JP2019076643A - Fluid treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体に光を照射する流体処理装置に関し、特に、流体に紫外光を照射して殺菌、浄化する装置に関する。 The present invention relates to a fluid processing apparatus for irradiating a fluid with light, and more particularly to an apparatus for irradiating a fluid with ultraviolet light for sterilization and purification.
紫外光には殺菌能力があることが知られており、医療や食品加工の現場などでの殺菌処理に、紫外光を照射する装置が用いられている。また、流体に紫外線を照射することで、流体を連続的に殺菌する装置も用いられている。 It is known that the ultraviolet light has a sterilizing ability, and an apparatus for irradiating the ultraviolet light is used for the sterilization treatment at a site of medical treatment or food processing. Moreover, the apparatus which disinfects a fluid continuously by irradiating a fluid with an ultraviolet-ray is also used.
特許文献1は、殺菌対象の流体を通す殺菌用管の外側に、紫外線LEDを備えた殺菌装置が記されている。 Patent Document 1 describes a sterilizing apparatus provided with an ultraviolet LED on the outside of a sterilizing tube through which a fluid to be sterilized passes.
一般的に、LED等の光源を用いた装置では、光源の劣化や出力低下を防ぐため、光源の放熱を行う必要がある。光源の近くに流体を通過させて冷却する構造等が従前より提案されている。 Generally, in a device using a light source such as an LED, it is necessary to dissipate the heat of the light source in order to prevent the deterioration of the light source and the decrease in the output. A structure for passing a fluid near the light source for cooling has been proposed.
特許文献2は、変形例2−1において、光源を冷やすための冷却水路を有する水浄化装置が記されている。
流路を通る水の一部が、分岐口から冷却流路に流れ込み、合流口から流路に戻る構造の水浄化装置が記されている。
A portion of the water passing through the flow path flows into the cooling flow path from the branch port, and the water purifier is structured to return to the flow path from the merging port.
しかしながら、特許文献2に示された構造では、冷却流路を通過した水には紫外線が照射されないため、水の浄化が不十分となる懸念がある。また、構造が複雑化するため、装置全体が大型化し、製造コストが高くなる問題点もある。
However, in the structure shown in
本発明の課題は、小型で簡易的な構造を有すると共に、光源部の効率的な冷却を行うことができる流体処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fluid processing apparatus having a compact and simple structure and capable of efficiently cooling a light source unit.
本発明の要旨は以下のとおりである。 The gist of the present invention is as follows.
(1)流路と、前記流路を通る流体に光を照射する光源部と、を備え
流路は、流体に光が照射される処理流路と、前記光源部を冷却する流体を通す冷却流路を備えることを特徴とする。
(2)流体処理装置において、全ての流体が前記処理流路を通過した後、少なくとも一部の流体が前記冷却流路も通過する構造であることが好ましい。
(3)流体処理装置において、少なくとも一部の流体が冷却流路を通過した後、全ての流体が前記処理流路も通過する構造であることが好ましい。
(4)流体処理装置において、前記光源部が、前記処理流路を固定する治具と熱的に接触していることが好ましい。
(5)流体処理装置において、前記光源部と熱的に接続される放熱部材が、前記処理流路を固定する治具と熱的に接触していることが好ましい。
(6)流体処理装置において、前記光源部と熱的に接続される放熱部材を有し、前記放熱部材の一部が前記処理流路の内部に埋め込まれ、前記放熱部材と流体が熱的に接触する構造であることが好ましい。
(7)流体処理装置において、前記処理流路の外周の少なくとも一部に、前記光源が照射する光を反射する反射部材を有することが好ましい。
(1) A flow path and a light source unit for irradiating light to the fluid passing through the flow path, and the flow path includes a processing flow path through which the light is irradiated to the fluid and cooling for passing the fluid for cooling the light source portion A channel is provided.
(2) In the fluid processing apparatus, it is preferable that at least a part of the fluid also passes through the cooling channel after all the fluid passes through the processing channel.
(3) In the fluid processing apparatus, it is preferable that all the fluid also passes through the processing channel after at least a part of the fluid passes through the cooling channel.
(4) In the fluid processing apparatus, preferably, the light source unit is in thermal contact with a jig for fixing the processing flow channel.
(5) In the fluid processing apparatus, it is preferable that a heat dissipation member thermally connected to the light source unit is in thermal contact with a jig for fixing the processing flow channel.
(6) The fluid processing apparatus, further comprising: a heat dissipation member thermally connected to the light source portion, a part of the heat dissipation member is embedded in the processing flow path, and the heat dissipation member and the fluid are thermally It is preferable that it is a structure which contacts.
