JP2019154885A - 流体殺菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】殺菌性能を確保しつつ小型化する。【解決手段】実施形態の流体殺菌装置は、管状部材と、基体と、光源とを具備する。管状部材は、両端が開口し、内部に流体を流す。基体は、管状部材を収容する収容部と、収容部の一端と連通する第１貫通口とを有する。光源は、収容部の他端に対向して配置され、収容部に紫外線を照射する。流体殺菌装置は、管状部材の長さ方向に、管状部材を挟んで反対の方向に流体が流動する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、流体殺菌装置に関する。

光源の発光素子が発する紫外線を、例えば、水、気体等の流体が流れる流路に向けて照射することで、流体を殺菌する流体殺菌装置が知られている。この種の流体殺菌装置では、光源として、紫外線を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）が実装された基板を有するものがある。

特開２０１７−０６０６６８号公報

流路を流れる流体に対してＬＥＤが発する紫外線を照射して流体を殺菌する場合、より一層高い殺菌効果を得るために、紫外線が照射される領域の流路を長くしたり、ＬＥＤの実装数を増やしたりすることが想定されるが、流体殺菌装置の大型化が懸念される。

そこで、本発明は、殺菌性能を確保しつつ小型化することができる流体殺菌装置を提供することを目的とする。

実施形態の流体殺菌装置は、管状部材と、基体と、光源とを具備する。管状部材は、両端が開口し、内部に流体を流す。基体は、管状部材を収容する収容部と、収容部の一端と連通する第１貫通口とを有する。光源は、収容部の他端に対向して配置され、収容部に紫外線を照射する。流体殺菌装置は、管状部材の長さ方向に、管状部材を挟んで反対の方向に流体が流動する。

本発明によれば、殺菌性能を確保しつつ小型化することができる。

第１の実施形態に係る流体殺菌装置の適用例を示す模式図である。 第１の実施形態に係る流体殺菌装置を示す断面図である。 第１の実施形態に係る流体殺菌装置を示す図２のＡ−Ａ断面図である。 第１の実施形態に係る流体殺菌装置において光源から出射された紫外線の経路を模式的に示す断面図である。 第２の実施形態に係る流体殺菌装置を示す断面図である。 第３の実施形態に係る流体殺菌装置を示す断面図である。 第４の実施形態に係る流体殺菌装置を示す断面図である。 第４の実施形態の変形例に係る流体殺菌装置を示す断面図である。

以下に説明する実施形態に係る流体殺菌装置は、管状部材と、基体と、光源とを具備する。管状部材は、両端が開口し、内部に流体を流す。基体は、管状部材を収容する収容部と、収容部の一端と連通する第１貫通口とを有する。光源は、収容部の他端に対向して配置され、収容部に紫外線を照射する。流体殺菌装置は、管状部材の長さ方向に、管状部材を挟んで反対の方向に流体が流動する。

また、以下に示す実施形態に係る基体は、管状部材の長さ方向と交差する方向に延び、収容部の一端側における側面と連通する第２貫通口をさらに具備する。第２貫通口は、流路部材が挿入される。

また、以下に説明する実施形態に係る収容部は、管状部材の外寸よりも大きい内寸を有する周壁を有し、流体は、管状部材の内側の第１流路と、管状部材の外面と周壁との間の第２流路とを流動する。

また、以下に説明する実施形態に係る流体殺菌装置は、光源と管状部材の一端との間に設けられ、第１流路と第２流路とを接続する接続流路をさらに具備する。

以下、実施形態に係る流体殺菌装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態は、一例を示すものであって、発明を限定するものではない。また、以下に示す各実施形態は、矛盾しない範囲で適宜組合せることができる。また、各実施形態の説明において、同一構成には同一符号を付与して後出の説明を適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る流体殺菌装置の適用例を示す模式図である。図２は、第１の実施形態に係る流体殺菌装置を示す断面図である。図３は、図２と別の断面で示す断面図である。図４は、第１の実施形態に係る流体殺菌装置において光源から出射された紫外線の経路を模式的に示す断面図である。

