JP2023047421A - 流体殺菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線の透過率が低い流体に対する殺菌性能を向上させることができる流体殺菌装置を提供することである。【解決手段】実施形態に係る流体殺菌装置は、筒状を呈し、内部に流体が流れる空間を有する筒部と；前記筒部の側部に設けられた少なくとも１つの光源と；を具備している。前記筒部の側部には、前記流体が流れる空間に連通する孔と、前記孔を覆う窓と、が設けられている。前記光源は、基板と；前記基板の前記筒部側の面に設けられ、前記窓を介して、前記流体に紫外線を照射可能な少なくとも１つの発光素子と；を有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、流体殺菌装置に関する。

水などの流体に紫外線を照射して、流体を殺菌する流体殺菌装置がある。例えば、流体が流れる筒部と、筒部の端部に設けられ、紫外線を照射する発光ダイオードを有する光源と、を備えた流体殺菌装置が提案されている。この様な流体殺菌装置においては、光源の光軸に沿った方向が、殺菌を行う流体の流れ方向となる。また、筒部は、紫外線に対する反射率が高いPTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene）などから形成された円筒管となっている。

この様な構成を有する流体殺菌装置においては、筒部の内部における流体の流れを均一化し、且つ、筒部の内部に照射された紫外線を筒部の内壁で反射させている。そのため、紫外線が筒部の内部を流れる流体に満遍なく照射される。

ここで、殺菌を行う流体によっては、紫外線の透過率が低下する場合がある。例えば、殺菌を行う流体が海水や地下水などの場合には、砂、微生物の死骸、無機塩、有機物などの異物が含まれているので、紫外線の透過率が低下する。また、光路長が長くなるほど光量減衰が大きくなるが、紫外線の透過率が低下した場合には、光量減衰がさらに大きくなる。そのため、筒部の端部に光源を設けると、光源から離れた位置にある流体への紫外線の照射光量が不足して殺菌性能が低下するという課題がある。

またさらに、筒部の内壁に異物が付着すると、異物が付着した部分の反射率が低下して照射ムラが発生する場合がある。
また、流体の処理量を増加させるために発光ダイオードの数を増加させると、筒部の断面寸法（流路口径）が大きくなる。流路口径が大きくなると、流体の流れが乱れやすくなり、照射ムラが発生しやすくなる。
照射ムラが発生すると、紫外線の照射光量が不足する領域が生じるので、殺菌性能が低下するおそれがある。

そこで、紫外線の透過率が低い流体に対する殺菌性能を向上させることができる流体殺菌装置の開発が望まれていた。

特許第６５３０６８１号公報 特許第６６８１３１４号公報

本発明が解決しようとする課題は、紫外線の透過率が低い流体に対する殺菌性能を向上させることができる流体殺菌装置を提供することである。

実施形態に係る流体殺菌装置は、筒状を呈し、内部に流体が流れる空間を有する筒部と；前記筒部の側部に設けられた少なくとも１つの光源と；を具備している。前記筒部の側部には、前記流体が流れる空間に連通する孔と、前記孔を覆う窓と、が設けられている。前記光源は、基板と；前記基板の前記筒部側の面に設けられ、前記窓を介して、前記流体に紫外線を照射可能な少なくとも１つの発光素子と；を有する。

本発明の実施形態によれば、紫外線の透過率が低い流体に対する殺菌性能を向上させることができる流体殺菌装置を提供することができる。

本実施の形態に係る流体殺菌装置を例示するための模式斜視図である。 図１における流体殺菌装置のＡ－Ａ線断面図である。 図１における流体殺菌装置のＢ－Ｂ線断面図である。 図３における整流板のＥ部の模式拡大図である。 光源を例示するための模式断面図である。 光源を例示するための模式断面図である。 比較例に係る光源の取り付け部分を例示するための模式断面図である。 他の実施形態に係る流体殺菌装置を例示するための模式断面図である。 他の実施形態に係る流体殺菌装置を例示するための模式断面図である。 他の実施形態に係る流体殺菌装置を例示するための模式断面図である。 他の実施形態に係る流体殺菌装置を例示するための模式斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本実施の形態に係る流体殺菌装置１を例示するための模式斜視図である。
図２は、図１における流体殺菌装置１のＡ－Ａ線断面図である。
図３は、図１における流体殺菌装置１のＢ－Ｂ線断面図である。

図１に示すように、流体殺菌装置１は、例えば、筒部２、供給ヘッド３、排出ヘッド４、架台５、および光源６を有する。
図１～図３に示すように、筒部２は、筒状を呈し、内部に殺菌を行う流体３００が流れる空間を有する。筒部２の内部空間は、流体３００が流れる流路となるとともに、光源６から照射された紫外線により殺菌を行う処理空間となる。筒部２の両側の端部は開口している。筒部２の両側の端部のそれぞれには、枠状のフランジ２１を設けることができる。

筒部２は、例えば、角筒管とすることができる。この場合、図１に示すように、筒部２の中心軸２ｃに沿った方向から見て、筒部２の断面の輪郭が四角形であれば、筒部２の側部が面積の大きな平坦面となるので、光源６の取り付けが容易となる。また、互いに対向する側部に光源６を取り付けることができる。例えば、互いに対向する光源６から筒部２の内部に紫外線が照射されれば、流体３００への紫外線の照射光量を多くしたり、照射ムラを小さくしたりすることができる。そのため、殺菌性能を向上させたり、流体３００の処理量を増加させたりすることができる。

