JP2018148938A

JP2018148938A - 流体殺菌装置

Info

Publication number: JP2018148938A
Application number: JP2017045275A
Authority: JP
Inventors: 紋子和田; Ayako Wada; 英樹浅野; Hideki Asano
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-09-27
Also published as: US20180257952A1

Abstract

【課題】省スペースな流体殺菌装置を提供する。【解決手段】流体殺菌装置１０は、紫外線を出射する半導体発光素子を有する光源と、殺菌対象である流体が通過し、該流体に紫外線が照射されるように構成された流路１６と、を備える。流路１６は、半導体発光素子の発光面と対向する面内において、流体が流れる方向が変化するように構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、流体殺菌装置に関する。

従来、流路の周囲から紫外線を照射することで、流路内を流れる流体を殺菌する装置が考案されている。例えば、水を溜める容器又は水を流す流路の内壁に、水に対して紫外線を照射する紫外線ＬＥＤユニットが配置された紫外線殺菌浄水装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１１−１６０７４号公報

上述の紫外線殺菌浄水装置は、一つの紫外線ＬＥＤユニットの紫外線照射範囲が限られていることから、一つの流路の周囲に複数の紫外線ＬＥＤユニットを配置することで、より効率よく水を殺菌できるように構成されている。しかしながら、処理効率を上げるために流速を大きくすると、十分な殺菌ができない可能性がある。一方、十分な殺菌を行うために流路を長くし、その周囲に配置する紫外線ＬＥＤユニットの数を多くすると、装置が大型化してしまう。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、省スペースな流体殺菌装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の流体殺菌装置は、紫外線を出射する半導体発光素子を有する光源と、殺菌対象である流体が通過し、該流体に紫外線が照射されるように構成された流路と、を備える。流路は、半導体発光素子の発光面と対向する面内において、流体が流れる方向が変化するように構成されている。

この態様によると、流体が流れる方向が変化するように流路を構成することで、流路が直管の場合と比較して、紫外線が照射される領域に配置する流路をより長くできる。換言すると、紫外線が照射される領域に流路を効率よく配置できるため、流体殺菌装置を小型化できる。

流路は、流体の流入口を有する第１段目の第１流路と、流体の流出口を有する第２段目の第２流路と、を有してもよい。第１流路の流入口と反対側の端部と第２流路の流出口と反対側の端部とがつながっていてもよい。これにより、第１流路や第２流路を通過した紫外線を第２流路や第１流路を通過する流体に照射できる。

第１流路は、第２流路の上方に重なるように配置されていてもよい。これにより、第１流路を通過した流体は自重で第２流路に流れ込むことができる。

光源は、流路の一方の側から紫外線を照射する第１光源と、流路の他方の側から紫外線を照射する第２光源と、を有してもよい。これにより、流路の両側から紫外線を照射することができるため、片側から紫外線を照射する場合と比較して、所定区間を通過する流体に対する紫外線の照射強度が高くなり、照射時間を短くできる。換言すると、紫外線が照射される領域に配置する流路を短くできる、あるいは流速を高めることができる（流路の内径を細くできる）ため、装置を小型化できる。

光源及び流路を収容する筐体を更に備えてもよい。筐体の内側には半導体発光素子から出射する紫外線を反射する反射部が設けられていてもよい。

流路は、少なくとも一部がらせん状または渦巻状に構成されていてもよい。これにより、スペースの利用効率が高い流路の配置が可能となる。

流路は、チューブで構成されていてもよい。これにより、複数の部品を組み合わせて流路を構成する場合と比較して、簡便な構成で流路を実現できる。

チューブは、フッ素系樹脂またはシリコーン系樹脂であってもよい。これにより、耐光性のある材料で所望の形状の流路を比較的容易に形成できる。

流路は、途中に折り返し部を有する連続したチューブで構成されており、折り返し部は、流体殺菌装置の中央近傍に配置されていてもよい。これにより、流路の両端部が近接した一本の流路を簡便に構成できる。