なお、説明を分かりやすくするために、図２には、鉛直上向きを正方向とし、鉛直下向きを負方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、後出の説明に用いる他の図面でも示している。

（流体殺菌装置の構成）
図１に示すように、第１の実施形態の流体殺菌装置１は、流体を供給する給水タンク１６に連結されると共に、紫外線が照射された流体を回収する回収タンク１７に連結されている。図１及び図２に示すように、流体殺菌装置１は、上流側が、上流側流路部材１８を介して給水タンク１６に連結されている。上流側流路部材１８には、給水タンク１６から流体殺菌装置１へ流体を送るポンプ２１が設けられている。また、流体殺菌装置１は、下流側が、下流側流路部材１９を介して回収タンク１７に連結されている。下流側流路部材１９には、流体殺菌装置１から回収タンク１７へ送る流体の流量を調整する流量調整機構２２が設けられている。

流体殺菌装置１は、例えば、飲料水供給装置において、給水タンク１６内の水を殺菌処理するために用いられる。本実施形態では、流体として、例えば、上水等の液体に適用されるが、気体に適用されてもよい。

図２に示すように、流体殺菌装置１は、基体３と、管状部材２と、光源６と、基板７と、カバー部材８と、支持部２０とを備える。

基体３は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であり、紫外線を反射する。基体３は、外形が略円柱状であり、収容部４と、第１貫通口５と、第２貫通口１０とを有する。収容部４は、外周をＹ軸方向に沿うように延びる周壁９で囲まれた円柱状の空間であり、収容部４は、一端４ａが第１貫通口５と連通し、他端４ｂがカバー部材８に面している。また、収容部４は、内部に管状部材２が収容される。

第１貫通口５は、Ｙ軸方向に沿うように基体３のＹ軸正方向側の端部まで延びる開口であり、収容部４の一端４ａと連通する。第２貫通口１０は、管状部材２の長さ方向、すなわちＹ軸方向と交差するＺ軸方向に延び、収容部４の一端４ａ側における側面と連通する。すなわち、第１貫通口５および第２貫通口１０は、収容部４を介して連通している。第１貫通口５は、接続部１５を介して上流側流路部材１８に接続されている。また、第２貫通口１０には、下流側流路部材１９が取り付けられている。すなわち、流体殺菌装置１は、第１貫通口５から供給された流体を第２貫通口１０から排出する構成を有している。

ここで、第２貫通口１０と下流側流路部材１９との接続様式について説明する。図２に示すように、流体殺菌装置１は、基体３に設けられた第２貫通口１０に、下流側流路部材１９が挿入されるように取り付けられている。このような構成とすることで、基体３と下流側流路部材１９との接続を任意の形態とすることが可能となる。例えば、第２貫通口１０と下流側流路部材１９とのそれぞれにねじ山を設けることで、第２貫通口１０と下流側流路部材１９とがねじ山同士の嵌合により接続をより強固とすることができる。このような形態は、例えば、流体殺菌装置１の基体３にかかる圧力が高いとき、すなわち、流体殺菌装置１を流通する流体の流速が速いときに有効である。なお、第２貫通口１０と下流側流路部材１９との接続様式は特に限定されない。例えば、第２貫通口１０と下流側流路部材１９との間に介在する不図示のジョイントで接続されてもよい。

管状部材２は、例えば、石英管であり、紫外線を透過する。管状部材２は、両端が開口した円筒状の部材である。管状部材２は、収容部４の周壁９と一定の間隔となるようにＹ軸方向に沿って配置されており、図３に示すように管状部材２および周壁９は、断面視で同心円状に設けられている。また、管状部材２は、Ｙ軸負方向側の一端２ａが所定の間隔でカバー部材８と対向するように配置され、他端は接続部１５を介して上流側流路部材１８に連通している。接続部１５は、例えば上流側流路部材１８を基体３に接続するための継手部材である。なお、接続部１５は、管状部材２と一体であってもよく、基体３または上流側流路部材１８と一体であってもよい。