筒部２の内部には殺菌を行う流体３００が流れるので、筒部２の内壁に流体３００が接触する。また、筒部２の内部には光源６から紫外線が照射されるので、筒部２の内壁に紫外線が入射する。この場合、筒部２の内壁に入射した紫外線が、筒部２を透過せず、筒部２の内壁で反射されれば、紫外線の利用効率の向上、ひいては殺菌性能の向上を図ることができる。また、紫外線の利用効率を向上させることができれば、光源６に設けられる発光素子６１の数を少なくすることができる。発光素子６１の数が少なくなれば、光源６の小型化、低コスト化、省エネルギー化などを図ることができる。

そのため、筒部２は、殺菌を行う流体３００に対する耐性、紫外線に対する耐性、および紫外線に対する反射率が高い材料から形成することが好ましい。例えば、筒部２は、ステンレスやチタンなどの金属や、PTFEなどの樹脂から形成することができる。

また、殺菌を行う流体３００が海水、地下水、糖液などの場合がある。海水や地下水などには、砂、微生物の死骸、無機塩、有機物などの異物が含まれている。また、糖液などには、糖分や製造工程で生じる不純物等の異物が含まれている。流体３００は筒部２の内壁に接触するので、流体３００に異物が含まれていると、筒部２の内壁に異物が付着する場合がある。筒部２の内壁に異物が付着すると、紫外線に対する反射率が低下する。反射率が低下すると、流体３００に照射される反射光（紫外線）の照射光量が少なくなる。また、筒部２の内壁の一部に異物が付着すると、反射率が部分的に低下して照射ムラが生じ易くなる。紫外線の照射光量が少なくなったり、照射ムラが生じたりすれば、殺菌性能が低下するおそれがある。

この場合、流体殺菌装置１を分解して、筒部２の内壁に付着した異物を除去すると、手間と時間がかかり、また、流体殺菌装置１の可動率も低くなる。
本発明者らの得た知見によれば、筒部２の内壁の表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａを５０ｎｍ（ナノメートル）以下、好ましくは、３ｎｍ（ナノメートル）以上、５０ｎｍ（ナノメートル）以下にすれば、筒部２の内壁に異物が付着するのを抑制することができ、且つ、紫外線に対する反射率を向上させることができる。例えば、筒部２の内壁をバフ研磨することで、筒部２の内壁の表面粗さＲａを前記数値の範囲内にすることができる。

また、筒部２が、Ｎｉ（ニッケル）を８ｗｔ％以上含むステンレスから形成されていれば、紫外線に対する反射率と、海水などの腐食が生じ易い液体に対する耐性と、を向上させることができる。Ｎｉを８ｗｔ％以上含むステンレスは、例えば、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などである。

供給ヘッド３は、筒部２の一方の端部に設けられている。供給ヘッド３は、筒状を呈し、両側の端部が開口している。供給ヘッド３の内部空間は、筒部２の内部空間と繋がっている。供給ヘッド３の内部空間は、筒部２の内部空間に流体３００を供給する流路となる。

筒部２の中心軸２ｃに直交する方向における、供給ヘッド３の寸法は、筒部２側になるに従い漸増している。筒部２の中心軸２ｃに沿った方向から見た場合に、供給ヘッド３の筒部２側の端部の形状と寸法は、筒部２の端部の形状と寸法と同じとすることができる。例えば、筒部２が角筒の場合には、供給ヘッド３の外観形状は角錐台とすることができる。図１に示すように、筒部２が四角筒の場合には、供給ヘッド３の外観形状は四角錐台とすることができる。

供給ヘッド３の筒部２側の端部には、枠状のフランジ３１を設けることができる。供給ヘッド３のフランジ３１と、筒部２のフランジ２１は、ネジなどの締結部材を用いて接続することができる。また、供給ヘッド３のフランジ３１と、筒部２のフランジ２１との間には、シール部材を設けることができる。シール部材は、例えば、Ｏリングなどである。フランジ３１とフランジ２１との間にシール部材が設けられていれば、供給ヘッド３と筒部２との間を液密となるように封止することができる。

供給ヘッド３の筒部２側とは反対側の端部には、供給管３２を接続することができる。供給管３２には、例えば、フランジ３２ａなどの接続部材を設けることができる。例えば、フランジ３２ａには、配管を介して、流体３００の供給装置を接続することができる。流体３００の供給装置は、例えば、ポンプなどであってもよいし、工場配管などであってもよい。また、供給管３２には、開閉弁３２ｂを設けることもできる。開閉弁３２ｂが設けられていれば、例えば、メンテナンスの際に筒部２の内部にある流体３００を排出させることができる。筒部２の内部にある流体３００を排出させることができれば、メンテナンスの際に、供給ヘッド３、排出ヘッド４、および光源６の少なくともいずれかを筒部２から取り外したとしても、流体殺菌装置１の周辺に流体３００が漏れ出るのを抑制することができる。

供給ヘッド３の材料は、流体３００と紫外線に対する耐性があれば特に限定がない。ただし、供給ヘッド３の材料が、紫外線に対する反射率が高い材料であれば、供給ヘッド３の内壁に入射した紫外線を反射させて流体３００に照射することができる。そのため、紫外線の利用効率の向上、ひいては殺菌性能の向上を図ることができる。

