度を高めることができる。

以上の構成により、水浄化装置２００は、流路４０を通る水に対して紫外光を照射して殺菌処理を施すことができる。水浄化装置２００は、流路４０として筐体としての強度を有する直管１１０を利用するため、石英管やフッ素系樹脂等で構成される流路管２０を用いる場合と比べて、耐久性を高めることができる。

（変形例２−１）
上述した第２の実施形態の変形例として、光源３０を冷やすための冷却水路をさらに設けることとしてもよい。

図１０は、変形例２−１に係る水浄化装置２０１を示す。水浄化装置２０１は、さらに冷却水路１６０を備える。冷却水路１６０は、側壁部１１２の内部に設けられ、分岐口１６２および合流口１６４を介して流路４０と連通する。冷却水路１６０は、基板３６の近傍を通るように設けられる。これにより、流路４０を通る水の一部は分岐口１６２から冷却水路１６０に流れ込み、基板３６の近傍を通過して合流口１６４から流路４０に戻る。冷却水路１６０を設けることで、光源３０を水冷することができるため、発熱による光源３０の出力低下や光源３０の劣化を防ぐことができる。これにより、水浄化装置２０１の信頼性を高めることができる。

（変形例２−２）
上述した第２の実施形態の変形例として、光源３０が設けられる箇所の流路の幅を入口付近や出口付近よりも広げることとしてもよい。

図１１は、変形例２−２に係る水浄化装置２０２を示す断面図である。水浄化装置２０２は、入口４２付近の第１流路１４２および出口４４付近の第２流路１４４と比べて、光源３０が設けられる付近の中間流路１４０の通水断面積が広くなるように流路が形成される。これにより、光源３０の紫外光が照射される領域において、水の流速を低下させることができ、その分だけ水に照射される積算照度値を高めることができる。これにより、中間流路１４０の幅を広げない場合と比べて、水の殺菌能力を向上させることができる。

（変形例２−３）
上述した第２の実施形態の変形例として、直管１１０の代わりに屈曲部を有するエルボ管を流路として用いてもよい。

図１２は、変形例２−３に係る水浄化装置２０３を示す断面図である。水浄化装置２０３は、流路として直管１１０の代わりに屈曲部１５２を有するエルボ管１５０を用いる点で第２の実施形態に係る水浄化装置２００と異なる。屈曲部１５２における側壁部１１２には、光源３０および基板３６が埋め込まれる格納部１１８が設けられる。したがって、光源３０および基板３６は、屈曲部１５２に配置される。これにより、屈曲部１５２を通る水に対して紫外光を照射して浄化処理を施すことができる。

（変形例２−４）
上述した第２の実施形態の変形例として、直管１１０の代わりに分岐部を有するＴ字管を流路として用いてもよい。

図１３は、変形例２−４に係る水浄化装置２０４を示す断面図である。水浄化装置２０４は、流路として直管１１０の代わりに分岐部１７４を有するＴ字管１７０を用いる点で第２の実施形態に係る水浄化装置２００と異なる。Ｔ字管１７０は、本体部１７２と、分岐部１７４を有する。本体部１７２は、入口４２から第１出口４４ａに向かって直線状に延びる本流路１７６を形成する。分岐部１７４は、本流路１７６から分岐して第２出口４４ｂに向かう分岐流路１７８を形成する。分岐部１７４の側壁には、光源３０および基板３６が設けられる。光源３０は、分岐流路１７８を通る水に紫外光を照射する。

以上の構成により、変形例２−４に係る水浄化装置２０４では、本流路１７６を流れる水の一部を分岐流路１７８に分岐させるとともに、分岐流路１７８を通る水に紫外光が照射することができる。これにより、第２出口４４ｂから流れ出る水に対し、紫外光照射して浄化処理を施すことができる。

（第３の実施形態）
図１４は、第３の実施形態に係る水浄化システム３００を示す概念図である。水浄化システム３００は、水浄化装置２１０と、タンク２２０と、ポンプ２３０と、バルブ２４０とを備え、タンク２２０に貯えられる水をポンプ２３０を経由して水浄化装置２１０に送水し、水を浄化した後にタンク２２０に戻すことにより、水を循環させながら殺菌処理を施す。これにより、タンク２２０に貯えられる水を衛生的に保つことができる。

水浄化装置２１０は、上述した第１の実施形態や、第２の実施形態、またはそれらの変形例に示す水浄化装置である。水浄化装置２１０は、バルブ２４０を介してポンプ２３０に接続され、ポンプ２３０により送水される水に紫外光を照射して殺菌処理を施し、浄化済みの水をタンク２２０に戻す。水浄化装置２１０に通水させる水の流量は、バルブ２４０により調整する。

変形例として、ポンプ２３０を備えない構成としてもよい。この場合、水浄化装置２１０が備える光源が発する熱により水浄化装置２１０において上向きの流れを発生させ、対流により水浄化装置２１０とタンク２２０との間の水の流れを作ることができる。

本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

上述した実施形態および変形例においては、殺菌対象の菌を枯草菌（芽胞）としたが、その他の菌やウイルスを紫外線照射による処理の対象としてもよく、大腸菌、黄色ブドウ球菌、コウジカビ、インフルエンザウイルスなどを対象としてもよい。例えば、大腸菌については、枯草菌を殺菌するのに必要な照射エネルギーよりも一般に低いエネルギーにより死滅させることができることから、上述した紫外光の照射エネルギー量よりも低いエネルギー量で好適に殺菌することが可能である。また、殺菌処理に限らず、水に含まれる有機物等に紫外光を照射して分解することで水を浄化させることとしてもよい。

１０…筐体、１２…本体部、２０…流路管、２６…窓部、２８…反射部、３０…光源、３６…基板、４０…流路、４２…入口、４４…出口、１００，２００，２１０…水浄化装置、３００…水浄化システム。

Claims (6)

1. 流路と、前記流路を通る水に紫外光を照射する光源と、を備え、
   前記光源は、波長が２２０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の帯域に含まれる紫外光を発する発光ダイオードを有し、当該波長帯域における光出力が１Ｗ以上５０Ｗ以下であることを特徴とする水浄化装置。
2. 前記流路は、１秒あたり５ｍＬ以上２５０ｍＬ以下の流量で水を通すことを特徴とする請求項１に記載の水浄化装置。
3. 前記流路は、管形状を有する壁面により形成され、
   前記壁面は、その少なくとも一部に紫外光を透過する窓部が設けられ、
   前記光源は、前記窓部に対応する位置に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の水浄化装置。
4. 前記壁面は、その少なくとも一部に紫外光を反射する反射部が設けられることを特徴とする請求項３に記載の水浄化装置。
5. 前記流路と連通する分岐口と、合流口とを有し、前記分岐口から前記合流口へと流れる水により前記光源を冷やす冷却水路をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の水浄化装置。
6. 前記流路は、当該流路の入口または出口における通水断面積と比べて、前記光源が設けられる箇所における通水断面積が広くなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の水浄化装置。

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