流路は、流体の流入口近傍または流出口近傍の内径よりも、該流路の途中の内径が大きくなるように構成されていてもよい。これにより、流路の途中の流速を遅くできるため、例えば、流路の途中を照射する紫外線の強度が高くなるように光源の配置を工夫することで、流体を効率よく殺菌できる。

光源は、複数の半導体発光素子がｍ×ｎ（ｍは１以上の整数、ｎは２以上の整数）のライン状またはマトリックス状に配置されていてもよい。これにより、流路の全体にわたって十分な殺菌性能を実現できる。

光源は、流路の中央部と対向するように配置されている第１の半導体発光素子と、流入口近傍または流出口近傍に配置されている第２の半導体発光素子と、を有してもよい。第２の半導体発光素子の出力は、第１の半導体発光素子の出力よりも大きい。これにより、流路の全体にわたって殺菌性能の偏りを抑えられる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、省スペースな流体殺菌装置を提供できる。

第１の実施の形態に係る流体殺菌装置の概略構成を示す模式図である。図１のＡ１−Ａ１断面図である。第２の実施の形態に係る流体殺菌装置の水平断面図である。第３の実施の形態に係る流体殺菌装置の概略構成を示す模式図である。図５（ａ）は、図４のＡ２−Ａ２断面図、図５（ｂ）は、図４のＡ３−Ａ３断面図である。第３の実施の形態に係る流体殺菌装置の光源のレイアウトを示す図である。図７（ａ）は、第３の実施の形態の変形例に係る流体殺菌装置の概略構成を示す模式図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ４−Ａ４断面図である。図８（ａ）は、第４の実施の形態に係る流体殺菌装置における第１流路の上面図、図８（ｂ）は、第４の実施の形態に係る流体殺菌装置における第２流路の上面図である。図９（ａ）は、第５の実施の形態に係る流体殺菌装置の概略構成を示す模式図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ５−Ａ５断面図である。図１０（ａ）は、第６の実施の形態に係る流体殺菌装置の概略構成を示す模式図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ６−Ａ６断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る流体殺菌装置の概略構成を示す模式図である。図２は、図１のＡ１−Ａ１断面図である。

流体殺菌装置１０は、紫外線を出射する半導体発光素子１２を有する光源１４と、殺菌対象である流体Ｆが通過し、該流体に紫外線が照射されるように構成された流路１６と、光源１４および流路１６を収容する筐体１８と、を備えている。なお、流体殺菌装置１０は、流体を送出する駆動手段としてのポンプ、流体の送出の停止や再開を制御するための制御弁、半導体発光素子やポンプの駆動、制御弁の開閉等の制御を行う制御部、等を備えていてもよい。殺菌対象の流体Ｆは、例えば、水や薬品といった液体、空気や酸素といった気体が挙げられる。

本実施の形態に係る半導体発光素子１２は、紫外線を発する発光ダイオードである。本実施の形態に係る発光ダイオードは、サファイアからなる基板と、ＡｌＧａＮ系の発光層と、基板と発光層との間に積層されたＡｌＮからなる格子不整緩衝層と、を有している。これにより、小型で高効率の殺菌装置を実現できる。なお、半導体発光素子１２は、ピーク発光波長が２５０ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲にある紫外線を発するものが好ましく、より好ましくは２６０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲にある紫外線を発するものである。本実施の形態に係る発光ダイオードは、例えば、ピーク発光波長が２８５ｎｍのものを用いている。これにより、殺菌効果を高めることができる。

筐体１８の上面１８ａの中央には、流体が流入する流入口２０が形成されている。筐体１８の側面１８ｂには、流体が流出する流出口２２が形成されている。流路１６は、流入口２０から筐体１８の内部の殺菌室２４に向かって下向きに設けられ、殺菌室２４の内部で水平方向に方向を変えた後、渦巻状に（あるいはらせん状に）外側に向かって周回しており、最終的に筐体１８の側面１８ｂに形成されている流出口２２につながっている。