光源６は、紫外線を発する発光素子であり、基板７上に実装される。光源６は、例えばＬＥＤである。光源６は、図示しない電源から電力が供給され、発光する。光源６は、収容部４の他端４ｂに対向して配置され、収容部４に紫外線を照射する。また、光源６としては、寿命と出力とを勘案して波長２８０ｎｍ近辺にピーク波長を有するものが好ましいが、例えば２６０ｎｍ〜２９０ｎｍといった殺菌作用を奏する波長帯域であればよく、紫外線の波長を限定するものではない。すなわち、光源６は、ＬＥＤに限らず、レーザダイオード（ＬＤ）等の所定の波長帯域の紫外線を発する他の半導体素子であってもよい。

基板７は、金属材料を母材として形成されている。基板７上には、図示しないが、絶縁層を介して所望の導電パターン（配線パターン）が形成されており、導電パターン上に光源６が設けられている。なお、基板７の母材は、金属材料に限らず、例えばアルミナ等のセラミックスが用いられてもよい。基板７は、支持部２０に固定されて支持される。

カバー部材８は、例えば、石英ガラスによって形成された紫外線透過部材であり、光源６および基板７を覆って配置されている。カバー部材８は、支持部２０に固定されており、支持部２０との間に囲まれた空間の内部が気密に閉じられている。カバー部材８は、光源６が発した紫外線を透過し、収容部４内を流れる流体に対して紫外線が照射される。カバー部材８は、収容部４の他端４ｂに面しており、管状部材２の一端２ａとの間に後述する第１流路１１および第２流路１２を接続する接続流路としての第３流路１３が形成される。なお、カバー部材８は、深紫外領域の光に対する透過性を有し、劣化が少ないものであれば特に限定されるものではなく、例えば紫外線透過性を有するフッ素樹脂であってもよい。

（流体殺菌装置の流路構成）
図２に示すように、上流側流路部材１８から第１貫通口５を介して流体殺菌装置１に供給された流体は、第１流路１１としての管状部材２の内側に供給され、第３流路１３で折り返されて第２流路１２としての管状部材２の外側、具体的には管状部材２の外面１４と周壁９との間に送られ、第２貫通口１０から下流側流路部材１９に排出される。すなわち、第１流路１１および第２流路１２は、Ｙ軸方向に沿うように管状部材２を挟んで互いに反対の方向に流体が流動するように形成されており、流体殺菌装置１に送られた流体は、収容部４内をＹ軸方向に往復するように流動する。

（光源から出射された紫外線の経路）
図４に示すように、光源６から収容部４の周壁９に向けて出射された紫外線は、実線Ｒ１で図示したような経路を進み、照射された流体を殺菌する。周壁９に向けて出射された紫外線は、管状部材２の外側に向けて反射されるが、管状部材２は紫外線を透過するため、反対側の周壁９まで到達して反射され、以後、管状部材２の透過と周壁９での反射が繰り返される。また、光源６から管状部材２の内側に向けて出射された紫外線は、破線Ｒ２で図示したような経路を進み、照射された流体を殺菌する。内側から管状部材２を透過した紫外線は、周壁９で反射され、管状部材２の透過と周壁９での反射が繰り返される。なお、図４および以後の説明では、周壁９および管状部材２等による紫外線の屈折は考慮しないものとする。

このように、第１の実施形態に係る流体殺菌装置１は、光源６から収容部４に向けて出射される紫外線により、収容部４内を往復するように流動する流体を継続的に照射する。このため、殺菌性能を確保しつつ小型化することができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る流体殺菌装置を示す断面図である。図５（ａ）は、紫外線の経路を模式的に示す断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

