JP2022068062A

JP2022068062A - 流水殺菌装置

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Publication number: JP2022068062A
Application number: JP2020177008A
Authority: JP
Inventors: 篤黒川; Atsushi Kurokawa; 隆河合; Takashi Kawai; 幸治吉川; Koji Yoshikawa
Original assignee: Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Current assignee: Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2022-05-09
Anticipated expiration: 2040-10-21
Also published as: JP7091416B2

Abstract

【課題】殺菌力に強い波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線（ＵＶＣ）のみを発光しつつ、発光効率に優れた流水殺菌装置とする。【解決手段】殺菌対象となる水が流通される流路１００と、流路１００を流通する水に紫外線を照射する光源２１０を含む光源モジュール２００と、光源モジュール２００が組み込まれる有底の段付孔３１０及び組み込まれた光源モジュール２００の周囲を取り囲むような複数個の孔３２０が開設された孔開板３００とを備え、光源２１０は波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を発するＵＶＣ発光ダイオードであり、孔３２０は流路１００の終端の流出孔１３０と連通しており、かつ流路１００中の水の流れ方向に対してねじれており、流路１００から孔３２０に導かれた水は孔３２０を通過することで渦巻流となり、光源モジュール２００の裏面が接している段付孔３１０の底面３３０に接触して導出されるようになっている。【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線を照射して水を殺菌する流水殺菌装置に関する。

従来、紫外線を照射して水を殺菌する流水殺菌装置が知られている。
紫外線のうち、波長が２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下のＵＶＣは特に殺菌力が強いため、流水殺菌装置には適したものとなっている。
流水殺菌装置としては、特開２０１９－０３４２９７号公報に記載されたように、紫外線を照射する光源に発光ダイオードを用いたものがある。この流水殺菌装置で使用される紫外線は、波長２５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の紫外線が、かつ照射する光に波長２００ｎｍ以下の光を含まないものである。

特開２０１９－０３４２９７号公報

ＵＶＣを発する発光ダイオードは発光効率が低く、投入電力の大部分が熱に変換され、その熱によって発光ダイオードの発光効率がさらに低下してしまうという問題があった。特許文献１記載の流水殺菌装置は、発光効率を勘案して最も殺菌力が強いＵＶＣを含むが、波長２８０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の紫外線（ＵＶＢ、ＵＶＡ）をも含む紫外線を使用しているものと思われる。

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたもので、殺菌力に優れた波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線（ＵＶＣ）のみを発光しつつ、発光効率に優れた流水殺菌装置を提供することを目的としている。

本発明に係る流水殺菌装置は、殺菌対象となる水が流通される流路と、この流路を流通する水に紫外線を照射する光源を含む光源モジュールと、この光源モジュールが組み込まれる有底の段付孔及び組み込まれた光源モジュールの周囲を取り囲むような複数個の孔が開設された孔開板とを備えており、前記光源は波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を発するＵＶＣ発光ダイオードであり、前記孔は前記流路の終端の流出孔と連通しており、かつ流路中の水の流れ方向に対してねじれており、前記流路から前記孔に導かれた水は前記孔を通過することで渦巻流となり、光源モジュールの裏面が接している段付孔の底面に接触して導出されるようになっている。

本発明の他の実施の形態に係る流水殺菌装置は、殺菌対象となる水が流通される流路と、この流路を流通する水に紫外線を照射する光源を含む光源モジュールと、この光源モジュールが組み込まれる有底の段付孔及び組み込まれた光源モジュールの周囲を取り囲むような複数個の孔が開設された孔開板とを備えており、前記光源は波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を発するＵＶＣ発光ダイオードであり、前記光源モジュールの裏面が接している段付孔の底面の裏面側には放熱フィンが形成されており、前記孔は前記流路の終端の流出孔と連通しており、前記流路から前記孔に導かれた水は前記孔を通過して段付孔の底面の裏面側及び放熱フィンに接触して導出されるようになっている。

本発明のさらに他の実施の形態に係る流水殺菌装置は、殺菌対象となる水が流通される流路と、この流路を流通する水に紫外線を照射する光源を含む光源モジュールと、この光源モジュールが組み込まれる有底の段付孔及び組み込まれた光源モジュールの周囲を取り囲むような複数個の孔が開設された孔開板とを備えており、前記光源は波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を発するＵＶＣ発光ダイオードであり、前記光源モジュールの裏面が接している段付孔の底面の裏面側には放熱フィンが形成されており、前記孔は前記流路の終端の流出孔と連通しており、かつ流路中の水の流れ方向に対してねじれており、前記流路から前記孔に導かれた水は前記孔を通過して段付孔の底面の裏面側及び放熱フィンに接触して導出されるようになっている。