供給ヘッド３の材料は、例えば、前述した筒部２の材料と同じとすることができる。流体３００が海水などの腐食が生じ易い液体の場合には、供給ヘッド３を、Ｎｉが８ｗｔ％以上含まれるステンレスから形成することが好ましい。この様にすれば、海水などの殺菌を行う場合であっても、供給ヘッド３に腐食が発生するのを抑制することができる。

また、供給ヘッド３の内壁の表面粗さＲａを５０ｎｍ（ナノメートル）以下、好ましくは、３ｎｍ（ナノメートル）以上、５０ｎｍ（ナノメートル）以下にすれば、供給ヘッド３の内壁に異物が付着するのを抑制することができる。

図２に示すように、供給ヘッド３の内部には、整流板３３および整流板３４を設けることができる。整流板３３および整流板３４は、筒部２の中心軸２ｃに沿った方向（流体３００の流れ方向）に並べて設けることができる。例えば、整流板３４は、整流板３３よりも筒部２側に設けられている。整流板３３および整流板３４は、板状を呈し、例えば、供給ヘッド３の材料と同じ材料から形成することができる。整流板３３および整流板３４の表面粗さＲａを５０ｎｍ（ナノメートル）以下、好ましくは、３ｎｍ（ナノメートル）以上、５０ｎｍ（ナノメートル）以下にすれば、整流板３３および整流板３４に異物が付着するのを抑制することができる。

図４は、図３における整流板３４のＥ部の模式拡大図である。
図４に示すように、整流板３４には、整流板３４を厚み方向に貫通する複数の孔３４ａを設けることができる。複数の孔３４ａは、例えば、複数の列、および複数の行に並べて設けることができる。複数の孔３４ａの数、配置、開口面積、形状、間隔（ピッチ寸法）は、筒部２の中心軸２ｃに直交する方向の断面積（流路面積）や処理流量などに応じて適宜変更することができる。ただし、複数の孔３４ａの総開口面積は、供給ヘッド３の、筒部２側とは反対側の端部の開口面積よりも大きくすることが好ましい。この様にすれば、流体３００が、複数の孔３４ａの内部を流れる際の圧力損出を抑制することができる。

整流板３３にも、整流板３３を厚み方向に貫通する複数の孔３３ａを設けることができる。複数の孔３３ａの配置、開口面積、形状、間隔（ピッチ寸法）は、前述した孔３４ａと同様とすることができる。そのため、筒部２の中心軸２ｃに沿った方向から見た場合に、複数の孔３３ａは、複数の孔３４ａと重なっている。この様にすれば、筒部２の内部において、流体３００の流れが層流となりやすくなる。また、流体３００が、複数の孔３３ａの内部および複数の孔３４ａの内部を流れる際の圧力損出を抑制することができる。なお、整流板３３の大きさは、整流板３４の大きさよりも小さくなる。そのため、複数の孔３３ａの数は、複数の孔３４ａの数よりも少なくなる。この場合、複数の孔３３ａの総開口面積は、供給ヘッド３の、筒部２側とは反対側の端部の開口面積よりも大きくすることが好ましい。この様にすれば、流体３００が、複数の孔３３ａの内部を流れる際の圧力損出を抑制することができる。

整流板３３および整流板３４が設けられていれば、筒部２の内部において、流体３００の流れが層流となりやすくなる。そのため、筒部２の内部に淀みが発生するのを抑制することができる。その結果、紫外線の照射ムラが生じるのを抑制することができるので、殺菌性能の向上を図ることができる。

なお、整流板３３および整流板３４が設けられる場合を例示したが、いずれか一方を設けてもよいし、３つ以上の整流板を設けてもよい。この場合、整流板の数が多くなれば流体３００の流れを層流とするのが容易となる。一方、整流板の数が多くなれば圧力損出が大きくなる。そのため、整流板の数は、例えば、筒部２の、中心軸２ｃに直交する方向の断面積（流路面積）や処理流量などに応じて適宜変更することができる。

図１および図２に示すように、排出ヘッド４は、筒部２の、供給ヘッド３が設けられる側とは反対側の端部に設けられている。排出ヘッド４は、筒状を呈し、両側の端部が開口している。排出ヘッド４の内部空間は、筒部２の内部空間と繋がっている。排出ヘッド４の内部空間は、筒部２の内部空間から殺菌処理済みの流体３００ａを排出する流路となる。

排出ヘッド４の寸法、形状、筒部２への取り付け、および材料は、例えば、前述した供給ヘッド３の寸法、形状、筒部２への取り付け、および材料と同じとすることができる。
例えば、排出ヘッド４の筒部２側の端部には、枠状のフランジ４１を設けることができる。排出ヘッド４のフランジ４１と、筒部２のフランジ２１は、ネジなどの締結部材を用いて接続することができる。排出ヘッド４のフランジ４１と、筒部２のフランジ２１との間には、Ｏリングなどのシール部材を設けることができる。

排出ヘッド４の筒部２側とは反対側の端部には、排出管４２を接続することができる。排出管４２には、例えば、フランジ４２ａなどの接続部材を設けることができる。例えば、フランジ４２ａには、配管を介して、殺菌処理済みの流体３００ａを収納するタンク、流体３００ａを使用する洗浄装置などを接続することができる。