図５に示す流体殺菌装置１は、周壁９の内面９ａを覆う第１反射部材２５をさらに有する点が第１の実施形態に係る流体殺菌装置１とは異なる。第１反射部材２５は、周壁９の基材よりも紫外線反射性が高い材料、例えばアルミニウムであり、蒸着などにより周壁９の内面９ａに付着させることができる。なお、流路構成については、第１の実施形態に係る流体殺菌装置１と概ね同じである。このため、本実施形態および後述する各実施形態では、流路構成に関する詳細な説明は省略する。

図５（ａ）に示すように、光源６から第１反射部材２５に向けて出射された紫外線は、実線Ｒ１で図示したような経路を進み、照射された流体を殺菌する。第１反射部材２５に向けて出射された紫外線は、管状部材２の外側に向けて反射されるが、管状部材２は紫外線を透過するため、反対側の第１反射部材２５まで到達し、以後、管状部材２の透過と第１反射部材２５での反射が繰り返される。また、光源６から管状部材２の内側に向けて出射された紫外線は、破線Ｒ２で図示したような経路を進み、照射された流体を殺菌する。内側から管状部材２を透過した紫外線は、第１反射部材２５で反射され、管状部材２の透過と第１反射部材２５での反射が繰り返される。

このように、第２の実施形態に係る流体殺菌装置１は、光源６から収容部４に向けて出射される紫外線により、収容部４内を往復するように流動する流体を継続的に照射する。このため、殺菌性能を確保しつつ小型化することができる。また、周壁９よりも紫外線反射性が高い第１反射部材２５を有すると、紫外線の強度が維持されたまま第１反射部材２５での反射が繰り返されるため、殺菌性能がさらに高まる。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る流体殺菌装置を示す断面図である。図６（ａ）は、紫外線の経路を模式的に示す断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

図６に示す流体殺菌装置１は、管状部材２に代えて管状部材３２を有する点が第１の実施形態に係る流体殺菌装置１とは異なる。管状部材３２は、紫外線反射性を有する材料、例えばＰＴＦＥで形成される。

図６（ａ）に示すように、光源６から周壁９に向けて出射された紫外線は、実線Ｒ１で図示したような経路を進み、照射された流体を殺菌する。周壁９に向けて出射された紫外線は、管状部材３２に向けて反射される。管状部材３２は紫外線を反射するため、管状部材３２で反射されて再度周壁９に到達し、以後、管状部材３２での反射と周壁９での反射が繰り返される。また、光源６から管状部材３２の内側に向けて出射された紫外線は、破線Ｒ２で図示したような経路を進み、照射された流体を殺菌する。管状部材３２の内側に出射された紫外線は、管状部材３２の内面での反射が繰り返される。

このように、第３の実施形態に係る流体殺菌装置１は、光源６から収容部４に向けて出射される紫外線により、収容部４内を往復するように流動する流体を継続的に照射する。このため、殺菌性能を確保しつつ小型化することができる。

（第４の実施形態）
図７は、第４の実施形態に係る流体殺菌装置を示す断面図である。図７（ａ）は、紫外線の経路を模式的に示す断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

図７に示す流体殺菌装置１は、周壁９の内面９ａを覆う第１反射部材２５をさらに有する点が第３の実施形態に係る流体殺菌装置１とは異なる。第１反射部材２５は、第２の実施形態で説明したものと同様のものを適用することができる。

図７（ａ）に示すように、光源６から第１反射部材２５に向けて出射された紫外線は、実線Ｒ１で図示したような経路を進み、照射された流体を殺菌する。第１反射部材２５に向けて出射された紫外線は、管状部材３２に向けて反射され、管状部材２で再度反射されて第１反射部材２５に到達し、以後、管状部材３２での反射と第１反射部材２５での反射が繰り返される。また、光源６から管状部材３２の内側に向けて出射された紫外線は、破線Ｒ２で図示したような経路を進み、照射された流体を殺菌する。管状部材３２の内側に出射された紫外線は、管状部材３２の内面での反射が繰り返される。