また、本発明のさらなる他の実施の形態に係る流水殺菌装置は、殺菌対象となる水が流通される流路と、この流路を流通する水に紫外線を照射する光源を含む光源モジュールと、この光源モジュールが組み込まれる有底の段付孔及び組み込まれた光源モジュールの周囲を取り囲むような複数個の孔が開設された孔開板とを備えており、前記光源は波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を発するＵＶＣ発光ダイオードであり、前記孔は前記流路の終端の流出孔と連通しており、前記流路から前記孔に導かれた水は前記孔を通過して段付孔の底面の裏面側に接触して導出されるようになっている。

本発明に係る流水殺菌装置は、波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線（ＵＶＣ）のみを発光する発光ダイオードを光源としているので、殺菌力に優れている。
また、この波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線（ＵＶＣ）のみを発光する発光ダイオードは発光効率が低く、投入電力の大部分が熱に変換され、その熱によって光源である発光ダイオードの発光効率がさらに低下してしまうという問題を、殺菌された水を渦巻流として冷却に使用するため、発光効率を高めることができた。
また、他の流水殺菌装置では、放熱フィンを設けることで光源である発光ダイオードの冷却効率を高め、発光効率を高めることができた。
さらに、渦巻流と放熱フィンとを併用する流水殺菌装置では、より高い冷却効率を得ることができ、発光効率も高めることができた。

本発明の実施の形態に係る水流殺菌装置の概略的断面図である。本発明の実施の形態に係る流水殺菌装置を構成する孔開板の概略的正面図である。本発明の実施の形態に係る流水殺菌装置を構成する孔開板の図面であって、同図（Ａ）は正面からの概略的斜視図、同図（Ｂ）は裏面側からの概略的斜視図である。本発明の他の形態に係る水流殺菌装置の概略的断面図である。本発明の実施の形態に係る流水殺菌装置を構成する孔開板の放熱フィンの一例を示す概略的斜視図である。本発明の実施の形態に係る流水殺菌装置を構成する孔開板の放熱フィンの一例を示す概略的斜視図である。

本発明の実施の形態に係る流水殺菌装置１０００は、殺菌対象となる水が流通される流路１００と、この流路１００を流通する水に紫外線を照射する光源２１０を含む光源モジュール２００と、この光源モジュール２００が組み込まれる有底の段付孔３１０及び組み込まれた光源モジュール２００の周囲を取り囲むような複数個の孔３２０が開設された孔開板３００とを備えており、前記光源２１０は波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を発するＵＶＣ発光ダイオードであり、前記孔３２０は前記流路１００の終端の流出孔１３０と連通しており、かつ流路１００中の水の流れ方向に対してねじれており、前記流路１００から前記孔３２０に導かれた水は前記孔３２０を通過することで渦巻流となり、光源モジュール２００の裏面が接している段付孔３１０の底面３３０に接触して導出されるようになっている。

この流水殺菌装置１０００を構成する流路１００は、始端と終端にフランジ１１０、１２０がそれぞれ設けられた直管型に形成されている。この流路１００の終端は、フランジ１２０よりも後側に突出しており、この突出した部分の側面に複数個の流出孔１３０が等間隔で形成されている。
なお、流路１００の終端の突出部分の突出量は、後述する孔開板３００の最も大きな孔３１３の深さ寸法と同等に設定されている。
また、この流路１００は、フッ素樹脂で成形されている。

かかる流路１００の始端には、殺菌対象となる水を流路１００に導く導入管５００が接続されている。この導入管５００と流路１００との間には、流路１００内を流れる水を整流するための整流板７００が介在されている。
この導入管５００と整流板７００とは、ステンレススチール（ＳＵＳ３０４）製である。

前記光源モジュール２００は、前記流路１００の終端側に位置するものであって、波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を発するＵＶＣ発光ダイオードである光源２１０と、この光源２１０が実装される実装基板２２０とを有している。

この光源モジュール２００が取り付けられる孔開板３００は、前記流路１００の終端側のフランジ１２０とほぼ同じ径を有する円板型であり、中央部分に有底の３段の段付孔３１０が開設されている。この段付孔３１０の最も小さな孔３１１は取り付けられる流路１００からみて最も遠い位置にあり、最も大きな孔３１３は流路１００からみて最も近い位置にある。
この孔開板３００は、ステンレススチール（ＳＵＳ３０４）製である。