図２に示すように、排出ヘッド４の内部には、整流板４３および整流板４４を設けることができる。整流板４３および整流板４４は、筒部２の中心軸２ｃに沿った方向（流体３００の流れ方向）に並べて設けることができる。例えば、整流板４４は、整流板４３よりも筒部２側に設けられている。

整流板４３には、整流板４３を厚み方向に貫通する複数の孔４３ａを設けることができる。複数の孔４３ａの数、配置、開口面積、形状、間隔（ピッチ寸法）は、前述した複数の孔３３ａの数、配置、開口面積、形状、間隔（ピッチ寸法）と同じとすることができる。

整流板４４には、整流板４４を厚み方向に貫通する複数の孔４４ａを設けることができる。複数の孔４４ａの数、配置、開口面積、形状、間隔（ピッチ寸法）は、前述した複数の孔３４ａの数、配置、開口面積、形状、間隔（ピッチ寸法）と同じとすることができる。
筒部２の中心軸２ｃに沿った方向から見た場合に、複数の孔４３ａは、複数の孔４４ａと重なっている。また、複数の孔４３ａは、整流板３３の複数の孔３３ａと重なっている。この様にすれば、筒部２の内部において、流体３００の流れが層流となりやすくなる。また、殺菌処理済みの流体３００ａが、複数の孔４３ａの内部および複数の孔４４ａの内部を流れる際の圧力損出を抑制することができる。

なお、整流板４３および整流板４４が設けられる場合を例示したが、いずれか一方を設けてもよいし、３つ以上の整流板を設けてもよい。また、整流板３３、整流板３４、整流板４３、および整流板４４の少なくともいずれかを設けるようにしてもよい。供給ヘッド３の内部と、排出ヘッド４の内部に整流板が設けられていれば、流体３００の流れを層流とするのが容易となる。一方、供給ヘッド３の内部と、排出ヘッド４の内部に整流板が設けられていれば、圧力損出が大きくなる。そのため、整流板の配置や数は、例えば、筒部２の、中心軸２ｃに直交する方向の断面積（流路面積）や処理流量などに応じて適宜変更することができる。

なお、筒部２の、中心軸２ｃに直交する方向の断面積（流路面積）が小さいため、筒部２の内部に層流が形成され易い場合などには、整流板３３、３４、４３、４４を省くこともできる。
また、整流板が、供給ヘッド３の内部と、排出ヘッド４の内部に設けられる場合を例示したが、整流板は筒部２の内部に設けてもよい。

架台５は、筒部２を保持する。架台５は、例えば、台座５１とスタンド５２を有する。 台座５１は、例えば、板状を呈し、床などに固定することができる。スタンド５２は、台座５１の一方の面に設けられている。スタンド５２は、例えば、形鋼などの細長い部材を用いた骨組み構造を有する。スタンド５２の、台座５１側とは反対側の端部には、ネジなどの締結部材を用いて、筒部２のフランジ２１、および供給ヘッド３のフランジ３１の少なくともいずれかを取り付けることができる。スタンド５２の内部には、供給ヘッド３を設けることができる。
なお、架台５の構造は例示をしたものに限定されるわけではなく、流体殺菌装置１の設置環境などに応じて適宜変更することができる。また、供給ヘッド３、排出ヘッド４、および光源６が設けられた筒部２を直接設置できる場合には、架台５を省くことができる。

図１および図２に示すように、光源６は、ネジなどの締結部材を用いて、筒部２の側部に着脱自在に設けることができる。発光素子６１は放電ランプなどに比べて長寿命ではあるが、点灯時間が長くなれば発光効率が低下する。また、発光素子６１が故障して不灯になることも考えられる。光源６が筒部２の側部に着脱自在に設けられていれば、発光素子６１の交換を容易とすることができる。光源６は、少なくとも１つ設けることができる。図１および図２に例示をした流体殺菌装置１には４つの光源６が設けられている。

図５および図６は、光源６を例示するための模式断面図である。
なお、図５は、図２におけるＣ部の拡大図である。
図６は、図３におけるＤ部の拡大図である。

図５および図６に示すように、光源６は、例えば、発光素子６１、基板６２、ホルダ６３、および冷却部６５を有する。
発光素子６１は、基板６２の筒部２側の面に設けられ、後述する窓６４を介して、流体３００に紫外線を照射する。発光素子６１は、少なくとも１つ設けることができる。図５および図６に例示をした光源６には、複数の発光素子６１が設けられている。発光素子６１が複数設けられる場合には、複数の発光素子６１を直列接続することができる。発光素子６１は、紫外線を発生させる素子であれば特に限定はない。発光素子６１は、例えば、発光ダイオードやレーザダイオードなどとすることができる。

発光素子６１から照射される紫外線のピーク波長は、殺菌効果があれば特に限定はない。ただし、ピーク波長が２６０ｎｍ（ナノメートル）～２９０ｎｍ（ナノメートル）であれば、殺菌効果を向上させることができる。そのため、ピーク波長が２９０ｎｍ（ナノメートル）以下の紫外線を照射可能な発光素子６１とすることが好ましい。

基板６２は、板状を呈し、冷却部６５の、筒部２側の面に設けられている。基板６２の、筒部２側の面には、配線パターンを設けることができる。基板６２は、紫外線に対する耐性を有し、且つ、熱伝導率の高い材料から形成することが好ましい。基板６２は、例えば、酸化アルミニウムなどのセラミックスや、金属板の表面を絶縁材料で覆ったメタルコア基板などから形成することができる。