(7) In the fluid processing apparatus, it is preferable that a reflective member that reflects the light emitted by the light source be provided on at least a part of the outer periphery of the processing flow channel.
本発明によれば、以下に記載する優れた効果が期待できる。 According to the present invention, the following excellent effects can be expected.
(1)光源部を冷却する流体を通す冷却流路を有しているため、光源部の発熱による、光源部の劣化や出力低下を防ぐことができる。
(2)同じ流体が、全て処理流路と冷却流路を通過する構造であるため、流体処理装
置の小型化、単純化を実現できる。
(3)光源部が、及び/または、光源部と熱的に接続される放熱部材が、処理流路を
固定する治具と熱的に接触している構造であるため、光源部の効率的な冷却を行うこと
ができる。
(4)反射部材は、少なくとも一部で光源が照射する光を反射する構造であるため、
光源が照射する光を効率良く流体処理に使用することができる。
(1) Since the cooling flow passage for passing the fluid for cooling the light source unit is provided, it is possible to prevent the deterioration and the output reduction of the light source unit due to the heat generation of the light source unit.
(2) Since the same fluid passes through the processing flow path and the cooling flow path, downsizing and simplification of the fluid processing apparatus can be realized.
(3) The light source unit and / or the heat dissipating member thermally connected to the light source unit has a structure in which it is in thermal contact with the jig for fixing the processing flow path, so that the light source unit is efficient Cooling can be performed.
(4) The reflecting member is a structure that reflects the light emitted by the light source at least in part,
The light emitted from the light source can be efficiently used for fluid processing.
以下、本発明の流体処理装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of a fluid processing apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示す第1の実施形態が、本発明における流体処理装置の典型的な構成である。
図1の流体処理装置100は、光源1と基板2を有する光源部3と、処理流路4、及び冷却流路5からなる。光源部3は、処理流路4の外側に設けられており、冷却流路5は光源部3と熱的に接触し、光源部3を冷却するように設けられている。
The first embodiment shown in FIG. 1 is a typical configuration of the fluid processing apparatus in the present invention.
The
図1の流体処理装置100は、同じ流体が、全て処理流路4と冷却流路5を通過する構造を有している。
光源部3に対して、冷却用の流体等を別途使用する必要が無いため、流体処理装置のコストの低減につながる。また、流路の分岐が無い構造のため、流体処理装置の簡易化、小型化につながる。
The
Since it is not necessary to separately use a cooling fluid or the like for the
光源1の種類は、特に限定されないが、装置の小型化、省電化を考慮すると、LEDが好ましい。
光源1が照射する光の波長は、特に限定されないが、例えば、紫外光は流体の殺菌、浄化に適している。
光源1の個数、配置は、特に限定されず、用途や流体の処理効率(例えば、流体の殺菌効率)の要求に応じて、例えば光源1の波長や出力(消費電力等)、流体の量や速度、温度、種類(例えば水、空気等)、及び、処理前の流体の汚染レベル等に応じて任意に選択される。
The type of the light source 1 is not particularly limited, but in consideration of downsizing of the device and electrification, LEDs are preferable.
The wavelength of the light emitted by the light source 1 is not particularly limited. For example, ultraviolet light is suitable for sterilization and purification of the fluid.
The number and arrangement of the light sources 1 are not particularly limited, and the wavelength and output of the light source 1 (power consumption etc.), the amount of fluid, and the like according to the application and the processing efficiency of the fluid (for example, sterilization efficiency of fluid). It is arbitrarily selected according to the speed, temperature, type (e.g. water, air, etc.), contamination level of fluid before treatment, and the like.
冷却流路5は、熱伝導率が高いこと、及び光源部3と熱的に接触していることが好ましい。冷却流路5の熱伝導率が高いことにより、冷却流路5自体が、通過する流体により冷却される。さらに、冷却流路5と光源部3が熱的に接触していることにより、光源部3も冷却される。すなわち、冷却流路5を流れる流体が、光源部3の冷却に寄与する。
冷却流路5の材質は、例えば銅、アルミニウム等の金属物質が挙げられる。
冷却流路5の断面形状は、特に限定されない。例えば、円形、四角形等が挙げられる。
冷却流路5の個数は、図1中では1個であるが、特に限定されない。光源1の個数や流体の流量等に応じて任意に選択される。
また、分岐構造等を用いて、全ての流体が冷却流路5を通過しない構造であってもよいが、光源部3の冷却効率や、装置の小型化、単純化等を考慮すると、全ての流体が冷却流路5を通過する構造が好ましい。
The cooling channel 5 preferably has a high thermal conductivity and is in thermal contact with the
Examples of the material of the cooling channel 5 include metal substances such as copper and aluminum.