流路１６は、半導体発光素子１２の発光面１２ａと対向する面内（例えばＡ１−Ａ１断面）において、流体Ｆが流れる方向が変化するように構成されている。具体的な流路１６の長さＬ（流入口２０の真下から、流出口２２直前の直線路Ｌ１と曲路Ｒ１との接続部Ｃ１まで）は、図２に示すように、流路１６の外周を基準にすると、６ｒ（直線路６カ所）＋１４πｒ（半円７カ所＝πｒ／２＋２πｒ／２＋３πｒ／２＋・・・７πｒ／２）となる。つまり、一辺が７ｒの殺菌室２４において、長さが６ｒ＋１４πｒ以上の流路１６を配置できる。一方、流路が直管の場合、長さが７ｒのものしか殺菌室２４に配置できない。

このように、本実施の形態に係る流路１６の構成であれば、流路が直管の場合と比較して、紫外線が照射される領域（殺菌室２４）に配置する流路をより長くできる。換言すると、紫外線が照射される領域に流路を効率よく配置できるため、流体殺菌装置１０を小型化できる。ここで、「流体が流れる方向が変化するように構成」とは、例えば、連続したカーブや流路の一部に部分的なカーブ（例えば図２に示す曲路Ｒ１）が設けられている場合、流路の一部が不連続に曲がった場合、クランク状（例えば直角）に折れ曲がった場合、折り返し部が繰り返し存在する蛇腹状の場合、等が含まれる。

また、本実施の形態に係る流体殺菌装置１０のように、少なくとも一部がらせん状または渦巻状となるように流路１６が構成されていることで、スペースの利用効率が高い流路の配置が可能となる。その結果、小型で省スペースな流体殺菌装置１０を提供できる。また、渦巻状の配置は、半導体発光素子１２から出射する紫外線の広がりと近似しているため、一つまたは少数の半導体発光素子１２を筐体１８の中央に配置するだけで、流路全体を紫外線で照射することが可能となる。

本実施の形態に係る流路１６は、チューブで構成されている。これにより、複数の部品を組み合わせて流路を構成する場合と比較して、簡便な構成で流路を実現できる。チューブの形状は、例えば、内周および外周が円形や楕円の場合、内周および外周の少なくとも一方が多角形の場合が有り得る。

流路１６を構成するチューブは、フッ素系樹脂またはシリコーン系樹脂といった紫外線に対して透明な樹脂が好ましい。フッ素系樹脂としては、例えば、アモルファス結晶構造を有するペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が挙げられる。これにより、耐光（耐紫外線）性のある材料で所望の形状の流路を比較的容易に形成できる。

（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態に係る流体殺菌装置３０の水平断面図である。なお、第２の実施の形態に係る流体殺菌装置３０は、第１の実施の形態に係る流体殺菌装置１０と比較して、流路３２の構成が異なる点が主な特徴であり、他の構成は流体殺菌装置１０と実質的に同じである。なお、以下の各実施の形態では、各実施の形態に係る流体殺菌装置と同様の構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。

流体殺菌装置３０における流路３２は、流入口２０から筐体１８の内部の殺菌室２４に向かって下向きに設けられ、殺菌室２４の内部で水平方向に方向を変えた後、屈曲路Ｒ２において繰り返し直角に折れ曲がりながら流路３２の外周に沿って巻かれた形状である。このように構成された流路３２は、図２に示す流体殺菌装置１０の流路１６と比較して、水平断面が四角形の殺菌室２４に隙間がほとんどない状態で配置されている。これにより、殺菌室２４における流路３２の長さをより長くできる。

（第３の実施の形態）
図４は、第３の実施の形態に係る流体殺菌装置の概略構成を示す模式図である。図５（ａ）は、図４のＡ２−Ａ２断面図、図５（ｂ）は、図４のＡ３−Ａ３断面図である。図６は、第３の実施の形態に係る流体殺菌装置の光源のレイアウトを示す図である。

流体殺菌装置４０における流路４２は、流体Ｆの流入口４４を有する第１段目の第１流路４６と、流体の流出口４８を有する第２段目の第２流路５０と、を有している。第１流路４６の流入口４４と反対側の端部４６ａと第２流路５０の流出口４８と反対側の端部５０ａとがつながっている。これにより、第１流路４６や第２流路５０を通過した紫外線を第２流路５０や第１流路４６を通過する流体Ｆに照射できる。