ホルダ６３は、ネジなどの締結部材を用いて、筒部２の側部に着脱自在に設けられている。ホルダ６３は、板状を呈し、筒部２側の面に開口する凹部６３ａを有する。凹部６３ａの内部には、窓６４が設けられる。凹部６３ａの底面には孔６３ｂを設けることができる。孔６３ｂの内部には、発光素子６１および基板６２を設けることができる。ホルダ６３は、例えば、窓６４を保持する機能と、発光素子６１および基板６２を収納する機能を有する。ホルダ６３は、例えば、ステンレスなどの金属から形成することができる。

筒部２の側部には、流体３００が流れる空間に連通する孔２ａが設けられている。窓６４は、板状を呈し、孔２ａの開口を覆っている。筒部２の側部には孔２ａの開口を囲むシール部材２ｂを設けることができる。シール部材２ｂは、例えば、Ｏリングなどとすることができる。ホルダ６３を筒部２の側部に取り付けた際には、凹部６３ａの内部に設けられた窓６４がシール部材２ｂに押し付けられる。そのため、窓６４と筒部２の側部との間を液密となるように封止することができる。

窓６４は、筒部２の側部に設けられている。窓６４は、筒部２の側部に設けられ流体３００が流れる空間に連通する孔２ａを覆っている。そのため、発光素子６１から出射した紫外線は、窓６４と、筒部２の側部に設けられた孔２ａとを介して、筒部２の内部を流れる流体３００に照射される。窓６４は、紫外線を透過させることができ、且つ、紫外線と流体３００に対する耐性を有する材料から形成される。窓６４は、例えば、石英ガラスや、紫外線を透過するフッ素樹脂などから形成される。

また、窓６４の、発光素子６１側の面には、反射防止膜を設けることもできる。反射防止膜が設けられていれば、発光素子６１から出射した紫外線が窓６４により反射されて、流体３００に照射され難くなるのを抑制することができる。すなわち、発光素子６１から出射した紫外線の利用効率を向上させることができる。

また、窓６４の筒部２側の面には、防汚膜を設けることもできる。前述したように、流体３００には異物が含まれている場合がある。異物が窓６４に付着すると、発光素子６１から出射した紫外線が窓６４を透過し難くなる。防汚膜が設けられていれば、異物が窓６４に付着するのを抑制することができる。

また、図６に示すように、窓６４の幅寸法をＷ１（ｍｍ）、筒部２の内部空間の幅寸法（流路の幅寸法）をＷ２（ｍｍ）、筒部２の側部に設けられ、流体３００が流れる空間に連通する孔２ａの幅寸法をＷ３（ｍｍ）とした場合に、「Ｗ１（ｍｍ）＞Ｗ２（ｍｍ）＝Ｗ３（ｍｍ）」となるようにすることが好ましい。なお、幅寸法Ｗ２（ｍｍ）は、幅寸法Ｗ３（ｍｍ）と略同じであればよい。例えば、幅寸法Ｗ２（ｍｍ）と幅寸法Ｗ３（ｍｍ）は、製造誤差程度の違いがあってもよい。
すなわち、筒部２の内部空間の幅寸法Ｗ２（ｍｍ）は、筒部２の側部に設けられた孔２ａの幅寸法Ｗ３（ｍｍ）と略同じであり、窓６４の幅寸法Ｗ１（ｍｍ）よりも小さくなっていればよい。
この様にすれば、流路内に影ができて、照射されにくい領域が発生するのを抑制することができる。そのため、発光素子６１から出射した紫外線を筒部２の内部を流れる流体３００に確実に照射することができる。
なお、幅寸法は、筒部２の中心軸２ｃと直交し、且つ、基板６２の、発光素子６１が設けられる面に平行な方向の寸法である。

図７は、比較例に係る光源６の取り付け部分を例示するための模式断面図である。
図７は、図６に対応する図である。
図７に例示をしたものの場合には、「Ｗ１（ｍｍ）＞Ｗ２（ｍｍ）＞Ｗ３（ｍｍ）」となっている。そのため、基板６２の、筒部２側の面に垂直な方向から見て、複数の発光素子６１の一部は、筒部２の孔２ａの外側に設けられているので、孔２ａの外側に設けられている発光素子６１から出射した紫外線が、筒部２の内部を流れる流体３００に照射されなくなる。また、孔２ａの近傍（図７中のＦ部）を流れる流体３００に照射される紫外線の照射量が少なくなる。

これに対して、本実施の形態においては、図６に示すように、「Ｗ１（ｍｍ）＞Ｗ３（ｍｍ）＝Ｗ２（ｍｍ）」となっているので、流路内に影ができて、照射されにくい領域が発生するのを抑制することができる。そのため、複数の発光素子６１から出射した紫外線を、筒部２の内部を流れる流体３００に確実に照射することができる。

また、本発明者らの得た知見によれば、複数の発光素子６１のピッチ寸法をＰ（ｍｍ）、孔２ａの内壁と、孔２ａに最も近い発光素子６１の中心との間の距離をＡ（ｍｍ）とした場合に、「０．５Ｐ（ｍｍ）≦Ａ（ｍｍ）≦１．５Ｐ（ｍｍ）」となるようにすることが好ましい。この様にすれば、孔２ａの近傍を流れる流体３００に照射される紫外線の照射量が少なくなるのを抑制することができる。そのため、殺菌性能を向上させることができる。