The cross-sectional shape of the cooling channel 5 is not particularly limited. For example, a circle, a square, etc. are mentioned.
The number of cooling channels 5 is one in FIG. 1 but is not particularly limited. It is arbitrarily selected according to the number of light sources 1 and the flow rate of fluid.
In addition, a branched structure or the like may be used so that all the fluid does not pass through the cooling channel 5, but in consideration of the cooling efficiency of the
処理流路4の材質は、特に限定されないが、光源1が照射する光の波長に対して、透過率が高い材質が好ましい。例えば、紫外光である場合は、ふっ素樹脂や石英等、紫外線に対する耐久性及び透過性が高い物質が挙げられる。
処理流路4の断面形状は、特に限定されない。例えば、円形、四角形等が挙げられる。
処理流路4の個数は、図1中では1個であるが、特に限定されない。光源1の個数や流体の流量等に応じて任意に選択される。
上記の様に、冷却流路5と処理流路4では求められる特性が異なる。冷却流路5と処理流路4で異なる材質を用いる場合、図1に示すように継手10等を用いて接続するのが好ましい。
さらに、処理流路4の構成を好適に変更することにより、光源部3の冷却効率を高めることが出来る。図2以降において、処理流路4の好適な構成を示す。
The material of the
The cross-sectional shape of the
Although the number of the
As described above, the characteristics required for the cooling channel 5 and the
Furthermore, the cooling efficiency of the
本発明は処理流路4を固定する治具6が設けられても良い。この構成が、図2に示す第2の実施形態である。
治具6を設ける際は、光源部3と熱的に接触させるのが好ましい。この構造により、光源部3により発生する熱を治具6に伝え、光源部3の劣化や出力低下を防ぐことができる。
また、治具6と筐体11が熱的に接触している場合は、光源部3により発生する熱は最終的に筐体11へ伝わる。筐体11に熱伝導率の高い物質を用いると、光源部3の放熱をより効果的に促すことができる。
前述した、冷却流路5(図示せず)を通過する流体による、光源部3の冷却効果と合わせることにより、さらに光源部3の効率的な冷却を行うことができる。
治具6の材質は、熱伝導率が高い材質が好ましい。コスト、加工性等を考慮すると、アルミニウム等の金属材料がより好ましい。
流体への光の照射と、光源部の冷却を同時に行うことができる構造のため、流体処理装置の簡易化、小型化につながる。
In the present invention, a
When providing the
When the
By combining the cooling effect of the
The material of the
The structure capable of simultaneously performing the light irradiation to the fluid and the cooling of the light source unit leads to simplification and downsizing of the fluid processing apparatus.
本発明は光源部3と熱的に接続される放熱部材7が設けられても良い。この構成が、図3に示す第3の実施形態である。
この構成の場合は、光源部3により発生する熱は、放熱部材7に伝わるため、光源部3の劣化や出力低下を防ぐことができる。
前述した、冷却流路5(図示せず)を通過する流体による、光源部3の冷却効果と合わせることにより、さらに光源部3の効率的な冷却を行うことができる。
放熱部材7の材質は、熱伝導率が高い材質が好ましい。コスト、加工性等を考慮すると、アルミニウム等の金属材料がより好ましい。
さらに、放熱部材7の形状は限定されないため、放熱部材7の形状によって、光源部3の冷却効率をさらに高めることができる。好適には、図3に示す表面が凹凸状である形状等が挙げられる。
In the present invention, a
In the case of this configuration, the heat generated by the
By combining the cooling effect of the
The material of the
Furthermore, since the shape of the
図3の構造の別の形態として、放熱部材7の一部が処理流路4の内部に埋め込まれ、放熱部材7と流体が熱的に接触する構造でも良い。この構成が、図4に示す第4の実施形態である。
この構造の場合は、処理流路4を通過する流体により、放熱部材7が冷却される。さらに、放熱部材7と光源部3が熱的に接触していることにより、光源部3も冷却される。すなわち、処理流路4を流れる流体が、光源部3の冷却に寄与することによって、光源部3の劣化や出力低下を防ぐことができる。
前述した、冷却流路5(図示せず)を通過する流体による、光源部3の冷却効果と合わせることにより、さらに光源部3の効率的な冷却を行うことができる。
As another form of the structure of FIG. 3, a part of the
In the case of this structure, the
By combining the cooling effect of the
図4の構造の別の形態として、光源1が照射する光を透過する窓部9を設けた反射部材8が設けられても良い。この構成が、図5に示す第5の実施形態である。
反射部材8を設ける際は、処理流路4の外周の少なくとも一部を覆う構造が好ましい。
さらに、反射部材8と放熱部材7が熱的に接触する構造であってもよい。この構成では、さらに効率良く光源部3の熱を逃がす。
窓部9は、空隙であることが好ましいが、光源1が照射する光の波長に関して、耐久性及び透過率が高い材質を用いてもよい。例えば、紫外光である場合は、ふっ素樹脂や石英などが挙げられる。