また、第１流路４６は、第２流路５０の上方に重なるように配置されている。これにより、第１流路４６を通過した流体Ｆは自重で第２流路５０に流れ込むことができる。

本実施の形態に係る光源は、第１流路４６の一方の側から紫外線を照射する第１光源５２と、第２流路５０の他方の側から紫外線を照射する第２光源５４と、を有している。これにより、流路４２の両側から紫外線を照射することができるため、片側から紫外線を照射する場合と比較して、所定区間を通過する流体Ｆに対する紫外線の照射強度が高くなり、照射時間を短くできる。換言すると、紫外線が照射される領域に配置する流路を短くできる、あるいは流速を高めることができる（流路の内径を細くできる）ため、装置を小型化できる。

また、筐体１８の内側には半導体発光素子１２から出射する紫外線を反射する反射部１８ｃが設けられている。反射部１８ｃは、アルミニウム等の金属の反射膜や反射板である。

なお、第１段目の流路と第２段目の流路（または第３段目以降の流路）は、同じ巻数である必要はなく、異なる構成の流路を組み合わせてもよい。

第１光源５２および第２光源５４は、図６に示すように、回路基板５６上に複数の半導体発光素子１２が７×７のマトリックス状に配置されている。これにより、１個では出力の小さい半導体発光素子であっても、複数個配置することで、流路４２の全体にわたって十分な殺菌性能を実現できる。なお、複数の半導体発光素子１２は、ｍ×ｎ（ｍは１以上の整数、ｎは２以上の整数）のライン状またはマトリックス状に配置されていてもよい。

図７（ａ）は、第３の実施の形態の変形例に係る流体殺菌装置の概略構成を示す模式図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ４−Ａ４断面図である。

図７（ａ）に示す流体殺菌装置６０は、図６に示す流体殺菌装置４０と比較して、流出口６２の位置が流入口４４と反対側に設けられている点が大きく異なる。流路６４は、流体Ｆの流入口４４を有する第１段目の第１流路４６と、流体の流出口６２を有する第２段目の第２流路６６と、を有している。これにより、流入口４４と流出口６２とが離れた流体殺菌装置６０を実現できるため、例えば、殺菌前の流体を収容する収容部と、殺菌後の流体を収容する収容部とが干渉しにくくなる。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る流体殺菌装置７０は、流路の内径が一定でないものである。図８（ａ）は、第４の実施の形態に係る流体殺菌装置７０における第１流路７２の上面図、図８（ｂ）は、第４の実施の形態に係る流体殺菌装置７０における第２流路７４の上面図である。

第１流路７２は、流体Ｆの流入口７６近傍の内径ｒ１よりも、第１流路７２の途中の内径（例えば殺菌室２４の中央部における内径）ｒ２が大きくなるように構成されている。同様に、第２流路７４は、流体Ｆの流出口の内径ｒ１よりも、第２流路７４の途中の内径ｒ２が大きくなるように構成されている。これにより、流路の途中の流速を遅くできるため、例えば、流路の途中を照射する紫外線の強度が高くなるように光源の配置を工夫することで、流体を効率よく殺菌できる。具体的には、本実施の形態に係る流体殺菌装置７０においては、殺菌室２４の中央部において流体Ｆの流速を遅くし、殺菌室２４の内周面側において流速を速くできる。これにより、処理速度を低下させずに、流路の中央部分において紫外線の照射時間を長くできる。なお、内径の変化は線形的に増減している場合や、段階的に増減する場合であってもよく、必ずしも単調に増減する場合に限定されるものではない。

また、第１光源５２（または第２光源５４）は、第１流路７２の中央部と対向するように配置されている第１の半導体発光素子１２ｂ（図６参照）と、流入口７６近傍（または流出口７８近傍）に配置されている第２の半導体発光素子１２ｃ（図６参照）と、を有している。第２の半導体発光素子１２ｃの出力は、第１の半導体発光素子１２ｂの出力よりも大きい。これにより、流速の速い場所での照射強度を強く、流速の遅い場所での照射強度を弱くできるため、流路の全体にわたって殺菌性能の偏りを抑えられる。