最も小さな孔３１１は、前記光源モジュール２００が組み込まれる部分である。この最も小さな孔３１１は、流路１００に向かっては開放されているが、その反対側は閉塞されて底面３３０となっている（図３（Ａ）参照）。従って、段付孔３１０は有底孔となっている。
また、最も大きな孔３１３は、前記流路１００の終端が組み込まれる部分である。しかしながら、最も大きな孔３１３の内径は、流路１００の終端の外径より大きく設定されている。従って、孔開板３００の段付孔３１０に流路１００の終端を組み込むと、孔開板３００の最も大きな孔３１３と、流路１００の終端との間には隙間３４０が形成されることになる。

一方、前記孔開板３００の最も大きな孔３１３と最も小さな孔３１１との間の中間の孔３１２は、ガラス窓４００が嵌め込まれる部分である。このガラス窓４００は、前記光源２１０の前面側（紫外線が発される側）に位置することになり、流路１００を流通する水に対して光源モジュール２００からの紫外線を透過させることになる。従って、このガラス窓は光源２１０から発せられる波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を透過させることができるものとなっている。
また、このガラス窓４００は、光源モジュール２００に流路１００を流通する水が浸入しないようにする役目をも有している。
このガラス窓４００は石英ガラス製であり、その周縁にはフッ素ゴム製のパッキンが設けられている。

さらに、この孔開板３００の前記段付孔３１０の周囲には、複数個の孔３２０が円形に等間隔で開設されている。
この孔３２０は、図１、図２、図３に示すように、複数個の孔３２０が並ぶ円に沿って斜めに開設されている。すなわち、この孔３２０は、流路１００中の水の流れ方向に対してねじれていることになる。このため、この複数個の孔３２０に導かれた水はこの孔３２０を通過することで全体として渦巻流となる。なお、特に図２においては、孔３２０が斜めに開設されていることを示すために、正面から裏面に向かう孔３２０を破線で示している。
さらに、この孔３２０は、孔開板３００を流路１００に取り付けると、前記隙間３４０に開口することになる。このため、この孔３２０は前記流路１００の終端の流出孔１３０と連通することになる。

前記孔開板３００は、段付孔の最も小さな孔３１１に光源モジュール２００が組み込まれる。さらに、光源モジュール２００を覆うように中間の孔３１２にはガラス窓４００が水密に組み込まれる。光源モジュール２００の光源２１０は、図示しない電源ラインによって外部電源と接続されている。
なお、最も小さな孔３１１とガラス窓４００とで囲まれた空間は、ガラス窓４００によって密閉されていることになる。
さらに、ガラス窓４００を押さえ込むようにして流路１００が孔開板３００に組み込まれる。流路１００の終端の流出孔１３０は、流路１００と孔開板３００の段付孔３１０の最も大きな孔３１３との間の隙間３４０に開口することになる。

孔開板３００の下流側、すなわち裏面側には導出管６００が接続される。この導出管６００は、孔開板３００の裏面側に接続されることで、孔開板３００の裏面側との間に空間６１０を形成する。この空間６１０には、孔開板３００の孔３２０の終端が開口している。従って、前記孔３２０から排出された水は空間６１０を通過して導出管６００の導出口６２０から外部に導出されることになる。
この導出管６００は、ステンレススチール（ＳＵＳ３０４）製である。

このように構成された水流殺菌装置１０００においては、水が導入管５００から流路１００に導入された水は、流路１００の終端側に位置する光源モジュール２００の光源２１０から発せられる波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線によって効率的に殺菌される。

殺菌された水は、流路１００の流出孔１３０→隙間３４０→孔３２０の順に通過して、光源モジュール２００の裏面側に位置する空間６１０まで導かれる。
前記孔３２０を通過して前記空間６１０に導かれた水は、孔３２０が流路１００中の水の流れ方向に対してねじれているため、この孔３２０を通過することで全体として渦巻流となる。渦巻流となった水は、前記空間６１０内においてねじれた流れとなり、孔開板３００の最も小さな孔３１１に組み込まれた光源モジュール２００の裏面が接している段付孔３１０の底面３３０に接触して排出されることになる。
渦巻状となった水は、滞留時間は渦巻流でない水と同様であるが、排水までの流路が長くなるので流速が上がる。このため、渦巻状となった水による冷却効果が向上するのである。