図５および図６に示すように、冷却部６５は、例えば、板状を呈し、内部に冷媒が流れる孔６５ａを有する。孔６５ａには、一対の配管継ぎ手６５ｂが接続されている。一対の配管継ぎ手６５ｂには、冷媒を循環させるポンプなどを接続することができる。冷媒には特に限定はない。冷媒は、例えば、水や流体３００などであってもよい。なお、冷却部６５が液冷式の場合を例示したが、冷却部６５は空冷式であってもよい。空冷式の冷却部６５とする場合には、ファンなどの送風装置をさらに設けることができる。

例えば、発光素子６１の発熱量が多い場合、流体３００の温度が高い場合、環境温度が高い場合には液冷式の冷却部６５とすることが好ましい。また、放熱性を向上させるために、放熱フィンなどをさらに設けることもできる。

冷却部６５は、熱伝導性の高い材料から形成することができる。例えば、冷却部６５は、アルミニウム、銅、ステンレスなどの金属から形成することができる。
基板６２は、冷却部６５に直接接触させることもできるし、熱伝導性接着剤を用いて冷却部６５に接着することもできるし、放熱シート、放熱テープ、放熱グリス（熱伝導性グリス）を介して冷却部６５に接続することもできる。熱伝導性接着剤、放熱シート、放熱テープ、放熱グリスなどを用いれば、基板６２と冷却部６５との間の熱抵抗を低減させることができ、且つ、基板６２と冷却部６５との間に空気の層（隙間）が生じるのを抑制することができる。そのため、光源６の放熱性を向上させることができる。

冷却部６５が設けられていれば、発光素子６１の数や印加電力などを増加させても、発光素子６１の温度が最大ジャンクション温度を越え難くなる。また、冷却部６５が設けられていれば、流体３００の温度が高くなったり、温度の高い流体３００の流量が増加したりしても、発光素子６１の温度が最大ジャンクション温度を越え難くなる。そのため、対応可能な流体３００の条件を広げることができる。

なお、光源６が複数設けられる場合には、同じ構成を有する光源６を設けてもよいし、例えば、発光素子６１の数などが異なる構成を有する光源を設けてもよい。

ここで、筒部２の内部を流れる流体３００に紫外線が照射されれば、流体３００を殺菌することができる。そのため、筒部２の、供給ヘッド３が設けられている位置、および、筒部２の、排出ヘッド４が設けられている位置の少なくともいずれかに光源６を設けることもできる。すなわち、筒部２の端部に光源６を設けても、筒部２の内部を流れる流体３００に紫外線を照射することができる。

しかしながら、筒部２の端部に光源６を設けると、例えば、筒部２の、光源６側とは反対側の端部の近傍にある流体３００と、光源６との間の距離が長くなる。すなわち、光路長が長くなる。光路長が長くなるほど光量減衰が大きくなるので、光源６から離れた位置にある流体３００の殺菌が不充分となるおそれがある。前述したように、流体３００が海水や地下水などの場合には流体３００に異物が含まれているので、紫外線の透過率が低下する。紫外線の透過率が低下すると、光量減衰がさらに大きくなり、光源６から離れた位置にある流体３００の殺菌がさらに不充分となるおそれがある。

また、筒部２の端部に光源６を設ける場合には、筒部２の内壁で反射した紫外線を流体３００の殺菌に利用している。しかしながら、筒部２の内壁に異物が付着した場合には、前述したように、反射光（紫外線）の照射光量が少なくなったり、照射ムラが生じ易くなったりするおそれがある。この場合、光路長が長くなるほど、照射光量の減少や照射ムラが発生しやすくなる。

また、流体３００の処理量を増加させるために発光素子６１の数を増加させると、筒部２の、中心線２ｃに直交する断面の寸法（流路口径）が大きくなる。流路口径が大きくなると、流体３００の流れが乱れやすくなり、照射ムラが発生しやすくなる。
照射光量が少なくなったり、照射ムラが生じたりすると、殺菌性能が低下する。

図１および図２に示すように、本実施の形態に係る流体殺菌装置１においては、光源６が、筒部２の中心軸２ｃに直交する方向に設けられている。例えば、光源６は、筒部２の側部に設けられ、筒部２の内部を中心線２ｃに沿う方向に流れる流体３００に向けて紫外線を照射している。

この場合、図２に示すように、光路長は、筒部２の側部同士の間の距離と同程度となる。すなわち、光路長を短くすることができる。そのため、紫外線の透過率が低い流体３００であっても、光量減衰を小さくすることができるので、殺菌性能を向上させることができる。

この場合、筒部２の側部同士の間の距離は、例えば、流体３００における紫外線の透過率に応じて決定することができる。例えば、流体３００におけるピーク波長が２９０ｎｍ（ナノメートル）以下の紫外線の透過率が９５％程度の場合には、筒部２の側部同士の間の距離を２５０ｍｍ以下とすることができる。この様にすれば、直線透過率における光強度の減衰を７０％程度に抑えることができる。筒部２の側部同士の間の距離を１５０ｍｍ程度とすれば、直線透過率における光強度の減衰を５０％程度に抑えることができる。また、紫外線の透過率が９５％以下であれば、筒部２の側部同士の間の距離を１５０ｍｍ以下とし、紫外線の透過率が９５％以上であれば筒部２の側部同士の間の距離を１５０ｍｍ以上とするなどして、紫外線の透過率に応じて筒部２の側部同士の間の距離を適宜決定してもよい。