（第５の実施の形態）
図９（ａ）は、第５の実施の形態に係る流体殺菌装置の概略構成を示す模式図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ５−Ａ５断面図である。

第５の実施の形態に係る流体殺菌装置８０における流路８２は、渦巻状に配置されており、途中に折り返し部Ｒ３を有する連続したチューブで構成されている。折り返し部Ｒ３は、流体殺菌装置８０の中央近傍に配置されている。これにより、流路８２の両端部が近接した一本の流路を簡便に構成できる。つまり、流路８２の流入口８４および流出口８６を隣接して配置できる。また、図４に示す流体殺菌装置４０のように複数段の流路を設けなくても、ほぼ同じ長さの流路を実現できるため、筐体１８の薄型化も可能となる。

（第６の実施の形態）
図１０（ａ）は、第６の実施の形態に係る流体殺菌装置の概略構成を示す模式図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ６−Ａ６断面図である。

第６の実施の形態に係る流体殺菌装置９０における流路９２は、渦巻状に配置されており、内管９２ａと外管９２ｂとからなる二重管構造のチューブで構成されている。内管９２ａの先端部は開口しており、流入口９４から流入し内管９２ａを通過して殺菌室２４の中央部まで到達した流体Ｆが外管９２ｂと内管９２ａとの間を流出口９６に向かって流れる。これにより、流路９２の両端部が一体化した一本の流路を簡便に構成できる。つまり、流路９２の流入口９４および流出口９６を隣接して配置できる。また、図４に示す流体殺菌装置４０のように複数段の流路を設けなくても、ほぼ同じ長さの流路を実現できるため、筐体１８の薄型化も可能となる。

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の各形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して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の形態も本発明の範囲に含まれうる。

ｒ１，ｒ２内径、１０流体殺菌装置、１２半導体発光素子、１２ａ発光面、１２ｂ第１の半導体発光素子、１２ｃ第２の半導体発光素子、１４光源、１６流路、１８筐体、１８ｃ反射部、２０流入口、２２流出口、２４殺菌室、３０流体殺菌装置、３２流路、４０流体殺菌装置、４２流路、４４流入口、４６第１流路、４６ａ端部、４８流出口、５０第２流路、５０ａ端部、５２第１光源、５４第２光源、６０流体殺菌装置、６２流出口、６４流路、６６第２流路、７０流体殺菌装置、７２第１流路、７４第２流路、７６流入口、７８流出口、８０流体殺菌装置、８２流路、８４流入口、８６流出口。

Claims

紫外線を出射する半導体発光素子を有する光源と、
殺菌対象である流体が通過し、該流体に前記紫外線が照射されるように構成された流路と、を備え、
前記流路は、前記半導体発光素子の発光面と対向する面内において、流体が流れる方向が変化するように構成されていることを特徴とする流体殺菌装置。
前記流路は、
流体の流入口を有する第１段目の第１流路と、
流体の流出口を有する第２段目の第２流路と、を有し、
前記第１流路の前記流入口と反対側の端部と前記第２流路の前記流出口と反対側の端部とがつながっていることを特徴とする請求項１に記載の流体殺菌装置。
前記第１流路は、前記第２流路の上方に重なるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の流体殺菌装置。
前記光源は、
前記流路の一方の側から紫外線を照射する第１光源と、
前記流路の他方の側から紫外線を照射する第２光源と、
を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
前記光源及び前記流路を収容する筐体を更に備え、
前記筐体の内側には前記半導体発光素子から出射する紫外線を反射する反射部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
前記流路は、少なくとも一部がらせん状または渦巻状に構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
前記流路は、チューブで構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
前記チューブは、フッ素系樹脂またはシリコーン系樹脂であることを特徴とする請求項７に記載の流体殺菌装置。
前記流路は、途中に折り返し部を有する連続したチューブで構成されており、前記折り返し部は、流体殺菌装置の中央近傍に配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。
前記流路は、流体の流入口近傍または流出口近傍の内径よりも、該流路の途中の内径が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の流体殺菌装置。