光源1から照射された光は、窓部9を透過して処理流路4内の流体に照射される。その後、反射部材8の内周面の少なくとも一部で光が反射することによって、反射光が再度流体に照射される。そのため、効率的に流体の処理を行うことができるようになる。
前述した、処理流路4及び冷却流路5(図示せず)を通過する流体による、光源部3の冷却効果と合わせることにより、光源部3の効率的な冷却を行うことができる。
As another form of the structure of FIG. 4, the reflecting
When providing the reflecting
Furthermore, the reflecting
The window portion 9 is preferably an air gap, but a material having high durability and transmittance may be used for the wavelength of light irradiated by the light source 1. For example, in the case of ultraviolet light, fluorine resin or quartz may be mentioned.
The light emitted from the light source 1 passes through the window 9 and is emitted to the fluid in the
By combining the cooling effect of the
図4の構造の別の形態として、光源1が照射する光を反射する反射部材8が設けられても良い。この構成が、図6に示す第6の実施形態である。
反射部材8を設ける際は、処理流路4の外周の少なくとも一部を覆う構造が好ましい。
光源1は、反射部材8の内周面に設けられている。
光源1から照射された光は、処理流路4内の流体に照射された後、反射部材8の内周面の少なくとも一部で光が反射することによって、反射光が再度流体に照射される。そのため、効率的に流体の処理を行うことができるようになる。
前述した、処理流路4及び冷却流路5(図示せず)を通過する流体による、光源部3の冷却効果と合わせることにより、光源部3の効率的な冷却を行うことができる。
As another form of the structure of FIG. 4, a reflecting
When providing the reflecting
The light source 1 is provided on the inner peripheral surface of the reflecting
After the light emitted from the light source 1 is irradiated to the fluid in the
By combining the cooling effect of the
以下、本発明の流体処理装置(図1)に関して実施例をあげ具体的に説明するが、本発明の範囲について、これらに限定されるものではない。 Examples of the fluid treatment apparatus (FIG. 1) of the present invention will be specifically described below, but the scope of the present invention is not limited thereto.
処理流路として、ふっ素樹脂製のチューブを用いている。断面形状は円形であり、内径が8mm、外径が10mmである。
冷却流路として、銅製の管及び銅製のブロックを用いている。銅製の管の断面形状は円形であり、内径が4.35mm、外径が6.35mmである。銅製のブロックに貫通穴を開け、銅製のブロックと銅製の管が密着する構造となっている。
処理流路と冷却流路の間に継手を有し、処理流路を通過した流体が、全て冷却流路も通過する構造を有している。
As a process flow path, a tube made of fluorine resin is used. The cross-sectional shape is circular, and the inner diameter is 8 mm and the outer diameter is 10 mm.
A copper pipe and a copper block are used as the cooling channel. The cross-sectional shape of the copper tube is circular, with an inside diameter of 4.35 mm and an outside diameter of 6.35 mm. Through holes are made in the copper block, and the copper block and the copper tube are in close contact with each other.
A joint is provided between the processing flow channel and the cooling flow channel, and all the fluids passing through the processing flow channel also pass through the cooling flow channel.
光源として、LEDを4個用いている。LEDの発光長は265nmであり、LED1個当たりの消費電力は2.1Wである。具体的には、1個当たりの消費電圧は6Vであり、1個当たりの消費電流は350mAである。
冷却流路である銅製のブロックの上面に、LEDを設置する。
Four LEDs are used as a light source. The emission length of the LED is 265 nm, and the power consumption per LED is 2.1 W. Specifically, the consumption voltage per unit is 6 V, and the consumption current per unit is 350 mA.
The LED is placed on the top surface of the copper block that is the cooling channel.
処理対象の流体は水であり、流量は100ml/minである。処理前の水の温度は約20℃である。 The fluid to be treated is water, and the flow rate is 100 ml / min. The temperature of the water before treatment is about 20 ° C.