また、流体３００に直接照射される紫外線の照射量を多くすることができるので、筒部２の内壁に異物が付着したとしても殺菌性能が低下するのを抑制することができる。
また、流体３００の処理量を増加させるために流路口径を大きくしても、光路長の増加量は少なくて済む。そのため、流体３００に直接照射される紫外線の照射量を確保することができるので、流路口径が大きくなっても、殺菌性能を維持することが容易となる。

また、図１および図２に示すように、一対の光源６を、筒部２の中心線２ｃを挟んで互いに対向させて設けることができる。この様にすれば、一方の光源６から離れた位置にある流体３００に、他方の光源６から紫外線を照射することができる。そのため、流体３００に照射される紫外線の照射量を増加させたり、照射ムラをなくしたりすることができるので、殺菌性能をさらに向上させることができる。

また、図１および図２に示すように、一対の光源６を、筒部２の中心線２ｃに沿った方向に、複数組並べて設けることもできる。この様にすれば、筒部２の内部の広い領域において、筒部２の内部を流れる流体３００に満遍なく紫外線を照射することができる。そのため、処理量の増加と、殺菌性能の向上とを図ることができる。

図８は、他の実施形態に係る流体殺菌装置１ａを例示するための模式断面図である。
図８に示すように、流体殺菌装置１ａは、例えば、筒部２、供給ヘッド３、排出ヘッド４、架台５、光源６、および検出部７を有する。
光源６は、筒部２の中心線２ｃに直交する方向において、筒部２の一方の側部に設けられている。複数の光源６を設ける場合には、複数の光源６は、筒部２の中心線２ｃに沿って、且つ、筒部２の中心線２ｃを挟んで交互に設けることができる。
この様にすれば、筒部２の内部を流れる流体３００に満遍なく紫外線を照射することができる。そのため、殺菌性能の向上を図ることができる。

検出部７は、光源６と対向する位置に設けられている。
検出部７は、例えば、ホルダ６３、プレート７１、およびセンサ７２を有する。
プレート７１は、板状を呈し、筒部２の側部に設けられた孔２ａの開口を覆っている。プレート７１の平面寸法、厚み、および平面形状は、例えば、前述した窓６４の平面寸法、厚み、および平面形状と同じとすることができる。

プレート７１の材料は、流体３００と紫外線に対する耐性があれば特に限定がない。ただし、プレート７１の材料が、紫外線に対する反射率が高い材料であれば、プレート７１に入射した紫外線を反射させて流体３００に照射することができる。そのため、紫外線の利用効率の向上、ひいては殺菌性能の向上を図ることができる。プレート７１の材料は、例えば、前述した筒部２の材料と同じとすることができる。また、プレート７１の、流体３００に接触する側の面の表面粗さＲａを５０ｎｍ（ナノメートル）以下、好ましくは、３ｎｍ（ナノメートル）以上、５０ｎｍ（ナノメートル）以下にすれば、プレート７１の、流体３００に接触する側の面に異物が付着するのを抑制することができる。

プレート７１は、窓６４と同様に、ホルダ６３により筒部２の側部に取り付けられる。前述したように、筒部２には孔２ａの開口を囲むシール部材２ｂが設けられているので、プレート７１が筒部２の側部に取り付けられると、プレート７１と筒部２の側部との間が液密となるように封止される。

センサ７２は、プレート７１に設けられている。センサ７２は、例えば、紫外線の光量を測定する紫外線センサとすることができる。センサ７２が紫外線センサであれば、例えば、流体３００に含まれる異物の濃度などが変化した際に、透過する紫外線の変化量を求めることができる。そのため、センサ７２の出力に応じて、例えば、発光素子６１に印加する電流を制御して、光源６から離れた位置にある流体３００に照射される紫外線の照射量が略一定となるようにすることができる。その結果、異物の濃度などが変化した場合であっても、殺菌性能の向上を図ることができる。また、流体３００に含まれる異物の濃度が低くなった場合には、発光素子６１に印加する電流を減少させることができるので、省エネルギー化を図ることができる。

また、センサ７２は、流体３００の状態（例えば、流体３００の流量、流速、汚濁度など）を検出するものとしてもよい。センサ７２が流体３００の状態を検出するものである場合も、センサ７２の出力に応じて、発光素子６１に印加する電流を制御することができる。例えば、流体３００の流量、流速、および汚濁度の少なくともいずれかが増加した場合には、発光素子６１に印加する電流を増加させることができる。この様にすれば、処理量が増加したり、流体３００に含まれる異物の濃度が高くなったりしても殺菌性能の向上を図ることができる。例えば、流体３００の流量、流速、および汚濁度が減少した場合には、発光素子６１に印加する電流を減少させて、省エネルギー化を図ることができる。

以上に説明した様に、センサ７２は、筒部２の中心線２ｃを挟んで、光源６と対向する位置に設けることができる。センサ７２は、紫外線の光量、または、流体３００の状態を検出するセンサとすることができる。
なお、検出部７は、省くこともできる。例えば、流体３００に含まれる異物の濃度が安定していたり、流体３００の処理量が安定していたりする場合には、検出部７を省くことができる。ただし、検出部７が設けられていれば、各種の用途に対応するのが容易となる。