このように、第４の実施形態に係る流体殺菌装置１は、光源６から収容部４に向けて出射される紫外線により、収容部４内を往復するように流動する流体を継続的に照射する。このため、殺菌性能を確保しつつ小型化することができる。また、周壁９よりも紫外線反射性が高い第１反射部材２５を有すると、紫外線の強度が維持されたまま第１反射部材２５での反射が繰り返されるため、殺菌性能がさらに高まる。

（第４の実施形態の変形例）
図８は、第４の実施形態の変形例に係る流体殺菌装置を示す断面図である。図８（ａ）に示すように、紫外線反射性を有する管状部材３２に代えて、紫外線を透過する管状部材２の内面２４を第２反射部材２６で覆ったものを適用してもよい。また、図８（ｂ）に示すように、紫外線を透過する管状部材２の外面１４を第２反射部材２６で覆ったものを適用してもよい。

第２反射部材２６は、管状部材２よりも紫外線反射性が高い材料、例えばアルミニウムまたは膜状に付着させたシリカであり、蒸着などにより管状部材２の内面２４または外面１４に付着させることができる。

なお、上述した各実施形態では、基体３の外形が略円柱状として説明したが、これに限らず、例えば略直方体または略立方体であってもよい。

また、上述した各実施形態では、流体は第１貫通口５側から供給されて第２貫通口１０側から排出されるとして説明したが、これに限らず、第２貫通口１０側から供給されて第１貫通口５側から排出される構成としてもよい。すなわち、第１貫通口５が下流側流路部材１９に接続され、第２貫通口１０が上流側流路部材１８に接続されてもよい。

上述したように、実施形態に係る流体殺菌装置１は、管状部材２（３２）と、基体３と、光源６とを具備する。管状部材２（３２）は、両端が開口している。基体３は、管状部材２を収容する収容部４と、収容部４の一端４ａと連通する第１貫通口５とを有する。光源６は、収容部４の他端４ｂに対向して配置され、収容部４に紫外線を照射する。流体殺菌装置１は、管状部材２（３２）の長さ方向に、管状部材２（３２）を挟んで反対の方向に流体が流動する。これにより、実施形態に係る流体殺菌装置１によれば、殺菌性能を確保しつつ小型化することができる。

また、実施形態に係る流体殺菌装置１は、光源６と管状部材２（３２）の一端２ａとの間に設けられ、第１流路１１と第２流路１２とを接続する接続流路１３をさらに具備する。これにより、流体は光源６の近傍に設けられた接続流路１３を必ず通過することとなり、安定的に高い殺菌性能が得られる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 流体殺菌装置
２、３２ 管状部材
３ 基体
４ 収容部
５ 第１貫通口
６ 光源
９ 周壁
１０ 第２貫通口
２５ 第１反射部材
２６ 第２反射部材

Claims (4)

1. 両端が開口し、内部に流体を流すための管状部材と；
   前記管状部材を収容する収容部と、前記収容部の一端と連通する第１貫通口とを有する基体と；
   前記収容部の他端に対向して配置され、前記収容部に紫外線を照射する光源と；
   を具備し、
   前記管状部材の長さ方向に、前記管状部材の内側と外側とで反対の方向に前記流体が流動される、流体殺菌装置。
2. 前記基体は、前記管状部材の長さ方向と交差する方向に延び、前記収容部の前記一端側における側面と連通し、流路部材と接続するための第２貫通口；
   をさらに具備し、前記第２貫通口は、前記流路部材が挿入される、請求項１に記載の流体殺菌装置。
3. 前記収容部は、前記管状部材の外寸よりも大きい内寸を有する周壁を有し、
   前記流体は、前記管状部材の内側の第１流路と、前記管状部材の外面と前記周壁との間の第２流路とを流動する、請求項１または２に記載の流体殺菌装置。
4. 前記光源と前記管状部材の一端との間に設けられ、前記第１流路と前記第２流路とを接続する接続流路；
   をさらに具備する、請求項３に記載の流体殺菌装置。

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