実施例について、稼働中の流体処理装置における、LEDの温度を測定した結果、常に60℃以下であることが確認された。
通常、紫外線を照射するLEDは、冷却手段がない場合、80℃を超えて温度が上昇する。従って、実施例の構造によって、LEDの冷却効果が得られていることが確認できる。
About the example, as a result of measuring the temperature of LED in the fluid processing apparatus in working, it was confirmed that it is always 60 degrees C or less.
Usually, an LED that emits ultraviolet light rises in temperature above 80 ° C. without a cooling means. Therefore, it can be confirmed that the cooling effect of the LED is obtained by the structure of the embodiment.
一般的に、LEDの温度が80℃を超えた場合は、LEDの動作温度範囲を外れ、発熱によるLEDの出力低下やLEDの劣化、等の問題が発生する。
また、一般的に、実施例のような紫外線を照射するLEDは、電気から光への変換効率が良くないため、熱が発生しやすい。そのため、紫外線を照射するLEDの有効な冷却手段を有することは、特に重要である。
In general, when the temperature of the LED exceeds 80 ° C., the operating temperature range of the LED is deviated, and problems such as a decrease in the output of the LED due to heat generation and deterioration of the LED occur.
Also, in general, an LED that emits ultraviolet light as in the example has a high conversion efficiency from electricity to light, so heat tends to be generated. Therefore, it is particularly important to have an effective means of cooling the LEDs that emit ultraviolet light.
実施例における、流体処理装置の構造は、冷却用の流体等を別途使用する必要が無いため、流体処理装置のコストの低減につながる。また、流路の分岐が無い構造のため、流体処理装置の簡易化、小型化につながる。 The structure of the fluid processing device in the embodiment leads to a reduction in the cost of the fluid processing device because it is not necessary to separately use a cooling fluid or the like. In addition, the structure without the flow path branching leads to simplification and downsizing of the fluid processing apparatus.
本発明の流体処理装置は、小型で簡易的な構造を有するとともに、低コストで光源部の効率的な冷却を行うことができる。特に紫外光を流体に照射して、殺菌、浄化を行う装置において有用であるが、用途は限定されない。
The fluid processing apparatus of the present invention has a compact and simple structure, and can efficiently cool the light source at low cost. In particular, it is useful in an apparatus for irradiating a fluid with ultraviolet light to perform sterilization and purification, but the application is not limited.
1 光源
2 基板
3 光源部
4 処理流路
5 冷却流路
6 治具
7 放熱部材
8 反射部材
9 窓部
10 継手
11 筐体
100〜105 流体処理装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記流路は、流体に光が照射される処理流路と、前記光源部を冷却する流体を通す冷却流路を備えることを特徴とする、流体処理装置。
The flow path includes a flow path and a light source unit that emits light to the fluid passing through the flow path. The flow path includes a processing flow path through which light is irradiated to the fluid, and a cooling flow path that passes the fluid that cools the light source portion. A fluid processing apparatus comprising:
請求項1に記載の流体処理装置。
The fluid processing apparatus is characterized in that at least a part of the fluid also passes through the cooling channel after all the fluid passes through the processing channel.
The fluid processing device according to claim 1.
請求項1に記載の流体処理装置。
The fluid processing apparatus is characterized in that after at least a part of the fluid passes through the cooling channel, all the fluid also passes through the processing channel.
The fluid processing device according to claim 1.
請求項1〜3のいずれかに記載の流体処理装置。
In the fluid processing apparatus, the light source unit is in thermal contact with a jig for fixing the processing flow path.
The fluid processing apparatus according to any one of claims 1 to 3.
請求項1〜4のいずれかに記載の流体処理装置。
In the fluid processing apparatus, a heat dissipation member thermally connected to the light source unit is in thermal contact with a jig for fixing the processing flow path.
The fluid processing apparatus according to any one of claims 1 to 4.
請求項1〜5のいずれかに記載の流体処理装置。
The fluid processing apparatus includes a heat dissipation member thermally connected to the light source unit, a part of the heat dissipation member is embedded in the processing flow path, and a fluid is in thermal contact with the heat dissipation member. Characterized by being a structure,
The fluid processing apparatus according to any one of claims 1 to 5.
請求項1〜6のいずれかに記載の流体処理装置。
In the fluid processing apparatus, at least a part of an outer periphery of the processing flow path is characterized by including a reflecting member that reflects light emitted by the light source.
The fluid processing apparatus according to any one of claims 1 to 6.
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JP6903551B2 (en) | 2021-07-14 |
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