図９は、他の実施形態に係る流体殺菌装置１ｂを例示するための模式断面図である。
図９に示すように、流体殺菌装置１ｂは、例えば、筒部２、供給ヘッド３、排出ヘッド４、架台５、光源６、および検出部７を有する。
前述した流体殺菌装置１ａの場合と同様に、検出部７は、光源６と対向する位置に設けられている。ただし、複数の光源６は、筒部２の中心線２ｃに沿って、且つ、筒部２の中心線２ｃに対して同じ側に設けられる。
この様にしても、異物の濃度の変化や、処理量の変化に対応することができる。

図１０は、他の実施形態に係る流体殺菌装置１ｃを例示するための模式断面図である。 図１０に示すように、流体殺菌装置１ｃは、例えば、筒部２、供給ヘッド３、排出ヘッド４、架台５、光源６、検出部７、および制御板８を有する。
すなわち、流体殺菌装置１ｃは、前述した流体殺菌装置１ａに制御板８をさらに加えたものである。

制御板８は、筒部２の内部に複数設けられている。制御板８は、板状を呈し、筒部２の中心線２ｃと直交する方向、または、筒部２の中心線２ｃと傾斜する方向に延びている。

制御板８の材料は、流体３００と紫外線に対する耐性があれば特に限定がない。ただし、制御板８の材料が、紫外線に対する反射率が高い材料であれば、制御板８に入射した紫外線を反射させて流体３００に照射することができる。そのため、紫外線の利用効率の向上、ひいては殺菌性能の向上を図ることができる。制御板８の材料は、例えば、前述した筒部２の材料と同じとすることができる。また、制御板８の表面粗さＲａを５０ｎｍ（ナノメートル）以下、好ましくは、３ｎｍ（ナノメートル）以上、５０ｎｍ（ナノメートル）以下にすれば、制御板８の表面に異物が付着するのを抑制することができる。

図１０に示すように、筒部２の中心線２ｃに沿った方向において、光源６よりも流体３００の流れの上流側にある制御板８と、筒部２の、光源６が設けられる側部の内壁と、の間には隙間が設けられている。そのため、制御板８の上流側の面に当たった流体３００は、制御板８の上側の面の沿って流れ、制御板８と、筒部２の光源６が設けられる側部の内壁との間の隙間を介して、制御板８の下流側に供給される。すなわち、制御板８により、流体３００の流れを光源６側に寄せることができる。そのため、紫外線の光路長を短くすることができるので、殺菌性能の向上を図ることができる。

また、筒部２の中心線２ｃに沿った方向において、光源６よりも流体３００の流れの下流側にある制御板８と、筒部２の、光源６が設けられる側とは反対側の側部の内壁と、の間には隙間が設けられている。この様にすれば、下流側の制御板８により、光源６の近傍を流れる流体３００の流れを維持するのが容易となる。そのため、殺菌性能のさらなる向上を図ることができる。

図１１は、他の実施形態に係る流体殺菌装置１ｄを例示するための模式斜視図である。 図１１に示すように、流体殺菌装置１ｄは、例えば、筒部２、供給ヘッド３、排出ヘッド４、および光源６を有する。
前述した流体殺菌装置１の場合には、図１に示すように、複数の光源６が筒部２の側部に一列に並べて設けられている。
これに対して、流体殺菌装置１ｄの場合には、図１１に示すように、複数の光源６が筒部２の側部にマトリクス状に並べて設けられている。
この様にすれば、流体３００の処理量が多い場合であっても、殺菌性能の向上を図ることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、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。これら新規な実施形態は、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、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ 流体殺菌装置、１ａ～１ｄ 流体殺菌装置、２ 筒部、２ａ 孔、２ｃ 中心軸、６ 光源、７ 検出部、８ 制御板、６１ 発光素子、６２ 基板、６３ ホルダ、６４ 窓、６５ 冷却部、７１ プレート、７２ センサ、３００ 流体

Claims (5)

1. 筒状を呈し、内部に流体が流れる空間を有する筒部と；
   前記筒部の側部に設けられた少なくとも１つの光源と；
   を具備し、
   前記筒部の側部には、前記流体が流れる空間に連通する孔と、前記孔を覆う窓と、が設けられ、
   前記光源は、
   基板と；
   前記基板の前記筒部側の面に設けられ、前記窓を介して、前記流体に紫外線を照射可能な少なくとも１つの発光素子と；
   を有する流体殺菌装置。
2. 前記筒部の前記空間の幅寸法は、前記筒部の側部に設けられた前記孔の幅寸法と略同じであり、前記窓の幅寸法よりも小さい請求項１記載の流体殺菌装置。
3. 前記複数の発光素子のピッチ寸法をＰ（ｍｍ）、前記筒部の側部に設けられた前記孔の内壁と、前記孔に最も近い前記発光素子の中心と、の間の距離をＡ（ｍｍ）、とした場合に、以下の式を満足する請求項２記載の流体殺菌装置。
   ０．５Ｐ（ｍｍ）≦Ａ（ｍｍ）≦１．５Ｐ（ｍｍ）
4. 前記光源は、一対設けられ、
   前記一対の光源は、前記筒部の中心線を挟んで互いに対向している請求項１～３のいずれか１つに記載の流体殺菌装置。
5. 前記筒部の中心線を挟んで、前記光源と対向する位置に設けられ、前記紫外線の光量、または、前記流体の状態を検出するセンサをさらに具備した請求項１～３のいずれか１つに記載の流体殺菌装置。

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