光源モジュール２００の光源２１０から発せられた熱は、実装基板２２０を介して孔開板３００の段付孔３１０の底面３３０に伝わる。段付孔３１０の底面３３０に接する渦巻流となった水はより流速が上がるので、熱が伝わった前記底面３３０はより効率的に冷却されることになり、光源２１０がより効率的に冷却されることになる。

上述した実施の形態に係る水流殺菌装置１０００は、光源モジュール２００の光源２１０の冷却は、孔開板３００に開設された複数個の孔３２０によって渦巻流となった水によって行われた。
他の実施の形態に係る水流殺菌装置２０００は、渦巻流になった水ではなく、放熱フィン３６０に水を当てることで冷却を行うようになっている。

この他の実施の形態に係る水流殺菌装置２０００は、殺菌対象となる水が流通される流路１００と、この流路１００を流通する水に紫外線を照射する光源２１０を含む光源モジュール２００と、この光源モジュール２００が組み込まれる有底の段付孔３１０及び組み込まれた光源モジュール２００の周囲を取り囲むような複数個の孔３２０が開設された孔開板３００とを備えている点は、上述した流水殺菌装置１０００と同一である。

また、光源２１０が波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を発するＵＶＣ発光ダイオードである点、前記孔３２０は前記流路１００の終端の流出孔１３０と連通しており、前記流路１００から前記流出孔１３０に導かれた水は前記孔３２０を通過して段付孔３１０の底面３３０の裏面側へと導かれる点も上述した流水殺菌装置１０００と同一である。

また、流路１００の始端に殺菌対象となる水を流路１００に導く導入管５００が接続されている点、この導入管５００と流路１００との間に流路１００内を流れる水を整流するための整流板７００が介在される点も上述した流水殺菌装置１０００と同一である。

さらに、孔開板３００の下流側に導出管６００が接続される点、この導出管６００は、孔開板３００の裏面側に接続されることで、孔開板３００の裏面側との間に空間６１０を形成する点、この空間６１０には孔開板３００の孔３２０の終端が開口している点も上述した流水殺菌装置１０００と同一である。
従って、前記孔３２０から排出された水は空間６１０を通過して導出管６００の導出口６２０から外部に導出される点も上述した流水殺菌装置１０００と同一である。

この流水殺菌装置２０００が、上述の流水殺菌装置１０００と異なる点は、孔開板３００に開設された複数個の孔３２０が渦巻流を形成するものでない点、段付孔３１０の底面３３０の裏面側に放熱フィン３６０が形成されている点である。

この流水殺菌装置２０００における複数個の孔３２０は、自身が並ぶ円に沿って真っ直ぐに開設されている。すなわち、この孔３２０は、流路１００中の水の流れ方向に対してねじれておらず、真っ直ぐになっている。このため、流水殺菌装置１０００のように孔３２０を通過した水は渦巻流を形成しない。

しかしながら、渦巻流を形成せずとも、上述した放熱フィン３６０が段付孔３１０の底面３３０の裏面側に形成されているため、空間６１０に導かれた水に対する段付孔３１０の底面３３０の接触面積が増加していることになる。このため、放熱フィン３６０がないものと比較して、光源２１０のより効率的な冷却が可能になる。

なお、放熱フィン３６０は、図５に示すように複数枚のリブを並列に並べたストレートフィン、図６に示すように複数本のピンを林立させたピンフィン等があるが、本発明はその形状を特定するものではなく、放熱に優れた放熱フィンであればいずれの形状であってもよいことはいうまでもない。

上述した流水殺菌装置１０００は渦巻流の水、流水殺菌装置２００は放熱フィン３６０を使うことでそれぞれ光源２１０の冷却効率を向上させ、発光効率を向上させて殺菌能力を向上させていた。
よって、本発明のさらに他の実施の形態に係る流水殺菌装置のように、渦巻流の水と放熱フィンとを併用することで、より光源２１０の冷却効率の向上、発光効率の向上、それによるより高い殺菌能力の向上を図ることも可能である。

また、渦巻流の水、放熱フィン３６０を使わずとも、孔開板３００の複数個の孔３２０からの水を段付孔３１０の底面３３０に接触させるように流すことで、光源２１０の冷却効率を向上させて殺菌能力を向上させることも可能である。

なお、上述した流水殺菌装置１０００等では、光源モジュール２００は、ＵＶＣ発光ダイオードである光源２１０と、この光源２１０が実装される実装基板２２０とから構成され、光源１０とガラス窓４００との間は空間であると説明したが、この空間部分を放熱性に優れた樹脂モールドを充填することも可能である。
前記空間を樹脂モールドで充填することにより、光源２１０のより高い水密性を確保することができるので、ガラス窓４００における水密性はそれほど高いものでなくてもよくなるというメリットもある。

１００流路
１３０流出孔
２００光源モジュール
２１０光源
３００孔開板
３１０段付孔
３２０孔
３３０底面

本発明の他のの形態に係る流水殺菌装置は、殺菌対象となる水が流通される流路と、この流路を流通する水に紫外線を照射する光源を含む光源モジュールと、この光源モジュールが組み込まれる有底の段付孔及び組み込まれた光源モジュールの周囲を取り囲むような複数個の孔が開設された孔開板とを備えており、前記光源は波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を発するＵＶＣ発光ダイオードであり、前記光源モジュールの裏面が接している段付孔の底面の裏面側には放熱フィンが形成されており、前記孔は前記流路の終端の流出孔と連通しており、かつ流路中の水の流れ方向に対してねじれており、前記流路から前記孔に導かされた水は前記孔を通過することで渦巻流となり、光源モジュールの裏面が接している段付孔の底面及び放熱フィンに接触して導出されるようになっている。

本発明に係る流水殺菌装置は、波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線（ＵＶＣ）のみを発光する発光ダイオードを光源としているので、殺菌力に優れている。
また、この波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線（ＵＶＣ）のみを発光する発光ダイオードは発光効率が低く、投入電流の大部分が熱に変換され、その熱によって光源である発光ダイオードの発光効率がさらに低下してしまうという問題を、殺菌された水を渦巻流として冷却に使用するため、発光効率を高めることができた。
また、渦巻流と放熱フィンとを併用する流水殺菌装置では、より高い冷却効率を得ることができ、発光効率も高めることができた。

Claims

殺菌対象となる水が流通される流路と、この流路を流通する水に紫外線を照射する光源を含む光源モジュールと、この光源モジュールが組み込まれる有底の段付孔及び組み込まれた光源モジュールの周囲を取り囲むような複数個の孔が開設された孔開板とを具備しており、前記光源は波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を発するＵＶＣ発光ダイオードであり、前記孔は前記流路の終端の流出孔と連通しており、かつ流路中の水の流れ方向に対してねじれており、前記流路から前記孔に導かれた水は前記孔を通過することで渦巻流となり、光源モジュールの裏面が接している段付孔の底面に接触して導出されることを特徴とする流水殺菌装置。
殺菌対象となる水が流通される流路と、この流路を流通する水に紫外線を照射する光源を含む光源モジュールと、この光源モジュールが組み込まれる有底の段付孔及び組み込まれた光源モジュールの周囲を取り囲むような複数個の孔が開設された孔開板とを具備しており、前記光源は波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を発するＵＶＣ発光ダイオードであり、前記光源モジュールの裏面が接している段付孔の底面の裏面側には放熱フィンが形成されており、前記孔は前記流路の終端の流出孔と連通しており、前記流路から前記孔に導かれた水は前記孔を通過して段付孔の底面の裏面側及び放熱フィンに接触して導出されることを特徴とする流水殺菌装置。
殺菌対象となる水が流通される流路と、この流路を流通する水に紫外線を照射する光源を含む光源モジュールと、この光源モジュールが組み込まれる有底の段付孔及び組み込まれた光源モジュールの周囲を取り囲むような複数個の孔が開設された孔開板とを具備しており、前記光源は波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を発するＵＶＣ発光ダイオードであり、前記光源モジュールの裏面が接している段付孔の底面の裏面側には放熱フィンが形成されており、前記孔は前記流路の終端の流出孔と連通しており、かつ流路中の水の流れ方向に対してねじれており、前記流路から前記孔に導かれた水は前記孔を通過して段付孔の底面の裏面側及び放熱フィンに接触して導出されることを特徴とする流水殺菌装置。
殺菌対象となる水が流通される流路と、この流路を流通する水に紫外線を照射する光源を含む光源モジュールと、この光源モジュールが組み込まれる有底の段付孔及び組み込まれた光源モジュールの周囲を取り囲むような複数個の孔が開設された孔開板とを具備しており、前記光源は波長２００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外線を発するＵＶＣ発光ダイオードであり、前記孔は前記流路の終端の流出孔と連通しており、前記流路から前記孔に導かれた水は前記孔を通過して段付孔の底面の裏面側に接触して導出されることを特徴とする流水殺菌装置。